JPH0454860A - リニアブラシレス直流モータ - Google Patents
リニアブラシレス直流モータInfo
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- JPH0454860A JPH0454860A JP2164652A JP16465290A JPH0454860A JP H0454860 A JPH0454860 A JP H0454860A JP 2164652 A JP2164652 A JP 2164652A JP 16465290 A JP16465290 A JP 16465290A JP H0454860 A JPH0454860 A JP H0454860A
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- thrust
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Landscapes
- Linear Motors (AREA)
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。
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。
れる多極形直流リニアモータに関するものである。
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、例えば、 「リニアモータとその応用」
、電気学会、昭和59年、9頁〜lO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。
法については、例えば、 「リニアモータとその応用」
、電気学会、昭和59年、9頁〜lO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。
この形式のり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6図に示す。第6図に
おいて(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、 (b)は相対位置関係をより詳細に示す側面
図である。
モータとして構成した具体例を第6図に示す。第6図に
おいて(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、 (b)は相対位置関係をより詳細に示す側面
図である。
第6図において、2は絶縁物からなる可動子基板、31
,32.33はその上に配置された電機子コイル、41
,42.43は磁極検出用ホール素子である。また、5
0.70は固定子ヨーク、51〜58は固定子ヨーク5
0の上に配列された界磁用永久磁石、71〜78は固定
子ヨーク70の上に配列された界磁用永久磁石である。
,32.33はその上に配置された電機子コイル、41
,42.43は磁極検出用ホール素子である。また、5
0.70は固定子ヨーク、51〜58は固定子ヨーク5
0の上に配列された界磁用永久磁石、71〜78は固定
子ヨーク70の上に配列された界磁用永久磁石である。
固定子ヨーク50および70は、可動子基板2を挟み込
むように構成されており、2は、図示しないがリニアス
ライダに取り付けられて矢印方向への往復運動が可能に
なっている。
むように構成されており、2は、図示しないがリニアス
ライダに取り付けられて矢印方向への往復運動が可能に
なっている。
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の間の部分には上向きの磁界H+
が、また磁石57と77の間の部分には下向きの磁界H
−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。その繰り返しピッチは磁石
の幅に等しくTである。
とえば磁石56と76の間の部分には上向きの磁界H+
が、また磁石57と77の間の部分には下向きの磁界H
−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。その繰り返しピッチは磁石
の幅に等しくTである。
っぎに、電機子コイル31等を励磁するための回路を第
7図によって説明する。第6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。
7図によって説明する。第6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。
図において、31は電機子コイル、41はホール素子、
OP、はオペアンプ、T、およびT、は出力トランジス
タである。他の2相分の回路も同様であって、電源+V
cc、−Vccは共用され、指令電圧Eも共通に印加さ
れる。
OP、はオペアンプ、T、およびT、は出力トランジス
タである。他の2相分の回路も同様であって、電源+V
cc、−Vccは共用され、指令電圧Eも共通に印加さ
れる。
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OP、で増幅され、さらにトランジスタT、、
T、により増幅されて、電機子コイル31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4
1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41の
受ける磁界の大きさ、方向に比例したものとなる。
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OP、で増幅され、さらにトランジスタT、、
T、により増幅されて、電機子コイル31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4
