JP5656902B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、可動部分を電磁力で浮上させて位置決めするアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator that moves and positions a movable part by electromagnetic force.

可動部分を電磁力で浮上させて位置決めする装置の1つにアクチュエータ(電磁アクチュエータ)がある。このアクチュエータは、例えばレーザ加工機のビーム集光レンズや放電加工機の電極を可動部分とし、可動部分を電磁力で浮上させて位置決めを行う。   An actuator (electromagnetic actuator) is one of devices for positioning a movable part by levitation with electromagnetic force. In this actuator, for example, a beam condensing lens of a laser beam machine or an electrode of an electric discharge machine is used as a movable part, and the movable part is lifted by electromagnetic force to perform positioning.

アクチュエータには、XYZ並進とXYZまわり回転の6自由度を駆動制御する6自由度アクチュエータがある。例えば、特許文献1に記載の6自由度アクチュエータは、電磁石の吸引力によって可動部分を非接触で浮上させ、これにより可動部分のZ方向への位置決めを行っている。   There is a 6-degree-of-freedom actuator that drives and controls 6 degrees of freedom of XYZ translation and rotation around XYZ. For example, the 6-degree-of-freedom actuator described in Patent Document 1 floats the movable part in a non-contact manner by the attractive force of an electromagnet, thereby positioning the movable part in the Z direction.

特開平6−273285号公報(段落番号「0053」〜「0070」、図14〜18)JP-A-6-273285 (paragraph numbers “0053” to “0070”, FIGS. 14 to 18)

しかしながら、上記従来の技術では、超伝導磁気浮上特性試験装置において、可動部分を電磁石で保持してのZ方向の位置決めを行っているので、Z方向のストロークを大きくとれないという問題があった。さらに、Z方向とXY方向の磁気回路が分離されているので、装置の全体サイズが大きくなるという問題があった。   However, in the above-described conventional technique, the superconducting magnetic levitation characteristic test apparatus has a problem that the Z-direction stroke cannot be increased because the Z-direction positioning is performed with the movable part held by the electromagnet. Further, since the magnetic circuits in the Z direction and the XY direction are separated, there is a problem that the overall size of the apparatus becomes large.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大きなストロークで位置決めを行うことができる小さな構成のアクチュエータを得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain an actuator having a small configuration capable of positioning with a large stroke.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第1の平面が巻平面である第1のラジアルボイスコイルおよび前記第1の平面に垂直な第2の平面が巻平面である第1のスラストボイスコイルを備えた第1のボイスコイル固定子と、前記第1のラジアルボイスコイルおよび前記第1のスラストボイスコイルを貫通する第1の磁束を発生させるとともに、前記第1のラジアルボイスコイルに第1のコイル電流が流されることおよび前記第1のスラストボイスコイルに第2のコイル電流が流されることによって動かされる第1の永久磁石可動子と、前記第1および第2の平面に垂直な第3の平面が巻平面である第2のラジアルボイスコイルおよび前記第2の平面が巻平面である第2のスラストボイスコイルを備えた第2のボイスコイル固定子と、前記第2のラジアルボイスコイルおよび前記第2のスラストボイスコイルを貫通する第2の磁束を発生させるとともに、前記第2のラジアルボイスコイルに第3のコイル電流が流されることおよび前記第2のスラストボイスコイルに第4のコイル電流が流されることによって動かされる第2の永久磁石可動子と、前記第1および第2の永久磁石可動子の移動によって位置決めされるアクチュエータ可動子と、を有し、前記第1の永久磁石可動子は、前記第1の磁束および前記第1および第2のコイル電流によって発生するローレンツ力によって動かされ、前記第2の永久磁石可動子は、前記第2の磁束および前記第3および第4のコイル電流によって発生するローレンツ力によって動かされ、前記アクチュエータ可動子は、前記第1および第2の永久磁石可動子の移動によって3つの軸方向の回転角度および3方向の並進変位の6自由度が駆動制御されることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a first radial voice coil in which the first plane is a winding plane and a second plane perpendicular to the first plane is a winding plane. A first voice coil stator having a first thrust voice coil, a first magnetic flux passing through the first radial voice coil and the first thrust voice coil, and the first a first permanent magnet armature which is moved by the second coil current flows in and the first thrust voice coil first coil current is applied to the radial voice coil, the first and second A second voice coil having a second radial voice coil whose third plane perpendicular to the plane is a winding plane and a second thrust voice coil whose second plane is a winding plane And stator, with generating a second magnetic flux penetrating said second radial voice coil and said second thrust voice coil, and that the said second third coil current flows in the second radial voice coil A second permanent magnet mover that is moved by passing a fourth coil current through two thrust voice coils, and an actuator mover that is positioned by the movement of the first and second permanent magnet movers. And the first permanent magnet mover is moved by a Lorentz force generated by the first magnetic flux and the first and second coil currents, and the second permanent magnet mover is It is driven by the Lorentz force generated by the magnetic flux and the third and fourth coil current of the actuator movable element, the first And the rotation angle and 6 degrees of freedom in the three directions of translational displacement of the second three-axis direction by the movement of the permanent magnet armature, characterized in that the driven and controlled.

本発明によれば、小さな構成のアクチュエータで位置決めのストロークを大きくとれるという効果を奏する。また、アクチュエータによって可動させる可動部分を小さく構成することができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to obtain a large positioning stroke with a small actuator. In addition, there is an effect that the movable part that can be moved by the actuator can be made small.

図1は、実施の形態に係るアクチュエータを示す一部透視図を含む斜視図である。FIG. 1 is a perspective view including a partial perspective view showing the actuator according to the embodiment. 図2は、実施の形態に係るアクチュエータの永久磁石可動子とボイスコイル固定子の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a permanent magnet mover and a voice coil stator of the actuator according to the embodiment. 図3は、ラジアルボイスコイルの形状を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the shape of the radial voice coil. 図4は、スラストボイスコイルの形状を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the shape of the thrust voice coil. 図5は、永久磁石可動子の着磁極性と磁路を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the magnetic pole property and magnetic path of the permanent magnet mover. 図6は、実施形態のアクチュエータが有しているセンサの配置位置を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement positions of the sensors included in the actuator according to the embodiment.

以下に、本発明の実施の形態に係るアクチュエータを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, an actuator according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態.
図1は、実施の形態に係るアクチュエータを示す一部透視図を含む斜視図である。本実施形態のアクチュエータ100は、XYZ並進とXYZまわり回転の6自由度(3つの軸方向の回転角度および3方向の並進変位)を全てボイスコイルのローレンツ力で駆動制御する6自由度アクチュエータである。
Embodiment.
FIG. 1 is a perspective view including a partial perspective view showing the actuator according to the embodiment. The actuator 100 of this embodiment is a six-degree-of-freedom actuator that drives and controls all six degrees of freedom of XYZ translation and rotation around XYZ (three axial rotation angles and three-direction translational displacement) with the Lorentz force of the voice coil. .

アクチュエータ100は、レーザ加工機のビーム集光レンズや放電加工機の電極などを位置決めするために、可動部分(ビーム集光レンズや電極などの被駆動体)を電磁力で浮上させて位置決めを行う。アクチュエータ100は、磁気回路をアクチュエータ100の外周部分に設けることでアクチュエータ100の中央に別部品を取り付けられる構造となっている。   The actuator 100 positions a movable part (a driven body such as a beam condensing lens or an electrode) by electromagnetic force so as to position a beam condensing lens of a laser processing machine or an electrode of an electric discharge machine. . The actuator 100 has a structure in which another part can be attached to the center of the actuator 100 by providing a magnetic circuit on the outer periphery of the actuator 100.

アクチュエータ100は、アクチュエータ可動子1と、永久磁石可動子2a〜2dと、ボイスコイル固定子3a〜3dと、ベースプレート4と、センサ7a〜7fと、を備えている。なお、図1では、センサ7a,7c,7dを図示しており、センサ7b,7e,7fの図示を省略している。   The actuator 100 includes an actuator mover 1, permanent magnet movers 2a to 2d, voice coil stators 3a to 3d, a base plate 4, and sensors 7a to 7f. In FIG. 1, the sensors 7a, 7c, and 7d are illustrated, and the sensors 7b, 7e, and 7f are not illustrated.

