JP2018137889A - Linear motor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動対象物を所定方向に移動させるリニアモータ装置に関する。 The present invention relates to a linear motor device that moves a moving object in a predetermined direction.
従来、モータにより引き戸を自動的に開閉する引き戸の開閉装置が知られている。このような引き戸の開閉装置にリニアモータ装置を使用することが検討されている。特許文献1には、リニアモータ装置の移動体側のコイルへの非接触給電を行うことができる非接触給電装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a sliding door opening and closing device that automatically opens and closes a sliding door by a motor is known. The use of a linear motor device for such a sliding door opening / closing device has been studied.
リニアモータ装置においては、電磁石の磁束を効率的に利用して移動対象物に推進力を与えることが課題となる。 In the linear motor device, it becomes a problem to apply a propulsive force to the moving object by efficiently using the magnetic flux of the electromagnet.
本発明は、電磁石の磁束を効率的に利用することができるリニアモータ装置を提供する。 The present invention provides a linear motor device that can efficiently use the magnetic flux of an electromagnet.
本発明の一態様に係るリニアモータ装置は、構造物に対して移動対象物を所定方向に移動させるリニアモータ装置であって、前記移動対象物に取り付けられる各々が筒状の3つの電磁石であって、前記所定方向に沿って間隔をあけて並んで配置された3つの電磁石と、同極同士が対向するように前記所定方向に沿って並んで配置された複数の永久磁石を含み、前記構造物に取り付けられる棒状磁石体であって、前記3つの電磁石の内側を通る棒状磁石体と、前記移動対象物に取り付けられ、前記3つの電磁石を駆動する駆動回路と、前記構造物に取り付けられ、前記駆動回路に非接触で給電を行う非接触給電回路とを備え、前記3つの電磁石のそれぞれは、コイル部、及び、前記コイル部の前記所定方向における両端部に配置されたヨーク部とを有し、前記所定方向における、前記3つの電磁石のうち隣り合う2つの電磁石の間の距離は、前記所定方向における前記複数の永久磁石の2つ分の長さをLとした場合、L×n(nは、自然数)である。 A linear motor device according to one aspect of the present invention is a linear motor device that moves a moving object in a predetermined direction with respect to a structure, and each of the linear motor devices attached to the moving object is a cylindrical electromagnet. And three electromagnets arranged side by side along the predetermined direction and a plurality of permanent magnets arranged side by side along the predetermined direction so that the same poles face each other. A rod-like magnet body attached to an object, the rod-like magnet body passing through the inside of the three electromagnets, a drive circuit attached to the moving object and driving the three electromagnets, and attached to the structure; A non-contact power supply circuit that supplies power to the drive circuit in a non-contact manner, and each of the three electromagnets includes a coil portion and a yoke portion disposed at both ends of the coil portion in the predetermined direction. The distance between two adjacent electromagnets among the three electromagnets in the predetermined direction is L × when the length of the two permanent magnets in the predetermined direction is L. n (n is a natural number).
本発明の一態様に係るリニアモータ装置は、電磁石の磁束を効率的に利用することができる。 The linear motor device according to one embodiment of the present invention can efficiently use the magnetic flux of the electromagnet.
以下、実施の形態に係るリニアモータ装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, a linear motor device according to an embodiment will be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. The numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connecting forms of the constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily shown strictly. Moreover, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the substantially same structure, and the overlapping description may be abbreviate | omitted or simplified.
また、以下の実施の形態においては、天井側を「上」、床面側を「下」のように表現する場合がある。また、以下の実施の形態における所定方向は、特に断りの無い限り、リニアモータ装置の移動対象物の移動方向を意味する。また、図面において、永久磁石のN極は、「N」と記載され、永久磁石のS極は、「S」と記載される。 In the following embodiments, the ceiling side may be expressed as “upper” and the floor side may be expressed as “lower”. Moreover, the predetermined direction in the following embodiments means the moving direction of the moving object of the linear motor device unless otherwise specified. In the drawings, the N pole of the permanent magnet is described as “N”, and the S pole of the permanent magnet is described as “S”.
(実施の形態)
[全体構成]
以下、実施の形態に係るリニアモータ装置の構成について図面を用いて説明する。図1は、実施の形態に係るリニアモータ装置の概略構成を示す模式図である。図2は、実施の形態に係るリニアモータ装置の内部構造を示す図である。
(Embodiment)
[overall structure]
Hereinafter, the configuration of the linear motor device according to the embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a linear motor device according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating an internal structure of the linear motor device according to the embodiment.
