JPH01110042A - ２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアｄｃブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は、１つのリニアＤＣブラシレスモータでありな
がら、２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアＤＣ
ブラシレスモータに関する。

（技術背景と従来技術の問題点） 小型高精度のリニアＤＣブラシレスモータとしては、可
動子に互いに隣接する磁極が異極となるようにＮ極、Ｓ
極の磁極をそれぞれＰ（Ｐは１以上の整数）個有する界
磁マグネットを備えた１個の可動子を有し、該可動子の
界磁マグネットと空隙を介して対向する固定側の位置に
ステータ電機子と該ステータ電機子に上記界磁マグネッ
トの磁極判別センサとしての磁電変換素子である位置検
知素子を配設してなる１つの可動子を有する可動マグネ
ット型リニアＤＣブラシレスモータがある。

然るに昨今の技術的要請は、１つの可動子のみでなく、
可動子として２つ必要な場合が生じてきている。

ここに、係る要請を満たす為に単に可動子を１個増やせ
ば足りると言う簡単にはかたずかない問題がある。

即ち、２つの可動子は、それぞれ別個独立に制御されて
可変速走行１位置決め等のサーボを行う必要があるが、
ステータ電機子に設けられた位置検知素子が２つの可動
子の界磁マグネットの所定の磁極を検出している事から
、同時に対応する電機子コイルに通電を行った場合には
、２つの可動子は勝手に動いてしまい、衝突するなどの
トラブルが生ずる。

このようなトラブルを電気回路を駆使して防ごうとする
と、そのための位置決め制御回路やマイクロコンピュー
タのソフト等のシステムが非常に複雑になり、最終コス
トも大幅に高くなり、また実用性にそぐわないものとな
る。。

また２つの可動子は別個独立して駆動制御する必要があ
ることから、２つの可動子は別個独立に異なる走行モー
ドで走行している場合もあり、また一方の可動子が動い
ていて他方が停止している場合もあるが、このような場
合、上記トラブル対策を十分に行っておく必要がある。

ここに２つの可動子それぞれの位置及び速度を検出する
ためには、それぞれの可動子の動きを検出するためのエ
ンコーダ等の可動子の変移量検出手段を２つの可動子そ
れぞれに設けておくことで可能になる。

またそれぞれの可動子を駆動させるに当たって、上記エ
ンコーダとマイクロコンピュータを用いれば、２つの可
動子それぞれの界磁マグネットと対向するステータ電機
子の電機子コイル群に所定方向の通電を行うことで、２
つの可動子を別個独立にサーボをかけて駆動制御するこ
とができる。

このような位置検知素子レスリニアＤＣブラシレスサー
ボモータは、多数の高価なホール素子等の位置検知素子
群を省略でき安価に構成できる有用なものである。

しかしながら、この位置検知素子レスリニアＤＣブラシ
レスサーボモータは、上記のような長所がある反面１位
置検知素子を用いたリニアＤＣブラシレスモータに比較
して位置検知素子が無いことによる欠点が生じていた。

すなわち１位置検知素子を用いたリニアＤＣブラシレス
モータに比較して１位置検知素子レスリ薄いほか、負荷
特性の影響によっても上記同様の欠点を持つほか、更に
改良を施さねばならない段階にある。

また可動子が２つの場合には、１つの場合に比較して１
位置検知素子レスリニアＤＣブラシレスサーボモータの
電気回路あるいはソフトが非常に困難になる欠点がある
。　　　　− 従って９発明者は、多極の界磁マグネットを有する２つ
の可動子、多数の電機子コイルを用いたリニアＤＣブラ
シレスモータに於いては、別個独立に制御するために高
価になるとしても、信頼性を確保するために位置検知素
子を用いることにした。

