JP2782260B2 - Linear step motor and its excitation method - Google Patents
Linear step motor and its excitation methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は情報機器、産業機器のアクチュエータである
リニアステップモータに関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a linear step motor which is an actuator of information equipment and industrial equipment.
［従来の技術］ 第８図は例えば電気学会論文誌Ｄ編、108巻６号昭63
（第603頁乃至第610頁）に示された従来のリニアステッ
プモータを示す断面図、第９図は同リニアステップモー
タを示すもう一つの断面図、第10図は同リニアステップ
モータの概略を示す分解斜視図、第11図（ａ），（ｂ）
は同リニアステップモータの動作原理を示す説明図であ
る。かかる従来例に関連する先行技術として特公昭59−
15269号及び特開昭62−100161号と記載のものがある。
図において、（１）は直線運動する可動子、（1a）は可
動子（１）の上面に設けられた上側ティース、（1b）は
可動子（１）の下面に設けられた下側ティース、（２）
は可動子（１）とギャップを介して対向する一対の固定
子、（2a）は上下２つある一対の固定子（２）のうちの
上側固定子、（2b）反一対の固定子（２）のうちの下側
固定子、（3a）は上側固定子（2a）に巻回されている上
側コイル、（3b）は下側固定子（2b）に巻回されている
下側コイル、（4a）は上側固定子（2a）内の永久磁石、
（4b）は下側固定子（2b）内の永久磁石、（5a）は上側
固定子（2a）のヨーク、（5b）は下側固定子（2b）のヨ
ーク、（６）は上側固定子（2a）と下側固定子（2b）を
保持する外枠、（７）は可動子（１）と外枠（６）の間
に挿入されたリニア軸受である。[Prior Art] FIG. 8 is, for example, IEEJ Transactions on Journal D, Vol.
(Pages 603 to 610) are sectional views showing a conventional linear step motor, FIG. 9 is another sectional view showing the linear step motor, and FIG. 10 is a schematic view of the linear step motor. Exploded perspective view showing, Fig. 11 (a), (b)
FIG. 4 is an explanatory view showing the operation principle of the linear step motor. As a prior art related to such a conventional example, Japanese Patent Publication No.
No. 15269 and JP-A-62-100161.
In the figure, (1) is a mover that moves linearly, (1a) is an upper tooth provided on the upper surface of the mover (1), (1b) is a lower tooth provided on the lower surface of the mover (1), (2)
Is a pair of stators facing the mover (1) via a gap, (2a) is an upper stator of a pair of upper and lower stators (2), and (2b) is a pair of stators (2 ), The lower stator, (3a) is the upper coil wound on the upper stator (2a), (3b) is the lower coil wound on the lower stator (2b), ( 4a) is the permanent magnet in the upper stator (2a),
(4b) is a permanent magnet in the lower stator (2b), (5a) is a yoke of the upper stator (2a), (5b) is a yoke of the lower stator (2b), and (6) is an upper stator (2a) and an outer frame holding the lower stator (2b), and (7) is a linear bearing inserted between the mover (1) and the outer frame (6).
可動子（１）に設けられた上側ティース（1a）と下側
ティース（1b）について詳細に説明すると、上側ティー
ス（1a）は可動子（１）の上面に２列に設けられてお
り、可動子（１）のそれぞれ片側１列の上側ティース
（1a）のピッチをτとすれば、各列の上側ティース（1
a）の位相はτ/2だけずれている。更に、下側ティース
（1b）も可動子（１）の下面に２列に設けられており、
各列の下側ピッチ（1b）のピッチはτであるが、上側テ
ィース（1a）に対してはτ/4だけずれている。また、可
動子（１）の上側ティース及び下側ティース（1a），
（1b）に対抗する上側固定子及び下側固定子（2a），
（2b）のティースとなる脚部の間隔はτ/2であり、上下
の脚部の位置は一致している。The upper teeth (1a) and the lower teeth (1b) provided on the mover (1) will be described in detail. The upper teeth (1a) are provided in two rows on the upper surface of the mover (1). Assuming that the pitch of the upper teeth (1a) of one row on each side of the child (1) is τ, the upper teeth (1a) of each row
The phase in a) is shifted by τ / 2. Further, the lower teeth (1b) are also provided in two rows on the lower surface of the mover (1),
The pitch of the lower pitch (1b) of each row is τ, but it is shifted by τ / 4 with respect to the upper teeth (1a). Also, the upper teeth and lower teeth (1a) of the mover (1),
Upper and lower stators (2a), counter to (1b),
The interval between the legs serving as the teeth in (2b) is τ / 2, and the positions of the upper and lower legs match.
次に、従来のリニアステップモータの動作について第
11図（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。Next, the operation of the conventional linear step motor will be described.
11 will be described with reference to FIGS.
第11図（ａ）は可動子（１）が停止移動する過程を示
し、各ステップにおいて、上方は可動子（１）の上側テ
ィース（1a）と上側固定子（2a）を上からみた状態を示
し、下方は可動子（１）の下側ティース（1b）と下側固
定子（2b）を上からみた状態に置き換えて示したもので
ある。第11図（ｂ）は固定子（２）が正・逆電流の励磁
により極性が変化する過程を示し、各ステップにおいて
上方は上側固定子（2a）のティースとなる脚部各列の極
性を示し、下方は下側固定子（2b）のティースとなる脚
部各列の極性を示している。FIG. 11 (a) shows a process in which the mover (1) stops and moves. In each step, the upper part shows a state where the upper teeth (1a) and the upper stator (2a) of the mover (1) are viewed from above. The lower part shows the lower teeth (1b) and the lower stator (2b) of the mover (1) as viewed from above. FIG. 11 (b) shows a process in which the polarity of the stator (2) changes due to excitation of forward and reverse currents. In each step, the polarity of each row of legs serving as teeth of the upper stator (2a) is determined. The lower part shows the polarity of each row of legs serving as teeth of the lower stator (2b).
ステップ１において、上側固定子（2a）が逆電流によ
り励磁され、下側固定子（2b）が正電流により励磁され
ると、上側固定子（2a）のＳ極のティースの真下に可動
子（１）のＮ極の上側ティース（1a）が位置し、上側固
定子（2a）のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＳ
極の上側ティース（1a）が位置し、互いに吸着し合し、
可動子（１）は停止状態に保持される。一方、下側固定
子（2b）のＮ極のティースの真下には下側ティース（1
b）は無くτ/4離れたところにＳ極の下側ティース（1
b）があり、下側固定子（2b）のＳ極のティースの真下
にも下側ティース（1b）は無く、τ/4離れたところにＮ
極の下側ティース（1b）がある。このときには下側固定
子（2b）のこれらティースが可動子（１）のこれら下側
ティース（1b）を吸引しようとするが、その吸引力より
も上側固定子（2a）のティースと可動子（１）の上側テ
ィース（1a）との保持力が強いため、可動子（１）は結
局停止状態に保持される。In step 1, when the upper stator (2a) is excited by the reverse current and the lower stator (2b) is excited by the positive current, the mover () is placed immediately below the teeth of the S pole of the upper stator (2a). The upper teeth (1a) of the N pole of 1) are located, and the S of the mover (1) is located directly below the teeth of the N pole of the upper stator (2a).
The upper teeth (1a) of the pole are located and adsorb to each other,
The mover (1) is held in a stopped state. On the other hand, immediately below the N-pole teeth of the lower stator (2b), the lower teeth (1
b) and there is no lower teeth of S pole at τ / 4 away (1
b), the lower stator (2b) has no lower teeth (1b) just below the S pole teeth, and N
There are pole lower teeth (1b). At this time, these teeth of the lower stator (2b) try to suck these lower teeth (1b) of the mover (1), but the suction force of the teeth of the upper stator (2a) and the mover ( Since the holding force with the upper teeth (1a) in 1) is strong, the mover (1) is eventually held in a stopped state.
