JPH0759143B2

JPH0759143B2 - パルスモータ

Info

Publication number: JPH0759143B2
Application number: JP63295365A
Authority: JP
Inventors: 洋中川
Original assignee: 神鋼電機株式会社
Priority date: 1988-11-22
Filing date: 1988-11-22
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH02142353A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、例えば、産業用ロボットなどのように比較
的大きな推力が要求されるFA（ファクトリーオートメー
ション）機器に用いて好適なパルスモータに関するもの
である。

「従来の技術」周知のように、リニアパルスモータはスライダに供給さ
れるパルス信号に基づき、スライダまたは二次側スケー
ル（以下、単にスケールと称す）をステップ状に歩進動
作させるものであり、その磁気回路の構成は、第９図に
示す通りである。この図において、１は長尺板状の磁性
体によって構成されたスケールであり、その上面には、
凹凸状の歯部1a,1a,…が長手方向（図面左右方向）に沿
って等間隔に形成されている。このスケール１の上面に
はスライダ２が図示せぬローラ等からなる支持機構によ
ってスケール１の長手方向へ移動自在に指示された状態
で載置されている。スライダ２は、コ字状のＡ相鉄心４
およびＢ相鉄心５と、Ａ相鉄心４のＡ相磁極4aおよび
相磁極4bに各々巻回されたコイル6aおよび6bと、Ｂ相鉄
心５のＢ相磁極5aおよび相磁極5bに各々巻回されたコ
イル7aおよび7bと、鉄心４および５の上面に図示する極
性で取り付けられた永久磁石８および９と、永久磁石８
および９の上面に取り付けられた板状の磁性体によって
構成されるバックプレート10とから構成されている。そ
して、磁極4aの下面には、スケール１の歯部1aのピッチ
Ｐと同一ピッチの極歯14aが３個形成されており、磁極4
b,5a,5bの各下面にも同様に極歯14b,15a,15bが各々形成
されている。また、これらの極歯15b,14b、15aは極歯14
aに対して順次P/4ずつずらして配置されており、極歯14
a,14b,15a,15bの各下面と歯部1aの上面との間には、所
定の間隙Ｇが各々形成されている。そして、コイル6a,6
b,7a,7bに所定のパルス信号を順次供給することによ
り、コイル6a,6b,7a,7bが発生する磁束と、永久磁石8,9
が発生する磁束とが各磁極4a,4b,5a,5bにおいて、順次
加減され、スケール１に対するスライダ２の磁気的安定
位置が順次移動し、これにより、スライダ２がスケール
１の長手方向に沿って移動する。

ここで、２組のコイル6a,6bおよび7a,7bに常に電流を供
給する２相励磁方式によってスライダ２を駆動する場合
を例にして説明する。

第10図（ａ）に示す様に、コイル6a,6bに端子6cから6
dへ向って所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bに端子
7dから7cへ向って所定の電流を流すことによって、コイ
ル6aが発生する磁束と、永久磁石８が発生する磁束とが
Ａ相磁極4aにおいて相加わり、相磁極4bにおいて互い
に打ち消し合う一方、コイル7aが発生する磁束と、永久
磁石９が発生する磁束とがＢ相磁極5aにおいて相加わ
り、相磁極5bにおいて、互いに打ち消し合うので、図
に実線φ_１で示す主磁束が発生し、この結果、Ａ相磁極
4aおよびＢ相磁極5aの各極歯14aおよび15aと、スケール
１の歯部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した
位置となる。

第10図中（ｂ）に示す様に、コイル6a,6bにと同一
方向へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆
方向へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_２で
示す主磁束が発生し、この結果、各極歯14aおよび15bと
歯部1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置
となる。

第10図（ｃ）に示す様に、コイル6a,6bにと逆方向
へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと同方向
へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_３で示す
主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15bと歯部
1aとが上下に対向した位置が磁気的に安定した位置とな
る。

第10図（ｄ）に示す様に、コイル6a,6bにと同方向
へ所定の電流を流すと共に、コイル7a,7bにと逆方向
へ所定の電流を流すことによって、図に実線φ_４で示す
主磁束が発生し、この結果、各極歯14bおよび15aと歯部
1aと上下に対向した位置が磁気的に安定した位置とな
る。

以上の→→→の各励磁モードの順にパルス励磁
を繰り返すことによって、スライダ２が図面右方向、す
なわち磁極4aから5bに向かう方向へ移動し、→→
→の各励磁モードの順にパルス励磁を繰り返すことに
よって、スライダ２が図面左方向、すなわち磁極5bから
4aに向かう方向へ移動する。なお、スライダ２を固定し
てスケール１を移動させる場合も同様である。