1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41の
受ける磁界の大きさ、方向に比例したものとなる。
第6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
31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31の中で、可動子の移動
可能な方向と直交する部分31A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31B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41も電機子コイルの部分31Bと同じく上
向きの磁界H+の中におかれている。
定子との相対位置が図のようであるとき、電機子コイル
31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31の中で、可動子の移動
可能な方向と直交する部分31A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31B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41も電機子コイルの部分31Bと同じく上
向きの磁界H+の中におかれている。
この状態のときにホール素子41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6図(b)でQ、 xで示したものとに
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31Aおよび31B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31A、31Bおよ
びホール素子41はいずれも交番磁界の磁界=0の領域
に来るため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31A
、31Bの受ける磁界は逆転するが、ホール素子41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31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
。
(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6図(b)でQ、 xで示したものとに
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31Aおよび31B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31A、31Bおよ
びホール素子41はいずれも交番磁界の磁界=0の領域
に来るため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31A
、31Bの受ける磁界は逆転するが、ホール素子41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31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
。
電機子コイル31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り返し変動する。
は最大値とゼロの間を繰り返し変動する。
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32.33も取り付けられており、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。特
に、もし交番磁界がHヤ→0→H−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。
子コイル32.33も取り付けられており、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。特
に、もし交番磁界がHヤ→0→H−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。
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。
。また推力の大きさは指令電圧に比例して変化する。
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
動方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相駆動方式といわれるものになるが、
Nが3より大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。
対位置はT/3ずつずれて配置された、いわゆる3相駆
動方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相駆動方式といわれるものになるが、
Nが3より大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。
[発明が解決しようとする問題点1
以上に多相駆動方式リニアブラ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付けられれば、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。
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付けられれば、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。
