专利名称：推力产生机构、驱动装置、xy工作台以及xyz工作台的制作方法
技术领域：
本发明涉及产生推力的结构，涉及通过使磁通的方向为同一方向而减少漏磁通的高效的推力产生机构、利用电磁力的驱动装置、在以该驱动装置作为驱动源的半导体制造装置和工业用机械中使用的XY工作台、以及XYZ工作台。
背景技术：
以往具有的推力产生机构的线性电动机形成凿开了旋转机的形状，在由磁铁列构成的可动件与电枢之间作用有大的吸引力。在[专利文献1]中公开了交替配置具有第一极性和第二极性的磁极以使磁吸引力相抵的线性电动机。现有技术如[专利文献1]记载的图1所示，在电枢铁芯配置同一电枢绕组，通过使电流流过电枢绕组而产生的磁通隔着磁极，产生磁铁的下侧和上侧的磁极以及相同方向的磁极。与此相对，在相邻的磁极产生反向的磁极。由此，能够利用一个电枢绕组在间隙产生交替的磁极。若永久磁铁的磁极交替地配置于间隙，则通过使电流流向电枢绕组，从而在永久磁铁上作用有力。并且，在现有的工作台中，作为驱动源，利用圆筒型的致动器或交替排列磁极齿而得到的驱动装置。[专利文献2]中记载了利用同一绕组交替组合磁极齿而构成的工作台。 并且，[专利文献3]中也记载了 使用具有极性不同的第一对置部和第二对置部的驱动装置的工作台。现有技术文献专利文献1 日本特开2001-(^8875号公报专利文献2 日本特开2002-142438号公报专利文献3 日本特开2005-51869号公报但是，在现有的技术中，由于利用电枢绕组产生交替的磁极，所以隔着磁极和电枢铁芯，因此，由电枢绕组产生的磁通的路径长，磁效率降低，进而还存在重量与路径的长度成比例地变重的缺点。并且，相邻的磁极是具有不同磁性的磁极，因此，向间隙方向产生磁通且在磁极间产生磁通。相邻的磁极间的磁通成为与磁铁不交链的磁通，因此，成为对力无贡献的无用磁通。因此，存在磁路的磁利用效率低的缺点。另外，由于使得在相邻的磁极产生反方向的磁通，所以电枢铁芯复杂，且需要在离开磁通对置部的位置配置电枢绕组。并且，现有的XYZ工作台的驱动装置的漏磁通多，所以大幅变重。因此，由于驱动装置的重量重，从而产生因自重引起的变形，存在精度降低和受到安装场所的制约等课题。
发明内容
本发明就是为了解决这些缺点而完成的，其目的在于，提供能够产生高推力的力的构造。并且，本发明的另一目的在于，提供小型轻量的驱动装置，并且，提供通过小型轻量的驱动装置实现精度提高和高响应的XY工作台或XYZ工作台。
为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，该推力产生机构具备多个上述电枢铁芯，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，相对于可动件的磁极间距P，令多个电枢铁芯的间距为2nP，其中，η为整数，η = 1，2，3...，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，该推力产生机构具备多个上述电枢铁芯，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，相对于可动件的磁极间距P，令多个电枢铁芯的间距为2ηΡ士P/an，其中，η为整数，η = 1,2,3...沖为相数，m= 1，2，3...，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，相邻的上述电枢铁芯的磁通的方向为同一方向。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，多个上述电枢铁芯具有相同的极性，相对于可动件的磁极间距P，上述电枢铁芯的在可动件长度方向的厚度t为P < t，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，具有多个上述电枢铁芯，相对于可动件的磁极间距P在2P范围的空隙中，相对于任意的绕组电流，上述对置配置的磁心在上述空隙中产生同一方向的磁通。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接所述磁极齿的磁心，在任意的绕组电流中， 相对于上述空隙，多个上述电枢铁芯产生同一方向的磁通。并且，为了达成上述课题，在本发明的推力产生机构中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，对于相对于磁极间距P 具有两个极性的磁铁列，相对于任意的绕组电流，上述电枢在空隙中产生的极性为一个极性。另外，本发明的推力产生机构的特征在于，在多个上述电枢铁芯卷绕共用的绕组。另外，本发明的推力产生机构的特征在于，在对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿配置有电枢绕组。