JPH0746895B2 - ブラシレス直流リニアモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ブラシレス直流リニアモータに関するもので
ある。

「従来の技術」 ブラシレス直流リニアモータは、コイルに対する通電を
ブラシを用いることなく行うことができる。このためブ
ラシ部分の摩耗，ブラシ交換等の保守作業を伴うことも
なく、またブラシによる通電切換時に発生する電気ノイ
ズにより電子部品に悪影響を及ぼすこともない等の利点
を有することから、例えば特公昭59−1061号公報，特公
昭61−24907号公報等に示されるように、種々の提案が
なされている。

また、特開昭60−156260号公報には、磁化方向を交互に
して並列配置した磁石体と該磁石体の磁極面に沿って配
置し、スター結線又はデルタ結線により接続したコイル
体と、位置検出センサ及びコイル体への通電切換手段と
からなるブシレス直流リニアモータが開示されている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記各公報に開示された従来のブラシレ
ス直流リニアモータにおいては、位置検出を行う磁気検
出センサがコイル体毎にそれぞれ一個必要であった。こ
のため、推力を増強するためコイル体を追加すると、追
加するコイル体の数だけ磁気検出センサが必要となる。
従って、コイル体に対する通電切換えのための配線が複
雑となるという問題点があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
推力増強のためコイルユニットを追加した場合でも、セ
ンサユニットは１個のままで新たにを追加する必要もな
く、しかもコイルユニット追加に伴う通電関係の配線を
複雑化することのないブラシレス直流リニアモータを提
供することを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 前記目的を達成するため本発明のブラシレス直流リニア
モータは、複数個の等長磁石を磁化方向を交互にし、該
磁化方向に直角な方向に磁極面をそろえて並列配置した
磁石体と、該磁石体の磁極面に沿って配置したコイル体
と、前記磁石体とコイル体との相対位置を検出するセン
サと、該センサの位置検出信号により前記コイル体への
通電を切換える通電切換手段とからなるブラシレス直流
リニアモータにおいて、前記コイル体は空心部と巻線部
の幅及び配置ピッチを前記磁石体の磁極ピッチによりそ
れぞれ規定される寸法とした同一形状の３個の偏平コイ
ルからなり、該３個の偏平コイルの通電端子間をスター
結線若しくはデルタ結線するとともにコイルユニットと
して形成し、一方該コイルユニットの各扁平コイルと個
々に対応づけた３個の磁気検出センサを、前記磁石体の
磁極ピッチにより規定される間隔で配置してセンサユニ
ットとして前記コイルユニットと別体に形成し、前記セ
ンタユニットと少なくとも一個の前記コイルユニットと
を組み合わせて構成したことを特徴とするものである。

「作用」 前記構成のブラシレス直流リニアモータによれば、コイ
ルユニットの少なくとも１個とセンサユニットとが組合
わされ、コイルユニットの３個の端子への通電極性を、
磁気検出センサの検出信号に基づいて通電切換手段によ
り切換えると、磁石体の磁極面に対応する各コイルユニ
ットの扁平コイルの少なくとも２個の扁平コイルの巻線
部に、前記磁石体の磁極面の極性との関係によりフレミ
ングの左手の法則に従う電流力が常時同一方向に生じ、
前記磁石体と各コイルユニット間で相対移動が生じる。

「実施例」 本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明のブラシレス直流リニアモータ１を構
成するコイルユニット２及び該コイルユニット２に一体
的に付設されるセンサユニット３の斜視図である。

コイルユニット２は、同一形状の３個の扁平コイル2a,2
b及び2cを組み込む。また、センサユニット３には、３
個のホール素子等を用いた磁気検出センサ3a,3b及び3c
を組み込み、各々の扁平コイル2a〜2cと磁気検出センサ
3a〜3cを個々に対応づける。その対応位置関係は後に詳
述する。各扁平コイル2a〜2cへ通電するための給電線と
各センサ3a〜3cの信号線は、フレキシブルプリント基板
４を用いて接続する。

前記コイルユニット２及びセンサユニット３は、第２図
の断面図に示すようにアウタレール12,12とインナレー
ル13,13とから形成されるレール11の走行部11′に移動
自在に架装されて、コイル移動型のブラシレス直流リニ
アモータ１を構成する。

