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JPH0667167B2 - Rotor insert type actuator - Google Patents
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JPH0667167B2 - Rotor insert type actuator - Google Patents

Rotor insert type actuator

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JPH0667167B2
JPH0667167B2 JP27331085A JP27331085A JPH0667167B2 JP H0667167 B2 JPH0667167 B2 JP H0667167B2 JP 27331085 A JP27331085 A JP 27331085A JP 27331085 A JP27331085 A JP 27331085A JP H0667167 B2 JPH0667167 B2 JP H0667167B2
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magnetic pole
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type actuator
rotation
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俊郎 樋口
敦 堀越
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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ロータ挟み込み型アクチュ
エータに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rotor pinch type actuator suitable for use in a dust-resistant semiconductor or a factory related to biotechnology.

(従来の技術) 従来、回転体を非接触状態に支持する方法として磁気軸
受が用いられている。この磁気軸受は磁気吸引或いは反
発力を利用して、軸の支持作用力を得るものである。
(Prior Art) Conventionally, a magnetic bearing has been used as a method of supporting a rotating body in a non-contact state. This magnetic bearing uses a magnetic attraction or repulsive force to obtain a supporting force for the shaft.

第14図はかかる磁気軸受型モータの断面図である。FIG. 14 is a sectional view of such a magnetic bearing type motor.

この図に示されるように、基台101上に振動吸収用の
バッファ102を介して、磁気軸受を有する高周波モー
タ103が据え付けられている。磁気軸受は、高周波モ
ータ103の両側にラジアル軸受ユニット104,10
4を設けると共に、回転子106の一端にスラスト軸受
ユニット105を配置して構成され、これらのユニット
は電磁力によって、回転子106を磁気浮上させるよう
に構成されており、外枠109と回転子106との間に
は非常用ベアリング110を具備するようになってい
る。
As shown in this figure, a high frequency motor 103 having a magnetic bearing is installed on a base 101 via a vibration absorbing buffer 102. The magnetic bearings include radial bearing units 104, 10 on both sides of the high frequency motor 103.
4, the thrust bearing unit 105 is arranged at one end of the rotor 106, and these units are configured to magnetically levitate the rotor 106 by electromagnetic force. An emergency bearing 110 is provided between the emergency bearing 110 and 106.

また、回転子106のラジアル方向の変位はラジアルセ
ンサ107、スラスト方向の変位はスラストセンサ10
8によって検出され、磁気軸受の電磁石の吸引力が調整
されることにより、回転子106の位置が所定の位置に
制御される。
Further, the radial displacement of the rotor 106 is the radial sensor 107, and the displacement in the thrust direction is the thrust sensor 10.
8, the position of the rotor 106 is controlled to a predetermined position by adjusting the attraction force of the electromagnet of the magnetic bearing.

なお、この種の磁気軸受に関するものとしては、例え
ば、特開昭59−89820号公報が挙げられる。
An example of the magnetic bearing of this type is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 59-89820.

一方、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。
On the other hand, a direct drive type conveyance 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、この搬送装置において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、この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。この
他、空気軸受で可動部材を支持する例もあるが、このも
のは真空状態で使えないし、支持剛性上も問題がある。
However, in this transfer apparatus, the transfer unit including the work is separated from the LPM and supported by a mechanical linear bearing. In other words, this LPM employs a mechanical structure that gives only the thrust required to move the transport section. In addition, there is an example in which a movable member is supported by an air bearing, but this cannot be used in a vacuum state, and there is a problem in support rigidity.

更に、メガトルクモータとよばれる、薄肉のリング状ロ
ータを内、外両側のステータで挟んだDCブラシレスモ
ータが知られている。この種の先行技術としては、例え
ば、特開昭59−63974号公報、特開昭60−12
5153号公報、特開昭60−141160号公報など
が挙げられる。
Further, there is known a DC brushless motor called a megatorque motor in which a thin ring-shaped rotor is sandwiched between stators on both inner and outer sides. As prior arts of this kind, for example, JP-A-59-63974 and JP-A-60-12.
5153, JP-A-60-141160, and the like.

(発明が解決しようとする問題点) 上記した従来の磁気軸受においては、精度の高い位置決
めに難があり、しかも構造が大型化せざるを得ないもの
であった。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described conventional magnetic bearing, it is difficult to perform highly accurate positioning, and the structure has to be increased in size.

一方、LPMを用いた搬送装置においては、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。
On the other hand, the transport device using the LPM has the following problems since it has a mechanical bearing.

(1)機械的な摩擦接触をさせることができず、この摩擦
接触部から塵埃が発生する。
(1) Mechanical frictional contact cannot be made, and dust is generated from this frictional contact portion.

(2)真空状態においては潤滑油は蒸発し、雰囲気を汚す
と共に軸受の焼損を招く。
(2) In a vacuum, the lubricating oil evaporates, polluting the atmosphere and burning the bearing.

(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.

更に、上記したメガトルクモータにおいては、単位重量
当たりのトルクが大きく、応答性も高いため、高速で微
妙なトルク制御ができ、精度の高い運転ができる利点を
有するが、機械的な軸受を有するために、上記したLP
Mを用いた搬送装置と同様の問題を有し、特に、下記の
ような厳しい環境下での使用には十分ではなかった。
Further, in the above-mentioned megatorque motor, since the torque per unit weight is large and the response is high, it has the advantage that high-speed delicate torque control can be performed and highly accurate operation is possible, but it has a mechanical bearing. In the above LP
It has the same problem as the transfer device using M, and is not particularly sufficient for use in the severe environment as described below.

つまり、近年、塵埃をきらう半導体やバイオテクノロジ
ー関連の工場や、高真空状態下での使用に耐えるコンパ
クトな回転型の搬送装置が望まれているが、いまだ、こ
れに十分に応え得るものが開発されていないのが現状で
ある。
In other words, in recent years, semiconductors and biotechnology-related factories that are resistant to dust, and compact rotary transfer devices that withstand use under high vacuum conditions have been desired, but products that can fully respond to this have been developed. The current situation is that it has not been done.

