JPH11122902A - リニアモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータ駆動装置の停止時間の低減及び
軌跡精度を向上させる。 【解決手段】 位置制御回路２３の出力として目標停止
位置からの差に基いた速度制御信号を電流指令回路３７
を介して比較演算回路３８で電流指令回路３７の出力と
電力増幅回路３５の出力とを比較し、電流指令回路３７
の出力に一致させ、比較演算回路３８の差に応じて電流
制御回路３９で励磁電流を決定し、それを三相変換回路
３４に入力し、更に、電力増幅回路３５で電力変換し、
位置指令の出力に応じた電機子コイル７と固定側マグネ
ット６との吸引力を発生させる。 【効果】 可動部１の摺動部の摩擦力を制御して可動部
１の停止時間を短縮できる。また、可動部１の推力中心
と可動部１の重心を一致させれば、可動部１の倒れ込み
振動を防止しでき、可動部１の軌跡精度を向上させるこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的精密な駆動
精度が要求される小型及び大型の直線運動を行う機器に
使用されるリニアモータ駆動装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の基本的なリニアモータ駆動装置の
事例を図９乃至図１１を用いて説明する。図９は従来の
リニアモータ駆動装置の駆動部の進行方向から見た構造
の説明図、図１０は図９の矢視Ａ−Ａによる断面図、ま
た、図１１（ａ）は図９及び図１０における推力（推進
力）を発生する推力発生部であり、（ｂ）は反発力を発
生する反発力発生部の動作を説明する説明図である。

【０００３】図９乃至図１１において、可動部１は駆動
テーブルと一体となった駆動対象で、直線ガイド部２に
よって固定側となる基台１０に取付けられたレール３に
対して、一定方向にのみ移動が案内される。推力を発生
する固定側マグネット４は基台１０の両側部に対して固
着されている。固定側マグネット４に対向して推力を発
生する電機子コイル５は、可動部１の両側部に固着さ
れ、固定側マグネット４に対向している。反発力を発生
する固定側マグネット６は、基台１０の底部上面に対し
て固着されている。反発力を発生する電機子コイル７
は、可動部１の下部に固着され、固定側マグネット６に
対向している。また、推力を発生する固定側マグネット
４と電機子コイル５及び反発力を発生する固定側マグネ
ット６と電機子コイル７は所定の間隔を保って対向して
配設されている。スケール１１は基台１０に取付けら
れ、可動部１の移動位置を測定するものであり、絶対位
置検出センサ１２は可動部１に取付けられていて、スケ
ール１１から可動部１の絶対位置を検出するものであ
る。

【０００４】推力を発生する固定側マグネット４と電機
子コイル５及び反発力を発生する固定側マグネット６と
電機子コイル７の詳細な構造は、図１１に示す構造を有
している。前記推力を発生する電機子コイル５は、鉄心
に溝を設け導体である１２０度の位相差を有するＵＶＷ
の三相巻線８を埋込み、また、反発力を発生する電機子
コイル７には同様に１２０度の位相差を有するｕｖｗの
三相巻線９が埋込まれてる。そして、固定側マグネット
４及び固定側マグネット６の上面には、Ｎ極とＳ極が交
互に位置するように着磁されている。したがって、電機
子コイル５と固定側マグネット４は、互いの吸引反発に
よって推力を発生し、電機子コイル７と固定側マグネッ
ト６は、互いに反発力を発生し、可動部１の負荷重量を
軽減させている。

【０００５】他の従来のリニアモータ駆動装置の動作原
理を図１２乃至図１４に示す。図１２は従来例のリニア
モータ駆動装置の制御系を示すブロック図で、図１３
（ａ）は図１２に示すＵＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの
三相巻線９に流す電流の時間に対する変化を示す特性図
及び図１３（ｂ）はＵＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの三
相巻線９に電流が流れたときの可動部１の動きを説明す
るものである。図１４は従来例のリニアモータ駆動装置
の位置制御における時間要素−変位振幅要素特性図であ
る。図１２において、比較演算回路２２は、位置指令回
路２１の目標停止位置出力と絶対位置検出センサ１２か
らの絶対位置とを比較演算し、その位置偏差を位置制御
回路２３で応答性を調整し、速度としての出力信号と絶
対位置検出センサ１２で得た変位量を微分回路３２によ
り速度に変換した信号を比較演算し、速度偏差を算出し
ている。次に、比較演算回路２４の速度偏差を速度制御
回路２５で応答性を調整し、かつ、速度の変量の電流信
号に変換する。また、固定側マグネット４の磁極の位置
を磁極検出回路３１で、かつ、磁極の位置において電機
子コイル５に供給されている電流の強さを振幅変換回路
３０で検出し、速度制御回路２５より出力された電流信
号との偏差を比較演算回路２６で算出し、それを電流の
応答性を調整する電流制御回路２７に入力する。更に、
それを三相変換回路２８で三相に変換し、電力増幅回路
２９で電力変換し、推力を発生する電機子コイル５に導
いて駆動させる。この間、電流指令回路３３の出力が三
相変換回路３４に入力され、それが電力増幅回路３５で
電力変換され、反発力を発生する電機子コイル７に導か
れ、電流指令回路３３の出力に応じた電機子コイル７と
固定側マグネット６との反発力が発生している。