「発明が解決しようとする課題」ところで、一般に、リニアパルスモータはオープンルー
プで高精度な位置決めが可能なことから、OA（オフィス
オートメーション）機器のプリンタのキャリッジ駆動等
に用いられているものの、大きな推力が得られないた
め、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力が要
求されるFA機器には、通用することが困難であった。す
なわち、上述したリニアパルスモータにおいては、第10
図（ａ）〜（ｄ）に示すように、一方のＡ相磁極4aもし
くはＢ相磁極5aにおいてオイル6aもしくは7aが発生する
磁束と永久磁石8,9が発生する磁束とが相加わり、推力
が発生したいる期間、他方の相磁極4bもしくは相磁
極5bにおいては、コイル6bもしくは7bが発生する磁束
と、永久磁石8,9が発生する磁束とが互いに打ち消し合
い、推力が発生しないように構成されている。逆に、
相磁極4bもしくは相磁極5bにおいて推力が発生してい
る期間、Ａ相磁極4aもしくはＢ相磁極5aにおいては、推
力が発生しないように構成されている。したがって、実
際に推力発生に寄与する推力発生面積は、スケール１と
対向する各磁極4a,4b,5a,5bの総面積の内、50％しかな
く、この推力発生面積を広げることが、推力向上を図る
際の重要な課題となっていた。また、このような推力向
上を図ったパルスモータを実用化する際において、可能
な限り簡素な構成とし、容易に製造し得ると共に、充分
な剛性強度が得られる構造とすることも重要な課題と成
っていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、ス
ケールと対向する各磁極の総面積を推力発生用に有効に
利用し得て、大きな推力が得られると共に、簡素な構成
で、容易に製造することができ、かつ充分な剛性強度が
得られるパルスモータを提供することを目的としてい
る。

「課題を解決するための手段」この発明は、特定方向に沿って等間隔に歯部を有する二
次側スケールと、前記二次側スケールに対して前記特定
方向へ移動自在に支持された一次側磁束発生部とからな
り、前記一次側磁束発生部の各磁極と前記二次側スケー
ルの各歯部との間に形成された各間隙に順次磁束を発生
させることにより、前記一次側磁束発生部を二次側スケ
ールに対して相対移動させるパルスモータにおいて、前
記二次側スケールを、前記特定方向に沿って一定間隔P/
2で歯部と溝部が交互に形成された磁性部材と、前記各
溝部に、隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となるよ
うに各々挿入配置された永久磁石とから構成する一方、
前記一次側磁束発生部を、前記二次側スケールの各歯部
と一定の間隙を隔てて各々対向するＮ個の磁極を有する
と共に、前記各磁極が前記特定方向へ所定寸法P/Nの変
位を有して各々配置された鉄心と、前記各磁極に各々巻
回されたコイルとから構成したことを特徴としている。

「作用」上記構成によれば、コイルに電流を流すと、一次側磁束
発生部の鉄心の一方の磁極から二次側スケールのＳ極側
の歯部に流入した磁束が、永久磁石を介して隣合うＮ極
側の歯部に流入し、該歯部から一次側磁束発生部の鉄心
の他方の磁極へ流入する主磁束ループが形成されるの
で、二次側スケールと対向する各磁極の総面積を推力発
生用に有効に利用することができ、大きな推力が得られ
る。

「実施例」以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の第１実施例によるリニアパルスモー
タの磁気回路の構成を示す図である。

この図において、20は固定されたスケール、21は図示せ
ぬローラ等の支持機構によってスケール20の長手方向
（図に示す矢印Ｍ方向）へ移動自在に支持されたスライ
ダである。

スケール20は、その長手方向に沿って一定間隔P/2で歯
部22a,22a,…と凹溝22b,22b,…とが交互に形成された磁
性部材22と、前記各凹溝22bに、隣合うもの同志の極性
が互いに逆方向となるように各々挿入配置された永久磁
石23,23,…とから構成されている。

一方、スライダ21は、スケール20と一定の間隙Ｇを隔て
て各々対応する４個の磁極、すなわちＡ相磁極24Aと
相磁極24とＢ相磁極24Bと相磁極24とを有する鉄
心24と、各磁極24A,24,24B,24に各々巻回されたコ
イル25A,25,25B,25とから構成されている。この場
合、各磁極24A,24,24B,24の相対位置関係は次の通
りである。すなわち、磁極24Aに対して、磁極24Bは（5P
−P/4）隔てて位置し、また各磁極24Aおよび24Bに対し
て、各磁極24および24は各々（2P＋P/2）隔てて位
置し、これにより、各磁極24A,24B,24,24の順に、
その移動方向（矢印Ｍ方向）へ所定寸法P/4ずつの変位
を有して配置されている。また、各磁極24A,24,24B,2
4のスケール21と対向する端面には、スケール21の歯
部22aと略同一の対向面積を有する極歯24Aa,24Ab,24
a,24b,24Ba,24Bb,24a,24ｂが各々形成されてい
る。