本発明は、上記の状況に鑑みて、固定子とロータ間の磁
気力により、非接触状態での回転駆動を行い、かつ、単
位重量当たりのトルクが大きく、しかも精度が高く高速
回転が可能な直接駆動されるコンパクトなロータ挟み込
み型アクチュエータを提供することを目的とする。
In view of the above situation, the present invention performs rotational drive in a non-contact state by a magnetic force between a stator and a rotor, has a large torque per unit weight, and is highly accurate and capable of high-speed rotation. An object of the present invention is to provide a compact rotor sandwiching type actuator that is directly driven.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、ロータ挟み込み
型アクチュエータであって、同軸状に配置されると共
に、複数の極片を有する芯部材を有し、前記極片上に巻
回される回転駆動用コイルによって励磁される回転駆動
用磁極と該回転駆動用磁極に隣接して前記芯部材上に巻
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
を一体化した内側モータ磁極と外側モータ磁極、及び電
磁石を具えた固定子と、前記内側モータ磁極と外側モー
タ磁極との間に配設されると共に、前記各モータ磁極と
対向し、一定ピッチを有して整列した歯列がリンク状に
設けられ、かつ前記電磁石によって自重と釣り合う浮力
を受けるカップ状のロータと、前記固定子と前記ロータ
間の相対変位を検出する変位検出手段と、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ロータ間の
間隙を調整し、かつ前記ロータの非接触状態でのステッ
プ回転駆動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 achieve the above object, the present invention is a rotor sandwiching type actuator, which has a core member arranged coaxially and having a plurality of pole pieces, A rotation driving magnetic pole excited by a rotation driving coil wound on the pole piece, and a suction magnetic pole excited by a suction coil wound on the core member adjacent to the rotation driving magnetic pole. Is disposed between the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole, and a stator equipped with an electromagnet, and the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole. A cup-shaped rotor having teeth arranged in a link and having a buoyancy force that balances with its own weight by the electromagnet, and displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the rotor, Control means is provided for adjusting the gap between the stator and the rotor based on the detection value from the displacement detection means, and for performing the step rotation drive in the non-contact state of the rotor.

(作用) 本発明によれば、固定子は同軸状に配置される内側モー
タ磁極、外側モータ磁極及びロータを浮上させる電磁石
を有し、その内側モータ磁極と外側モータ磁極との間に
リング形状のロータを配設し、かつそのロータの一部
は、前記電磁石に対向するようになっている。
(Operation) According to the present invention, the stator has the inner motor magnetic poles, the outer motor magnetic poles arranged coaxially, and the electromagnets that levitate the rotor, and has a ring shape between the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole. A rotor is provided and a part of the rotor faces the electromagnet.

従って、ロータは軽量化でき、前記モータ磁極及び電磁
石の磁気力により、重量とバランスがとれて非接触に保
持されると共に、内側モータ磁極、外側モータ磁極によ
り、高トルクの駆動ができ、かつ、高精度の制御を行う
ことができる。
Therefore, the rotor can be reduced in weight, and the magnetic force of the motor magnetic pole and the electromagnet keeps the weight in balance and keeps it out of contact, and the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole enable high torque driving, and High-precision control can be performed.

また、変位検出手段からの検出値に基づいて、制御手段
は固定子とロータ間の間隙を調整し、ロータの非接触状
態での回転駆動を行うことができる。つまり、ロータの
姿勢制御は、ロータ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、モータ磁極中の吸引用磁極及び電磁石のそれぞ
れの励磁電流を調整することにより、遂行される。
Further, based on the detection value from the displacement detection means, the control means can adjust the gap between the stator and the rotor to drive the rotation of the rotor in a non-contact state. In other words, in the attitude control of the rotor, the displacement state of the rotor is monitored by the electronic control unit via the displacement detecting means, and the exciting currents of the attraction magnetic pole and the electromagnet in the motor magnetic pole are adjusted according to the displacement state. It is accomplished by doing.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面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 the drawings.

第1図乃至第3図において、1は固定子であり、中央に
支柱1bを突設したリング状のハウジング1aを有し、
その支柱1bの上部には同軸状に4個の内側モータ磁極
2a〜2dが固定される。つまり、そのモータ磁極の中
心部は90度間隔に配設される。
In FIGS. 1 to 3, reference numeral 1 denotes a stator, which has a ring-shaped housing 1a projecting a column 1b in the center,
Four inner motor magnetic poles 2a to 2d are coaxially fixed to the upper portion of the column 1b. That is, the central portions of the motor magnetic poles are arranged at intervals of 90 degrees.

一方、リング状のハウジング1aの上部の内周部には、
内側モータ磁極2a〜2dに各々向かい合わせになる様
に、外側モータ磁極5a〜5dを固定する。なお、モー
タ磁極の構成については、詳細に後述する。また、支柱
1bの下部には張り出し部1cが設けられ、その張り出
し部1cの外周部の下面には4個の電磁石3a〜3d
(3b,3dは図示されていないが、第2図の前後に位
置する)を等間隔になるように配設する。
On the other hand, in the inner peripheral part of the upper part of the ring-shaped housing 1a,
The outer motor magnetic poles 5a to 5d are fixed so as to face the inner motor magnetic poles 2a to 2d, respectively. The configuration of the motor magnetic pole will be described later in detail. Further, a projecting portion 1c is provided in the lower portion of the column 1b, and four electromagnets 3a to 3d are provided on the lower surface of the outer peripheral portion of the projecting portion 1c.
(3b and 3d are not shown, but they are located before and after in FIG. 2) are arranged at equal intervals.

