JP2009038911A - Brushless motor - Google Patents
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Abstract
【課題】磁極の固定に起因する雰囲気汚染を回避しながらもモータ性能が高く且つ信頼性の高い,大気外の雰囲気中で用いられるブラシレスモータを提供する。
【解決手段】取り扱い上の不備等によって永久磁石30aに剥がれ、欠けなどによって小片が生じた場合には、かかる小片は、相手側のロータ磁石に吸引されるが、カバー部材32があるため、第1の内側ロータ30から外れても、隔壁13との間に挟まれることがなく、第1の内側ロータ30の精度良いつれ回りを確保し、検出器の検出精度を維持できる。
【選択図】図4Provided is a brushless motor that is used in an atmosphere outside the atmosphere with high motor performance and high reliability while avoiding atmospheric contamination caused by fixing of magnetic poles.
When a small piece is peeled off from a permanent magnet 30a due to inadequate handling or the like and a small piece is generated due to a chip or the like, the small piece is attracted to a rotor magnet on the other side. Even if the first inner rotor 30 is separated from the inner rotor 30, it is not sandwiched between the first inner rotor 30 and the first inner rotor 30 can be secured with high accuracy, and the detection accuracy of the detector can be maintained.
[Selection] Figure 4
Description
本発明は、表面磁石型のブラシレスモータに関し、大気外の雰囲気例えば真空中で用いられる搬送ロボットなどに好適なブラシレスモータに関する。 The present invention relates to a surface magnet type brushless motor, and more particularly to a brushless motor suitable for a transfer robot used in an atmosphere outside the atmosphere such as a vacuum.
例えば半導体製造装置等においては、不純物を極力排除するために真空槽内の超高真空雰囲気中で被加工物に対する加工作業が行われる。その場合に使用されるアクチュエータとして、例えば被加工物位置決め装置の駆動モータにあっては、駆動軸の軸受に一般的なグリースなどのように揮発成分を含有する潤滑剤を用いることはできないから、金や銀などの軟質金属を軸受の内外輪にプレーティングすることで潤滑性を高めている。また、駆動モータのコイル絶縁材、配線被覆材及び積層磁極の接着剤なども、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されるという実情がある。 For example, in a semiconductor manufacturing apparatus or the like, a workpiece is processed in an ultra-high vacuum atmosphere in a vacuum chamber in order to eliminate impurities as much as possible. As an actuator used in that case, for example, in a drive motor of a workpiece positioning device, a lubricant containing a volatile component such as general grease cannot be used for a drive shaft bearing. Lubrication is enhanced by plating soft metals such as gold and silver on the inner and outer rings of the bearing. In addition, there is a fact that a stable material with excellent heat resistance and low emission gas is selected for the coil insulating material of the drive motor, the wiring coating material, and the adhesive of the laminated magnetic pole.
特に近年、半導体の集積度が高まり、それに伴って同時にICのパターン幅の微細化による高密度化が進められている。この微細化に対応できるウエハを製造するために、ウエハ品質に対する高度の均一性が要求されている。その要求に応えるためには、ウエハの低圧ガス処理室における不純物ガス濃度の一層の低減が重要である。また、要求通りに微細加工を行うためには、極めて高精度の位置決め装置が必要である。こうした見地から上記従来のアクチュエータを検討すると、以下のような種々の問題点が指摘される。 In particular, in recent years, the degree of integration of semiconductors has increased, and at the same time, higher density has been promoted by reducing the pattern width of the IC. In order to manufacture a wafer that can cope with this miniaturization, a high degree of uniformity in wafer quality is required. In order to meet the demand, it is important to further reduce the impurity gas concentration in the low-pressure gas processing chamber of the wafer. Further, in order to perform microfabrication as required, an extremely high precision positioning device is required. From the above viewpoint, the following problems are pointed out when the conventional actuator is examined.
すなわち、超真空雰囲気を備えた真空槽内で用いる駆動モータの場合、たとえ駆動モータのコイル絶縁材や配線被覆等に、耐熱性に優れ放出ガスの少ない安定した材料が選定されても、それが有機系の絶縁材料である限り、ミクロ的には多孔質であって表面には無数の穴を有している。これを一旦大気にさらすと、その表面の穴にガスや水分子等を取り込んで吸蔵してしまう。それらの吸蔵不純分子を真空排気で除去する脱ガスに長時間を要してしまい、生産効率の低下は避けがたい。さらには、真空中においては空気の対流による放熱があり得ないから、コイル温度の局部的な上昇を生じた場合に、その部分の抵抗が増大して発熱が加速され、コイル絶縁皮膜の焼損を招き易い。これに対して、コイル絶縁材に無機材料を用いると共に、配線はステンレス管のシース電線を用いることで吸着不純分子を低減することが考えられる。しかしその場合はコストが非常に高くなるのみならず、コイル巻線スぺース内に占める銅などの導体の比率が減少して電気抵抗が増加し、その結果、モータの容量低下を来す恐れがある。 That is, in the case of a drive motor used in a vacuum chamber equipped with an ultra-vacuum atmosphere, even if a stable material with excellent heat resistance and low emission gas is selected for the coil insulation material or wiring coating of the drive motor, As long as it is an organic insulating material, it is microscopically porous and has numerous holes on its surface. Once this is exposed to the atmosphere, gas, water molecules, etc. are taken in and occluded in the holes on the surface. A long time is required for degassing to remove these occluded impure molecules by vacuum evacuation, and a reduction in production efficiency is unavoidable. Furthermore, since heat cannot be released due to air convection in a vacuum, when the coil temperature rises locally, the resistance of that portion increases, heat generation is accelerated, and the coil insulation film is burned out. Easy to invite. On the other hand, while using an inorganic material for the coil insulating material, it is conceivable to reduce adsorbed impure molecules by using a stainless steel sheath wire for the wiring. However, in that case, not only the cost becomes very high, but also the ratio of conductors such as copper in the coil winding space decreases, resulting in an increase in electrical resistance, resulting in a decrease in motor capacity. There is.
これに対し,従来においては,大気側から分離隔絶された真空槽内のフロッグレッグアーム式ロボットを駆動する手段として,ベロ−ズ式駆動方式や磁気結合駆動方式,磁性流体シール駆動方式等のカップリング機構やシール機構を介して,大気中に配置した複数台のモータの出力を多重構造のシャフトにまとめ,その多重構造のシャフトを真空槽内に導入する方法が用いられていた。ところが,上記のようなベローズ式駆動方式や磁気結合駆動方式などのカップリング機構を用いた場合,バックラッシが大きかったり,回転方向のねじれ剛性が低かったりして,高精度の位置決め精度が得られないという問題点があった。また,シール機構を介して回転力を導入する方式の場合,シール材に含まれる揮発成分によるアウトガスが発生してしまい,超高真空槽に適用することが難しかった。 On the other hand, conventionally, as means for driving a frog-leg-arm robot in a vacuum chamber separated and isolated from the atmosphere side, cups such as a bellows drive system, a magnetic coupling drive system, and a magnetic fluid seal drive system are used. A method has been used in which the outputs of multiple motors arranged in the atmosphere are combined into a multi-structure shaft through a ring mechanism and a seal mechanism, and the multi-structure shaft is introduced into a vacuum chamber. However, when a coupling mechanism such as the bellows drive system or magnetic coupling drive system described above is used, the backlash is large and the torsional rigidity in the rotational direction is low, so that high positioning accuracy cannot be obtained. There was a problem. In addition, in the case of a method in which a rotational force is introduced through a sealing mechanism, outgas is generated due to volatile components contained in the sealing material, and it is difficult to apply it to an ultra-high vacuum chamber.
このような問題に対し,エアギャップ部に真空封止体を設け,真空側に軸受と回転子と速度検出器の回転側部材とを配置し,大気側に固定子と速度検出器の固定側部材とを配置したモータ構造とし,そのモータを真空槽外に突出させる形で多段に重ねて,各モータの出力を多重構造のシャフトを介して真空槽内に導入することでフロッグレッグアーム式ロボットを駆動するモータシステムが特許文献1〜3に記載されている。特許文献1〜3のダイレクトドライブモータによれば,ステータに付随するコイル絶縁材や配線被覆などは,真空封止体の大気側に配置され,かつ回転真空シールを必要としないので,吸蔵不純分子の排出の問題を回避できる。
ところが,上記のようなベローズ式駆動方式や磁気結合駆動方式などを採用するカップリング機構を用いた場合,バックラッシが大きかったり,回転方向のねじれ剛性が低かったりして,高精度の位置決め精度が得られないという問題点があった。一方,シール機構を介して回転力を導入する方式の場合,シール材に含まれる揮発成分によるアウトガスが発生してしまい,超高真空槽に適用することが難しかった。 However, when using a coupling mechanism that employs the bellows drive system or magnetic coupling drive system described above, high backlash and low torsional rigidity in the rotational direction can be obtained, resulting in high positioning accuracy. There was a problem that it was not possible. On the other hand, in the case of a method in which a rotational force is introduced through a sealing mechanism, outgassing due to volatile components contained in the sealing material is generated, and it is difficult to apply it to an ultrahigh vacuum chamber.
一方、回転子と固定子の間に大気側との分離隔絶するためのカップ型の隔壁を配した2軸モータの場合,各々の回転子に軸受を配置する際,軸受の固定輪はチャンバ側の軸はモータ基台などの剛性の高い部材に固定できるが,もう一方の軸は剛性の低い薄管状の隔壁に固定せざるを得ず,フロッグレッグアーム式などの搬送ロボットに適用する場合は,機械的な剛性および耐荷重を高めることが困難であった。 On the other hand, in the case of a two-shaft motor in which a cup-type partition wall is provided between the rotor and the stator for separation from the atmosphere side, when the bearing is arranged on each rotor, the bearing fixed ring is on the chamber side. This shaft can be fixed to a highly rigid member such as a motor base, but the other shaft must be fixed to a thin tubular bulkhead with low rigidity. When applied to a transfer robot such as a frog-leg arm type, Therefore, it was difficult to increase mechanical rigidity and load capacity.
また,大気側と分離隔絶された環境に配置される軸受は,固体潤滑や特殊な潤滑剤を用いることが多く,このような軸受は一般的な軸受に対して寿命が短いため頻繁に交換する必要がある。しかるに、カップ型の隔壁に軸受の固定輪を配した場合,何れか一方の軸受を交換する際にはモータをチャンバから外す必要があり,その度にシール部材を分解するので,軸受交換後はシール性能を確認するためのリーク試験などが必要であり,装置全体の稼働率を低めていた。 Also, bearings placed in an environment separated from the atmosphere side often use solid lubrication or special lubricants, and such bearings are frequently replaced because they have a shorter life than general bearings. There is a need. However, when a fixed ring of a bearing is arranged on a cup-shaped partition wall, it is necessary to remove the motor from the chamber when replacing one of the bearings, and the seal member is disassembled each time. A leak test was required to confirm the sealing performance, and the operating rate of the entire system was lowered.
