JP6393543B2

JP6393543B2 - 駆動装置

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Publication number: JP6393543B2
Application number: JP2014149509A
Authority: JP
Inventors: 祐也早田; 坪内　耕介; 耕介坪内
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016025784A

Description

本発明は、モータを駆動するための駆動装置に関する。

リニアモータや多相交流モータでは、複数のモータコイルが用いられる。従って複数のコイルを駆動するための複数の駆動回路が必要となる。また一つのコイルで駆動するモータ（例えば、振動モータ）であっても複数のモータを使用する場合、同様に複数の駆動回路が必要となる。複数の駆動回路を設ける場合、単一の電源装置から複数の駆動回路に並列に電源が供給される構成が一般的である。

特開平０９−２０１０９２号公報

単一の電源装置で複数の駆動回路を動作させると、複数の駆動回路のスイッチングリップルが累積して、入力電流に含まれるリップル電流のピークが大きくなる。リップル電流のピークが大きくなるとノイズや損失も大きくなる。省エネルギー化が求められる中、単一の電源装置から複数の駆動回路に供給される電流の低減も求められている。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、単一の電源装置から複数の駆動回路に供給される電流を低減する技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の駆動装置は、複数のモータコイルに、それぞれ駆動電流を供給する複数の駆動回路を備える。各駆動回路は、接続されたモータコイルに供給する電流を制御するスイッチング素子を含む。複数の駆動回路は、１つの電源装置から並列に電源が供給され、それぞれ位相がずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動する。

本発明によれば、単一の電源装置から複数の駆動回路に供給される電流を低減できる。

本発明の実施例１に係るモータ駆動システムの構成を示す図である。図２（ａ）−（ｂ）は、第１駆動回路及び第２駆動回路に供給される入力電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形の模式図である。本発明の実施例２に係るモータ駆動システムの構成を示す図である。第１駆動回路、第２駆動回路、第３駆動回路及び第４駆動回路に供給される入力電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形の模式図である。図１、図３を一般化したモータ駆動システムの構成を示す図である。第１駆動回路の構成例を示す図である。第１駆動回路、第２駆動回路、第３駆動回路及び第４駆動回路の第１クロック信号と第２クロック信号のやりとりを模式的に示す図である。第１駆動回路、第２駆動回路、第３駆動回路及び第４駆動回路のクロック供給回路で第２クロック信号の位相を遅延させる様子を示す図である。第１駆動回路、第２駆動回路、第３駆動回路及び第４駆動回路のゲート信号のデューティ比変動を模式的に示す図である。本発明の実施例に係るモータ駆動システムを使用した、半導体露光装置における位置決めステージ装置の概略構成を示す図である。

図１は、本発明の実施例１に係るモータ駆動システム１００の構成を示す図である。本明細書ではモータ駆動システム１００の負荷として電磁モータを想定する。電磁モータは固定子と可動子（例えばロータ）を備え、一方が永久磁石で、他方が電磁石で構成される。直流モータでは通常、固定子が永久磁石で構成され、可動子が電磁石で構成される。交流モータでは通常、固定子が電磁石で構成され、可動子が永久磁石で構成される。なお可動子としてのロータが磁性を持たず、固定子によりロータに誘導電流を生じさせてロータを回転させる誘導モータもある。また回転式の交流モータを直線上に開いたリニアモータもある。実施例に係るモータ駆動システム１００は直流モータにも交流モータにも適用できるが以下、交流モータに適用する例を説明する。

実施例１に係るモータ駆動システム１００は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０、駆動装置３０、第１モータコイル４１、及び第２モータコイル４２を備える。実施例１はモータの固定子として、２つのモータコイルを設ける例を想定している。例えば２相式のステッピングモータが想定される。なお図１では可動子を省略して描いている。

