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JP3409864B2 - Motor device having linear motor structure - Google Patents

Motor device having linear motor structure

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Publication number
JP3409864B2
JP3409864B2 JP23014092A JP23014092A JP3409864B2 JP 3409864 B2 JP3409864 B2 JP 3409864B2 JP 23014092 A JP23014092 A JP 23014092A JP 23014092 A JP23014092 A JP 23014092A JP 3409864 B2 JP3409864 B2 JP 3409864B2
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JP
Japan
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coil
coils
stage
current
force
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JP23014092A
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Japanese (ja)
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JPH0686594A (en
Inventor
正吾 齋藤
良幸 冨田
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Sumitomo Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Heavy Industries Ltd filed Critical Sumitomo Heavy Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リニアモータ構造を有
するモータ装置に関し、特に高速かつ高精度の位置決め
を行なうのに適したリニアモータ構造を有するモータ装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor device having a linear motor structure, and more particularly to a motor device having a linear motor structure suitable for high-speed and highly accurate positioning.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造装置等の超精密機械分野で
は、対象物を比較的広い平面内で駆動し、位置決めを行
う装置に対して位置決め精度向上の要求がある。
2. Description of the Related Art In the field of ultra-precision machinery such as semiconductor manufacturing equipment, there is a demand for improving the positioning accuracy of an apparatus that drives an object in a relatively wide plane to perform positioning.

【0003】従来、対象物を2次元的に駆動する装置と
しては、まず、平面内の一方向であるx軸方向について
駆動を行うサーボモータとボールネジ等を備えたxステ
ージを形成し、その上にy軸方向の駆動を行うサーボモ
ータとボールネジ等を備えたyステージを重ねたxyス
テージ等が知られている。
Conventionally, as a device for two-dimensionally driving an object, first, an x stage equipped with a servo motor and a ball screw for driving in the x-axis direction, which is one direction in a plane, is formed and then There is known an xy stage or the like in which a y-stage including a servo motor for driving in the y-axis direction and a ball screw is stacked.

【0004】このような構成のxyステージによれば、
動力伝達機構や案内機構が必要であり、駆動源の動力が
100%対象物に伝わらずに、ステージを構成している
機械部材に不要な歪みや弾性変形を生じさせている。ま
た、2段に組み合わせるため全体が大型化し、その結果
高速な運動を行う際、振動の影響が出やすく精度が劣化
しやすい。
According to the xy stage having such a structure,
A power transmission mechanism and a guide mechanism are required, and 100% of the power of the drive source is not transmitted to the target object, causing unnecessary distortion and elastic deformation of the mechanical members forming the stage. In addition, the combination of two stages increases the overall size, and as a result, when performing high-speed motion, the effects of vibration are likely to occur and the accuracy is likely to deteriorate.

【0005】そのため、0.01μm程度以下という高
い位置決め精度を実現するのは困難である。弾性変形量
を低減したり、振動の影響を低減するために、一般的に
機械構造体の大型化によって高剛性化を図ることが多
い。また、このようなステージ装置では、装置の構成
上、一般にステージ可動部の重心点を直接駆動できない
ため、ヨーイング、ピッチング等望ましくない回転運動
が発生し、運動の真直度を低下させる原因となってい
る。
Therefore, it is difficult to realize a high positioning accuracy of about 0.01 μm or less. In general, in order to reduce the amount of elastic deformation and the influence of vibration, it is often the case that the rigidity is increased by increasing the size of the mechanical structure. Further, in such a stage device, the device configuration
Generally, the center of gravity of the movable part of the stage cannot be directly driven.
Therefore, undesired rotary motion such as yawing and pitching
Cause a decrease in the straightness of exercise.
It

【0006】このような構成の場合、高精度の位置決め
を実現するステージ装置は大型となり、重量も増加して
しまう。
In such a structure, the stage device for realizing highly accurate positioning becomes large in size and weight.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の技術によるxyステージ等においては、たとえば
0.01μmの位置決め精度を持つ超精密ステージ装置
を実現することは難しかった。
As described above,
In the conventional xy stage and the like, it was difficult to realize an ultra-precision stage device having a positioning accuracy of 0.01 μm, for example.

【0008】本出願人は、先にステージに直接複数組の
リニアモータ構造を備えた超精密平面モータ装置を提案
した(特願平3−172326号公報)。この平面モー
タ装置においては、ステージに直接複数組のリニアモー
タ構造が取り付けられ、xyθ方向の移動をダイレクト
ドライブ方式により行なえるため、極めて高い位置決め
精度を実現することが可能である。
The present applicant previously proposed an ultra-precision plane motor device having a plurality of sets of linear motor structures directly on the stage (Japanese Patent Application No. 3-172326). In this planar motor apparatus, a plurality of sets of linear motor structure is attached directly to the stage, direct movement of xyθ direction
Since the drive method can be used, extremely high positioning accuracy can be realized.

【0009】このような平面モータ装置において、ステ
ージを高精度に位置決めするためには、各推力発生部と
ステージ重心点とのずれを考慮した推力指令の生成と、
それに基づき所望の電流を各コイルに流すことが望まれ
る。
In such a planar motor device, in order to position the stage with high accuracy, the thrust generators and
Generation of thrust command considering the deviation from the center of gravity of the stage,
Based on that, it is desired to apply a desired current to each coil .

【0010】しかしながら、コイルにはインピーダンス
があり、インピーダンスによる時間的一時遅れが存在す
る。また、単一のステージが複数方向に運動可能である
ため、1つの方向の駆動が他の方向に影響を及ぼし、駆
動を意図しないコイルに逆起電力が発生する。このよう
な逆起電力により、意図した電流が流れないことにな
る。
However, the coil has impedance, and there is a temporal delay due to the impedance. Further, since a single stage can move in a plurality of directions, driving in one direction affects the other direction, and a counter electromotive force is generated in a coil that is not intended to be driven. Due to such a back electromotive force, the intended current does not flow.

【0011】このように、単一の電流値が複数方向の自
由度に影響を与え、かつ所望の電流値を達成しようとし
てもその実現を妨げる要素があるために、ステージの位
置をモニタし、フィードバックしても、ステージを高精
度に位置決めするのに、比較的長い時間を必要とする。
As described above, a single current value affects the degrees of freedom in a plurality of directions, and even if an attempt is made to achieve a desired current value, there are factors that hinder the realization thereof. Therefore, the stage position is monitored, Even with feedback, it takes a relatively long time to position the stage with high accuracy.