これに対し,特許文献4に示すように、外側ロータと内側ロータに対向する磁極を導入して、磁気カップリングを構成し、両磁極の磁気吸引力により外側ロータと内側ロータとが連れ回ることを利用して、外側ロータの回転位置を検出するモータシステムも開発されている。これにより、高剛性で軸受交換容易なモータシステムが構成できる。ところが、内側ロータの内側磁石に剥がれ、欠けなどの不具合が生じた場合、剥がれた磁石などは内側ロータと隔壁の間に挟まれ、角度検出器をロックされてしまう恐れがある。 On the other hand, as shown in Patent Document 4, a magnetic coupling is configured by introducing magnetic poles facing the outer rotor and the inner rotor, and the outer rotor and the inner rotor are rotated by the magnetic attractive force of both magnetic poles. A motor system has also been developed that detects the rotational position of the outer rotor. Thereby, a motor system with high rigidity and easy bearing replacement can be configured. However, when a problem such as peeling or chipping occurs on the inner magnet of the inner rotor, the peeled magnet or the like may be sandwiched between the inner rotor and the partition wall, and the angle detector may be locked.
本発明は,かかる従来技術の間題点に鑑みてなされたものであり,磁極の固定に起因する雰囲気汚染を回避しながらもモータ性能が高く且つ信頼性の高い,大気外の雰囲気中で用いられるブラシレスモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems in the prior art, and is used in an atmosphere outside the atmosphere where the motor performance is high and the reliability is high while avoiding atmospheric contamination caused by fixing of the magnetic poles. An object of the present invention is to provide a brushless motor.
本発明のブラシレスモータは、大気外の雰囲気中で用いられる、表面磁石型のブラシレスモータにおいて、
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、外側磁石を備えた外側ロータと、
前記ハウジングに対して前記外側ロータを回転自在に支持する第1の軸受装置と、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータと、
前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記ハウジングに対して前記内側ロータを回転自在に支持する第2の軸受装置と、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記内側ロータは、前記外側ロータの外側磁石に対して前記隔壁を挟んで対向するように内側磁石を周方向に並べて取り付けており、前記内側磁石と前記外側ロータとの間に確立する磁気カップリング作用により、前記内側ロータと前記外側ロータとは磁気的に連結されており、
前記内側磁石は、前記内側磁石と前記隔壁との間に介在するカバー部材により覆われていることを特徴とする。
The brushless motor of the present invention is a surface magnet type brushless motor used in an atmosphere outside the atmosphere.
A housing;
A partition wall extending from the housing and isolating the atmosphere side from the atmosphere outside;
An outer rotor disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and provided with an outer magnet;
A first bearing device that rotatably supports the outer rotor with respect to the housing;
A stator disposed on the atmosphere side with respect to the partition;
An inner rotor that is disposed on the atmosphere side with respect to the partition wall and is rotated together with the outer rotor;
A second bearing device that rotatably supports the inner rotor with respect to the housing;
A detector for detecting the rotational position of the inner rotor,
The inner rotor has inner magnets arranged side by side in the circumferential direction so as to face the outer magnet of the outer rotor with the partition wall in between, and is established between the inner magnet and the outer rotor. Due to the action, the inner rotor and the outer rotor are magnetically coupled,
The inner magnet is covered with a cover member interposed between the inner magnet and the partition wall.
本発明のブラシレスモータによれば、前記内側磁石が、前記内側磁石と前記隔壁との間に介在するカバー部材により覆われているので、前記内側磁石の剥がれ、欠けなどにより小片が分離した場合に、かかる小片が隔壁との間に挟まれることがなく、前記内側ロータの精度良いつれ回りを確保し、前記検出器の検出精度を維持できる。 According to the brushless motor of the present invention, the inner magnet is covered with a cover member interposed between the inner magnet and the partition wall, so that when the small pieces are separated due to peeling or chipping of the inner magnet. Thus, the small piece is not sandwiched between the partition walls, and it is possible to ensure the precise rotation of the inner rotor and maintain the detection accuracy of the detector.
前記カバー部材は、前記内側磁石の前記隔壁に対向する面に当接する円筒部と、前記円筒部より半径方向内方に延在し前記内側ロータに当接するフランジ部とを有すると、前記隔壁などの部品を組立てる時に、誤って擦ったりした場合でも、前記カバー部材が脱落することが抑制され、組立やすい構造を提供できる。 The cover member includes a cylindrical portion that contacts a surface of the inner magnet that faces the partition, and a flange that extends radially inward from the cylindrical portion and contacts the inner rotor. Even when the parts are rubbed by mistake, the cover member can be prevented from falling off, and a structure that can be easily assembled can be provided.
前記カバー部材は、前記内側磁石の前記隔壁に対向する面に当接するベルト状をなしていると、形状が単純で製造コストを低く抑えることができる。 If the cover member has a belt shape that contacts the surface of the inner magnet that faces the partition wall, the shape of the cover member is simple and the manufacturing cost can be kept low.
前記ベルト状のカバー部材の全長は、前記内側磁石の前記隔壁に対向する面に接する仮想円筒面の内周長より長くなっており、前記内側磁石は、周方向に隔置されており、
前記ベルト状のカバー部材が全周の前記内側磁石を取り巻いた状態で、隣接する前記内側磁石の間に侵入することにより、前記ベルト状のカバー部材のテンションを増大させるテンション部材が設けられていると、前記ベルト状のカバー部材の脱落等を抑制できるので好ましい。
The overall length of the belt-shaped cover member is longer than the inner peripheral length of a virtual cylindrical surface that is in contact with the surface of the inner magnet facing the partition, and the inner magnets are spaced apart in the circumferential direction.
A tension member is provided to increase the tension of the belt-shaped cover member by entering between the adjacent inner magnets in a state where the belt-shaped cover member surrounds the inner magnet around the entire circumference. And it is preferable because the belt-like cover member can be prevented from falling off.
前記テンション部材の前記内側ロータに対する組付け位置を調整可能となっていると好ましい。 It is preferable that the assembly position of the tension member with respect to the inner rotor can be adjusted.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態にかかる表面磁石型ブラシレスモータであるダイレクトドライブモータを用いたフロッグレッグアーム式搬送ロボットの斜視図である。図1において、2つのダイレクトドライブモータD1、D2を直列に連結している。下方のダイレクトドライブモータD1のロータには、第1アームA1が連結され、第1アームA1の先端には第1リンクL1が枢動可能に連結されている。一方、上方のダイレクトドライブモータD2のロータには、第2アームA2が連結され、第2アームA2の先端には第2リンクL2が枢動可能に連結されている。リンクL1,L2は、ウエハWを載置するテーブルTに、それぞれ枢動可能に連結されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a frog-leg arm type transfer robot using a direct drive motor which is a surface magnet type brushless motor according to the present embodiment. In FIG. 1, two direct drive motors D1 and D2 are connected in series. A first arm A1 is connected to the rotor of the lower direct drive motor D1, and a first link L1 is pivotally connected to the tip of the first arm A1. On the other hand, the second arm A2 is connected to the rotor of the upper direct drive motor D2, and the second link L2 is pivotally connected to the tip of the second arm A2. The links L1 and L2 are pivotally connected to a table T on which the wafer W is placed.
図1より明らかであるが、ダイレクトドライブモータD1、D2のロータがそれぞれ同方向に回転すれば、テーブルTも同方向に回転し、かかるロータが逆方向に回転すれば、テーブルTは、ダイレクトドライブモータD1、D2に接近もしくは離隔するようになっている。従って、ダイレクトドライブモータD1、D2を任意の角度で回転させれば、テーブルTが届く範囲内で、任意の2次元位置にウエハWを搬送させることができる。 As is clear from FIG. 1, if the rotors of the direct drive motors D1 and D2 rotate in the same direction, the table T also rotates in the same direction. If the rotor rotates in the opposite direction, the table T The motors D1 and D2 are approached or separated from each other. Therefore, if the direct drive motors D1 and D2 are rotated at an arbitrary angle, the wafer W can be transferred to an arbitrary two-dimensional position within a range where the table T can reach.
このように例えば半導体製造装置における真空槽内に配置されるウエハ搬送アーム、例えばスカラ型や図に示すフロッグレッグ型のように複数のアームを備えた装置では、特に複数の回転モータが必要となる。真空環境では外界との接触表面積を極力小さくすると同時に、スぺースを有効に活用するためにモータ等の取付穴はなるべく少なくする必要がある。また、ウエハWを水平にまっすぐに、振動を極力少なくして搬送するためには、アームの先端に作用するモーメントをロータ支持部で強固に保持する必要がある。そこで、ダイレクトドライブモータD1、D2を複数、ハウジング部分で同軸に連結し、連結部分はシールで密に接合(溶接、Oリング、金属ガスケット、等による密な接合)して、モータロータの配設された空間とハウジング外部空間とを離隔することも必要となる。 Thus, for example, in a wafer transfer arm disposed in a vacuum chamber in a semiconductor manufacturing apparatus, for example, an apparatus having a plurality of arms such as a scalar type or a frog-leg type shown in the figure, a plurality of rotary motors are required. . In a vacuum environment, it is necessary to reduce the surface area of contact with the outside as much as possible, and at the same time to reduce the number of mounting holes for a motor or the like as much as possible in order to effectively use the space. In addition, in order to transport the wafer W horizontally and with minimal vibration, it is necessary to firmly hold the moment acting on the tip of the arm with the rotor support. Therefore, a plurality of direct drive motors D1 and D2 are connected coaxially at the housing part, and the connecting part is tightly joined with a seal (tightly joined by welding, O-ring, metal gasket, etc.), and the motor rotor is disposed. It is also necessary to separate the open space and the housing external space.
また、ウエハWを水平にまっすぐ、振動を少なく搬送するためにはアームA1、A2の先端に作用するモーメントを、ロータ支持部で強固に保持する必要がある。更に、又、真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームの回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームA1,A2等をぶつけてしまう可能性がある。このような要求に応じることができるダイレクトドライブモータを同軸に連結したモータシステムについて説明する。 Further, in order to convey the wafer W horizontally and with less vibration, it is necessary to firmly hold the moment acting on the tips of the arms A1 and A2 by the rotor support portion. Furthermore, when driving multiple axes in a vacuum environment, if the current rotation position of the arm is not recognized when the power is turned on, the arm A1, A2, etc. are hit against the wall of the vacuum chamber or the shutter of the vacuum chamber. There is a possibility. A motor system in which direct drive motors that can meet such demands are connected coaxially will be described.
