JP4352483B2

JP4352483B2 - Three-phase pulse motor

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Publication number: JP4352483B2
Application number: JP32569298A
Authority: JP
Inventors: 洋中川; 豊前田; 洋介村口; 雅章成久
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 1998-11-16
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2018-11-16
Also published as: JP2000152597A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力が要求されるＦＡ（ファクトリーオートメーション）機器に用いて好適なパルスモータに係り、特に、位置精度の極めて高い三相パルスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、パルスモータはパルス信号に基づいて歩進動作を行わせるものである。例えば、図４に示すリニアパルスモータは、磁束発生部である１次側のスライダ３に供給されるパルス信号によって、スライダ３または２次側のスケール１をステップ状に歩進動作させる。
この図は、三相リニアパルスモータの概略構成図であり、長尺板状の磁性体によって構成された２次側のスケール１の上面には、１次側のスライダ３が、ローラ等からなる支持機構（図示せず）によってスケール１の長手方向へ移動自在に支持された状態で載置されている。この例では、スケール１は固定された状態になっており、その上面には、長手方向に沿ってピッチＰの間隔で歯部１ａ、１ａ・・・が形成されている。
【０００３】
一方、スライダ３はＥ字状に形成されており、Ｕ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗにより構成され、スケール１の歯部１ａとの間に一定の空隙をもって対向配置されている。
また、Ｕ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗのそれぞれの端面には、スケール１の長手方向に沿って、一定間隔Ｐ／２ピッチで極歯３ａと凹溝が交互に形成されており、それぞれの凹溝には、隣り合うもの同志の極性が互いに逆極性となるように、永久磁石７が挿入配置されている。
【０００４】
また、Ｕ相磁極３Ｕに対してＶ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗは、それぞれ、相対位置関係がＰ／３ピッチずつ変位するように構成されている。このように構成されたＵ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗには、それぞれ、この順にＵ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗが卷回されている。
このように構成されたリニアパルスモータの動作について説明する。図５は、スライダ３の各磁極に卷回された三相コイルの結線図であり、Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗは電気角2π/3ラジアンずつの位相角をもってスター結線されている。
【０００５】
一方、図４は、Ｕ相コイル５Ｕに最大電圧が印加された位相角における、各相コイルに流れる電流経路と磁束経路及びスライダ３がステップした状態位置を示している。
図４に示すように、Ｕ相磁極３Ｕにおいては、Ｕ相コイル５Ｕに図の×印から紙表より紙裏に向かって電流が流れ、紙裏から・印へ戻るので、電流と磁束の右ネジの法則にしたがって、図の矢印の向きの磁束が発生し、この磁束は永久磁石のＳ極側からＮ極側へ流入して、スケール１の歯部１ａへ流れ出す。
【０００６】
一方、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗは、この位相角においては、それぞれ、Ｕ相コイル５Ｕとは極性が反対で1/2の電圧が印加され、各々、図に示すように×印から・印に電流が流れる。この結果、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３Ｗにおいては、それぞれの永久磁石のＳ極からＮ極に向かう図の矢印のような磁束が発生する。
これにより、Ｖ相磁極３Ｖ及びＷ相磁極３ＷからＵ相磁極３Ｕに流れる磁束のルートが形成されて、Ｕ相磁極３Ｕに対向するスケール１の歯部１ａにこの磁束が流れて、磁束の閉ループが形成される。
この結果、Ｕ相磁極３Ｕがスケール１の歯部１ａに対して磁気的に安定した位置となり、スライダ３はこの位置で停止する。以下同様に、Ｖ相コイル５Ｖが最大電圧のときは、Ｖ相磁極３Ｖがスライダ１の歯部１ａに対向する位置に移動して停止する、というようにスライダ１のステップ歩進が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の説明は磁路の長さについては無視してある。したがって、Ｕ相磁極３Ｕが最大に励磁されたとき、Ｖ相磁極３ＶとＷ相磁極３Ｗから磁束が1/2ずつ均等にＵ相磁極３Ｕに流れるものとして説明している。
しかし、Ｕ相磁極３Ｕに対するＶ相磁極３ＶとＷ相磁極３Ｗの磁束経路の長さが異なるために、Ｖ相磁極３ＶからＵ相磁極３Ｕに流れる磁束の大きさとＷ相磁極３ＷからＵ相磁極３Ｕに流れる磁束の大きさが異なる。
【０００８】
一般的には、磁路の長さを考慮すると、Ｕ相磁極３Ｕに発生する磁束の大きさを１としたとき、Ｖ相磁極３ＶからＵ相磁極３Ｕに流れるの磁束の大きさは0.8、Ｗ相磁極３ＷからＵ相磁極３Ｕに流れる磁束の大きさは0.3程度になってしまう。このため、Ｕ相磁極３Ｕに作用する合成推力ベクトルは、Ｕ相磁極３Ｕで発生した磁束による推力ベクトルに対して位相がずれる。この結果、スケール１の歯部１ａに対するＵ相磁極３Ｕの対向位置が理論上の位置よりずれてしまう。
これについて、さらに詳しく説明する。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来技術のリニアパルスモータにおける各動作モードでの磁束経路を示す状態図であり、図７は、各相コイルに印加する電圧波形である。
【０００９】
また、図８（ａ）〜（ｇ）は、従来技術における各動作モードでの推力ベクトル図である。したがって、図６、図７、図８を用いて説明する。
先ず、図７の電気角θ１（９０度）の位置に示すように、Ｕ相コイル５Ｕに最大電圧（したがってＵ相磁極３Ｕに最大励磁）が加わったときは、Ｖ相コイル５Ｖ及びＷ相コイル５Ｗには、それぞれ、Ｕ相コイル３Ｕの電圧の1/2の逆方向電圧が印加される。この結果、図６（ａ）に示すように、各相コイル５Ｕ、５Ｖ、５Ｗの励磁電流の向きは、それぞれ、図のように×印から・印に流れる向きとなる。
この結果、Ｕ相磁極３Ｕの磁束に、Ｖ相磁極３Ｖからの磁束φu-vとＷ相磁極３Ｗからの磁束φu-wが加算されてＵ相磁極３Ｕに流れ込む。
【００１０】
この状態を図８の推力ベクトル図を用いて説明する。この図を説明するに当たって、ベクトルＵ、ベクトルＶ、ベクトルＷは、それぞれ、Ｕ相磁極３Ｕ、Ｖ相磁極３Ｖ、Ｗ相磁極３Ｗが最大励磁（したがって、Ｕ相コイル５Ｕ、Ｖ相コイル５Ｖ、Ｗ相コイル５Ｗがそれぞれ最大電圧）となったときのそれぞれの推力ベクトルの大きさである。
また、ベクトルＵバー、ベクトルＶバー、ベクトルＷバーは、それぞれ、最大電圧が印加されたコイルの相の磁極に寄与する他相の推力ベクトルである。例えば、図６（ａ）で説明すれば、Ｕ相磁極３Ｕが最大ベクトルＵのとき、Ｖ相磁極３Ｖからの磁束φu-vに基づく推力はその向きも考慮してベクトルＶバーとし、Ｗ相磁極３Ｗからの磁束φu-wに基づく推力はその向きも考慮してベクトルＷバーとする。
【００１１】
先ず、前述の図６（ａ）の、Ｕ相磁極３Ｕが最大励磁されたときについて、各磁極からの磁路の長さを無視すれば、図８（ｇ）に示すように、Ｕ相磁極３Ｕの合成推力ベクトルＵ’はベクトルＵに、0.5の大きさのベクトルＶバーと0.5の大きさのベクトルＷバーがベクトル加算されたものである。
したがって、合成推力ベクトルＵ’はＵ相自身のベクトルＵと位相が一致する。よって、他の磁極からの磁束による推力が加わっても、Ｕ相磁極３Ｕに位置ずれを生じさせるような推力は作用しない。
すなわち、図４に示すスケール１の歯部１ａに対するＵ相磁極３Ｕの対向位置に位置ずれは生じない。
【００１２】
ところが、実際には磁路の長さの相違によって、前述のように、ベクトルＶバーがベクトルＵに寄与する大きさは0.8程度、ベクトルＷバーがベクトルＵに寄与する大きさは0.3程度になってしまう。
したがって、図８（ａ）に示すように、Ｕ相磁極３Ｕが最大励磁されたときの合成推力ベクトルＵ’は、（ベクトルＵ）＋（0.8×ベクトルＶバー）＋（0.3×ベクトルＷバー）となり、図に示すように、合成ベクトルＵ’はベクトルＵに対して位相ずれを生じる。このため、図４の歯部１ａに対するＵ相磁極３Ｕの位置がずれ、リニアパルスモータに位置ずれが生じてしまう。
