JPH04217854A - 可動界磁型リニアモータ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばカーテンの開閉
駆動装置などとして使用する可動界磁型リニアモータ、
特に電機子コイルに対する給電制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】頭記の可動界磁型リニアモータは、可動
子側に界磁永久磁石を搭載し、該界磁永久磁石に対向し
て固定子側には可動子の移動経路に沿って電機子コイル
を配列して構成したものである。また、かかる可動界磁
型リニアモータの給電制御方式として、固定子側に各電
機子コイルに接続した整流子片，電力給電線を配備し、
かつ可動子側には前記整流子片，電力給電線と摺動し合
う配電ブラシ，集電ブラシを装備し、電機子コイルに対
する給電を可動子の移動に合わせて行うようにした方式
のものが、本発明と同じ出願人より特願平１−３０６３
２２号として既に提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にブラシ付き整流機構を装備した可動界磁型リニアモー
タでは次記のような欠点がある。

【０００４】（１）リニアモータの運転時には、整流子
片とブラシとの間に火花が発生する。この火花発生は周
知のように電機子コイルのインダクタンス作用によるも
のであり、リニアモータ推力を高めるように電機子コイ
ルに大きな電流を流すと、それだけ電磁エネルギーが高
まって発生火花も大きくなる。

【０００５】（２）火花の発生はブラシの損耗を早める
原因になる他、特にリニアモータをカーテン駆動装置と
して使用する場合には、火花がカーテン生地に引火して
火災を引き起こす危険性もある。

【０００６】（３）そのほかに、病院，ホテルなどのよ
うに静粛性が要求される環境下でリニアモータをカーテ
ン駆動装置として使用する場合には、モータ運転に伴っ
て発生する耳障りなブラシの摺動音，火花音が騒音の原
因となる。

【０００７】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、電機子コイルの給電制御をブラシレス方式で行
うことにより、従来方式による火花，騒音の問題解決を
図るようにした可動界磁型リニアモータを提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の可動界磁型リニアモータは、固定子側の各
電機子コイルを個々にリードスイッチを介して電力給電
線に接続するとともに、該リードスイッチを可動子の移
動に合わせて可動子に搭載した界磁永久磁石の磁力によ
り開閉して電機子コイルを給電制御するよう構成するも
のとする。

【０００９】ここで、前記構成の可動界磁型リニアモー
タは、電力給電線を３線式として該電力給電線にリード
スイッチを介して電機子コイルを３相結線し、かつ可動
子の磁極位置検出手段，および３相バイポーラ方式のモ
ータドライバと組合わせてリニアモータを３相バイポー
ラ方式で運転する。あるいは、固定子側のリードスイッ
チに対向して可動子側に界磁永久磁石の全数長に相応し
た長さ寸法の励磁ヨークを付設し、リニアモータを３相
交流同期方式で運転することもできる。

【００１０】また、電機子コイルへの無駄な電力供給を
抑えて節電化を図るために、前記構成の可動界磁型リニ
アモータにおいて、可動子の前後両端に並ぶ界磁永久磁
石と並置してその前後に界磁永久磁石の漏れ磁束を打ち
消す逆極性の補正用永久磁石を配備するか、あるいは補
正用永久磁石の代わりに界磁永久磁石の漏れ磁束を吸収
するヨークの磁極を配備するなどの手段を組合わせて実
施するのがよい。

【００１１】

【作用】前記の構成において、リードスイッチは外部か
ら磁界が作用しない状態では接点がオフであり、磁界が
加わると接触子片同士が接触し合って接点がオンになる
。また、リードスイッチは電機子コイルと１対１に対応
して可動子の移動経路に沿って対向配置されている。 したがって、可動子と離れた位置ではリードスイッチが
オフであり、当該リードスイッチに接続した電機子コイ
ルには電力が供給されない。一方、可動子と対向し合う
位置では、リードスイッチが可動子に搭載した永久磁石
の磁力でオン動作し、当該リードスイッチに接続した電
機子コイルには電力供給線を通じて電源より電力が供給
され、界磁永久磁石の磁界との間の電磁推力で可動子を
所定の方向に駆動する。つまり可動子側に装備の界磁永
久磁石と対向する電機子コイルのみが給電制御され、そ
れ以外の電機子コイルは非通電として電力の節減化が図
れる。しかも、電機子コイルに対する給電制御をリード
スイッチの開閉により行うブラシレス方式としたので、
火花，騒音問題もなく運転できる。

