JP3819571B2 - Output device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転方向及び上下方向の運動を出力することが可能な出力装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ロボットの腕を動かしたり、NC工作機のテーブルの位置決めに用いられる出力装置には、サーボモータ或いはサーボモータにシリンダを組み合わすなどして回転及び上下方向の運動が出力されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなサーボモータとシリンダを組み合わせた出力装置では、動力が区別されるため、回転角度、停止位置或いは回転スピードなど任意の出力設定機能をもつサーボモータに対し、上下方向の出力に使用されるシリンダのほとんどが2位置等の単機能出力であることから、両者の使用機能がアンバランスになり、任意の出力が可能なサーボモータの機能を損なうものでもあった。
また、回転を与えるサーボモータにはトルクリミッタが機能して、緊急時に動力の伝達が解除されるのに対し、上下方向の運動を与えるシリンダにはリミッタ機構が設けられておらず、安全性の面から問題があった。
【0004】
そこで、本発明は、回転方向及び上下方向の出力を任意に設定でき、また回転方向及び上下方向の動作にリミッタ機能を有する出力装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の出力装置は、コイルが巻回され円周方向に配設されたステータと、前記ステータに対面する複数の永久磁石が固着され、回転中心に中空部をもって形成された回転体とを備え、前記コイルへの通電により発生する磁束によって前記回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、前記回転体に対して固設され、回転を出力するモータ軸を任意に回転させる第二サーボモータと、前記回転体の中空部内に回転自在に支持され、前記第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、前記雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、前記雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、前記雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、前記雄磁気ネジと一体に設けられ、前記第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有することを特徴とする。
【0006】
よって、第一サーボモータへの通電により励磁されたコイルに磁束が発生して永久磁石に回転方向の力が与えられ、これによって回転体が所定角度回転すると、その回転体の回転が雄磁気ネジと一体の出力軸に伝達され、その出力軸から回転が出力されることとなる。一方、第二サーボモータが通電され、そのモータ軸から所定角度の回転が出力されると、そのモータ軸に連結された雌ネジホルダ及び雌磁気ネジが回転し、その雌磁気ネジと磁力によって吸引し合っている雄磁気ネジに動力が伝達される。しかし、雄ネジホルダの回転が制限されているため、雄磁気ネジには軸方向の力のみが作用し、出力軸には軸方向の直線運動が出力されることとなる。
そのため、第一サーボモータによる回転運動と第二サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力され、それぞれ回転及び上下方向の出力が任意に設定できる。また、第一サーボモータ及び第二サーボモータが磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働く。
【0007】
また、本発明の出力装置は、前記出力軸は、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドに前記雄磁気ネジが一体に形成されたものであることを特徴とする。
よって、回転する雌磁気ネジとの吸引力によって動力が伝達される雄磁気ネジには、軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドが一体に形成されているため、そのロッドを軸方向に移動させるように直線移動する。
また、本発明の出力装置は、前記出力軸は、前記第二サーボモータに固定されたロッドに対し、回転することなく軸方向にのみ移動自在にはめ込まれた前記雄ネジホルダであることを特徴とする。
よって、回転する雌磁気ネジとの吸引力によって動力が伝達される雄磁気ネジは、軸方向にのみ移動自在な雄ネジホルダに形成されているので、その雄ネジホルダを軸方向に移動させるように直線移動する。
【0008】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る出力装置の一実施の形態について具体的の説明する。図1は、出力装置の第1実施の形態を示した断面図である。
本実施の形態の出力装置は、ダイレクトドライブモータ(以下、「DDモータ」という)が回転方向出力の動力源となるものである。この出力装置は、モータ取付台1上にDDモータ2が固定され、下方には磁気ネジに連結されたステッピングモータ3を画設した支持筒4が固定されている。ステッピングモータ3が、上下方向出力の動力源となるものである。
【0009】
先ず、DDモータ2はの構成を簡単に説明する。DDモータ2は、モータ取付台1上面に円筒形状のモータ固定台11が固定されて支持されている。