しかし分布を正弦波に近付けることはマイナスの而もあ
る。界磁永久磁石の形状寸法、配置等を適切にすること
により近付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。
る。界磁永久磁石の形状寸法、配置等を適切にすること
により近付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。
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。
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。
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。
増す必要があり、コストの増加を招くことになる。
発明者らは、磁極検出用ホール素子の代わりに、受発光
素子を用い、これと、界磁永久磁石の磁界に対応したパ
ターンをもつ光学的リニアスケールとを組み合わせるこ
とにより解決をはかった。
素子を用い、これと、界磁永久磁石の磁界に対応したパ
ターンをもつ光学的リニアスケールとを組み合わせるこ
とにより解決をはかった。
このような構成とすることの第1の目的は、1個の電機
子コイルによる推力が、可動子が移動するときその移動
量に対して、周期が界磁永久磁石の着磁ピッチTに等し
い正弦波状に変化するようにすることである。このよう
な電機子コイルを2個以上多相配置として用いることに
より、推力変動はほぼ完全にゼロとすることができる。
子コイルによる推力が、可動子が移動するときその移動
量に対して、周期が界磁永久磁石の着磁ピッチTに等し
い正弦波状に変化するようにすることである。このよう
な電機子コイルを2個以上多相配置として用いることに
より、推力変動はほぼ完全にゼロとすることができる。
また他の目的は、ホール素子の代わりに受発光素子を用
いることにより、位置情報が磁界の影響を受けずリニア
モータ全体の構成が容易になること、温度変化に対する
安全性が向上することなどであ−る。
いることにより、位置情報が磁界の影響を受けずリニア
モータ全体の構成が容易になること、温度変化に対する
安全性が向上することなどであ−る。
実施例の説明に先立ち、本発明の基本的な考え方を以下
に示す。
に示す。
第8図は、電機子コイル1個のみに着目した可動電機子
形リニアモータの原理的構成図である。
形リニアモータの原理的構成図である。
図においてlはピッチTで交互に多極着磁された界磁永
久磁石、2は界磁永久磁石1の長手方向(矢印方向)に
移動可能なように構成されている可動子、3は可動子2
の上に配設された開角Tの電機子コイルである。
久磁石、2は界磁永久磁石1の長手方向(矢印方向)に
移動可能なように構成されている可動子、3は可動子2
の上に配設された開角Tの電機子コイルである。
図において、コイル3に働く推力は、
F = K N i B (1)で
ある。ここでKは定数、Nはコイル巻数、iはコイルを
流れる電流、Bはコイルの置かれる部分の磁束密度であ
る。(コイルの開角Tと、着磁ピッチTとは等しくなる
ように構成されているので、コイルの一辺Inのおかれ
る部分の磁束密度と、他辺■■のおかれる部分の磁束密
度とは方向は反対であるが大きさは等しく、ともにBで
ある。また、コイルの一辺IIIを流れる電流と、他辺
mlVを流れる電流とは、方向は反対であるが大きさは
等しく、ともにiである。したがって推力は上のように
表される。) ところで、推力Fが、電機子3の移動に伴って周期Tで
正弦波状に変化するとき、このコイルを多相構成とすれ
ば推力変動をゼロとなしうるということは、一般的に示
すのはやや困難であるが、相数を2,3.・・・のどと
く決めて、このときにつき計算するのは簡単である。こ
こでは念のため2相励磁、3相励磁のときについて例を
示す。
ある。ここでKは定数、Nはコイル巻数、iはコイルを
流れる電流、Bはコイルの置かれる部分の磁束密度であ
る。(コイルの開角Tと、着磁ピッチTとは等しくなる
ように構成されているので、コイルの一辺Inのおかれ
る部分の磁束密度と、他辺■■のおかれる部分の磁束密
度とは方向は反対であるが大きさは等しく、ともにBで
ある。また、コイルの一辺IIIを流れる電流と、他辺
mlVを流れる電流とは、方向は反対であるが大きさは
等しく、ともにiである。したがって推力は上のように
表される。) ところで、推力Fが、電機子3の移動に伴って周期Tで
正弦波状に変化するとき、このコイルを多相構成とすれ
ば推力変動をゼロとなしうるということは、一般的に示
すのはやや困難であるが、相数を2,3.・・・のどと
く決めて、このときにつき計算するのは簡単である。こ
こでは念のため2相励磁、3相励磁のときについて例を
示す。
第8図の構成例において、コイル1個の推力が正弦波的
になるということは、その推力Fがつぎの形で変化する
ということである。すなわち、2π F=に’ (1−cos −X) (2)ここ
でに′は定数である。Xが変化するとFは最小値ゼロと
、最大値2に′の間を、周期Tで正弦波状に変化する。
になるということは、その推力Fがつぎの形で変化する
ということである。すなわち、2π F=に’ (1−cos −X) (2)ここ
でに′は定数である。Xが変化するとFは最小値ゼロと
、最大値2に′の間を、周期Tで正弦波状に変化する。
まず2相励磁の場合につき述べる。2個のコイルを、T
/2離して並べたときの合成推力をT。
/2離して並べたときの合成推力をT。
とすると、
2π
T、 =に’ [(1−cos −・X) 十三角関数
の加法定理を用いてこれを計算すると、T、=2に″
(3)となる。
の加法定理を用いてこれを計算すると、T、=2に″
(3)となる。
