JP2001078489A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単相ないし多相駆動型のリニアモータのコイ
ルモジュールを共通化し、コイル数の変更に対してハー
ドおよびソフト的な変更を必要とすることなく対応す
る。 【解決手段】 コイル１とスイッチ２とを有するモジュ
ール７を複数個結合してリニアモータ固定子１０を構成
し、それぞれのモジュールに、コイルへ通電するための
同時に通電したいコイル数に応じた数の駆動電流線ＤＲ
Ｖ＿１，ＤＲＶ＿２、可動子の可動方向を示す方向指示
信号を伝達するための方向指示信号線ＤＩＲ、他のモジ
ュール内のコイルが通電状態にあるかどうかを示すコイ
ル選択情報信号を伝達するためのコイル選択情報信号線
ＳＥＬ、他のモジュール内のコイルに通電される際に流
れる電流相を指示する電流相指示信号を伝達するための
電流相指示線ＰＨＳ、およびコイル切換のタイミングを
示すコイル切換指示信号を伝達するためのコイル切換指
示信号線ＴＲＧを全モジュールに共有させ、前記駆動電
流線、方向指示信号線およびコイル切換指示信号線を、
各モジュールの前記スイッチに接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可動子の検出位置
に応じて通電すべきコイルを選択的に切り換える必要の
ある複数のコイルを有するリニアモータに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のリニアモータは、固定子として可
動子のストロークに応じた数のコイルを配置し、各コイ
ルをそれぞれドライバに接続していた。そのため、ドラ
イバからリニアモータへの配線が多く、また、可動子の
ストロークが異なるごとに固定子およびドライバも異な
るという問題があった。

【０００３】そこで、リニアモータの組立性を向上する
目的で特開平６−３１１７２３号公報のようにコイルと
スイッチとを基本単位としたリニアモータが提案されて
いる。この構成のリニアモータによれば、リニアモータ
のコイル単位でのモジュール化を行なうことにより、モ
ジュール化を行なわない時よりもコイル数を容易に変更
できる。つまり、可動子のストロークを自由に変更で
き、またドライバからリニアモータへの配線を大幅に減
らすことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−３
１１７２３号公報には、具体的な電気的構成や通電方法
に関してなにも触れられていない。

【０００５】また、コイルモジュールを完全に共通化す
るためには、可動子と固定子との相対位置により複数の
コイルの中から一つのコイルだけ選択的に切り換える単
相駆動の場合だけでなく、例えば２つのコイルを選択的
に切り換える２相駆動などの多相駆動に対応する必要が
ある。

【０００６】そこで、本発明は、リニアモータ固定子を
モジュール化したリニアモータにおいて、多相駆動にも
対応したリニアモータを提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明のリニアモータは、コイルとスイッチとを有す
るモジュールを備え、該モジュールを複数個結合してリ
ニアモータ固定子を構成し、それぞれのモジュールは、
コイルヘ通電するため同時に通電したいコイル数に応じ
た数の駆動電流線、可動子の可動方向を示す方向指示信
号を伝達するための方向指示信号線、他のモジュール内
のコイルが通電状態にあるかどうかを示すコイル選択情
報信号を伝達するためのコイル選択情報信号線、他のモ
ジュール内のコイルに通電される際に流れる電流相を指
示する電流相指示信号を伝達するための電流相指示線、
およびコイル切換のタイミングを示すコイル切換指示信
号を伝達するためのコイル切換指示信号線を共有し、前
記駆動電流線、方向指示信号線およびコイル切換指示信
号線が、複数の前記スイッチに共通に接続されているこ
とを特徴とする。この構成を採ることにより、単相励磁
駆動および多相励磁駆動におけるコイルモジュールの完
全共通化が可能となった。

【０００８】本発明の好ましい実施の形態においては、
上記構成のもとで、前記リニアモータは前記方向指示信
号と前記コイル選択情報信号および前記電流相指示信号
の情報をもとに前記各スイッチの動作が規定されてお
り、前記コイル切換指示信号をトリガとして前記スイッ
チ動作を行なうようにした。このような駆動方法によれ
ば、ドライバは現在通電しているコイルに対して次のコ
イル切り換え時におけるコイルの方向と、コイル切換の
タイミングのみを指示するだけでコイル切換が出来るた
め、ドライバは通電すべきコイルを特定する必要がな
い。そのため、コイルモジュールの数が変更してもハー
ド的な変更は必要ないので容易にリニアモータのストロ
ーク変更を行なうことが出来、再設計等を伴わない。

