JP2004166331A

JP2004166331A - 磁石可動型リニアモータ

Info

Publication number: JP2004166331A
Application number: JP2002326591A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kondo; 英夫近藤; Naoki Rachi; 直樹良知
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】推力を増強しても走行ストロークの減少をもたらさないとともに、推力増強に伴うコストを抑えた磁石可動型リニアモータを提供する。
【解決手段】第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７から第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各通電制御回路９に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７からの検出信号により、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各通電制御回路９，９を介して第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６へ通電するようにしたから、第２のコイルユニット５ｂはホールセンサ７とエンコーダ回路８を省略でき、全体の回路構成が簡易となりコスト低減が可能となる。また、可動子の長さを増加して推力を増強するものでないから、走行ストロークが減少することがない。コイルユニット５ａの通電回路９を介して各駆動コイル６，６に通電してもよい。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁石可動型リニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁石可動型リニアモータにおいて推力を増強するためには、可動子長を延長してコイルに対面する永久磁石の数を増加すればよい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、可動子長を前後に延長すると相対的にリニアモータの走行ストロークが減少する。
本発明は上記に鑑みてなされたもので、推力を増強しても走行ストロークの減少をもたらさないとともに、推力増強に伴うコストを抑えた磁石可動型リニアモータを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための請求項１に記載された磁石可動型リニアモータは、同一形状の複数の永久磁石を隣り合うどうし極性を異にして配列固定し、走行軌道上を走行可能とした可動子と、複数のコイルを所定の結線態様で結線した駆動コイルと、該駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置を検出するセンサと、該センサからの検出信号により駆動コイルへの通電を許可する通電制御回路とを備えるコイルユニットを、前記可動子の走行軌道に沿って複数配設した固定子と、前記センサからの検出信号により一定方向に推力が発生するように前記駆動コイルにおける各コイルへの通電を切換制御するコントローラとからなる磁石可動型リニアモータであって、前記固定子として、駆動コイル、センサ及び通電制御回路を備える第１のコイルユニットと、駆動コイル及び通電制御回路を備え、センサを備えない第２のコイルユニットとを前後方向位置を合致させて並列に配置するとともに、前記可動子として、前記第１及び第２のコイルユニットに対応する２組の永久磁石を前後方向位置を合致させて並列に配置し、前記第１のコイルユニットのセンサから第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたことを特徴とする。
【０００５】
また、請求項２に記載された磁石可動型リニアモータは、同一形状の複数の永久磁石を隣り合うどうし極性を異にして配列固定し、走行軌道上を走行可能とした可動子と、複数のコイルを所定の結線態様で結線した駆動コイルと、該駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置を検出するセンサと、該センサからの検出信号により駆動コイルへの通電を許可する通電制御回路とを備えるコイルユニットを、前記可動子の走行軌道に沿って複数配設した固定子と、前記センサからの検出信号により一定方向に推力が発生するように前記駆動コイルにおける各コイルへの通電を切換制御するコントローラとからなる磁石可動型リニアモータであって、前記固定子として、駆動コイル、センサ及び通電制御回路を備える第１のコイルユニットと、駆動コイルのみを備え、センサ及び通電制御回路を備えない第２のコイルユニットとを前後方向位置を合致させて並列に配置するとともに、前記可動子として、前記第１及び第２のコイルユニットに対応する２組の永久磁石を前後方向位置を合致させて並列に配置し、前記第１のコイルユニットのセンサから第１のコイルユニットの通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１のコイルユニットの通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
【作用及び発明の効果】
上記請求項１に記載の磁石可動型リニアモータによれば、第１のコイルユニットのセンサから第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたから、第２のコイルユニットは駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置検出用のセンサを省略でき、全体の回路構成が簡易となり、推力増強に伴うコストを低減できる。また、可動子の長さを増加して推力を増強するものでないから、走行ストロークが減少することがない。
【０００７】
請求項２に記載の磁石可動型リニアモータによれば、第１のコイルユニットのセンサから第１のコイルユニットの通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１のコイルユニットの通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたから、第２のコイルユニットは駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置検出用のセンサ及び通電制御回路を省略でき、全体の回路構成がより簡易となり、推力増強に伴うコストを可及的に低減できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は第１実施形態に係る磁石可動型リニアモータ１の推力増強区間における断面図、図２は同、概略構成を示したブロック図である。走行軌道２を構成するガイドレール３内には、固定子４が配設されている。固定子４は複数のコイルを所定の結線態様で結線した駆動コイル６と、該駆動コイル６と後述の可動子側永久磁石１２との相対位置を検出するホールセンサ７及び該ホールセンサの７の検出信号をエンコーダ信号として出力するエンコーダ回路８と、ホールセンサ７（エンコーダ回路８）からの検出信号により駆動コイル６への通電を許可する通電制御回路９とを備えるコイルユニットを走行軌道２に沿って複数配置したものである。
【０００９】
本実施形態では固定子４として、駆動コイル６、ホールセンサ７、エンコーダ回路８及び通電制御回路９を備える第１のコイルユニット５ａと、駆動コイル６及び通電制御回路９を備え、ホールセンサ７及びエンコーダ回路８を備えない第２のコイルユニット５ｂとが前後方向位置を合致させて上下２段並列に配置されている。
【００１０】
図３に示すように、駆動コイル６は同一形状の６個のコイル６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’を樹脂封止等により一体化するとともに、コイル６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’間をそれぞれ直列に接続して三相スター結線したものである。第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７は三相スター結線された駆動コイル６に対応して３個設けられており、後述する可動子１１のセンサ磁石１３の磁力に感応してそれぞれ検出信号を出力する。エンコーダ回路８は、ホールセンサ７の検出信号をエンコーダ信号として通電制御回路９及びコントローラ１０に出力する。通電制御回路９は駆動コイル６への通電を許可するスイッチとして機能するものである。
【００１１】
コントローラ１０は、制御回路とトランジスタ回路等（何れも図示せず）からなる。制御回路は上記エンコーダ信号に基づき後述する可動子１１の位置及び速度を算出し、目標位置及び速度となるようにモータ駆動電流を制御する。トランジスタ回路は、制御回路からの信号に基づき６個のトランジスタを切換えて一定方向に推力が発生するように、駆動コイル６の各コイル６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’への通電を切換える。
