JPH0556673A - Linear motion supporting device - Google Patents
Linear motion supporting deviceInfo
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- JPH0556673A JPH0556673A JP21361791A JP21361791A JPH0556673A JP H0556673 A JPH0556673 A JP H0556673A JP 21361791 A JP21361791 A JP 21361791A JP 21361791 A JP21361791 A JP 21361791A JP H0556673 A JPH0556673 A JP H0556673A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光干渉計の走査鏡や精
密直進テーブル等のように高精度な位置決めの要求され
る要素を支持するのに適した直線動支持装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a linear motion supporting device suitable for supporting elements such as a scanning mirror of an optical interferometer and a precision linear table which require highly accurate positioning.
【０００２】[0002]
【従来の技術】周知のように、光干渉計の走査鏡や精密
直進テーブルを支持する支持装置には、これらを高精度
に位置決めする機能が要求される。このような要求に対
処するために通常は、ガイド機構に案内されて滑らかに
直線動する可動体を設け、この可動体で走査鏡等の被支
持物を支持させるとともに可動体を精密ボールネジ送り
機構で移動させる構造が採用されている。2. Description of the Related Art As is well known, a supporting device for supporting a scanning mirror or a precision linear table of an optical interferometer is required to have a function of accurately positioning them. In order to cope with such a demand, usually, a movable body which is guided by a guide mechanism and moves smoothly in a straight line is provided, and the movable body is used to support a supported object such as a scanning mirror and the movable body is provided with a precision ball screw feed mechanism. The structure to move by is adopted.
【０００３】しかし、このような機械式の位置決め方式
を採用した支持装置では構成部品を極めて高い精度で加
工しなければならない問題があった。また、たとえ部品
を高精度に加工したとしてもボールネジのバックラッシ
ュなどの影響を完全に回避することができないので、位
置決め精度には限界がある。さらに、過酷な温度環境や
高真空下のような特殊環境においては、ボールネジの潤
滑などの問題で長期間使用することが困難であった。However, the supporting device adopting such a mechanical positioning system has a problem that the constituent parts must be processed with extremely high accuracy. Further, even if the parts are machined with high accuracy, it is not possible to completely avoid the influence of backlash of the ball screw, etc., so that the positioning accuracy is limited. Further, in a special environment such as a severe temperature environment or a high vacuum environment, it is difficult to use the ball screw for a long time due to a problem such as lubrication of a ball screw.
【０００４】そこで、このような問題を解消するため
に、被支持物を板ばねによって支持し、この板ばねをリ
ニアアクチュエータによって変位させる方法もあるが、
この方法では位置決めできる距離範囲が板ばねの撓み量
によって制限されるため、長い距離範囲に亘って位置決
めすることが困難である。Therefore, in order to solve such a problem, there is a method of supporting the object to be supported by a leaf spring and displacing the leaf spring by a linear actuator.
With this method, the distance range in which positioning is possible is limited by the amount of flexure of the leaf spring, so it is difficult to perform positioning over a long distance range.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように従来の、い
わゆる直線動支持装置では、機械誤差の影響が現れた
り、特殊環境下での長時間使用が困難であったり、長い
距離範囲に亘る位置決めが困難であったりし、確実な支
持機能と長い距離範囲に亘る高精度な位置決め機能とを
長期間に亘って発揮させることが困難であった。そこで
本発明は、上述した不具合の全てを解消できる直線動支
持装置を提供することを目的としている。As described above, in the conventional so-called linear motion supporting device, the influence of mechanical error appears, it is difficult to use for a long time under a special environment, and positioning over a long distance range is performed. However, it is difficult to exert a reliable support function and a highly accurate positioning function over a long distance range for a long period of time. Therefore, an object of the present invention is to provide a linear motion supporting device that can eliminate all of the above-mentioned problems.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る直線動支持装置は、固定体と、この固
定体の近傍に軸方向へ移動自在に配置されて被支持物を
支持する可動体と、この可動体を前記固定体で非接触に
支持させる磁気軸受装置と、上記可動体の軸方向位置を
非接触に検出する軸方向位置検出手段と、上記可動体に
軸方向の移動力を非接触に与える電磁力発生機構と、前
記軸方向位置検出手段で得られた位置情報と目標位置情
報とに基いて前記電磁力発生機構を制御する制御手段と
を備えている。In order to achieve the above object, a linear motion supporting device according to the present invention includes a fixed body and an object to be supported which is arranged in the vicinity of the fixed body so as to be movable in the axial direction. A movable body to be supported, a magnetic bearing device for supporting the movable body in a non-contact manner with the fixed body, an axial position detecting means for detecting an axial position of the movable body in a non-contact manner, and an axial direction in the movable body. And an electromagnetic force generating mechanism for non-contactly applying the moving force of No. 1, and a control means for controlling the electromagnetic force generating mechanism based on the position information obtained by the axial position detecting means and the target position information.
【０００７】[0007]
【作用】被支持物を支持する可動体は固定体に対して磁
気軸受装置で非接触に支持されている。また、可動体の
軸方向の位置は、軸方向位置検出手段によって可動体と
は非接触に検出される。さらに可動体への軸方向への移
動力は、電磁力発生機構によって可動体とは非接触に与
えられる。したがって、可動体を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体を移動させること
ができるので、位置決めに際してバックラッシュのよう
な誤差分の入り込む余地がない。このため高精度な位置
決めが可能となる。さらに電磁力発生機構として、たと
えばボイスコイルモータを使用すれば、上述した利点を
損なうことなく、長い距離に亘っての高精度な位置決め
を実現できる。The movable body supporting the supported object is supported by the magnetic bearing device in a non-contact manner with respect to the fixed body. Further, the axial position of the movable body is detected by the axial position detecting means without contacting the movable body. Further, the moving force in the axial direction to the movable body is given to the movable body in a non-contact manner by the electromagnetic force generating mechanism. Therefore, since the movable body can be moved without friction, no lubricating oil is required. Therefore, it can be used for a long time even in a special environment. Further, since the movable body can be moved without the need for a mechanical connecting and feeding mechanism, there is no room for error such as backlash when positioning. Therefore, highly accurate positioning is possible. Furthermore, if a voice coil motor, for example, is used as the electromagnetic force generating mechanism, highly accurate positioning can be realized over a long distance without impairing the advantages described above.
