JPH08214529A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル数を多くしても各コイル毎に位置検出
素子を設ける必要がなく、コイル構造が簡単であり、高
推力のリニアモータを提供する。 【解決手段】 相隣る磁極の極性が異なるようにかつそ
の磁極面をそろえて並列配置された複数個の永久磁石
と、前記永久磁石と磁気空隙を介して対向するとともに
その磁極面に沿って移動可能に設けられた多相コイルを
具備する可動子と、前記の永久磁石と多相コイルとの相
対位置を検出する位置検出素子と、前記位置検出素子と
制御回路とによって前記多相コイルへの通電を切り換え
る通電切換手段とを具備するリニアモータにおいて、前
記多相コイルは前記永久磁石の磁極ピッチにより規定さ
れるコイル幅を有する３相の偏平コイルであって、かつ
その３相偏平コイルの各相は直列接続されるとともに各
相間はＹ形接続され、さらに各３相偏平コイルと個々に
対応づけた３個の位置検出素子を前記永久磁石の磁極ピ
ッチにより規定される間隔で配置するとともに前記３相
偏平コイルと別体に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石によって形
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。

【０００２】

【従来の技術】従来１０cm乃至１００cmといった長いス
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、例えば、特公昭５８−４９１００号およ
び実開昭６３−９３７８３号公報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。

【０００３】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、し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一
様な磁束密度を発生させることができる。

【０００４】図４は従来のリニアモータを示す要部説明
図である。図４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、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。

【０００５】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、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はホルダ（図示せず）に一体に支持されて
可動子を形成する。

【０００６】以上の構成により、コイル５に電流を流す
と、コイル５の巻線方向が永久磁石２による磁束と直交
しているので、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。

【０００７】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。

【０００８】

【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
弧状となっている。

【０００９】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、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。

【００１０】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。従って前記図４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。

【００１１】上記のようなリニアモータにおいて、例え
ば実開昭６３−９３７８３号公報には、直流リニアモー
タにおける推力リップルを低減するために、電機子と対
向するマグネットの面をなだらかな凹部に形成する内容
の提案が記載されている。しかし上記提案のリニアモー
タは、各コイル毎に位置検出素子（磁電変換素子）を設
けて、各コイルに流れる電流の向きを反転させているた
め、各コイルに電流の制御手段を設ける必要がある。こ
のため高推力を得る目的でコイル数を多くした場合に
は、構造が複雑になるという欠点がある。

【００１２】本発明は上記従来技術に存在する問題点を
解決し、コイル数を多くした場合でも各コイル毎に位置
検出素子（磁電変換素子）を設ける必要がなく、したが
ってコイル構造が複雑にならない、高推力のリニアモー
タを提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、相隣る磁極の極性が異なるよう
にかつその磁極面をそろえて並列配置された複数個の永
久磁石と、前記永久磁石と磁気空隙を介して対向すると
ともにその磁極面に沿って移動可能に設けられた多相コ
イルを具備する可動子と、前記の永久磁石と多相コイル
との相対位置を検出する位置検出素子と、前記位置検出
素子と制御回路とによって前記多相コイルへの通電を切
り換える通電切換手段とを具備するリニアモータにおい
て、前記多相コイルは前記永久磁石の磁極ピッチにより
規定されるコイル幅を有する３相の偏平コイルであっ
て、かつその３相偏平コイルの各相は直列接続されると
ともに各相間はＹ形接続され、さらに各３相偏平コイル
と個々に対応づけた３個の位置検出素子を前記永久磁石
の磁極ピッチにより規定される間隔で配置するとともに
前記３相偏平コイルと別体に形成する、という技術的手
段を採用した。

【００１４】上記の構成により、高推力を得る目的でリ
ニアモータの電機子コイルの数を多くした場合において
も、各相を直列接続するとともに各相間をＹ形接続して
いるのでその接続構成が複雑になることが抑制される。
さらに、位置検出素子（磁電変換素子）の数は３相偏平
コイルの個々と対応するとともにその３相偏平コイルと
別体に設けられた３個のみでよく、この３個でもって３
相偏平コイルのコイル数が多数となっても各コイルに通
電する電流の向きを反転させる機能を備え得るのであ
る。したがって、高推力を得る目的でコイル数を多くし
ても、コイル体の構造が複雑になるという問題を回避で
き得る高推力の可動コイル形リニアモータを構成するこ
とが可能となる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の実施例を示す要部断面図であ
る。図１において、１１はベースであり、軟鋼のような
強磁性材料により平板状に形成する。１２はセンターヨ
ーク、１３はサイドヨークであり、各々前記ベース１１
と同様の材料によって平板状に形成すると共に、ベース
１１上に間隔を介して固着する。次に１４は永久磁石で
あり、例えば希土類系磁石により後述するような形状寸
法に形成し、センターヨーク１２およびサイドヨーク１
３の夫々の対向面に、相隣る磁極の極性が異なるように
複数個を、磁気空隙１５を介して異極が対向するように
配設する。

【００１６】図１において永久磁石１４の配設方向は紙
面と直交する方向である。次に１６は可動子であり、キ
ャリッジ１７の下方にコイルフレーム１８を固着し、コ
イルフレーム１８が前記磁気空隙１５内において紙面と
直交する方向に移動可能に設ける。このコイルフレーム
１８は、推力リップルの発生を防止するため、非磁性材
料によって形成する。

【００１７】すなわち、例えばアルミニウム合金製の枠
（絶縁性を付与するため表面はアルマイト処理をしてお
く）の表面に樹脂（例えばガラス入エポキシ樹脂）製の
基板を装着し、この基板上に後述するコイル１９を固着
して形成する。なおコイルフレーム１８を磁性材料によ
って形成したり、あるいは可動子１６の側にバックヨー
クが存在すると、永久磁石１４の吸着力によるアンバラ
ンスが発生し、推力リップルの発生原因の一つとなる。
１９はコイルであり、偏平状に形成すると共にコイルフ
レーム１８の両面に設ける。