另外，本发明的推力产生机构的特征在于，对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿朝向磁铁形成为梢细的形状。另外，本发明的推力产生机构的特征在于，对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿形成为切下了磁极对置面的形状。。另外，本发明的推力产生机构中，由多个电枢构成的单元为一相，并具有多个相， 相对于磁极的间距P，由多个相邻的上述电枢构成的相的各相间的间距为(nP+P/m)，其中， η = 0,1,2,3. . . ；m 为相数，m = 1，2，3...。另外，本发明提供一种具有上述的推力产生机构的线性电动机。并且，为了达成上述其它课题，本发明提供一种工作台，该工作台由小型轻量的驱动装置构成，该驱动装置包括隔着空隙配置于永久磁铁的两侧的磁极齿；连接这些磁极齿的铁芯；电枢，其具有卷绕于上述多个磁极齿上的电枢绕组；以及磁极交替配置而成的永久磁铁列。另外，根据驱动装置所需的推力图形来改变电枢的磁极的数量，由此，能够小型且轻量地构成驱动装置。发明效果根据本发明，能够实现提供减少了漏磁通的高效的推力产生机构。另外，根据本发明，能够实现提供使用了高效的推力产生机构的线性电动机。另外，根据本发明，由于构成小型轻量的驱动装置，所以能够减少驱动部的重量， 能够提供高精度和高响应的XY工作台或XYZ工作台。
图1是表示本发明的一个实施方式的推力产生机构。图2是表示图1的推力产生机构的YZ面的剖视图。图3是表示图1的推力产生机构的XY面的剖视图。图4是表示图1的推力产生机构的电枢铁芯的磁通。图5是表示图1的推力产生机构的电枢绕组的配置例。图6是表示将图1的推力产生机构的电枢铁芯的间隔变窄的示例
图7是表示图1的推力产生机构的由层叠钢板构成的电枢铁芯。图8是表示图1的推力产生机构的磁极的间距的变形例。图9是表示图1的推力产生机构的磁极齿的形状例。图10是表示图1的推力产生机构的并排排列三个电枢铁芯而成的电枢铁芯单元。图11表示图10的剖视图。图12表示本发明的其它实施方式的其它推力产生机构。图13表示在多个电枢铁芯之间插入有辅助铁芯的实施方式。图14表示构成为使上侧的磁极齿和下侧的磁极齿朝向磁铁变细的实施方式。图15表示使电枢铁芯的间隔变窄的实施方式。图16表示本发明的其它实施方式。图17的(a)表示电枢磁通的分布，(b)表示单一的电枢单元的剖视图。
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图18的(a)表示磁铁形成的磁通与电枢形成的磁通的分布，(b)表示单一的电枢单元的剖视图。图19表示排列多个电枢单元的情况下的磁通的分布。图20表示交替配置电枢单元而成的实施方式，(a)是立体图，(b)是平面图。图21表示电枢铁芯为三角形的实施方式，(a)是立体图，(b)是平面图。图22表示电枢铁芯从两侧夹持磁铁列的构造的实施方式，(a)是立体图，(b)是平面图。图23是表示磁铁列为圆形的构造的实施方式。图M的(a)和(b)表示使磁铁的配置变化的实施方式。图25是本发明的实施方式11的构成驱动装置的电枢单元的立体图。图沈是图25的电枢单元的剖视图。图27是图25的电枢单元的剖视图。图28表示本发明的驱动装置的实施方式。图四是本发明的XY工作台的构成例。图30是本发明的XYZ工作台的构成例。图31是本发明的Z轴驱动系统的构成图。图32表示本发明的驱动装置的其它实施方式。图33表示本发明的驱动装置的其它实施方式。图34表示本发明的驱动装置的其它实施方式。图35表示本发明的驱动装置的其它实施方式。图36表示本发明的驱动装置的其它实施方式。图37是本发明的驱动装置的控制系统的方框线图。图38是本发明的驱动装置的其它的控制系统的方框线图。图39是本发明的驱动装置的其它的控制系统的方框线图。图40表示本发明的驱动装置的其它实施方式，(a)是立体图，(b)是表示驱动装置的推力特性的曲线图。图41表示本发明的XYZ工作台的构成例。图42表示本发明的XYZ工作台的其它构成例。标号说明1电枢铁芯；3磁铁列；4空隙；11、12磁极齿；100电枢铁芯单元；200电枢单元； 601、901、902、903绕组；602磁极；603定子；604磁铁；606上磁极齿；607下磁极齿；608 铁芯；610电枢单元；611驱动装置；612磁铁列；613、131磁铁列固定台；614基座；615导轨；616工作台；701电枢单元(3极)；702电枢单元O极)；703、703a、703b电枢单元G 极)；711X轴驱动装置；712Y轴驱动装置；713Z轴驱动装置；721X轴磁铁列；722Y轴磁铁列；723Z轴磁铁列；741Z轴基座；751导轨台；801位置控制器；802速度控制器；803电流控制器；804功率放大器；805线性标尺；806相电流指令；807电流值运算。
