JP2012191817A - Electromagnetic actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多自由度駆動を可能とする電磁アクチュエータに関する。 The present invention relates to an electromagnetic actuator that can be driven with multiple degrees of freedom.
特許文献1には、球面全方位の駆動が可能であり、ロボットの肩関節や眼球の駆動に応用が期待される三自由度球面電磁アクチュエータが開示されている。
この電磁アクチュエータは、可動子と、この可動子を3軸(x軸、y軸、z軸)方向のまわりに回転トルクを発生させる固定子を備えている。可動子は、xy平面に平行な周方向に沿って分割された4つの磁性体と、これら磁性体の間に90°おきに挿入された4つの永久磁石とを含む。固定子は、可動子の外周側に所定のエアギャップを介して配置されており、z軸方向に沿って上下二つに分割されている。個々の固定子はそれぞれ、6個の磁極をもつ同一材質の磁性体で形成されており、各磁極の極性を制御することで、可動子をz軸のまわりに360°、x軸及びy軸のまわりに所定角度範囲にわたって回転させることが可能である(例えば、特許文献1の明細書段落[0017]参照)。 The electromagnetic actuator includes a mover and a stator that generates rotational torque about the mover about three axes (x-axis, y-axis, and z-axis). The mover includes four magnetic bodies divided along a circumferential direction parallel to the xy plane, and four permanent magnets inserted between these magnetic bodies at 90 ° intervals. The stator is disposed on the outer peripheral side of the mover via a predetermined air gap, and is divided into upper and lower parts along the z-axis direction. Each stator is formed of a magnetic material of the same material having six magnetic poles. By controlling the polarity of each magnetic pole, the movable element is rotated 360 ° around the z axis, the x axis and the y axis. Can be rotated over a predetermined angular range (see, for example, paragraph [0017] of the specification of Patent Document 1).
しかしながら、上記構成を有する電磁アクチュエータにおいては、x軸及びy軸の周りへの可動子の回転範囲に制限があるため、この制限を超えて可動子を回転させた場合、可動子が初期位置へ復帰できなくなるという不都合がある。 However, in the electromagnetic actuator having the above configuration, there is a limit on the rotation range of the mover around the x-axis and the y-axis. Therefore, when the mover is rotated beyond this limit, the mover returns to the initial position. There is an inconvenience that it cannot be restored.
特に、上記電磁アクチュエータを搬送ロボット等の関節部に適用した場合、被搬送体の自重やアームに加わる外力に起因するモーメントを受けることで、可動子に対してx軸、y軸またはこれらの合成軸の周りに機械的な回転トルクが作用する。この回転トルクによって可動子が所定角度範囲を超えて回転した場合、固定子による電磁トルクでは可動子が復帰位置へ復帰できなくなるおそれがある。この場合、当該電磁アクチュエータによる関節部としての所期の機能が果たせなくなり、搬送ロボットの動作不良を招く。 In particular, when the electromagnetic actuator is applied to a joint part of a transport robot or the like, it receives a moment resulting from the weight of the transported body or an external force applied to the arm, so that the x-axis, the y-axis, or a combination thereof is applied to the mover. A mechanical rotational torque acts around the shaft. When the mover rotates beyond the predetermined angle range due to this rotational torque, the mover may not be able to return to the return position by the electromagnetic torque generated by the stator. In this case, the intended function of the joint by the electromagnetic actuator cannot be performed, resulting in a malfunction of the transport robot.
そこで、可動子が初期位置へ復帰できるようにするために、固定子と可動子とをバネで接続することが考えられる。しかしながら、バネの剛性が低すぎる場合、可動子の重量によりバネが撓み、可動子が所期の動作を行うことができなくなるという問題がある。 Therefore, in order to allow the mover to return to the initial position, it is conceivable to connect the stator and the mover with a spring. However, when the stiffness of the spring is too low, there is a problem that the spring is bent due to the weight of the mover and the mover cannot perform a desired operation.
