JPS62247792A

JPS62247792A - リニアモ−タ

Info

Publication number: JPS62247792A
Application number: JP61091655A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Kawabata; 康己川端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1986-04-21
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1987-10-28

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、制御内容を簡単にして、高速制御、精密制御
を可能にしたりニアモータに関するものである。

〔従来の技術〕

永久磁石を利用したりニアモータとしては、可動子に永
久磁石と励磁コイルを配設し、固定子に磁性体を配設し
て、リラクタンストルクにより推力を発生するようにし
たものがある（例えば特開昭６０−９８８６３号）。

また、リラクタンストルクと永久磁石の磁力を積極的に
利用するようにして高い推力を得るようにした、永久磁
石と励磁コイルとを可動子と固定子とにそれぞれ分けて
配設するようにしたものもある（例えば特開昭５９−２
３０４６０号）。

このようなりニアモータにおいては、一般に可動子の移
動制御は移動磁界制御により行っている。

移動磁界制御を行うためには、可動子の移動位置を検出
して、その移動位置に同期させて励磁コイルに流す電流
を制御する必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述の如き従来のものでは、その制御が複雑で
、高速制御、精密制御に限界があり、コストも高い問題
がある。

従って、本発明の目的は、リニアモータの制御内容を簡
単にして、高速制御、精密制御を可能にすることにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明は、上述の如きリニアモータにおける励磁
コイルの電流制御を、永久磁石と対向するコイル鉄心の
励磁コイルの通電方向を切り換えることによって達成す
ることを特徴とする。

具体的には、本発明のりニアモータは、可動子および固
定子の一方に永久磁石を、他方に励磁コイルが捲線され
るコイル鉄心を配設したものであり、電源と励磁コイル
との間に励磁コイルの通電方向を切り換える通電方向切
換手段を接続する。

また、磁束検出手段により、可動子の移動に伴う永久磁
石の磁束の変化を検出して出力する。

そして、磁束検出手段からの出力を受けて、永久磁石が
コイル鉄心と対向する位置にあることを検出し、励磁コ
イルの通電方向を切り換えるように、通電方向切換手段
を作動させる切換作動手段を備える。

〔作用〕

その結果、可動子の移動に伴って、−っの永久磁石が一
つの励磁コイルに対向する位置に達すると、磁束検出手
段および切換作動手段によってそれが検出され、励磁コ
イルの通電方向が切り換えられる。この通電方向の切換
によって、その励磁コイルのコイル鉄心Ｙを通過した永
久磁石に対して引き続いて移動方向の推力（トルク）が
加えられる。次に、別の永久磁石がその励＋５１コイル
のコイル鉄心に対向する位置に達すると、同様にして再
度励磁コイルの通電方向が切り換えられる。このように
して、永久磁石に連続して移動トルクが加えられ、可動
子が移動される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第２図〜第４図は、本発明の一実施例を示し、第２図は
部分斜視断面、第３図は第２図の■方向からみた断面、
第４図は第３図のＴＶ−ＴＶ線からみた断面をそれぞれ
示す図である。

各図中、１０は可動子（スライダー）、２０は固定子（
ステータ）であり、１１は永久磁石、２１はコイル鉄心
である。

コイル鉄心２１は、積層鉄板からなるＵ字状で凹部に励
磁コイル２２が捲線され、フォルダ２３上にスペーサ２
４を介して固定配設されている。

このコイル鉄心２１は、本実施例では、隣合う３個が１
Ｍｉとされ、複数組がフォルダ２３上に直列状に配設さ
れており、各紐間で対応する位置にある励磁コイル２２
は、全て直列接続されている。

従って、本実施例では、コイル鉄心２１がＵ字状である
ことから、励磁コイル２２への通電により、他方側にも
１組の反対の磁極が形成されることになる。また、励磁
コイル２２には、永久磁石１１と対向した状態を検出す
るために各励磁コイル２２には、可動子の位置検出手段
として検出コイル２８が重ね巻きされ、各紐間で対応す
る位置にある励磁コイル２２の検出コイル２８も全て直
列接続されている。なお、本実施例では、磁束の検出を
検出コイル２８により行うようにしたが、他に公知のホ
ール素子あるいはマグネットレジスタンスセンサにより
行ってもよい。

