JP3132758B2

JP3132758B2 - 電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP3132758B2
Application number: JP03017622A
Authority: JP
Inventors: 和英渡辺; 真人江口; 弘行篠崎; 昌夫蓬台; 源一佐藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 2001-02-05
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JPH04255453A

Description

【発明の詳細な説明】

【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、クリーンルーム内、液体
中）で使用可能な電磁アクチュエータに関する。

【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。

【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。

【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。

【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。

【０００６】上記対策の具体的方法としては、以下の方
法がある。

【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。

【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８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。

【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。

【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。

【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。

【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
で構成され、回転軸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
磁極がステッピングモータ磁極と共通なステッピングモ
ータ兼ラジアル磁気軸受部を備え、該軸受部は複数個の
電磁石と表面に相互に１ピッチずれた２つ以上のリング
状の歯を設けたディスクとからなり、前記複数個の電磁
石の磁極は放射状に相隣る磁極とはピッチのずれた歯を
備え、回転軸方向のギャップを検出するセンサと該セン
サからの信号に基づき、前記複数個の電磁石をそれぞれ
励磁する磁気軸受制御回路を設け、該磁気軸受制御回路
は回転軸方向のギャップを一定に保つと共に、該複数個
の電磁石をパルス信号により励磁して回転方向の位置決
めを行い、該複数個の電磁石に磁気軸受制御系を線形化
するためのバイアス磁束を形成すると共に、該磁束を回
転保持力としても作用させる性能を有している。また、
回転子の傾きを検出した信号に基づき、前記複数個の電
磁石を独立に励磁し、回転子の傾きを制御することが好
ましい。

【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。

【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。

【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、１３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。

【００１６】図２ないし図４において、駆動部７の固定
子Ｂ側の電磁石は、円周等配放射状に配置された８個の
電磁石１３〜２０からなり、各電磁石は、独立に磁力を
制御できるようになっている。回転子Ａ側の回転軸６の
表面には、電磁石１３〜２０に対向する２個のリング状
の歯２１、２２と、永久磁石２３とを備えたディスク２
４が設けられている。そして、歯２１、２２は、相互に
１ピッチずらされている。他方、電磁石１３〜２０の磁
極には、それぞれ歯２１、２２に対向する複数（図示の
例では４個）の歯２５、２６が形成され、それらの歯２
５、２６は、円周方向に相隣る磁極で相互に半ピッチず
らされている。前記電磁石１３〜２０は、該電磁石とデ
ィスク２４との間のギャップを一定に保ち、非接触で回
転軸６を支持している。また、８個の電磁石１３〜２０
のうち、１つおきの４組の電磁石１３及び１５、１７及
び１９、１４及び１６、１８及び２０を組み合せ、パル
ス信号で励磁することによりデイスク２４の表面の歯２
１、２２を吸引し、回転力を発生して位置決めするよう
になっている。そして、この位置保持力は、ディスク２
４の永久磁石２３により発生し、その磁束は、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よう
になっている。

【００１７】図５において、例えば対向する電磁石１３
〜２０の磁極５１、５１´には、磁気軸受の電磁石コイ
ル３７、３８と、ステッピングモータ用コイル３９、４
０及び４１、４２が巻回されている。その電磁石コイル
３７、３８は、ドライブ回路４５、検波回路６３を介し
て磁気軸受制御回路４４に接続され、この制御回路４４
には、センサアンプ４３を介してスラスト軸方向のギャ
ップを検出する変位センサ１２が接続されている。そし
て、磁気軸受制御回路４４は、変位センサ１２からのフ
ィードバック信号に基づき、ドライブ回路４５を介して
電磁石コイル３７、３８の磁力を制御し、回転軸６を非
接触で支持するようになっている。

【００１８】前記ステッピングモータ用コイル３９〜４
１は、電磁石磁極５１及び５５、５２及び５６、５３及
び５７、５４及び５８で組み合され、それぞれ第１〜第
４ドライブ回路４７〜５０を介して開ループ系で４相の
ステッピングモータ制御回路４６に接続されている。そ
して、この制御回路４６は、先ず、第１ドライブ回路４
７で電磁石磁極５１及び５５を励磁し、第３ドライブ回
路４９で電磁石磁極５３及び５７を励磁して後記するよ
うに、各電磁石磁極のペア（５１及び５３、５５及び５
７）で閉ループの磁束を発生させて回転力を起こし、次
いで、第２ドライブ回路４８で電磁石磁極５２及び５６
を励磁し、第４ドライブ回路５０で電磁石磁極５４及び
５８を励磁し、同様に回転力を得るようになっている。