【００１２】
第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂは前後方向位置を合致させて配設されているため、可動子１１として、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂに対応する２組の永久磁石１２，１２を前後方向位置を合致させて並列に配置した場合、各コイルユニット５ａ，５ｂにおいて、上下方向で対応する第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂ間では、駆動コイル６の各コイル６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’に、同一の通電パターンのモータ駆動電流を供給できる。このため、上下方向で対応する第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂ間では、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７の検出信号を第２のコイルユニット５ｂで共用することができ、第２のコイルユニット５ｂのホールセンサ７及びエンコーダ回路８を省略している。また、コントローラ１０から第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６にモータ駆動電流を供給するハーネスは、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂに対して別々に配線し電圧降下の影響を最小限に抑えている。
【００１３】
可動子１１は、図示しないヨークに同一形状の複数の永久磁石１２を配列固定したもので、該永久磁石１２は厚さ方向に着磁され隣り合うどうしはそれぞれ極性を異にしている。本実施形態では可動子１１として、上記第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂに対応する２組の永久磁石１２，１２が前後方向位置を合致させて上下２段並列に配置されている。また、可動子１１の上段の永久磁石１２側は、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７に対応させて複数のセンサ磁石１３が固定されている。このセンサ磁石１３は、上段の永久磁石１２の極性と同一になるように着磁されている。
【００１４】
上下２段並列に配置された２組の永久磁石１２，１２は、それぞれ磁極の配列パターンを一致させて一体的に連結されている。上記可動子１１は、台車１４により走行軌道２であるガイドレール３内を走行できるようになっており、また、ガイドレール３の上面に設けた溝３ａから連結ブラケット１５を突出させて搬送台１６を固定し、積荷を搬送できるようにしている。第２のコイルユニット５ｂは、ホールセンサ７を省略しているため、これに伴い可動子１１の下段の永久磁石１２側はセンサ磁石１３が省略されている。
【００１５】
上記構成の磁石可動型リニアモータ１は、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７が可動子１１の上段永久磁石１２側のセンサ磁石１３の磁力を感知すると、エンコーダ回路８から上下方向で対応する第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各通電制御回路９及びコントローラ１０にエンコーダ信号を出力する。このエンコーダ信号により、各通電制御回路９は各駆動コイル６への通電を許可する。また、コントローラ１０は６個のトランジスタを切換えて各駆動コイル６の６個のコイル６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’に同一パターンのモータ駆動電流を供給する。これにより、各コイルとこれに対応する永久磁石１２との間で、フレミングの左手の法則に基づく推力を連続的に発生させる。固定子として、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂを上下２段並列に配置するとともに、可動子１１として第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂに対応する２組の永久磁石１２，１２を、上下２段並列に配置しているから推力が２倍となる。
【００１６】
上記磁石可動型リニアモータ１は、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７から第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各通電制御回路９に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７からの検出信号により、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各通電制御回路９，９を介して第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６へ通電するようにしたから、第２のコイルユニット５ｂはホールセンサ７とエンコーダ回路８を省略でき、全体の回路構成が簡易となりコスト低減が可能となる。また、可動子の長さを増加して推力を増強するものでないから、走行ストロークが減少することがない。さらに、大きな推力が必要となる減速、停止及び加速区間では、上記のようなコイルユニットが上下２段並列に配置された固定子構造とし、大きな推力を必要としない例えば一定速度で走行する区間では、下段のコイルユニットを省略した構成とすることにより、推力増強に伴うコストをさらに低減できる。
【００１７】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る磁石可動型リニアモータ１Ａの概略構成を示したブロック図である。上記第１実施形態の磁石可動型リニアモータ１とは、固定子４の上下方向で対応する第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂ間において、第１のコイルユニット５ａの通電制御回路９を介して第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６にモータ駆動電流を供給するようにして、第２のコイルユニット５ｂの通電制御回路９をさらに省略した点が相違するのみで、その他の構成及び作動は同一である。
【００１８】
この磁石可動型リニアモータ１Ａは、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７が可動子１１の上段の永久磁石１２側のセンサ磁石１３の磁力を感知すると、エンコーダ回路８からのエンコーダ信号が第１のコイルユニット５ａの通電制御回路９に出力され、第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６への通電が許可される。コントローラ１０からは、第１のコイルユニット５ａの通電制御回路９を介して第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６にモータ駆動電流が供給される。
【００１９】
上記した磁石可動型リニアモータ１Ａは、第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７から第１のコイルユニット５ａの通電制御回路９に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニット５ａのホールセンサ７からの検出信号により、第１のコイルユニット５ａの通電制御回路９を介して第１及び第２のコイルユニット５ａ，５ｂの各駆動コイル６，６へ通電するようにしたから、第２のコイルユニット５ｂはホールセンサ７とエンコーダ回路８及び通電制御回路９を省略でき、また、モータ駆動電流を供給するハーネスも共通化できて、全体の回路構成がより簡易となり、推力増強に伴うコストを可及的に低減できる。
【００２０】
尚、コイルユニット及び永久磁石を上下方向又は左右方向に複数列並列配置することにより、モータ推力を段階的に増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る磁石可動型リニアモータの推力増強区間での断面図であるる。
【図２】第１実施形態に係る磁石可動型リニアモータの概略構成を示したブロック図である。
【図３】駆動コイルの結線態様を示した回路図である。
【図４】第２実施形態に係る磁石可動型リニアモータの概略構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１，１Ａ．．．磁石可動型リニアモータ
２．．．走行軌道
４．．．固定子
５ａ，５ｂ．．．コイルユニット
６．．．駆動コイル
６ａ，６ａ’、６ｂ，６ｂ’及び６ｃ，６ｃ’．．．コイル
７．．．ホールセンサ
９．．．通電制御回路
１０．．．コントローラ
１１．．．可動子
１２．．．永久磁石