【0012】本発明の目的は、たとえば小型で超精密な
精度を有し、かつ高速動作可能なステージ装置を実現す
るのに適した駆動制御機構を備えたモータ装置を提供す
ることである。
An object of the present invention is to provide a motor device having a drive control mechanism suitable for realizing a stage device which is small in size, has ultraprecision accuracy, and can operate at high speed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明のリニアモータ構
造を有するモータ装置は、磁力線を発生させるための磁
石部と前記磁力線と鎖交するコイル部とを含むリニアモ
ータ構造を有するモータ装置であって、モータ装置は複
数のコイルを含み、位置制御誤差信号(r−x)より、
偏差を補正するために、前記複数のコイルに生じる干渉
を低減させるように補正した推力目標値(fr)を求
め、これに基づいて、少なくとも前記複数のコイルのイ
ンピーダンス及び前記複数のコイルで発生する推力の実
効成分を考慮して、少なくとも前記複数のコイルのコイ
ルインピーダンスによる電気的一時遅れを低減させる補
正をするように、コイルに流す電流値の目標値(ir
を演算する遅れ補償演算手段と、前記電流値の目標値
(ir)に基づいて前記コイル部に電流(i)を供給す
る手段と、前記コイルに流れた電流をモニタし、前記電
流供給手段にフィードバックする手段とを含むリニアモ
ータ構造を有するモータ装置とを含む。
A motor device having a linear motor structure according to the present invention is a motor device having a linear motor structure including a magnet portion for generating lines of magnetic force and a coil portion interlinking with the lines of magnetic force. Then, the motor device includes a plurality of coils, and from the position control error signal (r-x),
In order to correct the deviation, a thrust target value ( fr ) corrected so as to reduce the interference generated in the plurality of coils is obtained, and based on this, at least the impedance of the plurality of coils and the impedance of the plurality of coils are generated. In consideration of the effective component of the thrust force, the target value (i r ) of the current value flowing in the coils is corrected so as to correct at least the electrical temporary delay due to the coil impedance of the plurality of coils.
And a means for supplying a current (i) to the coil portion based on the target value (i r ) of the current value, and a current supplying means for monitoring the current flowing in the coil. And a motor device having a linear motor structure including means for feeding back to the motor.

【0014】[0014]

【作用】推力の目標値に基づいて、少なくともコイルの
インピーダンス、コイルで発生する推力の実効成分を考
慮して、コイルに流す電流値の目標値を演算することに
より、電気的一時遅れ、推力のロス、複数推力の干渉等
の成分を予め取り込むことができる。
[Function] Based on the target value of thrust, at least the impedance of the coil and the effective component of the thrust generated in the coil are taken into account to calculate the target value of the current flowing in the coil, so that the electrical temporary delay and the thrust Components such as loss and interference of multiple thrusts can be captured in advance.

【0015】また、実際にコイルに流れた電流をモニタ
し、電流目標値に基づいて電流を供給する電流供給手段
にフィードバックすることにより、所望の電流値を迅速
に達成することができる。
Further, a desired current value can be quickly achieved by monitoring the current actually flowing in the coil and feeding it back to the current supply means for supplying the current based on the current target value.

【0016】たとえば、1つのステージに複数組のリニ
アモータ構造を設け、リニアモータ構造のコイルに所定
電流を供給することによってステージを位置決めする
際、各コイル間の干渉を予め取り込んで電流目標値を定
め、電流値をフィードバックすることにより、電極目標
値を迅速に達成することにより、高速でかつ高精度に動
作するステージ装置を実現することができる。
For example, when a plurality of sets of linear motor structures are provided on one stage and the stage is positioned by supplying a predetermined current to the coils of the linear motor structure, interference between the coils is captured in advance to set the target current value. It is possible to realize a stage device that operates at high speed and with high accuracy by quickly achieving the electrode target value by setting the predetermined value and feeding back the current value.

【0017】[0017]

【実施例】図1に、本発明の実施例によるモータ装置の
基本構成を示す。永久磁石6a、6bとコイル9a、9
bは、一組のリニアモータ構造を構成する。なお、永久
磁石6a、6bはヨーク5によって機械的、磁気的に結
合されている。コイル9a、9bも互いに結合されてい
る。ヨーク5によって結合された永久磁石6a、6bま
たは結合されたコイル9a、9bの一方が他方に対して
相対的に運動する。
1 shows the basic structure of a motor device according to an embodiment of the present invention. Permanent magnets 6a, 6b and coils 9a, 9
b constitutes a set of linear motor structures. The permanent magnets 6a and 6b are mechanically and magnetically coupled by the yoke 5. The coils 9a and 9b are also coupled to each other. One of the permanent magnets 6a, 6b coupled by the yoke 5 or the coupled coils 9a, 9b moves relative to the other.

【0018】このリニアモータ構造を駆動するため、目
標とする推力fr が設定されたとする。演算回路20
は、実効推力演算回路20aと一時遅れ補償演算回路2
0bを含む。実効推力演算回路20aは、コイルに発生
する推力に対するロス、コイルと磁石との結合状態等を
取り込み、所望の推力を発生させるためには、実際にコ
イルにどのような電圧または電流を印加しなければなら
ないかを演算する。
In order to drive this linear motor structure, it is assumed that a target thrust force f r is set. Arithmetic circuit 20
Is an effective thrust calculation circuit 20a and a temporary delay compensation calculation circuit 2
Including 0b. The effective thrust calculation circuit 20a takes in a loss with respect to the thrust generated in the coil, a coupling state between the coil and the magnet, etc., and in order to generate a desired thrust, what voltage or current should be actually applied to the coil. Calculate if it must be.

【0019】さらに、コイルにはコイルインピーダンス
による一時遅れが発生するので、このようにして求めた
電流値を実際に実現するために必要な目標電流値が一時
遅れ補償演算回路20bで演算される。
Further, since a temporary delay occurs in the coil due to the coil impedance, the target current value required to actually realize the current value thus obtained is calculated by the temporary delay compensation calculation circuit 20b.

【0020】すなわち、リニアモータ構造に基づく実効
推力の変化やコイルインピーダンスによる一時遅れ等を
取り込んだ演算を行なうことにより、速やかに所望の推
力を発生させるために必要な目標電流値ir が設定され
る。
That is, the target current value i r necessary for promptly generating a desired thrust is set by performing a calculation that incorporates a change in the effective thrust based on the linear motor structure and a temporary delay due to the coil impedance. It

【0021】電流供給回路25は、このようにして設定
された目標電流値ir に基づいて、可変電流源25aを
制御し、電流iを供給する。この電流iは、コイル9
a、9bを流れ、その電流値が電流モニタ30aによっ
てモニタされる。
The current supply circuit 25 controls the variable current source 25a based on the target current value i r set in this way, and supplies the current i. This current i is applied to the coil 9
a, 9b, and the current value is monitored by the current monitor 30a.

【0022】モニタされた電流値は、フィードバックル
ープ30bを介して電流供給回路25にフィードバック
される。電流供給回路25は、設定した電流値と実際に
流れた電流値の偏差に基づき、さらに可変電流源25a
を制御し、速やかに所望の電流値を達成する。
The monitored current value is fed back to the current supply circuit 25 via the feedback loop 30b. The current supply circuit 25 uses the variable current source 25a based on the deviation between the set current value and the actually flowing current value.
To quickly achieve the desired current value.

【0023】このような構成により、実効駆動力が種々
の要素に影響される場合にも、所望の推力を迅速に発生
させることができる。また、コイルインピーダンス等の
原因による電流の立ち上がり遅れを補償した電流を流
し、目標電流値を速やかに達成することができる。
With such a structure, a desired thrust can be quickly generated even when the effective driving force is affected by various factors. In addition, the target current value can be quickly achieved by flowing the current that compensates for the delay in the rising of the current due to the cause such as the coil impedance.

【0024】以下、本発明をより具体的な実施例に沿っ
て説明する。平面モータ装置の場合を例にとり、まず平
面モータ装置の機械的構造を説明し、次に電気的制御系
について説明する。
The present invention will be described below with reference to more specific examples. Taking the case of a planar motor device as an example, the mechanical structure of the planar motor device will be described first, and then the electrical control system will be described.

