JPH0521984Y2 - - Google Patents

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JPH0521984Y2
JPH0521984Y2 JP13672587U JP13672587U JPH0521984Y2 JP H0521984 Y2 JPH0521984 Y2 JP H0521984Y2 JP 13672587 U JP13672587 U JP 13672587U JP 13672587 U JP13672587 U JP 13672587U JP H0521984 Y2 JPH0521984 Y2 JP H0521984Y2
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electromagnet
pole
phase
cosθ
sinθ
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、誘導子突起をもつ固定子に対向する
可動子が、電磁石の磁極表面に永久磁石(PM)
を貼付したPM形4相サーフエイスモータに関す
る。
〔従来の技術〕
半導体製造設備に用いられるXYステージ、
OA機器、周辺機器のXYプロツタ、スキヤナー、
自動製図機などに、サーフエイスパルスモータの
需要が増加している。
たとえば可変磁気抵抗(Variable reluctance)
形、ハイブリツド(HB)形リニアパルスモータ
をX軸とY軸に配置したザイネテイツクス
(Xeinetix)社の面パルスモータが実用されてい
る。
それらの一つには、2つの部材間の単一の軸に
沿つた相対運動を制御するための装置(特公昭49
−41602号)があり、これは可変磁気抵抗形3相
リニアパルスモータをX軸に2台とY軸に2台で
計4台より成る装置である。二つには、特定の1
つの軸に沿つた出力部材の移動を制御する装置
(特公昭52−7962号)があり、それはハイブリツ
ド形2相リニアパルスモータをX軸に2台とY軸
に2台と計4台より成る装置である。さらに、本
出願人が先に提案した先行例(特願昭61−122431
号(特開昭62−89467号)・発明の名称サーフエイ
スパルスモータ)がある。この先行例における第
1発明は、 固定子は、平板状の磁性体で、表面には正方格
子が切つてあり、この格子の交差点には磁性体の
突起状の歯を設ける手段と、 可動子は、5相の集中巻電磁石より成り、各電
磁石の固定子に相対する磁極表面には、固定子と
同じピツチで磁性体の突起状の歯をそなえる手段
と、 各相電磁石の相対位置は、この正方格子に対
し、角度tan-1(1/2)だけ回転したX,Yの直交
座標系において、第1相に対し、それぞれ、第2
相は+X方向、第3相は+Y方向、第4相は−X
方向、第5相は−Y方向にみな格子ピツチの1/
√5だけ相違が与えられる手段と、 可動子は固定子に対し、一定の空隙をもつて対
向支持され、X方向、Y方向に移動できる手段
と、を有することを特徴とするサーフエイスパル
スモータ。
であり、さらにその第2発明は、 固定子は、平板状の磁性体で、表面には三角格
子が切つてあり、この格子の交差点には磁性体の
突起状の歯を設ける手段と、 可動子は、7相の集中巻電磁石より成り、各電
磁石の固定子に相対する磁極表面には、固定子と
同じピツチで磁性体の突起状の歯をそなえる手段
と、 各相電磁石の相対位置は、この三角格子に対
し、角度tan-1(√3/5)だけ回転したX,Y,
Zの斜交座標系において、第1相に対し、それぞ
れ、第2相は+X方向、第3相は+Y方向、第4
相は+Z方向、第5相は−X方向、第6相は−Y
方向、第7相は−Z方向にみな格子ピツチの1/
√7だけ相違が与えられる手段と、 可動子は固定子に対し、一定の空隙をもつて対
向支持され、X方向、Y方向、Z方向に移動でき
る手段と、 を有することを特徴とするサーフエイスパルスモ
ータ。
である。
〔考案が解決しようとする問題点〕
ところが、従来例の面パルスモータや、X軸、
Y軸にリニアパルスモータを搭載したヒユーレツ
