JP3211258B2 - 可動磁石型リニアモータ - Google Patents

可動磁石型リニアモータ

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JP3211258B2
JP3211258B2 JP09474791A JP9474791A JP3211258B2 JP 3211258 B2 JP3211258 B2 JP 3211258B2 JP 09474791 A JP09474791 A JP 09474791A JP 9474791 A JP9474791 A JP 9474791A JP 3211258 B2 JP3211258 B2 JP 3211258B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は可動磁石型リニアモータ
に係り、特に、推力リプルの発生を抑制しつつ磁極数を
少なくすることができる可動磁石型リニアモータに関す
る。
【従来の技術】一般に、直流リニアモータとしては、例
えば可動子にマグネットを含んだ可動マグネット型のも
のや、可動子にコイルを含んだ可動コイル型のものが知
られている。可動マグネット型のモータを例にとると、
例えば特開昭59ー86473号公報や、特開昭59ー
122354号公報等に記載されたものが知られてい
る。上記公報においては、移動子が走行する固定子側の
基台に沿って多数の電機子コイルを相互に接して並設さ
れ、また、移動子側の裏面に複数の磁極の異なる磁石を
配置して構成されている。そして、上記磁石の磁極を検
出する例えば、ホール素子の如き位置検知素子は、上記
電機子コイルの上面あるいは、電機子コイルの推力に寄
与しない導体部と推力に寄与する導体部とがクロスする
位置に設けられている。そして、上記位置検知素子によ
り磁石のN、Sの磁極を検出し、これに基づいて電機子
コイルに所定方向の電流を流すことにより所定の方向に
磁石すなわち移動体を移動させるように構成されてい
る。また、他の従来例としては、位置検知素子を巻回さ
れた電機子コイルの中央空間部に設置した構造のリニア
モータも知られている。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のリ
ニアモータにおいては、移動体の円滑な移動を実現する
ためにはトルクの変動すなわち推力リプルをできるだけ
小さくした方がよく、そのため推力リプルが大きい場合
には、これを補償するような補償回路を別途設けてい
る。また、推力リプルを小さくするためには、移動体に
設ける磁石の磁極数を増加させればよいが、この場合に
は、N、S極の切り換えが多くなって磁界のフラット部
分が少なくなり、その結果、移動体の推力を大きくとる
ことができないという問題が発生する。更に、磁極数を
多くとって磁極ピッチを小さくすると、それに対応させ
て電極子コイルの設置ピッチも小さくしなければなら
ず、結果的に多数のコイルを設ける必要が生ずる。しか
も、推力リプルの発生は、磁極ピッチとコイルピッチと
の比及び他の諸要素と密接にからんでおり、各諸要素を
試行錯誤しながら組み合わせて決定するのが現状であ
る。
【0003】しかるに、上記従来構造におけるリニアモ
ータにおいては、磁極数を減少させても6極或いは5極
が限界であり、それ以上磁極数を減少させると、推力リ
プルが非常に大きくなり実用的でなくなる。例えば、図
2及び図3は上記文献の如く電機子コイル上に位置検出
素子を設置した場合において、磁極数Nmを5と4に設
定し、コイルピッチと磁極ピッチの比Lcを1.45と
1.5に設定してシュミレーションを行なったときの推
力リプルを示し、磁極数Nmを4に設定した場合には、
推力リプルが大きすぎて実用的でない。また、図4及び
図5は、位置検出素子を巻回されたコイルの中央に設置
した場合において、磁極数Nmを6と5に設定し、コイ
ルピッチと磁極ピッチの比Lcをそれぞれ1.5に設定
してシュミレーションを行なったときの推力リプルを示
し、磁極数Nmを5に設定した場合には、推力リプルが
大きすぎて実用的でない。本発明は、以上のような問題
点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたもので
ある。本発明の目的は、推力リプルの増加を抑制しつつ
磁極数を減少させることができる可動磁石型リニアモー
タを提供するにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、磁極数を減少
させても、磁気センサをコイル間に設置してコイルピッ
チと磁極ピッチとの比を所定値に設定することにより、
推力リプルの増加を抑制しつつ推力を増加させることが
できることを、見いだすことによりなされたものであ
る。本発明は、上記問題点を解決するために、基台を有
して直線状に形成された案内手段と、並設された複数の
磁石を有し前記案内手段に沿って走行移動自在に設けら
れた移動体と、前記案内手段の前記基台に、その長手方
向に沿って前記磁石に対向して並設された複数の電機子
