JP5470990B2 - Multi-degree-of-freedom actuator - Google Patents
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Description
本発明は、精密装置に用いられる多自由度アクチュエータに関する。 The present invention relates to a multi-degree-of-freedom actuator used in a precision device.
半導体製造装置、液晶製造装置などの精密装置には、垂直Z方向に浮上させ、水平XとY方向に微動させ、さらにはθX、θY、θZ方向(X軸、Y軸、Z軸の回転方向)にも微動させることができる多自由度アクチュエータが要望されている。
従来の多自由度アクチュエータとして、XY平面上に永久磁石を配列した可動子とコイルを配列した固定子によって構成し、隣接するコイルに位相差の異なる制御電流を供給することで、電磁力により可動子をZ方向に浮上させ、X方向に推進させるものがある。(例えば、特許文献1参照)。
In precision devices such as semiconductor manufacturing equipment and liquid crystal manufacturing equipment, the robot floats in the vertical Z direction, moves in the horizontal X and Y directions, and further moves in the θ X , θ Y , and θ Z directions (X axis, Y axis, Z axis). There is a demand for a multi-degree-of-freedom actuator that can be finely moved in the direction of rotation of the actuator.
As a conventional multi-degree-of-freedom actuator, it is composed of a mover in which permanent magnets are arranged on an XY plane and a stator in which coils are arranged. By supplying control currents with different phase differences to adjacent coils, it can be moved by electromagnetic force. There is one that lifts the child in the Z direction and propels it in the X direction. (For example, refer to Patent Document 1).
しかし、従来の多自由度アクチュエータは、コイルの空心部があり、Z方向に浮上、XYの2方向に推進、さらにθX、θY、θZ方向に微動させるためには、コイルを積層する必要があった。また6層のコイルすべてが積層されているため磁気ギャップが大きくなり、体格の割に推力、浮上力、可変浮上力が小さくなってしまう問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、小型でありながら推力、浮上力、可変浮上力が大きく、Z方向の浮上とXY方向の推進、さらにθX、θY、θZ方向の微動を行う多自由度アクチュエータを提供することを目的とする。
However, the conventional multi-degree-of-freedom actuator has an air-core part of the coil, and is laminated in order to float in the Z direction, propel it in two directions XY, and finely move it in the θ X , θ Y , and θ Z directions. There was a need. In addition, since all six layers of coils are laminated, the magnetic gap becomes large, and there is a problem that thrust, levitation force, and variable levitation force are reduced for the physique.
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and is small in size, and has a large thrust, levitation force, and variable levitation force, levitation in the Z direction, propulsion in the XY direction, and θ X , θ Y , θ An object is to provide a multi-degree-of-freedom actuator that performs fine movement in the Z direction.
請求項1に記載の発明は、複数の永久磁石を有する可動子と、複数のコイルを有する固定子から構成され、前記コイルを励磁することで前記永久磁石に電磁力を発生させるとともに、前記可動子を、垂直方向、水平方向の第1の方向に移動させ、前記永久磁石を前記第1の方向および水平方向の第2の方向に並べて配置し、前記コイルを第1の方向駆動用コイルと垂直方向駆動用コイルとの2種類で構成し、前記垂直方向駆動用コイルを前記永久磁石の磁極と対向する位置に配置し、前記第1の方向駆動用コイルおよび前記垂直方向駆動用コイルのうち、一方のコイルにおける一対のコイルエンドを前記可動子に対して反対側にそれぞれ折り曲げるとともに、前記一方のコイルに他方のコイルのコイル辺をまたがせて前記一対の前記コイルエンドの空心部の両方を前記他方のコイルのコイル辺が通過するように前記一方のコイルおよび前記他方のコイルを配置して構成したものである。
請求項2に記載の発明は、前記垂直方向駆動用コイルを前記第2の方向にn列(nは2以上の整数)配置して構成したものである。
請求項3に記載の発明は、前記第1の方向駆動用コイルを前記第2の方向にn列(nは2以上の整数)配置して構成したものである。
請求項4に記載の発明は、前記垂直方向駆動用コイルと前記第1の方向駆動用コイルの両者を前記第2の方向にn列(nは2以上の整数)配置して構成したものである。
請求項5に記載の発明は、前記垂直方向駆動用コイルと前記第1の方向駆動用コイルのギャップ面もしくはその反対の背面に直交するように第2の方向駆動用コイルを配置し、極数P(Pは2以上の偶数)の前記永久磁石を第2の方向にもずらして構成するか、もしくは垂直軸周りに回転させて配置して構成し、水平方向の前記第2の方向にも移動させて構成するかの何れかの構成としたものである。
請求項6に記載の発明は、固定子コアを前記垂直方向駆動用コイルおよび前記第1方向駆動用コイルの背面に固定したものである。
請求項7に記載の発明は、可動子コアを前記垂直方向駆動用コイルおよび前記第1の方向駆動用コイルの背面に、空隙を介して前記可動子に配置させたものである。
