JPH0785646B2 - パルスモータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、例えば、産業用ロボットなどのように比較
的大きな推力が要求されるFA（ファクトリーオートメー
ション）機器に用いて好適なパルスモータに関するもの
である。

「従来の技術」 周知のように、リニアパルスモータはスライダに供給さ
れるパルス信号に基づき、スライダまたは二次側スケー
ル（以下、単にスケールと称す）をステップ状に歩進動
作させるものであり、その磁気回路の構成は、第８図に
示す通りである。この図において、１は長尺板状の磁性
体によって構成されたスケールであり、その上面には、
凹凸状の歯部1a,1a,…が長手方向（図面左右方向）に沿
って等間隔に形成されている。このスケール１の上面に
はスライダ２が図示せぬローラ等からなる支持機構によ
ってスケール１の長手方向へ移動自在に支持された状態
で載置されている。スライダ２はコ字状のＡ相鉄心４お
よびＢ相鉄心５と、Ａ相鉄心４のＡ相磁極4aおよび相
磁極4bに各々巻回されたコイル6aおよび6bと、Ｂ相鉄心
５のＢ相磁極5aおよび相磁極5bに各々巻回されたコイ
ル7aおよび7bと、鉄心４および５の上面に図示する極性
で取り付けられた永久磁石８および９と、永久磁石８お
よび９の上面に取り付けられた板状の磁性体によって構
成されるバックプレート10とから構成されている。そし
て、磁極4aの下面には、スケール１の歯部1aのピッチＰ
と同一ピッチの極歯14aが３個形成されており、磁極4b,
5a,5bの各下面にも同様に極歯14b,15a,15bが各々形成さ
れている。また、これらの極歯15b,14b,15aは極歯14aに
対して順次P/4ずつずらして配置されており、極歯14a,1
4b,15a,15bの各下面と歯部1aの上面との間には、所定の
間隙Ｇが各々形成されている。そして、コイル6a,6b,7
a,7bに所定のパルス信号を順次供給することにより、コ
イル6a,6b,7a,7bが発生する磁束と、永久磁石8,9が発生
する磁束とが各磁極4a,4b,5a,5bにおいて、順次加減さ
れ、スケール１に対するスライダ２の磁気的安定位置が
順次移動し、これにより、スライダ２がスケール１の長
手方向に沿って移動する。ここで、２組のコイル6a,6b
および7a,7bに常に電流を供給する２相励磁方式によっ
てスライダ２を駆動する場合を例にして説明する。

第９図（ａ）に示す様に、コイル6a,6bに端子6cか
ら6dへ向って所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bに
端子7dから7cへ向って所定の電流を流すことによって、
コイル6aが発生する磁束と、永久磁石８が発生する磁束
とがＡ相磁極4aにおいて相加わり、相磁極4bにおいて
互いに打ち消し合う一方、コイル7aが発生する磁束と、
永久磁石９が発生する磁束とがＢ相磁極5aにおいて相加
わり、相磁極5bにおいて、互いに打ち消し合うので、
図に実線φ_１で示す主磁束が発生し、この結果、Ａ相磁
極4aおよびＢ相磁極5aの各極歯14aおよび15aと、スケー
ル１の歯部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定し
た位置となる。

第９図（ｂ）に示す様に、コイル6a,6bにと同一
方向へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆
方向へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_２で
示す主磁束が発生し、この結果、各極歯14aおよび15bと
歯部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置
となる。

第９図（ｃ）に示す様に、コイル6a,6bにと逆方
向へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと同方
向へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_３で示
す主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15bと歯
部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置と
なる。

第９図（ｄ）に示す様に、コイル6a,6bにと同方
向へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆方
向へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_４で示
す主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15aと歯
部1aと上下に対向した位置が磁気的に安定した位置とな
る。

