JP2000197338A - Ｓｒモ―タ及びｓｒリニアモ―タ並びに荷移載装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転式のＳＲモータをそのまま平面展開した
ＳＲリニアモータに比較して同じ電流密度で推力が大き
くなり、かつ発生推力が零になるポイントがないＳＲリ
ニアモータを提供する。 【解決手段】 動作原理として自己インダクタンスと相
互インダクタンスとを併用したＳＲリニアモータ15は、
固定子16の極数と、固定子16と対応する部分の可動子19
の突部19ａの数との比が３：４に設定されている。各極
17ａ〜17ｆは等ピッチに形成され、各極17ａ〜17ｆには
コイル18が全て同じ方向に集中巻で巻き付けられてい
る。各コイル18は３相となるように構成され、極17ａ，
17ｄ、極17ｂ，17ｅ及び極17ｃ，17ｆに対応するコイル
18にはそれぞれｕ相、ｖ相、ｗ相の電流が汎用の３相イ
ンバータを介して供給される。制御装置はＳＲリニアモ
ータ15を正弦波駆動するようにインバータを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチドリラク
タンス（Switched Reluctance)モータ（以下、ＳＲモー
タと称す。）及びスイッチドリラクタンスリニアモータ
（以下、ＳＲリニアモータと称す。）並びにＳＲリニア
モータを備えた荷移載装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動倉庫の荷役機械として使用されてい
るスタッカクレーンには、荷移載装置（スライドフォー
ク）が装備されている。荷移載装置は固定フォーク（固
定部）と、固定フォークに対して水平に繰り出し得る複
数の可動フォーク（可動部）とを備え、最上段の可動フ
ォークに荷が載置される。そして、各可動フォークが、
固定フォークに設けられた駆動装置の駆動により連動し
て伸縮するように構成されている。この種のフォーク装
置として、可動フォークの出入動作用の駆動部としてリ
ニアモータを内蔵させたものが開示されている（例え
ば、特開昭５７−７７１９９号公報）。公報に明示はな
いが、リニアモータとしてはリニア誘導モータが使用さ
れていると推定される。

【０００３】また、従来、回転機に対応した種々のリニ
アモータが知られており、一部は実施されている。リニ
アモータのうちリニア直流モータ、リニアパルスモータ
及びリニア誘導モータが実用化されている。このうちリ
ニア誘導モータがパレット搬送装置等の比較的大型の装
置に使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】リニア誘導モータでは
端効果（end effect）と呼ばれる現象が存在するため、
特に高速領域で推力が低下するという問題がある。その
結果、大きな推力を得るには装置が大型化するという問
題があった。また、リニアパルスモータでは可動部が入
力パルス信号に同期して歩進するため、開ループ制御が
可能であり、変位誤差が累積しない等の特徴があるが、
移動を滑らかに行わせるには所定ピッチで設けられる磁
極や歯（突部）の間隔を狭く（１〜２ｍｍ程度に）する
必要があり、荷移載装置等のように大きな移動距離が必
要な装置では、磁極及び歯の加工やコイルの巻付けに手
間が掛かるという問題がある。

【０００５】また、推力を大きくするため、永久磁石の
磁力を利用することが考えられるが、永久磁石を使用し
たリニアモータを荷移載装置に使用した場合、収納棚等
に放置された鉄等の磁性体製のボルトやナットが磁石に
吸着されて故障の原因となる虞がある。

【０００６】本願発明者は従来ほとんど実用化の検討が
なされていなかったＳＲリニアモータについて検討し、
動作原理として自己インダクタンスを利用する従来の回
転式のＳＲモータに適用されている巻線結線方式をその
まま平面展開したＳＲリニアモータを作成した。そし
て、従来の回転式のＳＲモータに適用されている駆動回
路方式を適用して発生推力を測定した。駆動回路方式と
しては、１相励磁駆動（ユニポーラ回路）及び２相励磁
駆動（バイポーラ回路）を実施した。

【０００７】その結果、従来のリニア誘導モータに比較
して数倍の平均推力が得られ、一相励磁駆動の方が２相
励磁駆動より平均推力が大きくなることを見いだした。
しかし、一相励磁駆動の場合は、発生推力が零になるポ
イントがあるとともに、推力の変動が大きいという問題
がある。また、一相励磁駆動の場合は、専用の駆動回路
が必要になるという問題もある。一方、２相励磁駆動の
場合は、発生推力が零になるポイントはなく推力の変動
も小さい。しかし、推力が必ずしも満足できるものでは
ない。また、回転式のＳＲモータにおいても、同じ電流
密度でトルクの大きなものが望まれている。

【０００８】本発明は前記の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その第１の目的は従来のＳＲモータに比較
して同じ電流密度でトルク又は推力が大きくなるＳＲモ
ータを提供することにある。また、第２の目的は回転式
のＳＲモータをそのまま平面展開したＳＲリニアモータ
に比較して同じ電流密度で推力が大きくなり、かつ発生
推力が零になるポイントがないＳＲリニアモータを提供
することにある。また、第３の目的は前記ＳＲリニアモ
ータを備えた荷移載装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の第１の目的を達成
するため、請求項１に記載の発明では、動作原理として
自己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用し
た。

