リニアモータ
【課題】リニアモータを小型化することにある。
【解決手段】外周面にコイル組立体２０が取り付けられるロッド１１と、ロッド１１を囲むように磁石組立体１４が装着されるモータケース１２とを有するリニアモータであって、円筒形状の２つの永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性の磁石端面を隣接させて磁石組立体１４を形成し、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂの半分の軸方向長さを有する８つのコイル２１を相互にコイル端面を隣接させてコイル組立体２０を形成する。コイル組立体２０のうち１組以上のコイル２１の隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより磁石組立体１４の磁束を引き付け、コイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に向けて同極性励磁を移動励磁する。
【解決手段】外周面にコイル組立体２０が取り付けられるロッド１１と、ロッド１１を囲むように磁石組立体１４が装着されるモータケース１２とを有するリニアモータであって、円筒形状の２つの永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性の磁石端面を隣接させて磁石組立体１４を形成し、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂの半分の軸方向長さを有する８つのコイル２１を相互にコイル端面を隣接させてコイル組立体２０を形成する。コイル組立体２０のうち１組以上のコイル２１の隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより磁石組立体１４の磁束を引き付け、コイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に向けて同極性励磁を移動励磁する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動子を直線方向に駆動するリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは、回転形のモータのような遠心力による加速制限がなく、高速駆動が可能であるとともに位置決め精度が高いため、例えば、工業製品の生産や組立ラインにおける位置決め装置や搬送装置などの駆動源として用いられている。リニアモータは、複数のコイルを直線方向に並べて配置されたコイル組立体と、コイル組立体に対向して配置される磁石組立体とを有しており、それぞれのコイルに形成される磁極（極性）を切り換えることで、コイル組立体と磁石組立体との電磁気力により、コイル組立体と磁石組立体とが直線方向に相対駆動されるようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、固定子側にコイル組立体が取り付けられ、コイル組立体を取り囲むように移動子側に円筒形状の磁石組立体が装着された磁石可動型のリニアモータが記載されている。このリニアモータは、移動子としてのテーブルを直線方向に往復動するようにしたテーブル式となっている。コイル組立体の各コイルには相互に位相が１２０°ずれた３相交流電流がドライバーから供給されており、各コイルに供給される電流の向きを切り換えることにより、それぞれのコイルに形成される磁極の向きが切り換えられる。これにより、コイル組立体と磁石組立体との電磁気力の生じる場所が切り替わるので、磁石組立体が装着されたテーブルが直線方向に駆動される。
【０００４】
また、特許文献２には、固定子側に円筒形状のコイル組立体が取り付けられ、コイル組立体に挿通されるように移動子側に磁石組立体が装着されたリニアモータが記載されている。このリニアモータは、移動子としてのロッドを直線方向に往復動するようにしたロッド式となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９１２２０号公報
【特許文献２】特開２００７−２８２４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載されるように、コイル組立体の各コイルに交流電流をドライバーから供給し、各コイルに供給される電流の向きを切り換えることにより、それぞれのコイルに形成される磁極の向きを切り換えるようにした交流型のリニアモータでは、移動子の位置を検出するためのセンサが設けられている。そして、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御を行い、移動子を所望の位置に位置決めするようにしている。そのため、移動子の位置を検出するためのセンサが必須となり、リニアモータが大型化することとなる。
【０００７】
本発明の目的は、リニアモータを小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のリニアモータは、外周面にコイル組立体が取り付けられたロッドと、前記ロッドを取り囲むように配置される磁石組立体とを有し、前記ロッドと前記磁石組立体の一方が前記ロッドの軸方向に一定のストロークで往復動するリニアモータであって、軸方向に着磁された円筒形状の複数の永久磁石を相互に同極性の磁石端面を隣接させて径方向集中磁束を生じる前記磁石組立体を形成し、それぞれ前記永久磁石の半分の軸方向長さを有する複数のコイルを相互にコイル端面を隣接させて前記ロッドの軸方向に並べて前記コイル組立体を形成し、前記コイル組立体のうち１組以上の前記コイルの隣接された前記コイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより前記磁石組立体の前記径方向集中磁束を引き付け、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁するコイル通電制御手段を有し、前記ロッドと前記磁石組立体とを前記ストロークの範囲において、軸方向に相対駆動することを特徴とする。
【０００９】
本発明のリニアモータは、他の組の前記コイルの隣接させた前記コイル端面の極性を異極性励磁し、前記複数のコイルにそれぞれ供給される電流の向きを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁と前記異極性励磁を移動励磁することを特徴とする。
【００１０】
本発明のリニアモータは、隣り合う前記コイルが相互に逆巻きとなるように配置し、電流が供給される前記コイルを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁することを特徴とする。
【００１１】
本発明のリニアモータは、前記コイルに供給される電流値を段階的に変化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明のリニアモータは、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに軸方向に往復動自在に装着し、前記ケースに前記磁石組立体を固定し、前記ロッドを直線方向に駆動することを特徴とする。
【００１３】
本発明のリニアモータは、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに固定し、前記ケースに当該ケースの長手方向に往復動自在に装着される往復動部材に前記磁石組立体を連結し、前記往復動部材と前記磁石組立体を直線方向に駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コイル組立体のうち１組以上のコイルの隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより磁石組立体の径方向集中磁束を引き付け、コイル組立体の一端側から他端側に向けて同極性励磁を移動励磁するようにしてので、同極性励磁を移動励磁する毎にロッドと磁石組立体の一方をコイルの軸方向長さ分ずつ軸方向に駆動することが可能となる。そのため、ロッドと磁石組立体の一方つまり移動子の位置を検出するためのセンサを設けることなく、コイルに供給される直流電流の向きの切り換え、または直流電流が供給されるコイルの切り換えのスイッチング回数に応じて所望の位置に移動子を駆動することができる。すなわち、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御する必要がなくオープンループ制御が可能であるため、リニアモータにセンサを設ける必要がなく、リニアモータを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態であるリニアモータの断面図である。
【図２】図１におけるα−α線に沿う断面図である。
【図３】図１におけるβ−β線に沿う断面図である。
【図４】図１に示すリニアモータの動作を示す説明図である。
【図５】図１および図４に示す各位置における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は図５に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図７】図５に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図８】磁石組立体とコイル組立体の変形例を示す図５に対応する説明図である。
【図９】（Ａ）は図８に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図あり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１０】図８に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図１１】（Ａ）はコイル組立体の給電回路の変形例を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１２】コントローラの制御プログラムの変形例を示す図７に対応するタイムチャートである。
【図１３】他の実施形態における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す図５に対応する説明図である。
【図１４】（Ａ）は図１３に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１５】図１３に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の他の実施形態であるリニアモータの断面図である。
【図１７】図１６に示すリニアモータの平面図である。
【図１８】図１６に示すリニアモータの正面図である。
【図１９】図１６におけるγ−γ線に沿う断面図である。
【図２０】図１６に示すリニアモータの右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。このモータは、図１に示すように、ロッド１１をその軸方向つまり直線方向に一定のストロークで往復動するロッド式のリニアモータであり、軸方向に延びる移動子としてのロッド１１と、ロッド１１を軸方向に往復動自在に装着する固定子としてのモータケース１２とを有している。
【００１７】
アルミ合金等により形成されるモータケース１２は、ロッド１１の軸方向に延びる断面略長方形の筒形状をしており、その軸心には軸方向に貫通する円孔１３が形成されている。円孔１３の内周面には、モータケース１２の軸方向中央部に位置して磁石組立体１４が取り付けられている。磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された２つの円筒形状の永久磁石１５ａ，１５ｂを備えており、軸方向に着磁された各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面を同極（Ｓ極）同士が向き合うように相互に突き当てた状態で、円孔１３の内周面に締結される係止部材１６によりモータケース１２に固定されている。このモータケース１２には、ロッド１１が円孔１３内に挿通されて軸方向に往復動自在に装着されている。
【００１８】
なお、モータケース１２の外周面には複数の取付孔が形成されており、当該取付孔に締結されるねじ部材によりリニアモータが図示しない搬送装置等に装着されるようになっている。また、図２および図３に示すように、モータケース１２の外周面にはモータケース１２の軸方向に沿ってセンサ溝１２ａが形成されており、ロッド１１の位置を検出するための図示しないセンサをセンサ溝１２ａに取付可能となっている。
【００１９】
鉄などの強磁性体材料により形成されるロッド１１は、その軸方向両端部がモータケース１２の円孔１３から軸方向両側へ突出され、モータケース１２の両端部にそれぞれ固定された一対のガイド部材１７により摺動自在に支持されている。ロッド１１の軸方向基端側の外周面にはロッド１１の軸方向に沿ってストローク溝１８が形成されており、モータケース１２に締結されて円孔１３内に突出されたねじ部材１９の先端部がロッド１１のストローク溝１８内に挿入されている。このストローク溝１８の軸方向長さはロッド１１の往復動ストロークに対応して形成されており、ストローク溝１８の軸方向端面がねじ部材１９の先端部に当接されることにより、ロッド１１の軸方向への移動が制限されるようになっている。また、ロッド１１の軸方向先端側の端部には、図示しない被駆動部材をロッド１１に取り付けるための取付孔１１ａが形成されており、当該取付孔１１ａに締結されるねじ部材により被駆動部材がロッド１１に取り付けられて、被駆動部材がロッド１１とともに軸方向に往復動されるようになっている。
【００２０】
このロッド１１の軸方向中央部は磁石組立体１４内に挿通されており、ロッド１１の軸方向中央部の外周面には、磁石組立体１４と径方向に所定の隙間を介して対向するコイル組立体２０が取り付けられている。コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂのほぼ半分の軸方向長さに形成された８つのコイル２１を備えており、ロッド１１の外周面に重ね巻きされた各コイル２１のコイル端面を相互に隣接させて形成されている。つまり、コイル組立体２０は、各コイル２１のコイル端面を相互に突き当てた状態でロッド１１の軸方向に並べて固定されている。コイル組立体２０の各コイル２１は、ロッド１１の軸方向基端部に設けられたコネクタ２３にそれぞれ電気的に接続されており、コネクタ２３を介してコイル組立体２０の各コイル２１にそれぞれ給電することで、ロッド１１が軸方向に往復動されるようになっている。
【００２１】
なお、ロッド１１の往復動ストロークは、コイル組立体２０の軸方向長さと磁石組立体１４の軸方向長さとの関係で設定され、ロッド１１が軸方向に移動する際にコイル組立体２０と磁石組立体１４とが対向する軸方向範囲がロッド１１の往復動ストロークとなる。つまり、コイル組立体２０の軸方向長さと磁石組立体１４の軸方向長さとの差により、ロッド１１の往復動ストロークが設定されている。
【００２２】
図４は図１に示すリニアモータの動作を示す説明図であり、図５は図１および図４に示す各位置における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す説明図である。図６（Ａ）は図５に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図６（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。図７は図５に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【００２３】
図５に示すように、磁石組立体１４は、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性（Ｓ極）の磁石端面を隣接させて固定されている。つまり、磁石組立体１４は軸方向両端部がＮ極、軸方向中央部がＳ極となるように固定されている。これにより、各永久磁石１５ａ，１５ｂの相互に隣接する磁石端面の近傍、つまり磁石組立体１４の中央部で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、Ａ相コイル群２５を構成する４つのコイル２１Ａ１〜２１Ａ４と、Ｂ相コイル群２６を構成する４つのコイル２１Ｂ１〜２１Ｂ４とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へＡ相Ｂ相交互に配置されている。
