JP3430770B2 - ドア開閉用リニアモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドアの搬送用に用
いられるドア開閉用リニアモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動ドアの開閉用の動力源として
は回転モータが多く用いられているが、最近、形状の小
型化と機構の簡略化のためリニアモータも多く用いられ
ている。この種のリニアモータとしては可動子に永久磁
石を用いた図１４、図１５に示す構成のドア開閉用リニ
アモータが知られている。図１４は、従来のドア開閉用
リニアモータの立面図、図１５は、図１４のＡ-Ａ位置
での断面を示したものである。

【０００３】このドア開閉用リニアモータは、ドア枠１
の上面に、凸状を有する継鉄２ａと励磁コイル２ｂとか
らなる電機子２が長手方向に所定間隔にて配設された固
定子と、ドア５の上面に、継鉄６ａとその上に厚み方向
に異極着磁され長手方向に所定間隔に交互に異極とし固
定子の電機子２の継鉄２ａの対向面と対向した永久磁石
６とからなる可動子とにより構成されている。

【０００４】永久磁石６は、上下方向に磁束を発生する
ように配置してあり、そのピッチは電機子２の極ピッチ
の１.５倍としている。この永久磁石６が取り付けられ
ている継鉄６ａは、断面がＬ字状に形成され、その水平
面にはドア５の上面に固定され、鉛直面にはドア５の車
輪７の軸が固定されている。この車輪７をガイドする軌
道１ｂは、車輪７を挟んで上下に２本設けられ、下の軌
道は可動子とドア５との合計重量に耐える強度を有し、
上の軌道は電機子２と可動子の永久磁石６との間に作用
する吸引力によりドア５の全体が吸引されて永久磁石６
と継鉄２ａとのギャップが小さくなることを防止する機
能を有している。

【０００５】以上の構成の自動ドアのドア開閉用リニア
モータでは、ドアの長手方向に並んでいる電機子２の励
磁コイル２ｂに３相交流電流を順次相順に給電したり、
あるいは相順を切り替えて図の左方向または右方向への
進行磁界を発生させる。ドア５は、この進行磁界と同じ
所定の同期速度で移動し、永久磁石６と進行磁界との位
相が所定の関係にあるときに進行方向に一致した推進力
が働き、車輪７と軌道１ｂとの摩擦抵抗などの抗力に打
ち勝ってドア５の同期速度が維持される。また、ドア５
の移動する方向に有効な推進力を発生させるため、一般
に、永久磁石６の位置を図示されない磁気検出センサで
検出し、その位置において所定の方向に推進力が発生す
るような位相で、電機子２の励磁コイル２ｂに電流を供
給するという方式が採られている。

【０００６】この電機子２の凸状の磁極と永久磁石６と
の間に発生する上記の吸引力は、永久磁石６の位置によ
り変化する垂直方向の分力と、水平方向すなわちｘ方向
の分力とからなる。この水平方向の分力は、電機子２
に、励磁コイル２ｂの磁界によらず永久磁石６から作用
される力で、コギング力と称する。そして、上記のドア
開閉用リニアモータにおいては、このコギング力を小さ
くして停止位置の位置精度を向上させるため、電機子２
は、ドアの閉位置すなわち図中の区間Ｂにおいては、残
りの区間Ｃの電機子２の凸磁極と可動子用永久磁石６と
のギャップＤ２に比べてギャップＤ１は大きくなるよう
形成されている。その結果、図１６の、移動距離と移動
方向に働くコギング力のグラフに示すように、区間Ｂに
おけるコギング力は、残りの区間Ｃのコギング力に比べ
て小さくなり、停止位置の位置精度が確保される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の自動ド
アのドア開閉用リニアモータは、停止位置の位置精度に
ついてはコギング力を低下させて確保はされるものの、
停止位置以外の区間においては、コギング力が働いてい
る。従って、ドアの開閉時は、このコギング力によりド
ア自体が振動して騒音を発生することとなる。またこの
コギング力により、長年の使用によって電機子２の凸磁
極と可動子用永久磁石６とのギャップの間隔が全体に広
く変化した場合、ドアの停止位置における推進力は低下
して停止位置の位置精度が低下することがあった。

