JPH0628504B2 - Non-contact type actuator - Google Patents
Non-contact type actuatorInfo
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- JPH0628504B2 JPH0628504B2 JP60248737A JP24873785A JPH0628504B2 JP H0628504 B2 JPH0628504 B2 JP H0628504B2 JP 60248737 A JP60248737 A JP 60248737A JP 24873785 A JP24873785 A JP 24873785A JP H0628504 B2 JPH0628504 B2 JP H0628504B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、塵埃をきらう半導体やバイオテクノロジー関
連の工場などに用いて好適な非接触型アクチュエータに
関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-contact type actuator suitable for use in semiconductors that are resistant to dust, biotechnology-related factories, and the like.
(従来の技術) 従来、リニアパルスモータ(以下、LPMという)を使
用した直接駆動方式の搬送装置が開発されてきている。
この種の先行技術は、例えば、編集者兼発行者「電気学
会」『リニアモータとその応用』124 〜127 頁に記載さ
れている。(Prior Art) Conventionally, a direct drive type transport device using a linear pulse motor (hereinafter, referred to as LPM) has been developed.
This type of prior art is described, for example, in Editors and Publishers "The Institute of Electrical Engineers", "Linear Motors and Their Applications," pages 124-127.
しかし、この搬送装置はワークを含めた搬送部はLPM
と切り離して機械的な直線軸受で支持されるようになっ
ている。つまり、LPMは搬送部の移動に必要な推力の
みを与える機械構造を採用している。However, in this transfer device, the transfer part including the work is LPM
It is designed to be supported by mechanical linear bearings separately from. That is, the LPM employs a mechanical structure that gives only the thrust required to move the transport unit.
(発明が解決しようとする問題点) このように、LPMを用いた搬送装置においても機械的
な軸受を有するために次のような問題点を内在してい
る。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the transport apparatus using the LPM has the following problems because it has a mechanical bearing.
(1) 機械的な摩擦接触をさけることができず、この摩擦
接触部から塵埃が発生する。(1) Mechanical frictional contact cannot be avoided, and dust is generated from this frictional contact part.
(2) 真空状態においては潤滑油に蒸発し、雰囲気を汚す
と共に軸受の焼損を招く。(2) In a vacuum, it evaporates to lubricating oil, polluting the atmosphere and causing bearing burnout.
(3) 摩擦接触部から騒音や振動が発生する。(3) Noise and vibration are generated from the friction contact part.
(4) 機械的な接触部を有するため高精度の位置決めが難
しい。(4) High precision positioning is difficult because it has mechanical contact parts.
本発明は、上記問題点を除去し、可動子の磁気浮上と推
進をコンパクトに構成された固定子と可動子間の磁気力
により行い、しかも作動部を有する可動子が円滑に進退
自在に直接駆動される非接触型アクチュエータを提供す
ることを目的とする。The present invention eliminates the above-mentioned problems, and magnetically levitates and propels a mover by a magnetic force between a compactly constructed stator and mover, and moreover, a mover having an actuating portion can smoothly move back and forth directly. An object is to provide a driven non-contact actuator.
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記問題点を解決するために、非接触型アク
チュエータにおいて、(a) 各先端部に一方向に整列した
複数の歯を有し所定の間隔で設置される少なくとも4つ
の極片を設けた芯部材を有し、該極片上にそれぞれ巻回
される推進案内用コイルによって励磁される推進案内用
磁極と該推進案内用磁極に隣接して前記極片の2つを同
極に励磁するように芯部材上に巻回される吸引用コイル
によって励磁される吸引用磁極とを一体化したリニアモ
ータ磁極と、(b) 該リニアモータ磁極と協働して磁場を
発生する磁極を有する補助電磁石とを具えた固定子と、
(c) 前記固定子のリニアモータ磁極の歯面と対向する面
に一定のピッチを有して整列した歯列が形成され、かつ
前記補助電磁石の磁極に対向する面を有すると共に一方
の端部から軸方向に延びる作動部を有する可動子と、
(d) 前記固定子と前記可動子間の相対変位を検出する複
数の変位検出手段と、(e) 該変位検出手段からの検出値
に基づいて前記固定子と前記可動子間の間隙を調整し、
かつ前記可動子の磁気浮上状態での推進を行う制御手段
とを設けるようにしたものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides a non-contact actuator, comprising: (a) a plurality of teeth aligned in one direction at each tip and having a predetermined spacing. Which has a core member provided with at least four pole pieces, the propulsion guide magnetic poles being excited by the propulsion guide coils respectively wound on the pole pieces, and adjacent to the propulsion guide magnetic poles. A linear motor magnetic pole in which a suction magnetic pole excited by a suction coil wound on a core member so as to excite two of the pole pieces to the same pole is integrated; and (b) the linear motor magnetic pole. A stator having an auxiliary electromagnet having magnetic poles that act to generate a magnetic field;
(c) A tooth row aligned with a constant pitch is formed on the surface of the stator facing the tooth surface of the linear motor magnetic pole, and has a surface facing the magnetic pole of the auxiliary electromagnet and one end A mover having an actuating portion extending axially from
(d) a plurality of displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the mover, and (e) adjusting a gap between the stator and the mover based on a detection value from the displacement detection means. Then
In addition, a control means for propelling the mover in a magnetically levitated state is provided.
(作用) 本発明によれば、リニアモータ磁極中の吸引用磁極の磁
気力により作動部を有する可動子は非接触状態に保持さ
れ、リニアモータ磁極中の推進案内用磁極の磁気力によ
り、可動子は推進し、作動部は進退動作を行う。また、
補助電磁石の磁気力により、リニアモータ磁極と協働し
可動子の姿勢制御及び推進制御が行われる。(Operation) According to the present invention, the mover having the operating portion is held in a non-contact state by the magnetic force of the attraction magnetic pole in the linear motor magnetic pole, and is moved by the magnetic force of the propulsion guide magnetic pole in the linear motor magnetic pole. The child propels, and the actuating part moves forward and backward. Also,
The magnetic force of the auxiliary electromagnet cooperates with the magnetic pole of the linear motor to control the attitude and propulsion of the mover.
更に、可動子の姿勢制御は、可動子の変位状態を変位検
出手段を介して電子制御装置によってモニタされ、その
変位状態に応じて、リニアモータ磁極中の吸引用磁極及
び前記補助電磁石のそれぞれの励磁電流が調整されるこ
とにより、円滑に遂行される。Further, in the attitude control of the mover, the displacement state of the mover is monitored by the electronic control unit via the displacement detection means, and the attraction pole in the linear motor magnetic pole and the auxiliary electromagnet are respectively monitored according to the displacement state. The excitation current is adjusted so that it can be smoothly performed.
(実施例) 以下、本発明の実施例を第1図乃至第3図を参照しなが
ら詳細に説明する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
図中、1は固定枠、2,2a〜2d,2a′〜2d′は
この固定枠に固定されるリニアモータ磁極、3,3a〜
3cは補助電磁石であり、このリニアモータ磁極と補助
電磁石はそれぞれ固定枠1に取り付けられ、固定子を構
成している。4は可動子、5は可動子4と一体的に形成
される作動部であるロッド、6,6a〜6c、7,7a
〜7cは変位検出器,Aは制御手段である。また、8は
電子制御装置、8−1はCPU(中央処理装置)、8−
2はメモリ、8−3は入力インターフェース、8−4は
I/Oインターフェース、8−5はMDI(マニアルデ
ータインプット)装置、9は駆動回路、10は電源、11は
変位検出用基準面(ターゲット)である。In the figure, 1 is a fixed frame, 2, 2a to 2d, 2a 'to 2d' are linear motor magnetic poles fixed to this fixed frame, 3, 3a to
Reference numeral 3c is an auxiliary electromagnet. The magnetic poles of the linear motor and the auxiliary electromagnet are attached to the fixed frame 1 to form a stator. Reference numeral 4 is a mover, 5 is a rod which is an operation portion integrally formed with the mover 4, 6, 6a to 6c, 7, 7a
7c is a displacement detector, and A is a control means. Further, 8 is an electronic control device, 8-1 is a CPU (central processing unit), 8-
2 is a memory, 8-3 is an input interface, 8-4 is an I / O interface, 8-5 is an MDI (manual data input) device, 9 is a drive circuit, 10 is a power supply, 11 is a reference plane for displacement detection (target). ).
次に、このアクチュエータの構造及び作用の概略につい
て説明する。Next, the outline of the structure and operation of this actuator will be described.
