(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する巻線面を有する巻線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の巻線群から成り、該巻線群を構成する各相の相巻線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有する構成のリニアモータと、
可変周波の可変電圧を前記リニアモータへ供給するコントローラと、
前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を構成する各相の相巻線を適宜開閉する巻線切替え装置とから構成されるリニアモータシステムにおいて、
前記巻線切替え装置を、３相整流手段と、該３相整流手段の直流出力側の両端に設けられた半導体スイッチおよび該半導体スイッチとそれぞれ並列接続された抵抗とコンデンサとで構成し、
前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を構成するそれぞれの相巻線の一端を、前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記巻線切替え装置の前記３相整流手段の交流入力側に接続し、該巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを開閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群のうち、所望の巻線群のみを励磁することを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項２】
前記固定子を構成する巻線群にはそれぞれストローク方向に少なくとも１つ以上の前記可動子が対向していることを検出するセンサが備わり、該センサの信号により可動子が対向する巻線群に接続される前記巻線切替え装置の半導体スイッチを閉とすることを特徴とする請求項１記載のリニアモータシステム。
【請求項３】
前記固定子を構成する巻線群のストローク方向長さをＬｃとし、前記可動子のストローク方向長さをＬｍｌとしたとき、
Ｌｍｌ＝ｎ×Ｌｃ
ｎ：２以上の整数
の関係となるようＬｃ、Ｌｍｌを決め、
可動子とストローク方向に完全に対向する巻線群のみを励磁することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータシステム。
【請求項４】
前記固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃを、前記可動子のストローク方向長さをＬｍｓとしたとき、
Ｌｍｓ＝Ｌｃ／ｎ
ｎ：２以上の整数
の関係にある可動子を複数個ストローク方向に並べ、該可動子を配置するピッチＬｍｐを
Ｌｍｐ＝Ｌｍｓ×（ｎ＋１）
の関係で固定板に取付け、前記可動子がストローク方向に完全に対向する巻線群のみを励磁することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータシステム。
【請求項５】
前記電気装荷手段となる前記巻線群と可動子の検出を行う前記検出センサと該検出センサの信号を処理する処理回路を、パターンが施された基板に設け、該基板同士を複数個コネクタ接続することで前記固定子を形成することを特徴とする請求項１又は２記載のリニアモータシステム。
【請求項６】
永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する巻線面を有する巻線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが、空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の巻線群から成り、該巻線群の巻線を構成する各相の相巻線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有し、また、該巻線群にはストローク方向に前記可動子と完全に対向していることを検出するためのセンサを設けて構成されるリニアモータと、可変周波数の可変電圧を供給するコントローラと、３相整流手段と、該３相整流手段の直流出力側の両端に、半導体スイッチと該半導体スイッチと並列にそれぞれ抵抗とコンデンサを設けることにより構成される巻線切替え装置と、によって構成され、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群の巻線を構成するそれぞれの相巻線の巻き始め端子を前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記巻線切替え装置の前記３相整流手段の交流入力側に接続し、該巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を励磁するリニアモータシステムにおいて、前記巻線群のストローク方向長さをＬｃ、前記可動子のストローク方向長さをＬｍとしたとき、
Ｌｍ＝ｎ×Ｌｃ
ｎ：２または３
の関係となるようＬｃおよびＬｍを決め、該巻線群には、該巻線群に備わるセンサの信号と該巻線群と隣り合う少なくとも一方の巻線群に備わるセンサの信号を用いて、該巻線群と接続される前記巻線切替え装置の開閉を行う信号を作る信号作成回路を備えたことを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項７】
前記信号作成回路が常にｎ−１個の巻線群を励磁状態とする信号を出力することを特徴とする請求項６記載のリニアモータシステム。
【請求項８】
前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる巻線群に設けられるセンサからの出力信号と、該巻線群と隣り合う一方の巻線群に備わるセンサの出力信号を反転した信号とのＡＮＤ処理を行った後の信号として出力する論理回路により構成したことを特徴とする請求項７記載のリニアモータシステム。
【請求項９】
前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる巻線群に設けられるセンサからの出力信号と、該巻線群と隣り合う両側の巻線群に備わる２つのセンサ出力信号をＡＮＤ処理後に反転した信号とを、ＡＮＤ処理を行い出力信号とする論理回路により構成したことを特徴とする請求項７記載のリニアモータシステム。
【請求項１０】
固定子側が、それぞれリニアモータ固定子と複数相の電機子巻線からなる固定子ブロックを複数、線状に配置して構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成されるリニアモータシステムにおいて、
前記複数の固定子ブロックの各電機子巻線の一方の端子を１台のリニアモータ駆動用サーボアンプの各相ラインに接続し、前記各電機子巻線の他方の端子を複数相のダイオードブリッジの中点に接続し、前記ダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子の間に半導体スイッチ素子を接続し、この半導体スイッチ素子に並列に、第１の環流ダイオードと放電抵抗と第２の環流ダイオードからなる直列回路を接続し、前記放電抵抗に並列に平滑コンデンサを接続し、かつ、前記半導体スイッチ素子を、前記リニアモータ固定子側に配置した可動子位置センサの位置信号に基づいて順次オンオフ制御することで、前記複数相の電機子巻線を励磁状態と非励磁状態に切り替える巻線切替回路を設けたことを特徴とするリニアモータシステム。
【請求項１１】
