JPH04265657A - Electromagnetic actuator - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To provide a miniature, dust-free and lubrication-free actuator having high positioning accuracy. CONSTITUTION:A thrust magnetic bearing is integrated with a step motor and combined with a radial magnetic bearing thus supporting a rotary shaft with no contact and performing positioning in the rotary direction. A driving section 7 constituted of a step motor/thrust magnetic bearing is disposed in the center and radial bearings 8, 9 are disposed on the opposite sides in the direction of the thrust shaft. Furthermore, displacement sensors 10, 11, 12, 12 for detecting gaps in the directions of radial shaft and the thrust shaft are provided. Rotor A, i.e., a rotary shafy 6, is supported by the magnetic bearing 8, 9 with no contact therewith and positioning in the rotary direction is carried out by means of a step motor at the driving section 7.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【０００１】0001

【産業上の利用分野】本発明は、発塵や潤滑が問題とな
る特殊環境下（宇宙、真空中、クリーンルーム中、液体
中）で使用可能な電磁アクチュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electromagnetic actuator that can be used in special environments where dust generation and lubrication are problematic (space, vacuum, clean room, liquid).

【０００２】0002

【従来の技術】例えば半導体製造プロセスにおいて、高
いクリーン度を維持するため、クリーンルームで使用す
るロボットには、以下の対策が必要とされる。2. Description of the Related Art In order to maintain a high degree of cleanliness in, for example, semiconductor manufacturing processes, the following measures are required for robots used in clean rooms.

【０００３】（１）　　低発塵、無発塵機構を採用し、
発塵要素を除去、削除、代替する。(1) Adopts low dust generation and no dust generation mechanism,
Eliminate, delete, or replace dust-generating elements.

【０００４】（２）　　防塵機構の組み込み、内部発生
粒子の外部流出、拡散を防止する。(2) Incorporating a dustproof mechanism to prevent internally generated particles from flowing out and dispersing.

【０００５】（３）　　信頼性、保全性を向上し、メン
テナンスフリー化を図る。(3) Improve reliability and maintainability, and aim for maintenance-free operation.

【０００６】上記対策の具体的方法としては、以下の方
法がある。[0006] Specific methods for the above countermeasures include the following methods.

【０００７】（１）　　内部負圧吸引。すなわち、ロボ
ットの内部を負圧化し、外部に開口した部分を通して塵
埃が流出しないように、常に内部に向う空気の流れを形
成する。(1) Internal negative pressure suction. That is, the inside of the robot is made to have a negative pressure, and a flow of air is always created inward to prevent dust from flowing out through the part that opens to the outside.

【０００８】（２）　　磁性流体シール。すなわち、磁
性流体によりロボット内部と外部とを完全に分離し、内
部からの塵埃の拡散を防止する。図９において、ケーシ
ング５の内周に設けた磁石１によって磁化された磁極２
と、磁性体の回転軸３との間に磁性流体４をリング状に
保持してシール効果を得る。(2) Magnetic fluid seal. That is, the magnetic fluid completely separates the inside and outside of the robot to prevent dust from dispersing from inside. In FIG. 9, a magnetic pole 2 magnetized by a magnet 1 provided on the inner circumference of a casing 5
A magnetic fluid 4 is held in a ring shape between the rotary shaft 3 and the rotating shaft 3 made of magnetic material to obtain a sealing effect.

【０００９】（３）　　ＡＣサーボモータ。すなわち、
ブラシがないので、従来のＤＣサーボモータに比べ、自
体の発塵が少なくなり、メンテナンスもフリーになる。(3) AC servo motor. That is,
Since there are no brushes, the motor itself generates less dust than conventional DC servo motors and requires less maintenance.

【００１０】0010

【発明が解決しようとする課題】宇宙、真空中、クリー
ンルーム中、液体中などの特殊環境下では、アクチュエ
ータの接触部からの発塵や軸受部に潤滑を要するなどが
問題となっている。例えば、半導体製造分野ではＬＳＩ
の高集積化が進み、クリーン度の高い製造環境、装置が
要求されている。このため現在、製造プロセス内の無人
化が進められているが、使用するロボット内部からの発
塵や潤滑を必要とする部分のメンテナンス等の問題とな
っている。現状では、これらの問題に対応するため、発
塵源となるロボットのモータ部に上記した防塵機構を設
けるなどの対策を施しているが、効果は不充分である。[Problems to be Solved by the Invention] Under special environments such as space, vacuum, clean rooms, and liquids, there are problems such as dust generation from the contact portion of the actuator and the need for lubrication of the bearing portion. For example, in the semiconductor manufacturing field, LSI
As manufacturing technology becomes more highly integrated, highly clean manufacturing environments and equipment are required. For this reason, unmanned manufacturing processes are currently underway, but this poses problems such as dust generation from inside the robots used and maintenance of parts that require lubrication. Currently, in order to deal with these problems, countermeasures such as providing the above-mentioned dust prevention mechanism in the motor section of the robot, which is a source of dust generation, are being taken, but the effects are insufficient.