【０００８】[0008]
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の一実施例に係る直線動支持装置、
ここにはガス分布状態測定用光干渉計の走査鏡を支持す
るための直線動支持装置が示されている。Embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a linear motion supporting device according to an embodiment of the present invention.
Here, a linear motion supporting device for supporting a scanning mirror of an optical interferometer for measuring a gas distribution state is shown.
【０００９】同図において、１は固定体を示している。
この固定体１は、ベース２と、このベース２に固定され
た非磁性材製の筒体３とで構成されている。そして、筒
体３内には、ほぼ円柱状に形成された可動体４が筒体３
の軸心線方向に移動自在に配置されている。In the figure, reference numeral 1 indicates a fixed body.
The fixed body 1 is composed of a base 2 and a cylindrical body 3 made of a non-magnetic material and fixed to the base 2. The movable body 4 formed in a substantially columnar shape is provided in the cylindrical body 3.
Is arranged so as to be movable in the axial direction.
【００１０】可動体４は、磁性材で形成されており、図
１中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、可動体
４の図１中ほぼ左半分は中心棒状部５と、円筒状空洞部
６と、外側筒状部７とを同心的に配列した構造に形成さ
れている。可動体４の図１中右端部にはミラー支持体８
が装着されており、このミラー支持体８には走査鏡９が
固定されている。The movable body 4 is made of a magnetic material, and the right half of the movable body 4 is hollow. Further, a substantially left half of the movable body 4 in FIG. 1 is formed in a structure in which a center rod-shaped portion 5, a cylindrical hollow portion 6, and an outer cylindrical portion 7 are concentrically arranged. A mirror support 8 is provided at the right end of the movable body 4 in FIG.
Is attached, and the scanning mirror 9 is fixed to the mirror support 8.
【００１１】可動体４と筒体３とには、筒体３で可動体
４を非接触に支持するための磁気軸受装置１０の主要素
１０ａ，１０ｂが軸方向の２箇所、つまり図１中矢印
Ａ，Ｂで示す位置にそれぞれ設けられている。Main elements 10a and 10b of a magnetic bearing device 10 for supporting the movable body 4 in a non-contact manner with the movable body 4 and the cylindrical body 3 are provided at two axial positions, that is, in FIG. They are provided at the positions indicated by arrows A and B, respectively.
【００１２】磁気軸受装置１０は吸引支持型のもので、
その主要素１０ａ，１０ｂのうち、矢印Ａで示す位置に
設けられている主要素１０ａを代表して示すと、図２に
示すように構成されている。すなわち、この主要素１０
ａは筒体３の内周面に周方向へ９０度の間隔をあけ、か
つ磁極面を軸心線に向けて固定された継鉄１１ａ，１１
ｂ，１１ｃ，１１ｄと、これら継鉄に装着されたコイル
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、可動体４の外周面
に周方向へ９０度の間隔をあけ、かつ可動体４のほぼ全
長に亘って延びる関係に形成された凸状磁極１３ａ，１
３ｂ，１３ｃ，１３ｄと、これら凸状磁極間に可動体４
のほぼ全長に亘って延びる関係に形成されて半径方向の
変位検出に供される平坦面１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１
４ｄと、各継鉄間に位置する関係に筒体３にそれぞれ固
定されて各平坦面との間の距離を検出する半径方向位置
検出器１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄとで構成されて
いる。The magnetic bearing device 10 is of a suction support type,
Of the main elements 10a and 10b, the main element 10a provided at the position indicated by the arrow A is representatively shown, and is configured as shown in FIG. That is, this main element 10
a is a yoke 11a, 11 fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical body 3 with a space of 90 degrees in the circumferential direction and fixed with the magnetic pole surface facing the axis.
b, 11c, 11d, the coils 12a, 12b, 12c, 12d attached to these yokes, and the outer peripheral surface of the movable body 4 with a 90 degree interval in the circumferential direction, and over substantially the entire length of the movable body 4. Convex magnetic poles 13a, 1 formed to extend in parallel
3b, 13c, 13d and the movable body 4 between these convex magnetic poles.
Of the flat surfaces 14a, 14b, 14c, 1 which are formed to extend over substantially the entire length and are used for detecting displacement in the radial direction.
4d and radial direction position detectors 15a, 15b, 15c, 15d that are fixed to the cylindrical body 3 and are positioned between the yokes to detect the distances to the flat surfaces.
【００１３】各継鉄１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ
は、図１に継鉄１１ｃを代表して示すように、２つの磁
極面１６ａ，１６ｂを備え、これら２つの磁極面１６
ａ，１６ｂが軸方向に配列されるように筒体３の内面に
固定されている。各継鉄１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１
ｄに装着されたコイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ
は、それぞれバイアスコイル１７と制御コイル１８とで
構成されている。可動体４を境にして対向する継鉄に装
着されたバイアスコイル１７は互いに逆向きの磁束を発
生するように直列に接続され、また同継鉄に装着された
制御コイル１８は互いに同じ向きの磁束を発生するよう
に直列に接続されている。Each yoke 11a, 11b, 11c, 11d
1 includes two magnetic pole surfaces 16a and 16b as shown in FIG. 1 as a representative of the yoke 11c.
