(57)【要約】【課題】優れた停止位置精度を持つリニア駆動装置を実現する。【解決手段】駆動用永久磁石３を備える可動子１と、駆動用永久磁石３に対向する位置に、可動子１の移動方向に沿って、並べられた複数のコイル１１を備える固定子２と、を備え、可動子１は、複数のコイル１１と対向する位置に、駆動用永久磁石３と所定の間隔を隔てて配置された制動用永久磁石５と、制動側永久磁石５と連結された可動子側制動部６を備え、複数のコイル１１のうち、駆動用永久磁石３と相対する位置のコイル１１には、可動子１の位置を制御するための駆動用電流パターンが印加され、制動用永久磁石５と相対する位置のコイル１１には、可動子側制動部６による制動状態を制御するための制動用電流パターンが印加されるよう、リニア駆動装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動用永久磁石を備える可動子と、  
前記駆動用永久磁石に対向する位置に、前記可動子の移動方向に沿って、並べられた複数のコイルを備える固定子と、
を備え、
可動子は、前記複数のコイルと対向する位置に、前記駆動用永久磁石と所定の間隔を隔てて配置された制動用永久磁石と、前記制動側永久磁石に連結された可動子側制動部と、を備え、
前記複数のコイルのうち、前記駆動用永久磁石と相対する位置のコイルには、前記可動子の位置を制御するための駆動用電流パターンが印加され、前記制動用永久磁石と相対する位置のコイルには、前記可動子側制動部による制動状態を制御するための制動用電流パターンが印加される、リニア駆動装置。
【請求項２】
前記制動用永久磁石と相対する位置のコイルに対し非通電状態の場合は、前記可動子側制動部は、前記固定子側に付勢されており、前記制動用永久磁石と相対する位置のコイルに対し、所定方向へ通電することで、前記制動用永久磁石および前記可動子側制動部を、前記固定子から離反する方向に移動させる、請求項１に記載のリニア駆動装置。
【請求項３】
前記可動子の位置に応じて、前記複数のコイルのうち、駆動用の電流パターンを印加するコイルと、制動用電流パターンを印加するコイルを、切り替えて駆動電流を供給する駆動用アンプ群を備える、請求項１または２に記載のリニア駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニア駆動装置において、可動子を制動する機械的ブレーキ機構を簡易な構造で実現するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニア駆動装置のブレーキ機構として、コイルへの電流パターンを操作することで、電磁的に制動を行うものがあった（例えば、特許文献１）。本構成では、電力喪失時に制動機能を発揮することができなかった。
【０００３】
一方、電力喪失時に制動機能を発揮できる構成として、コイルの電磁吸引力によって機械的な制動機構の開閉を行い、機械的に制動を行うものがあった（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２２９２６号公報
【０００５】
【特許文献２】特開平８−３１７６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２のように、推進用に用いているコイルの電磁吸引力によって機械的な制動機構を操作する場合、推進力の印加と制動の開閉とを独立に操作できないため、制動機構の閉塞動作を開始してから完了するまでの間は、可動子の位置決めが行われない状態となり、外力や振動といった外乱の影響で停止位置がずれるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上述した課題を鑑みてなされたものであり、制動時の位置精度の高いブレーキ付きリニア駆動装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明に係るリニア駆動装置は、駆動用永久磁石を備える可動子と、駆動用永久磁石に対向する位置に、可動子の移動方向に沿って、並べられた複数のコイルを備える固定子と、を備え、可動子は、複数のコイルと対向する位置に、駆動用永久磁石と所定の間隔を隔てて配置された制動用永久磁石と、制動側永久磁石に連結された可動子側制動部と、を備え、複数のコイルのうち、駆動用永久磁石と相対する位置のコイルには、可動子の位置を制御するための駆動用電流パターンが印加され、制動用永久磁石と相対する位置のコイルには、可動子側制動部による制動状態を制御するための制動用電流パターンが印加されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、推進動作と制動動作は、並べられた複数のコイルの内、別々のコイルを用いて行われるように通電が制御されるため、制動時の位置精度の高いリニア駆動装置を、実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リニア駆動装置の可動子構造を表す図
【図２】リニア駆動装置の固定子構造を表す図
【図３】リニア駆動装置の制動時の状態を表すＸ−Ｘ断面図
【図４】リニア駆動装置の駆動時の状態を表すＸ−Ｘ断面図
【図５】リニア駆動装置の駆動時の状態を表すＹ−Ｙ断面図
【図６】ブレーキシューとブレーキパッドの断面形状を表す図
【図７】リニア駆動装置の駆動用アンプとコイルの接続関係を表す図
【図８】リニア駆動装置のシステム構成を表す図
【図９】リニア駆動装置の駆動電流波形
【図１０−１】リニア駆動装置のタイミングｔ１の駆動位置を表す図
【図１０−２】リニア駆動装置のタイミングｔ２の駆動位置を表す図
【図１０−３】リニア駆動装置のタイミングｔ３の駆動位置を表す図
【図１０−４】リニア駆動装置のタイミングｔ４の駆動位置を表す図
【図１１】ブレーキシューとブレーキパッドの断面形状の変形例を表す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係るリニア駆動装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態. 
