WO2005027323A1

WO2005027323A1 - リニアモータ

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Publication number: WO2005027323A1
Application number: PCT/JP2003/011430
Authority: WO
Inventors: Fumio Sakiya
Original assignee: Rorze Corporation
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2003-09-08
Publication date: 2005-03-24
Also published as: US20070035184A1; AU2003261993A1; JP4417910B2; JPWO2005027323A1; US7425783B2

Abstract

リニアモータの固定子部は１２０度の位相差を持つ電流が流されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル部（１０Ｕ）、（１０Ｖ）、（１０Ｗ）を有する。各相のコイル部は時計回りに巻回した第１のコイルと反時計回りに巻回した第２のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列して成る。第１のコイルと第２のコイルとの延在長を３６０度とした場合、Ｖ相のコイル部はＵ相のコイル部に対して１２０度だけ、Ｗ相のコイル部はＶ相のコイル部に対して１２０度だけそれぞれ移動方向に関してずらしかつ重ねて設置されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル部に磁石部（３０）が移動可能に組み合わされる。磁石部の移動方向の長さはコイルにより形成される磁束の波長の１／２以下の長さとする。可動部には、コイルにより形成される磁束の１／２波長の整数倍だけ磁石部の中心から移動方向に離れた位置にホール素子（４０）が取り付けられる。このホール素子の出力に基づいて各コイル部への電流の振幅あるいは位相制御を行う。

Description

明細書リニアモータ技術分野

本発明は、可動磁石型のリニァモータに関する。背景技術

周知のように、リニアモータは固定子部と可動子部とから成る。通常、固定子部は、複数の永久磁石（以下、磁石と総称する）あるいは電気磁石（以下、電磁石と総称する）を走行方向に並べて設置することにより構成されている。一方、可動子部はコイルを有し、磁石に対してギヤップをおいて移動可能に組み合わされて構成される。コイルには可動子部の重量及び可動子部に搭載される負荷重量に応じた電力を供給する事が必要であり、運動してレ、るコィルに配線を通して電力を供給する必要がある。このため、可動子部と固定子部との間の配線にはそれなりの工夫が必要となる。可動子部側にバッテリ一を搭載してコイルへの電力供給を行えば可動子部と固定子部との間の配線を無くすことができる。し力し、この長時間走行はできない。

また、コイルを可動子部として備えるリニアモータには、コイルにおける発熱の ΡΡ§題がある。つまり、運動しているコイルの発熱を冷却するために様々な工夫が必要である。

上記の問題を解決するために、磁石を可動子部とした可動磁石型のリニアモータも提案されている。このタイプのリニアモータは、複数のコイルを走行方向に直列的に並べて設置した固定子部を有する。可動子部は 1つ以上の磁石を有し、コイルに対してギャップを置いて移動可能に組み合わされて構成される (例えば、特開平

6 - 5 4 5 1 6号公報参照）。

ところで、リニアモータにおいては、可動子部を所定の位置に停止させるために位置検出装置が必要である。これまでのリニアモータは、可動子部の位置を検出するために、固定子部側には走行方向に沿ってリニアスケールを設置し、可動子部側にはリニアスケールに対向して磁気センサを設ける。つまり、リニアスケールと磁気センサとの組み合わせによる位置検出装置により可動子部の位置を検出する。位置検出装置の検出値に基づいてコイルへの電流を制御することで可動子部の走行制御及立置制御を行う。

しかしながら、リニアスケールは安価ではなく、これによる部品コスト増、リニァスケール設置のための作業コスト増、メンテナンスコスト増という問題がある。そこで、本発明の目的は、リエアスケール無しで走行制御を可能にした可動磁石型のリユアモータをすることにある。

本発明の他の目的は、リニァスケール無しで位置制御を可能にした可動磁石型のリニアモータを提供することにある。発明の開示

本発明によるリニァモータは、移動方向に直列的に並べて固定配置されたコイル部を持つ固定子部と、コイル部で発生される磁束と作用して移動方向に移動可能であるように組み合わされた 1つ以上の磁石を持つ可動子部とを備える。

本発明の第 1の態様によれば、固定子部はコイル部として位相差を持つ電流が流される N相（但し、 Nは 3以上の整数）のコイル部を有する。各相のコイル部は時計回りに巻回した第 1のコイルと反時計回りに卷回した第 2のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列して成る。第 1のコイルと第 2のコイルとの延在長を 3 6 0度とした場合、第 2相のコイル部は第 1相のコィノレ部に対して（3 6 0 ZN) 度だけ、第 3相のコィノレ部は第 2相のコイル部に対して（3 6 0 ZN) 度だけ、第 N相のコイル部は第（N— 1 ) 相のコィル部に対して（3 6 0 ZN) 度だけそれぞれ移動方向に関してずらし、かつ重ねて設置される。 N相のコイル部には磁石が組み合わされる。磁石の移動方向の長さはコイルにより形成される磁束の波長の 1 Z 2以下の長さとされる。可動子部には、磁石の中心からあらかじめ定められた距離だけ移動方向に離れた位置に第 1の磁電変換素子が取り付けられる。第 1の磁電変換素子の出力に基づいて各コイル部への電流の制御が行われる。

本発明の第 2の態様によれば、固定子部はコィル部として 9 0度の位相差を持つ電流が流される A相、 B相のコイル部を有する。各相のコイル部は時計回りに卷回した第 1のコイルと反時計回りに卷回した第 2のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列してなる。第 1のコイルと第 2のコイルとの延在長を 3 6 0度とした場合、 B相のコィノレ部は A相のコイル部に対して 9 0度だけ移動方向に関してずらし、力つ重ねて設置される。 A相、 B 相のコイル部には磁石が組み合わされる。磁石の移動方向の長さはコイルにより形成される磁束の波長の 1 / 2以下の長さとされる。可動子部には、磁石の中心からあらかじめ定められた距離だけ移動方向に離れた位置に第 1の磁電変換素子が取り付けられる。第 1の磁電変換素子の出力に基づいて各コイル部への電流の制御が行われる。

