(57)【要約】【課題】  加減速時に大推力、一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルの要求を実現できるリニアモータ駆動装置を提供する。【解決手段】リニアモータ２に駆動電流を供給するドライバ１とで構成されたリニアモータ駆動装置において、ドライバ内にＰＷＭアンプと、リニアアンプと、これらを切替えるアナログスイッチ１７と、リニアモータの中性点とＰＮ電源の中間電位との接続を切替えるスイッチ部１８と、リニアモータ内に大推力用２１と小推力用２２の２通りの巻線接続経路を備え、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合わせと、小推力時のリニアモータ巻線とアンプの組合わせを切替えるものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リニアモータと駆動電流を供給するドライバとで構成されたリニアモータ駆動装置において、
前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をリニア制御するリニアアンプと、前記ドライバ内にＰＷＭアンプとリニアアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、前記リニアモータの中性点と前記リニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続を切替えるスイッチ部と、前記リニアモータ内に大推力用と小推力用の２通りの巻線接続経路を備え、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプルおよび推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項２】
前記アナログスイッチは、上位からのアンプ切替え信号により上位指令と後段のＰＷＭアンプあるいはリニアアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給してリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項３】
前記リニアモータは、その内部で各相に複数の直列に接続された巻線を配備し、また巻線の途中から口出し線が出され、ドライバとの接続が可能なように通常の接続端子とは別に口出しされた各巻線への接続端子を備えることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項４】
前記口出し線が出される接続端子は、ＰＷＭアンプでの駆動の際に駆動しないリニアアンプの耐圧以下となるように各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出すことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位大推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項６】
前記リニアアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位小推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項７】
前記スイッチ部は、上位からのアンプ切替え信号により内部ドライブ回路で内部半導体素子をオンオフさせ前記リニアアンプでの前記リニアモータ駆動の際は前記リニアモータの中性点と前記リニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位とを接続することを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項８】
システムの駆動は、前記ＰＷＭアンプで前記リニアモータの各相巻線全体に、また前記リニアアンプで前記リニアモータの各相の口出しされた一部巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とする請求項１記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項９】
リニアモータと駆動電流を供給するドライバとで構成されたリニアモータ駆動装置において、
前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をリニア制御するリニアアンプと、前記ドライバ内にＰＷＭアンプとリニアアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、前記リニアモータ内に大推力用と小推力用の２通りの巻線を備え、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプルおよび推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項１０】
前記アナログスイッチは、上位からのアンプ切替え信号により上位指令と後段のＰＷＭアンプあるいはリニアアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給してリニアモータを駆動することを特徴とする請求項９記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１１】
前記リニアモータは、大推力用巻線に比較的安価に製造可能な集中巻での巻線を施し、小推力用巻線に推力リプルを極小に抑制することが可能なヘリカル巻での巻線を施して各巻線への接続端子を備えることを特徴とする請求項９記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１２】
