JPH02108995A - Linear motor stage mechanism - Google Patents
Linear motor stage mechanismInfo
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- JPH02108995A JPH02108995A JP26195488A JP26195488A JPH02108995A JP H02108995 A JPH02108995 A JP H02108995A JP 26195488 A JP26195488 A JP 26195488A JP 26195488 A JP26195488 A JP 26195488A JP H02108995 A JPH02108995 A JP H02108995A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（概要〕
片側式リニア直流（Ｄ Ｃ）モータを組込んだリニアモ
ータステージ機構に関し、
片側式リニアＤＣモータの吸引力が直接ステージにかか
らない様にするリニアモータステージ機構を提供するこ
とを目的とし、
リニアモータの可動部と固定部が、お互いに吸引する構
造を持つリニアモータをアクチュエータとするリニアモ
ータステージ機構であって、前記リニアモータの近傍に
、リニアモータの吸引力を相殺する反発力を発生させる
るり１石を設け、リニアモータの吸引力によるステージ
可動部の変形を小さくするよう構成する。[Detailed Description of the Invention] (Summary) Regarding a linear motor stage mechanism incorporating a single-sided linear DC (DC) motor, the present invention provides a linear motor stage mechanism that prevents the suction force of the single-sided linear DC motor from directly applying to the stage. A linear motor stage mechanism in which a movable part and a fixed part of a linear motor have a structure in which they attract each other as an actuator, the linear motor stage mechanism having a structure in which a movable part and a fixed part of the linear motor attract each other. A wheel is provided to generate a repulsive force that offsets this, and the structure is configured to reduce deformation of the stage movable part due to the suction force of the linear motor.
［産業上の利用分野〕
本発明は、片側式リニア直流（ＤＣ）モータを組込んだ
リニアモータステージ機構に関する。[Industrial Field of Application] The present invention relates to a linear motor stage mechanism incorporating a single-sided linear direct current (DC) motor.
多極型のリニアＤＣモータは、従来の回転モータとボー
ルネジを組み合わせたアクチュエータと比較して、
■ 非接触駆動であり、発心がなくアクチュエータ自身
の摩擦が殆どない。Compared to a conventional actuator that combines a rotary motor and a ball screw, a multipolar linear DC motor is non-contact driven, has no centering, and has almost no friction in the actuator itself.
■ アクチュエータのリニアリティーが良いため、精密
位置決めが可能である。■ Precise positioning is possible because the actuator has good linearity.
■ 可動範囲が容易に延長できる。■ The range of motion can be easily extended.
■ ポールネジにおけるねじり共振がないため、サーボ
剛性を高くとることができる等の特徴がある。■ Features include high servo rigidity as there is no torsional resonance in the pole screw.
上記多極型のリニアＤＣモータには、種々の構成がある
が、その中で可動コイル型片側式リニアＤＣモータ（コ
アが可動部にあるリニアモータ）は、可動部コアとコイ
ルを取り付けたステージ等の可動部と、固定部コアの上
に交番磁界を発生する磁石を並べた固定部で構成されて
いる。この構成では、リニアモータの可動部と固定部の
間に吸引力が働き、ステージが変形したり、案内精度が
低下するので、ステージの変形しないものが要望される
。The above-mentioned multi-polar linear DC motor has various configurations, but among them, the moving coil type single-sided linear DC motor (linear motor with the core in the moving part) has a stage with the moving part core and coil attached. It consists of a movable part such as, and a fixed part in which magnets that generate an alternating magnetic field are arranged on the fixed part core. In this configuration, a suction force acts between the movable part and the fixed part of the linear motor, causing deformation of the stage and deterioration of guiding accuracy. Therefore, a stage that does not deform is desired.
第３図（イ） （ロ）は従来の一軸の直動ステージの説
明図である。第３図（イ）は第３図（ロ）の片側式リニ
アＤＣモータを組み込んだ一軸の直動ステージの例であ
る。FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of a conventional uniaxial linear motion stage. FIG. 3(a) is an example of a uniaxial linear motion stage incorporating the one-sided linear DC motor shown in FIG. 3(b).
