JP4604517B2 - 平面モータ - Google Patents

Description

本発明は、プローバ、ハンドラ、ステッパ等に用いられる２次元位置決め装置などに好適な平面モータに関し、特にスライダの軽量化に関するものである。

プローバ、ハンドラ、ステッパ等に用いられる２次元位置決め装置などに好適な平面モータの構造に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００３−１４３８３０号公報

図４および図５は特許文献１に記載の平面モータ（特許文献１ではパルスモータと呼んでいるので、以下パルスモータという）の一例を示す要部構成図である。図４は上面図、図５は図４のＡ−Ａ’部分の断面図である。このパルスモータは、プラテン１０上に浮揚のスライダ２０を２次元方向に移動させ得るように構成したものである。

図５において、プラテン１０は、板状であって、Ｘ方向とＹ方向に沿って一定ピッチで歯１１がマトリクス状に形成されている。プラテン１０は、磁性体で構成されていて、平坦面に格子状の溝を切ることにより形成される。図には、Ｘ軸方向に沿って形成された一定ピッチの溝を示してある。

スライダ２０には、図４に示すように、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂとＹモータブロック２２ａ，２２ｂが塔載されている。Ｘモータブロック２１ａには、コア２１１ａ，２１１ｂが設けられている。図６はコア２１１ａをＥ方向から見た図である。コア２１１ａは、図５に示すように、突極２１２ａ〜２１２ｆを有する。各突極の先端にはピッチｐで歯２１３が形成されている。プラテン１０の歯１１のピッチは歯２１３のピッチと等しいかあるいはほぼ等しくなっている。歯２１３は歯１１と対向配置されている。突極２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。突極２１２ａの歯と突極２１２ｄの歯は同位相である。突極２１２ｄ，２１２ｅ，２１２ｆの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。

コイル２１４ａ〜２１４ｆは、突極２１２ａ〜２１２ｆにそれぞれ巻かれている。コイル２１４ａ〜２１４ｆの巻かれた突極の歯の位相はｐ／３ずつずれている。コイル２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ，２１４ｅ，２１４ｆをそれぞれＵ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイル，Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルとする。この例では、コイルは３相コイルである。励磁手段２１５は、コイル２１４ａ〜２１４ｆに位相が１２０°ずつずれた正弦波交流信号を流すことによって各コイルを励磁する。

永久磁石２１６ａ，２１６ｂはコア２１１ａに装着されていて、突極の長さ方向に着磁され、突極に長さ方向のバイアス磁束φｍを与える。永久磁石２１６ｂの上には図６に示すようにヨーク２２０ｂが取付けられている。
浮揚手段２１７は、スライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるもので、例えば、スライダ２０の下面に設けた穴から圧縮空気を噴出することによってスライダ２０をプラテン１０上に浮揚させるものである。このとき、スライダ２０とプラテン１０の間には圧縮空気の層が形成される。

コア２１１ｂもコア２１１ａと同様な構成になっている。コア２１１ｂは、コア２１１ａに対して突極の歯の位相をｐ／２だけずらして配置している。コア２１１ｂに巻かれた３相コイルをそれぞれＵ−相コイル（Ｕの上にバーが付いた符合をＵ−と表す。以下、Ｖ−，Ｗ−についても同様），Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルとする。Ｕ相コイルとＵ−相コイルには同相の交流信号が与えられる。

他の相についても同様である。なお、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルを設けたのは、コイルを励磁したときにスライダが回転するのを防ぐためである。Ｕ相コイル，Ｖ相コイル，Ｗ相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ相突極，Ｖ相突極，Ｗ相突極とする。同様に、Ｕ−相コイル，Ｖ−相コイル，Ｗ−相コイルが巻かれた突極をそれぞれＵ−相突極，Ｖ−相突極，Ｗ−相突極とする。

Ｘモータブロック２１ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｘモータブロック２１ｂにあるコア２１９ａ，２１９ｂの突極の歯は、コア２１１ａ，２１１ｂの歯と同位相になっている。

永久磁石２１８ａ，２１８ｂはコア２１９ａに装着されている。永久磁石２１８ａ，２１８ｂの着磁方向は永久磁石２１６ａ，２１６ｂの着磁方向と同方向である。Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｘモータブロック２１ａ，２１ｂはＸ方向の推力を発生する。

Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂもＸモータブロック２１ａと同様な構成になっている。Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＸモータブロック２１ａを９０°回転移動させた向きに配置されている。
Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向に突極の歯が配列されている。突極に巻かれたコイルに発生する磁束と永久磁石の磁束により、Ｙモータブロック２２ａ，２２ｂはＹ方向の推力を発生する。

しかしながら、このような従来の平面モータにおいては、バイアス磁束φｍを与えるための永久磁石（バイアス磁石とも呼ぶ）をコアに後付けしているため、ヨークが必要になり、稼動部のスライダ２０が重くなるという課題がある。