具体实施例方式下面，使用
本发明的实施方式。
图1是本发明的一个实施方式的推力产生机构。并且，图2表示该推力产生机构的H面的剖视图，图3表示该推力产生机构的XY面的剖视图。在图1至图3中，电枢铁芯单元100由与磁铁对置的上侧的磁极齿11、与磁铁对置的下侧的磁极齿12、以及连接上侧的磁极齿11和下侧的磁极齿12的电枢铁芯1构成。上侧的磁极齿11和下侧的磁极齿12 隔着空隙4对置配置，在空隙4中插入磁铁列3。磁铁列3以间距P配置矩形的磁铁，以与磁极齿对置的面作为磁极面，磁极在相邻的磁铁中交替。并且，将与电枢铁芯单元100形状相同的电枢铁芯相对于磁铁的间距P，以与电枢铁芯单元100的间距为2P的方式配置。电枢单元200构成为，以在多个电枢铁芯单元100中共用的方式配置有电枢绕组 2。并且，电枢单元在多个电枢铁芯相同地实施电枢绕组，不管电枢绕组的个数是多少，都可以构成为相对于它们整体卷绕电枢绕组。在以上的结构中，当对电枢绕组2供给电流时，空隙4中产生磁通。在该磁通与磁铁的磁通的相互作用下，在磁铁列产生力。电枢铁芯的磁通如图4所示。与此相对，在相邻的电枢铁芯也在同样的方向产生磁通。此时，相邻的电枢铁芯的磁通的方向大致相同，因此，电枢铁芯间的漏磁通能够减少。另外，由于多个电枢铁芯的磁通的方向大致相同，所以无论电枢铁芯的位置是哪里，都能够配置电枢绕组。图5表示电枢绕组的配置例。由于电枢绕组的位置不限，所以， 相对于电枢绕组的配置，自由度提高。因此，在需要可动件的支承机构和冷却构造的情况下，电枢绕组的位置也不受影响，能够配置可动件的支承机构和冷却构造。并且，如图5的 (a)所示，磁极齿的磁通的方向也相同，因此，能够在磁铁的对置的部分配置电枢绕组，能够形成磁通利用率良好的磁路结构。如图6所示，由于电枢铁芯彼此的极性大致相同，所以能够使电枢铁芯的间隔变窄。在该情况下，通过使上侧的磁极齿11和下侧的磁极齿12朝向磁铁变细，从而能够产生推力。多个电枢铁芯的间距在图6中为2P，但也可以为2nP。并且，在电枢间没有间隔的情况下，多个电枢铁芯的磁通的方向也相同，因此能够得到同样的效果。并且，电枢铁芯还可以通过层叠钢板来制作。图7的(a)示出由层叠钢板构成的电枢铁芯。图7的(b)示出图7的(a)的H面的剖视图。通过改变末端的形状，可以改变产生的力的特性。图7的(c)示出改变末端形状后的一例。并且，如图8所示，在磁极的间距为2nP士P/aii的情况下，在士Ρ/^ιι的范围内错开间距，由此能够减小力(转矩)的脉动成分。在该情况下，也能够得到与图1所示的情况同样的效果。在本发明的推力产生机构中，多个电枢铁芯的磁通的方向大致相同，能够减小相邻的电枢铁芯间的距离。相对于磁铁间距P，在电枢铁芯的间距为2P的情况下，电枢铁芯的厚度t可以为0 < t < 2P。此时，通过使与磁铁对置的磁极齿朝向磁铁形成为梢细的形状，从而能够使磁通集中，能够得到更大的力。图9示出磁极齿的形状例。另外，通过形成为梢细的形状，能够降低磁通的脉动，因此，也能够减小推力的脉动。对本发明的串联或并联配置电枢单元而构成的推力产生装置进行说明。图10示出在并排排列3个电枢铁芯而成的电枢铁芯单元中，将电枢绕组2设置于与磁铁对置磁心而得到的结构。图11示出其剖视图。电枢铁芯单元100和电枢铁芯单元101的位置关系为，电枢铁芯单元100与电枢单元101的相邻的磁心的间隔以(nP+P/m) (η = 0,1,2,3, ... ；m = 1，2，3，...)的间隔配置。图10所示的实施方式示出由三个单元作为一个结构而构成的三相结构的情况。各相的单元中相邻的电枢的间隔为(nP+P/m)。另外，即便使图10和图11所示的电枢铁芯单元100与电枢铁芯单元101的间隔为(nP+2P/m) (n = 0，1，2，3，. . . ；m = 1，2，3，...)，也可以构成本发明的电枢单元。[实施方式2]图12及以后的图示出本发明的其它实施方式。本发明是这样的构造以与磁铁的上下面对置的方式配置磁极齿，并具有连接上下磁极齿的磁心。永久磁铁203被上侧的磁极齿211和下侧的磁极齿212隔着空隙夹持。 通过上侧的磁极齿211、下侧的磁极齿212以及铁芯201构成磁通的路径。由铁芯201、上侧磁极齿211和下侧磁极齿212构成的电枢铁芯301排列多个。对多个电枢铁芯配置共用的绕组202。图12所示的电枢铁芯为2个，但即便增加电枢铁芯也可同样构成。进而，在整个图12中构成电枢单元。[实施方式3]由于电枢铁芯的磁通的方向大致相同，所以，还可以在多个电枢铁芯之间插入辅助铁芯。图13示出其形状说明图。由铁芯201、上侧磁极齿211和下侧磁极齿212构成的电枢铁芯301排列多个，在多个电枢铁芯之间插入辅助铁芯204。这样，能够增大作为磁通的路径的铁芯的截面积。