JP2782260B2 - リニアステップモータ及びその励磁方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は情報機器、産業機器のアクチュエータである
リニアステップモータに関するものである。

［従来の技術］ 第８図は例えば電気学会論文誌Ｄ編、108巻６号昭63
（第603頁乃至第610頁）に示された従来のリニアステッ
プモータを示す断面図、第９図は同リニアステップモー
タを示すもう一つの断面図、第10図は同リニアステップ
モータの概略を示す分解斜視図、第11図（ａ），（ｂ）
は同リニアステップモータの動作原理を示す説明図であ
る。かかる従来例に関連する先行技術として特公昭59−
15269号及び特開昭62−100161号と記載のものがある。
図において、（１）は直線運動する可動子、（1a）は可
動子（１）の上面に設けられた上側ティース、（1b）は
可動子（１）の下面に設けられた下側ティース、（２）
は可動子（１）とギャップを介して対向する一対の固定
子、（2a）は上下２つある一対の固定子（２）のうちの
上側固定子、（2b）反一対の固定子（２）のうちの下側
固定子、（3a）は上側固定子（2a）に巻回されている上
側コイル、（3b）は下側固定子（2b）に巻回されている
下側コイル、（4a）は上側固定子（2a）内の永久磁石、
（4b）は下側固定子（2b）内の永久磁石、（5a）は上側
固定子（2a）のヨーク、（5b）は下側固定子（2b）のヨ
ーク、（６）は上側固定子（2a）と下側固定子（2b）を
保持する外枠、（７）は可動子（１）と外枠（６）の間
に挿入されたリニア軸受である。

可動子（１）に設けられた上側ティース（1a）と下側
ティース（1b）について詳細に説明すると、上側ティー
ス（1a）は可動子（１）の上面に２列に設けられてお
り、可動子（１）のそれぞれ片側１列の上側ティース
（1a）のピッチをτとすれば、各列の上側ティース（1
a）の位相はτ/2だけずれている。更に、下側ティース
（1b）も可動子（１）の下面に２列に設けられており、
各列の下側ピッチ（1b）のピッチはτであるが、上側テ
ィース（1a）に対してはτ/4だけずれている。また、可
動子（１）の上側ティース及び下側ティース（1a），
（1b）に対抗する上側固定子及び下側固定子（2a），
（2b）のティースとなる脚部の間隔はτ/2であり、上下
の脚部の位置は一致している。

次に、従来のリニアステップモータの動作について第
11図（ａ），（ｂ）に基づいて説明する。

第11図（ａ）は可動子（１）が停止移動する過程を示
し、各ステップにおいて、上方は可動子（１）の上側テ
ィース（1a）と上側固定子（2a）を上からみた状態を示
し、下方は可動子（１）の下側ティース（1b）と下側固
定子（2b）を上からみた状態に置き換えて示したもので
ある。第11図（ｂ）は固定子（２）が正・逆電流の励磁
により極性が変化する過程を示し、各ステップにおいて
上方は上側固定子（2a）のティースとなる脚部各列の極
性を示し、下方は下側固定子（2b）のティースとなる脚
部各列の極性を示している。

ステップ１において、上側固定子（2a）が逆電流によ
り励磁され、下側固定子（2b）が正電流により励磁され
ると、上側固定子（2a）のＳ極のティースの真下に可動
子（１）のＮ極の上側ティース（1a）が位置し、上側固
定子（2a）のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＳ
極の上側ティース（1a）が位置し、互いに吸着し合し、
可動子（１）は停止状態に保持される。一方、下側固定
子（2b）のＮ極のティースの真下には下側ティース（1
b）は無くτ/4離れたところにＳ極の下側ティース（1
b）があり、下側固定子（2b）のＳ極のティースの真下
にも下側ティース（1b）は無く、τ/4離れたところにＮ
極の下側ティース（1b）がある。このときには下側固定
子（2b）のこれらティースが可動子（１）のこれら下側
ティース（1b）を吸引しようとするが、その吸引力より
も上側固定子（2a）のティースと可動子（１）の上側テ
ィース（1a）との保持力が強いため、可動子（１）は結
局停止状態に保持される。