【0025】図2に、本発明の実施例による平面モータ
装置の概略図を示す。図2(A)は、コイルと永久磁石
との位置関係を示す平面図である。図2(B)は、永久
磁石とコイルとの位置関係を示す概略側面図である。
FIG. 2 shows a schematic view of a planar motor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2A is a plan view showing the positional relationship between the coil and the permanent magnet. FIG. 2B is a schematic side view showing the positional relationship between the permanent magnets and the coils.

【0026】図2(A)に示すように、平面モータの可
動平面内にx軸方向、y軸方向およびx軸、y軸に垂直
な軸の回りの回転方向θ方向を設定する。平面モータ装
置は、基本的単位としてx方向のリニアモータ構造部1
3、y方向のリニアモータ構造部14、15を有する。
x方向リニアモータ構造部13においては、4個の同等
なx用コイル9a1、9a2、9a3、9a4がy軸方
向に並んで配置され、x軸方向に所定距離離され、別の
4個の同等なx用コイル9b1、9b2、9b3、9b
4がy軸方向に並んで配置されている。
As shown in FIG. 2A, the x-axis direction, the y-axis direction, and the rotation direction θ around an axis perpendicular to the x-axis and the y-axis are set in the movable plane of the plane motor. The planar motor device has a linear motor structure 1 in the x direction as a basic unit.
It has linear motor structures 14 and 15 in the 3 and y directions.
In the x-direction linear motor structure 13, four equivalent x coils 9a1, 9a2, 9a3, 9a4 are arranged side by side in the y-axis direction, separated by a predetermined distance in the x-axis direction, and another four equivalent coils are provided. X coils 9b1, 9b2, 9b3, 9b
4 are arranged side by side in the y-axis direction.

【0027】さらに、対応する2つのx用コイル9a
1、9b1を貫通して共通の高透磁率のコア12が配置
されている。同様に、対応するx用コイル9a2と9b
2、9a3と9b3、9a4と9b4をそれぞれ貫通し
てコア12が配置されている。
Further, two corresponding coils for x 9a.
A common high-permeability core 12 is disposed so as to pass through the first and the ninth b1. Similarly, the corresponding x coils 9a2 and 9b
The core 12 is arranged so as to penetrate through 2, 9a3 and 9b3, 9a4 and 9b4, respectively.

【0028】図示の配置においては、図中下側に配置さ
れた3つのx用コイル9a1、9a2、9a3に対向す
るようにy方向に長い1つのx用磁石6aが配置され、
他の3つのx用コイル9b1、9b2、9b3と対向し
て他のy方向に長いx用コイル6bが配置されている。
In the illustrated arrangement, one x magnet 6a long in the y direction is arranged so as to face the three x coils 9a1, 9a2, 9a3 arranged on the lower side in the drawing,
An x coil 6b that is long in the other y direction is arranged to face the other three x coils 9b1, 9b2, and 9b3.

【0029】y方向リニアモータ構造部14、15にお
いても同様の構成がとられている。すなわち、y方向リ
ニアモータ構造部14においては、y用コイル10b
1、10b2、10b3、10b4がx軸方向に並んで
配置され、その図中下方には、x方向の位置を対応させ
て他のy用コイル10a1、10a2、10a3、10
a4が、同様x軸方向に並んで配置されている。
The y-direction linear motor structures 14 and 15 have the same structure. That is, in the y-direction linear motor structure portion 14, the y coil 10b is provided.
1, 10b2, 10b3, 10b4 are arranged side by side in the x-axis direction, and the other y coils 10a1, 10a2, 10a3, 10 corresponding to the positions in the x direction are arranged below in the figure.
Similarly, a4 is arranged side by side in the x-axis direction.

【0030】また、上下に対応して配置されたy用コイ
ル10b1と10a1、10b2と10a2、10b3
と10a3、10b4と10a4にはそれぞれコア12
が貫通して配置されている。
Further, the coils for y 10b1 and 10a1, 10b2 and 10a2, 10b3 arranged corresponding to the upper and lower sides, respectively.
And 10a3, 10b4 and 10a4 respectively have core 12
Is placed through.

【0031】また、x軸方向に長いy用永久磁石7b
は、図中の配置においてx方向に長いy用コイル10b
1、10b2、10b3の上に配置され、他のx方向に
長いy用磁石7aは、y用磁石10a1、10a2、1
0a3の上に対向して配置されている。
Further, the permanent magnet 7b for y which is long in the x-axis direction.
Is a coil for y 10b that is long in the x direction in the arrangement in the figure.
The other y magnets 7a arranged on the 1, 10b2, 10b3 and long in the x direction are y magnets 10a1, 10a2, 1
0a3 is arranged so as to face it.

【0032】他のy方向リニアモータ構造部15は、y
方向リニアモータ構造部14と同等の構成を有する。す
なわち、11a1〜11a4、11b1〜11b4はy
用コイルを示し、8a、8bはy用磁石を示し、12は
コアを示す。
The other y-direction linear motor structure portion 15 is
It has the same structure as the directional linear motor structure portion 14. That is, 11a1 to 11a4 and 11b1 to 11b4 are y
8a and 8b are y magnets, and 12 is a core.

【0033】図2(B)は、x用コイル9a1、9b1
およびその上に配置されたx用磁石6a、6bの相対関
係を示す概略側面図である。ベース1の上にx用コイル
9a1、9b1が固定され、その軸上にコア12が貫通
されている。これらのx用コイル9a1、9b1と対向
するように、x用磁石6a、6bがギャップ17を介し
て配置されている。これらのx用磁石6a、6bは、ヨ
ーク5に固定され、このヨーク5はステージ部材3の下
面に固定されている。少なくともヨーク5は、高透磁率
の材料で形成されている。
FIG. 2B shows the x coils 9a1 and 9b1.
FIG. 3 is a schematic side view showing a relative relationship between x magnets 6a and 6b arranged thereon. The x coils 9a1 and 9b1 are fixed on the base 1, and the core 12 is penetrated on the axis thereof. The x magnets 6a and 6b are arranged via a gap 17 so as to face the x coils 9a1 and 9b1. These x magnets 6a and 6b are fixed to the yoke 5, and this yoke 5 is fixed to the lower surface of the stage member 3. At least the yoke 5 is made of a material having a high magnetic permeability.

【0034】一対のx用磁石6a、6bは、ヨーク5に
対して極性を反転して配置されている。図示の構成にお
いては、一方のx用磁石6aは下方にN極、上方にS極
を有し、他方のx用磁石6bは上方にN極、下方にS極
を有する。
The pair of x magnets 6a, 6b are arranged with their polarities reversed with respect to the yoke 5. In the illustrated configuration, one x magnet 6a has an N pole below and an S pole above, and the other x magnet 6b has an N pole above and an S pole below.

【0035】したがって、図中破線の矢印で示すように
磁路16が形成され、磁束が分布する。このような磁束
の存在下において、コイル9a1に図に示すような方向
の電流を与え、コイル9b1に図に示すような反対方向
の電流を与えると、主にコイルの上部分を流れる電流が
磁束と相互作用する。
Therefore, the magnetic path 16 is formed as indicated by the broken line arrow in the figure, and the magnetic flux is distributed. In the presence of such a magnetic flux, when a current in the direction shown in the figure is given to the coil 9a1 and a current in the opposite direction as shown in the figure is given to the coil 9a1, the current flowing mainly in the upper portion of the coil is the magnetic flux. Interact with.

