JPH0274145A - リニアパルスモータ及びその駆動方法 - 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】 概要 二次側磁気回路に対して一次側磁気回路を高精度に位置
決め制御する場合に有効なリニアパルスモータ及びその
駆動方法に関し、 走行領域での高速、高加速駆動が可能であるとともに、
位置決め領域で高分解能、高精度な位置決めが可能であ
るリニアパルスモータを提供することを目的とし、 ｆｆｌ数の歯を等ピッチ間隔で配列した強磁性体性の磁
極と、該磁極に磁束を流すための永久磁石と、励磁用コ
イルとを具備した一次側磁気回路と、前記ピ・Ｉチ間隅
で配列した複数のスリットを有する強磁性体から形成さ
れる二次側磁気回路とかみ構成され、前記励磁用コイル
に与えられるパルス信号に応じて所定のステップ量で一
次側磁気回路あるいは二次側磁気回路をステップ駆動す
るリニアパルスモータにおいて、前記二次側磁気回路を
一次側磁気回路よりも長く形成し、二次側磁気回路の前
記スリットの一部をスキューを付けて平行四辺形に形成
するとともに、他の部分のスリットを長方形状に形成し
、前記平行四辺形のスリットの上辺と下辺の位相差をτ
／（２Ｎ）（τはスリットピッチ、Ｎは相数）に構成す
る。

産業上の利用分野 本発明はリニアパルスモータ及びその駆動方法に関し、
特に二次側磁気回路に対し一次側磁気回路を高精度に位
置決め制御する場合に有効な二次側磁気回路のスリット
形状を有するリニアパルスモータ及びその駆動方法に関
する。

制御対象を一次元もしくは二次元平面上で移動させたり
、位置決めしたりする装置は、回転型のモータと回転運
動を直線運動に変換するメカニズムを使ったものが多い
。これに対して最近は制御対象を直接モータに取り付け
、これを直線駆動するりニアモータの開発が進んでいる
。リニアモータは構造が簡単で、寿命、精度等の点で優
れた特徴を持つものとして、今後ＯＡ機器分野を含む広
い分野への展開が期待されている。リニアパルスモータ
は、これらのりニアモータの一種であるが、パルス駆動
されるためその駆動回路が比較的簡単であるので、プリ
ンタ等のＯＡ機器、又はＸＹ直交座標ロボットや工程間
搬送等に盛んに用いられている。これらのリニアパルス
モータにおいて、高速、高加速駆動が可能であるととも
に、高分解能、高精度な位置決め機能を有するリニアパ
ルスモータが要望されている。

従来の技術 第４図に工程間搬送等に使用される２相４極のリニアパ
ルスモータの斜視図を示す。リニアパルスモータは一次
側磁気回路１０と二次側磁気回路１２により構成される
。一次側磁気回路１０は、複数の歯を等ピッチ間隔で配
列した強磁性体製の磁極１４と、これらの磁極１４に磁
束を流すための永久磁石１６と、励磁用コイル１８と、
永久磁石１６．１６の上に配置された強磁性体製のヨー
ク２０とから構成される。一方、二次側磁気回路１２は
強磁性体製の基板２２に磁極１４の歯ピッチと同一ピッ
チ間隔で設けられた複数のスリット２５を有する強磁性
体製のスケール２４を接着して構成されている。隣接す
るスリット２５の間に二次側磁気回路１２の歯が形成さ
れることになる。

このように構成されたリニアパルスモータの励磁用コイ
ル１８にパルス信号を印加して駆動すると、一次側磁気
回路１０が所定のステップ量で二次側磁気回路１２の上
を移動することになる。

このような構成のリニアパルスモータでは、永久磁石の
起磁力により歯ピッチτの１／（２Ｎ）（Ｎは相数）周
期のコギング力が発生し、コイル励磁時にもこのコギン
グ力が電流により発生する力に重畳して推力波形を正弦
波から歪ませる主な原因となっていた。第５図にコギン
グ力により２＋［ＩＪニアパルスモークの推力波形が歪
む様子を示す。第５図において、コギング力はτ／４周
期で発生し、このコギング力が破線の正弦波形で示され
た電流による力と重畳して実線の如く歪んだ推力波形と
なっている。

ところで、マイクロステップ駆動により位置決めの高分
解能化、高精度化をはかる場合、推力波形は正弦波が望
ましい。このためにはコギング力を消去する必要がある
。本発明者等は先に、二次側磁気回路のスリット形状を
段付又はスキュー付形状とすることによりコギング力を
低減する方法を提案したく特願昭６１−３１５０１１号
、特願昭６２−１８９３２９号）。

この方法は第６図に示すように、二次側磁気回路のスケ
ールのスリット形状を第６図（ａ）に示されている従来
の長方形から（ｂ）のような互いに位相差τ／（４Ｎ）
’（Ｎは相数）をもった２つの部分に分割して段付とす
るか、あるいは（Ｃ）に示すようにスリットを平行四辺
形にして上辺と下辺との位相差をτ／（２Ｎ）とするス
キュー付スリットにするものである。第６図（Ｃ）のス
キュー付スリットにおいて、中心線により分割された２
つの平行四辺形は互いにｒ／（４Ｎ）の位相差を有して
いることになる。

