JPH0956143A

JPH0956143A - スパイラルモータ

Info

Publication number: JPH0956143A
Application number: JP24353595A
Authority: JP
Inventors: Akito Hida; 亮人飛弾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【構成】本発明は、表面を螺旋状に着磁した金属１、
もしくは表面を溝加工し、凸側を着磁した金属２を可動
子とし、インナーロータ型モータを形成し、電磁コイル
３を励磁させてパルス電流によるステップ状回転特性を
与える構成を持つ。【効果】可動子が螺旋状に着時されているため、ステ
ップ状回転特性があたえられた場合、螺旋状着磁方向に
従ってパルス電流に依存して直進する位置決め制御機構
部を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機械産業での位置決め
制御に於いて、パルス電流に基づく直進駆動機構部に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術に於いて、パルス電流に依存し
た位置決め制御装置の駆動機構部としてステッピングモ
ータが広く知られており、パルス電流を回転角に変換す
るトランスジューサとしての優れた長所を生かして、特
にプリンタや磁気ディスク装置に利用されている。ステ
ッピングモータは、近年のディジタル制御におけるアク
チュエータとして必要不可欠なモータであるが、しかし
ながら、駆動力を引き出すためには他に駆動回路を必要
とする性質上、単なる駆動源としては不都合があり不向
きであるとされてきた。その対応策として、回転型のス
テッピングモータとリードスクリュウとを組み合わせた
シンプルなリニア駆動装置を作り上げることで、機械産
業の位置決め装置として少なからぬ分野で使用されてい
る。一方、最近のリニアモータ技術の発展の中、直進駆
動源としての需要が高まり、カーテンレール等の分野で
広く、研究・開発がなされているが、現在、輸送コスト
の削減を最重要課題としている。その中で、平板状リニ
アパルスモータと同じ動作原理を持つ、円筒状リニアパ
ルスモータが新規に研究がなされている。そこで、ステ
ッピングモータの持つ精度の高い回転特性や間欠駆動特
性に着目し、簡単な構造で、直接、他に駆動回路を介せ
ずとも直進駆動力を引き出すことが出きれば、その有効
利用は機械産業上、多岐に及ぶものと推測され得る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】よって、上記情勢に鑑
み本発明ではその目的として、回転型モータや、それを
直線上に展開した構造として考えられるリニアモータと
比べて、ローターの表面をＮ極とＳ極とが交互に螺線状
に並ぶ様に着磁させるという、今までにない独自な解決
策を用いることで、ステッピングモータの持つ優れた回
転特性や間欠駆動特性を生かしながら、他に駆動回路を
必用とせずに直進駆動力を引き出す方法を提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では上記問題点を
解決するため、円筒状に切削加工した金属１の表面をＮ
極とＳ極とが交互に等間隔に並ぶ様螺旋状に着磁して、
これを可動子のマグネットロータとし、もしくは円筒状
に切削加工して表面を螺旋状に溝加工し、凸側にＮ極と
Ｓ極とが交互に着磁した金属２を可動子のマグネットロ
ータとして、軸方向に対して垂直平面上に電磁コイル３
を並べてこれを固定子４とすることでインナーロータ型
モータを形成し、前記電磁コイル３に対して、トランジ
スタ５を介してパルス電流を流していくことにより、１
相励磁ないしは２相励磁のステップ状回転特性をマグネ
ットロータに与えることで、螺旋状の着磁方向に依存し
た直進駆動力を得る手段を講じたものである。

【０００５】

【作用】本発明では、前述の手段を講じたもので、以
下、図面に従って作用を説明していく。

【０００６】図１に示すものは特許請求第１項に示され
た、本発明のスパイラルモータのマグネットロータの側
面図であり、マグネットロータに１回転特性を与えたと
きの螺旋着磁方向に従った直進移動距離をｐとし、又、
電磁コイルとのギャップ長をｘとする。

