JP2622775B2 - ブラシレス直流リニアモータにおける信号検出方法 - Google Patents

ブラシレス直流リニアモータにおける信号検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ブラシレス直流リニアモータにおける信号
検出方法に関する。
「従来の技術及びその問題点」 従来より、可動磁石型リニアモータにおいては、例え
ば第4図(a)及び第4図(b)に示すように一対の磁
気検出素子40,41による磁石位置検出信号を外部に取出
し、これを図中破線で示すように移動する可動子42の位
置または速度信号として利用していた。この磁気検出素
子40,41は、固定子として一例に配した複数個の扁平コ
イル44の前後の巻線部44aの中心にそれぞれ配置され、
永久磁石45とヨーク46より構成された可動子42の磁石位
置を検出するものである。そして、磁気検出素子40,41
は、例えば該磁気検出素子40,41の上面から下面に垂直
に貫く方向であって、磁束密度が特定値BSより大きくな
った場合に動作する。従って、上記と逆方向の磁束では
動作しない。
しかしながら、扁平コイル44への電流を第5図(a)
で示すようなI方向に通電した時の図示X線上では、扁
平コイル44自体に生ずる磁束(扁平コイル44に対して垂
直方向)の方向と大きさを矢印で表すと、第5図(b)
に示すように磁気検出素子40,41上では磁束方向が一様
で、空心部に向かって漸増する分布となる。その時、磁
気検出素子40,41上における磁束の値は0とはならず、
0となる点50は磁気検出素子40,41上より外側に位置す
る。そして、扁平コイル44上で磁束が0となる点を結ん
だ磁束0ライン51は第5図(c)に二点鎖線で示すよう
になる。そこで、それぞれの磁気検出素子40,41上に永
久磁石45がある場合について各磁気検出素子40,41にか
かる垂直方向の磁束に着目すると、まず、第6図(a)
に示す永久磁石45の移動方向Fに対して前側の磁気検出
素子40上において、永久磁石45から生ずる磁束と、F方
向に推力を発生するために第4図(a)のI1方向への通
電により扁平コイル44自体に生ずる磁束それぞれの垂直
方向成分BM及びBCは同一方向であり、扁平コイル44への
通電による磁気検出素子40上の磁束の垂直方向成分BT
BMにBCが加わるため、磁気検出素子40は安定に動作す
る。次に、第6図(b)に示す永久磁石45の移動方向F
に対して後側の磁気検出素子41上において、永久磁石45
から生ずる磁束と、F方向に推力を発生するために第4
図(a)のI2方向への通電により扁平コイル44自体に生
ずる磁束のそれぞれの垂直方向成分BMとBCが逆方向であ
り、扁平コイル44への通電による磁気検出素子41上の磁
束の垂直方向成分BTは|BT|=|BM|−|BC|となりBTが特定
値BSを下まわるため、磁気検出素子41はチャタリングを
発生する。従って、可動子42の移動方向に対して後側の
磁気検出素子41による磁石位置検出信号がチャタリング
の影響を受けるため、正確な可動子42の位置または速度
信号の検出が困難となるという問題点があった。
「発明が解決しようとする課題」 本発明は上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、正確な可動子の位置ま
たは速度信号の検出が可能となるブラシレス直流リニア
モータにおける信号検出方法を提供することにある。
「課題を解決するための手段」 前記目的を達成するための具体的手段は、ガイドレー
ルの内部空間の長手方向に複数個の扁平コイルを配列す
るとともに、該各扁平コイルの空心部の前記長手方向の
両側の巻線部にそれぞれ磁気検出素子を配設した固定子
と、前記固定子の表裏両面から永久磁石を対応させて配
置し、該固定子に沿って移動可能に配置した可動子と、
前記可動子の永久磁石に対する相対位置を前記磁気検出
素子により順次検出して、前記扁平コイルに対する通電
方向を切換える通電切換回路とを備えて、前記可動子が