スケールのスリット形状を第６図（ｂ）の段付形状、あ
るいは（Ｃ）のスキュー付形状とすると、リニアパルス
モータの相数が２の場合には、第７図に示すように互い
に位相がτ／８ずれた２つのコギング力が現れる。２つ
のコギング力は大きさが等しく、周期はもとのままのτ
／４である。従って、この２つのコギング力は互いに逆
位相となって打ち消し合い、コギング力の合力はＯとな
る。

ところで、第６図（ｂ）及び（Ｃ）のスリット形状では
、各スリットにおいて回転モーメントが発生し、リニア
パルスモータのリニアガイド部に負担が掛かる欠点があ
る。この欠点を解消したのが第６図（ｄ）及び（ｅ）に
示すスリット形状であり、各歯を画成するス’Ｊ７）を
中心線に対して対称に形成している。

発明が解決しようとする課題 第７図に２相リニアパルスモータのコギング力を除去し
た推力波形を並記しである。即ち、周期τ／４のコギン
グ力は打ち消されるので推力波形は実線で示されるよう
に正弦波に近づく。しかし発生推力はスリットにより画
成された歯の２部分で破線及び−点鎖線で示されるよう
に互いにτ／８の位相差を持つため、電流による力（Ｉ
）と（ＩＩ）との合力であるこのリニアパルスモータの
推力のピーク値は、位相差のない長方形スリットを採用
したリニアパルスモータより８％程度低下する。

即ち、 と表されるため、 電流による力（ｉ）と（ＩＩ）との合力であるリニアパ
ルスモータノＫ　力ｉ；！、 τ となる。従って、この８％の推力の低下分、加速度や負
荷駆動能力が低下するという問題がある。又、位置決め
精度を高めるためにマイクロステップ駆動を採用すると
、駆動パルス周波数を高めないとモータを高速駆動でき
ないと共に、制御回路が複雑化するという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、走行領域での高速、高加速駆動
が可能であるとともに、位置決め領域で高分解能、高精
度な位置決めが可能であるリニアパルスモータ及びその
駆動方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、高速、高加速領域では二次側磁気回路を構成
するスケールに従来の長方形スリットを形成し、高分解
能、高精度位置決め領域では、位相差を伴うスリットを
形成することにより、上述した課題を解決する。

即ち、本発明は、二次側磁気回路を一次側磁気回路より
も長く形成し、高分解能、高精度位置決め領域である二
次側磁気回路のスリットｌｆｆ１分をスキューを付けて
平行四辺形に形成するとともに、高速、高加速領域であ
る他の部分ではスリットを長方形状に形成し、平行四辺
形状のス’Ｊ７）の上辺と下辺の位相差をτ／（２Ｎ）
（τはスリットピッチ、Ｎは相数）に設定する。

高分解能、高精度位置決め領域におけるスリット形状を
上述したような平行四辺形に代えて長方形スリットに段
差を付けた段付の２部分から形成し、段付の２部分の位
相差をτ／（４Ｎ）と設定するようにしてもよい。

作　　　用 走行領域では長方形スリットを形成しであるので推力は
大きく、フルステップ駆動により高速、高加速駆動をす
ることができる。また、位置決め領域では、段付スリッ
ト又はスキュー付スリットを形成しであるので、推力波
形の歪みが小さ（、マイクロステップ駆動により高分解
能、高精度な位置決めが可能となる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は二次側磁気回路の実施例斜視図であり、２相リ
ニアパルスモータに用いた実施例を示している。二次側
磁気回路３０は強磁性体製の基板３２に強磁性体製のス
ケール３４を接着して構成されている。スケール３４の
両端部には第６図（ｂ）の分割した２つの部分がτ／８
の位相差を持つ段付スリット３５′が設けられており、
中央部には従来の長方形スリット３５が設けられている
。この実施例では、例えばエツチング加工によりスリッ
トを開けるので、スリットを高精度で加工でき、段付ス
リットと長方形スリットのパターンの配置による価格上
昇はない。

第２図は二次側磁気回路の他の実施例斜視図を示してお
り、二次側磁気回路４０は強磁性体の基板４２に同じく
強磁性体のスケール４４を接着して構成されており、ス
ケール４４には第６図（ｅ）の中心線対称スキュー付ス
リット４５°をスケールの両端部及び中央部に設け、他
の部分は長方形スリット４５を設けたものである。この
実施例においても、スリン）４５．４５’　の加工はエ
ツチング加工により高精度に行うことができる。

第３図に第１図の二次側磁気回路３０のスリット形状配
置と対応させたリニアパルスモータノ駆動方法の例を示
す。長方形スリット３５が形成されている高速、高加速
領域では、２相励磁でフルステップ駆動する。一方、段
付スリット３５°が形成されている位置決め領域では、
２相励磁のマイクロステップ駆動する。このような駆動
方法を採用することにより、走行領域では推力が大きい
ため、高速、高加速駆動が可能であるとともに、位置決
め領域では推力波形の歪みが小さいため、マイクロステ
ップ駆動により高分解能、高精度な位置決めが可能であ
る。