前記複数の固定子ブロックに対して同数の巻線切替回路を設けたことを特徴とする請求項１０記載のリニアモータシステム。
【請求項１２】
前記可動子位置センサによって前記半導体スイッチ素子の駆動信号を生成し、前記複数の固定子ブロックを順次切り替えていくようにしたことを特徴とする請求項１０または１１に記載のリニアモータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、リニアモータのロングストローク化を省エネ、かつ低コストで構成するリニアモータシステムに関するもので、特にその巻線切替え装置を備えたロングストロークのリニアモータシステムに関する。【０００２】  また、本発明は、固定子側がリニアモータ固定子と電機子巻線で構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成される固定電機子形リニアモータに関する。
【背景技術】
【０００３】  従来のリニアモータシステムは、可動子に磁気装荷手段となる永久磁石を備え、固定子に電気装荷手段となる巻線を有し、該巻線はストローク方向に複数個並べられ、かつ、該巻線にはそれぞれ電流を流すためのコントローラが設けられ，該コントローラはそれぞれ区間切換装置に接続されている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】  以下、図１４を用いて従来のリニアモータシステムを説明する。【０００５】  図１４において、９００は従来のリニアモータシステム、９０１は可動子、９０２は永久磁石、９０３は固定子、９０４はコントローラ、９０５は区間切換装置である。固定子９０３には電気装荷手段となる巻線が設けられ、該固定子９０３はそれぞれコントローラ９０４に接続され、該コントローラ９０４より前記固定子９０３へ電流を流すことにより可動子９０１との間で推力を発生し、ストローク方向へ可動子９０１が移動する。区間切換装置９０５は可動子９０１の位置を計測する何らかの手段により得られた該可動子９０１の位置情報によって、可動子９０１と対向して推力の発生に寄与する固定子９０３につながるコントローラ９０４のみにのみに電流を流す指令を与える装置である。【０００６】  このように、従来のリニアモータシステムは、固定子９０３につながるコントローラ９０４のうち、推力に寄与する固定子９０３につながるコントローラ９０４に区間切換装置９０５より指令を与えて、所望の固定子９０３のみに電流を流すことにより、推力の発生に寄与していない固定子９０３には電流が流れないために発生損失を抑えて、省エネにてロングストローク化を行うのものである。【０００７】  ところが、上述した従来のリニアモータでは、ストロークを長くするには固定子９０３を所望のストローク分ほど並べればよいが、該固定子９０３に繋がるコントローラ９０４も固定子９０３と同じ台数が必要となる。コントローラ９０４は一般に高価であり、ロングストローク化するために複数台のコントローラ９０４を用いることはコスト的に問題があった。【０００８】  また、コントローラ９０４へ電流を流す指令を与える区間切換装置９０５はストローク方向へ移動する可動子９０１の位置を正確に把握し、該可動子９０１と対向し推力に寄与する固定子９０３につながるコントローラ９０４に電流を流す指令を与える必要があり、かつ、該指令は電流の大きさ、位相、周波数をもったものでなければならない。そのため、区間切換装置９０５によるコントローラ９０４の制御は非常に複雑なものであるという問題があった。【０００９】  さらに、従来のリニアモータシステム９００では、可動子９０１がストローク方向に隣り合う固定子９０３を跨いでいる状態と、可動子９０１が完全に固定子９０３と対向している状態では、誘起電圧およびインダクタンスに違いが生じる。そのため、コントローラ９０４から固定子９０３へ電流を流すとき、固定子９０３と可動子９０１との相対位置により誘起電圧およびインダクタンスに違いが生じることで制御性が低下してしまい、速度変動が発生する問題があった。【００１０】  また、リニアモータは、一般的に可動電機子形リニアモータと固定電機子形リニアモータに大別される。【００１１】  可動電機子形リニアモータの構成は、固定子側が永久磁石や二次側導体で構成され、可動子側が電機子巻線で構成される（例えば、特許文献２参照）。この場合リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは可動子側であり、モータ制御的には回転形モータと同様に一組のモータのブロックとして扱えるので、制御しやすい。【００１２】  一方、固定電機子形リニアモータの構成は、固定子側がリニアモータ固定子と電機子巻線で構成され、可動子側が永久磁石や二次側導体で構成される（例えば、特許文献３参照）。この場合、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは固定子側である。長ストロークの場合、固定子側電機子巻線の構成としては、複数の電機子巻線の直列接続と並列接続がある。直列接続の場合は可動子と重ならない区間も全て通電する。並列接続の場合は、可動子の移動に応じて各電機子巻線のブロックごとの区間切替が必要になる。【００１３】  区間切替の方式として、固定子ブロックと同数のリニアモータ駆動用サーボアンプで一台の固定子に対し一台のサーボアンプで制御を行い、サーボアンプそのものを切り替える方式や、一台ないしは少数のサーボアンプによって制御を行い、サーボアンプとは別に区間切替用のスイッチを設けて制御を行う場合がある。
【特許文献１】特開平３−４５１５７号公報（第４項、図５）
【特許文献２】特開２００１−７８４２０号公報
【特許文献３】特開２０００−２２４８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】  以上に述べた、各方式のリニアモータの問題点を以下に挙げる。【００１５】  可動電機子形リニアモータでは、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは可動子側であり、モータ制御的には回転形モータと同様に一組のモータのブロックとして扱えるので、制御しやすいが、可動電機子側に通電するため、そのための配線処理が問題になることがあり、特に長いストロークの可動電機子形リニアモータを実現しようとすると、配線処理が困難になる。また、リニア同期モータの場合は、固定子側に永久磁石を配置するため、ある程度の長ストロークになると、高価な永久磁石を多用せざるを得なくなるため、コスト的に割高になる。【００１６】  一方、固定電機子形リニアモータは、リニアモータ駆動用サーボアンプが接続されるのは固定子側であり、前述の配線処理の問題はなくなる。しかし、長ストロークの場合、固定子側電機子巻線の構成としては、複数の電機子巻線の直列接続と並列接続があるが、直列接続の場合は可動子と重ならない区間も全て通電することになり消費電力面で不利になるし、電機子巻線の漏れインダクタンスが大きくなるため、力率、効率の低下に繋がる。【００１７】  固定子ブロックの電機子巻線が並列接続で、固定子ブロックと同数のリニアモータ駆動用サーボアンプで、一台の固定子に対し一台のサーボアンプで制御を行い、サーボアンプそのものを切り替える方式は、複雑かつ高価なシステムとなる。【００１８】  また一台ないしは少数のサーボアンプによって制御を行い、サーボアンプとは別に区間切替用のスイッチを設けて制御を行う場合が考えられるが、スイッチ動作の遅れ時間によって、電流の不連続やトルク脈動と言った問題が生じる。【００１９】  本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、ロングストローク化してもコントローラの台数を増やすことなく、かつ、上述の区間切換装置を用いて複雑な制御を必要とすること無しに、低コストで、速度変動のない、容易にロングストローク化を可能とするリニアモータシステムを提供することを目的とするものである。【００２０】  また、本発明は、配線処理の問題を解決し、さらに１台のサーボアンプで複数の電機子巻線を効率よく、更に瞬時に切り替えることができる安価な固定電機子形リニア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】
