JP2009201307A - Double-sided pulse motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子コアと可動子コアが空気軸受け手段を介して対向する両面パルスモータに関するものである。 The present invention relates to a double-sided pulse motor in which a stator core and a mover core are opposed to each other via an air bearing means.
所定ピッチで歯が形成されたプラテン(固定子フレーム)上面に、空気軸受け手段により浮上するスライダ(可動子フレーム)を2次元方向に位置制御するXYステージおよびこのステージに用いられているパルスモータの構造とスライダの位置制御については、特許文献1に詳細が開示されている。 An XY stage for controlling the position of a slider (movable frame) levitated by air bearing means in a two-dimensional direction on the upper surface of a platen (stator frame) with teeth formed at a predetermined pitch, and a pulse motor used in this stage Details of the structure and the position control of the slider are disclosed in Patent Document 1.
進行方向に平行な上面および下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コアを備える可動子フレームと、この可動子フレームを挟み、可動子コアの歯に対向する歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームとを備える1軸形の両面パルスモータの構成については、特許文献2に開示されている。 A mover frame having a mover core having teeth of a predetermined pitch formed on the upper and lower surfaces parallel to the traveling direction, and a pair of fixed members having teeth facing the teeth of the mover core sandwiched between the mover frames A configuration of a uniaxial double-sided pulse motor including a stator frame including a child core is disclosed in Patent Document 2.
図4は、特許文献2に記載されている1軸形の両面パルスモータの縦断面図である。可動子フレーム10は、進行方向Pに平行な上面および下面に所定ピッチの歯が形成された可動子コア21および22を備える。この可動子フレーム10を挟んで、固定子フレーム31および32が対向配置されている。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a uniaxial double-sided pulse motor described in Patent Document 2. As shown in FIG. The
固定子フレーム31は、固定子コア41を支持する。同様に、固定子フレーム32は、固定子コア42を支持する。固定子コア41には、可動子コア21の上面に形成された歯に対向する歯が形成されている。同様に、固定子コア42には、可動子コア22の下面に形成された歯に対向する歯が形成されている。
The
固定子コア41は、そのヨークに巻回された励磁巻線51を備える。同様に、固定子コア42は、そのヨークに巻回された励磁巻線52を備える。これら励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して一対の可動子コアと一対の固定子コア間に所定の空隙を実現するために、可動子フレーム10側から固定子コア41および42の両側に圧縮空気Aを噴出する空気軸受手段が設けられている。
The
図5は、進行方向Pから見た図4のB−B側断面図である。可動子フレーム10の上下両面に取り付ける可動子コア21および22は、磁気吸引力のバランスを取るため、互いの位置関係を長手方向および幅方向ともに精度良く合わせてある。
5 is a cross-sectional side view taken along the line BB in FIG. The
上下の固定子フレーム31,32は、磁気吸引力のバランスを取るため、スペーサ部材60を介して互いの位置関係を長手方向および幅方向ともに精度よく合わせてある。可動子コア、固定子コアとも理想的に位置関係が合えば、上下で磁気吸引力のバランスがとれるため吸引力による可動子フレーム10の変形がなくなる。
The upper and
スペーサ部材60は、上下の固定子フレーム31,32を互いに固定するためのものである。空気軸受けによる浮上時の微小ギャップに合わせて、スペーサ部材60の厚さを可動子フレーム10の厚さよりも30〜40μm程度大きくしている。
The spacer member 60 is for fixing the upper and
磁気吸引力と釣り合うように、数値計算(DF法等)を用いて空気軸受けを設計することにより、固定子コアと可動子コアの間で上下とも15〜20μm程度の微小空隙を保持させることができる。 By designing the air bearing using numerical calculation (DF method, etc.) so as to balance the magnetic attractive force, it is possible to hold a small gap of about 15-20 μm between the stator core and the mover core. it can.
