JPH0433565A - Polyphase drive type linear brushless dc motor - Google Patents
Polyphase drive type linear brushless dc motorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はロボット、X−Yステージ等の位置決めに用い
られる多極形直流リニアモータに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a multipolar DC linear motor used for positioning robots, XY stages, etc.
多極形直流リニアモータの基本的な構造と、その駆動方
法については、たとえば「電気学会編:リニアモータと
その応用、電気学会(昭和59年)」9頁〜10真に示
されている。このモータは多極着磁された永久磁石と、
複数個のコイルとから構成されて、長ストロークにわた
り一定方向に推力を発生して移動するものであるが、位
置による推力変動を極力小とするため、磁石との相対位
置の変化に従って駆動電流を変化させるなどの工夫が行
われている。The basic structure of a multi-polar DC linear motor and its driving method are described, for example, in "IEE of Japan: Linear Motors and Their Applications," IEEJ (1982), pp. 9-10. This motor uses multi-pole magnetized permanent magnets,
It is composed of multiple coils and moves by generating thrust in a constant direction over a long stroke.In order to minimize the fluctuation of thrust due to position, the drive current is adjusted according to the change in relative position with the magnet. Efforts are being made to change this.
この形式のリニアモータを可動電機子形3相ブラシレス
モータとして構成した具体例を第4図に示す。第4図(
a)は固定子(界磁永久磁石)、可動子(電機子コイル
)、および磁極検出用ホール素子の配置を示す斜視図、
第4図(b)は相対位置関係をより詳細に示す側面図で
ある。A specific example of this type of linear motor configured as a movable armature three-phase brushless motor is shown in FIG. Figure 4 (
a) is a perspective view showing the arrangement of a stator (field permanent magnet), a mover (armature coil), and a Hall element for magnetic pole detection;
FIG. 4(b) is a side view showing the relative positional relationship in more detail.
第4図において、1は絶縁物からなる可動子基板、21
,22.23はその上に配置された電機子コイル、31
,32.33は磁極検出用ホール素子である。また、4
,6は固定子ヨーク、51〜58は固定子ヨーク4の上
に配列された界磁永久磁石、71〜78は固定子ヨーク
6の」二に配列された界磁用永久磁石である。固定子ヨ
ーク4および6は、可動子基板1を挟み込むように構成
されており、1は、図示しないがリニアスライダに取付
けられて矢印方向への往復運動が可能になっている。In FIG. 4, 1 is a mover substrate made of an insulator, 21
, 22.23 is the armature coil placed thereon, 31
, 32 and 33 are Hall elements for magnetic pole detection. Also, 4
, 6 are stator yokes, 51 to 58 are field permanent magnets arranged on the stator yoke 4, and 71 to 78 are field permanent magnets arranged on the second side of the stator yoke 6. The stator yokes 4 and 6 are configured to sandwich the movable base plate 1, and the movable base plate 1 is attached to a linear slider (not shown) so as to be able to reciprocate in the direction of the arrow.
界磁用永久磁石の配置は図のようになっているので、た
とえば磁石56と76の間の部分には」二向きの磁界I
(ヤが、また磁石57と77の間の部分には下向きの磁
界11−が発生しており、他の磁石間も同様にして、上
下方向の交番磁界が発生している。その繰返しピッチは
磁石の幅に等しくTである。Since the field permanent magnets are arranged as shown in the figure, for example, in the area between magnets 56 and 76, there is a magnetic field I in two directions.
(Also, a downward magnetic field 11- is generated between the magnets 57 and 77, and an alternating magnetic field in the vertical direction is generated similarly between the other magnets.The repetition pitch is T is equal to the width of the magnet.
つぎに、電機子コイル31等を励磁するための回路を第
5図によって説明する。第4図に示した本構成例では、
電機子コイルおよびホール素子は3組あり、3相駆動が
出来るようになっているが、本回路はそのうちの1相分
に対応するものである。Next, a circuit for exciting the armature coil 31 etc. will be explained with reference to FIG. In this configuration example shown in Fig. 4,
There are three sets of armature coils and Hall elements, and three-phase drive is possible, and this circuit corresponds to one phase of them.
図において、21は電機子コイル、31はホール素子、
10はオペアンプ、11および12は出力I・ランジス
タである。他の2相分の回路も同様であって、電源子V
cc、−Vccは共用され、指令電圧Eも共通に印加さ
れる。In the figure, 21 is an armature coil, 31 is a Hall element,
10 is an operational amplifier, and 11 and 12 are output I transistors. The circuits for the other two phases are similar, and the power supply V
cc and -Vcc are shared, and command voltage E is also commonly applied.
いま、必要とするある推力およびその方向に対応した指
令電圧Eが印加されているとする。ホール素子31が磁
界を受けると磁界に比例した出力電圧が現れ、これがオ
ペアンプ10で増幅され、さらにトランジスタ11,1
.2により増幅されて、電機子コイル21には駆動電流
が流れる。この電流の大きさ、方向は、ホール素子31
の出力電圧の大きさ、極性に比例したものとなるように
構成されている。したがって、この電流の大きさ、方向
は、指令電圧Eの大きさ、方向と、ホール素子31の受
ける磁界の大きさ、方向に比例したものとなる。It is now assumed that a command voltage E corresponding to a certain required thrust force and its direction is being applied. When the Hall element 31 receives a magnetic field, an output voltage proportional to the magnetic field appears, which is amplified by the operational amplifier 10, and further by transistors 11 and 1.
