CN104467354A - 直动-旋转促动器以及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种直动-旋转促动器，具备：轴；直动用的磁铁列，端面从与轴的轴线呈直角的面倾斜，并且由沿着轴排列的多个磁铁构成；以及直动用的驱动线圈，配置在直动用的磁铁列的外周侧。此外，促动器具备：使轴旋转的旋转马达；以及传感器，沿着直动用的磁铁列配置，并且由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成，根据传感器的信号，求出轴的直动位置或轴的旋转角，而对驱动线圈以及旋转马达进行控制。能够通过1种传感器检测轴的直动位置和旋转角。

Description

直动-旋转促动器以及其控制方法

技术领域

本发明涉及直动和旋转自如的直动-旋转促动器以及其控制方法。

背景技术

专利文献1(日本特开2004-364348号)公开一种直动和旋转自如的促动器。在专利文献1中，在旋转马达的轴内设置有线性马达，通过旋转马达的旋转使线性马达整体旋转，通过线性马达使输出轴进退。该促动器能够使用于需要直动和旋转的用途、例如机器人的臂的驱动等。

专利文献2(日本专利3862033号)公开一种使用了磁性体与线圈的相互作用的传感器。在专利文献2中，例如，相对于永久磁铁的列对置将励磁线圈和检测线圈相互不同地配置的传感器。当对励磁线圈施加频率ω的交流时，检测线圈也产生频率ω的感应电压。在此，感应电压的强弱通过来自磁铁的磁场进行调制，因此能够检测出以磁铁的列为基准的位置。另外，这种位置传感器已知有各种变更，例如能够将励磁线圈与检测线圈兼用。此外，已知为了正确地取出调制的强弱，而将以磁铁列为基准的相位设为取出的信号和的信号，通过加法定理而成为等的巧妙电路。

专利文献1：日本特开2004-364348号

专利文献2：日本专利3862033号

在专利文献1的直动-旋转促动器中，旋转马达和直动马达(线性马达)分别需要编码器或者直动位置和旋转角的传感器，难以结构紧凑地设计。因此，本发明的课题在于提供一种搭载了能够测定直动和旋转双方的传感器的直动-旋转促动器。

发明内容

本发明为一种直动和旋转自如的直动-旋转促动器，其特征在于，具备：

轴；

直动用的磁铁列，端面从与上述轴的轴线呈直角的面倾斜，并且由沿着上述轴排列的多个磁铁构成；

直动用的驱动线圈，配置在上述直动用的磁铁列的外周侧；

旋转马达，使上述轴旋转；

传感器，沿着上述直动用的磁铁列配置；以及

控制电路，根据上述传感器的信号，求出轴的直动位置或轴的旋转角，而对上述驱动线圈以及上述旋转马达进行控制，

上述传感器由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成。

此外，本发明为一种直动和旋转自如的直动-旋转促动器的控制方法，其特征在于，

上述直动-旋转促动器具备：

轴；

直动用的磁铁列，端面从与上述轴的轴线呈直角的面倾斜，并且由沿着上述轴排列的多个磁铁构成；

直动用的驱动线圈，配置在上述直动用的磁铁列的外周侧；

旋转马达，使上述轴旋转；以及

传感器，沿着上述直动用的磁铁列配置，并且由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成，通过直动用的磁铁列与磁元件的相互作用而信号变化，

对于轴的直动以及旋转的任一个，都使传感器从直动用的磁铁列接受的磁场变化，而从传感器取出信号，

通过控制电路，根据上述信号，求出轴的直动位置或轴的旋转角，而对上述驱动线圈以及上述旋转马达进行控制。

在本发明中，使用的传感器为，沿着直动用的磁铁列配置，由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成，通过直动用的磁铁列与磁元件的相互作用而信号变化。并且，通过该传感器，能够检测促动器的直动位置和旋转角。该传感器的信号根据直动和旋转的双方而变化，能够使定时偏移而分别地进行直动和旋转，或者通过设置多个传感器等，能够按照直动和旋转将信号分离。并且，由于能够通过1种传感器来检测直动和旋转，因此能够得到结构紧凑的直动-旋转促动器。另外，可以将轴作为可动侧，也可以将驱动线圈作为可动侧。在本说明书中，与直动-旋转促动器相关的记载也能够直接适用于其控制方法。

