JP2006211752A - Precise positioning device - Google Patents

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勝義 川崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a precise positioning device that is saved in energy and equipped with a compact and light driver. <P>SOLUTION: The driver DV1 that drive-controls a linear motor being a brushless DC motor comprises an output current detector 20 that is arranged in the middle of a circuit in which an output current Iu flows to an armature coil 18, and a power semiconductor drive converter 22 that changes a drive form with respect to a power semiconductor on the basis of a detected value of the output current detector. The output current detector outputs a feedback signal Sf to the power semiconductor drive converter on the basis of the detected output current. The power semiconductor drive converter is a device that performs linear drive control, or PWM drive control to the power semiconductor on the basis of a control signal Si. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、リニアモータを駆動源とした精密位置決め装置に関し、詳細にはリニアモータの駆動制御を行なうドライバの改良に関する。   The present invention relates to a precision positioning apparatus using a linear motor as a drive source, and more particularly, to an improvement in a driver that performs drive control of a linear motor.

半導体製造装置や半導体の検査装置等に使用する精密位置決め装置として、例えば、図６から図８に示す位置決めテーブル装置２が知られている（例えば、特許文献１）。
この位置決めテーブル装置２は、図６に示すように、テーブルＴＢが左右方向に直線移動するように支持する一対のリニアガイドＬＧと、これらリニアガイドＬＧに支持されているテーブルＴＢを左右方向に移動させるリニアモータＬＭと、リニアモータＬＭの駆動制御を行なうドライバＤＶとを備えている。 For example, a positioning table device 2 shown in FIGS. 6 to 8 is known as a precision positioning device used in a semiconductor manufacturing apparatus, a semiconductor inspection apparatus, or the like (for example, Patent Document 1).
As shown in FIG. 6, the positioning table device 2 moves a pair of linear guides LG supported so that the table TB linearly moves in the left-right direction, and a table TB supported by the linear guides LG in the left-right direction. A linear motor LM to be driven, and a driver DV for controlling the driving of the linear motor LM.

一対のリニアガイドＬＧは、左右方向に互いに平行に延在しながらベース４上に固定した２本の案内レール６と、図７に示すように、テーブルＴＢの下面に取付けられて各案内レール６上に搭載したスライダ１０とを備えている。
リニアモータＬＭは、図８にも示すように、横断面コ字形に形成され、２本の案内レール６の間に平行に配置されてベース４上に固定されている固定子１２と、固定子１２の対向する内面の長手方向に、多数の永久磁石１４をＮ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，…と異極同士隣接させて配置した磁石列ＭＭと、テーブルＴＢの下面に固定されて固定子１２の空間に入り込んでいる可動子１６と、固定子１２に配置した磁石列ＭＭと協働して可動子１６に推力が付与されるように可動子１６に配置したコアレス構造の複数個の電機子コイル１８とを備えたブラシレス直流モータである。 The pair of linear guides LG are parallel to each other in the left-right direction and fixed to the base 4 while being fixed on the base 4, and as shown in FIG. And a slider 10 mounted thereon.
As shown in FIG. 8, the linear motor LM is formed in a U-shaped cross section, and is arranged in parallel between the two guide rails 6 and fixed on the base 4. In the longitudinal direction of the inner surfaces facing each other, a plurality of permanent magnets 14 are arranged adjacent to N, S, N, S,... And different poles, and fixed to the lower surface of the table TB and fixed to the stator 12. A plurality of coreless armatures disposed in the mover 16 so that thrust is applied to the mover 16 in cooperation with the mover 16 entering the space and the magnet array MM disposed in the stator 12. The brushless DC motor includes a coil 18.

そして、ドライバＤＶからリニアモータＬＭに出力電流を出力することで、リニアモータＬＭの駆動によりテーブルＴＢがリニアガイドＬＧに案内されながら左右方向に移動する。
上記構成のリニアモータＬＭは、固定子１２側に磁石列ＭＭを配置したことで可動子１６の軽量化が図られ、しかもコアレス構造の電機子コイル１８を有する可動子１６としたことでコギングの発生が抑制されている。 Then, by outputting an output current from the driver DV to the linear motor LM, the table TB moves in the left-right direction while being guided by the linear guide LG by driving the linear motor LM.
In the linear motor LM having the above configuration, the magnet row MM is arranged on the stator 12 side to reduce the weight of the mover 16, and the mover 16 having the coreless structure armature coil 18 is used for cogging. Occurrence is suppressed.

ここで、ドライバＤＶには電力用半導体が内蔵されている。例えば図９に示すように、スター結線されたリニアモータＬＭの電機子コイル１８の捲線Ｕ，Ｖ，Ｗに三相電流を流すために、一定の電源電圧Ｖbusが接続しているドライバＤＶでは、三相ブリッジ結線の複数の電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄが配設されている。これら電力用半導体を駆動制御する方式として、電力用半導体のリニアな特性で発生する電圧降下Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗを利用して電機子コイル１８への出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成するリニア駆動制御と、パルス幅変調により電機子コイル１８への出力電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを生成するＰＷＭ駆動制御とがある。
特開２００１−２４５４６４号公報 Here, a power semiconductor is incorporated in the driver DV. For example, as shown in FIG. 9, in a driver DV to which a constant power supply voltage Vbus is connected in order to flow a three-phase current through the windings U, V, W of the armature coil 18 of the star-connected linear motor LM, A plurality of power semiconductors Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd having a three-phase bridge connection are provided. As a method for driving and controlling these power semiconductors, linear drive that generates output currents Iu, Iv, and Iw to the armature coil 18 using voltage drops Eu, Ev, and Ew that occur due to linear characteristics of the power semiconductors. There are control and PWM drive control for generating output currents Iu, Iv, Iw to the armature coil 18 by pulse width modulation.
JP 2001-245464 A

