JPWO2019163000A1 - モータ駆動システム - Google Patents

Abstract

モータ駆動システムにおいて、第１の電圧と第２の電圧とを切換えて出力するインバータ（３１）と、第１の電圧を出力させるための第１の電圧指令（７１Ａ）と、第２の電圧を出力させるための第２の電圧指令（７２Ａ）との何れかをインバータ（３１）に送信する制御手段（３５）と、を有するモータ駆動アンプ（１０）と、送電コイルおよび受電コイルを有し、インバータ（３１）から出力される第１の電圧によって送電コイル側から受電コイル側に非接触で電力を伝送する給電機構と、固定子および可動子を有し、インバータ（３１）から出力される第２の電圧によって固定子が発生させる磁界で可動子を駆動するモータと、を備える。

Description

本発明は、非接触給電を行うことができるモータ駆動システムに関する。

産業界においては非接触給電の技術が一般的に用いられている。この非接触給電の技術は、固定子の上を可動子が移動するリニアモータの可動子への電力供給、センサまたはＡＧＶ（Automated Guided Vehicle、無人搬送機）等への電力供給のために用いられる。また、産業界においてモータ駆動アンプは、電気エネルギーを機械エネルギーに変換するために広く一般的に用いられ、リニアモータまたはその他のモータと併せてモータ駆動システムを構成する。さらに、センサまたはＡＧＶ等は、モータが搭載されるシステムとともに用いられている。

特許文献１には、可動子の二次側コイルが固定子の一次側コイルと向き合って配置され、可動子とともに二次側コイルが一次側コイルに沿って移動する間に、一次側コイルおよび二次側コイルを用いた電磁誘導によって非接触で可動子に給電する非接触給電装置の技術が開示されている。

特開２００９−２８４６９５号公報

しかしながら、上記従来の技術である特許文献１では、複数の固定子のそれぞれに、可動子に給電するためのインバータと、自走式台車を走行させるために電気エネルギーを機械エネルギーに変換するモータ駆動アンプ用のインバータが必要になる。ここで、モータ駆動アンプとはモータ駆動する機能を備えた電力変換装置のことであり、インバータとは直流を交流に変換する回路である。このため、非接触給電装置とモータ駆動アンプそれぞれがインバータを備えるため、装置全体として大型化してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置の大型化を抑制して非接触給電とモータ駆動を行うことができるモータ駆動システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のモータ駆動システムは、第１の電圧と第２の電圧とを切換えて出力するインバータと、第１の電圧を出力させるための第１の電圧指令と、第２の電圧を出力させるための第２の電圧指令との何れかをインバータに送信する制御手段と、を有するモータ駆動アンプと、送電コイルおよび受電コイルを有し、インバータから出力される第１の電圧によって送電コイル側から受電コイル側に非接触で電力を伝送する給電機構と、固定子および可動子を有し、インバータから出力される第２の電圧によって固定子が発生させる磁界で可動子を駆動するモータと、を備える。

本発明にかかるモータ駆動システムは、装置の大型化を抑制してモータ駆動と非接触給電とを行うことができるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかるモータ駆動システムの構成を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動アンプの構成を示す図 実施の形態１にかかるモータ駆動アンプの動作を説明するための図 実施の形態２にかかるリニアモータの構成を示す図 実施の形態２にかかるリニアモータの非接触給電機構の構成を示す図 実施の形態２にかかるリニアモータが備える制御手段の動作手順を示すフローチャート 実施の形態２にかかるリニアモータにおける、コイルのオンおよびオフのタイミングを説明するための図 実施の形態３にかかるリニアモータが備える固定子の構成を示す図 実施の形態３にかかるリニアモータの概略構成を示す図 実施の形態３にかかるリニアモータにおける、コイルのオンおよびオフのタイミングを説明するための図 実施の形態４にかかるリニアモータの非接触給電機構の構成を示す図 実施の形態５にかかるリニアモータが備える固定子の構成を示す図 出力周波数と駆動アンプにおける損失との関係を示す図 実施の形態１から６にかかる制御手段のハードウェア構成例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるモータ駆動システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかるモータ駆動システムの構成を示す図である。モータ駆動システム１は、電圧を出力するモータ駆動アンプ１０と、モータ駆動アンプ１０に接続されるスイッチ３０とを備えている。また、モータ駆動システム１は、スイッチ３０を介してモータ駆動アンプ１０に接続可能な給電機構４０と、スイッチ３０を介してモータ駆動アンプ１０に接続可能なモータ５０とを備えている。

モータ駆動システム１は、給電機構４０内で非接触給電を行うことと、モータ５０を駆動することとを切換えることができる。モータ駆動アンプ１０は、第１の電圧を給電機構４０に出力し、第２の電圧をモータ５０に出力する。モータ駆動アンプ１０は、第１の電圧を出力するための後述する電圧指令７１Ａと、第２の電圧を出力するための後述する電圧指令７２Ａと、を切換える後述の制御手段３５を有している。

給電機構４０は、スイッチ３０を介してモータ駆動アンプ１０に接続可能なよう構成されており、送電コイル４１ｂと受電コイル４１ａとを有している。給電機構４０は、スイッチ３０を介してモータ駆動アンプ１０に接続されるとモータ駆動アンプ１０からの第１の電圧によって送電コイル４１ｂに磁界を発生させる。給電機構４０は、送電コイル４１ｂが発生させる磁界を受電コイル４１ａに与えることで送電コイル４１ｂ側から受電コイル４１ａ側に非接触で電力を伝送する。

モータ５０は、モータ駆動アンプ１０に接続可能なよう構成されており、固定子および可動子を有している。モータ５０は、モータ駆動アンプ１０に接続されるとモータ駆動アンプ１０からの第２の電圧によって固定子が可動子を駆動させる。

なお、モータ駆動システム１は、スイッチ３０を備えていなくてもよい。この場合、モータ駆動システム１の使用者によってモータ駆動アンプ１０と給電機構４０との接続、またはモータ駆動アンプ１０とモータ５０との接続が行われる。

このように、モータ駆動アンプ１０は、モータ５０を駆動するモータ駆動機能と、送電コイル４１ｂ側から受電コイル４１ａ側に非接触で電力を伝送する非接触給電機能と、を備えている。モータ駆動アンプ１０は、給電機構４０に接続される場合には第１の電圧を出力し、モータ５０に接続される場合には第２の電圧を出力する。

ここで、モータ駆動アンプ１０の構成について説明する。図２は、実施の形態１にかかるモータ駆動アンプの構成を示す図である。モータ駆動アンプ１０は、電圧を出力する電源３２と、電源３２から出力された電圧の周波数および振幅の大きさを変えるインバータ３１と、インバータ３１を制御するマイクロコンピュータである制御手段３５とを備えている。電源３２が、モータ駆動アンプ１０の外部に配置され、外部からモータ駆動アンプ１０へ電圧を供給してもよい。

電源３２は、直流電源であり、電圧をインバータ３１に出力する。なお、電源３２は、交流電源であってもよい。この場合、電源３２とインバータ３１との間にコンバータが接続される。制御手段３５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）といったプロセッサ、およびメモリを有した半導体チップ等である。制御手段３５は、インバータ３１への電圧指令７１Ａ，７２Ａを切換えることによって、モータ駆動機能と非接触給電機能とを切換える。制御手段３５は、非接触給電機能を実行させる場合には、第１の電圧指令である電圧指令７１Ａをインバータ３１に送信し、モータ駆動機能を実行させる場合には、第２の電圧指令である電圧指令７２Ａをインバータ３１に送信する。電圧指令７１Ａ，７２Ａは、出力させたい電圧の、周波数および振幅を示す指令である。インバータ３１は、電圧指令７１Ａを受信すると第１の電圧を出力し、電圧指令７２Ａを受信すると第２の電圧を出力する。

図３は、実施の形態１にかかるモータ駆動アンプの動作を説明するための図である。モータ駆動システム１では、スイッチ３０が操作されることによって、モータ駆動アンプ１０が、給電機構４０またはモータ５０に接続される。スイッチ３０への操作は、モータ駆動アンプ１０に接続されてモータ駆動アンプ１０を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）といった外部装置が行ってもよいし、使用者が手動で行ってもよい。

モータ駆動アンプ１０が給電機構４０に接続された場合、モータ駆動アンプ１０の制御手段３５は、給電機構４０への電力供給に用いる電圧の出力を指示する電圧指令７１Ａをインバータ３１に送信する。制御手段３５がインバータ３１に出力する電圧指令７１Ａは、出力電圧の周波数を、例えば７０ｋＨｚから数ＭＨｚとさせるための指令である。

