JP2005065452A - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転モータとねじ機構によって、モータ回転子などの軸方向(直動方向)位置決めを行う電動アクチュエータに関するもので、特に、低コスト化とともに、耐環境性や信頼性が要求される自動車用電動アクチュエータに有用である。 The present invention relates to an electric actuator for positioning an axial direction (linear motion direction) of a motor rotor or the like by a rotary motor and a screw mechanism, and in particular, an automobile that is required to have low cost and environmental resistance and reliability. This is useful for electric actuators.
従来より、回転モータとねじ機構を用いて、モータ回転子などの軸方向の位置決めを行う電動アクチュエータでは、ねじ機構の1回転あたりの送り量と、ロータリエンコーダ等の回転角度検出器からの検出信号に基づくモータ回転子の角度制御とにより軸方向の位置決めが行われていた。例えば、特許文献1に示すように、モータの出力軸と同軸にロータリエンコーダを配し、このロータリエンコーダからの角度検出信号に基づいてモータの制御が行われていた。
ところが、上記のような電動アクチュエータを自動車用に適用する場合、低コストと信頼性向上のためには機械部品および電気部品を問わず、部品点数の削減が望まれる。 However, when the electric actuator as described above is applied to an automobile, it is desired to reduce the number of parts regardless of mechanical parts and electrical parts in order to reduce cost and improve reliability.
また、上記従来の装置では、ロータリエンコーダなどの回転角度検出器と、ねじ機構の一回転あたりの送り量とによって、モータ回転子などの軸方向位置を認識しているため、電動アクチュエータの駆動装置の電源を切ってしまうと、電源を再投入しても、モータ回転子の現在角度を認識することができても、軸方向の位置は認識できない。そのため、軸方向のストローク内の任意位置に設置された原点センサを探し、その位置を軸方向(直動方向)の基準位置とするための原点復帰動作が必要であった。 Further, in the above conventional apparatus, the axial position of the motor rotor or the like is recognized by the rotation angle detector such as the rotary encoder and the feed amount per rotation of the screw mechanism. If the power is turned off, the position in the axial direction cannot be recognized even if the power is turned on again or the current angle of the motor rotor can be recognized. Therefore, it is necessary to search for an origin sensor installed at an arbitrary position in the axial stroke, and to perform an origin return operation for setting the position as a reference position in the axial direction (linear motion direction).
このことは、電動アクチュエータを自動車用として用いる場合、特にトランスミッション系やブレーキ系の電動アクチュエータとして用いる場合、大きな問題となる。例えば、走行中にノイズなどが侵入して、電動アクチュエータの駆動装置がシステムリセットされたり、走行中に他の系統で瞬間的に大電力を消費してしまって電源ラインに異常が生じたり、電源ラインに電圧降下が生じて電動アクチュエータの駆動装置が瞬間的に停電状態になった場合、現在位置を認識できなくなるため、トランスミッションやブレーキを動作できない時間が生じてしまうという問題があった。 This is a serious problem when the electric actuator is used for an automobile, particularly when used as an electric actuator for a transmission system or a brake system. For example, noise may intrude while driving and the drive unit of the electric actuator will be reset, or a large amount of power may be consumed instantaneously in other systems while driving, causing an abnormality in the power line, When a voltage drop occurs in the line and the electric actuator driving device momentarily goes into a power failure state, the current position cannot be recognized, resulting in a problem that the transmission and the brake cannot be operated.
そこで、電源の再投入時などに、原点復帰動作をする必要がないよう、システムリセット時や電源の切断時の位置、特に軸方向位置を半導体メモリなどに記憶する方法が提案されている。しかし、この場合、システムブート時や停電時などに、電動アクチュエータに何らかの軸方向外力が加わると、ねじ機構が、外力によって強制的に回転して位置がずれてしまうことがあり、そのずれは、位置誤差として累積する。そのため、原点復帰動作とそのための原点センサは必須であり、本質的な解決策ではなかった。 In view of this, a method has been proposed in which the position at the time of system reset or power-off, particularly the axial position, is stored in a semiconductor memory or the like so that it is not necessary to perform a home return operation when the power is turned on again. However, in this case, if some axial external force is applied to the electric actuator at the time of system boot or power failure, the screw mechanism may be forcibly rotated by the external force and the position may be shifted. Accumulate as a position error. For this reason, an origin return operation and an origin sensor therefor are indispensable and not an essential solution.