【００２４】
このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図６（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれシリーズ結線されている。図６（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４の順となり、Ｂ相コイル群２６はコイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４の順となっている。
【００２５】
バイポーラ駆動方式では、各相のコイル群２５，２６の巻き線両端にコネクタ２３の端子３０〜３３がそれぞれ接続され、各相のコイル群２５，２６がそれぞれ４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８とブリッジ接続されている。Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１の一端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ａ４の一端が端子３１に接続されており、各端子３０，３１がトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を介して直流電源３６の正極および負極にそれぞれ接続されている。同様に、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１の一端が端子３２に接続されるとともにコイル２１Ｂ４の一端が端子３３に接続されており、各端子３２，３３がトランジスタＴｒ５〜Ｔｒ８を介して直流電源３６の正極および負極にそれぞれ接続されている。直流電源３６の正極側に配されたトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、コレクタＣに直流電源３６の正極が接続され、エミッタＥに端子３０〜３３がそれぞれ接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。直流電源３６の負極側に配されたトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ７，Ｔｒ８は、コレクタＣに端子３０〜３３がそれぞれ接続され、エミッタＥに直流電源３６の負極が接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。
【００２６】
コントローラ３７からトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５には矢印Ａｘ方向の直流電流が供給される。また、コントローラ３７からトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５には矢印Ａｙ方向の直流電流が供給される。同様に、コントローラ３７からトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６には矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給される。また、コントローラ３７からトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６には矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給される。バイポーラ駆動方式では、このようにして各相のコイル群２５，２６に供給される直流電流の向きを切り換えることで、各相のコイル群２５，２６のコイル２１に形成される磁極の向きが切り換えられる。
【００２７】
コイル通電制御手段としてのコントローラ３７は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、制御プログラム、演算式等を格納するメモリ（ＲＯＭ）、一時的にデータを格納するメモリ（ＲＡＭ）等を有している。コントローラ３７には初期設定により原点位置が設定されており、作業者によりロッド１１の目標位置や駆動速度等の情報が入力されると、それに基づいて各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号のスイッチング回数Ｎやスイッチング周期Ｔなどが演算される。そして、予め格納された制御プログラムを基に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御されて、コイル組立体２０の各コイル２１に形成される磁極の向きが切り換えられ、磁石組立体１４とコイル組立体２０との磁気吸引力により、ロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００２８】
次に、ロッド１１を軸方向基端側から軸方向先端側へ向けて駆動する際のリニアモータの動作について説明する。モータが図１に示すステップ０の状態では、ロッド１１が軸方向基端側のストローク端に位置されており、コイル組立体１４の軸方向先端側の端部が磁石組立体１４に対向して配置されている。コントローラ３７からはトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６，Ｔｒ７にそれぞれ駆動信号が送られ、Ａ相コイル群２５に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給されるとともに、Ｂ相コイル群２６に矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給されている。コイル組立体２０の各コイル２１には、コイル２１の巻き方向とコイル２１に供給される直流電流の向きとの関係から、図５（Ａ）に示すような磁極が形成されている。
【００２９】
各相のコイル群２５，２６には同一方向（矢印Ａｙ、Ｂｙ方向）の直流電流が供給されているため、各相のコイル群２５，２６の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ３にＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、各相のコイル群２５，２６の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４，２１Ｂ２，２１Ｂ４にＮ−Ｓ方向の磁極が形成されている。これにより、Ａ相コイル群２５の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３とＢ相コイル群２６の偶数番目のコイル２１Ｂ２，２１Ｂ４（注：コイル２１Ｂ４の右隣にはコイルな無いが、もしも更にコイル２１Ａ５があれば以下の記述となる）との相互に隣接するコイル端面が同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ｂ２とコイル２１Ａ３はＳ極同士で対向する。また、Ａ相コイル群２５の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４とＢ相コイル群２６の奇数番目のコイル２１Ｂ１，２１Ｂ３との相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ｂ１とコイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ３とコイル２１Ａ４はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち３組（コイル２１Ａ５がもしあれば４組）の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０のうち他の組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ異極性励磁されている。
【００３０】
このコイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面の極性と、当該磁石端面に対応する各コイル２１のコイル端面の極性とが逆極性となるようにロッド１１が位置されている。つまり、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１が当該位置に保持され、ロッド１１が図１に示す状態となっている。
【００３１】
各相のコイル群２５，２６にそれぞれ矢印Ａｙ、Ｂｙ方向の直流電流が供給されている状態つまりステップ０から、コントローラ３７からの駆動信号によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５に供給される直流電流の向きが矢印Ａｘ方向に切り換えられる（ステップ１）。つまり、Ａ相コイル群２５の各コイル２１に形成される磁極の向きが反対方向に切り換えられる。Ａ相コイル群２５にはステップ０の場合と反対方向（矢印Ａｘ方向）の直流電流が供給されるため、図５（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４とＢ相コイル群２６の奇数番目のコイル２１Ｂ１，２１Ｂ３とにＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、Ａ相コイル群２５の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３とＢ相コイル群２６の偶数番目のコイル２１Ｂ２，２１Ｂ４とにＮ−Ｓ方向の磁極が形成される。これにより、各相のコイル群２５，２６の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ３の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ａ１とコイル２１Ｂ１、コイル２１Ａ３とコイル２１Ｂ３はそれぞれＳ極同士で対向する。また、各相のコイル群２５，２６の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４，２１Ｂ２，２１Ｂ４の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ａ２とコイル２１Ｂ２、コイル２１Ａ４とコイル２１Ｂ４はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち４組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０のうち他の組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ異極性励磁されている。
【００３２】
したがって、ステップ０の状態からステップ１の状態に切り換えられると、コイル２１の突き合わされたコイル端面の極性が同極性励磁された位置がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向基端側にずれることとなる。つまり、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁する。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ａ）に示す状態に駆動される。
【００３３】
続いて、ステップ１の状態からトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６に供給される直流電流の向きが矢印Ｂｘ方向に切り換えられる（ステップ２）。つまり、Ｂ相コイル群２６の各コイル２１に形成される磁極の向きが反対方向に切り換えられ、図５（Ｃ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１に形成された磁極と反対方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。これにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁する。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｂ）に示す状態に駆動される。
【００３４】
同様に、ステップ２の状態からＡ相コイル群２５に供給される直流電流の向きが矢印Ａｙ方向に切り換えられ（ステップ３）、図５（Ｄ）に示すように、ステップ１の状態において各コイル２１に形成された磁極と反対方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。また、ステップ３の状態からＢ相コイル群２６に供給される直流電流の向きが矢印Ｂｙ方向に切り換えられ（ステップ４）、図５（Ｅ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１に形成された磁極と同一方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。
【００３５】
このようにして、コントローラ３７により各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御プログラムに基づいて切り換えられると、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁がコイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁される。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように軸方向に駆動される。
【００３６】
逆に、ロッド１１を軸方向先端側から軸方向基端側へ向けて駆動する場合には、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁がコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁されるように、図７に示す制御プログラムと反対の制御がコントローラ３７により行われる。
【００３７】
このように、コイル組立体２０の各コイル２１を直流電源にそれぞれ接続し、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換えることによりそれぞれのコイル２１に形成される磁極の向きを切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１を軸方向に駆動するようにしたので、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換える毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。すなわち、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換えることにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁をコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁し、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付けるようにしたので、同極性励磁および異極性励磁を移動励磁する毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。そのため、交流型のリニアモータのようにロッド１１の位置を検出するためのセンサを設けることなく、直流電流の向きを切り換える回数（スイッチング回数Ｎ）に応じて所望の位置にロッド１１を駆動することができる。つまり、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御する必要がなくオープンループ制御が可能であるため、リニアモータにセンサを設ける必要がなく、リニアモータを小型化することができる。