しかし、リニア駆動により電力用半導体を制御する方式は、電力用半導体への消費電力が増大して省エネルギ化の面で問題があるとともに、高加減速の移動のために高推力を発生するには大型の電力用半導体が必要となり、電力用半導体の熱発散用のヒートシンクも大型となるので、ドライバＤＶの製造コストの面で問題がある。
また、リニア駆動と比較して出力電流を高くして高推力を発生しやすいＰＷＭ駆動により電力用半導体を制御する方式は、各電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，ＷｄのＯＮ・ＯＦＦ切替えのスイッチング動作によるノイズが発生し、それが微電流としてリニアモータＬＭの電機子コイル１８に流れることで、テーブルＴＢを位置決めする精度に悪影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、省エネルギ化を図ることができるとともに、小型・軽量なドライバを備えながら高精度の位置決め制御を実現することができる精密位置決め装置を提供することを目的とする。 However, the method of controlling the power semiconductor by the linear drive has a problem in terms of energy saving due to an increase in power consumption to the power semiconductor, and generates a high thrust for high acceleration / deceleration movement. Requires a large power semiconductor, and the heat sink for heat dissipation of the power semiconductor is also large, which is problematic in terms of the manufacturing cost of the driver DV.
In addition, the method of controlling the power semiconductor by PWM drive that easily generates high thrust by increasing the output current compared to linear drive is the ON / OFF of each power semiconductor Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd. Noise caused by the switching operation of OFF switching is generated and flows as a minute current to the armature coil 18 of the linear motor LM, which may adversely affect the accuracy of positioning the table TB.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a precision positioning device that can achieve energy saving and can achieve high-precision positioning control while including a small and lightweight driver. The purpose is to do.

前記課題を解決するため、本発明に係る精密位置決め装置は、ベース上のテーブルが直線方向に移動自在となるように案内するリニアガイドと、このリニアガイドに案内された前記テーブルを前記直線方向に走行させるリニアモータと、このリニアモータの駆動制御を行なう電力用半導体を有するドライバとを備え、前記リニアガイドは、前記ベース上に固定した案内レールと、前記テーブルに取り付けられて前記案内レール上に搭載したスライダとを備え、前記リニアモータを、隣り合う磁極の極性が異なる複数の永久磁石を並列に配置した磁石列を有して前記ベース上に固定した固定子と、前記テーブルに固定され、前記磁石列と協働して推力が付与されるコアレス型の電機子コイルを有する可動子とを備えたブラシレス直流モータとした精密位置決め装置において、前記テーブルの走行状態を判断する走行状態判断手段と、この走行状態判断手段により前記テーブルが加減速状態で走行していると判断したときに前記ドライバの前記電力用半導体をパルス幅変調で駆動し、前記走行状態判断手段により前記テーブルが一定速度で走行していると判断したときに前記電力用半導体をリニア駆動する電力用半導体駆動変更手段とを備えている。   In order to solve the above problems, a precision positioning apparatus according to the present invention includes a linear guide for guiding a table on a base so as to be movable in a linear direction, and the table guided by the linear guide in the linear direction. A linear motor to be driven; and a driver having a power semiconductor for controlling the driving of the linear motor. The linear guide is fixed on the base, and is attached to the table and mounted on the guide rail. A slider mounted thereon, the linear motor having a magnet row in which a plurality of permanent magnets having different polarities of adjacent magnetic poles are arranged in parallel and fixed on the base, and fixed to the table, A brushless DC motor comprising a mover having a coreless armature coil to which thrust is applied in cooperation with the magnet array. In the precision positioning device, the driving state determination means for determining the traveling state of the table, and the power semiconductor of the driver is pulsed when the traveling state determination means determines that the table is traveling in the acceleration / deceleration state. And power semiconductor drive changing means for linearly driving the power semiconductor when the travel state judging means judges that the table is running at a constant speed.

前記走行状態判断手段は、前記ドライバから前記リニアモータに出力される出力電流値の変化に応じて前記テーブルが加減速状態で走行しているか、或いは、前記テーブルが一定速で走行しているかを判断することが好ましい。
また、前記走行状態判断手段は、前記出力電流値が所定の基準値以上のときには前記テーブルが加減速状態で走行していると判断し、前記出力電流値が前記所定の基準値を下回るときには前記テーブルが一定速で走行していると判断することが好ましい。 The traveling state determination means determines whether the table is traveling in an acceleration / deceleration state or whether the table is traveling at a constant speed according to a change in an output current value output from the driver to the linear motor. It is preferable to judge.
Further, the traveling state determination means determines that the table is traveling in an acceleration / deceleration state when the output current value is equal to or greater than a predetermined reference value, and when the output current value falls below the predetermined reference value, It is preferable to determine that the table is traveling at a constant speed.

