WO2006038510A1

WO2006038510A1 - リニアモータシステム

Info

Publication number: WO2006038510A1
Application number: PCT/JP2005/017858
Authority: WO
Inventors: Kenji Yamada; Akihiko Maemura; Shinya Morimoto; Toru Shikayama; Yoshiyuki Tanaka; Mamoru Takaki
Original assignee: Yaskawa Electric Corp; Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2007-04-01
Also published as: KR100984604B1; KR20070072866A; TW200626388A; JPWO2006038510A1; JP4797988B2; US20080106155A1; US7619377B2

Abstract

　リニアモータのロングストローク化を省エネ、低コストでできるリニアモータシステムを提供する。　リニアモータ１００と、可変電圧を供給するコントローラ７と、ストローク方向に分割された複数の巻線群４を構成する各相の相巻線５を開閉する巻線切替え装置６とから構成されるリニアモータシステムおいて、巻線切替え装置６を三相整流手段と、その直流出力側の両端に設けられた半導体スイッチおよびこれに各々並列接続された抵抗とコンデンサとで構成し、複数の巻線群４を構成するそれぞれの相巻線の一端をコントローラ７の出力端に接続し、他端を巻線切替え装置６の三相整流手段の交流入力側に接続し、巻線切替え装置６の半導体スイッチを開閉することにより、ストローク方向に分割された複数の巻線群４のうち所望の巻線群４を励磁できるようにした。

Description

明細書

リニアモータシステム

技術分野

[0001] 本発明は、リニアモータのロングストローク化を省エネ、かつ低コストで構成するリニァモータシステムに関するもので、特にその卷線切替え装置を備えたロングストロークのリニアモータシステムに関する。

[0002] また、本発明は、固定子側がリニアモータ固定子と電機子卷線で構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成される固定電機子形リニアモータに関する。

背景技術

[0003] 従来のリニアモータシステムは、可動子に磁気装荷手段となる永久磁石を備え、固定子に電気装荷手段となる卷線を有し、該卷線はストローク方向に複数個並べられ、かつ、該卷線にはそれぞれ電流を流すためのコントローラが設けられ,該コントローラはそれぞれ区間切換装置に接続されている (例えば、特許文献 1参照)。

[0004] 以下、図 14を用いて従来のリニアモータシステムを説明する。

[0005] 図 14において、 900は従来のリニアモータシステム、 901は可動子、 902は永久磁石、 903は固定子、 904はコントローラ、 905は区間切換装置である。固定子 903には電気装荷手段となる卷線が設けられ、該固定子 903はそれぞれコントローラ 904に接続され、該コントローラ 904より前記固定子 903へ電流を流すことにより可動子 901 との間で推力を発生し、ストローク方向へ可動子 901が移動する。区間切換装置 905 は可動子 901の位置を計測する何らかの手段により得られた該可動子 901の位置情報によって、可動子 901と対向して推力の発生に寄与する固定子 903につながるコントローラ 904のみにのみに電流を流す指令を与える装置である。

[0006] このように、従来のリニアモータシステムは、固定子 903につながるコントローラ 904 のうち、推力に寄与する固定子 903につながるコントローラ 904に区間切換装置 905 より指令を与えて、所望の固定子 903のみに電流を流すことにより、推力の発生に寄与して、ない固定子 903には電流が流れな、ために発生損失を抑えて、省エネにてロングストローク化を行うのものである。

[0007] ところが、上述した従来のリニアモータでは、ストロークを長くするには固定子 903を所望のストローク分ほど並べればよいが、該固定子 903に繋がるコントローラ 904も固定子 903と同じ台数が必要となる。コントローラ 904は一般に高価であり、ロングストローク化するために複数台のコントローラ 904を用いることはコスト的に問題があつた。

[0008] また、コントローラ 904へ電流を流す指令を与える区間切換装置 905はストローク方向へ移動する可動子 901の位置を正確に把握し、該可動子 901と対向し推力に寄与する固定子 903につながるコントローラ 904に電流を流す指令を与える必要があり、かつ、該指令は電流の大きさ、位相、周波数をもったものでなければならない。そのため、区間切換装置 905によるコントローラ 904の制御は非常に複雑なものであるという問題があった。

[0009] さらに、従来のリニアモータシステム 900では、可動子 901がストローク方向に隣り合う固定子 903を跨、で、る状態と、可動子 901が完全に固定子 903と対向してヽる状態では、誘起電圧およびインダクタンスに違いが生じる。そのため、コントローラ 9 04から固定子 903へ電流を流すとき、固定子 903と可動子 901との相対位置により誘起電圧およびインダクタンスに違!、が生じることで制御性が低下してしまヽ、速度変動が発生する問題があった。

[0010] また、リニアモータは、一般的に可動電機子形リニアモータと固定電機子形リニアモータに大別される。

[0011] 可動電機子形リニアモータの構成は、固定子側が永久磁石や二次側導体で構成され、可動子側が電機子卷線で構成される（例えば、特許文献 2参照)。この場合リニァモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは可動子側であり、モータ制御的には回転形モータと同様に一組のモータのブロックとして扱えるので、制御しやすい。

[0012] 一方、固定電機子形リニアモータの構成は、固定子側がリニアモータ固定子と電機子卷線で構成され、可動子側が永久磁石や二次側導体で構成される（例えば、特許文献 3参照)。この場合、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは固定子側である。長ストロークの場合、固定子側電機子卷線の構成としては、複数の電機子卷線の直列接続と並列接続がある。直列接続の場合は可動子と重ならない区間も全て通電する。並列接続の場合は、可動子の移動に応じて各電機子卷線のブロックごとの区間切替が必要になる。

[0013] 区間切替の方式として、固定子ブロックと同数のリニアモータ駆動用サーボアンプで一台の固定子に対し一台のサーボアンプで制御を行い、サーボアンプそのものを切り替える方式や、一台ないしは少数のサーボアンプによって制御を行い、サーボアンプとは別に区間切替用のスィッチを設けて制御を行う場合がある。

特許文献 1 :特開平 3— 45157号公報 (第 4項、図 5)

特許文献 2：特開 2001— 78420号公報

特許文献 3：特開 2000— 224833号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] 以上に述べた、各方式のリニアモータの問題点を以下に挙げる。

[0015] 可動電機子形リニアモータでは、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは可動子側であり、モータ制御的には回転形モータと同様に一組のモータのブロックとして扱えるので、制御しやすいが、可動電機子側に通電するため、そのための配線処理が問題になることがあり、特に長いストロークの可動電機子形リニアモータを実現しようとすると、配線処理が困難になる。また、リニア同期モータの場合は、固定子側に永久磁石を配置するため、ある程度の長ストロークになると、高価な永久磁石を多用せざるを得なくなるため、コスト的に割高になる。

