(57)【要約】【課題】  リニアモータ可動子が進退移動している時のエネルギーを有効に利用することで、停止直前の電力供給を不要にして可動子を停止させることができるシャフト型リニアモータを提供する。【解決手段】  複数個のマグネットＮ，Ｓ…を配置して構成されたシャフト型リニアモータ固定子１と、このリニアモータ固定子１を移動可能に挿通した円筒状のリニアモータ可動子２とからなるリニアモータ駆動機構３によって、リニアモータ可動子２がリニアモータ固定子１に沿って進退移動するシャフト型リニアモータにおいて、リニアモータ可動子２への供給電流遮断時に、この供給電流の遮断に基づいてリニアモータ可動子２の進退移動側のシリンダー４内の空気圧を制御してリニアモータ可動子２の推力を低下させて制動する制御手段８を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のマグネットを配置して構成されたシャフト型リニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子を移動可能に挿通したリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動するシャフト型リニアモータにおいて、
少なくとも前記リニアモータ可動子が該リニアモータ可動子を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー内に収容されているとともに、このリニアモータ可動子への供給電流遮断時にリニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動する制動手段を備えていることを特徴とするシャフト型リニアモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフト型リニアモータに関し、リニアモータ可動子が進退移動している時のエネルギーを有効に利用することで、停止直前の電力供給を不要にして可動子を停止させるシャフト型リニアモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、回転子としての磁石を備え、その外周を取り囲むように配置した固定子としてのコイルを備えている回転型モータはよく知られている。この回転型モータは、回生電力が大きいので、運転停止直前（回転子の停止直前）に供給電流を遮断すると、大きい回生電力によって別途電力を消費することなく、つまり電源から電力を供給することなく運転を停止（回転子を停止）させることができる。
【０００３】
一方、複数個のマグネットを配置して構成されたシャフト型リニアモータ固定子と、このリニアモータ固定子を移動可能に挿通した筒状のリニアモータ可動子とからなるリニアモータ駆動機構によって、前記リニアモータ可動子が前記リニアモータ固定子に沿って進退移動するシャフト型リニアモータもよく知られている。ところが、このシャフト型リニアモータは、前記回転型モータと比較して回生電力が小さいので、運転停止直前（リニアモータ可動子の停止直前）に供給電流を遮断しても、回生電力によって運転を停止（リニアモータ可動子を停止）させることができず、逆に、電源から電力を供給しなければならない。
【０００４】
なぜなら、同じ出力の回転型モータとシャフト型リニアモータにおいて、回転型モータの場合は、回転子に備えられるコイルの電線量が少ないので、直流抵抗が小さく、この小さい直流抵抗と比較して自己インダクタンスが大きいため、電磁誘導作用により起電力を発生させやすい。このため、自己インダクタンスによる回生電力は大きくなり、電源から電力を供給することなく運転を停止（回転子を停止）させることができる。一方、可動子にコイルが備えられているシャフト型リニアモータでは、回転型モータの回転子に備えられるコイルの電線量と比較して数十倍程度多くなり、直流抵抗も数十倍程度多くなって、自己インダクタンスは回転型モータの自己インダクタンスと比較して相当に小さくなる。すなわち、シャフト型リニアモータにおいて、リニアモータ可動子の停止直前に供給電流を遮断し、リニアモータ可動子の移動時に供給される電力を可動子のコイル（自己インダクタンス）で回収しても自己インダクタンスが小さいために、回収できても微小な上に、コイルを流れる時に熱に変換して消費されることになり、電源から電力を供給しなければ慣性で移動しているリニアモータ可動子を停止させることはできない。
【０００５】
今、回転型モータとシャフト型リニアモータとを、図４に示す等価回路に置き換えて両者のインピーダンスＺｒを比較する。
【０００６】
まず、回転型モータのインピーダンスＺｒを算出する。
時定数τ＝８．７ｍｓｅｃ
Ｕ−Ｖ相間抵抗Ｒｒ＝０．４５Ω
Ｕ−Ｖ相間インダクタンス（計算値）Ｌｒ＝３．９ｍＨ
軸速度１．３ｍ／ｓｅｃで移動している時にモータへ印加する電圧の正弦波周波数ｆ＝２３８Ｈｚ、ここで、ω＝２πｆとすると（ω：角周波数ｒａｄ／ｓｅｃ）
以上の条件において、回転型モータのインピーダンスＺｒは、下記の数式１の計算式で算出される。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
つぎに、シャフト型リニアモータのインピーダンスＺｒを算出する。
時定数τ＝１．７ｍｓｅｃ
Ｕ−Ｖ相間抵抗Ｒｒ＝１５．０Ω
Ｕ−Ｖ相間インダクタンス（計算値）Ｌｓ＝２５．５ｍＨ
軸速度１．３ｍ／ｓｅｃで移動している時にモータへの印加電圧周波数ｆ＝１１Ｈｚ