Claims

同一形状の複数の永久磁石を隣り合うどうし極性を異にして配列固定し、走行軌道上を走行可能とした可動子と、
複数のコイルを所定の結線態様で結線した駆動コイルと、該駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置を検出するセンサと、該センサからの検出信号により駆動コイルへの通電を許可する通電制御回路とを備えるコイルユニットを、前記可動子の走行軌道に沿って複数配設した固定子と、
前記センサからの検出信号により一定方向に推力が発生するように前記駆動コイルにおける各コイルへの通電を切換制御するコントローラとからなる磁石可動型リニアモータであって、
前記固定子として、駆動コイル、センサ及び通電制御回路を備える第１のコイルユニットと、駆動コイル及び通電制御回路を備え、センサを備えない第２のコイルユニットとを前後方向位置を合致させて並列に配置するとともに、
前記可動子として、前記第１及び第２のコイルユニットに対応する２組の永久磁石を前後方向位置を合致させて並列に配置し、
前記第１のコイルユニットのセンサから第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１及び第２のコイルユニットの各通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたことを特徴とする磁石可動型リニアモータ。
同一形状の複数の永久磁石を隣り合うどうし極性を異にして配列固定し、走行軌道上を走行可能とした可動子と、
複数のコイルを所定の結線態様で結線した駆動コイルと、該駆動コイルと可動子側永久磁石との相対位置を検出するセンサと、該センサからの検出信号により駆動コイルへの通電を許可する通電制御回路とを備えるコイルユニットを、前記可動子の走行軌道に沿って複数配設した固定子と、
前記センサからの検出信号により一定方向に推力が発生するように前記駆動コイルにおける各コイルへの通電を切換制御するコントローラとからなる磁石可動型リニアモータであって、
前記固定子として、駆動コイル、センサ及び通電制御回路を備える第１のコイルユニットと、駆動コイルのみを備え、センサ及び通電制御回路を備えない第２のコイルユニットとを前後方向位置を合致させて並列に配置するとともに、
前記可動子として、前記第１及び第２のコイルユニットに対応する２組の永久磁石を前後方向位置を合致させて並列に配置し、
前記第１のコイルユニットのセンサから第１のコイルユニットの通電制御回路に通電許可信号を出力する一方、該第１のコイルユニットのセンサからの検出信号により、第１のコイルユニットの通電制御回路を介して第１及び第２のコイルユニットの各駆動コイルへ通電するようにしたことを特徴とする磁石可動型リニアモータ。