JP4513116B2

JP4513116B2 - Linear motor

Info

Publication number: JP4513116B2
Application number: JP2003114707A
Authority: JP
Inventors: 哲朗金井
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP2004320959A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置に用いられると共に、ホールセンサによる磁極検出機能を持ったリニアモータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工作機の送り機構や半導体製造装置の位置決め装置に用いられると共に、ホールセンサによる磁極検出機能を持ったリニアモータが、第１従来技術、第２従来技術として開示されている。以下、従来技術を夫々図３、図４を用いて、説明する。なお、図ではリニアモータの固定子を構成する界磁の図示を省略し、可動子を構成する電機子のみを示している。
図４は第１従来技術を示すリニアモータ電機子の側面図であり、内部を透視したものである。なお、ここでは電機子を可動子として構成したものを例示する
図４において、１１は電機子巻線、１２は樹脂モールド、１３は電機子ベース、１４はホールセンサ、１５はホールセンサ基板である。
電機子は空芯部を有し複数のコイル群よりなり、平板状に成形された電機子巻線１１と、該電機子をテーブル等の他の装置へ取付けるための電機子ベース１３より構成されており、該電機子巻線１１は空芯部およびコイル群の周囲を樹脂モールド１２により固着している。また、電機子のストローク端面には、図示しない固定子を構成する界磁から発生する磁束により磁極検出を行うためのホールセンサ１４がホールセンサ基板１５上に取付けられている。
図５は第２従来技術を示すリニアモータ電機子の側面図であり、内部を透視したものである。
第２従来技術が第１従来技術と異なる点は、磁極検出を行うホールセンサ１４を電機子の外部に設置せずに、電機子巻線１１の空芯部内に設けたものとなっている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実登録第２５９６７９３号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の方法では以下の問題があった。
（１）第１従来技術は可動子のストローク方向にホールセンサユニットが突き出す構造となっているので、ホールセンサが突き出した分有効ストロークが犠牲になる。つまり、ストローク方向に可動子の長さあるいはモータ体格に制限がある、例えばボンダ機器などに搭載されるリニアモータの用途には適用ができず、小型化に不向きであった。
（２）また、第２従来技術のように電機子巻線の空芯部にホールセンサを設置する構造、ホールセンサが電機子巻線の直近に配置されているため、電機子巻線に流れる電流により、交流磁界が発生し、この交流磁界の影響でホールセンサが誤動作する。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、可動子の有効ストロークを犠牲にすることなく、小型化が可能で、ホールセンサの誤動作を防止することができるリニアモータを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、複数の永久磁石を交互に極性が異なるように直線状に並べて配置した界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に複数のコイル群よりなる電機子巻線を有する電機子と、前記電機子に配置した磁極検出機能を有するホールセンサを備え、前記永久磁石の電機子との対向面の端部を、所定の角度だけ傾斜させてあり、前記界磁と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータであって、前記リニアモータの移動方向の面を正断面視で見たときに、前記永久磁石の端部からの漏れ磁束中に、前記ホールセンサを前記永久磁石と前記電機子との対向面に対して垂直方向に、かつ、前記永久磁石の幅方向に対して垂直方向に配置するように設けたことを特徴としている。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のリニアモータにおいて、前記電機子に対象物を搬送するテーブルを取付けるための電機子ベースを設けると共に、前記ホールセンサを前記電機子ベースの内部に設けたことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例を示すリニアモータの側面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿うリニアモータの正断面図で、ホールセンサ取付部を示したものである。ある。
図において、１は永久磁石、２Ａは外ヨーク、２Ｂは内ヨーク、２Ｃはヨーク固定版、３は電機子巻線、４は電機子取付用ブロック、５はホールセンサ、６はホールセンサ基板、７は樹脂モールドである。
本発明の特徴は以下のとおりである。
リニアモータは、可動子を構成する電機子と該電機子と磁気的空隙を介して配置される界磁により構成したムービングコイル形のものであり、一方の界磁は図１に示すごとく、側面から見たヨークの形状が日の字形となっている。詳述すると、界磁は平板状の二つの外ヨーク２Ａ、外ヨーク２Ａの間に配置された内ヨーク２Ｂ、および外ヨーク２Ａと内ヨーク２Ｂの夫々の両端を接続するヨーク固定板２Ｃより成る界磁ヨークと、外ヨーク２Ａ上に交互に極性が異なるように直線状に並べて配置した複数の平板状の永久磁石１で構成される。
他方の電機子は空芯部を有する複数のコイル群よりなる電機子巻線３と、電機子巻線３の両側に設けられた電機子取付用ブロック４より構成されており、いわゆるロの字形の形状に形成されている。また、該電機子は電機子巻線３の空芯部を内ヨーク２Ｂが貫通し、電機子巻線３の外側の上端および下端を外ヨーク２Ａで挟み込み構造となっている。そして、電機子巻線３および電機子取付用ブロック４の間を樹脂モールド７により固着している。
そして、注目すべき点は永久磁石１の電機子との対向面の端部を、所定の角度だけ傾斜させてあり、永久磁石１の端部から入射する漏れ磁束を、該永久磁石と該電機子との間に形成される磁気回路の外側に広げるように、該漏れ磁束中となる電機子取付用ブロック７の端部に設けたホールセンサ基板６にホールセンサ５を設置した点である。ここで、ホールセンサ５は永久磁石１に対して垂直方向に設けられている。
なお、可動子である電機子は、図示しないスライダとガイドレールからなるリニアガイド等によって支持されている。
【０００８】
次に動作を説明する。
