JPS62110472A

JPS62110472A - 非接触型アクチユエ−タ

Info

Publication number: JPS62110472A
Application number: JP24873785A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Higuchi; 俊郎樋口; Atsushi Horikoshi; 敦堀越
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1985-11-08
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1987-05-21
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0628504B2

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、塵埃をきらう半導体やバイオテクノロジー関
連の工場などに用いて好適な非接触型アクチュエータに
関する。

（従来の技術）従来、リニアパルスモータ（以下、ＬＰＭという）を使
用した直接駆動方式の搬送装置が開発されてきている。

この種の先行技術は、例えば、編集者兼発行者「電気学
会」　ｒリニアモータとその応用１１２４〜１２７頁に
記載されている。

しかし、この搬送装置はワークを含めた搬送部はＬＰＭ
と切り離して機械的な直線軸受で支持されるようになっ
ている。つまり、ＬＰＭは搬送部の移動に必要な推力の
みを与える機械構造を採用している。

（発明が解決しようとする問題点）このように、ＬＰＭを用いた搬送装置においても機械的
な軸受を有するために次のような問題点を内在している
。

（１）機械的な摩擦接触をさけることができず、この摩
擦接触部から塵埃が発生する。

（２）真空状態においては潤滑油は蒸発し、雰囲気を汚
すと共に軸受の焼損を招く。

（３）摩擦接触部から騒音や振動が発生する。

（４）機械的な接触部を有うするため高精度の位置決め
が難しい。

本発明は、上記問題点を除去し、可動子の磁気浮上と推
進をコンパクトに構成された固定子と可動子間の磁気力
により行い、しかも作動部を有する可動子が円滑に進退
自在に直接駆動される非接触型アクチュエータを提供す
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記問題点を解決するために、（ａ）所定の
間隔で設置される複数の極片を有する芯部材を有し、該
極片上に巻回される推進案内用コイルによって励磁され
る推進案内用磁極と該推進案内用磁極に隣接して前記芯
部材上に巻回される吸引用コイルによって励磁される吸
引用磁極とを一体化したリニアモータ磁極と、該リニア
モータ磁極と協働して磁場を発生する磁極を有する補助
電磁石とを具えた固定子と、（ｂ）前記固定子と対向し、少なくとも一面に−定のピ
ンチを有して整列した歯列が形成され、かつ作動部を有
する可動子と、（ｃ）前記固定子と前記可動子間の相対変位を検出する
変位検出手段と、（ｄ）　ｉｆ変位検出手段からの検出値に基づいて前記
固定子と前記可動子間の間隙を調整し、かつ前記可動子
の磁気浮上状態での推進を行う制御手段とを設けるよう
にし、たものである。

（作用）本発明によれば、リニアモータ磁極中の吸引用磁極の磁
気力により作動部を有する可動子は非接触状態に保持さ
れ、リニアモータ磁極中の推進案内用磁極の磁気力によ
り、可動子は推進し、作動部は進退動作を行う。また、
補助電磁石の磁気力により、リニアモータ磁極と協働し
可動子の姿勢制御及び推進制御が行われる。

更に、可動子の姿勢制御は、可動子の変位状態を変位検
出手段を介して電子制御装置によってモニタされ、その
変位状態に応じて、リニアモータ１ｍ中の吸引用磁極及
び前記補助電磁石のそれぞれの励磁電流が調整されるこ
とにより、円滑に遂行される。

（実施例）以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図を参照しなが
ら詳細に説明する。

図中、１は固定枠、２．２ａ〜２ｄ、２ａ’　〜２ｄ’
はこの固定枠に固定されるリニアモータ磁極、３．３ａ
〜３Ｃは補助電磁石であり、このリニアモータ磁極と補
助電磁石はそれぞれ固定枠ｌに取り付けられ、固定子を
構成している。４は可動子、５は可動子と一体的に形成
される作動部であるロンド、５．５ａ　〜５ｃ、７．７
ａ〜７ｃは変位検出器、Ａは制御手段である。また、８
は電子制御装置、８−１はＣＰＵ　（中央処理装置）、
８−２はメモリ、８−３は入力インターフェース、８−
４はＩ１０インターフェース、８−５はＭＤＩ　（マニ
アルデータインプット）装置、９は駆動回路、１０は電
源、１１は変位検出用基準面（ターゲット）である。

次に、このアクチュエータの構造及び作用の概略につい
て説明する。

（１）ロンドを有する可動子の非接触状態保持可動子４
は、非接触状態で支持されることになる。即ち、可動子
４は、図に示されるように、可動子４の上下面に対向し
て配設されるリニアモータ磁極２ａ〜２ｄ、２ａ’〜２
ｄ’の吸引用磁極の磁気力により吸引され、非接触状態
に保持される。また、可動子４の水平面内の姿勢を制御
するために補助電磁石３ａ〜３Ｃが配設される。