本発明の目的は、このような課題を解決するもので、コア間にバイアス磁石を挟み込むことにより小型軽量でありながらも適切なバイアス磁束を与えることができ、他方従来のようなヨークが不要であり、稼動部の軽量化を容易に図ることのできる平面モータを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
所定のピッチで歯が形成されたプラテンと、複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻回してなるコアを複数個並列的に並べてなるモータブロックを備え、前記コイルを励磁して前記モータブロックを前記プラテン上で移動させ得るように構成された平面モータであって、
バイアス磁束を与えるための永久磁石が、対になる前記２つのコアの各突極間にのみ設けられ、突極先端寄りの位置にそのＳ極が一方の突極側となりＮ極が他方の突極側となるように挟み込まれ、
前記コイルは永久磁石を挟む２つの突極の周りに前記永久磁石を取り囲むように巻回されたことを特徴とする平面モータ。

このような構成によれば、従来のようなヨークを必要とすることもなく、小型軽量の永久磁石によりバイアス磁束を適切に与えることができ、モータブロックの軽量化も容易に図ることのできる。

この場合、永久磁石は、請求項２のように、モータブロックは対になるコアを複数組設けてなり、隣合う組のコア間に挟み込まれた永久磁石の着磁方向が互いに逆方向となる。
また、コアの突極は、請求項３のように、それぞれにピッチｐの歯が形成されると共に、各突極ごとに歯の位相をｐ/ｎずつずらしたｎ種類の突極からなり、このｎ種類の突極の歯がすべて前記プラテンの歯と対向配置されるように構成される。

プラテンとモータブロックの歯の関係は、請求項４のように、プラテンの方を、部分的に歯のピッチを１／２ピッチだけずらし、かつモータブロックの各コアの突極の歯はコア同士で同位相となるように配置する。
または、請求項５のように、モータブロックの対になるコアの各一方の突極と他方の突極とでピッチｐの歯の位相がｐ／２だけずらし、プラテンは同一ピッチで一様に直線状の溝が切ってあるようにする。

請求項６に記載の発明は、
対になるコアの各一方の突極と他方の突極とでピッチｐの歯の位相がｐ／２だけずれて配置されたモータブロックを複数個用意し、各モータブロックの突極の並び方向がＸＹ方向に向くように配置し、前記プラテンにはＸＹ方向に格子状の溝を設けたものである。
これにより、複数個のモータブロック全体をＸＹ方向に駆動できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）コア間に小型軽量の永久磁石を挟み込むことにより、従来と同様なバイアス磁束を容易に発生させることができる。
（２）従来必要としていたヨークは全く不要である。
（３）モータブロックの軽量化を容易に図ることができる。

以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る平面モータの要部構成図である。なお、本実施例は、スライダが１個のモータブロックからなるリニアモータタイプの場合であり、例えば、図４のＸモータブロック２１ａに対応するものである。
図１（ａ）はモータブロック３００の断面構成図であり、同図（ｂ）はモータブロック３００の下面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のモータブロック３００の側面図である。
図２はモータブロック３００と係合するプラテン１０の歯の状態を示す図である。

本発明が図４のモータブロックと異なるところは、ヨークと永久磁石の部分である。すなわち、図１に示すように、バイアス用の永久磁石（バイアス磁石とも言う）を１対のコア（３１０と３２０および３３０と３４０）間にそれぞれ挟み込む構造とした点、およびそのような構造としたために従来例のようなヨークが不要となった点である。

以下詳細に説明する。モータブロック３００にはコア３１０，３２０，３３０，３４０が設けられている。図１（ａ）はコア３１０のＸ軸方向断面図である。コア３１０は、各突極３１２ａ〜３１２ｆを有し、各突極の先端にはピッチｐで歯３１１が形成されている。図２に示すプラテン４００の歯のピッチと等しいかあるいはほぼ等しくなっている。

突極３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃの歯はｐ／３ずつ位相がずれている。突極３１２ｄの歯は突極３１２ａの歯と同位相であり，突極３１２ｄ，３１２ｅ，３１２ｆの歯もｐ／３ずつ位相がずれている。
他のコア３２０〜３４０についてもコア３１０と同様に形成されている。

コア３１０と３２０、コア３３０と３４０とはそれぞれ対になっている。この一対のコア３１０と３２０の各突極（対になっている突極）間にはバイアス磁石３５１ａ〜３５１ｆがそれぞれ挟み込まれている。各バイアス磁石の着磁方向は、コア３１０側がＮ極、コア３２０側がＳ極、あるいはその逆である。
コイル３１３ａは、図１（ｂ）に示すように、対になっている突極３１２ａ，３２２ａとその間に取付けられたバイアス磁石を取り囲むように巻回されている。他の突極３１２ｂ〜３１２ｆについても同様にコイルが巻回されている。

