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技術 円筒型リニヤ駆動装置

出願人 株式会社セコー技研
発明者 伴五紀
出願日 2012年3月8日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2012-070266
公開日 2013年9月19日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2013-188122
状態 未査定
技術分野 往復動・振動型電動機
主要キーワード メガサイクル 外筐内 プランジヤ リニヤモータ 位置検知素子 電磁プランジャ 吸引駆動 設定ストローク
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

無音で作動し、駆動力の著しく大きい負荷のリニヤ駆動装置を得ることが目的である。

解決手段

円筒状の軟磁性体の内側に外側が固定された軟磁性体の円環よりなる複数個磁極と、隣接する磁極1組を励磁する励磁コイルと、円柱状の軟磁性体の両側部に設けた軸受により円筒状軟磁性体の軸線にそって滑動できるように支持された作動子に設けられるとともに、外側面が僅かな空隙を介して磁極面と対向する複数個の軟磁性体円柱と、位置検知素子により、軟磁性体円柱の位置を検出して得られる出力を介して対応する励磁コイルの通電を制御して軟磁性体円柱と磁極間相対駆動力を発生せしめる通電制御回路とより構成される。

概要

背景

同じ目的を達する為に電磁プランジヤがある。

概要

無音で作動し、駆動力の著しく大きい負荷のリニヤ駆動装置を得ることが目的である。円筒状の軟磁性体の内側に外側が固定された軟磁性体の円環よりなる複数個磁極と、隣接する磁極1組を励磁する励磁コイルと、円柱状の軟磁性体の両側部に設けた軸受により円筒状軟磁性体の軸線にそって滑動できるように支持された作動子に設けられるとともに、外側面が僅かな空隙を介して磁極面と対向する複数個の軟磁性体円柱と、位置検知素子により、軟磁性体円柱の位置を検出して得られる出力を介して対応する励磁コイルの通電を制御して軟磁性体円柱と磁極間相対駆動力を発生せしめる通電制御回路とより構成される。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

軸方向に左右に移動できるように外筐両端部の軸受により支持された作動子と、外筐内側に固着され、所定の軸間距離で保持された円環状の軟磁性体で作られた第1,第2の磁極を備えるとともに、第1,第2の磁極の外周にそれらの磁路となる軟磁性体を備えた複数組の磁極よりなる固定子と、前記した作動子と同軸で固着されるとともに、第1,第2の磁極間の距離に対応した複数個の軟磁性体円柱と、第1,第2の磁極を励磁する励磁コイルと、軟磁性体円柱の外周と対応する第1,第2の磁極内周とを僅かな空隙を介して対向して保持する手段と、磁極と軟磁性体円柱の軸方向の相対位置を検出して得られる位置検知信号若しくは設定された順序で得られる電気信号により対応する励磁コイルを通電することにより軟磁性体円柱と磁極間に磁気吸引力を発生して1方向に相対的な駆動力を発生する通電制御回路とにより構成されたことを特徴とする円筒型リニヤ駆動装置

技術分野

0001

機械装置の部材を設定ストロークだけ、通電制御により直線的に駆動させる手段として利用される。

背景技術

0002

同じ目的を達する為に電磁プランジヤがある。

発明が解決しようとする課題

0003

周知の電磁プランジャには次に述べる解決すべき課題となる問題点がある。第1の課題 作動時に大きい衝激音が発生する。第2の課題 最も出力の必要とする初期に最も駆動出力が小さく、動作の終了点で最も駆動力が大きくなる問題点がある。第3の課題 第1の課題を解決した手段もあるが、駆動ストロークが小さい欠点がある。

課題を解決するための手段

0004

軸方向に左右に移動できるように外筐両端部の軸受により支持された作動子と、外筐内側に固着され、所定の軸間距離で保持された円環状の軟磁性体で作られた第1,第2の磁極を備えるとともに、第1,第2の磁極の外周にそれらの磁路となる軟磁性体を備えた複数組の磁極よりなる固定子と、前記した作動子と同軸で固着されるとともに、第1,第2の磁極間の距離に対応した複数個の軟磁性体円柱と、第1,第2の磁極を励磁する励磁コイルと、軟磁性体円柱の外周と対応する第1,第2の磁極内周とを僅かな空隙を介して対向して保持する手段と、磁極と軟磁性体円柱の軸方向の相対位置を検出して得られる位置検知信号若しくは設定された順序で得られる電気信号により対応する励磁コイルを通電することにより軟磁性体円柱と磁極間に磁気吸引力を発生して1方向に相対的な駆動力を発生する通電制御回路とにより構成されたものである。

