JPH02168892A - リニアサーボモータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は各種ロボット、搬送アクチエータに用いられる
リニアサーボモータの駆動回路に関するものである。

従来の技術 各種自動化設備、搬送装置等におけるアクチエータとし
て回転直進変換機構の不用なリニアサーボモータの実用
化例が近年多くなってきた。中でも可動部へのケーブル
配線を必要としない可動磁石による地上−次駆動方式の
ブラシレスリニアサーボモータはケーブル断線等のトラ
ブルも無いため、高速搬送アクチエータ、−軸高速ロボ
ット等で装置の信頼性向上に大きく寄与することができ
る。

第４図は従来例における可動磁石タイプのブラシレスリ
ニアサーボモータの構造図である。１４は固定子で磁極
歯１５に励磁コイル１６を巻いたものが等間隔で長手方
向に所定個数配置されている。１７は可動子で磁石ヨー
ク１８と、永久磁石１９からなり前記固定子磁極歯との
間に所定空隙を保持して面対向しており固定子の長手方
向に移動可能な走行ガイドを有している。２０はリニア
位置センサで、可動子１７の全ストロークに長手方向に
発光源と光検出用ホトトランジスタがスリット２１を介
して対向しており、可動子１７と一体となってスリット
内を移動するセンサヨーク２２が前記発光源の光を一部
遮光することで可動子１７の位置を検出するよう構成さ
れ、位置信号は絶対位置信号を得るものである。

第５図は第４図の各励磁コイルを駆動する回路の説明図
で、２３が励磁コイル群、各励磁コイル記号は第４図の
各励磁コイル記号とそれぞれ対応する。２４は各励磁コ
イルを双方向に通電するためのフルブリッジスイッチン
グ素子群で各励磁コイル１個にそれぞれフルブリッジの
スイッチング素子Ｓ、−Ｓｏの中の１組が接続される。

２５は可動子の絶対位置センサ５の信号にもとづき励磁
すべきコイルすなわち動作すべきスイッチング素子を選
択するとともに電流指令６の信号によって励磁コイルの
電流の大きさを制御するためのＰＷＭ（パルス幅変調）
回路である。

動作としては可動子１７の位置に応じて推力に寄与する
励磁コイルが順次選択され電流指令に比例した電流が励
磁コイルに通電されることで連続した推力を得るよう構
成される。

発明が解決しようとする課題 しかしながら第５図における従来例の駆動回路の構成で
は各励磁コイル１個にフルブリッジのスイッチング素子
１組が必要であり、長ストローク化した場合等には駆動
回路が大規模複雑化して実用的でない。さらに可動子存
在個所の励磁コイルしか通電しないためスイッチング素
子の利用率も低く不経済となる等の問題点を有している
。

本発明は上記問題点に鑑み１組のスイッチング素子で複
数個の励磁コイルを駆動できるよう駆動回路を構成する
ことでスイッチング素子数の低減化、回路の簡素化を図
り低コストで実用的な駆動回路を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために本発明のリニアサーボモー
タ駆動回路は、長手方向に所定個数配置された励磁コイ
ルを備えた固定子と、前記固定子上を所定空隙を維持し
て長手方向に移動可能な永久磁石を有する可動子と、電
流の吐き出し吸い込みの双方向通電可能な第１の複数個
からなるハーフブリッジスイッチング素子群と、電流の
双方向通電可能な第２の複数個からなるハーフブリッジ
スイッチング素子群とを備え、前記励磁コイル群と第１
と第２のハーフブリッジスイッチング素子群とをマトリ
ックス接続したことを特徴とする。