ＡＣ−ＤＣコンバータ２０は、交流電源１０から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源装置である。ＡＣ−ＤＣコンバータ２０として例えば、絶縁型のコンバータを使用できる。その場合、１次側に整流回路、ＰＦＣ回路、インバータ（例えばフルブリッジ回路）を設け、２次側に整流回路、平滑回路を設ける。

駆動装置３０は、第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２を備える。第１駆動回路３１は第１モータコイル４１に駆動電流を供給し、第２駆動回路３２は第２モータコイル４２に駆動電流を供給する。第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２には、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０から並列に直流電流が供給される。

第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２はそれぞれ、第１モータコイル４１及び第２モータコイル４２に供給する電流を制御するスイッチング素子を含む。第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２は、それぞれ位相が１８０°ずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動する。

第１駆動回路３１は、モータからのフィードバック信号をもとにスイッチング素子のデューティ比を調整する。例えばモータに、可動子の位置を検出する図示しないセンサ（例えばホール素子）が設けられる場合、第１駆動回路３１は、当該センサからの位置信号に応じて、スイッチング素子のデューティ比を調整する。可動子の位置が遅れている場合、デューティ比を上げて第１モータコイル４１に供給する電流量を増やす。これによりモータトルクが増大する。反対に可動子の位置が進んでいる場合、デューティ比を下げて第１モータコイル４１に供給する電流量を減らす。これによりモータトルクが減少する。以上の制御により可動子の位置を適切な位置に調整できる。第２駆動回路３２も同様にスイッチング素子のデューティ比を調整する。

第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２がＰＷＭ駆動すると、それぞれのスイッチング素子のオン／オフによるスイッチングリップルが発生する。このスイッチングリップルは、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０から第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２に供給される入力電流に重畳される。

図２（ａ）−（ｂ）は、第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２に供給される入力電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形の模式図である。図２（ａ）は従来例に係るスイッチングリップル電流波形を示し、図２（ｂ）は実施例１に係るスイッチングリップル電流波形を示す。

スイッチングリップル電流波形Ａは、図１のＡ地点（第１駆動回路３１の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。スイッチングリップル電流波形Ｂは、図１のＢ地点（第２駆動回路３２の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。これらのスイッチングリップル電流波形は、他のチャンネルのスイッチングリップル電流波形の影響を除いた状態の波形である。スイッチングリップル電流波形Ｃは、図１のＣ地点（ＡＣ−ＤＣコンバータ２０の出力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２には、このスイッチングリップル電流が入力される。

図２（ａ）に示す従来例では、第１駆動回路３１のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号と、第２駆動回路３２のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号の位相が同じである。従ってスイッチングリップル電流波形Ａとスイッチングリップル電流波形Ｂの位相も同じになり、スイッチングリップル電流波形Ｃのピークが増大する。

これに対して図２（ｂ）に示す実施例１では、第１駆動回路３１のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号と、第２駆動回路３２のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号の位相が１８０°ずれている。従ってスイッチングリップル電流波形Ａの正（負）のピークと、スイッチングリップル電流波形Ｂの負（正）のピークが打ち消し合う。よってＣ地点のスイッチングリップル電流は軽減され、第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２に入力されるスイッチングリップル電流も軽減される。

このように第１駆動回路３１のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号と、第２駆動回路３２のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号の位相を逆にすることにより、第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２の入力電流のピークを減らすことができる。これにより第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２のノイズを低減でき、損失を低減できる。従って、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０から第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２に供給される電流を低減できる。また第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２の入力電流のピークを減らすことができるため、第１駆動回路３１及び第２駆動回路３２内の素子の使用制限を緩和できる。従って各素子の能力を十分に活用できる。広範囲のピーク電流に対応するための高仕様の素子を使用する必要がなくなるため、回路面積およびコストの増大を抑制できる。

図３は、本発明の実施例２に係るモータ駆動システム１００の構成を示す図である。実施例２に係るモータ駆動システム１００は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０、駆動装置３０、第１モータコイル４１、第２モータコイル４２、第３モータコイル４３、及び第４モータコイル４４を備える。実施例２はモータの固定子として、４つのモータコイルを設ける例を想定している。例えば４つのモータコイルを直線上に並べたリニアモータが想定される。

