JPH0125308B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、単相交流で駆動可能なリニアインダ
クシヨンモータの構造に関するものである。

リニアインダクシヨンモータは、構造が簡単で
堅牢であるため、搬送システムとして種々の利点
を有している。そして駆動力は三相交流による進
行波磁界によるのが普通である。しかし、この種
のリニアインダクシヨンモータを、事務室あるい
は一般家庭へ施置する場合は、単相交流による方
が便利である。単相交流を用いて、進行波磁界を
作る場合くま取りコイルあるいは進相用にコンデ
ンサを使用するものが従来より公知であるが、前
者は、進行磁界の方向制御が行い難く、また後者
は、大きな力を得る場合、コンデンサの劣化が問
題となる。

本発明の目的は、くま取りコイル、コンデンサ
等を使用することなく進行波磁界を形成すること
ができる全く新規な単相リニアインダクシヨンモ
ータを実現することにある。

そして、この目的は、単相交流電源に接続され
た単相コイルの巻回された第１磁極と、該第１磁
極より発生する磁束の帰路を形成し該第１磁極に
近接して配置された第２磁極とを有する一次側鉄
心と；該一次側鉄心の該第１、第２磁極にまたが
り且つ該各磁極と所定の間隔をもつて配置された
非磁性良導体からなる二次側導体と；該二次側導
体の端部が該第１磁極に対向する位置に位置して
いる期間において該単相コイルに単相交流を通電
するための通電指示信号を発生する二次側導体端
部検出手段と；を具備してなると共に、前記一次
側鉄心あるい前記二次側導体の一方を固定し、他
方を移動可能に支持して成ることを特徴とする単
相リニアインダクシヨンモータの提供により達成
される。

以下に本発明によるリニアインダクシヨンモー
タ（以後L.I.Mと記す）の力発生原理を示す。

第１図は本発明にかゝる単相L.I.Mの基本磁気
回路である。

図において、１は鉄心、２は第１磁極、３，４
は第２磁極、５は第１磁極２に巻回された単相コ
イル、６は単相交流電源に接続されるコンセント
７は鉄心１に空隙Ｇを介して対向して配置された
継鉄である。

図示の如く鉄心１には、磁極２乃至４が形成さ
れ第１磁極２には単相交流電源に接続された単相
コイル５が巻回されている。従つて単相コイル５
より発生する磁束は図中矢印で示す方向に発生す
る。当然交流磁場であるから図中矢印で示す磁束
の方向も交番する。

この時、第１磁極２より発生する磁束の位相
は、第２磁極３，４のそれと比べ、180゜進んでい
ることになる。又、第２磁極３，４をなす領域
Ｂ，Ｃの面積は第１磁極２をなす領域Ａより広く
設定してある。これは後述する理由に基いて領域
Ａの磁束密度に比し、領域Ｂ及びＣの磁束密度を
下げるためである。この時、空〓Ｇでの初期状態
（二次側導体板８が存在しない時に、単相交番電
流が単相コイル５に印加された状態）で、領域
Ａ，Ｂ及びＣの各領域内における磁束の発生分布
波形を説明する。

第１１図は領域Ａ〜Ｃにおける初期磁束密度分
布波形図で、同図は第１磁極２に係わる領域
Ａ、同図は第２磁極３に係わる領域Ｂ，Ｃにお
ける波形図である。また各図ａは時間軸を紙面に
垂直な方向とする波形曲線を斜視的に位置軸Ｘ上
で波形を表示した図であり、また各図ｂは各図ａ
における各波形曲線を位置軸Ｘ方向から観測した
時の波形曲線図である。

領域Ａでは第１１図に示すように、各位置
X₁，X₂における波形Ａ（X₁、Ｔ），Ａ（X₂、Ｔ）
は共に同一な位相を持つ波形であり、点線はその
包絡線を示している。従つて、同図ａの各波形曲
線を位置軸Ｘ方向からみた時は、同図ｂのように
二つの波形は完全に重なりあつて一つの波形Ａ
（Ｔ）として観測される。

一方、領域Ｂ，Ｃでは第１１図に示すよう
に、各位置X₁，X₂，X₃における波形Ｂ（X₁、
Ｔ），Ｂ（X₂、Ｔ），Ｂ（X₃、Ｔ）は互いに異なる
位相をもつ波形であり、図中で点線は各々の波形
曲線の包絡線である。従つて、これらを時間軸Ｘ
方向からみた時は、同図ｂのように三つの波形曲
線Ｂ（X₁、Ｔ），Ｂ（X₂、Ｔ），Ｂ（X₃、Ｔ）とし
て観測される。