.. 2, a driving current flows through the armature coil 21. The magnitude and direction of this current are determined by the Hall element 31
The output voltage is proportional to the magnitude and polarity of the output voltage. Therefore, the magnitude and direction of this current are proportional to the magnitude and direction of the command voltage E and the magnitude and direction of the magnetic field received by the Hall element 31.
第4図(b)を用いてさらに詳細を述べる。可動子と固
定子との相対位置が図のようであるとき、電機子コイル
21は、磁石51.71と、磁石52.72の双方にま
たがった状態にある。コイル21の中で、可動子の移動
可能な方向と直交する部分21Aは、磁石51.71に
よって生ずる下向きの磁界H−の中におかれており、ま
た電機子コイルの部分21Bは、磁石52.72によっ
て生ずる上向きの磁界H+の中におかれている。また、
ホール素子31も電機子コイルの部分21Bと同じく上
向きの磁界1(ヤの中におかれている。Further details will be described using FIG. 4(b). When the relative positions of the mover and stator are as shown in the figure, the armature coil 21 is in a state spanning both the magnets 51.71 and 52.72. The part 21A of the coil 21 perpendicular to the movable direction of the armature is placed in the downward magnetic field H- generated by the magnet 51.71, and the part 21B of the armature coil is placed in the downward magnetic field H- generated by the magnet 52. It is placed in an upward magnetic field H+ generated by .72. Also,
The Hall element 31 is also placed in the upward magnetic field 1, like the armature coil portion 21B.
この状態のときにホール素子31の出力によって生ずる
(第5図の回路により増幅されて生ずる)電機子コイル
の電流方向が第4図(b)で◎。In this state, the direction of the current in the armature coil generated by the output of the Hall element 31 (generated by being amplified by the circuit in FIG. 5) is shown in FIG. 4(b).
×で示したものとなるように、指令電圧Eが設定されて
いるとすれば、電機子コイルの部分21Aおよび21B
はともに右方向に力を受ける。この力により可動子が右
に移動するが、T/2だけ動くと電機子コイルの部分2
1A、21Bおよびホール素子31はいずれも交番磁界
の磁界−〇の領域に来るためにホール素子出力はゼロ、
従って電機子コイルに流れる駆動電流もゼロとなり、こ
の点では推力は発生しない。慣性によって可動子がさら
に右に移動すると、交番磁界の隣の領域に入るため、電
機子コイルの部分2LA、2]、Bの受ける磁界は逆転
するが、ホール素子31の受ける磁界も逆転し、したが
って電機子コイルの駆動電流も逆転するために、電機子
コイル21の受ける力は依然として右向きであり、可動
子は右への移動を継続する。If the command voltage E is set as shown by ×, then the armature coil parts 21A and 21B
Both receive force in the right direction. This force moves the mover to the right, but when it moves by T/2, the armature coil part 2
1A, 21B and the Hall element 31 are all in the magnetic field -0 region of the alternating magnetic field, so the Hall element output is zero.
Therefore, the drive current flowing through the armature coil also becomes zero, and no thrust is generated at this point. When the mover moves further to the right due to inertia, it enters the area next to the alternating magnetic field, so the magnetic field received by the armature coil parts 2LA, 2] and B is reversed, but the magnetic field received by the Hall element 31 is also reversed. Therefore, since the drive current of the armature coil is also reversed, the force received by the armature coil 21 is still directed to the right, and the movable element continues to move to the right.
電機子コイル21のみについて見れば、その右向きの力
は最大値とゼロの間を繰返し変動する。Looking only at the armature coil 21, its rightward force repeatedly fluctuates between the maximum value and zero.
変動の周期は、磁石幅Tである。しかし可動子には電機
子コイル22.23も取りつけられており、これらの磁
石に対する相対位置は位相的にT/3ずつずれているた
めに、合計した右向きの推力は変動が平均化される。と
くに、もし交番磁界が■]十→0→I−(−の間で正弦
波的に変化するよう構成したときは、合計した推力には
変動は全く現れない。The period of variation is the magnet width T. However, armature coils 22 and 23 are also attached to the mover, and their relative positions with respect to the magnets are phase-shifted by T/3, so that fluctuations in the total rightward thrust are averaged out. In particular, if the alternating magnetic field is configured to vary sinusoidally between 10 → 0 → I-(-), no fluctuation will appear in the total thrust.
指令電圧の極性を逆転すれば推力の方向は左向きとなる
。また推力の大きさは指令電圧に比例して変化する。If the polarity of the command voltage is reversed, the direction of thrust will be to the left. Further, the magnitude of the thrust changes in proportion to the command voltage.
