CN101283501B - 微型促动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供能减小移动部件的行程距离与全长的差、也减小与行程方向正交的截面积、整体小型化的直径约10mm左右的微型促动器。该微型促动器由花键轴、花键螺母、一对端盖、磁杆、励磁线圈、和压力器构成。上述花键轴是筒状，具有中空部，并且沿轴方向形成了缝隙开口。上述花键螺母嵌合在该花键轴上，并且，在轴方向导引该花键轴。上述一对端盖固定在上述花键轴的两端开口。上述磁杆在上述花键轴的中空部内由上述端盖支承着两端。上述励磁线圈在上述花键轴的中空部内隔开微小间隙与上述磁杆的外周面相向，并且与该磁杆共同构成线性马达；上述压力器，具有上述磁杆贯通的中空部，收纳上述励磁线圈，并且通过上述缝隙开口与上述花键螺母结合。

Description

微型促动器

技术领域

本发明涉及内置有驱动机构、可根据输入信号相对移动花键轴和花键螺母的促动器，特别涉及小型化成直径10mm左右的、可用于各种产业机器的微型促动器。

背景技术

已往，把电气输入信号变换为移动部件的直线移动输出的线性促动器，大体上由一边承受外力一边直线地导引移动部件的导引机构、和使上述移动部件沿上述导引机构进退的驱动机构构成。上述驱动机构有各种，例如有把液压缸或气缸作为驱动源、把活塞的直线往复运动直接传递给上述移动部件的线性促动器，以及把马达作为驱动源、用滚珠丝杠将上述马达的旋转运动变换为直线运动的促动器。另外，还有把由定子和转子构成的线性马达作为驱动源、把线性马达的直线往复运动直接传递给上述移动部件的线性促动器。

根据所需的移动部件的推力、荷载承受能力、移动速度、精度等，上述驱动机构和导引机构的组合有各种形式，但是，如果仅仅单纯地将任意驱动机构和导引机构组合，则线性促动器的尺寸大型化，使用不方便。

在日本特开2003-278873中，公开了把上述驱动机构内置在导引机构内的比较小型结构的线性促动器。该线性促动器，在具有中空部的圆筒状壳体内收容着由螺旋轴和滚珠螺母构成的滚珠丝杠，上述螺旋轴可旋转地支承在该中空部内。在上述圆筒状壳体的一端固定着马达，由该马达使上述螺旋轴任意旋转。另外，在上述壳体的外周面，沿轴方向形成了花键槽，并且，在该壳体的外侧，通过上述花键槽嵌合着筒状移动部件，该筒状移动部件在相对于壳体的旋转被阻止的状态下可在该壳体的轴方向自由移动。另外，在上述壳体上，沿轴方向形成了缝隙状开口部，通过该开口部，上述滚珠丝杠的滚珠螺母与上述移动部件结合着。

该构造的线性促动器，当借助上述马达的旋转而使收容在壳体中空部内的螺旋轴任意旋转时，滚珠螺母与该螺旋轴的旋转相应地在中空部内移动，在壳体的外侧，筒状移动部件与滚珠螺母一起朝轴方向移动。因此，与上述马达的旋转方向及旋转量相应地，可以使筒状移动部件沿壳体的轴方向朝任意方向移动任意量。

专利文献1：日本特开2003-278873

发明内容

但是，把滚珠丝杠收容在壳体内时，由于与上述螺旋轴螺纹接合的滚珠螺母具有滚珠的环形循环路径，所以，其直径不能做得很小，从而把滚珠螺母收容在中空部内的壳体的直径也不得不增大。另外，由于驱动上述螺旋轴的马达通过托座固定在上述壳体的长度方向一端，所以，不得不增大筒状移动部件的行程距离与线性促动器全长的差，即使是用途所需的移动部件行程距离短时，线性促动器的全长也不能相应地缩短。另外，由于必须用轴承支承上述螺旋轴的两端，必须将该轴承固定收容在壳体的中空部内，所以，螺旋轴往壳体上组装的作业麻烦，而且零件数目多，成本提高。

本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的是提供一种能减小移动部件的行程距离与全长的差、并且减小与行程方向正交的截面积、整体小型化、直径为10mm左右的微型促动器。

本发明的另一目的是提供零件数目少、容易组装的微型促动器。

为了实现上述目的，本发明的微型促动器，由花键轴、花键螺母、一对端盖、磁杆、励磁线圈、和压力器构成。上述花键轴是筒状，具有中空部，并且沿轴方向形成了缝隙开口。上述花键螺母嵌合在该花键轴上，并且，在轴方向导引该花键轴。上述一对端盖固定在上述花键轴的两端开口。上述磁杆，在上述花键轴的中空部内由上述端盖支承着两端。上述励磁线圈在上述花键轴的中空部内隔开微小间隙与上述磁杆的外周面相向，并且与该磁杆共同构成线性马达；上述压力器，具有上述磁杆贯通的中空部，收纳上述励磁线圈，并且通过上述缝隙开口与上述花键螺母结合。