第 1、第 2の態様のいずれにおいても、コイル部は、各相の積層方向が磁束の発生方向と同じになるように設置され、磁石は略逆 U形状を有して積層されたコィル部を跨ぐように組み合わされる。これにより、積層されたコィル部の両側面の一方にギヤップをおいて磁石の一方の磁極が対向し、積層されたコイル部の両側面の他方にギヤップをおいて磁石の他方の磁極が対向するようにされる。

第 1、第 2の態様のいずれにおいても、磁石を 2個以上備える場合、 2個以上の磁石は、異磁極が互!/ヽに隣接するように移動方向に並べて備えられることが好ましい。

第 1、第 2の態様のいずれにおいても、第 1の磁電変換素子の検出信号は無線信号あるレヽは光信号で固定部側に設置された受信機に送信されるのが好ましレ、。第 1、第 2の態様のいずれにおいても、磁石の中心と第 1の磁電変換素子との間のあらかじめ定められた距離は、コイルにより形成される磁束の 1 / 2波長の整数倍の値にされることが好ましい。

第 1、第 2の態様のいずれにおいても、可動子部には更に、磁石の中心と第 1の磁電変換素子とを結ぶ線分上であって第 1の磁電変換素子とは別の位置に少なくとも 1個の第 2の磁電変換素子が取り付けられても良い。この場合、第 1の磁電変換素子と第 2の磁電変換素子との間の距離はコイルにより形成される磁束の 1 / 4波長の値にされる。また、第 1の磁電変換素子、第 2の磁電変換素子の検出信号は無線信号あるいは光信号で固定部側に設置された受信機に ¾i言するようにされる。更に、受信機で受信された第 1の磁電変換素子、第²の磁電変換素子の検出信号を受けて可動子部の位置制御を行う制御部を備えることが望ましレ、。図面の簡単な説明

図 1は、本発明によるリニァモータの第 1の実施例とその制御系の概略構成を示した図であり、

図 2は、本発明を三相リユアモータに適用した場合の三相のコイル部を説明するための図であり、

図 3は、本発明による三相リニァモータにおけるコイル部と磁石部との関係を示した図であり、

図 4は、本発明による三相リユアモータの各コイル部に流される電流波形の一例を示した波形図であり、

図 5は、本発明による三相リニァモータにおいて三相のコイル部と磁石部との相互作用により磁石部に作用する力を説明するための図であり、

図 6 (a)、図 6 (b) は、本発明による三相リニアモータにおいて三相のコイル部と磁石部との相互作用により磁石部が移動する原理を説明するための波形図であり、

図 7 (a)、図 7 (b) は、本発明による三相リニアモータにおいて三相のコイル部と磁石部との相互作用により磁石部が移動する原理を説明するための波形図であ、

図 8 (a)、図 8 (b) は、本発明による三相リニアモータにおいて三相のコイル部と磁石部との相互作用により磁石部が移動する原理を説明するための波形図であ、

図 9 (a)、図 9 (b) は、本発明による三相リニアモータにおいて三相のコイル部と磁石部との相互作用により磁石部が移動する原理を説明するための波形図であ、

図 10 (a)、図 10 (b) は、本発明による三相リニアモータに備えられるホール素子の位置を説明するための図であり、

図 1 1 (a) 〜図 1 1 (c) は、本発明による三相リニアモータに備えられたホール素子の機能を説明するための図であり、

図 1 2 ( a ) 〜図 1 2 ( c ) は、本発明による三相リニアモータに備えられたホール素子の検出信号を用いてコィル電流の振幅制御を行う場合にっヽて説明するための図であり、

図 1 3は、本発明を二相リニァモータに適用した場合の二相のコイル部、磁石部との関係、ホール素子の取り付け位置を説明するための図であり、

図 1 4 ( a ) 〜図 1 4 ( c ) は、本発明によるリニアモータの磁石部に 2個以上の磁石を備える場合について説明するための図であり、

図 1 5 ( a ) 〜図 1 5 ( d ) は、本発明によるリニアモータに 2個のホール素子を取り付けて位置制御を行う場合について説明するための図であり、

図 1 6は、図 1に示された制御部の構成を説明するプロック図であり、図 1 7は、リニアモータの動作原理を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

はじめに、図 1 7を参照して本発明によるリニアモータの駆動原理について簡単に説明する。本発明が適用されるリユアモータは可動磁石型であり、矩形状のコィル 1 0 0が固定部 2 0 0の設置面に固定される。特に、コイル 1 0 0はその磁束の発生方向が設置面に対して亍になるように立設される。換言すれば、コイル 1 0 0は、その四辺のうち二辺が設置面に垂直になるように立設される。

一方、磁石部 3 0 0は、永久磁石本体（以下、磁石本体と呼ぶ） 3 0 1と、その両磁極端から下方に延びるように垂設されたヨーク部 3 0 2、 3 0 3と力ら成り、略逆 U字形状を有する。ここでは、ヨーク部 3 0 2が S極、ヨーク部 3 0 3は Ν極であり、 S極、 Ν極の磁極面がそれぞれコイル 1 0 0にギャップをおいて対向している。なお、磁石部 3 0 0は、図示しない支持部を介して矢印 3 0 5で示す方向に自由に移動可能にされているものとする。また、磁石部 3 0 0の移動方向の長さは、 1個のコイル 1 0 0の移動方向の延在長以下としている。

ここで、コイル 1 0 0に矢印で示す方向に電流が流れるとする。この場合、コィル 1 0 0の四辺のうちヨーク部 3 0 2、 3 0 3間にある垂直方向の一辺に流れる電流がヨーク部 3 0 2 , 3 0 3間の磁束と作用し、フレミングの左手の法則によりコィル 100には図 17中、右方向への駆動力が発生する。しかし、コイル 100は固定されているので、移動可能にされている磁石部 300が図 17中、左方向へ移動する。なお、コイル 100の設置面に平行なコイル 100の二辺に発生する駆動力は相殺される。

図 17は、説明を簡略化するためにコイル 100を 1個のみ示している力本発明によるリニアモータは、三相あるいは二相のコイルを使用する。以下では、本発明の第 1の実施例として、三相コイルを使用する場合について説明する。