(1) ロッドを有する可動子の非接触状態保持可動子4
は、非接触状態で支持されることになる。即ち、可動子
4は、図に示されるように、可動子4の上下面に対向し
て配設されるリニアモータ磁極2a〜2d,2a′〜2
d′の吸引用磁極の磁気力により吸引され、非接触状態
に保持される。また、可動子4の水平面内の姿勢を制御
するために補助電磁石3a〜3cが配設される。(1) Movable element 4 with non-contact state of movable element having rod
Will be supported in a non-contact state. That is, as shown in the drawing, the mover 4 has linear motor magnetic poles 2a to 2d and 2a 'to 2 arranged to face the upper and lower surfaces of the mover 4, respectively.
It is attracted by the magnetic force of the attraction magnetic pole d'and is held in a non-contact state. Further, auxiliary electromagnets 3a to 3c are arranged to control the attitude of the mover 4 in the horizontal plane.
(2) ロッドを有する可動子の推進 リニアモータ磁極2a〜2d,2a′〜2d′は可動子
4を推進させる推進案内用磁極を有しており、この磁極
が励磁されることにより、可動子4は歩進する。(2) Propulsion of mover having rod The linear motor magnetic poles 2a to 2d and 2a 'to 2d' have propulsion guide magnetic poles for propelling the mover 4, and the magnetic poles are excited to move the mover. 4 steps up.
(3) ロッドを有する可動子の姿勢制御 可動子4の姿勢制御は、可動子4に磁気力が作用するリ
ニアモータ磁極中の吸引用磁極及び前記補助電磁石のそ
れぞれの励磁電流の調整により行う。即ち、平板状の可
動子4が水平状態になるようにリニアモータ磁極中の吸
引用磁極の励磁電流を調整して位置決めを行う。その後
横方向を所定位置に調整するために可動子4の両側面に
配置されている補助電磁石の励磁電流を調整する。可動
子4と吸引用磁極及び補助電磁石間の距離は変位検出器
によって検出され、電子制御装置によって、適性な姿勢
制御が行われる。(3) Attitude Control of Movable Element Having Rod The attitude of the movable element 4 is controlled by adjusting the exciting currents of the attraction magnetic pole and the auxiliary electromagnet in the magnetic pole of the linear motor on which the magnetic force acts on the movable element 4. That is, positioning is performed by adjusting the exciting current of the attraction magnetic pole in the linear motor magnetic pole so that the flat plate-shaped mover 4 becomes horizontal. After that, the exciting current of the auxiliary electromagnets arranged on both side surfaces of the mover 4 is adjusted to adjust the lateral direction to a predetermined position. The distance between the mover 4, the magnetic pole for attraction, and the auxiliary electromagnet is detected by the displacement detector, and an appropriate attitude control is performed by the electronic control unit.
以下、本発明の一実施例を順次説明する。Hereinafter, one embodiment of the present invention will be sequentially described.
第1図及び第2図に示されるように、ロッドを有する可
動子4(以下、可動子という)には、一定のピッチを有
して整列した複数の歯列を形成する。この可動子4を磁
気的に吸引し非接触状態にすると共に推進させるため
に、この可動子4に対してある間隔をもつ位置にリニア
モータ磁極2を設ける。このリニアモータ磁極2には芯
部材21の基部に可動子4の吸引用コイル、先端部に推進
案内用コイルが巻装される。即ち、可動子4を磁気的に
吸引して非接触支持を行う吸引用磁極と可動子4を磁気
的に推進する推進案内用磁極は一体化されている。即
ち、凹形を持つ連接した形状に打ち抜かれた電磁鋼板等
の強磁性材料を積み重ねて構成され、この芯部材21の各
々凹部の外周には吸引用コイル26及び27(第2図参照)
を互いに逆極性になるように巻装している。この芯部材
21の各先端部は第1極片、第2極片、第3極片、第4極
片よりなり、各極片にはそれぞれ推進案内用コイル28,
29,30,31が巻装され、第1磁極22、第2磁極23、第3
磁極24、第4磁極25(第4図(a) 参照)を形成してい
る。これらの磁極22、23、24、25 に設けられた歯のピッチ
は可動子4の歯のピッチと同一にするが、磁極の歯のピ
ッチはずれており、第1磁極22を基準にすると、これに
対して第2磁極23は1/2ピッチ、第3磁極24は1/4
ピッチ、また第4磁極25は3/4ピッチだけ可動子4の
歯のピッチに対して相対的にずらすように配設する。As shown in FIG. 1 and FIG. 2, a plurality of tooth rows aligned with a certain pitch are formed on a mover 4 having a rod (hereinafter referred to as a mover). In order to magnetically attract the movable element 4 to bring it into a non-contact state and to propel it, the linear motor magnetic pole 2 is provided at a position with a certain distance from the movable element 4. In this linear motor magnetic pole 2, a suction coil of the mover 4 is wound around the base of the core member 21, and a propulsion guide coil is wound around the tip thereof. That is, the attraction magnetic pole for magnetically attracting the mover 4 for non-contact support and the magnetic pole for propulsion guidance for magnetically propelling the mover 4 are integrated. That is, it is constructed by stacking ferromagnetic materials such as electromagnetic steel plates punched in a concatenated shape having a concave shape, and suction coils 26 and 27 (see FIG. 2) on the outer periphery of each concave portion of the core member 21.
Are wound so that the polarities are opposite to each other. This core member
Each tip of 21 comprises a first pole piece, a second pole piece, a third pole piece and a fourth pole piece, and each pole piece has a propulsion guide coil 28,
29, 30, 31 are wound, the first magnetic pole 22, the second magnetic pole 23, the third
A magnetic pole 24 and a fourth magnetic pole 25 (see FIG. 4 (a)) are formed. The pitch of the teeth provided on these magnetic poles 22, 23, 24, 25 is the same as the pitch of the teeth of the mover 4, but the pitch of the magnetic pole teeth is deviated. On the other hand, the second magnetic pole 23 has a 1/2 pitch, and the third magnetic pole 24 has a 1/4 pitch.
The pitch and the fourth magnetic pole 25 are arranged so as to be displaced by 3/4 pitch relative to the pitch of the teeth of the mover 4.
次に、このリニアモータ磁極の動作について第4図を用
いて説明する。Next, the operation of this magnetic pole of the linear motor will be described with reference to FIG.
(1) 吸引用コイル26,27のみに図示の矢印方向(正方向
とする)の電流を流すと、起磁力を生じ、第4図 (a)に
示されるように磁束が流れる。(1) When an electric current in the direction of the arrow shown in the drawing (to be the positive direction) is passed only through the suction coils 26, 27, a magnetomotive force is generated, and a magnetic flux flows as shown in FIG. 4 (a).
(2) 第1磁極22及び第2磁極23を励磁する推進案内用コ
イル28,29のみに電流を流すと、起磁力を生じ、第4図
(b)に示されるように磁束が流れる。また、負の方向に
電流を流すと、起磁力の方向は逆になり、磁束も逆の方
向に流れる。第3磁極24及び第4磁極25を励磁する推進
案内用コイル30,31についても同様のことが言える。(2) When a current is applied only to the propulsion guide coils 28 and 29 that excite the first magnetic pole 22 and the second magnetic pole 23, a magnetomotive force is generated, and FIG.
Magnetic flux flows as shown in (b). When a current is passed in the negative direction, the direction of magnetomotive force is reversed, and the magnetic flux also flows in the opposite direction. The same applies to the propulsion guide coils 30 and 31 that excite the third magnetic pole 24 and the fourth magnetic pole 25.
ここで、吸引用コイル26,27に、ある一定電流Icを流
しておく。つまり、第4図 (a)に示される起磁力を発生
させて磁束を流しておき、同時に推進案内用コイル28,
29に正の電流Iaを流すと、第1磁極22では電流Icと
電流Iaの起磁力が強め合い、一方、第2磁極23では電
流Icと電流Iaの起磁力が打ち消し合い、可動子4は
第4図 (b)の位置に安定するような復元力を発生する。
つまり、第1磁極22の歯の凸部と可動子4の歯の凸部が
一致するような位置に安定しようとする。Here, a certain constant current Ic is passed through the suction coils 26 and 27. That is, the magnetomotive force shown in FIG. 4 (a) is generated to flow the magnetic flux, and at the same time, the propulsion guide coil 28,
When a positive current Ia is applied to 29, the magnetomotive forces of the current Ic and the current Ia are strengthened in the first magnetic pole 22, while the magnetomotive forces of the current Ic and the current Ia are canceled in the second magnetic pole 23, so that the mover 4 moves. A stable restoring force is generated at the position shown in Fig. 4 (b).
That is, an attempt is made to stabilize the position such that the convex portions of the teeth of the first magnetic pole 22 and the convex portions of the teeth of the mover 4 coincide with each other.
