JP6867854B2 - モータおよびモータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータおよびモータ駆動装置に関する。

従来、コギングを低減可能なリニアモータが提案されている。特許文献１には、主巻線が巻かれた主ティースと、補助巻線が巻かれた、主ティースより短い補助ティースと、を備え、主ティースに働くコギング推力を打ち消す力を補助ティースに発生させるリニアモータが開示されている。また、特許文献２には、磁極から可動電機子の端面部への漏れ磁束により発生する磁気吸引力の移動方向分力を小さくするために、可動電機子の移動方向の両端面に磁極との間隙が漸次広がる傾斜面付きの磁気緩衝部材を取付けたリニアモータが開示されている。

特開２００５−１６８２４３号公報 特開平０５−１０３４５７号公報

リニアモータが組み込まれている製品（例えば、自動操作可能な、ドア、窓、およびカーテン）は、手動操作時にスムーズに操作でき、停止時に十分なコギングで保持される(保持力を持つ)ことが要求されている。

しかしながら、特許文献１や特許文献２のリニアモータは、機械的(構造的)にコギングを低減するため、停止時にコギングでなく、サーボロックやショートブレーキ等で保持する必要がある。

このような課題に鑑みて、本発明は、手動操作時にコギングを低減するとともに、停止時にコギングで保持されるモータおよびモータ駆動装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのモータは、交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、前記永久磁石に固定されたヨークと、前記複数の永久磁石に空隙を介して対向するように配置され、前記複数の永久磁石に向かって延在する複数のティース部を備えるコアと、前記複数のティース部に巻き回された第１のコイルと、前記第１のコイルに対して前記複数の永久磁石側で前記複数のティース部に巻き回された第２のコイルと、前記複数の永久磁石の磁気または前記複数の永久磁石の位置を検出する検出手段と、を有し、前記第２のコイルは、前記複数の永久磁石に対向し、前記複数のティース部のうち両端のティース部に巻き回されており、前記第２のコイルの中心は、モータの移動方向において、前記第２のコイルが巻かれているティース部の前記複数の永久磁石に対向する面の中心に対して、前記コアの外側にずれていることを特徴とする。

本発明によれば、手動操作時にコギングを低減するとともに、停止時にコギングで保持されるモータおよびモータ駆動装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係るモータ駆動装置のブロック図である。 実施例１のモータの斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 実施例１のモータの簡略断面図である。 実施例１のモータに印加する電流とコギングとの関係を示す特性図である。 実施例２のモータの簡略断面図である。 実施例２のモータに印加する電流とコギングとの関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係るモータ駆動装置１０００のブロック図である。モータ駆動装置１０００は、モータ７と、モータ７の駆動を制御する制御手段１００と、を有する。モータ７は、可動子７ａおよび固定子７ｂを備える。制御手段１００の制御により、可動子７ａは固定子７ｂに対して相対的に移動可能である。

図２は、本実施例のモータ７の斜視図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、実施例１のモータの簡略断面図である。

モータ７は、コア１と、交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石５と、永久磁石５に固定されたヨーク４と、を有する。本実施例では、コア１とヨーク４は、例えば、電磁珪素鋼板の積層体、焼結加工された鉄と珪素の結合体、および鉄鋼の切削物等の磁性体で構成されている。

コア１は、永久磁石５に空隙を介して対向するように配置され、永久磁石５に向かって延在する複数のティース部１１と、複数のティース部１１を連結する連結部１０と、を有する。本実施例では、複数のティース部１１と連結部１０は、一体に形成されている。また、本実施例では、３本のティース部１１が設けられているが、ティース部１１の数はこれに限定されない。

また、モータ７は、ティース部１１に巻き回されたモータ駆動用のコイル（第１のコイル）２Ｕ，２Ｖ，２Ｗを有する。制御手段１００がコイル２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに電流を印加することで、コイル２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに流れる電流と永久磁石５から発生する磁束との作用により発生する推力により、コア１およびヨーク４の一方が他方に対して相対的に移動する。本実施例では、コア１を可動子、ヨーク４を固定子として、コア１が連結部１０の長手方向（モータ７の移動方向）に沿ってヨーク４に対して相対的に移動する。なお、コア１を固定子、ヨーク４を可動子として、ヨーク４を連結部１０の長手方向に沿ってコア１に対して相対的に移動させてもよい。

