JPH0538121A - Electromagnetic actuator - Google Patents
Electromagnetic actuatorInfo
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- JPH0538121A JPH0538121A JP3338077A JP33807791A JPH0538121A JP H0538121 A JPH0538121 A JP H0538121A JP 3338077 A JP3338077 A JP 3338077A JP 33807791 A JP33807791 A JP 33807791A JP H0538121 A JPH0538121 A JP H0538121A
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Abstract
Description
【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 a special environment (space, vacuum, clean room, liquid) where dusting and lubrication pose problems.
【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 For example, in a semiconductor manufacturing process, a robot used in a clean room needs the following measures in order to maintain high cleanliness.
【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) A low dust-generating and dust-free mechanism is adopted to remove, delete or replace the dust-generating element.
【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) Incorporation of a dustproof mechanism to prevent the outflow and diffusion of internally generated particles.
【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) To improve reliability and maintainability and to make maintenance free.
【０００６】上記対策の具体的方法としては、以下の方
法がある。As a concrete method of the above measures, there are 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 an air flow is always formed toward the inside so that dust does not flow out through a portion opened 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３７の内周に設けた磁石３３によって磁化された磁極
３４と、磁性体の回転軸３５との間に磁性流体３６をリ
ング状に保持してシール効果を得る。(2) A magnetic fluid seal. That is, the magnetic fluid completely separates the inside and the outside of the robot and prevents the diffusion of dust from the inside. In FIG. 9, the magnetic fluid 36 is held in a ring shape between the magnetic pole 34 magnetized by the magnet 33 provided on the inner circumference of the casing 37 and the rotating shaft 35 of the magnetic body 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 is no brush, dust generation is reduced and maintenance is free, as compared with the conventional DC servo motor.
【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。In a special environment such as space, vacuum, clean room, liquid, etc., there are problems such as dust generation from the contact portion of the actuator and lubrication of the bearing portion. For example, in the semiconductor manufacturing field, LSI
Highly integrated, the manufacturing environment and equipment with high cleanliness are required. For this reason, currently unmanned manufacturing processes are being promoted, but there are problems such as dust generation from the inside of the robot used and maintenance of parts requiring lubrication. At present, in order to deal with these problems, measures such as providing the above dustproof mechanism in the motor unit of the robot that is a dust source are taken, but the effect is 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 compact, dust-free, non-lubricating electromagnetic actuator with good positioning accuracy that does not require measures such as provision of a dust-proof mechanism. Has a purpose.
【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形
の電磁アクチュエータにおいて、前記スラスト磁気軸受
の磁極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、該軸受部は同心の３個の電磁石と表面に放射
状の歯を備えたディスクとからなり、前記３個の電磁石
の磁極は相隣る磁極がピッチのずれた歯を備えると共
に、該３個の電磁石の磁極の表面積が等しくなるように
磁極幅を段階的に変え、回転軸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３個の電磁石をそれ
ぞれ励磁して回転軸方向のギャップを一定に保つと共
に、該３個の電磁石をパルス信号によって順次励磁して
回転方向の位置決めを行い、該３個の電磁石の発生する
磁束の向きを相隣る磁極で常に同極となるように制御す
る制御回路を設けている。According to the present invention, there is provided a rotary electromagnetic actuator comprising at least one radial magnetic bearing and one thrust magnetic bearing, the rotor being supported in a non-contact manner. The magnetic poles of the thrust magnetic bearing have a motor / thrust magnetic bearing part common to the motor magnetic poles, and the bearing part is composed of three concentric electromagnets and a disk having radial teeth on the surface, The magnetic poles of the electromagnets have teeth whose pitches are adjacent to each other, and the magnetic pole width is changed stepwise so that the surface areas of the magnetic poles of the three electromagnets are equalized. The three electromagnets are respectively excited to keep the gap in the direction of the rotation axis constant based on the above signal, and the three electromagnets are sequentially excited by the pulse signals for positioning in the rotation direction. There is provided a control circuit for controlling at all times so that the same polarity of the direction of the magnetic flux generated by the said three electromagnets in adjacent magnetic poles.