次いで、電流Iaを零にし、電流Ibを正にすると、第
3磁極24に磁束が流れようとし、第4図 (c)に示す位置
に安定するように可動子4に推力が発生し、可動子4は
1/4ピッチだけ歩進する。Next, when the current Ia is set to zero and the current Ib is set to positive, magnetic flux tends to flow through the third magnetic pole 24, and thrust is generated in the mover 4 so that the mover 4 stabilizes at the position shown in FIG. The child 4 steps by 1/4 pitch.
次に、電流Ibを零にし、電流Iaを負にすると、第2
磁極23に対する起磁力が強め合い磁束が流れるため、さ
らに、1/4ピッチ歩進する。Next, if the current Ib is made zero and the current Ia is made negative, the second
Since the magnetomotive force with respect to the magnetic pole 23 is strengthened and the magnetic flux flows, the step advances by 1/4 pitch.
このようにして、Ia(正)→Ib(正)→Ia(負)
→Ib(負)というように、推進案内用コイル28,29及
び30,31の電流を切り換えることによって、1/4ピッ
チ毎に可動子4が歩進することになる。In this way, Ia (positive) → Ib (positive) → Ia (negative)
→ By switching the currents of the propulsion guide coils 28, 29 and 30, 31 such as Ib (negative), the mover 4 steps in steps of ¼ pitch.
なお、前述したようにリニアモータ磁極2は可動子4を
挟んで両面に配設するようにし、この可動子4の両面に
配設されるリニアモータ磁極2は可動子4の推進方向に
対して線対称に均等に励磁されるようにすると、リニア
モータ磁極2の第1磁極22乃至第4磁極25の磁気力のア
ンバランスが発生してもこれは相殺され、特性が基準点
のまわりで対称化されるために可動子4の円滑な移動が
遂行される。As described above, the linear motor magnetic poles 2 are arranged on both sides of the mover 4, and the linear motor magnetic poles 2 arranged on both sides of the mover 4 with respect to the moving direction of the mover 4. If they are excited in line symmetry evenly, even if an imbalance of the magnetic forces of the first magnetic pole 22 to the fourth magnetic pole 25 of the linear motor magnetic pole 2 occurs, this is canceled out and the characteristics are symmetrical around the reference point. As a result, the mover 4 is smoothly moved.
このように構成することにより、可動子の非接触支持と
可動子の推進をコンパクトなリニアモータ磁極によって
達成し、従来のころがり軸受等の機械的な軸受機構を全
廃することができる。With such a configuration, non-contact support of the mover and propulsion of the mover can be achieved by a compact linear motor magnetic pole, and a conventional mechanical bearing mechanism such as a rolling bearing can be completely abolished.
次に、可動子の姿勢制御について説明する。Next, the attitude control of the mover will be described.
第1図及び第3図に示されるように、平板状の可動子4
の上方にはそれぞれ4個のリニアモータ磁極2a〜2
d、同様に可動子4の下方には4個のリニアモータ磁極
2a′〜2d′が所定の空隙を有して対向するように固
定されている。また、この可動子4の側方には補助電磁
石3a,3b,3cがそれぞれ配設されている。この補
助電磁石は可動子4の横方向の位置規制を行うものであ
る。As shown in FIGS. 1 and 3, the plate-shaped mover 4 is provided.
Four linear motor magnetic poles 2a-2
d, similarly, four linear motor magnetic poles 2a 'to 2d' are fixed below the mover 4 so as to face each other with a predetermined gap. Auxiliary electromagnets 3a, 3b and 3c are arranged on the sides of the mover 4, respectively. This auxiliary electromagnet regulates the lateral position of the mover 4.
なお、ここで、次の定義を行う。第5図に示されるよう
に、可動子4のロッド方向をZ方向とし、これと直行す
る可動子4の横方向をY方向、これらのZ方向及びY方
向に直行する方向をX方向とする。従って、Z方向軸ま
わりの回転がロールΦ、Y方向軸まわりの回転がピッチ
θ、X方向軸まわりの回転をヨーψとする。The following definitions are made here. As shown in FIG. 5, the rod direction of the mover 4 is the Z direction, the transverse direction of the mover 4 orthogonal to this is the Y direction, and the directions orthogonal to these Z and Y directions are the X directions. . Therefore, the rotation about the Z-axis is the roll Φ, the rotation about the Y-axis is the pitch θ, and the rotation about the X-axis is yaw ψ.
ここで、可動子4のロールΦの制御は、Z軸を中心にし
たリニアモータ磁極2aと2b、2cと2dとのそれぞ
れの間の励磁電流の調整により行うことができる。即
ち、この調整状態は変位検出器6a,6bと6a,6c
によって検出され、電子制御装置8はこの検出値に基づ
いて各リニアモータ磁極の励磁電流を調整する。また、
可動子4のピッチθの制御は、同様にY軸を中心にした
リニアモータ磁極2aと2c,2bと2dとそれぞれの
間の励磁電流の調整により行うことができる。更に、可
動子4のヨーψ制御はX軸を中心にした補助電磁石3
a,3b,3c間の励磁電流の調整により行うことがで
きる。Here, the control of the roll Φ of the mover 4 can be performed by adjusting the exciting current between the linear motor magnetic poles 2a and 2b, 2c and 2d about the Z axis. That is, this adjustment state is based on the displacement detectors 6a, 6b and 6a, 6c.
The electronic control unit 8 adjusts the exciting current of each magnetic pole of the linear motor based on the detected value. Also,
Similarly, the pitch θ of the mover 4 can be controlled by adjusting the exciting currents between the linear motor magnetic poles 2a and 2c and the linear motor magnetic poles 2b and 2d centering on the Y axis. Further, the yaw ψ control of the mover 4 is performed by the auxiliary electromagnet 3 centered on the X axis.
This can be done by adjusting the exciting current between a, 3b and 3c.
次に、Z方向への推進の制御は前記したように、リニア
モータ磁極の推進案内用コイルへの起磁力の発生により
行う。Next, as described above, the control of the propulsion in the Z direction is performed by the generation of the magnetomotive force in the propulsion guide coil of the linear motor magnetic pole.
次に、非接触型アクチュエータの推進時の姿勢制御につ
いて説明する。Next, attitude control during propulsion of the non-contact actuator will be described.
一般に、可動子の磁気浮上を行わせる場合の電磁石の吸
引力Fは、 F(I,D) =K(I2/D2)…(1) F:磁気吸引力, I:電磁石励磁電流, D:磁極のギャップ,K:比例定数 として表される。In general, the attractive force F of the electromagnet when magnetically levitating the mover is F (I, D) = K (I 2 / D 2 ) ... (1) F: magnetic attractive force, I: electromagnet exciting current, It is expressed as D: magnetic pole gap, K: proportional constant.
そこで、磁気吸引力を使用した制御においては一般に上
記(1) 式が非線形なため各定数を基準値のまわりで線形
化して一次近似を行い制御するようにしている。即ち、
定常吸引力F0を決め、ギャップ設定値D0を決
め、その時に必要な電磁石の励磁電流I0を上記(1) 式
から求めて、 この時の基準値からの変化分を F=F0+ΔF D=D0+ΔD I=I0+ΔI として、上記(1) 式をテーラー展開して一次近似を行う
と、 F(I,D) =F(I0+ΔI,D0+ΔD) =F0+(2KI0/D0 2)ΔI −(2KI0 2/D0 3)ΔD となり、定常分を除くと、 ΔF=(2KI0/D0 2)ΔI −(2KI0 2/D0 3)ΔD…(2) となり、この(2) 式に基づいて制御を行っている。この
制御は一般にギャップ検出器より磁極のギャップを検出
し、設定値からの差をΔDとしてこのΔDから補償回路
を通して操作量ΔIへフィードバックする方法である。Therefore, in the control using the magnetic attraction force, since the above equation (1) is generally nonlinear, each constant is linearized around the reference value to perform the first-order approximation for control. That is,
The steady attractive force F 0 is determined, the gap setting value D 0 is determined, the exciting current I 0 of the electromagnet required at that time is obtained from the above equation (1), and the change from the reference value at this time is F = F 0 + (ΔF D = D 0 + ΔD I = I 0 + ΔI), the above equation (1) is Taylor-expanded and linear approximation is performed. F (I, D) = F (I 0 + ΔI, D 0 + ΔD) = F 0 + (2KI 0 / D 0 2 ) ΔI − (2KI 0 2 / D 0 3 ) ΔD, and excluding the stationary component, ΔF = (2KI 0 / D 0 2 ) ΔI − (2KI 0 2 / D 0 3 ) ΔD ... (2), and control is performed based on this equation (2). This control is generally a method in which the gap of the magnetic pole is detected by a gap detector, and the difference from the set value is set as ΔD, and this ΔD is fed back to the manipulated variable ΔI through a compensation circuit.
