JPH0817567B2 - ２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアｄｃブラシレスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の産業上の利用分野） 本発明は,1つのリニアDCブラシレスモータでありなが
ら,2つの可動子を持つ可動マグネット型リニアDCブラシ
レスモータに関する。

（技術背景と従来技術の問題点） 小型高精度のリニアDCブラシレスモータとしては，可
動子に互いに隣接する磁極が異極となるようにＮ極,S極
の磁極をそれぞれＰ（Ｐは１以上の整数）個有する界磁
マグネットを備えた１個の可動子を有し，該可動子の界
磁マグネットと空隙を介して対向する固定側の位置にス
テータ電機子と該ステータ電機子に上記界磁マグネット
の磁極判別センサとしての磁電変換素子である位置検出
素子を配設してなる１つの可動子を有する可動マグネッ
ト型リニアDCブラシレスモータがある。

然るに昨今の技術的要請は,1つの可動子のみでなく，
可動子として２つ必要な場合が生じてきている。

ここに，係る要請を満たす為に単に可動子を１個増や
せば足りると言う簡単にはかたずかない問題がある。

即ち,2つの可動子は，それぞれ別個独立に制御されて
可変走行，位置決め等のサーボを行う必要があるが，ス
テータ電機子に設けられた位置検知素子が２つの可動子
の界磁マグネットの所定の磁極を検出している事から，
同時に対応する電機子コイルに通電を行った場合には,2
つの可動子は勝手に動いてしまい，衝突するなどのトラ
ブルが生ずる。

このようなトラブルを電気回路を駆使して防ごうとす
ると，そのための位置決め制御回路やマイクロコンピュ
ータのソフト等のシステムが非常に複雑になり，最終コ
ストも大幅に高くなり，また実用性にそぐわないものと
なる。

また２つの可動子は別個独立して駆動制御する必要が
あることから,2つの可動子は別個独立に異なる走行モー
ドで走行している場合もあり，また一方の可動子が動い
ていて他方が停止している場合もあるが，このような場
合，上記トラブル対策を十分に行っておく必要がある。

ここに２つの可動子それぞれの位置及び速度を検出す
るためには，それぞれの可動子の動きを検出するための
エンコーダ等の可動子の変移量検出手段を２つの可動子
それぞれに設けておくことで可能になる。

またそれぞれの可動子を駆動させるに当たって，上記
エンコーダとマイクロコンピュータを用いれば,2つの可
動子それぞれの界磁マグネットと対向するステータ電機
子の電機子コイル群に所定方向の通電を行うことで,2つ
の可動子を別個独立にサーボをかけて駆動制御すること
ができる。

このような位置検知素子レスリニアDCブラシレスサー
ボモータは，多数の高価なホール素子等の位置検知素子
群を省略でき安価に構成できる有用なものである。

しかしながら，この位置検知素子レスリニアDCブラシ
レスサーボモータは，上記のような長所がある反面，位
置検知素子を用いたリニアDCブラシレスモータに比較し
て位置検知素子が無いことによる欠点が生じていた。

すなわち，位置検知素子を用いたリニアDCブラシレス
モータに比較して，位置検知素子レスリニアDCブラシレ
スサーボモータは，位置検知素子群が無いために，起動
特性の面において信頼性が薄いほか，負荷特性の影響に
よっても上記同様の欠点を持つほか，更に改良を施さね
ばならない段階にある。

また可動子が２つの場合には,1つの場合に比較して，
位置検知素子レスリニアDCブラシレスサーボモータの電
気回路あるいはソフトが非常に困難になる欠点がある。

従って，発明者は，多極の界磁マグネットを有する２
つの可動子，多数の電機子コイルを用いたリニアDCブラ
シレスモータに於いては，別個独立に制御するために高
価になるとしても，信頼性を確保するために位置検知素
子を用いることにした。

ここで，上記したように通常のままだと２つの可動子
が勝手に動いてしまい，トラブルの原因になるため，発
明者は，第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検
出するための第１の位置検知素子群と，第２の可動子の
界磁マグネットの磁極のみを検出するための第２の位置
検知素子群とを設けて，上記第１及び第２の可動子が同
時に動いてしまうことを防ぐ試みを成した。

その方法の一例は，コントローラからの信号により，
第１の位置検知素子群と第２の位置検知素子群を切り換
えスイッチで切り換えるようにすることで可能にした。
しかしながら，かかる方法によると切り換えスイッチ機
構が複雑になり，高価になる欠点があった。