トパツカード(商社名)のXYプロツタのよう
に、構造が複雑で高価なものしかなく、あまり用
いられていない。
また、先行例における指令電流は、cosθx
cosθyのように正弦波の積に比例する形となつて
いて、X方向とY方向の分離ができず、演算も
やゝ複雑であり、X,Yの干渉から制御が簡単で
はないというきらいがあつた。
ここにおいて本考案は、従来例ならびに先行例
の難点を克服し、互いに直交する方向の推力を、
独立に制御できる励磁モードで電流を指令し、推
力、速度、位置制御を容易にしたPM形4相サー
フエイスモータを提供することを、その目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本考案は、 固定子が、磁性体からなる平板で、可動子に対
向する表面に一定のピツチで正方形の格子状に誘
導子歯をなす複数個の突起を有し、 可動子が、4個の電磁石より成り、各電磁石の
鉄心の固定子対向面には、格子状多極に着磁され
た永久磁石の薄板が貼付され、 可動子は永久磁石の磁極が固定子の誘導子歯に
対向し、一定の空隙を介して平面上の運動を自由
に行なえるように支持され、 可動子永久磁石磁極と固定子誘導子歯の相対位
置は、第1の電磁石EP11の永久磁石のN極が誘
導子歯の中心に一致したとき、第1の電磁石の左
側に隣接する第2の電磁石EP21の永久磁石はN
極とS極の距離をなす極ピツチの1/2だけX方向
にずれた位置になり、第1の電磁石の下側に隣接
する第3の電磁石EP12は極ピツチの1/2だけY方
向にずれた位置になり、第1の電磁石から対角線
上に隣接する第4の電磁石EP22は極ピツチの1/2
だけX方向およびY方向にそれぞれずれた位置に
なるように、第1ないし第4の電磁石が配置され
るPM形4相サーフエイスモータである。
〔作用〕
4つの電磁石EP11,EP21,EP12,EP22、に流
す電流i11,i21,i12,i22を、 i11∝cosθ〓+cosθ〓 i21∝sinθ〓−sinθ〓 i12∝sinθ〓+sinθ〓 i22∝cosθ〓−cosθ〓 のように指令電流の位相が正弦波の和になり演算
が容易で精度が高く、直交するα,βの二方向独
立に制御可能となり、かつ固定子誘導子歯の格子
ピツチを基準に位置決めされる。
なお、指令電機子電流の位相マトリツクスにお
ける、X方向の位相角をθx,Y方向の位相角θy
したとき、それを45°回転したのがθ〓,θ〓である。
〔実施例〕
本考案の一実施例における外観を表わす斜視図
(電磁石を省略している)を第1図aに、示す。
第1図bは可動子を形成する1つの素体電磁石の
斜視図である。電磁石EP11(他の電磁石も同様で
ある)は、E形コアを積層した鉄心311の中央脚
にコイル411が集中巻きされ、かつ鉄心311の固
定子1への対向面に格子状多極に着磁された永久
磁石511が貼付されている。
第2図は、空隙を介して対向する固定子と可動
子の平面図であり、電機子電磁石を実線で表わし
誘導子歯を点線で示す。
そして第3図は、固定子の座標系X−Yと可動
子の座標系α−βとの関係図である。
固定子1は、正方形の格子状に、磁性体の突起
(以下、誘導子歯と称す)101,102,……,
171,……を有する磁性体の平板である。
可動子2は4個の電磁石EP11,EP12,EP21
EP22より成り、各電磁石の素体EP11のコイル411
により励磁される鉄心311の切断面には、第2図
で実線で表示されるように、格子状多極に着磁さ
れた永久磁石511の薄板が貼付されて、全体の永
久磁石5を形づくる。
可動子2は固定子1に対し、永久磁石5の磁極
(N,S,……)が誘導子歯101,……に対向
し、一定のギヤツプをおいて支持され、平面上の
運動を自由に行なえるように構成されている。
電磁石磁極の誘導子歯に対する相対位置は、電
磁石EP11のN極が誘導子歯の中心に一致した位
置にあるとき、電磁石EP21はX方向に極ピツチ
(N極とS極の距離)の1/2ずれた位置になり、電
磁石EP12はY方向に極ピツチの1/2ずれた位置、
電磁石EP22はX方向およびY方向にそれぞれ極
ピツチの1/2ずれた位置になるように、4つの電
