JPH05276789A - 誘導ボイスコイルモータの駆動方法 - Google Patents

誘導ボイスコイルモータの駆動方法

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JPH05276789A
JPH05276789A JP4092377A JP9237792A JPH05276789A JP H05276789 A JPH05276789 A JP H05276789A JP 4092377 A JP4092377 A JP 4092377A JP 9237792 A JP9237792 A JP 9237792A JP H05276789 A JPH05276789 A JP H05276789A
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JP
Japan
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voice coil
coil motor
pulse
driving
input
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JP4092377A
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Tsutomu Kaido
力 開道
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力巻線と電機子導体とを貫通する閉磁路
の磁心を有し、前記電機子導体と磁束が鎖交する界磁源
を有し、前記入力巻線への入力によって発生する電機子
導体の誘導電流によって電機子導体を駆動せしめる誘導
ボイスコイルモータにおいて、低周波における特性を改
善する。 【構成】 入力巻線にパルス入力を与えて駆動する。特
に正電圧のパルスと負電圧のパルスを用い、正電圧パル
スから負電圧パルスまでの時間と負電圧パルスから正電
圧パルスまでの時間の比率を変化させることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気エネルギーから機械
エネルギーへの変換装置である、いわゆるボイスコイル
モータと称する直線運動のアクチュエータとして用いら
れるものに関するものである。
【0002】
【従来の技術】電動機や発電機には、界磁と電機子から
構成され、界磁源として、磁石を使用する場合と電流に
よるものがある。小型モータのブラシ付き直流モータや
ブラシレスモータそれに同期機などは、界磁として磁石
が数多く使用される。誘導型の電動機では、界磁は電流
を使用している。電機子コイルには、一般に直接回路か
ら供給されるものが多いが、誘導型では可動側に電磁誘
導で電流を誘導している。
【0003】最近、電動機は高速応答性、高出力小型化
の要求が高くなってきている。応答性をよくする方法と
しては、可動部の負荷を軽減し応答性を改善する方法と
制御による方法とがある。しかし、制御により応答性を
よくするにも、負荷が大きければ電源電圧の制限などか
ら限界がある。従って、応答性を非常に要求される場合
には、負荷を軽減するしかなく、可動部の軽量化が重要
になっている。このため、コアレスモータやボイスコイ
ルモータのように、可動部が電機子巻線だけで、磁心を
使用しないものやさらにはコイルボビンも使用しない機
種が使われている。
【0004】高出力小型化に対しては、希土類磁石など
の高エネルギー積の磁石を使用したり、加工精度を高く
して、可動側と固定側の間のギャップを小さくしたりし
ている。コアレスモータやボイスコイルモータでは、電
機子コイル巻線では高寸法精度のコイルを使用してい
る。また、コイル電流を高くするために、高温度に耐え
る絶縁皮膜の導線や接着剤を使用し、高出力小型化して
いる。
【0005】このように、従来の電磁駆動方法では、高
応答性で高出力小型化のためにいろいろな方法がなされ
ているが、可動部の軽量化、高寸法精度のコイルやコイ
ルの絶縁や接着の耐熱性の改善など難しい問題が多い。
特に、軽量で、高寸法精度が得られ、かつ耐熱性でもあ
るコイルは得難い。
【0006】そこで本発明者は先に可動コイルを軽量化
し、寸法精度、高耐熱性を実現した電磁駆動方法ないし
電磁発電方法を発明した(特願平2−93125号)。
上記発明は入出力巻線と電機子導体と界磁源により構成
され、入出力巻線と電機子導体との間では電磁誘導で電
力伝達がなされ、界磁源より生じる磁束と電機子導体と
の間で、可動側の変位を通して電力と機械エネルギーの
変換が行なわれるものである。
【0007】図2および図3はその具体的構成例を示す
ものであり、図2は一部断面を示す平面図、図3は図2
のA−A′断面図である。磁心4a,4bには入出力巻
線1a、1b、1c、1dが巻かれ、この4つのコイル
は磁心の磁束が強め合う向きに接続されている。さらに
磁心4a、4bの中央脚4pには電機子導体2が貫通し
ている。
【0008】電機子導体2は2つの部材2a、2bより
なり、たとえばアルミニウムのブロックで作られ、1タ
ーンのコイルを形成する。電機子導体2a、2bにはア
