JPH011466A - 直流リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は直流リニアモータに関し、特に、搬送機や精
密位置決めテーブルなどを直接駆動するような直流リニ
アモータに関する。

［従来の技術］ 第２４図は従来の界磁に永久磁石を使用し、導体を鉄心
のスロット内に分布巻きした方式の直流リニアモータの
一例を示す図である。

まず、第２４図を参照して、従来の直流リニアモータの
構成について説明する。ステータコア１の巻線スペース
であるスロットｌａ、ｌｂ・・・１ｄには、導体２ａ、
２ｂ、２ｃなどが、前記スロット１ａ、１ｂ・・・１ｄ
のうちで一定のピッチを有して巻回され、多数の励磁コ
イルを形成している。

なお、第２４図では、導体２ａがスロット１ａとスロッ
ト１ｄにまたがった状態を示している。

導体２ａなどが巻回されたステータコア１はステータコ
アアセンブリとして、固定台３上に固着されている。こ
のステータコアアセンブリに対向して、スライド方向に
自在に動き得るようなリニアガイドによって可動子（図
示せず）が配置され、その可動子には、ステータコアア
センブリの上面と一定のエアギャップ６ａを保って、界
磁用の永久磁石４ａ、４ｂが磁気回路であるヨシクラ上
に固着されている。

第２５図は第２４図に示した直流リニアモータの動作原
理を説明するための図である。次に、第２５図を参照し
て、従来の直流リニアモータの動作原理について説明す
る。第２５図は第２４図における永久磁石４ａ、４ｂと
導体２との関係のみを示したものである。永久磁石４ｂ
のＮ極の表面から出た磁束はエアギャップ６ａから矢印
７ａに示す方向を通り、図示しないステータコアを矢印
７ｂの方向に通り、さらに第２４図に示すコア１のヨー
ク部１′を通って矢印７ｃの方向に進み、永久磁石４ａ
のＳ極の方向に向かって矢印７ｄ。

エアギャップ６ａ内の矢印７ｅの方向に進んで永久磁石
４ａのＳ極に到達する。

この磁束はさらにヨーク５内の矢印７ｆに進み、永久磁
石４ｂのＮ極に流れ込み、完全なループとなる。このと
き、導体の電流方向が第２５図に示すとおりであれば、
矢印７ｂに示す方向の磁束と手前から向う側へ流れる導
体電流とが鎖交し、フレミングの左手の法則に従う力が
導体２に働く。

この力の方向は左方向であるが、導体２は固定され、永
久磁石４ａ、４ｂが可動部であるので、可動子は図示し
ないガイドに従って右方向に進むような推力を発生する
。

また、矢印７ｄに示す磁束と導体の電流（第２５図にお
いては、向う側から手前側に流れている。

）が鎖交し、前述のフレミングの左手の法則により、前
述の場合と同じ方向の力、つまり導体２には左方向、可
動子には右方向の推力が発生し、それぞれの推力が和と
なって可動子には右方向の推力が発生することになる。

これは、１極分の永久磁石４ａまたは４ｂのスライド方
向の幅に導体２を３相分設け、このうちの２相分に通電
して推力を発生させる方式である。

第２６図は第２４図および第２５図に示した直流リニア
モータの駆動回路の一例を示す図である。

第２６図において、導体Ｌｌｌ、Ｖｌ、Ｗｌ・・・に通
電させるためのパワートランジスタ”ＩＩ＋Ｔ「、２・
・・と駆動用電源Ｅの部分とを示したものである。なお
、駆動回路には、その他に可動子の位置を検出し、パワ
ートランジスタ”ＩＩ＋Ｔｒ１２・・・を導通させるた
めの検出部と、論理回路部などが設けられているが、こ
こでは説明の簡略化のために省略している。

前述の第２５図に示した例において、可動子の右方向の
推力を発生させるためには、導体ｕｌ＋ｖ＋　ｌ　　ｕ
２１　　ｖ２１　　ｕ３１　　ｖａを通電させるために
、第２６図におけるパワートランジスタＴｒ。

ａ＋　Ｔｒ２．、Ｔｒ、、、”２Ｇ＋　Ｔｒ、ｇ。

Ｔｒ２７をオン状態にすることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の従来の直流リニアモータにおいては、推力は磁束
とそれに鎖交する通電された導体２によって発生するが
、磁束の状態と通電された導体２の位置関係で推力の大
きさが変動する欠点が、ある。

以下、より詳細に説明する。

第２７図ないし第３１図は従来の直流リニアモータの推
力の変動を説明するための図である。まず、第２７図は
導体２の通電状況と可動子の永久磁石との位置関係を示
したものである。第２７図において、可動子の右端の位
置はＡ点であり、可動子が左方向から移動し、図示の通
電状態に切換えた瞬間の位置を示している。Ｂ点は次の
通電状態に切換わる寸前の位置であり、０点はＡ点とＢ
点との中間の位置である。これらのＡ、　　Ｂ、　　Ｃ
の３点で推力の大きさを比較することにする。

まず、Ａ点での導体２と磁束密度分布との関係は第２８
図に示すようになる。すなわち、磁束の分布は一般的に
永久磁石の両端が磁気の中心に比べて小さく、第２８図
に示すような台形状または正弦波に近い分布となる。こ
のＡ点において、導体ｕ４．■４．ｕ２．ｖ２と磁束密
度Ｂ　［Ｔ］との関係は第２８図に示すように、導体Ｕ
、とｕ２は強い磁束を受けて大きい推力を発生するが、
導体ｖ１と■２は導体Ｕｌ＋　　ｕ２に比べて磁束分布
が弱いために、推力が弱くなっている０これに対して、
可動子が移動して第２７図に示す０点に到達したときの
磁束分布と導体２の関係は第２９図に示すようになり、
導体１１　＋　　ｖＩ　＋１□＋　　■２のいずれもが
強い磁束を受けている。