The a and 16b are fixed to the inner surface of the cylindrical body 3 so as to be arranged in the axial direction. Each yoke 11a, 11b, 11c, 11
coils 12a, 12b, 12c, 12d mounted on d
Are each composed of a bias coil 17 and a control coil 18. The bias coils 17 mounted on the yokes facing each other with the movable body 4 as a boundary are connected in series so as to generate mutually opposite magnetic fluxes, and the control coils 18 mounted on the yokes have the same direction. They are connected in series so as to generate a magnetic flux.
【００１４】なお、各継鉄１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１
１ｄの２つの磁極面１６ａ，１６ｂと可動体４に設けら
れた４つの凸状磁極１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄの
磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるために、可
動体４の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成されてい
る。主要素１０ｂについても主要素１０ａと同様に構成
されている。Each yoke 11a, 11b, 11c, 1
The two magnetic pole surfaces 16a and 16b of 1d and the magnetic pole surfaces of the four convex magnetic poles 13a, 13b, 13c, and 13d provided on the movable body 4 are used to stabilize the magnetic resistance between the two. It is formed into a cylindrical curved surface centered on the axis. The main element 10b has the same structure as the main element 10a.
【００１５】可動体４の図１中左側で、この可動体４と
筒体３とには、可動体４に対して軸方向の移動力を非接
触で選択的に与える電磁力発生機構２０が設けられてい
る。この電磁力発生機構２０は、公知のボイスコイルモ
ータと同様に、外側筒状部７の開放端側内周面に固定さ
れ、半径方向に着磁された環状の永久磁石２１と、全体
が筒状に形成されて円筒状空洞部６に非接触に嵌入装着
された筒状コイル２２とで構成されている。なお、筒状
コイル２２の基端は、筒体３に固定されている。On the left side of the movable body 4 in FIG. 1, an electromagnetic force generating mechanism 20 is provided on the movable body 4 and the cylindrical body 3 to selectively apply a moving force in the axial direction to the movable body 4 in a non-contact manner. It is provided. This electromagnetic force generation mechanism 20 is fixed to the inner peripheral surface of the outer tubular portion 7 on the open end side and is annularly magnetized in the radial direction, as in a known voice coil motor. And a cylindrical coil 22 that is formed into a cylindrical shape and is fitted into and attached to the cylindrical hollow portion 6 in a non-contact manner. The base end of the tubular coil 22 is fixed to the tubular body 3.
【００１６】一方、ミラー支持体８の外周面には、可動
体４の軸心線に沿って延びる関係に配置された補助板２
３の一端側が固定されている。この補助板２３の図１中
下面は、図３に示すように可動体４の軸心線に対して傾
斜した傾斜面２４に形成されている。固定体１には、傾
斜面２４との間の距離から可動体４の軸方向の位置を検
出する軸方向位置検出器２５が固定されている。そし
て、軸方向位置検出器２５、筒状コイル２２、前述した
磁気軸受装置１０の主要素１０ａ，１０ｂを構成してい
るバイアスコイル、制御コイルおよび半径方向位置検出
器は、図４に示す制御装置３１に接続されている。On the other hand, the auxiliary plate 2 is arranged on the outer peripheral surface of the mirror support 8 so as to extend along the axis of the movable body 4.
One end side of 3 is fixed. The lower surface of the auxiliary plate 23 in FIG. 1 is formed as an inclined surface 24 that is inclined with respect to the axis of the movable body 4 as shown in FIG. An axial position detector 25 that detects the axial position of the movable body 4 from the distance from the inclined surface 24 is fixed to the fixed body 1. The axial position detector 25, the tubular coil 22, the bias coil, the control coil, and the radial position detector that form the main elements 10a and 10b of the magnetic bearing device 10 described above are the control device shown in FIG. It is connected to 31.
【００１７】制御装置３１は、磁気軸受制御部３２と、
軸方向位置制御部３３とで構成されている。なお、この
図４には主要素１０ａのコイル１２ａ〜１２ｄを付勢制
御する磁気軸受制御部３２が示されており、主要素１０
ｂの各コイルを付勢制御する制御部は省略されている。The controller 31 includes a magnetic bearing controller 32,
It is composed of an axial position controller 33. It should be noted that FIG. 4 shows the magnetic bearing control section 32 for controlling the energization of the coils 12a to 12d of the main element 10a.
The control unit for controlling the energization of each coil of b is omitted.
【００１８】磁気軸受制御部３２は、４つの半径方向位
置検出器１５ａ〜１５ｄの出力をそれぞれ処理回路３４
に導入し、半径方向の変位量に変換している。そして、
これら変位量を制御回路３５に導入して基準位置との差
から操作量を決定し、これら操作量を電流増幅器３６で
電流に変換し、この電流をコイル１２ａ〜１２ｄの制御
コイル１８に与えるようにしている。またコイル１２ａ
〜１２ｄのバイアスコイル１７には電源３７から一定の
電流を流すようにしている。主要素１０ｂについても同
じ制御が行われる。この制御によって可動体４を固定体
１とは完全非接触に、かつ半径方向の基準位置上に浮上
させるようにしている。なお、この例では得られた操作
量に対してオフセット信号Ｆを重畳し、これによって浮
上位置を半径方向の任意の位置に設定できるようにして
いる。The magnetic bearing controller 32 processes the outputs of the four radial position detectors 15a to 15d, respectively.
Introduced into, it is converted to the displacement in the radial direction. And
These displacement amounts are introduced into the control circuit 35 to determine the manipulated variables from the difference from the reference position, these manipulated variables are converted into currents by the current amplifier 36, and this current is given to the control coil 18 of the coils 12a to 12d. I have to. Also the coil 12a
A constant current is supplied from the power supply 37 to the bias coils 17 of 12d. The same control is performed for the main element 10b. By this control, the movable body 4 is made completely non-contact with the fixed body 1 and levitated above the reference position in the radial direction. In this example, the offset signal F is superimposed on the obtained operation amount, so that the flying position can be set to any position in the radial direction.
