JPH0623197Y2 - 定速度可動コイル型リニヤモ−タ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は、自動車ボディに装備される各種の装備品を
駆動するほか、任意な用途に使用可能な定速度可動コイ
ル型リニヤモータに関するものである。

「従来の技術」 可動コイル型リニヤモータにおいて、速度に影響を及ぼ
す推力は、フレミングの左手法則により示されるごとく
磁界の強さ，コイルの有効長さ，巻回数および電流など
のベクトル積によって定まる。そして、ニリヤモータ
は、おおむね始動時の静止摩擦力に打勝つ推力を与えつ
づけると、停止時までに加速されつづけ、始動時の速度
を大きく超えた高速度に達するので、定速度制御が必要
である。

この出願人は、先に実願昭５９−１４１７３４号として
可動コイルに速度検出用コイルを組込みセンサとして機
能させる速度制御方式を提案した。また、出願人によ
り、同時に出願する「速度センサ付可動コイル型リニヤ
モータ」においても、固定子側の給電パターンに沿って
矩形波形状をした導体よりなるセンスパターンを併設す
るとともに、可動コイルに磁石を固設する新たな工夫が
なされている。しかし、速度検出用コイルが電機子コイ
ルと一体化したため可動コイルが大型化し、または架線
中に速度信号を受けるためのセンスパターンを追加しな
くてはならないなどの、モータ機構の小型化を妨げる原
因となった。

特開昭５０−７８３６２号公報に記載された無刷子直流
電動機の速度検出装置は、起動時の死点を無くするた
め、制御信号Ｘ，Ｙ及びＺに僅かな重なりを持たせて、
複数の固定子巻線に同時通電を行うために回転子位置検
出装置Ａを有しているので、該回転子位置検出装置Ａを
モータ機構内に組込むためにスペースを必要とする問題
点がある。また、前記速度検出装置は駆動電力供給線以
外に回転子位置検出装置Ａからの信号取出しのための配
線を必要とするので、制御回路Ｂと電動機を分離して配
置する場合に配線材の追加、および配線スペースが必要
になるなど、製品価格が上昇し、かつ設置および保守の
作業が繁雑になるなどの問題点がある。

さらに、前記速度検出装置は速度信号を形成するため
に、回転子位置検出装置Ａが発生する制御信号を基に、
純回路的に速度を検出するためにパルス発生回路Ｃｐを
設けて複数コイルＷｕ，Ｗｖ，Ｗｗへの制御信号より論
理回路を用いて速度に比例した信号パルスを得ているの
で、特別なパルス発生回路を必要とするため構成が複雑
であるという問題点がある。

「考案が解決しようとする課題」 この考案は、モータ機構に物理的変更を加えることなく
かつ特別な回転子位置検出装置およびパルス発生装置を
追加することなく任意に設定した速度で定速度運動をす
る、小型な、定速度可動コイル型リニヤモータを提供す
ることを目的とする。

「課題を解決するための手段」 しかして、この考案によれば、可動コイルと永久磁石と
の相対位置に応じて可動コイルの一対をなす電機子コイ
ルに同一方向の推力が発生するように、各電機子コイル
に流れる電流の向きを切換えながら、各電機子コイルに
給電する架線の給電パターンより、各電機子コイルと接
続された集電ブラシを介して電機子コイルに電流を流す
可動コイル型リニヤモータにおいて、前記両給電パルス
の通電区間を非通電区間より長く形成して、各電機子コ
イルが通電される区間に重なりを設け、前記リニヤモー
タの各電機子コイルの双方の有効巻線部がそれぞれ同一
方向の磁束内に完全に入っている間、両電機子コイルで
有効に推力を発生させるため、前記両給電パターンが両
電機子コイルを集電ブラシにより同時に通電する期間を
有すると共に、前記リニヤモータの両電機子コイルが同
時に通電される時に生ずる電流パルスの周波数変動を検
出するための電流パルス検出手段を前記両電機子コイル
と直列に挿入し、かつ前記電流パルス検出手段の速度に
比例した周波数のパルス信号に基づいて速度制御を行う
速度制御装置を備えることを特徴とする定速度可動コイ
ル型リニヤモータが提供される。