一方、他の構成の精密位置決め装置として、ベース上のテーブルが直線方向に移動自在となるように案内するリニアガイドと、このリニアガイドに案内された前記テーブルを前記直線方向に走行させるリニアモータと、このリニアモータの駆動制御を行なう電力用半導体を有するドライバとを備え、前記リニアガイドは、前記ベース上に固定した案内レールと、前記テーブルの下面に取り付けられて前記案内レール上に搭載したスライダとを備え、前記リニアモータを、隣り合う磁極の極性が異なる複数の永久磁石を並列に配置した磁石列を有して前記ベース上に固定した固定子と、前記テーブルに固定され、前記磁石列と協働して推力が付与されるコアレス型の電機子コイルを有する可動子とを備えたブラシレス直流モータとした精密位置決め装置において、前記ドライバの前記電力用半導体はリニア駆動で制御されているとともに、前記リニアモータの現在の必要特性を演算する必要特性演算手段と、この必要特性演算手段の演算値に基づいて前記ドライバの電源電圧を変更する電源電圧変更手段とを備えた精密位置決め装置がある。   On the other hand, as a precision positioning device of another configuration, a linear guide that guides the table on the base so as to be movable in the linear direction, and a linear motor that causes the table guided by the linear guide to travel in the linear direction; A driver having a power semiconductor for controlling the driving of the linear motor, the linear guide being fixed on the base, and a slider mounted on the guide rail and mounted on the lower surface of the table A stator having a magnet array in which a plurality of permanent magnets having different polarities of adjacent magnetic poles are arranged in parallel and fixed on the base; and the magnet array fixed to the table. Precision position as a brushless DC motor with a mover having a coreless armature coil to which thrust is applied in cooperation with The power semiconductor of the driver is controlled by linear drive, and the required characteristic calculation means for calculating the current required characteristic of the linear motor, and the calculated value of the required characteristic calculation means based on the calculated value There is a precision positioning device provided with power supply voltage changing means for changing the power supply voltage of a driver.

この装置においては、前記電源電圧変更手段は、外部から供給される交流電圧を降圧するトランスと、このトランスの２次側と前記ドライバとの間に接続した切替えタップと、前記必要特性演算手段の演算値に基く制御信号により前記切替えタップの切替え制御を行なうタップ切替え制御手段とを備えていることが好ましい。
また、前記電源電圧変更手段は、電源電圧用半導体と、前記必要特性演算手段の演算値に基づく制御信号により前記電源電圧用半導体を駆動制御する駆動制御手段とを備えていてもよい。
さらに、前記駆動制御手段は、前記電源電圧用半導体をパルス幅変調で駆動するようにしてもよい。
さらにまた、案内レールとスライダで構成したリニアガイドに代えて、空気軸受にすることも可能である。 In this apparatus, the power supply voltage changing means includes a transformer for stepping down an AC voltage supplied from the outside, a switching tap connected between the secondary side of the transformer and the driver, and the necessary characteristic calculating means. It is preferable to include tap switching control means for performing switching control of the switching tap by a control signal based on the calculated value.
The power supply voltage changing means may include a power supply voltage semiconductor and drive control means for driving and controlling the power supply voltage semiconductor by a control signal based on a calculated value of the necessary characteristic calculating means.
Furthermore, the drive control means may drive the power supply voltage semiconductor by pulse width modulation.
Furthermore, an air bearing can be used instead of the linear guide constituted by the guide rail and the slider.

本発明の精密位置決め装置によると、省エネルギ化を図ることができるとともに、小型・軽量なドライバを備えながら高精度の位置決め制御を実現することができる。   According to the precision positioning device of the present invention, energy saving can be achieved, and high-precision positioning control can be realized while including a small and lightweight driver.

以下、本発明の精密位置決め装置に係る位置決めテーブル装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図６から図９で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図１は、本発明に係るリニアモータＬＭの駆動制御を行なう第１実施形態のドライバＤＶ１の回路を示すものである。なお、図１は、図９の回路の一部を変更して要部を拡大したものである。 Hereinafter, an embodiment of a positioning table device according to the precision positioning device of the present invention will be described with reference to the drawings.
The same components as those shown in FIGS. 6 to 9 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
FIG. 1 shows a circuit of the driver DV1 of the first embodiment that controls the driving of the linear motor LM according to the present invention. FIG. 1 is an enlarged view of a main part by changing a part of the circuit of FIG.

本実施形態のドライバＤＶ１は、電機子コイル１８に出力電流Ｉｕが流れる回路の途中に配置した出力電流検出器２０と、この出力電流検出器２０の検出値に基づいて電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄに対する駆動形式を変更する電力用半導体駆動変換器２２とを備えている。
出力電流検出器２０は、検出した出力電流Ｉｕに基づくフィードバック信号Ｓｆを電力用半導体駆動変換器２２に出力する。 The driver DV1 of the present embodiment includes an output current detector 20 disposed in the middle of the circuit through which the output current Iu flows through the armature coil 18, and the power semiconductors Uu and Ud based on the detection value of the output current detector 20. And a power semiconductor drive converter 22 for changing the drive format.
The output current detector 20 outputs a feedback signal Sf based on the detected output current Iu to the power semiconductor drive converter 22.

電力用半導体駆動変換器２２は、電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄに対して制御信号Ｓｉに基づいてリニア駆動制御、或いはＰＷＭ駆動制御を行なう装置である。この電力用半導体駆動変換器２２は、出力電流検出器２０から出力されたフィードバック信号Ｓｆと基準値Ｓｋとを比較演算し、その比較結果に基づいてリニア駆動制御、或いはＰＷＭ駆動制御を行なう。   The power semiconductor drive converter 22 is a device that performs linear drive control or PWM drive control on the power semiconductors Uu and Ud based on the control signal Si. The power semiconductor drive converter 22 compares and calculates the feedback signal Sf output from the output current detector 20 and the reference value Sk, and performs linear drive control or PWM drive control based on the comparison result.