推力T、はXの項を含まない定数となり、推力変動は生
じないことがわかる。
じないことがわかる。
3相駆動励磁の場合も同様にして、3個のコ、イルをT
/3ずつ離して並べたときの合成推力をT、とすれば、 2π T3 =に’ [(1−cos ・X)十 =3に’ (4)すなわち、推力
変動は生じない。4相以上の場合も同様にして求められ
る。
/3ずつ離して並べたときの合成推力をT、とすれば、 2π T3 =に’ [(1−cos ・X)十 =3に’ (4)すなわち、推力
変動は生じない。4相以上の場合も同様にして求められ
る。
ところで、 (1)式で表されるコイル3に働く推力を
(2)式のような形にする手段であるが、つぎのように
すればよい。 (1)、 (2)から、F−KN i
B =に’ (1−cos−X) 二二で、K、に’、Nは定数であり、Bは界磁永久磁石
による磁束分布であって、Xの関数であるが、何等かの
手段でiが(5)式の関係を満足するよう制御してやれ
ばよい。(5)式がどのようなパターン形状を示すか、
この点を明確にするために、つぎのような計算を行った
。
(2)式のような形にする手段であるが、つぎのように
すればよい。 (1)、 (2)から、F−KN i
B =に’ (1−cos−X) 二二で、K、に’、Nは定数であり、Bは界磁永久磁石
による磁束分布であって、Xの関数であるが、何等かの
手段でiが(5)式の関係を満足するよう制御してやれ
ばよい。(5)式がどのようなパターン形状を示すか、
この点を明確にするために、つぎのような計算を行った
。
第9図は界磁永久磁石による磁束分布の実測例である。
これを第1O図(a)のようなパターンに無次元化して
モデル化した。
モデル化した。
つぎに、 (2)式で示される理想的推力波形を1波長
分だけ無次元化して示したのが、第10図(b)である
、(5)式に示されるように、第10図(b)の波形を
表す関数を第10図(a)の波形を表す関数で割ったも
の(Xをある値としたときの、相当するFの値を、Bの
値で除して、iの値とする)が1、iに対して要求され
る波形を示す関数である。第10図(C)はこの計算結
果を示す。
分だけ無次元化して示したのが、第10図(b)である
、(5)式に示されるように、第10図(b)の波形を
表す関数を第10図(a)の波形を表す関数で割ったも
の(Xをある値としたときの、相当するFの値を、Bの
値で除して、iの値とする)が1、iに対して要求され
る波形を示す関数である。第10図(C)はこの計算結
果を示す。
同図かられかるように、擬似正弦波ではあるが、途中に
勾配の不連続な点があり、このような信号を磁石とホー
ル素子とで得ることは必ずしも容易ではない。
勾配の不連続な点があり、このような信号を磁石とホー
ル素子とで得ることは必ずしも容易ではない。
発明者らは、位置に対するこのような信号を得る手段と
して、受発光素子と、リニアスケールとの組合せを用い
ることに想到したのである。
して、受発光素子と、リニアスケールとの組合せを用い
ることに想到したのである。
以下実施例によって説明する。
(実施例1)
第1図は本発明の一実施例の構成部品を示す斜視図、第
2図は本実施例のものの組立状態における各部品の関係
を示す側面図である。
2図は本実施例のものの組立状態における各部品の関係
を示す側面図である。
第1図において、1は固定子台、2は可動子基板、31
および32は可動子基板の上に下向きに配設された電機
子コイル、4はリニアスケール、50は軟磁性材料で作
られた固定子ヨーク、51〜58は固定子ヨークの上に
配設された界磁永久磁石、61は電機子コイル31に流
す駆動電流を決定するための受発光素子ケース、62は
コイル32に流す駆動電流を決定するための受発光素子
ケースである。
および32は可動子基板の上に下向きに配設された電機
子コイル、4はリニアスケール、50は軟磁性材料で作
られた固定子ヨーク、51〜58は固定子ヨークの上に
配設された界磁永久磁石、61は電機子コイル31に流
す駆動電流を決定するための受発光素子ケース、62は
コイル32に流す駆動電流を決定するための受発光素子
ケースである。
第1図は固定子と可動子を構成する部品が分かり易いよ
うに固定子と可動子を離して示しであるが、実際は固定
子の界磁永久磁石と、可動子側の電機子コイルとは近接
して対向し、また、可動子は界磁永久磁石の長手方向(
矢印方向)に沿って移動できるように、図示していない
軸受機構により支承されている。また組立状態において
リニアスケール4は受発光素子ケース61および62の
間に挟まれるように配置される。
うに固定子と可動子を離して示しであるが、実際は固定
子の界磁永久磁石と、可動子側の電機子コイルとは近接
して対向し、また、可動子は界磁永久磁石の長手方向(
矢印方向)に沿って移動できるように、図示していない
軸受機構により支承されている。また組立状態において
リニアスケール4は受発光素子ケース61および62の
間に挟まれるように配置される。
第2図は、第1図のものの側断面図を示す。すなわち、
組立状態で、可動子が固定子の一番端の位置(第1図に
おいて左端)にあり、電機子コイル31と界磁永久磁石
51とが対向しているとき、この位置における断面図を
示す。電機子コイル31と界磁永久磁石51とは狭い空
隙をおいて対向しており(他の電機子コイル、界磁永久
磁石についても同様である)、またリニアスケール4は
、はさみ状に分岐した受発光素子ケースの間に挟まれる
ように位置する。図においてE、、 E、はそれぞれ発
光素子であり、R,、R,はそれぞれ受光素子である。
組立状態で、可動子が固定子の一番端の位置(第1図に
おいて左端)にあり、電機子コイル31と界磁永久磁石
51とが対向しているとき、この位置における断面図を
示す。電機子コイル31と界磁永久磁石51とは狭い空
隙をおいて対向しており(他の電機子コイル、界磁永久
磁石についても同様である)、またリニアスケール4は