また、このような特殊な動きをする可動子を持つ電磁アクチュエータであっても、漏れ磁束を抑制することにより、少ない電流で高効率に動作できることが要求される。 Further, even an electromagnetic actuator having a mover that performs such a special movement is required to be able to operate with a small amount of current with high efficiency by suppressing leakage magnetic flux.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、可動子を初期位置に復帰させる動作に寄与する部材が搭載され、かつ、その部材の撓みを抑えることができ、さらに漏れ磁束を抑制して少ない電流で高効率に動作することができる電磁アクチュエータを提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to mount a member that contributes to the operation of returning the mover to the initial position, and to suppress the bending of the member and further suppress the leakage magnetic flux. It is an object of the present invention to provide an electromagnetic actuator that can operate with low current and high efficiency.
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電磁アクチュエータは、
第1の可動子部と、第2の可動子部と、前記第1の可動子部及び前記第2の可動子部の間に空間を形成するように、前記第1及び前記第2の可動子部を同軸で連結する出力軸とを有する可動子と、
前記可動子の周囲に配置された第1の電磁石群と、前記可動子の周囲に配置され、前記出力軸に沿う方向で前記第1の電磁石群に対応するように配置された第2の電磁石群とを有し、前記第1及び前記第2の電磁石群が、前記可動子の外周面に対向する、該外周面に沿う形状の内周面をそれぞれ有し、前記第1及び前記第2の電磁石群を用いて、前記出力軸を回転中心とする第1のトルク、前記出力軸と直交する軸を回転中心とする第2のトルク及び前記出力軸に沿った方向での並進推力を、前記可動子に発生させる固定子と、
前記可動子の前記空間内に設けられ、前記第1のトルクによる前記可動子の回転を支持する軸受ユニットと、
前記可動子の前記空間を介して前記固定子と前記軸受ユニットとの間に接続され、前記第2のトルクによる前記可動子の回転を支持する支持部材と
を具備する。
In order to achieve the above object, an electromagnetic actuator according to an aspect of the present invention includes:
The first and second movable parts, the first movable part, the second movable part, and the first movable part and the second movable part so as to form a space between the first movable part and the second movable part. A mover having an output shaft for coaxially connecting the child parts;
A first electromagnet group disposed around the mover; and a second electromagnet disposed around the mover so as to correspond to the first electromagnet group in a direction along the output shaft. Each of the first and second electromagnet groups has an inner peripheral surface along the outer peripheral surface facing the outer peripheral surface of the mover, and the first and second A first torque centered on the output shaft, a second torque centered on the axis orthogonal to the output shaft, and a translational thrust in the direction along the output shaft, A stator generated in the mover;
A bearing unit provided in the space of the mover and supporting the rotation of the mover by the first torque;
A support member that is connected between the stator and the bearing unit via the space of the mover and supports the rotation of the mover by the second torque.
固定子の第1の電磁石群の各電磁石のうち少なくも2つ(及び第2の電磁石群の各電磁石のうち少なくとも2つ)に互いに異なる向きの磁束をそれぞれ発生させることにより第1のトルクを発生させることができる。これにより、可動子は出力軸を回転中心として回転することができる。また、第1の電磁石群のうち少なくとも1つの電磁石と、出力軸の方向で見てその電磁石の回転角度位置とは異なる回転角度位置に配置された、第2の電磁石群のうち少なくとも1つの電磁石とに、励磁のための互いに異なる値の電流をそれぞれ加えることにより、第2のトルクを発生させることができる。これにより、可動子は出力軸を回転中心として回転(傾動または揺動)することができる。 The first torque is generated by generating magnetic fluxes in different directions in at least two of the electromagnets of the first electromagnet group of the stator (and at least two of the electromagnets of the second electromagnet group), respectively. Can be generated. Thereby, the needle | mover can rotate centering | focusing on an output shaft. Also, at least one electromagnet of the first electromagnet group, and at least one electromagnet of the second electromagnet group arranged at a rotation angle position different from the rotation angle position of the electromagnet as viewed in the direction of the output shaft. In addition, the second torque can be generated by applying currents of different values for excitation. As a result, the mover can rotate (tilt or swing) around the output shaft.
軸受ユニットは第1のトルクによる可動子の回転を支持する。一方、支持部材は固定子と軸受ユニットとの間に接続されているので、第2のトルクによる可動子の回転を支持し、特に、可動子の初期位置への復帰動作に寄与することができる。 The bearing unit supports the rotation of the mover by the first torque. On the other hand, since the support member is connected between the stator and the bearing unit, the support member supports the rotation of the mover by the second torque, and can particularly contribute to the return operation of the mover to the initial position. .