リニアモータは、電機子と界磁の電気的相対位置に応じた所定の電流を電機子巻線に流すことにより、永久磁石の作る磁界と作用して電機子に推力が発生し、電機子は進行方向に移動することとなる。この際、電機子との対向面の端部が所定の角度に傾斜させた面を有する永久磁石とホールセンサにより、磁石端部から入射する漏れ磁束は、永久磁石と電機子との間に形成される磁気回路の外側に広がる。
【０００９】
このように本発明の第１実施例に係るリニアモータは、永久磁石１の電機子との対向面の端部を、所定の角度だけ傾斜させ、永久磁石１の端部から入射する漏れ磁束を、該永久磁石と該電機子との間に形成される磁気回路の外側に広げるように、該漏れ磁束中にホールセンサ５を設置し、また、ホールセンサ５を永久磁石１に対して垂直方向に設ける構成にしたので、ホールセンサを可動子移動方向に設置しない構成となるため、有効ストロークを犠牲にすることがなくなる。また、永久磁石端部からの漏れ磁束が外側に広がる為、磁気的空隙を犠牲にすること無くホールセンサを設置できる。
【００１０】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例を説明する。
図３は本発明の第２実施例を示すリニアモータの断面図である。なお、リニアモータは電機子の両側に界磁を配置した磁束貫通型のものとなっており、第１実施例と同じくムービングコイル形となっている。第２実施例の構成要素が従来技術、第１実施例と同じものについては説明を省略する。
図３において、８は永久磁石、９はヨーク、１０はホールセンサである。
第２実施例が従来技術および第１実施例と異なる点は、電機子が複数のコイル群よりなる平板状に成形された電機子巻線１１と、対象物を搬送するテーブル等の他の装置を電機子に取付けるための電機子ベース１３より構成されており、また、ホールセンサ１０が電機子ベース１３の内部に設けられた点である。
本発明の第２実施例はこのように構成したので、電機子と界磁との間の磁気的空隙を犠牲にすることがなくなり、リニアモータの小型化に寄与することができる。
【００１１】
なお、以上の実施例では、固定子を界磁、可動子を電機子とした構造のリニアモータで説明したが、固定子を電機子、可動子を界磁とした構造としても良い。
また、電機子の形状を口の字形としたが、凹形や片側に永久磁石を並べるだけの構造としても、本発明が成り立つことは言うまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は次のような効果がある。
（１）永久磁石の電機子との対向面の端部を、所定の角度だけ傾斜させ、永久磁石の端部から入射する漏れ磁束を、該永久磁石と該電機子との間に形成される磁気回路の外側に広げるように、該漏れ磁束中にホールセンサを設置し、また、ホールセンサを永久磁石に対して垂直方向に設ける構成にしたので、ホールセンサを可動子移動方向に設置しない構成となるため、有効ストロークを犠牲にすることがなくなる。また、永久磁石端部からの漏れ磁束が外側に広がる為、磁気的空隙を犠牲にすること無くホールセンサを設置することができる。
（２）ホールセンサが電機子巻線に対し垂直に設置されているため、電機子巻線に流れる電流により発生する交流磁界の影響を低減でき、ホールセンサの誤動作を防止することができる。
（３）ホールセンサを電機子ベースの内部に設ける構成にしたので、電機子と界磁との間の磁気的空隙を犠牲にすることがなくなり、リニアモータの小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すリニアモータの側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿うリニアモータの正断面図で、ホールセンサ取付部を示したものである。
【図３】本発明の第２実施例を示すリニアモータの断面図である。
【図４】第１従来技術を示すリニアモータ電機子の側面図である。
【図５】第２従来技術を示すリニアモータ電機子の側面図である。
【符号の説明】
１、８永久磁石
２Ａ外ヨーク
２Ｂ内ヨーク
２Ｃヨーク固定版
３、１１電機子巻線
４電機子取付用ブロック
５、１０ホールセンサ
６ホールセンサ基板
７１２樹脂モールド
９ヨーク
１３電機子ベース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a linear motor that is used in a feed mechanism of a machine tool or a positioning device of a semiconductor manufacturing apparatus and has a magnetic pole detection function by a Hall sensor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, linear motors that are used in a feed mechanism of a machine tool or a positioning device of a semiconductor manufacturing apparatus and that have a magnetic pole detection function using a Hall sensor have been disclosed as a first conventional technique and a second conventional technique. The prior art will be described below with reference to FIGS. 3 and 4, respectively. In the figure, the field constituting the stator of the linear motor is not shown, and only the armature constituting the mover is shown.
FIG. 4 is a side view of a linear motor armature showing the first prior art, which is seen through. Here, in FIG. 4 exemplifying an armature configured as a mover, 11 is an armature winding, 12 is a resin mold, 13 is an armature base, 14 is a hall sensor, and 15 is a hall sensor substrate. .
