JPH0538121A

JPH0538121A - 電磁アクチユエータ

Info

Publication number: JPH0538121A
Application number: JP3338077A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Watanabe; 和英渡辺; Masato Eguchi; 真人江口; Hiroyuki Shinozaki; 弘行篠崎; Genichi Sato; 源一佐藤; Masao Houdai; 昌夫蓬台
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-12-20
Publication date: 1993-02-12
Anticipated expiration: 2016-02-05
Also published as: JP3132773B2

Abstract

(57)【要約】【目的】形状が比較的偏平で回転体を高精度で位置決
めする。【構成】磁極に放射状にピッチのずれた歯を形成した
電磁石と、表面に放射状の歯を形成したディスクとから
なり、磁極歯を順次励磁してディスクを回転させる。ま
た、磁極の表面積が等しくなるように、磁極幅を段階的
に変えて形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発塵や潤滑が問題とな
る特殊環境下（宇宙、真空中、クリーンルーム中、液体
中）で使用可能な電磁アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体製造プロセスにおいて、高
いクリーン度を維持するため、クリーンルームで使用す
るロボットには、以下の対策が必要とされる。

【０００３】（１）低発塵、無発塵機構を採用し、発
塵要素を除去、削除、代替する。

【０００４】（２）防塵機構の組み込み、内部発生粒
子の外部流出、拡散を防止する。

【０００５】（３）信頼性、保全性を向上し、メンテ
ナンスフリー化を図る。

【０００６】上記対策の具体的方法としては、以下の方
法がある。

【０００７】（１）内部負圧吸引。すなわち、ロボッ
トの内部を負圧化し、外部に開口した部分を通して塵埃
が流出しないように、常に内部に向う空気の流れを形成
する。

【０００８】（２）磁性流体シール。すなわち、磁性
流体によりロボット内部と外部とを完全に分離し、内部
からの塵埃の拡散を防止する。図９において、ケーシン
グ３７の内周に設けた磁石３３によって磁化された磁極
３４と、磁性体の回転軸３５との間に磁性流体３６をリ
ング状に保持してシール効果を得る。

【０００９】（３）ＡＣサーボモータ。すなわち、ブ
ラシがないので、従来のＤＣサーボモータに比べ、自体
の発塵が少なくなり、メンテナンスもフリーになる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】宇宙、真空中、クリー
ンルーム中、液体中などの特殊環境下では、アクチュエ
ータの接触部からの発塵や軸受部に潤滑を要するなどが
問題となっている。例えば、半導体製造分野ではＬＳＩ
の高集積化が進み、クリーン度の高い製造環境、装置が
要求されている。このため現在、製造プロセス内の無人
化が進められているが、使用するロボット内部からの発
塵や潤滑を必要とする部分のメンテナンス等の問題とな
っている。現状では、これらの問題に対応するため、発
塵源となるロボットのモータ部に上記した防塵機構を設
けるなどの対策を施しているが、効果は不充分である。

【００１１】本発明は、上記した問題を解決するために
なされたもので、防塵機構を設けるなどの対策が不要な
小形で位置決め精度が良い無発塵、無潤滑の電磁アクチ
ュエータを提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１個のラジアル磁気軸受と１個のスラスト磁気軸受
とで構成され、回転子が非接触で支持されている回転形
の電磁アクチュエータにおいて、前記スラスト磁気軸受
の磁極がモータ磁極と共通なモータ兼スラスト磁気軸受
部を備え、該軸受部は同心の３個の電磁石と表面に放射
状の歯を備えたディスクとからなり、前記３個の電磁石
の磁極は相隣る磁極がピッチのずれた歯を備えると共
に、該３個の電磁石の磁極の表面積が等しくなるように
磁極幅を段階的に変え、回転軸方向のギャップを検出す
るセンサからの信号に基づき、前記３個の電磁石をそれ
ぞれ励磁して回転軸方向のギャップを一定に保つと共
に、該３個の電磁石をパルス信号によって順次励磁して
回転方向の位置決めを行い、該３個の電磁石の発生する
磁束の向きを相隣る磁極で常に同極となるように制御す
る制御回路を設けている。

【００１３】

【作用】上記のように構成された電磁アクチュエータに
おいて、回転子すなわち回転軸は、磁気軸受によって非
接触で支持されているので、無発塵で潤滑も不要で、雰
囲気中は汚染されることがなく、また、メンテナンスも
不要となる。更に、スラスト軸受とステッピングモータ
とを一体化した軸受部すなわち駆動部により、回転方向
の位置決めが高精度で可能となりコンパクトで特殊環境
で好適に使用できる。

【００１４】

【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

【００１５】図１において、本発明に係る電磁アクチュ
エータの中央には、ステッピングモータ兼スラスト磁気
軸受で構成された駆動部２が設けられ、そのスラスト軸
方向の両側には、それぞれラジアル磁気軸受３、４が設
けられている。また、ラジアル軸方向及びスラスト軸方
向のギャップを検出する変位センサ５、６及び変位セン
サ７、７が設けられている。そして、回転子すなわち回
転軸１は、磁気軸受３、４及び駆動部２により非接触で
支持され、駆動部２のステッピングモータで回転方向の
位置決めがなされるようになっている。

