JPH03124254A

JPH03124254A - パルスモータ

Info

Publication number: JPH03124254A
Application number: JP26092389A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakagawa; 洋中川
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1989-10-05
Filing date: 1989-10-05
Publication date: 1991-05-27
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JP2650438B2

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。

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、産業用ロボットなとのように比較
的大きな推力が要求されるＦＡ（ファクトリーオートメ
ーンヨン）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一次側磁束発生部
の各コイルに供給されるパルス信号に基づき、−次側ま
たは二次側スケール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７図（ａ）に示す通
りである。この図において、■は長尺板状の磁性体によ
って構成された二次側スケールであり、その上面には、
歯部１ａ１ａ＋・・・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。この二次側スケール１の
上面には一次側磁束発生部２が図示ぜぬローラ等からな
る支持機構によって二次側スケール１の長手方向へ移動
自在に支持された状態で載置されている。

一次側磁束発生部２は、コ字状の鉄心４および５と、鉄
心４の各磁極４ａおよび４ｂに各々巻回されたコイル６
ａおよび６ｂと、鉄心５の各磁極５ａおよび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イ′：１けられた永久磁石８
および９と、永久磁石８および９の」二面に取り付けら
れた板状の磁性体によって構成されるハックプレー１・
１０とから構成されている。磁極４ａの下端面には、ス
ケール１の歯部１ａの形成間隔Ｐと同一間隔で３個の極
歯１４ａ。

］　４　ａ、　１４　ａか形成されており、その他の磁
極４ｂ５　ａ、　５　ｂの各下端面にも同様に極歯１４
ｂ、１５ａ］、５ｂが各々形成されている。また、各磁
極５ｂ。

４　ｂ、　５　ａは磁極４ａに対して順次Ｐ／４すつず
らして配置され、これにより、各磁極４　ａ、　４　ｂ
、　５　ａ、　５ｂは互いに位相か９０度ずつ異なった
位置関係となっている。さらに、各極歯１７１ａ、］、
４ｂ、１５ａ１５ｂの各下端面と各歯部１ａの上端面と
の間には、所定の間隙Ｇか各々形成されている。

そして、コイル６　ａ、　６　ｂ、　７　ａ、　７　ｂ
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、　７　ａ、　７　ｂが発生する磁束と、永
久磁石８，９か発生する磁束とか各磁極４ａ、４．ｂ、
５ａ、５ｂにおいて、順次加減され、二次側スケール１
に対する一次側磁束発生部２の磁気的安定位置か順次移
動し、これにより、一次側磁束発生部２が二次側スケー
ル１の長平方向に沿って移動する。

ここで、コイル６　ａ、　６　ｂの組、もしくはコイル
７　ａ、　７　ｂの組のいずれか一方に電流を供給する
１相励磁方式によって駆動する場合を例にして説明する
。

■第７図（ａ）に示す様に、コイル６　ａ、　６　ｂに
端子６ｃから６ｄへ向って所定の電流を流すと、コイル
６ａが発生する磁束と、永久磁石８が発生ずる磁束とが
磁極４ａにおいて相加わり、磁極４ｂにおいて互いに打
ち消し合うので、図に点線φ１で示す主磁束ループか発
生し、この結果、図示するように、磁極４ａの極歯１４
ａと二次側スケール１の歯部１ａとか上下に対向した位
置が磁気的に安定した位置となる。

■第７図（ｂ）に示す様に、コイル７　ａ、　７　ｂに
端子７ｃから７ｄへ向って所定の電流を流すことによっ
て、図に点線φ２て示す主磁束ループか発生し、この結
果、図示するように、磁極５ｂの極歯１，５ｂと歯部１
ａとか」１下に対向した位置か磁気的に安定した位置と
なる。