以上の→→→の各励磁モードの順にパルス励磁
を繰り返すことによって、スライダ２が図面右方向、す
なわち磁極4aから5bに向かう方向へ移動し、→→
→の各励磁モードの順にパルス励磁を繰り返すことに
よって、スライダ２が図面左方向、すなわち磁極5bから
4aに向かう方向へ移動する。なお、スライダ２を固定し
てスケール１を移動させる場合も同様である。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、一般に、リニアパルスモータはオープンルー
プで高精度な位置決めが可能なことから、OA（オフィス
オートメーション）機器のプリンタのキャリッジ駆動等
に用いられているものの、大きな推力が得られないた
め、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力が要
求されるFA機器には、適用することが困難であった。す
なわち、上述したリニアパルスモータにおいては、第９
図（ａ）〜（ｄ）に示すように、一方のＡ相磁極4aもし
くはＢ相磁極5aにおいてコイル6aもしくは7aが発生する
磁束と永久磁石8,9が発生する磁束とが相加わり、推力
が発生している期間、他方の相磁極4bもしくは相磁
極5bにおいては、コイル6bもしくは7bが発生する磁束
と、永久磁石8,9が発生する磁束とが互いに打ち消し合
い、推力が発生しないように構成されている。逆に、
相磁極4bもしくは相磁極5bにおいて推力が発生してい
る期間、Ａ相磁極4aもしくはＢ相磁極5aにおいては、推
力が発生しないように構成されている。したがって、実
際に推力発生に寄与する推力発生面積は、スケール１と
対向する各磁極4a,4b,5a,5bの総面積の内、50％しかな
く、この推力発生面積を広げることが、推力向上を図る
際の重要な課題となっていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ス
ケールと対向する各磁極の総面積を推力発生用に有効に
利用し、大きな推力を得ることができるパルスモータを
提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この発明は、Ｎ列の歯部が特定方向へ各々一定間隔Ｐで
配列された二次側スケールと、前記二次側スケールに対
して前記特定方向へ移動自在に支持され、前記二次側ス
ケールの各列の歯部と一定の間隔を隔てて各々対向する
Ｎ個の磁極を有すると共に、前記各歯部の間隔Ｐに対応
させて前記特定方向へ複数分割された分割鉄心群と、前
記分割鉄心群の各分割鉄心間に、隣合うもの同志の極性
が互いに逆方向となるように各々挿入配置された永久磁
石と、前記分割鉄心群の各磁極に各々巻回されたＮ個の
コイルとを具備し、前記二次側スケールの各歯部列同
志、もしくは前記分割鉄心群の各磁極同志が、前記特定
方向へ互いに所定寸法P/Nずつ変位して配置されてお
り、前記各コイルを所定の順序で励磁し、前記分割鉄心
群の各磁極と前記二次側スケールの各歯部との間に形成
された間隙に順次磁束を発生させることにより、前記分
割鉄心群を二次側スケールに対して相対移動させること
を特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、特定のコイルに一定方向に電流が供
給されている場合、二次側スケールから分割鉄心の特定
の磁極に流入した磁束が、永久磁石を介して隣合う分割
鉄心に流入し、該分割鉄心の他の磁極から、二次側スケ
ールに流入する主磁束ループが形成されるので、二次側
スケールと対向する各磁極の総面積を推力発生用に有効
に利用することができ、大きな推力が得られる。

「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例による３相リニアパルス
モータの構成を示す図である。この図において、21は固
定されたスケール、22は図示せぬローラ等の支持機構に
よってスケール21の長手方向（図に示す矢印Ｍ方向）へ
移動自在に支持されたスライダである。スケール21の上
面には、３列の歯部21a,21a,…と、21b,21b,…と、21c,
21c,…とが、スケール21の長手方向に沿って一定のピッ
チＰの間隔で各々形成されている。この場合、スケール
21の中央部に形成された各歯部21b,21b,…の列は、一側
部の各歯部21a,21a,…の列に対して、スケール21の長手
方向へP/3だけ変位して位置されており、さらに他側部
に形成された各歯部21c,21c,…の列は、中央部の各歯部
21b,21b,…の列に対して、スケール21の長手方向へP/3
だけ変位して配置されている。すなわち、スケール21の
各歯部の列同志がスケール21の長手方向へ互いにP/3ず
つ変位している。

