JP2007318896A - Rotation/linear two-degree-of-freedom motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転運動による回転駆動と、直線運動による直動駆動とを行う２自由度のモータに関し、特にスイッチトリラクタンスモータに用いた２自由度のモータに関する。 The present invention relates to a two-degree-of-freedom motor that performs rotational drive by rotational motion and linear motion drive by linear motion, and more particularly to a two-degree-of-freedom motor used for a switched reluctance motor.
回転と直動の組み合わせは，工作機械における穴加工，穴の内径研磨など，多くの産業機械に見られる運動である。通常は，回転運動を回転型モータによるアクチュエータに、直動運動をリニアモータによるアクチュエータにそれぞれ独立して負担させ、この二つのアクチュエータを結合させることで、回転・直動の２自由度運動を実現するアクチュエータシステムを構成している。この２自由度運動を一つのアクチュエータシステムで実現できれば、駆動デバイスの小形化が可能となる。 The combination of rotation and linear motion is a movement found in many industrial machines, such as drilling holes in a machine tool and polishing the inner diameter of a hole. Normally, two-degree-of-freedom movements of rotation and linear motion are realized by allocating rotational motion to an actuator using a rotary motor and linear motion to an actuator based on a linear motor independently, and combining these two actuators. The actuator system is configured. If this two-degree-of-freedom motion can be realized with one actuator system, the drive device can be miniaturized.
回転駆動と直動駆動とを１つのアクチュエータで実現することで、装置の小型化、軽量化、構成の簡素化を図るものが提案されている（特許文献１）。 There has been proposed a device that achieves the size reduction, weight reduction, and configuration simplification by realizing the rotation drive and the linear drive with a single actuator (Patent Document 1).
特許文献１には、従来技術として、特開平５−３６５０号公報、特開平６−３０３７３７号公報、特開平８−７０５６８号公報等が引用され、これらの文献には、１つの駆動子に、回転モータとリニアアクチュエータを組み合わせて取り付ける構成が示されている。この構成による２自由度アクチュエータは、１つの駆動子に、回転モータとリニアアクチュエータの機構を付けた構成であるため、回転モータの回転子と固定子、およびリニアアクチュエータの移動子と固定子をそれぞれ独立して備えるため、小型軽量化や構成の簡素化は十分でないと記載している。 In Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-3650, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-303737, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-70568, and the like are cited in Patent Document 1 as conventional techniques. A configuration in which a rotary motor and a linear actuator are mounted in combination is shown. Since the two-degree-of-freedom actuator having this configuration has a structure in which a rotary motor and a linear actuator are attached to one driver, the rotor and stator of the rotary motor, and the mover and stator of the linear actuator, respectively. Since it is provided independently, it is described that reduction in size and weight and simplification of the configuration are not sufficient.
また、特許文献１では、回転駆動と直線駆動とを１つのアクチュエータで実現したものとして、特開昭６４−８９９３７号公報、実開昭５１−３８６１４号公報に開示されるステータが知られているとし、この構成では、回転駆動と直線駆動とが同時であり、別々に制御することができず、自由度が小さいという課題点の他、ＤＣモータの使用によって磁力の吸引力と反発力の両方を用いているため、直線運動時には回転子の角度によってトルクが変化し、また、回転駆動中には軸方向のリップルが発生して回転が不安定となる課題点があることを指摘している。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-89937 and Japanese Utility Model Laid-Open No. 51-38614 disclose a stator in which rotational driving and linear driving are realized by a single actuator. In this configuration, the rotational drive and the linear drive are simultaneous, and cannot be controlled separately, and the degree of freedom is small. Therefore, it is pointed out that the torque changes depending on the angle of the rotor during linear motion, and there is a problem that the rotation becomes unstable due to the generation of axial ripple during rotational drive. .
特許文献１では、上記課題点に対して、リラクタンスモータに、回転子に軸方向の一方に向かう外力を加える外力発生手段を付加する構成とすることによって、１つの回転子と１つの固定子により、回転子の回転トルクと、回転子の軸トルクを得る構成を示している。 In patent document 1, with respect to the said subject, by setting it as the structure which adds the external force generation | occurrence | production means which applies the external force which goes to one direction of an axial direction to a rotor to a reluctance motor, by one rotor and one stator. 3 shows a configuration for obtaining the rotational torque of the rotor and the axial torque of the rotor.
図１７は、この２自由度アクチュエータの概略構成を説明するための図である。図１７において、アクチュエータは、１つの固定子１１０と１つの回転子１２０を備え、この回転子１２０は回転軸１３０に取り付けられ、ベアリングによって直線移動自在に回転支持されている。この回転軸１３０の一端には、回転軸１３０に対して軸方向の一方に向かう外力を加える外力発生手段が設けられる。外力発生手段としては、例えば圧縮コイルバネ１４０の他に重力を用いることができる。 FIG. 17 is a diagram for explaining a schematic configuration of the two-degree-of-freedom actuator. In FIG. 17, the actuator includes one stator 110 and one rotor 120, and this rotor 120 is attached to a rotating shaft 130 and is rotatably supported by a bearing so as to be linearly movable. One end of the rotating shaft 130 is provided with an external force generating means for applying an external force directed in one axial direction to the rotating shaft 130. As the external force generating means, for example, gravity can be used in addition to the compression coil spring 140.
図１７（ａ）は非回転状態を示し、回転軸１３０は圧縮コイルバネ１４０によって軸方向の一方に向かう外力（図中の左方）を受けている。この状態において、固定子１１０が備える巻線に通電して起磁力を発生させると、図１７（ｂ）に示すように、回転子１２０は圧縮コイルバネ１４０の押力に抗して軸方向に移動する。 FIG. 17A shows a non-rotating state, and the rotating shaft 130 receives an external force (leftward in the drawing) directed in one axial direction by the compression coil spring 140. When a magnetomotive force is generated by energizing the windings provided in the stator 110 in this state, the rotor 120 moves in the axial direction against the pressing force of the compression coil spring 140 as shown in FIG. To do.
固定子１１０に大きな起磁力を発生させることにより、軸方向にずれた回転子は固定子に吸引されて軸方向に駆動される。これによって、回転子は回転することなく軸方向へ移動し、軸トルクを得ている。
上記した引用文献１では、回転子の磁気抵抗が極小もしくは極大となる磁極の方向に固定子の起磁力を発生させ、その起磁力の大きさによって軸方向の力のみを制御し、回転子の磁気抵抗が極小もしくは極大となる磁極の方向と、固定に発生する起磁力の方向の角度を変化させることにより、回転トルクのみを制御することが開示されている他に、回転子の磁気抵抗が極小もしくは極大となる磁極の方向と固定子の起磁力との間の位相と、起磁力を発生させる電流とを制御することで、回転トルクと軸方向の力を独立して制御することが開示されている。 In the above cited reference 1, the magnetomotive force of the stator is generated in the direction of the magnetic pole where the magnetic resistance of the rotor is minimized or maximized, and only the axial force is controlled by the magnitude of the magnetomotive force. It is disclosed that only the rotational torque is controlled by changing the angle between the direction of the magnetic pole where the magnetic resistance becomes minimum or maximum and the direction of the magnetomotive force generated in the fixed state. It is disclosed that the rotational torque and the axial force can be controlled independently by controlling the phase between the direction of the magnetic pole that is the minimum or maximum and the magnetomotive force of the stator and the current that generates the magnetomotive force. Has been.
この回転トルクと軸方向の力の独立制御に関し、図１９および段落００５６，００５７において、固定子の突起と回転子の突起の軸方向の重なり長さｌが一定である条件において、電流Ｉaと同時に位相αを変化させることで軸力のみを制御し、位相αのみを変えることで回転力を制御することが記載されている。 With regard to the independent control of the rotational torque and the axial force, in FIG. 19 and paragraphs 0056 and 0057, the current Ia and the current Ia are simultaneously measured under the condition that the axial overlap length l of the stator protrusion and the rotor protrusion is constant. It is described that only the axial force is controlled by changing the phase α, and the rotational force is controlled by changing only the phase α.
しかながら、この電流Ｉaと位相αの両方を制御するためには、電流Ｉaと位相αの両関係を表す特性を予め求めてマップとして用意しておく必要がある他、圧力センサによって検出した軸力を電流Ｉaでフィードバック制御し、かつ、トルクセンサによって検出した回転トルクを位相αでフィードバック制御する必要があるため、圧力センサや回転トルクセンサを要するという課題がある。 However, in order to control both the current Ia and the phase α, it is necessary to previously obtain a characteristic representing both the relationship between the current Ia and the phase α and prepare it as a map, and to detect the axis detected by the pressure sensor. There is a problem that a pressure sensor and a rotational torque sensor are required because it is necessary to feedback control the force with the current Ia and feedback control the rotational torque detected by the torque sensor with the phase α.
また、軸力を発生させるために回転子と固定子との軸方向の位置を常にずらせておく必要があるため、外力発生手段によって回転子に常に外力を付加しておく必要がある。この構成では、軸力を発生させることができる軸位置が外力発生手段によって制限され、任意の軸位置において、回転トルクと軸方向の力を独立して制御することは困難であるという問題がある。 Further, since it is necessary to always shift the axial positions of the rotor and the stator in order to generate the axial force, it is necessary to always apply the external force to the rotor by the external force generating means. In this configuration, the axial position where the axial force can be generated is limited by the external force generating means, and it is difficult to independently control the rotational torque and the axial force at an arbitrary axial position. .