そして、このモータ固定台11を内側と外側から挟み込むように形成された二重円筒形の回転体12が、モータ固定台11上方からかぶさるようにして取り付けられている。
モータ固定台11の内周面には、回転体12との間にベアリング13,13が上下に設けられ、そのモータ固定台11に対して回転体12が回転自在に支持されている。一方、モータ固定台11の外周面にはコイル14が巻かれたステータ15が円周方向に設けられ、そのステータ15に対面するよう回転体12の内周面に複数の永久磁石16が固着されている。そして、回転体12の上面には回転板17が貼設されている。
【0010】
次に、このような回転運動を与えるDDモータ2には、磁気ネジを備えた上下駆動部5が組み付けられている。DDモータ2の回転体12の回転中心には、筒形状の支持ホルダ21が嵌合され、その回転体12と一体に回転するよう構成されている。
この支持ホルダ21は、モータ取付台1から下にかけて拡径し、その拡径部には上下にベアリング22,22が嵌合され、支持ホルダ21内に嵌挿された雌ネジホルダ23が、そのベアリング22,22によって回転支持されている。そして、雌ネジホルダ23の内周面には螺旋状に着磁された雌磁気ネジ24が形成されている。
【0011】
また、このように支持ホルダ21内に回転支持された雌ネジホルダ23は、カップリング25を介してステッピングモータ3のモータ軸3aに連結されている。このステッピングモータ3は、円筒形状の支柱26によって支持ホルダ21に吊設され、支持ホルダ21と一体に回転するよう構成されている。
一方、雌磁気ネジ24内には、先端がDDモータ2から突出するようにロッド31が挿入されている。ロッド31は、ボールスプライン軸をなし、回転体12側に固定されたボールスプライン軸受32に挿入され、回転体12に対してロッド31が回転しないよう構成されている。そして、そのロッド31の下端部には軸方向所定寸法幅で雄ネジホルダ33が嵌合され、その外周面に雄磁気ネジ34が形成されている。
【0012】
次に、本実施の形態の出力装置を構成する磁気ネジの構成について簡単に説明する。図2は、雄磁気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図である。
雄磁気ネジ34は、図2に示すように、ロッド31に嵌合された雄ネジホルダ33の外周に嵌合され接着された円筒磁石35より構成されている。雄ネジホルダ33は、高透磁性の材料(例えば鉄 、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他の化合物等)より成形されている。円筒磁石35には、螺旋状に形成された着磁帯36が形成され、隣接する着磁帯同士は極性が逆に着磁されている。すなわち、N極着磁帯36Nの隣には必ずS極着磁帯36Sが着磁されている。そのため、雄磁気ネジ34の表面には、図2に示すようにN極着磁帯36NとS極着磁帯36Sとが交互に着磁された螺旋状の着磁帯36が整然と形成されている。
【0013】
一方、円筒形状の雌ネジホルダ23内には、その内周に嵌合された円筒磁石27に雌磁気ネジ26が形成されている。
雌ネジホルダ23も、高透磁性材料(例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他化合物等)から成形され、その内周面に嵌合された円筒磁石27には、図2に示すような雄磁気ネジ34と同様に螺旋状にN極着磁帯28NとS極着磁帯28Sとが交互に螺旋状に着磁された着磁帯28が形成されている。
【0014】
そして、このような雄磁気ネジ34及び雌磁気ネジ26は、雄ネジホルダ33及び雌ネジホルダ23を強度部材として挿入するため、機械的強度を高めることができる。そのため、円筒磁石35及び円筒磁石27は、磁石材料としては優れる反面、材質的に脆いフェライト系や希土類系の材料であっても問題なく使用することができる。
また、このような強度部材を高透磁性の材料で構成すれば、円筒磁石35及び円筒磁石27の強い磁力を更に有効に利用することができる。
【0015】
そこで、このような構成からなる本実施の形態の出力装置は、以下のようにして回転運動及び上下運動が出力される。
先ず、回転運動を出力する場合には、DDモータ2がコントロールされる。
図示しないコントローラによりコイル14が通電されると、これによりステータ15の周りに磁束が発生し、永久磁石16に対する吸引力及び反発力として作用するため、回転体12に所定方向の回転が与えられる。
回転体12の回転は、その円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ21をも同時に回転させる。また、その回転体12には回転板17及びボールスプライン軸受32も一体に構成されて同時に回転するため、そのボールスプライン軸受32に回転が制限されて挿入されたロッド31にも回転が与えられる。従って、DDモータ2の回転をコントロールすることにより、ロッド31から回転が出力されることとなる。
【0016】
次に、上下運動を出力する場合には、ステッピングモータ3がコントロールされる。
DDモータ2の回転を停止させ、或いはその回転と同時に図示しないコントローラによりステッピングモータ3が通電されると、発生する磁束によってロータに回転が与えられ、そのモータ軸3aから所定方向の回転が出力される。モータ軸3aの回転により、カップリング25によって連結された雌ネジホルダ23に回転が伝達され、その内周面に形成された雌磁気ネジ24に回転が与えられることとなる。
