JPH03207257A - 可動界磁形リニア直流モータ - Google Patents

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、例えばカーテン、鍛帳、引戸式扉などの開閉
駆動装置として用いる可動界磁形リニア直流モータに関
する。

〔従来の技術〕

頭記したカーテンなどの開閉駆動装置として、レールケ
ース内にリニアモータを組み込み、該リニアモータの推
進力で可動子に吊りさげたカーテンなどを直接ドライブ
して開閉操作するようにしたものが本願と同じ出願人よ
り提案されている。

（特願昭６３−１２７９２８） また、かかるリニアモータとして、第８図ないし第１０
図に示すように構成した可動界磁形リニア直流モータが
本願と同し出願人より提案されている。　（特願平１−
３０６３２２） まず、第８図、第９図の構成図において、１はレールケ
ース２内に組み込まれた固定子、３はレールケース２に
沿って移動する可動子であり、レールケース２の内部に
は可動子の移動経路に沿って配列する複数の電機子コイ
ル４が組み込まれ、可動子３には固定子側の電機子コイ
ル４に対向して互いに逆極性に着磁された一対の界磁永
久磁石５が搭載されている。なお永久磁石５の極間ピ・
７チｒｒ（電気角１８０”）に対し電機子コイル４のコ
イルピッチは（２／３）τＰ　（電気角１２０’）に設
定されている。

また、レールケース２は下面を開放した断面略コ字形を
成したチャンネル状ケースであり、固定子側の電機子コ
イル４はケース内の天井面にバックプレート６、および
詳細を後記するフレキシブル　プリント配線板７を介し
て装着されている。

これに対し、可動子３の移動台車８は、その左右側面に
ガイド溝８８を有し、レールケース２の下部開口面に突
出したガイド突起２ａへ移動可能にガイド支持されおり
、前記電機子コイル４に僅少間隙を隔てて磁極面が対向
するように移動台車８に界磁永久磁石５が装備されてい
る。そして、前記フレキシブル・プリント配線板７の左
側面上には電機子コイル４より引出して２列に配列した
整流子片９が、また右側面上にはｔ源に接続した十極極
の給電レール１０が導体パターンとして可動子３の移動
経路に沿って形成されている。さらに前記の整流子片９
および給電レール１０に対向して可動子３側には移動台
車８の左右両側に配電ブラシ１１、集電ブラシ１２が設
けてあり、かつ配電ブラシ１１と集電ブラシ１２との間
が接続導体１３で相互接続されている。

次に、前記の整流子片９．給電レール１０．配電ブラシ
１１．集電ブラシ１２を含めた電機子コイル４の給電回
路の模式展開図を第１０図に示す。すなわち、電気機コ
イル４　（各相コイルの配列をＵ、、　Ｕ。

ν。、〜゛１．−０．Ｈ１で示す）の一端は共通線で接
続され、他端より引出して接続した整流子片９は１個置
きに位置をずらして走行経路に沿い２列に分けて配列し
ており、かつ各整流子片９の１個の長さ寸法が電気角で
１８０°に設定されている。一方、整流子片９の列と摺
動し合う配電ブラシ１１は十極。

−極がそれぞれ２個ずつ同軸上に並ぶ合計４個のブラシ
からなり、かつ十極側ブラシと一極側ブラシとの間のピ
ッチが界磁永久磁石５の極間ピ・ンチτ、に合わせて電
気角で１８０°に設定されている。

上記の構成により、集電レール１０がら可動子３ムこ搭
載した集電ブラシ１２．配電ブラン１１．および配電ブ
ラシ１１と接触する整流子片９を経由して界磁永久磁石
５に対向位置する電機子コイル４へ電流を流す閉ループ
の通電回路が形成される。ここで、可動子３が図示の位
置にあれば、↑極側の配電ブラシ１１　（＋）と−極側
の配電ブラシ１１　（−）を通してコイルＵ３．ν。、
　Ｗｏ４こ電流が流れる。また、この状態ではコイルＵ
１に流れる電流が＋１．、コイルｖｏ、讐。の電流が一
％■、となる。これによりコイルＵ８．ν０．−０の作
る磁界と界磁永久磁石５の磁界との間に働＜ｔｍ推進力
を受けて可動子２が右側に移動する。また、可動子２が
右側に移動すると、これに伴って整流子片９と配電ブラ
シ１１との接触位置が逐次変化し、各相の電機子コイル
４に流れる電流は第１１図に表すように変化して３相通
電制御される。つまり、可動子３の移動位置に対応して
常に界磁永久磁石５と対向し合う電機子コイル４のみを
励磁して可動子３が走行することになり、この走行過程
で可動子３の前後に並ぶ電機子コイルが不要に励磁され
ることはない。なお、この場合におけるリニアモータの
発注推力は第１２図に表すごとくであり、その推力分布
は各コイルの推力を包絡した太線で表され、その推力ピ
ーク値Ｔ、は１コイルのみ通電した場合の推力と比べて
３７２倍となる。