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、圧力センサや回転トルクセンサを要することなく、回転駆動と直動駆動とを独立して制御することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned conventional problems and to independently control rotational driving and linear motion driving without requiring a pressure sensor or a rotational torque sensor.
また、任意の軸位置において、回転駆動と直動駆動とを独立して制御することを目的とする。 It is another object of the present invention to independently control rotational driving and linear driving at an arbitrary shaft position.
本発明の回転・直動２自由度モータは、固定子と、出力軸方向に移動可能に回転支持した回転子とを備えた回転・直動２自由度モータにおいて、回転トルクについては、固定子によって、回転子の回転方向へ起磁力を生成することによって発生させ、軸方向の直動推力については、固定子の磁極が形成する出力軸の軸方向の磁束密度分布を、回転子の起磁力と独立して制御する。なお、軸方向の直動推力は、出力軸のスラスト方向に発生する力でありスラスト力とも呼ばれる。以下では直動推力を用いて表す。 The rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention is a rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor including a stator and a rotor that is rotatably supported so as to be movable in the output shaft direction. Is generated by generating a magnetomotive force in the rotational direction of the rotor, and for the axially acting thrust, the magnetic flux density distribution in the axial direction of the output shaft formed by the magnetic poles of the stator is determined by the magnetomotive force of the rotor. And control independently. Note that the axial direct acting thrust is a force generated in the thrust direction of the output shaft, and is also called a thrust force. In the following, it is expressed using linear motion thrust.
特に、リラクタンストルクにより回転力を発生するスイッチトリラクタンスモータＳＲＭ（Switched Reluctance Motor）について、このＳＲＭに、固定子磁極の回転軸方向の磁束密度分布を制御する機能を持たせることによって、出力軸の回転と軸方向のストロークを両立する２自由度のモータ機構を構成するものである。 In particular, for a switched reluctance motor SRM (Switched Reluctance Motor) that generates a rotational force by a reluctance torque, the SRM has a function of controlling the magnetic flux density distribution in the rotation axis direction of the stator magnetic pole, thereby This constitutes a motor mechanism with two degrees of freedom that achieves both rotation and axial stroke.
出力軸の軸方向の磁束密度分布の制御は、回転子を回転駆動するための起磁力の発生と独立して行うことができる。また、制御は、圧力センサによる電流のフィードバックや、回転トルクセンサによる位相のフィードバックを要することなく行うことができる。 Control of the magnetic flux density distribution in the axial direction of the output shaft can be performed independently of generation of magnetomotive force for rotationally driving the rotor. Further, the control can be performed without requiring current feedback by the pressure sensor or phase feedback by the rotational torque sensor.
固定子は、出力軸の軸方向に配置される複数の固定子ユニットを有し、各固定子ユニットに供給する励磁電流をそれぞれ独立して制御することによって、回転子を回転駆動させるための起磁力の生成と、出力軸の軸方向の磁束密度分布の制御を独立して行う。 The stator has a plurality of stator units arranged in the axial direction of the output shaft, and controls the excitation current supplied to each stator unit independently to thereby start the rotor for rotation. Generation of magnetic force and control of magnetic flux density distribution in the axial direction of the output shaft are performed independently.
各固定子ユニットにおいて、回転子に付与する回転トルクは、各固定子ユニットに供給する励起電流の自乗と回転子角度位置に関するインダクタンス変化の積により定まる。また、回転子の回転トルクは、複数の固定子ユニットが生成する回転トルクの加算により得られる。したがって、回転子の回転トルクは、固定子ユニットに供給する励磁電流の電流値によって制御することができる。 In each stator unit, the rotational torque applied to the rotor is determined by the product of the square of the excitation current supplied to each stator unit and the inductance change with respect to the rotor angular position. Further, the rotational torque of the rotor is obtained by adding rotational torques generated by a plurality of stator units. Therefore, the rotational torque of the rotor can be controlled by the current value of the excitation current supplied to the stator unit.
また、複数の固定子ユニットによって回転子に付与する直動推力は、固定子ユニットに供給する励磁電流の自乗と回転子の軸方向位置に関する各固定子と回転子におけるインダクタンス変化の積により定まる。 Further, the linear motion thrust applied to the rotor by the plurality of stator units is determined by the product of the square of the excitation current supplied to the stator unit and the inductance change in each stator and rotor with respect to the axial position of the rotor.
また、回転子の直動推力は、複数の固定子ユニットが生成する直動推力の加算により得られる。したがって、回転子の直動推力は、各固定子ユニットの励磁電流の電流値によって制御することができる。この直動推力は、回転子の軸方向位置に依存しないため、任意の軸位置において、回転駆動と直動駆動とを独立して制御することができる。 Further, the linear motion thrust of the rotor is obtained by adding the linear motion thrusts generated by the plurality of stator units. Therefore, the linear motion thrust of the rotor can be controlled by the current value of the excitation current of each stator unit. Since this linear motion thrust does not depend on the axial position of the rotor, the rotational drive and the linear motion drive can be controlled independently at any axial position.
本発明の回転・直動２自由度モータが有する回転子および各固定子ユニットは、それぞれスイッチトリラクタンスモータを構成する。各スイッチトリラクタンスモータにおいて、各固定子ユニットは、回転子の回転角度位置によって変化する回転方向の磁気抵抗に応じて、供給する励磁電流をスイッチングで切り替えることによって、回転子を回転方向に回転させる起磁力を発生する。 The rotor and each stator unit included in the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention constitute a switched reluctance motor. In each switched reluctance motor, each stator unit rotates the rotor in the rotational direction by switching the excitation current to be supplied by switching in accordance with the magnetic resistance in the rotational direction that changes depending on the rotational angle position of the rotor. Generate magnetomotive force.
このとき、各固定子ユニットに供給する励磁電流の電流値によって回転トルクおよび直動推力が制御される。 At this time, the rotational torque and the linear motion thrust are controlled by the current value of the excitation current supplied to each stator unit.
また、スイッチトリラクタンスモータを構成する回転子は回転方向に異なる磁気抵抗を有し、この回転方向に異なる磁気抵抗は、回転方向に所定角度間隔で軸方向と直交する方向に突出した複数の突起部によって構成することができる。 Further, the rotor constituting the switched reluctance motor has different magnetic resistances in the rotation direction, and the different magnetic resistances in the rotation direction are a plurality of protrusions protruding in the direction orthogonal to the axial direction at predetermined angular intervals in the rotation direction. It can be constituted by a part.
また、各固定子ユニットに供給する励磁電流を制御するコントローラを備える。このコントローラは、各固定子ユニットに供給する励磁電流の相を同相で切り替え、各固定子ユニットに供給する励磁電流の電流値をそれぞれ独立して制御する。 In addition, a controller for controlling the excitation current supplied to each stator unit is provided. This controller switches the phase of the excitation current supplied to each stator unit in the same phase, and independently controls the current value of the excitation current supplied to each stator unit.
各固定子ユニットに供給する励磁電流の相を同相で切り替えることによって、各固定子ユニットによる回転トルクの干渉を避け、励磁電流を効率よく用いて回転トルクを生成することができる。 By switching the phase of the excitation current supplied to each stator unit in the same phase, it is possible to avoid the interference of the rotation torque by each stator unit, and to generate the rotation torque using the excitation current efficiently.
また、各固定子ユニットに供給する励磁電流の電流値をそれぞれ独立して制御することで、任意の軸位置において、所望とする直動推力を生成することができる。 Further, by controlling the current value of the excitation current supplied to each stator unit independently, a desired linear motion thrust can be generated at any axial position.
また、本発明の回転・直動２自由度モータは、複数の固定子ユニットの内から隣接する２つの固定子ユニットを選択し、この２つの固定子ユニットに励磁電流を供給することにより、回転子はこの選択された固定子ユニットの近傍に吸引され、出力軸はこの固定子ユニットの位置付近において、回転トルクおよび直動推力の生成が行われる。 In addition, the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention rotates by selecting two adjacent stator units from among a plurality of stator units and supplying an excitation current to the two stator units. The child is sucked in the vicinity of the selected stator unit, and the output shaft generates rotational torque and linear motion thrust in the vicinity of the position of the stator unit.
コントローラは、複数の固定子ユニットの内から隣接する２つの固定子ユニットを選択し、この固定子ユニットの選択により出力軸の軸方向の位置を制御する。 The controller selects two adjacent stator units from among the plurality of stator units, and controls the position of the output shaft in the axial direction by selecting the stator units.
以上説明したように、本発明によれば、圧力センサや回転トルクセンサを要することなく、回転駆動と直動駆動とを独立して制御することができる。 As described above, according to the present invention, the rotational drive and the direct drive can be controlled independently without requiring a pressure sensor or a rotational torque sensor.
また、任意の軸位置において、回転駆動と直動駆動とを独立して制御することができる。 In addition, rotation driving and linear driving can be controlled independently at an arbitrary shaft position.