本実施の形態は、表面磁石型の40極36スロットアウターロータ式ブラシレスタイプのダイレクトドライブモータを用いる。40極36スロットというスロットコンビネーションは、コギング力は小さいが径方向に磁気吸引力が発生し回転時の振動は大きいことが一般的に知られている10極9スロットというスロットコンビネーションの4倍の構成である。2n倍(nは整数)にしたことにより、径方向の磁気吸引力は相殺されるので、固定子と回転子の真円度や同軸度および機構部品の剛性を高めることなく回転時の振動を小さくでき、かつ、本来的にコギングが小さい構成であるので、非常に滑らかな回転が得られる。一方、このような非常に多極なモータとすることにより、機械角の周期に対する電気角の周期が多いので、位置決め制御性が良い。よって、本発明の如く、減速器を用いずにロボット装置を駆動するようなダイレクトドライブモータには好適である。また、総磁束量を下げることなく固定子連結部の肉厚と突極幅、および回転子のヨーク肉厚を狭くできるので、本発明の如く、薄型かつ大径幅狭のダイレクトドライブモータには好適である。 In this embodiment, a surface magnet type 40-pole 36-slot outer rotor brushless type direct drive motor is used. The slot combination of 40 poles and 36 slots has a configuration four times as large as the slot combination of 10 poles and 9 slots, which is generally known to have a small cogging force but a large magnetic attraction force in the radial direction and a large vibration during rotation. It is. Since the magnetic attractive force in the radial direction is canceled by increasing 2n times (n is an integer), vibration during rotation without increasing the roundness and coaxiality of the stator and rotor and the rigidity of the mechanical parts Can be made small and cogging is inherently small, so that a very smooth rotation can be obtained. On the other hand, by using such a very multipolar motor, the electrical angle cycle is greater than the mechanical angle cycle, so that the positioning controllability is good. Therefore, as in the present invention, it is suitable for a direct drive motor that drives a robot apparatus without using a speed reducer. Further, since the thickness and salient pole width of the stator connecting portion and the yoke thickness of the rotor can be reduced without reducing the total magnetic flux amount, a direct drive motor having a thin and large diameter and narrow width as in the present invention is used. Is preferred.
図2は、図1の構成をII-II線で切断して矢印方向に見た図である。図2を参照して、2軸のモータシステムの内部構造について詳細に説明する。まず、ダイレクトドライブモータD1について説明する。定盤(不図示)に据え付けられる円板10の上面に対して、中空円筒状の本体12は、円盤10の中央開口10aに同軸に接合されボルト11により相互に固定されてなる。円盤10の上面にカップ状の隔壁13を取り付けている。本体12の中央の空間には、ステータへの配線などを通すために用いることができる。本体12,円板10によりハウジングを構成する。 FIG. 2 is a view of the configuration of FIG. 1 taken along the line II-II and viewed in the direction of the arrow. The internal structure of the two-axis motor system will be described in detail with reference to FIG. First, the direct drive motor D1 will be described. A hollow cylindrical main body 12 is coaxially joined to a central opening 10a of the disk 10 and fixed to each other by bolts 11 with respect to the upper surface of the disk 10 installed on a surface plate (not shown). A cup-shaped partition wall 13 is attached to the upper surface of the disk 10. The central space of the main body 12 can be used for passing wiring to the stator. The main body 12 and the disk 10 constitute a housing.
隔壁13は、非磁性体であるステンレス製であり、本体12に嵌合される肉厚の底部13aと、その周縁から軸線方向にダイレクトドライブモータD1、D2を貫くようにして延在する薄肉の円筒部13bと、円筒部13bの下縁に形成された厚肉環状の取付部13cとからなる。従って、隔壁13は、ダイレクトドライブモータD1、D2に共通に用いられる。円筒部13bの取付部13cは、円板10にボルト止めされている。取付部13cと円板10の接触面には、シール部材を填め込む溝加工が施してあり、シール部材ORを溝に填め込んだ後に取付部13cと円板10をボルトで締結することにより、締結部分を大気側から分離隔絶している。隔壁13は耐食性が高く、特に磁性の少ないオーステナイト系ステンレスのSUS316を材料としている。 The partition wall 13 is made of stainless steel, which is a non-magnetic material, and has a thick bottom portion 13a fitted to the main body 12 and a thin wall portion extending from the periphery thereof so as to penetrate the direct drive motors D1 and D2 in the axial direction. It consists of a cylindrical portion 13b and a thick annular mounting portion 13c formed at the lower edge of the cylindrical portion 13b. Therefore, the partition wall 13 is commonly used for the direct drive motors D1 and D2. The mounting portion 13c of the cylindrical portion 13b is bolted to the disc 10. The contact surface between the mounting portion 13c and the disk 10 is subjected to groove processing for fitting the seal member, and after the sealing member OR is fitted into the groove, the mounting portion 13c and the disk 10 are fastened with bolts. The fastening part is separated from the atmosphere side. The partition wall 13 is made of austenitic stainless steel SUS316, which has high corrosion resistance and is particularly low in magnetism.
更に、円板10と定盤とは気密されているので、円板10と隔壁13とで囲われる内部空間は、その外部から気密されている。尚、隔壁13は必ずしも非磁性体である必要はない。又、O−リングORを用いて気密する代わりに、電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などで部材間を気密しても良い。 Further, since the disk 10 and the surface plate are hermetically sealed, the internal space surrounded by the disk 10 and the partition wall 13 is hermetically sealed from the outside. In addition, the partition 13 does not necessarily need to be a nonmagnetic material. Further, instead of using the O-ring OR, the members may be hermetically sealed by electron beam welding or laser beam welding.
円板10の外周上面に、軸受ホルダ17がボルト16により固定されている。軸受ホルダ17には、真空中で用いられる複列のアンギュラコンタクト玉軸受19の外輪が嵌合的に取り付けられている。一方、アンギュラコンタクト玉軸受19の内輪は、第1外側ロータ部材21の外周に嵌合し、円筒状部材23を共締めするボルト(不図示)により固定されている。すなわち、第1外側ロータ部材21は、アームA1(図1)を支持する円筒状部材23と一体的に、円盤10及び隔壁13に対して回転自在に支持されている。尚、第1外側ロータ部材21と円筒状部材23とで、外側ロータを構成する。 A bearing holder 17 is fixed to the upper surface of the outer periphery of the disc 10 with bolts 16. An outer ring of a double row angular contact ball bearing 19 used in vacuum is fitted to the bearing holder 17 in a fitting manner. On the other hand, the inner ring of the angular contact ball bearing 19 is fixed by a bolt (not shown) that fits to the outer periphery of the first outer rotor member 21 and fastens the cylindrical member 23 together. That is, the first outer rotor member 21 is rotatably supported with respect to the disk 10 and the partition wall 13 integrally with the cylindrical member 23 that supports the arm A1 (FIG. 1). The first outer rotor member 21 and the cylindrical member 23 constitute an outer rotor.
円板10(軸受ホルダ17を含む)は、耐食性が高いオーステナイト系ステンレスを材料としており、円板10は、チャンバである定盤との嵌合固定およびシール装置を兼ねている。 The disc 10 (including the bearing holder 17) is made of austenitic stainless steel having high corrosion resistance, and the disc 10 also serves as a fitting and fixing device with a surface plate as a chamber and a sealing device.
アンギュラコンタクト玉軸受19(第1の軸受)は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を1個の軸受で負荷できる。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータD1の軸受は1個で済むため、本発明の2軸同軸モータシステムを薄型化できる。アンギュラコンタクト玉軸受19は、内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし、転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。 The angular contact ball bearing 19 (first bearing) can carry radial, axial and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, only one bearing of the direct drive motor D1 is required, so that the two-axis coaxial motor system of the present invention can be thinned. The angular contact ball bearing 19 is made of martensitic stainless steel, which has high corrosion resistance for both the inner and outer rings and can be hardened by quenching. The rolling elements are ceramic balls, and the lubricant is vacuum grease that does not solidify even in vacuum. ing.
尚、アンギュラコンタクト玉軸受19は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、またアームA1からの第1外側ロータ部材21がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、これに限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理(DFO)を行っても良い。 Note that the angular contact ball bearing 19 may be made of a metal lubrication in which a soft metal such as gold or silver is plated on the inner ring and the outer ring so as not to release outgas even in a vacuum, or the first outer side from the arm A1. Although the rotor member 21 can receive a moment in the tilting direction, the present invention is not limited to this, and cross rollers, cross balls, and cross taper bearings can be used. Fluorine-based coating treatment (DFO) may be performed.
第1外側ロータ部材21は、永久磁石(外側磁石)21aと、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク21bと、永久磁石21aとヨーク21bを機械的に締結するための非磁性体からなるくさび(不図示)によって構成されている。永久磁石21aは、40極の構成でN極、S極の磁石が各20個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石21a寄りとすることで、くさびをヨーク21b外径側からねじで締め上げることにより永久磁石21aをヨーク21bに締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石21aはエネルギー積の高いネオジウム(Nd−Fe−B)系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク21bは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。 The first outer rotor member 21 includes a permanent magnet (outer magnet) 21a, an annular yoke 21b made of a magnetic material to form a magnetic path, and a non-magnetic member for mechanically fastening the permanent magnet 21a and the yoke 21b. It is composed of a body wedge (not shown). The permanent magnet 21a has a configuration of 40 poles, and each of the N poles and the S poles is made of a magnetic metal, and each segment has a sector shape. The arc centers of the inner diameter and the outer diameter are the same, but the tangential intersection of the circumferential end face is closer to the permanent magnet 21a, so that the wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke 21b, thereby fixing the permanent magnet 21a to the yoke 21b. It is concluded to. By setting it as such a structure, a permanent magnet can be fastened without using the fixing member which generate | occur | produces outgas, such as an adhesive agent. The permanent magnet 21a is a neodymium (Nd—Fe—B) based magnet having a high energy product, and is coated with nickel in order to improve corrosion resistance. The yoke 21b is made of low carbon steel having high magnetism and is plated with nickel in order to improve rust prevention and corrosion resistance and prevent wear during bearing replacement after processing and molding.