一方、リニアスケールやリニアポテンショメータ,カム機構を付加したロータリポテンショメータなどの直動位置検出器を併設し、絶対位置を検出することで、原点復帰動作を回避する手段も存在するが、電子部品が増え、高コスト化と信頼性の低下は免れないという問題があった。 On the other hand, there is a linear motion position detector such as a linear scale, a linear potentiometer, and a rotary potentiometer with a cam mechanism. However, there was a problem that high cost and reduced reliability were inevitable.
そこで、本発明の目的は、電動アクチュエータを構成するモータの回転子を回転自在に支持するための軸受をねじ機構で兼用させることにより、部品点数を削減しつつ、低コストで耐環境性や信頼性の高い電動アクチュエータを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the number of parts while reducing the number of parts by using a screw mechanism that also serves as a bearing for rotatably supporting a rotor of a motor constituting an electric actuator. It is to provide an electric actuator with high performance.
本発明の上記目的は、回転運動を直線運動に変換するねじ機構と、そのねじ機構に回転力を与える回転モータとを有する電動アクチュエータにおいて、上記ねじ機構は、外周にねじ部が形成されたねじ軸と、上記ねじ部に螺合するナット部とから構成され、上記回転モータの回転子を上記ねじ軸と一体に回転可能に設けるとともに、上記ナット部を上記回転モータの固定子とともに固定することによって、上記回転モータの回転に応じて、上記回転子を軸方向に移動可能にするねじ機構を構成するとともに、上記回転子を回転自在に支持するための軸受を構成するようにしたことにより、達成される。 An object of the present invention is to provide an electric actuator having a screw mechanism that converts a rotational motion into a linear motion and a rotary motor that applies a rotational force to the screw mechanism. The shaft includes a nut and a nut that is screwed onto the screw. The rotor of the rotary motor is rotatably provided integrally with the screw shaft, and the nut is fixed together with the stator of the rotary motor. By configuring a screw mechanism that allows the rotor to move in the axial direction according to the rotation of the rotary motor, and configuring a bearing for rotatably supporting the rotor, Achieved.
また、上記目的は、上記回転モータを、上記固定子と上記回転子とを円周方向に対峙した形式で構成し、上記回転子を、該回転子の回転に応じて、上記ねじ部とともに軸方向に移動可能にしたことにより、効果的に達成される。 Further, the object is to form the rotary motor in a form in which the stator and the rotor are opposed to each other in the circumferential direction, and the rotor is pivoted together with the screw portion according to the rotation of the rotor. This is achieved effectively by making it movable in the direction.
また、上記目的は、上記回転子の軸方向長さを、上記固定子の軸方向長さ以上にしたことにより、効果的に達成される。 Moreover, the said objective is effectively achieved by making the axial direction length of the said rotor more than the axial direction length of the said stator.
また、上記目的は、上記回転モータの固定子と上記回転子の間に、上記回転子の軸方向位置に応じてモータ巻線に磁気的な変化を与える部材を配設することにより、上記回転子の軸方向絶対位置を検出可能にしたことにより、効果的に達成される。 In addition, the object of the present invention is to dispose the member between the stator of the rotary motor and the rotor by providing a member that magnetically changes the motor winding in accordance with the axial position of the rotor. This is effectively achieved by making it possible to detect the absolute position of the child in the axial direction.
また、上記目的は、上記回転モータの固定子と上記回転子の間に、上記回転子の軸方向位置と回転角度に応じてモータ巻線に磁気的な変化を与える部材を配設することにより、上記回転子の軸方向絶対位置と回転角度とを検出可能にしたことにより、効果的に達成される。 Further, the object is to dispose a member between the stator of the rotary motor and the rotor for magnetically changing the motor winding according to the axial position and the rotation angle of the rotor. This is achieved effectively by making it possible to detect the absolute position and rotation angle of the rotor in the axial direction.
さらに、上記目的は、上記ねじ機構をボールねじで構成したことにより、より効果的に達成される。 Furthermore, the object is achieved more effectively by configuring the screw mechanism with a ball screw.
