メカトロニクス情報誌
2015 年 1 月 1 日 発行

めかとろ通信

新電元メカトロニクス株式会社

第 18 号

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

＜ VCM（ムービングコイル型）＞
当社の主力商品であるソレノイドは、さまざまな種類のあるクチュエータにムービングコイル型アクチュエータがありまアクチュエータの中の電気エネルギを機械エネルギに変換するす。今回はこのアクチュエータの特徴を、ソレノイドやモータもので、その作用は電磁エネルギを使用しています。同様なアと比較しながら解説します。

■ 原理・ソレノイドとの比較
ムービングコイル型アクチュエータは、原理的にはスピーカとなく、力の発生方向は一定です。ムービングコイル型は固定と同じ原理で推力を発生します。このため、ボイスコイルモー配置された永久磁石から供給される磁束と、コイルに流す電流

タ (VCM) とも呼ばれています。

固定部は永久磁石とヨークで力が発生し、電流の方向を反転させると力の方向も反転しまからなる磁気回路で構成され、ここで生成された磁界の中に可す。したがって、ソレノイドの場合には吸着後に復帰させる場動コイルが配置されています。可動部はコイルで構成され、こ合には復帰ばね等を用いる必要がありますが、ムービングコイれに電流を供給するためのリード線と、可動部を支持するためル型の場合には逆方のシャフトや軸受が用意されています。

向に通電することでコイルに通電すると、コイルの置かれた場所の磁束と電流の作用で推力が発生します。これはフレミングの左手の法則として知られています。近年は希土類磁石により、小型で強力な永復帰、または駆動すコイルることが可能です。

センターポール( 磁路 )モータは連続で回久磁石が実用化され、ムービングコイル型の性能向上の大きな転運動しますが、そ要因になっていまの回転中、発生トルす。一 般 的 な リ ニクが一様ではなく脈ア型のアクチュ動が生じます。これ

エータであるソレをコギングと呼びまノ イ ド と 異 な り、すが、ムービングコ可動する部分がコイル型は原理的にコイルのみで構成さギングを生じませコーン紙

れ ま す。従 っ て 可ん。微細な制御を要
マグネット

動部が軽量となり、ヨーク( 磁路 )応答速度を上げる

求する際には大きなメリットです。

ことが可能です。

ムービングコイル

ソレノイドは鉄型は、高速で可動するコイルに電流を供給する必要があるた

MM30CX186 VCM

心を磁化してこれめ、リード線を可とう性のある電線で構成する必要があり、を吸着することで力を発生しますが、鉄の磁化曲線は直線ではこれが性能・寿命の点で大きな注意点で、設計する上でのポイなく、このためコイルに流す電流と得られる吸着力の関係は非ントです。また、コイルに通電すると発熱しますが、直接接触線形になります。ムービングコイル型の場合には磁界は永久磁するのは巻枠しかなく、放熱経路が限られます。このため、大石から与えられたもので変動しませんから、この非直線性の影電力に耐えるのは困難で、発生推力の制約になっています。

響を受けることがなく、コイルに流す電流と得られる力の関係ソレノイドで制御性を高めたものに比例ソレノイドがあり、は非常に良好です。このため軽量な可動部に加えて駆動電流にこれは数 mm から 10mm 程度の範囲のものが実用化されてい対する精度も高く、極めてよい制御性が得られます。精密な位ます。ムービングコイル型では大ストロークへ対応するには大置制御や、押圧力制御が可能です。最近の HDD ドライブは高型化が避けられず、通常は 5mm 程度が実用的なところです。

容量化が進み、その記録トラックの間隔は数十 nm とも言われなお、回転型のモータでも、制御性を高めるためにロータかています。記録ヘッドをこのピッチで制御可能にしているのはら鉄心を除き、コイルのみが回転するようにしたものがあり、VCM 駆動ヘッドです。

コアレスモータと呼ばれています。回転部の慣性質量が極めてソレノイドは鉄心をコイルで磁化することによって吸着力を発生しますが、このときコイルに流す電流の方向に依存するこ

小さく、良好な制御性が得られるためサーボモータとして使用されています。

Shindengen Mechatronics Co.,Ltd.

新電元メカトロニクス

＜ VCM（ムービングコイル型）＞

第 18 号■ 駆動についてShindengen Mechatronics Co.,Ltd.

ムービングコイル型の特徴を生かすには適切な方法で駆路を構成する必要があります。位置制御の構成例を下動することが不可欠です。単なる ON/OFF であれば通常の図に示します。古典制御理論といわれる PID 制御を行う

ソレノイドと変わることはありませんが、位置制御、圧力構成です。マイコン等を利用してデジタル的に処理する例

制御等を行う場合には制御対象からの情報を元にサーボ回が増えていますが、基本は変わりません。

補正値

演算(PID)
誤差

電力増幅
極性制御
(PWM)
（H-Bridge)

駆動電流

アクチュエータ
（VCM)

比較

指令

制御対象

位置センサ
位置信号

■ 駆動回路について
VCM を含むソレノイドを電気的に駆動する際に注意の必ソレノイドと同じようにムービングコイル型もコイルは要な点がいくつかあります。これらはコイルの持つインダ銅線で作られています。銅は正方向の温度係数を持ち、温クタンスに起因します。コイルに鉄心を持つソレノイドは度上昇と共に電気抵抗が変化します。このため、通電には大きなインダクタンスを持ちます。インダクタンスは電流この影響を避けるために定電流制御を行う必要があります。の流れを阻害する方向で作用し、電圧を加えてから電流がこの方法としては PWM 制御が一般的に採用されています。

上昇し、推力が発生するまでの時間遅れを生じます。電流

ただし、高精度、超高速制御が必要な場合にはリニア制御を遮断するときには逆方向に起電力を生じ、接点やスイッが使われることもあります。リニア制御は高性能が得られチング素子に損傷を与えます。このために、通電回路にはますが、損失が大きいので注意が必要です。

この対策が不可欠です。ムービングコイル型の可動子もコムービングコイル型の特徴を生かすには絶対値の制御にイルですからインダクタンスを有しますが、一般的なソレ加えて極性の制御が必要です。この用途には DC モータの駆ノイドよりも小さく、良好な制御性の一因となっています。

動用に用意された、H ブリッジと呼ばれるドライバが便利でこの特徴を有効に生かすには、できるだけ高めの電圧で駆す。電源は一台で済み、論理信号のみで制御できるうえ、動し、電流の立ち上がり速度を確保します。小さいとはい

PWM 制御部を併せ持つものもあり、ムービングコイル型のえインダクタンスを持ちますので、逆起電力への対策は必駆動にも適当なものとなっています。ブラシ付き DC モータ

須です。両極性で使用されるムービングコイル型の場合にドライバとして検索していただければ適当なものが見つかはバリスタ等の挿入が有効です。

ると思います。

■ 応用例○高速駆動と高精度な位置決め
各種精密ステージの微動軸駆動、チップマウンタの実装ヘッド Z 軸
光学レンズのフォーカシング
ワイヤーボンダーのヘッド駆動○微妙な加圧制御ダイボンダー、研磨機等のヘッド加重制御
ミシン等のテンションコントロール
リモートコントローラ等のフォースフィードバック○ 高応答性加振アクチュエータ、アクティブ制振、リニアコンプレッサ
カッティングマシンのヘッド駆動■この資料の内容は改良の為、お断り無く変更することがありますのでご了承ください「めかとろ通信」に関するお問い合わせは2015 年 1 月現在

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