JP2000152597A - 三相パルスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各相磁極の配置関係を考慮することにより、
どの相によってスッテップ歩進が行われても、位置ずれ
を生じない三相パルスモータを得る。 【解決手段】 一定間隔で歯部が形成されたスケール11
には、移動自在に、櫛形のスライダ13が対向配置されて
いる。スライダ13には、その両側に、磁極とコイルとが
それぞれ２分割された、第１Ｕ相磁極13U1と第２Ｕ相磁
極13U2が配置されている。また、２分割されたコイルは
直列に接続されている。各磁極のコイルには、それぞれ
電気角2π/3ラジアンずつ位相をずらして電圧が印加さ
れる。Ｕ相コイル15U1,15U2に最大電圧を印加したと
き、それぞれのコイルには図の極性の電流が流れ、各磁
極間には図に示す経路で磁束が流れる。よって、Ｖ相ー
Ｕ相間とＷ相ーＵ相間の磁路は同じ長さとなり、Ｕ相自
身の推力ベクトルとＶ、Ｗ相がＵ相に寄与する合成推力
ベクトルの位相は一致し、位置ずれを生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、産業用ロ
ボットなどのように比較的大きな推力が要求されるＦＡ
（ファクトリーオートメーション）機器に用いて好適な
パルスモータに係り、特に、位置精度の極めて高い三相
パルスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、パルスモータはパルス信
号に基づいて歩進動作を行わせるものである。例えば、
図４に示すリニアパルスモータは、磁束発生部である１
次側のスライダ３に供給されるパルス信号によって、ス
ライダ３または２次側のスケール１をステップ状に歩進
動作させる。この図は、三相リニアパルスモータの概略
構成図であり、長尺板状の磁性体によって構成された２
次側のスケール１の上面には、１次側のスライダ３が、
ローラ等からなる支持機構（図示せず）によってスケー
ル１の長手方向へ移動自在に支持された状態で載置され
ている。この例では、スケール１は固定された状態にな
っており、その上面には、長手方向に沿ってピッチＰの
間隔で歯部１ａ、１ａ・・・が形成されている。

【０００３】一方、スライダ３はＥ字状に形成されてお
り、Ｕ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗによ
り構成され、スケール１の歯部１ａとの間に一定の空隙
をもって対向配置されている。また、Ｕ相磁極３Ｕ、Ｖ
相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗのそれぞれの端面には、ス
ケール１の長手方向に沿って、一定間隔Ｐ／２ピッチで
極歯３ａと凹溝が交互に形成されており、それぞれの凹
溝には、隣り合うもの同志の極性が互いに逆極性となる
ように、永久磁石７が挿入配置されている。

【０００４】また、Ｕ相磁極３Ｕに対してＶ相磁極３Ｖ
及びＷ相磁極３Ｗは、それぞれ、相対位置関係がＰ／３
ピッチずつ変位するように構成されている。このように
構成されたＵ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３
Ｗには、それぞれ、この順にＵ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイ
ル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗが卷回されている。このよう
に構成されたリニアパルスモータの動作について説明す
る。図５は、スライダ３の各磁極に卷回された三相コイ
ルの結線図であり、Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ及
びＷ相コイル５Ｗは電気角2π/3ラジアンずつの位相角
をもってスター結線されている。

【０００５】一方、図４は、Ｕ相コイル５Ｕに最大電圧
が印加された位相角における、各相コイルに流れる電流
経路と磁束経路及びスライダ３がステップした状態位置
を示している。図４に示すように、Ｕ相磁極３Ｕにおい
ては、Ｕ相コイル５Ｕに図の×印から紙表より紙裏に向
かって電流が流れ、紙裏から・印へ戻るので、電流と磁
束の右ネジの法則にしたがって、図の矢印の向きの磁束
が発生し、この磁束は永久磁石のＳ極側からＮ極側へ流
入して、スケール１の歯部１ａへ流れ出す。