以上は、電機子コイルが3個あり、その磁石に対する相
対位置はT/3ずつずれて配置された、いわゆる3相駆
動力式を例にとって説明した。電機子コイルをN個設け
、その磁石に対する相対位置をT/Nずつずらせて配置
すると、これはNが3より犬となるに従って推力はより
平均化され、とくに界磁磁石による交番磁界が正弦波的
に変化するよう構成すれば推力変動は全く現れない。The above description has been made using a so-called three-phase driving force type as an example, in which there are three armature coils, and the relative positions of the armature coils with respect to the magnets are shifted by T/3. If N armature coils are provided and their relative positions with respect to the magnets are shifted by T/N, the thrust becomes more average as N becomes smaller than 3, and especially when the alternating magnetic field from the field magnet becomes a sine wave. If the configuration is configured so that the thrust force changes in a consistent manner, no thrust fluctuations will occur at all.
以」ユに多相駆動方式リニアプレシレスモータの具体的
構成例を示した。この方式は、界磁永久磁石による交番
磁界の分布を正弦波に近づけられれば、きわめて推力変
動の小さいすぐれた特性を得ることができる。A specific example of the configuration of a multi-phase drive type linear precision motor is shown below. This system can provide excellent characteristics with extremely small thrust fluctuations if the distribution of the alternating magnetic field caused by the field permanent magnet can be made close to a sine wave.
しかし分布を正弦波に近づけることはマイナスの面もあ
る。界磁永久磁石の形状寸法、配置等を適切にすること
により近づけることが可能であるが、磁気回路の加工コ
ストの増加、磁石の利用効率の低下などが現れて来る。However, there are downsides to making the distribution closer to a sine wave. Although it is possible to approximate this by optimizing the shape, size, arrangement, etc. of the field permanent magnets, this results in an increase in the processing cost of the magnetic circuit and a decrease in the efficiency of magnet use.
また、交番磁界の分布が台形波に近いものであっても、
相数を大きくすれば推力変動を小さくすることが可能で
ある。Furthermore, even if the distribution of the alternating magnetic field is close to a trapezoidal wave,
By increasing the number of phases, it is possible to reduce thrust fluctuations.
しかし相数を大きくするためには、電機子コイルの数を
増す必要があり、コストの増加を招くことになる。However, in order to increase the number of phases, it is necessary to increase the number of armature coils, which leads to an increase in cost.
発明者らは、界磁永久磁石と、磁極検出用ホール素子に
磁界を与える位置情報用永久磁石とを分離することによ
り解決することをはかった。すなわち、従来の技術によ
れば、界磁永久磁石と、位置情報用永久磁石とは一般に
兼用されており、かつ界磁永久磁石による動作方向のの
磁界分布は台形波に近いものであった。この場合、推力
の変動が大きいが、発明者らは、実験と計算機シミュレ
ーションの結果から、位置情報用永久磁石と界磁永久磁
石とを機能的に分離し、かつ位置情報用永久磁石による
界磁分布を正弦波、ないしこれに近い適切な形状とする
ことによって、推力変動を著しく小さくなし得ることを
発見したのである。また、界磁用永久磁石は、大推力を
得るために、強力な磁石を、飽和着磁して用いるように
構成されているのが通常であるが、位置情報用永久磁石
は磁極検出用ホール素pを動作させる程度の着磁て充分
であるため、磁界分布が正弦波に近いものとなるように
着磁調整、あるいは形状の選択の行い易いものを選定す
ることができ、自由度が大きくなる。The inventors attempted to solve the problem by separating the field permanent magnet and the position information permanent magnet that applies a magnetic field to the magnetic pole detection Hall element. That is, according to the conventional technology, the field permanent magnet and the position information permanent magnet are generally used together, and the magnetic field distribution in the operating direction of the field permanent magnet is close to a trapezoidal wave. In this case, the fluctuation of the thrust force is large, but based on the results of experiments and computer simulations, the inventors have functionally separated the permanent magnet for position information and the field permanent magnet, and They discovered that by making the distribution into a sine wave or an appropriate shape close to this, thrust fluctuations could be significantly reduced. In addition, permanent magnets for field use are usually configured to use strong magnets with saturation magnetization in order to obtain large thrust, but permanent magnets for position information use holes for magnetic pole detection. Since the magnetization is sufficient to operate the element p, it is possible to adjust the magnetization so that the magnetic field distribution is close to a sine wave, or select a shape that is easy to select, giving a large degree of freedom. Become.
実施例の説明に先立塾、本発明の基本的考え方について
述べる。Before explaining the embodiments, the basic idea of the present invention will be described.
まず、第6図は、界磁永久磁石による磁界分布の代表的
な例を示したものである。同図(a)は磁界分布、同図
(1))は磁石の〜」法である。磁界分布は同図(b)
に1点鎖線で示した中心軸に沿って測定したが、周辺部
でも略同様であった。この例では、磁石の幅15mmに
対して略10mmの区間で磁界が最大となる台形波的な
分布を示している。本発明は、このような台形波的磁界
分布に対して、推力変動を低減することを可能にしたが
、以下に従来の構成における推力変動を第7図〜第9図
を用いて、また本発明の構成を用いたときの推力変動を
、第10図〜第11図を用いて説明する。First, FIG. 6 shows a typical example of the magnetic field distribution due to the field permanent magnet. Figure (a) shows the magnetic field distribution, and figure (1)) shows the magnetic field distribution. The magnetic field distribution is shown in the same figure (b).