駆動装置３０は、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４を備える。第１駆動回路３１は第１モータコイル４１に駆動電流を供給し、第２駆動回路３２は第２モータコイル４２に駆動電流を供給し、第３駆動回路３３は第３モータコイル４３に駆動電流を供給し、第４駆動回路３４は第４モータコイル４４に駆動電流を供給する。第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４には、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０から並列に直流電流が供給される。

第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４はそれぞれ、第１モータコイル４１、第２モータコイル４２、第３モータコイル４３及び第４モータコイル４４に供給する電流を制御するスイッチング素子を含む。第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４は、それぞれ位相が９０°ずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ駆動する。

図４は、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４に供給される入力電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形の模式図である。スイッチングリップル電流波形Ａは、図３のＡ地点（第１駆動回路３１の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。スイッチングリップル電流波形Ｂは、図３のＢ地点（第２駆動回路３２の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。スイッチングリップル電流波形Ｃは、図３のＣ地点（第３駆動回路３３の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。スイッチングリップル電流波形Ｄは、図３のＤ地点（第４駆動回路３４の入力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。これらのスイッチングリップル電流波形は、他のチャンネルのスイッチングリップル電流波形の影響を除いた状態の波形である。

スイッチングリップル電流波形Ｅは、図３のＥ地点（ＡＣ−ＤＣコンバータ２０の出力）を流れる電流に重畳されるスイッチングリップル電流波形を示す。第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４には、このスイッチングリップル電流が入力される。

図４に示すように実施例２では、第１駆動回路３１のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号と、第３駆動回路３３のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号の位相が１８０°ずれている。従って両者のスイッチングリップル電流波形のピークが相殺される。また第２駆動回路３２のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号と、第４駆動回路３４のスイッチング素子をＰＷＭ駆動するためのクロック信号の位相が１８０°ずれている。従って両者のスイッチングリップル電流波形のピークが相殺される。よってＥ地点のスイッチングリップル電流はほぼゼロになり、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４に入力されるスイッチングリップル電流もほぼゼロになる。

第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４の各スイッチング素子を駆動するためのクロック信号の位相を、９０°ずつ、ずらすことにより、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４の入力電流のピークを減らすことができる。従ってＡＣ−ＤＣコンバータ２０から第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４に供給する電流を低減できる。これに対して４つのクロック信号を同位相とした場合、図２（ａ）に示した波形と同様の原理により、リップル成分のピークが同一方向に加算されて大きなピーク電流となる。このピーク電流はチャンネル数が多いほど大きくなる。

これまで２チャンネルの駆動回路と、４チャンネルの駆動回路の例を示したが、チャンネル数はそれらに限定されない。

図５は、図１、図３を一般化したモータ駆動システム１００の構成を示す図である。当該モータ駆動システム１００は、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０、駆動装置３０、第１モータコイル４１−第ｎモータコイル４ｎを備える。即ち、ｎ（ｎは２以上の整数）個のモータコイルを備える。

駆動装置３０は、第１駆動回路３１−第ｎ駆動回路３ｎを備える。即ち、並列接続されたｎ（ｎは２以上の整数）個の駆動回路を備える。ｎ個の駆動回路は、ｎ個のモータコイルにそれぞれ駆動電流を供給する。第１駆動回路３１−第ｎ駆動回路３ｎには、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０から並列に直流電流が供給される。各駆動回路３１−３ｎは、接続されたモータコイル４１−４ｎに供給する電流を制御するスイッチング素子を含む。第１駆動回路３１−第ｎ駆動回路３ｎは、それぞれ位相が（３６０／ｎ）°ずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ駆動する。なお（３６０／ｎ）°以外の値で位相をずらした場合でも、全てのクロック信号の位相を同じにする場合と比較して、スイッチングリップル電流のピークを低減する一定の効果が得られる。（３６０／ｎ）°ずらす場合が、スイッチングリップル電流のピークを最も低減できる。