（２）ロンドを有する可動子の推進リニアモータ磁極２ａ〜２ｄ、２ａ’〜２ｄ’は可動子
４を推進させる推進案内用磁極を有しており、この磁極
が励磁されることにより、可動子４は歩進する。

（３）ロンドを有する可動子の姿勢制御可動子４の姿勢
制御は、可動子４に磁気力が作用するリニアモータ磁極
中の吸引用磁極及び前記補助電磁石のそれぞれの励磁電
流の調整により行う、即ち、平板状の可動子４が水平状
態になるようにリニアモータ磁極中の吸引用磁極の励磁
電流を調整して位置決めを行う。その後横方向を所定位
置に調整するために可動子４の両側面に配置されている
補助電磁石の励磁電流を調整する。可動子４と吸引用磁
極及び補助電磁石間の距離は変位検出器によって検出さ
れ、電子制御装置によって、適性な姿勢制御が行われる
。

以下、本発明の一実施例を順次説明する。

第１図及び第２図に示されるように、ロンドを有する可
動子４　（以下、可動子という）には一定のピンチを有
して整列した複数の歯列を形成する。

この可動子４を磁気的に吸引し非接触状態にすると共に
推進させるためにこの可動子４に対しである間隙をもつ
位置にリニアモータ磁極２を設ける。

このリニアモータ磁極２には芯部材２１の基部に可動子
４の吸引用コイル、先端線に推進案内用コイルが巻装さ
れる。即ち、可動子４を磁気的に吸引して非接触支持を
行う吸引用磁極と可動子４を磁気的に推進する推進案内
用磁極は一体化されている。即ち、凹形を持つ連接した
形状に打ち抜かれた電磁鋼板等の強磁性材料を積み重ね
て構成され、この芯部材の各々凹部の外周には吸引用コ
イル２６及び２７（第２図参照）を互いに逆極性になる
ように巻装している。この芯部材の各先端部は第１極片
、第２極片、第３極片、第４極片よりなり、各橋片には
それぞれ推進案内用コイル２８．２９．３０゜３１カｆ
ｌ装サレ、第１磁極２２、第２ＶＡ極ｚ３、第３磁極２
４、第４磁極２５（第４図（ａ）参照）を形成している
。これらの磁極２２．２３．２４．２５に設けられた歯
のピッチは可動子の歯のピンチと同一にするが、磁極の
歯のピッチはずれており、第１磁極２２を基準にすると
、これに対して第２磁極２３は１／２ピツチ、第３磁極
２４は１／４ピツチ、また第４ｉｆｆ極２５は３／４ピ
ツチだけ可動子の歯のピンチに対して相対的にずらすよ
うに配設する。

次に、このリニアモータ磁極の動作について第４図を用
いて説明する。

（１）吸引用コイル２６．２７のみに図示の矢印方向（
正方向とする）の電流を流すと、起磁力を生じ、第４図
（ａ）に示されるように磁束が流れる。

（２）第１磁極及び第２磁極を励磁する推進案内用コイ
ル２８．２９のみに電流を流すと、起磁力を生じ、第４
図（ｂ）に示されるように磁束が流れる。

また、負の方向に電流を流すと、起磁力の方向は逆にな
り、磁束も逆の方向に流れる。第３磁極及び第４磁極を
励磁する推進案内用コイル３０．３１についても同様の
ことが言える。

ここで、吸引用コイルに、ある一定電流１ｃを流してお
く。つまり、第４図（ａ）に示される起磁力を発生させ
て磁束を流しておき、同時に推進案内用コイル２８．２
９に正の電流１ａを流すと、第１磁極２２では電流１ｃ
と電流１ａの起磁力が強め合い、一方、第２磁極２３で
は電流１ｃと電流１ａの起磁力が打ち消し合い、可動子
４は第４図（ｂ）の位置に安定するような復元力を発生
する。つまり、第１磁極２２の歯の凸部と可動子４の歯
の凸部が一致するような位置に安定しようとする。

次に、電流１ａを零にし、電流１ｂを正にすると、第３
磁極２４に磁束が流れようとし、第４図（Ｃ）に示す位
置に安定するように可動子４に推力が発生し、可動子４
は１／４ピツチだけ歩進する。

次に電流１ｂを零にし、電流１ａを負にすると、第２磁
極２３に対する起磁力が強め合い磁束が流れるため、さ
らに、１／４ピツチ歩進する。このようにして、Ｉａ（
正）−１ｂ（正）−１ａ（負）−１ｌｂ（負）というよ
うに推進案内用コイル２日。

