リニアモータ駆動装置
【課題】ローパスフィルタの周波数帯域を従来よりも広くしかつノーマルモードノイズを低減することができるリニアモータ駆動装置を提供する。
【解決手段】ＰＷＭドライバ３は、コントローラ１からの入力信号と負荷コイル２側からの負帰還信号との差を増幅する誤差アンプ３１と、誤差アンプ３１から出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプ３２と、この出力電圧をパルス幅変調するＰＷＭアンプ３３と、ＰＷＭアンプ３３と負荷コイル２との間に設けられたインダクタＬ１とコンデンサＣ１を含むローパスフィルタ３４とを有する。ローパスフィルタ３４は、さらにコンデンサＣ１と直列に接続された抵抗Ｒ１を含むとともに、抵抗Ｒ１を含む回路定数は、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定される。
【解決手段】ＰＷＭドライバ３は、コントローラ１からの入力信号と負荷コイル２側からの負帰還信号との差を増幅する誤差アンプ３１と、誤差アンプ３１から出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプ３２と、この出力電圧をパルス幅変調するＰＷＭアンプ３３と、ＰＷＭアンプ３３と負荷コイル２との間に設けられたインダクタＬ１とコンデンサＣ１を含むローパスフィルタ３４とを有する。ローパスフィルタ３４は、さらにコンデンサＣ１と直列に接続された抵抗Ｒ１を含むとともに、抵抗Ｒ１を含む回路定数は、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などに使用されリニアモータの速度をＰＷＭ方式によりフィードバック制御するためのリニアモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶パネルなどの製造装置（露光装置や検査装置等）においては、例えば、被露光部材（ウエハ）又はマスク（レクチル）を搭載したステージを、コイルユニットと磁石ユニットを備えたリニア同期モータ（以下単にリニアモータという）により駆動することが行われている（特許文献１参照）。特にスキャン形縮小投影露光装置では、ウエハステージとレクチルステージを等速で移動させながら転写するので、ナノオーダのスキャン精度を確保するために、同期一定速度送り、高精度位置決め、推力リップル改善が重要である。
【０００３】
上記のリニアモータは、電流の値に応じた推力で可動部材（例えばコイルユニット）を移動させるために、負荷（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる３相コイル）に正弦波状の駆動電流（例えば数Ａ〜１０Ａ）を供給することにより駆動される。この駆動電流は、商用電源を全波整流して直流電圧に変換するコンバータ部と、コンデンサで平滑化された直流電圧を任意の周波数の交流に変換するインバータ部を有する電圧形インバータから供給される。このインバータ部は、キャリア波（例えば三角波）と信号波を比較してブリッジ接続した各相のスイッチング素子をその制御位相を１２０°ずつずらして（ＵＶ−ＵＷ−ＶＷ−ＶＵ−ＷＵ−ＷＶ）オンオフすることにより、正弦波状の駆動電流に変調するＰＷＭ方式により制御される。通常のリニアモータは、可動子の移動方向を切り替える（コイルに供給する電流の向きを変える）ために可動子の位置を検出する位置センサを備えている（特許文献２参照）。
【０００４】
上述したリニアモータの推力にリップル成分が含まれていると精密な速度制御及び位置決め制御が困難となるので、負荷（３相コイル）に供給される駆動電流を検出し、その電流値に基づいてインバータ部で電圧の周波数を変えてモータの速度を制御することが行われる。すなわちインバータ部では、出力電流をフィードバックしてＰＷＭ信号を生成することにより、出力電圧を安定化している。
【０００５】
またＰＷＭ方式では、キャリア波と信号波との比較によってパルス幅変調出力を得るので、キャリア周波数を高くして（例えば１００ＫＨｚ）、変調信号以外の不要なキャリア周波数はサイドバンドとして高周波数域に移動させ、波形改善を行う。すなわち、スイッチング素子の中点とＧＮＤ間にノイズフィルタ（以下ローパスフィルタという）を挿入して、その挿入損失を利用して高域の周波数をカットすることにより、外部に輻射されるノイズを低減するのが一般的である（例えば特許文献２参照）。このローパスフィルタは、高域の周波数をカットするために回路に直列に接続されるインダクタンス（周波数が高くなるとインピーダンスが増加）と、低域の周波数をカットするために回路に並列に接続されるコンデンサ（周波数が高くなるとインピーダンスが減少）を有する。
【０００６】
また、上記のインバータ部で発生するノイズは、出力端子（プラス・マイナス）間に直流電圧に重畳されているノーマルモード成分と、アース間と出力端子間に発生し、出力端子間では同相のコモンモード成分からなる。コモンモードノイズは、回路のアンバランスがあるとノーマルモードに変わり、また一般にコモンモードノイズが大きくなると、外部に輻射されるノイズも大きくなるが、前記の通り電圧源（インバータ部）と負荷との間にローパスフィルタ（ＬＣフィルタ）を挿入することにより除去できる。
【０００７】
上述したＰＷＭ方式の電流制御系（フィードバック制御）においては、負荷電流や入力電圧の急激な変化に対する出力電圧の過渡応答特性を向上させるために、制御ループゲインを大きくすると、ローパスフィルタで位相遅れが生じ、負帰還であるべき帰還ループが正帰還となり、出力電圧は発振し易くなる。一方発振を抑制するために、制御ループゲインを小さくすると出力電圧の応答性が低下し、負荷電流が増大した場合、出力電圧が低下する。そこで、出力応答性と系の安定性を両立させるために、入力された電力をＰＷＭ信号に応じてスイッチングしてパルス状波形を形成するスイッチ回路と、パルス状波形を直流に変換して出力する平滑回路とを備えたスイッチング電源装置用制御装置においては、平滑回路の出力電圧に応じてこの出力電圧の変動を抑制するようにＰＷＭ信号の時比率を変化させる時比率調整部と、ＰＷＭ信号の時比率を演算することによりＰＷＭ信号のパルス幅に補正を与えるように設けられた補正用帰還ループと、平滑回路を流れる電流を検出する検出素子からの出力の平均値を求め、時比率調整部内にこの平均値を加える平均電流値生成部とを備え、この平均値を減算器を介して時比率調整部に加える場合は、減算処理となるが、出力電圧の位相が進むように加えられることが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−４７２８５号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００３−８８１７０号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献３】特許第３７４０１３３号公報（第３−４頁、図１、図２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ノイズは線路を流れる電流の断続により発生するので、線路間を往復するノーマルモードノイズは大きいが、空間への放射が小さく、障害の度合が小さいので、特別な対策は提案されていない。しかしながらリニアモータの電流制御系では、高精度の速度制御、すなわち推力リップルの低減が必要とされるので、駆動装置で発生するノーマルモードノイズを無視することができないが、従来はその除去対策が検討されていないといった問題がある。