【０００８】本発明は、上記事由に鑑みてなしたもの
で、その目的とするところは、停止位置あるいは走行位
置でのコギング力が少ない、低騒音で長期の使用におい
てドアの推進力の安定したドア開閉用リニアモータを提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のドア開閉用リニアモータは、ドア枠
を構成するもので、略Ｌ字状の断面を有して長く延びそ
の下方に軌道部が形成された固定子ケースと、略Ｃ字状
を成した継鉄の対向する端部に巻回された励磁コイルを
有する電機子と、電機子を長手方向に所定間隔にて配設
するための成形体と、磁界の変化を検知し励磁コイルの
給電する方向を制御するための磁気センサと、を有する
固定子ブロックと、ドアの上面に配設されるもので、厚
み方向に異極着磁され長手方向に所定間隔にて交互に異
極に着磁された平板の永久磁石がその側面を前記継鉄の
端面略中心部に対向し配設された可動台と、可動台に実
質的に一体化され前記軌道部に移動自在にガイドされる
ローラと、を有して前記電機子の励磁コイルの磁界変化
により移動する可動子ブロックと、を有するドア開閉用
リニアモータにおいて、前記固定子ブロックは、前記電
機子の３個を１ユニットとした４もしくは６つのユニッ
トが、各１ユニットの電機子の励磁相Ｕ，Ｖ，Ｗの配列
順を、４ユニットの場合には、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ
−ＶＷＵとなり、また６ユニットの場合には、ＵＶＷ−
ＵＶＷ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＷＵＶとなるよう成
形体に配設され且つ、電機子の１ユニット内の配置間隔
Ｄが下記（１）式で表され、４ユニットの場合には、隣
り合うユニット間の端部に位置する電機子どうしの配置
間隔Ｄ１が下記（２）式で表され、６ユニットの場合に
は、３ユニットをひとかたまりとして、このひとかたま
りの中の３ユニット間の隣り合うユニット間の端部に位
置する電機子どうしの配置間隔Ｄ２が下記（３）式で表
されると共に、同ひとかたまり間の隣り合う３ユニット
間の端部に位置する電機子どうしの配置間隔Ｄ３が下記
（４）式で表されるように、各電機子が配設された電機
子ブロックを前記固定子ケースに配置している。Ｄ＝２Ｌ・ｉ／３＋２Ｌ・ｋ…（１） Ｄ１＝Ｄ＋Ｌ／４…（２） Ｄ２＝Ｄ＋Ｌ／３…（３） Ｄ３＝Ｄ＋Ｌ／６…（４） ｋ：０、１、２、３、… ２Ｌ＝永久磁石の同極間ピッチ寸法、ｉ＝３の倍数以外
の自然数 これにより、可動子の永久磁石により電機子の継鉄に作
用するコギング力がユニット間にて打ち消し合う。

【００１０】また、請求項２記載のドア開閉用リニアモ
ータは、請求項１記載の電機子ブロックを、前記固定子
ケースの大略中央に離隔し２つ配置して成ることとして
いる。これにより、可動子ブロックには、固定子ブロッ
クの大略中央に設けた該電機子ブロックから吸引力が作
用するものとなる。

【００１１】また、請求項３記載のドア開閉用リニアモ
ータは、請求項１又は２記載の電機子は、プリント基板
を介して給電されることとしている。これにより、電機
子の励磁方向はプリント基板のパターン配置にて決めら
れるものとなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明のドア開閉用リニア
モータの一実施の形態を図１乃至図６に基づいて説明す
る。図１は、ドア開閉用リニアモータの横断面図であ
る。図２は、ドア開閉用リニアモータの設置状態を示す
正面図である。このドア開閉用リニアモータは、ドア枠
を構成する固定子ブロックＡと、ドアの上面に配設され
る可動子ブロックＢを基本構成部材としている。

【００１３】固定子ブロックＡは、固定子ケース１と、
電機子２と、成形体３と、磁気センサ４と、プリント基
板５とを有して構成される。固定子ケース１は、例えば
アルミニウムなどの非磁性金属材料により、略Ｌ字状の
断面を有し、下方に軌道部を有して押し出し成形等によ
り、被搬送物であるドアの設置された開口部の横方向長
さの略２倍の長さを有して形成される。具体的には、図
１に示すように、鉛直面１ａの下方に軌道部１ｂを有
し、鉛直面１ａの内側の略中間と上面側との内側に、後
述する成形体３を係止する突部１ｃ、１ｃを長手方向に
沿って有している。

【００１４】電機子２は、例えば珪素鋼板などの磁性金
属材料による略Ｃ字状を成した継鉄２ａと、継鉄２ａの
端部２ｂ、２ｂにボビン２ｃ、２ｃに巻回された励磁コ
イル２ｄ、２ｄとを有して形成される。継鉄２ａは、前
記の薄板材料により、略均一の幅の矩形の一辺中央に、
後述する可動子ブロックＢの永久磁石の側面と所定間隙
を介して対向する端面を有する略Ｃ字状を成し、打ち抜
き加工等にて加工された薄板部材の所定枚数を積層し接
着されて形成される。励磁コイル２ｄは、継鉄２ａの端
部２ｂ、２ｂの外周と略同一の巻胴部の内周形状を有す
る合成樹脂製のボビン２ｃに、表面を絶縁層にて被覆さ
れた軟銅線を巻回して形成される。この励磁コイル２
ｄ、２ｄは、巻回しの方向の同一のもの２個を一組にし
て、継鉄２ａの端部２ｂ、２ｂに圧入などにより固着さ
れる。また、励磁コイル２ｄ、２ｄの巻端は、コネクタ
２ｅを介して後述するプリント基板５のコネクタ５ａと
接続される。そして、プリント基板５のパターン配線に
より、一方のコイルの終端と他方のコイルの始端とが接
続され、一方のコイルの始端と他方のコイルの終端から
直流が給電されて継鉄２ａを励磁して電機子２を形成す
る。このコイルの励磁電流の方向により、継鉄２ａの端
部２ｂ、２ｂの磁極は、一方がＮ極のときは他方はＳ極
となり、一方がＳ極のときは他方はＮ極となる。またこ
の電機子２は、継鉄２ａの積層厚及び励磁コイル２ｄの
巻回されたコイルの外形を、後述する可動子ブロックＢ
の永久磁石の長手方向の同極間ピッチ寸法２Ｌの１／３
より小さい値になるよう適宜設定される。なお、励磁コ
イル２ｄ、２ｄは、ボビン２ｃ、２ｃを使用せず、直接
上記軟銅線を継鉄２ａの端部２ｂに巻回してコイルを形
成しても良い。また、継鉄２ａは、磁性金属材料を切削
加工または焼結等により直接成形し形成しても良い。