ステップ２において、上側固定子（2a）と下側固定子
（2b）が共に正電流により励磁されると、上側固定子
（2a）のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＮ極の
上側ティース（1a）が無いが隣接して位置し、上側固定
子（2a）のＳ極ティースの真下に可動子（１）のＳ極の
上側ティース（1a）が無いが、隣接して位置し、互いに
反発し合い、可動子（１）は自由な状態になる。一方、
下側固定子（2b）のＮ極のティースの真下には下側ティ
ース（1b）は無く、τ/4離れたところにＳ極の下側ティ
ース（1b）があり、下側固定子（2b）のＳ極のティース
の真下にも下側ティース（1b）は無く、τ/4離れたとこ
ろにＮ極の下側ティース（1b）がある。このときには下
側固定子（2b）のこれらティースが可動子（１）のこれ
ら下側ティース（1b）を吸引して可動子（１）は図にお
いて矢印に示す右側にτ/4移動する。In step 2, when both the upper stator (2a) and the lower stator (2b) are excited by a positive current, the N pole of the mover (1) is placed immediately below the N pole teeth of the upper stator (2a). The upper teeth (1a) of the upper stator (2a) are located adjacent to each other, but there is no upper teeth (1a) of the S pole of the movable element (1) directly below the S teeth of the upper stator (2a), but are adjacent to each other. Then, they repel each other and the mover (1) is in a free state. on the other hand,
There is no lower tooth (1b) directly below the N-pole tooth of the lower stator (2b), and there is a lower tooth (1b) of the S-pole at a distance of τ / 4, and the lower stator (2b) There is no lower tooth (1b) immediately below the S-pole tooth of (1), and there is a lower tooth (1b) of τ / 4 away. At this time, the teeth of the lower stator (2b) attract the lower teeth (1b) of the mover (1), and the mover (1) moves τ / 4 to the right as indicated by the arrow in the figure.
ステップ３は可動子（１）が右側に移動した状態で、
ステップ２と同様に上側固定子（2a）と下側固定子（2
b）が共に正電流により励磁された場合であるが、この
場合は、ステップ１と逆の状態即ち下側固定子（2b）の
Ｎ極のティースの真下に可動子（１）のＳ極の下側ティ
ースが位置し、下側固定子2bのＳ極の真下に可動子
（１）のＮ極の下側ティース（1b）が位置し、互いに吸
着し合い、上側固定子（2a）の正電流の励磁に拘らず、
結局、可動子（１）は停止状態に保持される。Step 3 is a state in which the mover (1) has moved to the right,
The upper stator (2a) and the lower stator (2
b) is a case in which both are excited by a positive current. In this case, the state opposite to that of step 1, that is, the S-pole of the movable element (1) is placed just below the N-pole teeth of the lower stator (2b). The lower teeth are located, and the lower teeth (1b) of the N pole of the mover (1) are located immediately below the S pole of the lower stator 2b, and are attracted to each other, and the positive of the upper stator (2a) is positioned. Regardless of the current excitation,
Eventually, the mover (1) is kept stopped.
ステップ４は、固定子（２）に対する可動子（１）の
位置がステップ３と同じ状態で、上側固定子（2a）が正
電流により励磁され、下側固定子（2b）が逆電流により
励磁された場合であるが、この場合はステップ２と逆の
状態となり、下側固定子（1b）のティースと下側ティー
ス（1b）とは、互いに反発し合い可動子（１）は自由な
状態となり、上側固定子（1a）のティースが上側ティー
ス（1a）を吸引して可動子（１）は図において右側にτ
/4移動する。In step 4, the position of the mover (1) with respect to the stator (2) is the same as in step 3, the upper stator (2a) is excited by a positive current, and the lower stator (2b) is excited by a reverse current. In this case, the state is the reverse of that in step 2, and the teeth of the lower stator (1b) and the lower teeth (1b) repel each other and the movable element (1) is in a free state. The teeth of the upper stator (1a) suck the upper teeth (1a), and the movable element (1)
/ 4 move.
ステップ５は可動子（１）が右側に移動した状態でス
テップ４と同様に上側固定子（2a）が正電流により励磁
され、下側固定子（2b）が逆電流により励磁された場合
であり、ステップ３と逆の状態即ち、上側固定子（2a）
のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＳ極のティー
スが位置し、上側固定子（2a）のＳ極の真下に可動子
（１）のＮ極のティースが位置し、互いに吸着し合い下
側固定子（1b）の逆電流の励磁に拘らず、結局可動子
（１）は停止状態に保持される。Step 5 is a case where the upper stator (2a) is excited by a positive current and the lower stator (2b) is excited by a reverse current in a state where the mover (1) is moved to the right side, as in step 4. , The state opposite to that of step 3, ie, the upper stator (2a)
The S-pole teeth of the mover (1) are located directly below the N-pole teeth of the mover, and the N-pole teeth of the mover (1) are located immediately below the S pole of the upper stator (2a). Regardless of the excitation of the reverse current of the lower stator (1b), the mover (1) is eventually kept in a stopped state.
ステップ６は固定子（２）に対する可動子（１）の位
置がステップ５と同じ状態で上側固定子（2a）と下側固
定子（2b）とが共に逆電流により励磁された場合である
が、この場合はステップ４と逆の状態となり、上側固定
子（2a）のティースと上側ティース（1a）とは互い反発
し合い、可動子（１）は自由な状態となり、下側固定子
（2b）のティースが下側ティースを吸引して可動子
（１）は図において右側にτ/4移動し、ステップ１と同
じ位置に戻る。Step 6 is the case where the position of the mover (1) with respect to the stator (2) is the same as in step 5, and both the upper stator (2a) and the lower stator (2b) are excited by reverse current. In this case, the state is the reverse of that in step 4, the teeth of the upper stator (2a) and the upper teeth (1a) repel each other, the movable element (1) is in a free state, and the lower stator (2b) The teeth of (1) suck the lower teeth, and the mover (1) moves by τ / 4 to the right in the figure, and returns to the same position as in step 1.
このように、可動子（１）がτ/4ピッチで切換えた数
だけ移動して一方向の直線運動が可能となった。In this way, the mover (1) moves by the number switched at the τ / 4 pitch, and linear movement in one direction is enabled.
［発明が解決しようとする課題］ 従来のリニアステップモータは以上のように構成され
ているので、上側固定子（2a）と下側固定子（2b）に流
す励磁電流の向きを適宜に変えてこれら固定子（2a），
（2b）のティースの極性を変換することにより、可動子
（１）の一方向の直線運動を可能としているが、２自由
度のXYテーブルを構成するには、２台のリニアステップ
モータを用意し、一方を他方の可動子（１）の上に移動
方向を直交させて固定しなければならず、可動子（１）
の重量が増して高速性能が低下し、また装置全体が大き
くなるという問題点があった。[Problems to be Solved by the Invention] Since the conventional linear step motor is configured as described above, the direction of the exciting current flowing through the upper stator (2a) and the lower stator (2b) is changed as appropriate. These stators (2a),
By changing the polarity of the teeth of (2b), linear movement of the mover (1) in one direction is possible, but two linear step motors are prepared to configure an XY table with two degrees of freedom. Then, one must be fixed on the other mover (1) with the moving direction orthogonal to the mover (1).
However, there is a problem that the weight of the device increases, the high-speed performance decreases, and the entire device becomes large.
本発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、一つの可動子だけでXYの２方向に移動できる
だけでなく、45゜の方向に移動でき、更に可動子が回転
しながら移動できるリニアステップモータを得ることを
目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and not only can one mover move in two directions of XY, but also move in a direction of 45 °, and furthermore, while the mover rotates. It is an object of the present invention to obtain a movable linear step motor.
［課題を解決するための手段］ 本発明に係るリニアステップモータは、磁性体の平板
上に磁性体の固定子ティースを等間隔で二次元格子状の
配置状態で突設させ、固定子ティース間の凹み部分を非
磁性部材で埋め合わせて表面が平らに形成された固定子
と、磁性体の平板上に16個の磁性体の可動子ティースを
上記固定子ティースの間隔の半分の等間隔で二次元格子
状の配置状態で突設させて形成され、固定子上を移動可
能な可動子と、上記固定子ティースを永久磁石とし、互
いに隣り合う永久磁石の極性を異なるように設定し、可
動子ティースに巻回される励磁コイルと、励磁コイルに
流す電流のオン・オフ及び電流の正負を制御する駆動回
路とを備えるように構成したものである。[Means for Solving the Problems] A linear step motor according to the present invention has a structure in which stator teeth of a magnetic material are protruded on a flat plate of a magnetic material at equal intervals in a two-dimensional lattice-like arrangement state, and the distance between the stator teeth is increased. A stator having a flat surface formed by filling the recessed portion with a non-magnetic member, and 16 magnetic movable teeth on a magnetic flat plate at an equal interval of half the interval of the stator teeth. A movable element formed so as to protrude in a three-dimensional lattice arrangement and movable on the stator, and the stator teeth are made permanent magnets, and permanent magnets adjacent to each other are set to have different polarities, It is configured to include an exciting coil wound around the teeth, and a drive circuit that controls on / off of a current flowing through the exciting coil and positive / negative of the current.