また、モータ駆動アンプ１０がモータ５０に接続された場合、モータ駆動アンプ１０の制御手段３５は、モータ５０への電力供給に用いる電圧の出力を指示する電圧指令７２Ａをインバータ３１に送信する。制御手段３５がインバータ３１に出力する電圧指令７２Ａは、出力電圧の周波数を、例えばモータ回転周波数である数百ＨｚおよびＰＷＭ（Pulse Width Modulation）（パルス幅変調）周波数である２ｋＨｚから２０ｋＨｚとさせるための指令である。ＰＷＭ方式は、パルス信号の幅を変える変調方式である。

インバータ３１は、制御手段３５から電圧指令７１Ａを受信すると、電圧指令７１Ａに対応する電圧５１Ｂをスイッチ３０側へ出力する。また、インバータ３１は、制御手段３５から電圧指令７２Ａを受信すると、電圧指令７２Ａに対応する電圧５２Ｂをスイッチ３０側へ出力する。インバータ３１が出力する電圧５１Ｂ，５２Ｂは、交流電圧である。

モータ駆動アンプ１０が給電機構４０に接続された場合、インバータ３１は、給電機構４０に対応する電圧５１Ｂを、スイッチ３０を介して給電機構４０に出力する。また、モータ駆動アンプ１０がモータ５０に接続された場合、インバータ３１は、モータ５０に対応する電圧５２Ｂを、スイッチ３０を介してモータ５０に出力する。第１の電圧である電圧５１Ｂは、第２の電圧である電圧５２Ｂよりも周波数が高い電圧である。このように、モータ駆動アンプ１０は、給電機構４０に接続された場合には、モータ５０に接続された場合よりも高い周波数の電圧を出力し、モータ５０に接続された場合には、給電機構４０に接続された場合よりも低い周波数の電圧を出力する。

モータ駆動アンプ１０が給電機構４０に接続された場合にモータ駆動アンプ１０が出力する電圧５１Ｂの周波数の一例は、数ＭＨｚであり、モータ駆動アンプ１０がモータ５０に接続された場合にモータ駆動アンプ１０が出力する電圧５２Ｂの周波数の一例は、１０ｋＨｚである。このように、モータ駆動機能と非接触給電機能とでは、供給される電圧の出力周波数が異なる。周波数が異なる理由は、非接触給電では送受信アンテナであるコイルの位置ずれがあるため、モータ駆動よりもコイルのインダクタンスが小さくなるからである。そのため、出力電力を得るためには電流または周波数が高くされる。しかし、電流を増大させるとコイルの銅損が発生し、エネルギー交換効率が悪化してしまう。そのため、非接触給電では、モータ駆動よりも周波数を高くすることが有効である。

このように、モータ駆動システム１は、モータ５０への接続と給電機構４０への接続とをスイッチ３０で切換えることができるとともに、モータ５０への電力供給と給電機構４０への電力供給とをモータ駆動アンプ１０の制御手段３５で切換えることができる。このように、モータ駆動システム１は、１つのモータ駆動アンプ１０にて、モータ駆動機能と非接触給電機能とを切換えることができる。すなわち、モータ駆動システム１は、１つのインバータ３１でモータ駆動機能および非接触給電機能のそれぞれに適した周波数の電圧を供給することができる。

ここで、一般的にモータ駆動アンプから出力される電圧の出力周波数は、主に出力電力によって制約される。その理由は、大電力で出力周波数を高くした場合、インバータのスイッチング素子の損失が増大し発熱するためである。実施の形態１のモータ駆動アンプ１０は、モータ５０よりも低電力で動作可能なセンサ等に非接触給電で電力を供給する。例えば、モータ５０に必要な電力が１ｋＷ程度であるのに対して、センサに必要な電力は１Ｗ程度である。このように、センサ等に供給する電力はモータ５０に供給する電力よりも低くても良いので、モータ駆動アンプ１０は、給電機構４０に供給する電圧の出力周波数をモータ５０に供給する電圧の出力周波数よりも高くすることが可能である。

なお、本実施の形態におけるセンサとしては、位置センサまたは近接センサが挙げられるが、本実施の形態におけるセンサは、例えば産業（Factory Automation）分野で用いられるセンサであれば何れのセンサであってもよい。

モータ駆動システム１は、非接触給電時に高い周波数の電圧を供給することができるので、給電機構４０が備える送電コイル４１ｂと受電コイル４１ａとの間のエネルギー変換効率を向上させることができる。

このように、モータ駆動アンプ１０は、１つの電源３２と、１つのインバータ３１とを用いて、モータ駆動機能と非接触給電機能とを実現することができる。このため、モータ駆動システム１は、新たに非接触給電専用の電源を準備する必要がない。

比較例としてリニアモータの推力発生用の電磁束を流用する例を考える。モータ駆動機能と非接触給電機能とを有した比較例のモータ駆動システムは、非接触給電用に受け渡される電磁エネルギーに、推力発生用の電磁束を流用する。この場合、モータ駆動用の電磁束は、非接触給電用に比べて周波数が低く、出力電力を大きく取ることができない。もしくは出力電力を大きくとるために、電流が増大しエネルギー変換効率が低下するといった問題がある。すなわち、この比較例のモータ駆動システムでは、非接触給電用に受け渡される電圧が、推力発生用に最適化された電圧であるので、非接触給電用に受け渡される電圧として最適な周波数ではない。エネルギー変換効率良く非接触給電をするためには、非接触給電用の高周波電源を別途用意する必要があり、システムサイズが大型化してしまう。

一方、実施の形態１のモータ駆動システム１は、制御手段３５がインバータ３１への電圧指令７１Ａ，７２Ａを切換えることによってモータ駆動機能と非接触給電機能とを切換えるので、小さなシステム構成でモータ駆動および非接触給電を実現することができる。

このように実施の形態１によれば、モータ駆動アンプ１０は、インバータ３１と制御手段３５とを備えている。そして、制御手段３５が、非接触給電を行うための電圧５１Ｂを出力するための電圧指令７１Ａと、モータ駆動を行うための電圧５２Ｂを出力するための電圧指令７２Ａと、の何れかをインバータ３１に送信している。これにより、インバータ３１が、電圧５１Ｂと電圧５２Ｂとを切換えて出力している。換言すると、モータ駆動アンプ１０は、１つのインバータ３１が制御手段３５からの指令に従って、モータ駆動用の電圧５２Ｂと非接触給電用の電圧５１Ｂとを切換えて出力する。したがって、モータ駆動システム１は、装置の大型化を抑制してモータ駆動と非接触給電とを行うことが可能となる。

さらに、モータ５０は、リニアモータまたは回転モータの何れであってもよいので、モータ駆動システム１は、非接触給電が必要な種々の現場において、モータ５０を駆動可能なモータ駆動アンプ１０を非接触給電用のアンプとして代用することができる。

また、本実施の形態では、エネルギー変換効率よく非接触給電を実現できるので、非接触給電用の送電コイル４１ｂおよび受電コイル４１ａのサイズの大型化を抑制する効果も得られる。すなわち、非接触給電時に電圧の高周波化が可能となるため、コアを小型化することができ、システムサイズの小型化につながる。

なお、実施の形態１では、インバータ３１から出力される電圧がモータ駆動用の電圧５２Ｂの場合、非接触給電機能は停止し、インバータ３１から出力される電圧が非接触給電用の電圧５１Ｂの場合、モータ駆動機能は停止するので、モータ駆動アンプ１０は、非接触給電とモータ駆動とを交互に行うようなシステムに適用される。

実施の形態２．
つぎに、図４から図７を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、可動子にモータ駆動用の磁石と非接触給電用の受電コイルとを配置しておき、モータ駆動アンプが、１つのインバータから、モータ駆動用の電圧と非接触給電用の電圧とを切換えて出力する。すなわち、本実施の形態では可動子が受電コイルを備え、固定子が送電コイルを備える。つまり、モータを駆動する駆動コイルとして、送電コイルを用いる。

図４は、実施の形態２にかかるリニアモータの構成を示す図である。リニアモータ２Ａは、軌道側にモータを駆動するためのモータ駆動アンプ１０Ａおよびコイル１２を備えた磁石可動型のリニアモータである。リニアモータ２Ａは、３相交流によって動作する。図４では、送電コイルに用いられる３相のコイル１２と、受電コイル１４Ａと、が対向した状態でのリニアモータ２Ａの構成を示している。リニアモータ２Ａは、電磁誘導方式または磁気共鳴方式の非接触給電を行う。リニアモータ２Ａは、１つの可動子６１Ａと、固定部６２Ａとを備えている。

固定部６２Ａは、後述する複数の固定子６５Ａを有している。１つの固定子６５Ａは、１つのモータ駆動アンプ１０Ａと、３相のコイル１２とを含んで構成されている。各固定子６５Ａでは、３つのコイル１２が直線状に並ぶよう配置されている。また、固定部６２Ａでは、各コイル１２が直線状に並ぶよう、複数の固定子６５Ａが直線状に配置されており、モータ駆動によって可動子６１Ａが固定部６２Ａ上を直線移動する。