【００１０】
したがって本発明の目的は、ノイズフィルタのカットオフ周波数帯域を従来よりも広くかつノーマルモードノイズを低減することができるリニアモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のリニアモータ駆動装置は、外部入力信号と出力側からの負帰還信号との差を増幅する誤差アンプと、誤差アンプから出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプと、この出力電圧をパルス幅変調するＰＷＭアンプと、ＰＷＭアンプと負荷コイルとの間に設けられたＬＣ回路を含むコイル入力型ローパスフィルタとを有するリニアモータ用駆動装置において、前記ローパスフィルタは、ＬＣ回路を構成するコンデンサと直列に接続された抵抗を含むとともに、抵抗を含む回路定数は、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記ローパスフィルタは、前記コンデンサ及び前記抵抗と並列にコンデンサを接続するか又は前記抵抗と並列にコンデンサを接続することができる。
【００１３】
本発明のリニアモータ駆動装置は、ローパスフィルタと負荷コイルとの間にコモンモードチョークコイルを接続することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＰＷＭアンプと負荷コイルとの間に、コンデンサと直列に接続された抵抗を含むとともに、抵抗を含む回路定数が、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定されたコイル入力型ローパスフィルタを設けるので、ノイズフィルタのカットオフ周波数帯域を従来よりも広くかつノーマルモードノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の駆動装置を備えたリニアモータの電流制御系を示すブロック図である。
【図２】本発明の駆動装置の要部を示す回路図である。
【図３】図２の等価回路を示す回路図である。
【図４】フィードバック制御系のゲイン−周波数特性を示す図であり、（ａ）は本発明のローパスフィルタを有するクローズドループのボード線図、（ｂ）は比較例のローパスフィルタを有するのクローズドループのボード線図である。
【図５】フィードバック制御系のゲイン−周波数特性を示す図であり、（ａ）は本発明のローパスフィルタを有するオープンループのボード線図、（ｂ）は比較例のローパスフィルタを有するのオープンループのボード線図である。
【図６】ローパスフィルタの抵抗と電圧リップル及び抵抗損失との関係を示す図である。
【図７】本発明の他の例を示す回路図である。
【図８】本発明の他の例を示す回路図である。
【図９】本発明のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるクローズドループのボード線図である。
【図１０】本発明のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるオープンループのボード線図である。
【図１１】比較例のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるクローズドループのボード線図である。
【図１２】比較例のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるオープンループのボード線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（フィードバック制御系）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１に示すように本発明のリニアモータ駆動装置は、リニアモータの負荷（３相巻線）２に不要な高調波成分の少ない駆動電流を供給するために、特定のノイズフィルタを有するＰＷＭドライバ３を備えている。リニアモータは負荷（３相巻線：Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる３相コイル）に駆動電流を供給することにより、可動子（コイル又は磁石ユニット）が駆動される。負荷に供給される駆動電流の制御を行うＰＷＭドライバ３は、コントローラ１からの電流指令（アナログ入力）と、負荷２側からフィードバックされた検出電流との偏差を演算して増幅する誤差アンプ３１と、この偏差と推力指令との位相差を補償する位相補償アンプ３２と、コントローラからの電流指令と出力電流を比較してスイッチング素子のオン時間を制御して所定のデューティー比でパルス幅変調された駆動電流を出力するＰＷＭアンプ３３と、駆動電流からノイズを除去するローパスフィルタ３４を備えている。この検出電流は、負荷２とＰＷＭドライバ３との間に接続されたシャント抵抗３５により、その両端の電圧降下として検出され、絶縁アンプ３６を介して誤差アンプ３１に供給することにより、シャント抵抗の両端が絶縁されているので、ノイズが重畳され難く、高精度の電流検出が可能となる。
【００１７】
（ＰＷＭアンプ）
ＰＷＭアンプ３３は、ブリッジ接続した３組のスイッチング素子（図１では１組のみを示す。）を有する。スイッチング素子としては、例えばＭＯＳＦＥＴを使用した場合は、その内蔵ダイオード（寄生ダイオード）がスイッチング素子と逆並列の帰還ダイオードとなり、負荷からの還流電流を流すことができる。ＰＷＭアンプ３３は、キャリア波（例えば三角波）と正弦波（変調波）の電圧を比較して（一定高さのパルスをチョッピングして、デューティー比を変える）、各スイッチング素子をその制御位相を１２０°ずつずらして（ＵＶ−ＵＷ−ＶＷ−ＶＵ−ＷＵ−ＷＶ）オンオフさせることにより、低次の高調波が少ない波形が得られる正弦波ＰＷＭ方式の回路構成を有する。
【００１８】
（ローパスフィルタ）
図２に示すように、駆動手段（不図示）でオンオフされるスッチング素子Ｍ１及びＭ２を有するＰＷＭアンプ３３とコイルＬ１３（負荷）との間にローパスフィルタ３４が挿入されるとともに、ローパスフィルタ３４とコイルＬ１３（リニアモータの巻線）との間に駆動電流を検出するシャント抵抗Ｒｓが接続されている。ＰＷＭアンプ３３の出力電圧は、ローパスフィルタ３４を介してコイルＬ１３に供給されるので、スイッチング素子のオンオフで発生するノイズが除去される。ローパスフィルタ３４は、負荷（コイルＬ１３）と直列に接続されたコイルＬ１と、負荷と並列に接続されたコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１と直列に接続された抵抗Ｒ１を有するコイル入力型ノイズフィルタである。実際のリニアモータはＹ形結線又はΔ形結線された３相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を有するが、図２は１相分のみを示す。