アウタレール12,12とインナレール13,13間には、ヨーク
14,14を介在させて等長の永久磁石15,15を長手方向に複
数個配置して磁石体16を構成するとともに、その極性を
隣り合うもの及び向かい合うものは逆極性とし、向かい
合う磁石15,15間に一様な磁界を形成する。この場合、
磁石15は片側のみで他方はヨーク14のみを配設して磁気
回路を形成してもよい。前記フレキシブルプリント基板
４を用いた給電線の一端は、レール11の端部に設置する
レールエンド17に接続する（第３図）。該レールエンド
17にはコネクタ18によりワイヤハーネス19を接続する。
該ワイヤハーネス19の一端には、制御回路20を接続す
る。制御回路20は、前記磁石15,15の極性によりコイル
ユニット２と磁石体16の相対位置を検出する磁気検出セ
ンサ3a〜3cの検出信号を入力して、扁平コイル2a〜2cの
通電極性を切換える通電切換手段を構成する。

前記制御回路20の一例を第４図に示す。該制御回路20
は、磁気検出センサ3a〜3cの磁気検出信号を入力して、
コイルユニット２（扁平コイル2a〜2c）と磁石体16の相
対位置を検出する位置検出回路21と通電切換回路22とを
有し、両回路21と22間には通電切換回路22のスイッチン
グ素子をロジック駆動する駆動回路23と進行方向切換ス
イッチ25を接続した進行方向制御回路24とを介装してな
る。

前記コイルユニット２を構成する扁平コイル2a〜2cの寸
法及びその対応位置関係、センサユニット３を構成する
磁気検出センサ3a〜3cの対応位置関係、及びコイル2a〜
2cと磁気検出センサ3a〜3cの対応距離の特定について、
等長磁石15の寸法との関係のおいて以下に説明する。

扁平コイル2a,2b及び2cの配置ピッチＬは、 Ｌ＝2nl/3とする。

但し、n:3の倍数を除く自然数 2l:磁石体16の磁極ピッチ である。

また、磁気検出センサ3a,3b及び3cの配置ピッチＭは、 Ｍ＝2l/3＋2l・2m 但し、m:0,1,2,3… 2l:磁石体16の磁極ピッチ である。

個々に対応づけられた扁平コイル2a〜2cと磁気検出セン
サ3a〜3cとの対応距離N_xは、扁平コイル2a〜2cの通電端
子間の結線によって異なるが次のように表すことができ
る。

（１）スター結線（タイプ１）の場合は、 N_x＝（2p_x＋１）ｌ （２）スター結線（タイプ２）の場合は、 N_x＝２（p_x＋1/3）ｌ又はN_x＝２（p_x＋2/3）ｌ （３）デルタ結線の場合は、 N_x＝２（p_x＋1/3）ｌ又はN_x＝２（p_x＋2/3）ｌ である。

ここで、2l＝磁石体16の磁極ピッチ p_x＝0,1,2,3,4… ｘ＝a,b,c 但し、N_aは扁平コイル2aの中心から磁気検出センサ3aま
での距離を表す。以下N_b,N_cの場合も同様に、扁平コイ
ル2b,2cの中心から磁気検出センサ3b,3cまでの距離を表
す。

以下、前記で規定される寸法関係の実例について説明す
るとともに、その作動についても説明する。

第５図は、前記（１）のスター結線（タイプ１）の場合
の実例である。

扁平コイル2aと2b及び2bと2cとの距離Ｌ＝10l/3は、Ｌ
＝2nl/3においてｎ＝５としたものである。

また、扁平コイル2aの中心から磁気検出センサ3aまでの
対応距離N_a＝11lは、N_a＝（2a_a＋１）ｌにおいてp_a＝５
としたものであり、同様にN_b＝7lはp_b＝３、N_c＝3lはp_c
＝１としたものである。

扁平コイル2a〜2cの巻線の各巻き始め端をA₁,B₁,C₁と
し、巻き終わり端をA₂,B₂,C₂とし、扁平コイル2aの巻き
終わり端A₂と扁平コイル2bの巻き始め端B₁及び扁平コイ
ル2cの巻き終わり端C₂とを接続してスター結線を施す。