【００２１】  上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、リニアモータシステムに係り、永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する巻線面を有する巻線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の巻線群から成り、該巻線群を構成する各相の相巻線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有する構成のリニアモータと、可変周波の可変電圧を前記リニアモータへ供給するコントローラと、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を構成する各相の相巻線を適宜開閉する巻線切替え装置とから構成されるリニアモータシステムにおいて、前記巻線切替え装置を、３相整流手段と、該３相整流手段の直流出力側の両端に設けられた半導体スイッチおよび該半導体スイッチとそれぞれ並列接続された抵抗とコンデンサとで構成し、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を構成するそれぞれの相巻線の一端を、前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記巻線切替え装置の前記３相整流手段の交流入力側に接続し、該巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを開閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群のうち、所望の巻線群のみを励磁することを特徴とするものである。【００２２】  請求項２記載の発明は、請求項１記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する巻線群にはそれぞれストローク方向に少なくとも１つ以上の前記可動子が対向していることを検出するセンサが備わり、該センサの信号により可動子が対向する巻線群に接続される前記巻線切替え装置の半導体スイッチを閉とすることを特徴とするものである。【００２３】  請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する巻線群のストローク方向長さをＬｃとし、前記可動子のストローク方向長さをＬｍｌとしたとき、
Ｌｍｌ＝ｎ×Ｌｃ
ｎ：２以上の整数
の関係となるようＬｃ、Ｌｍｌを決め、可動子とストローク方向に完全に対向する巻線群のみを励磁することを特徴とするものである。【００２４】  請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載のリニアモータシステムにおいて、前記固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃを、前記可動子のストローク方向長さをＬｍｓとしたとき、
Ｌｍｓ＝Ｌｃ／ｎ
ｎ：２以上の整数
の関係にある可動子を複数個ストローク方向に並べ、該可動子を配置するピッチＬｍｐを
Ｌｍｐ＝Ｌｍｓ×（ｎ＋１）
の関係で固定板に取付け、前記可動子がストローク方向に完全に対向する巻線群のみを励磁することを特徴とするものである。【００２５】  請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載のリニアモータシステムにおいて、前記電気装荷手段となる前記巻線群と可動子の検出を行う前記検出センサと該検出センサの信号を処理する処理回路を、パターンが施された基板に設け、該基板同士を複数個コネクタ接続することで前記固定子を形成することを特徴とするものである。【００２６】  請求項６記載の発明は、リニアモータシステムに係り、永久磁石により構成される磁気装荷手段を備えた可動子と、該永久磁石に対向する巻線面を有する巻線により構成される電気装荷手段を備えた固定子とが、空隙を介して対向し、該固定子はストローク方向に分割された複数の巻線群から成り、該巻線群の巻線を構成する各相の相巻線はそれぞれ巻き始めの端子と巻き終わりの端子を有し、また、該巻線群にはストローク方向に前記可動子と完全に対向していることを検出するためのセンサを設けて構成されるリニアモータと、可変周波数の可変電圧を供給するコントローラと、３相整流手段と、該３相整流手段の直流出力側の両端に、半導体スイッチと該半導体スイッチと並列にそれぞれ抵抗とコンデンサを設けることにより構成される巻線切替え装置と、によって構成され、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群の巻線を構成するそれぞれの相巻線の巻き始め端子を前記コントローラの出力端に接続し、他端を前記巻線切替え装置の前記３相整流手段の交流入力側に接続し、該巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを閉することにより、前記ストローク方向に分割された複数の巻線群を励磁するリニアモータシステムにおいて、前記巻線群のストローク方向長さをＬｃ、前記可動子のストローク方向長さをＬｍとしたとき、
Ｌｍ＝ｎ×Ｌｃ
ｎ：２または３
の関係となるようＬｃおよびＬｍを決め、該巻線群には、該巻線群に備わるセンサの信号と該巻線群と隣り合う少なくとも一方の巻線群に備わるセンサの信号を用いて、該巻線群と接続される前記巻線切替え装置の開閉を行う信号を作る信号作成回路を備えたことを特徴とするものである。【００２７】  請求項７記載の発明は、請求項６記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路が常にｎ−１個の巻線群を励磁状態とする信号を出力することを特徴とするものである。【００２８】  請求項８記載の発明は、請求項７記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる巻線群に設けられるセンサからの出力信号と、該巻線群と隣り合う一方の巻線群に備わるセンサの出力信号を反転した信号とのＡＮＤ処理を行った後の信号として出力する論理回路により構成したことを特徴とするものである。【００２９】  請求項９記載の発明は、請求項７記載のリニアモータシステムにおいて、前記信号作成回路を、該信号作成回路が備わる巻線群に設けられるセンサからの出力信号と、該巻線群と隣り合う両側の巻線群に備わる２つのセンサ出力信号をＡＮＤ処理後に反転した信号とを、ＡＮＤ処理を行い出力信号とする論理回路により構成したことを特徴とするものである。