JP2005086959A - Linear motor drive unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear motor drive unit characterized in that influences to speed ripples and a thrust ripple are suppressed to the utmost. <P>SOLUTION: The linear motor drive unit is constituted of a linear motor having two kinds of windings for a large thrust and a small thrust in the linear motor, and a driver that feeds a drive current to the linear motor. The drive unit can selectively switch a PWM amplifier, a high-carrier PWM amplifier, an analogue switch that switches the PWM amplifier and the high-carrier PWM amplifier in the driver, the combination of a linear motor winding the amplifiers appropriate to large thrust times, and the combination of a linear motor winding appropriate to small thrust times, and the amplifier, according to the drive condition. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、リニアモータ内の２通りの巻線と駆動電流を供給する２通りのアンプの組合せを切替えることによって、速度リップル／推力リップルのシステムへの影響を極小に留めることを目的とするものであり、半導体製造装置、液晶製造装置等の広い範囲の産業分野を対象とするリニアモータ駆動装置に関する。   It is an object of the present invention to minimize the influence of the speed ripple / thrust ripple on the system by switching the combination of the two windings in the linear motor and the two amplifiers supplying the drive current. The present invention relates to a linear motor driving device for a wide range of industrial fields such as a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal manufacturing apparatus.

半導体製造装置、液晶製造装置では、ナノメートルオーダでの位置決め精度、一定速送り精度が要求される。したがって、かかる装置の駆動装置ではサブミクロンオーダの位置検出装置が必要となるだけでなく、位置決め指令のとおりに忠実に動くサーボモータおよびその駆動装置が必要になる。このような位置決め装置においては、粗動と微動の二段階で駆動することができる。例えば図２の駆動装置で粗動を、そして図３の駆動装置で微動を行うことができる。
従来のリニアモータ駆動装置について、図を用いて説明する。図２は、従来の第１のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。図２において、１はドライバであり、図示しない上位の位置決め制御装置等から出力される指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給する。２はリニアモータであり、ドライバ１からの上位指令に基づく駆動電流相当の推力を発生し、接続されるシステムを駆動する。リニアモータ２の巻線は、モータ３相分Ｙ結線されている。１１はダイオードブリッジであり、ドライバ１の電源入力であるＡＣ電源を全波整流して、パワー素子１２１に主回路ＰＮ電圧を供給する。ここでいうＡＣ電源は、単相／３相、１００Ｖ／２００Ｖの別を問わない。１２１はＩＧＢＴ等の半導体パワー素子であり、電流アンプ１３１の出力信号であるＰＷＭゲート信号に基づき、リニアモータ２へ駆動電流を供給する。１４１はシャント抵抗であり、パワー素子１２１とリニアモータ２との間の出力ラインに駆動電流を検出する手段として配備され、検出電圧を電流アンプ１３１へフィードバックする。１５１はヒューズであり、過電流／過負荷等の際、リニアモータ２の焼損防止等の保護機能として働き、その動作信号を電流アンプ１３１へフィードバックする。１３１は電流アンプであり、上位指令と電流検出フィードバック信号を入力値とした電流制御を司り、上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差とその内部のキャリア発生手段からＰＷＭゲート信号を生成し、パワー素子１２１をＰＷＭ制御する。また、保護機能のフィードバック信号が動作した際、ベースブロックする等のしかるべきシーケンス処理を施す。ここでいう電流アンプは、アナログ電流制御／ディジタル電流制御の別を問わない。ディジタル電流制御の場合、電流制御演算はＣＰＵで行い、上位電流指令と電流検出フィードバック信号等の入力信号がアナログ信号であれば、Ａ／Ｄ変換器を備える。
図３は、従来の第２のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。図３において、１はドライバであり、上位指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給する。２はリニアモータであり、ドライバ１からの上位指令に基づく駆動電流相当の推力を発生し、接続されるシステムを駆動する。リニアモータ２の巻線は、その３相それぞれに互いに独立して配備されている。１６は安定化電源であり、ドライバ１の電源入力であるＡＣ電源からパワー素子１２２に主回路ＰＮ電圧を供給する。ここでいうＡＣ電源は、単相／３相、１００Ｖ／２００Ｖの別を問わない。１２２はＭＯＳＦＥＴ等の高速スイッチング特性の半導体パワー素子であり、電流アンプ１３２の出力信号である上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差に基づき、リニアモータ２へ駆動電流を供給する。１４１はシャント抵抗であり、パワー素子１２１とリニアモータ２との間の出力ラインに駆動電流を検出する手段として配備され、検出電圧を電流アンプ１３２へフィードバックする。１５２はヒューズであり、過電流／過負荷等の際、リニアモータ２の焼損防止等の保護機能として働き、その動作信号を電流アンプ１３２へフィードバックする。１３２は電流アンプであり、上位指令と電流検出フィードバック信号を入力値とした電流制御を司り、上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差とその内部のキャリア発生手段からＰＷＭゲート信号を生成し、パワー素子１２２をＰＷＭ制御する。ここでいうキャリア発生手段は、ＭＯＳＦＥＴ等の高速スイッチング特性の半導体パワー素子を使用するため、ＩＧＢＴ等の半導体パワー素子のそれより一段と高いキャリア周波数を設定でき、小推力時の電流リップル／波形歪を更に小さくすることが出来る。これはより高いキャリア周波数を適用すると電動機へ供給する電流リップル（電流脈動）が小さくなるため電流リップルに起因するトルクリップル（トルク脈動）を小さくできるからである。また、保護機能のフィードバック信号が動作した際、ゼロ指令入力等のしかるべきシーケンス処理を施す。
このように、従来のリニアモータ駆動装置は、上位指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給して、システムを駆動するのである。