ステップ２において、上側固定子（2a）と下側固定子
（2b）が共に正電流により励磁されると、上側固定子
（2a）のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＮ極の
上側ティース（1a）が無いが隣接して位置し、上側固定
子（2a）のＳ極ティースの真下に可動子（１）のＳ極の
上側ティース（1a）が無いが、隣接して位置し、互いに
反発し合い、可動子（１）は自由な状態になる。一方、
下側固定子（2b）のＮ極のティースの真下には下側ティ
ース（1b）は無く、τ/4離れたところにＳ極の下側ティ
ース（1b）があり、下側固定子（2b）のＳ極のティース
の真下にも下側ティース（1b）は無く、τ/4離れたとこ
ろにＮ極の下側ティース（1b）がある。このときには下
側固定子（2b）のこれらティースが可動子（１）のこれ
ら下側ティース（1b）を吸引して可動子（１）は図にお
いて矢印に示す右側にτ/4移動する。

ステップ３は可動子（１）が右側に移動した状態で、
ステップ２と同様に上側固定子（2a）と下側固定子（2
b）が共に正電流により励磁された場合であるが、この
場合は、ステップ１と逆の状態即ち下側固定子（2b）の
Ｎ極のティースの真下に可動子（１）のＳ極の下側ティ
ースが位置し、下側固定子2bのＳ極の真下に可動子
（１）のＮ極の下側ティース（1b）が位置し、互いに吸
着し合い、上側固定子（2a）の正電流の励磁に拘らず、
結局、可動子（１）は停止状態に保持される。

ステップ４は、固定子（２）に対する可動子（１）の
位置がステップ３と同じ状態で、上側固定子（2a）が正
電流により励磁され、下側固定子（2b）が逆電流により
励磁された場合であるが、この場合はステップ２と逆の
状態となり、下側固定子（1b）のティースと下側ティー
ス（1b）とは、互いに反発し合い可動子（１）は自由な
状態となり、上側固定子（1a）のティースが上側ティー
ス（1a）を吸引して可動子（１）は図において右側にτ
/4移動する。

ステップ５は可動子（１）が右側に移動した状態でス
テップ４と同様に上側固定子（2a）が正電流により励磁
され、下側固定子（2b）が逆電流により励磁された場合
であり、ステップ３と逆の状態即ち、上側固定子（2a）
のＮ極のティースの真下に可動子（１）のＳ極のティー
スが位置し、上側固定子（2a）のＳ極の真下に可動子
（１）のＮ極のティースが位置し、互いに吸着し合い下
側固定子（1b）の逆電流の励磁に拘らず、結局可動子
（１）は停止状態に保持される。

ステップ６は固定子（２）に対する可動子（１）の位
置がステップ５と同じ状態で上側固定子（2a）と下側固
定子（2b）とが共に逆電流により励磁された場合である
が、この場合はステップ４と逆の状態となり、上側固定
子（2a）のティースと上側ティース（1a）とは互い反発
し合い、可動子（１）は自由な状態となり、下側固定子
（2b）のティースが下側ティースを吸引して可動子
（１）は図において右側にτ/4移動し、ステップ１と同
じ位置に戻る。

このように、可動子（１）がτ/4ピッチで切換えた数
だけ移動して一方向の直線運動が可能となった。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のリニアステップモータは以上のように構成され
ているので、上側固定子（2a）と下側固定子（2b）に流
す励磁電流の向きを適宜に変えてこれら固定子（2a），
（2b）のティースの極性を変換することにより、可動子
（１）の一方向の直線運動を可能としているが、２自由
度のXYテーブルを構成するには、２台のリニアステップ
モータを用意し、一方を他方の可動子（１）の上に移動
方向を直交させて固定しなければならず、可動子（１）
の重量が増して高速性能が低下し、また装置全体が大き
くなるという問題点があった。

本発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、一つの可動子だけでXYの２方向に移動できる
だけでなく、45゜の方向に移動でき、更に可動子が回転
しながら移動できるリニアステップモータを得ることを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係るリニアステップモータは、磁性体の平板
上に磁性体の固定子ティースを等間隔で二次元格子状の
配置状態で突設させ、固定子ティース間の凹み部分を非
磁性部材で埋め合わせて表面が平らに形成された固定子
と、磁性体の平板上に16個の磁性体の可動子ティースを
上記固定子ティースの間隔の半分の等間隔で二次元格子
状の配置状態で突設させて形成され、固定子上を移動可
能な可動子と、上記固定子ティースを永久磁石とし、互
いに隣り合う永久磁石の極性を異なるように設定し、可
動子ティースに巻回される励磁コイルと、励磁コイルに
流す電流のオン・オフ及び電流の正負を制御する駆動回
路とを備えるように構成したものである。

