JPH02290152A - ブラシレス直流リニアモータ - Google Patents

ブラシレス直流リニアモータ

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JPH02290152A
JPH02290152A JP1110953A JP11095389A JPH02290152A JP H02290152 A JPH02290152 A JP H02290152A JP 1110953 A JP1110953 A JP 1110953A JP 11095389 A JP11095389 A JP 11095389A JP H02290152 A JPH02290152 A JP H02290152A
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coil
magnet body
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flat
sensor
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Shigeru Sakagami
坂上 滋
Toshiaki Onoyama
小野山 利昭
Yoshiaki Nagasawa
長沢 義明
Toshihiro Ando
敏広 安藤
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Toyota Auto Body Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、プラシレス直流リニアモー夕に関するもので
ある. 「従来の技術」 ブラシレス直流リニアモー夕は、コイルに対する通電を
ブラシを用いることなく行うことができる.このためブ
ラシ部分の摩耗,ブラシ交換等の保守作業を伴うことも
なく、またブラシによる通電切換時に発生する電気ノイ
ズにより電子部品に悪影響を及ぼすこともない等の利点
を有することから、例えば特公昭59−1061号公報
,特公昭61−24907号公報等に示されるように、
種々の提案がなされている. 『発明が解決しようとする課題」 しかしながら、従来のブラシレス直流リニアモータにお
いて、複数個の等長磁石を磁化方向を交互にし、該磁化
方向に直角な方向に磁極面をそろえて並列配置した磁石
体に対して、空心部と巻線部を有する同一形状の扁平コ
イルを3個1組とするコイルユニットを対応させたもの
はない.また、前記磁石体の磁極ピッチとの関係におい
て、扁平コイルの空心部及び巻線部の寸法、及び3個の
扁平コイルの相互の位置関係を正確に規定し、さらに磁
石体とコイルユニットの相対位置を検出する3個のセン
サの相互の位置関係をも、前記磁石体の磁極ピッチとの
関係において規定し、該セーンサとコイルユニットとの
位置関係を特定するとともに、3個の肩平コイルの通電
端子間をデルタ結線又はスター結線することにより、扁
平コイルを3個1組とするコイルユニットを追加して推
力を増強する場合でも、センサを追加することなく行う
ことができることが考えられ、また、前記のようにコイ
ルユニットを追加する場合、通電のための配線は前記デ
ルタ結線又はスター結線の3個の端子に接続する3本の
みでよい等の利点が考えられる. 本発明は、前記した点に鑑みてなされたもので、扁平コ
イルを3個1組とするコイルユニットを用いることによ
り、推力変動が小さく、しかも推力増強のためコイルユ
ニットを追加した場合でも3個の磁気検出センサからな
るセンサユニットを追加する必要もなく、さらにコイル
ユニット追加に伴う通電関係の配線をam:化すること
のないブラシレス直流リニアモータを提供することを目
的とするものである. 『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、複数個の等長
磁石を磁化方向を交互にし、該磁化方向に直角な方向に
磁lII面をそろえて並列配置した磁石体と、該磁石体
の磁極面に沿って配置したコイル体と、前記磁石体とコ
イル体との相対位置を検出するセンサと、該センサの位
置検出信号により前記コイル体への通電を切換える通電
切換手段とからなるブラシレス直流リニアモー夕におい
て、前記コイル体は空心部と巻線部の幅寸法を前記磁石
体の磁極ピッチの1/2とした同一形状の3個の扁平コ
イルを磁極ピッチのn/3(nは3の倍数を除く自然数
》ずらして配置し、該各扁平コイルの通電端子問をスタ
ー結線又はデルタ結線により接続したコイルユニットと
するとともに、各扁平コイルと個々に対応づけた3個の
磁気検出センサを前記磁石体の磁極ピッチの1/3+2
m(m=0.1,2.3・・・)の間隔で配置したセン
サユニットとし、そのいずれか1個の磁気検出センサと
対応づけられた扁平コイルとを前記磁石体の磁極ピッチ
との関係はおいて特定距離に配置し、前記各磁気検出セ
ンサの磁石体の極性を検出する検出信号に基づいて、通
電切換手段によりスター結線又はデルタ結線の3個の端
子への通電極性を切換えるようにしたことを特徴とする
ものである.『作用』 前記具体的手段によれば、磁石体の磁極ピッチとの閃係
で、コイルユニットを槽成する扁平コイルの空心部及び
巻線部の幅寸法及び3個の扁平コイル間の位置関係、さ
らには3個のセンサ間の位置関係が正確に規定される.