また、永久磁石の各固定子ティースの周囲を励磁コイ
ルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲むように
可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子ティース
を取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流を流して
各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、しかる後に
各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのうち、45
゜の移動させたい方向と反対方向に位置する可動子ティ
ースを残して他の可動子ティースの励磁を解消し、その
後、上記励磁が解消された三つの可動子ティースのう
ち、45の移動させたい方向に位置する可動子ティースを
今まで励磁が維持されている可動子ティースと同極性に
励磁し、残り二つの可動子ティースを今まで励磁が維持
されている可動子ティースと逆極性に励磁することがで
きる。In addition, the mover is positioned with respect to the stator such that the four mover teeth around which the exciting coil is wound surround each stator tooth of the permanent magnet, and the mover teeth surrounding each stator tooth are excited. A current is applied to the coil to excite the stator teeth in the opposite polarity to the polarity of the stator teeth.
Excitation of the other mover teeth is canceled by leaving the mover teeth located in the direction opposite to the direction in which ゜ is desired to be moved, and then, of the three mover teeth whose excitation has been canceled, 45 are to be moved. The mover teeth located in the direction are excited to the same polarity as the mover teeth whose excitation is maintained so far, and the remaining two mover teeth are excited to the opposite polarity to the mover teeth whose excitation is maintained so far. be able to.
更に、永久磁石の各固定子ティースの周囲を励磁コイ
ルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲むように
可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子ティース
を取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流を流して
各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、しかる後、
各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのうち、回
転させたい方向と反対方向に位置する可動子ティースを
残して他の可動子ティースの励磁を解消し、その後回転
して各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのう
ち、該固定子ティースの上方に位置して励磁が維持され
ている可動子ティースをそのままにして該可動子ティー
スに隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向にそれぞ
れ位置する可動子ティースを上記励磁が維持されている
可動子ティースの極性と同極性に励磁し、その後回転し
て各固定子ティースを挾み込む状態に位置している二つ
の可動子ティースのうち、回転させたい方向と反対方向
に位置する可動ティースを残して他の可動子ティースの
励磁を解消し、その後回転して各固定子ティースの上方
に位置する励磁された可動子ティースを含み、更に回転
したときに該固定子ティースを取り囲むこととなる可動
子ティースを上記励磁された可動子ティースと同極性に
励磁することもできる。Further, the mover is positioned with respect to the stator such that the four mover teeth around which the exciting coil is wound surround each stator tooth of the permanent magnet, and the mover teeth surrounding each stator tooth are excited. A current is applied to the coil to excite the polarity of each stator tooth to the opposite polarity.
Of the mover teeth surrounding each stator tooth, the excitation of the other mover teeth is canceled by leaving the mover tooth positioned in the direction opposite to the direction in which the rotor teeth are to be rotated. Among the child teeth, the movable elements which are located above the stator teeth and whose excitation is maintained and which are adjacent to the movable element teeth and which are respectively positioned in the direction opposite to the direction to be rotated. To excite the teeth to the same polarity as the polarities of the mover teeth for which the above-mentioned excitation is maintained, and then rotate to rotate the two mover teeth that are positioned so as to sandwich each stator tooth. Excitation of other mover teeth is canceled by leaving the movable tooth located in the opposite direction to the direction, and then the rotor is rotated and excited above each stator tooth. Wherein the mover teeth, the mover teeth to be surround the stator teeth can be excited in the same polarity and a mover teeth is the exciting upon further rotation.
［作用］ 本発明においては、磁性体の平板上に磁性体の固定子
ティースを等間隔で二次元格子状の配置状態で突設さ
せ、固定子ティース間の凹み部分を非磁性部材で埋め合
わせて表面が平らに形成された固定子と、磁性体の平板
上に16個の磁性体の可動子ティースを上記固定子ティー
スの間隔の半分の等間隔で二次元格子状の配置状態で突
設させて形成され、固定子上を移動可能な可動子と、上
記固定子ティースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久
磁石の極性を異なるように設定し、可動子ティースに巻
回される励磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・
オフ及び電流の正負を制御する駆動回路とを備え、駆動
回路によって各励磁コイルに流す電流をオン・オフ、正
負を制御し、励磁コイルが巻回されているティースを励
磁したり、極性を変換したりして種々の励磁パターンを
とることにより、可動子が固定子に対して、x,y方向に
移動すると共に45゜方向に移動し、更に、回転しながら
移動する。[Operation] In the present invention, the stator teeth of the magnetic material are protruded on the flat plate of the magnetic material at equal intervals in a two-dimensional lattice arrangement state, and the recessed portions between the stator teeth are filled with a non-magnetic member. A stator whose surface is formed flat, and 16 magnetic element mover teeth projecting on a flat plate of magnetic substance in a two-dimensional lattice-like arrangement at an equal interval of half the interval of the stator teeth. A movable element formed on the stator and movable on the stator, and the stator teeth are made permanent magnets, the adjacent permanent magnets are set to have different polarities, and an exciting coil wound around the mover teeth, Turn on the current flowing through the exciting coil
A drive circuit that controls off and positive and negative of the current is provided.The drive circuit turns on and off the current flowing through each exciting coil, controls the positive and negative, excites the teeth around which the exciting coil is wound, and converts the polarity. Thus, by taking various excitation patterns, the mover moves in the x, y directions and the 45 ° direction with respect to the stator, and further moves while rotating.
［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同
実施例の主要部を示す斜視図、第３図は同実施例の駆動
回路図、第４図（ａ）〜（ｆ）は固定子のｘ方向に移動
する可動子の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第
５図（ａ），（ｂ）は固定子のｙ方向に移動する可動子
の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第６図（ａ）
〜（ｅ）は固定子に対して45゜方向に移動する可動子の
移動過程と励磁パターンを示す説明図、第７図（ａ）〜
（ｉ）は固定子に対して回転する可動子の移動過程と励
磁パターンを示す説明図である。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the embodiment, FIG. 3 is a drive circuit diagram of the embodiment, and FIG. FIGS. 5 (a) to 5 (f) are explanatory views showing a moving process and an excitation pattern of the movable element moving in the x direction of the stator, and FIGS. 5 (a) and 5 (b) are diagrams of the movable element moving in the y direction of the stator. Explanatory drawing showing the movement process and the excitation pattern, FIG. 6 (a)
FIGS. 7A to 7E are explanatory views showing a moving process and an excitation pattern of a mover moving in a 45 ° direction with respect to a stator, and FIGS.
(I) is an explanatory view showing a moving process and an excitation pattern of a mover rotating with respect to a stator.
第１図及び第２図において、（11）は磁性体をＺ方向
に積層した平板状の固定子、（11a）は固定子（11）の
上面に永久磁石を等間隔の二次元格子状に配置し、接着
させて形成された固定子ティースで各永久磁石の極性は
隣り合うものと異なる極性に設定されている。（12）は
固定子（11）の固定子ティース（11a）間に形成された
凹み部分を埋め合わせて固定子ティース（11a）の上面
とともに平面を構成するプラスチック等の非磁性体のテ
ーブルである。（13）は磁性体をＺ方向に積層した平板
状の可動子、（13a）は可動子（12）の下面に固定子テ
ィースの間隔と半分の等間隔で二次元格子状の配置状態
で突設させられた16個の磁性体からなる可動子ティー
ス、（14）は可動子ティース（13a）に巻かれた励磁コ
イル、（15）は可動子（13）の側部に取り付けられ、可
動子（13）を支持する足、（16）は足（15）の先端に設
けられたキャスタである。このように可動子（13）は足
（15）とキャスタ（16）で支持されており、Ｚ方向に一
定の高さで維持されており、可動子ティース（13a）は
固定子ティース（11a）に対して一定のギャップを保ち
ながら、x,y方向に移動できると共に回転でき、３自由
度の運動を可動としている。In FIGS. 1 and 2, (11) is a plate-shaped stator in which magnetic materials are laminated in the Z direction, and (11a) is a two-dimensional grid of permanent magnets on the upper surface of the stator (11) at regular intervals. The polarity of each permanent magnet is set to a polarity different from that of an adjacent one in a stator tooth formed by being arranged and bonded. (12) is a table made of a non-magnetic material such as plastic which composes a flat surface together with the upper surface of the stator teeth (11a) by making up a recess formed between the stator teeth (11a) of the stator (11). (13) is a plate-like movable element in which magnetic materials are stacked in the Z direction. (13a) is a two-dimensional lattice-like arrangement protruding from the lower surface of the movable element (12) at the same interval as half of the stator teeth. The mover teeth consisting of 16 magnetic bodies provided, (14) is an excitation coil wound around the mover teeth (13a), (15) is attached to the side of the mover (13), (16) is a caster provided at the tip of the foot (15). As described above, the mover (13) is supported by the feet (15) and the casters (16), is maintained at a constant height in the Z direction, and the mover teeth (13a) are the stator teeth (11a). , While being able to move in the x and y directions while maintaining a constant gap, and can move in three degrees of freedom.