磁石EP11,EP21,EP12,EP22が配置されている。
この状態図が第2図に示される。
そこで、この第2図のような誘導子歯Tに対す
る各電機子(可動子2)電磁石EPの永久磁石5
磁極の相対位置において、電磁石EP11のコイル
11を励磁し、誘導子歯がS極になるようにすれ
ば、永久磁石5のN極と誘導子歯の誘導S極が吸
引し合うので、この位置で可動子2は平衡する。
電磁石EP11の電流i11を切つて、電磁石EP21
電流i21を流すと、可動子2は右(X)方向に1/2
磁極ピツチ動いて止る。
または、電磁石EP12の電流を流すと、可動子
は下方(−Y)方向に1/2磁極ピツチ動く。
このようにして、電磁石EPjk(j,kは1ある
いは2)を次々に切換て行けば、どの方向にも推
力を出し、可動子2は固定子1の上を移動するこ
とができる。
可動子2に発生する推力を表わす式は、次のよ
うにして求めることができる。
電機子電磁石EPjkの起磁力がつくる磁束Baは、
誘導子歯Tによつて変調を受け、次のように分布
する。
Ba=Bn(1+K2cos2π/λx・cos2π/λy) ……(1式) ただし、 Bnは電機子電磁石の起磁力がつくる最大磁束
振幅、 λは極対ピツチ、 K2は磁界変調率 x,yはX−Y座標の座標値(長さ)である。
永久磁石5の磁極のつくる起磁力について、磁
化電流ifで表わすと、 if=2HcLn ……(2式) となる。
ここに、Hcは永久磁石5の保磁力、Lnは厚さ
である。
磁化電流ifは一辺λ/2(第2図図示)の正方
形のループを流れる。
このループの囲む電機子電磁石の起磁力Ba
よる全磁束をφとすると、推力Fx,Fyは Fx=ifdφ/dx Fy=ifdφ/dy となる。
そこで、ifφ=Uを推力ポテンシアルと考える
と、 U=4ifBnK2(λ/2π)2cos2π/λx・cos2π/λ
y ……(3式) が得られる。
各電磁石による起磁力BnをBjkで表わし、その
ポテンシアルをそれぞれUjkで示すことにする。
ここで、起磁力Bjkを以下のように与える。
B11=Bncosθx・cosθy B21=Bnsinθx・cosθy B12=Bncosθx・sinθy B22=Bnsinθx・cosθy ……(4式) このときのポテンシヤルUは U=U11+U21+U12+U22 すなわち U=4ifBmK2(λ/2π)2cos(θx−2π/λx)cos(
θy−2π/λ y) ……(5式) となる。
指令電機子電流の位相マトリツクスにおけるX
方向の位相角θx,Y方向の位相角をθyとし、それ
らθx,θyを指令すると、その位置まで可動子2が
動いて平衡することは明らかである。
ただし、(4式)で表わすような磁束をつくる
電機子電流ijkをつくつて指令しなければならな
い。
電機子電流の位相マトリツクスは(4式)より cosθx・cosθy,sinθx・cosθy cosθx・sinθy,sinθx・sinθy ……(6式) と表わせる。
この固定子1の座標(θx,θy)を次の可動子2
の座標(θ〓,θ〓)に座標変換する。
θx+θy=θ〓 θx−θy=−θ〓} ……(7式) そうすると位相マトリツクスは 1/2cosθ〓+COSθ〓, sinθ〓−sinθ〓,sinθ〓+sinθ〓 cosθ〓−cosθ〓 ……(8式) になる。
(θ〓,θ〓)の座標は(θx,θy)の座標を45°回

し(第3図)、寸法を1/√2倍したもので、歯
ピツチ(極対ピツチ)はλ/√2になつている
(第2図)。
これは永久磁石5の磁極の極対ピツチλ/2で
なく、誘導子歯T(101,102,……)の格
子ピツチλ/√2を基準にした位置決めを行なう
ことになる。
(8式)でθ〓とθ〓から指令電流ijkを求める方法
は、(6式)のように正弦波の積ではなく、和の
形になつているので、演算が容易である。
また、(cosθ〓,sinθ〓),(cosθ〓,sinθ〓)
に分け
てみると、(8式)は cosθ〓 00 cosθ〓+0 sinθ〓sinθ〓 0+cosθ〓 00 −cosθ〓+0 sinθ〓−sinθ〓 0 と書ける。これら4つの電流成分は互いに非干渉