【００１１】本発明は、上記した問題を解決するために
なされたもので、防塵機構を設けるなどの対策が不要な
小形で位置決め精度が良い無発塵、無潤滑の電磁アクチ
ュエータを提供することを目的としている。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a dust-free and lubrication-free electromagnetic actuator that is small, has good positioning accuracy, and does not require measures such as providing a dust-proof mechanism. The purpose is

【００１２】0012

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１個のラジアル磁気軸受と１個のスラスト磁気軸受
とで構成され、回転子が非接触で支持されている回転型
の電磁アクチュエータにおいて、スラスト磁気軸受部が
モータ磁極と共通なモータ兼スラスト磁気軸受部を備え
、該軸受部は放射状に誘導子が設けられたヨーク部で電
磁巻線を包んだ電磁石と、多極着磁された永久磁石のデ
ィスクとからなり、回転方向のギャップを検出するセン
サからの信号に基づき前記電磁石を励磁して前記ギャッ
プを一定に保つように磁力を制御すると共に、該電磁石
を正負のパルス信号により励磁して回転方向の位置決め
を行い、該電磁石に磁気軸受制御系線形化するためのバ
イアス磁束を前記ディスク及び電磁石により流して該バ
イアス磁束を回転位置保持力としても作用させる制御回
路を設けている。[Means for Solving the Problems] According to the present invention, there is provided a rotary electromagnetic actuator comprising at least one radial magnetic bearing and one thrust magnetic bearing, and in which a rotor is supported in a non-contact manner. , the thrust magnetic bearing part is equipped with a motor-cum-thrust magnetic bearing part whose thrust magnetic bearing part is common to the motor magnetic poles, and the bearing part includes an electromagnet that wraps an electromagnetic winding in a yoke part provided with a radial inductor, and a multi-pole magnetized It consists of a permanent magnet disk, and the electromagnet is excited based on a signal from a sensor that detects a gap in the rotation direction, and the magnetic force is controlled to keep the gap constant, and the electromagnet is excited by positive and negative pulse signals. A control circuit is provided in which a bias magnetic flux for linearizing the magnetic bearing control system is caused to flow through the electromagnet through the disk and the electromagnet, and the bias magnetic flux also acts as a rotational position holding force.

【００１３】[0013]

【作用】上記のように構成された電磁アクチュエータに
おいて、回転子すなわち回転軸は、磁気軸受によって非
接触で支持されているので、無発塵で潤滑も不要で、雰
囲気中は汚染されることがなく、また、メンテナンスも
不要となる。更に、スラスト軸受とステッピングモータ
とを一体化した軸受部すなわち駆動部により、回転方向
の位置決めが高精度で可能となりコンパクトで特殊環境
で好適に使用できる。[Operation] In the electromagnetic actuator configured as described above, the rotor, that is, the rotating shaft, is supported by magnetic bearings in a non-contact manner, so there is no dust generation, no lubrication is required, and there is no possibility of contamination in the atmosphere. Also, no maintenance is required. Furthermore, the bearing section, that is, the driving section, which integrates the thrust bearing and the stepping motor, enables highly accurate positioning in the rotational direction, and is compact and suitable for use in special environments.

【００１４】[0014]

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【００１５】図１において、本発明に係る電磁アクチュ
エータの中央には、ステッピングモータ兼スラスト磁気
軸受で構成された駆動部７が設けられ、そのスラスト軸
方向の両側には、それぞれラジアル磁気軸受８、９が設
けられている。また、ラジアル軸方向及びスラスト軸方
向のギャップを検出する変位センサ１０、１１及び変位
センサ１２、１２が設けられている。そして、回転子Ａ
すなわち回転軸６は、磁気軸受８、９により非接触で支
持され、駆動部７のステッピングモータで回転方向の位
置決めがなされるようになっている。In FIG. 1, in the center of the electromagnetic actuator according to the present invention, a driving section 7 consisting of a stepping motor and a thrust magnetic bearing is provided, and on both sides of the driving section 7 in the direction of the thrust axis, radial magnetic bearings 8, 9 is provided. Further, displacement sensors 10 and 11 and displacement sensors 12 and 12 are provided to detect gaps in the radial axis direction and the thrust axis direction. And rotor A
That is, the rotating shaft 6 is supported in a non-contact manner by magnetic bearings 8 and 9, and is positioned in the rotational direction by a stepping motor of the drive unit 7.

