(57)【要約】可動子の位置決めの精度が不十分という従来のリニアモータの課題を解決するために、本発明では、進行方向に沿って複数の永久磁石を配置した一次側部材２と、進行方向に沿って複数の電機子を配置した二次側部材とを備え、前記一次側部材２と前記二次側部材が相対的に移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材２の表裏両面に進行方向に沿って設けられた凸部２１と、該凸部２１に前記一次側部材と前記二次側部材の相対位置を検出する相対位置検出手段とを備える。このリニアモータは一次側部材の剛性を高め、かつスケールの読み取りを高精度に行うため、可動子の位置決めを高精度に行うことができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行方向に沿って複数の磁性体を配置した一次側部材と、進行方向に沿って複数の電機子を配置した二次側部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材の表裏両面に進行方向に沿って設けられた凸部と、前記一次側部材と前記二次側部材の相対位置を検出する相対位置検出手段と、を備え、前記相対位置検出手段は前記一次側部材と前記二次側部材の相対角度の変化による影響が少ない前記一次側部材の箇所に配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１において、前記一次側部材が前記相対位置の検出手段のスケールを一つ以上有し、前記二次側部材が前記スケールを読み取るセンサを一つ以上有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項２において、前記センサは隣り合う前記電機子の間に配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２において、前記一次側部材は前記スケールを複数個有し、該複数のスケールは互いに異なった固有の目盛間隔を有し、前記複数のスケールは前記センサで読み取られることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項２において、前記二次側部材は前記センサを複数個有し、該複数のセンサの一つが前記スケールを読み取ることができない時に、他のセンサが前記スケールを読み取る機能を有するリニアモータ。
【請求項６】
請求項１において、前記凸部は前記一次側部材の表面と裏面にそれぞれ複数個ずつ配置され、前記スケールは前記凸部の間に配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項７】
進行方向に沿って複数の磁性体を配置した一次側部材と、前記一次側部材の永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成する複数の電機子を有する二次側部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材の表裏両面に設けられた凸部と、該凸部に前記一次側部材と前記二次側部材の相対位置を検出する相対位置検出手段と、を備え、前記凸部は前記一次側部材の推力中心もしくは推力中心の周辺に前記リニアモータの進行方向に沿って配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項８】
請求項７において、前記凸部は前記一次側部材の重心もしくは重心の周辺に前記リニアモータの進行方向に沿って配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項９】
請求項７において、前記凸部が前記相対位置の検出手段のスケールを一つ以上有し、前記二次側部材が前記スケールを読み取るセンサを一つ以上有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項１０】
請求項７において、前記凸部は前記スケールを複数個有し、該複数のスケールは互いに異なった固有の目盛間隔を有し、前記複数のスケールは前記センサで読み取られることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１１】
請求項７において、前記二次側部材は前記センサを複数個有し、該複数のセンサの一つが前記スケールを読み取ることができない時に、他のセンサが前記スケールを読み取る機能を有するリニアモータ。
【請求項１２】
請求項７において、前記一次側部材の表側に配置された第一の凸部と前記一次側部材の裏側に配置された第二の凸部の双方に前記スケールを備えることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１３】
請求項７において、前記二次側部材が前記相対位置の検出手段のスケールを一つ以上有し、前記凸部が前記スケールを読み取るセンサを一つ以上有することを特徴とするリニアモータ。
【請求項１４】
進行方向に沿って複数の永久磁石を配置した一次側部材と、前記一次側部材の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成する複数の電機子を有する二次側部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対的に移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材と前記二次側部材は一方が固定的に把持された固定子、他方が可動する可動子となり、前記可動子は複数の支持機構により支持され、前記凸部は複数の前記支持機構の中間または中央に前記リニアモータの進行方向に沿って一次側部材に配置されることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１５】
