JPH0467762A - Linear dc motor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、リニア直流モータに関する。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to a linear DC motor.
従来の技術
一般に、光学ヘッドやイメージスキャナなどをリニアに
移動させる駆動源としては、リニア直流モータが用いら
れる。その−例として、特開昭59−86473号公報
に示される半導体直流りニアモータがある。2. Description of the Related Art In general, a linear DC motor is used as a drive source for linearly moving an optical head, an image scanner, or the like. As an example, there is a semiconductor DC near motor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-86473.
ここに、このようなリニア直流モータの概要を第5図を
参照して説明する。これは、3相4極モータ1の例であ
り、固定子2と固定子2上部に移動自在に対向配置され
た可動子3とよりなる。固定子2はレール状の固定ベー
ス4上にN極、S極の磁極5を長手方向に交互に配設さ
せた界磁マグネットにより構成されている。可動子3は
u ) V +Wの3相分の電機子コイル6u、6v、
6w群を前記固定子2に対向する状態に移動ベース7に
取付けた電機子により構成されている。各電機子コイル
6u、6v、6w群の中央にはホール素子8u、8v、
8wが設けられている。これらのホール素子8u、8v
、8wの配設ピッチは、前記磁極5のN極、S極の着磁
ピッチより広くされている。Here, the outline of such a linear DC motor will be explained with reference to FIG. 5. This is an example of a three-phase, four-pole motor 1, which includes a stator 2 and a movable element 3 movably disposed above the stator 2 and facing each other. The stator 2 is constituted by a field magnet in which N-pole and S-pole magnetic poles 5 are arranged alternately in the longitudinal direction on a rail-shaped fixed base 4. The mover 3 has armature coils 6u, 6v for three phases of V+W,
The 6w group is composed of an armature attached to a movable base 7 so as to face the stator 2. At the center of each armature coil 6u, 6v, 6w group are Hall elements 8u, 8v,
8w is provided. These Hall elements 8u, 8v
, 8w is wider than the magnetization pitch of the north and south poles of the magnetic pole 5.
このような構成において、各ホール素子8u。In such a configuration, each Hall element 8u.
8v、8wにより検知される磁力に応じてその電機子コ
イル6u、6v、6w群の励磁を切換え制御し、固定子
2の磁極5との間に吸引・反発の磁気力を作用させると
、推力が発生し、可動子3が長手方向に沿ってリニアに
移動することになる。When the excitation of the armature coils 6u, 6v, and 6w is switched and controlled according to the magnetic force detected by the magnets 8v and 8w, and magnetic forces of attraction and repulsion are applied between the magnetic poles 5 of the stator 2, thrust is generated. occurs, and the mover 3 moves linearly along the longitudinal direction.
発明が解決しようとする課題
このようなリニア直流モータでは、その構造上の特性か
ら、推力リップルが生ずるのが避けられない。即ち、第
5図に示した3相4極モータの場合であれば、磁束密度
(図示せず)が正弦波分布をしているため、U、V、W
の各相による推力も第6図に示すように正弦波状となる
。そして、ある時点で実際に励磁するコイル及びその励
磁方向をホール素子8に基づき切換え調整すると、モー
タとして得られる推力は、第6図中に示すようにこのよ
うな各相による推力を合成したものとなり、これか推力
リップルとなる。つまり、磁束密度が正弦波分布をして
いるため、一定電流を加えて駆動させると、得られる推
力はリップルを持つものとなる。このような推力リップ
ルは可動子3の等速運動の障害となる速度変動、速度む
らを引き起こし、信頼性を低下させてしまう。また、推
力リップルは位置の関数になっているので、推力リップ
ルの振動数が可動子の速度に依存して変化することも判
る。Problems to be Solved by the Invention In such a linear DC motor, thrust ripples inevitably occur due to its structural characteristics. That is, in the case of the 3-phase 4-pole motor shown in Fig. 5, the magnetic flux density (not shown) has a sinusoidal distribution, so U, V, W
The thrust due to each phase also has a sinusoidal waveform as shown in FIG. Then, when the coil to be actually excited and its excitation direction are switched and adjusted based on the Hall element 8 at a certain point, the thrust obtained by the motor is a combination of the thrusts from each phase as shown in Fig. 6. This results in thrust ripple. In other words, since the magnetic flux density has a sinusoidal distribution, when a constant current is applied to drive the thrust, the resulting thrust has ripples. Such thrust ripples cause speed fluctuations and speed unevenness that impede the uniform motion of the movable element 3, reducing reliability. Furthermore, since the thrust ripple is a function of position, it can also be seen that the frequency of the thrust ripple changes depending on the speed of the mover.