ところで、雄磁気ネジ34と雌磁気ネジ24とは、その着磁帯36,28が異極同士(36Nと28S,36Sと28N)吸引し合っている。そこで、雌磁気ネジ24に回転が与えられると、その回転に雄磁気ネジ34が追随しようとする。しかし、ロッド31の回転がボールスプライン軸受32によって制限されているため、その雄磁気ネジ34には推力が作用してロッド31が上方或いは下方に移動することとなる。
【0017】
よって、以上のような構成による本実施の形態の出力装置によれば、DDモータ2によって回転運動を出力し、磁気ネジ34,24を設けたステッピングモータ3によって上下運動を出力するようにしたので、いずれの出力も任意にその出力を制御することができるようになった。
また、DDモータ2及びステッピングモータ3が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が回避されることとなった。
【0018】
また、上下運動の出力に使用した磁気ネジも雄磁気ネジ34と雌磁気ネジ24とが磁力によって結合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリミット作用により危険が回避され、より安全性が高められる結果となった。
また、磁気ネジ34,24は、磁気ネジのピッチ、即ち着磁帯36,28の幅を変化させることで、雄磁気ネジ34と雌磁気ネジ24との間の磁力による吸引力を調節でき、出力軸31の負荷に対応させることができる。
【0019】
次に、本発明にかかる出力装置の第2実施の形態について説明する。図3は該出力装置を示した断面図である。なお、前記第1実施の形態の出力装置と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態の出力装置もDDモータ2を回転運動出力の動力源とし、ステッピングモータ3を上下運動出力の動力源としている。DDモータ2は、モータ取付台1上に固設され、その下方には磁気ネジに連結されたステッピングモータ3が配設され、支持筒4によって画設されている。
そして、このような回転運動を与えるDDモータ2に磁気ネジを備えた上下駆動部41が組み付けられている。上下駆動部41は、DDモータ2を構成する回転体12の回転中心に、筒形状の支持ホルダ42が嵌合され、その回転体12と一体となって回転するよう構成されている。
【0020】
支持ホルダ42は、モータ取付台1から下にかけて拡径し、その拡径部には一つのベアリング43が嵌合されている。支持ホルダ42の下端には支持部材43が吊設され、これにステッピングモータ3が支持されている。
そして、本実施の形態の出力装置では、ステッピングモータ3がDDモータ2と同軸上にはなく、その軸心がずれた状態で配置されている。そこで、ステッピングモータ3の駆動軸3aにはモータ用歯車44が嵌合され、そのモータ用歯車44が雌ネジ回転歯車45と噛合されている。雌ネジ回転歯車45は、その軸心部が穿設され、固定金具46に固定されたロッド51に貫かれている。
【0021】
また、雌ネジ回転歯車45には、円筒形状の雌ネジホルダ23が嵌合され、一体に回転するよう構成されている。この雌ネジホルダ23は、DDモータ2を突き抜け、支持ホルダ42下端部のベアリング48とDDモータ2頂部に設けられたベアリング49とによって回転支持されている。雌ネジホルダ23は、支持ホルダ42内周面とは非接触状態で配設され、その支持ホルダ42内を回転するよう構成されている。そして、その雌ネジホルダ23内には図2に示すように円筒磁石27が嵌合され、その内周面に螺旋状のN極着磁帯28NとS極着磁帯28Sとが交互に着磁された着磁帯28からなる雌磁気ネジ24が形成されている。
【0022】
一方、固定金具47に固定されたロッド51を覆うように円筒形状の雄ネジホルダ33が挿入され、その上端には円柱形状のヘッド52がはめ込まれている。雄ネジホルダ33の外周には円筒磁石35が嵌合され、その円筒磁石35には、図2に示すように螺旋状のN極着磁帯36NとS極着磁帯36Sとが交互に着磁された着磁帯36からなる雄磁気ネジ34が形成されている。そして、その雄磁気ネジ34には、雌磁気ネジ24と接触しないようガイドパイプ53がはめ込まれて全体が覆われている。
このような、雄ネジホルダ33、雄磁気ネジ34、ヘッド53、そしてガイドパイプ53によって出力軸55が形成されている。そして、出力軸55は、回転体12に対して回転しないようにするため、雄ネジホルダ33内にボールスプライン軸受56が設けられ、それにボールスプライン軸をなすロッド51が挿入されている。
【0023】
そこで、このような構成からなる本実施の形態の出力装置は、次のように回転及び上下方向の運動が出力される。
先ず、回転運動を出力する場合には、DDモータ2がコントロールされる。
図示しないコントローラによりコイル14が通電されると、これによりステータ15の周りに磁束が発生し、永久磁石16に対する吸引力及び反発力として作用するため、回転体12に所定方向の回転が与えられる。
回転体12の回転は、その円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ42をも同時に回転させる。また、支持ホルダ42が回転すれば、これと一体のステッピングモータ3及び固定金具47に固定されたロッド51にも回転が与えられることとなる。そのため、その回転は出力軸55にも伝達され、その出力軸55から回転が出力されることとなる。
【0024】
次に、上下運動を出力する場合には、ステッピングモータ3がコントロールされる。
DDモータ2の回転を停止させ、図示しないコントローラによりステッピングモータ3が通電されると、発生する磁束によってロータに回転が与えられ、そのモータ軸3aから所定方向の回転が出力される。モータ軸3aの回転は、モータ用歯車44から雌ネジ回転歯車45に伝達され、その雌ネジ回転歯車45に固定された雌ネジホルダ23に回転が与えられることとなる。
