(57)【要約】【課題】推力発生時におけるスライダの傾きを防止できる平面モータを提供する。【解決手段】コアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２によりスライダ３にＸ方向への推力が与えられている場合には、コアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２によりスライダ３にＺ軸方向（垂直方向）への推力が与えられることでトルクが打ち消される。コアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２によりスライダ３にＹ方向への推力が与えられている場合には、コアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２によりスライダ３にＺ軸方向（垂直方向）への推力が与えられることでトルクが打ち消される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子が設けられたプラテンと、可動子が設けられ、前記プラテン上のＸＹ平面内を移動するスライダと、を備える平面モータにおいて、
前記可動子の推力により発生する前記スライダの重心周りトルクを、当該推力に基づいて求めるトルク算出手段と、
前記トルク算出手段により得られた前記重心周りトルクを打ち消すトルクを、前記スライダに与えるトルク打消し手段と、
を備えることを特徴とする平面モータ。
【請求項２】
前記可動子として、Ｘ軸方向への推力を与える第１の可動子と、Ｙ軸方向への推力を与える第２の可動子とを備え、
前記第１の可動子により前記スライダにＸ軸方向への推力を与える際に、前記第２の可動子を前記トルク打消し手段として用いることを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記可動子として、Ｘ軸方向への推力を与える第１の可動子と、Ｙ軸方向への推力を与える第２の可動子とを備え、
前記第２の可動子により前記スライダにＹ軸方向への推力を与える際に、前記第１の可動子を前記トルク打消し手段として用いることを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
【請求項４】
前記トルク打消し手段は、Ｚ軸方向への推力を前記スライダに与えることにより前記重心周りトルクを打ち消すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子が設けられたプラテンと、可動子が設けられ上記プラテン上のＸＹ平面内を移動するスライダと、を備える平面モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
固定子が埋め込まれたプラテンと、可動子が取り付けられプラテンの上面をＸ軸方向およびＹ軸方向にスライドするスライダとを備える平面モータが知られている。スライダはフィードバック制御によりそのＸＹ平面上の位置が定められる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−６５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、Ｘ軸方向またはＹ軸方向への推力が働く力点が、スライダの重心とＺ軸方向（垂直方向）についてずれている場合には、その推力は、スライダに対し重心回りの力のモーメントを与える。図９の例では、プラテン４上に配置されたスライダ３の重心ＣＧは、Ｘ軸方向への推力Ｆが働く点よりも高い位置にあるため、重心ＣＧ周りのトルクＦＬsinθが発生する。ただし、Ｌは重心ＣＧと推力Ｆが働く点との距離、θは重心ＣＧと推力Ｆを結ぶ直線と、推力のベクトル方向とのずれ角度である。従来の平面モータでは、推力発生時のトルクを補償する仕組みがないため、加速時にスライダ３が傾いてしまう。
【０００４】
本発明の目的は、推力発生時におけるスライダの傾きを防止できる平面モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の平面モータは、固定子が設けられたプラテンと、可動子が設けられ、前記プラテン上のＸＹ平面内を移動するスライダと、を備える平面モータにおいて、前記可動子の推力により発生する前記スライダの重心周りトルクを、当該推力に基づいて求めるトルク算出手段と、前記トルク算出手段により得られた前記重心周りトルクを打ち消すトルクを、前記スライダに与えるトルク打消し手段と、を備えることを特徴とする。
この平面モータによれば、可動子の推力により発生するスライダの重心周りトルクを算出し、トルク打消し手段により重心周りトルクを打ち消すので、推力発生時におけるスライダの姿勢を一定確度に維持できる。
【０００６】
前記可動子として、Ｘ軸方向への推力を与える第１の可動子と、Ｙ軸方向への推力を与える第２の可動子とを備え、前記第１の可動子により前記スライダにＸ軸方向への推力を与える際に、前記第２の可動子を前記トルク打消し手段として用いてもよい。
【０００７】
前記可動子として、Ｘ軸方向への推力を与える第１の可動子と、Ｙ軸方向への推力を与える第２の可動子とを備え、前記第２の可動子により前記スライダにＹ軸方向への推力を与える際に、前記第１の可動子を前記トルク打消し手段として用いてもよい。
【０００８】
前記トルク打消し手段は、Ｚ軸方向への推力を前記スライダに与えることにより前記重心周りトルクを打ち消してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の平面モータによれば、可動子の推力により発生するスライダの重心周りトルクを算出し、トルク打消し手段により重心周りトルクを打ち消すので、推力発生時におけるスライダの姿勢を一定確度に維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図１〜図８を参照して、本発明による平面モータの一実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態の平面モータの制御系を示す制御ブロック図、図２は、スライダに設けられた可動子のＸＹ平面内のコア配置を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、制御系は位置指令に応じた推力定数Ｋｆを生成する位置制御部１を備え、推力定数Ｋｆに応じた加速度をスライダ３（図２）に与える。図１の制御系では、スライダ３の変位をフィードバックループにより制御している。このようなフィードバック制御は、従来の平面モータと共通している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の平面モータには、スライダ３のＸ軸方向あるいはＹ軸方向の加速度または推力を受けて、フィードフォワードにより推力を補償する加速時姿勢制御部２が設けられている。この加速時姿勢制御部２はトルク算出手段として機能し、本発明の特徴点を構成する。