【００１９】一方、軸方向位置制御部３３は、軸方向位
置検出器２５の出力と半径方向位置検出器１５ａ〜１５
ｄの出力とを処理回路３８に導入し、この処理回路３８
で可動体４の半径方向位置によって軸方向位置検出器２
５の出力に現われる誤差分を除去した真の軸方向位置信
号を得ている。そして、得られた軸方向位置信号と目標
位置信号Ｈとの偏差を制御回路３９で求め、この偏差を
電流増幅器４０で電流に変換し、この電流を筒状コイル
２２に流すようにしている。この制御によって、可動体
４を目標位置まで移動させ、この目標位置で停止させる
ようにしている。On the other hand, the axial position control unit 33 includes the output of the axial position detector 25 and the radial position detectors 15a-15.
and the output of d are introduced into the processing circuit 38, and the processing circuit 38
Axial position detector 2 according to the radial position of movable body 4
The true axial position signal is obtained by removing the error appearing in the output of 5. Then, the deviation between the obtained axial position signal and the target position signal H is obtained by the control circuit 39, this deviation is converted into a current by the current amplifier 40, and this current is supplied to the tubular coil 22. By this control, the movable body 4 is moved to the target position and stopped at this target position.
【００２０】このような構成であると、磁気軸受装置１
０を動作させると、各バイアスコイル１７が一定電流で
付勢されるとともに各制御コイル１８が可動体４の半径
方向における変位量に応じたレベルで、かつ変位方向に
応じた極性の電流で付勢される。すなわち、継鉄１１ａ
〜１１ｄの磁極面と凸状磁極１３ａ〜１３ｄの磁極面と
の間の磁気ギャップ長が半径方向位置検出器１５ａ〜１
５ｄの出力に基いて求められる。そして、磁気ギャップ
長が広くなった部分については、その磁気ギャップを通
る磁束を増加させるように制御コイル１８が付勢され
る。また磁気ギャップ長が狭くなった部分については、
その磁気ギャップを通る磁束を減少させるように制御コ
イル１８が付勢される。このため、可動体４は固定体１
に対して磁気軸受装置１０で完全に非接触に支持され
る。With such a configuration, the magnetic bearing device 1
When 0 is operated, each bias coil 17 is energized with a constant current, and each control coil 18 is energized with a level according to the displacement amount of the movable body 4 in the radial direction and with a polarity current according to the displacement direction. Energized. That is, yoke 11a
The magnetic gap lengths between the magnetic pole surfaces of 11 to 11d and the magnetic pole surfaces of the convex magnetic poles 13a to 13d are the radial position detectors 15a to 1
It is calculated based on the output of 5d. Then, for the portion where the magnetic gap length is widened, the control coil 18 is energized so as to increase the magnetic flux passing through the magnetic gap. In addition, regarding the part where the magnetic gap length becomes narrow,
The control coil 18 is energized to reduce the magnetic flux through the magnetic gap. Therefore, the movable body 4 is the fixed body 1
In contrast, the magnetic bearing device 10 is supported in a completely non-contact manner.
【００２１】また、目標位置信号Ｈを与えると、電磁力
発生機構２０が動作し、公知のボイスコイルモータと全
く同じ原理で、可動体４に対して非接触に軸方向への移
動力を与え、可動体４を目標位置で停止させる。この場
合、位置制御に必要な軸方向の位置検出は、補助板２３
に設けられた傾斜面２４を検出対象とした軸方向位置検
出器２５によって非接触に検出される。したがって、軸
方向の駆動及び位置決めも完全非接触で行なわれる。ま
た、処理回路３８において速度成分を検出し、制御回路
に入力することで、位置決めと同様に速度制御も行うこ
とができる。Further, when the target position signal H is given, the electromagnetic force generating mechanism 20 operates to give a moving force in the axial direction to the movable body 4 in a non-contact manner on the same principle as that of a known voice coil motor. , The movable body 4 is stopped at the target position. In this case, the auxiliary plate 23 is used for axial position detection necessary for position control.
The non-contact detection is performed by the axial position detector 25, which has the inclined surface 24 provided at the detection target. Therefore, the driving and positioning in the axial direction are also performed without contact. Further, by detecting the velocity component in the processing circuit 38 and inputting it to the control circuit, the velocity control can be performed similarly to the positioning.
【００２２】このように被支持物を支持する可動体４を
固定体１に対して磁気軸受装置１０で非接触に支持し、
また可動体４の軸方向の位置を傾斜面２４と軸方向位置
検出器２５とによって可動体４とは非接触に検出してい
る。さらに可動体４への軸方向への移動力を電磁力発生
機構２０によって可動体４とは非接触に与えるようにし
ている。したがって、可動体４を摩擦なしで移動させる
ことができるので潤滑油を必要としない。このため、特
殊環境においても長期に亘って使用できる。また、機械
的な連結送り機構を必要とせず可動体４を移動させるこ
とができるので、位置決めに際してバックラッシュのよ
うな誤差分の入り込む余地がなく、高精度な位置決めが
可能となる。さらにボイスコイルモータ式の電磁力発生
機構２０を使って可動体４を軸方向へ移動させ、位置決
めするようにしているので、長い距離に亘っての駆動が
可能で、しかも十分な位置決め精度も確保できる。した
がって、たとえば真空中のような特殊環境下において
も、長い距離範囲に亘って高精度な位置決めを長期間安
定に行なわせることができる。In this way, the movable body 4 for supporting the supported object is supported by the magnetic bearing device 10 on the fixed body 1 in a non-contact manner,
Further, the axial position of the movable body 4 is detected by the inclined surface 24 and the axial position detector 25 without contacting the movable body 4. Further, the electromagnetic force generating mechanism 20 applies a moving force to the movable body 4 in the axial direction in a non-contact manner with the movable body 4. Therefore, since the movable body 4 can be moved without friction, no lubricating oil is required. Therefore, it can be used for a long time even in a special environment. Further, since the movable body 4 can be moved without the need for a mechanical connecting and feeding mechanism, there is no room for an error such as backlash when positioning, and high-precision positioning is possible. Further, since the movable body 4 is moved in the axial direction and positioned by using the electromagnetic force generation mechanism 20 of the voice coil motor, it is possible to drive it over a long distance, and also secure sufficient positioning accuracy. it can. Therefore, even in a special environment such as a vacuum, highly accurate positioning can be stably performed for a long period over a long distance range.