雌ネジホルダ23に回転が与えられると、雌磁気ネジ24も同様に回転することとなる。雌磁気ネジ24は、雄磁気ネジ34と着磁帯36,28が異極同士(36Nと28S,36Sと28N)吸引し合っている。そのため、雌磁気ネジ24に回転が与えられると、その回転に雄磁気ネジ34が追随しようとする。しかし、雄磁気ネジ34を有する出力軸55の回転がボールスプライン軸受56によって制限されているため、その雄磁気ネジ34には推力が作用してロッド31が上方或いは下方に移動することとなる。
【0025】
よって、以上のような構成による本実施の形態の出力装置によれば、DDモータ2によって回転運動を出力し、磁気ネジ34,24を設けたステッピングモータ3によって上下運動を出力するようにしたので、いずれの出力も任意にその出力を制御することができるようになった。
また、DDモータ2及びステッピングモータ3が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が回避されることとなった。
【0026】
また、上下運動の出力に使用した磁気ネジも雄磁気ネジ34と雌磁気ネジ24とが磁力によって結合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリミット作用により危険が回避され、より安全性が高められる結果となった。
また、磁気ネジ34,24は、磁気ネジのピッチ、即ち着磁帯36,28の幅を変化させることで、雄磁気ネジ34と雌磁気ネジ24との間の磁力による吸引力を調節でき、出力軸31の負荷に対応させることができる。
【0027】
なお、本発明は、前記実施の形態に示したものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では回転運動を出力する動力源にDDモータ2を使用し、また、上下方向の運動を出力する動力源にはステッピングモータ3を使用したが、それぞれ他の構成によるサーボモータであってもよい。
【0028】
【発明の効果】
本発明は、回転中心に中空部をもって形成された回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、その回転体に対して固設した第二サーボモータと、回転体の中空部内に回転自在に支持され、第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、雄磁気ネジと一体に設けられ、第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有する構成としたので、第一サーボモータによる回転運動と第二サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力され、それぞれ回転及び上下方向の出力を任意に設定でき、また第一サーボモータ及び第二サーボモータとも磁力によって回転するため、回転及び上下方向の動作にトルクリミッタ機能を有する出力装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる出力装置の第1実施の形態を示した断面図である。
【図2】雄磁気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図である。
【図3】本発明にかかる出力装置の第2実施の形態を示した断面図である。
【符号の説明】
2 DDモータ
12 回転体
14 コイル
15 ステータ
16 永久磁石
21 支持ホルダ
23 雌ネジホルダ
24 雌磁気ネジ
31 ロッド
32 ボールスプライン軸受
33 雄ネジホルダ
34 雄磁気ネジ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an output device capable of outputting rotational and vertical movements.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an output device used for moving a robot arm or positioning a table of an NC machine tool outputs rotation and vertical movements by combining a servo motor or a servo motor with a cylinder.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an output device that combines a servo motor and a cylinder, power is distinguished, so it is used for vertical output for servo motors with arbitrary output setting functions such as rotation angle, stop position or rotation speed. Since most of the cylinders that are used are single-function outputs such as two positions, the functions used by both are unbalanced, and the function of the servo motor capable of arbitrary output is impaired.
