JPH10248234A

JPH10248234A - リニアｄｃブラシレスモータ

Info

Publication number: JPH10248234A
Application number: JP9067409A
Authority: JP
Inventors: Mizuho Morimitsu; 瑞穂森光
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JP3219133B2

Abstract

(57)【要約】【課題】位置検出用の装置を設けることなく安定させ
て可動子を所望位置に停止させることができるリニアＤ
Ｃブラシレスモータを提供する。【解決手段】停動トルクの発生する推力平衡可能位置
にて安定させて可動子１０を停止させる。ここで、該推
力平衡可能位置では、ホール素子３０Ａ、３０Ｂ、３０
Ｃの内の一つの検出信号が切り替わるので、該ホール素
子の検出信号のみでは検出精度（分解能）が低下する。
このため、ホール素子の出力と共に、該ホール素子から
偏位配置された補助用ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２
Ｃにて、精度を高めて位置を検出することで、安定した
停止動作を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、物品の
搬送等に用いられるリニアＤＣブラシレスモータに関
し、特に、位置を検出しながら可動子を走行させ、指定
された位置で可動子を停止することのできるリニアＤＣ
ブラシレスモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５を参照して磁石可動型三相リニアモ
ータの動作原理について説明する。リニアモータの固定
子１２０は、複数のコイル１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２
Ｃ・・・をリニアモータの長手方向に配設して成る。ま
た、可動子１１０は、永久磁石１１２を長手方向に沿っ
て極性が交互になるように複数配列してなる。該固定子
１２０側には、該永久磁石の極性を検出するためのホー
ル素子１３０Ｃ、１３０Ａ、１３０Ｂが配設されてい
る。

【０００３】ホール素子１３０Ｃ、１３０Ａ、１３０Ｂ
は、コイルと永久磁石との間で連続して推力を発生させ
るために、コイルと永久磁石との相対位置を検出し、コ
イルの通電方向を切り換えさせる。例えば、図５中
（イ）に示す位置の可動子１１０が、或る方向へ通電さ
れたコイル１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃとの間で図中
右方向への推力を発生して右方向へ走行したとする。そ
して、図中（ロ）に示す位置に到達し、可動子１１０が
推力の発生できなくなると、ホール素子１３０Ｂが磁石
１２の極性がＳからＮへ切り替わったことを出力し、コ
イル１２２Ｂの通電方向を切り替えさせ、連続して右方
向への推力を発生させる。即ち、該ホール素子は、コイ
ルの通電方向を切り替えないと推力の発生できなくなる
可動子の推力平衡位置を検出するように置かれている。
推力平衡位置は、永久磁石１１２の幅に沿って３箇所存
在するため、ホール素子１３０Ｃ、１３０Ａ、１３０Ｂ
は、永久磁石１１２の幅の１／３を検出できる。例え
ば、永久磁石の幅が２４mmであるなら、ホール素子は８
mmピッチで可動子１１０の位置を検出し得ることとな
る。

【０００４】一方、該リニアモータを物品の搬送用に用
いる際には、目標の位置に可動子を停止させる必要があ
る。ここで、係る搬送用に用いられるリニアモータに
は、エンコーダ等の分解能の高い位置検出装置が取り付
けられている。即ち、可動子の走行中の位置検出は、上
記ホール素子の出力を計数することにより行い得るが、
該ホール素子の出力では分解能が低く、目標とする停止
位置を正確に検出することができないため、停止位置を
検出する目的だけにエンコーダが取り付けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、非常にコ
ストの高いエンコーダを用いることなく高い停止精度を
達成し得るリニアモータの開発を試みた。この方法とし
て、可動子をコイルと磁石の推力の平衡する位置（脱調
位置）で停止させるとの着想を得た。即ち、図５に点線
で示す位置で推力が平衡するため、この位置で積極的に
可動子を停止することを案出した。

【０００６】この方法を実現するにあたり、新たな課題
が発生した。この課題について図６を参照して説明す
る。図中には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相として、図５に示すホ
ール素子１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０Ｃの出力波形を示
している。そして、図５中に示した点線と同様に、図６
中にも点線でコイルと磁石の推力の平衡し得る位置を示
す。上述したように、ホール素子は、該推力の平衡する
位置で出力を反転させるよう配設されている。このた
め、例えば、図中の（ロ）で示す点線の位置に停止させ
ようとした際に、この位置は丁度Ａ相（ホール素子１３
０Ａ）の出力が、１（ハイ）から０（ロウ）に切り替わ
る位置であるため、この位置（ロ）を検出しようとして
も、Ａ相の出力は０か１か決まらない。従って、位置検
出をＢ相の出力とＣ相の出力のみで行うことが必要とな
るが、Ｂ・Ｃ相の出力では、１６mmの範囲で出力が一定
（Ｂ相＝０、Ｃ相＝０）、即ち、位置（イ）より左側
か、位置（ハ）よりも右側まで可動子が移動しない限り
Ｂ相、Ｃ相の出力は反転しない。即ち、該位置（ロ）を
検出しようとしても、分解能の低下している位置である
ため、停止動作を適切に行い得ないという課題が予想さ
れた。