上述磁杆的两端与上述端盖嵌合，将上述端盖固定在花键轴的两端开口，从而该磁杆支承在花键轴的中空部内。上述压力器内置着线圈部件，当把电信号加到该线圈部件上时，压力器在间隙配合在磁杆上的状态下、在花键轴的中空部内被朝着轴方向推进。结果，通过花键轴的缝隙开口与上述压力器结合着的花键螺母，在花键轴的外侧被朝着轴方向推进。

在本发明的微型促动器中，用一对端盖将花键轴的两端开口闭塞，这样，上述磁杆支承在花键轴的中空部内，把作为驱动机构的线性马达完全收容在作为导引机构的花键轴的内部，所以，可减小移动部件、即上述花键螺母的行程长度与促动器全长的差。另外，由于采用使压力器间隙配合在磁杆周围的所谓杆式线性马达，所以，即使压力器小型化也能得到足够的推力，可以减小将该压力器收容在中空部内的花键轴的直径。这样，根据本发明，可得到极小型化的线性促动器、即微型促动器。

另外，如前所述，在本发明的微型促动器中，用一对端盖把构成线性马达的磁杆固定在花键轴上，另一方面，只要将压力器结合在花键螺母上，就可以完成组装，所以，零件数目少，可容易地组装，从而可降低生产成本。

附图说明

图1是表示本发明微型促动器的第1实施方式的整体立体图。

图2是沿长度方向将图1所示微型促动器纵切的立体图。

图3是沿长度方向将图1所示微型促动器横切的立体图。

图4是在花键螺母的中心、沿垂直于长度方向地将图1所示微型促动器剖切的立体图。

图5是表示本发明微型促动器的第2实施方式的整体立体图。

图6是从后侧观察图5所示微型促动器的整体立体图。

图7是表示本发明微型促动器的第3实施方式的整体立体图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的微型促动器。

图1至图4表示本发明微型促动器的第1实施方式。图1是整体立体图，图2是沿长度方向纵切的立体图，图3是沿长度方向横切的立体图，图4是在后述花键螺母的中心、沿垂直于长度方向地剖切的立体图。该微型促动器备有花键轴1和花键螺母2。花键轴1是大致圆筒状，具有中空部10。花键螺母2通过多个滚珠嵌合在该花键轴1的外侧。利用收容在上述花键轴1的中空部10内的线性马达3产生的推力，使上述花键螺母2在花键轴1的轴方向往复运动。

上述花键轴1是圆筒状并具有中空部10，在其外周面，错开180°相位地形成了2条滚珠滚道槽11。另外，在该花键轴1上，在与上述滚珠滚道槽11错开90°相位的位置，设有沿轴方向的一对缝隙开口12、13。这些开口12、13夹着上述中空部10彼此相向，将花键轴1的内外连通。实际的制作时，上述花键轴1的外径约为7mm、内径约为5mm。

另一方面，上述花键螺母2是其内径比上述花键轴1稍大的大致圆筒状，通过在上述花键轴1的滚珠滚道槽11内滚动的多个滚珠4，嵌合在花键轴1的外侧。该花键螺母2由螺母本体20和固定在该螺母本体20的轴方向两端面的一对端板21构成。

在螺母本体20的内周面，形成了与上述花键轴1的滚珠滚道槽11相向的承载滚道槽22，上述滚珠4在滚珠滚道槽11与承载滚道槽22之间，一边承受荷载一边滚动。另外，在螺母本体20上，形成了与上述承载滚道槽22平行的滚珠返回通路23，这些滚珠返回通路23位于在半径方向与上述承载滚道槽22重合的位置。另一方面，在上述端板21上，形成了使滚珠3在螺母本体20的承载滚道槽22与上述滚珠返回通路23之间往返的方向转换路径24，当把一对端板21固定在螺母本体20的轴方向两端面上而组装成花键螺母2时，该花键螺母2上备有滚珠4的环形循环路25。另外，图2中，在夹着花键轴1相向的位置形成有2个环形循环路25，在这2个环形循环路25之中，只在一方的环形循环路25中排列着滚珠4，但实际上在未画出滚珠4的环形循环路25中，也在其整周上设置了滚珠4。