前記ＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位大推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項９記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１３】
前記リニアアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位小推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項９記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１４】
システムの駆動は、前記ＰＷＭアンプで前記リニアモータの集中巻巻線に、また前記リニアアンプで前記リニアモータのヘリカル巻巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とする請求項９記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１５】
リニアモータと駆動電流を供給するドライバとで構成されたリニアモータ駆動装置において、
前記ドライバ内にリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、前記ドライバ内に前記ＰＷＭアンプよりキャリア周波数が一段と高く、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御する高キャリアＰＷＭアンプと、前記ドライバ内にＰＷＭアンプと高キャリアＰＷＭアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、前記リニアモータ内に大推力用と小推力用の２通りの巻線接続経路を備え、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプルおよび推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項１６】
前記アナログスイッチは、上位からのアンプ切替え信号により上位指令と後段のＰＷＭアンプあるいは高キャリアＰＷＭアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給してリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１７】
前記リニアモータは、その内部で各相に複数の直列に接続された巻線を配備し、また巻線の途中から口出し線が出されドライバとの接続が可能なように通常の接続端子とは別に口出しされた各巻線への接続端子を備えることを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１８】
前記口出し線が出される接続端子は、ＰＷＭアンプでの駆動の際に駆動しない高キャリアＰＷＭアンプの耐圧以下となるように各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出すことを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１９】
前記ＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位大推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項２０】
前記高キャリアＰＷＭアンプは、上位からのアンプ切替え信号により上位小推力指令時にリニアモータを駆動することを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項２１】
前記高キャリアＰＷＭアンプは、前記ＰＷＭアンプより一段と高いキャリア周波数でＰＷＭ制御することができ、小推力時の電流リプルおよび波形歪を更に小さくすることが出来ることを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項２２】
システムの駆動は、前記ＰＷＭアンプで前記リニアモータの各相巻線全体に、また前記高キャリアＰＷＭアンプで前記リニアモータの各相の口出しされた一部巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とする請求項１５記載のリニアモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リニアモータ内のドライバとの２通りの巻線接続経路、あるいはリニアモータ内の２通りの巻線と、駆動電流を供給する２通りのアンプの組合せを切替えることによって、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることを目的とするものであり、半導体製造装置、液晶製造装置等の広い範囲の産業分野を対象とするリニアモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリニアモータ駆動装置について、図を用いて説明する。
図４は、従来のＰＷＭ方式のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
図４において、１０１はドライバであり、上位指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給する。１０２はリニアモータであり、ドライバ１０１からの上位指令に基づく駆動電流相当の推力を発生し、接続されるシステムを駆動する。１１１はダイオードブリッジであり、ドライバ１０１の電源入力であるＡＣ電源を全波整流して、パワー素子１２１に主回路ＰＮ電圧を供給する。ここでいうＡＣ電源は、単相／３相、１００Ｖ／２００Ｖの別を問わない。