したがって、第２９図に示した０点での推力は、第２８
図に示したＡ点での推力に比べて大きな力を発生してい
ることが明らかである。さらに、可動子が進んで、第２
７図のＢ点に到達したときの推力は、第３０図に示すよ
うにＡ点と同じ大きさになっている。このように、可動
子がＡ点→Ｃ点−Ｂ点というように移動する間に推力の
変動が発生する。この状態は、第３１図に示すように、
推力Ｆ［ｋｇｆ］の大きさが可動子の移動に伴なって、
波状の変動を起こすため、直線運動が滑らかでなかった
り、振動発生の原因にもなるおそれがあった。

また、第２７図に示すように、導体２は永久磁石１極の
ピッチに相当するステータ長さの間に３相分（ｕ　Ｉ　
＋　　ｖｌ　＊　Ｗｌなど）存在するが、通電される導
体２は、このうちの２相分（ｕ＋、ｖｌ）のみであり、
永久磁石による磁束が有効に推力に変換されず、無駄を
生じる。

第３２図および第３３図はステータコア両端部の推力を
説明するための図である。第３２図においては、直流リ
ニアモータのスライド方向で右端のステータコアアセン
ブリと可動子の一例を示したものであって、推力を発生
している導体２の本数はスロットＳＩＩ　Ｓ２＋　　８
４＋　　８５内の導体で８本である。しかし、この導体
２と永久磁石４ａ。

４ｂとの位置関係において、スロットＳ＋＋　　５４の
導体は永久磁石４ａ、４ｂのＮ極、Ｓ極の領域から外れ
るため、第３３図に示すような通電状態に切換わる。

このときの導体２の本数は、スロットｓ２．ｓ３＋　　
”Ｓ−ｓＧ内の７本分となってしまい、通常の８本に対
して推力が８７．５％に低下する。さらに、可動子が右
方向に進んで、通電状態が切換わると、導体２の本数は
６本となり、推力も７５％に低下する。すなわち、第３
３図に示す右端の長さ追分は推力が低下し、無効長さと
なる。この無効長さ止は左端にもあり、全長のうち２Ｑ
、が無効分または推力低下領域となるという欠点がある
。

なお、店はマグネットｌ極長さ分に相当する。

第３４図は第２４図に示す線Ａ−Ａ’の断面図である。

第３４図において、導体２は２つのスロットにまたがっ
て巻回されているため、ステータコア１の左右に導体２
のはみ出し部分２’　、２’が生じる。これらのはみ出
し部分２’　、２’部分はかなりのスペースを占め、直
流リニアモータの幅を大きくする要因となる。このはみ
出し部分２′。

２′の導体の量は、第２４図に示す線Ａ−Ａ’に沿う断
面では、導体２ａ、２ｂ、２ｃの導体量に相当し、１５
スロット分に収められた量にほぼ等しくなる。

また、従来の直流リニアモータにおいては、第２６図に
示したように、永久磁石１極ピッチ分に３相分の導体が
必要となるため、それぞれの導体にそれぞれ２個のパワ
ートランジスタが必要となり、パワートランジスタが非
常に多い数となっている。しかも、駆動回路におけるパ
ワートランジスタは常時６個必要とするため、これを制
御するための位置検出器および位置検出信号によりパワ
ートランジスタを導通させる論理回路が非常に複雑にな
るという欠点があった。

位置検出器は回転式の３相ブラシレス直流モータの場合
と同様にして、Ｎ、　　Ｓ各１極分の永久磁石４ａ、４
ｂの１極対の間に３等分ピッチで３個必要となる。たと
えば、ステータ長さ５００ｍｍ。

永久磁石１極のピッチが２５ｍｍであれば、５０ｍｍの
ステータに対して位置検出器が３個必要となり、全長で
は３０個必要となってしまう。

第３５図ないし第３７図は従来の直流リニアモータにお
ける推力の低下を補う方法を示す図である。前述の第２
４図に示した直流リニアモータは２極、３相ユニポ一ラ
方式であるが、これをさらに准カアップのための手段の
１つとして、永久磁石の幅を広くしたのが第３５図に示
した例である。

この第３５図に示した例では、第２４図に示した永久磁
石４ａ、４ｂの幅を２倍とし、導体２を２スロット分直
列としたものである。

したがって、駆動回路としては、前述の第２６図に示し
たものと同様のものを構成すればよいが、前述のごとく
左右の両端での推力の低下する部分の長さが２倍となっ
てしまう欠点がある。しかも、第３５図に示した線Ａ−
Ａ’に沿う断面部のステータコアからはみ出す導体の量
も第２４図に示した線Ａ−Ａ’に沿う断面に比べて２倍
となる。すなわち、第３４図に示した導体のはみ出し部
分２′、２′の量が２倍となり、リニアモータの幅がさ
らに大きくなってしまう欠点がある。

さらに、推力の低下を補う別の手段としては、永久磁石
の極数を多くする方法がある。第３６図に示した例は４
極としたものであり、通電導体はｕＩ＋　　ｖ＋＋　　
ｕ２＋　　Ｖ２＋　　ｕａ、　　ｖ、、　　ｕ４＋　　
Ｖ４　＋　　ｕＳ　＋　　ｖＳの１０本の導体となる。