[实施方式4]若构成为使上侧的磁极齿和下侧的磁极齿朝向磁铁变细，则如图14所示，能够减小产生的力的脉动。并且，通过使磁铁相对于磁极齿倾斜，从而能够进一步减小脉动。[实施方式5]在构成为使上侧的磁极齿和下侧的磁极齿朝向磁铁变细的情况下，如图15所示， 能够以使电枢铁芯的间隔变窄或接触的状态构成，能够实现小型化。在实施方式2所示的结构中，磁铁列的一侧未被电枢铁芯覆盖，因此，具有能够将其它构造物配置于磁铁列侧面的特征。并且，与实施方式1同样，配置多个图12所示的电枢铁芯单元，并形成为(nP+P/m)或(nP+2P/m) (η = 0,1,2,3,. . . ；m = 1,2,3,...)的间隔， 由此，能够构成由m相的电源驱动的线性电动机。[实施方式6]图16示出本发明的其它实施方式。图16是由三个电枢铁芯单元构成电枢单元、且由三个电枢单元构成三相的线性电动机的例子。进而，从磁铁部的构造可知，是用相对移动方向的垂直剖面切下线圈的一边的图。作为本发明的实施方式，还可以构成为，固定作为可动件的磁铁列侧，使电枢单元侧可动。在使电流流过卷绕于本发明的电枢铁芯的绕组的情况下，伴随电流值的变化，电枢在空隙中所形成的电枢磁通发生变化。在对电枢赋予恒定的直流电流的情况下，2P的区域的空隙中产生的电枢磁通具有一个极性。图17的(a)示出对图17的(b)的剖视图所示的电枢单元的绕组赋予恒定的电流值的瞬间的电枢磁通Bc的分布。通过电枢的结构，有时在2P的区域的端部部分中，电枢磁通变小或成为反向，但具备具有大致一个极性的特征。
接着，图18的(a)、(b)示出在使电流流过卷绕于电枢铁芯的绕组的情况下，磁铁所形成的磁通和电枢所形成的磁通的分布。从图18的(b)可知，在电枢铁芯1的长度2P 的空隙区域中，存在两个磁铁。如图18的(a)的上侧所示，对电枢的绕组赋予电流时的、某电流值下的在空隙中产生的电枢磁通Bc具有一个极性。与此相对，如图18的(a)的下侧所示，磁铁在空隙中所形成的磁通to存在具有两个极性的特征。另外，在排列多个电枢的情况下，对电枢绕组赋予直流电流时，成为图19所示的电枢磁通Bc的分布。多个电枢在空隙中产生的磁通具有大致一个极性。在图17至图19所示的这些结构中，在与具有两个极性的磁铁的相互作用下产生力。在任何情况下，电枢都只具有一个极性，因此，能够减少电枢彼此的磁相的干扰。在调换电流的正负的情况下，电枢磁通的朝向也调换，具有相反的极性，但在该情况下，也具有大致一个极性。[实施方式7]并且，本发明的电枢单元可以相对于磁铁列改变配置。为了有效配置绕组的占有范围，如图20的(a)、(b)所示，通过将各单元相对于磁铁列交替配置，从而能够有效地利用电枢单元间的空间。图20的(a)示出单元配置例的立体图，图20的(b)示出平面图。[实施方式8]如图21所示，电枢单元通过沿着磁铁的面使电枢铁芯单元100为三角形，从而能够减小单元间的占有空间。图21的(a)示出从上面观察电枢铁芯形成为三角形时的单元配置例的立体图，图21的(b)示出其俯视图。[实施方式9]并且，如图22所示，还可以是从磁铁列的两侧夹持的构造。图22的(a)示出从两侧夹持的结构的一例的立体图，图22的(b)示出其俯视图。[实施方式10]如图23所示，还可以构成为使磁铁3的形状为圆形，使可动件为轴状。另外，磁铁的配置如图M的(a)和(b)所示，可以构成为使极与极面对配置，或使磁铁的间隔变窄。并且，作为本发明的推力产生机构的实施方式，说明了线性电动机，但通过对电枢单元的绕组供给交流电流，也可以用作可动件进行相对的往复运动的振动型线性致动器。本发明的实施方式直线地配置磁铁，作为线性电动机进行了说明，但若将磁铁呈圆弧状排列，则也可以作为旋转电机进行驱动。此时的磁铁列的配置方法可以配置成圆盘状或圆筒状。并且，在上述实施方式中，说明了组合相同形状的电枢铁芯的结构，但只要能够达到同样的功能，也可以不使用相同形状的电枢铁芯。并且，在上述实施方式中，记载了多个电枢是单独的，但即便一体构成多个电枢， 也能够得到同样的效果。接着，使用
本发明的其它实施方式。[实施方式11]图25是本发明的实施方式11的构成驱动装置的电枢单元的立体图。电枢单元610 由下列部分构成一相的绕组601 ；由多个磁极602构成的定子603 ；以及包括永久磁铁604 的列的磁铁列612。图沈是利用与磁铁列612的行进方向垂直的面切断本发明的实施方式11的驱动装置的电枢单元610的剖视图。如图沈所示，磁极602由下列部分构成与磁铁 604对置配置的上磁极齿606和下磁极齿607 ；以及连接上磁极齿606和下磁极齿607的铁芯608。绕组601同等地卷绕于多个磁极602的上下磁极齿606、607的部分。绕组601也可以卷绕于磁极602的其它部分，上下磁极齿606、607以及铁芯608也可以一体构成。