また、位置、速度センサを付け、リニアサーボモータとして運転する場合は、誘起電圧の位相ずれが発生してモータの力率が低下し、推力が低下するという問題を生じる。
【００１３】
次に、図７の電気角θ２（２１０度）の位置に示すように、Ｖ相コイル５Ｖに最大電圧（したがってＶ相磁極３Ｖに最大励磁）が加わったときは、Ｕ相コイル５Ｕ及びＷ相コイル５Ｗには、それぞれ、Ｖ相５イル３Ｖの電圧の1/2の逆方向電圧が印加される。
したがって、図６（ｂ）において、Ｖ相磁極３Ｖが最大励磁されたときは、各相コイルには図に示す極性の電流が流れ、Ｖ相磁極３Ｖの磁束に、Ｕ相磁極３Ｕからの磁束φv-uと、Ｗ相磁極３Ｗからの磁束φv-wが加算されて流れ込む。
この場合は、図からも明らかなように両磁束の磁路の長さは同じである。これを推力ベクトルで説明すると、図８（ｂ）のように合成ベクトルＶ’は、（ベクトルＶ）＋（0.5×べクトルＵバー）＋（0.5×ベクトルＷバー）となり、合成推力ベクトルＶ’とベクトルＶの位相は一致する。したがって、リニアパルスモータとして運転した場合に位置ずれは生じない。また、サーボモータとした場合の誘起電圧位相ずれもない。
【００１４】
次に、図７の電気角θ３（３３０度）の位置に示すように、Ｗ相コイル５Ｗに最大電圧（したがってＷ相磁極３Ｗに最大励磁）が加わったときは、Ｕ相コイル５Ｕ及びＶ相コイル５Ｖには、それぞれ、Ｗ相コイル５Ｗの電圧の1/2の逆方向電圧が印加される。
したがって、図６（ｃ）において、Ｗ相磁極３Ｗが最大励磁されたときは、図のように、Ｗ相磁極３Ｗに発生する磁束に、Ｕ相磁極３Ｕからの磁束φw-uと、Ｖ相磁極３Ｖからの磁束φw-vが加算されて流れ込む。
この場合は図からも明らかなように、Ｕ相磁極３Ｕからの磁路がＶ相磁極３Ｖからの磁路より長くなっている。これを推力ベクトルで説明すると、図８（ｃ）のように、合成推力ベクトルＷ’は、（ベクトルＷ）＋（0.8×ベクトルＶバー）＋（0.3×ベクトルＵバー）となり、合成推力ベクトルＷ’はベクトルＷに対して位相ずれを生じる。したがってこの場合は、リニアパルスモータに位置ずれや誘起電圧の位相ずれを生じる。
【００１５】
同様に、直進方向（または回転方向）を反対にした場合の推力ベクトルを、図８（ｄ），（ｅ）、（ｆ）に示す。この場合も、Ｕ相が最大励磁の位置で合成推力ベクトルＵ’は位相ずれを生じ（ｄ）、Ｗ相が最大励磁の位置でも合成推力ベクトルＷ’は位相ずれを生じ（ｅ）、Ｖ相が最大励磁の位置では合成推力ベクトルは位相ずれを起こさない（ｆ）。
このように、三相リニアパルスモータでは、各相の磁束経路の長さの相違に起因して、スライダ３の磁極３ａとスケール１の歯部１ａが位置ずれを生じて停止する。これが、ＦＡのロボットの位置ずれやプリンタのキャリッジの位置ずれとなって表れ、精密な位置制御や印字精度などに不具合を生じる。
【００１６】
また、エンコーダフィードバックによるサーボモータとして運転した場合は、誘起電圧の位相ずれによる力率低下から推力リップルとなるモータに速度リップルを生じたり、負荷への加振力となり、組み込まれる機械に振動を与えたりする問題を生じる。
特に、半導体関連のウエハ搬送用として用いる場合などは、振動は深刻な問題となる。
さらに、この誘起電圧の位相ずれは正逆で異なることから、フィードバック用センサの磁極位相合わせが難しくなる（中間位置に合わせなければならない）など、種々の問題を生じる。
【００１７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各相磁極の配置関係を考慮することによって、どの相によってスッテップ歩進が行われても、位置ずれを生じない三相リニアパルスモータを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の三相パルスモータは、例えば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極を、スケールの歯部のピッチＰに対してＰ／３ピッチずつ変位させて配置すると共に、各相を電気角2π/3ラジアンずつずらして駆動させる三相パルスモータにおいて、Ｕ相の磁極とコイルを２分割し、この２分割されたＵ相磁極を、電気角が同じになるように、磁束発生部の両端に配置させ、且つＵ相のコイルを直列接続したことを特徴とする。このような構成により、各相間の磁束経路の長さを同じにして推力ベクトルの位相ずれをなくし、もって、磁束発生部の磁極とスケールの歯部の位置関係にずれが生じないようにしたものである。
【００１９】
すなわち請求項１に係る三相パルスモータは、特定方向に沿って等間隔Ｐで歯部が形成された磁性体材料からなる二次側スケールと、該二次側スケールの歯部が形成された方向へ移動自在に支持された一次側磁束発生部とからなり、前記一次側磁束発生部は、３の倍数となる複数の磁極を備え、各磁極がそれぞれの鉄心にそれぞれのコイルが卷回されて構成されたものであり、さらに、これら複数の磁極が、前記二次側スケールの歯部に対して一定の空隙を隔てて対向する位置で、前記歯部が形成された方向に沿って所定寸法Ｐ／３となる分ずつ変位するようにして配置して構成されており、前記コイルに電気角２π／３ラジアンずつ位相をずらして順次電圧を印加させることにより、前記各磁極と前記二次側スケールの各歯部との間に順次磁束を発生させ、前記一次側磁束発生部を前記二次側スケールに対して相対移動させる三相パルスモータにおいて、前記一次側磁束発生部の複数配列する前記磁極の内、配列の端に位置し、第一の電気角に相当する磁極の鉄心とコイルが２分割され、２分割された前記鉄心及びコイルの一方が、隣接する磁極と前記所定寸法だけ変位させて配置され、また、２分割された前記鉄心及びコイルの他方が、前記第一の電気角で同じになるようして前記一次側磁束発生部の逆の端に、隣接する磁極と前記所定寸法だけ変位させて配置され、且つ２分割された２つのコイルは直列接続されたことを特徴とする。
【００２０】
請求項２に係る三相パルスモータは、請求項１記載の三相パルスモータにおいて、Ｎ個の磁極は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相から成り、且つ第一の電気角に相当する磁極はＵ相磁極であり、このＵ相磁極が２分割されて第一の電気角で同じになるように磁束発生部の両端部に配置され、且つ２分割された２つのコイルは直列接続されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項３に係る三相パルスモータは、請求項２記載の三相パルスモータにおいて、２分割されたＵ相の磁極の間に、Ｖ相及びＷ相が、この順序に、2π/3ラジアンずつ位相をずらして励磁されるように配置されていることを特徴とする。
【００２２】
請求項４に係る三相パルスモータは、請求項２記載の三相パルスモータにおいて、２分割されたＵ相の磁極の間に、Ｖ相、Ｗ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が、この順序に、2π/3ラジアンずつ位相をずらして例示されるように配置されていることを特徴とする。
【００２３】
請求項５に係る三相パルスモータは、請求項１〜請求項４の何れか１項記載の三相パルスモータにおいて、一次側磁束発生部の各々の磁極には、二次側スケールの歯部の方向に沿って、一定間隔Ｐ／２で磁性材料と永久磁石が交互に形成され、且つ永久磁石は隣り合うもの同志の極性が互いに逆方向になるように配置されていることを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の特徴は、例えば、Ｕ相磁極を２分してＶ相磁極とＷ相磁極の両側に配置させるように構成したことにある。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明における三相リニアパルスモータの各動作モードでの磁束経路を示す状態図である。
【００２５】
先ず、この実施の形態の三相リニアパルスモータの構成について説明する。長尺板状の磁性体から成る２次側のスケール１１の上面には、１次側のスライダ１３が、図示しない支持機構によって、スケール１１の長手方向へ移動自在に支持されている。
また、スケール１１は固定され、その上面の長手方向に沿って形成されたピッチＰの間隔の歯部は省略してある。
一方、スライダ１３は櫛形状に形成されており、Ｖ相磁極１３ＶとＷ相磁極１３Ｗの両側に、それぞれ、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１と第２Ｕ相磁極１３Ｕ２が配置されている。
尚、これらの磁極１３Ｕ１、１３Ｖ、１３Ｗ、１３Ｕ２は、スケール１の図示しない歯部との間に一定の空隙をもって対向配置されている。
【００２６】
また、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１及び第２Ｕ相磁極１３Ｕ２とＶ相磁極１３ＶとＷ相磁極１３Ｗのそれぞれの端面には、スケール１１の長手方向に沿って、一定間隔Ｐ／２ピッチで極歯と凹溝が交互に形成されており、それぞれの凹溝には、隣り合うもの同志の極性が互いに逆極性となるように、永久磁石が挿入配置されているが、これらの構成については、従来技術の図４と全く同様の構成であるので、この図面では省略してある。
