JPH0734645B2 - 可動磁石リニア直流モータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は可動子側に界磁マグネットを備え、固定子側
にコイルを備えた推力リップルの非常に小さい可動磁石
リニア直流モータに関する。

〔従来の技術〕

第６図は従来のこの種の可動磁石リニア直流モータの動
作を説明するための界磁マグネット１−１〜１−４とコ
イル２−１〜２−５と磁気センサ３−１〜３−５との構
成の１例を示す図である。第５図に示すリニア直流モー
タの例は公知のように４極の界磁マグネット１−１〜１
−４を有し、１極のマグネット幅P_Mに対しコイル２−１
〜２−５は4/3P_Mのピッチで配置されており、磁気セン
サ３−１〜３−５は第６図に示すようにそれぞれのコイ
ル２−１〜２−５に対してコイル中心線より右に1/2P_M
だけずれた位置に配置されて構成される可動磁石リニア
直流モータである。

今第５図Ａに示すような位置に界磁マグネット１−１〜
１−４があった場合、コイル２−２及び２−３について
はそれぞれ磁気センサ３−２及び３−３により界磁マグ
ネット１−２及び１−３の極性に応じたフレミングの左
手の法則による電流を流すこにより可動子に所定の推力
を与えることが出来る。しかしコイル２−４については
磁気センサ３−４が界磁マグネット１−４の磁極の端部
にかかるだけであるのでほとんど微少の磁気しか検知出
来ず、さらにコイル２−４に流れる電流はコイル有効部
の右半分と左半分とは当然電流方向が逆になるがコイル
にかかる磁界がコイル２−４の場合はコイル右半分と左
半分ともに界磁マグネット１−４の同相の界磁がかかっ
ているためフレミングの左手の法則により生じる推力が
コイル２−４の有効部の右半分と左半分とでお互いキャ
ンセルされてしまい可動子に対して何ら推力を与えるこ
とはない。従って界磁のかかっているコイル２−2,2−
3,2−４の３コイルのうち２コイルが可動子に対して有
効な推力を与えることになる。

又第５図Ｂに示す位置に界磁マグネット１−１〜１−４
があった場合、この場合界磁のかかっているコイル２−
2,2−3,2−4,2−５に対して前述と同様の考察を行えば
コイル２−３については有効な推力を可動子に与える
が、コイル２−２についてはコイル有効部の右半分にし
か界磁がかからないので1/2コイル分の推力しか可動子
に与えられない。他方コイル２−５についてはコイル有
効部の左半分に界磁がかかっているもののコイル２−５
用の磁気センサ３−５は磁気を検知していないためにコ
イル２−５には電流は流れず可動子に推力を与えること
は出来ない。またコイル２−４については第５図Ａの場
合において前述したと同じことで可動子に推力を与える
ことは出来ない。従ってこの第６図Ｂの場合には結局1.
5コイルが有効な推力を可動子に与えることになる。

実開昭62−198876号公報には駆動用磁石と磁気センサ用
磁石を別々に設けることにより、ホール素子等の磁気セ
ンサを駆動用磁石の位置、即ちコイル上におく必要がな
くなり薄形化できるということが開示されている。前記
公報の第１図及びその説明からも明らかなように、駆動
用磁石と磁気センサ用マグネットは別々に設けられてい
るものの、この場合もその磁極の数は図中破線で示され
ているように全く同数であり、この公報の磁気検知方式
は、前記した従来技術と本質的に同一である。

〔発明が解決しようとする課題〕 前述したように従来方式による可動磁石リニアモータの
１例の場合、可動子の位置に応じて可動子に有効な推力
を与えるコイルの数が1.5から２の間で変化し、その変
化の割合即ちリップル率は｛（2.0−1.5）÷2.0｝×100
＝25％と非常に大きくなり、一定速度での可動子の移動
が困難となり位置決め制御上にも多大な悪影響を及ぼす
と同時にモータのパワーを十分に引き出せず一般的にリ
ニアモータに要求される小形化、ハイパワー、高速化と
いうニーズにも十分に応じきれないなどの問題点を有す
る。かかる問題点を解決するために磁界マグネットの数
を増やすことが提案されており、例えば界磁マグネット
を５極にした例として特開昭59−122355「５極の界磁マ
グネットを有する可動マグネット型直流リニアモータ」
が提案されている。しかしこの場合にも可動子に有効な
推力を与えるコイルの数は可動子の位置により2.0から
2.5の間で変化しリップルは20％となり若干の改善効果
しかなく反面磁界マグネットが増えることによりコスト
アップ及び可動子重量アップにより可動子の高速作動が
困難になるなどの問題点が残る。