〔発明が解決しようとする課題］ ところで、第１０図に示したｔｌ！子コイル、整流子片
、配電ブラシの配置による３相通電方式では、整流子片
９の長さ、配電ブラン１１の±極、−極間のピッチが共
に電気角で１８０°であることから、これら部品の相互
間で僅かでも寸法、取付誤差があると、可動子２の移動
に伴い整流子片９と配電ブラシ１１との間で同じ整流子
片に土掻と一極のブラシが同時に接触してｔ源短絡を引
き起こしたり、あるいは接触位置のずれにより所定の通
電パターン通りにｔＷｉ子コイルを通電制御できなくな
る。

本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、電機
子コイル、整流子片、集電ブラシの配置を改良すること
により、多少の組立誤差に関係なく電機子コイルを安定
よく通電制御できるようにし、併せて発生推力の増大化
、並びに推力の脈動分を軽減して均一化が図れるように
した可動界磁形リニア直流モータを提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明は、界磁永久磁石の
極間ピッチを基準に、電機子コイルのコイルピッチを電
気角で２４０゜、かつ電気子コイルに接続した整流子片
の１個の長さ寸法を電気角で１２０°以上から１８０°
以下の範囲に設定して各整流子片を一列に配列するとと
もに、配電プランを界磁永久磁石の極間ピッチと同ピッ
チで土掻、−極が交互に並ぶ合計４個のブラシで構成す
るものとする。

また、可動子の走行に伴う発生推力の脈動を抑えて走行
性の安定化図るために、前記の構成における電機子コイ
ルを、可動子を挟んでその左右両側に配列し、かつ各列
の電機子コイルの相互間に界磁永久磁石の極間ピッチを
基準にその２ピッチの位相差を設定して構成することが
できる。

〔作用〕

上記の構成により、固定子のｔｌ！子コイルのうち、可
動子と対向位置する電機子コイルが整流子片、配電ブラ
シを介して通電が途切れることなく２相通電、３相通電
を交互に繰り返すように通電制御される。また、この場
合における２相通電による発生推力のピーク値は１コイ
ルのみ通電した場合の６−倍（３相通電では３／２倍）
となるので、その分だけ従来のｉｉｔ方式（３相通電）
と比べて可動子を駆動する推力の平均値が増大する。

一方、電機子コイルを可動子の左右両側に振り分けて配
備し４．各列の電機子コイルの相互間に永久磁石の極間
ピッチの２ピッチ（電気角９０°）に相応する位相差を
設定することにより、一方の電機子コイルが２相通電で
あれば他方の電機子コイルは３相通電となり、かつ可動
子の走行に合わせて各列の電機子コイルが２相通電と３
相通電とを交互に繰り返すよう通電制御される。したが
って、可動子にはその全走行域で同時に２相通電による
推力と３相通電による推力の合成推力が作用し、これに
より可動子の走行に伴う推力の脈動分が減ってほぼ均一
な推力が発生する。

なお、前記した整流子片、配電ブラシの配列条件により
、双方の間に多少の取付誤差があっても同じ整流子片に
同時に土掻と一極の配電ブラシが接触して電源短絡を引
き起すことがなくなる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

なお、各実施例において第８図ないし第１０図に対応す
る同一部材には同し符号が付しである。

実施例１： 第１図は電機子コイル給電回路の模式展開図、第２図、
第３図は可動子の移動に伴う電機子コイルの通電、およ
び発生推力の推移を表す図である。

まず第１図において、可動子３に一列に並べて搭載した
４個の界磁永久磁石５の極間ピッチτ。

（電気角１８０°）を基準に、固定子１側の走行経路に
沿って配列した電機子コイル４の各コイル（Ｕｏ、　Ｌ
、Ｖｏ、　Ｖ＋、ＷＯ＋　Ｌ）　（Ｄ’：１イ）Ｌｔヒ
ッｆ”Ｆ：電気角出力で２４０′に定めるとともに、各
電機子コイルから引出した整流子片９を一列に並べて配
列し、かつ整流子片９の１個の長さ寸法が電気角で１２
０°以上から１８０゛以下の範囲として例えば１４４°
に設定されている。