図1及び図2に示されるように、実施の形態に係るリニアモータ装置300は、第一取り付けユニット301と、第二取り付けユニット302(図1に図示)と、本体ユニット303とを備える。なお、図2では、図1に示される筐体350の図示が省略されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
リニアモータ装置300は、上枠20(鴨居)に対して引き戸40を所定方向に移動させる装置である。リニアモータ装置300は、言い換えれば、リニアアクチュエータ装置である。リニアモータ装置300は、具体的には、上枠20に取り付けられた本体ユニット303が有するレール30に沿って引き戸40を移動させる。引き戸40は、移動対象物の一例である。引き戸40は、いわゆる上吊り式の引き戸であり、第一ローラー321及び第二ローラー322がレール30に引っかかることにより、本体ユニット303(上枠20)に吊り下げられる。
The
[本体ユニット]
まず、本体ユニット303について図1及び図2に加えて図3を参照しながら説明する。図3は、本体ユニットの構造を示す図である。
[Main unit]
First, the
図3に示されるように、本体ユニット303は、レール30と、棒状磁石体31と、非接触給電回路60と、筐体350(図1に図示)とを有する。非接触給電回路60には、ライン型コイル65が含まれる。
As shown in FIG. 3, the
筐体350は、レール30、棒状磁石体31、及び、非接触給電回路60を収容し、引き戸40の上方に位置する上枠20などの構造物に取り付けられる筐体である。筐体350は、上枠20に内蔵されてもよい。なお、リニアモータ装置300の完成状態においては、第一取り付けユニット301の一部(第一ローラー321、駆動回路50(ピックアップコイル51)、複数の電磁石41)、及び第二取り付けユニット302の一部(第二ローラー322)も筐体350に収容される。
The
筐体350は、所定方向に長い略直方体状である。図示されないが、筐体350の下面(底板)には、第一取り付けユニット301および第二取り付けユニット302を所定方向に移動させるために、所定方向に長いスリットが設けられている。
The
筐体350は、具体的には、アルミニウムなどの金属により形成されるが、樹脂によって形成されてもよい。筐体350が金属により形成される場合、当該筐体350は、磁気シールドとしても機能する。
Specifically, the
レール30は、筐体350の底板の上面に設けられる、所定方向に延びるレールである。実施の形態では、レール30は、2本設けられる。2本のレール30の間には、軸体343a及び軸体343bが通される。レール30の上面は、走行面であり、第一ローラー321及び第二ローラー322は、当該走行面を所定方向に転がる。レール30は、ステンレスなどの金属により形成されてもよいし、樹脂により形成されてもよい。なお、レール30は、筐体350の一部として形成されてもよい。例えば、筐体350の底板がレール30として用いられてもよい。
The
棒状磁石体31は、本体ユニット303が上枠20に内蔵または外付けされることにより、筐体350を介して上枠20に取り付けられる。棒状磁石体31は、例えば、筐体350内の天板から吊り下げられるが、その他の方法で筐体350に固定されてもよい。棒状磁石体31は、同極同士が対向するように所定方向に沿って並んで配置された複数の永久磁石31aを含む。棒状磁石体31は、所定方向を長手方向(高さ方向)とする円柱状である。
The rod-
複数の永久磁石31aのうちの一の永久磁石31aのN極は、他の永久磁石31aのN極と接合されている。同様に、複数の永久磁石31aのうちの一の永久磁石31aのS極は、他の永久磁石31aのS極と接合されている。複数の永久磁石31aのそれぞれは、実質的に同一の仕様である。つまり、複数の永久磁石31aのそれぞれは、略同じ形状であり、所定方向における長さが略等しい。なお、ここでの「略」とは、永久磁石31aの製造上の寸法誤差などを含むという意味である。
The N pole of one
永久磁石31aとしては、例えば、フェライト磁石が採用されるが、アルニコ磁石、または、ネオジム磁石などが採用されてもよく、永久磁石31aを形成する磁性材料は、特に限定されない。なお、永久磁石31aの個数は、特に限定されない。
As the
棒状磁石体31は、複数の電磁石41の内側に通される。なお、複数の電磁石41と棒状磁石体31との間には、隙間(空気層)がある。棒状磁石体31の長さ及び棒状磁石体31の所定方向における配置位置は、例えば、引き戸40の可動範囲が確保されるように定められる。
The rod-shaped
非接触給電回路60は、筐体350内の、所定方向における端部に配置され、第一取り付けユニット301が有する駆動回路50に非接触で給電を行う回路である。非接触給電回路60は、本体ユニット303が上枠20に内蔵または外付けされることにより、上枠20に取り付けられる。図2及び図3に示されるように、非接触給電回路60は、レール30の上面に配置されてもよいが、第一ローラー321または第二ローラー322の走行を妨げないように、第一ローラー321及び第二ローラー322よりも上方に配置され、筐体350の一部等によって保持されていてもよい。
The non-contact
非接触給電回路60は、具体的には、ライン型コイル65を含み、ライン型コイル65を通じて駆動回路50に非接触で給電を行う。非接触給電回路60の具体的な回路構成については後述する。
Specifically, the non-contact
ライン型コイル65は、送電コイルの一例であって、交流電力を駆動回路50に非接触で送電する。ライン型コイル65は、所定方向に長い長尺環状のコイルであり、ピックアップコイル51に接触しないように近接して配置される。
The line-
ライン型コイル65は、複数の永久磁石31aから発せられる磁界の影響を低減するために、複数の永久磁石31aを避けて配置される。具体的には、ライン型コイル65のループの間(ループの中)には、ピックアップコイル51のみが配置され、駆動回路50及び電磁石41は配置されない。これにより、ライン型コイル65のループの間で生じる磁界(磁場)の、駆動回路50及び電磁石41に与える影響を低減できる。
The
ライン型コイル65は、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線により形成されるが、他の電線により形成されてもよい。なお、ライン型コイル65に供給される交流電力の周波数は、例えば、100kHz程度である。
The line-
[第一取り付けユニット]
次に、第一取り付けユニット301について、図1及び図2に加えて図4を参照しながら説明する。図4は、第一取り付けユニット301の構造を示す図である。
[First mounting unit]
Next, the
第一取り付けユニット301は、引き戸40をリニアモータ装置300に取り付けるためのユニットであり、第二取り付けユニット302とペアで使用されるユニットである。第一取り付けユニット301は、所定方向における、引き戸40の一方の端部に取り付けられる。第一取り付けユニット301は、具体的には、引き戸40の一方の端部において、上方に位置する角部に取り付けられる。第一取り付けユニット301は、第一取り付け部材311と、第一ローラー321と、軸受け部321aと、駆動回路50と、複数の電磁石41と、軸体343aと、接続部材330とを備える。また、駆動回路50には、ピックアップコイル51が含まれる。