优选为，上述旋转马达包括：由沿着上述轴配置的多个磁铁构成的旋转用的磁铁列；和配置在上述旋转用的磁铁列的外周侧的旋转用的驱动线圈。于是，能够以轴为轴线来构成直动马达和旋转马达，轴成为这些马达的共用的轴线。因此，能够得到结构紧凑的直动-旋转促动器。

优选为，将控制电路构成为，在使上述直动用的驱动线圈驱动时，将上述传感器的信号转换为直动位置，在使上述旋转马达驱动时，将上述传感器的信号转换为旋转角。于是，通过分别地进行直动和旋转，由此即使是输出直动和旋转混合了的信号的传感器，也能够控制促动器的直动和旋转。

优选构成为，上述传感器沿着轴的外周方向而设置有多个，上述控制电路根据多个传感器信号之和来求出直动位置，并根据多个传感器信号之差来求出旋转角。于是，能够同时进行直动-旋转促动器的直动和旋转。并不局限于加法值，也可以根据平均值等来控制直动，并不局限于差，也可以根据使差成为常量倍的值等来控制旋转。

优选为，传感器经由由非磁性的导电体形成的磁密封件而配置在直动用的驱动线圈的外周侧。通过磁密封件遮挡来自直动用的驱动线圈的交流磁场，由此能够提高传感器的精度，通过将传感器配置在直动用的驱动线圈的外周侧，能够缩短直动用的磁铁列。

直动-旋转促动器的用途是任意的，但当作为贴片机的促动器时，能够发挥如下特征：通过较小的输出转矩、结构紧凑的促动器，能够正确地控制芯片的旋转和直动。

附图说明

图1是表示实施例的直动-旋转促动器的主要部分的图。

图2是图1的II-II方向剖视图。

图3是图1的III-III方向剖视图。

图4是将图1的主要部分放大表示的图。

图5是传感器信号的处理电路的框图。

图6是表示变形例的直动-旋转促动器的主要部分的图。

图7是变形例的传感器信号的处理电路的框图。

符号的说明：

2、40        直动-旋转促动器

4            轴

6、8         永久磁铁

7、9         磁铁列

10、12       驱动线圈

14           传感器

16           磁密封件

18           控制电路

20           柄

22           开关

23、24       参照表

25、26       存储器

27、28       驱动电路

42、44       传感器

50           控制电路

51           加法部

52           差分部

53、54       参照表

具体实施方式

以下，表示用于实施本发明的最佳实施例。本发明的范围应基于专利请求的范围的记载，参考说明书和本领域的公知技术，根据本领域技术人员的理解来确定。

图1～图7表示实施例和其变形。在各图中相同的符号表示相同的内容，各用语的含义参考公知技术而广义地解释。图1表示直动-旋转促动器2的实施例，4为圆柱状或者圆筒状等的轴，沿着其轴向排列有永久磁铁6，而构成直动用的磁铁列7。

磁铁6例如是将磁性金属粉成型的粘结磁铁，为筒状，轴4贯通其中心而被固定于轴4，两端面从与轴4的轴线呈直角的面倾斜。永久磁铁6沿着轴4的轴向被磁化，例如以S极彼此相向、并且N极彼此相向的方式排列而成为磁铁列7。另外，磁化的方向(磁铁内的磁通的方向)以及磁铁列7的构成方法是任意的。

在轴4的一端环状地固定有多个永久磁铁8，而构成旋转用的磁铁列9。磁铁8的磁化方向为轴4的周方向，例如由粘结磁铁构成，例如以S极彼此相向、并且N极彼此相向的方式排列。优选为，永久磁铁8沿着轴4的轴向具有轴4的x方向的行程L1以上的长度L2，即使轴4直动，也作为旋转用的磁铁列起作用。