【００２３】なお、この実施例の場合には次のような利
点もある。すなわち、磁気軸受装置１０を制御するには
何らかの手段で可動体４の半径方向位置を検出する必要
があるが、この実施例では可動体４の外周面で凸状磁極
１３ａ〜１３ｄ間に平坦面１４ａ〜１４ｄを設け、この
平坦面１４ａ〜１４ｄを半径方向位置検出面としてい
る。このように平坦面１４ａ〜１４ｄを凸状磁極１３ａ
〜１３ｄ間に対して周方向にずらして設けると、平坦面
１４ａ〜１４ｄの加工が容易であるばかりか、可動体４
が筒体３側に接触したときに平坦面１４ａ〜１４ｄに傷
などが付く虞がなく、その上、磁気軸受の磁場による位
置検出器への影響を除去することができ、信頼性を向上
できる。また、各継鉄１１ａ〜１１ｄの磁極面と、可動
体４に設けられた凸状磁極１３ａ〜１３ｄの磁極面とを
可動体４の軸心線を中心とした円筒曲面状に形成してい
るので、両磁極面間の磁気抵抗を安定させることがで
き、可動体４に回転力が加わったとき自動的に元の位置
に戻させることができる。また、磁気軸受制御部３２に
おいては、外部からオフセット信号Ｆを与えることがで
きるようにしているので、可動体４のいわゆる姿勢を可
変設定することができる。図５、６には本発明の別の実
施例に係る直線動支持装置、ここには精密直進テーブル
を支持するための直線動支持装置が示されている。Note that this embodiment also has the following advantages. That is, in order to control the magnetic bearing device 10, it is necessary to detect the radial position of the movable body 4 by some means, but in this embodiment, the outer peripheral surface of the movable body 4 has a flat surface between the convex magnetic poles 13a to 13d. 14a to 14d are provided, and the flat surfaces 14a to 14d are used as the radial direction position detection surface. Thus, the flat surfaces 14a to 14d are formed on the convex magnetic pole 13a.
13d to 13d, the flat surfaces 14a to 14d can be easily machined and the movable body 4
There is no fear that the flat surfaces 14a to 14d will be scratched when they come into contact with the cylindrical body 3 side, and the influence of the magnetic field of the magnetic bearing on the position detector can be eliminated, and the reliability can be improved. .. Further, the magnetic pole surfaces of the yokes 11a to 11d and the magnetic pole surfaces of the convex magnetic poles 13a to 13d provided on the movable body 4 are formed into a cylindrical curved surface centered on the axis of the movable body 4. Therefore, the magnetic resistance between both magnetic pole surfaces can be stabilized, and when the rotating force is applied to the movable body 4, it can be automatically returned to the original position. Further, in the magnetic bearing control unit 32, since the offset signal F can be given from the outside, the so-called posture of the movable body 4 can be variably set. 5 and 6 show a linear motion supporting device according to another embodiment of the present invention, which is a linear motion supporting device for supporting a precision linear table.
【００２４】これらの図において、１０１は固定体を示
している。この固定体１０１は、ベース１０２と、この
ベース１０２に固定された非磁性材製の筒体１０３とで
構成されている。そして、筒体１０３内には、ほぼ円柱
状に形成された可動体１０４が筒体１０３の軸心線方向
に移動自在に配置されている。In these figures, 101 indicates a fixed body. The fixed body 101 includes a base 102 and a cylindrical body 103 made of a non-magnetic material and fixed to the base 102. A movable body 104 formed in a substantially columnar shape is disposed inside the cylindrical body 103 so as to be movable in the axial direction of the cylindrical body 103.
【００２５】可動体１０４は、磁性材で形成されてお
り、図５中ほぼ右半分が中空に形成されている。また、
可動体１０４の図５中ほぼ左半分は中心棒状部１０５
と、円筒状空洞部１０６と、外側筒状部１０７とを同心
的に配列した構造に形成されている。そして、可動体１
０４の両端部は連結部材１０８、１０９を介してテーブ
ル１１０に接続されている。The movable member 104 is made of a magnetic material, and its right half in FIG. 5 is hollow. Also,
Nearly the left half of the movable body 104 in FIG.
And the cylindrical hollow portion 106 and the outer tubular portion 107 are concentrically arranged. And the movable body 1
Both ends of 04 are connected to the table 110 via connecting members 108 and 109.
【００２６】可動体１０４と筒体１０３とには、筒体１
０３で可動体１０４を非接触に支持するための磁気軸受
装置１１１の主要素１１１ａ，１１１ｂが軸方向の２箇
所、つまり図５中矢印Ｃ，Ｄで示す位置にそれぞれ設け
られている。The movable body 104 and the cylindrical body 103 include the cylindrical body 1
The main elements 111a and 111b of the magnetic bearing device 111 for supporting the movable body 104 in a non-contact manner at 03 are provided at two positions in the axial direction, that is, at positions indicated by arrows C and D in FIG. 5, respectively.