図６は、第１駆動回路３１の構成例を示す図である。第１駆動回路３１は、発振器３１１、分周器３１２、トランシーバ３１３、コネクタ３１４、クロック供給回路３１５、ゲート制御回路３１６及びＨブリッジ回路３１７を備える。発振器３１１は、基準となるクロック信号（以下、第１クロック信号と表記する）を生成する。発振器３１１には水晶振動子などが用いられる。分周器３１２は、発振器３１１により生成された第１クロック信号を所定の分周比で分周して、第２クロック信号を生成する。以下の例では、発振器３１１が８００ｋＨｚの第１クロック信号を生成し、分周器３１２が８００ｋＨｚの第１クロック信号を４分周して２００ｋＨｚの第２クロック信号を生成する例を説明する。

トランシーバ３１３は、内部で生成された第１クロック信号及び第２クロック信号をコネクタ３１４を介して外部に出力できる。またトランシーバ３１３は、外部で生成された第１クロック信号及び第２クロック信号をコネクタ３１４を介して内部に取り込むことができる。

図７は、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４の第１クロック信号と第２クロック信号のやりとりを模式的に示す図である。以下、４チャンネルの駆動回路が設けられる例を説明する。４つの駆動回路の内、１つがマスタに設定され、残りの３つがスレーブに設定される。マスタに設定された駆動回路は、その内部の発振器３１１及び分周器３１２で生成された第１クロック信号及び第２クロック信号を使用する。またマスタに設定された駆動回路は、生成した第１クロック信号及び第２クロック信号を外部出力して、スレーブに設定された他の駆動回路に供給する。スレーブに設定された駆動回路は、マスタに設定された駆動回路で生成された第１クロック信号及び第２クロック信号を外部から取り込んで使用する。図７では第１駆動回路３１がマスタに設定され、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４がスレーブに設定される例を描いている。

図６に戻る。クロック供給回路３１５は、内部で生成された第１クロック信号および第２クロック信号の供給を受ける。なおマスタに設定された第１駆動回路３１以外の駆動回路のクロック供給回路３１５は、外部で生成された第１クロック信号および第２クロック信号の供給を、コネクタ３１４及びトランシーバ３１３を介して受ける。

クロック供給回路３１５は、図示しない上位のコントローラから位相設定信号を受ける。位相設定信号は、各駆動回路のクロック供給回路３１５に位相遅延量を指定するためのタイミング信号である。クロック供給回路３１５は、外部設定される位相設定信号に応じて第２クロック信号を遅延させてゲート制御回路３１６に供給する。その際、第１クロック信号および位相設定信号に応じて、ゲート制御回路３１６に供給すべき第２クロック信号の遅延量を決定する。

図８は、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４のクロック供給回路３１５で第２クロック信号の位相を遅延させる様子を示す図である。以下、図８の信号波形を上から順に説明する。１番目の信号は、第１駆動回路３１の発振器３１１で生成された８００ｋＨｚの第１クロック信号である。２番目の信号は、第１駆動回路３１の分周器３１２で生成された２００ｋＨｚの第２クロック信号（以下、原第２クロック信号という）である。

３番目の信号は、第１駆動回路３１のクロック供給回路３１５に設定される位相設定信号である。原第２クロック信号の単位周期の先頭から位相遅延がない位置に、アクティブパルスが生成されている信号である。４番目の信号は、第２駆動回路３２のクロック供給回路３１５に設定される位相設定信号である。原第２クロック信号の単位周期の先頭から位相が９０°遅延した位置に、アクティブパルスが生成されている信号である。この位置は、第１クロック信号の１パルス分を遅延させた位置に相当する。