【００３０】  また、上記問題を解決するため、本発明は、固定子側が、それぞれリニアモータ固定子と複数相の電機子巻線からなる固定子ブロックを複数、線状に配置して構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成されるリニアモータシステムにおいて、前記複数の固定子ブロックの各電機子巻線の一方の端子を１台のリニアモータ駆動用サーボアンプの各相ラインに接続し、前記各電機子巻線の他方の端子を複数相のダイオードブリッジの中点に接続し、前記ダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子の間に半導体スイッチ素子を接続し、この半導体スイッチ素子に並列に、第１の環流ダイオードと放電抵抗と第２の環流ダイオードからなる直列回路を接続し、前記放電抵抗に並列に平滑コンデンサを接続し、かつ、前記半導体スイッチ素子を、前記リニアモータ固定子側に配置した可動子位置センサの位置信号に基づいて順次オンオフ制御することで、前記複数相の電機子巻線を励磁状態と非励磁状態に切り替える巻線切替回路を設けたものである。【００３１】  本発明においては、半導体スイッチ素子がオンの場合はダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子間が短絡されるので、その固定子ブロックにおける電機子巻線の各相にサーボモータからの駆動電流が流れてリニアモータ固定子が励磁され、可動子に移動力が作用する。半導体スイッチ素子がオフになった場合はダイオードブリッジの正側共通端子と負側共通端子間がオープンになるので、その固定子ブロックにおける電機子巻線にはサーボモータからの駆動電流は流れないが、電機子巻線に蓄えられたエネルギーは、ダイオードブリッジのダイオード、第１および第２の環流ダイオードを介して平滑コンデンサに吸収され、平滑コンデンサに蓄えられたエネルギーは放電抵抗によって放電されることになる。【００３２】  前記複数の固定子ブロックに対して同数の巻線切替回路を設けることにより、各固定子ブロックを順次巻線切り替えすることで、可動子を所定方向に駆動することができる。【００３３】  また、可動子位置センサによって半導体スイッチ素子の駆動信号を生成し、前記複数の固定子ブロックを順次切り替えていくようにすることで、可動子を所定方向に駆動することができる。
【発明の効果】
【００３４】  請求項１に記載の発明によると、巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを開閉することにより、閉の場合には該巻線切替え装置につながる巻線群はスター結線となってコントローラに接続される状態となり、コントローラより電流を流すことで該巻線群に電流が流れて励磁することができる。また、開の場合にはスター結線の中性点側が開放の状態となりコントローラより電流を流しても巻線群には電流が流れずに励磁できない。よって、前記推力方向に分割された複数の巻線群のうち、該巻線群につながる巻線切替え装置の半導体スイッチを開閉することで、所望の巻線群のみを励磁することができる。推力は固定子に備わる永久磁石と対向する固定子の巻線群で発生する。【００３５】  本リニアモータシステムは、所望の巻線群のみを励磁することができるので、ロングストローク化したときに推力の発生する巻線群に生じる損失のみに抑えることができるため、省エネ化が行える。【００３６】  また、コントローラは発生する推力と、該推力を発生する巻線群に生じる損失のみを供給できる容量で良く、本リニアモータシステムでは発生する損失を小さく抑えることができるため、ロングストローク化した際にもコントローラの容量を増やす必要が無く低コストが行える。【００３７】  また、固定子は巻線群をストローク方向に複数個並べることで構成されているため、所望の個数を並べることができ、多くの個数を並べても、１台のコントローラで運転でき、容易にロングストローク化を実現できる。【００３８】  請求項２に記載の発明によると、巻線群に設けられる可動子が該巻線群と対向していることを検知するセンサの信号により、該センサが可動子を検知すると、該可動子と対向する固定子を構成する巻線群のみを自動的に励磁することができ、可動子の位置を計測し、励磁する巻線群に取り付く巻線切替え装置を判断する手段を必要としないため、システムの簡素化、ローコスト化を行うことができる。【００３９】  請求項３に記載の発明によると、可動子のストローク方向の長さは巻線群の少なくとも２倍以上となるため、少なくとも１つの巻線群は完全に可動子と対向する状態こととなり、該完全に可動子と対向した巻線群のみを励磁する。【００４０】  固定子を構成する巻線群は、全て可変周波の可変電圧を供給するコントローラに並列に接続されており、可動子と完全に対抗していない状態で励磁すると、それぞれ対向する面積が異なるために各々の巻線群に発生する誘起電圧に差が生じて循環電流が流れて発生推力の低下をもたらすが、完全に可動子と対向する巻線群のみを励磁するために循環電流の発生を無くすことができる。【００４１】  請求項４に記載の発明によると、例えば固定板に取り付く可動子が２つの場合には、一方の可動子が巻線群のストローク方向の境目に位置し、２つの巻線群に跨り完全に対向していない状態でも、残りの可動子は巻線群に完全に対向する状態となる。そのため、少なくとも一つの可動子は完全に巻線群に対向し、該可動子と完全に対向している巻線群のみを励磁することで、循環電流の発生を無くすことができ、ストローク方向へ連続した運転が行える。【００４２】  請求項５に記載の発明によると、固定子を構成する巻線群を基板上にコイルを並べて電気的に接続することで簡単に製作することができ、かつ、可動子の有無を検出するセンサおよびその信号処理回路も該基板上に素子をマウントすることで簡単に製作することができる。【００４３】  また、固定子は該巻線群をコネクタ接続することで容易に作ることができるので、コストの低減が期待できる。【００４４】  請求項６記載のリニアモータシステムによると、巻線切替え装置を構成する半導体スイッチを開閉することにより、閉の場合には該巻線切替え装置につながる巻線群はスター結線となってコントローラに接続される状態となり、コントローラより電流を流すことで該巻線群に電流が流れて励磁することができる。また、開の場合にはスター結線の中性点側が開放の状態となりコントローラより電流を流しても巻線群には電流が流れずに励磁できない。【００４５】  可動子のストローク方向長さＬｍは固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃのｎ倍（ｎは２もしくは３）となっており、可動子と固定子のストローク方向の相対位置関係によりｎ個もしくはｎ−１個の巻線群がストローク方向に完全に可動子と対向することになる。【００４６】  信号作成回路は、該信号作成回路が設けられる巻線群とつながる巻線切替え装置を開閉する信号を作成するものであり、該信号作成回路が設けられる巻線群のセンサ信号および該巻線群と隣り合う巻線群のセンサ信号をもとにして、該巻線群につながる巻線切替え装置を開閉することができる。こうすることにより、隣り合う巻線群と可動子の位置関係も考慮して該信号作成回路が備わる巻線群とつながる巻線切替え装置を開閉できる。【００４７】  請求項７記載のリニアモータシステムによると、前記信号作成回路により可動子と固定子のストローク方向の相対位置関係でｎ個もしくはｎ−１個の巻線群が可動子と完全に対向する場合において、ｎ個の時には所望の１個の巻線群につながる巻線切替え装置のみを開とすることができ、常時ｎ−１個の巻線のみが励磁される状態とすることができる。このため、コントローラから見た固定子の誘起電圧およびインダクタンスや抵抗のインピーダンスを常に一定とすることができる。よって、制御性を改善でき、速度変動を小さくすることができる。