また別の考え方として３相駆動化する考え方もある。即
ちｉ番目のコイルとｉ＋3n番目のコイル（ｎは1,2,3…
の正の整数）には全て同相の電流を流す方式であり、こ
の方式の場合は第５図Ｂにおいてコイル２−２と同相の
電流がコイル２−５にも流れるためにコイル２−５の有
効部の左半分についても可動子に有効な推力を与えうる
ので全体としては合計２コイル分の有効な推力を可動子
に与えることが出来る。しかしこの方式の場合には界磁
の全くかかっていないコイル、例えば第５図Ａの場合で
はコイル２−５よりも右側の全コイル、に対しても同様
な無駄な電流を流すことになり、特に長ストロークのリ
ニアモータに対しては可動磁石の界磁のかかっていない
数多くのコイルに対して無駄な電流を流すことになり、
電力使用量の増大、コイル発熱の増大等の問題点を有す
る。

また別の考え方として磁気センサをコイルの中心線の左
右の所定位置に１コイルに対して２個以上設け適当なロ
ジック回路を組むことによっても解決可能ではあるが、
高価な磁気センサの個数を増やすことはコストアップに
つながり又配線及び回路が複雑になるなどの問題点が残
る。

第５図に示した従来の可動磁石リニア直流モータは第６
図及び第７図に示す構造をしていた。固定ヨーク７上に
コイル基板５を介してコイル２が取付けられると共に磁
気センサ３が取付けられる。固定ヨーク７と対向して可
動ヨーク６が軸受８にて摺動自在に保持され、可動ヨー
ク６に界磁マグネット１が取付けられる。これら界磁マ
グネット１はコイル２と対向すると共に磁気センサ３と
対向するように延長されていた。このため高価な希土類
磁石を多く使用していた。

この発明は以上述べたような問題点を解決して推力リッ
プルが小さく、高性能な可動磁石リニア直流モータを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば可動子に少くとも１極の界磁マグネッ
トと、その界磁マグネットとは別個のこれと同極性の磁
気センサ用マグネットとが可動子の走行方向において同
一位置に設けられ、その磁気センサ用マグネットの上記
走行方向の長さは界磁マグネットのそれと同一長とれて
いる。上記可動子の走行方向に沿って配置されるコイル
と、そのコイルごとに上記磁気センサ用マグネットの磁
気を検知して上記コイルの対応するものに電流を流す磁
気センサとが固定子に設けられる可動磁石リニア直流モ
ータにおいて、これらの磁気センサは上記走行方向にお
いて対応するコイルの一端部に位置され、上記走行方向
におけるコイルに対する磁気センサが配置される側にお
いて、磁気センサ用マグネットが１極追加されて上記磁
気センサ用マグネットの磁極数が界磁マグネットの磁極
数よりも１つ多くされ、その追加された磁気センサ用マ
グネットはこれと隣接する磁気センサ用マグネットと逆
極性でかつ走行方向の長さが同一とされた構成とされ
る。

このような可動磁石リニア直流モータによれば、磁気セ
ンサを増やしたり、または複雑な配線や制御を必要とし
たり、また可動子のない部分のコイルに無駄な電流を流
したりすることなく、単に永久磁石の構成、配置の工夫
のみで推力リップルが小さくなり、従って速度変動がな
く且つモータのパワーを十分に引き出せる可動磁石リニ
ア直流モータが得られる。