The invention according to claim 1 is composed of a mover having a plurality of permanent magnets and a stator having a plurality of coils, and generates an electromagnetic force in the permanent magnets by exciting the coils, and the moveable The child is moved in the first direction of the vertical direction and the horizontal direction, the permanent magnets are arranged side by side in the first direction and the second direction of the horizontal direction, and the coil is connected to the first direction driving coil. The vertical direction driving coil is composed of two types, and the vertical direction driving coil is disposed at a position facing the magnetic pole of the permanent magnet, and the first direction driving coil and the vertical direction driving coil , together with the folded respectively on opposite sides a pair of coil end to said movable element in one of the coils, the pair of the allowed cross the coil side of the other coil on the one coil Koirue It is both the empty core of the de those configured by arranging the one coil and the other coil so that the coil sides of the other coil passes.
According to a second aspect of the present invention, the vertical driving coils are arranged in n rows (n is an integer of 2 or more) in the second direction.
According to a third aspect of the present invention, the first direction driving coils are arranged in n rows (n is an integer of 2 or more) in the second direction.
According to a fourth aspect of the present invention, both the vertical direction driving coil and the first direction driving coil are arranged in n rows (n is an integer of 2 or more) in the second direction. is there.
According to a fifth aspect of the present invention, the second direction driving coil is arranged so as to be orthogonal to the gap surface of the vertical direction driving coil and the first direction driving coil or the back surface opposite thereto, and the number of poles The permanent magnet of P (P is an even number of 2 or more) is configured to be shifted in the second direction, or rotated and arranged around the vertical axis, and also to the second direction in the horizontal direction. Any one of the configurations may be used.
According to a sixth aspect of the present invention, a stator core is fixed to the back surfaces of the vertical direction driving coil and the first direction driving coil.
According to a seventh aspect of the present invention, a mover core is disposed on the mover on the back surface of the vertical direction drive coil and the first direction drive coil via a gap.
本発明によると、永久磁石をX方向およびY方向に並べて配置し、コイルをZ方向駆動用コイルとX方向駆動用コイルとの2種類で構成し、Z方向駆動用コイルを永久磁石の磁極と対向する位置に配置し、X方向駆動用コイルおよびZ方向駆動用コイルのうち、一方のコイルにおける一対のコイルエンドを可動子に対して反対側にそれぞれ折り曲げるとともに、一方のコイルに他方のコイルのコイル辺をまたがせて一方のコイルにおける一対のコイルエンドの空心部の両方を他方のコイルのコイル辺が通過するように一方のコイルおよび他方のコイルを配置する構造としている。そのため、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることができ、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、θX方向の微動を加えた4自由度動作を行い、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
また、X方向駆動用コイルまたはZ方向駆動用コイルをY方向にn列(ここでnは2以上の整数)配置する構造としているため、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることができ、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、θZ方向の微動を加えた4自由度動作を行い、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
また、請求項4に記載の発明によると、Z方向駆動用コイルとX方向駆動用コイルの両者をY方向にn列(ここでnは2以上の整数)配置する構造としているため、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることができ、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、θX方向,θZ方向の微動を加えた5自由度動作を行い、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
また、Z方向駆動用コイルとX方向駆動用コイルのギャップ面もしくはその反対の背面に直交するようにY方向駆動用コイルを配置し、極数Pの永久磁石をY方向にもずらすか、もしくはZ軸周りに回転させて配置する構造としている。そのため、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、θX方向,θZ方向の微動,Y方向の推進を加えた最大6自由度動作を行う多自由度アクチュエータを提供することができる。