また、センナユニットを構成する3個のセンサとコイル
ユニットを楕成する3個の扁平コイル間の対応位M関係
を特定するとともに、各扁平コイル間の通電端子間を接
続するデルタ結線又はスター結線の3個の端子への通電
極性を、センサユニットを構成するセンサの位置検出信
号に基づいて、通電切換手段により切換えて、磁石体の
磁極面に対応する扁平コイルの少なくとも2個の扁平コ
イルの巻線部に、前記磁石体の磁armの極性との関係
によりフレミングの左手の法則に従う電流力を常時同一
方向に生じさせて、前記磁石体とコイルユニット間で相
対移動を生じ″させることができる. 「実施例」 本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する.第1図
は、本発明のブラシレス直流リニアモータ1を楕成する
コイルユニット2及び該コイルユニット2に一体的に付
設されるセンサユニット3の斜視図である. コイルユニット2は、同一形状の3個の扁Yコイル2a
,2b及び2Cを組み込む.また、センサユニット3に
は、3個のホール素子等を用いた磁気検出センサ3a,
3b及び3Cを組み込み、各々の扁平コイル2a〜2C
と磁気検出センサ3a〜3cを個々に対応づける.その
対応位?ff陶係は後に詳述する.各扁平コイル2a〜
2Cへ通電するための給電線と各センサ3a〜3Cの信
号線は、フレキシブルプリント基板4を用いて接続する
. 前記コイルユニット2及びセンナユニット3は、第2図
の断面図に示すようにアウタレール12.12とインナ
レール13.13とから形成されるレール11の走行部
11゜に移動自在に架装されて、コイル移動型のブラシ
レス直流リニアモータ1を横成する。
アウタレール12.12とインナレール1313間には
、ヨーク14.14を介在させて等長の永久磁石15.
15を長手方向に複数個配置して磁石体16を構成ずる
とともに、その極恰を隣り合うもの及び向かい合うもの
は逆極性とし、向かい合う磁石15.15間に一様な磁
界を形成する.この場合、磁石15は片側のみで他方は
ヨーク14のみを配設して磁気回路を形成してもよい。
前記フレキシブルプリント基板4を用いた給電線の一端
は、レール11の端部に設實するレールエンド17に接
続する(第3図).該レールエンド17にはコネクタ1
8によりワイヤハーネス19を接続する.該ワイヤハー
ネス19の一端には、制御回路20を接続する.制御回
路20は、11『記磁石15.15の極性によりコイル
ユニット2と磁石体16の相対位置を検出する磁気検出
センサ3a〜3cの検出信号を入力して、扁平コイル2
a〜2Cの通電極性を切換える通電切換手段を楕成する
. 前記制御回路20の一例を第4図に示す.該制御回路2
0は、磁気検出センサ3a〜3Cの磁気検出信号を入力
して、コイルユニット2(扁平コイル2a〜2c)と磁
石体16の相対位置を検出する位置検出回路21と通電
切換回路22とを有し、両回路21と22間には通電切
換回路22のスイッチング素子をロジック駆動する駆動
回路23と進行方向切換スイッチ25を接続した進行方
向制御回路24とを介装してなる. 前記コイルユニット2を構成する扁平コイル2a〜2c
の寸法及びその対応位置関係、センサユニット3を楕成
する磁気検出センサ3a〜3Cの対応位置関係、及びコ
イル2a〜2Cと磁気検出センサ3a〜3Cの対応距離
の特定について、等長磁石15の寸法との関係において
以下に説明する. 扁平コイル2a,2b及び2Cの配置ピッチLは、 L=2nffi/3とする. 但し、n:3の倍数を除く自然数 21:磁石体16の磁極ピッチ である. また、磁気検出センサ3a,3b及び3cの配置ピッチ
Mは、 M=21/3+21− 2m 但し、mho,1,2.3・・・ 2l:磁石体1Gの磁極ピッチ である. 個々に対応づけられた扁平コイル2a〜2cと磁気検出
センサ3a〜3Cとの対応距離N.は、扁平コイル2a
〜2cの通電端子間の結線によって異なるが次のように
表すことができる.〈1)スター結線(タイプ1)の場
合は、N.=(2 p .+ 1 >1 (2)スター結線(タイプ2)の場合は、N.=2(p
.+1/3)f  又は N.=2(p.+2/3)1
(3)デルタ結線の場合は、 N.=2<p.+1/3)ffi  又は N.=2(
p.+2/3)fである. ?こで、21=磁石体16の磁極ピッチP.=0.1.