「作用」 上記構成によれば、２個の電機子コイルの双方の有効巻
線部がそれぞれ同一方向の磁束内に完全に入っている期
間は、両電機子コイルで有効に推力を発生するため、給
電パターンおよび集電ブラシにより両電機子コイルに同
時通電する。その同時通電によってリニヤモータの電流
波形に生ずるパルスによって速度信号を検出することが
できる。従って、本考案によれば、各電機子コイルへの
同時通電は給電パターンにより決定されるものであり、
特別な位置検出装置を有することなく、各電機子コイル
の位置を検出しているから、定速度可動コイル型リニヤ
モータを簡素で安価に構成可能な利点がある。また、リ
ニヤモータの駆動結果である電流パルスと周波数変動を
リニヤモータの両電機子コイルと直列に設けた電流パル
ス検出手段により検出することができるから、特別なパ
ルス発生回路も不必要であるという利点がある。さら
に、本考案によれば、両電機子コイルと直列な電流パル
ス検出手段はリニヤモータへの駆動電力供給線のどの位
置に設けても検出精度が変化しない。そのため、電流パ
ルス検出手段を電源と一体化した速度制御装置に内蔵す
ることができ、リニヤモータのみを駆動電力供給線とい
う必要最低限の配線材を使って任意の位置に分離配置す
ることができる。それゆえ、車両等への組付けにおい
て、取付装置の融通性が増し、配線束の肥大化が避けら
れるなどの産業上の利点がある。

「実施例」 次に、この考案の実施例を第１図から第８図について説
明する。

第１図から第３図は、この考案が適用可能な可動コイル
型リニヤモータの一例を示す構造図である。これらの図
面に示すように、Ｕ字形状の固定子レール１の一側脚部
にはマグネット保持部２が突出形成されており、この保
持部２内には、厚さ方向に着磁され隣り合う極性が交互
に異なるように配列された永久磁石３が保持されてお
り、またＵ字形レール１の両側脚部内面にはヨーク４が
それぞれ配設されている。マグネット保持部２に案内さ
れるように可動コイルをなす断面略コ字形の２個の電機
子コイル５，５′がレール１内に設けられており、両電
機子コイル５，５′の側面には集電ブラシ６Ａ，６Ｂが
固設されている。Ｕ字形レール１の他側脚部には、前記
ブラシ６Ａ，６Ｂを介して両電機子コイル５，５′を給
電するための架線７が設けられている。

第４図はモータ内部の磁石、架線および各電機子コイル
の相対位置関係を示すとともに可動コイルの移動につれ
てモータ電流が変動する様子を示す図である。

第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）はモータ内部の磁石３，
架線７，および電機子コイル５，５′の相対位置関係を
示しており、第４図（ｄ），（ｅ），（ｆ）は両電機子
コイル５，５′に移動時に流れる電流およびモータ全体
として可動コイルに流れるモータ電流が変動する様子を
図示したものである。

第４図（ｃ）で示す架線７はプリント基板で形成され、
通電区間と非通電区間とが磁極間隔の略２分の１ごとに
繰り返す２つの給電パターン７Ａ，７Ｂを有している。
架線７の給電パターン７Ａ，７Ｂは、第４図（ａ）に示
すごとく、電機子コイル５，５′の双方の有効巻線部が
それぞれ完全に一つの永久磁石３の磁束内に入っている
間は、電機子コイル５，５′で有効に推力を発生させる
ため、電機子コイル５，５′の集電ブラシ６Ａ，６Ｂが
それぞれ給電パターン７Ａ，７Ｂの通電区間Ｅにつなが
り、電機子コイル５，５の両方に通電し、磁束の極性が
逆になったときは給電極性が反転するようにそのパター
ンが形成されている。

また、架線７の給電パターン７Ａ，７Ｂは、第４図
（ｂ）に示すごとく、可動コイルの一方の電機子コイル
５の有効巻線部が磁石のつなぎ目にあって磁束の方向が
変化する領域を通過している間においては、この電機子
コイル５の集電ブラシ６Ｂが給電パターン７Ａ，７Ｂの
間の非通電区間にあるため、電機子コイル５に通電せ
ず、しかもこの間も、他方の電機子コイル５′の有効巻
線部は、いずれも同一方向の磁束内に完全に入っている
ため、集電ブラシ６Ａが給電パターン７Ａに接触して電
機子コイル５′に通電するように、そのパターンが形成
されている。

なお、給電パターン７Ａ，７Ｂの通電区間Ｅは、非通電
区間より永久磁石３列の極間隔の５〜２０％長く形成さ
れている。

こうすることにより、Ｕ字形状の固定子レール１のそれ
ぞれの脚部に配設される永久磁石３列の極間隔と、架線
７の給電パターン７Ａ，７Ｂとの相対位置関係における
許容度が増し、製造上有利となる。

そして、集電ブラシ６Ａ，６Ｂと給電パターン７Ａ，７
Ｂとの摺接離脱により、電機子コイル５，５′の移動に
したがって、電機子コイル５と電機子コイル５′とが交
互およびその切り替わりの前後においては同時に励磁さ
れ、かつ、各電機子コイル５，５の励磁電流の方向が順
次逆転する。

このようにして、可動コイルの移動に従い、各電機子コ
イル５，５′の位置する場所の磁束の方向に合わせて励
磁電流の方向が切り換えられ、可動コイルは絶えず一方
向の力Ｆを受けて長手方向に摺動する。

