JPS62135255A - Rotor-nipped type actuator - Google Patents

Rotor-nipped type actuator

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JPS62135255A
JPS62135255A JP27331085A JP27331085A JPS62135255A JP S62135255 A JPS62135255 A JP S62135255A JP 27331085 A JP27331085 A JP 27331085A JP 27331085 A JP27331085 A JP 27331085A JP S62135255 A JPS62135255 A JP S62135255A
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rotor
magnetic pole
motor magnetic
stator
type actuator
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Toshiro Higuchi
俊郎 樋口
Atsushi Horikoshi
敦 堀越
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Abstract

PURPOSE:To make the rotor as lightweight and as high in torque as possible by providing internal/external motor poles and an electromagnet for rotor levitation to the rotor and by arranging a ring-shape rotor between both poles. CONSTITUTION:An actuator is composed of a stator 1 and a rotor 4. With an electromagnet 3 provided at the lower strut 1c of a pillar 1b of the stator 1 the shelf 4c of the rotor 4 is attracted and the magnetic levitation is caused in the direction of Z-axis. An external motor pole 5 is provided opposing to an internal pole 2 of the pillar 1b on the upper inside circumference of a housing 1a. In this clearance the side surface 4c of the rotor 4 is positioned, to which the dentition with a regular pitch is formed. Thus, the rotor 4 is magnetically attracted and held in a non-contact condition in the directions of X-axis and Y-axis while rotated and driven. Furthermore, the distance of the rotor 4 is detected with a displacement detector 6 and controlled by the electronic control device to a proper position.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、塵埃をきらう半導体やバイオテクノロジー関
連の工場などに用いて好適なロータ挟み込み型アクチュ
エータに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a rotor sandwiched actuator suitable for use in semiconductor or biotechnology related factories where dust is avoided.

(従来の技術) 従来、回転体を非接触状態に支持する方法として磁気軸
受が用いられている。この磁気軸受は磁気吸引或いは反
発力を利用して軸の支持作用力を得るものである。
(Prior Art) Magnetic bearings have conventionally been used as a method of supporting a rotating body in a non-contact manner. This magnetic bearing uses magnetic attraction or repulsion to obtain a supporting force for the shaft.

第14図はかかる磁気軸受型モータの断面図である。こ
の図に示されるように、基台101上に振動吸収用のバ
ッファ102を介して磁気軸受を有する高周波モータ1
03が据え付けられている。磁気軸受は、晶周波モータ
103の両側にラジアル軸受ユニッ)104 、104
を設けると共に回転子106の一端にスラスト軸受ユニ
ット105を配置して構成され、これらのユニットは@
磁力によって、回転子106を磁気浮上させるように構
成されており、外枠109と回転子106との間には非
常用ベアリング110を具備するようになっている。
FIG. 14 is a sectional view of such a magnetic bearing type motor. As shown in this figure, a high frequency motor 1 has a magnetic bearing on a base 101 via a vibration absorbing buffer 102.
03 is installed. The magnetic bearings include radial bearing units (104, 104) on both sides of the crystal frequency motor 103.
and a thrust bearing unit 105 is arranged at one end of the rotor 106, and these units are @
The rotor 106 is magnetically levitated by magnetic force, and an emergency bearing 110 is provided between the outer frame 109 and the rotor 106.

また、回転子106のラジアル方向の変位はラジアルセ
ンサ107、スラスト方向の変位はスラストセンサ10
8によって検出され、磁気軸受の1i磁石の吸引力が調
整されることにより、回転子106の位置が所定の位置
に制御される。
Further, the displacement of the rotor 106 in the radial direction is measured by a radial sensor 107, and the displacement of the rotor 106 in the thrust direction is measured by a thrust sensor 107.
8, and the position of the rotor 106 is controlled to a predetermined position by adjusting the attractive force of the 1i magnet of the magnetic bearing.

なお、この種の磁気軸受に関するものとしては、例えば
、特開昭59−89820号公報が挙げられる。
An example of this kind of magnetic bearing is JP-A-59-89820.

一方、リニアパルスモータ(以下、LPMという)を使
用した直接駆動方式の搬送装置が開発されてきている。
On the other hand, a direct drive type conveyance device using a linear pulse motor (hereinafter referred to as LPM) has been developed.

この種の先行技術は、例えば、編集者兼発行者「電気学
会」 「リニアモータとその応用1124〜127頁に
記載されている。
This kind of prior art is described, for example, in the editor and publisher, ``IEEJ,'' ``Linear Motors and Their Applications,'' pages 1124-127.

しかし、この搬送部・置においてはワークを含めた搬送
部はLPMと切り離して機械的な直線軸受で支持される
ようになっている。つまり、このLPMは搬送部の移動
に必要な推力のみを与える機械構造を採用している。こ
の他空気軸受で可動部材を支持する例もあるが、このも
のは真空状態で使えないし、支持剛性上も問題がある。
However, in this transfer unit/station, the transfer unit including the workpiece is separated from the LPM and supported by a mechanical linear bearing. In other words, this LPM employs a mechanical structure that provides only the thrust necessary to move the transport section. There are other examples of supporting movable members using air bearings, but these cannot be used in vacuum conditions and have problems in terms of support rigidity.

更に、メガトルクモータとよばれ為薄肉のリング状ロー
タを内、外画側のステータで挟んだDCCブラシレスモ
ーフ知られている。この種の先行技術としては、例えば
、特開昭59−83914号公報、特開昭60−125
153号公報、特開昭60−141160号公報などが
挙げられる。
Furthermore, a DCC brushless morph called a megatorque motor is known in which a thin ring-shaped rotor is sandwiched between inner and outer stators. This type of prior art includes, for example, JP-A-59-83914 and JP-A-60-125.
153, JP-A-60-141160, and the like.

(発明が解決しようとする問題点) 上記した従来の磁気軸受においては、精度の高い位置決
めに難があり、しかも構造が大型化せざるを得ないもの
であうた。
(Problems to be Solved by the Invention) The above-described conventional magnetic bearings have difficulty in positioning with high precision, and moreover, the structure has to be increased in size.

一方、LPMを用いた搬送装置においては機械的な軸受
を有するために次のような問題点を内在している。
On the other hand, since a conveyance device using LPM has a mechanical bearing, it has the following problems.

(1)a械的な摩擦接触をさけることができず、この摩
擦接触部から塵埃が発生する。
(1) a Mechanical frictional contact cannot be avoided, and dust is generated from this frictional contact area.

(2)真空状態においては潤滑油は蒸発し、雰囲気を’
(75すと共に軸受の焼損を招く。
(2) In a vacuum state, lubricating oil evaporates and the atmosphere is
(This will cause bearing burnout as well as damage to the bearing.

(3)摩擦接触部から騒音や振動が発生する。(3) Noise and vibration are generated from frictional contact parts.

(4)機械的な接触部を有うするため高精度の位置決め
が難しい。
(4) High precision positioning is difficult because there are mechanical contact parts.

