KR20050048458A - 리니어 모터 및 ｘｙ 스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 전기자를 복수 연결함으로써 다상 구조의 리니어 모터를 구성하는 경우에는 권선측의 전체 길이가 상수에 비례하여 길어지게 되는 것이다.

리니어 모터를, 전기자는 2차측을 거쳐서 대향하는 대향부를 갖고, 권선은 전기자에 있어서 2차측의 옆에 권취되어 있는 것으로 한다. 또한, 리니어 모터를, 전기자가 2차측을 거쳐서 대향하는 대향부를 갖고, 전기자에 있어서 권선이 2차측과 수직 방향에 동일한 위치에 권취되어 있는 것으로 한다.

Description

리니어 모터 및 ＸＹ 스테이지{LINEAR MOTOR AND XY STAGE}

본 발명은, 1차측과 2차측으로 이루어지는 리니어 모터 및 그것을 이용한 XY 스테이지에 관한 것이다.

리니어 모터 중에서 종래의 리니어 모터는 다양한 구조의 리니어 모터가 고려되고 있지만, 회전기를 절개하여 직선 구동하는 구조의 것이 많이 이용되고 있다.

예를 들어, 일본 특허 공개 2001-28875호 공보(이하, 특허 문헌 1이라 칭함)에는 실시예의 하나로서, 제조의 용이화, 공간 절약화 및 전력 효율의 향상을 도모하기 위해 하나의 권선으로 다극화하고, 전기자에는 2종류 형상의 코어를 하나 걸러서 동종의 것이 되도록 복수 배치한 리니어 모터가 기재되어 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 2001-28875호 공보

상기 특허 문헌 1의 일실시예의 리니어 모터와 같이 전기자를 복수 연결함으로써 다상 구조의 리니어 모터를 구성하는 경우에는, 권선측의 전체 길이가 상수에 비례하여 길어지게 되는 과제가 발생한다.

본 발명은 다상 구조로 할 때의 전기자 사이의 거리를 단축하여 리니어 모터의 전체 길이를 짧게 할 수 있는 리니어 모터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 하나의 특징에 따르면, 리니어 모터를, 전기자는 2차측을 거쳐서 대향하는 대향부를 갖고, 권선은 전기자에 있어서 2차측의 옆에 권취되어 있는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 리니어 모터를, 전기자가 2차측을 거쳐서 대향하는 대향부를 갖고, 전기자에 있어서 권선이 2차측과 수직 방향에 동일한 위치에 권취되어 있는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 그 밖의 특징은 본원 발명의 개시란에 기재된 바와 같다.

이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.

(제1 실시예)

도4 및 도5에 비교예의 리니어 모터의 구성을 도시한다. 본 비교예에서는 전기자 유닛의 바닥변에 권선을 권취하는 A상 전기자 유닛(7), B상 전기자 유닛(8), C상 전기자 유닛(9)이 결합되어 하나의 1차측 부재가 구성된다.

도2와 마찬가지로 이상(異相) 전기자 사이에는 소정의 간격을 유지할 필요가 있다. 상기 리니어 모터의 상기 전기자의 자극 피치를 P라 하면, 인접하는 상이한 전기자의 자극 기어와의 피치가 (kㆍP ＋ P/M){(k ＝ 0, 1, 2, …), (M ＝ 2, 3, 4, …)}{여기에, k는 인접하는 전기자의 배치 가능 범위에서 자유자재로 선택할 수 있는 수, M은 모터의 상수}를 유지할 필요가 있다. 도5에 있어서 권선 엔드부의 길이를 L이라 하면, 이상의 전기자 사이(예를 들어 A상과 B상 사이, 또는 B상과 C상 사이)는 2L 이상의 간격을 유지할 필요가 있다. 그들 간격으로 이상의 전기자 권선 엔드부는 억제되도록 권선 설계상의 제약을 받는다.