さらに、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１に対してＶ相磁極１３Ｖ、Ｗ相磁極１３Ｗ及び第２Ｕ相磁極１３Ｕ２は、それぞれ、相対位置関係がＰ／３ピッチずつ変位するように構成されている。したがって、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２は、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１とは変位されていない。
すなわち、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１がスケール１１の図示しない歯部と対向配置されたとき、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２もスケール１１の図示しない別の歯部と対向配置されるように構成されている。
【００２７】
さらに、このように構成された第１Ｕ相磁極１３Ｕ１、Ｖ相磁極１３Ｖ、Ｗ相磁極１３Ｗ及び第２Ｕ相磁極１３Ｕ２には、それぞれ、この順に第１Ｕ相コイル１５Ｕ１、Ｖ相コイル１５Ｖ、Ｗ相コイル１５Ｗ及び第２Ｕ相コイル１５Ｕ２が卷回されている。
尚、２組に分割された第１Ｕ相コイル１５Ｕ１と第２Ｕ相コイル１５Ｕ２は、Ｖ相コイル１５Ｖ及びＷ相コイル１５Ｗの半分の巻数のコイルがそれぞれ卷回され、直列に接続されている。
【００２８】
さらに、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１、Ｖ相コイル１５Ｖ、Ｗ相コイル１５Ｗ及び第２Ｕ相コイル１５Ｕ２は、それぞれ電気角2π/3ラジアンずつ位相をずらして電圧を印加するように結線されている。
したがって、２分割されたＵ相コイル１５Ｕ１，１５Ｕ２は電気角が同じである。そして、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルはスター接続されて三相電源に接続されている。
【００２９】
このように構成された本発明のリニアパルスモータの動作について説明する。説明の便宜上、図７のコイルに印加する三相電圧波形及び図８の推力ベクトル図の一部を用いて、図１における本発明のリニアパルスモータの動作を説明する。
図１（ａ）は、Ｕ相コイルに最大電圧が印加されたタイミング（すなわち図７の電気角θ１）における、各相コイルに流れる電流経路と磁束経路を示している。この図に示すように、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１においては、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１に図の×印から・印への電流が流れるので、図の矢印の向きの磁束が発生する。
【００３０】
また、Ｖ相コイル１５Ｖは、電気角θ１においては第１Ｕ相コイル１５Ｕ１とは極性が反対で1/2の電圧が印加されるので、図に示すように×印から・印に電流が流れ、図の矢印の向きの磁束が発生する。
このとき、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１の巻数はＶ相コイル１５Ｖの巻数の半分であるが、Ｖ相の電圧はＵ相の電圧の半分であるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１の磁束とＶ相磁極１３Ｖの磁束の大きさは同じである。これにより、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１とスケール１１とＶ相磁極１３Ｖとの閉磁路が形成され、磁束φu-vが図の矢印の向きに流れる。
【００３１】
また、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２においても、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２に図の×印から・印へ電流が流れるので、図の矢印の向きの磁束が発生する。そして、Ｗ相コイル１５Ｗは、電気角θ１においては第２Ｕ相コイル１５Ｕ２とは極性が反対で1/2の電圧が印加されるので、図に示すように×印から・印に電流が流れ、図の矢印の向きの磁束が発生する。
このとき、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２の巻数はＷ相コイル１５Ｗの巻数の半分であるが、Ｗ相の電圧はＵ相の電圧の半分であるので、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２の磁束とＷ相磁極１３Ｗの磁束の大きさは同じである。これにより、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２とスケール１１とＷ相磁極１３Ｗとの閉磁路が形成され、磁束φu-Wが図の矢印の向きに流れる。
【００３２】
これによって、Ｖ相磁極１３Ｖから第１Ｕ相磁極１３Ｕ１に流れる磁束φu-vの磁路の長さと、Ｗ相磁極１３Ｗから第２Ｕ相磁極１３Ｕ２に流れる磁束φu-Wの磁路の長さは同じになる。しかも、Ｕ相の推力は２分されているが、左右に分割した第１Ｕ相磁極１３Ｕ１と第２Ｕ相磁極１３Ｕ２の電気角は同じであるので、Ｕ相磁極全体の合計推力は、２分しない場合と同じである。
【００３３】
これによって、図８（ｇ）の推力ベクトル図に示すように、Ｕ相の合成推力ベクトルＵ’は、（ベクトルＵ）＋（0.5×ベクトルＶバー）＋（0.5×ベクトルＷバー）となり、合成ベクトルＵ’はベクトルＵと位相が一致する。
したがって、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１及び第２Ｕ相磁極１３Ｕ２と、これらに対向するスケールの歯部の位置は理論上の位置と一致し、リニアパルスモータのＵ相のステップ位置には位置ずれを生じない。
【００３４】
次に、図７の電気角θ２の位置において、Ｖ相コイル１５Ｖに最大電圧が印加されたときは、第１、第２Ｕ相コイル１５Ｕ１、１５Ｕ２とＷ相コイル１５Ｗは、それぞれ、Ｖ相の１／２の逆極性の電圧が印加される。これによって、図１（ｂ）に示すように、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１とＶ相コイル１５Ｖにはそれぞれ図の極性の電流が流れ、その結果、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１とＶ相磁極１３Ｖとスケール１１との閉磁路に磁束φv-uが図の矢印の向きに流れる。
【００３５】
同様に、Ｖ相コイル１５ＶとＷ相コイル１５Ｗに流れる電流の極性によって、Ｖ相磁極１３ＶとＷ相磁極１３Ｗとスケール１１との閉磁路に、磁束φv-wが図の矢印方向に流れる。
したがって図から明らかなように、磁束φv-uと磁束φv-wの磁路の長さは同じとなる。このとき、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２の電流極性は、Ｗ相コイル１５Ｗの電流極性と同じであるので、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２からＷ相磁極１３Ｗへは磁束は流れない。
しかし、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２の電流極性とＶ相コイル１５Ｖの電流極性とは逆極性であるので、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２からＶ相磁極１３Ｖへは磁束φv-uが流れる。
【００３６】
ところが、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２からＶ相磁極１３Ｖに流れる磁束φv-uの大きさは、磁路が長いため、ベクトルの大きさは0.3程度であるので、最大電圧が印加されるＶ相磁極１３ＶのベクトルＶに比べて実用上無視できる。
したがって、Ｖ相の合成推力ベクトルＶ’は、（ベクトルＶ）＋（0.5×ベクトルＵバー）＋（0.5×ベクトルＷバー）となり合成ベクトルＶ’はベクトルＶと位相が一致し、リニアパルスモータのＶ相のステップ位置には位置ずれを生じない。
【００３７】
次に、Ｗ相に最大電圧が印加されたときは、図７の電気角θ３の位置の電圧が各コイルに印加される。これによって、図１（ｃ）に示すように、第２Ｕ相コイル１５Ｕ２とＷ相コイル１５Ｗには図の極性の電流が流れ、その結果、第２Ｕ相磁極１３Ｕ２とＷ相磁極１３Ｗとスケール１１との閉磁路に磁束φｗ-uが図の矢印の向きに流れる。
同様に、Ｖ相コイル１５ＶとＷ相コイル１５Ｗに流れる電流の極性によって、Ｖ相磁極１３ＶとＷ相磁極１３Ｗとスケール１１との閉磁路に、磁束φｗ-ｖが図の矢印方向に流れる。
【００３８】