更に、上記したメガトルクモータにおいては、単位ff
l量当たりのトルクが大きく、応答性も高いため、高速
で微妙なトルク制御ができ、精度の高い運転ができる利
点を有するが、機械的な軸受を有するために、上記した
LPMを用いた搬送装置と同様の問題を有し、特に、下
記のような厳しい環境下での使用には十分ではなかった
Furthermore, in the above megatorque motor, the unit ff
Since the torque per liter is large and the responsiveness is high, it has the advantage of being able to perform delicate torque control at high speeds and operate with high precision. It had the same problems as the device, and was particularly unsatisfactory for use in the harsh environments described below.

つまり、近年、塵埃をきらう半導体やバイオテクノロジ
ー関連の工場や高真空状態下での使用に耐えるコンパク
トな回転型の搬送装置が望まれているが、いまだ、これ
に十分に応え得るものが開発されていないのが現状であ
る。
In other words, in recent years, there has been a desire for a compact rotary conveyance device that can withstand use in dust-free semiconductor and biotechnology-related factories and under high vacuum conditions, but as of yet, no one has been developed that can fully meet this demand. The current situation is that this is not the case.

本発明は、上記の状況に鑑みて、固定子とロータ間の磁
気力により、非接触状態での回転駆動を行い、かつ、単
位重量当たりのトルクが大きく、しかも精度が高く高速
回転が可能な直接駆動されるコンパクトなロータ挟み込
み型アクチュエータを提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides non-contact rotational drive using magnetic force between the stator and rotor, has large torque per unit weight, and is capable of high-speed rotation with high precision. The purpose of the present invention is to provide a compact rotor-pinch type actuator that is directly driven.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記の問題点を解決するために、(a)同軸
状に配置される内側モータ磁極、外側モータ磁極及び電
磁石を具えた固定子と、(b)前記内側モータ磁極と外
側モータ磁極との間に配設され、かつ前記電磁石によっ
て自重と釣り合う浮力を受けるカップ状のロータと、(
c)前記固定子と前記ロータ間の相対変位を検出する変
位検出手段と、 (d)該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記ロータ間の間隙を調整し、かつ前記ロータの非
接触状態での回転駆動を行う制御手段とを設けるように
したものである。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention provides: (a) a stator including an inner motor magnetic pole, an outer motor magnetic pole, and an electromagnet arranged coaxially; b) a cup-shaped rotor disposed between the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole and receiving a buoyancy force balanced with its own weight by the electromagnet;
c) displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the rotor; (d) adjusting a gap between the stator and the rotor based on a detected value from the displacement detection means; A control means for rotationally driving in a non-contact state is provided.

(作用) 本発明によれば、固定子は同軸状に配置される内側モー
タ磁極、外側モータ磁極及びロータを浮上させるT4磁
石を有し、その内側モータ磁極と外側モータ磁極との間
にリング形状のロータを配設し、かつそのロータの一部
は前記電磁石に対向するようになっている。
(Function) According to the present invention, the stator has an inner motor magnetic pole, an outer motor magnetic pole, and a T4 magnet that levitates the rotor, which are arranged coaxially, and a ring shape is formed between the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole. A rotor is disposed, and a portion of the rotor faces the electromagnet.

従って、ロータは軽量化でき前記モータ磁極及び電磁石
の磁気力により、重量とバランスがとれて非接触に保持
されると共に内側モータ磁極、外側モータ磁極により、
高トルクの駆動ができ、かつ、高精度の制御を行うこと
ができる。
Therefore, the weight of the rotor can be reduced, and the weight is balanced by the magnetic force of the motor magnetic poles and electromagnets, and the rotor is held in a non-contact manner.
It is possible to drive with high torque and perform highly accurate control.

また、変位検出手段からの検出値に基づいて、制御手段
は固定子とロータ間の間隙を調整し、ロータの非接触状
態での回転駆動を行うことができる。つまり、口〜夕の
姿勢制御は、口〜夕の変位状態を変位検出手段を介して
電子制御装置によってモニタされ、その変位状態に応じ
て、モータ磁極中の吸引用磁極及び電磁石のそれぞれの
励磁電流を調整することにより、遂行される。
Furthermore, the control means can adjust the gap between the stator and the rotor based on the detected value from the displacement detection means, and can drive the rotor to rotate in a non-contact state. In other words, in the attitude control from mouth to evening, the displacement state of mouth to evening is monitored by the electronic control device via the displacement detection means, and depending on the displacement state, the attraction magnetic poles and the electromagnets in the motor magnetic poles are each excited. This is accomplished by adjusting the current.

(実施例) 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明
する。
(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図乃至第3図において、lは固定子であり、中央に
支柱1bを突設したリング状のハウジングlaを有し、
その支柱1bの上部には同軸状に四個の内側モータ磁極
2a〜2dが固定される。つまり、そのモータ磁極の中
心部は90度間隔に配設される。一方、リング状のハウ
ジングlaの上部の内周部には内側モータ磁極2a〜2
dに各々向かい合わせになる様に外側モータ磁極5a〜
5dを固定する。なお、モータ磁極の構成については、
詳細に後述する。また、支柱1bの下部には張り出し部
ICが設けられ、その張り出し部ICの外周部の下面に
は四個の電磁石3a〜3d(3b。
In FIGS. 1 to 3, l is a stator, which has a ring-shaped housing la with a support 1b protruding from the center;
Four inner motor magnetic poles 2a to 2d are fixed coaxially to the upper part of the support column 1b. That is, the center portions of the motor magnetic poles are arranged at 90 degree intervals. On the other hand, the inner circumference of the upper part of the ring-shaped housing la is provided with inner motor magnetic poles 2a to 2.
d, the outer motor magnetic poles 5a~
Fix 5d. Regarding the configuration of the motor magnetic poles,
This will be described in detail later. Further, an overhang IC is provided at the lower part of the support column 1b, and four electromagnets 3a to 3d (3b) are provided on the lower surface of the outer periphery of the overhang IC.

3dは図示されていないが第2図の前後に位置する)を
等間隔になるように配設する。4はカップ状のロータで
あり、テーブル面部4a、リング4χの側面部4b、棚
部4Cを有し、このリング状の側面部4bの内側モータ
磁極2a〜2d及び外側モータ磁極5a〜5dに対向す
る部分には同心円上に一定のピッチを存して整列した歯
列を形成する。また、棚部4Cは電磁石3a〜3dと対
向するように装着する。6a〜6eは変位検出器、7は
制御手段、8は電子制御装置、8−1はCPU(中央処
理vt置)、8−2はメモリ、8−3は入力インターフ
ェース、8−4は!10インターフェース、8−5はM
DI(マニアルデータインプット)装置、9は駆動回路
、10は電源、11は第1の変位検出用基準面(ターゲ
ット)、12は第2の変位検出用基準面である。
3d (not shown, but located before and after FIG. 2) are arranged at equal intervals. 4 is a cup-shaped rotor, which has a table surface portion 4a, a side surface portion 4b of a ring 4χ, and a shelf portion 4C, and faces the inner motor magnetic poles 2a to 2d and outer motor magnetic poles 5a to 5d of the ring-shaped side surface portion 4b. A row of teeth arranged concentrically at a constant pitch is formed in the area where the teeth are formed. Further, the shelf portion 4C is mounted so as to face the electromagnets 3a to 3d. 6a to 6e are displacement detectors, 7 is a control means, 8 is an electronic control unit, 8-1 is a CPU (central processing unit), 8-2 is a memory, 8-3 is an input interface, and 8-4 is! 10 interfaces, 8-5 is M
DI (Manual Data Input) device, 9 is a drive circuit, 10 is a power supply, 11 is a first displacement detection reference surface (target), and 12 is a second displacement detection reference surface.