【００３８】
さらに、永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性の磁石端面を隣接させて磁石組立体１４を形成したので、磁石組立体１４は相互に隣接する磁石端面の近傍に径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）が形成され、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくすることができる。また、コイル組立体２０のうち１組以上のコイルの隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁するようにしたので、コイル組立体２０は互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）が形成され、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくすることができる。これにより、ロッド１１を軸方向に駆動する際の推力を向上することができる。
【００３９】
図８は磁石組立体とコイル組立体の変形例を示す図５に対応する説明図であり、図９（Ａ）は図８に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図９（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図であり、図１０は図８に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。なお、図８〜図１０において上記部材と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図８に示すように、磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された３つの円筒形状の永久磁石１５ａ〜１５ｃを備え、隣接する永久磁石１５ａ〜１５ｃの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ〜１５ｃを相互に同極性の磁石端面を隣接させて固定されている。つまり、真ん中に配置される永久磁石１５ｂの軸方向先端側には、永久磁石１５ａが相互に隣接する磁石端面を同極性（Ｓ極）として突き当てられ、永久磁石１５ｂの軸方向基端側には、永久磁石１５ｃが相互に隣接する磁石端面を同極性（Ｎ極）として突き当てられている。これにより、各永久磁石１５ａ〜１５ｃの相互に隣接する磁石端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ〜１５ｃのほぼ半分の軸方向長さに形成された１２個のコイル２１を備え、Ａ相コイル群２５を構成する６つのコイル２１Ａ１〜２１Ａ６と、Ｂ相コイル群２６を構成する６つのコイル２１Ｂ１〜２１Ｂ６とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へＡ相Ｂ相交互に配置されている。
【００４１】
このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図９（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれシリーズ結線されている。図９（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４、コイル２１Ａ５、コイル２１Ａ６の順となり、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４、コイル２１Ｂ５、コイル２１Ｂ６の順となっている。各相のコイル群２５，２６に供給される電流の向きは、コントローラ３７から各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号により図１０に示すように制御される。このコントローラ３７による制御プログラムは、図５に示す制御プログラムと同様となっており、上記動作と同様の動作によりロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００４２】
このように、磁石組立体１４を構成する永久磁石の数は任意に変更可能であり、永久磁石の数を増やすことにより、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくし、ロッド１１を軸方向に駆動する際の推力を向上させることができる。また、コイル組立体２０を構成するコイル２１の数も任意に変更可能であり、コイル２１の数を増やすことによりロッド１１の往復動ストロークを大きくすることが可能である。例えば、コイル組立体２０を構成するコイル２１の数を１０個とする場合には、Ａ相コイル群２５のコイル２１の数を５つ、Ｂ相コイル群２６のコイル２１の数を５つとすれば良い。
【００４３】
図１１（Ａ）はコイル組立体の給電回路の変形例を示す配線図であり、図１１（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。なお、図１１（Ａ）、（Ｂ）において上記部材と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図１１（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれパラレル結線されている。図１１（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４の順となり、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４の順となっている。このように、各相のコイル群２５，２６の結線方法としてはシリーズ結線に限定されず、各相のコイル群２５，２６をパラレル結線により結線するようにしても良い。
【００４４】
図１２はコントローラの制御プログラムの変形例を示す図７に対応するタイムチャートであり、図１２において上記部材と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すコントローラ３７の制御プログラムでは、各相のコイル群２５，２６に供給される直流電流の向きが切り換えられる毎に、各コイル２１に一定の電流値の直流電流が供給されており、コイル２１の軸方向長さ分ずつ、つまり図１および図４に示すステップ毎にロッド１１が軸方向に移動するようになっている。一方、図１２に示すコントローラ３７の制御プログラムでは、各コイル２１に供給される直流電流の電流値を段階的に変化させるようにしている。すなわち、図１および図４に示す各ステップ間において、各コイル２１には同一方向の直流電流が供給されており、その電流値を４段階に切り換えている。例えば、Ａ相コイル群２５を見ると、ステップ０からステップ１の間では矢印Ａｙ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に減少されており、ステップ１からステップ２の間では矢印Ａｘ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に増加されている。また、ステップ２からステップ３の間では矢印Ａｘ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に減少され、ステップ３からステップ４の間では矢印Ａｙ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に増加されている。
【００４５】
各ステップ間において各コイル２１に供給される直流電流の電流値が段階的に変化されると、各コイル２１に生じる径方向の磁束の密度が変化し、磁石組立体１４とコイル組立体２０と電磁気力の生じる位置がコイル組立体２０の軸方向に段階的に切り換えられる。これにより、各ステップ間においてロッド１１を段階的に駆動することができるようになっている。したがって、直流電流の電流値の切り換え回数に応じて、各ステップの中間位置にロッド１１を移動することが可能となる。このように、各コイル２１に供給される直流電流の電流値を段階的に変化させることで、リニアモータをマイクロステップ制御するようにしても良い。なお、本実施の形態においては、ロッド１１が各ステップ間を４段階に駆動するように、各ステップ間における電流値の４段階に切り換えるようにしたが、電流値の切り換え回数は任意に変更可能である。
【００４６】
図１３は他の実施形態における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す図５に対応する説明図であり、図１４（Ａ）は図１３に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図１４（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図であり、図１５は図１３に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。なお、図１３〜図１５において上記部材と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図１３に示すように、磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された２つの永久磁石１５ａ，１５ｂを備え、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性（Ｓ極）の磁石端面を隣接させて固定されている。これにより、各永久磁石１５ａ，１５ｂの相互に隣接する磁石端面の近傍、つまり磁石組立体１４の中央で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂのほぼ半分の軸方向長さに形成された８つのコイル２１を備え、Ａｘ相コイル群２５を構成する２つのコイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２と、Ｂｘ相コイル群２６を構成する２つのコイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２と、Ａｙ相コイル群２７を構成する２つのコイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２と、Ｂｙ相コイル群２８を構成する２つのコイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へ上記の順で交互に配置されている。
【００４８】
このモータは２相励磁のユニポーラ駆動方式となっており、図１４（Ａ）に示すように、コイル組立体２０の各相のコイル群２５〜２８がそれぞれシリーズ結線されている。図１４（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａｘ１は時計方向に巻き、コイル２１Ｂｘ１は反時計方向に巻き、以下交互に巻き方向が異なっている。コイル２１同士の接続は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５はコイル２１Ａｘ１、コイル２１Ａｘ２の順に、Ａｙ相コイル群２７はコイル２１Ａｙ１、コイル２１Ａｙ２の順となり、Ｂｘ相コイル群２６はコイル２１Ｂｘ１、コイル２１Ｂｘ２の順に、Ｂｙ相コイル群２８はコイル２１Ｂｙ１、コイル２１Ｂｙ２の順となっている。
【００４９】
ユニポーラ駆動方式では、各相のコイル群２５〜２８の巻き線一端が共通の端子３０を介して直流電源３６の正極にそれぞれ接続され、各相のコイル群２５〜２８の巻き線他端が端子３１〜３４を介してそれぞれ１つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に直列接続されている。Ａｘ相およびＡｙ相コイル群２５，２７は、コイル２１Ａｘ１，２１Ａｙ１の一端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ａｘ２，２１Ａｙ２の他端が端子３１，３３にそれぞれ接続されており、各端子３１，３３がトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３を介して直流電源３６の負極にそれぞれ接続されている。同様に、Ｂｘ相およびＢｙ相コイル群２６，２８は、コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｙ１の他端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ｂｘ２，２１Ｂｙ２の一端が端子３２，３４にそれぞれ接続されており、各端子３２，３４がトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４を介して直流電源３６の負極にそれぞれ接続されている。各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４は、コレクタＣに端子３１〜３４がそれぞれ接続され、エミッタＥに直流電源３６の負極が接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。
【００５０】
コントローラ３７からトランジスタＴｒ１に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ１がＯＮ状態となり、Ａｘ相コイル群２５に矢印Ａｘ方向の直流電流が供給される。同様に、コントローラ３７からトランジスタＴｒ２に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ２がＯＮ状態となり、Ｂｘ相コイル群２６に矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給される。コントローラ３７からトランジスタＴｒ３に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ３がＯＮ状態となり、Ａｙ相コイル群２７に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給される。コントローラ３７からトランジスタＴｒ４に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ４がＯＮ状態となり、Ｂｙ相コイル群２８に矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給される。ユニポーラ駆動方式では、このようにして直流電流が供給されるコイル群２５〜２８を切り換えることで、各相のコイル群２５〜２８の各コイル２１に形成される磁極の有無が切り換えられる。
【００５１】
コントローラ３７は、予め格納された制御プログラムを基に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に送られる駆動信号を制御して、直流電流が供給されるコイル２１を切り換え、つまり各コイル２１に形成される磁極の有無を切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力より、ロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００５２】
次に、ロッド１１を軸方向基端側から軸方向先端側へ向けて駆動する際のリニアモータの動作について説明する。モータが図１に示すステップ０の状態では、ロッド１１が軸方向基端側のストローク端に位置されており、コイル組立体２０の軸方向先端側の端部が磁石組立体１４に対向して配置されている。コントローラ３７からトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３にそれぞれ駆動信号が送られ、Ｂｘ相コイル群２６に矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給されるとともに、Ａｙ相コイル群２７に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給されている。Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２には、コイル２１の巻き方向とコイル２１に供給される直流電流の向きとの関係から、図１３（Ａ）に示すような磁極が形成されている（ステップ０）。