【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１に記
載の発明において、固定子の極数と、該固定子と対応す
る部分の可動子の突部の数との比が３：４に設定され、
かつ固定子の極数が３ｎ（ｎは自然数）で、各極のコイ
ルが全て同じ方向に巻き付けられている。

【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、固定子の極が等ピッチ
に形成されている。請求項４に記載の発明では、請求項
１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、駆
動方式がバイポーラの正弦波駆動である。

【００１２】第２の目的を達成するため、請求項５に記
載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記
載の発明において、前記ＳＲモータはＳＲリニアモータ
である。

【００１３】また、請求項６に記載の発明では、動作原
理として自己インダクタンスを利用し、駆動方式をユニ
ポーラの１−２相励磁駆動とした。第３の目的を達成す
るため、請求項７に記載の発明では、１個の固定部と、
該固定部に対して順次水平に繰り出し得る複数の可動部
とを備え、前記固定部及び可動部の少なくとも１個に可
動部の出入動作用の駆動部として請求項５又は請求項６
に記載のＳＲリニアモータを内蔵した。

【００１４】請求項１に記載の発明によれば、動作原理
として自己インダクタンスと相互インダクタンスとが併
用され、固定子のコイルに電流が流れると可動子は常に
磁力の作用を受けて所定方向へ移動する。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明において、固定子の極数と、該固定子と対
応する部分の可動子の突部の数との比が３：４に設定さ
れているため、可動子が円滑に移動する。また、各極の
コイルが全て同じ方向に巻き付けられているため、コイ
ルの巻き付け作業が簡単になる。

【００１６】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
請求項２に記載の発明において、固定子の極が等ピッチ
に形成されているため、可動子が円滑に移動される。請
求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３のいずれ
か一項に記載の発明において、駆動方式がバイポーラの
正弦波駆動であるため、駆動回路として汎用インバータ
を流用できる。

【００１７】請求項５に記載の発明では、請求項１〜請
求項４のいずれか一項に記載の発明において、ＳＲモー
タがＳＲリニアモータであるため、可動子が直線移動す
る。請求項６に記載の発明では、動作原理として自己イ
ンダクタンスが利用される。そして、駆動方式としてユ
ニポーラの１−２相励磁駆動が使用される。

【００１８】請求項７に記載の発明の荷移載装置は、固
定部及び可動部の少なくとも１個に可動部出入動作用駆
動部として、請求項５又は請求項６に記載のＳＲリニア
モータが使用されている。

【００１９】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明を具体化した第１の実施の形態を図１〜図１３に従っ
て説明する。

【００２０】先ず、荷移載装置としてのフォーク装置の
構成を説明する。図２及び図３に示すように、フォーク
装置１は固定部としての固定フォーク２と、固定フォー
ク２に対して順次繰り出し得る複数の可動部としてのセ
カンドフォーク３、サードフォーク４及びアッパフォー
ク５とを備えている。

【００２１】図２に示すように、セカンドフォーク３の
底面には長手方向に沿って延びる一対のレール６が固定
され、各レール６は固定フォーク２の長手方向中央部に
固定されたリニアガイドブロック７を介して固定フォー
ク２の長手方向に沿って移動可能に支承されている。固
定フォーク２の両端部にはそれぞれ一対の支持ローラ８
（図３に図示）が設けられている。そして、セカンドフ
ォーク３はリニアガイドブロック７及び支持ローラ８に
支持された状態で、固定フォーク２に対して長手方向に
移動可能となっている。

【００２２】同様にしてサードフォーク４の底面に一対
のレール９が固定され、セカンドフォーク３にはリニア
ガイドブロック１０と支持ローラ１１とが設けられてい
る。そして、サードフォーク４はリニアガイドブロック
１０及び支持ローラ１１に支承された状態で、セカンド
フォーク３に対して長手方向に移動可能となっている。
また、アッパフォーク５も同様に、その底面に固定され
たレール１２を介してサードフォーク４に固定されたリ
ニアガイドブロック１３に支承されている。そして、リ
ニアガイドブロック１３及びサードフォーク４の両端に
設けられた支持ローラ１４に支承された状態で、サード
フォーク４に対して長手方向に移動可能となっている。

【００２３】固定フォーク２の中央部にはＳＲリニアモ
ータ１５の一次側としての固定子１６が固定されてい
る。固定子１６は図１に示すように、極数が３ｎ（この
実施の形態ではｎ＝２）で、各極１７ａ〜１７ｆが等ピ
ッチに形成されている。各極１７ａ〜１７ｆにはコイル
１８が全て同じ方向に集中巻で巻き付けられている。各
コイル１８は３相となるように構成され、極１７ａ，１
７ｄと対応するコイル１８にはｕ相、極１７ｂ，１７ｅ
と対応するコイル１８にはｖ相、極１７ｃ，１７ｆと対
応するコイル１８にはｗ相の電流がそれぞれ図示しない
駆動回路を介して供給されるようになっている。駆動回
路としては汎用の３相インバータが使用され、図示しな
い制御装置を介して制御されるようになっている。制御
装置はＳＲリニアモータ１５を正弦波駆動するようにイ
ンバータを制御するようになっている。