【０００９】ここで、前記モジュールは、コイル選択状
態を初期化するためのリセット信号を伝達するためのリ
セット信号線を有し、該リセット信号線が複数の前記各
スイッチに共通に接続させ、前記リセット信号線のリセ
ット信号をもとに前記各スイッチは前記コイルの通電を
解除するよう規定されており、前記コイル切換指示信号
をトリガとして前記動作を行なうようにすると初期化動
作が容易に行なうことが出来て良い。すなわち、駆動前
における固定子と可動子との相対位置関係の初期化を行
なう際に特定のコイルを通電状態にすることを行なうこ
とが出来るようになる。

【００１０】また、前記モジュールはコネクタを有し、
複数の該モジュール同士を該コネクタにより結合してリ
ニアモータ固定子を構成すると、容易に各モジュールの
接続が出来るようになるため、リニアモータのストロー
ク変更が容易に行なうことが出来るため好ましい。すな
わち、各モジュールを容易に接続することができるた
め、より簡単にリニアモータのストローク変更が可能に
なる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。実施形態１ 図１に本発明の第１実施形態のリニアモータに用いられ
るリニアモータ固定子とそのドライバ６を示す。本実施
形態では、可動子と固定子との相対位置に応じた２つの
コイルに電流を流して駆動する。つまり２相駆動を行な
っている。

【００１２】リニアモータ固定子１０は、コイル１とス
イッチ２とを一組としたコイルモジュール７（７−１，
７−２，‥‥‥，７−ｎ）、およびコイルモジュールの
終端を示すための終端モジュール８との組み合わせで構
成している。終端モジュール８は終端端子４とグランド
５で構成されている。終端端子４は各信号線をむき出し
にしないようになっており電気的な意味は特にない。各
コイルモジュールは、２相分の駆動電流線ＤＲＶ＿１と
ＤＲＶ＿２（図中では共通の線として表示）、それぞれ
の電流相に対応したグランド線ＧＮＤ（図中では共通の
線として表示）、方向指示線ＤＩＲ、コイル切換指示線
ＴＲＧ、およびリセット線ＲＳＴを共有しており、隣接
するコイルモジュールまたはドライバ６もしくは終端モ
ジュール８とはコネクタ３を通して接続できるように構
成されている。また、コイル選択信号線ＳＥＬと電流相
指示線ＰＨＳ（図中では共通の線として表示）が両隣の
モジュールのスイッチ２とコネクタ３を通して接続され
ている。このＳＥＬ信号線は各モジュールから見たとき
は、左側のコイルモジュールからのＳＥＬ信号をＳＥＬ
＿Ｌ、同じく右側のコイルモジュールからのＳＥＬ信号
をＳＥＬ＿Ｒと呼び、同様にＰＨＳ信号線は各モジュー
ルから見たときは、左側のコイルモジュールからのＰＨ
Ｓ信号をＰＨＳ＿Ｌ、同じく右側のコイルモジュールか
らのＰＨＳ信号をＰＨＳ＿Ｒと呼ぶ。

【００１３】不図示のコントローラから駆動指示をうけ
たドライバ６は可動子（不図示）の移動方向を方向指示
線ＤＩＲで指示している。同時に駆動指示に対応した駆
動電流を選択されたコイル１に流れるように各相の駆動
電流線ＤＲＶを通して制御している。また、各コイルモ
ジュール内のスイッチ２は、自分のモジュールのコイル
が選択されている、つまりスイッチがＯＮ状態の時はコ
イル選択信号ＳＥＬを電気的に“Ｈｉｇｈ”にして、逆
に選択されていない状態の時はコイル選択信号ＳＥＬを
電気的に“Ｌｏｗ”にして両隣のコイルモジュールに伝
えるようになっている。また、ドライバ６からのコイル
モジュール７−１へのＳＥＬ信号は通常“Ｌｏｗ”信号
を出力して、コイルモジュール７−１の左側の仮想モジ
ュールが選択されていない状態を設定している。