【０００６】一方、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗ
は、この位相角においては、それぞれ、Ｕ相コイル５Ｕ
とは極性が反対で1/2の電圧が印加され、各々、図に示
すように×印から・印に電流が流れる。この結果、Ｖ相
磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗにおいては、それぞれの永久
磁石のＳ極からＮ極に向かう図の矢印のような磁束が発
生する。これにより、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗか
らＵ相磁極３Ｕに流れる磁束のルートが形成されて、Ｕ
相磁極３Ｕに対向するスケール１の歯部１ａにこの磁束
が流れて、磁束の閉ループが形成される。この結果、Ｕ
相磁極３Ｕがスケール１の歯部１ａに対して磁気的に安
定した位置となり、スライダ３はこの位置で停止する。
以下同様に、Ｖ相コイル５Ｖが最大電圧のときは、Ｖ相
磁極３Ｖがスライダ１の歯部１ａに対向する位置に移動
して停止する、というようにスライダ１のステップ歩進
が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の説明は
磁路の長さについては無視してある。したがって、Ｕ相
磁極３Ｕが最大に励磁されたとき、Ｖ相磁極３ＶとＷ相
磁極３Ｗから磁束が1/2ずつ均等にＵ相磁極３Ｕに流れ
るものとして説明している。しかし、Ｕ相磁極３Ｕに対
するＶ相磁極３ＶとＷ相磁極３Ｗの磁束経路の長さが異
なるために、Ｖ相磁極３ＶからＵ相磁極３Ｕに流れる磁
束の大きさとＷ相磁極３ＷからＵ相磁極３Ｕに流れる磁
束の大きさが異なる。

【０００８】一般的には、磁路の長さを考慮すると、Ｕ
相磁極３Ｕに発生する磁束の大きさを１としたとき、Ｖ
相磁極３ＶからＵ相磁極３Ｕに流れるの磁束の大きさは
0.8、Ｗ相磁極３ＷからＵ相磁極３Ｕに流れる磁束の大
きさは0.3程度になってしまう。このため、Ｕ相磁極３
Ｕに作用する合成推力ベクトルは、Ｕ相磁極３Ｕで発生
した磁束による推力ベクトルに対して位相がずれる。こ
の結果、スケール１の歯部１ａに対するＵ相磁極３Ｕの
対向位置が理論上の位置よりずれてしまう。これについ
て、さらに詳しく説明する。図６（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、従来技術のリニアパルスモータにおける各動
作モードでの磁束経路を示す状態図であり、図７は、各
相コイルに印加する電圧波形である。

【０００９】また、図８（ａ）〜（ｇ）は、従来技術に
おける各動作モードでの推力ベクトル図である。したが
って、図６、図７、図８を用いて説明する。先ず、図７
の電気角θ１（９０度）の位置に示すように、Ｕ相コイ
ル５Ｕに最大電圧（したがってＵ相磁極３Ｕに最大励
磁）が加わったときは、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル
５Ｗには、それぞれ、Ｕ相コイル３Ｕの電圧の1/2の逆
方向電圧が印加される。この結果、図６（ａ）に示すよ
うに、各相コイル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの励磁電流の向き
は、それぞれ、図のように×印から・印に流れる向きと
なる。この結果、Ｕ相磁極３Ｕの磁束に、Ｖ相磁極３Ｖ
からの磁束φu-vとＷ相磁極３Ｗからの磁束φu-wが加算
されてＵ相磁極３Ｕに流れ込む。

【００１０】この状態を図８の推力ベクトル図を用いて
説明する。この図を説明するに当たって、ベクトルＵ、
ベクトルＶ、ベクトルＷは、それぞれ、Ｕ相磁極３Ｕ、
Ｖ相磁極３Ｖ、Ｗ相磁極３Ｗが最大励磁（したがって、
Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ、Ｗ相コイル５Ｗがそ
れぞれ最大電圧）となったときのそれぞれの推力ベクト
ルの大きさである。また、ベクトルＵバー、ベクトルＶ
バー、ベクトルＷバーは、それぞれ、最大電圧が印加さ
れたコイルの相の磁極に寄与する他相の推力ベクトルで
ある。例えば、図６（ａ）で説明すれば、Ｕ相磁極３Ｕ
が最大ベクトルＵのとき、Ｖ相磁極３Ｖからの磁束φu-
vに基づく推力はその向きも考慮してベクトルＶバーと
し、Ｗ相磁極３Ｗからの磁束φu-wに基づく推力はその
向きも考慮してベクトルＷバーとする。

【００１１】先ず、前述の図６（ａ）の、Ｕ相磁極３Ｕ
が最大励磁されたときについて、各磁極からの磁路の長
さを無視すれば、図８（ｇ）に示すように、Ｕ相磁極３
Ｕの合成推力ベクトルＵ’は ベクトルＵに、0.5の大
きさのベクトルＶバーと0.5の大きさのベクトルＷバー
がベクトル加算されたものである。したがって、合成推
力ベクトルＵ’はＵ相自身のベクトルＵと位相が一致す
る。よって、他の磁極からの磁束による推力が加わって
も、Ｕ相磁極３Ｕに位置ずれを生じさせるような推力は
作用しない。すなわち、図４に示すスケール１の歯部１
ａに対するＵ相磁極３Ｕの対向位置に位置ずれは生じな
い。