各固定子６５Ａが備えるコイル１２は、可動子６１Ａ側に磁界を発生させる。コイル１２は、可動子６１Ａを駆動するモータ駆動コイルの機能と、可動子６１Ａに送電する送電コイルの機能とを有している。

各モータ駆動アンプ１０Ａは、制御手段１５と、１つのインバータ１１と、後述する１つの電源８０とを備えている。なお、図４では、電源８０の図示を省略している。また、図４では、インバータ１１とコイル１２との接続を模式的に図示しており、正確な接続は後述する。電源８０は、実施の形態１で説明した電源３２と同様の機能を有しており、インバータ１１に電圧を出力する。また、インバータ１１は、実施の形態１で説明したインバータ３１と同様の機能を有している。また、制御手段１５は、実施の形態１で説明した制御手段３５と同様の機能を有している。

１つの固定子６５Ａ内では、インバータ１１が、３つのコイル１２に接続されている。例えば、第１の固定子６５Ａ内では、第１のインバータ１１が第１から第３のコイル１２に接続され、第２の固定子６５Ａ内では、第２のインバータ１１が第４から第６のコイル１２に接続されている。第１および第４のコイル１２は、Ｕ相交流電圧が印加されるＵ相コイルであり、第２および第５のコイル１２は、Ｖ相交流電圧が印加されるＶ相コイルであり、第３および第６のコイル１２は、Ｗ相交流電圧が印加されるＷ相コイルである。また、各インバータ１１は、制御手段１５および電源８０に接続されている。

各固定子６５Ａでは、制御手段１５が実施の形態１と同様の電圧指令をインバータ１１に送信する。以下の説明では、非接触給電を行う際に第１の電圧を出力させるための指令を第１の電圧指令とし、モータ駆動を行う際に第２の電圧を出力させるための指令を第２の電圧指令として説明する。第１の電圧および第２の電圧は、実施の形態毎に異なってもよい。

インバータ１１は、非接触給電を行う際には、制御手段１５からの第１の電圧指令に従って第１の電圧をコイル１２に供給し、モータ駆動を行う際には、制御手段１５からの第２の電圧指令に従って第２の電圧をコイル１２に供給する。これにより、コイル１２は、非接触給電を行う際に供給される第１の電圧によって第１の磁界を発生させ、モータ駆動を行う際に供給される第２の電圧によって第２の磁界を発生させる。

可動子６１Ａは、固定部６２Ａによって直線運動させられる移動体である。ここでは、１つの可動子６１Ａの底面が、固定子６５Ａの２つ分の底面と同じ大きさを有している場合について説明する。可動子６１Ａは、位置センサ１７と、永久磁石である磁石１６と、整流器１３と、３つの受電コイル１４Ａとを備えている。

磁石１６は、固定部６２Ａ側に磁束を発生させる。磁石１６の底面は、コイル１２に対向する面である。磁石１６の底面形状および底面寸法は、３つ分のコイル１２が配置された矩形領域の形状および寸法と略同じである。換言すると、磁石１６のコイル１２に対する対向面は、コイル１２の３つ分の配置領域と略同じである。

可動子６１Ａは、固定部６２Ａが備えるコイル１２に流れる電流と、磁石１６から発生する磁束との作用によって発生する推力で固定部６２Ａ上をコイル１２の配置方向に沿って移動する。複数の固定子６５Ａが備える各コイル１２は、直線状に並べられているので、可動子６１Ａは、コイル１２の配置方向である直線方向に沿って移動する。

受電コイル１４Ａのコイル径と、コイル１２のコイル径とは同じである。可動子６１Ａが備える各受電コイル１４Ａは、固定子６５Ａが備えるコイル１２に１対１で対向できるよう可動子６１Ａ内に配置されている。可動子６１Ａでは、磁石１６および３つの受電コイル１４Ａが、６つのコイル１２に対向するよう直線状に配置されている。

受電コイル１４Ａのうちの第１の受電コイル１４Ａは、Ｕ相コイルであり、第２の受電コイル１４Ａは、Ｖ相コイルであり、第３の受電コイル１４Ａは、Ｗ相コイルである。各受電コイル１４Ａは、固定部６２Ａが備えるコイル１２が発生させる磁界を受け取ることによって、固定部６２Ａからの交流電力を受電する。このように、リニアモータ２Ａは、一次コイルであるコイル１２および二次コイルである受電コイル１４Ａを用いた電磁誘導によって非接触で可動子６１Ａに給電を行う。受電コイル１４Ａは、受電した交流電力を整流器１３に送る。

整流器１３は、受電コイル１４Ａからの交流電力を直流電力に変換する素子である。整流器１３は、変換した直流電力を後述するコンデンサ１８に供給するとともに、位置センサ１７といった負荷に供給する。

位置検出装置である位置センサ１７は、可動子６１Ａの位置を検出するセンサである。位置センサ１７は、整流器１３を介して送られてくる直流電力を用いて動作する。位置センサ１７は、可動子６１Ａが固定部６２Ａ内の何れの位置にあるかを検出する。位置センサ１７は、可動子６１Ａの位置を示す位置情報を、無線通信によって各制御手段１５に送信する。なお、位置センサ１７は、可動子６１Ａに配置される付帯装置の一例であり、可動子６１Ａに配置される付帯装置は位置センサ１７以外の位置検出装置であってもよい。

制御手段１５は、位置センサ１７から送られてくる位置情報に基づいて、各固定子６５Ａに送信する電圧指令を決定する。制御手段１５は、磁石１６とコイル１２とが向き合う位置にある固定子６５Ａのコイル１２に、モータ駆動用の電圧が供給されるようインバータ１１に電圧指令を送る。換言すると、制御手段１５は、磁石１６とコイル１２とが向き合うタイミングで、磁石１６に向き合うコイル１２にモータ駆動用の電圧が供給されるようインバータ１１を制御する。また、制御手段１５は、受電コイル１４Ａとコイル１２とが向き合う位置にある固定子６５Ａのコイル１２に、非接触給電用の電圧が供給されるようインバータ１１に電圧指令を送る。換言すると、制御手段１５は、受電コイル１４Ａとコイル１２とが向き合うタイミングで、受電コイル１４Ａに向き合うコイル１２に非接触給電用の電圧が供給されるようインバータ１１を制御する。また、制御手段１５は、固定子６５Ａが有する３つのコイル１２の何れの上にも磁石１６および受電コイル１４Ａが来ていない場合には、電圧を出力させない電圧指令をインバータ１１に送る。

制御手段１５は、インバータ１１に対して、非接触給電用の電圧指令、モータ駆動用の電圧指令、電圧を出力させない電圧指令の何れか１つを送信する。なお、制御手段１５は、固定子６５Ａが有する３つのコイル１２の何れの上にも磁石１６および受電コイル１４Ａが来ていない場合であっても、非接触給電用の電圧指令またはモータ駆動用の電圧指令をインバータ１１に送ってもよい。また、位置センサ１７以外の位置検出装置が位置情報を検出して制御手段１５に送信してもよい。この場合、可動子６１Ａは、位置センサ１７を有していなくてもよい。

なお、各モータ駆動アンプ１０Ａそれぞれに電源８０を接続してもよいし、各モータ駆動アンプ１０Ａで電源８０を共有してもよい。モータ駆動アンプ１０Ａで電源８０を共有する場合、固定部６２Ａに対して１つの電源が配置され、この電源から各固定子６５Ａに電圧が出力される。

図５は、実施の形態２にかかるリニアモータの非接触給電機構の構成を示す図である。図５では、リニアモータ２Ａが有している可動子６１Ａの回路構成と、リニアモータ２Ａが有している固定子６５Ａの回路構成とを示している。なお、図５では、リニアモータ２Ａが有する複数の固定子６５Ａのうちの１つの固定子６５Ａを図示している。また、図５では、可動子６１Ａが備える磁石１６の図示を省略している。

リニアモータ２Ａの非接触給電機構は、可動子６１Ａと固定子６５Ａとで実現される。固定子６５Ａは、１つのインバータ１１と、３つのコイル１２と、電源８０と、制御手段１５とを備えている。インバータ１１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相２組ずつのスイッチング素子を用いた３相出力インバータである。各スイッチング素子は、トランジスタおよびダイオードを有している。

３つのコイル１２は、Ｕ相コイルと、Ｖ相コイルと、Ｗ相コイルとからなる。そして、Ｕ相コイルが、Ｕ相のスイッチング素子に接続され、Ｖ相コイルが、Ｖ相のスイッチング素子に接続され、Ｗ相コイルが、Ｗ相のスイッチング素子に接続されている。固定子６５Ａでは、コイル１２とスイッチング素子とがスター結線されている。