第３図において、（20）は可動子（13）の可動子ティ
ース（13a）に巻かれている励磁コイル（14）を励磁
し、固定子ティース（11a）と可動子ティース（13a）と
に磁気吸引力を発生させることで可動子（13）を駆動さ
せる駆動回路で、各コイル（14）を独立に励磁制御する
ことで可動子（13）のx,y方向の移動、回転の３自由度
の運動を任意に制御することができる。なお、第３図で
は３つの励磁コイル（14）分の駆動回路しか示されてい
ないが、一点鎖点で囲まれた回路構成ａを次々に16個並
列接続することで、16個の励磁コイル（14）分の駆動回
路が得られる。このとき、１つの励磁コイル（14）当
り、４個のパワートランジスタ（21）と４個のダイオー
ド（22）が使用されており、駆動回路（20）全体では64
個のパワートランジスタ（21）と64個のダイオード（2
2）が使用されることになる。そして、これら64個のパ
ワートランジスタ（21）のベース電流を例えばTTL論理
パソコンで制御することにより、16個の励磁コイル（1
4）の励磁のオン・オフ及び極性の反転ができる。In FIG. 3, (20) excites an exciting coil (14) wound around the mover teeth (13a) of the mover (13), and the excitation coil (14) is connected to the stator teeth (11a) and the mover teeth (13a). A drive circuit that drives the mover (13) by generating a magnetic attraction force. By independently controlling the excitation of each coil (14), the mover (13) has three freedoms of movement and rotation in the x and y directions. The degree of movement can be controlled arbitrarily. Although FIG. 3 shows only a drive circuit for three excitation coils (14), 16 circuit arrangements a surrounded by dashed lines are connected in parallel one after the other to form 16 excitation coils. A drive circuit for (14) minutes is obtained. At this time, four power transistors (21) and four diodes (22) are used for one excitation coil (14), and the entire drive circuit (20) has 64 power transistors.
Power transistors (21) and 64 diodes (2
2) will be used. By controlling the base current of these 64 power transistors (21) with, for example, a TTL logic personal computer, 16 excitation coils (1
4) Excitation ON / OFF and polarity reversal can be performed.
次に、上記実施例の動作を第１図乃至第７図に基づい
て説明する。Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to FIGS.
第４図乃至第７図において、実線の正方形群はＺ方向
から見た可動子ティース（13a）の下面を示し、破線の
正方形群は固定子ティース（11a）の上面を示してい
る。また、正方形内のNSは固定子（11）側では配置され
た永久磁石で決まる極性、可動子（13）側では励磁コイ
ル（14）の励磁状態で決まる極性で、空白は励磁コイル
（14）を励磁していない状態を表わしている。更にτは
固定子ティース（11a）のピッチ、τ/2は可動子ティー
ス（13a）のピッチを示している。4 to 7, solid square groups indicate the lower surface of the mover teeth (13a) viewed from the Z direction, and broken line square groups indicate the upper surfaces of the stator teeth (11a). The NS in the square is the polarity determined by the permanent magnet arranged on the stator (11) side, the polarity determined by the excitation state of the excitation coil (14) on the mover (13) side, and the blank is the excitation coil (14). Is not excited. Further, τ indicates the pitch of the stator teeth (11a), and τ / 2 indicates the pitch of the mover teeth (13a).
まず、可動子（13）が固定子（11）に対してｘ方向に
駆動される場合について説明する。First, the case where the mover (13) is driven in the x direction with respect to the stator (11) will be described.
第４図（ａ）に示すように固定子（11）の永久磁石で
構成された各固定子ティース（11a）の周囲を可動子（1
3）の４つの可動子ティース（13a）が取り囲むように固
定子（11）に対して可動子（13）を位置決めする。そし
て、各固定子ティース（11a）を取り囲む可動子ティー
ス（13a）を励磁コイル（14）に電流を流して該固定子
ティース（11a）の極性と逆極性に設定する。このと
き、各固定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子
ティース（13a）は互いに極性が異なり、これらの間に
磁気吸引力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対
して静的安定状態に維持される。As shown in FIG. 4 (a), the periphery of each stator tooth (11a) composed of the permanent magnet of the stator (11) is
The mover (13) is positioned with respect to the stator (11) so that the four mover teeth (13a) of 3) are surrounded. A current is applied to the movable teeth (13a) surrounding the stator teeth (11a) to the exciting coil (14) to set the polarities of the stator teeth (11a) to be opposite to the polarities of the stator teeth (11a). At this time, the stator teeth (11a) and the mover teeth (13a) surrounding the stator teeth (13a) have different polarities, and a magnetic attraction force is generated therebetween, so that the mover (13) moves with respect to the stator (11). And is maintained in a static stable state.
次に、第４図（ｂ）に示すように、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、ｘ方
向の移動させたい方向に位置する可動子ティース（13
a）の極性を励磁コイル（14）に流す電流の向きを切換
えて変換すると、可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動
し、その後再び静的安定状態に維持される。即ち、固定
子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子ティース（1
3a）の極性をみると、移動させたい方向に位置する可動
子ティース（13a）の極性は固定子ティース（11a）と同
極性であり、移動させたい方向と反対方向に位置する可
動子ティース（13a）の極性は固定子ティース（11a）の
極性と逆極性であり、固定子ティース（11a）と移動さ
せたい方向に位置する可動子ティース（13a）との間に
は磁気反発力が発生し、固定子ティース（11a）と移動
させたい方向は反対方向に位置する可動子ティース（13
a）との間には磁気吸引力が発生し、固定子ティース（1
1a）は固定されているから、固定子ティース（11a）に
対して移動させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
ィース（13a）と磁気吸引力により吸引されて移動させ
たい方向に駆動され、固定子ティース（11a）に対して
移動させたい方向の可動子ティース（13a）は磁気反発
力により反発して移動させたい方向にやはり駆動され、
可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動し、第４図（ｃ）
に示す状態で停止する。第４図（ｃ）に示す状態では各
固定子ティース（11a）に隣接する可動子ティース（13
a）の極性は固定子ティース（11a）の極性と逆極性とな
り、これらの間に磁気吸引力が発生して可動子（13）は
固定子（11）に対して静的安定状態に維持される。Next, as shown in FIG. 4 (b), of the movable teeth (13a) surrounding each stator tooth (11a), the movable teeth (13a) located in the direction to be moved in the x direction.
When the polarity of a) is converted by switching the direction of the current flowing through the exciting coil (14), the mover (13) moves by τ / 2 in the x direction, and thereafter is again maintained in the static stable state. That is, the stator teeth (11a) and the mover teeth (1
Looking at the polarity of 3a), the polarity of the mover tooth (13a) located in the direction to be moved is the same as the polarity of the stator tooth (11a), and the mover tooth (13a) located in the opposite direction to the direction to be moved. The polarity of 13a) is opposite to the polarity of the stator teeth (11a), and a magnetic repulsion is generated between the stator teeth (11a) and the mover teeth (13a) located in the direction to be moved. , The direction to move the stator teeth (11a) and the mover teeth (13
a), magnetic attraction is generated between the stator teeth (1
Since 1a) is fixed, the movable teeth (13a) located in the opposite direction to the direction to be moved with respect to the stator teeth (11a) are driven by the magnetic attraction force in the direction to be moved, The mover teeth (13a) in the direction to move with respect to the stator teeth (11a) are also driven in the direction to move by repulsion by magnetic repulsion,
The mover (13) moves in the x direction by τ / 2, and FIG. 4 (c)
Stop in the state shown in. In the state shown in FIG. 4 (c), the movable teeth (13) adjacent to each stator tooth (11a)
The polarity of a) is opposite to the polarity of the stator teeth (11a), and magnetic attraction is generated between them, and the mover (13) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11). You.
更に、第４図（ｃ）に示す状態で、今度は第４図
（ａ）で示した各固定子ティース（11a）を取り囲んで
いた４つの可動子ティース（13a）のうち、移動させた
い方向と反対方向に位置する可動子ティース（13a）の
極性を変換すると、実質的に第４図（ｂ）に示すのと同
じ状態となり、可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動
し、第４図（ｄ）に示す状態で停止する。第４図（ｄ）
に示す状態は第４図（ａ）に示すのと実質的に同じであ
る。従って、第４図（ｂ）に示すのと同様に移動させた
い方向に位置する可動子ティース（13a）の極性変換を
することにより、可動子（13）はτ/2だけｘ方向に移動
し、第４図（ｅ）に示す状態で停止する。第４図（ｅ）
に示す状態で、移動させたい方向と反対方向に位置する
可動子ティース（13a）の極性を変換することにより、
可動子（13）はτ/2だけｘ方向に移動し、第４図（ｆ）
に示す状態で停止し、第４図（ａ）と同じ状態に戻る。
従って従来のリニアステップモータと同様に４つの励磁
パターンで可動子（13）が一方向即ち、ｘ方向に移動す
ることがわかる。Further, in the state shown in FIG. 4 (c), of the four movable teeth (13a) surrounding the stator teeth (11a) shown in FIG. When the polarity of the mover teeth (13a) located in the opposite direction is changed, the state becomes substantially the same as shown in FIG. 4 (b), and the mover (13) moves by τ / 2 in the x direction. , Stops in the state shown in FIG. Fig. 4 (d)
Is substantially the same as that shown in FIG. 4 (a). Therefore, the mover (13) moves in the x direction by τ / 2 by performing the polarity conversion of the mover teeth (13a) located in the direction to be moved in the same manner as shown in FIG. 4 (b). , Stops in the state shown in FIG. FIG. 4 (e)
By changing the polarity of the mover teeth (13a) located in the direction opposite to the direction in which
The mover (13) moves in the x direction by τ / 2, and FIG.