次に、このロータ挟み込み型アクチェエータの構造及び
作用の概略について説明する。
Next, the structure and operation of this rotor sandwiched actuator will be outlined.

(1)ロータの非接触状態保持 ロータ4は、図に示されるように、ロータ4のリング状
の側面部4bの内外面に形成される歯列に対向して配設
される内側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁極5
a〜5dの吸引用磁極の磁気力により吸引されXY方向
の位置が保持される□と共に電磁石33〜3dの磁気力
によりに浮上しZ方向の位置が保持される。
(1) Keeping the rotor in a non-contact state As shown in the figure, the rotor 4 has an inner motor magnetic pole 2a disposed opposite to a row of teeth formed on the inner and outer surfaces of the ring-shaped side surface portion 4b of the rotor 4. ~2d and outer motor pole 5
□ is attracted by the magnetic force of the attracting magnetic poles a to 5d and its position in the XY direction is maintained, and it is also levitated by the magnetic force of the electromagnets 33 to 3d and its position in the Z direction is maintained.

(2)ロータの回転駆動 ロータ4は、図に示される様に、ロータ4のリング状の
側面部の両面に形成される歯列が内側モータ磁極2a〜
2dと外側モータ磁極5a〜5dとの間に設けられ、内
側モータ磁極及び外側モータ磁極の回転駆動用磁極の磁
気力により、回転駆動される。
(2) Rotation drive of the rotor As shown in the figure, the rotor 4 has tooth rows formed on both sides of the ring-shaped side surface of the rotor 4.
2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d, and is rotationally driven by the magnetic force of the rotational driving magnetic poles of the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole.

(3)ロータの姿勢制御 ロータ4の姿勢制御は、ロータ4に磁気力が作用する内
側モータ磁極2a〜2d及び外側モータ磁極5a〜5d
の吸引用磁極並びに電磁石3a〜3dのそれぞれの励磁
電流の調整により行う。即ち、カップ状のロータ4が水
平状態になるようにそれぞれのモータ磁極の吸引用磁極
及び電磁石中の励磁電流を調整して位置決めを行う、固
定部とロータとの距離は変位検出器6a〜6eによって
検出され、電子制御装置8によって、適性な姿勢制御が
行われる。
(3) Attitude control of the rotor Attitude control of the rotor 4 is performed by controlling the inner motor magnetic poles 2a to 2d and the outer motor magnetic poles 5a to 5d, where magnetic force acts on the rotor 4.
This is done by adjusting the magnetic poles for attraction and the excitation current of each of the electromagnets 3a to 3d. That is, positioning is performed by adjusting the excitation current in the attraction magnetic pole and electromagnet of each motor magnetic pole so that the cup-shaped rotor 4 is in a horizontal state.The distance between the fixed part and the rotor is determined by displacement detectors 6a to 6e. is detected, and the electronic control device 8 performs appropriate attitude control.

第1図及び第2図に示される様に、テーブル面部4aを
有するロータ4(以下、ロータという)のリング状の側
面部4bの内外両面には同心円状に一定のピッチを存し
て整列した歯列が形成されており、これに対向して吸引
用磁極及び回転駆動用磁極を有する内側モータ磁極2a
〜2d及び外側モータ磁極(詳細に後述)5a〜5dが
配設される。そこで、ロータ4は磁気的に吸引され、X
Y方向に非接触状態に保持されると共に回転駆動される
。また、ロータ4の下部に設けられる棚部4Cはリング
状の平板から成り、支柱1bの下部に設けられる電磁石
33〜3dにi向しており、その電磁石3a〜3dの磁
気力により、ロータ4はZ方向に磁気浮上する。
As shown in FIGS. 1 and 2, on both the inner and outer surfaces of the ring-shaped side surface portion 4b of the rotor 4 (hereinafter referred to as rotor) having the table surface portion 4a, concentric circles are arranged at a constant pitch. An inner motor magnetic pole 2a has a tooth row formed thereon, and has an attraction magnetic pole and a rotational drive magnetic pole opposing thereto.
2d and outer motor magnetic poles (described in detail below) 5a to 5d. Therefore, the rotor 4 is magnetically attracted to X
It is held in a non-contact state in the Y direction and is rotationally driven. Further, the shelf section 4C provided at the lower part of the rotor 4 is made of a ring-shaped flat plate, and is oriented i toward the electromagnets 33 to 3d provided at the lower part of the support column 1b. magnetically levitates in the Z direction.

次に、モータ磁極の構造について、第4図を用いて外側
モータ磁極を例にとって説明する。
Next, the structure of the motor magnetic pole will be explained using FIG. 4, taking the outer motor magnetic pole as an example.

各モータ磁極には芯部材21の基部にロータ4を吸引す
る吸引用コイル、先端部に回転駆動用コイルが巻装され
る。つまり、ロータ4を磁気的に吸引してXY方向の非
接時支持を行う吸引用磁極とロータ4を磁気的に回転駆
動する回転駆動用磁極が一体化されている。即ち、凹形
を持つ連接した形状に打ち抜かれた電磁・鋼板等の強磁
性材料を積み重ねて構成され、この芯部材の各々凹部の
外周には岐引用コイル26及び27を互いに逆極性にな
るように巻装している。この芯部材の各先端部は第1極
片、第2極片、第3極片、第4掻片よりなり、各極片に
はそれぞれ回転駆動用コイル28.29.30゜31が
巻装され、第1磁極22、第2.磁i23、第3磁極2
4、第4磁極25〔第4図(,1)参照〕を形成してい
る。これらの磁i22.23.24.25に設けられた
歯のピッチはロータの歯のピッチと同一にするが、磁極
の歯のピッチはずれており、第1磁極22を基準にする
と、これに対して第2磁極23は1/2ピフチ、第3磁
極24は1/4ピツチ、また第4磁極25は3/4ピツ
チだけロータの歯のピッチに対して相対的にずらすよう
に配設する。
A suction coil for attracting the rotor 4 is wound around each motor magnetic pole at the base of the core member 21, and a rotation driving coil is wound around the tip. In other words, an attraction magnetic pole that magnetically attracts the rotor 4 and provides non-contact support in the XY directions and a rotational drive magnetic pole that magnetically rotationally drives the rotor 4 are integrated. That is, it is constructed by stacking ferromagnetic materials such as electromagnetic and steel plates punched into connected concave shapes, and branching coils 26 and 27 are arranged around the outer periphery of each concave part of this core member so that the polarities are opposite to each other. It is wrapped in Each tip of this core member consists of a first pole piece, a second pole piece, a third pole piece, and a fourth pole piece, and each pole piece is wound with a rotational drive coil 28, 29, 30° 31, respectively. The first magnetic pole 22, the second magnetic pole 22, Magnetic i23, third magnetic pole 2
4. A fourth magnetic pole 25 [see FIG. 4 (, 1)] is formed. The pitch of the teeth provided on these magnetic i22, 23, 24, 25 is the same as the pitch of the teeth of the rotor, but the pitch of the teeth of the magnetic poles is different, and when the first magnetic pole 22 is used as a reference, The second magnetic pole 23 is deviated by 1/2 pitch, the third magnetic pole 24 is deviated by 1/4 pitch, and the fourth magnetic pole 25 is deviated by 3/4 pitch relative to the pitch of the teeth of the rotor.