Measurements were made along the central axis indicated by the dashed-dotted line, but the results were approximately the same at the periphery. This example shows a trapezoidal wave distribution in which the magnetic field is at its maximum in a section of approximately 10 mm for a magnet width of 15 mm. The present invention has made it possible to reduce thrust fluctuations in response to such a trapezoidal wave magnetic field distribution. Below, thrust fluctuations in the conventional configuration are shown in FIGS. Thrust force fluctuations when using the configuration of the invention will be explained using FIGS. 10 and 11.
第7図は、第4図、第5図を用いてさきに説明した、従
来構成のりニアモータの、1相分のコイルだけを抜出し
て示したものである。動作原理は前述のとおりである。FIG. 7 shows only one phase of the coil of the conventional linear motor described above with reference to FIGS. 4 and 5. The operating principle is as described above.
同図(a)は、可動電機子コイル21′、固定界磁永久
磁石51′〜54′、磁界検出用ホール素子31′の位
置関係を示す側面図、同図(b)は可動電機子コイル2
1′および磁界検出用ホール素r3」′に加わる界磁永
久磁石51′〜54′による磁界の状態を示す断面図で
ある。同図(a)に示したように電機子コイル21′は
巻幅Wをもっているが、基本動作の説明にあたってはこ
れを省略しく同図(b)に示すように巻幅はなく、コイ
ル中心線部に電流が集中して流れるものとし)で述べる
。Figure (a) is a side view showing the positional relationship of the movable armature coil 21', fixed field permanent magnets 51' to 54', and magnetic field detection Hall element 31', and figure (b) is a side view of the movable armature coil 21', fixed field permanent magnets 51' to 54', and magnetic field detection Hall element 31'. 2
FIG. 1 is a sectional view showing the state of the magnetic field caused by field permanent magnets 51' to 54' applied to Hall element r3'' and Hall element r3'' for magnetic field detection. As shown in Figure (a), the armature coil 21' has a winding width W, but this will be omitted in explaining the basic operation, and as shown in Figure (b), there is no winding width and the coil center Assume that the current flows in a concentrated manner in the area).
第7図において、コイル21′に働く推力Fは、F−−
に+N iBi (1)で表される。In FIG. 7, the thrust force F acting on the coil 21' is F--
is expressed as +N iBi (1).
ここでに1は定数、Nはコイル巻数、iはコイルを流れ
る電流、I3Iはコイルの置がれる部分の磁束密度であ
る。Here, 1 is a constant, N is the number of turns of the coil, i is the current flowing through the coil, and I3I is the magnetic flux density of the part where the coil is placed.
また、コイルを流れる電流jは、
1 = K 2 I32 (2)
である。ここで、N2は定数、B2はホール素子31′
が置かれている部分の磁束密度である。Also, the current j flowing through the coil is 1 = K 2 I32 (2)
It is. Here, N2 is a constant, B2 is the Hall element 31'
is the magnetic flux density in the area where is placed.
したがって(]−)(2)をまとめれば、 F=
に1に2 N BI32 (3)となる。K
、、に2.Nは構造が定まれば定まるがらY?はB1ど
I32の積の形で変形することになる。Therefore, if we put together (]−)(2), we get F=
1 to 2 N BI32 (3). K
,,2. N will be determined once the structure is determined, but Y? is transformed into the product of B1 and I32.
従来の構成によるリニアモータでは界磁永久磁石と、位
置情報用永久磁石とは兼ねられているので、I32−f
3 、であり、したがって、FはB、2に比例する。In a linear motor with a conventional configuration, the field permanent magnet and the position information permanent magnet are both used, so I32-f
3, and therefore, F is proportional to B,2.
第8図はコイルの位置が0≦X≦1゛の間で変化するど
きのXとBl、B2.Fどの関係を示すJ1算結果であ
る。I3□、B2.Fは何れも無次元化し、とりうる最
大値を1とする比率で示しである。また台形の程度は、
第6図の具体例に示したと同様の、台形の平坦部分が磁
石ピッチを′rとしたとき2T/3であるものとしてい
る。(3)式がら明かなように、このような台形の磁束
分布の場合、推力Fは0から最大値までの間で周期変動
を繰り=1]−
返すが、 (3)式による計算の結果、変動は第8図に
示すようなパターンで繰返される。FIG. 8 shows X, Bl, B2, . This is the J1 calculation result showing the relationship between F and F. I3□, B2. All F is dimensionless and is expressed as a ratio with the maximum possible value being 1. Also, the degree of trapezoid is
Similar to the example shown in FIG. 6, it is assumed that the flat part of the trapezoid has a magnet pitch of 2T/3, where 'r is the magnet pitch. As is clear from equation (3), in the case of such a trapezoidal magnetic flux distribution, the thrust force F repeatedly fluctuates periodically from 0 to the maximum value = 1]-, but the result of calculation using equation (3) is , the fluctuations are repeated in a pattern as shown in FIG.
このような大きな推力変動を平均化するために多数個の
電機子コイルを少しずつずらせて配置する、いわゆる多
相駆動方式が採用されるわけである。第9図は、3相駆
動力式としたときの位置と推力との関係を示すN1算結
果である。依然としてかなり大きく推力変動が認められ
る。In order to average out such large thrust fluctuations, a so-called multi-phase drive system is adopted in which a large number of armature coils are arranged in a slightly shifted manner. FIG. 9 shows the N1 calculation results showing the relationship between position and thrust when using a three-phase driving force formula. Thrust fluctuations are still quite large.