The armature is composed of a plurality of coil groups having an air core portion, and is composed of an armature winding 11 formed into a flat plate shape and an armature base 13 for mounting the armature to another device such as a table. The armature winding 11 is fixed by a resin mold 12 around the air core and the coil group. A hall sensor 14 for detecting a magnetic pole by a magnetic flux generated from a magnetic field constituting a stator (not shown) is mounted on a hall sensor substrate 15 on the stroke end face of the armature.
FIG. 5 is a side view of a linear motor armature showing the second prior art, and the inside is seen through.
The second prior art is different from the first prior art in that the Hall sensor 14 for detecting the magnetic pole is not installed outside the armature but is provided in the air core portion of the armature winding 11 ( For example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Actual registration No. 2596793 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional method has the following problems.
(1) Since the Hall sensor unit protrudes in the stroke direction of the mover in the first prior art, the effective stroke is sacrificed as the Hall sensor protrudes. That is, the length of the mover or the motor size in the stroke direction is limited. For example, it cannot be applied to the use of a linear motor mounted on a bonder device or the like, and is not suitable for downsizing.
(2) Also, as in the second prior art, the hall sensor is installed in the air core portion of the armature winding, and the hall sensor is disposed in the immediate vicinity of the armature winding, so that it flows through the armature winding. An alternating magnetic field is generated by the current, and the Hall sensor malfunctions due to the influence of the alternating magnetic field.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a linear motor that can be downsized without sacrificing the effective stroke of the mover and can prevent malfunction of the Hall sensor. For the purpose.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention according to claim 1 is directed to a field in which a plurality of permanent magnets are arranged in a straight line so as to alternately have different polarities, and the field is opposed to the field through a magnetic gap. An armature having an armature winding formed of a plurality of coil groups and a hall sensor having a magnetic pole detection function disposed in the armature, and having an end portion of a surface facing the armature of the permanent magnet , Yes is inclined by a predetermined angle, on either the stator of the magnetic field and the armature, a linear motor so as to relatively travel the other as the movable element, the movement of the linear motor When the surface of the direction is viewed in a front cross-sectional view, in the leakage magnetic flux from the end of the permanent magnet, the Hall sensor is perpendicular to the facing surface of the permanent magnet and the armature, and In a direction perpendicular to the width direction of the permanent magnet It is characterized in that provided so as to location.