The
第一取り付け部材311は、下面が湾曲した略直方体状の部材である。第一取り付け部材311は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。また、第一取り付け部材311の内部には、空間があってもよい。
The
第一取り付けユニット301は、第一取り付け部材311が引き戸40の一方の端部に設けられた第一凹部341に嵌まることにより引き戸40の一方の端部に取り付けられる。第一凹部341は、より具体的には、引き戸40の一方の端部において、上方に位置する角部に設けられる。第一取り付け部材311は、例えば、所定方向におけるスライド挿入によって第一凹部341に嵌まるが、下方へのスライド挿入によって第一凹部341に嵌まってもよい。
The
また、詳細については図示されないが、第一取り付け部材311は、例えば、爪などの抜け止め構造を有し、当該抜け止め構造により、第一取り付け部材311が第一凹部341に嵌まった状態が維持される。なお、第一取り付け部材311は、第一凹部341に嵌まった状態で接着されてもよいし、第一凹部341に嵌まった状態でねじ止めされてもよい。
Although not shown in detail, the first mounting
第一ローラー321は、引き戸40をレール30に引っかけ、かつ、引き戸40をレール30に対して滑らかに移動させるための車輪であり、レール30の走行面を所定方向に転がる。第一ローラー321は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
The
第一ローラー321の回転軸は、軸受け部321aによって回転可能に支持されている。実施の形態では、第一取り付けユニット301は、第一ローラー321を複数備えるが、少なくとも1つ備えればよい。
The rotation shaft of the
軸体343aは、第一取り付け部材311と、第一ローラー321とを接続して一体的に保持するための部材である。軸体343aは、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
The
軸体343aの一方の端部には、第一取り付け部材311が接続され、軸体343aの他方の端部には、第一ローラー321の軸受け部321aが接続される。軸体343aは、2本のレール30の間を通る。第一ローラー321は、レール30の上方(天井側)に位置し、第一取り付け部材311は、レール30の下方(床面側)に位置する。
The
接続部材330は、平面視形状が矩形の板状部材であり、第一ローラー321と、軸受け部321aと、駆動回路50(ピックアップコイル51)と、複数の電磁石41とを一体的に保持するための部材である。接続部材330は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
The
接続部材330は、一方の主面(下面)がレール30と対向し、長手方向が所定方向に沿うように配置される。接続部材330の他方の主面(上面)には、複数の電磁石41及び駆動回路50(より詳細には、ピックアップコイル51を除いた駆動回路50)が、所定方向に並んで配置される。接続部材330の他方の主面においては、駆動回路50のほうが、複数の電磁石41よりも第一ローラー321(軸受け部321a)の近くに配置されている。複数の電磁石41は、接続部材330の上面に所定方向に並んで配置されている。
The
接続部材330の長手方向の一端に位置する側面(端面)には、第一ローラー321の軸受け部321aが接続される。接続部材330の短手方向の一端に位置する側面(端面)には、ピックアップコイル51のコイルボビン51aが接続されている。なお、接続部材330の長手方向の他端に位置する側面(端面)には、別のローラー(別のローラーの軸受け部)がさらに接続されてもよい。
A bearing
なお、軸体343a及び接続部材330は、一例であり、第一取り付け部材311、第一ローラー321、駆動回路50、及び、複数の電磁石41を一体的に保持するためにその他の態様の部材が用いられてもよい。
Note that the
複数の電磁石41は、複数の永久磁石31aの磁力(磁束)を用いて引き戸40を移動させるためのデバイスである。複数の電磁石41は、第一取り付けユニット301が引き戸40に取り付けられることにより、引き戸40に取り付けられる。
The plurality of
複数の電磁石41は、接続部材330の上方に所定方向に沿って間隔をあけて並んで配置される。以下、複数の電磁石41について図5をさらに参照しながら説明する。図5は、複数の電磁石41の詳細構造及び配置を示す図である。なお、図5において、複数の電磁石41は、模式的な断面が示されている。
The plurality of
図5に示されるように、複数の電磁石41のそれぞれは、筒状(より具体的には、円筒状)であり、筒軸が所定方向に沿うように配置される。複数の電磁石41の内側には、棒状磁石体31が通る。複数の電磁石41のそれぞれは、例えば、接続部材330の上方に支柱331によって支持されるが、支柱331以外の支持部材によって支持されてもよい。
As shown in FIG. 5, each of the plurality of
電磁石41は、コイル部41aと、コイル部41aの所定方向における両端部に配置された端ヨーク部41bと、コイル部41aを外側から囲む筒状ヨーク部41cとを有する。
The
コイル部41aは、磁性材料により形成された円筒状の芯材に、電線が周方向に沿って巻きつけられることによって形成される。芯材は、例えば、鉄であり、電線は、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線であるが、芯材として採用される材料及び電線として採用される材料は、特に限定されない。コイル部41a(コイル部41aが備える上記電線)は、駆動回路50と電気的に接続されている。
The
端ヨーク部41b及び筒状ヨーク部41cは、コイル部41aの磁束を集中する磁気ギャップを形成するヨークである。このようなヨーク部により、電磁石41(ヨーク)と永久磁石31aとの間の吸引反発力が高められる。したがって、ヨーク部によれば、リニアモータ装置300は、永久磁石31aにフェライト磁石等の一般的な磁石が用いられる場合であっても、引き戸40に大きな推進力を与えることができる。
The
端ヨーク部41bは、コイル部41aの所定方向における両端部に配置されるヨークである。言い換えれば、2つの端ヨーク部41bは、所定方向においてコイル部41aを挟んでいる。端ヨーク部41bは、中心部に棒状磁石体31を通すための開口を有する円板状(円環状)である。
The
筒状ヨーク部41cは、コイル部41aを外側から囲む筒状のヨークである。筒状ヨーク部41cは、具体的には、円筒状である。なお、電磁石41は、筒状ヨーク部41cを備えていなくてもよい。
The
なお、端ヨーク部41b及び筒状ヨーク部41cは、例えば、鉄などの金属、フェライト、またはケイ素などによって形成される。端ヨーク部41b及び筒状ヨーク部41cは、一体形成されてもよいし、それぞれ別体として形成されてもよい。端ヨーク部41b及び筒状ヨーク部41cのそれぞれは、コイル部41aと直接または接着剤を介して接触している。
Note that the
リニアモータ装置300が備える複数の電磁石41の数は、三相モータ制御に対応して3つであるが、リニアモータ装置300は、少なくとも3つの電磁石41を備えればよい。リニアモータ装置300は、4つ以上(例えば、6つ以上の3の倍数)の電磁石41を備えてもよい。