一方、整流子片９の列に対向して可動子３に搭載した配
電ブラシ１１は、土掻、−極をそれぞれ２個一組とした
合計４個のプラン（符号Ａ＋、Ａｚ、Ｂ＋。

Ｂ２で示す）からなり、かつ各ブラシ間のピンチを界磁
永久磁石５の極間ピッチτｒに合わせて電気角で１８０
゛に定めた上で、図示のように±極と極のブラシが交互
に並ぶように配列されている。

かかる構成で、可動子３が図示位置、つまり配電ブラシ
Ａ、がコイルＵ、に対応する整流子片９の中心に接触し
ている位置を移動距離の基準点とすると、この位置では
＋極側の配電ブラシＡ、がコイルυ１より引出した整流
子片に接触し、−極側の配電ブラシＢＩ＋　Ｂｚがそれ
ぞれコイル−０，ｖ、より引出した整流子片に接触して
いる。したがってコイルＵを流れる電流は＋１１、コイ
ル屓。＋　ＶＯを流れる電流は一’Ａ　ｒ−であり、こ
の状態で３相通電となる。

そして、電機子コイル４の通電で作る磁界と界磁永久磁
石５のＮ極、Ｓ極との間に働＜ＮＭｉ力により、可動子
３が右方向に推進力を受けて移動することになる。

一方、図示位置を基準として可動子３が右方向−１電気
角で１２°だけ移動すると、−極側のブラシＢ、がコイ
ル−０の整流子片より離脱し、電流はコイルＵ、とν。

を直列に流れて２相通電に切り替わる。

なお、この状態への切り替わり過程でコイルへの通電が
途切れることはない。また、仮にブランＢの取付は位置
に多少の誤差（電気角で１２°の範囲内）があっても、
ブラシＢ２がコイルν。の整流子片に接触しているので
コイル通電が途切れるおそれはない、続いて、前記の２
相通電位置から可動子３が右方向へさらに電気角で４８
°だけ走行移動すると、土掻側のブラシＡ！がコイル−
０の整流子片に接触し、ブラシ＾、を含めてコイルＩＩ
、、　Ｗ。に流れる電流が＋％１．．コイルＶ、に流れ
る電流が一■、となり、再び３相通電に戻る。なお、前
記の位置から次にブラシＢ＋がコイルＵ、の整流子片に
接触するまでには電気角で６０°の余裕間隙があるので
、同時に土掻側のブラシＡ、と一極側のブラシＢ１が同
じ整流子片に接触して電源短絡を引き起こすおそれはな
い。以下同様な通電制御が繰り返し行われ、第２図で表
すように可動子３の移動に伴って３相通電と２相通電状
態とが交互に出現するようになる。

また、前記の通電制御に伴う発生推力は第３図で表すよ
うに推移する。すなわち、２相通電、３相通電による推
力ピーク値は１コイルのみ単独通電した場合の■−倍、
３／２倍となる。したがって、その推力分布は図示のよ
うに２相通電と３相通電による個々の発生推力を包絡し
た太線で表す波形となり、第１２図で表した推力分布と
比べて推力の平均値が増加してそれだけ大きな駆動力が
得られる。

実施例２： 第４図ないし第７図は先記した実施例１をさらに発展さ
せた実施例を示すものであり、第４図。

第５図はリニア直流モータの構造を示す断面図、第６図
は電機子コイルの給電回路を示す模式展開図、第７図は
推力分布図である。

まず、第４図、第５図によりリニア直流モータの構造を
説明する。可動子３の組立体は実施例１と殆ど同様でり
、移動台車８には４個の界磁永久磁石５（極間ピッチτ
ｐ＝１８０°）が搭載されている。一方、固定子側レー
ルケース２の内部には、前記可動子３を挟んでその左右
両側に振り分けて２列のｔｍ子コイル４１（それぞれの
コイルをｕｏ、　Ｖ、、　ｗｏ、　ｕ＋、　ｖｌ＋　Ｗ
ａテ示す）、および４■（それぞれのコイルをｕ、’　
、　ｖ、　　、−０、Ｕ。

シ１゜、賀、゛　で示す）が走行経路に沿いバックプレ
ート６と一緒に組合わせて配備されている。さらに、プ
リント配線板７の天井部には各電機子コイル４１．４１
１に対応して各ｔｍ子コイルに接続した整流子片９Ｉ、
９１が２列に分けて給電レール１０とともに並置形成さ
れており、かつ各列の整流子片９１，９１１および給電
レール１０に対向して摺動し合う配電ブラシ１１１，１
１１［、および給電ブラシ１２が可動子３に搭載して界
磁永久磁石５の上面に配備されている。