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１，図２，図３は、本発明の回転・直動２自由度モータの概略を説明するための概略図である。 1, 2 and 3 are schematic diagrams for explaining the outline of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention.
図１は、本発明の回転・直動２自由度モータの構成の概略を示している。なお、以下では、回転・直動２自由度モータを構成するモータ構成として、リラクタンストルクにより回転力を発生するスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ：Switched Reluctance Motor）を例として説明する。図１（ａ）は回転・直動２自由度モータの軸方向の断面を示し、図１（ｂ）は回転・直動２自由度モータの軸方向と直交する方向の断面を示している。 FIG. 1 schematically shows the configuration of a rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention. In the following description, a switched reluctance motor (SRM) that generates a rotational force by reluctance torque will be described as an example of a motor configuration that constitutes a rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor. FIG. 1A shows a cross section in the axial direction of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor, and FIG. 1B shows a cross-section in a direction orthogonal to the axial direction of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor.
なお、この回転・直動２自由度モータの試作機の外観を後述する図１０に示し、その諸元を表１に示す。 The appearance of this rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor prototype is shown in FIG. 10 to be described later, and its specifications are shown in Table 1.
本発明の回転・直動２自由度モータ１は、固定子１０と出力軸３０に取り付けられた回転子２０を備える。固定子１０は、２つの固定子ユニット１１，１２を出力軸３０の軸方向に沿って直列に並べて構成され、この固定子ユニット１１，１２中に突極を有する１つの回転子２０が配置される。出力軸３０の両端は、回転・直動の両運動に対応するロータリー・リニアブシュ形軸受３１によって回転および直動自在に支持されている。 The rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor 1 of the present invention includes a stator 10 and a rotor 20 attached to an output shaft 30. The stator 10 is configured by arranging two stator units 11 and 12 in series along the axial direction of the output shaft 30, and a single rotor 20 having salient poles is disposed in the stator units 11 and 12. The Both ends of the output shaft 30 are supported by a rotary / linear bushing bearing 31 corresponding to both rotational and linear motions so as to be rotatable and linearly movable.
２つの固定子ユニット１１，１２は、それぞれ回転子２０と共にスイッチトリラクタンスモータを構成する。したがって、２つの第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２を有するモータ構成は、回転子を共有する２つの直列配列されたスイッチトリラクタンスモータと見なすこともできる。 The two stator units 11 and 12 together with the rotor 20 constitute a switched reluctance motor. Therefore, the motor configuration having the two first stator units 11 and the second stator unit 12 can also be regarded as two serially arranged switched reluctance motors sharing a rotor.
第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２は、それぞれ巻線１１ａ，１２ａを備える。第１固定子ユニット１１の巻線１１ａと、第２固定子ユニット１２の巻線１２ａには、それぞれ独立して励磁電流が供給される。図１（ｂ）は、固定子ユニット（１１、１２）および回転子２０を軸方向から見た断面を示し、６個の固定子突極を有する３相の固定子ユニット１２と、４個の回転子突極を有する回転子２０の例を示している。固定子ユニットは各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）についてそれぞれ２個の固定子突極を互いに１８０度の位相差を有して対向して備える。 The first stator unit 11 and the second stator unit 12 include windings 11a and 12a, respectively. Excitation current is independently supplied to the winding 11a of the first stator unit 11 and the winding 12a of the second stator unit 12. FIG. 1B shows a cross section of the stator unit (11, 12) and the rotor 20 as viewed from the axial direction, and includes a three-phase stator unit 12 having six stator salient poles, and four The example of the rotor 20 which has a rotor salient pole is shown. The stator unit includes two stator salient poles facing each other with a phase difference of 180 degrees for each phase (A phase, B phase, C phase).
第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２において、巻線１１ａ，１２ａに励磁電流をそれぞれを独立して供給して励磁することにより、リラクタンストルクによる回転トルクと同時に軸方向の推力（直動推力）が発生し、直動運動が生じる。 In the first stator unit 11 and the second stator unit 12, the exciting current (direct current) is simultaneously generated simultaneously with the rotational torque by the reluctance torque by independently exciting the windings 11 a and 12 a with excitation currents. Dynamic thrust) is generated and linear motion is generated.
この軸方向の推力は、第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２が互いに回転子を引き込む力（吸引力）の差として生じる。回転子２０が第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２の中間に位置し、各励磁電流が共に等しい場合には吸引力が平衡して推力は生じない。本発明の回転・直動２自由度モータ１による軸方向の推力については後述する。 This axial thrust is generated as a difference in force (suction force) between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 pulling the rotor together. When the rotor 20 is positioned between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 and the respective excitation currents are equal, the attractive force is balanced and no thrust is generated. The axial thrust by the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor 1 of the present invention will be described later.
本発明の回転・直動２自由度モータ１の回転駆動は、通常のスイッチトリラクタンスモータと同様とすることができる。以下、図２を用いて、本発明の回転・直動２自由度モータ１の回転駆動について説明する。 The rotational drive of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor 1 of the present invention can be the same as that of a normal switched reluctance motor. Hereinafter, the rotational drive of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
スイッチトリラクタンスモータは、回転子と固定子の磁気的な突極性によって発生するリラクタンス（磁気抵抗）トルクを利用したリラクタンスモータの一種で，永久磁石を使用せず、頑強な構造で、トルク／イナーシャ比が大きいなどの特徴を持つことが知られている。 A switched reluctance motor is a type of reluctance motor that uses the reluctance (magnetic resistance) torque generated by the magnetic saliency of the rotor and stator, and does not use permanent magnets and has a robust structure and torque / inertia. It is known to have characteristics such as a large ratio.
図２は、代表的な三相のスイッチトリラクタンスモータの軸断面形状を示している。ここでは、６個の固定子突極を有する固定子１０と、４個の回転子突極を有する回転子２０の例を示している。固定子１０には、Ａ相，Ｂ相，およびＣ相の３相について、それぞれ２個の固定子突極が対向して設けられている。また、回転子２０には、９０度毎に４つの突起部分からなる回転子突極が設けられ、この回転子突極によって回転方向の異なる磁気抵抗を形成している。 FIG. 2 shows an axial cross-sectional shape of a typical three-phase switched reluctance motor. Here, an example of a stator 10 having six stator salient poles and a rotor 20 having four rotor salient poles is shown. The stator 10 is provided with two stator salient poles facing each other for the three phases of A phase, B phase, and C phase. Further, the rotor 20 is provided with a rotor salient pole composed of four protrusions every 90 degrees, and the rotor salient pole forms a magnetic resistance having a different rotational direction.
固定子突極と回転子突極とにより形成される磁路において、回転子突極を通って形成される磁路の磁極抵抗は、回転子突極のない部分と空気の部分とを通って形成される磁路の磁気抵抗よりも小さいため、回転子２０は回転方向に９０度周期の磁気抵抗分布が形成されることになる。 In the magnetic path formed by the stator salient pole and the rotor salient pole, the magnetic pole resistance of the magnetic path formed through the rotor salient pole passes through the part without the rotor salient pole and the air part. Since it is smaller than the magnetic resistance of the magnetic path to be formed, the rotor 20 forms a magnetoresistance distribution with a period of 90 degrees in the rotation direction.
このスイッチトリラクタンスモータを駆動する駆動電気回路は、固定子の各相に巻回された巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）と電源との間を切り替えるスイッチ（ＳＷ−ＡＨ、ＳＷ−ＢＨ、ＳＷ−ＣＨ、ＳＷ−ＡＬ、ＳＷ−ＢＬ、ＳＷ−ＣＬ）によって構成される。 A drive electric circuit for driving the switched reluctance motor includes a switch (a phase winding, a B phase winding, a C phase winding) wound around each phase of the stator and a switch for switching between power sources ( SW-AH, SW-BH, SW-CH, SW-AL, SW-BL, SW-CL).
回転子２０を挟んで対向する固定子突極Ａ，Ｂ，Ｃに集中巻きされた各巻線（Ａ相巻線、Ｂ相巻線、Ｃ相巻線）に対して、ハイサイド側にスイッチ（ＳＷ−ＡＨ、ＳＷ−ＢＨ、ＳＷ−ＣＨ）が配置され、ローサイド側にスイッチ（ＳＷ−ＡＬ、ＳＷ−ＢＬ、ＳＷ−ＣＬ）が配置され、ハーフブリッジ回路を構成している。各スイッチは、例えばＦＥＴ等のスイッチング素子によりモノポーラ駆動するものを用いることができる。 For each winding (A phase winding, B phase winding, C phase winding) concentratedly wound around the stator salient poles A, B, C facing each other across the rotor 20, a switch ( SW-AH, SW-BH, and SW-CH) are arranged, and switches (SW-AL, SW-BL, and SW-CL) are arranged on the low side to constitute a half-bridge circuit. As each switch, a switch that is monopolar driven by a switching element such as an FET can be used.