The number of the plurality of
上述のように、リニアモータ装置300において、3つの電磁石41は、所定方向に沿って間隔をあけて並んで配置されている。ここで、図5に示されるように、所定方向における、3つの電磁石のうち隣り合う2つの電磁石41の間の距離は、所定方向における複数の永久磁石31aの2つ分の長さと同じである。永久磁石31aの所定方向における長さをL/2とすると、3つの電磁石41のうち隣り合う2つの電磁石41の間の距離はLである。このような配置によって得られる効果については後述する。
As described above, in the
なお、実施の形態において、2つの電磁石41の間の距離とは、一の電磁石41の所定方向における一方の端面(一方の端部に配置された端ヨーク部41bの端面)から、当該一の電磁石41に隣り合う電磁石41の所定方向における他方の端面(他方の端部に配置された端ヨーク部41bの端面)までの距離である。
In the embodiment, the distance between the two
駆動回路50は、非接触給電回路60から供給される電力を用いて複数の電磁石41を駆動する。駆動回路50は、具体的には、複数の電磁石41のそれぞれの極性を順次切り替える。駆動回路50は、第一取り付けユニット301が引き戸40に取り付けられることにより、引き戸40に取り付けられる。駆動回路50は、ピックアップコイル51を含む。
The
ピックアップコイル51は、受電コイルの一例であって、ライン型コイル65から非接触で給電を受ける。ピックアップコイル51は、コイルボビン51aに電線51bが巻きつけられることによって形成される。コイルボビン51aは、例えば、樹脂または磁性材料により形成され、電線51bは、例えば、銅の芯線がエナメルで絶縁被覆されたエナメル線である。
The
ピックアップコイル51は、上方から見た場合に、電線51bの巻回軸の方向がライン型コイル65の長手方向(レール30が延びる方向)と垂直に交差するように配置される。このような配置により、ピックアップコイル51は、電磁誘導によってライン型コイル65から交流電力を受電することができる。ピックアップコイル51は、引き戸40が移動すると、ライン型コイル65に沿って移動するため、引き戸40の移動により給電が途絶えることはない。
When viewed from above, the
なお、駆動回路50は、一部または全部が第一取り付け部材311内の空間に収容されてもよい。この場合、駆動回路50と複数の電磁石41(複数のコイル部41a)とは、例えば、リード線などで電気的に接続される。
Note that part or all of the
[第二取り付けユニット]
次に、第二取り付けユニット302について、図1に加えて図6を参照しながら説明する。図6は、第二取り付けユニット302の構造を示す図である。
[Second mounting unit]
Next, the
第二取り付けユニット302は、引き戸40をリニアモータ装置300に取り付けるためのユニットであり、第一取り付けユニット301とペアで使用されるユニットである。第二取り付けユニット302は、所定方向における、引き戸40の他方の端部に取り付けられる。第二取り付けユニット302は、具体的には、引き戸40の他方の端部において、上方に位置する角部に取り付けられる。第二取り付けユニット302は、第二取り付け部材312と、第二ローラー322と、軸受け部322aと、軸体343bとを備える。
The
第二取り付け部材312は、下面が湾曲した略直方体状の部材である。第二取り付け部材312は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。また、第二取り付け部材312の内部には、空間があってもよい。
The
第二取り付けユニット302は、第二取り付け部材312が引き戸40の他方の端部に設けられた第二凹部342に嵌まることにより引き戸40の他方の端部に取り付けられる。第二凹部342は、より具体的には、引き戸40の他方の端部において、上方に位置する角部に設けられる。第二取り付け部材312は、例えば、所定方向におけるスライド挿入によって第二凹部342に嵌まるが、下方へのスライド挿入によって第二凹部342に嵌まってもよい。
The
また、詳細については図示されないが、第二取り付け部材312は、例えば、爪などの抜け止め構造を有し、当該抜け止め構造により、第二取り付け部材312が第二凹部342に嵌まった状態が維持される。なお、第二取り付け部材312は、第二凹部342に嵌まった状態で接着されてもよいし、第二凹部342に嵌まった状態でねじ止めされてもよい。
Although not shown in detail, the second mounting
第二ローラー322は、引き戸40をレール30に引っかけ、かつ、引き戸40をレール30に対して滑らかに移動させるための車輪であり、レール30の走行面を所定方向に転がる。第二ローラー322は、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
The
第二ローラー322の回転軸は、軸受け部322aによって回転可能に支持されている。実施の形態では、第二取り付けユニット302は、第二ローラー322を複数備えるが、少なくとも1つ備えればよい。
The rotation shaft of the
軸体343bは、第二取り付け部材312と、第二ローラー322とを接続して一体的に保持するための部材である。軸体343bは、樹脂により形成されてもよいし、金属により形成されてもよい。
The
軸体343bの一方の端部には、第二取り付け部材312が接続され、軸体343bの他方の端部には、第二ローラー322の軸受け部322aが接続される。軸体343bは、2本のレール30の間を通り、これにより、第二ローラー322がレール30の上方(天井側)に位置し、第二取り付け部材312がレール30の下方(床面側)に位置する。
The
[回路構成]
次に、非接触給電回路60及び駆動回路50の具体的な回路構成について、ブロック図と回路図とを用いて説明する。図7は、リニアモータ装置300の機能構成を示すブロック図である。図8は、非接触給電回路60及び駆動回路50の回路図である。なお、図7では、上枠20、引き戸40、複数の永久磁石31aも模式的に図示されている。
[Circuit configuration]
Next, specific circuit configurations of the non-contact
まず、上枠20に設けられる非接触給電回路60について説明する。図7及び図8に示されるように、非接触給電回路60は、第一のAC−DC変換回路61と、第一のDC−DC変換回路62と、第一のインバータ回路63と、第一制御部64と、ライン型コイル65とを有する。図7及び図8では、非接触給電回路60に交流電力を供給する交流電源70も図示されている。交流電源70は、例えば、商用系統(電力系統)であり、交流電源70から得られる交流電力は、周波数が50Hzまたは60Hzであり、かつ、実効値が100Vである。
First, the non-contact
第一のAC−DC変換回路61は、交流電源70から得られる交流電力を直流電力に変換して出力する。第一のAC−DC変換回路61は、交流電力を全波整流して直流電圧を出力する4つのダイオードからなるブリッジ型の全波整流回路と、整流回路で整流された電力を平滑化する平滑コンデンサとからなる。なお、第一のAC−DC変換回路61の具体的な構成は、このような構成に限定されず、交流電力を直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。