2,3.4・・・ x=a,b,c 但し、N,は扁平コイル2aの中心から磁気検出センサ
3aまでの距離を表す.以下N■N1の場合も同様に、
肩平コイル2b,2Cの中心から磁気検出センサ3b,
3cまでの距離を表す. 以下、前記で規定される寸法関係の実例について説明す
るとともに、その作動についても説明する. 第5図は、前記《・1》のスター結線(タイプ1)の場
合の実例である. 扁平コイル2aと2b及び2bと20との距離L=1O
f/3は、L=2n1/3においてn=5としたもので
ある. また、扁平コイル2aの中心から磁気検出センサ3aま
での対応距離N.=11&は、N.=(2p.+1》l
においてp.=5としたものであり、同様にN.=71
はp.=3、N.=31はp6〒1としたものである. 扁平コイル2a〜2cの巻線の各巻き始め端をAI,B
+,C+とじ、巻き終わり端をAt,By,C,とし、
扁平コイル2aの巻き終わり端A,と扁平コイル2bの
巻き始め端B,及び扁平コイル2Cの巻き終わり端C,
とを接続してスター結線を施す. 第6図は、前記したスター結II(タイプ2)の場合の
実例を示したものである. 扁平コイル2aと2b及び2bと2cとの距離L=10
j/3は、L=2n1/3でn=5としたものである. jii乎コイル2aの中心から磁気検出センサ3aまで
距離N.=32&/3は、N.=2(p.+1/3>1
において、p.=5としたものであり、同様にN.=2
0173はp.=3、N.=8173はp.=1とした
ものである. 扁平コイル2a〜2cの巻線の各巻き始め端をA+.B
+,clとし、巻き終わり端をA.,B.,C2とし、
扁平コイル2aの巻き終わり端A,と扁平コイル2bの
巻き始め端B1及び扁平コイル2Cの巻き終わり端C8
とを接続して、前記タイプ1の場合とrta+にスター
結線を施す.第7図は、前記したデルタ結線の場合の実
例を示したものである. 扁平コイル2aと2b及び2bと20との距離及び各扁
平コイル2a〜2Cの中心から、各磁気検出センサ3a
〜3Cまでの対応距離は、前記スター結m(タイプ2)
(第6図》と同様である.扁平コイル2a〜2Cの巻線
の各巻き始め端をAH,Bt.C+とし、巻き終わり端
をA.,Bt,C含とし、A+とB+.AtとC.及び
B,とC,とを接続して、それぞれ端子A’,C’及び
B゜とするデルタ結線を施す. 以上のように、各寸法関係を規定して扁平コイル2a〜
2C及び磁気検出センサ3a〜3Cを、それそれコイル
ユニット2とセンサユニット3に配置して、前記レール
11内に架装したブラシレス直流リニアモータエの作動
について、第8〜10図を参照して説明する. 前記第5図に示すスター帖線《タイプ1)の場合は、第
8図に示すように、磁気検出センサ3aが磁石体16の
N極に対応する場合には、前記端子A1には十V(v)
を、S極に対応する場合は0(v》を印加し、磁気検出
センサ3bの場合はN極でO(v),S極で+V(v)
を、また磁気検出センサ3Cの場合はN極で+V(v)
,S極で0(v)をそれぞれ端子B,及びC,に印加す
るように、前記1■御回路20の通電切換回路22を制
御する.このときの各磁気検出センサ3a〜3Cの磁気
検出゛タイミングによる各端子A+.Bi及びC+に対
する通電状態は、磁気検出センサ3aの位置で示せば同
図に示されるタイミングとなる.例えば磁気検出センサ
3aの位fl!(1 )では、2l/3づつずれた磁気
検出センサ3a,3b及び3CがいずれもS極に対応し
、端子A.,CIに0 (v ).端子B2に+V(v
)が印加され、扁平コイル2a〜2Cには、スター結線
によりB,→B+.A*→A,及びC,〜pC1の向き
に電流が流れる. 前記したように、磁気検出センサ3a〜3Cが磁石体1
6の極性に基づいて出力する磁気検出信号により、スタ
ー結線の3個の端子A I, B 2 , Cへの通電
状態が変化し、扁平コイル2a〜2cに流れる電流方向
が順次前記したタイミングで切り換わる.またその時各
扁乎コイル2a〜2cは、前記の寸法関係に規定される
位置にあって、各巻線部に流れる電流の向き及び対応す
る磁石体16の極性により、フレミングの左手法則に従
う推力の作用を受け、第8図(a)〜(h)に模式的に
示すように、順次左から右方向へ移動する.また、前記
第6図に示すスター結線〈タイプ2》の場合は、第9図
に示すように、各端子A+.B宜C1に通電する通t態
様は、+ V (v ), 0 (v ),− V (
v )とし、その切換タイミングは磁気検出センサ3a
の位置で示せば、同図に示されるタイミングとなる.例
えば磁気センサ3aの位1(2)では、端子AIに−V
(v), B,に+V(v)及びCに0(v)が印力a
される.この時、スター結線した端子A2、B1及びC
,の接続点の電位は、常にO(V)となり端子C+O(
V)へは電流が流れなくて、端子B2→B+,At→A
,の向きに電流が流れる.この場合も、前記と同様に各
肩平コイル2a〜2Cの巻線部に流れる電流の向きと対
応する磁石体16の極性によりフレミングの左手法則に
従う推力を受けて、同図(a)〜(h)に模式的に示す
ように左から右方向に移動する. 前記第7図に示すデルタ結線の場合は、第10図に示す
ように、磁気検出センサ3aが磁石体l6のN極に対応
する場合には、前記端子A′には十V(v)を、SfI
iに対応する場合は0(■)を印加し、磁気検出センサ
3bの場合はNiで0(v)、S極で+V(v)を、ま
た磁気検出センサ3cの場合はN極で+V(v),S極
で0(■)をそれぞれ端子B゜及びC゜に印加するよう
に、前記制御回路20の通電切換回路22を制御する.