【００４８】  請求項８記載のリニアモータシステムによると、ＮＯＴ素子とＡＮＤ素子のみによる非常に簡単な論理回路により、可動子のストローク方向長さＬｍが固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃの２倍（ｎ＝２）のときの前記信号作成回路を構成できる。【００４９】  請求項９記載のリニアモータシステムによると、ＮＯＴ素子とＡＮＤ素子のみによる非常に簡単な論理回路により、可動子のストローク方向長さＬｍが固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃの３倍（ｎ＝３）のときの前記信号作成回路を構成できる。【００５０】  また、本発明の巻線切換回路を設けたリニアモータシステムによれば、複数の固定子ブロックの各電機子巻線に流す電流を１台のサーボアンプで制御することで、ロングストロークの固定電機子形リニアモータが安価に実現でき、半導体スイッチ素子による切替方式のため、切替の遅れ時間を最小限にしてスムーズな切替を実現できる。その結果、電流は連続的��なり、トルク脈動もなくなる。また、リニアモータ固定子の電機子巻線が並列接続のため、巻線のインピーダンスは線間抵抗分を除いていつも同じになるので、サーボアンプによるベクトル制御が容易になり、モータ力率、効率も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施例を示すリニアモータシステムの構成図
【図２】本発明の巻線切替え装置を説明するための回路図
【図３】第２実施例を示すリニアモータシステムの構成図
【図４】第３実施例を示すリニアモータシステムの構成図
【図５】第４実施例を示すリニアモータシステムの構成図
【図６】第５実施例を示す巻線群の正面図
【図７】第５実施例を示す巻線群の側面図
【図８】第５実施例を示す巻線群の回路図
【図９】本発明の第６実施例を示す巻線切替えリニアモータシステムの構成図
【図１０】本発明の巻線回路を説明する回路図
【図１１】本発明の巻線切替え装置を説明するための回路図
【図１２】本発明の信号処理を説明するｎ＝２の場合の論理回路図
【図１３】本発明の信号処理を説明するｎ＝３の場合の論理回路図
【図１４】従来のリニアモータシステムの構成図
【図１５】本発明の第７実施例に係る固定電機子形リニアモータのブロック図
【図１６】本発明の第７実施例の巻線切替回路の切替スイッチ部と固定子ブロックの構成例を示す回路図
【図１７】本発明の第７実施例に係る切替スイッチ部の実際の構成例を示す回路図
【図１８】本発明の第７実施例に係る切替スイッチ部に与える切替信号の生成を含めた全体の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
【００５２】１  可動子
２  永久磁石
３  固定子
４  巻線群
５  巻線
５１  巻線の巻始め
５２  巻線の巻終り
６  巻線切替え装置
７  コントローラ
８、８１、８２  センサ
９、９１  信号処理回路
１０  固定版
１１、１２  可動子
１３  基板
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ  コネクタ
１５  コイル
１６  区間切換装置
６１、１８１  三相整流器
６２、１６２  半導体スイッチ
６３、１８３  抵抗
６４、１８４  コンデンサ
１００  リニアモータ
１１０  可動子
１２０  永久磁石
１３０  固定子
１４０（１４１〜４３）巻線群
１５０  信号作成回路
１６１〜１６８  コネクタ
１７１、１７２  センサ
１８０  巻線切替え装置
１９０  コントローラ
２０１  サーボアンプ
２０２  固定子ブロック
２０３  リニアモータ可動子
２０４  切替スイッチ部
２０４−１  整流ダイオード部（ダイオードブリッジ）
２０４−２  半導体スイッチ素子
２０４−３  還流用ダイオード
２０４−４  平滑コンデンサ
２０４−５  放電抵抗
２０５  ドライブ回路
２０６  切替信号処理部
２０７  センサ部
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】  以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００５４】  図１は本発明の第１の実施例を示すリニアモータシステムの構成図を示す。【００５５】  図２は図１に示す巻線切替え装置の構成説明図を示す。【００５６】  図１において、１００はリニアモータ、１は可動子、２は永久磁石、３は固定子、４は巻線群、５は巻線、６は巻線切替え装置、７はコントローラである。【００５７】  可動子１はストローク方向へ互いに異極となるよう永久磁石２を貼り付け構成した。固定子３はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５よりなる巻線群４をストローク方向に複数個ならべて構成した。可動子１と固定子３とは図示していないガイドにより連結されており、可動子１は固定子３に対してストローク方向に移動自在となっている。それぞれの巻線群４を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５の巻き始め５１と巻き終わり５２は、それぞれ巻き始め５１をコントローラ７の出力端子へ接続し、巻き終わり５２を巻線切替え装置６の入力端子へとコネクタ接続した。【００５８】  図２に示すように、巻線切替え装置６は３相整流器６１と該３相整流器６１の直流出力側の両端に、半導体スイッチ６２と該半導体スイッチ６２と並列に抵抗６３とコンデンサ６４を設けることにより構成した。なお、半導体スイッチ６２にはＩＧＢＴを用いた。【００５９】  半導体スイッチ６２には、該半導体スイッチ６２を開閉するための信号を入力し、可動子１（図１）と対向する巻線群４に取り付く巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２（図２）を閉とし、可動子１と対向しない巻線群４に取り付く巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２は開とした。【００６０】  半導体スイッチ６２は閉となると、前記３相整流器６１で整流された直流電流は半導体スイッチ６２を流れ、該半導体スイッチ６２とつながっている巻線群４を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５の巻き終わり５２は一つにつながったことになる。【００６１】  よって、該巻線５の巻き始め５１から見ると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５は巻き終わり５２がひとつに接続されたスター結線の状態となる。【００６２】  よって、半導体スイッチ６２が閉となっている巻線切替え装置６につながる巻線群４は可変周波数電源７から電流を流すとＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５に電流が流れ、該巻線群４と対向して磁気装荷手段となる永久磁石２が取り付く可動子１との間で、推力を発生する。【００６３】  半導体スイッチ６２が閉となっている巻線切替え装置６につながる巻線群４は、可動子１がストローク方向へ移動し対向から外れると、該半導体スイッチ６２に開の信号が入力されることで、該巻線群４を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線５の巻き終わり５２は開放の状態になり、コントローラ７から電流を流しても、該巻線５には電流が流れないため、推力は発生しない。【００６４】  半導体スイッチ６２と並列に接続した抵抗６３およびコンデンサ６４はスナバ回路であり、半導体スイッチ６２が閉から開となったときに、巻線５に蓄えられていたエネルギーを消費するためのものである。【００６５】  以上の構成により、可動子１と対向する固定子３を構成する巻線群４のみに電流を流して励磁が行えるため、コントローラ７から見ると、推力を発生するために必要な巻線群４のみに電流を流すだけでよく、非常に効率よく運転でき、抵触コントローラ７の容量は電流を流し励磁する巻線群４のみの推力および損失のみで決めればよく、小さな電源で済み、経済的である。【００６６】  また、本実施例に示す構成によれば、固定子３を構成する巻線群４は可動子１と対向して推力を発生するもののみに電流を流し励磁するため発生損失はストロークに関係なく一定であるため、所望の個数の巻線群４をストローク方向に並べ固定子３を構成することができる。【００６７】  なお、本実施例では、半導体スイッチをＩＧＢＴ素子で構成しているため、非常に短時間での開閉動作を行うことができる。