図 2を参照して、三相コィノレ部は U相コイル部 10U、 V相コイル部 10 V、 W 相コィノレ部 10Wを有する。はじめに、 U相コイル部 10Uについて説明する。 U 相コィル部 10 Uは、時計回りに複数回巻回した矩形状の第 1のコイルと反時計回りに複数回巻回した矩形状の第 2のコイルとを対として有する。これら一対のコィルは可動子部の移動方向に隣接するようにされると共に直列接続される。しカゝも、複数対のコイルが移動方向に配列されると共に直列接続される。以下では、可動子部の移動方向を単に移動方向と呼ぶ。 U相コイル部 10 Uは、磁束の発生方向が移動方向に直角、カゝっ設置面に TOな方向となるように立設される。換言すれば、矩形状のコイルの四辺のうち、二辺が設置面に垂直になるように立設される。ここで、一対のコイルの延在長を 360度 [2 π (r a d)] とする。

U相コィノレ部 10Uと同様に V相コイル部 10V、 W相コイル部 10Wが作られる。 V相コイル部 10 Vは U相コイル部 10Uから 120度 [2 π/3 (r a d)] ずらして配置される。 W相コイル部 10Wは V相コィノレ部 10Vから 120度ずらして配置される。しかも、 U相コイル部 10U、 V相コイル部 10V、 W相コイル部 10Wは積層される。積層方向は、磁束の発生方向、つまり移動方向に直角力つ設置面にな方向とする。

上記のように、三相コイルは、 U相コイル部 10Uと、 U相コィノレ部 10Uに対して 120度ずらして配置された V相コイル部 10Vと、 240度ずらして配置された W相コィル部 10 Wとを積層した構成を持つ。これにより、 U相コィル部 10 U、 V相コイル部 10 V、 W相コィノレ部 10Wにそれぞれ 120度ずつ位相のずれた電流を流すと、同一方向に磁束が発生される。

なお、各コイルは、巻線が同心状に多重巻きされた、いわゆる完全な空心コイルで良い。

図 3を参照して、磁石部 3 0は、磁石本体 3 1と、その両磁極端から下方に延ぴるように垂設されたヨーク部 3 2， 3 3と力ら成り、略逆 U字形状を有する。磁石部 3 0全体を 1つの磁石で構成しても良く、また、ヨーク部 3 2、 3 3に磁石を備える構成であっても良い。いずれにしても磁石部 3 0全体を 1つの磁石とみなすことができる。磁石部 3 0は、積層された三相コイル（以下、積層コイル部と呼ぶ）を跨ぐように設置される。ここでは、ヨーク部 3 2は S極、ヨーク部 3 3は N極であり、 S極、 N極はそれぞれ積層コイル部の両側面にギャップをおいて対向している。後述するように、磁石部 3 0の移動方向の延在長は、積層コイル部により形成される磁束の波長の 1 / 2以下とする。勿論、磁石部 3 0は、図示しない支持部を介し、ガイド部に沿って矢印 3 7で示す方向に移動可能にされているものとする。上記のように積層コイル部に磁石部 3 0を移動可能に組み合わせ、図 4に示すよう ίこ、 Uネ目コイノレ¾5 1 0 U、 V卞目コィノレ 0 V、 W本目コィノレ音 I 0Wのそれぞれに 1 2 0度の位相差を持つ交流電流を流す。すると磁石部 3 0カゝらの磁束と U相コィル部 1 O U、 V相コイル 1 0 V、 W相コイル部 1 OWに流れる電流、特に設置面に垂直方向の電流とにより、両者の間には力が生ずる。

図 4の TZ4のタイミングにおいて U相、 V相、 W相のコイル部により磁石部 3 0に作用する 3つの力とそれらの合力を図 5に示す。図 5において、例えば位置 A では U相コィル部 1 0 Uにより磁石部 3 0に作用する力は 0であり、 V相コィル部 1 0 V、 W相コイル部 1 0 Wにより磁石部 3 0に作用する力は互いに反対向きで同じである。それ故、上記 3つの力の合力は 0である。位置 Bでは、 U相コイル部 1 0 Uにより磁石部 3 0に作用する力は最大であり、 V相コイル部 1 0 V、 W相コィル 1 0 Wにより磁石部 3 0に作用する力は同じ値でしかも同じ向きである。それ故上記 3つの力の合力は最大である。その結果、磁石部 3 0に働く力は図 5の A— C 間につレ、て言えば図 5中右向きとなり、 C一 E間につレ、て言えば図 5中左向きとなる。

図 6 ( a ) , 図 6 ( b ) 〜図 9 ( a ) , 図 9 ( b ) は、上記のような三相の積層コィル部に流れる電流と磁石部 3 0との相互作用により、磁石部 3 0が移動する原理を順に示している。磁石部 3 0は、その延在長がコイル部により形成される磁束の波長の 1/2とされているものとする。

なお、図 6 (a)、図 7 (a)、図 8 (a)、図 9 (a) はある時刻における力の波形を示しており、横軸はコイルに対する位置を示す。ある時刻における力の波形は、ある時刻における磁束の波形と同じと考えて良い。それゆえ、後述される図 10〜図 15では、合成磁束の波形を示している。一方、図 6 (b)、図 7 (b)、図 8 (b)、図 9 (b) は電流波形を示しており、横軸は時間を示す。

図 6は三相のコイル電流が時刻 T aの時、つまり U相の電流値が正の最大値、 V 相、 W相の電流値が負の同じ値である時に、各相のコイル電流と磁石部 30の磁束との相互作用により磁石部 30に作用する 3つの力とそれらの合力を示す。

図 7は、各相のコイル電流が時刻 Tbの値に変化することにより、合力の最大値が図 6 (a) の A点から図 7 (a) の B点、つまり図 7 (a) 中右彻 jにシフトしたことを示している。これにより、磁石部 30は図中右方向に移動する。

図 8は、各相のコイル電流が時刻 T cの値に変化することにより、合力の最大値が図 7 (a) の B点から図 8 (a) 中右側の C点にシフトしたことを示している。これにより、磁石部 30は更に図中右方向に移動する。

図 9は、各相のコイル電流が時刻 Tdの値に変化することにより、合力の最大値が図 8 (a) の C点から図 9 (a) 中右側の D点にシフトしたことを示している。これにより、磁石部 30は更に図中右方向に移動する。