【００１９】次に、図６及び図７を参照して作用を説明
する。

【００２０】図６において、ディスク２４の外側の歯２
１には、ギャップＧを設けて例えば電磁石磁極５１、５
２、５３が対向されており、それらの４個の歯２５〜２
５は、相互に半ピッチずれており、従って、図示の状態
ではペアの電磁石磁極５１、５３は歯２１に対し半ピッ
チずれている。

【００２１】そして、ディスク２４の歯２１は永久磁石
２３によりＮ極となり、磁束２９が矢印方向に常時流
れ、これに対し電磁石磁極５１、５３で磁束３１を図示
の様に流すと、電磁石磁極５１側のギャップＧの磁束
は、両磁束３１、２９の和となって増加し、他方の電磁
石磁極５３側のギャップＧの磁束は、両磁束３１、２９
の差となって減少する。

【００２２】その結果、矢印方向にトルクＴが発生し、
回転軸６が回転される。

【００２３】図７においては、図６と同様にトルクＴが
発生し、回転軸６が回転される。

【００２４】図９は、回転子６の傾きを制御するための
磁気軸受制御手段を示している。該制御手段は、上記８
個の電磁石を独立に励磁することが可能な事を利用して
いる。先ず、変位センサ５９と６０（ラジアル方向のギ
ャップ検出器）の差動信号から回転子の傾きを検出し、
その信号に基づき磁気軸受制御回路、ドライブ回路を介
して、例えば回転子がＺからＺ´軸上に傾いた時、電磁
石６１、６２を励磁し、傾きθを修正する様に構成され
ている。この制御手段を図５の制御装置に付加すること
によって、傾きも制御可能なシステムを構成することが
出来る。

【００２５】

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側断面図。

【図２】駆動部の半部を示す側断面図。

【図３】電磁石のＨ矢視図。

【図４】ディスクのＤ矢視図。

【図５】制御装置のブロック図。

【図６】回転力発生原理を示す外周側の歯回りの展開
図。

【図７】回転力発生原理を示す内周側の歯回りの展開
図。

【図８】従来の防塵機構の一例を示す斜視図。

【図９】回転子の傾きを制御するための磁気軸受制御手
段を示すブロック図。

【符号の説明】

Ａ・・・回転子Ｂ・・・固定子Ｇ・・・ギャップ６・・・回転軸７・・・駆動部８、９・・・ラジアル磁気軸受１０〜１３、５９、６０・・・変位センサ１３〜２０、６１、６２・・・電磁石２１、２２・・・歯２３・・・永久磁石２５、２６・・・歯２９・・・永久磁石の磁束３１・・・電磁石の磁束４４・・・磁気軸受制御回路４６・・・ステッピングモータ制御回路５１〜５８・・・電磁石磁極６３・・・検波回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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 (56)参考文献特開昭47−43635（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−99742（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−69442（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−199717（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 37/24 H02K 7/09

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【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で構成され、回転軸が非接触で支
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ステッピングモータ磁極と
共通なステッピングモータ兼ラジアル磁気軸受部を備
え、該軸受部は複数個の電磁石と表面に相互に１ピッチ
ずれた２つ以上のリング状の歯を設けたディスクとから
なり、前記複数個の電磁石の磁極は放射状に相隣る磁極
とはピッチのずれた歯を備え、回転軸方向のギャップを
検出するセンサと該センサからの信号に基づき、前記複
数個の電磁石をそれぞれ励磁する磁気軸受制御回路を設
け、該磁気軸受制御回路は回転軸方向のギャップを一定
に保つと共に、該複数個の電磁石をパルス信号により励
磁して回転方向の位置決めを行い、該複数個の電磁石に
磁気軸受制御系を線形化するためのバイアス磁束を形成
すると共に、該磁束を回転保持力としても作用させる性
能を有することを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】回転子の傾きを検出した信号に基づき、
前記複数個の電磁石を独立に励磁し、回転子の傾きを制
御することを特徴とする請求項１に記載の電磁アクチュ
エータ。