【００２４】ＳＲリニアモータ１５の二次側としての可
動子１９は、セカンドフォーク３の底面にその長手方向
ほぼ全長に亘って延びるように形成された溝３ａ内に、
ボルト２０によって固定されている。可動子１９には等
ピッチで突部１９ａが形成され、突部１９ａが極１７ａ
〜１７ｆと対向可能に配置されている。固定子１６の極
１７ａ〜１７ｆの数と、該固定子１６と対応する部分の
可動子１９の突部１９ａの数との比は３：４に設定され
ている。極１７ａ〜１７ｆ及び突部１９ａはその幅がほ
ぼ同じに形成されている。そして、各コイル１８に電流
が供給されると、セカンドフォーク３がその長手方向に
移動されるようになっている。

【００２５】固定フォーク２の一方の側（図２の右側）
の上面に形成された溝内には、ラック２１が固定されて
いる。サードフォーク４の下面に形成された溝内には、
ラック２２が固定されている。セカンドフォーク３には
各ラック２１，２２とそれぞれ噛合するピニオン２３，
２４が両端に固定された回転軸２５が軸受２６を介して
回動可能に支持されている。ピニオン２３，２４は同じ
に形成されている。

【００２６】セカンドフォーク３の他方の側（図２の左
側）の上面に形成された溝内には、ラック２７が固定さ
れている。アッパフォーク５の他方の側の下面に形成さ
れた溝内には、ラック２８が固定されている。サードフ
ォーク４には各ラック２７，２８とそれぞれ噛合するピ
ニオン２９，３０が両端に固定された回転軸３１が軸受
２６を介して回動可能に支持されている。ピニオン２
９，３０はピニオン２３，２４と同じ径で同じ歯数に形
成されている。従って、セカンドフォーク３が移動する
と、ラック２１，２２，２７，２８及びピニオン２３，
２４，２９，３０の作用により、サードフォーク４及び
アッパフォーク５がその下段のフォークに対して同じ距
離移動される。

【００２７】固定フォーク２の側面中央部にはセカンド
フォーク３が中央の基準位置から図３のどの方向へ移動
しているかを検知するセンサＳ１，Ｓ２が設けられてい
る。セカンドフォーク３の底面には帯状の被検知部材３
２（図２に図示）が、図３における中央より右側からほ
ぼ右端まで延びる状態で、センサＳ１と対向可能な位置
に固定されている。センサＳ１はセカンドフォーク３が
基準位置及び基準位置より図３の左側へ移動した状態に
おいて被検知部材３２を検知可能な位置に配設されてい
る。セカンドフォーク３の底面には帯状の被検知部材３
３（図２に図示）が、図３における中央より左側からほ
ぼ左端まで延びる状態で、センサＳ２と対向可能な位置
に固定されている。センサＳ２はセカンドフォーク３が
基準位置及び基準位置より図３の右側へ移動した状態に
おいて被検知部材３３を検知可能な位置に配設されてい
る。

【００２８】センサＳ１，Ｓ２の検知信号は図示しない
制御装置に入力され、制御装置はその信号に基づいて、
セカンドフォーク３等が基準位置にあるか、又は基準位
置に対して図３のどちらの方向に移動しているかを認識
する。制御装置は両センサＳ１，Ｓ２からオン信号が出
力されていれば、セカンドフォーク３等が基準位置にあ
ると判断する。また、センサＳ１からのみオン信号が出
力されていれば、セカンドフォーク３等が基準位置に対
して図３の左に移動したと判断し、センサＳ２からのみ
オン信号が出力されていれば、セカンドフォーク３等が
基準位置に対して図３の右に移動したと判断する。

【００２９】図２に示すように、セカンドフォーク３の
底面には被検知部材３２より内側に被検知部３４が固定
されている。被検知部３４は図３におけるセカンドフォ
ーク３の底面の左右両端部に配設され、その先端が固定
フォーク２に形成された溝２ａ内に突出するように固定
されている。固定フォーク２には中央及び図３の左右両
端部にそれぞれ被検知部３４を検知可能なセンサＳ３が
配設されている。センサＳ３はそれぞれ複数個ずつ設け
られ、制御装置は各センサＳ３からの検知信号に基づい
て、ＳＲリニアモータ１５の減速指令及び停止指令を出
力するようになっている。