【００１５】成形体３は、電機子２を配設するもので、
例えば合成樹脂材料などの非磁性材料により型造され、
コ字状の断面を有し、所定の長さを有して形成される。
具体的には、図３の斜視図に示もので、隣接する電機子
２の間のスペーサと、電機子２の取付けとを兼ね備え、
継鉄２ａの端部２ｂ、２ｂに設けられた一対の励磁コイ
ル２ｄ、２ｄの外法寸法よりわずかに大きい内法寸法を
有するコ字状の断面を有する。そして、継鉄２ａの積層
厚と略同一の幅の内法と、その高さと略同一の深さとを
有する溝部３ａ、３ａを、長手方向に所定の等間隔に３
つ有する。また、後述する可動子ブロックＢの位置を検
知する磁気センサ４のセンサ配設部３ｂを、溝部３ａの
間に溝部３ａと同一間隔に適宜有する。なお、この成形
体３は、上記の合成樹脂材料に替えてアルミニウムなど
の非磁性金属材料を用いても良い。また加工手段は、切
削加工としても良い。

【００１６】磁気センサ４は、後述する可動子ブロック
Ｂの位置を磁界の変化により検知して励磁コイル２ｄ、
２ｄの給電と給電の電流方向を制御するための検出信号
を出力する磁気−電気変換素子で、例えば磁気ダイオー
ド素子を用いる。この磁気センサ４は、例えば成形体３
の内側鉛直面に、隣接する２つの電機子２の中間部に適
宜配設して固着され、配設された近傍の磁束の変化を検
知し、可動子ブロックＢの永久磁石７の長手方向の変位
を検出して、図には示されていない比較回路等を含む信
号処理回路に検出信号を出力する。この磁気センサ４に
より、磁束の大きさ即ち磁束密度の変化に応じた電圧信
号が出力され、この電圧信号が信号処理回路にて処理さ
れて永久磁石７の位置が検出（把握）される。磁気ダイ
オード素子は、Ｖ単位の検出信号が得られるので、永久
磁石７による磁束の変化は高感度に検出される。なおこ
の磁気センサ４は、磁気ダイオード素子に変えて磁気抵
抗素子あるいはホール素子を用い、磁束の変化を出力電
圧の変化として検出するものとしても良い。

【００１７】プリント基板５は、電機子２の励磁コイル
２ｄ、２ｄに給電するもので、励磁コイル２ｄ、２ｄに
流れる電流の位相を所定の配列にすべく変化させる配線
パターンを有し、後述するコントローラーから位相の異
なる駆動電流を入力する入力用コネクタ（図示せず）
と、励磁コイル２ｄ、２ｄに接続される出力用コネクタ
５ａとを有して形成される。詳しくは図４の配線図に示
すように、このプリント基板５の配線パターンは、コネ
クタ５ａを介して固定子ブロックＡの電機子２の励磁コ
イル２ｄ、２ｄの３個を１ユニットとして順次配列され
るａ、ｂ、ｃ励磁コイルを励磁する位相が、（ａ）の４
ユニットの場合には、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵ
となり、（ｂ）の６ユニットの場合には、ＵＶＷ−ＵＶ
Ｗ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＷＵＶとなるよう、４も
しくは６つのユニットが配列された電機子ブロックＡ１
の電機子２の励磁相の配列順を適宜変化すべく形成され
ている。また、このプリント基板５は、磁気センサ４か
らの検出信号をコントローラーに入力するための配線パ
ターン（図示せず）が適宜形成されている。

【００１８】以上の部品により構成される固定子ブロッ
クＡは、まず、磁気センサ４をセンサ配設部３ｂに接着
などにより固着し配設する。そして、図５の、電機子ブ
ロックＡ１の斜視図に示すように、成形体３の溝部３ａ
に、３個の電機子２を、端部２ｂ、２ｂがコ字状の開口
端と同一の向きになるよう挿入して例えば接着により固
着し、成形体３の鉛直面に取付基板３ｃを接着等により
固着して電機子ブロックＡ１を形成する。この電機子ブ
ロックＡ１の取付基板３ｃが、取付穴３ｄを介し、図１
に示すように別途設けた狭着板１ｄとネジ締め等により
固着されることにより、固定子ケース１の突部１ｃが狭
着されて固定子ケース１に固着され固定子ブロックＡが
形成される。なお、電機子２の成形体３への固着手段
は、適宜同時成形、圧入等を用いても良い。また、本実
施の形態においては、成形体３と取付基板３ｃは別部材
として構成したものについて説明したが、これらは一体
としても良い。