【００１４】
図２に示すように、スライダ３にはＸ方向への推力を発生させる４系統のコアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２が配置されており、図２において各コアの推力が働く位置が、それぞれ位置Ｘ１−１，Ｘ１−２，Ｘ２−１，Ｘ２−２として示されている。同様に、スライダ３にはＹ方向への推力を発生させる４系統のコアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２が配置されており、図２において各コアの推力が働く位置が、それぞれ位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２として示されている。図２において、重心ＣＧはスライダ３の重心（ＸＹ平面内の位置）を示している。
【００１５】
図３は、コアに形成された歯と、プラテン４に形成された歯との位置関係を示す図である。図３（ａ）は、コアに形成された歯３ａと、プラテン４に形成された歯４ａとの間にずれが存在する状態を示し、この状態では可動子への励磁電流によりスライダ３に水平方向の推力が与えることができる。一方、図３（ｂ）は、コアに形成された歯３ａと、プラテン４に形成された歯４ａとが正対しており、可動子への励磁電流によりスライダ３には垂直方向の推力のみが与えられる。コアに形成された歯３ａと、プラテン４に形成された歯４ａとの位置関係に応じて、励磁電流のタイミングや大きさを制御することで、推力の方向を制御することができる。
【００１６】
本実施形態では、コアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２によりスライダ３にＸ方向への推力が与えられている場合には、コアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２によりスライダ３にＺ軸方向（垂直方向）への推力が与えられ、コアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２によりスライダ３にＹ方向への推力が与えられている場合には、コアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２によりスライダ３にＺ軸方向（垂直方向）への推力が与えられる。
【００１７】
図４は、加速時姿勢制御部２の動作を示すフローチャートである。
【００１８】
図４のステップＳ１では、加速時姿勢制御部２への信号の入力値に基づいて、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の加速度の有無を判断し、加速度がある（０でない）と判定されるのを待ってステップＳ２へ進む。図１に示すように、加速時姿勢制御部２には、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の加速度、またはＸ軸方向およびＹ軸方向の推力が入力され、ステップＳ１では、入力されるこれらの値に基づく判断を実行する。
【００１９】
ステップＳ２では、加速時姿勢制御部２への信号の入力値に基づいて、推力により発生するスライダ３の重心ＣＧ周りの力のモーメントを演算により算出する。次に、ステップＳ３では、重心ＣＧ周りの力のモーメントを打ち消すための推力を出力し、ステップＳ１へ戻る。
【００２０】
以下、上記ステップＳ２およびステップＳ３における処理について説明する。
【００２１】
図５および図６は、スライダ３がＹ軸方向へ加速する場合に発生する推力および重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。本実施形態では、コアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２によりＹ軸方向への推力が与えられる場合、Ｚ軸方向への推力をコアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２により与えることで、重心ＣＧ周りの力のモーメントを打ち消している。
【００２２】
図５（ａ）は、ＹＺ平面内でのＹ軸方向への推力およびＺ方向への推力を示す図、図５（ｂ）はＹＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。
【００２３】
図５（ａ）に示すように、ＹＺ平面内において、Ｙ軸方向への推力は、位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２にそれぞれ与えられるＹ軸方向への推力ＦＨｙ１−１，ＦＨｙ１−２，ＦＨｙ２−１，ＦＨｙ２−２のベクトル和ＦＨｙ１−１＋ＦＨｙ１−２＋ＦＨｙ２−１＋ＦＨｙ２−２として与えられる。
【００２４】
一方、ＹＺ平面内において、Ｚ軸方向の推力は、位置Ｘ１−１，Ｘ１−２にそれぞれ与えられる推力ＦＶｘ１−１，ＦＶｘ１−２のベクトル和ＦＶｘ１−１＋ＦＶｘ１−２と、位置Ｘ２−１，Ｘ２−２にそれぞれ与えられる推力ＦＶｘ２−１，ＦＶｘ２−２のベクトル和ＦＶｘ２−１＋ＦＶｘ２−２として与えられる。
【００２５】
図５（ｂ）において、ＹＺ平面における重心ＣＧ周りの力のモーメントのつりあいの式を考えると式（１）となる。
【数１】
2008206361.tif 000003
【００２６】
