JPH09247921A - リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一般的な略台形状着時の界磁マグネットを使
用してもコイルの推力に寄与しない部分を作らずにトル
クリップルを抑制できるリニアモータを提供する。 【解決手段】 本発明のリニアモータは、略台形状の着
磁分布を持つ界磁マグネットと電機子コイルを相対的に
傾きを持たせて構成したことにより、電機子コイルの受
ける磁界が部分部分で位相が異なるため、磁束分布の変
動を分散し、滑らかな変化としてとらえ、コイルに加え
られる正弦波電流とでトルクリップルのない安定した推
力を発生し、コイルが推力に寄与しない部分を設けない
ため、２相や３相のリニアモータにも対応することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器・物品等を直
線的に搬送・移動させる際に用いられるリニアモータに
関する。本リニアモータは、複写機、イメージスキャ
ナ、プリンタ等のＯＡ機器、Ｘ−Ｙテーブル、物品搬送
装置などのＦＡ機器、カメラ等の光学機器等、直線運動
を必要とする全ての分野において使用される。

【０００２】

【従来の技術】従来のリニアモータは、特開昭６１−２
４９０７号公報に開示されるように、リニアモータの一
対のコイルを着磁ピッチの１／２間隔だけずらして配置
してトルクリップル（いわゆるコギング）の発生を抑制
している。また、正弦波状に着磁された界磁マグネット
と電機子コイルを正弦波駆動するようにリニアモータを
構成すれば、トルクリップルの発生しない系が構成され
ることが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
リニアモータでは、コイルの推力に寄与しない部分が無
駄になることや、より一般的な３相リニアモータを構成
することができない等の問題がある。また、着磁を厳密
に正弦波状にするには難しく、分布に変動があると、そ
こでトルクリップルを発生してしまうといった問題があ
る。

【０００４】本発明の目的は、一般的な略台形状着磁の
界磁マグネットを使用してもコイルの推力に寄与しない
部分を作らずにトルクリップルを抑制するリニアモータ
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のリニアモータ
は、長手方向に略台形状磁束分布を持つ複数の界磁マグ
ネットと、電機子コイルからなり、電機子コイルと界磁
マグネットが相対的に傾きを持つように構成される。上
記リニアモータにおいて、電機子コイルが長手方向に対
して垂直な方向に配置され、界磁マグネットの磁極の切
り変わる部分が長手方向の垂直な方向に対して傾きを持
って配置されることが好ましい。または、界磁マグネッ
トの磁局の切り変わる部分が長手方向に対し垂直で電機
子コイルが長手方向の垂直な向きに傾きを持って配置さ
れることが好ましい。または、界磁マグネットの磁局の
切り変わる部分が長手方向に垂直な向きに対して傾きを
持って配置され、電機子コイルが長手方向の垂直方向に
マグネットと異なる角度の傾きを持って配置されること
が好ましい。上記何れかの構成のリニアモータにおい
て、磁極ピッチＰ、磁極の幅（直径）Ｒとしたときの相
対的な傾き角θを０より大きく、Ｔａｎ^-1（３Ｐ／２
Ｒ）未満に設定することが好ましい。または、２相以上
のｎ相リニアモータにおいて、磁極ピッチＰ、磁極の幅
（直径）Ｒとしたときの相対的な傾き角θが略Ｔａｎ^-1
（Ｐ／（ｎ・Ｒ））であることが好ましい。上記構成に
よると、電機子コイルの受ける磁界が部分部分で位相が
異なるため、磁束分布の変動を分散し、滑らかな変化
（略正弦波状）としてとらえ、コイルに加えられる正弦
波電流とでトルクリップルを抑制して安定した推力を発
生できる。しかも、電機子コイルが推力に寄与しない部
分を設けない設計を採ることができ、２相や３相などの
多相リニアモータにも対応することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリニアモータの実
施形態を図面を参照して説明する。 （１）片側駆動装置の説明 図１の（ａ）は、本発明のリニアモータを備える片側駆
動装置Ａ、Ｂを採用した画像読み取り装置の概略構成を
示す図であり、（ｂ）は片側駆動装置Ａ及びＢと、装置
Ａにより駆動されるキャリッジＣ１、装置Ｂにより駆動
されるキャリッジＣ２の平面図である。なお、図１の
（ａ）では、駆動装置Ａ、Ｂは鎖線でその位置だけを示
している。ランプ９２及びミラーｍ１，ｍ２，ｍ３は、
可動キャリッジＣ１に搭載されており、ミラーｍ４，ｍ
５は、可動キャリッジｃ２に搭載されている。画像読み
取り時には、ランプ９２及びミラーｍ１，ｍ２，ｍ３が
キャリッジＣ１の移動により、また、ミラーｍ４，ｍ５
がキャリッジＣ２の移動により、それぞれ原稿画像副走
査方向Ｘに駆動される。このとき、キャリッジＣ１は、
キャリッジＣ２の２倍の速度で移動する。これにより、
画像読取位置９３からレンズＬＮに至る距離に変化は生
ぜず、結像状態が保たれる。ＣＣＤ撮像部９４に結像さ
れた像は、光電変換され、図示しない画像処理回路に送
られ、読取が完了する。この画像読み取り装置における
片側駆動装置Ａは、リニアモータＬＤＭａを備える。こ
のモータは、被駆動部材であるキャリッジＣ１を駆動す
るもので、表面にＮ極とＳ極を副走査方向Ｘに交互に配
置した界磁マグネット１１Ａを有する副走査方向Ｘに延
びる、断面円形ロッド形状の固定子１Ａと、この固定子
１Ａに外嵌し、該固定子に沿って往復動可能の電機子コ
イル２２ａを有する円筒形可動子２Ａとの組み合わせか
らなっている。可動子２Ａは両端部に軸受け２３ａを有
し、この軸受けにより固定子１Ａに沿って移動できる。
また、片側駆動装置Ｂは、前記の固定子１Ａと、これに
外嵌し、該固定子に沿って往復動可能の電機子コイル２
２ｂを有する円筒形可動子２Ｂの組み合わせからなるリ
ニアモータＬＤＭｂを備えている。すなわち、装置Ａと
Ｂは固定子１Ａを共通にしている。可動子２Ｂは両端部
に軸受け２３ｂを有し、この軸受けにより固定子１Ａに
沿って移動できる。