可動子６１Ａは、整流器１３と、位置センサ１７と、３つの受電コイル１４Ａとを備えている。なお、ここでは可動子６１Ａがコンデンサ１８を備えている場合について説明する。整流器１３は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相２組ずつの合計６つのダイオードを有している。

３つの受電コイル１４Ａは、Ｕ相コイルと、Ｖ相コイルと、Ｗ相コイルとである。そして、Ｕ相コイルが、Ｕ相のダイオードに接続され、Ｖ相コイルが、Ｖ相のダイオードに接続され、Ｗ相コイルが、Ｗ相のダイオードに接続されている。

可動子６１Ａでは、整流器１３と、コンデンサ１８と、位置センサ１７と、が並列接続されている。受電コイル１４Ａが固定子６５Ａから受電した交流電力は、整流器１３に送られて整流器１３が直流電力に変換する。この直流電力は、コンデンサ１８に送られてコンデンサ１８で蓄電されるとともに、位置センサ１７に供給される。コンデンサ１８への蓄電は、可動子６１Ａが停止している状態で、実施されてもよい。なお、可動子６１Ａは、コンデンサ１８を有していなくてもよい。

リニアモータ２Ａでは、コイル１２が発生する磁界を受電コイル１４Ａが受け取ることによって非接触で電力伝送する。また、リニアモータ２Ａでは、コイル１２に流れる電流と、磁石１６から発生する磁束とによって可動子６１Ａを移動させる。このように、リニアモータ２Ａは、軌道側に可動子６１Ａを移動させるコイル１２を備えており、非接触給電時にはコイル１２が送電コイルとして用いられる。このように、リニアモータ２Ａは、非接触給電のための専用コイルおよび非接触給電のための専用電源を準備することなく、駆動用のコイル１２および電源８０で非接触給電を実現できる。

つぎに、制御手段１５の動作手順について説明する。図６は、実施の形態２にかかるリニアモータが備える制御手段の動作手順を示すフローチャートである。リニアモータ２Ａは、動作を開始すると、位置センサ１７が位置情報を検出して制御手段１５に送信する。

制御手段１５は、位置センサ１７から位置情報を受信し（ステップＳ１）、位置情報に基づいて磁石１６および受電コイル１４Ａの位置を算出する（ステップＳ２）。このとき、制御手段１５は、コイル１２に対する磁石１６および受電コイル１４Ａの位置を算出する。

そして、制御手段１５は、自らの固定子６５Ａに対して、磁石１６および受電コイル１４Ａの位置に対応する電圧指令を算出する（ステップＳ３）。このとき、制御手段１５は、磁石１６が何れの固定子６５Ａにおける何れのコイル１２の上に位置しているかを判定し、受電コイル１４Ａが何れの固定子６５Ａにおける何れのコイル１２の上に位置しているかを判定する。制御手段１５は、磁石１６および受電コイル１４Ａがそれぞれ何れのコイル１２の上に位置しているかに基づいて、各固定子６５Ａへの電圧指令を算出する。換言すると、制御手段１５は、磁石１６および受電コイル１４Ａがそれぞれ何れのコイル１２の上に位置しているかに基づいて、各固定子６５Ａに対して第１の電圧指令および第２の電圧指令の何れを送信するかを決定する。制御手段１５は、算出した電圧指令をインバータ１１に送信する（ステップＳ４）。

制御手段１５は、１つの固定子６５Ａ内で少なくとも１つのコイル１２が磁石１６の直下となり、且つ何れのコイル１２も受電コイル１４Ａの直下となっていない場合には、この固定子６５Ａのインバータ１１に対してモータ駆動用の電圧指令を送信する。

また、制御手段１５は、１つの固定子６５Ａ内で少なくとも１つのコイル１２が受電コイル１４Ａの直下となり、且つ何れのコイル１２も磁石１６の直下となっていない場合には、この固定子６５Ａのインバータ１１に対して非接触給電用の電圧指令を送信する。

また、制御手段１５は、１つの固定子６５Ａ内でコイル１２が磁石１６および受電コイル１４Ａの直下となっている場合には、この固定子６５Ａのインバータ１１に対して電圧を０とする電圧指令をインバータ１１に送信する。換言すると、制御手段１５は、３つのコイル１２のうちの少なくとも１つが磁石１６の直下となり、且つ３つのコイル１２のうちの少なくとも１つが受電コイル１４Ａの直下となっている場合には、電圧を０とする電圧指令を送信する。

各固定子６５Ａでは、インバータ１１が、制御手段１５から受信した電圧指令に基づいてコイル１２のオンとオフを行う。インバータ１１は、モータ駆動用の電圧指令を受信した場合は、モータ駆動用の電圧を出力して３つのコイル１２をオンにする。インバータ１１は、非接触給電用の電圧指令を受信した場合は、非接触給電用の電圧を出力して３つのコイル１２をオンにする。インバータ１１は、電圧を０とする電圧指令を受信した場合は、電圧を出力せずに３つのコイル１２をオフにする。ここで、コイル１２をオンにするとは、コイル１２を動作状態にすることを言い、インバータ１１からコイル１２に、モータ駆動用の電圧あるいは非接触給電用の電圧が出力される状態を示す。なお、これらの電圧の例としては、上述したようにＰＷＭ変調された電圧も含まれる。また、コイル１２をオフにするとは、インバータ１１からコイル１２にモータ駆動用の電圧および非接触給電用の電圧がいずれも出力されない状態を言う。

ここで、可動子６１Ａが備える磁石１６および受電コイル１４Ａの位置と、各コイル１２をオンにするタイミングとの関係について説明する。図７は、実施の形態２にかかるリニアモータにおける、コイルのオンおよびオフのタイミングを説明するための図である。

図７では、可動子６１Ａが移動中の第１のタイミングにおけるリニアモータ２Ａの状態を状態（ａ）で示し、第２のタイミングにおけるリニアモータ２Ａの状態を状態（ｂ）で示している。また、図７では、最左端の固定子６５Ａが備えるコイル１２を、左側から順番にコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗで示し、左から２つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２を、左側から順番にコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗで示している。また、図７では、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２を、左側から順番にコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗで示し、最右端の固定子６５Ａが備えるコイル１２を、左側から順番にコイル１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗで示している。なお、ここでは、可動子６１Ａが図内の右から左に移動するものとする。

第１のタイミングでは、状態（ａ）に示すように、最左端の固定子６５Ａの直上には磁石１６および受電コイル１４Ａの何れも移動してきていない。また、左から２つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗの直上には磁石１６が移動してきている。また、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗの直上には受電コイル１４Ａが移動してきている。また、最右端の固定子６５Ａは、磁石１６および受電コイル１４Ａが通過した後であり、最右端の固定子６５Ａの直上には磁石１６および受電コイル１４Ａの何れもが無い。

この第１のタイミングでは、最左端の固定子６５Ａが備えるコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗ、および最右端の固定子６５Ａが備えるコイル１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗは、オフである。また、左から２つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗは、モータ駆動用の電圧によってオンとなっている。また、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗは、非接触給電用の電圧によってオンとなっている。

この後、可動子６１Ａが移動して磁石１６の一部が最左端の固定子６５Ａが備えるコイル１２−０Ｗの直上に位置することとなるタイミングが第２のタイミングである。第２のタイミングでは、状態（ｂ）に示すように、最左端の固定子６５Ａが備えるコイル１２のうち、最右端のコイル１２−０Ｗの直上に磁石１６が来ており、残りのコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖの直上には、磁石１６および受電コイル１４Ａの何れも移動してきていない。

また、左から２つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２のうち、最右端のコイル１２−１Ｗの直上に受電コイル１４Ａが来ており、残りのコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖの直上には磁石１６が来ている。また、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２のうち、コイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖの直上には受電コイル１４Ａが来ており、最右端のコイル１２−２Ｗの直上には磁石１６および受電コイル１４Ａの何れも移動してきていない。

また、最右端の固定子６５Ａは、磁石１６および受電コイル１４Ａが通過した後であり、コイル１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗの直上には、磁石１６および受電コイル１４Ａの何れもが無い。

この第２のタイミングでは、最左端の固定子６５Ａが備えるコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗは、何れもモータ駆動用の電圧によってオンとなっている。また、左から２つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗは、オフである。また、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗは、非接触給電用の電圧によってオンとなっている。また、最右端の固定子６５Ａが備えるコイル１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗは、オフである。

