JP2013048557A - Driving circuit for electrostatic motor, electrostatic motor, and driving method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、静電気を利用して回転駆動する静電モータを駆動させるための静電モータ用駆動回路に関する。 The present invention relates to a driving circuit for an electrostatic motor for driving an electrostatic motor that is driven to rotate using static electricity.
従来の電気モータのほとんどは、コイルと磁石からなる電磁力を利用したものであった。また、静電力を利用して回転駆動する静電モータも知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1等)。
Most of the conventional electric motors use an electromagnetic force composed of a coil and a magnet. There are also known electrostatic motors that rotate using electrostatic force (for example,
しかしながら、コイルと磁石からなる電磁力を利用した従来の電気モータでは、真空中ではガスが発生し、真空を破壊してしまうおそれがあった。また、磁性体を使用しているため、高磁場の中では作動することができなかった。 However, in a conventional electric motor using an electromagnetic force composed of a coil and a magnet, gas is generated in a vacuum, and the vacuum may be broken. Further, since a magnetic material is used, it could not be operated in a high magnetic field.
従来の静電モータでも、やはり上記と同じように真空中ではガスが発生し、真空を破壊してしまうおそれがあった。また、従来の静電モータでは、絶縁体上に多数の電極対を配置し、その間隔を狭くして電界を高める方法としているが、絶縁破壊、沿面放電、火花放電等のため、高電界を作り出せず十分な駆動力が得られなかった。その結果、実用的な静電モータが実現できなかった。 Even in the conventional electrostatic motor, gas is generated in the vacuum as described above, and there is a risk of breaking the vacuum. In addition, in the conventional electrostatic motor, a large number of electrode pairs are arranged on an insulator and the distance between them is narrowed to increase the electric field. However, a high electric field is required for dielectric breakdown, creeping discharge, spark discharge, etc. It could not be produced and sufficient driving force could not be obtained. As a result, a practical electrostatic motor could not be realized.
そこで、本出願人は、特許文献2において、新規な静電モータを提案した。この静電モータは、真空容器内に、円盤状の固定子と円盤状の回転子が対向配置され、固定子は真空容器本体に固定され、回転子は回転軸を介して回転自在に真空容器本体に軸支され、固定子には、それぞれ電極支持体に取り付けられ互いに絶縁体により電気的に絶縁された第1電極と第2電極が円周方向に交互に配置され、回転子には、それぞれ電極支持体に取り付けられ互いに絶縁体により電気的に絶縁された第1電極と第2電極が円周方向に交互に配置され、固定子側の第1電極と第2電極は回転軸の中心から所定の距離だけ離間して2列以上の間隔で配置され、回転子側の第1電極と第2電極は回転軸の中心から所定の距離だけ離間し、かつ固定子側の第1電極及び第2電極の列間の中間に位置するように配置され、固定子側の第1電極と第2電極間には所定の電界が印加され、回転子側の第1電極と第2電極には異なる極性の電圧が所定のタイミングで切り替わるように印加されることを特徴としている。
Therefore, the present applicant has proposed a novel electrostatic motor in
特許文献2の静電モータにより、真空中において高電界を生じさせて十分な駆動力で回転駆動することができ、また、絶縁破壊、沿面放電、火花放電等を効果的に防止し、高磁場の中でも作動でき、しかも軽量化を図ることができる静電モータを提供することが可能になった。
しかしながら、特許文献2の静電モータを高電圧で安定して回転駆動させるためには、駆動回路についてさらに改良する余地があった。
The electrostatic motor of
However, in order to stably drive the electrostatic motor of
本発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたものであり、静電モータを高電圧で安定して駆動させることができる静電モータ用駆動回路を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide an electrostatic motor drive circuit capable of stably driving an electrostatic motor at a high voltage.
本発明の静電モータは、上記の課題を解決するために、以下のことを特徴としている。 The electrostatic motor of the present invention is characterized by the following in order to solve the above problems.