ブラシレス直流モータであるリニアモータＬＭの推力は、出力電流Ｉｕに比例しているので、テーブルＴＢが加減速状態で走行しているときには、出力電流Ｉｕも大きくなる。一方、テーブルＴＢが一定速で走行しているときには出力電流Ｉｕは小さくなる。
そこで、電力用半導体駆動変換器２２は、前述した基準値Ｓｋを、テーブルＴＢが加減速状態で走行するときの出力電流Ｉｕに対応した値とし、基準値Ｓｋとフィードバック信号Ｓｆとを比較して、Ｓｆ≧Ｓｋであるときには電力用半導体Ｕｕ，ＵｄをＰＷＭ駆動制御し、Ｓｆ＜Ｓｋであるときには電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄをリニア駆動制御する。 Since the thrust of the linear motor LM, which is a brushless DC motor, is proportional to the output current Iu, the output current Iu also increases when the table TB is traveling in the acceleration / deceleration state. On the other hand, when the table TB is traveling at a constant speed, the output current Iu is small.
Therefore, the power semiconductor drive converter 22 uses the reference value Sk described above as a value corresponding to the output current Iu when the table TB travels in the acceleration / deceleration state, and compares the reference value Sk with the feedback signal Sf. When Sf ≧ Sk, the power semiconductors Uu and Ud are controlled by PWM drive, and when Sf <Sk, the power semiconductors Uu and Ud are controlled by linear drive.

リニア駆動制御される電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄは、自身のリニア特性を利用して出力電流Ｉｕを生成する。また、ＰＷＭ駆動制御される電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄは、制御信号Ｓｉと三角波信号とが比較されてパルス幅に変調されて出力電流Ｉｕを生成する。
ここで、図示しないが、他の電力用半導体Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄも同様に、電機子コイル１８に出力電流Ｉｖ，Ｉｗが流れる回路の途中にそれぞれ出力電流検出器２０が配設されているとともに、これら出力電流検出器２０の検出値に基づいて電力用半導体Ｖｕ，Ｖｄ或いはＷｕ，Ｗｄに対する駆動形式（リニア駆動、ＰＷＭ駆動）を変更する電力用半導体駆動変換器２２とが具備されているものとする。 The power semiconductors Uu and Ud that are linearly controlled generate the output current Iu using their own linear characteristics. In addition, the power semiconductors Uu and Ud that are PWM-driven are compared with the control signal Si and the triangular wave signal and modulated to a pulse width to generate an output current Iu.
Here, although not shown, other power semiconductors Vu, Vd, Wu, Wd are similarly provided with output current detectors 20 in the middle of a circuit through which output currents Iv, Iw flow in armature coil 18, respectively. And a power semiconductor drive converter 22 that changes the drive type (linear drive, PWM drive) for the power semiconductors Vu, Vd or Wu, Wd based on the detection values of these output current detectors 20. It shall be.

なお、本実施形態の電力用半導体駆動変換器２２が本願の電力用半導体駆動変更手段に相当し、本実施形態の出力電流検出器２０が本願の走行状態判断手段に相当する。
このように、本実施形態のドライバＤＶ１は、テーブルＴＢが一定速度で走行する低推力のときには、電力用半導体駆動変換器２２が電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄに対してリニア駆動制御を行なうので、大型の電力用半導体が不要となる。したがって、リニア駆動制御の際の消費電力を低減することができるとともに、電力用半導体の熱発散用のヒートシンクも小型にすることができるので、本実施形態のドライバＤＶ１を備えた位置決めテーブル装置２は、省エネ化を図ることができるとともに、ドライバＤＶ１の小型・軽量化を図ることができる。 The power semiconductor drive converter 22 of the present embodiment corresponds to the power semiconductor drive change means of the present application, and the output current detector 20 of the present embodiment corresponds to the running state determination means of the present application.
As described above, in the driver DV1 of the present embodiment, when the table TB has a low thrust that travels at a constant speed, the power semiconductor drive converter 22 operates with respect to the power semiconductors Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, and Wd. Since linear drive control is performed, a large power semiconductor is not required. Accordingly, the power consumption during the linear drive control can be reduced, and the heat sink for heat dissipation of the power semiconductor can be reduced in size, so that the positioning table device 2 including the driver DV1 of the present embodiment is In addition to energy saving, the driver DV1 can be reduced in size and weight.

さらに、リニア駆動制御時には、電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄのスイッチングノイズが発生せず精密な駆動が可能となるので、リニアガイドＬＧを空気軸受に代えて構成すると、高精度の位置決め制御が期待できる。
また、テーブルＴＢが高加減速状態で走行しているときには高精度の位置決めが要求されず、そのときには電力用半導体駆動変換器２２が電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄに対してＰＷＭ駆動制御を行なうので、電力用半導体Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄのスイッチングノイズが発生しても、位置決めテーブル装置２の位置決め精度に影響を与えることがない。 Furthermore, during linear drive control, since switching noise of the power semiconductors Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd is not generated and precise driving is possible, if the linear guide LG is replaced with an air bearing, Accurate positioning control can be expected.
Further, when the table TB is traveling in a high acceleration / deceleration state, high-accuracy positioning is not required, and at that time, the power semiconductor drive converter 22 applies to the power semiconductors Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd. Therefore, even if the switching noise of the power semiconductors Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd is generated, the positioning accuracy of the positioning table device 2 is not affected.