フォルダ２３は非磁性体からなり、コイル鉄心２１を配
設する溝部２５が設けられている。従って、コイル鉄心
２１も溝部に直列状に配設される。

また、フォルダ２３の上面縁両側には、可動子１０の移
動方向に沿って低摩擦材料からなるスライドウェイ２Ｇ
が設けられている。

可動子１０は、フォルダ２３との所定間隙を保つための
ローラー１３がスライドウェイ２６の側面と上面とにそ
れぞれ当接する如く複数個設けられている。また、可動
子１０は、フォルダ２３に配設されたコイル鉄心２１の
凹部に嵌装される凸状突起壁１２を有し、この凸状突起
壁１２の薄肉部両側に可動子１０の移動方向面に沿って
永久磁石１１がそれぞれ配設されている。

永久磁石１１は、希土類磁石で高磁束密度のものからな
り、接着剤により固着され、可動子１０の移動方向に各
永久磁石１１の磁極が隣合う永久磁石１１同士で互いに
反対となるように配設されている。また、この永久磁石
１１は、本実施例では、コイル鉄心２１が１組３個でＵ
字状であることから磁極列が２列のため、フォルダ２３
の片面に対し４個づつ、計８個が配設されている。

このように、コイル鉄心２１が１組で３個であるのに対
して、永久磁石１１は、対応する範囲に４個設けられて
いる。すなわち、１組内で永久磁石１１の個数がコイル
鉄心２１の個数より１個多くされている。

第５図は、１ｋｔｌを成すＡ−Ｃの三つのコイル鉄心２
１と可動子１０の永久磁石１１との位置関係を平面上で
示すとともに、可動子１０の移動に伴って励磁コイル２
２の通電方向、つまり、極性が切り換えられる様子を時
間の経過と共にしめしている。

まず、（イ）で示すようにｔ、のタイミングでは、Ａの
励磁コイル２２の通電方向が切り換えられて極性が切り
換えられ、順次Ｓ、Ｓ、Ｎとされる。すなわち、コイル
鉄心２１と永久磁石１１とが一対一で対向（はぼ真正面
）する位置となったときに、コイル鉄心２１の極性が切
り換えられる。

このように、コイル鉄心２１と永久磁石１１とが対向し
ているときには、そのコイル鉄心２１と永久磁石１１と
の間には、推力（以下トルクと称する）が発生しないが
、上述のようにコイル鉄心２１の個数に対して永久磁石
１１の個数が多くされているため、一つのコイル鉄心２
】と永久磁石１１とが対向していても、他のコイル鉄心
２１と永久磁石１１とは対向せず、トルクを発生してい
る。

第５図において（ロ）は、励磁コイル２２の通電方向を
示しており、１．のタイミングでＡの励磁コイル２２の
通電方向が切り換えられる。以後同様にｔ２、ｔｌ、ｔ
４のタイミングでコイル鉄心２１と永久磁石１１とが一
対−で対向したとき、励［コイル２２への１ｆｆｌ電が
切幻換えられてコイル鉄心２１の極性が切り換えられ、
以後、この動作が繰り返されて、可動子１ｏは移動され
る。

このようにコイル鉄心２１は、一つの永久磁石１１と一
対一で対向したとき極性の切換が行われるが、このため
、コイル鉄心２１が一つの永久磁石１１と一対一で対向
した状態を検出するべく、前述のように、励磁コイル２
２には、検出コイル２８が重ね巻きされている。

検出コイル２８は、永久磁石１１の磁界の影響を受けて
、起電力を発生し、その信号波形は、第５図（ハ）に示
す如くとなる。すなわち、コイル鉄心２１と永久磁石１
１とが一対一で対向する位置で起電力の方向が切り換わ
る交流信号を発生する。検出コイル２８からの信号は、
波形整形されて矩形波とされ、さらに、微分回路によっ
て信号の変化分のみが取り出される。この微分信号は、
第５図（ニ）に示されており、この微分信号をトリガと
してコイル鉄心２１の極性切換が行われる。