도4에 비교예에 이용되는 리니어 모터를 도시한다. 도4는 코어에 권선을 갖는 복수의 전기자를 갖는 리니어 모터에 있어서, 상기 코어는 권선을 배치하는 권선부 코어와 2차측 자극의 표측부와 이측부에 대향시키는 자극부 코어로 구성되고, 다극으로 구성되는 1상분의 코어 조합은 공통 권선 하나로 성립하는 구조인 리니어 모터의 것을 나타낸다.

도4의 (a)는 리니어 모터의 자속의 흐름을 나타내는 도면, 도4의 (b)는 리니어 모터의 전체도이다. 복수의 영구 자석(34)이, N극, S극이 엇갈리도록 배치되어 리니어 모터의 2차측(6)이 된다. 전기자(3)는 리니어 모터의 1차측(권선을 권취한 자성체를 갖는 측)에 상당하고, 코어(51, 52)와 전기자 권선(4)으로 구성된다.

코어(51, 52)는 자성체로 구성되고, 코어(51)와 코어(52)에는 상부와 하부의 자극이 엇갈리도록 구성되어 있다. 2차측(6)은 코어(51)와 코어(52)에 둘러싸이는 형상으로 되어 있다. 여기서, 코어(51)의 상부 자극 기어(11a)와 하부 자극 기어(21b)를 제1 대향부라 정의하고, 코어(52)의 하부 자극 기어(12b)와 상부 자극 기어(22a)를 제2 대향부라 정의한다. 따라서, (2n-1)번째의 코어는 제1 대향부, (2n)번째의 코어는 제2 대향부를 갖도록 전기자(3)를 구성한다(단, n ＝ 1, 2, 3, ……). 코어(51, 52)의 각 대향부의 상부 자극 기어와 하부 자극 기어 사이에 일정한 갭을 마련하여 갭에 2차측(6)을 통과시키면, 2차측(6)이 제1 대향부 및 제2 대향부에 협지된 구조를 형성한다. 2차측(6)과 전기자(3)의 상대적인 위치에 따라서 권선(4)에 단상(單相)의 교류 전류를 흐르게 하면, 리니어 모터 각 대향부의 상부 자극 기어와 하부 자극 기어 사이의 갭에는 자속이 상부와 하부의 자극 기어 사이를 번갈아 상하로 통과하고, 제1 대향부와 제2 대향부에 흐르는 자속의 방향은 교대로 역방향이 된다. 제1 대향부 및 제2 대향부에 흐르는 자속과, 영구 자석(34)이 만드는 자속의 상호 작용에 의해 2차측(6)에는 x방향에 전자력에 의한 구동력이 발생하여 2차측(6)이 왕복 운동한다. 여기서, 2차측(6)은 코어(51)와 코어(52)에 둘러싸인 형상으로 되어 있다.

도1은 본 발명의 리니어 모터의 실시예의 전체도이다. 도1에 있어서, 전기자(3)의 자극에는 권선(4)이 권취되어 전기자(3)의 유닛을 복수개 연결하여 1차측을 구성하고, 2차측(6)은 베어링 등으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 권선(4)은 2차측(6)의 옆에 권취되어 있다. 권선(4)은 2차측에 대해 자극의 방향(도4에서 말하면, y축 방향)을 피하는 위치에 배치되고, 바람직하게는 2차측(6)에 대해 수직 방향(2차측의 자극의 방향, 도4에서 말하면, y축 방향)에 동일한 위치에 권취되어 있다.

전기자의 코어는 권선(4)을 배치하는 권선부 코어와 2차측(6) 자극의 표측부와 이측부에 대향시키는 자극부 코어로 구성되어 있다. 각 자극의 권선은 서로 어긋난 위치에 배치된 구조이지만, 각 상의 기자력 조건은 동등한 것으로 정상 운전에는 문제가 없다.

또한, 미소한 추진력을 요구하는 초소형 리니어 모터를 제작하는 경우에 유효한 수단의 하나이기도 하다.