【０００７】図２に示すものは特許請求第２項に示され
た、本発明のスパイラルモータのマグネットロータの側
面図であり、ｐ、ｘの定義は上述と同じものとする。

【０００８】図３に示すものは本発明のスパイラルモー
タの１相励磁のステップ状回転特性を与える基本回路図
であり、ここで電磁コイルは４つ配置してあるが、任意
の時点で１つの相のみが励磁する様組み立てられてお
り、巻線の方法によりユニポーラとバイポーラとの２種
類がある。又、このときのマグネットロータ１ないし２
と、電磁コイル３のつくる固定子４との断面図は図４に
示される。

【０００９】図３に示す回路図に於いて、まずトランジ
スタ５ａのみをオンにして電磁コイル３ａを励磁する
と、電磁コイル３ａには同図よりマグネットロータ側に
Ｓ極が発生し、マグネットロータのＮ極と引き合うため
にマグネットロータは角θ度回転し、同時に着磁された
螺旋方向に従って運動するので、１ピッチ長をｐとした
とき、｛（ｐ×θ）／３６０｝分直進する。

【００１０】次に、トランジスタ５ｂのみをオンにし
て、他のトランジスタを全てオフにすると、電磁コイル
３ｂだけが励磁されるために同様にコイル３ｂの電磁石
が形成されて、マグネットロータと引き合い、マグネッ
トロータは前状態から同方向に９０度回転し、同時に螺
旋運動を行うので、１ピット長ｐに対して（ｐ／４）分
より直進する。

【００１１】さらに、トランジスタ５ｃをオンにして他
のトランジスタを全てオフにすると、電磁コイル３ｃの
みが励磁されるので、電磁石３ｃとマグネットロータと
が同様にして引き合うため、マグネットロータは続けて
９０度分の回転特性を受けるので、着磁された螺旋方向
に従って、さらに（ｐ／４）分の長さ直進する。

【００１２】同様にして、トランジスタ５ｄのみをオン
にして、他のトランジスタをオフにすると、電磁コイル
５ｄのみが励磁されて電磁石を形成し、マグネットロー
タは９０度分の回転特性を受けて（ｐ／４）の長さだけ
直進する。

【００１３】以下、順次この動作を繰り返していくこと
により、スパイラルモータは所定の螺旋運動を続けてい
き、１回転特性をうける度に１ピット長１ｐだけ直進し
ていく。

【００１４】以上が、１相励磁運転によるスパイラルモ
ータの動作原理であるが、この方法は理解しやすいが、
マグネットロータに発生する振動が純機械的な作用だけ
で抑制されるために過渡現象が長引くという欠点を持つ
ため、あまり好ましくない。そこで、次に１相励磁方式
よりも振動の減衰が速い２相励磁方式を図５に示し、こ
の時のスパイラルモータの動作原理の作用を示す。

【００１５】図５に示す回路図は３相スパイラルモータ
で６つの電磁コイルによって作られており、空間的に互
いに１８０度反対側に位置する２個の電磁コイルは１つ
の相をなし、各々に巻かれたコイルは直列に接続されて
いる。但し、１つの相に属する２つの電磁コイルは異極
を形成する。又、巻線の方法によりユニポーラとバイポ
ーラの２種類がある。

【００１６】図５の結線で励磁すれば、３ａ、３ｃ、３
ｅの電磁石はＮ極で、３ｂ、３ｄ、３ｆの電磁石はＳ極
となり、各相の電磁コイルは各々のトランジスタによっ
てオンオフ制御される。

【００１７】同図５に於いて、トランジスタ５ａをオン
にすることで電磁コイル３ａ−３ｄにパルス電流を流す
と、Ｎ極からＳ極へ磁束が発生するため、磁気抵抗を最
小にする様にマグネットロータが整列し、その時角φ度
回転したならば、螺旋着磁方向に従って｛（ｐ×φ）／
３６０｝分の長さ直進する。

【００１８】次にトランジスタ５ａを切り、トランジス
タ５ｂをオンにしたならば電磁コイル３ｂ−３ｅが励磁
され、その直後に、磁気回路の磁気抵抗が急激にふえる
ために磁気抵抗を最小にしようとしてマグネットロータ
に回転特性が加えられ、同時に螺旋運動を行うため、上
述の様にパルス電流に依存して直進する。以下、同様に
して、２相励磁の場合も同様に１回転特性が加えられる
度に１ｐ長の長さだけ直進駆動を行うが、マグネットロ
ータに加えられる振動のより速い減衰を１相励磁との特
性の違いとしている。