一方、スライダ22は、その移動方向Ｍへ８分割されたＥ
字状の分割鉄心24a〜24hと、これら各分割鉄心24a〜24h
間に、隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となるよう
に各々挿入配置された永久磁石25a〜25g（第２図参照）
と、分割鉄心24a〜24hによって構成されるＡ相〜Ｃ相の
各磁極27〜29の周囲に各々巻回されたＡ相〜Ｃ相のコイ
ル30〜32とから構成されている。ここで、第２図に示す
ように、各分割鉄心24a〜24hは、歯部21a,21b,21cが形
成されたピッチＰに対応した間隔で分割され、P/2の間
隔で配置されている。また、歯部21aの列と対向する部
分がＡ相磁極27となり、歯部21bの列と対向する部分が
Ｂ相磁極28となり、歯部21cの列と対向する部分がＣ相
磁極29となり、これにより、Ａ相磁極27が歯部21aと対
向している状態において、Ｂ相磁極28が歯部21bからＰ
の1/3だけ変位し、Ｃ相磁極29が歯部21cからＰの2/3だ
け変位する位置関係となる。

以上の構成において、いずれのコイル30〜32にも電流を
供給しない状態においては、第２図に点線で示すよう
に、永久磁石25a〜25gによって生じた磁束のみによって
スケール21を巡る磁束ループが形成され、この状態で静
止している。

ここで、第４図に示すような励磁シーケンスで、Ａ相コ
イル30と、Ｂ相コイル31と、Ｃ相コイル32に極性が反転
するパルス電流を供給し、いわゆるバイポーラ駆動する
場合の動作について説明する。

まず、第５図は、スライダ22の各磁極27〜29とスケール
21の各歯部21a,21b,21cとの間に発生する推力ベクトル
を示す図である。この図において、ＡはＡ相コイル30に
正方向に駆動電流を供給した場合に生じる推力ベクトル
を示し、はＡ相コイル30に負方向に駆動電流を供給し
た場合に生じる推力ベクトルを示し、同様に、Ｂおよび
ＣはＢ相コイル31およびＣ相コイル32に正方向に駆動電
流を供給した場合に各々生じる推力ベクトルを示し、
およびはＢ相コイル31およびＣ相コイル32に負方向に
駆動電流を供給した場合に各々生じる推力ベクトルを示
している。

そして、第４図にで示す期間においては、Ａ相コイル
30に正方向へ駆動電流が供給され、Ｂ相コイル31とＣ相
コイル32には負方向へ駆動電流が供給されており、第５
図に示すように、ベクトルＡと、ベクトルと、ベクト
ルを合成したベクトルが推力ベクトルとなって、スケ
ール21とスライダ22間に作用する。この場合、第３図に
示すように、Ａ相磁極27のコイル30には、図に示す×印
から・印の方向へ駆動電流が流れ、各分割鉄心24a〜24h
には図面下方に向ってコイル30による起磁力が発生し、
この起磁力に伴う磁束と、永久磁石25a〜25gによって生
じた磁束が、各分割鉄心24a,24c,24e,24gにおいて互い
に強め合う。これと同時に、Ｂ相磁極28のコイル31およ
びＣ相磁極29のコイル32には、コイル30と逆方向へ駆動
電流が流れ、各分割鉄心24a〜24hには図面上方に向って
コイル31および32による起磁力が発生し、この起磁力に
伴う磁束と、永久磁石25a〜25gによって生じた磁束が、
各分割鉄心24b,24d,24f,24hにおいて互いに強め合う。
これにより、図に点線で示す如く、スケール21の歯部21
bおよび21cから、Ｂ相磁極28およびＣ相磁極29の各分割
鉄心24b,24d,24f,24hの端部に流入した磁束が、永久磁
石25a〜25gを介して隣合う分割鉄心24a,24c,24e,24gに
流入し、それらの端部から、スケール21の各歯部21aに
流入する。この結果、第３図に示すように、各分割鉄心
24a,24c,24e,24gと歯部21aとが対向する位置が磁気的に
安定した位置となる。