に流れているので、(cosθ〓,sinθ〓)でα方向のリ
ニアモータ、(cosθ〓,sinθ〓)でβ方向のリニアモ
ータになつている。
次に、本考案の他の実施例として、各電磁石の
巻線にcosθ〓,sinθ〓,cosθ〓,sinθ〓の中から二
つず
つ加算して、演算増幅器により指令電流位相をつ
くる手段がある。
さらに、本考案の別の実施例として、電機子電
磁石巻線wjkを以下のように接続し、各位相信号
を分離独立させる手段、すなわち、 1/2w11+1/2w22→cosθ〓 電磁石EP11の巻線w11の1/2と電磁石EP22の巻
線w22の1/2を同相直列に接続し、cosθ〓をうる。
以下、同様に、 1/2w21+1/2w12→sinθ〓 1/2w11−1/2w22→cosθ〓 ここに−1/2w22は巻線の1/2を逆相直列に接続
することであり、 1/2w12−1/2w21→sinθ〓 である。
〔考案の効果〕
かくして本考案によれば、次に掲げる数多くの
格段の効果を奏することから、経済性のすぐれた
信頼性の著しく向上したPM形4相サーフエイス
モータがえられる。
すなわち、 指令電流の位相が正弦波の和になつているので
演算が容易になり、精度も高くできる。
直交する二つの方向α,βが独立に制御でき
る。
固定子歯の格子ピツチを基準に位置決めできる
ので、精度が出し易い。
α方向もβ方向も各電磁石の巻線の位置、電流
の配分が対称的になつているので、位置決め精度
が高くなる。
θ〓またはθ〓の位相の励磁モードを零にすること
により、その方向だけの運動を自由にした直線拘
束ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の一実施例の概要的な斜視図、
第2図は固定子突起ならびに可動子磁極の形成す
る格子座標を表わす対向平面図、第3図は固定子
座標系と可動子座標系の関係図である。 1……固定子、101,102,……、171
……固定子突起(誘導子歯)、2……可動子、31
……鉄心、411……コイル、511……永久磁石、
5……全体の永久磁石。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 1 固定子は、磁性体からなる平板で、可動子に
    対向する表面に一定のピツチで正方形の格子状
    に誘導子歯をなす複数個の突起を有し、 可動子は、4個の電磁石より成り、各電磁石
    の鉄心の固定子対向面には、格子状多極に着磁
    された永久磁石の薄板が貼付され、 可動子は永久磁石の磁極が固定子の誘導子歯
    に対向し、一定の空隙を介して平面上の運動を
    自由に行なえるように支持され、 可動子永久磁石磁極と固定子誘導子歯の相対
    位置は、第1の電磁石EP11の永久磁石のN極
    が誘導子歯の中心に一致したとき、第1の電磁
    石の左側に隣接する第2の電磁石EP21の永久
    磁石はN極とS極の距離をなす極ピツチの1/2
    だけX方向にずれた位置になり、第1の電磁石
    の下側に隣接する第3の電磁石EP12は極ピツ
    チの1/2だけY方向にずれた位置になり、第1
    の電磁石から対角線上に隣接する第4の電磁石
    EP22は極ピツチの1/2だけX方向およびY方向
    にそれぞれずれた位置になるように、第1ない
    し第4の電磁石が配置される ことを特徴とするPM形4相サーフエイスモー
    タ。 2 同一巻数を巻回した第1ないし第4の電磁石
    のコイルに流す電流i11,i21,i12,i22を、 i11∝cosθ〓+cosθ〓 i21∝sinθ〓−sinθ〓 i12∝sinθ〓+sinθ〓 i22∝cosθ〓−cosθ〓 ただし、θ〓,θ〓は指令位置の位相角 のようにθ〓,θ〓の位相をもつ正弦波の合成によ
    り、指令・制御することにより、推力、運動、
    位置制御を行なわせる 実用新案登録請求の範囲第1項記載のPM形
    4相サーフエイスモータ。
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