第1に、対向配置された円盤状の固定子と円盤状の回転子を有し、固定子は、交互に周状に配置され、極性が異なる電圧が印加される複数の第1の電極及び第2の電極を有し、隣接する電極間には所定強度の電界が形成され、回転子は、固定子の第1の電極及び第2の電極の近傍に交互に周状に配置され、極性が異なる電圧が印加される複数の第1の電極及び第2の電極を有し、その極性が所定のタイミングで切り替えられ、内蔵するエンコーダにより回転子の電極位置を検出し、その検出結果に基づいて前記所定のタイミングで電極極性を切り替えて高電圧を回転子側の第1の電極及び第2の電極に印加して駆動する静電モータを駆動するための静電モータ用駆動回路であって、一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第1の高電圧ダイオードを介して回転子の第1の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第1の電極にA相として供給する第1のフライバックトランスと、第1のフライバックトランスをオンオフさせる第1のスイッチングトランジスタと、一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第2の高電圧ダイオードを介して回転子の第2の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第2の電極にA相と半周期位相がずれたB相として供給する第2のフライバックトランスと、第2のフライバックトランスをオンオフさせる第2のスイッチングトランジスタと、エンコーダからの検出信号を受け取り、第1及び第2のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行う制御部を有すること。 1stly, it has the disk-shaped stator and disk-shaped rotor which were arrange | positioned facing each other, and a stator is arrange | positioned by the circumferential direction alternately, and several 1st electrodes to which the voltage from which polarity differs is applied, and An electric field having a predetermined strength is formed between adjacent electrodes, and the rotor is alternately arranged in the vicinity of the first electrode and the second electrode of the stator, and has a polarity. Has a plurality of first electrodes and second electrodes to which different voltages are applied, the polarities thereof are switched at a predetermined timing, and the electrode position of the rotor is detected by a built-in encoder, based on the detection result An electrostatic motor drive circuit for driving an electrostatic motor that switches the electrode polarity at the predetermined timing and applies a high voltage to the first electrode and the second electrode on the rotor side to drive the motor. The primary side coil is connected to the DC power input and the secondary side coil A first flyback transformer connected to the first electrode of the rotor via a first high-voltage diode, generating a high voltage and supplying the first electrode of the rotor as an A phase; A first switching transistor for turning on and off one flyback transformer, a primary side coil is connected to a DC power supply input, and a secondary side coil is connected to a second electrode of the rotor via a second high voltage diode A second flyback transformer that generates a high voltage and supplies it to the second electrode of the rotor as a B phase that is half-phase shifted from the A phase, and a second flyback transformer that turns on and off the second flyback transformer. A switching transistor and a control unit that receives a detection signal from the encoder and performs on / off control of the first and second switching transistors.
第2に、上記第1の発明において、制御部は、第1及び第2のフライバックトランスの一次側コイルに流す電流の時間タイミングを、エンコーダからの検出信号と電流を流す時間により演算し、その演算結果に基づいて第1及び第2のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行うこと。 Secondly, in the first invention, the control unit calculates the time timing of the current flowing through the primary coil of the first and second flyback transformers by the detection signal from the encoder and the time during which the current flows, On / off control of the first and second switching transistors is performed based on the calculation result.
第3に、上記第1又は第2の発明において、第1の高電圧ダイオードと回転子の第1の電極との中間点と、第2のフライバックトランスの二次側コイルとの間に直列接続される第3のスイッチングトランジスタと、第2の高電圧ダイオードと回転子の第2の電極との中間点と、第1のフライバックトランスの二次側コイルとの間に直列接続される第4のスイッチングトランジスタとを有し、制御部が、第3及び第4のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行い、静電モータに蓄えられた残留静電エネルギーをA相からB相、B相からA相へ受け渡すこと。 Thirdly, in the first or second invention, the intermediate point between the first high voltage diode and the first electrode of the rotor is connected in series with the secondary side coil of the second flyback transformer. A third switching transistor connected in series is connected between the intermediate point of the third switching transistor connected, the second high-voltage diode and the second electrode of the rotor, and the secondary coil of the first flyback transformer. 4, and the controller performs on / off control of the third and fourth switching transistors, and the residual electrostatic energy stored in the electrostatic motor is changed from the A phase to the B phase, and from the B phase to the A phase. To hand over.
第4に、上記第1ないし第3のいずれかの発明において、固定子の第1の電極と第2の電極の間に形成される静電界を作り出す高電圧をA相出力及びB相出力から取り出すこと。 Fourth, in any one of the first to third inventions, a high voltage that creates an electrostatic field formed between the first electrode and the second electrode of the stator is obtained from the A-phase output and the B-phase output. To take out.
本発明によれば、静電モータを高電圧で安定して駆動させることができる静電モータ用駆動回路を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the drive circuit for electrostatic motors which can drive an electrostatic motor stably with a high voltage.
本発明の実施形態に係る静電モータ用駆動回路を詳細に説明する前に、先ず、前記特許文献2において、本出願人が提案した静電モータについて説明する。
Before describing the electrostatic motor drive circuit according to the embodiment of the present invention in detail, first, the electrostatic motor proposed by the present applicant will be described in
図1は当該静電モータの縦断面図、図2は当該静電モータの固定子の平面図、図3は当該静電モータの回転子の平面図、図4は当該静電モータの固定子の第1電極及び第2電極の一部詳細見取り図である。 1 is a longitudinal sectional view of the electrostatic motor, FIG. 2 is a plan view of a stator of the electrostatic motor, FIG. 3 is a plan view of a rotor of the electrostatic motor, and FIG. 4 is a stator of the electrostatic motor. It is a partial detailed sketch of the first electrode and the second electrode.