【００１２】ところが、実際には磁路の長さの相違によ
って、前述のように、ベクトルＶバーがベクトルＵに寄
与する大きさは0.8程度、ベクトルＷバーがベクトルＵ
に寄与する大きさは0.3程度になってしまう。したがっ
て、図８（ａ）に示すように、Ｕ相磁極３Ｕが最大励磁
されたときの合成推力ベクトルＵ’は、（ベクトルＵ）
＋（0.8×ベクトルＶバー）＋（0.3×ベクトルＷバー）
となり、図に示すように、合成ベクトルＵ’はベクトル
Ｕに対して位相ずれを生じる。このため、図４の歯部１
ａに対するＵ相磁極３Ｕの位置がずれ、リニアパルスモ
ータに位置ずれが生じてしまう。また、位置、速度セン
サを付け、リニアサーボモータとして運転する場合は、
誘起電圧の位相ずれが発生してモータの力率が低下し、
推力が低下するという問題を生じる。

【００１３】次に、図７の電気角θ２（２１０度）の位
置に示すように、Ｖ相コイル５Ｖに最大電圧（したがっ
てＶ相磁極３Ｖに最大励磁）が加わったときは、Ｕ相コ
イル５Ｕ及びＷ相コイル５Ｗには、それぞれ、Ｖ相５イ
ル３Ｖの電圧の1/2の逆方向電圧が印加される。したが
って、図６（ｂ）において、Ｖ相磁極３Ｖが最大励磁さ
れたときは、各相コイルには図に示す極性の電流が流
れ、Ｖ相磁極３Ｖの磁束に、Ｕ相磁極３Ｕからの磁束φ
v-uと、Ｗ相磁極３Ｗからの磁束φv-wが加算されて流れ
込む。この場合は、図からも明らかなように両磁束の磁
路の長さは同じである。これを推力ベクトルで説明する
と、図８（ｂ）のように合成ベクトルＶ’は、（ベクト
ルＶ）＋（0.5×べクトルＵバー）＋（0.5×ベクトルＷ
バー）となり、合成推力ベクトルＶ’とベクトルＶの位
相は一致する。したがって、リニアパルスモータとして
運転した場合に位置ずれは生じない。また、サーボモー
タとした場合の誘起電圧位相ずれもない。

【００１４】次に、図７の電気角θ３（３３０度）の位
置に示すように、Ｗ相コイル５Ｗに最大電圧（したがっ
てＷ相磁極３Ｗに最大励磁）が加わったときは、Ｕ相コ
イル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖには、それぞれ、Ｗ相コイ
ル５Ｗの電圧の1/2の逆方向電圧が印加される。したが
って、図６（ｃ）において、Ｗ相磁極３Ｗが最大励磁さ
れたときは、図のように、Ｗ相磁極３Ｗに発生する磁束
に、Ｕ相磁極３Ｕからの磁束φw-uと、Ｖ相磁極３Ｖか
らの磁束φw-vが加算されて流れ込む。この場合は図か
らも明らかなように、Ｕ相磁極３Ｕからの磁路がＶ相磁
極３Ｖからの磁路より長くなっている。これを推力ベク
トルで説明すると、図８（ｃ）のように、合成推力ベク
トルＷ’は、（ベクトルＷ）＋（0.8×ベクトルＶバ
ー）＋（0.3×ベクトルＵバー）となり、合成推力ベク
トルＷ’はベクトルＷに対して位相ずれを生じる。した
がってこの場合は、リニアパルスモータに位置ずれや誘
起電圧の位相ずれを生じる。

【００１５】同様に、直進方向（または回転方向）を反
対にした場合の推力ベクトルを、図８（ｄ），（ｅ）、
（ｆ）に示す。この場合も、Ｕ相が最大励磁の位置で合
成推力ベクトルＵ’は位相ずれを生じ（ｄ）、Ｗ相が最
大励磁の位置でも合成推力ベクトルＷ’は位相ずれを生
じ（ｅ）、Ｖ相が最大励磁の位置では合成推力ベクトル
は位相ずれを起こさない（ｆ）。このように、三相リニ
アパルスモータでは、各相の磁束経路の長さの相違に起
因して、スライダ３の磁極３ａとスケール１の歯部１ａ
が位置ずれを生じて停止する。これが、ＦＡのロボット
の位置ずれやプリンタのキャリッジの位置ずれとなって
表れ、精密な位置制御や印字精度などに不具合を生じ
る。