ここで、仮に支持部材の剛性が低すぎる場合に可動子の重量によって撓みが発生する場合があっても、第1及び第2の電磁石群による、出力軸に沿った方向での並進推力を利用することにより、その撓みの発生を抑えることができる。すなわち、出力軸方向が重力方向である場合に、可動子の重力の方向とは反対方向に並進推力が発生するように、第1及び第2の電磁石群の励磁が制御されることにより、可動子を初期位置に復帰させることができる。 Here, if the support member is too low in rigidity, even if bending may occur due to the weight of the mover, the translational thrust in the direction along the output axis by the first and second electromagnet groups is used. By doing so, the occurrence of the bending can be suppressed. That is, when the output shaft direction is the gravitational direction, the first and second electromagnet groups are controlled so that the translational thrust is generated in the direction opposite to the gravitational direction of the mover. The child can be returned to the initial position.
また、支持部材の撓みの許容範囲をできるだけ小さくする等の、支持部材の厳格な設計を必要としない。 In addition, a strict design of the support member is not required, for example, the allowable range of bending of the support member is made as small as possible.
さらに、可動子の第2のトルクによる可動子の回転時、支持部材の撓みが抑えられることにより、可動子の動きの制御時においてその撓みによる弾性力が外乱にならないので、小さい第2のトルクにより可動子を回転させることができる。 Furthermore, when the mover is rotated by the second torque of the mover, since the bending of the support member is suppressed, the elastic force due to the bending does not become a disturbance when the movement of the mover is controlled. Thus, the mover can be rotated.
さらに、可動子は、第1及び第2のトルクによる可動子の回転運動だけでなく、出力軸に沿った方向での可動子の並進移動も可能となるので、電磁アクチュエータの応用範囲を広げることができる。 Furthermore, since the mover can not only rotate the mover by the first and second torques but also translate the mover in the direction along the output shaft, the application range of the electromagnetic actuator can be expanded. Can do.
また、本発明では、第1及び第2の電磁石群が、可動子の外周面に対向する、該外周面に沿う形状の内周面をそれぞれ有するため、可動子が回転動作や並進動作を行う時に、可動子の外周面と、第1及び第2の電磁石群のそれぞれの内周面とがそれぞれ高精度に所期のギャップを保つことができ、また、そのギャップをできるだけ狭く保つことができる。これにより、そのギャップにおける漏れ磁束の発生を抑制し、少ない電流で高効率に動作することができる電磁アクチュエータを実現することができる。 Further, in the present invention, the first and second electromagnet groups each have an inner peripheral surface along the outer peripheral surface facing the outer peripheral surface of the mover, so that the mover performs a rotation operation and a translation operation. Sometimes, the outer peripheral surface of the mover and the inner peripheral surfaces of the first and second electromagnet groups can each maintain a desired gap with high accuracy, and the gap can be kept as narrow as possible. . As a result, it is possible to realize an electromagnetic actuator that can suppress the generation of leakage magnetic flux in the gap and operate with high efficiency with a small current.
前記支持部材は、前記出力軸に垂直な面内で配置された板バネであってもよい。支持部材が板バネであることにより、第1及び第2の可動子部の間に形成される空間の、出力軸方向の厚さを薄くすることができる。これにより、電磁アクチュエータの薄型化を実現することができる。 The support member may be a leaf spring disposed in a plane perpendicular to the output shaft. When the support member is a leaf spring, the thickness of the space formed between the first and second movable parts can be reduced in the output axis direction. Thereby, thickness reduction of an electromagnetic actuator is realizable.
以上、本発明によれば、可動子を初期位置に復帰させる動作に寄与する支持部材が搭載され、かつ、その支持部材の撓みを抑えることができる電磁アクチュエータを実現することができる。また、漏れ磁束を抑制して少ない電流で高効率に動作することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize an electromagnetic actuator in which the support member that contributes to the operation of returning the mover to the initial position is mounted and the deflection of the support member can be suppressed. Further, it is possible to operate with high efficiency with a small current while suppressing the leakage magnetic flux.
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.