隔壁13の半径方向内側において、第1外側ロータ部材21の内周面に対向するようにして、第1ステータ29が配置されている。第1ステータ29は、本体12の中央で半径方向に延在したフランジ部12aの円筒状に変形した下部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第1ステータ29の外径は隔壁13の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。 A first stator 29 is arranged on the inner side in the radial direction of the partition wall 13 so as to face the inner peripheral surface of the first outer rotor member 21. The first stator 29 is attached to a cylindrically deformed lower portion of the flange portion 12a extending in the radial direction at the center of the main body 12, and is formed of a laminated material of electromagnetic steel plates. The motor coil is concentratedly wound after the bobbin is fitted. The outer diameter of the first stator 29 is approximately the same as or smaller than the inner diameter of the partition wall 13.
第1ステータ29に隣接且つ平行して、第1内側ロータ30が配置されている。第1内側ロータ30は、ロータホルダ31にボルト止めされ、本体12のフランジ部12aに対して、玉軸受33を介して回転自在に支持されている。 A first inner rotor 30 is disposed adjacent to and parallel to the first stator 29. The first inner rotor 30 is bolted to the rotor holder 31 and is rotatably supported via a ball bearing 33 with respect to the flange portion 12 a of the main body 12.
図3は、第1内側ロータ30とカバー部材32とを組み付けた状態で示す断面図であり、図4は、第1内側ロータ30とカバー部材32とを分解した状態で示す斜視図である。図4に示すように、第1内側ロータ30は、磁路を形成するための磁性体から成る円環状(但し外周側が厚い)のバックヨーク30bからなり、その外周に複数の永久磁石(内側磁石)30aが周方向に等間隔に接着剤等で取り付けられている。永久磁石30aは、第1外側ロータ部材21の永久磁石21aと同様に40極の構成でN極、S極の磁石が各20個交互に磁性金属からなっている。従って、第1内側ロータ30は、磁気カップリング作用により、第1ステータ29によって駆動される第1外側ロータ部材21に同期して連れ回されるようになっている。バックヨーク30bは、高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし,加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the first inner rotor 30 and the cover member 32 assembled, and FIG. 4 is a perspective view showing the first inner rotor 30 and the cover member 32 in an exploded state. As shown in FIG. 4, the first inner rotor 30 is composed of an annular (thick outer peripheral side) back yoke 30b made of a magnetic material for forming a magnetic path, and a plurality of permanent magnets (inner magnets) are formed on the outer periphery thereof. ) 30a is attached with an adhesive or the like at equal intervals in the circumferential direction. The permanent magnet 30a has a 40-pole configuration like the permanent magnet 21a of the first outer rotor member 21, and 20 magnets of N and S poles are alternately made of magnetic metal. Accordingly, the first inner rotor 30 is rotated along with the first outer rotor member 21 driven by the first stator 29 by a magnetic coupling action. The back yoke 30b is made of a low-carbon steel having high magnetism, and is chromate plated for rust prevention after work forming.
永久磁石30aに被せられるリング皿状のカバー部材32は、永久磁石30aの隔壁13に対向する外側の面に当接する円筒部32aと、円筒部32aより半径方向内方に延在しバックヨーク30bの表面に接触するフランジ部32bとを有し、内側ロータ30にかぶせるようにして接着剤で固定されている。磁気カップリングを生じさせる磁気回路への影響などを考慮して、カバー部材32は非磁性の材料で作られ、薄板の板金加工で成形される。 The ring dish-shaped cover member 32 that covers the permanent magnet 30a includes a cylindrical portion 32a that contacts the outer surface facing the partition wall 13 of the permanent magnet 30a, and extends radially inward from the cylindrical portion 32a to extend the back yoke 30b. The flange portion 32b is in contact with the surface of the inner rotor 30 and is fixed with an adhesive so as to cover the inner rotor 30. The cover member 32 is made of a nonmagnetic material in consideration of the influence on the magnetic circuit causing the magnetic coupling, and is formed by sheet metal processing of a thin plate.
第1内側ロータ30を回転自在に支持する軸受(第2の軸受)33は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を1個の軸受で負荷できる4点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、1個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータD1を薄型化できる。隔壁13の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。 A bearing (second bearing) 33 that rotatably supports the first inner rotor 30 is a four-point contact ball bearing that can apply radial, axial, and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, since only one bearing is required, the direct drive motor D1 can be thinned. Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, a bearing using grease lubrication based on general bearing steel and mineral oil can be applied.
隔壁13内部は大気環境であるため、永久磁石30aはバックヨーク30bに接着固定してある。永久磁石30aはエネルギー積の高いネオジウム(Nd−Fe−B)系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。バックヨーク30bは高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, the permanent magnet 30a is bonded and fixed to the back yoke 30b. The permanent magnet 30a is a neodymium (Nd—Fe—B) based magnet having a high energy product, and has a nickel coating to prevent demagnetization due to rust. The back yoke 30b is made of low carbon steel having high magnetism, and is chromate-plated for rust prevention after work forming.
図2において、第1内側ロータ30を取り付けたロータホルダ31の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ34a及び34bを組みつけており、それに対向する形で、本体12の外周に、レゾルバステータ35,36を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ35と、1回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ36とを2層に配置している。これによりアブソリュートレゾルバからの絶対角度情報に基づき,電源投入直後の回転子機械角の認識と,モータコイルへのコンミテーションを行っている。一方,インクリメンタルレゾルバからの相対角度情報に基づき,高分解能の角度位置決め動作を行っている。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ34bの回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータD1の駆動電流制御に使用する回転角度検出が、極検出センサを用いることなく可能となっている。このため、本実施の形態の如く,ロボット装置を駆動するようなダイレクトドライブモータには好適である。 In FIG. 2, resolver rotors 34 a and 34 b are assembled as detectors for measuring the rotation angle on the inner periphery of the rotor holder 31 to which the first inner rotor 30 is attached. In this embodiment, the resolver stators 35 and 36 are attached. In this embodiment, the high-resolution incremental resolver stator 35 and the absolute resolver stator 36 that can detect the position of the rotor in one rotation are divided into two layers. Is arranged. In this way, based on the absolute angle information from the absolute resolver, the rotor machine angle is recognized immediately after the power is turned on and the motor coil is commutated. On the other hand, high-resolution angle positioning is performed based on relative angle information from the incremental resolver. Therefore, even when the power is turned on, the rotation angle of the absolute resolver rotor 34b is known, no return to origin is required, and the electrical phase angle of the magnet with respect to the coil is known. Therefore, the rotation used for driving current control of the direct drive motor D1 Angle detection is possible without using a pole detection sensor. For this reason, it is suitable for a direct drive motor that drives the robot apparatus as in this embodiment.
検出器の回転側と軸受19の回転側および検出器カップリングとを連結するアウタボスおよび角度検出器の静止側と軸受装置の静止側とを連結するインナボスは,モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが検出器であるレゾルバに伝達しないように,磁性体である炭素鋼を材料とし,加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 An outer boss that connects the rotation side of the detector and the rotation side of the bearing 19 and the detector coupling, and an inner boss that connects the stationary side of the angle detector and the stationary side of the bearing device are separated from the motor field and the motor coil. Carbon steel, which is a magnetic material, is used as a material to prevent electromagnetic noise from being transmitted to the resolver, which is a detector, and chromate plating is applied to prevent rust after processing.
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ34aは、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルレゾルバステータ35の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ34aに対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。軸受33により支持された第1内側ロータ30と一体でインクリメンタルレゾルバロータ34aが回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ35の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ34aの1回転でリラクタンス変化の基本波成分がn周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図5に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ34a即ち第1内側ロータ30の回転角度(又は回転速度)を検出するようになっている。レゾルバロータ34a、34bと、レゾルバステータ35,36とで検出器を構成する。 In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the incremental resolver rotor 34a has a plurality of slot teeth having a constant pitch, and an outer peripheral surface of the incremental resolver stator 35 has a rotation shaft and a rotating shaft. In parallel with each magnetic pole, teeth whose phases are shifted with respect to the incremental resolver rotor 34a are provided, and a coil is wound around each magnetic pole. When the incremental resolver rotor 34a rotates integrally with the first inner rotor 30 supported by the bearing 33, the reluctance with the magnetic pole of the incremental resolver stator 35 changes, and the fundamental wave of the reluctance change with one revolution of the incremental resolver rotor 34a. The reluctance change is detected so that the component has n cycles, and is digitized by the resolver control circuit shown in FIG. 5 and used as a position signal to rotate the incremental resolver rotor 34a, that is, the first inner rotor 30. An angle (or rotational speed) is detected. The resolver rotors 34a and 34b and the resolver stators 35 and 36 constitute a detector.
本実施の形態によれば、第1外側ロータ部材21に対して、磁気カップリング作用により第1内側ロータ30が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第1外側ロータ部材21の回転角を隔壁13越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受33を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。 According to the present embodiment, the first inner rotor 30 rotates at the same speed by the magnetic coupling action with respect to the first outer rotor member 21, that is, rotates around, so that the rotation angle of the first outer rotor member 21 is increased. It can be detected through the partition wall 13. Further, in the present embodiment, the resolver alone has the bearing 33 without using the motor forming parts and the housing. Therefore, the eccentricity adjustment by the resolver alone and the position adjustment of the resolver coil are performed before being incorporated in the housing. Therefore, there is no need to provide adjustment holes and notches in the housing and both flanges.
本実施の形態によれば、取り扱い上の不備等によって永久磁石30aに剥がれ、欠けなどによって小片が生じた場合には、かかる小片は、相手側のロータ磁石に吸引されるが、カバー部材32があるため、第1の内側ロータ30から外れても、隔壁13との間に挟まれることがなく、第1の内側ロータ30の精度良いつれ回りを確保し、検出器の検出精度を維持できる。 According to the present embodiment, when a small piece is peeled off due to inadequate handling or the like and a small piece is generated due to a chip or the like, the small piece is attracted to the rotor magnet on the other side. For this reason, even if the first inner rotor 30 is separated from the first inner rotor 30, it is not sandwiched between the first inner rotor 30 and the first inner rotor 30 can be secured with high accuracy, and the detection accuracy of the detector can be maintained.