【００１９】以上の作用を通じて、スパイラルモータの
動作で注意すべき点は、螺旋運動中に於いてマグネット
ロータが振動をおこさず、ギャップ長ｘを安定に保ちな
がら運動させることである。ここで、数ｐの小距離位置
決め制御におけるスパイラルモータの動作側面図を図６
に示す。マグネットロータの中心軸に沿って螺旋運動を
しているのが分かる。

【００２０】マグネットロータの全長の何倍もの長距離
を移動させる場合、図７に示すようにスパイラルモータ
で用いられる固定子を幾段にも繰り返して設置すること
で容易に対処している。

【００２１】全作用を通じて、スパイラルモータはパル
ス電流に依存して駆動されているので、位置決め制御に
於いて所定の位置で止める際、スローダウンを併用する
ことでよりスムーズに止められるが、スティックスリッ
プを生じさせない様に注意する。又、スパイラルモータ
を用いて往復運動をさせる必要がある場合は、電磁コイ
ルの励磁を逆転させることで対応できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明のスパイラルモータでは、以上の
如くマグネットロータの表面が螺旋状に着磁されている
ことを最大の特徴とし、パルス電流によって制御され
た、１回転毎につき１ピット長の直進駆動を提供するこ
とを可能とすることで、近年のリニアモータ技術の発展
と相俟って、従来の回転型モータに限らない、直進型モ
ータへの需要の増大から大いに推測される様に、機械産
業上の幅広い分野での新たな技術革新を促し、マグネッ
トコイルを螺旋駆動させるという今までにない視点か
ら、新規な、特徴のあるより優れた位置決め制御機構部
を提供する。しかも、構造上磁気浮上系であるので、金
属疲労に乏しく又摩耗が少ないという、機械工学上大き
な利点を持ち、学術研究上に於いても本発明のスパイラ
ルモータが、従来技術のリニア駆動分野に次世代の直進
駆動機構部として貢献することは確実である。さらに、
リニアモータでは現在、輸送コストの削減を最重要課題
としているのに対して、スパイラルモータでは直進駆動
経路上全てに渡って電磁コイルを引き詰める必要がない
ことと又、構造が簡単なため経済学上に於いても甚だ興
味深い実用価値を奏でることが予想され得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の特許請求範囲第１項で記載された、ス
パイラルモータのマグネットロータの側面図。

【図２】本発明の特許請求範囲第２項で記載された、ス
パイラルモータのマグネットロータの側面図。

【図３】本発明のスパイラルモータの１相励磁の基本回
路図。

【図４】本発明のスパイラルモータのマグネットロータ
を取り囲む電磁コイルと、それのつくる固定子の断面
図。

【図５】本発明のスパイラルモータの２相励磁の基本回
路図。

【図６】本発明の短距離での一実施例を示す側面図。

【図７】本発明の長距離での一実施例を示す側面図。

【符号の説明】

１・・・特許請求範囲第１項に記載のマグネットロータ２・・・特許請求範囲第２項に記載のマグネットロータ３・・・電磁コイル４・・・固定子５・・・トランジスタ６・・・電線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状に切削加工し、表面をＮ極とＳ極
とが交互に等間隔に並ぶ様に螺旋上に着磁された金属
（１）に於て、これを可動子のマグネットロータとし、
軸方向に対して垂直平面上に、周囲を取り囲む様に電磁
コイル（３）を配置して、これを固定子（４）とするこ
とで、インナーロータ型モータを形成し、電磁コイル
（３）にトランジスタ（５）を介してパルス電流を流し
ていくことにより、順次励磁させていき、前記マグネッ
トロータ（１）にステップ状回転特性を与えることで螺
旋状の着磁方向に従った直進駆動力を提供するスパイラ
ルモータ。
【請求項２】円筒状に切削加工し、表面を螺旋状に溝
加工して、凸側にＮ極とＳ極とを順次等間隔に着磁させ
た金属（２）を可動子として、インナーロータ型モータ
のマグネットロータとした、特許請求の範囲第１項に記
載のスパイラルモータ。