【０００７】固定子１Ａは、図２の（ａ）及び（ｂ）に
示すように、機械加工により表面が平滑に形成された、
着磁可能の断面円形の直線棒状部材１１１の中心部に強
磁性体材料からなる棒状の固定子ヨーク１２を挿入し、
そのあと界磁マグネット１１Ａを形成するように、棒状
部材１１１に、Ｎ極とＳ極が副走査方向Ｘに交互に並ぶ
ように着磁して形成したものである。界磁マグネット１
１ＡはＮ極、Ｓ極を一周期とする正弦波の磁束密度の分
布を持つように着磁してある。固定子１Ａは、この構成
のものに限定されないが、機械加工により表面を平滑に
形成した着磁可能の棒状部材の中心部に強磁性体材料か
らなる固定子ヨークを挿入し、そのあと棒状部材に着磁
して界磁マグネットを形成したこの構成によると、固定
子表面を容易に平滑化して可動子の移動抵抗を少なくで
きるとともに、中心部に強磁性体ヨークを挿入したまま
後で着磁されていることにより、磁束の高い着磁が得ら
れ、それだけ高い推力を得ることができる。

【０００８】可動子２Ａは、図２（ａ）及び（ｂ）に示
すように、強磁性体材料からなる円筒形状の可動子ヨー
ク２１ａの内側に沿って電機子コイル２２ａを設け、こ
のコイル２２ａを固定子の界磁マグネット１１Ａに対向
配置したものである。可動子２Ｂも、同様に、強磁性体
材料からなる円筒形状の可動子ヨーク２１ｂの内側に沿
って電機子コイル２２ｂを設け、このコイル２２ｂを固
定子１Ａの界磁マグネット１１Ａに対向配置したもので
ある。可動子の構成はこれに限定されないが、このよう
に強磁性体材料からなる可動子ヨークの内側に固定子に
対向させて電機子コイルを設けた構成の可動子２Ａ（２
Ｂ）を採用して前記の特定構成の固定子１Ａと組み合わ
せると、図２の（ｂ）に示すように、固定子ヨーク１２
−磁石１１Ａ−電機子コイル２２ａ（２２ｂ）−可動子
ヨーク２１ａ（２１ｂ）の間に磁気ループを形成するこ
とができ、結果的に磁気を閉じ込めることができ、これ
により固定子ヨーク１２と可動子ヨーク２１ａ（２１
ｂ）間の磁束密度が高くなり、高い推力を得ることがで
きる。