【０００６】このように、位置指令回路２１の位置指令
目標値に対して、可動部１の位置をリニアスケール１１
で検出して、目標値と現状値の誤差がゼロになるように
駆動系、即ち、可動部１を追従駆動させる。これと同時
に電流指令回路３３によって電機子コイル７が固定側マ
グネット６に対して所定の反発力を発生するようにｕｖ
ｗの三相巻線９に電流を流している。図１３（ａ）は、
図１２に示すリニアモータ駆動装置へＵＶＷの三相巻線
８及びｕｖｗの三相巻線９に流す電流の時間に対する変
化を示しており、ＵＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの三相
巻線９に流す電流は、それぞれ１２０度の位相差を持つ
三相正弦波からなっている。また、図１３（ｂ）は、Ｕ
ＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの三相巻線９に電流が流れ
たときの可動部１の動きを説明したものである。即ち、
図１３（ａ）に示す時間ｔ１でＶ相巻線が永久磁石Ｎ、
Ｓ極の中央に有るとき、フレミングの左手法則に従って
可動部１は図示した右矢印の方向に移動する。このと
き、ｕ相巻線に最大の電流が流れており、永久磁石Ｎ、
Ｓ極上に電磁石のＮ、Ｓ極が形成され、反発力が発生す
る。可動部１が移動して時間ｔ２の位置にきたとき、前
述のように、右矢印の方向に移動し、三相巻線８及びｕ
ｖｗの三相巻線９には反発力が発生する。時間ｔ３の位
置に移動する。時間ｔ３でも同様に、右矢印の方向に移
動し、三相巻線８及びｕｖｗの三相巻線９には反発力が
発生する。

【０００７】したがって、正弦波の周波数（周期）を変
化させることにより任意の速度で可動部１は、一定の方
向に進行する。このとき、前述の反発力と可動部１の荷
重はバランスしているので、直線ガイド部２に外力を与
えないので静止摩擦力が大幅に低減され精密な位置決め
が可能となる。しかし、可動部１の慣性力が大きく、か
つ、減速時の加速度が大きい場合は、図１４の特性図に
示すように、目標停止位置に停止するまでに、減衰振動
に陥る可能性があった。なお、図１４は、横軸を時間要
素、縦軸を変位振幅要素とするものである。即ち、可動
部１が目標位置に停止するまでに、目標位置を中心に挟
んで減衰振動を繰返し、停止するまでに時間がかかると
いう問題があった。

【０００８】他の従来例として、例えば、特開昭５９−
１８５１５４号公報、特開平６−１９７５１９号公報で
開示された技術がある。前者の公報で開示された事例を
図１５に、後者の公報で開示された事例を図１６及び図
１７に示す。図１５は前者の従来のリニアモータ駆動装
置の動作を示す事例の説明図である。図１６は後者の従
来のリニアモータ駆動装置を使用したディスクドライブ
ユニットの斜視図、図１７は図１６の要部断面図であ
る。

【０００９】図１５において、軸４２はリニアパルスモ
ータの１次側本体である可動部１に取付けられ、ベアリ
ング４３を介して車輪４４が配設されている。磁極４５
は、磁極発生面に歯部４６が形成され、可動部１に一体
に固着されている。４７及び４８は励磁用コイルで、そ
れぞれ磁極４５に巻装されており、コイル４７は一対の
コイル４７ａ，４７ｂからなり、コイル４８は一対のコ
イル４８ａ，４８ｂからなり、同時に励磁され、それぞ
れ巻き方向を異にしている。４９はスケールで、上記磁
極歯部４６と等ピッチの歯部４９ａが形成され、このス
ケール４９に沿って１次側の車輪４４が案内される。５
０は予圧発生手段であり、永久磁石５０ａ及び一対の磁
性部材５０ｂより構成され、永久磁石５０ａ、磁性部材
５０ｂからの磁束が磁性部材５０ｂ、空隙Ｍ、スケール
４９を通じて閉磁回路を構成している。

【００１０】この種の従来のリニアモータ駆動装置は、
スケール４９の長さ方向へ移動する推力を１次側本体で
ある可動部１に取付けられた磁極４５とスケール４９間
で得ている。また、１次側本体である可動部１の移動抵
抗は車輪４４によって、その抵抗力を小さくしている。
また、制止状態を維持するために、予圧発生手段５０を
配設し、可動部１との間で制止を維持する制動力を得て
いる。

【００１１】この特開昭５９−１８５１５４号公報で開
示されたリニアモータ駆動装置は、図１５に示すよう
に、各一対のコイル４７ａ，４７ｂ及び４８ａ，４８ｂ
に対し、交互に順次電流の向きを変えて矩形波電圧を印
加して励磁すると、１／４ピッチずつ歩進する。このと
き、予圧発生手段５０の磁気吸引力によりベアリング４
３のバネ定数を向上させて歩進動作時の振動を低下させ
ることができる。しかし、これをリニアモータ駆動装置
に適用した場合、駆動時に常に予圧発生手段５０の磁気
吸引力による負荷重量が車輪４４に加わるので、それが
車輪４４の静止摩擦力となり、移動時はその分だけ推力
が余分に必要になり、また、可動部１がフィードバック
系に組み込まれている場合、停止時には微少な位置指令
目標値に対応する微少な推力に打ち勝ち、可動部１の駆
動を妨げ、また、リニアモータ駆動装置の感知する追従
誤差を解消するための大きな推力指令に対しては、静止
摩擦力の消滅に伴う過度の応答が生じて、精密位置決め
ができない問題があった。