つぎに、本発明の効果を示す計算例を示そう。Next, a calculation example showing the effects of the present invention will be shown.
第10図は、界磁永久磁石と、位置情報用永久磁石とを
別なものとし、位置に刻するB1の変化は第8図と同じ
台形波であり、位置に対するB2の変化は正弦波である
ようにしたときの、コイルの位置Xと、B+、Ba、F
との関係を計算したものである。また、第11図は、こ
れを3相駆動力式としたときの位置と推力との関係を示
す計算結果である。第8図、第9図に示した従来の構成
の場合に比べて推力変動の低減に大きな効果のあること
は明かである。In Figure 10, the field permanent magnet and the permanent magnet for position information are separate, and the change in B1 that marks the position is the same trapezoidal wave as in Figure 8, and the change in B2 with respect to the position is a sine wave. The coil position X and B+, Ba, F when
This is a calculation of the relationship between Moreover, FIG. 11 shows calculation results showing the relationship between position and thrust when this is set as a three-phase driving force formula. It is clear that this configuration has a greater effect in reducing thrust fluctuations than the conventional configurations shown in FIGS. 8 and 9.
(実施例1) 以上に説明した本発明の第1の実施例を第1図に示す。 (Example 1) A first embodiment of the invention described above is shown in FIG.
さきに第4図で示した従来の技術によるものと類似の構
成の可動電機子形3相リニアブラシレスモータである。This is a movable armature three-phase linear brushless motor having a similar structure to the conventional motor shown in FIG. 4.
本実施例が従来技術によるモータと異なっている点は磁
極検出用ホール素子31−33の位置を可動子基板1の
上で、可動子の進行方向と直角方向に、外側に移動さぜ
、界磁用永久磁石51〜58、および71〜78の対向
部よりも外側どしたことである。苅同部の内側では、磁
界分布は台形波的であるが、外側に出るほど磁界分布は
正弦波に近くなるので、位置情報用永久磁石をあえて別
の分離したものとしなくても、本発明による所期の効果
が得られるのである。The difference between this embodiment and the conventional motor is that the positions of the magnetic pole detection Hall elements 31-33 are moved outward on the mover substrate 1 in a direction perpendicular to the moving direction of the mover. This is because the permanent magnets 51 to 58 and 71 to 78 are located outside of the opposing portions. The magnetic field distribution is trapezoidal wave-like inside the armpit, but as it goes outside, the magnetic field distribution becomes closer to a sine wave. Therefore, the present invention does not require a separate permanent magnet for position information. The desired effect can be obtained.
また本実施例において、第1図に示したように電機子コ
イル21〜23の巻幅はT/3としたが、このように巻
幅が大きいとコイルの位置変化に伴う推力の変化も急峻
でなく平均化されるために、推力変動を第11図に示し
た計算結果より更に小さくすることができた。第2図は
、電機子コイルが界磁永久磁石の1ピッチ分(すなわち
T寸法)移動する間の推力変動を、本実施例の場合と、
従来の構成とについて示したものであるが、本発明の推
力変動低減効果が著しいことがわかる。推力は若干低下
するが、界磁永久磁石の磁界分布パターンを正弦波とな
るようにした場合よりは若干大きい。Furthermore, in this embodiment, the winding width of the armature coils 21 to 23 was set to T/3 as shown in FIG. Since the thrust force fluctuations are averaged instead of being averaged, the thrust fluctuations were able to be made even smaller than the calculation results shown in FIG. Figure 2 shows the thrust force fluctuations while the armature coil moves by one pitch of the field permanent magnet (that is, the T dimension) in the case of this embodiment, and
Although the diagram shows the conventional configuration, it can be seen that the thrust fluctuation reduction effect of the present invention is remarkable. Although the thrust is slightly reduced, it is slightly larger than when the magnetic field distribution pattern of the field permanent magnet is made to be a sine wave.
(実施例2)
第33図に、本発明の第2の実施例を示す。可動磁石形
3相ブラシ1/スモータであって同図(a)はこの構成
を示す斜視図、同図(b)は可動子・の磁石の着磁パタ
ーンと、固定電機子コイルどホー・ル素子との相対位置
関係を説明する図である。(Example 2) FIG. 33 shows a second example of the present invention. This is a movable magnet type three-phase brush 1/motor. Figure (a) is a perspective view showing this configuration, and figure (b) shows the magnetization pattern of the magnet in the mover and the fixed armature coil hole. It is a figure explaining the relative positional relationship with an element.
同図(a)において10は可動子・基板、6はこの上に
設けられた軟磁性材料からなるヨーク、81〜85は位
置情報用永久磁石である。この他、界磁永久磁石51〜
・54があるが同図(a、)では見えていない。In the figure (a), 10 is a mover/board, 6 is a yoke made of a soft magnetic material provided thereon, and 81 to 85 are permanent magnets for position information. In addition, field permanent magnets 51~
・There is 54, but it is not visible in the same figure (a,).
11は軟磁性君料からなる固定ヨークであってこの上に
は電機子・コイルか配置され、21〜27が図示されて
いる。また磁極検出用ホール素子も配置されており、3
1〜37が図示されている。Reference numeral 11 denotes a fixed yoke made of soft magnetic material, on which an armature/coil is arranged, and 21 to 27 are shown. A Hall element for magnetic pole detection is also arranged, and 3
1 to 37 are illustrated.