图25所示的磁铁列612具备磁铁604，磁铁604配置成相邻的磁铁的磁极相反。 定子603通常被固定于构造物等，而具备磁铁604的磁铁列612相对于定子603相对移动。 也可以构成为，固定磁铁列612，使磁极602侧可动。图27是利用与磁铁列612的行进方向平行的面切断本发明的实施方式11的构成驱动装置的电枢单元610的剖视图。在使磁铁的间距为P的情况下，磁极602在磁铁列612 的行进方向大致按照2nP的间隔配置。这里，η = 1，2，3...。构成电枢单元的磁极602的间距大致为2ηΡ，但通过调整间距，能够减小推力的脉动。图28是使用3个由4个磁极602构成的图27所示的电枢单元610以三相进行驱动的驱动装置的例子。在磁铁列612的行进方向的磁铁604的间距为P的情况下，以2Ρ/ m(m为驱动装置的相数)的相位差配置电枢单元610，由此，能够构成驱动装置。通过使电枢单元610间的间距为nP+(2P/m)或nP+(P/m) (η = 1，2，3...)，从而能够以m相的交流进行驱动。能够以m个电枢单元610构成m相的驱动装置。在图观中，电枢单元610的磁极 602的数量为4极，但不限于此。图四是用图28所示的驱动装置611构成XY工作台的例子。在基座614安装有磁铁列固定台613，X轴磁铁列721由磁铁列固定台613保持，X轴驱动装置711以相对于 X轴磁铁列721保持恒定间隔的方式配置。X轴方向的驱动由与X方向平行设置的两台X 轴驱动装置711驱动。并且，在设于X轴驱动装置711的磁铁列固定台131固定有Y轴磁铁列722。通过使Y轴驱动装置712相对于该磁铁列相对移动，从而能够作为XY轴的工作台进行动作。通过利用本发明的驱动装置构成X轴和Y轴的驱动装置，从而能够使X轴和 Y轴的磁铁列721、722轻量化，装置整体轻量化。并且，X轴和Y轴的驱动装置变轻，系统的响应性提高且负载减轻。[实施方式12]图30示出本发明的实施方式12的结构。在由图28所示的驱动装置构成X轴和 Y轴的XY工作台上搭载了 Z轴基座741，并具备Z轴驱动装置713和Z轴磁铁列723。并且，即便不设置Z轴基座741等，也可以将Z轴驱动装置713直接固定于Y轴驱动装置712 等。在本实施方式中，能够轻量地构成Z轴驱动装置，因此，以往，由于XY轴驱动时产生的因 Z轴的自重等引起的变形而使各轴间的相对位置发生变化，但通过减轻驱动部的重量，从而各轴间的相对位置稳定，位置精度提高。另外，由于能够减轻工作台整体的重量，所以，通过减轻负载能够提高工作台的响应性。[实施方式13]图31示出本发明的实施方式13。图31示出本发明的Z轴驱动系统的构成图。在 Z轴基座741安装有驱动装置611。在本实施方式的结构中，通过减少漏磁通，能够轻量地制作Z轴磁铁列723。Z轴方向是重力作用的方向，Z轴磁铁列723的重量始终作为负载发生，因此，为了支承Z轴磁铁列的自重，需要对驱动装置611供给电力。在本发明中，由于能够构成轻量的Z轴磁铁列723，所以用于支承自重的电力可以减小。并且，在磁铁列因Z轴磁铁列723的自重而要落下时，通过磁铁604的吸引力在妨碍落下的方向产生力，能够防止磁铁列的落下。另外，由于Z轴磁铁列723分量轻，所以能够提高对磁铁列723定位时的响应性和位置精度。同时，Z轴驱动系统整体的重量变轻，能够较小地构成，因此，不易受到安装空间的制约，安装作业性也提高。[实施方式14]图32示出本发明的实施方式14。图32是利用三个电枢单元构成驱动装置的例子。在本发明的驱动装置中示出了，根据所需的推力图形来改变电枢单元的磁极的数量，由此，能够构成小型、轻量的驱动装置。图32是利用两台磁极数为4极的电枢单元703、一台磁铁数为2极的电枢单元702构成驱动装置的例子。例如在因磁铁列612的位置不同从而所需的推力不同的情况下，通过改变电枢单元的磁极数来构成，从而能够构成小型、轻量的驱动装置。图33是利用磁极4极的电枢单元703、磁铁3极的电枢单元701以及磁铁2极的电枢单元702构成驱动装置的例子。图34是利用磁极4极的电枢单元703和两台磁极2 极的电枢单元702构成驱动装置的例子。各电枢单元的间隔可以根据所需的推力图形来改变。例如在以m相交流驱动m个电枢单元时，电枢单元间的间距可以为nP+(2P/m)或nP+(P/ m) (η = 1，2，3...)。并且，可以根据所需的推力图形，调整电枢单元的配置间隔。[实施方式15]图35示出本发明的实施方式15。图35是针对每个电枢单元改变配置于图观所示的驱动装置的电枢单元610的绕组的匝数或线的截面积时的实施方式。图35是利用三个电枢单元610构成驱动装置611的例子。各个电枢单元由四个磁极构成，但不限于此，磁极的数量可以针对每个电枢单元而不同。另外，通过使设置于电枢单元的绕组901、绕组902、绕组903的匝数变化，也能够产生与所需的推力图形对应的推力。