【００１６】図２ないし図５において、駆動部２の固定
子側の電磁石は、３個の同心の電磁石８、９及び１０か
らなり、各電磁石８〜１０は、独立に磁力を制御できる
ようになっている。これら電磁石８〜１０の磁極には、
放射状にピッチのずれた歯１４、１５及び１６がそれぞ
れ形成されており（図示の例では半ピッチずれてい
る）、他方、回転子側の回転軸１には、放射状の歯１３
を備えたディスク１１が設けられている。

【００１７】前記電磁石８〜１０は、スラスト軸方向の
ギャップを一定に保ち、回転軸１を非接触で支持し、ま
た、放射状にピッチのずれた歯１４〜６を順次励磁する
ことにより、ディスク１３の表面の放射状の歯１３を吸
引して回転力を発生し、位置決めするようになってい
る。この位置保持力は、磁気軸受制御系を線形化するた
めのバイアス磁束１７により生じる。また、この磁束１
７の向きは、電磁石８〜１０が発生する磁束が相隣る磁
極で常に同様となるようにしている。

【００１８】図６において、制御装置には、磁気軸受制
御回路１９と、ステッピングモータ制御回路２９が設け
られている。

【００１９】その磁気軸受制御回路１９には、検波回路
２０、２１、２２とドライブ回路２３、２４、２５とを
介して電磁石８、９、１０が接続され、スラスト軸方向
のギャップを検出する変位センサ７からのフィードバッ
ク信号に基づき、検波回路２０、２１、２２を介しドラ
イブ回路２３、２４、２５により電磁石８、９、１０を
励磁して回転軸１を非接触で支持する。

【００２０】また、ステッピングモータ制御回路２９
は、開ループ系の３相の回路で構成され、各相のパルス
信号をドライブ回路２３、２４、２５に入力加算し、電
磁石８、９、１０を励磁して回転位置決めを行う。ま
た、図示しないエンコーダにより回転位置を検出し、ス
テッピングモータ制御回路にフィードバックして閉ルー
プ系を構成することもできる。

【００２１】図７は本発明の別の実施例を示し、駆動部
２ａの３個の電磁石８ａ、９ａ、１０ａの磁極面積を等
しくするように、各磁極の磁極幅を内方が広くなるよう
に段階的に変え、他を第１図と同様に構成した例であ
る。この実施例では、各電磁石８ａ〜１０ａの発生する
回転トルクを均等にし、回転むらを避け得る効果があ
る。図８は本発明の別の実施例を示し、電磁石８〜１
０の歯１４〜１６を、半ピッチでなく（図３参照）例え
ば０．２５ピッチずらせ、他を図１、２、３〜６及び図
７と同様に構成した例である。この実施例では、位置決
め精度を更に向上することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、スラスト軸受とステッピングモータとを一
体化し、ラジアル軸受と組み合せて回転軸を非接触で支
持し、回転位置決めを行うことにより、小形で位置決め
精度が良く、しかも無発塵、無潤滑のアクチュエータを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す側断面図。

【図２】駆動部を示す側断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図４】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図。

【図５】ディスクを示す側面図。

【図６】制御装置を示すブロック図。

【図７】本発明の別の実施例を示す側断面図。

【図８】本発明の別の実施例を示す図３に相当する図
面。

【図９】従来の防塵機構の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１・・・回転軸２、２ａ・・・駆動部３、４・・・ラジアル磁気軸受５〜７・・・変位センサ８〜１０・・・電磁石１１・・・ディスク１３・・・ディスクの歯１４〜１６・・・電磁石磁極の歯１７・・・バイアス磁束１９・・・磁気軸受制御回路２０〜２２・・・検波回路２３〜２５・・・ドライブ回路２９・・・ステッピングモータ制御回路３３・・・磁石３４・・・磁極３５・・・回転軸３６・・・磁性流体３７・・・ケーシング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｋ 37/08 Ｋ 9180−5Ｈ (72)発明者佐藤源一東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者蓬台昌夫東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】【請求項１】少なくとも１個のラジアル磁気軸受と１
個のスラスト磁気軸受とで構成され、回転子が非接触で
支持されている回転形の電磁アクチュエータにおいて、
前記スラスト磁気軸受の磁極がモータ磁極と共通なモー
タ兼スラスト磁気軸受部を備え、該軸受部は同心の３個
の電磁石と表面に放射状の歯を備えたディスクとからな
り、前記３個の電磁石の磁極は相隣る磁極がピッチのず
れた歯を備えると共に、該３個の電磁石の磁極の表面積
が等しくなるように磁極幅を段階的に変え、回転軸方向
のギャップを検出するセンサからの信号に基づき、前記
３個の電磁石をそれぞれ励磁して回転軸方向のギャップ
を一定に保つと共に、該３個の電磁石をパルス信号によ
って順次励磁して回転方向の位置決めを行い、該３個の
電磁石の発生する磁束の向きを相隣る磁極で常に同極と
なるように制御する制御回路を設けたことを特徴とする
電磁アクチュエータ。