【０００７】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、位置検
出用の装置を設けることなく安定させて可動子を所望位
置に停止させることができるリニアＤＣブラシレスモー
タを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、複数のコイルを長手方向に沿って配列、
或いは、永久磁石を長手方向に沿って極性が交互になる
ように複数配列して成る固定子と、永久磁石を長手方向
に沿って極性が交互になるように複数配列、或いは、複
数のコイルを長手方向に沿って配列して成る可動子と、
前記コイルの通電方向を切り替え、可動子を走行させる
制御手段と、前記永久磁石の極性を検出し、前記可動子
の推力平衡可能位置にて検出信号を切り換えて出力し、
前記制御手段によってコイルの通電方向を切り替えさせ
る複数の磁極検出素子からなる第１磁極センサと、前記
第１磁極センサから長手方向に偏位して配設され、前記
永久磁石の極性を検出する第２磁極センサと、を備える
リニアＤＣブラシレスモータであって、前記制御手段
が、前記第１磁極センサと第２磁極センサとから可動子
の位置を検出し、推力平衡可能位置にて前記可動子を停
止させることを技術的特徴とする。

【０００９】本発明では、可動子を推力平衡可能位置で
停止させるため、停動トルクを発生させることで安定さ
せて停止させることができる。なお、推力平衡位置と
は、コイルを或る方向へ励磁した際に、複数の永久磁石
の推力が打ち消し会って、推力の平衡する位置を言う。
ここで、該推力平衡可能位置では、第１磁極センサの検
出信号が切り替わるため、第１磁極センサの検出信号の
みでは検出精度（分解能）が低下するが、第１磁極セン
サの出力と共に、第１磁極センサから偏位配置された第
２磁極センサの出力を用いることで、精度を高めて位置
を検出するため、安定した停止動作を実現できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のリニアＤＣブラシ
レスモータの実施形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施例に係る物品搬送用の磁石可
動型リニアモータの横断面図である。磁石可動型リニア
モータの固定子側は、アルミ又はアルミ合金の押し出し
成形から成るガイドレール４０と、ガイドレール４０の
上端に形成された固定部４０ａに取り付けられるコイル
アッセンブリ２０と、該コイルアッセンブリ２０を覆う
着脱可能なカバー５０とから成る。このガイドレール４
０の下端側には走行ローラ１６を走行させるための断面
コ字状のレール部４０ｂが形成されている。

【００１１】他方、可動子１０は、コイルアッセンブリ
２０に内蔵される固定子コイル２２を臨み対向する磁石
１２と、該磁石１２を挟持する可動子フレーム１４と、
この可動子フレーム１４を固定する台車１８と、台車１
８と一体に形成された搬送ハンガ１９と、該台車１８に
対して垂直方向に支持された走行ローラ１６とから成
る。なお、磁石１２は、図の垂直方向に極性が交互にな
るよう複数個配列されている。また、該磁石１２の極性
を検出するためのホール素子３０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂ
（図中にはホール素子３０Ｃのみを示す）がコイルアッ
センブリ２０側に取り付けられている。なお、ホール素
子３０Ｃの奥側（紙面裏側）には、補助用ホール素子
が、該ホール素子と同様に配設されている。

【００１２】該コイルアッセンブリ（固定子）２０は、
水平に配置された６個の固定子コイル２２を樹脂封止し
てなる。図示しないが、かかるコイルアッセンブリ２０
が、リニアＤＣブラシレスモータの該ガイドレール４０
に沿って複数個配列されて固定子を構成している。

【００１３】図２を参照して本実施態様のリニアＤＣブ
ラシレスモータの制御回路の構成について説明する。リ
ニアＤＣブラシレスモータは、可動子１０の磁石１２の
極性を検出するためのホール素子３０Ａ、３０Ｂ、３０
Ｃ及び、補助用ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが配
設され、これらのホール素子の出力によりマイクロコン
ピュータ６２が、可動子１０の位置を検出しドライバ回
路６０を介してコイルアッセンブリ２０を励磁する。コ
イルアッセンブリ２０は、固定子コイル２２Ａ、２２
Ｄ、固定子コイル２２Ｂ、２２Ｅ、固定子コイル２２
Ｃ、２２Ｆをスター結線して成る。該ドライバ回路６０
は、スイッチ６０Ａ、６０Ｂを開閉することにより、上
記固定子コイル２２Ａ〜２２Ｆの通電・励磁方向を可動
子１０の移動に伴い順次切り換えて行く。