図２は、Ａ相の巻線を励磁する場合を示している。このＡ相励磁では、ハイサイド側のスイッチＳＷ−ＡＨとローサイド側のスイッチＳＷ−ＡＬを閉状態とし、Ａ相の巻線に励磁電流を供給する。このＡ相巻線に励磁電流を供給することにより、Ａ相突極で形成された磁束は、対向する回転子突極を通過して磁路が形成される。Ａ相突極と回転子のｘ突極が対向する向き（磁気抵抗を最小とする方向）にリラクタンストルクが生じて回転子が回転する。 FIG. 2 shows a case where the A-phase winding is excited. In this A-phase excitation, the high-side switch SW-AH and the low-side switch SW-AL are closed, and an excitation current is supplied to the A-phase winding. By supplying an exciting current to the A-phase winding, the magnetic flux formed by the A-phase salient pole passes through the opposing rotor salient pole to form a magnetic path. A reluctance torque is generated in the direction in which the A-phase salient pole and the x salient pole of the rotor face each other (the direction in which the magnetic resistance is minimized), and the rotor rotates.
以後，回転子位置を検出しながら、適正な回転子位置でスイッチ（ＳＷ−ＡＨ、ＳＷ−ＢＨ、ＳＷ−ＣＨ、ＳＷ−ＡＬ、ＳＷ−ＢＬ、ＳＷ−ＣＬ）を切り換えて励磁相を切り換えることにより、連続的な回転が維持される。 Thereafter, while detecting the rotor position, switch the switch (SW-AH, SW-BH, SW-CH, SW-AL, SW-BL, SW-CL) at the appropriate rotor position to switch the excitation phase. Thus, continuous rotation is maintained.
このとき、励磁電流ないし電圧を制御することにより、回転速度やトルクの制御を行うことができる。 At this time, the rotational speed and torque can be controlled by controlling the excitation current or voltage.
回転トルクは、トルクの発生に寄与しない漏れ磁束を無視すれば、一相における励磁電流ｉと発生トルクＴの関係は次式（１）で表される。
ここで、∂L/∂θは回転子角度位置θに関するインダクタンス変化であり、∂L/∂θ＞０の領域で通電することにより駆動トルクが発生する。なお、∂L/∂θ＞０の領域は、固定子および回転子の両突極が非対向から対向に向かう領域である。 Here, ∂L / ∂θ is an inductance change with respect to the rotor angular position θ, and a drive torque is generated by energizing in a region where ∂L / ∂θ> 0. Note that the region where ∂L / ∂θ> 0 is a region where the salient poles of the stator and the rotor go from non-opposing to facing each other.
なお、スイッチトリラクタンスモータのトルク発生の原理は、可変リラクタンス形ステッピングモータと同じあるが、ステッピングモータは主として位置決めを目的に設計されるのに対して、スイッチトリラクタンスモータは高速回転を志向して設計されるものである。また、スイッチトリラクタンスモータは、回転子の角度情報が必要であるため、例えばロータリーエンコーダ等の位置センサによって回転子の回転位置に関する情報を取得する。本発明の実施例では、回転子の突極を光電センサで検出することによって回転子の回転位置に関する情報を取得する。この構成については後述する。 The principle of torque generation of a switched reluctance motor is the same as that of a variable reluctance type stepping motor. However, a stepping motor is mainly designed for positioning, whereas a switched reluctance motor is intended for high-speed rotation. It is designed. Moreover, since the switched reluctance motor needs the angle information of the rotor, for example, information on the rotational position of the rotor is acquired by a position sensor such as a rotary encoder. In the embodiment of the present invention, information on the rotational position of the rotor is acquired by detecting the salient pole of the rotor with a photoelectric sensor. This configuration will be described later.
次に、本発明の回転・直動２自由度モータの回転トルク、および直動推力について説明する。 Next, the rotational torque and the linear motion thrust of the rotational / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention will be described.
はじめに、回転トルクについて説明する。上記したスイッチトリラクタンスモータの構成によれば、回転トルクは、各固定子ユニットが発生する回転トルクの和となる。例えば、固定子１０が第１固定ユニット１１と第２固定子ユニット１２を含む構成の場合には、回転・直動２自由度モータの回転トルクは、第１固定ユニット１１が発生する回転トルクＴ１と、第２固定ユニット１２が発生する回転トルクＴ２との和（Ｔ１＋Ｔ２）となる。なお、各固定子ユニットの回転トルクＴ１、Ｔ２は上記式（１）で表され、各固定子ユニットに供給される励磁電流ｉと、その固定子ユニットに対する回転子角度位置θに関するインダクタンス変化∂L/∂θに依存する。 First, the rotational torque will be described. According to the configuration of the switched reluctance motor described above, the rotational torque is the sum of the rotational torque generated by each stator unit. For example, when the stator 10 includes the first fixed unit 11 and the second stator unit 12, the rotational torque of the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor is the rotational torque T1 generated by the first fixed unit 11. And the rotational torque T2 generated by the second fixed unit 12 (T1 + T2). The rotational torques T1 and T2 of each stator unit are expressed by the above formula (1), and an inductance change ∂L related to the excitation current i supplied to each stator unit and the rotor angular position θ with respect to the stator unit. Depends on / ∂θ.
次に、直動推力について説明する。 Next, the linear motion thrust will be described.
図１において、第１固定子ユニット１１及び第２固定子ユニット１２の中間を原点として、第１固定子ユニット１１と回転子２０の重なりが増加する方向にｘをとる。なお、この場合には、ｘは第２固定子ユニット１２と回転子２０の重なりが減少する方向となる。ここで、直動推力の発生に寄与しない漏れ磁束を無視すれば、回転子２０の軸方向位置に関わりなく直動推力Ｆは次式（２）で表される。
ここで、ｉ1，ｉ2はそれぞれ第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２の励磁電流であり、∂L1/∂x，∂L2/∂xは回転子２０の軸方向位置ｘに関する第１固定子ユニット１１−回転子２０の系および第２固定子ユニット１２−回転子２０系のインダクタンス変化である。第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２は同形状でｘの変化方向が逆であるから、∂L1/∂x，∂L2/∂xの符号の正負は互いに逆となる。 Here, i 1 and i 2 are excitation currents of the first stator unit 11 and the second stator unit 12 respectively, and ∂L 1 / ∂x and ∂L 2 / ∂x are axial positions of the rotor 20. It is the inductance change of the 1st stator unit 11-rotor 20 system and the 2nd stator unit 12-rotor 20 system regarding x. Since the first stator unit 11 and the second stator unit 12 have the same shape and the change direction of x is opposite, the signs of ∂L 1 / ∂x and ∂L 2 / ∂x are opposite to each other.
回転子２０が第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２のほぼ中間（図１においてｘ≒０）にある場合は、以下の式（３）で表される関係がある。
このとき、直動推力Ｆは以下の式（４）で表される。
したがって、第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２に供給する励磁電流ｉ1，ｉ2の電流値を制御することにより直動推力Ｆを制御することができる。 Therefore, the direct acting thrust F can be controlled by controlling the current values of the exciting currents i 1 and i 2 supplied to the first stator unit 11 and the second stator unit 12.
一方、回転子２０が第１固定子ユニット１１あるいは第２固定子ユニット１２のどちらかに寄っている場合は、磁気回路を構成する磁性体の磁気飽和現象及び磁化特性の非線形性により、上記式（３），（４）は適用できないが、発生する直動推力Ｆは式（２）で求めることができる。 On the other hand, when the rotor 20 is close to either the first stator unit 11 or the second stator unit 12, the above equation is obtained due to the magnetic saturation phenomenon and the non-linearity of the magnetization characteristics of the magnetic body constituting the magnetic circuit. Although (3) and (4) are not applicable, the generated linear motion thrust F can be obtained by equation (2).
図３は、有限要素法による静磁界解析により算出した、直動推力の計算結果の一例を示している。なお，静磁界解析においては、磁性体の非線形磁化特性を考慮し、回転子はモデルを簡単に扱うため円筒で近似している。また、計算条件として、固定子１１の励磁電流を１２Ａ、固定子１２を６Ａとした場合（図中の■で示す）と、固定子１１と固定１２共に１２Ａとした場合（図中の◆で示す）を示している。 FIG. 3 shows an example of the calculation result of the linear motion thrust calculated by the static magnetic field analysis by the finite element method. In the static magnetic field analysis, the rotor is approximated by a cylinder in order to easily handle the model in consideration of the nonlinear magnetization characteristics of the magnetic material. In addition, as calculation conditions, when the excitation current of the stator 11 is 12A and the stator 12 is 6A (indicated by ■ in the figure), and when both the stator 11 and the fixed 12 are 12A (indicated by ◆ in the figure) Show).
両固定子の励磁電流の電流値が等しい場合は、回転子が第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２との中間位置（ｘの原点位置）において、直動推力Ｆは０となり、推力は発生しない。一方、励磁電流に差がある場合は、回転子が第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２との中間位置（ｘの原点位置）においても、直動推力Ｆが発生する。この計算例では、およそ１５Ｎであることが確認された。 When the current values of the exciting currents of both the stators are equal, the direct acting thrust F is 0 at the intermediate position between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 (the origin position of x). No thrust is generated. On the other hand, when there is a difference in the excitation current, a linear motion thrust F is generated even when the rotor is at an intermediate position between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 (the origin position of x). In this calculation example, it was confirmed to be approximately 15N.