発明の効果

0005

無音負荷往動の駆動を直線的に行ない、円筒形ステッピング電動機若しくはリニヤ電動機を構成することができる。初期の駆動力が大きくその後の駆動力の低下の少ない負荷のリニヤ駆動装置が得られる。駆動力は従来の手段の6倍位となる効果がある。

図面の簡単な説明

0006

本発明装置の外観図本発明装置の断面図本発明装置の他の実施例の断面図作動子の移動距離と駆動力のグラフ磁極により発生する磁束の説明図励磁コイルの通電制御回路図

0007

第1,第2,...の励磁コイルに順次に通電することにより、対応する第1,第2の磁極を励磁して作動子の軟磁性体円柱を吸引して、作動子とこれに連設した負荷のリニヤ駆動を行なう。このときの駆動力は従来の手段の5〜6倍となる。励磁コイルの通電手段によりステッピング動作リニヤモータの動作を選択して実施することができる。

0008

図1以降について本発明の詳細を説明する。各図面の同一記号のものは同じ作用をする部材なので、その重複した説明は省略する。図1外観を示す図である。円柱状の外筺となる記号2の左右には側板3a,3bが固着され、作動子1が左右に駆動され、作動子1の左端には図示しない負荷が連設されている。図2図1横断面図である。図2において、軟磁性体製の円筒2は外筺を兼ねた磁路となる。円筒2の内周面には円環状の磁極4a,4bが突出して設けられる。磁極4a,4bの幅は等しく、それ等の離間距離は設定された幅この場合には磁極巾とされ、磁極4a,4bの間には円環状の励磁コイル5aが装着される。

0009

円筒2の両側には、図示していないが、前述した側板3a,3bが締着される。側板3a,3bの中央部の空孔は軸受となり、軟磁性体製の作動子となる円柱1を左右に滑動するように支持している。作動子1には、径の大きい軟磁性体円柱1a,1b,1c,...が切削加工で作られ、円柱の巾は磁極4a,4bの外側の距離と等しくされる。この等しい意味は少なくとも等しくされることで、多少の長さだけ大きくしても差支えない。円柱1a,1b,1c,...の外周と、磁極4a,4bの内周とは0.1〜0.2ミリメートルの空隙を介して対向し、円柱1の右端には負荷5が連設される。

0010

磁極4a,4bと同じ構成の磁極4c,4d、磁極4e,4f、磁極4g,4h、磁極4i,4j(この磁極は省略して図示していない。)が外筐2の内側に図示のように固着されている。各磁極と各円柱との相対位置は図示のようになっている。各1組磁極の外側間の距離(例えば矢印aで示すもの)は磁極巾とされているが、この値の1/2でもよい。円柱1aは図示のようにそれ等の右端が、磁極4bの左端と対向している。円柱1aの側面は磁極4bと空隙を介して対向する。上述した構成とする為の手段を次に説明する。軟化磁性体円環4aを作り、これを外筐2の内側に挿入固定する。次に円環状に捲回してプラスチック固化された励磁コイル5a外筐2の内側に挿入し、次に軟磁性体円環4bを作り、これを外筐2の内側に挿入固定する。他の磁極4c,4dとその励磁コイル5b等についても上述した手段により図示のように構成することができる。

0011

励磁コイル5a,5b,...の端子は外筐2に設けた細孔より外部に導出される。励磁コイル5に通電すると、磁束は磁極4a→円柱1a→磁極4b→外筺2→を通って閉回路となるので磁束量が大きく、従って矢印b方向の作動子となる円柱1の駆動力は大きくなり、負荷5を同方向に駆動する。通電を停止するとスプリングバックして、図示の状態に復帰する手段とすることもできる。上述した動作において、円柱1aと磁極4b間では矢印b方向の吸引力はないが、空隙部の対向面積が大きいので磁気抵抗が著しく小さく磁力線の量が大きくなる。この磁力線は円柱1aと磁極4aの端部の対向部の洩れ磁束となり矢印b方向の駆動力に大きく寄与する。従って従来のこの種のリニヤ駆動装置の6倍位の駆動力を得ることができる特徴がある。