4はカップ状のロータであり、テーブル面部4a、リン
グ状の側面部4b、棚部4cを有し、このリング状の側
面部4bの内側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁
極5a〜5dに対向する部分には同心円上に一定のピッ
チを有して整列した歯列を形成する。また、棚部4cは
電磁石3a〜3dと対向するように装着する。6a〜6
eは変位検出器,7は制御手段、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は入力インタフェース、8−4はI/Oインタフェー
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は第1の変位検出
用基準面(ターゲット)、12は第2の変位検出用基準
面である。
Reference numeral 4 denotes a cup-shaped rotor, which has a table surface portion 4a, a ring-shaped side surface portion 4b, and a shelf portion 4c, and faces the inner motor magnetic poles 2a to 2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d of the ring-shaped side surface portion 4b. In the portion to be formed, tooth rows are formed which are aligned on a concentric circle with a constant pitch. The shelf 4c is attached so as to face the electromagnets 3a to 3d. 6a-6
e is a displacement detector, 7 is a control means, 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 first displacement detection reference plane (target), 12 Is a second displacement detection reference surface.

次に、このロータ挟み込み型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, an outline of the structure and operation of this rotor sandwiching type actuator will be described.

(1)ロータの非接触状態保持 ロータ4は、図に示されるように、ロータ4のリング状
の側面部4bの内外面に形成される、歯列に対向して配
設される内側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁極
5a〜5dの吸引用磁極の磁気力により、吸引されXY
方向の位置が保持されると共に、電磁石3a〜3dの磁
気力により浮上しZ方向の位置が保持される。
(1) Holding Non-Contact State of Rotor The rotor 4 is, as shown in the figure, an inner motor magnetic pole that is formed on the inner and outer surfaces of the ring-shaped side surface portion 4b of the rotor 4 and that faces the tooth row. XY is attracted by the magnetic force of the attraction magnetic poles of 2a to 2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d.
The position in the Z direction is held while the position in the Z direction is levitated by the magnetic force of the electromagnets 3a to 3d.

(2)ロータの回転駆動 ロータ4は、図に示される様に、ロータ4のリング状の
側面部4bの両面に形成される歯列が内側モータ磁極2
a〜2dと、外側モータ磁極5a〜5dとの間に設けら
れ、内側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁極5a
〜5dの回転駆動用磁極の磁気力により、回転駆動され
る。
(2) Rotational Drive of Rotor As shown in the figure, the rotor 4 has the inner motor magnetic poles 2 with tooth rows formed on both sides of the ring-shaped side surface portion 4b of the rotor 4.
The inner motor magnetic poles 2a to 2d and the outer motor magnetic pole 5a are provided between a to 2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d.
It is rotationally driven by the magnetic force of the rotational driving magnetic pole of 5d.

(3)ロータの姿勢制御 ロータ4の姿勢制御は、ロータ4に磁気力が作用する内
側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁極5a〜5d
の吸引用磁極並びに電磁石3a〜3dのそれぞれの励磁
電流の調整により行う。即ち、カップ状のロータ4が水
平状態になるようにそれぞれのモータ磁極の吸引用磁極
及び電磁石中の励磁電流を調整して位置決めを行う。固
定部とロータとの距離は変位検出器6a〜6eによって
検出され、電子制御装置8によって、適性な姿勢制御が
行われる。
(3) Attitude control of rotor The attitude control of the rotor 4 is performed by the inner motor magnetic poles 2a to 2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d on which magnetic force acts on the rotor 4.
This is performed by adjusting the respective exciting currents of the attraction magnetic poles and the electromagnets 3a to 3d. That is, the positioning is performed by adjusting the exciting magnetic poles of the motor magnetic poles and the exciting currents in the electromagnets so that the cup-shaped rotor 4 becomes horizontal. The distance between the fixed portion and the rotor is detected by the displacement detectors 6a to 6e, and the electronic control unit 8 performs appropriate attitude control.

第1図及び第2図に示される様に、テーブル面部4aを
有するロータ4(以下、ロータという)のリング状の側
面部4bの内外両面には、同心円状に一定ピッチを有し
て整列した歯列が形成されており、これに対向して吸引
用磁極及び回転駆動用磁極を有する内側モータ磁極2a
〜2d及び外側モータ磁極(詳細に後述)5a〜5dが
配設される。そこで、ロータ4は磁気的に吸引され、X
Y方向に非接触状態に保持されると共に回転駆動され
る。
As shown in FIGS. 1 and 2, the ring-shaped side surface portion 4b of the rotor 4 (hereinafter referred to as the rotor) having the table surface portion 4a is aligned concentrically with a constant pitch on both inner and outer surfaces. A tooth row is formed, and an inner motor magnetic pole 2a having a suction magnetic pole and a rotation driving magnetic pole facing each other.
˜2d and outer motor poles (discussed in detail below) 5a-5d. Then, the rotor 4 is magnetically attracted, and X
It is held in a non-contact state in the Y direction and driven to rotate.

また、ロータ4の下部に設けられる棚部4cはリング状
の平板から成り、支柱1bの下部に設けられる電磁石3
a〜3dに対向しており、その電磁石3a〜3dの磁気
力により、ロータ4はZ方向に磁気浮上する。
Further, the shelf portion 4c provided at the lower portion of the rotor 4 is made of a ring-shaped flat plate, and the electromagnet 3 provided at the lower portion of the column 1b.
The rotor 4 is magnetically levitated in the Z direction due to the magnetic force of the electromagnets 3a to 3d that faces the a to 3d.

次に、モータ磁極の構造について、第4図を用いて外側
モータ磁極を例にとって説明する。
Next, the structure of the motor magnetic pole will be described with reference to FIG. 4 by taking the outer motor magnetic pole as an example.

各モータ磁極には芯部材21の基部に、ロータ4を吸引
する吸引用コイル、先端部に回転駆動用コイルが巻装さ
れる。つまり、ロータ4を磁気的に吸引してXY方向の
非接触支持を行う吸引用磁極と、ロータ4を磁気的に回
転駆動する回転駆動用磁極が一体化されている。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を互いに逆極
性になるように巻装している。
A suction coil for attracting the rotor 4 is wound around the base of the core member 21 and a rotation driving coil is wound around the tip of each motor magnetic pole. That is, the attraction magnetic pole that magnetically attracts the rotor 4 to perform non-contact support in the XY directions and the rotation driving magnetic pole that magnetically drives the rotor 4 to rotate are integrated. That is,
The core member 21 is constructed by stacking ferromagnetic materials such as electromagnetic steel plates punched into a concatenated shape having a concave shape, and the suction coils 26 and 27 are wound around the outer periphery of each recess of the core member 21 so as to have polarities opposite to each other. I am wearing.