（発明の課題） 本発明は,1つのリニアDCブラシレスモータでありなが
ら,2つの可動子を持つ可動マグネット型リニアDCブラシ
レスモータで，しかも２つの可動子を別個独立に速度及
び位置決めをできるようにしたものにおいて，第１の可
動子の界磁マグネットの磁極を検出するための位置検知
素子群と，第２の可動子の界磁マグネットの磁極を検出
するための第２の位置検知素子群が，互いに他の可動子
の界磁マグネットの磁極を検出することによる誤動作，
故障などのトラブルを解消するために，第１の位置検知
素子群及び第２の位置検知素子群が互いに他の可動子の
界磁マグネットの磁極を検出しないようにするための手
段を設けたとしても，そのための手段が非常に簡素で，
安価に形成できるようにすることを主な課題として成さ
れたものである。

（発明の課題達成手段） かかる本発明の課題は，第１の可動子の界磁マグネッ
トのＮ極,S極の磁極のみを検出するように上記ステータ
電機子の一方の側面部に第１の位置検知素子群を設け，
該第１の位置検知素子群が上記第１の可動子の界磁マグ
ネットのＮ極又はＳ極の磁極を検出したときは第１の可
動子の界磁マグネットと対向するステータ電機子の１以
上の電機子コイル群に所定方向に当該第１の可動子を移
動させる推力を発生するように通電をなし，上記第２の
可動子の界磁マグネットのＮ極,S極の磁極のみを検出す
るように上記ステータ電機子の他方の側面部に第２の位
置検知素子群を設け，該第２の位置検知素子群が上記第
２の可動子の界磁マグネットのＮ極又はＳ極の磁極を検
出したときは第２の可動子の界磁マグネットと対向する
ステータ電機子の１以上の電機子コイル群に所定方向に
当該第２の可動子を移動させる推力を発生するように通
電をなすようにすることによって達成される。

（発明の実施例） 第１図は，本発明の一実施例を示す２つの可動子を有
する可動マグネット型リニアDCブラシレスモータの主要
部のみを表した斜視図，第２図は同リニアDCブラシレス
モータの１相分の駆動回路及び位置検知機構を示す。

以下，第１図及び第２図を参照して本発明の一実施例
を説明する。

２つの可動子を有する可動マグネット型リニアDCブラ
シレスモータ１は，ステータヨークを形成する磁性体か
らなる長板状のステータベース２を備えている。

上記ステータベース２の側面部には，その外側方向に
突出する横断面三角形状のリニアガイド用突起３が一体
形成されていてリニアガイドを構成している。

ステータベース２の上面には，図示しないプリント基
板を配設し，該プリント基板の上には電機子コイル４群
を重畳しないように密接して隣接配設してコアレス構造
のステータ電機子７を形成している。

尚，プリント基板を用いないときには，ステータベー
ス２の上を適宜な手段によって絶縁処理した後に適宜な
手段によってステータベース２の上に電機子コイル４群
を配設する必要がある。

電機子コイル４について説明すると，この電機子コイ
ル４は，矩形枠状の空心型のものとなるように導線を用
いて多数ターン巻回して形成された空心型の電機子コイ
ル４群を互いに重ならないように上記ステータベース２
の上に配設している。

しかし，このようなコアレス構造のステータ電機子７
でなくてもよく，プリント手段あるいはシートコイルに
て形成したものでも良く，有鉄心構造のステータ電機子
であっても良く，仕様，コスト等の事情を考慮して適宜
なものを設計選択すれば良い。

この実施例では，図面作成上の都合により，電機子コ
イル４を３個のみ配設した図を描いているが，実際には
多数の電機子コイル４が他の電機子コイル４と互いに重
ならないように隣接して配設されている。尚，この実施
例では，電機子コイル４が重畳しない例を描いている
が，本発明では，電機子コイル４が重畳するか否かにつ
いては特に問題にすることはなく何れの形式であっても
よいが，この実施例では，電機子コイル４群が互いに重
ならないように配設する場合を描いて説明している。

また，この空心型の電機子コイル４群によると，効率
及び性能の良好なリニア往復180度通電方式を採用する
ことができるように，推力発生に寄与する有効導体部4a
と4bとの開角が，後記する界磁マグネット5,6の一磁極
幅をＴとする時，該一磁極幅Ｔの開角となるように巻線
形成されている。尚，電機子コイル４において，後記す
る可動子の可動方向と平方な導体部4c,4dは，推力に発
生に寄与しない導体部となっている。