例如需要大的推力的电枢单元能够通过增加匝数来实现。另外，若存在想要减少发热的电枢单元，则增加该电枢单元的匝数的截面积即可。并且，在图35所示的驱动装置中，在只是想要减少中央部的发热的情况下，通过构成为增大中央部的电枢单元的绕组截面积，并使两端的电枢单元的绕组比中央部的绕组截面积小，从而能够控制发热部位。通过这样考虑推力图形和发热来改变电枢单元的绕组的匝数和截面积，能够构成小型、轻量的驱动装置。并且，通过改变绕组的匝数和截面积，每个电枢单元的电感和阻抗等变化，也可以针对每个电枢单元控制响应性。[实施方式16]图36示出本发明的实施方式16。图36的驱动装置611示出图观所示的驱动装置，公开了这些的控制系统。在该驱动装置中，配置有对定子与磁铁列的相对位置进行检测的线性标尺805。线性标尺805不论设置场所是哪里，只要能够检测定子与磁铁列的相对位置即可。由线性标尺得到的位置信息作为磁极位置(相位)信息被反馈至电流控制器803， 以保持预定的相位差的方式控制磁铁列的磁通与定子所形成的磁通。线性标尺805的信息作为位置信息和速度信息被反馈至位置控制器801、速度控制器802，根据这些值，运算求出通过电流控制器流到驱动装置的电枢单元的绕组的电流。对功率放大器804的输出进行调整使其成为该电流值。功率放大器804的输出的电流值的信息被反馈到电流控制器，以使驱动装置的推力成为预定值的方式进行控制。在本发明的驱动装置中，构成图36所示的控制系统以及控制环，由此，通过能够产生轻量的磁铁列和大的推力的驱动装置，能够构筑响应性高且精度好的驱动系统。[实施方式17]图37示出本发明的实施方式17。图37是利用三个电枢单元构成驱动装置的情况下的控制系统的方框线图。三个电枢单元610的磁极的数量以相同数量来构成。在三个电枢单元共用地配置的磁铁列612安装有线性标尺805。根据该信号，将磁铁列与电枢单元间的磁极位置、速度、位置的信息反馈至相电流指令806、速度控制器802以及位置控制器 801。在相电流指令806中，运算流过各电枢单元610的电流值。按照该指令，在电流控制器803中调整电流，通过功率放大器804供给电力。在本发明的结构中，特征在于相对于一个电枢单元610具有分别独立的电流控制系统。这样，能够通过电流值控制电枢单元的制作上的不平衡。并且，还能够减少其它外扰等影响。图38示出构成的电枢单元的磁极的数量不同的情况下的控制方框线图。能够单独控制与所需推力图形对应配置的磁极数不同的电枢单元的不平衡等，控制性提高。并且，通过单独控制电流值，从而还能够针对每个电枢单元控制磁阻(detent)和推力的脉动等。图38作为其一例，示出了电枢单元610的磁极的数量分别为4极、3极以及2极构成的情况下的方框线图。[实施方式18]图39示出本发明的实施方式18。图39中，根据对在三个电枢单元610共用地配置的磁铁列612与电枢单元610的相对位置关系进行检测的线性标尺的信号反馈磁极位置、 速度、位置来构成控制系统。在构成的三个电枢单元610为U相、V相、W相的情况下，各相电流指令值iu *、iv *、iw *根据线性标尺805的位置信息，通过电流值运算807和相电流指令806来运算。在电流值运算807中，根据各磁铁列的位置中的电流与推力的关系求出电流指令值i *。根据该电流指令值i *对各相分配电流。按照该相电流指令值iu *、 iv *、iw *，进行各电枢单元的电流控制。例如在由于磁极的磁饱和、相对于单位电流的推力降低的情况下也能够进行控制，能够控制的范围扩大，控制性提高。并且，能够对电枢单元进行单独产生的外扰的校正和精密的控制。例如在针对每个电枢单元改变电枢单元610的绕组和磁极数等的情况下，通过磁铁列612的位置改变相对于推力指令f女的电流指令i女，由此，进行推力的控制。在根据推力指令f *求出电流指令i *时，使用磁铁列的位置信息进行计算，由此，能够抑制电枢单元的不平衡和外扰等。[实施方式19]图40示出本发明的实施方式19。图40的(a)示出包括由4极构成的电枢单元703a、70 和由2极构成的电枢单元702的驱动装置。各电枢单元配置成，在磁铁的间距为180°的情况下，相位差为120°。并且，在本实施方式中，磁铁间距P为12mm。并且，图40的(b)示出该驱动装置的推力特性。该图40的(b)的曲线图示出，驱动装置的推力因磁铁列的位置而变化。曲线815 示出作为驱动装置要求的必要的推力，曲线811、812、813分别示出电枢单元703a、703b、702的推力。进而，曲线814示出电枢单元703a、703b、702的合计推力。如该曲线图所示，电枢单元703a的推力811的最大值以及电枢单元70 的推力 812的最大推力为400N，与此相对，电枢单元702的推力813的最大值为200N。