アクチュエータ可動子1は、永久磁石可動子2a〜2dに接合されており、永久磁石可動子2a〜2dが移動することによって位置決めされる。アクチュエータ可動子1は、その中央部でビーム集光レンズ(図示せず)や電極(図示せず)等の可動部分を保持する。ここでのアクチュエータ可動子1は、概略平板状の部材であり、その中央部に可動部分を配設するための例えば円板状の空間が設けられている。図1では、アクチュエータ可動子1の主面がXY平面と略平行になるよう、アクチュエータ可動子1が配置されている場合を図示している。   The actuator mover 1 is joined to the permanent magnet movers 2a to 2d, and is positioned by the movement of the permanent magnet movers 2a to 2d. The actuator movable element 1 holds movable parts such as a beam condensing lens (not shown) and electrodes (not shown) at the center thereof. The actuator movable element 1 here is a substantially flat plate-like member, and is provided with, for example, a disk-shaped space for disposing a movable portion at the center thereof. FIG. 1 illustrates a case where the actuator movable element 1 is arranged so that the main surface of the actuator movable element 1 is substantially parallel to the XY plane.

ビーム集光レンズなどの可動部分は、アクチュエータ可動子1に固定された状態で、XYZ並進とXYZまわり回転を行う。XYZ並進は、X方向への位置移動、Y方向への位置移動、およびZ方向への位置移動である。XYZまわり回転は、X軸を回転軸とした回転移動(回転角度θ)、Y軸を回転軸とした回転移動(回転角度φ)、およびZ軸を回転軸とした回転移動(回転角度ψ)である。   A movable part such as a beam condensing lens performs XYZ translation and rotation around XYZ while being fixed to the actuator movable element 1. The XYZ translation is a position movement in the X direction, a position movement in the Y direction, and a position movement in the Z direction. Rotation around XYZ includes rotational movement with the X axis as the rotational axis (rotational angle θ), rotational movement with the Y axis as the rotational axis (rotational angle φ), and rotational movement with the Z axis as the rotational axis (rotational angle ψ). It is.

ボイスコイル固定子3a〜3dは、それぞれ永久磁石可動子2a〜2dに並進力、回転力を発生させる。ボイスコイル固定子3a〜3dは、それぞれ複数のスラストボイスコイルと複数のラジアルボイスコイルを有している。スラストボイスコイルは、スラスト方向駆動のボイスコイルであり、ラジアルボイスコイルは、ラジアル方向駆動のボイスコイルである。   The voice coil stators 3a to 3d generate translational force and rotational force in the permanent magnet movers 2a to 2d, respectively. Each of the voice coil stators 3a to 3d has a plurality of thrust voice coils and a plurality of radial voice coils. The thrust voice coil is a thrust direction driving voice coil, and the radial voice coil is a radial direction driving voice coil.

ボイスコイル固定子3a,3cは、それぞれアクチュエータ可動子1の+X方向の端部側、−X方向の端部側に配置されている。また、ボイスコイル固定子3b,3dは、それぞれアクチュエータ可動子1の−Y方向の端部側、+Y方向の端部側に配置されている。   The voice coil stators 3a and 3c are disposed on the end side in the + X direction and the end side in the −X direction of the actuator mover 1, respectively. The voice coil stators 3b and 3d are disposed on the end side in the −Y direction and the end side in the + Y direction of the actuator mover 1, respectively.

永久磁石可動子2a〜2dは、概略平板状の形状を有しており、アクチュエータ可動子1に対して垂直に結合されている。永久磁石可動子2a,2cは、それぞれ主面がYZ平面に対して略平行になるよう配置され、永久磁石可動子2b,2dは、それぞれ主面がZX平面に対して略平行になるよう配置されている。   The permanent magnet movers 2 a to 2 d have a substantially flat plate shape and are vertically coupled to the actuator mover 1. The permanent magnet movers 2a and 2c are arranged so that the main surfaces are substantially parallel to the YZ plane, and the permanent magnet movers 2b and 2d are arranged so that the main surfaces are substantially parallel to the ZX plane. Has been.

永久磁石可動子2a,2cは、それぞれアクチュエータ可動子1の+X方向の端部側、−X方向の端部側で、アクチュエータ可動子1に接合されている。また、永久磁石可動子2b,2dは、それぞれアクチュエータ可動子1の−Y方向の端部側、+Y方向の端部側で、アクチュエータ可動子1に接合されている。   The permanent magnet movers 2a and 2c are joined to the actuator mover 1 on the end side in the + X direction and the end side in the −X direction of the actuator mover 1, respectively. The permanent magnet movers 2b and 2d are joined to the actuator mover 1 on the end side in the −Y direction and the end side in the + Y direction of the actuator mover 1, respectively.

永久磁石可動子2a〜2dは、それぞれボイスコイル固定子3a〜3dが有している複数のスラストボイスコイルを貫通し、かつ複数のラジアルボイスコイルに挟まれるよう配置される。   The permanent magnet movers 2a to 2d are disposed so as to pass through the plurality of thrust voice coils included in the voice coil stators 3a to 3d and to be sandwiched between the plurality of radial voice coils.

このように、本実施の形態の永久磁石可動子2a〜2dとボイスコイル固定子3a〜3dは、それぞれアクチュエータ可動子1の外周部に配置されており、アクチュエータ可動子1の中央部が空けられている。ベースプレート4は、ボイスコイル固定子3a〜3dを固定した状態で保持する。   As described above, the permanent magnet movers 2a to 2d and the voice coil stators 3a to 3d according to the present embodiment are arranged on the outer peripheral portion of the actuator mover 1, and the central portion of the actuator mover 1 is opened. ing. The base plate 4 holds the voice coil stators 3a to 3d in a fixed state.

センサ7a〜7fは、センサ7a〜7fとアクチュエータ可動子1との間のギャップを検出する。アクチュエータ100は、永久磁石可動子2a〜2dに流す電流量および電流方向を制御する制御装置(図示せず)に接続されている。制御装置は、センサ7a〜7fで検出されたギャップに基づいて、可動部分のXYZ並進とXYZまわり回転を算出し、算出結果を用いて永久磁石可動子2a〜2dへのフィードバック制御を行う。   The sensors 7a to 7f detect gaps between the sensors 7a to 7f and the actuator movable element 1. The actuator 100 is connected to a control device (not shown) that controls the amount and direction of current flowing through the permanent magnet movers 2a to 2d. The control device calculates the XYZ translation and rotation around the XYZ of the movable part based on the gaps detected by the sensors 7a to 7f, and performs feedback control to the permanent magnet movers 2a to 2d using the calculation result.

具体的には、制御装置は、算出したXYZ並進とXYZまわり回転とに基づいて、所望位置へ可動部分を移動させるために必要なXYZ方向への移動量とXYZ軸まわりの回転量を算出し、算出結果に応じた電流をボイスコイル固定子3a,3cに流す。   Specifically, the control device calculates the amount of movement in the XYZ direction and the amount of rotation about the XYZ axis necessary to move the movable part to the desired position based on the calculated XYZ translation and rotation about the XYZ. A current corresponding to the calculation result is supplied to the voice coil stators 3a and 3c.

つぎに、図1に示したアクチュエータ100の構成要素である永久磁石可動子2a〜2dとボイスコイル固定子3a〜3dの構成について説明する。図2は、実施の形態に係るアクチュエータの永久磁石可動子とボイスコイル固定子の構成を示す図である。また、図3は、ラジアルボイスコイルの形状を説明するための図であり、図4は、スラストボイスコイルの形状を説明するための図である。   Next, the configuration of the permanent magnet movers 2a to 2d and the voice coil stators 3a to 3d, which are components of the actuator 100 shown in FIG. 1, will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a permanent magnet mover and a voice coil stator of the actuator according to the embodiment. 3 is a diagram for explaining the shape of the radial voice coil, and FIG. 4 is a diagram for explaining the shape of the thrust voice coil.