次に、図２から図４を参照して本発明に係る第２実施形態の回路を説明する。
本実施形態は、平滑用コンデンサＣＯを介してドライバＤＶ２が電源電圧Ｖbusに接続されているとともに、交流電圧を降圧するトランス２６と、このトランス２６の２次側とドライバＤＶ２との間に接続されている切替えタップ２８と、テーブルＴＢを移動制御している現在のリニアモータＬＭの必要特性を演算する必要特性演算器３０と、この必要特性演算器３０で演算した結果に基づいて切替えタップ２８の切替え制御を行なう制御信号Ｓｔを生成する制御信号生成器３２とを備えている。なお、平滑用コンデンサＣＯと並列に放電抵抗ＲＯが接続されている。 Next, a circuit according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the present embodiment, the driver DV2 is connected to the power supply voltage Vbus via the smoothing capacitor CO, and is connected between the transformer 26 for stepping down the AC voltage, the secondary side of the transformer 26, and the driver DV2. Of the switching tap 28, the required characteristic calculator 30 that calculates the required characteristics of the current linear motor LM that is moving and controlling the table TB, and the switching tap 28 based on the result calculated by the required characteristic calculator 30. And a control signal generator 32 for generating a control signal St for performing switching control. A discharge resistor RO is connected in parallel with the smoothing capacitor CO.

ドライバＤＶ２は、図３に示すように、電力用半導体Ｔをリニア駆動で制御することで電機子コイル１８に出力電流Ｉｍを生成している。
必要特性演算器３０は、図４に示すブラシレス直流モータであるリニアモータＬＭの推力Ｆ−推進速度ＳＰの特性マップを記憶している。そして、図示しないエンコーダから算出した現在動作点ＤＮにおけるテーブルＴＢの速度ＳＰｎと、出力電流Ｉｍから求めた現在の推力Ｆｎ（ブラシレス直流モータであるリニアモータＬＭの推力は、出力電流Ｉｕに比例している）に基づいて、図４の特性マップから必要とする出力電圧ＥＭ１，ＥＭ２，ＥＭ３，ＥＭ４の何れかを算出するようになっている（ＥＭ１＞ＥＭ２＞ＥＭ３＞ＥＭ４）。 As shown in FIG. 3, the driver DV2 generates an output current Im in the armature coil 18 by controlling the power semiconductor T by linear drive.
The necessary characteristic calculator 30 stores a characteristic map of thrust F-propulsion speed SP of the linear motor LM which is the brushless DC motor shown in FIG. And the speed SPn of the table TB at the current operating point DN calculated from an encoder (not shown) and the current thrust Fn obtained from the output current Im (the thrust of the linear motor LM which is a brushless DC motor is proportional to the output current Iu. 4), one of the required output voltages EM1, EM2, EM3, EM4 is calculated from the characteristic map of FIG. 4 (EM1>EM2>EM3> EM4).

また、制御信号生成器３２は、必要特性演算器３０が算出した出力電圧に基づいて制御信号Ｓｔを生成するようになっている。
そして、切替えタップ２８は、制御信号生成器３２からの制御信号Ｓｔの入力によりトランス２６の２次側電圧を切替え制御するようになっている。
なお、本実施形態の必要特性演算器３０が本発明の必要特性演算手段に相当し、制御信号生成器３２が本発明のタップ切替え手段に相当する。 The control signal generator 32 generates the control signal St based on the output voltage calculated by the necessary characteristic calculator 30.
The switching tap 28 switches and controls the secondary side voltage of the transformer 26 in response to the input of the control signal St from the control signal generator 32.
The required characteristic calculator 30 of this embodiment corresponds to the required characteristic calculator of the present invention, and the control signal generator 32 corresponds to the tap switching unit of the present invention.

次に、本実施形態の作用について説明する。
ドライバＤＶ２の電源電圧Ｖbusは、次式（１）のように、出力電圧ＥＭと電力用半導体Ｔの電圧降下ＥＤにより設定される。出力電圧ＥＭは、リニアモータＬＭの電機子コイル１８が運動することにより発生する逆起電力に打ち勝ち、インピーダンスを持ったコイルに出力電流Ｉｍが流れる値に設定される。
Ｖbus ＝ＥＭ ＋ ＥＤ
＝（Ｐ×Ｉｍ ＋Ｅｇ）＋ＥＤ
＝（Ｐ×Ｉｍ ＋Ｋｅ×ｖ）＋ＥＤ ……（１）
なお、Ｐはインピーダンス、Ｋｅは逆起電力定数、ｖはリニアモータＬＭの推進速度である。 Next, the operation of this embodiment will be described.
The power supply voltage Vbus of the driver DV2 is set by the output voltage EM and the voltage drop ED of the power semiconductor T as shown in the following equation (1). The output voltage EM is set to a value that overcomes the counter electromotive force generated by the movement of the armature coil 18 of the linear motor LM and allows the output current Im to flow through the coil having impedance.
Vbus = EM + ED
= (P × Im + Eg) + ED
= (P × Im + Ke × v) + ED (1)
P is the impedance, Ke is the counter electromotive force constant, and v is the propulsion speed of the linear motor LM.

ここで、ドライバＤＶ２の電源電圧Ｖbusを、リニアモータＬＭの最大推力、最大推進速度に対応可能な大きな一定の値に設定しておくと、電力用半導体Ｔの容量も大きくしなければならず、電力用半導体Ｔの熱発散用のヒートシンクも大型となる。逆に、電源電圧Ｖbusを小さな一定の値に設定しておくと、電力用半導体Ｔの電圧降下ＥＤがゼロであっても必要な出力電圧ＥＭが得られず、リニアモータＬＭの推力及び推進速度の不足を招くおそれがある。   Here, if the power supply voltage Vbus of the driver DV2 is set to a large constant value that can correspond to the maximum thrust and the maximum propulsion speed of the linear motor LM, the capacity of the power semiconductor T must also be increased. The heat sink for heat dissipation of the power semiconductor T is also large. Conversely, if the power supply voltage Vbus is set to a small and constant value, the required output voltage EM cannot be obtained even if the voltage drop ED of the power semiconductor T is zero, and the thrust and propulsion speed of the linear motor LM are not obtained. There is a risk of shortage.