２９及び３０．３１の電流を切り換えることによって、
１／４ピツチ毎に可動子４が歩進することになる。

なお、前記したようにリニアモータ磁極は可動子４を挟
んで両面に配設するようにし、この可動子４の両面に配
設されるリニアモータ磁極は可動子４の推進方向に対し
て線対称に均等に励磁されるようにすると、リニアモー
タ磁極の第１磁極乃至第４磁極の磁気力のアンバランス
が発生してもこれは相殺され、特性が基準点のまわりで
対称化されるために可動子４の円滑な移動が遂行される
。

このように構成することにより、可動子の非接触支持と
可動子の推進をコンパクトなリニアモータ磁極によって
達成し、従来のころがり軸受等の機械的な軸受機構を全
廃することができる。

次に、可動子の姿勢制御について説明する。

第１図及び第３図に示されるように、平板状の可動子４
の上方にはそれぞれ４個のリニアモータ磁極２ａ〜２ｃ
ｉ、同様に可動子４の下方には４個のリニアモータＭ１
樟２ａ′〜２ｄ′が所定の空隙を有して対向するように
固定されている。また、この可動子４の側方には補助電
磁石３ａ、３ｂ。

３ｃがそれぞれ配設されている。この補助電磁石は可動
子４の横方向の位置規制を行うものである。

なお、ここで、次の定義を行う、第５図に示されるよう
に、可動子のロッド方向をＺ方向とし、これと直行する
可動子の横方向をＹ方向、これらのＺ方向及びＹ方向に
直行する方向をＸ方向とする。従って、Ｚ方向軸まわり
の回転がロールΦ、Ｙ方向軸まわりの回転がピッチ〇、
Ｘ方向軸まわりの回転をヨーψとする。　゛ここで、可動子４のロールψの制御は、Ｚ軸を中心にし
たリニアモータ磁ｉ２ａと２ｂ、２ｃと２ｄとのそれぞ
れの間の励磁電流の調整により行うことができる。即ち
、この調整状態は変位検出器６ａ、６ｂと５ａ、５ｃに
よって検出され、電子制御装置８はこの検出値に基づい
て各リニアモータ磁極の励磁電流を調整する。また、可
動子４のピッチθの制御は、同様にＹ軸を中心にしたリ
ニアモータ磁１１ｉ２ａと２ｃ、２ｂと２ｄとそれぞれ
の間の励磁電流の調整により行うことができる。

更に、可動子４のヨーψ制御はＸ軸を中心にした補助電
磁石３ａ、３ｂ、３ｃ間の励磁電流の調整により行うこ
とができる。

次に、Ｚ方向への推進の制御は前記したように、リニア
モータ磁極の推進案内用コイルへの起磁力の発生により
行う。

次に、非接触型アクチュエータの推進時の姿勢制御につ
いて説明する。

一般に、可動子の磁気浮上を行わせる場合の電磁石の吸
引力Ｆは、Ｆ（Ｉ、Ｄ）　−Ｋ　（Ｉ”　／Ｄ　”）・・・（１）
Ｆ：磁気吸引力、　　　Ｉ：電磁石励磁電流。

Ｄ：磁極のギャップ、に：比例定数として表される。

そこで、磁気吸引力を使用した制御においては一般に上
記（１）式が非線形なため各定数を基準値のまわりで線
形化して一次近イ以を行い制御するようにしている。即
ち、■定常吸引力Ｆ０を決め、■ギャンプ設定値Ｄ０を
決め、その時に必要な電磁石の励磁電流Ｉ０を上記（１
）式から求めて、この時の基準値からの変化分をＦ−Ｆ、＋ΔＦＤ−Ｄ、＋ΔＤ１＝Ｉ。＋ΔＩとして、上記（１）式をテーラ−展開して一次近似を行
うと、Ｆ（１，Ｄ）　　＝Ｆ　（Ｉｓ　＋ΔＩ、ＤＯ＋ΔＤ）
＝ｐ、＋　（２Ｋ　Ｉｏ　／Ｄｏ　”　）ΔＩ−（２Ｋ
ＩＯ”　／Ｄ、’　）ΔＤとなり、定常分を除くと、 ΔＦ＝　（２Ｋ　ｒｅ　／ＤＯ”　）Δ■−（２ＫＩ。