■第７図（ｃ）に示す様に、コイル６　ａ、　６　ｂに
■と逆方向へ所定の電流を流すことによって、図に点線
φ３で示す主磁束ループが発生し、この結果、磁極４ｂ
の極歯１４ｂと歯部１ａとか」−下に対向した位置が磁
気的に安定した位置となる。

■第７図（ｄ）に示す（筆に、コイル７　ａ、　７　ｂ
に■と逆方向へ所定の電流を流すことによって、図に点
線φ４で示す主磁束ループか発生し、この結果、磁極５
ａの極歯１５ａと歯部１ａとか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、一次側磁束発生部２か図面左
方向、すなわち磁極５ｂから４ａに向かう方向へステッ
プ状に移動し、■→■→■→■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、一次側磁束発生部２
か図面右方向、すなわち磁極４ａから５ｂに向かう方向
へステップ状に移動する。なお、一次側磁束発生部２を
固定して二次側スケール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か可能なことから、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、余り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、適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７図（ａ）〜（ｄ）に示すように、一方の磁極４ａ
もしくは５ａにおいてコイル６ａもしくは７ａか発生ず
る磁束と永久磁石８，９か発生する磁束とが相加わり、
推力が発生している期間、他方の磁極４ｂもしくは磁極
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が発生する磁束とか互いに打ち消
し合い、推力か発生しない構造となっている。逆に、磁
極４ｂもしくは磁極５ｂにおいて推力が発生している期
間、他方の磁極４ａもしくは磁極５ａにおいては、推力
が発生しない構造となっている。したかって、実際に推
力発生に寄与する推力発生面積は、二次側スケール１と
対向する各磁極４　ａ、　４　ｂ、　５　ａ、　５　ｂ
の総面積の内の５０％しかな（、この＋Ｉｆ力発生面積
を広けることが、推力向」−を図る際の重要な課題とな
っていた。さらに、上述したリニアパルスモータにおい
ては、１ステツプ当たりの移動量を小さくするために、
各磁極４　ａ、　４　ｂ、　５　ａ、　５　ｂの下端面
に微細な極イＪｉ１／Ｉａ、Ｉ４ｂ、！、５ａ、１５ｂ
か設けられていたが、このような構造であると６極ｆａ
１４ａ、］４ｂ、１５ａ、１５ｂと隣接する溝の部分か
ら推力発生に寄与しない漏れ磁束か生してしまうため、
この漏れ磁束を最小限に抑えることも課題となっていた
。

この発明は、」二連した事情に鑑みてなされたもので、
二次側スケールと対向する各磁極の端面の総面積を推力
発生用に有効に利用することができると共に、漏れ磁束
の発生を最小限に抑えることかでき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、磁性部材の特定方向に沿って等間隔に歯部
と溝部か交互に形成され、前記各歯部の極性か交互に反
転するように前記各溝部に各々永久磁石を挿入配置して
なる二次側と、前記二次側に対して前記特定方向へ相対
的に移動自在な一次側磁束発生部とを具備し、前記一次
側磁束発生部は、前記二次側の各歯部の端面ど一定の間
隙を隔てて対向し、該歯部の端面と幅が等しく路間−面
積の端面を有する複数の磁極と、前記各磁極に各々巻回
されたコイルとから構成されていることを特徴としてい
る。

１作用」上記構成によれば、コイルに電流を流すと、次側磁束発
生部の一方の磁極から二次側スケールのＳ極側の歯部に
流入した磁束か、永久磁石を介して隣合うＮ極側の歯部
に流入した後、Ｎ極側の歯部から一次側磁束発生部の他
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端面の総面積を推力発
生用に有効に利用することかでき、大きな推力か得られ
、さらに、二次側スケールの各歯部の端面に対して、各
磁極の端面か対向するいわゆる突極形の構造であるため
、漏れ磁束の発生か最小限に抑えられ、推力の向上か図
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は固定された二次側スケール、２
１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
れた一次側磁束発生部である。

