JP2000312464A - 複合リニアモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の送り駆動装置の駆動源にリニアモ
ータを用いる場合、リニアモータの持つコギング推力が
加工精度に悪影響を与える。 【解決手段】 工作機械の移動テーブル９に３組のリニ
アモータ可動子８ａ、８ｂ、８ｃを固定し、一方ベース
５に３組のリニアモータ固定子４ａ，４ｂ，４ｃを固定
し、３組のリニアモータによって移動テーブル９を並列
駆動する。各リニアモータ固定子４ａ，４ｂ，４ｃのベ
ース５への固定位相を電気角で６０度ずつずらし、コギ
ング推力を平準化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数台のリニアモー
タを並列運転させた複合リニアモータ、例えば工作機械
の移動テーブル等を駆動するための複合リニアモータに
関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の移動テーブルを駆動するため
の従来における複合リニアモータを図４に示す。

【０００３】ここで、工作機械における主軸、刃物台な
どを取り付けるためのテーブルを移動テーブルと定義す
る。

【０００４】本従来技術は、複合リニアモータの例とし
て、３台のリニアモータを並列運転させる装置を示して
いる。

【０００５】この従来装置は可動ストローク制限用のテ
ーブルストッパ１、リニアガイドレール２、位置検出器
３、リニアモータ固定子４ａ、４ｂ、４ｃが固定された
ベース５と、リニアガイド６、位置検出器読取部７、リ
ニアモータ可動子８ａ、８ｂ、８ｃが取り付けられた移
動テーブル９から構成される工作機械部と、ＮＣ装置１
０、サーボ制御部１１、電流分配演算部１２、電流増幅
器１３ａ、１３ｂ、１３ｃから成るＮＣ制御部により構
成される。但し、移動テーブル下部取付け部品の説明の
ため移動テーブル９を透視図としている。

【０００６】また、本従来技術例では、固定子、可動子
が各々磁石と巻線で構成されるリニアモータを３台採用
しているが、これ以外の組み合わせ、例えば、巻線と磁
石、巻線と巻線で構成されるリニアモータを採用するこ
ともできる。

【０００７】ここで、移動テーブル９の送り制御は、位
置指令を指令するＮＣ装置１０、この位置指令と位置検
出器読取部７からの現在位置により電流指令を演算する
サーボ制御部１１、この現在位置に基づきモータ各相の
電流分配指令を前記電流指令より演算する電流分配演算
部１２、この電流分配指令により前記リニアモータ可動
子８ａ、８ｂ、８ｃに流す各相の電流を電流増幅器１３
ａ、１３ｂ、１３ｃにより作り出すことにより行われ
る。

【０００８】また、この従来技術の例では３台のリニア
モータを並列運転しているが、より大きな推力が要求さ
れる場合には、４台目以降のリニアモータを増設するこ
とも可能な構成となっている。具体的には、４台目のリ
ニアモータに該当するリニアモータ固定子、リニアモー
タ可動子、電流増幅器を追加することで、容易に高推力
テーブル送り機構を実現できる構成である。

【０００９】いずれの場合においても、この従来装置で
は、単一の移動テーブル９を複数のリニアモータによっ
て駆動することができ、このために複数のリニアモータ
は同時に並列運転される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】工作機械の送り駆動装
置の駆動源にリニアモータを用いる場合、リニアモータ
の持つコギング推力が加工精度に影響し、特に、高精
密、高精度加工の場合には、コギング推力をできるだけ
抑制することが要求される。但し、ここで言うコギング
推力とは、ロータリーモータにおけるコギングトルクに
相当するものである。

【００１１】しかしながら一般に、リニアモータは、そ
の構造上有限なストロークを持ち、回転型モータの様に
環状に可動子を配置することができず、必ず両端が存在
するためコギング推力の抑制には限界があるという欠点
を持っている。