１２１はＩＧＢＴ等の半導体パワー素子であり、電流アンプ１３１の出力信号であるＰＷＭゲート信号に基づき、リニアモータ１０２へ駆動電流を供給する。１４１はシャント抵抗であり、パワー素子１２１とリニアモータ１０２との間の出力ラインに駆動電流を検出する手段として配備され、検出電圧を電流アンプ１３１へフィードバックする。
１５１はヒューズであり、過電流／過負荷等の際、リニアモータ１０２の焼損防止等の保護機能として働き、その動作信号を電流アンプ１３１へフィードバックする。
１３１は電流アンプであり、上位指令と電流検出フィードバック信号を入力値とした電流制御を司り、上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差とその内部のキャリア発生手段からＰＷＭゲート信号を生成し、パワー素子１２１をＰＷＭ制御する。
また、保護機能のフィードバック信号が動作した際、ベースブロックする等のしかるべきシーケンス処理を施す。ここでいう電流アンプは、アナログ電流制御／ディジタル電流制御の別を問わない。ディジタル電流制御の場合、電流制御演算はＣＰＵで行い、上位電流指令と電流検出フィードバック信号等の入力信号がアナログ信号であれば、Ａ／Ｄ変換器を備える。
【０００３】
図５は、従来のリニアアンプ方式のリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
図５において、１０１はドライバであり、上位指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給する。１０２はリニアモータであり、ドライバ１０１からの上位指令に基づく駆動電流相当の推力を発生し、接続されるシステムを駆動する。１１６はＰＮ電源であり、ドライバ１０１の電源入力であるＡＣ電源からパワー素子１２２に主回路ＰＮ電圧を供給する。また、ＰＮ電源１１６は、その中間電位をリニアモータＮ相と接続されている±電源である。ここでいうＡＣ電源は、単相／３相、１００Ｖ／２００Ｖの別を問わない。
１２２はパワーオペアンプ等の半導体パワー素子であり、電流アンプ１３２の出力信号である上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差に基づき、リニアモータ１０２へ駆動電流を供給する。１４１はシャント抵抗であり、パワー素子１２１とリニアモータ１０２との間の出力ラインに駆動電流を検出する手段として配備され、検出電圧を電流アンプ１３２へフィードバックする。１５２はヒューズであり、過電流／過負荷等の際、リニアモータ１０２の焼損防止等の保護機能として働き、その動作信号を電流アンプ１３２へフィードバックする。
１３２は電流アンプであり、上位指令と電流検出フィードバック信号を入力値とした電流制御を司り、上位指令と電流検出フィードバック信号との偏差を生成し、パワー素子１２２をリニア制御する。また、保護機能のフィードバック信号が動作した際、ゼロ指令入力等のしかるべきシーケンス処理を施す。
このように、従来のリニアモータ駆動装置は、上位指令に基づく駆動電流をリニアモータへ供給して、システムを駆動するのである。
なお、図４及び図５に示すリニアモータ１０２の巻線方式については、用途に応じて比較的安価に製造可能な集中巻と、推力リプルを極小に抑制することが可能なヘリカル巻を使い分けて各リニアモータ駆動装置を構成していた。
更に、最近では、図６に示すような、高キャリヤＰＷＭ方式のリニアモータ駆動装置も良く用いられている。図６に示すリニアモータ駆動装置は、図４に示すＰＷＭ制御方式の駆動装置と同様な構成であるが、パワー素子１２２にＩＧＢＴに代えてＭＯＳＦＥＴなどの高速スイッチング特性の半導体パワー素子を使用し、図５の場合のような小推力時の制御に適したリニアアンプ制御に代わる高キャリヤＰＷＭ方式の駆動装置を構成したものである。
また、特許文献１に開示されている「電動機制御装置とその切換え方法」には、こうしたＰＷＭ制御とリニアアンプ制御を切換えて高効率・高分解能な制御の両立を計った電動機制御装置の例が示されている。図７は特許文献１に開示の「電動機制御装置とその切換え方法」の構成図であり、リニアアンプ２０１は上位ＣＰＵ２１１から転送される電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｆｂの偏差を入力して、リニア増幅制御電流指令Ｉｌｉｎを出力する。ＰＷＭ制御用アンプ２０２は電流指令Ｉｒｅｆに対する電流検出値Ｉｂの偏差を入力し、ＰＷＭ制御コンパレータ２０３よりＰＷＭ制御電流指令Ｉｐｗｍを出力する。切換信号用コンパレータ２０８は電流指令値Ｉｒｅｆと切換しきい値を比較して切換え信号を出力し、アナログスイッチ２０４はリニアアンプ２０１とＰＷＭ制御アンプ２０２を切換え、高効率・高分解能駆動部２０６は切換えられた出力電流を負荷３００に供給する。
【特許文献１】特開Ｈ０９−２３８０３１号公報（３〜５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のリニアモータ駆動装置は、当初は、ドライバの電流制御方式としてはＰＷＭ制御、あるいはリニア制御のどちらか一方であったために、それぞれ以下（１）、（２）のような問題点があった。
（１） ＰＷＭ制御は、変換効率は良いものの、0クロス近傍の不感帯の影響により、小推力時の電流制御特性が悪い。また、高耐圧・大電流素子にはＩＧＢＴの適用が可能であるが、そのスイッチング特性によりキャリア周波数に上限があり、推力リプルに起因する電流リプル／波形歪を小さく出来ない。
（２） リニア制御は、小推力時の電流制御特性は良いものの、大推力時に発生する損失が大きいため、変換効率が悪く小型化できない。また、高耐圧・大電流素子がないため、大推力発生のためにパワー素子の並列接続を余儀なくされたり、特殊な±電源を必要とするため、高価／大型化となる。