この際に、補償回路として例えば、比例−微分(PD)
回路や比例−積分−微分(PID)回路を用いたりして
いる。At this time, as a compensation circuit, for example, proportional-derivative (PD)
Circuits and proportional-integral-derivative (PID) circuits are used.
また、電磁石及び検出器がそれぞれ多数の時は多入力多
出力の制御方法が用いられている。Further, when there are a large number of electromagnets and detectors, respectively, a multi-input multi-output control method is used.
そして、上記(2) 式を用いた補償要素を加えたギャップ
制御のブロック図は第15図のようになる。ここで、Mは
磁気浮上可動体の等価質量 Kd=2KI0 2/D0 3 Di=2KI0/D0 2 であり、補償回路92はPD或いはPIDなどから構成さ
れ、外乱aがブロック91に加えられ、ギャップ検出器の
ギャップbが変化すると、この変化量は補償回路92、ブ
ロック93を介してブロック91の入力側にフィードバック
される。Further, the block diagram of the gap control with the addition of the compensation element using the above equation (2) is as shown in FIG. Here, M is the equivalent mass of the magnetically levitated movable body K d = 2KI 0 2 / D 0 3 D i = 2KI 0 / D 0 2 , the compensation circuit 92 is composed of PD or PID, and the disturbance a is blocked. When the gap b of the gap detector is changed by being added to 91, this change amount is fed back to the input side of the block 91 via the compensation circuit 92 and the block 93.
このような制御系で二つの電磁石で一つの可動子を、第
16図のように、固定体121 に二つの電磁石122 及びギャ
ップ検出器101,102を設け可動子124 を磁気浮上させる
場合は、第17図に示されるような回路構成をとる。ここ
で、101 ,102 はギャップ検出器、103 は上下変位変換
器、104 は回転変位変換器、105 ,106 は補償回路、10
7 ,108 は分配器、109 ,110 は加算点、111 ,112 は
駆動アンプ、113 ,114 は電磁石である。With such a control system, one electromagnet with two electromagnets
As shown in FIG. 16, when two electromagnets 122 and gap detectors 101 and 102 are provided on the fixed body 121 and the mover 124 is magnetically levitated, the circuit configuration as shown in FIG. 17 is adopted. Here, 101 and 102 are gap detectors, 103 is a vertical displacement converter, 104 is a rotational displacement converter, 105 and 106 are compensation circuits, and 10
7 and 108 are distributors, 109 and 110 are addition points, 111 and 112 are drive amplifiers, and 113 and 114 are electromagnets.
そのギャップ検出器101 ,102 からのギャップの検出値
に基づく、この2自由度(紙面上のみの2自由度)の制
御を行う制御方法の例として、第17図に示される補償回
路105 ,106 にPD回路を用いると、第18図のように、
磁気浮上可動子の重心Gの位置がずれることにより、二
つの電磁石はその設定ギャップを保つために重心に近い
方の側の電磁石は大きな力を生じる必要がある。As an example of a control method for controlling the two degrees of freedom (two degrees of freedom only on the paper surface) based on the detected values of the gaps from the gap detectors 101 and 102, the compensation circuits 105 and 106 shown in FIG. If a PD circuit is used for, as shown in FIG.
Since the position of the center of gravity G of the magnetic levitation mover shifts, the two electromagnets need to generate a large force in order to maintain the set gap between the two electromagnets.
第18図に示されるPD制御の場合は、その左右異なる力
を生じさせるために定常偏差(傾き)が生じる。換言す
れば、この傾きが生じるためにその設定ギャップとの誤
差のゲイン倍の電流差、即ち、力の差を出すことができ
る。In the case of the PD control shown in FIG. 18, a steady deviation (inclination) occurs in order to generate different forces on the left and right sides. In other words, because of this inclination, it is possible to obtain a current difference that is a gain times the error with respect to the setting gap, that is, a force difference.
また、この定常偏差(傾き)をなくすために、第17図に
示される補償回路105 ,106 に比例−微分−積分回路を
用いて制御を行うと、第19図に示されるように可動子12
4 は設定ギャップを保ちつつ、傾きのない状態に制御で
きる。即ち、制御系に積分要素が入っている場合には、
この磁極に重心が近付くと、この磁極が支持すべき荷重
が増加する。そのために電磁石のギャップが広がる。す
ると、積分要素はこのギャップの誤差を0にするよう
に、誤差を徐々に積分して行く。そこで、駆動アンプは
その積分要素出力を使用して、コイル電流を増加させ
る。コイル電流はその積分出力がある値で一定値とな
る、即ち、誤差が0となるまで増加し続ける。このよう
に、積分要素を含む制御系では、『荷重の増加→ギャッ
プの拡大→誤差の積分→電流の増加→ギャップの復帰』
となり、制御できるため一般に使用されている。Further, in order to eliminate this steady-state deviation (slope), if control is performed using a proportional-differential-integral circuit for the compensation circuits 105 and 106 shown in FIG. 17, the mover 12 as shown in FIG.
No. 4 can control without tilt while keeping the setting gap. That is, when the control system has an integral element,
When the center of gravity approaches the magnetic pole, the load that the magnetic pole should support increases. Therefore, the gap of the electromagnet is widened. Then, the integrating element gradually integrates the error so that the error in the gap becomes zero. The drive amplifier then uses its integral element output to increase the coil current. The coil current continues to increase until the integrated output becomes constant at a certain value, that is, the error becomes zero. In this way, in a control system that includes an integral element, "increase of load → expansion of gap → integration of error → increase of current → restoration of gap"
It is commonly used because it can be controlled.
しかしながら、積分要素が入るため外部からの外乱力に
対する応答性が悪くなるなどの問題が生じる。However, since the integral element is included, there arises a problem that the response to external disturbance force is deteriorated.
また、本発明の実施例においては、可動子が能動的な磁
極を持たないで固定側に磁極を持つ構成となっており、
このような構成では可動子の重心位置の移動よって、各
々の磁極が受け持つ荷重が変化する。高速移動をさせる
と荷重の変化する周波数は高くなる。一般にサーボ系に
積分要素を加えると定常偏差をなくすことができるが、
積分時間が必要なため高周波数での特性は期待できな
い。さらに信号の遅れのために不安定になりがちであ
る。Further, in the embodiment of the present invention, the mover does not have an active magnetic pole but has a magnetic pole on the fixed side,
In such a configuration, the load carried by each magnetic pole changes due to the movement of the center of gravity of the mover. When moving at high speed, the frequency at which the load changes increases. Generally, the steady deviation can be eliminated by adding an integral element to the servo system.
Since integration time is required, high frequency characteristics cannot be expected. Furthermore, it tends to be unstable due to signal delay.
本発明の非接触型アクチュエータを駆動させれば可動子
の重心位置の移動は必ず起こり各磁極の支持荷重は変化
する。従って、本発明においては、この荷重変化を先取
りしてリニアモータ磁極に重心移動情報を用いて荷重変
化に等しい磁気吸引力変化を与えるようにする。この重
心移動情報は積分要素を使用するような遅れがないため
安定である。更に、このアクチュエータは、推進用磁極
と吸引用磁極とが一体であるため、可動子の浮上初期の
重心位置がわかれば、以後の移動は一体化されたリニア
モータ磁極で行うため、重心位置変化は検出器なしでリ
ニアモータ磁極への入力量でわかるようにすることもで
きる(但し、負荷はあまり変動しないものとする)。When the non-contact type actuator of the present invention is driven, the center of gravity of the mover moves without fail and the supporting load of each magnetic pole changes. Therefore, in the present invention, this load change is preliminarily taken, and the magnetic attraction force change equal to the load change is applied to the linear motor magnetic pole by using the gravity center movement information. This center-of-gravity movement information is stable because there is no delay such as when using an integral element. Further, in this actuator, since the magnetic poles for propulsion and the magnetic poles for attraction are integrated, if the position of the center of gravity of the mover in the initial stage of levitation is known, the subsequent movement is performed by the integrated magnetic pole of the linear motor. Can also be known from the input amount to the magnetic pole of the linear motor without a detector (provided that the load does not change much).
そこで、この実施例においては、第13図及び第14図に示
されるように、可動子の重心位置を検出する位置検出器
79を設け、その位置情報から重心位置算出器80におい
て、重心位置を算出し、分配器81を介して加算点82,83
に入力し、各電磁石86、87へ分配することにより、円滑
で、しかも安定な浮上制御を行うことができる。なお、
ここで、71,72はギャップ検出器、73は浮上変位変換
器、74は推進変位変換器、75,76は補償回路、77,78は
分配器、84,85は駆動アンプである。Therefore, in this embodiment, as shown in FIGS. 13 and 14, a position detector for detecting the position of the center of gravity of the mover.