【００１２】特に、高推力を得るために前述の従来技術
に従い複数台のリニアモータを並列で運転すると、各リ
ニアモータのコギング推力位相が一致するためリニアモ
ータの台数に比例してコギング推力が大きくなるという
課題があった。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の課
題を解決するために、複数のリニアモータを同時に並列
運転して移動体を駆動する複合リニアモータにおいて、
複数のリニアモータをｉ組にグループ分けし、各組ごと
に固定子又は可動子の設定位相をモータ電気角で３６０
度／２×ｉ度ずらして配置したことを特徴とする。

【００１４】また、本発明にかかる複合リニアモータ
は、移動体の移動位置を検出する単一の位置検出器と、
各組のリニアモータごとに設けられた電流分配演算部と
を含み、各電流分配演算部は、前記位置検出器の位置検
出情報と各リニアモータのずれ角度に基づき、対応する
リニアモータに最適な通電電流を演算することを特徴と
する。

【００１５】さらに、本発明は、移動体を直線移動させ
る案内手段とＮ（Ｎは自然数）台のリニアモータを組み
合わせたリニアモータ駆動装置のＮ台のリニアモータを
ｊ（ｊは自然数）台、ｉ（ｉ≧２の自然数）組、のグル
ープに分け、Ｎ＝ｉ×ｊという関係を成立させ、ｉ組か
らなるグループ内のｋ（ｋは自然数、但し１≦ｋ≦ｉ）
組目のリニアモータを、ｋ＝１とおいて求められる第一
組目のリニアモータのモータ電気角に対するずれ角度ψ
（ｋ）を以下の式で定める。

【００１６】 ψ（ｋ）＝３６０×（ｋ−１）／（２×ｉ）（度）‥‥‥‥‥‥‥‥（１） この（１）式で算出されたずれ角度ψ（ｋ）分、各リニ
アモータのモータ電気角をずらして組み込む事で、各リ
ニアモータのコギング推力をトータルで相殺させ課題の
解消を行う。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図１、２に示
す。

【００１８】本実施形態は、従来技術にて説明した３台
のリニアモータからなる工作機械の移動テーブル駆動装
置に本発明を適用したものであり、移動テーブルストロ
ーク制限用のテーブルストッパ１、リニアガイドレール
２、位置検出器３、リニアモータ固定子４ａ、４ｂ、４
ｃが固定されたベース５と、リニアガイド６、位置検出
器読取部７、リニアモータ可動子８ａ、８ｂ、８ｃが取
り付けられた移動テーブル９から構成される工作機械部
と、ＮＣ装置１０、サーボ制御部１１、電流分配演算部
として示されたサーボ駆動部１２ａ、１２ｂ、１２ｃか
ら成るＮＣ制御部により構成される。本実施の形態で
は、固定子、可動子が各々磁石と巻線で構成されるリニ
アモータを３台採用しているが、これ以外の組み合わ
せ、例えば、巻線と磁石、巻線と巻線で構成されるリニ
アモータについても同様に構成できる。

【００１９】次に、本発明における各リニアモータの設
定位相ずれについて説明する。

【００２０】図１の実施形態における３台のリニアモー
タにおいて、Ｎ＝３、ｉ＝３、ｊ＝１として前述した
（１）式を用いると、 ψ（ｋ）＝６０×（ｋ−１）（度）‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（１−１） が得られ、ｋ＝１は第一リニアモータ、ｋ＝２は第二リ
ニアモータ、ｋ＝３は第三リニアモータをそれぞれ表
し、各々０度、６０度、１２０度と求められる。

【００２１】また、グループに分けたリニアモータの組
数ｉと各リニアモータのずれ角度ψ（ｋ）についての関
係を以下に示す。

【００２２】１）ｉ＝２の場合 ψ（１）＝０（度）、ψ（２）＝９０（度） ２）ｉ＝３の場合 ψ（１）＝０（度）、ψ（２）＝６０（度）、ψ（３）
＝１２０（度） ３）ｉ＝４の場合 ψ（１）＝０（度）、ψ（２）＝４５（度）、ψ（３）
＝９０（度）、ψ（４）＝１３５（度） 以下、ｉ＝ｎの場合の一般式は、 ψ（１）＝０（度）・・・ψ（ｋ）＝３６０×（ｋ−
１）／（２×ｎ）（度）・・・ψ（ｎ）＝３６０×（ｎ
−１）／（２×ｎ）（度） 但し、１≦ｋ≦ｎとする。