請求項１４において、前記一次側部材は固定され、前記二次側部材は可動する可動子となることを特徴とするリニアモータ。
【請求項１６】
請求項１４において、前記二次側部材は固定され、前記一次側部材は可動する可動子となることを特徴とするリニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体を有する部材と電機子コイルを有する部材とを相対的に移動させるようにしたリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リニアモータの動作中に可動子と固定子の間に相対的な傾きが生じた場合に、可動子と固定子の相対位置を検出する精度の悪化を抑えるリニアモータは特開平７−７９１１号公報（以下、文献１）に記載されている。
文献１のリニアモータは、可動子と固定子の相対位置を検出する位置検出手段を推力の中心またはその周囲に配置し、可動子と固定子の間に傾きが生じた場合でも読取手段をスケールとの位置関係のずれを抑えることで、スケールの読み取りを高精度に行えるようにしたものである。
しかしながら、文献１に記載の従来のリニアモータでスケールの読み取りを高精度に行っても、固定子及び可動子の剛性が低ければ、歪みが生じ可動子の位置決めを高精度に行うことができない。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は磁性体を有する部材の剛性を高めると共に、可動子と固定子の相対位置の検出を高精度に行うことで、可動子の位置決めを高精度に行うリニアモータを提供することを目的とする。
本発明は、進行方向に沿って複数の磁性体を配置した一次側部材と、進行方向に沿って複数の電機子を配置した二次側部材とを備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対的に移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材の表裏両面に進行方向に沿って設けられた凸部と、該凸部に前記一次側部材と前記二次側部材の相対位置を検出する相対位置検出手段とを備えるリニアモータである。
また、進行方向に沿って複数の永久磁石を配置した一次側部材と、前記一次側部材の永久磁石の表裏両面に対向した構造で閉磁路を構成する複数の電機子を有する二次側部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対的に移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材の表裏両面に進行方向に沿って設けられた凸部と、該凸部に前記一次側部材と前記二次側部材の相対位置を検出する相対位置検出手段と、を備えるリニアモータである。
さらには、進行方向に沿って複数の磁性体を配置した一次側部材と、進行方向に沿って複数の電機子を配置した二次側部材と、を備え、前記一次側部材と前記二次側部材が相対的に移動するリニアモータにおいて、前記一次側部材と前記二次側部材の相対角度の変化による相対位置への影響が少ない前記一次側部材の箇所に進行方向に沿って形成した凸部と、該凸部は前記相対位置を検出する相対位置検出手段と、を備え、前記凸部は前記一次側部材の表裏両面に形成されるリニアモータである。
以上のような構成のリニアモータによれば、磁性体を有する部材側の剛性を高めることができ、さらに、磁性体を有する部材と電機子コイルを有する部材との間に傾きが生じた場合の位置検出精度の低下を抑制することができる。これらの機能によって、可動子の位置決めを高精度に行うことができるリニアモータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は本発明の実施例１によるリニアモータの基本構成図を示す。
第２図は本発明の実施例１による二次側部材の構成図を示す。
第３図は本発明の実施例１によるリニアモータの一次側部材の第１構成図を示す。
第４図は本発明の実施例１によるリニアモータの一次側部材の第２構成図を示す。
第５図は本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第１配置構成図を示す。
第６図は本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第２配置構成図を示す。
第７図は本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第３配置構成図を示す。
第８図は本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第４配置構成図を示す。
第９図は本発明の実施例１による一次側部材と二次側部材の全体構成図を示す。
第１０図は本発明の実施例２における一次側部材の構成図を示す。
第１１図は本発明の実施例３によるリニアモータの基本構成図を示す。
第１２図は本発明の実施例３によるリニアモータの一次側部材の構成図を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。また、図中において、同一符号で示す構成要素は、同一物又は相当物である。