【００１６】また、エンコーダフィードバックによるサ
ーボモータとして運転した場合は、誘起電圧の位相ずれ
による力率低下から推力リップルとなるモータに速度リ
ップルを生じたり、負荷への加振力となり、組み込まれ
る機械に振動を与えたりする問題を生じる。特に、半導
体関連のウエハ搬送用として用いる場合などは、振動は
深刻な問題となる。さらに、この誘起電圧の位相ずれは
正逆で異なることから、フィードバック用センサの磁極
位相合わせが難しくなる（中間位置に合わせなければな
らない）など、種々の問題を生じる。

【００１７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、各相磁極の配置関係を考慮すること
によって、どの相によってスッテップ歩進が行われて
も、位置ずれを生じない三相リニアパルスモータを提供
することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の三相パルスモータは、例えば、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の磁極を、スケールの歯部のピッチＰに対して
Ｐ／３ピッチずつ変位させて配置すると共に、各相を電
気角2π/3ラジアンずつずらして駆動させる三相パルス
モータにおいて、Ｕ相の磁極とコイルを２分割し、この
２分割されたＵ相磁極を、電気角が同じになるように、
磁束発生部の両端に配置させ、且つＵ相のコイルを直列
接続したことを特徴とする。このような構成により、各
相間の磁束経路の長さを同じにして推力ベクトルの位相
ずれをなくし、もって、磁束発生部の磁極とスケールの
歯部の位置関係にずれが生じないようにしたものであ
る。

【００１９】すなわち請求項１に係る三相パルスモータ
は、特定方向に沿って等間隔Ｐで歯部が形成された磁性
体材料からなる二次側スケールと、この二次側スケール
の歯部が形成された方向へ移動自在に支持された一次側
磁束発生部とからなり、一次側磁束発生部は、二次側ス
ケールの歯部に対して一定の空隙を隔てて各々対向する
Ｎ個の磁極を有し、各々の磁極は、歯部が形成された方
向に沿って、所定寸法Ｐ／Ｎずつ変位させて配置された
鉄心と、各々の鉄心に卷回されたコイルとを備え、コイ
ルに電気角2π/3ラジアンずつ位相をずらして順次電圧
を印加させることにより、各磁極と二次側スケールの各
歯部との間に順次磁束を発生させ、一次側磁束発生部を
二次側スケールに対して相対移動させる三相パルスモー
タにおいて、一次側磁束発生部のＮ個の磁極の内、第一
の電気角に相当する磁極の鉄心とコイルはそれぞれ２分
割され、２分割された２つの鉄心は電気角が同じになる
ように磁束発生部の両端部分に配置され、且つ２分割さ
れた２つのコイルは直列接続されたことを特徴とする。

【００２０】請求項２に係る三相パルスモータは、請求
項１記載の三相パルスモータにおいて、Ｎ個の磁極は、
Ｕ相、Ｖ相及びＷ相から成り、且つ第１の電気角に相当
する磁極はＵ相磁極であり、このＵ相磁極が２分割され
て電気角が同じになるように磁束発生部の両端部に配置
され、且つ２分割された２つのコイルは直列接続されて
いることを特徴とする。

【００２１】請求項３に係る三相パルスモータは、請求
項２記載の三相パルスモータにおいて、２分割されたＵ
相の磁極の間に、Ｖ相及びＷ相が、この順序に、2π/3
ラジアンずつ位相をずらして励磁されるように配置され
ていることを特徴とする。

【００２２】請求項４に係る三相パルスモータは、請求
項２記載の三相パルスモータにおいて、２分割されたＵ
相の磁極の間に、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が、こ
の順序に、2π/3ラジアンずつ位相をずらして例示され
るように配置されていることを特徴とする。

【００２３】請求項５に係る三相パルスモータは、請求
項１〜請求項４の何れか１項記載の三相パルスモータに
おいて、一次側磁束発生部の各々の磁極には、二次側ス
ケールの歯部の方向に沿って、一定間隔Ｐ／２で磁性材
料と永久磁石が交互に形成され、且つ永久磁石は隣り合
うもの同志の極性が互いに逆方向になるように配置され
ていることを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。本発明の特徴は、例えば、
Ｕ相磁極を２分してＶ相磁極とＷ相磁極の両側に配置さ
せるように構成したことにある。図１（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、本発明における三相リニアパルスモータの各
動作モードでの磁束経路を示す状態図である。