このため、電源から架線７に供給されるリニヤモータの
全電流は、第４図（ｆ）に示す様に、可動コイルの所定
移動距離毎にステップ状に変化するパルスを重畳した電
流になる。本考案実施例は、この電流変化を検出して可
動コイル型リニヤモータの速度を制御しようとするもの
である。

図中の二点鎖線Ｂは各集電ブラシ６Ａ，６Ｂの軌跡を示
す。給電パターン７Ａ，７Ｂには操作スイッチ２０を介
して直流電圧が印加され、電機子コイル５，５′の移動
方向を切り換えらるためには給電パターン７Ａ，７Ｂの
極性を切り換えればよい。

第４図（ａ）に示すごとく、可動コイルの一対をなす電
機子コイル５，５′の双方の有効巻線部がそれぞれ同一
方向の磁束内に完全に入っている間は、電機子コイル５
および５′の集電ブラシ６Ａ，６Ｂがそれぞれ給電パタ
ーン７Ａ，７Ｂの通電区間Ｅに接続する、両電機子コイ
ル５，５′に通電する。その同時通電により、第４図
（ｆ）に示すごとくリニヤモータに流れる電流波形にパ
ルスが生じる。

第５図は速度制御装置のブロック図を示す。この速度制
御装置は、可動コイル型リニヤモータＭの電機子コイル
５，５′の通電回路と直列な回路に設けられた電流パル
ス検出トランス８，増幅回路９，パルス化回路１０，単
安定マルチバイブレータ回路１１，半波整流および平滑
回路１２，目標速度設定回路１３，速度誤差演算回路１
４，最低速度設定回路１５，加算回路１６，誤差増幅回
路１７，および電圧制御回路１８を備えている。

また、以上の回路素子９〜１８に必要な正負の電圧を発
生する電源回路１９，および電機子コイル５，５′の通
電極性を切替えるための操作スイッチ２０をも備えてい
る。

「作動」 上記構成によるこの実施例の作動を第６図から第８図を
併用して説明する。

リニヤモータの駆動原理は、フレミングの左手法則に基
くものであり、第１図から第３図において架線７により
電機子コイル５，５′にブラシ６Ａ，６Ｂを介して給電
すると、電機子コイル５，５′に流れる電流Ｉと磁石３
による磁束φにより推力Ｆが生じ、モータの電機子コイ
ル５，５′が駆動され、磁石３の極性の変化に応じてコ
イル５，５′を切換通電することにより連続的な駆動力
が得られるものである。

第５図に示した速度制御装置による速度制御の基本的な
考え方は、速度制御に必要な駆動力を得るために電機子
コイルに供給する電流を、印加する電圧の大小で制御す
るものである。それゆえ、移動速度が目標速度より遅い
場合は印加電圧を上げ、電流を増加し、推力を大きくし
て目標速度に近づける様にし、逆の場合は、印加電圧を
下げ、電流を低下し、推力を小さくして目標速度に近づ
ける様に制御する。

第５図図示において、電流パルストランス８に誘起され
た第６図（ア）に示す交流パルス状の電流変化の信号
は、増幅回路９およびパルス化回路１０を経て第６図
（イ）に示す直流パルス状の出力信号に整形され、単安
定マルチバイブレータ回路１１に入力される。単安定マ
ルチバイブレータ回路１１は、入力されたパルス信号１
つづつに対して一定の時間幅Ｔを持つパルス波形を第６
図（ウ）に示すように発生する。そのため、移動速度が
遅い時は（Ａ）欄に示すごとくパルス間隔が粗く、移動
速度が速い時は（Ｂ）欄に示すごとくパルス間隔が密に
なる。この信号は、半波整流および平滑回路１２を通し
て第６図（エ）に示すごとく直流レベルの電圧信号とな
り、電圧値の大小は速度の大小と一致している。速度誤
差演算回路１４により、目標速度設定回路１３の第６図
（オ）に示す所望の設定電圧Ｖｓと、前記半波整流およ
び平滑回路１２の出力電圧Ｖとの差が求められる。この
結果は第６図（カ）に示されるように、目標速度が移動
速度より大の場合は負の電圧erAが出力され、目標速度
が移動速度より小の場合は正の電圧ｅｒＢが出力され
る。加算回路１６は、最低速度設定回路１５で設定され
る第６図（キ）に示す任意な負電圧と、前記速度誤差演
算回路１４の出力を極性付きで加算するものであり、演
算増幅回路などで構成されている。演算結果は第６図
（ク）に示すごとくであり、目標速度が移動速度より大
の場合は、出力電圧値が最低速度設定回路１５の設定電
圧ｅに速度誤差演算回路１４の出力電圧ｅｒＡが加算さ
れたものとなり、その反対の場合は前記設定電圧ｅから
出力電圧erBが減算されたものとなる。最低速度設定回
路１５の設定電圧ｅは、速度誤差演算回路１４の出力電
圧erA，ｅｒＢが零（＝０）になってもモータが動くこ
とができるようにするためのオフセット電圧である。

