JP3805341B2

JP3805341B2 - 2-axis compound motor

Info

Publication number: JP3805341B2
Application number: JP2004004508A
Authority: JP
Inventors: 恒雄杉浦
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2004-01-09
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: JP2005198465A

Description

本発明は、２軸複合モータに関し、特に、１個の輪状軸体の内側と外側に１対の輪状ステータを設けて第１、第２モータを形成すると共に、各突極にスキュー面を形成し、輪状軸体の回転と直動を得るための新規な改良に関する。 The present invention relates to a two-shaft composite motor, and in particular, a pair of ring-shaped stators are provided on the inside and outside of a ring-shaped shaft body to form first and second motors, and skew surfaces are formed on each salient pole. And a new improvement for obtaining rotation and linear motion of the ring-shaped shaft.

従来、用いられていた２軸複合モータとしては、例えば、特許文献１、２、３等に示される構成があり、その構成の原理構造を、図５に示すことができる。
すなわち、図５において符号１で示されるものは第１ステータ巻線２を有する第１輪状ステータであり、この第１輪状ステータ１の上方位置には、間隔Ｄをおいて第２ステータ巻線３を有する第２輪状ステータ４が、図示しない筒状ケースによって保持されている。 Conventionally, as a biaxial compound motor used conventionally, there exists a structure shown by patent document 1, 2, 3, etc., The principle structure of the structure can be shown in FIG.
That is, what is indicated by reference numeral 1 in FIG. 5 is a first annular stator having a first stator winding 2, and the second stator winding 3 is spaced above the first annular stator 1 with a distance D. Is held by a cylindrical case (not shown).

前記第１、第２輪状ステータ１、４を貫通するように、円柱状をなす可動軸体１０が回転及び直動自在に設けられており、この可動軸体１０の上半分は軸方向に形成された複数の第２突極１１が形成され、下半分は円周方向に形成された第１突極１２が形成されている。 A columnar movable shaft body 10 is provided so as to be rotatable and linearly movable so as to penetrate the first and second annular stators 1 and 4, and the upper half of the movable shaft body 10 is formed in the axial direction. The plurality of second salient poles 11 are formed, and the lower half is formed with the first salient poles 12 formed in the circumferential direction.

前記第１輪状ステータ１と第１突極１２とによって、例えば、特開平１１−２０６１０２号公報によって周知のリニアパルスモータ等のリニアモータ１３を構成し、前記第２輪状ステータ４と第２突極１１によって、例えば、特開平１０−２３７３２号公報によって周知のハイブリッドステップモータ等の回転モータ１４を構成している。尚、第１、第２輪状ステータ１、４の内面には、図示していないが、第１、第２突極１１、１２に対応した各突極が形成されている。 The first annular stator 1 and the first salient pole 12 constitute, for example, a linear motor 13 such as a linear pulse motor known by Japanese Patent Laid-Open No. 11-206102, and the second annular stator 4 and the second salient pole. 11 constitutes a rotary motor 14 such as a hybrid step motor known from Japanese Patent Laid-Open No. 10-23732, for example. Although not shown in the figure, the salient poles corresponding to the first and second salient poles 11 and 12 are formed on the inner surfaces of the first and second annular stators 1 and 4.

従って、前述のリニアモータ１３と回転モータ１４の動作を組合わせることにより、Ｚ軸及びθ軸の動作を可動軸体１０に与えることができ、各種半導体製造装置の駆動手段として採用されている。 Therefore, by combining the operations of the linear motor 13 and the rotary motor 14 described above, the operations of the Z axis and the θ axis can be given to the movable shaft body 10, which is employed as a driving means for various semiconductor manufacturing apparatuses.

特開平４−２２９０６３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 4-229063 特開平８−２３７９３１号公報JP-A-8-237931 特開平８−２７５４８４号公報JP-A-8-275484

従来の２軸複合モータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、リニアモータと回転モータが軸方向に分離して形成されているため、複合モータ自体の長さが長くなり、軸長の短い複合モータの要望には応じることが困難であった。
また、図示していないが、実際の複合モータの構成としては、ナットやスプラインを用いる必要があり、複雑な構成となっていた。 Since the conventional two-axis compound motor is configured as described above, the following problems exist.
That is, since the linear motor and the rotary motor are formed separately in the axial direction, the length of the composite motor itself is long, and it is difficult to meet the demand for a composite motor with a short shaft length.
Although not shown in the figure, the actual configuration of the composite motor requires the use of nuts and splines, resulting in a complicated configuration.