【0036】これら2つのコイルにおいては磁束の向き
が逆であるため、逆方向に電流を流す両コイルに同一方
向のx方向の力が生じる。この力によってステージ部材
3はx方向に駆動される。
In these two coils, the directions of the magnetic flux are opposite to each other, so that a force in the x direction, which is the same direction, is generated in both coils for passing current in opposite directions. This force drives the stage member 3 in the x direction.

【0037】同様の原理により、y方向リニアモータ構
造部14、15においては、y方向の力が発生する。た
とえば、y方向リニアモータ構造部14、15に生じる
力によって、ステージ部材3がy方向に変位する。
According to the same principle, a y-direction force is generated in the y-direction linear motor structure portions 14 and 15. For example, the force generated in the y-direction linear motor structures 14 and 15 causes the stage member 3 to be displaced in the y-direction.

【0038】この時、x用磁石6a、6bと対向するコ
イルは変わっても、いくつかのコイルはx用磁石6a、
6bと対向する。したがって、x方向の力を発生するこ
とができる。
At this time, although the coils facing the x magnets 6a and 6b are changed, some of the coils are different from the x magnets 6a and 6b.
It faces 6b. Therefore, a force in the x direction can be generated.

【0039】図2に示すような構造の平面モータ装置の
駆動モードを図3に示す。図3(A)はx並進モードを
示し、図3(B)はy並進モードを示し、図3(C)は
θ回転モードを示す。
FIG. 3 shows the drive modes of the planar motor device having the structure shown in FIG. 3A shows the x translation mode, FIG. 3B shows the y translation mode, and FIG. 3C shows the θ rotation mode.

【0040】図3(A)においては、x方向リニアモー
タ構造部13のコイルに電流を流す。このため、x方向
リニアモータ構造部13のコイルにx方向の力が発生
し、ステージ部材をx方向に駆動する。
In FIG. 3A, a current is passed through the coil of the x-direction linear motor structure portion 13. Therefore, a force in the x direction is generated in the coil of the x direction linear motor structure portion 13 to drive the stage member in the x direction.

【0041】図3(B)は、y並進モードを示す。y方
向リニアモータ構造部14、15のコイルに同一方向の
力が発生するように電流を流す。すると、y方向リニア
モータ構造部14、15のコイルに同一のy方向の駆動
力が発生する。したがって、ステージ部材はy方向に並
進運動する。
FIG. 3B shows the y translation mode. An electric current is applied to the coils of the y-direction linear motor structures 14 and 15 so that forces in the same direction are generated. Then, the same driving force in the y direction is generated in the coils of the y direction linear motor structure portions 14 and 15. Therefore, the stage member translates in the y direction.

【0042】図3(C)はxy平面内におけるθ回転モ
ードを示す。y方向リニアモータ構造部14、15に逆
方向のy方向の力が発生するように電流を供給する。た
とえば、図示のようにy方向リニアモータ構造部14に
おいては−y方向、y方向リニアモータ構造部15にお
いては+y方向に力が発生するように、それぞれのコイ
ルに電流を供給する。これら逆方向で平行な力が発生す
ると、リニアモータ構造部14、15の永久磁石を支持
するステージ部材はxy平面内で+θ方向に回転する。
FIG. 3C shows the θ rotation mode in the xy plane. Electric current is supplied to the y-direction linear motor structures 14 and 15 so that a force in the opposite y-direction is generated. For example, as shown in the drawing, current is supplied to each coil so that a force is generated in the -y direction in the y-direction linear motor structure portion 14 and in the + y direction in the y-direction linear motor structure portion 15. When parallel forces are generated in the opposite directions, the stage member that supports the permanent magnets of the linear motor structure portions 14 and 15 rotates in the + θ direction in the xy plane.

【0043】以上の説明においては、各コイルはベース
に固定され、各永久磁石はステージ部材に固定され、ス
テージはxy平面内で自由に運動できると仮定した。コ
イルに働く力と永久磁石に働く力は大きさが等しく、向
きが逆である。
In the above description, it is assumed that each coil is fixed to the base, each permanent magnet is fixed to the stage member, and the stage can move freely in the xy plane. The force acting on the coil and the force acting on the permanent magnet are equal in magnitude and opposite in direction.

【0044】このような構造は、たとえば、ステージを
コロ等でxy平面内に支持することによって実現するこ
ともできるが、以下に述べるようにエアベアリング等の
摩擦の少ないベアリング機構を用いることがより好まし
い。
Such a structure can be realized, for example, by supporting the stage in the xy plane with a roller or the like, but as described below, it is more preferable to use a bearing mechanism such as an air bearing having less friction. preferable.

【0045】ステージの可動部の機械構造部の自重もし
くは、磁石等による吸引力と逆向きにエアベアリングの
浮上力が作用するようにエアベアリングを組み合わせた
構造によれば、ステージをベース上所定高さに保持し、
xy平面内の運動自在に支持することができる。
According to the structure in which the air bearings are combined such that the mechanical weight of the movable portion of the stage or the levitation force of the air bearings acts in the opposite direction to the attraction force of the magnets or the like, the stage has a predetermined height above the base. Hold on
It can be movably supported in the xy plane.

【0046】図4は、平面モータ装置を備えたxyステ
ージ装置を示す斜視図である。ベース1は、その上に平
坦な案内面2を有し、案内面2上にx用コイル9、第1
y用コイル10、第2y用コイル11を固定する。
FIG. 4 is a perspective view showing an xy stage device equipped with a planar motor device. The base 1 has a flat guide surface 2 on which the x coil 9, the first
The y coil 10 and the second y coil 11 are fixed.

【0047】なお、x用コイル9は、x軸方向に5個の
コイルが同軸に配置され、同様の5個のコイルの組が5
組y方向に並列に配置されている。また、y用コイル1
0、11は、y軸方向に5個のコイルが同軸配置され、
これら5個のコイルの組がx方向に4組配置されてい
る。なお、同軸に配列されたコイルの中心部には鉄等の
高透磁率のコアが挿入されている。
As the x coil 9, five coils are arranged coaxially in the x-axis direction, and a set of the same five coils is five.
The sets are arranged in parallel in the y direction. Also, the coil 1 for y
For 0 and 11, 5 coils are arranged coaxially in the y-axis direction,
Four sets of these five coils are arranged in the x direction. A core of high magnetic permeability such as iron is inserted in the center of the coaxially arranged coil.

【0048】ベース1の案内面2上には、エアパッド4
で支持されたメインステージ3が配置される。エアパッ
ド4は、たとえば下面にエア吹き出し口を有するもので
あり、エアの吹き出しによってベース1の案内面2上に
浮上する。SORアライナ等に用いるため縦型のステー
ジにする場合は、エアパッドに永久磁石を併用すること
により、垂直面上で平面運動が可能となる。
An air pad 4 is provided on the guide surface 2 of the base 1.
The main stage 3 supported by is arranged. The air pad 4 has, for example, an air outlet on its lower surface, and floats on the guide surface 2 of the base 1 by the air blowing. When using a vertical stage for use in an SOR aligner or the like, by using a permanent magnet in combination with the air pad, planar movement is possible on a vertical surface.