第３図（ロ）のコイル可動型片側式（片側のみに固定部
コアを持つ）リニアＤＣモータ１は、可動部２と固定部
３より構成され、可動部２にはコイル４と可動部コア５
があり、固定部３には固定部コア６の上に交番磁界を発
生する磁石７が並べられている。磁石７から出た磁束は
可動部コア５を通って再び磁石７に戻る経路を循環する
。又コイル４に流す電流の向きを磁束の向きに応して切
り換えることにより、同一方向の推力を発生ずることが
できる構成である。The coil movable single-sided linear DC motor 1 (having a fixed core on only one side) shown in FIG. 5
In the fixed part 3, magnets 7 that generate an alternating magnetic field are arranged on a fixed part core 6. The magnetic flux emitted from the magnet 7 circulates through a path that passes through the movable part core 5 and returns to the magnet 7 again. Furthermore, by switching the direction of the current flowing through the coil 4 according to the direction of the magnetic flux, thrust in the same direction can be generated.
第３図（イ）の−軸の直動ステージは、第３図（ロ）の
コイル可動型片側式リニアＤＣモータ１をアクチュエー
タとし、さらに、ステージ可動部８の案内軸受として、
平行に配置した２木のリニアガイド１０を設けている。The −-axis linear motion stage shown in FIG. 3(a) uses the coil movable single-sided linear DC motor 1 shown in FIG.
Two linear guides 10 arranged in parallel are provided.
上記の片側式リニアＤＣモータ１は、直接可動部２にコ
イル４とコア５を接着固定しているので、コイル４の支
持が容易で、且つ支持剛性を高くできる特徴がある。し
かし、リニアモータの可動部２と固定部３の間に吸引力
が働き、第３図（イ）に示す点線のようにステージ可動
部８が変形したり、案内精度が低下すると云う欠点があ
った。The single-sided linear DC motor 1 described above has the coil 4 and core 5 directly adhesively fixed to the movable part 2, so that the coil 4 can be easily supported and the support rigidity can be increased. However, there is a drawback that an attractive force acts between the movable part 2 and the fixed part 3 of the linear motor, causing the stage movable part 8 to deform as shown by the dotted line in FIG. Ta.
また、この吸引力による負荷がリニアガイド１０に直接
かかり、より耐荷重の大きなリニアガイド１０を使用し
なければならないと云う欠点もあった。In addition, there is also a drawback that the load due to this suction force is directly applied to the linear guide 10, requiring the use of a linear guide 10 with a larger load capacity.
そこで、本発明は片側式リニアＤＣモータの吸引力が直
接ステージにかからないようなリニアモタステージ機構
を提供することを目的とする。Therefore, an object of the present invention is to provide a linear motor stage mechanism in which the suction force of a single-sided linear DC motor does not directly apply to the stage.
前記問題点は、第１図に示されるようにリニアモータの
可動部２と固定部３が、お互いに吸引する構造を持つリ
ニアモータ１をアクチュエータとするリニアモータステ
ージ機構であって、前記リニアモータ１の近傍に、リニ
アモータ１の吸引力を相殺する反発力を発生させる磁石
１１を設け、リニアモータ１の吸引力によるステージｆ
の変形を小さ（した本発明のリニアモータステージ機構
によって解決される。The problem lies in the linear motor stage mechanism in which the linear motor 1, which has a structure in which the movable part 2 and the fixed part 3 of the linear motor attract each other as shown in FIG. 1, is used as an actuator. A magnet 11 that generates a repulsive force that offsets the attractive force of the linear motor 1 is provided near the linear motor 1, and the stage f due to the attractive force of the linear motor 1 is
This problem is solved by the linear motor stage mechanism of the present invention, which minimizes the deformation.
本発明では、ステージの中央に配置された可動コイル型
片側式リニアＤＣモータ（以下リニアモータと略す）１
のすくそばに、リニアモータ１の吸引力と同等の反発力
発生用磁石１１を設けたことにより、リニアモータ１の
可動部２と固定部３が引き合う力を、磁石１１の反発力
により相殺して、見掛は上りニアモータの吸引力が直接
ステージ可動部８にかからないようにしている。In the present invention, a moving coil type single-sided linear DC motor (hereinafter abbreviated as linear motor) 1 is placed at the center of the stage.
By providing a magnet 11 for generating a repulsive force equivalent to the attractive force of the linear motor 1 next to the linear motor 1, the force of attraction between the movable part 2 and the fixed part 3 of the linear motor 1 is offset by the repulsive force of the magnet 11. Apparently, the suction force of the upward near motor is not applied directly to the stage movable section 8.
即ち、反発力を発生させる磁石１１の厚みや対向する面
積、最適なエネルギー積を持った磁石を選択することに
より、磁石ＩＩの生しる反発力とりニアモータの吸引力
を同じにして、見掛は上、リニアモータによる吸引力が
ステージに（仙かないようにしたものである。That is, by selecting a magnet with the thickness of the magnet 11 that generates the repulsive force, the facing area, and the optimal energy product, the repulsive force generated by the magnet II and the attractive force of the near motor can be made the same, and the apparent Above, the suction force generated by the linear motor was designed to prevent the stage from being affected.