ただし、図５（ｂ）に示すように、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２との距離をＬｙｚ＿ｙとする。また、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２とを結ぶ直線と、Ｙ軸とがなす角をθｙｚ＿ｙとする。また、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ１−２との距離をＬｙｚ＿ｘ１、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ２−１，Ｘ２−２との距離をＬｙｚ＿ｘ２とする。また、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ１−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｙｚ＿ｘ１、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ２−１，Ｘ２−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｙｚ＿ｘ２とする。
【００２７】
図６（ａ）は、ＸＺ平面内でのＺ方向への推力を示す図、図６（ｂ）はＸＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、ＸＺ平面内において、Ｚ軸方向の推力は、位置Ｘ１−２，Ｘ２−２にそれぞれ与えられる推力ＦＶｘ１−２，ＦＶｘ２−２のベクトル和ＦＶｘ１−２＋ＦＶｘ２−２と、位置Ｘ１−１，Ｘ２−１にそれぞれ与えられる推力ＦＶｘ１−１，ＦＶｘ２−１のベクトル和ＦＶｘ１−１＋ＦＶｘ２−１として与えられる。
【００２９】
図６（ｂ）において、ＸＺ平面における重心ＣＧ周りの力のモーメントのつりあいの式を考えると式（２）となる。
【数２】
2008206361.tif 000004
【００３０】
ただし、図６（ｂ）に示すように、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−２，Ｘ２−２との距離をＬｘｚ＿ｘ２、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ２−１との距離をＬｘｚ＿ｘ１とする。また、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−２，Ｘ２−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｘ２、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ２−１とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｘ１とする。
【００３１】
また、図５（ｂ）および図６（ｂ）においてＺ方向のつりあいの式を考えると式（３）が成立する。
【数３】
2008206361.tif 000005
【００３２】
水平方向の各推力は既知であるため、加速時姿勢制御部２における演算により、式（１）、式（２）および式（３）を満たすＺ方向の各推力を発生させることで、重心ＣＧ周りの力のモーメントを打ち消すことができる。
【００３３】
図７および図８は、スライダ３がＸ軸方向へ加速する場合に発生する推力および重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。本実施形態では、コアＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２によりＸ軸方向への推力が与えられる場合、Ｚ軸方向への推力をコアＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２により与えることで、重心ＣＧ周りの力のモーメントを打ち消している。
【００３４】
図７（ａ）は、ＸＺ平面内でのＸ軸方向への推力およびＺ方向への推力を示す図、図７（ｂ）はＸＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。
【００３５】
図７（ａ）に示すように、ＸＺ平面内において、Ｘ軸方向への推力は、位置Ｘ１−２，Ｘ２−２にそれぞれ与えられる推力ＦＨｘ１−２，ＦＨｘ２−２のベクトル和ＦＨｘ１−２＋ＦＨｘ２−２と、位置Ｘ１−１，Ｘ２−１にそれぞれ与えられる推力ＦＨｘ１−１，ＦＨｘ２−１のベクトル和ＦＨｘ１−１＋ＦＨｘ２−１である。
【００３６】
一方、図７（ａ）に示すように、ＸＺ平面内において、Ｚ軸方向の推力は、位置Ｙ２−２に与えられるＦＶｙ２−２、位置Ｙ２−１に与えられるＦＶｙ２−１、位置Ｙ１−１に与えられるＦＶｙ１−１、位置Ｙ１−２に与えられるＦＶｙ１−２である。
【００３７】
図７（ｂ）において、ＸＺ平面における重心ＣＧ周りの力のモーメントのつりあいの式を考えると式（４）となる。
【数４】
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【００３８】
ただし、図７（ｂ）に示すように、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−２，Ｘ２−２との距離をＬｘｚ＿ｘ２とし、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ２−１との距離をＬｘｚ＿ｘ１とする。また、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−２，Ｘ２−２とを結ぶ線と、Ｘ軸とがなす角をθｘｚ＿ｘ２とし、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｘ１−１，Ｘ２−１とを結ぶ線と、Ｘ軸とがなす角をθｘｚ＿ｘ１とする。また、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１との距離をＬｘｚ＿ｙ１１、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−２との距離をＬｘｚ＿ｙ１２、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ２−１との距離をＬｘｚ＿ｙ２１、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ２−２との距離をＬｘｚ＿ｙ２２とする。また、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｙ１１、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｙ１２、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ２−１とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｙ２１、ＸＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ２−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｘｚ＿ｙ２２とする。