以上のように、 U相、 V相、 ^^相の各コィル部への電流が丁&→1^→1^→丁 dと変ィ匕した時、各相のコイル部に流れる電流と磁石部 30の磁束との相互作用により、移動自在にされている磁石部 30は、電流変化に追随、つまり同期して A点 →8点→じ点→0点のょうに順に移動する。

図 6〜図 9のように磁石部 30は移動可能である。しかし、例えば磁石部 30の移動に際して負荷が大きくなり駆動力を多く必要とした場合、積層コイル部の磁束により正確に磁石部 30を駆動することができなレ、^がある。この場合、積層コィル部の磁束に対して磁石部 30が遅れ無しで確実に動いているかどうかわからない。

この問題点を角军決するために、本実施例によるリニアモータは、図 10に示すように、磁石本体 31の中心からあらかじめ定められた距離だけ移動方向に離れた位置に、磁電変換素子としてホール素子（第 1のホール素子） 40を備えている。磁電変換素子は磁界強度を電気信号に変換する素子であり、ホール I C、ホール素子、磁気抵抗素子等が知られている。本発明では、これらのいずれの素子を用いても良 Vヽが、以下ではホール素子を用いる場合につ！/ヽて説明する。

図 10 (a) 、図 10 (b) は三相の積層コイル部の合成磁束波形を示す。ホール素子 40は磁界強度を計測するためのものであり、磁石本体 3 1と共に移動可能である。あらかじめ定められた距離は、磁石本体 31が左右からの力に対してパランスしている状態において、磁石本体 31の中心から積層コイル部の磁束（合成磁束）の 1 Z 2波長の整数倍だけ移動方向に進んだ箇所である。ここでも、磁石本体 31 の移動方向の延在長は、積層コイル部により形成される合成磁束の波長の 1 /2としている。

図 10 ( a ) は積層コィル部の磁束の 1/2波長の 2倍だけ移動方向に進んだ箇所にホール素子 40を取り付けた例を示す。図 10 ( b ) は積層コイル部の磁束の 1/2波長の 1倍だけ移動方向に進んだ箇所にホール素子 40を取り付けた例を示す。

図 10 (a) の例について説明する。磁石本体 3 1の移動中、ホール素子 40により磁界強度を測定すると、図 1 1 ( a ) のように、磁石本体 31の中心が合成磁界強度 0の位置にある時、つまり同期状態で移動している時にはホール素子 40も合成磁界強度 0の位置にあり出力は現れない。しカし、例えば図 1 1 (b) に示すように、同期状態から外れて磁石本体 3 1の移動が遅れると磁石本体 31の中心も合成磁界強度 0の位置から外れ、ホール素子 40は合成磁界強度 0の位置よりやや手前に位置することになる。その結果、ホール素子 40はその位置での合成磁界強度に対応した出力（正の値）を発生する。図 1 1 (c) に示すように、磁石部 30 の移動が図 1 1 (b) の場合よりも更に遅れると、ホーノレ素子 40は、図 1 1 (b) の場合より更に手前に位置することになる。その結果、ホール素子 40は図 1 1 (b) の場合より更に大きな出力を発生する。つまり、積層コイル部の磁束（合成磁束）に対して磁石本体 31の移動が図 1 1 (b；)、図 1 1 (c) のように遅れると、ホール素子 40はその遅れに応じた値の検出信号を発生する。

この検出信号は後述する制御部にフィ一ドバックされる。制御部は、図 1 2のように、磁石本体 3 1の遅れに対してコイル電流の振幅を増カ卩させることにより、確実にコイル部の磁束に追随するように磁石本体 3 1を移動させる走行制御を行う。図示していないが、磁石本体 3 1の遅れに応じてコイル電流の位相をずらすことにより磁石本体 3 1の走行制御を行うようにしても良い。

なお、ホール素子 4 0は、磁石本体 3 1が遅れると正の検出信号を出力するが、仮に磁石本体 3 1が進み過ぎた場合には負の検出信号を出力する。この、制御部は、コイル電流の振幅を增カロさせて磁石本体 3 1にカ卩わる左方向の力を強くする力、、又は、位相を上記とは反対方向にずらす制御動作を実行する。コイル電流の振幅あるいは位相制御は、三相のそれぞれについて同じ比率で行われる。いずれにしても制御部は、磁石本体 3 1の走行中、常に磁石本体 3 1の中心が合成磁界強度 0 の位置近くにあるように走行制御を行う。

図 1 0 ( b ) の例は、図 1 0 ( a ) とは次の点について異なる。まず、上述のようにホール素子 4 0を取り付ける位置が異なる。このことにより、磁石部 3 0の移動中、磁石本体 3 1の中心が合成磁界強度 0の位置にない時、つまり同期状態から外れて磁石部 3 0の移動が遅れている時、ホール素子 4 0は負の値を持つ出力を発生する点で異なる。図 1 0 ( b ) のこれらの点以外の態様については図 1 0 ( a ) と同様である。

図 1は本発明の第 1の実施例によるリニァモータとその制御系の構成図を示す。磁石部 3 0はスライダ 5 0に取り付けられている。スライダ 5 0は、 U相コイル部 1 0 U、 Vネ目コイル部 1 0 V、 W相コイル部 1 0W力ら成る積層コイル部の延在方向に移動可能に支持（支持構造は図示省略）されている。上述したように、磁石本体 3 1の中心から積層コィル部の磁束（合成磁束）の 1 / 2波長の整数倍だけ移動方向に進んだ箇所のスライダ 5 0にホール素子 4 0を取り付けている。特に、ホール素子 4 0は、積層コイル部の両側面のうちの一方にギヤップをおいて対向するように配置されている。スライダ 5 0にはまた、ホール素子 4 0からの検出信号を無線信号で送信するために、アンテナを含む発信器 5 1及び送信電力を確保するためのバッテリー 5 2等を搭載している。バッテリー 5 2は送信電力を得るためのものであるので、小容量でも長時間の使用が可能である。なお、検出信号は光信号として送信されても良い。一方、固定部側には、発信器 5 1からの検出信号を受信するアンテナ 6 1と、制御部 6 0に接続され、アンテナ 6 1からの検出信号を受けて上述した U相コイル部 1 0 U、 V相コイル部 1 0 V、 W相コイル部 1 0Wへ流す電流の振幅制御や位相制御を行う事で可動部の走行制御を行う制御部 6 0とが設置されている。