【００１６】図２において、駆動部７の固定子Ｂ側の電
磁石Ｃは、放射状にくり抜かれた溝によって構成される
誘導子１３と、励磁巻線１４とからなっており、一部に
は、ピッチでずらした部分Ｘが４箇所形成されている。 他方、回転子Ａ側の回転軸６には、表面に誘導子１３と
同分割に放射状に着磁された永久磁石のディスク１５か
らなっている。In FIG. 2, the electromagnet C on the stator B side of the drive unit 7 is composed of an inductor 13 formed by a radially hollowed out groove and an excitation winding 14, and a part of it includes: Four portions X are formed at different pitches. On the other hand, the rotating shaft 6 on the rotor A side has a permanent magnet disk 15 magnetized radially on its surface in the same division as the inductor 13.

【００１７】図３には、ディスク１５の永久磁石の着磁
状態が示され、図４には、励磁巻線１４に電圧を印加し
た場合の誘導子１３の励磁状態が示されている。FIG. 3 shows the magnetized state of the permanent magnet of the disk 15, and FIG. 4 shows the excited state of the inductor 13 when a voltage is applied to the excitation winding 14.

【００１８】図５には、誘導子１３とディスク１５との
着磁状態の展開図が示されている。この状態で励磁巻線
１４に逆の電圧を印加すると、誘導子１３の表面は、図
６のように励磁される。誘導子１３の一部には、符号Ｘ
に示すように、ピッチをずらした部分が設けられている
ので、矢印のように吸引力すなわちトルクが発生し、図
７に示すように、ピッチをずらした部分Ｘに、図６の着
磁部ａ、ｂが移動して対向した状態で安定する。FIG. 5 shows a developed view of the magnetized state of the inductor 13 and the disk 15. When a reverse voltage is applied to the excitation winding 14 in this state, the surface of the inductor 13 is excited as shown in FIG. A part of the inductor 13 has a symbol X
As shown in FIG. 7, since the pitch-shifted portions are provided, an attractive force or torque is generated as shown by the arrow, and as shown in FIG. 7, the magnetized portion of FIG. A and b move and stabilize in a state where they face each other.

【００１９】図８には、スラスト磁気軸受制御装置が示
されている。なお、図示しないラジアル磁気軸受制御装
置は、周知の公知技術により構成されている。FIG. 8 shows a thrust magnetic bearing control device. Note that the radial magnetic bearing control device (not shown) is constructed using a well-known technique.

【００２０】このスラスト磁気軸受制御装置には、磁気
軸受制御回路１７とステッピングモータ制御回路１８と
が設けられている。これら両回路１７、１８は、共に検
波回路２０、２１とドライブ回路１９、１９を介し、対
向する励磁コイル１４、１４にそれぞれ接続され、また
、センサアンプ１６、１６がそれぞれ接続されている。This thrust magnetic bearing control device is provided with a magnetic bearing control circuit 17 and a stepping motor control circuit 18. Both of these circuits 17 and 18 are connected to opposing excitation coils 14 and 14, respectively, via detection circuits 20 and 21 and drive circuits 19 and 19, and are also connected to sensor amplifiers 16 and 16, respectively.

【００２１】運転に際し、磁気軸受制御回路１７は、変
位センサ１２からの信号をセンサアンプ１６を介して入
力し、ドライブ回路１９、１９の励磁巻線１４、１４へ
の印加電流を増減し、誘導子１３と励磁巻線１４とから
なる電磁石Ｃ、Ｃが発生する磁気吸引力により、回転軸
６を非接触で支持する。During operation, the magnetic bearing control circuit 17 inputs the signal from the displacement sensor 12 via the sensor amplifier 16, increases or decreases the current applied to the excitation windings 14, 14 of the drive circuits 19, 19, and The rotating shaft 6 is supported in a non-contact manner by the magnetic attraction force generated by the electromagnets C and C, each consisting of a coil 13 and an excitation winding 14.

【００２２】また、ステッピングモータ制御系は、開ル
ープ系であって、ステッピングモータ制御回路１８は、
ドライブ回路１９、１９からの印加電圧を２系統同時に
、正負逆転させる。これにより誘導子１３のＮ極がＳ極
に励磁され、着磁されたディスク１５との間に吸引力が
作用し、図５ないし図７に示したように、回転軸６の回
転位置決めを行う。この際、ディスク１５の永久磁石と
電磁石Ｃの誘導子１３との磁束により、位置保持力が発
生し、この磁束は、磁気軸受制御系を線形化するバイア
ス磁束としても作用する。Further, the stepping motor control system is an open loop system, and the stepping motor control circuit 18 is
The applied voltages from the drive circuits 19 and 19 are simultaneously reversed in positive and negative directions. As a result, the N pole of the inductor 13 is excited to the S pole, and an attractive force acts between it and the magnetized disk 15, and as shown in FIGS. 5 to 7, rotational positioning of the rotating shaft 6 is performed. . At this time, a position holding force is generated by the magnetic flux of the permanent magnet of the disk 15 and the inductor 13 of the electromagnet C, and this magnetic flux also acts as a bias magnetic flux that linearizes the magnetic bearing control system.