以上のように、本発明に係る電動アクチュエータでは、回転モータの出力軸にねじ部を形成し、該ねじ部にナット部を螺合させることによってねじ機構を構成するとともに、該ねじ機構に軸受としての役割を兼ねるようにした。これにより、装置の機械部品点数を削減することができる。また、モータの固定子と回転子との間に、回転子の軸方向位置、或いは軸方向位置と角度とに応じてモータ巻線に磁気的な変化を与える部材を設けたので、モータ巻線にトルク電流を流すための電圧とは別に、高周波励磁電圧を印加して、その高周波励磁電圧に応じてコイル巻線に流れる電流を検出するだけで、ねじ部の軸方向絶対位置を検出することができる。よって、機械部品や電気部品の部品点数を大幅に削減することができて低コストになり、かつ軸方向位置検出器や原点センサなども不要で、原点復帰動作などの面倒な作業も不要で、耐環境性や信頼性の高い電動アクチュエータを提供することができる。 As described above, in the electric actuator according to the present invention, the screw mechanism is formed by forming the screw portion on the output shaft of the rotary motor and screwing the nut portion to the screw portion, and the screw mechanism as a bearing. To play a role. Thereby, the number of machine parts of the apparatus can be reduced. In addition, since a member that magnetically changes the motor winding according to the axial position of the rotor or the axial position and angle is provided between the stator and the rotor of the motor, the motor winding In addition to the voltage used to pass torque current to the coil, the absolute position of the screw in the axial direction can be detected simply by applying a high-frequency excitation voltage and detecting the current flowing through the coil winding in accordance with the high-frequency excitation voltage. Can do. Therefore, the number of parts of mechanical parts and electrical parts can be greatly reduced, the cost is low, no axial position detector or origin sensor is required, and troublesome work such as return to origin is unnecessary. An electric actuator having high environmental resistance and high reliability can be provided.
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例に係る電動アクチュエータを示し、ねじ機構に回転力を与えるモータとして3相ブラシレスDCモータを用い、その出力軸に、ねじ機構としてボールねじを設けた例である。ここでは、ブラシレスDCモータとして、コギングトルクやトルクリプルを低減するため、8極9スロットの分数スロット形式を採用したが、この形式に限定されず、スロット数が3の倍数であって電気角で2/3π間隔のモータ巻線を有する形式の3相ブラシレスDCモータであればよい。 FIG. 1 shows an electric actuator according to a first embodiment of the present invention, in which a three-phase brushless DC motor is used as a motor for applying a rotational force to a screw mechanism, and a ball screw is provided as a screw mechanism on its output shaft. is there. Here, as a brushless DC motor, in order to reduce cogging torque and torque ripple, a fraction slot format of 8 poles and 9 slots is adopted. However, the present invention is not limited to this format, and the number of slots is a multiple of 3 and 2 in electrical angle. A three-phase brushless DC motor of a type having motor windings with an interval of / 3π may be used.