なお、図1に示したアクチュエータ100の構成要素である永久磁石可動子2a〜2dは、何れも同様の構成を有しているので、ここでは、永久磁石可動子2bの構成について説明する。また、図1に示したアクチュエータ100の構成要素であるボイスコイル固定子3a〜3dは、何れも同様の構成を有しているので、ここでは、ボイスコイル固定子3bの構成について説明する。   Since the permanent magnet movers 2a to 2d, which are constituent elements of the actuator 100 shown in FIG. 1, all have the same configuration, the configuration of the permanent magnet mover 2b will be described here. Since the voice coil stators 3a to 3d, which are constituent elements of the actuator 100 shown in FIG. 1, all have the same configuration, the configuration of the voice coil stator 3b will be described here.

図2では、ボイスコイル固定子3bの正面図と、ボイスコイル固定子3bのAA断面図と、を示している。また、図3では、図2のボイスコイル固定子3bをAA線で切断した場合のボイスコイル固定子3bの斜視図を示している。また、図4では、ボイスコイル固定子3bの一部を透視図および斜視図として示している。   FIG. 2 shows a front view of the voice coil stator 3b and an AA sectional view of the voice coil stator 3b. 3 shows a perspective view of the voice coil stator 3b when the voice coil stator 3b of FIG. 2 is cut along an AA line. FIG. 4 shows a part of the voice coil stator 3b as a perspective view and a perspective view.

ボイスコイル固定子3bは、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bを備えている。また、永久磁石可動子2bは、スラストボイスコイル10b,11b,12bを備えている。   The voice coil stator 3b includes radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b. The permanent magnet movable element 2b includes thrust voice coils 10b, 11b, and 12b.

ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bの巻平面は何れもZX面であり、スラストボイスコイル10b,11b,12bの巻平面は何れもXY面である。これにより、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bの巻平面とスラストボイスコイル10b,11b,12bの巻平面は直交している。   The winding planes of the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b are all ZX planes, and the winding planes of the thrust voice coils 10b, 11b, 12b are all XY planes. Thereby, the winding planes of the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b and the winding planes of the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b are orthogonal to each other.

ボイスコイル固定子3bでは、ラジアルボイスコイル6bの上側にラジアルボイスコイル5bが配置され、ラジアルボイスコイル9bの上側にラジアルボイスコイル8bが配置されている。   In the voice coil stator 3b, a radial voice coil 5b is disposed above the radial voice coil 6b, and a radial voice coil 8b is disposed above the radial voice coil 9b.

そして、ボイスコイル固定子3bでは、永久磁石可動子2bを挟んで対向するよう、ボイスコイル固定子3bの上部側にラジアルボイスコイル5b,8bが配設されている。同様に、ボイスコイル固定子3bでは、永久磁石可動子2bを挟んで対向するよう、ボイスコイル固定子3bの下部側にラジアルボイスコイル6b,9bが配設されている。ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、永久磁石可動子2bにY方向の推力を発生させる。   In the voice coil stator 3b, radial voice coils 5b and 8b are arranged on the upper side of the voice coil stator 3b so as to face each other with the permanent magnet movable element 2b interposed therebetween. Similarly, in the voice coil stator 3b, radial voice coils 6b and 9b are disposed on the lower side of the voice coil stator 3b so as to face each other with the permanent magnet movable element 2b interposed therebetween. The radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b generate a thrust in the Y direction on the permanent magnet movable element 2b.

ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、Y方向から見た場合にロの字形状(矩形環状)となっている。具体的には、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、ロの字形状の上面および底面を有した柱体(矩形環状柱体)である。換言すると、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、4本の柱状体がロの字形状に並ぶよう接合されている。このように、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、所定の高さ(柱状体の高さ)を有した概略筒状をなしている。   The radial voice coils 5b, 6b, 8b and 9b have a square shape (rectangular ring shape) when viewed from the Y direction. Specifically, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b are pillars (rectangular annular pillars) having a square-shaped top and bottom surfaces. In other words, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b are joined such that four columnar bodies are arranged in a square shape. As described above, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b have a substantially cylindrical shape having a predetermined height (the height of the columnar body).

また、ボイスコイル固定子3bでは、スラストボイスコイル10b,11b,12bのロの字形状の内部側(内環部)を永久磁石可動子2bが貫通するようスラストボイスコイル10b,11b,12bが配置されている。これにより、スラストボイスコイル10b,11b,12bは、ロの字形状の各主面がXY平面と平行になるようボイスコイル固定子3b内に配置されている。   Further, in the voice coil stator 3b, the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b are arranged so that the permanent magnet movable element 2b penetrates the inner side (inner ring portion) of the square shape of the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b. Has been. Thereby, the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b are arranged in the voice coil stator 3b so that the respective main surfaces of the square shape are parallel to the XY plane.

また、スラストボイスコイル10b,11b,12bは、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bと同様の形状を有している。スラストボイスコイル10b,11b,12bは、永久磁石可動子2bにZ方向の推力を発生させる。   The thrust voice coils 10b, 11b, and 12b have the same shape as the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b. The thrust voice coils 10b, 11b, and 12b generate a thrust in the Z direction on the permanent magnet movable element 2b.

ボイスコイル固定子3bでは、永久磁石可動子2bがZX平面内に配置され、永久磁石可動子2bを囲うようにしてXY平面内にスラストボイスコイル10b,11b,12bが配置される。   In the voice coil stator 3b, the permanent magnet movable element 2b is disposed in the ZX plane, and the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b are disposed in the XY plane so as to surround the permanent magnet movable element 2b.

図4では、ラジアルボイスコイル5b,8bとスラストボイスコイル10bの配置関係を示している。スラストボイスコイル10bが有している4本の柱状部のうち、X方向に延びる一方の柱状部がラジアルボイスコイル5bの内壁面(内環部)によって囲まれ、他方の柱状部がラジアルボイスコイル8bの内壁面によって囲まれるよう、ラジアルボイスコイル5b,8bが配置される。   FIG. 4 shows the positional relationship between the radial voice coils 5b and 8b and the thrust voice coil 10b. Of the four columnar portions of the thrust voice coil 10b, one columnar portion extending in the X direction is surrounded by the inner wall surface (inner ring portion) of the radial voice coil 5b, and the other columnar portion is the radial voice coil. Radial voice coils 5b and 8b are arranged so as to be surrounded by the inner wall surface of 8b.

同様に、スラストボイスコイル12bが有している4本の柱状部のうち、X方向に延びる一方の柱状部がラジアルボイスコイル6bの内壁面によって囲まれ、他方の柱状部がラジアルボイスコイル9bの内壁面によって囲まれるよう、ラジアルボイスコイル6b,9bが配置される。   Similarly, of the four columnar portions of the thrust voice coil 12b, one columnar portion extending in the X direction is surrounded by the inner wall surface of the radial voice coil 6b, and the other columnar portion is the radial voice coil 9b. Radial voice coils 6b and 9b are arranged so as to be surrounded by the inner wall surface.

換言すると、スラストボイスコイル10bは、ラジアルボイスコイル5b,8bの内環部を通過するよう配置されており、スラストボイスコイル12bは、ラジアルボイスコイル6b,9bの内環部を通過するよう配置されている。   In other words, the thrust voice coil 10b is disposed so as to pass through the inner ring portions of the radial voice coils 5b, 8b, and the thrust voice coil 12b is disposed so as to pass through the inner ring portions of the radial voice coils 6b, 9b. ing.

そして、スラストボイスコイル11bが有している4本の柱状部のうち、X方向に延びる一方の柱状部がラジアルボイスコイル5b,6bの外壁面(外環部)によって挟まれ、他方の柱状部がラジアルボイスコイル8b,9bの外壁面によって挟まれるよう、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bが配置される。   Of the four columnar portions of the thrust voice coil 11b, one columnar portion extending in the X direction is sandwiched between the outer wall surfaces (outer ring portions) of the radial voice coils 5b and 6b, and the other columnar portion. Are placed between the outer wall surfaces of the radial voice coils 8b, 9b. The radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b are arranged.

永久磁石可動子2bは、ラジアル推力を発生させる永久磁石セグメントと、スラスト推力を発生させる永久磁石セグメントと、磁束を通す磁性部材と、を有しており、永久磁石可動子2bでは、これらが一体成形されている。   The permanent magnet mover 2b includes a permanent magnet segment that generates radial thrust, a permanent magnet segment that generates thrust thrust, and a magnetic member that passes magnetic flux. In the permanent magnet mover 2b, these are integrated. Molded.