According to a second aspect of the present invention, in the linear motor according to the first aspect, an armature base for attaching a table for conveying an object to the armature is provided, and the hall sensor is mounted on the armature. It is provided inside the base.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a side view of a linear motor showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front sectional view of the linear motor along the line AA in FIG. 1, showing a Hall sensor mounting portion. is there.
In the figure, 1 is a permanent magnet, 2A is an outer yoke, 2B is an inner yoke, 2C is a yoke fixing plate, 3 is an armature winding, 4 is an armature mounting block, 5 is a hall sensor, 6 is a hall sensor substrate, 7 is a resin mold.
The features of the present invention are as follows.
The linear motor is of a moving coil type constituted by an armature that constitutes a mover and a magnetic field that is arranged via the armature and a magnetic gap, and one field is a side surface as shown in FIG. The shape of the yoke seen from the top is a Japanese character. More specifically, the field includes two flat outer yokes 2A, an inner yoke 2B disposed between the outer yokes 2A, and a yoke fixing plate 2C that connects both ends of the outer yoke 2A and the inner yoke 2B. It is composed of a field yoke and a plurality of plate-like permanent magnets 1 arranged in a straight line on the outer yoke 2A so as to alternately have different polarities.
The other armature is composed of an armature winding 3 composed of a plurality of coils having an air core and armature mounting blocks 4 provided on both sides of the armature winding 3. It is formed in the shape of. The armature has a structure in which the inner yoke 2B passes through the air core portion of the armature winding 3, and the outer upper end and the lower end of the armature winding 3 are sandwiched by the outer yoke 2A. The armature winding 3 and the armature mounting block 4 are fixed by a resin mold 7.
The point to be noted is that the end of the surface of the permanent magnet 1 facing the armature is inclined by a predetermined angle, and the leakage magnetic flux incident from the end of the permanent magnet 1 is transferred to the permanent magnet and the electric machine. The hall sensor 5 is installed on the hall sensor substrate 6 provided at the end of the armature mounting block 7 in the leakage magnetic flux so as to spread outside the magnetic circuit formed between the core and the magnetic circuit. Here, the Hall sensor 5 is provided in a direction perpendicular to the permanent magnet 1.
The armature, which is a mover, is supported by a linear guide including a slider and a guide rail (not shown).
[0008]
Next, the operation will be described.
In a linear motor, a predetermined current corresponding to the electrical relative position between the armature and the field is caused to flow through the armature winding, thereby acting on the magnetic field created by the permanent magnet to generate thrust in the armature. It will move in the direction of travel. At this time, the leakage magnetic flux that is incident from the magnet end is formed between the permanent magnet and the armature by the permanent magnet having a surface in which the end of the surface facing the armature is inclined at a predetermined angle and the Hall sensor. Spread outside the magnetic circuit.
[0009]
Thus, in the linear motor according to the first embodiment of the present invention, the end of the surface of the permanent magnet 1 facing the armature is inclined by a predetermined angle, and the leakage magnetic flux incident from the end of the permanent magnet 1 is generated. The Hall sensor 5 is installed in the leakage magnetic flux so as to spread outside the magnetic circuit formed between the permanent magnet and the armature, and the Hall sensor 5 is perpendicular to the permanent magnet 1. Since the hall sensor is not installed in the moving direction of the mover, the effective stroke is not sacrificed. Further, since the leakage magnetic flux from the end of the permanent magnet spreads outward, the Hall sensor can be installed without sacrificing the magnetic gap.
[0010]
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a sectional view of a linear motor showing a second embodiment of the present invention. The linear motor is a magnetic flux penetrating type in which fields are arranged on both sides of the armature, and is a moving coil type as in the first embodiment. The description of the components of the second embodiment that are the same as those of the prior art and the first embodiment will be omitted.
In FIG. 3, 8 is a permanent magnet, 9 is a yoke, and 10 is a Hall sensor.