【0049】メインステージ3の下面には、鉄等の高透
磁率材料で形成されたヨーク5が固定されている。この
ヨーク5の下面には、さらにx用磁石6、y用磁石7お
よび8が固定されている。各磁石は、対応するコイルの
複数個にわたる長さを有する。
A yoke 5 made of a high magnetic permeability material such as iron is fixed to the lower surface of the main stage 3. Further, x magnets 6 and y magnets 7 and 8 are fixed to the lower surface of the yoke 5. Each magnet has a length spanning a plurality of corresponding coils.

【0050】図5は、図4における磁石とコイルとの関
係をより詳細に示す。図5(A)は、磁石とコイルの組
み合わせの一相のみを取り出した図である。ヨーク5の
下面に逆平行の関係にある永久磁石M1とM2が固着さ
れている。これら永久磁石M1とM2の間隔は、対応す
るコイルC1とC2の間隔に等しく設定されている。
FIG. 5 shows the relationship between the magnet and the coil in FIG. 4 in more detail. FIG. 5A is a diagram in which only one phase of the combination of the magnet and the coil is taken out. Permanent magnets M1 and M2 in an antiparallel relationship are fixed to the lower surface of the yoke 5. The distance between the permanent magnets M1 and M2 is set equal to the distance between the corresponding coils C1 and C2.

【0051】図示のように、永久磁石M1とM2がコイ
ルC1とC2の上に配置されると、永久磁石M1からコ
イルC1内のコア12に達し、コア12を通って永久磁
石M2に進み、ヨーク5を介して永久磁石M1に戻る磁
路が形成される。コイルC1、C2の上側巻線は、この
磁路と交差している。
As shown in the figure, when the permanent magnets M1 and M2 are arranged on the coils C1 and C2, they reach the core 12 in the coil C1 from the permanent magnet M1 and go through the core 12 to the permanent magnet M2. A magnetic path returning to the permanent magnet M1 via the yoke 5 is formed. The upper windings of the coils C1 and C2 intersect this magnetic path.

【0052】したがって、コイルC1とC2に電流を流
すと、電流の強さに応じた力がコイルの軸方向に発生す
る。ただし、コイルC1とC2において、磁束は逆方向
に進むので、コイルC1とC2に同一方向の力を発生さ
せると、これらの力は互いに逆方向に作用し、相殺す
る。コイルC1とC2に逆方向の電流を流せば、同一方
向の力が発生する。
Therefore, when a current is passed through the coils C1 and C2, a force corresponding to the strength of the current is generated in the axial direction of the coil. However, in the coils C1 and C2, the magnetic fluxes travel in opposite directions. Therefore, when forces in the same direction are generated in the coils C1 and C2, these forces act in opposite directions and cancel each other out. If currents in opposite directions are applied to the coils C1 and C2, forces in the same direction are generated.

【0053】コイルに電流を流すことにより、ヨーク5
が矢印方向に移動する。しかしながら、磁石M1とM2
がコイルとコイルの境界上に移動されると、隣接するコ
イルから逆方向の力が発生するので、ヨーク5に作用す
る力は減少する。このような力の発生を図6(A)に示
す。
By passing a current through the coil, the yoke 5
Moves in the direction of the arrow. However, the magnets M1 and M2
Is moved to the boundary between the coils, a force in the opposite direction is generated from the adjacent coil, so that the force acting on the yoke 5 is reduced. Generation of such a force is shown in FIG.

【0054】すなわち、磁石とコイルの間に1つの磁路
を形成し、一相の駆動を行うと、発生する力は、図6
(A)に示すようにリップル状になる。図4のステージ
装置においては、各リニアモータ構造部は4個の永久磁
石を有している。これらの永久磁石は、図5(B)に示
すように2個ずつが組とされ、2組が位相をずらして配
置されている。
That is, when one magnetic path is formed between the magnet and the coil and one-phase driving is performed, the generated force is as shown in FIG.
As shown in (A), it has a ripple shape. In the stage device of FIG. 4, each linear motor structure has four permanent magnets. As shown in FIG. 5B, two permanent magnets are set as a set, and the two sets are arranged with their phases shifted.

【0055】すなわち、図示のように磁石M1とM2が
コイルとコイルの境界上にあり、力を発生できない時、
他の磁石M3とM4はコイルC4とC5の上に配置さ
れ、十分な力を発生することができる。
That is, as shown in the figure, when the magnets M1 and M2 are on the boundary between coils and a force cannot be generated,
The other magnets M3 and M4 are arranged on the coils C4 and C5 and can generate sufficient force.

【0056】ヨーク5が移動して、磁石M3とM4がコ
イルとコイルの境界上に配置されるときには、今度は磁
石M1とM2がコイルの中央部上に配置され、十分な力
を発生する。このような2相駆動により発生する力のパ
ターンを、図6(B)に示す。
When the yoke 5 moves and the magnets M3 and M4 are arranged on the boundaries between the coils, the magnets M1 and M2 are now arranged on the central portion of the coils, and a sufficient force is generated. The pattern of force generated by such two-phase driving is shown in FIG. 6 (B).

【0057】すなわち、図6(B)の上2段に示す位相
をずらせた2相の駆動力を合成することにより、図6
(B)最下段に示すようなほぼ一定の推力を得ることが
できる。
That is, by synthesizing the two-phase driving forces shown in the upper two stages of FIG.
(B) It is possible to obtain a substantially constant thrust as shown in the bottom row.

【0058】各磁石は、対応するコイルの横方向に長い
形状を有する。図5(C)は、このような磁石の横方向
とコイルとの関係を示す。コイルC1、C6、C7、C
8は、横方向に並んで配置されている。
Each magnet has a shape elongated in the lateral direction of the corresponding coil. FIG. 5C shows the relationship between such a lateral direction of the magnet and the coil. Coils C1, C6, C7, C
8 are arranged side by side in the lateral direction.

【0059】これに対して磁石M1は、3つ分のコイル
の幅を有する。したがって、ヨーク5がコイルの横方向
に移動したときも、十分な長さにおいて磁石とコイルと
が対向し、必要な力を発生させることができる。
On the other hand, the magnet M1 has the width of three coils. Therefore, even when the yoke 5 moves in the lateral direction of the coil, the magnet and the coil face each other for a sufficient length, and a necessary force can be generated.

【0060】すなわち、平面内である程度広範囲にステ
ージを駆動するためには、コイル1つに対して磁石1つ
を対向させる構成は好ましくなく、図示のように複数個
のコイルを軸方向に結合し、かつ軸と直交する方向に複
数組のコイルを配置することが好ましい。
That is, in order to drive the stage in a wide range to a certain extent in the plane, it is not preferable to make one magnet facing one coil, and as shown in the drawing, a plurality of coils are coupled in the axial direction. It is preferable that a plurality of sets of coils are arranged in the direction orthogonal to the axis.

【0061】このように、多数のコイルを配置し、その
上に多数、たとえば4個の磁石を2相駆動を行うように
配置することにより、磁石の発生する磁束を十分コイル
に鎖交させ、ステージの駆動に必要な力を十分広範囲に
発生させることが可能となる。
As described above, by arranging a large number of coils and arranging a large number, for example, four magnets thereon so as to perform two-phase drive, the magnetic flux generated by the magnets is sufficiently linked to the coils, It is possible to generate a force necessary for driving the stage in a sufficiently wide range.