【００１９】
このローパスフィルタ３４は、インダクタとコンデンサからなる少なくとも２次以上の次数をもつので、フィルタを通過したアナログ信号（正弦波電流）には１８０°以上の位相回転が生じるので、安定な負帰還動作を行うためには、ループゲインを下げて位相の進み補償を行うことが必要である。そこでコンデンサＣ１と直列に抵抗Ｒ１を接続する。このようにＬＣ回路に抵抗を付加することにより、カットオフ周波数近傍におけるループゲインが下がるので、安定な負帰還動作を行うことができる。
【００２０】
ただ単純にループゲインを下げただけでは、応答性が低下するので、ローパスフィルタ（単体）の特性、すなわちフィルタの周波数応答の変化の鋭さを示す指標となるＱ値を下げて、周波数特性の変化を抑制する（Ｑ値を下げて、接続回路とフィルタとで鋭い直列共振回路をつくらないようにする。）ことが必要である。そこでローパスフィルタの回路定数、特に付加抵抗の抵抗値を適切に選定することにより、周波数帯域を広げることが可能となり、もって輻射ノイズの減少効果と応答性を両立することができる。
【００２１】
（ローパスフィルタの等価回路）
実際のフィードバック制御では、駆動電流はフィルタを構成するコイルの抵抗分や負荷コイルの抵抗分などの影響を受けるので、図３に示す等価回路で検討した結果を述べる。ローパスフィルタ３４は、コイルＬ１、コンデンサＣ１及び付加抵抗Ｒ１からなる（Ｃ１はＲ１と直列回路を構成する。）とともに、コイルに含まれる抵抗分、すなわち銅損Ｒ５及び鉄損Ｒ６を含む。負荷側はコイルのインダクタンスＬ１１とその抵抗分Ｒ１１の直列回路とし、また電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｓを含む。この等価回路から、コンデンサＣ１の等価直列抵抗（ＥＳＲ）と付加抵抗Ｒ１の合計（ＥＳＲ＋Ｒ１）が、コンデンサのインピーダンス（Ｚｃ）よりも十分小さく、かつコンデンサのインピーダンスＺｃがコイルのインピーダンス（ＺＬ）よりも十分に小さい場合は、フィルタを流れる電流Ｉｃは負荷抵抗Ｒ１に依存せず、ノイズフィルタの効果を維持できることがわかる。
【００２２】
そこで、図３において、各素子定数を次のように設定してフィルタのＱ値を算出した。例えばローパスフィルタは、カットオフ周波数を概ね２０ｋＨｚ（例えば１７ｋＨｚ）とするために、コイルＬ２のインダクタンスＺｃ＝０．４ｍＨ、銅損Ｒ５＝０．５Ω、鉄損Ｒ６＝１５００Ω、コンデンサＣ１の容量＝２２０ｎＦ、付加抵抗Ｒ１＝３Ωとし、リニアモータの巻線（コイル）は、インダクタンスＬ１１＝８ｍＨ、抵抗Ｒ１１＝５Ωとし［インピーダンス（＋ｊ）＝４．８ｋΩ］、シャント抵抗Ｒｓ＝０．０２Ωとし、ＰＷＭアンプのスイッチング周波数を１００ｋＨｚ、入力電圧を±１７５Ｖとした。図３の等価回路では、フィルタのＱ値は、コイルＬ１のインピーダンスＺＬ（＋ｊ＝２４０Ω）を、コンデンサＣ１のインピーダンス（−ｊ＝７Ω）と付加抵抗Ｒ１とオン抵抗（スイッチング素子をオンオフする時の損失）と銅損の和で除した値［２４０Ω／ＥＳＲ＋外付抵抗（Ｒ１）＋オン抵抗（スイッチング損失）＋銅損（Ｒ６）］に近似できるので、Ｑ値は大幅に低下し、ゲインの位相余裕が拡大することが明らかである。このフィルタ回路は、通過させたい信号の周波数の上限にカットオフ周波数を設定する（カットオフ周波数で挿入損失が増加し始める）ように、フィルタ定数（Ｃ／Ｌ）が決定され、例えば、カットオフ周波数を低くする場合は、素子定数を大きくすればよい。また通常のノイズフィルタと同様に、本発明においても、直列共振周波数が高く高周波損失が大きいコイルＬ１を使用することが好ましい。
【００２３】
（ローパスフィルタのゲイン−周波数特性）
図３の等価回路において、各素子の定数を上記と同様に設定してフィルタ回路の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を図４（ａ）に示し、比較のために図３において外付け抵抗が無い場合のシミュレーション結果を図４（ｂ）に示す。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、比較例のローパスフィルタを備えたクローズドループのゲインは、２０ｋＨｚ（カットオフ周波数）近傍で約３０ｄＢの鋭いピークをもつのに対し、図４（ａ）に示すように、本発明のローパスフィルタを備えたクローズドループのゲインは、２０ｋＨｚ近傍にピークが存在するが、その値は２０ｄＢに減少しかつピークの前後で緩やかなゲイン変動になることがわかる。またゲインの減衰特性を比較すると、１００ｋＨｚ（スイッチング周波数）のゲインは、図４（ａ）と図４（ｂ）とで略同一の値（約−３０ｄＢ）であることがわかる。すなわち、ローパスフィルタ（ＬＣ回路）にコイルＬ及びコンデンサＣのインピーダンスよりも十分に小さいインピーダンスを有する抵抗を付加することにより、カットオフ周波数に変動はないが、フィルタのＱ値が大幅に低下し、その分フィードバック制御系の一巡（クローズドループ）ゲインを増加できる、すなわちローパスフィルタのノイズ除去機能を低下することなく、応答性の高い負帰還動作を実現できることがわかる。
【００２５】
図４に示す周波数特性はシミュレーションで算出した結果であるが、動作確認用回路でゲイン−周波数特性を実測した結果を見ると、シミュレーション結果と略一致しており、ゲインのピークの数値は異なるが、カットオフ周波数（２０ｋＨｚ）におけるゲインのピーク値が略１０ｄＢだけ下がることが確認された。
【００２６】
（フィードバック制御系のゲイン−周波数特性）
次に、本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系（図1参照）のゲイン−周波数特性をシミュレーション（回路定数は図４の場合と同様）により算出した結果を図５（ａ）に示す。また比較のために、図２において抵抗Ｒ１が無いローパスフィルタを備えた以外は図５（ａ）と同一の条件でシミュレーションした結果を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系のオープンループゲインのピークはカットオフ周波数付近に存在し、その値は４ｋＨｚ付近の周波数におけるゲインと同等であり、図５（ｂ）に示す従来のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系のオープンループゲインのピークが２ｋＨｚ付近の周波数におけるゲインと略同等である、すなわち、モータ駆動周波数のバンド幅を従来の２倍にできることがわかる。したがって本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系では、駆動電流（実電流）を検出する回路の出力端から負帰還を掛けているので、ＰＷＭアンプの電源電圧の変動によりフィードバック制御系のゲインが変動することがあるが、その場合でも、ゲイン余裕（ボード線図では位相交点におけるゲインの符号を反転させた値となる）を考慮した場合、応答性を損なわずに安定性を確保することができる。