一定方向に移動するようにした可動磁石型のブラシレス
直流リニアモータにおいて、前記各扁平コイルに配設さ
れた前記各磁気検出素子のうち、前記可動子の移動方向
に対して前側となるものどうしを結線した磁気検出素子
列と、後側となるものどうしを結線した磁気検出素子列
とを設け、前記各磁気検出素子列の磁気検出素子が前記
可動子の永久磁石に対する相対位置を検出する毎に通電
方向を切換えられる前記扁平コイルの巻線部に生じる磁
束の方向と、前記磁気検出素子に対応して磁気を検出さ
れた前記永久磁石の磁束の方向とが合致する側の前記磁
気検出素子列の検出信号を、前記可動子の位置信号若し
くは速度信号として利用することを特徴とするブラシレ
ス直流リニアモータの信号検出方法が提供される。
「作用」 上記のように構成されたブラシレス直流リニアモータ
における信号検出方法では、磁気検出素子列が可動子の
移動方向に基づいて選択され、各磁気検出素子列の磁気
検出素子が可動子の永久磁石に対する相対位置を検出す
る毎に通電方向を切換えられる扁平コイルの巻線部に生
じる磁束の方向と、磁気検出素子に対応して磁気を検出
された永久磁石の磁束の方向とが合致する側の磁気検出
素子列を検出信号を、可動子の位置信号若しくは速度信
号として用いる。
「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。
本発明のブラシレス直流リニアモータにおける信号検
出方法は可動磁石型リニアモータの正確な位置または速
度信号検出を可能とした点に主な特徴があり、可動磁石
型リニアモータは、第1図の断面図に示されるようにガ
イドレール1の内部に配置されている固定子10と可動子
20とにより構成される。ガイドレール1はアルミ等の型
材であって、下面を開放した断面略∩形に形成する。
固定子10は、扁平コイル11をガイドレール1の長さに
相当する個数縦列させる。各扁平コイル11はアルミ等の
型材からなる固定部材12,13により気密状に包囲して保
持し、上端に水平の回路基板14を設けて全体形状をT字
状に形成する。回路基板14上には、電子制御回路15を各
扁平コイル11毎に配置して第3図に示すように所定の結
線を行う。また各扁平コイル11にはそれぞれ、磁気検出
素子である一対のホール素子16a,16bを第2図で示すよ
うに配設する。このように構成した固定子10は、前記ガ
イドレール1の空間に装入し、扁平コイル11の縦列部を
ガイドレール1の空間の中央部に位置させる。
可動子20は、断面略U字形に形成したヨークを可動子
ボデー21に兼用して、その相対向する内面に永久磁石2
2,22を長手方向に複数個配置して磁気回路を形成する。
永久磁石22,22は互いに隣り合うもの及び向かい合うも
のは逆極性とし、向かい合う永久磁石22,22間に一様な
磁界を形成する。そして、上記ホール素子16a,16bは、
永久磁石22,22間の磁束が例えば第2図における紙面の
表から裏側に向かう方向となっている場合に動作し、磁
束の方向が逆の場合は動作しない。可動子ボデー21の両
外側には、走行ローラ31を取り付けて可動子20の移動を
自在とする。このように構成した可動子20は、ガイドレ
ール1に装入する。この時、ヨーク内面に相対向して配
置した永久磁石22,22の磁石ギャップ間に固定子10の扁
平コイル11が位置する。尚、可動子20に配置される永久
磁石22の個数は、必要な推力により決定される。
第2図は、扁平コイル11に配置される一対のホール素
子16a,16bの位置関係及び接続を示したものである。
各扁平コイル11は、可動子20の移動方向Fに対して前
後のコイル巻線部11a,11bの中央に空心部を設け、扁平
コイル11相互間は所定の間隔を置いて配置される。ホー
ル素子16a,16bは、前後のコイル巻線部11a,11bの中心位
置に配置される。
そして、可動子20の移動方向Fに対して前側となるコ
イル巻線部11aに配設されたホール素子16aどうしを結線
した磁気検出素子列17aと、後側となるコイル巻線部11b
に配設されたホール素子16bどうしを結線した磁気検出
