JP2012085527A - Linear/rotary actuator and system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a linear/rotary actuator that can increase torque and thrust.SOLUTION: A linear/rotary actuator that has a movable element having a permanent magnet or iron core teeth forming a field, and a stator having a θ armature winding generating a rotating field having a pole pitch λ in a rotary θ direction and an X armature winding generating a progressive field having a pole pitch γ in a linear X direction, and that applies a current to the θ armature winding and X armature winding to generate a torque in the θ direction and a thrust in the X direction, which provide rotary and linear actions of the movable element, includes in the field of the movable element a double N pole cylindrical part 211a having a plurality of N poles on magnetic surfaces, and a double S pole cylindrical part 211b having a plurality of S poles on magnetic surfaces. The double N pole cylindrical part and the double S pole cylindrical part are arranged such that the N poles of the double N pole cylindrical part and the S poles of the double S pole cylindrical part have pole intervals of γ in the X direction and λ in the θ direction, and the permanent magnet is arranged between the double N pole cylindrical part and the double S pole cylindrical part to provide a magnetization direction in the X direction.

Description

本発明は、1つのアクチュエータで、回転と移動の2つのモーションを精密に行う直動回転アクチュエータおよびシステムに関する。   The present invention relates to a direct-acting rotary actuator and system for precisely performing two motions of rotation and movement with one actuator.

従来の直動回転アクチュエータとして、以下の3つの構成がある。
(1)回転モータで回転軸にトルクを発生させ、回転モータとボールネジとの組合せによる直動機構で直動軸に推力を発生させる。回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転用と直動用の2つの回転モータを直動方向に並べて配置する。(例えば、特許文献1、特許文献2)
(2)回転モータの回転軸にリニアモータを結合し、リニアモータの推力を発生する直動軸を出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となるため、直動方向にモータを並べて配置することがなく、(1)に比べ小形化することができる。(例えば、特許文献3)
(3)回転モータとリニアモータの電機子巻線を同心円状に重ね合わせ、出力軸に直接トルクと推力を発生させ回転動作と直動動作を行う。(1)や(2)のように軸受を結合した複雑な機構を持たないために、さらに小形化でき、組立を容易にすることができる。(例えば、特許文献4、特許文献5)
以下、最も特徴的に優れる上記(3)の構成を例に、従来技術の詳細を説明する。
As a conventional linear motion rotary actuator, there are the following three configurations.
(1) Torque is generated on the rotary shaft by the rotary motor, and thrust is generated on the linear drive shaft by the linear motion mechanism that is a combination of the rotary motor and the ball screw. A rotary shaft and a linear motion shaft are connected by a bearing, and a rotational motion and a linear motion motion are performed using either the rotational shaft or the linear motion shaft as an output shaft. Two rotary motors for rotation and linear motion are arranged side by side in the linear motion direction. (For example, Patent Document 1 and Patent Document 2)
(2) A linear motor is coupled to the rotary shaft of the rotary motor, and a rotary motion and a linear motion operation are performed using a linear motion shaft that generates thrust of the linear motor as an output shaft. Since the linear motor is attached to the inside of the rotary motor, the motors are not arranged side by side in the linear motion direction, and the size can be reduced as compared with (1). (For example, Patent Document 3)
(3) The armature windings of the rotary motor and the linear motor are concentrically overlapped to generate torque and thrust directly on the output shaft to perform rotation operation and linear motion operation. Since there is no complicated mechanism in which the bearings are coupled as in (1) and (2), the size can be further reduced and assembly can be facilitated. (For example, Patent Document 4 and Patent Document 5)
Hereinafter, the details of the prior art will be described by taking the configuration (3) which is most characteristically excellent as an example.

図15は従来技術を示す直動回転アクチュエータの側面から見た断面図である。図16は可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。なお、X方向から見た断面図は、側面から見た断面図のA、B部における断面図となっている。また、図中の矢印(→)は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はS→Nとなっている。固定子100は、円筒状のモータフレーム101、電機子コア102、θ電機子巻線103、X電機子巻線104が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム101の上部にはθ電機子巻線103とX電機子巻線104に外部から電力を供給するためのモータ端子105が設けられ、モータフレーム101の左端にはLブラケット107、右端には反Lブラケット108が取り付けられている。Lブラケット107と反L側ブラケット108にはそれぞれスライドロータリーブッシュ106が取り付けられている。一方、可動子200は、出力軸201、界磁部202から構成されている。界磁部202は、円筒状の界磁ヨーク203の外周に複数のブロック状の永久磁石(以下、ブロック磁石と呼ぶ)250a、250bが設けられている。なお、ブロック磁石250aは外周側N極、内周側S極に磁化されており、ブロック磁石250bはその逆に磁化されている。ブロック磁石250a、250bは空隙を介してX電機子巻線104と対向している。出力軸201は、スライドロータリーブッシュ106により支持され、固定子100に対し回転θ方向と直動X方向に移動可能となっている。また、出力軸201に負荷(図示しない)を取り付けることができ、負荷をθ方向とX方向に自在に移動させることができるようになっている。   FIG. 15 is a cross-sectional view seen from the side of a linear motion rotary actuator showing the prior art. FIG. 16 is a sectional view of the field portion of the mover as viewed from the side and a sectional view as viewed from the X direction. Note that the cross-sectional view seen from the X direction is a cross-sectional view taken along A and B of the cross-sectional view seen from the side. Moreover, the arrow (→) in the figure represents the magnetization direction of the permanent magnet, and the polarity is S → N. In the stator 100, a cylindrical motor frame 101, an armature core 102, a θ armature winding 103, and an X armature winding 104 are provided concentrically. Further, a motor terminal 105 for supplying electric power to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 from the outside is provided on the upper part of the motor frame 101. An L bracket 107 and a right end are provided on the left end of the motor frame 101. Is attached with an anti-L bracket 108. A slide rotary bush 106 is attached to each of the L bracket 107 and the non-L side bracket 108. On the other hand, the mover 200 includes an output shaft 201 and a field part 202. The field portion 202 is provided with a plurality of block-shaped permanent magnets (hereinafter referred to as block magnets) 250 a and 250 b on the outer periphery of a cylindrical field yoke 203. The block magnet 250a is magnetized to the outer peripheral side N pole and the inner peripheral side S pole, and the block magnet 250b is magnetized on the contrary. The block magnets 250a and 250b are opposed to the X armature winding 104 through a gap. The output shaft 201 is supported by the slide rotary bush 106 and is movable with respect to the stator 100 in the rotation θ direction and the linear motion X direction. Further, a load (not shown) can be attached to the output shaft 201, and the load can be freely moved in the θ direction and the X direction.

図17は、図16における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石250aと250bは各6個で構成されている。ブロック磁石250aはθ方向に2λ(λはθ方向極ピッチ=電気角180度)ごとに配置され、同じくブロック磁石250bもθ方向に2λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石250aと250bはθ方向にλ、X方向にγ(γはX方向極ピッチ=電気角180度)だけずれて配置されている。よって、界磁の磁極数はθ方向が12極、X方向が2極となっている。θ電機子巻線103とX電機子巻線104は、ブロック磁石250a、250bと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。θ電機子巻線103は、コイルエンド部が円弧状の形をした集中巻きのコイル(以下、俵形コイル103aと呼ぶ)がU、V、W相各々3個ずつ、計12個により構成されている。俵形コイル103aがθ方向に配置される間隔はλ×4/3(電気角240度)である。同相同士の俵形コイル103aの間隔は電気角720度となっているので、3個の同相の俵形コイル103aは電流の向きが3個とも同じ向きとなるように結線されている。一方、X電機子巻線104は、円筒状に集中巻きされたリング形コイル104aがU、V、W相各々4個ずつ、計12個により構成されている。リング形コイル104aのX方向に配置される間隔はγ/3(電気角60度)であり、X電機子巻線104のX方向全体の長さは4γ(=γ/3×12個)である。同相同士のリング形コイル104aの間隔はγ(電気角180度)となっているので、4個の同相のリング形コイル104aは電流の向きが正、逆、正、逆となるように結線されている。   FIG. 17 is a developed view showing the arrangement relationship between the armature winding and the permanent magnet in FIG. Each of the block magnets 250a and 250b is composed of six pieces. The block magnets 250a are arranged every 2λ in the θ direction (λ is the θ direction pole pitch = 180 degrees electrical angle), and the block magnets 250b are also arranged every 2λ in the θ direction. Further, the block magnets 250a and 250b are arranged so as to be shifted by λ in the θ direction and γ in the X direction (γ is the X-direction pole pitch = electrical angle 180 degrees). Therefore, the number of magnetic field poles is 12 in the θ direction and 2 in the X direction. The θ armature winding 103 and the X armature winding 104 are arranged as schematically shown by the thick black lines through the block magnets 250a and 250b and the air gap. The θ armature winding 103 is composed of 12 concentrated winding coils (hereinafter referred to as saddle-shaped coils 103a) having a coil end portion having an arc shape, each including three U, V, and W phases. ing. The interval at which the saddle coils 103a are arranged in the θ direction is λ × 4/3 (electrical angle 240 degrees). Since the interval between the in-phase saddle coils 103a is 720 degrees in electrical angle, the three in-phase saddle coils 103a are connected so that all three currents have the same direction. On the other hand, the X armature winding 104 is composed of a total of 12 ring coils 104a concentrated in a cylindrical shape, each having four U, V, and W phases. The interval of the ring-shaped coil 104a arranged in the X direction is γ / 3 (electrical angle 60 degrees), and the entire length of the X armature winding 104 in the X direction is 4γ (= γ / 3 × 12). is there. Since the interval between the ring coils 104a of the in-phase is γ (electrical angle 180 degrees), the four in-phase ring coils 104a are wired so that the direction of the current is normal, reverse, normal, and reverse. Has been.