0012

図4のグラフは、負荷駆動力のグラフでよこ軸は作動子1の移動距離、たて軸は吸引力である。周知の電磁プランジヤでは、曲線7で示すように初期の吸引力が小さく、終了時の吸引力が最大となる。本発明装置では、曲線8で示すように初期の吸引力が大きく、次に漸減する。従って大きい負荷の駆動を行なうことができる特徴がある。上述した作用を図5について説明する。図5において、磁極4a,円柱1aは断面を示し、端部の対向部には矢印の磁力線9a,9b,9cが発生する。このとき磁極4aはN極に励磁され、円柱1aは磁気誘導によりS極に励磁される。対向部の磁力線9aは矢印b方向の吸引力に余り影響がないが、矢印9b,9cの磁力線により矢印b方向の吸引力が得られる。矢印9aの磁力線による吸引力は励磁コイルの電流の2乗に比例し、矢印9b,9cの磁力線による吸引力は電流の1乗に比例する。又空隙長が0.1ミリメートル以下となると、矢印9aの磁力線は対向面に垂直となり吸引力が消失するので、図4のグラフの曲線8に示すように初期の吸引力が大きく平坦な吸引力となる特徴がある。以上の説明より理解されるように、通電の制御により、負荷の直線的な駆動を無音で、初期の駆動力の大きいモードで行うことができる特徴がある。

0013

図2において、励磁コイル5aに通電すると、作動子1は矢印b方向に磁極巾だけ駆動され、次に励磁コイル5bに通電すると、更に磁極巾だけ駆動される。上述したように、励磁コイルを記号5a→5b→5c→...と順次に通電することにより、作動子1は矢印b方向に磁極巾だけ駆動される。従って周知のステッピング電動機の通電をする電気回路を利用することによりリニヤステッピングモータを構成することができる。この場合の通電の順序は前述した通りであるが、逆の順序で通電すると逆方向に駆動される。作動子1を本体に固定し、外筐2を左右に駆動することもできる。この場合には負荷は外筐2に装着される。

0014

励磁コイルを記号5a→5b→5c→と通電すると作動子1は矢印b方向のステップ駆動となるが、励磁コイル5eの通電により、作動子1と磁極は図2の相対位置に復帰する。従って励磁コイルを更に記号5a→5b→5c→と通電することにより連続してステップ動作を行なうことができる。作動子1の往復動もできるが、スプリングを作動子1に設けてスプリングバックすることもできる。

0015

図3に示したものは、ステップストロークを磁極巾の1/2としたものである。点線C以降は点線Dの左方に示される。図3図2の装置の差は次に説明する点である。図3ステップストロークが1/2即ち磁極巾の1/2のステップストロークとなる。励磁コイルの通電の順序は、記号5i→5a→5b→5c→...となる。点線E,Fは、図2の下側の磁極を省略して示したものである。図2図3の装置は、位置検知装置付設することによりリニヤ電動機を構成することができる。次にその詳細を説明する。

0016

図2において、記号2は軟磁性体の外筐となる円筒の断面を示している。軟磁性体の円環4a,4b,4c,...は、その巾だけ離間して外周が円筒2の内側に固着される。記号5a,5b,5c,...は円環状に捲回してプラスチックで固化された励磁コイルである。各励磁コイルが通電されると、その両側の磁極はN,S極に励磁される。軟磁性体の作動子1にはこれより径の大きい円柱1a,1b,...,1dが同軸で固定され、作動子1は円筒2の左右に装着した軸受(図示せず)により左右に滑動するように支持される。