[0016] 一方、固定電機子形リニアモータは、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは固定子側であり、前述の配線処理の問題はなくなる。しかし、長ストロークの場合、固定子側電機子卷線の構成としては、複数の電機子卷線の直列接続と並列接続があるが、直列接続の場合は可動子と重ならない区間も全て通電することになり消費電力面で不利になるし、電機子卷線の漏れインダクタンスが大きくなるため、力率、効率の低下に繋がる。

[0017] 固定子ブロックの電機子卷線が並列接続で、固定子ブロックと同数のリニアモータ駆動用サーボアンプで、一台の固定子に対し一台のサーボアンプで制御を行い、サーボアンプそのものを切り替える方式は、複雑かつ高価なシステムとなる。

[0018] また一台ないしは少数のサーボアンプによって制御を行い、サーボアンプとは別に区間切替用のスィッチを設けて制御を行う場合が考えられるが、スィッチ動作の遅れ時間によって、電流の不連続やトルク脈動と言った問題が生じる。

[0019] 本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、ロングストローク化してもコントローラの台数を増やすことなぐかつ、上述の区間切換装置を用いて複雑な制御を必要とすること無しに、低コストで、速度変動のない、容易にロングストローク化を可能とするリニアモータシステムを提供することを目的とするものである。

[0020] また、本発明は、配線処理の問題を解決し、さらに 1台のサーボアンプで複数の電機子卷線を効率よぐ更に瞬時に切り替えることができる安価な固定電機子形リニアモータを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0021] 上記問題を解決するため、請求項 1記載の発明は、リニアモータシステムに係り、永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する卷線面を有する卷線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の卷線群から成り、該卷線群を構成する各相の相卷線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有する構成のリニアモータと、可変周波の可変電圧を前記リニアモータへ供給するコントローラと

、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を構成する各相の相卷線を適宜開閉する卷線切替え装置とから構成されるリニアモータシステムにおいて、前記卷線切替え装置を、 3相整流手段と、該 3相整流手段の直流出力側の両端に設けられた半導体スィッチおよび該半導体スィッチとそれぞれ並列接続された抵抗とコンデンサとで構成し、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を構成するそれぞれの相卷線の一端を、前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記卷線切替え装置の前記 3相整流手段の交流入力側に接続し、該卷線切替え装置を構成する半導体スイッチを開閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群のうち、所望の卷線群のみを励磁することを特徴とするものである。

[0022] 請求項 2記載の発明は、請求項 1記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する卷線群にはそれぞれストローク方向に少なくとも 1つ以上の前記可動子が対向していることを検出するセンサが備わり、該センサの信号により可動子が対向する卷線群に接続される前記卷線切替え装置の半導体スィッチを閉とすることを特徴とするちのである。

[0023] 請求項 3記載の発明は、請求項 1又は 2記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する卷線群のストローク方向長さを Lcとし、前記可動子のストローク方向長さを Lmlとしたとき、

Lml=n X Lc

n : 2以上の整数

の関係となるよう Lc、 Lmlを決め、可動子とストローク方向に完全に対向する卷線群のみを励磁することを特徴とするものである。

[0024] 請求項 4記載の発明は、請求項 1又は 2記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ Lcを、前記可動子のストローク方向長さを Lmsとしたとき、

Lms =し cz n

n : 2以上の整数

の関係にある可動子を複数個ストローク方向に並べ、該可動子を配置するピッチ Lm Pを

Lmp =Lms X {i + 1)

の関係で固定板に取付け、前記可動子がストローク方向に完全に対向する卷線群のみを励磁することを特徴とするものである。

[0025] 請求項 5記載の発明は、請求項 1又は 2記載のリニアモータシステムにおいて、前記電気装荷手段となる前記卷線群と可動子の検出を行う前記検出センサと該検出センサの信号を処理する処理回路を、パターンが施された基板に設け、該基板同士を複数個コネクタ接続することで前記固定子を形成することを特徴とするものである。

[0026] 請求項 6記載の発明は、リニアモータシステムに係り、永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する卷線面を有する卷線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが、空隙を介して対向し、該固定子はスト口ーク方向に分割された複数の卷線群から成り、該卷線群の卷線を構成する各相の相卷線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有し、また、該卷線群にはストローク方向に前記可動子と完全に対向して、ることを検出するためのセンサを設けて構成されるリニアモータと、可変周波数の可変電圧を供給するコントローラと、 3相整流手段と、該 3相整流手段の直流出力側の両端に、半導体スィッチと該半導体スイツチと並列にそれぞれ抵抗とコンデンサを設けることにより構成される卷線切替え装置と、によって構成され、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群の卷線を構成するそれぞれの相卷線の巻き始め端子を前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記卷線切替え装置の前記 3相整流手段の交流入力側に接続し、該卷線切替え装置を構成する半導体スィッチを閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を励磁するリニアモータシステムにおいて、前記卷線群のストローク方向長さを Lc、前記可動子のストローク方向長さを Lmとしたとき、

Lm=nX Lc

n: 2または 3

の関係となるよう Lcおよび Lmを決め、該卷線群には、該卷線群に備わるセンサの信号と該卷線群と隣り合う少なくとも一方の卷線群に備わるセンサの信号を用いて、該卷線群と接続される前記卷線切替え装置の開閉を行う信号を作る信号作成回路を備えたことを特徴とするものである。

[0027] 請求項 7記載の発明は、請求項 6記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路が常に n— 1個の卷線群を励磁状態とする信号を出力することを特徴とするものである。

[0028] 請求項 8記載の発明は、請求項 7記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる卷線群に設けられるセンサ力の出力信号と、該卷線群と隣り合う一方の卷線群に備わるセンサの出力信号を反転した信号との A ND処理を行った後の信号として出力する論理回路により構成したことを特徴とするものである。

[0029] 請求項 9記載の発明は、請求項 7記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる卷線群に設けられるセンサ力の出力信号と、該卷線群と隣り合う両側の卷線群に備わる 2つのセンサ出力信号を AND処理後に反転した信号とを、 AND処理を行い出力信号とする論理回路により構成したことを特徴とするものである。

[0030] また、上記問題を解決するため、本発明は、固定子側が、それぞれリニアモータ固定子と複数相の電機子卷線からなる固定子ブロックを複数、線状に配置して構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成されるリニアモータシステムにおいて、前記複数の固定子ブロックの各電機子卷線の一方の端子を 1台のリユアモータ駆動用サーボアンプの各相ラインに接続し、前記各電機子卷線の他方の端子を複数相のダイオードブリッジの中点に接続し、前記ダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子の間に半導体スィッチ素子を接続し、この半導体スィッチ素子に並列に、第 1の環流ダイオードと放電抵抗と第 2の環流ダイオードからなる直列回路を接続し、前記放電抵抗に並列に平滑コンデンサを接続し、かつ、前記半導体スィッチ素子を、前記リニアモータ固定子側に配置した可動子位置センサの位置信号に基づ、て順次オンオフ制御することで、前記複数相の電機子卷線を励磁状態と非励磁状態に切り替える卷線切替回路を設けたものである。