また、永久磁石の各固定子ティースの周囲を励磁コイ
ルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲むように
可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子ティース
を取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流を流して
各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、しかる後に
各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのうち、45
゜の移動させたい方向と反対方向に位置する可動子ティ
ースを残して他の可動子ティースの励磁を解消し、その
後、上記励磁が解消された三つの可動子ティースのう
ち、45の移動させたい方向に位置する可動子ティースを
今まで励磁が維持されている可動子ティースと同極性に
励磁し、残り二つの可動子ティースを今まで励磁が維持
されている可動子ティースと逆極性に励磁することがで
きる。

更に、永久磁石の各固定子ティースの周囲を励磁コイ
ルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲むように
可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子ティース
を取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流を流して
各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、しかる後、
各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのうち、回
転させたい方向と反対方向に位置する可動子ティースを
残して他の可動子ティースの励磁を解消し、その後回転
して各固定子ティースを取り囲む可動子ティースのう
ち、該固定子ティースの上方に位置して励磁が維持され
ている可動子ティースをそのままにして該可動子ティー
スに隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向にそれぞ
れ位置する可動子ティースを上記励磁が維持されている
可動子ティースの極性と同極性に励磁し、その後回転し
て各固定子ティースを挾み込む状態に位置している二つ
の可動子ティースのうち、回転させたい方向と反対方向
に位置する可動ティースを残して他の可動子ティースの
励磁を解消し、その後回転して各固定子ティースの上方
に位置する励磁された可動子ティースを含み、更に回転
したときに該固定子ティースを取り囲むこととなる可動
子ティースを上記励磁された可動子ティースと同極性に
励磁することもできる。

［作用］ 本発明においては、磁性体の平板上に磁性体の固定子
ティースを等間隔で二次元格子状の配置状態で突設さ
せ、固定子ティース間の凹み部分を非磁性部材で埋め合
わせて表面が平らに形成された固定子と、磁性体の平板
上に16個の磁性体の可動子ティースを上記固定子ティー
スの間隔の半分の等間隔で二次元格子状の配置状態で突
設させて形成され、固定子上を移動可能な可動子と、上
記固定子ティースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久
磁石の極性を異なるように設定し、可動子ティースに巻
回される励磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・
オフ及び電流の正負を制御する駆動回路とを備え、駆動
回路によって各励磁コイルに流す電流をオン・オフ、正
負を制御し、励磁コイルが巻回されているティースを励
磁したり、極性を変換したりして種々の励磁パターンを
とることにより、可動子が固定子に対して、x,y方向に
移動すると共に45゜方向に移動し、更に、回転しながら
移動する。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同
実施例の主要部を示す斜視図、第３図は同実施例の駆動
回路図、第４図（ａ）〜（ｆ）は固定子のｘ方向に移動
する可動子の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第
５図（ａ），（ｂ）は固定子のｙ方向に移動する可動子
の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第６図（ａ）
〜（ｅ）は固定子に対して45゜方向に移動する可動子の
移動過程と励磁パターンを示す説明図、第７図（ａ）〜
（ｉ）は固定子に対して回転する可動子の移動過程と励
磁パターンを示す説明図である。

第１図及び第２図において、（11）は磁性体をＺ方向
に積層した平板状の固定子、（11a）は固定子（11）の
上面に永久磁石を等間隔の二次元格子状に配置し、接着
させて形成された固定子ティースで各永久磁石の極性は
隣り合うものと異なる極性に設定されている。（12）は
固定子（11）の固定子ティース（11a）間に形成された
凹み部分を埋め合わせて固定子ティース（11a）の上面
とともに平面を構成するプラスチック等の非磁性体のテ
ーブルである。（13）は磁性体をＺ方向に積層した平板
状の可動子、（13a）は可動子（12）の下面に固定子テ
ィースの間隔と半分の等間隔で二次元格子状の配置状態
で突設させられた16個の磁性体からなる可動子ティー
ス、（14）は可動子ティース（13a）に巻かれた励磁コ
イル、（15）は可動子（13）の側部に取り付けられ、可
動子（13）を支持する足、（16）は足（15）の先端に設
けられたキャスタである。このように可動子（13）は足
（15）とキャスタ（16）で支持されており、Ｚ方向に一
定の高さで維持されており、可動子ティース（13a）は
固定子ティース（11a）に対して一定のギャップを保ち
ながら、x,y方向に移動できると共に回転でき、３自由
度の運動を可動としている。