本実施例では、ティース部１１は、永久磁石５に対向し、連結部１０の長手方向において、コイル２Ｕ，２Ｖ，２Ｗが巻き回されている部分に比べて幅広くなっている突起部８を有する。ティース部１１に突起部８を設けることで、永久磁石５に対向するティース部１１の面積が広くなるため、モータ７の推力を高めることができる。

また、本実施例では、モータ７は、モータ駆動用のコイルとして、３相コイルを有するが、２相以上のコイルを有していればよい。

さらに、モータ７は、コイル２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに対して永久磁石側でティース部１１に巻き回された、モータ駆動用のコイルとは別のモータ７のコギング制御用のコイル（第２のコイル）３Ａ，３Ｂを有する。本実施例では、コイル３Ａ，３Ｂは、永久磁石５と対向するように、突起部８に巻き回されている。また、モータ７は、永久磁石５の磁気を検出する磁気検出器（検出手段）６と、磁気検出器６をコア１に固定するためのアーム９を有する。本実施例では、磁気検出器６は、コア１と一体的に移動する。

制御手段１００は、磁気検出器６の検出結果（永久磁石５のＳ極またはＮ極）に基づいて、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加する。具体的には、制御手段１００は、各コイルの永久磁石５に対向する側が永久磁石５の極と同じ極となるように、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加する。これにより発生する磁束がコイル３Ａ，３Ｂの真下に位置する永久磁石５から受ける磁束を相殺し、永久磁石５からの吸引を低減させることができるため、コギングを低減させることが可能となる。なお、モータ７は、磁気検出器６の代わりに、エンコーダなどの、永久磁石５の位置を検出する位置検出器を有してもよい。この場合、制御手段１００は、位置検出器の検出結果に基づいて、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加する。また、制御手段１００は、モータ７の駆動時、すなわち、コイル２Ｕ，２Ｖ，２Ｗに電流を印加している間、コイル３Ａ,３Ｂには電流を印加しない。

図５は、手動操作により、ティース部１１Ｅ１の突起部８の外側の端部を、図４に示される電気角０°から１８０°まで矢印に沿って移動させた場合のコイル３Ａ，３Ｂに印加された電流とコギングとの関係を示す特性図である。なお、本実施例では、連結部１０の長手方向において、コア１の中心に近づく側を内側、中心から遠ざかる側を外側としている。

点線で示される「無通電コギング」は、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加していない場合のコギングの大きさを表している。実線で示される「通電コギング」は、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加した場合のコギングの大きさを表している。破線で示される「Ｃｏｉｌ１電流」は、コイル３Ａに印加される電流の大きさを表している。一点鎖線で示される「Ｃｏｉｌ２電流」は、コイル３Ｂに印加される電流の大きさを表している。

図５に示されるように、コイル３Ａ，３Ｂに適切に電流を印加することで、電流を印加していない場合に比べて、コギングを７６％以上低減させることができる。その際、コイル３Ａ，３Ｂの電流位相差は、−３．６度〜１０．８度の範囲内となるように設定されることが好ましく、１０．８度で設定されることがより好ましい。

本実施例では、モータ７のコギングを効果的に低減するために、モータ３Ａ，３Ｂを以下のように構成している。

コイル３Ａは、永久磁石５と対向し、複数のティース部１１の両端のうち一方のティース部１１Ｅ１に巻き回されている。また、コイル３Ａは、連結部１０の長手方向において、その外周縁の一部がティース部１１Ｅ１の外側端に位置するように設けられている。さらに、コイル３Ａは、連結部１０の長手方向において、その中心がティース部１１Ｅ１の永久磁石５に対向する面の中心に対して外側にずれるように設けられている。

同様に、コイル３Ｂは、永久磁石５と対向し、複数のティース部１１の両端のうち他方のティース部１１Ｅ２に巻き回されている。また、コイル３Ｂは、連結部１０の長手方向において、その外周縁の一部がティース部１１Ｅ２の外側端に位置するように設けられている。さらに、コイル３Ｂは、連結部１０の長手方向において、その中心がティース部１１Ｅ２の永久磁石５に対向する面の中心に対して外側にずれるように設けられている。