なお、ホール素子 4 0の信号は、無線や光を利用する他に、スライダ 5 0と制御部 6 0との間を有 ,線で接続するようにしても同じ効果を発揮することができる。この場合、検出信号用の配線は信号線と G N D線とによる 1回線で良く、可動コイルとした場合に三相のコイルに電力を供給するための三相電力ケーブルとは異なり、配線はそれほど難しいことではない。

上記の第 1の実施例は三相リニアモータの場合であるが、本発明は N相（Nは 3 以上の整数）のリニアモータに適用可能である。この場合、固定子部はコイル部として位相差を持つ電流が流される N相のコイル部を有する。各相のコイル部は時計回りに卷回した第 1のコイルと反時計回りに卷回した第 2のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列して成る。第 1のコイルと第 2のコイルとの延在長を 3 6 0度とした^ \ 第 2相のコィノレ部は第 1相のコイル部に対して（3 6 0ZN) 度だけ移動方向にずらして配置される。第 3相のコイル部は第 2相のコイル部に対して（3 6 0 ZN) 度だけ移動方向にずらして配置される。同様にして、第 N相のコイル部は第（N— 1 ) 相のコイル部に対して（3 6 0 /N) 度だけ移動方向にずらして配置される。勿論、 N相のコイル部は積層される。積層コイル部には磁石部力 S移動可能に組み合わされる。

また、上記の第 1の実施例では、ホール素子 4 0の取り付け位置を磁石本体 3 1 の中心位置から合成磁束の 1 / 2波長の整数倍の位置としているが、これに限定されない。つまり、ホール素子 4 0は磁石本体 3 1の中心位置からの距離があらかじめ定められていれば、どの位置に取り付けられても良い。これは後述する第 2の実施例でも同様である。

図 1 3は、本発明を二相リニァモータに適用した第 2の実施例を示す。二相リ二ァモータの:^、コイル部が二相であることと、制御部による駆動電流の制御動作が二相制御である点を除、て、制御系を含む全体構成は図 1に示された構成とほぼ同じである。それ故、リニァモータにおける本発明の要部にのみについて説明する。図 13において、二相リニアモータは A相コイル部 1 OAと B相コイル部 10B とを有する。 A相コイル部 1 OAについて説明する。 A相コイル部 10 Aは、時計回りの矩形状に巻回した第 1のコィノレと反時計回りの矩形状に卷回した第 2のコィノレとを対として有する。これら一対のコイルは移動方向に隣接するようにされると共に直列接続される。しかも、複数対のコイルが移動方向に配列されると共に直列接続される。 A相コイル部 1 OAは、磁束の発生方向力 S移動方向に直角、力つ設置面に ffiな方向となるように立設される。勿論、隣接する対の間も直列接続される。第 1の実施例と同様、一対のコイルの延在長を 360度とする。 A相コイル部 10 Aと同様に B相コィノレ部 10Bを作り、 A相コイル部 1 OAから 90度ずらして A 相コイル部 1 OAに B相コイル部 1 OBを積層する。勿論、積層方向は、磁束の発生方向、つまり移動方向に直角カゝっ設置面に TOな方向とする。磁石部 30は、第 1の実施例と同じもので良 Vヽ。つまり、磁石部 30は略逆 U字形状を有し、その移動方向の延在長を、積層コイル部により形成される合成磁束の波長の 1/2としてレ、る。そして、第 1の実施例と同様、磁石部 30の磁石本体の中心から積層コイル部の磁束（合成磁束）の 1Z2波長の整数倍だけ移動方向に進んだ箇所のスライダにホール素子 40が取り付けられる。前述したように、ホール素子 40は、積層コィル部の両側面のうちの一方にギヤップをおいて対向するように配置される。リユアモータとしての動作、ホール素子 40の機能、ホール素子 40からの検出信号を用いた走行制御動作は、第 1の実施例とほぼ同じであるので説明は省略する。上記の第 1、第 2の実施例では、磁石部 30の移動方向の長さをコィルにより形成される磁束（合成磁束）の波長の 1ノ 2の長さとし、磁石本体 31として 1個の磁石を使用する場合について説明した。代わりに、図 14 (a) 〜図 14 (c) に示すように、 2個以上の磁石を N極一S極一 N極というように交互に合成磁束の波長の 1 / 2ピツチで配置するようにしても良い。このような磁石部を用いることにより、大きな駆動力を得ることができる。

図 14 (a) は磁石本体 31が 1個の場合を示し、図 14 (b) は 2個の磁石本体 31、 31—1を用いる場合を示す。また、図 14 (c)は 3個の磁石本体 31、 31— 1、 31— 2、を用いる場合を示している。勿論、磁石本体 31、 31— 1、 31— 2のそれぞれの長さは、コイルにより形成される磁束（合成磁束）の波長の 1/2以下であれば良い。

図 1 5 (a) 〜図 15 (d) に示すように、スライダ 50 (図 1参照）に 2つのホール素子 40 a、 40 bを備えることによりスライダ 50の現在位置を正確に把握することができる。この場合、ホール素子 40 aは第 1のホール素子、ホール素子 40 bは第 2のホール素子と呼ばれても良！/、·。

図 1 5 (a) において、磁石本体 31の中心とホール素子 40 aとを結ぶ線分上であってホール素子 40 aとは別の位置にホール素子 40 bが配置される。言い換えれば、 2つのホール素子 40 a、 40 bは、磁石本体 3 1の中心が合成磁界強度 0の位置にある時、ホール素子 40 a、 40 bが異なる位置で同じ強さの合成磁束を受けることができるように配置される。例えば、ホール素子 40 aは磁石本体 3 1の中心から合成磁束の（225/360)波長分 [5 π/4 (r a d)]だけ進んだ位置に配置し、ホール素子 40 bは磁石本体 31の中心から合成磁束の（3 15 /360) 波長分 [7 π/4 (r a d)] だけ進んだ位置に配置する。つまり、ホール素子 4 O bは、ホール素子 40 aから合成磁束の（1/4) 波長分 [π/2 (r a d)] だけずれた位置に配置されている。