このような導体を駆動するためには、駆動回路を第３７
図に示すように構成する必要があり、同時に導通するパ
ワートランジスタはＴｒｉ　ａ　＋　　Ｔｒａ　Ｉ　＋
　　Ｔｒ　　Ｉ　　４　１　　　Ｔ　　ｒ　　ａ　　ｓ
　　＋　　　Ｔ　　ｒ　　＋　　　ｇ　　、　　　Ｔ　
　ｒ　　３　７　　ｒ　　　Ｔ　　ｒ　　２０　、Ｔｒ
、２　、Ｔｒ２５　、Ｔｒ４３の１０個となり、さらに
駆動回路が■雑になってしまうという欠点があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、上述の欠点を解
消し得て、推力の低下が極めて少ない直流リニアモータ
を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この発明は導体が巻回されたステータコアと、ステータ
コアに対向して配置されて可動子となる界磁永久磁石と
を備えた直流リニアモータであって、ステータコアおよ
び界磁永久磁石の間とステータコアの背面とにわたって
導体をリング状に巻回してコイルが構成され、スライド
方向の単位長さあたり同一巻数のコイルを電気的に接続
してコイル群とされ、界磁永久磁石１極の長さより長い
連続した複数個のコイル群に同一方向の電流が流れるよ
うに通電されかつ界磁永久磁石の極の長さに対して十分
長い区間にわたって通電された導体が配置されて構成さ
れる。

より好ましくは界磁永久磁石の極間はコイル群ピッチの
２倍の間隔に選ばれる。

また、ステータコアは電磁鋼板を成形して積層されかつ
その長さがコイル群の長さの整数倍に選ばれていて、ス
ライド方向に磁気的に連続な手段によって所定数配列さ
れる。

さらに、ステータコアは軟鉄の角材を複数積層して所定
の寸法に形成するかあるいは所定の寸法の一本の軟鉄の
角材によって形成される。

ステータコアは１つの例として、それぞれが中央に配列
されるように２組設けられ、界磁永久磁石はそれぞれが
２組のステータコアに対向し、それぞれの極性が異極と
なりかつ対向する導体の通電方向が同方向となるよう各
コイル群が電気的に接続される。また、ステータコアの
他の例として、ステータコアを中央に設け、界磁永久磁
石をステータコアの両側に対向しかつそれぞれの極性が
同極となるように２組設けられる。

さらに、隣接するコイル群同士が互いに電気的に直列接
続され、左右両端のコイル群同士も互いに電気的に接続
され、半導体素子によって各コイル群に流れる電流が切
換えられる。

さらに、コイル群ピッチの２倍の間隔を有するように位
置検出素子が配置されるとともに、コイル群ピッチの３
倍の長さを有するターゲットが可動子に取付けられる。

さらに、隣接する２つの位置検出素子からの信号と両側
の信号の論理和信号の３つの信号とに基づいて、論理回
路によって半導体素子が制御される。

［作用］ この発明に係る直流リニアモータは、ステータコアおよ
び界磁永久磁石の間とステータコアの背面にわたって導
体をリング状に巻回してコイルを構成することにより、
磁束分布のすべての区間に通電された導体が存在するこ
とになり、大きな推力を得ることができる。

［発明の実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の構造を示す図であり、第
２図および第３図はこの発明の一実施例に含まれるステ
ータコアの形状を示す図であり、第４図は位置検出器と
ターゲットの配置関係を示す図であり、第５図および第
６Ａ図は駆動回路の一例を示す図である。

まず、第１図ないし第６Ａ図を参照して、この発明の一
実施例の構成について説明する。第１図において、ステ
ータコア１０は電磁鋼板を成形したものを積層して所定
の厚さとなるように構成したものである。このステータ
コア１０には磁気回路である歯１０ａ２巻線スペースで
あるスロット１０ｂ、磁気回路であるヨーク１０ｅおよ
び背面側の巻線スペース１０ｃが設けられるとともに、
取付材３０に取付けるための脚１０ｆを含む。

ステータコア１０は、特に長尺リニアモータにおいては
、第２図に示す形状に構成され、巻線のしやすい長さ単
位で、しかもコイル群ピッチの整数倍の長さとなるよう
に製作し、さらに第３図に示すように数枚単位で重ねた
ものを、さらに表。

裏１表・・・の順に重ね合わせることにより、左右両端
に凹凸を形成し、これをスライド方向に突き合わせるこ
とにより、磁気的に全く連続なステータコアが形成され
る。

導体２０は前記スロット１０ｂと背面側の巻線スペース
１０ｃにヨーク１０ｅを軸心としてリング状に巻回され
ている。第１図においては、１スロツトに対して導体２
０を１本示しているが、実際には複数本巻回されている
。この導体２０は隣接したスロットの導体間で電気的に
直列接続され、コイル群ＣＩ＋ｃ２．・・・Ｃｆ、を形
成している。なお、第１図に示した例では、５スロツト
群を１コイル群としている。

上述のごとくすべてのスロットに導体２０が巻回された
ステータコアアセンブリはステータコアの脚１０ｆによ
って取付材３０に固着されている。

一方、可動子は図示しないリニアガイドによって左右に
自在に移動できるように配置され、その可動子にはりニ
アモータの界磁である永久磁石４０ａ、４０ｂが前記ス
テータコアアセンブリの面とあるエアギャップ６０ａを
保持しかつ磁気回路であるヨーク５０に固着されたもの
が取付けられている。

前記永久磁石４０ａ、４０ｂのステータコアアセンブリ
に対向する極は異極である。前記永久磁石４０ａ、４０
ｂのそれぞれの磁気中心のスライド方向の間隔は前記コ
イル群ピッチの３倍になるように配置されている。つま
り、永久磁石４０ａ。

４０ｂの間に２コイル群ピッチの空間をあけて配置する
ことになる。前記コイル群は隣接同士ですべて電気的に
直列的に接続され、その接続部からタップが取出され、
このタップがステータコアのリード線となる。