【００１９】可動子ブロックＢは、可動台６と、永久磁
石７と、ローラ８とを有している。可動台６は、ドアを
鉛直方向に取り付けて搬送するもので、例えばアルミニ
ウム材料などの非磁性材料により、例えば押し出し成形
により、略Ｌ字状の断面を有し、被搬送物であるドアの
長手方向長さと略等しい長さ寸法を有して形成される。
この可動台６は、図６の部分斜視図に示すよう、後述す
る永久磁石７を、永久磁石７の側面が前述の電機子２の
継鉄２ａの端部２ｂの端面と対向してその略中心部とな
るよう配設する永久磁石配設部６ａが開口形成される。
そして、実質的に一体化され前述の走行軌道部１ｂに移
動自在にガイドされるローラ８と、ドア上面に取り付け
るための取付部６ｂとを有してドアを長手方向に搬送す
る。

【００２０】永久磁石７は、可動子ブロックＢの長手方
向に交互に異極が存在するよう可動台６と略同じ長さを
有して形成され、可動台６の永久磁石配設部６ａに接着
等により固着される。この永久磁石７は、図６に示すよ
うに厚さ方向（図１における横幅方向）に着磁され、こ
れが等間隔毎に逆方向となり横方向から見た場合に、前
述したように交互に異極が存在することとなる。この実
施の形態では、Ｎ極とＳ極からなる１磁石片の長さをＬ
として前述の電機子２の配列間隔などの関連部材の寸法
が設定される。

【００２１】ローラ８は、可動台６に実質的に一体化さ
れ、少なくとも２つ以上可動子ブロックＢの長手方向に
間隔を隔てて配置されて固定子ケース１の軌道部１ｂに
より移動自在にガイドされる。このローラ８は、ローラ
軸８ａを貫装し、ローラ軸８ａの他端は、可動台６に固
着されてローラ８を回動自在に支持して可動台６の取付
部６ｂに取り付けられたドアの水平方向の搬送をガイド
する。

【００２２】次に、このドア開閉用リニアモータの、永
久磁石７と電機子２との各部の配置寸法と動作の関係に
ついて、図７及び図８に基づいて説明する。図７は、動
作原理を説明するための電機子２と永久磁石７との位置
関係の説明図である。図８は、静推力とコギング力の説
明図で、（ａ）は、１つの電機子による静推力と永久磁
石との相対位置との関係のグラフ、（ｂ）は、１つの電
機子へのコギング力と永久磁石との相対位置との関係の
グラフ、（ｃ）は、ユニット全体の静推力と永久磁石と
の相対位置との関係のグラフである。

【００２３】本実施の形態の電機子２は、３個を１ユニ
ットとして配置される。また、３個の磁気センサ４が、
１つのユニットのみ電機子２と同一間隔にて所定の位置
に配設される。そして、電機子２の１ユニット内の配置
間隔Ｄは、次に示す（１）式により計算される。 Ｄ＝２Ｌ・ｉ／３＋２Ｌ・ｋ ｋ：０、１、２、３、・・・ ・・・（１） ただし、２Ｌ＝永久磁石７の同極間ピッチ寸法、ｉ＝３
の倍数以外の自然数とする。上記のように構成されるド
ア開閉用リニアモータにおいて、図９にその回路図を示
すコントローラから、励磁コイル２ｄに直流電圧を印加
すると、励磁コイル２ｄに励磁電流が流れる。励磁コイ
ル２ｄは、継鉄２ａの端部２ｂに各々同一方向に巻回し
たものである。従って、図７の手前の継鉄２ａの端部２
ｂの励磁コイル２ｄに左回り方向の電流を流すと、他方
の端部２ｂの励磁コイル２ｄにも左回り方向の電流が流
れる。そして、上記一方の励磁コイル２ｄに左回り方向
の電流を流すと、その励磁コイル２ｄが巻回された端部
２ｂの永久磁石の側面に対向する面はＳ極になり、他方
の励磁コイル２ｄにも左回り方向の電流が流れ、その励
磁コイル２ｄが巻回された端部２ｂの永久磁石の側面に
対向する面はＮ極になる。