ステータベース２に多数の電機子コイル４群を配設し
たステータ電機子７には，第１の位置検知素子８群と第
２の位置検知素子９群を配設している。位置検知素子8,
9としては，ホールIC,ホール素子，磁気抵抗素子等の磁
電変換素子を用いれば良いが，この実施例では，ホール
素子を用いている。第１の位置検知素子８群は，図示し
ない第１の可動子10の下面に配設した第１の界磁マグネ
ット５のＮ極,S極の磁極のみを検出することができるよ
うに，各電機子コイル４群の一方の推力の発生に寄与す
る有効導体部4aを延長したステータ電機子７の一方の側
面部のステータベース２面上に配設している。第２の位
置検知素子９群は，図示しない第２の可動子10の下面に
配設した第２の界磁マグネット６のＮ極,S極の磁極のみ
を検出することができるように，各電機子コイル４群の
一方の推力の発生に寄与する有効導体部4aを延長したス
テータ電機子７の他方の側面部のステータベース２面上
に配設している。

第１の界磁マグネット５を有する図示しない第１の可
動子10及び第２の界磁マグネット６を有する第２の可動
子11は，それぞれ側面部に図示しないガイドローラが回
動自在に取着され，該ガイドローラはステータベース２
の両側面部に形成されたリニアガイド用突起３と摺動自
在に係合されてステータベース２の長手方向に沿って移
動自在に支持されている。

即ち，第１及び第２の可動子10,11に設けられた図示
しないガイドローラと，ステータベース２の両側面部に
形成されたリニアガイド用突起３とによってリニアガイ
ドを形成している。

尚，上記したように電機子コイル４の導体部4c,4dは
その角部を除き推力の発生に寄与しないものとなってい
るので，界磁マグネット5,6は，その横幅が導体部4c,4d
の幅の部分だけ長さの短いものを用いてもよい。

ここで，電機子コイル４の導体部4aと4c及4aび4dとが
交差する角部の導体部も僅かであるとしても推力の発生
に寄与する。そのために界磁マグネット5,6としては，
電機子コイル４の横幅と同じ横幅の長さのものを採用し
て，わずかでも大きな推力を得ることができるようにし
ている。このため，何らかの手段を施しておかないと，
第１及び第２の位置検知素子8,9群が共に第１及び第２
の界磁マグネット5,6の磁極を検出してしまうため，第
１及び第２の可動子10,11が勝手に動いてしまう。これ
を防止するために本発明では，第２の位置検知素子９群
が第１の界磁マグネット５の磁極を検出しないように，
界磁マグネット５をステータ電機子７の一方の側面部方
向に所定の幅（電機子コイル４の導体部4dの幅）だけず
らせて第１の可動子10の本体（図示せず）に配設し，該
第１の界磁マグネット５を軸方向の空隙を介してステー
タベース２上の電機子コイル４群と対向させている。第
１の界磁マグネット５を図示しない第１の可動子10の本
体に取着するに当たっては，界磁マグネット５の他方の
側面端部が電機子コイル４の導体部4dの内側に位置し，
且つ界磁マグネット５の一方の側面端部近傍の磁極磁界
を第１の位置検知素子８群が検出できるようにステータ
電機子７の一方の側面部方向に延びた長さ幅のものに形
成された第１の界磁マグネット５を上記のようにステー
タ電機子７の一方の側面部方向に所定の幅（電機子コイ
ル４の導体部4dの幅）だけずらせて第１の可動子10本体
に配設固定するようにしている。

同様に第１の位置検知素子８群が第２の界磁マグネッ
ト６の磁極を検出しないように，界磁マグネット６をス
テータ電機子７の他方の側面部方向に所定の幅（電機子
コイル４の導体部4cの幅）だけずらせて第２の可動子11
に配設し，該第２の界磁マグネット６を軸方向の空隙を
介してステータベース２上の電機子コイル４群と対向さ
せている。第２の界磁マグネット６を図示しない第２の
可動子11の本体に取着するに当たっては，界磁マグネッ
ト５の他方の側面端部が電機子コイル４の導体部4cの内
側に位置し，且つ界磁マグネット６の他方の側面端部近
傍の磁極磁界を第２の位置検知素子９群が検出できるよ
うにステータ電機子７の他方の側面部方向に延びた長さ
幅のものに形成された第２の界磁マグネット６を上記の
ようにステータ電機子７の他方の側面部方向に所定の幅
だけずらせて第２の可動子11本体に配設固定するように
している。

尚，第１の位置検知素子８群が第２の可動子11の第２
の界磁マグネット６の磁極磁界を確実に検出しないよう
にするため，第２の界磁マグネット６の一方の側面部に
図示しない磁性体を設けておくと共に，同様に第２の位
置検知素子９群が第１の可動子10の第１の界磁マグネッ
ト５の磁極磁界を確実に検出しないようにするため，第
１の界磁マグネット５の他方の側面部に図示しない磁性
体を設けている。

