JPH08237932A

JPH08237932A - 回転型モータ

Info

Publication number: JPH08237932A
Application number: JP7036850A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Yamagata; 和広山形; Shoichi Saito; 尚一斉藤
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1995-02-24
Filing date: 1995-02-24
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】【目的】高精度な微少位置決めを可能とする。また、
高い部品精度を必要とせず、低コストで高い信頼性を得
る。【構成】フレーム１には軸受け２を介して電機子３が
回動可能に取着されている。電機子３はコア４とボビン
５とコイル６とから構成されている。また、フレーム１
には回転軸９が回転自在に取り付けられ、回転軸９には
ロータ１０が固定されている。フレーム１には圧電アク
チュエータ１４が取り付けられている。コア４には持体
１６が固定されている。フレーム１にはエンコーダ１９
が取り付けられており、回転軸９の回転角を検出できる
ようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、組立用ロボット，マニ
ピュレータ，インデックステーブルあるいは測定器など
の機器に組み込まれて高精度の位置決め駆動等を行う回
転型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、位置決め駆動機構としては、例え
ば特開昭６３ー２１３４６１号公報記載の発明がある。
上記発明は、図６〜図８に示すように、円筒状のハウジ
ング５１に固定された内側固定子５２には磁性体５３，
５４、永久磁石５５および励磁コイル５６が取り付けら
れている。磁性体５３，５４には複数の突極５３ａ，５
３ｂ・・・が設けられており、励磁コイル５６を突極５
３ａ，５３ｂ，５４ｃからそれぞれ２つおきに直列に巻
回することで、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相からなる３相の励磁回
路が構成されている。また、各突極５３ａ，５３ｂ，５
４ｃの先端には歯５７が設けられている。

【０００３】内側固定子５２の外側には外側回転子５８
が取り付けられ、内側固定子５２と対抗する面には歯５
９が設けられている。外側回転子５８は回転子ハブ６０
の円筒形状内部に固定されている。回転子ハブ６０の円
筒状底面部６１には回転力を取り出す負荷６２が取り付
けられている。円筒状底面部６１の内側に突出した円筒
状取り付け部６３の先端には回転子ハブ６０の回転変位
を検出するためのエンコーダ６４のスリット板６５が取
り付けられている。

【０００４】上記構成の駆動機構は、突極１１ａ・・・
に巻回された励磁コイル５６にＡ相，Ｂ相，Ｃ相の順で
互いに１２０度位相差を持った励磁電流を流すことによ
り、外側回転子５８が吸引されて回転する。この時の回
転変位をエンコーダ６４によって検出し、フィードバッ
ク制御を行うことで回転子ハブ６０を指定位置まで回転
させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前記従来技
術の駆動機構においては、高い精度を確保するために固
定子および回転子の加工精度を高くする必要があるた
め、信頼性の低下やコスト高などの問題が発生する。ま
た、エンコーダを高分解能化する必要も生じるため、高
精度な回転スリット板や高密度な受光素子、さらには周
波数応答性の良い信号処理回路が必要となり、コスト高
となる。

【０００６】請求項１の目的は、微少位置決めに圧電ア
クチュエータを用いることで、高精度な微少位置決めを
実現し、比較的単純な構造の駆動機構を組み合わせるこ
とで低コストを実現する。請求項２の目的は、モータの
１回転におけるステップ数の整数倍の位置情報を持つエ
ンコーダを用いることで、位置決め精度と位置決め分解
能を向上させる。請求項３の目的は、モータの１回転に
おけるステップ数と対応した位置情報を持つエンコーダ
を用いることで、低コストを実現する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、フレ
ームに回転自在に取り付けられた回転軸へ固定されて一
体回転するロータと、該ロータに取り付けられたマグネ
ットと、前記フレームに回動可能に取り付けられた電機
子と、一方の端部が前記フレームにもう一方の端部が電
機子に取り付けられて電機子を回動する圧電アクチュエ
ータと、前記回転軸の片端に取り付けられて回転角を検
出するエンコーダとを具備したことを特徴とする回転型
モータである。請求項２の発明は、前記エンコーダは、
モータの１回転におけるステップ数の整数倍の位置情報
が得られるものであることを特徴とする請求項１記載の
回転型モータである。請求項３の発明は、前記エンコー
ダは、モータの１回転におけるステップ数と対応した位
置情報が得られるものであることを特徴とする請求項１
記載の回転型モータである。