図1(a)は、ブラシレスモータ1の全体構成を示し、円筒形のセンタハウジング2Aと、該センタハウジング2Aの開口端を閉塞するための封止蓋2Bとでモータハウジング2が形成されている。このハウジング2内には、ねじ軸3が回転自在に配されていて、該ねじ軸3の回りには、図1(b)に示すように、円筒状の回転子4が配設されている。この回転子4は、永久磁石で形成されていて、その外周には、軸方向に厚みが異なる円錐状の磁石カバー5が嵌着されている。この磁石カバー5は、回転子4を保護するとともに、回転子4の軸方向位置に応じてモータ巻線7への磁気的な変化を与えるため、非磁性金属であるオーステナイト系ステンレスから構成される。
FIG. 1A shows the overall configuration of the
また、センタハウジング2Aの内周面には、コア6が取り付けられ、このコア6回りには、回転子4を包囲するように、例えば3相のモータ巻線7が巻き付けられている。このコア6およびモータ巻線7によってブラシレスモータ1の固定子8が構成され、回転子4の角度に応じてモータ巻線7に交流状の電流を流して、回転子4に回転方向の駆動力を与えるようになっている。
Further, a
また、ねじ軸3の外側(図1左側)には、ねじ部9が形成され、該ねじ部9にナット部10を螺合させて、ねじ部9およびナット部10によってねじ機構11が構成される。このねじ機構11には、リード長10mmのボールねじを採用し、8極9スロットのブラシレスDCモータであり、ナット部10が固定されているため、ねじ部9は、電気角で1周期分だけ回転子4が回転するごとに2.5mmずつ軸方向に移動する。また、回転子4の軸方向長さは、固定子8の軸方向長さよりもストローク分以上長くしてあるので、軸方向のストローク内では回転子4がどの軸方向位置にあっても、トルク電流に応じた回転方向の駆動力を回転子4に与えることができる。
Further, a
そして、ねじ部9とナット部10によって構成されるねじ機構11は、回転子4の軸方向の移動を可能にするとともに、モータ1の回転子4を回転自在に支持するのに必要な軸受の役割を兼ねる。その結果、ボールねじによってモータの回転子4を支持することができ、従来必要とされた軸受などの部品を省略することができ、電動アクチュエータの部品点数を大幅に削減することができる。
And the
また、固定子8と回転子4との間には、円周方向に沿って空隙部aが存在しており、磁石カバー5の半径方向肉厚が、軸端側(図1(a)右側)に進むに従って小さくなり、空隙部aの隙間が大きくなる。よって、回転子4は、回転とともに、軸方向に移動すると、回転子4の軸方向位置によって回転子4と固定子8の内径部との間の平均隙間が変化する。
Further, there is a gap a along the circumferential direction between the stator 8 and the
その結果、トルク電流を流すための電圧とは別に、1kHz〜100kHz程度の高周波励磁電圧をモータ巻線7に印加すると、磁石カバー5に誘導される交流磁束に対するうず電流の大きさは、固定子8の内径部との間の平均隙間によって変化する。そして、その大きさは、モータ巻線7のインダクタンスに変化を与え、回転子4の軸方向位置に応じてモータ巻線7のインダクタンスが変化する。これにより、高周波励磁電圧によりモータ巻線7に流れる電流の振幅を、インダクタンスの変化、すなわち回転子4の軸方向位置として検出することによって、回転子4の軸方向絶対位置を検出することができる。
As a result, when a high frequency excitation voltage of about 1 kHz to 100 kHz is applied to the motor winding 7 separately from the voltage for passing the torque current, the magnitude of the eddy current for the AC magnetic flux induced in the
次に、装置の駆動制御について、図2のブロック図に基づいて説明する。 Next, drive control of the apparatus will be described based on the block diagram of FIG.
ブラシレスDCモータでは、整流されたトルク電流、すなわち回転子4の角度に応じて各相のモータ巻線7に必要なトルク電流が流れる。そのため、ホール素子31を用いた磁気検出器としての極位置検出器32によって回転子4の角度位置が検出され、電流波形発生器33に送られ、必要な電流波形信号を生成するようになっている。
In the brushless DC motor, a rectified torque current, that is, a necessary torque current flows through the motor winding 7 of each phase according to the angle of the
この電流波形発生器33は、各相の電流指令値に一定振幅および一定周波数の高周波励磁波形を重畳させる機能を有する一方、各相のモータ巻線7への電流を各相ごとに電流検出器34によって検出し、ローパスフィルタ35によって高周波励磁成分を除去して、増幅器36にフィードバックするようになっている。すなわち、増幅器36では、高周波励磁成分が除去されるので、高周波励磁を行う周波数帯域では電流制御を行うことなく、電圧増幅器として機能する。
The
ここで、モータ巻線7に流れる電流は、電流検出器34によって検出され、速度・位置制御ループで、速度検出器37などを介して比例積分制御(PI制御)部38によってフィードバックされた速度信号と速度指令値との偏差をなくすように制御が行われるとともに、比例制御(P制御)部39によってフィードバックされた位置信号と位置指令値との偏差をなくすように制御が行われる。
Here, the current flowing through the motor winding 7 is detected by the