次に、ダイレクトドライブモータD2について説明するが、ここでは本体12がハウジングを構成する。上述したダイレクトドライブモータD1の円筒状部材23は、ダイレクトドライブモータD2に重合する位置まで上方に延在しており、その内周面に、真空中で用いられる複列のアンギュラコンタクト玉軸受19’の外輪が嵌合的に取り付けられ固定されている。一方、アンギュラコンタクト玉軸受19’の内輪は、第2外側ロータ部材21’の外周に嵌合し、円筒状部材23’を共締めするボルト(不図示)により固定されている。すなわち、第2外側ロータ部材21’は、アームA2(図1)を支持する円筒状部材23’と一体的に、隔壁13に対して回転自在に支持されている。尚、第2外側ロータ部材21’と円筒状部材23’とで、外側ロータを構成する。 Next, although the direct drive motor D2 is demonstrated, the main body 12 comprises a housing here. The above-described cylindrical member 23 of the direct drive motor D1 extends upward to a position where it is overlapped with the direct drive motor D2, and a double row angular contact ball bearing 19 ′ used in vacuum on the inner peripheral surface thereof. The outer ring is fitted and fixed in a mating manner. On the other hand, the inner ring of the angular contact ball bearing 19 'is fixed by a bolt (not shown) that fits to the outer periphery of the second outer rotor member 21' and fastens the cylindrical member 23 'together. In other words, the second outer rotor member 21 ′ is rotatably supported with respect to the partition wall 13 integrally with the cylindrical member 23 ′ that supports the arm A <b> 2 (FIG. 1). The second outer rotor member 21 'and the cylindrical member 23' constitute an outer rotor.
アンギュラコンタクト玉軸受19’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を1個の軸受で負荷できる。この形式の軸受を用いることにより、ダイレクトドライブモータD2の軸受は1個で済むため、本発明の2軸同軸モータを薄型化できる。内外輪とも耐食性が高くかつ焼入れによる硬化が得られるマルテンサイト系ステンレスを材料とし、転動体はセラミックボール、潤滑剤は真空であっても固化しない真空用のグリスを用いている。 The angular contact ball bearing 19 'can carry radial, axial and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, only one bearing of the direct drive motor D2 is required, so that the biaxial coaxial motor of the present invention can be thinned. Both the inner and outer rings are made of martensitic stainless steel, which has high corrosion resistance and can be hardened by quenching. The rolling elements are ceramic balls, and the lubricant is vacuum grease that does not solidify even under vacuum.
尚、アンギュラコンタクト玉軸受(第1の軸受)19’は内輪と外輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングして、真空中でもアウトガス放出のない金属潤滑としたものを用いてもよく、またアームA1からの第1外側ロータ部材21’がチルトする方向のモーメントを受けることができるが、これに限らず、クロスローラ、クロスボール、クロステーパ軸受も用いることができ、予圧状態で用いても良いし、潤滑性向上のためフッ素系被膜処理(DFO)を行っても良い。 The angular contact ball bearing (first bearing) 19 'may be made of a metal lubrication in which a soft metal such as gold or silver is plated on the inner ring and the outer ring to prevent outgassing even in a vacuum. The first outer rotor member 21 ′ from the arm A1 can receive a moment in the tilting direction, but not limited to this, a cross roller, a cross ball, and a cross taper bearing can also be used. Alternatively, fluorine film treatment (DFO) may be performed to improve lubricity.
第2外側ロータ部材21’は、永久磁石(外側磁石)21a’と、磁路を形成するため磁性体から成る円環状のヨーク21b’と、永久磁石21a’とヨーク21b’を機械的に締結するための非磁性体からなるくさび(不図示)によって構成されている。永久磁石21a’は、32極の構成でN極、S極の磁石が各16個交互に磁性金属からなり、極ごとに分割されたセグメント形式であり、その個々の形状は扇形である。内径と外径の円弧中心は同一であるが、円周方向端面の接線交点を永久磁石21a’寄りとすることで、くさびをヨーク21b’外径側からねじで締め上げることにより永久磁石21a’をヨーク21b’に締結している。このような構成とすることにより、接着剤など、アウトガスを発生する固定部材を用いることなく永久磁石を締結できる。永久磁石21a’はエネルギー積の高いネオジウム(Nd−Fe−B)系磁石であり、耐食性を高めるためにニッケルコーティングを施してある。ヨーク21b’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成型後に、防錆および耐食性を高め、かつ軸受交換時の磨耗を防ぐためにニッケルめっきを施している。 The second outer rotor member 21 ′ mechanically fastens a permanent magnet (outer magnet) 21a ′, an annular yoke 21b ′ made of a magnetic material to form a magnetic path, and the permanent magnet 21a ′ and yoke 21b ′. It is comprised by the wedge (not shown) which consists of a nonmagnetic material for doing. The permanent magnet 21a 'is a segment type in which each of the N poles and the S poles is made of a magnetic metal and is divided into 16 poles, and each of the permanent magnets 21a' has a sector shape. The arc centers of the inner diameter and the outer diameter are the same, but the tangent intersection of the circumferential end surface is closer to the permanent magnet 21a ′, so that the wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke 21b ′, thereby permanent magnet 21a ′. Is fastened to the yoke 21b '. By setting it as such a structure, a permanent magnet can be fastened without using the fixing member which generate | occur | produces outgas, such as an adhesive agent. The permanent magnet 21a 'is a neodymium (Nd-Fe-B) magnet having a high energy product, and is coated with nickel in order to improve corrosion resistance. The yoke 21b 'is made of low carbon steel having high magnetism and is plated with nickel in order to improve rust prevention and corrosion resistance and prevent wear during bearing replacement after processing and molding.
隔壁13の半径方向内側において、第2外側ロータ部材21’の内周面に対向するようにして、第2ステータ29’が配置されている。第2ステータ29’は、本体12の中央で半径方向に延在したフランジ部12aの円筒状に変形した上部に取り付けられており、電磁鋼板の積層材で形成され、各突極には絶縁処理としてボビンを嵌め込んだ後にモータコイルが集中巻されている。第2ステータ29’の外径は隔壁13の内径と略同一もしくは小さい寸法としている。 A second stator 29 'is arranged on the inner side in the radial direction of the partition wall 13 so as to face the inner peripheral surface of the second outer rotor member 21'. The second stator 29 ′ is attached to the upper part of the flange 12 a that extends in the radial direction in the center of the main body 12, is formed of a laminated material of electromagnetic steel plates, and each salient pole is insulated. After the bobbin is fitted, the motor coil is concentratedly wound. The outer diameter of the second stator 29 ′ is approximately the same as or smaller than the inner diameter of the partition wall 13.
第2ステータ29’に隣接且つ平行して、第2内側ロータ30’が配置されている。第2内側ロータ30’は、ロータホルダ31’ボルト止めされ、本体12のフランジ部12aに対して、玉軸受33’を介して回転自在に支持されている。 A second inner rotor 30 'is disposed adjacent to and parallel to the second stator 29'. The second inner rotor 30 ′ is bolted to the rotor holder 31 ′ and is rotatably supported on the flange portion 12 a of the main body 12 via a ball bearing 33 ′.
第2内側ロータ30’は第1内側ロータ30と同様の構成を有し、カバー部材32’はカバー部材32と同様の構成を有する。従って図4を参照して、第2内側ロータ30’は、磁路を形成するための磁性体から成る円環状(但し外周側が厚い)のバックヨーク30b’からなり、その外周に複数の永久磁石(内側磁石)30a’が周方向に等間隔に接着剤等で取り付けられている。永久磁石30a’は、第2外側ロータ部材21’の永久磁石21a’と同様に40極の構成でN極、S極の磁石が各20個交互に磁性金属からなっている。従って、第2内側ロータ30’は、磁気カップリング作用により、第2ステータ29’によって駆動される第2外側ロータ部材21’に同期して連れ回されるようになっている。バックヨーク30b’は、高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし,加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 The second inner rotor 30 ′ has the same configuration as the first inner rotor 30, and the cover member 32 ′ has the same configuration as the cover member 32. Therefore, referring to FIG. 4, the second inner rotor 30 ′ is composed of an annular (thick outer peripheral side) back yoke 30b ′ made of a magnetic material for forming a magnetic path, and a plurality of permanent magnets on the outer periphery thereof. (Inner magnet) 30a 'is attached with an adhesive or the like at equal intervals in the circumferential direction. The permanent magnet 30a 'has a 40-pole configuration, like the permanent magnet 21a' of the second outer rotor member 21 ', and is composed of a magnetic metal with 20 N-pole and 20 S-pole magnets alternately. Therefore, the second inner rotor 30 'is rotated in synchronism with the second outer rotor member 21' driven by the second stator 29 'by a magnetic coupling action. The back yoke 30b 'is made of low carbon steel having high magnetism, and is chromate plated for rust prevention after work forming.
永久磁石30aに被せられるリング皿状のカバー部材32’は、永久磁石30a’の隔壁13に対向する外側の面に当接する円筒部32a’と、円筒部32a’より半径方向内方に延在しバックヨーク30b’の表面に接触するフランジ部32b’とを有し、内側ロータ30’にかぶせるようにして接着剤で固定されている。磁気カップリングを生じさせる磁気回路への影響などを考慮して、カバー部材32’は非磁性の材料で作られ、薄板の板金加工で成形される。 A ring dish-shaped cover member 32 ′ covering the permanent magnet 30 a extends inward in the radial direction from the cylindrical portion 32 a ′ that contacts the outer surface facing the partition wall 13 of the permanent magnet 30 a ′ and the cylindrical portion 32 a ′. And a flange portion 32b 'that contacts the surface of the back yoke 30b', and is fixed with an adhesive so as to cover the inner rotor 30 '. The cover member 32 ′ is made of a non-magnetic material in consideration of the influence on the magnetic circuit causing the magnetic coupling, and is formed by thin sheet metal processing.
第2内側ロータ30’を回転自在に支持する軸受(第2の軸受)33’は、ラジアル、アキシアル、モーメント荷重を1個の軸受で負荷できる4点接触玉軸受である。この形式の軸受を用いることにより、1個の軸受で済むため、ダイレクトドライブモータD2を薄型化できる。隔壁13の内部は大気環境であるため、一般的な軸受鋼と鉱油を基油としたグリス潤滑を用いた軸受を適用できる。 A bearing (second bearing) 33 ′ that rotatably supports the second inner rotor 30 ′ is a four-point contact ball bearing that can apply radial, axial, and moment loads with a single bearing. By using this type of bearing, since only one bearing is required, the direct drive motor D2 can be thinned. Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, a bearing using grease lubrication based on general bearing steel and mineral oil can be applied.
隔壁13内部は大気環境であるため、永久磁石30a’はバックヨーク30b’に接着固定してある。永久磁石30a’はエネルギー積の高いネオジウム(Nd−Fe−B)系磁石であり、錆による減磁を防ぐためにニッケルコーティングを施してある。バックヨーク30b’は高い磁性を有する低炭素鋼を材料とし、加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 Since the inside of the partition wall 13 is an atmospheric environment, the permanent magnet 30a 'is fixedly bonded to the back yoke 30b'. The permanent magnet 30a 'is a neodymium (Nd-Fe-B) based magnet having a high energy product, and is coated with nickel to prevent demagnetization due to rust. The back yoke 30b 'is made of low carbon steel having high magnetism, and is chromate plated for rust prevention after work forming.