【００２３】よって、リニアモータの総台数Ｎ＝６の場
合、ｉ＝２でｊ＝３、ｉ＝３でｊ＝２、ｉ＝６でｊ＝１
という３種類の実現方法が存在することが分かる。

【００２４】本実施形態である、図１においては、固定
子の取付位置をずらし上記ずれ角度を作り出しており、
第一リニアモータの固定子取付位置から見て第二リニア
モータの固定子は、モータ電気角６０度に相当する図１
の区間１４に、第三リニアモータの固定子は、モータ電
気角１２０度の相当する区間１５に相当する位置に固定
している。尚、図１中の区間１６は、リニアモータの磁
極ピッチの相当する距離、区間１７は、リニアモータの
モータ電気角１周期に相当する距離を表す。

【００２５】尚、上述した固定子をずらす方法以外に、
可動子をずらす方法、可動子／固定子共にずらす方法が
あるが基本原理は同じである。

【００２６】図２は、本実施形態のリニアモータ駆動装
置を移動テーブル中央から切断した断面図であり、図１
で示した構成要素の位置関係を表している。

【００２７】図３は、本実施形態で使用したリニアモー
タのコギング推力波形を示す図である。ここで、リニア
モータのコギング推力は、磁石ピッチを１周期とした周
期性のある波形であり、モータ電気角の関数として表す
ことができ、図中の縦軸は推力、横軸はリニアモータの
位置によるモータ電気角度を示している。

【００２８】また、上記リニアモータの固定子の具体的
な取付寸法は、図１において仮に磁極ピッチ距離１６を
３０ｍｍとすると、モータ電気角１周期に相当する距離
１７が６０ｍｍとなる。これより、第一リニアモータ、
第二リニアモータの固定子間距離は、前記（１）式で求
められたモータ電気角６０度に相当する１０ｍｍ、第一
リニアモータ、第三リニアモータの固定子間距離は、モ
ータ電気角１２０度に相当する２０ｍｍとなり、各々１
０ｍｍ、２０ｍｍずらして組付けることで３台のリニア
モータ間で、コギング推力が相殺されコギング推力特性
が改善される。

【００２９】次に上記実施形態における通電電流の制御
について説明する。複数台のリニアモータを１つのＮＣ
装置１０を用いて制御する場合、図４の従来技術のよう
に１つの電流分配演算部１２で演算した電流指令を各モ
ータ用の電流増幅器１３ａ〜１３ｃに与えると、前述の
コギング推力を改善するためリニアモータ毎にモータ電
気角をずらしたため、３台中２台のリニアモータには、
最適通電電流が流れずモータ推力が低下し、総推力が低
下するという問題が発生する。

【００３０】ここで、リニアモータの通電電流に対する
モータ電気角のずれをθ（度）とし、ずれが無い場合の
推力を１とし正規化した推力Ｆ（０≦Ｒ≦１）で表すと
以下の様になる。

【００３１】 Ｆ＝ｃｏｓθ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（２） 上述した３台のリニアモータに通電する通電電流を第二
リニアモータのモータ電気角に一致させ（２）式を使っ
て、全体のリニアモータ推力Ｆａを計算すると、 Ｆａ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３ ＝ｃｏｓ（−６０）＋ｃｏｓ（０）＋ｃｏｓ（６０） ＝０．５＋１＋０．５ ＝２ ここで、 Ｆ１：第一リニアモータの推力 Ｆ２：第二リニアモータの推力 Ｆ３：第三リニアモータの推力 を表す。