このように 2つのホール素子 40 a、 40 bを使用すると、合成磁界強度を検出できる他、ホール素子 40 a、 40 bの検出信号のレベルを比較することでスライダ 50の位置を検出できる。すなわち、磁石本体 31の中心が合成磁界強度 0の位置に対して遅れている量をより正確に判別をすることができる。

以上の検出能力により、電源投入時に磁石本体 3 1の中心を合成磁界強度 0の位置に合わす動作である磁極検知動作（力率検知動作とも言う）の時に磁石本体 31 すなわちスライダ 50を大きく動かさずに、合成磁束を作っているコイル電流の位相を変えて磁極検知することができる。

図 1 5 (a) 〜図 1 5 (d) を使用して説明すると次のようになる。磁極検知動作無しの場合は、電源、投入時に磁石本体 31が図 1 5 (c) の位置にある時、磁石本体 3 1は合成磁束により右方向に力を受けて、図 1 5 (c) →図 1 5 (b) →図 1 5 (a) と動いて、磁石本体 31は図 1 5 (a) の位置で左右からの力がパランスして停止する。

磁極検知動作がある場合は、電源投入時に磁石本体 31が図 1 5 (c)の位置にある時、霞原投入と同時にホール素子 40a、 4 Obの検出信号レベルを後述する図 1 6の制御部 60で比較して磁石本体 31と合成磁束の位相ずれ量を計算する。制御部 60は、計算した位相ずれ量に応じて図 15 (d) のように合成磁束の位相を制御して、磁石本体 31に位置に合成磁束の位相を合わせる。これは、電源投入時に磁石本体 31を動かすこと無く、合成磁束の位相合わせを行うことができることを意味する。

図 16は、前述した三相リニアモータ用の制御部 60の内部構成を示す。この制御部 60は、図 10のようにホール素子が 1個のみ備えられる場合、図 15のようにホーノレ素子が 2個備えられる、あるいは 3個以上備えられる場合のレヽずれにあ適用され得る。

制御部 60は、 CPU60— 1、記憶装置 60— 2、発振器 60— 3、発振器 6 0— 3の出力パルスをカウントするカウンター 60— 4を含む。制御部 60はまた、 U相コィノレ部 10U用のドライブ系として波形変難 60— 5 U、 D/A変腿 6 0 _ 6 U、電流増幅器 60-7 Uを備える。制御部 60は更に、 V相コイル部 10 V用のドライブ系として波形変 «60_5ν、 DZA変 60— 6V、電流増幅器 60— 7Vを備え、 W相コイノ ^l 0W用のドライブ系として波形変 60 一 5 W、 D/A変^ §60— 6 W、電流増幅器 60一 7 Wを備える。

なお、図 16では制御部 60の機能を理解し易くするために発振器 60— 3を独立した構成要素として示しているが、実際には発振器 60-3の機能は C PU 60 一 1で実現される。つまり、 CPU60—1はクロックノ、。ルス生細能を有する。 - 勿論、 CPU60— 1とは別に、周知のパルス生 βが備えられても良いことは言うまでも無い。

C P U 60 _ 1には、原投入時に図示しなレヽ設定値入力部から初期データが与えられる。初期データというのは、本リニアモータに固有の固定データである。例えば、ホール素子により合成磁界強度を測定し、磁石本体 31の位置に対して積層コィル部により形成される合成磁界の位相を合わせる磁極検知 (力率検知)動作や、スライダ 50を原点センサ（図示せず）に合わせて原点位置データを取得する原点サーチ動作等を行うために必要なデータである。

CPU60-1にはまた、スライダ 50の走行開始に先立ち、設定値入力部から可変データが与えられる。可変データというのは、必要に応じて変更可能なデータであり、例えばスライダ 50の走行速度データ、停止位置（目標位置）データ等である。 CPU6 0— 1は、上記の固定データ、可変データを受信すると記憶装置 6 0 - 2に記憶する。

CPU60— 1は、スライダ 50の走行制御を開始する際には、記憶装置 60— 2から上記の各種データを読み出し、読み出したデータに基づいて発振器 60-3 の発振周波数を決定して発振器 60— 3を発振させる。発振器 60— 3からの出力パルスはカウンター 60— 4でカウントされ、カウント値が波形変 §60_5U、 60-5 V, 6 0— 5Wに出力される。波形変 »60— 5U、 60-5 V, 60 —5Wは、それぞれカウンター 60— 4のカウント値に基づいて U相コィノレ部 10 U、 V相コイル咅 10V、 W相コイル部 10Vに流す電流波形を規定する波形データを作成し、ディジタルデータとして出力する。これらのディジタルデータは D/ A変觸60— 6U、 60-6 V, 60 _ 6 Wによりアナログ電流に変換される。電流増幅器 60— 7U、 60-7 V, 60-7 Wは、それぞれ DZA変觸 60— 6U、 60-6 V, 60— 6 Wからのアナ口グ電流を増幅して、上記の波形データに対応する波形を持つ U相、 V相、 W相の電流を U相コイル部 10U、 V相コイル咅 |510 V、 W相ィノレ咅 10 Wに流す。

CPU 60—： Lはまた、必要に応じて電流増幅器 60— 7U、 60_7V、 60 一 7Wに対してコイル電流の振幅制御、位相制御のための制御信号 S 1を出力する。ホール素子 4 O a、 40 bの検出信号が C P U 60— 1に入力された場合に行われる制御を説明すると次のようになる。図 15 (a) で説明したように、スライダ 50 (図 1 )、つまり磁石本体 31に遅れが生じてレ、なレ、場合、ホール素子 40 a、 40bの検出信号のレベルはレ、ずれも正でかつ同じ値である。この場合、 CPU6 0— 1は、ホー/レ素子 40 a、 40 bの検出信号のレベル力 Sレ、ずれも正でかつ同じ値であれば、スライダ 50は合成磁束に同期して移動している、つまり遅れは発生していないと判定する。