第３図において、（20）は可動子（13）の可動子ティ
ース（13a）に巻かれている励磁コイル（14）を励磁
し、固定子ティース（11a）と可動子ティース（13a）と
に磁気吸引力を発生させることで可動子（13）を駆動さ
せる駆動回路で、各コイル（14）を独立に励磁制御する
ことで可動子（13）のx,y方向の移動、回転の３自由度
の運動を任意に制御することができる。なお、第３図で
は３つの励磁コイル（14）分の駆動回路しか示されてい
ないが、一点鎖点で囲まれた回路構成ａを次々に16個並
列接続することで、16個の励磁コイル（14）分の駆動回
路が得られる。このとき、１つの励磁コイル（14）当
り、４個のパワートランジスタ（21）と４個のダイオー
ド（22）が使用されており、駆動回路（20）全体では64
個のパワートランジスタ（21）と64個のダイオード（2
2）が使用されることになる。そして、これら64個のパ
ワートランジスタ（21）のベース電流を例えばTTL論理
パソコンで制御することにより、16個の励磁コイル（1
4）の励磁のオン・オフ及び極性の反転ができる。

次に、上記実施例の動作を第１図乃至第７図に基づい
て説明する。

第４図乃至第７図において、実線の正方形群はＺ方向
から見た可動子ティース（13a）の下面を示し、破線の
正方形群は固定子ティース（11a）の上面を示してい
る。また、正方形内のNSは固定子（11）側では配置され
た永久磁石で決まる極性、可動子（13）側では励磁コイ
ル（14）の励磁状態で決まる極性で、空白は励磁コイル
（14）を励磁していない状態を表わしている。更にτは
固定子ティース（11a）のピッチ、τ/2は可動子ティー
ス（13a）のピッチを示している。

まず、可動子（13）が固定子（11）に対してｘ方向に
駆動される場合について説明する。

第４図（ａ）に示すように固定子（11）の永久磁石で
構成された各固定子ティース（11a）の周囲を可動子（1
3）の４つの可動子ティース（13a）が取り囲むように固
定子（11）に対して可動子（13）を位置決めする。そし
て、各固定子ティース（11a）を取り囲む可動子ティー
ス（13a）を励磁コイル（14）に電流を流して該固定子
ティース（11a）の極性と逆極性に設定する。このと
き、各固定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子
ティース（13a）は互いに極性が異なり、これらの間に
磁気吸引力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対
して静的安定状態に維持される。

次に、第４図（ｂ）に示すように、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、ｘ方
向の移動させたい方向に位置する可動子ティース（13
a）の極性を励磁コイル（14）に流す電流の向きを切換
えて変換すると、可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動
し、その後再び静的安定状態に維持される。即ち、固定
子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子ティース（1
3a）の極性をみると、移動させたい方向に位置する可動
子ティース（13a）の極性は固定子ティース（11a）と同
極性であり、移動させたい方向と反対方向に位置する可
動子ティース（13a）の極性は固定子ティース（11a）の
極性と逆極性であり、固定子ティース（11a）と移動さ
せたい方向に位置する可動子ティース（13a）との間に
は磁気反発力が発生し、固定子ティース（11a）と移動
させたい方向は反対方向に位置する可動子ティース（13
a）との間には磁気吸引力が発生し、固定子ティース（1
1a）は固定されているから、固定子ティース（11a）に
対して移動させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
ィース（13a）と磁気吸引力により吸引されて移動させ
たい方向に駆動され、固定子ティース（11a）に対して
移動させたい方向の可動子ティース（13a）は磁気反発
力により反発して移動させたい方向にやはり駆動され、
可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動し、第４図（ｃ）
に示す状態で停止する。第４図（ｃ）に示す状態では各
固定子ティース（11a）に隣接する可動子ティース（13
a）の極性は固定子ティース（11a）の極性と逆極性とな
り、これらの間に磁気吸引力が発生して可動子（13）は
固定子（11）に対して静的安定状態に維持される。

更に、第４図（ｃ）に示す状態で、今度は第４図
（ａ）で示した各固定子ティース（11a）を取り囲んで
いた４つの可動子ティース（13a）のうち、移動させた
い方向と反対方向に位置する可動子ティース（13a）の
極性を変換すると、実質的に第４図（ｂ）に示すのと同
じ状態となり、可動子（13）はｘ方向にτ/2だけ移動
し、第４図（ｄ）に示す状態で停止する。第４図（ｄ）
に示す状態は第４図（ａ）に示すのと実質的に同じであ
る。従って、第４図（ｂ）に示すのと同様に移動させた
い方向に位置する可動子ティース（13a）の極性変換を
することにより、可動子（13）はτ/2だけｘ方向に移動
し、第４図（ｅ）に示す状態で停止する。第４図（ｅ）
に示す状態で、移動させたい方向と反対方向に位置する
可動子ティース（13a）の極性を変換することにより、
可動子（13）はτ/2だけｘ方向に移動し、第４図（ｆ）
に示す状態で停止し、第４図（ａ）と同じ状態に戻る。
従って従来のリニアステップモータと同様に４つの励磁
パターンで可動子（13）が一方向即ち、ｘ方向に移動す
ることがわかる。