ガイド部材70は、可動子フレーム10とスペーサ部材60に接して可動子フレーム10の進行方向(紙面に垂直方向)に配置されており、可動子フレーム10の進行方向と直交する方向のぶれを規制している。
The guide member 70 is disposed in contact with the
このような構成の両面パルスモータでは、可動フレーム10を軽量化するために、固定子コア41,42側に励磁巻線51,52を持ち、この励磁巻線に電流を流すことで、可動子コア21,22のみで構成される軽量の可動子フレーム10を移動させアクチュエータとして動作させる。
In the double-sided pulse motor having such a configuration, in order to reduce the weight of the
このような構成の両面パルスモータでは、可動子フレーム10を上下から固定子フレーム31,32で挟み込むことで、一般的なモータのような片側のみの励磁の場合の2倍の推力を得ることができる。
In the double-sided pulse motor with such a configuration, the
従来構成の両面パルスモータでは、次のような問題がある。
(1)可動フレーム10の移動方向が1軸のみのため、特許文献1のXYステージのように、X-Y-θ(Z軸回りの回転角)の2次元的な位置制御ができない。
The conventional double-sided pulse motor has the following problems.
(1) Since the moving direction of the
(2)1軸移動で使用する場合では、可動子フレーム10の進行方向と直交する方向のぶれを規制するためのガイド部材70等の補助部材が必要となる。
(2) In the case of using the uniaxial movement, an auxiliary member such as the guide member 70 for restricting the shake in the direction orthogonal to the moving direction of the
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、X、Y方向およびθ方向の位置決めを可能とする両面パルスモータの実現を目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to realize a double-sided pulse motor that enables positioning in the X, Y, and θ directions.
このような課題を達成するために、請求項1の発明は、
進行方向に平行な上面および下面に所定ピッチの歯がX軸方向およびY軸方向に形成された可動子コアを備える可動子フレームと、
前記可動子フレームを挟み、前記可動子コアの上面および下面に形成されたX軸方向およびY軸方向の歯に対向して、X軸方向およびY軸方向に歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームと、
前記可動子コア又は前記固定子コアの少なくともいずれかに設けられた励磁巻線と、
前記励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して前記可動子コアと前記一対の固定子コア間に所定の空隙を形成するための空気軸受け手段と、
を備えることを特徴とする両面パルスモータ。
In order to achieve such a problem, the invention of claim 1
A mover frame comprising a mover core in which teeth of a predetermined pitch are formed in the X-axis direction and the Y-axis direction on the upper surface and the lower surface parallel to the traveling direction;
A pair of stators having teeth in the X-axis direction and the Y-axis direction facing the teeth in the X-axis direction and the Y-axis direction formed on the upper and lower surfaces of the mover core with the mover frame interposed therebetween A stator frame with a core;
An excitation winding provided in at least one of the mover core or the stator core;
Air bearing means for forming a predetermined gap between the mover core and the pair of stator cores against a magnetic attractive force generated by supplying an excitation current to the excitation winding;
A double-sided pulse motor comprising:
請求項2の発明は、請求項1に記載の両面パルスモータにおいて、
前記可動子コアは、一体部材の前記可動子フレームの上面および下面に形成されていることを特徴とする。
The invention of claim 2 is the double-sided pulse motor according to claim 1,
The mover core is formed on an upper surface and a lower surface of the mover frame of an integral member.
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の両面パルスモータにおいて、
前記可動子フレームは、X軸方向およびY軸方向にそれぞれ独立した位置センサを備えることを特徴とする。
Invention of Claim 3 is the double-sided pulse motor of Claim 1 or 2,
The mover frame includes independent position sensors in the X-axis direction and the Y-axis direction.
請求項4の発明は、請求項1乃至3のいずれかにに記載の両面パルスモータにおいて、 前記位置センサは、前記可動子フレームのX軸方向またはY軸方向に所定距離を隔てて複数個設けられ、それぞれの検出値に基づいて前記可動子フレームのZ軸回りの回転角を検出することを特徴とする。 The invention of claim 4 is the double-sided pulse motor according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the position sensors are provided at a predetermined distance in the X-axis direction or the Y-axis direction of the mover frame. The rotation angle around the Z axis of the mover frame is detected based on each detection value.
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
(1)一軸方向だけでなく、これに直行する方向にも固定子コア、可動子コアを設けることによって、X、Y、θ方向の位置決めを可能とする両面パルスモータを実現することができる。
According to the configuration of the present invention, the following effects can be expected.
(1) A double-sided pulse motor capable of positioning in the X, Y, and θ directions can be realized by providing a stator core and a mover core not only in a uniaxial direction but also in a direction perpendicular thereto.
(2)X、Y各軸方向の位置検出センサを使用すれば、外乱によるこれらのずれを補正する動きが可能となる。そのため、ガイド部材等の補助部材なしに、位置ずれを抑制することが可能となる。 (2) If position detection sensors in the X and Y axis directions are used, it is possible to move to correct these deviations due to disturbance. For this reason, it is possible to suppress misalignment without an auxiliary member such as a guide member.