【００５３】
Ｂｘ相コイル群２６とＡｙ相コイル群２７との対応するコイル２１同士は反対の巻き方向となるように結線されているため、Ｂｘ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、Ａｙ相コイル群２７の各コイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成されている。これにより、Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ｂｘ１とコイル２１Ａｙ１、コイル２１Ｂｘ２とコイル２１Ａｙ２はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち２組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性は同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。
【００５４】
このコイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束（径方向集中磁束）を引き付け、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面の極性と、当該磁石端面に対応する各コイル２１のコイル端面の極性とが逆極性となるようにロッド１１が位置されている。つまり、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１が当該位置に保持され、ロッド１１が図１に示す状態となっている。
【００５５】
Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７にそれぞれ矢印Ｂｘ、Ａｙ方向の直流電流が供給されている状態つまりステップ０から、コントローラ３７からの駆動信号によりトランジスタＴｒ１がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ３がＯＦＦ状態となり、直流電流が供給されるコイル群がＡｙ相コイル群２７からＡｘ相コイル群２５に切り換えられる（ステップ１）。Ａｘ相コイル群２５とＢｘ相コイル群２６との対応するコイル２１同士は反対の巻き方向となるように結線されているため、図１３（Ｂ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｘ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。これにより、Ａｘ相およびＢｘ相コイル群２５，２６の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２，２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ａｘ１とコイル２１Ｂｘ１、コイル２１Ａｘ２とコイル２１Ｂｘ２とはそれぞれＳ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち２組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。
【００５６】
したがって、ステップ０の状態からステップ１の状態に切り換えられると、コイル２１の突き合わされたコイル端面の極性が同極性励磁された位置がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側にずれるとともに、その極性がＮ極からＳ極に切り換えられる。つまり、コイル組立体２０に生じる同極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁するとともに、その極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４の両端部に生じる磁束を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ａ）に示す状態に駆動される。
【００５７】
続いて、ステップ１の状態からトランジスタＴｒ４がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ２がＯＦＦ状態となり、直流電流が供給されるコイル群がＢｘ相コイル群２６からＢｙ相コイル群２８に切り換えられる（ステップ２）。つまり、図１３（Ｃ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｙ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。これにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁するとともにその極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｂ）に示す状態に駆動される。
【００５８】
同様に、ステップ２の状態から直流電流が供給されるコイル群がＡｘ相コイル群２５からＡｙ相コイル群２７に切り換えられ（ステップ３）、図１３（Ｄ）に示すように、Ａｙ相コイル群２７の各コイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｙ相コイル群２８の各コイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。また、ステップ３の状態のから直流電流が供給されるコイル群がＢｙ相コイル群２８からＢｘ相コイル群２６に切り換えられ（ステップ４）、図１３（Ｅ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２に形成された磁極と同一方向の磁極が各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にそれぞれ形成される。
【００５９】
このようにして、コントローラ３７により各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御プログラムに基づいて切り換えられると、コイル組立体２０に生じる同極性励磁がコイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁されるとともに、その極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように軸方向に駆動される。
【００６０】
逆に、ロッド１１を軸方向先端側から軸方向基端側へ向けて駆動する場合には、コイル組立体２０に生じる同極性励磁がコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁されるように、図１５に示す制御プログラムと反対の制御がコントローラ３７により行われる。
【００６１】
このように、コイル組立体２０の各コイル２１を直流電源にそれぞれ接続し、直流電流が供給されるコイル２１を切り換えることにより磁極が形成されるコイル２１を切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１を軸方向に駆動するようにしたので、直流電流が供給されるコイル２１を切り換える毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。すなわち、直流電流の供給されるコイル２１を切り換えることにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁をコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁し、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束を引き付けるようにしてので、同極性励磁を移動励磁する毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。これにより、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
このユニポーラ駆動方式においては、バイポーラ駆動方式に比べて磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力が小さくなるためロッド１１の推力が低下する一方、トランジスタの数を少なくすることができるため、給電回路の構造やコントローラ３７による制御を簡略化することが可能となる。なお、ユニポーラ駆動方式においても、磁石組立体１４を構成する永久磁石の数やコイル組立体２０を構成するコイル２１の数は任意に変更可能であることはもちろんである。また、ユニポーラ駆動方式においても、マイクロステップ制御が可能であることはもちろんである。
【００６３】
図１６は本発明の他の実施形態であるリニアモータの断面図であり、図１７は図１６に示すリニアモータの平面図であり、図１８は図１６に示すリニアモータの正面図である。図１９は図１６におけるγ−γ線に沿う断面図であり、図２０は図１６に示すリニアモータの右側面図である。なお、図１６〜２０において上記と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
このモータは、図１６に示すように、リニアテーブル（往復動部材）４１を直線方向に一定のストロークで往復動するテーブル式のリニアモータであり、軸方向に延びる固定子としてのロッド４２を備えたモータケース４３と、モータケース４３に往復動自在に装着される移動子としてのリニアテーブル４１とを有している。
【００６５】
アルミ合金等により形成されるモータケース４３は、図１９に示すように、ロッド４２の軸方向に延びる断面略Ｕ字形状の基台４４と、基台４４の底壁部４４ａに対向して固定されるガイドレール４５と、基台４４の軸方向両端部に固定される一対の端壁４６とを備えており、その内部には断面略長方形のスライダ収容室４７が軸方向に沿って形成されている。ガイドレール４５には、ロッド４２の軸方向と直交する方向に開口するストローク溝４８が形成されており、ストローク溝４８はリニアテーブル４１の往復動ストロークに対応してロッド４２の軸方向に沿って形成されている。このモータケース４３には、ガイドレール４５に沿って軸方向に往復動自在にリニアテーブル４１が装着されている。
【００６６】
リニアテーブル４１には、ストローク溝４８内に挿通される一対の連結部材４９が締結されており、連結部材４９がストローク溝４８の軸方向端面に当接されることにより、リニアテーブル４１の軸方向への移動が制限されるようになっている。また、リニアテーブル４１は、一対の連結部材４９を介して、モータケース４３のスライダ収容室４７に軸方向に移動自在に収容されたスライダ５０に連結されている。スライダ５０はモータケース４３の軸方向に延びる断面略長方形をしており、その軸心には軸方向に貫通する円孔５１が形成されて、円孔５１の内周面に磁石組立体１４が取り付けられている。
【００６７】
一方、モータケース４３のスライダ収容室４７には、鉄などの強磁性体材料により形成されるロッド４２が収容され、ロッド４２の軸方向両端部が一対の端壁４６により固定されている。ロッド４２の軸方向中央部は磁石組立体１４内に挿通されており、ロッド４２の軸方向中央部の外周面には、磁石組立体１４と径方向に所定の隙間を介して対向するコイル組立体２０が取り付けられている。このコイル組立体２０の各コイル２１は、ロッド１１の軸方向基端部に設けられたケーブル５２を介して給電回路に接続されており、各コイル２１に形成される磁極が切り換えられることで、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力により、磁石組立体１４が取り付けられたリニアテーブル４１が軸方向に駆動されるようになっている。このように、リニアモータはロッド式に限定されず、テーブル式としても良い。
【００６８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態においては、コイル組立体２０の各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換える、または直流電流が供給されるコイル２１を切り換えるために、給電回路に複数のトランジスタを設けるようにしたが、トランジスタの代わりに他のスイッチング素子等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１１ ロッド
１１ａ 取付孔
１２ モータケース
１２ａ センサ溝
１３ 円孔
１４ 磁石組立体
１５ａ〜１５ｃ 永久磁石
１６ 係止部材
１７ ガイド部材
１８ ストローク溝
１９ ねじ部材
２０ コイル組立体
２１ コイル
２１Ａ１〜２１Ａ６，２１Ｂ１〜２１Ｂ６ コイル
２１Ａｘ１，２１Ａｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２ コイル
２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２ コイル
２３ コネクタ
２５ Ａ相コイル群、Ａｘ相コイル群
２６ Ｂ相コイル群、Ｂｘ相コイル群
２７ Ａｙ相コイル群
２８ Ｂｙ相コイル群
３０〜３４ 端子
３６ 直流電源
３７ コントローラ（コイル通電制御手段）
４１ リニアテーブル（往復動部材）
４２ ロッド
４３ モータケース
４４ 基台
４４ａ 底壁部
４５ ガイドレール
４６ 端壁
４７ スライダ収容室
４８ ストローク溝
４９ 連結部材
５０ スライダ
５１ 円孔
５２ ケーブル
Ｔｒ１〜Ｔｒ８ トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動子を直線方向に駆動するリニアモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リニアモータは、回転形のモータのような遠心力による加速制限がなく、高速駆動が可能であるとともに位置決め精度が高いため、例えば、工業製品の生産や組立ラインにおける位置決め装置や搬送装置などの駆動源として用いられている。リニアモータは、複数のコイルを直線方向に並べて配置されたコイル組立体と、コイル組立体に対向して配置される磁石組立体とを有しており、それぞれのコイルに形成される磁極（極性）を切り換えることで、コイル組立体と磁石組立体との電磁気力により、コイル組立体と磁石組立体とが直線方向に相対駆動されるようになっている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、固定子側にコイル組立体が取り付けられ、コイル組立体を取り囲むように移動子側に円筒形状の磁石組立体が装着された磁石可動型のリニアモータが記載されている。このリニアモータは、移動子としてのテーブルを直線方向に往復動するようにしたテーブル式となっている。コイル組立体の各コイルには相互に位相が１２０°ずれた３相交流電流がドライバーから供給されており、各コイルに供給される電流の向きを切り換えることにより、それぞれのコイルに形成される磁極の向きが切り換えられる。これにより、コイル組立体と磁石組立体との電磁気力の生じる場所が切り替わるので、磁石組立体が装着されたテーブルが直線方向に駆動される。
【０００４】
また、特許文献２には、固定子側に円筒形状のコイル組立体が取り付けられ、コイル組立体に挿通されるように移動子側に磁石組立体が装着されたリニアモータが記載されている。このリニアモータは、移動子としてのロッドを直線方向に往復動するようにしたロッド式となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２９１２２０号公報