このリード線は第５図に示した駆動回路における駆動電
源Ｅの正側パワートランジスタＴｒ、。

Ｔｒａ、Ｔｒｌ・・・と、負側パワートランジスタＴｒ
２．Ｔｒ、、Ｔｒｇ、・・・の接続点にすべて順番に接
続される。そして、両端のリード線は短絡線１００によ
って接続短絡され、コイル群は電気的にループ状となっ
ている。

第５図に示した駆動回路のパワートランジスタＴｒ、な
いしＴｒ、。は第４図に示した位置検出器によって駆動
される。すなわち、可動子に固着されたターゲット８０
のスライド方向の長さは３コイルピツチ長（第４図では
１コイル群ピッチを１１、ｃとしているため、ターゲッ
ト８０の長さは３１ｃとなる。）とし、検出索子ａない
しｇは固定部に等間隔で配置され、その間隔は２コイル
群ピッチつまり２１ｃの長さとされる。

第６Ａ図に示した制御回路は第４図に示した位置検出器
の信号に基づいて、第５図に示すパワートランジスタＴ
ｒ、ないしＴｒ、（、を駆動する論理回路で構成され、
論理和回路１０１とＥＸＯＲ回路１０２と８チヤネルマ
ルチプレクサ１０３と駆動回路９０とによって構成され
る。論理和回路１０１は位置検出器の信号のうち、たと
えばａとｄ、ｂとｅ・・・のように、２つ飛んだ信号の
論理和をとるものであり、ＥＸＯＲ回路１０２は論理和
回路１０１の出力を反転させる排他的論理和回路であり
、８チヤネルマルチプレクサ１０３は位置検出信号を可
動子の位置に対応した駆動回路９０に含まれる各パワー
トランジスタＴｒ＋〜Ｔｒ。

。を導通させるための信号を出力するものである◎第７
図はこの発明の一実施例の動作を説明するための図であ
り、第８図および第９図は駆動回路の動作を説明するた
めの図であり、第１０図は第６Ａ図に示した８チヤネル
マルチプレクサを示す図であり、第１１図は８チヤネル
マルチプレクサの動作論理を示す図であり、第１２図は
第６Ａ図に示した制御回路の動作を説明するための図で
ある。

次に、第７図ないし第２図を参照して、この発明の一実
施例の具体的な動作について説明する。

第７図に示した動作説明図は第１図における永久磁石４
０ａ、４０ｂと導体２０を通る磁束を示したものであっ
て、永久磁石４０ｂの表面から発生した磁束はステータ
コア（図示せず）とのエアギャップ６０ａを矢印７−Ｏ
ａの方向に進み、ステータコアの歯１０ａ、１０ｅを矢
印７０ｂの方向に流れる。ここで、矢印７０ｅの方向に
流れる磁束はステータコアヨークの外側であるため微少
であり、磁束の流れはすべて矢印７０ｂの方向に流れる
。さらに、磁束は永久磁石４０ａのＳ極の下の歯を通り
、エアギャップ６０ａを矢印７０ｃの方向に流れ、永久
磁石４０ａのＳ極に到達し、さらにヨーク５０を矢印７
０ｄの方向に流れ、永久磁石４０ｂに達してループを構
成する。

一方、導体２０には、第７図に示すように、コイル群ｃ
Ｉ＋’２とｃ４＋ＣＩに図示の向きに電流を流すと、第
７図に示した永久磁石４０ａ、４０ｂと導体２０との位
置関係では、磁束と通電された導体２０の鎖交はコイル
群Ｃ７とｃ４とに存在し、ここで推力を発生することに
なる。このような通電状態は第５図に示した駆動回路に
より、パワートランジスタＴｒ＋　、Ｔｒ２３．Ｔｒ＋
　ＧおよびＴｒ２４の４個を導通させることにより可能
となる。

この状態は、第７図に示したＢ点まで持続され、推力を
発生しているＢ点に達したとき、通電状態を切換えて、
１コイル群ピッチ進行方向（右方向）に進める。この状
態は、第５図に示したパワートランジスタ’ｒｒ、　２
．Ｔｒ２４　、Ｔｒ、、およびＴｒ２．が導通状態とな
って達成される。このように、進行方向に導体電流によ
る磁界を進めることにより、リニアモータは有効な推力
を発生し続ける。

次に、導体への通電切換は、第４図に示した位置検出装
置の出力信号に基づいて行なわれる。第４図（ど示した
位置検出装置において、可動子に固定されたターゲット
８０の長さと固定側に配置された位置検出器ａ、ｂ・・
・ｇの間隔は、１．５：１の割合であるため、検出器は
可動子がどのような位置でも１個または２個作動してい
ることになる。

具体的には、第４図に示したターゲット８０と検出器ａ
、ｂ・・・ｇの位置ではａとｂが作動しているが、ター
ゲット８０が１コイルピッチ分右方向へ進めばｂのみが
作動し、次にｂとＣ・・・というように動作することに
なる。第６Ａ図に示した駆動回路は各検出信号を処理し
て所定のパワートランジスタＴ「、ないしＴｒ、、、を
導通させる。

第６Ａ図に示した駆動回路の入力には、位置検出器ａな
いしｇの出力信号が与えられ、駆動回路の出力は第５図
に示したパワートランジスタＴｒ１〜Ｔｒ、。に与えら
れる。駆動回路の論理和回路１０１は位置検出器ａ、ｂ
・・・ｇからの信号のうち２つ飛びの信号の論理和を求
めるものであって、位置検出器ａとｄ、　　ｂとｅ、　
　ｃとｆ・・・の信号の論理和を形成している。この第
６Ａ図に示した例では、もとの信号が位置検出器ａ、　
　ｂ・・・ｇの出力の７個であり、論理和の信号も合計
７個であるから、総計１４個の信号が得られることにな
る。