また、第3図(b)において11は固定子ヨーク、21
〜26はその上の電機子コイル、31〜36は磁極検出
用ホール素子−であって、これらの配置を上面図として
示している。10はこれと対向する可動子基板であるが
、動作を説明するときに分かり易くするため、上面図と
して示した。51〜54は、10の5面側に配置された
界磁永久磁石、81〜85は同様に10の下面側に配置
された位置情報用永久磁石である。界磁永久磁石えよび
位置情報用磁石はともに紙面と垂直方向に着磁されてお
り、第3図に示した磁極の記号N、 Sは、磁石の下面
側すなオ)ち電機子コイルあるいは磁極検出用ホール素
子と対向する面の磁極記号な示している。(尚、第3図
(a)に一部示されている磁石81〜85の磁化方向を
参照比較されたい。)
また、位置情報用磁石81−85は、区分して示したが
、本発明の趣旨から明かなように、樹肥号の表示し、て
ふる近傍がもっとも強い磁界を発生し、区分の境界イ・
」近ではとAノと零となるような、正弦波的磁界分布を
与えるように構成されていることは改めて損う迄もない
。In addition, in FIG. 3(b), 11 is a stator yoke, 21
26 are armature coils thereon, and 31 to 36 are Hall elements for detecting magnetic poles, and their arrangement is shown in a top view. Reference numeral 10 denotes a movable element substrate facing this, which is shown as a top view for ease of understanding when explaining the operation. 51 to 54 are field permanent magnets arranged on the fifth surface side of 10, and 81 to 85 are position information permanent magnets similarly arranged on the lower surface side of 10. Both the field permanent magnet and the position information magnet are magnetized in the direction perpendicular to the plane of the paper, and the magnetic pole symbols N and S shown in Fig. 3 indicate the lower side of the magnet, i.e., the armature coil or The magnetic pole symbol on the surface facing the magnetic pole detection Hall element is shown. (Please refer to and compare the magnetization directions of the magnets 81 to 85 partially shown in FIG. 3(a).) Furthermore, although the position information magnets 81 to 85 are shown separately, the As is clear from the purpose of the above, the strongest magnetic field is generated near the area where the tree fertilizer number is displayed, and the boundary between the categories is
It goes without saying that it is constructed to provide a sinusoidal magnetic field distribution that becomes zero in the near future.
可動子基板10は、このように各磁石を配置しているが
、固定Pヨーク11との相対位置は第33図(b)に2
点鎖線で示した位置を起点とし7て、右方向に移動可能
なようになっている。図が複雑となるので省略しである
が、可動子基板が2点鎖線の位置にあるとき、界磁永久
磁石51〜54は電機子−コイルのうち21〜23と対
向しており、位置情報用磁石81・〜85は磁極検出用
ボール素子のうち31−33ど対向し2ていることは理
解できよう。The movable board 10 has the magnets arranged in this way, and the relative position with respect to the fixed P yoke 11 is shown in FIG. 33(b).
Starting from the position indicated by the dashed dotted line, it is possible to move to the right. Although omitted since the diagram is complicated, when the mover board is at the position indicated by the two-dot chain line, the field permanent magnets 51 to 54 are opposed to the armature coils 21 to 23, and the position information is It will be understood that the magnets 81 to 85 are located opposite 31 to 33 of the magnetic pole detection ball elements.
つぎに動作について述べる。第3図(1))において可
動子基板J−0は2点鎖線で示した基準位置にあるもの
とする。いま磁極検出用ホール素子(たとえば31)が
位置情報用磁石のN極と対向しているとき、対向する電
機子コイル(この例では21)には実線で示した方向に
電流が流れ、また磁極検出用ホール素子が位置情報用磁
石のS極と対向しているとき、対応する電機子コイルに
は点線で示した方向に電流が流れるとする1、またコイ
ル電流の大きさはホール素子に印加される磁界の強さに
比例するように構成されているとする。Next, we will discuss the operation. In FIG. 3(1)), it is assumed that the movable board J-0 is at the reference position indicated by the two-dot chain line. When the magnetic pole detection Hall element (for example, 31) is facing the N pole of the position information magnet, current flows in the direction shown by the solid line in the opposing armature coil (21 in this example), and the magnetic pole When the detection Hall element faces the S pole of the position information magnet, a current flows in the corresponding armature coil in the direction indicated by the dotted line 1, and the magnitude of the coil current is determined by the magnitude of the coil current applied to the Hall element. It is assumed that the magnetic field is configured so that it is proportional to the strength of the applied magnetic field.
このような構成は、前記第5図の回路を用い、指令電圧
Eを適切な極性、大きさに設定することにJ−り実現で
きることは言うまでもない。It goes without saying that such a configuration can be realized by using the circuit shown in FIG. 5 and setting the command voltage E to an appropriate polarity and magnitude.