当該静電モータは、真空容器11内に、円盤状の固定子Sと円盤状の回転子Rが対向配置され、固定子Sは真空容器11本体に固定されている。当該静電モータは、3Pa以下の真空下において作動可能となっている。
In the electrostatic motor, a disk-shaped stator S and a disk-shaped rotor R are disposed opposite to each other in a
当該静電モータでは、固定子S側の各電極支持体31に第1電極34Aを固定配置する。この第1電極34Aは回転軸1の中心(モータ基体10の中心)から所定の距離だけそれぞれ離間して2列配置されている。また、固定子S側の他の電極支持体32においても同様に第2電極34Bが固定配置されている。第1電極34Aと第2電極34Bは、図2、図4に示すように、交互に位置するように配置されている。第1電極34A、第2電極34Bは、回転軸1と平行に電極支持体31、32に円周方向に等分割で配置され、放射方向に2列固定配置されている。第1電極34Aと第2電極34Bを備えた電極支持体31と電極支持体32は絶縁体33で固定され、モータ基体10(真空容器11本体)に取り付けられている。絶縁体33は十分な絶縁厚さと沿面距離を取り、複数の溝を設けて沿面放電を防止する形状とする。ここで十分な絶縁厚さと沿面距離は、それぞれ絶縁体の絶縁破壊電圧以上の厚さとその数倍以上の沿面距離を必要とする。また、溝の個数、形状、深さ等は静電モータの大きさ、用途等に応じて適宜設定することができる。
In the electrostatic motor, the
一方、回転子R側の各電極支持体41にも第1電極44Aを固定配置する。この第1電極44Aは回転軸1の中心から所定の距離だけ離間して1列配置されている。また、回転子R側の他の電極支持体42においても同様に第2電極44Bが固定配置されている。第1電極44Aと第2電極44Bは、図3に示すように、固定子S側と同様、交互に位置するように配置されている。第1電極44A、第2電極44Bは、回転軸1と平行に電極支持体41、42に円周方向に等分割で配置され、放射方向に1列固定配置されている。第1電極44Aと第2電極44Bを備えた電極支持体41と電極支持体42は絶縁体43で固定され、回転軸1に取り付けられている。絶縁体43も、固定子S側と同様、十分な絶縁厚さと沿面距離を取り、複数の溝を設けて沿面放電を防止する形状とする。なお、溝の個数、形状、深さ等は静電モータの大きさ、用途等に応じて適宜設定することができる。
On the other hand, the
回転子R側の第1電極44A、第2電極44Bは、上記したように固定子S側の第1電極34A、第2電極34Bと同様に回転軸1と平行に支持体41、42に等分割で固定配置されるが、回転軸1の中心からの位置は、回転子Sが回転駆動可能になるように、図1に示すように、固定子S側の第1電極34A及び第2電極34Bの列間の中間になければならない。第1電極34A、第2電極34B、第1電極44A、第2電極44Bの形状はピン状となっており、その端部は丸みを有していることが電極間の放電を防止するため好ましい。なお、これら電極形状はピン状以外の形状としてもよい。
As described above, the
回転子R側の電極44A、44Bへの給電は、スリップリング51、52とブラシ61、62を通して行われる。
Power is supplied to the
エンコーダは、光学式の場合(スリット板7とセンサー8)、磁気式の場合(磁気円盤とセンサー)から構成することができ、ここでは前者を採用しているが、回転子R側の第1電極44A、第2電極44Bの通電タイミングをセンサー8で検出し、ドライブ回路(図示せず)で信号処理し、高電圧(1〜100kV程度)を出力して第1電極44A、第2電極44Bに供給する。実用的な静電モータの電極に加える電圧としてはkVオーダの高電圧が必要であることから、その下限は1kVとなる。またトルクは電圧の2乗に比例して大きくなるため、その下限は10kV〜20kVの電圧であることがより好ましい。印加電圧の上限は、X線放射の問題、電極の機械的強度の観点から100kVとなる。
The encoder can be composed of an optical type (
真空シール9は、静電モータを空気中あるいはガス中で使用する時にモータ基体10に取り付けて、静電モータの内部の真空を維持するためである。
The
上記では、真空中で作動する静電モータとしているが、たとえばSF6ガス等の絶縁ガス中であっても静電モータとして機能することは言うまでもない。 In the above description, the electrostatic motor is operated in a vacuum, but it goes without saying that it functions as an electrostatic motor even in an insulating gas such as SF6 gas.