[電磁アクチュエータの構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータを示す平面図である。図2は、図1におけるA−A線での断面図である(B−B線またはC−C線も同様)。図1では、互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を有するxyz空間において、電磁アクチュエータ100を図示している。本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータ100は、可動子をx軸、y軸、及びz軸の各軸周りに回転駆動可能な球面アクチュエータの一種として構成されている。
[Configuration of electromagnetic actuator]
FIG. 1 is a plan view showing an electromagnetic actuator according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (the same applies to the BB line or the CC line). FIG. 1 illustrates the
電磁アクチュエータ100は、可動子1と固定子2とを備える。可動子1は、xy平面内の円周方向に沿って4つの分割された磁性体11と、隣接する2つの磁性体11の各間に等ピッチ(90°間隔)で挿入された4つの永久磁石12(例えば、Br=1.4T)とを有している。すなわち、可動子1は、円周方向に2つの磁極対を有する。永久磁石12は、図1に示す矢印dの向きに着磁されている。
The
固定子2は、外周側の壁を形成する筒状のフレーム21と、このフレーム21に設けられ可動子1を駆動するための複数の電磁石3を有する。これら電磁石3は、コア32及びこのコア32に巻かれたコイル31で構成されている。電磁石3は、上段及び下段にそれぞれ6個ずつ設けられている。上段側の複数の電磁石3(第1の電磁石群)と、下段側の複数の電磁石3(第2の電磁石群)とは、z軸方向で対称位置となるように配置されている。
The
各コア32は、それぞれ可動子1に向けて突出するように、フレーム21の内周面側に等ピッチ(z軸方向で見て60°間隔)取り付けられている。コア32の端部である磁極321の先端面は、可動子1の外周面と対向している。
The
各コイル31に供給される電流は独立して制御することが可能となっており、これにより12個の磁極321のそれぞれにおける励磁量も独立に制御することが可能となっている。
The current supplied to each
図2に示すように、可動子1は、第1の可動子部13と、第2の可動子部14と、これら第1の可動子部13及び第2の可動子部14を同軸で連結する出力軸15とを有する。出力軸15は、第1の可動子部13及び第2の可動子部14の間に空間Dを形成するように、それらを連結する。
As shown in FIG. 2, the
第1の可動子部13及び第2の可動子部14は、同一の構成を有しており、上述したように、4つの分割された磁性体11と、これら磁性体11の間に設けられた4つの永久磁石12をそれぞれ有する。第1の可動子部13の磁性体11と、第2の可動子部14の磁性体11とは、z軸方向で見て同じ角度位置にそれぞれ配置されている。また、第1の可動子部13の永久磁石12と、第2の可動子部14の永久磁石12とは、z軸方向で見て同じ角度位置にそれぞれ配置されている。
The first
第1及び第2の可動子部13及び14の外周部のz軸方向の厚さが、それらの内周部のz軸方向の厚さよりそれぞれ厚く形成されている。これにより、空間Dは、z軸方向の幅が広い内周側空間D1と、z軸方向の幅が狭い外周側空間D2とに分けられる。
The thicknesses of the outer peripheral portions of the first and
第1の可動子部13及び第2の可動子部14の側面は球面の一部となっており、また、それらの球面に対応するように、コア32の、第1の可動子部13及び第2の可動子部14にそれぞれ対面する面もそれぞれ球面となっている。
The side surfaces of the first
出力軸15のz軸方向での中心であって、内周側空間D1には、出力軸15の軸受ユニット4が設けられている。軸受ユニット4は、出力軸15をz軸周りに回転自在に支持する軸受41と、軸受ユニット4を保持する軸受ホルダ42とを有する。
The
固定子2のフレーム21と軸受ユニット4との間には、空間Dを介して、支持部材としての板バネ5が接続されている。板バネ5は、x軸、y軸、またはこれらの合成軸の周りでの可動子1の回転を支持する機能を有する。
A
図3は、可動子1の第1及び第2の可動子部13及び14、また、図2で示す上段の各電磁石3の図示をそれぞれ省略した状態の電磁アクチュエータ100を示す平面図である。板バネ5の外形は円形である。上記のように、板バネ5の外周縁51はフレーム21に接続されて固定され、また、その内周縁52は軸受ユニット4に接続され固定されている。
FIG. 3 is a plan view showing the
板バネ5には、円弧状の2つのスリット54と、それらのスリット54より外周側に配置された円弧状の2つのスリット55とが形成されている。スリット54が並ぶ方向は例えばy軸に沿った方向であり、各スリット54の端部の間には連結部53xがそれぞれ形成されている。外周側のスリット55が並ぶ方向は例えばx軸に沿った方向であり、各スリット54の端部の間には連結部53yがそれぞれ形成されている。これにより、可動子1(図2参照)は、連結部53xを回転中心としてx軸周りに回転可能となり、また、連結部53yを回転中心としてy軸周りに回転可能となる。