すなわち、磁束φｗ-uと磁束φｗ-ｖとは磁路の長さが同じとなる。このとき、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１の電流極性は、Ｖ相コイル１５Ｖの電流極性と同じであるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１からＶ相磁極１３Ｖへは磁束は流れない。しかし、第１Ｕ相コイル１５Ｕ１の電流極性とＷ相コイル１５Ｗの電流極性とは逆極性であるので、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１２からＷ相磁極１３ＷＶへは磁束が流れる。ところが、第１Ｕ相磁極１３Ｕ１からＷ相磁極１３Ｗに流れる磁束の大きさは、磁路が長いため、0.3程度の大きさであるので、最大電圧が印加されるＷ相磁極１３ＷのベクトルＷに比べて実用上無視できる。
したがって、Ｗ相の合成推力ベクトルＷ’は、（ベクトルＷ）＋（0.5×ベクトルＵバー）＋（0.5×ベクトルＶバー）となり、合成ベクトルＷ’はベクトルＷと位相が一致し、リニアパルスモータのＷ相のステップ位置には位置ずれを生じない。
【００３９】
図２は、本発明の第１の実施の形態のスライダの構成図である。この実施の形態のスライダ２３の両端には、それぞれ、1/2に分割した第１Ｕ相磁極２３Ｕ１と第２Ｕ相磁極２３Ｕ２が配置され、この間には、各々電気角１２０度（2π/3ラジアン）ずつ隔てて励磁される、分割しないＶ相磁極２３Ｖと、分割しないＷ相磁極２３Ｗとが配置されている。
したがって、第１Ｕ相磁極２３Ｕ１と第２Ｕ相磁極２３Ｕ２とは同相励磁される。
また、それぞれの磁極には、図示しないスケールの歯部のピッチの1/2間隔で極歯と永久磁石が配置されている。尚、隣り合わさる永久磁石の極性は互いに反対極性になるように配置されている。
【００４０】
図３は、本発明の第２の実施の形態のスライダの構成図である。この実施の形態のスライダ３３の両端には、それぞれ、1/2に分割した第１Ｕ相磁極３３Ｕ１と第２Ｕ相磁極３３Ｕ２が配置され、この間には、各々電気角１２０度（2π/3ラジアン）ずつ隔てて励磁される、分割しないＶ相磁極３３Ｖと分割しないＷ相磁極３３Ｗと、さらに、分割しないＵ相磁極３５Ｕと分割しないＶ相磁極３５Ｖと分割しないＷ相磁極３５Ｗとが配置されている。
したがって、中間の分割されないＵ相磁極３５Ｕは、分割した第１、第２Ｕ相磁極３３Ｕ１、３３Ｕ２と同相で励磁されるような位置に配置されている。このような構成においても、ステップに寄与する磁極を通る他極からの磁路の長さは全て同じになり、したがって対向する磁極に位相ずれを起こさない。
【００４１】
以上述べた実施の形態は本発明を説明するために一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が可能である。例えば、この実施の形態ではリニアパルスモータについて説明したが、ロータリパルスモータにおいても上述の構成が適用できることは云うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の三相のパルスモータによれば、推力ベクトルの位相ずれがなくなり、これによってオープンループのパルスモータにおける位置精度が改善され、例えば産業用ロボットなどにおいて、極めて位置精度の高い制御を行うことができるという効果が得られる。
また、プリンタの印字制御においても、極めてきめ細かい印字を行うことができる。さらに、フィードバック制御のサーボリニアモータにおいても誘起電圧の位相ずれを防止することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における三相リニアパルスモータの各動作モードでの磁束経路を示す状態図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態のスライダの構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のスライダの構成図である。
【図４】従来のリニアパルスモータの磁気回路を示す状態図である。
【図５】スライダの各磁極に卷回された三相コイルの結線図である。
【図６】従来技術のリニアパルスモータにおける各動作モードでの磁束経路を示す状態図である。
【図７】各相コイルに印加される電圧波形を示す図である。
【図８】従来技術における各動作モードでの推力ベクトル図である。
【符号の説明】
１、１１スケール
１ａ歯部
３、１３、３３スライダ
３ａ極歯
３Ｕ３５ＵＵ相磁極
３Ｖ、１３Ｖ、２３Ｖ、３３Ｖ、３５ＶＶ相磁極
３Ｗ、１３Ｗ、２３Ｗ、３３Ｗ、３５ＷＷ相磁極
５ＵＵ相コイル
５Ｖ、１５ＶＶ相コイル
５Ｗ、１５ＷＷ相コイル
７永久磁石
１３Ｕ１、２３Ｕ１、３３Ｕ１第１Ｕ相磁極
１３Ｕ２、２３Ｕ２、３３Ｕ２第２Ｕ相磁極
１５Ｕ１第１Ｕ相コイル
１５Ｕ２第２Ｕ相コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse motor suitable for use in FA (factory automation) equipment that requires a relatively large thrust, such as an industrial robot, and more particularly to a three-phase pulse motor with extremely high positional accuracy.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a pulse motor performs a stepping operation based on a pulse signal. For example, the linear pulse motor shown in FIG. 4 causes the slider 3 or the secondary scale 1 to be stepped in a stepped manner by a pulse signal supplied to the primary slider 3 which is a magnetic flux generation unit.
This figure is a schematic configuration diagram of a three-phase linear pulse motor, and a primary slider 3 is composed of a roller or the like on the upper surface of a secondary scale 1 made of a long plate-like magnetic material. It is placed in a state of being supported by a support mechanism (not shown) so as to be movable in the longitudinal direction of the scale 1. In this example, the scale 1 is in a fixed state, and tooth portions 1a, 1a,... Are formed on the upper surface thereof at intervals of a pitch P along the longitudinal direction.
[0003]
On the other hand, the slider 3 is formed in an E-shape, and is composed of a U-phase magnetic pole 3U, a V-phase magnetic pole 3V, and a W-phase magnetic pole 3W, and is opposed to the tooth portion 1a of the scale 1 with a certain gap. Yes.
Further, pole teeth 3a and concave grooves are alternately formed along the longitudinal direction of the scale 1 at a constant interval P / 2 pitch on each end face of the U-phase magnetic pole 3U, the V-phase magnetic pole 3V, and the W-phase magnetic pole 3W. The permanent magnets 7 are inserted and arranged in the respective concave grooves so that the polarities of adjacent ones are opposite to each other.
