JP2005051869A - 駆動装置及びそれを用いたxyテーブル - Google Patents
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Abstract
【解決手段】磁性体で形成された該コアに巻回した巻線とを有する電機子を複数個並べた一次側と、該電機子と空隙を介して相対移動可能に支持された永久磁石とを備えた二次側からなる駆動装置で、隣り合う電機子との間に磁極位置検出装置を備える。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力を利用した駆動装置及びそれを駆動源とした半導体等の製造装置等に用いられるXYテーブルに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体製造装置等の駆動源として用いられる駆動装置としては、例えば特開2001−288号公報(以下、従来例1という。)がある。従来例1には、可動子には、複数の永久磁石を着磁方向が交互となるように配置し、固定子は、2種類の磁性体コアを有し、コイルを巻いた電機子が複数直列に配置されているものが記載されている。また、特開平11−262237号には、可動子の位置制御の高精度化,推力脈動の低減のために、可動子の位置を検出する位置センサを固定子側に配置したものが記載されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−288号公報
【特許文献2】
特開平11−262237号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
電磁力を利用した駆動装置に、位置制御の高精度化,推力脈動の低減等のために磁極位置検出装置を配置した場合、位置検出装置の分駆動装置全体の体格が大きくなり、設置場所が制限される場合がある。特にコンパクト性が要求される半導体等を用いる電子機器の製造装置の駆動源として上記のような駆動装置を利用した場合に、上記の課題が顕著となる。
【0005】
本発明の目的は、磁極位置検出装置を取り付けた駆動装置及びそのような駆動装置を駆動源として用いた製造装置をコンパクトな構造とすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの特徴は、駆動装置及び製造装置を、複数の電機子が所定の間隔を隔てて配置された一次側部材と、複数の永久磁石が配置された二次側部材とを備え、複数の電機子の間に位置検出装置が配置されているものとしたことにある。
【0007】
さらに本発明の他の特徴は、駆動装置を、磁性体を有し、コイルが巻かれた複数の電機子と、複数の永久磁石を有する二次側部材とを有し、電機子は上部磁極歯部と下部磁極歯部がギャップを介して対向する第一の対向部と上部磁極歯と下部磁極歯がギャップを介して対向する第二の対向部とを有し、前記第一の対向部間のギャップ及び第二の対向部間のギャップに二次側部材を備え、複数の電機子が所定の間隔を隔てて配置され、複数の電機子の間に位置検出装置が配置されているものとすることにある。
【0008】
さらに本発明の他の特徴は、駆動装置を、上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第一の対向部を有し、磁性体を有する第一のコアと上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第二の対向部を有し、磁性体を有する第二のコアとを有する複数の電機子を有し、第一の対向部の間及び前記第二の対向部の間に二次側部材を配置し、二次側部材の上方には前記第一のコアに配置される上部磁極歯と前記第二の磁極ユニットに配置される上部磁極歯が交互に配置され、二次側部材の下方には第一のコアに配置される下部磁極歯と第二のコアに配置される下部磁極歯が交互に配置され、第一のコアと第二のコアに共通にコイルが巻かれ、複数の電機子の間に位置検出装置が配置されているものとすることにある。
【0009】
本発明によれば、推力脈動抑制のために複数の電機子の間に設けられた空間を利用し、その位置に位置検出装置を配置することにより、駆動装置及び製造装置の体格を大きくすることなく位置検出装置を取り付けることができる。
【0010】
尚、その他の本発明の特徴は本願特許請求の範囲に記載の通りである。
【0011】
【発明の実施の形態】
図5に比較例の駆動装置を示す。比較例において、磁極位置検出装置101は電機子コイル4の有効導体部から極ピッチのn倍離れた位置に配置されている。比較例の構成では、磁極位置検出装置101の長さの分電機子全体の駆動方向の長さが大きくなる。また、使用中に障害物に衝突することによって磁極位置検出装置101が破損する恐れがある。