他方の一対のコア３３０と３４０についても、コア３２０と３３０と同様に、バイアス磁石が挟み込まれ、コイルが巻回されている。
ただし、バイアス磁石の着磁方向は、前記バイアス磁石３５１ａ〜３５１ｆとは逆方向となるようにしてある。このように互いに逆方向の関係にすることにより、モータブロック３００のピッチングを極力低減することができる。

突極間に挟まれた各バイアス磁石の磁力線LMFは図１（ｂ）に示すように分布し（１本のみ模式的に示す）、図５に示す従来の永久磁石２１６ａや２１６ｂと同様の作用効果を奏する。

プラテン４００は、図２に示すように、Ｙ方向に沿った一様な直線状の歯を形成してなるものである。ただし、コア３２０と３３０と対面する部分４１０の歯は、両側部分４２０と４３０の歯に対してＸ方向に１／２ピッチだけずらせてある。両側部分４２０と４３０の歯は同位相である。

このような構成により、従来必要としていたヨークが不要となり、かつバイアス用の永久磁石は小型軽量化でき、モータブロックの軽量化を容易に図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
例えば、図３に示すように、コア３１０と３４０の各突極に対して、コア３２０と３３０の各突極をＸ軸方向にずらせ、コアの歯をｐ／２だけずらせる。バイアス磁石、コイルについては図１の場合と同様の構成である。このような構成とした場合は、プラテン４００ａは同図（ｂ）に示すようにＹ軸方向に一直線の溝を切ったものを使用する。

また、モータブロックを図４のように配置してＸ・Ｙ方向に駆動可能な平面モータタイプのスライダにすることもできる。この場合、プラテンとしては、Ｘ方向とＹ方向に沿って直線状の一定ピッチの歯を切ったプラテンを使用する。
なお、コアの歯のｐ／２ずれ、あるいはプラテンの歯のずれについては、上記の例に限定されるものではない。

本発明に係る平面モータの要部構成図である。 プラテンの歯の構成図である。 本発明の他の実施例を示す要部構成図である。 従来の平面モータの一例を示す要部構成図である。 図４のＡ−Ａ’断面の詳細を示す図である。 コアを図４のＥ方向から見た図である。

符号の説明

３００ モータブロック
３１０〜３４０ コア
３１１ 歯
３１２ａ〜３１２ｆ 突極
３２２ａ，３３２ａ 突極
３１３ａ〜３１３ｆ コイル
３４２ａ〜３４２ｆ 突極
３５１ａ，３５２ａ バイアス磁石
４００，４００ａ プラテン

Claims (6)

1. 所定のピッチで歯が形成されたプラテンと、複数の突極を備えると共に各突極にコイルを巻回してなるコアを複数個並列的に並べてなるモータブロックを備え、前記コイルを励磁して前記モータブロックを前記プラテン上で移動させ得るように構成された平面モータであって、
   バイアス磁束を与えるための永久磁石が、対になる前記２つのコアの各突極間にのみ設けられ、突極先端寄りの位置にそのＳ極が一方の突極側となりＮ極が他方の突極側となるように挟み込まれ、
   前記コイルは永久磁石を挟む２つの突極の周りに前記永久磁石を取り囲むように巻回されたことを特徴とする平面モータ。
2. 前記モータブロックは対になるコアを複数組設けてなり、隣合う組のコア間に挟み込まれた永久磁石の着磁方向が互いに逆方向となっていることを特徴とする請求項１に記載の平面モータ。
3. 前記コアの突極は、それぞれにピッチｐの歯が形成されると共に、各突極ごとに歯の位相をｐ/ｎずつずらしたｎ種類の突極からなり、このｎ種類の突極の歯がすべて前記プラテンの歯と対向配置されるように構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の平面モータ。
4. 前記プラテンは、前記対になるコアの各一方の突極と他方の突極にそれぞれ対向する歯のピッチを１／２ピッチだけずらして配置され、
   前記モータブロックの各コアの突極の歯は、コア同士で同位相となるように配置された
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平面モータ。
5. 前記モータブロックは、前記対になるコアの各一方の突極と他方の突極とでピッチｐの歯の位相がｐ／２だけずらして配置され、
   前記プラテンには同一ピッチで一様な直線状の溝が形成されている
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平面モータ。
6. 前記対になるコアの各一方の突極と他方の突極とでピッチｐの歯の位相がｐ／２だけずれて配置されたモータブロックを複数個用意し、各モータブロックの突極の並び方向がＸＹ方向になるように配置し、
   前記プラテンにはＸＹ方向に格子状の溝を設け、
   前記複数個のモータブロック全体をＸＹ方向に駆動できるように構成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の平面モータ。

Images