【００１２】また、特開平６−１９７５１９号公報で開
示された技術は、図１６に示すように構成されている。
図１６に示すように、デッキベース７１上にスピンドル
モータ７２が固定されており、このスピンドルモータ７
２によって光磁気ディスク７３が回転自在に支持されて
いる。また、デッキベース７１には、アクチュエータを
有する可動部７０がＸ軸方向に移動可能に支持されてい
る。また、サイドヨーク７８に当接させたマグネット７
４のＺ軸方向における中心は、センターヨーク７６、サ
イドヨーク７８及びコイル７７のＺ軸方向における中心
に対してＺ2 だけ高くなっている。したがって、センタ
ーヨーク７６とマグネット７４との間に存在する磁気ギ
ャップ中の、コイル７７に作用する磁束の磁束密度中心
ｆは、センターヨーク７６のＺ軸方向の中心に対してほ
ぼＺ2 ／２だけ高い位置に存在することになる。この磁
束密度の中心ｆが、１個のコイル７７に発生するＸ軸方
向の駆動力の駆動中心であり、２個のコイル７７に発生
するＸ軸方向の駆動力の駆動中心Ｆは、図１７に示すよ
うに、Ｘ軸方向から見て、Ｂ−Ｂ線で示す対物レンズの
光軸上にあり、ガイドレール７５ａ，７５ｂの中点Ｓと
一致している。また、可動部７０の重心Ｇもこのコイル
７７の駆動中心Ｆと一致させる構造となっている。

【００１３】このように、特開平６−１９７５１９号公
報で開示されたリニアモータ駆動装置は、図１７に示す
ように、駆動中心ＦはＸ軸方向から見て対物レンズの光
軸上にあり、前述のガイドレール７５ａ，７５ｂの中点
Ｓと一致させている。また、可動部７０の重心Ｇもこの
コイル７７の駆動中心Ｆと一致させる構造にしているこ
とから、可動部７０を移動させたときにモーメントの発
生を防止して振動の発生を妨げることができる。しか
し、リニアモータ駆動装置のように可動部７０に配設す
る負荷により重心Ｇが変化するような場合、駆動中心Ｆ
を可動部７０の重心Ｇに一致できなくなり、回転力が発
生し、それに起因する振動を防止できない可能性があ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな従来例のリニアモータ駆動装置では、負荷重量が大
きく、また、停止位置付近の加速度が大きい場合、慣性
力が可動部の静止力に打ち勝って目標位置を挟んで減衰
振動し、その減衰振動が停止するまでに時間がかかると
いう問題があった。また、駆動時に磁気吸引力による予
圧を付与する方法では、予圧が摺動部の静止摩擦力とな
り、駆動時にはその分だけ推力が余分に必要になり、停
止時には精密位置決めができないという問題があった。
そして、従来の可動部７０の重心Ｇと推力の駆動中心Ｆ
を一致させる方法では、リニアモータ駆動装置の負荷重
量の変化により重心位置が変化すると、可動部７０の重
心Ｇと推力の駆動中心Ｆを一致できないので、振動が発
生して精度良くリニアモータ駆動装置を駆動できない可
能性があった。

【００１５】そこで、この発明は、可動部の整定時間を
短縮することを第１の目的とし、更に、可動部の負荷重
量の変化による重心位置の変化に対しても精度良く可動
部を駆動させることができるリニアモータ駆動装置の提
供を第２の目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかるリニア
モータ駆動装置は、可動部と、前記可動部の移動方向を
特定する基台とを有し、前記可動部が前記基台の直線ガ
イド部に案内されて直線移動するリニア駆動テーブルに
おいて、前記可動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁
極が互いに異極となるように配設された固定マグネット
と該固定マグネットに対向する電機子コイルとを、前記
可動部または基台に配設して推力を発生する推力発生用
とし、かつ、前記可動部の直線移動方向に沿って隣り合
う磁極が互いに異極となるように配設された他の固定マ
グネットと該固定マグネットに対向する他の電機子コイ
ルとを、前記可動部または基台に配設して前記可動部と
基台とを相互吸引させる吸引力発生用として配設したも
のである。

【００１７】請求項２にかかるリニアモータ駆動装置
は、可動部と、前記可動部の移動方向を特定する基台と
を有し、前記可動部が前記基台の直線ガイド部に案内さ
れて直線移動するリニア駆動テーブルにおいて、前記可
動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極
となるように配設された固定マグネットと該固定マグネ
ットに対向する電機子コイルとを、前記可動部または基
台に配設して推力を発生する推力発生用とし、かつ、前
記可動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに
異極となるように配設された他の固定マグネットと該固
定マグネットに対向する他の電機子コイルとを、前記可
動部または基台に配設して前記可動部と基台とを相互吸
引させる吸引力発生用として配設し、更に、前記可動部
の推力発生点を前記可動部の重心位置に応じて調整する
調整機構を配設したものである。

【００１８】請求項３にかかるリニアモータ駆動装置
は、前記推力発生点位置を前記可動部の重心位置に応じ
て調整する調整機構は、前記可動部に配設された振動測
定用センサ及び前記振動測定用センサから得られる信号
で一致させる制御を行うものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、添付の図を参照して、この
発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、この
発明の各実施の形態について、従来例及び各実施の形態
に共通する同一の構成部分は、従来例及び各実施の形態
に付した符号と同一の符号を付すこととする。