次に、可動子に作用する磁気吸引力について詳細に説
明する。

第４図（ａ）に示す可動子（13）の位置を原点とし、
可動子（13）のx,y方向位置をX,Yとする。ここで、可動
子ティース（13a）に取り囲まれた固定子ティース（11
a）のｘ方向の列のみを考えると、一次元リニアステッ
プモータと同一の構成となり、可動子（13）のｘ方向に
加わる磁気吸引力をF_xとすれば、次式で良く近似でき
る。

また、上記の固定子ティース（11a）の両側１列づつ
のティース列による磁気吸引力F_x1は次式で与えられ
る。

ここで、推力定数K,K₁は、可動子ティース（13a）と
固定子ティース（11a）の距離の二乗におよそ反比例す
るので、 となり、次式で近似できる。

従って、可動子ティース（13a）付近の４列の固定子
ティース（11a）による磁気吸引力F_xtは F_xt＝F_x＋F_x1 となり、式（１），（２），（３）を代入すると、 となる。

即ち、外側２列の固定子ティース（11a）の影響は、
推力定数が15/16となるだけであり、可動子（13）の運
動の方向を議論する上では、外側２列の固定子ティース
（11a）の効果は無視できることがわかる。

以上の磁気吸引力に関する説明は可動子（13）のｘ方
向の移動であるが、後述するｙ方向の移動、45゜方向の
移動、回転についても、同様にして可動子（13）からの
距離が大きい固定子ティース（11a）の影響は小さいこ
とが言える。従って、以降の動作の説明に際しては可動
子（13）の励磁された可動子ティース（13a）からの距
離がτ/2以上の固定子（11a）の影響は省略する。

次に、可動子（13）が固定子（11）に対してｙ方向に
駆動される場合について説明する。

第５図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性
は、該固定子ティース（11a）の極性と逆極性に設定す
る。次に、第５図（ａ）の状態から第５図（ｂ）のよう
な可動子ティース（13a）の極性パターンにすることに
より、可動子（13）はｙ方向にπ/2だけ移動する。そし
て、ｘ方向と同様に４つの励磁パターンによってｙ方向
へπ/2のピッチで可動子ティース（13a）の極性を切換
えた数だけ移動する。

また、可動子（13）が固定子（11）に対して45゜方向
に駆動される場合について説明する。

第６図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性は
該固定子ティース（11a）の極性と該極性に設定する。
次に、第６図（ｂ）に示すように各固定子ティース（11
a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、45゜の移
動させたい方向と反対方向に位置する可動子ティース
（13a）の極性をそのまま維持し、残りの３つの可動子
ティース（13a）について励磁コイル（14）に流してい
た電流をストップして励磁を解消する。そうすると、固
定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子ティース
（13a）の極性をみると、移動させたい方向と反対方向
に位置する可動子ティース（13a）の極性は固定子ティ
ース（11a）の極性と逆極性であり、該固定子ティース
（11a）と移動させたい方向と反対方向に位置する可動
子ティース（13a）との間には磁気吸引力が発生し、固
定子ティース（11a）は固定されているから、該可動子
ティース（11a）は磁気吸引力により吸引されて45゜の
移動させたい方向に駆動され、可動子（13）は固定子
（11）に対して45゜の方向に移動し、第６図（ｃ）に示
す状態で停止する。第６図（ｃ）に示す状態では各固定
子ティース（11a）の上方に極性を帯びた可動子ティー
ス（13a）が位置し、これらは互いに逆極性となり、こ
れらティースの間に磁気吸引力が発生して可動子（13）
は固定子（11）に対して静的安定状態に維持される。