そこで、本実施形態では、必要特性演算器３０が算出した現在のテーブルＴＢの速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎに基づいてタップ２８の切替え制御を行なうことでトランス２６の所定の２次側電圧をドライバＤＶ２に印加し、現在のテーブルＴＢの速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎに適した電源電圧Ｖbusに変更する。
すなわち、必要特性演算器３０がテーブルＴＢの大きな速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎを算出すると、切替えタップ２８の切替え制御によりトランス２６の２次側電圧を大きな値とし、電源電圧Ｖbusを大きな値に変更する。また、必要特性演算器３０がテーブルＴＢの小さな速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎを算出すると、切替えタップ２８の切替え制御によりトランス２６の２次側電圧を小さな値とし、電源電圧Ｖbusを小さな値に変更する。 Therefore, in the present embodiment, the predetermined secondary voltage of the transformer 26 is supplied to the driver DV2 by performing the switching control of the tap 28 based on the speed SPn and the thrust Fn of the current table TB calculated by the necessary characteristic calculator 30. Apply and change to the power supply voltage Vbus suitable for the speed SPn and thrust Fn of the current table TB.
That is, when the necessary characteristic calculator 30 calculates the large speed SPn and thrust Fn of the table TB, the secondary side voltage of the transformer 26 is set to a large value and the power supply voltage Vbus is changed to a large value by switching control of the switching tap 28. When the required characteristic calculator 30 calculates the small speed SPn and thrust Fn of the table TB, the secondary side voltage of the transformer 26 is set to a small value and the power supply voltage Vbus is changed to a small value by the switching control of the switching tap 28.

このように、本実施形態は、ドライバＤＶ２の電源電圧Ｖbusを一定値とせず、現在動作点ＤＮにおけるテーブルＴＢの速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎに基づいて必要最小限の電源電圧Ｖbusに変更しているので、省エネルギ化を図ることができる。
また、電力用半導体Ｔの容量も大きくならず熱発散用のヒートシンクも小型にすることができるので、ドライバＤＶ２の小型・軽量化を図ることができる。 As described above, in the present embodiment, the power supply voltage Vbus of the driver DV2 is not set to a constant value, but is changed to the necessary minimum power supply voltage Vbus based on the speed SPn and thrust Fn of the table TB at the current operating point DN. Energy saving can be achieved.
Further, since the capacity of the power semiconductor T is not increased and the heat dissipation heat sink can be reduced in size, the driver DV2 can be reduced in size and weight.

さらに、図５を参照して本発明に係る第３実施形態の回路を説明する。なお、図２から図４で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態は、電源電圧用半導体ＴＰを介してドライバＤＶ２が電源電圧Ｖbusに接続されているとともに、電源電圧用半導体ＴＰをリニア駆動により制御するアンプ３４と、必要特性演算器３０と、この必要特性演算器３０で演算した結果に基づいてアンプ３４に制御信号Ｓｕを出力する制御信号生成器３６とを備えている。なお、電源電圧用半導体ＴＰは平滑用コンデンサＣＯと並列に接続されている。また、制御信号生成器３６とアンプ３４との間には、電源電圧Ｖbusと制御信号Ｓｕとを比較するコンパレータ３８が接続されている。
なお、本実施形態の必要特性演算器３０が本発明の必要特性演算手段に相当し、制御信号生成器３６が本発明の駆動制御手段に相当する。 Furthermore, a circuit according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those shown in FIGS. 2 to 4 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
In the present embodiment, the driver DV2 is connected to the power supply voltage Vbus via the power supply voltage semiconductor TP, the amplifier 34 that controls the power supply voltage semiconductor TP by linear drive, the necessary characteristic calculator 30, and this requirement A control signal generator 36 that outputs a control signal Su to the amplifier 34 based on the result calculated by the characteristic calculator 30 is provided. The power supply voltage semiconductor TP is connected in parallel with the smoothing capacitor CO. A comparator 38 that compares the power supply voltage Vbus and the control signal Su is connected between the control signal generator 36 and the amplifier 34.
The required characteristic calculator 30 of this embodiment corresponds to the required characteristic calculator of the present invention, and the control signal generator 36 corresponds to the drive control means of the present invention.

次に、本実施形態の作用について説明する。
必要特性演算器３０がテーブルＴＢの大きな速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎを算出すると、速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎに基づいて制御信号生成器３６からアンプ３４に制御信号Ｓｕが出力され、アンプ３４によって増幅された信号により電源電圧用半導体ＴＰが駆動制御されて小さな値の電圧降下が発生する。これにより、電源電圧Ｖbusが大きな値に変更される。また、必要特性演算器３０がテーブルＴＢの小さな速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎを算出すると、制御信号生成器３６からアンプ３４に出力した制御信号Ｓｕにより電源電圧用半導体ＴＰが駆動制御されて大きな値の電圧降下が発生する。これにより、電源電圧Ｖbusが大きな値に変更される。 Next, the operation of this embodiment will be described.
When the required characteristic calculator 30 calculates the large speed SPn and thrust Fn of the table TB, the control signal Su is output from the control signal generator 36 to the amplifier 34 based on the speed SPn and thrust Fn, and the signal amplified by the amplifier 34 As a result, the power supply semiconductor TP is driven and controlled to generate a small voltage drop. As a result, the power supply voltage Vbus is changed to a large value. Further, when the necessary characteristic calculator 30 calculates the small speed SPn and the thrust Fn of the table TB, the power supply voltage semiconductor TP is driven and controlled by the control signal Su output from the control signal generator 36 to the amplifier 34, and a large value voltage A descent occurs. As a result, the power supply voltage Vbus is changed to a large value.