第６図は、前記したスター結線（タイプ２）の場合の実
例を示したものである。

扁平コイル2aと2b及び2bと2cとの距離Ｌ＝10l/3は、Ｌ
＝2nl/3でｎ＝５としたものである。

扁平コイル2aの中心から磁気検出センサ3aまで距離N_a＝
32l/3は、N_a＝２（p_a＋1/3）ｌにおいて、p_a＝５とした
ものであり、同様にN_b＝20l/3はp_b＝３、N_c＝8l/3はp_c
＝１としたものである。

扁平コイル2a〜2cの巻線の各巻き始め端をA₁,B₁,C₁と
し、巻き終わり端をA₂,B₂,C₂とし、扁平コイル2aの巻き
終わり端A₂と扁平コイル2bの巻き始め端B₁及び扁平コイ
ル2cの巻き終わり端C₂とを接続して、前記タイプ１の場
合と同様にスター結線を施す。

第７図は、前記したデルタ結線の場合の実例を示したも
のである。

扁平コイル2aと2b及び2bと2cとの距離及び各扁平コイル
2a〜2cの中心から、各磁気検出センサ3a〜3cまでの対応
距離は、前記スター結線（タイプ２）（第６図）と同様
である。

扁平コイル2a〜2cの巻線の各巻き始め端をA₁,B₁,C₁と
し、巻き終わり端をA₂,B₂,C₂とし、A₁とB₁,A₂とC₁及びB
₂とC₂とを接続して、それぞれ端子Ａ′,C′及びＢ′と
するデルタ結線を施す。

以上のように、各寸法関係を規定して扁平コイル2a〜2c
及び磁気検出センサ3a〜3cを、それぞれコイルユニット
２とセンサユニット３に配置して、前記レール11内に架
装したブラシレス直流リニアモータ１の作動について、
第８〜10図を参照して説明する。

前記第５図に示すスター結線（タイプ１）の場合は、第
８図に示すように、磁気検出センサ3aが磁石体16のＮ極
に対応する場合には、前記端子A₁には＋Ｖ（ｖ）を、Ｓ
極に対応する場合は０（ｖ）を印加し、磁気検出センサ
3bの場合はＮ極で０（ｖ）,S極で＋Ｖ（ｖ）を、また磁
気検出センサ3cの場合はＮ極で＋Ｖ（ｖ）,S極で０
（ｖ）をそれぞれ端子B₂及びC₁に印加するように、前記
制御回路20の通電切換回路22を制御する。このときの各
磁気検出センサ3a〜3cの磁気検出タイミングによる各端
子A₁,B₂及びC₁に対する通電状態は、磁気検出センサ3a
の位置で示せば同図に示されるタイミングとなる。例え
ば磁気検出センサ3aの位置（１）では、2l/3づつずれた
磁気検出センサ3a,3b及び3cがいずれもＳ極に対応し、
端子A₁,C₁に０（Ｖ），端子B₂に＋Ｖ（ｖ）が印加さ
れ、扁平コイル2a〜2cには、スター結線によりB₂→B₁,A
₂→A₁及びC₂→C₁の向きに電流が流れる。

前記したように、磁気検出センサ3a〜3cが磁石体16の極
性に基づいて出力する磁気検出信号により、スター結線
の３個の端子A₁,B₂,C₁への通電状態が変化し、扁平コイ
ル2a〜2cに流れる電流方向が順次前記したタイミングで
切り換わる。またその時各扁平コイル2a〜2cは、前記の
寸法関係に規定される位置にあって、各巻線部に流れる
電流の向き及び対応する磁石体16の極性により、フレミ
ングの左手法則に従う推力の作用を受け、第８図（ａ）
〜（ｈ）に模式的に示すように、順次左から右方向へ移
動する。

また、前記第６図に示すスター結線（タイプ２）の場合
は、第９図に示すように、各端子A₁,B₂,C₁に通電する通
電態様は、＋Ｖ（ｖ）,0（ｖ），−Ｖ（ｖ）とし、その
切換タイミングは磁気検出センサ3aの位置で示せば、同
図に示されるタイミングとなる。例えば磁気センサ3aの
位置（２）では、端子A₁に−Ｖ（ｖ）,B₂に＋Ｖ（ｖ）
及びC₁に０（ｖ）が印加される。この時、スター結線し
た端子A₂,B₁及びC₂の接続点の電位は、常に０（ｖ）と
なり端子C₁0（ｖ）へは電流が流れなくて、端子B₂→B₁,
A₂→A₁の向きに電流が流れる。