課題を解決するための手段
N極、S極の磁極を長手方向に交互に有する界磁マグネ
ットと、この界磁マグネットに対向する1つ以上の駆動
用電機子コイル群を有する電機子とを設け、これらの界
磁マグネットと電機子との一方を可動子とし他方を固定
子としたリニア直流モータにおいて、ねじり共振振動数
をモータ推力リップルによる振動周波数に一致させたね
じり振動系を持つ動吸振器を前記可動子に取付け、前記
ねじり振動系の共振周波数を任意に設定する周波数可変
設定手段を設けた。Means for Solving the Problem A field magnet having magnetic poles of N and S poles alternately in the longitudinal direction, and an armature having one or more driving armature coil groups facing the field magnet are provided. , a dynamic vibration reducer with a torsional vibration system in which the torsional resonance frequency matches the vibration frequency due to motor thrust ripple in a linear DC motor in which one of the field magnets and armature is a mover and the other is a stator. is attached to the movable element, and a variable frequency setting means for arbitrarily setting the resonance frequency of the torsional vibration system is provided.
作用
ねじり共振振動数をモータ推力リップルによる振動周波
数に一致させたねじり振動系を持つ動吸振器を可動子に
取付けたので、モータ推力リップルによる速度むらを軽
減し、等速性のよい駆動が可能となる。ここに、ねじり
振動系の共振周波数は周波数可変設定手段により任意に
可変されるので、モータ速度を変速制御する場合であっ
ても対応でき、モータ推力リップルによる速度むらを軽
減することができる。A dynamic vibration absorber with a torsional vibration system that matches the operating torsional resonance frequency to the vibration frequency caused by motor thrust ripple is attached to the mover, reducing speed unevenness caused by motor thrust ripple and enabling drive with good uniform velocity. becomes. Here, since the resonance frequency of the torsional vibration system can be arbitrarily varied by the variable frequency setting means, it is possible to cope with the case where the motor speed is controlled in variable speed, and it is possible to reduce speed unevenness due to motor thrust ripple.
実施例
本発明の一実施例を第1図ないし第4図に基づいて説明
する。まず、本実施例が適用されるリニア直流モータ1
1の概要を第2図及び第3図により説明する。本実施例
も界磁マグネットを固定子12とするもので、この固定
子12は断面山形状でレール状とされた固定ベース13
の中央凸部上にN極、S極の磁極14を長手方向に交互
に配設させてなる。このような固定子121−には固定
ベース130両側上面をレールとして転動する転がり軸
受I5により長手方向に移動自在とされた電機子構成の
可動子16が設けられている。この可動子16はその底
面には、前記磁極14に対向するように、バックヨーク
17を介して電機子コイル18群(長手方向には第5図
の場合と同様に数組分有する)が取付けられている。Embodiment An embodiment of the present invention will be explained based on FIGS. 1 to 4. First, a linear DC motor 1 to which this embodiment is applied
1 will be outlined with reference to FIGS. 2 and 3. This embodiment also uses a field magnet as a stator 12, and this stator 12 has a rail-shaped fixed base 13 with a chevron-shaped cross section.
N-pole and S-pole magnetic poles 14 are arranged alternately in the longitudinal direction on the central convex portion of the magnetic pole. The stator 121- is provided with a movable element 16 having an armature structure and movable in the longitudinal direction by rolling bearings I5 that roll on both upper surfaces of the fixed base 130 as rails. This mover 16 has armature coil 18 groups (several groups in the longitudinal direction as in the case of FIG. 5) attached to the bottom surface of the movable element 16 via a back yoke 17 so as to face the magnetic pole 14. It is being
このような基本構成により、第5図の場合と同様の原理
で可動子16は固定子12上を移動する。With such a basic configuration, the movable element 16 moves on the stator 12 on the same principle as in the case of FIG. 5.