二次側スケール２０は、その長手方向に沿って一定間隔
Ｐ／２で歯部２２　ａ、　２２　ａ、−と凹溝２２ｂ、
　２２　ｂ、・・・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、一次側磁束発生部２１は、二次側スケール２０と
一定の間隙Ｇを陥てて各々対向する４個の磁極、すなわ
ちＡ相磁極２４Ａ、入相磁極２４人、Ｂ相磁極２４　Ｂ
、Ｂ相磁極２４Ｂを有する鉄心２４と、各磁極２４　Ａ
、２４　Ａ、２４　Ｂ、２４　Ｉｎ、：各々巻回された
コイル２５Ａ、２５人、２５Ｂ、２５Ｂとから構成され
ている。この場合、二次側スケール２０の同極に磁化さ
れた各歯部２２　ａノ間隔をＰとすると、各磁極２４Ｂ
、２４人、２４Ｂは磁極２４Ａに対して順次Ｐ／４ずっ
の変位を有して配置され、これにより、各磁極２４Ａ、
２４人２５Ｂ、２５Ｂは互いに位相が９０度ずつ異なっ
た位置関係となっている。また、各磁極２４Ａ。

２４人、２４Ｂ、２４Ｂの、二次側７．ケ−／ｌ／２０
と対向する下端面は、二次側スケール２ｏの各歯部２２
ａの上端面と幅が等しく路間−の面積を有している。

以」二の構成において、各コイル２５Δ、２５人２５Ｂ
、２５Ｂ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、二次側
スケール２０のＮ極側の歯部２２ａから一次側磁束発生
部２１の各磁極２４Ａ、２４人、　２４　Ｂ　、　２４
　ｒｇ　ニ流入シ、再び二次側スケール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、端子２６ａ〜２６（１を介して、Ａ相コイル２
５Ａと入相コイル２５人の組、またはｎ相コイル２５Ｂ
とｎ相コイル２５Ｂの組のいずれか一方に電流を供給す
る１相励磁方式によって一次側磁束発生部２１を駆動す
る場合の動作について第４図を参照して説明する。

■第４図（ａ）に示す状態において、Ａ相コイル２５Ａ
と入相コイル２５人に対して、図に示すＸ印から・印の
方向へ所定の電流を流すと、鉄心２４には入相磁極２４
人からＡ相磁極２４Ａに向ってコイル２５Ａ、２５人に
よる起磁力が発生し、これにより図にφ、て示すように
、鉄心２４のＡ相磁極２４Ａから二次側スケール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、さらにＮ
極側の歯部２２ａから鉄心２４の入相磁極２４八へ流入
する主磁束ループが形成される。この結果、Ａ相磁極２
４Ａの端面が二次側スケール２０のＳ極側の歯部２２ａ
の端面と対向し、入相磁極２４への端面が二次側スケー
ル２０のＮ極側の歯部２２ａの端面と対向する位置が磁
気的に安定した位置となる。

■第４図（ｂ）に示す様に、ｎ相コイル２５Ｂとｎ相コ
イル２５Ｂ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φ２て示ず主磁束ループが発生
し、この結果、Ｂ相磁極２４Ｂの端面が二次側スケール
２０のＳ極側の歯部２２ａの端面と対向し、Ｂ相磁極２
４Ｂの端面が二次側スケール２０のＮ極側の歯部２２ａ
の端面と対向する位置が磁気的に安定した位置となる。

■第４図（ｃ）に示す様に、Ａ相コイル２５Ａと入相コ
イル２５人に、■と逆方向へ所定の電流を流すと、図に
φ３で示す主磁束ループか発生し、１この結果、Ａ相磁極２４Ａの端面が二次側スケール２０
のＮ極側の歯部２２ａの端面と対向し、入相磁極２４人
の端面か二次側スケール２０のＳ極側の歯部２２ａと対
向する位置か磁気的に安定した位置となる。