【０００９】なお、固定子１Ａの芯部に強磁性体が無い
と、図２の（ｃ）に示すように、磁気ループである空洞
部の磁束は不規則に発散し、当然磁束密度は低くなる。
可動子２Ａ（２Ｂ）における電機子コイル２２ａ（２２
ｂ）は、あとで説明する図３の（ａ）に示すように、電
気角でπ・２／３ずつずらした位置（なお、π・２／３
ずれた位置と同位相の位置でもよい）に配置した３相の
コイルｕ、ｖ、ｗからなっており、また、可動子２Ａ
（２Ｂ）には位置検出素子を配設してある。この位置検
出素子は、本例ではその位置での界磁マグネット１１Ａ
の磁束の大きさと向きを検知する、磁電変換素子の一種
であるホール素子ｈｕ、ｈｖ、ｈｗである。ホール素子
ｈｕはコイルｕの中心位置に設けてあり、同様に、素子
ｈｖはコイルｖの中心位置に、素子ｈｗはコイルｗの中
心位置に設けてある。そしてこれらホール素子が感知し
た磁束の大きさと向きに対応する大きさと向きの電流を
コイルに通電することでモータＬＤＭａ（ＬＤＭｂ）が
運転される。

【００１０】図１の（ｂ）に示すように、可動子２Ａの
一方の側面には図示しない連結部材を介してキャリッジ
Ｃ１の片側端部ｃ１１が連結固定されており、可動子２
Ｂの一方の側面には図示しない連結部材を介してキャリ
ッジＣ２の片側端部ｃ１４が連結固定されている。ま
た、キャリッジＣ１の自由端部ｃ１２は、ここに設けら
れた回転自在のローラＲ１により、固定子１Ａと平行配
置のガイドレールＧ上に移動可能に載置されている。ま
た、キャリッジＣ２の自由端部ｃ１５は、ここに設けら
れた回転自在のローラＲ２により、同ガイドレールＧ上
に移動可能に載置されている。後述するように電機子コ
イル２２ａ、２２ｂに通電することで可動子推力が発生
し、可動子２Ａ、２Ｂが固定子１Ａに沿って移動し、こ
れによりキャリッジＣ１、Ｃ２がそれぞれ片側駆動され
る。キャリッジＣ１及びＣ２が片側駆動に伴い、それら
に搭載されたランプ９２や反射ミラーｍ１〜ｍ５等の走
査光学系部材が副走査方向に移動せしめられ、原稿画像
の走査、読み取りが行われる。このとき可動子２Ａは可
動子２Ｂの２倍の速度で進行する。また、可動子２Ａ、
２Ｂが反対方向へ駆動されることで当初位置へ復帰もす
る。

【００１１】（２）リニアモータの構成 リニアモータＬＤＭａ（ＬＤＭｂ）における固定子１Ａ
の推進用界磁マグネット１１Ａにおける磁極配列のパタ
ーン及び可動子２Ａ（２Ｂ）における電機子コイル２２
ａ（２２ｂ）の配列パターンの相互関係について、図３
を参照して説明する。図３の（ａ）に示すように、リニ
アモータＬＤＭａ（ＬＤＭｂ）においては、可動子２Ａ
（２Ｂ）の電機子コイル２２ａ（２２ｂ）の配列パター
ンは該コイルの空芯部を含む面がキャリッジＣ１（Ｃ
２）の幅方向に平行に、換言すれば可動子の移動方向に
垂直な通常のパターンであるが、界磁マグネット１１Ａ
におけるＮ、Ｓの磁極配列パターンは、通常のパターン
より傾斜しており、通常のコイル配列パターン及び通常
の磁極配列パターンに対し角度θ１ ずれている。つま
りＮ、Ｓの各磁極が、可動子２Ａ（２Ｂ）のキャリッジ
Ｃ１（Ｃ２）連結側に対応する内側において反対の外側
より副走査方向Ｘへ先行するように角度θ１ 傾斜して
いる。図３の（ｂ）は、界磁マグネット１１Ａの中心線
上の磁束分布を示す。また、この角度θ１ は、固定子
１Ａと可動子軸受け２３ａ（２３ｂ）間のクリアランス
Ｃ（ここでは６０μｍ）及び軸受け２３ａ（２３ｂ）間
隔の進行方向長さＬ（ここでは６０ｍｍ）について、θ
１ ≧Ｔａｎ^-1（Ｃ／Ｌ）の条件を満足している。さら
に、固定子１Ａの外径Ｒ及び固定子ピッチＰ（マグネッ
ト１１Ａにおける隣り合うＳ、Ｎの二つの磁極の可動子
進行方向の長さ）について、θ１ ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／
Ｒ）の条件を満足している。以上、説明した固定子１Ａ
の磁極配列パターン及び可動子２Ａ（２Ｂ）のコイル配
列パターン間の相対角度により、電機子コイル通電時、
可動子２Ａ（２Ｂ）の、キャリッジを連結した内側部分
に対し外側部分より先行させようとする推力が働き、こ
れが可動子２Ａ（２Ｂ）に回転力を与えるように作用
し、この回転力がキャリッジＣ１（Ｃ２）の自由端部ｃ
１２（ｃ１５）を、遅れて傾こうとする力に抗して副走
査方向Ｘに振り動かすように作用する。さらに、上記の
例では、θ１ ≧Ｔａｎ^-1（Ｃ／Ｌ）の条件を満足させ
てあるので、可動子に働く回転力は、キャリッジＣ１
（Ｃ２）の自由端部ｃ１２（ｃ１５）の遅れを一層確実
に取り戻せるものであり、従って自由端部ｃ１２（ｃ１
５）が可動子２Ａ（２Ｂ）に連結された片側端部ｃ１１
（ｃ１４）に対し問題となる遅れをとることなく進行で
き、キャリッジＣ１（Ｃ２）は正しい姿勢で移動する。
かくして原稿画像を精度よく読み取ることができる。ま
た、θ１ ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／Ｒ）の条件を満足させてあ
るので、トルクラップ（いわゆるコギング）の発生を抑
制することができる。

