JPH04165953A - リニアモータ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、対向する永久磁石間に形成された磁気空隙内
を可動コイルが直線運動する形式のリニアモータに関す
るものであり、特にトルクリップルが少なく等速制御が
可能であるように改良したリニアモータに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来１０ｃｍ乃至１００ｃｍのような長いストロークの
範囲内で物体の位置決めを行なうための駆動装置として
は１例えば、特公昭５８−４９１００号に開示されてい
るような可動コイル形リニアモータが多用されている。

このリニアモータは、厚さ方向に着磁した複数の永久磁
石を着磁方向が異なるように対向させて配置し、対向す
る永久磁石間に形成された空隙内に、磁束と直角方向に
運動する可動コイル組立体を配設した構造を有する。

このようなリニアモータでは、磁気回路部にセンターヨ
ークがなく、シかも空隙内で磁束が複数個の閉ループを
構成し、磁路の一部に磁束が集中しないようになってい
るので、長いストロークの全域に亘って−様な磁束密度
を発生させることができる。

第４図は従来のリニアモータを示す要部説明図である。

第４図において１はヨークであり、鉄板のような強磁性
材料により例えば平板状に形成する。２は永久磁石であ
り、厚さ方向に着磁し９表面にＮＳ磁極が交互に出現す
るようにヨーク１の長手方向に配設して固着する。上記
のように形成したヨーク１を永久磁石２の異極が対向す
るように空隙３を介して配設する。４は支持板であり。

前記空隙３を確保するためにヨーク１の長手方向両端部
に固着する。なお支持板４は前記ヨーク１と同様の強磁
性材料によって形成することが好ましい。次に５はコイ
ルであり、前記空隙３における磁束と巻線方向が直交す
るような偏平の多相コイルによって形成する。すなわち
複数個のコイルを永久磁石２の配設方向に若干量宛ずら
せて配設し１磁極の方向を磁界検出素子等の手段を介し
て検出し、電流を流すべきコイルおよびその方向を切換
え得るように形成する。なお上記コイル５は磁気ヘッド
を固着したホルダ（何れも図示せず）に一体に支持され
て可動子を形成する。

以上の構成により、コイル５に電流を流すと。

コイル５による磁界が永久磁石２による平行磁界よ鎖交
するため、コイル５はフレミングの左手の法則により、
ヨーク１の長手方向の駆動力を受けるから、コイル５を
一体に支持してなる可動子（図示せず）はヨーク１の長
手方向に移動する。

次にコイル５に前記と逆方向の電流を流すと、コイル５
には前記と逆方向の駆動力が作用するから。

可動子は前記と逆方向に移動する。従ってコイル５への
通電およびその電流の方向を選択することにより、可動
子を所定位置に移動させることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記構成のリニアモータにおいては、一般に永久磁石２
は直方体状に形成されており、コイル５の移動方向と直
交する断面積が同一、すなわち厚さ寸法および幅寸法は
同一である。また複数個の永久磁石２，２間においては
間隙、接着剤の介在。

および磁束の短絡等により磁束密度が永久磁石２の中間
部におけるものより小となっている。そして永久磁石２
全体としての前記コイル５の移動方向の磁束分布は略円
弧状若しくは台形状となっている。このような磁束分布
を有する磁気空隙３内をコイル５を移動させると１　コ
イル５の位置によってトルクの大小があり、所謂トルク
リップルが発生し、リニアリティおよび位置決め精度が
低下するという問題点がある。

上記の問題点を解決するために２例えば磁束密度の平坦
な領域の長さ、磁極間のピッチ、コイル１相の移動方向
の長さおよびコイルの相数との関係から、多極磁石と多
相コイルとの間の相対寸法を設定した内容の提案がある
（特開平１−１８５１５７号公報参照）。しかしながら
この提案においては。

磁束密度が平坦となる領域にあるコイルのみを選択的に
駆動するようにしたものであるため、多極磁石の一部分
を使用するに留まり、効率が悪く。

装置全体が大型化すると共に、制御が煩雑であるという
問題点がある。

一般に回転子側が永久磁石界磁であり、外側が固定電機
子であるモータにおいては、常に回転子の磁束と電機子
起磁力の関係を垂直に保持するためには、適切な制御回
路によって、正弦波電機子電流の確立と正弦波のギャッ
プ磁束分布を形成することが必要であるとされている。