And returns to the same state as FIG. 4 (a).
Accordingly, it can be seen that the mover (13) moves in one direction, that is, in the x-direction, with four excitation patterns as in the conventional linear step motor.
次に、可動子に作用する磁気吸引力について詳細に説
明する。Next, the magnetic attraction force acting on the mover will be described in detail.
第４図（ａ）に示す可動子（13）の位置を原点とし、
可動子（13）のx,y方向位置をX,Yとする。ここで、可動
子ティース（13a）に取り囲まれた固定子ティース（11
a）のｘ方向の列のみを考えると、一次元リニアステッ
プモータと同一の構成となり、可動子（13）のｘ方向に
加わる磁気吸引力をFxとすれば、次式で良く近似でき
る。The position of the mover (13) shown in FIG.
The positions of the mover (13) in the x and y directions are X and Y. Here, the stator teeth (11) surrounded by the mover teeth (13a)
Considering only the x direction of the rows of a), it becomes the same configuration as the one-dimensional linear stepper motor, the magnetic attraction force exerted on the x direction of the movable element (13) if F x, can be well approximated by the following equation.
また、上記の固定子ティース（11a）の両側１列づつ
のティース列による磁気吸引力Fx1は次式で与えられ
る。 Further, the magnetic attraction force F x1 by the teeth row of each row on both sides of the stator teeth (11a) is given by the following equation.
ここで、推力定数K,K1は、可動子ティース（13a）と
固定子ティース（11a）の距離の二乗におよそ反比例す
るので、 となり、次式で近似できる。 Here, the thrust constant K, K 1, since roughly inversely proportional to the mover teeth (13a) and to the square of the distance of the stator teeth (11a), Which can be approximated by the following equation.
従って、可動子ティース（13a）付近の４列の固定子
ティース（11a）による磁気吸引力Fxtは Fxt＝Fx＋Fx1 となり、式（１），（２），（３）を代入すると、 となる。 Therefore, the magnetic attractive force F xt by four rows of stator teeth around the mover teeth (13a) (11a) is F xt = F x + F x1, and the equation (1), (2) and substituting (3) , Becomes
即ち、外側２列の固定子ティース（11a）の影響は、
推力定数が15/16となるだけであり、可動子（13）の運
動の方向を議論する上では、外側２列の固定子ティース
（11a）の効果は無視できることがわかる。In other words, the effect of the outer two rows of stator teeth (11a)
The thrust constant is only 15/16, and it can be seen that the effects of the outer two rows of stator teeth (11a) can be ignored in discussing the direction of movement of the mover (13).
以上の磁気吸引力に関する説明は可動子（13）のｘ方
向の移動であるが、後述するｙ方向の移動、45゜方向の
移動、回転についても、同様にして可動子（13）からの
距離が大きい固定子ティース（11a）の影響は小さいこ
とが言える。従って、以降の動作の説明に際しては可動
子（13）の励磁された可動子ティース（13a）からの距
離がτ/2以上の固定子（11a）の影響は省略する。The description of the magnetic attraction described above is the movement of the mover (13) in the x direction, but the movement in the y direction, the movement and the rotation in the 45 ° direction described later, and the distance from the mover (13) are similarly performed. It can be said that the effect of the stator teeth (11a) having a large value is small. Therefore, in the following description of the operation, the influence of the stator (11a) whose distance from the excited mover teeth (13a) of the mover (13) is τ / 2 or more is omitted.
次に、可動子（13）が固定子（11）に対してｙ方向に
駆動される場合について説明する。Next, a case where the mover (13) is driven in the y direction with respect to the stator (11) will be described.
第５図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性
は、該固定子ティース（11a）の極性と逆極性に設定す
る。次に、第５図（ａ）の状態から第５図（ｂ）のよう
な可動子ティース（13a）の極性パターンにすることに
より、可動子（13）はｙ方向にπ/2だけ移動する。そし
て、ｘ方向と同様に４つの励磁パターンによってｙ方向
へπ/2のピッチで可動子ティース（13a）の極性を切換
えた数だけ移動する。As shown in FIG. 5 (a), each stator tooth (11a)
Are positioned so that four mover teeth (13a) surround it, and the polarity of these mover teeth (13a) is set to the opposite polarity to the polarity of the stator teeth (11a). Next, the mover (13) moves by π / 2 in the y direction by changing the polarity pattern of the mover teeth (13a) from the state of FIG. 5 (a) to that of FIG. 5 (b). . The mover teeth (13a) are moved in the y direction by the number of switched polarities at a pitch of π / 2 in the y direction by the four excitation patterns as in the x direction.
また、可動子（13）が固定子（11）に対して45゜方向
に駆動される場合について説明する。Further, a case where the mover (13) is driven in a 45 ° direction with respect to the stator (11) will be described.
第６図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性は
該固定子ティース（11a）の極性と該極性に設定する。
次に、第６図（ｂ）に示すように各固定子ティース（11
a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、45゜の移
動させたい方向と反対方向に位置する可動子ティース
（13a）の極性をそのまま維持し、残りの３つの可動子
ティース（13a）について励磁コイル（14）に流してい
た電流をストップして励磁を解消する。そうすると、固
定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子ティース
（13a）の極性をみると、移動させたい方向と反対方向
に位置する可動子ティース（13a）の極性は固定子ティ
ース（11a）の極性と逆極性であり、該固定子ティース
（11a）と移動させたい方向と反対方向に位置する可動
子ティース（13a）との間には磁気吸引力が発生し、固
定子ティース（11a）は固定されているから、該可動子
ティース（11a）は磁気吸引力により吸引されて45゜の
移動させたい方向に駆動され、可動子（13）は固定子
（11）に対して45゜の方向に移動し、第６図（ｃ）に示
す状態で停止する。第６図（ｃ）に示す状態では各固定
子ティース（11a）の上方に極性を帯びた可動子ティー
ス（13a）が位置し、これらは互いに逆極性となり、こ
れらティースの間に磁気吸引力が発生して可動子（13）
は固定子（11）に対して静的安定状態に維持される。As shown in FIG. 6 (a), each stator tooth (11a)
Are positioned so that four mover teeth (13a) surround it, and the polarities of these mover teeth (13a) are set to the polarity of the stator teeth (11a) and the polarity.
Next, as shown in FIG. 6 (b), each stator tooth (11
Of the mover teeth (13a) surrounding a), the polarity of the mover tooth (13a) located in the direction opposite to the direction to be moved by 45 ° is maintained, and the remaining three mover teeth (13a) are maintained. The current flowing through the exciting coil (14) is stopped to cancel the excitation. Then, looking at the polarities of the stator teeth (11a) and the mover teeth (13a) surrounding the stator teeth (11a), the polarities of the mover teeth (13a) located in the direction opposite to the direction in which the stator teeth (11a) are to be moved are determined. A magnetic attraction is generated between the stator teeth (11a) and the mover teeth (13a) located in a direction opposite to the direction in which the stator teeth (11a) are to be moved. Since it is fixed, the mover teeth (11a) are attracted by magnetic attraction and are driven in the direction to be moved by 45 °, and the mover (13) is moved in the direction of 45 ° with respect to the stator (11). And stops in the state shown in FIG. 6 (c). In the state shown in FIG. 6 (c), the movable movable teeth (13a) are located above the stator teeth (11a), and they have opposite polarities, and a magnetic attraction force is generated between these teeth. Generated mover (13)
Is maintained in a statically stable state with respect to the stator (11).