【００３０】次に前記のように構成されたフォーク装置
１の作用を説明する。フォーク装置１は例えば、自動倉
庫のスタッカクレーンに装備される。各フォーク３〜５
が基準位置に配置された状態から、ＳＲリニアモータ１
５の固定子１６のコイル１８に正弦波駆動で順次電流が
供給されると、極１７ａ〜１７ｆ及び対応する突部１９
ａを通過する磁束の量が順次変化する。そして、可動子
１９の突部１９ａに作用する吸引力が順次変化し、可動
子１９が固定されたセカンドフォーク３が所定の方向へ
移動する。図１において、極１７ａ〜１７ｆに対して左
側に位置する突部１９ａ及びその突部１９ａと対応する
極を通過する磁束は可動子１９に右方向への推力を与え
る、右側に位置する突部１９ａ及びその突部１９ａ対応
する極を通過する磁束は可動子１９に左方向への推力を
与える。従って、左方向への推力を与える磁束の量が多
くなるように各極１７ａ〜１７ｆを順次励磁すれば可動
子１９は左方向へ移動し、右方向への推力を与える磁束
の量が多くなるように各極１７ａ〜１７ｆを順次励磁す
れば可動子１９は右方向へ移動する。

【００３１】セカンドフォーク３の移動に伴ってセカン
ドフォーク３に支持された回転軸２５が一体的に移動
し、ラック２１と噛合しているピニオン２３が回転軸２
５と一体回転する。そして、回転軸２５に固定されたピ
ニオン２４が一体回転し、ピニオン２４と噛合している
ラック２２が、セカンドフォーク３の固定フォーク２に
対する移動量と同じ量だけ移動される。従って、ラック
２２が固定されたサードフォーク４がセカンドフォーク
３に対して同量相対移動される。

【００３２】また、サードフォーク４の移動に伴って、
サードフォーク４に支持された回転軸３１が一体的に移
動し、ラック２７と噛合しているピニオン２９が回転軸
３１と一体回転する。そして、回転軸３１に固定された
ピニオン３０が一体回転し、ピニオン３０と噛合してい
るラック２８が、サードフォーク４のセカンドフォーク
３に対する移動量と同じ量だけ移動される。従って、ラ
ック２８が固定されたアッパフォーク５がサードフォー
ク４に対して同量相対移動される。即ち、ＳＲリニアモ
ータ１５の駆動によりセカンドフォーク３が移動される
距離の３倍の距離アッパフォーク５が移動される。

【００３３】制御装置はセンサＳ１及びセンサＳ２の出
力信号に基づいて、セカンドフォーク３の位置を認識
し、センサＳ３の出力信号に基づいて減速位置及び停止
位置を確認する。そして、減速位置で減速指令を出力
し、停止位置で停止指令を出力する。

【００３４】次に動作原理として自己インダクタンスと
相互インダクタンスとを併用するＳＲリニアモータ１５
と、従来の回転式のＳＲモータに適用されている巻線結
線方式をそのまま平面展開し、動作原理として自己イン
ダクタンスを利用するＳＲリニアモータとについて、Ｆ
ＥＭ（有限要素法）を用いて平均推力を比較した結果を
説明する。

【００３５】解析モデルとして図１に示す固定子１６の
極数が６で、固定子１６の極数と可動子１９の突部１９
ａの数との比が３：４のものを使用した。動作原理に自
己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用するも
のとして図１に示すコイルの向きとなる巻線方式のもの
について、２相励磁駆動及び正弦波駆動で実施した。ま
た、比較例として動作原理に自己インダクタンスを利用
するものについて、１相励磁駆動、２相励磁駆動及び正
弦波駆動で実施した。１相励磁駆動のものと、２相励磁
駆動及び正弦波駆動のものとはコイルの巻付け方は集中
巻きで同じであるが、巻付け方向が異なる。巻付け方向
は図１０〜図１２に符号で示した。

【００３６】電流密度は各電流波形について、６．１７
５×１０⁶ ＡＴ／ｍ² で一定とした。図４に１相励磁駆
動の場合のｕ相、ｖ相、ｗ相の電流パターンを、図５に
２相励磁駆動の場合のｕ相、ｖ相、ｗ相の電流パターン
を、図６に正弦波駆動の場合のｕ相、ｖ相、ｗ相の電流
パターンをそれぞれ示す。

【００３７】図７に自己インダクタンスと相互インダク
タンスとを併用するものについて、２相励磁駆動を実施
したときの磁束線図を、図８に正弦波駆動の場合の磁束
線図をそれぞれ示す。図９に２相励磁駆動及び正弦波駆
動を実施したときの推力特性の結果を示す。なお、図７
及び図８は可動子１９を同図の右方へ移動させる場合を
例示している。

【００３８】また、図１０に自己インダクタンスを利用
するものについて、１相励磁駆動を実施したときの磁束
線図を、図１１に２相励磁駆動の場合の磁束線図を、図
１２に正弦波駆動の場合の磁束線図をそれぞれ示す。図
１３に１相励磁駆動、２相励磁駆動及び正弦波駆動を実
施したときの推力特性の結果を示す。なお、図１０〜図
１２は可動子１９を同図の右方へ移動させる場合を例示
している。