【0062】なお、磁石と対向するコイルに流れる電流
を制御することにより、図3に示したような種々の駆動
モードを実現できることは当業者に自明であろう。ステ
ージをエアパッドにより浮上させ、コイルと磁石の組み
合わせにより、駆動することにより、ほぼ摩擦のない状
態でステージに直接力を作用させることができる。この
ため、構造部材に歪みや弾性変形を生じることを防止す
ることが可能となる。また、装置全体を小型化にでき
る。このようにして、高精度の位置決めが可能なステー
ジ装置が提供される。
It will be apparent to those skilled in the art that various driving modes as shown in FIG. 3 can be realized by controlling the current flowing through the coil facing the magnet. By flying the stage with an air pad and driving it with a combination of a coil and a magnet, a force can be directly applied to the stage with almost no friction. Therefore, it is possible to prevent the structural member from being distorted or elastically deformed. In addition, the entire device can be downsized. In this way, a stage device capable of highly accurate positioning is provided.

【0063】このような高精度の位置決め可能ステージ
装置を、高速度に動作させるための制御系について以下
に説明する。図7は、以上説明したステージ装置の動力
学的モデルを示す。図4に示すステージ装置とほぼ同等
の構造を有する場合を示す。
A control system for operating such a highly accurate positionable stage device at a high speed will be described below. FIG. 7 shows a dynamic model of the stage device described above. A case is shown in which the structure is almost equivalent to that of the stage device shown in FIG.

【0064】メインステージ3は、3つのエアパッド4
によって支持され、その位置計測のためのx方向測長用
ミラーMxおよびy方向測長用ミラーMyを備える。ま
た、メインステージ3は、その下面に一組のx方向永久
磁石と二組のy方向永久磁石とを備える。このメインス
テージの重心をGで示す。
The main stage 3 has three air pads 4
And an x-direction length measurement mirror Mx and a y-direction length measurement mirror My for measuring the position thereof. Further, the main stage 3 includes a set of x-direction permanent magnets and two sets of y-direction permanent magnets on its lower surface. The center of gravity of this main stage is indicated by G.

【0065】メインステージ3の外部には、重心Gから
y方向距離Dx離れた位置でx方向の測長を行なうレー
ザ測長計と、重心Gからx方向距離Dy1、Dy2離れ
た位置でy方向の測長を行なう2つのレーザ測長計が設
けられている。これらのレーザ測長計により、座標X、
Y1、Y2が測定される。
Outside the main stage 3, a laser length meter for measuring the length in the x direction at a position distant from the center of gravity G in the y direction and a length measuring device in the y direction at a position distant from the center of gravity G in the x direction by Dy1 and Dy2. Two laser length-measuring devices are provided for length measurement. With these laser length measuring machines, the coordinate X,
Y1 and Y2 are measured.

【0066】メインステージ3を支持するベース上に
は、一組のx方向コイル(インダクタンス)Lxと、二
組のy方向コイル(インダクタンス)Ly1、Ly2が
設けられている。これらのコイルにはそれぞれ抵抗成分
が伴うが、その抵抗値をRx、Ry1、Ry2と表す。
また、これらのコイルによってメインステージ3に働く
力をFx、Fy1、Fy2と表し、これらの力の作用点
の重心Gからの距離をlx、ly、lyと表す。
On the base supporting the main stage 3, a set of x-direction coils (inductance) Lx and two sets of y-direction coils (inductance) Ly1 and Ly2 are provided. Although resistance components accompany each of these coils, their resistance values are represented as Rx, Ry1, and Ry2.
Further, the forces acting on the main stage 3 by these coils are represented by Fx, Fy1, Fy2, and the distances from the center of gravity G of the points of action of these forces are represented by lx, ly, ly.

【0067】x方向駆動コイルLxの両端に電圧uxを
印加し、Y方向駆動コイルLy1、Ly2の両端に駆動
電圧uy1、uy2を印加してメインステージ3の駆動
を行なう。
The voltage ux is applied to both ends of the x-direction drive coil Lx, and the drive voltages uy1 and uy2 are applied to both ends of the Y-direction drive coils Ly1 and Ly2 to drive the main stage 3.

【0068】磁束密度Bの中に電流iを長さl流すと、
電流に対して力Fが F=B・l・i …(1) のように発生する。この単純なモデルの場合、電流−推
力ゲインKfは次式により表せる。
When a current i having a length of 1 is passed in the magnetic flux density B,
A force F is generated with respect to an electric current as follows: F = B · l · i (1) In the case of this simple model, the current-thrust force gain Kf can be expressed by the following equation.

【0069】 Kf=F/i …(2) この場合、Kf=B・lである。磁束密度Bは、パーミ
アンス法等により求めることができる。
Kf = F / i (2) In this case, Kf = B · l. The magnetic flux density B can be obtained by the permeance method or the like.

【0070】ところで、実際のステージ用平面モータに
おいては、重心と推力の作用点が異なることにより、1
次のモーメントが発生する。また、ステージの移動に伴
い、磁束と鎖交するコイルの有効長は変化する。したが
って、実際にはKfはステージ位置の関数となる。
By the way, in the actual stage plane motor, the difference between the center of gravity and the point of action of thrust causes
The next moment occurs. Further, the effective length of the coil interlinking with the magnetic flux changes as the stage moves. Therefore, Kf is actually a function of the stage position.

【0071】ただし、ステージが微小範囲で動く場合
は、ゲインKfの変動は極めて小さいものとすることも
できる。インダクタンスL、抵抗Rを有するコイルに電
圧uを印加すると、この時コイルに流れる電流には(L
S+R)-1で示されるような一時遅れが表れる。この遅
れは、入力信号が高周波の時(たとえば信号の立ち上が
り時等)、電流−推力ゲインの低下、あるいは位相遅れ
を生じさせる。このため、ステージの高周波領域での追
従性を低下させる。したがって、目標値への整定時間や
応答速度に悪影響を及ぼす。
However, when the stage moves in a minute range, the variation of the gain Kf can be extremely small. When a voltage u is applied to a coil having an inductance L and a resistance R, the current flowing in the coil at this time is (L
S + R) −1 , a temporary delay appears. This delay causes a decrease in the current-thrust force gain or a phase delay when the input signal has a high frequency (for example, when the signal rises). Therefore, the followability in the high frequency region of the stage is reduced. Therefore, the settling time to the target value and the response speed are adversely affected.

【0072】電流iが流れると、電流−推力ゲインKf
に従って力Fが発生する。力Fが作用すると、ステージ
の質量Mに反比例した加速度が発生する。重力加速度等
他の力も作用する時は、これら他の力も取り込まれる。
この加速度を積分することによってステージの速度vが
定まる。また、速度vを積分することによってステージ
の位置xが定まる。
When the current i flows, the current-thrust force gain Kf
A force F is generated accordingly. When the force F acts, an acceleration that is inversely proportional to the mass M of the stage is generated. When other forces such as gravitational acceleration also act, these other forces are also taken in.
The speed v of the stage is determined by integrating this acceleration. Further, the stage position x is determined by integrating the velocity v.

【0073】このような移動ステージ系に通常のPID
制御を行なう場合の制御系を図8に示す。ステージ系5
0は、加算器(減算器)36で電圧uを受け、インダク
タンスL、抵抗Rを有するコイル系38に電流を流すこ
とによって一時遅れが発生する。
For such a moving stage system, an ordinary PID is used.
A control system for controlling is shown in FIG. Stage system 5
For 0, a voltage u is received by an adder (subtractor) 36, and a current is passed through a coil system 38 having an inductance L and a resistance R, so that a temporary delay occurs.