更に、第４図（ｃ）に示す状態で、励磁が解消された
三つの可動子ティース（13a）のうち、これらと一つの
グループをなす極性を帯びた可動子ティース（13a）を
基準として45゜の移動させたい方向に位置する可動子テ
ィース（13a）を今ままで励磁が維持され極性を帯びた
可動子ティース（13a）と同極性とし、残りの二つの可
動子ティース（13a）を該極性を帯びた可動子ティース
（13a）と逆極性とすると、第６図（ｄ）に示す極性パ
ターンとなり、可動させたい方向にある可動子ティース
（13a）は更にその移動させたい方向の延長線上にある
逆極性の固定子ティース（11a）との間で磁気吸引力を
生じ、移動させたい方向にある可動子ティース（13a）
は45゜の移動させたい方向に移動し、可動子（13）は固
定子（11）に対して第６図（ｄ）に示す状態からπ/4だ
け移動し、第６図（ｅ）に示す状態で停止する。即ち、
可動子（13）は第６図（ａ）に示す状態から45゜の方向
の移動によってxy方向ともにπ/2だけ移動した状態で停
止する。第６図（ｅ）に示す状態では各固定子ティース
（11a）と極性を帯びた可動子ティース（13a）が取り囲
む配置となり、これら可動子ティース（13a）と固定子
ティース（11a）とは逆極性となり、これら可動子ティ
ース（13a）と固定子ティース（11a）との間に磁気吸引
力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対して静的
安定状態に維持される。Further, in the state shown in FIG. 4 (c), among the three movable teeth (13a) whose excitation has been canceled, the movable movable teeth (13a) forming a group with them are used as a reference. The mover tooth (13a) located in the direction to be moved in ゜ has the same polarity as the movable mover tooth (13a), which is kept excited and has polarity, and the remaining two mover teeth (13a) are If the polarity is opposite to that of the movable tooth (13a), the polarity pattern shown in FIG. 6 (d) is obtained, and the movable tooth (13a) in the direction to be moved further extends in the direction to be moved. A magnetic attraction force is generated between the stator teeth (11a) of the opposite polarity and the mover teeth (13a) in the direction to be moved.
Moves in the direction to be moved by 45 °, and the mover (13) moves by π / 4 from the state shown in FIG. 6 (d) with respect to the stator (11), and as shown in FIG. 6 (e). Stop in the state shown. That is,
The mover (13) stops after moving by π / 2 in both x and y directions by moving in the direction of 45 ° from the state shown in FIG. 6 (a). In the state shown in FIG. 6 (e), the stator teeth (11a) and the movable movable teeth (13a) are arranged so as to surround them, and these movable teeth (13a) and the stator teeth (11a) are reversed. The magnetic force is generated between the mover teeth (13a) and the stator teeth (11a), and the mover (13) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11). .
更に、可動子（13）が固定子（11）に対して回転駆動
させられる場合について説明する。Further, a case where the mover (13) is driven to rotate with respect to the stator (11) will be described.
第７図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性は
該固定子ティース（11a）の極性と逆極性に設定する。As shown in FIG. 7 (a), each stator tooth (11a)
Are positioned so that four mover teeth (13a) surround it, and the polarity of these mover teeth (13a) is set to the opposite polarity to the polarity of the stator teeth (11a).
次に、第７図（ｂ）に示すように、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、例え
ば時計方向の回転させたい方向と反対方向に位置する可
動子ティース（13a）の極性をそのまま維持し、残りの
可動子ティース（13a）について励磁コイル（14）に流
していた電流をストップして励磁を解消する。そうする
と、固定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子テ
ィース（13a）の極性をみると、回転させたい方向と反
対方向に位置する可動子ティース（13）の極性は該固定
子ティース（11a）の極性と逆極性であり、固定子ティ
ース（11a）と回転させたい方向と反対方向に位置する
可動子ティース（11a）との間には磁気吸引力が発生
し、固定子ティース（11a）は固定されているから、該
可動子ティース（13a）は磁気吸引力により吸引されて
回転させたい方向に駆動され、かかる駆動が残りの各固
定子ティース（11a）を取り囲む４つの可動子ティース
（13a）についても生じるから可動子（13）は固定子（1
1）に対して27゜回転し、第７図（ｃ）に示す状態で停
止する。第４図（ｃ）に示す状態では27゜回転して各固
定子ティース（11a）の上方に励磁が維持されて極性を
帯びた可動子ティース（13a）が位置し、これらティー
スは互いに逆極性となり、これらティースの間に磁気吸
引力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対して静
的安定状態に維持される。Next, as shown in FIG. 7 (b), of the movable teeth (13a) surrounding each stator tooth (11a), for example, the movable teeth ( The polarity of 13a) is maintained as it is, and the current flowing through the exciting coil (14) for the remaining mover teeth (13a) is stopped to cancel the excitation. Then, looking at the polarities of the stator teeth (11a) and the movable teeth (13a) surrounding the stator teeth (11a), the polarities of the movable teeth (13) located in the direction opposite to the direction in which the stator teeth (11a) are to be rotated are determined. The magnetic attraction is generated between the stator teeth (11a) and the mover teeth (11a) located in the opposite direction to the direction in which the stator teeth (11a) are to be rotated. Since the mover teeth (13a) are fixed, the mover teeth (13a) are attracted by magnetic attraction and driven in a direction to be rotated, and the driving is performed by the four mover teeth (13a) surrounding the remaining stator teeth (11a). ) Also occurs, so that the mover (13)
It rotates 27 ° with respect to 1) and stops in the state shown in FIG. 7 (c). In the state shown in FIG. 4 (c), the movable rotor teeth (13a) are rotated by 27 °, and the excitation is maintained above the stator teeth (11a), and the movable movable teeth (13a) are located. The magnetic attraction force is generated between these teeth, and the mover (13) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11).
更に、第４図（ｃ）に示す状態で、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、該固
定子ティース（11a）の上方に位置して極性を帯びた可
動子ティース（13a）をそのままにして該可動ティース
（13a）に隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向に
それぞれ位置する可動子ティース（13a）を上記極性を
帯びた可動子ティース（13a）と同極性とすると、第４
図（ｄ）に示す励磁パターンとなり、各固定子ティース
（11a）を基準として回転させたい方向に位置する可動
子ティース（13a）は固定子ティース（11a）の極性と同
極性となって固定子ティース（11a）との間で磁気反発
力を生じ、各固定子ティース（11a）を基準として回転
させたい方向と反対方向に位置する可動子ティース（13
a）は固定子ティース（11a）の極性と逆極性となって固
定子ティース（11a）との間で磁気吸引力を生じ、これ
ら可動子ティース（13a）は回転させたい方向に駆動さ
れ、かかる駆動が他の各固定子ティース（11a）の周囲
にある可動子ティース（13a）についても生じるから、
可動子（13）は固定子（11）に対して第７図（ａ）に示
す状態から45゜回転し、第７図（ｅ）に示す状態で停止
する。第７図（ｅ）に示す状態では45゜回転して各固定
子ティース（11a）を挟み込む状態に位置している二つ
の極性を帯びた可動子ティース（13a）があり、これら
可動子ティース（13a）と固定子ティース（11a）とは逆
極性となり、これら可動子ティース（13a）と固定子テ
ィース（11a）との間に磁気吸引力が発生して可動子（1
3）は固定子（11）に対して静的安定状態に維持され
る。Further, in the state shown in FIG. 4 (c), of the mover teeth (13a) surrounding each stator tooth (11a), the mover having polarity is located above the stator teeth (11a). The movable teeth (13a) adjacent to the movable teeth (13a) and opposite to the direction in which the movable teeth (13a) are to be rotated while leaving the teeth (13a) as they are are the same as the above-mentioned movable movable teeth (13a). If the polarity is
The excitation pattern shown in Fig. (D) is obtained, and the mover teeth (13a) positioned in the direction to be rotated with respect to each stator tooth (11a) have the same polarity as the stator teeth (11a). Magnetic repulsive force is generated between the teeth (11a) and the movable teeth (13) located in the direction opposite to the direction in which the stator teeth (11a) are to be rotated with respect to each stator tooth (11a).
a) has a polarity opposite to that of the stator teeth (11a) and generates a magnetic attraction force with the stator teeth (11a). These movable teeth (13a) are driven in the direction to be rotated, and Since driving also occurs for the mover teeth (13a) around each of the other stator teeth (11a),
The mover (13) rotates 45 ° relative to the stator (11) from the state shown in FIG. 7 (a), and stops in the state shown in FIG. 7 (e). In the state shown in FIG. 7 (e), there are two movable polarizer teeth (13a) which are rotated 45 ° and sandwich each stator tooth (11a). 13a) and the stator teeth (11a) have opposite polarities, and a magnetic attraction force is generated between the mover teeth (13a) and the stator teeth (11a) to cause the mover (1
3) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11).