第2内側ロータ30’の内周には、回転角度を計測する検出器として、レゾルバロータ34a’及び34b’を組みつけており、それに対向する形で、レゾルバホルダ32’の外周に、レゾルバステータ35’,36’を取り付けているが、本実施の形態では、高分解能のインクリメンタルレゾルバステータ35’と、1回転のいずれの位置にロータがあるかを検出できるアブソリュートレゾルバステータ36’とを2層に配置している。これによりアブソリュートレゾルバからの絶対角度情報に基づき,電源投入直後の回転子機械角の認識と,モータコイルへのコンミテーションを行っている。一方,インクリメンタルレゾルバからの相対角度情報に基づき,高分解能の角度位置決め動作を行っている。このため電源投入時にも、アブソリュートレゾルバロータ34b’の回転角度がわかり、原点復帰が不要であり、また、コイルに対する磁石の電気的位相角度がわかるため、ダイレクトドライブモータD2の駆動電流制御に使用する回転角度検出が、極検出センサを用いることなく可能となっている。このため、本実施の形態の如く,ロボット装置を駆動するようなダイレクトドライブモータには好適である。 Resolver rotors 34 a ′ and 34 b ′ are assembled as detectors for measuring the rotation angle on the inner periphery of the second inner rotor 30 ′, and the resolver stator 32 ′ is disposed on the outer periphery of the resolver holder 32 ′ so as to face it. Although 35 'and 36' are attached, in this embodiment, a high resolution incremental resolver stator 35 'and two layers of an absolute resolver stator 36' capable of detecting which position of the rotor is in one rotation. Is arranged. In this way, based on the absolute angle information from the absolute resolver, the rotor machine angle is recognized immediately after the power is turned on and the motor coil is commutated. On the other hand, high-resolution angle positioning is performed based on relative angle information from the incremental resolver. Therefore, even when the power is turned on, the rotational angle of the absolute resolver rotor 34b 'can be known, no return to origin is required, and the electrical phase angle of the magnet with respect to the coil can be known, so it is used for driving current control of the direct drive motor D2. The rotation angle can be detected without using a pole detection sensor. For this reason, it is suitable for a direct drive motor that drives the robot apparatus as in this embodiment.
検出器の回転側と軸受19’の回転側および検出器カップリングとを連結するアウタボスおよび角度検出器の静止側と軸受装置の静止側とを連結するインナボスは,モータの界磁およびモータコイルからの電磁ノイズが検出器であるレゾルバに伝達しないように,磁性体である炭素鋼を材料とし,加工成形後に防錆のためにクロメートめっきを施している。 The outer boss that connects the rotation side of the detector and the rotation side of the bearing 19 'and the detector coupling, and the inner boss that connects the stationary side of the angle detector and the stationary side of the bearing device are derived from the motor field and the motor coil. In order to prevent electromagnetic noise from being transmitted to the resolver, which is a detector, carbon steel, which is a magnetic material, is used as a material, and chromate plating is applied to prevent rust after processing.
本実施の形態によれば、第2外側ロータ部材21’に対して、磁気カップリング作用により第2内側ロータ30’が同速で回転し、すなわち連れ回るので、第2外側ロータ部材21’の回転角を隔壁13越しに検出することができる。また、本実施の形態では、モータを形成する部品やハウジングを用いることなくレゾルバ単体で軸受33’を有しており、従ってハウジングに組み込む前に、レゾルバ単体での偏芯調整やレゾルバコイルの位置調整などの精度調整が行えるので、ハウジングや両フランジに調整用の穴や切り欠きを別途設ける必要がない。 According to the present embodiment, the second inner rotor 30 ′ rotates at the same speed by the magnetic coupling action with respect to the second outer rotor member 21 ′. The rotation angle can be detected through the partition wall 13. Further, in the present embodiment, the resolver alone has the bearing 33 ′ without using the motor forming parts and the housing. Therefore, before being incorporated in the housing, the eccentricity adjustment and the position of the resolver coil by the resolver alone are provided. Since adjustments such as adjustment can be performed, there is no need to provide adjustment holes or notches in the housing and both flanges.
本実施の形態に用いている高分解能の可変リラクタンス形レゾルバにおいて、インクリメンタルレゾルバロータ34a’は、一定のピッチを有する複数のスロツト歯列を有し、インクリメンタルレゾルバステータ35’の外周面には、回転軸と平行に各磁極でインクリメンタルレゾルバロータ34a’に対して位相をずらした歯が設けられており、コイルが各磁極に巻回されている。軸受33’により支持された第2内側ロータ30’と一体でインクリメンタルレゾルバロータ34a’が回転すると、インクリメンタルレゾルバステータ35’の磁極との間のリラクタンスが変化し、インクリメンタルレゾルバロータ34a’の1回転でリラクタンス変化の基本波成分がn周期となるようにして、そのリラクタンス変化を検出して、図5に例を示すレゾルバ制御回路によりデジタル化し、位置信号として利用することでインクリメンタルレゾルバロータ34a’即ち第2内側ロータ30’の回転角度(又は回転速度)を検出するようになっている。レゾルバロータ34a’、34bと、レゾルバステータ35’,36’とで検出器を構成する。 In the high-resolution variable reluctance resolver used in the present embodiment, the incremental resolver rotor 34a ′ has a plurality of slot teeth having a constant pitch, and the outer peripheral surface of the incremental resolver stator 35 ′ is rotated. Teeth whose magnetic poles are shifted in phase with respect to the incremental resolver rotor 34a ′ at each magnetic pole in parallel with the axis are provided, and a coil is wound around each magnetic pole. When the incremental resolver rotor 34a ′ rotates integrally with the second inner rotor 30 ′ supported by the bearing 33 ′, the reluctance with the magnetic pole of the incremental resolver stator 35 ′ changes, and one revolution of the incremental resolver rotor 34a ′. The reluctance change is detected so that the fundamental wave component of the reluctance change is n periods, digitized by the resolver control circuit shown in FIG. 5 as an example, and used as a position signal, so that the incremental resolver rotor 34a ′, 2 The rotation angle (or rotation speed) of the inner rotor 30 ′ is detected. The resolver rotors 34a 'and 34b and the resolver stators 35' and 36 'constitute a detector.
ここで、取り扱い上の不備等によって永久磁石30a’に剥がれ、欠けなどによって小片が生じた場合には、かかる小片は、相手側のロータ磁石に吸引されるが、本実施の形態によれば隔壁13との間にカバー部材32’が存在するため、第2の内側ロータ30’から小片が分離しても、隔壁13との間に挟まれることがなく、第2の内側ロータ30’の精度良いつれ回りを確保し、検出器の検出精度を維持できる。 Here, in the case where the permanent magnet 30a ′ is peeled off due to inadequate handling or the like and a small piece is generated due to chipping or the like, the small piece is attracted to the rotor magnet on the other side, but according to the present embodiment, the partition wall 13, the cover member 32 ′ is present between the first inner rotor 30 ′ and the second inner rotor 30 ′. Good swirl is ensured and the detection accuracy of the detector can be maintained.
本実施の形態によれば、ダイレクトドライブモータD2の外側ロータ(第2外側ロータ21’及び円筒状部材23’)が、他のダイレクトドライブモータD1の外側ロータ(第1外側ロータ21及び円筒状部材23)に対してアンギュラコンタクト玉軸受19’により支持されているので、ダイレクトドライブモータD2の外側ロータを取り外せば、かかる外側ロータを支持していたアンギュラコンタクト玉軸受19’を露出でき、次にダイレクトドライブモータD1の外側ロータを取り外せば、かかる外側ロータを支持していたアンギュラコンタクト玉軸受19を露出でき、それらの点検や取り外しを容易に行えるため、メンテナンス性も向上する。更に、隔壁13の外側にある外側ロータのみを取り外せばよいので、隔壁構造を取り外す必要がなく、再組立の際にリークチェックなどが不要となり、組立性が向上する。 According to the present embodiment, the outer rotor (second outer rotor 21 ′ and cylindrical member 23 ′) of the direct drive motor D2 is replaced with the outer rotor (first outer rotor 21 and cylindrical member of the other direct drive motor D1. 23) is supported by the angular contact ball bearing 19 ', so that if the outer rotor of the direct drive motor D2 is removed, the angular contact ball bearing 19' supporting the outer rotor can be exposed, and then directly If the outer rotor of the drive motor D1 is removed, the angular contact ball bearings 19 supporting the outer rotor can be exposed, and their inspection and removal can be easily performed, so that maintainability is also improved. Furthermore, since it is only necessary to remove the outer rotor outside the partition wall 13, it is not necessary to remove the partition wall structure, and a leak check or the like is not required at the time of reassembly, thereby improving assemblability.
尚、フランジ部12aを中心として第1ステータ29と第2ステータ29’を上下に配置し、その半径方向内側にレゾルバを配置している。また、本体12は中空構造となっており、フランジ部12aには中央に連通する径方向の通し穴12dが少なくとも1つ設けてあり、ここを介してモータ配線を本体12の中央に引き出す構造となっている。一方、本体12の両端部にはそれぞれ少なくとも1つの切り欠き12e、12eが設けてあり、これらを介してレゾルバの配線を本体12の中央に引き出す構造となっている。このような構造とすることで、ハウジング側から順に、ダイレクトモータD1のレゾルバ、ステータ29、ダイレクトモータD2のステータ29’、そのレゾルバの順で配置することが可能となり、2軸でありながら容易にステータとレゾルバの角度調整が行える。そこで、基準となる外側ロータを回転駆動する設備を別に用意しておけば、その設備にステータとレゾルバを組み込んだ本体12をセットすることにより、高精度にステータに対するレゾルバの角度調整ができるので、コンミテーションずれによる角度位置決め精度の低下を防ぎ、かつ、本発明の2軸同軸モータに対する駆動制御回路の互換性を高めることができる。 The first stator 29 and the second stator 29 'are arranged vertically with the flange portion 12a as the center, and the resolver is arranged on the inner side in the radial direction. The main body 12 has a hollow structure, and the flange portion 12a has at least one radial through hole 12d communicating with the center, through which the motor wiring is drawn out to the center of the main body 12. It has become. On the other hand, both ends of the main body 12 are provided with at least one notch 12e and 12e, respectively, through which the resolver wiring is drawn out to the center of the main body 12. With this structure, it is possible to arrange the resolver of the direct motor D1, the stator 29, the stator 29 ′ of the direct motor D2, and the resolver in this order from the housing side. The angle of the stator and resolver can be adjusted. Therefore, if a facility for rotationally driving the reference outer rotor is prepared separately, the angle of the resolver relative to the stator can be adjusted with high accuracy by setting the main body 12 incorporating the stator and resolver in the facility. It is possible to prevent the angle positioning accuracy from being lowered due to the deviation of the commutation, and to improve the compatibility of the drive control circuit with the biaxial coaxial motor of the present invention.