【００２７】
また図５に示す周波数特性もシミュレーションで算出した結果であるが、前述した動作確認用回路で入力指令をステップ状の電圧で与えた場合の駆動電流の立ち上がり時間を実測した結果を見ると、電源電圧（入力指令）の変動によるゲインの変化に対して余裕があり、安定した動作を行えることが確認された。
【００２８】
（素子定数の設定）
図２に示すローパスフィルタにおいて、ＬＣ回路に付加した抵抗Ｒ１の値を変化させた場合の、抵抗Ｒ１での損失（Ｐｌｏｓｓ）、抵抗Ｒ１に印加される電圧（ＶＲ１ｐｐ）、スイッチング素子のオンオフに伴い抵抗の両端に発生する電圧のリップル（Ｖｏｕｔ１ｐｐ）をシミュレーションで算出した結果を図６に示す。同図から、抵抗Ｒ１が増加すると、抵抗Ｒ１に印加される電圧も増加するので、損失が増大する。またリップル成分（電圧はコンデンサのインピーダンスと抵抗のインピーダンスの合計になる。）は抵抗Ｒ１が５Ωまでは緩やかに増加し、抵抗Ｒ１が７Ω以上になると急激に増加することがわかる。このシミュレーション結果から、抵抗Ｒ１が５Ωまではリップル電圧を低減できることがわかる。ただし抵抗Ｒ１が低くなりすぎるとカットオフ周波数近傍におけるループゲインを下げる効果が減少し、安定な負帰還動作を行うことが困難となることも考慮すると、付加抵抗Ｒ１の値は例えば２〜５Ωの範囲に設定することが好ましい。この抵抗値は、リニアモータの動作仕様（推力、駆動電流、ストローク等）、制御機器の構成及びその使用環境（配線、接地方法等）などを考慮して設定すればよい。例えば半導体製造用縮小投影露光装置で使用されるリニアモータの場合には、ローパスフィルタに付加する抵抗Ｒ１を上述したような範囲（２〜５Ω）に設定すればよい。
【００２９】
（コモンモードチョークコイル）
また、本発明においては、図２に示す回路構成に限らず、図７及び図８に示すように、輻射ノイズをさらに低減する（コモンモードノイズを除去する）ために、ローパスフィルタと負荷コイルとの間に、３個のコイルを各巻線に生じる電圧が打ち消し合う方向に巻回して形成したコモンモードチョークコイルを接続した回路構成とすることができる。図７はＹ形結線された３相コイルの各相に駆動電流を供給する３相３線方式であり、図８はＹ形結線された３相コイルの中性点にも駆動電流を供給する３相４線方式である。図７及び８において、負荷コイルはΔ結線されていてもよい。
【００３０】
図７の回路では、各組のスイッチング素子（Ｍ１とＭ２、Ｍ３とＭ４、Ｍ５とＭ６）から出力された駆動電流は各々、ローパスフィルタ３４ａ（Ｌ１、Ｒ１、Ｃ１）、３４ｂ（Ｌ２、Ｒ２、Ｃ２）、３４Ｃ（Ｌ３、Ｒ３、Ｃ３）及びコモンモードチョークコイル（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６）を介して各相のコイルＬ１３、Ｌ１２及びＬ１１に供給される。
【００３１】
図８の回路では、各組のスイッチング素子（Ｍ１とＭ２、Ｍ３とＭ４、Ｍ５とＭ６）から出力された駆動電流は各々、図７と同様にローパスフィルタ（３４ａ、３４ｂ、３４Ｃ）及びコモンモードチョークコイル（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６）を介して各相のコイルＬ１３、Ｌ１２及びＬ１１に供給される。また残りのスイッチング素子（Ｍ７とＭ８）ら出力された駆動電流は、ローパスフィルタ３４ｄ（Ｌ１８、Ｒ４、Ｃ４）を介して負荷コイルの中性点に供給される。
【００３２】
（動作の安定性及び応答性）
本発明のローパスフィルタを備えた電流制御系の動作の安定性と電流指令に対する応答性を確認するために、図８に示す電流制御回路のゲイン−周波数特性を測定した結果を図９及び図１０に示す。ローパスフィルタを構成する各素子の定数は、図３の場合と同様である。また比較のために図８において付加抵抗を除いたローパスフィルタを備えた以外は同様の電流制御回路のゲイン−周波数特性を測定した結果を図１１及び図１２に示す。図９及び図１１はクローズドループのボード線図、図１０及び図１２はオープンループのボード線図である。図９と図１１から、本発明によれば、カットオフ周波数（２０ｋＨｚ）近傍において比較例よりもゲインのピークが２．３ｄＢ減少するが、ピーク以外の特性は殆ど変化しないことがわかる。すなわち電源電圧が約３０％増加してその分ゲインが増加しても安定な動作が行えることがわかる。また図１０と図１２からオープンループゲインは全体として２．３ｄＢ高くなるので、応答性が約２０％向上することがわかる。
【００３３】
（ローパスフィルタの変形例）
本発明のローパスフィルタは、上記の回路構成に限定されず、例えば次のような変更（図示を省略する。）が可能である。すなわち図２に示すフィルタ回路において、抵抗Ｒ１と並列にコンデンサを接続することができる。またコンデンサと抵抗の直列回路に並列にコンデンサを付加することができる。このようにローパスフィルタにバイパス・コンデンサを付加することにより、フィルタのＱ値を調整できるので、フィルタのカットオフ周波数を微調整できると推定される。これらの回路構成を採用する場合は、スイッチング周波数におけるコンデンサのインピーダンスを抵抗よりも十分大きくして、スイッチング周波数におけるフィルタの特性（Ｑ値）を低減する効果が維持できるように素子定数を設定すればよい。
【００３４】
（ノーマルモードノイズ）
２つの回路を接続する２本以上の配線が同時に同じノイズの影響を受けた場合（コモンモードノイズ）、各配線に同じ大きさで同じ向きに流れる電流が発生するが、このノイズは原理的に除去できる。しかし、複数の配線がそれぞれ異なったノイズの影響を受けた場合（ノーマルモードノイズ）、このノイズは原理的に除去できないので、本発明では複数の接続線を同じ環境化にあるように配線させることが好ましい。
【符号の説明】
【００３５】
１：コントローラ、２：負荷、３：ＰＷＭドライバ、３１：誤差アンプ、３２：位相補償アンプ、３３：ＰＷＭアンプ、３４：ローパスフィルタ、３５：シャント抵抗、３６：絶縁アンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置などに使用されリニアモータの速度をＰＷＭ方式によりフィードバック制御するためのリニアモータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶パネルなどの製造装置（露光装置や検査装置等）においては、例えば、被露光部材（ウエハ）又はマスク（レクチル）を搭載したステージを、コイルユニットと磁石ユニットを備えたリニア同期モータ（以下単にリニアモータという）により駆動することが行われている（特許文献１参照）。特にスキャン形縮小投影露光装置では、ウエハステージとレクチルステージを等速で移動させながら転写するので、ナノオーダのスキャン精度を確保するために、同期一定速度送り、高精度位置決め、推力リップル改善が重要である。