【実施例１】
【０００６】
第１図は本発明の実施例１によるリニアモータの基本構成図を示す。第１図に示すように、二次側部材はリング状コア１と電機子巻線３と電機子歯４から構成され、互いに向かい合う電機子歯４には閉磁路が構成される。複数の永久磁石を有する一次側部材２は向かい合う電機子歯４の間に配置される。前記電機子巻線３に適当なタイミングで電流を流す制御をすることで、一次側部材は二次側部材と相対的に移動することができる。
また、向かい合う両方の電機子歯４にはスリット溝１１が構成され、一次側部材２の永久磁石の表裏両面にはこのスリット溝１１に沿って走行可能な凸部２１が配置される。この凸部を一次側部材の表裏の両面に備えることで、一次側部材の剛性を高くすることができる。
一次側部材２の永久磁石の表裏両面に構成された凸部２１には位置検出手段のスケール２２が配置され、二次側部材側にはこのスケール２２を読み取るセンサ１２を備える。また、このセンサ１２は一次側部材の進行方向に並んだ複数の電機子歯の間に配置することができるため、新たにセンサ１２用のスペースを確保する必要がない。
一次側部材２は進行方向に沿ってガイドレール２３を備え、ガイドレール２３に合わせて支持機構１３が固定子側のリング状コア１に配置されている。また、支持方法については、空気静圧軸受けや油静圧軸受けなどの非接触支持方法と、リニアガイドレールなどによる接触支持方法のどちらでも良い。
第２図は本発明の実施例１による二次側部材の構成図を示す。第２図に示すように、互いに逆向きの閉磁路を構成する電機子歯を有する。あるリング状コア１ａとリング状コア１ａと隣り合うリング状コア１ｂが互いに逆向きの閉磁路を構成する電機子歯を有するように二次側部材は構成される。そのため、複数のリング状コアを固定するために、リング状コアには貫通穴５が備えられている。ここで、互いに逆向きの閉磁路を構成する電機子歯を有する、リング状コア１ａとリング状コア１ａと隣り合うリング状コア１ｂを同一形状とすることで、一種類の形状のリング状コアから二次側部材を作成することができ、生産性が向上する。
第３図は本発明の実施例１によるリニアモータの一次側部材の第１構成図を示す。第３図に示すように、一次側部材２は複数の永久磁石２０を進行方向に並べ、かつ、進行方向に沿った凸部２１を一次側部材２の表裏両面に備えた構造となっている。さらに、この凸部２１には位置検出手段のスケール２２を備えた構造となる。
このとき、凸部２１は一次側部材に加わる推力中心もしくは一次側部材の重心を通り進行方向に沿って表裏両面に配置されても良い。または、ガイドレール２３の間の中央若しくは支持機構１３の間の中央に位置するように一次側部材の表裏両面に進行方向に沿って配置されても良い。このような箇所にスケールを有する凸部を配置することで、一次側部材と二次側部材に相対的な傾きが生じた際の、スケールとセンサの相対位置の変化が生じにくい。ここで、上述の推力中心・重心・ガイドレール２３の間の中央・支持機構１３の間の中央とは、それぞれ点を意味するものではなく、一定の三次元的な広がりをもつ空間を意味する。
凸部２１を上述のように配置した一次側部材は、二次断面モーメントが大きくなり剛性が強くなる効果がある。さらに、この凸部２１に位置検出手段のスケール２２を備える構成とすることで、一次側部材と二次側部材に相対的な傾きによる、スケール２２とセンサ１２の位置ずれが小さくなり、スケールの読み取り精度が向上する効果がある。一次側部材２の剛性が向上し、スケールの読み取り精度が向上する二つの効果により、高精度に位置決め可能なリニアモータを実現することができる。
第４図は本発明の実施例１によるリニアモータの一次側部材の第２構成図である。第４図に示す一次側部材は凸部２１そのものにスケールを構成したものである。一次側部材は第３図に示したように凸部２１にスケールを貼り付けて製造しても良いし、第４図に示すようにスケールとしての機能を持った凸部２１を用いて製造しても良い。
第５図は、本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第１配置構成図である。第５図に示すように、センサ１２は一次側部材に配置されたスケール２２を高精度に読み取るために、一定のギャップを介して二次側部材に固定的に把持される。ここで、第５図に示すセンサ１２はスケール２２に当たる光の反射光を読み取る方式により、スケールを読み取る。
第６図は、本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第２配置構成図である。第６図に示すセンサ１２０と第５図に示したセンサ１２とはスケールの読み取り方法が異なる。第５図に示すセンサ１２はスケールに当たる光の反射光を読み取る方式により、スケールを読み取るが、第６図に示すセンサ１２０は微細な回折格子により形成されたスケール２２０の移動により変化する回折光の位相変化を光の干渉を用いて検出する方式により、スケールを読み取る。よって、センサ１２０はスケール２２０を覆うように配置する必要があるという違いはあるが、本発明においてはセンサ１２０とセンサ１２のいずれを用いてもよい。
第７図は、本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第３配置構成図である。リニアモータの移動速度の高速化、及び位置決め精度向上のためにスケールの格子間隔を狭くすることで、センサはより短い時間でスケールを読み取らなければならず、スケールの読み取り時間短縮には限界がある。しかし、実際は高速移動中はスケールの格子間隔ほど精密な位置決めを必要とはしない。