領域Ｂ，Ｃ上で上述したような位相のずれた波
形が発生するのは、単相コイル５に単相交番電流
を印加した事によつて第１磁極２に発生した交番
磁束から、一次側鉄心１に誘起する渦電流によつ
て一次側鉄心１内に磁気抵抗が生じ、この磁気抵
抗が磁束の位相を遅らせるからである。このた
め、その渦電流の影響が大きくなる領域Ｂ，Ｃの
外側の方で、位相の遅れが大きくなる。次に、こ
の様な磁気回路構成の空隙Ｇ部に、良電導体で非
磁性体例えば銅、アルミニウム等の二次側導体板
を挿入した時の二次側導体板に発生する力につい
て第２図、第３図を用いて説明する。尚、第３図
において、横軸は、二次側導体板８の先端位置を
示し、縦軸はその時に二次側導体板８に作用する
力を示し、矢印Ａ方向が二次側導体板８を第２図
の左側方向へ移動させる力であり、矢印A′方向
が二次側導体を第２図の右側方向へ移動させる力
である。

本発明に基く二次側導体板８の進行方向の長さ
は、第２図中記号ｌで示す長さ以上となる様に設
定される。そして、第２図の説明では鉄心１およ
び継鉄７は固定され、二次側導体板８は移動可能
に支持されている場合について説明する。

まず、二次側導体板８の先端８―１が第２図中
ａの位置にある場合、領域Ａ→領域Ｂ方向の力、
すなわち、第３図に示すように、矢印A′方向の
力を発生する。

これは、単相コイル５より発生する磁束が交番
しているので、領域Ｂの磁束の位相が鉄心１に誘
起される第１の渦電流を含む磁気抵抗により入口
側ほど遅れるため、二次側導体板８上に入口側を
向イタ進行磁界が形成されるためである。

二次側導体板８の先端８―１が第２図中ｂ付近
に近づくにつれ、その先端８―１に誘起する第１
の渦電流密度が次第に上がり、先端８―１の磁束
の位相が遅れ始め、二次側導体板８上の進行磁界
が打ち消され、その力は弱くなる。

すなわち、領域Ｂの磁束の位相は、第２図中ａ
の位置の場合において、その入口側と左側の部分
とでは、ずれが生じているが、第２図中ｂ付近に
進入すると、二次側導体板８に誘起する第１の渦
電流により、領域Ｂの左側の部分の位相も遅れる
ので、進行磁界が打ち消されることになる。

従つて、第３図に示すように、位置ｂの点で二
次側導体板８に作用する力は零となる。

そして、先端８―１が第２図中ｃの位置までく
ると、領域Ａの磁束の影響を受ける様になる。

この時、先端部８―１の磁束の位相（第１磁極
２の部分の磁束の位相）と領域Ｂ（第２磁極３）
の部分における部分の磁束の位相との位相差が
180゜以上となるため、二次側導体板８上には、領
域Ｂ→領域Ａ方向の進行波が形成され、領域Ｂ→
領域Ａ方向の力、すなわち、第３図に示すよう
に、矢印Ａ方向の力が発生する。

さらに、先端８―１が第２図中ｄの位置に進む
と、先端部８―１に、第１の渦電流とは異なる大
きな別の渦電流が誘起され、先端部８―１の磁束
の位相が遅れ始め、先端部８―１の磁束の位相
と、領域Ｂにおける部分の位相差は、再び180゜と
なり、第３図に示すように、力は零となる。

さらに、先端８―１が第２図中ｄからｅに進む
と、先端部８―１に誘起された第１の渦電流とは
異なる別の大きな渦電流により、先端部８―１の
磁束の位相はさらに遅れ、領域Ｂにある部分の位
相差は180゜以下となる。