ここで、上記したように通常のままだと２つの可動子が
勝手に動いてしまい、トラブルの原因になるため１発明
者は、第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検出
するための第１の位置検知素子群と、第２の可動子の界
磁マグネットの磁極のみを検出するための第２の位置検
知素子群とを設けて、上記第１及び第２の可動子が同時
に動いてしまうことを防ぐ試みを成した。

その方法の一例は、コントローラからの信号により、第
１の位置検知素子群と第２の位置検知素子群を切り換え
スイッチで切り換えるようにすることで可能にした。し
かしながら、かかる方法によると切り換えスイッチ機構
が複雑になり、高価になる欠点があった。

（発明の課題） 本発明は、１つのリニアＤＣブラシレスモークでありな
がら、２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアＤＣ
ブラシレスモータで、しかも２つの可動子を別個独立に
速度及び位置決めをできるようにしたものにおいて、第
１の可動子の界磁マグネットの磁極を検出するための位
置検知素子群と、第２の可動子の界磁マグネットの磁極
を検出するための第２の位置検知素子群が、互いに他の
可動子の界磁マグネットの磁極を検出することによる誤
動作、故障などのトラブルを解消するために、第１の位
置検知素子群及び第２の位置検知素子群が互いに他の可
動子の界磁マグネットの磁極を検出しないようにするた
めの手段を設けたとしても、そのための手段が非常に簡
素で、安価に形成できるようにすることを主な課題とし
て成されたものである。

（発明の課題達成手段） かかる本発明の課題は、第１の可動子の界磁マグネット
のＮ極・、Ｓ極の磁極のみを検出するように上記ステー
タ電機子の一方の側面部に第１の位置検知素子群を設け
、該第１の位置検知素子群が上記第１の可動子の界磁マ
グネットのＮ極又はＳ極の磁極を検出したときは第１の
可動子の界磁マグネットと対向するステータ電機子の１
以上の電機子コイル群に所定方向に当該第１の可動子を
移動させる推力を発生するように通電をなし、上記第２
の可動子の界磁マグネットのＮ極、Ｓ極の磁極のみを検
出するように上記ステータ電機子の他方の側面部に第２
の位置検知素子群を設け、該第２の位置検知素子群が上
記第２の可動子の界磁マグネットのＮ極又はＳ極の磁極
を検出したときは第２の可動子の界磁マグネットと対向
するステータ電機子の１以上の電機子コイル群に所定方
向に当該第２の可動子を移動させる推力を発生するよう
に通電をなすようにすることによって達成される。

（発明の実施例） 第１図は１本発明の一実施例を示す２つの可動子を有す
る可動マグネット型リニアＤＣブラシレスモータの主要
部のみを表した斜視図、第２図は同リニアＤＣブラシレ
スモータの１相分の駆動回路及び位置検知機構を示す。

以下、第１図及び第２図を参照して本発明の一実施例を
説明する。

２つの可動子を有する可動マグネット型リニアＤＣブラ
シレスモータ１は、ステータヨークを形成する磁性体か
らなる長板状のステータベース２を備えている。

上記ステータベース２の側面部には、その外側方向に突
出する横断面三角形状のリニアガイド用突起３が一体形
成されていてリニアガイドを構成している。

ステータベース２の上面には９図示しないプリント基板
を配設し、該プリント基板の上には電機子コイル４群を
重畳しないように密接して隣接配設してコアレス構造の
ステータ電機子７を形成している。

尚、プリント基板を用いないときには、ステータベース
２の上を適宜な手段によって絶縁処理した後に適宜な手
段によってステータベース２の上に電機子コイル４群を
配設する必要がある。

電機子コイル４について説明すると、この電機子コイル
４は、矩形棒状の空心型のものとなるように導線を用い
て多数ターン巻回して形成された空心型の電機子コイル
４群を互いに重ならないように上記ステータベース２の
上に配設している。

しかし、このようなコアレス構造のステータ電機子７で
なくてもよく、プリント手段あるいはシートコイルにて
形成したものでも良く、有鉄心構造のステータ電機子で
あっても良く、仕様、コスト等の事情を考慮して適宜な
ものを設計選択すれば良、い。