【０００８】

【作用】請求項１の作用は、ロータに取り付けられたマ
グネットと電機子のコイルにより磁化されたコアとの間
にトルクが発生し、モータとしての動作によってロータ
を回転させる粗動運動と、一端をモータのフレームに固
定されて他端を電機子に取り付けられた圧電アクチュエ
ータが電機子を回転方向に微少回動させる微動運動とを
組み合わせたものである。微動運動の際、ロータは電機
子の磁極に保持されているので電機子の回動によりロー
タと回転軸が微少回転する。粗動運動の際、電機子は圧
電アクチュエータによってモータのフレームに固定され
ているので回動することはない。粗動および微動運動時
の回転角は回転軸の片端に取り付けられたエンコーダに
よって検出される。

【０００９】請求項２の作用は、請求項１のモータにお
いて任意の回転角を設定し、その回転角に対応したエン
コーダのパルス数を設定してモータを粗動運動させる。
ロータがエンコーダの設定パルス数と一致しない場合に
はロータを静止保持し、圧電アクチュエータに制御電圧
を加える。制御電圧に対応して圧電アクチュエータが伸
縮することで電機子の磁極に保持されたロータと回転軸
が微動運動し、エンコーダの設定パルス数と一致した位
置まで回転して停止する。

【００１０】請求項３の作用は、請求項１のモータにお
いて任意の回転角を設定し、その回転角にもっとも近い
エンコーダのパルス数とそのパルス数に対応した回転角
と任意の回転角との差を求める。そして、モータに粗動
運動させてエンコーダの設定パルス数に達した位置でロ
ータを停止させる。ロータを静止保持したまま、求めた
任意の回転角とエンコーダの設定パルス数に対応した回
転角との差に対応する制御電圧を圧電アクチュエータに
加える。制御電圧に対応して圧電アクチュエータが伸縮
することで電機子の磁極に保持されたロータと回転軸が
微動運動し、任意の回転角と一致した位置まで回転して
停止する。

【００１１】

【実施例１】図１および図２は本実施例を示し、図１は
縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図である。フレ
ーム１には軸受け２を介して電機子３が回動可能に取着
されている。電機子３は軸方向に溝が刻まれたコア４と
ボビン５とコイル６とから構成され、コア４には歯部４
ａが設けられている。また、フレーム１にはベアリング
７，８を介して回転軸９が回転自在に取り付けられ、回
転軸９にはロータ１０が固定されている。

【００１２】ロータ１０にはコア４の外周面にギャップ
を持つように界磁用の鉄芯１１，１２が固定され、鉄芯
１１，１２にはギャップに面して軸方向に歯部１１ａ
（図示省略），１２ａが刻まれており、歯部１１ａ，１
２ａは円周方向に位相がずらされている。また、鉄芯１
１，１２に挟まれて軸方向に磁化されたマグネット１３
が固定されている。フレーム１には圧電素子等の圧電ア
クチュエータ１４を取り付けるための突起部１ａが設け
られており、突起部１ａにはビス１５によって圧電アク
チュエータ１４がロータ１０の回転方向を長手方向とし
て取り付けられている。

【００１３】コア４には圧電アクチュエータ１４を取り
付けるためのリング状の支持体１６がビス１７によって
固定されている。支持体１６はその一部が軸方向に突出
しており、その突出部には圧電アクチュエータ１４の他
端部がビス１８によって取り付けられている。また、フ
レーム１にはエンコーダ１９が取り付けられており、回
転軸９の片端がエンコーダ１９のシャフト部になってお
り、回転軸９の回転角を検出できるようになっている。

