JPH0360357A

JPH0360357A - 低インダクタンスアクチュエータ

Info

Publication number: JPH0360357A
Application number: JP19253289A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kaido; 力開道; Eizo Sakuma; 佐久間　栄三
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-07-27
Filing date: 1989-07-27
Publication date: 1991-03-15

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】［産業上の利用分野］本発明は、回転機、リニアモータなどのアクチュエータ
に関するものである。

［従来の技術］ＯＡ４！’ｉ３やＦＡ機器などでは小型モータが数多く
使用されるが、これらのモータは単体で使用されること
は少なく、制御回路と接続して使用されるか多い。この
ようにモータを制御して使用する場合には、モータの電
機子コイルのインダクタンスのために、高電圧が必要に
なり、電流の応答性も低下する。特に、電機ｆコイルに
閉磁路のコアが通っている場合、電機子コイルのインダ
クタンスはかなり大きくなり、制御上の影響が大きい。

また、電機子コイルのインダクタンスが大きいと、電機
子コイル電流により生じる磁界も大きくなり、磁気回路
への影響も生じる。

電機子コイルにインダクタンスを低減する方法としては
、制御回路で電機子コイルのインダクタンスを補償する
方法、磁気回路の最適化によりインダクタンスを小さく
する方法、あるいはショートリング法が採用されている
。制御回路による補償方法や磁気回路の最適化による方
法には限度がある。現在、比較的容易に用いられている
方法がショートリング法であるが、電機子コイル電流の
応答性の場合、電機子電流の立ち上がり特性は敗善され
るが、定常値になるまでに要する時間が長くなるなどの
問題がある。

以上より、現在使用されている電機子コイルのインダク
タンス低減法では、十分でない。

［発明が解決しようとする課題］この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、アクチュエータに補償コイルを設けることにより、
電機子コイルのインダクタンスを低減させたアクチュエ
ータを提供するものである。

［課題を解決するための手段］本発明は、電機子コイルに流す電流により駆動するアク
チュエータにおいて、前記アクチュエータの固定側、可
動側のうち前記電機子コイルが設けられ°Ｃいない方に
、前記電機子コイルと直列配線し、かつ前記電機子コイ
ルがつくる磁束を打ち消す補償コイルを設けることによ
り、電機子コイルのインダクタンスを低減させることを
特徴とするアクチュエータである。ここで、アクチュエ
ータとは、一般の回転するモータや直線運動するりニア
モータ、あるいは反復運動するものを意味し、また力や
回転力の発生を主とする機器であってもよい。

アクチュエータの電機子コイルに電流が流れると、電機
子コイルの自己インダクタンスのために誘起電圧が生じ
、電流の応答性等が低下する。そこで、７Ｅ機子コイル
の自己インダクタンスＬを小さくするために、電機子コ
イルと直列に補償コイルを設け、電機子コイルと補償コ
イルがお互いに磁束を打ち消すように配置し、電機子コ
イルと補償コイルを直列結線した全体のインダクタンス
ＬＴを小さくする。補償コイルは、電機子コイルが可動
側であれば固定側に、電機子コイルが固定側であれば可
動側に配置しなければならない。補償コイルの自己イン
ダクタンスをＬｃ、電機子コイルと補償コイルの間の相
互インダクタンスＭをお互いに打ち消す方向にとり、電
機子コイルと補償コイルを直列に結線すると、全体のイ
ンダクタンスＬＴは、ＬＴ＝Ｌ＋Ｌｃ−２Ｍとなる。相
互インダクタンスＭは、Ｍ≦（ＬＬｃ）ｌ／２であるの
で、できるだけＭ＝　（１，ｌ、ｃ）ｌ／２かつＬ＝Ｌ
ｃとなるように補償コイルを設置すると、ＬＴはＯに近
くなる。すなわち、電機子コイルと補償コイルをできる
だけ近くに設置し、かつ補償コイルの巻数も電機子コイ
ルと同じか、もしくは０．８倍ないし１．２倍にすると
、インダクタンスしＴは小さくできる。

電機子コイルに鉄心か通っている場合には、インダクタ
ンスは大きくなり、電機子コイルと共にこの鉄心を存す
るように、補償コイルを配置し直列結線することで、イ
ンダクタンスの低減効果は大きくなる。特に電機子コイ
ル電流による磁束が通る磁路がすべて鉄心で構成されて
いる閉磁路の場合には、インダクタンスは極めて大きく
なり。