この実施例では１図面作成上の都合により、を機子コイ
ル４を３個のみ配設した図を描いているが、実際には多
数の電機子コイル４が他の電機子コイル４と互いに重な
らないように隣接して配設されている。尚、この実施例
では、電機子コイル４が重畳しない例を描いているが１
本発明では。

電機子コイル４が重畳するか否かについては特に問題に
することはなく何れの形式であってもよいが、この実施
例では、電機子コイル４群が互いに重ならないように配
設する場合を描いて説明している。

また、この空心型の電機子コイル４群によると、効率及
び性能の良好なリニア往復１８０度通電力式を採用する
ことができるように、推力発生に寄与する有効導体部４
ａと４ｂとの開角が、後記する界磁マグネット５．６の
一磁極幅をＴとする時、該−磁極幅−Ｔの開角となるよ
うに巻線形成されている。尚、電機子コイル４において
、後記する可動子の可動方向と平方な導体部４ｃ。

４ｄは、推力に発生に寄与しない導体部となっている。

ステータベース２に多数の電機子コイル４群を配設した
ステータ電機子７には、第１の位置検知素子８群と第２
の位置検知素子９群を配設している０位置検知素子８，
９としては、ホールＩＣ。

ホール素子、磁気抵抗素子等の磁電変換素子を用いれば
良いが、この実施例では、ホール素子を用いている。第
１の位置検知素子８群は２図示しない第１の可動子１０
の下面に配設した第１の界磁マグネット５のＮ極、Ｓ極
の磁極のみを検出することができるように、各電機子コ
イル４群の一方の推力の発生に寄与する有効導体部４ａ
を延長したステータ電機子７の一方の側面部のステータ
ベース２面上に配設している。第２の位置検知素子９群
は１図示しない第２の可動子１０の下面に配設した第２
の界磁マグネット６のＮ極、Ｓ極の磁極のみを検出する
ことができるように、各電機子コイル４群の一方の推力
の発生に寄与する有効導体部４ａを延長したステータ電
機子７の他方の側面部のステータベース２面上に配設し
ている。

れ側面部に図示しないガイドローラが回動自在に取着さ
れ、該ガイドローラはステータベース２の両側面部に形
成されたリニアガイド用突起３と摺動自在に係合されて
ステータベース２の長手方向に沿って移動自在に支持さ
れている。

即ち、第１及び第２の可動子１０．１１に設けられた図
示しないガイドローラと、ステータベース２の両側面部
に形成されたリニアガイド用突起３とによってリニアガ
イドを形成している。

尚、上記したように電機子コイル４の導体部４ｃ、４ｄ
はその角部を除き推力の発生に寄与しないものとなって
いるので、界磁マグネット５゜６は、その横幅が導体部
４ｃ、４ｄの幅の部分だけ長さの短いものを用いてもよ
い。

ここで、電機子コイル４の導体部４ａと４Ｃ及４ａび４
ｄとが交差する角部の導体部も僅かであるとしても推力
の発生に寄与する。そのために界磁マグネット５．６と
しては、電機子コイル４の横幅と同じ横幅の長さのもの
を採用して、わずかでも大きな推力を得ることができる
ようにしている。このため、何らかの手段を施しておか
ないと、第１及び第２の位置検知素子８．９群が共に第
１及び第２の界磁マグネット５，６の磁極を検出してし
まうため、第１及び第２の可動子１０゜１１が勝手に動
いてしまう、これを防止するために本発明では、第２の
位置検知素子９群が第１の界磁マグネット５の磁極を検
出しないように、界磁マグネット５をステータ電機子７
の一方の側面部方向に所定の幅（電機子コイル４の導体
部４ｄの幅）だけずらせて第１の可動子１０の本体（図
示せず）に配設し、該第１の界磁マグネット５を軸方向
の空隙を介してステータベース２上の電機子コイル４群
と対向させている。第１の界磁マグネット５を図示しな
い第１の可動子１０の本体に取着するに当たっては、界
磁マグネット５の他方の側面端部が電機子コイル４の導
体部４ｄの内側に位置し、且つ界磁マグネット５の一方
の側面端部近傍の磁極磁界を第１の位置検知素子８群が
検出できるようにステータ電機子７の一方の側面部方向
に延びた長さ幅のものに形成さ、れな第１の界磁マグネ
ット５を上記のようにステータ電機子７の一方の側面部
方向に所定の幅（電機子コイル４の導体部４ｄの幅）だ
けずらせて第１の可動子１０本体に配役固定するように
している。