ＥＸＯＲ回路１０２はこれらの論理和信号の排他的論理
和を求める。これは、リニアモータの方向を決めるため
に必要とされるものであって、ＥＸＯＲ回路１０２の入
力の一方をスイッチ１０５により、“Ｈ２，“Ｌ＃レベ
ルのいずれかに切換えることができる。第６Ａ図に示し
た例では、スイッチ１０５がオフになっているとき、Ｅ
ＸＯＲ回路１０２の一方の入力は“Ｈ”レベルとなり、
位置検出器ａ　−Ｈの出力信号はこのＥＸＯＲ回路１０
２によって反転されることになる。

また、スイッチ１０５がオンであれば、ＥＸＯＲ回路１
０２の一方の入力は“Ｌ”レベルとなって、位置検出器
ａ　−Ｈの出力信号はそのまま出力されることになる。

このようにして、ＥＸＯＲ回路１０２を通った信号は８
チヤネルマルチプレクサ１０３に与えられる。この８チ
ヤネルマルチプレクサ１０３の人力は３チヤネルで出力
が８チヤネルとなっていて、第１０図に示すようなＩＣ
によって構成される。このマルチプレクサ１０３の動作
論理は第１１図に示すように、たとえばＣ９Ｂ、Ａの各
チャネルに“Ｌ“、　“Ｈ”、　“Ｌ”が人力されれば
、第２チヤネルから信号が出力される。

第６Ａ図の制御回路では、マルチプレクサ１０３への入
力は隣接した位置検出装置の２チャネル群の出力信号と
その前後の２チャネル群の論理和信号を入力している。

たとえば、ＩＣＩには、位置検出器ａの出力信号と位置
検出器ｄの出力信号の論理和信号１位置検出器すの出力
信号および位置検出器Ｃの出力信号の３信号が人力され
る。具体的に説明すると、第４図では、位置信号は位置
検出器ａの出力と位置検出器すの出力が“Ｈ”レベルと
なっている。したがって、論理和回路１０１を通ってａ
十ｄ、ｂ＋ｅ、ｅ＋ａおよびｆ＋ｂの論理和出力も“Ｈ
”レベルとなる。ここで、右方向の推力を正方向とし、
スイッチ１０５をオンして、上述の信号を反転させない
状態であれば、マルチプレクサ１０３のＩＣＩないしＩ
Ｃ７の入力状態は第１２図の（Ｉ）のようになる。

したがって、ＩＣＩの■チャネル、ＩＣ６の■チャネル
が有効な出力信号となり、パワートランジスタＴｒＢ、
Ｔｒ４４．Ｔｒ、およびＴｒ６が導通状態となる。この
状態は第８図の実線で示す矢印方向の電流となり、導体
へはＣＩ−’Ｃ２，Ｃｓ　−ｃ４方向に通電されて右方
向の推力が発生する。可動子が１コイルピッチ分進んだ
ところで位置検出器すの出力信号のみが“Ｈ”レベルと
なる。

このとき、ｂ＋ｅとｆ＋ｂも“Ｈ”レベルとなり、マル
チプレクサＩＣＩないしＩＣ７への入力状態は第１２図
の（ＩＩ）のようになる。

ここでは、ＩＣ１の■チャネルおよびＩＣ７の■チャネ
ルのみが有効な出力信号となり、パワートランジスタＴ
ｒ、ｏ　、Ｔｒｌ　３　ｒ　　Ｔｒ、およびＴ　ｒ　６
が導通し、第８図において点線で示す矢印方向に電流が
流れる。そして、導体には、Ｃ２→Ｃ３，Ｃ６−Ｃ５方
向に電流が流れる。これは前述の（１）の状態に比べて
、コイル群への通電が１ピッチ分右方向に進んでいる。

ここで、逆転させて左方向へ推力を発生させるために、
スイッチＳＷをオフ状態にすれば、位置信号はすべて反
転され、第１２図の（ｍ）に示すような状態となる。

このとき、ＩＣ１の■チャネルおよびＩＣ７の■チャネ
ルが有効となり、パワートランジスタＴｒｇ、Ｔｒ＋　
ａ　＋　Ｔｒ４およびＴｒ７が導通し、導体にはＣ，−
ｅ（２，Ｃ，−４ＩＣ５の方向の電流に切換わり、左方
向に推力が発生して確実に反転する。

上述のような動作状態において、各導通パワートランジ
スタに流れる電流はすべて均一であり、−左方向へ連続
的に導体通電磁界が進行し、可動子も一方方向へ進んで
いるときに急激に導体の電流方向が反転し、特性に悪影
響を及ぼすこともない。

上述の実施例において、永久磁石４０ａ、４０ｂの間隔
を２コイルピッチ分空間としているが、これを１コイル
ピッチ分にした場合には、第９図に示すように、導体へ
の通電がＣ位置−Ｃ２，Ｃ４→Ｃ１であった場合、パワ
ートランジスタＴ「＋−ｅＴｒ、２　、”ｒｒ、−＊Ｔ
ｒ、２方向への通電状態となる。ここで、パワートラン
ジスタＴｒ、□は両方向の電流回路であるため、パワー
トランジスタＴｒ＋とＴｒＢに流れる２倍の電流が流れ
ることになる。次に、磁界が進んで、導体Ｃ２→Ｃ８，
Ｃ１→ｃ４の場合にも、パワートランジスタＴｒ＋　、
には２倍の電流が流れ、パワートランジスタの容量を大
きくする必要があることと、導体電流の方向もこの例で
はＣ８のコイル群が急激に逆転して好ましくないため、
Ｎ、　　Ｓ極の永久磁石４０ａ、４０ｂはコイルピッチ
群の間隔をあけて配置するのが好ましい。