In addition, the torque limiter functions in the servo motor that gives rotation, and the transmission of power is released in an emergency, whereas the cylinder that gives the vertical motion is not provided with a limiter mechanism, which is a safety feature. There was a problem from the aspect.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an output device that can arbitrarily set the output in the rotational direction and the vertical direction, and has a limiter function in the operation in the rotational direction and the vertical direction.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An output device of the present invention includes a stator wound with a coil and disposed in a circumferential direction, and a rotating body having a plurality of permanent magnets facing the stator and having a hollow portion at the center of rotation. A first servo motor for arbitrarily rotating the rotating body by magnetic flux generated by energization of the coil, and a second servo motor for arbitrarily rotating a motor shaft fixed to the rotating body and outputting the rotation A cylindrical female screw holder rotatably supported in the hollow portion of the rotating body and connected to a motor shaft of the second servo motor, a female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder, A cylindrical male screw holder that is movable in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor, and is mounted on the outer peripheral surface of the male screw holder. A male magnetic screws kicked, provided integrally with the male magnetic screw, and having an output shaft projecting from the hollow portion of the first servo motor.
[0006]
Therefore, a magnetic flux is generated in the coil excited by energizing the first servo motor and a rotational force is applied to the permanent magnet. When the rotating body rotates by a predetermined angle, the rotating body rotates with the male magnetic screw. And output to the output shaft integrated with the output shaft. On the other hand, when the second servo motor is energized and rotation of a predetermined angle is output from the motor shaft, the female screw holder and the female magnetic screw connected to the motor shaft rotate and are attracted by the female magnetic screw and magnetic force. Power is transmitted to the matching male magnetic screw. However, since the rotation of the male screw holder is limited, only an axial force acts on the male magnetic screw, and an axial linear motion is output to the output shaft.
Therefore, the rotational motion by the first servo motor and the linear motion by the second servo motor are output from the output shaft, and the rotation and the output in the vertical direction can be arbitrarily set, respectively. Further, since the first servo motor and the second servo motor are driven by magnetic force, the torque limiter function works for an excessive load.
[0007]
In the output device of the present invention, the output shaft is integrally formed with the male magnetic screw on a rod loaded so as to be movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. It is characterized by that.
Therefore, the male magnetic screw to which power is transmitted by the attractive force with the rotating female magnetic screw is integrally formed with a rod that is loaded so as to be movable only in the axial direction, so that the rod is moved in the axial direction. Move to make a straight line.
Further, the output device of the present invention is characterized in that the output shaft is the male screw holder that is fitted to the rod fixed to the second servo motor so as to be movable only in the axial direction without rotating. To do.
Therefore, the male magnetic screw to which the power is transmitted by the attractive force with the rotating female magnetic screw is formed in the male screw holder that is movable only in the axial direction, so that the male screw holder is linearly moved so as to move in the axial direction. Moving.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the output device according to the present invention will be specifically described. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an output device.
In the output device of the present embodiment, a direct drive motor (hereinafter referred to as “DD motor”) serves as a power source for rotation direction output. In this output device, a DD motor 2 is fixed on a motor mount 1, and a support cylinder 4 having a stepping motor 3 connected to a magnetic screw is fixed below. The stepping motor 3 serves as a power source for vertical output.
[0009]
First, the configuration of the DD motor 2 will be briefly described. The DD motor 2 is supported by a cylindrical motor fixing base 11 fixed to the upper surface of the motor mounting base 1.
Then, a double cylindrical rotating body 12 formed so as to sandwich the motor fixing base 11 from the inside and the outside is attached so as to cover the motor fixing base 11 from above.
Bearings 13, 13 are provided on the inner peripheral surface of the motor fixing base 11 between the rotating body 12 and the rotating body 12. The rotating body 12 is rotatably supported by the motor fixing base 11. On the other hand, a stator 15 around which a coil 14 is wound is provided on the outer peripheral surface of the motor fixing base 11 in the circumferential direction, and a plurality of permanent magnets 16 are fixed to the inner peripheral surface of the rotating body 12 so as to face the stator 15. ing. A rotating plate 17 is attached to the upper surface of the rotating body 12.
[0010]
Next, the vertical motor 5 provided with a magnetic screw is assembled to the DD motor 2 that gives such a rotational motion. A cylindrical support holder 21 is fitted to the rotation center of the rotating body 12 of the DD motor 2 and is configured to rotate integrally with the rotating body 12.