また、固定子コアをZ方向駆動用コイルおよびX方向駆動用コイルの背面に固定した構造としているため、ギャップ磁束密度を大きくすることができ、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
また、可動子コアをZ方向駆動用コイルおよびX方向駆動用コイルの背面に空隙を介して配置させた構造としているため、ギャップ磁束密度を大きくすることができ、浮上力をなくし可変浮上力と推力だけを発生させることができる。コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
According to the present invention, the permanent magnets are arranged side by side in the X direction and the Y direction, the coil is composed of two types of coils, the Z direction driving coil and the X direction driving coil, and the Z direction driving coil is the magnetic pole of the permanent magnet. Arranged at opposite positions, of the X direction driving coil and the Z direction driving coil, a pair of coil ends in one coil are bent to the opposite side with respect to the mover, and one coil is connected to the other coil. One coil and the other coil are arranged so that the coil side of the other coil passes through both of the cores of the pair of coil ends in one coil across the coil side. Therefore, it is possible to reduce the magnetic gap as compared with the conventional example, the promotion of levitation and X direction of the Z-direction, in addition to three degrees of freedom operation of theta Y direction fine movement, 4-DOF operation plus fine movement of theta X direction Thus, it is possible to provide an actuator that is compact but has a high levitation force, variable levitation force, and large thrust.
Further, since the X-direction driving coil or the Z-direction driving coil is arranged in n rows (where n is an integer of 2 or more) in the Y direction, the magnetic gap can be made smaller than in the conventional example. In addition to the three-degree-of-freedom motion of levitation in the direction, propulsion in the X-direction, and fine movement in the θ- Y direction, the four-degree-of-freedom operation with fine movement in the θ- Z direction is performed. Large actuators can be provided.
According to the invention of claim 4, since both the Z direction driving coil and the X direction driving coil are arranged in n rows (where n is an integer of 2 or more) in the Y direction, the conventional example is provided. and comparison it is possible to reduce the magnetic gap, the promotion of levitation and X direction of the Z-direction, theta addition to three degrees of freedom operation of the Y-direction fine movement, theta X direction, 5 degrees of freedom operation plus fine movement of theta Z direction Thus, it is possible to provide an actuator that is compact but has a high levitation force, variable levitation force, and large thrust.
Also, arrange the Y-direction driving coil so as to be orthogonal to the gap surface of the Z-direction driving coil and the X-direction driving coil or the opposite back surface, and shift the number of poles P permanent magnets in the Y-direction, or The structure is arranged by rotating around the Z axis. Therefore, promotion of levitation and X direction of the Z-direction, theta addition to three degrees of freedom operation of the Y-direction fine movement, theta X direction, theta Z direction fine movement, multi performing up to 6 degrees of freedom operation plus promotion of Y-direction A degree of freedom actuator can be provided.
In addition, since the stator core is fixed to the back of the Z direction driving coil and the X direction driving coil, the gap magnetic flux density can be increased, and the levitation force, variable levitation force, and thrust can be increased while being compact. Large actuators can be provided.