、はさみ状に分岐した受発光素子ケースの間に挟まれる
ように位置する。図においてE、、 E、はそれぞれ発
光素子であり、R,、R,はそれぞれ受光素子である。
本実施例では、E、、 E、とじてLEDをまたR、、
R,としてホトダイオードを使用している。E、か
ら放射された光はR1によって検出され、またR2から
放射された光はR1によって検出される。リニアスケー
ルはガラス製であるが41A、41Bに示した部分には
後述するような遮光パターンが形成されており、ホトダ
イオードR3゜R2に入射する光量を変化させるように
なっている。
R,としてホトダイオードを使用している。E、か
ら放射された光はR1によって検出され、またR2から
放射された光はR1によって検出される。リニアスケー
ルはガラス製であるが41A、41Bに示した部分には
後述するような遮光パターンが形成されており、ホトダ
イオードR3゜R2に入射する光量を変化させるように
なっている。
第3図は、本実施例におけるリニアスケール4の遮光パ
ターンを示す図である。図において1点鎖線41A、4
1Bで示したものは、2チヤンネルの遮光パターン部で
あって、斜線部は光を遮断する部分、白抜き部は光を透
過される部分である。
ターンを示す図である。図において1点鎖線41A、4
1Bで示したものは、2チヤンネルの遮光パターン部で
あって、斜線部は光を遮断する部分、白抜き部は光を透
過される部分である。
41Aは、界磁永久磁石51〜58の表面(電機子コイ
ルに対向する面)がN極となっている部分に対応し、ま
た42Aは、表面がS極となる部分に対応する。各チャ
ンネルとも、光を透過させる部分の長さはTであって、
透過光量は第10図(c)に示した、正弦波状の推力を
得るに必要な電機子コイル電流の波形に一致して変化す
るようになっている。
ルに対向する面)がN極となっている部分に対応し、ま
た42Aは、表面がS極となる部分に対応する。各チャ
ンネルとも、光を透過させる部分の長さはTであって、
透過光量は第10図(c)に示した、正弦波状の推力を
得るに必要な電機子コイル電流の波形に一致して変化す
るようになっている。
第4図は、上記リニアスケールと受発光素子を用いて所
定のパターンをもった電機子コイル駆動電流を発生する
、駆動回路を示す図である。図においてE、、 E、は
受発光素子ケース61の中に配置されたLED、R,、
R,は受発光素子ケース61の中に配置されたホトダイ
オード、OP、〜OP、はオペアンプ、IC,は外部か
らの指令電圧により、回路切換を行う2極双投(DPD
T)の電子スイッチ、T、’、 T、は電流増幅用トラ
ンジスタ、31は電機子コイルである。E、、 E、
から出射された光はそれぞれ点線で示した経路を通りR
I IR8に入射する。このとき、出射光は、サーボ制
御回路からの指令電圧Eの大きさに比例した強度をもっ
ているが、リニアスケール4の遮光部41Aあるいは4
1Bによって、予め設定されたパターンに従って遮断さ
れる6透過して来た光がR。
定のパターンをもった電機子コイル駆動電流を発生する
、駆動回路を示す図である。図においてE、、 E、は
受発光素子ケース61の中に配置されたLED、R,、
R,は受発光素子ケース61の中に配置されたホトダイ
オード、OP、〜OP、はオペアンプ、IC,は外部か
らの指令電圧により、回路切換を行う2極双投(DPD
T)の電子スイッチ、T、’、 T、は電流増幅用トラ
ンジスタ、31は電機子コイルである。E、、 E、
から出射された光はそれぞれ点線で示した経路を通りR
I IR8に入射する。このとき、出射光は、サーボ制
御回路からの指令電圧Eの大きさに比例した強度をもっ
ているが、リニアスケール4の遮光部41Aあるいは4
1Bによって、予め設定されたパターンに従って遮断さ
れる6透過して来た光がR。
あるいはR8に入射すると、R,あるいはR3には入射
光量に比例した電流が流れ、これがOP、あるいはOF
、によってリニアに増幅され、電子スイッチIC3によ
って指令電圧E′に対応した極性を選択された後に、さ
らにOP、によってリニアに増幅されてトランジスタT
、、 T、のベースに入力される。このときの入力信号
は、リニアスケール4のパターンに対応した変化をして
おり、指令電圧Eの大きさに比例し、かつ指令電圧E′
の極性に対応した極性をもった、両極性の信号電圧であ
る。したがって、T、、 T、により増幅され、電機子
コイル31に流れる電流も、これに対応したものとなる
。よって、リニアスケール4のパターンを第1O図(c
)に示したような、正弦波状の推力を得るのに必要なパ
ターン形状としておけば、LED E、およびElに
印加する電圧は、必要な推力値を規定する、サーボ制御
回路からの指令電圧Eであり、また電子スイッチIC,
に印加する指令電圧E′は、推力の方向を規定するので
、所要の推力値および推力方向をもち、かつ推力変動の
きわめて小さくなるような電機子コイル駆動電流が得ら
れる。
光量に比例した電流が流れ、これがOP、あるいはOF
、によってリニアに増幅され、電子スイッチIC3によ
って指令電圧E′に対応した極性を選択された後に、さ
らにOP、によってリニアに増幅されてトランジスタT
、、 T、のベースに入力される。このときの入力信号
は、リニアスケール4のパターンに対応した変化をして
おり、指令電圧Eの大きさに比例し、かつ指令電圧E′
の極性に対応した極性をもった、両極性の信号電圧であ
る。したがって、T、、 T、により増幅され、電機子
コイル31に流れる電流も、これに対応したものとなる
。よって、リニアスケール4のパターンを第1O図(c
)に示したような、正弦波状の推力を得るのに必要なパ
ターン形状としておけば、LED E、およびElに
印加する電圧は、必要な推力値を規定する、サーボ制御
回路からの指令電圧Eであり、また電子スイッチIC,
に印加する指令電圧E′は、推力の方向を規定するので