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回転駆動
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ロータ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ピッチだけロータ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。
Each tip of the core member 21 has a first pole piece, a second pole piece, and a third pole piece.
It is composed of a pole piece and a fourth pole piece, and the rotation driving coils 28, 29, 30, and 31 are wound around the respective pole pieces, and the first magnetic pole 22, the second magnetic pole 23, the third magnetic pole 24, and the fourth magnetic pole. 25 (see FIG. 4 (a)). These magnetic poles 22,
The pitch of the teeth provided on 23, 24, 25 is the same as the pitch of the teeth of the rotor 4, but the pitch of the teeth of the magnetic poles is deviated, and when the first magnetic pole 22 is used as a reference,
The magnetic poles 23 are arranged so as to have a 1/2 pitch, the third magnetic poles 24 have a 1/4 pitch, and the fourth magnetic poles 25 are arranged so as to be displaced by 3/4 pitch relative to the pitch of the teeth of the rotor 4.

次に、このモータ磁極の動作について第5図を用いて説
明する。
Next, the operation of this motor magnetic pole 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5図
(a)に示されるように磁束が流れる。
(1) When a current in the direction of the arrow shown in the drawing (to be the positive direction) is passed only through the suction coils 26 and 27, a magnetomotive force is generated, and a magnetic flux flows as shown in FIG. 5 (a).

(2)第1磁極及び第2磁極を励磁する回転駆動用コイル
28,29のみに電流を流すと、起磁力を生じ、第5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磁極及び第4磁極を励磁する回転駆
動用コイル30,31についても同様のことが言える。
(2) When a current is passed only through the rotation drive coils 28 and 29 that excite the first magnetic pole and the second magnetic pole, a magnetomotive force is generated, and a magnetic flux flows as shown in FIG. 5 (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 rotation drive coils 30 and 31 that excite the third magnetic pole and the fourth magnetic pole.

ここで、吸引用コイルに、ある一定電流Icを流してお
く。つまり、第5図(a)に示される起磁力を発生させ
て磁束を流しておき、同時に回転駆動用コイル28,2
9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、ロータ
4は第5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の歯の凸部とロータ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。次
に、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5図(c)に示す位置
に安定するようにロータ4に回転力が発生し、ロータ4
は1/4ピッチだけ回転する。
Here, a certain constant current Ic is passed through the suction coil. That is, the magnetomotive force shown in FIG. 5 (a) is generated to flow the magnetic flux, and at the same time, the rotary drive coils 28, 2
When a positive current Ia is applied to the first magnetic pole 22, a current Ic
And the magnetomotive force of the current Ia strengthen each other, while the magnetomotive forces of the current Ic and the current Ia cancel each other at the second magnetic pole 23, and the rotor 4 generates a restoring force that stabilizes at the position shown in FIG. 5 (b). . That is, an attempt is made to stabilize at a position where the convex portions of the teeth of the first magnetic pole 22 and the convex portions of the teeth of the rotor 4 coincide with each other. Next, when the current Ia is set to zero and the current Ib is set to positive, the magnetic flux tends to flow through the third magnetic pole 24, and a rotational force is generated in the rotor 4 so as to stabilize at the position shown in FIG. 5 (c), Rotor 4
Rotates 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、
更に、1/4ピッチ回転する。この様にして、1a
(正)→Ib(正)→1a(負)→Ib(負)というよ
うに、回転駆動用コイル28,29及び30,31の電
流を切り換えることによって、1/4ピッチ毎にロータ
4が回転することになる。
Next, if the current Ib is made zero and the current Ia is made negative, the second
Since the magnetomotive force for the magnetic pole 23 is strengthened and the magnetic flux flows,
Furthermore, it rotates 1/4 pitch. In this way, 1a
By switching the currents of the rotation driving coils 28, 29 and 30, 31 in the order of (positive) → Ib (positive) → 1a (negative) → Ib (negative), the rotor 4 rotates every quarter pitch. Will be done.

このように構成することにより、ロータの非接触支持と
ロータの回転駆動をコンパクトなモータ磁極及びZ方向
の磁気浮上を行う磁極石によって達成し、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 this configuration, non-contact support of the rotor and rotational drive of the rotor are achieved by a compact motor magnetic pole and a magnetic pole stone for magnetic levitation in the Z direction, and the conventional mechanical bearing mechanism such as a rolling bearing is completely abolished. can do.

次に、ロータの姿勢制御について説明する。Next, the attitude control of the rotor will be described.

第1図乃至第5図に示されるように、ロータの側面部の
歯列が形成される箇所以外の面に、第1の変位検出用基
準面(ターゲット)11及び棚部4cの底面に第2の変
位検出用基準面12を設定する。
As shown in FIGS. 1 to 5, the first displacement detection reference surface (target) 11 and the bottom surface of the shelf portion 4c are provided on the side surface of the rotor other than where the tooth rows are formed. The displacement detection reference plane 12 is set.

一方、ハウジングの側面部の内周面に、二箇所その方向
が直交するように、第1の変位検出器6a及び6bを、
また、前記第2の変位検出用基準面12に対向するよう
に、ハウジングの底部の同心円上であって、120度間
隔を置いた箇所に第2の変位検出器6c〜6eを配設す
る。
On the other hand, the first displacement detectors 6a and 6b are provided on the inner peripheral surface of the side surface of the housing so that the two directions thereof are orthogonal to each other.
Further, the second displacement detectors 6c to 6e are arranged on the concentric circles at the bottom of the housing and at intervals of 120 degrees so as to face the second displacement detection reference surface 12.