例如在赋予如下图形的所需推力815的情况下，即在磁铁列位置为0至6mm的范围内所需推力为 500N，在磁铁位置为6mm至IOmm的范围内所需推力为650N，在磁铁位置为IOmm至12mm的范围内所需推力变小至550N，通过减少推力的小范围的电枢单元3的极数，能够实现小型轻量化。并且，在图40的(b)中，在磁铁列位置为7至9mm的位置处往复运动时，电枢单元 703a的推力811和电枢单元70 的推力812大，电枢单元702的推力基本接近0。在这种情况下，还可以减少电枢单元的极数、或者利用电枢单元703a和电枢单元70 构成驱动装置。这样，根据所需推力的图形来改变电枢单元的磁极数或绕组和位置等，由此能够提供小型轻量的驱动装置。图41示出本发明的XYZ工作台的一例。是这样的例子利用两个X轴驱动装置 711和两个Y轴驱动装置712、合计4个驱动装置构成XY工作台，在工作台的外侧设置Z轴基座741，在Z轴基座741配置Z轴驱动装置713。图42示出本发明的XYZ工作台的一例。可以构成为，通过对工作台的布置和磁铁列的配置的制约等而水平配置或组合磁铁列。另外，在上述本发明的实施方式中，示出改变电枢单元的数量、电枢单元的磁极数、绕组的匝数或截面积的情况的一例，但只要能够得到同样的效果，则不限于此。工业上的可利用性本发明能够应用于利用电磁力的推力产生机构或线性电动机、利用电磁力的驱动装置、在以该驱动装置作为驱动源的半导体制造装置和工业用机械中使用的XY工作台、以及XYZ工作台。
权利要求
1.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。
2.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，该推力产生机构具备多个上述电枢铁芯，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，相对于可动件的磁极间距P，令多个电枢铁芯的间距为2nP，其中，η为整数，η = 1,2, 3...，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。
3.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，该推力产生机构具备多个上述电枢铁芯，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，相对于可动件的磁极间距P，令多个电枢铁芯的间距为2ηΡ士P/2m，其中，η为整数，η = 1,2,3. . . ；m 为相数，m= 1,2,3...，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。
4.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，相邻的上述电枢铁芯的磁通的方向为同一方向。
5.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，并且，上述电枢铁芯具有多个，多个上述电枢铁芯具有相同的极性，相对于可动件的磁极间距P，上述电枢铁芯的在可动件长度方向的厚度t为P < t，多个上述电枢铁芯具有相同的极性。
6.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，相对于可动件的磁极间距P在2P范围的空隙中，相对于任意的绕组电流，上述对置配置的磁心在上述空隙中产生同一方向的磁通。
7.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接所述磁极齿的磁心，在任意的绕组电流中，相对于上述空隙，多个上述电枢铁芯产生同一方向的磁通。
8.一种推力产生机构，其中，由电枢铁芯和绕组构成的电枢与具有永久磁铁的可动件能够相对地移动，其特征在于，上述电枢铁芯具备在永久磁铁的磁极侧隔着空隙对置配置的磁极齿；和连接该磁极齿的磁心，对于相对于磁极间距P具有两个极性的磁铁列，相对于任意的绕组电流，上述电枢在空隙中产生的极性为一个极性。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构，其特征在于， 在多个上述电枢铁芯卷绕共用的绕组。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构，其特征在于， 在对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿配置有电枢绕组。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构，其特征在于，对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿朝向磁铁形成为梢细的形状。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构，其特征在于，对置配置于永久磁铁的磁极侧的两侧的上述磁极齿形成为切下了磁极对置面的形状。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构，其特征在于， 由多个电枢构成的单元为一相，并具有多个相，相对于磁极的间距P，由多个相邻的上述电枢构成的相的各相间的间距为(nP+P/m)， 其中，η = 0，1，2，3. .. ；m 为相数，m= 1，2，3...。