第７図の一次側部材の上部に配置されたスケール２２は、一次側部材の下部に配置されたスケール２２に比べ格子間隔が狭い。この構成を用いて、モータが高速移動しているときは、下部の比較的に格子間隔の広いスケールを読み取り、モータが一定速度以下で移動しているときは、上部の比較的に格子間隔が狭いスケールを読み取る。このように、速度に応じた格子間隔のスケールを読み取ることで、モータの高速化と位置決めの精密化に貢献することができる。
また、上記の複数のスケールは第７図に示すように一次側部材の表裏両面の凸部に配置してもよいし、一次側部材の片面に配置された凸部の両側面に配置してもよい。
第８図は、本発明の実施例１による一次側部材とスケールを読み取るセンサとの第４配置構成図である。移動距離が長いリニアモータを製造する際は、長いスケールが必要となる。そして、このようなときは複数のスケールをつなぎ合わせた構成とし、常にスケールの読み取りが行えるように、一つのセンサがスケールの繋ぎ目を通過する時には、別のセンサがスケールを読み取る構成とする必要がある。
第８図に示すように、センサ１２が複数配置された構成となっており、一方のセンサがスケール２２の繋ぎ目を通過する時に、他方のセンサがスケール２２を読み取ることで、常にスケールを読み取ることができる。
第９図は、本発明の実施例１による一次側部材と二次側部材の全体構成図である。第９図に示すように、一次側部材２は二次側部材の各リング状コア１の中を通過する構成となっており、センサ１２はスケールと一定のギャップを介して二次側部材に固定的に把持されている。このとき、センサ１２は第９図では二次側部材の端に配置されているが、二次側部材を構成する複数の電機子歯の間に配置されてもよい。
【実施例２】
【０００７】
実施例１では、一次側部材の凸部２１の側面に位置検出用のスケールを配置するリニアモータについて述べたが、実施例２では、一次側部材の凸部２１の頂上部に位置検出用のスケールを配置するリニアモータについて説明する。
第１０図は、本発明の実施例２における一次側部材の構成図である。第１０図に示すように、スケール２２は凸部２１の頂上部に配置されるため、凸部２１の幅は一定以上である必要がある。また、凸部２１の高さが高すぎるとスケール２２はモータの推力中心から離れてしまうため、スケールの読み取り精度が低下する。しかし、凸部２１の高さを低くしすぎても一次側部材の二次断面モーメントが小さくなり剛性が低くなる。そのため、凸部２１は一次側部材の二次断面モーメントとスケールの読み取り精度を考慮し、適当な高さとする必要がある。
本実施例において、一次側部材の剛性とスケールの読み取り精度を向上させることで、モータの精密な位置決めを実現できる効果を有する。さらに、センサは凸部２１の頂上部に配置されたスケールを読み取るため、前記スケールとギャップを介して対面するように、二次側部材に配置される。そのため、実施例１と比較しセンサは永久磁石から遠くに配置され、効率的な磁束の流れを阻害しない。
【実施例３】
【０００８】
実施例１と実施例２は、一次側部材の表と裏の両面に凸部２１を一つずつ備えた構成の実施形態であったが、本実施例では、一次側部材の表と裏の両面にそれぞれ二個ずつ、凸部を備えた構成の実施形態について説明する。
第１１図は、本発明の実施例３によるリニアモータの基本構成図を示す。第１１図に示すように、実施例３は実施例１とほぼ同様の構成を持つが、電機子歯４の構造・凸部２１の数および位置・スケール２２とセンサ１２の位置が相違する。
一次側部材２の表裏両面には二個ずつ凸部２１が配置される。スケール２２は前記凸部の間に配置され、二次側部材にはこのスケールを読み取るためのセンサが配置される。
第１２図は、本発明の実施例３によるリニアモータの一次側部材の第１構成図を示す。第１２図に示すように、凸部２１は一次側部材２の表と裏の両面に二個ずつ配置され、スケール２２は各凸部の間に配置される。このとき、スケールは一次側部材２に働く推力中心、または一次側部材の重心、またはガイドレール２３の間の中央、または支持機構１３の間の中央に配置する必要がある。
本実施例によれば、一次側部材２の表と裏の両面に凸部を配置することで、一次側部材の剛性を向上させ、スケールを一次側部材の上記に述べた箇所に配置することで、スケールの読み取り精度を向上させることができる。これらの効果によって、高精度の位置決めが可能なリニアモータを実現できる。さらに、実施例１や実施例２の一次側部材２よりも剛性の高い一次側部材を実現できる。
また、本実施例では凸部を一次側部材の表裏の両面に二個ずつ配置した構成を説明してきたが、前記凸部は一次側部材の表裏の両面にそれぞれ三個以上配置してもよい。
上述の各実施例では、一次側部材にスケールを配置し、二次側部材に前記スケールを読み取るセンサを配置する構成について述べたが、逆に二次側部材にスケールを、一次側部材にセンサを配置した構成としてもよい。また、各実施例では、一次側部材に永久磁石を用いた構成について述べたが、前記永久磁石は磁性体に置き換えた構成としてもよい。
さらに、上述した各実施例は、一次側部材と二次側部材のどちらを固定子とした構成にも応用でき、この場合でも、上述と同様の理由でモータの精密な位置決めを実現できるという効果を有するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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