JP2006304470A - 電磁石ユニット、電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置、およびステージ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】I形断面状の第1コア5と、該第1コア5の中央部の溝部内に設けた永久磁石4とで構成される第1の電磁石と、第1コア5とギャップを介して対向配置されたE形断面状の第2コア2と、第2コア2の中央脚2Aに巻いた励磁コイル3とで構成される第2の電磁石と、を備えた電磁石ユニット1において、第2コア2における中央脚2Aの第1コア5との対向面の幅を広げ、該第2コア2の中央脚2Aと両端に位置する脚との間に形成される窓開口部2Bを半閉スロット形状とした。
【選択図】 図1
Description
図4は第1従来技術を示す電磁石ユニットの正断面図、図5は図4のC−C線(中央線)に沿う側断面図である。
図4、図5において、21は電磁石ユニット、22は第2コア、23は励磁コイル、24は永久磁石、25は第1コアである。
電磁石ユニットの一方は、磁性体でできたI形断面状の第1コア25で構成されている。また、電磁石ユニットの他方は、第1コア25とギャップを介して対向配置されると共に、磁性体でできたE形断面状の第2コア22と、該第2コア22の中央脚22Aに巻かれ且つ磁気力を発生する励磁コイル23と、該第2コア22における中央脚22Aの第1コア25との対向面に設けた永久磁石24とで構成されている。一般に、図中の第1コア25と第2コア22の何れか一方を図示しない移動ステージなどに固定して可動子を構成すると共に、他方を図示しない固定ベースなどに固定して固定子を構成するようになっている。
このような構成において、第1コア25、第2コア22間のギャップGに臨んで図示しないギャップセンサを設け、ギャップセンサ(不図示)からの情報をフィードバックして、励磁コイル23に所定の電流を流して、第1コア25、第2コア22間に磁気浮上力を発生させ可動子を駆動するようになっている。
また、図6は第2従来技術を示す電磁石ユニットの正断面図、図7は図6のC−C線(中央線)に沿う側断面図である。第2従来技術の電磁石ユニットは第1従来技術に対してE形コアとI形コアを組合わせた点で同じであるが、永久磁石24を、第1コア25の中央部に形成してなる溝部内に設けた点で異なっている。なお、動作については、第1従来技術と同じなので、説明を省略する。
また、第2従来技術においては、第1コアあるいは第2コアの何れか一方がX方向に変位した場合に、磁気吸引力の分力が復元力となり軸干渉が発生してしまい、Y方向あるいはZ方向の制御が困難になってしまうという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、推力リップルによる振動の発生を抑制すると共に、コアがX方向に変位した場合に、磁気吸引力の分力が復元力となって起こる軸干渉を抑え、Y、Z方向の制御を容易に行うことができる、高位置決め精度が得られる電磁石ユニット、電磁アクチュエータ、電磁アクチュエータの駆動制御装置、およびステージ装置を提供することを目的とする。
図において、1は電磁石ユニット、2は第2コア、3は励磁コイル、4は永久磁石、5は第1コアである。
本発明の電磁石ユニットの一方が、磁性体でできたI形断面状の第1コア5と該第1コア5の中央部の位置に形成してなる溝部内に設けた永久磁石4とで構成されており、他方が、第1コア5とギャップを介して対向配置されると共に、磁性体でできたE形断面状の第2コア2と該第2コア2の中央脚2Aに巻かれ且つ磁気力を発生する励磁コイル3とで構成されている点は、第2従来技術と同じである。
本発明が第2従来技術と異なる点は、第2コア2における中央脚2Aの第1コア5との対向面の幅を広げ、該第2コア2の中央脚2Aと両端に位置する脚との間に形成される窓開口部2Bが半閉スロット形状となるようにしたものである。
また、永久磁石4は第2コア2と対向する面の両端に傾斜した面取り部4Aを施したものである。
また、該第2コア2の中央脚2Aの幅Aを、第1コア5の溝部幅Bの約60%〜70%としたものである。
図1に示す電磁石ユニット1は、例えば、図2で示される磁気浮上搬送ステージ装置において、移動子MのP1、P2、P3、P4の位置に4個配置されたもので、移動子Mを4点で浮上支持する1つの電磁アクチュエータを構成したものとなっている。このため、該ステージ装置の移動子を、図示しない非接触のリニアモータによって、電磁石ユニット1のP1とP3、P2とP4を結ぶ方向に平行に移動するように制御する。