この場合も、前記と同様に各扁平コイル2a〜2cの巻線部
に流れる電流の向きと対応する磁石体16の極性によりフ
レミングの左手法則に従う推力を受けて、同時（ａ）〜
（ｈ）に模式的に示すように左から右方向に移動する。

前記第７図に示すデルタ結線の場合は、第10図に示すよ
うに、磁気検出センサ3aが磁石体16のＮ極に対応する場
合に、前記端子Ａ′には＋Ｖ（ｖ）を、Ｓ極に対応する
場合は０（ｖ）を印加し、磁気検出センサ3bの場合はＮ
極で０（ｖ）,S極で＋Ｖ（ｖ）を、また磁気検出センサ
3cの場合はＮ極で＋Ｖ（ｖ）,S極で０（ｖ）をそれぞれ
端子Ｂ′及びＣ′に印加するように、前記制御回路20の
通電切換回路22を制御する。このときの各磁気検出セン
サ3a〜3cの磁気検出タイミングによる各端子Ａ′,B′及
びＣ′に対する通電状態は、磁気検出センサ3aの位置で
示せば同図に示されるタイミングとなる。例えば磁気検
出センサ3aの位置（３）では、2l/3づつずれた磁気検出
センサ3a,3b及び3cがいずれもＳ極に対応し、端子Ａ′
に０（ｖ），端子Ｂ′,C′に＋Ｖ（ｖ）が印加される。
デルタ結線により、同電位となるＢ′,C′端子間には電
流が流れず、A₂→A₁,B₂→B₁の向きに電流が流れる。

この場合も、前記と同様に各扁平コイル2a〜2cの巻線部
に流れる電流の向きと対応する磁石体16の極性によりフ
レミングの左手法則に従う推力を受けて、同時（ａ）〜
（ｈ）に模式的に示すように左から右方向に移動する。

前記スター結線（タイプ１），（タイプ２）及びデルタ
結線の場合における、各々の扁平コイル2a,2b及び2cに
作用する推力F_a,F_b,F_cは、磁界を一定とした場合、それ
ぞれ第11〜13図に示される。

但し、V:電圧 R:コイル一個の抵抗 B:磁束密度 N:コイル巻数 l:磁束作用長 とする。

第11図に示すように、スター結線（タイプ１）の場合、 F_a＝F_b＝F_c＝（4V/3R）・BNl であり、その推力パターンは扁平コイル2a〜2cと磁石体
16等の前記した寸法関係により、位相2l/3の位相を生じ
コイルユニット２に作用する推力の最大は、Ｆ＝（20V/
9R）・BNlとなり、また2l/3毎に生ずる推力の低下も
Ｆ′＝（2V/R）・BNlであって、推力変動を最大推力の1
0％に抑えることができる。

第12図に示すように、スター結線（タイプ２）の場合、 F_a＝F_b＝F_c＝（V/R）・BNl 及び、F_a′＝F_b′＝F_c′＝（2V/3R）・BNlとなる。

また最大推力Ｆは、Ｆ＝（2V/R）・BNlであり、位相2l/
3毎に生ずる推力の低下はＦ′＝（5V/3R）・BNlとなっ
て、推力変動を最大推力の約17％に抑えることができ
る。

第13図に示すようにデルタ結線の場合、 F_a＝F_b＝F_c＝（2V/R）・BNl 及びF_a′＝F_b′＝F_c′＝（4R/3R）・BNlとなる。

最大推力Ｆは、Ｆ＝（4V/R）・BNlであり、2l/3毎に生
ずる推力の低下はＦ′＝（10V/3R）・BNlとなる。位相2
l/3毎に生じる推力の低下はＦ′＝（10V/3R）・BNlであ
って、推力変動を最大推力の約17％に抑えることができ
る。

以上の様な構成及び作用を呈するブラシレス直流リニア
モータ１は、ブラシレスにより耐久性及び電気ノイズの
低減を図ることができるのは勿論のこと、推力変動が小
さくコイル可動型のため可動部がコアレスとなってコン
トロール性が良好になる。