なお、第５図中、双方の矢印は吸引力を示し、一方のみ
の矢印は反発力を示す。

以上は、１組中の励磁コイル２２のコイル鉄心２１の数
が３個の場合について説明したが、コイル鉄心２１の数
は任意の数とすることができ、第５図と第６図は、コイ
ル鉄心２１の数を２と４個とした場合について互いに比
較して示しである。

この第６図と第７図から明らかなように、口［Ｉ中のコ
イル鉄心２１の数Ｎに対して永久研石１１の数をＮ＋１
とすることによって可動ｒ　ｌ　（＋の移動中、可動子
の移動位置にかかわらず、常時、ＴＪコイル心２１と永
久磁石１１との間にトルクを発生させることができる。

第１図は、励磁コイル２２の通電を制御する回路を示し
ており、各検出コイル２８からの起電力は、波形処理回
路５６において波形整形されて微分され、微分信号がプ
リドライブ回路３０およびマイクロコンピュータ５１に
送り込まれる。プリドライブ回路３０は、その微分信号
を受けてドライブ回路４０を作動させる信号を形成し、
ドライブ回路４０は、各励磁コイル２２の通電を制御す
る。また、マイクロコンピュータ５１は、波形処理回路
５６からの微分信号によって可動子１０の移動速度およ
び移動位置を検出する。一方、マイクロコンピュータ５
１は、速度指令５２、位置指令５３、トルク指令５４も
受けており、微分信号によって検出される速度が速度指
令５２による速度と一致するように、また、位置指令５
３によって決められた位置で可動子１０の移動が停止す
るように、プリドライブ回路３０に信号を送り込んでい
る。

第８図は、プリドライブ回路３０の詳細を示しており、
この図から明らかなように、プリドライブ回路３０は、
波形処理回路５６からの微分信号を受けてその度に反転
動作するＴ型フリップフロップ３１〜３３と、そのフリ
ップフロップ３１〜３３の出力によってマイクロコンピ
ュータ５１からの信号を選択してドライブ回路４０へ送
る六つのアンドゲート３４〜３９とから成る。例えば、
フリップフロップ３１のＴ端子に波形処理回路５６から
微分信号を受けると、フリップフロップ３１は反転動作
され、開かれるアンドゲートを３４から３５または３５
から３４に切り換える。

第９図には、ドライブ回路４０の詳細が示されており、
このドライブ回路４０は、複数個のトランジスタの導通
、非導通の組合せによって３回路とされた励磁コイル２
２の通電を制御するようにされている。すなわち、アン
トゲート３４が開かれてアンドゲート３５が閉しられて
いるときには、マイクロコンピュータ５１からのデユー
ティ比信号がドライブ回路４０のトランジスタ４１．４
２のベースに印加され、デユーティ比信号のデユーティ
比でトランジスタ４１．４２が導通されて、Ａの励磁コ
イル２２を通電し、また、アンドゲート３４が閉じられ
、アンドゲート３５が開かれているときには、マイクロ
コンピュータ５１からのデユーティ比信号がトランジス
タ４３．４４のベースに印加され、トランジスタ４３．
４４がデユーティ比信号のデユーティ比で導通され、Ａ
の励磁コイル２２をそれまでとは逆方向に通電する。

つまり、フリップフロップ３】が反転動作されてアンド
ゲート３４．３５の開閉が切り換えられることによって
、Ａの励磁コイル２２の通電方向が切り換えられ、励磁
コイル鉄心２１の極性が切り換えられる。Ｂの励磁コイ
ル２２、Ｃの励磁コイル２２についても、同様にフリッ
プフ１１ツブ３２．３３を反転動作させることによって
、その通電方向が切り換えられ、極性が切り換えられる
。

第１０図および第１１図は、マイクロコンピュータ５１
を動作させるプログラムのうち、主要部分をフローチャ
ートによって示すものである。第１０図のプログラムは
、励磁コイル２２の通電電流のデユーティ比を制御する
もので、１４　弁”す秒毎に起動される時間割り込み処
理ルーチンである。