【００１２】リニアモータＬＤＭａの運転制御について
説明する。既述のとおり、固定子１Ａの界磁マグネット
１１ＡはＮ極、Ｓ極を一周期とする正弦波の磁束密度の
分布を持つように着磁してある。また、既述のとおり、
図３の（ａ）に示すように、可動子２Ａの電機子コイル
２２ａは電気角でπ・２／３ずつずらした位置（π・２
／３ずれた位置と同位相の位置でもよい）に配置した３
相のコイルｕ、ｖ、ｗからなっており、各コイルにはそ
の位置での界磁マグネット１１Ａの磁束の大きさと向き
を検知するホール素子ｈｕ、ｈｖ、ｈｗを設けてある。
そしてこれらホール素子が感知した磁束の大きさと向き
に対応する大きさと向きの電流をコイルに通電すること
でモータＬＤＭａが運転されるのである。すなわち、こ
こではいわゆる３相駆動方式が採用され、図３の（ｃ）
に示すように、１２０度ずつ位相のずれた信号をコイル
に入力し、結果的に可動子の位置に関係なく一定推力を
得るようにしてある。また、ここでは、前記３相駆動方
式を採用するとともに、可動子を目標速度で駆動するた
めに、一般にＰＬＬと呼ばれている位相同期制御方式を
採用している。図３の（ａ）に示すリニアモータＬＤＭ
ａ（ＬＤＭｂ）では、固定子１Ａ（１Ｂ）の磁極配列パ
ターンを傾斜させたが、図４に示すように、可動子２Ａ
（２Ｂ）の電機子コイル配列パターンを傾斜させてもよ
い。図４に示す例では、固定子１Ａ（１Ｂ）の磁極配列
パターンはキャリッジＣ１（Ｃ２）の幅方向と平行であ
るが、可動子２Ａ（２Ｂ）の電機子コイル２２ａ（２２
ｂ）の配列パターンが通常のコイル配列パターン及び通
常の磁極配列パターンに対し角度θ２ ずれている。つ
まり電機子コイル２２ａ（２２ｂ）のコイル空芯部を含
む面が、可動子２Ａ（２Ｂ）のキャリッジＣ１（Ｃ２）
連結側において反対の外側より副走査方向Ｘに対し復帰
方向に後退するように角度θ２ 傾斜している。また、
θ２ ≧Ｔａｎ^-1（Ｃ／Ｌ）及びθ２ ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／
Ｒ）の条件を満足している。この場合も、固定子磁極配
列を傾斜させた図３（ａ）に示す場合と同様の効果があ
る。またさらに、図５に示すように、固定子１Ａ（１
Ｂ）の磁極配列パターンを傾斜させると共に、可動子２
Ａ（２Ｂ）の電機子コイル２２ａ（２２ｂ）の配列パタ
ーンを傾斜させても良い。図５に示す例では、固定子１
Ａ（１Ｂ）の磁極配列パターンをθ３傾斜させると共
に、可動子２Ａ（２Ｂ）の電機子コイル２２ａ（２２
ｂ）の配列パターンをθ４傾斜させて、磁極配列パター
ンとコイル配列パターンが相対角度θ５（＝θ４−θ
３）だけ傾いている関係を作る。また、θ５≧Ｔａｎ^-1
（Ｃ／Ｌ）及びθ５＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／Ｒ）の条件を満足
している。この場合も、固定子磁極配列を傾斜させた図
３（ａ）に示す場合と同様の効果がある。上記例におい
ては、キャリッジＣ１（Ｃ２）の片側端部ついてだけリ
ニアモータを設けたが、キャリッジＣ１（Ｃ２）の両端
部について上記と同様のリニアモータを設けてもよい。
例えば図６に示すように、図３（ａ）に示すリニアモー
タＬＤＭａ（ＬＤＭｂ）と同じものをキャリッジＣ１
（Ｃ２）の反対側端部ｃ１２（ｃ１５）にも設けてもよ
い。磁極配列パターンの傾斜角度θ６ については、θ
６ ≧Ｔａｎ^-1（Ｃ／Ｌ）及びθ６ ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／
Ｒ）の条件を満足している。この構成では、キャリッジ
Ｃ１（Ｃ２）を副走査方向Ｘに進行させるときは図中下
側のリニアモータＬＤＭａ（ＬＤＭｂ）を用い、復帰動
作させるときには図中上側のリニアモータＬＤＭａ（Ｌ
ＤＭｂ）を用いることで、キャリッジＣ１（Ｃ２）を行
きも帰りも正しい姿勢で駆動することができる。なお、
復帰動作等において、キャリッジＣ１（Ｃ２）の姿勢が
問題にならないようなときは、両方のリニアモータを動
作させることで、キャリッジＣ１（Ｃ２）を高速駆動す
ることもできる。