これらの問題点を改善する方法として特許文献１の方法が提案されたが、加減速時に大推力、一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルを要求される用途に対し、リニアモータと制御アンプ側で個別に要求仕様に対応していたために、追求する性能に限界があって性能改善が不十分であるという問題があった。
そこで、本発明の第１の発明は、複数直列巻線のうちの途中から口出し線を外部端子に出されたリニアモータを使用し、大推力時に巻線全体とアンプ（ＰＷＭアンプ）の組合せ、小推力時に口出しされた巻線とアンプ（リニアアンプ）の組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることが可能なリニアモータ駆動装置を提供することを目的としている。
【０００５】
また、従来のリニアモータ駆動装置は、ドライバの電流制御方式がＰＷＭ制御、あるいは、リニア制御のどちらか一方であった点は特許文献１の方法などにより改善が計られたが、加減速時に大推力、一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルを要求される用途に対し、リニアモータと制御アンプとで個別に要求仕様に対応していたため追求する性能に限界があって、リニアモータの巻線方式についても、集中巻、あるいはヘリカル巻（巻線精度を高めたらせん状の巻線）のどちらか一方を用いていたために、以下（３）、（４）のように、
（３） 集中巻は、安価に製造できるものの、製造上の誘起電圧振幅のばらつきに依るリニアモータ単体の推力リプルが比較的大きい。
（４） ヘリカル巻は、リニアモータ単体の推力リプルは小さいものの、製造面での工夫が必要となり高価となる。
というように夫々欠点があって、加減速時に大推力、一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルの要求仕様に対する性能改善が不十分であるという問題があった。
そこで、本発明の第２の発明は、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることを特徴とするリニアモータ駆動装置を提供することを目的としている。
【０００６】
また、従来のリニアモータ駆動装置は、ドライバのキャリア周波数設定が、使用するパワー素子に依りその上限値が限られているため、以下（５）、（６）のように、
（５） ＩＧＢＴ等の半導体パワー素子を使用するＰＷＭ制御は、高耐圧・大電流のラインナップがあり、大容量のリニアモータ駆動が可能であるが、そのスイッチング特性によりキャリア周波数に上限があり、推力リプルに起因する電流リプルを小さくできず、また、0クロス近傍の不感帯の影響により、小推力時の電流制御特性が悪い。
（６） ＭＯＳＦＥＴ等の半導体パワー素子を使用するＰＷＭ制御は、そのスイッチング特性によりキャリア周波数を高く設定でき、推力リプルに起因する電流リプルを小さく、また、0クロス近傍の不感帯の影響を極小にでき、小推力時の電流制御特性を良くすることができるが、高耐圧のラインナップがないため、小容量のリニアモータ駆動しかできない。
という欠点があり、加減速時の大推力、一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルを要求される用途に対し、リニアモータと制御アンプで個別に要求仕様に対応していたために、追求する性能に限界があり性能改善が不十分であるという問題があった。
そこで、本発明の第３の発明は、複数直列巻線のうちの途中から口出し線を外部端子に出されたリニアモータを使用し、大推力時に巻線全体とアンプ（ＰＷＭアンプ）の組合わせ、小推力時に口出しされた巻線とアンプ（高キャリアＰＷＭアンプ）の組合わせとを、駆動条件に応じて選択的に切換えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることが可能なリニアモータ駆動装置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】
【０００７】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、リニアモータの駆動電流をリニア制御するリニアアンプと、ＰＷＭアンプとリニアアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続を切替えるスイッチ部と、大推力用と小推力用の２通りの巻線接続経路を配備したリニアモータとを備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、大推力時に巻線全体とアンプ（ＰＷＭアンプ）の組合せ、小推力時に口出しされた巻線とアンプ（リニアアンプ）の組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることができる。
また、請求項２に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号によりアナログスイッチを切替えることにより、上位指令と後段のＰＷＭアンプ、あるいは、リニアアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、駆動条件に応じて、ＰＷＭアンプかリニアアンプを使用することができ、使用していないアンプの入力はゼロ指令となるため、出力への影響をなくすことができる。
また、請求項３に記載の発明は、リニアモータの内部で各相に複数の直列に接続された巻線を配備し、また巻線の途中から口出し線が出されドライバとの接続が可能なように通常の接続端子とは別に口出しされた各巻線への接続端子を備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、１つのリニアモータに対して、２通りのアンプで駆動駆動電流を供給することできる。