[0031] 本発明においては、半導体スィッチ素子がオンの場合はダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子間が短絡されるので、その固定子ブロックにおける電機子卷線の各相にサーボモータからの駆動電流が流れてリニアモータ固定子が励磁され、可動子に移動力が作用する。半導体スィッチ素子がオフになった場合はダイォードブリッジの正側共通端子と負側共通端子間がオープンになるので、その固定子ブロックにおける電機子卷線にはサーボモータ力の駆動電流は流れないが、電機子卷線に蓄えられたエネルギーは、ダイオードブリッジのダイオード、第 1および第 2の環流ダイオードを介して平滑コンデンサに吸収され、平滑コンデンサに蓄えられたェネルギ一は放電抵抗によって放電されることになる。

[0032] 前記複数の固定子ブロックに対して同数の卷線切替回路を設けることにより、各固定子ブロックを順次卷線切り替えすることで、可動子を所定方向に駆動することができる。

[0033] また、可動子位置センサによって半導体スィッチ素子の駆動信号を生成し、前記複数の固定子ブロックを順次切り替えて、くようにすることで、可動子を所定方向に駆動することができる。

発明の効果

[0034] 請求項 1に記載の発明によると、卷線切替え装置を構成する半導体スィッチを開閉することにより、閉の場合には該卷線切替え装置につながる卷線群はスター結線となつてコントローラに接続される状態となり、コントローラより電流を流すことで該卷線群に電流が流れて励磁することができる。また、開の場合にはスター結線の中性点側が開放の状態となりコントローラより電流を流しても卷線群には電流が流れずに励磁できない。よって、前記推力方向に分割された複数の卷線群のうち、該卷線群につな力 ¾卷線切替え装置の半導体スィッチを開閉することで、所望の卷線群のみを励磁することができる。推力は固定子に備わる永久磁石と対向する固定子の卷線群で発生する。

[0035] 本リニアモータシステムは、所望の卷線群のみを励磁することができるので、ロングストローク化したときに推力の発生する卷線群に生じる損失のみに抑えることができるため、省エネ化が行える。

[0036] また、コントローラは発生する推力と、該推力を発生する卷線群に生じる損失のみを供給できる容量で良ぐ本リニアモータシステムでは発生する損失を小さく抑えることができるため、ロングストローク化した際にもコントローラの容量を増やす必要が無く低コストが行える。

[0037] また、固定子は卷線群をストローク方向に複数個並べることで構成されているため、所望の個数を並べることができ、多くの個数を並べても、 1台のコントローラで運転でき、容易にロングストローク化を実現できる。

[0038] 請求項 2に記載の発明によると、卷線群に設けられる可動子が該卷線群と対向していることを検知するセンサの信号により、該センサが可動子を検知すると、該可動子と対向する固定子を構成する卷線群のみを自動的に励磁することができ、可動子の位置を計測し、励磁する卷線群に取り付く卷線切替え装置を判断する手段を必要としないため、システムの簡素化、ローコストィ匕を行うことができる。

[0039] 請求項 3に記載の発明によると、可動子のストローク方向の長さは卷線群の少なくとも 2倍以上となるため、少なくとも 1つの卷線群は完全に可動子と対向する状態こととなり、該完全に可動子と対向した卷線群のみを励磁する。

[0040] 固定子を構成する卷線群は、全て可変周波の可変電圧を供給するコントローラに並列に接続されており、可動子と完全に対抗していない状態で励磁すると、それぞれ対向する面積が異なるために各々の卷線群に発生する誘起電圧に差が生じて循環電流が流れて発生推力の低下をもたらすが、完全に可動子と対向する卷線群のみを励磁するために循環電流の発生を無くすことができる。

[0041] 請求項 4に記載の発明によると、例えば固定板に取り付く可動子が 2つの場合には、一方の可動子が卷線群のストローク方向の境目に位置し、 2つの卷線群に跨り完全に対向していない状態でも、残りの可動子は卷線群に完全に対向する状態となる。そのため、少なくとも一つの可動子は完全に卷線群に対向し、該可動子と完全に対向している卷線群のみを励磁することで、循環電流の発生を無くすことができ、スト口ーク方向へ連続した運転が行える。

[0042] 請求項 5に記載の発明によると、固定子を構成する卷線群を基板上にコイルを並べて電気的に接続することで簡単に製作することができ、かつ、可動子の有無を検出するセンサおよびその信号処理回路も該基板上に素子をマウントすることで簡単に製作することができる。

[0043] また、固定子は該卷線群をコネクタ接続することで容易に作ることができるので、コストの低減が期待できる。

[0044] 請求項 6記載のリニアモータシステムによると、卷線切替え装置を構成する半導体スィッチを開閉することにより、閉の場合には該卷線切替え装置につながる卷線群はスター結線となってコントローラに接続される状態となり、コントローラより電流を流すことで該卷線群に電流が流れて励磁することができる。また、開の場合にはスター結線の中性点側が開放の状態となりコントローラより電流を流しても卷線群には電流が流れずに励磁できない。

[0045] 可動子のストローク方向長さ Lmは固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ L cの n倍 (nは 2もしくは 3)となっており、可動子と固定子のストローク方向の相対位置関係により n個もしくは n— 1個の卷線群がストローク方向に完全に可動子と対向することになる。

[0046] 信号作成回路は、該信号作成回路が設けられる卷線群とつながる卷線切替え装置を開閉する信号を作成するものであり、該信号作成回路が設けられる卷線群のセンサ信号および該卷線群と隣り合う卷線群のセンサ信号をもとにして、該卷線群につな力 ¾卷線切替え装置を開閉することができる。こうすることにより、隣り合う卷線群と可動子の位置関係も考慮して該信号作成回路が備わる卷線群とつながる卷線切替え装置を開閉できる。

[0047] 請求項 7記載のリニアモータシステムによると、前記信号作成回路により可動子と固定子のストローク方向の相対位置関係で _n個もしくは _n— 1個の卷線群が可動子と完全に対向する場合において、 n個の時には所望の 1個の卷線群につながる卷線切替え装置のみを開とすることができ、常時 n— 1個の卷線のみが励磁される状態とすることができる。このため、コントローラ力も見た固定子の誘起電圧およびインダクタンスや抵抗のインピーダンスを常に一定とすることができる。よって、制御性を改善でき、速度変動を小さくすることができる。

[0048] 請求項 8記載のリニアモータシステムによると、 NOT素子と AND素子のみによる非常に簡単な論理回路により、可動子のストローク方向長さ Lmが固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ Lcの 2倍 (n= 2)のときの前記信号作成回路を構成できる