本実施例では、機械的（構造的）にコギングを低減させるのではなく、モータ駆動用のコイルとは別に設けられたコギング制御用のコイルに電流を印加することでコギングを制御することができる。そのため、停止時にはコギング制御用のコイルに電流を印加しないことで、モータをコギングで保持することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、手動操作時にコギングを低減するとともに、停止時にコギングで保持されるモータを提供することができる。

図６は、本実施例のモータ７の簡略断面図である。本実施例では、コイル３Ａ，３Ｂの配置される位置が実施例１と異なる。コイル３Ａは、連結部１０の長手方向において、その中心がティース部１１Ｅ１の永久磁石５に対向する面の中心と一致するように設けられている。また、コイル３Ｂは、連結部１０の長手方向において、その中心がティース部１１Ｅ２の永久磁石５に対向する面の中心と一致するように設けられている。ここで、「一致」とは厳密に一致することだけでなく、実質的に一致していると評価される場合、すなわち略一致の場合も含む意味である。

図７は、手動操作により、ティース部１１Ｅ１の突起部８の外側の端部を、実施例１と同様に移動させた場合のコイル３Ａ，３Ｂに印加された電流とコギングとの関係を示す特性図である。

点線で示される「無通電コギング」は、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加していない場合のコギングの大きさを表している。「通電コギング」は、コイル３Ａ，３Ｂに電流を印加した場合のコギングの大きさを表している。破線で示される「Ｃｏｉｌ１電流」は、コイル３Ａに印加される電流の大きさを表している。一点鎖線で示される「Ｃｏｉｌ２電流」は、コイル３Ｂに印加される電流の大きさを表している。

図７に示されるように、コイル３Ａ，３Ｂに適切に電流を印加することで、電流を印加していない場合に比べて、コギングを７３％以上低減させることができる。その際、コイル３Ａ，３Ｂの電流位相差は、１４．４度〜２１．６度の範囲内となるように設定されることが好ましく、１８度で設定されることがより好ましい。

本実施例では、機械的（構造的）にコギングを低減させるのではなく、モータ駆動用のコイルとは別に設けられたコギング制御用のコイルに電流を印加することでコギングを制御することができる。そのため、停止時にはコギング制御用のコイルに電流を印加しないことで、モータをコギングで保持することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、手動操作時にコギングを低減するとともに、停止時にコギングで保持されるモータを提供することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ コア
２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ モータ駆動用のコイル（第１のコイル）
３Ａ，３Ｂ コギング制御用のコイル（第２のコイル）
４ ヨーク
５ 永久磁石
６ 磁気検出器(検出手段)
７ モータ
１１ ティース部

Claims (7)

1. 交互に極性が異なるように配置された複数の永久磁石と、
   前記永久磁石に固定されたヨークと、
   前記複数の永久磁石に空隙を介して対向するように配置され、前記複数の永久磁石に向かって延在する複数のティース部を備えるコアと、
   前記複数のティース部に巻き回された第１のコイルと、
   前記第１のコイルに対して前記複数の永久磁石側で前記複数のティース部に巻き回された第２のコイルと、
   前記複数の永久磁石の磁気または前記複数の永久磁石の位置を検出する検出手段と、を有し、
   前記第２のコイルは、前記複数の永久磁石に対向し、前記複数のティース部のうち両端のティース部に巻き回されており、
   前記第２のコイルの中心は、モータの移動方向において、前記第２のコイルが巻かれているティース部の前記複数の永久磁石に対向する面の中心に対して、前記コアの外側にずれていることを特徴とするモータ。
2. 前記検出手段の検出結果に基づいて前記第２のコイルに電流が印加されることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記複数のティース部の前記複数の永久磁石と対向する部分は、前記モータの移動方向において、前記第１のコイルが巻き回された部分に比べて幅広くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ。
4. 前記第１のコイルは、２相以上のコイルであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ。
5. 前記コアは、前記複数のティース部を連結する連結部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ。
6. 前記第１のコイルに電流が印加されている間、前記第２のコイルには電流が印加されないことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のモータと、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記第２のコイルに電流を印加する制御手段と、を有することを特徴とするモータ駆動装置。

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