特開平９−２３８０３１号公報 Semiconductor manufacturing apparatuses and liquid crystal manufacturing apparatuses are required to have positioning accuracy in the nanometer order and constant speed feeding accuracy. Therefore, the drive device of such a device not only requires a submicron-order position detection device, but also requires a servo motor that moves faithfully according to a positioning command and its drive device. Such a positioning device can be driven in two stages, coarse movement and fine movement. For example, coarse movement can be performed with the driving apparatus of FIG. 2, and fine movement can be performed with the driving apparatus of FIG.
A conventional linear motor driving apparatus will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a first conventional linear motor driving device. In FIG. 2, reference numeral 1 denotes a driver, which supplies a drive current based on a command output from a higher-level positioning control device (not shown) to the linear motor. Reference numeral 2 denotes a linear motor, which generates a thrust corresponding to a drive current based on a higher order command from the driver 1 and drives a connected system. The winding of the linear motor 2 is Y-connected for three phases of the motor. Reference numeral 11 denotes a diode bridge, which rectifies the AC power, which is the power input of the driver 1, in a full wave and supplies the main circuit PN voltage to the power element 121. The AC power source here is not limited to single phase / 3 phase, 100V / 200V. A semiconductor power element 121 such as an IGBT supplies a drive current to the linear motor 2 based on a PWM gate signal that is an output signal of the current amplifier 131. A shunt resistor 141 is provided as a means for detecting a drive current on an output line between the power element 121 and the linear motor 2, and feeds back a detection voltage to the current amplifier 131. Reference numeral 151 denotes a fuse that functions as a protective function for preventing burnout of the linear motor 2 in the case of overcurrent / overload, and feeds back its operation signal to the current amplifier 131. Reference numeral 131 denotes a current amplifier, which controls current control using the high order command and the current detection feedback signal as input values, generates a PWM gate signal from the deviation between the high order command and the current detection feedback signal, and the carrier generation means inside thereof, The element 121 is PWM-controlled. Further, when the feedback signal of the protection function is activated, appropriate sequence processing such as base blocking is performed. The current amplifier here is not limited to analog current control / digital current control. In the case of digital current control, the current control calculation is performed by the CPU, and an A / D converter is provided if the input signals such as the upper current command and the current detection feedback signal are analog signals.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a conventional second linear motor driving apparatus. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a driver, which supplies a drive current based on a higher order command to the linear motor. Reference numeral 2 denotes a linear motor, which generates a thrust corresponding to a drive current based on a higher order command from the driver 1 and drives a connected system. The windings of the linear motor 2 are provided independently for each of the three phases. Reference numeral 16 denotes a stabilized power supply, which supplies the main circuit PN voltage to the power element 122 from an AC