【００１３】以上の実施形態で示すように、本発明のリ
ニアモータは、略台形状の着磁分布を持つ界磁マグネッ
ト１１Ａと、電機子コイル２２ａ（２２ｂ）とに相対的
な傾きθ（図３のリニアモータではθ１、図４のにリニ
アモータではθ２、図５のリニアモータではθ５（＝θ
３−θ４）、図６のリニアモータではθ６を意味する。
以下同じ。）を持たせることを特徴とする。このような
傾きを設けることで、電機子コイル２２ａ（２２ｂ）の
うける磁界が部分部分で異相となるため、磁束分布の変
動を分散し、なめらかな変化（略正弦波状）としてとら
え、コイルに加えられる正弦波電流とでトルクリップル
を抑制して安定した推力を得ることが可能となる。しか
も、本構成を採用することで、電機子コイル２２ａ（２
２ｂ）が推力に寄与しない部分を設けない構成をとるこ
とができるため、２相や３相の多層リニアモータにも当
該技術を適用することができる。

【００１４】上記のように、電機子コイル２２ａ（２２
ｂ）と界磁マグネット１１Ａとの間に相対的な角度を設
けたことで得ることのできる効果について、以下に詳し
く説明する。図７及び図８は、２相モータにおける特性
を計算によって求めた例を示す。図７は、電機子コイル
２２ａ（２２ｂ）と界磁マグネット１１Ａとの間に相対
的な傾きを設けなかった場合の例であり、（ａ）は、各
相（Ａ相、Ｂ相）コイルが場所によって受ける磁束分布
を表す。（ａ）から（ｃ）に共通の横軸ｘは、界磁マグ
ネット１１Ａの長手方向の位置であり、各相とも台形状
に変化する磁束の分布を受けることがわかる。（ｂ）
は、各相の駆動電流の波形である。（ｃ）は、磁束と電
流によって発生する推力を示す。相対角度０度の位置関
係において、推力の平均値が１．００になるように正規
化されている場合の推力変動率ｆ（（ｆ_max−ｆ_min）／
ｆ_ave／２）は、４．８％である。ここで、ｆ_maxは、推
力ｆの最大値であり、ｆ_minは、推力の最低値であり、
ｆ_aveは、推力の平均値である。図８は、電機子コイル
２２ａ（２２ｂ）と界磁マグネット１１Ａとを相対角度
θだけ傾けさせた場合の例であり、（ａ）は磁束分布、
（ｂ）は駆動電流波形、（ｃ）は推力を示す。本例の場
合、相対角度θは、Ｔａｎ^-1（Ｐ／（２／Ｒ））、但
し、Ｐは着磁ピッチ、Ｒはシャフトの直径を示す。この
場合、推力は傾けない場合に比べ１５％低下するが、推
力変動率ｆを１．１％まで抑制することができる。これ
は、（ａ）に示すように、相対的な傾きθの値により電
機子コイル２２ａ（２２ｂ）の部分部分での位相が変化
して台形状の磁束分布を滑らかに、ちょうど正弦波状に
変化させるからである。さらに、３相モータの場合につ
いて、図９から図１２に示す。図９は、θ＝０、図１０
は、θ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／Ｒ）、図１１は、θ＝Ｔａｎ^-1
（２・Ｐ／（３・Ｒ））、図１２は、θ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ
／Ｒ）とした場合において、相対的な傾き各θを変えた
場合の（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電流波形、（ｃ）推
力を示す。この場合も、傾けることにより推力の平均値
ｆ_aveが低下するが、コイルの受ける磁束も滑らかな正
弦波状になり、Ｔａｎ^-1（Ｐ／（３・Ｒ））の時には推
力変動率ｆが０．３％まで低下し、推力の平均値ｆ_ave
は７％の低下で収まる。図１３は、相対的傾き角度θに
対する推力ｆの変化を示す。ここでの推力ｆとは、推力
の平均値ｆ_aveをいう。傾き角度θの増加に従い推力ｆ
が低下し、θ＝Ｔａｎ^-1（３Ｐ／（２・Ｒ））で０にな
る。また、図１４及び図１５には、台形状の磁束分布の
上底及び下底を変化させた場合の推力変動率ｆの変化を
示す。図１４は、２相モータ、図１５は３相モータにつ
いての例であり、矢印Ａの上が上底と下底の比が１に近
く（上底部が広く矩形に近い）、下に行くに従い小さな
値（上底部が狭く３角波に近い）となる。２相モータで
は、Ｔａｎ^-1（Ｐ／（２・Ｒ））近辺で、３相モータで
は、Ｔａｎ^-1（Ｐ／（３・Ｒ））近辺で低い値となって
いる。また、比が小さくなるに従い推力変動率の変化が
小さくなる傾向があるが、磁束の総量も減少するので推
力の絶対値が小さくなるのが理解される。リニアモータ
としては、推力が大きく、かつ推力の変動が抑制されて
いることが好ましい。従って、ｎ相モータでは、矩形に
近い台形状の着磁を行い、界磁マグネットと電機子コイ
ルとを相対的にＴａｎ^-1（Ｐ／（ｎ・Ｒ））だけ傾ける
ことが好ましい。最後に、相対的な傾きを持たせること
により着磁に変動があっても、その影響を抑制できるこ
とを図１６及び図１７を用いて説明する。着磁が図１８
のように一部で台形から外れ変動があるとき、相対的な
傾き角θが０の場合が図１６、相対的な傾き角θがＴａ
ｎ^-1（Ｐ／（ｎ・Ｒ））である場合が図１７である。着
磁の変動により、図１６（ａ）に示すように電機子コイ
ルの受ける磁束がＢｅｒ部のように変化し、推力がＢｅ
ｒ部のよう変動して、その結果１６％の変動が発生す
る。相対的に傾けると図１７の（ａ）のＢｅｒ'部のよ
うに、滑らかな変動として受け取られ、推力変動率が
３．５％まで低下する。このように、台形の着磁の一部
に変動が生じたり台形から外れても、相対的な傾きを持
たせることにより変動を拡散して滑らかなものとして捕
らえ、推力変動を抑制することが可能となる。

【００１５】以上、説明したように、本発明のリニアモ
ータは、台形波状の着磁分布を持つ界磁マグネット１１
Ａと電機子コイル２２ａ（２２ｂ）とを相対的に傾きを
持たせて設けることで、電機子コイル２２ａ（２２ｂ）
の受ける磁界が部分部分で位相が異なり、磁束分布の変
動を分散して滑らかな変化として捕らえ、電機子コイル
２２ａ（２２ｂ）に加えられる正弦波電流とでトルクリ
ップルのない安定しか推力を発生できる。しかも、電機
子コイル２２ａ（２２ｂ）に推力の寄与しない部分を設
けない構成をとることができ、２相や３相のリニアモー
タにも対応することができる。