作　　　用 本発明の上記構成によれば、第１と第２のスイッチ素子
群の通電組み合せにより前記可動子存在個所の励磁コイ
ルを選択通電して可動子に推力を与えることができ、１
組のスイッチング素子で複数個の励磁コイルを駆動てき
るため従来例よりも大幅にスイッチング素子数の低減と
駆動回路の簡素化を図ることが可能となる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明によるブラシレスリニアサーボモ
ータの駆動回路である。１はリニアサーボモータ励磁コ
イル群であり、各励磁コイルの記号Ｕ１〜Ｕ６は従来例
説明における第４図の励磁コイル記号とそれぞれ対応す
る。またリニアサーボモータ本体およびセンサ等につい
ては本発明は従来例説明における第４図と同一構造を有
しており、励磁コイルを駆動する駆動回路のみが異なる
ものである。

第１図において、２は電流の双方向通電可能な上段のハ
ーフブリッジスイッチング素子群（Ｑ。

〜Ｑ４）である。３は同様に双方向通電可能な下段のハ
ーフブリッジスイッチング素子群（Ｑ５〜Ｑ８）である
。上段スイッチング素子Ｑ１には励磁コイル群１ノＵ、
、　Ｖ、、、　Ｗ３．　Ｕ５（７）４個ノ励磁＋イル片
端が一括接続され、各励磁コイルの他端は下段スイッチ
ング素子Ｑ５〜Ｑ８にそれぞれ独立して接続される。ま
た上段スイッチング素子Ｑ２には励磁コイル群１のＶ、
、Ｗ２．Ｕ４．Ｖ５の４個の励磁コイル片端が一括接続
され各励磁コイルの他端は下段スイッチング素子Ｑ５〜
Ｑ８にそれぞれ独立して接続される。以下同様に上段ス
イッチング素子Ｑ３〜Ｑ４にそれぞれ片端を一括接続さ
れた励磁コイルの他端は下段スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ
８にそれぞれ接続される。４は可動子の絶対位置センサ
５の信号に励磁すべきコイルすなわち動作すべきスイッ
チング素子を選択するとともに電流指令６の信号によっ
て励磁コイルの電流の大きさを制御するためのＰＷＭ回
路である。７ 以上のような構成において、その動作について説明する
。第２図は第４図におけるリニアサーボモータの可動子
１７が一方向に等速度で移動した場合に励磁コイルに発
生する誘起電圧波形を示したもので、７が第４図におけ
るＵ、励磁コイルの誘起電圧、８がＶ、励磁コイルの誘
起電圧、９がＷ励磁コイルの誘起電圧、１０がＵ２励磁
コイルの誘起電圧であり、以下■２〜Ｕ６の各励磁コイ
ルも同様な誘起電圧が１２０度の位相差をもって発生す
る。動作の説明を簡略化するため各励磁コイル誘起電圧
の斜線部区間１１のみを推力発生区間に限定すると、各
励磁コイル誘起電圧の斜線部区間１１の誘起電圧にさか
らって電流を順次通電していけば一方の連続した推力を
得ることができる。

第３図は第２図における各励磁コイルの通電電流波形を
示したものであり、１２がＵ１励磁コイルの通電波形で
ある。当然のことながら通電波形１２の通電区間１３は
第２図のＵ、励磁コイル誘起電圧斜線区間１１に対応し
ており誘起電圧が正のときはそれにさからっての方向の
通電、誘起電圧が負のときはそれにさからってｅ方向の
通電を行う。以下ｖ１〜Ｕ６の各励磁コイルも１２０度
の位相差をもってΦθの通電が順次行われる。なお通電
電流波形１２はｅθの方形波で説明しであるが実際は電
流制御を行うためＰＷＭ波形で各励磁コイルを駆動する
。また、ＰＷＭ波形を正弦波パターンにすれば通電電流
の高調波が低減し、推力リップルの低下が期待できる。

次に第３回答励磁コイル通電を順次切替える動作につい
て述べる。第３図のＵ１励磁コイルの通電は第１図の上
段スイッチング素子Ｑ１と下段スイッチング素子Ｑ５の
組み合わせて双方向の電流通電を行う。Ｑ、、Ｑ５の各
スイッチング素子には他の励磁コイル片端が接続されて
いるが他端が動作していないスイッチング素子に接続さ
れているため電流は流れない。以下同様に■１〜Ｕ２の
励磁コイルはＱ２とＱ６．Ｑ３とＱ７．Ｑ４とＱ８のス
イッチング素子の組み合わせでそれぞれ１２０度の位相
差をもって順次通電される。次にｖ２の励磁コイルはＱ
ｌとＱ６のスイッチング素子の組み合わせで通電するが
ｖ２の励磁コイル通電位置ではＵｌ。