【００１２】また、かかるリニアモータの電機子コイル
を電力供給線に対して３相結線し、かつ通常のブラシレ
ス直流モータと同様に可動子の磁極位置検出手段，およ
び３相バイポーラ方式のモータドライバを組合わせるこ
とにより、リニアモータをブラシレスの直流モータとし
て運転でき、さらに、電力供給線を３相交流電源に接続
し、かつ可動子側に装備した励磁ヨークで界磁永久磁石
と対向し合う電機子コイルのリードスイッチをオン動作
させることにより、リニアモータを磁極位置検出手段，
ブラシの不要な３相交流同期モータとして運転すること
もできる。

【００１３】一方、可動子の前後両端部に配置した補正
用永久磁石は、両端に並ぶ界磁永久磁石の前後に分布す
る漏れ磁束を打ち消すように働く。これにより、界磁永
久磁石による固定子との間の磁束分布の広がりがなくな
り、可動子の両端に並ぶ界磁永久磁石とリードスイッチ
との相対位置が可動子の移動方向で僅かでも離れると、
リードスイッチは界磁永久磁石の漏れ磁束の影響を受け
ることなく直ちにオフとなる。また、補正用永久磁石の
代わりにヨークの磁極を配置した構成では、界磁永久磁
石の漏れ磁束がリードスイッチの方へ向かわずに永久磁
石の帰磁路として機能するヨークの磁極に吸収されるの
で、前記と同様に界磁永久磁石とリードスイッチとが相
対的に可動子の移動方向へ僅かでも離れると、リードス
イッチは直ちにオフとなる。これにより、電機子コイル
への無駄な通電を回避して消費電力を節減できる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

【００１５】実施例１：図１ないし図４は、本発明の請
求項１，２に対応する３相バイポーラ駆動方式の実施例
を示すものである。図において、１は可動子の台車、２
は台車１に搭載した界磁永久磁石、３は固定子側の電機
子コイル、４は３線式の電力供給線、５は電力供給線４
と各電機子コイル３との間に接続したリードスイッチ、
６は電力供給線４の電源側に接続した３相バイポーラ方
式のモータ用ドライバＩＣ、７は可動子の磁極位置検出
部である。

【００１６】ここで、界磁永久磁石２は磁極間ピッチを
τＰ　として隣合う磁極が異極となるように並べた４個
の永久磁石２ａ〜２ｄからなり、各永久磁石２ａ〜２ｄ
はヨーク１７に取付けられている。また、電機子コイル
３は、コイル間ピッチを（４／３）　τＰ　に定めて前
記界磁永久磁石２とギャップを隔てて対向するように可
動子台車１の移動経路に沿って配列した多数のコイルか
らなり、かつ各電機子コイルは個々にリードスイッチ５
を介して３線式電力供給線４のＵ，Ｖ，Ｗに３相結線さ
れている。さらに、リードスイッチ５は可動子に搭載し
た界磁永久磁石２の磁力を受けてオン動作するように、
各電機子コイル３と１対１に対応して可動子の移動経路
上に配列されている。

【００１７】さらにリードスイッチ２の設置位置につい
て詳記すると、図１における可動子と固定子との位置関
係で、電機子コイル３ａとこれに対向し合う界磁永久磁
石２ａとの磁気的中心位置が一致した状態で、リードス
イッチ５ａが隣接し合う永久磁石２ａと２ｂとの間の中
間位置　（磁極の極性切り替わり位置に対応する）　に
来るように配置されている。

【００１８】一方、電力供給線４　（Ｕ，Ｖ，Ｗ）　は
図２のようにモータドライバＩＣ６のパワートランジス
タ群を介して直流電源に接続されている。また、磁極位
置検出部７は、図示実施例では可動子台車１の移動経路
に沿って布設したＳＵ，　ＳＶ，　ＳＷ，　ＳＣで示す
４本の導体パターン８と、台車１に取付けて導体パター
ン８と摺動し合うパターン検出ブラシ９と、導体パター
ン８に接続した検出回路１０とからなる。なお、磁極位
置検出部７として、図示例のように導体パターン８，　
パターン検出ブラシ９の代わりに、通常のブラシレスモ
ータと同様にホール素子を採用して実施することもでき
る。