更に、第７図（ｅ）に示す状態で各固定子ティース
（11a）を挟み込む状態に位置している二つの可動子テ
ィース（13a）のうち、各固定子ティース（11a）を基準
として回転させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
ィース（13a）を残して他の可動子ティース（13a）につ
いて励磁を解消する。そうすると、第７図（ｆ）に示す
励磁パターンとなり、固定子ティース（11a）と回転さ
せたい方向と反対方向に位置する可動子ティース（13
a）とは互いに逆極性となり、これらのティースの間に
磁気吸引力が生じ、該可動子ティース（13a）は固定子
ティース（11a）に吸引されて回転させたい方向に駆動
され、かかる駆動が他の各固定子ティース（11a）の周
囲にある可動子ティース（13a）についても生じるから
可動子（13）は可動子（11）に対して第７図（ａ）に示
す状態から63゜回転し、第７図（ｇ）に示す状態で停止
する。第７図（ｇ）に示す状態では63゜回転して各固定
子ティース（11a）の上方に極性を帯びた可動子ティー
ス（13a）が位置し、これらティースは互いに逆極性と
なり、これらティースの間に磁気吸引力が発生して可動
子（13）は固定子（11）に対して静的安定状態に維持さ
れる。Further, of the two movable teeth (13a) positioned so as to sandwich each stator tooth (11a) in the state shown in FIG. 7 (e), the stator teeth (11a) are rotated with reference to each stator tooth (11a). Excitation is canceled for the other mover teeth (13a) while leaving the mover teeth (13a) located in the direction opposite to the desired direction. As a result, the excitation pattern shown in FIG. 7 (f) is obtained, and the movable teeth (13) located in the direction opposite to the direction in which the stator teeth (11a) are to be rotated are rotated.
The polarities are opposite to those of a), and a magnetic attraction force is generated between these teeth. The mover teeth (13a) are attracted to the stator teeth (11a) and driven in a direction to be rotated. Since the mover teeth (13a) around the other stator teeth (11a) also occur, the mover (13) rotates 63 ° from the state shown in FIG. 7 (a) with respect to the mover (11). Then, it stops in the state shown in FIG. 7 (g). In the state shown in FIG. 7 (g), the movable teeth (13a) having a polarity are located above the stator teeth (11a) by rotating by 63 °, and these teeth have opposite polarities. A magnetic attraction force is generated in between, and the mover (13) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11).
更に、第７図（ｇ）に示す状態で今度は各固定子ティ
ース（11a）の上方に位置する極性を帯びた可動子ティ
ース（13a）を含み、更に回転したときに該固定子ティ
ース（11a）を取り囲むこととなる可動子ティース（13
a）を上記極性を帯びた可動子ティース（13a）と同極性
とすると、第７図（ｈ）に示す励磁パターンとなり、各
固定子ティース（11a）を基準として回転させたい方向
に位置する可動子ティース（13a）は固定子ティース（1
1a）の極性と同極性となって固定子ティース（11a）と
の間で磁気反発力を生じ、各固定子ティース（11a）の
基準として回転させたい方向と反対方向に位置する可動
子ティース（13a）は固定子ティース（11a）の極性と逆
極性となって可動子ティース（11a）との間で磁気吸引
力を生じ、これら可動子ティース（13a）は回転させた
い方向に駆動され、かかる駆動が他の各固定子ティース
（11a）の周囲にある可動子ティース（13a）についても
生じるから、可動子（13）は固定子（11）に対して第７
図（ａ）に示す状態から90゜回転し、第７図（ｉ）に示
す状態で停止する。第７図（ｉ）に示す状態では第７図
（ａ）と同様に各固定子ティース（11a）を４つの可動
子ティース（13a）で取り囲む配置となり、これら可動
子ティース（13a）と固定子ティース（11a）とは逆極性
となり、これらティースとの間に磁気吸引力が発生し
て、可動子（13）は固定子（11）に対して静的安定状態
に維持される。Further, in the state shown in FIG. 7 (g), there is provided a movable stator tooth (13a) located above each stator tooth (11a), and when further rotated, the stator tooth (11a) is rotated. ) That surrounds the mover teeth (13)
If a) has the same polarity as the above-described movable teeth (13a), the excitation pattern shown in FIG. 7 (h) is obtained, and the movable pattern located in the direction to be rotated with respect to each stator tooth (11a) is used as a reference. Child teeth (13a) are stator teeth (1
1a) has the same polarity as that of the stator teeth (11a), and generates a magnetic repulsive force between the stator teeth (11a) and the stator teeth (11a). 13a) has a polarity opposite to that of the stator teeth (11a) and generates a magnetic attraction force with the mover teeth (11a). These mover teeth (13a) are driven in the direction to be rotated, and Since the driving also occurs for the mover teeth (13a) around each of the other stator teeth (11a), the mover (13) is moved to the seventh position with respect to the stator (11).
It rotates 90 ° from the state shown in FIG. 7A and stops in the state shown in FIG. In the state shown in FIG. 7 (i), each stator tooth (11a) is surrounded by four mover teeth (13a) as in FIG. 7 (a), and these mover teeth (13a) and the stator are arranged. The polarities of the teeth (11a) are opposite to those of the teeth (11a), and a magnetic attraction is generated between the teeth (11a) and the mover (13) is maintained in a static stable state with respect to the stator (11).
第７図（ａ）〜（ｉ）は０゜から90゜までの回転を示
したが、同様な極性交換で180゜,360゜の回転も得られ
る。また、可動子（13）の回転角度分解能も励磁コイル
（14）への供給電圧を可変することで、５゜以下にとる
ことも可能である。FIGS. 7 (a) to 7 (i) show rotation from 0 ° to 90 °, but rotations of 180 ° and 360 ° can be obtained by similar polarity exchange. Further, the rotation angle resolution of the mover (13) can be set to 5 ° or less by changing the supply voltage to the exciting coil (14).
以上述べてきたように、固定子（11）は制御が不要で
あり、可動子（13）の可動子ティース（13a）に巻かれ
ている励磁コイル（14）のみの供給電圧の制御により、
可動子（13）が駆動される。従って、別個の可動子（1
3）を同一の固定子（11）上に設けて複数の可動子（1
3）を各々別個に制御することにより、複数の可動子（1
3）が独立に運動させることができる。As described above, the control of the stator (11) is unnecessary, and by controlling the supply voltage of only the excitation coil (14) wound on the mover teeth (13a) of the mover (13),
The mover (13) is driven. Therefore, a separate mover (1
3) is mounted on the same stator (11) and multiple movers (1
By controlling each 3) separately, multiple movers (1
3) Can be exercised independently.
なお、可動子（13）側に励磁コイル（14）を設け、固
定子（11）側に永久磁石の固定子ティース（11a）を配
置したが、可動子（13）側に永久磁石の可動子ティース
を配置し、固定子（11）の固定子ティース（11a）に励
磁コイル（14）を設けるようにしてもよく、この場合、
可動子（13）には信号線や電力供給線が接続されていな
いため、可動子（13）が回転し続けるときでも信号線や
電力供給線がねじれるなどの弊害は生じない。The exciting coil (14) is provided on the mover (13) side, and the permanent magnet stator teeth (11a) are arranged on the stator (11) side. However, the permanent magnet mover is provided on the mover (13) side. The teeth may be arranged, and the excitation coil (14) may be provided on the stator teeth (11a) of the stator (11). In this case,
Since no signal line or power supply line is connected to the mover (13), there is no adverse effect such as twisting of the signal line or power supply line even when the mover (13) continues to rotate.
［発明の効果］ 本発明は以上説明したとおり、磁性体の平板上に磁性
体の固定子ティースを等間隔で二次元格子状の配置状態
で突設させ、固定子ティース間の凹み部分を非磁性部材
で埋め合わせて表面が平らに形成された固定子と、磁性
体の平板上に16個の磁性体の可動子ティースを上記固定
子ティースの間隔の半分の等間隔で二次元格子状の配置
状態で突設させて形成され、可動子ティースが固定子表
面と接触して固定子上を移動可能な可動子と、上記固定
子ティースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久磁石の
極性を異なるように設定し、可動子ティースに巻回され
る励磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・オフ及
び電流の正負を制御する駆動回路とを備えてなるので、
従来のリニアステップモータに比べて簡単な機構で、装
置全体が小形化、薄型化できるという効果がある。[Effects of the Invention] As described above, in the present invention, the stator teeth of the magnetic material are protruded on the flat plate of the magnetic material at equal intervals in a two-dimensional lattice-like arrangement, and the recessed portions between the stator teeth are non-deformed. A stator whose surface is formed flat by filling it with a magnetic member, and a 16-dimensional mover tooth of 16 magnetic materials on a flat plate of magnetic material arranged in a two-dimensional lattice at equal intervals equal to half the interval between the stator teeth The mover teeth are formed so as to protrude in a state, and the mover teeth are in contact with the stator surface and can move on the stator, and the stator teeth are permanent magnets, and the polarities of the permanent magnets adjacent to each other are different. , And an excitation coil wound around the mover teeth, and a drive circuit for controlling on / off of a current flowing through the excitation coil and positive / negative of the current.
With a simpler mechanism than the conventional linear step motor, there is an effect that the entire device can be reduced in size and thickness.