【００２７】磁気軸受装置１１１は吸引支持型のもの
で、その主要素１１１ａ，１１１ｂのうち、矢印Ｃで示
す位置に設けられている主要素１１１ａを代表して示す
と、図６に示すように構成されている。すなわち、この
主要素１１１ａは、筒体１０３の内周面に周方向へ１２
０度の間隔をあけ、かつ磁極面を軸心線に向けて固定さ
れた継鉄１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃと、これら継鉄
に装着されたコイル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃと、
可動体１０４の外周面に周方向へ１２０度の間隔をあ
け、かつ可動体１０４のほぼ全長に亘って延びる関係に
形成された凸状磁極１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃと、
これら凸状磁極間に可動体１０４のほぼ全長に亘り、か
つ可動体１０４の軸心線に対して傾斜して延びる関係に
形成されて半径方向の変位検出および軸方向の位置検出
に供される傾斜面１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃと、各
継鉄間に位置する関係に筒体１０３にそれぞれ固定され
て各傾斜面との間の距離を検出する位置検出器１１６
ａ，１１６ｂ，１１６ｃとで構成されている。The magnetic bearing device 111 is of a suction support type. Of the main elements 111a and 111b, the main element 111a provided at the position indicated by the arrow C is shown as a representative, as shown in FIG. It is configured. That is, the main element 111a is arranged on the inner peripheral surface of the cylindrical body 103 in the circumferential direction.
Yokes 112a, 112b, 112c fixed at 0 degree intervals and with their magnetic pole surfaces facing the axis, and coils 113a, 113b, 113c attached to these yokes,
Convex magnetic poles 114a, 114b, 114c which are formed on the outer peripheral surface of the movable body 104 at intervals of 120 degrees in the circumferential direction and which are formed to extend over substantially the entire length of the movable body 104;
Formed between these convex magnetic poles over substantially the entire length of the movable body 104 and extending in a manner inclined with respect to the axial center line of the movable body 104, and is used for radial displacement detection and axial position detection. A position detector 116 that is fixed to the cylindrical body 103 so as to be located between the inclined surfaces 115a, 115b, 115c and the yokes and that detects a distance between each inclined surface.
a, 116b, 116c.
【００２８】各継鉄１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃは、
図５に継鉄１１２ｂを代表して示すように、２つの磁極
面１１７ａ，１１７ｂを備え、これら２つの磁極面１１
７ａ，１１７ｂが軸方向に配列されるように筒体１０３
の内面に固定されている。各継鉄１１２ａ，１１２ｂ，
１１２ｃに装着されたコイル１１３ａ，１１３ｂ，１１
３ｃは、それぞれバイアスコイル１１８と制御コイル１
１９とで構成されている。Each yoke 112a, 112b, 112c is
As shown in FIG. 5 as a representative of the yoke 112b, it is provided with two magnetic pole surfaces 117a and 117b.
7a, 117b so that the cylindrical body 103 is arranged in the axial direction.
It is fixed to the inner surface of. Each yoke 112a, 112b,
Coils 113a, 113b, 11 mounted on 112c
3c is a bias coil 118 and a control coil 1 respectively.
It is composed of 19 and.
【００２９】なお、各継鉄１１２ａ，１１２ｂ，１１２
ｃの２つの磁極面１１７ａ，１１７ｂと可動体１０４に
設けられた３つの凸状磁極１１４ａ，１１４ｂ，１１４
ｃの磁極面とは両者間の磁気抵抗を安定化させるため
に、可動体１０４の軸心線を中心とした円筒曲面状に形
成されている。主要素１１１ｂについても主要素１１１
ａと同様に構成されている。Incidentally, each yoke 112a, 112b, 112
c two magnetic pole surfaces 117a, 117b and three convex magnetic poles 114a, 114b, 114 provided on the movable body 104.
The magnetic pole surface of c is formed in a cylindrical curved surface centered on the axis of the movable body 104 in order to stabilize the magnetic resistance between the two. The main element 111b is also the main element 111
It is constructed similarly to a.
【００３０】可動体１０４の図５中左側で、この可動体
１０４と筒体１０３とには、可動体１０４に対して軸方
向の移動力を非接触で選択的に与える電磁力発生機構１
２０が設けられている。この電磁力発生機構１２０は、
公知のボイスコイルモータと同様に、外側筒状部１０７
の開放端側内周面に固定され、半径方向に着磁された環
状の永久磁石１２１と、全体が筒状に形成されて円筒状
空洞部１０６に非接触に嵌入装着された筒状コイル１２
２とで構成されている。なお、筒状コイル１２２の基端
は、筒体１０３に固定されている。On the left side of the movable body 104 in FIG. 5, an electromagnetic force generating mechanism 1 for selectively applying a moving force in the axial direction to the movable body 104 and the cylindrical body 103 in a non-contact manner.
20 are provided. This electromagnetic force generation mechanism 120
Similar to the known voice coil motor, the outer cylindrical portion 107
Of the annular permanent magnet 121, which is fixed to the inner peripheral surface on the open end side and is magnetized in the radial direction, and the cylindrical coil 12 which is formed in a cylindrical shape as a whole and is fitted and mounted in the cylindrical cavity portion 106 in a non-contact manner.
2 and. The base end of the tubular coil 122 is fixed to the tubular body 103.
【００３１】そして、筒状コイル１２２、前述した磁気
軸受装置１１１の主要素１１１ａ，１１１ｂを構成して
いる各バイアスコイル１１８、各制御コイル１１９およ
び位置検出器１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃは、図示し
ない制御装置に接続されている。The cylindrical coil 122, the bias coils 118 constituting the main elements 111a and 111b of the magnetic bearing device 111, the control coils 119, and the position detectors 116a, 116b and 116c are not shown in the figure. It is connected to the device.