[0049] 請求項 9記載のリニアモータシステムによると、 NOT素子と AND素子のみによる非常に簡単な論理回路により、可動子のストローク方向長さ Lmが固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ Lcの 3倍 (n= 3)のときの前記信号作成回路を構成できる

[0050] また、本発明の卷線切換回路を設けたリニアモータシステムによれば、複数の固定子ブロックの各電機子卷線に流す電流を 1台のサーボアンプで制御することで、ロングストロークの固定電機子形リニアモータが安価に実現でき、半導体スィッチ素子による切替方式のため、切替の遅れ時間を最小限にしてスムーズな切替を実現できる。その結果、電流は連続的になり、トルク脈動もなくなる。また、リニアモータ固定子の電機子卷線が並列接続のため、卷線のインピーダンスは線間抵抗分を除、て、つも同じになるので、サーボアンプによるベクトル制御が容易になり、モータ力率、効率も向上する。

図面の簡単な説明

[0051] [図 1]本発明の第 1実施例を示すリニアモータシステムの構成図

[図 2]本発明の卷線切替え装置を説明するための回路図

[図 3]第 2実施例を示すリニアモータシステムの構成図

[図 4]第 3実施例を示すリニアモータシステムの構成図

[図 5]第 4実施例を示すリニアモータシステムの構成図

[図 6]第 5実施例を示す卷線群の正面図

[図 7]第 5実施例を示す卷線群の側面図

[図 8]第 5実施例を示す卷線群の回路図

[図 9]本発明の第 6実施例を示す卷線切替えリニアモータシステムの構成図

[図 10]本発明の卷線回路を説明する回路図

[図 11]本発明の卷線切替え装置を説明するための回路図

[図 12]本発明の信号処理を説明する n= 2の場合の論理回路図

[図 13]本発明の信号処理を説明する n= 3の場合の論理回路図

[図 14]従来のリニアモータシステムの構成図

[図 15]本発明の第 7実施例に係る固定電機子形リニアモータのブロック図

[図 16]本発明の第 7実施例の卷線切替回路の切替スィッチ部と固定子ブロックの構成例を示す回路図

[図 17]本発明の第 7実施例に係る切替スィッチ部の実際の構成例を示す回路図 [図 18]本発明の第 7実施例に係る切替スィッチ部に与える切替信号の生成を含めた全体の構成例を示すブロック図

符号の説明

[0052] 1 可動子

2 永久磁石

3 固定子

4 卷線群巻線

1 卷線の卷始め

2 卷線の卷終り

卷線切替え装置コントローラ

、 81、 82 センサ

、 91 信号処理回路

0 固定版

1、 12 可動子

3 基板

a, 14b、 14c、 14d コネクタ5 コィノレ

6 区間切換装置

1、 181 三相整流器

2、 162 半導体スィッチ3、 183 抵抗

、 184 コンデンサ

0 リニアモータ

10 可動子

0 永久磁石

0 固定子

0 (141-43) 卷線群 0 信号作成回路

1〜168 コネクタ

1、 172 センサ

0 卷線切替え装置

0 コントローラ

1 サーボアンプ 202 固定子ブロック

203 リニアモータ可動子

204 切替スィッチ部

204- - 1 整流ダイオード部 (ダイオードブリッジ)

204- - 2 半導体スィッチ素子

204- - 3 還流用ダイオード

204- 4 平滑コンデンサ

204- - 5 放電抵抗

205 ドライブ回路

206 切替信号処理部

207 センサ部

発明を実施するための最良の形態

[0053] 以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

実施例 1

[0054] 図 1は本発明の第 1の実施例を示すリニアモータシステムの構成図を示す。

[0055] 図 2は図 1に示す卷線切替え装置の構成説明図を示す。

[0056] 図 1において、 100はリニアモータ、 1は可動子、 2は永久磁石、 3は固定子、 4は卷線群、 5は卷線、 6は卷線切替え装置、 7はコントローラである。

[0057] 可動子 1はストローク方向へ互いに異極となるよう永久磁石 2を貼り付け構成した。

固定子 3は U相、 V相、 W相の卷線 5よりなる卷線群 4をストローク方向に複数個ならベて構成した。可動子 1と固定子 3とは図示していないガイドにより連結されており、可動子 1は固定子 3に対してストローク方向に移動自在となって、る。それぞれの卷線群 4を構成する U相、 V相、 W相の卷線 5の巻き始め 51と巻き終わり 52は、それぞれ卷き始め 51をコントローラ 7の出力端子へ接続し、巻き終わり 52を卷線切替え装置 6の入力端子へとコネクタ接続した。

[0058] 図 2に示すように、卷線切替え装置 6は 3相整流器 61と該 3相整流器 61の直流出力側の両端に、半導体スィッチ 62と該半導体スィッチ 62と並列に抵抗 63とコンデンサ 64を設けることにより構成した。なお、半導体スィッチ 62には IGBTを用いた。 [0059] 半導体スィッチ 62には、該半導体スィッチ 62を開閉するための信号を入力し、可動子 1 (図 1)と対向する卷線群 4に取り付く卷線切替え装置 6の半導体スィッチ 62 ( 図 2)を閉とし、可動子 1と対向しない卷線群 4に取り付く卷線切替え装置 6の半導体スィッチ 62は開とした。

[0060] 半導体スィッチ 62は閉となると、前記 3相整流器 61で整流された直流電流は半導体スィッチ 62を流れ、該半導体スィッチ 62とつながってヽる卷線群 4を構成する U相、 V相、 W相の卷線 5の巻き終わり 52は一つにつながったことになる。

[0061] よって、該卷線 5の巻き始め 51から見ると、 U相、 V相、 W相の卷線 5は巻き終わり 5 2がひとつに接続されたスター結線の状態となる。

[0062] よって、半導体スィッチ 62が閉となっている卷線切替え装置 6につながる卷線群 4 は可変周波数電源 7から電流を流すと U相、 V相、 W相の卷線 5に電流が流れ、該卷線群 4と対向して磁気装荷手段となる永久磁石 2が取り付く可動子 1との間で、推力を発生する。

[0063] 半導体スィッチ 62が閉となっている卷線切替え装置 6につながる卷線群 4は、可動子 1がストローク方向へ移動し対向力も外れると、該半導体スィッチ 62に開の信号が入力されることで、該卷線群 4を構成する U相、 V相、 W相の卷線 5の巻き終わり 52は開放の状態になり、コントローラ 7から電流を流しても、該卷線 5には電流が流れないため、推力は発生しない。

[0064] 半導体スィッチ 62と並列に接続した抵抗 63およびコンデンサ 64はスナバ回路であり、半導体スィッチ 62が閉から開となったときに、卷線 5に蓄えられていたエネルギーを消費するためのものである。

