JPH03230793A - リニアステップモータ及びその励磁方法 - 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】 ［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。

［従来の技術］ 第８図は例えば電気学会論文誌り編、１０８巻６号昭６
３（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１Ｏ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６２−１００
１６１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、（２
ｂ）は一対の固定子（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。

可動子（１）に設けられた、上側ティース（ｌａ）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（ｌａ）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たけずれ
ている。また、可動子（１）の上側ティース及び下側テ
ィース（ｌａ）　、　（ｌｂ）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。

次に、従来のリニアステップモータの動作について第１
１図（ａ）　、　（ｂ）に基づいて説明する。

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）を上がらみだ状態
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。

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極のテイースの真下に
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（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（ｌｂ）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（ｌａ）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。

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（ｌａ）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（ｌｂ）は無く、τ／４離れたところに
Ｓ極の下側ティース（ｌｂ）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（ｌｂ）は
無く、τ／４離れたところにＮ極の下側ティース（ｌｂ
）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（ｌｂ）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。

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（ｌｂ）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。

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）か正
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（ｌｂ）のティースと下側テ
ィース（ｌｂ）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（ｌａ）を吸引して可動子（１）は図におい
て右側にτ／４移動する。

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１千より励磁された
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（ｌｂ）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。

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（ｌａ）とは互
いに反発し合い、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。

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。

［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。

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。

［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、可動子ティースか固
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たとき、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。

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。

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か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
することもできる。

［作用コ 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１
６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
ように設定したとき、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、ｘｔＶ方向に移動すると
共に４５°の方向に移動し、更に、回転しながら移動す
る。

［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６図（ａ
）　、（ｂ）　、（ｃ）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）〜（ｚ）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。

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、（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（
ｌｌａ）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２方
向に積層した平板状の可動子、（１３ａ）は可動子（１
２）の下面に固定子テ、イ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、２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（ｌｌａ）に対して一定のギャップを保ちな
がらＸ＋Ｖ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。

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（ｌｌａ）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（１
３）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、Ｘ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、−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）か使用されて
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（２２）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（１４）
の励磁のオン・オフ及び極性の反転ができる。

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。

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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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。

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。

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（ｌｌａ）の周囲を可動子
（１３）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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と逆極性
に設定する。このとき、各固定子ティース（ｌｌａ）と
それを取り囲む可動子ティース（Ｌ３ａ）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。

次に、第４図（ｂ）に示すように、各固定子ティース（
ｌｌａ）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（
１３ａ）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（ｌｌａ）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
向に位置する可動子ティース（１３ａ）の極性は固定子
ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と逆極性であり、固
定子ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（１３ａ）との間には
磁気吸引力が発生し、固定子ティース（ｌｌａ）は固定
されているから、固定子ティース（ｌｌａ）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）は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（ｌｌａ）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（ｅ
）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（ｌｌａ）に隣接する可動子ティース
（１３ａ）の極性は固定子ティース（ｌｌａ）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。

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（ｌｌａ）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（ｔＳａ）の極性変
換をすることにより、可動子（１３）はτ／またけ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／またけＸ方向に移
動し、第４図（ｒ）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）か一方向
即ち、Ｘ方向に移動することがわかる。

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。

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（ｌｌａ）のＸ方向の列のみを考えると、−次元
リニアステップモータと同一の構成となり、可動子（１
３）のＸ方向に加わる磁気吸引力をＦ　とすれば、次式
で良く近似できる。

Ｆ　　−−Ｋｓｉｎ　−Ｘ　　　　　　　　−（１）Ｘ
　　　　　τ また、上記の固定子ティース（ｌｌａ）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。

ｘｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　−（２）１−
ｍ−゛１“；（Ｘ−ｒ） ここで、推力定数に、に１は、可動子ティース（１３ａ
）と固定子ティース（ｌｌａ＞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。

に１：　、　、　Ｋ ・・・（３） 従って、可動子ティース（１３ａ）付近の４列の固定子
ティース（ｌｌａ）による磁気吸引力Ｆ　はｘｔ Ｆ　　−Ｆ　　十Ｆ ｘｔ　　　　　ｘ　　　　　　ｘｔ となり、式（１）、　（２）、　（３）を代入すると、
となる。