なお、第２のタイミングでは、左から３つ目の固定子６５Ａが備えるコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗを全てオフにしてもよい。すなわち、固定子６５Ａは、３つのコイル１２の直上に３つの受電コイル１４Ａが移動してきている場合にのみ、非接触給電用の電圧によって３つのコイル１２をオンにし、１つまたは２つのコイル１２の直上に受電コイル１４Ａが移動してきている場合には、３つのコイル１２をオフにしてもよい。

なお、実施の形態２では、磁石１６の底面形状および底面寸法が３つ分のコイル１２が配置された領域と略同じである場合について説明したが、磁石１６の底面形状および底面寸法は、この形状および寸法に限らない。磁石１６の底面形状および底面寸法は、４つ以上のコイル１２が直線状に配置された領域と略同じであってもよい。換言すると、磁石１６のコイル１２に対する対向面は、コイル１２の３つ分の配置領域よりも大きくてもよい。例えば、磁石１６の底面形状および底面寸法は、６つ分のコイル１２が直線状に配置された領域と略同じであってもよい。磁石１６の底面形状および底面寸法が６つ分のコイル１２を直線状に配置した領域と略同じである場合、可動子６１Ａが固定子６５Ａ上の何れの位置を移動中であっても、リニアモータ２Ａは、少なくとも３つのコイル１２を用いてモータ駆動を行うことができる。

また、実施の形態２では、可動子６１Ａが３つの受電コイル１４Ａを備える場合について説明したが、可動子６１Ａは、４つ以上の受電コイル１４Ａを備えていてもよい。この場合も、可動子６１Ａが備える受電コイル１４Ａが、固定子６５Ａが備えるコイル１２に１対１で対向できるよう可動子６１Ａ内で受電コイル１４Ａが直線状に配置される。例えば、可動子６１Ａは、６つの受電コイル１４Ａを備えていてもよい。可動子６１Ａが６つの受電コイル１４Ａを備えている場合、可動子６１Ａが固定子６５Ａ上の何れの位置を移動中であっても、リニアモータ２Ａは、少なくとも３つのコイル１２を用いて非接触給電を行うことができる。

このように実施の形態２によれば、固定子６５Ａがインバータ１１および制御手段１５を備えている。そして、制御手段１５が、磁石１６および受電コイル１４Ａの位置に基づいて、非接触給電を行うための電圧指令と、モータ駆動を行うための電圧指令とを切換えてインバータ１１に送信している。これにより、インバータ１１が、非接触給電を行うための電圧と、モータ駆動を行うための電圧とを切換えて出力している。このように、モータ駆動アンプ１０Ａは、１つのインバータ１１から、モータ駆動用の電圧と非接触給電用の電圧とを切換えて出力する。したがって、リニアモータ２Ａは、装置の大型化を抑制してモータ駆動と非接触給電とを行うことが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図８から図１０を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、固定子におけるスター結線の中性点が、スイッチを介してモータ駆動アンプの基準電位に接続される。これにより、固定子において単相の動作を可能とする。

図８は、実施の形態３にかかるリニアモータが備える固定子の構成を示す図である。図８の各構成要素のうち図５に示す実施の形態２の固定子６５Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

実施の形態３では、後述するリニアモータ２Ｂが、固定子６５Ｂおよび後述する可動子６１Ｂを備えている。リニアモータ２Ｂは、複数の固定子６５Ｂと制御手段１５とを備えた固定部を備えており、この固定部上を可動子６１Ｂが移動する。

リニアモータ２Ｂの非接触給電機構は、可動子６１Ｂと固定子６５Ｂとで実現される。固定子６５Ｂは、固定子６５Ａと同様に、１つのインバータ１１と、３相のコイル１２とを備えており、３相のコイル１２がスター結線されている。また、固定子６５Ｂは、スイッチ１９を備えている。

固定子６５Ｂでは、スター結線の中性点２０が、スイッチ１９を介してモータ駆動アンプの基準電位に接続されている。具体的には、スター結線の中性点２０が、固定子６５Ｂの備える電源８０にスイッチ１９を介して接続されている。すなわち、ここでは、基準電位とは、電源８０の負電位のことを言う。

実施の形態３では、制御手段１５が、誘導起電力を発生させたいコイル１２に対応するスイッチング素子をオンにするための電圧指令をインバータ１１に送信する。具体的には、制御手段１５は、非接触給電時には、非接触給電をさせたいコイル１２に対応するスイッチング素子をオンにするための非接触給電用の電圧指令をインバータ１１に送信する。

固定子６５Ｂは、非接触給電時には制御手段１５からの指示によってスイッチ１９をオンにし、これにより単相の動作を行う。図８では、Ｕ相の上側のトランジスタを動作させた場合の電流経路を示している。このように、固定子６５Ｂは、スイッチ１９をオンにした状態で、インバータ１１が備える特定のトランジスタを動作させることにより、動作させるトランジスタに対応するコイル１２をオンにすることができる。これにより、固定子６５Ｂは、コイル１２を送電コイルとして動作させる際に、コイル１２を単相ごとに界磁することが可能になる。

なお、固定子６５Ｂは、モータ駆動を行う際には、制御手段１５からの指示によりスイッチ１９をオフにする。これにより、モータ駆動の際には、インバータ１１の３相全てが動作することとなる。

このように、固定子６５Ｂは、非接触給電時には単相毎に動作できるので、可動子６１Ｂは、非接触給電を行う単相のコイル１２に対向する１つの受電コイルがあればよい。これにより、３相の全てが動作する場合に比べて、可動子６１Ｂを小型化することが可能となる。

図９は、実施の形態３にかかるリニアモータの概略構成を示す図である。図９の各構成要素のうち図４に示す実施の形態２のリニアモータ２Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

リニアモータ２Ｂは、可動子６１Ｂと固定部６２Ｂとを備えている。なお、図９では、可動子６１Ｂが備える構成要素のうち磁石１６および受電コイル１４Ｂを図示しており、可動子６１Ｂが備える位置センサ１７、整流器１３、コンデンサ１８の図示は省略している。また、図９では、スイッチ１９とコイル１２との接続、およびモータ駆動アンプ１０Ｂとコイル１２との接続を模式的に図示しており、正確な接続は図８に示したとおりである。

可動子６１Ｂは、磁石１６と、１つの受電コイル１４Ｂとを備えている。受電コイル１４Ｂは、受電コイル１４Ａと同様のコイルである。固定部６２Ｂは、複数の固定子６５Ｂを備えている。固定部６２Ｂが備える各固定子６５Ｂは、モータ駆動アンプ１０Ｂと、３つのコイル１２と、スイッチ１９とを備えている。モータ駆動アンプ１０Ｂは、インバータ１１と、制御手段１５と、電源８０とを備えている。固定子６５Ｂと固定子６５Ａとの違いは、前述したように、固定子６５Ｂがスイッチ１９を有している点である。なお、スイッチ１９は、モータ駆動アンプ１０Ｂ内に配置されてもよい。

制御手段１５は、固定子６５Ｂ内で少なくとも１つのコイル１２が磁石１６の直下となる場合には、この固定子６５Ｂのインバータ１１に対して、コイル１２をオンにするためのモータ駆動用の電圧指令を送信する。このとき、制御手段１５は、スイッチ１９をオフにする。

また、制御手段１５は、固定子６５Ｂ内でコイル１２が受電コイル１４Ｂの直下となり、且つ何れのコイル１２も磁石１６の直下となっていない場合には、この固定子６５Ｂのインバータ１１に対して受電コイル１４Ｂの直下となっているコイル１２をオンにするための非接触給電用の電圧指令を送信する。このとき、制御手段１５は、スイッチ１９をオンにする。

また、制御手段１５は、固定子６５Ｂ内でコイル１２が磁石１６および受電コイル１４Ｂの直下となっている場合には、この固定子６５Ｂのインバータ１１に対して受電コイル１４Ｂの直下となっているコイル１２をオンにするための非接触給電用の電圧指令を送信する。

また、制御手段１５は、固定子６５Ｂ内でコイル１２が磁石１６および受電コイル１４Ｂの何れの直下にもなっていない場合には、この固定子６５Ｂのインバータ１１に対して電圧を０とする電圧指令を送信する。

各固定子６５Ｂでは、インバータ１１が、制御手段１５から受信した電圧指令に基づいてコイル１２のオンとオフを行う。インバータ１１は、モータ駆動用の電圧指令を受信した場合は、モータ駆動用の電圧を出力する。これにより、コイル１２がオンになる。また、インバータ１１は、非接触給電用の電圧指令を受信した場合は、非接触給電用の電圧指令に対応するコイル１２に非接触給電用の電圧を出力する。これにより、非接触給電用の電圧指令に対応するコイル１２がオンになり、その他のコイル１２は、オフとなる。インバータ１１は、電圧を０とする電圧指令を受信した場合は、電圧を出力せずに３つのコイル１２をオフにする。