[0065] 以上の構成により、可動子 1と対向する固定子 3を構成する卷線群 4のみに電流を流して励磁が行えるため、コントローラ 7から見ると、推力を発生するために必要な卷線群 4のみに電流を流すだけでよぐ非常に効率よく運転でき、抵触コントローラ 7の容量は電流を流し励磁する卷線群 4のみの推力および損失のみで決めればよぐ小さな電源で済み、経済的である。

[0066] また、本実施例に示す構成によれば、固定子 3を構成する卷線群 4は可動子 1と対向して推力を発生するもののみに電流を流し励磁するため発生損失はストロークに関係なく一定であるため、所望の個数の卷線群 4をストローク方向に並べ固定子 3を構成することができる。

[0067] なお、本実施例では、半導体スィッチを IGBT素子で構成して、るため、非常に短時間での開閉動作を行うことができる。

実施例 2

[0068] 図 3に本発明の第 2の実施例を示す。

[0069] 図 3において 8は可動子が対向しているかを検出するためのセンサである。

[0070] 固定子 3を構成するそれぞれの卷線群 4には、可動子 1と対抗する面に可動子 1が該卷線群 4に対向しているかを検出するためにセンサ 8を設けた。該センサ 8の出力端子は該センサ 8が設けられた卷線群 4と繋がる卷線切替え装置 6の半導体スィッチ

62の開閉動作を行うための信号端子と接続した。

[0071] センサ 8が可動子 1と対向していることを検出すると、該センサ 8からは接続する半導体スィッチ 62へ閉となる信号が送られる。この信号を受け、半導体スィッチ 62は閉となり、該半導体スィッチ 62が設けられる卷線切替え装置 6につながる卷線群 4の卷線 5はコントローラ 7から電流が流れ励磁される。

[0072] センサ 8は、可動子 1が対向していないときには、該センサ 8からは接続する半導体スィッチ 62へは開の信号が送られ、該半導体スィッチ 62が設けられる卷線切替え装置 6につながる卷線群 4の卷線 5は電流が流れない。

[0073] 以上のように、センサ 8は可動子 1が対向していることを検出し、その信号により卷線切替え装置 6の半導体スィッチ 62が開閉動作を行うため、ストローク方向に可動子 1 が移動し、固定子 3と相対位置が変わると、自動的に可動子 1と対向する卷線群 4のみに電流を流し励磁することができる。

実施例 3

[0074] 図 4に本発明の第 3の実施例を示す。

[0075] 図 4において、可動子 1のストローク方向の長さ Lmlと固定子 3を構成する卷線群 4 のストローク方向の長さ Lcとは、

Lml=n X Lc

n: 2以上の整数となる長さ関係とした。本実施例では、 nは 2であり、卷線群 4のストローク方向長さ Lc は、可動子 1のストローク方向長さ Lmlの半分となって!/、る。

[0076] 卷線群 4の可動子 1と対向する面には、可動子 1が該卷線群 4に対向していることを検出するセンサ 81、 82をストローク方向の両端に 2個取り付けた。該ストローク方向の両端に取り付く 2個のセンサ 81、 82が、両方ともに可動子 1と対向していることを検知した時のみ、該センサ 81、 82から卷線切替え装置 6の半導体スィッチ 62に閉の信号が送られるよう、センサ 81、 82と該センサ 81、 82の信号が送られる卷線切替え装置 6の間に信号処理回路 9を設けた。

[0077] 以上の構成にすることで、固定子 3を構成する卷線群 4は、可動子 1がストローク方向に完全に対向したときのみ該卷線群 4につながる卷線切替え装置 6の半導体スィツチ 62が閉となり、可変周波数電源 7から電流が流れ励磁されることになる。

[0078] 本実施例は、固定子 3を構成する卷線群 4は全て可変周波数電源 7へ並列接続となっている。上述の構成にすると、励磁される卷線群 4は必ず磁気装荷手段となる可動子 1に設けられた永久磁石 2とストローク方向で完全に対向するため、励磁されるそれぞれの卷線群 4で発生する誘起電圧は等しぐ電源へ並列接続されるときに誘起電圧の差により生じる循環電流が起因して起こるブレーキトルクの発生は無くなる実施例 4

[0079] 図 5に本発明の第 4の実施例を示す。

[0080] 図 5において、固定子 3を構成する卷線群 4のストローク方向長さ Lcと、可動子 11、 12のストローク方向長さ Lmsは、

Lms =し cz n

n : 2以上の整数

の長さ関係とした。本実施例では n= 3とした。永久磁石 2を備える可動子 11、 12はストローク方向に 2個を

Lmp =Lms X {i + 1)

のピッチ Lmpで固定板 10に固定し配置した。固定子 1を構成する卷線群 4の可動子 11、 12と対向する面には可動子 11、 12が対向しているかを検出するセンサ 81、 82 を、該卷線群 4のストローク方向の両端面から可動子 1の長さ Lmsをピッチとして取り付けた。該ストローク方向の両端に取り付く 2個のセンサ 8182の少なくとも一方が可動子 11、 12と対向していることを検知すると、該センサ 81、 82から卷線切替え装置 6 の半導体スィッチ 62に閉の信号が送られるよう、センサ 81、 82と該センサ 81、 82の信号が送られる卷線切替え装置 6の間に信号処理回路 91を設けた。

[0081] 以上の構成により、固定子 1を構成する卷線群 4は可動子 11、 12が完全に対向している状態でのみ卷線切替え装置 6の半導体スィッチ 62が閉となり、コントローラ 7から電流が流れ、対向する可動子 11、 12に取り付く永久磁石 2の作る磁束により推力を発生する。可動子 11、 12がストローク方向に隣り合う卷線群 4を跨いでいる状態では、センサ 81、 82は両方ともに検知しないので、該卷線群 4には電流が流れず、推力は発生しない。

[0082] 可動子 11、 12はストローク方向に上記の Lmpのピッチで配置されている。そのため、可動子 11と可動子 12の間隔は卷線群のストローク方向長さ Lcに相当し、図 5において、可動子 12が卷線群 4をまたいでいる状態では、一方の可動子 11は必ず卷線群 4を跨ぐことなく対向する位置にあり、推力の発生に寄与する。

[0083] 以上説明した本実施例に示した構成によれば、固定子 3を構成する卷線群 4はコントローラ 7に全て並列につながれている力可動子 11、 12が完全に対向したときのみ電流が流れるため励磁される卷線群 4に発生する誘起電圧は同じであり、循環電流によるブレーキトルクは発生しない。また、可動子 11, 12の配置を上述の Lmpで配置しているので、必ず推力の発生する固定子（図 5では固定子 11)と卷線群 4が存在し、ストローク方向に推力が途切れることはない。