【００３９】自己インダクタンスと相互インダクタンス
とを併用するＳＲリニアモータ１５では平均推力が、２
相励磁駆動の場合に１６０Ｎとなり、正弦波駆動の場合
に２３０Ｎとなった。一方、自己インダクタンスを利用
するＳＲリニアモータでは平均推力が、１相励磁駆動の
場合に２００Ｎとなり、２相励磁駆動の場合に１５６Ｎ
となり、正弦波駆動の場合に１５４Ｎとなった。即ち、
自己インダクタンスを利用するＳＲリニアモータでは、
２相励磁駆動の場合と正弦波駆動の場合とで、平均推力
はほぼ同じで、１相励磁駆動の場合には両励磁駆動方式
に比較して２０％以上平均推力が増加した。しかし、１
相励磁駆動の場合には図１３から明らかなように、推力
の変動が大きく、発生推力が零になるポイントがあると
いう問題がある。

【００４０】一方、自己インダクタンスと相互インダク
タンスとを併用するＳＲリニアモータ１５では、２相励
磁駆動の場合は自己インダクタンスを利用するＳＲリニ
アモータに比較して平均推力の向上はほぼ３％と少なか
った。これに対して、正弦波駆動の場合は、２相励磁駆
動に比較して推力が４０％以上向上した。また、自己イ
ンダクタンスを利用するＳＲリニアモータの１相励磁駆
動の場合と比較しても１５％向上した。従って、自己イ
ンダクタンスと相互インダクタンスとを併用するＳＲリ
ニアモータ１５で正弦波駆動方式を採用すると、平均推
力が大幅に向上することが判明した。

【００４１】このことは、図７，８，１０〜１２の磁束
線図からも明らかである。例えば、図７及び図８を比較
すると、ｖ相の極１７ｂ，１７ｅを通過する磁束の量は
図７及び図８でほぼ同じであるが、ｕ相の極１７ａ，１
７ｄを通過する磁束の量は図７の方が多い。また、ｗ相
の極１７ｃ，１７ｆを通過する磁束の量は図８の方が多
く、極１７ｃ，１７ｆに対して図７及び図８の左側に位
置する突部１９ａ及び極１７ｃ，１７ｆを通過する磁束
の量も図８の方が多い。従って、可動子１９に右方向へ
の推力を与える磁束の量が多い図８の方が、推力が大き
くなる。

【００４２】自己インダクタンスと相互インダクタンス
とを併用するＳＲリニアモータ１５では、極１７ａ〜１
７ｆを通過する磁束の量は、自己インダクタンスを利用
するＳＲモータに比較して多くなる。しかし、ＳＲリニ
アモータ１５で２相励磁駆動の場合は、設定した条件で
は図７に示すように、逆方向の推力を与える磁束の割合
が正弦波駆動に比較して多くなるため、磁束の合計量が
多くなっても全体の推力は大きくならなかった。極の形
状（例えば幅）や突部１９ａの形状（例えば幅）を変更
することにより、逆方向の推力を与える磁束の割合を少
なくすれば、推力が大きくなる可能性はある。

【００４３】この実施の形態では以下の効果を有する。 （１） ＳＲリニアモータ１５の動作原理として自己イ
ンダクタンスと相互インダクタンスとを併用したので、
自己インダクタンスを利用したＳＲリニアモータに比較
して極１７ａ〜１７ｆを通過する磁束の量が増加し、大
きな推力を得ることができる。

【００４４】（２） 固定子１６の極１７ａ〜１７ｆの
数と、固定子１６と対応する部分の可動子１９の突部１
９ａの数との比が３：４に設定され、かつ固定子１６の
極数が３ｎ（ｎは自然数）で、各極のコイル１８が全て
同じ方向に巻き付けられている。従って、動作原理とし
て自己インダクタンスと相互インダクタンスとを併用す
る構成を簡単に形成でき、極と突部１９ａとの間に作用
する磁気による吸引力が、可動子１９の推力として効率
よく作用する。

【００４５】（３） 極１７ａ〜１７ｆ及び突部１９ａ
がほぼ同じ幅に形成されているため、極１７ａ〜１７ｆ
の数と、突部１９ａの数との比が３：４に設定されてい
ることと相俟って、極と突部１９ａとの間に作用する磁
気による吸引力が、可動子１９の推力として効率よく作
用する。

【００４６】（４） 固定子１６の極１７ａ〜１７ｆが
等ピッチに形成されているため、不等ピッチとした場合
に比較して、固定子１６の加工が簡単となり、制御も簡
単となる。

【００４７】（５） 駆動方式がバイポーラの正弦波駆
動であるため、駆動回路として汎用のインバータを流用
でき、専用の駆動回路を必要とするユニポーラの１相励
磁駆動のものに比較して製造コストを低減できる。

【００４８】（６） フォーク装置１の可動部の出入動
作用の駆動部として前記ＳＲリニアモータ１５を使用す
るため、同じ大きさの誘導リニアモータや回転式のＳＲ
モータをそのまま平面展開したＳＲリニアモータに比較
して同じ電流密度で推力が大きくなる。従って、リニア
モータの大きさが同じなら重い荷の移載ができ、荷の移
載に必要な推力が同じであればリニアモータを小型化で
きる。