【特許文献２】特開２００７−２８２４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載されるように、コイル組立体の各コイルに交流電流をドライバーから供給し、各コイルに供給される電流の向きを切り換えることにより、それぞれのコイルに形成される磁極の向きを切り換えるようにした交流型のリニアモータでは、移動子の位置を検出するためのセンサが設けられている。そして、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御を行い、移動子を所望の位置に位置決めするようにしている。そのため、移動子の位置を検出するためのセンサが必須となり、リニアモータが大型化することとなる。
【０００７】
本発明の目的は、リニアモータを小型化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のリニアモータは、外周面にコイル組立体が取り付けられたロッドと、前記ロッドを取り囲むように配置される磁石組立体とを有し、前記ロッドと前記磁石組立体の一方が前記ロッドの軸方向に一定のストロークで往復動するリニアモータであって、軸方向に着磁された円筒形状の複数の永久磁石を相互に同極性の磁石端面を隣接させて径方向集中磁束を生じる前記磁石組立体を形成し、それぞれ前記永久磁石の半分の軸方向長さを有する複数のコイルを相互にコイル端面を隣接させて前記ロッドの軸方向に並べて前記コイル組立体を形成し、前記コイル組立体のうち１組以上の前記コイルの隣接された前記コイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより前記磁石組立体の前記径方向集中磁束を引き付け、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁するコイル通電制御手段を有し、前記ロッドと前記磁石組立体とを前記ストロークの範囲において、軸方向に相対駆動することを特徴とする。
【０００９】
本発明のリニアモータは、他の組の前記コイルの隣接させた前記コイル端面の極性を異極性励磁し、前記複数のコイルにそれぞれ供給される電流の向きを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁と前記異極性励磁を移動励磁することを特徴とする。
【００１０】
本発明のリニアモータは、隣り合う前記コイルが相互に逆巻きとなるように配置し、電流が供給される前記コイルを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁することを特徴とする。
【００１１】
本発明のリニアモータは、前記コイルに供給される電流値を段階的に変化させることを特徴とする。
【００１２】
本発明のリニアモータは、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに軸方向に往復動自在に装着し、前記ケースに前記磁石組立体を固定し、前記ロッドを直線方向に駆動することを特徴とする。
【００１３】
本発明のリニアモータは、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに固定し、前記ケースに当該ケースの長手方向に往復動自在に装着される往復動部材に前記磁石組立体を連結し、前記往復動部材と前記磁石組立体を直線方向に駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コイル組立体のうち１組以上のコイルの隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより磁石組立体の径方向集中磁束を引き付け、コイル組立体の一端側から他端側に向けて同極性励磁を移動励磁するようにしてので、同極性励磁を移動励磁する毎にロッドと磁石組立体の一方をコイルの軸方向長さ分ずつ軸方向に駆動することが可能となる。そのため、ロッドと磁石組立体の一方つまり移動子の位置を検出するためのセンサを設けることなく、コイルに供給される直流電流の向きの切り換え、または直流電流が供給されるコイルの切り換えのスイッチング回数に応じて所望の位置に移動子を駆動することができる。すなわち、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御する必要がなくオープンループ制御が可能であるため、リニアモータにセンサを設ける必要がなく、リニアモータを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態であるリニアモータの断面図である。
【図２】図１におけるα−α線に沿う断面図である。
【図３】図１におけるβ−β線に沿う断面図である。
【図４】図１に示すリニアモータの動作を示す説明図である。
【図５】図１および図４に示す各位置における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は図５に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図７】図５に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図８】磁石組立体とコイル組立体の変形例を示す図５に対応する説明図である。
【図９】（Ａ）は図８に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図あり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１０】図８に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図１１】（Ａ）はコイル組立体の給電回路の変形例を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１２】コントローラの制御プログラムの変形例を示す図７に対応するタイムチャートである。
【図１３】他の実施形態における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す図５に対応する説明図である。
【図１４】（Ａ）は図１３に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。
【図１５】図１３に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【図１６】本発明の他の実施形態であるリニアモータの断面図である。
【図１７】図１６に示すリニアモータの平面図である。
【図１８】図１６に示すリニアモータの正面図である。
【図１９】図１６におけるγ−γ線に沿う断面図である。
【図２０】図１６に示すリニアモータの右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。このモータは、図１に示すように、ロッド１１をその軸方向つまり直線方向に一定のストロークで往復動するロッド式のリニアモータであり、軸方向に延びる移動子としてのロッド１１と、ロッド１１を軸方向に往復動自在に装着する固定子としてのモータケース１２とを有している。
【００１７】
アルミ合金等により形成されるモータケース１２は、ロッド１１の軸方向に延びる断面略長方形の筒形状をしており、その軸心には軸方向に貫通する円孔１３が形成されている。円孔１３の内周面には、モータケース１２の軸方向中央部に位置して磁石組立体１４が取り付けられている。磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された２つの円筒形状の永久磁石１５ａ，１５ｂを備えており、軸方向に着磁された各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面を同極（Ｓ極）同士が向き合うように相互に突き当てた状態で、円孔１３の内周面に締結される係止部材１６によりモータケース１２に固定されている。このモータケース１２には、ロッド１１が円孔１３内に挿通されて軸方向に往復動自在に装着されている。
【００１８】
なお、モータケース１２の外周面には複数の取付孔が形成されており、当該取付孔に締結されるねじ部材によりリニアモータが図示しない搬送装置等に装着されるようになっている。また、図２および図３に示すように、モータケース１２の外周面にはモータケース１２の軸方向に沿ってセンサ溝１２ａが形成されており、ロッド１１の位置を検出するための図示しないセンサをセンサ溝１２ａに取付可能となっている。
【００１９】
鉄などの強磁性体材料により形成されるロッド１１は、その軸方向両端部がモータケース１２の円孔１３から軸方向両側へ突出され、モータケース１２の両端部にそれぞれ固定された一対のガイド部材１７により摺動自在に支持されている。ロッド１１の軸方向基端側の外周面にはロッド１１の軸方向に沿ってストローク溝１８が形成されており、モータケース１２に締結されて円孔１３内に突出されたねじ部材１９の先端部がロッド１１のストローク溝１８内に挿入されている。このストローク溝１８の軸方向長さはロッド１１の往復動ストロークに対応して形成されており、ストローク溝１８の軸方向端面がねじ部材１９の先端部に当接されることにより、ロッド１１の軸方向への移動が制限されるようになっている。また、ロッド１１の軸方向先端側の端部には、図示しない被駆動部材をロッド１１に取り付けるための取付孔１１ａが形成されており、当該取付孔１１ａに締結されるねじ部材により被駆動部材がロッド１１に取り付けられて、被駆動部材がロッド１１とともに軸方向に往復動されるようになっている。
【００２０】
このロッド１１の軸方向中央部は磁石組立体１４内に挿通されており、ロッド１１の軸方向中央部の外周面には、磁石組立体１４と径方向に所定の隙間を介して対向するコイル組立体２０が取り付けられている。コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂのほぼ半分の軸方向長さに形成された８つのコイル２１を備えており、ロッド１１の外周面に重ね巻きされた各コイル２１のコイル端面を相互に隣接させて形成されている。つまり、コイル組立体２０は、各コイル２１のコイル端面を相互に突き当てた状態でロッド１１の軸方向に並べて固定されている。コイル組立体２０の各コイル２１は、ロッド１１の軸方向基端部に設けられたコネクタ２３にそれぞれ電気的に接続されており、コネクタ２３を介してコイル組立体２０の各コイル２１にそれぞれ給電することで、ロッド１１が軸方向に往復動されるようになっている。
【００２１】
なお、ロッド１１の往復動ストロークは、コイル組立体２０の軸方向長さと磁石組立体１４の軸方向長さとの関係で設定され、ロッド１１が軸方向に移動する際にコイル組立体２０と磁石組立体１４とが対向する軸方向範囲がロッド１１の往復動ストロークとなる。つまり、コイル組立体２０の軸方向長さと磁石組立体１４の軸方向長さとの差により、ロッド１１の往復動ストロークが設定されている。
【００２２】
図４は図１に示すリニアモータの動作を示す説明図であり、図５は図１および図４に示す各位置における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す説明図である。図６（Ａ）は図５に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図６（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。図７は図５に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。
【００２３】
図５に示すように、磁石組立体１４は、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性（Ｓ極）の磁石端面を隣接させて固定されている。つまり、磁石組立体１４は軸方向両端部がＮ極、軸方向中央部がＳ極となるように固定されている。これにより、各永久磁石１５ａ，１５ｂの相互に隣接する磁石端面の近傍、つまり磁石組立体１４の中央部で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、Ａ相コイル群２５を構成する４つのコイル２１Ａ１〜２１Ａ４と、Ｂ相コイル群２６を構成する４つのコイル２１Ｂ１〜２１Ｂ４とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へＡ相Ｂ相交互に配置されている。
【００２４】
このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図６（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれシリーズ結線されている。図６（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４の順となり、Ｂ相コイル群２６はコイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４の順となっている。
【００２５】
バイポーラ駆動方式では、各相のコイル群２５，２６の巻き線両端にコネクタ２３の端子３０〜３３がそれぞれ接続され、各相のコイル群２５，２６がそれぞれ４つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８とブリッジ接続されている。Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１の一端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ａ４の一端が端子３１に接続されており、各端子３０，３１がトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を介して直流電源３６の正極および負極にそれぞれ接続されている。同様に、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１の一端が端子３２に接続されるとともにコイル２１Ｂ４の一端が端子３３に接続されており、各端子３２，３３がトランジスタＴｒ５〜Ｔｒ８を介して直流電源３６の正極および負極にそれぞれ接続されている。直流電源３６の正極側に配されたトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ５，Ｔｒ６は、コレクタＣに直流電源３６の正極が接続され、エミッタＥに端子３０〜３３がそれぞれ接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。直流電源３６の負極側に配されたトランジスタＴｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ７，Ｔｒ８は、コレクタＣに端子３０〜３３がそれぞれ接続され、エミッタＥに直流電源３６の負極が接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。
【００２６】
コントローラ３７からトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５には矢印Ａｘ方向の直流電流が供給される。また、コントローラ３７からトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５には矢印Ａｙ方向の直流電流が供給される。同様に、コントローラ３７からトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６には矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給される。また、コントローラ３７からトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＮ状態かつトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６には矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給される。バイポーラ駆動方式では、このようにして各相のコイル群２５，２６に供給される直流電流の向きを切り換えることで、各相のコイル群２５，２６のコイル２１に形成される磁極の向きが切り換えられる。