実施例 5

[0084] 図 6および図 7に本発明の第 5の実施例を示す。

[0085] 図 6は本発明の実施例の卷線群 4の正面図、図 7は側面図を示す。

[0086] 可動子 1、固定子 3やコントローラ 7、卷線切替え装置 6は上記の実施例 1から 5と同じであるので省略し、卷線群 4の構成のみを説明する。

[0087] 図 6から図 8において、 13は配線パターンの施された基板、 14a、 14b、 14c、 14d はコネクタ、 15はコイルである。 [0088] 卷線群 4の卷線 5は、渦巻状に卷回したコイル 15を配線の施された基板 13上にはんだ付けにより電気的に接続した後、接着剤により基板 13に固定し構成した。

[0089] 図 8に基板 13に施された配線パターンと卷線 5により構成される卷線群 4の回路図を示す。卷線 5の卷始め 51および卷終り 52と電気的に接続されたコネクタ 14a、 14b を取り付けた。また、基板 13には隣り合う卷線群 4をコントローラ 7に対して並列に接続されるようにパターンが施されており、その終端にはコネクタ 14cを設けた。

[0090] 以上の構成により作られた卷線群 4をストローク方向に複数個並べ、固定子 3を構成した。該固定子 3を構成するストローク方向の端に位置する卷線群 4のコネクタ 14a をコントローラ 7からの出力ケーブルにコネクタ接続し、該卷線群 4の一方の端に位置するコネクタ 14bは隣り合う卷線群 4のコネクタ 14aと接続することで、簡単なコネクタ接続により、コントローラ 7と固定子 3を構成する卷線群 4を並列接続した。

[0091] また、基板 13にはセンサ 8を取り付けるためのランドおよびセンサ信号を伝送するノターンを設けた。また、基板 13には上記実施例 4および 5に示す信号処理回路 9、 91も設け、該信号処理回路 9、 91の出力はコネクタ 14dを用いて卷線切替え装置 6 と接続した。

実施例 6

[0092] 図 9は第 6の実施例に係る卷線切替えリニアモータシステムの構成図を示す。

固定子の長さ Lmが卷線群の長さ Lcの 2倍 (n= 2)の場合である。

[0093] 図 10は卷線群の回路図、図 11は卷線切替え装置の構成説明図、図 12および図 1 3は信号作成回路の論理回路をそれぞれ示す。

[0094] 図 9において、 110は可動子、 120は永久磁石、 130は固定子、 140 (141〜43) ίま卷線群、 150ίま信号作成回路、 161〜168ίまコネクタ、 171、 172ίまセンサ、 180 は卷線切替え装置、 190はコントローラである。なお、コネクタ 161、 162、 163、 167 は U相、 V相、 W相の電力を送るためのコネクタであり、 164、 165、 166、 168は信号を送るためのコネクタである。

[0095] 可動子 110はストローク方向へ互いに異極となるよう永久磁石 120を貼り付け構成した。固定子 130は U相、 V相、 W相の卷線よりなる卷線群 140 (141〜143)をスト口ーク方向に複数個並べて構成した。 [0096] 可動子 110と固定子 130とは図示していないガイドにより連結されており、可動子 1 10は固定子 130に対してストローク方向に移動自在となって、る。

[0097] それぞれの卷線群 141〜 143を構成する U相、 V相、 W相の卷線の巻き始めと巻き終わりには、図 10に示すようにコネクタ 161と 162を設け、更に、コネクタ 163をコネクタ 161と電気的に繋がるよう設けた。

[0098] コントローラ 190と各卷線群 141〜143および卷線切替え装置 180との接続は、まず、各卷線群 141〜143のコネクタ 163と卷線切替え装置 180のコネクタ 168を電気的につないだ後、固定子 130の端に位置する卷線群 141のコネクタ 161とコントローラ 190を電気的につなぎ、隣り合う卷線群 141と 142、 142と 143のコ才ヽクタ 162とコネクタ 161を順次電気的に繋いで行った。こうすることで、卷線群 140 (141〜143) は中性点側に卷線切替え装置 180を設けたかたちでそれぞれコントローラ 190に並列に接続されることになる。

[0099] 卷線群 140のストローク方向の両端にはセンサ 171、 172を設けた。該センサ 171 、 172は可動子 110と対向していることを検出するためのものであり、該センサ 171、 172の両方が可動子 110を検出した時のみ、両方の信号を受けて、図示していない論理回路により可動子 110と該卷線群 140とが完全に対向していることを示す信号 S 1を発するようにした。

[0100] 卷線群 140には信号作成回路 150 (図 1)を設けた。該信号作成回路 150にはコネクタ 164、 165を介して隣り合う卷線群 140のセンサ 171、 172の検出信号から作成される信号 S1も取り込まれており、図 12に示す論理回路の信号処理に沿ったその結果を、コネクタ 167、 169を介して卷線切替え装置 180へ開閉信号 S2として送る構成とした。

[0101] 可動子 110の長さ Lmと卷線群 140の長さ Lcとは、本実施例では、

Lm= 2 X Lc

の関係となっているため、ストローク方向の相対位置関係では、表 1に示すように S1 信号には 3つのパターンがある。

[0102] [表 1]

この信号 SIの 3つのパターンを図 12に示す論理回路で処理した結果は、隣り合う卷線群 140の信号 S1の情報も取り入れて処理するために、必ず 1個のみの S2信号が ONすることになつている。よって、 S1信号をそのまま卷線切替え装置 180へ送つた場合には固定子 130と可動子 110の相対位置関係によって 2個もしくは 1個の卷線切替え装置 180が閉となるが、上記信号作成回路 150を設けることで、固定子 13 0と可動子 110の相対位置関係に関係なく常に 1個（一定の個数)の卷線切替え装置 180のみが閉となる。

[0103] 卷線切替え装置 180は図 11に示すように 3相整流器 181と該 3相整流器 181の直流出力側の両端に、半導体スィッチ 182と該半導体スィッチ 182と並列に抵抗 183とコンデンサ 184を設けることにより構成した。なお、半導体スィッチ 182には IGBTを用いた。半導体スィッチ 182には、該半導体スィッチ 182を開閉するための信号 S2 が入力され、 S2が ONの時には該半導体スィッチ 182は閉となる。そうすると、前記 3 相整流器 181で整流された直流電流は該半導体スィッチ 182を流れることになり、該半導体スィッチ 182とつながっている卷線群 140を構成する U相、 V相、 W相の卷線は中性点側が電気的につながるスター結線となる。よって、半導体スィッチ 182が閉となっている卷線切替え装置 180につながる卷線群 140はコントローラ 190から電流を流すと U相、 V相、 W相の卷線に電流が流れ、該卷線群 140と対向して磁気装荷手段となる永久磁石 120が取り付く可動子 110との間で、推力を発生する。