【００２０】実施の形態１．図１（ａ）はこの発明の第
１の実施の形態の図１及び図２における推力を発生する
推力発生部であり、（ｂ）は吸引力を発生する吸引力発
生部の動作を説明する説明図である。なお、この発明の
実施の形態のリニアモータ駆動装置の駆動部の機械的構
成については、従来例の図９及び図１０に示したものと
相違するものではないから、ここでは重複する説明を省
略する。

【００２１】図において、推力を発生する固定側マグネ
ット４と電機子コイル５及び反発力を発生する固定側マ
グネット６と電機子コイル７の詳細な構造は、図１に示
す巻線構造を有している。推力を発生する電機子コイル
５は、鉄心に溝を設け導体である１２０度の位相差を有
するＵＶＷの三相巻線８を埋込み、また、反発力を発生
する電機子コイル７には同様に１２０度の位相差を有す
るｕｖｗの三相巻線９が埋込まれてる。そして、固定側
マグネット４及び固定側マグネット６の上面には、Ｎ極
とＳ極が交互に位置するように着磁されている。したが
って、電機子コイル５と固定側マグネット４は推力発生
部を構成し、固定側マグネット４の隣接する一方の磁極
と反発し、他方の磁極と吸引し、互いの吸引反発によっ
て推力を発生し、電機子コイル７と固定側マグネット６
は吸引力発生部を構成し、固定側マグネット６と同極の
磁界が電機子コイル７によって生成されることから、吸
引力を発生し、可動部１の荷重を大きくすることにな
る。

【００２２】この発明の第１の実施の形態のリニアモー
タ駆動装置の動作原理を図２乃至図４に示す。図２はこ
の発明の第１の実施の形態のリニアモータ駆動装置の制
御系を示すブロック図で、図３（ａ）は図２に示すＵＶ
Ｗの三相巻線８及びｕｖｗの三相巻線９に流す電流の時
間に対する変化を示す特性図及び図３（ｂ）はＵＶＷの
三相巻線８及びｕｖｗの三相巻線９に電流が流れたとき
の可動部１の動きを説明するものである。図４はこの発
明の第１の実施の形態のリニアモータ駆動装置の位置制
御における時間要素−変位振幅要素特性図である。図２
において、推力発生部において、比較演算回路２２は、
位置指令回路２１の目標停止位置の出力と絶対位置検出
センサ１２からの変位量とを比較減算し、その位置差出
力を位置制御回路２３の入力としている。位置制御回路
２３では、入力した信号を速度に変換し、その速度出力
から、絶対位置検出センサ１２で得た変位量の微分値、
即ち、速度を微分回路３２で得て、それを比較演算回路
２４で比較減算し、その応答性を良くすべく速度の指令
値を得ている。比較演算回路２４の出力を速度制御回路
２５で加速度に対応する電流に変換する。次に、固定側
マグネット４の磁極の位置を磁極検出回路３１で検出
し、かつ、振幅変換回路３０で磁極の位置における電機
子コイル５に供給されている電流の強さを検出し、速度
制御回路２５より出力された電流信号との偏差を比較演
算回路２６で演算し、それを電流の応答性を調整する電
流制御回路２７に入力している。更に、それを三相変換
回路２８で三相に変換し、電力増幅回路２９で電力変換
し、推力を発生する電機子コイル５に導いて駆動させて
いる。

【００２３】また、吸引力発生部においては、位置制御
回路２３の速度制御出力として目標停止位置からの差に
基いた速度制御信号を電流指令回路３７が入力する。し
たがって、電流指令回路３７には可動部１の目標停止位
置からの差に比例した速度信号が入力されている。電流
指令回路３７の出力は、比較演算回路３８で電機子コイ
ル７と固定側マグネット６との吸引力を発生させる電機
子コイル７の励磁電流を検出し、それを振幅変換回路３
６で振幅に変換して比較減算し、電機子コイル７の励磁
電流が電流指令回路３７の出力と一致しているか判定す
る。そして、比較演算回路３８の差に応じて電流制御回
路３９は、その励磁出力電流を決定し、それを三相変換
回路３４に入力し、電力増幅回路３５で電力変換し、吸
引力を発生する電機子コイル７に導かれ、位置指令の出
力に応じた電機子コイル７と固定側マグネット６との吸
引力が発生している。

【００２４】このように、位置指令回路２１の位置指令
目標値に対して、可動部１の位置を絶対位置検出センサ
１２で検出して、目標停止位置と現在位置の誤差がゼロ
になるように駆動系、即ち、可動部１を追従駆動させ
る。これと同時に電流指令回路３７によって電機子コイ
ル７が固定側マグネット６に対して位置指令回路２１の
目標停止位置と実際の可動部１の位置との差に応じて、
所定の吸引力を発生するようにｕｖｗの三相巻線９に電
流を流している。図３（ａ）は、図２に示すリニアモー
タ駆動装置へＵＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの三相巻線
９に流す電流の時間に対する変化を示しており、三相の
周波数制御した場合のＵＶＷの三相巻線８及び三相の振
幅制御した場合のｕｖｗの三相巻線９に流す電流は、そ
れぞれ１２０度の位相差を持つ正弦波からなっている。
また、図３（ｂ）は、ＵＶＷの三相巻線８及びｕｖｗの
三相巻線９に電流が流れたときの可動部１の動きを説明
するものである。即ち、図３（ａ）に示す時間ｔ１で推
力発生部では、Ｖ相巻線が永久磁石Ｎ、Ｓ極の中央に有
るとき大きな電流が流れ、Ｕ相巻線及びＷ相巻線に逆極
の電流が流れ、フレミングの左手の法則に従って可動部
１は図示した右矢印の方向に移動する。このとき、吸引
力発生部では、ｕ相巻線に振幅のピークがあるものの、
この励磁電流は、減速初期には小電流であり、その小電
流により電磁石のＳ極、Ｎ極が形成され、永久磁石Ｎ
極、Ｓ極とで吸引力が発生する。なお、この減速初期に
は駆動電流をゼロとして、電磁石にＮ極、Ｓ極が形成さ
れないようにすることができ、特に、定常時の駆動時に
は図１３（ａ）に示すように電流の位相をコントロール
して反発力を発生させ、摩擦力をより小さくすることが
好適である。