次に、第６Ｂ図を参照して、駆動回路の他の例について
説明する。この第６Ｂ図に示した駆動回路は、位置検出
器から与えられる７個の信号と・方向信号の合計８個の
信号をＲＯＭ２０１〜２０４に入力し、ＲＯＭ２０１〜
２０４に予め記憶されているデータに基づいて、２０個
のパワートランジスタＴｒ、〜Ｔｒ、。を順次切換えて
駆動するものである。

第１３図は第７図における可動子が位置Ａにあるときの
コイル群とＮ極の永久磁石４０ｂの磁束密度Ｂ　［Ｔ］
の関係を示し、第１４図は第７図における可動子が位置
Ｂにあるときの第１３図と同様の関係を示し、第１５図
は可動子の位置と発生推力Ｆとの関係を示す図である。

第１３図に示す導体への通電状態で右に進む場合の最初
の位置から第１３図に示す点線Ｃの位置を経て第１４図
に示す位置にあるとき、これらの間における磁束密度Ｂ
の分布と通電状態の関係は均一となる。また、発生推力
は第１５図に示すように変動がなくなっている。すなわ
ち、第１３図および第１４図から明らかなように、磁束
分布の全区間にわたって通電された導体が存在すること
になる。これに対して、前述の第２７図ないし第３１図
に示した従来例においては、磁束分布の区間内に無通電
の導体が存在して推力に寄与していないが、この発明の
実施例では、磁束密度Ｂの分布と通電導体の関係が均一
となるため、大きな推力を得ることができる。

第１６図はりニアモータの右端のステータコアアセンブ
リと永久磁石との関係を示す図であり、第１７図は第１
図における線Ｂ−Ｂ’に沿う断面図である。

第１６図に示すように、この発明の一実施例では、最右
端においても、中間の位置においても、通電導体２０の
本数が変化することなく、ステータコアアセンブリの左
右両端に無駄がなく、すべて有効となる。しかも、ステ
ータコアアセンブリ部の断面は第１７図に示すように、
従来の巻線方式のように断面に多数の導体が交差してい
ないため、ステータコアからはみ出す部分（コイルエン
ド）は１スロツトに収められた導体骨のみで済み、前述
の第３４図で示したように、長さＬＥ２に比べて・長さ
ＬＥ　＋のように小さくすること力（でき、リニアモー
タ部の幅を小さくすることができる〇さらに・この発明
の一実施例による駆動回路においては、パワートランジ
スタの数を１コイル群ピッチー永久磁石１極分の幅とす
ると、永久磁石１極分の幅について２個のパワートラン
ジスタのみで済み、従来のように６個必要であるのに比
べて大幅にパワートランジスタの数を低減できる。

これらパワートランジスタの数を大幅に少なくできるた
め、これを制御する制御回路も簡略化できる。

また、この発明の一実施例では、位置検出装置を２コイ
ル群ピッチに１個設ければよく、従来と同様にして、ス
テータ長さ５００ｍｍ、永久磁石１極のピッチ２５ｍｍ
、１コイル群ピッチ２５ｍｍとすると、全長では２０個
の位置検出器を配置すればよいことになり、従来例に比
べて位置検出器の数が２／３で済むことになる。

第１８図はこの発明の一実施例において推力をアップす
る方法を説明するための図であり、第１９図は第１８図
の駆動回路の一例を示す図である。

この発明の一実施例において推力を２倍にしようとする
場合には、第１図に示した永久磁石４０ａ、４０ｂの幅
（ピッチ）を２倍にした永久磁石４１ａ、４１ｂを設け
ればよい。これらの永久磁石４１ａ、４１ｂの２極間に
おける空間は第１図と同様にして、２コイル群ピッチで
よい。また、ステータコアアセンブリとしては、第１図
と全く変わることはない。なお、第１８図においては、
１コイル群をまとめて１導体として示している。

このような導体を駆動する駆動回路は第１９図に示すよ
うに構成すればよく、この第１９図に示した例は前述の
第５図および第８図と何ら変わることはない。但し、導
通するパワートランジスタの位置のみが変わり、３つの
コイル群が直列的に通電されるように回路の結線方法の
みを変えれば済む。したがって、従来の欠点として取上
げたようなコイルエンドの増大や制御回路が複雑になる
ということ力（なく、自由に推力アップを図ることがで
きる。

なお、永久磁石４１ａ、４１ｂの幅を第１図に示した永
久磁石４０ａ、４０ｂの３倍、４倍にしてもよい。また
、第５図の駆動回路において左右両端のリード線を短絡
線１００により短絡してループ状にしたことにより、第
５図におけるコイル群ｃｐｓに通電させるために必要な
パワートランジスタＴｒａ　ｌ　、Ｔｒ、□　（第５図
の点線部分）が不要となり、コイル群ＣＩ５への通電は
パワートランジスタＴｒ、１またはＴｒ２で行なうこと
ができ、パワートランジスタの数を省略できる。

なお、上述の実施例では、ステータコアは第２図および
第３図に示すように、ある単位長さで製作し、その長さ
単位で導体を巻回してステータコアアセンブリとするこ
とができるため、どのような長尺リニアモータであって
も前述のステータコアアセンブリを継ぎ足すのみで容易
に製作することができる。

ところで、従来例および上述の実施例のような永久磁石
を用いる直流リニアモータにおいて、永久磁石の磁気吸
引力が問題になることがある。すなわち、第１図に示し
た直流リニアモータにおいては、永久磁石４０ａと４０
ｂはステータコア１０とエアギャップ６０ａを介して対
向して磁気回路を構成している。このような磁気回路に
おいて、磁気吸引力はエアギャップ６０ａを小さくする
方向に作用する。つまり、永久磁石４０ａ、４０ｂとヨ
ーク５０は下方に相当強い力で引張られる。