【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。In the electromagnetic actuator constructed as described above, since the rotor, that is, the rotating shaft is supported by the magnetic bearing in a non-contact manner, no dust is generated, no lubrication is required, and the atmosphere is contaminated. There is also no need for maintenance. Further, the bearing portion, that is, the drive portion, in which the thrust bearing and the stepping motor are integrated, enables the positioning in the rotational direction with high accuracy, is compact, and can be suitably used in a special environment.
【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。Embodiments 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２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３、４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５、６及び変位セン
サ７、７が設けられている。そして、回転子すなわち回
転軸１は、磁気軸受３、４及び駆動部２により非接触で
支持され、駆動部２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, a drive unit 2 constituted by a stepping motor and thrust magnetic bearing is provided at the center of the electromagnetic actuator according to the present invention, and radial magnetic bearings 3, 3 are provided on both sides in the thrust axial direction, respectively. 4 are provided. Further, displacement sensors 5 and 6 and displacement sensors 7 and 7 that detect gaps in the radial axis direction and the thrust axis direction are provided. The rotor, that is, the rotary shaft 1 is supported by the magnetic bearings 3 and 4 and the drive unit 2 in a non-contact manner, and the stepping motor of the drive unit 2 positions the rotor in the rotational direction.
【００１６】図２ないし図５において、駆動部２の固定
子側の電磁石は、３個の同心の電磁石８、９及び１０か
らなり、各電磁石８〜１０は、独立に磁力を制御できる
ようになっている。これら電磁石８〜１０の磁極には、
放射状にピッチのずれた歯１４、１５及び１６がそれぞ
れ形成されており（図示の例では半ピッチずれてい
る）、他方、回転子側の回転軸１には、放射状の歯１３
を備えたディスク１１が設けられている。2 to 5, the electromagnet on the side of the stator of the drive unit 2 is composed of three concentric electromagnets 8, 9 and 10, and each electromagnet 8 to 10 can independently control the magnetic force. Is becoming In the magnetic poles of these electromagnets 8 to 10,
Teeth 14, 15 and 16 having radial pitches are respectively formed (semi-pitch deviation in the illustrated example), while the radial teeth 13 are provided on the rotary shaft 1 on the rotor side.
There is provided a disk 11 provided with.
【００１７】前記電磁石８〜１０は、スラスト軸方向の
ギャップを一定に保ち、回転軸１を非接触で支持し、ま
た、放射状にピッチのずれた歯１４〜６を順次励磁する
ことにより、ディスク１３の表面の放射状の歯１３を吸
引して回転力を発生し、位置決めするようになってい
る。この位置保持力は、磁気軸受制御系を線形化するた
めのバイアス磁束１７により生じる。また、この磁束１
７の向きは、電磁石８〜１０が発生する磁束が相隣る磁
極で常に同様となるようにしている。The electromagnets 8 to 10 maintain a constant gap in the thrust axis direction, support the rotary shaft 1 in a non-contact manner, and sequentially excite the teeth 14 to 6 with radial pitch deviations, thereby disc The radial teeth 13 on the surface of 13 are attracted to generate a rotational force and are positioned. This position holding force is generated by the bias magnetic flux 17 for linearizing the magnetic bearing control system. Also, this magnetic flux 1
The direction of 7 is such that the magnetic fluxes generated by the electromagnets 8 to 10 are always the same between adjacent magnetic poles.
【００１８】図６において、制御装置には、磁気軸受制
御回路１９と、ステッピングモータ制御回路２９が設け
られている。In FIG. 6, the controller is provided with a magnetic bearing control circuit 19 and a stepping motor control circuit 29.