【0012】
図1は、本発明の実施例の駆動装置の全体図である。図1において、電機子3には導体からなる電機子コイル4が巻かれて、電機子3を複数個直列に配置して一次側部材を構成し、二次側部材6はベアリング等で一次側部材の電機子3のギャップ中に移動可能に支持されている。本実施例では、一次側部材が固定され二次側部材が移動する構成であるが、二次側部材が固定され一次側部材が移動する構成でもよい。隣り合う電機子3は、推力の脈動を抑えるため及び位置制御を高精度化するために、所定の間隔が保たれている。そのため、隣り合う電機子3の間にスペーサ100が設けられている。ここで、磁極位置検出装置101は、スペーサ100に設けられている。本実施例によれば、位置の変化による推力脈動の抑制等の目的で隣り合う電機子3の間に設けられた空間を利用し、その位置に磁極位置検出装置101を配置することにより、駆動装置の駆動方向の長さを短くすることができ、駆動装置全体をコンパクトな構造とすることができる。また、外部の障害物に磁気位置検出装置が衝突することを防止することにより、磁気位置検出部の破損を防止することができる。
【0013】
図2に本実施例に用いられる駆動装置を示す。図2(a)は、駆動装置の磁束の流れを示す図、図2(b)は、駆動装置の全体図である。複数の永久磁石34がN極,S極が交互になるように配置され駆動装置の二次側部材6になる。電機子3は、駆動装置の一次側部材(コイルを巻いた磁性体を有する側)に相当し、コア51,52と電機子コイル4から構成される。
【0014】
コア51,52は磁性体で構成され、コア51とコア52には、上部と下部の磁極が互い違いになるように構成されている。ここで、コア51の上部磁極歯11aと下部磁極歯21bを第一の対向部と定義し、コア52の下部磁極歯12bと上部磁極歯22aを第2の対向部と定義する。よって、(2n−1)番目のコアは、第1の対向部、(2n)番目のコアは、第2の対向部を有するように電機子3を構成する(但し、n=1,2,3…)。コア51,52の各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間に一定のギャップを設け、ギャップに二次側部材6を通すと、二次側部材6が第1の対向部及び第2の対向部の間に配置された構造を形成する。二次側部材6と電機子3の相対的な位置に応じてコイル4に単相の交流電流をながすと、駆動装置各対向部の上部磁極歯と下部磁極歯の間のギャップには、磁束が上部と下部の磁極歯間を交番して上下に通り、第1の対向部と第2の対向部に流れる磁束の向きは交互に逆方向になる。第1の対向部及び第2の対向部に流れる磁束と、永久磁石34の作る磁束の相互作用により、二次側部材6にはx方向に電磁力による駆動力が発生する。
【0015】
図3に磁極位置検出装置の配置に関する実施例を示す。前述したように、駆動時の推力脈動を低減させるには、隣り合う電機子の磁極歯中心間にはスペーサ100を配置して所定の間隔(k・P+P/M)を保つ必要がある(ここに、k=0,1,2,3…,P=磁極ピッチ,M=相数)。スペーサ100に磁極位置検出装置101を組み込むことにより、全体の体格は大きくならずにコンパクトな駆動装置が提供可能であり、外部から磁極位置検出装置を保護する機能を持つ効果もある。
【0016】
図3に示す磁極位置検出装置101はホール素子,ホールIC等の磁極位置検出部で構成され、3相分を一つにした磁極位置検出装置ユニットを意味する。
【0017】
図4は各相の磁極位置検出装置配置間隔の一例を示す。図4(A)は3相駆動装置における、磁極位置検出部をほぼπ/3(磁極ピッチをPとすると、ほぼP/6)の間隔で配置した例であり、図4(B)は磁極位置検出装置101をほぼ2π/3(ほぼP/3)の間隔で配置した例を示す。
【0018】
同じく、隣り合う電機子の磁極歯中心間にはスペーサ100を用いて所定の間隔(k・P+P/M)(ここに、k=0,1,2,3…,P=磁極ピッチ,M=相数)を保てば、2相,5相の駆動装置も可能である。
【0019】
もちろん、2相,5相等の駆動装置に組み込まれた磁極検出装置においても、磁極位置検出装置101をほぼπ/M、若しくは2π/M(Mは相数)の間隔で配置すれば同じような効果が得られる。
【0020】
また、前記スペーサ100に磁極位置検出装置101を備える方法において、電機子3からなる一次側部材の磁極中心と永久磁石からなる二次側部材6の永久磁石磁極中心のずれに応じて制御回路による電流供給の進角を補正すれば、磁極位置検出の配置制約を小さくすることができる。つまり、必ずしも上述のように、隣り合う電機子の間隔を(k・P+P/M)としなくても制御回路の制御により推力脈動を低減させることが可能である。