本発明による２軸複合モータは、同心円上に互いに隙間を介して配設され第１ステータ巻線を有する第１輪状ステータ及び第２ステータ巻線を有する第２輪状ステータと、前記隙間内に設けられ軸方向移動及び回転自在な輪状軸体と、前記輪状軸体の内周面に円周状に形成された複数の第１突極と、前記輪状軸体の外周面に円周状に形成された複数の第２突極とを備え、前記第１、第２突極は、第１、第２スキュー面を形成し、前記輪状軸体は回転及び軸方向移動を行うようにした構成であり、また、前記第１輪状ステータと第１突極で第１モータを形成し、前記第２輪状ステータと第２突極で第２モータを形成する構成であり、また、前記輪状軸体は、基台に設けられた直進ベアリングの内側に直動自在に配設された支柱の外周の回転ベアリングに回転自在に設けられている構成であり、また、前記第１、第２輪状ステータは、前記輪状軸体の軸方向における同一位置に配設されている構成である。 A two-axis composite motor according to the present invention is provided in a concentric circle with a first annular stator having a first stator winding and a second annular stator having a second stator winding, which are disposed with a gap therebetween. A ring-shaped shaft body that is axially movable and rotatable, a plurality of first salient poles formed circumferentially on the inner peripheral surface of the ring-shaped shaft body, and formed circumferentially on the outer peripheral surface of the ring-shaped shaft body A plurality of second salient poles, wherein the first and second salient poles form first and second skew surfaces, and the ring-shaped shaft body rotates and moves in the axial direction. A first motor is formed by the first annular stator and the first salient pole, and a second motor is formed by the second annular stator and the second salient pole, and the annular shaft is Rotating bearer on the outer circumference of the support column, which is disposed inside the rectilinear bearing provided on the base so as to freely move A configuration is provided rotatably on ring, also the first, second annular stator is a configuration that is disposed at the same position in the axial direction of the annular shaft member.

本発明による２軸複合モータは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、１個の輪状軸体に対して１対の輪状ステータを同心円上に配置し、輪状軸体の内周及び外周の突極がスキューを有するスキュー面で形成されているため、輪状軸体の回転と直動を行うことができる。
また、軸受けとしては片持ち構造とし、大径で低速・高出化が可能である。
また、輪状軸体の軸方向に沿って１対の輪状ステータを同一位置に配置しているため、軸長を大幅に縮小でき、かつ、機器の小型化にも大きく寄与することができる。 Since the two-axis composite motor according to the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, since a pair of ring-shaped stators are arranged concentrically with respect to one ring-shaped shaft body, and the salient poles on the inner periphery and outer periphery of the ring-shaped shaft body are formed by skew surfaces having a skew, the ring-shaped shaft body Can be rotated and linearly moved.
In addition, the bearing has a cantilever structure, and has a large diameter and can achieve low speed and high output.
Further, since the pair of ring-shaped stators are arranged at the same position along the axial direction of the ring-shaped shaft body, the shaft length can be greatly reduced and the apparatus can be greatly contributed to downsizing.

本発明は、輪状軸体に対して一対の輪状ステータを同心円上に配設し、内周及び外周の突極にスキューをつけてスキュー面とし、軸長を縮小して小型化することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a pair of ring-shaped stators concentrically with respect to a ring-shaped shaft body, skew the inner and outer salient poles to form a skew surface, and reduce the shaft length to reduce the size. And

以下、図面と共に本発明による２軸複合モータの好適な実施の形態について説明する。尚、図１と同一又は同等部分には同一符号を用いて説明する。
図１において符号１で示されるものは輪状軸体であり、この輪状軸体１０の外周面１０ａには軸方向に対して傾斜するスキュー角を有する状態の第２スキュー面１１ａを形成する多数の第２突極１１が所定間隔で設けられており、この外周面１０ａ側には、第２ステータ巻線３を有し前記第２突極１１に対応するスキュー状の突極（図示せず）を内面に有する第２輪状ステータ４が配設されている。
前記第２突極１１と第２輪状ステータ４とによって第２モータ１４が構成されている。 Hereinafter, preferred embodiments of a two-axis composite motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are used for the same or equivalent parts as in FIG.
1 is a ring-shaped shaft body, and a large number of second skew surfaces 11a having a skew angle inclined with respect to the axial direction are formed on the outer peripheral surface 10a of the ring-shaped shaft body 10. The second salient poles 11 are provided at predetermined intervals. On the outer peripheral surface 10a side, the second salient pole 3 is provided and the skew salient poles (not shown) corresponding to the second salient poles 11 are provided. Is disposed on the inner surface of the second annular stator 4.
The second salient pole 11 and the second annular stator 4 constitute a second motor 14.