また、回転子２０が一方の固定子に寄った位置にある場合は、両固定子の励磁電流が等しい場合においても直動推力Ｆが発生する。この計算例では、およそ４５Ｎであることが確認された。これは、回転子と一方の固定子の重なりが大きくなるにつれてその固定子の吸引力が支配的になり、反対側の固定子は回転子との重なりが減少し、磁気飽和が生じて吸引力への寄与が小さくなったためと考えられる。 Further, when the rotor 20 is at a position close to one of the stators, the linear motion thrust F is generated even when the excitation currents of the two stators are equal. In this calculation example, it was confirmed to be approximately 45N. This is because as the overlap between the rotor and one stator increases, the attractive force of the stator becomes dominant, and the opposite stator decreases the overlap with the rotor, causing magnetic saturation and attracting force. This is thought to be due to the smaller contribution to
次に、本発明の回転・直動２自由度モータを駆動する電気回路の構成について図４を用いて説明する。 Next, the configuration of an electric circuit for driving the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention will be described with reference to FIG.
図４は、スイッチトリラクタンスモータを用いた回転・直動２自由度モータのコントローラのブロック図を示している。 FIG. 4 shows a block diagram of a controller of a rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor using a switched reluctance motor.
コントローラ５０は、ＰＩＣ１（５１）とＰＩＣ２（５２）の２つのＰＩＣマイコンを搭載する。ＰＩＣ１（５１）はＰＷＭ信号を出力するＰＷＭコントローラであり、ＰＩＣ２（５２）は相切り換えを行う相切換信号を出力するスイッチングコントローラである。 The controller 50 includes two PIC microcomputers, PIC1 (51) and PIC2 (52). PIC1 (51) is a PWM controller that outputs a PWM signal, and PIC2 (52) is a switching controller that outputs a phase switching signal for performing phase switching.
ＰＩＣ１（５１）は、第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２に供給する励磁電流を制御する電流制御用のＰＷＭモジュールを２つ内蔵し、設定回転数、直動位置、巻線に流れるコイル電流、回転子の回転位置のデータ等を入力して第１ 固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２に供給する励磁電流を算出し、各固定子に対するＰＷＭ出力をロジック回路５３に出力する。 PIC1 (51) has two built-in PWM modules for current control that control the excitation current supplied to the first stator unit 11 and the second stator unit 12, and the set rotational speed, linear motion position, and winding The exciting current supplied to the first stator unit 11 and the second stator unit 12 is calculated by inputting the flowing coil current, the rotational position data of the rotor, etc., and the PWM output for each stator is output to the logic circuit 53. To do.
また、ＰＩＣ２（５２）は、後述する光電スイッチから回転子位置に係わる検出出力を取り込み、固定子中の何れの相を励磁するかを決定し、相切り換えの切り換え信号をロジック回路５３に出力する。 The PIC2 (52) takes in a detection output related to the rotor position from a photoelectric switch described later, determines which phase in the stator is excited, and outputs a phase switching switching signal to the logic circuit 53. .
図２に示す３相（６固定子突極、４回転子突極）による回転・直動２自由度のスイッチトリラクタンスモータを駆動するためには、各固定子ユニット１１，１２に対してそれぞれ、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３組の相電流を供給するため、計６組の相電流を制御する必要がある。この相電流の制御において、スイッチトリラクタンスモータの駆動原理上から、一つの固定子内では相電流は２相同時に流れることはない。そこで、各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の励磁信号は、ＰＩＣ１（５１）から出力される各相のＰＷＭ信号と、ＰＩＣ２（５２）から出力される相切換え信号をロジック回路５３で合成することで生成する。 In order to drive a switched reluctance motor having two degrees of freedom of rotation / linear motion by three phases (six stator salient poles, four rotor salient poles) shown in FIG. In order to supply three sets of phase currents of A phase, B phase, and C phase, it is necessary to control a total of six sets of phase currents. In this phase current control, due to the driving principle of the switched reluctance motor, the phase current does not flow in two phases simultaneously in one stator. Therefore, the excitation signal of each phase (A phase, B phase, C phase) is obtained by the logic circuit 53 using the PWM signal of each phase output from the PIC1 (51) and the phase switching signal output from the PIC2 (52). Generate by combining.
この構成例では、ロジック回路５３は、ＰＩＣ１（５１）から２つの固定子に対応する２つのＰＷＭ信号と、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の３相に対応する３つの相切換え信号とを入力して、スイッチングパルス信号を生成し、モータドライバ６０に出力する。モータドライバ６０は、ロジック回路５３から入力したスイッチングパルス信号に基づいて、各固定子の巻線に供給する６組の励磁電流を生成する。 In this configuration example, the logic circuit 53 inputs two PWM signals corresponding to two stators and three phase switching signals corresponding to three phases of A phase, B phase, and C phase from PIC1 (51). Then, a switching pulse signal is generated and output to the motor driver 60. The motor driver 60 generates six sets of excitation currents to be supplied to the stator windings based on the switching pulse signal input from the logic circuit 53.
ＰＷＭコントローラ（ＰＩＣ１（５１））は、各相の電流を厳密にＰＷＭ制御するために、巻線に流れる実際の相電流を検出する必要があり、この相電流の検出のために電流センサが６個必要となる。しかしながら、スイッチトリラクタンスモータの駆動原理により、１つの固定子ユニット内の１相の相電流は、その固定子に供給する電流で代表することができる。そこで、本発明の構成例による駆動電気回路では、第１固定子ユニット１１，第２固定子ユニット１２のそれぞれ三相に分岐する前に、固定子への供給電流を検出する２個の電流センサを設置することで構成することができる。 The PWM controller (PIC1 (51)) needs to detect the actual phase current flowing in the winding in order to strictly control the current of each phase, and the current sensor is used to detect this phase current. Required. However, according to the driving principle of the switched reluctance motor, the phase current of one phase in one stator unit can be represented by the current supplied to the stator. Therefore, in the drive electric circuit according to the configuration example of the present invention, two current sensors for detecting the supply current to the stator before branching into the three phases of the first stator unit 11 and the second stator unit 12 respectively. Can be configured.
次に、回転・直動２自由度モータのコントローラが備えるロジック回路の一構成例について図５のブロック図および図６，７の信号図を用いて説明する。なお、図６は回転子を回転駆動および直動駆動させる場合の信号図であり、図７は回転子を回転駆動させずに直動駆動のみさせる場合の信号図である。 Next, a configuration example of a logic circuit provided in the controller of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor will be described with reference to the block diagram of FIG. 5 and the signal diagrams of FIGS. FIG. 6 is a signal diagram when the rotor is rotationally driven and linearly driven, and FIG. 7 is a signal diagram when the rotor is only linearly driven without being rotationally driven.
図５に示すブロック図の例は、ＰＩＣ１（５１）のＰＷＭコントローラは２つの固定子に対して各相のＰＷＭ信号を出力し、ＰＩＣ２（５２）のスイッチングコントローラは３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の相切換え信号を出力し、２つの固定子ユニット１１、１２に励磁電流を出力するためのスイッチングパルス信号を生成する例を示している。 In the example of the block diagram shown in FIG. 5, the PWM controller of PIC1 (51) outputs the PWM signal of each phase to two stators, and the switching controller of PIC2 (52) has three phases (A phase and B phase). , C phase) and a switching pulse signal for outputting excitation current to the two stator units 11 and 12 are shown.
ロジック回路５３は、第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２に対するスイッチングパルス信号を生成するために、それぞれ３つのＮＯＲゲートからなる論理回路を備える。各ＮＯＲゲートには、ＰＩＣ１のＰＷＭコントローラ５１からＰＷＭ１あるいはＰＷＭ２の信号が入力されると共に、ＰＩＣ２（５２）のスイッチングコントローラ５２から３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の相切換え信号が入力され、各相に対して所定のＰＷＭ信号が生成される。 The logic circuit 53 includes logic circuits each including three NOR gates in order to generate switching pulse signals for the first stator unit 11 and the second stator unit 12. Each NOR gate receives a PWM1 or PWM2 signal from the PWM controller 51 of the PIC1, and a phase switching signal of three phases (A phase, B phase, C phase) from the switching controller 52 of the PIC2 (52). A predetermined PWM signal is generated for each phase.
図６の信号図は、回転子を回転駆動および直動駆動させる場合の例を示している。ＰＷＭコントローラ５１のＰＷＭ１、ＰＷＭ２（図６（ａ）、（ｂ））はＮＯＴゲートで反転され（図６（ｃ）、（ｄ））、各ＮＯＲゲートの一方の入力端に入力される。ここで、ＰＷＭ１とＰＷＭ２のＰＷＭ信号は、回転速度に応じて定まる同じ周期信号であり、パルス信号のデューティー比は励起電流値に相当する。また、各ＮＯＲゲートの他方の入力端には、スイッチングコントローラ５２からＡ相、Ｂ相、Ｃ相（図６（ｅ）、（ｆ）、（ｇ））の相切換え信号が入力される。 The signal diagram of FIG. 6 shows an example in the case where the rotor is rotationally driven and linearly driven. PWM1 and PWM2 (FIGS. 6A and 6B) of the PWM controller 51 are inverted by a NOT gate (FIGS. 6C and 6D) and input to one input terminal of each NOR gate. Here, the PWM signals of PWM1 and PWM2 are the same periodic signal determined according to the rotation speed, and the duty ratio of the pulse signal corresponds to the excitation current value. In addition, phase switching signals of A phase, B phase, and C phase (FIGS. 6E, 6F, and 6G) are input from the switching controller 52 to the other input terminal of each NOR gate.