The first AC-
第一のDC−DC変換回路62は、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を第一のインバータ回路63に適した直流電力に変換して出力する。第一のDC−DC変換回路62は、第一制御部64によってトランジスタS0が高速にオン及びオフされることにより、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を降圧させるチョッピング式のDC−DCコンバータである。
The first DC-
なお、第一のDC−DC変換回路62の具体的な構成は、このような構成に限定されず、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を第一のインバータ回路63に適した直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。また、第一のDC−DC変換回路62は、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を変換する必要がない場合は、省略されてもよい。
The specific configuration of the first DC-
第一のインバータ回路63は、第一のAC−DC変換回路61から出力され、かつ、第一のDC−DC変換回路62によって変換された直流電力を交流電力にさらに変換して出力する。第一のインバータ回路63は、トランジスタS1及びトランジスタS2が第一制御部64によって交互にオン及びオフされるハーフブリッジ型のインバータ回路であるが、フルブリッジ型のインバータ回路であってもよく、特に限定されない。
The
第一制御部64は、トランジスタS0、トランジスタS1、及び、トランジスタS2をオン及びオフするための制御信号を出力する制御部である。第一制御部64は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、または、専用回路などにより実現される。
The
ライン型コイル65は、第一のインバータ回路63から出力される交流電力を駆動回路50に非接触で送電する。なお、コンデンサ66は、ライン型コイル65と、ピックアップコイル51との共振周波数を調整し、電力の利用効率を高めるために挿入されており、必要でなければ省略されてよい。
The
次に、駆動回路50について説明する。駆動回路50は、ピックアップコイル51と、第二のAC−DC変換回路52と、第二のDC−DC変換回路53と、第二のインバータ回路54と、第二制御部55とを備える。
Next, the
ピックアップコイル51は、ライン型コイル65によって送電された交流電力を受電する。なお、コンデンサ56は、ライン型コイル65と、ピックアップコイル51との共振周波数を調整し、電力の利用効率を高めるために挿入されており、必要でなければ省略されてよい。
The
第二のAC−DC変換回路52は、ピックアップコイル51によって受電された交流電力を直流電力に変換する。第二のAC−DC変換回路52は、交流電力を全波整流して直流電圧を出力する4つのダイオードからなるブリッジ型の全波整流回路と、整流回路で整流された電力を平滑化する平滑コンデンサとからなる。なお、第二のAC−DC変換回路52の具体的な構成は、このような構成に限定されず、交流電力を直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。
The second AC-
第二のDC−DC変換回路53は、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を第二のインバータ回路54に適した直流電力に変換して出力する。第二のDC−DC変換回路53は、第二制御部55によってトランジスタが高速にオン及びオフされることにより、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を降圧させるチョッピング式のDC−DCコンバータである。
The second DC-
なお、第二のDC−DC変換回路53の具体的な構成は、このような構成に限定されず、第二のDC−DC変換回路53から出力される直流電力を第二のインバータ回路54に適した直流電力に変換できるのであればどのような回路が用いられてもよい。また、第二のDC−DC変換回路53は、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を変換する必要がない場合は、省略されてもよい。
Note that the specific configuration of the second DC-
第二のインバータ回路54は、第二のAC−DC変換回路52によって変換された直流電力であって、かつ、第二のDC−DC変換回路53によって変換された直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を複数の電磁石41に供給する。第二のインバータ回路54は、120度ずつ位相のずれた交流電力である3相交流電力を出力する3相インバータ回路であるが、特に限定されない。第二のインバータ回路54から出力される3つの交流電力のそれぞれは、対応する1つの電磁石41に印加される。
The
なお、第二のインバータ回路54は、3つのハイサイドスイッチ(トランジスタ)と、3つのローサイドスイッチ(トランジスタ)とを有し、一のハイサイドスイッチと組になるローサイドスイッチには、当該一のハイサイドスイッチに印加される制御信号と位相が反転した制御信号が印加される。また、3つのハイサイドスイッチのそれぞれには、120度ずつ位相がずれた制御信号が印加される。3つのローサイドスイッチについても同様である。
The
第二制御部55は、第二のDC−DC変換回路53が有するトランジスタ、並びに、第二のインバータ回路54に含まれる、3つのハイサイドスイッチ及び3つのローサイドスイッチをオン及びオフするための制御信号を出力する制御部である。第二制御部55は、プロセッサ、マイクロコンピュータ、または、専用回路などにより実現される。
The
[電磁石の配置]
次に、リニアモータ装置300における電磁石の配置について比較例に係る電磁石41の配置を参照しながら説明する。図9は、比較例に係る電磁石41の配置を説明するための図である。
[Arrangement of electromagnets]
Next, the arrangement of the electromagnets in the
上述のように、3つの電磁石41には3相交流電力が供給される。図9に示されるように例えば、3つの電磁石41のうち左側の電磁石41にはU相の交流電流が流れ、真ん中の電磁石にはV相の交流電流が流れ、右側の電磁石41にはW相の交流電流が流れる。発明者らの知見によれば、このような3相交流電力を用いて3つの電磁石41を駆動する駆動方式においては、図9のように永久磁石31aの2つ分の長さの範囲内に3つの電磁石41を間隔をあけずに配置することで引き戸40を効率的に移動させることができる。
As described above, three-phase AC power is supplied to the three