【0021】
図6は、本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの全体図である。図6において、電機子3は図1で示すA相,B相,C相,3つの電機子らの組合せによる3相駆動装置であり、電機子3の各相間にスペーサ100が設けられている。ここで、磁極位置検出装置101は、スペーサ100に設けられている。図6において、3XはX方向駆動装置の電機子3を表し、3YはY方向駆動装置の電機子3を表す。XYテーブルのベース120には、X方向駆動装置の電機子3Xが自由に駆動出来るように直線案内機構121(リニアベアリング)が配置されている。又、Y軸においても、Y方向駆動装置の電機子3Yが自由に駆動出来るように直線案内機構121(リニアベアリング)が配置されている。ベース120にはX方向駆動、若しくはXY駆動が出来る他のXYステージ123を用いて、ワークを固定し微小変位の動きを得ることも可能である。
【0022】
図11に、本発明のリニアモータの位置制御系のブロック線図を示す。図11において、リニアモータは本発明の駆動装置である電機子3と二次側部材6の組合せを意味する。同じく、磁極検出装置は図1に示す電機子3の相間に配置された磁極位置検出装置101を意味する。
【0023】
磁極位置検出装置101より得られた磁極位置は電流制御器203にフィードバックされ、負荷変動にも同期はずれを起こさないように、所定の負荷角を保ちながら制御される。また、進行方向に対して、電機子3と二次側6との相対的な位置変位に関しては位置検出器(リニアスケール)206より得られた情報は速度信号,位置信号として処理され、速度制御器202,位置制御器201にそれぞれフィードバックされる。速度制御器202,位置制御器201の信号及び電流の値から電流制御器203により制御すべき電流値を計算し、その電流値になるように電力増幅回路204の出力を制御する。
【0024】
図7は、本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの他の実施例の全体図である。本実施例では、Y方向駆動装置の電機子3Yは複数個(図7では2個)用いた実施例を示す。Y方向駆動装置の2つの電磁子3Yには二次側部材6を共通に用いることでコンパクトな構造にすることが可能である。
【0025】
図8は、本発明の駆動装置を用いたXYZテーブルの他の実施例の全体図である。図8において、Y方向駆動装置の電機子3Yには、Z軸方向駆動装置の電機子3Zが設けられ二次側6部材が上下運動する仕組みである。もちろん、Z軸方向駆動装置において、二次側部材6を固定して相対的に電機子3Zが上下運動するようにすることも可能である。
【0026】
図9は、本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの他の実施例の全体図である。図9において、図7に示すガントリ(移動起重機の構台)124を複数組(図9では2組)用意して多軸対応を考慮した実施例を示す。
【0027】
図10は、本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの他の全体図である。図
10において、1軸の基本ユニットはベース120に、電機子3が自由に駆動出来るように直線案内機構121(リニアベアリング)と、二次側部材6が平行してベース120に固定されている。1軸の基本ユニット二つほぼ直角に交差するように組合せた構造であり、Y方向駆動装置は、X軸方向駆動装置の電機子3Xに固定されている。
【0028】
本発明の磁極位置検出装置の配置は、上記のような駆動装置の構成に限らず、複数の電機子を有し、電機子同士に間隔が設けられている駆動装置であれば適用することできる。また、上記実施例のような駆動装置の構成は、特にコンパクト化の要請の強い半導体等の電子機器の製造装置に用いられるXYテーブルに適用した場合に有効である。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、駆動装置及びXYテーブルにおいて磁極位置検出装置をコンパクトにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の全体図。
【図2】本発明の実施例に用いられる駆動装置の構造図。
【図3】本発明の磁極位置検出装置を配置した構造図(その1)。
【図4】本発明の磁極位置検出装置を配置した構造図(その2)。
【図5】比較例の駆動装置の磁極位置検出装置における配置構造図。
【図6】本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの実施例の全体図。