power supply that is a power input of the driver 1. The AC power source here is not limited to single phase / 3 phase, 100V / 200V. Reference numeral 122 denotes a semiconductor power element having a high-speed switching characteristic such as a MOSFET, and supplies a drive current to the linear motor 2 based on a deviation between a higher order command output from the current amplifier 132 and a current detection feedback signal. A shunt resistor 141 is provided as a means for detecting a drive current on an output line between the power element 121 and the linear motor 2, and feeds back a detection voltage to the current amplifier 132. Reference numeral 152 denotes a fuse that functions as a protective function for preventing burnout of the linear motor 2 during overcurrent / overload, and feeds back an operation signal to the current amplifier 132. Reference numeral 132 denotes a current amplifier, which controls current control using the high order command and the current detection feedback signal as input values, generates a PWM gate signal from the deviation between the high order command and the current detection feedback signal and the carrier generation means inside the power amplifier. The element 122 is PWM-controlled. Since the carrier generating means here uses a semiconductor power element with high-speed switching characteristics such as a MOSFET, it can set a higher carrier frequency than that of a semiconductor power element such as an IGBT, and the current ripple / waveform distortion at the time of small thrust can be set. It can be further reduced. This is because when a higher carrier frequency is applied, the current ripple (current pulsation) supplied to the electric motor becomes smaller, so that the torque ripple (torque pulsation) caused by the current ripple can be reduced. Further, when the feedback signal of the protection function is activated, appropriate sequence processing such as zero command input is performed.
As described above, the conventional linear motor driving apparatus supplies the driving current based on the higher order command to the linear motor to drive the system.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-238031

しかしながら、従来のリニアモータ駆動装置は、ドライバのキャリア周波数設定は、使用するパワー素子に依りその上限値が限られており、また、リニアモータの巻線は、ドライバの駆動方式に依りＹ結線、あるいは、独立結線のどちらか一方であった。そのため、以下のような問題点があり、加減速時に大推力、一定速時に小推力／低速度リップル／低推力リップルを要求される用途に対し、従来のリニアモータ駆動装置は、リニアモータとアンプとで個別に要求仕様に対応していたため、追求する性能に限界があった。
（１）ＩＧＢＴ等の半導体パワー素子を使用するＰＷＭ制御は、高耐圧・大電流のラインナップがあり、大容量のリニアモータ駆動が可能であるが、そのスイッチング特性によりキャリア周波数に上限があり、推力リップルに起因する電流リップルを小さくできず、また、0クロス近傍の不感帯の影響により、小推力時の電流制御特性が悪い。
（２）ＭＯＳＦＥＴ等の半導体パワー素子を使用するＰＷＭ制御は、そのスイッチング特性によりキャリア周波数を高く設定でき、推力リップルに起因する電流リップルを小さく、また、0クロス近傍の不感帯の影響を極小にでき、小推力時の電流制御特性を良くすることができるが、高耐圧のラインナップがないため、小容量のリニアモータ駆動しかできない。
（３）Ｙ結線は、駆動電流を流した際の相間干渉が少なからずともあり、小推力時の電流制御特性に影響を与える。
（４）独立巻線は、駆動電流を流した際の相間干渉の小推力時の電流制御特性への影響をなくすことができるが、駆動するドライバとの組合せにより大容量のリニアモータに適していない。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リップル／推力リップルのシステムへの影響を極小に留めることを特徴とするリニアモータ駆動装置を提供することを目的とする。 However, in the conventional linear motor driving apparatus, the upper limit value of the carrier frequency setting of the driver is limited depending on the power element to be used, and the winding of the linear motor depends on the driving method of the driver. Or it was either independent connection. Therefore, there are the following problems. For applications that require large thrust at acceleration / deceleration and small thrust / low speed ripple / low thrust ripple at a constant speed, the conventional linear motor drive device has a linear motor and an amplifier. Because there were individual requirements, the performance to be pursued was limited.