また、上記では、固定子S側の第1電極34A、第2電極34Bを2列、回転子R側の第1電極44A、第2電極44Bを1列としたが、後述するようにこれらの列数はこれに限定されず、それ以上の列数に設定することができる。
In the above description, the
上記のように構成された静電モータの作動原理を説明すると、図5の(A)に示すように、固定子S側の電極支持体31と32の間に高電圧(1〜100kV程度)を加えると第1電極34Aと第2電極34Bの間に高電界(1〜100kV/mm程度)が形成される。
The operation principle of the electrostatic motor configured as described above will be described. As shown in FIG. 5A, a high voltage (about 1 to 100 kV) is applied between the electrode supports 31 and 32 on the stator S side. Is applied, a high electric field (about 1 to 100 kV / mm) is formed between the
一方、回転子R側の第1電極44A、第2電極44Bが固定子S側の第1電極34A、第2電極34Bの間を円周方向に自由に移動するように構成されていることから、電極支持体42にプラスの高電圧(1〜100kV程度)を加えると第1電極44Bは正に、第2電極44Aは負に帯電する。帯電のタイミングは、たとえば固定子S側の第2電極34Bに対して回転子R側の電極44Bがどの位置にあるかにより推力(回転力)の方向が決定され、電圧の大きさと時間が推力(回転力)の大きさに影響を与える。
On the other hand, the
図6は、固定子S側の第1電極34A、第2電極34Bと、回転子R側の第1電極44A、第2電極44Bのみを示して動作原理を説明する図である。例えば、固定子S側の第2電極34Bの位置X0よりわずかに右側に回転子R側の第2電極44Bが来た時(X1の位置)第2電極44Bにプラスの電位を与えると第2電極34Bと第2電極44Bには斥力が働き、第1電極34Aと第2電極44Bには吸引力が働く。その結果、第1電極44A、第2電極44Bに結合された回転子Rは右方向に駆動力を受け移動する。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation principle by showing only the
第2電極44Bは、第1電極34Aの直前(X2の位置)で電圧が切り替わり、エンコーダのセンサー8の信号により第2電極44Bの位置タイミングを検出するたびにその動作を繰り返す。
The
図7の(b)のE1、E2はそれぞれは、回転子R側の第2電極44B、第1電極44Aの電圧波形を示す。ただし、実際の回転駆動中の電圧波形は図7の(e)に示すようになる。これは回転子Rの電極が静電容量を有し、その位置によって変化するためである。(ただしt0は電極44Aが電極34Bを通過した点X1の時刻を示し、T0は後述のフライバックトランス103に磁気エネルギーを蓄積するためにスイッチングトランジスタ107をオンする時刻を示す。t1はt0のエンコーダの半周期後の時刻を示し、T1は電極44Aが電極34Bの手前で電極44Aの電位が下がりきる時の時刻を示す。)
次に、本発明の一実施形態の静電モータ用駆動回路を説明する。
In FIG. 7B, E1 and E2 respectively indicate voltage waveforms of the
Next, an electrostatic motor drive circuit according to an embodiment of the present invention will be described.
図8は、本実施形態の静電モータ用駆動回路100の構成を示す回路図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the electrostatic
この駆動回路100は、例えばマイクロコンピュータより構成される制御部101を有し、上記静電モータのエンコーダからの電極位置検出信号(A)[便宜上図8の丸囲み文字を半角括弧で表す、以下同様。]、起動・停止信号、回転方向を示す信号、回転速度を示す信号、ブレーキを作動させるための信号等の指令入力を行い、駆動回路100の各部を制御する。制御部101の出力側にはフォトカプラ102が設けられている。ここでは、静電モータは上記で述べた構成を有し、回転子Rの電極44A、44Bは等分割に円周上に配置され、エンコーダのコードホイールが回転子Rの軸1(図1)に固定されているものとする。そしてコードホイールのスリット数は電極数と同数に構成されているものとする。
The
この駆動回路100は、高電圧(1〜100kV程度、以下同様。)を発生させるフライバックトランス103、104を有する。フライバックトランス103の一次側コイルL1の一方の端子は直流電源(図示せず)に接続され、もう一方の端子はスイッチングトランジスタ107のコレクタに接続されている。フライバックトランス103の二次側コイルL2の一方の端子は、高電圧ダイオード113を介してA相出力に接続されるとともに、スイッチングトランジスタ111のコレクタに接続されている。フライバックトランス104の一次側コイルの一方の端子は直流電源(図示せず)に接続され、もう一方の端子はスイッチングトランジスタ108のコレクタに接続されている。フライバックトランス104の二次側コイルの一方の端子は、高電圧ダイオード114を介してB相出力に接続されるとともに、スイッチングトランジスタ112のコレクタに接続されている。ここで、A相出力は上記静電モータの電極44Bに印加され、B相出力は電極44Aに印加されるようになっている。また、A相出力の一部は高電圧ダイオード120を介して静電界出力に接続されて、固定子S側で静電界を作り出す高電圧として取り出され、B相出力の一部も高電圧ダイオード119を介して静電界出力に接続されて、固定子S側で静電界を作り出す高電圧として取り出されるようになっている。
The
スイッチングトランジスタ111のエミッタは高電圧ダイオード116を介してフライバックトランス104の二次側コイルのもう一方の端子に接続されるとともに、絶縁トランス105の二次側コイルの一方の端子に接続されている。スイッチングトランジスタ112のエミッタは高電圧ダイオード115を介してフライバックトランス103の二次側コイルのもう一方の端子に接続されるとともに、絶縁トランス106の二次側コイルの一方の端子に接続されている。絶縁トランス105の二次側コイルのもう一方の端子はスイッチングトランジスタ111のゲートに接続され、絶縁トランス106の二次側コイルのもう一方の端子はスイッチングトランジスタ112のゲートに接続されている。静電モータのGNDは高電圧ダイオード117を介してフライバックトランス103の二次側コイルのもう一方の端子に接続されるとともに、高電圧ダイオード118を介してフライバックトランス104の二次側のもう一方の端子に接続されている。
The emitter of the switching