In addition, since the mover core is arranged on the back surface of the Z-direction drive coil and the X-direction drive coil via a gap, the gap magnetic flux density can be increased, the levitation force is eliminated, and the variable levitation force Only thrust can be generated. It is possible to provide an actuator that is compact but has high levitation force, variable levitation force, and large thrust.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1、図2は本発明の第1の実施例を示す多自由度アクチュエータの下面図と側面図、図3は正面から見た断面図である。
可動子110は、永久磁石114と可動子ヨーク112とから構成され、固定子100は固定子コア118とX方向駆動用コイル105とZ方向駆動用コイル104から構成されている。
永久磁石114を極数P=2,極性が逆となるようにX方向に交互に並べて配置し、Z方向駆動用コイル104を永久磁石114の磁極と対向する位置にP=2個配置し、その永久磁石114とZ方向駆動用コイル104をY方向にn=2列並べて配置するとともに、X方向駆動用コイル105のコイル辺がZ方向駆動用コイル104の中心と一致する位置にX方向駆動用コイル105をP/2=1個配置する構成となっている。
また、図2に示すように、Z方向駆動用コイル104はコイルエンドを折り曲げ、その空心にX方向駆動用コイル105のコイル辺を埋め込むように配置する構成となっている。
固定子コア118は磁性体であり、例えば鉄損の低減を目的として電磁鋼板を積層したものや、圧粉磁心による成形体を使用する。
図4は第1の実施例における浮上力、可変浮上力、推力の発生原理を示す図である。同図の点線は永久磁石114による磁束線119を示している。
まず、永久磁石114と固定子コア118間には磁気吸引力が発生する。これが浮上力となる。
次に、永久磁石114による磁束線119に示す通り、X方向駆動用コイル105には磁束密度のZ方向の磁束が通り、Z方向駆動用コイル104には磁束密度のX方向の磁束が通る。図4に示した方向に電流を流した場合、Z方向駆動用コイル104には+Z方向のローレンツ力が発生し、その結果、可動子110は−Z方向に可変浮上力が発生する。また、X方向駆動用コイル105に−X方向のローレンツ力が発生し、その結果、可動子110は+X方向に推力が発生する。
図5は本発明の第1の実施例を示す多自由度アクチュエータとアンプとの接続構成図である。図において、104はZ方向駆動用コイル、105はX方向駆動用コイル、107a,107b,107c,107dはZ方向駆動用アンプ、108aはX方向駆動用アンプである。
計4個のZ方向駆動用コイルを4台のアンプを用い、それぞれのコイルに流す電流の大きさに差をつけることによって、Z方向とθX方向、θY方向に駆動制御する構成となっている。
このような構成としたことによって、Z方向の浮上とX方向の推進に加え、θX方向、θY方向にも微動する4自由度動作を実現することができる。
以上のように構成したことで、Z方向の浮上とX方向の推進に加え、θX方向、θY方向にも微動する多自由度アクチュエータを実現するとともに、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることが出来、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを実現することができる。
1 and 2 are a bottom view and a side view of a multi-degree-of-freedom actuator showing a first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view as seen from the front.
The
As shown in FIG. 2, the Z-
The
FIG. 4 is a diagram showing the principle of generation of levitation force, variable levitation force, and thrust in the first embodiment. The dotted line in the figure shows the
First, a magnetic attractive force is generated between the
Next, as indicated by the
FIG. 5 is a connection configuration diagram of the multi-degree-of-freedom actuator and the amplifier according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 104 is a Z direction driving coil, 105 is an X direction driving coil, 107a, 107b, 107c, and 107d are Z direction driving amplifiers, and 108a is an X direction driving amplifier.
Drive control is performed in the Z direction, θ X direction, and θ Y direction by using four amplifiers for a total of four Z direction driving coils and by making a difference in the magnitude of the current flowing through each coil. ing.
By such a configuration, in addition to the promotion of levitation and X direction of the Z-direction, theta X-direction, it is possible to realize the four degrees of freedom operation for fine movement in the theta Y direction.
By constructing as described above, in addition to floating in the Z direction and propulsion in the X direction, a multi-degree-of-freedom actuator that finely moves in the θ X direction and the θ Y direction is realized, and the magnetic gap is reduced as compared with the conventional example. Therefore, it is possible to realize an actuator that is compact but has a high levitation force, a variable levitation force, and a large thrust.
次に本発明の第2の実施例について説明する。
図6、図7は本発明の第2の実施例を示す多自由度アクチュエータの下面図と側面図である。正面から見た断面図は図3と同じである。
第2の実施例が第1の実施例と異なる点は、磁極間の中心と対向する位置にP/2=1個配置したX方向駆動用コイル105をY方向にn=2列並べて配置し、Z方向駆動用コイル104を永久磁石114の磁極と対向する位置にP=2個配置する構成とし、X方向駆動用コイル105のコイルエンドを折り曲げ、その空心にZ方向駆動用コイル104のコイル辺を埋め込むように配置したことである。
図8は本発明の第2の実施例を示す多自由度アクチュエータとアンプとの接続構成図である。図において、104はZ方向駆動用コイル、105はX方向駆動用コイル、107a,107bはZ方向駆動用アンプ、108a,108bはX方向駆動用アンプである。
2個のZ方向駆動用コイルを2台のアンプを用い、2個のX方向駆動用コイルを2台のアンプを用い、それぞれのコイルに流す電流の大きさに差をつけることによって、Z方向とX方向、θY方向、θZ方向に駆動制御する構成となっている。
このような構成としたことによって、Z方向の浮上とX方向に推進に加え、θY方向、θZ方向にも微動する4自由度動作を実現することができる。
以上のように構成したことで、Z方向の浮上とX方向の推進に加え、θY方向、θZ方向にも微動する多自由度アクチュエータを実現するとともに、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることが出来、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを実現することができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
6 and 7 are a bottom view and a side view of a multi-degree-of-freedom actuator showing a second embodiment of the present invention. The cross-sectional view seen from the front is the same as FIG.