【００１９】また、図４はリニアモータの具体構造を表
したものであり、図において、１１はチャンネル状のレ
ールケースで、可動子の台車１はレールケース１１の内
部で走行可能にガイドされている。なお、１ａは台車１
の走行車輪である。また、電機子コイル３，電力供給線
４，リードスイッチ５，および磁極位置検出用の導体パ
ターン８などの各部品は断面コ字形のプリント配線基板
１２に取付けてレールケース１１の内周面側に配備され
ている。なお、１３は電機子コイル３の背後に配備した
磁性材のバックプレートである。

【００２０】次に前記構成によるリニアモータの動作を
説明する。図１において、可動子の台車１が図示の位置
から右方向へ移動しているものとすると、電機子コイル
３ａに接続したリードスイッチ５ａは界磁永久磁石２ａ
と２ｂとの間の中間に対向位置しているためにオフであ
る。一方、電機子コイル３ｂ，　３ｃに接続したリード
スイッチ５ｂ，　５ｃはそれぞれ永久磁石２ｃ，　２ｄ
に対向位置しており、これら永久磁石からの磁束により
オンとなる。したがってこの時点では電機子コイル３ａ
は無通電、電機子コイル３ｂ，　３ｃが通電となり、界
磁永久磁石２との間に作用する電磁力により台車１が右
方に駆動される。同時に界磁永久磁石５の移動位置は磁
極位置検出部７により検出され、その検出信号が図２に
示したモータドライバＩＣ６に与えられる。これにより
、モータドライバ６は磁極位置信号を基に分配ロジック
を介してパワートランジスタ群をオン，オフ制御し、電
力供給線４を介して電機子コイルに電力を供給する。そ
の給電制御動作は通常のブラシレスモータと同様である
。

【００２１】以降は台車１の移動に伴って界磁永久磁石
２と対向し合うリードスイッチ５が順次オン動作し、逆
に界磁永久磁石２から離れたリードスイッチ５はオフと
なるように開閉動作する。つまり、可動子に搭載した界
磁永久磁石と対向する電機子コイルにのみ電力が給電さ
れるようになる。また、このリードスイッチ５の開閉動
作と、モータドライバ６，磁極位置検出部７の動作との
組合わせることでリニアモータは３相バイポーラ駆動方
式で運転され、可動子の台車１は指定された方向に指令
速度で連続的に走行駆動される。なお、この３相バイポ
ーラ駆動方式では電力給電線４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の通電
期間は電気角で１２０゜，非通電期間は６０゜であり、
リードスイッチ５の位置を前記のように界磁永久磁石２
の磁極の極性切り替わり位置に合わせて設置することに
より、電力給電線４の非通電期間中にリードスイッチ５
がオフとなるのでモータ運転に支障を来すことがない。 なお、図３は３相バイポーラ運転によるリニアモータの
動作を表すタイミングチャートである。

【００２２】実施例２：次に本発明の請求項３に対応す
るリニアモータの３相交流同期駆動方式の実施例を述べ
る。この実施例では、可動子に搭載した界磁永久磁石５
，固定子の電機子コイル３，電力供給線５，リードスイ
ッチ５の構成，配置は基本的に実施例１で述べたものと
同様であるが、特に電力供給線５のＵ，Ｖ，Ｗは３相交
流電源に接続されており、さらに固定子側に配備のリー
ドスイッチ５に対向して、図５，図６のように可動子の
側方に突き出す励磁ヨーク１４を備えている。

【００２３】この励磁ヨーク１４は、界磁永久磁石２の
Ｎ極，Ｓ極に対応する上下一対の分割ヨーク１４ａ，　
１４ｂからなり、Ｎ極側のヨーク１４ａ　はその基部が
界磁永久磁石２のＮ極に、Ｓ極側のヨーク１４ｂ　は界
磁永久磁石２のＳ極に結合されている。また各ヨーク１
４ａ，１４ｂ　は合計４個の界磁永久磁石５の全数長さ
と略等しい寸法に定めてあり、かつヨーク先端の磁極端
面がリードスイッチ５と僅かな間隙を隔てて対向するよ
うに取付けてある。なお、１５は励磁ヨーク１４を定位
置に固定保持する非磁性材のスペーサである。