0017

円柱1a,1b,...の巾はN,S磁極の外側の巾と等しく、それ等の離間距離は円柱巾の2/3となっている。周知のパルス発振器により、励磁コイル5a,5b,...に順次に出力パルスを増巾して通電する場合の動作を次に説明する。第1のパルスにより、励磁コイル5aが通電されると、このときの矢印b方向の駆動力は前述したように著しく大きくなる作用効果がある。作動子1が磁極巾だけ移動すると連設した負荷5も同じ距離だけ駆動される。次に入力される第2,第3,第4の入力パルスにより励磁コイル5b,5c,5d,5eが通電されると、円柱1bは円柱1aの位置まで移動して1サイクルの通電が終了する。

0018

以上の説明より理解されるように、入力パルス5個を入力し、次の5個の入力パルスにより各励磁コイル5個を繰返して通電することにより所要の負荷5の駆動を行なうことができる。入力パルスによる励磁コイルの順序を逆転して、励磁コイル5d→5c→5b→5a→5eと通電することにより作動子1は左方に駆動される。作動子1にスプリングを設け作動子1を駆動の終了後に励磁コイルの通電を断つことにより原位置にスプリングバックすることもできる。

0019

上述した動作は作動子1を本体に固定し、円筒2を左右に可動できるように支持し、円筒2に負荷を装着しても実施できる。次に図2の装置をリニヤ電動機として動作せしめる場合について説明する。外筐となる円筒2には円形の細孔が設けられ、内側端延長線上にコイル(10〜20ターン位)10a,10b,...,10eが磁極巾のピッチで配設される。円柱1aの外側がコイル10a,10b,...に僅かな空隙を介して対向する。各コイルには1〜5メガサイクル位の高周波の通電が行なわれ、コイル面が円柱1a外側に対向すると銅損が増大してインピーダンスが変化する。この変化により円柱1a即ち作動子1の位置検出信号を得ることができる。

0020

次に図6につきその説明をする。図6において、記号10は1メガサイクルの発振回路で、その出力はコイル10a、抵抗15a,15b,15cよりなるブリッジ回路印加され、ダイオード11a,11b、コンデンサ12a,12bを介するオペアンプ13の入力は等しく、その出力はローレベルに保持されている。記号14a,14b,14c,14dで示すブロック回路は上述したコイル10aを含む回路と全く同じ構成のもので、コイル10aがそれぞれコイル10b,10c,10d,10eとなっている。図2のコイル10aが、円柱1aが右方に移動することにより円柱面端部に対向すると、円柱面の渦流損によりインピーダンスが低下して通電電流が増大する。従って図6のオペアンプ13の+端子の入力が増大してその出力がハイレベル転化するので、フリップフロップ回路(以降はF回路略称する)16の出力端子18aもハイレベルに転化する。

0021

図2の円柱1aが更に磁極巾だけ移動すると、その外側面がコイル10bに対向するので、F回路16aの下側の入力がハイレベルとなる。図示していないがF回路16a,16b,...の入力は、周知の手段によりみじかいパルス入力に転化されているので、ブロック回路14aの出力により、端子18aの出力は消滅し、端子18bの出力に転化する。同じ理由により、コイル10c,10d,10eによるブロック回路14b,14c,14dの出力により、端子18c,18d,18eの出力が順次に得られる。端子18a,18b,...,18eの出力により図2の励磁コイル5a,5b,...,5eの通電をすることにより円柱1a,1b,1c,1dは、矢印b方向に磁極により吸引駆動されてリニヤ電動機を構成することができる。駆動力は図5につき前述したように著しく大きくなる作用効果がある。

実施例

0022

ステッピング電動機の場合と同様に、励磁コイルの通電の順序を逆転することにより作動子1を左方に駆動することができる。図3において、図2の場合と同様な手段で位置検知用のコイル10a,10b,10c,...8個を磁極巾の1/2のピッチで配設し、これより得られる位置検知信号により、励磁コイル5a,5b,...,5iの通電制御をすることによりリニヤ電動機を構成することができる。

0023

1円柱状の作動子
1a,1b軟磁性体円柱
2 軟磁性体円筒外筐
4a,4b,4c,4d,...磁極
3a,3b側板
5負荷
5a,5b,5c,...励磁コイル
7,8吸引力の曲線
9a,9b,9c磁気吸引力の曲線
10a,10b,10c,...位置検知コイル
10発振
13オペアンプ
16a,16b,16c,...フリップフロップ回路

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