以上の構成において、各コイル25A,25,25B,25に電
流を供給しない状態においては、第２図に点線矢印によ
って示すように、各永久磁石23,23,…のＮ極から各々の
Ｓ極に戻る磁束ループが形成されると共に、同図に実線
矢印によって示すように、スケール20のＮ極側の歯部22
aからスライダ21の各磁極24A,24,24B,24に流入し、
再びスケール20のＳ極側の歯部22aに戻る磁束ループが
形成され、この状態で静止している。

ここで、Ａ相と相コイル25A,25の組、またはＢ相と
相コイル25B,25の組の一方に電流を供給する１相励
磁方式によってスライダ21を駆動する場合の動作につい
て第３図を参照して説明する。

第３図（ａ）に示す状態において、Ａ相と相コイル
25A,25に対して、図に示す×印から・印の方向へ所定
の電流を流すと、鉄心24には相磁極24からＡ相磁極
24Aに向ってコイル25A,25による起磁力が発生し、こ
れにより図にφ_１で示すように、鉄心24のＡ相磁極24A
の各極歯24Aa,24Abからスケール20のＳ極側の歯部22aに
流入した磁束が、永久磁石23を介して隣合うＮ極側の歯
部22aに流入し、この歯部22aから鉄心24の相磁極24
の各極歯24a,24ｂへ流入する主磁束ループが形成さ
れる。この結果、Ａ相磁極24Aの各極歯24Aa,24Aaがスケ
ール20のＳ極側の歯部22aと対向し、相磁極24の各
極歯24a,24ｂがスケール20のＮ極側の歯部22aと対
向する位置が磁気的に安定した位置となる。

第３図（ｂ）に示す様に、Ｂ相と相コイル25B,25
に対して、図に示す×印から・印の方向へ所定の電流を
流すと、図にφ_２で示す主磁束ループが発生し、この結
果、Ｂ相磁極24B,24の各極歯24Ba,24Bbがスケール20
のＳ極側の歯部22aと対向し、相磁極24の各極歯24
a,24ｂがスケール20のＮ極側の歯部22aと対向する
位置が磁気的に安定した位置となる。

第３図（ｃ）に示す様に、Ａ相と相コイル25A,25
にと逆方向へ所定の電流を流すと、図にφ_３で示す主
磁束ループが発生し、この結果、Ａ相磁極24Aの各極歯2
4Aa,24Abがスケール20のＮ極側の歯部22aと対向し、
相磁極24の各極歯の24a,24ｂがスケール20のＳ極
側の歯部22aと対向する位置が磁気的に安定した位置と
なる。

第３図（ｄ）に示す様に、Ｂ相と相コイル25B,25
にと逆方向へ所定の電流を流すと、図にφ_４で示す主
磁束ループが発生し、この結果、Ｂ相磁極24Bの各極歯2
4Ba,24Bbがスケール20のＮ極側の歯部22aと対向し、
相磁極24の各極歯24a,24ｂがスケール20のＳ極側
の歯部22aと対向する位置が磁気的に安定した位置とな
る。

以上の→→→の各励磁モードの順にパルス励磁
を繰り返すことによって、スライダ21が図面右方向へ移
動し、→→→の各励磁モードの順にパルス励磁
を繰り返すことによって、スライダ21が図面左方向へ移
動する。

次に、第４図を参照して、この発明の第２実施例である
３相リニアパルスモータについて説明する。この図にお
いて、42は図示せぬローラ等の支持機構によってスケー
ル21の長手方向（図に示す矢印Ｍ方向）へ移動自在に支
持されたスライダである。スライダ42は、Ａ相磁極43A
と、Ｂ相磁極43Bと、Ｃ相磁極43Cとを有する鉄心43と、
各磁極43A〜43Cに各々巻回されたコイル44A〜44Cとから
構成されている。この場合、一側部に位置する磁極43
A、中央部に位置する磁極43B,他側部に位置する磁極43C
の順に、スケール20の長手方向（Ｍ方向）へ順次P/3ず
つ変位して配置され、これにより、Ａ相磁極43Aがスケ
ール20の歯部22aと対向している状態において、Ｂ相磁
極43Bが歯部22aからＰの1/3だけ変位し、Ｃ相磁極43Cが
歯部22aからＰの2/3だけ変位する位置関係となる。