【００３２】この制御装置は、前記実施例と同様に磁気
軸受制御部と、軸方向位置制御部とで構成されている。
磁気軸受制御部は基本的には前記実施例と同様に構成さ
れており、主要素１１１ａを例にとると、３つの位置検
出器１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃの出力に基いて可動
体１０４の基準位置からのずれ量を算出し、このずれ量
を零にすべく制御コイル１１９の電流を制御し、これに
よって可動体１０４を固定体１０１とは完全非接触に、
かつ半径方向の基準位置上に浮上させるようにしてい
る。なお、この例においてもオフセット信号Ｆを重畳す
ることによって浮上位置を半径方向の任意の位置に設定
できる。This control device is composed of a magnetic bearing control unit and an axial position control unit as in the above embodiment.
The magnetic bearing control unit is basically configured in the same manner as in the above-described embodiment. Taking the main element 111a as an example, the reference position of the movable body 104 is based on the outputs of the three position detectors 116a, 116b, 116c. Deviation amount is calculated, and the current of the control coil 119 is controlled so as to reduce the deviation amount to zero, whereby the movable body 104 is completely out of contact with the fixed body 101,
In addition, it is made to levitate on the reference position in the radial direction. Also in this example, the flying position can be set to an arbitrary position in the radial direction by superimposing the offset signal F.
【００３３】一方、軸方向位置制御部は、位置検出器１
１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃの出力から可動体１０４の
軸方向位置に対応した位置信号を得ている。そして、得
られた軸方向位置信号と目標位置信号との偏差を電流増
幅器で電流に変換し、この電流を筒状コイル１２２に流
すようにしている。したがって、この例では、可動体１
０４に形成された傾斜面１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ
と、位置検出器１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃとの組合
せで、可動体１０４の半径方向の位置検出と、軸方向の
位置検出とを同時に行なっている。On the other hand, the axial position control unit includes the position detector 1
A position signal corresponding to the axial position of the movable body 104 is obtained from the outputs of 16a, 116b, and 116c. Then, the deviation between the obtained axial position signal and the target position signal is converted into a current by a current amplifier, and this current is supplied to the tubular coil 122. Therefore, in this example, the movable body 1
Inclined surfaces 115a, 115b, 115c formed on 04.
And the position detectors 116a, 116b, 116c are combined to detect the radial position of the movable body 104 and the axial position simultaneously.
【００３４】このように構成しても前記実施例と同様の
効果を得ることができる。そして、この実施例の場合に
は、傾斜面１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを半径方向の
位置検出と軸方向の位置検出とに共用しているので、全
体を単純化できるとともに検出器の数を最小に抑えるこ
とができる。Even with this structure, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. In the case of this embodiment, since the inclined surfaces 115a, 115b, 115c are commonly used for the radial position detection and the axial position detection, the whole can be simplified and the number of detectors can be minimized. Can be suppressed.
【００３５】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。すなわち、上述した実施例では磁気
軸受装置にバイアスコイルを組込んでいるが、このバイ
アスコイルを永久磁石に代えてもよい。また、上述した
実施例では６個の検出器を用いているが、５個の検出器
だけでも位置検出が可能である。また、上述した実施例
では、可動体の軸方向位置を検出する手段として、可動
体側に傾斜面を設けるとともに固定体に検出器を設け、
上記傾斜面との間の距離を検出器で検出するようにして
いるが、この検出方式に必ずしも限定されるものではな
い。たとえば可動体にコードスケールを取り付け、これ
を光学的に読み取るようにしてもよい。要は非接触で可
動体の軸方向位置を検出できる構成であればよい。ま
た、上述した各実施例では磁気軸受装置の主要素を軸方
向に２組設けているが３組以上設けてもよい。The present invention is not limited to the above embodiments. That is, in the above-described embodiment, the bias coil is incorporated in the magnetic bearing device, but the bias coil may be replaced with a permanent magnet. Further, although the six detectors are used in the above-described embodiment, the position can be detected with only five detectors. Further, in the above-described embodiment, as means for detecting the axial position of the movable body, the inclined surface is provided on the movable body side and the detector is provided on the fixed body,
The detector detects the distance to the inclined surface, but the detection method is not limited to this. For example, a code scale may be attached to the movable body and optically read. The point is that the structure can detect the axial position of the movable body in a non-contact manner. Further, in each of the embodiments described above, two sets of main elements of the magnetic bearing device are provided in the axial direction, but three or more sets may be provided.
【００３６】[0036]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、真
空中のような特殊環境下でも、無潤滑で、しかも可動体
を長い距離範囲に亘って高精度に位置決めできる。As described in detail above, according to the present invention, even under a special environment such as vacuum, the movable body can be positioned with high accuracy over a long distance range without lubrication.
【図１】本発明の一実施例に係る直線動支持装置を図２
におけるＳ−Ｓ線に沿って切断し矢印方向に見た断面
図。FIG. 1 shows a linear motion supporting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line S-S in FIG.
【図２】同直線動支持装置を図１におけるＲ−Ｒ線に沿
って切断し矢印方向に見た断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view of the linear motion support device taken along line RR in FIG. 1 and viewed in the direction of the arrow.
【図３】同直線動支持装置における可動体だけを取り出
して示す斜視図。FIG. 3 is a perspective view showing only a movable body in the linear motion supporting device.
【図４】同直線動支持装置における制御装置のブロック
構成図。FIG. 4 is a block configuration diagram of a control device in the linear motion supporting device.
【図５】本発明の他の実施例に係る直線動支持装置の縦
断面図。FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a linear motion support device according to another embodiment of the present invention.
【図６】同直線動支持装置を図５におけるＸ−Ｘ線に沿
って切断し矢印方向に見た断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the linear motion support device, taken along line XX in FIG. 5 and viewed in the direction of the arrow.