誤差増幅回路１７は、前記加算回路１６の第６図（ク）
に示す出力信号電圧と、電圧制御回路１８の出力電圧と
の誤差を演算し、増幅して電圧制御回路１８に送ってい
る。電圧制御回路１８の出力電圧は第６図（ケ）に示す
ごとくであり、この電圧制御回路１８はダーリントン接
続されたパワートランジスタを含む回路で構成される。
加算回路１６の出力電圧に対応する電圧制御回路１８の
出力電圧特性は第７図に示すごとく比例特性にされてい
る。

この実施例の速度制御装置の利点は、特別な回転子位置
検出装置およびパルス発生回路を付加することなくリニ
ヤモータの負荷電流の変動で生じる変化信号でリニヤモ
ータに流れる電流を制御することにより、可動コイルを
任意の速度で移動させることができることにあり、第８
図に示すごとく移動の最初から最後までを定速度に保つ
ことができ、速度制御の効果は大である。そのため、従
来大きかった停止時の衝撃を軽減することができ、装置
の信頼性が向上した。

また、必要な時に最大能力を発揮できるため、傾斜角度
による移動速度の変化をおさえることができる。

「その他の実施例」 なお、以上の実施例においては、第１図から第３図に示
すように電機子コイル５，５′の側面部に集電ブラシ６
Ａ，６Ｂを備える構造の可動コイル型リニヤモータにつ
いて説明したが、集電ブラシは２個の電機子コイルの上
部に備える構造であっても、この考案を適用可能であ
る。また、架線における給電パターンの形状が種々に変
更された可動コイル型リニヤモータ、または可動コイル
が並列に配置されるリニヤモータにも、この考案は適用
可能である。また、電流パルス検出手段としては抵抗な
どのインピーダンスを用いることも可能である。

「効果」 以上述べたように、この考案は上記の構成を有するか
ら、モータ機構になんら物理的な変更を加えることな
く、かつ特別な回転子位置検出装置およびパルスか発生
回路を設けることなくリニヤモータの電流波形より速度
信号を検出することができるので、可動コイルを任意に
設定した速度で移動させることができるとともに、モー
タを小型にすることができるなどの数々の優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の実施例におけるリニヤモータの構造
を示す斜視図、第２図は電機子コイルの側面図、第３図
は永久磁石と電機子コイルの配置を示す斜視図、第４図
はモータ内部の磁石，架線および各電機子コイルの相対
位置関係を示すとともに可動コイルの移動につれてモー
タ電流が変動する様子を示す図、第５図は速度制御装置
のブロック図、第６図は目標速度と移動速度との大小関
係に伴ない変動する速度制御装置各部の波形を示す波形
図、第７図は加算回路の出力電圧に対応する電圧制御回
路の出力電圧特性を示す特性図、第８図は効果を示す特
性図である。 ３……永久磁石、５，５′……電機子コイル、６Ａ，６
Ｂ……集電ブラシ、７Ａ，７Ｂ……給電パターン、８…
…電流パルス検出トランス、９〜１９……速度制御装置
をなす回路素子、Ｍ……可動コイル型リニヤモータ、Ｅ
……通電区間。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】可動コイルと永久磁石との相対位置に応じ
   て可動コイルの一対をなす電機子コイルに同一方向の推
   力が発生するように、各電機子コイルに流れる電流の向
   きを切換えながら、各電機子コイルに給電する架線の給
   電パターンより、各電機子コイルと接続された集電ブラ
   シを介して電機子コイルに電流を流す可動コイル型リニ
   ヤモータにおいて、 前記両給電パターンの通電区間を非通電区間より長く形
   成して、各電機子コイルを通電する期間に重なりを設
   け、 前記リニヤモータの各電機子コイルの双方の有効巻線部
   がそれぞれ同一方向の磁束内に完全に入っている間、両
   電機子コイルで有効に推力を発生させるため、前記両給
   電パターンが両電機子コイルを集電ブラシにより同時に
   通電する期間を有すると共に、 前記リニヤモータの両電機子コイルが同時に通電される
   時に生ずる電流パルスの周波数変動を検出するための電
   流パルス検出手段を前記両電機子コイルと直列に挿入
   し、かつ前記電流パルス検出手段の速度に比例した周波
   数のパルス信号に基づいて速度制御を行う速度制御装置
   を備える ことを特徴とする定速度可動コイル型リニヤモータ。