更に、第４図（ｃ）に示す状態で、励磁が解消された
三つの可動子ティース（13a）のうち、これらと一つの
グループをなす極性を帯びた可動子ティース（13a）を
基準として45゜の移動させたい方向に位置する可動子テ
ィース（13a）を今ままで励磁が維持され極性を帯びた
可動子ティース（13a）と同極性とし、残りの二つの可
動子ティース（13a）を該極性を帯びた可動子ティース
（13a）と逆極性とすると、第６図（ｄ）に示す極性パ
ターンとなり、可動させたい方向にある可動子ティース
（13a）は更にその移動させたい方向の延長線上にある
逆極性の固定子ティース（11a）との間で磁気吸引力を
生じ、移動させたい方向にある可動子ティース（13a）
は45゜の移動させたい方向に移動し、可動子（13）は固
定子（11）に対して第６図（ｄ）に示す状態からπ/4だ
け移動し、第６図（ｅ）に示す状態で停止する。即ち、
可動子（13）は第６図（ａ）に示す状態から45゜の方向
の移動によってxy方向ともにπ/2だけ移動した状態で停
止する。第６図（ｅ）に示す状態では各固定子ティース
（11a）と極性を帯びた可動子ティース（13a）が取り囲
む配置となり、これら可動子ティース（13a）と固定子
ティース（11a）とは逆極性となり、これら可動子ティ
ース（13a）と固定子ティース（11a）との間に磁気吸引
力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対して静的
安定状態に維持される。

更に、可動子（13）が固定子（11）に対して回転駆動
させられる場合について説明する。

第７図（ａ）に示すように各固定子ティース（11a）
の周囲を４つの可動子ティース（13a）が取り囲むよう
に位置決めし、これら可動子ティース（13a）の極性は
該固定子ティース（11a）の極性と逆極性に設定する。

次に、第７図（ｂ）に示すように、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、例え
ば時計方向の回転させたい方向と反対方向に位置する可
動子ティース（13a）の極性をそのまま維持し、残りの
可動子ティース（13a）について励磁コイル（14）に流
していた電流をストップして励磁を解消する。そうする
と、固定子ティース（11a）とそれを取り囲む可動子テ
ィース（13a）の極性をみると、回転させたい方向と反
対方向に位置する可動子ティース（13）の極性は該固定
子ティース（11a）の極性と逆極性であり、固定子ティ
ース（11a）と回転させたい方向と反対方向に位置する
可動子ティース（11a）との間には磁気吸引力が発生
し、固定子ティース（11a）は固定されているから、該
可動子ティース（13a）は磁気吸引力により吸引されて
回転させたい方向に駆動され、かかる駆動が残りの各固
定子ティース（11a）を取り囲む４つの可動子ティース
（13a）についても生じるから可動子（13）は固定子（1
1）に対して27゜回転し、第７図（ｃ）に示す状態で停
止する。第４図（ｃ）に示す状態では27゜回転して各固
定子ティース（11a）の上方に励磁が維持されて極性を
帯びた可動子ティース（13a）が位置し、これらティー
スは互いに逆極性となり、これらティースの間に磁気吸
引力が発生して可動子（13）は固定子（11）に対して静
的安定状態に維持される。

更に、第４図（ｃ）に示す状態で、各固定子ティース
（11a）を取り囲む可動子ティース（13a）のうち、該固
定子ティース（11a）の上方に位置して極性を帯びた可
動子ティース（13a）をそのままにして該可動ティース
（13a）に隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向に
それぞれ位置する可動子ティース（13a）を上記極性を
帯びた可動子ティース（13a）と同極性とすると、第４
図（ｄ）に示す励磁パターンとなり、各固定子ティース
（11a）を基準として回転させたい方向に位置する可動
子ティース（13a）は固定子ティース（11a）の極性と同
極性となって固定子ティース（11a）との間で磁気反発
力を生じ、各固定子ティース（11a）を基準として回転
させたい方向と反対方向に位置する可動子ティース（13
a）は固定子ティース（11a）の極性と逆極性となって固
定子ティース（11a）との間で磁気吸引力を生じ、これ
ら可動子ティース（13a）は回転させたい方向に駆動さ
れ、かかる駆動が他の各固定子ティース（11a）の周囲
にある可動子ティース（13a）についても生じるから、
可動子（13）は固定子（11）に対して第７図（ａ）に示
す状態から45゜回転し、第７図（ｅ）に示す状態で停止
する。第７図（ｅ）に示す状態では45゜回転して各固定
子ティース（11a）を挟み込む状態に位置している二つ
の極性を帯びた可動子ティース（13a）があり、これら
可動子ティース（13a）と固定子ティース（11a）とは逆
極性となり、これら可動子ティース（13a）と固定子テ
ィース（11a）との間に磁気吸引力が発生して可動子（1
3）は固定子（11）に対して静的安定状態に維持され
る。