(1) PWM control using semiconductor power elements such as IGBTs has a lineup of high withstand voltage and large current and can drive a large-capacity linear motor, but its switching characteristics have an upper limit on the carrier frequency, and thrust The current ripple due to the ripple cannot be reduced, and the current control characteristics at the time of small thrust are poor due to the influence of the dead zone near the zero cross.
(2) PWM control using semiconductor power elements such as MOSFETs can set the carrier frequency high due to its switching characteristics, reduce the current ripple caused by the thrust ripple, and minimize the influence of the dead zone near the zero cross. The current control characteristic at the time of small thrust can be improved, but since there is no line with high breakdown voltage, only a small capacity linear motor can be driven.
(3) The Y connection has not a little interphase interference when a drive current is passed, and affects current control characteristics at the time of small thrust.
(4) The independent winding can eliminate the influence on the current control characteristics at the time of small thrust of interphase interference when a drive current is passed, but it is suitable for a large capacity linear motor by combining with a driver to drive. Absent.
Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and drives a combination of a linear motor winding and an amplifier suitable for a large thrust and a combination of a linear motor winding and an amplifier suitable for a small thrust. It is an object of the present invention to provide a linear motor driving device characterized by minimizing the influence of speed ripple / thrust ripple on the system by selectively switching according to conditions.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、前記ＰＷＭアンプよりキャリア周波数が一段と高くリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御する高キャリアＰＷＭアンプと、ＰＷＭアンプと高キャリアＰＷＭアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、大推力用と小推力用の２通りの巻線を配備したリニアモータとを備えることを特徴とするものである。
このようになっているため、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることができる。
また、請求項２に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号によりアナログスイッチを切替えることにより、上位指令と後段のＰＷＭアンプ、あるいは、高キャリアＰＷＭアンプとの接続を選択し、また、選択されていないアンプにはゼロ指令を供給することを特徴とするものである。
このようになっているため、駆動条件に応じて、ＰＷＭアンプか高キャリアＰＷＭアンプを使用することができ、使用していないアンプの入力はゼロ指令となるため、出力への影響をなくすことができる。
また、請求項３に記載の発明は、リニアモータに大推力用巻線（３相Ｙ結線）と小推力用巻線（３相独立巻線）を施し、各巻線への接続端子を備えることを特徴とするものである。
このようになっているため、精度を問わない大推力時には、大推力用巻線に駆動電流を供給することができ、精度を要求される小推力時には、小推力用巻線に駆動電流を供給することができる。
また、請求項４に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により、大推力指令時にリニアモータをＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このようになっているため、システムの加減速時に大推力が必要な場合、高耐圧・大電流なパワー素子を使用することができるため、大容量のリニアモータ駆動が可能であり、リニアモータ巻線設計においても極力損失を抑えることができる。
また、請求項５に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により、小推力指令時にリニアモータを高キャリアＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このようになっているため、システムの一定速時に小推力／低速度リップル／低推力リップルが必要な場合、キャリア周波数を高いため、推力リップルに起因する電流リップルを小さく、また、0クロス近傍の不感帯の影響を極小にでき、小推力時の電流制御特性を良くすることができる。
また、請求項６に記載の発明は、高キャリアＰＷＭアンプに高スイッチング特性のパワー素子を採用することにより、高いキャリア周波数でＰＷＭ制御することを特徴とするものである。
このようになっているため、小推力時の電流リップル／波形歪を小さくすることができる。
また、請求項７に記載の発明は、システムの駆動は、ＰＷＭアンプでリニアモータのＹ結線された巻線に、また、高キャリアＰＷＭアンプでリニアモータの独立巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とするものである。
このようになっているため、システムの加減速時の大推力が必要で、精密な電流制御特性を必要としない場合、比較的安価にできるアンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。また、システムの一定速時に小推力／低速度リップル／低推力リップルが必要で、精密な電流制御特性を必要とする場合、電流制御特性がよいアンプと駆動電流を流した際の相間干渉の小推力時の電流制御特性への影響をなくすことができるモータの組合せでシステムを駆動することができる。