また、請求項４に記載の発明は、口出し線が出される接続端子は、ＰＷＭアンプでの駆動の際に駆動しないリニアアンプの耐圧以下となるように各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出すことを特徴とするものである。
このリニアアンプ駆動装置によれば、リニアアンプには耐圧が比較的低いパワー素子しか使用できないため、リニアモータの同一巻線を使用してもリニアアンプのパワー素子を破損することなく使用できる。
また、請求項５に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により大推力指令時にリニアモータをＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時に大推力が必要な場合にＰＷＭアンプの高耐圧・大電流なパワー素子を使用することができるため大容量のリニアモータ駆動が可能であり、リニアモータ巻線設計においても極力損失を抑えることができる。
【０００８】
また、請求項６に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により小推力指令時にリニアモータをリニアアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要な場合に小電流時の電流制御特性を良くすることができる。
また、請求項７に記載の発明は、リニアアンプでのリニアモータ駆動の際、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続するため上位からのアンプ切替え信号により内部ドライブ回路で内部半導体素子をオンオフすることができるスイッチ部を備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、リニアアンプ駆動時の３相バランスを保つことができ、小推力時の電流リプル／波形歪を小さくすることができる。
また、請求項８に記載の発明は、システムの駆動は、ＰＷＭアンプでリニアモータの各相巻線全体に、またリニアアンプでリニアモータの各相の口出しされた一部巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時の大推力が必要で、精密な電流制御特性を必要としない場合に高耐圧・大電流アンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。また、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要で精密な電流制御特性を必要とする場合に電流制御特性がよいアンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。
【０００９】
また、請求項９に記載の発明は、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、リニアモータの駆動電流をリニア制御するリニアアンプと、ＰＷＭアンプとリニアアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、大推力用と小推力用の２通りの巻線を配備したリニアモータとを備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることができる。
また、請求項１０に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号によりアナログスイッチを切替えることにより上位指令と後段のＰＷＭアンプあるいはリニアアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、駆動条件に応じて、ＰＷＭアンプかリニアアンプを使用することができ、使用していないアンプの入力はゼロ指令となるため出力への影響をなくすことができる。
また、請求項１１に記載の発明は、リニアモータに大推力用巻線（集中巻での巻線）と小推力用巻線（ヘリカル巻での巻線）を施し、各巻線への接続端子を備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、精度を問わない大推力時には、大推力用巻線に駆動電流を供給することができ、精度を要求される小推力時には、小推力用巻線に駆動電流を供給することができる。
また、請求項１２に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により大推力指令時にリニアモータをＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時に大推力が必要な場合に変換効率が良いＰＷＭアンプを選択できる。また、高耐圧・大電流のパワー素子を使用することができるため、大容量のリニアモータ駆動が可能でありリニアモータ巻線設計においても極力損失を抑えることができる。
また、請求項１３に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により、小推力指令時にリニアモータをリニアアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要な場合、小電流時の電流制御特性を良くすることができる。