【００１４】なお、図示の便宜上、一組のコイルアッセ
ンブリ２０のみを図中に示しているが、図１を参照して
上述したようにコイルアッセンブリ２０は、ガイドレー
ル４０に沿って複数個配列されている点に注意された
い。また、上記ホール素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び
補助用ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、コイルア
ッセンブリ２０毎に配設されている。

【００１５】次に、コイルアッセンブリ２０と、可動子
１０と、ホール素子３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ及び補助用
ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃとの位置関係につい
て、図３を参照して説明する。なお、図示の便宜上、コ
イルアッセンブリ２０のコイルとして、固定子コイル２
２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃのみを示しており、また、可動子
１０の磁石として、一部のみを示している点に注意され
たい。

【００１６】該コイルアッセンブリ２０側には、該可動
子１０の磁石１２の極性を検出するためのホール素子３
０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂが配設されている。ホール素子３
０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂは、コイル２２Ａ、２２Ｂ、２２
Ｃ及びコイル２２Ｄ、２２Ｅ、２２Ｆ（図２参照）と磁
石１２との間で連続して推力を発生させるために、両者
の相対位置を検出し、コイルの通電方向を切り換えるよ
うに配置されている。即ち、該ホール素子は、コイルの
通電方向を切り替えないと可動子側で複数の磁石１２相
互の推力が平衡し、可動子を移動させるための推力の発
生できなくなる脱調位置を検出するように置かれてい
る。なお、図中でホール素子による出力が変化する位
置、即ち、ホール素子による可動子の検出位置を点線で
示す。

【００１７】図中に示すように推力の発生できなくなる
点線で示す脱調位置は、磁石１２毎に３箇所存在するた
め、ホール素子３０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂは、永久磁石１
２の幅の１／３を検出できる。本実施態様では、磁石１
２の幅が２４mmであるため、ホール素子は８mmピッチで
検出を行い得ることとなる。

【００１８】他方、補助用ホール素子３２Ｃ、３２Ａ、
３２Ｂが、ホール素子３０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂの検出位
置から４mm偏位した検出位置に配設されている。即ち、
該補助用ホール素子は、ホール素子と同様に８mmピッチ
で磁石１２を検出できるように配設されているが、ホー
ル素子の取り付け位置から４mm偏位して配設されている
ため、ホール素子の出力の切り替わる図中の点線で示す
位置から４mmずれた、図中に一点鎖線で示す位置にて出
力が切り替わるように配設されている。

【００１９】ここで、該ホール素子３０Ｃ、３０Ａ、３
０Ｂと補助用ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの出力
との波形を示す図４を参照して、本実施態様のリニアＤ
Ｃブラシレスモータの動作について説明する。図中で、
ホール素子３０Ａの出力をＡ相として、また、ホール素
子３０Ｂの波形をＢ相として、ホール素子３０Ｃの波形
をＣ相として参照する。また、補助用ホール素子３２
Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの出力は、上記ホール素子と同様に
それぞれハイ・ロウを繰り返しているが、これらを図２
に示すマイクロコンピュータ６２内の論理回路（図示せ
ず）にて合成して用いているため、該論理回路にて合成
された出力を補助用センサの出力として表す。ここで、
該論理回路は、補助用ホール素子３２Ａ、３２Ｂ、３２
Ｃの内の２個がハイ（１）の際にハイを出力し、２個が
ロウ（０）の際にロウを出力する。

【００２０】該マイクロコンピュータ６２は、可動子を
走行中に上記ホール素子３０Ｃ、３０Ａ、３０Ｂの出力
の立ち上がり・立ち下がりを計数することにより現在位
置を把握している。即ち、図中で点線で示す位置におい
てホール素子の出力が変化（立ち上がり・立ち下がり）
するため、例えば、図中右側へ可動子を送っている際に
は、出力が変化したタイミングで計数値をインクリメン
トし、反対に左側へ送っている際には、計数値をデクリ
メントすることによって可動子の位置を把握する。即
ち、該ホール素子からの信号に基づきマイクロコンピュ
ータ６２は、フィードバック制御を行いながら可動子の
位置を制御している。

【００２１】他方、マイクロコンピュータ６２が可動子
を停止する際に、本実施態様では、可動子の推力の平衡
することが可能な点、即ち、図４中に点線で示す位置に
て可動子を停止させる。例えば、可動子を図中で左方向
から右方向に走行させ、（ホ）の位置に停止させる際に
は、（ニ）の位置を通過（Ｂ相の出力の０から１への反
転）後に、補助センサの出力が反転（１から０への反
転）した際に、可動子をロックさせるようにコイルへ通
電する。即ち、（ホ）の位置に停止させるためには、以
下の出力状態でロック通電に切り換える。Ａ相・・・不問（即ち、０でも１でもよい）Ｂ相・・・１Ｃ相・・・０補助用センサ・・・０