また、駆動回路によって各励磁コイルに流す電流のオ
ン・オフ、正負を制御し、励磁コイルが巻回されている
ティースを励磁したり、極性変換したりして種々の励磁
パターンをとることにより、可動子が固定子に対してx,
y方向に移動させると共に45゜の方向に移動させること
ができ、更に回転しながら移動させることができるとい
う効果を有する。In addition, by controlling the on / off and positive / negative of the current flowing through each excitation coil by the drive circuit, and by exciting the teeth around which the excitation coil is wound or by changing the polarity, various excitation patterns are obtained. The mover is x,
It can be moved in the direction of 45 ° while being moved in the y direction, and has the effect that it can be moved while rotating.
第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同実
施例の主要部を示す斜視図、第３図は同実施例の駆動回
路図、第４図（ａ）〜（ｆ）は固定子のｘ方向に移動す
る可動子の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第５
図（ａ），（ｂ）は固定子のｙ方向に移動する可動子の
移動過程と励磁パターンを示す説明図、第６図（ａ）〜
（ｅ）は固定子に対して45゜方向に移動する可動子の移
動過程と励磁パターンを示す説明図、第７図（ａ）〜
（ｉ）は固定子に対して回転する可動子の移動過程と励
磁パターンを示す説明図、第８図は従来のリニアステッ
プモータを示す断面図、第９図は同リニアステップモー
タを示すもう一つの断面図、第10図は同リニアステップ
モータの概略を示す分解斜視図、第11図（ａ），（ｂ）
は同リニアステップモータの動作原理を示す説明図であ
る。 図において、（11）は固定子、（11a）は固定子ティー
ス、（12）はテーブル（非磁性部材）、（13）は可動
子、（13a）は可動子ティース、（14）は励磁コイル。 なお各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the embodiment, FIG. 3 is a drive circuit diagram of the embodiment, and FIGS. f) is an explanatory view showing a moving process and an excitation pattern of the mover moving in the x direction of the stator, FIG.
FIGS. 6A and 6B are explanatory views showing a moving process and an excitation pattern of a movable element moving in a y direction of a stator, and FIGS.
(E) is an explanatory view showing a moving process and an excitation pattern of the mover moving in the 45 ° direction with respect to the stator, and FIGS.
(I) is an explanatory view showing a moving process and an excitation pattern of a movable member rotating with respect to a stator, FIG. 8 is a sectional view showing a conventional linear step motor, and FIG. 9 is another view showing the linear step motor. FIG. 10 is an exploded perspective view schematically showing the linear step motor, and FIGS. 11 (a) and 11 (b).
FIG. 4 is an explanatory view showing the operation principle of the linear step motor. In the figure, (11) is a stator, (11a) is a stator tooth, (12) is a table (non-magnetic member), (13) is a mover, (13a) is a mover tooth, and (14) is an exciting coil. . In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 41/00 - 41/035 H02P 5/00 101 H02P 7/00 101──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H02K 41/00-41/035 H02P 5/00 101 H02P 7/00 101
Claims (3)
を等間隔で二次元格子状の配置状態で突設させ、固定子
ティース間の凹み部分を非磁性部材で埋め合わせて表面
が平らに形成された固定子と、磁性体の平板上に16個の
磁性体の可動子ティースを上記固定子ティースの間隔の
半分の等間隔で二次元格子状の配置状態で突設させて形
成され、固定子上を移動可能な可動子と、上記固定子テ
ィースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久磁石の極性
を異なるように設定し、可動子ティースに巻回される励
磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・オフ及び電
流の正負を制御する駆動回路とを備えてなることを特徴
とするリニアステップモータ。1. A magnetic material stator teeth are protruded on a flat plate of magnetic material at equal intervals in a two-dimensional lattice arrangement state, and recesses between the stator teeth are filled up with a non-magnetic material to flatten the surface. And 16 movable magnetic teeth of magnetic material are formed on a flat plate of magnetic material by projecting in a two-dimensional lattice-like arrangement at an equal interval of half the interval of the stator teeth. The movable member movable on the stator, the stator teeth are made permanent magnets, the polarities of the permanent magnets adjacent to each other are set to be different, and an exciting coil wound around the mover teeth and an exciting coil are formed. A linear step motor comprising: a drive circuit for controlling on / off of a flowing current and positive / negative of the current.
磁方法であって、永久磁石の各固定子ティースの周囲を
励磁コイルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲
むように可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子
ティースを取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流
を流して各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、し
かる後に各固定子ティースを取り囲む可動子ティースの
うち、45゜の移動させたい方向と反対方向に位置する可
動子ティースを残して他の可動子ティースの励磁を解消
し、その後、上記励磁が解消された三つの可動子ティー
スのうち、45゜の移動させたい方向に位置する可動子テ
ィースを今まで励磁が維持されている可動子ティースと
逆極性に励磁するようにしたことを特徴とするリニアス
テップモータの励磁方法。2. A method for exciting a linear step motor according to claim 1, wherein the mover is fixed so that four mover teeth around which an exciting coil is wound surround each stator tooth of the permanent magnet. The stator teeth that surround the stator teeth are positioned with respect to the stator teeth, and a current is passed through the exciting coil to excite the stator teeth surrounding each stator tooth to the opposite polarity to the polarity of each stator tooth. , Leaving the mover teeth in the direction opposite to the direction to be moved by 45 ° to cancel the excitation of the other mover teeth, and then, of the three mover teeth whose excitation has been canceled, Excitation of a linear step motor characterized in that the mover teeth located in the direction to be moved are excited with a polarity opposite to that of the mover teeth whose excitation has been maintained so far. Method.
磁方法であって、永久磁石の各固定子ティースの周囲を
励磁コイルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲
むように可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子
ティースを取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流
を流して各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、し
かる後、各固定子ティースを取り囲む可動子ティースの
うち、回転させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
ィースを残して他の可動子ティースの励磁を解消し、そ
の後回転して各固定子ティースを取り囲む可動子ティー
スのうち、該固定子ティースの上方に位置して励磁が維
持されている可動子ティースをそのままにして該可動子
ティースに隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向に
それぞれ位置する可動子ティースを上記励磁が維持され
ている可動子ティースの極性と同極性に励磁し、その後
回転して各固定子ティースを挟み込む状態に位置してい
る二つの可動子ティースのうち、回転させたい方向と反
対方向に位置する可動子ティースを残して他の可動子テ
ィースの励磁を解消し、その後回転して各固定子ティー
スの上方に位置する励磁された可動子ティースを含み、
更に回転したときに該固定子ティースを取り囲むことと
なる可動子ティースを上記励磁された可動子ティースと
同極性に励磁することにより、30゜以下の角度分解能で
回転・保持のステップ状回転動作が得られることを特徴
とするリニアステップモータの励磁方法。3. The method for exciting a linear step motor according to claim 1, wherein the mover is fixed so that four mover teeth around which an exciting coil is wound surround each stator tooth of the permanent magnet. The stator teeth that surround the stator teeth are positioned with respect to the stator teeth, and current is applied to the exciting coils to excite the stator teeth surrounding each stator tooth to the opposite polarity to the polarity of each stator tooth. Of these, the excitation of the other movable teeth is canceled by leaving the movable teeth located in the direction opposite to the direction to be rotated, and then, of the movable teeth that rotate and surround each stator tooth, The movable teeth are positioned above and are adjacent to the movable teeth while the excitation is maintained, and are located in the directions opposite to the direction in which they are to be rotated. The rotor teeth are excited to have the same polarity as that of the mover teeth in which the excitation is maintained, and then the rotor teeth are to be rotated to rotate among the two mover teeth positioned so as to sandwich each stator tooth. Including the mover teeth located in the direction opposite to the direction, canceling the excitation of the other mover teeth, and then including the excited mover teeth that are rotated and positioned above each stator tooth,
By exciting the mover teeth that surround the stator teeth when they are further rotated to the same polarity as the excited mover teeth, a step-like rotation operation of rotation and holding with an angular resolution of 30 ° or less is performed. A method for exciting a linear step motor, characterized by being obtained.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020423A JP2782260B2 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Linear step motor and its excitation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020423A JP2782260B2 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Linear step motor and its excitation method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03230793A JPH03230793A (en) | 1991-10-14 |
| JP2782260B2 true JP2782260B2 (en) | 1998-07-30 |
Family
ID=12026626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP2020423A Expired - Lifetime JP2782260B2 (en) | 1990-02-01 | 1990-02-01 | Linear step motor and its excitation method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2782260B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019142605A1 (en) * | 2018-01-18 | 2019-07-25 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Planar motor |
-
1990
- 1990-02-01 JP JP2020423A patent/JP2782260B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03230793A (en) | 1991-10-14 |
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