このように構成された直動回転アクチュエータは、θ電機子巻線103に電流を流すことによりブロック磁石250a、250bの作る磁界との作用で可動子200にトルクを発生し、また、X電機子巻線104に電流を流すことによりブロック磁石250a、250bの作る磁界との作用で可動子200に推力が発生する。図16は、θ電機子巻線103やX電機子巻線104にそれぞれU相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子200はθ+方向にトルク、X+方向に推力を発生する。このようにして、可動子200は回転と直動の両方向の動作を実現している。   The linear motion rotary actuator configured as described above generates torque in the mover 200 by the action of the magnetic field generated by the block magnets 250a and 250b by passing a current through the θ armature winding 103, and the X armature. By causing a current to flow through the winding 104, a thrust is generated in the mover 200 by the action of the magnetic field generated by the block magnets 250a and 250b. FIG. 16 is a diagram in which a current is supplied to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 at a phase where the U phase is maximum, and a Lorentz force is generated by the current flowing in the direction indicated by the arrow. The mover 200 generates torque in the θ + direction and thrust in the X + direction. In this manner, the mover 200 realizes both rotational and linear motions.

特許3360023号公報(第6頁、図1)Japanese Patent No. 3360023 (page 6, FIG. 1) 特開2003−111351号公報(第5頁、図1)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-111351 (page 5, FIG. 1) 特開2004−364348号公報(第3頁、図1)JP 2004-364348 A (page 3, FIG. 1) 特開2004−343903号公報(第4頁、図1)JP 2004-343903 A (page 4, FIG. 1) 特開2005−20885号公報(第3頁、図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-20885 (page 3, FIG. 1)

前記(1)〜(3)の従来の直動回転アクチュエータには、以下の問題があった。
(1)回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う構成となっているため、機構が複雑となり、組立が困難であった。また、回転用と直動用の2つの回転モータを直動方向に並べて配置するため、直動回転アクチュエータの体格が大きくなった。
(2)回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となっているため(1)に比べ小形化することができるが、回転軸と直動軸を軸受で結合する機構には代わりが無く、(1)同様、機構が複雑となり組立が困難であった。
(3)(1)や(2)のような軸受を結合する複雑な機構でないために、組立を容易にすることができる。しかし、これにも以下のような問題があった。
・同極のブロック磁石を大きな空隙をあけて2λごとに配置させ、さらに異極のブロック磁石をλずらして配置させているため、磁極表面に現れるギャップ磁束密度が小さく、大きなトルクと推力を得ることができなかった。
・一般に、ブロック磁石の取り付けは接着で行う。しかし、高速回転の場合にはブロック磁石に発生する遠心力が接着力に打ち勝ち、ブロック磁石が飛散する恐れがあった。
・ブロック磁石は円筒状の界磁ヨークの表面に接着して固定されるが、多数あるために接着時に位置ずれが生じた。その結果、推力リプルやトルクリプルが生じた。
・可動子の角度θや位置Xを検出する検出器を備えていないために、実際の角度θや位置Xの値を用いた速度、位置フィードバック制御による駆動ができなかった。実際の角度θと位置Xを得るには、θ方向とX方向の動作範囲内で検出可能な検出器が必要となる。しかし、従来からあるθ方向の検出器やX方向の検出器は、検出方向と異なる方向の動作に対する検出可能範囲が非常に狭かった。そのため、θ方向の検出器とX方向の検出器を単に組み合わせただけの構成では、θ方向とX方向の広い動作範囲内で角度θと位置Xを同時に検出することができなかった。その結果、可動子の精密な回転動作と直動動作を実現することができなかった。
The conventional linear motion rotary actuators (1) to (3) have the following problems.
(1) Since the rotary shaft and linear motion shaft are coupled by a bearing, and the rotary shaft and linear motion shaft are used as output shafts for rotational and linear motion operations, the mechanism becomes complicated and assembly is difficult. It was difficult. Further, since the two rotary motors for rotation and linear motion are arranged side by side in the linear motion direction, the size of the linear motion rotary actuator has increased.
(2) Since the linear motor is mounted inside the rotary motor, the size can be reduced as compared with (1), but there is no substitute for the mechanism that couples the rotary shaft and the linear motion shaft with a bearing. 1) Similarly, the mechanism was complicated and assembly was difficult.
(3) Since it is not a complicated mechanism for coupling the bearings as in (1) and (2), assembly can be facilitated. However, this also had the following problems.
・ Each block magnet with the same polarity is arranged every 2λ with a large gap, and another block magnet with a different polarity is shifted by λ, so the gap magnetic flux density that appears on the magnetic pole surface is small, and a large torque and thrust are obtained. I couldn't.
・ Generally, block magnets are attached by bonding. However, in the case of high-speed rotation, the centrifugal force generated in the block magnet overcomes the adhesive force, and the block magnet may be scattered.
-Although the block magnets are bonded and fixed to the surface of the cylindrical field yoke, they are misaligned due to their large number. As a result, thrust ripple and torque ripple occurred.
Since the detector for detecting the angle θ and the position X of the mover is not provided, driving by speed and position feedback control using the values of the actual angle θ and the position X cannot be performed. In order to obtain the actual angle θ and position X, a detector that can be detected within the operating range of the θ direction and the X direction is required. However, conventional θ-direction detectors and X-direction detectors have a very narrow detectable range for operation in a direction different from the detection direction. For this reason, in a configuration in which a detector in the θ direction and a detector in the X direction are simply combined, the angle θ and the position X cannot be detected simultaneously within a wide operating range in the θ direction and the X direction. As a result, it was not possible to realize precise rotation and linear motion of the mover.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、トルクや推力を大きくすることが可能な直動回転アクチュエータを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a linear motion rotary actuator capable of increasing torque and thrust.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明の一態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動X方向に極ピッチγの進行磁界を発生するX電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記X電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、X方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、複数のN極を磁極表面に有する複N極円筒部と、複数のS極を磁極表面に有する複S極円筒部を備え、前記複N極円筒部のN極と前記複S極円筒部のS極の磁極間隔がX方向にγ、θ方向にλとなるように前記複N極円筒部と前記複S極円筒部を配置するとともに、前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の間にX方向を磁化方向とする永久磁石を配置したものである。
例えば、前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、本発明の他の態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動X方向に極ピッチγの進行磁界を発生するX電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記X電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、X方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、N極のみを磁極表面に有する単N極円筒部と、S極のみを磁極表面に有する円筒部と、N極とS極の両方を磁極表面に有する単S極円筒部を備え、前記単N極円筒部のN極と前記単S極円筒部のS極の磁極間隔がX方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のN極とS極の磁極間隔をθ方向にλとしたものである。
例えば、前記単N極円筒部と前記単S極円筒部の間に、X方向を磁化方向とする永久磁石を配置してもよい。
また、前記単N極円筒部、前記単S極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記単N極円筒部、前記単S極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えてもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転アクチュエータと、前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステムであってもよい。これにより、実際の回転角度や移動位置の値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛の直動方向長さLθと前記可動子の直動方向動作範囲Lの関係を
θ ≧ L
とし、
前記直動目盛の回転方向開角βθと前記可動子の回転方向動作範囲βの関係を
β<360(度)の場合、 β ≦ βθ < 360(度)
β≧360(度)の場合、 βθ= 360(度)
としたものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛と前記直動目盛を格子状に形成されたものであってもよい。これにより、θ目盛とX目盛を格子状に交差させているので、θXスケールの寸法を短小化でき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
また、前記直動回転検出器は、光学式検出器からなるものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは明暗の印刷パターンにより形成するとともに、前記直動回転検出器に光学式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、精密に刻まれた目盛を光学式検出手段を用いているので、高精度な角度と位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、N極とS極が一定間隔に磁化された永久磁石により形成するとともに、前記直動回転検出器に磁気式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは滑らかな山谷形状を設けた軟磁性材により形成するとともに、前記直動回転検出器にインダクタンス変化を検出する手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向全周にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に直列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の外周全体にわたって回転目盛と直動目盛が施されているので、多回転の動作を実現できる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向半周内にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に並列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の半周分に回転目盛を、もう半周分に直動目盛が施されているので、半回転内の動作をする用途に適用すれば、直動回転スケールの寸法を短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
In order to solve the above problem, the present invention is configured as follows.
A linear motion rotary actuator according to an aspect of the present invention includes a mover having a permanent magnet or iron core teeth as a field, a θ armature winding that generates a rotating magnetic field with a pole pitch λ in the rotation θ direction, and a linear motion A stator having an X armature winding that generates a traveling magnetic field with a pole pitch γ in the X direction, and a current is passed through the θ armature winding and the X armature winding, A linear motion rotary actuator that generates torque and thrust in the X direction to perform rotational and linear motion operations of the mover, and has a plurality of N poles on the surface of the magnetic pole. A pole cylinder part and a double S pole cylinder part having a plurality of S poles on the magnetic pole surface, and a magnetic pole interval between the N pole of the double N pole cylinder part and the S pole of the double S pole cylinder part is γ in the X direction; The double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion are arranged so as to be λ in the θ direction, and the double N pole circle is arranged. Part and the X direction between the double S-pole cylindrical portion is obtained by placing a permanent magnet with magnetization directions.
For example, permanent magnets may be arranged on the surfaces of the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion.
Further, an iron core made of a soft magnetic material may be provided on the surfaces of the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion, and a permanent magnet may be embedded in the iron core. Thereby, even in the case of high-speed rotation, scattering of the permanent magnet can be prevented. In addition, since the magnetic pole position is accurately determined by the iron core shape and the multipolar magnetization of the permanent magnet, it is possible to suppress the occurrence of thrust ripples and torque ripples due to the positional deviation of the conventional block magnet.
Further, a linear motion rotary actuator according to another aspect of the present invention includes a mover having a permanent magnet or iron core teeth as a field, and a θ armature winding that generates a rotating magnetic field with a pole pitch λ in the rotation θ direction. And a stator having an X armature winding that generates a traveling magnetic field with a pole pitch γ in the linear X direction, and a current is passed through the θ armature winding and the X armature winding. , A linear motion rotary actuator that generates torque in the θ direction and thrust in the X direction to perform the rotation and linear motion of the mover, and has only the N pole on the surface of the magnetic pole in the field of the mover A single N pole cylindrical portion, a cylindrical portion having only the S pole on the magnetic pole surface, and a single S pole cylindrical portion having both the N pole and the S pole on the magnetic pole surface, the N pole of the single N pole cylindrical portion and the The multi-pole circle is arranged so that the magnetic pole interval of the S pole of the single S pole cylindrical portion is γ in the X direction. The magnetic pole interval between N pole and S pole parts is obtained by a λ in the θ direction.
For example, a permanent magnet having the X direction as the magnetization direction may be disposed between the single N pole cylindrical portion and the single S pole cylindrical portion.
Moreover, you may arrange | position a permanent magnet on the surface of the said single N pole cylindrical part, the said single S pole cylindrical part, and the said multipolar cylindrical part.
Further, an iron core made of a soft magnetic material may be provided on the surfaces of the single N pole cylindrical portion, the single S pole cylindrical portion, and the multipolar cylindrical portion, and a permanent magnet may be embedded in the iron core. Thereby, even in the case of high-speed rotation, scattering of the permanent magnet can be prevented. In addition, since the magnetic pole position is accurately determined by the iron core shape and the multipolar magnetization of the permanent magnet, it is possible to suppress the occurrence of thrust ripples and torque ripples due to the positional deviation of the conventional block magnet.
Further, at least one end of the mover or the stator, a cylindrical linear motion rotary scale having a rotary scale and a linear motion scale provided at regular intervals in the rotational direction and the linear motion direction, and the stator or A linear motion rotation detector that detects a rotation angle and a movement position of the mover from the rotary scale and the linear motion scale may be provided at one end of the movable body so as to face each other. Thereby, even if the mover rotates or moves, the rotation angle and the moving position can be detected.
And a controller that controls the rotational position and the moving position of the mover based on the rotational angle and the moving position detected by the linear motion detector. It may be a system. As a result, precise rotation and movement of the mover can be realized with a simple mechanism by speed and position feedback control using values of the actual rotation angle and movement position.
Further, the linear motion rotation scale has a relationship between the linear motion direction length L θ of the rotary scale and the linear motion direction operating range L S of the mover L θ ≧ L S
age,
The case of direct acting rotation direction opening angle of the graduation beta theta and the relationship between the rotational direction operating range beta S of the mover beta S <360 (degrees), β S ≦ β θ < 360 ( degrees)
When β S ≧ 360 (degrees), β θ = 360 (degrees)
It may be what. Thereby, even if the mover rotates or moves, the rotation angle and the moving position can be detected.
Further, the linear motion rotation scale may be a grid in which the rotation scale and the linear motion scale are formed. Thereby, since the θ scale and the X scale cross each other in a lattice shape, the dimension of the θX scale can be shortened, and the linear motion rotary actuator can be miniaturized.
Further, the linear motion rotation detector may be an optical detector. Thereby, even if the mover rotates or moves, the rotation angle and the moving position can be detected.
Further, the rotary scale and the linear motion scale may be formed by an uneven shape or a light and dark print pattern, and an optical detection means may be provided in the linear motion rotation detector. As a result, since the optically detecting means is used for the finely engraved scale, the highly accurate angle and position can be detected.
Further, the rotary scale and the linear motion scale may be formed by a permanent magnet having N and S poles magnetized at a constant interval, and the linear motion rotation detector may be provided with magnetic detection means. Good. Thereby, since the detection means is a magnetic type or a resolver, it can be used even in applications where the ambient temperature is high.
In addition, the rotary scale and the linear motion scale are formed of a soft magnetic material having an uneven shape or a smooth mountain-valley shape, and the linear motion rotation detector is provided with means for detecting an inductance change. May be. Thereby, since the detection means is a magnetic type or a resolver, it can be used even in applications where the ambient temperature is high.
Further, the rotary scale and the linear motion scale may be formed over the entire circumference of the linear motion rotary scale in the rotational direction, and the rotational scale and the linear motion scale may be arranged in series in the linear motion direction. Thereby, since the rotation scale and the linear motion scale are given over the whole outer periphery of a cylinder, the operation | movement of multiple rotation is realizable.
Further, the rotary scale and the linear motion scale may be formed in the rotational direction half of the linear motion rotary scale, and the rotational scale and the linear motion scale may be arranged in parallel in the linear motion direction. As a result, the rotary scale is provided on the half circumference of the cylinder, and the linear scale is provided on the other half of the circumference. The dynamic rotary actuator can be miniaturized.