ーム7が結合されており、機械エネルギーを伝達する。
【0009】また、永久磁石からなる2つの界磁源3
a、3bが図中N極として示した方向に着磁されて取り
付けられている。界磁源3a、3bの一端はそれぞれ磁
心4a、4bに接し、磁心は界磁の磁束を通すヨークの
働きもしている。
【0010】ここにおいて、電磁駆動方式として使用さ
れる場合には、入出力巻線1a、1b、1c、1dに駆
動回路より電圧が印加され、電流が流れ、磁心4a、4
bに磁束が発生する。その磁束変化で、電機子導体2
a、2bに誘起電圧が発生し電流が流れる。その電機子
導体2a、2bに流れる誘起電流と界磁源である永久磁
石3a、3bから出る磁束の作用により、可動部である
電機子導体2a、2bに誘起力が矢印6の方向に発生
し、アーム7を通して負荷が伝えられる。
【0011】電磁発電方法として使用する場合には、こ
の逆にアーム7を駆動すれば入出力巻線1a、1b、1
c、1dから出力がとり出せることになる。
【0012】図2、図3の例において磁心4a、4bは
珪素鋼板等を打ち抜いた継ぎ目なしのものを積み重ねて
形成している。したがって入出力コイル1a、1b、1
c、1dは磁心に直接巻込むことになる。また電機子導
体は2つの部分2a、2bに分割できるようにし、磁心
を挿入してねじ止めして組立てる。
【0013】上記の装置はボイスコイルモータとして使
用した場合に実用上多くの利点があるが、可動部分とし
て細い巻線を多数回巻いたものでなく、導体のブロック
が使用できるので加工精度が得られ易く、固定側と可動
側のギャップを小さくできるので高エネルギー密度が可
能となる。また電機子導体として軽量のアルミニウムや
アルミニウム合金を使用すれば応答性を良くでき、従来
のような巻線の発熱による絶縁物の劣化の問題で出力の
制限を受けるということもない。また可動部にリード線
がないからこれの断線の問題もない。界磁源として希土
類磁石など高性能のものを使用すれば、小型のものでも
エネルギー密度は低下せず、従来は誘導型の電磁駆動方
法は小型になるとエネルギー密度が低下するとされてい
たが、この問題はなくなる。これらの利点のためたとえ
ば磁気ディスクデータ記録装置や光ディスクデータ記録
装置のヘッドの駆動など往復運動で特に高速応答性を要
求される用途に適している。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】上記の新しい電磁駆動
方法は従来にない優れた特性を持ったものであるが、従
来のボイスコイルモータと異なり低周波側に限界周波数
を有する。すなわち入力巻線の電流により磁心に磁束を
発生させ、磁束の微分に比例した電圧を電機子導体に発
生させてこれの電流と界磁との作用により駆動するもの
だからである。図1は入力巻線の電流Iと電機子導体の
変位Xとの比率が入力周波数で変わる様子を示したもの
である。応答性としてω2 X/Iで示しているが10ヘ
ルツ以下になると悪くなってくることがわかる。なお図
中2本の曲線は可動部分の重量を変えたもので、いずれ
も変位Xが一定(0.2mm)になる電流値Iを求めて
いる。
【0015】上記の低周波特性の問題は一般的な用途に
ついてはとくに障害になるものではないが、低速で駆動
する必要があるときなどに問題になることがある。低周
波特性の改善には高透磁率の磁性材料を使用するなどの
対策が有効であるが限界がある。そこで本発明は駆動入
力の方法を変えることにより低周波特性の改善を図るこ
とを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、入力巻線と電機子導体とを貫通する
閉磁路の磁心を有し、前記電機子導体と磁束が鎖交する
界磁源を有し、前記入力巻線への入力によって発生する
電機子導体の誘導電流によって電機子導体を駆動せしめ
る誘導ボイスコイルモータにおいて、前記入力巻線に低
周波側限界周波数以上の交流入力を与えて駆動すること
を特徴とする誘導ボイスコイルモータの駆動方法であ
る。また前記入力巻線にパルス入力を与えて駆動するこ
とを特徴とする誘導ボイスコイルモータの駆動方法であ
る。
【0017】ここにおいて、パルス幅を1/(低域側限
界周波数)の1/2以下とすることを特徴とする。ま
た、パルス幅、パルス高さ、パルス数、パルス間隔を変
化させることにより制御を行なうこともを特徴とする。
【0018】さらにまた、上記パルス入力において、正
電圧のパルスと負電圧のパルスを用いることを特徴とす
る。またここで、正電圧パルスから負電圧パルスまでの
時間と負電圧パルスから正電圧パルスまでの時間の比率
を変化させることを特徴とする。
【0019】
【作用】低周波側限界周波数の制限を逃れる手段として
は、低周波限界周波数以上の周波数で駆動すればよい。
これは正弦波だけではなく周波数成分としてそのような
範囲内にあればよい。このような波形として好ましいも
のにパルスがある。入力巻線にパルス電圧が印加された
場合、発生した磁束を微分した波形の電機子電圧が発生
する。一方、入力巻線にも同様の逆電圧が発生し、入力
したパルス電圧と平衡することになる。したがって、系
の伝達特性に制限がなければ電機子導体には入力巻線の