도2에 본 발명의 실시예의 3상분 전기자 권선을 배치한 일예를 나타낸다. 도2에 도시한 바와 같이 상기 리니어 모터의 상기 전기자의 자극 피치를 P라 할 때, 인접하는 상이한 전기자의 자극 기어와의 피치를 (kㆍP ＋ P/M){(k ＝ 0, 1, 2, …), (M ＝ 2, 3, 4, …)}{여기에, k에 인접하는 전기자의 배치 가능 범위에서 자유자재로 선택할 수 있는 수, M은 모터의 상수}로 유지할 필요가 있다. 그들 간격에는, 인접하는 전기자 권선 엔드부는 억제되도록 권선 설계를 행한다.

여기서, 도5에 나타내는 비교예의 권선 배치와 도2에 나타내는 본 발명의 실시예의 권선 배치의 차이에 대해 설명한다. 리니어 모터의 상기 전기자의 자극 피치를 P라 하면, 인접하는 이상의 전기자의 자극 기어와의 피치가 (kㆍP ＋ P/M)을 유지할 필요가 있다. 그러나, 종래 기술인 도5에 나타내는 권선 방법이면 인접하는 이상의 전기자(예를 들어, 7, 8)의 전기자 권선의 권선 엔드부끼리 인접하므로 (kㆍP ＋ P/M)이 커진다. 그것에 대해, 본 실시예인 도2에 나타내는 권선 방법을 채용하면, 인접하는 이상의 전기자 권선의 권선 엔드부끼리 인접하지 않으므로 (kㆍP ＋ P/M)의 크기는 종래 기술인 도5에 나타내는 권선 방법보다 작아진다.

결과적으로, 본 실시예에 따르면, 리니어 모터에 있어서 다상 구조로 할 때의 인접하는 이상의 전기자 사이의 거리를 단축하여 리니어 모터의 전체 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다.

(제2 실시예)

도3은 본 발명의 구동 장치를 이용한 XY 스테이지의 전체도이다. 도3에 있어서, 전기자(3X, 3Y)는 도2에서 도시하는 A상, B상, C상, 3개의 전기자 등의 조합에 의한 3상 구동 장치이다. 물론, 2상, 5상 구동 장치도 가능하다.

도3에 있어서, 3X는 X방향 구동 장치의 전기자(3)를 나타내고, 3Y는 Y방향 구동 장치의 전기자(3)를 나타낸다. XY 스테이지의 베이스(120)에는 X방향 구동 장치의 전기자(3X)를 자유자재로 구동할 수 있도록 직선 안내 기구(121)(선형 베어링)가 배치되어 있다. 또한, Y축에 있어서도 Y방향 구동 장치의 전기자(3Y)를 자유자재로 구동할 수 있도록 직선 안내 기구(121)(선형 베어링)가 배치되어 있다. 베이스(120)에는 X방향 구동, 혹은 XY 구동을 할 수 있는 다른 XY 스테이지(도시하지 않음)를 이용하여, 워크를 고정하여 미소 변위의 움직임을 얻는 것도 가능하다.

본 실시예에 따르면, 리니어 모터에 있어서 다상 구조로 할 때의 인접하는 이상의 전기자 사이의 거리를 단축하여 리니어 모터의 전체 길이를 짧게 하는 효과가 있다.

도3에 있어서, 하나의 공통 2차 도체에 대해 복수대의 전기자(3Y)를 구동하는 방식(멀티 구동 방식)의 경우, 1대의 전기자의 전체 길이가 짧아짐으로써 상대적으로 각 전기자의 유효 스트로크가 길어지는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 실시예에 따르면, 하나의 공통 2차 도체에 대해 복수대의 전기자(리니어 모터)를 구동하는 방식(멀티 구동 방식)의 경우, 1대의 전기자의 전체 길이가 짧아짐으로써 상대적으로 유효 스트로크가 길어지는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 리니어 모터에 있어서 다상 구조로 할 때의 인접하는 이상의 전기자 사이의 거리를 단축하여 리니어 모터의 전체 길이를 짧게 하는 것이 가능해진다.