【実施例２】
【００６８】  図３に本発明の第２の実施例を示す。【００６９】  図３において８は可動子が対向しているかを検出するためのセンサである。【００７０】  固定子３を構成するそれぞれの巻線群４には、可動子１と対抗する面に可動子１が該巻線群４に対向しているかを検出するためにセンサ８を設けた。該センサ８の出力端子は該センサ８が設けられた巻線群４と繋がる巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２の開閉動作を行うための信号端子と接続した。【００７１】  センサ８が可動子１と対向していることを検出すると、該センサ８からは接続する半導体スイッチ６２へ閉となる信号が送られる。この信号を受け、半導体スイッチ６２は閉となり、該半導体スイッチ６２が設けられる巻線切替え装置６につながる巻線群４の巻線５はコントローラ７から電流が流れ励磁される。【００７２】  センサ８は、可動子１が対向していないときには、該センサ８からは接続する半導体スイッチ６２へは開の信号が送られ、該半導体スイッチ６２が設けられる巻線切替え装置６につながる巻線群４の巻線５は電流が流れない。【００７３】  以上のように、センサ８は可動子１が対向していることを検出し、その信号により巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２が開閉動作を行うため、ストローク方向に可動子１が移動し、固定子３と相対位置が変わると、自動的に可動子１と対向する巻線群４のみに電流を流し励磁することができる。
【実施例３】
【００７４】  図４に本発明の第３の実施例を示す。【００７５】  図４において、可動子１のストローク方向の長さＬｍｌと固定子３を構成する巻線群４のストローク方向の長さＬｃとは、
Ｌｍｌ＝ｎ×Ｌｃ
ｎ：２以上の整数
となる長さ関係とした。本実施例では、ｎは２であり、巻線群４のストローク方向長さＬｃは、可動子１のストローク方向長さＬｍｌの半分となっている。【００７６】  巻線群４の可動子１と対向する面には、可動子１が該巻線群４に対向していることを検出するセンサ８１、８２をストローク方向の両端に２個取り付けた。該ストローク方向の両端に取り付く２個のセンサ８１、８２が、両方ともに可動子１と対向していることを検知した時のみ、該センサ８１、８２から巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２に閉の信号が送られるよう、センサ８１、８２と該センサ８１、８２の信号が送られる巻線切替え装置６の間に信号処理回路９を設けた。【００７７】  以上の構成にすることで、固定子３を構成する巻線群４は、可動子１がストローク方向に完全に対向したときのみ該巻線群４につながる巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２が閉となり、可変周波数電源７から電流が流れ励磁されることになる。【００７８】  本実施例は、固定子３を構成する巻線群４は全て可変周波数電源７へ並列接続となっている。上述の構成にすると、励磁される巻線群４は必ず磁気装荷手段となる可動子１に設けられた永久磁石２とストローク方向で完全に対向するため、励磁されるそれぞれの巻線群４で発生する誘起電圧は等しく、電源へ並列接続されるときに誘起電圧の差により生じる循環電流が起因して起こるブレーキトルクの発生は無くなる。
【実施例４】
【００７９】  図５に本発明の第４の実施例を示す。【００８０】  図５において、固定子３を構成する巻線群４のストローク方向長さＬｃと、可動子１１、１２のストローク方向長さＬｍｓは、
Ｌｍｓ＝Ｌｃ／ｎ
ｎ：２以上の整数
の長さ関係とした。本実施例ではｎ＝３とした。永久磁石２を備える可動子１１、１２はストローク方向に２個を
Ｌｍｐ＝Ｌｍｓ×（ｎ＋１）
のピッチＬｍｐで固定板１０に固定し配置した。固定子１を構成する巻線群４の可動子１１、１２と対向する面には可動子１１、１２が対向しているかを検出するセンサ８１、８２を、該巻線群４のストローク方向の両端面から可動子１の長さＬｍｓをピッチとして取り付けた。該ストローク方向の両端に取り付く２個のセンサ８１８２の少なくとも一方が可動子１１、１２と対向していることを検知すると、該センサ８１、８２から巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２に閉の信号が送られるよう、センサ８１、８２と該センサ８１、８２の信号が送られる巻線切替え装置６の間に信号処理回路９１を設けた。【００８１】  以上の構成により、固定子１を構成する巻線群４は可動子１１、１２が完全に対向している状態でのみ巻線切替え装置６の半導体スイッチ６２が閉となり、コントローラ７から電流が流れ、対向する可動子１１、１２に取り付く永久磁石２の作る磁束により推力を発生する。可動子１１、１２がストローク方向に隣り合う巻線群４を跨いでいる状態では、センサ８１、８２は両方ともに検知しないので、該巻線群４には電流が流れず、推力は発生しない。【００８２】  可動子１１、１２はストローク方向に上記のＬｍｐのピッチで配置されている。そのため、可動子１１と可動子１２の間隔は巻線群のストローク方向長さＬｃに相当し、図５において、可動子１２が巻線群４をまたいでいる状態では、一方の可動子１１は必ず巻線群４を跨ぐことなく対向する位置にあり、推力の発生に寄与する。【００８３】  以上説明した本実施例に示した構成によれば、固定子３を構成する巻線群４はコントローラ７に全て並列につながれているが、可動子１１、１２が完全に対向したときのみ電流が流れるため励磁される巻線群４に発生する誘起電圧は同じであり、循環電流によるブレーキトルクは発生しない。また、可動子１１，１２の配置を上述のＬｍｐで配置しているので、必ず推力の発生する固定子（図５では固定子１１）と巻線群４が存在し、ストローク方向に推力が途切れることはない。
【実施例５】