本発明によれば、磁極表面でのギャップ磁束密度が増大し、その結果、トルクや推力を増大させることができる。   According to the present invention, the gap magnetic flux density on the magnetic pole surface is increased, and as a result, the torque and the thrust can be increased.

本発明の実施例1を示す直動回転アクチュエータの断面図Sectional drawing of the linear motion rotary actuator which shows Example 1 of this invention 本発明の実施例1を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 1 of this invention 本発明の実施例1における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図The expanded view which shows the arrangement | positioning relationship of the armature winding and permanent magnet in Example 1 of this invention 本発明の実施例2を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 2 of this invention 本発明の実施例3を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 3 of this invention 本発明の実施例4を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 4 of this invention 本発明の実施例5を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 5 of this invention 本発明の実施例5における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図The expanded view which shows the arrangement | positioning relationship of the armature winding and permanent magnet in Example 5 of this invention 本発明の実施例6を示す界磁部の断面図Sectional drawing of the field part which shows Example 6 of this invention 本発明の実施例7の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図The perspective view of the linear motion rotation detector and linear motion rotation scale of Example 7 of this invention. 本発明の実施例8の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図The perspective view of the linear motion rotation detector and linear motion rotation scale of Example 8 of this invention. 本発明の実施例9の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図The perspective view of the linear motion rotation detector and linear motion rotation scale of Example 9 of this invention. 本発明の実施例10の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図The perspective view of the linear motion rotation detector and linear motion rotation scale of Example 10 of this invention. 本発明の実施例11の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図The perspective view of the linear motion rotation detector and linear motion rotation scale of Example 11 of this invention. 従来技術を示す直動回転アクチュエータの断面図Cross section of linear motion rotary actuator showing conventional technology 従来技術を示す界磁部の断面図Sectional view of the field part showing the prior art 従来技術における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図Development view showing the arrangement of armature windings and permanent magnets in the prior art

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<実施例1>
図1は本発明の実施例1を示す直動回転アクチュエータを側面から見た断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明する。固定子100のモータ側は、円筒状のモータフレーム101、電機子コア102、θ電機子巻線103、X電機子巻線104が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム101の上部にはθ電機子巻線103とX電機子巻線104に外部から電力を供給するためのモータ端子105が設けられ、モータフレーム101の左端にはLブラケット107、右端には反Lブラケット108が取り付けられている。Lブラケット107と反L側ブラケット108にはそれぞれスライドロータリーブッシュ106が取り付けられている。固定子100の検出器側は、検出器フレーム133と直動回転検出器130から構成されている。さらに、検出器フレーム133の上部には直動回転検出器130に外部から電力を供給し、かつ、角度θと位置Xの検出信号を出力する検出器端子134が設けられている。モータ側と検出器側が一体となるように、検出器フレーム133は反Lブラケット108に取り付けられている。
一方、可動子200は、出力軸201、界磁部202から構成されている。界磁部202と一体になった出力軸201は、スライドロータリーブッシュ106により支持され、固定子100に対しθ方向とX方向に移動可能となっている。さらに、出力軸201の反L側では、円筒状に形成された直動回転スケール230が取り付けられている。出力軸には負荷(図示しない)が取り付けられ、負荷をθ方向とX方向に自在に移動させることができるようになっている。また、可動子200の動作範囲は従来技術と同じあり、回転動作範囲がβ=360(度)、移動動作範囲がL=2γである。
<Example 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a linear motion rotary actuator showing Embodiment 1 of the present invention as seen from the side. Constituent elements of the present invention that are the same as those of the prior art will be described with the same reference numerals. On the motor side of the stator 100, a cylindrical motor frame 101, an armature core 102, a θ armature winding 103, and an X armature winding 104 are provided concentrically. Further, a motor terminal 105 for supplying electric power to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 from the outside is provided on the upper part of the motor frame 101. An L bracket 107 and a right end are provided on the left end of the motor frame 101. Is attached with an anti-L bracket 108. A slide rotary bush 106 is attached to each of the L bracket 107 and the non-L side bracket 108. The detector side of the stator 100 is composed of a detector frame 133 and a linear rotation detector 130. Further, a detector terminal 134 for supplying power from the outside to the linear motion rotation detector 130 and outputting detection signals of the angle θ and the position X is provided on the upper portion of the detector frame 133. The detector frame 133 is attached to the anti-L bracket 108 so that the motor side and the detector side are integrated.
On the other hand, the mover 200 includes an output shaft 201 and a field part 202. The output shaft 201 integrated with the field part 202 is supported by the slide rotary bush 106 and is movable in the θ direction and the X direction with respect to the stator 100. Further, on the opposite side of the output shaft 201, a linear rotation scale 230 formed in a cylindrical shape is attached. A load (not shown) is attached to the output shaft, and the load can be freely moved in the θ direction and the X direction. The operation range of the mover 200 is the same as that of the prior art, the rotation operation range is β S = 360 (degrees), and the movement operation range is L S = 2γ.

このような構成において、本発明が従来技術と異なる点は、界磁部202の構造を改良している点と、直動回転検出器130および直動回転スケール230を設けている点である。
なお、界磁部については実施例1〜6で説明し、直動回転検出器および直動回転スケールについては実施例7〜11で説明する。
In such a configuration, the present invention is different from the prior art in that the structure of the field magnet portion 202 is improved and a linear motion rotation detector 130 and a linear motion rotation scale 230 are provided.
In addition, a field part is demonstrated in Examples 1-6, and a linear motion rotation detector and a linear motion rotation scale are demonstrated in Examples 7-11.