【００１４】以上の構成からなる装置は、任意のパルス
電流ｐをコイル６に加えるとステップモータと同様な原
理によってロータ１０が回転し、入力されたパルス数に
対応した回転角でロータ１０が停止する。このままロー
タ１０を静止させ、保持電流を流した状態で圧電アクチ
ュエータ１４に制御電圧Ｖを加えると、制御電圧Ｖに対
応して圧電アクチュエータ１４が伸縮する。圧電アクチ
ュエータ１４の動きは支持体１６に伝達され、支持体１
６は固定されたコア４と一体に回動する。この時、ロー
タ１０と回転軸９はマグネット１３，界磁鉄芯１１，１
２およびコア４から発生する磁力により固定されている
のでコア４の動きに追従して回動する。

【００１５】本実施例によれば、粗動運動をステップモ
ータで、微動運動を圧電アクチュエータで行うため、高
精度な微少位置決めが可能となる。また、粗動運動をス
テップモータで、微動運動を圧電アクチュエータでとい
う比較的単純な駆動機構を組み合わせていることにより
高い部品精度を必要とせず、低コストで高い信頼性が得
られる。さらに、圧電アクチュエータを複数個設け、そ
れぞれをフレーム１と支持体の突出部とに取り付けるこ
とにより、微動運動時の駆動力を増加することができ
る。

【００１６】尚、本実施例では粗動運動にステップモー
タ構造を用いたが、本発明はこれに限らず、サーボモー
タ等の他のモータ構造を用いても良い。

【００１７】

【実施例２】図３および図４は本実施例を示し、図３は
部分斜視図、図４はグラフである。本実施例は、モータ
のステップ数の整数倍の位置情報を持つエンコーダを用
いて粗動機構と微動機構とを制御するものである。本実
施例では、前記実施例１における装置にコントローラを
加えて構成したものであり、他の構成は同様な構成部分
からなるもので、同一構成部分には同一番号を付してそ
の説明を省略する。本実施例においては、図１および図
２を併用して説明する。

【００１８】本実施例の１回転におけるエンコーダ１９
のパルス発生数は粗動用モータのスッテプ数のｎ倍（ｎ
は整数）である。また、信号入力，演算および駆動信号
出力処理を行うためのコントローラ２０が加えられてい
る。コントローラ２０の信号入力部はエンコーダ１９
と、駆動信号出力部はコイル６および圧電アクチュエー
タとそれぞれ接続されている。

【００１９】本実施例における前記実施例１と同様な作
用についての説明は省略する。上記構成において、任意
の回転角：θに対するエンコーダのパルス数：ｐθを設
定し、コントローラ２０に入力する。ｐθに基づいてコ
ントローラ２０は、粗動用モータのコイル６へ入力する
パルス数ｐｍ（ｐθ/ｎの値の整数部）と圧電アクチュ
エータ１４に入力する制御電圧Ｖ（パルス数ｐθ−ｐｍ
×ｎに対応する電圧）とを求める演算を行う。コントロ
ーラ２０はこの演算の結果求められたパルス数ｐｍに対
応したパルス電流ｐＡを粗動用モータのコイル６に出力
し、粗動運動を行う。

【００２０】このときのエンコーダ１９の出力パルス
数：ｐｅはコントローラ２０に入力・演算され、ｐｅ×
ｎ＝ｐｍとなった時点で、コントローラ２０は静止電流
を出力し、ロータ１０を静止保持する。コントローラ２
０の演算の結果がｐｍ×ｎ＝ｐθの場合は、この時点で
位置決めが終了する。また、ｐｍ×ｎ≠ｐθの場合は、
コントローラ２０は圧電アクチュエータ１４に制御電圧
Ｖを加えて圧電アクチュエータ１４を伸縮させ、ロータ
１０と回転軸９を微動運動させる。このときのエンコー
ダの出力パルス数：ｐｅはコントローラ２０に入力・演
算され、ｐｅがｐθと一致した時点で位置決めが終了す
る。

【００２１】本実施例によれば、前記実施例１の効果に
加え、モータの１回転におけるステップ数の整数倍の位
置情報を持つエンコーダの出力信号に基づいてフィード
バック制御を行うため、位置決め精度を向上させること
が可能となる。