”　／Ｄｏ　”　）ΔＤ　・・・（２）となり、この（
２）式に基づいて制御を行っている。

この制御は一般にギャップ検出器より磁極のギャップを
検出し、設定値からの差をΔＤとしてこのΔＤから補償
回路を通して操作量ΔＩヘフイードバソクする方法であ
る。

この際に、補償回路として例えば、比例−微分（ＰＤ）
回路や比例−積分一徹分（ＰＩＤ）回路を用いたりして
いる。

また、電磁石の及び検出器がそれぞれ多数の時は多入力
多出力の制御方法が用いられている。

そして、上記（２）式を用いた補償要素を加えたギャッ
プ制御のブロック図は第１５図のようになる。

ここで、Ｍは磁気浮上可動体の等価質量Ｋａ＝２ＫＩ。

！　／Ｄ、　２Ｋｔ　＝　２　Ｋ　ｉ　ｏ　／　Ｄｏ　”であり、補償
回路９２はＰＤ或いはＰＩＤなどから構成され、外乱ａ
がブロック９１に加えられ、ギャップ検出器のギャップ
ｂが変化すると、この変化量は補償回路９２、ブロック
９３を介してブロック９１０入力側にフィードバックさ
れる。

このような制御系で二つのＴＨ，Ｔ１１石で一つの可動
子を、第１６図のように、固定体１２１に二つの電磁石
１２２及びギャップ検出器１２３を設は可動子１２４を
磁気浮上させる場合は、第１７図に示されるような回路
構成をとる。ここで、１０１　、１０２はギヤツブ検出
器、１０３は上下変位変換器、１０４は回転変位変換器
、１０５　、１０６は補償回路、１０７　、１０８は分
配器、１０９　、１１０は加算点、１１１　、１１２は
駆動アンプ、１１３　、１１４は電磁石である。

そのギャップ検出器１０１　、１０２からのギャップの
検出値に基づくこの２自由度（紙面上のみの２自由度）
の制御を行う制御方法の例として、第１７図に示される
補償回路１０５　、１０６にＰＤ回路を用いると、第１
８図のように、磁気浮上可動子の重心Ｇの位置がずれる
ことにより、二つの電磁石はその設定ギャップを保つた
めに重心に近い方の側の電磁石は大きな力を生じる必要
がある。

第１８図に示されるＰＤ制御の場合はその左右異なる力
を生じさせるために定常偏差（傾き）が生じる。換言す
れば、この傾きが生じるためにその設定ギャップとの誤
差のゲイン倍の電流差、即ち、力の差を出すことができ
る。

また、この定常偏差（傾き）をなくすために、第１７図
に示される補償回路１０５　、１０６に比例−徹分一積
分回路を用いて制御を行うと、第１９図に示されるよう
に可動子１２４は設定ギャップを保ちつつ傾きのない状
態に制御できる。即ち、制御系に積分要素が入っている
場合には、この磁極に重心が近付くと、この磁極が支持
すべき荷重が増加する。そのために電磁石のギャップが
広がる。すると、積分要素はこのギャップの誤差をＯに
するためように、誤差を徐々に積分して行く、そこで、
駆動アンプはその積分要素出力を使用して、コイル電流
を増加させる。コイル電流はその積分出力がある値で一
定値となる、即ち、誤差がＯとなるまで増加し続ける。

このようｉ、積分要素を含む制御系では、「荷重の増加
−ギャップの拡大−誤差の積分−電流の増加−ギャップ
の復帰Ｊとなり、制御できるため一般に使用されている
。

しかしながら、積分要素が入るため外部からの外乱力に
対する応答性が悪くなるなどの問題が生じる。

また、本発明の実施例においては、可動子が能動的な磁
極を持たないで固定側に磁極を持つ構成となっており、
このような構成では可動子の重心位置の移動よって各々
の磁極が受は持つ荷重が変化する。高速移動をさせると
荷重の変化する周波数は高くなる。一般にサーボ系に積
分要素を加えると定常偏差をなくすことができるが積分
時間が必要なため高周波数での特性は期待できない。さ
らに信号の遅れのために不安定になりがちである。

本発明の非接触型アクチュエータを駆動させれば可動子
の重心位置の移動は必ず起こり各磁極の支持荷重は変化
する。従って、本発明においては、この荷重変化を先取
りしてリニアモータ磁極に重心移動情報を用いて荷重変
化に等しい磁気吸引力変化を与えるようにする。この重
心移動情報は積分要素を使用するような遅れがないため
安定である。更に、このアクチュエータは、推進用磁極
と吸引用磁極とが一体であるため、可動子の浮上初期の
重心位置がわかれば、以後の移動は一体化されたリニア
モータ磁極でおこでうため、重心位置変化は検出器なし
でリニアモータ磁極への入力量でわかるようにすること
もできる（但し、負荷はあまり変動しないものとする）
。