従つて、二次側導体板８上に領域Ａ→領域Ｂ方
向へ向かう力が発生する。この力は、第３図に示
すように、先端８―１が第２図中ｅの位置にある
ときに最大となる。

さらに、先端８―１が第２図中ｅの位置を通過
すると、この力は減少してゆき、第３図に示すよ
うに、第２図中ｆの時点で零となる。

これは、二次側導体板８の先端８―１の力（Ａ
→Ｃ方向）と後端８―２の力（Ａ→Ｂ方向）が釣
り合うからである。

二次側導体板８の先端が位置ｆを越えると、二
次側導体板８の後端の力が先端の力より小さくな
り、二次側導体板８上には、第２図中左方向へ向
かう力が発生する。

本発明による単相L.I.M.は上述の力のうち、第
３図に示す領域Ｘの部分の力を巧みに利用するも
のである。

第４図は本発明にかゝる単相Ｌ・Ｉ・Ｍの一実
施例で示す。

図中、１，１′は一次側鉄心、２は一次側鉄心
１，１′にに所定間隔をおいて形成された第１磁
極、５―１，５―１′，５―２，５―２′，５―
３，５―３は夫々の第１磁極に巻回された単相コ
イルで、５―１と５―１′、５―２と５―２′、５
―３と５―３′は夫々相対向する第１磁極２―１，
２―２および２―３に巻回され図中矢印で示す磁
束ループが形成されるように配線接続されてい
る。また８は二次側導体板、９―１，９―２，９
―３は右方向用先端センサ、１０―１，１０―
２，１０―３は左方向用後端センサで夫々第２図
中、位置ｄに相当する部分に設けられた二次側導
体板先端および後端検出のためのセンサである。
これらのセンサ９，１０は例えば反射型の光検知
器で構成される。

また第５図は第４図に示す実施例の側面図を示
し図中１１は一次側鉄心１，１′を固定する基台、
１２は一次側鉄心１，１′上に配設されたレール、
１３は二次側導体板８を下部に垂下させたキヤリ
ア、１４はキヤリア１３を支持し、レール１２に
沿つて移動させるための車輪である。その他の番
号は第４図の番号をそのまま援用している。

以下両図を用いて本実施例動作を説明する。

二次側導体板８を図の右方向へ駆動する場合を
考える。

先ず、二次側導体板８を、その先端８―１が、
右方向先端センサ９―１と、左方向用後端センサ
１０―１の間に位置するように図の左方よりレー
ル１２に沿つて右方へ移させてセツトする。従つ
てセンサ９―１の出力は“０”、センサ１０―１
の出力は“１”信号が後述する駆動回路に入力さ
れる。駆動回路はこの状態でオペレータ又は上位
装置からのイネーブル信号を受けて単相コイル５
―１，５―１′に単相交流電流を供給できるよう
に構成されている。さらに同駆動回路はセンサ９
―１の出力が“０”、センサ１０―１の出力が
“１”の期間、すなわち二次側導体板の先端８―
１がセンサ９―１および１０―１の間に位置して
いる場合にのみ単相コイル５に通電するように構
成される。

さて駆動回路により単相コイル５―１，５―
１′に電流が供給されると、各単相コイルからは
図中矢印で示す磁束が発生し、その結果二次側導
体板８は第２図にて説明した原理に基いて右方向
に力を受け、レール１２上をレール１２に案内さ
れて右方へ移動する。そして二次側導体板の先端
８―１が対向する第１磁極２―２間に位置する期
間をセンサ９―２および１０―２で検知し、同様
の駆動回路に接続された単相コイル５―２，５―
２′に単相交流電流を供給する。この結果二次側
導体板８はさらに加速されて右方へ移送される。
以下同様にして二次側導体板８をレール１２に沿
つて移送されることができる。又二次側導体板８
を左方へ移送する場合も全く同様にして両センサ
９，１０により二次側導体板の後端８―２を検知
し両センサ間に後端が位置している期間に単相コ
イルに通電してやればよい。

第６図は第４図、第５図に示す実施例に接続さ
れる駆動回路の一例を示す。

図において、１５，１６はアンド・ゲート、１
７はオアゲート、１８はインバータ、１９はセツ
トリセツト型フリツプフロツプ、２０はソリツド
ステートリレー、２１は単相交流電源であり、そ
の他の番号は第４図の番号を援用している。

図示の駆動回路は、第４図図示のコイル５―
１，５―１′に接続される駆動回路を示す。単相
交流電源２１はリレー２０を介してコイル５―
１，５―１′に接続され、図示されないが同様に
他のコイル５―２，５―２′，５―３，５―３′も
電源２１に並列に結線されている。