５番目の信号は、第３駆動回路３３のクロック供給回路３１５に設定される位相設定信号である。原第２クロック信号の単位周期の先頭から位相が１８０°遅延した位置に、アクティブパルスが生成されている信号である。この位置は、第１クロック信号の２パルス分を遅延させた位置に相当する。６番目の信号は、第４駆動回路３４のクロック供給回路３１５に設定される位相設定信号である。原第２クロック信号の単位周期の先頭から位相が２７０°遅延した位置に、アクティブパルスが生成されている信号である。この位置は、第１クロック信号の３パルス分を遅延させた位置に相当する。

７番目の信号は、第１駆動回路３１のクロック供給回路３１５が、３番目の位相設定信号に応じて原第２クロック信号を遅延させずに、そのまま出力した第２クロック信号である。８番目の信号は、第２駆動回路３２のクロック供給回路３１５が、４番目の位相設定信号に応じて原第２クロック信号を９０°遅延させた第２クロック信号である。９番目の信号は、第３駆動回路３３のクロック供給回路３１５が、５番目の位相設定信号に応じて原第２クロック信号を１８０°遅延させた第２クロック信号である。１０番目の信号は、第４駆動回路３４のクロック供給回路３１５が、６番目の位相設定信号に応じて原第２クロック信号を２７０°遅延させた第２クロック信号である。

図６に戻る。Ｈブリッジ回路３１７は第１モータコイル４１に接続され、ゲート制御回路３１６から供給されるゲート信号に応じて、第１モータコイル４１に駆動電流を供給する。Ｈブリッジ回路３１７は、第１スイッチング素子Ｓ１、第２スイッチング素子Ｓ２、第３スイッチング素子Ｓ３及び第４スイッチング素子Ｓ４を備える。

ハイサイド基準電位ＶＤＤとローサイド基準電位ＧＮＤの間に、第１スイッチング素子Ｓ１と第２スイッチング素子Ｓ２が直列接続された第１アームと、第３スイッチング素子Ｓ３と第４スイッチング素子Ｓ４が直列接続された第２アームが並列に接続されている。第１アームの中点は第１モータコイル４１の一端に接続され、第２アームの中点は第１モータコイル４１の他端に接続される。

第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４には、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴを使用できる。図６には第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４にｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用する例を描いている。なおハイサイドの第１スイッチング素子Ｓ１及び第３スイッチング素子Ｓ３に、ｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴを使用してもよい。

ゲート制御回路３１６は、Ｈブリッジ回路３１７を構成する第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４の制御端子（具体的にはゲート端子）に供給するゲート信号を生成する。具体的にはモータを正回転させる場合（または正方向に移動させる場合）、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をオン、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をオフするためのゲート信号を生成する。ゲート制御回路３１６は、生成したゲート信号を第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子にそれぞれ供給する。モータを逆回転させる場合（または逆方向に移動させる場合）、第１スイッチング素子Ｓ１及び第４スイッチング素子Ｓ４をオフ、第２スイッチング素子Ｓ２及び第３スイッチング素子Ｓ３をオンするためのゲート信号を生成する。ゲート制御回路３１６は、生成したゲート信号を第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子にそれぞれ供給する。

ゲート制御回路３１６は、オン期間中のスイッチング素子のデューティ比を調整することにより、上述のフィードバック制御またはモータの速度を調整できる。モータの速度を速くする場合、スイッチング素子のデューティ比を上げて第１モータコイル４１に供給する電流量を増やす。これによりモータトルクが増大する。反対にモータの速度を遅くする場合、スイッチング素子のデューティ比を下げて第１モータコイル４１に供給する電流量を減らす。これによりモータトルクが減少する。