次に、このモータ磁極の動作について第5図を用いて説
明する。
Next, the operation of this motor magnetic pole will be explained using FIG. 5.

(1)吸引用コイル26.27のみに図示の矢印方向(
正方向とする)の電流を流すと、起磁力を生じ、第5図
(a)に示されるように磁束が流れる。
(1) Only the suction coils 26 and 27 should be moved in the direction of the arrow shown (
When a current is passed in the positive direction, a magnetomotive force is generated, and a magnetic flux flows as shown in FIG. 5(a).

(2)第1磁極及び第2磁極を励磁する回転駆動用コイ
ル28.29のみに電流を流すと、起磁力を生し、第5
図(b)に示されるように磁束が流れる。
(2) When current is applied only to the rotation drive coils 28 and 29 that excite the first and second magnetic poles, a magnetomotive force is generated, and the fifth
Magnetic flux flows as shown in Figure (b).

また、負の方向に電流を流すと、起磁力の方向は逆にな
り、磁束も逆の方向に流れる。第3磁極及び第4磁極を
励磁する回転駆動用コイル30.31についても同様の
ことが言える。
Furthermore, when current flows in the negative direction, the direction of the magnetomotive force is reversed, and the magnetic flux also flows in the opposite direction. The same can be said of the rotational drive coils 30 and 31 that excite the third and fourth magnetic poles.

ここで、吸引用コイルに、ある一定電流ICを流してお
く。つまり、第5図(a)に示される起磁力を発生させ
て磁束を流しておき、同時に回転駆動用コイル28.2
9に正の電流1aを流すと、第1磁梅22では電流1c
と電流■aの起磁力が強め合い、一方、第2磁極23で
は電流rcと電流(aの起磁力が打ち消し合い、ロータ
4は第5図(b)の位置に安定するような復元力を発生
する。つまり、第1磁掻22の歯の凸部とロータ4の歯
の凸部が一敗するような位置に安定しようとする。
Here, a certain constant current IC is caused to flow through the attraction coil. In other words, the magnetomotive force shown in FIG. 5(a) is generated and magnetic flux is caused to flow, and at the same time
When a positive current 1a is applied to 9, the current 1c is applied to the first porcelain plume 22.
The magnetomotive forces of the current rc and the current (a) strengthen each other, while the magnetomotive forces of the current rc and the current (a) cancel each other out at the second magnetic pole 23, creating a restoring force that stabilizes the rotor 4 at the position shown in FIG. 5(b). In other words, the convex portions of the teeth of the first magnetic scraper 22 and the convex portions of the teeth of the rotor 4 attempt to stabilize at a position where they collide.

次に、電流1aを零にし、電流1bを正にすると、第3
磁極24に磁束が流れようとし、第5図(c)に示す位
置に安定するようにロータ4に回転力が発生し、ロータ
4は1/4ピツチだけ回転する。
Next, when the current 1a is made zero and the current 1b is made positive, the third
A magnetic flux tends to flow through the magnetic poles 24, and a rotational force is generated in the rotor 4 so that it is stabilized at the position shown in FIG. 5(c), and the rotor 4 rotates by 1/4 pitch.

次に、電流Ibを零にし、電流[aを負にすると、第2
磁極23に対する起磁力が強め合い磁束が流れるため、
更に、1/4ピツチ回転する。この様にして、ra(正
)→Ib(正)−1a(負)−1b(負)というように
回転駆動用コイル2B。
Next, when the current Ib is made zero and the current [a is made negative, the second
Since the magnetomotive force against the magnetic pole 23 strengthens each other and magnetic flux flows,
Further, rotate by 1/4 pitch. In this way, the rotational drive coil 2B changes from ra (positive) to Ib (positive) - 1a (negative) - 1b (negative).

29及び30.31の電流を切り換えることによって、
1/4ピツチ毎にロータ4が回転することになる。
By switching the currents of 29 and 30.31,
The rotor 4 rotates every 1/4 pitch.

このように構成することにより、ロータの非接触支持と
ロータの回転駆動をコンパクトなモータ磁極及びZ方向
の磁気浮上を行う電磁石によって達成し、従来のころが
り軸受等の機械的な軸受機構を全廃することができる。
With this configuration, non-contact support of the rotor and rotational drive of the rotor are achieved using compact motor magnetic poles and electromagnets that perform magnetic levitation in the Z direction, completely eliminating conventional mechanical bearing mechanisms such as rolling bearings. be able to.

次に、ロータの姿勢制御について説明する。Next, rotor attitude control will be explained.

第1図乃至第5図に示されるように、ロータの側面部の
歯列が形成される箇所以外の面に第1の変位検出用基準
面(ターゲラ1−)11及び棚部4Cの底面に第2の変
位検出用基準面12を設定する。
As shown in FIGS. 1 to 5, there is a first displacement detection reference surface (targeter 1-) 11 on the side surface of the rotor other than where the teeth are formed, and a bottom surface of the shelf 4C. A second displacement detection reference plane 12 is set.

一方、ハウジングの側面部の内周面に三箇所その方向が
直交するように第1の変位検出器5a及び5bを、また
、前記第2の変位検出用基準面12に対向するようにハ
ウジングの底部の同心円上であって、120度間隔を置
いた箇所に第2の変位検出器5C〜5eを配設する。
On the other hand, first displacement detectors 5a and 5b are installed at three locations on the inner circumferential surface of the side surface of the housing so that their directions are perpendicular to each other, and on the housing so as to face the second displacement detection reference surface 12. Second displacement detectors 5C to 5e are disposed on concentric circles at the bottom and spaced apart by 120 degrees.

そこで、まず、ロータ4に作用する各モータ磁極及び電
磁石間の磁気力が平衡するように各モータ磁極及び?i
t磁石に励磁電流を流し、変位検出器5a〜5eからの
出力信号を得て、ロータ4を水平状態にし、原点位置を
設定し、この時の励磁電流の値を電子制御装置8のメモ
リ8−2に記憶する。即ち、各モータ磁極2a〜2d、
5a〜5dの吸引用磁極及び電磁石3a〜3dの励磁電
流を電子制御装置8の人力インターフェース8−3より
tJtみ込んでメモリ8−2へ記憶しておき、回転軸か
らのアンバランス量の初期値として用いる。
Therefore, first, the magnetic force between each motor magnetic pole and electromagnet acting on the rotor 4 is balanced. i
t An excitation current is passed through the magnets, output signals are obtained from the displacement detectors 5a to 5e, the rotor 4 is brought into a horizontal state, the origin position is set, and the value of the excitation current at this time is stored in the memory 8 of the electronic control unit 8. -2. That is, each motor magnetic pole 2a to 2d,
The excitation currents of the attraction magnetic poles 5a to 5d and the electromagnets 3a to 3d are inputted from the human power interface 8-3 of the electronic control device 8 and stored in the memory 8-2, and the initial amount of unbalance from the rotation axis is calculated. Use as a value.