更に、第７図（ｅ）に示す状態で各固定子ティース
（11a）を挟み込む状態に位置している二つの可動子テ
ィース（13a）のうち、各固定子ティース（11a）を基準
として回転させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
ィース（13a）を残して他の可動子ティース（13a）につ
いて励磁を解消する。そうすると、第７図（ｆ）に示す
励磁パターンとなり、固定子ティース（11a）と回転さ
せたい方向と反対方向に位置する可動子ティース（13
a）とは互いに逆極性となり、これらのティースの間に
磁気吸引力が生じ、該可動子ティース（13a）は固定子
ティース（11a）に吸引されて回転させたい方向に駆動
され、かかる駆動が他の各固定子ティース（11a）の周
囲にある可動子ティース（13a）についても生じるから
可動子（13）は可動子（11）に対して第７図（ａ）に示
す状態から63゜回転し、第７図（ｇ）に示す状態で停止
する。第７図（ｇ）に示す状態では63゜回転して各固定
子ティース（11a）の上方に極性を帯びた可動子ティー
ス（13a）が位置し、これらティースは互いに逆極性と
なり、これらティースの間に磁気吸引力が発生して可動
子（13）は固定子（11）に対して静的安定状態に維持さ
れる。

更に、第７図（ｇ）に示す状態で今度は各固定子ティ
ース（11a）の上方に位置する極性を帯びた可動子ティ
ース（13a）を含み、更に回転したときに該固定子ティ
ース（11a）を取り囲むこととなる可動子ティース（13
a）を上記極性を帯びた可動子ティース（13a）と同極性
とすると、第７図（ｈ）に示す励磁パターンとなり、各
固定子ティース（11a）を基準として回転させたい方向
に位置する可動子ティース（13a）は固定子ティース（1
1a）の極性と同極性となって固定子ティース（11a）と
の間で磁気反発力を生じ、各固定子ティース（11a）の
基準として回転させたい方向と反対方向に位置する可動
子ティース（13a）は固定子ティース（11a）の極性と逆
極性となって可動子ティース（11a）との間で磁気吸引
力を生じ、これら可動子ティース（13a）は回転させた
い方向に駆動され、かかる駆動が他の各固定子ティース
（11a）の周囲にある可動子ティース（13a）についても
生じるから、可動子（13）は固定子（11）に対して第７
図（ａ）に示す状態から90゜回転し、第７図（ｉ）に示
す状態で停止する。第７図（ｉ）に示す状態では第７図
（ａ）と同様に各固定子ティース（11a）を４つの可動
子ティース（13a）で取り囲む配置となり、これら可動
子ティース（13a）と固定子ティース（11a）とは逆極性
となり、これらティースとの間に磁気吸引力が発生し
て、可動子（13）は固定子（11）に対して静的安定状態
に維持される。

第７図（ａ）〜（ｉ）は０゜から90゜までの回転を示
したが、同様な極性交換で180゜,360゜の回転も得られ
る。また、可動子（13）の回転角度分解能も励磁コイル
（14）への供給電圧を可変することで、５゜以下にとる
ことも可能である。

以上述べてきたように、固定子（11）は制御が不要で
あり、可動子（13）の可動子ティース（13a）に巻かれ
ている励磁コイル（14）のみの供給電圧の制御により、
可動子（13）が駆動される。従って、別個の可動子（1
3）を同一の固定子（11）上に設けて複数の可動子（1
3）を各々別個に制御することにより、複数の可動子（1
3）が独立に運動させることができる。

なお、可動子（13）側に励磁コイル（14）を設け、固
定子（11）側に永久磁石の固定子ティース（11a）を配
置したが、可動子（13）側に永久磁石の可動子ティース
を配置し、固定子（11）の固定子ティース（11a）に励
磁コイル（14）を設けるようにしてもよく、この場合、
可動子（13）には信号線や電力供給線が接続されていな
いため、可動子（13）が回転し続けるときでも信号線や
電力供給線がねじれるなどの弊害は生じない。

［発明の効果］ 本発明は以上説明したとおり、磁性体の平板上に磁性
体の固定子ティースを等間隔で二次元格子状の配置状態
で突設させ、固定子ティース間の凹み部分を非磁性部材
で埋め合わせて表面が平らに形成された固定子と、磁性
体の平板上に16個の磁性体の可動子ティースを上記固定
子ティースの間隔の半分の等間隔で二次元格子状の配置
状態で突設させて形成され、可動子ティースが固定子表
面と接触して固定子上を移動可能な可動子と、上記固定
子ティースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久磁石の
極性を異なるように設定し、可動子ティースに巻回され
る励磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・オフ及
び電流の正負を制御する駆動回路とを備えてなるので、
従来のリニアステップモータに比べて簡単な機構で、装
置全体が小形化、薄型化できるという効果がある。