図3は、電磁石ユニットを用いた電磁アクチュエータの浮上制御を説明するための制御ブロック図である。
電磁アクチュエータの駆動制御装置としては、複数の電磁石ユニット1よりなる電磁アクチュエータと、該電磁アクチュエータを構成する電磁石ユニット1の第1コア5と第2コア2との間のギャップを検出するギャップセンサ6と、該電磁石の励磁コイル3に流れる電流を検出する電流センサ8と、該電磁石ユニット1が発生する目標となる磁気力に対応する力指令fと該ギャップセンサ6により検出したギャップ信号hを入力することにより電流指令Irを出力する力/電流変換手段9と、該電流指令Irと電流センサ8により検出した励磁コイル3の電流信号Iの偏差に基づいて、電圧指令Urを計算する電流制御部10と、該電流制御部10で得られた電圧指令Urを増幅することにより、励磁コイル3に励磁電圧を与えるようにした電力増幅器7とを備えている。
図3において、ギャップセンサ6が第1コア5、第2コア2間のギャップhを検出し、力/電流変換手段9は電磁石ユニット1が発生する目標となる磁気力に対応する力指令frとギャップセンサにより検出したギャップ信号hに基づいて、例えば電磁石の磁気回路モデルなどを用いて電流指令Irを計算する。減算器11は電流指令Irと電流センサ8が検出した励磁コイル3の電流Iとの偏差を計算し、電流制御部10は電流指令Irと電流センサ8が検出した励磁コイル3の電流Iとの偏差に基づいて電圧指令urを計算する。電力増幅器7は電圧指令urを増幅して電磁石の励磁コイル3に励磁電圧を与える。このように、電磁アクチュエータは、駆動制御装置を用いることで、力指令から電流指令に変換することで、電磁石ユニット1に指令通りの磁気浮上力を発生するように制御することができる。
また、第2コア2はE形断面状を有しているが、形状は限定されるものではなく、例えばC字形状の円柱形状であってもよい。
また、第2コアの中央脚は図1の紙面と垂直方向となる長手方向に一様に均一な断面を有するものに限定されるものではなく、部分的に異なる断面を備えたものであってもよい。
2 第2コア
2A 中央脚
2B 窓開口部
3 励磁コイル
4 永久磁石
4A 面取り部
5 第1コア
6 ギャップセンサ
7 電力増幅器
8 電流センサ
9 力/電流変換手段
10 電流制御部
11 減算器
M 移動子
Claims (6)
- 磁性体でできたI形断面状の第1コアと、該第1コアの中央部の位置に形成してなる溝部内に設けた永久磁石とで構成される第1の電磁石と、
前記第1コアとギャップを介して対向配置されると共に、磁性体でできたE形断面状の第2コアと、前記第2コアの中央脚に巻かれ且つ磁気力を発生する励磁コイルとで構成される第2の電磁石と、
を備え、
前記第1コアと前記第2コアの何れか一方を可動子とし、他方を固定子として構成することにより相対的に移動するようにした電磁石ユニットにおいて、
前記第2コアにおける中央脚の第1コアとの対向面の幅を広げ、該第2コアの中央脚と両端に位置する脚との間に形成される窓開口部が半閉スロット形状となるようにしたことを特徴とする電磁石ユニット。 - 前記永久磁石は第2コアと対向する面の両端に傾斜した面取り部を施したことを特徴とする請求項1記載の電磁石ユニット。
- 前記第2コアの中央脚の幅Aを、前記第1コアの溝部幅Bの約60%〜70%としたことを特徴とする請求項1記載の電磁石ユニット。
- 請求項1〜3までの何れか1項に記載の電磁石ユニットを複数備えたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
- 請求項4に記載の電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータを構成する電磁石ユニットの第1コアと第2コアとの間のギャップを検出するギャップセンサと、
前記電磁石の励磁コイルに流れる電流を検出する電流センサと、
前記電磁石ユニットが発生する目標となる磁気力に対応する力指令と前記ギャップセンサにより検出したギャップ信号を入力することにより電流指令を出力する力/電流変換手段と、
前記電流指令と前記電流センサにより検出した励磁コイルの電流信号の偏差に基づいて、電圧指令を計算する電流制御部と、
前記電流制御部で得られた電圧指令を増幅することにより、前記励磁コイルに励磁電圧を与えるようにした電力増幅器と、
を備えたことを特徴とする電磁アクチュエータの駆動制御装置。 - 請求項4に記載の電磁アクチュエータがステージの駆動手段として用いられることを特徴とするステージ装置。
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