ラジアル推力を発生させる永久磁石セグメントは、ラジアルボイスコイル5b,8bの間と、ラジアルボイスコイル6b,9bの間と、に配置されている。また、磁性部材は、スラスト推力を発生させる永久磁石セグメントに挟まれている。そして、永久磁石可動子2bのうち、スラスト推力を発生させる永久磁石セグメントおよび磁性部材からなる部分は、スラストボイスコイル10b間、スラストボイスコイル11b間、スラストボイスコイル12b間に囲まれるよう配置される。   Permanent magnet segments that generate radial thrust are arranged between the radial voice coils 5b and 8b and between the radial voice coils 6b and 9b. The magnetic member is sandwiched between permanent magnet segments that generate a thrust thrust. Of the permanent magnet mover 2b, the portion composed of the permanent magnet segment that generates thrust thrust and the magnetic member is disposed so as to be surrounded between the thrust voice coils 10b, between the thrust voice coils 11b, and between the thrust voice coils 12b. .

ボイスコイル固定子3bには、+X方向である方向D1または−X方向である方向D2に電流(コイル電流)が流される。例えば、ラジアルボイスコイル5bへは、上側の柱状部に方向D1の電流が流される。これにより、ラジアルボイスコイル5bの下側の柱状部には、方向D2の電流が流れる。換言すると、−Y方向から+Y方向に向かってラジアルボイスコイル5bを見た場合に、ラジアルボイスコイル5bへはZX平面内で左回りに電流が流される。   A current (coil current) flows through the voice coil stator 3b in the direction D1 that is the + X direction or the direction D2 that is the -X direction. For example, a current in the direction D1 flows through the upper columnar portion of the radial voice coil 5b. Thereby, the electric current of the direction D2 flows into the columnar part below the radial voice coil 5b. In other words, when the radial voice coil 5b is viewed from the -Y direction toward the + Y direction, a current flows counterclockwise in the ZX plane to the radial voice coil 5b.

同様に、ラジアルボイスコイル6b,8b,9bへは、上側の柱状部に方向D1の電流が流される。これにより、ラジアルボイスコイル6b,8b,9bの下側の柱状部には、方向D2の電流が流れる。換言すると、−Y方向から+Y方向に向かってラジアルボイスコイル6b,8b,9bを見た場合に、ラジアルボイスコイル6b,8b,9bへはZX平面内で左回りに電流が流される。   Similarly, in the radial voice coils 6b, 8b, 9b, a current in the direction D1 flows through the upper columnar portion. Thereby, the electric current of the direction D2 flows into the columnar part below radial voice coil 6b, 8b, 9b. In other words, when the radial voice coils 6b, 8b, and 9b are viewed from the −Y direction toward the + Y direction, a current flows counterclockwise in the ZX plane to the radial voice coils 6b, 8b, and 9b.

これにより、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、永久磁石可動子2bに+Y方向の推力を発生させることができる。また、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bにおいて、電流方向を逆にすることで、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bは、永久磁石可動子2bにX軸まわりのΘ方向の回転力を発生させることができる。   Thereby, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b can generate a thrust in the + Y direction on the permanent magnet movable element 2b. Further, by reversing the current direction in the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b cause the permanent magnet movable element 2b to rotate in the Θ direction around the X axis. Can be generated.

また、永久磁石可動子2a〜2dには、+X方向である方向D1または−X方向である方向D2に電流(コイル電流)が流される。例えば、スラストボイスコイル10b,12bへは、左側の柱状部に方向D1の電流が流される。これにより、スラストボイスコイル10b,12bの右側の柱状部には、方向D2の電流が流れる。換言すると、+Z方向から−Z方向に向かってスラストボイスコイル10b,12bを見た場合に、スラストボイスコイル10b,12bへはXY平面内で左回りに電流が流される。   Further, a current (coil current) flows through the permanent magnet movers 2a to 2d in the direction D1 that is the + X direction or the direction D2 that is the -X direction. For example, in the thrust voice coils 10b and 12b, a current in the direction D1 flows through the left columnar portion. As a result, a current in the direction D2 flows through the columnar portion on the right side of the thrust voice coils 10b and 12b. In other words, when the thrust voice coils 10b and 12b are viewed from the + Z direction toward the −Z direction, a current flows counterclockwise in the XY plane to the thrust voice coils 10b and 12b.

また、スラストボイスコイル11bへは、左側の柱状部に方向D2の電流が流される。これにより、スラストボイスコイル11bの右側の柱状部には、方向D1の電流が流れる。換言すると、+Z方向から−Z方向に向かってスラストボイスコイル10b,12bを見た場合に、スラストボイスコイル11bへはXY平面内で右回りに電流が流される。   In addition, a current in the direction D2 flows through the left columnar portion of the thrust voice coil 11b. As a result, a current in the direction D1 flows through the columnar portion on the right side of the thrust voice coil 11b. In other words, when the thrust voice coils 10b and 12b are viewed from the + Z direction toward the -Z direction, a current flows clockwise to the thrust voice coil 11b in the XY plane.

これにより、スラストボイスコイル10b,11b,12bは、永久磁石可動子2bに+Z方向の推力を発生させることができる。このように、永久磁石可動子2bを取り囲むようにスラストボイスコイル10b〜12bを配置しているので、スラストボイスコイル10b〜12bは、Z方向の推力を発生させることができる。   Thereby, the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b can generate the thrust in the + Z direction on the permanent magnet movable element 2b. Thus, since the thrust voice coils 10b to 12b are disposed so as to surround the permanent magnet movable element 2b, the thrust voice coils 10b to 12b can generate thrust in the Z direction.

このように、本実施形態では、永久磁石可動子2bにおいて、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bと、スラストボイスコイル10b〜12bと、の両者が直交するよう配置され、且つ両者が交互に並ぶよう配置されている。さらに、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bの内側にスラストボイスコイル10b,11b,12bが配置されている。この構成により、アクチュエータ100を小型・軽量に構成することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, in the permanent magnet movable element 2b, the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b and the thrust voice coils 10b to 12b are arranged so as to be orthogonal to each other, and the two are alternately arranged. They are arranged side by side. Further, thrust voice coils 10b, 11b, 12b are arranged inside the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b. With this configuration, the actuator 100 can be configured to be small and light.

つぎに、永久磁石可動子2a〜2dの着磁極性と磁路について説明する。図5は、永久磁石可動子の着磁極性と磁路を説明するための図である。図5では、図2と同様に、ボイスコイル固定子3bのAA断面図を示している。なお、永久磁石可動子2a〜2dを用いた磁路は、何れも同様の磁路であるので、ここでは永久磁石可動子2bを用いた磁路について説明する。   Next, the magnetic pole property and magnetic path of the permanent magnet movers 2a to 2d will be described. FIG. 5 is a diagram for explaining the magnetic pole property and magnetic path of the permanent magnet mover. FIG. 5 shows an AA cross-sectional view of the voice coil stator 3b as in FIG. The magnetic paths using the permanent magnet movers 2a to 2d are all the same magnetic path, and therefore the magnetic path using the permanent magnet mover 2b will be described here.

永久磁石可動子2bは、ラジアル推力を発生させる永久磁石セグメント13b,17b,21b,25bと、スラスト推力を発生させる永久磁石セグメント14b,15b,18b,19b,22b,23bと、磁束を通す磁性部材16b,20b,24bと、を有している。   The permanent magnet mover 2b includes permanent magnet segments 13b, 17b, 21b, and 25b that generate radial thrust, permanent magnet segments 14b, 15b, 18b, 19b, 22b, and 23b that generate thrust thrust, and magnetic members that pass magnetic flux. 16b, 20b, 24b.