第１駆動回路３１以外の駆動回路も、基本的に図６と同様の構成である。なおスレーブに設定される駆動回路は、発振器３１１及び分周器３１２を搭載しない構成も可能である。

図９は、第１駆動回路３１、第２駆動回路３２、第３駆動回路３３及び第４駆動回路３４のゲート信号のデューティ比変動を模式的に示す図である。１−３番目の信号は、第１駆動回路３１に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号の一例を示す図である。これらのゲート信号は、第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４の内、オン期間中のスイッチング素子のゲート端子に印加されるゲート信号である。第１駆動回路３１のゲート制御回路３１６は、クロック供給回路３１５から入力される第２クロック信号をもとに、当該ゲート信号を生成する。本実施例ではスイッチング周波数が２００ｋＨｚのゲート信号を生成する。なお、オフ期間に設定されるスイッチング素子のゲート端子には、固定のローレベル信号を印加する。

１番目の信号はデューティ比５０％のゲート信号を示し、２番目の信号はデューティ比２５％のゲート信号を示し、３番目の信号はデューティ比７５％のゲート信号を示す。なお、これらのデューティ比は一例であり、実際はより細かくデューティ比が調整される。第１駆動回路３１のゲート制御回路３１６は、上述のフィードバック信号や速度指令に基づき、ゲート信号のデューティ比を適応的に制御する。

４−６番目の信号は、第２駆動回路３２に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号の一例を示す図である。４−６番目の信号は、１−３番目の信号に対して、位相が９０°ずれている。図示しないが第３駆動回路３３に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号は、第１駆動回路３１に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号に対して、位相が１８０°ずれる。また第４駆動回路３４に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号は、第１駆動回路３１に含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のゲート端子に入力されるゲート信号に対して、位相が２７０°ずれる。

並列接続される複数の駆動回路にそれぞれ含まれる第１スイッチング素子Ｓ１−第４スイッチング素子Ｓ４のオン期間の設定方法は、従来例と同様である。各オン期間内のＰＷＭ波形のデューティ比の調整も従来例と同様である。本実施例では各オン期間内のＰＷＭ波形の位相をずらしている。従ってモータコイルに供給されるエネルギーを維持しながら、スイッチングリップルを抑制できる。またマスタに設定された駆動回路で生成された第１クロック信号および第２クロック信号を、駆動装置３０に含まれる全ての駆動回路で共通に使用することにより、複数の駆動回路間のクロック信号の同期ずれを防止できる。

図６では第１モータコイル４１を単相交流で駆動する方式を示したが、三相交流で駆動する方式を用いてもよい。この場合、Ｈブリッジ回路３１７の代わりに三相ブリッジ回路が使用される。この場合、６つのスイッチング素子で３つのアームが形成されるが、６つのスイッチング素子の内、オン期間中のスイッチング素子のゲート端子に印加されるゲート信号は、上述のゲート信号と同じである。

図１０は、本発明の実施例に係るモータ駆動システムを使用した、半導体露光装置における位置決めステージ装置５０の概略構成を示す図である。位置決めステージ装置５０ではリニアモータを使用する。位置決めステージ装置５０はベース構造体５１を備え、ベース構造体５１の左右にそれぞれリニアモータの固定子５２が配置される。それぞれのリニアモータの固定子５２に、複数のリニアモータコイル（以下、単にモータコイルという）が直線上に整列されて配置される。図１０では、それぞれ８個のモータコイル４１−４８が配置される例を描いている。これらのモータコイル４１−４８は、上述の駆動装置３０により駆動される。

モータコイル４１−４８と対向するように、Ｎ極とＳ極を持つ可動磁石５５が配置される。可動磁石５５は、磁石支持板５４により可動子５３と連結される。可動子５３には半導体ウエハなどが載置される。モータコイル４１−４８の内、可動磁石５５と対面している少なくとも１つのモータコイルに電流を流すことにより、ローレンツ力が発生し、可動磁石５５が推力を得る。可動磁石５５の推力は磁石支持板５４を介して可動子５３に伝達され、可動子５３が駆動される。