そこで、まず、ロータ4に作用する各モータ磁極及び電
磁石間の磁気力が平衡するように、各モータ磁極及び電
磁石に励磁電流を流し、変位検出器6a〜6eからの出
力信号を得て、ロータ4を水平状態にし、原点位置を設
定し、この時の励磁電流の値を電子制御装置8のメモリ
8−2に記憶する。即ち、各モータ磁極2a〜2d,5
a〜5dの吸引用磁極及び電磁石3a〜3d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、回転軸からのア
ンバランス量の初期値として用いる。
Therefore, first, an exciting current is passed through the motor magnetic poles and the electromagnets so as to balance the magnetic forces between the motor magnetic poles and the electromagnets acting on the rotor 4, and the output signals from the displacement detectors 6a to 6e are obtained to obtain the rotors. 4 is set in a horizontal state, the origin position is set, and the value of the exciting current at this time is stored in the memory 8-2 of the electronic control unit 8. That is, the motor magnetic poles 2a to 2d, 5
The attraction magnetic poles a to 5d and the exciting currents of the electromagnets 3a to 3d are read from the input interface 8-3 of the electronic control unit 8 and stored in the memory 8-2, and as an initial value of the unbalance amount from the rotating shaft. To use.

そこで、モータ磁極の回転駆動用コイルに励磁電流を付
与すると、ロータ4は回転駆動し、テーブルは回転す
る。この時の回転駆動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。そして、ロータ4の位置
は予め原点位置を記憶しておき、この位置からモータ磁
極の回転駆動用コイルに加えられるパルス数によってそ
の変位量、つまり、回転角度が決まり、ロータ4の位置
を制御することができる。
Therefore, when an exciting current is applied to the rotation driving coil of the motor magnetic pole, the rotor 4 is driven to rotate and the table rotates. At this time, a microstep voltage (described in detail later) is applied to the rotation driving coil. The position of the rotor 4 is stored in advance as an origin position, and the displacement amount, that is, the rotation angle is determined by the number of pulses applied to the rotation driving coil of the motor magnetic pole from this position, and the position of the rotor 4 is controlled. be able to.

ここで、マイクロステップの分割数をmとすると、ロー
タは2π/N・m(rad)毎の微小角の位置決めができ
る。
Here, when the number of divisions of microsteps is m, the rotor can be positioned at a minute angle of 2π / N · m (rad).

また、第1の変位検出器6a及び6bからの検出信号に
よって、ロータ4のXY方向の距離を、変位検出器6c
〜6eからの検出信号によって、ロータ4のZ方向の距
離及び傾きを電子制御装置8によってモニタすることが
できる。
Further, the distances of the rotor 4 in the XY directions are determined by the displacement detectors 6c based on the detection signals from the first displacement detectors 6a and 6b.
The electronic control unit 8 can monitor the Z-direction distance and inclination of the rotor 4 based on the detection signals from 6e.

なお、変位検出器の数はこの数に限られるのではなく、
適宜増加することができる。また、この配置も適宜換え
ることができる。
Note that the number of displacement detectors is not limited to this number,
It can be increased appropriately. Also, this arrangement can be changed appropriately.

更に、ロータの制御は次のようにして行うこともでき
る。
Further, the rotor can be controlled as follows.

まず、ロータ4の原点位置をフォトセンサ、ドグスイッ
チなどによって定め、この位置でロータ4の非接触支持
を行う。つまり、モータ磁極及び電磁石に予め駆動回路
9を介して励磁電流を流してロータ4を非接触状態にす
る。
First, the origin position of the rotor 4 is determined by a photo sensor, a dog switch, etc., and the rotor 4 is supported in a non-contact manner at this position. That is, an exciting current is made to flow in advance through the drive circuit 9 to the motor magnetic pole and the electromagnet to bring the rotor 4 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、各モータ磁極中の吸引用コイル及
び電磁石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. (Void value) is compared, and the deviation becomes zero, via the I / O interface 8-4,
In the drive circuit 9, the exciting current value of the attraction coil and electromagnet in each motor magnetic pole is adjusted.

このように、フィードバック制御を行うことにより、円
滑なロータ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 control the attitude of the rotor.

このように構成することにより、単位重量当たりのトル
クが大きく、しかも精度が高く高速運転が可能な非接触
形のロータ挟み込み型アクチュエータを得ることができ
る。
With such a configuration, it is possible to obtain a non-contact type rotor pinch type actuator which has a large torque per unit weight and is highly accurate and capable of high-speed operation.

上記実施例によれば、モータ磁極及び電磁石を同心の円
周上の位置に4個配設した場合について説明したが、第
6図及び第7図に示されるように、モータ磁極及び電磁
石〔3e〜3g(3fは図示されていないが、第7図の
前方に位置する)〕を等間隔になるように3個配設す
る。つまり、内側モータ磁極2e〜2g、外側モータ磁
極5e〜5gはその中心角をθ、つまり、120度の間
隔に配設する。
According to the above embodiment, the case where four motor magnetic poles and electromagnets are arranged at concentric circumferential positions has been described, but as shown in FIGS. 6 and 7, the motor magnetic poles and electromagnets [3e 3g (3f is not shown, but is located in front of FIG. 7)] are arranged at equal intervals. That is, the center angles of the inner motor magnetic poles 2e to 2g and the outer motor magnetic poles 5e to 5g are arranged at θ, that is, at intervals of 120 degrees.

また、第8図に示される様に、内側モータ磁極2及び外
側モータ磁極5は上下に分割した配置とし、電磁石とし
てはリング状の1個の電磁石3hを設けるようにしても
よい。この場合にはこの電磁石3hは、Z方向の磁気浮
上のみを行い、ロータ4の傾きの制御は専ら上下に分割
された各モータ磁極の吸引用磁極の励磁電流の調整によ
り行う。
Further, as shown in FIG. 8, the inner motor magnetic pole 2 and the outer motor magnetic pole 5 may be arranged in a vertically divided arrangement, and as the electromagnet, one ring-shaped electromagnet 3h may be provided. In this case, the electromagnet 3h only performs magnetic levitation in the Z direction, and the tilt of the rotor 4 is controlled exclusively by adjusting the exciting current of the attraction magnetic poles of the motor magnetic poles divided into the upper and lower portions.