また、請求項８に記載の発明は、前記リニアモータを半導体製造装置または液晶製造装置の精密位置決め装置に適用したものである。これにより、半導体製造装置、液晶製造装置では、ナノメートルオーダでの位置決め精度、一定速送り精度を実現できる。 In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
The invention described in claim 1 includes a PWM amplifier that PWM-controls the driving current of the linear motor, a high carrier PWM amplifier that PWM-controls the driving current of the linear motor higher than the PWM amplifier, a PWM amplifier, An analog switch for switching the drive of the carrier PWM amplifier, and a linear motor provided with two types of windings for large thrust and small thrust are provided.
Because of this, the combination of linear motor winding and amplifier suitable for large thrust and the combination of linear motor winding and amplifier suitable for small thrust can be selectively switched according to driving conditions. .
According to the second aspect of the present invention, the connection between the high order command and the subsequent stage PWM amplifier or the high carrier PWM amplifier is selected by switching the analog switch by the amplifier switching signal from the high order, and the selection is made. It is characterized in that a zero command is supplied to an amplifier that is not connected.
Because of this, a PWM amplifier or a high carrier PWM amplifier can be used depending on the drive conditions, and the input of the amplifier that is not used becomes a zero command, thus eliminating the influence on the output. it can.
In the invention according to claim 3, the linear motor is provided with a large thrust winding (three-phase Y connection) and a small thrust winding (three-phase independent winding), and has a connection terminal to each winding. It is characterized by.
Because of this, it is possible to supply a drive current to the large thrust winding at the time of large thrust regardless of accuracy, and to supply a drive current to the small thrust winding at the time of small thrust that requires accuracy. can do.
The invention described in claim 4 is characterized in that a linear motor is driven by a PWM amplifier when a large thrust command is issued by an amplifier switching signal from the host.
Because of this, when a large thrust is required during system acceleration / deceleration, a high-withstand-voltage, high-current power element can be used, so a large-capacity linear motor can be driven. Loss can be suppressed as much as possible in line design.
The invention according to claim 5 is characterized in that the linear motor is driven by the high carrier PWM amplifier at the time of a small thrust command by an amplifier switching signal from the host.
Because of this, when small thrust / low speed ripple / low thrust ripple is required at a constant speed of the system, the carrier frequency is high, so the current ripple caused by the thrust ripple is small, and the zero-cross The influence of the dead zone can be minimized, and the current control characteristics at the time of small thrust can be improved.
The invention described in claim 6 is characterized in that PWM control is performed at a high carrier frequency by employing a power element having high switching characteristics in a high carrier PWM amplifier.
Thus, current ripple / waveform distortion at the time of small thrust can be reduced.
In the invention according to claim 7, the system is driven by a combination of supplying a drive current to the Y-connected winding of the linear motor by the PWM amplifier, and to an independent winding of the linear motor by the high carrier PWM amplifier. It is characterized by that.