図2は実施例1の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。なお、X方向から見た断面図は、側面から見た断面図のA、B、C部における断面図となっている。また、図中の矢印(→)は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はS→Nとなっている。界磁部202は、複数のN極を形成する円筒部(複N極円筒部211a)と、複数のS極を形成する円筒部(複S極円筒部211b)、X方向を磁化方向とする永久磁石(以下、X磁石251cと呼ぶ)から構成されている。複N極円筒部211aおよび複S極円筒部211bは、従来例と同じく、円筒状の界磁ヨーク203の外周に複数のブロック磁石251a、251bを配置して構成されている。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the field portion of the mover of the first embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. In addition, the cross-sectional view seen from the X direction is a cross-sectional view taken along A, B, and C of the cross-sectional view seen from the side. Moreover, the arrow (→) in the figure represents the magnetization direction of the permanent magnet, and the polarity is S → N. The field part 202 includes a cylindrical part (multi-N pole cylindrical part 211a) that forms a plurality of N poles, a cylindrical part (multi-S pole cylindrical part 211b) that forms a plurality of S poles, and the X direction is the magnetization direction. It is composed of a permanent magnet (hereinafter referred to as X magnet 251c). The multi-N pole cylindrical portion 211a and the multi-S pole cylindrical portion 211b are configured by arranging a plurality of block magnets 251a and 251b on the outer periphery of a cylindrical field yoke 203 as in the conventional example.

図3は、図2における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石251aと251bは各6個で構成されている。なお、ブロック磁石251aは外周側N極、内周側S極に磁化されており、ブロック磁石251bはその逆に磁化されている。ブロック磁石251aはθ方向に2λ(λはθ方向極ピッチ=電気角180度)ごとに配置され、同じくブロック磁石251bもθ方向に2λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石251aと251bはθ方向にλ、X方向にγ(γはX方向極ピッチ=電気角180度)だけずれて配置されている。ブロック磁石251aと251bの間には、ブロック磁石251a側をN極、251b側をS極とするX磁石251cが配置されている。X磁石251cは、複N極円筒部211aや複S極円筒部211bの外形と同じになるように円筒状に形成されている。ここで、複N極円筒部211a上に現れるN極と複S極円筒部211b上に現れるS極の磁極間隔がX方向にγだけずれるように、ブロック磁石251a、251b、X磁石251cのX方向長さが調整されている。また、従来例に比べ、ブロック磁石251a、251bの厚さが大きく、界磁ヨーク203の厚さは小さくなっている。ここで、θ電機子巻線103とX電機子巻線104は、ブロック磁石251a、251bおよびX磁石251cと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。界磁の磁極数は、従来例と同じく、θ方向が12極、X方向が2極となっている。θ電機子巻線103とX電機子巻線104の構成も従来例と同じであるので、電機子巻線の説明は省略する。   FIG. 3 is a development view showing an arrangement relationship between the armature winding and the permanent magnet in FIG. Each of the block magnets 251a and 251b is composed of six pieces. The block magnet 251a is magnetized to the outer peripheral side N pole and the inner peripheral side S pole, and the block magnet 251b is magnetized on the contrary. The block magnets 251a are arranged every 2λ in the θ direction (λ is the θ direction pole pitch = 180 degrees electrical angle), and the block magnets 251b are also arranged every 2λ in the θ direction. Further, the block magnets 251a and 251b are arranged so as to be shifted by λ in the θ direction and γ in the X direction (γ is an X-direction pole pitch = electrical angle 180 degrees). Between the block magnets 251a and 251b, an X magnet 251c having an N pole on the block magnet 251a side and an S pole on the 251b side is disposed. The X magnet 251c is formed in a cylindrical shape so as to have the same outer shape as the double N pole cylindrical portion 211a and the double S pole cylindrical portion 211b. Here, the X of the block magnets 251a, 251b, and the X magnet 251c is such that the magnetic pole spacing between the N pole appearing on the double N pole cylindrical portion 211a and the S pole appearing on the double S pole cylindrical portion 211b is shifted by γ in the X direction. The direction length has been adjusted. Further, the block magnets 251a and 251b are thicker than the conventional example, and the thickness of the field yoke 203 is smaller. Here, the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 are arranged as schematically shown by the thick black lines via the block magnets 251a and 251b and the X magnet 251c and a gap. As in the conventional example, the number of magnetic poles in the field is 12 poles in the θ direction and 2 poles in the X direction. Since the configuration of the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 is the same as that of the conventional example, description of the armature winding is omitted.

次に動作原理について説明する。実施例1の力発生原理は、従来例と同じく、ブロック磁石251a、251b、X磁石251cの作る磁界との作用で、θ電機子巻線103に電流を流せば可動子200にトルクを発生し、X電機子巻線104に電流を流せば可動子200に推力が発生するものである。図3は、θ電機子巻線103やX電機子巻線104にそれぞれU相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子200はθ+方向にトルク、X+方向に推力が発生する。このようにして、可動子200は回転と直動の両方向の動作を実現している。   Next, the operation principle will be described. As in the conventional example, the principle of force generation in the first embodiment is that the magnetic force generated by the block magnets 251a and 251b and the X magnet 251c causes torque to be generated in the mover 200 by passing a current through the θ armature winding 103. When a current is passed through the X armature winding 104, thrust is generated in the mover 200. FIG. 3 is a diagram in which current is supplied to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 at a phase where the U phase is maximum, and a Lorentz force is generated by the current flowing in the direction of the arrow shown in the figure. The mover 200 generates torque in the θ + direction and thrust in the X + direction. In this manner, the mover 200 realizes both rotational and linear motions.

このように構成された直動回転アクチュエータは、従来例と異なる磁石磁束の流れ方をする。つまり、実施例1の磁石磁束は、磁石磁束がブロック磁石251bの外周S極から入り、ブロック磁石251bの内部を通って円筒磁石251cのS極に入り、円筒磁石251cのN極からブロック磁石251aの内部を通って外周N極から出る。ほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから、永久磁石の厚さが等価的に大きくなり、界磁起磁力が増大する。よって、複N極円筒部211aと複S極円筒部211bの磁極表面に現れるギャップ磁束密度を大きくし、トルクや推力を増大することができる。さらに、界磁ヨーク203にはほとんど磁石磁束が通らないので、界磁ヨーク203を薄くし、その分、ブロック磁石251a、251b、X磁石251cを厚くすることができる。つまり、界磁起磁力をさらに増大させることができ、トルクと推力を大幅に増大することができる。   The linear motion rotary actuator configured as described above has a different magnetic flux flow from the conventional example. That is, the magnet magnetic flux of the first embodiment enters from the outer peripheral S pole of the block magnet 251b, enters the S pole of the cylindrical magnet 251c through the inside of the block magnet 251b, and blocks from the N pole of the cylindrical magnet 251c to the block magnet 251a. And exits from the outer peripheral north pole. Since most of the magnet magnetic flux passes through the inside of the magnet, the thickness of the permanent magnet is equivalently increased and the field magnetomotive force is increased. Therefore, the gap magnetic flux density appearing on the magnetic pole surfaces of the double N pole cylindrical portion 211a and the double S pole cylindrical portion 211b can be increased, and the torque and thrust can be increased. Further, since the magnetic flux hardly passes through the field yoke 203, the field yoke 203 can be made thinner, and the block magnets 251a and 251b and the X magnet 251c can be made thicker accordingly. That is, the field magnetomotive force can be further increased, and the torque and thrust can be greatly increased.

<実施例2>
次に第2の実施例について説明する。図4は、実施例2の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。実施例1と異なる点は、複N極円筒部と複S極円筒部に鉄心を設け、鉄心の内部に永久磁石を埋め込んだ点である。複N極円筒部212aおよび複S極円筒部212bは、軟磁性材の円筒鉄心262a、262bとブロック磁石252a、252bから構成されている。円筒鉄心262aと262bの内部にはブロック磁石252aと252bがそれぞれ6個埋め込まれている。ブロック磁石252aは外周側にN極、252bは外周側にS極となるように埋め込まれているので、円筒鉄心262aの外周表面でN極が6個、円筒鉄心262bの外周表面でS極が6個の磁極が現れる。また、円筒鉄心262aと262bの間には、円筒鉄心262a側をN極、262b側をS極となったX方向に磁化されたX磁石252cが設けられている。X磁石252cは、円筒鉄心261a、262bの外形と同じになるように円筒状に形成されている。このように構成された複N極円筒部212aと複S極円筒部212bをθ方向にλだけずらして配置することで、複N極円筒部212aと複S極円筒部212bの外周表面には、実施例1と同様の磁極を形成することになる。つまり、電機子巻線と磁極の配置関係は図3と同じになる。
<Example 2>
Next, a second embodiment will be described. FIG. 4 is a cross-sectional view of the field portion of the mover according to the second embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. The difference from the first embodiment is that an iron core is provided in the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion, and a permanent magnet is embedded in the iron core. The double N-pole cylindrical portion 212a and the double S-pole cylindrical portion 212b are composed of cylindrical cores 262a and 262b made of soft magnetic material and block magnets 252a and 252b. Six block magnets 252a and 252b are embedded in the cylindrical iron cores 262a and 262b, respectively. Since the block magnet 252a is embedded on the outer peripheral side so as to have an N pole, and the 252b is embedded on the outer peripheral side so as to have an S pole, six N poles are provided on the outer peripheral surface of the cylindrical core 262a, and the S pole is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical core 262b. Six magnetic poles appear. Further, between the cylindrical cores 262a and 262b, there is provided an X magnet 252c magnetized in the X direction in which the cylindrical core 262a side is an N pole and the 262b side is an S pole. The X magnet 252c is formed in a cylindrical shape so as to have the same outer shape as the cylindrical iron cores 261a and 262b. By arranging the multi-N pole cylindrical portion 212a and the double S-pole cylindrical portion 212b that are configured in this manner while being shifted by λ in the θ direction, the outer peripheral surfaces of the multi-N pole cylindrical portion 212a and the multi-S pole cylindrical portion 212b Thus, the same magnetic pole as in Example 1 is formed. That is, the arrangement relationship between the armature winding and the magnetic pole is the same as in FIG.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例1同様、X磁石252cにより界磁起磁力が大きくなり、複N極円筒部212aと複S極円筒部212bの磁極表面に現れるギャップ磁束密度が大きくなる。その結果、トルクや推力を増大させることができる。また、ブロック磁石が円筒鉄心の内部に埋め込まれた構造となっているため、実施例1とは異なり、遠心力によるブロック磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、円筒鉄心に設けられた四角穴にブロック磁石が埋め込まれる磁極構造であるため、磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。   Like the first embodiment, the linear motion actuator configured in this manner has a large field magnetomotive force due to the X magnet 252c, and the gap magnetic flux density appearing on the magnetic pole surfaces of the double N pole cylindrical portion 212a and the double S pole cylindrical portion 212b. Becomes larger. As a result, torque and thrust can be increased. Further, since the block magnet is embedded in the cylindrical iron core, unlike the first embodiment, the block magnet can be prevented from scattering due to centrifugal force. Furthermore, since the magnetic pole structure has a block magnet embedded in a square hole provided in the cylindrical iron core, the magnetic pole position is determined with high accuracy, and the generation of thrust ripples and torque ripples can be suppressed.