10为直动用的驱动线圈，为圆筒状，以卷绕直动用的磁铁列7的方式配置。12为旋转用的驱动线圈，为圆筒状，以卷绕旋转用的磁铁列9的方式配置。这些驱动线圈10、12例如通过U相、V相、W相这3相的驱动电流进行动作，但驱动电流的种类、波形等是任意的。此外，向驱动线圈10、12的电流，根据由传感器14求出的轴的直动位置x以及旋转角θ而被反馈控制。在此，直动用的磁铁列7通过与直动用的驱动线圈10的相互作用，而产生图1的±x方向的力。此外，旋转用的磁铁列9通过与旋转用的驱动线圈12的相互作用，而产生图1的±θ方向的力。将图1的x方向的位置设为直动位置，将θ方向的位置设为旋转角。在实施例中，轴4和磁铁列7、9为可动侧、其他部件为固定侧，但也可以将轴4和磁铁列7、9固定，使驱动线圈10、12等其他部件直动以及旋转。

14为传感器，多个磁元件沿着轴4的轴向排列，并且设置在与磁铁列7对置的位置。传感器14例如为专利文献2(日本专利3862033)所记载的励磁线圈和检测线圈，但也可以兼作励磁线圈和检测线圈，此外，也可以使用霍尔元件、磁电阻元件等其他磁元件。另外，磁元件是指根据来自外部的磁场而特性变化的元件。16为磁密封件，由非磁性的金属构成，遮挡来自驱动线圈的交流磁场。由于将传感器14配置在驱动线圈10的外周侧，因此设置了磁密封件16，但也可以不设置磁密封件16，此外，也可以将传感器14设置在图1的点划线的位置。

18为控制电路，根据传感器14的信号来设置轴的直动位置x和旋转角θ，而对驱动线圈10、12进行控制。直动-旋转促动器2例如作为贴片机使用，例如在轴4的前端设置柄20，对未图示的芯片进行吸引，通过旋转运动来调整芯片的朝向，通过x方向的运动使芯片例如下降，安装到未图示的基板上。除此以外，直动-旋转促动器2还能够用于机器人的臂、检查装置、涂敷装置等任意的用途。

在图2中沿着与轴4的轴线呈直角的截面来表示磁铁列7。磁铁6的端面不与轴呈直角，因此能够观察到2个磁铁6a、6b的边界。驱动线圈10为环状，在其外周存在包围磁密封件16的传感器14。

在图3中沿着与轴4的轴线呈直角的截面表示磁铁列9。例如U相、V相、W相这3相的驱动线圈12环状地卷绕在磁铁列9的外周，作为旋转马达使轴4旋转。

图4将轴4和驱动用的线圈10放大表示，轴4贯通永久磁铁6的中心轴，永久磁铁6的端面相对于与轴4的轴线呈直角的面倾斜。此外，永久磁铁6固定于轴4。

图5表示控制电路18，传感器14的信号取决于直动位置x和旋转角θ的双方，将该信号向开关22输入。在促动器2为直动中，向开关22输入信号Px，传感器信号被根据参照表23转换为直动位置，并作为直动位置x存储在存储器25中。直动驱动电路27根据该位置x来控制驱动线圈10。此外，在促动器为旋转中，向开关22输入信号Pθ，传感器信号被根据参照表24转换为旋转角，作为旋转角θ存储在存储器26中。旋转驱动电路28根据该旋转角θ来控制驱动线圈12。此外，在直动中，例如将旋转角θ作为一定而进行处理，在旋转中，例如将直动位置x作为一定而进行处理，但不限定于此。

图6、图7表示变形例的直动-旋转促动器40，与图1～图5的实施例相同的符号表示相同的内容。沿着磁铁列7，配置有多个、例如2个在轴4的轴向上排列了多个磁元件的传感器42、44，将一方的传感器的信号设为S1、将另一方的传感器的信号设为S2。将2个传感器42、44的信号S1、S2通过图7的控制电路50转换为直动位置x和旋转角θ。在求出直动位置x时，将传感器信号S1和S2通过加法部51进行加法，并根据参照表27转换为直动位置x。在求出旋转位置θ时，通过差分部52求出传感器信号S1与S2之差分，并通过参照表28转换为旋转角θ。在设置三个以上传感器的情况下，根据它们的信号的平均来求出直动位置x，并根据它们的信号的相对值来求出旋转角θ。