【００２５】先ず、この実施の形態の三相リニアパルス
モータの構成について説明する。長尺板状の磁性体から
成る２次側のスケール１１の上面には、１次側のスライ
ダ１３が、図示しない支持機構によって、スケール１１
の長手方向へ移動自在に支持されている。また、スケー
ル１１は固定され、その上面の長手方向に沿って形成さ
れたピッチＰの間隔の歯部は省略してある。一方、スラ
イダ１３は櫛形状に形成されており、Ｖ相磁極１３Ｖと
Ｗ相磁極１３Ｗの両側に、それぞれ、第１Ｕ相磁極１３
Ｕ１と第２Ｕ相磁極１３Ｕ２が配置されている。尚、こ
れらの磁極１３Ｕ１、１３Ｖ、１３Ｗ、１３Ｕ２は、ス
ケール１の図示しない歯部との間に一定の空隙をもって
対向配置されている。

【００２６】また、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１及び第２Ｕ相
磁極１３Ｕ２とＶ相磁極１３ＶとＷ相磁極１３Ｗのそれ
ぞれの端面には、スケール１１の長手方向に沿って、一
定間隔Ｐ／２ピッチで極歯と凹溝が交互に形成されてお
り、それぞれの凹溝には、隣り合うもの同志の極性が互
いに逆極性となるように、永久磁石が挿入配置されてい
るが、これらの構成については、従来技術の図４と全く
同様の構成であるので、この図面では省略してある。さ
らに、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１に対してＶ相磁極１３Ｖ、
Ｗ相磁極１３Ｗ及び第２Ｕ相磁極１３Ｕ２は、それぞ
れ、相対位置関係がＰ／３ピッチずつ変位するように構
成されている。したがって、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２は、
第１Ｕ相磁極１３Ｕ１とは変位されていない。すなわ
ち、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１がスケール１１の図示しない
歯部と対向配置されたとき、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２もス
ケール１１の図示しない別の歯部と対向配置されるよう
に構成されている。

【００２７】さらに、このように構成された第１Ｕ相磁
極１３Ｕ１、Ｖ相磁極１３Ｖ、Ｗ相磁極１３Ｗ及び第２
Ｕ相磁極１３Ｕ２には、それぞれ、この順に第１Ｕ相コ
イル１５Ｕ１、Ｖ相コイル１５Ｖ、Ｗ相コイル１５Ｗ及
び第２Ｕ相コイル１５Ｕ２が卷回されている。尚、２組
に分割された第１Ｕ相コイル１５Ｕ１と第２Ｕ相コイル
１５Ｕ２は、Ｖ相コイル１５Ｖ及びＷ相コイル１５Ｗの
半分の巻数のコイルがそれぞれ卷回され、直列に接続さ
れている。

【００２８】さらに、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１、Ｖ相コ
イル１５Ｖ、Ｗ相コイル１５Ｗ及び第２Ｕ相コイル１５
Ｕ２は、それぞれ電気角2π/3ラジアンずつ位相をずら
して電圧を印加するように結線されている。したがっ
て、２分割されたＵ相コイル１５Ｕ１，１５Ｕ２は電気
角が同じである。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルは
スター接続されて三相電源に接続されている。

【００２９】このように構成された本発明のリニアパル
スモータの動作について説明する。説明の便宜上、図７
のコイルに印加する三相電圧波形及び図８の推力ベクト
ル図の一部を用いて、図１における本発明のリニアパル
スモータの動作を説明する。図１（ａ）は、Ｕ相コイル
に最大電圧が印加されたタイミング（すなわち図７の電
気角θ１）における、各相コイルに流れる電流経路と磁
束経路を示している。この図に示すように、第１Ｕ相磁
極１３Ｕ１においては、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１に図の
×印から・印への電流が流れるので、図の矢印の向きの
磁束が発生する。

【００３０】また、Ｖ相コイル１５Ｖは、電気角θ１に
おいては第１Ｕ相コイル１５Ｕ１とは極性が反対で1/2
の電圧が印加されるので、図に示すように×印から・印
に電流が流れ、図の矢印の向きの磁束が発生する。この
とき、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１の巻数はＶ相コイル１５
Ｖの巻数の半分であるが、Ｖ相の電圧はＵ相の電圧の半
分であるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１の磁束とＶ相磁極
１３Ｖの磁束の大きさは同じである。これにより、第１
Ｕ相磁極１３Ｕ１とスケール１１とＶ相磁極１３Ｖとの
閉磁路が形成され、磁束φu-vが図の矢印の向きに流れ
る。