<実施例3>
次に第3の実施例について説明する。図5は、実施例3の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。実施例3が実施例2と異なる点は、円筒鉄心から磁極を形成する鉄心歯を有した鉄心(以下、クローポール鉄心と呼ぶ)に変更した点、さらに、ブロック磁石を除いた点である。界磁部202の複N極円筒部213aおよび複S極円筒部213bは、軟磁性材のクローポール鉄心263a、263bから構成されている。クローポール鉄心263aはその外周でN極となる鉄心歯が2λおききに計6個形成されており、そのX方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。クローポール鉄心263bはその外周でS極となる鉄心歯が2λおきに計6個形成されており、同じく、そのX方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。また、クローポール鉄心263aと263bは、周方向にλだけずれ、鉄心歯の先端が対向するように向き合って配置されている。クローポール鉄心263aと263bの内側には、クローポール鉄心263a側をN極、263b側をS極に磁化されたX磁石253が配置されている。なお、X磁石253はクローポール鉄心263a、263bの鉄心歯の内周に沿った円筒状となっている。このように構成された界磁部202は、クローポール鉄心263aと263bの鉄心歯表面において、実施例1の図3で示すものと同じような磁極が現れる。
<Example 3>
Next, a third embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the field portion of the mover according to the third embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. The third embodiment is different from the second embodiment in that the cylindrical iron core is changed to an iron core having iron core teeth that form magnetic poles (hereinafter referred to as a claw pole iron core), and the block magnet is omitted. The multi-N pole cylindrical part 213a and the double S-pole cylindrical part 213b of the field part 202 are composed of soft magnetic claw pole iron cores 263a and 263b. The claw pole iron core 263a is formed with a total of six iron core teeth having N poles on the outer periphery of the claw pole iron core 263a, and is integrated with the disk-shaped iron core at the end face in the X direction. The claw pole iron core 263b is formed with a total of six iron core teeth that form S poles on the outer periphery of the claw pole iron core 263b every 2λ, and is also integrated with the disk-shaped iron core at the end face in the X direction. Further, the claw pole iron cores 263a and 263b are arranged so as to face each other so that the tip ends of the iron core teeth are opposed to each other by λ in the circumferential direction. Inside the claw pole iron cores 263a and 263b, an X magnet 253 magnetized with the claw pole iron core 263a side as an N pole and the 263b side as an S pole is disposed. The X magnet 253 has a cylindrical shape along the inner circumference of the iron core teeth of the claw pole iron cores 263a and 263b. In the field portion 202 configured in this manner, magnetic poles similar to those shown in FIG. 3 of the first embodiment appear on the surface of the iron core teeth of the claw pole iron cores 263a and 263b.

このように構成された直動回転アクチュエータは、一体となった円筒状の永久磁石がクローポール鉄心の内部に埋め込まれているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、クローポール鉄心に設けられた磁極歯により磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。   In the linear motion rotary actuator configured as described above, since the integral cylindrical permanent magnet is embedded in the claw pole iron core, it is possible to prevent the permanent magnet from scattering due to centrifugal force. Furthermore, the magnetic pole position is accurately determined by the magnetic pole teeth provided on the claw pole iron core, and the generation of thrust ripple and torque ripple can be suppressed.

<実施例4>
次に第4の実施例について説明する。図6は実施例4の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。実施例4が実施例3と異なる点は、クローポール鉄心の内部にさらに界磁起磁力を増大させる円筒状の永久磁石を設けた点である。複N極円筒部214aおよび複S極円筒部214bは、軟磁性材のクローポール鉄心264a、264b、さらに、外周を単極のN極もしくはS極とする円筒状の永久磁石(以下、単極円筒磁石と呼ぶ)254a、254bから構成されている。クローポール鉄心264aの内側には外周N極の単極円筒磁石254a、クローポール鉄心264bの内側には外周S極の単極円筒磁石254bが配置されている。さらに、単極円筒磁石254a側をN極、254b側をS極とするようにX方向に磁化されたX磁石254cが中央に配置されている。また、クローポール鉄心264a、264bの直動方向の端面にあたる側面の鉄心の厚さは、実施例3のものに比べ薄くなっており、その薄くなった分、単極円筒磁石254aと254b、X磁石254cの幅が広がっている。このように構成された界磁部202は、クローポール鉄心264aと264bの鉄心歯表面において、実施例1の図3で示すものと同じような磁極が現れる。
<Example 4>
Next, a fourth embodiment will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the field portion of the mover according to the fourth embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. The fourth embodiment differs from the third embodiment in that a cylindrical permanent magnet that further increases the field magnetomotive force is provided inside the claw pole iron core. The double N-pole cylindrical portion 214a and the double S-pole cylindrical portion 214b include a claw pole iron core 264a, 264b made of a soft magnetic material, and a cylindrical permanent magnet (hereinafter referred to as a single pole) whose outer periphery is a single pole N or S pole. 254a and 254b). A single pole cylindrical magnet 254a having an outer peripheral N pole is disposed inside the claw pole iron core 264a, and a single pole cylindrical magnet 254b having an outer peripheral S pole is disposed inside the claw pole iron core 264b. Further, an X magnet 254c magnetized in the X direction is arranged in the center so that the single-pole cylindrical magnet 254a side is an N pole and the 254b side is an S pole. In addition, the thickness of the iron core on the side surface corresponding to the end face in the linear motion direction of the claw pole iron cores 264a, 264b is thinner than that of the third embodiment, and the single pole cylindrical magnets 254a and 254b, X The width of the magnet 254c is widened. In the field portion 202 configured in this manner, magnetic poles similar to those shown in FIG. 3 of the first embodiment appear on the surface of the iron core teeth of the claw pole iron cores 264a and 264b.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例3同様、遠心力による永久磁石の飛散や推力リプル、トルクリプルの発生を防ぐことができる。さらに、実施例1と同様にほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから界磁起磁力が増大し、また、単極円筒磁石から出る磁石磁束がそのままクローポール鉄心の鉄心歯に入ることから漏れ磁束も少ない。つまり、実施例3に比べ、トルクや推力をさらに増大させることができる。   As in the third embodiment, the linear motion actuator configured in this way can prevent the permanent magnets from being scattered due to centrifugal force, thrust ripple, and torque ripple. Further, as in the first embodiment, most of the magnetic flux passes through the inside of the magnet, so that the field magnetomotive force increases, and the magnetic flux emitted from the monopolar cylindrical magnet enters the core teeth of the claw pole iron core as it leaks. There is little magnetic flux. That is, torque and thrust can be further increased as compared with the third embodiment.

<実施例5>
次に第5の実施例について説明する。図7は、実施例5の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。実施例5が実施例1〜4と異なる点は、複N極円筒部や複S極円筒部で構成するのではなく、単極の円筒部や多極の円筒部で構成した点である。界磁部202は外周全体がN極およびS極の単極となっている単N極円筒部215aと単S極円筒部215b、外周がN極とS極の多極となっている多極円筒部215cから構成されている。単N極円筒部215aは外周全体がN極に磁化された単極円筒磁石255a、単S極円筒部215bは外周全体がS極に磁化された単極円筒磁石255b、多極円筒部215cは回転方向にN極とS極が交互に磁化された多極円筒磁石255cから構成されている。なお、これら円筒状の永久磁石は、円筒状に一体成形されたものが各々の磁化方向に着磁して構成されたものである。単極円筒磁石255a、255b、多極円筒磁石255cの内周側は、円筒状の界磁ヨーク203が配置されている。外周N極の単極円筒磁石255aと外周S極の単極円筒磁石255bは、X方向にγだけずれて配置されている。また、多極円筒磁石255cは、θ方向にλごとにN極とS極が現れるように磁化されている。
<Example 5>
Next, a fifth embodiment will be described. FIG. 7 is a cross-sectional view of the field portion of the mover according to the fifth embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. The fifth embodiment is different from the first to fourth embodiments in that it is not composed of a multi-N pole cylindrical portion or a multi-S pole cylindrical portion but a single pole cylindrical portion or a multi-polar cylindrical portion. The field part 202 has a single N pole cylindrical part 215a and a single S pole cylindrical part 215b whose entire outer periphery is a single pole of N and S poles, and a multi pole whose outer periphery is a multipole of N and S poles. It is comprised from the cylindrical part 215c. The single N pole cylindrical portion 215a is a single pole cylindrical magnet 255a whose entire outer periphery is magnetized to N pole, the single S pole cylindrical portion 215b is a single pole cylindrical magnet 255b whose entire outer periphery is magnetized to S pole, and the multipolar cylindrical portion 215c is It is composed of a multipolar cylindrical magnet 255c in which N and S poles are alternately magnetized in the rotation direction. In addition, these cylindrical permanent magnets are formed by magnetizing ones integrally formed in a cylindrical shape in respective magnetization directions. A cylindrical field yoke 203 is disposed on the inner peripheral side of the single pole cylindrical magnets 255a and 255b and the multipolar cylindrical magnet 255c. The single-pole cylindrical magnet 255a having the outer peripheral N pole and the single-pole cylindrical magnet 255b having the outer peripheral S pole are arranged so as to be shifted by γ in the X direction. Further, the multipolar cylindrical magnet 255c is magnetized so that an N pole and an S pole appear for each λ in the θ direction.