同様に第１の位置検知素子８群が第２の界磁マグネット
６の磁極を検出しないように、界磁マグネット６をステ
ータ電機子７の他方の側面部方向に所定の幅（電機子コ
イル４の導体部４Ｃの幅）だけずらせて第２の可動子１
１に配設し、該第２の界磁マグネット６を軸方向の空隙
を介してステータベース２上の電機子コイル４群と対向
させている。第２の界磁マグネット６を図示しない第２
の可動子１１の本体に取着するに当たっては。

界磁マグネット５の他方の側面端部が電機子コイル４の
導体部４Ｃの内側に位置し、且つ界磁マグネット６の他
方の側面端部近傍の磁極磁界を第２の位置検知素子９群
が検出できるようにステータ電機子７の他方の側面部方
向に延びた長さ幅のものに形成された第２の界磁マグネ
ット６を上記のようにステータ電機子７の他方の側面部
方向に所定の幅だけずらせて第２の可動子１１本体に配
設固定するようにしている。

尚、第１の位置検知素子８群が第２の可動子１１の第２
の界磁マグネット６の磁極磁界を確実に検出しないよう
にするため、第２の界磁マグネット６の一方の側面部に
図示しない磁性体を設けておくと共に、同様に第２の位
置検知素子９群が第１の可動子１０の第１の界磁マグネ
ット５の磁極磁界を確実に検出しないようにするため、
第１の界磁マグネット５の他方の側面部に図示しない磁
性体を設けている。

また第１の可動子１０及第２の可動子１１の速度及び移
動量・位置を検出するためにそれぞれ第１、第２の可動
子それぞれのための第１．第２のの図示しないロータリ
ーエンコーダを設けている。

このようにするための−例としては、第１及び第２のロ
ータリーエンコーダそれぞれのシャフトに歯車（あるい
はそれに代わる適宜なもの）を取り付け、第１の可動子
１０及び第２の可動子の移動と共に移動する閉ループの
タイミングベルトを上記歯車に歯合させている。

上記第１及び第２のロータリーエンコーダによって得ら
れるエンコーダ信号は１通電制御回路にフィードバック
される０通電制御回路には、マイクロコンピュータから
の指令信号が入力され。

通電制御回路からの制御信号によって駆動回路が第１ま
たは第２の位置検知素子８，９群からの出力信号がある
ときに所定の電機子コイル４群に所定方向の電流を通電
するようになっている。