このように、本実施形態も、ドライバＤＶ２の電源電圧Ｖbusを一定値とせず、必要特性演算器３０が算出したテーブルＴＢの速度ＳＰｎ及び推力Ｆｎに基づいて必要最小限の電源電圧Ｖbusに変更しているので、省エネルギ化を図ることができる。
また、電源電圧用半導体ＴＰの容量も大きくならず熱発散用のヒートシンクも小型にすることができるので、ドライバＤＶ２の小型・軽量化を図ることができる。 As described above, this embodiment also changes the power supply voltage Vbus of the driver DV2 to the minimum necessary power supply voltage Vbus based on the speed SPn and the thrust Fn of the table TB calculated by the necessary characteristic calculator 30 without setting the power supply voltage Vbus of the driver DV2. Therefore, energy saving can be achieved.
In addition, since the capacity of the power supply voltage semiconductor TP is not increased and the heat dissipation heat sink can be reduced in size, the driver DV2 can be reduced in size and weight.

なお、本実施形態では、アンプ３４を使用して電源電圧用半導体ＴＰをリニア駆動により制御しているが、電源電圧用半導体ＴＰをＰＷＭ駆動により制御すると、消費電力が減少し、さらに省エネルギ化を促進することができる。
また、第２実施形態のドライバＤＶ１、第３実施形態のドライバＤＶ２を採用した位置決めテーブル装置２のリニアガイドＬＧを空気軸受で構成すると、高精度の位置決め制御を期待することができる。 In this embodiment, the power supply voltage semiconductor TP is controlled by linear drive using the amplifier 34. However, if the power supply voltage semiconductor TP is controlled by PWM drive, power consumption is reduced and further energy saving is achieved. Can be promoted.
Further, if the linear guide LG of the positioning table device 2 adopting the driver DV1 of the second embodiment and the driver DV2 of the third embodiment is configured with an air bearing, high-precision positioning control can be expected.

本発明に係る第１実施形態のドライバの電力用半導体を駆動する回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit which drives the electric power semiconductor of the driver of 1st Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る第２実施形態のドライバの電源電圧を変更する回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit which changes the power supply voltage of the driver of 2nd Embodiment which concerns on this invention. 第２実施形態のドライバの電源部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the power supply part of the driver of 2nd Embodiment. 本発明に係る必要特性演算手段が記憶しているリニアモータの推力−推進速度の特性マップを示す図である。It is a figure which shows the characteristic map of the thrust-propulsion speed of the linear motor which the required characteristic calculating means based on this invention has memorize | stored. 本発明に係る第３実施形態のドライバの電源電圧を変更する回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit which changes the power supply voltage of the driver of 3rd Embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る精密位置決め装置の要部を平面視で示した図である。It is the figure which showed the principal part of the precision positioning device which concerns on this invention by planar view. 図６のＡ方向から精密位置決め装置を示した図である。It is the figure which showed the precision positioning device from the A direction of FIG. 精密位置決め装置のリニアモータの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the linear motor of a precision positioning device. スター結線されたリニアモータの電機子コイルに接続するドライバの回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the driver connected to the armature coil of the linear motor by which star connection was carried out.

符号の説明Explanation of symbols

２ 位置決めテーブル装置（精密位置決め装置）
４ ベース
６ 案内レール
１０ スライダ
１２ 固定子
１４ 永久磁石
１６ 可動子
１８ 電機子コイル
２０ 出力電流検出器
２２ 電力用半導体駆動変換器
２６ トランス
２８ タップ
３０ 必要特性演算器
３２ 制御信号生成器
３４ アンプ
３６ 制御信号生成器
ＤＶ１，ＤＶ２ ドライバ
ＬＧ リニアガイド
ＬＭ リニアモータ
ＭＭ 磁石列
Ｔ，Ｕｕ，Ｕｄ，Ｖｕ，Ｖｄ，Ｗｕ，Ｗｄ 電力用半導体
ＴＢ テーブル
ＴＰ 電源電圧用半導体
Ｖbus 電源電圧 2 Positioning table device (precision positioning device)
4 base 6 guide rail 10 slider 12 stator 14 permanent magnet 16 mover 18 armature coil 20 output current detector 22 power semiconductor drive converter 26 transformer 28 tap 30 required characteristic calculator 32 control signal generator 34 amplifier 36 control Signal generator DV1, DV2 Driver LG Linear guide LM Linear motor MM Magnet array T, Uu, Ud, Vu, Vd, Wu, Wd Power semiconductor TB Table TP Power supply voltage semiconductor Vbus Power supply voltage

Claims (7)