図8は、図7における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。θ電機子巻線103とX電機子巻線104の構成は従来例と同じであるので、説明を省略する。θ電機子巻線103とX電機子巻線104は、単極円筒磁石255a、255bおよび多極円筒磁石255cと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。単極円筒磁石255a、255bの磁極の並びはX電機子巻線と平行しており、多極円筒磁石255cの磁極の並びはθ電機子巻線と平行している。   FIG. 8 is a development view showing the arrangement relationship between the armature winding and the permanent magnet in FIG. Since the configuration of the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 is the same as that of the conventional example, description thereof is omitted. The θ armature winding 103 and the X armature winding 104 are arranged as schematically shown by the thick black lines through the single-pole cylindrical magnets 255a and 255b and the multi-pole cylindrical magnet 255c and the air gap. The arrangement of the magnetic poles of the single pole cylindrical magnets 255a and 255b is parallel to the X armature winding, and the arrangement of the magnetic poles of the multipolar cylindrical magnet 255c is parallel to the θ armature winding.

次に動作原理について説明する。実施例5の力発生原理は、単極円筒磁石255a、255b、多極円筒磁石255cの作る磁界との作用で、θ電機子巻線103に電流を通電すれば可動子200にトルクを発生し、X電機子巻線104に電流を通電すれば可動子200に推力が発生するものである。実施例1〜4と異なる点は、単N極円筒部215aと単S極円筒部215bが推力のみを発生し、多極円筒部215cがトルクのみを発生する点である。図8は、θ電機子巻線103やX電機子巻線104にそれぞれU相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子200はθ+方向にトルク、X+方向に推力が発生する。このようにして、可動子200は回転と直動の両方向の動作を実現している。   Next, the operation principle will be described. The principle of force generation in the fifth embodiment is the action of the magnetic field generated by the single-pole cylindrical magnets 255a, 255b and the multi-pole cylindrical magnet 255c. When a current is supplied to the X armature winding 104, a thrust is generated in the mover 200. The difference from the first to fourth embodiments is that the single N pole cylindrical portion 215a and the single S pole cylindrical portion 215b generate only thrust, and the multipolar cylindrical portion 215c generates only torque. FIG. 8 is a diagram in which current is supplied to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 at a phase where the U phase is maximum, and a Lorentz force is generated by the current flowing in the direction of the arrow shown in the figure. The mover 200 generates torque in the θ + direction and thrust in the X + direction. In this manner, the mover 200 realizes both rotational and linear motions.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例1〜4と異なり、単N極円筒部と単S極円筒部が推力のみを発生し、多極円筒部がトルクのみを発生する界磁構造であり、磁極間に大きな空隙がなく有効的に永久磁石を配置させているため、磁極表面でのギャップ磁束密度を向上させ、トルクや推力をより増大させることができる。さらに、単極円筒磁石や多極円筒磁石は円筒状に一体成形された後に各々の磁化方向に精度良く着磁されているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができるとともに、磁極ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制することができる。   Unlike the first to fourth embodiments, the direct acting rotary actuator configured as described above is a field in which the single N pole cylindrical portion and the single S pole cylindrical portion generate only thrust and the multipolar cylindrical portion generates only torque. Since the structure is such that there is no large gap between the magnetic poles and the permanent magnets are effectively arranged, the gap magnetic flux density on the surface of the magnetic pole can be improved, and the torque and thrust can be further increased. Furthermore, since single-pole cylindrical magnets and multi-pole cylindrical magnets are integrally molded in a cylindrical shape and are accurately magnetized in the respective magnetization directions, it is possible to prevent the permanent magnets from being scattered due to centrifugal force and to prevent magnetic pole displacement. It is possible to suppress the generation of thrust ripples and torque ripples.

<実施例6>
次に第6の実施例について説明する。図9は実施例6の可動子の界磁部を側面から見た断面図とX方向から見た断面図である。実施例6が実施例5と異なる点は、外周N極の単極円筒磁石256aと外周S極の単極円筒磁石256bの間にX方向を磁化方向とするX磁石256dを追加し、多極円筒磁石を極異方性に磁化した多極円筒磁石256cにより構成した点である。また、実施例5に比べ、これら永久磁石の厚さが大きく、界磁ヨーク203の厚さは小さくなっている。
<Example 6>
Next, a sixth embodiment will be described. FIG. 9 is a cross-sectional view of the field portion of the mover according to the sixth embodiment viewed from the side and a cross-sectional view viewed from the X direction. The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that an X magnet 256d having the X direction as a magnetization direction is added between a single pole cylindrical magnet 256a having an outer peripheral N pole and a single pole cylindrical magnet 256b having an outer peripheral S pole. This is the point that the cylindrical magnet is constituted by a multipolar cylindrical magnet 256c magnetized in polar anisotropy. Further, as compared with the fifth embodiment, the thickness of these permanent magnets is large, and the thickness of the field yoke 203 is small.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例5に比べ、界磁起磁力が大きくなり、単N極円筒部216aや単S極円筒部216b、さらには多極円筒部216cのすべての磁極表面においてギャップ磁束密度が向上し、トルクや推力を増大させることができる。   The linear motion rotary actuator thus configured has a larger field magnetomotive force than that of the fifth embodiment, and all of the single N pole cylindrical portion 216a, the single S pole cylindrical portion 216b, and further the multipolar cylindrical portion 216c. The gap magnetic flux density is improved on the magnetic pole surface, and the torque and thrust can be increased.

<実施例7>
図10は第7の実施例を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。直動回転スケール230aは回転目盛231aと直動目盛232aから構成されている。直動回転検出器130aは、回転目盛231aと空隙を介して対向して回転検出器131aが配置され、直動目盛232aと対向して直動検出器132aが配置された構成となっている。回転目盛231aと直動目盛232aはX方向に直列に配置されており、それに合わせ、回転検出部131aと直動検出部132aも配置されている。回転目盛231aと直動目盛232aは、エッチングなどで製作された微小間隔の凹凸の目盛で構成されており、その目盛は全周にわたって施されている。一方、回転検出部131aと直動検出部132aには、直動回転スケール230aにレーザ光を照射し、凹凸の目盛を介して反射されたレーザ光を検知して、角度θや位置Xを読み取る光学式検出手段を備えている。ここで、可動子に合わせ直動回転スケール230aが回転および直動すると、直動回転検出器130aは角度θと位置Xを得ることができる。
このような構成において、本発明ではθ目盛231のX方向長さLθと可動子200の移動動作範囲Lは式1の関係となる。
θ ≧ L(1)
また、X目盛232のθ方向開角βθと可動子200の回転動作範囲βは式2および式3の関係となる。
β<360(度)の場合、 β ≦ βθ < 360(度) (2)
β≧360(度)の場合、 βθ= 360(度) (3)
としている。実施例1における動作範囲は、従来技術で示したものと同じであるため、回転動作範囲がβ=360度、移動動作範囲がL=2γである。従って、θ目盛231のX方向長さLθとX目盛232のθ方向開角βθは式4および式5に設定されている。
θ ≧ 2γ (4)
βθ = 360 (度) (5)
次にθX検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θXスケール230のθ目盛231とX目盛232は、ステンレス製円筒の表面に刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム133に配置されたθ検出部131とX検出部132は、レーザー光を照射し反射光を読み取る光学式検出器である。θXスケール230のθ方向スリットとX方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部131とX検出部132が回転角度および移動位置として検出する。
<Example 7>
FIG. 10 is a perspective view of a linear motion rotation detector and a linear motion rotation scale showing a seventh embodiment. The linear motion rotary scale 230a includes a rotary scale 231a and a linear motion scale 232a. The linear motion rotation detector 130a has a configuration in which a rotation detector 131a is disposed facing the rotation scale 231a via a gap, and a linear motion detector 132a is disposed facing the linear motion scale 232a. The rotation scale 231a and the linear motion scale 232a are arranged in series in the X direction, and the rotation detection unit 131a and the linear motion detection unit 132a are also arranged in accordance therewith. The rotary scale 231a and the linear motion scale 232a are composed of concave and convex scales with minute intervals manufactured by etching or the like, and the scales are provided over the entire circumference. On the other hand, the rotation detection unit 131a and the linear motion detection unit 132a are irradiated with laser light on the linear motion rotation scale 230a, and the laser beam reflected through the uneven scale is detected to read the angle θ and the position X. Optical detection means is provided. Here, when the linear motion rotation scale 230a rotates and linearly moves in accordance with the mover, the linear motion rotation detector 130a can obtain the angle θ and the position X.
In such a configuration, the mobile operating range L S in the X direction length L theta and the movable element 200 of the theta scale 231 in the present invention is the relationship of the formula 1.
L θ ≧ L S (1)
Further, the θ-direction opening angle β θ of the X scale 232 and the rotational movement range β S of the mover 200 have the relationship of Expression 2 and Expression 3.
When β S <360 (degrees), β S ≦ β θ <360 (degrees) (2)
When β S ≧ 360 (degrees), β θ = 360 (degrees) (3)
It is said. Since the operation range in the first embodiment is the same as that shown in the prior art, the rotation operation range is β S = 360 degrees, and the movement operation range is L S = 2γ. Accordingly, the X-direction length L θ of the θ scale 231 and the θ-direction opening angle β θ of the X scale 232 are set in Expressions 4 and 5.
L θ ≧ 2γ (4)
β θ = 360 (degrees) (5)
Next, the detection principle of the rotation angle and movement position of the θX detector will be described. The θ scale 231 and the X scale 232 of the θX scale 230 are configured by slits carved on the surface of a stainless steel cylinder. On the other hand, the θ detector 131 and the X detector 132 arranged in the detector frame 133 are optical detectors that irradiate laser light and read reflected light. The difference between the presence / absence of the θ direction slit and the X direction slit of the θX scale 230 appears as a difference in reflected light, and the θ detection unit 131 and the X detection unit 132 detect the difference as a rotation angle and a movement position.