この位置制御において、各相のモータ巻線7には、3相の正弦波電流が流れる(図3(a)参照)。また、電流検出器34からの検出信号は、各相の高周波励磁周波数と同一の周波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタと、その通過した信号の絶対値を出力する絶対値演算器との機能を備えた検波器40によって、図3(b)に示すように、各相の高周波励磁電圧によるモータ巻線7の電流成分(U相、V相、W相)がそれぞれ抽出される。この電流成分は、図3(c)に示すように、平滑用ローパスフィルタ41で平滑化され、加算器42に送られる。加算器42では、図3(d)に示すように、各相の出力値が合成されて加算されることにより、その出力値から回転子4の軸方向絶対位置信号が得られる。
In this position control, a three-phase sine wave current flows through the motor winding 7 of each phase (see FIG. 3A). The detection signal from the
その結果、回転子4の軸方向絶対位置の制御には、直動位置検出器や原点センサを設けたり、原点復帰動作を行う必要がなくなり、入力された位置指令値に応じて回転子4の軸方向位置や移動速度を制御することができる。
As a result, for controlling the absolute position of the
なお、上記第1実施例では、固定子8に対する磁石カバー5の偏芯やミスアラインメントなどの機械的誤差要因による回転子4の軸方向絶対位置の誤差を小さくするため、3相すべての電流検出器34で得られた信号に基づいて回転子4の軸方向絶対位置を検出したが、機械的誤差要因が小さい場合、電流検出器34の1相分のみの高周波励磁による電流を用いて軸方向絶対位置を検出してもよい。また、回転子4の極位置を検出するのに、ホール素子を用いたが、半導体磁気抵抗素子センサ(MRセンサ)など、他の形式の磁気検出器を用いてもよい。
In the first embodiment, in order to reduce errors in the absolute position in the axial direction of the
図4は、本発明の第2実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第2実施例では、第1実施例の図1(b)とは、磁石カバー5の断面形状を異にし、極対数を4にして、機械角1周期あたり電気角で4周期存在するようにした。すなわち、磁石カバー5を、モータ巻線7のインダクタンスへ、機械角1周期あたり電気角で4周期の正弦波状の変化を与え、かつ回転子4の軸方向位置に応じてその振幅に変化を与えるような形状にした。
The second embodiment differs from the first embodiment shown in FIG. 1B in that the cross-sectional shape of the
これにより、回転子4の軸方向位置と電気角をモータ巻線7のインダクタンスの変化として検出することができる。よって、ブラシレスDCモータに、磁気検出器を用いることなく、トルク電流を流す際に必要なコミュテーションを行うことができるので、磁気検出器とその配線を省略することができ、低コスト化とともに、耐環境性や信頼性を高めることができる。
Thereby, the axial position and electrical angle of the
次に、この第2実施例における装置の駆動制御について、図5のブロック図に基づいて説明する。 Next, drive control of the apparatus in the second embodiment will be described based on the block diagram of FIG.
この第2実施例では、回転子4の軸方向絶対位置は、概ね、第1実施例と同様の方法で得られる。ただし、各相とも機械角1周期あたり電気角で4周期の正弦波状の変化が重畳している点で、第1実施例と異なるが、この正弦波状の変化は、各相が電気角で2/3πの間隔ずつ位相が異なるので、加算器42によって相殺されて影響しない。この回転子4の軸方向絶対位置を用いて、時間変化に対する位置偏差と速度偏差を検出してモータ1へのトルク指令信号を生成する。
In the second embodiment, the absolute position of the
そして、位置制御において、各相のモータ巻線7には、3相の正弦波電流が流れる(図6(a)参照)が、検波器40およびローパスフィルタ41からの出力信号(図6(b)参照)は加算器42に送られる。この加算器42では、加算処理が施された後、その出力信号(図6(c))は位置信号として比例制御(P制御)部39に送られ、位置指令値との偏差をなくすような制御が行われる。また、加算器42からの出力信号は、補正係数乗算器51に送られ、回転子4がどの軸方向位置にあっても中央値と振幅が変更しないように、回転子4の軸方向絶対位置から、各相の信号に補正係数算出器52で計算された補正係数を乗ずることによって得られる出力信号に基づいて、回転子4の電気角に応じた3相正弦波を生成する(図6(d)参照)。この3相正弦波は、3相/2相変換器53によってsinθ,cosθ(θ:電気角)の2相正弦波に変換された後、レゾルバ/デジタル変換器54で、回転子4の電気角に応じたパラレル又はシリアルのデジタル信号が生成される。
In the position control, a three-phase sine wave current flows in each phase of the motor winding 7 (see FIG. 6A), but output signals from the