【００２４】いま、固定子ブロックＡの電機子２と可動
子ブロックＢの永久磁石７が図７（ａ）に示す位置にお
いて、このときにはａ及びｃの符号の電機子２の励磁コ
イル２ｄに励磁電流が流れ、ａ及びｃの符号の電機子２
の継鉄２ａの端部２ｂ、２ｂの永久磁石７との対向面の
極性は図７（ａ）に示す状態になるようにしている。従
って、ａ及びｃの符号の電機子２と永久磁石７とは、対
向する磁極との間には吸引力、隣接する磁極との間には
反発力が生じ、永久磁石７に図中の右方向への推進力が
働く。この推進力を静推力と称し、図８の（ａ）にその
変化を示す。図８の（ａ）のグラフの横軸は、電機子２
と永久磁石７の相対位置寸法、縦軸は、静推力を表す。
また、（ｂ）のグラフの横軸は、電機子２と永久磁石７
の相対位置寸法、縦軸は、コギング力を表す。このグラ
フからもわかる通り、静推力の変化は、コギング力の変
化の周期の２倍である。

【００２５】次に、この推進力で永久磁石７すなわち可
動子ブロックＢが右に移動して、図７（ｂ）に示す位置
に移動すると、磁気センサ４からの出力が切替わり、ｂ
及びｃの符号の電機子２の励磁コイル２ｄに励磁電流が
流れ、ｂ及びｃの符号の電機子２の継鉄２ａの端部２
ｂ、２ｂの永久磁石７との対向面の極性は図７（ｂ）に
示す状態になるようにしている。従って、ｂ及びｃの符
号の電機子２と永久磁石７とは、上記の場合と同様、対
向する磁極との間には吸引力、隣接する磁極との間には
反発力が生じ、永久磁石７に図中の右方向への推進力が
働く。

【００２６】上述のように、固定子ブロックＡの電機子
２の継鉄２ａの磁極と可動子の永久磁石７の相対位置を
磁気センサ４の出力によって検出し、励磁コイル２ｄの
ａ、ｂ、ｃを切替えて励磁することにより、図７（ａ）
〜（ｆ）に示す６通りの状態が形成される。いずれの場
合も上記の場合と同様、対向する磁極との間には吸引
力、隣接する磁極との間には反発力が生じ、永久磁石７
すなわち可動子ブロックＢには継続して右側に推進力が
働く。図８の（ｃ）に、ユニット全体の静推力と永久磁
石の位置との関係のグラフを示す。このグラフの横軸
は、電機子２と永久磁石７の相対位置寸法、縦軸は静推
力を表す。このグラフに示すように、上記の６通りの状
態に合わせ、ドア開閉用リニアモータの１ユニットの電
機子の３つの励磁コイル２ｄのａ、ｂ、ｃの内の静推力
が最大となる２つのコイルに常時電流を流すことによ
り、大略直線的な推力を得ることができる。なお、図中
の左方向すなわち逆方向に推力を得る場合には、コント
ローラによる励磁切替えのタイミングを切り替えて対処
するものとなる。

【００２７】次に、このドア開閉用リニアモータのコン
トローラについて図９に基づいて説明する。図９は、こ
のドア開閉用リニアモータを駆動するコントローラの概
略説明図である。このコントローラは、励磁コイル２ｄ
を励磁するための直流電源である電源部Ｖと、出力部Ｄ
と、制御部Ｃとにより構成される。出力部Ｄは、励磁コ
イル２ｄの励磁相を切り替えて出力するためのブリッジ
回路で、スイッチ素子Ｑと逆起防止用ダイオードとによ
り構成される。制御部Ｃは、出力部Ｄを制御するもの
で、例えばＣＰＵ回路を有し、磁気センサ４から可動子
ブロックＢの位置の検出信号を入力し、出力電圧制御器
を介して出力部Ｄのスイッチ素子Ｑを開閉する。このコ
ントローラにより、ドア開閉用リニアモータの１ユニッ
トの電機子の３つの励磁コイル２ｄのａ、ｂ、ｃの内の
静推力が最大となる２つに常時電流を流すことにより、
大略直線的な推力を得ることができる。

【００２８】次に、前記の、１ユニットを所定間隔に配
置し、固定子ブロックＡの電機子２から可動子ブロック
Ｂの永久磁石７に作用するコギング力を低下する４ユニ
ットの場合及び６ユニットの場合の配置条件について、
図１０乃至図１３に基づいて説明する。

【００２９】［４ユニットの場合］図１０は、４ユニッ
トの場合の電機子２と永久磁石７との相対位置の関係を
表す説明図で、（ａ）は、ユニット間ピッチを同一にし
た場合の配置図（ｂ）は、ユニット間ピッチを変えた場
合の配置図、（ｃ）は、ユニット間ピッチを変えて各１
ユニットの電機子の励磁相の配列順を所定の条件にて変
化させる配置図を表す。