しかしながら、図9の領域Aに模式的に示されるように、比較例に係る電磁石41の配置においては、隣り合う2つのヨーク部に流れ込む磁束の向きが互いに異なる時間帯においては、磁束が干渉して打ち消し合う。このため、電磁石41と棒状磁石体31との吸引反発力が低下し、十分な推進力が得られない場合がある。
However, as schematically shown in region A of FIG. 9, in the arrangement of the
これに対し、リニアモータ装置300においては、上記図5に示されるように、所定方向における隣り合う2つの電磁石41の間の距離は、所定方向における永久磁石31aの2つ分の長さであるLだけ離れている。これにより、リニアモータ装置300は、棒状磁石体31における磁極の位置と、3つの電磁石41の位置との相対的な関係を維持しながら、端ヨーク部41bに流れ込む磁束が打ち消されることを抑制することができる。つまり、リニアモータ装置300は、電磁石41の磁束を効率的に利用し、引き戸40に大きな推進力を与えることができる。
On the other hand, in the
なお、3つの電磁石41のうち隣り合う2つの電磁石41の間の距離は、Lである必要はなく、L×n(nは自然数)であればよい。また、3つの電磁石41は等間隔に配置される必要はない。例えば、右側の電磁石41(第一電磁石)及び真ん中の電磁石41(第二電磁石)の間の距離と、真ん中の電磁石41(第二電磁石)及び右側の電磁石41(第三電磁石)の間の距離が異なってもよい。
The distance between two
[効果等]
以上説明したように、リニアモータ装置300は、上枠20に対して引き戸40を所定方向に移動させるリニアモータ装置である。上枠20は、構造物の一例であり、引き戸40は、移動対象物の一例である。リニアモータ装置300は、引き戸40に取り付けられる各々が筒状の3つの電磁石であって、所定方向に沿って間隔をあけて並んで配置された3つの電磁石41と、同極同士が対向するように所定方向に沿って並んで配置された複数の永久磁石31aを含み、上枠20に取り付けられる棒状磁石体31であって、3つの電磁石41の内側を通る棒状磁石体31と、引き戸40に取り付けられ、3つの電磁石41を駆動する駆動回路50と、上枠20に取り付けられ、駆動回路50に非接触で給電を行う非接触給電回路60とを備える。3つの電磁石41のそれぞれは、コイル部41a、及び、コイル部41aの所定方向における両端部に配置された端ヨーク部41bとを有し、所定方向における、3つの電磁石41のうち隣り合う2つの電磁石41の間の距離は、所定方向における複数の永久磁石31aの2つ分の長さをLとした場合、L×n(nは、自然数)である。
[Effects]
As described above, the
これにより、リニアモータ装置300は、棒状磁石体31における磁極の位置と、3つの電磁石41の位置との相対的な関係を維持しながら、端ヨーク部41bに流れ込む磁束が打ち消されることを抑制することができる。つまり、リニアモータ装置300は、電磁石41の磁束を効率的に利用し、引き戸40に大きな推進力を与えることができる。
Thereby, the
また、3つ電磁石41のそれぞれは、当該電磁石41が有するコイル部41aを外側から囲む筒状ヨーク部41cを有してもよい。
Each of the three
これにより、電磁石41と棒状磁石体31との間の吸引反発力を高めることができる。
Thereby, the attractive repulsive force between the
また、駆動回路50は、3相交流電力を3つの電磁石41に供給することによって、3つの電磁石41を駆動してもよい。
The
これにより、リニアモータ装置300は、3相交流電力を3つの電磁石41に供給することにより、引き戸40を移動させることができる。
Thereby, the
また、非接触給電回路60は、交流電源70から得られる交流電力を直流電力に変換して出力する第一のAC−DC変換回路61と、第一のAC−DC変換回路61から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する第一のインバータ回路63と、第一のインバータ回路63から出力される交流電力を駆動回路50に非接触で送電する送電部とを有してもよい。駆動回路50は、送電部によって送電された交流電力を受電する受電部と、受電部によって受電された交流電力を直流電力に変換して出力する第二のAC−DC変換回路52と、第二のAC−DC変換回路52から出力される直流電力を3相交流電力に変換し、変換した3相交流電力を3つの電磁石41に供給する第二のインバータ回路54とを有する。
Further, the non-contact
これにより、リニアモータ装置300は、AC−DC変換回路及びインバータ回路を用いて非接触給電を行うことにより、3相交流電力を3つの電磁石41に供給することができる。
Thereby, the
また、送電部は、所定方向に沿って延びるライン型コイル65を含み、受電部は、ライン型コイル65から交流電力の供給を受けるピックアップコイル51(コイル)を含んでもよい。
Further, the power transmission unit may include a
これにより、リニアモータ装置300は、ライン型コイル65及びピックアップコイル51を用いて非接触給電を行うことにより、3相交流電力を3つの電磁石41に供給することができる。
Thereby, the
(他の実施の形態)
以上、実施の形態に係るリニアモータ装置について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Other embodiments)
The linear motor device according to the embodiment has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、上記実施の形態では、複数の磁石及び非接触給電回路は、上枠に取り付けられたが、下枠(敷居)に取り付けられてもよい。つまり、複数の磁石及び非接触給電回路は、床下に埋め込まれてもよい。 For example, in the above embodiment, the plurality of magnets and the non-contact power supply circuit are attached to the upper frame, but may be attached to the lower frame (sill). That is, the plurality of magnets and the non-contact power feeding circuit may be embedded under the floor.