【００１９】その磁気軸受制御回路１９には、検波回路
２０、２１、２２とドライブ回路２３、２４、２５とを
介して電磁石８、９、１０が接続され、スラスト軸方向
のギャップを検出する変位センサ７からのフィードバッ
ク信号に基づき、検波回路２０、２１、２２を介しドラ
イブ回路２３、２４、２５により電磁石８、９、１０を
励磁して回転軸１を非接触で支持する。Electromagnets 8, 9, 10 are connected to the magnetic bearing control circuit 19 via detection circuits 20, 21, 22 and drive circuits 23, 24, 25, and displacement for detecting a gap in the thrust axis direction is provided. Based on the feedback signal from the sensor 7, the drive circuits 23, 24, 25 excite the electromagnets 8, 9, 10 via the detection circuits 20, 21, 22 to support the rotating shaft 1 in a non-contact manner.
【００２０】また、ステッピングモータ制御回路２９
は、開ループ系の３相の回路で構成され、各相のパルス
信号をドライブ回路２３、２４、２５に入力加算し、電
磁石８、９、１０を励磁して回転位置決めを行う。ま
た、図示しないエンコーダにより回転位置を検出し、ス
テッピングモータ制御回路にフィードバックして閉ルー
プ系を構成することもできる。Further, the stepping motor control circuit 29
Is composed of an open-loop three-phase circuit, inputs and adds pulse signals of each phase to the drive circuits 23, 24 and 25, and excites the electromagnets 8, 9 and 10 to perform rotational positioning. Further, it is also possible to detect the rotational position by an encoder (not shown) and feed it back to the stepping motor control circuit to form a closed loop system.
【００２１】図７は本発明の別の実施例を示し、駆動部
２ａの３個の電磁石８ａ、９ａ、１０ａの磁極面積を等
しくするように、各磁極の磁極幅を内方が広くなるよう
に段階的に変え、他を第１図と同様に構成した例であ
る。この実施例では、各電磁石８ａ〜１０ａの発生する
回転トルクを均等にし、回転むらを避け得る効果があ
る。 図８は本発明の別の実施例を示し、電磁石８〜１
０の歯１４〜１６を、半ピッチでなく（図３参照）例え
ば０．２５ピッチずらせ、他を図１、２、３〜６及び図
７と同様に構成した例である。この実施例では、位置決
め精度を更に向上することができる。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, in which the magnetic pole widths of the respective magnetic poles are widened inward so that the magnetic pole areas of the three electromagnets 8a, 9a and 10a of the drive unit 2a are made equal. Is an example in which the other parts are configured in the same manner as in FIG. In this embodiment, the rotating torques generated by the electromagnets 8a to 10a are equalized, and uneven rotation can be avoided. FIG. 8 shows another embodiment of the present invention, in which electromagnets 8 to 1 are used.
This is an example in which the teeth 14 to 16 of 0 are shifted not by a half pitch (see FIG. 3), for example, by 0.25 pitch, and the others are configured similarly to FIGS. 1, 2, 3 to 6 and FIG. 7. In this embodiment, the positioning accuracy can be further improved.
【００２２】[0022]
【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。Since the present invention is configured as described above, the thrust bearing and the stepping motor are integrated and combined with the radial bearing to support the rotary shaft in a non-contact manner and perform the rotary positioning. It is possible to provide an actuator that is small, has good positioning accuracy, and is dust-free and non-lubricating.
【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 an embodiment of the present invention.
【図２】駆動部を示す側断面図。FIG. 2 is a side sectional view showing a driving unit.
【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB of FIG.
【図５】ディスクを示す側面図。FIG. 5 is a side view showing a disc.
【図６】制御装置を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing a control device.
【図７】本発明の別の実施例を示す側断面図。FIG. 7 is a side sectional view showing another embodiment of the present invention.
【図８】本発明の別の実施例を示す図３に相当する図
面。FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 3 showing another embodiment of the present invention.
【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.