【００２２】

【実施例３】図５は本実施例を示すグラフである。本実
施例では図１〜図３を併用して説明する。本実施例は、
モータの１回転におけるステップ数に対応した位置信号
を出力するエンコーダのパルス信号に基づき粗動機構を
制御し、パルス間の位置を圧電アクチュエータで制御す
るものである。本実施例の構成は、エンコーダ１９がモ
ータのステップ数に対応した位置情報を持っているとい
うこと以外については前記実施例２と同様の構成であ
り、その説明を省略する。

【００２３】本実施例における前記実施例１と同様な作
用についての説明は省略する。上記構成において、任意
の回転角：θを設定してコントローラ２０に入力する。
コントローラ２０は、θにもっとも近いエンコーダのパ
ルス数：ｐθおよびθとｐθに対応した角度θｐとの差
θａを求める。コントローラ２０は、ｐθに対応したパ
ルス電流：ｐＡを粗動用モータのコイル６に入力して粗
動運動を行う。

【００２４】このときのエンコーダの出力パルス数：ｐ
ｅはコントローラ２０に入力・演算され、ｐｅ＝ｐθと
なった時点でコントローラ２０は静止電流を出力し、ロ
ータ１０を静止保持する。θ＝ｐθの場合はこの時点で
位置決めが終了する。また、θ≠ｐθの場合、コントロ
ーラ２０はロータ１０を静止保持した状態で、θａに対
応した制御電圧Ｖを圧電アクチュエータ１４に加える。
圧電アクチュエータ１４は制御電圧Ｖに対して伸縮す
る。その結果、ロータ１０と回転軸９が微動運動してθ
の位置で停止し、位置決めが終了する。

【００２５】本実施例によれば、前記実施例１の効果に
加え、エンコーダの位置情報はモータの１回転における
ステップ数と対応していればよいことになる。因って、
高い位置決め情報を持つエンコーダを用いる必要がない
ため製造コストを低くすることが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の効果は、粗動運動をモータ
で、微動運動を圧電アクチュエータで行うため、高精度
な微少位置決めが可能となる。また、粗動運動をモータ
で、微動運動を圧電アクチュエータという比較的単純な
駆動機構を組み合わせているので、高い部品精度を必要
とせず、低コストで高い信頼性が得られる。請求項２の
効果は、モータの１回転におけるステップ数の整数倍の
位置情報を持つエンコーダの出力信号に基づきフィード
バック制御を行うため、位置決め精度を向上させること
が可能となる。請求項３の効果は、エンコーダの位置情
報はモータの１回転におけるステップ数と対応していれ
ばよいことになる。因って、高い位置情報を持つエンコ
ーダを用いる必要がないため、製造コストを低くするこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図である。

【図３】実施例２を示す部分斜視図である。

【図４】実施例２を示すグラフである。

【図５】実施例３を示すグラフである。

【図６】従来例を示す縦断面図である。

【図７】従来例を示す部分横断面図である。

【図８】従来例を示す部分拡大斜視図である。

【符号の説明】

１フレーム２軸受け３電機子４コア５ボビン６コイル７，８ベアリング９回転軸１０ロータ１１，１２鉄芯１３マグネット１４圧電アクチュエータ１５，１７，１８ビス１６支持体１９エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームに回転自在に取り付けられた回
転軸へ固定されて一体回転するロータと、該ロータに取
り付けられたマグネットと、前記フレームに回動可能に
取り付けられた電機子と、一方の端部が前記フレームに
もう一方の端部が電機子に取り付けられて電機子を回動
する圧電アクチュエータと、前記回転軸の片端に取り付
けられて回転角を検出するエンコーダとを具備したこと
を特徴とする回転型モータ。
【請求項２】前記エンコーダは、モータの１回転にお
けるステップ数の整数倍の位置情報が得られるものであ
ることを特徴とする請求項１記載の回転型モータ。
【請求項３】前記エンコーダは、モータの１回転にお
けるステップ数と対応した位置情報が得られるものであ
ることを特徴とする請求項１記載の回転型モータ。