【００１６】（３）制御回路の説明 以下、リニアモータの制御について説明する。図１９の
（ａ）にモータＬＤＭａの運転制御のための電気回路の
概略ブロック図を、（ｂ）に位相同期制御方式による速
度制御回路を含む運転制御回路の要部を示す。図１９
（ａ）及び（ｂ）において、４１は直流電源、４２は前
記のホール素子等を含む通電制御回路部、４３は可動子
２Ａの移動速度を検出するエンコーダ、４４は位相同期
制御方式による速度制御部である。エンコーダ４３は、
それには限定されないが、ここでは固定子１Ａに設けた
図示しないファイン磁極列に沿って可動子２Ａとともに
移動する磁気センサ（ここではＭＲ素子と称されている
磁気抵抗素子利用のセンサ）を含む磁気方式のエンコー
ダである。図１９の（ｂ）において、４５は画像読み取
りのためにモータＬＤＭａの所定の動作を指示するとと
もに、位相同期制御部４９に基準クロック信号を出力す
るマイクロコンピュータ、４６はコンピュータ４５の入
出力ポート、４７は増幅器、４８はスイッチング部、４
９は前記の位相同期制御部、５０は補償回路、５１は増
幅回路である。図１９に示す制御回路によると、コンピ
ュータ４５から目的とする速度に応じた基準クロック信
号が位相同期制御部４９に入力されるとともに、エンコ
ーダ４３から可動子２Ａの移動速度信号が制御部４９に
フィードバック入力される。位相同期制御部４９は、基
準クロックのパルスとエンコーダ４３からのフィードバ
ック信号のパルスの周波数と位相の差に応じた信号を出
力し、補償回路５０で伝達系の進み遅れ補償を行い、そ
の出力電圧をホール素子の基準入力電圧とする。ホール
素子は、それがある位置での磁束の大きさと向きに対応
する電圧を出力するが、その出力電圧は基準入力電圧に
比例する特性を持っている。従って、基準クロック信号
とフィードバック信号の差に応じた出力電圧がホール素
子から出力されることになる。ホール素子からの出力電
圧は増幅回路５１により比例増幅され、電機子コイルに
通電される。以上により、基準クロックのパルスとフィ
ードバック信号のパルスの周波数と位相を合わせる、換
言すれば、可動子２Ａの目標速度と一致するようにモー
タＬＤＭａが運転される。なお、リニアモータＬＤＭｂ
についても、その可動子２Ｂは、その電機子コイル２２
ｂが可動子２Ａと同様に３相コイルからなり、可動子２
Ａと同様にホール素子を有し、図６に示すものと実質上
同じ構成の制御回路により、可動子２Ａの移動速度の１
／２の速度で副走査方向Ｘに移動するように駆動され
る。以上、本実施形態に説明するリニアモータは、固定
子が断面円形状の直線棒形状のもので、可動子がこれに
外嵌して移動するものであるが、固定子が帯板状のもの
で、可動子がこれに対向配置され、これに沿って移動す
るものでもよい。また、本実施形態では、固定子に界磁
マグネットを設け、可動子に電機子コイルを設けている
が、固定子に電機子コイルを、可動子に界磁マグネット
を設けた構成でもよい。

【００１７】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のリニア
モータは、台形状の着磁分布を持つ界磁マグネットと電
機子コイルを相対的に傾きを持たせて構成したことによ
り、電機子コイルの受ける磁界が部分部分で位相が異な
るため、磁束分布の変動を分散し、滑らかな変化として
捕らえ、コイルの加えられる正弦波電流とでトルクリッ
プルのない安定した推力を発生することができる。しか
も、電機子コイルが推力に寄与しない部分を設けない構
成がとれ、２相や３相の多相リニアモータに対応するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （ａ）は実施形態であるリニアモータを備え
る片側駆動装置を採用する画像読取装置の概略構成を示
す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す装置の平面図であ
る。

【図２】 （ａ）は図１の（ｂ）に示すリニアモータの
固定子・可動子構造の説明図であり、（ｂ）は（ａ）に
示す固定子・可動子構造における磁気ループ形成状態の
説明図であり、（ｃ）は固定子の中心部に強磁性体材料
からなる固定子ヨークを備えないときの磁気ループ形成
状態の説明図である。

【図３】 （ａ）はリニアモータの固定子の界磁マグネ
ット磁極配列パターンと可動子の電機子コイル配列パタ
ーンの関係を示す図であり、（ｂ）は界磁マグネットの
点線上の磁束分布を示す図であり、（ｃ）は３相駆動方
式におけるコイル入力信号の波形図である。

【図４】 リニアモータの固定子の界磁マグネット磁極
配列パターンと可動子の電機子コイル配列パターンの他
の例を示す図である。

【図５】 リニアモータの固定子の界磁マグネット磁極
配列パターンと可動子の電機子コイル配列パターンの他
の例を示す図である。

【図６】 片側駆動装置の他の例の要部の平面図であ
る。

【図７】 ２相モータにおいて、電機子コイルと界磁マ
グネットとの間に相対的な傾きを設けなかった場合の
（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電流波形、（ｃ）推力を示
す図である。

【図８】 ２相モータにおいて、電機子コイルと界磁マ
グネットとの間に相対的な傾きθ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／（２
・Ｒ））を設けた場合の（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電
流波形、（ｃ）推力を示す図である。