そこで、モータ磁極の回転駆動用コイルに励磁電流を付
与すると、ロータ4は回転駆動し、テーブルは回転する
。この時の回転駆動用コイルにはマイクロステップ状の
電圧(後に詳述)を加える。
Therefore, when an excitation current is applied to the rotational driving coil of the motor magnetic pole, the rotor 4 is rotationally driven and the table is rotated. At this time, a microstep voltage (described in detail later) is applied to the rotational drive coil.

そして、ロータ4の位置は予め原点位置を記憶しておき
、この位置からモータ磁極の回転駆動コイルに加えられ
るパルス数によってその変位量、つまり、回転角度が決
まり、ロータ4の位置を制御することができる。
As for the position of the rotor 4, the origin position is memorized in advance, and the displacement amount, that is, the rotation angle is determined by the number of pulses applied to the rotation drive coil of the motor magnetic pole from this position, and the position of the rotor 4 is controlled. I can do it.

ここで、マイクロステップの分割数をmとすると、ロー
タは2π/ N −m (rad )毎の微小角の位置
決めができる。
Here, if the number of microstep divisions is m, the rotor can be positioned by minute angles every 2π/N-m (rad).

また、第1の変位検出器6a及び6bからの検出信号に
よって、ロータ4のXY方向の距離を、変位検出器60
〜6eからの検出信号によって、ロータ4のZ方向の距
離及び傾きを電子制御装置8によってモニタすることが
できる。
Further, the distance of the rotor 4 in the XY direction is determined by the detection signals from the first displacement detectors 6a and 6b.
The distance and inclination of the rotor 4 in the Z direction can be monitored by the electronic control device 8 based on the detection signals from 6e to 6e.

なお、変位検出器の数はこの数に限られるのではなく、
適宜増加することができる。また、この配置も適宜換え
ることができる。
Note that the number of displacement detectors is not limited to this number;
It can be increased as appropriate. Moreover, this arrangement can also be changed as appropriate.

更に、ロータの制御は次のようにして行うこともできる
Furthermore, the rotor can also be controlled as follows.

まず、ロータ4の原点位置をフォトセンサ、ドグスイッ
チなどによって定め、この位置でロータ4の非接触支持
を行う。つまり、モータ磁極及び電磁石に予め駆動回路
9を介して励磁電流を流してロータ4を非接触状態にす
る。
First, the origin position of the rotor 4 is determined by a photo sensor, a dog switch, etc., and the rotor 4 is supported in a non-contact manner at this position. That is, excitation current is passed through the motor magnetic poles and electromagnets in advance via the drive circuit 9 to bring the rotor 4 into a non-contact state.

次に、その非接触状態において、各変位検出器からの検
出値を電子制御装置8に入力インターフェース8−3を
介して読み込み、その読み込まれた値と各変位検出器の
基準値(基準となる空隙値)とが比較され、偏差が零に
なるように!10インターフェース8−4を介して駆動
回路9において各モータ磁極中の吸引用コイル及び電磁
石の励磁電流値を調整する。
Next, in the non-contact state, the detected values from each displacement detector are read into the electronic control unit 8 via the input interface 8-3, and the read values and the reference value of each displacement detector (the reference value air gap value) is compared so that the deviation is zero! The excitation current values of the attraction coils and electromagnets in each motor magnetic pole are adjusted in the drive circuit 9 via the 10 interface 8-4.

このように、フィードバック制御を行うことにより、円
滑なロータの姿勢制御を行うことができる。
By performing feedback control in this manner, smooth attitude control of the rotor can be performed.

このように構成することにより、単位重量当たりのトル
クが大きく、しかも精度が高く高速運転が可能な非接触
形のロータ挟み込み型アクチェエータを得ることができ
る。
With this configuration, it is possible to obtain a non-contact type rotor-pinch type actuator that has a large torque per unit weight, has high precision, and is capable of high-speed operation.

上記実施例によれば、モータ磁極及び電磁石を同心の円
周上の位置に4個配設した場合について説明したが、第
6図及び第7図に示されるように、モータ磁極及び電磁
石を3個配設するようにすることもできる。つまり、モ
ータ磁極28〜2g、58〜5gはその中心角をθ、つ
まり、120度の間隔に配設する。
According to the above embodiment, the case where four motor magnetic poles and electromagnets are arranged concentrically on the circumference has been described, but as shown in FIGS. 6 and 7, three motor magnetic poles and electromagnets are arranged at three It is also possible to arrange them individually. That is, the motor magnetic poles 28-2g and 58-5g are arranged with their center angles θ, that is, at intervals of 120 degrees.

また、第8図に示される様に、内側モータ磁極2及び外
側モータ磁極5は上下に分割した配置とし、電磁石とし
てはリング状の1個の電磁石3hを設けるようにしても
よい。この場合にはこの電磁石3hはZ方向の磁気浮上
のみを行いロータの傾きの制御は専ら上下に分割された
各モータ磁極の吸引用磁極の励磁it流の調整により行
う。
Further, as shown in FIG. 8, the inner motor magnetic pole 2 and the outer motor magnetic pole 5 may be divided into upper and lower parts, and one ring-shaped electromagnet 3h may be provided as the electromagnet. In this case, the electromagnet 3h only performs magnetic levitation in the Z direction, and the inclination of the rotor is controlled exclusively by adjusting the excitation flow of the attracting magnetic pole of each motor magnetic pole divided into upper and lower parts.

次に、ロータのマイクロステップ駆動について説明する
Next, microstep drive of the rotor will be explained.

ここで、マイクロステップ駆動とはモータ磁極の2つの
巻線に90度位相のずれた二相電流を流し、同期モータ
として駆動する方法であり、例えば、自−夕の回転駆動
用電流laとIbとして第9図に示されるような波形を
供給する。第1O図はマイクロステップ駆動システム構
成図であり、図中、41はリングカウンタ、42.43
はROM、44.45はD/Aコンバータ、46.47
は駆動アンプであり、この駆動アンプ46.47以降に
外側モータ磁極5の回転駆動用コイル28〜31が接続
される。
Here, the microstep drive is a method in which two-phase currents with a phase difference of 90 degrees are passed through the two windings of the motor magnetic poles to drive the motor as a synchronous motor. For example, the motor rotation drive currents la and Ib A waveform as shown in FIG. 9 is supplied as shown in FIG. Figure 1O is a block diagram of the microstep drive system, in which 41 is a ring counter, 42.43
is ROM, 44.45 is D/A converter, 46.47
is a drive amplifier, and the coils 28 to 31 for rotational driving of the outer motor magnetic pole 5 are connected to the drive amplifiers 46 and 47 and thereafter.

なお、ここでは吸引用コイル26.27への駆動回路は
省略されている。
Note that the drive circuit for the attraction coils 26 and 27 is omitted here.

