JPH0759387A - リニア直流モータの駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】可動コイル型リニア直流モータの駆動におい
て、エネルギ効率よく推力を発生させながら、推力変動
を最小限に押さえることを目的とする。 【構成】長手方向に磁極が交互になるように複数個の磁
石を配置した固定子と、固定子による磁束と鎖交する複
数のコイルから構成され、コイルに通電することにより
長手方向に推力を受ける可動子と、磁束の磁極を検出す
る複数の磁極検出素子を可動子上に有するリニア直流モ
ータにおいて、予め設定した１コイルあたりの最大推力
値と、リニア直流モータへの要求推力値から、同時に通
電するコイルの必要最小数Ｎを算出し、同一磁極の中心
に近い順にＮ個のコイルを選択すると共に、各コイルに
通電する電流値を要求推力値の１／Ｎに比例させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニア直流モータの駆
動制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、リニア直流モータは、「リニア
モータとその応用」（電気学会、平成3年再版2刷発行）
7頁に示されているような永久磁石を固定子とするコイ
ル可動型が多く利用されている。コイル可動型のリニア
直流モータのストロークを長くする場合には、磁極が異
なる永久磁石を交互に配置する（Ｎ極Ｓ極を交互に配置
する）必要があるため、一定方向に推力を得るために
は、可動子に取付けられたホール素子により磁極を検出
し、それに応じてコイルに通電する電流の方向を変化さ
せる必要がある。

【０００３】しかし、コイル可動型のリニア直流モータ
には、上記文献に記載されているように、一定電流を通
電していても一定推力が得られないという問題があっ
た。

【０００４】上記問題点を解決する方法として、例え
ば。ホール素子を各コイル間に配置し、同一磁極の磁界
内に存在しているコイルから常に同じ数のコイルを選択
し、通電する方法がある。また、例えば特開昭６２−２
９０３４７号公報に記載されているように、可動コイル
の長さと磁石の長さを非整数倍として、各可動コイルに
対応する駆動回路とホール素子を設置し、同一方向の推
力を得るべく各可動コイルの磁極をホール素子出力に従
って切り換えながら常時通電することにより、各コイル
の推力は変動するが、各コイルの推力和は一定にするよ
う図かる方法もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来例では、同
一磁極内の磁極変化点近傍での磁束変化に対してはやは
り推力変動を抑制しきれない。また、上記の従来例で
は、ほとんど可動子の推力に寄与しないコイルにも通電
する必要があり、エネルギ効率の低下や発熱量の増大を
招き、さらに各コイル毎に駆動回路が必要となるため、
駆動装置が高価になる。

【０００６】本発明の目的は上記課題を解決するために
なされたもので、エネルギ効率よく推力を発生させなが
ら、推力変動を最小限に押さえるリニア直流モータの駆
動制御方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、長手方向に磁極が交互になるように複数
個の磁石を配置した固定子と、固定子による磁束と鎖交
する複数のコイルから構成され、コイルに通電すること
により長手方向に電磁力を受ける可動子と、磁束の磁極
を検出する複数の磁極検出素子を可動子上に有するリニ
ア直流モータにおいて、予め設定した1つのコイルあた
りの最大推力値と該リニア直流モータに要求される推力
値から、同時に通電するコイルの必要最小数Ｎを算出
し、同一磁極の磁束内に存在するコイルからその磁極中
心に近い順に必要数Ｎのコイルを選択すると共に、各コ
イルに通電する電流値をリニア直流モータに要求される
推力値の1/Ｎに比例させるようにしたものである。

【０００８】

【作用】上記の手段を用いることにより、要求推力に対
応して磁束変化が少ない磁極中心に存在するコイルから
通電するので、推力変動を最小限に抑えながら、効率良
くリニア直流モータを駆動できる。

【０００９】

【実施例】図１は、本発明によるリニア直流モータの駆
動制御系ブロック線図の一実施例、図２はリニア直流モ
ータの基本構成の一例、図３は一般的な磁束密度分布、
図４は図２に示すリニア直流モータにおける磁石と可動
コイルの相対位置関係である。