コイルと、前記案内手段の前記基台に設けられ、前記移
動体の磁石からの磁界を検出する複数の磁気センサとを
有し、該磁気センサの出力に基づいて前記移動体を移動
させるようになした可動磁石型リニアモータにおいて、
前記電機子コイルを相互に所定距離だけ離間させて配置
すると共に、前記磁気センサを前記並設された電機子コ
イルの相互間の前記基台上に設けるようにしたものであ
る。
【0005】
【作用】本発明は、以上のように構成したので、電機子
コイルの相互間に設置した磁気センサの出力に基づいて
電機子コイルへ供給される電流が制御され、これにより
移動体は案内手段上に沿って大きな推力リプルを受ける
ことなく円滑に移動して行く。
【実施例】以下に、本発明に係る可動磁石型リニアモー
タの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1、図
6及び図7に示すごとく、この可動磁石型リニアモータ
2は、直線状に形成された案内手段4と、この案内手段
4上に固定された複数の電機子コイル8と、この案内手
段4の上面に設けられた複数の磁気センサ10とによ
り、主に構成されている。具体的には、上記案内手段4
は、長尺の基台12を有しており、その上面両側に案内
路14が形成されている。そして、この基台1の上面
中央部には、全体の幅が、例えば25mm位になるよう
に巻回された上記複数の電機子コイル8が相互に所定距
離、例えば5mmだけ離間させて基台1の長手方向に
順次並設されている。そして、上記磁気センサ10は磁
界の強さと方向とを検出する例えばホール素子より成
り、上記相互に離間させて並設乃至隣設された電機子コ
イル8、8の間に設置されている。
【0006】一方、上記案内手段4上を移動する上記移
動体6は、左右一対の走行ローラ16、16を前後に2
対有しており、上記基台12の案内路14と係合して、
走行自在に構成されている。そして、この移動体6の裏
面には、上記基台12上の電機子コイル8に対向させて
例えば、4つの磁石18がN、S極交互に配置されてい
る。ここで、上述の如く、磁極Nmが4つの場合には、
コイルピッチLと磁極ピッチMの比Lcを1.40±1
0%の範囲、望ましくは±5%の範囲に設定し、ベスト
モードとしては、1.40に設定する。そして、電機子
コイル8の開角幅と磁石18の磁極幅はほぼ等しく設定
されている。また、上記磁石18からの磁界を検出する
前記磁気センサ10は、図8に示す如く配線されてお
り、各電機子コイル8の両側に設けられた磁気センサ1
0、10の出力の差を増幅器20にてとり、それを増幅
して対応する電機子コイル8に駆動電流として供給する
ように構成されている。各電機子コイル8を駆動する配
線は、図8に示すものに限定されず、例えば図9に示す
如く各電機子コイル8をそれぞれ直列に接続しておき、
各磁気センサ10の出力を増幅器20にて増幅して、そ
の出力を対応する電機子コイル8、8の相互間の接続点
に直接入力するように構成してもよく、図8と図9は等
価な関係となる。
【0007】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、このリニアモータ2の電
源がオンされているとすると、移動体6が位置する磁気
センサ10は、移動体6の下面に取付けた磁石8からの
磁力線を感知し、磁力線を感知した各磁気センサ10の
出力は、図8に示す如く相互に隣接するもの同士の差が
とられ、その差値を増幅して対応する電機子コイル8に
供給する。すると、電機子コイル8に電流が流れて、移
動体6に設けた磁石18の磁界と相互作用し、フレミン
グの法則により推力が発生して、移動体6は上記案内手
段4に沿って走行移動する。走行方向を変えるには、電
機子コイル8ヘ供給する電源の極性を切り換えて行な
う。ここで、本発明においては、並設される電機子コイ
ル8、8相互を適宜距離だけ離間させて設置し、それら
コイル8、8の間に磁気センサ10を設けるようにし、
しかも移動体6に設けた磁石18の極数を4に設定し、
且つコイルピッチと磁極ピットとの比を1.40に設定
するようにしたので、推力リプルが増加することを抑制
しつつ、磁極数を減少させることができた。図10は、
上記条件のシュミレーション結果を示すものであり、磁
極数を4つに減少させたにもかかわらず、磁気センサ1
0を電機子コイル8、8間に設置し、且つコイルピット
と磁極ピッチの比Lcを1.40に設定することによ
り、推力リプルの増加を抑制して円滑な移動が可能とな
ることが判明する。また、ピッチ比Lcの範囲は1.4
0を中心として±10%、好ましくは±5%とすると良
好な結果を得る。
【0008】また、上記シュミレーションにおいては、
発生される磁場は、正弦波として取り扱っているが、実
際のリニアモータにおいては発生磁場の形状は台形に近
く、実機により近いこの台形磁場を用いてシュミレーシ
ョンを行なった結果を図11に示す。図12は、同様な
台形磁場を用いて、従来、磁極数も5と少なく、推力リ
プルも少なく良好と思われていた図2に示すリニアモー
タ、すなわち磁気センサを電機子コイル上に設けたリニ