【００３２】つまり、３台のリニアモータに同一通電電
流を流した場合、全体の推力Ｆａは、リニアモータ２台
に相当する推力しか得られないことになる。

【００３３】よって、図１の本実施形態における移動テ
ーブル９の送り制御は、位置指令を指令するＮＣ装置１
０、この位置指令と位置検出器読取部７からの現在位置
により電流指令を演算するサーボ制御部１１、予めリニ
アモータのモータ電気角のずれ角度を設定し、設定され
たずれ角度と前記現在位置に従いモータ各相の電流分配
指令の演算を行う３台の電流分配演算部１２ａ、１２
ｂ、１２ｃを各リニアモータ毎に設け、この電流分配指
令により３台のリニアモータ可動子８ａ、８ｂ、８ｃに
流すモータ各相の電流を電流増幅器１３ａ、１３ｂ、１
３ｃにより作り出すことで行われる。

【００３４】

【発明の効果】１台のリニアモータが持つコギング推力
を複数台のリニアモータを異なる設定位相で組み合わせ
て使う事により、コギング推力を大幅に低減でき、高精
度加工が可能になる。

【００３５】また、本発明で使用する可動子と固定子を
一組としたリニアモータは、複数台組み合わせて効果が
得られるので、リニアモータ単体に特別な磁石配置や巻
線構造を採用する必要が無いため、製造しやすいものと
なり、生産性、コスト的に大変有利となる。さらに本発
明を用いることにより、各モータに専用の位置検出器を
用意することなく、１つの位置検出器を使用した駆動装
置においても複数台のモータの合計推力を低下させない
という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明を３台のリニアモータからなる複合リ
ニアモータに適用した実施形態における工作機械の移動
テーブル上面から見た機構部構成と制御部ブロックを表
す図である。

【図２】 図１における機構部構成を側面から見た断面
を表す図である。

【図３】 １台のリニアモータのコギング推力波形を表
す図である。

【図４】 従来技術における、３台のリニアモータを用
いた複合リニアモータの移動テーブル上面から見た機構
部構成と制御部ブロックを表す図である。

【符号の説明】

１ テーブルストッパ、２ リニアガイドレール、３
位置検出器、４ａ，４ｂ，４ｃ リニアモータ固定子、
５ ベース、７ 位置検出器読取部、８ａ，８ｂ，８ｃ
リニアモータ可動子、９ 移動テーブル、１０ ＮＣ
装置、１１ サーボ制御部、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
電流分配演算部、１４ 第二リニアモータのずらし量
（モータ電気角６０度に相当する距離）、１５ 第三リ
ニアモータのずらし量（モータ電気角１２０度に相当す
る距離）、１６ リニアモータ磁極ピッチ（モータ電気
角１８０度に相当する距離）、１７ リニアモータのモ
ータ電気角１周期、３６０度に相当する距離。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江場 浩二 愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地の １ オークマ株式会社大口工場内 (72)発明者 北河 勝義 愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地の １ オークマ株式会社大口工場内 (72)発明者 宮本 恭祐 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 長瀬 喬 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 Ｆターム(参考） 5H641 BB03 BB06 BB16 BB18 BB19 GG02 GG03 HH02 HH03 HH04 JA09

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のリニアモータを同時に並列運転して
   移動体を駆動する複合リニアモータにおいて、 複数のリニアモータをｉ組にグループ分けし、各組ごと
   に固定子又は可動子の設定位相をモータ電気角で３６０
   度／２×ｉ度ずらして配置したことを特徴とする複合リ
   ニアモータ。
2. 【請求項２】請求項１記載の複合リニアモータにおい
   て、 移動体の移動位置を検出する単一の位置検出器と、 各組のリニアモータごとに設けられた電流分配演算部
   と、 を含み、各電流分配演算部は、前記位置検出器の位置情
   報と各リニアモータのずれ角度に基づき、対応するリニ
   アモータに最適な通電電流を演算することを特徴とする
   複合リニアモータ。