【００２４】上記の構成により、固定子側に配備のリー
ドスイッチ５は、可動子の移動に伴って界磁永久磁石５
と対向し合うようになると、界磁永久磁石５の磁束の一
部が点線矢印φで示すように励磁ヨーク１４を通ってリ
ードスイッチ５と接触子片を流れ、これによりリードス
イッチ５はオン動作する。また、可動子の通過によりリ
ードスイッチ５と励磁ヨーク１４との間の距離が離れる
と、磁束がリードスイッチ５に流れなくなるのでオフに
戻る。しかも励磁ヨーク１４は界磁永久磁石５の全数長
さに亙って配置されているので、可動子と対向している
間は、界磁永久磁石５の極性切り替わりの影響を受ける
ことなく、オン動作状態が保持される。なお、励磁ヨー
ク１４は、図７のように界磁永久磁石５とは別な永久磁
石１６と組合わせて構成することもできる。かかるリー
ドスイッチ５の開閉動作により、電機子コイル３は可動
子の移動に合わせて給電制御され、リニアモータは３相
交流同期駆動方式で運転される。なお、３相交流同期駆
動方式では、界磁永久磁石に対する磁極位置検出の必要
はなく、可動子の走行速度は交流電源の周波数を制御す
ることで容易に対応できる。

【００２５】実施例３：図８，図９は本発明の請求項４
に対応する実施例を示すものである。この実施例では、
可動子１に搭載した界磁永久磁石２ａ〜２ｅのうち、両
端に並ぶ永久磁石２ａ，　２ｅに近接して可動子の前後
両端部に永久磁石２ａ，　２ｅと逆極性の補正用永久磁
石１８が配備されている。そして、補正用永久磁石１８
は界磁永久磁石２ａ，　２ｅの前後に分布する漏れ磁束
を丁度打ち消すような磁界強さに選んである。

【００２６】すなわち、補正用永久磁石１８を設けてな
い場合には、可動子１に搭載した界磁永久磁石２ａ〜２
ｅのうち、両端に並ぶ永久磁石２ａ，　２ｅの漏れ磁束
が可動子１の前後端に広がって存在するので、磁束分布
は図９の線ａで表すように可動子の前後で裾広がりとな
り、この漏れ磁束の影響を受けてリードスイッチ５は界
磁永久磁石２ａ，　２ｅから多少離れていてもオンとな
る。つまり、図８で可動子１が左から右側へ移動するも
のとして、可動子１の先頭に並ぶ界磁永久磁石２ｅと電
機子コイル３ｄの磁気的中心が一致する以前に、リード
スイッチ５ｄが図９の破線領域ｂでオン動作して電機子
コイル３ｄに電流を流し始める。また、可動子１の後端
側では、逆に界磁永久磁石２ａが電機子コイル３ａを通
過した後でもリードスイッチ５ａが直ちにオフとならず
、図９の破線領域ｃでオンの状態を保持して電機子コイ
ル３ａに電流を流し続ける。この結果、可動子１の永久
磁石２ａ〜２ｅと対向し合わない電機子コイルにまで無
駄な電力が供給されてしまうことになる。

【００２７】かかる点、図８で述べたように、可動子１
の前後端に界磁永久磁石２ａ，　２ｅの漏れ磁束を打ち
消すように逆極性の補正用永久磁石１８（補正用永久磁
石の磁束分布を図９に点線ｓで表す）を設置することに
より、磁束分布は図９の太線で示すように両端に並ぶ界
磁永久磁石２ａ，　２ｅからはみ出す裾広がりがなくな
り、したがってリードスイッチの動作は図９の実線で表
すようになる。 つまり、リードスイッチ５は界磁永久磁石２ａ，　２ｅ
との相対的位置が僅かでも離れるていればオフとなるの
で、可動子１との対向位置から外れた電機子コイル３に
無駄な電力を供給することが回避される。

【００２８】実施例４：図１０，図１１は本発明の請求
項５に対応する実施例を示すものである。すなわち、可
動子１の前後端部には、実施例３で述べた補正用永久磁
石１８を設置する代わりに、ヨーク１７の前後端を延長
してＬ字形に形成したヨーク磁極１７ａ　が界磁永久磁
石２ａ，　２ｅに接近して配備されている。このヨーク
磁極１７ａ　は界磁永久磁石２ａ，　２ｅでＳ極に磁化
されており、界磁永久磁石２ａ，　２ｅ（空間側磁極面
の極性はＮ極）の漏れ磁束は、リードスイッチ５の方へ
向かわずにそのままＵターンして前記のヨーク磁極１７
ａ　に吸収される。したがって磁束分布，およびリード
スイッチの動作は図１１の実線で表すようになり、永久
磁石２ａ，２ｅとリードスイッチ５との相対位置が僅か
でも離れると、実施例３で述べたと同様にリードスイッ
チ５はオフとなる。これにより、界磁永久磁石２ａ〜２
ｅと対向する電機子コイルにのみ電力が供給され、それ
以外の電機子コイルに無駄な電力が供給されることがな
くる。