14.一种线性电动机，其具有权利要求1至8中任一项所述的推力产生机构。
15.一种XY工作台，其特征在于，具备驱动装置，在所述驱动装置中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性。
16.一种XYZ工作台，其特征在于，具备驱动装置，在所述驱动装置中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性。
17.—种Z轴用的驱动装置，其特征在于，具备驱动装置，在所述驱动装置中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性。
18.—种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成该多个电枢单元的磁极的数量针对每个电枢单元而不同。
19.一种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成该多个电枢单元的绕组的匝数、和/或该绕组的绕组截面积针对每个电枢单元而不同。
20.一种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成由下列部分形成的闭环控制系统对磁铁列与电枢单元的相对位置进行检测的传感器；反馈该传感器的信号的控制部；以及供给电力的功率驱动部。
21.—种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成具有下列部分的闭环控制系统对磁铁列与电枢单元的相对位置进行检测的传感器；反馈该传感器的信号的控制部；以及供给电力的功率驱动部，针对上述多个电枢单元具备多个上述功率驱动部。
22.—种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成具有下列部分的闭环控制系统对磁铁列与电枢单元的相对位置进行检测的传感器；反馈该传感器的信号的控制部；以及供给电力的功率驱动部，根据对上述多个电枢单元赋予的多个电枢单元的电流与推力的特性来进行控制。
23.—种驱动装置，其中，由磁极和绕组构成的电枢单元与具有永久磁铁的磁铁列能够相对地移动，其特征在于，上述磁极具有在永久磁铁的两侧隔着空隙对置配置的磁极齿，并且，具有连接隔着空隙对置配置的磁极齿的铁芯，并且，该驱动装置配置有多个电枢单元，该电枢单元具有多个上述磁极，多个磁极具有相同的极性，构成具有下列部分的闭环控制系统对磁铁列与电枢单元的相对位置进行检测的传感器；反馈该传感器的信号的控制部；以及供给电力的功率驱动部，构成如下的控制系统相对于对上述多个电枢单元赋予的推力指令，使用磁铁列的位置信息计算电流指令的控制系统。
24.一种XY工作台，其特征在于，在该XY工作台搭载有权利要求18至23中任一项所述的驱动装置。
25.—种XYZ工作台，其特征在于，在该XYZ工作台搭载有权利要求18至23中任一项所述的驱动装置。
26.—种Z轴驱动装置，其特征在于，在该Z轴驱动装置搭载有权利要求18至23中任一项所述的驱动装置。
全文摘要
本发明的推力产生机构包括以夹持保持配置于可动件的永久磁铁的方式配置的磁极齿；将夹持保持磁铁的磁极齿连续地连接的磁心；集中卷绕于多个磁心的电枢绕组；以及使磁铁的磁极表里交替排列而成的可动件，具有以夹持保持永久磁铁的方式配置的磁极齿和将保持磁铁的磁极齿连续连接的磁心的电枢铁芯沿着可动件的长度方向配置有多个，在多个电枢铁芯具有共用的绕组。并且，本发明具备在永久磁铁的两侧隔着空隙配置的磁极齿；连接这些磁极齿的铁芯；具有卷绕于上述多个磁极齿的电枢绕组的电枢；以及磁极交替配置而成的永久磁铁列，由此，构成使用小型轻量的驱动装置的工作台。另外，根据驱动装置所需的推力图形来改变电枢的磁极的数量，由此，能够构成小型轻量的驱动装置。
文档编号H02P25/06GK102246401SQ200980149538
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者岩路善尚, 青山康明 申请人:株式会社日立制作所