各ＮＯＲゲートは、第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２に対するスイッチングパルス信号を生成する。図６（ｈ）〜（ｊ）は、第１固定子ユニット１１のＡ相（１−Ａで示す）、Ｂ相（１−Ｂで示す）、Ｃ相（１−Ｃで示す）に対するスイッチングパルス信号を示し、図６（ｋ）〜（ｍ）は、第２固定子ユニット１２のＡ相（２−Ａで示す）、Ｂ相（２−Ｂで示す）、Ｃ相（２−Ｃで示す）に対するスイッチングパルス信号を示している。これによって、固定子ユニット１１ａおよび１１ｂでは、ＰＷＭ１、ＰＷＭ２のＰＷＭ信号の周期に基づいて回転駆動されると共に、ＰＷＭ信号の各デューティー比で定まる励起電流値に基づいて直動駆動される。 Each NOR gate generates a switching pulse signal for the first stator unit 11 and the second stator unit 12. FIGS. 6H to 6J show switching pulses for the A phase (indicated by 1-A), B phase (indicated by 1-B), and C phase (indicated by 1-C) of the first stator unit 11. FIG. 6 (k) to (m) show the A phase (indicated by 2-A), B phase (indicated by 2-B), and C phase (indicated by 2-C) of the second stator unit 12. ) Shows a switching pulse signal. As a result, the stator units 11a and 11b are rotationally driven based on the period of the PWM signals PWM1 and PWM2, and are linearly driven based on the excitation current value determined by each duty ratio of the PWM signal.
また、図７の信号図は、回転子を回転駆動させずに、直動駆動のみを行わせる場合の例を示している。ＰＷＭコントローラ５１のＰＷＭ１、ＰＷＭ２（図７（ａ）、（ｂ））はＮＯＴゲートで反転され（図７（ｃ）、（ｄ））、各ＮＯＲゲートの一方の入力端に入力される。ここで、ＰＷＭ１とＰＷＭ２のＰＷＭ信号のパルス信号のデューティー比は励起電流値に相当する。また、各ＮＯＲゲートの他方の入力端には、スイッチングコントローラ５２からＡ相、Ｂ相、Ｃ相（図６（ｅ）、（ｆ）、（ｇ））の相切換え信号が入力されるが、ここでは、全相を駆動する。 Further, the signal diagram of FIG. 7 shows an example in which only the direct drive is performed without rotating the rotor. PWM1 and PWM2 (FIGS. 7A and 7B) of the PWM controller 51 are inverted by a NOT gate (FIGS. 7C and 7D) and input to one input terminal of each NOR gate. Here, the duty ratio of the pulse signals of the PWM signals of PWM1 and PWM2 corresponds to the excitation current value. In addition, phase switching signals of A phase, B phase, and C phase (FIGS. 6E, 6F, and 6G) are input from the switching controller 52 to the other input terminal of each NOR gate. Here, all phases are driven.
各ＮＯＲゲートは、第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２に対するスイッチングパルス信号を生成するが、第１固定子ユニット１１のＡ相（１−Ａで示す）、Ｂ相（１−Ｂで示す）、Ｃ相（１−Ｃで示す）の各相にはスイッチングパルス信号が出力され（図７（ｈ）〜（ｊ））、また、第２固定子ユニット１２のＡ相（２−Ａで示す）、Ｂ相（２−Ｂで示す）、Ｃ相（２−Ｃで示す）の各相にもスイッチングパルス信号が出力される（図７（ｋ）〜（ｍ））。第１固定子ユニット１１および第２固定子ユニット１２では、各相に励磁電流が供給されるため回転駆動は行われず、ＰＷＭ信号の各デューティー比で定まる励起電流値に基づいて直動駆動のみが行われる。 Each NOR gate generates a switching pulse signal for the first stator unit 11 and the second stator unit 12, but the A phase (indicated by 1-A), B phase (1-B) of the first stator unit 11 And a switching pulse signal is output to each phase of C phase (indicated by 1-C) (FIGS. 7 (h) to (j)), and the A phase (2- A switching pulse signal is also output to each of the phases B (shown by A), B phase (shown by 2-B), and C phase (shown by 2-C) (FIGS. 7 (k) to (m)). The first stator unit 11 and the second stator unit 12 are not driven to rotate because excitation current is supplied to each phase, and only linear motion drive is performed based on the excitation current value determined by each duty ratio of the PWM signal. Done.
なお、図７では、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相の全相について励起電流を供給する例を示しているが、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相のいずれかの相について励起電流を供給することによっても、同様に、回転子を回転駆動させずに、直動駆動のみを行わせることができる。 FIG. 7 shows an example in which excitation current is supplied for all phases of A phase, B phase, and C phase. However, excitation current is supplied for any of A phase, B phase, and C phase. Similarly, it is possible to perform only the linear motion drive without rotating the rotor.
次に、回転・直動２自由度モータの制御系について図８のブロック図を用いて説明する。本発明の回転・直動２自由度モータは、相電流制御による回転トルク・直動推力の制御系となる。図８において、コントローラ５０は、回転・直動２自由度モータ２０が備える回転センサ４０から回転位置および回転速度の情報をフィードバックさせ、また、直動位置センサ７０から軸方向位置の情報をフィードバックさせ、さらに、電源８０から各固定子用モータドライバ６０ａ、６０ｂに供給する供給電流から励起電流に相当する検出電流を検出してフィードバックさせ、生成した励起電流指令（ｉ1ref、ｉ2ref ）を各固定子用モータドライバ６０ａ、６０ｂに出力することによって、回転速度・直動位置制御系を構成している。なお、ここでは、直動位置制御にはPID制御を用いている。 Next, the control system of the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor will be described with reference to the block diagram of FIG. The rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention is a control system for rotational torque / linear motion thrust by phase current control. In FIG. 8, the controller 50 feeds back rotational position and rotational speed information from the rotation sensor 40 included in the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor 20, and feeds back axial position information from the linear motion position sensor 70. Further, the detected current corresponding to the excitation current is detected from the supply current supplied from the power supply 80 to each of the stator motor drivers 60a and 60b and fed back, and the generated excitation current commands (i 1ref and i 2ref ) are fixed. By outputting to the child motor drivers 60a and 60b, a rotational speed / linear motion position control system is configured. Here, PID control is used for linear motion position control.
回転センサ４０は、例えば、回転子２０の突極を検出する光電センサを用いることができ、光電センサの出力の切換え周波数から回転子の回転速度を検出することができ、また、光電センサの出力の位相から回転子の回転位置を検出することができる。 As the rotation sensor 40, for example, a photoelectric sensor that detects the salient pole of the rotor 20 can be used, the rotation speed of the rotor can be detected from the switching frequency of the output of the photoelectric sensor, and the output of the photoelectric sensor The rotational position of the rotor can be detected from the phase.
また、直動位置センサ７０は、外付けの変位センサを用いることができ、軸方向位置を検出する。 The linear motion position sensor 70 can use an external displacement sensor, and detects an axial position.
図９は、本発明の回転・直動２自由度モータに適用する光電センサの一構成例を説明するための図である。 FIG. 9 is a diagram for explaining a configuration example of a photoelectric sensor applied to the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention.
回転・直動２自由度モータの回転方向の制御において、スイッチトリラクタンスモータのトルク発生原理に基づいて適切に励磁相を切り換えるためには、回転子の角度位置を検出することが必要である。しかしながら、回転・直動２自由度スイッチトリラクタンスモータは、回転運動と同時に軸方向の直動運動も行うため、ロータリーエンコーダを出力軸に接続することは困難である。 In the control of the rotation direction of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor, it is necessary to detect the angular position of the rotor in order to switch the excitation phase appropriately based on the torque generation principle of the switched reluctance motor. However, since the rotary / linear motion two-degree-of-freedom switched reluctance motor also performs the linear motion in the axial direction simultaneously with the rotational motion, it is difficult to connect the rotary encoder to the output shaft.
そこで、本発明の回転・直動２自由度スイッチトリラクタンスモータでは、直動運動下においても回転子の一部は常に第１固定子ユニット１１と第２固定子ユニット１２の間あることに着目し、回転子２０の突極の有無を発光器・受光器一体型の光電スイッチで直接検出する構成としている。 Therefore, in the rotary / linear motion two-degree-of-freedom switched reluctance motor of the present invention, attention is paid to the fact that a part of the rotor is always between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 even under the linear motion. The presence or absence of salient poles of the rotor 20 is directly detected by a photoelectric switch integrated with a light emitter / receiver.