ここで、このようなリニア直流モータ11に発生する推
力リップルによる振動の周期は、可動子16の移動速度
v Cm/sec]、 推力リップルの周期a[ml(
第6図参照)により決定され、f=v/a[Hzl と
なる。即ち、可動子16は等速で移動しながらf=v/
a[Hzlにて強制振動させられていると考えられる。Here, the period of vibration due to the thrust ripple generated in the linear DC motor 11 is as follows: moving speed of the mover 16 v Cm/sec], period of the thrust ripple a [ml(
(see FIG. 6), and f=v/a[Hzl. That is, the movable element 16 moves at a constant speed while f=v/
It is considered that the vibration is forced at a [Hzl].
そこで、可動子16をモデル化すると、第4図(b)の
ように表せる。ml は可動子16の質量である。また
、可動子16は任意のばね定数に1 の支持系により固
定子12上に保持されているとする。ここに、可動子1
6にF cosωし (ω=2πf=2πv / a
)の加振力が作用している状態が、可動子16の進行中
なる駆動状態である。Therefore, when the movable element 16 is modeled, it can be expressed as shown in FIG. 4(b). ml is the mass of the mover 16. It is also assumed that the movable element 16 is held on the stator 12 by a support system having an arbitrary spring constant of 1. Here, mover 1
F cosω to 6 (ω=2πf=2πv/a
) is the state in which the movable element 16 is in the moving state.
これに対し、第4図(a)に示すような質量mよ、支持
系のばね定数に2の動吸振器19を考える。On the other hand, consider a dynamic vibration absorber 19 with a mass m and a support system having a spring constant of 2 as shown in FIG. 4(a).
すると、連立方程式
が成立する。ここに、X、=a、cosωし、X7a、
CO3ωtと仮定し、k、7m、=ω、、に、7m、
=tw、、m、/m+= μ、F/に、=astとおく
と、
となる。この場合、ω′/ω2=1 のときには、上式
の分子が0となるため、質量m1 の可動子16は振動
しない。即ち、ω2−2πv / aとなるように設定
されたm、、に2を持つ動吸振器19を可動子16に取
付けることにより、可動子16は推力リップルが吸収さ
れて等速運動のみを行なうことになる。Then, simultaneous equations are established. Here, X, = a, cosω, and X7a,
Assuming CO3ωt, k,7m,=ω, ,7m,
When we set =tw,,m,/m+=μ,F/ as =ast, we get the following. In this case, when ω'/ω2=1, the numerator of the above equation becomes 0, so the movable element 16 with mass m1 does not vibrate. That is, by attaching the dynamic vibration absorber 19 with m, , which is set to ω2-2πv/a to the movable element 16, the thrust ripple is absorbed and the movable element 16 performs only uniform motion. It turns out.
このような考えに基づき、本実施例では、まず、第2図
に示すように、可動子16上に動吸振器19が取付けら
れている。この動吸振器19は慣性モーメントJの振動
子20をねじりばね定数Cなる板ばね21を介して可動
子16のA点に取付けてなり、A点を中心としてねじり
振動を行なう振動系として構成されている。このねじり
振動系は、リニア直流モータ11の可動子16の移動方
向に投影して考えると、並進振動系と等価とみなせる。Based on this idea, in this embodiment, first, as shown in FIG. 2, a dynamic vibration absorber 19 is mounted on the movable element 16. This dynamic vibration absorber 19 is constructed by attaching a vibrator 20 with a moment of inertia J to a point A of a movable element 16 via a plate spring 21 having a torsional spring constant C, and is configured as a vibration system that performs torsional vibration around point A. ing. This torsional vibration system can be considered equivalent to a translational vibration system when projected in the moving direction of the movable element 16 of the linear DC motor 11.
まず、可動子16の移動速度■及び推力リップルの周期
aは、モータ設計時に明らかになっている。First, the moving speed (2) of the movable element 16 and the period (a) of the thrust ripple are made clear at the time of designing the motor.
そこで、ω、= 2 πv/ a =(C/ J )”
==(k、7m、)”となるように動吸振器19の定数
J、Cを設計することにより、この動吸振器19の効果
によりリニア直流モータ11の推力リップルにより生ず
る振動、即ち、速度むらを打消すことができ、可動子1
6を等速運動のみさせることができる。Therefore, ω, = 2 πv/ a = (C/ J )”
By designing the constants J and C of the dynamic vibration absorber 19 so that ==(k, 7m,)'', the effect of the dynamic vibration absorber 19 reduces the vibration caused by the thrust ripple of the linear DC motor 11, that is, the speed. It is possible to cancel the unevenness, and mover 1
6 can be made to move only at a constant velocity.