次に、ロータ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 rotor will be described.

ここで、マイクロステップ駆動とはモータ磁極の2つの
巻線に90度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、ロータの回転駆動
用電流IaとIbとして第9図に示されるような波形を
供給する。第10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ROM、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
外側モータ磁極5の回転駆動用コイル28〜31が接続
される。
Here, the micro-step drive is a method of driving a two-phase current having a phase difference of 90 degrees in two windings of a motor magnetic pole to drive the motor as a synchronous motor. A waveform as shown in Figure 9 is provided. FIG. 10 is a block diagram of a microstep drive system, in which 41 is a ring counter and 42 and 43.
Is a ROM, 44 and 45 are D / A converters, 46 and 47
Is a drive amplifier, and the rotation drive coils 28 to 31 of the outer motor magnetic pole 5 are connected to the drive amplifiers 46 and 47 and thereafter.

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、増幅されて回転駆動用コイ
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ロータ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、受動的なダンピングを期待できる。このように構
成することによって、ロータ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 D
The analog amount is input to the drive amplifiers 46 and 47 via the / A converters 44 and 45, amplified, and added to the rotation drive coils 28, 29, 30 and 31. In the waveform, the ratio of the A phase to the B phase is determined by the electrical angle position (time), which is output according to the electrical angle position to move the rotor 4. If a voltage amplifier is used as the drive amplifier, passive damping can be expected. With this configuration, the rotor 4 can move smoothly and can be positioned at a minute distance.

ところで、このロータ挟み込み型アクチュエータはロー
タを非接触状態にして駆動させるために、ロータの動き
に対する機械的ダン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、次のように構成する。
By the way, since this rotor pinch type actuator drives the rotor in a non-contact state, mechanical damping with respect to the movement of the rotor is very small. Therefore, even if the micro step drive is performed, some vibration is accompanied. In order to suppress this vibration, it is configured as follows.

第1図及び第2図に示されるように、各モータ磁極の中
心が同心円状の位置に90度おきに合計4個配設される
場合について説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a case where a total of four motor magnetic poles are arranged at concentric positions at 90-degree intervals will be described.

ここでは回転方向に配設される複数のモータ磁極間のロ
ータ4の歯に対する位相を、互いにπ/4ずらすように
する。つまり、ある時点において内側モータ磁極2a、
2cの回転駆動用コイルにおいては、第11図(a)に
示されるような起磁力を生じるように、一方、内側モー
タ磁極2b、2dの回転駆動用コイルにおいては第11
図(b)に示されるような起磁力を生じるように、それ
ぞれのモータ磁極を配置する。
Here, the phases of the plurality of motor magnetic poles arranged in the rotation direction with respect to the teeth of the rotor 4 are shifted from each other by π / 4. That is, at some point, the inner motor magnetic pole 2a,
In the rotation driving coil of 2c, the magnetomotive force as shown in FIG. 11 (a) is generated, while in the rotation driving coil of the inner motor magnetic poles 2b and 2d,
The respective motor magnetic poles are arranged so as to generate a magnetomotive force as shown in FIG.

また、外側モータ磁極5a〜5dについても同様に配設
する。
Further, the outer motor magnetic poles 5a to 5d are similarly arranged.

このように、モータ磁極の位置を電気角でπ/4ずらし
た場合、回転トルク特性は均一化され、同位相の配置に
した場合に比して、よりダン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。
In this way, when the position of the motor magnetic pole is shifted by π / 4 in terms of electrical angle, the rotational torque characteristics are made uniform, and damping is greater than in the case of in-phase arrangement, and smooth driving is possible. Becomes 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の場合は、第12図の
ようなパターンとなる。つまり、モータ磁極I(内側モ
ータ磁極2a,外側モータ磁極5a或いは内側モータ磁
極2c,外側モータ磁極5c)が1相励磁の場合はモー
タ磁極II(内側モータ磁極2b,外側モータ磁極5b或
いは内側モータ磁極2d,外側モータ磁極5d)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, but in the case of a normal step motor, the pattern is as shown in FIG. That is, when the motor magnetic pole I (inner motor magnetic pole 2a, outer motor magnetic pole 5a or inner motor magnetic pole 2c, outer motor magnetic pole 5c) is one-phase excitation, motor magnetic pole II (inner motor magnetic pole 2b, outer motor magnetic pole 5b or inner motor magnetic pole 5b). 2d, the outer motor magnetic pole 5d) is a two-phase excitation, 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、上記実施例によれば、モータ磁極2b,5b、2
d,5dの位相がモータ磁極2a,5a、2c,5cに
対してπ/4進んでいる場合について説明したが、逆に
モータ磁極2a,5a、2c,5cに対してモータ磁極
2b,5b、2d,5dがπ/4遅れるようにしてもよ
い。この場合はロータ4の回転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-mentioned embodiment, the motor magnetic poles 2b, 5b, 2
The case where the phases of d and 5d are advanced by π / 4 with respect to the motor magnetic poles 2a, 5a, 2c and 5c has been described, but conversely, the motor magnetic poles 2b and 5b with respect to the motor magnetic poles 2a, 5a, 2c and 5c, 2d and 5d may be delayed by π / 4. In this case, it is the same as the rotation direction of the rotor 4 is changed. Furthermore, even if n × π / 4 (n = 1, 3, 5, 7) is advanced or delayed, the above-described effects can be obtained. That is, when one of the two is two-phase excitation, the other one is preferably one-phase excitation.