【０００３】
上記のリニアモータは、電流の値に応じた推力で可動部材（例えばコイルユニット）を移動させるために、負荷（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる３相コイル）に正弦波状の駆動電流（例えば数Ａ〜１０Ａ）を供給することにより駆動される。この駆動電流は、商用電源を全波整流して直流電圧に変換するコンバータ部と、コンデンサで平滑化された直流電圧を任意の周波数の交流に変換するインバータ部を有する電圧形インバータから供給される。このインバータ部は、キャリア波（例えば三角波）と信号波を比較してブリッジ接続した各相のスイッチング素子をその制御位相を１２０°ずつずらして（ＵＶ−ＵＷ−ＶＷ−ＶＵ−ＷＵ−ＷＶ）オンオフすることにより、正弦波状の駆動電流に変調するＰＷＭ方式により制御される。通常のリニアモータは、可動子の移動方向を切り替える（コイルに供給する電流の向きを変える）ために可動子の位置を検出する位置センサを備えている（特許文献２参照）。
【０００４】
上述したリニアモータの推力にリップル成分が含まれていると精密な速度制御及び位置決め制御が困難となるので、負荷（３相コイル）に供給される駆動電流を検出し、その電流値に基づいてインバータ部で電圧の周波数を変えてモータの速度を制御することが行われる。すなわちインバータ部では、出力電流をフィードバックしてＰＷＭ信号を生成することにより、出力電圧を安定化している。
【０００５】
またＰＷＭ方式では、キャリア波と信号波との比較によってパルス幅変調出力を得るので、キャリア周波数を高くして（例えば１００ＫＨｚ）、変調信号以外の不要なキャリア周波数はサイドバンドとして高周波数域に移動させ、波形改善を行う。すなわち、スイッチング素子の中点とＧＮＤ間にノイズフィルタ（以下ローパスフィルタという）を挿入して、その挿入損失を利用して高域の周波数をカットすることにより、外部に輻射されるノイズを低減するのが一般的である（例えば特許文献２参照）。このローパスフィルタは、高域の周波数をカットするために回路に直列に接続されるインダクタンス（周波数が高くなるとインピーダンスが増加）と、低域の周波数をカットするために回路に並列に接続されるコンデンサ（周波数が高くなるとインピーダンスが減少）を有する。
【０００６】
また、上記のインバータ部で発生するノイズは、出力端子（プラス・マイナス）間に直流電圧に重畳されているノーマルモード成分と、アース間と出力端子間に発生し、出力端子間では同相のコモンモード成分からなる。コモンモードノイズは、回路のアンバランスがあるとノーマルモードに変わり、また一般にコモンモードノイズが大きくなると、外部に輻射されるノイズも大きくなるが、前記の通り電圧源（インバータ部）と負荷との間にローパスフィルタ（ＬＣフィルタ）を挿入することにより除去できる。
【０００７】
上述したＰＷＭ方式の電流制御系（フィードバック制御）においては、負荷電流や入力電圧の急激な変化に対する出力電圧の過渡応答特性を向上させるために、制御ループゲインを大きくすると、ローパスフィルタで位相遅れが生じ、負帰還であるべき帰還ループが正帰還となり、出力電圧は発振し易くなる。一方発振を抑制するために、制御ループゲインを小さくすると出力電圧の応答性が低下し、負荷電流が増大した場合、出力電圧が低下する。そこで、出力応答性と系の安定性を両立させるために、入力された電力をＰＷＭ信号に応じてスイッチングしてパルス状波形を形成するスイッチ回路と、パルス状波形を直流に変換して出力する平滑回路とを備えたスイッチング電源装置用制御装置においては、平滑回路の出力電圧に応じてこの出力電圧の変動を抑制するようにＰＷＭ信号の時比率を変化させる時比率調整部と、ＰＷＭ信号の時比率を演算することによりＰＷＭ信号のパルス幅に補正を与えるように設けられた補正用帰還ループと、平滑回路を流れる電流を検出する検出素子からの出力の平均値を求め、時比率調整部内にこの平均値を加える平均電流値生成部とを備え、この平均値を減算器を介して時比率調整部に加える場合は、減算処理となるが、出力電圧の位相が進むように加えられることが提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−４７２８５号公報（第２頁）
【特許文献２】特開２００３−８８１７０号公報（第３−４頁、図１、図２）
【特許文献３】特許第３７４０１３３号公報（第３−４頁、図１、図２、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ノイズは線路を流れる電流の断続により発生するので、線路間を往復するノーマルモードノイズは大きいが、空間への放射が小さく、障害の度合が小さいので、特別な対策は提案されていない。しかしながらリニアモータの電流制御系では、高精度の速度制御、すなわち推力リップルの低減が必要とされるので、駆動装置で発生するノーマルモードノイズを無視することができないが、従来はその除去対策が検討されていないといった問題がある。
【００１０】
したがって本発明の目的は、ノイズフィルタのカットオフ周波数帯域を従来よりも広くかつノーマルモードノイズを低減することができるリニアモータ駆動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明のリニアモータ駆動装置は、外部入力信号と出力側からの負帰還信号との差を増幅する誤差アンプと、誤差アンプから出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプと、この出力電圧をパルス幅変調するＰＷＭアンプと、ＰＷＭアンプと負荷コイルとの間に設けられたＬＣ回路を含むコイル入力型ローパスフィルタとを有するリニアモータ用駆動装置において、前記ローパスフィルタは、ＬＣ回路を構成するコンデンサと直列に接続された抵抗を含むとともに、抵抗を含む回路定数は、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定されることを特徴とする。
【００１２】
本発明において、前記ローパスフィルタは、前記コンデンサ及び前記抵抗と並列にコンデンサを接続するか又は前記抵抗と並列にコンデンサを接続することができる。
【００１３】
本発明のリニアモータ駆動装置は、ローパスフィルタと負荷コイルとの間にコモンモードチョークコイルを接続することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＰＷＭアンプと負荷コイルとの間に、コンデンサと直列に接続された抵抗を含むとともに、抵抗を含む回路定数が、カットオフ周波数近傍における周波数特性が平滑化されるように設定されたコイル入力型ローパスフィルタを設けるので、ノイズフィルタのカットオフ周波数帯域を従来よりも広くかつノーマルモードノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の駆動装置を備えたリニアモータの電流制御系を示すブロック図である。