【００２７】
コイル通電制御手段としてのコントローラ３７は、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、制御プログラム、演算式等を格納するメモリ（ＲＯＭ）、一時的にデータを格納するメモリ（ＲＡＭ）等を有している。コントローラ３７には初期設定により原点位置が設定されており、作業者によりロッド１１の目標位置や駆動速度等の情報が入力されると、それに基づいて各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号のスイッチング回数Ｎやスイッチング周期Ｔなどが演算される。そして、予め格納された制御プログラムを基に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御されて、コイル組立体２０の各コイル２１に形成される磁極の向きが切り換えられ、磁石組立体１４とコイル組立体２０との磁気吸引力により、ロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００２８】
次に、ロッド１１を軸方向基端側から軸方向先端側へ向けて駆動する際のリニアモータの動作について説明する。モータが図１に示すステップ０の状態では、ロッド１１が軸方向基端側のストローク端に位置されており、コイル組立体１４の軸方向先端側の端部が磁石組立体１４に対向して配置されている。コントローラ３７からはトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ６，Ｔｒ７にそれぞれ駆動信号が送られ、Ａ相コイル群２５に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給されるとともに、Ｂ相コイル群２６に矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給されている。コイル組立体２０の各コイル２１には、コイル２１の巻き方向とコイル２１に供給される直流電流の向きとの関係から、図５（Ａ）に示すような磁極が形成されている。
【００２９】
各相のコイル群２５，２６には同一方向（矢印Ａｙ、Ｂｙ方向）の直流電流が供給されているため、各相のコイル群２５，２６の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ３にＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、各相のコイル群２５，２６の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４，２１Ｂ２，２１Ｂ４にＮ−Ｓ方向の磁極が形成されている。これにより、Ａ相コイル群２５の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３とＢ相コイル群２６の偶数番目のコイル２１Ｂ２，２１Ｂ４（注：コイル２１Ｂ４の右隣にはコイルな無いが、もしも更にコイル２１Ａ５があれば以下の記述となる）との相互に隣接するコイル端面が同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ｂ２とコイル２１Ａ３はＳ極同士で対向する。また、Ａ相コイル群２５の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４とＢ相コイル群２６の奇数番目のコイル２１Ｂ１，２１Ｂ３との相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ｂ１とコイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ３とコイル２１Ａ４はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち３組（コイル２１Ａ５がもしあれば４組）の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０のうち他の組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ異極性励磁されている。
【００３０】
このコイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面の極性と、当該磁石端面に対応する各コイル２１のコイル端面の極性とが逆極性となるようにロッド１１が位置されている。つまり、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１が当該位置に保持され、ロッド１１が図１に示す状態となっている。
【００３１】
各相のコイル群２５，２６にそれぞれ矢印Ａｙ、Ｂｙ方向の直流電流が供給されている状態つまりステップ０から、コントローラ３７からの駆動信号によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３がＯＦＦ状態となり、Ａ相コイル群２５に供給される直流電流の向きが矢印Ａｘ方向に切り換えられる（ステップ１）。つまり、Ａ相コイル群２５の各コイル２１に形成される磁極の向きが反対方向に切り換えられる。Ａ相コイル群２５にはステップ０の場合と反対方向（矢印Ａｘ方向）の直流電流が供給されるため、図５（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４とＢ相コイル群２６の奇数番目のコイル２１Ｂ１，２１Ｂ３とにＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、Ａ相コイル群２５の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３とＢ相コイル群２６の偶数番目のコイル２１Ｂ２，２１Ｂ４とにＮ−Ｓ方向の磁極が形成される。これにより、各相のコイル群２５，２６の奇数番目のコイル２１Ａ１，２１Ａ３，２１Ｂ１，２１Ｂ３の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ａ１とコイル２１Ｂ１、コイル２１Ａ３とコイル２１Ｂ３はそれぞれＳ極同士で対向する。また、各相のコイル群２５，２６の偶数番目のコイル２１Ａ２，２１Ａ４，２１Ｂ２，２１Ｂ４の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ａ２とコイル２１Ｂ２、コイル２１Ａ４とコイル２１Ｂ４はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち４組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０のうち他の組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ異極性励磁されている。
【００３２】
したがって、ステップ０の状態からステップ１の状態に切り換えられると、コイル２１の突き合わされたコイル端面の極性が同極性励磁された位置がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向基端側にずれることとなる。つまり、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁する。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ａ）に示す状態に駆動される。
【００３３】
続いて、ステップ１の状態からトランジスタＴｒ５，Ｔｒ８がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ６，Ｔｒ７がＯＦＦ状態となり、Ｂ相コイル群２６に供給される直流電流の向きが矢印Ｂｘ方向に切り換えられる（ステップ２）。つまり、Ｂ相コイル群２６の各コイル２１に形成される磁極の向きが反対方向に切り換えられ、図５（Ｃ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１に形成された磁極と反対方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。これにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁する。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｂ）に示す状態に駆動される。
【００３４】
同様に、ステップ２の状態からＡ相コイル群２５に供給される直流電流の向きが矢印Ａｙ方向に切り換えられ（ステップ３）、図５（Ｄ）に示すように、ステップ１の状態において各コイル２１に形成された磁極と反対方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。また、ステップ３の状態からＢ相コイル群２６に供給される直流電流の向きが矢印Ｂｙ方向に切り換えられ（ステップ４）、図５（Ｅ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１に形成された磁極と同一方向の磁極が各コイル２１にそれぞれ形成される。
【００３５】
このようにして、コントローラ３７により各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御プログラムに基づいて切り換えられると、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁がコイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁される。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように軸方向に駆動される。
【００３６】
逆に、ロッド１１を軸方向先端側から軸方向基端側へ向けて駆動する場合には、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁がコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁されるように、図７に示す制御プログラムと反対の制御がコントローラ３７により行われる。
【００３７】
このように、コイル組立体２０の各コイル２１を直流電源にそれぞれ接続し、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換えることによりそれぞれのコイル２１に形成される磁極の向きを切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１を軸方向に駆動するようにしたので、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換える毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。すなわち、各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換えることにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁および異極性励磁をコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁し、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束（径方向集中磁束）を引き付けるようにしたので、同極性励磁および異極性励磁を移動励磁する毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。そのため、交流型のリニアモータのようにロッド１１の位置を検出するためのセンサを設けることなく、直流電流の向きを切り換える回数（スイッチング回数Ｎ）に応じて所望の位置にロッド１１を駆動することができる。つまり、センサによる位置検出に基づいてフィードバック制御する必要がなくオープンループ制御が可能であるため、リニアモータにセンサを設ける必要がなく、リニアモータを小型化することができる。
【００３８】
さらに、永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性の磁石端面を隣接させて磁石組立体１４を形成したので、磁石組立体１４は相互に隣接する磁石端面の近傍に径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）が形成され、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくすることができる。また、コイル組立体２０のうち１組以上のコイルの隣接されたコイル端面の極性を同極性励磁するようにしたので、コイル組立体２０は互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）が形成され、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくすることができる。これにより、ロッド１１を軸方向に駆動する際の推力を向上することができる。
【００３９】
図８は磁石組立体とコイル組立体の変形例を示す図５に対応する説明図であり、図９（Ａ）は図８に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図９（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図であり、図１０は図８に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。なお、図８〜図１０において上記部材と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４０】
図８に示すように、磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された３つの円筒形状の永久磁石１５ａ〜１５ｃを備え、隣接する永久磁石１５ａ〜１５ｃの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ〜１５ｃを相互に同極性の磁石端面を隣接させて固定されている。つまり、真ん中に配置される永久磁石１５ｂの軸方向先端側には、永久磁石１５ａが相互に隣接する磁石端面を同極性（Ｓ極）として突き当てられ、永久磁石１５ｂの軸方向基端側には、永久磁石１５ｃが相互に隣接する磁石端面を同極性（Ｎ極）として突き当てられている。これにより、各永久磁石１５ａ〜１５ｃの相互に隣接する磁石端面の近傍で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ〜１５ｃのほぼ半分の軸方向長さに形成された１２個のコイル２１を備え、Ａ相コイル群２５を構成する６つのコイル２１Ａ１〜２１Ａ６と、Ｂ相コイル群２６を構成する６つのコイル２１Ｂ１〜２１Ｂ６とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へＡ相Ｂ相交互に配置されている。
【００４１】
このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図９（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれシリーズ結線されている。図９（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図９（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４、コイル２１Ａ５、コイル２１Ａ６の順となり、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４、コイル２１Ｂ５、コイル２１Ｂ６の順となっている。各相のコイル群２５，２６に供給される電流の向きは、コントローラ３７から各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号により図１０に示すように制御される。このコントローラ３７による制御プログラムは、図５に示す制御プログラムと同様となっており、上記動作と同様の動作によりロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００４２】