[0004]
Further, the V-phase magnetic pole 3V and the W-phase magnetic pole 3W are configured such that the relative positional relationship is displaced by P / 3 pitch with respect to the U-phase magnetic pole 3U. A U-phase coil 5U, a V-phase coil 5V, and a W-phase coil 5W are wound around the U-phase magnetic pole 3U, the V-phase magnetic pole 3V, and the W-phase magnetic pole 3W, respectively, in this order.
The operation of the linear pulse motor configured as described above will be described. FIG. 5 is a connection diagram of a three-phase coil wound around each magnetic pole of the slider 3. The U-phase coil 5U, the V-phase coil 5V, and the W-phase coil 5W have a star angle with an electrical angle of 2π / 3 radians. Connected.
[0005]
On the other hand, FIG. 4 shows a state position where the current path and the magnetic flux path flowing in each phase coil and the slider 3 are stepped at the phase angle where the maximum voltage is applied to the U-phase coil 5U.
As shown in FIG. 4, in the U-phase magnetic pole 3U, a current flows from the cross X in the figure toward the back of the paper from the cross in the figure and returns to the back of the paper from the back of the paper. In accordance with the screw law, a magnetic flux in the direction of the arrow in the figure is generated, and this magnetic flux flows from the south pole side to the north pole side of the permanent magnet and flows out to the tooth portion 1 a of the scale 1.
[0006]
On the other hand, the V-phase coil 5V and the W-phase coil 5W are each applied with a voltage having a polarity opposite to that of the U-phase coil 5U at this phase angle.・ Current flows through the mark. As a result, in the V-phase magnetic pole 3V and the W-phase magnetic pole 3W, magnetic fluxes are generated as indicated by arrows in the figure from the S pole to the N pole of the respective permanent magnets.
As a result, a route for the magnetic flux flowing from the V-phase magnetic pole 3V and the W-phase magnetic pole 3W to the U-phase magnetic pole 3U is formed, and this magnetic flux flows to the tooth portion 1a of the scale 1 facing the U-phase magnetic pole 3U. Is formed.
As a result, the U-phase magnetic pole 3U becomes a magnetically stable position with respect to the tooth portion 1a of the scale 1, and the slider 3 stops at this position. Similarly, when the V-phase coil 5V is at the maximum voltage, the stepping of the slider 1 is performed such that the V-phase magnetic pole 3V moves to a position facing the tooth portion 1a of the slider 1 and stops.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above description ignores the length of the magnetic path. Therefore, it is assumed that when the U-phase magnetic pole 3U is excited to the maximum, the magnetic flux equally flows from the V-phase magnetic pole 3V and the W-phase magnetic pole 3W to the U-phase magnetic pole 3U by half.
However, since the lengths of the magnetic flux paths of the V-phase magnetic pole 3V and the W-phase magnetic pole 3W with respect to the U-phase magnetic pole 3U are different, the magnitude of the magnetic flux flowing from the V-phase magnetic pole 3V to the U-phase magnetic pole 3U and the W-phase magnetic pole 3W to the U-phase magnetic pole The magnitude of the magnetic flux flowing through 3U is different.
[0008]
In general, considering the length of the magnetic path, when the magnitude of the magnetic flux generated in the U-phase magnetic pole 3U is 1, the magnitude of the magnetic flux flowing from the V-phase magnetic pole 3V to the U-phase magnetic pole 3U is 0.8, The magnitude of the magnetic flux flowing from the W-phase magnetic pole 3W to the U-phase magnetic pole 3U is about 0.3. For this reason, the resultant thrust vector acting on the U-phase magnetic pole 3U is out of phase with the thrust vector generated by the magnetic flux generated at the U-phase magnetic pole 3U. As a result, the facing position of the U-phase magnetic pole 3U with respect to the tooth portion 1a of the scale 1 is shifted from the theoretical position.
This will be described in more detail. 6 (a), 6 (b), and 6 (c) are state diagrams showing magnetic flux paths in each operation mode in a conventional linear pulse motor, and FIG. 7 is a voltage waveform applied to each phase coil. .
[0009]
Moreover, Fig.8 (a)-(g) is a thrust vector figure in each operation mode in a prior art. Therefore, description will be made with reference to FIGS. 6, 7, and 8.
First, as shown in the position of the electrical angle θ1 (90 degrees) in FIG. 7, when the maximum voltage is applied to the U-phase coil 5U (therefore, the maximum excitation is applied to the U-phase magnetic pole 3U), the V-phase coil 5V and the W-phase coil A reverse voltage that is ½ of the voltage of the U-phase coil 3U is applied to 5W. As a result, as shown in FIG. 6A, the direction of the excitation current of each phase coil 5U, 5V, 5W is the direction of flowing from the x mark to the mark as shown in the figure.
As a result, the magnetic flux φu-v from the V-phase magnetic pole 3V and the magnetic flux φu-w from the W-phase magnetic pole 3W are added to the magnetic flux of the U-phase magnetic pole 3U and flow into the U-phase magnetic pole 3U.
[0010]
This state will be described with reference to the thrust vector diagram of FIG. In explaining this figure, the vector U, vector V, and vector W are respectively maximally excited by the U-phase magnetic pole 3U, V-phase magnetic pole 3V, and W-phase magnetic pole 3W (therefore, the U-phase coil 5U, V-phase coil 5V, W). The magnitude of each thrust vector when the phase coil 5W reaches the maximum voltage).
The vector U bar, the vector V bar, and the vector W bar are thrust vectors of other phases that contribute to the magnetic pole of the phase of the coil to which the maximum voltage is applied. For example, referring to FIG. 6 (a), when the U-phase magnetic pole 3U is the maximum vector U, the thrust based on the magnetic flux φu-v from the V-phase magnetic pole 3V is taken into consideration as its vector V bar, and the W-phase The thrust based on the magnetic flux φu-w from the magnetic pole 3W is taken as the vector W bar in consideration of its direction.
[0011]
First, if the length of the magnetic path from each magnetic pole is ignored when the U-phase magnetic pole 3U in FIG. 6 (a) is fully excited, as shown in FIG. 8 (g), the U-phase magnetic pole The 3U composite thrust vector U ′ is obtained by adding a vector V bar having a size of 0.5 and a vector W bar having a size of 0.5 to the vector U.
Therefore, the resultant thrust vector U ′ is in phase with the U-phase vector U itself. Therefore, even if a thrust due to magnetic flux from other magnetic poles is applied, a thrust that causes a positional shift in the U-phase magnetic pole 3U does not act.
That is, no positional deviation occurs at the position where the U-phase magnetic pole 3U faces the tooth portion 1a of the scale 1 shown in FIG.
[0012]
However, due to the difference in the length of the magnetic path, the magnitude that the vector V bar contributes to the vector U is about 0.8, and the magnitude that the vector W bar contributes to the vector U is about 0.3, as described above. End up.
Therefore, as shown in FIG. 8 (a), the resultant thrust vector U ′ when the U-phase magnetic pole 3U is fully excited is (vector U) + (0.8 × vector V bar) + (0.3 × vector W bar). Thus, as shown in the figure, the combined vector U ′ causes a phase shift with respect to the vector U. For this reason, the position of the U-phase magnetic pole 3U with respect to the tooth portion 1a in FIG. 4 is shifted, and a position shift occurs in the linear pulse motor.
Further, when a position / speed sensor is attached and the operation is performed as a linear servo motor, a phase shift of the induced voltage occurs, causing a problem that the power factor of the motor is lowered and the thrust is lowered.
[0013]
Next, as shown in the position of the electrical angle θ2 (210 degrees) in FIG. 7, when the maximum voltage is applied to the V-phase coil 5V (therefore, the maximum excitation is applied to the V-phase magnetic pole 3V), the U-phase coil 5U and the W-phase Each of the coils 5W is applied with a reverse voltage that is ½ of the voltage of the V-phase 5-il 3V.