The second embodiment is different from the first embodiment in that P = 2 = 1 X
FIG. 8 is a connection configuration diagram of a multi-degree-of-freedom actuator and an amplifier showing a second embodiment of the present invention. In the figure, 104 is a Z direction driving coil, 105 is an X direction driving coil, 107a and 107b are Z direction driving amplifiers, and 108a and 108b are X direction driving amplifiers.
By using two amplifiers for two Z-direction drive coils and using two amplifiers for two X-direction drive coils, the magnitude of the current flowing in each coil is differentiated, and the Z direction And drive control in the X direction, θ Y direction, and θ Z direction.
By such a configuration, in addition to promoting the floating and X direction of the Z-direction, theta Y-direction, can be realized the four degrees of freedom operation for fine movement in the theta Z direction.
By the structure described above, in addition to the promotion of levitation and X direction of the Z-direction, theta Y-direction, with also realize a multi-degree-of-freedom actuator for fine movement in the theta Z direction, to reduce the magnetic gap as compared with the conventional example Therefore, it is possible to realize an actuator that is compact but has a high levitation force, a variable levitation force, and a large thrust.
次に本発明の第3の実施例について説明する。
図9、図10は本発明の第3の実施例を示す多自由度アクチュエータの下面図と側面図である。正面から見た断面図は図3と同じである。
第3の実施例が第1の実施例と異なる点は、磁極間の中心と対向する位置にP/2=1個配置したX方向駆動用コイルと、永久磁石の磁極と対向する位置にP=2個配置したZ方向駆動用コイル両方を、Y方向にn=2列並べて配置する構成とし、X方向駆動用コイル105のコイルエンドを折り曲げ、その空心にZ方向駆動用コイル104のコイル辺を埋め込むように配置したことである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIGS. 9 and 10 are a bottom view and a side view of a multi-degree-of-freedom actuator showing a third embodiment of the present invention. The cross-sectional view seen from the front is the same as FIG.
The third embodiment is different from the first embodiment in that P / 2 = 1 X-direction driving coils are arranged at positions facing the center between the magnetic poles, and P is arranged at a position facing the magnetic pole of the permanent magnet. = 2 Z-direction drive coils are arranged in n = 2 rows in the Y direction, the coil end of the
図11は本発明の第3の実施例を示す多自由度アクチュエータとアンプとの接続構成図である。図において、104はZ方向駆動用コイル、105はX方向駆動用コイル、107a,107b,107c,107dはZ方向駆動用アンプ、108a,108bはX方向駆動用アンプである。
計4個のZ方向駆動用コイルを4台のアンプを用い、2個のX方向駆動用コイルを2台のアンプを用い、それぞれのコイルに流す電流の大きさに差をつけることによって、X方向とZ方向とθX方向、θY方向、θZ方向に駆動制御する構成となっている。
このような構成としたことによって、Z方向の浮上とX方向の推進に加え、θX方向、θY方向、θZ方向にも微動する5自由度動作を実現することができる。
以上のように構成したことで、Z方向の浮上とX方向の推進に加え、θX方向、θY方向、θZ方向にも微動する多自由度アクチュエータを実現するとともに、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることが出来、コンパクトでありながら推力、浮上力、可変浮上力が大きいアクチュエータを実現することができる。
FIG. 11 is a connection configuration diagram of a multi-degree-of-freedom actuator and an amplifier showing a third embodiment of the present invention. In the figure, 104 is a Z direction driving coil, 105 is an X direction driving coil, 107a, 107b, 107c and 107d are Z direction driving amplifiers, and 108a and 108b are X direction driving amplifiers.