前記輪状軸体１０の内周面１０ｂには、多数の第１突極１２が所定間隔でスキュー角を有する状態の第１スキュー面１２ａを形成するように形成されており、この内周面１０ｂ側には、第１ステータ巻線２を有する第１輪状ステータ１が配設されている。
前記第１輪状ステータ１の外周には、前記第１突極１２と対応してスキュー状の突極１ａが形成され、第１突極１２と第１輪状ステータ１とにより第１モータ１３を構成している。 A large number of first salient poles 12 are formed on the inner peripheral surface 10b of the ring-shaped shaft body 10 so as to form a first skew surface 12a having a skew angle at predetermined intervals, and this inner peripheral surface 10b. On the side, a first annular stator 1 having a first stator winding 2 is arranged.
A skew-shaped salient pole 1 a is formed on the outer periphery of the first annular stator 1 in correspondence with the first salient pole 12, and the first motor 13 is configured by the first salient pole 12 and the first annular stator 1. is doing.

前記各輪状ステータ１、４間の隙間Ｇ内に位置する輪状軸体１０は、回転及び軸方向すなわち直動自在に配設され、前記各ステータ巻線２、３への駆動信号の組合わせにより、前述の２軸方向の動作が可能となる。 The ring-shaped shaft body 10 positioned in the gap G between the ring-shaped stators 1 and 4 is disposed so as to be rotatable and axially movable, that is, linearly movable, and by combining drive signals to the stator windings 2 and 3. The operation in the two-axis direction described above becomes possible.

すなわち、各ステータ巻線２、３への駆動信号をＡ相の−Ａ〜＋Ａ、Ｂ相の−Ｂ〜＋Ｂとすると、軸方向であるＺ軸及び回転方向であるθに対し、−Ａ〜＋Ａ、−Ｂ〜＋Ａの駆動信号は、図１及び図３のベクトル図で表されるように互いに交叉した状態となる。 That is, assuming that the drive signals to the stator windings 2 and 3 are -A to + A for the A phase and -B to + B for the B phase, -A to the Z axis that is the axial direction and θ that is the rotational direction. The drive signals + A and -B to + A are crossed with each other as represented by the vector diagrams of FIGS.

従って、前記輪状軸体１０の具体的な動作としては、図４の(１)〜(４)で示されるように、図４の(１)の場合、＋Ｂと−Ａの合成により＋θ方向の回転となり、図４の(２)の場合、−Ａと−Ｂの合成により−Ｚ方向の直動となり、図４の(３)の場合、−Ａと−Ｂの合成により−θ方向の回転となり、図３の(４)の場合、−Ｂと＋Ａの合成により−Ｚ方向の直動となる。
尚、前述の具体的駆動原理は、ここでは省略しているが、本出願人と同一の出願人の発明者によるスキューのないステップモータ（特開平１０−２３７３２号公報に開示された構成）を援用することができる。 Therefore, as a specific operation of the ring-shaped shaft body 10, as shown in (1) to (4) of FIG. 4, in the case of (1) of FIG. 4, in the + θ direction by combining + B and −A. In the case of (2) in FIG. 4, a direct movement in the −Z direction is obtained by combining −A and −B, and in the case of FIG. 4 (3), the rotation in the −θ direction is performed by combining −A and −B. Thus, in the case of (4) in FIG.
Although the specific driving principle described above is omitted here, a step motor without skew (structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-23732) by the inventors of the same applicant as the present applicant. Can be used.

前述の図１は原理的構成について述べたものであるが、図１の構成を実際のモータとして製品化する場合には、例えば、図２の構成となる。
すなわち、図２において符号２０で示されるものは、全体形状が筒状をなし輪状溝２１を有する基台であり、この輪状溝２１の上部には前記第１、第２輪状ステータ１、４が同心円上でかつ軸方向の同一位置に対向配置されている。 FIG. 1 described above describes the basic configuration, but when the configuration of FIG. 1 is commercialized as an actual motor, for example, the configuration of FIG. 2 is obtained.
That is, what is indicated by reference numeral 20 in FIG. 2 is a base having a cylindrical shape as a whole and having a ring-shaped groove 21, and the first and second ring-shaped stators 1, 4 are disposed above the ring-shaped groove 21. They are concentrically arranged and face each other at the same axial position.

前記基台２０の軸心の中空部２２内には、直進ベアリング２３を介して支柱２４がＺ軸に沿って上下動自在に設けられ、この支柱２４の上部には回転ベアリング２５を介してカップ形に形成された前記輪状軸体１０が回転自在に設けられている。 In the hollow portion 22 of the shaft center of the base 20, a support column 24 is provided so as to be movable up and down along the Z axis via a linear bearing 23. A cup is connected to the upper portion of the support column 24 via a rotation bearing 25. The ring-shaped shaft body 10 formed in a shape is rotatably provided.