【００２５】可動部１が移動して時間ｔ２の位置にきた
とき、推力発生部では、Ｖ相巻線及びＷ相巻線に同極、
Ｕ相巻線に逆極の等しい電流が流れ、可動部１は更に目
標停止位置に向って図示した右矢印の方向に移動する。
このとき、吸引力発生部では、その励磁電流は小電流で
あり、その小電流により電磁石のＳ極、Ｎ極が形成さ
れ、永久磁石Ｎ極、Ｓ極上に吸引力が発生する。これに
より、可動部１が直線ガイド部２によって基台１０に取
付けられたレール３を移動する際、可動部１の直線ガイ
ド部２と基台１０のレール３との摩擦力を増加させてい
る。更に、時間ｔ３の位置に移動する。時間ｔ３の推力
部では、可動部１は更に目標停止位置に向って図示した
右矢印の方向に移動する。このとき、吸引力部では、更
に、励磁電流が大きくなり、可動部１が直線ガイド部２
によって基台１０に取付けられたレール３を移動する
際、可動部１の直線ガイド部２と基台１０のレール３と
の摩擦力を更に増加させる。したがって、正弦波の振幅
または周期を変化させることにより、任意の速度で可動
部１は、一定の方向に進行する。このとき、可動部１の
荷重は吸引力によって増減し、目標停止位置で最大とな
る。

【００２６】目標停止位置に対して可動部１の位置をリ
ニアスケール１１から絶対位置検出センサ１２で検出し
て、目標停止位置と現在位置の誤差がゼロになるように
駆動系を追従駆動させる。これと同時に速度指令が加速
時や等速時の場合には固定側マグネット６が電機子コイ
ル７に対して所定の反発力を発生するようにｕｖｗの三
相巻線９に電流を流し、減速時には固定側マグネット６
が電機子コイル７に対して所定の吸引力を発生するよう
にｕｖｗの三相巻線９に電流を流し、停止直前までは電
機子コイル７に対する電流を大きくし、また、電流を遮
断して微動を許容したり、所定の反発力を発生させて、
ｕｖｗの三相巻線９に電流を流すことができる。

【００２７】よって、正弦波の振幅を変化させることに
より任意の速度で可動部１の動きを制御すると同時に摩
擦力を増大させ、図４に示すように短時間で所定の目標
停止位置に停止させることができる。このとき、正弦波
の周期を変化させることにより任意の速度で可動部１の
速度制御すると同時に、摩擦力を変化させることによ
り、図４に示すように短時間で所定の位置に停止させる
こともできる。更に、固定側マグネット６と電機子コイ
ル７間の吸引反発は、電機子コイル７の巻線に対する位
相を切替えればよいことから、その切替制御により、微
少な位置指令目標値に対応する微少な推力を出力する場
合には、摩擦力を小さくするように固定側マグネット６
と電機子コイル７間の反発を行うように設定することも
できる。また、追従誤差を解消するための大きな推力指
令に対しては、静止摩擦力の消滅に伴う過度の応答が生
じ、精密位置決めができなくなるので、停止直前に大き
な吸引力から反発力に変えて精密な位置決めができるよ
うに制御することもできる。

【００２８】この実施の形態のリニアモータ駆動装置
は、可動部１が基台１０の直線ガイド２等に案内されて
直線移動するリニア駆動テーブルにおいて、可動部１の
直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極となる
ように配設された固定マグネット４と固定マグネット４
に対向する電機子コイル５とを、可動部１または基台１
０に配設して推力を発生する推力発生部と、可動部１の
直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極となる
ように配設された他の固定マグネット６と固定マグネッ
ト６に対向する他の電機子コイル７とを、可動部１また
は基台１０に配設して可動部１と基台１０とを相互吸引
させる吸引力発生部とを具備するものである。したがっ
て、電機子コイル５と固定側マグネット４にて可動部１
の停止時に吸引力を発生させ、直線ガイド２等の摩擦力
を増減させて可動部１の停止時間を短縮することができ
るものである。故に、電機子コイル５の固定側マグネッ
ト４に対する吸引力を調整することにより、リニアモー
タ駆動装置の可動部１の移動時の摩擦抵抗を任意に調整
でき、可動部１の目標停止位置に停止するまでの停止時
間を短くできる。