【００８４】  図６および図７に本発明の第５の実施例を示す。【００８５】  図６は本発明の実施例の巻線群４の正面図、図７は側面図を示す。【００８６】  可動子１、固定子３やコントローラ７、巻線切替え装置６は上記の実施例１から５と同じであるので省略し、巻線群４の構成のみを説明する。【００８７】  図６から図８において、１３は配線パターンの施された基板、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄはコネクタ、１５はコイルである。【００８８】  巻線群４の巻線５は、渦巻状に巻回したコイル１５を配線の施された基板１３上にはんだ付けにより電気的に接続した後、接着剤により基板１３に固定し構成した。【００８９】  図８に基板１３に施された配線パターンと巻線５により構成される巻線群４の回路図を示す。巻線５の巻始め５１および巻終り５２と電気的に接続されたコネクタ１４ａ、１４ｂを取り付けた。また、基板１３には隣り合う巻線群４をコントローラ７に対して並列に接続されるようにパターンが施されており、その終端にはコネクタ１４ｃを設けた。【００９０】  以上の構成により作られた巻線群４をストローク方向に複数個並べ、固定子３を構成した。該固定子３を構成するストローク方向の端に位置する巻線群４のコネクタ１４ａをコントローラ７からの出力ケーブルにコネクタ接続し、該巻線群４の一方の端に位置するコネクタ１４ｂは隣り合う巻線群４のコネクタ１４ａと接続することで、簡単なコネクタ接続により、コントローラ７と固定子３を構成する巻線群４を並列接続した。【００９１】  また、基板１３にはセンサ８を取り付けるためのランドおよびセンサ信号を伝送するパターンを設けた。また、基板１３には上記実施例４および５に示す信号処理回路９、９１も設け、該信号処理回路９、９１の出力はコネクタ１４ｄを用いて巻線切替え装置６と接続した。
【実施例６】
【００９２】  図９は第６の実施例に係る巻線切替えリニアモータシステムの構成図を示す。固定子の長さＬｍが巻線群の長さＬｃの２倍（ｎ＝２）の場合である。【００９３】  図１０は巻線群の回路図、図１１は巻線切替え装置の構成説明図、図１２および図１３は信号作成回路の論理回路をそれぞれ示す。【００９４】  図９において、１１０は可動子、１２０は永久磁石、１３０は固定子、１４０（１４１〜４３）は巻線群、１５０は信号作成回路、１６１〜１６８はコネクタ、１７１、１７２はセンサ、１８０は巻線切替え装置、１９０はコントローラである。なお、コネクタ１６１、１６２、１６３、１６７はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電力を送るためのコネクタであり、１６４、１６５、１６６、１６８は信号を送るためのコネクタである。【００９５】  可動子１１０はストローク方向へ互いに異極となるよう永久磁石１２０を貼り付け構成した。固定子１３０はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線よりなる巻線群１４０（１４１〜１４３）をストローク方向に複数個並べて構成した。【００９６】  可動子１１０と固定子１３０とは図示していないガイドにより連結されており、可動子１１０は固定子１３０に対してストローク方向に移動自在となっている。【００９７】  それぞれの巻線群１４１〜１４３を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線の巻き始めと巻き終わりには、図１０に示すようにコネクタ１６１と１６２を設け、更に、コネクタ１６３をコネクタ１６１と電気的に繋がるよう設けた。【００９８】  コントローラ１９０と各巻線群１４１〜１４３および巻線切替え装置１８０との接続は、まず、各巻線群１４１〜１４３のコネクタ１６３と巻線切替え装置１８０のコネクタ１６８を電気的につないだ後、固定子１３０の端に位置する巻線群１４１のコネクタ１６１とコントローラ１９０を電気的につなぎ、隣り合う巻線群１４１と１４２、１４２と１４３のコネクタ１６２とコネクタ１６１を順次電気的に繋いで行った。こうすることで、巻線群１４０（１４１〜１４３）は中性点側に巻線切替え装置１８０を設けたかたちでそれぞれコントローラ１９０に並列に接続されることになる。【００９９】  巻線群１４０のストローク方向の両端にはセンサ１７１、１７２を設けた。該センサ１７１、１７２は可動子１１０と対向していることを検出するためのものであり、該センサ１７１、１７２の両方が可動子１１０を検出した時のみ、両方の信号を受けて、図示していない論理回路により可動子１１０と該巻線群１４０とが完全に対向していることを示す信号Ｓ１を発するようにした。【０１００】  巻線群１４０には信号作成回路１５０（図１）を設けた。該信号作成回路１５０にはコネクタ１６４、１６５を介して隣り合う巻線群１４０のセンサ１７１、１７２の検出信号から作成される信号Ｓ１も取り込まれており、図１２に示す論理回路の信号処理に沿ったその結果を、コネクタ１６７、１６９を介して巻線切替え装置１８０へ開閉信号Ｓ２として送る構成とした。【０１０１】  可動子１１０の長さＬｍと巻線群１４０の長さＬｃとは、本実施例では、
Ｌｍ＝２×Ｌｃ
の関係となっているため、ストローク方向の相対位置関係では、表１に示すようにＳ１信号には３つのパターンがある。【０１０２】
【表１】
0004797988.tif 000002
この信号Ｓ１の３つのパターンを図１２に示す論理回路で処理した結果は、隣り合う巻線群１４０の信号Ｓ１の情報も取り入れて処理するために、必ず１個のみのＳ２信号がＯＮすることになっている。よって、Ｓ１信号をそのまま巻線切替え装置１８０へ送った場合には固定子１３０と可動子１１０の相対位置関係によって２個もしくは１個の巻線切替え装置１８０が閉となるが、上記信号作成回路１５０を設けることで、固定子１３０と可動子１１０の相対位置関係に関係なく常に１個（一定の個数）の巻線切替え装置１８０のみが閉となる。【０１０３】  巻線切替え装置１８０は図１１に示すように３相整流器１８１と該３相整流器１８１の直流出力側の両端に、半導体スイッチ１８２と該半導体スイッチ１８２と並列に抵抗１８３とコンデンサ１８４を設けることにより構成した。なお、半導体スイッチ１８２にはＩＧＢＴを用いた。半導体スイッチ１８２には、該半導体スイッチ１８２を開閉するための信号Ｓ２が入力され、Ｓ２がＯＮの時には該半導体スイッチ１８２は閉となる。そうすると、前記３相整流器１８１で整流された直流電流は該半導体スイッチ１８２を流れることになり、該半導体スイッチ１８２とつながっている巻線群１４０を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線は中性点側が電気的につながるスター結線となる。よって、半導体スイッチ１８２が閉となっている巻線切替え装置１８０につながる巻線群１４０はコントローラ１９０から電流を流すとＵ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線に電流が流れ、該巻線群１４０と対向して磁気装荷手段となる永久磁石１２０が取り付く可動子１１０との間で、推力を発生する。【０１０４】  半導体スイッチ１８２に、開の信号となるＳ２信号ＯＦＦが入力されると、該巻線群１４０を構成するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の中性点側は開放の状態になり、コントローラ１９０から電流を流しても、該巻線には電流が流れないため、推力は発生しない。【０１０５】  なお、半導体スイッチ１８２と並列に接続した抵抗１８３およびコンデンサ１８４はスナバ回路であり、半導体スイッチ１８２が閉から開となったときに、巻線に蓄えられていたエネルギーを消費するためのものである。【０１０６】  以上の構成により、固定子と可動子の相対位置に関係なく常に等しい数の巻線群のみを励磁状態とすることができ、コントローラから見た誘起電圧およびインダクタンスや抵抗のインピーダンスも一定とすることができるため、制御性が向上して推力変動を小さく抑えることができる。【０１０７】  また、固定子を構成する巻線群は可動子と対向して推力を発生するもののみに電流を流し励磁されるため、発生損失はストロークに関係なく一定である。よって、所望の個数の巻線群をストローク方向に並べて固定子を構成しても発生損失は増加することが無くロングストローク化が容易に実現できる。【０１０８】  表２に可動子のストローク方向長さＬｍが固定子を構成する巻線群のストローク方向長さＬｃの３倍（ｎ＝３）のときのＳ１信号のパターンを示す。表中には説明の便宜上、巻線群は１４１〜１４５としている。【０１０９】