しカし、図 15 (b) に示すように、磁石本体 31に遅れが生じ始めると、ホール素子 40 aの検出信号のレベルは減少し始め、ホール素子 40 bの検出信号のレベルは増加し始める、つまり、図 15 (b) は、スライダ 50に大きな負荷がかかり、磁石本体 31に遅れ生じた ^を示して、る。磁石本体 31はスライダ 50 と共に移動するので、スヲイダ 50の遅れと磁石本体 31の遅れは同じである。それゆえ、以下では遅れの对象を磁石本体 31として説明を行う。磁石本体 31が同期状態（正常状態）から遅れた場合、 CPU60-1は以下の制御動作を実行する。

C P U 60— 1は、ホーノレ素子 40 a、 40 b力、らの検出信号を基に磁石本体 3 1 (スライダ 50) の位置と各コイル部に流れている電流を把握する。磁石本体 3 1に遅れがある:^、 CPU60-1は電流増幅器 60— 7U、 60— 7V、 60 - 7 Wに電流振幅を増加することを示す制御信号 S 1を出力する。その結果、 U相コィル部 10 U、 V相コィル部 10 V、 W相コィル部 10 Wに流れる電流振幅が増加される。これにより、積層コイル部が形成する合成磁界強度が増大し、磁石本体

31にはその中心が合成截界強度 0の位置に位置するように推力が作用する。しカゝし、それでもスライダ 50にかかる負荷が大きくて磁石本体 31が合成磁束に追従しない時は、磁石: 体 31は図 15 (c) に示すように、図 15 (a) の同期状態から合成磁束の（1 Z4) 波長 [π/2 (r a d)]分だけ遅れてしまう。この場合、ホール素子 40 a、 40 bの検出信号のレべノレは同じ値であるが極性は異なる。つまり、ホール素子 40 aの検出信号のレベルは負、ホール素子 4 Obの検出信号のレベルは正である。これは、ホーノレ素子 40 a、 4 Obの検出信号のレべルが正で同じ値である状餱から、ホール素子 40 a、 40 bの検出信号のレベルが同じで極性が異なる状態までの間は、磁石本体 31の遅れは合成磁束の (1/4) 波長 [π/2 (r a d)]未満であることを意味する。 CPU60— 1は、ホール素子 40 a、 40bの検出信号のレベル及び極性の相関関係から上記の判別を行う。 C P U 60— 1はまた、上記の相関関係から磁石本体 31の遅れがどの程度である力を距離で算出することできる。この場合の距離は、同期状態にぉレヽて磁石本体 31があるべき位置かられた距離を意味する。

図 15 (c) の遅れ状擦になると、 CPU60— 1は、ホール素子 40 a、 40 bからの検出信号を基に、発振周波数を下げるように発振器 60— 3に指示を出す。その結果、 U相コィノレ部 1 0U、 V相コィノレ部 10 V、 W相コィノレ部 10Wに流れる電流の周波数が低下し、合成磁束の進む速度（合成磁束の変化速度）が遅くなるので、スライダ 50は合成磁束に追随し易くなる。しかし、それでも、移動中である磁石本体 31が遅れる、 C PU 60— 1は、まず発振器 60— 3を停止させる。この場合、カウンター 60— 4は発振器 60— 3停止時のカウント値を保持し続ける。そして、更に遅れが続くのであれば、カウンター 60— 4のカウント値を減らす。この場合は、 U相コイル部 10U、 V相コィル部 10V、 W相コイル部 1 OWに流れる電流はW相→V相→U相→W相→V 相' · ·と今までカウンター 60— 4のカウント値が増加していた時とは逆となり、合成磁束の進む方向も逆となって、図 15で示すと図 15 (c) から図 15 (d) の方向に進むこととなる。この^^、時間の経過と共に図 15中、右から左へと移動していた合成磁束波形を、図 15 (c) から図 15 (d) の波形となるように逆行させることで磁石本体 31の遅れを解消することができる。

上記のようにして、 CPU60— 1は、磁石本体 31の中心が合成磁界強度 0の位置にある同期状態から合成磁束の（ 1 / 4)波長以上は遅れないようにしている。つまり、磁石本体 31は、同期状態から合成磁束の（1/4) 波長近くまで遅れることはあっても脱調することは無い。

以上の説明は、負荷に起因して磁石本体 31が正常状態（同期状態）から遅れる場合であるが、停止している磁石本体 31を強制的に前進させようとした場合も、磁石本体 31が正常伏態から合成磁束の 1 /4波長まで進む間は、 U相コイル部 1 0 U、 V相コィノレ部 1 0 V、 W相コィル部 10 Wの電流は増加されるが、磁石本体 31が正常状態から合成磁束の 1/4波長以上になると、 CPU60— 1はカウンター 60— 4のカウント値を増カ卩させ、合成磁束の波形を前（図 15では右側）に進める。

スライダ 50は、原点センサの位置に対応する原点位置から走行を開始するものとする。前述したように、走行開始後のスライダ 50の走行速度、停止位置（目標位置)、つまり原点位置からの移動距離は、外部の設定値入力部から可変データとして CPU 60— 1に入力され、記憶装置 60— 2に記憶されている。 CPU60— 1は、走行開始に際し、記憶装置 60— 2から上記の可変データを読み出す。 CP U 60— 1は、読み出した可変データに基づレ、て上記の走行速度、移動距離を実現するために必要な発辰器 60-3の発振周波数 F 1、総出力パルス数 P 1を算出し、算出値に基づ！/、て発辰器 60-2を制御する。この時、 C P U 60— 1は、総出力ノルス数 P 1の算出のために、発振器 60— 3の出力パルス 1周期当たりのスライダ 50の移動距離 L 1も算出する。 C PU 60— 1は、これらの算出値を保持する。

CPU60— 1は、カウンター 60— 4のカウント値に上記の移動距離 L 1を乗算してスライダ 50の現在位置を算出する。 C P U 60— 1はまた、総出力パルス数 P 1とカウンター 60— 4のカウント値とを比較し、両者の差が 0になるまで発振器 60— 2の発振を継続させる。総出力パルス数 P1とカウンター 60— 4の力ゥント値との差が 0になると、 CPU60—1はスライダ 50が目標位置に到達したものとして発振器 60-2の発振を停止させる。