アモータについてシュミレーションを行なった結果を示
す。図11と図12を比較すると、実機を想定した図1
1に示す本実施例においては、推力自体が増加する一
方、推力リプルはほとんど増加せずスムーズな推力が得
られ、良好な結果を与えるに対し、図12においては、
推力自体は増加するが、それにともなって推力リプルも
増加し、好ましくない結果を与えることが判明する。
【0009】以上、上記実施例にあっては、磁極数を4
に設定した場合について説明したが、これに限定され
ず、例えば磁極数を5、6および8に設定してもよい。
このように磁極数を5、6、8と変えた場合には、それ
に対応させてコイルピッチと磁極ピッチの比LCを、そ
れぞれ1.48、1.60、1.37と順次変える。こ
のような条件(発生磁場を正弦波として設定)の基でシ
ュミレーションを行なった結果を図13乃至図15に示
す。図示するごとく、上記条件によると、推力リプルが
非常に少なく、円滑な移動を実現できることが判明す
る。また、図13乃至図15に示す場合においても、L
Cの許容範囲は、それぞれの設定値を中心に±10%、
好ましくは±5%とする。尚、各推力リプル特性を示す
図において、下段の曲線は電流効率(推力定数)を示
す。
【0010】
【発明の効果】以上ようするに、本発明によれば、次の
ようなすぐれた作用効果を発揮することができる。磁気
センサを電機子コイルの相互間に位置させたことによ
り、推力リプルを増加させることなく磁極数を減少させ
ることができる。移動体の同一長さに対して磁極数を減
少させることができるので、同一移動ストロークに対し
て必要とされる電機子コイルの数量を減少させることが
でき、コスト削減に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可動磁石型リニアモータを示す斜
視図である。
【図2】従来のリニアモータの推力リプル特性を示す図
である。
【図3】従来のリニアモータの推力リプル特性を示す図
である。
【図4】従来のリニアモータの推力リプル特性を示す図
である。
【図5】従来のリニアモータの推力リプル特性を示す図
である。
【図6】本発明のリニアモータを示す平面図である。
【図7】本発明のリニアモータを示す側面図である。
【図8】本発明のリニアモータを示す配線図である。
【図9】本発明のリニアモータを示す他の配線図であ
る。
【図10】本発明のリニアモータの推力リプル特性を示
す図である。
【図11】本発明のリニアモータにおいて台形磁場を用
いた場合の推力リプル特性を示す図である。
【図12】従来のリニアモータにおいて台形磁場を用い
た場合の推力リプル特性を示す図である。
【図13】磁極数を5にした場合の推力リプル特性を示
す図である。
【図14】磁極数を6にした場合の推力リプル特性を示
す図である。
【図15】磁極数を8にした場合の推力リプル特性を示
す図である。
【符号の説明】
2 リニアモータ 4 案内手段 6 移動体 8 電機子コイル 10 磁気センサ 12 基台 18 磁石

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基台を有して直線状に形成された案内手
    段と、並設された複数の磁石を有し前記案内手段に沿っ
    て走行移動自在に設けられた移動体と、前記案内手段
    前記基台に、その長手方向に沿って前記磁石に対向して
    並設された複数の電機子コイルと、前記案内手段の前記
    基台に設けられ、前記移動体の磁石からの磁界を検出す
    る複数の磁気センサとを有し、該磁気センサの出力に基
    づいて前記移動体を移動させるようになした可動磁石型
    リニアモータにおいて、前記電機子コイルを相互に所定
    距離だけ離間させて配置すると共に、前記磁気センサを
    前記並設された電機子コイルの相互間の前記基台上に設
    けたことを特徴とする可動磁石型リニアモータ。
  2. 【請求項2】 前記移動体の磁石の磁極数が4の場合に
    は、前記電機子コイルのピッチと前記磁石の磁極ピッチ
    の比は、1.40±10%の範囲内であることを特徴と
    する請求項1記載のリニアモータ。
  3. 【請求項3】 前記移動体の磁石の磁極数が5の場合に
    は、前記電機子コイルのピッチと前記磁石の磁極ピッチ
    の比は、1.48±10%の範囲内であることを特徴と
    する請求項1記載のリニアモータ。
  4. 【請求項4】 前記移動体の磁石の磁極数が6の場合に
    は、前記電機子コイルのピッチと前記磁石の磁極ピッチ
    の比は、1.60±10%の範囲内であることを特徴と
    する請求項1記載のリニアモータ。
  5. 【請求項5】 前記移動体の磁石の磁極数が8の場合に
    は、前記電機子コイルのピッチと前記磁石の磁極ピッチ
    の比は、1.37±10%の範囲内であることを特徴と
    する請求項1記載のリニアモータ。
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