79 is provided, the center-of-gravity position calculator 80 calculates the center-of-gravity position from the position information, and the addition points 82 and 83 are added via the distributor 81.
To the respective electromagnets 86 and 87, smooth and stable levitation control can be performed. In addition,
Here, 71 and 72 are gap detectors, 73 is a levitation displacement converter, 74 is a propulsion displacement converter, 75 and 76 are compensation circuits, 77 and 78 are distributors, and 84 and 85 are drive amplifiers.
このように、可動子の重心位置に基づいて電磁石によっ
て支えるための力を算出し、それぞれの電磁石の励磁電
流を算出し、駆動アンプへ加えて電磁石の励磁電流値を
制御する方法を採用する。In this way, a method for calculating the force to be supported by the electromagnet based on the position of the center of gravity of the mover, calculating the exciting current of each electromagnet, and controlling the exciting current value of the electromagnet in addition to the drive amplifier is adopted.
なお、位置検出器としては、可動子に付される位置に対
応して変化するマークを読み取る光電式のエンコーダな
ど各種の手段を採用することができる。As the position detector, it is possible to employ various means such as a photoelectric encoder that reads a mark that changes corresponding to the position attached to the mover.
このような可動子の姿勢制御手段を用いて、本発明の前
記実施例のロッド型アクチュエータを制御する場合に
は、前記した重心位置算出器からの重心位置情報に基づ
いて4個の各吸引用磁極が吸引すべき吸引力を算出し、
4個の各吸引用磁極に励磁電流を分配することにより、
ロッド型アクチュエータの姿勢制御を行うことができ
る。When controlling the rod-type actuator of the above-mentioned embodiment of the present invention by using such a mover attitude control means, four suction devices are used based on the center-of-gravity position information from the center-of-gravity position calculator. Calculate the suction force that the magnetic pole should suck,
By distributing the exciting current to each of the four magnetic poles for attraction,
The attitude of the rod type actuator can be controlled.
更に、可動子の制御について順次説明する。Further, the control of the mover will be sequentially described.
まず、原点において、重心G(第3図参照)が存在する
場合に、この状態において、可動子4に作用する各磁極
間の磁気力が平衡するように、各リニアモータ磁極及び
補助電磁石に励磁電流を流す。この原点における励磁電
流の状態は電子制御装置8のメモリ8−2に記憶する。
つまり、各リニアモータ磁極2a〜2d,2a′〜2
d′の吸引用磁極及び各補助電磁石3a〜3cの励磁電
流を、電子制御装置8の入力インターフェース8−3よ
り読み込んでメモリ8−2へ記憶しておき、初期値とし
て用いる。そこで、リニアモータ磁極の推進案内用コイ
ルに励磁電流を付与すると、可動子4は歩進し、ロッド
5は推進する。この時の推進案内用コイルにはマイクロ
ステップ状の電圧(後に詳述)を加える。First, when the center of gravity G (see FIG. 3) exists at the origin, in this state, the magnetic poles of the linear motor and the auxiliary electromagnet are excited so that the magnetic forces acting on the mover 4 are balanced. Apply current. The state of the exciting current at this origin is stored in the memory 8-2 of the electronic control unit 8.
That is, each of the linear motor magnetic poles 2a to 2d and 2a 'to 2
The attracting magnetic pole d'and the exciting currents of the auxiliary electromagnets 3a to 3c are read from the input interface 8-3 of the electronic control unit 8 and stored in the memory 8-2 to be used as initial values. Therefore, when an exciting current is applied to the propulsion guide coil of the magnetic poles of the linear motor, the mover 4 steps and the rod 5 propels. At this time, a microstep voltage (described in detail later) is applied to the propulsion guide coil.
ここで、第3図に示されるように、X方向の変位を検出
する変位検出器6a〜6c及びY方向の変位を検出する
変位検出器7a〜7cをそれぞれ配置する。なお、変位
検出器の数はこの数に限られるのではなく、増加するこ
ともできる。また、この配置も適宜換えることができ
る。Here, as shown in FIG. 3, displacement detectors 6a to 6c for detecting displacement in the X direction and displacement detectors 7a to 7c for detecting displacement in the Y direction are arranged. Note that the number of displacement detectors is not limited to this number and can be increased. Also, this arrangement can be changed appropriately.
そこで、ロッド5が推進し、可動子4が移動すると、そ
の移動に伴い変位検出器6a〜6cがX方向の可動子4
との間隙を変位検出器7a〜7cがY方向の可動子4と
の間隙をモニタしており、たえず、可動子4と各検出器
間の間隙が一定になるように、電子制御装置8によって
固定子の吸引力が調整される。Then, when the rod 5 propels and the mover 4 moves, the displacement detectors 6a to 6c move the mover 4 in the X direction along with the movement.
The displacement detectors 7a to 7c monitor the gap between the movable element 4 in the Y direction and the gap between the movable element 4 and the detectors. The suction force of the stator is adjusted.
即ち、X方向の位置制御は可動子4の上方に固定される
変位検出器6a〜6cが可動子4のX方向の間隙を検出
し、基準値との偏差が生じるとその偏差をなくすように
リニアモータ磁極の吸引用コイルの励磁電流を調整する
ことにより行われる。That is, in position control in the X direction, the displacement detectors 6a to 6c fixed above the mover 4 detect the gap in the X direction of the mover 4 and eliminate the deviation from the reference value when the deviation occurs. This is performed by adjusting the exciting current of the suction coil of the linear motor magnetic pole.
次に、Y方向の位置制御は可動子4の側面に設けられた
補助電磁石3a,3b,3cの各励磁電流の調整により
行う。即ち、可動子4の側面と電磁石間の間隙を変位検
出器7a〜7cが検出し、基準値との偏差が生じると、
その偏差をなくすように補助電磁石3a〜3cの励磁電
流を調整することにより、Y方向の位置制御を行う。Next, the position control in the Y direction is performed by adjusting the exciting currents of the auxiliary electromagnets 3a, 3b, 3c provided on the side surface of the mover 4. That is, when the displacement detectors 7a to 7c detect the gap between the side surface of the mover 4 and the electromagnet, and a deviation from the reference value occurs,
The position control in the Y direction is performed by adjusting the exciting currents of the auxiliary electromagnets 3a to 3c so as to eliminate the deviation.
なお、Z方向の位置は予め原点位置を記憶しておき、こ
の位置からリニアモータ磁極に加えられるパルス数によ
って、その変位量を認識すると共に可動子4の位置を制
御することができる。The position in the Z direction is stored in advance as the origin position, and the amount of displacement can be recognized and the position of the mover 4 can be controlled by the number of pulses applied to the magnetic pole of the linear motor from this position.
また、可動子の制御は次のようにして行うこともでき
る。Further, the mover can be controlled as follows.
まず、可動子4の原点位置をドグスイッチなどによって
定め、この位置で可動子4の非接触支持を行う。つま
り、リニアモータ磁極及び補助電磁石に予め駆動回路9
を介して励磁電流を流して可動子4を非接触状態にす
る。First, the origin position of the mover 4 is determined by a dog switch or the like, and the mover 4 is non-contact supported at this position. That is, the drive circuit 9 is previously attached to the linear motor magnetic pole and the auxiliary electromagnet.
An exciting current is caused to flow through the movable element 4 to bring it into a non-contact state.
次に、その非接触状態において、各変位検出器からの検
出値を電子制御装置8に入力インターフェース8−3を
介して読み込み、その読み込まれた値と各変位検出器の
基準値(基準となる空隙値)とが比較され、偏差が零に
なるようにI/Oインターフェース8−4を介して駆動
回路9において各リニアモータ磁極中の吸引用コイルの
励磁電流値を調整する。Next, in the non-contact state, the detected value from each displacement detector is read into the electronic control unit 8 through the input interface 8-3, and the read value and the reference value of each displacement detector (become a reference. The air gap value) is compared, and the exciting current value of the suction coil in each magnetic pole of the linear motor is adjusted in the drive circuit 9 via the I / O interface 8-4 so that the deviation becomes zero.
このように、フィードバック制御を行うことにより、円
滑な可動子の姿勢制御を行うことができる。By thus performing the feedback control, it is possible to smoothly perform the attitude control of the mover.
次に、可動子のマイクロステップ駆動について説明す
る。Next, the micro step drive of the mover will be described.