【図２】本発明の駆動装置の要部を示す回路図である。
【図３】図２の等価回路を示す回路図である。
【図４】フィードバック制御系のゲイン−周波数特性を示す図であり、（ａ）は本発明のローパスフィルタを有するクローズドループのボード線図、（ｂ）は比較例のローパスフィルタを有するのクローズドループのボード線図である。
【図５】フィードバック制御系のゲイン−周波数特性を示す図であり、（ａ）は本発明のローパスフィルタを有するオープンループのボード線図、（ｂ）は比較例のローパスフィルタを有するのオープンループのボード線図である。
【図６】ローパスフィルタの抵抗と電圧リップル及び抵抗損失との関係を示す図である。
【図７】本発明の他の例を示す回路図である。
【図８】本発明の他の例を示す回路図である。
【図９】本発明のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるクローズドループのボード線図である。
【図１０】本発明のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるオープンループのボード線図である。
【図１１】比較例のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるクローズドループのボード線図である。
【図１２】比較例のローパスフィルタを有するフィードバック制御系におけるオープンループのボード線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（フィードバック制御系）
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。図１に示すように本発明のリニアモータ駆動装置は、リニアモータの負荷（３相巻線）２に不要な高調波成分の少ない駆動電流を供給するために、特定のノイズフィルタを有するＰＷＭドライバ３を備えている。リニアモータは負荷（３相巻線：Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルからなる３相コイル）に駆動電流を供給することにより、可動子（コイル又は磁石ユニット）が駆動される。負荷に供給される駆動電流の制御を行うＰＷＭドライバ３は、コントローラ１からの電流指令（アナログ入力）と、負荷２側からフィードバックされた検出電流との偏差を演算して増幅する誤差アンプ３１と、この偏差と推力指令との位相差を補償する位相補償アンプ３２と、コントローラからの電流指令と出力電流を比較してスイッチング素子のオン時間を制御して所定のデューティー比でパルス幅変調された駆動電流を出力するＰＷＭアンプ３３と、駆動電流からノイズを除去するローパスフィルタ３４を備えている。この検出電流は、負荷２とＰＷＭドライバ３との間に接続されたシャント抵抗３５により、その両端の電圧降下として検出され、絶縁アンプ３６を介して誤差アンプ３１に供給することにより、シャント抵抗の両端が絶縁されているので、ノイズが重畳され難く、高精度の電流検出が可能となる。
【００１７】
（ＰＷＭアンプ）
ＰＷＭアンプ３３は、ブリッジ接続した３組のスイッチング素子（図１では１組のみを示す。）を有する。スイッチング素子としては、例えばＭＯＳＦＥＴを使用した場合は、その内蔵ダイオード（寄生ダイオード）がスイッチング素子と逆並列の帰還ダイオードとなり、負荷からの還流電流を流すことができる。ＰＷＭアンプ３３は、キャリア波（例えば三角波）と正弦波（変調波）の電圧を比較して（一定高さのパルスをチョッピングして、デューティー比を変える）、各スイッチング素子をその制御位相を１２０°ずつずらして（ＵＶ−ＵＷ−ＶＷ−ＶＵ−ＷＵ−ＷＶ）オンオフさせることにより、低次の高調波が少ない波形が得られる正弦波ＰＷＭ方式の回路構成を有する。
【００１８】
（ローパスフィルタ）
図２に示すように、駆動手段（不図示）でオンオフされるスッチング素子Ｍ１及びＭ２を有するＰＷＭアンプ３３とコイルＬ１３（負荷）との間にローパスフィルタ３４が挿入されるとともに、ローパスフィルタ３４とコイルＬ１３（リニアモータの巻線）との間に駆動電流を検出するシャント抵抗Ｒｓが接続されている。ＰＷＭアンプ３３の出力電圧は、ローパスフィルタ３４を介してコイルＬ１３に供給されるので、スイッチング素子のオンオフで発生するノイズが除去される。ローパスフィルタ３４は、負荷（コイルＬ１３）と直列に接続されたコイルＬ１と、負荷と並列に接続されたコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１と直列に接続された抵抗Ｒ１を有するコイル入力型ノイズフィルタである。実際のリニアモータはＹ形結線又はΔ形結線された３相コイル（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）を有するが、図２は１相分のみを示す。
【００１９】
このローパスフィルタ３４は、インダクタとコンデンサからなる少なくとも２次以上の次数をもつので、フィルタを通過したアナログ信号（正弦波電流）には１８０°以上の位相回転が生じるので、安定な負帰還動作を行うためには、ループゲインを下げて位相の進み補償を行うことが必要である。そこでコンデンサＣ１と直列に抵抗Ｒ１を接続する。このようにＬＣ回路に抵抗を付加することにより、カットオフ周波数近傍におけるループゲインが下がるので、安定な負帰還動作を行うことができる。
【００２０】
ただ単純にループゲインを下げただけでは、応答性が低下するので、ローパスフィルタ（単体）の特性、すなわちフィルタの周波数応答の変化の鋭さを示す指標となるＱ値を下げて、周波数特性の変化を抑制する（Ｑ値を下げて、接続回路とフィルタとで鋭い直列共振回路をつくらないようにする。）ことが必要である。そこでローパスフィルタの回路定数、特に付加抵抗の抵抗値を適切に選定することにより、周波数帯域を広げることが可能となり、もって輻射ノイズの減少効果と応答性を両立することができる。
【００２１】
（ローパスフィルタの等価回路）
実際のフィードバック制御では、駆動電流はフィルタを構成するコイルの抵抗分や負荷コイルの抵抗分などの影響を受けるので、図３に示す等価回路で検討した結果を述べる。ローパスフィルタ３４は、コイルＬ１、コンデンサＣ１及び付加抵抗Ｒ１からなる（Ｃ１はＲ１と直列回路を構成する。）とともに、コイルに含まれる抵抗分、すなわち銅損Ｒ５及び鉄損Ｒ６を含む。負荷側はコイルのインダクタンスＬ１１とその抵抗分Ｒ１１の直列回路とし、また電流を検出するためのシャント抵抗Ｒｓを含む。この等価回路から、コンデンサＣ１の等価直列抵抗（ＥＳＲ）と付加抵抗Ｒ１の合計（ＥＳＲ＋Ｒ１）が、コンデンサのインピーダンス（Ｚｃ）よりも十分小さく、かつコンデンサのインピーダンスＺｃがコイルのインピーダンス（ＺＬ）よりも十分に小さい場合は、フィルタを流れる電流Ｉｃは負荷抵抗Ｒ１に依存せず、ノイズフィルタの効果を維持できることがわかる。