【００４９】（７） 永久磁石を使用しなくても推力を
大きくできるため、ＳＲリニアモータ１５をフォーク装
置１の駆動部として使用した場合、棚等に放置されたボ
ルトなどを吸着することに起因する故障を引き起こすこ
とを回避できる。

【００５０】（第２の実施の形態）次に第２の実施の形
態を図１４〜図１６に従って説明する。この実施の形態
ではＳＲリニアモータとして、動作原理として自己イン
ダクタンスを利用し、駆動方式をユニポーラの１−２相
励磁駆動とした点が前記実施の形態と大きく異なってい
る。コイル１８は集中巻で巻き付けられ、巻付け方向は
前記１相励磁駆動のＳＲリニアモータと同じに設定され
ている。

【００５１】前記実施の形態と同様の条件でＦＥＭ（有
限要素法）を用いて、自己インダクタンスと相互インダ
クタンスとを併用するＳＲリニアモータ１５を正弦波駆
動した場合と比較した。図１４は１−２相励磁駆動の場
合のｕ，ｖ，ｗ相の電流パターンを示し、図１６は１−
２相励磁駆動の場合の磁束線図を示す。また、図１５は
自己インダクタンス利用時で１−２相励磁駆動の場合の
推力特性と、相互インダクタンス併用時で正弦波駆動の
場合の推力特性を示す。

【００５２】相互インダクタンスを併用するＳＲリニア
モータ１５では平均推力が正弦波駆動の場合に２３０Ｎ
に対して、自己インダクタンスを利用するとともに１−
２相励磁駆動のＳＲリニアモータでは平均推力が２２５
Ｎとなった。第１の実施の形態で比較例として挙げた自
己インダクタンスを利用するＳＲリニアモータで平均推
力が最大であった１相励磁駆動に比較して、平均推力が
１０％以上向上した。また、推力の変動は相互インダク
タンスを併用した正弦波駆動の場合に比較して少なくな
った。即ち、１相励磁駆動に代えて１−２相励磁駆動を
採用すれば、１相励磁駆動に比較して平均推力が１０％
以上向上するとともに、１相励磁駆動の場合と異なり、
推力の変動が小さく、発生推力が零になるポイントもな
い。

【００５３】従って、この実施の形態では第１の実施の
形態の（３）及び（４）の効果を有する他に、次の効果
を有する。 （８） 回転式のＳＲモータに適用されている巻線結線
方式をそのまま平面展開し、動作原理として自己インダ
クタンスを利用するＳＲリニアモータにおいて、駆動方
式を１−２相励磁駆動に代えるだけで平均推力が大きく
て、推力の変動が小さく、しかも発生推力が零になるポ
イントがないＳＲリニアモータが得られる。

【００５４】（第３の実施の形態）次に第３の実施の形
態を図１７〜図１９に従って説明する。この実施の形態
では動作原理として自己インダクタンスと相互インダク
タンスとを併用した回転式のＳＲモータに適用した点が
前記両実施の形態と大きく異なっている。

【００５５】図１７（ａ）は本発明を具体化したＳＲモ
ータ３５の模式図である。ＳＲモータ３５は３ｎ（ｎは
自然数でこの実施の形態ではｎ＝２）個の極３６ａ〜３
６ｆを有する円筒状の固定子３６を備えている。各極３
６ａ〜３６ｆは等間隔（等ピッチ）で設けられ、各極３
６ａ〜３６ｆにはコイル３７が全て同じ方向に集中巻で
巻き付けられている。なお、図１７（ａ）においてＰは
中性点である。各コイル３７は３相となるように構成さ
れ、極３６ａ，３６ｄと対応するコイル３７にはｕ相、
極３６ｂ，３６ｅと対応するコイル３７にはｖ相、極３
６ｃ，３６ｆと対応するコイル３７にはｗ相の電流がそ
れぞれ図示しない駆動回路を介して供給されるようにな
っている。可動子としての回転子３８には歯３８ａが等
間隔（等ピッチ）で８個形成されている。

【００５６】図１７（ｂ）は従来のＳＲモータ３９を示
す。このＳＲモータ３９はコイル３７の巻き方と結線方
法が実施の形態のＳＲモータと異なっており、その他の
構成は同じである。各極３６ａ〜３６ｆの各コイル３７
は、その巻き方向が交互に逆方向となるように巻き付け
られている。

【００５７】前記のように構成されたＳＲモータ３５，
３９について、ＦＥＭ（有限要素法）を用いてトルク特
性を比較した。図１８（ａ）は動作原理として自己イン
ダクタンスと相互インダクタンスとを併用するＳＲモー
タ、即ち図１７（ａ）に示すＳＲモータ３５について、
正弦波駆動を実施したときの磁束線図を示す。図１８
（ｂ）は動作原理として自己インダクタンスを使用する
従来のＳＲモータ、即ち図１７（ｂ）に示すＳＲモータ
３９について、同じ電流密度で正弦波駆動を実施したと
きの磁束線図を示す。また、図１９は各ＳＲモータ３
５，３９の正弦波駆動を実施したときのＳＲモータの機
械角とトルクの関係（トルク特性）を示すグラフであ
る。なお、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）はともに回転
子３８をそれぞれ各図の反時計方向回り（左回り）へ回
動させる場合を示しており、それぞれ３極分（半分）の
み図示している。