図6は、ダイレクトドライブモータD1、D2の駆動回路を示すブロック図である。外部のコンピュータからモータ回転指令が入力されたとき、ダイレクトドライブモータD1用のモータ制御回路DMC1及びダイレクトドライブモータD2用のモータ制御回路DMC2は、それぞれ、そのCPUから3層アンプ(AMP)に駆動信号を出力し、3層アンプ(AMP)からダイレクトドライブモータD1、D2に駆動電流が供給される。それによりダイレクトドライブモータD1、D1の外側ロータ部材21,21’が独立して回転し、アームA1,A2(図1)を移動させるようになっている。外側ロータ部材21,21’が回転すると、上述のようにして回転角度を検出したレゾルバステータ35,36,35’、36’からレゾルバ信号が出力されるので、それをレゾルバデジタル変換器(RDC)でデジタル変換した後に入力したCPUは、外側ロータ部材21,21’が指令位置に到達したか否かを判断し、指令位置に到達すれば、3層アンプ(AMP)への駆動信号を停止することで外側ロータ部材21,21’の回転を停止させる。これにより外側ロータ部材21,21’のサーボ制御が可能となる。 FIG. 6 is a block diagram showing a drive circuit for the direct drive motors D1 and D2. When a motor rotation command is input from an external computer, the motor control circuit DMC1 for the direct drive motor D1 and the motor control circuit DMC2 for the direct drive motor D2 respectively drive signals from the CPU to the three-layer amplifier (AMP). Is output from the three-layer amplifier (AMP) to the direct drive motors D1 and D2. As a result, the outer rotor members 21 and 21 'of the direct drive motors D1 and D1 rotate independently to move the arms A1 and A2 (FIG. 1). When the outer rotor members 21, 21 ′ rotate, resolver signals are output from the resolver stators 35, 36, 35 ′, 36 ′ whose rotation angles have been detected as described above, and are output to the resolver digital converter (RDC). The CPU input after the digital conversion in step 1 determines whether or not the outer rotor members 21 and 21 'have reached the command position, and stops the drive signal to the three-layer amplifier (AMP) if the command position is reached. Thus, the rotation of the outer rotor members 21 and 21 ′ is stopped. This enables servo control of the outer rotor members 21 and 21 '.
真空環境での複数軸のアーム駆動の際には、電源投入時に現在のアームA1及びA2の回転位置を認識しないと真空槽の壁や、真空槽のシャッタにアームA1等をぶつけてしまう可能性があるが、本実施の形態では、回転軸の1回転の絶対位置を検出するアブソリュートレゾルバステータ36及び36’と、より分解能の細かい回転位置を検出するインクリメンタルレゾルバステータ35及び35’からなる可変リラクタンス型レゾルバを採用しているので、外側ロータ部材21、21’即ちアームA1,A2の回転位置制御を高精度に行える。 When driving multiple axes in a vacuum environment, there is a possibility that the arm A1 or the like may hit the wall of the vacuum chamber or the shutter of the vacuum chamber if the current rotational positions of the arms A1 and A2 are not recognized when the power is turned on. However, in the present embodiment, the variable reluctance comprising the absolute resolver stators 36 and 36 ′ for detecting the absolute position of one rotation of the rotating shaft and the incremental resolver stators 35 and 35 ′ for detecting the rotational position with finer resolution. Since the mold resolver is employed, the rotational position control of the outer rotor members 21, 21 ′, that is, the arms A1 and A2, can be performed with high accuracy.
尚、ここでは内側ロータ30の回転検出にレゾルバを採用したが、検出器を隔壁13の内部の大気側に配置できるため、一般に高精度位置決めに使用するサーボモータにおいては高精度で滑らかに駆動するための位置検出手段として採用されている光学式エンコーダや、磁気抵抗素子を使用した磁気式エンコーダ等も使用できる。 Here, the resolver is adopted for detecting the rotation of the inner rotor 30. However, since the detector can be arranged on the atmosphere side inside the partition wall 13, a servo motor generally used for high-precision positioning is driven with high precision and smoothness. For example, an optical encoder that is employed as a position detecting means, a magnetic encoder using a magnetoresistive element, or the like can be used.
図7は、第2の実施の形態にかかる第1内側ロータ30とカバー部材132とを組み付けた状態で示す断面図であり、図8は、第1内側ロータ30とカバー部材132とを分解した状態で示す斜視図である。本実施の形態では、カバー部材132以外は、上述した実施の形態と同様である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state where the first inner rotor 30 and the cover member 132 according to the second embodiment are assembled, and FIG. 8 is an exploded view of the first inner rotor 30 and the cover member 132. It is a perspective view shown in a state. The present embodiment is the same as the above-described embodiment except for the cover member 132.
本実施の形態においては、無端ベルト状のカバー部材132を用いている。SUSなどの非磁性材料で作られた薄いベルト状のカバー部材132の全長は、永久磁石30aの隔壁13に対向する外側の面に接する仮想円筒面の内周長より長くなっており、即ちカバー部材132を、全周の永久磁石30aの外側を囲うよに巻き付けたとき、両者の間には若干の隙間が形成される。 In the present embodiment, an endless belt-like cover member 132 is used. The total length of the thin belt-shaped cover member 132 made of a nonmagnetic material such as SUS is longer than the inner peripheral length of the virtual cylindrical surface that is in contact with the outer surface facing the partition wall 13 of the permanent magnet 30a. When the member 132 is wound so as to surround the outer periphery of the permanent magnet 30a on the entire circumference, a slight gap is formed between them.
かかる状態で、周方向に隣接する永久磁石30aの間に、非磁性材料からなる「コ」字状のクリップ100を図8に示すように挿入すると、その両端は、バックヨーク30bを挟み込むように侵入し、バックヨーク30bに形成した軽量化孔30cに臨む位置になる。ここで、軽量化孔30c内に配置した特殊ナット101の一対の足101aを、クリップ100の両端に形成された孔に嵌合させ、更にバックヨーク30bの内周側よりボルト102を特殊ナット101に螺合させる。するとボルト102の先端が、バックヨーク30bの内周に当接し、その反力でナット101を半径方向内方に押し出すように作用する。これにより、クリップ100がバックヨーク30bの半径方向内方に変位するので、ベルト状のカバー部材132が、それにつれて永久磁石30aの間に引き込まれ、テンションが増大することで、永久磁石30aの面に密着し、弛みが排除されることとなる。クリップ100,特殊ナット101,ボルト102がテンション部材を構成する。 In this state, when a “U” -shaped clip 100 made of a non-magnetic material is inserted between the circumferentially adjacent permanent magnets 30a as shown in FIG. 8, both ends sandwich the back yoke 30b. It enters a position facing the lighter weight hole 30c formed in the back yoke 30b. Here, the pair of legs 101a of the special nut 101 disposed in the lightening hole 30c is fitted into the holes formed at both ends of the clip 100, and the bolt 102 is attached to the special nut 101 from the inner peripheral side of the back yoke 30b. Screwed on. Then, the tip of the bolt 102 comes into contact with the inner periphery of the back yoke 30b, and acts to push the nut 101 radially inward by the reaction force. As a result, the clip 100 is displaced inward in the radial direction of the back yoke 30b, so that the belt-like cover member 132 is pulled in between the permanent magnets 30a and the tension increases, so that the surface of the permanent magnets 30a is increased. The slack is eliminated. The clip 100, the special nut 101, and the bolt 102 constitute a tension member.
本実施の形態によれば、ベルト状のカバー部材132が、永久磁石30aの面に密着するので、磁石の剥がれ、欠けなどにより小片が分離した場合でも、カバー部材132より外方に移動することを効果的に阻止できる。 According to the present embodiment, since the belt-shaped cover member 132 is in close contact with the surface of the permanent magnet 30a, the belt-shaped cover member 132 moves outward from the cover member 132 even when the small pieces are separated due to peeling or chipping of the magnet. Can be effectively prevented.
以上の実施の形態では、表面磁石型の40極36スロットアウターロータ式ブラシレスモータを用いた例を用いて説明したが、この形式のモータに限定されるものではなく、ブラシレスモータであれば適用できるものであり、他の磁極形式、例えば永久磁石埋め込み型であっても良いし、他のスロットコンビネーションでも良いし、あるいはインナロータ型であっても良い。 In the above embodiment, the example using the surface magnet type 40 pole 36 slot outer rotor type brushless motor has been described. However, the present invention is not limited to this type of motor, and any brushless motor can be applied. Other magnetic pole types, for example, a permanent magnet embedded type, other slot combinations, or an inner rotor type may be used.
また、各軸の干渉対策として、軸方向に隣接する軸同士の回転子の極数およびスロット数が異なる構成としても良い。例えば、2軸同軸の場合は、第一軸が40極36スロット、第二軸が24極27スロット、4軸同軸の場合は、第一軸および第三軸が40極36スロット、第二軸および第四軸が24極27スロットといった構成にすれば、各軸の磁界による回転子および磁気カップリング装置への回転方向の推力発生といった相互干渉を防ぐことができる。 Further, as a countermeasure against interference of each axis, a configuration may be adopted in which the number of rotor poles and the number of slots of adjacent axes in the axial direction differ. For example, in the case of 2-axis coaxial, the first axis is 40 poles and 36 slots, the second axis is 24 poles and 27 slots, and in the case of 4-axis coaxial, the first axis and the third axis are 40 poles and 36 slots, and the second axis If the fourth axis has a configuration of 24 poles and 27 slots, it is possible to prevent mutual interference such as generation of thrust in the rotating direction on the rotor and the magnetic coupling device due to the magnetic field of each axis.
また、ロータの永久磁石は、ネオジウム(Nd−Fe−B)系磁石を用い、耐食性を高めるためのコーティングとして、ニッケルコーティングを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、例えばべークアウト時の温度条件によっては高温減磁しにくいサマリウム・コバルト(Sm・Co)系の磁石を用いるべきであり、超真空中で使用されるのであればアウトガス遮断性の高い窒化チタンコーティングを施すべきである。 The rotor permanent magnet is a neodymium (Nd-Fe-B) -based magnet and has been described using a nickel coating as an example of a coating for enhancing corrosion resistance. However, the material is limited to this material and surface treatment. However, it should be changed as appropriate depending on the environment in which it is used. For example, a samarium-cobalt (Sm · Co) -based magnet that is difficult to demagnetize at high temperatures should be used depending on the temperature conditions during baking. If used in ultra-vacuum, a titanium nitride coating with a high outgas barrier should be applied.