【表２】
0004797988.tif 000003
ストローク方向の相対位置関係では、表２に示すようにＳ１信号には３つのパターンがある。この信号Ｓ１の３つのパターンを図１３に示す論理回路で処理した結果は、隣り合う巻線群４の信号Ｓ１の情報も取り入れて処理するために、必ず２個のみのＳ２信号がＯＮすることになっている。よって、Ｓ１信号をそのまま巻線切替え装置８へ送った場合には固定子と可動子の相対位置関係によって３個もしくは２個の巻線切替え装置８が閉となるが、上記信号作成回路１５０を設けることで、固定子１３０と可動子１１０の相対位置関係に関係なく常に２個（一定の個数）の巻線切替え装置１８０のみが閉となる。【０１１０】  以上のように、リニアモータの固定子を巻線群と巻線切替え装置により構成することによってロングストローク化を省エネ・低コストで実現することができるので、工場内の搬送装置という用途にも適用できる。【０１１１】  また、速度変動を小さくすることが実現できるので、装置間の搬送装置という用途にも適用できる。
【実施例７】
【０１１２】  次に、本発明の第７の実施例を、図１５〜図１８に基づいて説明する。【０１１３】  図１５は、本発明の第７実施例に係る固定電機子形リニアモータのブロック図である。図において、本発明の第７実施例に係る固定電機子形リニアモータは、サーボアンプ２０１と、リニアモータ固定子に電機子巻線を巻装した固定子ブロック２０２と、永久磁石や二次側導体からなるリニアモータ可動子２０３と、固定子ブロック２０２の電機子巻線に流す電流を切り替える切替スイッチ部２０４とを有している。【０１１４】  以下、本発明の第７実施例による巻線切替方法を、順を追って説明する。【０１１５】  まず、サーボアンプ２０１には、固定子ブロック２０２の電機子巻線に電力を供給する電力線が接続される。複数の固定子ブロック２０２の各電機子巻線は、それぞれサーボアンプ２０１に対して並列に接続され、固定子ブロック２０２毎に切替スイッチ部２０４が接続される。切替スイッチ部２０４によって、リニアモータの可動子２０３が通過するブロックの固定子ブロック２０２の電機子巻線のみに電力を供給する。【０１１６】  図１６は、本発明の第７実施例の巻線切替回路の切替スイッチ部２０４と固定子ブロック２０２の構成例を示す回路図である。固定子ブロック２０２の３相の電機子巻線は、一端がサーボアンプ２０１の各相に接続され、他端は切替スイッチ部２０４に接続される。この構成を並列に増やしていくことで、ロングストロークが実現できる。【０１１７】  図１７は本発明の第７実施例に係る切替スイッチ部２０４の実際の構成例を示す回路図である。図１７において、２０４−１は整流ダイオード部、２０４−２は半導体スイッチ素子、２０４−３は還流用ダイオード、２０４−４は平滑コンデンサ、２０４−５は放電抵抗である。図１６と図１７において、固定子ブロック２０２の電機子巻線のサーボアンプ２０１に接続された側とは反対の他端は、整流ダイオード部２０４−１の交流入力側に接続される。半導体スイッチ素子２０４−２がＯＦＦの場合は、固定子ブロック２０２の電機子巻線の中性点はオープン状態になり、励磁されない。半導体スイッチ素子２０４−２がＯＮの場合は、固定子ブロック２０２の電機子巻線の中性点は短絡状態になり、励磁される。また、固定子ブロック２０２の電機子巻線が励磁状態から非励磁状態に移り変わるとき、電機子巻線には電流が流れている状態から急激にオープン状態になり、そのときの電機子巻線に蓄えられたエネルギーを処理することが必要となるので、整流ダイオード２０４−１および還流用ダイオード２０４−３を介して平滑コンデンサ２０４−４に吸収されるようにする。平滑コンデンサ２０４−４に蓄えられたエネルギーは放電抵抗２０４−５によって放電される。【０１１８】  なお、図１７において、半導体スイッチ素子２０４−２はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の記号を用いているが、電圧、電流に応じて最適な半導体スイッチ素子を用いればよい。【０１１９】  図１８は本発明の第７実施例に係る切替スイッチ部２０４に与える切替信号の生成を含めた全体の構成例を示すブロック図である。図において、サーボアンプ２０１には、複数の固定��ブロック２０２の電機子巻線が接続されており、各電機子巻線の他端にはそれぞれ切替スイッチ部２０４が接続されている。各切替スイッチ部２０４には、半導体スイッチ素子２０４−２のオンオフを行うドライブ回路２０５が設けられ、切替信号処理部２０６、切替信号を生成するためのセンサ部２０７が設けられている。センサ部２０７としては、ホール素子、マグネットダイオード、磁気抵抗効果素子等の磁気センサ、あるいはフォトセンサ等の光学センサを用いることができる。【０１２０】  リニアモータ可動子２０３（図１５参照）が固定子ブロック２０２の場所にない状態では、センサ部２０７は何も検出しないので、切替スイッチ部２０４はＯＦＦのままであり、固定子ブロック２０２の電機子巻線の中性点はオープン状態で励磁されない。リニアモータ可動子２０３が固定子ブロック２０２の場所に来たとき、センサ部２０７は可動子２０３が来たことを検出し、その信号を切替信号処理部２０６で処理し、さらにドライブ回路２０５で切替スイッチのドライブ信号に変換して切替スイッチ部２０４の半導体スイッチ素子２０４−２をＯＮさせる。このとき、固定子ブロック２０２の電機子巻線の中性点は短絡状態になり、サーボアンプ２０１からの３相電流が電機子巻線に流れ、リニアモータ固定子は励磁される。この構成をサーボアンプ２０１に対して複数並列接続することで、ロングストロークの固定電機子形リニアモータが実現できる。【０１２１】  なお、上述した実施の形態においては、複数の固定子ブロック２０２に対して同数の切替スイッチ部２０４を設けた例を示しているが、例えば、リニアモータ可動子２０３に対し、広い範囲を例磁する場合、１つの切替スイッチ部２０４で、複数の固定子ブロックの電機子巻線を同時にＯＮ／ＯＦＦすることも考えられる。【０１２２】  本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。【０１２３】  本出願は、２００４年１１月１５日出願の日本特許出願番号２００４−３３０３６２および２００４年１０月１日出願の日本特許出願番号２００４−２８９６７７に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】  本発明は、ロングストローク化してもコントローラの台数を増やすことなく、低コストで、速度変動のない、容易にロングストローク化を可能とするリニアモータシステム等に有用である。【０１２５】  また、本発明は、１台のサーボアンプで複数の電機子巻線を効率よく、更に瞬時に切り替えることができる安価なリニアモータであり、固定子側がリニアモータ固定子と電機子巻線で構成され、可動子側が永久磁石の組み合わせや二次側導体で構成される、ロングストロークの固定電機子形リニアモータに好適に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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