そこで、この実施例においては、第１３図及び第１４図
に示されるように、可動子の重心位置を検出する位置検
出器７９を設け、その位置情報から重心位置算出器８０
において、重心位置を算出し、分配器８１を介して加算
点８２．８３に入力し、各電磁石８６．８７へ分配する
ことにより、円滑で、しかも安定な浮上制御を行うこと
ができる。なお、ここで、７１゜７２はギャップ検出器
、７３は浮上変位変換器、７４は推進変位変換器、７５
．７６は補償回路、７７、７８は分配器、８４．８５は
駆動アンプである。

このように、可動子の重心位置に基づいて電磁石によっ
て支えるための力を算出し、それぞれの電磁石の励磁電
流を算出し、駆動アンプへ加えて！磁石の励磁電流値を
制御する方法を採用する。

なお、位置検出器としては、可動子に付される位置に対
応して変化するマークを読み取る光電式のエンコーダな
ど各種の手段を採用することができる。

このような可動子の姿勢制御手段を用いて、本発明の前
記実施例のロッド型アクチュエータを制御する場合には
、前記した重心位置検出器からの重心位置情報に基づい
て４個の各吸引用磁極が吸引すべき吸引力を算出し、４
個の各吸引用磁極に励磁電流を分配することにより、ロ
ッド型アクチュエータの姿勢制御を行うことができる。

更に、可動子の制御について順次説明する。

まず、原点において、重心Ｇ（第３図参照）が存在する
場合に、この状態において、可動子４に作用する各磁極
間の磁気力が平衡するように各リニアモータ磁極及び補
助電磁石に励磁電流を流す。

この原点における励磁電流の状態は電子制御装置８のメ
モリ８−２に記憶する。つまり、各リニアモータ磁極２
ａ〜２ｄ、２ａ’〜２ｄ’の吸引用磁極及び各補助電磁
石３ａ〜３ｃの励磁電流を電子制御装置８の人力インタ
ーフェース８−３より読み込んでメモリ８−２へ記憶し
ておき、初期値としてもちいる。そこで、リニアモータ
磁極の推進案内用コイルに励Ｍ１電流を付与すると、可
動子４は歩進し、ロッド５は推進する。この時の推進案
内用コイルにはマイクロステップ状の電圧（後に詳述）
を加える。

ここで、第３図に示されるように、Ｘ方向の変位を検出
する変位検出器６ａ〜６Ｃ及びＹ方向の変位を検出する
変位検出器７ａ〜７Ｃをそれぞれ配置する。なお、変位
検出器の数はこの数に限られるのではなく、増加するこ
ともできる。また、この配置も適宜換えることができる
。

そこで、ロッド５が推進し、可動子４が移動すると、そ
の移動に伴い変位検出器６３〜６ＣがＸ方向の可動子４
との間隙を変位検出器７ａ〜７ＣがＹ方向の可動子４と
の間隙をモニタしており、たえず、可動子４と各検出器
間の間隙が一定になるように、電子制御装置ｆ８によっ
て固定子の吸引力が調整される。

即ち、Ｘ方向の位置制御は可動子の上方に固定される変
位検出器６ａ〜６Ｃが可動子のＸ方向の間隙を検出し、
基準値との偏差が生じるとその偏差をなくすようにリニ
アモータ磁極の吸引用コイルの励磁電流を調整すること
により行われる。

次に、Ｙ方向の位置制御は可動子４の側面に設けられた
補助電磁石３ａ、３ｂ、３ｃの各励磁電流の調整により
行う。即ち、可動子４の側面と電磁石間の間隙を変位検
出器７ａ〜７Ｃが検出し、基準値との偏差が生じるとそ
の偏差をなくすように補助電磁石３ａ〜３Ｃの励磁電流
を調整することにより、Ｙ方向の位置制御を行う。

なお、２方向の位置は予め原点位置を記憶しておき、こ
の位１からリニアモータ磁極に加えられるパルス数によ
ってその変位量を認識すると共に可動子４の位置を制御
することができる。

また、可動子の制御は次のようにして行うこともできる
。

まず、可動子４の原点位置をドグスイッチなどによって
定め、この位置で可動子４の非接触支持を行う。つまり
、リニアモータ磁極及び補助電磁石に予め駆動回路９を
介して励磁電流を流して可動子４を非接触状態にする。

次に、その非接触状態において、各変位検出器からの検
出値を電子制御袋Ｗ８に人力インターフェース８−３を
介して読み込み、その読み込まれた値と各変位検出器の
基準値（基準となる空隙値）とが比較され、偏差が零に
なるようにＩ１０インターフェース８−４を介して駆動
回路９において各リニアモータ磁極中の吸引用コイルの
励磁電流値を調整する。