【００３０】コギング力は、前述の通り、電機子２と永
久磁石７との相対位置の寸法２Ｌの間にて８つのピーク
を有して変化する。従ってコギング力の分布は、上記の
１ユニットを連ねて配設する場合、ユニット間にて２Ｌ
／８すなわちＬ／４だけずらして配置することにより互
いの磁極どうしにて打ち消し合うことができる。従っ
て、隣り合うユニット間の端部に位置する電機子２どう
しの配置間隔Ｄ１は、次に示す（２）式により計算され
る。 Ｄ１＝２Ｌ・ｉ／３＋Ｌ／４＋２Ｌ・ｋ ｋ：０、１、２、３、・・・ ・・・（２） ただし、２Ｌ＝永久磁石７の同極間ピッチ寸法、ｉ＝３
の倍数以外の自然数とする。そして、このコギング力の
打ち消しの効果は、図１１に示すように、４つ以上のユ
ニットを連ねることにより特に顕著なことが判明した。
図１１は、電機子の３個を１ユニットとしたユニット数
とコギング力の低減化の率の変化を表すグラフで、横軸
はユニット数、縦軸は１ユニットの場合を１としたコギ
ング力の相対値である。このグラフより、ユニット数が
４以上にてコギング力の低減効果は変化しなくなること
がわかる。

【００３１】また、上述のように、各ユニット間のピッ
チをずらして各ユニットを配置することにより、電機子
２の離れたユニットの同一方向に励磁される電機子２
と、永久磁石７の同一磁極の磁界に位相差が生ずること
となる。従って、この位相差により互いの電機子２の静
推力を低下させないため、各１ユニットの電機子２の励
磁相の配列順を変化して成形体に配設する。この位相差
は、Ｄ＝２Ｌ・ｉ／３＝２０ｍｍ、２Ｌ＝６０ｍｍ、ｉ
＝１、ｋ＝０の場合、（ｂ）図に示す、各ユニット間の
ピッチをずらして各ユニットを配置した４番目に配置さ
れたユニットは、１番目に配置されたユニットに比べて
電気的な位相角において１３５度のずれである。従っ
て、励磁相の配列を、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ
から、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵの順番になるよ
う変化させることにより、（ｃ）図に示す、４番目のユ
ニットの電気的な位相角は１２０度前に推移し、位相差
は１５度に抑えられることとなる。その結果、静推力
は、電機子の励磁相の配列順を変化する以前の（ｂ）位
相の配置の場合と比較し大略３４％の向上が図れた。

【００３２】図１２に、上記の改良の結果によるコギン
グ力と、静推力の分布のグラフに示す。図１２のグラフ
は、（ａ）のグラフはコギング力の改良で、横軸は電機
子と永久磁石の相対位置寸法、縦軸はコギング力を表
し、Ａのグラフは改良品のコギング力、Ｂのグラフは１
ユニットのコギング力の４倍の推移を示す。また、
（ｂ）のグラフは静推力の改良で、横軸は電機子と永久
磁石の相対位置寸法、縦軸は静推力を表し、Ａのグラフ
は改良品の静推力、Ｂのグラフは１ユニットの静推力の
４倍の推移を示す。このグラフからもわかる通り、静推
力とコギング力の変化は１ユニットの４倍ものと比べ平
準化されていることがわかる。

【００３３】［６ユニットの場合］次に、固定子ブロッ
クＡの電機子２から可動子ブロックＢの永久磁石７に作
用するコギング力を低下する６ユニットの場合の配置条
件について、図１３に基づいて説明する。図１３は、６
ユニットの場合の電機子と永久磁石との相対位置の関係
を表す説明図で、（ａ）は、ユニット間ピッチを同一に
した場合の配置図（ｂ）は、ユニット間ピッチを変えた
場合の配置図、（ｃ）は、ユニット間ピッチを変えて各
１ユニットの電機子の励磁相の配列順を所定の条件にて
変化させる配置図を表す。

【００３４】この場合は、まず、３つのユニットを２Ｌ
／６すなわちＬ／３だけ位相をずらしてコギング力を打
ち消し、この３ユニットにより低下したコギング力分布
の位相を、さらに２Ｌ／１２すなわちＬ／６だけ位相ず
らして２つ重ね、６ユニットとしコギング力はさらに低
下できることが判明した。従って、３ユニット間の隣り
合うユニット間の端部に位置する電機子２どうしの配置
間隔Ｄ２は、次に示す（３）式により計算される。 Ｄ２＝２Ｌ・ｉ／３＋Ｌ／３＋２Ｌ・ｋ ｋ：０、１、２、３、・・・ ・・・（３） また、隣り合う３ユニット間の端部に位置する電機子２
どうしの配置間隔Ｄ３は、次に示す（４）式により計算
される。 Ｄ３＝２Ｌ・ｉ／３＋Ｌ／６＋２Ｌ・ｋ ｋ：０、１、２、３、・・・ ・・・（４） ただし、２Ｌ＝永久磁石７の同極間ピッチ寸法、ｉ＝３
の倍数以外の自然数とする。計算例として、Ｄ＝２Ｌ・
ｉ／３＝２０ｍｍ、２Ｌ＝６０ｍｍ、ｉ＝１、ｋ＝０と
して計算すると、Ｄ２＝３０ｍｍ、Ｄ３＝２５ｍｍとな
る。この場合も、４ユニットの場合と同様に、（ｂ）図
に示す、３番目以降に配置されたユニットの、１番目に
配置されたユニットとの電気的な位相角のずれが生ずる
こととなり、全体の静推力が低下する。従って、励磁相
を、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ
−から、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−Ｗ
ＵＶの順番になるよう変化させることにより、（ｃ）図
に示す、３番目以降のユニットの電気的な位相角は順次
前に推移し、位相差が抑えられることとなる。その結
果、静推力は、電機子の励磁相の配列順を変化する以前
の（ｂ）位相の配置の場合と比較し大略４０％向上した
ものとなった。また、コギング力は、（ａ）図に示す、
均等に電機子２を配置されたものと比較して９２％低下
したものとなった。