１・・・回転軸 ２、２ａ・・・駆動部 ３、４・・・ラジアル磁気軸受 ５〜７・・・変位センサ ８〜１０・・・電磁石 １１・・・ディスク １３・・・ディスクの歯 １４〜１６・・・電磁石磁極の歯 １７・・・バイアス磁束 １９・・・磁気軸受制御回路 ２０〜２２・・・検波回路 ２３〜２５・・・ドライブ回路 ２９・・・ステッピングモータ制御回路 ３３・・・磁石 ３４・・・磁極 ３５・・・回転軸 ３６・・・磁性流体 ３７・・・ケーシング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotating shaft 2, 2a ... Drive part 3, 4 ... Radial magnetic bearing 5-7 ... Displacement sensor 8-10 ... Electromagnet 11 ... Disk 13 ... Disk teeth 14 to 16 ... Electromagnetic pole teeth 17 ... Bias magnetic flux 19 ... Magnetic bearing control circuit 20-22 ... Detection circuit 23-25 ... Drive circuit 29 ... Stepping motor control circuit 33. ..Magnet 34 ... Magnetic pole 35 ... Rotating shaft 36 ... Magnetic fluid 37 ... Casing
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｋ 37/08 Ｋ 9180−5Ｈ (72)発明者 佐藤 源一 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 蓬台 昌夫 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Internal reference number FI Technical indication location H02K 37/08 K 9180-5H (72) Inventor Genichi Sato 11 Haneda-Asahi-cho, Ota-ku, Tokyo No. 1 in EBARA CORPORATION (72) Inventor Masao Udai 11-11 Haneda-Asahicho, Ota-ku, Tokyo Inside EBARA CORPORATION
Claims (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形の電磁アクチュエータにおいて、
前記スラスト磁気軸受の磁極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、該軸受部は同心の３個
の電磁石と表面に放射状の歯を備えたディスクとからな
り、前記３個の電磁石の磁極は相隣る磁極がピッチのず
れた歯を備えると共に、該３個の電磁石の磁極の表面積
が等しくなるように磁極幅を段階的に変え、回転軸方向
のギャップを検出するセンサからの信号に基づき、前記
３個の電磁石をそれぞれ励磁して回転軸方向のギャップ
を一定に保つと共に、該３個の電磁石をパルス信号によ
って順次励磁して回転方向の位置決めを行い、該３個の
電磁石の発生する磁束の向きを相隣る磁極で常に同極と
なるように制御す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。Claims: 1. At least one radial magnetic bearing and 1
In a rotary electromagnetic actuator that is composed of thrust magnetic bearings and the rotor is supported in a non-contact manner,
The magnetic pole of the thrust magnetic bearing includes a motor and thrust magnetic bearing portion common to the motor magnetic pole, and the bearing portion includes three concentric electromagnets and a disk having radial teeth on the surface, and the three electromagnets. The adjacent magnetic poles are provided with teeth whose pitches are different from each other, and the magnetic pole width is changed stepwise so that the surface areas of the magnetic poles of the three electromagnets are equalized. Based on the signal, each of the three electromagnets is excited to keep the gap in the direction of the rotation axis constant, and the three electromagnets are sequentially excited by a pulse signal to perform positioning in the rotation direction. An electromagnetic actuator comprising a control circuit for controlling the direction of the magnetic flux generated by the magnetic poles so that the adjacent magnetic poles always have the same polarity.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1761991 | 1991-02-08 | ||
| JP3-17619 | 1991-02-08 |
Publications (2)
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|---|---|---|---|
| JP03338077A Expired - Fee Related JP3132773B2 (en) | 1991-02-08 | 1991-12-20 | Electromagnetic actuator |
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|---|---|
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| WO2002067407A1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-29 | Dae-Gon Kim | Self-bearing step motor and its control method |
| JP2012507256A (en) * | 2008-10-30 | 2012-03-22 | リーンテック モーター ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー | Transverse magnetic flux motor as external rotor motor and driving method |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107097238A (en) * | 2017-03-30 | 2017-08-29 | 西北工业大学 | The underwater operation robot and its control method of a kind of migration mixing |
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1991
- 1991-12-20 JP JP03338077A patent/JP3132773B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002067407A1 (en) * | 2001-02-19 | 2002-08-29 | Dae-Gon Kim | Self-bearing step motor and its control method |
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| JP2012507256A (en) * | 2008-10-30 | 2012-03-22 | リーンテック モーター ゲーエムベーハー ウント ツェーオー カーゲー | Transverse magnetic flux motor as external rotor motor and driving method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JP3132773B2 (en) | 2001-02-05 |
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