さらに、推力を増強するためのコイルユニット２を複数
個連結することができる。

この場合、前記した磁石体16及び各扁平コイル2a〜3cの
寸法関係により、各コイルユニット2,2′を構成する扁
平コイル2a〜2cのそれぞれが隣り合う各コイルユニット
2,2′毎に逆巻きになる様に、スター結線又はデルタ結
線を施す。

第14図に示すように、コイルユニット２では扁平コイル
2aの巻き終わり端A₂と扁平コイル2bの巻き始め端B₁及び
扁平コイル2cの巻き終わり端C₂を結線し、コイルユニッ
ト２′では、扁平コイル2aの巻き始め端A₁′と扁平コイ
ル2bの巻き終わり端B₂′及び扁平コイル2cの巻き始め端
C₁′とを結線する。コイルユニット２の３個の端子A₁,B
₂,C₁とコイルユニット２′の３個のA₂′,B₁′,C₂′は、
それぞれA₁とA₂′,B₂とB₁′及びC₁とC₂′とを接続し
て、共通端子A,B,Cとする。このように、コイルユニッ
ト２を複数個追加した場合でも、扁平コイル2a〜2cの通
電極性を切換えるための配線数は、コイルユニット１個
の場合と同様３本であって増加する必要はない。また、
通電極性の切換タイミングを規制するための磁気検出セ
ンサ3a〜3cも、コイルユニット２の数に関係なく１組で
よい。

また、磁気検出センサ3a〜3cの配置位置は、前記各実施
例に示した位置に限定されるものでなく、前記通電極性
の切換えタイミングを実現できるような位置であればよ
い。

尚、移動方向を逆向きにする場合には、前記実施例と逆
向きの電流が、各扁平コイルに流れるように通電極性を
切換えるようにする。

「発明の効果」 本発明のブラシレス直流リニアモータは、前記した構成
を有し、コイルユニットを追加した場合でも、センサユ
ニットの各磁気検出センサと個々に対応させた各コイル
ユニットの各扁平コイルの通電端子間を、デルタ結線若
しくはスター結線することにより、センサユニットは１
個のままで新たに追加する必要がなく、推力増強が簡単
に可能となるとともに、コイルユニット追加に伴うコイ
ルへの通電線もコイルユニット１個の場合と同様３本で
よいから、配線が複雑化することのないブラシレス直流
リニアモータを提供することができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図はコイルユニットとセンサユニットの斜
視図、第２図は断面図、第３図はブラシレス直流リニア
モータの概要斜視図、第４図は制御回路の一例を示した
結線図、第５〜７図は寸法関係の実例及び結線態様を示
した説明図、第８〜10図は通電極性の切換えになる各扁
平コイルに流れる電流方向と磁石体との関係を模式的に
表した説明図、第11〜13図は発生する推力パターンを示
した線図、第14図は他の実施例を示したコイルユニット
とセンサユニットの正面図である。 １……ブラシレス直流リニアモータ、２……コイルユニ
ット、2a〜2c……扁平コイル、３……センサユニット、
3a〜3c……磁気検出センサ、11……レール、12……アウ
タレール、13……インナレール、15……磁石、16……磁
石体、20……制御回路、21……位置検出回路、22……通
電切換回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の等長磁石を磁化方向を交互にし、
   該磁化方向に直角な方向に磁極面をそろえて並列配置し
   た磁石体と、該磁石体の磁極面に沿って配置したコイル
   体と、前記磁石体とコイル体との相対位置を検出するセ
   ンサと、該センサの位置検出信号により前記コイル体へ
   の通電を切換える通電切換手段とからなるブラシレス直
   流リニアモータにおいて、 前記コイル体は空心部と巻線部の幅及び配置ピッチを前
   記磁石体の磁極ピッチによりそれぞれ規定される寸法と
   した同一形状の３個の偏平コイルからなり、該３個の偏
   平コイルの通電端子間をスター結線若しくはデルタ結線
   するとともにコイルユニットとして形成し、一方該コイ
   ルユニットの各扁平コイルと個々に対応づけた３個の磁
   気検出センサを、前記磁石体の磁極ピッチにより規定さ
   れる間隔で配置してセンサユニットとして前記コイルユ
   ニットと別体に形成し、前記センサユニットと少なくと
   も一個の前記コイルユニットとを組み合わせて構成した
   ことを特徴とするブラシレス直流リニアモータ。