【００２２】このロック通電の際には、Ａ相（可動子コ
イル２２Ａ、２２Ｄ）とＢ相（可動子コイル２２Ｂ、２
２Ｅ）とに電流を流し、Ｃ相には電流を流さないことに
より、位置（ホ）において可動子の複数の磁石１２相互
に反発力、即ち、右方向への推力と左方向の推力を平衡
させた停動トルクを発生させることによって可動子を停
止させる。

【００２３】図４に示すように、位置（ホ）にて可動子
を停止させる際には、ホール素子の最小分解能内で位置
決めを行うため「オープン制御」となる。このため、可
能な限り停止場所の近くでロック通電に切り換えること
が動作の安定のために必要となる。ここで、図６を参照
して上述したようにホール素子の出力のみで位置検出す
ると、推力平衡位置は、３個のホール素子の内の１つの
出力が切り替わる位置に相当するため、残りの２個の出
力で位置を検出することとなり、分解能が等価的に低下
する。これに対して、本実施態様では、上記ホール素子
と併せて補助用ホール素子の出力を用いて位置を検出す
るため、ロック通電を停止位置の近傍で開始することが
できる。

【００２４】なお、この実施態様では、固定子コイルに
一定の電位を印加する方式、即ち、三相中の二相に電圧
を印加して可動子に推力を発生させるタイプのリニアＤ
Ｃブラシレスモータを例示したが、本発明の構成は、印
加電圧を調整することで三相同時に電圧を印加する方式
のリニアＤＣブラシレスモータにも適用し得る。

【００２５】また、上記実施態様では、固定子側にコイ
ルを配置し、可動子側に磁石を配設した磁石可動型リニ
アＤＣブラシレスモータを例として挙げたが、本発明
は、固定子側に磁石を配置し、可動子側へコイルを配設
するコイル可動型のリニアＤＣブラシレスモータにも適
用し得る。更に、本発明の構成は、三相のリニアＤＣブ
ラシレスモータのみでなく、二相或いは四相以上のリニ
アＤＣブラシレスモータにも適用できる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、可動子
を推力平衡可能位置で停止させるため、停動トルクを発
生させて可動子を安定停止させることができる。ここ
で、該推力平衡可能位置では、ホール素子の検出信号が
切り替わるため、該ホール素子の検出信号のみでは検出
精度（分解能）が低下するが、ホール素子と共に、該ホ
ール素子から偏位配置された補助用ホール素子の出力を
用いて精度を高め可動子の位置を検出するため、エンコ
ーダ等の専用の位置測定装置を用いることなく安定した
停止動作を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のリニアＤＣブラシレスモータの機
械的構成を示す横断面図である。

【図２】本実施形態のリニアＤＣブラシレスモータの制
御回路を示すブロック図である。

【図３】本実施形態のリニアＤＣブラシレスモータのコ
イルと可動子との位置関係を示す説明図である。

【図４】図３に示すホール素子及び補助用ホール素子の
出力波形を示す波形図である。

【図５】リニアＤＣブラシレスモータのコイルと可動子
との位置関係を示す説明図である。

【図６】図５に示すホール素子の出力波形を示す波形図
である。

【符号の説明】

１０可動子１２磁石２０コイルアッセンブリ（固定子）２２Ａ、２２Ｂ固定子コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃホール素子（第１磁極セン
サ）３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ補助用ホール素子（第２磁極
センサ）４０ガイドレール６０ドライバ回路６０Ａ、６０Ｂスイッチ６２マイクロコンピュータ（制御手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のコイルを長手方向に沿って配列、
或いは、永久磁石を長手方向に沿って極性が交互になる
ように複数配列して成る固定子と、永久磁石を長手方向に沿って極性が交互になるように複
数配列、或いは、複数のコイルを長手方向に沿って配列
して成る可動子と、前記コイルの通電方向を切り替え、可動子を走行させる
制御手段と、前記永久磁石の極性を検出し、前記可動子の推力平衡可
能位置にて検出信号を切り換えて出力し、前記制御手段
によってコイルの通電方向を切り替えさせる複数の磁極
検出素子からなる第１磁極センサと、前記第１磁極センサから長手方向に偏位して配設され、
前記永久磁石の極性を検出する第２磁極センサと、を備
えるリニアＤＣブラシレスモータであって、前記制御手段が、前記第１磁極センサと第２磁極センサ
とから可動子の位置を検出し、推力平衡可能位置にて前
記可動子を停止させることを特徴とするリニアＤＣブラ
シレスモータ。