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１および図２は、リニア駆動装置の可動子１および固定子２の構造を表す模式図である。図３および図４は、可動子１と固定子２を組み合わせた状態での、図１、図２におけるＸ−Ｘ断面図である。図３は、制動時の状態を、図４は、駆動時の状態を表す。また、図５は、可動子１と固定子２を組み合わせた状態での、図１、図２におけるＹ−Ｙ断面図である。
【００１４】
図２に示すように、固定子２には、可動子１の駆動方向にそって、コイル１１が一列に並んで配置されている。また、固定子２の両側には、２本のレール９が設けられている。レール９の内側には、固定子側制動部であるブレーキパッド１０が、レール９の外側には、位置検出用のスケール８が、それぞれレール９と平行に延びる形で、配置されている。
【００１５】
図１に示すように、可動子１には、一対の駆動用永久磁石３と、制動用永久磁石５が、可動子１の駆動方向に沿った、同一の軸上に、所定の間隔を隔てて配置されている。また、固定子２に設けられたレール９と係合し、可動子１の移動方向を規制するための、２本のガイド７が可動子１の両側に配置されている。ガイド７がレール９に係合された状態では、駆動用永久磁石３や制動用永久磁石５は、一列に並んだコイル１１と、常に対向した状態で、移動する。ガイド７の外側には、可動子１の位置を検出するための位置検出器４が配置されている。制動用永久磁石５は、可動子側制動部であるブレーキシュー６と連結されており、ブレーキガイド２１に沿って、動作するように構成されている。
【００１６】
ブレーキシュー６はゴム材料で形成されており、ブレーキパッド１０は金属材料で構成されている。ブレーキシュー６およびブレーキパッド１０の断面形状は、図６のようになっており、ブレーキシュー６の摺動面側には、溝が形成されている。
【００１７】
コイル１１に電流が流されていない状態では、図３のように、ブレーキシュー６は、付勢手段（コイルバネ）２２の付勢力により、固定子２に設けられたブレーキパッド１０に押し付けられる（制動状態）。制動状態では、可動子１が固定される。
【００１８】
一方で、コイル１１に電流を流すことで、図４のように、制動用永久磁石５を介して、ブレーキシュー６を、ブレーキパッド１０から離間させることで、制動状態を解除し、可動子１の駆動が可能となる(非制動状態)。
【００１９】
具体的には、図５の状態では、制動用永久磁石５を押し上げるように、制動用永久磁石５に相対するセグメントのコイル１１１およびコイル１１２に電流を流せばよい。また、この状態において、駆動用永久磁石３に相対するセグメントのコイル１１３、１１４、１１５、１１６に、駆動用永久磁石３に作用して、可動子１を動かすための駆動用電流を流すことで、可動子１を適宜動作させることが可能である。この際、コイル１１１、コイル１１２は、可動子１の動作には作用していないタイミングあるため、制動用永久磁石５を押し上げるために用いても可動子の動作に影響しない。
【００２０】
固定子２に設けられたコイル１１は、図７のように、３個を１つのユニットとして、駆動用アンプ１２に接続されている。並べるユニット数を増減させることで、可動子１が駆動する範囲を調整することが可能である。
【００２１】
リニア駆動装置のシステム構成を図８に示す。コントローラ１３は、位置検出器４からの信号により、可動子１の位置を把握し、複数の駆動用アンプ１２に制御信号を送信することで、可動子１の位置を制御する。図７では、コントローラ１３と複数の駆動アンプ１２はシリアル接続されているが、パラレル接続されてもよい。また、本実施の形態では、位置検出器４は、可動子１に設けられている事例を示したが、可動子１の位置を検出できればよく、固定子２に設けてもよい。
【００２２】
図９は、図５におけるＬ方向に、可動子１を移動させる場合の、コイル１１３、１１４、１１５へ流す電流波形を表したものであり、コイル１１３に流す電流波形を実線Ｓ１、コイル１１４に流す電流波形を破線Ｓ２、コイル１１４に流す電流波形を二点鎖線Ｓ３で表している。また、図９のタイミングｔ１、タイミングｔ２、タイミングｔ３、タイミングｔ４には、可動子１は、図１０−１、図１０−２、図１０−３、図１０−４に示した位置にある。
【００２３】
タイミングｔ１、タイミングｔ２では、コイル１１３、１１４、１１５には、それぞれ、可動子１の駆動用の電流（正弦波）が流されている。次に、ｔ３のタイミングでは、コイル１１４および１１５には、可動子１の駆動用の電流が流されているが、コイル１１３には、制動用永久磁石５を押し上げ、非制動状態とするための一定の電流が流されている。ｔ４のタイミングでは、１１５には、可動子１の駆動用の電流が流されているが、コイル１１３および１１４には、制動用永久磁石５を押し上げ、非制動状態とするための一定の電流が流されている。
【００２４】