【００１４】また、本実施形態では２相励磁駆動を可能
とするため新たにＰＨＳ信号線が加わっており、各モジ
ュールのコイルにどんな相の電流を通電するべきか判断
する情報を伝達する。ここでは、Ａ相、Ｂ相の２つの電
流相で２相励磁駆動を行なっていて、各モジュールは自
分のコイルの電流相がＡ相の時は電流相指示信号ＰＨＳ
を電気的に“Ｈｉｇｈ”にして、逆にＢ相の時は電流相
指示線ＰＨＳを“Ｌｏｗ”にして、両隣のコイルモジュ
ールに自分の電流相を伝えている。ドライバ６は、可動
子と固定子との相対位置検出信号（不図示）に基づいて
コイル１を切り換えるべき位置でコイル切換指示線ＴＲ
Ｇを介して各コイルモジュールにコイル切換のタイミン
グを伝えるようになっている。具体的にはＴＲＧが電気
的に“Ｈｉｇｈ”になる立ち上がりのエッジを検知して
コイル切り換えを行なう指示をしている。

【００１５】コイルモジュール内のスイッチ２は、ドラ
イバ６からの可動子の方向指示信号ＤＩＲ、コイル切換
指示信号ＴＲＧ、リセット信号ＲＳＴおよび両隣のコイ
ルモジュールのコイル選択信号ＳＥＬ＿ＬとＳＥＬ＿Ｒ
と電流相指示信号ＰＨＳ＿ＬとＰＨＳ＿Ｒによって以下
のような動作を行なう。つまり、スイッチ２は方向指示
信号ＤＩＲ、コイル選択信号ＳＥＬ＿ＬとＳＥＬ＿Ｒお
よびリセット信号ＲＳＴの組み合わせで図２のような動
作を行なう。さらに本実施形態により、スイッチ２は方
向指示信号ＤＩＲ、電流相指示信号ＰＨＳ＿ＬとＰＨＳ
＿Ｒおよびリセット信号ＲＳＴの組み合わせで図３のよ
うな動作が追加されている。そして、可動子がコイル切
換位置になるとドライバ６からコイル切換指示信号線Ｔ
ＲＧを通してコイル切換指示信号ＴＲＧがスイッチに伝
えられ、このコイル切換指示信号ＴＲＧをトリガとして
スイッチは図２および図３に従ったスイッチ動作を行な
う。なお、図２および図３において、「Ｈ」は信号レベ
ルが“Ｈｉｇｈ”であることを、「Ｌ」は信号レベルが
“Ｌｏｗ”であることを、「ｘ］は信号レベルが“Ｈｉ
ｇｈ”および“Ｌｏｗ”のいずれであってもよいこと
を、「Ａ相」は駆動電流ＤＲＶ＿１を通電することを、
そして「Ｂ相」は駆動電流ＤＲＶ＿２を通電すること
を、それぞれ示している。

【００１６】図４に図２および図３のようなスイッチ動
作を行なわせる回路の一例を示す。図４にあるような論
理回路およびトリガ付スイッチを使うことによって図２
および図３のような動作を行なわせるスイッチを構成す
ることが出来る。このような、コイル切換を行ないなが
ら適切な電流を駆動電流線を通して所望のコイルに通電
することで、可動子の駆動を行なう。例えば、特開平９
−１９１７８号公報で示されているような電流をコイル
に通電させれば、推力ムラの抑制された駆動を行なえる
リニアモータを構成できる。

【００１７】ここで、図５において例をあげながら具体
的にコイル切換の様子を説明する。ここでは、コイル切
換ピッチが３０ｍｍであるとし、そのとき図面において
リニアモータ左端からの位置によりコイル切換位置がａ
（オフセット位置）、ａ＋３０、ａ＋６０、ａ＋９０、
ａ＋１２０ｍｍとなり、それぞれの間の領域を１〜５と
する。このとき、可動子位置と通電コイルの関係は図６
のようになる。図５では、可動子が領域３に位置してい
るためコイル（Ｎｏ．３）とコイル（Ｎｏ．４）に通電
しており、図面右方向に移動している状態を示してい
る。

【００１８】この時の各信号は図７の領域３のようにな
っている。この状態で、可動子が領域４に移る瞬間にド
ライバ６は、コイル切換指示信号線ＴＲＧに“Ｌｏｗ”
から“Ｈｉｇｈ”信号への立ち上がり信号を出力し、こ
の信号をトリガとしてコイルモジュール７−３（Ｎｏ．
３）のスイッチは通電を解除、コイルモジュール７−５
（Ｎｏ．５）のスイッチはコイル通電状態へと変更する
動作を行ない、コイルモジュール７−３のコイル（Ｎ
ｏ．３）およびコイルモジュール７−４のコイル（Ｎ
ｏ．４）の通電状態からコイル（Ｎｏ．４）およびコイ
ル（Ｎｏ．５）の通電状態へのコイル切り換え動作が完
了する。これにより、コイル切換後の各信号線は図７の
領域４のような状態になる。以下同様な動作を繰り返す
ことにより、コイル切り換えは全ての領域に対して行な
うことが出来る。