【００３１】また、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２においても、
第２Ｕ相コイル１５Ｕ２に図の×印から・印へ電流が流
れるので、図の矢印の向きの磁束が発生する。そして、
Ｗ相コイル１５Ｗは、電気角θ１においては第２Ｕ相コ
イル１５Ｕ２とは極性が反対で1/2の電圧が印加される
ので、図に示すように×印から・印に電流が流れ、図の
矢印の向きの磁束が発生する。このとき、第２Ｕ相コイ
ル１５Ｕ２の巻数はＷ相コイル１５Ｗの巻数の半分であ
るが、Ｗ相の電圧はＵ相の電圧の半分であるので、第２
Ｕ相磁極１３Ｕ２の磁束とＷ相磁極１３Ｗの磁束の大き
さは同じである。これにより、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２と
スケール１１とＷ相磁極１３Ｗとの閉磁路が形成され、
磁束φu-Wが図の矢印の向きに流れる。

【００３２】これによって、Ｖ相磁極１３Ｖから第１Ｕ
相磁極１３Ｕ１に流れる磁束φu-vの磁路の長さと、Ｗ
相磁極１３Ｗから第２Ｕ相磁極１３Ｕ２に流れる磁束φ
u-Wの磁路の長さは同じになる。しかも、Ｕ相の推力は
２分されているが、左右に分割した第１Ｕ相磁極１３Ｕ
１と第２Ｕ相磁極１３Ｕ２の電気角は同じであるので、
Ｕ相磁極全体の合計推力は、２分しない場合と同じであ
る。

【００３３】これによって、図８（ｇ）の推力ベクトル
図に示すように、Ｕ相の合成推力ベクトルＵ’は、（ベ
クトルＵ）＋（0.5×ベクトルＶバー）＋（0.5×ベクト
ルＷバー）となり、合成ベクトルＵ’はベクトルＵと位
相が一致する。したがって、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１及び
第２Ｕ相磁極１３Ｕ２と、これらに対向するスケールの
歯部の位置は理論上の位置と一致し、リニアパルスモー
タのＵ相のステップ位置には位置ずれを生じない。

【００３４】次に、図７の電気角θ２の位置において、
Ｖ相コイル１５Ｖに最大電圧が印加されたときは、第
１、第２Ｕ相コイル１５Ｕ１、１５Ｕ２とＷ相コイル１
５Ｗは、それぞれ、Ｖ相の１／２の逆極性の電圧が印加
される。これによって、図１（ｂ）に示すように、第１
Ｕ相コイル１５Ｕ１とＶ相コイル１５Ｖにはそれぞれ図
の極性の電流が流れ、その結果、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１
とＶ相磁極１３Ｖとスケール１１との閉磁路に磁束φv-
uが図の矢印の向きに流れる。

【００３５】同様に、Ｖ相コイル１５ＶとＷ相コイル１
５Ｗに流れる電流の極性によって、Ｖ相磁極１３ＶとＷ
相磁極１３Ｗとスケール１１との閉磁路に、磁束φv-w
が図の矢印方向に流れる。したがって図から明らかなよ
うに、磁束φv-uと磁束φv-wの磁路の長さは同じとな
る。このとき、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２の電流極性は、
Ｗ相コイル１５Ｗの電流極性と同じであるので、第２Ｕ
相磁極１３Ｕ２からＷ相磁極１３Ｗへは磁束は流れな
い。しかし、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２の電流極性とＶ相
コイル１５Ｖの電流極性とは逆極性であるので、第２Ｕ
相磁極１３Ｕ２からＶ相磁極１３Ｖへは磁束φv-uが流
れる。

【００３６】ところが、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２からＶ相
磁極１３Ｖに流れる磁束φv-uの大きさは、磁路が長い
ため、ベクトルの大きさは0.3程度であるので、最大電
圧が印加されるＶ相磁極１３ＶのベクトルＶに比べて実
用上無視できる。したがって、Ｖ相の合成推力ベクトル
Ｖ’は、（ベクトルＶ）＋（0.5×ベクトルＵバー）＋
（0.5×ベクトルＷバー）となり合成ベクトルＶ’はベ
クトルＶと位相が一致し、リニアパルスモータのＶ相の
ステップ位置には位置ずれを生じない。