【図7】本発明の駆動装置を用いたXYテーブルの実施例の全体図(その1)。
【図8】本発明の駆動装置を用いたXYZテーブルの実施例の全体図(その2)。
【図9】本発明の駆動装置を用いたXYZテーブルの実施例の全体図(その3)。
【図10】本発明の駆動装置を用いたXYZテーブルの実施例の全体図(その4)。
【図11】本発明の実施例の駆動装置を用いた位置制御系のブロック線図。
【符号の説明】
3…電機子、3X…X軸電機子、3Y…Y軸電機子、4…コイル、6…二次側部材、11a…磁極1の上部磁極歯、12b…磁極1の下部磁極歯、21b…磁極2の下部磁極歯、22a…磁極2の上部磁極歯、34…永久磁石、51…第1の対向部を有するコア、52…第2の対向部を有するコア、100…相間スペーサ、101…磁極位置検出装置、120…ベース、121…直線案内機構。
Claims (12)
- コイルが巻かれ、磁性体を有する複数の電機子を有する一次側部材と、
複数の永久磁石が配置された二次側部材とを備え、
前記複数の電機子が所定の間隔を隔てて配置され、
前記二次側部材は前記一次側部材にギャップを介して配置され、
前記複数の電機子の間に位置検出装置が配置されていることを特徴とする駆動装置。 - コイルが巻かれ、磁性体を有する複数の電機子を有する一次側部材と、
複数の永久磁石を有する二次側部材とを備え、
前記電機子は上部磁極歯部と下部磁極歯部がギャップを介して対向する第一の対向部と上部磁極歯と下部磁極歯がギャップを介して対向する第二の対向部とを有し、前記第一の対向部間のギャップ及び第二の対向部間のギャップに二次側部材を備え、
前記複数の電機子が所定の間隔を隔てて配置され、前記複数の電機子の間に位置検出装置が配置されていることを特徴とする駆動装置。 - 上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第一の対向部を有し、磁性体を有する第一のコアと上部磁極歯と下部磁極歯とが対向する第二の対向部を有し、磁性体を有する第二のコアとを有する複数の電機子を有し、
前記第一の対向部の間及び前記第二の対向部の間に二次側部材を配置し、
前記二次側部材の上方には前記第一のコアに配置される上部磁極歯と前記第二のコアに配置される上部磁極歯が交互に配置され、
前記二次側部材の下方には前記第一のコアに配置される下部磁極歯と前記第二のコアに配置される下部磁極歯が交互に配置され、
前記第一のコアと前記第二のコアに共通にコイルが巻かれ、
前記複数の電機子の間に位置検出装置が配置されていることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記複数の電機子の間隔が、前記電機子の磁極ピッチをP、前記駆動装置の相数をMとするとほぼk・P+P/M(k=0,1,2,3…)であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項2において、
前記複数の電機子の間隔が、前記電機子の磁極ピッチをP、前記駆動装置の相数をMとするとほぼk・P+P/M(k=0,1,2,3…)であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項3において、
前記複数の電機子の間隔が、前記電機子の磁極ピッチをP、前記駆動装置の相数をMとするとほぼk・P+P/M(k=0,1,2,3…)であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1において、
前記位置検出装置が複数の位置検出部を有し、
前記複数の位置検出部が配置される間隔を、二次側部材の磁極ピッチをPとして、ほぼP/6またはほぼP/3であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項2において、
前記位置検出装置が複数の位置検出素子を有し、
前記複数の位置検出素子が配置される間隔を、二次側部材の磁極ピッチをPとして、ほぼP/6またはほぼP/3であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項3において、
前記位置検出装置が複数の位置検出素子を有し、
前記複数の位置検出素子が配置される間隔を、二次側部材の磁極ピッチをPとしたとき、ほぼP/6またはほぼP/3であることを特徴とする駆動装置。 - 請求項1に記載の駆動装置を駆動源とすることを特徴とするXYテーブル。
- 請求項2に記載の駆動装置を駆動源とすることを特徴とするXYテーブル。
- 請求項3に記載の駆動装置を駆動源とすることを特徴とするXYテーブル。
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