、所要の推力値および推力方向をもち、かつ推力変動の
きわめて小さくなるような電機子コイル駆動電流が得ら
れる。
第4図は、電機子コイル31に関して示したが、電機子
コイル32に関しても全く同様であって、受発光素子ケ
ース62の中に配置されたLED。
コイル32に関しても全く同様であって、受発光素子ケ
ース62の中に配置されたLED。
ホトダイオード(ともに図示しないが)とリニアスケー
ル4によって得られた電気信号は、同様にして電機子コ
イル32の駆動電流となるように増幅される。
ル4によって得られた電気信号は、同様にして電機子コ
イル32の駆動電流となるように増幅される。
ところで、本実施例において受光素子の受光面は、リニ
アスケールの移動方向、すなわち第3図における一点鎖
線の長さの方向に対して、できるだけ幅の狭いスリット
状であることが望ましい。
アスケールの移動方向、すなわち第3図における一点鎖
線の長さの方向に対して、できるだけ幅の狭いスリット
状であることが望ましい。
すなわち、第3図に示した受光面の幅Wはできるだけ小
さいことが望ましい。これは、リニアスケールの遮光パ
ターン41Aあるいは41Bのパターンを、できるだけ
正確に光量変化として再現するために必要である。本実
施例においては、界磁永久磁石の着磁ピッチTは15m
m、ホトダイオードの受光幅Wは1mmとしたが、計算
機シミュレーションによれば、この場合、遮光パターン
波形と、ホトダイオードの化カバターン波形との差は1
.5%しかなく、かつ波形パターンの勾配が急峻化する
こともないため、まったく問題ないことが分かっている
。
さいことが望ましい。これは、リニアスケールの遮光パ
ターン41Aあるいは41Bのパターンを、できるだけ
正確に光量変化として再現するために必要である。本実
施例においては、界磁永久磁石の着磁ピッチTは15m
m、ホトダイオードの受光幅Wは1mmとしたが、計算
機シミュレーションによれば、この場合、遮光パターン
波形と、ホトダイオードの化カバターン波形との差は1
.5%しかなく、かつ波形パターンの勾配が急峻化する
こともないため、まったく問題ないことが分かっている
。
本実施例では、ホトダイオードとして受光幅1mmのも
のを用いたが、受光幅の広いホトダイオードでも、スリ
ットと併用すれば所要の精度の得られることは言うまで
もない。
のを用いたが、受光幅の広いホトダイオードでも、スリ
ットと併用すれば所要の精度の得られることは言うまで
もない。
また本実施例では、2組の受発光素子を用いて、両極性
の出力信号を得ているが、1組の受発光素子でも、所要
のパターン波形をもつ両極性の出力信号を得ることは可
能である。しかし、受発光素子の温度特性、ドリフト等
による問題点を除くためには本実施例の構成の方が有利
である。
の出力信号を得ているが、1組の受発光素子でも、所要
のパターン波形をもつ両極性の出力信号を得ることは可
能である。しかし、受発光素子の温度特性、ドリフト等
による問題点を除くためには本実施例の構成の方が有利
である。
(実施例2)
第5図は、本発明の他の実施例を示す図である。
機械的構造は第1の実施例のものと全く同様で、第1図
〜第3図のとおりであるが、LEDの発光量の安定化と
、受光側回路の簡略化をはかったものである。図におい
て、E、、 E、は受発光素子ケース61の中に配置さ
れたLED、 R,、R,は受発光素子ケース61の中
に配置されたホトダイオード、○P、〜OP、はオペア
ンプ、IC,は外部からの指令電圧により回路切替を行
う2極双投(DPDT)の電子スイッチ、T、、 T、
は電流増幅用トランジスタ、31は電機子コイルである
。
〜第3図のとおりであるが、LEDの発光量の安定化と
、受光側回路の簡略化をはかったものである。図におい
て、E、、 E、は受発光素子ケース61の中に配置さ
れたLED、 R,、R,は受発光素子ケース61の中
に配置されたホトダイオード、○P、〜OP、はオペア
ンプ、IC,は外部からの指令電圧により回路切替を行
う2極双投(DPDT)の電子スイッチ、T、、 T、
は電流増幅用トランジスタ、31は電機子コイルである
。
E、、 E、から出射された光は、リニアスケール4の
遮光部により予め設定されたパターンにより遮光されて
、それぞれ点線で示した経路を通り、R,、R□に入射
する。出射光はサーボ制御回路からの指令電圧Eに比例
した強度をもっていることは第4図の場合と同様である
。ただ、本実施例においてはLEDの発光光量の安定化
をはかるために、さらにLEDのE、と、ホトダイオー
ドR1とが追加されており、E、とR3とはとくに図示
しないが適当な距離をおいて対向していて、E、から出
射した光はR1に入射して電流出力となるように構成さ
れている。
遮光部により予め設定されたパターンにより遮光されて
、それぞれ点線で示した経路を通り、R,、R□に入射
する。出射光はサーボ制御回路からの指令電圧Eに比例
した強度をもっていることは第4図の場合と同様である
。ただ、本実施例においてはLEDの発光光量の安定化
をはかるために、さらにLEDのE、と、ホトダイオー
ドR1とが追加されており、E、とR3とはとくに図示
しないが適当な距離をおいて対向していて、E、から出
射した光はR1に入射して電流出力となるように構成さ
れている。
この回路の動作はつぎのようである。指令電圧Eに従っ
てオペアンプOP、に出力電圧が表れ、E、、E、、E
、に電流が流れて、各LEDは発光する。本来この発光
光量は、Eに比例し、もしEが一定であれば、これに対
応した一定値となるべきものであるが、温度の影響によ
って若干の変動を生じる。温度の高いときは、同じEの
値に対して光量は増加する。いまもし光量が望ましい一
定値より増加すると、E、から入射しR3に入射する光
量も増加するので、R3の電流が増加する。これにより
OPoのマイナス端子の電圧は低下するから、出力端子
