JP2013048557A - Driving circuit for electrostatic motor, electrostatic motor, and driving method - Google Patents

Driving circuit for electrostatic motor, electrostatic motor, and driving method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a driving circuit capable of driving the rotation of an electrostatic motor at a high driving force.SOLUTION: The driving circuit 100 for electrostatic motor processes a signal of an encoder mounted on an electrostatic motor with a control section (microcomputer) 101, and its output is added to gates of switching transistors 107, 108 connected to primary coils of flyback transformers 103, 104 to control electric current of the primary coil. A high voltage is generated from secondary coils of the flyback transformers 103, 104 and added to electrodes 44B, 44A of the electrostatic motor through high-voltage diodes 113, 114 for charging.

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, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, etc.).

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 Patent Document 2. In this electrostatic motor, a disk-shaped stator and a disk-shaped rotor are disposed opposite to each other in a vacuum container, the stator is fixed to the vacuum container body, and the rotor is freely rotatable via a rotating shaft. The first electrode and the second electrode, which are pivotally supported by the main body and are respectively attached to the electrode support body and electrically insulated from each other by the insulator, are alternately arranged in the circumferential direction on the stator. The first electrode and the second electrode, which are respectively attached to the electrode support and electrically insulated from each other by the insulator, are alternately arranged in the circumferential direction, and the first electrode and the second electrode on the stator side are the center of the rotation axis. The first electrode and the second electrode on the rotor side are separated by a predetermined distance from the center of the rotating shaft, and the first electrode on the stator side and The first electrode on the stator side is disposed so as to be positioned between the second electrode rows. Between electrode and the second electrode is applied a predetermined electric field is, the first electrode and the second electrode on the rotor side is characterized by a voltage of different polarity is applied to switch at a predetermined timing.

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 Patent Document 2 can generate a high electric field in a vacuum and can be rotationally driven with a sufficient driving force, and can effectively prevent dielectric breakdown, creeping discharge, spark discharge, etc. Among them, it is possible to provide an electrostatic motor that can operate and can be reduced in weight.
However, in order to stably drive the electrostatic motor of Patent Document 2 at a high voltage, there is room for further improvement of the drive circuit.

特開平8−88984号公報JP-A-8-88984 特開2007−336735号公報JP 2007-336735 A 「静電モータを用いたサーボシステムに関する研究」www.intellec t.pe.u-tokyo.ac.jp/japanese/dissertation_j/yamamoto.html 著者:山本晃生"Research on servo systems using electrostatic motors" www.intellec t.pe.u-tokyo.ac.jp/japanese/dissertation_j/yamamoto.html Author: Yasuo Yamamoto

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.

本発明の駆動対象である静電モータの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the electrostatic motor which is the drive object of this invention. 上記静電モータの固定子の平面図である。It is a top view of the stator of the above-mentioned electrostatic motor. 上記静電モータの回転子の平面図である。It is a top view of the rotor of the said electrostatic motor. 上記固定子の第1電極及び第2電極の一部詳細見取り図である。It is a partial detailed sketch of the first electrode and the second electrode of the stator. (A)は固定子側の電極支持体と第1電極、第2電極の一部断面の配置を示す展開図、(B)は回転子側の電極支持体と第1電極、第2電極の一部断面の配置を示す展開図である。(A) is a development view showing an arrangement of partial cross sections of the stator-side electrode support and the first electrode and the second electrode, and (B) is a view of the rotor-side electrode support and the first and second electrodes. It is an expanded view which shows arrangement | positioning of a partial cross section. 固定子側の第1電極、第2電極と回転子側の第1電極、第2電極による動作原理説明図である。It is operation | movement principle explanatory drawing by the 1st electrode by the side of a stator, a 2nd electrode, and the 1st electrode by the side of a rotor, and a 2nd electrode. (a)はエンコーダからの電極位置検出信号波形を示す図、(b)は回転子側の第1電極と第2電極の電圧波形を示す図、(c)はゲート(B)、(C)の波形を示す図、(d)はゲート(D)、(E)の波形を示す図、(e)はF点、G点(A相、B相)の高電圧出力波形を示す図である。(A) is a figure which shows the electrode position detection signal waveform from an encoder, (b) is a figure which shows the voltage waveform of the 1st electrode and 2nd electrode by the side of a rotor, (c) is a gate (B), (C) (D) is a figure which shows the waveform of gate (D), (E), (e) is a figure which shows the high voltage output waveform of F point and G point (A phase, B phase). . 本実施形態の静電モータ用駆動回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the drive circuit for electrostatic motors of this embodiment.

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 Patent Document 2.

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 vacuum container 11, and the stator S is fixed to the main body of the vacuum container 11. The electrostatic motor can operate under a vacuum of 3 Pa or less.