Thus, when a large thrust during acceleration / deceleration of the system is necessary and precise current control characteristics are not required, the system can be driven by a combination of an amplifier and a motor that can be made relatively inexpensive. Also, when a small thrust / low speed ripple / low thrust ripple is required at a constant speed of the system and precise current control characteristics are required, an amplifier with good current control characteristics and low interphase interference when a drive current is passed The system can be driven by a combination of motors that can eliminate the influence on the current control characteristics during thrust.
According to an eighth aspect of the present invention, the linear motor is applied to a precision positioning device of a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus. Thereby, in the semiconductor manufacturing apparatus and the liquid crystal manufacturing apparatus, positioning accuracy in the nanometer order and constant feed accuracy can be realized.

本発明のリニアモータ駆動装置によれば、以下のような効果がある。
（１）ドライバが２通りの異なるキャリア周波数による電流制御方式とリニアモータが２通りの巻線を有しているため、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リップル／推力リップルのシステムへの影響を極小に留めることができる。
（２）アンプ切替え信号により短時間でアナログスイッチを切替えるため、システムへの切替えの影響を極小に留めることができる。
（３）ドライバ／リニアモータ共に、大推力用と小推力用として、それぞれの特長を出せるものを有しているため、個別に有するものより、要求仕様に対して、更に追究する事ができる。 The linear motor driving device of the present invention has the following effects.
(1) Since the driver has a current control method with two different carrier frequencies and the linear motor has two windings, it is suitable for a combination of linear motor winding and amplifier suitable for large thrust and for small thrust. By selectively switching the combination of the linear motor winding and the amplifier according to the driving conditions, the influence of the speed ripple / thrust ripple on the system can be minimized.
(2) Since the analog switch is switched in a short time by the amplifier switching signal, the influence of switching to the system can be kept to a minimum.
(3) Since both drivers and linear motors have characteristics that can be used for large thrust and small thrust, it is possible to further pursue the required specifications than those individually provided.

以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。図において、リニアモータ２は、大推力発生時（粗動用）にのみ使用する３相Ｙ結線の大推力用巻線２１と小推力発生時（微動用）にのみ使用する３相独立巻線の小推力用巻線２２の２通りの巻線を有し、ドライバ１との各巻線への接続端子を備える。接続端子は大推力用巻線２１用としてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの外部端子を備え、３相独立巻線の小推力用巻線２２用として各相毎に２つの外部端子（ｕ１、ｕ２、ｖ１、ｖ２、ｗ１、ｗ２）を備えている。ドライバ１は、ＰＷＭアンプ（ダイオードブリッジ１１とパワー素子１２１、電流アンプ１３１、シャント抵抗１４１、ヒューズ１５１で構成される）と高キャリアＰＷＭアンプ（安定化電源１６とパワー素子１２２、電流アンプ１３２、シャント抵抗１４２、ヒューズ１５２で構成される）、上位制御装置からのアンプ切替え信号によりＰＷＭアンプまたは高キャリアＰＷＭアンプのどちらか一方へ切替えることが可能なアナログスイッチ１７を備える。例えば半導体製造装置におけるサブミクロンオーダの位置決め駆動装置においては、ＰＷＭアンプのキャリア周波数が１０ｋＨｚ程度で対し、その容量によっては高キャリアＰＷＭアンプのキャリア周波数は５０〜１００ｋＨｚ程度にすることかできる。
次に動作を説明する。上位からのアンプ切替え信号は、設定された閾値と上位指令との比較により、出力される。設定された閾値は、少なくとも、システムの一定速時推力より若干高いくらいの値である。
システムが停止状態の場合、アンプ切替え信号は高キャリアＰＷＭアンプを選択しており、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、３相独立巻線の小推力用巻線２２に供給し、高停止時精度／低振動な制御特性を実現できる。
システムが加減速時の場合、上位指令が設定された閾値を超えたところで、アンプ切替え信号はＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２１を介して、３相Ｙ結線の大推力用巻線２１に供給し、高効率・高加減速な制御特性を実現できる。