By using four amplifiers for a total of four Z-direction drive coils and using two amplifiers for two X-direction drive coils, the difference in the magnitude of the current passed through each coil is Drive control in the direction, the Z direction, the θ X direction, the θ Y direction, and the θ Z direction.
By such a configuration, in addition to the promotion of levitation and X direction of the Z-direction, theta X direction, theta Y-direction, can be realized the five degrees of freedom operation for fine movement in the theta Z direction.
The above configuration realizes a multi-degree-of-freedom actuator that finely moves in the θ X direction, θ Y direction, and θ Z direction in addition to Z-direction levitation and X-direction propulsion, and is more magnetic than the conventional example. The gap can be reduced, and an actuator with a large thrust, levitation force, and variable levitation force can be realized while being compact.
次に本発明の第4の実施例について説明する。
図12、図13、図14は本発明の第4の実施例を示す多自由度アクチュエータの下面図と側面図、正面から見た断面図である。図15は第4の実施例におけるY方向推力の発生原理を示す図である。
図において、100は固定子、110は可動子、104はZ方向駆動用コイル、105はX方向駆動用コイル、103はY方向駆動用コイル、112は可動子ヨーク、114は永久磁石、118は固定子コアである。また、図15の点線は永久磁石114による磁束線119を示している。
第4の実施例が第1〜第3の実施例と異なる点は、Z方向駆動用コイルとX方向駆動用コイルのギャップ面もしくはその反対の背面に直交するようにY方向駆動用コイルを配置し、永久磁石をZ軸周りに回転させて配置し、水平Y方向にも移動させ構成したことである。なお、図示していないが、永久磁石はY方向にもずらして配置してもよい。
永久磁石114による磁束線119に示す通り、Y方向駆動用コイル103には磁束密度のZ方向の磁束が通る。
図15に示した方向に電流を流した場合、Y方向駆動用コイル103に+Y方向のローレンツ力が発生し、その結果、可動子110は−Y方向に推力が発生する。
ここで、Y方向駆動用コイル103は、磁気ギャップの低減を目的として偏平にしたコイルを使用する。
以上のように構成したことで、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、Y方向の推進を加えた4自由度動作を行う多自由度アクチュエータを実現するとともに、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることが出来、コンパクトでありながら推力、浮上力、可変浮上力が大きいアクチュエータを実現することができる。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIGS. 12, 13, and 14 are a bottom view, a side view, and a sectional view as seen from the front of the multi-degree-of-freedom actuator according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 15 is a diagram showing the principle of generation of Y-direction thrust in the fourth embodiment.
In the figure, 100 is a stator, 110 is a mover, 104 is a Z direction drive coil, 105 is an X direction drive coil, 103 is a Y direction drive coil, 112 is a mover yoke, 114 is a permanent magnet, and 118 is a permanent magnet. Stator core. Further, a dotted line in FIG. 15 indicates a
The fourth embodiment is different from the first to third embodiments in that the Y-direction driving coil is arranged so as to be orthogonal to the gap surface of the Z-direction driving coil and the X-direction driving coil or the opposite back surface. The permanent magnet is arranged around the Z axis and is moved in the horizontal Y direction. Although not shown, the permanent magnets may be shifted in the Y direction.
As indicated by the
When a current is passed in the direction shown in FIG. 15, a Lorentz force in the + Y direction is generated in the Y
Here, the Y-
By configuring as described above, a multi-degree-of-freedom actuator that performs four-degree-of-freedom motion with Y-direction propulsion in addition to three-degree-of-freedom motion of Z-direction levitation, X-direction propulsion, and θ- Y direction fine movement. In addition, the magnetic gap can be made smaller than that of the conventional example, and an actuator having a large thrust, levitation force, and variable levitation force can be realized while being compact.