第２図は、各相の電機子コイル４それぞれに対応して設
ける１相分の駆動回路及び位置検知機構を示す。

駆動回路及び位置検知機構１２に付いては、第２図を参
照して以下に説明する。

第１．第２の位置検知素子８．９それぞれの一方の電源
端子１３．１４は、抵抗１５を介して通電制御回路側に
接続される制御端子１７．１８に接続されている。第１
．第２の位置検知素子８゜９それぞれの他方の電源端子
１９．２０はそれぞれ抵抗２１．２２を介してアース２
３側に接続されている。第１．第２の位置検知素子８．
９それぞれの一方の出力端子２４．２５はそれぞれ抵抗
２６．２７を介してオペアンプ２８の負側入力端子２９
に接続され、それぞれの他方の出力端子３０．３１はそ
れぞれ抵抗３２．３３を介してオペアンプ２８の正側入
力端子３４に接続されている。また抵抗３２．３３と入
力端子３４間の接続点とアース２３間には、抵抗３５を
介在させている。オペアンプ２８の出力端子は、トラン
ジスタ３６．３７のベース同士の接続点３８に接続され
ている。トランジスタ３６のコレクタは、正側電源側に
接続され、トランジスタ３６と３７のエミッタ同士は共
通接続され、トランジスタ３７のコレクタは負側電源側
に接続されている。トランジスタ３６と３７のエミッタ
同士の接続点３９に電機子コイル４の一方の端子が接続
され、電機子コイル４の他方の端子は抵抗４０を介して
アース２３側に接続されている。電機子コイル４と抵抗
４０との接続点４１と入力端子２９間に抵抗４２を介在
させている。

本発明の駆動回路及び位置検知機構１２の一例は、上記
した通りである。

従って、マイクロコンピュータからの信号により、第１
の可動子１０を所定の速度で所定量移動させるべきコン
トロール信号が通電制御回路に加えられると、第１の位
置検知素子８に制御端子１７のコントロール信号が加え
られ、当該第１の位置検知素子８が第１の可動子１０に
設けられた界磁マグネット５のＮ極又はＳ極の磁極を検
出すると、出力端子２４又は３０からその旨の出力信号
が出るので、この出力信号をオペアンプ２８で増幅し、
トランジスタ３７または３６で受けることにより、電機
子コイル４に所定方向の電流を流すことにより、当該電
機子コイル４及びこれと対向する界磁マグネット５とに
より所定方向の推力が発生し、第１の可動子１０をフィ
ードバックループの制御をかけてサーボ走行等させるこ
とができる。同様にマイクロコンピュータからの信号に
より、第２の可動子１１を所定の速度で所定量移動させ
るべきコントロール信号が通電制御回路に加えられると
、第２の位置検知素子９に制御端子１８のコントロール
信号が加えられ、当該第２の位置検知素子９が第２の可
動子１１に設けられた界磁マグネット６のＮ極又はＳ極
の磁極を検出すると、出力端子２５又は３１からその旨
の出力信号が出るので、この出力信号をオペアンプ２８
で増幅し、トランジスタ３６または３７で受けることに
より、電機子コイル４に所定方向の電流を流すことによ
り、当該電機子コイル４及びこれと対向する界磁マグネ
ット６により所定方向の推力が発生し、第２の可動子１
１をフィードバックルーズの制御をかけてサーボ走行等
させることができる。

即ち１本発明では、第１の位置検知素子８群は、第１の
可動子１０の界磁マグネット５の磁極のみを検出するよ
うになっているため、第１の可動子１０のみを動かすこ
とができ、第２の位置検知素子９群は、第２の可動子１
１の界磁マグネット６の磁極のみを検出するようになっ
ているため、第２の可動子１１のみを動かすことができ
るため、第１の可動子１０と第２の可動子１１を別個独
立にサーボして動かすことができる。

（発明の効果） 本発明は上記から明きらかなように、１つのリニアＤＣ
ブラシレスモータでありながら、２つの可動子を持って
いても、誤動作無く２つの可動子を別個独立に制御した
動きを行わせることができる。