従って、前記輪状軸体１０の上部に、例えば、各種半導体製造装置のアーム等の被駆動体（図示せず）を接続し、各モータ１３、１４の駆動状態を制御することにより、この被駆動体の回転状態と直動状態あるいは回転しつつ上下動するようなこれらの組合せ動作を自在に制御することができる。 Accordingly, a driven body (not shown) such as an arm of various semiconductor manufacturing apparatuses is connected to the upper portion of the ring-shaped shaft body 10, and this driven state is controlled by controlling the driving state of the motors 13 and 14. It is possible to freely control a combination of the body rotation state and the linear movement state or the vertical movement while rotating.

本発明は、民生用の各種用途に限らず、防衛用の用途にも適用可である。 The present invention can be applied not only to various consumer uses but also to defense uses.

本発明による２軸複合モータの要部を示す一部切欠斜視図である。It is a partially cutaway perspective view showing a main part of a two-axis composite motor according to the present invention. 図１の構成を製品化した場合の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a structure at the time of commercializing the structure of FIG. 図１の駆動信号による動きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the motion by the drive signal of FIG. 図１の駆動信号による動きの合成ベクトルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the synthetic | combination vector of the motion by the drive signal of FIG. 従来構成を示す一部切欠き付き斜視図である。It is a perspective view with a part notch which shows a conventional structure.

符号の説明Explanation of symbols

１第１輪状ステータ
２第１ステータ巻線
３第２ステータ巻線
４第２輪状ステータ
Ｇ隙間
１０輪状軸体
１１第２突極
１２第１突極
１３リニアモータ
１４回転モータ
２０基台
２２中空部
２３直進ベアリング
２４支柱
２５回転ベアリング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st ring-shaped stator 2 1st stator winding 3 2nd stator winding 4 2nd ring-shaped stator G Gap 10 Ring-shaped shaft body 11 2nd salient pole 12 1st salient pole 13 Linear motor 14 Rotating motor 20 Base 22 Hollow part 23 Linear bearing 24 Post 25 Rotating bearing

Claims

同心円上に互いに隙間(G)を介して配設され第１ステータ巻線(2)を有する第１輪状ステータ(1)及び第２ステータ巻線(3)を有する第２輪状ステータ(4)と、前記隙間(G)内に設けられ軸方向移動及び回転自在な輪状軸体(10)と、前記輪状軸体(10)の内周面に円周状に形成された複数の第１突極(12)と、前記輪状軸体(10)の外周面に円周状に形成された複数の第２突極(11)とを備え、
前記第１、第２突極(12,11)は、第１、第２スキュー面(12a,11a)を形成し、前記輪状軸体(10)は回転及び軸方向移動を行うように構成したことを特徴とする２軸複合モータ。 A first annular stator (1) having a first stator winding (2) and a second annular stator (4) having a second stator winding (3) arranged concentrically with each other via a gap (G); A ring-shaped shaft body (10) provided in the gap (G) and capable of axial movement and rotation, and a plurality of first salient poles formed circumferentially on the inner peripheral surface of the ring-shaped shaft body (10). (12) and a plurality of second salient poles (11) formed circumferentially on the outer peripheral surface of the ring-shaped shaft body (10),
The first and second salient poles (12, 11) form first and second skew surfaces (12a, 11a), and the annular shaft body (10) is configured to rotate and move in the axial direction. A two-axis composite motor characterized by the above.

前記第１輪状ステータ(1)と第１突極(12)で第１モータ(13)を形成し、前記第２輪状ステータ(4)と第２突極(11)で第２モータ(14)を形成することを特徴とする請求項１記載の２軸複合モータ。 The first annular stator (1) and the first salient pole (12) form a first motor (13), and the second annular stator (4) and the second salient pole (11) form a second motor (14). The two-axis compound motor according to claim 1, wherein:

前記輪状軸体(10)は、基台(20)に設けられた直進ベアリング(23)の内側に直動自在に配設された支柱(24)の外周の回転ベアリング(25)に回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の２軸複合モータ。 The ring-shaped shaft body (10) is rotatable on a rotary bearing (25) on the outer periphery of a support column (24) arranged to be linearly movable inside a linear bearing (23) provided on a base (20). The two-axis compound motor according to claim 1, wherein the two-axis compound motor is provided.

前記第１、第２輪状ステータ(1,4)は、前記輪状軸体(10)の軸方向における同一位置に配設されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の２軸複合モータ。 The said 1st, 2nd ring-shaped stator (1,4) is arrange | positioned in the same position in the axial direction of the said ring-shaped shaft body (10), The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. 2-axis compound motor.