第２図は本発明の一実施例であり、リニアモータの吸引
力を相殺する反発力発生用磁石を設けたりニアモータ駆
動ステージを示す。なお、全図を通じて同一符号は同一
対象物である。FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a magnet for generating repulsive force is provided to offset the attractive force of the linear motor, and a near motor drive stage is shown. Note that the same reference numerals represent the same objects throughout the figures.
第２図において、ステージは、吸引力を相殺する反発力
発生用磁石１１の外側に配置した金属コロ案内のリニア
ガイド１０によって直動案内されている。また、吸引力
相殺用の磁石１１は、リニアモータ１を挟むように左右
に２組設けられており、その反発力がリニアモータ１の
吸引力と一敗するように設計されている。このため、リ
ニアモータによる吸引力が見掛は上ステージ２に働かな
いようになっている。In FIG. 2, the stage is linearly guided by a linear guide 10 guided by a metal roller placed outside a repulsive force generating magnet 11 that offsets the attractive force. Further, two sets of magnets 11 for canceling the attractive force are provided on the left and right sides so as to sandwich the linear motor 1, and are designed so that the repulsive force of the magnets 11 overcomes the attractive force of the linear motor 1. Therefore, the suction force by the linear motor does not appear to act on the upper stage 2.
以下、吸引力相殺用の磁石の設計方法を示す。Below, we will show how to design a magnet for canceling the attractive force.
まず、リニアモータの固定部３と可動部２の吸引力Ｆを
次式で求める。First, the suction force F between the fixed part 3 and the movable part 2 of the linear motor is determined by the following equation.
Ｆ＝Ｂｇ ２ Ａｇ／ （２μ 。 ）−一−・
−一 （１・ １）Ｂｇ：リニアモータの磁石とコア
間のギヤノブの磁束密度
μ。：透磁率
Ａｇ：リニアモータの磁石とコアが向かい合う面積
次に、ステージの大きさ、吸引力補償用の磁石を組み込
む場所を考慮して、以下の弐を満足するように吸引力補
償用の磁石を求める。F=Bg2Ag/(2μ.)-1-・
-1 (1.1) Bg: Magnetic flux density μ of the gear knob between the magnet and core of the linear motor. : Magnetic permeability Ag: Area where the magnet and core of the linear motor face each other Next, consider the size of the stage and the location where the magnet for attraction force compensation will be installed, and set the attraction force compensation magnet to satisfy the following condition 2. seek.
即ち、反発力と吸引力が丁度等しくなるようにするため
、 Ｂｇ２Ａｇ／ （２μ。）−（ＢＣ２Ａ ｃ ／
２μ。）×２であり、これを整理すると次のようになる
。That is, in order to make the repulsive force and the attractive force exactly equal, Bg2Ag/ (2μ.) - (BC2A c /
2μ. )×2, and rearranging this results in the following.
Ｂｇ２Ａｇ＝Ｂｃ２ＡＣＸ２−”’−（１２）Ｂｃ：吸
引力相殺機構の磁石間の磁束密度ＡＣ：吸引力相殺機構
の磁石同志が向かい合う面積
即ち、（１・２）式を満足するように吸引力を相殺する
磁石１１の反発力と、リニアモータ１の吸引力が等しく
なり、ステージ可動部２にかかる吸引力を見掛は上０に
することができる。実際には、磁石の残留磁束密度のむ
らや加工誤差等により、吸引力を相殺する磁石１１の反
発力とりニアモータｌによる吸引力が等しくならないこ
とがあるが、その場合は、磁石１１の下面にスペーサ等
を挿入して対向する磁石（磁石■、磁石■）の間隔を変
化させることにより、容易にその反発力をリニアモータ
１による吸引力に等しくなるように調整することができ
る。Bg2Ag=Bc2ACX2-"'-(12) Bc: Magnetic flux density between the magnets of the attractive force canceling mechanism AC: Area where the magnets of the attractive force canceling mechanism face each other, that is, the attractive force is set so as to satisfy equation (1.2). The canceling repulsive force of the magnet 11 and the attractive force of the linear motor 1 become equal, and the attractive force applied to the stage movable part 2 can be reduced to an apparent zero.In reality, the unevenness of the residual magnetic flux density of the magnet Due to processing errors, etc., the repulsive force of the magnet 11 that cancels out the attractive force and the attractive force of the near motor l may not be equal. , magnets (2), the repulsive force can be easily adjusted to be equal to the attractive force of the linear motor 1.