【００１９】本実施形態では、２相励磁での構成を示し
ているが、電流相指示線ＰＨＳの情報量と駆動電流線Ｄ
ＲＶを所望の相数に対応した数だけ設置し、適切なスイ
ッチ動作を規定すれば、３相以上の多相駆動に対しても
適応することが可能である。

【００２０】このシステムではドライバ６は現在選択
されているコイルに対して左右どちらのコイルを次に選
択すべきか、いつコイル切り換えを行なうべきか、
どのくらいの電流をコイルに流すべきかという３つの情
報を各モジュールに共通に与えているだけである。各コ
イルモジュールは隣接コイルモジュールの状態を自ら把
握し、自分自身のあるべき状態を判断し、電流相の選択
とコイル切り換えを行なうものである。そのため、ドラ
イバ６はどのコイルを選択すべきかということは把握し
なくても良いため、コイルモジュールまたはコイルユニ
ット数の変更に対しては全く関与しない。

【００２１】また、このリニアモータにおける２相励磁
駆動の初期化方法の一例を図８に示す。まず、ドライバ
６はＲＳＴ信号を“Ｈｉｇｈ”にして全てのモジュール
のコイルユニットに対してコイル選択を解除し、図８の
状態１の状態にする。次にドライバがコイルモジュール
７−１（Ｎｏ．１）に対してのＳＥＬ信号をコイル選択
状態に、ＰＨＳ信号をＢ相駆動の指示をする。このとき
ＰＨＳ信号はコイルモジュール７−１（Ｎｏ．１）を最
終的にＡ相にしたいかＢ相にしたいかに応じてどちらの
指示をしても構わない。そして、ＤＩＲ信号により図面
右側方向への移動であることを指示した後、ＴＲＧ信号
によりスイッチへのトリガをかけ、コイル（Ｎｏ．１）
を選択させる（図８状態２）。引き続きドライバはＳＥ
Ｌ信号は選択状態、ＰＨＳ信号はＢ相、ＤＩＲ信号は右
方向を指示させ、ＴＲＧ信号によりスイッチを動作させ
ると状態３になり２相励磁の初期化が完了する。もしも
可動子と固定子の位置関係から初期化する際の選択コイ
ルがコイル（Ｎｏ．１）およびコイル（Ｎｏ．２）のい
ずれでもないときは、ドライバの各信号はそのままで適
当な回数だけＴＲＧ信号を出力して所望する２つのコイ
ルが選択されるようにする（状態４〜７）。これら一連
の動作を行なうときは、駆動電流線ＤＲＶの電流は０に
しておくと良い。初期化を終えた後は、ドライバ６はコ
イル選択されたコイルモジュールに対して右か左かとい
うように相対的な指示だけをすれば良い。

【００２２】実施形態２ 図９は上記のリニアモータを用いた位置決め装置を示
す。同図のリニアモータには、４つのコイル１０４が直
線上に並べて配置されている。コイル支持部材１０３は
コイル１０４を支持している。一対のガイド１０２が、
コイル支持部材１０３の両側に、コイル１０４を構成す
る各コイルの配列方向と平行に設けられている。ガイド
１０２には、テーブル天板１０１が軸受１０６を介して
取り付けられている。テーブル天板１０１は、ガイド１
０２によってコイル配列方向に移動自在に案内される。
さらに、テーブル天板１０１には永久磁石からなる可動
磁石１０５が取り付けられている。永久磁石１０５はコ
イルの表裏でＳ極とＮ極の対（図面上裏側のものは不図
示）となるように、かつコイル配列方向に沿って極性を
交互にして４対並べて配列されている。