■　の各励磁コイルの通電は終了しているためＱ、、Ｑ
６のスイッチング素子が同時に２つの励磁コイルを駆動
することが無いよう構成されている。以下同様にＷ２〜
Ｕ６コイルも上段スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と下段ス
イッチング素子Ｑ５〜Ｑ８の組み合わせで通電されるが
同時に２の励磁コイルを通電することは無い。

以上のように双方向通電可能な複数個からなるハーフブ
リッジスイッチング素子群と双方向通電可能な下段のハ
ーフブリッジスイッチング素子群の組み合わせによって
複数個の励磁コイルを駆動でき、実施例では上段４個と
下段４個のスイッチング素子で１６個の励磁コイルを駆
動することが可能である。同一励磁コイル数を従来例で
行えばフルブリッジスイッチング素子が１６個必要とな
るため、本実施例により駆動回路の大幅な簡素化とコス
トダウンが可能である。

なお、本発明の実施例では１６個の励磁コイル駆動につ
いて述べたが、上段、下段のスイッチング素子の数を増
やせば容易に励磁コイルの増設は可能であり、原理的に
は上段スイッチング素子数を下段スイッチング素子数倍
した数の励磁コイルを駆動することができ、励磁コイル
の数が多い程、本発明の効果は大である。また、本実施
例では固定子磁極歯１個に１つの励磁コイルを有する集
中巻方式で説明したが、複数個の磁極歯を１つの励磁コ
イルで巻く分布巻きにも応用できることは言うまでもな
い。

発明の効果 以上のように本発明は長手方向に所定個数配置された励
磁コイルを備えた固定子と、前記固定子上を所定空隙を
維持して長手方向に移動可能な永久磁石を有する可動子
と、電流の吐き出し吸い込みの双方向通電可能な第１の
複数個からなるハーフブリッジスイッチング素子群と、
電流の双方向通電可能な第２の複数個からなるハーフブ
リッジスイッチング素子群とを備え、前記励磁コイル群
と第１と第２のハーフブリッジスイッチング素子群とを
マトリックス接続したので、前記第１のスイッチング素
子群と、第２のスイッチング素子群の通電組み合わせに
より前記可動子存在個所の励磁コイルを選択通電して可
動子に推力を与えることができ、スイッチング素子１個
で複数個の励磁コイルを駆動できるため、リニアサーボ
モータ駆動回路の簡素化とコストダウンに大幅に寄与し
その実用的価値は大なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における駆動回路構成図、第
２図は第１図の各励磁コイル誘起電圧波形説明図、第３
図は第１図の励磁コイル通電切り替え説明図、第４図は
従来例のリニアサーボモータ構造図、第５図は従来例の
駆動回路構成図である。 １・・・・・・リニアサーボモータ励磁コイル、２・・
・・・・上段のハーフブリッジスイッチング素子群、３
・・・・・・下段のハーフブリッジスイッチング素子群
。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ばか１名第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 長手方向に所定個数配置された励磁コイルを備えた固定
   子と、前記固定子上を所定空隙を維持して長手方向に移
   動可能な永久磁石を有する可動子と、電流の吐き出し吸
   い込みの双方向通電可能な第１の複数個からなるハーフ
   ブリッジスイッチング素子群と、電流の双方向通電可能
   な第２の複数個からなるハーフブリッジスイッチング素
   子群とを備え、前記励磁コイル群と第１と第２のハーフ
   ブリッジスイッチング素子群とをマトリックス接続した
   ことを特徴とするリニアサーボモータ駆動回路。