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 first electrode 34A is fixedly disposed on each electrode support 31 on the stator S side. The first electrodes 34A are arranged in two rows with a predetermined distance from the center of the rotating shaft 1 (the center of the motor base 10). Similarly, the second electrode 34B is fixedly arranged on the other electrode support 32 on the stator S side. As shown in FIGS. 2 and 4, the first electrodes 34 </ b> A and the second electrodes 34 </ b> B are arranged alternately. The first electrode 34 </ b> A and the second electrode 34 </ b> B are arranged on the electrode supports 31 and 32 in an equal division in the circumferential direction in parallel with the rotation axis 1, and are arranged in two rows fixed in the radial direction. The electrode support 31 and the electrode support 32 provided with the first electrode 34A and the second electrode 34B are fixed by an insulator 33 and attached to the motor base 10 (the main body of the vacuum vessel 11). The insulator 33 has a sufficient insulation thickness and creepage distance, and is provided with a plurality of grooves to prevent creeping discharge. Here, a sufficient insulation thickness and creepage distance require a thickness greater than the dielectric breakdown voltage of the insulator and a creepage distance several times greater than that. Further, the number, shape, depth, and the like of the grooves can be set as appropriate according to the size and application of the electrostatic motor.

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 first electrode 44A is also fixedly arranged on each electrode support 41 on the rotor R side. The first electrodes 44 </ b> A are arranged in a row at a predetermined distance from the center of the rotating shaft 1. Similarly, the second electrode 44B is fixedly disposed on the other electrode support 42 on the rotor R side. As shown in FIG. 3, the first electrodes 44 </ b> A and the second electrodes 44 </ b> B are arranged so as to be alternately located as in the stator S side. The first electrode 44 </ b> A and the second electrode 44 </ b> B are arranged in an equal division in the circumferential direction on the electrode supports 41 and 42 in parallel with the rotation axis 1, and fixedly arranged in one row in the radial direction. The electrode support 41 and the electrode support 42 including the first electrode 44A and the second electrode 44B are fixed by an insulator 43 and attached to the rotary shaft 1. Similarly to the stator S side, the insulator 43 also has a sufficient insulation thickness and creepage distance, and has a shape that prevents creeping discharge by providing a plurality of grooves. Note that the number, shape, depth, and the like of the grooves can be set as appropriate according to the size and application of the electrostatic motor.

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 first electrode 44A and the second electrode 44B on the rotor R side are connected to the support bodies 41 and 42 in parallel with the rotary shaft 1 in the same manner as the first electrode 34A and the second electrode 34B on the stator S side. As shown in FIG. 1, the first electrode 34 </ b> A and the second electrode on the side of the stator S are arranged so as to be fixedly divided. Must be midway between 34B rows. The first electrode 34A, the second electrode 34B, the first electrode 44A, and the second electrode 44B have a pin shape, and it is preferable that the ends have roundness to prevent discharge between the electrodes. . These electrode shapes may be shapes other than the pin shape.

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 electrodes 44A and 44B on the rotor R side through slip rings 51 and 52 and brushes 61 and 62.

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 (slit plate 7 and sensor 8) and a magnetic type (magnetic disk and sensor). Here, the former is adopted, but the first on the rotor R side is used. The energization timing of the electrode 44A and the second electrode 44B is detected by the sensor 8, signal processing is performed by a drive circuit (not shown), and a high voltage (about 1 to 100 kV) is output to output the first electrode 44A and the second electrode 44B. To supply. Since the voltage applied to the electrode of a practical electrostatic motor requires a high voltage on the order of kV, the lower limit is 1 kV. Since the torque increases in proportion to the square of the voltage, the lower limit is more preferably a voltage of 10 kV to 20 kV. The upper limit of the applied voltage is 100 kV from the viewpoint of the problem of X-ray radiation and the mechanical strength of the electrode.

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 vacuum seal 9 is attached to the motor base 10 when the electrostatic motor is used in air or gas, and maintains the vacuum inside the electrostatic motor.

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 first electrode 34A and the second electrode 34B on the stator S side are arranged in two rows, and the first electrode 44A and the second electrode 44B on the rotor R side are arranged in one row. The number of columns is not limited to this, and can be set to a larger number of columns.

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 first electrode 34A and the second electrode 34B.

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 first electrode 44A and the second electrode 44B on the rotor R side are configured to freely move in the circumferential direction between the first electrode 34A and the second electrode 34B on the stator S side. When a positive high voltage (about 1 to 100 kV) is applied to the electrode support 42, the first electrode 44B is positively charged and the second electrode 44A is negatively charged. For the charging timing, for example, the direction of the thrust (rotational force) is determined depending on the position of the electrode 44B on the rotor R side with respect to the second electrode 34B on the stator S side. Affects the magnitude of (rotational force).