また第１の可動子10及第２の可動子11の速度及び移動
量・位置を検出するためにそれぞれ第1,第２の可動子そ
れぞれのための第1,第２のの図示しないロータリーエン
コーダを設けている。

このようにするための一例としては，第１及び第２の
ロータリーエンコーダそれぞれのシャフトに歯車（ある
いはそれに代わる適宜なもの）を取り付け，第１の可動
子10及び第２の可動子の移動と共に移動する閉ループの
タイミングベルトを上記歯車に歯合させている。

上記第１及び第２のロータリーエンコーダによって得
られるエンコーダ信号は，通電制御回路にフィードバッ
クされる。通電制御回路には，マイクロコンピュータか
らの指令信号が入力され，通電制御回路からの制御信号
によって駆動回路が第１または第２の位置検知素子8,9
群からの出力信号があるときに所定の電機子コイル４群
に所定方向の電流を通電するようになっている。

第２図は，各相の電機子コイル４それぞれに対応して
設ける１相分の駆動回路及び位置検知機構を示す。

駆動回路及び位置検知機構12に付いては，第２図を参
照して以下に説明する。

第1,第２の位置検知素子8,9それぞれの一方の電源端
子13,14は，抵抗15を介して通電制御回路側に接続され
る制御端子17,18に接続されている。第1,第２の位置検
知素子8,9それぞれの他方の電源端子19,20はそれぞれ抵
抗21,22を介してアース23側に接続されている。第1,第
２の位置検知素子8,9それぞれの一方の出力端子24,25は
それぞれ抵抗26,27を介してオペアンプ28の負側入力端
子29に接続され，それぞれの他方の出力端子30,31はそ
れぞれ抵抗32,33を介してオペアンプ28の正側入力端子3
4に接続されている。また抵抗32,33と入力端子34間の接
続点とアース23間には，抵抗35を介在させている。オペ
アンプ28の出力端子は，トランジスタ36,37のベース同
士の接続点38に接続されている。トランジスタ36のコレ
クタは，正側電源側に接続され，トランジスタ36と37の
エミッタ同士は共通接続され，トランジスタ37のコレク
タは負側電源側に接続されている。トランジスタ36と37
のエミッタ同士の接続点39に電機子コイル４の一方の端
子が接続され，電機子コイル４の他方の端子は抵抗40を
介してアース23側に接続されている。電機子コイル４と
抵抗40との接続点41と入力端子29間に抵抗42を介在させ
ている。

本発明の駆動回路及び位置検知機構12の一例は，上記
した通りである。

従って，マイクロコンピュータからの信号により，第
１の可動子10を所定の速度で所定量移動させるべきコン
トロール信号が通電制御回路に加えられると，第１の位
置検知素子８に制御端子17のコントロール信号が加えら
れ，当該第１の位置検知素子８が第１の可動子10に設け
られた界磁マグネット５のＮ極又はＳ極の磁極を検出す
ると，出力端子24又は30からその旨の出力信号が出るの
で，この出力信号をオペアンプ28で増幅し，トランジス
タ37または36で受けることにより，電機子コイル４に所
定方向の電流を流すことにより，当該電機子コイル４及
びこれと対向する界磁マグネット５とにより所定方向の
推力が発生し，第１の可動子10をフィードバックループ
の制御をかけてサーボ走行等させることができる。同様
にマイクロコンピュータからの信号により，第２の可動
子11を所定の速度で所定量移動させるべきコントロール
信号が通電制御回路に加えられると，第２の位置検知素
子９に制御端子18のコントロール信号が加えられ，当該
第２の位置検知素子９が第２の可動子11に設けられた界
磁マグネット６のＮ極又はＳ極の磁極を検出すると，出
力端子25又は31からその旨の出力信号が出るので，この
出力信号をオペアンプ28で増幅し，トランジスタ36また
は37で受けることにより，電機子コイル４に所定方向の
電流を流すことにより，当該電機子コイル４及びこれと
対向する界磁マグネット６により所定方向の推力が発生
し，第２の可動子11をフィードバックループの制御をか
けてサーボ走行等させることができる。

即ち，本発明では，第１の位置検知素子８群は，第１
の可動子10の界磁マグネット５の磁極のみを検出するよ
うになっているため，第１の可動子10のみを動かすこと
ができ，第２の位置検知素子９群は，第２の可動子11の
界磁マグネット６の磁極のみを検出するようになってい
るため，第２の可動子11のみを動かすことができるた
め，第１の可動子10と第２の可動子11を別個独立にサー
ボして動かすことができる。