【００２２】
そこで、図３において、各素子定数を次のように設定してフィルタのＱ値を算出した。例えばローパスフィルタは、カットオフ周波数を概ね２０ｋＨｚ（例えば１７ｋＨｚ）とするために、コイルＬ２のインダクタンスＺｃ＝０．４ｍＨ、銅損Ｒ５＝０．５Ω、鉄損Ｒ６＝１５００Ω、コンデンサＣ１の容量＝２２０ｎＦ、付加抵抗Ｒ１＝３Ωとし、リニアモータの巻線（コイル）は、インダクタンスＬ１１＝８ｍＨ、抵抗Ｒ１１＝５Ωとし［インピーダンス（＋ｊ）＝４．８ｋΩ］、シャント抵抗Ｒｓ＝０．０２Ωとし、ＰＷＭアンプのスイッチング周波数を１００ｋＨｚ、入力電圧を±１７５Ｖとした。図３の等価回路では、フィルタのＱ値は、コイルＬ１のインピーダンスＺＬ（＋ｊ＝２４０Ω）を、コンデンサＣ１のインピーダンス（−ｊ＝７Ω）と付加抵抗Ｒ１とオン抵抗（スイッチング素子をオンオフする時の損失）と銅損の和で除した値［２４０Ω／ＥＳＲ＋外付抵抗（Ｒ１）＋オン抵抗（スイッチング損失）＋銅損（Ｒ６）］に近似できるので、Ｑ値は大幅に低下し、ゲインの位相余裕が拡大することが明らかである。このフィルタ回路は、通過させたい信号の周波数の上限にカットオフ周波数を設定する（カットオフ周波数で挿入損失が増加し始める）ように、フィルタ定数（Ｃ／Ｌ）が決定され、例えば、カットオフ周波数を低くする場合は、素子定数を大きくすればよい。また通常のノイズフィルタと同様に、本発明においても、直列共振周波数が高く高周波損失が大きいコイルＬ１を使用することが好ましい。
【００２３】
（ローパスフィルタのゲイン−周波数特性）
図３の等価回路において、各素子の定数を上記と同様に設定してフィルタ回路の周波数特性をシミュレーションにより算出した結果を図４（ａ）に示し、比較のために図３において外付け抵抗が無い場合のシミュレーション結果を図４（ｂ）に示す。
【００２４】
図４（ｂ）に示すように、比較例のローパスフィルタを備えたクローズドループのゲインは、２０ｋＨｚ（カットオフ周波数）近傍で約３０ｄＢの鋭いピークをもつのに対し、図４（ａ）に示すように、本発明のローパスフィルタを備えたクローズドループのゲインは、２０ｋＨｚ近傍にピークが存在するが、その値は２０ｄＢに減少しかつピークの前後で緩やかなゲイン変動になることがわかる。またゲインの減衰特性を比較すると、１００ｋＨｚ（スイッチング周波数）のゲインは、図４（ａ）と図４（ｂ）とで略同一の値（約−３０ｄＢ）であることがわかる。すなわち、ローパスフィルタ（ＬＣ回路）にコイルＬ及びコンデンサＣのインピーダンスよりも十分に小さいインピーダンスを有する抵抗を付加することにより、カットオフ周波数に変動はないが、フィルタのＱ値が大幅に低下し、その分フィードバック制御系の一巡（クローズドループ）ゲインを増加できる、すなわちローパスフィルタのノイズ除去機能を低下することなく、応答性の高い負帰還動作を実現できることがわかる。
【００２５】
図４に示す周波数特性はシミュレーションで算出した結果であるが、動作確認用回路でゲイン−周波数特性を実測した結果を見ると、シミュレーション結果と略一致しており、ゲインのピークの数値は異なるが、カットオフ周波数（２０ｋＨｚ）におけるゲインのピーク値が略１０ｄＢだけ下がることが確認された。
【００２６】
（フィードバック制御系のゲイン−周波数特性）
次に、本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系（図1参照）のゲイン−周波数特性をシミュレーション（回路定数は図４の場合と同様）により算出した結果を図５（ａ）に示す。また比較のために、図２において抵抗Ｒ１が無いローパスフィルタを備えた以外は図５（ａ）と同一の条件でシミュレーションした結果を図５（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系のオープンループゲインのピークはカットオフ周波数付近に存在し、その値は４ｋＨｚ付近の周波数におけるゲインと同等であり、図５（ｂ）に示す従来のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系のオープンループゲインのピークが２ｋＨｚ付近の周波数におけるゲインと略同等である、すなわち、モータ駆動周波数のバンド幅を従来の２倍にできることがわかる。したがって本発明のローパスフィルタを備えたフィードバック制御系では、駆動電流（実電流）を検出する回路の出力端から負帰還を掛けているので、ＰＷＭアンプの電源電圧の変動によりフィードバック制御系のゲインが変動することがあるが、その場合でも、ゲイン余裕（ボード線図では位相交点におけるゲインの符号を反転させた値となる）を考慮した場合、応答性を損なわずに安定性を確保することができる。
【００２７】
また図５に示す周波数特性もシミュレーションで算出した結果であるが、前述した動作確認用回路で入力指令をステップ状の電圧で与えた場合の駆動電流の立ち上がり時間を実測した結果を見ると、電源電圧（入力指令）の変動によるゲインの変化に対して余裕があり、安定した動作を行えることが確認された。
【００２８】
（素子定数の設定）
図２に示すローパスフィルタにおいて、ＬＣ回路に付加した抵抗Ｒ１の値を変化させた場合の、抵抗Ｒ１での損失（Ｐｌｏｓｓ）、抵抗Ｒ１に印加される電圧（ＶＲ１ｐｐ）、スイッチング素子のオンオフに伴い抵抗の両端に発生する電圧のリップル（Ｖｏｕｔ１ｐｐ）をシミュレーションで算出した結果を図６に示す。同図から、抵抗Ｒ１が増加すると、抵抗Ｒ１に印加される電圧も増加するので、損失が増大する。またリップル成分（電圧はコンデンサのインピーダンスと抵抗のインピーダンスの合計になる。）は抵抗Ｒ１が５Ωまでは緩やかに増加し、抵抗Ｒ１が７Ω以上になると急激に増加することがわかる。このシミュレーション結果から、抵抗Ｒ１が５Ωまではリップル電圧を低減できることがわかる。ただし抵抗Ｒ１が低くなりすぎるとカットオフ周波数近傍におけるループゲインを下げる効果が減少し、安定な負帰還動作を行うことが困難となることも考慮すると、付加抵抗Ｒ１の値は例えば２〜５Ωの範囲に設定することが好ましい。この抵抗値は、リニアモータの動作仕様（推力、駆動電流、ストローク等）、制御機器の構成及びその使用環境（配線、接地方法等）などを考慮して設定すればよい。例えば半導体製造用縮小投影露光装置で使用されるリニアモータの場合には、ローパスフィルタに付加する抵抗Ｒ１を上述したような範囲（２〜５Ω）に設定すればよい。
【００２９】
（コモンモードチョークコイル）