システムが一定速時の場合、上位指令が設定された閾値を下回ったところで、アンプ切替え信号は、再度、高キャリアＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、ヘリカル巻線方式の小推力用巻線２２に供給し、高精度／低速度リップル／低推力リップルな制御特性を実現できる。ヘリカル巻線は巻線精度を高めた螺旋状の整列巻線である。
それぞれの場合、アンプ切替え信号で選択されなかったアンプの入力信号は、ゼロ指令となり、決してリニアモータ出力側に影響するものではない。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a linear motor driving apparatus according to the present invention. In the figure, the linear motor 2 includes a three-phase Y-connection large thrust winding 21 used only when large thrust is generated (for coarse movement) and a three-phase independent winding used only when small thrust is generated (for fine movement). There are two types of windings for the small thrust winding 22, and a connection terminal to each winding with the driver 1 is provided. The connection terminal has three external terminals of U phase, V phase, and W phase for the large thrust winding 21, and two external terminals for each phase for the small thrust winding 22 of the three-phase independent winding ( u1, u2, v1, v2, w1, w2). The driver 1 includes a PWM amplifier (consisting of a diode bridge 11 and a power element 121, a current amplifier 131, a shunt resistor 141, and a fuse 151) and a high carrier PWM amplifier (a stabilized power supply 16 and a power element 122, a current amplifier 132, a shunt). And an analog switch 17 that can be switched to either a PWM amplifier or a high carrier PWM amplifier by an amplifier switching signal from a host controller. For example, in a sub-micron positioning drive device in a semiconductor manufacturing apparatus, the carrier frequency of the PWM amplifier is about 10 kHz, and the carrier frequency of the high carrier PWM amplifier can be about 50 to 100 kHz depending on its capacity.
Next, the operation will be described. The amplifier switching signal from the upper level is output by comparing the set threshold value with the higher level command. The set threshold value is at least a value slightly higher than the constant speed thrust of the system.
When the system is stopped, the amplifier switching signal selects the high carrier PWM amplifier, and the drive current based on the higher order command is supplied to the small thrust winding 22 of the three-phase independent winding via the power element 122. In addition, high stop accuracy / low vibration control characteristics can be realized.
When the system is accelerating / decelerating, the amplifier switching signal selects the PWM amplifier when the upper command exceeds the set threshold, and the drive current based on the upper command is passed through the power element 121 to the three-phase Y connection. It can be supplied to the large thrust winding 21 to achieve high efficiency and high acceleration / deceleration control characteristics.
When the system is at a constant speed, the amplifier switching signal again selects the high carrier PWM amplifier when the upper command falls below the set threshold, and the drive current based on the upper command is sent via the power element 122. By supplying to the helical winding 22 for small thrust, it is possible to realize control characteristics such as high accuracy / low speed ripple / low thrust ripple. The helical winding is a spiral aligned winding with improved winding accuracy.
In each case, the input signal of the amplifier that is not selected by the amplifier switching signal becomes a zero command and does not affect the linear motor output side.