次に、このロータ挟み込み型アクチュエータの位置閉ル
ープ制御の一実施例を第13図を用いて説明する。
Next, one embodiment of the position closed loop control of this rotor sandwiching 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、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の駆動回路や変位検
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. The motor magnetic pole and the traveling direction position detector are supported and fixed by the fixed frame. Further, a drive circuit for the suction coils 26, 27, a displacement detector, a 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度に固定しておく。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、ロータ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 that outputs an error between the current position and the movement command value, 52 is a D / A converter, and 53 is a PID.
A controller including an adjuster and the like, 54 is a code discriminator,
Whether to advance or delay the phase, that is, to 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 degrees. 57 is a phase adder / subtractor, 58 and 59 are ROMs, 60 and 61 are D / A converters, 62 and 63 are multipliers, 64 and 65 are drive amplifiers,
A traveling direction position detector 66 detects the phase of the rotor 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, R
/ D (resolver / digital) converter, which outputs the current phase output to the phase adder / subtractor 57 and the speed output to the addition point 68 to form a speed loop. Also,
A current position signal is output from the position converter 67 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をすることができる。
With this configuration, it is possible to prevent step-out which is likely to occur in the case of open loop control.

本発明のロータ挟み込み型アクチュエータの構造は予定
されるロータの重量、形状或いはテーブル面部に載置さ
れる物の重量などに応じてに種々の変形を行うことがで
きる。特に、モータ磁極及び電磁石の配置やロータの構
造は適宜変形を行うことができる。
The structure of the rotor pinch type actuator of the present invention can be variously modified according to the expected weight and shape of the rotor or the weight of an object placed on the table surface. In particular, the arrangement of the motor magnetic poles and electromagnets and the structure of the rotor can be appropriately modified.

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、ロータ挟
み込み型アクチュエータであって、同軸状に配置される
と共に、複数の極片を有する芯部材を有し、前記極片上
に巻回される回転駆動用コイルによって励磁される回転
駆動用磁極と該回転駆動用磁極に隣接して前記芯部材上
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
極とを一体化した内側モータ磁極と外側モータ磁極、及
び電磁石を具えた固定子と、前記内側モータ磁極と外側
モータ磁極との間に配設されると共に、前記各モータ磁
極と対向し、一定ピッチを有して整列した歯列がリング
状に設けられ、かつ前記電磁石によって自重と釣り合う
浮力を受けるカップ状のロータと、前記固定子と前記ロ
ータ間の相対変位を検出する変位検出手段と、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ロータ
間の間隙を調整し、かつ前記ロータの非接触状態でのス
テップ回転駆動を行う制御手段とを設けるようにしたの
で、 (1)ロータを非接触状態で回転可能であり、その制御は
極めて円滑である。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, the rotor sandwiching type actuator is arranged coaxially and has a core member having a plurality of pole pieces. A rotation driving magnetic pole excited by a rotation driving coil wound around the core and a suction magnetic pole excited by a suction coil wound on the core member adjacent to the rotation driving magnetic pole are integrated. And a stator provided with an inner motor pole and an outer motor pole, and an electromagnet, and is disposed between the inner motor pole and the outer motor pole and faces each of the motor poles and has a constant pitch. A cup-shaped rotor in which aligned tooth rows are provided in a ring shape and which receives a buoyancy force balanced by its own weight by the electromagnet, a displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the rotor, and the displacement detection Since the gap between the stator and the rotor is adjusted based on the detection value from the means, and the control means for performing the step rotation drive in the non-contact state of the rotor is provided, (1) It can rotate in a non-contact state, and its control is extremely smooth.

(2)単位重量当たりのトルクが大きく、しかも精度の高
い高速運転が可能な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) A direct drive type actuator having a large torque per unit weight and capable of high-speed operation with high accuracy is constructed, and its configuration is simple and compact.

(3)ロータに電気を供給する必要がなく、また、ロータ
は軽量であるため、ロータの動きが早く、応答性が高
い。
(3) It is not necessary to supply electricity to the rotor, and the rotor is lightweight, so the rotor moves quickly and the response is high.

(4)駆動のためにはロータには歯列を設けるだけでよ
く、回転駆動用コイル、吸引用コイル及び電磁石は固定
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ロータの温度上昇をもたらす
ことがない。
(4) To drive, it is only necessary to provide the rotor with teeth, and since the rotation drive coil, suction coil and electromagnet are provided on the stator side, the heat generated by the coil is generated by heat conduction on the stator side. It can be effectively absorbed and does not cause the temperature rise of the rotor.

(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
境下で使用できるロータ挟み込み型アクチュエータを得
ることができる。
Thus, according to the present invention, there are various advantages, and in particular,
It is possible to obtain a rotor pinch type actuator that can be used in a harsh environment such as a high vacuum atmosphere in a dust-free semiconductor factory, a biotechnology-related factory, or a space factory.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すロータ挟み込み型アク
チュエータの一部破断平面図、第2図は第1図のII−I
I′線断面図、第3図は本発明の一実施例を示すロータ
挟み込み型アクチュエータの全体構成図、第4図はモー
タ磁極の構成図、第5図はモータ磁極の動作説明図、第
6図は本発明の他の実施例を示すロータ挟み込み型アク
チュエータの一部破断平面図、第7図は第6図のVII−V
II′線断面図、第8図はリング状電磁石を具備するロー
タ挟み込み型アクチュエータの一部破断断面図、第9図
及び第11図はマイクロステップ駆動電流波形図、第1
0図はマイクロステップ駆動システム構成図、第12図
は励磁シーケンス図、第13図は閉ループ制御システム
構成図、第14図は従来の磁気軸受型モータの断面図で
ある。 1…固定子 2,2a〜2d,2e〜2g…内側モータ磁極、3a〜
3d,3e〜3g,3h…電磁石 4…ロータ 5,5a〜5d,5e〜5g…外側モータ磁極、6a〜
6e…変位検出器 8…電子制御装置 9…駆動回路 10…電源 11…第1の基準面 12…第2の基準面 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…回転駆動用コイル
FIG. 1 is a partially cutaway plan view of a rotor pinching type actuator showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a II-I of FIG.
A sectional view taken along the line I ', FIG. 3 is an overall configuration diagram of a rotor sandwiching type actuator showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a configuration diagram of a motor magnetic pole, FIG. 5 is an operation explanatory diagram of a motor magnetic pole, and FIG. FIG. 7 is a partially cutaway plan view of a rotor pinching type actuator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a VII-V of FIG.
II ′ line sectional view, FIG. 8 is a partially cutaway sectional view of a rotor sandwiching type actuator having a ring-shaped electromagnet, and FIGS. 9 and 11 are microstep drive current waveform diagrams, FIG.
FIG. 0 is a microstep drive system configuration diagram, FIG. 12 is an excitation sequence diagram, FIG. 13 is a closed loop control system configuration diagram, and FIG. 14 is a sectional view of a conventional magnetic bearing type motor. 1 ... Stator 2, 2a-2d, 2e-2g ... Inner motor magnetic pole, 3a-
3d, 3e-3g, 3h ... Electromagnet 4 ... Rotor 5, 5a-5d, 5e-5g ... Outer motor magnetic pole, 6a-
6e ... Displacement detector 8 ... Electronic control device 9 ... Driving circuit 10 ... Power supply 11 ... First reference plane 12 ... Second 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 ... Rotation drive coil