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図1は、本発明が適用された両面パルスモータの一実施形態を示す(図2のB−B位置における)縦断面図である。図2(A)は、Y軸の側断面、図2(B)は、A−A矢線方向から見た平面図である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view (in the position BB in FIG. 2) showing an embodiment of a double-sided pulse motor to which the present invention is applied. 2A is a side cross-sectional view of the Y-axis, and FIG. 2B is a plan view seen from the direction of the arrows AA.
本発明の構成上の特徴は、従来技術の1軸方向(これをY軸方向とする)の固定子コアおよび可動子コアに加えて、これに直交するX軸方向の固定子コアおよび可動子コアを配置した構成にある。各軸の両面パルスモータ個々の基本構成は、図4および図5で説明した1軸方向両面パルスモータの構成と同一である。 The constitutional feature of the present invention is that in addition to the conventional stator core and mover core in the uniaxial direction (which is referred to as the Y-axis direction), the stator core and mover in the X-axis direction orthogonal thereto The core is arranged. The basic structure of each double-sided pulse motor of each axis is the same as that of the single-axis double-sided pulse motor described with reference to FIGS.
しかしながら、各軸方向の固定子コアおよび可動子コアの大きさや形状、巻線等は、X軸方向とY軸方向で同一である必要はない。必要とするストロークや推力により、各軸の仕様に合わせて独立に設計可能である。 However, the sizes, shapes, windings, and the like of the stator core and the mover core in each axial direction need not be the same in the X-axis direction and the Y-axis direction. Depending on the required stroke and thrust, it can be designed independently according to the specifications of each axis.
図1の縦断面図において、可動子フレーム100は、X軸およびY軸の進行方向に平行な上面および下面に所定ピッチの歯が形成されたX軸用の可動子コア201X,202XおよびY軸用の可動子コア201Y,202Yを備える。この可動子フレームを挟んで、固定子フレーム301および302が対向配置されている。
In the longitudinal cross-sectional view of FIG. 1, the
固定子フレーム301は、X軸用の固定子コア401XおよびY軸用の固定子コア401Yを支持する。同様に、固定子フレーム302は、X軸用の固定子コア402XおよびY軸用の固定子コア402Yを支持する。
The
X軸用の固定子コア401XおよびY軸用の固定子コア401Yには、それぞれのヨークに巻回された励磁巻線501Xおよび501Yを備える。同様に、X軸用の固定子コア402XおよびY軸用の固定子コア402Yには、それぞれのヨークに巻回された励磁巻線502Xおよび502Yを備える。励磁巻線を固定子側に設けることにより、可動子を小型化、軽量化できるという利点がある。
The
これら励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して一対の可動子コアと一対の固定子コア間に所定の空隙を実現するために、可動子フレーム100側から固定子コア401X,401Yおよび402X,402Yの両側に圧縮空気を噴出する空気軸受手段(図示せず)が設けられている。
In order to realize a predetermined gap between the pair of mover cores and the pair of stator cores against the magnetic attractive force generated by the supply of the excitation current to these excitation windings, the stator core from the
上下の固定子フレーム301,302は、磁気吸引力のバランスを取るため、スペーサ部材600を介して互いの位置関係を長手方向および幅方向ともに精度よく合わせてある。可動子コア、固定子コアとも理想的に位置関係が合えば、上下で磁気吸引力のバランスがとれるため吸引力による可動子フレーム100の変形がなくなる。
The upper and lower stator frames 301 and 302 are aligned with respect to each other in the longitudinal direction and the width direction with a
スペーサ部材600は、上下の固定子フレーム301,302を互いに固定するためのものである。空気軸受けによる浮上時の微小ギャップに合わせて、スペーサ部材600の厚さを可動子フレーム100の厚さよりも30〜40μm程度大きくしている。
The
図2(A)は、Y軸の側断面図であり、図2(B)は、図2(A)の矢線A−Aから見た平面図である。各軸の側断面図は、図4で示した1軸構成の両面パルスモータの側断面図と同一であるが、可動子100には、Y軸の位置センサ800YおよびX軸の位置センサ800Xが取り付けられている。
2A is a side sectional view of the Y-axis, and FIG. 2B is a plan view seen from the arrow AA in FIG. 2A. The side sectional view of each axis is the same as that of the single-sided double-sided pulse motor shown in FIG. 4, but the
このような構成において、各固定子コアの励磁巻線に電流を流すことにより磁気回路を励磁して可動子フレーム100をX軸およびY軸方向に移動制御して、XYステージとして動作させることができる。