【００２３】また、ガイド１０２の側方には、テーブル
天板１０１の位置を検出する位置検出器（リニアスケー
ル）１０７が設けられている。位置検出器１０７からは
テーブル天板１０１の移動量および方向に応じてアップ
／ダウン信号が出力される。出力信号は、カウンタユニ
ット１１０に取り込まれ、テーブル天板１０１の位置情
報が得られる。カウンタユニット１１０は、テーブル天
板１０１に取り付けられた遮光板１０８が原点フォトス
イッチ１０９を通過した際に初期化される。このとき、
コントローラは実施形態１で示したようなコイル選択に
関した初期化を行ない、図面中右から１番目と２番目の
コイルを選択した状態にする。カウンタユニット１１０
には、コントローラおよびドライバ１１１が接続され、
テーブル天板１０１の目標位置とカウンタユニット１１
０から得られるテーブル天板１０１の現在位置との差分
をＰＩＤ（比例、積分、微分）演算し、駆動指令や可動
子の方向指令および電流相指令を出力し、また現在位置
からコイル切換位置に可動子がいるときにはコイル切換
タイミングを示すコイル切換指令を出力する。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
単相励磁駆動のみでなく多相励磁駆動にも対応可能なコ
イルモジュールを完全に共通化することが出来る。その
結果、コストの抑制や組立の簡易化の面で非常に有効で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るリニアモータ固定
子の構成を示す図である。

【図２】 図１の各信号とスイッチ動作の関係を示した
図である。

【図３】 図１の各信号とスイッチ動作の関係を示した
図である。

【図４】 図２および図３の動作を行なう回路の一例を
示した図である。

【図５】 図１の固定子を用いたリニアモータのコイル
切換の様子を説明するための図である。

【図６】 図５における可動子の位置と通電すべきコイ
ル番号の対応を示した図である。

【図７】 スイッチ切り換え前後の各信号線の状態の一
例を示した図である。

【図８】 図５のモータにおける初期化動作の流れを示
した図である。

【図９】 本発明のリニアモータを用いた位置決め装置
を示した図である。

【符号の説明】

１：コイル、２：スイッチ、３：コネクタ、４：終端端
子、５：グランド、６：ドライバ、７，７−１，７−
２，‥‥‥，７−ｎ：コイルモジュール、８：終端モジ
ュール、１０：リニアモータ固定子、ＤＲＶ：駆動電流
（線）、ＧＮＤ：グランド（線）、ＤＩＲ：方向指示信
号（線）、ＴＲＧ：コイル切換指示信号（線）、ＲＳ
Ｔ：リセット信号（線）、ＳＥＬ，ＳＥＬ＿Ｌ，ＳＥＬ
＿Ｒ：コイル選択信号（線）、ＰＨＳ，ＰＨＳ＿Ｌ，Ｐ
ＨＳ＿Ｒ：電流相指示信号（または電流相指示線）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルとスイッチとを有するモジュール
   を備え、該モジュールを複数個結合してリニアモータ固
   定子を構成し、 それぞれのモジュールは、コイルヘ通電するため同時に
   通電したいコイル数に応じた数の駆動電流線、可動子の
   可動方向を示す方向指示信号を伝達するための方向指示
   信号線、他のモジュール内のコイルが通電状態にあるか
   どうかを示すコイル選択情報信号を伝達するためのコイ
   ル選択情報信号線、他のモジュール内のコイルに通電さ
   れる際に流れる電流相を指示する電流相指示信号を伝達
   するための電流相指示線、およびコイル切換のタイミン
   グを示すコイル切換指示信号を伝達するためのコイル切
   換指示信号線を共有し、前記駆動電流線、方向指示信号
   線およびコイル切換指示信号線が、複数の前記スイッチ
   に共通に接続されていることを特徴とするリニアモー
   タ。
2. 【請求項２】 前記リニアモータは、前記方向指示信号
   と前記コイル選択情報信号および前記電流相指示信号の
   情報をもとに前記各スイッチの動作が規定されており、
   前記コイル切換指示信号をトリガとして前記スイッチ動
   作を行なうことを特徴とする請求項１記載のリニアモー
   タ。
3. 【請求項３】 前記モジュールは、コイル選択状態を初
   期化するためのリセット信号を伝達するためのリセット
   信号線をさらに有し、該リセット信号線が複数の前記各
   スイッチに共通に接続されていることを特徴とする請求
   項１または２記載のリニアモータ。
4. 【請求項４】 前記スイッチは、前記リセット信号線の
   リセット信号をもとに前記コイルへの通電を解除するよ
   う規定されており、前記コイル切換指示信号をトリガと
   して前記通電解除動作を行なうことを特徴とする請求項
   ３記載のリニアモータ。
5. 【請求項５】 前記モジュールはコネクタを有し、複数
   の該モジュール同士を該コネクタにより結合してリニア
   モータ固定子を構成することを特徴とする請求項１〜４
   記載のリニアモータ。
6. 【請求項６】 前記駆動電流線および共通接続すべき各
   信号線は前記コネクタを介して縦続接続されていること
   を特徴とする請求項５記載のリニアモータ。