永久磁石セグメント13b,17b,21b,25bは、ZX平面に平行な主面を有した板状の部材である。また、永久磁石セグメント14b,15b,18b,19b,22b,23bは、ZX平面に平行な主面を有した板状の部材である。そして、磁性部材16bは、ZX平面に平行な主面を有した板状の部材であり、永久磁石セグメント14b,15bに挟まれるよう配置されている。同様に、磁性部材20bは、ZX平面に平行な主面を有した板状の部材であり、永久磁石セグメント18b,19bに挟まれるよう配置されている。同様に、磁性部材24bは、ZX平面に平行な主面を有した板状の部材であり、永久磁石セグメント22b,23bに挟まれるよう配置されている。なお、以下の説明では、永久磁石セグメント14b,15bと磁性部材16bとからなる部材、永久磁石セグメント18b,19bと磁性部材20bとからなる部材、永久磁石セグメント22b,23bと磁性部材24bとからなる部材を、それぞれスラスト推力発生部P,Q,R(図示せず)という。   The permanent magnet segments 13b, 17b, 21b, and 25b are plate-like members having a main surface parallel to the ZX plane. The permanent magnet segments 14b, 15b, 18b, 19b, 22b, and 23b are plate-like members having a main surface parallel to the ZX plane. The magnetic member 16b is a plate-like member having a main surface parallel to the ZX plane, and is disposed so as to be sandwiched between the permanent magnet segments 14b and 15b. Similarly, the magnetic member 20b is a plate-like member having a main surface parallel to the ZX plane, and is disposed so as to be sandwiched between the permanent magnet segments 18b and 19b. Similarly, the magnetic member 24b is a plate-like member having a main surface parallel to the ZX plane, and is disposed so as to be sandwiched between the permanent magnet segments 22b and 23b. In the following description, a member composed of the permanent magnet segments 14b and 15b and the magnetic member 16b, a member composed of the permanent magnet segments 18b and 19b and the magnetic member 20b, and a permanent magnet segment 22b and 23b and the magnetic member 24b. The members are referred to as thrust thrust generating portions P, Q, and R (not shown), respectively.

永久磁石可動子2bでは、+Z方向から−Z方向に向かって、永久磁石セグメント13b、スラスト推力発生部P、永久磁石セグメント17b、スラスト推力発生部Q、永久磁石セグメント21b、スラスト推力発生部R、永久磁石セグメント25bの順番でこれらが配置されている。   In the permanent magnet movable element 2b, from the + Z direction toward the -Z direction, the permanent magnet segment 13b, the thrust thrust generator P, the permanent magnet segment 17b, the thrust thrust generator Q, the permanent magnet segment 21b, the thrust thrust generator R, These are arranged in the order of the permanent magnet segments 25b.

具体的には、上側(+Z側)のラジアルボイスコイル5b,8bの間に永久磁石セグメント13bが配置され、下側(−Z側)のラジアルボイスコイル5b,8bの間に永久磁石セグメント17bが配置される。そして、スラストボイスコイル10bの間に磁性部材16bを有したスラスト推力発生部Pが配置される。   Specifically, the permanent magnet segment 13b is disposed between the upper (+ Z side) radial voice coils 5b and 8b, and the permanent magnet segment 17b is disposed between the lower (−Z side) radial voice coils 5b and 8b. Be placed. A thrust thrust generator P having a magnetic member 16b is disposed between the thrust voice coils 10b.

同様に、上側のラジアルボイスコイル6b,9bの間に永久磁石セグメント21bが配置され、下側のラジアルボイスコイル6b,9bの間に永久磁石セグメント25bが配置される。そして、スラストボイスコイル12bの間に磁性部材24bを有したスラスト推力発生部Rが配置される。また、スラストボイスコイル11bの間に磁性部材20bを有したスラスト推力発生部Qが配置される。   Similarly, the permanent magnet segment 21b is disposed between the upper radial voice coils 6b and 9b, and the permanent magnet segment 25b is disposed between the lower radial voice coils 6b and 9b. A thrust thrust generator R having a magnetic member 24b is disposed between the thrust voice coils 12b. A thrust thrust generating portion Q having a magnetic member 20b is disposed between the thrust voice coils 11b.

まず、磁路Aについて説明する。磁路Aは、ラジアルボイスコイル5bの上側、永久磁石セグメント13b、磁性部材16b、永久磁石セグメント14b、スラストボイスコイル10bの左側によって形成される磁路である。   First, the magnetic path A will be described. The magnetic path A is a magnetic path formed by the upper side of the radial voice coil 5b, the permanent magnet segment 13b, the magnetic member 16b, the permanent magnet segment 14b, and the left side of the thrust voice coil 10b.

磁路Aでは、永久磁石セグメント13bのN極から出た磁束が、磁性部材16bに入る。この磁束は、永久磁石セグメント14bを貫通するとともに、永久磁石セグメント14bの起磁力で磁束を増やしてスラストボイスコイル10bに入り、ラジアルボイスコイル5bの上側を経て永久磁石セグメント13bのS極に戻る。   In the magnetic path A, the magnetic flux emitted from the N pole of the permanent magnet segment 13b enters the magnetic member 16b. This magnetic flux penetrates the permanent magnet segment 14b, increases the magnetic flux by the magnetomotive force of the permanent magnet segment 14b, enters the thrust voice coil 10b, returns to the S pole of the permanent magnet segment 13b via the upper side of the radial voice coil 5b.

ラジアルボイスコイル5bの上側に対して、+X方向である方向D1の電流を流すことにより、−Y方向である方向D3にローレンツ力を発生させることができる。また、スラストボイスコイル10bの左側(−Y側)に対して、+X方向である方向D1の電流を流すことにより、磁路Aの磁束によって−Z方向である方向D4にローレンツ力を発生させることができる。このように磁路Aの磁束は、ラジアルボイスコイル5bとスラストボイスコイル10bの両方の推力に寄与することが可能となる。磁路Bについても磁路Aと同様である。   A Lorentz force can be generated in the direction D3 that is the -Y direction by flowing a current in the direction D1 that is the + X direction to the upper side of the radial voice coil 5b. Further, a Lorentz force is generated in the direction D4 which is the −Z direction by the magnetic flux of the magnetic path A by flowing a current in the direction D1 which is the + X direction to the left side (−Y side) of the thrust voice coil 10b. Can do. Thus, the magnetic flux of the magnetic path A can contribute to the thrust of both the radial voice coil 5b and the thrust voice coil 10b. The magnetic path B is the same as the magnetic path A.

つぎに、磁路Cについて説明する。磁路Cは、永久磁石セグメント17b、磁性部材16b、永久磁石セグメント14b、スラストボイスコイル10b、ラジアルボイスコイル5bの下側、スラストボイスコイル11b、永久磁石セグメント18b、磁性部材20bによって形成される磁路である。   Next, the magnetic path C will be described. The magnetic path C is a magnetic field formed by the permanent magnet segment 17b, the magnetic member 16b, the permanent magnet segment 14b, the thrust voice coil 10b, the radial voice coil 5b, the thrust voice coil 11b, the permanent magnet segment 18b, and the magnetic member 20b. Road.

磁路Cでは、永久磁石セグメント17bのN極から出た磁束が、磁性部材16bに入る。この磁束は、永久磁石セグメント14bを貫通するとともに、永久磁石セグメント14bの起磁力で磁束を増やしてスラストボイスコイル10bに入り、ラジアルボイスコイル5bの下側を貫通し、スラストボイスコイル11bに入る。そして、スラストボイスコイル11bを出た磁束は、永久磁石セグメント18bのS極に入り、永久磁石セグメント18bの起磁力で磁束を増やして磁性部材20bに入る。さらに、磁性部材20bを出た磁束は、永久磁石セグメント17bのS極に戻る。   In the magnetic path C, the magnetic flux emitted from the N pole of the permanent magnet segment 17b enters the magnetic member 16b. This magnetic flux penetrates the permanent magnet segment 14b, increases the magnetic flux by the magnetomotive force of the permanent magnet segment 14b, enters the thrust voice coil 10b, penetrates the lower side of the radial voice coil 5b, and enters the thrust voice coil 11b. The magnetic flux exiting the thrust voice coil 11b enters the south pole of the permanent magnet segment 18b, increases the magnetic flux by the magnetomotive force of the permanent magnet segment 18b, and enters the magnetic member 20b. Further, the magnetic flux exiting the magnetic member 20b returns to the south pole of the permanent magnet segment 17b.