本発明のリニアモータ駆動装置の概略構成図Schematic configuration diagram of the linear motor drive device of the present invention 従来の第１のリニアモータ駆動装置の概略概略図Schematic schematic diagram of a conventional first linear motor drive device 従来の第２のリニアモータ駆動装置の概略構成図Schematic configuration diagram of a conventional second linear motor driving device

符号の説明Explanation of symbols

１ ドライバ
１１ ＤＢ（ダイオードブリッジ）
１２１、１２２ パワー素子
１３１、１３２ 電流アンプ
１４１、１４２ シャント抵抗
１５１、１５２ ヒューズ
１６ 安定化電源
１７ アナログスイッチ
２ リニアモータ
２１ 大推力用巻線
２２ 小推力用巻線 1 Driver 11 DB (Diode Bridge)
121, 122 Power elements 131, 132 Current amplifiers 141, 142 Shunt resistors 151, 152 Fuse 16 Stabilizing power supply 17 Analog switch 2 Linear motor 21 Large thrust winding 22 Small thrust winding

Claims (8)

リニアモータ内に大推力用と小推力用の２通りの巻線を備えたリニアモータと前記リニアモータへ駆動電流を供給するドライバとで構成されたリニアモータ駆動装置において、
前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、
前記ドライバ内に前記ＰＷＭアンプよりキャリア周波数が一段と高く、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御する高キャリアＰＷＭアンプと、
前記ドライバ内にＰＷＭアンプと高キャリアＰＷＭアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、
大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることを特徴とするリニアモータ駆動装置。 In a linear motor driving device comprising a linear motor having two types of windings for large thrust and small thrust in the linear motor and a driver for supplying a driving current to the linear motor,
A PWM amplifier that PWM-controls the drive current of the linear motor in the driver;
A carrier frequency higher than the PWM amplifier in the driver, and a high carrier PWM amplifier for PWM control of the drive current of the linear motor;
An analog switch for switching driving of the PWM amplifier and the high carrier PWM amplifier in the driver;
A linear motor driving apparatus characterized by selectively switching a combination of a linear motor winding and an amplifier suitable for a large thrust and a combination of a linear motor winding and an amplifier suitable for a small thrust according to a driving condition. 前記アナログスイッチは、上位からのアンプ切替え信号により、上位指令と後段のＰＷＭアンプ、または高キャリアＰＷＭアンプどちらか一方との接続を選択し、選択しなかったアンプにはゼロ指令を供給し、リニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 The analog switch selects the connection between the high order command and the subsequent PWM amplifier or the high carrier PWM amplifier by the amplifier switching signal from the high order, and supplies a zero command to the amplifier that has not been selected. The linear motor driving apparatus according to claim 1, wherein the motor is driven. 前記リニアモータは、大推力用巻線にモータ３相分をＹ結線した巻線を施し、小推力用巻線にモータ３相分を独立に配備した巻線を施し、各巻線への接続端子を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 The linear motor is provided with a winding for Y-connection of the three phases of the motor on the winding for large thrust, and a winding for independently arranging the three phases of the motor on the winding for small thrust, and a connection terminal to each winding The linear motor drive device according to claim 1, further comprising: 前記ＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により、上位大推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 2. The linear motor driving apparatus according to claim 1, wherein the PWM amplifier drives the linear motor in response to an upper large thrust command by an amplifier switching signal from the upper. 前記高キャリアＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により、上位小推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 2. The linear motor driving apparatus according to claim 1, wherein the high carrier PWM amplifier drives the linear motor in response to an upper small thrust command by an amplifier switching signal from the upper. 前記高キャリアＰＷＭアンプは、前記ＰＷＭアンプより一段と高いキャリア周波数でＰＷＭ制御することができ、小推力時の電流リップル／波形歪を更に小さくすることが出来ることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 2. The linear circuit according to claim 1, wherein the high carrier PWM amplifier can perform PWM control at a carrier frequency much higher than that of the PWM amplifier, and can further reduce current ripple / waveform distortion at the time of a small thrust. Motor drive device. システムの駆動は、前記ＰＷＭアンプで前記リニアモータの３相Ｙ結線された巻線に、また、前記高キャリアＰＷＭアンプで前記リニアモータの３相独立結線された巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。 The system is driven by a combination of supplying a drive current to the three-phase Y-connected winding of the linear motor by the PWM amplifier and to a three-phase independent-connected winding of the linear motor by the high carrier PWM amplifier. The linear motor driving apparatus according to claim 1, wherein: 前記リニアモータを半導体製造装置または液晶製造装置の精密位置決め装置に適用した請求項１乃至７記載のリニアモータ駆動装置。 8. The linear motor driving device according to claim 1, wherein the linear motor is applied to a precision positioning device of a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus.
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