ところで、本実施例ではリニア直流モータ11を変速制
御する場合であっても対応できるように、動吸振器19
にはねじり振動系の共振周波数を規制する慣性モーメン
トJとねじりばね定数Cとを可変させ得る周波数可変設
定手段22が設けられている。ます、第1図に示すよう
に可動子16のA点に固定された板ばね21は回転弾性
支持系として構成されている。振動子20はこの板ばね
21を挾むように2分割された2つの半球状部20a、
20bからなり、一方の半球状部20aには固定ねじ2
3用のねじ穴24か形成され、他方の半球状部20bに
は固定用ねじ穴25が形成されている。また、板ばね2
1には固定ねじ23を移動させるための長穴26が形成
されている。よって、ねじ穴24に取付けた固定ねじ2
3を固定用ねじ穴25に対して締め付けることにより、
半球状部20a、20bは板ばね21を挾む状態で固定
され、その固定位置は固定ねじ24を緩めて長大26に
治って適宜位置に移動させることにより任意に設定でき
る。このような振動子20の固定位置が振動系としての
定数J、Cを任意に規制することになる。これは、振動
子20の固定位置を可変させることにより、板ばね21
の有効長、慣性モーメントが変更されるからである。By the way, in this embodiment, the dynamic vibration absorber 19 is installed so as to be able to cope with the case where the linear DC motor 11 is controlled to change speed.
is provided with a frequency variable setting means 22 that can vary the moment of inertia J and the torsional spring constant C that regulate the resonance frequency of the torsional vibration system. First, as shown in FIG. 1, a leaf spring 21 fixed to point A of the movable element 16 is constructed as a rotary elastic support system. The vibrator 20 is divided into two hemispherical parts 20a sandwiching the leaf spring 21,
20b, and one hemispherical part 20a has a fixing screw 2.
3, and a fixing screw hole 25 is formed in the other hemispherical portion 20b. Also, leaf spring 2
1 is formed with an elongated hole 26 for moving the fixing screw 23. Therefore, the fixing screw 2 installed in the screw hole 24
3 to the fixing screw hole 25,
The hemispherical portions 20a, 20b are fixed with the leaf spring 21 in between, and the fixed position can be arbitrarily set by loosening the fixing screw 24, adjusting the length 26, and moving it to an appropriate position. Such a fixed position of the vibrator 20 arbitrarily regulates the constants J and C of the vibration system. By varying the fixed position of the vibrator 20, the plate spring 21
This is because the effective length and moment of inertia of
具体的には、移動速度■、推力リップルの周期aは可動
子16の移動前に明らかなっているので、ねじり振動系
の共振周波数ω、がω2−2π■/a=(c/J)”/
’−(k/m)”となるように振動子20の取付は位置
を可変させてJ、Cの値を設定すればよい。これにより
、モータの変速制御時でも、推力リップルにより生ずる
速度むらを減じ、等速性を確保できる。Specifically, since the moving speed ■ and the period a of the thrust ripple are known before the mover 16 moves, the resonance frequency ω of the torsional vibration system is ω2−2π■/a=(c/J)” /
The vibrator 20 can be installed by changing its position and setting the values of J and C so that the speed is '-(k/m)''. can be reduced and uniform velocity can be ensured.
なお、本実施例では1つの動吸振器19のみを設けた例
で説明したが、2つのねじり振動系、即ち、2つの動吸
振器を可動子16の移動方向に対して線対称に配設して
可動子16に取付け、その各々に周波数可変設定手段を
設けるようにしてもよい。Although this embodiment has been described as an example in which only one dynamic vibration absorber 19 is provided, two torsional vibration systems, that is, two dynamic vibration absorbers are arranged line-symmetrically with respect to the moving direction of the movable element 16. They may be attached to the movable element 16, and each of them may be provided with variable frequency setting means.
また、これらの実施例は、電機子を可動子とする可動コ
イル型としたが、界磁マグネット側を可動子とする可動
磁石型でも同様に適用できる。Furthermore, although these embodiments are of a moving coil type in which the armature is a movable element, a movable magnet type in which the field magnet side is a movable element may be similarly applied.