以下同様にして、第４図に示すように→→…→で
示す順序で、各コイル30〜32に駆動電流を供給すると、
スライダ22の各磁極27〜29とスケール21の各歯部21a〜2
1cとの間に発生する推力ベクトルが第５図に→→…
→で示す順序で変化し、スケール21に対するスライダ
22の磁気的安定点が移り変わる。

上述した→→→…→の各励磁モードの順にパル
ス励磁を繰り返すことによって、スライダ22が第３図に
おける図面右方向へ移動し、→→…→→の各励
磁モードの順にパルス励磁を繰り返すことによって、ス
ライダ22が第３図における図面左方向へ移動する。

次に、この発明の第２実施例である両面型のリニアパル
スモータに適用した場合の構成について第６図および第
７図を参照して説明する。これらの図において、43は分
割鉄心44a〜44hの間に永久磁石45a〜45gを各々挿入配置
し、Ａ相コイル46aとＢ相コイル46bとＣ相コイル46cを
巻回して成る第１ブロックであり、53は分割鉄心54a〜5
4hの間に永久磁石55a〜55gを各々挿入配置し、Ａ相コイ
ル56aとＢ相コイル56bとＣ相コイル56cを巻回して成る
第２ブロックである。これら第１ブロック43と第２ブロ
ック53は連結板60によって相互に連結された状態で、ス
ケール51の上下面と各々対向している。そして、連結さ
れたブロック43と53は、ローラ61とリテーナ62とからな
るリニアベアリング（クロスローラ・ベアリング）を介
して、スケール51の長手方向へ移動自在となっている。
また、スケール51の上面には、上述した第１実施例と同
様に、その長手方向に沿ってピッチＰの間隔で中央部と
両側部に、歯部51a,51a,…と歯部51b,51b,…および歯部
51c,51c,…が各々形成されており、このスケール51の下
面にも同様の歯部が形成されている。なお、図において
63はストッパ、64は調整ネジである。上述した第２実施
例において、第１ブロック43の永久磁石45a〜45gの磁極
N/Sの配列順序と、第２ブロック53の永久磁石55a〜55g
の磁極N/Sの配列順序は、駆動電流の方向を適宜設定す
ることにより、同じとしても、逆としてもどちらでも構
わない。

なお、この発明は、上述した実施例に限定されることな
く、以下に挙げる種々の変形が可能である。

上述した第１実施例において、永久磁石25a〜25g
は、分割鉄心24a〜24hの全域に挿入配置する必要はな
く、十分な磁束が得られるのであれば、第10図に示すよ
うに、磁極部分のみに方形状の永久磁石70を挿入する構
造としても構わない。この場合、各分割鉄心間の間隙
に、例えば、非磁性体のステンレス板を挿入し、機械的
強度を確保するようにしても構わない。

上述した実施例においては３相モータとして説明し
たが、歯部21a〜21cの列数と配列ピッチ、磁極27〜29と
コイル30〜32の個数を変更すれば、４相以上の多相モー
タとすることができる。

磁極ピッチは相対的なものであるので、一次側もし
くは二次側のいずれかをずらせば良く、例えば、スケー
ル21側の歯部を同相とし、スライダ22側の鉄心形状を工
夫して、Ａ相磁極とＢ相磁極とＣ相磁極間をそれぞれ1/
3ピッチずつ変位させるように構成してもよい。