【００１８】図２は図１におけるコイルフレーム１８を
示す要部斜視図であり、同一部分は図１と同一の参照符
号で示す。コイル１９は例えば３相コイル（特開昭６２
−１９３５４３号公報参照）とし、各相はすべて直列接
続すると共に、各相間はＹ形接続とする。

【００１９】本発明のリニアモータは、上記のように多
相コイルを使用して、この多相コイルに正弦波状の駆動
電流を供給するのであるが、相数が多くなる程力率が低
下するため、入力電流を増加する必要があるので、２相
または３相の通電方式を採用するのが望ましい。すなわ
ち本発明のリニアモータは、２相または３相の正弦波電
流出力型の駆動回路を組合せた構成とすることが望まし
い。

【００２０】図３は図１および図２における位置検出素
子とコイル１９との位置関係を示す要部側面図であり、
同一部分は前記図１および図２と同一の参照符号で示
す。図３において、可動子１６は、永久磁石１４の磁極
ピッチｌm の１／６の幅で紙面に平行な面内で巻かれて
いる３個の偏平コイルＬｕ１，Ｌｗ１，Ｌｖ１をコイル
幅だけずらせて配置した（相互の偏平コイルの中央部は
重ならない）コイル１９ａ、およびこのコイル１９ａと
同様に構成されたコイル１９ｂ、１９ｃを有している。
また可動子１６には、３個の位置検出素子２０が、コイ
ルピッチｌc （前記磁極ピッチｌm と等しい）の１／６
の間隔ｌh を置いて設けられている。

【００２１】これらの位置検出素子２０は、偏平コイル
Ｌｕ１，Ｌｗ１，Ｌｖ１に対して夫々間隔ｌ′宛オフセ
ットされているが、このオフセット状態は電気的に処理
できるので、実用上は全く問題とならない。そして駆動
回路（図示せず）によって１２０°位置のずれた３相電
流波形を作り、これを前記偏平コイルＬｕ１，Ｌｗ１，
Ｌｖ１に供給する（図３における矢印は電流の向きを示
す）ことにより、可動子１６が連続して移動する。

【００２２】なお３相の場合、理論的には位置検出素子
２０の間隔ｌh は、コイルピッチｌc （磁極ピッチｌm
と等しい）の１／３に設定されるが、図３に示す例にお
いては、実装上の理由により上記のように設定してい
る。すなわち、前記偏平コイルＬｕ１，Ｌｗ１，Ｌｖ１
等は、通電方向を逆転させることにより、１８０°のｎ
（ｎは正の整数）倍毎の任意の位置に配置できるためで
ある。

【００２３】また本実施例においては、位置検出素子２
０と制御回路（図示せず）とによって通電すべき偏平コ
イルおよび電流の方向を切換若しくは選択しているが、
位置検出素子２０としては、ホール素子のような公知の
ものを使用することができる。なお制御回路も通常の永
久磁石を界磁として使用する。例えば同期式ＡＣサーボ
モータにおけるものと同様の構成でよい。

【００２４】更に本発明においては、３相コイル（１９
ａ〜１９ｃ）を６連式とした場合でも、３個の位置検出
素子２０を使用して位置検出をすることができる。従っ
て供給される電流は、単相または３相の正弦波電流が使
用され、その同期化手段としてホール素子の正（負）か
ら負（正）に反転する（ゼロクロス）タイミングのみを
使用している。

【００２５】なお２相の通電方式を採用した場合は、磁
極ピッチｌm の１／４の間隔で位置検出素子２０を可動
子１６に設け、駆動回路で９０°位置のずれた２相電流
波形を作り、これをコイルに供給すればよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上記述のように、３相偏平コ
イルの各層が直列接続されるとともに各相間はＹ形接続
され、さらに３相偏平コイルと個々に対応づけた３個の
位置検出素子を前記永久磁石の磁極ピッチにより規定さ
れる間隔で配置して前記３相偏平コイルと別体に形成し
た特徴的な構成であるから、高推力を得るためにこの偏
平状の３相電機子コイル数を多くした場合でも、各コイ
ル毎に位置検出素子（磁電変換素子）を設ける必要がな
く、したがってコイル構造が複雑にならず、高推力のリ
ニアモータを提供し得る、という格別の作用効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す要部断面図である。

【図２】図１におけるコイルフレームを示す要部斜視図
である。

【図３】図１および図２における位置検出素子とコイル
との位置関係を示す要部側面図である。

【図４】従来のリニアモータの例を示す要部説明図であ
る。

【符号の説明】

１４ 永久磁石 １６ 可動子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相隣る磁極の極性が異なるようにかつそ
   の磁極面をそろえて並列配置された複数個の永久磁石
   と、前記永久磁石と磁気空隙を介して対向するとともに
   その磁極面に沿って移動可能に設けられた多相コイルを
   具備する可動子と、前記の永久磁石と多相コイルとの相
   対位置を検出する位置検出素子と、前記位置検出素子と
   制御回路とによって前記多相コイルへの通電を切り換え
   る通電切換手段とを具備するリニアモータにおいて、 前記多相コイルは前記永久磁石の磁極ピッチにより規定
   されるコイル幅を有する３相の偏平コイルであって、か
   つその３相偏平コイルの各相は直列接続されるとともに
   各相間はＹ形接続され、さらに各３相偏平コイルと個々
   に対応づけた３個の位置検出素子を前記永久磁石の磁極
   ピッチにより規定される間隔で配置するとともに前記３
   相偏平コイルと別体に形成したことを特徴とするリニア
   モータ。