このように構成することにより、モータが発生するトル
クは。

電機子電流と磁束密度の各々最大値の積にのみ依存し９
回転子の基準軸からの変位角には無関係なトルクが発生
する。すなわち上記変位角によるトルクリップルの発生
を防止できることになる。

一方リニアモータは上記回転子および電機子の直径を無
限大に形成したものであり、上記の理論が当然に適用さ
れる。従って前記第４図に示す永久磁石２におけるコイ
ル５の移動方向の磁束密度分布を正弦波状に形成すれば
、コイル５の移動位置によるトルクリップルを解消し、
リニアリティの優れたリニアモータを得ることができる
こととなる。上記のような磁束密度分布を得るためには
。

永久磁石２に対する着磁手段によっても可能であるが１
本出願人の提案になるような永久磁石２０寸法形状を改
良した手段（特願平１−２８９１９２号、実願平１−１
２９７８４号等）によることが有効である。

一方コイル５への通電方向の切換１位相の選択および電
流値の制御を行なう制御手段としては。

ホール素子等の磁界検出素子によるものが提案されてい
る（例えば特開昭６３−３１４６４号、同６３−３１４
１６２号公報参照）。このようなホール素子によるもの
は、永久磁石２の中央部において磁束密度が最大になる
ためホール電圧も最大となる特性を利用してコイル５の
位置検出を行なうものであるが、下記のような問題点が
ある。すなわちホール素子自体の特性のバラツキが大で
あるため、ホール電圧を増幅する場合にオフセント調整
を必要とすると共に、ゲイン調整も併せて行なわなけれ
ばならない。またこれらの調整を多相コイルが接続され
たドライブ回路の夫々について行なう必要があり、極め
て煩雑であると共に、制御特性にも問題があり、トルク
リップルの解消１位置決め精度の向上が困難であるとい
う問題点がある。

本発明は上記従来技術に存在する問題点を解決し、１−
ルクリップルが少な（、かつ位置決め精度の高いリニア
モータを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために１本発明においては。

相隣る磁極の極性が異なるように複数個の永久磁石を、
空隙を介して夫々異極が対向するように配設し、この空
隙内に、前記永久磁石の配設方向に設けた多相コイルを
備えてなる可動子を永久磁石の配設方向に移動可能に設
けたリニアモータにおいて、前記多相コイルに夫々当該
多相コイルと同位相位置にかつ前記永久磁石の磁力線の
作用する領域内に磁界検出素子および検知コイルを設け
。

磁界検出素子により多相コイルへの供給電流の方向制御
を、ならびに検知コイルにより多相コイルへの供給電流
の位相および電流値の制御を行ない得るように構成する
。という技術的手段を採用した。