〔実施例〕

以下この発明による可動磁石リニア直流モータの一実施
例を図面を参照して詳述する。

第１図はこの発明による可動磁石リニア直流モータの一
実施例を説明するために界磁マグネット１−１〜１−
４、コイル２−１〜２−５、磁気センサ３−１〜３−５
及び磁気センサ用マグネット４−１〜４−５の配置を示
した図である。第１図に示す可動磁石リニア直流モータ
は第６図を用いて説明した従来公知の場合と界磁マグネ
ット、コイル、磁気センサの配置及び構成についてはほ
ぼ同様であるが、コイルへの界磁を検知するための磁気
センサが従来公知の例では界磁マグネットの磁気を直接
検知しているのに対して、この発明においては第１図に
示すように磁気センサ用マグネット４−１〜４−５の磁
気を検知する点において異る。その磁気センサ用マグネ
ットは第１図に示すように界磁マグネットの極構成（１
−１〜１−４）と同じ極構成の４極（４−１〜４−４）
とさらにもう１極４−５が追加された５極からなり、磁
気センサ３−１〜３−５はこの磁気センサ用マグネット
の磁気を検知して対応するコイル２−１〜２−５に電流
を流し、フレミングの左手の法則による所定の推力を可
動子に与える。

界磁マグネット１−１〜１−４の構成は従来公知のよう
にコイルに対する面がＮ極、Ｓ極と交互になるように配
置されねばならないが、磁気センサ用マグネット４−１
〜４−５も界磁マグネット１−１〜１−４と各極とも同
じ幅で同じ極構成でＮ極、Ｓ極と交互に配置され、さら
にこの実施例においては第１図に示すように磁気センサ
３−１〜３−５がコイル２−１〜２−５の各中心線から
右に1/2P_M（P_Mは界磁マグネット１極の幅）だけずれた
位置に配置される場合、磁気センサ用マグネットも界磁
マグネットに対して同じく右側に１極追加された構成に
なっている。またその磁気センサ用マグネットの追加さ
れた１極の幅は界磁マグネットの界磁が対応するコイル
にかかったときそのコイルに対応する磁気センサにかか
る長さ以上の幅を有する必要があり、この実施例におい
ては界磁マグネットの１極の幅がP_Mでコイルの全幅もP_M
で各コイル間のピッチは4/3P_Mで磁気センサは、各コイ
ルの中心線から1/2P_Mだけ右にずれた位置に配置される
場合は磁気センサ用マグネットは界磁マグネットの極構
成に対して同じく右にP_M幅の１極が付加された極構成に
なっている。

次に前述したようなこの発明による一実施例の構造から
なる可動磁石リニア直流モータの場合に可動子の位置に
よりどのような推力が作用するかについて類似の従来技
術による可動磁石リニア直流モータと比較して述べる。
今第１図Ａに示す位置に界磁マグネット１−１〜１−４
がある場合、コイル２−２及び２−３の２コイルにはフ
レミングの左手の法則に応じた電流を流すことにより可
動子に有効な推力を与えることができる。この場合磁気
センサ用マグネットを５極にして４−５を付加した意味
は何らなく、従来公知の例として第５図Ａを用いて説明
したことと全く同様である。

しかし今第１図Ｂに示すような位置に界磁マグネット１
−１〜１−４があった場合コイル２−５に対応する磁気
センサ３−５は磁気センサ用マグネット４−５の磁気を
検知することによりコイル２−５に電流を流すことがで
きる。且つコイル２−５の有効部（図中 で示される部分）の左半分に対しては界磁マグネット１
−４の界磁がかかっているために、フレミングの左手の
法則による有効な推力を可動子に与えることが出来る。
従って従来公知の例として第５図Ｂを用いて説明した前
述の場合はコイル２−５に電流が流れていなかったため
に1.5コイルしか有効な推力を可動子に与えられなかっ
たがこの実施例の場合はコイル２−５の左半分を含めて
合計２コイル分の有効な推力を可動子に与えることが出
来る。第１図においてコイル列に対して可動子である界
磁マグネットの位置を順次移動させてみても明らかなよ
うに、可動子がどの位置にあっても常に２コイル分の推
力が可動子に与えられることが判る。

同様に可動子を移動させたときの従来技術の４極の界磁
マグネットを有する場合（ケース１）と、５極の界磁マ
グネットを有する場合（ケース２）と、この発明の一実
施例である４極の界磁マグネットと５極の磁気センサ用
マグネットを有する場合（ケース３）との各ケースにお
いて可動子に有効な推力を与えるコイル数を比較してみ
ると、界磁マグネットの１極の幅P_Mを１周期とした第２
図に示すような変化になる。即ちケース１においては1.
5コイルから２コイルの間で変化し、ケース２において
は２コイルから2.5コイルの間で変化するが、この発明
におけるケース３の場合は可動子の位置に関係なく常に
２コイルである。このように常に一定の推力を可動子に
与えることが出来るということは可動子の位置決め制御
上非常に有効であり、また同数の界磁マグネット極数を
有する可動磁石リニア直流モータにおいて、従来技術に
よる場合（前述のケース１）とこの発明の一実施例によ
る場合（前述のケース３）を比較すれば明らかなように
モータのパワーを常に十分に引き出しうる性能を有す
る。このために小形でハイパワーで且つ制御性能のよい
可動磁石リニア直流モータを提供することが出来る。