[0104] 半導体スィッチ 182に、開の信号となる S2信号 OFFが入力されると、該卷線群 14 0を構成する U相、 V相、 W相の中性点側は開放の状態になり、コントローラ 190から電流を流しても、該卷線には電流が流れないため、推力は発生しない。

[0105] なお、半導体スィッチ 182と並列に接続した抵抗 183およびコンデンサ 184はスナバ回路であり、半導体スィッチ 182が閉から開となったときに、卷線に蓄えられていたエネルギーを消費するためのものである。

[0106] 以上の構成により、固定子と可動子の相対位置に関係なく常に等しい数の卷線群のみを励磁状態とすることができ、コントローラ力も見た誘起電圧およびインダクタンスゃ抵抗のインピーダンスも一定とすることができるため、制御性が向上して推力変動を小さく抑えることができる。

[0107] また、固定子を構成する卷線群は可動子と対向して推力を発生するもののみに電流を流し励磁されるため、発生損失はストロークに関係なく一定である。よって、所望の個数の卷線群をストローク方向に並べて固定子を構成しても発生損失は増加することが無くロングストローク化が容易に実現できる。

[0108] 表 2に可動子のストローク方向長さ Lmが固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ Lcの 3倍 (n= 3)のときの S 1信号のパターンを示す。表中には説明の便宜上、卷線群は 141〜145としている

[表 2]

ストローク方向の相対位置関係では、表 2に示すように S1信号には 3つのパターンがある。この信号 S1の 3つのパターンを図 13に示す論理回路で処理した結果は、隣り合う巻線群 4の信号 S1の情報も取り入れて処理するために、必ず 2個のみの S2信号が ONすることになつている。よって、 S1信号をそのまま卷線切替え装置 8へ送つた場合には固定子と可動子の相対位置関係によって 3個もしくは 2個の卷線切替え装置 8が閉となるが、上記信号作成回路 150を設けることで、固定子 130と可動子 11 0の相対位置関係に関係なく常に 2個（一定の個数)の卷線切替え装置 180のみが閉となる。

[0110] 以上のように、リニアモータの固定子を卷線群と卷線切替え装置により構成することによってロングストローク化を省エネ'低コストで実現することができるので、工場内の搬送装置という用途にも適用できる。

[0111] また、速度変動を小さくすることが実現できるので、装置間の搬送装置という用途にち適用でさる。

実施例 7

[0112] 次に、本発明の第 7の実施例を、図 15〜図 18に基づいて説明する。

[0113] 図 15は、本発明の第 7実施例に係る固定電機子形リニアモータのブロック図である。図において、本発明の第 7実施例に係る固定電機子形リニアモータは、サーボアンプ 201と、リニアモータ固定子に電機子卷線を卷装した固定子ブロック 202と、永久磁石や二次側導体力もなるリニアモータ可動子 203と、固定子ブロック 202の電機子卷線に流す電流を切り替える切替スィッチ部 204とを有している。

[0114] 以下、本発明の第 7実施例による卷線切替方法を、順を追って説明する。

[0115] まず、サーボアンプ 201には、固定子ブロック 202の電機子卷線に電力を供給する電力線が接続される。複数の固定子ブロック 202の各電機子卷線は、それぞれサーボアンプ 201に対して並列に接続され、固定子ブロック 202毎に切替スィッチ部 204 が接続される。切替スィッチ部 204によって、リニアモータの可動子 203が通過するブロックの固定子ブロック 202の電機子卷線のみに電力を供給する。

[0116] 図 16は、本発明の第 7実施例の卷線切替回路の切替スィッチ部 204と固定子プロック 202の構成例を示す回路図である。固定子ブロック 202の 3相の電機子卷線は、一端がサーボアンプ 201の各相に接続され、他端は切替スィッチ部 204に接続される。この構成を並列に増やしていくことで、ロングストロークが実現できる。

[0117] 図 17は本発明の第 7実施例に係る切替スィッチ部 204の実際の構成例を示す回路図である。図 17において、 204— 1は整流ダイオード部、 204— 2は半導体スイツチ素子、 204— 3は還流用ダイオード、 204— 4は平滑コンデンサ、 204— 5は放電抵抗である。図 16と図 17において、固定子ブロック 202の電機子卷線のサ一ボアンプ 201に接続された側とは反対の他端は、整流ダイオード部 204— 1の交流入力側に接続される。半導体スィッチ素子 204— 2が OFFの場合は、固定子ブロック 202の電機子卷線の中性点はオープン状態になり、励磁されない。半導体スィッチ素子 20 4— 2が ONの場合は、固定子ブロック 202の電機子卷線の中性点は短絡状態になり、励磁される。また、固定子ブロック 202の電機子卷線が励磁状態力も非励磁状態に移り変わるとき、電機子卷線には電流が流れている状態力も急激にオープン状態になり、そのときの電機子卷線に蓄えられたエネルギーを処理することが必要となるので、整流ダイオード 204— 1および還流用ダイオード 204— 3を介して平滑コンデンサ 204— 4に吸収されるようにする。平滑コンデンサ 204— 4に蓄えられたエネルギーは放電抵抗 204— 5によって放電される。

[0118] なお、図 17において、半導体スィッチ素子 204— 2は IGBT (Insulated Gate Bipola r Transistor)の記号を用いている力電圧、電流に応じて最適な半導体スィッチ素子を用いればよい。

[0119] 図 18は本発明の第 7実施例に係る切替スィッチ部 204に与える切替信号の生成を含めた全体の構成例を示すブロック図である。図において、サーボアンプ 201には、複数の固定子ブロック 202の電機子卷線が接続されており、各電機子卷線の他端にはそれぞれ切替スィッチ部 204が接続されている。各切替スィッチ部 204には、半導体スィッチ素子 204— 2のオンオフを行うドライブ回路 205が設けられ、切替信号処理部 206、切替信号を生成するためのセンサ部 207が設けられている。センサ部 20 7としては、ホール素子、マグネットダイオード、磁気抵抗効果素子等の磁気センサ、あるいはフォトセンサ等の光学センサを用いることができる。

[0120] リニアモータ可動子 203 (図 15参照）が固定子ブロック 202の場所にない状態では、センサ部 207は何も検出しないので、切替スィッチ部 204は OFFのままであり、固定子ブロック 202の電機子卷線の中性点はオープン状態で励磁されない。リニアモータ可動子 203が固定子ブロック 202の場所に来たとき、センサ部 207は可動子 20 3が来たことを検出し、その信号を切替信号処理部 206で処理し、さらにドライブ回路 205で切替スィッチのドライブ信号に変換して切替スィッチ部 204の半導体スィッチ素子 204— 2を ONさせる。このとき、固定子ブロック 202の電機子卷線の中性点は短絡状態になり、サーボアンプ 201からの 3相電流が電機子卷線に流れ、リニアモータ固定子は励磁される。この構成をサーボアンプ 201に対して複数並列接続することで、ロングストロークの固定電機子形リニアモータが実現できる。