なお、第2実施例では、モータ1の極対数と、磁石カバー5によるモータ巻線7の機械角1周期あたりのインダクタンス変化周期回数とを合致させることにより、電気角と機械角の換算を不要にし、電流波形発生器33における各相の電流指令信号の生成を簡単にしたが、電気角と機械角の換算を行うのであれば、磁石カバー5によるモータ巻線7の機械角1周期あたりのインダクタンス変化周期回数は、ブラシレスDCモータの極対数の約数(極対数4の場合は、4,2,1)であればよい。この場合も、上記第1実施例と同様の効果を得ることができるのはもとよりである。
In the second embodiment, the electrical angle and the mechanical angle need not be converted by matching the number of pole pairs of the
ちなみに、上記各実施例で用いたブロック図に示す駆動制御は、これに限定されるものではなく、同様の効果が得られるものであれば、電動アクチュエータの駆動装置の回路構成や外部とのインターフェイスなどの諸事情によって適宜変更してもよい。そして、回転子4の軸方向絶対位置や電気角の検出方法でアナログ波形を用いてアナログ回路で構成してもよいが、マイクロコンピュータやDSP(Digital Signal Processor)などを用いてデジタル信号によって処理する構成にしてもよい。また、モータ巻線7の異常過熱を検出するために、温度検出器などのセンサや、他の機器からの情報を用いて、回転子4の軸方向絶対位置や電気角の値を補正することにより、検出精度を高めるようにしてもよい。
Incidentally, the drive control shown in the block diagrams used in each of the above embodiments is not limited to this, and if the same effect can be obtained, the circuit configuration of the drive device of the electric actuator and the interface with the outside You may change suitably by various circumstances, such as. An analog circuit may be configured using an analog waveform in a method of detecting the absolute position of the
また、図7は、本発明の第3実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第3実施例では、モータ1の固定子8を磁石カバー5の形状に合わせて、軸方向に沿って固定子8の内径を変えた。すなわち、ねじ軸3の軸端側(図7右側)に進むに従って固定子8の内径を小さくした。これにより、回転子4の軸方向絶対位置の変化に対するモータ巻線7のインダクタンスの変化を大きくすることができ、位置分解能が大きくなる。この場合も、上記各実施例と同様の効果を得ることができるのはもとよりである。
In the third embodiment, the stator 8 of the
また、図8は、本発明の第4実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第4実施例では、ハウジング2の封止蓋2Bの中央付近を外側(図8(a)右側)に延ばして円筒突状部56を形成し、該突状部56内に、ねじ軸3の外側延長部3aを収容するようにした。この突状部56内に、ボールブッシュに代表される回転直動自在な転がり軸受57を設けた。これにより、ボールねじ11の動作側(図8(a)左側)の軸端部の許容モーメント荷重を大きくすることができるとともに、ストロークを長くした場合の回転子4の振れを防いだり、危険速度の低下を防止することができる。また、転動体と軌道面に隙間のある安価なボールねじを用いた場合でも、ねじ部の振れ回りを小さくすることができる。この場合も、上記各実施例と同様の効果を得ることができるのはもとよりである。
In the fourth embodiment, the
なお、この実施例では、突状部56内に、回転直動自在な転がり軸受57を設けたが、
ねじ軸3の外端面(図8(a)右側)に、図8(b)に示すように、軸方向に孔加工を施して凹溝3bを形成し、該凹溝3bに、封止蓋2Bの中央開口に装着された筒状部材3cを配する。そして、凹溝3bと筒状部材3cとの間に転がり軸受57を嵌挿し、該転がり軸受57によってねじ軸3を回転直動自在にするようにしてもよい。この場合も上記各実施例と同様の効果を得ることができる。
In this embodiment, a rolling
As shown in FIG. 8 (b), on the outer end surface of the screw shaft 3 (right side in FIG. 8 (a)), a hole is formed in the axial direction to form a
また、図9は、本発明の第5実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
上記第1実施例では、ボールねじ11をモータ1の一方側にだけ設けたのに対して、第5実施例では、ボールねじ11の両端に、それぞれねじ部58を形成するとともに、該ねじ部58に螺合するナット部59,59を設けた。この場合、少なくとも一方のナット部59は、モータ1に取り付ける際に、任意の位相で取り付けて固定できるようになっている。このような構成により、転動体と軌道面に隙間のある安価なボールねじを用いても、
隙間を微調整したり、定位置予圧をかけることができ、高精度な位置決めを可能にする。
In the first embodiment, the
The gap can be finely adjusted and fixed position preload can be applied, enabling highly accurate positioning.