さて第４図において、同左方より移動される二
次側導体板８により先ずセンサ９―１，１０―１
がオンする結果ゲート１５を介してフリツプフロ
ツプ１９がセツトされる。さらに二次側導体板８
が移動して第４図に示す位置に到来するとセンサ
９―１はオフ、ゲート１５の出力は“０”、従つ
てインバータ１８の出力は“１”となる。このと
きイネーブル信号が入力されることによりゲート
１６が開き、リレー２０を閉じる。従つて単相コ
イル５―１，５―１′には単相交流電流が供給さ
れる。単相コイルへの通電により二次側導体板８
は右方へ急速に加速される。一方二次側導体板８
の移動によりセンサ９―１，１０―１は共にオフ
され、ゲート１７よりリセツトパルスがフリツプ
フロツプ１９に入力されゲート１６が閉じて単相
コイル５―１，５―１′への通電は停止される。
尚、図中スタート１端子は、上記センサの出力に
無関係に単相コイルへの通電を可能にするための
端子である。

第４図に示す各単相コイルには、上述の駆動回
路が夫々接続されている。

こゝで、二次側導体板８の進行方向における長
さを、第２図中位置ｄに相当する位置に配置され
たセンサ１０―１、および９―２間の距離Ｌより
大きく且つ第１磁極２―１，２―２の両外縁間の
距離Ｍより小さく設定することで二次側導体板８
を正確に停止位置決めすることも可能である。

すなわち上述の説明では単相コイルを二次側導
体板移送用としてのみ用いる場合について述べた
が同単相コイルを用いて二次側導体板８を非接触
で正確に停止位置決めすることも出来る。

この場合、各単相コイル５に接続される駆動回
路は第７図に示す駆動回路が適用される。

図において、２２乃至２６はアンド・ゲート、
２７，２８はオアゲート、２９はインバータ、３
０，３１はセツト・リセツト型フリツプ・フロツ
プ、３２はコイル５―２，５―２′に直列接続さ
れたソリツドステート・リレーである。

ゲート２２にはセンサ１０―１，９―２の出力
が入力され、両出力が“１”のとき、すなわち二
次側導体板８が第４図に示す位置にあるとき二次
側導体板８の先端および後端に位置する両単相コ
イル５―１，５―１′，５―２，５―２′に交流電
流を供給するための信号を出力する。従つてゲー
ト２２が開きフリツプフロツプ３０がセツトされ
るとともにイネーブル信号のネガパルス
ENABLE GOが入力されることでゲート２４，
２５が開く。ゲート２４，２５の各出力は夫々リ
レー２０，３２をオンさせ、その結果単相コイル
５―１，５―１′，５―２，５―２′には同時に交
流電流が供給される。

両単相コイルへの通電により両単相コイル間の
二次側導体板８はその両端部において夫々板中央
に向かう力を発生し結局二次側導体板８は両単相
コイル間に挾持される。二次側導体板静止期間中
は両単相コイルに交流電流が継続して供給され
る。そして再び二次側導体板８を移動させる場
合、二次側導体板の両端部に位置する単相コイル
のいずれか一方への通電を停止することにより通
電の停止された単相コイルの方向に二次側導体板
を再起動させることができる。すなわち第４図に
おいて二次側導体板８を左方へ移動させる場合、
第７図のスタート端子START１に信号を与えて
リレー２０をオフさせて単相コイル５―１，５―
１′への通電を停止する。また右方へ移動させる
場合はスタート端子START２に信号を与えてリ
レー３２をオフさせ以て単相コイル５―２，５―
２′への通電を停止させればよい。

尚、ゲート２３，２６，２８、インバータ２
９、フリツプフロツプ３１よりなる回路は第６図
に示す各単相コイル駆動用の駆動回路と同様であ
り、動作も第４図と全く同様である。

第８図は本発明にかゝる単相Ｌ・Ｉ・Ｍの他の
実施例を示す原理説明図である。本実施例は、二
次側導体板を基台に固定し一次側鉄心を可動とし
たものであり、その駆動原理は第２図、第３図と
全く同様であるのでこゝでは説明を省略する。

図中、４１，４１′は移動可能に支持された一
次側鉄心、４２は一次側鉄心４１，４１′の略中
央に形成された第１磁極、４３，４４は同じく一
次側鉄心４１，４１′の両端部に形成された第２
磁極、４５，４５′は第１磁極４２に巻回された
単相コイル、４８はレールに沿つて且つ所定間隔
をもつて固定された二次側導体板、４９，５０は
二次側導体板位置検出のためのセンサである。