この様に、フィードバック制御を行うことにより、円滑
な可動子の姿勢制御を行うことができる。

次に、可動子のマイクロステップ駆動について説明する
。

ここで、マイクロステップ駆動とはリニアモータ磁極の
２つの巻線に９０″位相のずれた二相電流を流し、同期
モータとして駆動する方法であり、例えば、可動子の推
進用電流ＩａとＩｂとして第６図に示されるような波形
を供給する。第７図はマイクロステップ駆動システム構
成図であり、図中、４１はリングカウンタ、４２．４３
はＲＯＭ、４４゜４５はＤ／Ａコンバータ、４６．４７
は駆動アンプであり、この駆動アンプ４６．４７以降に
リニアモータ磁極２が接続される。

なお、ここでは吸引用コイル２６．２７への駆動回路は
省略されている。

この図に示されるように、リングカウンタ４１に移動指
令値が人力されると、ＲＯＭ４２．４３に記憶されてい
る波形データ、つまり、正弦、余弦値が読み出され、Ｄ
／Ａコンバータ４４．４５を介してアナログ量が駆動ア
ンプ４６．４７に入力され、増幅されて推進案内用コイ
ル２Ｂ、　２９．３０．３１に加えられる。波形はＡ相
とＢ相の比率が電気角位置（時間）によって決められて
おり、それを電気角位置に応じて出力して可動子４を移
動させる。なお、駆動アンプとして電圧アンプを用いる
場合は受動的なダンピングを期待できる。このように構
成することによって、可動子４は滑らかに移動し、また
微小距離の位置決めが可能となる。

ところで、このアクチュエータは可動子を非接触状態に
して駆動させるために、可動子の動きに対する機械的ダ
ンピングが非常に小さい。従って、マイクロステップ駆
動を行っても若干の振動を伴う。この振動を抑制するに
は、次の様に構成する。

推進方向に配設される複数のリニアモータ磁極間の可動
子４の歯に対する位相を互いにπ／４ずらすようにする
。即ち、ある時点においてリニアモータ磁極２ａ、２ｂ
の推進案内用コイルにおいては、第８図（ａ）に示され
る起磁力を生じるように、一方、リニアモータ磁極２Ｃ
１２ｄの推進案内用コイルにおいては第８図（ｂ）に示
されるような起磁力を生じるようにそれぞれのリニアモ
ータ磁極を配置する。

このように、リニアモータ磁極の位置を電気角でπ／４
ずらした場合、推力及びダンピング特性は均一化され、
同位相の配置にした場合に比して、よりダンピングが大
きくなり、円滑な駆動が可能となる。つまり、分解能向
上と低振動化を図ることができる。

なお、上記ではマイクロステップ駆動の場合について説
明したが、通常のステップモータとして考えると、第９
図のようなパターンとなる。即ち、モータ磁極Ｉ　（リ
ニアモータ磁極２ａ或いは２ｂ）がｌ相励磁の時はモー
タ磁極■（リニアモータ磁Ｉ！ｉ２Ｃ或いは２ｄ）は２
相励磁となり、逆の場合は逆となる。

ここで表のプラスマイナスはステップモータのバイポー
ラ駆動の時のコイル電圧（或いは電流）の極性である。

このように、マイクロステップ駆動時だけでなく、通常
のステップモータの場合も、励磁位相をずらすことによ
りダンピングを行わせることができる。

なお、上記によれば、リニアモータ磁極２ｃ。

２ｄの位相がリニアモータ磁極２ａ、２ｂに対してπ／
４進んでいる場合について説明したが、逆にリニアモー
タ磁極２ａ、２ｂに対して、リニアモータ磁極２ｃ、２
ｄがπ／４遅れるようにしてもよい。この場合は可動子
の進行方向が変わつたのと同じである。更に、ｎ×π／
４　（ｎ−１，３゜５．７）進んでいても遅れるように
しても上記の作用効果を奏することができる。つまり、
片一方が２相励磁の場合、もう一方がｌ相励磁になるよ
うにするとよい。

次に、この非接触ロッド型アクチュエータの位置閉ルー
プ制御の一実施例を第１０図を用いて説明する。

ここでは進行方向位置検出器を設ける。そして、リニア
モータ磁極と進行方向位置検出器は固定枠に支持され固
定される。また、吸引用コイル２６゜２７の駆動回路や
ギャップ検出器とギャップ制御回路などは省略されてい
る。

図中、５１は現在位置と移動指令値との誤差を出力する
偏差カウンタ、５２はＤ／Ａコンバータ、５３はＰＩＤ
ｉｌｉ１節器などからなる制御器、５４は符号判別器で
あり、位相を進めるか遅らせるか、つまり、プラスかマ
イナスかの信号を出力する。５５は絶対値回路、５６は
位相出力器であり通常は９０″に固定しており、５７は
位相加減算器、５８．５９はＲＯＭ。

