JP2004166398A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

【課題】可動子の可動範囲を制限したり磁束密度の低下を招くことなく、小型かつ高性能なリニアモータを提供する。
【解決手段】磁性体からなり、かつ互いに対向する２枚の側板２０２，２０３と、これらの側板の間に形成される空隙の一方向に交番磁界が発生するように側板の少なくとも一方の内面に等間隔に配置された複数の磁石２０５と、を有する固定子２００と、空隙２０５に少なくとも一部が収容される多相コイル（可動子コイル部１０１）と、コイル支持部１０６と、を有する可動子１００Ａと、機構部とを備えたリニアモータに関する。磁石２０５からの磁束が鎖交して前記交番磁界に対する可動子１００Ａの相対位置を検出する磁極位置検出器１０７を、固定子２００の近傍であって前記空隙の外側に配置する。具体的には、磁極位置検出器１０７を、固定子２００に近接させてコイル支持部１０６に内蔵する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定子磁極に対する可動子の相対位置を検出するための磁極位置検出器の効率的な配置方法に特徴を有する、固定界磁型のリニアモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、この種のリニアモータの従来技術を示す正面図（図６（ａ））及び側面図（同（ｂ））である。
これらの図において、固定子２００は正面から見てコ字形のヨーク２０１と永久磁石２０５とから構成されており、ヨーク２０１は強磁性体からなる側板２０２，２０３及び連結板２０４からなっている。また、永久磁石２０５は前記側板２０２，２０３の内側対向面にそれぞれ等間隔で貼り付けられており（τは隣り合う永久磁石２０５のピッチである）、対向する永久磁石２０５、及び隣り合う永久磁石２０５は共に逆極性となっていて、固定子２００の長手方向に沿って空隙内で磁界が交番するようになっている。
【０００３】
一方、可動子１００は、多相の可動子コイル部１０１と、コイル支持部１０２とを備えている。可動子コイル部１０１は、固定子２００の対向する永久磁石２０５間の空隙に収容される平板状部材であり、コイル支持部１０２は、固定子２００の上方に配置されて可動子コイル部１０１の上端部を支持している。
可動子コイル部１０１は、多相コイルを例えば樹脂によってモールドしたり、または、多相コイルを薄い板材に固着して構成されている。
【０００４】
更に、コイル支持部１０２の長手方向端部には、永久磁石２０５の磁極を検出するための磁極位置検出器１０３が取り付けられている。なお、１０４は磁極位置検出器１０３に接続された磁極検出信号多軸ケーブル、１０５は可動子コイル部１０１内の多相コイルに接続されたコイル給電多軸ケーブルである。
上記のように構成された従来技術において、可動子１００及び固定子２００は、可動子１００が固定子２００の磁束交番方向に沿って移動可能なように、図示されていない周知の機構部によって支持されている。
【０００５】
そして、可動子１００の多相コイルに、固定子２００の交番磁界に対する相対位置に応じた電流を通流することにより、固定子２００の長手方向に沿った推力が可動子１００に生じ、リニアモータとして機能するものである。
この種のリニアモータは既に実用化されており、後述する特許文献１，２によって公知となっている。
【０００６】
さて、前述した如く、可動子１００の多相コイルには固定子２００の交番磁界に対する相対位置に応じた電流を流す必要があるので、推力を制御するためには、可動子１００から見た交番磁界の位置、すなわち永久磁石２０５の位置を検出する必要がある。
このため、図６ではコイル支持部１０２の長手方向端部に取り付けられた磁極位置検出器１０３により、固定子２００の空隙内の磁束密度を検出している。永久磁石２０５による磁束密度の大きさ、または極性は、磁極位置検出器１０３により電気信号に変換され、磁極検出信号多軸ケーブル１０４を介して図示されていないコイル電流制御装置に伝達される。この制御装置では、磁極位置検出器１０３から送られた電気信号に基づいてコイル電流を制御する。
【０００７】
なお、磁極位置検出器の他の配置としては、例えば特許文献３に示されているように、コイルの中央部に配置したり、あるいはコイル表面の磁極対向部に貼り付けたりする構成が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開昭５６−１１４０１２号公報
【特許文献２】
特公平０８−１３１８４号公報
【特許文献３】
特開昭６０−２０７６６号公報（第１図、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示したように、磁極位置検出器１０３が可動子１００の長手方向端部に取り付けられる場合、電磁気的には固定子２００の端から端まで可動子１００を移動させることができるにも関わらず、磁極位置検出器１０３の幅の分だけ可動子１００の可動範囲が狭くなるという問題がある。