の電圧も低下し、従ってEIIE!IE、に流れる電流
が減少して、LEDの光量を減少させるように動作する
。このように、第5図の回路では、出射回路部に、呂射
光を安定化させるための負帰遺部が加えられている。
てオペアンプOP、に出力電圧が表れ、E、、E、、E
、に電流が流れて、各LEDは発光する。本来この発光
光量は、Eに比例し、もしEが一定であれば、これに対
応した一定値となるべきものであるが、温度の影響によ
って若干の変動を生じる。温度の高いときは、同じEの
値に対して光量は増加する。いまもし光量が望ましい一
定値より増加すると、E、から入射しR3に入射する光
量も増加するので、R3の電流が増加する。これにより
OPoのマイナス端子の電圧は低下するから、出力端子
の電圧も低下し、従ってEIIE!IE、に流れる電流
が減少して、LEDの光量を減少させるように動作する
。このように、第5図の回路では、出射回路部に、呂射
光を安定化させるための負帰遺部が加えられている。
第5図の入射側の回路は、R,およびR3に入射した光
量のアンバランス分がオペアンプOP、の出力となるよ
う構成されている。すなわち、R8への入射光量の方が
多いときはマイナス・の、またR1への入射光量の方が
多いときはプラスの、両極性の信号が出力となる。この
信号はオペアンプOP、およびトランジスタT、および
T8により増幅されて、電機子コイル31を駆動する電
流出力となるが、電子スイッチIC,が中間に置かれて
おり、このスイッチの動作によって、OP、およびT、
、 TIによる増幅回路は反転形あるいは非反転形の何
れかに切替えることができる。したがって指令電圧E′
に従って、電機子コイル31に流れる電流の極性を選択
することができる。
量のアンバランス分がオペアンプOP、の出力となるよ
う構成されている。すなわち、R8への入射光量の方が
多いときはマイナス・の、またR1への入射光量の方が
多いときはプラスの、両極性の信号が出力となる。この
信号はオペアンプOP、およびトランジスタT、および
T8により増幅されて、電機子コイル31を駆動する電
流出力となるが、電子スイッチIC,が中間に置かれて
おり、このスイッチの動作によって、OP、およびT、
、 TIによる増幅回路は反転形あるいは非反転形の何
れかに切替えることができる。したがって指令電圧E′
に従って、電機子コイル31に流れる電流の極性を選択
することができる。
このような構成によって、第5図の回路は、第4図の場
合と同様に、必要な推力値および推力方向を与え、かつ
推力変動の小さくなるような電機子駆動電流を得ること
ができる。
合と同様に、必要な推力値および推力方向を与え、かつ
推力変動の小さくなるような電機子駆動電流を得ること
ができる。
以上に述べたように本発明によれば、電機子コイルに流
す駆動電流を、推力変動を小さくするようなパターンに
制御することができ、推力リップルの小さい制御性の良
好な、直流リニアブラシレスモータを得ることができる
。相数を大きくしないでも、推力リップルを小さくする
ことができ、相数の少ない場合にとくに効果的である。
す駆動電流を、推力変動を小さくするようなパターンに
制御することができ、推力リップルの小さい制御性の良
好な、直流リニアブラシレスモータを得ることができる
。相数を大きくしないでも、推力リップルを小さくする
ことができ、相数の少ない場合にとくに効果的である。
また、電機子コイル1個あたりの推力変動を、理想的な
正弦波パターンとなるように、電機子コイルの電流を設
定することが自由にできるので、有鉄心形のリニアブラ
シレスモータに対しても効果が大きい。さらに、実際の
製品について推力変動を実測した後で、これを希望する
程度まで小さくするように、リニアスケール4のパター
ンを変更することによって修正が可能であり、実用上大
きな効果を得ることができる。
正弦波パターンとなるように、電機子コイルの電流を設
定することが自由にできるので、有鉄心形のリニアブラ
シレスモータに対しても効果が大きい。さらに、実際の
製品について推力変動を実測した後で、これを希望する
程度まで小さくするように、リニアスケール4のパター
ンを変更することによって修正が可能であり、実用上大
きな効果を得ることができる。
また、本発明によれば受発素子61あるいは62を、そ
れぞれ対応するコイル31あるいは32に対して走行方
向に関して適当な位置たとえばコイル31あるいは32
の中心M(可動子基板2の移動方向と直交する中心fi
り上に設けてもよく、この場合リニアスケール4の上の
遮光パターンをこれに見合った位置に配置してやれば、
電機子コイルの電流切替には全く問題を生じない。この
ようにすることによって推力を増加しつる場合もあり、
一つの附帯的効果である。
れぞれ対応するコイル31あるいは32に対して走行方
向に関して適当な位置たとえばコイル31あるいは32
の中心M(可動子基板2の移動方向と直交する中心fi
り上に設けてもよく、この場合リニアスケール4の上の
遮光パターンをこれに見合った位置に配置してやれば、
電機子コイルの電流切替には全く問題を生じない。この
ようにすることによって推力を増加しつる場合もあり、
一つの附帯的効果である。
第1図は本発明の実施例の構成部品を示す斜視図、第2
図は本実施例のものの組立状態における各部品の関係を
示す側面図、第3図は本実施例におけるリニアスケール
4の遮光パターンを示す図、第4図は駆動回路の一つの
構成例を示す図、第5図は駆動回路の他の構成例を示す
図、第6図は従来の可動電機子形3相ブラシレスモータ
の構成例を示す図、第7図は第6図の構成例のものに対
する駆動回路を示す図、第8図は電機子コイル1個のみ
に着目した可動電機子形リニアモータの原理的構成図、
第9図は界磁永久磁石による磁束分布の実測例、第10
図(a)は実際の磁界分布のパターン、第10図(b)
はコイル1個に着目したときの望ましい推力波形パター