【００２３】[0023]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、スラスト軸受とステッピングモータとを一
体化し、ラジアル軸受と組み合せて回転軸を非接触で支
持し、回転位置決めを行うことにより、小形で位置決め
精度が良く、しかも無発塵、無潤滑のアクチュエータを
提供することができる。[Effects of the Invention] Since the present invention is constructed as described above, the thrust bearing and the stepping motor are integrated, and combined with the radial bearing, the rotating shaft is supported without contact, and rotational positioning is performed. , it is possible to provide an actuator that is small, has good positioning accuracy, and is dust-free and lubrication-free.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図１】本発明の一実施例を示す側断面図。FIG. 1 is a side sectional view showing one embodiment of the present invention.

【図２】駆動部の半部を示す側断面図。FIG. 2 is a side sectional view showing a half part of the drive section.

【図３】ディスクを示す正面図。FIG. 3 is a front view showing the disk.

【図４】電磁石を示す正面図。FIG. 4 is a front view showing an electromagnet.

【図５】誘導子とディスクの励磁および着磁状態を示す
展開図。FIG. 5 is a developed view showing the excitation and magnetization states of the inductor and disk.

【図６】図５の誘導子を逆極性に励磁した状態を示す図
面。FIG. 6 is a drawing showing a state in which the inductor in FIG. 5 is excited with opposite polarity.

【図７】回転トルクが発生し位置決めされた安定状態を
示す図面。FIG. 7 is a diagram showing a stable state in which rotational torque is generated and positioning is performed.

【図８】制御装置を示す回路図。FIG. 8 is a circuit diagram showing a control device.

【図９】従来の防塵機構の一例を示す斜視図。FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional dustproof mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Ａ・・・回転子 Ｂ・・・固定子 Ｃ・・・電磁石 ６・・・回転軸 ７・・・駆動部 ８、９・・・ラジアル軸受 １０〜１２・・・変位センサ １３・・・誘導子 １４・・・励磁巻線 １５・・・ディスク １７・・・磁気軸受制御回路 １８・・・ステッピングモータ制御回路２０、２１・・
・検波回路A... Rotor B... Stator C... Electromagnet 6... Rotating shaft 7... Drive section 8, 9... Radial bearings 10 to 12... Displacement sensor 13... Induction child 14...excitation winding 15...disk 17...magnetic bearing control circuit 18...stepping motor control circuit 20, 21...
・Detection circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】　　少なくとも１個のラジアル磁気軸受と
１個のスラスト磁気軸受とで構成され、回転子が非接触
で支持されている回転型の電磁アクチュエータにおいて
、スラスト磁気軸受部がモータ磁極と共通なモータ兼ス
ラスト磁気軸受部を備え、該軸受部は放射状に誘導子が
設けられたヨーク部で電磁巻線を包んだ電磁石と、多極
着磁された永久磁石のディスクとからなり、回転方向の
ギャップを検出するセンサからの信号に基づき前記電磁
石を励磁して前記ギャップを一定に保つように磁力を制
御すると共に、該電磁石を正負のパルス信号により励磁
して回転方向の位置決めを行い、該電磁石に磁気軸受制
御系線形化するためのバイアス磁束を前記ディスク及び
電磁石により流して該バイアス磁束を回転位置保持力と
しても作用させる制御回路を設けたことを特徴とする電
磁アクチュエータ。Claim 1: A rotary electromagnetic actuator comprising at least one radial magnetic bearing and one thrust magnetic bearing, in which the rotor is supported in a non-contact manner, wherein the thrust magnetic bearing portion is common to the motor magnetic poles. The bearing consists of an electromagnet that wraps an electromagnetic winding in a yoke with radial inductors, and a disk of multipolar magnetized permanent magnets. The electromagnet is excited based on a signal from a sensor that detects the gap, and the magnetic force is controlled to keep the gap constant, and the electromagnet is excited with positive and negative pulse signals to position the electromagnet in the rotational direction. An electromagnetic actuator characterized in that a control circuit is provided in which a bias magnetic flux for linearizing a magnetic bearing control system is caused to flow through the electromagnet through the disk and the electromagnet, and the bias magnetic flux also acts as a rotational position holding force.