【００５８】図１８（ａ）はｖ相の極３６ｂ，３６ｅに
供給される電流密度が最大となる状態に対応しており、
図１８（ｂ）はｕ相の極３６ａ，３６ｄに供給される電
流密度が最大となる状態に対応している。図１８（ａ）
の極３６ｂ及び対応する歯３８ａを通過する磁束の量
と、図１８（ｂ）極３６ａ及び対応する歯３８ａを通過
する磁束の量とを比較すると、極３６ｂを通過する方が
多い。また、図１８（ａ）のｕ相の極３６ａ及び対応す
る歯３８ａを通り、かつ回転子３８に左回りの吸引力を
加える磁束の量と、図１８（ｂ）のｖ相の極３６ｂ及び
対応する歯３８ａを通り、かつ回転子３８に左回りの吸
引力を加える磁束の量とを比較すると、ｕ相の極３６ａ
を通る方が多い。従って、回転式のＳＲモータにおい
て、動作原理として自己インダクタンスと相互インダク
タンスとを併用したＳＲモータ３５の方がトルクが大き
くなる。

【００５９】このことは図１９に示すＳＲモータのトル
ク特性を示すグラフからも確認できる。ＳＲモータ３５
の平均トルクは従来のＳＲモータ３９に対して約５％向
上した。即ち、回転式のＳＲモータにおいても、動作原
理として自己インダクタンスと相互インダクタンスとを
併用した構成では、動作原理として自己インダクタンス
を用いた従来のＳＲモータに比較してトルクが向上す
る。

【００６０】なお、実施の形態は前記に限定されるもの
でなく、例えば、次のように具体化してもよい。 ○ 固定子１６の極の数は６個に限らず、３個又は９個
以上の３の倍数であってもよい。即ち、固定子１６の極
の数は３ｎ（ｎは自然数）であればよい。この場合、駆
動回路として汎用の３相インバータを利用し易くなる。

【００６１】○ 極１７ａ〜１７ｆ及び突部１９ａの幅
は必ずしもほぼ同じに形成する必要はなく、極及び突部
１９ａのそれぞれのピッチは同じで幅を異ならせてもよ
い。 ○ 極１７ａ〜１７ｆ及び突部１９ａの先端部に複数の
小さな歯を形成してもよい。

【００６２】○ フォーク装置１は４段式に限らず、３
段式にしてもよい。 ○ ＳＲリニアモータ１５をフォーク装置１の駆動部と
して使用する場合、ＳＲリニアモータ１５を固定フォー
ク２とセカンドフォーク３との間に配置する代わりに、
セカンドフォーク３とサードフォーク４との間あるいは
サードフォーク４とアッパフォーク５との間に配置して
もよい。しかし、コイル１８への配線の取り回しのし易
さを考慮すると、固定フォーク２に固定子１６を配設す
るのがよい。

【００６３】○ 各可動フォークの間に全てＳＲリニア
モータ１５を配設し、ピニオン及びラックによる可動フ
ォークの駆動機構を無くしてもよい。この場合、ラック
とピニオンの噛合による発塵が無くなり、クリーンルー
ム等での使用に適する。

【００６４】○ フォーク装置１をスタッカクレーンに
装備する代わりに、自走型搬送車上に装備してもよい。
また、フォーク装置１を定置式の移載装置として使用し
てもよい。

【００６５】○ ＳＲリニアモータ１５の一次側を可動
子として二次側を固定子とする構成としてもよい。この
構成の場合、移動体を案内するレールに沿って固定子を
配置し、移動体に可動子を取り付けることにより、移動
体をＳＲリニアモータによって長い距離移動させること
ができる。

【００６６】前記実施の形態から把握できる請求項記載
以外の発明（技術思想）について、以下にその効果とと
もに記載する。 （１） 請求項７に記載の荷移載装置は、ＳＲリニアモ
ータの固定子が固定部に設けられるとともに可動子が対
向する可動部に設けられ、他の可動部はピニオンとラッ
クの組み合わせによる駆動機構で出入動作が行われる。
この場合、荷移載装置への配線の取り回しが簡単にな
る。

【００６７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１〜請求項６
に記載の発明によれば、従来のＳＲモータに比較して同
じ電流密度でトルク又は推力が大きくなる。

【００６８】請求項２に記載の発明によれば、動作原理
として自己インダクタンスと相互インダクタンスとを併
用する構成を簡単に形成でき、極と突部との間に作用す
る磁気による吸引力が、可動子の推力として効率よく作
用する。