発振器 60— 2の発振を停止させると、停止させる直前に流された各電流値が引き続き各相コイル部に供給されることとなる。これにより時間の経過と共に合成磁束波形が移動しなくなり、磁石本体 31 (スライダ 50 ) は一定の位置に保持される。

上記の説明で明らかなように、スライダ 50の現在位置は、カウンター 60— 4 のカウント値に移動距離 L 1を乗算して算出する。ここで、磁石本体 31が図 15

(a) のように、合成磁束の安定停止位置に対して合成磁束の 1 Z 4波長以上位置がずれると、これがホール素子 40で検出される。この:^、 CPU60—1は、カウンター 60— 4の数値を加算あるいは減算し、ホール素子 40のずれを解消するように制御する。 CPU60— 1はまた、カウンター 60— 4のカウント値を見る事によりスライダ 50 (磁石本体 31 ) の位置を正確に把握することができる。ホール素子が 1個であっても、ホール素子が 2個の場合と同様な効果が得られる。しかし、ホール素子が 2個の場合の方が磁石本体 31の位置をより詳しく把握できるためより早くカウンター 60— 4のカウント値の修正ができ、これにより磁石本体 31の位置を精密に制御できる。なお、ホール素子の数は 1個あるいは 2個に限らず、 3個以上が備えられても良い。

なお、センサを 3個以上備える場合には、誤差のある位置情報を除外して位置を算出することができるため磁石 31の制御をより精密に行うことができる。産業上の利用可能性

本発明によるリユアモータは、可動部に磁電変換素子を 1個組み合わせるだけで正確な走行制御を維持することができる。一方、磁電変換素子を 2個以上組み合わせることで磁石本体の正確な位置力 s解るため、原投入時に磁石本体が同期状態となる位置に無かった: ^であっても磁石本体の移動を防ぐ磁極検知（力率検知）動作制御を行うことができると共に、位置検出用の高価なリニァスケールを省略することができるので大幅なコスト削減ができる。本発明によるリニアモータは、半導体基板や液晶基板等のワークを搬送する搬送装置に適してレ、る。

Claims

請求の範囲

1 . 移動方向に直列的に並べて固定配置されたコイル部を持つ固定子部と、前記コイル部で発生される磁束と作用して前記移動方向に移動可能であるように組み合わされた 1つ以上の磁石を持つ可動子部とを備えたリニァモータにお、て、前記固定子部は前記コイル部として位相差を持つ電流が流される N相（但し、 N は 3以上の整数）のコイル部を有し、各相のコイル部は時計回りに卷回した第 1のコイルと反時計回りに卷回した第 2のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列して成り、しかも前記第 1のコイルと第 2のコイルとの延在長を 3 6 0度とし、第 2相のコイル部は第 1相のコイル部に対して（3 6 0 ZN) 度だけ、第 3相のコイル部は前記第 2相のコイル部に対して（3 6 0 ZN) 度だけ、第 N相のコイル部は第（N—1 ) 相のコィノレ部に対して ( 3 6 0 /N) 度だけそれぞれ移動方向に関してずらし、力つ重ねて設置されており、

前記 N相のコイル部に前記磁石が組み合わされ、該磁石の移動方向の長さを前記コィルにより形成される磁束の波長の 1 Z 2以下の長さとし、

前記可動子部には、前記磁石の中心からあらかじめ定められた距離だけ移動方向に離れた位置に第 1の磁電変換素子が取り付けられ、該第 1の磁電変換素子の出力に基づいて各コイル部への電流の制御を行うことを特徴とするリユアモータ。

2. 移動方向に直列的に並べて固定配置されたコイル部を持つ固定子部と、前記コイル部で発生される磁束と作用して前記移動方向に移動可能であるように組み合わされた 1つ以上の磁石を持つ可動子部とを備えたリニアモータにおいて、前記固定子部は前記コイル部として 9 0度の位相差を持つ電流が流される A相、 B相のコイル部を有し、各相のコィノレ部は時計回りに卷回した第 1のコイルと反時計回りに卷回した第 2のコイルとを対として移動方向に隣接させると共に直列接続したものを移動方向に複数対配列して成り、しかも前記第 1のコィノレと第 2のコィルとの延在長を 3 6 0度とし、前記 B相のコイル部は前記 A相のコイル部に対して 9 0度だけ移動方向に関してずらし、力つ重ねて設置されており、前記 A相、 B相のコイル部に前記磁石が組み合わされ、該磁石の移動方向の長さを前記コィルにより形成される磁束の波長の 1 Z 2以下の長さとし、

前記可動子部には、前記磁石の中心からあらかじめ定められた距離だけ移動方向に離れた位置に第 1の磁電変換素子が取り付けられ、該第 1の磁電変換素子の出力に基づいて各コイル部への電流の制御を行うことを特徴とするリエアモータ。

3 . 前記第 1の磁電変換素子の検出信号を無線信号あるいは光信号で固定部側に設置された受信機に言するようにしたことを特徴とする請求項 1〜 2のいずれかに記載のリニァモータ。

4 . 前記あらかじめ定められた距離は、前記コイルにより形成される磁束の 2波長の整数倍の値にされることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれかに記載のリニァモータ。

5 . 前記可動子部には更に、前記磁石の中心と前記第 1の磁電変換素子とを結ぶ線分上であつて前記第 1の磁電変換素子とは別の位置に少なくとも 1個の第 2の磁電変換素子が取り付けられ、前記第 1の磁電変換素子と前記第 2の磁電変換素子との間の距離は前記コイルにより形成される磁束の 1 /4波長の値にされ、前記第 1 の磁電変換素子、第 2の磁電変換素子の検出信号は無線信号あるレ、は光信号で固定部側に設置された受信機に言するようにされ、前記受信機で受信された前記第 1 の磁電変換素子、第 2の磁電変換素子の検出信号を受けて前記可動子部の位置制御を行う制御部を備えたことを特徴とする請求項：！〜 4のいずれかに記載のリニァモータ。