以上の構成において、第５図に示すような励磁シーケン
スで、Ａ相コイル44Aと、Ｂ相コイル44Bと、Ｃ相コイル
44Cに極性が反転するパルス電流を供給し、いわゆるバ
イポーラ駆動する場合の動作について説明する。

まず、第６図は、スライダ42の各磁極43A〜43Cとスケー
ル20の各歯部22aとの間に発生する推力ベクトルを示す
図である。この図において、ＡはＡ相コイル44Aに正方
向に駆動電流を供給した場合に生じる推力ベクトルを示
し、はＡ相コイル44Aに負方向に駆動電流を供給した
場合に生じる推力ベクトルを示し、同様に、ＢおよびＣ
はＢ相コイル44BおよびＣ相コイル44Cに正方向に駆動電
流を供給した場合に各々生じる推力ベクトルを示し、
およびはＢ相コイル44BおよびＣ相コイル44Cに負方向
に駆動電流を供給した場合に各々生じる推力ベクトルを
示している。

そして、第５図にで示す期間においては、Ａ相コイル
44Aに正方向へ駆動電流が供給され、Ｂ相コイル44BとＣ
相コイル44Cには負方向へ駆動電流が供給されており、
第６図に示すように、ベクトルＡと、ベクトルと、ベ
クトルを合成したベクトルが推力ベクトルとなって、
スケール22とスライダ42間に作用する。その後、→
→…→で示す順序で、各コイル44A〜44Cに駆動電流を
供給すると、スライダ42の各磁極43A〜43Cとスケール20
の各歯部22aとの間に発生する推力ベクトルが第６図に
→→…→で示す順序で変化し、スケール20に対す
るスライダ42の磁気的安定点が移り変わる。このように
→→→…→の各励磁モードの順、または→
→…→→の各励磁モードの順にパルス励磁を繰り返
すことによって、スライダ42が移動する。

次に、この発明の第３の実施例であるディスク・ロータ
型・両面駆動式のパルスモータに適用した場合の構成に
ついて第７図（イ）〜（ニ）を参照して説明する。これ
らの図において、50はハウジングであり、51はハウジン
グ50にベアリング52,53を介して回転自在に支持されて
いるシャフトである。このシャフト51には、円板状のロ
ータ54がキー55によって固定されており、また、ハウジ
ング50内には、ロータ54の両面と各々所定の間隙を隔て
て対向する環状のステータ56,57が各々取り付けられて
いる。ロータ54は、非磁性体によって構成される環状部
材59および60と、これらの部材59と60間に配置され、放
射状にかつ等間隔に歯部61a,61a,…と凹溝61b,61b,…が
形成された円板状の磁性部材61と、各凹溝61b,61b,…
に、隣り合うもの同上の磁性が互いに逆方向となるよう
に各々挿入配置された永久磁石62,62,…とから構成され
ている。また、ステータ56は、第１図に示す各磁極24A,
24,24B,24と同様の位置関係を有する磁極65a〜65d
が形成された鉄心と、これらの磁極65a〜65dに各々巻回
されたコイル66a〜66dとから構成され、ステータ57も同
様に構成されている。以上の構成において、第３図と同
様の動作原理でロータ54が回転駆動され、シャフト51が
回転する。

次に、この発明の第４実施例であるアウター・ロータ型
のパルスモータに適用した場合の構成について第８図を
参照して説明する。この図において、70は円筒状のアウ
ター・ロータであり、内周面に等間隔に歯部71a,71a,…
と凹溝71b,71b,…が交互に形成された磁性部材71と、各
凹溝71b,71b,…に、隣り合うもの同士の極性が互いに逆
方向となるように各々挿入配置された永久磁性72,72,…
とから構成されている。また、ステータ74は、第４図に
示す各磁極43A,43B,43Cと同様の位置関係を有するＡ相
磁極75A,B相磁極75B,C相磁極75Cと、相磁極75，
相磁極75，相磁極75が形成された鉄心75と、これ
らの磁極75A〜75に各々巻回されたコイル76A〜76と
から構成され、シャフト78に固定されている。以上の構
成において、第４図の実施例と同様の動作原理でアウタ
ー・ロータ70が回転駆動される。