■第４図（ｄ）に示す様に、ｎ相コイル２５Ｂとｎ相コ
イル２５Ｂに、■と逆方向へ所定の電流を流すと、図に
φ４で示ず主磁束ループか発生し、この結果、Ｂ相磁極
２４Ｂの端面か二次側スケール２０のＮ極側の歯部２２
ａの端面と対向し、色相磁極２４Ｂの端面が二次側スケ
ール２０のＳ極側の歯部２２ａの端面と対向する位置か
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、一次側磁束発生部２１が図面
右方向へ移動し、■→■→■→■の各励磁モートの順に
パルス励磁を繰り返すことによって、一次側磁束発生部
２１か図面左方向へ移動する。

ここで、」二連した実施例によるリニアパルスモ２ｍ２の駆動方法としては、前述したパルス励磁以外に、
交流によって駆動しても構わない。この場合、第３図に
示すように、互いに位相が９０度ずれたＡ相電流Ｔａと
Ｂ相電流Ｉ　ｌ）を、コイル２５Ａおよび２５への組と
、コイル２５Ｂおよび２５Ｂの組に各々供給すればよい
。すると、Ａ相電流ＴａおよびＢ相電流１ｂのいずれか
一方の電流が０となる時点ａ＝ｄにおいて、各々第４図
（ａ）〜（ＣＩ）に示す状態となり、一次側磁束発生部
２１か連続的に移動する。

次に、第５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、３Ｉは図示せぬローラ等の支持機構によって二次
側スケール２ｏの長平方向（図に示す矢印Ｍ方向）へ移
動自在に支持された一次側磁束発生部である。一次側磁
束発生部３１は、Ｕ相磁極３４Ｕ１相磁極３４、Ｗ相磁
極３４Ｗ、０相磁極３４０、Ｖ相磁極３４ＶおよびＷ相
磁極３４Ｗを有する鉄心３４と、各磁極３４．　Ｕ〜３
４Ｗに各々巻回されたコイル３５Ｕ〜３５ｖＪとから構
成されている。この場合、磁極３４Ｕ、３４Ｗ、３４Ｖ
は二次側スケール２０の長手方向（Ｍ方向）へ互いにＰ
／３ずつ変位して配置され、同様に、磁極３４Ｕ、３４
Ｗ、３４は二次側スケール２０の長手方向へ互いにＰ／
３ずつ変位して配置され、さらに磁極３４Ｕ、３４Ｗ、
３４Ｖの組と、磁極３４Ｕ、３４Ｗ、３４Ｖの組は、二
次側スケール２０の長平方向へ互いに１〕／２変位して
配置されている。

以」−の構成において、Ｕ相コイル３５Ｕと０相コイル
３５０、Ｗ相コイル３５ｗとｗ相コイル３５Ｗ、Ｖ相コ
イル３５Ｖと相コイル３５に、各端子３６ａ〜３６ｆを
介して順次パルス電流を供給することにより、第４図と
同様の動作原理で、−次側磁極発生部３１かステップ状
に矢印Ｍ方向へ移動する。また、端子３６１）と３６ｄ
と３６ｆを共通接続し、端子３６ａと３６ｃと３６ｅか
ら３相交流を供給することにより、一次側磁束発生部３
１が連続的に矢印Ｍ方向へ移動する。

次に、この発明の第３実施例である回転型パルスモータ
に適用した場合の構成について第６図を参照して説明す
る。この図において、４０は第５図に示す二次側スケー
ル２０を円筒状に形成することによって構成されたロー
タであり、円筒状の磁性部材４２の外周面に等間隔に歯
部４２ａ、４２ａ、・と凹溝４２ｂ、４２ｂ、・を交互
に形成し、各凹溝４２ｂ、４２ｂ、　　に永久磁性４３
，４３．・・を各々挿入配置することによって構成され
、磁性部材４２の内周面と嵌合するシャフト４６を介し
て回転自在に支持されている。また、ステータ４１は、
第５図に示す各磁極３４．　Ｕ〜３４ＶＪと同様の位置
関係を有する磁極４．４．　Ｕ〜４４．　Ｗか軸対象に
２組形成された鉄心４４と、これらの各磁極４４Ｕ〜４
、４　ｖＪに各々巻回されたコイル（図示路）とから構
成され、図示せぬ基台に固定されている。以」−の構成
において、第５図に示した第２実施例と同様の動作原理
でロータ４０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か可能である。