このように、磁石組立体１４を構成する永久磁石の数は任意に変更可能であり、永久磁石の数を増やすことにより、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力を大きくし、ロッド１１を軸方向に駆動する際の推力を向上させることができる。また、コイル組立体２０を構成するコイル２１の数も任意に変更可能であり、コイル２１の数を増やすことによりロッド１１の往復動ストロークを大きくすることが可能である。例えば、コイル組立体２０を構成するコイル２１の数を１０個とする場合には、Ａ相コイル群２５のコイル２１の数を５つ、Ｂ相コイル群２６のコイル２１の数を５つとすれば良い。
【００４３】
図１１（Ａ）はコイル組立体の給電回路の変形例を示す配線図であり、図１１（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図である。なお、図１１（Ａ）、（Ｂ）において上記部材と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。このモータは２相励磁のバイポーラ駆動方式となっており、図１１（Ａ）に示すように、コイル組立体２０のＡ相コイル群２５およびＢ相コイル群２６がそれぞれパラレル結線されている。図１１（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａ１、コイル２１Ｂ１は時計方向に巻き、コイル２１Ａ２、コイル２１Ｂ２は反時計方向に巻き、以下２つおきにその繰り返しの巻き方向となっている。コイル２１同士の接続は、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａ相コイル群２５は、コイル２１Ａ１、コイル２１Ａ２、コイル２１Ａ３、コイル２１Ａ４の順となり、Ｂ相コイル群２６は、コイル２１Ｂ１、コイル２１Ｂ２、コイル２１Ｂ３、コイル２１Ｂ４の順となっている。このように、各相のコイル群２５，２６の結線方法としてはシリーズ結線に限定されず、各相のコイル群２５，２６をパラレル結線により結線するようにしても良い。
【００４４】
図１２はコントローラの制御プログラムの変形例を示す図７に対応するタイムチャートであり、図１２において上記部材と同様の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に示すコントローラ３７の制御プログラムでは、各相のコイル群２５，２６に供給される直流電流の向きが切り換えられる毎に、各コイル２１に一定の電流値の直流電流が供給されており、コイル２１の軸方向長さ分ずつ、つまり図１および図４に示すステップ毎にロッド１１が軸方向に移動するようになっている。一方、図１２に示すコントローラ３７の制御プログラムでは、各コイル２１に供給される直流電流の電流値を段階的に変化させるようにしている。すなわち、図１および図４に示す各ステップ間において、各コイル２１には同一方向の直流電流が供給されており、その電流値を４段階に切り換えている。例えば、Ａ相コイル群２５を見ると、ステップ０からステップ１の間では矢印Ａｙ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に減少されており、ステップ１からステップ２の間では矢印Ａｘ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に増加されている。また、ステップ２からステップ３の間では矢印Ａｘ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に減少され、ステップ３からステップ４の間では矢印Ａｙ方向の電流が供給されてその電流値が４段階に徐々に増加されている。
【００４５】
各ステップ間において各コイル２１に供給される直流電流の電流値が段階的に変化されると、各コイル２１に生じる径方向の磁束の密度が変化し、磁石組立体１４とコイル組立体２０と電磁気力の生じる位置がコイル組立体２０の軸方向に段階的に切り換えられる。これにより、各ステップ間においてロッド１１を段階的に駆動することができるようになっている。したがって、直流電流の電流値の切り換え回数に応じて、各ステップの中間位置にロッド１１を移動することが可能となる。このように、各コイル２１に供給される直流電流の電流値を段階的に変化させることで、リニアモータをマイクロステップ制御するようにしても良い。なお、本実施の形態においては、ロッド１１が各ステップ間を４段階に駆動するように、各ステップ間における電流値の４段階に切り換えるようにしたが、電流値の切り換え回数は任意に変更可能である。
【００４６】
図１３は他の実施形態における磁石組立体とコイル組立体との関係を示す図５に対応する説明図であり、図１４（Ａ）は図１３に示すコイル組立体の給電回路を示す配線図であり、図１４（Ｂ）は各コイルの巻き方向を示す説明図であり、図１５は図１３に示すコイル組立体の各コイルに供給される電流を示すタイムチャートである。なお、図１３〜図１５において上記部材と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図１３に示すように、磁石組立体１４は、等しい軸方向長さに形成された２つの永久磁石１５ａ，１５ｂを備え、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁極を互いに反対向きにしてロッド１１を取り囲むように配置されており、各永久磁石１５ａ，１５ｂを相互に同極性（Ｓ極）の磁石端面を隣接させて固定されている。これにより、各永久磁石１５ａ，１５ｂの相互に隣接する磁石端面の近傍、つまり磁石組立体１４の中央で半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。一方、コイル組立体２０は、それぞれ永久磁石１５ａ，１５ｂのほぼ半分の軸方向長さに形成された８つのコイル２１を備え、Ａｘ相コイル群２５を構成する２つのコイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２と、Ｂｘ相コイル群２６を構成する２つのコイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２と、Ａｙ相コイル群２７を構成する２つのコイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２と、Ｂｙ相コイル群２８を構成する２つのコイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２とがロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側へ上記の順で交互に配置されている。
【００４８】
このモータは２相励磁のユニポーラ駆動方式となっており、図１４（Ａ）に示すように、コイル組立体２０の各相のコイル群２５〜２８がそれぞれシリーズ結線されている。図１４（Ｂ）に示すように、ロッド１１の軸方向先端側から軸方向基端側に向かって、コイル２１Ａｘ１は時計方向に巻き、コイル２１Ｂｘ１は反時計方向に巻き、以下交互に巻き方向が異なっている。コイル２１同士の接続は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５はコイル２１Ａｘ１、コイル２１Ａｘ２の順に、Ａｙ相コイル群２７はコイル２１Ａｙ１、コイル２１Ａｙ２の順となり、Ｂｘ相コイル群２６はコイル２１Ｂｘ１、コイル２１Ｂｘ２の順に、Ｂｙ相コイル群２８はコイル２１Ｂｙ１、コイル２１Ｂｙ２の順となっている。
【００４９】
ユニポーラ駆動方式では、各相のコイル群２５〜２８の巻き線一端が共通の端子３０を介して直流電源３６の正極にそれぞれ接続され、各相のコイル群２５〜２８の巻き線他端が端子３１〜３４を介してそれぞれ１つのトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に直列接続されている。Ａｘ相およびＡｙ相コイル群２５，２７は、コイル２１Ａｘ１，２１Ａｙ１の一端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ａｘ２，２１Ａｙ２の他端が端子３１，３３にそれぞれ接続されており、各端子３１，３３がトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３を介して直流電源３６の負極にそれぞれ接続されている。同様に、Ｂｘ相およびＢｙ相コイル群２６，２８は、コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｙ１の他端が端子３０に接続されるとともにコイル２１Ｂｘ２，２１Ｂｙ２の一端が端子３２，３４にそれぞれ接続されており、各端子３２，３４がトランジスタＴｒ２，Ｔｒ４を介して直流電源３６の負極にそれぞれ接続されている。各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４は、コレクタＣに端子３１〜３４がそれぞれ接続され、エミッタＥに直流電源３６の負極が接続され、ベースＢにコントローラ３７が接続されている。
【００５０】
コントローラ３７からトランジスタＴｒ１に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ１がＯＮ状態となり、Ａｘ相コイル群２５に矢印Ａｘ方向の直流電流が供給される。同様に、コントローラ３７からトランジスタＴｒ２に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ２がＯＮ状態となり、Ｂｘ相コイル群２６に矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給される。コントローラ３７からトランジスタＴｒ３に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ３がＯＮ状態となり、Ａｙ相コイル群２７に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給される。コントローラ３７からトランジスタＴｒ４に駆動信号が送られると、トランジスタＴｒ４がＯＮ状態となり、Ｂｙ相コイル群２８に矢印Ｂｙ方向の直流電流が供給される。ユニポーラ駆動方式では、このようにして直流電流が供給されるコイル群２５〜２８を切り換えることで、各相のコイル群２５〜２８の各コイル２１に形成される磁極の有無が切り換えられる。
【００５１】
コントローラ３７は、予め格納された制御プログラムを基に各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に送られる駆動信号を制御して、直流電流が供給されるコイル２１を切り換え、つまり各コイル２１に形成される磁極の有無を切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力より、ロッド１１が軸方向に駆動されるようになっている。
【００５２】
次に、ロッド１１を軸方向基端側から軸方向先端側へ向けて駆動する際のリニアモータの動作について説明する。モータが図１に示すステップ０の状態では、ロッド１１が軸方向基端側のストローク端に位置されており、コイル組立体２０の軸方向先端側の端部が磁石組立体１４に対向して配置されている。コントローラ３７からトランジスタＴｒ２，Ｔｒ３にそれぞれ駆動信号が送られ、Ｂｘ相コイル群２６に矢印Ｂｘ方向の直流電流が供給されるとともに、Ａｙ相コイル群２７に矢印Ａｙ方向の直流電流が供給されている。Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２には、コイル２１の巻き方向とコイル２１に供給される直流電流の向きとの関係から、図１３（Ａ）に示すような磁極が形成されている（ステップ０）。
【００５３】
Ｂｘ相コイル群２６とＡｙ相コイル群２７との対応するコイル２１同士は反対の巻き方向となるように結線されているため、Ｂｘ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成され、Ａｙ相コイル群２７の各コイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成されている。これにより、Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｎ極）となる。つまり、コイル２１Ｂｘ１とコイル２１Ａｙ１、コイル２１Ｂｘ２とコイル２１Ａｙ２はそれぞれＮ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち２組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性は同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。
【００５４】
このコイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束（径方向集中磁束）を引き付け、各永久磁石１５ａ，１５ｂの磁石端面の極性と、当該磁石端面に対応する各コイル２１のコイル端面の極性とが逆極性となるようにロッド１１が位置されている。つまり、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１が当該位置に保持され、ロッド１１が図１に示す状態となっている。
【００５５】
Ｂｘ相およびＡｙ相コイル群２６，２７にそれぞれ矢印Ｂｘ、Ａｙ方向の直流電流が供給されている状態つまりステップ０から、コントローラ３７からの駆動信号によりトランジスタＴｒ１がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ３がＯＦＦ状態となり、直流電流が供給されるコイル群がＡｙ相コイル群２７からＡｘ相コイル群２５に切り換えられる（ステップ１）。Ａｘ相コイル群２５とＢｘ相コイル群２６との対応するコイル２１同士は反対の巻き方向となるように結線されているため、図１３（Ｂ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｘ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。これにより、Ａｘ相およびＢｘ相コイル群２５，２６の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２，２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２の相互に隣接するコイル端面がそれぞれ同極性（Ｓ極）となる。つまり、コイル２１Ａｘ１とコイル２１Ｂｘ１、コイル２１Ａｘ２とコイル２１Ｂｘ２とはそれぞれＳ極同士で対向する。すなわち、コイル組立体２０のうち２組の相互に隣接するコイル２１の突き合わされたコイル端面の極性はそれぞれ同極性励磁されており、互いに同極性となる隣接するコイル端面の半径方向に磁束が集中し、半径方向に高い密度の磁束（径方向集中磁束）を生じている。
【００５６】
したがって、ステップ０の状態からステップ１の状態に切り換えられると、コイル２１の突き合わされたコイル端面の極性が同極性励磁された位置がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側にずれるとともに、その極性がＮ極からＳ極に切り換えられる。つまり、コイル組立体２０に生じる同極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁するとともに、その極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４の両端部に生じる磁束を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ａ）に示す状態に駆動される。