また、特許文献３に示されるように、磁極位置検出器がコイルの存在する部位に配置される場合、コイルの効率的な配置の阻害要因になったり、あるいは磁極位置検出器の厚さに応じて空隙長を長くしなければならないため空隙の磁束密度が低下したり、リニアモータが空隙長方向に大型化する等の問題がある。
【００１０】
そこで本発明は、磁極位置検出器の配置に起因して可動子の可動範囲を制限したり磁束密度の低下を招くことがなく、小型化が可能なリニアモータを提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、磁性体からなり、かつ互いに対向する２枚の側板と、これらの側板の間に形成される空隙の一方向に交番磁界が発生するように前記側板の少なくとも一方の内面に等間隔に配置された複数の磁石と、を有する固定子と、
前記空隙に少なくとも一部が収容される多相コイルと、この多相コイルを支持するコイル支持部と、を有する可動子と、
前記可動子を前記交番磁界が交番する方向に沿って移動可能に保持する機構部と、
を備えたリニアモータにおいて、
前記磁石からの磁束が鎖交して前記交番磁界に対する前記可動子の相対位置を検出し、かつ、前記可動子に固定される磁極位置検出器を、前記固定子の近傍であって前記空隙の外側に配置したものである。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載紙したリニアモータにおいて、前記磁極位置検出器を前記コイル支持部に内蔵したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態を示す正面図（図１（ａ））及び側面図（同（ｂ））である。固定子２００の構造は図６と同一であるため、図６と同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では可動子１００Ａの構造を中心に説明する。
【００１４】
可動子１００Ａは、多相の可動子コイル部１０１と、コイル支持部１０６とを備えている。可動子コイル部１０１の構成は図６と同一であり、固定子２００の対向する永久磁石２０５間の空隙に収容される平板状部材であって、多相コイルを樹脂モールドしたり、多相コイルを薄い板材に固着して構成されている。
【００１５】
コイル支持部１０６は、前記同様に可動子コイル部１０１の上端部を支持しているが、この実施形態では、コイル支持部１０６の可動子コイル部１０１上端部近傍（可動子コイル部１０１基端部近傍）に磁極位置検出器１０７が内蔵されており、この磁極位置検出器１０７は固定子２００の永久磁石２０５の上端部に空隙を隔てて対向している。また、磁極位置検出器１０７は、コイル支持部１０６の長手方向の端部近傍に配置されている。
すなわち、磁極位置検出器１０７は、固定子２００の近傍であって永久磁石２０５，２０５間の空隙の外側に位置するように可動子１００Ａに固定されている。
なお、１０５は可動子コイル部１０１内の多相コイルに接続されたコイル給電多軸ケーブル、１０８は磁極位置検出器１０７に接続された磁極検出信号多軸ケーブルである。
【００１６】
また、図示されていないが、可動子１００Ａ及び固定子２００は、可動子１００Ａが固定子２００の磁束交番方向に沿って移動可能なように、周知の機構部によって支持されている。
この実施形態の駆動原理は図６と同様であり、可動子１００Ａの多相コイルに、固定子２００の交番磁界に対する相対位置に応じた電流を通流することにより、固定子２００の長手方向に沿った推力が可動子１００に発生する。
【００１７】
図２は、図１における固定子２００の永久磁石２０５による磁束（磁力線）の様子を、固定子２００の上端部（コイル支持部１０６側の端部）について示したものであり、図１（ａ）の主要部に相当する。
図２に示すように、永久磁石２０５による磁力線２０６は、空隙内だけでなく固定子２００の上端部にも漏れている。この磁束の向きも磁極の極性に依存するため、コイル支持部１０６の可動子コイル部１０１基端部近傍に配置した磁極位置検出器１０７により、固定子２００の上端部に漏れる磁力線２０６を検出して磁極位置を判別することとした。
【００１８】
図３は、前記磁極位置検出器１０７の一例を示すもので、平面図及び側面図を併せて図示してある。この磁極位置検出器１０７は、三相モータに用いられる。
【００１９】
図３において、１０７Ａは基板、１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗは各相のホールセンサであり、これらのホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗを通過する磁束の極性に応じた電気信号を発生する。ホールセンサとして最も安価で一般的なものは、磁束の極性をディジタル値として出力するものであり、例えば、磁束が正方向に鎖交する場合に５Ｖ、磁束が負方向に鎖交する場合に０Ｖを出力する。
【００２０】
３つのホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗは、図示するようにτ／３（τ：隣り合う永久磁石２０５のピッチ）の間隔で配置されており、中央のホールセンサ１０７Ｖを両側のホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｗとは逆極性に取り付けることによって、２τを３６０°としたときに６０°ごとに３つのホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗの信号が図４に示すように切り替わる。
従って、ホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗの出力信号から、永久磁石２０７の極性を検出することができる。ここで、図４に示すごとくホールセンサの出力信号から磁極の極性を検出する方法は、例えば永久磁石電動機の制御において一般的に用いられている。
【００２１】
なお、前記基板１０７Ａを例えばプリント配線板によって形成することにより、ホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗへの電源ラインやホールセンサからの信号ラインをケーブル１０８から容易に導くことができる。
【００２２】
次いで、図５は磁極位置検出器１０７の配置構造を拡大して示したものであり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図である。
前述したように、磁極位置検出器１０７はコイル支持部１０６に内蔵されており、検出するべき磁束密度は固定子２００に近いほど大きいため、Ｓ／Ｎ比の大きな信号を得るためには、ホールセンサ１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗの位置を固定子２００にできるだけ近付けることが肝要である。
【００２３】
なお、上記実施形態の固定子２００では、対向する２枚の側板２０２，２０３双方の内面に永久磁石２０５，２０５をそれぞれ配置してあるが、永久磁石２０５は２枚の側板２０２，２０３のうちの少なくとも一方の内面に配置すればよい。
また、以上の説明は三相モータについて行ったが、本発明は、三相以外の相数のモータについても全く同様な効果を得ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、固定子に近接し、かつ空隙の外側の位置、つまり、可動子の可動範囲を狭めることなく最大限に確保可能な位置であって、可動子コイル部とは離れた位置に磁極位置検出器を配置するようにしたので、可動子の可動範囲の拡大が可能であると共に、多相コイルの配置を阻害したり空隙長が増加するおそれをなくしてリニアモータの小型化、高性能化を図ることができる。
また、従来のように可動子の長手方向端部に磁極位置検出器が突設される構造ではないから、同一の可動範囲に対して可動子の長手方向の長を短くすることができ、この点でもリニアモータの一層の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す正面図及び側面図である。
【図２】図１（ａ）の主要部の説明図である。
【図３】本発明の実施形態における磁極位置検出器の構成図である。
【図４】本発明の実施形態における磁極位置検出器の位置とホールセンサ出力信号との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施形態における磁極位置検出器の配置説明図である。
【図６】従来技術を示す正面図及び側面図である。
【符号の説明】
１００Ａ：可動子
１０１：可動子コイル部
１０５：コイル給電多軸ケーブル
１０６：コイル支持部
１０７：磁極位置検出器
１０７Ａ：基板
１０７Ｕ，１０７Ｖ，１０７Ｗ：ホールセンサ
１０８：磁極検出信号多軸ケーブル
２００：固定子
２０１：ヨーク
２０２，２０３：側板
２０４：連結板
２０５：永久磁石（磁極）
２０６：磁力線

Claims (2)

1. 磁性体からなり、かつ互いに対向する２枚の側板と、これらの側板の間に形成される空隙の一方向に交番磁界が発生するように前記側板の少なくとも一方の内面に等間隔に配置された複数の磁石と、を有する固定子と、
   前記空隙に少なくとも一部が収容される多相コイルと、この多相コイルを支持するコイル支持部と、を有する可動子と、
   前記可動子を前記交番磁界が交番する方向に沿って移動可能に保持する機構部と、
   を備えたリニアモータにおいて、
   前記磁石からの磁束が鎖交して前記交番磁界に対する前記可動子の相対位置を検出し、かつ、前記可動子に固定される磁極位置検出器を、前記固定子の近傍であって前記空隙の外側に配置したことを特徴とするリニアモータ。
2. 請求項１に記載紙したリニアモータにおいて、
   前記磁極位置検出器を前記コイル支持部に内蔵したことを特徴とするリニアモータ。

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