１，１０１…固定体、 ４，１０４…可動
体、１０，１１１…磁気軸受装置、１１ａ〜１１ｄ，１
１２ａ〜１１２ｃ…継鉄、１２ａ〜１２ｄ，１１３ａ〜
１１３ｃ…コイル１３ａ〜１３ｄ，１１４ａ〜１１４ｃ
…凸状磁極、１４ａ〜１４ｄ…平坦面、 １５
ａ〜１５ｄ…半径方向位置検出器、１７，１１８…バイ
アスコイル、 １８，１１９…制御コイル、２０，１
２０…電磁力発生機構、 ２１，１２１…永久磁石、
２２，１２２…筒状コイル、 ２３…補助板、２４
…傾斜面、 ２５…軸方向位置検出
器、３１…制御装置、 ３２…磁気軸
受制御部、３３…軸方向位置制御部、 １１５
ａ〜１１５ｃ…傾斜面、１１６ａ〜１１６ｃ…位置検出
器。1, 101 ... Fixed body, 4, 104 ... Movable body, 10, 111 ... Magnetic bearing device, 11a-11d, 1
12a-112c ... Yoke, 12a-12d, 113a-
113c ... coils 13a to 13d, 114a to 114c
... Convex magnetic poles, 14a to 14d ... Flat surface, 15
a to 15d ... Radial position detector, 17, 118 ... Bias coil, 18, 119 ... Control coil, 20, 1
20 ... Electromagnetic force generation mechanism, 21, 121 ... Permanent magnet,
22, 122 ... Cylindrical coil, 23 ... Auxiliary plate, 24
... Inclined surface, 25 ... Axial position detector, 31 ... Control device, 32 ... Magnetic bearing control unit, 33 ... Axial position control unit, 115
a-115c ... inclined surface, 116a-116c ... position detector.
Claims (4)
動自在に配置されて被支持物を支持する可動体と、この
可動体を前記固定体で非接触に支持させる磁気軸受装置
と、上記可動体の軸方向位置を非接触に検出する軸方向
位置検出手段と、上記可動体に軸方向の移動力を非接触
に与える電磁力発生機構と、前記軸方向位置検出手段で
得られた位置情報と目標位置情報とに基いて前記電磁力
発生機構を制御する制御手段とを具備してなることを特
徴とする直線動支持装置。1. A fixed body, a movable body which is arranged in the vicinity of the fixed body so as to be movable in the axial direction and supports an object to be supported, and a magnetic bearing device for supporting the movable body by the fixed body in a non-contact manner. An axial position detecting means for detecting the axial position of the movable body in a non-contact manner, an electromagnetic force generating mechanism for applying a moving force in the axial direction to the movable body in a non-contact manner, and the axial position detecting means. A linear motion supporting device comprising: a control unit that controls the electromagnetic force generating mechanism based on the obtained position information and the target position information.
動体を囲む位置にそれぞれの磁極面を上記可動体に向け
て周方向に固定された複数の継鉄と、これら継鉄に装着
されたコイルと、前記可動体の外周面に前記各継鉄の磁
極面に対向させ、かつ軸方向に延びる関係に突設された
複数の凸状磁極と、前記可動体の外周面で前記凸状磁極
間に位置する部分に軸方向に延びる関係にそれぞれ形成
された複数の位置検出面と、これら位置検出面に対向さ
せて前記固定体に設けられ、上記各位置検出面との間の
距離を非接触で検出する複数の位置検出器とを備えてい
ることを特徴とする請求項１に記載の直線動支持装置。2. The magnetic bearing device comprises a plurality of yokes circumferentially fixed with magnetic pole surfaces facing the movable body at positions surrounding the movable body of the fixed body, and mounted on these yokes. Coil, a plurality of convex magnetic poles that are provided on the outer peripheral surface of the movable body so as to be opposed to the magnetic pole surfaces of the yokes and extend in the axial direction, and the convex magnetic pole on the outer peripheral surface of the movable body. Between a plurality of position detecting surfaces respectively formed in a relationship extending in the axial direction in a portion located between the magnetic poles, and provided on the fixed body so as to face the position detecting surfaces, and the distance between each of the position detecting surfaces. The linear motion support device according to claim 1, further comprising a plurality of position detectors for detecting the contactless position.
固定されるとともに上記可動体の軸心線に対して傾斜し
た傾斜面を有してなる補助部材と、前記固定体に設けら
れて前記補助部材の前記傾斜面との間の距離を非接触で
検出する検出器とを備えてなることを特徴とする請求項
１に記載の直線動支持装置。3. The axial position detecting means is provided on the fixed body, and an auxiliary member fixed to the movable body and having an inclined surface inclined with respect to the axis of the movable body. The linear motion support device according to claim 1, further comprising a detector that detects a distance between the auxiliary member and the inclined surface in a non-contact manner.
タで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
直線動支持装置。4. The linear motion supporting device according to claim 1, wherein the electromagnetic force generating mechanism is composed of a voice coil motor.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21361791A JP3183913B2 (en) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | Linear motion support device |
| US07/935,874 US5287031A (en) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Device for supporting and linearly moving an object |
| DE69206229T DE69206229T2 (en) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Device for carrying and for linear movement of an object. |
| EP92307755A EP0534613B1 (en) | 1991-08-26 | 1992-08-26 | Device for supporting and linearly moving an object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21361791A JP3183913B2 (en) | 1991-08-26 | 1991-08-26 | Linear motion support device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0556673A true JPH0556673A (en) | 1993-03-05 |
| JP3183913B2 JP3183913B2 (en) | 2001-07-09 |
Family
ID=16642141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3183913B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006333688A (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Tokai Rika Co Ltd | Power generating apparatus |
-
1991
- 1991-08-26 JP JP21361791A patent/JP3183913B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006333688A (en) * | 2005-05-30 | 2006-12-07 | Tokai Rika Co Ltd | Power generating apparatus |
Also Published As
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| JP3183913B2 (en) | 2001-07-09 |
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