この状態にあるとき、ホール素子32、は位置情報用磁
石83の略中央部で、もっとも強いN極部分に対向して
いるのて対応するVg電機子コイルは実線方向に電流が
流れ、この結果電機子コイルと界磁永久磁石の間には磁
石L) 2 + J Jをと士ノに右側に移動させる
ような推力が発生ずる。またホール素子31.33は、
それぞれ位置情報用磁石82.84のS極に対向するた
めに、電機pコイル2]、23には破線方向に電流が流
れ、その結果界磁永久磁石51.52および53.54
にはこれらを右側に移動させるような相方が発生ずる。In this state, the Hall element 32 is located approximately at the center of the position information magnet 83 and faces the strongest N-pole portion, so current flows through the corresponding Vg armature coil in the direction of the solid line, resulting in A thrust force is generated between the armature coil and the field permanent magnet that moves the magnet L) 2 + J J to the right side. In addition, the Hall elements 31 and 33 are
In order to face the S poles of the position information magnets 82 and 84, electric current flows in the direction of the broken line in the electric machine p coils 2] and 23, and as a result, the field permanent magnets 51, 52 and 53, 54
A partner will appear that will move these to the right.
可動子・基板が右に移動してゆくに従い、電機子コイル
電流も逐次切替わって、右方向への運動が持続される。As the mover/substrate moves to the right, the armature coil current is also sequentially switched to maintain the rightward movement.
従来の構造のものと異なり本実施例(2)では、磁極検
出用素子の位置がT/2シフトされ各コイルの中心線の
延長上におかれているが、位置情報用磁石も界磁永久磁
石とT/2シフトされた位置におかれているため磁極検
出素子と位置情報用磁石の相対関係位置は従来と変わら
ず、全く問題なく動作が行われる。しかも本実施例のよ
うに位置情報用磁石を界磁永久磁石より広く配置するこ
とにより、界磁永久磁石に対向はしていないが隣接して
いる電機子コイルにも駆動電流を流すことが可能となり
、推力を増加させる効果も得られる。Unlike the conventional structure, in this embodiment (2), the position of the magnetic pole detection element is shifted by T/2 and placed on the extension of the center line of each coil, but the position information magnet also has a permanent field. Since it is placed at a position shifted by T/2 from the magnet, the relative position of the magnetic pole detection element and the position information magnet remains the same as before, and the operation is performed without any problem. Furthermore, by arranging the position information magnets wider than the field permanent magnets as in this example, it is possible to flow the drive current to the armature coils that are adjacent to but not opposed to the field permanent magnets. Therefore, the effect of increasing thrust can also be obtained.
以上述べたように本発明によれば可動子の動作中の推力
の変動を低減することができ、性能のよい、またサーボ
制御に適したりニアモータを得ることが出来る。また、
推力変動が小さくなることから、同性能を得るには相数
を少なく構成することができ、安価にすることも可能で
ある。As described above, according to the present invention, it is possible to reduce fluctuations in the thrust force during the operation of the movable element, and it is possible to obtain a near motor with good performance and suitable for servo control. Also,
Since the thrust fluctuation is reduced, the number of phases can be reduced to obtain the same performance, and the cost can also be reduced.
さらにまた、実施例(2)に述べたように、界磁永久磁
石に対向していない、隣接する電機子コイルを励磁する
ことも可能となり、推力を大きくする効果も得られる。Furthermore, as described in the embodiment (2), it is also possible to excite the armature coil adjacent to the field permanent magnet, which is not facing the field permanent magnet, and the effect of increasing the thrust force can also be obtained.
第1図は本発明の第一の実施例である可動電機十形多相
リニアモータの斜視図、側面図および断面図、第2図は
第1図の構成のものの推力変動を、従来の構成のものの
推力変動と比較して示した図、第3図は本発明の第二の
実施例である可動磁石形リニアモータの斜視図および、
固定電機子、可動子の上面図、第4図は従来の可動電機
子形3相リニアモータの斜視図および側面図、第5図は
電機pコイルを励磁するための回路を示す図、第6図は
界磁永久磁石による磁界分布の代表的例を示す図、第7
図は界磁永久磁石と電機子コイル、磁極検出用ホール素
子の位置関係と、界磁永久磁石ににり生ずる磁界分布を
示す図、第8図は従来の構成のりニアモータのうち1相
のコイルにつき磁界分布、推力変動を計算した結果を示
す図、第9図−19=
は第8図の構成のものを3相駆動としたときの推力変動
を示す図、第10図は、本発明による構成のりニアモー
タのうち1−相のコイルにつき推力変動を計算した結果
を示す図、第11図は第1o図の構成のものを3相駆動
としたときの推力変動を示す図である。
1および10:可動子基板、4および6:界磁永久磁石
用ヨーク、11:電機子コイル用ヨーク、21〜27:
電機子コイル、31〜37:磁極検出用ホール素子、5
1〜58および71〜78:界磁永久磁石、81〜85
:位置情報用磁石。
第1図(α)
/−7−/7=7−/lフーア
/’ /’ /’ /’ /’ /’ /’ /’ /
/////////1
5 5221421B 57 5
81 /7 □樺1図(C
)
第2図
第1図(b)FIG. 1 shows a perspective view, a side view, and a sectional view of a ten-type multiphase linear motor for a movable electric machine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the thrust fluctuations of the configuration shown in FIG. FIG. 3 is a perspective view of a movable magnet linear motor according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
4 is a perspective view and a side view of a conventional movable armature three-phase linear motor; FIG. 5 is a diagram showing a circuit for exciting the electric machine p-coil; FIG. The figure shows a typical example of the magnetic field distribution due to field permanent magnets.