このように直線上に複数のモータコイル４１−４８が整列されて配置される場合にて、８チャンネルの駆動回路３１−３８に含まれるスイッチング素子を同位相の第２クロック信号でＰＷＭ駆動すると、スイッチングリップルによるモータコイル４１−４８同士の干渉が大きくなる。仮に８チャンネルの駆動回路３１−３８に含まれるスイッチング素子を、交互に逆位相の第２クロック信号でＰＷＭ駆動しても、同位相でＰＷＭ駆動される近接するモータコイル間の干渉が大きくなる。例えば第１モータコイル４１と第３モータコイル４３間の干渉が大きくなる。

この点、本実施例によれば８チャンネルの駆動回路３１−３８に含まれるスイッチング素子が、それぞれ位相が（３６０／８）＝４５°ずれた第２クロック信号でＰＷＭ駆動されることになる。従って、８チャンネルの駆動回路３１−３８から発生するスイッチングリップルを打ち消しつつ、モータコイル４１−４８間の干渉を軽減できる。なお、この干渉軽減効果は８チャンネルに限るものではなく、複数のチャンネルであれば当該効果は発揮される。特に３チャンネル以上で、その効果が大きくなる。また複数のモータコイルは必ずしも直線上に並べられている必要はなく環状に配置される場合であっても、その干渉軽減効果は発揮される。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば上述の実施例では、複数の駆動回路に電流を供給する単一の電源装置としてＡＣ−ＤＣコンバータ２０を使用した。この点、交流電源１０の代わりに二次電池が用いられる場合、ＡＣ−ＤＣコンバータ２０の代わりにＤＣ−ＤＣコンバータが使用される。

１００モータ駆動システム、１０交流電源、２０ＡＣ−ＤＣコンバータ、３０駆動装置、３１第１駆動回路、３２第２駆動回路、３３第３駆動回路、３４第４駆動回路、３ｎ第ｎ駆動回路、３１１発振器、３１２分周器、３１３トランシーバ、３１４コネクタ、３１５クロック供給回路、３１６ゲート制御回路、３１７Ｈブリッジ回路、４１第１モータコイル、４２第２モータコイル、４３第３モータコイル、４４第４モータコイル、４ｎ第ｎモータコイル、Ｓ１第１スイッチング素子、Ｓ２第２スイッチング素子、Ｓ３第３スイッチング素子、Ｓ４第４スイッチング素子、５０位置決めステージ装置、５１ベース構造体５１、５２固定子、５３可動子、５４磁石支持板、５５可動磁石。

Claims

複数のモータコイルに、それぞれ駆動電流を供給する複数の駆動回路を備え、
各駆動回路は、接続されたモータコイルに供給する電流を制御するスイッチング素子を含み、
前記複数の駆動回路は、１つの電源装置から並列に電源が供給され、それぞれ位相がずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ(Pulse Width Modulation)駆動し、
各駆動回路は、
接続されるモータコイルに電流を供給するブリッジ回路と、
前記ブリッジ回路を構成する複数のスイッチング素子の制御端子に供給する信号を生成する制御回路と、
前記制御回路に、内部または外部で生成されたクロック信号を供給するクロック供給回路と、を含み、
前記クロック供給回路は、外部設定される位相設定信号に応じて前記クロック信号を遅延させ、
前記複数の駆動回路の少なくとも一つは、
基準となる第１クロック信号を生成する発振器と、
前記発振器により生成された第１クロック信号を分周して、第２クロック信号を生成する分周器と、をさらに含み、
前記複数の駆動回路の内の一つの駆動回路に含まれる前記発振器および分周器で生成された前記第１クロック信号および前記第２クロック信号は、他の駆動回路に供給され、
各駆動回路のクロック供給回路は、前記第１クロック信号および前記位相設定信号に応じて、前記制御回路に供給すべき前記第２クロック信号の遅延量を決定することを特徴とする駆動装置。
前記複数の駆動回路は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の駆動回路であり、
ｎ個の駆動回路は、それぞれ位相が（３６０／ｎ）°ずれたクロック信号をもとに、それぞれに含まれるスイッチング素子をＰＷＭ駆動することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
前記複数のモータコイルは、直線上に整列された複数のリニアモータコイルであることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。