【００５７】
続いて、ステップ１の状態からトランジスタＴｒ４がＯＮ状態となるとともにトランジスタＴｒ２がＯＦＦ状態となり、直流電流が供給されるコイル群がＢｘ相コイル群２６からＢｙ相コイル群２８に切り換えられる（ステップ２）。つまり、図１３（Ｃ）に示すように、Ａｘ相コイル群２５の各コイル２１Ａｘ１，２１Ａｘ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｙ相コイル群２６の各コイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。これにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁が、コイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁するとともにその極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束（径方向集中磁束）を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｂ）に示す状態に駆動される。
【００５８】
同様に、ステップ２の状態から直流電流が供給されるコイル群がＡｘ相コイル群２５からＡｙ相コイル群２７に切り換えられ（ステップ３）、図１３（Ｄ）に示すように、Ａｙ相コイル群２７の各コイル２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にはＮ−Ｓ方向の磁極が形成され、Ｂｙ相コイル群２８の各コイル２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２にはＳ−Ｎ方向の磁極が形成される。また、ステップ３の状態のから直流電流が供給されるコイル群がＢｙ相コイル群２８からＢｘ相コイル群２６に切り換えられ（ステップ４）、図１３（Ｅ）に示すように、ステップ０の状態において各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２に形成された磁極と同一方向の磁極が各コイル２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２にそれぞれ形成される。
【００５９】
このようにして、コントローラ３７により各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ８に送られる駆動信号が制御プログラムに基づいて切り換えられると、コイル組立体２０に生じる同極性励磁がコイル２１の軸方向長さ分だけコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁されるとともに、その極性が反対となる。それに同期して、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により、磁石組立体１４に生じる磁束を引き付け、コイル組立体２０がコイル２１の軸方向長さ分だけ軸方向先端側に移動し、ロッド１１が図４（Ｃ）、（Ｄ）に示すように軸方向に駆動される。
【００６０】
逆に、ロッド１１を軸方向先端側から軸方向基端側へ向けて駆動する場合には、コイル組立体２０に生じる同極性励磁がコイル組立体２０の軸方向先端側から軸方向基端側に移動励磁されるように、図１５に示す制御プログラムと反対の制御がコントローラ３７により行われる。
【００６１】
このように、コイル組立体２０の各コイル２１を直流電源にそれぞれ接続し、直流電流が供給されるコイル２１を切り換えることにより磁極が形成されるコイル２１を切り換え、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力によりロッド１１を軸方向に駆動するようにしたので、直流電流が供給されるコイル２１を切り換える毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。すなわち、直流電流の供給されるコイル２１を切り換えることにより、コイル組立体２０に生じる同極性励磁をコイル組立体２０の軸方向基端側から軸方向先端側に移動励磁し、コイル組立体２０に生じる径方向集中磁束により磁石組立体１４の磁束を引き付けるようにしてので、同極性励磁を移動励磁する毎にロッド１１をコイル２１の軸方向長さ分ずつ駆動することが可能となる。これにより、上記と同様の効果を奏することができる。
【００６２】
このユニポーラ駆動方式においては、バイポーラ駆動方式に比べて磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力が小さくなるためロッド１１の推力が低下する一方、トランジスタの数を少なくすることができるため、給電回路の構造やコントローラ３７による制御を簡略化することが可能となる。なお、ユニポーラ駆動方式においても、磁石組立体１４を構成する永久磁石の数やコイル組立体２０を構成するコイル２１の数は任意に変更可能であることはもちろんである。また、ユニポーラ駆動方式においても、マイクロステップ制御が可能であることはもちろんである。
【００６３】
図１６は本発明の他の実施形態であるリニアモータの断面図であり、図１７は図１６に示すリニアモータの平面図であり、図１８は図１６に示すリニアモータの正面図である。図１９は図１６におけるγ−γ線に沿う断面図であり、図２０は図１６に示すリニアモータの右側面図である。なお、図１６〜２０において上記と同様の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００６４】
このモータは、図１６に示すように、リニアテーブル（往復動部材）４１を直線方向に一定のストロークで往復動するテーブル式のリニアモータであり、軸方向に延びる固定子としてのロッド４２を備えたモータケース４３と、モータケース４３に往復動自在に装着される移動子としてのリニアテーブル４１とを有している。
【００６５】
アルミ合金等により形成されるモータケース４３は、図１９に示すように、ロッド４２の軸方向に延びる断面略Ｕ字形状の基台４４と、基台４４の底壁部４４ａに対向して固定されるガイドレール４５と、基台４４の軸方向両端部に固定される一対の端壁４６とを備えており、その内部には断面略長方形のスライダ収容室４７が軸方向に沿って形成されている。ガイドレール４５には、ロッド４２の軸方向と直交する方向に開口するストローク溝４８が形成されており、ストローク溝４８はリニアテーブル４１の往復動ストロークに対応してロッド４２の軸方向に沿って形成されている。このモータケース４３には、ガイドレール４５に沿って軸方向に往復動自在にリニアテーブル４１が装着されている。
【００６６】
リニアテーブル４１には、ストローク溝４８内に挿通される一対の連結部材４９が締結されており、連結部材４９がストローク溝４８の軸方向端面に当接されることにより、リニアテーブル４１の軸方向への移動が制限されるようになっている。また、リニアテーブル４１は、一対の連結部材４９を介して、モータケース４３のスライダ収容室４７に軸方向に移動自在に収容されたスライダ５０に連結されている。スライダ５０はモータケース４３の軸方向に延びる断面略長方形をしており、その軸心には軸方向に貫通する円孔５１が形成されて、円孔５１の内周面に磁石組立体１４が取り付けられている。
【００６７】
一方、モータケース４３のスライダ収容室４７には、鉄などの強磁性体材料により形成されるロッド４２が収容され、ロッド４２の軸方向両端部が一対の端壁４６により固定されている。ロッド４２の軸方向中央部は磁石組立体１４内に挿通されており、ロッド４２の軸方向中央部の外周面には、磁石組立体１４と径方向に所定の隙間を介して対向するコイル組立体２０が取り付けられている。このコイル組立体２０の各コイル２１は、ロッド１１の軸方向基端部に設けられたケーブル５２を介して給電回路に接続されており、各コイル２１に形成される磁極が切り換えられることで、磁石組立体１４とコイル組立体２０との電磁気力により、磁石組立体１４が取り付けられたリニアテーブル４１が軸方向に駆動されるようになっている。このように、リニアモータはロッド式に限定されず、テーブル式としても良い。
【００６８】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施の形態においては、コイル組立体２０の各コイル２１に供給される直流電流の向きを切り換える、または直流電流が供給されるコイル２１を切り換えるために、給電回路に複数のトランジスタを設けるようにしたが、トランジスタの代わりに他のスイッチング素子等を用いてもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１１ ロッド
１１ａ 取付孔
１２ モータケース
１２ａ センサ溝
１３ 円孔
１４ 磁石組立体
１５ａ〜１５ｃ 永久磁石
１６ 係止部材
１７ ガイド部材
１８ ストローク溝
１９ ねじ部材
２０ コイル組立体
２１ コイル
２１Ａ１〜２１Ａ６，２１Ｂ１〜２１Ｂ６ コイル
２１Ａｘ１，２１Ａｘ２，２１Ａｙ１，２１Ａｙ２ コイル
２１Ｂｘ１，２１Ｂｘ２，２１Ｂｙ１，２１Ｂｙ２ コイル
２３ コネクタ
２５ Ａ相コイル群、Ａｘ相コイル群
２６ Ｂ相コイル群、Ｂｘ相コイル群
２７ Ａｙ相コイル群
２８ Ｂｙ相コイル群
３０〜３４ 端子
３６ 直流電源
３７ コントローラ（コイル通電制御手段）
４１ リニアテーブル（往復動部材）
４２ ロッド
４３ モータケース
４４ 基台
４４ａ 底壁部
４５ ガイドレール
４６ 端壁
４７ スライダ収容室
４８ ストローク溝
４９ 連結部材
５０ スライダ
５１ 円孔
５２ ケーブル
Ｔｒ１〜Ｔｒ８ トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面にコイル組立体が取り付けられたロッドと、前記ロッドを取り囲むように配置される磁石組立体とを有し、前記ロッドと前記磁石組立体の一方が前記ロッドの軸方向に一定のストロークで往復動するリニアモータであって、
軸方向に着磁された円筒形状の複数の永久磁石を相互に同極性の磁石端面を隣接させて径方向集中磁束を生じる前記磁石組立体を形成し、
それぞれ前記永久磁石の半分の軸方向長さを有する複数のコイルを相互にコイル端面を隣接させて前記ロッドの軸方向に並べて前記コイル組立体を形成し、
前記コイル組立体のうち１組以上の前記コイルの隣接された前記コイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより前記磁石組立体の前記径方向集中磁束を引き付け、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁するコイル通電制御手段を有し、
前記ロッドと前記磁石組立体とを前記ストロークの範囲において、軸方向に相対駆動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、他の組の前記コイルの隣接させた前記コイル端面の極性を異極性励磁し、前記複数のコイルにそれぞれ供給される電流の向きを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁と前記異極性励磁を移動励磁することを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載のリニアモータにおいて、隣り合う前記コイルが相互に逆巻きとなるように配置し、電流が供給される前記コイルを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁することを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２または３記載のリニアモータにおいて、前記コイルに供給される電流値を段階的に変化させることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータにおいて、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに軸方向に往復動自在に装着し、前記ケースに前記磁石組立体を固定し、前記ロッドを直線方向に駆動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータにおいて、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに固定し、前記ケースに当該ケースの長手方向に往復動自在に装着される往復動部材に前記磁石組立体を連結し、前記往復動部材と前記磁石組立体を直線方向に駆動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項１】
外周面にコイル組立体が取り付けられたロッドと、前記ロッドを取り囲むように配置される磁石組立体とを有し、前記ロッドと前記磁石組立体の一方が前記ロッドの軸方向に一定のストロークで往復動するリニアモータであって、
軸方向に着磁された円筒形状の複数の永久磁石を相互に同極性の磁石端面を隣接させて径方向集中磁束を生じる前記磁石組立体を形成し、
それぞれ前記永久磁石の半分の軸方向長さを有する複数のコイルを相互にコイル端面を隣接させて前記ロッドの軸方向に並べて前記コイル組立体を形成し、
前記コイル組立体のうち１組以上の前記コイルの隣接された前記コイル端面の極性を同極性励磁して径方向集中磁束を生じることにより前記磁石組立体の前記径方向集中磁束を引き付け、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁するコイル通電制御手段を有し、
前記ロッドと前記磁石組立体とを前記ストロークの範囲において、軸方向に相対駆動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項２】
請求項１記載のリニアモータにおいて、他の組の前記コイルの隣接させた前記コイル端面の極性を異極性励磁し、前記複数のコイルにそれぞれ供給される電流の向きを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁と前記異極性励磁を移動励磁することを特徴とするリニアモータ。
【請求項３】
請求項１記載のリニアモータにおいて、隣り合う前記コイルが相互に逆巻きとなるように配置し、電流が供給される前記コイルを前記コイル通電制御手段により切り換えることで、前記コイル組立体の一端側から他端側に向けて前記同極性励磁を移動励磁することを特徴とするリニアモータ。
【請求項４】
請求項２または３記載のリニアモータにおいて、前記コイルに供給される電流値を段階的に変化させることを特徴とするリニアモータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータにおいて、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに軸方向に往復動自在に装着し、前記ケースに前記磁石組立体を固定し、前記ロッドを直線方向に駆動することを特徴とするリニアモータ。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のリニアモータにおいて、前記コイル組立体が取り付けられた前記ロッドをケースに固定し、前記ケースに当該ケースの長手方向に往復動自在に装着される往復動部材に前記磁石組立体を連結し、前記往復動部材と前記磁石組立体を直線方向に駆動することを特徴とするリニアモータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１１−１１４８８９（Ｐ２０１１−１１４８８９Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６６８１９（Ｐ２００９−２６６８１９）
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２４日（２００９．１１．２４）
【出願人】（０００１４５６１１）株式会社コガネイ (142)
【Ｆターム（参考）】
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