このときの各磁気検出センサ3a〜3cの磁気検出タイ
ミングによる各端子A’, B’及びC′に対する通電
状態は、磁気検出センサ3aの位置で示せば同図に示さ
れるタイミングとなる,例えば磁気検出センサ3aの位
置(3)では、2 Il/ 3づつずれた磁気検出セン
サ3a、3b及び3cがいずれもslに対応し、端子A
′にO(v).端子B’,C’に+V(V)が印加され
る.デルタ結線により、同電位となるB’,C’端子間
には電流が流れず、A,→A r ,B2→B+の向き
に電流が流れる. この場合も、前記と同様に各扁平コイル2a〜2cの巻
線部に流れる電流の向きと対応する磁石体16の磁性に
よりフレミングの左手法則に従う推力を受けて、同図(
a)〜(h)に模式的に示すように左から右方向に移動
する. 前記スター結線《タイプl),(タイプ2》及びデルタ
結線の場合における、各々の扁平コイル2a,2b及び
2cに作用する推力F−,Fh,Fゆは、磁界を一定と
した場合、それぞれ第11〜13図に示される. 但し、■=電圧 R:コイルー個の抵抗 B:磁束密度 N:コイル巻数 1:磁束作用長 とする. 第11図に示すように、スター結線(タイブ1)の場合
、 F.=F.=F.=(4V/3R)− BNIであり、
その推力パターンは肩平コイル2a〜2Cと磁石体16
等の前記した寸法関係により、位相21/3の位相を生
じコイルユニット2に作用する推力の最大は、F=(2
0V/9R)− BNIとなり、また21/3毎に生ず
る推力の低下もF″=(2V/R.)・BNIであって
、推力変動を最大推力の10%に抑えることができる. 第12図に示すように、スター結線(タイプ2)の場合
、 F.=F.=p.=(v/R)・BNI及び、F .l
 == F . lエF.’=(2V/3Fl)・Br
lとなる. また最大推力Fは、F=(2V/R)・BNfであり、
位相2l/3毎に生ずる推力の低下はF’=(5V/3
R)・BNIとなって、推力変動を最大推力の約17%
に抑えることができる.第13図に示すようにデルタ結
線の場合、F.=FTh=F.=(2V/R)・BNI
及び、F.’=F.’=F,’=(4R/3R)・Bt
uとなる. 最大推力Fは、F=(4V/R)・BNp であり、2
1/3毎に生ずる推力の低下はF’=(IOV/3R)
・BNfとなる.位相21/3毎に生じる推力の低下は
F’=(1 0V/31t)− BNN であって、推
力変動を最大推力の約17%に抑えることができる. 以上の様な横成及び作用を呈するプラシレス直流リニア
モータ1は、ブラシレスにより耐久性及び電気ノイズの
低減を図ることができるのは勿論のこと、推力変動が小
さくコイル可動型のため可動部がコアレスとなってコン
トロール性が良好になる. さらに、推力を増強するためのコイルユニット2を複数
個連結することができる. この場合,前記した磁石体l6及び各扁平コイル2a〜
3cの寸法関係により、各コイルユニツト2.2′を構
成する扁平コイル2a〜2Cのそれぞれが隣り合う各コ
イルユニット2,2゜毎に逆巻きになる様に、スター結
線又はデルタ結線を施す. 第14図に示すように、コイルユニット2では扁平コイ
ル2aの巻き終わり端AIと扁平コイル2bの巻き始め
端B,及び扁平コイル2Cの巻き終わり端C,を結線し
、コイルユニット2″では、扁平コイル2aの巻き始め
端A1’と扁平コイル2bの巻き終わり端Bt’及び扁
平コイル2Cの巻き始め端C,′とを結線する.コイル
ユニット2の3個の端子A + , B z , C−
+とコイルユニット2゜の3個の端子A I’ +B 
I’ ,Cオ′は、それぞれAIとA,′,B,とB 
, l及びC.とC,゛とを接続して、共通端子A,B
,Cとする.このように、コイルユニット2を複数個追
加した場合でも、扁平コイル2a〜2Cの通電極性を切
換えるための配線数は、コイルユニット1個の場合と同