【００３７】次に、Ｗ相に最大電圧が印加されたとき
は、図７の電気角θ３の位置の電圧が各コイルに印加さ
れる。これによって、図１（ｃ）に示すように、第２Ｕ
相コイル１５Ｕ２とＷ相コイル１５Ｗには図の極性の電
流が流れ、その結果、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２とＷ相磁極
１３Ｗとスケール１１との閉磁路に磁束φｗ-uが図の矢
印の向きに流れる。同様に、Ｖ相コイル１５ＶとＷ相コ
イル１５Ｗに流れる電流の極性によって、Ｖ相磁極１３
ＶとＷ相磁極１３Ｗとスケール１１との閉磁路に、磁束
φｗ-ｖが図の矢印方向に流れる。

【００３８】すなわち、磁束φｗ-uと磁束φｗ-ｖとは
磁路の長さが同じとなる。このとき、第１Ｕ相コイル１
５Ｕ１の電流極性は、Ｖ相コイル１５Ｖの電流極性と同
じであるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１からＶ相磁極１３
Ｖへは磁束は流れない。しかし、第１Ｕ相コイル１５Ｕ
１の電流極性とＷ相コイル１５Ｗの電流極性とは逆極性
であるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１２からＷ相磁極１３
ＷＶへは磁束が流れる。 ところが、第１Ｕ相磁極１３
Ｕ１からＷ相磁極１３Ｗに流れる磁束の大きさは、磁路
が長いため、0.3程度の大きさであるので、最大電圧が
印加されるＷ相磁極１３ＷのベクトルＷに比べて実用上
無視できる。したがって、Ｗ相の合成推力ベクトルＷ’
は、（ベクトルＷ）＋（0.5×ベクトルＵバー）＋（0.5
×ベクトルＶバー）となり、合成ベクトルＷ’はベクト
ルＷと位相が一致し、リニアパルスモータのＷ相のステ
ップ位置には位置ずれを生じない。

【００３９】図２は、本発明の第１の実施の形態のスラ
イダの構成図である。この実施の形態のスライダ２３の
両端には、それぞれ、1/2に分割した第１Ｕ相磁極２３
Ｕ１と第２Ｕ相磁極２３Ｕ２が配置され、この間には、
各々電気角１２０度（2π/3ラジアン）ずつ隔てて励磁
される、分割しないＶ相磁極２３Ｖと、分割しないＷ相
磁極２３Ｗとが配置されている。したがって、第１Ｕ相
磁極２３Ｕ１と第２Ｕ相磁極２３Ｕ２とは同相励磁され
る。また、それぞれの磁極には、図示しないスケールの
歯部のピッチの1/2間隔で極歯と永久磁石が配置されて
いる。尚、隣り合わさる永久磁石の極性は互いに反対極
性になるように配置されている。

【００４０】図３は、本発明の第２の実施の形態のスラ
イダの構成図である。この実施の形態のスライダ３３の
両端には、それぞれ、1/2に分割した第１Ｕ相磁極３３
Ｕ１と第２Ｕ相磁極３３Ｕ２が配置され、この間には、
各々電気角１２０度（2π/3ラジアン）ずつ隔てて励磁
される、分割しないＶ相磁極３３Ｖと分割しないＷ相磁
極３３Ｗと、さらに、分割しないＵ相磁極３５Ｕと分割
しないＶ相磁極３５Ｖと分割しないＷ相磁極３５Ｗとが
配置されている。したがって、中間の分割されないＵ相
磁極３５Ｕは、分割した第１、第２Ｕ相磁極３３Ｕ１、
３３Ｕ２と同相で励磁されるような位置に配置されてい
る。このような構成においても、ステップに寄与する磁
極を通る他極からの磁路の長さは全て同じになり、した
がって対向する磁極に位相ずれを起こさない。

【００４１】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ために一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、この実施の形態ではリニアパルス
モータについて説明したが、ロータリパルスモータにお
いても上述の構成が適用できることは云うまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の三相のパ
ルスモータによれば、推力ベクトルの位相ずれがなくな
り、これによってオープンループのパルスモータにおけ
る位置精度が改善され、例えば産業用ロボットなどにお
いて、極めて位置精度の高い制御を行うことができると
いう効果が得られる。また、プリンタの印字制御におい
ても、極めてきめ細かい印字を行うことができる。さら
に、フィードバック制御のサーボリニアモータにおいて
も誘起電圧の位相ずれを防止することができるという効
果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明における三相リニアパルスモータの各
動作モードでの磁束経路を示す状態図である。