【００１０】以下、図２および図３を用いて一般的なリ
ニア直流モータの駆動方法を説明し、図１、図２、図４
を用いて本発明を説明する。

【００１１】図２に示すリニア直流モータの一例におい
て、各永久磁石９ａ〜９ｈは全て同じ長さであり、各コ
イル１１ａ〜１１ｆの長さは永久磁石の長さの１／３、
コイル１１ａと１１ｄ、１１ｂと１１ｅ及び１１ｃと１
１ｆはそれぞれ互いに逆方向に巻かれて接続されいる。

【００１２】また、永久磁石９ａ〜９ｄは固定部１０ａ
に、永久磁石９ｅ〜９ｈは固定部１０ｂにセンターヨー
ク１１をはさんで対称の位置に固定され、コイル１１ａ
〜１１ｆは固定部１０ｃ、１０ｄに結合されたセンター
ヨーク１１に沿って移動する。ホール素子１２ａ〜１２
ｆは、永久磁石９ａ〜９ｆとセンターヨーク１１間にで
きる磁束の磁極を検出する。

【００１３】ここで、以降、コイル１１ａ、１１ｄをＡ
相、Ａ＾相、コイル１１ｂ、１１ｅをＢ相、Ｂ＾相、コ
イル１１ｃ、１１ｆをＣ相、Ｃ＾相と記し、各々接続さ
れているコイル１１ａと１１ｄ、コイル１１ｂと１１
ｅ、コイル１１ｃと１１ｆにある定められた正方向に電
流を流すことをそれぞれＡ相通電、Ｂ相通電及びＣ相通
電、その逆方向に電流を流すことをＡ’相通電、Ｂ’相
通電及びＣ’相通電と記述する。但し、Ａ相とＡ＾相、
Ｂ相とＢ＾相、Ｃ相とＣ＾相の各コイルは接続されてい
るので、それぞれ１相として数える。

【００１４】図２に示すリニア直流モータでは、１つの
永久磁石が作る同一磁極内に常に最低２個のコイルが存
在し、リニア直流モータ全体では２相（４個）のコイル
が常に同一磁極内に存在する。

【００１５】従って、従来技術では、ホール素子の出力
に基づきこの同一磁極内に存在する２相（４個）のコイ
ルを選択し、要求推力に比例した電流値を磁極に応じた
方向に通電することにより、ある程度一定なフレミング
左手の法則に基づく推力を得ていた。

【００１６】しかし、一般に図２で示した永久磁石９ａ
〜９ｄ及び９ｅ〜９ｈとセンターヨーク１１間にできる
磁束密度分布は、図３に示すように同一磁極の中心近傍
では一定となるが、磁極の変化点近傍では不均一とな
る。

【００１７】従って、従来技術のように、常に２相のコ
イルに一定の電流を通電していても一定の推力を得るこ
とはできない。

【００１８】リニア直流モータを適用する対象として考
えられるＸＹステージ等移動体の位置決め制御等では、
一般に、大きな推力を必要とする状況と、推力変動を抑
える必要がある状況は分離していると考えられる。例え
ば、移動体の加減速時は大きな推力を必要とするが推力
変動はそれほど問題にならず、逆に位置決め整定時には
大きな推力を必要としないが推力変動を極力抑える必要
がある。

【００１９】そこで、図１に示す本発明による駆動制御
系では、リニアモータへの要求推力に応じて、磁束が一
定となる磁極中心に位置する相から順に、要求推力を発
生できる必要最小数の相を選択、通電することにより、
推力変動を最小に抑えることを実現する。

【００２０】以下、図２に示すリニア直流モータを一例
にして、図４を用いて通電相の選択アルゴリズムを説明
し、図１を用いて本発明の説明を行なう。

【００２１】図４は、図２に示すリニア直流モータにお
いて、永久磁石（固定子）と可動コイル（可動子）の相
対位置関係の全ての組み合わせを示している。これらの
状態において、コイルの長さと永久磁石の長さは１：３
となっているので、必ず同一磁極内に少なくとも２相の
コイルが存在する。

【００２２】従って、図２に示すリニア直流モータにお
いて、安定した最大推力を発生するには同一磁極内にあ
る２相を選択、通電し、推力変動を最小限に抑えるに
は、同一磁極内に存在する２相のうち、磁極中心に最も
近い相のみ選択、通電すればよい。即ち、図４の各状態
におけるホール素子出力と通電相数に応じて、表１に示
す通電相を選択すれば良い。