以上のように吸引力が働くリニアモータ１をステージ駆
動に用い、磁石１１の反発力により見掛は上ステージに
働く吸引力を０にして、吸引力の影響を無くすことがで
きる。さらに非接触で吸引力の相殺が可能なため、本来
のリニアモータステージが持つ高い直動案内精度を維持
することができると共に、非接触であり発塵することが
ない。The linear motor 1, which exerts an attractive force as described above, is used to drive the stage, and the repulsive force of the magnet 11 causes the apparent attractive force acting on the upper stage to become zero, thereby eliminating the influence of the attractive force. Furthermore, since the suction force can be offset in a non-contact manner, it is possible to maintain the high linear motion guidance accuracy of the original linear motor stage, and since it is non-contact, no dust is generated.
又、磁石可動型のりニアモータを採用した場合にも吸引
力が働く為、同様の効果を持つ吸引力の相殺機構は有効
である。In addition, since an attractive force works even when a movable magnet type linear motor is adopted, an attractive force canceling mechanism having a similar effect is effective.
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、リニアモータの近
傍に設けた磁石により、磁石の反発力とリニアモータの
吸引力が等しくでき、ステージの変形を防ぐことができ
、本来のりニアモータの高い直動案内精度を維持するこ
とができ、さらに、非接触であり、発塵することがない
。[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the repulsive force of the magnet and the attractive force of the linear motor can be equalized by the magnet provided near the linear motor, and deformation of the stage can be prevented, which is better than originally intended. It is possible to maintain the high linear motion guiding accuracy of the linear motor, and it is also non-contact and does not generate dust.
第１図は本発明の原理図、
第２図は本発明の一実施例を説明する図、第３図（イ）
（ロ）は従来の一軸の直動ステージの説明図である。
図において、
１はリニアＤＣモータ、
２はリニアモータ可動部、
３はリニアモータ固定部、
４はコイル、
５は可動部コア、
６は固定部コア、
７はリニアモータ磁石、
８はステージ可動部、
９はステージ固定部、
１０はリニアガイ
ド、
ニ￥
仇釆刀−＠／）ＬＩＬ動ステージ／Ｉ言骨、９月図第
３ 図Figure 1 is a diagram of the principle of the present invention, Figure 2 is a diagram explaining an embodiment of the present invention, and Figure 3 (A).
(B) is an explanatory diagram of a conventional uniaxial linear motion stage. In the figure, 1 is a linear DC motor, 2 is a linear motor moving part, 3 is a linear motor fixed part, 4 is a coil, 5 is a moving part core, 6 is a fixed part core, 7 is a linear motor magnet, 8 is a stage moving part , 9 is the stage fixed part, 10 is the linear guide,
3 diagram
Claims (1)
に吸引する構造を持つリニアモータ（１）をアクチュエ
ータとするリニアモータステージ機構であって、 前記リニアモータ（１）の近傍に、リニアモータ（１）
の吸引力を相殺する反発力を発生させる磁石１１）を設
け、 リニアモータ（１）の吸引力によるステージ可動部（８
）の変形を小さくしたことを特徴とするリニアモータス
テージ機構。[Scope of Claims] A linear motor stage mechanism in which a linear motor (1) having a structure in which a movable part (2) and a fixed part (3) of a linear motor attract each other is used as an actuator, the linear motor ( 1) Near the linear motor (1)
A magnet 11) is provided that generates a repulsive force that offsets the attractive force of the linear motor (1).
) A linear motor stage mechanism characterized by reduced deformation.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26195488A JPH02108995A (en) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | Linear motor stage mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26195488A JPH02108995A (en) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | Linear motor stage mechanism |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02108995A true JPH02108995A (en) | 1990-04-20 |
Family
ID=17368969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26195488A Pending JPH02108995A (en) | 1988-10-18 | 1988-10-18 | Linear motor stage mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02108995A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0792005A4 (en) * | 1995-09-12 | 1997-11-19 | Fanuc Ltd | Linear motor driving type feeding device |
| US5838079A (en) * | 1996-05-28 | 1998-11-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Synchronous linear motor using permanent magnet |
-
1988
- 1988-10-18 JP JP26195488A patent/JPH02108995A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0792005A4 (en) * | 1995-09-12 | 1997-11-19 | Fanuc Ltd | Linear motor driving type feeding device |
| US5838079A (en) * | 1996-05-28 | 1998-11-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Synchronous linear motor using permanent magnet |
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