ン、第10図(C)は第1O図(a)のごとき磁界分布
のパターンのもとで、第10図(b)のごとき理想的な
推カバターンを発生させるために必要な、電機子コイル
1個に着目して求めた、駆動電流パターンを、それぞれ
無次元化して、着磁ピッチ1波長分について示した図で
ある。 1:固定子台;2:可動子基板、3,31,32.33
:電機子コイル;41,42,43:ホール素子;50
:固定子ヨーク;51〜58:界磁永久磁石;61,6
2:受発光素子ケース;70:固定子ヨーク;71〜7
8:界磁永久磁石;E、、 E、 : LED 、 R
,、R,:ホトダイオード;OP、〜OP、:オベアン
ブ;IC,:電子スイッチ; T+ + Tz ’電流
増幅用トランジスタ。 第 ■ 第4Ii 第 図 (a) ζn 第 図 第9 図 第6図 (b) 第 図 φVcc 第10図 (a) (b) (C)
図は本実施例のものの組立状態における各部品の関係を
示す側面図、第3図は本実施例におけるリニアスケール
4の遮光パターンを示す図、第4図は駆動回路の一つの
構成例を示す図、第5図は駆動回路の他の構成例を示す
図、第6図は従来の可動電機子形3相ブラシレスモータ
の構成例を示す図、第7図は第6図の構成例のものに対
する駆動回路を示す図、第8図は電機子コイル1個のみ
に着目した可動電機子形リニアモータの原理的構成図、
第9図は界磁永久磁石による磁束分布の実測例、第10
図(a)は実際の磁界分布のパターン、第10図(b)
はコイル1個に着目したときの望ましい推力波形パター
ン、第10図(C)は第1O図(a)のごとき磁界分布
のパターンのもとで、第10図(b)のごとき理想的な
推カバターンを発生させるために必要な、電機子コイル
1個に着目して求めた、駆動電流パターンを、それぞれ
無次元化して、着磁ピッチ1波長分について示した図で
ある。 1:固定子台;2:可動子基板、3,31,32.33
:電機子コイル;41,42,43:ホール素子;50
:固定子ヨーク;51〜58:界磁永久磁石;61,6
2:受発光素子ケース;70:固定子ヨーク;71〜7
8:界磁永久磁石;E、、 E、 : LED 、 R
,、R,:ホトダイオード;OP、〜OP、:オベアン
ブ;IC,:電子スイッチ; T+ + Tz ’電流
増幅用トランジスタ。 第 ■ 第4Ii 第 図 (a) ζn 第 図 第9 図 第6図 (b) 第 図 φVcc 第10図 (a) (b) (C)
Claims (2)
- (1)N,S極交互に着磁されており、その着磁ピッチ
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
コイルからなり、この何れか一方が固定子であり、他方
が可動子であって、可動子と固定子との相対的位置に従
って電機子コイルに適切に電流を流すことによって可動
子に推力を発生させ、移動させる構成のリニアブラシレ
ス直流モータにおいて、可動子の位置検出用センサとし
て発光素子および受光素子を用い、リニアスケール上の
パターンを検出するようにしたことを特徴とするリニア
ブラシレス直流モータ。 - (2)発光素子の光量を、制御用指令電圧により変化さ
せ、推力制御を行わせるようにしたことを特徴とする、
請求項1記載のリニアブラシレス直流モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164652A JPH0454860A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | リニアブラシレス直流モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2164652A JPH0454860A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | リニアブラシレス直流モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0454860A true JPH0454860A (ja) | 1992-02-21 |
Family
ID=15797251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2164652A Pending JPH0454860A (ja) | 1990-06-22 | 1990-06-22 | リニアブラシレス直流モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0454860A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009511335A (ja) * | 2005-10-10 | 2009-03-19 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ウィンドガラスワイパアーム |
| JP4666685B2 (ja) * | 2004-06-18 | 2011-04-06 | 株式会社ミツバ | ワイパブレード |
-
1990
- 1990-06-22 JP JP2164652A patent/JPH0454860A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4666685B2 (ja) * | 2004-06-18 | 2011-04-06 | 株式会社ミツバ | ワイパブレード |
| JP2009511335A (ja) * | 2005-10-10 | 2009-03-19 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | ウィンドガラスワイパアーム |
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