なお、図９の電流波形では、ブレーキ解除用の電流は、一定値となっているが、制動用永久磁石５を押し上げ、ブレーキを解除させることができればよく、一定値でなくてもよい。例えば、正弦波上の電流であってもよい。
【００２５】
このように、可動子１の位置に応じ、各コイルには、駆動用の電流と、ブレーキ解除用の電流が、切り替えて供給されるため、制動状態の切り替え用に、別途、コイルを設ける必要がない。また、各コイルを駆動用に用いないタイミングで、ブレーキ解除用に用いるため、可動子１の動作に悪影響を与えることがない。推進動作と制動動作が、一列に並んだコイルの内、別々のコイルを用いて行われるため、それぞれ独立した制御が可能である。そのため、駆動用の電流を流し、位置を制御できている状態で、制動用の電流を流し、ブレーキをかけることで、狙った位置に可動子１を停止させることができる。
【００２６】
なお、図９の電流波形では、駆動用の電流波形は、交流の正弦波信号であったが、特に限定されず、例えば、矩形波信号であってもよい。
【００２７】
なお、図９の電流波形では、ブレーキ解除用の電流は、一定値となっているが、制動用永久磁石５を押し上げ、ブレーキを解除させることができればよく、一定値でなくてもよい。例えば、正弦波上の電流であってもよい。
【００２８】
以上の構造を有する本実施の形態のリニア駆動装置の可動子１の位置決めおよび機械的制動力による停止位置保持機構において、可動子１は駆動用永久磁石３に相対するセグメントのコイルへの印加電流パターンの操作により、所望の停止位置へ位置決めされる。その後、駆動用永久磁石３に相対するセグメントのコイルへの電流印加による電磁的な位置決め状態を保持したまま、制動用永久磁石５に相対するセグメントのコイルへと印加されている制動機構操作用電流を弱めることで、ブレーキシュー６のブレーキパッド１０上への付勢力を回復し、機械的制動力を得る。
【００２９】
本実施の形態では、駆動用永久磁石３は、２つ並んで配置される場合を示したが、駆動用永久磁石３の個数や配置は特に限定されない。また、駆動用永久磁石３と制動用永久磁石５間の距離も、適宜変更可能である。可動子の大きさの制約がない場合は、駆動用永久磁石３と制動用永久磁石５間の距離を広げることで、推進動作と制動動作の相互の影響をより小さくすることができる。
【００３０】
本実施の形態では、ブレーキシュー６がゴム材料、ブレーキパッド１０が金属材料で構成される事例を示したが、ブレーキシュー６やブレーキパッド１０の素材は特に限定されない。例えば、例えば、ブレーキシュー６が金属材料、ブレーキパッド１０がゴム材料であってもよい。また、両者がゴム材料や金属材料であってもよく、樹脂材料等その他の素材を用いてもよい。ブレーキシュー６やブレーキパッド１０の形状も、特に限定されない。断面形状は、図１１のように、ブレーキシュー６とブレーキパッド１０が、互いに係合するように、構成されていてもよい。このような形状とすることで、非通電時の可動子１の固定が容易となる。
【００３１】
本実施の形態では、非通電時にブレーキシュー６をブレーキパッド１０に押し付ける付勢力を与えるための付勢手段２２を設ける構成を示したが、例えば、コイル１１に磁性コアが設けられている場合には、付勢手段２２による付勢力の代わりに、磁性コアと制動用永久磁石５間の引き付け力を用いてもよい。また、付勢手段２２による付勢力の代わりに、制動用永久磁石５やブレーキシュー６にかかる重力を用いてもよい。いずれの場合でも、付勢手段２２を省くことが可能である。
【００３２】
以上の実施例のブレーキ機能付きリニア駆動装置は、制動操作をするための専用動力源が不要であるために装置構造を単純化しつつも、電源喪失時は付勢力により制動機構が自動的に閉塞することで可動子を機械的に制止できる。また、動作中は推進力の印加と制動機構の開閉を順次独立に操作できることで振動や外力など外乱による停止位置精度の悪化を抑止することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  可動子、２  固定子、３  駆動用永久磁石、４  位置検出器、５  制動用永久磁石、６  ブレーキシュー、７  ガイド、８  スケール、９  レール、１０  ブレーキパッド、１１，１１１，１１２，１１３，１１４，１１５，１１６  コイル、１２  駆動用アンプ、１３  コントローラ、２１  ブレーキガイド、２２  付勢手段。
【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１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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【図１０−４】
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【図１１】
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