ここで、可動子６１Ｂが備える磁石１６および受電コイル１４Ｂの位置と、各コイル１２をオンにするタイミングとの関係について説明する。図１０は、実施の形態３にかかるリニアモータにおける、コイルのオンおよびオフのタイミングを説明するための図である。リニアモータ２Ｂとリニアモータ２Ａとでは、同様の位置にコイル１２が配置されているものとする。すなわち、リニアモータ２Ｂのコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗ，１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗ，１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗ，１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗは、図７に示したものと同じである。

図１０では、可動子６１Ｂが移動中の第１のタイミングにおけるリニアモータ２Ｂの状態を状態（ｃ）で示し、第２のタイミングにおけるリニアモータ２Ｂの状態を状態（ｄ）で示している。なお、ここでは、可動子６１Ｂが図内の右から左に移動するものとする。

第１のタイミングでは、状態（ｃ）に示すように、最左端の固定子６５Ｂの直上には磁石１６および受電コイル１４Ｂの何れも移動してきていない。また、左から２つ目の固定子６５Ｂの直上には磁石１６が移動してきている。また、左から３つ目の固定子６５Ｂの直上には受電コイル１４Ｂが移動してきている。また、最右端の固定子６５Ｂは、磁石１６および受電コイル１４Ｂが通過した後であり、最右端の固定子６５Ｂの直上には磁石１６および受電コイル１４Ｂの何れもが無い。

この第１のタイミングでは、最左端の固定子６５Ｂが備えるコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗ、および最右端の固定子６５Ｂが備えるコイル１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗは、何れもオフである。また、左から２つ目の固定子６５Ｂが備えるコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖ，１２−１Ｗは、何れもモータ駆動用の電圧によってオンとなっている。また、左から３つ目の固定子６５Ｂが備えるコイル１２のうち、コイル１２−２Ｕは、非接触給電用の電圧によってオンとなり、コイル１２−２Ｖ，１２−２Ｗはオフとなっている。

この後、可動子６１Ｂが移動して磁石１６の一部が最左端の固定子６５Ｂが備えるコイル１２−０Ｗの直上に位置することとなるタイミングが第２のタイミングである。第２のタイミングでは、状態（ｄ）に示すように、最左端の固定子６５Ｂが備えるコイル１２のうち、最右端のコイル１２−０Ｗの直上に磁石１６が来ており、残りのコイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖの直上には、磁石１６および受電コイル１４Ｂの何れも移動してきていない。

また、左から２つ目の固定子６５Ｂが備えるコイル１２のうち、最右端のコイル１２−１Ｗの直上に受電コイル１４Ｂが来ており、残りのコイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖの直上には磁石１６が来ている。また、左から３つ目の固定子６５Ｂおよび最右端の固定子６５Ｂは、磁石１６および受電コイル１４Ｂが通過した後であり、コイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗ，１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗの直上には、磁石１６および受電コイル１４Ｂの何れもが無い。

この第２のタイミングでは、最左端の固定子６５Ｂが備える、コイル１２−０Ｕ，１２−０Ｖ，１２−０Ｗは、モータ駆動用の電圧によって全てオンとなっている。

また、左から２つ目の固定子６５Ｂが備えるコイル１２のうち、コイル１２−１Ｕ，１２−１Ｖはオフとなり、コイル１２−１Ｗは非接触給電用の電圧によってオンとなっている。また、左から３つ目の固定子６５Ｂおよび最右端の固定子６５Ｂが備えるコイル１２−２Ｕ，１２−２Ｖ，１２−２Ｗ，１２−３Ｕ，１２−３Ｖ，１２−３Ｗは、何れもオフである。

このように、実施の形態３では、相単位でオンとオフを制御できるので、モータ駆動を行う固定子６５Ｂは、磁石１６が直上にあるコイル１２のみをオンにし、残りのコイル１２をオフにすることができる。

また、相単位でオンとオフを制御できるので、可動子６１Ｂは、コイル１２の単相分に対向するように１つの受電コイル１４Ｂを備えればよい。したがって、可動子６１Ｂを小さく構成することができる。

このように実施の形態３によれば、スター結線の中性点２０がスイッチ１９を介してモータ駆動アンプ１０Ｂの基準電位に接続されているので、スイッチ１９をオンにすることで単相毎にコイル１２のオンとオフとを制御することができる。これにより、リニアモータ２Ｂは、非接触給電時には、１つのコイル１２をオンにすればよく、モータ駆動時には、磁石１６が直上にあるコイル１２のみをオンにすればよいので、無駄な電力の消費を抑制できる。また、可動子６１Ｂは、１つの受電コイル１４Ｂを備えていればよいので、可動子６１Ｂを小さく構成することができる。

実施の形態４．
つぎに、図１１を用いてこの発明の実施の形態４について説明する。実施の形態４では、固定子および可動子にコンデンサを配置することによって磁気共鳴方式で非接触給電を行う。

図１１は、実施の形態４にかかるリニアモータの非接触給電機構の構成を示す図である。図１１の各構成要素のうち図５に示す実施の形態２のリニアモータ２Ａと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

図１１では、リニアモータ２Ｃが有している可動子６１Ｃの回路構成と、リニアモータ２Ｃが有している固定子６５Ｃの回路構成とを示している。なお、図１１では、リニアモータ２Ｃが有する複数の固定子６５Ｃのうちの１つの固定子６５Ｃを図示している。また、図１１では、可動子６１Ｃが備える磁石１６の図示を省略している。

リニアモータ２Ｃは、リニアモータ２Ａと同様に、コイル１２が発生する磁界を受電コイル１４Ａが受け取ることによって非接触で電力伝送する。また、リニアモータ２Ｃは、リニアモータ２Ａと同様に、コイル１２に流れる電流と、磁石１６から発生する磁束とによって可動子６１Ｃを移動させる。

リニアモータ２Ｃの非接触給電機構は、可動子６１Ｃと固定子６５Ｃとで実現される。可動子６１Ｃと可動子６１Ａとの相違点は、可動子６１Ｃが、負荷である位置センサ１７と受電コイル１４Ａとの間にコンデンサ群２１を備えている点である。具体的には、可動子６１Ｃでは、整流器１３と受電コイル１４Ａとの間にコンデンサ群２１が接続される。コンデンサ群２１は、受電コンデンサである３つのコンデンサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃを備えている。

また、可動子６１Ｃは、可動子６１Ａと同様に３つの受電コイル１４Ａを備えている。可動子６１Ｃでは、受電コイル１４Ａと整流器１３とを接続する接続線上にコンデンサ群２１が配置されている。すなわち、可動子６１Ｃでは、受電コイル１４Ａと整流器１３との間の１つの接続線上に１つのコンデンサが配置されている。具体的には、第１の受電コイル１４Ａが接続されている第１の接続線上にコンデンサ２２ａが配置され、第２の受電コイル１４Ａが接続されている第２の接続線上にコンデンサ２２ｂが配置され、第３の受電コイル１４Ａが接続されている第３の接続線上にコンデンサ２２ｃが配置されている。換言すると、第１の受電コイル１４Ａに対して直列にコンデンサ２２ａが接続され、第２の受電コイル１４Ａに対して直列にコンデンサ２２ｂが接続され、第３の受電コイル１４Ａに対して直列にコンデンサ２２ｃが接続されている。

固定子６５Ｃと固定子６５Ａとの相違点は、固定子６５Ｃが、インバータ１１を備えたモータ駆動アンプとコイル１２との間に切換機構５５を備えている点である。切換機構５５は、３つの切換部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを備えている。そして、切換部５１ａが、コンデンサ５２ａおよびスイッチ５３ａを備え、切換部５１ｂが、コンデンサ５２ｂおよびスイッチ５３ｂを備え、切換部５１ｃが、コンデンサ５２ｃおよびスイッチ５３ｃを備えている。送電コンデンサであるコンデンサ５２ａ，５２ｂ，５２ｃは、コイル１２が、送電コイルとなる場合に用いられる。

切換機構５５は、インバータ１１とコイル１２との間で、インバータ１１およびコイル１２に直列接続されている。３つのコイル１２のうちの第１のコイル１２には切換部５１ａが接続され、第２のコイル１２には切換部５１ｂが接続され、第３のコイル１２には切換部５１ｃが接続される。そして、切換部５１ａでは、コンデンサ５２ａおよびスイッチ５３ａが直列接続され、切換部５１ｂでは、コンデンサ５２ｂおよびスイッチ５３ｂが直列接続され、切換部５１ｃでは、コンデンサ５２ｃおよびスイッチ５３ｃが直列接続されている。なお、切換機構５５は、固定子６５Ｃが備えるモータ駆動アンプ内に配置されてもよいし、モータ駆動アンプの外側に配置されてもよい。