図９は光電センサ４１と回転子２０の突極との位置関係を示している。光電センサ４１は３０度間隔でセンサ支持部４２に取り付けられている。センサ支持部４２は第１固定子ユニット１１と第２の固定子ユニット１２の間に設置されて円周方向にスライド自在であり、固定子の突極と光電センサ４１の相対角度位置を微調整できるようになっている。光電センサ４１は発光部と受光部（共に図示していない）とを備え、光電センサ４１の直下に回転子突極がある場合のみ、発光部からの発光が突極の円周表面で反射した反射光を、受光部で検出する。３個の光電センサ４１ａ〜４１ｃの出力信号の組み合わせにより３ビットの角度情報を得る。この角度情報では、高分解能の回転子角度位置検出は行えないが、各相の励磁の開始及び終了の判別には十分な角度位置情報を得ることができる。また、回転子の断面形状は軸方向に不変であるため、回転子の軸方向位置の影響を受けない。 FIG. 9 shows the positional relationship between the photoelectric sensor 41 and the salient poles of the rotor 20. The photoelectric sensor 41 is attached to the sensor support part 42 at intervals of 30 degrees. The sensor support 42 is installed between the first stator unit 11 and the second stator unit 12 and is slidable in the circumferential direction, and finely adjusts the relative angular position of the stator salient pole and the photoelectric sensor 41. It can be done. The photoelectric sensor 41 includes a light emitting portion and a light receiving portion (both not shown), and light emitted from the light emitting portion is reflected by the circumferential surface of the salient pole only when there is a rotor salient pole immediately below the photoelectric sensor 41. The reflected light is detected by the light receiving unit. 3-bit angle information is obtained by combining the output signals of the three photoelectric sensors 41a to 41c. With this angle information, high-resolution rotor angular position detection cannot be performed, but sufficient angular position information can be obtained for determining the start and end of excitation of each phase. Moreover, since the cross-sectional shape of the rotor is not changed in the axial direction, it is not affected by the axial position of the rotor.
以下、本発明の回転・直動２自由度モータの実施例について説明する。 Embodiments of the rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention will be described below.
図１０は、本発明の回転・直動２自由度モータの試作機の外観を示し、この諸元を表１に示す。 FIG. 10 shows the appearance of a prototype of a rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor according to the present invention.
以下、本発明の回転・直動２自由度モータの実施例について、回転数制御と直動位置制御試験の駆動試験について説明する。 Hereinafter, with respect to an embodiment of the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor of the present invention, a drive test of a rotational speed control and a linear motion position control test will be described.
はじめに、回転数制御試験について図１１を用いて説明する。図１１は、回転子が中央（ｘ=０mm）に位置したときの両固定子ユニットの励磁電流の電流差Δｉに対する直動推力Ｆを測定した結果を示している。励磁電流差Δｉが大きくなるにしたがって直動推力Ｆは大きくなるが、直動推力Ｆはフィードバック制御を行っていないため、回転数の違いにより、同じ励磁電流差であっても直動推力Ｆに差が生じる。 First, the rotational speed control test will be described with reference to FIG. FIG. 11 shows the result of measuring the direct acting thrust F with respect to the current difference Δi of the excitation currents of the two stator units when the rotor is positioned at the center (x = 0 mm). As the excitation current difference Δi increases, the linear motion thrust F increases. However, since the linear motion thrust F is not subjected to feedback control, the linear motion thrust F is changed to the linear motion thrust F even with the same excitation current difference due to the difference in rotation speed. There is a difference.
図１２は、同条件で回転子の回転速度を測定した結果を示している。直動推力Ｆの変化に関わらず、回転数は設定値（４００rpm及び１０００rpm）で一定を保っており、直動推力と回転数を独立に制御できることが確認される。 FIG. 12 shows the result of measuring the rotational speed of the rotor under the same conditions. Regardless of the change of the linear motion thrust F, the rotational speed remains constant at the set values (400 rpm and 1000 rpm), and it is confirmed that the linear motion thrust and the rotational speed can be controlled independently.
次に、直動位置制御試験について図１３を用いて説明する。図１３は、１０００rpmで回転した状態での直動位置制御のステップ応答の一例を示している。１０mmのステップ入力に対して、振動的な応答の後０．５〜０．７５秒で静定している。 Next, the linear motion position control test will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows an example of the step response of the linear motion position control in the state of rotating at 1000 rpm. For a step input of 10 mm, the settling time is 0.5 to 0.75 seconds after the vibration response.
なお、この構成例では、機械的な減衰要素を有しないため、制御系において速度フィードバック等によって振動の減衰を行っている。 In this configuration example, since there is no mechanical damping element, vibration is attenuated by speed feedback or the like in the control system.
次に、本発明の回転・直動２自由度スイッチトリラクタンスモータの他の実施形態について説明する。 Next, another embodiment of the rotary / linear motion two degree of freedom switched reluctance motor of the present invention will be described.
図１４、１５に示す実施形態は、固定子を３つ以上の複数の固定子ユニットで構成する例であり、図１４は３個の固定子ユニットを用いて構成例を示し、図１５は７個の固定子ユニットを用いて構成例を示している。 The embodiment shown in FIGS. 14 and 15 is an example in which the stator is constituted by a plurality of three or more stator units. FIG. 14 shows a configuration example using three stator units, and FIG. A configuration example is shown using one stator unit.
図１４に示す構成例では、固定子１０は３個の固定子ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃを軸方向に隣接させて配置し、回転子２０を取り付けた出力軸３０を、各固定子ユニットの軸中心に通して設置する。出力軸３０の両端は、回転・直動の両運動に対応するロータリー・リニアブシュ形軸受３１によって回転および直動自在に支持されている。 In the configuration example shown in FIG. 14, the stator 10 has three stator units 10 a, 10 b, and 10 c arranged adjacent to each other in the axial direction, and the output shaft 30 to which the rotor 20 is attached is connected to the axis of each stator unit. Install through the center. Both ends of the output shaft 30 are supported by a rotary / linear bushing bearing 31 corresponding to both rotational and linear motions so as to be rotatable and linearly movable.
この構成例では、固定子ユニット１０ａと固定子ユニット１０ｂとを組みとして駆動することで回転と直動の運動を行い、また、固定子ユニット１０ｂと固定子ユニット１０ｃとを組みとして駆動することで回転と直動の運動を行い。各固定子ユニットの組みによる回転と直動の運動は、上述した回転・直動２自由度モータと同様に行うことができる。 In this configuration example, the stator unit 10a and the stator unit 10b are driven as a set to perform rotation and linear motion, and the stator unit 10b and the stator unit 10c are driven as a set. Perform rotation and linear motion. The rotation and the linear motion by the combination of the stator units can be performed in the same manner as the above-described two-degree-of-freedom rotation / linear motion motor.
固定子ユニット１０ａと固定子ユニット１０ｂとを組みとして駆動する場合には、固定子ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内で固定子ユニット１０ａと固定子ユニット１０ｂに励起電流を供給し、固定子ユニット１０ｃには励起電流を供給しない。また、固定子ユニット１０ｂと固定子ユニット１０ｃとを組みとして駆動する場合には、固定子ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの内で固定子ユニット１０ｂと固定子ユニット１０ｃに励起電流を供給し、固定子ユニット１０ａには励起電流を供給しない。 When the stator unit 10a and the stator unit 10b are driven as a set, an excitation current is supplied to the stator unit 10a and the stator unit 10b among the stator units 10a, 10b, and 10c, and the stator unit 10c. Is not supplied with an excitation current. When the stator unit 10b and the stator unit 10c are driven as a set, an excitation current is supplied to the stator unit 10b and the stator unit 10c among the stator units 10a, 10b, and 10c, and the stator is No excitation current is supplied to the unit 10a.
上記構成とすることによって、回転子２０は、軸上の２つの位置において回転と直動の運動を行うことができる。つまり、固定子ユニット１０ａと固定子ユニット１０ｂの中心を直動運動の中心位置とする運動と、固定子ユニット１０ｂと固定子ユニット１０ｃの中心を直動運動の中心位置とする運動を切り換えて行うことができる。この運動中心の切り換えは、固定子ユニット１０ａ、１０ｂ、１０ｃに供給する励起電流の切り換えによって行うことができる。 With the above configuration, the rotor 20 can perform rotation and linear motion at two positions on the shaft. That is, the movement with the center of the stator unit 10a and the stator unit 10b as the center position of the linear motion and the motion with the center of the stator unit 10b and the stator unit 10c as the center position of the linear motion are switched. be able to. The switching of the center of motion can be performed by switching the excitation current supplied to the stator units 10a, 10b, and 10c.
この構成例によれば、直動運動の運動範囲を長くすることができるという効果を奏することができる。 According to this configuration example, it is possible to achieve an effect that the motion range of the linear motion can be increased.
また、図１５に示す構成例は、さらに配置する固定子ユニットの個数を増加させた構成であり、固定子１０は７個の固定子ユニット１０ａ〜１０ｇを軸方向に隣接させて配置し、回転子２０を取り付けた出力軸３０を、各固定子ユニットの軸中心に通して設置する。出力軸３０の両端は、回転・直動の両運動に対応するロータリー・リニアブシュ形軸受（図示していない）によって回転および直動自在に支持されている。 Further, the configuration example shown in FIG. 15 is a configuration in which the number of stator units to be further arranged is increased, and the stator 10 is arranged by arranging seven stator units 10a to 10g adjacent in the axial direction and rotating. The output shaft 30 to which the child 20 is attached is installed through the axis center of each stator unit. Both ends of the output shaft 30 are supported so as to be rotatable and linearly movable by a rotary linear bush type bearing (not shown) corresponding to both rotational and linear motions.