即ち、外側２列の固定子ティース（ｌｌａ）の影響は、
推力定数が１５／１８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（ｌｌａ）の効果は無視てきることがわかる。

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Ｘ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（ｌｌａ）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１７２以上の固定子（ｌｌａ）の影響は
省略する。

次に、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。

第５図（ａ）に示すように各固定子ティース（ｌｌａ）
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（ｌｌａ）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（Ｉ３）はＸ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Ｘ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。

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。

第６図（ａ）に示すように各固定子ティース（ｌｌａ）
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（ｌｌａ）の極性と逆極性に設定
する。次に、第６図（ｂ）に示すように各固定子ティー
ス（１１ａ）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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と
逆極性であり、該固定子ティース（ｌｌａ）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か発生し、固定子ティース（ｌ
ｌａ）は固定されているから、該可動子ティース（ｌｌ
ａ）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Ｈｉａ）の上方に極性を帯びた可動子ティース（１
３ａ）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。

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（ｌｌａ）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力
方向もに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（ｌｌａ）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
（ｌｌａ）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（ｌｌａ）との間に磁気吸引
力が発生して可動子（１３）は固定子（■１）に対して
静的安定状態に維持される。

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。

第７図（ａ）に示すように各固定子ティース（ｌｌａ）
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（ｌｌａ）の極性と逆極性に設定
する。

次に、第７図（ｂ）に示すように、各固定子ティース（
ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と逆極性
であり、固定子ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）との間
には磁気吸引力が発生し、固定子ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（１１）に対して３０″
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３０＠回転して各固定子ティース（
ｌｌａ）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。

更に、第４図（ｃ）に示す状態で、各固定子ティース（
ｌｌａ）を取り囲む可動子ティース（１３ａ）のうち、
該固定子ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と同極性となって固定子ティース（
ｌｌａ）との間で磁気反発力を生じ、各固定子ティース
（ｌｌａ）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）は固定子ティース（
ｌｌａ）の極性と逆極性となって固定子ティース（ｌｌ
ａ）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（ｌｌａ）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（１
３）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４５６回転して各固定子
ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ
）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（ｌｌａ）との間に磁気吸引力か発生
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。

更に、第７図（ｅ）に示す状態で各固定子ティース（ｌ
ｌａ）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（ｌｌａ）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（１
３ａ）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（Ｌｌ
ａ）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（１３ａ）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か生じ、該可動子ティース（１
３ａ）は固定子ティース（Ｉｌａ）に吸引されて回転さ
せたい方向に駆動され、かかる駆動か他の各固定子ティ
ース（Ｉｌａ）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７５′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７５″回転して各固定子ティース（ｌｌａ）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。

更に、第７図（ｇ）に示す状態で今度は各固定子ティー
ス（ｌｌａ）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（ｌｌａ）を取り囲むこととなる可動子ティース
（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７図（ｈ）に示す励磁パターン
となり、各固定子ティース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）の極性と同極性となって固定子
ティース（ｌｌａ）との間で磁気反発力を生じ、各固定
子ティース（ｌｌａ）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）は固定子
ティース（ｌｌａ）の極性と逆極性となって固定子ティ
ース（ｌｌａ）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（ｌｌａ）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（ｌｌａ）を４つの可動子ティース（１３
ａ）で取り囲む配置となり、これら可動子ティース（１
３ａ）と固定子ティース（ｌｌａ）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。

第７図（ａ）−（ｉ）はＯ″から９０°までの回転を示
したか、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（Ｉ４）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。

以上述へてきたように、固定子（１１）は制御か不要で
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）か駆動される。従って、別個のＩ
ｌｌ動子（１３）を同一の固定子（１１）上に設けて複
数の可動子（］３）を各々別個に制御することにより、
複数の可動子（１３）が独立に運動させることができる
。

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（ｌｌａ
）を配置したが、可動子（Ｉ３）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（
ｌｌａ）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
るときて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。

［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たとき、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。

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。

【図面の簡単な説明】

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）〜（ｒ）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）
〜（１）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１θ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、（ｌｌａ）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−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）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
   、可動子テイ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
   たとき、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。
2. （２）請求項１記載のリニアステップモータであって、
   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
   ている可動子テイ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。
3. （３）請求項１記載のリニアステップモータであって、
   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
   に該固定子テイ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
   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。