スイッチ５３ａは、インバータ１１と第１のコイル１２との間の経路を、コンデンサ５２ａを介した経路とするか、コンデンサ５２ａを介さない経路とするかを切換える。同様に、スイッチ５３ｂは、インバータ１１と第２のコイル１２との間の経路を、コンデンサ５２ｂを介した経路とするか、コンデンサ５２ｂを介さない経路とするかを切換える。また、スイッチ５３ｃは、インバータ１１と第３のコイル１２との間の経路を、コンデンサ５２ｃを介した経路とするか、コンデンサ５２ｃを介さない経路とするかを切換える。

このように、切換部５１ａでは、コンデンサ５２ａを介した経路と、コンデンサ５２ａを介さない経路とが、並列接続されており、スイッチ５３ａが、これらの経路を切換える。同様に、切換部５１ｂでは、コンデンサ５２ｂを介した経路と、コンデンサ５２ｂを介さない経路とが、並列接続されており、スイッチ５３ｂが、これらの経路を切換える。また、切換部５１ｃでは、コンデンサ５２ｃを介した経路と、コンデンサ５２ｃを介さない経路とが、並列接続されており、スイッチ５３ｃが、これらの経路を切換える。スイッチ５３ａ〜５３ｃは、固定子６５Ｃに接続される制御手段１５によって制御される。

切換機構５５は、モータ駆動時はスイッチ５３ａ〜５３ｃによってコンデンサ５２ａ〜５２ｃを介さない経路を形成し、非接触給電時はスイッチ５３ａ〜５３ｃによってコンデンサ５２ａ〜５２ｃを介する経路を形成する。このように、切換機構５５は、モータ駆動時と非接触給電時とで、インバータ１１とコイル１２との間の経路を切換える。

これにより、可動子６１Ｃでは、非接触給電時には、コンデンサ２２ａ〜２２ｃおよび３つの受電コイル１４Ａによって第１の共振回路である第１のＬＣ共振回路が作られる。また、固定子６５Ｃでは、非接触給電時には、コンデンサ５２ａ〜５２ｃおよび３つのコイル１２によって第２の共振回路である第２のＬＣ共振回路が作られる。また、リニアモータ２Ｃにおいては、固定子６５ＣのＬＣ共振周波数と、可動子６１ＣのＬＣ共振周波数とが同じになるように、固定子６５Ｃおよび可動子６１Ｃを作製しておく。

リニアモータ２Ｃが備えるモータ駆動アンプは、非接触給電時にはＬＣ共振回路のＬＣ共振周波数に合わせて動作する。このように、リニアモータ２Ｃは、コイル１２およびコンデンサ５２ａ〜５２ｃのＬＣ共振周波数と同じ周波数でモータ駆動アンプを動作させることで、磁気共鳴方式で非接触給電することができる。

リニアモータ２Ｃが行う磁気共鳴方式の非接触給電は、ＬＣ共振を用いるのでコイル１２と受電コイル１４Ａとの間の位置ずれに強い。電磁誘導方式の非接触給電は、コイル径の１０分の１以下の位置ずれが許容されるのに対し、リニアモータ２Ｃが行う磁気共鳴方式の非接触給電は、コイル径の２分の１までコイル１２と受電コイル１４Ａとの間の位置ずれを許容できる。例えば、コイル１２および受電コイル１４Ａのコイル径が１０ｃｍである場合、電磁誘導方式では位置ずれの許容寸法が１ｃｍであるのに対し、非接触給電方式では位置ずれの許容寸法が５ｃｍとなる。

このように、リニアモータ２Ｃは、非接触給電のための専用コイルおよび非接触給電のための専用電源を準備することなく、モータ駆動に用いられるコイル１２およびモータ駆動に用いられる電源８０で磁気共鳴方式の非接触給電を実現できる。

このように実施の形態４によれば、可動子６１Ｃにコンデンサ群２１が配置されるとともに、固定子６５Ｃにコンデンサ５２ａ〜５２ｃおよびスイッチ５３ａ〜５３ｃを備えた切換機構５５が配置されている。これにより、リニアモータ２Ｃは、駆動用のコイル１２および電源８０で磁気共鳴方式の非接触給電を実現できる。

実施の形態５．
つぎに、図１２を用いてこの発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５では、実施の形態３で説明した固定子に対してスイッチ１９とコイル１２との間の接続線上にコンデンサを設ける。換言すると、実施の形態５では、スター結線されたコイル１２の中性点２０が、スイッチ１９およびコンデンサを介してモータ駆動アンプの基準電位に接続される。

図１２は、実施の形態５にかかるリニアモータが備える固定子の構成を示す図である。図１２の各構成要素のうち図８に示す実施の形態３の固定子６５Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一符号を付しており、重複する説明は省略する。

実施の形態５のリニアモータは、固定子６５Ｄおよび実施の形態４で説明した可動子６１Ｃを備えている。実施の形態５のリニアモータは、複数の固定子６５Ｄを備えた固定部を有しており、この固定部上を可動子６１Ｃが移動する。

固定子６５Ｄと実施の形態３の固定子６５Ｂとの相違点は、固定子６５Ｄが、スイッチ１９とコイル１２との間にコンデンサ２５を有している点である。また、固定子６５Ｄと実施の形態４の固定子６５Ｃとの相違点は、固定子６５Ｄが、１つのスイッチ１９および１つのコンデンサ２５を備えている点である。換言すると、実施の形態４における固定子６５Ｃは、３つの切換部５１ａ，５１ｂ，５１ｃを有していたが、本実施の形態における固定子６５Ｄは、スイッチ１９およびコンデンサ２５からなる１つの切換部５１ｄしか有していない。すなわち、本実施の形態では、送電コンデンサとしてコンデンサ２５を有する。

固定子６５Ｄでは、スター結線の中性点２０が、スイッチ１９およびコンデンサ２５を介してモータ駆動アンプの基準電位に接続されている。具体的には、固定子６５Ｄは、中性点２０とスイッチ１９との間の接続線上にコンデンサ２５が配置されている。すなわち、スター結線の中性点２０が、固定子６５Ｄが備えるコンデンサ２５に接続され、コンデンサ２５が、固定子６５Ｄに接続される電源８０にスイッチ１９を介して接続されている。

固定子６５Ｄは、固定子６５Ｂと同様に、非接触給電時には制御手段１５からの指示によってスイッチ１９をオンにし、これにより単相の動作を行う。このように、固定子６５Ｄは、スイッチ１９をオンにした状態で、インバータ１１が備える特定のトランジスタを動作させることにより、動作させるトランジスタに対応する相をオンにすることができる。これにより、固定子６５Ｄは、コイル１２を送電コイルとして動作させる際に、コイル１２を単相ごとに界磁することが可能になる。

なお、固定子６５Ｄは、モータ駆動を行う際には、制御手段１５からの指示によりスイッチ１９をオフにする。これにより、モータ駆動の際には、インバータ１１の３相全てが動作することとなる。

このように、固定子６５Ｄは、モータ駆動時にはスイッチ１９をオフにすることによってコンデンサ２５を介さない経路を形成し、非接触給電時はスイッチ１９をオンにすることによってコンデンサ２５を介する経路を形成する。このように、固定子６５Ｄは、モータ駆動時と非接触給電時とで、インバータ１１とコイル１２との間の経路を切換える。

これにより、可動子６１Ｃでは、非接触給電時には、コンデンサ２２ａ〜２２ｃおよび３つの受電コイル１４Ａによって第１の共振回路である第１のＬＣ共振回路が作られる。また、固定子６５Ｄでは、非接触給電時には、コンデンサ２５および電圧が供給されている特定のコイル１２によって第２の共振回路である第２のＬＣ共振回路が作られる。実施の形態５のリニアモータにおいては、固定子６５ＤのＬＣ共振周波数と、可動子６１ＣのＬＣ共振周波数とが合うように、固定子６５Ｄおよび可動子６１Ｃを作製しておく。

実施の形態５のリニアモータが備えるモータ駆動アンプは、非接触給電時にはＬＣ共振回路のＬＣ共振周波数に合わせて動作する。このように、実施の形態５のリニアモータは、コイル１２およびコンデンサ２５のＬＣ共振周波数と同じ周波数でモータ駆動アンプを動作させることで、磁気共鳴方式で非接触給電することができる。

このように、固定子６５Ｄは、非接触給電時には単相毎に動作できるので、固定子６５Ｄ上を移動する可動子６１Ｃは、非接触給電を行う単相のコイル１２に対向する１つの受電コイル１４Ａがあればよい。すなわち、可動子６１Ｃは、１つの受電コイル１４Ａを有していればよい。これにより、３相の全てが動作する場合に比べて、可動子６１Ｃを小型化することが可能となる。