【００３５】次に、上記の配置による１ブロックのもの
を所定間隔にて固定子ケース１に配置する配置のしかた
について、図２に基づき説明する。

【００３６】いま、所定の重量のドアを駆動させるため
に必要とされる推力を得るための、４乃至６の倍数の数
の電機子２の配設された電機子ブロックＡ１の長さ寸法
をａとする。２つの電機子ブロックＡ１を用いてドアを
駆動する場合、ドアの上面に固定される可動子ブロック
Ｂの永久磁石７は、固定子ブロックＡの全長すなわちド
アの搬送されるストローク全域にわたって電機子ブロッ
クＡ１と対向する必要がある。また、２つの電機子ブロ
ックＡ１の配置は、前述の、コギング力を低減しうる前
述の所定の間隔にて配置しなければならない。

【００３７】従って、この電機子ブロックＡ１の所定の
配置範囲Ｓは、ドア幅すなわち搬送方向の長さをＸ、開
閉ストロークすなわちドア枠の長さをＹとすると、固定
子ブロックＡの固定子ケース１の大略中央から±（Ｘ／
２＋ａ／２）となる。（ただし、Ｙ＜２Ｘとする。）そ
して、２つの電機子ブロックＡ１の基準位置、例えば端
部の電機子２どうしの間隔のピッチ寸法Ｓ１は、次に示
す（５）式により計算される。 Ｓ１＝２Ｌ・ｋ1 ｋ1：自然数（ただし、ユニット同士が重ならない値） ・・・（５） ただし、２Ｌ＝永久磁石７の同極間ピッチ寸法とする。

【００３８】なお、上記の実施の形態では、２つの電機
子ブロックを所定間隔だけ離して配置したものについて
説明しているが、２つ以上のものを連続して所定間隔を
有して構成してもよい。

【００３９】そして、上記の実施の形態のドア開閉用リ
ニアモータは、電機子の３個を１ユニットとした４もし
くは６つのユニットが、各１ユニットの電機子の励磁相
Ｕ，Ｖ，Ｗの配列順を、４ユニットの場合には、ＵＶＷ
−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵとなり、また６ユニットの場
合には、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−ＶＷＵ−Ｗ
ＵＶとなるよう成形体に配設され且つその隣り合うユニ
ット間をその端部に位置する電機子どうしがユニット内
各電機子相互の間隔と異なるよう配置された電機子ブロ
ックの、少なくとも２個を、該ユニット内各電機子相互
の間隔と異なる間隔をもって前記固定子ケースに配置し
形成されることにより、可動子の永久磁石により電機子
の継鉄に作用するコギング力がユニット間にて打ち消し
合うものとなり、コギング力が大幅に低下して低騒音の
ドア開閉用リニアモータが実現できる。また、電機子ブ
ロックＡ１を、前記固定子ケースの大略中央に離隔し２
つ配置して成ることにより、可動子ブロックＢには、固
定子ブロックＡの大略中央に設けた２つの電機子ブロッ
クＡ１から吸引力が作用して搬送されるものとなる。従
って、電機子を固定子ブロックの全長にわたって配置す
るものに比べ、固定子ブロックが軽量なものとなる。ま
た、電機子２は、プリント基板５を介して給電されるこ
とにより、電機子２の励磁方向はプリント基板のパター
ン配置にて決められるものとなる。従って、組立時に電
機子２の励磁電流の方向を決めるための配線の順序の間
違いが無くなる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載のドア開閉用リニアモータ
は、可動子の永久磁石により電機子の継鉄に作用するコ
ギング力がユニット間にて打ち消し合うので、コギング
力が大幅に低下して低騒音のドア開閉用リニアモータが
実現できる。

【００４１】また、請求項２記載のドア開閉用リニアモ
ータ、請求項１記載のものの効果に加え、可動子ブロッ
クには、固定子ブロックの大略中央に設けた２つの電機
子ブロックから吸引力が作用して搬送されるものとなる
ので、固定子ブロックは軽量なものとなる。

【００４２】また、請求項３記載のドア開閉用リニアモ
ータは、請求項１又は２記載のものの効果に加え、電機
子の励磁方向はプリント基板のパターン配置にて決めら
れるものとなるので、電機子の励磁電流の方向を決める
ための配線の順序の間違いのないものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のドア開閉用リニアモータの実施の形態
を示す横断面図である。