ここで、マイクロステップ駆動とはリニアモータ磁極の
2つの巻線に90゜位相のずれた二相電流を流し、同期モ
ータとして駆動する方法であり、例えば、可動子4の推
進用電流IaとIbとして第6図に示されるような波形
を供給する。第7図はマイクロステップ駆動システム構
成図であり、図中、41はリングカウンタ、42,43はRO
M、44,45はD/Aコンバータ、46,47は駆動アンプで
あり、この駆動アンプ46,47以降にリニアモータ磁極2
が接続される。Here, the micro-step drive is a method in which two-phase currents having a 90 ° phase shift are applied to two windings of a magnetic pole of a linear motor to drive as a synchronous motor. For example, the propulsion currents Ia and Ib of the mover 4 are used. To supply a waveform as shown in FIG. FIG. 7 is a block diagram of a microstep drive system, in which 41 is a ring counter and 42 and 43 are ROs.
M, 44 and 45 are D / A converters, 46 and 47 are drive amplifiers, and the linear motor magnetic pole 2 is provided after the drive amplifiers 46 and 47.
Are connected.
なお、ここでは吸引用コイル26,27への駆動回路は省略
されている。The drive circuit for the suction coils 26 and 27 is omitted here.
この図に示されるように、リングカウンタ41に移動指令
値が入力されると、ROM42,43に記憶されている波形
データ、つまり、正弦、余弦値が読み出され、D/Aコ
ンバータ44,45を介してアナログ量が駆動アンプ46,47
に入力され、増幅されて推進案内用コイル28,29,30,
31に加えられる。波形はA相とB相の比率が電気角位置
(時間)によって決められており、それを電気角位置に
応じて出力して可動子4を移動させる。なお、駆動アン
プとして電圧アンプを用いる場合は受動的なダイピング
を期待できる。このように構成することによって、可動
子4は滑らかに移動し、また微小距離の位置決めが可能
となる。As shown in this figure, when the movement command value is input to the ring counter 41, the waveform data stored in the ROMs 42 and 43, that is, the sine and cosine values are read out, and the D / A converters 44 and 45 are read. The analog amount is driven via the drive amplifier 46, 47
Is input to and amplified by the propulsion guidance coils 28, 29, 30,
Added to 31. In the waveform, the ratio between the A phase and the B phase is determined by the electrical angle position (time), which is output according to the electrical angle position to move the mover 4. When a voltage amplifier is used as the drive amplifier, passive diping can be expected. With this configuration, the mover 4 can move smoothly and can be positioned at a minute distance.
ところで、このアクチュエータは可動子を非接触状態に
して駆動させるために、可動子の動きに対する機械的ダ
イピングが非常に小さい。従って、マイクロステップ駆
動を行っても若干の振動を伴う。この振動を抑制するに
は、次の様に構成する。By the way, since this actuator drives the mover in a non-contact state, the mechanical diping with respect to the movement of the mover is very small. Therefore, even if the micro step drive is performed, some vibration is accompanied. To suppress this vibration, the following configuration is used.
推進方向に配設される複数のリニアモータ磁極間の可動
子4の歯に対する位相を互いにπ/4ずらすようにす
る。即ち、ある時点においてリニアモータ磁極2a,2
bの推進案内用コイルにおいては、第8図 (a)に示され
る起磁力を生じるように、一方、リニアモータ磁極2
c、2dの推進案内用コイルにおいては第8図 (b)に示
されるような起磁力を生じるようにそれぞれのリニアモ
ータ磁極を配置する。The phase of the plurality of linear motor magnetic poles arranged in the propulsion direction with respect to the teeth of the mover 4 is shifted from each other by π / 4. That is, at some point, the linear motor magnetic poles 2a, 2
In the propulsion guide coil b, the linear motor magnetic pole 2 is used so as to generate the magnetomotive force shown in FIG. 8 (a).
In the propulsion guide coils c and 2d, the respective linear motor magnetic poles are arranged so as to generate a magnetomotive force as shown in FIG. 8 (b).
このように、リニアモータ磁極の位置を電気角でπ/4
ずらした場合、推力及びダイピング特性は均一化され、
同位相の配置にした場合に比して、よりダイピングが大
きくなり、円滑な駆動が可能となる。つまり、分解能向
上と低振動化を図ることができる。Thus, the position of the magnetic pole of the linear motor is π / 4 in electrical angle.
If they are shifted, the thrust and diping characteristics will be uniform,
Compared with the case of the in-phase arrangement, the diping becomes larger and smooth driving becomes possible. That is, it is possible to improve the resolution and reduce the vibration.
なお、上記ではマイクロステップ駆動の場合について説
明したが、通常のステップモータとして考えると、第9
図のようなパターンとなる。即ち、モータ磁極I(リニ
アモータ磁極2a或いは2b)が1相励磁の時はモータ
磁極II(リニアモータ磁極2c或いは2d)は2相励磁
となり、逆の場合は逆となる。In the above, the case of the micro step drive has been described.
The pattern is as shown. That is, when the motor magnetic pole I (linear motor magnetic pole 2a or 2b) is one-phase excited, the motor magnetic pole II (linear motor magnetic pole 2c or 2d) is two-phase excited, and vice versa.
ここで表のプラスマイナスはステップモータのバイポー
ラ駆動の時のコイル電圧(或いは電流)の極性である。Here, plus and minus in the table are polarities of the coil voltage (or current) at the time of bipolar driving of the step motor.
このように、マイクロステップ駆動時だけでなく、通常
のステップモータの場合も、励磁位相をずらすことによ
りダンピングを行わせることができる。As described above, damping can be performed by shifting the excitation phase not only in the micro step drive but also in the case of a normal step motor.
なお、上記によれば、リニアモータ磁極2c,2dの位
相がリニアモータ磁極2a,2bに対してπ/4進んで
いる場合について説明したが、逆にリニアモータ磁極2
a,2bに対して、リニアモータ磁極2c,2dがπ/
4遅れるようにしてもよい。この場合は可動子の進行方
向が変わったのと同じである。更に、n×π/4(n=
1,3,5,7)進んでいても遅れるようにしても上記
の作用効果を奏することができる。つまり、片一方が2
相励磁の場合、もう一方が1相励磁になるようにすると
よい。According to the above description, the case where the phases of the linear motor magnetic poles 2c and 2d are advanced by π / 4 with respect to the linear motor magnetic poles 2a and 2b has been described.
a / 2b, the linear motor magnetic poles 2c, 2d are π /
It may be delayed by four. In this case, it is the same as the moving direction of the mover is changed. Furthermore, n × π / 4 (n =
1,3,5,7) Even if it is advanced or delayed, the above-described effects can be obtained. That is, one is 2
In the case of phase excitation, it is advisable to make the other one phase excitation.
次に、この非接触ロッド型アクチュエータの位置閉ルー
プ制御の一実施例を第10図を用いて説明する。Next, one embodiment of the position closed loop control of this non-contact rod type actuator will be described with reference to FIG.
ここでは進行方向位置検出器を設ける。そして、リニア
モータ磁極と進行方向位置検出器は固定枠に支持され固
定される。また、吸引用コイル26,27の駆動回路やギャ
ップ検出器とギャップ制御回路などは省略されている。Here, a traveling direction position detector is provided. Then, the linear motor magnetic pole and the traveling direction position detector are supported and fixed by the fixed frame. Further, the drive circuit for the suction coils 26, 27, the gap detector, the gap control circuit, etc. are omitted.
図中、51は現在位置と移動指令値との誤差を出力する偏
差カウンタ、52はD/Aコンバータ、53はPID調節器
などからなる制御器、54は符号判別器であり、位相を進
めるか遅らせるか、つまり、プラスかマイナスかの信号
を出力する。55は絶対値回路、56は位相出力器であり通
常は90゜に固定しておく。57は位相加減算器、58,59は
ROM、60,61はD/A変換器、62,63は乗算器、64,
65は駆動アンプ、66は進行方向位置検出器であり、可動
子4の歯に対する位相を検出する。波形は、例えば、正
弦波、余弦波形として出力する。67は位置変換器であ
り、例えば、R/D(レゾルバ/デジタル)コンバータ
であり、現在位相出力を位相加減算器57に出力すると共
に、速度出力を加算点68に出力し、速度ループを形成す
る。また、この位置変換器67からは現在位置信号を偏差
カウンタ51に出力し、位置ループを形成する。In the figure, 51 is a deviation counter for outputting an error between the current position and the movement command value, 52 is a D / A converter, 53 is a controller including a PID controller, 54 is a code discriminator, and the phase is advanced. Delay, that is, output a plus or minus signal. 55 is an absolute value circuit and 56 is a phase output device, which is normally fixed at 90 °. 57 is a phase adder / subtractor, 58 and 59 are ROMs, 60 and 61 are D / A converters, 62 and 63 are multipliers, 64,
Reference numeral 65 is a drive amplifier, and 66 is a traveling direction position detector, which detects the phase of the mover 4 with respect to the teeth. The waveform is output as, for example, a sine wave or a cosine waveform. 67 is a position converter, for example, an R / D (resolver / digital) converter, which outputs the current phase output to the phase adder / subtractor 57 and outputs the speed output to the addition point 68 to form a speed loop. . The position converter 67 also outputs a current position signal to the deviation counter 51 to form a position loop.