このため、リニアガイドに負担がかかり、摺動抵抗が増
大して推力の損失（機械損）の増大やガイドの耐久性の
低下あるいは精密リニアテーブルなどにおいては、精度
の低下という現象を起こす原因となる。そこで、そのよ
うな現象を防止できるような実施例について説明する。

第２０Ａ図はこの発明の他の実施例の構成を示す図であ
り、第２１図は第２０Ａ図の駆動回路の一例を示す図で
ある。第２０Ａ図に示した実施例は、ヨーク５０を中央
部に配置し、その両側に永久磁石４０ａ、４０ｂ、４０
ａ’　、４０ｂ’を配置し、永久磁石４０ａ、４０ｂに
対してステータコアアセンブリ１０を配置し、永久磁石
４０ａ’。

４０ｂ′に対向するようにステータコアアセンブリ１０
′を配置したものである。なお、可動子としてのヨーク
５０は従来例よりも薄くすることができる。

これは第２０Ａ図のように対向した永久磁石４０ａと４
０ｂ′の表面極性を異極とすることにより、磁束は永久
磁石４０ａのＳ極−永久磁石４０ｂのＮ極−永久磁石４
０ｂ′のＳ極→永久磁石４０ａ’のＮ極の経路に流れ、
ヨーク５０にはほとんど流れなくなるためである。また
、ステータコアアセンブリ１０と１０′の対向したコイ
ル群の通電方向を同じ方向とすることにより、推力は同
一方向に発生することになる。また、駆動回路は第２１
図に示すような回路となる。すなわち、対向したコイル
群Ｃ１ないしＣｓとｃ　、　Ｌ　ないしＣ６′を同極性
で直列接続することにより、パワートランジスタの数１
位置検出装置、駆動回路および制御回路共に前述の第５
図に示したものと同じものを用いることができ、全く同
じ効果を得ることができる。

第２０Ｂ図はこの発明の他の実施例の構成を示す図であ
る。この第２０Ｂ図に示した実施例は、ステータコアア
センブリ１０を中央部に配置し、その一方何に永久磁石
４０ａおよび４０ｂとヨーク５０を配置し、他方側に永
久磁石４０ａ′および４０ｂ′とヨーク５０′を配置し
たものである。

なお、この実施例によれば、前述の第２０Ａ図に示した
実施例に比べて銅損が少なく効率の向上を図ることがで
きる。

これは、第２０Ａ図に示した実施例においては、ステー
タコアアセンブリ１０および１０′の環状のコイル群Ｃ
１，Ｃ２・・・＋　　ＣＩ　’　＋　　０２′・・・の
うち、推力発生に寄与している部分は中央の永久磁石４
０ａ、４０ｂ、４０ａ’　、４０ｂ’　に対向している
部分のみであり、第２０Ｂ図に示した実施例では、中央
のステータコアアセンブリ１０のコイル群ＣＩ＋　　０
２・・・の両面に永久磁石４０ａ、　４０ｂ、４０ａ’
　、４０ｂ’が対向し、コイル群Ｃ７，Ｃ２・・・の両
面が推力発生に寄与するためである。また、永久磁石４
０ｂと４０ｂ′をＮ極とし、永久磁石４０ａと４０ａ′
をＳ極とすることにより、磁束の流れは矢印７のように
なる。

また、コイル群ＣＩ　ｌ　　Ｃ２１Ｃ４１Ｃｇの通電状
態が図示のようであれば、ヨーク５０および５０′はい
ずれも第２０Ｂ図に示す右方向に推力が発生することに
なる。また、駆動回路は第５図に示したものと全く同じ
ものを用いることができ、全く同じ効果を得ることがで
きる。

第２２図はこの発明のその他の実施例を示す図であり、
第２３図は第２２図の線ｃ−ｃ’に沿う断面図である。

この第２２図に示した実施例は、ステータコア１０とし
て、電磁鋼板を短冊状に形成したものを積重ねて所定の
厚さとなるように構成し、これに導体２０をリング状に
巻回し、スライド方向に成る長さごとにタップを引き出
して、そのタップ間をコイル群ｃ＋　ｌ　　Ｃ２１Ｃ３
・・・というようにまとめてステータコアアセンブリを
構成している。その他、永久磁石の配置や駆動回路など
は前述の実施例と全く同じである。このように、ステー
タコアアセンブリ１０を構成したことによって、磁束密
度が低い場合や低速度で鉄損が小さい場合には、軟鉄の
角材をそのまま用いてもよい。また、このように構成し
たステータコアアセンブリは前述の第２０Ａ図に示した
実施例にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、ステータコアおよび
界磁永久磁石の間とステータコアの背面にわたって導体
をリング状に巻回してコイルを構成したことによって、
磁束密度分布と通電導体との関係を均一にでき、発生推
力の変動も少なくできる。

しかも、磁束分布の全区間に通電された導体が存在す・
るので、従来例に比べて大きな推力を得ることができる
。さらに、ステータコアの両端においても中間の位置に
おいても通電導体の本数が変わることがないので、無駄
がなくすべての導体を有効にできる。さらに、従来のよ
うにステータコアの断面に多数の導体が交差しないため
、コアからはみ出す部分を少なくでき、幅を小さくする
ことができる。さらに、導体を駆動するための半導体素
子の数も少なくでき、これを制御するための制御回路も
簡略化できる。