６０、６１はＤ／Ａ変換器、６２．６３は乗算器、６４
．６５は駆動アンプ、６６は進行方向位置検出器であり
、可動子４の歯に対する位相を検出する。波形は、例え
ば、正弦波、余弦波形として出力する。６７は位置変換
器であり、例えば、Ｒ／Ｄ　（レゾルバ／デジタル）コ
ンバータであり、現在位相出力を位相加減算器５７に出
力すると共に、速度出力を加算点６８に出力し、速度ル
ープを形成する。また、この位置変換器６７からは現在
位置信号を偏差カウンタ５１に出力し、位置ループを形
成する。

このように構成することにより、オーブンループ制御の
場合陥り易い脱調を防止をすることができる。

上記実施例においては、リニアモータ磁極を可動子を挟
んで上側に４個、下側にも４個配置し、対向する可動価
のそれぞれの面には歯列を形成するようにし、また、側
面には３個の補助電磁石を配設するようにしているが、
これらの構造は可動子の重量、形状に応じて種々の変形
を行うことができる０例えば、（１）第１１図に示されるように、固定子側の構成とし
ては、上側に１個のリニアモータ磁極２ｅを配設し、下
側に補助電磁石３ｇ〜３ｊの合計４個、側方に補助電磁
石３ｄ〜３ｆの合計３個の補助電磁石を配置する。可動
子４ａには上面側のみに歯列を形成する。また、図示さ
れないが、上側に２個、或いは３個のリニアモータ磁極
を配設するようにしてもよい。また、下側に配設される
リニアモータ磁極或いは補助電磁石の数及び配置も任意
に設計することができる。

（２）第１２図に示されるように、可動子４を挟んで上
側には進行方向にリニアモータ磁極２ｆ、２ｇの２個、
下側には横方向にリニアモータ磁極２ｈ。

２１の２個設け、側方には補助電磁石３ｄ〜３ｆの合計
３個のを配設するようにし、可動子４の上下両面には歯
列を形成するようにする。また図示されないが、可動子
４の上側に１個又は３個のリニアモータ磁極を設けるよ
うにすることができ、下側へのリニアモータ磁極或いは
補助電磁石の個数及び配置は適宜設計することができる
。

また、可動子に設けられる作動部はロンドに限定される
ものではなく、各種の形状に変形可能である。

更に、前記実施例ではデジタル制御の制御手段の例を示
したが、従来のＰＩＤＩＩ整をアナログ回路を用いて行
うことも可能である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明によれば、所定の間
隔で設置される複数の極片を有する芯部材を有し、該橋
片上に巻回される推進案内用コイルによって励磁される
推進案内用！ｔｆｆ極と該推進案内用磁極に隣接して芯
部材上に巻回される吸引用コイルによって励磁される吸
引用磁極とを一体化したリニアモータ磁極と、該リニア
モータ磁極と協働して磁場を発生する磁極を有する補助
電磁石とを具えた固定子と、前記固定子と対向し、少な
くとも一面に一定のピッチを有して整列した複数の歯列
が形成され、かつロンドを有する可動子と、前記固定子
と前記可動子間の相対変位を検出する変位検出手段と、
該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定子と前
記可動子間の間隙を調整し、かつ前記可動子の磁気浮上
状態での推進を行う制御手段とを具備するようにしたの
で、（１）作動部を有する可動子を非接触状態で推進可
能であり、その制御も極めて円滑である。

（２）作動部は可動子に設けられており、直接駆動型の
゛アクチュエータが構成され、その構成は簡単であり、
しかもコンパクトである。

（３）可動子に電気を供給するためのワイヤを接続する
必要がなく、可動子がワイヤをひくことがなく、可動子
の動きが円滑である。

（４）駆動のためには可動子には歯列を設けるだけでよ
く、推進案内用コイル及び吸引用コイルは固定子側に設
けられているからコイルの発熱は固定子側の熱伝導によ
り有効に吸収でき作動部の温度上昇をもたらすことがな
い。