ラジアルボイスコイル5bの下側に対して、−X方向である方向D2の電流を流すことにより、−Y方向である方向D3にローレンツ力を発生させることができる。また、スラストボイスコイル10bの左側(−Y側)に対して+X方向である方向D1の電流を流し、スラストボイスコイル11bに−X方向である方向D2の電流を流すことにより、磁路Cの磁束によって−Z方向である方向D4にローレンツ力を発生させることができる。このように磁路Cの磁束は、ラジアルボイスコイル5bとスラストボイスコイル11bの両方の推力に寄与することが可能となる。磁路Dについても磁路Cと同様である。   A Lorentz force can be generated in the direction D3 that is the -Y direction by flowing a current in the direction D2 that is the -X direction to the lower side of the radial voice coil 5b. Further, a current in the direction D1 which is the + X direction is supplied to the left side (−Y side) of the thrust voice coil 10b, and a current in the direction D2 which is the −X direction is supplied to the thrust voice coil 11b. A Lorentz force can be generated in the direction D4, which is the -Z direction, by the magnetic flux. Thus, the magnetic flux in the magnetic path C can contribute to the thrust of both the radial voice coil 5b and the thrust voice coil 11b. The magnetic path D is the same as the magnetic path C.

つぎに、磁路Eについて説明する。磁路Eは、ラジアルボイスコイル6bの上側へ流す電流の向きがラジアルボイスコイル5b下側の電流の向きに対して逆向きであるが、その他は磁路Cと同様である。また、磁路Fについては、磁路Eと同様である。これにより、磁路E,Fの磁束は、ラジアルボイスコイル6bとスラストボイスコイル12bの両方の推力に寄与することが可能となる。   Next, the magnetic path E will be described. The magnetic path E is the same as the magnetic path C except that the direction of the current flowing above the radial voice coil 6b is opposite to the direction of the current below the radial voice coil 5b. The magnetic path F is the same as the magnetic path E. Thereby, the magnetic flux of the magnetic paths E and F can contribute to the thrust of both the radial voice coil 6b and the thrust voice coil 12b.

つぎに、磁路Gについて説明する。磁路Gは、ラジアルボイスコイル6bの下側へ流す電流の向きがラジアルボイスコイル5bの上側の電流の向きに対して逆向きであるが、その他は磁路Aと同様である。また、磁路Hについては、磁路Gと同様である。これにより、磁路G,Hの磁束は、ラジアルボイスコイル6bとスラストボイスコイル12bの両方の推力に寄与することが可能となる。   Next, the magnetic path G will be described. The magnetic path G is the same as the magnetic path A except that the direction of the current flowing to the lower side of the radial voice coil 6b is opposite to the direction of the current on the upper side of the radial voice coil 5b. The magnetic path H is the same as the magnetic path G. Thereby, the magnetic flux of the magnetic paths G and H can contribute to the thrust of both the radial voice coil 6b and the thrust voice coil 12b.

ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bとスラストボイスコイル10b,11b,12bへ流す電流の向きおよび大きさを制御することにより、永久磁石可動子2bの移動方向および移動距離を制御することが可能となる。   By controlling the direction and magnitude of the current flowing through the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b and the thrust voice coils 10b, 11b, 12b, the moving direction and moving distance of the permanent magnet movable element 2b can be controlled. It becomes.

例えば、永久磁石可動子2bをZ方向に移動させる場合には、スラストボイスコイル10b,11b,12bへ流す電流の向きおよび大きさが制御される。また、永久磁石可動子2bをY方向に移動させる場合には、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bへ流す電流の向きおよび大きさが制御される。また、永久磁石可動子2bをX軸まわりのΘ方向に回転させる場合には、ラジアルボイスコイル5b,6bへの電流方向とラジアルボイスコイル8b,9bへの電流方向とを異なる方向とする。   For example, when the permanent magnet movable element 2b is moved in the Z direction, the direction and magnitude of the current flowing through the thrust voice coils 10b, 11b, and 12b are controlled. Further, when the permanent magnet movable element 2b is moved in the Y direction, the direction and magnitude of the current flowing through the radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b are controlled. When the permanent magnet movable element 2b is rotated in the Θ direction around the X axis, the current direction to the radial voice coils 5b and 6b is different from the current direction to the radial voice coils 8b and 9b.

同様に、ボイスコイル固定子3dを用いることにより、永久磁石可動子2dを、Z方向およびY方向へ移動させることができるとともに、X軸まわりのΘ方向に回転させることができる。   Similarly, by using the voice coil stator 3d, the permanent magnet movable element 2d can be moved in the Z direction and the Y direction, and can be rotated in the Θ direction around the X axis.

また、ボイスコイル固定子3aを用いることにより、永久磁石可動子2aを、Z方向およびX方向へ移動させることができるとともに、Y軸まわりのΦ方向に回転させることができる。   Further, by using the voice coil stator 3a, the permanent magnet movable element 2a can be moved in the Z direction and the X direction, and can be rotated in the Φ direction around the Y axis.

同様に、ボイスコイル固定子3cを用いることにより、永久磁石可動子2cを、Z方向およびX方向へ移動させることができるとともに、Y軸まわりのΦ方向に回転させることができる。   Similarly, by using the voice coil stator 3c, the permanent magnet movable element 2c can be moved in the Z direction and the X direction, and can be rotated in the Φ direction around the Y axis.

また、ボイスコイル固定子3a,3cの少なくとも一方と、ボイスコイル固定子3b,3dの少なくとも一方と、を用いることにより、可動部分をZ軸まわりのψ方向に回転させることができる。   Further, by using at least one of the voice coil stators 3a and 3c and at least one of the voice coil stators 3b and 3d, the movable part can be rotated in the ψ direction around the Z axis.

このように、本実施形態の永久磁石可動子2b、ボイスコイル固定子3bは、ラジアル推力とスラスト推力の磁束を兼用しているので、アクチュエータ100を小型化、軽量化することが可能となる。換言すると、永久磁石可動子2bによる磁路を、ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bとスラストボイスコイル10b〜12bで共用することによって、アクチュエータ100の小型化、軽量化を実現している。   As described above, the permanent magnet movable element 2b and the voice coil stator 3b of the present embodiment share the magnetic flux of the radial thrust and the thrust thrust, so that the actuator 100 can be reduced in size and weight. In other words, the magnetic path by the permanent magnet movable element 2b is shared by the radial voice coils 5b, 6b, 8b and 9b and the thrust voice coils 10b to 12b, thereby realizing a reduction in size and weight of the actuator 100.

また、ラジアルボイスコイル5b,8bやラジアルボイスコイル6b,9bの内側にスラストボイスコイル10b,12bを配置するとともに、ラジアルボイスコイル5b,8bとラジアルボイスコイル6b,9bの間にスラストボイスコイル11bを配置しているので、アクチュエータ100を小型化、軽量化することが可能となる。   Further, the thrust voice coils 10b and 12b are disposed inside the radial voice coils 5b and 8b and the radial voice coils 6b and 9b, and the thrust voice coil 11b is disposed between the radial voice coils 5b and 8b and the radial voice coils 6b and 9b. Since they are arranged, the actuator 100 can be reduced in size and weight.

図6は、実施形態のアクチュエータが有しているセンサの配置位置を説明するための図である。図6では、永久磁石可動子2b、ボイスコイル固定子3b、センサ7a〜7fを上面側(+Z方向から−Z方向)から見た場合の、センサ7a〜7fの配置位置を示している。   FIG. 6 is a diagram for explaining the arrangement positions of the sensors included in the actuator according to the embodiment. FIG. 6 shows the arrangement positions of the sensors 7a to 7f when the permanent magnet movable element 2b, the voice coil stator 3b, and the sensors 7a to 7f are viewed from the upper surface side (from the + Z direction to the −Z direction).