まず、ステップ１０１では、トルク指令５４に応じて励
磁コイル２２の通電電流のデユーティ比ＤＵＴＹが求め
られる。これは、演算によって求めても良いし、予めメ
モリに格納されたデータを読み出すことによって求めて
も良いが、トルク指令５４による指令トルクＴｃに対し
て第１２図の如く求められる。

次に、ステップ１０２では、速度指令５２による指令速
度Ｎｃと現在の速度Ｎとの差ΔＮが求められる。現在の
速度Ｎは、図示してないプログラムによって、波形処理
回路５６からの微分信号が発生される間隔を測ることに
よって求められる。

第１４図には、指令速度Ｎｃに対する速度Ｎの変化の様
子の一例が示されている。次のステップ１０３では、速
度差ΔＮに基づいてデユーティ比の補正量ΔＤＵＴＹが
求められる。この補正量ΔＤＵＴＹも、上述のステップ
１０１と同様、演算によって求めても良いし、予めメモ
リに格納されたデータを読み出すことによって求めても
良いが、速度差ΔＮに対して、第１３図の如く求められ
る。

ステップ１０４では、ステップ１０１で求められたデユ
ーティ比ＤＵＴＹとステップ１０３で求められた補正量
ΔＤＵＴＹとを加算して最終的なデユーティ比ＤＵＴＹ
が求められる。このようにして、第１０図のプログラム
では、速度指令５２による速度Ｎｃを維持するように励
磁コイル２２への通電電流のデユーティ比ＤｔＪＴＹが
制御される５第１０図のプログラムが１−１’）’　４
　”！１秒毎に起動されるため、ステップ１０４によっ
て求められるデユーティ比ＤＵＴＹのｎ６をそのままブ
リセソタフ゛ルダウンカウンタ（図示せず）にプリセッ
トし、このダウンカウンタを１１９秒のクロック信号に
よってダウンカウントすることによって、ただちにダウ
ンカウンタからは、ステップ１０４において求められる
デユーティ比ＤＵＴＹのパルス信号を得ることができる
。このパルス信号は、プリドライブ回路３０のａ端子に
送り込まれる。

第１１図のプログラムは、図示してないメイン処理ルー
チンプログラム中の一部であり、可動子１０の停止位置
を制御するためのプログラムである。

このプログラムが起動されると、ステップ１０５におい
て、位置指令５３で指令された位置Ｐｃと現在の回転位
ＷＰとの差ΔＰが求められる。現在の移動位Ｈｐは、図
示してないカウンタによって波形処理回路５６からの微
分信号を計数することによって計測される。

ステップ１０６では、位置の差ΔＰが「０」であるか否
かが判定される。現在の移動位Ｈｐが指令位置Ｐｃに達
するまでの間は、ステップ１０６は否定判断され、ステ
ップ１０９において差ΔＰが正であるか否かが判定され
る。このとき差ΔＰは正であるため、ステップ１１０に
進み、ここで、後述のフラグＦが「】−１にセントされ
ているか否かが判定される。このとき、フラグＦはセッ
トされていないので、ステップ１１０は否定判断され、
現在の移動位１１Ｆｐが指令位１Ｙｆｐｃに達するまで
、以上の処理が繰り返される。

やがて現在の移動位Ｎｉｐが指令位ｉｆｆ　Ｐ　ｃに達
すると、ステップ１０６は１１定判断されてステップ１
０７において上述のデユーティ比ＤｔＪＴＹが「０」と
され、励磁コイル２２への通電を停止する。そして、ス
テップ１０８では、フラグＦを「１」にセットし、現在
の移動位置Ｐが指令位置Ｐｃに達したことを記憶する。