【００２９】実施の形態２．図５、図６は本発明の第２
の実施の形態のリニアモータ駆動装置の構造図で、図５
はリニアモータ駆動装置の進行方向からみた正面図であ
り、図６はリニアモータ駆動装置の平面図である。図５
及び図６において、可動部１は駆動テーブルと一体とな
った駆動対象で、直線ガイド部２によって固定側となる
基台１０の上面に取付けられたレール３に対して、一定
方向にのみ移動が案内される。推力を発生する固定側マ
グネット４Ａは基台１０の両側部に対して固着されてい
る。固定側マグネット４Ａに対向して推力を発生する電
機子コイル５Ａは、可動部１の両側部に固着され、各固
定側マグネット４Ａに対向している。可動部１は電機子
コイル５Ａを保持する２次側磁極取付金具１３が直線ガ
イド１４Ａによって、上下方向に配設されたレール１４
Ｂに沿って上下方向に摺動自在に配設されている。ま
た、２次側磁極取付金具１３には直線ガイド１４Ａの位
置を任意の位置で固定できるように一対の固定金具１５
も可動部１との間に配設されている。この固定金具１５
は可動部１と２次側磁極取付金具１３との間で、レール
１４Ｂを摺動する直線ガイド１４Ａを任意の位置で固定
するものである。同様に、固定側マグネット４Ａは１次
側磁極取付金具１６に保持され、１次側磁極取付金具１
６は直線ガイド１７Ａによって、上下方向に配設された
レール１７Ｂに沿って上下方向に摺動自在に配設されて
いる。また、１次側磁極取付金具１６には直線ガイド１
７Ａの位置を任意の位置で固定できるように一対の固定
金具１８も基台１０との間に配設されている。この固定
金具１８は基台１０と１次側磁極取付金具１６との間
で、レール１７Ｂを摺動する直線ガイド１７Ａを任意の
位置で固定するものである。なお、可動部１に載置され
ている負荷１９は、可動部１が運搬するものである。ま
た、反発力発生部については、説明を省略しているが、
本発明を実施する場合には、その存在の有無を問うもの
ではない。

【００３０】したがって、この実施の形態では、可動部
１に運搬する負荷１９を積載すると、可動部１の重心Ｇ
０が、それよりも上部に移動した積載重心Ｇ１に変化す
るので、リニアモータ駆動装置の推力中心を重心Ｇ０に
設定すると、重心Ｇ０と積載重心Ｇ１との間に重心移動
距離Ｌ１が発生する。そこで、固定側マグネット４Ａ及
び電機子コイル５Ａの相対間隔を特定し、可動部１は直
線ガイド１４Ａによってレール１４Ｂを重心移動距離Ｌ
１だけ摺動させ、また、２次側磁極取付金具１３も前者
と相対的に直線ガイド１７Ａによってレール１７Ｂを重
心移動距離Ｌ１だけ摺動させ、各固定金具１５、固定金
具１８によってそれらを固定する。これによって、可動
部１に運搬する負荷１９を積載した場合の積載重心Ｇ１
とリニアモータ駆動装置の推力中心を一致する位置に設
定することができ、可動部１が駆動する際に、振動が発
生して駆動精度に影響を与えることなく高精度の軌跡精
度が得られる。なお、この実施の形態のリニアモータ駆
動装置では、前記推力発生部及び前記吸引力発生部を有
するもの、及び前記推力発生部のみを具備するものに使
用できる。

【００３１】この実施の形態のリニアモータ駆動装置
は、可動部１が基台１０の直線ガイド２等に案内されて
直線移動するリニア駆動テーブルにおいて、可動部１の
直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極となる
ように配設された固定マグネット４と固定マグネット４
に対向する電機子コイル５とを、可動部１または基台１
０に配設して推力を発生する推力発生部と、可動部１の
推力発生点位置を可動部１の重心位置に応じて調整する
直線ガイド１４Ａ及びレール１４Ｂ及び固定金具１５、
直線ガイド１７Ａ及びレール１７Ｂ及び固定金具１８か
らなる調整機構とを具備するものである。したがって、
可動部１に乗せる負荷重量により可動部１の重心位置が
変化しても、可動部１の推力中心を重心位置に一致させ
るように設定でき、振動の無い高精度な可動部１を実現
できる。特に、例えば、可動部１の負荷重量が比較的大
きい場合は、無負荷時の可動部１の重心が上昇して、推
力中心と一致しなくなり可動部１の加減速時には振動が
発生して駆動精度が悪くなるが、推力中心の位置を直線
ガイド１４Ａ及びレール１４Ｂ及び固定金具１５、直線
ガイド１７Ａ及びレール１７Ｂ及び固定金具１８からな
る調整機構により上昇させることにより可動部１の重心
と推力中心を一致させ加減速時の倒れ込み振動を解消で
き、可動部１の負荷重量により変化する可動部１の重心
位置の変化に対応して推力中心の位置を調整できるか
ら、振動の無い高精度な可動部１を実現できる。

【００３２】実施の形態３．上記第２の実施の形態のリ
ニアモータ駆動装置は、マニュアルでリニアモータ駆動
装置の負荷に対する可動部１の補正を行うものである
が、これを自動で補正させることもできる。図７、図８
は本発明の第３の実施の形態のリニアモータ駆動装置の
構造図で、図７はリニアモータ駆動装置の進行方向から
みた正面図であり、図８はリニアモータ駆動装置の要部
分解説明図である。なお、本実施の形態の基本的構成
は、第２の実施の形態と同一であり、その相違点のみ説
明する。