フォトカプラ102の出力は、それぞれスイッチングトランジスタ107、108、109、110のゲート(B)、(C)、(D)、(E)に接続され、スイッチングトランジスタ107、108、109、110のエミッタはそれぞれGNDに接続されている。スイッチングトランジスタ109のコレクタは絶縁トランス105の一次側コイルの一方の端子に接続され、絶縁トランス105の一次側コイルのもう一方の端子は+DC側に接続されている。また、スイッチングトランジスタ110のコレクタは絶縁トランス106の一次側コイルの一方の端子に接続され、絶縁トランス106の一次側コイルのもう一方の端子は+DC側に接続されている。
The output of the
次に、上記構成の静電モータ用駆動回路100の駆動動作について述べる。
Next, the driving operation of the electrostatic
図7において(a)はエンコーダの出力波形を示し、回転子Rの電極44Bが固定子Sの電極34Bを通過した点で立ち上がり、電極34Aを通過した点で立ち下がる信号が出力されるようになっている。(c)はゲート(B)、(C)の波形、(d)はゲート(D)、(E)の波形を示す図である。(b)、(e)は上述したとおりの波形図である。
In FIG. 7, (a) shows the output waveform of the encoder so that a signal that rises when the
起動方法は静電モータが停止している状態ではエンコーダ出力は回転子R側の電極位置によりHまたはLの状態になっている。そこでこの出力信号を制御部101で判別し、A相かB相に高電圧パルスを加え静電モータを起動する。
In the starting method, when the electrostatic motor is stopped, the encoder output is in the H or L state depending on the electrode position on the rotor R side. Therefore, this output signal is discriminated by the
起動後の動作は次のようにして行われる。ここでA相に着目するとフライバックトランス103の一次側のコイルL1をオフにすると二次側のコイルL2に高電圧が誘起され、高電圧ダイオード113を通して電極44Bに電圧が印加され、充電される。なお、フライバックトランス103は一次側のコイルL1をオフにする以前に電流を流して磁気エネルギーを蓄えておく必要があり、この蓄えられた磁気エネルギーの大小は静電モータの回転数と駆動トルクの関数であるため、電流を流す時間t0を制御することが必要である。そこで、制御部101は、エンコーダの一周期の時間を計測し、エンコーダからの立ち上がりの信号の時刻と、フライバックトランス103の一次側のコイルL1に所定の電流を流す時間t0から、エンコーダの立ち上がり時刻以前でスイッチングトランジスタ103をオンにする時刻T0を演算し、図7(c)の(B)に示すタイミングでスイッチングトランジスタ107のゲートに電圧を加える。これにより、フライバックトランス103の一次側のコイルL1に電流が流れ、磁気コアに磁気エネルギーが蓄積される。
The operation after startup is performed as follows. Here, focusing on the A phase, when the primary side coil L1 of the
そして、制御部101によりフライバックトランス103がオフにされると、フライバックトランス103に蓄積された磁気エネルギーは、二次側コイルL2から図7の(e)の(F)に示す形状の高電圧出力波形を持つ電流として高電圧ダイオード113を介して電極44BにA相出力として供給され、電極44Bが充電される。
When the
一方、電極44Bに充電された電荷は、電極44Bが電極34Aに達する前に放電させ電位を下げる必要がある。また、本実施形態では、電極44Bに蓄えられたA相側のエネルギーをB相側に受け渡して、放電を行う。
On the other hand, the electric charge charged in the
電極44Bの放電は、スイッチングトランジスタ111を通して行う。放電タイミングは上記の充電タイミングと同様に、制御部101が、上記と同様にして、エンコーダの立下がり信号の時刻と、絶縁トランス105の一次側のコイルに所定の電流を流す時間t1から、放電時刻T1を演算し、スイッチングトランジスタ109をオンさせて、絶縁トランス105を介してスイッチングトランジスタ111をオンさせることにより行う。これにより、電極44BのA相の残留静電エネルギーが高電圧ダイオード116を介してフライバックトランス104の二次側コイルにB相出力の一部として受け渡される。
The
フライバックトランス104側では、上記のフライバックトランス103側の動作と同様な動作が、半周期遅れて行われる。すなわち、図7(e)の(G)に示す形状の高電圧出力波形を持つ電流が高電圧ダイオード114を介して電極44BにB相出力として供給され、電極44Aが充電される。そして、上記と同様に放電、B相の残留静電エネルギーのA相への受け渡しが行われる。以上の動作が繰り返されて静電モータの回転駆動が行われる。
On the
本実施形態の静電モータ用駆動回路100では、静電モータの回転方向の切換は、制御部101がエンコーダ信号を反転(H→L、L→H)とすることにより行うことができる。
In the electrostatic
本実施形態の静電モータ用駆動回路100では、静電モータに停止状態でブレーキをかけておくこともできる。回転子R側の電極電位と固定子S側の電極電位の間に電位差を与えておくとお互いに吸引力が働き、その位置で保持力が発生する。なお長時間の保持は絶縁体からのリークのため電位が低下する。そこで間欠的にフライバックトランス103、104を作動させ高電圧で充電しておく。この場合の制御も制御部101により行う。
In the electrostatic
本実施形態の静電モータ用駆動回路100では、静電モータにブレーキをかけて高速状態から低速状態とすることもできる。この場合、回転子Rの電極に誘導電圧が発生するため、その発電作用によって、外部の抵抗で回転エネルギーを消費させるようにする。またはその回転エネルギーを電源側に回収するようにしても良い。この場合の制御も制御部101により行う。
In the electrostatic
100 静電モータ用駆動回路
101 制御部(マイクロコンピュータ)
102 フォトカプラ
103、104 フライバックトランス
105、106 絶縁トランス
107、108、109、110、111、112 スイッチングトランジスタ
121 抵抗
122 コンデンサー
DESCRIPTION OF
102