また、請求項１４に記載の発明は、システムの駆動は、ＰＷＭアンプでリニアモータの集中巻巻線に、またリニアアンプでリニアモータのヘリカル巻巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時の大推力が必要で、精密な電流制御特性を必要としない場合、比較的安価にできるアンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。また、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要で、精密な電流制御特性を必要とする場合、電流制御特性がよいアンプとリニアモータ単体でも推力リプルが小さく出来るモータの組合せでシステムを駆動することができる。
【００１０】
また、請求項１５に記載の発明は、リニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御するＰＷＭアンプと、前記ＰＷＭアンプよりキャリア周波数が一段と高くリニアモータの駆動電流をＰＷＭ制御する高キャリアＰＷＭアンプと、ＰＷＭアンプと高キャリアＰＷＭアンプの駆動を切替えるアナログスイッチと、大推力用と小推力用の２通りの巻線接続経路を配備したリニアモータとを備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、大推力時に巻線全体とアンプ（ＰＷＭアンプ）の組合せ、小推力時に口出しされた巻線とアンプ（高キャリアＰＷＭアンプ）の組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることができる。
また、請求項１６に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号によりアナログスイッチを切替えることにより、上位指令と後段のＰＷＭアンプあるいは高キャリアＰＷＭアンプとの接続を選択し、また選択されていないアンプにはゼロ指令を供給することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、駆動条件に応じて、ＰＷＭアンプか高キャリアＰＷＭアンプを使用することができ、使用していないアンプの入力はゼロ指令となるため、出力への影響をなくすことができる。
また、請求項１７に記載の発明は、リニアモータの内部で各相に複数の直列に接続された巻線を配備し、また巻線の途中から口出し線が出されドライバとの接続が可能なように、通常の接続端子とは別に口出しされた各巻線への接続端子を備えることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、１つのリニアモータに対して、２通りのアンプで駆動駆動電流を供給することできる。
【００１１】
また、請求項１８に記載の発明は、口出し線が出される接続端子は、ＰＷＭアンプでの駆動の際に駆動しない高キャリアＰＷＭアンプの耐圧以下となるように各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出すことを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、高キャリアＰＷＭアンプには耐圧が比較的低いパワー素子しか使用できないため、リニアモータの同一巻線を使用しても高キャリアＰＷＭアンプのパワー素子を破損することなく使用できる。
また、請求項１９に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により、大推力指令時にリニアモータをＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時に大推力が必要な場合、高耐圧・大電流のパワー素子を使用することができるため、大容量のリニアモータ駆動が可能であり、リニアモータ巻線設計においても極力損失を抑えることができる。
また、請求項２０に記載の発明は、上位からのアンプ切替え信号により、小推力指令時にリニアモータを高キャリアＰＷＭアンプで駆動することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要な場合、キャリア周波数が高いため、推力リプルに起因する電流リプルを小さく、また、0クロス近傍の不感帯の影響を極小にでき、小推力時の電流制御特性を良くすることができる。
また、請求項２１に記載の発明は、高キャリアＰＷＭアンプに高スイッチング特性のパワー素子を採用することにより、高いキャリア周波数でＰＷＭ制御することを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、小推力時の電流リプル／波形歪を小さくすることができる。
また、請求項２２に記載の発明は、システムの駆動は、ＰＷＭアンプでリニアモータの各相巻線全体に、また高キャリアＰＷＭアンプでリニアモータの各相の口出しされた一部巻線に駆動電流を供給する組合せとすることを特徴とするものである。
このリニアモータ駆動装置によれば、システムの加減速時の大推力が必要で、精密な電流制御特性を必要としない場合、高耐圧・大電流なアンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。また、システムの一定速時に小推力／低速度リプル／低推力リプルが必要で、精密な電流制御特性を必要とする場合、電流制御特性がよいアンプとモータの組合せでシステムを駆動することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の第１の発明のリニアモータ駆動装置によれば、以下のような効果がある。
（１） ドライバが２通りの電流制御方式とリニアモータが２通りの巻線接続経路を有しているため、大推力時に適したリニアモータ巻線経路とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線経路とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることができる。