センサ7a〜7fは、例えば渦電流式変位計であり、導電性(例えばアルミニウム)のアクチュエータ可動子1との間のギャップ(距離)を検出する。センサ7a,7eは、アクチュエータ可動子1のX方向の変位を検出し、センサ7cは、アクチュエータ可動子1のY方向の変位を検出する。また、センサ7fは、アクチュエータ可動子1のZ方向の変位を検出する。   The sensors 7 a to 7 f are, for example, eddy current displacement meters, and detect a gap (distance) between the actuator movable element 1 made of conductive (for example, aluminum). The sensors 7a and 7e detect the displacement of the actuator movable element 1 in the X direction, and the sensor 7c detects the displacement of the actuator movable element 1 in the Y direction. The sensor 7f detects the displacement of the actuator mover 1 in the Z direction.

センサ7a,7eは、ともにアクチュエータ可動子1の中心CxからY方向にオフセット配置されている。具体的には、センサ7aは、アクチュエータ可動子1の中心Cxから距離LRだけ−Y方向にオフセット配置され、センサ7eは、アクチュエータ可動子1の中心Cxから距離LRだけ+Y方向にオフセット配置されている。この配置により、センサ7a,7eは、Z軸まわりのΨ方向の回転角度ψを検出することができる。 The sensors 7a and 7e are both offset from the center Cx of the actuator movable element 1 in the Y direction. Specifically, the sensor 7a is offset from the center Cx of the actuator movable element 1 by a distance L R in the −Y direction, and the sensor 7e is offset from the center Cx of the actuator movable element 1 by a distance L R in the + Y direction. Has been. With this arrangement, the sensors 7a and 7e can detect the rotation angle ψ in the ψ direction around the Z axis.

また、センサ7aの下方(−Z方向)には、センサ7bが配置されている。センサ7bは、センサ7aとの組み合わせにより、Y軸まわりのΦ方向の回転角度φを検出することができる。同様に、センサ7cの下方(−Z方向)には、センサ7dが配置されている。センサ7dは、センサ7cとの組み合わせにより、X軸まわりのΘ方向の回転角度θを検出することができる。   Further, a sensor 7b is disposed below the sensor 7a (−Z direction). The sensor 7b can detect the rotation angle φ in the Φ direction around the Y axis in combination with the sensor 7a. Similarly, a sensor 7d is arranged below the sensor 7c (−Z direction). The sensor 7d can detect the rotation angle θ in the Θ direction around the X axis in combination with the sensor 7c.

センサ7a,7b,7c,7d,7e,7fの各検出変位を、変位S1,S2,S3,S4,S5,S6とすると、アクチュエータ可動子1の回転角度θ,φ,ψと並進変位x,y,zを、以下の式(1)〜(6)で表すことができる。 Sensors 7a, 7b, 7c, 7d, 7e, each detected displacement of 7f, the displacement S 1, S 2, S 3 , S 4, S 5, and S 6, the actuator mover revolution angle theta, phi, ψ and translational displacement x, y, z can be expressed by the following equations (1) to (6).

θ=(S4−S3)/(2LT)・・・(1)
φ=(S2−S1)/(2LT)・・・(2)
ψ=(S1+S2)/(−2LR)・・・(3)
x=(S2−S5)/2・・・(4)
y=(S3+S4−S1−S5)/2・・・(5)
z=S6−(LYZ(S4−S3)−LZX(S2−S1))/(2LT)・・・(6)
θ = (S 4 −S 3 ) / (2L T ) (1)
φ = (S 2 −S 1 ) / (2L T ) (2)
ψ = (S 1 + S 2 ) / (− 2L R ) (3)
x = (S 2 −S 5 ) / 2 (4)
y = (S 3 + S 4 −S 1 −S 5 ) / 2 (5)
z = S 6 − (L YZ (S 4 −S 3 ) −L ZX (S 2 −S 1 )) / (2L T ) (6)

なお、ここでの2LTは、センサ7c,7dのZ方向の配置間隔(距離)である。また、LRは、センサ7aとアクチュエータ可動子1のYZ面内の距離、センサ7cとアクチュエータ可動子1のZX面内の距離、またはセンサ7eとアクチュエータ可動子1のYZ面内の距離である。なお、LRは、センサ7bとアクチュエータ可動子1のYZ面内の距離、センサ7dとアクチュエータ可動子1のZX面内の距離であってもよい。 Incidentally, 2L T here is a sensor 7c, 7d in the Z direction of the arrangement interval (distance). L R is the distance in the YZ plane between the sensor 7a and the actuator movable element 1, the distance in the ZX plane between the sensor 7c and the actuator movable element 1, or the distance in the YZ plane between the sensor 7e and the actuator movable element 1. . LR may be a distance in the YZ plane between the sensor 7b and the actuator movable element 1, or a distance in the ZX plane between the sensor 7d and the actuator movable element 1.

アクチュエータ100の制御装置は、上述した式(1)〜(6)を用いてアクチュエータ可動子1の回転角度θ,φ,ψ、並進変位x,y,zを検出する。そして、制御装置は、ボイスコイル(ラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9b、スラストボイスコイル10b,11b,12b)を電流制御することによって、アクチュエータ可動子1(ビーム集光レンズなどの可動部分)を、所望の値(位置)にフィードバック制御する。   The control device of the actuator 100 detects the rotation angles θ, φ, ψ, and translational displacements x, y, z of the actuator movable element 1 using the above-described equations (1) to (6). Then, the control device controls the current of the voice coils (radial voice coils 5b, 6b, 8b, 9b, thrust voice coils 10b, 11b, 12b), and thereby the actuator movable element 1 (movable part such as a beam condensing lens). Is feedback controlled to a desired value (position).

なお、本実施の形態では、ボイスコイル固定子3bがラジアルボイスコイル5b,8bを備える場合について説明したが、ボイスコイル固定子3bの構成は、ラジアルボイスコイル5b,8bの一方を備える構成であってもよい。   In the present embodiment, the case where the voice coil stator 3b includes the radial voice coils 5b and 8b has been described. However, the configuration of the voice coil stator 3b includes one of the radial voice coils 5b and 8b. May be.

また、ボイスコイル固定子3bがラジアルボイスコイル6b,9bを備える場合について説明したが、ボイスコイル固定子3bの構成は、ラジアルボイスコイル6b,9bの一方を備える構成であってもよい。   Moreover, although the case where the voice coil stator 3b includes the radial voice coils 6b and 9b has been described, the configuration of the voice coil stator 3b may include one of the radial voice coils 6b and 9b.

また、ボイスコイル固定子3bが4つのラジアルボイスコイル5b,6b,8b,9bを備える場合について説明したが、ボイスコイル固定子3bは、5つ以上のラジアルボイスコイルを有していてもよい。この場合も、ラジアルボイスコイルは、ZX面内に配置され、ラジアルボイスコイルの間に永久磁石可動子2bが配置される。   Moreover, although the case where the voice coil stator 3b includes the four radial voice coils 5b, 6b, 8b, and 9b has been described, the voice coil stator 3b may include five or more radial voice coils. Also in this case, the radial voice coil is disposed in the ZX plane, and the permanent magnet movable element 2b is disposed between the radial voice coils.

また、本実施の形態では、アクチュエータ100が、4つのボイスコイル固定子3a〜3dを備える場合について説明したが、アクチュエータ100の構成は、ボイスコイル固定子3a,3cの何れか一方を備える構成であってもよい。同様に、アクチュエータ100の構成は、ボイスコイル固定子3b,3dの何れか一方を備える構成であってもよい。   Further, in the present embodiment, the case where the actuator 100 includes the four voice coil stators 3a to 3d has been described. However, the configuration of the actuator 100 includes one of the voice coil stators 3a and 3c. There may be. Similarly, the configuration of the actuator 100 may be a configuration including any one of the voice coil stators 3b and 3d.

また、アクチュエータ100の構成は、永久磁石可動子2a,2cの何れか一方を備える構成であってもよい。同様に、アクチュエータ100の構成は、永久磁石可動子2b,2dの何れか一方を備える構成であってもよい。また、永久磁石可動子2a〜2dやボイスコイル固定子3a〜3dを、アクチュエータ可動子1の中央部に配置してもよい。   The configuration of the actuator 100 may be a configuration including either one of the permanent magnet movers 2a and 2c. Similarly, the configuration of the actuator 100 may be a configuration including any one of the permanent magnet movers 2b and 2d. Further, the permanent magnet movers 2 a to 2 d and the voice coil stators 3 a to 3 d may be arranged at the center of the actuator mover 1.