【００６９】請求項３に記載の発明によれば、不等ピッ
チとした場合に比較して、固定子１６の加工が簡単とな
り、制御も簡単となる。請求項４に記載の発明によれ
ば、駆動回路として汎用のインバータを流用でき、専用
の駆動回路を必要とするユニポーラの１相励磁駆動に比
較して製造コストを低減できる。

【００７０】請求項５に記載の発明によれば、回転式の
ＳＲモータをそのまま平面展開したＳＲリニアモータに
比較して同じ電流密度で推力が大きくなり、かつ発生推
力が零になるポイントがないＳＲリニアモータが得られ
る。

【００７１】請求項６に記載の発明によれば、回転式の
ＳＲモータをそのまま平面展開したＳＲリニアモータを
１相励磁駆動、２相励磁駆動あるいは正弦波駆動した場
合に比較して同じ電流密度で推力が大きくなり、かつ発
生推力が零になるポイントがないＳＲリニアモータが得
られる。

【００７２】請求項７に記載の発明によれば、リニアモ
ータの大きさが同じなら重い荷の移載ができ、荷の移載
に必要な推力が同じであればリニアモータを小型化でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態のＳＲリニアモータの模式
側面図。

【図２】 同じくフォーク装置の断面図。

【図３】 フォーク装置の概略斜視図。

【図４】 １相励磁駆動の電流パターンを示すグラフ。

【図５】 ２相励磁駆動の電流パターンを示すグラフ。

【図６】 正弦波駆動の電流パターンを示すグラフ。

【図７】 相互インダクタンス併用時の２相励磁駆動の
磁束線図。

【図８】 相互インダクタンス併用時の正弦波駆動の磁
束線図。

【図９】 相互インダクタンス併用時の推力特性を示す
グラフ。

【図１０】 自己インダクタンス利用時の１相励磁駆動
の磁束線図。

【図１１】 自己インダクタンス利用時の２相励磁駆動
の磁束線図。

【図１２】 自己インダクタンス利用時の正弦波駆動の
磁束線図。

【図１３】 自己インダクタンス利用時の推力特性を示
すグラフ。

【図１４】 １−２相励磁駆動の電流パターンを示すグ
ラフ。

【図１５】 １−２相励磁駆動と正弦波駆動の推力特性
を示すグラフ。

【図１６】 自己インダクタンス利用時の１−２相励磁
駆動の磁束線図。

【図１７】 （ａ）は第２の実施の形態のＳＲモータの
模式図、（ｂ）は従来のＳＲモータの模式図。

【図１８】 （ａ）は第２の実施の形態のＳＲモータの
正弦波駆動の磁束線図、（ｂ）は従来のＳＲモータの正
弦波駆動の磁束線図。

【図１９】 回転式のＳＲモータのトルク特性を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１…荷移載装置としてのフォーク装置、２…固定部とし
ての固定フォーク、３…可動部としてのセカンドフォー
ク、４…同じくサードフォーク、５…同じくアッパフォ
ーク、１５…ＳＲリニアモータ、１６，３６…固定子、
１７ａ〜１７ｆ，３６ａ〜３６ｆ…極、１８…コイル、
１９…可動子、１９ａ…突部、３５…ＳＲモータ、３８
…可動子としての回転子、３８ａ…突部としての歯。

フロントページの続き (72)発明者 大立 泰治 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 Ｆターム(参考） 5H540 AA01 BA10 BB09 BB10 FA03 FA13 FA23 FC09 5H550 AA06 AA20 BB05 BB10 DD09 HB07 LL34 LL56 5H619 AA01 AA10 BB06 BB24 PP01 PP02 5H641 BB06 BB19 GG02 GG04 GG08 GG11 GG23 GG26 HH08 HH10 HH20 JA02 JA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動作原理として自己インダクタンスと相
   互インダクタンスとを併用したＳＲモータ。
2. 【請求項２】 固定子の極数と、該固定子と対応する部
   分の可動子の突部の数との比が３：４に設定され、かつ
   固定子の極数が３ｎ（ｎは自然数）で、各極のコイルが
   全て同じ方向に巻き付けられている請求項１に記載のＳ
   Ｒモータ。
3. 【請求項３】 固定子の極が等ピッチに形成されている
   請求項１又は請求項２に記載のＳＲモータ。
4. 【請求項４】 駆動方式がバイポーラの正弦波駆動であ
   る請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のＳＲモー
   タ。
5. 【請求項５】 前記ＳＲモータはＳＲリニアモータであ
   る請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のＳＲモー
   タ。
6. 【請求項６】 動作原理として自己インダクタンスを利
   用し、駆動方式をユニポーラの１−２相励磁駆動とした
   ＳＲリニアモータ。
7. 【請求項７】 １個の固定部と、該固定部に対して順次
   水平に繰り出し得る複数の可動部とを備え、前記固定部
   及び可動部の少なくとも１個に可動部の出入動作用の駆
   動部として請求項５又は請求項６に記載のＳＲリニアモ
   ータを内蔵した荷移載装置。