なお、この発明は、上述した実施例に限定されることな
く、以下に挙げる種々の変形が可能である。

一次側スライダに、二次側スケールに対する相対移動
量を検出するセンサを設け、サーボモータとして駆動さ
せるようにしてもよい。

コギングの除去、もしくは推力波形歪の改善のため
に、スキュー構造としたり、同一極内における若干のピ
ッチずらし（等価スキュー）を施しても構わない。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、二次側スケー
ルを、特定方向に沿って一定間隔P/2で歯部と溝部が交
互に形成された磁性部材と、各溝部に、隣合うもの同志
の極性が互いに逆方向となるように各々挿入配置された
永久磁石とから構成する一方、一次側磁束発生部を二次
側スケールの各歯部と一定の間隙を隔てて各々対向する
Ｎ個の磁極を有すると共に、各磁極が特定方向へ所定寸
法P/Nの変位を有して各々配置された鉄心と、各磁極に
各々巻回されたコイルとから構成し、これらのコイルに
電流を流した場合に、一次側磁束発生部の鉄心の一方の
磁極から二次側スケールのＳ極側の歯部に流入した磁束
が、永久磁石を介して隣合うＮ極側の歯部に流入し、該
歯部から一次側磁束発生部の鉄心の他方の磁極へ流入す
る主磁束ループが形成されるようにしたので、二次側ス
ケールと対向する各磁極の総面積を推力発生用に有効に
利用することができ、従来の２倍の推力を得られ、例え
ば、産業用ロボットなどのように比較的大きな推力が要
求されるFA機器にも適用することが可能になるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例によるリニアパルスモー
タの磁気回路構成を示す正面図、第２図は同実施例の静
止時における磁束経路を説明するための正面図、第３図
（ａ）〜（ｄ）は同実施例を１相励磁方式によって駆動
した場合の動作を説明するための正面図、第４図はこの
発明の第２実施例による多相リニアパルスモータの磁気
回路構成を示す斜視図、第５図は同リニアパルスモータ
における励磁シーケンスを説明するための図、第６図は
同リニアパルスモータの各励磁モードにおける推力ベク
トルを説明するための図、第７図（イ）はこの発明の第
３実施例によるディスク・ロータ型パルスモータの構成
を示す部分断面図、同図（ロ）は同パルスモータのステ
ータ側の構成を示す部分正面図、同図（ハ）は同パルス
モータのディスク・ロータの構成を示す部分断面図、同
図（ニ）は同パルスモータのディスク・ロータの構成を
示す部分正面図、第８図はこの発明の第４実施例による
アウター・ロータ型パルスモータの内部構成を示す正面
図、第９図は従来のリニアパルスモータの磁気回路構成
を示す図、第10図（ａ）〜（ｄ）は同リニアパルスモー
タを２相励磁方式によって駆動した場合の動作を説明す
ための図である。 20……スケール（二次側スケール）、 21……スライダー（一次側磁束発生部）、 22……磁性部材、 22a……歯部、22b……凹溝（溝部）、 23……永久磁石、24……鉄心、 24A……Ａ相磁極、25A……Ａ相コイル、 24……相磁極、25……相コイル、 24B……Ｂ相磁極、25B……Ｂ相コイル、 24……相磁極、25……相コイル。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定方向に沿って等間隔に歯部を有する二
次側スケールと、前記二次側スケールに対して前記特定
方向へ移動自在に支持された一次側磁束発生部とからな
り、前記一次側磁束発生部の各磁極と前記二次側スケー
ルの各歯部との間に形成された各間隙に順次磁束を発生
させることにより、前記一次側磁束発生部を二次側スケ
ールに対して相対移動させるパルスモータにおいて、前記二次側スケールを、前記特定方向に沿って一定間隔
P/2で歯部と溝部が交互に形成された磁性部材と、前記
各溝部に、隣合うもの同志の極性が互いに逆方向となる
ように各々挿入配置された永久磁石とから構成する一
方、前記一次側磁束発生部を、前記二次側スケールの各歯部
と一定の間隙を隔てて各々対向するＮ個の磁極を有する
と共に、前記各磁極が前記特定方向へ所定寸法P/Nの変
位を有して各々配置された鉄心と、前記各磁極に各々巻
回されたコイルとから構成したことを特徴とするパルス
モータ。
【請求項２】前記二次側スケールの両面に、前記歯部お
よび溝部を形成し、前記各溝部に永久磁石を各々挿入配
置する一方、前記二次側スケールの両面の各歯部と各々
対向する一対の一次側磁束発生部を設け、これらの一次
側磁束発生部は、互いに連結され、かつ前記二次側スケ
ールに対して前記特定方向へ相対移動自在に支持されて
いることを特徴とする請求項１記載のパルスモータ。