このように構成された直動回転アクチュエータは、円筒状に回転目盛と直動目盛を形成した直動回転スケールにより、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Xを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Xの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。また、精密に刻まれた凹凸の目盛を光学式手段により検出するので、高精度な角度と位置を検出することができ、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。   The linear motion rotary actuator configured as described above has an angle θ and a position X, even if the mover rotates or linearly moves by a linear motion rotary scale in which a rotary scale and a linear motion scale are formed in a cylindrical shape. Can be detected. As a result, the rotational operation and the linear motion operation of the mover can be realized with a simple mechanism by speed and position feedback control using the values of the actual angle θ and the position X. Further, since the rotary scale and the linear scale are provided over the entire circumference of the cylindrical linear rotary scale, it is possible to detect multiple rotations of the mover. In addition, since the scale of unevenness carved precisely is detected by optical means, it is possible to detect a highly accurate angle and position, and the actual rotation angle and moving position values are input to a controller (not shown), Speed and position feedback control is performed, and precise rotation and movement of the mover can be realized with a simple mechanism.

<実施例8>
次に第8の実施例について説明する。図11は実施例8を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例8が実施例7と異なる点は、直動回転スケール230bをN極とS極が一定間隔に磁化された永久磁石により構成し、直動回転検出器130bに磁気式検出手段を設けた点である。回転目盛231bの永久磁石の表面には、θ方向にN極とS極の磁極が一定間隔に磁化されており、直動目盛232bの永久磁石の表面にはX方向にN極とS極の磁極が一定間隔に磁化されている。この磁極の強弱と極性を磁気式検出手段によって検出する。
<Example 8>
Next, an eighth embodiment will be described. FIG. 11 is a perspective view of a linear motion rotation detector and a linear motion rotation scale showing an eighth embodiment. The eighth embodiment differs from the seventh embodiment in that the linear motion rotation scale 230b is composed of a permanent magnet in which the north and south poles are magnetized at a predetermined interval, and the linear motion rotation detector 130b is provided with magnetic detection means. Is a point. On the surface of the permanent magnet of the rotary scale 231b, N poles and S poles are magnetized at a constant interval in the θ direction, and on the surface of the permanent magnet of the linear scale 232b, there are N poles and S poles in the X direction. The magnetic poles are magnetized at regular intervals. The strength and polarity of the magnetic pole are detected by a magnetic detection means.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例7同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Xを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Xの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高い磁気式による検出手段を用いているため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。   The linear motion rotary actuator configured as described above can detect the angle θ and the position X even if the mover rotates or linearly moves, as in the seventh embodiment. As a result, the rotational operation and the linear motion operation of the mover can be realized with a simple mechanism by speed and position feedback control using the values of the actual angle θ and the position X. Further, since the rotary scale and the linear scale are provided over the entire circumference of the cylindrical linear rotary scale, it is possible to detect multiple rotations of the mover. Furthermore, since the magnetic detection means having higher heat resistance than the optical type is used, it can be used even in applications where the ambient temperature is high.

<実施例9>
次に第9の実施例について説明する。図12は実施例9を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例9が実施例7、8と異なる点は、直動回転スケール230cを凹凸にかたどられた軟磁性材により構成し、直動回転検出器130cに励磁巻線と検出巻線を有するいわゆるレゾルバの原理で検出する手段を設けた点である。回転目盛231cの表面はθ方向に凹凸が一定間隔に設けられており、直動目盛232cの表面はX方向に凹凸が一定間隔に設けられている。この凹凸によりできるギャップ長の変化をインダクタンス変化として検出する。
<Example 9>
Next, a ninth embodiment will be described. FIG. 12 is a perspective view of a linear motion rotation detector and a linear motion rotation scale showing the ninth embodiment. The ninth embodiment differs from the seventh and eighth embodiments in that the linear motion rotation scale 230c is made of a soft magnetic material shaped like an uneven surface, and a so-called resolver having an excitation winding and a detection winding in the linear motion rotation detector 130c. It is the point which provided the means to detect by the principle of. The surface of the rotary scale 231c is provided with irregularities in the θ direction at regular intervals, and the surface of the linear motion scale 232c is provided with irregularities in the X direction at regular intervals. A change in the gap length caused by the unevenness is detected as an inductance change.

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例7、8同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Xを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Xの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高いレゾルバ式による検出手段のため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。   The linear motion rotary actuator configured as described above can detect the angle θ and the position X even if the mover rotates or linearly moves, as in the seventh and eighth embodiments. As a result, precise rotation and linear motion of the mover can be realized with a simple mechanism by speed and position feedback control using the values of the actual angle θ and position X. Further, since the rotary scale and the linear scale are provided over the entire circumference of the cylindrical linear rotary scale, it is possible to detect multiple rotations of the mover. Furthermore, since the detection means is a resolver type having higher heat resistance than the optical type, it can be used even in applications where the ambient temperature is high.

<実施例10>
次に第10の実施例について説明する。図13は実施例10を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例10が実施例7〜9と異なる点は、直動回転スケール230dの回転目盛231dと直動目盛232dを半周内に施し、回転目盛231dと直動目盛232dを直動方向に並列に配置させた点である。
<Example 10>
Next, a tenth embodiment will be described. FIG. 13 is a perspective view of the linear motion rotation detector and the linear motion rotation scale showing the tenth embodiment. The tenth embodiment differs from the seventh to ninth embodiments in that the rotary scale 231d and the linear scale 232d of the linear motion rotary scale 230d are provided in the half circumference, and the rotary scale 231d and the linear motion scale 232d are arranged in parallel in the linear motion direction. This is the point

このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例7〜9と異なり、回転動作が半周内に制約される用途において、直動回転スケールを短小化させ、直動回転アクチュエータを小形化できる。   Unlike the seventh to ninth embodiments, the direct-acting rotary actuator configured as described above can shorten the direct-acting rotary scale and reduce the size of the direct-acting rotary actuator in applications where the rotational operation is restricted within a half circumference.

<実施例11>
次に本発明の実施例11について説明する。図14は、実施例11のθX検出器とθXスケールの斜視図である。実施例11が実施例7から10と異なる点は、θ目盛231eとX目盛232eを格子状に交差させた点である。また、θ検出部131eとX検出部132eは、交差させたθ目盛231eとX目盛232eの位置に合わせ、θ方向にずらして配置させている。
次にθX検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θXスケール230eのθ目盛231eとX目盛232eは、ステンレス製円筒の表面に格子状に交差して刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム133eに配置されたθ検出部131eとX検出部132eは、レーザー光を照射して反射光を読み取る光学式検出器であるが、格子状に交差したスリットを検出できるように、三角格子光学系等の回折干渉現象を利用したものとなっている。θXスケール230eのθ方向スリットとX方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部131eとX検出部132eが回転角度および移動位置として検出する。
<Example 11>
Next, Example 11 of the present invention will be described. FIG. 14 is a perspective view of the θX detector and the θX scale of Example 11. Example 11 differs from Examples 7 to 10 in that the θ scale 231e and the X scale 232e are crossed in a grid pattern. Further, the θ detector 131e and the X detector 132e are arranged so as to be shifted in the θ direction in accordance with the positions of the intersecting θ scale 231e and X scale 232e.
Next, the detection principle of the rotation angle and movement position of the θX detector will be described. The θ scale 231e and the X scale 232e of the θX scale 230e are configured by slits carved in a lattice shape on the surface of a stainless steel cylinder. On the other hand, the θ detector 131e and the X detector 132e arranged in the detector frame 133e are optical detectors that read the reflected light by irradiating laser light, but can detect slits that intersect in a lattice pattern. In this case, a diffraction interference phenomenon such as a triangular grating optical system is used. The difference between the presence or absence of the θ-direction slit and the X-direction slit of the θX scale 230e appears as a difference in reflected light, and the difference is detected by the θ detection unit 131e and the X detection unit 132e as the rotation angle and the movement position.

このような構成により、実施例7で記載したように、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。また、θXスケールがθ目盛とX目盛を一体化した構成にしたことで、θXスケールの長さを短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。   With such a configuration, as described in the seventh embodiment, the actual rotation angle and the value of the movement position are input to a controller (not shown), speed and position feedback control is performed, and a precise rotation operation of the mover is performed. The moving operation can be realized with a simple mechanism. Further, since the θX scale has a configuration in which the θ scale and the X scale are integrated, the length of the θX scale can be shortened, and the linear motion rotary actuator can be miniaturized.

なお、実施例1〜6では、X方向の磁極数を2として構成したが、同様の界磁構造を直動方向に並べて構成することで2以上の磁極数で構成しても良い。また、実施例5、6では、磁極表面が永久磁石となるように構成したが、実施例2〜4と同様に、鉄心を設けその内部に永久磁石を埋め込む構造としたり、鉄心の間に永久磁石を挟み込む構造としても良い。また、円筒磁石、単極円筒磁石、多極円筒磁石は一体に成形された永久磁石で説明したが、ブロック磁石をつないで構成しても良い。また、磁極を形成するのに永久磁石を用いて説明したが、鉄心歯で構成するようにしても良い。また、実施例7〜11では、界磁と直動回転スケールを可動子、電機子巻線と直動回転検出器を固定子に配置する構成で示したが、その逆であっても良い。   In the first to sixth embodiments, the number of magnetic poles in the X direction is set to 2, but a similar field structure may be arranged in the linear motion direction so as to be configured with two or more magnetic poles. Further, in Examples 5 and 6, the magnetic pole surface is configured to be a permanent magnet. However, in the same manner as in Examples 2 to 4, a structure in which an iron core is provided and a permanent magnet is embedded therein, or between the iron cores is permanent. It is good also as a structure which pinches | interposes a magnet. Moreover, although the cylindrical magnet, the monopolar cylindrical magnet, and the multipolar cylindrical magnet have been described as the integrally formed permanent magnet, they may be configured by connecting block magnets. In addition, although the description has been made using the permanent magnet to form the magnetic pole, the magnetic pole may be formed of iron core teeth. Moreover, in Examples 7-11, although the field and the linear motion rotation scale were shown by the structure which arrange | positions a needle | mover and an armature winding and a linear motion rotation detector in a stator, the reverse may be sufficient.