また、実施の形態に係るリニアモータ装置は、人感センサを備え、人感センサが人を検知すると自動的に引き戸を開け、所定時間の経過後に閉じてもよい。つまり、リニアモータ装置は、自動ドアに適用されてもよい。リニアモータ装置は、例えば、ユーザが引き戸を開け始めたとき、または、ユーザが引き戸を閉め始めたときに、ユーザの引き戸の開閉をアシストしてもよい。この場合、リニアモータ装置は、例えば、ドアセンサを備え、ドアセンサの検出結果に基づいて、ユーザが引き戸を開け始めたとき、または、ユーザが引き戸を閉め始めたときに、引き戸の移動を開始してもよい。 Moreover, the linear motor device according to the embodiment may include a human sensor, and when the human sensor detects a person, the sliding door may be automatically opened and closed after a predetermined time has elapsed. That is, the linear motor device may be applied to an automatic door. For example, the linear motor device may assist opening / closing of the user's sliding door when the user starts to open the sliding door or when the user starts to close the sliding door. In this case, the linear motor device includes, for example, a door sensor, and starts moving the sliding door when the user starts to open the sliding door or when the user starts to close the sliding door based on the detection result of the door sensor. Also good.
また、上記実施の形態では、引き戸は、住宅内に設置されるものとして説明されたが、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、ビルのエントランスに設けられたスライドドアなど、その他の引き戸を移動対象物とすることもできる。また、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、窓、カーテン、ブラインド、またはシャッターなどを移動対象物としてもよい。また、移動対象物は、屋内に設けられてもよいし、屋外に設けられてもよい。また、ユーザによって手動で移動可能な物品が移動対象物とされてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the sliding door was demonstrated as what is installed in a house, the linear motor apparatus which concerns on the said embodiment has other sliding doors, such as a slide door provided in the entrance of a building. It can also be a moving object. Moreover, the linear motor device according to the above embodiment may use a window, a curtain, a blind, a shutter, or the like as a moving object. Further, the moving object may be provided indoors or outdoors. In addition, an article that can be manually moved by the user may be set as the moving object.
また、移動対象物の移動方向は、特に限定されず、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、移動対象物を水平方向に移動させてもよいし、鉛直方向(垂直方向)に移動させてもよい。また、上記実施の形態に係るリニアモータ装置は、移動対象物を直線的に動かすだけでなく、カーブさせてもよい。 Further, the moving direction of the moving object is not particularly limited, and the linear motor device according to the above embodiment may move the moving object in the horizontal direction or move it in the vertical direction (vertical direction). Also good. In addition, the linear motor device according to the above embodiment may not only move the moving object linearly but also make it curve.
また、上記実施の形態で説明された回路構成は、一例であり、本発明は上記回路構成に限定されない。つまり、上記回路構成と同様に、本発明の特徴的な機能を実現できる回路も本発明に含まれる。例えば、上記回路構成と同様の機能を実現できる範囲で、ある素子に対して、直列又は並列に、スイッチング素子(トランジスタ)、抵抗素子、又は容量素子等の素子を接続したものも本発明に含まれる。言い換えれば、上記実施の形態における「接続される」とは、2つの端子(ノード)が直接接続される場合に限定されるものではなく、同様の機能が実現できる範囲において、当該2つの端子(ノード)が、素子を介して接続される場合も含む。 Further, the circuit configuration described in the above embodiment is an example, and the present invention is not limited to the above circuit configuration. That is, like the above circuit configuration, a circuit that can realize a characteristic function of the present invention is also included in the present invention. For example, the present invention includes a device in which a device such as a switching device (transistor), a resistor, or a capacitor is connected in series or in parallel to a certain device within a range in which a function similar to the above circuit configuration can be realized. It is. In other words, the term “connected” in the above embodiment is not limited to the case where two terminals (nodes) are directly connected, and the two terminals ( Node) is connected through an element.