以上の条件において、シャフト型リニアモータのインピーダンスＺｒは、下記の数式２の計算式で算出される。
【０００９】
【数２】
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【００１０】
前記の計算式で算出されたインピーダンスを比較すると、抵抗の要素とコイルの要素が影響し、コイルの要素が格段に異なることがわかる。そして、シャフト型リニアモータもインダクタンスを増やせば、運転停止直前（リニアモータ可動子の停止直前）に供給電流を遮断した場合の電力供給を小さく抑えて、回生電力によって運転を停止（リニアモータ可動子を停止）させることができると考えられるが、実際上は、インダクタンスを増やそうと検討しても、コイルのターン数を変更することは現実的に無理があるとともに、印加電圧周波数ｆを上げようとしても、磁極ピッチを狭めることになり、磁石の内部磁束が増加し、結果としてリニアモータで使用できる磁束が減少し、推力が減ることになるので設計上の無理がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
すなわち、シャフト型リニアモータでは、リニアモータ可動子の停止直前に供給電流を遮断し、リニアモータ可動子の移動時に供給される電力を可動子のコイル（自己インダクタンス）で回収しても自己インダクタンスが小さいために、電源から電力を供給しなければ慣性で移動しているリニアモータ可動子を停止させることはできないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、このような問題を解決し、リニアモータ可動子が進退移動している時のエネルギーを有効に利用することで、停止直前の電力供給を不要にして可動子を停止させることができるシャフト型リニアモータを提供することを目的としている。
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明に係るシャフト型リニアモータは、少なくとも前記リニアモータ可動子が該リニアモータ可動子を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー内に収容されているとともに、このリニアモータ可動子への供給電流遮断時にリニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動する制動手段を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、リニアモータ可動子への供給電流遮断時に、リニアモータ可動子の進退移動側のシリンダー内流体圧を制御してリニアモータ可動子の推力を低下させて制動するようにしていることから、停止直前の電力供給を不要にしてリニアモータ可動子を停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態のシリンダーを除去して示す斜視図、図２は図１の縦断側面図、図３は本発明の一実施形態を示す全体構成図である。図１，図２において、シャフト型リニアモータは、丸シャフト型のリニアモータ固定子１と、円筒状のリニアモータ可動子２とを備えている。
【００１６】
丸シャフト型のリニアモータ固定子１は、複数個のマグネット（永久磁石）Ｎ，Ｓ…を軸方向（リニアモータ可動子２の進退移動方向）につなぎ合わせて磁性材料によってなる筒体１Ａの内部に収容配置した構造のもので、円筒状のリニアモータ可動子２は、リニアモータ固定子１の筒体１Ａを挿通して該リニアモータ固定子１に沿って移動可能に軸方向（リニアモータ可動子２の進退移動方向）に配置された複数個の電磁コイル２Ａと、これら複数個の電磁コイル２Ａを内蔵した磁性材料によってなる筒体２Ｂとを備えており、リニアモータ固定子１とリニアモータ可動子２とでリニアモータ駆動機構３を構成している。
【００１７】
図３に示すように、リニアモータ固定子１とリニアモータ可動子２は、リニアモータ可動子２を所定のストローク量で進退移動させ得るシリンダー４内に気密に収容されている。なお、シリンダー４は磁性材料によって構成することが好ましい。また、リニアモータ可動子２の内周面とリニアモータ固定子１の外周面との間には、第１シールリング５を介在させて気密を保持した状態で、リニアモータ可動子２がリニアモータ固定子１を案内として進退移動できるように構成されており、シリンダー４の内周面とリニアモータ可動子２の外周面との間には、第２シールリング６を介在させて気密を保持した状態で、リニアモータ可動子２がシリンダー４内で進退移動できるように構成してある。
【００１８】
シリンダー４における軸方向の一端部（前端部）を封止している封止板４Ａには、吸排気孔５Ａを設け、軸方向の他端部（後端部）を封止している封止板４Ｂには、吸排気孔５Ｂを設けてある。そして、これら封止板４Ａ，４Ｂの内周面とリニアモータ固定子１における軸端部側の外周面との間に第３シールリング７を介在させて気密を保持してある。
【００１９】
一方、シャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子２の進行方向（図３の実線矢印）移動側におけるシリンダー４内の空気圧を制御して、リニアモータ可動子２の進行推力を低下させて制動するとともに、リニアモータ可動子２の後退方向（図３の破線矢印）移動側におけるシリンダー４内の空気圧を制御して、リニアモータ可動子２の後退推力を低下させて制動する制動手段８を備えている。
【００２０】