ここで、前記２列の電機子コイル４Ｉと４■とは可動子
３の移動経路に沿って相対位置をずらして配置されてお
り、その相互間には界磁永久磁石５の極間ピッチτ、の
％ピッチに相当する位相差（電気角で９０゛）が設定さ
れている。一方、配電ブラシＩＩＩ、１１１［は実施例
１と同様に配列ピッチを界磁永久磁石５の極間ピッチτ
、に合わせて＋極、−極が交互に並ぶ４個のブラシＡ＋
、Ｂ＋、Ａｔ。

Ｂｏ、およびＡ＋’　　、　Ｂ＋’　、　Ａｔ’　　、
　Ｂｔ’　からなり、かつ配電ブラシ１１１，１１■の
間で＋極、−極のブラシが同軸上に並んでいる。なお電
機子コイル４１４■についてのコイル間ピンチは実施例
１と同様に電気角で２４０°に設定され、また各整流子
片９１．９１１の長さ寸法は電気角で１５０゛に定めで
ある。

次に第６図により電機子コイル４１．４Ｉ［に対する給
電動作を説明する。まず図示状態で電機子コイル４Ｉに
対応する配電ブラシＡ１がコイルＵＩの中心に一致して
いる位置を原点（移動距離の電気角０’　）とする、こ
の位置では土掻側の配電ブラシＡ１はコイルＵ１の整流
子片に接触し、−極側のブランＢ、、　Ｂ、がコイルＷ
ｏ、Ｖ６の整流子片に接触しており、これによりコイル
Ｕ１には電流１．が、コイル脅。、ν。にはｔ流−ｚ■
、が流れて３相通電となっている。また、この状態で各
ブラシ位置を電気角で表すと、ブラシ＾１はコイルＵ１
に対して０゜ブラシＢ、はコイル賀。に対して、−６０
゜、ブラシＡ２はコイルＦ０に対して一１２０゜、Ｂ、
はコイルν。に対して一６０°となっている。

一方、電機子コイル４■に対しては、土掻側のプラノＡ
２“　がコイルν。′　の整流子片に接触し、極側のブ
ラシＢ＋’　がコイル−０°　の整流子片に接触してお
り、これによりコイルＶｅ’　には電流Ｉ、が、コイル
−〇′　には電流−■、が流れて２相通電となっている
。また、各ブラシの位置を電気角で表すと、ブラシＡ１
′　　はコイルＵ、″　に対して−９０゜ブラシＢ１°
　はコイル−０°　に対して一３０゜、ブラシＡ２°　
はコイルｖ０°　に対して＋３０°となっている。なお
、整流子片９１．９Ｉ［の長さ寸法は電気角で１５０゛
であり、各コイルの中心から前後に＋７５°分だけ伸び
ている。したがって各ブラシはコイル中心から７５°以
下の位置にあればブラシと整流子片とは接触状態にある
。

ここで、可動子３が右方向へ電気角で１５°移動すると
、電機子コイル４１に対してブラシＢ、がコイル−０の
整流子片から離脱し、電機子コイルはコイルＵ＋、　Ｖ
ｏを直列に流れる２相通電状態に切り替わる。これに対
して電機子コイル４■側では、土掻のブランＡ、″　が
コイルＵｌ°　　の整流子片に接触するようになるので
、電流はコイルｖ０゛　　とＵＩ′　　に十′Ａ１．、
コイル−０゛に−１，が流れる３相通電状態に切り替わ
る。さらにこの状態から可動子３が右方向へ３０°移動
すると、再び電機子コイル４Ｉが３相通電、電機子コイ
ル４■が２相通電に切り替わる。以下、可動子３が３０
°ずつ移動するごとに上記の通電状態を繰り返す。

したがって、ｔＩＲ子コイル４１．４Ｉ［と可動子３と
の間で個々に発生する推力分布は、それぞれ第７図（ａ
）、（ｂ）のように２相通電と３相通電による推力を包
絡した太線で表される。一方、可動子３は左右２列のｔ
Ｍｌ子コイル４Ｉと４■より同時に推力を受けるので、
トータル的に可動子３に作用する推力は（ａｌと（ｂｌ
の推力分布を合算した第７図（Ｃ）の合成推力分布の包
絡線となる。