次に本発明の第5の実施例について説明する。
図16、図17は本発明の第5の実施例を示す多自由度アクチュエータの下面図と側面図である。正面から見た断面図は図14と同じである。
第5の実施例が第4の実施例と異なる点は、Z方向駆動用コイルとX方向駆動用コイル、Y方向駆動用コイル、永久磁石をY方向にn=2列配置して構成したことである。
以上のように構成したことで、Z方向の浮上とX方向の推進、θY方向の微動の3自由度動作に加え、Y方向の推進、θX方向,θZ方向の微動を加えた最大6自由度動作を行う多自由度アクチュエータを実現するとともに、従来例と比べ磁気ギャップを小さくすることが出来、コンパクトでありながら推力、浮上力、可変浮上力が大きいアクチュエータを実現することができる。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
16 and 17 are a bottom view and a side view of a multi-degree-of-freedom actuator showing a fifth embodiment of the present invention. A cross-sectional view seen from the front is the same as FIG.
The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in that the Z direction driving coil, the X direction driving coil, the Y direction driving coil, and the permanent magnet are arranged in n = 2 rows in the Y direction. It is.
By configuring as described above, in addition to the three-degree-of-freedom operation of Z-direction levitation, X-direction propulsion, and θ- Y direction fine movement, maximum Y-direction propulsion, θ X- direction, and θ- Z direction fine movement are added. In addition to realizing a multi-degree-of-freedom actuator that performs a 6-degree-of-freedom operation, the magnetic gap can be made smaller than that of the conventional example, and an actuator having a large thrust, levitation force, and variable levitation force can be realized while being compact.
次に本発明の第6の実施例について説明する。
図18は本発明の第6の実施例を示す多自由度アクチュエータの正面から見た断面図である。図において、120は可動子コアである。
第6の実施例が第1〜第4の実施例と異なる点は、可動子コアをZ方向駆動用コイル、X方向駆動用コイル、またY方向駆動用コイルの背面に、空隙を介して可動子に配置した構成としたことである。
以上のように構成したことで、ギャップ磁束密度を大きくすることができ、浮上力をなくし可変浮上力と推力だけを発生させることができる。つまり、浮上力を必要としない用途に、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを提供することができる。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 18 is a sectional view of a multi-degree-of-freedom actuator as viewed from the front according to the sixth embodiment of the present invention. In the figure,
The sixth embodiment differs from the first to fourth embodiments in that the mover core can be moved to the back surface of the Z-direction drive coil, the X-direction drive coil, and the Y-direction drive coil via a gap. This is a configuration arranged in the child.
By configuring as described above, the gap magnetic flux density can be increased, the levitation force can be eliminated, and only the variable levitation force and thrust can be generated. In other words, it is possible to provide an actuator that has a high levitation force, a variable levitation force, and a large thrust while being compact for applications that do not require a levitation force.
また、本実施例ではP=2,n=2の場合で説明したが、本実施例の構成をX方向,Y方向に並べてP=4,6,…,n=3,4,…として構成しても、本発明の効果が得られることは言うまでもない。 In this embodiment, the case of P = 2 and n = 2 has been described. However, the configuration of this embodiment is arranged as P = 4, 6,..., N = 3, 4,. However, it goes without saying that the effects of the present invention can be obtained.
Z方向の浮上とX方向の推進、さらにはY方向の推進、θX方向,θY方向,θZ方向の微動の最大6自由度の動作を行うことができ、コンパクトでありながら浮上力、可変浮上力、推力が大きいアクチュエータを実現することができるので、真空用搬送装置という用途にも適用できる。 It can perform up to 6 degrees of freedom of Z-direction levitation, X-direction propulsion, Y-direction propulsion, θ X- direction, θ Y- direction, and fine movement in θ Z- direction. Since an actuator having a large variable levitation force and thrust can be realized, the present invention can also be applied to a vacuum transfer device.
100 固定子
103 Y方向駆動用コイル
104 Z方向駆動用コイル
105 X方向駆動用コイル
106 ティース
107a、107b 、107c、107d Z方向駆動用アンプ
108a、108b X方向駆動用アンプ
110 可動子
112 可動子ヨーク(天板)
114 永久磁石
116 6層のコイル
118 固定子コア(ベース)
119 磁石磁束線
120 可動子コア
100 Stator 103 Y direction driving coil 104 Z direction driving coil 105 X direction driving coil 106
114 Permanent magnet 116 Six-
119 Magnet
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