在实施例中，在根据传感器信号向坐标(位置和旋转角)的变换时使用了参照表，但也能够通过相乘等其他计算来求出坐标。并且，能够在直动用的磁铁列7的周围配置旋转用的驱动线圈12，而使轴4旋转。在该情况下，能够由直动用的磁铁列兼作旋转用的磁铁列。另外，也可以将传感器14与线性促动器2的其他部件分离地安装，通过未图示的旋转马达使线性促动器2旋转，通过传感器14来检测其旋转角。但是，在这种设计中，不能够成为结构紧凑的线性促动器。此外，当通过未图示的空气轴承来进行轴4的支撑时，能够非接触地支撑轴4，摩耗、故障等问题较少。

实施例具有以下特征。

1)能够通过传感器14，求出线性促动器2的直动位置和旋转角。另外，假设当在线性促动器2设置有旋转用的编码器等时，由于轴4进行直动，因此需要具有轴的行程量的长度的编码器等。

2)能够通过轴4、磁铁列7、9以及驱动线圈10、12进行直动和旋转，结构较紧凑。

Claims (7)

1.一种直动和旋转自如的直动-旋转促动器，其特征在于，

具备：

轴；

直动用的磁铁列，端面从与上述轴的轴线呈直角的面倾斜，并且由沿着上述轴排列的多个磁铁构成；

直动用的驱动线圈，配置在上述直动用的磁铁列的外周侧；

旋转马达，使上述轴旋转；

传感器，沿着上述直动用的磁铁列配置；以及

控制电路，根据上述传感器的信号，求出轴的直动位置或轴的旋转角，而对上述驱动线圈以及上述旋转马达进行控制，

上述传感器由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成。

2.如权利要求1所述的直动-旋转促动器，其特征在于，

上述旋转马达包括：

由沿着上述轴配置的多个磁铁构成的旋转用的磁铁列；和

配置在上述旋转用的磁铁列的外周侧的旋转用的驱动线圈。

3.如权利要求1所述的直动-旋转促动器，其特征在于，

上述控制电路被构成为，

在使上述直动用的驱动线圈驱动时，将上述传感器的信号转换为直动位置，

在使上述旋转马达驱动时，将上述传感器的信号转换为旋转角。

4.如权利要求1所述的直动-旋转促动器，其特征在于，

上述传感器沿着轴的外周方向设置有多个，

上述控制电路被构成为，根据多个传感器信号之和来求出直动位置，并根据多个传感器信号之差来求出旋转角。

5.如权利要求1所述的直动-旋转促动器，其特征在于，

上述传感器经由由非磁性的导电体形成的磁密封件而配置在上述直动用的驱动线圈的外周侧。

6.如权利要求1所述的直动-旋转促动器，其特征在于，

该直动-旋转促动器为贴片机的促动器。

7.一种直动和旋转自如的直动-旋转促动器的控制方法，其特征在于，

上述直动-旋转促动器具备：

轴；

直动用的磁铁列，端面从与上述轴的轴线呈直角的面倾斜，并且由沿着上述轴排列的多个磁铁构成；

直动用的驱动线圈，配置在上述直动用的磁铁列的外周侧；

旋转马达，使上述轴旋转；以及

传感器，沿着上述直动用的磁铁列配置，并且由沿着轴的轴向排列的多个磁元件构成，通过直动用的磁铁列与磁元件的相互作用而信号变化，

对于轴的直动以及旋转的任一个，都使传感器从直动用的磁铁列接受的磁场变化，而从传感器取出信号，

通过控制电路，根据上述信号，求出轴的直动位置或轴的旋转角，而对上述驱动线圈以及上述旋转马达进行控制。