しかも、第１の位置検知素子群は第１の可動子の界磁マ
グネットの磁極のみを検出し、第２の位置検知素子群は
第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検出するよ
うにしているので、第１の可動子のための第１の位置検
知素子群と第２の可動子のための第２の位置検知素子群
とを機械的切り換えスイッチ機構を用いて切り換えると
いう厄介な手段が不要になり、構造的に非常に簡単にな
り、安価に構成できる。また、第１の位置検知素子群が
第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検出し、第
２の位置検知素子群が第２の可動子の界磁マグネットの
磁極のみを検出するようにするに当たって、第１．第２
の可動子に取着する界磁マグネットを僅かに側方にずら
せ、該ずれた界磁マグネットの磁極を検出することがで
きるように第１．第２の位置検知素子群を配設すれば良
いので、構成が非常に簡単になり、この２つの可動子を
有する可動マグネット型リニアＤＣブラシレスモータを
非常に容易且つ安価に量産できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための主要部を表す分
解斜視図、第２図は１相分の駆動回路及び位置検知機構
の説明図である。 （符号の説明） １・・・２つの可動子をもつ可動マグネット型リニアＤ
Ｃブラシレスモータ、２・・・ステータベース、３・・
・リニアガイド用突起、４・・・電機子コイル、４ａ、
４ｂ・・・推力の発生に寄与する導体部、４ｃ、４ｄ・
・・推力の発生に寄与しない導体部、５・・・第１の界
磁マグネット、６・・・第２の界磁マグネット、７・・
・ステータ電機子、８・・・第１の位置検知素子群。 ９・・・第２の位置検知素子群、１０・・・第１の可動
子、１１・・・第２の可動子、１２・・・駆動回路及び
位置検知機構、１３．１４・・・一方の電源端子、１５
．１６・・・抵抗。 １７．１８・・・制御端子、１９．２０・・・他方の電
源端子、２１．２２・・・抵抗。 ２３・・・アース、２４．２５・・・一方の出力端子、
２６．２７・・・抵抗、２８・・・オペアンプ、２９・
・・負側電源端子。 ３０．３１・・・他方の出力端子。 ３２．３３・・・抵抗、３４・・・正側入力端子、３５
・・・抵抗、３６．３７・・・トランジスタ、３８．３
９・・・接続点、４０・・・抵抗、４１・・・接続点、
４２・・・抵抗。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ステータ電機子に対向して２つの可動子がそれぞ
   れ独立して可動するようにした２つの可動子を持つ可動
   マグネット型リニアＤＣブラシレスモータにおいて、ス
   テータ電機子と空隙を介して対向するように互いに隣接
   する磁極が異極となるようにＮ極、Ｓ極の磁極をそれぞ
   れＰ（Ｐは１以上の整数）個有する界磁マグネットを有
   する第１及び第２の２つの可動子を設け、該第１の可動
   子の界磁マグネットのＮ極、Ｓ極の磁極のみを検出する
   ように上記ステータ電機子の一方の側面部に第１の位置
   検知素子群を設け、該第１の位置検知素子群が上記第１
   の可動子の界磁マグネットのＮ極又はＳ極の磁極を検出
   したときは第１の可動子の界磁マグネットと対向するス
   テータ電機子の１以上の電機子コイル群に所定方向に当
   該第１の可動子を移動させる推力を発生するように通電
   をなし、上記第２の可動子の界磁マグネットのＮ極、Ｓ
   極の磁極のみを検出するように上記ステータ電機子の他
   方の側面部に第２の位置検知素子群を設け、該第２の位
   置検知素子群が上記第２の可動子の界磁マグネットのＮ
   極又はＳ極の磁極を検出したときは第２の可動子の界磁
   マグネットと対向するステータ電機子の１以上の電機子
   コイル群に所定方向に当該第２の可動子を移動させる推
   力を発生するように通電をなすようにしたことを特徴と
   する２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアＤＣブ
   ラシレスモータ。
2. （２）上記第１の可動子に設けられた界磁マグネットは
   ステータ電機子の一方の側面部方向にずらせて当該第１
   の可動子に配設し、上記第２の可動子に設けられた界磁
   マグネットはステータ電機子の他方の側面部方向にずら
   せて当該第２の可動子に配設してなることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項記載の２つの可動子を持つ可
   動マグネット型リニアＤＣブラシレスモータ。