第１５図に示すように、現在の移動位ｉＰが指令位ｆｉ
Ｐｃに達しても、慣性によって可動イ１０は指令位置Ｐ
ｃに停まらず、オーバランする。こうしてオーバランし
たときには、ステップ１０６．１０９は共に否定判断さ
れ、ステップ１１３においてフラグＦが「１」にセット
されているか否かが判定される。いま、フラグＦがセッ
トされているので、ステップ１１３は肯定判断されてス
テツプ１１１において逆転パルスが発生される。この逆
転パルスは、第１図における逆流防止用ダイオード５５
を介してプリドライブ回路３０のｂ−ｄ端子に送り込ま
れ、プリドライブ回路３０の三つのフリップフロップ３
１〜′３３を一斉に反転動作させる。フリップフロップ
３１〜３３が反転動作されると、上述のように、励磁コ
イル２２の通電方向が反転され、励磁コイル鉄心２１の
極性が反転されるため、各永久磁石１１には、第５図（
イ）に矢印で示したのとは反対方向にトルクが発生する
。従って、ステップ１１１において逆転パルスが発生さ
れることによって、可動子１０の移動方向が逆転される
。そして、ステップ１１２では、フラグＦがリセットさ
れて「０」とされる。

可動子１０へのトルクが反転されても、慣性によってた
たちには可動子１０は逆転しないが、やがて移動方向が
変えられ、第１５図の如く、移動位？＆Ｐは再び指令位
ｆｉＰｃに到達する。このとき、ステップ１０６は再び
肯定判断されてデユーティ比ＤＵＴＹがゼロとされると
ともに、ステップ１０８においてフラグＦが１１−１に
セットされる。

現在の移動位ＭＰが指令位’ＭＩ　Ｐ　ｃに達しても、
可動子１０は再びオーバランして今度は、ステップ１０
９は肯定判断される。そして、ステップ１１０も、この
ときフラグＦがセットされているため肯定判断されて、
ステップＩＩＩにおいて逆転パルスが発生され、再び可
動子ＩＯの移動方向が逆転される。

以上の第１１図の停止位置制御ルーチンプログラムによ
る動作を繰り返すことによって、第１５図の如く、可動
子１０は指令位１ｔＰｃに停止される。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、リニアモータにおける励
磁コイルの電流制御を、永久磁石と対向する励磁コイル
の通電方向を切り換えることによって達成するので、リ
ニアモータの移動制御の内容を簡単にして、高速制御、
精密制御を可能にすることができ、さらに、コスト低減
、信軌性向上、モータの小型化を図ることができるなど
著しい効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の制御回路を示す電気回路
図、第２図〜第４図は、上記実施例の機械的構成を示し
、第２図は部分斜視断面図、第３図は第２図の■方向か
らみた断面図、第４図は第３図のＩＶ−１１７線断面図
である。第５図は、上記実施例の動作を説明するための
図、第６図および第７図は、コイル鉄心と永久磁石の個
数を変えたときの第５図と同様の説明図、第８図は、第
１図のプリドライブ回路の詳細回路図、第９図は、第１
図のドライブ回路の詳細回路図、第１０図および第１１
図は、第１図のマイクロコンピュータの主要プログラム
を示すフローチャート、第１２図〜第１５図は、第１０
図および第１１図のプログラムによる動作を説明するた
めの図である。１０−・−可動子１１−・−永久磁石２０・−・−固定子２１−−−−−−−コイル鉄心２２−一一一・−励磁コイル２８−一一一−−−検出コイル４０−−−−−ドライブ回路（通電方向切換手段）７０
−１−・・切換作動手段出願人　　トヨタ自動車株式会社第１２図ＮＣニアと二＼、っメ第１３図第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

１、可動子および固定子のいずれか一方に永久磁石を、
他方に励磁コイルおよびコイル鉄心をそれぞれ配設して
なるリニアモータであって、電源と前記励磁コイルとの
間に接続され、該励磁コイルの通電方向を切り換える通
電方向切換手段と、前記可動子の移動に伴う前記永久磁
石の磁束の変化を検出し出力する磁束検出手段と、該磁
束検出手段からの出力を受けて、前記永久磁石が前記コ
イル鉄心と対向する位置にあることを検出し、励磁コイ
ルの通電方向を切り換えるように、前記通電方向切換手
段を作動させる切換作動手段とを備えるリニアモータ。