【図２】ドア開閉用リニアモータの設置状態を示す正面
図である。

【図３】成形体部品の斜視図である。

【図４】プリント基板の配線図である。

【図５】電機子ブロックの斜視図である。

【図６】可動子ブロックの要部である永久磁石部分の斜
視図である。

【図７】電機子と永久磁石との位置関係の説明図であ
る。

【図８】静推力とコギング力の説明図で、（ａ）は、１
つの電機子による静推力と永久磁石の位置との関係のグ
ラフ、（ｂ）は、コギング力と永久磁石の位置との関係
のグラフ、（ｃ）は、ユニット全体の静推力と永久磁石
の位置との関係のグラフである。

【図９】ドア開閉用リニアモータを駆動するコントロー
ラの概略説明図である。

【図１０】４ユニットの場合の電機子と永久磁石との相
対位置の関係を表す説明図で、（ａ）は、ユニット間ピ
ッチを同一にした場合の配置図（ｂ）は、ユニット間ピ
ッチを変えた場合の配置図、（ｃ）は、ユニット間ピッ
チを変えて各１ユニットの電機子の励磁相の配列順を所
定の条件にて変化させる配置図である。

【図１１】コギング力の低減化の効果を表す説明図であ
る。

【図１２】４ユニットにおける改良の結果によるコギン
グ力と、静推力の分布のグラフである。

【図１３】６ユニットの場合の電機子と永久磁石との相
対位置の関係を表す説明図で、（ａ）は、ユニット間ピ
ッチを同一にした場合の配置図（ｂ）は、ユニット間ピ
ッチを変えた場合の配置図、（ｃ）は、ユニット間ピッ
チを変えて各１ユニットの電機子の励磁相の配列順を所
定の条件にて変化させる配置図である。

【図１４】従来例のドア開閉用リニアモータの立面図で
ある。

【図１５】その横断面図である。

【図１６】その各部におけるコギング力の説明図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 固定子ブロック Ａ１ 電機子ブロック １ 固定子ケース ２ 電機子 ２ａ 継鉄 ２ｄ 励磁コイル ３ 成形体 ４ 磁気センサ Ｂ 可動子ブロック ５ プリント基板 ６ 可動台 ７ 永久磁石 ８ ローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−231068（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−172285（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 41/03

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドア枠を構成するもので、略Ｌ字状の断
   面を有して長く延びその下方に軌道部が形成された固定
   子ケースと、略Ｃ字状を成した継鉄の対向する端部に巻
   回された励磁コイルを有する電機子と、電機子を長手方
   向に所定間隔にて配設するための成形体と、磁界の変化
   を検知し励磁コイルの給電する方向を制御するための磁
   気センサと、を有する固定子ブロックと、 ドアの上面に配設されるもので、厚み方向に異極着磁さ
   れ長手方向に所定間隔にて交互に異極に着磁された平板
   の永久磁石がその側面を前記継鉄の端面略中心部に対向
   し配設された可動台と、可動台に実質的に一体化され前
   記軌道部に移動自在にガイドされるローラと、を有して
   前記電機子の励磁コイルの磁界変化により移動する可動
   子ブロックと、 を有するドア開閉用リニアモータにおいて、 前記固定子ブロックは、前記電機子の３個を１ユニット
   とした４もしくは６つのユニットが、各１ユニットの電
   機子の励磁相Ｕ，Ｖ，Ｗの配列順を、４ユニットの場合
   には、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵとなり、また６
   ユニットの場合には、ＵＶＷ−ＵＶＷ−ＶＷＵ−ＶＷＵ
   −ＶＷＵ−ＷＵＶとなるよう成形体に配設され且つ、電
   機子の１ユニット内の配置間隔Ｄが下記（１）式で表さ
   れ、４ユニットの場合には、隣り合うユニット間の端部
   に位置する電機子どうしの配置間隔Ｄ１が下記（２）式
   で表され、６ユニットの場合には、３ユニットをひとか
   たまりとして、このひとかたまりの中の３ユニット間の
   隣り合うユニット間の端部に位置する電機子どうしの配
   置間隔Ｄ２が下記（３）式で表されると共に、同ひとか
   たまり間の隣り合う３ユニット間の端部に位置する電機
   子どうしの配置間隔Ｄ３が下記（４）式で表されるよう
   に、各電機子が配設された電機子ブロックを前記固定子
   ケースに配置したことを特徴とするドア開閉用リニアモ
   ータ。Ｄ＝２Ｌ・ｉ／３＋２Ｌ・ｋ…（１） Ｄ１＝Ｄ＋Ｌ／４…（２） Ｄ２＝Ｄ＋Ｌ／３…（３） Ｄ３＝Ｄ＋Ｌ／６…（４） ｋ：０、１、２、３、… ２Ｌ＝永久磁石の同極間ピッチ寸法、ｉ＝３の倍数以外
   の自然数
2. 【請求項２】 前記電機子ブロックを、前記固定子ケー
   スの大略中央に離隔し２つ配置して成ることを特徴とす
   る請求項１記載のドア開閉用リニアモータ。
3. 【請求項３】 前記電機子は、プリント基板を介して給
   電されることを特徴とする請求項１又は２記載のドア開
   閉用リニアモータ。