また、ステータコアを２組設け、これらのステータコア
に対向するように界磁永久磁石を配置すれば、機械損を
少なくできしかも精度を向上させることができる。

また、ステータコアを中央に設け、界磁永久磁石をステ
ータコアの両側に対向するように２組設ければ、銅損を
少なくして精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構造を示す図である。第
２図および第３図はステータコアの形状を示す図である
。第４図はこの発明の一実施例における位置検出器の配
置図である。第５図はこの発明の一実施例に含まれる駆
動回路を示す図である。第６Ａ図はこの発明の一実施例
に含まれる制御回路の電気回路図である。第６Ｂ図は制
御回路の他の例を示す電気回路図である。第７図はこの
発明の一実施例の動作を説明するための図である。 第８図および第９図はこの発明の一実施例の駆動回路の
動作を説明するための図である。第１０図は制御回路に
含まれる８チヤネルマルチプレクサを示す図である。第
１１図はマルチプレクサの論理動作を示す図である。第
１２図は制御回路の動作を説明するための図である。第
１３図ないし第１５図はこの発明の一実施例における発
生した推力を説明するための図である。第１６図はステ
ータコアの両端の推力を説明するための図である。 第１７図はステータコアのコイルエンドの大きさを示す
図である。第１８図はこの発明の一実施例の推力をアッ
プする方法を説明するための図である。第１９図は推力
をアップしたりニアモータの駆動回路を示す電気回路図
である。 第２０Ａ図および第２０Ｂ図はこの発明の他の実施例の
構造を示す図である。第２１図は第２０Ａ図に示した実
施例の駆動回路の電気回路図である。第２２図はこの発
明のその他の実施例の構造を示す図である。第２３図は
第２２図における線ｃ−ｃ’に沿う断面図である。第２
４図は従来のりニアモータの構造を示す図である。第２
５図は従来のりニアモータの動作を説明するための図で
ある。第２６図は従来のりニアモータの駆動回路の電気
回路図である。第２７図ないし第３１図は従来のりニア
モータにおける推力の変動を説明するための図である。 第３２図および第３３図は従来のりニアモータのコア両
端部における推力を説明するための図である。第３４図
はステータコアのコイルエンドの大きさを示す図である
。第３５図および第３６図は従来のりニアモータの推力
をアップする方法を説明するための図である。第３７図
は推力をアップしたりニアモータの駆動回路の電気回路
図である。 図において、１０はステータコア、１０ａは歯、１０ｂ
はスロット、１０ｃ、１０ｄは巻線スペース、１０ｅは
ヨーク、２０は導体、３０は取付台、４０ａ、４０ｂ、
４０ａ’　、４０ｂ’　、４１ａ。 ４１ｂは永久磁石、５０はヨーク、６０ａはエアギャッ
プ、８０はターゲット、１０１は論理和回路、１０２は
ＥＸＯＲ回路、１０３はマルチプレクサ、２０１ないし
２０４はＲＯＭ、ａないしｇは位置検出器、Ｃ７ないし
Ｃ１５はコイル群、Ｔｒ、ないしＴｒ３゜はパワートラ
ンジスタを示す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）導体が巻回されたステータコアと、前記ステータ
   コアに対向して配置されて可動子となる界磁永久磁石と
   を備えた直流リニアモータにおいて、 前記導体は前記ステータコアと前記界磁永久磁石の間と
   前記ステータコアの背面にわたってリング状に巻回され
   てコイルを構成し、スライド方向の単位長さあたり同一
   巻数のコイルを電気的に接続してコイル群とし、該界磁
   永久磁石１極の長さより長い連続した複数個のコイル群
   に同時に同一方向の電流が流れるように通電し、かつ前
   記界磁永久磁石の極の長さに対して十分長い区間にわた
   って通電された導体を配置したことを特徴とする、直流
   リニアモータ。
2. （２）前記界磁永久磁石の極間は、前記コイル群ピッチ
   の２倍の間隔に選ばれる、特許請求の範囲第１項記載の
   直流リニアモータ。
3. （３）前記ステータコアは、電磁鋼板を成形して積層さ
   れかつその長さが前記コイル群の長さの整数倍に選ばれ
   ていて、前記スライド方向に磁気的に連続な手段によっ
   て所定数配列されている、特許請求の範囲第２項記載の
   直流リニアモータ。
4. （４）前記ステータコアは軟鉄の角材を複数積層して所
   定の寸法に形成するかあるいは所定の寸法の１本の軟鉄
   の角材によって形成される、特許請求の範囲第１項ない
   し第３項のいずれかに記載の直流リニアモータ。
5. （５）前記ステータコアはそれぞれが中央に配列される
   ように２組設けられ、 前記界磁永久磁石はそれぞれが前記２組のステータコア
   に対向し、それぞれの極性が異極となりかつ対向する導
   体の通電方向が同方向となるように各コイル群が電気的
   に接続される、特許請求の範囲第１項ないし第４項のい
   ずれかに記載の直流リニアモータ。
6. （６）前記ステータコアは中央に設けられ、前記界磁永
   久磁石は前記ステータコアの両側に対向しかつそれぞれ
   の極性が同極となるように２組設けられる、特許請求の
   範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の直流リニア
   モータ。
7. （７）さらに、前記コイル群に流れる電流を切換えるた
   めの半導体素子を含み、 隣接するコイル群同士が互いに電気的に直列接続され、
   左右両端のコイル群同士も互いに電気的に接続され、前
   記半導体素子は各接続点に配置される、特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の直流リニアモータ。
8. （８）さらに、前記コイル群ピッチの２倍の間隔を有す
   るように配置される位置検出素子と、前記コイル群ピッ
   チの３倍の長さを有し、前記可動子に取付けられるター
   ゲットとを含む、特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の直流リニアモータ。
9. （９）さらに、隣接する２つの位置検出素子からの信号
   と、両側の信号の論理和信号の３つの信号とに基づいて
   、前記半導体素子を制御する論理回路を含む、特許請求
   の範囲第８項記載の直流リニアモータ。