なお、この実施例では、ねじ部58におけるねじ溝の直径よりも、回転子4の取り付け部位の直径の方を小さくしたため、放射状に分割された永久磁石をねじ部58の回転子4の取り付け部位に接着固定することにより、回転子4を構成したが、回転子4の取り付け部位の直径を、ねじ溝の直径と同径、あるいは大きくすると、円筒状の永久磁石を用いることができる。また、一方のナット部59をモータ1に取り付ける際に任意の位相で固定することで、隙間を微調整したり、定位置与圧をかける構成にしたが、一方のナット部59とハウジング2との間に皿ばねやウェーブワッシャやコイルばねなどのばね機構を軸方向に入れて、定圧与圧をかける構成にしてもよい。
In this embodiment, since the diameter of the attachment portion of the
図10は、本発明の第6実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第6実施例では、ボールねじ11の動作側(図10左側)のねじ軸9の端部に球面加工を施して球状部61を形成した。これにより、高荷重条件下でもねじ部9の回転トルクの増加を小さくすることができる。
In the sixth embodiment, the
なお、この実施例では、ボールねじ11の動作側(図10左側)のねじ軸9の端部に球状部61を設けたが、ボールねじ11の動作側(図10左側)のねじ軸9の端部に球面状に座ぐりを設け、そこにボールを隙間嵌合或いは締まり嵌合によって装着してもよく、また、一部のみ球面加工された別部品をボールねじ11の動作側(図10左側)のねじ軸9の端部に設けてもよい。
In this embodiment, the
また、図11は、本発明の第7実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 11 shows a seventh embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第7実施例では、ボールねじ11の動作側(図11左側)のねじ軸9の端部に、転がり軸受として深溝玉軸受65を用いた回転自在な押し子66を設けた。これにより、高荷重条件下で、ねじ部9の回転トルクの増加を小さくすることができる。
In the seventh embodiment, a
なお、この実施例では、押し子66を回転自在にするための転がり軸受として深溝玉軸受を用いたが、この軸受では耐えられないような高荷重条件下においてはスラスト軸受を用いてもよい。また、軸方向に押し引き両方の荷重が加わる場合や、高精度位置決めに用いる場合には、軸受の隙間を無くすために、組み合わせアンギュラ球軸受や多点接触玉軸受を用いてもよい。
In this embodiment, a deep groove ball bearing is used as a rolling bearing for making the
なお、ねじ部9の軸心と、軸方向の位置決めを行う対象物との平行度や直角度を保つことができない場合、押し子66と軸受65の間に球面座金を設けたり、自動調心軸受を用いて角度誤差を吸収したり、押し子66側の軸受65の軌道輪に押し子66を嵌め合わせず、径方向に隙間を持たせることによって芯ずれを吸収するようにしてもよい。
If the parallelism or perpendicularity between the axial center of the threaded
図12は、本発明の第8実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 12 shows an eighth embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第8実施例では、ねじ部9が外部に露出する部分に、蛇腹状のブーツ67を設けた。これにより、装置全体の気密性や防水性が高まり、粉塵の多い環境や、水や油などが飛来する環境であっても使用することができる。その際、ブーツ67の材質は、常温状態で用いられる用途ではゴムや樹脂を用いることができ、高温状態で用いられる用途において金属を用いることができる。
In the eighth embodiment, a bellows-like
なお、押し子に用いる転がり軸受やハウジングの継ぎ目など、粉塵や水,油などが侵入する可能性のある部位にはシールを施すとよい。 In addition, it is good to seal | stick to parts into which dust, water, oil, etc. may penetrate | invade, such as the rolling bearing used for a pushing element, and the joint of a housing.
図13は、本発明の第9実施例を示し、上記第1実施例と同一の部材は同一の符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 13 shows a ninth embodiment of the present invention. The same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
第9実施例では、非磁性金属であるオーステナイト系ステンレスを材料とした肉厚が一定の円筒状の磁石カバー5に、穿孔加工(穴加工)を施し、磁石カバー5に多数の孔71,71,・・・を設けた。これにより、軸方向位置、或いは軸方向位置と回転角度とにより高周波励磁によるうず電流の大きさが異なるようにした。この場合、磁石カバー5は、肉厚が一定の円筒状であっても、穿孔加工(穴加工)やスリット加工などの機械加工や、エッチングなどの表面処理が施されたものであればよい。
In the ninth embodiment, a
なお、上記各実施例では、磁石カバー5の材料として、非磁性金属であるオーステナイト系ステンレスを用いたが、これに限定されない。例えば、アルミニウム合金のように高周波励磁によるうず電流が発生する非磁性体も適用でき、また、高周波励磁によるうず電流だけでなく、磁性体内を流れる磁束量も変化するような磁性体も適用することができる。
In each of the above embodiments, the material of the
なお、上記各実施例では、3相のモータ巻線7に、すべて電流検出器34を設け、該電流検出器34で得られた信号に基づいて回転子4の軸方向絶対位置や電気角を検出したが、電流検出器34は、3相のうち2相にだけ設け、残り1相を推定して信号処理を行ってもよい。また、高周波励磁電圧によりモータ巻線7に流れる電流の振幅を用いて回転子4の軸方向絶対位置や電気角を検出したが、高周波励磁電圧と、高周波励磁によりモータ巻線7に流れる電流との位相差によってインダクタンスの変化、すなわち回転子4の軸方向位置や電気角を検出するようにしてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
また、モータ1の出力軸方向に、常時荷重が作用する場合や、電動アクチュエータの制御装置の電源が切れている状態であっても、位置を保持する必要性がある場合、電磁ブレーキなどを用いたねじ部9の回り止め機構を設けることにより、位置決め後の非可動状態のモータ巻線7の銅損を低減したり、電動アクチュエータの制御装置の電源が切れていても位置保持することが可能になる。