上述した第１実施例のように、パルス電流で駆動す
る代わりに、３相交流電流で駆動することにより、同期
モータとして用いることも可能であり、また、一次側の
スライダ22に、二次側のスケール21に対する相対移動量
を検出するセンサを設け、サーボモータとして駆動させ
ることも勿論可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、Ｎ列の歯部が
特定方向へ各々一定間隔Ｐで配列された二次側スケール
と、前記二次側スケールに対して前記特定方向へ移動自
在に支持され、前記二次側スケールの各列の歯部と一定
の間隙を隔てて各々対向するＮ個の磁極を有すると共
に、前記各歯部の間隔Ｐに対応させて前記特定方向へ複
数分割された分割鉄心群と、前記分割鉄心群の各分割鉄
心間に、隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となるよ
うに各々挿入配置された永久磁石と、ぜせ分割鉄心群の
各磁極に各々巻回されたＮ個のコイルとを設け、前記二
次側スケールの各歯部列同志、もしくは前記分割鉄心群
の各磁極同志を、ぜせ特定方向へ互いに所定寸法P/Nず
つ変位して配置し、前記各コイルを所定の順序で励磁
し、前記各分割鉄心群の各磁極と前記二次側スケールの
各歯部との間に形成された間隙に順次磁束を発生させる
ことにより、前記分割鉄心群を二次側スケールに対して
相対移動させるようにしたので、特定のコイルに一定方
向に電流が供給されている場合、二次側スケールから分
割鉄心の特定の磁極に流入した磁束が、永久磁石を介し
て隣合う分割鉄心に流入し、該分割鉄心の他の磁極か
ら、二次側スケールに流入する主磁束ループが形成さ
れ、これにより、二次側スケールと対向する各磁極の総
面積を推力発生用に有効に利用することができ、従来と
比較して大きな推力を得ることができ、特に、Ｎ≧３と
して多相モータとした場合に顕著な効果が得られ、例え
ば、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力が要
求されるFA機器にも適用することが可能になるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例による３相リニアパルス
モータの要部の構成を示す一部切欠斜視図、第２図は同
リニアパルスモータの静止時における磁束経路を説明す
るための図、第３図は同リニアパルスモータの駆動時に
おける磁束経路を説明するための図、第４図は同リニア
パルスモータにおける励磁シーケンスを説明するための
図、第５図は同リニアパルスモータの各励磁モードにお
ける推力ベクトルを説明するための図、第６図および第
７図はこの発明の第２実施例による両面型のリニアパル
スモータの構成を示す一部切欠正面図および一部切欠側
面図、第８図は従来のリニアパルスモータの磁気回路構
成を示す正面図、第９図（ａ）〜（ｄ）は同リニアパル
スモータを２相励磁方式によって駆動した場合の動作を
説明すための正面図、第10図はこの発明の実施例のその
他の変形例を示す斜視図である。 21……スケール、21a,21b,21c……歯部、22……スライ
ダ、24a〜24h……分割鉄心、25a〜25g……永久磁石、27
……Ａ相磁極、28……Ｂ相磁極、29……Ｃ相磁極、30…
…Ａ相コイル、31……Ｂ相コイル、32……Ｃ相コイル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｎ（≧３）列の歯部が特定方向へ各々一定
   間隔Ｐで配列された二次側スケールと、 前記二次側スケールに対して前記特定方向へ移動自在に
   支持され、前記二次側スケールの各列の歯部と一定の間
   隙を隔てて各々対向するＮ個の磁極を有すると共に、前
   記各歯部の間隔Ｐに対応させて前記特定方向へ複数分割
   された分割鉄心群と、 前記分割鉄心群の各分割鉄心間に、隣合うもの同志の極
   性が互いに逆方向となるように各々挿入配置された永久
   磁石と、 前記分割鉄心群の各磁極に各々巻回されたＮ個のコイル
   とを具備し、 前記二次側スケールの各歯部列同志、もしくは前記分割
   鉄心群の各磁極同志が、前記特定方向へ互いに所定寸法
   P/Nずつ変位して配置されており、前記各コイルを所定
   の順序で励磁し、前記分割鉄心群の各磁極と前記二次側
   スケールの各歯部との間に形成された間隙に順次磁束を
   発生させることにより、前記分割鉄心群を二次側スケー
   ルに対して相対移動させることを特徴とするパルスモー
   タ。
2. 【請求項２】前記二次側スケールの両面に前記Ｎ列の歯
   部を各々形成すると共に、前記各面の歯部と各々対向す
   るように一対の分割鉄心群を設け、これらの分割鉄心群
   は、互いに連結され、かつ前記二次側スケールに対して
   前記特定方向へ移動自在に支持されていることを特徴と
   する請求項１記載のパルスモータ。
3. 【請求項３】前記分割鉄心群の磁極の部分にのみ、前記
   永久磁石を挿入配置したことを特徴とする請求項１記載
   のパルスモータ。