The figure shows the positional relationship between the field permanent magnet, the armature coil, and the Hall element for magnetic pole detection, and the magnetic field distribution generated by the field permanent magnet. Figure 8 shows the coil of one phase of the linear motor with the conventional configuration. Figure 9-19 is a diagram showing the thrust fluctuation when the configuration shown in Figure 8 is used as a three-phase drive, and Figure 10 is a diagram showing the results of calculating the magnetic field distribution and thrust fluctuation according to the present invention. FIG. 11 is a diagram showing the results of calculation of thrust fluctuations for the one-phase coil of the linear motor having the configuration, and FIG. 11 is a diagram showing thrust fluctuations when the configuration shown in FIG. 1o is driven in three phases. 1 and 10: Mover board, 4 and 6: Yoke for field permanent magnet, 11: Yoke for armature coil, 21 to 27:
Armature coil, 31-37: Hall element for magnetic pole detection, 5
1-58 and 71-78: field permanent magnet, 81-85
: Magnet for location information. Figure 1 (α) /-7-/7=7-/l Hua/'/'/'/'/'/'/'/' /
/////////1 5 5221421B 57 5
81 /7 □Birch 1 diagram (C
) Figure 2 Figure 1 (b)
Claims (3)
がTであるような界磁永久磁石と、これと対向する開角
がTであるようなN(Nは1以上の整数)系統の電機子
コイルとから成り、このN系統の電機子コイルは、各系
統毎に界磁永久磁石に対する動作方向の相対位置が僅か
ずつ異なっていていわゆる多相駆動が行われるように配
置されており、この界磁永久磁石あるいは電機子コイル
の何れか一方が固定子となり、他方が可動子となるよう
に構成されているリニアブラシレス直流モータにおいて
、界磁永久磁石の他に、磁極検出センサを動作させるた
めの位置情報用永久磁石が設けられており、位置情報用
永久磁石の着磁ピッチは界磁永久磁石の着磁ピッチと等
しく、また位置情報用永久磁石が磁極検出用センサに与
える磁界パターンは、推力リップルを低減するための正
弦波ないし適切な形状とされていることを特徴とする多
相駆動方式リニアブラシレス直流モータ。(1) A field permanent magnet that is alternately magnetized with N and S poles and whose magnetization pitch is T, and a field permanent magnet with an opposing opening angle of T (N is 1 or more). The N armature coils are arranged so that the relative position in the operating direction with respect to the field permanent magnet is slightly different for each system, so that so-called multiphase drive is performed. In a linear brushless DC motor configured such that either the field permanent magnet or the armature coil serves as the stator and the other serves as the mover, in addition to the field permanent magnet, there is also a magnetic pole detection A permanent magnet for position information is provided to operate the sensor, and the magnetization pitch of the permanent magnet for position information is equal to the magnetization pitch of the field permanent magnet, and the permanent magnet for position information is used as the magnetic pole detection sensor. A multiphase drive type linear brushless DC motor characterized in that the applied magnetic field pattern has a sine wave or an appropriate shape to reduce thrust ripple.
に対してT/2ずれて着磁なされており、磁極検出用セ
ンサ素子は、各電機子コイルの開角Tの中心部に設置さ
れていることを特徴とする請求項1記載の多相駆動方式
リニアブラシレス直流モータ。(2) The field permanent magnet and the position information permanent magnet are magnetized with a deviation of T/2 from the traveling direction, and the magnetic pole detection sensor element is located at the center of the opening angle T of each armature coil. 2. The multiphase drive type linear brushless DC motor according to claim 1, wherein the motor is provided with a multiphase drive type linear brushless DC motor.
とせず、界磁永久磁石の一部を利用、磁石と磁極検出用
センサとの距離、磁石の形状寸法を部分的に変更するこ
とにより磁極検出用センサへの印加磁界分布を正弦波状
としたことを特徴とする請求項1記載の多相駆動方式リ
ニアブラシレス直流モータ。(3) Rather than making the permanent magnet for position information separate from the field permanent magnet, use a part of the field permanent magnet, and partially change the distance between the magnet and the magnetic pole detection sensor and the shape and dimensions of the magnet. 2. The multiphase drive type linear brushless DC motor according to claim 1, wherein the magnetic field distribution applied to the magnetic pole detection sensor is sinusoidal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14025390A JPH0433565A (en) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Polyphase drive type linear brushless dc motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0433565A true JPH0433565A (en) | 1992-02-04 |
Family
ID=15264482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14025390A Pending JPH0433565A (en) | 1990-05-30 | 1990-05-30 | Polyphase drive type linear brushless dc motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0433565A (en) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2013238485A (en) * | 2012-05-15 | 2013-11-28 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Encoder and actuator using the same |
| JP2019213433A (en) * | 2018-06-08 | 2019-12-12 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Linear motor, lens barrel including the same, and imaging apparatus |
| CN120454438A (en) * | 2024-02-08 | 2025-08-08 | 华为技术有限公司 | Motors, camera modules and electronic equipment |
-
1990
- 1990-05-30 JP JP14025390A patent/JPH0433565A/en active Pending
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