Therefore, in FIG. 6B, when the V-phase magnetic pole 3V is excited to the maximum, a current of the polarity shown in the figure flows through each phase coil, and the magnetic flux from the U-phase magnetic pole 3U flows into the magnetic flux of the V-phase magnetic pole 3V. φv-u and the magnetic flux φv-w from the W-phase magnetic pole 3W are added and flow.
In this case, the lengths of the magnetic paths of both magnetic fluxes are the same as is apparent from the figure. This will be described using a thrust vector. As shown in FIG. 8B, the combined vector V ′ becomes (vector V) + (0.5 × vector U bar) + (0.5 × vector W bar), and the combined thrust vector V ′. And the vector V are in phase. Therefore, no positional deviation occurs when operating as a linear pulse motor. Further, there is no induced voltage phase shift in the case of a servo motor.
[0014]
Next, as shown in the position of the electrical angle θ3 (330 degrees) in FIG. 7, when the maximum voltage is applied to the W-phase coil 5W (therefore, the maximum excitation is applied to the W-phase magnetic pole 3W), the U-phase coil 5U and the V-phase A reverse voltage half the voltage of the W-phase coil 5W is applied to each of the coils 5V.
Therefore, in FIG. 6C, when the W-phase magnetic pole 3W is fully excited, the magnetic flux generated in the W-phase magnetic pole 3W includes the magnetic flux φw-u from the U-phase magnetic pole 3U and the V-phase as shown in the figure. The magnetic flux φw-v from the magnetic pole 3V is added and flows.
In this case, as is apparent from the figure, the magnetic path from the U-phase magnetic pole 3U is longer than the magnetic path from the V-phase magnetic pole 3V. This will be described in terms of the thrust vector. As shown in FIG. 8C, the combined thrust vector W ′ becomes (vector W) + (0.8 × vector V bar) + (0.3 × vector U bar), and the combined thrust vector W 'Causes a phase shift with respect to the vector W. Therefore, in this case, a position shift and a phase shift of the induced voltage occur in the linear pulse motor.
[0015]
Similarly, FIGS. 8D, 8E, and 8F show thrust vectors when the straight traveling direction (or rotational direction) is reversed. Also in this case, the composite thrust vector U ′ has a phase shift when the U phase is at the maximum excitation position (d), and the composite thrust vector W ′ has a phase shift even when the W phase is at the maximum excitation position (e). However, at the position of maximum excitation, the resultant thrust vector does not cause a phase shift (f).
As described above, in the three-phase linear pulse motor, the magnetic pole 3a of the slider 3 and the tooth 1a of the scale 1 are stopped due to the difference in the length of the magnetic flux path of each phase. This appears as a misalignment of the FA robot and a misalignment of the carriage of the printer, causing problems in precise position control and printing accuracy.
[0016]
Also, when operating as a servo motor with encoder feedback, speed ripple is generated in the motor that becomes thrust ripple due to power factor drop due to phase shift of induced voltage, or vibration is applied to the load, giving vibration to the incorporated machine. Cause problems.
In particular, vibration is a serious problem when used for transporting semiconductor wafers.
Furthermore, since the phase shift of the induced voltage is different between forward and reverse, various problems such as difficulty in phase alignment of the magnetic pole of the feedback sensor (must be adjusted to an intermediate position) occur.
[0017]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to consider a positional relationship between the magnetic poles of each phase, so that no phase shift occurs regardless of which phase is used for stepping. It is to provide a pulse motor.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the three-phase pulse motor of the present invention is arranged, for example, by displacing the U-phase, V-phase, and W-phase magnetic poles by P / 3 pitch with respect to the pitch P of the scale teeth. In addition, in a three-phase pulse motor that drives each phase with an electrical angle shifted by 2π / 3 radians, the U-phase magnetic pole and the coil are divided into two, and the two-phase U-phase magnetic poles have the same electrical angle. Thus, it is arranged at both ends of the magnetic flux generator, and U-phase coils are connected in series. With such a configuration, the length of the magnetic flux path between each phase is made the same so that the phase shift of the thrust vector is eliminated, so that the positional relationship between the magnetic pole of the magnetic flux generating portion and the tooth portion of the scale does not occur. It is.
[0019]
That is, the three-phase pulse motor according to claim 1 has a secondary scale made of a magnetic material having teeth formed at equal intervals P along a specific direction, and teeth of the secondary scale are formed. A primary-side magnetic flux generator supported movably in a direction, the primary-side magnetic flux generator is Multiple of 3 A plurality of magnetic poles, wherein each magnetic pole is formed by winding each coil around a respective iron core, and further, the plurality of magnetic poles have a constant gap with respect to the tooth portion of the secondary scale. At a position opposite to each other ,in front A predetermined dimension P / along the direction in which the toothed portion is formed. 3 The coils are arranged so as to be displaced by a certain amount, and by sequentially applying voltages to the coils by shifting the phase by an electrical angle of 2π / 3 radians, each of the magnetic poles and the secondary scales is applied. In a three-phase pulse motor that sequentially generates a magnetic flux between the teeth and moves the primary side magnetic flux generation unit relative to the secondary scale, of the magnetic poles arranged in a plurality of the primary side magnetic flux generation units The iron core and the coil of the magnetic pole corresponding to the first electrical angle are divided into two, and one of the two divided iron cores and coils is displaced by the predetermined dimension from the adjacent magnetic pole. In addition, the other one of the iron core and the coil divided into two is displaced at the opposite end of the primary-side magnetic flux generator by the predetermined dimension with the adjacent magnetic pole so that the other of the first electric angle is the same. Arranged, One 2 divided two coils are is characterized in that connected in series.
[0020]
The three-phase pulse motor according to claim 2 is the three-phase pulse motor according to claim 1, wherein the N magnetic poles include a U phase, a V phase, and a W phase, and first The magnetic pole corresponding to the electrical angle is a U-phase magnetic pole, and this U-phase magnetic pole is divided into two parts. First Electrical angle so Two coils that are arranged at both ends of the magnetic flux generation section so as to be the same and are divided into two are connected in series.
[0021]
The three-phase pulse motor according to claim 3 is the three-phase pulse motor according to claim 2, wherein the V phase and the W phase are 2π / 3 radians in this order between the U-phase magnetic poles divided in two. It is arranged to be excited with a phase shift.
[0022]
The three-phase pulse motor according to claim 4 is the three-phase pulse motor according to claim 2, wherein the V-phase, W-phase, U-phase, V-phase, and W-phase are between the U-phase magnetic poles divided into two parts. In this order, they are arranged as illustrated by shifting the phase by 2π / 3 radians.
[0023]
The three-phase pulse motor according to claim 5 is the three-phase pulse motor according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the magnetic poles of the primary-side magnetic flux generator has a tooth portion of the secondary-side scale. The magnetic material and the permanent magnet are alternately formed at a constant interval P / 2 along the direction of, and the permanent magnets are arranged so that the polarities of adjacent ones are opposite to each other. .
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The feature of the present invention resides in that, for example, the U-phase magnetic pole is divided into two and arranged on both sides of the V-phase magnetic pole and the W-phase magnetic pole. 1A, 1B, and 1C are state diagrams showing magnetic flux paths in each operation mode of the three-phase linear pulse motor in the present invention.
[0025]
First, the configuration of the three-phase linear pulse motor of this embodiment will be described. On the upper surface of the secondary scale 11 made of a long plate-like magnetic body, a primary slider 13 is supported so as to be movable in the longitudinal direction of the scale 11 by a support mechanism (not shown).
Further, the scale 11 is fixed, and tooth portions with a pitch P formed along the longitudinal direction of the upper surface thereof are omitted.