（５）機械的な軸受を必要としないため、■塵埃が発生
しない。

■真空中においても使用できる。

■駆動源からの騒音や振動が発生しない。

■高精度の位置決めができる。

■給油などのメンテナンスが不要である。

このように、本発明によれば、種々の利点を有し、特に
、塵埃をきらう半導体工場やバイオテクノロジー関連工
場、或いは宇宙工場などの高真空雰囲気などの厳しい環
境下での使用に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す非接触ロンド型アクチ
ュエータの概略構成図、第２図はその要部説明図、第３
図はその全体構成図、第４図はリニアモータ磁極の動作
説明図、第５図は可動子の動作方向の説明図、第６図及
び第８図はマイクロステップ駆動電流波形図、第７図は
マイクロステップ駆動システム構成図、第９図は励磁シ
ーケンス図、第１０図は閉ループ制御システム構成図、
第１１図及び第１２図は他の実施例を示す電磁装置の配
置図、第１３図は重心位置検出手段を有する可動子制御
の説明図、第１４１ｍはその可動子制御のブロック図、
第１５図は一般のギャップ制御のブロック図、第１６図
及び第１８図は一般の可動子のＰＤ制御の説切回、第１
７図は一般の可動子制御のブロック図、第１９図は一般
の可動子のＰＩＤ制御の説明図である。１・・・固定枠、２．２ａ　〜２ｄ、２ａ’〜２ｄ’・
・・リニアモータ磁極、３，３ａ〜３Ｃ・・・補助磁石
、４・・・可動子、５・・・ロッド、６，６ａ〜６ｃ、
７゜７ａ〜７Ｃ・・・変位検出器、８・・・電子制御装
置、９・・・駆動回路、ＩＯ・・・電源、１１・・・基
準面、２１・・・芯部材、２２・・・第１磁極、２３・
・・第２磁挽、２４・・・第３磁極、２５・・・第４磁
極、２６．２７・・・吸引用コイル、２８〜３１・・・
推進案内用コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）（ａ）所定の間隔で設置される複数の極片を有する芯部
材を有し、該極片上に巻回される推進案内用コイルによ
って励磁される推進案内用磁極と該推進案内用磁極に隣
接して前記芯部材上に巻回される吸引用コイルによって
励磁される吸引用磁極とを一体化したリニアモータ磁極
と、該リニアモータ磁極と協働して磁場を発生する磁極
を有する補助電磁石とを具えた固定子と、（ｂ）前記固定子と対向し、少なくとも一面に一定のピ
ッチを有して整列した歯列が形成され、かつ作動部を有
する可動子と、（ｃ）前記固定子と前記可動子間の相対変位を検出する
変位検出手段と、（ｄ）該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記可動子間の間隙を調整し、かつ前記可動子の磁
気浮上状態での推進を行う制御手段とを具備することを
特徴とする非接触型アクチュエータ。
（２）前記制御手段は変位検出手段からの検出値に基づ
いて前記吸引コイルの励磁電流を変化させ前記固定子と
前記可動子間の間隙を調整するギャップ制御手段と、前
記推進コイルの電流を変化させ前記可動子の磁気浮上状
態での推進を行う推進制御手段とを具備することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の非接触型アクチュエ
ータ。
（３）前記リニアモータ磁極は前記可動子を挟んで両面
に配設するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の非接触型アクチュエータ。
（４）前記可動子の両面に配設されるリニアモータ磁極
は前記可動子の推進方向に対して線対称に均等に励磁さ
れるように配置したことを特徴とする特許請求の範囲第
３項記載の非接触型アクチュエータ。
（５）前記推進案内用コイルには正弦波状と余弦波状の
電流を供給し、これらの各相に流れる電流によりマイク
ロステップ駆動を行う手段を具備することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の非接触型アクチュエータ。
（６）前記マイクロステップ駆動時に変位検出手段によ
り前記可動子の進行方向の変位を検出し、その検出値に
基づいて一定の励磁進み角となるようにクローズドルー
プ制御を行う手段を具備することを特徴とする特許請求
の範囲第５項記載の非接触型アクチュエータ。
（７）前記可動子の進行方向に配設される複数のリニア
モータ磁極間の各励磁位相をπ／４ずらすように配置し
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非接触
型アクチュエータ。
（８）前記変位検出手段は、上下動、左右動、ヨーイン
グ、ピッチング及びローリングの状態を検出し、該検出
値に基づいて前記可動子を前記制御手段によって予め設
定された位置に制御する手段を具備することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の非接触型アクチュエータ
。
（９）前記制御手段は、前記可動子の重心位置を検出す
る手段と、該検出された重心位置を記憶する手段と、そ
の重心位置と前記固定子の変位を積算して絶対位置とし
、その絶対位置情報から重心を各磁極で支えるための各
磁極の吸引力を算出し、該算出値に適合するように各磁
極の励磁電流を調整する重心位置制御手段を具備するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非接触型ア
クチュエータ。
（１０）前記制御手段は前記可動子の制御開始時に各磁
極のギャップを所定値に保持し、この状態における各磁
極の励磁電流を検出し、その電流値から各磁極に働いて
いる吸引力を算出し、それらの吸引力に基づいて可動子
の重心位置を検出する手段を具備することを特徴とする
特許請求の範囲第９項記載の非接触型アクチュエータ。