この図に示されるように、リングカウンタ41に移動指
令値が人力されると、ROM42.43に記憶されてい
る波形データ、つまり、正弦、余弦値が読み出され、D
/Aコンバータ44.45を介してア・       
   ナログ量が駆動アンプ46.47に入力され、増
幅さる。波形は人相とB相の比率が電気角位置(時れて
回転駆動用コイル28.29.30.31に加えられ間
)によって決められており、それを電気角位置に応じて
出力してロータ4を移動させる。なお、駆動アンプとし
て電圧アンプを用いる場合は受動的なダンピングを期待
できる。このように構成することによって、ロータ4は
滑らかに移動し、また微小距離の位置決めが可能となる
As shown in this figure, when a movement command value is manually input to the ring counter 41, the waveform data stored in the ROM 42.43, that is, the sine and cosine values are read out, and the D
/A converter 44.45
The analog quantity is input to drive amplifiers 46 and 47 and amplified. The waveform is determined by the electrical angle position (which is added to the rotational drive coil 28, 29, 30, 31), and the ratio of the human phase and B phase is determined by the electrical angle position. Move the rotor 4. Note that when a voltage amplifier is used as a drive amplifier, passive damping can be expected. With this configuration, the rotor 4 can move smoothly and can be positioned over a minute distance.

ところで、このロータ挟み込み型アクチュエータはロー
タを非接触状態にして駆動させるために、ロータの動き
に対する機械的ダンピングが非常に小さい、従って、マ
イクロステップ駆動を行うても若干の振動を伴う、この
振動を抑制するには、次のように構成する。
By the way, this rotor sandwich type actuator drives the rotor in a non-contact state, so the mechanical damping of the rotor's movement is very small.Therefore, even when microstep drive is performed, there is some vibration, and this vibration can be suppressed. To suppress it, configure as follows.

第1図及び第2図に示されるように、各モータ磁極の中
心が同心円状の位置に90度おきに合計四個配設される
場合について説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a case will be described in which a total of four motor magnetic pole centers are arranged at concentric positions every 90 degrees.

ここでは回転方向に配設される複数のモータ磁極間のロ
ータ4の歯に対する位相を互いにπ/4ずらすようにす
る。つまり、ある時点において内側モータ磁極2a、2
Cの回転駆動用コイルにおいては、第11図(a)に示
されるような起磁力を生じるように、一方、内側モータ
磁極2b、2dの回転駆動用コイルにおいては第11図
(b)に示されるような起磁力を生じるようにそれぞれ
のモータ磁極を配置する。
Here, the phases of the plurality of motor magnetic poles arranged in the rotation direction relative to the teeth of the rotor 4 are shifted by π/4 from each other. That is, at a certain point in time, the inner motor magnetic poles 2a, 2
In the rotation drive coil C, the magnetomotive force shown in FIG. 11(a) is generated, while in the rotation drive coils of the inner motor magnetic poles 2b and 2d, the magnetomotive force is generated as shown in FIG. 11(b). Each motor magnetic pole is arranged so as to generate a magnetomotive force such that

また、外側モータ磁極5a〜5dについても同様に配設
する。
Further, the outer motor magnetic poles 5a to 5d are similarly arranged.

このようにモータ磁極の位置を電気角でπ/4ずらした
場合、回転トルク特性は均一化され、同位相の配置にし
た場合に比して、よりダンピングが大きくなり、円滑な
駆動が可能となる。つまり、分解能向上と低振動化を図
ることができる。
When the position of the motor magnetic poles is shifted by π/4 in electrical angle in this way, the rotational torque characteristics are made uniform, and compared to when they are arranged in the same phase, damping becomes larger and smoother driving becomes possible. Become. In other words, it is possible to improve resolution and reduce vibration.

なお、上記ではマイクロステップ駆動の場合について説
明したが、通常のステップモータの場合は、第12図の
ようなパターンとなる。つまり、モータVAil(モー
タ磁極2a、5a或いは2c。
Note that although the case of microstep drive has been described above, in the case of a normal step motor, the pattern is as shown in FIG. 12. That is, motor VAil (motor magnetic pole 2a, 5a or 2c).

5c)が1相励磁の場合はモータ磁極■(モータ磁極2
b、5b或いは2d、5d)は2相励磁となり、逆の場
合は逆となる。
5c) is one-phase excitation, motor magnetic pole ■ (motor magnetic pole 2
b, 5b or 2d, 5d) is two-phase excitation, and vice versa.

ここで表のプラスマイナスはステップモータのバイポー
ラ駆動の時のコイル電圧(或いは電流)の極性である。
Here, the plus/minus in the table is the polarity of the coil voltage (or current) during bipolar drive of the step motor.

このように、マイクロステップ駆動時だけでなく、通常
のステップモータの場合も、励磁位相をずらすことによ
りダンピングを行わせることができる。
In this way, damping can be performed by shifting the excitation phase not only during microstep driving but also when using a normal step motor.

なお、上記実施例によれば、モータ磁極2b。Note that, according to the above embodiment, the motor magnetic pole 2b.

5b、2d、5dの位相がモータ磁極2a、5a、2c
、5cに対してπ/4進んでいる場合について説明した
が、逆にモータ磁極2a、5a、2c。
The phases of 5b, 2d, and 5d are motor magnetic poles 2a, 5a, and 2c.
, 5c has been described, but conversely, the motor magnetic poles 2a, 5a, 2c.

5cに対してモータ磁i2b、5b、2d、5dがπ/
4遅れるようにしてもよい。この場合はロータの回転方
向が変わったのと同じである。更に、nxg/4 (n
=1.3,5.7)進んでいても遅れるよう番こしても
上記の作用効果を奏することができる。つまり、片一方
が2相励磁の場合、もう一方が1相励磁になるようにす
るとよい。
5c, motor magnets i2b, 5b, 2d, 5d are π/
4 You may be delayed. In this case, it is the same as changing the rotation direction of the rotor. Furthermore, nxg/4 (n
= 1.3, 5.7) The above effects can be achieved even if the speed is set so that the speed is delayed even if the speed is ahead. In other words, when one side is 2-phase excitation, the other side is preferably 1-phase excitation.

次に、このロータ挟み込み型アクチュエータの位置閉ル
ープ制御の一実施例を第13図を用いて説明する。
Next, an embodiment of position closed loop control of this rotor sandwich type actuator will be described with reference to FIG. 13.

ここでは進行方向位置検出器を設ける。そして、モータ
磁極と進行方向位置検出器は固定枠に支持され固定され
る。また、吸引用コイル26.27の駆動回路や変位検
出器とギャップ制御回路などは省略されている。
Here, a moving direction position detector is provided. The motor magnetic poles and the moving direction position detector are supported and fixed by the fixed frame. Further, a drive circuit for the attraction coils 26 and 27, a displacement detector, a gap control circuit, and the like are omitted.