本実施形態のアクチュエータ100は、全ての6自由度を電磁力でフィードバック制御するので、可動部分に対して完全非接触となる。これにより、機械的な保持機構が不要になり、アクチュエータ100を小型、軽量に構成できる。   The actuator 100 according to the present embodiment feedback-controls all six degrees of freedom with electromagnetic force, and thus is completely non-contact with the movable part. Thereby, a mechanical holding mechanism becomes unnecessary, and the actuator 100 can be configured to be small and light.

また、可動部分に対して完全非接触であるので、機械的な摺動を伴わずに可動部分を動作させることが可能になる。したがって、アクチュエータ100の寿命が長くなり、潤滑油の追加等の保守を簡素化できる。   In addition, since the movable part is completely non-contact, the movable part can be operated without mechanical sliding. Therefore, the life of the actuator 100 is extended, and maintenance such as addition of lubricating oil can be simplified.

このように実施の形態によれば、XYZ並進とXYZまわり回転の6自由度を全てボイスコイルのローレンツ力で駆動制御するので、可動部分のストロークを大きくとることが可能となる。   As described above, according to the embodiment, since all six degrees of freedom of XYZ translation and rotation around XYZ are controlled by the Lorentz force of the voice coil, it is possible to increase the stroke of the movable part.

また、Z方向とXY方向の磁気回路を分離することなく配置できるので、アクチュエータ100の全体サイズを小さくすることが可能となる。また、アクチュエータ100の中央部を囲うように永久磁石可動子2a〜2dとボイスコイル固定子3a〜3dが配置されているので、アクチュエータ100の中央部に可動部分を配置することが可能となる。   Further, since the magnetic circuits in the Z direction and the XY direction can be arranged without being separated, the entire size of the actuator 100 can be reduced. In addition, since the permanent magnet movers 2 a to 2 d and the voice coil stators 3 a to 3 d are arranged so as to surround the central portion of the actuator 100, a movable portion can be arranged in the central portion of the actuator 100.

また、機械的な摺動を伴わずに可動部分を動作させることができるので、消費電力量の削減量が14〜25%となって数値最適解に近い効果が得られ、かつ、数値最適解では困難なリアルタイム・オンラインの実装が可能な近似解を与えることが可能となる。   In addition, since the movable part can be operated without mechanical sliding, the power consumption is reduced by 14 to 25%, and an effect close to the numerical optimum solution is obtained, and the numerical optimum solution is obtained. Therefore, it is possible to provide an approximate solution that can be implemented in real time and online, which is difficult.

以上のように、本発明に係るアクチュエータは、可動部分を電磁力で浮上させて行う位置決めに適している。   As described above, the actuator according to the present invention is suitable for positioning performed by levitating the movable part with electromagnetic force.

1 アクチュエータ可動子
2a〜2d 永久磁石可動子
3a〜3d ボイスコイル固定子
5b,6b,8b,9b ラジアルボイスコイル
7a〜7f センサ
10b〜12b スラストボイスコイル
13b〜15b,17b〜19b,21b〜23b,25b 永久磁石セグメント
16b,20b,24b 磁性部材
100 アクチュエータ
A〜H 磁路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Actuator mover 2a-2d Permanent magnet mover 3a-3d Voice coil stator 5b, 6b, 8b, 9b Radial voice coil 7a-7f Sensor 10b-12b Thrust voice coil 13b-15b, 17b-19b, 21b-23b, 25b Permanent magnet segment 16b, 20b, 24b Magnetic member 100 Actuator AH Magnetic path

Claims (5)

第1の平面が巻平面である第1のラジアルボイスコイルおよび前記第1の平面に垂直な第2の平面が巻平面である第1のスラストボイスコイルを備えた第1のボイスコイル固定子と、
前記第1のラジアルボイスコイルおよび前記第1のスラストボイスコイルを貫通する第1の磁束を発生させるとともに、前記第1のラジアルボイスコイルに第1のコイル電流が流されることおよび前記第1のスラストボイスコイルに第2のコイル電流が流されることによって動かされる第1の永久磁石可動子と、
前記第1および第2の平面に垂直な第3の平面が巻平面である第2のラジアルボイスコイルおよび前記第2の平面が巻平面である第2のスラストボイスコイルを備えた第2のボイスコイル固定子と、
前記第2のラジアルボイスコイルおよび前記第2のスラストボイスコイルを貫通する第2の磁束を発生させるとともに、前記第2のラジアルボイスコイルに第3のコイル電流が流されることおよび前記第2のスラストボイスコイルに第4のコイル電流が流されることによって動かされる第2の永久磁石可動子と、
前記第1および第2の永久磁石可動子の移動によって位置決めされるアクチュエータ可動子と、
を有し、
前記第1の永久磁石可動子は、前記第1の磁束および前記第1および第2のコイル電流によって発生するローレンツ力によって動かされ、
前記第2の永久磁石可動子は、前記第2の磁束および前記第3および第4のコイル電流によって発生するローレンツ力によって動かされ、
前記アクチュエータ可動子は、前記第1および第2の永久磁石可動子の移動によって3つの軸方向の回転角度および3方向の並進変位の6自由度が駆動制御されることを特徴とするアクチュエータ。
A first voice coil stator comprising a first radial voice coil whose first plane is a winding plane and a first thrust voice coil whose second plane perpendicular to the first plane is a winding plane; ,
Generating a first magnetic flux penetrating through the first radial voice coil and the first thrust voice coil, causing a first coil current to flow through the first radial voice coil , and the first thrust; A first permanent magnet mover that is moved by passing a second coil current through the voice coil;
A second voice comprising a second radial voice coil in which a third plane perpendicular to the first and second planes is a winding plane and a second thrust voice coil in which the second plane is a winding plane. A coil stator;
Generating a second magnetic flux penetrating the second radial voice coil and the second thrust voice coil, passing a third coil current through the second radial voice coil , and the second thrust. A second permanent magnet mover that is moved by passing a fourth coil current through the voice coil;
An actuator mover positioned by movement of the first and second permanent magnet movers;
Have
The first permanent magnet mover is moved by a Lorentz force generated by the first magnetic flux and the first and second coil currents;
The second permanent magnet mover is moved by a Lorentz force generated by the second magnetic flux and the third and fourth coil currents;
The actuator movable element is driven and controlled by three axial rotation angles and six degrees of freedom of translational displacement in three directions by the movement of the first and second permanent magnet movable elements.
前記第1の永久磁石可動子は、前記第1のスラストボイスコイルを貫通するよう配置されていることを特徴とする請求項1に記載のアクチュエータ。   2. The actuator according to claim 1, wherein the first permanent magnet movable element is disposed so as to penetrate the first thrust voice coil. 前記第1のスラストボイスコイルは、前記第1のラジアルボイスコイルの内環部を通過するよう配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the first thrust voice coil is disposed so as to pass through an inner ring portion of the first radial voice coil. 前記第1のボイスコイル固定子および前記第1の永久磁石可動子と、前記第2のボイスコイル固定子および前記第2の永久磁石可動子とは、それぞれ前記アクチュエータ可動子の外周部に配置されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のアクチュエータ。   The first voice coil stator and the first permanent magnet mover, and the second voice coil stator and the second permanent magnet mover are respectively disposed on the outer periphery of the actuator mover. The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator is provided. 前記第1のラジアルボイスコイルは、前記第1の平面内に複数配置されるとともに、前記第2のラジアルボイスコイルは、前記第3の平面内に複数配置され、
前記アクチュエータ可動子を、前記第2の平面に垂直な軸方向に回転させる際には、
前記第1のコイル電流が、前記第1のラジアルボイスコイル毎に異なる方向に流されるとともに、前記第3のコイル電流が、前記第2のラジアルボイスコイル毎に異なる方向に流されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のアクチュエータ。
A plurality of the first radial voice coils are arranged in the first plane, and a plurality of the second radial voice coils are arranged in the third plane,
When rotating the actuator mover in the axial direction perpendicular to the second plane,
The first coil current is caused to flow in different directions for each of the first radial voice coils, and the third coil current is caused to flow in different directions for each of the second radial voice coils. The actuator according to any one of claims 1 to 4.
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