また、上記実施の形態において、各構成要素(例えば、第一制御部及び第二制御部)は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。 In the above embodiment, each component (for example, the first control unit and the second control unit) is configured by dedicated hardware or executed by executing a software program suitable for each component. May be. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory.
また、本発明の全般的または具体的な態様は、他の装置またはシステムとして実現されてもよい。例えば、本発明は、上記実施の形態に係るリニアモータ装置と、引き戸とを備える引き戸装置として実現されてもよい。 In addition, the general or specific aspect of the present invention may be realized as another device or system. For example, this invention may be implement | achieved as a sliding door apparatus provided with the linear motor apparatus which concerns on the said embodiment, and a sliding door.
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, it is realized by variously conceiving various modifications conceived by those skilled in the art for each embodiment, or by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the spirit of the present invention. This form is also included in the present invention.
20 上枠(構造物)
31 棒状磁石体
31a 永久磁石
40 引き戸(移動対象物)
41 電磁石
41a コイル部
41b 端ヨーク部(ヨーク部)
41c 筒状ヨーク部
50 駆動回路
51 ピックアップコイル(受電部)
52 第二のAC−DC変換回路
54 第二のインバータ回路
60 非接触給電回路
61 第一のAC−DC変換回路
63 第一のインバータ回路
65 ライン型コイル(送電部)
300 リニアモータ装置
20 Upper frame (structure)
31 Bar-shaped
41
41c
52 Second AC-
300 Linear motor device
Claims (6)
前記移動対象物に取り付けられる各々が筒状の3つの電磁石であって、前記所定方向に沿って間隔をあけて並んで配置された3つの電磁石と、
同極同士が対向するように前記所定方向に沿って並んで配置された複数の永久磁石を含み、前記構造物に取り付けられる棒状磁石体であって、前記3つの電磁石の内側を通る棒状磁石体と、
前記移動対象物に取り付けられ、前記3つの電磁石を駆動する駆動回路と、
前記構造物に取り付けられ、前記駆動回路に非接触で給電を行う非接触給電回路とを備え、
前記3つの電磁石のそれぞれは、コイル部、及び、前記コイル部の前記所定方向における両端部に配置されたヨーク部とを有し、
前記所定方向における、前記3つの電磁石のうち隣り合う2つの電磁石の間の距離は、前記所定方向における前記複数の永久磁石の2つ分の長さをLとした場合、L×n(nは、自然数)である
リニアモータ装置。 A linear motor device that moves a moving object in a predetermined direction with respect to a structure,
Each of the three attached electromagnets attached to the moving object is a cylindrical electromagnet, and the three electromagnets arranged side by side along the predetermined direction;
A rod-shaped magnet body that includes a plurality of permanent magnets arranged side by side along the predetermined direction so that the same poles face each other, and is attached to the structure, and passes through the inside of the three electromagnets When,
A drive circuit attached to the moving object and driving the three electromagnets;
A non-contact power supply circuit that is attached to the structure and supplies power to the drive circuit in a non-contact manner;
Each of the three electromagnets has a coil part, and yoke parts arranged at both ends in the predetermined direction of the coil part,
The distance between two adjacent electromagnets among the three electromagnets in the predetermined direction is L × n (where n is the length of the two permanent magnets in the predetermined direction). Linear motor device that is a natural number).
請求項1に記載のリニアモータ装置。 The linear motor device according to claim 1, wherein each of the three electromagnets has a cylindrical yoke portion surrounding the coil portion of the electromagnet from the outside.
請求項1または2に記載のリニアモータ装置。 The linear motor device according to claim 1, wherein the drive circuit drives the three electromagnets by supplying three-phase AC power to the three electromagnets.
交流電源から得られる交流電力を直流電力に変換して出力する第一のAC−DC変換回路と、
前記第一のAC−DC変換回路から出力される直流電力を交流電力に変換して出力する第一のインバータ回路と、
前記第一のインバータ回路から出力される交流電力を前記駆動回路に非接触で送電する送電部とを有し、
前記駆動回路は、
前記送電部によって送電された交流電力を受電する受電部と、
前記受電部によって受電された交流電力を直流電力に変換して出力する第二のAC−DC変換回路と、
前記第二のAC−DC変換回路から出力される直流電力を前記3相交流電力に変換し、変換した前記3相交流電力を前記3つの電磁石に供給する第二のインバータ回路とを有する
請求項3に記載のリニアモータ装置。 The non-contact power feeding circuit is:
A first AC-DC conversion circuit for converting AC power obtained from an AC power source into DC power and outputting the DC power;
A first inverter circuit that converts DC power output from the first AC-DC conversion circuit into AC power and outputs the AC power;
A power transmission unit that transmits AC power output from the first inverter circuit to the drive circuit in a contactless manner;
The drive circuit is
A power receiving unit that receives AC power transmitted by the power transmitting unit;
A second AC-DC conversion circuit that converts AC power received by the power receiving unit into DC power and outputs the DC power;
A second inverter circuit that converts DC power output from the second AC-DC conversion circuit into the three-phase AC power and supplies the converted three-phase AC power to the three electromagnets. 4. The linear motor device according to 3.
前記受電部は、前記ライン型コイルから交流電力の供給を受けるコイルを含む
請求項4に記載のリニアモータ装置。 The power transmission unit includes a line-type coil extending along the predetermined direction,
The linear motor device according to claim 4, wherein the power reception unit includes a coil that receives supply of AC power from the line type coil.
前記移動対象物である引き戸とを備える
引き戸装置。 A linear motor device according to any one of claims 1 to 5,
A sliding door device comprising the sliding door as the moving object.
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