５ ■−一次側磁束発生部、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。

■コキングの除去、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
チずらしく等価スキュー）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、二次側を、特
定方向に沿って等間隔に歯部と溝部が交互に形成された
磁性部材と、各歯部の極性か交互に反転するように各溝
部に各々挿入配置された永久磁石とによって構成する一
方、二次側に対して特定方向へ相対的に移動自在な一次
側磁束発生部を、二次側の各歯部の端面と一定の間隙を
隔てて対向し、各歯部の端面と路間−面積の端面を有す
る複数の磁極と、これら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、６永久磁石を介して隣合うＮ極側の歯部に流入し、Ｎ極側
の歯部から一次側磁束発生部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端面の総面積を推力発生用に有効
に利用することかでき、さらに、二次側スケールの各歯
部の端面に対して、各磁極の端面が対向するいわゆる突
極形の構造であるため、漏れ磁束の発生が最小限に抑え
られ、この結果、従来の２倍以」−の推力が得られ、例
えば、産業用ロホソ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。これに加えて、各コイルを励磁しな
い状態では、各永久磁石の磁束が二次側の磁性部材内で
短絡されているので、デイテント力が小さく、外部から
手などで軽く動かすことができ、また、二次側の磁性部
材は、各永久磁石によって分断されておらず、背部にお
いて一体の構造となっているので、十分な機械的強度が
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
は同実施例を交流で駆動する場合の駆動電流波形図、第
４図（ａ）〜（ｄ）は同実施例を１相励磁力式によって
駆動した場合の動作を説明するための正面図、第５図は
この発明の第２実施例による３相リニアパルスモータの
磁気回路構成を示す正面図、第６図はこの発明の第３実
施例による回転型パルスモータの内部構成を示す正面図
、第７図（ａ）〜（ｄ）は従来のリニアパルスモータの
磁気回路構成と１相励磁力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・・・・二次側スケール、２１．３１・・・・一次側磁束発生部、２２．４２・・
−磁性部材、２２ａ、４２ａ・・　・歯部、２２ｂ、４２ｂ・・凹溝（溝部）、２３．４３・−・永久磁石、２４．３４．４４・　・鉄心、４八〜２４Ｂ・・・・・Ａ相〜Ｂ相磁極、５Ａ〜２５Ｂ
・・・・Ａ相〜ｎ相コイル、４Ｕ〜３４ｖＪ・・・Ｕ相
〜Ｗ相磁極、５Ｕ〜３５Ｗ・・・・Ｕ相〜Ｗ相コイル、
Ｏ・・・・・・ロータ（二次側）、１・・・ステータ（一次側磁束発生部）、４Ｕ〜／１４
′ｇＪ・・・Ｕ相〜Ｗ相磁極。

Claims

【特許請求の範囲】磁性部材の特定方向に沿って等間隔に歯部と溝部が交互
に形成され、前記各歯部の極性が交互に反転するように
前記各溝部に各々永久磁石を挿入配置してなる二次側と
、前記二次側に対して前記特定方向へ相対的に移動自在
な一次側磁束発生部とを具備し、前記一次側磁束発生部は、前記二次側の各歯部の端面と
一定の間隙を隔てて対向し、該歯部の端面と幅が等しく
略同一面積の端面を有する複数の磁極と、前記各磁極に
各々巻回されたコイルとから構成されていることを特徴
とするパルスモータ。