ベース上のテーブルが直線方向に移動自在となるように案内するリニアガイドと、このリニアガイドに案内された前記テーブルを前記直線方向に走行させるリニアモータと、このリニアモータの駆動制御を行なう電力用半導体を有するドライバとを備え、前記リニアガイドは、前記ベース上に固定した案内レールと、前記テーブルに取り付けられて前記案内レール上に搭載したスライダとを備え、前記リニアモータを、隣り合う磁極の極性が異なる複数の永久磁石を並列に配置した磁石列を有して前記ベース上に固定した固定子と、前記テーブルに固定され、前記磁石列と協働して推力が付与されるコアレス型の電機子コイルを有する可動子とを備えたブラシレス直流モータとした精密位置決め装置において、
前記テーブルの走行状態を判断する走行状態判断手段と、
この走行状態判断手段により前記テーブルが加減速状態で走行していると判断したときに前記ドライバの前記電力用半導体をパルス幅変調で駆動し、前記走行状態判断手段により前記テーブルが一定速度で走行していると判断したときに前記電力用半導体をリニア駆動する電力用半導体駆動変更手段とを備えたことを特徴とする精密位置決め装置。 A linear guide that guides the table on the base so as to be movable in a linear direction, a linear motor that travels the table guided by the linear guide in the linear direction, and an electric power that controls drive of the linear motor A driver having a semiconductor, and the linear guide includes a guide rail fixed on the base and a slider mounted on the guide rail and mounted on the guide rail. A stator having a magnet row in which a plurality of permanent magnets having different polarities are arranged in parallel and fixed on the base, and a coreless type fixed to the table and provided with a thrust in cooperation with the magnet row In a precision positioning device as a brushless DC motor provided with a mover having an armature coil,
Traveling state determining means for determining a traveling state of the table;
When it is determined that the table is traveling in an acceleration / deceleration state by the traveling state determining means, the power semiconductor of the driver is driven by pulse width modulation, and the table is driven at a constant speed by the traveling state determining means. A precision positioning apparatus comprising: a power semiconductor drive changing unit that linearly drives the power semiconductor when it is determined that the power semiconductor is in operation. 前記走行状態判断手段は、前記ドライバから前記リニアモータに出力される出力電流値の変化に応じて前記テーブルが加減速状態で走行しているか、或いは、前記テーブルが一定速で走行しているかを判断することを特徴とする請求項１記載の精密位置決め装置。   The traveling state determination means determines whether the table is traveling in an acceleration / deceleration state or whether the table is traveling at a constant speed according to a change in an output current value output from the driver to the linear motor. The precision positioning device according to claim 1, wherein the determination is performed. 前記走行状態判断手段は、前記出力電流値が所定の基準値以上のときには前記テーブルが加減速状態で走行していると判断し、前記出力電流値が前記所定の基準値を下回るときには前記テーブルが一定速で走行していると判断することを特徴とする請求項２記載の精密位置決め装置。   The traveling state determination means determines that the table is traveling in an acceleration / deceleration state when the output current value is equal to or greater than a predetermined reference value, and the table is determined when the output current value is lower than the predetermined reference value. 3. The precision positioning device according to claim 2, wherein it is determined that the vehicle is traveling at a constant speed. ベース上のテーブルが直線方向に移動自在となるように案内するリニアガイドと、このリニアガイドに案内された前記テーブルを前記直線方向に走行させるリニアモータと、このリニアモータの駆動制御を行なう電力用半導体を有するドライバとを備え、前記リニアガイドは、前記ベース上に固定した案内レールと、前記テーブルの下面に取り付けられて前記案内レール上に搭載したスライダとを備え、前記リニアモータを、隣り合う磁極の極性が異なる複数の永久磁石を並列に配置した磁石列を有して前記ベース上に固定した固定子と、前記テーブルに固定され、前記磁石列と協働して推力が付与されるコアレス型の電機子コイルを有する可動子とを備えたブラシレス直流モータとした精密位置決め装置において、
前記ドライバの前記電力用半導体はリニア駆動で制御されているとともに、
前記リニアモータの現在の必要特性を演算する必要特性演算手段と、
この必要特性演算手段の演算値に基づいて前記ドライバの電源電圧を変更する電源電圧変更手段とを備えていることを特徴とする精密位置決め装置。 A linear guide that guides the table on the base so as to be movable in a linear direction, a linear motor that travels the table guided by the linear guide in the linear direction, and an electric power that controls drive of the linear motor A driver having a semiconductor, wherein the linear guide includes a guide rail fixed on the base and a slider mounted on the guide rail and mounted on the lower surface of the table, and the linear motor is adjacent to the guide rail. A stator having a magnet array in which a plurality of permanent magnets having different magnetic pole polarities are arranged in parallel and fixed on the base, and a coreless fixed to the table and provided with a thrust in cooperation with the magnet array In a precision positioning device as a brushless DC motor provided with a mover having a type armature coil,
The power semiconductor of the driver is controlled by linear drive,
Necessary characteristic calculating means for calculating the present required characteristic of the linear motor;
A precision positioning apparatus comprising: a power supply voltage changing means for changing a power supply voltage of the driver based on a calculated value of the necessary characteristic calculating means. 前記電源電圧変更手段は、外部から供給される交流電圧を降圧するトランスと、このトランスの２次側と前記ドライバとの間に接続した切替えタップと、前記必要特性演算手段の演算値に基く制御信号により前記切替えタップの切替え制御を行なうタップ切替え制御手段とを備えていることを特徴とする請求項４記載の精密位置決め装置。   The power supply voltage changing means includes a transformer for stepping down an AC voltage supplied from the outside, a switching tap connected between the secondary side of the transformer and the driver, and a control based on a calculation value of the necessary characteristic calculation means. 5. The precision positioning device according to claim 4, further comprising tap switching control means for performing switching control of the switching tap by a signal. 前記電源電圧変更手段は、電源電圧用半導体と、前記必要特性演算手段の演算値に基づく制御信号により前記電源電圧用半導体を駆動制御する駆動制御手段とを備えていることを特徴とする請求項４記載の精密位置決め装置。   The power supply voltage changing means includes a power supply voltage semiconductor and drive control means for driving and controlling the power supply voltage semiconductor by a control signal based on a calculation value of the necessary characteristic calculation means. 4. The precision positioning device according to 4. 前記駆動制御手段は、前記電源電圧用半導体をパルス幅変調で駆動することを特徴とする請求項６記載の精密位置決め装置。   7. The precision positioning apparatus according to claim 6, wherein the drive control means drives the power supply voltage semiconductor by pulse width modulation.
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