【００３３】この実施の形態では、第２の実施の形態の
固定金具１５と固定金具１８を、リニアモータＲＭ１と
リニアモータＲＭ２に変えたものである。このリニアモ
ータＲＭ１とリニアモータＲＭ２は同一特性のものであ
る。また、可動部１の端部には、同一特性のピエゾ素子
ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ２が重力方向に距離を離して
配設されている。リニアモータ駆動装置の可動部１が移
動するとき、その可動部１の推力中心と可動部１の重心
との間に重心移動距離Ｌ１が発生すると、重心移動距離
Ｌ１に応じてモーメントが発生し、可動部１に配設した
ピエゾ素子ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ２に振動が発生す
る。

【００３４】ピエゾ素子ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ２の
出力は、変位比較回路９０に入力され、そこで両者が比
較され、その振動差が出力となって位置制御回路９２の
入力としている。位置制御回路９２では入力した信号を
重心移動距離Ｌ１を補正した位置とする電流を出力し、
また、それを電力増幅回路９６の出力と演算比較回路９
３で比較し、それを電流制御回路９４で電流に比較した
値に変換し、その電流を三相変換回路９５で三相に変換
し、電力増幅回路９６でそれを電力変換し、リニアモー
タＲＭ１とリニアモータＲＭ２にそれを入力する。三相
変換回路９５の出力は振幅変換回路９７で演算比較回路
９３に帰還される。これによって、リニアモータＲＭ１
とリニアモータＲＭ２は同時に所定の距離相対移動し、
ピエゾ素子ＳＥ１とピエゾ素子ＳＥ２の出力が同一にな
った位置で、電力増幅回路９６の出力が停止する。した
がって、可動部１が移動するとき、リニアモータ駆動装
置の推力中心と可動部１の重心に位置ずれがあると、そ
こにモーメントが発生し、可動部１に倒れ込むような振
動が発生する。それをピエゾ素子ＳＥ１及びピエゾ素子
ＳＥ２で検出し、ピエゾ素子ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ
２の変位量の差異を比較して、その差異がゼロになるよ
うにすることにより、固定側マグネット４Ａと電機子コ
イル５Ａで構成される推力発生部の推力中心が重心位置
と一致するように制御でき、可動部１が移動するときの
振動の発生を抑さえて高精度の軌跡精度が得られる。な
お、この実施の形態のリニアモータ駆動装置では、前記
推力発生部及び前記吸引力発生部を有するもの、及び前
記推力発生部のみを具備するものに使用できる。

【００３５】この実施の形態のリニアモータ駆動装置
は、前記推力発生点位置を可動部１の重心位置に応じて
調整する調整機構を、可動部１に配設されたピエゾ素子
ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ２からなる振動測定用センサ
及び前記振動測定用センサから得られる信号で一致させ
る制御を行うものであるから、可動部１の推力中心を可
動部１に取付けた前記振動測定用センサの位置決め制御
により可動部１の負荷重量の変化に対しても簡単に可動
部１の位置決めが自動化できる。故に、可動部１に積載
された負荷重量が変化しても、可動部１に取付けた振動
測定用センサにより可動部１の振動を検出して、設けら
れたリニアモータＲＭ１とリニアモータＲＭ２からなる
調整機構により振動レベルが低減するように推力中心の
位置を自動調整して振動レベルを低減できる。

【００３６】また、上記実施の形態のリニアモータ駆動
装置の前記推力発生部または前記吸引力発生部は、周波
数制御または振幅制御によって制御するものであるか
ら、制御が簡単であり、その回路構成も廉価にできる。

【００３７】ところで、この実施の形態のリニアモータ
駆動装置では、ピエゾ素子ＳＥ１及びピエゾ素子ＳＥ２
からなる振動測定用センサを使用しているが、本発明を
実施する場合には、可動部１の部分的な振動を検出でき
るセンサであればよい。また、上記実施の形態の可動部
１の推力発生点位置を可動部１の重心位置に応じて調整
する直線ガイド１４Ａ及びレール１４Ｂ及び固定金具１
５、直線ガイド１７Ａ及びレール１７Ｂ及び固定金具１
８からなる調整機構と、リニアモータＲＭ１とリニアモ
ータＲＭ２からなる調整機構は、本発明を実施する場合
には、マニュアルまたは自動で所定の位置を維持できる
ものであればよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、請求項１のリニアモータ
駆動装置は、可動部が基台の直線ガイド部に案内されて
直線移動するリニア駆動テーブルにおいて、前記可動部
の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極とな
るように配設された固定マグネットと該固定マグネット
に対向する電機子コイルとを、前記可動部または基台に
配設して推力を発生する推力発生部と、前記可動部の直
線移動方向に沿って隣り合う磁極が互いに異極となるよ
うに配設された他の固定マグネットと該固定マグネット
に対向する他の電機子コイルとを、前記可動部または基
台に配設して前記可動部と基台とを相互吸引させる吸引
力発生部とを具備するものである。したがって、電機子
コイルと固定側マグネットにて可動部の停止時に吸引力
を発生させ、直線ガイド部の摩擦力を増減させて可動部
の停止時間を短縮することができものである。

【００３９】請求項２のリニアモータ駆動装置は、可動
部が基台の直線ガイド部に案内されて直線移動するリニ
ア駆動テーブルにおいて、前記可動部の直線移動方向に
沿って隣り合う磁極が互いに異極となるように配設され
た固定マグネットと該固定マグネットに対向する電機子
コイルとを、前記可動部または基台に配設して推力を発
生する推力発生部と、前記可動部の推力発生点位置を前
記可動部の重心位置に応じて調整する調整機構とを具備
するものである。したがって、可動部に乗せる負荷重量
により可動部の重心位置が変化しても、可動部の推力中
心位置を重心位置に応じて調整設定でき、振動の少ない
高精度な可動部を実現できる。