[0121] なお、上述した実施の形態においては、複数の固定子ブロック 202に対して同数の切替スィッチ部 204を設けた例を示している力例えば、リニアモータ可動子 203に対し、広い範囲を例磁する場合、 1つの切替スィッチ部 204で、複数の固定子ブロックの電機子卷線を同時に ONZOFFすることも考えられる。

[0122] 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

[0123] 本出願は、 2004年 11月 15日出願の日本特許出願番号 2004-330362および 2004年 10月 1日出願の日本特許出願番号 2004-289677に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

産業上の利用可能性

[0124] 本発明は、ロングストローク化してもコントローラの台数を増やすことなぐ低コストで、速度変動のない、容易にロングストローク化を可能とするリニアモータシステム等に有用である。

[0125] また、本発明は、 1台のサーボアンプで複数の電機子卷線を効率よぐ更に瞬時に切り替えることができる安価なリニアモータであり、固定子側がリニアモータ固定子と電機子卷線で構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成される、ロングストロークの固定電機子形リニアモータに好適に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する卷線面を有する卷線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の卷線群から成り、該卷線群を構成する各相の相卷線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有する構成のリニアモータと、

可変周波の可変電圧を前記リニアモータへ供給するコントローラと、

前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を構成する各相の相卷線を適宜開閉する卷線切替え装置とから構成されるリニアモータシステムにおいて、

前記卷線切替え装置を、 3相整流手段と、該 3相整流手段の直流出力側の両端に設けられた半導体スィッチおよび該半導体スィッチとそれぞれ並列接続された抵抗とコンデンサとで構成し、

前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を構成するそれぞれの相卷線の一端を、前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記卷線切替え装置の前記 3相整流手段の交流入力側に接続し、該卷線切替え装置を構成する半導体スィッチを開閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群のうち、所望の卷線群のみを励磁することを特徴とするリニアモータシステム。

[2] 前記固定子を構成する卷線群にはそれぞれストローク方向に少なくとも 1つ以上の前記可動子が対向していることを検出するセンサが備わり、該センサの信号により可動子が対向する卷線群に接続される前記卷線切替え装置の半導体スィッチを閉とすることを特徴とする請求項 1記載のリニアモータシステム。

[3] 前記固定子を構成する卷線群のストローク方向長さを Lcとし、前記可動子のスト口ーク方向長さを Lmlとしたとき、

Lml=n X Lc

n: 2以上の整数

の関係となるよう Lc、 Lmlを決め、

可動子とストローク方向に完全に対向する卷線群のみを励磁することを特徴とする請求項 1又は 2記載のリニアモータシステム。

[4] 前記固定子を構成する卷線群のストローク方向長さ Lcを、前記可動子のストローク方向長さを Lmsとしたとき、

Lms =し cz n

n : 2以上の整数

Lmp =Lms X {i + 1)

の関係で固定板に取付け、前記可動子がストローク方向に完全に対向する卷線群のみを励磁することを特徴とする請求項 1又は 2記載のリニアモータシステム。

[5] 前記電気装荷手段となる前記卷線群と可動子の検出を行う前記検出センサと該検出センサの信号を処理する処理回路を、パターンが施された基板に設け、該基板同士を複数個コネクタ接続することで前記固定子を形成することを特徴とする請求項 1 又は 2記載のリニアモータシステム。

[6] 永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する卷線面を有する卷線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが、空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の卷線群から成り、該卷線群の卷線を構成する各相の相卷線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有し、また、該卷線群にはストローク方向に前記可動子と完全に対向していることを検出するためのセンサを設けて構成されるリニアモータと、可変周波数の可変電圧を供給するコントローラと、 3相整流手段と、該 3相整流手段の直流出力側の両端に、半導体スィッチと該半導体スィッチと並列にそれぞれ抵抗とコンデンサを設けることにより構成される卷線切替え装置と、によって構成され、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群の卷線を構成するそれぞれの相卷線の巻き始め端子を前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記卷線切替え装置の前記 3相整流手段の交流入力側に接続し、該卷線切替え装置を構成する半導体スィッチを閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の卷線群を励磁するリニアモータシステムにおいて、前記卷線群のストローク方向長さを Lc、前記可動子のストローク方向長さを Lmとしたとさ、 Lm=nX Lc

n: 2または 3

の関係となるよう Lcおよび Lmを決め、該卷線群には、該卷線群に備わるセンサの信号と該卷線群と隣り合う少なくとも一方の卷線群に備わるセンサの信号を用いて、該卷線群と接続される前記卷線切替え装置の開閉を行う信号を作る信号作成回路を備えたことを特徴とするリニアモータシステム。

[7] 前記信号作成回路が常に n— 1個の卷線群を励磁状態とする信号を出力することを特徴とする請求項 6記載のリニアモータシステム。

[8] 前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる卷線群に設けられるセンサ力の出力信号と、該卷線群と隣り合う一方の卷線群に備わるセンサの出力信号を反転した信号との AND処理を行った後の信号として出力する論理回路により構成したことを特徴とする請求項 7記載のリニアモータシステム。

[9] 前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる卷線群に設けられるセンサ力の出力信号と、該卷線群と隣り合う両側の卷線群に備わる 2つのセンサ出力信号を AN

D処理後に反転した信号とを、 AND処理を行い出力信号とする論理回路により構成したことを特徴とする請求項 7記載のリニアモータシステム。

[10] 固定子側が、それぞれリニアモータ固定子と複数相の電機子卷線力なる固定子ブロックを複数、線状に配置して構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成されるリニアモータシステムにおいて、

前記複数の固定子ブロックの各電機子卷線の一方の端子を 1台のリニアモータ駆動用サーボアンプの各相ラインに接続し、前記各電機子卷線の他方の端子を複数相のダイオードブリッジの中点に接続し、前記ダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子の間に半導体スィッチ素子を接続し、この半導体スィッチ素子に並列に、第 1の環流ダイオードと放電抵抗と第 2の環流ダイオードからなる直列回路を接続し、前記放電抵抗に並列に平滑コンデンサを接続し、かつ、前記半導体スィッチ素子を、前記リニアモータ固定子側に配置した可動子位置センサの位置信号に基づ V、て順次オンオフ制御することで、前記複数相の電機子卷線を励磁状態と非励磁状態に切り替える卷線切替回路を設けたことを特徴とするリニアモータシステム。

[11] 前記複数の固定子ブロックに対して同数の卷線切替回路を設けたことを特徴とする請求項 10記載のリニアモータシステム。

[12] 前記可動子位置センサによって前記半導体スィッチ素子の駆動信号を生成し、前記複数の固定子ブロックを順次切り替えていくようにしたことを特徴とする請求項 10または 11に記載のリニアモータシステム。