【００３９】
図８（ａ）は、ＹＺ平面内でのＺ方向への推力を示す図、図８（ｂ）はＹＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図である。
【００４０】
図８（ａ）に示すように、ＹＺ平面内において、Ｚ軸方向の推力は、位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２にそれぞれ与えられる推力ＦＶｙ１−１，ＦＶｙ１−２，ＦＶｙ２−１，ＦＶｙ２−２のベクトル和ＦＶｙ１−１＋ＦＶｙ１−２＋ＦＶｙ２−１＋ＦＶｙ２−２となる。
【００４１】
図８（ｂ）において、ＹＺ平面における重心ＣＧ周りの力のモーメントのつりあい、および図８（ａ）および図８（ｂ）において、Ｚ軸方向のつりあいを考えると式（５）が成立する。
【数５】
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【００４２】
ただし、図８（ｂ）に示すように、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２との距離をＬｙｚ＿ｙとする。また、ＹＺ平面内での重心ＣＧと位置Ｙ１−１，Ｙ１−２，Ｙ２−１，Ｙ２−２とを結ぶ線と直交する方向と、Ｚ軸とがなす角をθｙｚ＿ｙとする。
【００４３】
水平方向の各推力は既知であるため、加速時姿勢制御部２における演算により、式（４）および式（５）を満たすＺ方向の各推力を発生させることで、重心ＣＧ周りの力のモーメントを打ち消すことができる。
【００４４】
以上説明したように、本発明の平面モータによれば、可動子の推力により発生するスライダの重心周りトルクを算出し、トルク打消し手段により重心周りトルクを打ち消すので、推力発生時におけるスライダの姿勢を一定確度に維持できる。
【００４５】
上記実施形態では、Ｘ軸方向、またはＹ軸方向への推力を発生させるためのコアを、Ｚ軸方向への推力を発生させるためのトルク打消し手段として用いているが、Ｚ方向への推力を発生させるための独立したコアを設けてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、水平方向の推力に起因するトルクを、Ｚ軸方向の推力で打ち消しているが、トルクを打ち消す推力の方向はＺ軸方向に限定されない。トルク打消し手段の構成は、上記実施形態のものに限定されない。
【００４７】
また、上記実施形態では、水平方向の推力を打ち消すためのトルクを演算により算出しているが、例えば、水平方向の推力と打ち消しトルクとの関係を記述したテーブルに基づいて、打消しトルクを算出してもよい。トルク算出手段の構成は、上記実施形態のものに限定されない。
【００４８】
スライダの重心として、平面モータの実使用時における重心をスライダの重心として適用することができる。例えば、移動対象体をスライダに載置する場合等には、移動対象体を含めた移動部分を本発明における「スライダ」として取り扱うことで、高精度なトルク打消しを図ることができる。
【００４９】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、固定子が設けられたプラテンと、可動子が設けられ、前記プラテン上のＸＹ平面内を移動するスライダと、を備える平面モータに対し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】一実施形態の平面モータの制御系を示す制御ブロック図。
【図２】スライダに設けられた可動子のＸＹ平面内のコア配置を示す図。
【図３】コアに形成された歯と、プラテンに形成された歯との位置関係を示す図であり、（ａ）は、コアに形成された歯と、プラテンに形成された歯との間にずれが存在する状態を示す図、（ｂ）は、コアに形成された歯と、プラテンに形成された歯とが正対した状態を示す図。
【図４】加速時姿勢制御部の動作を示すフローチャート。
【図５】ＹＺ平面内での推力等を示す図であり、（ａ）は、ＹＺ平面内でのＹ軸方向への推力およびＺ方向への推力を示す図、（ｂ）はＹＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図。
【図６】ＸＺ平面内での推力等を示す図であり、（ａ）は、ＸＺ平面内でのＺ方向への推力を示す図、（ｂ）はＸＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図。
【図７】ＸＺ平面内での推力等を示す図であり、（ａ）は、ＸＺ平面内でのＸ軸方向への推力およびＺ方向への推力を示す図、（ｂ）はＸＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図
【図８】ＸＺ平面内での推力等を示す図であり、（ａ）は、ＹＺ平面内でのＺ方向への推力を示す図、（ｂ）はＹＺ平面内での重心ＣＧ周りの力のモーメントを示す図
【図９】スライダが傾く様子を示す図。
【符号の説明】
【００５１】
２      加速時姿勢制御部（トルク算出手段）
３      スライダ
ＣＧ    スライダの重心
ＣＸ１−１，ＣＸ１−２，ＣＸ２−１，ＣＸ２−２  コア（トルク打消し手段）
ＣＹ１−１，ＣＹ１−２，ＣＹ２−１，ＣＹ２−２  コア（トルク打消し手段）
【図１】
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【図２】
2008206361.tif 000009
【図３】
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【図４】
2008206361.tif 000011
【図５】
2008206361.tif 000012
【図６】
2008206361.tif 000013
【図７】
2008206361.tif 000014
【図８】
2008206361.tif 000015
【図９】
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