このように構成することにより、オープンループ制御の
場合、陥り易い脱調を防止することができる。With this configuration, in the case of open loop control, it is possible to prevent out-of-step that easily falls.
上記実施例においては、リニアモータ磁極を可動子を挟
んで上側に4個、下側にも4個配置し、対向する可動個
のそれぞれの面には歯列を形成するようにし、また、側
面には3個の補助電磁石を配設するようにしているが、
これらの構造は可動子の重量、形状に応じて種々の変形
を行うことができる。例えば、 (1) 第11図に示されるように、固定子側の構成として
は、上側に1個のリニアモータ磁極2eを配設し、下側
に補助電磁石3g〜3jの合計4個、側方に補助電磁石
3d〜3fの合計3個の補助電磁石を配置する。可動子
4には上面側のみに歯列を形成する。また、図示されな
いが、上側に2個、或いは3個のリニアモータ磁極を配
設するようにしてもよい。また、下側に配設されるリニ
アモータ磁極或いは補助電磁石の数及び配置も任意に設
計することができる。In the above embodiment, four magnetic poles of the linear motor are arranged on the upper side and four on the lower side with the mover sandwiched therebetween, and tooth rows are formed on the surfaces of the movable pieces facing each other. Although three auxiliary electromagnets are arranged in the
These structures can be variously modified depending on the weight and shape of the mover. For example, (1) As shown in FIG. 11, as the constitution of the stator side, one linear motor magnetic pole 2e is provided on the upper side, and a total of four auxiliary electromagnets 3g to 3j are provided on the lower side. A total of three auxiliary electromagnets 3d to 3f are arranged on one side. A tooth row is formed only on the upper surface of the mover 4. Although not shown, two or three linear motor magnetic poles may be arranged on the upper side. Further, the number and arrangement of the linear motor magnetic poles or auxiliary electromagnets arranged on the lower side can be designed arbitrarily.
(2) 第12に示されるように、可動子4を挟んで上側には
進行方向にリニアモータ磁極2f,2gの2個、下側に
は横方向にリニアモータ磁極2h,2iの2個設け、側
方には補助電磁石3d〜3fの合計3個を配設するよう
にし、可動子4の上下両面には歯列を形成するようにす
る。また図示されないが、可動子4の上側に1個又は3
個のリニアモータ磁極を設けるようにすることができ、
下側へのリニアモータ磁極或いは補助電磁石の個数及び
配置は適宜設計することができる。(2) As shown in the twelfth example, two linear motor magnetic poles 2f and 2g are provided on the upper side of the mover 4 in the traveling direction, and two linear motor magnetic poles 2h and 2i are laterally provided on the lower side. A total of three auxiliary electromagnets 3d to 3f are arranged laterally, and tooth rows are formed on both upper and lower surfaces of the mover 4. Although not shown, one or three elements are provided above the mover 4.
It is possible to provide individual linear motor magnetic poles,
The number and arrangement of the linear motor magnetic poles or auxiliary electromagnets on the lower side can be appropriately designed.
また、可動子に設けられる作動部はロッドに限定される
ものではなく、各種の形状に変形可能である。Further, the operating portion provided on the mover is not limited to the rod, and can be modified into various shapes.
更に、前記実施例ではデジタル制御の制御手段の例を示
したが、従来のPID調整をアナログ回路を用いて行う
ことも可能である。Further, although the example of the digital control means is shown in the above-mentioned embodiment, the conventional PID adjustment can be performed by using an analog circuit.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲から排除するものではない。The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.
(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、非接触型
アクチュエータにおいて、各先端部に一方向に整列した
複数の歯を有し所定の間隔で設置される少なくとも4つ
の極片を設けた芯部材を有し、該極片上にそれぞれ巻回
される推進案内用コイルによって励磁される推進案内用
磁極と該推進案内用磁極に隣接して前記極片の2つを同
極に励磁するように芯部材上に巻回される吸引用コイル
によって励磁される吸引用磁極とは一体化したリニアモ
ータ磁極と、該リニアモータ磁極と協働して磁場を発生
する磁極を有する補助電磁石とを具えた固定子と、前記
固定子のリニアモータ磁極の歯面と対向する面に一定の
ピッチを有して整列した歯列が形成され、かつ前記補助
電磁石の磁極に対向する面を有すると共に一方の端部か
ら軸方向に延びる作動部を有する可動子と、前記固定子
と前記可動子間の相対変位を検出する複数の変位検出手
段と、該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記可動子間の間隙を調整し、かつ前記可動子の磁
気浮上状態での推進を行う制御手段とを設けるようにし
たので、 (1) 作動部を有する可動子を非接触状態で推進可能であ
り、その制御も極めて円滑である。(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, in the non-contact actuator, at least four teeth each having a plurality of teeth aligned in one direction at each tip are installed at predetermined intervals. A pole member provided with a pole piece, and a propulsion guide magnetic pole excited by a propulsion guide coil wound around the pole piece, and two of the pole pieces adjacent to the propulsion guide magnetic pole. It has a linear motor magnetic pole integrated with a magnetic pole for attraction which is excited by an attraction coil wound around a core member so as to be excited to a pole, and a magnetic pole which cooperates with the linear motor magnetic pole to generate a magnetic field. A stator provided with an auxiliary electromagnet, and a tooth row aligned with a constant pitch is formed on a surface of the stator facing the tooth surface of the linear motor magnetic pole, and a surface facing the magnetic pole of the auxiliary electromagnet. And from one end A mover having an actuating portion extending in the axial direction, a plurality of displacement detecting means for detecting relative displacement between the stator and the mover, and the stator and the movable body based on detection values from the displacement detecting means. Since the gap between the children is adjusted and the control means for propulsing the mover in the magnetically levitated state is provided, (1) the mover having the operating portion can be propelled in a non-contact state, The control is also extremely smooth.
(2) 作動部は可動子に設けられており、直接駆動型のア
クチュエータが構成され、その構成は簡単であり、しか
もコンパクトである。(2) The actuating part is provided on the mover and constitutes a direct drive type actuator, and the structure is simple and compact.
(3) 可動子に電気を供給するためのワイヤを接続する必
要がなく、可動子がワイヤをひくことがなく、可動子の
動きが円滑である。(3) It is not necessary to connect a wire for supplying electricity to the mover, the mover does not pull the wire, and the mover moves smoothly.
(4) 駆動のためには可動子には歯列を設けるだけでよ
く、推進案内用コイル及び吸引用コイルは固定子側に設
けられているからコイルの発熱は固定子側の熱伝導によ
り有効に吸収でき作動部の温度上昇をもたらすことがな
い。(4) To drive, it is only necessary to provide a tooth row on the mover, and the propulsion guide coil and suction coil are provided on the stator side, so the heat generated by the coil is effective due to heat conduction on the stator side. It can be absorbed by and does not cause a temperature rise in the operating part.
(5) 機械的な軸受を必要としないため、 塵埃が発生しない。(5) No dust is generated because no mechanical bearing is required.
真空中においても使用できる。It can also be used in vacuum.
駆動源からの騒音や振動が発生しない。No noise or vibration from the drive source.
高精度の位置決めができる。Highly accurate positioning is possible.
給油などのメンテナンスが不要である。No maintenance such as refueling is required.
このように、本発明によれば、種々の利点を有し、特
に、塵埃をきらう半導体工場やバイオテクノロジー関連
工場、或いは宇宙工場などの高真空雰囲気などの厳しい
環境下での使用に好適である。As described above, the present invention has various advantages and is particularly suitable for use in a harsh environment such as a high vacuum atmosphere such as a dust-free semiconductor factory, a biotechnology-related factory, or a space factory. .