また、ヨークは、低炭素鋼を材料とし、ニッケルめっきを施した例を用いて説明したが、この材質、表面処理に限定されるものではなく、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、特に表面処理に関しては、超真空中で使用されるのであればピンホールの少ないカニゼンめっきやクリーンエスめっき、窒化チタンコーティング等を施すべきである。 In addition, the yoke has been described using an example in which nickel is plated with low carbon steel as a material. However, the yoke is not limited to this material and surface treatment, and may be appropriately changed depending on the environment used. In particular, regarding surface treatment, if it is used in ultra-vacuum, it should be subjected to Kanigen plating, clean s plating, titanium nitride coating, etc. with few pinholes.
また、永久磁石をヨークに締結する方法は、非磁性のくさびをヨーク外径側からねじで締め上げる例を用いて説明したが、使用される環境などによって適宜変更されるものであり、環境によっては接着でも良いし、他の締結方法でも良い。 The method of fastening the permanent magnet to the yoke has been described using an example in which a non-magnetic wedge is tightened with a screw from the outer diameter side of the yoke, but it is appropriately changed depending on the environment in which it is used. May be bonded or other fastening methods.
また、アンギュラコンタクト玉軸受19,19’は真空用グリス潤滑を用いた例を説明したが、この形式、材質、潤滑方法に限定されるものではなく、使用される環境、荷重条件、回転速度などによって適宜変更されるものであり、クロスローラ軸受であっても良いし、4軸同軸モータの場合、さらに機械的な剛性を高めるために、別な軸受で支持する構造としても良いし、高速回転する場合など、多点接触軸受を用いることができない場合は各軸の回転子を支持する軸受および別な軸受を深溝玉軸受やアンギュラ軸受として予圧をかける構造としても良いし、超真空中で使用される場合は、軌道輪に金や銀などの軟質金属をプレーティングしたような、ガス放出のない金属潤滑としたものを用いても良い。 In addition, the angular contact ball bearings 19 and 19 'have been described using an example of grease lubrication for vacuum. However, the present invention is not limited to this type, material, and lubrication method, and the environment used, load conditions, rotational speed, etc. It may be changed as appropriate, and may be a cross roller bearing. In the case of a four-axis coaxial motor, it may be supported by another bearing in order to further increase mechanical rigidity. When multipoint contact bearings cannot be used, such as bearings that support the rotor of each shaft and other bearings may be preloaded as deep groove ball bearings or angular bearings, or used in ultra-vacuum In such a case, a metal lubrication that does not emit gas, such as plating of a soft metal such as gold or silver, may be used.
また、磁気カップリングとして機能する内側ロータとして、永久磁石とバックヨークを用いた形式で説明したが、永久磁石とバックヨークの材質および形状はこれに限定されるものではない。例えば、レゾルバの質量と軸受の摩擦トルクによっては、ロータと同極数でなくても良いし、同幅でなくても良い。永久磁石を用いない突極でも良い。 In addition, the inner rotor functioning as a magnetic coupling has been described as using a permanent magnet and a back yoke. However, the material and shape of the permanent magnet and the back yoke are not limited thereto. For example, depending on the mass of the resolver and the friction torque of the bearing, the number of poles may not be the same as that of the rotor, and the width may not be the same. A salient pole that does not use a permanent magnet may be used.
また、角度検出器としてレゾルバを用いた例で説明したが、製造コストや分解能によって適宜変更されるものであり、例えば光学式のロータリエンコーダでも良い。 Further, although an example in which a resolver is used as an angle detector has been described, it can be appropriately changed depending on manufacturing cost and resolution, and for example, an optical rotary encoder may be used.
また、角度検出器の回転側を回転自在に支持する軸受33,33’として、グリス潤滑の4点接触玉軸受を用いた例を説明したが、この形式、潤滑方法に限定されるものではなく、設置スぺースや摩擦トルク、回転速度などによって適宜変更されるものであり、高速回転や摩擦トルクの低減など、多点接触軸受を用いることができない場合は、アンギュラ軸受や深溝玉軸受を各軸ごとに2個配置して、予圧をかける構造としても良い。 Moreover, although the example which used the grease lubrication 4-point contact ball bearing was demonstrated as bearings 33 and 33 'which rotatably support the rotation side of an angle detector, it is not limited to this form and a lubrication method. If the multi-point contact bearing cannot be used, such as high-speed rotation or reduction of friction torque, the angular bearing and deep groove ball bearing must be It is good also as a structure which arranges two for every axis | shaft and applies preload.
また、その他の隔壁の外、中に配置される構造部品および隔壁の材質、形状、製造方法は、製造コストや使用される環境、荷重条件、構成などによって適宜変更されるものである。 In addition to the other partition walls, the structural parts and the material, shape, and manufacturing method of the partition parts and the partition walls are appropriately changed depending on the manufacturing cost, the environment used, the load conditions, the configuration, and the like.
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本実施の形態のモータシステムは、真空雰囲気に限らず、大気外の雰囲気で使用することができる。例えば、半導体製造工程の場合、真空排気後に真空槽内部にエッチング用の反応性ガスが導入されることがあるが、本実施の形態のモータシステムでは、隔壁により内部と外部とが遮蔽されているため、モータコイルや絶縁材等がエッチングされてしまうおそれもない。 The present invention has been described above with reference to the embodiments. However, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and can be modified or improved as appropriate. For example, the motor system according to the present embodiment can be used not only in a vacuum atmosphere but also in an atmosphere outside the atmosphere. For example, in the case of a semiconductor manufacturing process, a reactive gas for etching may be introduced into the vacuum chamber after evacuation, but in the motor system of the present embodiment, the inside and the outside are shielded by the partition wall. Therefore, there is no possibility that the motor coil, the insulating material, and the like are etched.
10 円板
11 ボルト
12 本体
12a フランジ部
12b 外周縁
12d 穴
12e 欠き
13、113 隔壁
16 ボルト
17、17’ 軸受ホルダ
18、18’ ボルト
19、19’ アンギュラコンタクト玉軸受
20、20’ ボルト
21、21’ 外側ロータ部材
21a、21a’ 永久磁石
21b、21b’ ヨーク
23、23’ 円筒状部材
29、29’ ステータ
30、30’ 内側ロータ
30a、30a’ 永久磁石
30b、30b’ バックヨーク
32、32’、132,132’ カバー部材
33、33’ 軸受
34、34’ 検出ロータ
34a、34a’ インクリメンタルレゾルバロータ
34b、34b’ アブソリュートレゾルバロータ
35、35’ インクリメンタルレゾルバステータ
36、36’ アブソリュートレゾルバステータ
A1,A2 アーム
D1,D2 ダイレクトドライブモータ
DMC1 モータ制御回路
DMC2 モータ制御回路
G 定盤
L1,L2 リンク
OR O−リング
T テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Disc 11 Bolt 12 Main body 12a Flange part 12b Outer peripheral edge 12d Hole 12e Notch 13, 113 Partition 16 Bolt 17, 17 'Bearing holder 18, 18' Bolt 19, 19 'Angular contact ball bearing 20, 20' Bolt 21, 21 'Outer rotor member 21a, 21a' Permanent magnet 21b, 21b 'Yoke 23, 23' Cylindrical member 29, 29 'Stator 30, 30' Inner rotor 30a, 30a 'Permanent magnet 30b, 30b' Back yoke 32, 32 ', 132, 132 'Cover member 33, 33' Bearing 34, 34 'Detection rotor 34a, 34a' Incremental resolver rotor 34b, 34b 'Absolute resolver rotor 35, 35' Incremental resolver stator 36, 36 'Absolute resolver stator A1, A2 Arm D1 , D2 Direct drive motor DMC1 Motor control circuit DMC2 Motor control circuit G Surface plate L1, L2 Link OR O-ring T Table
Claims (5)
ハウジングと、
前記ハウジングから延在し、大気側と大気外側を隔絶する隔壁と、
前記隔壁に対して大気外側に配置され、外側磁石を備えた外側ロータと、
前記ハウジングに対して前記外側ロータを回転自在に支持する第1の軸受装置と、
前記隔壁に対して大気側に配置されたステータと、
前記隔壁に対して大気側に配置され、前記外側ロータと共に連れ回る内側ロータと、
前記ハウジングに対して前記内側ロータを回転自在に支持する第2の軸受装置と、
前記内側ロータの回転位置を検出する検出器と、を有しており、
前記内側ロータは、前記外側ロータの外側磁石に対して前記隔壁を挟んで対向するように内側磁石を周方向に並べて取り付けており、前記内側磁石と前記外側ロータとの間に確立する磁気カップリング作用により、前記内側ロータと前記外側ロータとは磁気的に連結されており、
前記内側磁石は、前記内側磁石と前記隔壁との間に介在するカバー部材により覆われていることを特徴とするブラシレスモータ。 In a surface magnet type brushless motor used in an atmosphere outside the atmosphere,
A housing;
A partition wall extending from the housing and isolating the atmosphere side from the atmosphere outside;
An outer rotor disposed outside the atmosphere with respect to the partition wall and provided with an outer magnet;
A first bearing device that rotatably supports the outer rotor with respect to the housing;
A stator disposed on the atmosphere side with respect to the partition;
An inner rotor that is disposed on the atmosphere side with respect to the partition wall and is rotated together with the outer rotor;
A second bearing device that rotatably supports the inner rotor with respect to the housing;
A detector for detecting the rotational position of the inner rotor,
The inner rotor has inner magnets arranged side by side in the circumferential direction so as to face the outer magnet of the outer rotor with the partition wall in between, and is established between the inner magnet and the outer rotor. Due to the action, the inner rotor and the outer rotor are magnetically coupled,
The brushless motor, wherein the inner magnet is covered with a cover member interposed between the inner magnet and the partition wall.
前記ベルト状のカバー部材が全周の前記内側磁石を取り巻いた状態で、隣接する前記内側磁石の間に侵入することにより、前記ベルト状のカバー部材のテンションを増大させるテンション部材が設けられていることを特徴とする請求項3に記載のブラシレスモータ。 The overall length of the belt-shaped cover member is longer than the inner peripheral length of a virtual cylindrical surface that is in contact with the surface of the inner magnet facing the partition, and the inner magnets are spaced apart in the circumferential direction.
A tension member is provided to increase the tension of the belt-shaped cover member by entering between the adjacent inner magnets in a state where the belt-shaped cover member surrounds the inner magnet around the entire circumference. The brushless motor according to claim 3.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2007
- 2007-08-02 JP JP2007201798A patent/JP2009038911A/en active Pending
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