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 first electrode 34A and the second electrode 34B on the stator S side, and the first electrode 44A and the second electrode 44B on the rotor R side. For example, when the second electrode 44B of the rotor R side of the slightly right side position X 0 of the second electrode 34B of the stator S side came (X 1 position) given a positive potential to the second electrode 44B A repulsive force acts on the second electrode 34B and the second electrode 44B, and an attractive force acts on the first electrode 34A and the second electrode 44B. As a result, the rotor R coupled to the first electrode 44A and the second electrode 44B receives the driving force in the right direction and moves.

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 second electrode 44B, the first electrode 34A (the position of X 2) immediately before the voltage switched in, repeat the operation every time of detecting the position timing of the second electrode 44B by the signal of the sensor 8 of the encoder.

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 second electrode 44B and the first electrode 44A on the rotor R side. However, the voltage waveform during the actual rotational drive is as shown in FIG. This is because the electrode of the rotor R has a capacitance and changes depending on its position. (However, t 0 indicates the time at the point X 1 when the electrode 44A passes through the electrode 34B, and T 0 indicates the time when the switching transistor 107 is turned on to accumulate magnetic energy in the flyback transformer 103 described later. T 1 Indicates the time after a half cycle of the encoder at t 0 , and T 1 indicates the time when the potential of the electrode 44A is lowered immediately before the electrode 44A is in front of the electrode 34B.)
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 motor drive circuit 100 of the present embodiment.

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 drive circuit 100 includes a control unit 101 composed of, for example, a microcomputer, and an electrode position detection signal (A) from the encoder of the electrostatic motor [for convenience, the circled characters in FIG. Same. ], A command input such as a start / stop signal, a signal indicating the rotation direction, a signal indicating the rotation speed, a signal for operating the brake, and the like are performed, and each part of the drive circuit 100 is controlled. A photocoupler 102 is provided on the output side of the control unit 101. Here, the electrostatic motor has the configuration described above, the electrodes 44A and 44B of the rotor R are arranged on the circumference in equal divisions, and the code wheel of the encoder is the shaft 1 of the rotor R (FIG. 1). It shall be fixed to. The number of slits of the code wheel is assumed to be the same as the number of electrodes.

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 drive circuit 100 includes flyback transformers 103 and 104 that generate a high voltage (about 1 to 100 kV, the same applies hereinafter). One terminal of the primary coil L1 of the flyback transformer 103 is connected to a DC power source (not shown), and the other terminal is connected to the collector of the switching transistor 107. One terminal of the secondary coil L <b> 2 of the flyback transformer 103 is connected to the A-phase output via the high voltage diode 113 and is also connected to the collector of the switching transistor 111. One terminal of the primary side coil of the flyback transformer 104 is connected to a DC power supply (not shown), and the other terminal is connected to the collector of the switching transistor 108. One terminal of the secondary side coil of the flyback transformer 104 is connected to the B-phase output via the high voltage diode 114 and to the collector of the switching transistor 112. Here, the A phase output is applied to the electrode 44B of the electrostatic motor, and the B phase output is applied to the electrode 44A. Also, a part of the A phase output is connected to the electrostatic field output via the high voltage diode 120 and is taken out as a high voltage that creates an electrostatic field on the stator S side, and a part of the B phase output is also a high voltage diode 119. Is connected to an electrostatic field output via the, and is taken out as a high voltage that creates an electrostatic field on the stator S side.

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 transistor 111 is connected to the other terminal of the secondary coil of the flyback transformer 104 via the high voltage diode 116 and to one terminal of the secondary coil of the insulating transformer 105. . The emitter of the switching transistor 112 is connected to the other terminal of the secondary coil of the flyback transformer 103 via the high-voltage diode 115 and to one terminal of the secondary coil of the insulating transformer 106. . The other terminal of the secondary coil of the insulating transformer 105 is connected to the gate of the switching transistor 111, and the other terminal of the secondary coil of the insulating transformer 106 is connected to the gate of the switching transistor 112. The GND of the electrostatic motor is connected to the other terminal of the secondary coil of the flyback transformer 103 via the high voltage diode 117 and is connected to the secondary side of the flyback transformer 104 via the high voltage diode 118. Connected to one terminal.

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 photocoupler 102 is connected to the gates (B), (C), (D), and (E) of the switching transistors 107, 108, 109, and 110, respectively, and the emitters of the switching transistors 107, 108, 109, and 110 are Each is connected to GND. The collector of the switching transistor 109 is connected to one terminal of the primary coil of the insulation transformer 105, and the other terminal of the primary coil of the insulation transformer 105 is connected to the + DC side. The collector of the switching transistor 110 is connected to one terminal of the primary coil of the insulating transformer 106, and the other terminal of the primary coil of the insulating transformer 106 is connected to the + DC side.