【0074】コイル系に流れる電流によって、電流−推
力ゲインKfを有する駆動系40より推力が発生する。
この推力は、慣性系42によって速度vとなり、積分系
44によって位置xとなる。
Due to the current flowing through the coil system, thrust is generated from the drive system 40 having the current-thrust force gain Kf.
This thrust becomes the velocity v by the inertial system 42 and becomes the position x by the integrating system 44.

【0075】ステージ系50の位置xは、レーザ測長計
によってモニタされ、フィードバック系48を介して加
算器32にフィードバックされる。加算器(減算器)3
2では、設定した位置r、実際のステージの位置xから
その偏差を演算し、PID調節系34を介して電圧uを
発生させる。
The position x of the stage system 50 is monitored by a laser length meter and fed back to the adder 32 via the feedback system 48. Adder (subtractor) 3
In 2, the deviation is calculated from the set position r and the actual position x of the stage, and the voltage u is generated via the PID adjustment system 34.

【0076】このような制御により、ステージ系50の
位置を正確に自動制御することができる。しかしなが
ら、インピーダンスを有するコイル系38には、当初設
定した電流は流れず、電流値が設定値に達するのには時
間がかかる。
By such control, the position of the stage system 50 can be accurately and automatically controlled. However, the initially set current does not flow through the coil system 38 having impedance, and it takes time for the current value to reach the set value.

【0077】また、図7のモデルから明らかなように、
たとえば、x方向コイルLxに電流を流し、x方向の力
Fxを発生させた場合、この力の作用する位置が重心G
と距離lx離れているために、メインステージ3はx方
向の運動のみでなく、y方向の運動やθ方向の回転を伴
ってしまう。y方向コイルLyに電流を流した時にも同
様の事態が発生する。
Further, as is clear from the model of FIG.
For example, when a current is applied to the x-direction coil Lx to generate a force Fx in the x-direction, the position on which this force acts is the center of gravity G.
Therefore, the main stage 3 is not only moved in the x direction, but also moved in the y direction and rotated in the θ direction. A similar situation occurs when a current is applied to the y-direction coil Ly.

【0078】すなわち、図7に示すようなステージ系に
おいては、各方向の駆動力が互いに干渉する。このよう
に、一方向の駆動を行なった時、他の方向に駆動力が発
生することにより、対応するコイルに逆起電力が発生し
てしまう。このフィードバックループを、図8中のフィ
ードバック系46で示す。
That is, in the stage system as shown in FIG. 7, the driving forces in the respective directions interfere with each other. In this way, when driving is performed in one direction, driving force is generated in the other direction, so that a counter electromotive force is generated in the corresponding coil. This feedback loop is shown by the feedback system 46 in FIG.

【0079】この逆起電力の比例定数をKeで表す。逆
起電力は、指令電圧と逆の極性であり、コイルに流れる
電流を減少させる方向に働く。これが、推力に従ってス
テージの他の自由度の運動に影響を与える。
The proportional constant of this back electromotive force is represented by Ke. The counter electromotive force has a polarity opposite to that of the command voltage, and acts in the direction of reducing the current flowing through the coil. This affects the motion of the stage in other degrees of freedom according to the thrust.

【0080】図9は、本発明の実施例によるステージの
制御系を示す。図8に示す参考技術による制御系と異な
る点は、PID調節系34と加算器36の間の部分およ
び、コイル系38の出力電流のフィードバック系およ
び、位置のフィードバック系における座標変換用演算回
路28である。
FIG. 9 shows a stage control system according to an embodiment of the present invention. The difference from the control system according to the reference technique shown in FIG. 8 is that a portion between the PID adjusting system 34 and the adder 36, a feedback system of the output current of the coil system 38, and an arithmetic circuit 28 for coordinate conversion in the position feedback system. Is.

【0081】位置の目標値rが設定されると、加算器3
2を介してPID調節系34に印加され、目標電圧が設
定される。この目標電圧は、単純な理想的モデルの場合
のものであり、実際のステージ系を考慮して互いに干渉
を生じない駆動力成分に分解する演算等の逆演算(K
f)-1およびコイルの一時遅れの逆演算(Kamp)-1
等を行なう演算回路20を介してステージ系に則した数
値に修正される。
When the position target value r is set, the adder 3
It is applied to the PID adjustment system 34 via 2 and the target voltage is set. This target voltage is in the case of a simple ideal model, and in consideration of an actual stage system, an inverse operation (K
f) -1 and inverse calculation of coil temporary delay (Kamp) -1
It is corrected to a numerical value conforming to the stage system via the arithmetic circuit 20 for performing the above.

【0082】この設定値は、加算器21を介して比例回
路22および積分回路23を含むPI制御を介して加算
器24、36を介してコイル系38に印加される。コイ
ル系38の出力電流iは、フィードバック系30b、係
数回路26を介して加算器21にフィードバックされ
る。
This set value is applied to the coil system 38 via the adder 21 and the adders 24 and 36 via PI control including the proportional circuit 22 and the integrating circuit 23 via the adder 21. The output current i of the coil system 38 is fed back to the adder 21 via the feedback system 30b and the coefficient circuit 26.

【0083】このようにして、ステージの重心から離れ
た位置に作用する力の干渉を補償し、かつコイル系によ
る電流の立ち上がり遅れ等を補正した制御を行なうこと
により、ステージ系は高速にかつ高精度に制御される。
In this way, by performing the control in which the interference of the force acting on the position away from the center of gravity of the stage is compensated and the rising delay of the current due to the coil system is corrected, the stage system operates at high speed and at high speed. Controlled by precision.

【0084】なお、電流−推力ゲインマトリクスKfが
一定値として扱える場合、演算回路20における干渉防
止演算は、次式に示すような演算を行なえばよい。
When the current-thrust force gain matrix Kf can be treated as a constant value, the interference prevention calculation in the calculation circuit 20 may be carried out as shown in the following equation.

【0085】[0085]

【数1】 [Equation 1]

【0086】このような演算により、重心Gのx方向、
y方向、θ方向の運動をコイルLx、Ly1、Ly2の
用語で表すことができる。このようにして、各軸の運動
を非干渉化することができる。
By such calculation, the center of gravity G in the x direction,
The motions in the y direction and the θ direction can be expressed by the terms of the coils Lx, Ly1, and Ly2. In this way, the motion of each axis can be decoupled.

【0087】なお、ステージ系50にはx方向の1つの
コイルおよびy方向の2つのコイルから駆動力が与えら
れる。ステージ全体の運動は、これら3つの力の合成に
よって定まる。
Driving force is applied to the stage system 50 from one coil in the x direction and two coils in the y direction. The movement of the entire stage is determined by the combination of these three forces.

【0088】図10に、ステージ系の駆動機構を示す。
xコイル用電圧uxと2つのyコイル用電圧uy1、u
y2により、ステージに駆動力が与えられ、ステージは
x方向、y方向、θ方向に運動する。
FIG. 10 shows the drive mechanism of the stage system.
x coil voltage ux and two y coil voltages uy1, u
A driving force is applied to the stage by y2, and the stage moves in the x direction, the y direction, and the θ direction.