【００２９】

【発明の効果】本発明による可動界磁型リニアモータは
、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。すなわち、固定子側の各電機子コイルを個々
にリードスイッチを介して電力給電線に接続するととも
に、該リードスイッチを可動子の移動に合わせて可動子
に搭載した永久磁石の磁力により開閉して電機子コイル
の給電制御を行うようにしたので、

【００３０】（１）従来のブラシ付き整流機構が不要と
なり、ブラシ付き整流方式で問題となっていた可動子の
走行に伴う火花発生，騒音が解消できる。

【００３１】（２）可動子側の界磁永久磁石と対向し合
う固定子側の電機子コイルにのみ電力を供給し、それ以
外の電機子コイルに対応するリードスイッチをオフにし
て通電をカットし、無駄な電力消費を抑えてリニアモー
タの効率向上が図れる。

【００３２】（３）また、３線式の電力給電線に電機子
コイルを３相結線した上で、界磁永久磁石の磁極位置検
出手段，３相バイポーラ方式のモータドライバを組合わ
せることでリニアモータを３相バイポーラ方式で運転し
たり、あるいは電力給電線を３相交流電源に接続してリ
ニアモータを３相交流同期方式で運転することもできる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成を示すリニアモータ全
体の模式図

【図２】図１の電源回路図

【図３】図１の動作を説明するタイミンイングチャート
図

【図４】図１の要部組立構造図

【図５】本発明の実施例２の構成を示すリードスイッチ
と可動子との相関配置図

【図６】図５の平面図

【図７】図５の応用実施例を示すリードスイッチと可動
子との相関配置図

【図８】本発明の実施例３の構成を示す模式図

【図９】
図８の磁束分布，およびリードスイッチの動作を表す図

【図１０】本発明の実施例４の構成を示す模式図

【図１
１】図１０の磁束分布，およびリードスイッチの動作を
表す図

【符号の説明】

１　　　　可動子台車 ２　　　　界磁永久磁石 ３　　　　電機子コイル ４　　　　電力給電線 ５　　　　リードスイッチ ６　　　　モータドライバＩＣ ７　　　　磁極位置検出部 １４　　　　励磁ヨーク １７　　　　ヨーク １７ａ　　　ヨークの磁極 １８　　　　補正用永久磁石

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可動子の移動経路に沿って電機子コイルを
   配列した固定子と、前記電機子コイルに対向する界磁永
   久磁石を装備した可動子との組合わせからなる可動界磁
   型リニアモータにおいて、固定子側の各電機子コイルを
   個々にリードスイッチを介して電力給電線に接続すると
   ともに、該リードスイッチを可動子の移動に合わせて可
   動子に搭載した界磁永久磁石の磁力により開閉して電機
   子コイルの給電制御を行うことを特徴とする可動界磁型
   リニアモータ。
2. 【請求項２】請求項１に記載の可動界磁型リニアモータ
   において、電力給電線を３線式として該電力給電線にリ
   ードスイッチを介して電機子コイルを３相結線し、かつ
   可動子の磁極位置検出手段，および３相バイポーラ方式
   のモータドライバと組合わせ、リニアモータを３相バイ
   ポーラ方式で運転することを特徴とする可動界磁型リニ
   アモータ。
3. 【請求項３】請求項１に記載の可動界磁型リニアモータ
   において、電力給電線を３相交流電源に接続した３線式
   として該電力給電線にリードスイッチを介して電機子コ
   イルを３相結線し、かつ固定子側に配備のリードスイッ
   チに対向して可動子側には、界磁永久磁石の全数長に相
   応した長さ寸法の励磁ヨークを付設し、リニアモータを
   ３相交流同期方式で運転することを特徴とする可動界磁
   型リニアモータ。
4. 【請求項４】請求項１に記載の可動界磁型リニアモータ
   において、可動子の前後両端に並ぶ界磁永久磁石と並置
   して、その前後位置に界磁永久磁石の漏れ磁束を打ち消
   す逆極性の補正用永久磁石を配備したことを特徴とする
   可動界磁型リニアモータ。
5. 【請求項５】請求項１に記載の可動界磁型リニアモータ
   において、可動子の前後両端に並ぶ永久磁石と並置して
   、その前後位置に界磁永久磁石の漏れ磁束を吸収するヨ
   ークの磁極を配備したことを特徴とする可動界磁型リニ
   アモータ。