低減効果が著しいことは言うまでもない。ここで鉄心と
は、アクチュエータを駆動するための界磁を適切な磁束
分布にするヨークや他の目的のために設置された磁性材
料などであり、閉磁路とは電機子コイル電流のつくる磁
束の通る道がすべてまたは磁束が通る鉄心の長さの９５
本以上のものを意味するものとする。

ここで、補償コイルは、１つのコイルである必要はなく
、２つ以上で構成してもよいが、補償コイルの巻数とは
、電機子コイルのつくる磁束の磁路に対して、補償コイ
ルの巻数を合計したものを意味する。この場合、電機子
コイルのつくる２つ以上の磁路で、補償コイルの巻数が
異なる場合には、それぞれの巻数が０．９倍から１．１
倍であることが好ましい。ここで、電機子のつくる磁路
とは、電機子コイル電流により発生ずる磁束が流れる磁
路を意味し、主に磁性材料で構成される場合が多いか、
磁性材料で構成されなくても構わない。このように？＋
ｌｉ償コイ償金イル動側と固定側のうち電機子コイル側
でない側に配置し、電機子コイルと直列結線することで
、インダクタンスを低減できる。

本発明のアクチュエータは、可動部と固定部の電機子コ
イルと補償コイルを直列に配線するので１反復運動する
アクチュエータに適用できる。

また、可動部の電機子コイルまたは補償コイルをブラシ
などで固定部と直列結線すれば、反復運動でないもので
も適用できる。本発明で設置する補償コイルは、電機子
コイルにできるだけ近くで同じ形状のものであると、イ
ンダクタンスＬＴは小さくでき、効果が大きいことは言
うまでもない。

また、この補償コイルは、ヨークや鉄心などの磁性材料
に巻き付けたものでも、磁性材料の表面に設置したもの
でもよい。

［実施例］本発明を実施例の図を参照しながら説明する。

第１図は、固定側が磁石３よりなる界磁で、可動側が電
機子コイル１を備えており、補償コイル２を電機子コイ
ルｌの巻数と同じ巻数はど固定側のセンターヨークに巻
いたアクチュエータの断面図であり、第２図は、第１図
のａｂより見た側面図である。電機子コイル１は、磁石
３とヨーク４で構成された磁気回路より得られる磁束と
電機子コイル１に流れる電流により、第１図では矢印５
゜６の方向に、第２図では紙面と垂直方向に反復運動を
する。このとき、電機子コイル１と補償コイル２は、電
流方向が第２図の矢印７，８のようにお互いに逆方向に
なっており、第３図のように、相互インダクタンスによ
る誘起電圧の方向が印１２、１３であるように導線１１
により直列結線され、電流による誘起電圧は打ち消され
るようになっている。第３図において、符号９および１
０はそれぞれ電機子コイルおよび補償コイルのインダク
タンスを表わしている。従って、インダクタンスが小さ
くなり、誘起電圧が小さくなり、電流の応答性環が改善
する。この第１図は、ヨーク４が閉磁路を構成しており
、インダクタンスの低減の効果が大きい。

第４図、第５図は、固定側がヨーク１７に取り付けられ
た電機子コイル１４、可動側がヨーク１８に取り付けら
れた界磁用磁石１６と補償コイル１５からなる可動磁石
型アクチュエータであり、第６図は第４図のｃｄから見
た図である。磁石１６は２極着磁で、電機子コイル１４
の電流は方向２２のように流れ、１９．２０の方向に反
復運動をする。このとき、電機子コイル１４と補償コイ
ル１５の巻数は同じであり、電機子コイルＩ４と補償コ
イル１５は、第３図のように、直列結線され、インダク
タンスが低くなり、電流の応答性などが良くなる。

第７図は、第１図と同じように、固定側が磁石２４より
なる界磁で、可動（ＩＩＩＩ′が電機子コイル２２を備
えており、補償コイル２３を固定側のヨーク２５に巻い
たボイスコイルモータの断面図である。第１図と異なり
、電機子コイル２２のつくる２つの磁路に電機子コイル
２２の巻数と同じ巻数はど巻いた補償コイル２３をそれ
ぞれ備えた例である。矢印２６．２７は、電機子コイル
２２の反復運動の方向を示す。電機子コイル２２と補償
コイル２３の結線は、第３図にボされる。