The
板バネ5の材料は、ステンレス、アルミニウム、樹脂等の非磁性材であるが、磁性材であってもよい。
The material of the
図4は、図2に示す状態から、可動子1がx軸周りに回転(傾動)した状態を示す断面図である。y軸周りも同様である。この図に示すように、可動子1(出力軸15、第1の可動子部13及び第2の可動子部14)は、軸受ユニット4と一体的に回転する。また、このような構成の板バネ5によれば、その剛性が適宜調整されることにより、x及びy軸の合成軸の周りでも可動子1が回転可能となる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state where the
図2に示すように、上段側の複数の電磁石3(第1の電磁石群)の内周面35aと、下段側の複数の電磁石3(第2の電磁石群)の内周面35bとが、可動子1の第1の可動子部13及び第2の可動子部14のそれぞれの外周面131及び141にそれぞれ対向している。そして、内周面35aの形状と外周面131の形状とが対応し、内周面35bの形状と外周面141の形状とが対応している。
As shown in FIG. 2, the inner
具体的には、それら外周面131、141、内周面35a、35bの形状は、球面の一部の形状でなる。このような構成により、可動子1が回転動作や並進動作を行う時に、可動子1の外周面131及び141と、電磁石3の内周面35a及び35bとが、それぞれ高精度に所期のギャップを保つことができ、また、そのギャップをできるだけ狭く保つことができる。これにより、そのギャップにおける漏れ磁束の発生を抑制し、少ない電流で高効率に動作することができる電磁アクチュエータを実現することができる。
Specifically, the outer
なお、上記外周面131、141、内周面35a、35bの形状は球面の一部に限られず、楕円面の一部、双曲面の一部、楕円放物面の一部等の、二次曲面の一部であってもよい。
The shape of the outer
[電磁アクチュエータの動作原理]
以下、電磁アクチュエータ100の動作原理を説明する。
[Operation principle of electromagnetic actuator]
Hereinafter, the operation principle of the
まず、x軸周りの回転運動について動作原理を説明する。図5(A)は、図1で示したx軸に垂直な断面、すなわちA−A線断面を表している。ここで、A−A線断面内には4つの磁極321が存在している。また、これら4つの磁極321に対向する磁性体11は、永久磁石12の着磁方向により、S極の磁性を示している。
First, the principle of operation for rotational movement around the x-axis will be described. FIG. 5A shows a cross section perpendicular to the x-axis shown in FIG. 1, that is, a cross section taken along line AA. Here, there are four
今、図5(A)で示した磁極が現れるようにコイル31が励磁されると、可動子1は図中の矢印方向にトルク(つまり、電磁トルク)を得ることができる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は図5(A)とは反対方向にトルクを得ることになる。x軸周りの回転におけるトルク量は、A−A線断面内に存在するコア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。
Now, when the
次に、y軸周りの回転運動について、図5(B)をもとに説明する。図5(B)はA−A線断面をz軸周りに60°回転させた断面、すなわちB−B線断面またはC−C線断面を示している。ここで、B−B線断面及びC−C線断面においても、その断面内には4つの磁極321が存在している。また、これら4つの磁極321に対向する磁性体11は、永久磁石12の着磁方向により、N極の磁性を示している。
Next, the rotational movement around the y-axis will be described with reference to FIG. FIG. 5B shows a cross section obtained by rotating the cross section along the line AA by 60 ° around the z axis, that is, a cross section along the line BB or CC line. Here, also in the cross section taken along the line BB and the line CC, there are four
なお、y軸は、図1におけるB−B線またはC−C線の間に位置する線であるが、B−B線断面内にある磁極321及びC−C線断面内にある磁極321は、それぞれ同じ極性になるように制御されるので、図5(B)で示した1つの図で動作原理を説明することができる。