In such a configuration, the magnetic circuit is excited by passing a current through the excitation winding of each stator core, and the
位置センサ800X、800Yとして、それぞれ独立した非接触位置検出センサ(レーザ干渉計、レゾルバ等)を用いれば、サーボ動作により高精度な2次元の位置制御を実現することができる。これにより、ガイド部材等の補助部材なしに、位置ずれを抑制することができる。ただし、条件によっては接触式の位置センサを用いることも可能である。X,Y軸の位置サーボ制御に関しては、特許文献1に詳細が開示されている。
If independent non-contact position detection sensors (laser interferometer, resolver, etc.) are used as the
例えば、可動子フレーム100のX軸方向の所定距離を隔てた位置を2箇所以上で検知することにより、可動子フレームのZ軸回りの回転角θを検出することができる。X軸方向の固定子コアを複数配置し、個別に異なる位相での励磁ができるようにしておけば、この情報に基づいてθ方向の微小位置ずれを補正することができる。2個の位置センサによるθ方向の制御についても、特許文献1に詳細が開示されている。
For example, the rotation angle θ about the Z axis of the mover frame can be detected by detecting the position of the
図3は、本発明が適用された両面パルスモータの縦型の使用形態を示す側断面図である。縦型の使用形態では、1軸のみの場合には、重力により可動子フレームが落下しないように、図5のガイド部材70等の補助機構が必要となるが、本発明の両面パルスモータでは、2軸の駆動ができるため、軽量の可動子フレーム100を落下しないように自己保持することが可能であり、補助部材を必要としない。
FIG. 3 is a side sectional view showing a vertical usage pattern of a double-sided pulse motor to which the present invention is applied. In the vertical usage mode, when there is only one axis, an auxiliary mechanism such as the guide member 70 of FIG. 5 is required so that the mover frame does not fall due to gravity. However, in the double-sided pulse motor of the present invention, Since the two-axis drive is possible, the
100 可動子フレーム
201X,202X X軸可動子コア
201Y,202Y Y軸可動子コア
301,302 固定子フレーム
401X,402X X軸固定子コア
401Y,402Y Y軸固定子コア
501X,502X X軸励磁巻線
501Y,502Y Y軸励磁巻線
600 スペーサ部材
800Y Y軸位置センサ
100
Claims (4)
前記可動子フレームを挟み、前記可動子コアの上面および下面に形成されたX軸方向およびY軸方向の歯に対向して、X軸方向およびY軸方向に歯が形成された一対の固定子コアを備える固定子フレームと、
前記可動子コア又は前記固定子コアの少なくともいずれかに設けられた励磁巻線と、
前記励磁巻線への励磁電流供給で発生する磁気吸引力に抗して前記可動子コアと前記一対の固定子コア間に所定の空隙を形成するための空気軸受け手段と、
を備えることを特徴とする両面パルスモータ。 A mover frame comprising a mover core in which teeth of a predetermined pitch are formed in the X-axis direction and the Y-axis direction on the upper surface and the lower surface parallel to the traveling direction;
A pair of stators having teeth formed in the X-axis direction and the Y-axis direction so as to face the teeth in the X-axis direction and the Y-axis direction formed on the upper and lower surfaces of the mover core with the mover frame interposed therebetween. A stator frame with a core;
An excitation winding provided in at least one of the mover core or the stator core;
Air bearing means for forming a predetermined gap between the mover core and the pair of stator cores against a magnetic attractive force generated by supplying an exciting current to the exciting winding;
A double-sided pulse motor comprising:
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JP2008042578A JP2009201307A (en) | 2008-02-25 | 2008-02-25 | Double-sided pulse motor |
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CN103746535A (en) * | 2014-01-20 | 2014-04-23 | 长沙一派数控机床有限公司 | Linear motor supported by fluid |
CN105391260A (en) * | 2015-11-16 | 2016-03-09 | 江苏大学 | Double-stator permanent-magnetic cursor linear motor and design method for increasing magnetic field modulation effect |
-
2008
- 2008-02-25 JP JP2008042578A patent/JP2009201307A/en active Pending
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