【図２】 本発明の第１の実施の形態のスライダの構成
図である。

【図３】 本発明の第２の実施の形態のスライダの構成
図である。

【図４】 従来のリニアパルスモータの磁気回路を示す
状態図である。

【図５】 スライダの各磁極に卷回された三相コイルの
結線図である。

【図６】 従来技術のリニアパルスモータにおける各動
作モードでの磁束経路を示す状態図である。

【図７】 各相コイルに印加される電圧波形を示す図で
ある。

【図８】 従来技術における各動作モードでの推力ベク
トル図である。

【符号の説明】

１、１１ スケール １ａ 歯部 ３、１３、３３ スライダ ３ａ 極歯 ３Ｕ ３５Ｕ Ｕ相磁極 ３Ｖ、１３Ｖ、２３Ｖ、３３Ｖ、３５Ｖ Ｖ相磁極 ３Ｗ、１３Ｗ、２３Ｗ、３３Ｗ、３５Ｗ Ｗ相磁極 ５Ｕ Ｕ相コイル ５Ｖ、１５Ｖ Ｖ相コイル ５Ｗ、１５Ｗ Ｗ相コイル ７ 永久磁石 １３Ｕ１、２３Ｕ１、３３Ｕ１ 第１Ｕ相磁極 １３Ｕ２、２３Ｕ２、３３Ｕ２ 第２Ｕ相磁極 １５Ｕ１ 第１Ｕ相コイル １５Ｕ２ 第２Ｕ相コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村口 洋介 三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢事業所内 (72)発明者 成久 雅章 三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢事業所内 Ｆターム(参考） 5H641 BB10 GG03 GG04 HH03 HH08 HH10 HH16 HH20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】特定方向に沿って等間隔Ｐで歯部が形成さ
   れた磁性体材料からなる二次側スケールと、該二次側ス
   ケールの歯部が形成された方向へ移動自在に支持された
   一次側磁束発生部とからなり、 前記一次側磁束発生部は、前記二次側スケールの歯部に
   対して一定の空隙を隔てて各々対向するＮ個の磁極を有
   し、各々の前記磁極は、前記歯部が形成された方向に沿
   って、所定寸法Ｐ／Ｎずつ変位させて配置された鉄心
   と、各々の前記鉄心に卷回されたコイルとを備え、 該コイルに電気角2π/3ラジアンずつ位相をずらして順
   次電圧を印加させることにより、前記各磁極と前記二次
   側スケールの各歯部との間に順次磁束を発生させ、前記
   一次側磁束発生部を前記二次側スケールに対して相対移
   動させる三相パルスモータにおいて、 前記一次側磁束発生部のＮ個の磁極の内、第一の電気角
   に相当する磁極の鉄心とコイルはそれぞれ２分割され、
   ２分割された前記２つの鉄心は電気角が同じになるよう
   に前記磁束発生部の両端部分に配置され、且つ２分割さ
   れた２つのコイルは直列接続されたことを特徴とする三
   相パルスモータ。
2. 【請求項２】 前記Ｎ個の磁極は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相
   から成り、且つ前記第１の電気角に相当する磁極は前記
   Ｕ相磁極であり、該Ｕ相磁極は２分割されて電気角が同
   じになるように前記磁束発生部の両端部に配置され、且
   つ２分割された２つのコイルは直列接続されていること
   を特徴とする請求項１記載の三相パルスモータ。
3. 【請求項３】 ２分割されたＵ相磁極の間に、Ｖ相及び
   Ｗ相の磁極がこの順序に2π/3ラジアンずつ位相をずら
   して励磁されるように配置されていることを特徴とする
   請求項２記載の三相パルスモータ。
4. 【請求項４】 ２分割されたＵ相磁極の間に、Ｖ相、Ｗ
   相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極がこの順序に2π/3ラジア
   ンずつ位相をずらして励磁されるように配置されている
   ことを特徴とする請求項２記載の三相パルスモータ。
5. 【請求項５】 前記一次側磁束発生部の各々の磁極に
   は、前記二次側スケールの歯部の方向に沿って、一定間
   隔Ｐ／２で磁性材料と永久磁石が交互に形成され、且つ
   前記永久磁石は隣り合うもの同志の極性が互いに逆方向
   になるように配置されていることを特徴とする請求項１
   〜請求項４の何れか１項記載の三相パルスモータ。