本発明において、永久磁石には多相コイルの移動方向に
おける磁束分布が正弦波状となるように着磁するか、永
久磁石の形状寸法を下記のように形成することが好まし
い。

（１）　　コイルの移動方向と直交する面における永久
磁石の断面積をＡｃ＞Ａｅ　（但し、　Ａｃ＋中間部に
おける断面積、　Ａｅ：端部における断面積）に形成す
る。

（２）永久磁石の厚さをｔｃ＞ｔｅ（但し、ｔｃ：中間
部における厚さ、ｔｅ：端部における厚さ）に形成する
。

（３）永久磁石の幅をＷｃ＞Ｗｅ（但し、Ｗｃ：中間部
における幅、Ｗｅ：端部における幅）に形成する。

（４）前記（１）ないしく３）の何れか２つ若しくは全
部の組合せで永久磁石を形成する。

〔作　用〕

上記の構成により、永久磁石のコイル移動方向の磁束分
布が正弦波状となり、磁界検出素子によってコイルの移
動方向を制御することができると共に、コイルの移動に
伴なって検知コイルには２π／ｎ毎（ｎは相数）に位相
を異にする正弦波電圧が誘起されるから、この誘起電圧
によりコイルに供給する位相および電流値を制御するこ
とができ、コイルを等連着しくは極めて速度差の小であ
る状態で移動させることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例を示す一部破砕要部平面図であ
り、同一部分は前記第４図と同一の参照符号で示す。第
１図において可動子５０は絶縁材料からなる基板５１上
に１例えば３個の多相コイル５２を相互に１２０°の位
相差で可動子５０の移動方向に配設する。５３は検知コ
イル、５４はホール素子であり、夫々多相コイル５２と
同位相位置に、かつ永久磁石２の磁力線の作用する領域
内に設ける。これらの検知コイル５３．ホール素子５４
は制御装置（図示せず）を介して制御電源および駆動型
＃ｉ（何れも図示せず）と接続する。

次に第２図は第１図における永久磁石２の形状寸法を示
す斜視図であり、可動子５０（第１図参照）の移動方向
（矢印Ａ）に複数個配設するのであるが、上記移動方向
と平行な断面の形状を略台形状に形成する。すなわち上
記移動方向の端部における厚さを６．５ｍｍ、中間部に
おける厚さを１０肛に形成する。なお永久磁石２は厚さ
方向１すなわち上下方向に着磁する。

上記の構成により、可動子５０の移動方向と磁束密度と
の関係を測定したところ、正弦波若しくはこれに極めて
近似した曲線であることが確認された。

第３図は本発明の他の実施例における永久磁石の形状寸
法を示す平面図であり２幅寸法を端部において２６ｍｍ
、中間部において５０ｍｍに形成し。

両側縁部の輪郭を正弦波状に形成する。なお厚さ寸法は
１０胴とし、前記同様に厚さ方向に着磁してリニアモー
タを構成した。矢印Ａ方向の磁束密度分布を測定したと
ころ、第２図に示すものと同様の正弦波状となることが
認められた。

上記の実施例においては、永久磁石２の厚さ寸法若しく
は幅寸法を各々変化させた例について記述したが２両者
を併用してもよい。また可動子５０の移動方向の永久磁
石２の表面輪郭は斜直線のみでなく９曲線としてもよく
、また両者の組合せであってもよい。

次に上記のような永久磁石２を組み込んで、第１図に示
すように構成したリニアモータに、制御電源および駆動
電源（何れも図示せず）を介して通電すると、まずホー
ル素子５４により、夫々の多相コイル５２への供給電流
の方向が制御されて可動子５０は何れか一方の方向に移
動する。この移動により、検知コイル５３は永久磁石２
の磁束を横切るから、検知コイル５３には１２０°の位
相差を有する正弦波若しくは正弦波状の電圧が発生する
。従って制御装置（図示せず）を介して多相コイル５２
には、当該多相コイル５２内に設けた検知コイル５３の
電圧値と対応する位相および電流値の供給電流が流れる
。この供給電流は正弦波若しくは正弦波状であるから、
多相コイル５２を搭載する可動子５０に付与するトルク
リップルは極めて小さく、可動子５０を等連着しくは極
めて速度差の小である状態で移動させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は以上記述のような構成および作用であるから、
リニアモータにおけるトルクリップルを大幅に低減させ
ることができ、リニアリティおよび信頼性を大幅に向上
させ得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部破砕要部平面回、第
２図は第１図における永久磁石の形状寸法を示す斜視図
、第３図は本発明の他の実施例における永久磁石の形状
寸法を示す平面図、第４図は従来のリニアモータの例を
示す要部説明図であ２：永久磁石、５０：可動子、５２
：多相コイル、５３：検知コイル、５４：ホール素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相隣る磁極の極性が異なるように複数個の永久磁石を、
   空隙を介して夫々異極が対向するように配設し、この空
   隙内に、前記永久磁石の配設方向に設けた多相コイルを
   備えてなる可動子を永久磁石の配設方向に移動可能に設
   けたリニアモータにおいて、前記多相コイルに夫々当該
   多相コイルと同位相位置にかつ前記永久磁石の磁力線の
   作用する領域内に磁界検出素子および検知コイルを設け
   、磁界検出素子により多相コイルへの供給電流の方向制
   御を、ならびに検知コイルにより多相コイルへの供給電
   流の位相および電流値の制御を行ない得るように構成し
   たことを特徴とするリニアモータ。