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 motor driving circuit 100 having the above configuration will be described.

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 electrode 44B of the rotor R passes through the electrode 34B of the stator S and falls when it passes through the electrode 34A is output. It has become. (C) is a diagram showing waveforms of gates (B) and (C), and (d) is a diagram showing waveforms of gates (D) and (E). (B), (e) is a waveform diagram as described above.

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 control unit 101, and a high voltage pulse is applied to the A phase or B phase to start the electrostatic motor.

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 flyback transformer 103 is turned off, a high voltage is induced in the secondary side coil L2, and a voltage is applied to the electrode 44B through the high voltage diode 113 to be charged. . The flyback transformer 103 needs to store a magnetic energy by supplying a current before turning off the primary side coil L1, and the magnitude of the stored magnetic energy depends on the rotational speed and driving torque of the electrostatic motor. Therefore, it is necessary to control the time t 0 during which the current flows. Therefore, the control unit 101 measures the time of one cycle of the encoder, and from the time of the rising signal from the encoder and the time t 0 when a predetermined current is passed through the coil L1 on the primary side of the flyback transformer 103, A time T 0 at which the switching transistor 103 is turned on before the rising time is calculated, and a voltage is applied to the gate of the switching transistor 107 at the timing shown in (B) of FIG. Thereby, a current flows through the coil L1 on the primary side of the flyback transformer 103, and magnetic energy is accumulated in the magnetic core.

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 flyback transformer 103 is turned off by the control unit 101, the magnetic energy accumulated in the flyback transformer 103 is increased from the secondary side coil L2 to the shape shown in (F) of FIG. A current having a voltage output waveform is supplied as an A-phase output to the electrode 44B via the high-voltage diode 113, and the electrode 44B is charged.

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 electrode 44B needs to be discharged and lowered in potential before the electrode 44B reaches the electrode 34A. In the present embodiment, the A-phase side energy stored in the electrode 44B is transferred to the B-phase side to perform discharge.

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 electrode 44B is discharged through the switching transistor 111. The discharge timing is the same as the charging timing described above, from the time t 1 when the control unit 101 applies a predetermined current to the coil on the primary side of the insulation transformer 105 and the time of the falling signal of the encoder in the same manner as described above. The discharge time T 1 is calculated, the switching transistor 109 is turned on, and the switching transistor 111 is turned on via the insulating transformer 105. Accordingly, the A-phase residual electrostatic energy of the electrode 44B is transferred to the secondary coil of the flyback transformer 104 as a part of the B-phase output via the high voltage diode 116.

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 flyback transformer 104 side, the same operation as that on the flyback transformer 103 is performed with a half cycle delay. That is, a current having a high voltage output waveform shown in (G) of FIG. 7E is supplied as a B-phase output to the electrode 44B through the high voltage diode 114, and the electrode 44A is charged. Then, in the same manner as described above, discharge and B-phase residual electrostatic energy are transferred to the A-phase. The above operation is repeated to rotate the electrostatic motor.

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 motor drive circuit 100 of this embodiment, the rotation direction of the electrostatic motor can be switched by the control unit 101 inverting the encoder signal (H → L, L → H).

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 motor drive circuit 100 of the present embodiment, the electrostatic motor can be braked in a stopped state. If a potential difference is given between the electrode potential on the rotor R side and the electrode potential on the stator S side, an attractive force acts on each other, and a holding force is generated at that position. Note that holding for a long time decreases the potential due to leakage from the insulator. Therefore, the flyback transformers 103 and 104 are intermittently operated and charged at a high voltage. Control in this case is also performed by the control unit 101.

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 motor drive circuit 100 of the present embodiment, the electrostatic motor can be braked to change from the high speed state to the low speed state. In this case, since an induced voltage is generated at the electrode of the rotor R, rotational energy is consumed by an external resistance by the power generation action. Alternatively, the rotational energy may be collected on the power source side. Control in this case is also performed by the control unit 101.

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 SYMBOLS 100 Electrostatic motor drive circuit 101 Control part (microcomputer)
102 Photocoupler 103, 104 Flyback transformer 105, 106 Insulating transformer 107, 108, 109, 110, 111, 112 Switching transistor 121 Resistance 122 Capacitor

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)

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.
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を特徴とする請求項1記載の静電モータ用駆動回路。   The control unit calculates the time timing of the current flowing through the primary side coils of the first and second flyback transformers based on the detection signal from the encoder and the time during which the current flows, and the first and second based on the calculation result. 2. The electrostatic motor drive circuit according to claim 1, wherein on / off control of the switching transistor is performed. 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.
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を特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の静電モータ用駆動回路。   4. The high voltage that creates an electrostatic field formed between the first electrode and the second electrode of the stator is extracted from the A-phase output and the B-phase output. The drive circuit for electrostatic motors as described.
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