【００４０】請求項３のリニアモータ駆動装置は、請求
項１に記載の前記推力発生点位置を前記可動部の重心位
置に応じて調整する調整機構を、前記可動部に配設され
た振動測定用センサ及び前記振動測定用センサから得ら
れる信号で調整する制御を行うものであるから、請求項
２に記載の効果に加えて、可動部の推力中心を可動部に
取付けた振動測定用センサの位置決め制御により可動部
の負荷重量の変化に対しても簡単に可動部の位置決めが
自動化できる。故に、可動部に積載された負荷重量が変
化しても、可動部に取付けた振動測定用センサにより可
動部の振動を検出して、設けられた調整機構により振動
レベルが低減するように推力中心の位置を自動調整して
振動レベルを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１（ａ）はこの発明の第１の実施の形態の
リニアモータ駆動装置の推力を発生する推力発生部であ
り、（ｂ）は吸引力を発生する吸引力発生部の動作を説
明する説明図である。

【図２】 図２はこの発明の第１の実施の形態のリニア
モータ駆動装置の制御系を示すブロック図である。

【図３】 図３（ａ）はこの発明の第１の実施の形態の
リニアモータ駆動装置における図２に示すＵＶＷの三相
巻線及びｕｖｗの三相巻線に流す電流の時間に対する変
化を示す特性図及び図３（ｂ）はＵＶＷの三相巻線及び
ｕｖｗの三相巻線に電流が流れたときの可動部の動きを
説明するものである。

【図４】 図４はこの発明の第１の実施の形態のリニア
モータ駆動装置の位置制御における時間要素−変位振幅
要素特性図である。

【図５】 図５は本発明の第２の実施の形態のリニアモ
ータ駆動装置の進行方向からみた正面図である。

【図６】 図６は本発明の第２の実施の形態のリニアモ
ータ駆動装置の平面図である。

【図７】 図７は本発明の第３の実施の形態のリニアモ
ータ駆動装置の進行方向からみた正面図である。

【図８】 図８は本発明の第３の実施の形態のリニアモ
ータ駆動装置の要部分解説明図である。

【図９】 図９は従来のリニアモータ駆動装置の駆動部
の進行方向から見た構造の説明図である。

【図１０】 図１０は図９の矢視Ａ−Ａによる断面図で
ある。

【図１１】 図１１（ａ）は図９及び図１０における推
力を発生する推力発生部であり、（ｂ）は反発力を発生
する反発力発生部の動作を説明する説明図である。

【図１２】 図１２は従来例のリニアモータ駆動装置の
制御系を示すブロック図である。

【図１３】 図１３（ａ）は図１２に示すＵＶＷの三相
巻線及びｕｖｗの三相巻線に流す電流の時間に対する変
化を示す特性図及び図１３（ｂ）はＵＶＷの三相巻線及
びｕｖｗの三相巻線に電流が流れたときの可動部の動き
を説明する説明図である。

【図１４】 図１４は従来例のリニアモータ駆動装置の
位置制御における時間要素−変位振幅要素特性図であ
る。

【図１５】 図１５は公報に記載の従来のリニアモータ
駆動装置の動作を示す事例の説明図である。

【図１６】 図１６は他の公報に記載のリニアモータ駆
動装置を使用したディスクドライブユニットの斜視図で
ある。

【図１７】 図１７は図１６の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 可動部、２ 直線ガイド部、３ 基台、４ 推力を
発生する固定側マグネット、５ 推力を発生する電機子
コイル、６ 吸引・反発を発生する固定側マグネット、
７ 吸引・反発を発生する電機子コイル、１２ 絶対位
置検出センサ、１９ 運搬する負荷、ＳＥ１，ＳＥ２
ピエゾ素子、ＲＭ１，ＲＭ２ リニアモータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可動部と、前記可動部の移動方向を特定
   する基台とを有し、前記可動部が前記基台の直線ガイド
   部に案内されて直線移動するリニア駆動テーブルにおい
   て、 前記可動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互い
   に異極となるように配設された固定マグネットと該固定
   マグネットに対向する電機子コイルとを、前記可動部ま
   たは基台に配設して推力を発生する推力発生部と、 前記可動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互い
   に異極となるように配設された他の固定マグネットと該
   固定マグネットに対向する他の電機子コイルとを、前記
   可動部または基台に配設して前記可動部と基台とを相互
   吸引させる吸引力発生部とを具備することを特徴とする
   リニアモータ駆動装置。
2. 【請求項２】 可動部と、前記可動部の移動方向を特定
   する基台とを有し、前記可動部が前記基台の直線ガイド
   部に案内されて直線移動するリニア駆動テーブルにおい
   て、 前記可動部の直線移動方向に沿って隣り合う磁極が互い
   に異極となるように配設された固定マグネットと該固定
   マグネットに対向する電機子コイルとを、前記可動部ま
   たは基台に配設して推力を発生する推力発生部と、 前記可動部の推力発生点位置を前記可動部の重心位置に
   応じて調整する調整機構とを具備することを特徴とする
   リニアモータ駆動装置。
3. 【請求項３】 前記推力発生点位置を前記可動部の重心
   位置に応じて調整する調整機構は、前記可動部に配設さ
   れた振動測定用センサ及び前記振動測定用センサから得
   られる信号で一致させる制御を行うことを特徴とする請
   求項２に記載のリニアモータ駆動装置。