第1図は本発明の一実施例を示す非接触ロッド型アクチ
ュエータの概略構成図、第2図はその要部説明図、第3
図はその全体構成図、第4図はリニアモータ磁極の動作
説明図、第5図は可動子の動作方向の説明図、第6図及
び第8図はマイクロステップ駆動電流波形図、第7図は
マイクロステップ駆動システム構成図、第9図は励磁シ
ーケンス図、第10図は閉ループ制御システム構成図、第
11図及び第12図は他の実施例を示す電磁装置の配置図、
第13図は重心位置検出手段を有する可動子制御の説明
図、第14図はその可動子制御のブロック図、第15図は一
般のギャップ制御のブロック図、第16図及び第18図は一
般の可動子のPD制御の説明図、第17図は一般の可動子
制御のブロック図、第19図は一般の可動子のPID制御
の説明図である。 1……固定枠、2,2a〜2d,2a′〜2d′……リ
ニアモータ磁極、3,3a〜3c……補助電磁石、4…
…可動子、5……ロッド、6,6a〜6c,7,7a〜
7c……変位検出器、8……電子制御装置、9……駆動
回路、10……電源、11……基準面、21……芯部材、22…
…第1磁極、23……第2磁極、24……第3磁極、25……
第4磁極、26,27……吸引用コイル、28〜31……推進案
内用コイル。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a non-contact rod type actuator showing an embodiment of the present invention, FIG.
FIG. 4 is an overall configuration diagram thereof, FIG. 4 is an operation explanatory diagram of a linear motor magnetic pole, FIG. 5 is an explanatory diagram of an operation direction of a mover, FIGS. 6 and 8 are microstep drive current waveform diagrams, and FIG. Is a microstep drive system configuration diagram, FIG. 9 is an excitation sequence diagram, FIG. 10 is a closed loop control system configuration diagram,
11 and 12 are layout diagrams of an electromagnetic device showing another embodiment,
FIG. 13 is an explanatory diagram of a mover control having a center of gravity position detecting means, FIG. 14 is a block diagram of the mover control, FIG. 15 is a block diagram of general gap control, and FIGS. 16 and 18 are general. 17 is an explanatory diagram of PD control of the mover, FIG. 17 is a block diagram of general mover control, and FIG. 19 is an explanatory view of PID control of the general mover. 1 ... Fixed frame, 2, 2a-2d, 2a'-2d '... Linear motor magnetic pole, 3, 3a-3c ... Auxiliary electromagnet, 4 ...
... mover, 5 ... rod, 6, 6a to 6c, 7, 7a to
7c ... displacement detector, 8 ... electronic control device, 9 ... driving circuit, 10 ... power supply, 11 ... reference plane, 21 ... core member, 22 ...
… First magnetic pole, 23 …… Second magnetic pole, 24 …… Third magnetic pole, 25 ……
4th magnetic pole, 26, 27 ... Suction coil, 28-31 ... Propulsion guide coil.
Claims (10)
を有し所定の間隔で設置される少なくとも4つの極片を
設けた芯部材を有し、該極片上にそれぞれ巻回される推
進案内用コイルによって励磁される推進案内用磁極と該
推進案内用磁極に隣接して前記極片の2つを同極に励磁
するように芯部材上に巻回される吸引用コイルによって
励磁される吸引用磁極とを一体化したリニアモータ磁極
と、 (b) 該リニアモータ磁極と協働して磁場を発生する磁極
を有する補助電磁石とを具えた固定子と、 (c) 前記固定子のリニアモータ磁極の歯面と対向する面
に一定のピッチを有して整列した歯列が形成され、かつ
前記補助電磁石の磁極に対向する面を有すると共に一方
の端部から軸方向に延びる作動部を有する可動子と、 (d) 前記固定子と前記可動子間の相対変位を検出する複
数の変位検出手段と、 (e) 該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定子
と前記可動子間の間隙を調整し、かつ前記可動子の磁気
浮上状態での推進を行う制御手段とを具備することを特
徴とする非接触型アクチュエータ。1. A core member having at least four pole pieces, each of which has a plurality of teeth aligned in one direction and is installed at a predetermined interval at each tip, and is wound on each pole piece. A propulsion guiding magnetic pole excited by a rotating propulsion guiding coil and a suction coil wound around a core member so as to excite two of the pole pieces to the same pole adjacent to the propulsion guiding magnetic pole. A linear motor magnetic pole integrated with a suction magnetic pole excited by (b) an auxiliary electromagnet having a magnetic pole that cooperates with the linear motor magnetic pole to generate a magnetic field; A tooth row aligned with a constant pitch is formed on the surface of the stator facing the tooth surface of the linear motor magnetic pole, and has a surface facing the magnetic pole of the auxiliary electromagnet and is axially oriented from one end. A mover having an extending operating part, and (d) a space between the stator and the mover. A plurality of displacement detecting means for detecting relative displacement, (e) adjusting the gap between the stator and the movable element based on the detection value from the displacement detecting means, and in the magnetically levitated state of the movable element. A non-contact type actuator, comprising: a control unit that performs propulsion.
に基づいて前記吸引コイルの励磁電流を変化させ前記固
定子と前記可動子間の間隙を調整するギャップ制御手段
と、前記推進コイルの電流を変化させ前記可動子の磁気
浮上状態での推進を行う推進制御手段とを具備すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非接触型アク
チュエータ。2. The gap control means for adjusting the gap between the stator and the mover by changing the exciting current of the suction coil on the basis of the detection value from the displacement detection means, and the control means. The non-contact actuator according to claim 1, further comprising a propulsion control unit that changes the current to propel the mover in a magnetically levitated state.
で両面に配設するようにしたことを特徴とする特許請求
の範囲第1項記載の非接触型アクチュエータ。3. The non-contact actuator according to claim 1, wherein the magnetic poles of the linear motor are arranged on both sides of the movable element.
タ磁極は前記可動子の推進方向に対して線対称に均等に
励磁されるように配置したことを特徴とする特許請求の
範囲第3項記載の非接触型アクチュエータ。4. The linear motor magnetic poles arranged on both sides of the mover are arranged so as to be uniformly excited in line symmetry with respect to the propelling direction of the mover. The non-contact type actuator according to item 3.
波状の電流を供給し、これらの各相に流れる電流により
マイクロステップ駆動を行う手段を具備することを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の非接触型アクチュエ
ータ。5. A means for supplying a sine-wave current and a cosine-wave current to the propulsion guide coil, and performing micro-step drive by the current flowing in each of these phases. The non-contact type actuator according to item 1.
段により前記可動子の進行方向の変位を検出し、その検
出値に基づいて一定の励磁進み角となるようにクローズ
ドループ制御を行う手段を具備することを特徴とする特
許請求の範囲第5項記載の非接触型アクチュエータ。6. A means for detecting the displacement of the mover in the traveling direction by the displacement detecting means during the micro-step driving, and performing a closed loop control based on the detected value so as to obtain a constant excitation advance angle. The non-contact actuator according to claim 5, characterized in that:
リニアモータ磁極間の各励磁位相をπ/4ずらすように
配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
非接触型アクチュエータ。7. An arrangement according to claim 1, wherein each of the magnetic poles of the linear motors arranged in the traveling direction of the mover is arranged so as to shift each excitation phase by π / 4. Contact actuator.
ーイング、ピッチング及びローリングの状態を検出し、
該検出値に基づいて前記可動子を前記制御手段によって
予め設定された位置に制御する手段を具備することを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の非接触型アクチュ
エータ。8. The displacement detecting means detects states of vertical movement, lateral movement, yawing, pitching and rolling,
The non-contact actuator according to claim 1, further comprising means for controlling the mover to a preset position by the control means based on the detected value.
検出する手段と、該検出された重心位置を記憶する手段
と、その重心位置と前記固定子の変位を積算して絶対位
置とし、その絶対位置情報から重心を各磁極で支えるた
めの各磁極の吸引力を算出し、該算出値に適合するよう
に各磁極の励磁電流を調整する重心位置制御手段を具備
することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非接
触型アクチュエータ。9. The control means detects a barycentric position of the mover, a means for storing the detected barycentric position, and the barycentric position and displacement of the stator are integrated to obtain an absolute position. A center of gravity position control means for calculating an attraction force of each magnetic pole for supporting the center of gravity from each magnetic pole from the absolute position information and adjusting an exciting current of each magnetic pole so as to match the calculated value. The non-contact type actuator according to claim 1.
に各磁極のギャップを所定値に保持し、この状態におけ
る各磁極の励磁電流を検出し、その電流値からの各磁極
に働いている吸引力を算出し、それらの吸引力に基づい
て可動子の重心位置を検出する手段を具備することを特
徴とする特許請求の範囲第9項記載の非接触型アクチュ
エータ。10. The control means holds the gap of each magnetic pole at a predetermined value at the start of control of the mover, detects the exciting current of each magnetic pole in this state, and acts on each magnetic pole from the current value. 10. The non-contact actuator according to claim 9, further comprising means for calculating a suction force and detecting the position of the center of gravity of the mover based on the suction force.
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62110472A JPS62110472A (en) | 1987-05-21 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPS62110472A (en) | 1987-05-21 |
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