また、本発明においては、図２に示す回路構成に限らず、図７及び図８に示すように、輻射ノイズをさらに低減する（コモンモードノイズを除去する）ために、ローパスフィルタと負荷コイルとの間に、３個のコイルを各巻線に生じる電圧が打ち消し合う方向に巻回して形成したコモンモードチョークコイルを接続した回路構成とすることができる。図７はＹ形結線された３相コイルの各相に駆動電流を供給する３相３線方式であり、図８はＹ形結線された３相コイルの中性点にも駆動電流を供給する３相４線方式である。図７及び８において、負荷コイルはΔ結線されていてもよい。
【００３０】
図７の回路では、各組のスイッチング素子（Ｍ１とＭ２、Ｍ３とＭ４、Ｍ５とＭ６）から出力された駆動電流は各々、ローパスフィルタ３４ａ（Ｌ１、Ｒ１、Ｃ１）、３４ｂ（Ｌ２、Ｒ２、Ｃ２）、３４Ｃ（Ｌ３、Ｒ３、Ｃ３）及びコモンモードチョークコイル（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６）を介して各相のコイルＬ１３、Ｌ１２及びＬ１１に供給される。
【００３１】
図８の回路では、各組のスイッチング素子（Ｍ１とＭ２、Ｍ３とＭ４、Ｍ５とＭ６）から出力された駆動電流は各々、図７と同様にローパスフィルタ（３４ａ、３４ｂ、３４Ｃ）及びコモンモードチョークコイル（Ｌ１４、Ｌ１５、Ｌ１６）を介して各相のコイルＬ１３、Ｌ１２及びＬ１１に供給される。また残りのスイッチング素子（Ｍ７とＭ８）ら出力された駆動電流は、ローパスフィルタ３４ｄ（Ｌ１８、Ｒ４、Ｃ４）を介して負荷コイルの中性点に供給される。
【００３２】
（動作の安定性及び応答性）
本発明のローパスフィルタを備えた電流制御系の動作の安定性と電流指令に対する応答性を確認するために、図８に示す電流制御回路のゲイン−周波数特性を測定した結果を図９及び図１０に示す。ローパスフィルタを構成する各素子の定数は、図３の場合と同様である。また比較のために図８において付加抵抗を除いたローパスフィルタを備えた以外は同様の電流制御回路のゲイン−周波数特性を測定した結果を図１１及び図１２に示す。図９及び図１１はクローズドループのボード線図、図１０及び図１２はオープンループのボード線図である。図９と図１１から、本発明によれば、カットオフ周波数（２０ｋＨｚ）近傍において比較例よりもゲインのピークが２．３ｄＢ減少するが、ピーク以外の特性は殆ど変化しないことがわかる。すなわち電源電圧が約３０％増加してその分ゲインが増加しても安定な動作が行えることがわかる。また図１０と図１２からオープンループゲインは全体として２．３ｄＢ高くなるので、応答性が約２０％向上することがわかる。
【００３３】
（ローパスフィルタの変形例）
本発明のローパスフィルタは、上記の回路構成に限定されず、例えば次のような変更（図示を省略する。）が可能である。すなわち図２に示すフィルタ回路において、抵抗Ｒ１と並列にコンデンサを接続することができる。またコンデンサと抵抗の直列回路に並列にコンデンサを付加することができる。このようにローパスフィルタにバイパス・コンデンサを付加することにより、フィルタのＱ値を調整できるので、フィルタのカットオフ周波数を微調整できると推定される。これらの回路構成を採用する場合は、スイッチング周波数におけるコンデンサのインピーダンスを抵抗よりも十分大きくして、スイッチング周波数におけるフィルタの特性（Ｑ値）を低減する効果が維持できるように素子定数を設定すればよい。
【００３４】
（ノーマルモードノイズ）
２つの回路を接続する２本以上の配線が同時に同じノイズの影響を受けた場合（コモンモードノイズ）、各配線に同じ大きさで同じ向きに流れる電流が発生するが、このノイズは原理的に除去できる。しかし、複数の配線がそれぞれ異なったノイズの影響を受けた場合（ノーマルモードノイズ）、このノイズは原理的に除去できないので、本発明では複数の接続線を同じ環境化にあるように配線させることが好ましい。
【符号の説明】
【００３５】
１：コントローラ、２：負荷、３：ＰＷＭドライバ、３１：誤差アンプ、３２：位相補償アンプ、３３：ＰＷＭアンプ、３４：ローパスフィルタ、３５：シャント抵抗、３６：絶縁アンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部入力信号と負荷コイル側からの負帰還信号との偏差を増幅する誤差アンプと、前記誤差アンプから出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプと、位相補償された信号をパルス幅変調するＰＷＭアンプと、前記ＰＷＭアンプと前記負荷コイルとの間に設けられたＬＣ回路を含むローパスフィルタとを有するリニアモータ駆動装置において、前記ローパスフィルタは、コンデンサと直列に接続された付加抵抗を含むとともに、この抵抗の素子定数は、カットオフ周波数の実質的な変動を伴わずにフィルタ回路のＱ値が低減するように設定されることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ローパスフィルタは、少なくとも抵抗と並列に接続されたバイパス・コンデンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタと前記負荷コイルとの間にコモンモードチョークコイルが接続されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項１】
外部入力信号と負荷コイル側からの負帰還信号との偏差を増幅する誤差アンプと、前記誤差アンプから出力された信号のパルス幅を補正して出力電圧の位相を進相させる位相補償アンプと、位相補償された信号をパルス幅変調するＰＷＭアンプと、前記ＰＷＭアンプと前記負荷コイルとの間に設けられたＬＣ回路を含むローパスフィルタとを有するリニアモータ駆動装置において、前記ローパスフィルタは、コンデンサと直列に接続された付加抵抗を含むとともに、この抵抗の素子定数は、カットオフ周波数の実質的な変動を伴わずにフィルタ回路のＱ値が低減するように設定されることを特徴とするリニアモータ駆動装置。
【請求項２】
前記ローパスフィルタは、少なくとも抵抗と並列に接続されたバイパス・コンデンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
【請求項３】
前記ローパスフィルタと前記負荷コイルとの間にコモンモードチョークコイルが接続されることを特徴とする請求項１に記載のリニアモータ駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−６３３４６（Ｐ２０１０−６３３４６Ａ）
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０９０７（Ｐ２００９−１２０９０７）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３９３０２７３８３）ＮＥＯＭＡＸエンジニアリング株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【出願人】（３９３０２７３８３）ＮＥＯＭＡＸエンジニアリング株式会社 (46)
【Ｆターム（参考）】
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