第８図に示す他の実施例の具体的構成例を第９
図および第１０図に示す。

図中、５１は基台、５２はレール、５３はキヤ
リア、５４は一次側鉄心４１，４１′外側に設け
られた車輪、５５は単相コイル４５，４５′端子
に接続された摺動ブラシ、５６は基台５１上に配
設され単相交流電源に接続された電流供給レール
である。

第９図から判るように本実施例は、レール５２
間に所定間隔をおいて二次側導体板４８を配列す
る一方、一次側鉄心４１，４１′を車輪５４を介
してレール５２上に移動可能に支持したものであ
る。一次側鉄心４１，４１′は、夫々その両端に
相対向する単相コイル４５，４５′，４６，４
６′を有し、単相コイル４５，４５′および４６，
４６′間の距離は、二次側導体板４８の長さと略
同等に設定されている。

動作原理は第８図と全く同様であり、一次側鉄
心に巻回された単相コイル４５，４５′、あるい
は４６，４６′のいずれか一方に選択的に交流電
流を通電することにより第４図の原理に基いて一
次側鉄心およびキヤリアからなる搬送体を所定の
方向に向けて移送させることができる。各単相コ
イルへの交流電流の供給は、電源供給レールおよ
びこれに摺動接触するブラシを介して行なわれ
る。本実施例において搬送体を停止させる場合は
前述の実施例と同様に一次側鉄心両端の単相コイ
ル４５，４５′，４６，４６′に同時に交流電流を
供給してやればよい。

以上説明したように本発明によれば、単相交流
電源により進行波磁界を得ることのできる構成の
簡単なリニアインダクシヨンモータを実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかゝる単相Ｌ・Ｉ・Ｍの基本
磁気回路を示し、第２図、第３図は本発明の単相
Ｌ・Ｉ・Ｍの動作原理説明図を示す。第４図、第
５図は本発明の一実施例構成図を示し、第６図は
その駆動回路例を示す。第７図は本発明に適用さ
れる駆動回路の他の実施例を示す。第８図、第９
図、第１０図は本発明の他の実施例を説明するた
めの図、第１１図は領域Ａ〜Ｃにおける初期磁束
密度分布波形図で、同図は第１磁極に係わる領
域Ａ、同図は第２磁極に係わる領域Ｂ，Ｃにお
ける波形図である。 図において、１は一次側鉄心、２は第１磁極、
３，４は第２磁極、５は単相コイル、８は二次側
導体板、９，１０はセンサ、１１は基台、１２は
レール、１３はキヤリア、１４は車輪である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単相交流電源に接続された単相コイルの巻回
   された第１磁極と、該第１磁極より発生する磁束
   の帰路を形成し該第１磁極に近接して配置された
   第２磁極とを有する一次側鉄心と；該一次側鉄心
   の該第１、第２磁極にまたがり且つ該各磁極と所
   定の間隔をもつて配置された非磁性良導体からな
   る二次側導体と；該二次側導体の端部が該第１磁
   極に対向する位置に位置している期間において該
   単相コイルに単相交流を通電するための通電指示
   信号を発生する二次側導体端部検出手段と；を具
   備してなると共に、前記一次側鉄心あるい前記二
   次側導体の一方を固定し、他方を移動可能に支持
   して成ることを特徴とする単相リニアインダクシ
   ヨンモータ。 ２ 前記一次側鉄心を固定し、前記二次側導体を
   移動可能にしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の単相リニアインダクシヨンモータ。 ３ 前記一次側鉄心を構成する第１磁極と第２磁
   極を交互に配置するとともに該第１磁極の間隔を
   前記二次側導体の長さと略同一に設定したことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の単相リニ
   アインダクシヨンモータ。 ４ 前記二次側導体を固定し、前記一次側鉄心を
   移動可能にしたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の単相リニアインダクシヨンモータ。 ５ 前記一次側鉄心の第２磁極の両側に第１磁極
   を配置するとともに該第１磁極の間隔を前記二次
   側導体の長さと略同一に設定したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の単相リニアインダ
   クシヨンモータ。 ６ 前記二次側導体を前記一次側鉄心の移動方向
   に沿つて所定間隔をおいて配置したことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の単相リニアイン
   ダクシヨンモータ。 ７ 前記単相コイルの配線を、磁束がループを作
   る様にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項〜第５項記載の単相リニアインダクシヨンモー
   タ。