対向配置された円盤状の固定子と円盤状の回転子を有し、固定子は、交互に周状に配置され、極性が異なる電圧が印加される複数の第1の電極及び第2の電極を有し、隣接する電極間には所定強度の電界が形成され、回転子は、固定子の第1の電極及び第2の電極の近傍に交互に周状に配置され、極性が異なる電圧が印加される複数の第1の電極及び第2の電極を有し、その極性が所定のタイミングで切り替えられ、内蔵するエンコーダにより回転子の電極位置を検出し、その検出結果に基づいて前記所定のタイミングで電極極性を切り替えて高電圧を回転子側の第1の電極及び第2の電極に印加して駆動する静電モータを駆動するための静電モータ用駆動回路であって、一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第1の高電圧ダイオードを介して回転子の第1の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第1の電極にA相として供給する第1のフライバックトランスと、第1のフライバックトランスをオンオフさせる第1のスイッチングトランジスタと、一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第2の高電圧ダイオードを介して回転子の第2の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第2の電極にA相と半周期位相がずれたB相として供給する第2のフライバックトランスと、第2のフライバックトランスをオンオフさせる第2のスイッチングトランジスタと、エンコーダからの検出信号を受け取り、第1及び第2のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行う制御部を有すること。 Has a pair countercurrent arranged disc-shaped stator and a disk-shaped rotor, the stator, are arranged alternately in the circumferential polarity plurality of the first electrode and the second being different voltages applied An electric field having a predetermined strength is formed between adjacent electrodes, and the rotor is alternately arranged in the vicinity of the first electrode and the second electrode of the stator, and the voltages are different in polarity. The polarity of the first electrode and the second electrode are switched at a predetermined timing, and the electrode position of the rotor is detected by a built-in encoder, and the predetermined electrode is detected based on the detection result. A drive circuit for an electrostatic motor for driving an electrostatic motor that is driven by switching the electrode polarity at a timing and applying a high voltage to the first electrode and the second electrode on the rotor side. The coil is connected to the DC power input and the secondary coil is A first flyback transformer that is connected to the first electrode of the rotor via a high-voltage diode and supplies the first electrode of the rotor as an A phase to the first electrode of the rotor; The first switching transistor for turning on and off the transformer, the primary side coil is connected to the DC power supply input, and the secondary side coil is connected to the second electrode of the rotor via the second high voltage diode, A second flyback transformer that supplies the second electrode of the rotor to the second electrode of the rotor as a B phase that is out of phase with the A phase, a second switching transistor that turns on and off the second flyback transformer, A controller that receives a detection signal from the encoder and performs on / off control of the first and second switching transistors;
また、本発明の静電モータ用駆動回路は、固定子と、前記固定子に対向配置された回転子と、所定強度の電界が形成される複数の第1の電極及び複数の第2の電極と、極性が異なる電圧が所定のタイミングで切り替わるように印加される複数の第3の電極及び複数の第4の電極とを有する静電モータを駆動するための静電モータ用駆動回路であって、一次側コイルが電源に接続されるとともに二次側コイルが第1の高電圧ダイオードを介して前記第3の電極に接続される第1のトランスと、前記第1のトランスをオンオフさせる第1のスイッチング手段と、一次側コイルが電源に接続されるとともに二次側コイルが第2の高電圧ダイオードを介して前記第4の電極に接続される第2のトランスと、前記第2のトランスをオンオフさせる第2のスイッチング手段と、前記第3の電極にA相の電圧を供給するように前記第1のスイッチング手段をオンオフ制御すると共に、前記第4の電極に前記A相と半周期位相がずれたB相の電圧を供給するように前記第2のスイッチング手段をオンオフ制御し、且つ電極の位置を検出するセンサーからの検出信号に基づいて前記第1及び第2のスイッチング手段をオンオフ制御する制御部とを有することを特徴とする。 