Note that the y-axis is a line located between the BB line and the CC line in FIG. 1, but the
今、図5(B)で示した磁極が現れるようにコイル31が励磁されると、可動子1は図中の矢印方向にトルクを得ることができる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は図5(B)とは反対方向にトルクを得ることになる。すなわち、B−B線断面及びC−C線断面の両方において、同様の作用によって同じ大きさのトルクを作用させれば、可動子に働く合力はy軸周りの回転トルクとなる。y軸周りの回転におけるトルク量は、B−B線断面またはC−C線断面内に存在するコア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。
Now, when the
最後に、z軸周りの回転について、図5(C)をもとに動作原理を説明する。図5(C)はz軸に垂直な断面図を示している。今、図5(C)で示した磁極が現れるようコイル31が励磁され、つまり、z軸周りの方向で180°離れた各電磁石が同相となるように、コイル31が励磁され、可動子1は図中の矢印方向にトルクを得ることができる。z軸に沿って配置された2つの固定子についてそれぞれ同じ磁極を発生させれば、z軸以外の軸にはトルクは発生しないことになる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は反対方向にトルクを得ることになる。z軸周りの回転におけるトルク量は、コア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。
Finally, the operation principle of rotation around the z axis will be described with reference to FIG. FIG. 5C shows a cross-sectional view perpendicular to the z-axis. Now, the
以上のように、特に図5(A)及び(B)を用いて説明したように、x軸またはy軸周りに可動子1が回転(傾動または揺動)することができる。可動子1は、上記のように板バネ5が取り付けられているので、初期位置に復帰することができる。また、上記したように、板バネ5の剛性が適宜調整されることにより、x及びy軸の合成軸の周りでも可動子1が回転可能となる。
As described above, the
ここで、仮に板バネ5に撓みが発生したとしても、以下のようにしてその撓みの発生を抑制することができる。図6(A)はその動作原理を説明するための平面図であり、図6(B)は図6(A)におけるA−A線断面図である。
Here, even if the
例えば図6(A)に示すように、各電磁石3が、それぞれ図示するような磁極を持つように励磁されたとする。上段側の電磁石3と、下段側の電磁石3とは、z軸方向で見て同じ回転角度位置において同じ極性となるように励磁される。本実施形態では、図6(B)に示すように、下段側のすべての電磁石3が電流値i0で励磁された場合、上段側のすべての電磁石3の電流値i0+iで励磁される。すなわち、下段側及び上段側で、電磁石3の励磁のための電流値の差がiとされる。このように、いわばバイアス電流iが上段側の電磁石3に付加されることにより、上記板バネ5の撓みをキャンセルする方向に(いま、重力方向をz軸方向の下方向としている。)、可動子1に並進推力を発生させることができる。電流値iは、板バネ5やその他の部材の設計に応じて予め設定することができる。これにより、可動子1の位置を初期位置に保つことができる。
For example, as shown in FIG. 6A, it is assumed that each
また、板バネ5の撓みの許容範囲をできるだけ小さくする等の、板バネ5の厳格な設計を必要としない。
In addition, a strict design of the
さらに、可動子1のxy軸周りでの回転時に板バネ5の撓みが抑えられることにより、可動子1の動きの制御時においてその撓みによる弾性力が外乱にならないので、小さいトルクにより可動子1を回転させることができる。
Further, since the bending of the
さらに、バイアス電流値を適宜制御することにより、可動子1は、z軸、xy軸での回転運動だけでなく、z軸に沿った方向での並進運動も可能となる。すなわち、意図的に可動子1が初期位置から離れるように可動子1が駆動されることにより、電磁アクチュエータ100の応用範囲を広げることができる。例えば、搬送用のロボットアームの関節装置に電磁アクチュエータ100が適用される場合、z軸方向での搬送対象物の位置の微調整等を行うことができる。
Furthermore, by appropriately controlling the bias current value, the
[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
[Other embodiments]
The embodiment according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and other various embodiments are realized.