【図９】 ３相モータにおいて、電機子コイルと界磁マ
グネットとの間に相対的な傾きを設けなかった場合の
（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電流波形、（ｃ）推力を示
す図である。

【図１０】 ３相モータにおいて、電機子コイルと界磁
マグネットとの間に相対的な傾きθ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／
（３・Ｒ））を設けた場合の（ａ）磁束分布、（ｂ）駆
動電流波形、（ｃ）推力を示す図である。

【図１１】 ３相モータにおいて、電機子コイルと界磁
マグネットとの間に相対的な傾きθ＝Ｔａｎ^-1（２Ｐ／
（３・Ｒ））を設けた場合の（ａ）磁束分布、（ｂ）駆
動電流波形、（ｃ）推力を示す図である。

【図１２】 ３相モータにおいて、電機子コイルと界磁
マグネットとの間に相対的な傾きθ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／
Ｒ）を設けた場合の（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電流波
形、（ｃ）推力を示す図である。

【図１３】 相対的傾き角度θに対する推力ｆの変化を
示す図である。

【図１４】 ２相モータにおいて、台形状の磁束分布の
上底及び下底を変化させた場合の推力変動率ｆの変化を
示す。

【図１５】 ３相モータにおいて、台形状の磁束分布の
上底及び下底を変化させた場合の推力変動率ｆの変化を
示す。

【図１６】 相対的な傾きθ＝０の場合に、着磁が変動
した場合におけるおける（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電
流波形、（ｃ）推力を示す図である。

【図１７】 相対的な傾きθ＝Ｔａｎ^-1（Ｐ／（ｎ・
Ｒ））の場合に、着磁が変動した場合におけるおける
（ａ）磁束分布、（ｂ）駆動電流波形、（ｃ）推力を示
す図である。

【図１８】 着時の状態が一部で台形形状から外れた状
態を示す図である。

【図１９】 （ａ）はリニアモータの運転制御回路の概
略を示すブロック図であり、（ｂ）は位相同期制御方式
の速度制御回路を含む運転制御回路の要部を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ａ、Ｂ 片側駆動装置 ＬＤＭａ（ＬＤＭｂ） リニアモータ １Ａ 固定子 １１Ａ 推進用界磁マグネット ２Ａ、２Ｂ 可動子 ２１ａ、２１ｂ 円筒形可動子ヨーク ２２ａ、２２ｂ 電機子コイル ２３ａ、２３ｂ 軸受け Ｃ１ 画像読み取り装置の照明ランプ及び反射ミラー支
持用のキャリッジ Ｃ２ 画像読み取り装置の他の反射ミラー支持用のキャ
リッジ θ１ 、θ２ 、θ３ 、θ４、θ５、θ６ 界磁マグネ
ットの磁極の配列パターンと電機子コイルの配列パター
ン間の相対傾斜角度。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長手方向に略台形状磁束分布を持つ複数
   の界磁マグネットと、 電機子コイルからなり、 電機子コイルと界磁マグネットが相対的に傾きを持つよ
   うに構成されるリニアモータ。
2. 【請求項２】 電機子コイルが界磁マグネットの長手方
   向に対して垂直な方向に配置され、 界磁マグネットの磁極の切り変わる部分が長手方向の垂
   直な方向に対して傾きを持って配置される請求項１に記
   載のリニアモータ。
3. 【請求項３】 界磁マグネットの磁局の切り変わる部分
   が界磁マグネットの長手方向に対し垂直で電機子コイル
   が上記長手方向の垂直な向きに傾きを持って配置される
   請求項１に記載のリニアモータ。
4. 【請求項４】 界磁マグネットの磁局の切り変わる部分
   が長手方向に垂直な向きに対して傾きを持って配置さ
   れ、 電機子コイルが長手方向の垂直方向にマグネットと異な
   る角度の傾きを持って配置される請求項１に記載のリニ
   アモータ。
5. 【請求項５】 磁極ピッチＰ、磁極の幅（直径）Ｒとし
   たときの相対的な傾き角θを０より大きく、Ｔａｎ
   ^-1（３Ｐ／（２・Ｒ））未満に設定した請求項１乃至請
   求項４の何れか１つに記されたリニアモータ。
6. 【請求項６】 ２相以上のｎ相リニアモータにおいて、
   磁極ピッチＰ、磁極の幅（直径）Ｒとしたときの相対的
   な傾き角θが略Ｔａｎ^-1（Ｐ／（ｎ・Ｒ））である請求
   項１乃至請求項４の何れか１つに記載されたリニアモー
   タ。