도1은 본 발명의 제1 실시예의 리니어 모터의 기본 구조도.

도2는 본 발명의 제1 실시예의 리니어 모터를 3상 배치한 구조도.

도3은 본 발명의 제2 실시예의 XY 스테이지의 구조도.

도4는 비교예의 리니어 모터의 기본 구조도.

도5 비교예의 리니어 모터의 권선 배치의 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

3 : 전기자

3X : X축 전기자

3Y : Y축 전기자

4 : 권선

6 : 2차측

11a : 자극(1)의 상부 자극 기어

12b : 자극(1)의 하부 자극 기어

21b : 자극(2)의 하부 자극 기어

22a : 자극(2)의 상부 자극 기어

34 : 영구 자석

51 : 제1 대향부를 갖는 코어

52 : 제2 대향부를 갖는 코어

120 : 베이스

121 : 직선 안내 기구

Claims (12)

1. 권선이 권취된 코어를 갖는 복수의 전기자를 구비하는 1차측 부재와, 영구 자석을 갖는 2차측 부재를 구비하는 리니어 모터에 있어서,

   상기 전기자는 대향하는 대향부를 갖고, 상기 대향부 사이에 2차측 부재가 배치되고, 상기 권선은 전기자에 있어서 2차측 부재의 옆에 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
2. 복수 코어에 권선을 갖는 복수의 전기자를 갖는 1차측 부재와, 영구 자석을 갖는 2차측 부재를 구비하는 리니어 모터에 있어서,

   상기 전기자는 대향하는 대향부를 갖고, 상기 대향부 사이에 2차측 부재가 배치되고, 상기 전기자에 있어서 상기 권선이 상기 2차측 부재의 자석의 자극의 방향을 피하는 위치에 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
3. 제2항에 있어서, 상기 권선이 상기 코어에 있어서 2차측 부재에 대해 2차측 부재의 자극의 방향에 동일한 위치에 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
4. 제2항에 있어서, 상기 권선이 상기 코어에 있어서 2차측 부재에 대해 수직 방향에 동일한 위치에 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
5. 제1항에 있어서, 상기 전기자를 구성하는 코어는 복수이고, 상기 2차측 부재는 상기 복수의 코어에 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
6. 제2항에 있어서, 상기 전기자를 구성하는 코어는 복수이고, 상기 2차측 부재는 상기 복수의 코어에 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
7. 제3항에 있어서, 상기 전기자를 구성하는 코어는 복수이고, 상기 2차측 부재는 상기 복수의 코어에 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
8. 피구동체를 X축 방향으로 구동하는 리니어 모터와, 피구동체를 Y축 방향으로 구동하는 리니어 모터를 구비하는 XY 스테이지에 있어서,

   상기 리니어 모터 중 적어도 하나가 복수의 전기자를 갖는 1차측 부재와, 영구 자석을 갖는 2차측 부재를 구비하고, 상기 전기자는 대향하는 대향부를 갖고, 상기 대향부 중에 2차측 부재가 배치되고, 상기 권선은 전기자에 있어서 2차측의 옆에 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 XY 스테이지.
9. 제1항에 있어서, 상기 1차측 부재의 자극 피치를 P, 상수를 M이라 하면, 인접하는 이상의 전기자 사이의 간격이 kㆍP ＋ P/M(k는 자연수)이 되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
10. 제2항에 있어서, 상기 1차측 부재의 자극 피치를 P, 상수를 M이라 하면, 인접하는 이상의 전기자 사이의 간격이 kㆍP ＋ P/M(k는 자연수)이 되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
11. 제3항에 있어서, 상기 1차측 부재의 자극 피치를 P, 상수를 M이라 하면, 인접하는 이상의 전기자 사이의 간격이 kㆍP ＋ P/M(k는 자연수)이 되는 것을 특징으로 하는 리니어 모터.
12. 제1항에 있어서, 상수가 복수인 것을 특징으로 하는 리니어 모터.