素子列17bとを設ける。
第3図は、本実施例の全体構成を示す概略ブロック図
であり、各扁平コイル11のホール素子16a,16bには電子
制御回路15が結線される。電子制御回路15は扁平コイル
通電電流方向制御用トランジスタブリッジ2と方向選択
スイッチ3,4から構成される。扁平コイル通電電流方向
制御用トランジスタブリッジ2は、4つのトランジスタ
Tr1,Tr2,Tr3及びTr4で構成される。方向選択スイッチ3,
4は扁平コイル11へ通電する電流方向を切替えるもので
あり、方向選択スイッチ3の接点3aと方向選択スイッチ
4の接点4bはトランジスタTr1,Tr4に接続され、方向選
択スイッチ3の接点3bと方向選択スイッチ4の接点4aは
トランジスタTr2,Tr3に接続される。方向選択スイッチ
3の切片3c側はホール素子16aに接続され、方向選択ス
イッチ4の切片4c側はホール素子16bに接続される。第
2図に示すように、磁気検出素子列17aは方向選択スイ
ッチ3,4と連動する切替スイッチ5の接点5a側に接続さ
れ、磁気検出素子列17bは切替スイッチ5の接点5b側に
接続される。切替スイッチ5の切片5c側は、周波数−速
度変換器6に接続される。周波数−速度変換器6の出力
は目標値に応じて電流値コントローラ7へ送られる。電
流値コントローラ7は、パワー電源回路(図示しない)
から電源が供給され、目標値に応じて送られる周波数−
速度変換器6の出力に基づき扁平コイル11への通電をコ
ントロールする。
「作動」 上記の構成に基づき作動について説明する。
第2図において、図示F方向に可動子20を移動させる
時は、方向選択スイッチ3,4の接点3a,4a側が選択され、
同時に切替スイッチ5は接点5aに切替られる。そして、
例えば扁平コイル11が非通電状態で永久磁石22がホール
素子16aに近づいた場合、ホール素子16a上の磁束の垂直
方向成分BTは、扁平コイル11自体が非通電状態で磁束を
発生しないため永久磁石22から生ずる磁束の垂直方向成
分BMと等しくなる。そのため、BTは特定値BSより大きく
なりホール素子16aがONする。そこで、コイル通電電流
方向制御用トランジスタブリッジ2のトランジスタTr1,
Tr4がONされ、扁平コイル11にはパワー電源回路より電
流値コントローラ7を介して第2図のI1方向へ通電さ
れ、フレミングの左手の法則に基づき可動子20にはF方
向の推力が発生する。扁平コイル11に通電されると、扁
平コイル11自体に磁束が発生するが、その磁束のホール
素子16a上の垂直方向成分BCはホール素子16a上の永久磁
石22から生ずる磁束の垂直方向成分BMと同一方向であ
り、ホール素子16aは安定に動作する。
そして、永久磁石22がホール素子16aを通過すると、
該ホール素子16aがOFFし、扁平コイル11に通電されなく
なる。この状態で永久磁石22がホール素子16bに近づい
た場合、ホール素子16b上の磁束の垂直方向成分BTは、
扁平コイル11自体が非通電状態で磁束を発生しないため
永久磁石22から生ずる磁束の垂直方向成分BMと等しくな
る。そのため、BTは特定値BSより大きくなりホール素子
16bがONする。そこで、コイル通電電流方向制御用トラ
ンジスタブリッジ2のトランジスタTr2,Tr3がONされ、
扁平コイル11にはパワー電源回路より電流値コントロー
ラ7を介して今度は第2図のI2方向へ通電される。従っ
て、可動子20には前述の場合と同様にF方向の推力が発
生し、可動子20が同方に移動を続ける。扁平コイル11に
通電されると、扁平コイル11自体に磁束が発生し、その
磁束のホール素子16b上の垂直方向成分BCはホール素子1
6b上の永久磁石22から生ずる磁束の垂直方向成分BMと逆
方向となり、ホール素子16bはチャタリングを発生す
る。
このチャタリングは、ホール素子16bがONして扁平コ
イル11に通電された直後に発生する。そして、さらに永
久磁石22がホール素子16bに近づくことにより、永久磁
石22から生じる磁束の垂直方向成分BMが充分大きくなる
と発生しなくなる。