第８図には、電機子コイル巻数に対する補償コイル巻数
比−ｒと、電機子コイルの自己インダクタンスＬに対す
る、電機子コイルと補償コイルを直列結線した場合の全
体のインダクタンスの比のし／Ｌ’ｒの関係を示した図
である。巻数比が０．８から１．２で、特に０．９から
１．１でインダクタンスが低いことか明らかである。

［発明の効果］この発明によると、アクチュエータに補償コイルを設け
、電機子コイルと直列に結線することにより、コイルの
インダクタンスを低減させることかでき、電機子コイル
に電流を流しても誘起電圧か小さい。従って、電源に高
電圧を必要とせず、電機子コイルの電流立ち上がり時間
を短くできる。さらに、インダクタンスが低くできると
、電機子コイル電流による発生磁界の影響が少なく。

良好な；し制御性能を示すことができる。

本発明のアクチュエータは、可動部と固定部の電機子コ
イルと補償コイルを直列に配線するので、反復運動する
アクチュエータに適用できるが、可動部の電機子コイル
または補償コイルをブラシなどで固定部と直列結線すれ
ば、反復運動できないものでも適用できる。本発明で設
置する補償コイルは、電機子コイルにできるだけ近くで
同じ形状のものであると、インダクタンスＬＴは小さく
でき、効果か大きいことは言うまでもない。

また、この補償コイルはヨークや鉄心などの磁性材料に
巻き付・けたものでも、磁性材料の表面に設置したもの
でも良い。

本発明は、０３機器やＦＡｆｉ器に使用されているモー
タ等に適応でき、電源電圧の低減、電流応答性の改善、
電機子電流によるたの部分への悪影響の防止が可能であ
り効果的であるが、他の応用でもアクチュエータのイン
ダクタンスの低ドを必要とするときには適用可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、補償コイルを固定側のセンターヨークに巻い
たアクチュエータの断面図であり、第２図は、第１図の
ａｂより見た側面図である。第３図は電機子コイルと補
償コイルの配線図である。第４図、第５図は、可動側が界磁用磁石と補償コイルか
らなる可動磁石型アクチュエータであり、第６図は第４
図のｃｄから見た図である。第７図は、補償コイルを電
機子コイルがつくる２つの磁路のヨークにそれぞれ設け
た場合である。第８図は、電機子コイル巻数に対する補
償コイル巻数比「と、電機子コイルの自己インダクタン
スしに対する、電機子コイルと補償コイルを直列結線し
た場合の全体のインダクタンスの比Ｌ／Ｌアの関係を示
した図である。１、目、２２・・・電機子コイル、３．１６．２３−・
・界磁用磁石、２．１５．２４・・・補償コイル、４．
１８．２５・・・磁石磁束を流すヨーク、５．６．１９
．２０．２６．２７・・・アクチュエータの駆動方向、
７　、８　、２１．２２−０゜電機子コイル電流の方向
、９．ｌＯ・・・それぞれ電機子コイルと補償コイルの
インダクタンス、ＩＩ・・・導線、１２．１３・・・相
写インダクタンスの方向。

Claims

【特許請求の範囲】１、可動側に設けられた電機子コイルに流す電流により
駆動するアクチュエータにおいて、前記アクチュエータ
の固定側に、前記電機子コイルと直列配線し、かつ前記
電機子コイルがつくる磁束を打ち消す補償コイルを設け
ることにより、電機子コイルのインダクタンスを低減さ
せることを特徴とする低インダクタンスアクチュエータ
。２、固定側に設けられた電機子コイルに流す電流により
駆動するアクチュエータにおいて、前記アクチュエータ
の可動側に、前記電機子コイルと直列配線し、かつ前記
電機子コイルがつくる磁束を打ち消す補償コイルを設け
ることにより、電機子コイルのインダクタンスを低減さ
せることを特徴とする低インダクタンスアクチュエータ
。３、補償コイル巻数が、電機子コイルのつくる各磁路に
おいて、電機子コイル巻数の０．８倍から１．２倍の間
であることを特徴とする請求項１または２記載の低イン
ダクタンスアクチュエータ。４、電機子コイルと補償コイルが共に閉磁路の鉄心を有
することを特徴とする請求項１、２または３記載の低イ
ンダクタンスアクチュエータ。