図中、51は現在位置と移動指令値との誤差を出力する
偏差カウンタ、52はD/Aコンバータ、53はPID
調節器などからなる制御器、54は符号判別器であり、
位相を進めるか遅らせるか、つまり、プラスかマイナス
かの信号を出力する。55は絶対値回路、5Gは位相出
力器であり通常は90度に固定しておく。57は位相加
減算器、58.59はROM。
In the figure, 51 is a deviation counter that outputs the error between the current position and the movement command value, 52 is a D/A converter, and 53 is a PID.
A controller consisting of an adjuster etc., 54 is a code discriminator,
It outputs a positive or negative signal to advance or delay the phase. 55 is an absolute value circuit, and 5G is a phase output device, which is normally fixed at 90 degrees. 57 is a phase adder/subtractor, and 58.59 is a ROM.

60、 (itはD/A変換器、62.63は乗算器、
64.65は駆動アンプ、66は進行方向位置検出器で
あり、ロータ4の歯に対する位相を検出する。波形は、
例えば、正弦波、余弦波形として出力する。67は位置
変換器であり、例えば、R/D (レゾルバ/デジタル
)コンバークであり、現在位相出力を位相加減算器57
に出力すると共に、速度出力を加算点68に出力し、速
度ループを形成する。また、この位置変換器67からは
現在位置信号を偏差カウンタ51に出力し、位置ループ
を形成する。
60, (it is a D/A converter, 62.63 is a multiplier,
Reference numerals 64 and 65 are drive amplifiers, and 66 is a moving direction position detector, which detects the phase of the rotor 4 with respect to its teeth. The waveform is
For example, it is output as a sine wave or cosine waveform. 67 is a position converter, for example, an R/D (resolver/digital) converter, which converts the current phase output to the phase adder/subtractor 57.
At the same time, the velocity output is outputted to the summing point 68 to form a velocity loop. Further, the position converter 67 outputs a current position signal to the deviation counter 51 to form a position loop.

このように構成することにより、オープンループ制御の
場合陥り易い脱調を防止をすることができる。
With this configuration, it is possible to prevent synchronization that is likely to occur in open loop control.

本発明のロータ挟み込み型アクチェエータの構造は予定
されるロータの重量、形状或いはテーブル面部に載置さ
れる物の重量などに応じてに種々の変形を行うことがで
きる。特に、モータ磁極及び電磁石の配置やロータの構
造は適宜変形を行うことができる。
The structure of the rotor sandwiched actuator of the present invention can be modified in various ways depending on the expected weight and shape of the rotor, the weight of objects placed on the table surface, etc. In particular, the arrangement of the motor magnetic poles and electromagnets and the structure of the rotor can be modified as appropriate.

更に、前記実施例ではデジタル制御の制御手段の例を示
したが、従来のPID調整をアナログ回路を用いて行う
ことも可能である。
Furthermore, although the embodiment described above shows an example of a digitally controlled control means, it is also possible to perform conventional PID adjustment using an analog circuit.

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これ
らを本発明の範囲からIJE除するものではない。
Note that the present invention is not limited to the above embodiments,
Various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明によれば、(a)同
軸状に配置される内側モータ磁極、外側モータ磁極及び
電磁石を具えた固定子と、(b)前記内側モータ磁極と
外側モータ磁極との間に配設され、かつ前記電磁石によ
って自重と釣り合う浮力を受けるカップ状のロータと、
(c)前記固定子と前記ロータ間の相対変位を検出する
変位検出手段と、 (d)該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記ロータ間の間隙を調整し、かつ前記ロータの非
接触状態での回転駆動を行う制御手段とを設けるように
したので、 (1)ロータを非接触状態で回転可能であり、その制御
は極めて円滑である。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, (a) a stator including inner motor magnetic poles, outer motor magnetic poles, and electromagnets arranged coaxially, and (b) the inner motor a cup-shaped rotor disposed between a magnetic pole and an outer motor magnetic pole, and receiving a buoyancy force balanced with its own weight by the electromagnet;
(c) displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the rotor; (d) adjusting a gap between the stator and the rotor based on a detected value from the displacement detection means; Since the rotor is provided with a control means for rotationally driving the rotor in a non-contact state, (1) the rotor can be rotated in a non-contact state, and the control thereof is extremely smooth.

(2) 41位重量当たりのトルクが大きく、しがも精
度の高い高速運転が可能な直接駆動型のアクチュエータ
が構成され、その構成は簡単であり、しかもコンパクト
である。
(2) 41st A direct drive type actuator is constructed which has a large torque per weight and is capable of high-speed operation with high precision, and its construction is simple and compact.

(3)ロータに電気を供給する必要がなく、また、ロー
タは軽量であるため、ロータの動きが早く、応答性が高
い。
(3) Since there is no need to supply electricity to the rotor and the rotor is lightweight, the rotor moves quickly and has high responsiveness.

(4)駆動のためにはロータには歯列を設けるだけでよ
く、回転駆動用コイル、吸引用コイル及び電磁石は固定
子側に設けられているからコイルの発熱は固定子側の熱
伝導により有効に吸収できロータの温度上界をもたらす
ことがない。
(4) For driving, the rotor only needs to have a tooth row, and since the rotation drive coil, attraction coil, and electromagnet are provided on the stator side, the heat generated by the coil is due to heat conduction on the stator side. It can be effectively absorbed and does not cause an upper limit on the temperature of the rotor.

(5)機械的な軸受を必要としないため、■塵埃が発生
しない。
(5) No mechanical bearings are required, so no dust is generated.

■真空中においても使用できる。■Can be used even in vacuum.

■駆動源からの騒音や振動が発生しない。■No noise or vibration from the drive source.

■高精度の位置決めができる。■Highly accurate positioning is possible.

■給油などのメンテナンスが不要である。■No maintenance such as refueling is required.

このように、本発明によれば、種々の利点を有し、特に
、塵埃をきらう半導体工場やバイオテクノロジー関連工
場、或いは宇宙工場などの高真空雰囲気などの厳しい環
境下で使用できるロータ挟み込み型アクチュエータを得
ることができる。
As described above, the present invention provides a rotor-pinch type actuator that has various advantages and can be used in harsh environments such as semiconductor factories, biotechnology-related factories, and high vacuum atmospheres such as space factories where dust is particularly important. can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すロータ挟み込み型アク
チュエータの一部破断平面図、第2図は第1図のn−n
 ’線断面図、第3図は本発明の一実施例を示すロータ
挟み込み型アクチュエータの全体構成図、第4図はモー
タ磁極の構成図、第5図はモータ磁極の動作説明図、第
6図は本発明の他の実施例を示すロータ挟み込み型アク
チュエータの一部破断平面図、第7図は第6図の■−■
′線断面図、第8図はリング状電磁石を具備するロータ
挟み込み型アクチュエータの一部破断断面図、第9図及
び第11図はマイクロステップ駆動電流波形図、第10
図はマイクロステップ駆動システム構成図、第12図は
励磁シーケンス図、第13図は閉ループ制御システム構
成図、第14図は従来の磁気軸受型モータの断面図であ
る。 1・・・固定子 2.2a〜2d、2e〜2g・・・内側モータ磁極3.
3a 〜3d、3e 〜3g、3b−電磁石4・・・ロ
ータ 5、 5 a〜5 d、  5 e〜5 g−外側モー
タ磁極6a〜6e・・・変位検出器 8・・・電子制御袋r 9・・・駆動回路 lO・・・電源 11・・・第1の基準面 12・・・第2の基準面 21・・・芯部材 22・・・第1磁極 23・・・第2磁極 24・・・第3磁掻 25・・・第4磁極 26、27・・・吸引用コイル
FIG. 1 is a partially cutaway plan view of a rotor-pinch type actuator showing an embodiment of the present invention, and FIG.
3 is an overall configuration diagram of a sandwiched-rotor type actuator showing an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a configuration diagram of motor magnetic poles, FIG. 5 is an explanatory diagram of the operation of motor magnetic poles, and FIG. 6 7 is a partially cutaway plan view of a rotor sandwiching type actuator showing another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram showing ■-■ in FIG.
Fig. 8 is a partially cutaway sectional view of a rotor sandwiching type actuator equipped with a ring-shaped electromagnet, Fig. 9 and Fig. 11 are microstep drive current waveform diagrams, Fig. 10
12 is a block diagram of a microstep drive system, FIG. 12 is an excitation sequence diagram, FIG. 13 is a block diagram of a closed loop control system, and FIG. 14 is a sectional view of a conventional magnetic bearing type motor. 1...Stator 2.2a-2d, 2e-2g...Inner motor magnetic pole 3.
3a to 3d, 3e to 3g, 3b - Electromagnet 4...Rotor 5, 5a to 5d, 5e to 5g - Outer motor magnetic pole 6a to 6e...Displacement detector 8...Electronic control bag r 9... Drive circuit lO... Power supply 11... First reference plane 12... Second reference plane 21... Core member 22... First magnetic pole 23... Second magnetic pole 24 ...Third magnetic pole 25...Fourth magnetic poles 26, 27... Attraction coil