因此，在使上述花键螺母2沿花键轴1移动时，滚珠4在螺母本体20与花键轴1之间一边承受荷载一边在上述环形循环路25内循环，可以使花键螺母2沿着花键轴1连续地移动。另外，在花键螺母2上，在图1中里侧的位置，设有螺纹孔，通过将固定螺钉螺纹接合在螺纹孔中，可以把上述花键螺母2固定在其它的机械装置等上。因此，该微型促动器可以固定花键螺母2，使支承在该花键螺母2上的花键轴1在轴方向进退地使用。另外，实际制作时，上述滚珠4采用直径为0.4mm的钢珠。

另一方面，在上述花键轴1的中空部10内，收容着作为线性马达3的定子的磁杆30。该磁杆30沿着轴方向交替排列着永磁铁的N极和S极，该磁杆30可以是把多个永磁铁塞入钢管内部地制成，也可以磁化成形后的圆棒而形成磁极。

在上述花键轴1的轴方向两端的开口部，嵌合着一对端盖5，从轴方向将花键轴1的中空部10闭塞。在这些端盖的中心，分别形成了供磁杆30的端部嵌合的保持孔50。通过将一对端盖5固定在花键轴1上，上述磁杆30像两端支撑梁那样地保持在花键轴1的中空部10内，与花键轴1的轴方向、即花键螺母2的移动方向平行地定位。另外，图中的标记51是把上述端盖5固定到花键轴1上用的固定螺钉。

在上述磁杆30的周围，隔开微小间隙地间隙配合着构成线性马达3的压力器31。该压力器用热传导性好的铝形成，并且，具有上述磁杆贯通的中空部，在该中空部的内周面，收纳着作为定子的励磁线圈(图未示)。励磁线圈具有以U、V、W相的3个线圈为一组的线圈组。无论哪相的励磁线圈都是环状，隔开微小间隙与磁杆30的外周面相向。另外，各相励磁线圈的排列间隔比磁杆中的永磁铁的排列间隔短。在磁杆30上，从S极的磁极朝着N极的磁极形成磁通，线圈部件内置着检测该磁通密度的磁极传感器(图未示)。因此，根据该磁极传感器输出的检测信号，可以掌握磁杆的各磁极(N极和S极)相对于励磁线圈的位置关系。控制对励磁线圈通电的控制器接受上述磁极传感器的检测信号后，计算与励磁线圈和磁杆的各磁极的位置关系相应的最适当电流，将该电流通到各励磁线圈。结果，流经各励磁线圈的电流和永磁铁形成的磁通相互作用，在励磁线圈与永磁铁的各磁极之间产生吸引力和相斥力，压力器31被朝着磁杆30的轴方向推进。

如图3所示，上述压力器31的一部分插入花键轴1的一方缝隙开口12内，用固定螺钉32与花键螺母2结合着。这样，当压力器31被朝着磁杆30的轴方向推进时，花键螺母2被朝着花键轴1的轴方向推进。

另外，如图1和图3所示，在花键轴1的另一个缝隙开口13内，与花键轴1的轴方向平行地配置着直线标尺33。该直线标尺33是磁性标尺，在圆形断面的金属线上，N极和S极的磁极以预定间隔交替排列着。该直线标尺用台座34固定在缝隙开口13内。

另外，如图4所示，检测上述直线标尺33的磁极的读取头35，从花键轴1的外侧插入上述缝隙开口13内，该读取头35通过托座36固定在花键螺母2上。这样，当花键螺母2沿花键轴1移动时，该读取头35一边沿着直线标尺33移动一边输出与磁极的变化对应的脉冲信号，通过监视该脉冲信号，可以检测出花键螺母2相对于花键轴1的移动量。另外，上述直线标尺33不必是磁性标尺，例如，也可以绘制梯表状的图案、用光学的方法读取。

在上述构造的微型促动器中，可以把作为驱动机构的线性马达3完全内置在花键轴1的中空部10内，既可以将驱动机构和导引机构融为一体，也可得到非常小型的促动器。尤其是，在花键轴1的轴方向全长，用一对端盖5支承着构成线性马达3的磁杆30的两端，所以，花键螺母2的行程长度与花键轴1的全长间没有大的差，可以将促动器的轴方向全长极为缩短。另外，零件数目也少，组装极容易，可以低成本地生产。

实际制作的促动器，其全长是35mm，包含托座36在内的花键螺母2的最大直径是12.2mm，花键螺母2的行程长度是17mm。另外，花键螺母2的最大移动速度是762(mm/s)。

在图1至图4所示的例子中，在花键轴1上形成一对缝隙开口12、13，但是，通过对直线标尺33配设位置的研究，形成在上述花键轴1上的缝隙开口也可以是一个，这样，可更加降低生产成本。