この構成例においても、前記した構成例と同様に、固定子ユニット１０ａと固定子ユニット１０ｂとを組み、固定子ユニット１０ｂと固定子ユニット１０ｃとを組みのように、隣接する２つの固定子ユニットを組みとして駆動することで回転と直動の運動を行う。各固定子ユニットの組みによる回転と直動の運動は、上述した上記した回転・直動２自由度モータと同様に行うことができる。また、回転と直動の運動を行う軸方向における運動中心位置は、固定子ユニット１０ａ〜１０ｇに供給する励起電流の切り換えによって行うことができる。 In this configuration example, similarly to the configuration example described above, two adjacent stator units are assembled such that the stator unit 10a and the stator unit 10b are assembled and the stator unit 10b and the stator unit 10c are assembled. Rotation and linear motion are performed by driving as a set. The rotation and the linear motion by the combination of the stator units can be performed in the same manner as the above-described two-degree-of-freedom rotation / linear motion motor. Further, the movement center position in the axial direction for performing the rotation and the linear movement can be performed by switching the excitation current supplied to the stator units 10a to 10g.
上記構成において、励起電流を供給する固定子ユニットの組みを順に切り換えることによって、回転子を順に移動させ、出力軸を軸方向の移動させることができる。例えば、図１５（ａ）では、固定子ユニット１０ａと１０ｂの中間の位置Ｐ１を中心位置として回転と直動の運動を行い、図１５（ｂ）では、固定子ユニット１０ｂと１０ｃの中間の位置Ｐ２を中心位置として回転と直動の運動を行い、図１５（ｃ）では、固定子ユニット１０ｆと１０ｇの中間の位置Ｐ６を中心位置として回転と直動の運動を行う。その他の位置においても、同様にして、軸上の異なる位置において、回転と直動の運動を行うことができる。 In the above configuration, by sequentially switching the set of stator units that supply the excitation current, the rotor can be moved in order and the output shaft can be moved in the axial direction. For example, in FIG. 15 (a), rotation and linear motion are performed with the intermediate position P1 between the stator units 10a and 10b as the center position, and in FIG. 15 (b), an intermediate position between the stator units 10b and 10c. Rotation and linear motion are performed with P2 as the central position. In FIG. 15C, rotational and linear motion are performed with the position P6 between the stator units 10f and 10g as the central position. Similarly, at other positions, rotation and linear motion can be performed at different positions on the shaft.
この構成例によれば、直動運動の運動範囲を長くすることができるという効果を奏することができる。 According to this configuration example, it is possible to achieve an effect that the motion range of the linear motion can be increased.
また、各Ｐ１〜Ｐ６において、各固定子ユニットに対して同電流値の励起電流を供給することによって、軸上の各Ｐ１〜Ｐ６の位置を予め設定された複数の駆動位置とし、この駆動位置の中から実際に駆動する位置を選択する動作形態とすることもできる。 Further, in each P1 to P6, by supplying an excitation current having the same current value to each stator unit, the positions of the respective P1 to P6 on the shaft are set to a plurality of preset driving positions, and this driving position. It is also possible to adopt an operation mode in which a position to be actually driven is selected from the above.
また、上記した図１５では、出力軸に１個の回転子を設け、出力軸を軸方向に長い移動範囲で移動させる構成と示しているが、出力軸に複数の回転子を設け、出力軸の軸方向の移動範囲を２つの固定子ユニットで定める狭まい範囲とする構成としてもよい。この構成では、複数の回転子を設けることで回転トルクおよび直動推力を、駆動する回転子の分だけ増加させることができる。 Further, in FIG. 15 described above, a configuration is shown in which one rotor is provided on the output shaft and the output shaft is moved in a long movement range in the axial direction. However, a plurality of rotors are provided on the output shaft and the output shaft is provided. The moving range in the axial direction may be a narrow range defined by two stator units. In this configuration, by providing a plurality of rotors, the rotational torque and the linear motion thrust can be increased by the amount of the driven rotor.
図１６は、図１５の構成の回転・直動２自由度モータを駆動するためのコントローラの一構成例である。 FIG. 16 is a configuration example of a controller for driving the rotation / linear motion two-degree-of-freedom motor having the configuration of FIG.
このコントローラは、前記図５で示したロジック回路と同様のロジック回路５３を備える。ここでは、このロジック回路５３は、ＰＷＭコントローラ５１で生成したｎ個のＰＷＭ信号と、スイッチングコントローラ５２で生成した３相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の相切換え信号とを組み合わせて、複数の固定子ユニット１０ａ〜１０ｎに励起電流を供給するためのパルス信号を生成する。 This controller includes a logic circuit 53 similar to the logic circuit shown in FIG. Here, the logic circuit 53 combines a plurality of n PWM signals generated by the PWM controller 51 with three-phase (A-phase, B-phase, C-phase) phase switching signals generated by the switching controller 52. A pulse signal for supplying an excitation current to the stator units 10a to 10n is generated.
本発明は、微小多孔を高速加工する穴あけ加工機や表面研磨機等、回転運動と直動運動の２つの運動を要するアクチュエータに適用することができる。 The present invention can be applied to an actuator that requires two motions, a rotational motion and a linear motion, such as a drilling machine and a surface polishing machine that process micropores at high speed.
１…回転・直動２自由度モータ
１０…固定子
１０Ａ…Ａ相突起
１０Ｂ…Ｂ相突起
１０Ｃ…Ｂ相突起
１１…第１固定子ユニット
１１ａ…巻線
１２ａ…巻線
１２…第２固定子ユニット
２０…回転子
３０…出力軸
３１…軸受
４０…回転位置センサ
４１…光電センサ
４２…センサ支持部
５０…コントローラ
５１…ＰＷＭコントローラ
５２…スイッチングコントローラ
５３…ロジック回路
６０…モータドライバ
６０ａ…第１固定子用モータドライバ
６０ｂ…第２固定子用モータドライバ
７０…直動位置センサ
８０…電源
１１０…固定子
１２０…回転子
１３０…回転軸
１４０…圧縮コイルバネ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotary / linear motion 2 degree-of-freedom motor 10 ... Stator 10A ... A phase protrusion 10B ... B phase protrusion 10C ... B phase protrusion 11 ... 1st stator unit 11a ... Winding 12a ... Winding 12 ... 2nd stator Unit 20 ... Rotor 30 ... Output shaft 31 ... Bearing 40 ... Rotational position sensor 41 ... Photoelectric sensor 42 ... Sensor support 50 ... Controller 51 ... PWM controller 52 ... Switching controller 53 ... Logic circuit 60 ... Motor driver 60a ... First fixed Motor driver for child 60b ... Motor driver for second stator 70 ... Linear motion position sensor 80 ... Power source 110 ... Stator 120 ... Rotor 130 ... Rotating shaft 140 ... Compression coil spring
Claims (7)
前記固定子は、
前記回転子の回転方向へ起磁力を生成して回転子に対して回転トルクを発生させ、
固定子の磁極が形成する出力軸の軸方向の磁束密度分布を制御して回転子に対して軸方向の直動推力を発生させることを特徴とする、回転・直動２自由度モータ。 Comprising a stator and a rotor rotatably supported so as to be movable in the direction of the output shaft;
The stator is
Generating a magnetomotive force in the rotational direction of the rotor to generate a rotational torque for the rotor;
A rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor characterized by controlling a magnetic flux density distribution in an axial direction of an output shaft formed by a magnetic pole of a stator to generate an axial linear motion thrust on the rotor.
前記各固定子ユニットに供給する励磁電流をそれぞれ独立して制御して、起磁力および出力軸の軸方向の磁束密度分布を制御することを特徴とする、請求項１に記載の回転・直動２自由度モータ。 The stator has a plurality of stator units arranged in the axial direction of the output shaft,
2. The rotation / linear motion according to claim 1, wherein the excitation current supplied to each of the stator units is independently controlled to control the magnetomotive force and the magnetic flux density distribution in the axial direction of the output shaft. 2-degree-of-freedom motor.
前記各固定子ユニットは、この回転子の回転方向へ起磁力を発生し、回転子を固定子の起磁方向へ回転移動させるトルクを発生し、
回転子および各固定子ユニットは、それぞれスイッチトリラクタンスモータを構成することを特徴とする、請求項２に記載の回転・直動２自由度モータ。 The rotor has different magnetic resistances in the direction of rotation;
Each of the stator units generates a magnetomotive force in the rotation direction of the rotor, and generates a torque for rotating the rotor in the magnetomotive direction of the stator.
The rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor according to claim 2, wherein each of the rotor and each stator unit constitutes a switched reluctance motor.
前記コントローラは、
各固定子ユニットに供給する励磁電流の相を同相で切り替え、
各固定子ユニットに供給する励磁電流の電流値をそれぞれ独立して制御することを特徴とする、請求項２又は３に記載の回転・直動２自由度モータ。 A controller for controlling the excitation current supplied to each stator unit;
The controller is
Switch the phase of the excitation current supplied to each stator unit in the same phase,
4. The rotary / linear motion two-degree-of-freedom motor according to claim 2, wherein a current value of an excitation current supplied to each stator unit is controlled independently.
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