The electrostatic motor drive circuit according to the present invention includes a stator, a rotor disposed opposite to the stator, a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes on which an electric field having a predetermined strength is formed. And an electrostatic motor drive circuit for driving an electrostatic motor having a plurality of third electrodes and a plurality of fourth electrodes applied so that voltages having different polarities are switched at a predetermined timing. A first transformer whose primary coil is connected to the power source and whose secondary coil is connected to the third electrode via a first high-voltage diode, and a first transformer for turning on and off the first transformer. Switching means, a second transformer in which a primary coil is connected to a power source and a secondary coil is connected to the fourth electrode via a second high-voltage diode, and the second transformer Second to turn on and off The on-off control of the first switching means so as to supply the A-phase voltage to the switching means and the third electrode, and the B-phase having a half-cycle phase shifted from the A-phase to the fourth electrode A controller that controls on / off of the second switching means so as to supply a voltage, and that controls on / off of the first and second switching means based on a detection signal from a sensor that detects a position of the electrode. It is characterized by that.
また、本発明の静電モータは、固定子と、前記固定子に対向配置された回転子と、所定強度の電界が形成される複数の第1の電極及び複数の第2の電極と、極性が異なる電圧が所定のタイミングで切り替わるように印加される複数の第3の電極及び複数の第4の電極と、駆動回路とを有する静電モータであって、前記駆動回路は、一次側コイルが電源に接続されるとともに二次側コイルが第1の高電圧ダイオードを介して前記第3の電極に接続される第1のトランスと、前記第1のトランスをオンオフさせる第1のスイッチング手段と、一次側コイルが電源に接続されるとともに二次側コイルが第2の高電圧ダイオードを介して前記第4の電極に接続される第2のトランスと、前記第2のトランスをオンオフさせる第2のスイッチング手段と、前記第3の電極にA相の電圧を供給するように前記第1のスイッチング手段をオンオフ制御すると共に、前記第4の電極に前記A相と半周期位相がずれたB相の電圧を供給するように前記第2のスイッチング手段をオンオフ制御し、且つ電極の位置を検出するセンサーからの検出信号に基づいて前記第1及び第2のスイッチング手段をオンオフ制御する制御部とを有することを特徴とする。 The electrostatic motor of the present invention includes a stator, a rotor disposed opposite to the stator, a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes that form an electric field having a predetermined strength, and polarity. Is an electrostatic motor having a plurality of third electrodes and a plurality of fourth electrodes applied so that different voltages are switched at a predetermined timing, and a drive circuit, wherein the drive circuit has a primary coil A first transformer connected to a power source and having a secondary coil connected to the third electrode via a first high-voltage diode; first switching means for turning on and off the first transformer; A second transformer in which a primary coil is connected to a power source and a secondary coil is connected to the fourth electrode via a second high-voltage diode; and a second transformer for turning on and off the second transformer Switching means and The first switching means is on / off controlled so as to supply an A-phase voltage to the third electrode, and a B-phase voltage having a half-cycle phase shifted from the A-phase is supplied to the fourth electrode. And a controller for controlling on / off of the second switching means and controlling on / off of the first and second switching means based on a detection signal from a sensor for detecting the position of the electrode. To do.