本発明は、1つのアクチュエータで、大きなトルクと推力を発生し、精密な回転動作と直動動作を実現する直動回転アクチュエータを提供することができる。よって、直動と回転の2自由度動作が要求されるチップマウンタ装置のマウンタヘッドや各種検査装置の検査ヘッドなどの用途に適用することができる。   The present invention can provide a linear motion rotary actuator that generates a large torque and thrust with a single actuator and realizes a precise rotational motion and linear motion. Therefore, the present invention can be applied to uses such as a mounter head of a chip mounter device and inspection heads of various inspection devices that require two-degree-of-freedom operation of linear motion and rotation.

100 固定子
101 モータフレーム
102 電機子コア
103、104 θ電機子巻線、X電機子巻線
103a、104a 俵形コイル、リング形コイル
105 モータ端子
106 スライドロータリーブッシュ
107、108 L側ブラケット、反L側ブラケット
130、130a、130b、130c、130d 直動回転検出器
131、131a、131b、131c、131d、131e 回転検出部
132、132a、132b、132c、132d、132e 直動検出部
133 検出器フレーム
134 検出器端子
200 可動子
201 出力軸
202 界磁部
203 界磁ヨーク
230、230a、230b、230c、230d、230e 直動回転スケール
231a、231b、231c、231d、231e 回転目盛
232a、232b、232c、232d、232e 直動目盛
211a、212a、213a、214a 複N極円筒部
211b、212b、213b、214b 複S極円筒部
215a、216a 単N極円筒部
215b、216b 単S極円筒部
215c、216c 多極円筒部
250a、250b、251a、251b、252a、252b ブロック磁石
251c、252c、253c、254c、256d X磁石
254a、254b、255a、255b、256a、256b 単極円筒磁石
255c、256c 多極円筒磁石
262a、262b 円筒鉄心
263a、263b、264a、264b クローポール鉄心
100 Stator 101 Motor frame 102 Armature core 103, 104 θ armature winding, X armature winding 103a, 104a Saddle coil, ring coil 105 Motor terminal 106 Slide rotary bush 107, 108 L side bracket, anti-L Side bracket 130, 130a, 130b, 130c, 130d Linear motion rotation detector 131, 131a, 131b, 131c, 131d, 131e Rotation detector 132, 132a, 132b, 132c, 132d, 132e Linear motion detector 133 Detector frame 134 Detector terminal 200 Movable element 201 Output shaft 202 Field magnet portion 203 Field yokes 230, 230a, 230b, 230c, 230d, 230e Linear motion rotation scales 231a, 231b, 231c, 231d, 231e Rotary scales 232a, 232b, 32c, 232d, 232e Linear motion scales 211a, 212a, 213a, 214a Double N pole cylinders 211b, 212b, 213b, 214b Double S pole cylinders 215a, 216a Single N pole cylinders 215b, 216b Single S pole cylinders 215c, 216c Multipolar cylindrical portion 250a, 250b, 251a, 251b, 252a, 252b Block magnet 251c, 252c, 253c, 254c, 256d X magnet 254a, 254b, 255a, 255b, 256a, 256b Monopolar cylindrical magnet 255c, 256c Multipolar cylinder Magnets 262a, 262b Cylindrical iron cores 263a, 263b, 264a, 264b Claw pole iron cores

Claims (9)

界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動X方向に極ピッチγの進行磁界を発生するX電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記X電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、X方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、複数のN極を磁極表面に有する複N極円筒部と、複数のS極を磁極表面に有する複S極円筒部を備え、
前記複N極円筒部のN極と前記複S極円筒部のS極の磁極間隔がX方向にγ、θ方向にλとなるように前記複N極円筒部と前記複S極円筒部を配置するとともに、前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の間にX方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
A mover having a permanent magnet or iron core teeth as a magnetic field, a θ armature winding that generates a rotating magnetic field with a pole pitch λ in the rotation θ direction, and a traveling magnetic field with a pole pitch γ in the linear motion X direction It is composed of a stator having an armature winding, and a current is passed through the θ armature winding and the X armature winding to generate torque in the θ direction and thrust in the X direction to move the movable armature winding. A direct-acting rotary actuator that performs rotational and linear motions of the child,
The field of the mover includes a double N pole cylindrical portion having a plurality of N poles on the magnetic pole surface, and a double S pole cylindrical portion having a plurality of S poles on the magnetic pole surface,
The double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion are arranged so that the magnetic pole spacing between the N pole of the double N pole cylindrical portion and the S pole of the double S pole cylindrical portion is γ in the X direction and λ in the θ direction. And a permanent magnet having a magnetization direction in the X direction between the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion.
前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項1記載の直動回転アクチュエータ。   The linear motion rotary actuator according to claim 1, wherein permanent magnets are arranged on the surfaces of the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion. 前記複N極円筒部と前記複S極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項1記載の直動回転アクチュエータ。   2. The linear motion rotary actuator according to claim 1, wherein an iron core made of a soft magnetic material is provided on the surfaces of the double N pole cylindrical portion and the double S pole cylindrical portion, and a permanent magnet is embedded in the iron core. 界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動X方向に極ピッチγの進行磁界を発生するX電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記X電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、X方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、N極のみを磁極表面に有する単N極円筒部と、S極のみを磁極表面に有する円筒部と、N極とS極の両方を磁極表面に有する単S極円筒部を備え、
前記単N極円筒部のN極と前記単S極円筒部のS極の磁極間隔がX方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のN極とS極の磁極間隔をθ方向にλとしたことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
A mover having a permanent magnet or iron core teeth as a magnetic field, a θ armature winding that generates a rotating magnetic field with a pole pitch λ in the rotation θ direction, and a traveling magnetic field with a pole pitch γ in the linear motion X direction It is composed of a stator having an armature winding, and a current is passed through the θ armature winding and the X armature winding to generate torque in the θ direction and thrust in the X direction to move the movable armature winding. A direct-acting rotary actuator that performs rotational and linear motions of the child,
A single N pole cylindrical portion having only the N pole on the magnetic pole surface, a cylindrical portion having only the S pole on the magnetic pole surface, and a single S pole having both the N pole and the S pole on the magnetic pole surface. With a cylindrical part,
The magnetic pole spacing between the N pole of the single N pole cylindrical portion and the S pole of the single S pole cylindrical portion is γ in the X direction, and the magnetic pole spacing between the N pole and S pole of the multipolar cylindrical portion is A linear motion rotary actuator characterized in that λ is set in the θ direction.
前記単N極円筒部と前記単S極円筒部の間に、X方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする請求項4記載の直動回転アクチュエータ。   The linear motion rotary actuator according to claim 4, wherein a permanent magnet having the X direction as a magnetization direction is disposed between the single N pole cylindrical portion and the single S pole cylindrical portion. 前記単N極円筒部、前記単S極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項4または5記載の直動回転アクチュエータ。   6. The linear motion rotary actuator according to claim 4, wherein permanent magnets are arranged on the surfaces of the single N pole cylindrical portion, the single S pole cylindrical portion, and the multipolar cylindrical portion. 前記単N極円筒部、前記単S極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項4または5記載の直動回転アクチュエータ。   6. The iron core of a soft magnetic material is provided on the surface of the single N pole cylindrical portion, the single S pole cylindrical portion, and the multipolar cylindrical portion, and a permanent magnet is embedded in the iron core. Direct acting rotary actuator. 前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の直動回転アクチュエータ。   A cylindrical linear motion rotary scale having a rotary scale and a linear motion scale provided at fixed intervals in the rotational direction and the linear motion direction at one end of at least one of the movable body or the stator, and the stator or the movable The linear rotation detector which detects the rotation angle and movement position of the said needle | mover from the said rotation scale and the said linear movement scale is provided in either one end of the child so that it may oppose. 8. The linear motion rotary actuator according to any one of 7 above. 請求項8記載の直動回転アクチュエータと、
前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステム。
A linear motion rotary actuator according to claim 8,
A linear motion rotation actuator system comprising: a controller that controls the rotation position and the movement position of the mover based on the rotation angle and the movement position detected by the linear motion rotation detector.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017047782A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 日本電産株式会社 Linear motion/rotation drive device
JP2017204979A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 株式会社神戸製鋼所 Linear motor
JPWO2017002873A1 (en) * 2015-06-29 2018-05-24 株式会社ミツバ Brushless motor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08163857A (en) * 1994-12-07 1996-06-21 Oriental Motor Co Ltd Rotary linear pulse motor
JPH09126811A (en) * 1995-10-27 1997-05-16 Fuji Electric Co Ltd Electrically-driven cylinder with electronic sensor
JPH09253967A (en) * 1996-03-15 1997-09-30 Okuma Mach Works Ltd Nc driving actuator
JP2004343903A (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Meidensha Corp Rotary linear synchronous motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08163857A (en) * 1994-12-07 1996-06-21 Oriental Motor Co Ltd Rotary linear pulse motor
JPH09126811A (en) * 1995-10-27 1997-05-16 Fuji Electric Co Ltd Electrically-driven cylinder with electronic sensor
JPH09253967A (en) * 1996-03-15 1997-09-30 Okuma Mach Works Ltd Nc driving actuator
JP2004343903A (en) * 2003-05-16 2004-12-02 Meidensha Corp Rotary linear synchronous motor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2017002873A1 (en) * 2015-06-29 2018-05-24 株式会社ミツバ Brushless motor
US10644552B2 (en) 2015-06-29 2020-05-05 Mitsuba Corporation Brushless motor
WO2017047782A1 (en) * 2015-09-18 2017-03-23 日本電産株式会社 Linear motion/rotation drive device
CN108028593A (en) * 2015-09-18 2018-05-11 日本电产株式会社 Direct acting rotating driving device
JP2017204979A (en) * 2016-05-13 2017-11-16 株式会社神戸製鋼所 Linear motor

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