On the other hand, the slider 13 is formed in a comb shape, and a first U-phase magnetic pole 13U1 and a second U-phase magnetic pole 13U2 are arranged on both sides of the V-phase magnetic pole 13V and the W-phase magnetic pole 13W, respectively.
These magnetic poles 13U1, 13V, 13W, and 13U2 are disposed to face each other with a certain gap between the teeth of the scale 1 (not shown).
[0026]
Further, the end surfaces of the first U-phase magnetic pole 13U1, the second U-phase magnetic pole 13U2, the V-phase magnetic pole 13V, and the W-phase magnetic pole 13W are provided with pole teeth and concaves at a constant interval P / 2 pitch along the longitudinal direction of the scale 11. Grooves are alternately formed, and permanent magnets are inserted and arranged in the respective concave grooves so that the polarities of adjacent ones are opposite to each other. Since it is the same structure as FIG. 4, it is abbreviate | omitting in this drawing.
Furthermore, the V-phase magnetic pole 13V, the W-phase magnetic pole 13W, and the second U-phase magnetic pole 13U2 are configured so that the relative positional relationship is displaced by P / 3 pitch with respect to the first U-phase magnetic pole 13U1. Therefore, the second U-phase magnetic pole 13U2 is not displaced from the first U-phase magnetic pole 13U1.
That is, when the first U-phase magnetic pole 13U1 is arranged to face a tooth portion (not shown) of the scale 11, the second U-phase magnetic pole 13U2 is also arranged to face another tooth portion (not shown) of the scale 11.
[0027]
Further, the first U-phase magnetic pole 13U1, the V-phase magnetic pole 13V, the W-phase magnetic pole 13W, and the second U-phase magnetic pole 13U2 configured as above are respectively provided in this order with the first U-phase coil 15U1, the V-phase coil 15V, and the W-phase coil. 15W and the second U-phase coil 15U2 are wound.
The first U-phase coil 15U1 and the second U-phase coil 15U2, which are divided into two sets, are wound in series with half the number of turns of the V-phase coil 15V and the W-phase coil 15W, and are connected in series.
[0028]
Furthermore, the first U-phase coil 15U1, the V-phase coil 15V, the W-phase coil 15W, and the second U-phase coil 15U2 are connected so as to apply a voltage with a phase shift of 2π / 3 radians.
Therefore, the U-phase coils 15U1 and 15U2 divided into two have the same electrical angle. The U-phase, V-phase, and W-phase coils are star-connected and connected to a three-phase power source.
[0029]
The operation of the linear pulse motor of the present invention configured as described above will be described. For convenience of explanation, the operation of the linear pulse motor of the present invention in FIG. 1 will be described using the three-phase voltage waveform applied to the coil of FIG. 7 and a part of the thrust vector diagram of FIG.
FIG. 1A shows a current path and a magnetic flux path that flow through each phase coil at the timing when the maximum voltage is applied to the U-phase coil (that is, the electrical angle θ1 in FIG. 7). As shown in this figure, in the first U-phase magnetic pole 13U1, current flows from the x mark to the mark in the first U-phase coil 15U1, so that a magnetic flux in the direction of the arrow in the figure is generated.
[0030]
In addition, the V-phase coil 15V has a polarity opposite to that of the first U-phase coil 15U1 at the electrical angle θ1, and a voltage of 1/2 is applied. Magnetic flux in the direction of the arrow in the figure is generated.
At this time, the number of turns of the first U-phase coil 15U1 is half the number of turns of the V-phase coil 15V, but the V-phase voltage is half of the U-phase voltage, so the magnetic flux of the first U-phase magnetic pole 13U1 and the V-phase magnetic pole 13V The magnitude of the magnetic flux is the same. As a result, a closed magnetic path is formed by the first U-phase magnetic pole 13U1, the scale 11, and the V-phase magnetic pole 13V, and the magnetic flux φu-v flows in the direction of the arrow in the figure.
[0031]
Also, in the second U-phase magnetic pole 13U2, a current flows from the x mark to the mark in the second U-phase coil 15U2, so that a magnetic flux in the direction of the arrow in the figure is generated. The W phase coil 15W has a polarity opposite to that of the second U phase coil 15U2 at the electrical angle θ1, and a voltage of 1/2 is applied. Magnetic flux in the direction of the arrow in the figure is generated.
At this time, the number of turns of the second U-phase coil 15U2 is half of the number of turns of the W-phase coil 15W, but the W-phase voltage is half of the U-phase voltage, so the magnetic flux of the second U-phase magnetic pole 13U2 and the W-phase magnetic pole 13W The magnitude of the magnetic flux is the same. As a result, a closed magnetic path is formed by the second U-phase magnetic pole 13U2, the scale 11, and the W-phase magnetic pole 13W, and the magnetic flux φu-W flows in the direction of the arrow in the figure.
[0032]
Accordingly, the length of the magnetic path of the magnetic flux φu-v flowing from the V-phase magnetic pole 13V to the first U-phase magnetic pole 13U1 is the same as the length of the magnetic path of the magnetic flux φu-W flowing from the W-phase magnetic pole 13W to the second U-phase magnetic pole 13U2. become. In addition, although the U-phase thrust is divided into two, the electrical angle of the first U-phase magnetic pole 13U1 and the second U-phase magnetic pole 13U2 divided into the left and right is the same, so the total thrust of the entire U-phase magnetic pole is not divided into two. Same as the case.
[0033]
As a result, as shown in the thrust vector diagram of FIG. 8G, the combined thrust vector U ′ of the U phase becomes (vector U) + (0.5 × vector V bar) + (0.5 × vector W bar). The vector U ′ is in phase with the vector U.
Therefore, the positions of the first U-phase magnetic pole 13U1 and the second U-phase magnetic pole 13U2 and the tooth portion of the scale facing these coincide with the theoretical positions, and no positional deviation occurs in the U-phase step position of the linear pulse motor. .
[0034]
Next, when the maximum voltage is applied to the V-phase coil 15V at the position of the electrical angle θ2 in FIG. 7, the first and second U-phase coils 15U1 and 15U2 and the W-phase coil 15W are each V-phase 1 A voltage with a reverse polarity of / 2 is applied. As a result, as shown in FIG. 1B, currents having the polarities shown in the figure flow through the first U-phase coil 15U1 and the V-phase coil 15V, respectively. As a result, the first U-phase magnetic pole 13U1, the V-phase magnetic pole 13V, and the scale 11 The magnetic flux φv-u flows in the direction of the arrow in the figure.
[0035]
Similarly, the magnetic flux φv-w flows in the closed magnetic path of the V-phase magnetic pole 13V, the W-phase magnetic pole 13W, and the scale 11 in the direction indicated by the arrow depending on the polarity of the current flowing in the V-phase coil 15V and the W-phase coil 15W.
Therefore, as is apparent from the figure, the magnetic path lengths of the magnetic flux φv-u and the magnetic flux φv-w are the same. At this time, since the current polarity of the second U-phase coil 15U2 is the same as the current polarity of the W-phase coil 15W, no magnetic flux flows from the second U-phase magnetic pole 13U2 to the W-phase magnetic pole 13W.
However, since the current polarity of the second U-phase coil 15U2 and the current polarity of the V-phase coil 15V are opposite, the magnetic flux φv-u flows from the second U-phase magnetic pole 13U2 to the V-phase magnetic pole 13V.
[0036]
However, since the magnetic flux φv-u flowing from the second U-phase magnetic pole 13U2 to the V-phase magnetic pole 13V has a long magnetic path, the magnitude of the vector is about 0.3, and therefore the V-phase magnetic pole 13V to which the maximum voltage is applied. Compared with the vector V, it can be ignored in practice.
Therefore, the combined thrust vector V ′ of V phase is (vector V) + (0.5 × vector U bar) + (0.5 × vector W bar), and the combined vector V ′ is in phase with the vector V, and the linear pulse motor No misalignment occurs at the V-phase step position.