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(a)同軸状に配置されると共に、複数の
極片を有する芯部材を有し、前記極片上に巻回される回
転駆動用コイルによって励磁される回転駆動用磁極と該
回転駆動用磁極に隣接して前記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
た内側モータ磁極と外側モータ磁極、及び電磁石を具え
た固定子と、 (b)前記内側モータ磁極と外側モータ磁極との間に配
設されると共に、前記各モータ磁極と対向し、一定ピッ
チを有して整列した歯列がリング状に設けられ、かつ前
記電磁石によって自重と釣り合う浮力を受けるカップ状
のロータと、 (c)前記固定子と前記ロータ間の相対変位を検出する
変位検出手段と、 (d)該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記ロータ間の間隙を調整し、かつ前記ロータの非
接触状態でのステップ回転駆動を行う制御手段とを具備
することを特徴とするロータ挟み込み型アクチュエー
タ。
1. (a) A rotary drive magnetic pole, which is coaxially arranged, has a core member having a plurality of pole pieces, and is excited by a rotary drive coil wound on the pole piece, and A stator provided with an inner motor magnetic pole and an outer motor magnetic pole, which are integrated with an attracting magnetic pole excited by an attracting coil wound on the core member adjacent to the rotation driving magnetic pole; b) A tooth row arranged between the inner motor pole and the outer motor pole, facing each of the motor poles and aligned with a certain pitch is provided in a ring shape, and is self-weighted by the electromagnet. A cup-shaped rotor that receives a buoyancy force that balances with (c) a displacement detection unit that detects a relative displacement between the stator and the rotor; and (d) the stator based on a detection value from the displacement detection unit. The gap between the rotors Rotor entrapment type actuator characterized by comprising a control means for settling, and performs the step rotation of a non-contact state of the rotor.
【請求項2】前記ロータの前記歯列はリング状のロータ
の内外面に形成され、前記ロータは該歯列の上部に連設
されるテーブル面部を具備することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載のロータ挟み込み型アクチュエー
タ。
2. The tooth row of the rotor is formed on the inner and outer surfaces of a ring-shaped rotor, and the rotor is provided with a table surface portion continuously provided on an upper portion of the tooth row. The rotor sandwiching type actuator according to item 1.
【請求項3】前記固定子には少なくとも3個のモータ磁
極が同心の円周上の位置に配設されていることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のロータ挟み込み型アク
チュエータ。
3. The rotor sandwiching type actuator according to claim 1, wherein at least three motor magnetic poles are arranged at concentric circumferential positions on the stator.
【請求項4】前記制御手段は変位検出手段からの検出値
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
定子と前記ロータ間の間隙を調整するギャップ制御手段
と、前記回転駆動コイルの電流を変化させ前記ロータの
非接触状態での回転駆動を行う回転駆動制御手段とを具
備することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のロ
ータ挟み込み型アクチュエータ。
4. The gap control means for adjusting the gap between the stator and the rotor by changing the exciting current of the suction coil based on the detection value from the displacement detection means, and the rotation drive coil. The rotor pinching type actuator according to claim 1, further comprising: a rotation drive control unit that changes a current to drive rotation of the rotor in a non-contact state.
【請求項5】前記回転駆動制御手段は回転駆動用コイル
に正弦波状と余弦波状の電流を供給し、これらの回転駆
動用コイル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項記載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
5. The rotation drive control means comprises means for supplying sine-wave and cosine-wave currents to the rotation drive coil, and performing microstep drive by the currents flowing in the respective phases of these rotation drive coils. The rotor sandwiching type actuator according to claim 1, wherein:
【請求項6】前記マイクロステップ駆動時に変位検出手
段により前記ロータの回転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項記載のロータ挟み込み型アクチュエ
ータ。
6. A means for detecting the displacement in the rotational direction of the rotor by the displacement detecting means at the time of the micro step driving, and performing closed loop control so that a constant excitation lead angle is obtained based on the detected value. The rotor sandwiching type actuator according to claim 5, characterized in that.
【請求項7】前記ロータの回転方向に配設される複数の
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項記載のロータ
挟み込み型アクチュエータ。
7. The rotor sandwiching type according to claim 1, wherein the plurality of motor magnetic poles arranged in the rotation direction of the rotor are arranged so that each excitation phase is shifted by π / 4. Actuator.
【請求項8】前記変位検出手段は、上下動、左右動及び
回転の状態を検出し、該検出値に基づいて前記ロータを
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
載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
8. The displacement detecting means comprises means for detecting vertical movement, lateral movement and rotation, and controlling the rotor to a position preset by the control means based on the detected values. The rotor sandwiching type actuator according to claim 1, wherein:
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