（発明の効果） 本発明は上記から明きらかなように,1つのリニアDCブ
ラシレスモータでありながら,2つの可動子を持っていて
も，誤動作無く２つの可動子を別個独立に制御した動き
を行わせることができる。

しかも，第１の位置検知素子群は第１の可動子の界磁
マグネットの磁極のみを検出し，第２の位置検知素子群
は第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検出する
ようにしているので，第１の可動子のための第１の位置
検知素子群と第２の可動子のための第２の位置検知素子
群とを機械的切り換えスイッチ機構を用いて切り換える
という厄介な手段が不要になり，構造的に非常に簡単に
なり，安価に構成できる。また，第１の位置検知素子群
が第１の可動子の界磁マグネットの磁極のみを検出し，
第２の位置検知素子群が第２の可動子の界磁マグネット
の磁極のみを検出するようにするに当たって，第1,第２
の可動子に取着する界磁マグネットを僅かに側方にずら
せ，該ずれた界磁マグネットの磁極を検出することがで
きるように第1,第２の位置検知素子群を配設すれば良い
ので，構成が非常に簡単になり，この２つの可動子を有
する可動マグネット型リニアDCブラシレスモータを非常
に容易且つ安価に量産できるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すための主要部を表す分
解斜視図，第２図は１相分の駆動回路及び位置検知機構
の説明図である。 （符号の説明） １……２つの可動子をもつ可動マグネット型リニアDCブ
ラシレスモータ,2……ステータベース,3……リニアガイ
ド用突起,4……電機子コイル,4a,4b……推力の発生に寄
与する導体部,4c,4d……推力の発生に寄与しない導体
部,5……第１の界磁マグネット,6……第２の界磁マグネ
ット,7……ステータ電機子,8……第１の位置検知素子
群,9……第２の位置検知素子群,10……第１の可動子,11
……第２の可動子,12……駆動回路及び位置検知機構,1
3,14……一方の電源端子,15,16……抵抗,17,18……制御
端子,19,20……他方の電源端子,21,22……抵抗,23……
アース,24,25……一方の出力端子,26,27……抵抗,28…
…オペアンプ,29……負側電源端子,30,31……他方の出
力端子,32,33……抵抗,34……正側入力端子,35……抵
抗,36,37……トランジスタ,38,39……接続点,40……抵
抗,41……接続点,42……抵抗。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータ電機子に対向して２つの可動子が
   それぞれ独立して可動するようにした２つの可動子を持
   つ可動マグネット型リニアDCブラシレスモータにおい
   て，ステータ電機子と空隙を介して対向するように互い
   に隣接する磁極が異極となるようにＮ極,S極の磁極をそ
   れぞれＰ（Ｐは１以上の整数）個有する界磁マグネット
   を有する第１及び第２の２つの可動子を設け，該第１の
   可動子の界磁マグネットのＮ極,S極の磁極のみを検出す
   るように上記ステータ電機子の一方の側面部に第１の位
   置検知素子群を設け，該第１の位置検知素子群が上記第
   １の可動子の界磁マグネットのＮ極又はＳ極の磁極を検
   出したときは第１の可動子の界磁マグネットと対向する
   ステータ電機子の１以上の電機子コイル群に所定方向に
   当該第１の可動子を移動させる推力を発生するように通
   電をなし，上記第２の可動子の界磁マグネットのＮ極,S
   極の磁極のみを検出するように上記ステータ電機子の他
   方の側面部に第２の位置検知素子群を設け，該第２の位
   置検知素子群が上記第２の可動子の界磁マグネットのＮ
   極又はＳ極の磁極を検出したときは第２の可動子の界磁
   マグネットと対向するステータ電機子の１以上の電機子
   コイル群に所定方向に当該第２の可動子を移動させる推
   力を発生するように通電をなすようにしたことを特徴と
   する２つの可動子を持つ可動マグネット型リニアDCブラ
   シレスモータ。
2. 【請求項２】上記第１の可動子に設けられた界磁マグネ
   ットはステータ電機子の一方の側面部方向にずらせて当
   該第１の可動子に配設し，上記第２の可動子に設けられ
   た界磁マグネットはステータ電機子の他方の側面部方向
   にずらせて当該第２の可動子に配設してなることを特徴
   とする特許請求の範囲第（１）項記載の２つの可動子を
   持つ可動マグネット型リニアDCブラシレスモータ。