また、駆動回路によって各励磁コイルに流す電流のオ
ン・オフ、正負を制御し、励磁コイルが巻回されている
ティースを励磁したり、極性変換したりして種々の励磁
パターンをとることにより、可動子が固定子に対してx,
y方向に移動させると共に45゜の方向に移動させること
ができ、更に回転しながら移動させることができるとい
う効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は同実
施例の主要部を示す斜視図、第３図は同実施例の駆動回
路図、第４図（ａ）〜（ｆ）は固定子のｘ方向に移動す
る可動子の移動過程と励磁パターンを示す説明図、第５
図（ａ），（ｂ）は固定子のｙ方向に移動する可動子の
移動過程と励磁パターンを示す説明図、第６図（ａ）〜
（ｅ）は固定子に対して45゜方向に移動する可動子の移
動過程と励磁パターンを示す説明図、第７図（ａ）〜
（ｉ）は固定子に対して回転する可動子の移動過程と励
磁パターンを示す説明図、第８図は従来のリニアステッ
プモータを示す断面図、第９図は同リニアステップモー
タを示すもう一つの断面図、第10図は同リニアステップ
モータの概略を示す分解斜視図、第11図（ａ），（ｂ）
は同リニアステップモータの動作原理を示す説明図であ
る。 図において、（11）は固定子、（11a）は固定子ティー
ス、（12）はテーブル（非磁性部材）、（13）は可動
子、（13a）は可動子ティース、（14）は励磁コイル。 なお各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02K 41/00 - 41/035 H02P 5/00 101 H02P 7/00 101

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性体の平板上に磁性体の固定子ティース
   を等間隔で二次元格子状の配置状態で突設させ、固定子
   ティース間の凹み部分を非磁性部材で埋め合わせて表面
   が平らに形成された固定子と、磁性体の平板上に16個の
   磁性体の可動子ティースを上記固定子ティースの間隔の
   半分の等間隔で二次元格子状の配置状態で突設させて形
   成され、固定子上を移動可能な可動子と、上記固定子テ
   ィースを永久磁石とし、互いに隣り合う永久磁石の極性
   を異なるように設定し、可動子ティースに巻回される励
   磁コイルと、励磁コイルに流す電流のオン・オフ及び電
   流の正負を制御する駆動回路とを備えてなることを特徴
   とするリニアステップモータ。
2. 【請求項２】請求項１記載のリニアステップモータの励
   磁方法であって、永久磁石の各固定子ティースの周囲を
   励磁コイルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲
   むように可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子
   ティースを取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流
   を流して各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、し
   かる後に各固定子ティースを取り囲む可動子ティースの
   うち、45゜の移動させたい方向と反対方向に位置する可
   動子ティースを残して他の可動子ティースの励磁を解消
   し、その後、上記励磁が解消された三つの可動子ティー
   スのうち、45゜の移動させたい方向に位置する可動子テ
   ィースを今まで励磁が維持されている可動子ティースと
   逆極性に励磁するようにしたことを特徴とするリニアス
   テップモータの励磁方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のリニアステップモータの励
   磁方法であって、永久磁石の各固定子ティースの周囲を
   励磁コイルが巻回された４つの可動子ティースが取り囲
   むように可動子を固定子に対して位置決めし、各固定子
   ティースを取り囲む可動子ティースを励磁コイルに電流
   を流して各固定子ティースの極性と逆極性に励磁し、し
   かる後、各固定子ティースを取り囲む可動子ティースの
   うち、回転させたい方向と反対方向に位置する可動子テ
   ィースを残して他の可動子ティースの励磁を解消し、そ
   の後回転して各固定子ティースを取り囲む可動子ティー
   スのうち、該固定子ティースの上方に位置して励磁が維
   持されている可動子ティースをそのままにして該可動子
   ティースに隣接し、且つ回転させたい方向と反対方向に
   それぞれ位置する可動子ティースを上記励磁が維持され
   ている可動子ティースの極性と同極性に励磁し、その後
   回転して各固定子ティースを挟み込む状態に位置してい
   る二つの可動子ティースのうち、回転させたい方向と反
   対方向に位置する可動子ティースを残して他の可動子テ
   ィースの励磁を解消し、その後回転して各固定子ティー
   スの上方に位置する励磁された可動子ティースを含み、
   更に回転したときに該固定子ティースを取り囲むことと
   なる可動子ティースを上記励磁された可動子ティースと
   同極性に励磁することにより、30゜以下の角度分解能で
   回転・保持のステップ状回転動作が得られることを特徴
   とするリニアステップモータの励磁方法。