以上述べてきたこの発明の一実施例の可動磁石リニア直
流モータの側面図を第３図に示し、第４図は第３図のＸ
−Ｙ断面図である。第３図、第４図において第６図、第
７図に対応する部分には同一符号を付けてある。この実
施例においては小形化ハイパワー化のために界磁マグネ
ットには希土類磁石を使用したが、磁気センサ用マグネ
ットは軽くて安価なプラマグを使用した。界磁マグネッ
トを比較してみると明らかなように従来技術によるもの
は磁気センサ３の位置まで界磁マグネットを延長する必
要であり、高価な希土類磁石を多く使用し且つ可動子重
量を重くするという欠点がある。このようにこの実施例
においては推力一定の効果にさらに界磁マグネットの小
形によるコストダウン及び可動子の軽量化の効果をも合
せもつ。

以上述べてきたこの実施例の説明においては磁気センサ
がそれぞれ対応するコイルの中心線から1/2P_Mだけ（P_M
は界磁マグネットの１極の幅）右にずれた位置におかれ
た場合について説明したが、逆にコイル中心線から1/2P
_Mだけ左にずれた位置に対応する磁気センサがおかれる
場合には磁気センサ用マグネットも界磁マグネットに対
して左側に１極追加した５極の構成によればよい。即ち
界磁マグネットの界磁がかかるコイルに対応する磁気セ
ンサに対して所定の磁界をかけるように磁気センサ用マ
グネットの極構成を界磁マグネットの極構成に対して、
右又は左にP_Mの幅の磁極を付加した構成にすることによ
り常に一定の数のコイルが可動子に対して有効な推力を
与えることが可能になる。

〔発明の効果〕

この発明による可動磁石リニアモータは前述のように構
成され、従来の可動磁石リニアモータに比し可動子の位
置によって推力が変化することがないため、リニアモー
タ対する一般的なニーズである小形化、ハイパワー化、
位置決め制御性能の向上などが可能となり、例えばプリ
ンターヘッドの駆動、横編機における給糸口の駆動など
高速直線運動を必要とする分野において非常に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による可動磁石リニア直流モータのコ
イルと界磁マグネットと磁気センサ用マグネットとの構
成を示す図、第２図は従来技術による可動磁石リニア直
流モータとこの発明による可動磁石リニア直流モータに
おいて可動子の位置による可動子に有効な推力を与える
コイル数の変化をグラフに示した図、第３図はこの発明
による可動磁石リニア直流モータの一実施例を示す側面
図、第４図は第３図のＸ−Ｙの断面図、第５図は従来の
可動磁石リニア直流モータのコイルと界磁マグネットの
構成を示す図、第６図は従来技術による可動磁石リニア
直流モータの一例の側面図、第７図は第６図のＸ′−
Ｙ′断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動子に少なくとも１極の界磁マグネット
   と、その界磁マグネットとは別個のこれと同極性の磁気
   センサ用マグネットとが、上記可動子の走行方向におい
   て同一位置に設けられ、 その磁気センサ用マグネットの上記走行方向の長さは上
   記界磁マグネットのそれと同一長さとされ、 上記可動子の走行方向に沿って配置されるコイルと、そ
   のコイルごとに上記磁気センサ用マグネットの磁気を検
   知して上記コイルの対応するものに電流を流す磁気セン
   サとが固定子に設けられ、 上記これらの磁気センサは上記走行方向において、対応
   するコイルの一端部に位置され、 上記走行方向におけるコイルに対する上記磁気センサが
   配置される側において、上記磁気センサ用マグネットが
   １極追加されて上記磁気センサ用マグネットの磁極数が
   上記界磁マグネットの磁極数よりも１つ多くされ、 その追加された磁気センサ用マグネットはこれと隣接す
   る磁気センサ用マグネットと逆極性で、かつ上記走行方
   向の長さが同一とされている可動磁石リニア直流モー
   タ。