制動手段８は、リニアモータ可動子２が実線矢印方向に前進して、ストローク前端ＰＸ１に到達する手前でリニアモータ可動子２への供給電流が遮断されるＰ１位置から導出されて、電磁弁Ｍｇ１を介設した前進側の第１排気通路８Ａと、ストローク前端ＰＸ１に相当する前端部の封止板４Ａから導出されて、電磁弁Ｍｇ２と絞り弁ＳＴＶ１とを直列に介設した前進側の第２排気通路８Ｂと、前端部の封止板４Ａから導出されて、電磁弁ＡＭｇ１を介設した吸気通路８Ｃおよびリニアモータ可動子２が破線矢印方向に後退して、ストローク後端ＰＸ２に到達する手前でリニアモータ可動子２への供給電流が遮断されるＰ２位置から導出されて、電磁弁Ｍｇ３を介設した後退側の第１排気通路８Ｄと、ストローク後端ＰＸ２に相当する後端部の封止板４Ｂから導出されて、電磁弁Ｍｇ４と絞り弁ＳＴＶ２とを直列に介設した後退側の第２排気通路８Ｅと、後端部の封止板４Ｂから導出されて、電磁弁ＡＭｇ２を介設した吸気通路８Ｆとを備えている。
【００２１】
シャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子２への供給電流が遮断されるＰ１位置とＰ２位置において、コントローラ１０から出力される制御信号に基づいて、制動手段８の電磁弁Ｍｇ１，電磁弁Ｍｇ２，電磁弁ＡＭｇ１，電磁弁Ｍｇ３，電磁弁Ｍｇ４，電磁弁ＡＭｇ２が開閉制御される。
【００２２】
前記構成において、リニアモータ可動子２の後端が後端部の封止板４Ｂ内面に当接している状態、つまりリニアモータ可動子２がストローク後端で停止している状態から、リニアモータ駆動機構３によってリニアモータ可動子２が実線矢印方向に前進する場合は、コントローラ１０から出力される制御信号によって、電磁弁Ｍｇ１，電磁弁ＡＭｇ１，電磁弁Ｍｇ３および電磁弁ＡＭｇ２がそれぞれ弁開され、電磁弁Ｍｇ２および電磁弁Ｍｇ４が弁閉されることで、リニアモータ可動子２のスムーズな前進が許容される。
【００２３】
リニアモータ可動子２が前進して、ストローク前端ＰＸ１に到達する手前のリニアモータ可動子２への供給電流が遮断されるＰ１位置に到達すると、コントローラ１０は、前記供給電流の遮断に基づいて制御信号を出力して、電磁弁Ｍｇ２を弁開し、電磁弁Ｍｇ１と電磁弁ＡＭｇ１を弁閉する。これにより、Ｐ１位置とストローク前端ＰＸ１とのに間に存在する空気の排気量が絞り弁ＳＴＶ１の絞り作用によって抑えられて、空気圧が制御されるのでリニアモータ可動子２の推力を低下させて制動することができる。
【００２４】
一方、リニアモータ可動子２の前端が前端部の封止板４Ａ内面に当接している状態、つまりリニアモータ可動子２がストローク前端で停止している状態から、リニアモータ駆動機構３によってリニアモータ可動子２が破線矢印方向に後退する場合は、コントローラ１０から出力される制御信号によって、電磁弁Ｍｇ１，電磁弁ＡＭｇ１，電磁弁Ｍｇ３および電磁弁ＡＭｇ２がそれぞれ弁開され、電磁弁Ｍｇ２および電磁弁Ｍｇ４が弁閉されることで、リニアモータ可動子２のスムーズな後退が許容される。
【００２５】
リニアモータ可動子２が後退して、ストローク後端ＰＸ２に到達する手前のリニアモータ可動子２への供給電流が遮断されるＰ２位置に到達すると、コントローラ１０は、前記供給電流の遮断に基づいて制御信号を出力して、電磁弁Ｍｇ３を弁開し、電磁弁Ｍｇ３と電磁弁ＡＭｇ２を弁閉する。これにより、Ｐ２位置とストローク後端ＰＸ２との間に存在する空気の排気量が絞り弁ＳＴＶ２の絞り作用によって抑えられて、空気圧が制御されるのでリニアモータ可動子２の推力を低下させて制動することができる。
【００２６】
このように、本発明に係るシャフト型リニアモータは、リニアモータ可動子２への供給電流遮断時に、この供給電流の遮断に基づいてリニアモータ可動子２の進退移動側のシリンダー４内の空気圧を制御してリニアモータ可動子２の推力を低下させて制動するようにしていることから、停止直前の電力供給を不要にしてリニアモータ可動子２を停止させることができる。
【００２７】
なお、シャフト型リニアモータでは、供給電流の遮断時にリニアモータ可動子２の電磁コイル２Ａに流れる電流が瞬間的に多くなる電気的な特性を有しているので、この電気的な特性を検出してコントローラ１０に入力し、これに基づいてコントローラ１０から出力される制御信号によって、前述のように空気圧を制御して、リニアモータ可動子２の推力を低下させて制動するようにしてもよい。
【００２８】
また、図３において二点鎖線で示すように、リニアモータ固定子１に軸方向の貫通孔１１を設け、この貫通孔１１の一端部に前進側の第１排気通路８Ａと後退側の第１排気通路８Ｄとを接続することで、リニアモータ固定子１を空冷する効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態のシリンダーを除去して示す斜視図である。
【図２】図１の縦断側面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す全体構成図である。
【図４】モータを置き換えた等価回路図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  リニアモータ固定子
２  リニアモータ可動子
３  リニアモータ駆動機構
４  シリンダー
８  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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