The second embodiment is different from the prior art and the first embodiment in that the armature is formed into a flat plate made of a plurality of coil groups, and other devices such as a table for conveying the object. This is because the hall sensor 10 is provided inside the armature base 13.
Since the second embodiment of the present invention is configured as described above, the magnetic gap between the armature and the field is not sacrificed, and the linear motor can be reduced in size.
[0011]
In the above embodiment, the linear motor has a structure in which the stator is a field and the mover is an armature. However, the stator may be an armature and the mover may be a field.
Moreover, although the shape of the armature is a mouth shape, it goes without saying that the present invention can also be realized by a concave shape or a structure in which permanent magnets are simply arranged on one side.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) The end of the surface of the permanent magnet facing the armature is inclined by a predetermined angle, and a leakage magnetic flux incident from the end of the permanent magnet is formed between the permanent magnet and the armature. A hall sensor is installed in the leakage magnetic flux so as to spread outside the magnetic circuit, and the hall sensor is arranged in a direction perpendicular to the permanent magnet, so that the hall sensor is not installed in the moving direction of the mover. Therefore, the effective stroke is not sacrificed. In addition, since the magnetic flux leakage from the end of the permanent magnet spreads outward, the Hall sensor can be installed without sacrificing the magnetic gap.
(2) Since the Hall sensor is installed perpendicular to the armature winding, the influence of the AC magnetic field generated by the current flowing through the armature winding can be reduced, and malfunction of the Hall sensor can be prevented.
(3) Since the hall sensor is provided inside the armature base, the magnetic gap between the armature and the field is not sacrificed, and the linear motor can be reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of a linear motor showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front sectional view of the linear motor taken along line AA in FIG. 1, and shows a hall sensor mounting portion.
FIG. 3 is a sectional view of a linear motor showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view of a linear motor armature showing the first prior art.
FIG. 5 is a side view of a linear motor armature showing a second prior art.
[Explanation of symbols]
1, 8 Permanent magnet 2A Outer yoke 2B Inner yoke 2C Yoke fixed plate 3, 11 Armature winding 4 Armature mounting block 5, 10 Hall sensor 6 Hall sensor substrate 7 12 Resin mold 9 Yoke 13 Armature base

Claims

複数の永久磁石を交互に極性が異なるように直線状に並べて配置した界磁と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に複数のコイル群よりなる電機子巻線を有する電機子と、前記電機子に配置した磁極検出機能を有するホールセンサを備え、
前記永久磁石の電機子との対向面の端部を、所定の角度だけ傾斜させてあり、
前記界磁と前記電機子の何れか一方を固定子に、他方を可動子として相対的に走行するようにしたリニアモータであって、
前記リニアモータの移動方向の面を正断面視で見たときに、前記永久磁石の端部からの漏れ磁束中に、前記ホールセンサを前記永久磁石と前記電機子との対向面に対して垂直方向に、かつ、前記永久磁石の幅方向に対して垂直方向に配置するように設けたことを特徴とするリニアモータ。An electric machine having a field magnet in which a plurality of permanent magnets are alternately arranged in a straight line so as to have different polarities, and an armature winding composed of a plurality of coil groups that are arranged opposite to the field via a magnetic gap. And a Hall sensor having a magnetic pole detection function arranged in the armature,
The end of the surface facing the armature of the permanent magnet is inclined by a predetermined angle,
A linear motor that is configured to travel relatively using either the field or the armature as a stator and the other as a mover ,
When the surface in the moving direction of the linear motor is viewed in a cross-sectional view, the Hall sensor is perpendicular to the opposing surface of the permanent magnet and the armature during leakage magnetic flux from the end of the permanent magnet. A linear motor characterized by being arranged in a direction and in a direction perpendicular to the width direction of the permanent magnet .

前記電機子に対象物を搬送するテーブルを取付けるための電機子ベースを設けると共に、前記ホールセンサを前記電機子ベースの内部に設けたことを特徴とする請求項１記載のリニアモータ。The linear motor according to claim 1, wherein an armature base for attaching a table for conveying an object to the armature is provided, and the hall sensor is provided inside the armature base.