また、本発明の駆動方法は、固定子と、前記固定子に対向配置された回転子と、所定強度の電界が形成される複数の第1の電極及び複数の第2の電極と、極性が異なる電圧が所定のタイミングで切り替わるように印加される複数の第3の電極及び複数の第4の電極とを有する静電モータを駆動するための駆動方法であって、前記第3の電極にA相の電圧を供給し、前記第4の電極に前記A相と半周期位相がずれたB相の電圧を供給し、電極の位置を検出するセンサーからの検出信号に基づいて、前記A相の電圧又は前記B相の電圧を印加するタイミングを制御することを特徴とする。 In addition, the driving method of the present invention includes a stator, a rotor disposed opposite to the stator, a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes that form an electric field having a predetermined intensity, A driving method for driving an electrostatic motor having a plurality of third electrodes and a plurality of fourth electrodes applied so that different voltages are switched at a predetermined timing, wherein A is applied to the third electrode. A phase voltage is supplied to the fourth electrode, and a B phase voltage that is half-phase shifted from the A phase is supplied to the fourth electrode. Based on a detection signal from a sensor that detects the position of the electrode, the A phase The timing of applying the voltage or the B-phase voltage is controlled.
Claims (4)
一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第1の高電圧ダイオードを介して回転子の第1の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第1の電極にA相として供給する第1のフライバックトランスと、
第1のフライバックトランスをオンオフさせる第1のスイッチングトランジスタと、
一次側コイルが直流電源入力に接続されるとともに二次側コイルが第2の高電圧ダイオードを介して回転子の第2の電極に接続され、高電圧を発生して回転子の第2の電極にA相と半周期位相がずれたB相として供給する第2のフライバックトランスと、
第2のフライバックトランスをオンオフさせる第2のスイッチングトランジスタと、
エンコーダからの検出信号を受け取り、第1及び第2のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行う制御部を有することを特徴とする静電モータ用駆動回路。 A plurality of first electrodes and second electrodes, each having a disk-shaped stator and a disk-shaped rotor disposed opposite to each other, the stators being alternately arranged in a circumferential shape and applied with voltages having different polarities An electric field having a predetermined strength is formed between adjacent electrodes, and the rotors are alternately arranged in the vicinity of the first electrode and the second electrode of the stator, and voltages having different polarities are provided. A plurality of first electrodes and a second electrode to be applied, the polarities of which are switched at a predetermined timing, the electrode position of the rotor is detected by a built-in encoder, and the predetermined electrode is detected based on the detection result; An electrostatic motor drive circuit for driving an electrostatic motor that switches an electrode polarity at a timing and applies a high voltage to the first electrode and the second electrode on the rotor side to drive.
The primary side coil is connected to the DC power supply input, and the secondary side coil is connected to the first electrode of the rotor via the first high voltage diode to generate a high voltage to generate the first electrode of the rotor. A first flyback transformer to be supplied as A phase to
A first switching transistor for turning on and off the first flyback transformer;
The primary side coil is connected to the DC power supply input and the secondary side coil is connected to the second electrode of the rotor via the second high voltage diode to generate a high voltage to generate the second electrode of the rotor. A second flyback transformer that supplies a B phase that is half-cycle phase shifted from the A phase;
A second switching transistor for turning on and off the second flyback transformer;
An electrostatic motor drive circuit comprising: a control unit that receives a detection signal from an encoder and performs on / off control of the first and second switching transistors.
第2の高電圧ダイオードと回転子の第2の電極との中間点と、第1のフライバックトランスの二次側コイルとの間に直列接続される第4のスイッチングトランジスタとを有し、
制御部が、第3及び第4のスイッチングトランジスタのオンオフ制御を行い、静電モータに蓄えられた残留静電エネルギーをA相からB相、B相からA相へ受け渡すことを特徴とする請求項1又は2記載の静電モータ用駆動回路。 A third switching transistor connected in series between an intermediate point between the first high-voltage diode and the first electrode of the rotor and the secondary coil of the second flyback transformer;
A fourth switching transistor connected in series between an intermediate point between the second high-voltage diode and the second electrode of the rotor and the secondary side coil of the first flyback transformer;
The control unit performs on / off control of the third and fourth switching transistors, and transfers residual electrostatic energy stored in the electrostatic motor from the A phase to the B phase and from the B phase to the A phase. Item 3. The driving circuit for an electrostatic motor according to Item 1 or 2.
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