ところで、第７図（Ｃ）に示した合成推力分布は（ａ）
。

ら）図に示した電機子コイル４１．４ｎの個々の推力分
布と比べ脈動分が少なく、可動子３の移動位置に関係な
くほぼ均一な推力を与える。ちなみに推力変動率を計算
したところによれば、第７図（ａ）。

（ｂ）では推力変動率が約２０％であるのに対しくＣ１
図で約３％である。また、その推力ピーク値はｌコイル
のみ給電しただ場合の約１．６倍となる。これにより、
可動子３の走行が滑らかになるとともに、その駆動力も
増大する。

さらに、第８図、第９図に示した従来構造では、可動子
３に搭載した界磁永久磁石５と固定子１例のバックプレ
ート６との間に働く上下方向の磁気吸引力が大きいと、
この磁気吸引力が可動子３の走行時にレールケース２の
ガイド突起２ａと移動台車８のガイド溝８ａとの間の摩
擦抵抗を高めるように働いて推力を低下させる。これに
対して、この実施例のように電機子コイル４１．４ｎと
組合わせたバックプレート６を可動子３の左右両側に配
した構造によれば、界磁永久磁石５とバックプレート６
との間に働く磁気吸引力が左右方向で相殺し合って可動
子３の走行に影響しない。したがって界磁永久磁石の磁
束密度を高めれば、それに比例して可動子の推力が高ま
ることになる。

〔発明の効果〕

本発明による可動界磁形直流リニアモータは、以上説明
したように構成されているので、次記の効果を奏する。

（１）可動子の移動に伴い、可動子と対向位置する固定
子側の電機子コイルが２相通電、３相通電を交互に繰り
返すように通電制御され、これにより従来の３相単独の
通電方式に比べて発生推力を増大することができる。

（２）特に、可動子を挟んでその左右両側に２列の電機
子コイルを配備し、かつ各列の電機子コイルの相互間に
界磁永久磁石の極間ピッチを基準にその２ピッチの位相
差を設定した構成により、可動子の全走行域で推力の脈
動を軽減することができ、これにより可動子の走行が円
滑となる。

（３）、また、整流子片、配電ブラシの配置に関して多
少の組立誤差があっても、各電機子コイルより引出した
整流子片と配電ブラシとの間で電源短絡を引き起こした
り、電機子コイルへの通電が途切れると言ったトラブル
を防ぐことができ、それだけ信転性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例１を、第４図ない
し第７図は実施例２を示すものであり、第１図は電機子
コイル給電回路の模式展開図、第２図、第３図はそれぞ
れ第１図に対応する電機子面図、横断面図、第６図は電
機子コイル給電回路の模式展開図、第７図は推力分布図
、第８図、第９図は従来における可動界磁形リニア直流
モータの構造を示す縦断面図、およびその側断面図、第
１０図は従来における電機子コイル給電回路の模式展開
図、第１１図、第１２図はそれぞれ第１０図に対応する
電機子コイルの通電、および推力の推移を表す図である
。図において、 １：固定子、２：レールケース、３：可動子、４．４Ｉ
、４Ｉ［：電機子コイル、５：界磁永久磁石、９．９１
．９１１：整流子片、１０：給電レール、１１、１１＋
　、　ＩＩＩＩ　：配電ブラシ、１２：集電ブラシ、第
１図 第１０図 ］Ｕ 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）可動子の移動経路に沿って配列した固定子の電機子
   コイルと、前記電機子コイルに空隙を隔てて対向する界
   磁永久磁石を搭載した可動子とを組合せた可動界磁形リ
   ニア直流モータであり、各電機子コイルに整流子片を接
   続して配列し、該整流子片列に対向する配電ブラシを可
   動子に搭載して電機子コイルを通電制御するものにおい
   て、界磁永久磁石の極間ピッチを基準に、電機子コイル
   のコイルピッチを電気角で２４０゜、かつ電気子コイル
   に接続した整流子片の１個の長さ寸法を電気角で１２０
   ゜以上から１８０゜以下の範囲に設定して各整流子片を
   一列に配列するとともに、配電ブラシを界磁永久磁石の
   極間ピッチと同ピッチで＋極、−極が交互に並ぶ４個の
   ブラシで構成したことを特徴とする可動界磁形リニア直
   流モータ。 ２）請求項１に記載のリニア直流モータにおいて、固定
   子の電機子コイルが可動子を挟んでその左右両側に配列
   した２列の電機子コイルからなり、かつ各列の電機機子
   コイルの相互間には界磁永久磁石の極間ピッチを基準に
   その１／２ピッチの位相差を設定したことを特徴とする
   可動界磁形リニア直流モータ。