本発明の位置決め領域でのスリット形状としては、上述
した第６図の（ｂ）及び（Ｃ）゛に限らず、第６図（ｃ
）及び（ｄ）のスリット形状も採用可能である。また、
スリットの形成方法は上述したエツチング加工に限ろれ
るものではなく、プレス穴開は加工や、エツチング溝翻
り加工、砥石等による溝切り機械加工でもよい。

また、本発明の段付スリット、スキュー付スリ７トはコ
ギング力の消去に限らず、電流による推力波形の歪みを
修正するためにも用いられる。

発明の効果 本発明は以上詳述したように構成したので、走行領域で
は長方形スリットを形成しであるので推５りが大きしま
ため、高速、高加速駆動ができるとともに、位置決め領
域では段付スリット又はスキュー付スリットを形成して
いるので推力波形の歪みが小さし）ため、高分解能、高
精亥な位置決めを達成できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は二次側磁気回路の実施例斜視図、第２図は二次
側磁気回路の他の実施例斜視図、第３図は二次側磁気回
路のスリット形状と駆動方法の対応例を示す図、 第４図は従来のリニアパルスモータの斜視図、第５図は
コギング力による２相リニアパルスモータの推力波形の
歪みを示す図、 第６図はスケールのスリット形状を示す模式図、第７図
はコギング力を相殺したときの推力波形図である。 ０・・・一次側磁気回路、 ２．３０．４０・・・二次側磁気回路、４・・・磁極、 ６・・・永久磁石、 ８・・・励磁コイル、 ０・・・ヨーク、 ２．３２．４２・・・基板、 ４．３４．４４・・・スケール、 ５、　　３５．　　３５’　　　、　　　４５．　　４
５’　　　・・・　ス　リ　ッ　ト　。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の歯を等ピッチ間隔で配列した強磁性体製の
   磁極（１４）と、該磁極に磁束を流すための永久磁石（
   １６）と、励磁用コイル（１８）とを具備した一次側磁
   気回路（１０）と、前記ピッチ間隔で配列した複数のス
   リットを有する強磁性体から形成される二次側磁気回路
   （１２、３０、４０）とから構成され、前記励磁用コイ
   ル（１８）に与えられるパルス信号に応じて所定のステ
   ップ量で一次側磁気回路（１０）あるいは二次側磁気回
   路（１２、３０、４０）をステップ駆動するリニアパル
   スモータにおいて、 前記二次側磁気回路（１２、３０、４０）を一次側磁気
   回路（１０）よりも長く形成し、二次側磁気回路（４０
   ）の前記スリットの一部（４５′）をスキューを付けて
   平行四辺形に形成するとともに、他の部分のスリット（
   ４５）を長方形状に形成し、前記平行四辺形のスリット
   （４５′）の上辺と下辺の位相差をτ／（２Ｎ）（τは
   スリットピッチ、Ｎは相数）としたことを特徴とするリ
   ニアパルスモータ。
2. （２）複数の歯を等ピッチ間隔で配列した強磁性体製の
   磁極（１４）と、該磁極に磁束を流すための永久磁石（
   １６）と、励磁用コイル（１８）とを具備した一次側磁
   気回路（１０）と、前記ピッチ間隔で配列した複数のス
   リットを有する強磁性体から形成される二次側磁気回路
   （１２、３０、４０）とから構成され、前記励磁用コイ
   ル（１８）に与えられるパルス信号に応じて所定のステ
   ップ量で一次側磁気回路（１０）あるいは二次側磁気回
   路（１２、３０、４０）をステップ駆動するリニアパル
   スモータにおいて、 前記二次側磁気回路（１２、３０、４０）を一次側磁気
   回路（１０）よりも長く形成し、二次側磁気回路（３０
   ）の前記スリットの一部（３５′）を長方形スリットに
   段差を付けた段付の２部分から形成するとともに、他の
   部分のスリット（３５）を長方形状に形成し、 前記段付スリット（３５′）の２部分の位相差をτ／（
   ４Ｎ）（τはスリットピッチ、Ｎは相数）としたことを
   特徴とするリニアパルスモータ。
3. （３）前記スリットは強磁性体の薄板にエッチング加工
   又はプレス加工により穴あけしたスケール（３４、４４
   ）を強磁性体の基板（３２、４２）に接着して形成され
   ること、あるいは強磁性体の薄板にエッチング加工又は
   機械加工により溝を掘って形成されることを特徴とする
   請求項１又は２記載のリニアパルスモータ。
4. （４）請求項１又は２記載のリニアパルスモータにおい
   て、長方形スリット（３５、４５）の部分ではフルステ
   ップ駆動し、平行四辺形スリット（４５′）又は段付ス
   リット（３５′）の部分ではマイクロステップ駆動する
   ことを特徴とするリニアパルスモータの駆動方法。