a!3本であって増加する必要はない.また、通電極性
の切換えタイミングを規制するための磁気検出センサ3
a〜3Cも、コイルユニット2の数に関係なく1組でよ
い.また、磁気検出センサ3a〜3Cの配置位置は、前
記各実施例に示した位置に限定されるものでなく、前記
通電極性の切換えタイミングを実現できるような位置で
あればよい. 尚、移動方向を逆向きにする場合は、前記実施例と逆向
きの電流が、各I平コイルに流れるように通電極性を切
換えるようにする. 「発明の効果」 本発明は、前記具体的手段で明らかにした構成になり、
扁平コイルを3個1組とするコイルユニットを用いるこ
とにより、推力変動が小さいばかりでなく推力増強のた
めコイルユニットを追加した場合でもセンサユニットは
1個でよく新たに追加する必要もない.さらにコイルユ
ニット追加に伴うコイルへの通電線もコイルユニット1
個の場合と同様3本でよいからその配線を複雑化するこ
とのないブラシレス直流リニアモー夕を提供することが
できる効果を有する.
【図面の簡単な説明】
添付図面第1図はコイルユニットとセンサユニットの斜
視図、第2図は断面図、第3図はブラシレス直流リニア
モー夕の概要斜視図、第4図は制御回路の一例を示した
結線図、第5〜7図は寸法関係の実例及び結線態様を示
した説明図、第8〜10図は通電極性の切携えになる各
扁平コイルに流れる電流方向と磁石体との関係を模式的
に表した説明図、第11〜13図は発生する推力パター
ンを示した線図、第14図は他の実施例を示したコイル
ユニットとセンサユニットの正面図である.1...プ
ラシレス直流リニアモータ、 2...コイルユニット
、 2a〜2 c ...扁平コイル、3...センサ
ユニット、 3a〜3 c ...磁気検出センサ、 
1 1 ...レール、 12。..アウタレール、 
 13...インナレール、  15...磁石、1 
6 ...al石体、 20...制御回路、 2 1
 ...位置検出回路、 22...通電切換回路.第 図 第 図 第 図 第 1o 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  複数個の等長磁石を磁化方向を交互にし、該磁化方向
    に直角な方向に磁極面をそろえて並列配置した磁石体と
    、該磁石体の磁極面に沿って配置したコイル体と、前記
    磁石体とコイル体との相対位置を検出するセンサと、該
    センサの位置検出信号により前記コイル体への通電を切
    換える通電切換手段とからなるブラシレス直流リニアモ
    ータにおいて、  前記コイル体は空心部と巻線部の幅寸法を前記磁石体
    の磁極ピッチの1/2とした同一形状の3個の扁平コイ
    ルを磁極ピッチのn/3(nは3の倍数を除く自然数)
    ずらして配置し、該各扁平コイルの通電端子間をスター
    結線又はデルタ結線により接続したコイルユニットとす
    るとともに、各扁平コイルと個々に対応づけた3個の磁
    気検出センサを前記磁石体の磁極ピッチの1/3+2m
    (m=0,1,2,3・・・)の間隔で配置したセンサ
    ユニットとし、そのいずれか1個の磁気検出センサと対
    応づけられた扁平コイルとを前記磁石体の磁極ピッチと
    の関係において特定距離に配置し、前記各磁気検出セン
    サの磁石体の極性を検出する検出信号に基づいて、通電
    切換手段によりスター結線又はデルタ結線の3個の端子
    への通電極性を切換えるようにしたことを特徴とするブ
    ラシレス直流リニアモータ。
JP1110953A 1989-04-28 1989-04-28 ブラシレス直流リニアモータ Expired - Lifetime JPH0746895B2 (ja)

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