[0037]
Next, when the maximum voltage is applied to the W phase, the voltage at the position of the electrical angle θ3 in FIG. 7 is applied to each coil. As a result, as shown in FIG. 1C, a current having the polarity shown in the figure flows through the second U-phase coil 15U2 and the W-phase coil 15W. As a result, the second U-phase magnetic pole 13U2, the W-phase magnetic pole 13W, the scale 11, The magnetic flux φw-u flows in the direction of the arrow in the figure.
Similarly, the magnetic flux φw-v flows in the closed magnetic path of the V-phase magnetic pole 13V, the W-phase magnetic pole 13W, and the scale 11 in the direction of the arrow in the figure depending on the polarity of the current flowing through the V-phase coil 15V and the W-phase coil 15W.
[0038]
That is, the magnetic path φw-u and the magnetic flux φw-v have the same magnetic path length. At this time, since the current polarity of the first U-phase coil 15U1 is the same as the current polarity of the V-phase coil 15V, no magnetic flux flows from the first U-phase magnetic pole 13U1 to the V-phase magnetic pole 13V. However, since the current polarity of the first U-phase coil 15U1 and the current polarity of the W-phase coil 15W are opposite, magnetic flux flows from the first U-phase magnetic pole 13U12 to the W-phase magnetic pole 13WV. However, the magnitude of the magnetic flux flowing from the first U-phase magnetic pole 13U1 to the W-phase magnetic pole 13W is about 0.3 because the magnetic path is long, and therefore, compared with the vector W of the W-phase magnetic pole 13W to which the maximum voltage is applied. And practically negligible.
Therefore, the combined thrust vector W ′ of the W phase is (vector W) + (0.5 × vector U bar) + (0.5 × vector V bar), and the combined vector W ′ is in phase with the vector W, and the linear pulse motor There is no displacement in the W-phase step position.
[0039]
FIG. 2 is a configuration diagram of the slider according to the first embodiment of this invention. A first U-phase magnetic pole 23U1 and a second U-phase magnetic pole 23U2 divided into 1/2 are arranged at both ends of the slider 23 of this embodiment, respectively, and an electric angle of 120 degrees (2π / 3 radians) is provided between them. A non-divided V-phase magnetic pole 23V and a non-divided W-phase magnetic pole 23W, which are excited separately, are arranged.
Therefore, the first U-phase magnetic pole 23U1 and the second U-phase magnetic pole 23U2 are excited in phase.
In addition, pole teeth and permanent magnets are arranged on each magnetic pole at intervals of 1/2 the pitch of the tooth portions of the scale (not shown). The permanent magnets adjacent to each other are arranged so that the polarities are opposite to each other.
[0040]
FIG. 3 is a configuration diagram of the slider according to the second embodiment of the present invention. A first U-phase magnetic pole 33U1 and a second U-phase magnetic pole 33U2 divided into ½ are arranged at both ends of the slider 33 of this embodiment, respectively, and an electric angle of 120 degrees (2π / 3 radians) is provided between them. A non-divided V-phase magnetic pole 33V and a non-divided W-phase magnetic pole 33W, and a non-divided U-phase magnetic pole 35U, a non-divided V-phase magnetic pole 35V, and a non-divided W-phase magnetic pole 35W are arranged. .
Therefore, the intermediate U-phase magnetic pole 35U that is not divided is arranged at a position where it is excited in phase with the divided first and second U-phase magnetic poles 33U1 and 33U2. Even in such a configuration, the lengths of the magnetic paths from the other poles passing through the magnetic poles contributing to the step are all the same, and therefore no phase shift occurs in the opposing magnetic poles.
[0041]
The embodiment described above is an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the invention. For example, although the linear pulse motor has been described in this embodiment, it goes without saying that the above-described configuration can also be applied to a rotary pulse motor.
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the three-phase pulse motor of the present invention, there is no phase shift of the thrust vector, which improves the position accuracy in the open-loop pulse motor. For example, in an industrial robot, the position accuracy is extremely high. The effect that high control can be performed is obtained.
In addition, extremely fine printing can be performed in the printing control of the printer. Further, the effect of preventing the phase shift of the induced voltage can be obtained even in the servo linear motor of feedback control.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a state diagram showing magnetic flux paths in each operation mode of a three-phase linear pulse motor according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a slider according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a slider according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a state diagram showing a magnetic circuit of a conventional linear pulse motor.
FIG. 5 is a connection diagram of a three-phase coil wound around each magnetic pole of a slider.
FIG. 6 is a state diagram showing magnetic flux paths in each operation mode in a conventional linear pulse motor.
FIG. 7 is a diagram showing voltage waveforms applied to each phase coil.
FIG. 8 is a thrust vector diagram in each operation mode in the prior art.
[Explanation of symbols]
1,11 scale
1a Teeth
3, 13, 33 Slider
3a pole teeth
3U 35U U-phase magnetic pole
3V, 13V, 23V, 33V, 35V V-phase magnetic pole
3W, 13W, 23W, 33W, 35W W-phase magnetic pole
5U U-phase coil
5V, 15V V-phase coil
5W, 15W W-phase coil
7 Permanent magnet
13U1, 23U1, 33U1 1U phase magnetic pole
13U2, 23U2, 33U2 2nd U-phase magnetic pole
15U1 1st U phase coil
15U2 2nd U phase coil

Claims

A secondary scale made of a magnetic material in which teeth are formed at equal intervals P along a specific direction, and a primary magnetic flux generated movably supported in the direction in which the teeth of the secondary scale are formed. And consists of
The primary-side magnetic flux generation unit includes a plurality of magnetic poles that are multiples of 3, and each magnetic pole is configured by winding each coil around a respective iron core. in a position facing at a certain amount of air gap with respect to the teeth of the secondary scale, and arranged so as to be displaced by amount that a predetermined size P / 3 along the front KIHA portion is formed direction Configured,
A magnetic flux is sequentially generated between each magnetic pole and each tooth portion of the secondary scale by applying a voltage to the coil by sequentially shifting the phase by an electrical angle of 2π / 3 radians, thereby generating the primary magnetic flux. In the three-phase pulse motor that moves the part relative to the secondary scale,
Of the plurality of magnetic poles arranged in the primary-side magnetic flux generating section, the iron core and the coil of the magnetic pole corresponding to the first electrical angle are divided into two, and one of the iron core and the coil divided into two Is arranged so as to be displaced from the adjacent magnetic pole by the predetermined dimension, and the other of the iron core and the coil divided into two is the same at the first electrical angle so that the primary magnetic flux generator A three-phase pulse motor characterized in that two coils, which are arranged at the opposite end and displaced from the adjacent magnetic pole by the predetermined dimension and are divided into two, are connected in series.

The plurality of magnetic poles includes a U-phase, a V-phase, and a W-phase, and the magnetic pole corresponding to the first electrical angle is the U-phase magnetic pole, and the U-phase magnetic pole is divided into two parts so that the first electrical The three-phase pulse motor according to claim 1, wherein two coils that are arranged at both ends of the magnetic flux generator so as to have the same corner and are divided into two are connected in series.

3. The V-phase and W-phase magnetic poles are arranged between the U-phase magnetic poles divided in two so as to be excited in this order with a phase shift of 2π / 3 radians. Three-phase pulse motor.

Between the U-phase magnetic poles divided into two, the V-phase, W-phase, U-phase, V-phase, and W-phase magnetic poles are arranged so that they are excited in this order with a phase shift of 2π / 3 radians. The three-phase pulse motor according to claim 2.

A magnetic material and a permanent magnet are alternately formed at a constant interval P / 2 along the direction of the tooth portion of the secondary scale at each magnetic pole of the primary side magnetic flux generation section, and the permanent magnet is adjacent to the magnetic pole. The three-phase pulse motor according to any one of claims 1 to 4, wherein the polarities of matching members are arranged in opposite directions.