（２） アンプ切替え信号により短時間でアナログスイッチを切替えるため、またスイッチ部を半導体素子で構成しているため、システムへの切替えの影響を極小に留めることができる。
（３） ドライバに、大推力用と小推力用として、それぞれの特長を出せるものを有しているため個別に有するものより、要求仕様に対して更に追究する事ができる。
（４） リニアモータの巻線の一部を使用する場合においても、端子に誘起する電圧が異常に高くなることがないためドライバとの絶縁強化が不要であり、耐圧の低い電流制御性の高いパワー素子を使用することができる。
【００１３】
また、本発明の第２の発明のリニアモータ駆動装置によれば、以下のような効果がある。
（１） ドライバが２通りの電流制御方式とリニアモータが２通りの巻線方式を有しているため、大推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることができる。
（２） アンプ切替え信号により短時間でアナログスイッチを切替えるため、システムへの切替えの影響を極小に留めることができる。
（３） ドライバ／リニアモータ共に、大推力用と小推力用として、それぞれの特長を出せるものを有しているため、個別に有するものより要求仕様に対して更に追究する事ができる。
【００１４】
更に、本発明の第３の発明のリニアモータ駆動装置によれば、以下のような効果がある。
（１） ドライバが２通りの異なるキャリア周波数による電流制御方式とリニアモータが２通りの巻線接続経路を有しているため、大推力時に適したリニアモータ巻線経路とアンプの組合せと小推力時に適したリニアモータ巻線経路とアンプの組合せとを、駆動条件に応じて選択的に切替えることで、速度リプル／推力リプルのシステムへの影響を極小に留めることができる。
（２） アンプ切替え信号により短時間でアナログスイッチを切替えるため、システムへの切替えの影響を極小に留めることができる。
（３） ドライバに、大推力用と小推力用として、それぞれの特長を出せるものを有しているため、個別に有するものより要求仕様に対して更に追究する事ができる。
（４） リニアモータの巻線の一部を使用する場合においても、端子に誘起する電圧が異常に高くなることがないため、ドライバとの絶縁強化が不要であり、耐圧の低い電流制御性の高いパワー素子を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。図１において、リニアモータ２は、大推力発生時にのみ使用する大推力用巻線２１と小推力発生時にのみ使用する小推力用巻線２２の２通りの巻線経路を有し、ドライバ１との各巻線への接続端子を備える。
ドライバ１は，ＰＷＭアンプ（ダイオードブリッジ１１１とパワー素子１２１、電流アンプ１３１、シャント抵抗１４１、ヒューズ１５１で構成される）とリニアアンプ（ＰＮ電源１１６とパワー素子１２２、電流アンプ１３２、シャント抵抗１４２、ヒューズ１５２で構成される）、上位からのアンプ切替え信号により切替えることが可能なアナログスイッチ１７と上位からのアンプ切替え信号により、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続を切替えることが可能なスイッチ部１８を備える。
【００１６】
つぎに動作について説明する。
上位からのアンプ切替え信号は、設定された閾値と上位指令との比較により出力される。設定された閾値は、少なくともシステムの一定速時推力より若干高いくらいの値である。
システムが停止状態の場合、アンプ切替え信号はリニアアンプを選択しており、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、小推力用巻線２２に供給し、停止時高精度／低振動な制御特性を実現できる。この際、アンプ切替え信号により、スイッチ部１８のドライブ回路を駆動させ、トランジスタ等の半導体素子をオンすることにより、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続させる。
システムが加減速時の場合、上位指令が設定された閾値を超えたところで、アンプ切替え信号はＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２１を介して、大推力用巻線２１に供給し、高効率・高加減速な制御特性を実現できる。この際、駆動しないリニアアンプと接続される口出し線の接続端子は、そのリニアアンプで使用されるパワー素子の耐圧以下となるように、各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出されているため、リニアアンプのパワー素子を破損することはない。また、アンプ切替え信号により、スイッチ部１８のドライブ回路を駆動を停止させ、トランジスタ等の半導体素子をオフすることにより、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続を切り離す。
【００１７】
システムが一定速時の場合、上位指令が設定された閾値を下回ったところで、アンプ切替え信号は、再度、リニアアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、小推力用巻線２２に供給し、高精度／低速度リプル／低推力リプルな制御特性を実現できる。この際、再度、アンプ切替え信号により、スイッチ部１８のドライブ回路を駆動させ、トランジスタ等の半導体素子をオンすることにより、リニアモータの中性点とリニアアンプで使用するＰＮ電源の中間電位との接続させる。
それぞれの場合、アンプ切替え信号で選択されなかったアンプの入力信号は、ゼロ指令となり、決してリニアモータ出力側に影響するものではない。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。