出力軸15、フレーム21、板バネ5、可動子1の第1及び第2の可動子部13及び14のそれぞれの形状、大きさ等は適宜変更可能である。例えば、板バネ5のスリットの形状、配置、個数等、適宜変更可能である。あるいは、1枚の板バネ5に代えて、長方形状の板バネが複数設けられていてもよい。電磁アクチュエータ100の、出力軸方向の厚さは厚くなるが、板バネ5に代えて、複数のコイルバネが設けられていてもよい。
The shape, size, and the like of the
例えば、センサを用いて可動子1のxy軸周りでの傾動角やz軸方向での並進移動の距離が検出される構成であってもよい。この場合、センサとして、例えば出力軸15等に設けられた光センサ等を利用することができる。
For example, a configuration in which the tilt angle of the
可動子1に並進推力を発生させる方法として、図6(B)に示した形態に限られない。例えば、z軸方向で見て回転角度位置にある、下段側及び上段側の電磁石3が、それぞれ異なる磁極を持つように励磁されるようにしてもよい。例えば図6(B)のA−A線断面で見る場合、上段側の2つの電磁石3がN極で、下段側の2つの電磁石3がS極になるように励磁される。このような方法によっても、可動子1の並進移動が可能となる。あるいは、このような方法と、図6(B)で示した電流値の制御による方法とを組合せてもよい。
The method for generating the translational thrust in the
電磁石3の個数や配置は、上記実施形態に限られず、適宜変更可能である。
The number and arrangement of the
x軸、y軸、またはこれらの合成軸の周りでの可動子1の回転、すなわち可動子1の傾動を支持する支持部材として、板バネ5に限られない。例えばそれはゴムでもよい。支持部材が板バネのような薄い部材でなく、z軸方向に厚さのある部材である場合、その厚さに応じて、外周側空間D2(図2参照)等の形状やサイズが適宜設計されればよい。
あるいは、支持部材は、設計者がその設計時に意図的に弾性力を持たせたような部材に限られず、その傾動動作を支持できる部材であって、その傾動に追従して変形(弾性変形)するような部材であれば何でもよい。
The supporting member that supports the rotation of the
Alternatively, the support member is not limited to a member that is intentionally given an elastic force by the designer at the time of design, and is a member that can support the tilting operation and deforms following the tilting (elastic deformation). Any member can be used as long as it does.
D…空間
1…可動子
2…固定子
3…電磁石
4…軸受ユニット
5…板バネ(支持部材に相当)
13…第1の可動子部
14…第2の可動子部
15…出力軸
100…電磁アクチュエータ
D:
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記可動子の周囲に配置された第1の電磁石群と、前記可動子の周囲に配置され、前記出力軸に沿う方向で前記第1の電磁石群に対応するように配置された第2の電磁石群とを有し、前記第1及び前記第2の電磁石群が、前記可動子の外周面に対向する、該外周面に沿う形状の内周面をそれぞれ有し、前記第1及び前記第2の電磁石群を用いて、前記出力軸を回転中心とする第1のトルク、前記出力軸と直交する軸を回転中心とする第2のトルク及び前記出力軸に沿った方向での並進推力を、前記可動子に発生させる固定子と、
前記可動子の前記空間内に設けられ、前記第1のトルクによる前記可動子の回転を支持する軸受ユニットと、
前記可動子の前記空間を介して前記固定子と前記軸受ユニットとの間に接続され、前記第2のトルクによる前記可動子の回転を支持する支持部材と、
を具備する電磁アクチュエータ。 The first and second movable parts, the first movable part, the second movable part, and the first movable part and the second movable part so as to form a space between the first movable part and the second movable part. A mover having an output shaft for coaxially connecting the child parts;
A first electromagnet group disposed around the mover; and a second electromagnet disposed around the mover so as to correspond to the first electromagnet group in a direction along the output shaft. Each of the first and second electromagnet groups has an inner peripheral surface along the outer peripheral surface facing the outer peripheral surface of the mover, and the first and second A first torque centered on the output shaft, a second torque centered on the axis orthogonal to the output shaft, and a translational thrust in the direction along the output shaft, A stator generated in the mover;
A bearing unit provided in the space of the mover and supporting the rotation of the mover by the first torque;
A support member connected between the stator and the bearing unit via the space of the mover, and supporting the rotation of the mover by the second torque;
An electromagnetic actuator comprising:
前記支持部材は、前記出力軸に垂直な面内で配置された板バネである電磁アクチュエータ。 The electromagnetic actuator according to claim 1,
The support member is an electromagnetic actuator that is a leaf spring disposed in a plane perpendicular to the output shaft.
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