图5和图6表示本发明微型促动器的第2实施方式。如前所述，是在花键轴1上只形成一个缝隙开口14的例子。图5是整体立体图，图6是从图5相反侧看的整体立体图。

图5中，在花键轴1外周面的一个部位，设置了沿轴方向的缝隙开口14，花键螺母2通过该缝隙开口14与构成线性马达3的压力器31结合着。

如图6所示，在上述花键轴的外周面，在与上述缝隙开口错开180°相位的位置形成平坦面60，在该平坦面60上粘贴着带状的直线标尺61。该直线标尺61与第1实施方式同样地，是磁性标尺。另一方面，在花键螺母2上，在与该直线标尺61相向的位置固定着读取头(图未示)，当花键螺母2沿着花键轴1移动时，该读取头一边沿着直线标尺61移动一边输出与磁极变化对应的脉冲信号。

其它的构造与第1实施方式相同，所以，在图5和图6中标注与第1实施方式同样的标记，其说明从略。

在该构造的第2实施方式的微型促动器中，由于在花键轴1上只在一个部位形成缝隙开口14，所以，与第1实施方式相比，除了可提高花键轴1的刚性、提高花键螺母2的移动精度外，花键轴1的加工也容易，并且能降低成本。另外，由于直线标尺61是带状地粘贴在花键轴1上的平坦面60上，所以，与第1实施方式所示的线状直线标尺33相比，可容易地配设，可提高测定花键轴1的移动的精度。

图7表示本发明微型促动器的第3实施方式。

在该第3实施方式的微型促动器中，为了提高线性马达3发挥的推力，对间隙配合在磁杆30上的压力器37，装载了若干组三相一组的励磁线圈组。这样，压力器37与第2实施方式的压力器31相比，在磁杆30长度方向的长度加长。另外，为了切实地支承该加长了的压力器37，在花键轴1上，沿轴方向隔开间隔地嵌合了一对花键螺母2，各花键螺母2结合在压力器37长度方向的两端。即，一对花键螺母2通过压力器37相互结合着。当驱动线性马达3时，这些花键螺母2的间隔不改变，保持着磁杆30的花键轴1相对于花键螺母2移动。

其它的构造与第2实施方式相同，所以，图7中标注与第2实施方式相同的标记，其说明从略。

根据该构造的第3实施方式的微型促动器，通过任意选择装在压力器上的线圈组的组数，可以任意调节使花键轴相对于花键螺母移动的推力，从而该促动器可用于各种用途。另外，只要根据所需的推力和花键轴的行程长度来选择花键轴和压力器的轴方向长度即可，对花键螺母的基本构造不必作任何变更，所以，成本低，能对应于各种用途。即，本发明的微型促动器，即使所需的行程长度是50cm或者是1m，也能发挥零件数目少、组装容易、生产成本低的效果。

Claims (6)

1.一种微型促动器，其特征在于，由花键轴、花键螺母、一对端盖、磁杆、励磁线圈、和压力器构成；上述花键轴是筒状，具有中空部，并且沿轴方向形成了缝隙开口；上述花键螺母嵌合在该花键轴上，并且，在轴方向导引该花键轴；上述一对端盖固定在上述花键轴的两端开口；上述磁杆，在上述花键轴的中空部内由上述端盖支承着两端；上述励磁线圈在上述花键轴的中空部内隔开微小间隙与上述磁杆的外周面相向，并且与该磁杆共同构成线性马达；上述压力器，具有上述磁杆贯通的中空部，收纳上述励磁线圈，并且通过上述缝隙开口与上述花键螺母结合。

2.如权利要求1所述的微型促动器，其特征在于，在上述缝隙开口内，沿其长度方向固定着直线标尺，另一方面，在上述花键螺母上，固定着插入上述缝隙开口来读取直线标尺的读取头。

3.如权利要求2所述的微型促动器，其特征在于，上述缝隙开口在夹着花键轴的中空部的相对位置形成有一对，一方的缝隙开口用于上述压力器和花键螺母的结合，另一方缝隙开口用于配设上述直线标尺。

4.如权利要求1所述的微型促动器，其特征在于，在上述花键轴的外周面形成了滚珠滚道槽，上述花键螺母通过在该滚珠滚道槽内滚动的多个滚珠而组装在上述花键轴上。

5.如权利要求1所述的微型促动器，其特征在于，在上述花键轴的外周面的一部分上形成沿轴方向的平坦面，在该平坦面上固定着直线标尺，另一方面，在上述花键螺母上固定着读取该直线标尺的读取头。

6.如权利要求1所述的微型促动器，其特征在于，在上述花键轴上，沿轴方向隔开间隔地嵌合着一对花键螺母，这些花键螺母结合在上述压力器的长度方向两端。

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