図２は本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
図２において、リニアモータ２は、大推力発生時にのみ使用する集中巻巻線方式の大推力用巻線２１と小推力発生時にのみ使用するヘリカル巻巻線方式の小推力用巻線２２の２通りの巻線を有し、ドライバ１との各巻線への接続端子を備える。ドライバ１は，ＰＷＭアンプ（ダイオードブリッジ１１１とパワー素子１２１、電流アンプ１３１、シャント抵抗１４１、ヒューズ１５１で構成される）とリニアアンプ（ＰＮ電源１１６とパワー素子１２２、電流アンプ１３２、シャント抵抗１４２、ヒューズ１５２で構成される）、上位からのアンプ切替え信号により切替えることが可能なアナログスイッチ１７を備える。
【００１９】
つぎに動作について説明する。
上位からのアンプ切替え信号は、設定された閾値と上位指令との比較により出力される。設定された閾値は、少なくともシステムの一定速時推力より若干高いくらいの値である。
システムが停止状態の場合、アンプ切替え信号はリニアアンプを選択しており、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、ヘリカル巻巻線方式の小推力用巻線２２に供給し、停止時高精度／低振動な制御特性を実現できる。
システムが加減速時の場合、上位指令が設定された閾値を超えたところで、アンプ切替え信号はＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２１を介して、集中巻巻線方式の大推力用巻線２１に供給し、高効率・高加減速な制御特性を実現できる。システムが一定速時の場合、上位指令が設定された閾値を下回ったところで、アンプ切替え信号は、再度、リニアアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、ヘリカル巻巻線方式の小推力用巻線２２に供給し、高精度／低速度リプル／低推力リプルな制御特性を実現できる。
それぞれの場合、アンプ切替え信号で選択されなかったアンプの入力信号は、ゼロ指令となり、決してリニアモータ出力側に影響するものではない。
【００２０】
次に、本発明の第３の実施の形態について図を参照して説明する。
図３は本発明の第３の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
図３において、リニアモータ２は、大推力発生時にのみ使用する大推力用巻線２１と小推力発生時にのみ使用する小推力用巻線２２の２通りの巻線経路を有し、ドライバ１との各巻線への接続端子を備える。ドライバ１は，ＰＷＭアンプ（ダイオードブリッジ１１１とパワー素子１２１、電流アンプ１３１、シャント抵抗１４１、ヒューズ１５１で構成される）と高キャリアＰＷＭアンプ（安定化電源１６とパワー素子１２２、電流アンプ１３２、シャント抵抗１４２、ヒューズ１５２で構成される）、上位からのアンプ切替え信号により切替えることが可能なアナログスイッチ１７を備える。
【００２１】
つぎに動作について説明する。
上位からのアンプ切替え信号は同様に、設定された閾値と上位指令との比較により出力される。設定された閾値は、少なくともシステムの一定速時推力より若干高いくらいの値である。
システムが停止状態の場合、アンプ切替え信号は高キャリアＰＷＭアンプを選択しており、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、小推力用巻線２２に供給し、停止時高精度／低振動な制御特性を実現できる。
システムが加減速時の場合、上位指令が設定された閾値を超えたところで、アンプ切替え信号はＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２１を介して、大推力用巻線２１に供給し、高効率・高加減速な制御特性を実現できる。この際、駆動しない高キャリアＰＷＭアンプと接続される口出し線の接続端子は、その高キャリアＰＷＭアンプで使用されるパワー素子の耐圧以下となるように、各相の複数の直列に接続された巻線の途中から出されているため、高キャリアＰＷＭアンプのパワー素子を破損することはない。
システムが一定速時の場合、上位指令が設定された閾値を下回ったところで、アンプ切替え信号は、再度、高キャリアＰＷＭアンプを選択し、上位指令に基づいた駆動電流をパワー素子１２２を介して、小推力用巻線２２に供給し、高精度／低速度リプル／低推力リプルな制御特性を実現できる。
それぞれの場合、アンプ切替え信号で選択されなかったアンプの入力信号は、ゼロ指令となり、決してリニアモータ出力側に影響するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係るリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
【図４】従来のＰＷＭアンプ方式によるリニアモータ駆動装置の概略概略図である。
【図５】従来のリニアアンプ方式によるリニアモータ駆動装置の概略構成図である。
【図６】従来の高キャリアＰＷＭアンプ方式によるリニアモータ駆動装置の概略構成図で
【図７】従来の電動機制御装置とその切換え方法の構成図である。ある。
【符号の説明】
【００２３】
１  ドライバ
２  リニアモータ
１１１  ＤＢ（ダイオードブリッジ）
１２１、１２２  パワー素子
１３１、１３２  電流アンプ
１４１、１４２  シャント抵抗
１５１、１５２  ヒューズ
１６  安定化電源
１１６  ＰＮ電源
１７  アナログスイッチ
１８  スイッチ部
２１  大推力用巻線
２２  小推力用巻線
【図１】
2005073449.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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