In addition, when a load is always applied in the direction of the output shaft of the
さらに、ねじ部9におけるねじ溝の直径に比べ、回転子4の取り付け部位を小径にして回転子4を設けたが、回転子4の取り付け部位の直径をねじ溝と同径、或いは大きくしてもよい。この場合、回転子4の取り付け部位には、必ずしもねじ溝加工をする必要性はない。ちなみに、この部位にねじ溝加工をする場合、回転子4とその取り付け部位との間に、ねじ溝による回転子4の磁路遮断を防ぐための磁性体からなる円筒状のバックヨークを入れてもよい。
Furthermore, the
また、上記各実施例では、円筒状或いは放射状に分割された永久磁石を回転子4の取り付け部位に設けることによって回転子4を構成したが、ストロークが長い場合、長尺の永久磁石を一体成形することが難しく、高コストになるため、例えば短尺の永久磁石を、軸方向に複数個並べるようにしてもよい。なお、永久磁石は、回転子4に磁石を配置する前に着磁するようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the
さらに、上記各実施例では、モータ11の出力軸を支持するのに、ボールねじを用いたが、これに限られず、例えば転動体としてころを用いたねじや、転動体を用いないすべりねじを用いてもよいが、転動体としてボールを用いたボールねじは、トルク性能などの点から好ましい。なお、ボールねじは、転動体と軌道面の隙間がない与圧形式が好ましいが、転動体と軌道面の隙間がある形式であっても、低コストに電動アクチュエータを構成することができる。
Further, in each of the above embodiments, a ball screw is used to support the output shaft of the
1 電動モータ
2 ハウジング
3 ねじ軸
4 回転子
5 磁石カバー
7 モータ巻線
8 固定子
9 ねじ部
10 ナット部
11 ねじ機構
33 電流波形発生器
34 電流検出器
35 ローパスフィルタ
36 増幅器
40 検波器
41 ローパスフィルタ
42 加算器
51 補正係数乗算器
52 補正係数算出器
56 突状部
57 転がり軸受
58 ねじ部
59 ナット部
61 球状部
65 玉軸受
66 押し子
67 ブーツ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
上記ねじ機構は、外周にねじ部が形成されたねじ軸と、上記ねじ部に螺合するナット部とから構成され、上記回転モータの回転子を上記ねじ軸と一体に回転可能に設けるとともに、上記ナット部を上記回転モータの固定子とともに固定することによって、上記回転モータの回転に応じて、上記回転子を軸方向に移動可能にするねじ機構を構成するとともに、上記回転子を回転自在に支持するための軸受を構成するようにしたことを特徴とする電動アクチュエータ。 In an electric actuator having a screw mechanism that converts rotational motion into linear motion, and a rotary motor that applies rotational force to the screw mechanism,
The screw mechanism includes a screw shaft having a screw portion formed on the outer periphery and a nut portion screwed into the screw portion, and a rotor of the rotary motor is provided so as to be rotatable integrally with the screw shaft. By fixing the nut portion together with the stator of the rotary motor, a screw mechanism is provided that enables the rotor to move in the axial direction in accordance with the rotation of the rotary motor, and the rotor can be rotated freely. An electric actuator comprising a bearing for supporting.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003294967A JP2005065452A (en) | 2003-08-19 | 2003-08-19 | Electric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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JP2005065452A true JP2005065452A (en) | 2005-03-10 |
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ID=34371347
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---|---|---|---|
JP2003294967A Pending JP2005065452A (en) | 2003-08-19 | 2003-08-19 | Electric actuator |
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JP (1) | JP2005065452A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007211941A (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Meidensha Corp | Rotary drive unit |
US9548687B2 (en) | 2015-04-10 | 2017-01-17 | Nidec Singapore PTE., Ltd. | Method of estimating rotational position of motor, and control apparatus of motor |
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JP2021023099A (en) * | 2015-02-02 | 2021-02-18 | パーシモン テクノロジーズ コーポレイションPersimmon Technologies, Corp. | Motor having non-circular stator |
-
2003
- 2003-08-19 JP JP2003294967A patent/JP2005065452A/en active Pending
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