電圧と同じパルス波形の電圧が現われるが、低周波側の
伝達特性に制限があれば図4に示すようにパルスの波高
が減衰するような電圧が現われることになる。したがっ
てパルスの幅に制限があることになるが、パルス幅を1
/(低周波側限界周波数)の1/2以下とすればよいこ
とが判明した。これによりパルスの基本波成分を低周波
側限界周波数以上にできる。
【0020】ボイスコイルモータとしての運動の速度や
変位量を制御するにはパルスの間隔は一定とし、上記制
限の範囲内でパルス幅を制御したり、またパルス高さを
変化させることもできる。さらにパルスの発振源からの
パルスの数を制限することによるパルス数を制御する方
法、パルス間隔自体を変える方法も行なえる。また上記
各方法を適宜組合せてもよい。
【0021】また、パルスで駆動する場合同一極性のパ
ルスを続けて入力すると直流分のために磁心の磁気飽和
の問題が生ずるおそれがある。したがって正電圧と負電
圧のパルスを用いることが好ましい。この場合の入力巻
線のパルス電圧と電機子導体の運動速度および変位の関
係を図5に示す。入力パルスにより加速度を生じ、パル
ス電圧がゼロになっても運動を続けるが逆電圧のパルス
により運動が停止することになる。この場合、変位量を
制御して目的の運動をさせるには、正電圧パルスから負
電圧パルスまでの時間t1 と負電圧パルスから正電圧パ
ルスまでの時間t2 の比率を変化させることで実現でき
る。
【0022】
【発明の効果】本発明は誘導ボイスコイルモータの用途
によっては問題になることがある低周波特性の問題をパ
ルスを用いることによって解決した。パルス電源は現在
においてはトランジスタのスイッチング回路などで容易
に製作できるので安価に目的を達することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘導ボイスコイルモータの周波数特性を示すグ
ラフ
【図2】誘導ボイスコイルモータの構造を示す図
【図3】図2の装置のA−A′断面図
【図4】パルスの波形を説明する図
【図5】パルスの波形と電機子の運動の関係を説明する

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力巻線と電機子導体とを貫通する閉磁
    路の磁心を有し、前記電機子導体と磁束が鎖交する界磁
    源を有し、前記入力巻線への入力によって発生する電機
    子導体の誘導電流によって電機子導体を駆動せしめる誘
    導ボイスコイルモータにおいて、前記入力巻線に低周波
    側限界周波数以上の交流入力を与えて駆動することを特
    徴とする誘導ボイスコイルモータの駆動方法。
  2. 【請求項2】 入力巻線と電機子導体とを貫通する閉磁
    路の磁心を有し、前記電機子導体と磁束が鎖交する界磁
    源を有し、前記入力巻線への入力によって発生する電機
    子導体の誘導電流によって電機子導体を駆動せしめる誘
    導ボイスコイルモータにおいて、前記入力巻線にパルス
    入力を与えて駆動することを特徴とする誘導ボイスコイ
    ルモータの駆動方法。
  3. 【請求項3】 パルス幅を1/(低域側限界周波数)の
    1/2以下とすることを特徴とする請求項2記載の誘導
    ボイスコイルモータの駆動方法。
  4. 【請求項4】 パルス幅を変化させることにより制御を
    行なうことを特徴とする請求項2または3記載の誘導ボ
    イスコイルモータの駆動方法。
  5. 【請求項5】 パルス高さを変化させることにより制御
    を行なうことを特徴とする請求項2ないし4記載の誘導
    ボイスコイルモータの駆動方法。
  6. 【請求項6】 パルス数を変化させることにより制御を
    行なうことを特徴とする請求項2ないし5記載の誘導ボ
    イスコイルモータの駆動方法。
  7. 【請求項7】 パルス間隔を変化させることにより制御
    を行なうことを特徴とする請求項2ないし6記載の誘導
    ボイスコイルモータの駆動方法。
  8. 【請求項8】 正電圧のパルスと負電圧のパルスを用い
    ることを特徴とする請求項2ないし7記載の誘導ボイス
    コイルモータの駆動方法。
  9. 【請求項9】 正電圧パルスから負電圧パルスまでの時
    間と負電圧パルスから正電圧パルスまでの時間の比率を
    変化させることを特徴とする請求項8記載の誘導ボイス
    コイルモータの駆動方法。
JP4092377A 1992-03-19 1992-03-19 誘導ボイスコイルモータの駆動方法 Withdrawn JPH05276789A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6134889A (en) * 1999-04-28 2000-10-24 Detroit Diesel Corporation Variable geometry turbocharging system and method

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Effective date: 19990608