【００２３】

【表１】

【００２４】ここで、ホール素子出力は、Ｎ極検出時に
１として記述してあり、表１に示した通電相の選択アル
ゴリズムをホール素子出力に基づく選択論理演算を、表
２に示す。

【００２５】

【表２】

【００２６】図１に、本発明によるリニア直流モータの
駆動制御系ブロック線図の一実施例を示す。移動体の制
御演算等により算出されたリニア直流モータに対する推
力指令値１が与えられると、まず、判定器８において推
力指令値１を発生させるのに必要な通電相数Ｎを算出す
ると共に、通電相数Ｎに応じて電流指令ゲイン２を予め
設定してある１相通電時のゲインの１／Ｎ倍に設定し直
す。

【００２７】また、判定器８は、ホール素子６ａ〜６ｃ
の出力（可動子と固定子の相対位置関係）に基づき、表
１、表２に示すように通電相を選択する（通電相切り換
えスイッチを操作する）。各相の電流アンプ４ａ〜４ｃ
は、１／Ｎ倍にされた電流指令ゲイン２の出力である電
流指令値が入力され、この指令値に基づき各相コイル５
ａ〜５ｃに電流を通電する。

【００２８】ここで、選択されていない相は、通電回路
を開放するか、零電流指令値を電流アンプに与えること
により、電流値を０にすればよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、要求推力に応じて必要
最小限の通電相を磁束変化が少ない磁束中心に存在する
ものから順に選択、通電相数に反比例した電流を通電す
るので、常に推力変動を最小限に抑えながら、効率の良
いリニア直流モータの駆動制御を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるリニア直流モータの駆動制御系の
一実施例を示すブロック線図である。

【図２】本発明の方法に用いられるリニア直流モータの
基本構成の一例を示す平面図である。

【図３】一般的な磁束密度分布の特性図である。

【図４】図２に示すリニア直流モータにおける磁石と可
動コイルの相対位置関係を示す平面図である。

【符号の説明】

１…推力指令値、２…電流指令ゲイン、３…通電相切り
換えスイッチ、４ａ，４ｂ，４ｃ…電流アンプ、５ａ，
５ｂ，５ｃ…コイル、６ａ，６ｂ，６ｃ…ホール素子、
７…推力、８…判定器、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９
ｅ，９ｆ，９ｇ，９ｈ…永久磁石、１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄ…固定部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長手方向に磁極が交互になるように複数個
   の磁石を配置した固定子と、該固定子による磁束と鎖交
   する複数のコイルから構成され、該コイルに通電するこ
   とにより長手方向に電磁力を受ける可動子と、該磁束の
   磁極を検出する複数の磁極検出素子を該可動子上に有す
   るリニア直流モータにおいて、 予め設定した1つのコイルあたりの最大推力値と、該リ
   ニア直流モータに要求される推力値から、同時に通電す
   るコイルの必要最小数Ｎを算出し、同一磁極の磁束内に
   存在するコイルから該同一磁極の中心に近い順にＮ個の
   コイルを選択すると共に、各コイルに通電する電流値を
   該リニア直流モータに要求される推力値の1/Ｎに比例さ
   せることを特徴とするリニア直流モータの駆動制御方
   法。
2. 【請求項２】移動体と、該移動体の位置あるいは速度を
   計測する計測装置と、該計測装置の出力と目標値の偏差
   に基づいて該移動体を制御する制御装置と、該制御装置
   の出力に基づき該移動体を駆動するリニア直流モータと
   を備える駆動装置において、 該リニア直流モータを構成する予め設定した1つのコイ
   ルあたりの最大推力値と、該リニア直流モータに要求さ
   れる推力値から、同時に通電するコイルの必要最小数Ｎ
   を算出し、同一磁極の磁束内に存在するコイルから該同
   一磁極の中心に近い順にＮ個のコイルを選択すると共
   に、各コイルに通電する電流値を該リニア直流モータに
   要求される推力値の1/Ｎに比例させることを特徴とする
   移動体の移動制御方法。