発明の効果
本発明は、上述したようにねじり共振振動数をモータ推
力リップルによる振動周波数に一致させたねじり振動系
を持つ動吸振器を可動子に取付けたので、モータ推力リ
ップルによる速度むらを軽減し、等速性のよい駆動を可
能とすることかでき、かつ、ねじり振動系の共振周波数
を周波数可変設定手段により任意に可変設定し得るよう
にしたので、モータ速度を変速制御する場合であっても
、モータ推力リップルによる速度むらを軽減することが
できるものである。Effects of the Invention In the present invention, as described above, a dynamic vibration absorber having a torsional vibration system that matches the torsional resonance frequency to the vibration frequency caused by motor thrust ripple is attached to the mover, thereby reducing speed unevenness caused by motor thrust ripple. However, since it is possible to drive with good uniformity of speed, and the resonance frequency of the torsional vibration system can be arbitrarily set variably using the variable frequency setting means, it is possible to perform variable speed control of the motor speed. However, it is possible to reduce speed unevenness due to motor thrust ripple.
第1図ないし第4図は本発明の一実施例を示すもので、
第1図(a)は周波数可変設定手段を主体として示す平
面図、第1図(b)はその側面図、第2図はモータの平
面図、第3図はその縦断側面図、第4図はモデル化して
示す原理図、第5図は従来例を示す正面図、第6図は各
相推力及び推力リップルの特性図である。
12・・・固定子、14・・・磁極、16・・・可動子
、18・・・電機子コイル群、19・・動吸振器、22
・・・周波数可変設定手段
→
N)
鮎1 to 4 show an embodiment of the present invention,
FIG. 1(a) is a plan view mainly showing the frequency variable setting means, FIG. 1(b) is a side view thereof, FIG. 2 is a plan view of the motor, FIG. 3 is a vertical side view thereof, and FIG. 4 5 is a front view showing a conventional example, and FIG. 6 is a characteristic diagram of each phase thrust and thrust ripple. 12... Stator, 14... Magnetic pole, 16... Mover, 18... Armature coil group, 19... Dynamic vibration reducer, 22
... Frequency variable setting means → N) Ayu
Claims (1)
ットと、この界磁マグネットに対向する1つ以上の駆動
用電機子コイル群を有する電機子とを設け、これらの界
磁マグネットと電機子との一方を可動子とし他方を固定
子としたリニア直流モータにおいて、ねじり共振振動数
をモータ推力リップルによる振動周波数に一致させたね
じり振動系を持つ動吸振器を前記可動子に取付け、前記
ねじり振動系の共振周波数を任意に設定する周波数可変
設定手段を設けたことを特徴とするリニア直流モータ。A field magnet having magnetic poles of N and S poles alternately in the longitudinal direction, and an armature having one or more drive armature coil groups facing this field magnet are provided, and these field magnets and In a linear DC motor in which one side of the armature is a mover and the other side is a stator, a dynamic vibration absorber having a torsional vibration system in which the torsional resonance frequency matches the vibration frequency due to motor thrust ripple is attached to the mover, A linear DC motor characterized in that a variable frequency setting means is provided for arbitrarily setting the resonance frequency of the torsional vibration system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2176975A JPH0467762A (en) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Linear dc motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2176975A JPH0467762A (en) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Linear dc motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0467762A true JPH0467762A (en) | 1992-03-03 |
Family
ID=16022986
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2176975A Pending JPH0467762A (en) | 1990-07-04 | 1990-07-04 | Linear dc motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0467762A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007529688A (en) * | 2004-03-16 | 2007-10-25 | オーシャン パワー テクノロジーズ,インク. | Wave energy converter (WEC) with linear generator (LEG) |
JP2013121285A (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Juki Corp | Linear actuator and electronic component mounting apparatus |
-
1990
- 1990-07-04 JP JP2176975A patent/JPH0467762A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007529688A (en) * | 2004-03-16 | 2007-10-25 | オーシャン パワー テクノロジーズ,インク. | Wave energy converter (WEC) with linear generator (LEG) |
JP2013121285A (en) * | 2011-12-08 | 2013-06-17 | Juki Corp | Linear actuator and electronic component mounting apparatus |
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