また、実施の形態４ではスイッチ５３ａ〜５３ｃおよびコンデンサ５２ａ〜５２ｃのように３つの切換部５１ａ〜５１ｃが必要であったが、実施の形態５では、スイッチ１９およびコンデンサ２５のように１つの切換部５１ｄがあればよい。このため、固定子６５Ｄは、簡易な構成となる。

なお、可動子６１Ｃ側の構成は、実施の形態４で説明した図１１と同様の構成を用いればよい。

このように実施の形態５によれば、スター結線の中性点２０がスイッチ１９およびコンデンサ２５を介してモータ駆動アンプの基準電位に接続されているので、実施の形態３および実施の形態４と同様の効果を有する。すなわち、簡易な構成で相毎に磁気共鳴方式の非接触給電を実現することができる。

実施の形態６．
つぎに、図１３を用いてこの発明の実施の形態６について説明する。実施の形態６では、インバータ１１のスイッチング素子を形成する素材について説明する。スイッチング素子を形成する素材は、珪素（Ｓｉ）（シリコン）が一般的であるが、実施の形態１から５で説明したインバータ１１に、ワイドバンドギャップ半導体の一例である炭化珪素（ＳｉＣ）を用いてもよい。

ＳｉＣ素子は、Ｓｉ素子よりもバンドギャップが大きいという特性を捉えて、ワイドバンドギャップ半導体と称される半導体の一例である。このＳｉＣ素子以外にも、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系材料、またはダイヤモンドを用いて形成される半導体もワイドバンドギャップ半導体に属しており、これらの特性もＳｉＣに類似した点が多い。従って、ＳｉＣ以外の他のワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子に用いる構成も、本発明の要旨を成すものである。

モータ駆動アンプは、効率良く非接触給電するために電圧の出力周波数を高くすると、モータ駆動アンプの損失が増大し発熱する場合がある。ところが、発熱に対して冷却性能の高い冷却構造を採用するといった対策を行うとモータ駆動アンプは大型化してしまう。そこで、実施の形態６では、インバータ１１のスイッチング素子にワイドバンドギャップ半導体を用いることで、モータ駆動アンプの損失の増大を半分以下に抑制することができる。

図１３は、出力周波数と駆動アンプにおける損失との関係を示す図である。図１３に示すグラフの横軸は、非接触給電する際にモータ駆動アンプが出力する電圧の出力周波数であり、縦軸は、非接触給電する際のモータ駆動アンプにおける損失である。ここでは、モータ駆動アンプにおける損失を発熱量として説明する。

図１３に示すように、スイッチング素子がＳｉ素子である場合、出力周波数が高くなると発熱量が急激に増大する。一方、スイッチング素子がＳｉＣ素子である場合、出力周波数が高くなっても発熱量は緩やかにしか増大しない。このように、出力周波数に対する発熱量の増大量は、スイッチング素子がＳｉ素子である場合よりも、スイッチング素子がＳｉＣ素子である場合の方が小さい。

このように実施の形態６によれば、モータ駆動アンプのインバータ１１にワイドバンドギャップ半導体を用いるので、小さい構成のインバータ１１で、非接触給電およびモータ駆動を効率良く実施することが可能となる。

ここで、制御手段１５のハードウェア構成について説明する。図１４は、実施の形態１から６にかかる制御手段のハードウェア構成例を示す図である。制御手段１５は、図１４に示した制御回路３００、すなわちプロセッサ３０１およびメモリ３０２により実現することができる。プロセッサ３０１の例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ３０２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、またはＲＯＭ（Read Only Memory）である。

制御手段１５は、プロセッサ３０１が、メモリ３０２で記憶されている、制御手段１５の動作を実行するためのプログラムを読み出して実行することにより実現される。また、このプログラムは、制御手段１５の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。メモリ３０２は、プロセッサ３０１が各種処理を実行する際の一時メモリにも使用される。

プロセッサ３０１が実行するプログラムは、プログラムが格納された記録媒体であるコンピュータプログラムプロダクトで実現されてもよい。この場合の記録媒体の例は、プログラムが格納された非一時的な（non-transitory）コンピュータ可読媒体である。

また、制御手段１５の機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。なお、実施の形態２から６を組合せてもよい。また、受電コイル１４Ａ，１４Ｂは、実施の形態２から５で説明した個数に限らず、任意の個数が配置されてもよい。また、受電コイル１４Ａは、複数個所に配置されてもよい。例えば、第１の受電コイル１４Ａが、磁石１６の進行方向の前方に配置され、第２の受電コイル１４Ａが、磁石１６の進行方向の後方に配置されてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ モータ駆動システム、２Ａ〜２Ｃ リニアモータ、１０，１０Ａ，１０Ｂ モータ駆動アンプ、１１，３１ インバータ、１２ コイル、１３ 整流器、１４Ａ，１４Ｂ，４１ａ 受電コイル、１５，３５ 制御手段、１６ 磁石、１７ 位置センサ、１８，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２５，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ コンデンサ、１９，３０，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ スイッチ、２０ 中性点、２１ コンデンサ群、３２，８０ 電源、４０ 給電機構、４１ｂ 送電コイル、５０ モータ、５１Ｂ，５２Ｂ 電圧、５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 切換部、５５ 切換機構、６１Ａ，６１Ｂ，６１Ｃ 可動子、６２Ａ，６２Ｂ 固定部、６５Ａ，６５Ｂ，６５Ｃ，６５Ｄ 固定子、７１Ａ，７２Ａ 電圧指令、３００ 制御回路、３０１ プロセッサ、３０２ メモリ。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のモータ駆動システムは、第１の電圧と第２の電圧とを切換えて出力するインバータと、第１の電圧を出力させるための第１の電圧指令と、第２の電圧を出力させるための第２の電圧指令との何れかをインバータに送信する制御手段と、送電コイルおよび受電コイルを有し、インバータから出力される第１の電圧によって送電コイル側から受電コイル側に非接触で電力を伝送する給電機構と、固定子および可動子を有し、インバータから出力される第２の電圧によって固定子が発生させる磁界で可動子を駆動するモータと、を備える。

Claims (11)

1. 第１の電圧と第２の電圧とを切換えて出力するインバータと、前記第１の電圧を出力させるための第１の電圧指令と、前記第２の電圧を出力させるための第２の電圧指令との何れかを前記インバータに送信する制御手段と、を有するモータ駆動アンプと、
   送電コイルおよび受電コイルを有し、前記インバータから出力される前記第１の電圧によって前記送電コイル側から前記受電コイル側に非接触で電力を伝送する給電機構と、
   固定子および可動子を有し、前記インバータから出力される前記第２の電圧によって前記固定子が発生させる磁界で前記可動子を駆動するモータと、
   を備えることを特徴とするモータ駆動システム。
2. 前記モータ駆動アンプの前記給電機構への接続と、前記モータ駆動アンプの前記モータへの接続と、を切換えるスイッチをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
3. 前記固定子は、前記送電コイルを有し、
   前記可動子は、磁石および前記受電コイルを有し、
   前記モータはリニアモータである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動システム。
4. 前記インバータは、３相出力インバータであり、
   ３つの前記送電コイルを有する前記固定子を複数備え、
   前記磁石の前記送電コイルに対する対向面は、前記送電コイルの３つ分の配置領域よりも大きい、
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動システム。
5. 前記受電コイルは３つ以上である、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動システム。
6. 前記可動子は、前記可動子の位置を検出して前記可動子の位置を示す位置情報を出力する位置検出装置を備え、
   前記制御手段は、前記位置情報に基づいて、前記インバータに、前記第１の電圧指令および前記第２の電圧指令の何れを送信するかを決定する、
   ことを特徴とする請求項３から５のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
7. 前記インバータは、３相出力インバータであり、
   ３つの前記送電コイルはスター結線され、
   前記固定子は、前記スター結線の中性点に接続されたスイッチを備え、前記中性点は、前記スイッチを介して前記モータ駆動アンプの基準電位に接続されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動システム。
8. 前記受電コイルは１つである、
   ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
9. 前記固定子のそれぞれは、
   前記送電コイルに接続された送電コンデンサと、
   前記インバータと前記送電コイルとの接続を前記送電コンデンサを介した接続とするか前記送電コンデンサを介さない接続とするかを切換えるスイッチと、
   をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項３から６のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。
10. 前記固定子のそれぞれは、前記中性点および前記スイッチに直列接続された送電コンデンサをさらに備え、
    前記中性点は、前記スイッチおよび前記送電コンデンサを介して前記モータ駆動アンプの基準電位に接続されている、
    ことを特徴とする請求項７に記載のモータ駆動システム。
11. 前記インバータは、スイッチング素子を備え、
    前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、
    ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか１つに記載のモータ駆動システム。