JP3805341B2 - ２軸複合モータ - Google Patents

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。

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。

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。

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。

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。

特開平４−２２９０６３号公報 特開平８−２３７９３１号公報 特開平８−２７５４８４号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 図１の駆動信号による動きを示す説明図である。 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。 従来構成を示す一部切欠き付き斜視図である。

符号の説明

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。

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