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) (a)同軸状に配置される内側モータ磁極、外側モータ
磁極及び電磁石を具えた固定子と、 (b)前記内側モータ磁極と外側モータ磁極との間に配
設され、かつ前記電磁石によって自重と釣り合う浮力を
受けるカップ状のロータと、 (c)前記固定子と前記ロータ間の相対変位を検出する
変位検出手段と、 (d)該変位検出手段からの検出値に基づいて前記固定
子と前記ロータ間の間隙を調整し、かつ前記ロータの非
接触状態での回転駆動を行う制御手段とを具備すること
を特徴とするロータ挟み込み型アクチュエータ。
(1) (a) a stator comprising an inner motor magnetic pole, an outer motor magnetic pole, and an electromagnet arranged coaxially; (b) a stator disposed between the inner motor magnetic pole and the outer motor magnetic pole, and the electromagnet (c) displacement detection means for detecting relative displacement between the stator and the rotor; and (d) the fixation based on the detected value from the displacement detection means. What is claimed is: 1. A rotor sandwiching type actuator, comprising control means for adjusting a gap between the child and the rotor and for rotating the rotor in a non-contact state.
(2)前記モータ磁極は所定の間隔で設置される複数の
極片を有する芯部材を有し、該極片上に巻回される回転
駆動用コイルによって励磁される回転駆動用磁極と該回
転駆動用磁極に隣接して前記芯部材上に巻回される吸引
用コイルによって励磁される吸引用磁極とを一体化した
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のロータ挟
み込み型アクチュエータ。
(2) The motor magnetic pole has a core member having a plurality of pole pieces installed at predetermined intervals, and includes a rotational drive magnetic pole excited by a rotational drive coil wound on the pole piece and the rotational drive. 2. The rotor sandwiching type actuator according to claim 1, further comprising an attraction magnetic pole which is excited by an attraction coil wound on the core member adjacent to the magnetic pole.
(3)前記ロータは前記各モータ磁極と対向し、一定の
ピッチを有して整列した歯列がリング状に設られると共
にテーブル面部を有すること特徴とする特許請求の範囲
第1項記載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
(3) The rotor according to claim 1, wherein the rotor faces each of the motor magnetic poles and has a ring-shaped row of teeth arranged at a constant pitch, and has a table surface portion. Pincer type actuator.
(4)前記ロータの前記歯列はリング状のロータの内外
面に形成され、前記ロータは該歯列の上部に連設される
テーブル面部を具備することを特徴とする特許請求の範
囲第3項記載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
(4) The tooth row of the rotor is formed on the inner and outer surfaces of a ring-shaped rotor, and the rotor is provided with a table surface portion connected to an upper part of the tooth row. The rotor-pinch type actuator described in .
(5)前記固定子には少なくとも3個のモータ磁極が同
心の円周上の位置に配設されていることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のロータ挟み込み型アクチュエ
ータ。
(5) The rotor sandwiched actuator according to claim 1, wherein at least three motor magnetic poles are arranged at concentric circumferential positions on the stator.
(6)前記制御手段は変位検出手段からの検出値に基づ
いて前記吸引コイルの励磁電流を変化させ前記固定子と
前記ロータ間の間隙を調整するギャップ制御手段と、前
記回転駆動コイルの電流を変化させ前記ロータの非接触
状態での回転駆動を行う回転駆動制御手段とを具備する
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のロータ挟
み込み型アクチュエータ。
(6) The control means includes a gap control means for adjusting the gap between the stator and the rotor by changing the excitation current of the attraction coil based on the detected value from the displacement detection means, and a gap control means for adjusting the gap between the stator and the rotor; 2. The rotor sandwiching type actuator according to claim 1, further comprising rotational drive control means for rotating the rotor in a non-contact state.
(7)前記回転駆動制御手段は回転駆動用コイルに正弦
波状と余弦波状の電流を供給し、これらの回転駆動用コ
イルの各相に流れる電流によりマイクロステップ駆動を
行う手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
(7) The rotational drive control means includes means for supplying sine wave and cosine wave currents to the rotational drive coils and performing microstep drive using the currents flowing through each phase of these rotational drive coils. A rotor sandwiching type actuator according to claim 1.
(8)前記マイクロステップ駆動時に変位検出手段によ
り前記ロータの回転方向の変位を検出し、その検出値に
基づいて一定の励磁進み角となるようにクローズドルー
プ制御を行う手段を具備することを特徴とする特許請求
の範囲第7項記載のロータ挟み込み型アクチュエータ。
(8) It is characterized by comprising means for detecting displacement of the rotor in the rotational direction by a displacement detecting means during the microstep drive, and performing closed loop control so as to maintain a constant excitation advance angle based on the detected value. A rotor sandwiching type actuator according to claim 7.
(9)前記ロータの回転方向に配設される複数のモータ
磁極間の各励磁位相をπ/4ずらすように配置したこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載のロータ挟み込
み型アクチュエータ。
(9) The rotor sandwiched actuator according to claim 1, wherein the excitation phases between the plurality of motor magnetic poles arranged in the rotational direction of the rotor are shifted by π/4.
(10)前記変位検出手段は、上下動、左右動及び回転
の状態を検出し、該検出値に基づいて前記ロータを前記
制御手段によって予め設定された位置に制御する手段を
具備することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
ロータ挟み込み型アクチュエータ。
(10) The displacement detecting means includes means for detecting the states of vertical movement, horizontal movement, and rotation, and controlling the rotor to a preset position by the control means based on the detected values. A rotor sandwiching type actuator according to claim 1.
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