この場合、切替スイッチ5は切片5cが接点5aに切替ら
れているため、動作が安定な磁気検出素子列17aの各ホ
ール素子16aの動作信号を速度信号として検出し、周波
数−速度変換器6を介して可動子20の速度が電流値コン
トロール7にフィードバックされる。
逆に、可動子20をF方向と反対方向に移動させる場合
は、方向選択スイッチ3,4の接点3b,4bが選択され、同時
に切替スイッチ5の切片5cが接点5bによって切替られ
る。
よって、可動子20がF方向に移動する場合の速度信号
としては、常に安定な磁気信号を出力する磁気検出素子
列17aで検出され、F方向と反対方向に移動する場合
は、常に安定な磁気信号を出力する磁気検出素子列17b
で検出されることにより、可動子20の移動速度が目標値
に応じて正確にコントロールされる。
「発明の効果」 本発明のブラシレス直流リニアモータにおける信号検
出方法は、上記の構成を有し、磁気検出素子列が可動子
の移動方向に基づいて切替えられ、各磁気検出素子列の
磁気検出素子が可動子の永久磁石に対する相対位置を検
出する毎に通電方向を切換えられる扁平コイルの巻線部
に生じる磁束の方向と、磁気検出素子に対応して磁気を
検出された永久磁石の磁束の方向とが合致する側の磁気
検出素子列の検出信号を、可動子の位置信号若しくは速
度信号として用いるものであるから、チャタリングのな
い安定した位置信号若しくは速度信号が得られ可動子の
位置若しくは速度を正確にコントロールできるという効
果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第3図は本発明の実施例を示し、第1図は可
動磁石型リニアモータの断面図、第2図はホール素子位
置関係及びその検出信号を外部信号として取出す場合の
接続を示した説明図、第3図は全体構成の概略ブロック
図、第4図(a),(b)は従来方法の説明図、第5図
(a)〜(c)は扁平コイル自体に生じる磁束を示した
説明図、第6図は永久磁石から生ずる磁束と扁平コイル
自体に生ずる磁束の関係を示した説明図である。 1……ガイドレール、5……切替スイッチ、10……固定
子、11……扁平コイル、11a,11b……巻線部、15……電
子制御回路(通電切換回路)、16a,16b……ホール素子
(磁気検出素子)、17a,17b……磁気検出素子列、20…
…可動子、22,22……永久磁石。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガイドレールの内部空間の長手方向に複数
    個の扁平コイルを配列するとともに、該各扁平コイルの
    空心部の前記長手方向の両側の巻線部にそれぞれ磁気検
    出素子を配設した固定子と、前記固定子の表裏両面から
    永久磁石を対応させて配置し、該固定子に沿って移動可
    能に配置した可動子と、前記可動子の永久磁石に対する
    相対位置を前記磁気検出素子により順次検出して、前記
    扁平コイルに対する通電方向を切換える通電切換回路と
    を備えて、前記可動子が一定方向に移動するようにした
    可動磁石型のブラシレス直流リニアモータにおいて、 前記各扁平コイルに配設された前記各磁気検出素子のう
    ち、前記可動子の移動方向に対して前側となるものどう
    しを結線した磁気検出素子列と、後側となるものどうし
    を結線した磁気検出素子列とを設け、前記各磁気検出素
    子列の磁気検出素子が前記可動子の永久磁石に対する相
    対位置を検出する毎に通電方向を切換えられる前記扁平
    コイルの巻線部に生じる磁束の方向と、前記磁気検出素
    子に対応して磁気を検出された前記永久磁石の磁束の方
    向とが合致する側の前記磁気検出素子列の検出信号を、
    前記可動子の位置信号若しくは速度信号として利用する
    ことを特徴とするブラシレス直流リニアモータにおける
    信号検出方法。
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