【0089】より詳細に説明すると、設定電圧uによっ
てコイル51に電流が流れ、磁界内の相互作用52によ
って駆動力が発生する。この駆動力が、慣性系53を速
度vで運動させ、積分系54によって位置の変化x、
y、θとなって表れる。なお、各軸方向相互間の干渉に
よって、逆起電力55が生じている。
More specifically, the set voltage u causes a current to flow in the coil 51, and the interaction 52 in the magnetic field generates a driving force. This driving force causes the inertial system 53 to move at the velocity v, and the integration system 54 changes the position x,
It appears as y and θ. The counter electromotive force 55 is generated due to the interference between the respective axial directions.

【0090】なお、平面モータの場合について説明した
が、同様の制御系が1軸、3軸等、他のモータ装置にも
適用できることは当業者に明らかであろう。以上実施例
に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限さ
れるものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み
合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
Although the case of the planar motor has been described, it will be apparent to those skilled in the art that the same control system can be applied to other motor devices such as one-axis and three-axis motors. Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
リニアモータ構造を有するモータ装置において、高速か
つ高精度の制御を行なうことができる。平面モータ装置
等において、複数方向の駆動力が互いに干渉を生じる場
合にも、予め干渉を防止した制御を行なうことができ
る。
As described above, according to the present invention,
In a motor device having a linear motor structure, high speed and highly accurate control can be performed. In a planar motor device or the like, even when driving forces in a plurality of directions interfere with each other, it is possible to perform control in which interference is prevented in advance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の基本構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of the present invention.

【図2】本発明の実施例による平面モータ装置を示す。
図2(A)は平面図、図2(B)は側面図である。
FIG. 2 shows a planar motor device according to an embodiment of the present invention.
2A is a plan view and FIG. 2B is a side view.

【図3】駆動モードを説明するための図である。図3
(A)はx並進モードを示し、図3(B)はy並進モー
ドを示し、図3(C)はθ回転モードを示す。
FIG. 3 is a diagram for explaining a drive mode. Figure 3
3A shows the x translation mode, FIG. 3B shows the y translation mode, and FIG. 3C shows the θ rotation mode.

【図4】本発明の実施例によるステージ装置を示す斜視
図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a stage device according to an embodiment of the present invention.

【図5】図4に示すステージ装置の推力発生の原理を説
明するための概略側面図である。図5(A)は一相駆動
を示し、図5(B)は2相駆動を示し、図5(C)はコ
イルの横方向に対する磁石の配置を示す。
5 is a schematic side view for explaining the principle of thrust generation of the stage device shown in FIG. FIG. 5 (A) shows one-phase driving, FIG. 5 (B) shows two-phase driving, and FIG. 5 (C) shows the arrangement of magnets in the lateral direction of the coil.

【図6】図5と対応して発生する力を説明するためのグ
ラフである。
FIG. 6 is a graph for explaining a force generated corresponding to FIG.

【図7】ステージの動力学的モデルを示す概念図であ
る。
FIG. 7 is a conceptual diagram showing a dynamic model of a stage.

【図8】参考技術による制御系を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing a control system according to a reference technique.

【図9】本発明の実施例による制御系を示すブロック図
である。
FIG. 9 is a block diagram showing a control system according to an embodiment of the present invention.

【図10】駆動力間の干渉を有するステージ系の動力学
的モデルを示すブロックである。
FIG. 10 is a block diagram showing a dynamic model of a stage system having interference between driving forces.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ベース 2 案内面 3 ステージ部材(メインステージ) 4 エアパッド 5 ヨーク 6 x用磁石 7、8 y用磁石 9 x用コイル 10、11 y用コイル 12 コア 20 演算回路 25 電流供給回路 30 電流値フィードバック回路 1 base 2 guideway 3 Stage members (main stage) 4 air pads 5 York 6x magnet Magnet for 7 and 8 y 9 x coil Coil for 10, 11 y 12 cores 20 arithmetic circuit 25 Current supply circuit 30 Current value feedback circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−157285(JP,A) 特開 平3−178747(JP,A) 特開 昭63−209405(JP,A) 特開 昭63−140603(JP,A) 特開 平5−22924(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 7/00 H02K 41/02 ─────────────────────────────────────────────────── --- Continuation of the front page (56) Reference JP-A-61-157285 (JP, A) JP-A-3-178747 (JP, A) JP-A-63-209405 (JP, A) JP-A-63- 140603 (JP, A) JP-A-5-22924 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H02P 7/00 H02K 41/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 磁力線を発生させるための磁石部(6)
と前記磁力線と鎖交するコイル部(9)とを含むリニア
モータ構造を有するモータ装置であって、 モータ装置は複数のコイルを含み、位置制御誤差信号
(r−x)より、偏差を補正するために、前記複数のコ
イルに生じる干渉を低減させるように補正した推力目標
値(fr)を求め、これに基づいて、少なくとも前記複
数のコイルのインピーダンス及び前記複数のコイルで発
生する推力の実効成分を考慮して、少なくとも前記複数
のコイルのコイルインピーダンスによる電気的一時遅れ
を低減させる補正をするように、コイルに流す電流値の
目標値(ir)を演算する遅れ補償演算手段(20)
と、 前記電流値の目標値(ir)に基づいて前記コイル部
(9)に電流(i)を供給する手段(25)と、 前記コイルに流れた電流をモニタし、前記電流供給手段
(25)にフィードバックする手段(30)とを含むリ
ニアモータ構造を有するモータ装置。
1. A magnet part (6) for generating magnetic lines of force.
A motor device having a linear motor structure including: and a coil portion (9) interlinking with the magnetic force line, wherein the motor device includes a plurality of coils, and a deviation is corrected from a position control error signal (r-x). Therefore, the thrust target value ( fr ) corrected to reduce the interference generated in the plurality of coils is obtained, and based on this, the impedance of at least the plurality of coils and the effective thrust of the plurality of coils are calculated. Delay compensation calculation means (20) for calculating the target value (i r ) of the current value flowing through the coil so as to correct the electrical temporary delay due to the coil impedance of at least the plurality of coils in consideration of the components.
A means (25) for supplying a current (i) to the coil portion (9) based on the target value (i r ) of the current value; and a current supply means (25) for monitoring the current flowing in the coil. A motor device having a linear motor structure including means (30) for feeding back to (25).
【請求項2】 前記リニアモータ構造は平面内の一方向
に一組、他の方向に二組備えられ、前記推力の目標値は
前記平面内のベクトル量であり、前記電流値の目標値は
各コイルの電流値に対して与えられる請求項1記載のモ
ータ装置。
2. The linear motor structure includes one set in one direction in the plane and two sets in the other direction, the target value of the thrust is a vector amount in the plane, and the target value of the current value is The motor device according to claim 1, wherein the motor device is provided for each coil current value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH082187B2 (en) * 1984-12-28 1996-01-10 松下電器産業株式会社 Servo amplifier for linear motor
JP2544122B2 (en) * 1986-11-29 1996-10-16 株式会社ダイフク Stop control device for transportation equipment using linear motor
JPS63209405A (en) * 1987-02-26 1988-08-31 Mitsubishi Electric Corp Controller for carrier driven by linear motor
JP3013997B2 (en) * 1989-12-06 2000-02-28 住友重機械工業株式会社 Two-dimensional motor type stage device
JP2716884B2 (en) * 1991-07-12 1998-02-18 住友重機械工業株式会社 Flat motor device

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