The diameter of the support holder 21 is increased from the motor mounting base 1 to the bottom. Bearings 22 and 22 are vertically fitted to the enlarged diameter portion, and a female screw holder 23 fitted and inserted into the support holder 21 is provided with the bearing. 22 and 22 are rotatably supported. A female magnetic screw 24 magnetized in a spiral shape is formed on the inner peripheral surface of the female screw holder 23.
[0011]
Further, the female screw holder 23 rotatably supported in the support holder 21 in this way is connected to the motor shaft 3 a of the stepping motor 3 through the coupling 25. The stepping motor 3 is suspended from a support holder 21 by a cylindrical column 26 and is configured to rotate integrally with the support holder 21.
On the other hand, a rod 31 is inserted into the female magnetic screw 24 so that the tip protrudes from the DD motor 2. The rod 31 forms a ball spline shaft and is inserted into a ball spline bearing 32 fixed on the rotating body 12 side so that the rod 31 does not rotate with respect to the rotating body 12. A male screw holder 33 is fitted to the lower end portion of the rod 31 with a predetermined axial width, and a male magnetic screw 34 is formed on the outer peripheral surface thereof.
[0012]
Next, the configuration of the magnetic screw constituting the output device of the present embodiment will be briefly described. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a male magnetic screw and a female magnetic screw.
As shown in FIG. 2, the male magnetic screw 34 includes a cylindrical magnet 35 that is fitted and bonded to the outer periphery of a male screw holder 33 that is fitted to the rod 31. The male screw holder 33 is formed from a highly magnetically permeable material (for example, iron, iron oxide, nickel, cobalt, or an alloy or other compound containing these as a main component). The cylindrical magnet 35 is formed with a magnetized band 36 formed in a spiral shape, and adjacent magnetized bands are magnetized with opposite polarities. That is, the S pole magnetized band 36S is always magnetized next to the N pole magnetized band 36N. Therefore, on the surface of the male magnetic screw 34, as shown in FIG. 2, a helical magnetic band 36 in which N-pole magnetic bands 36N and S-pole magnetic bands 36S are alternately magnetized is formed in an orderly manner. Yes.
[0013]
On the other hand, in the cylindrical female screw holder 23, a female magnetic screw 26 is formed on a cylindrical magnet 27 fitted to the inner periphery thereof.
The female screw holder 23 is also formed of a highly permeable material (for example, iron, iron oxide, nickel, cobalt, or an alloy or other compound containing these as a main component), and the cylindrical magnet 27 fitted to the inner peripheral surface thereof includes Similar to the male magnetic screw 34 as shown in FIG. 2, a magnetic band 28 is formed in which N-pole magnetic bands 28N and S-pole magnetic bands 28S are alternately helically magnetized.
[0014]
Such male magnetic screw 34 and female magnetic screw 26 are inserted with the male screw holder 33 and the female screw holder 23 as strength members, so that the mechanical strength can be increased. For this reason, the cylindrical magnet 35 and the cylindrical magnet 27 are excellent as magnet materials, but can be used without problems even if they are brittle ferrite or rare earth materials.
Further, if such a strength member is made of a highly permeable material, the strong magnetic force of the cylindrical magnet 35 and the cylindrical magnet 27 can be used more effectively.
[0015]
Therefore, the output device of the present embodiment having such a configuration outputs a rotational motion and a vertical motion as follows.
First, when outputting a rotational motion, the DD motor 2 is controlled.
When the coil 14 is energized by a controller (not shown), a magnetic flux is generated around the stator 15 and acts as an attractive force and a repulsive force with respect to the permanent magnet 16, so that the rotating body 12 is rotated in a predetermined direction.
The rotation of the rotating body 12 simultaneously rotates the support holder 21 that is integrally fitted in the cylinder. In addition, since the rotating plate 17 and the ball spline bearing 32 are integrally formed on the rotating body 12 and rotate at the same time, the rotation is also given to the rod 31 inserted into the ball spline bearing 32 with its rotation limited. Accordingly, the rotation is output from the rod 31 by controlling the rotation of the DD motor 2.
[0016]
Next, when outputting a vertical motion, the stepping motor 3 is controlled.
When the rotation of the DD motor 2 is stopped or the stepping motor 3 is energized by a controller (not shown) simultaneously with the rotation, the rotor is rotated by the generated magnetic flux, and rotation in a predetermined direction is output from the motor shaft 3a. The The rotation of the motor shaft 3a is transmitted to the female screw holder 23 connected by the coupling 25, and the rotation is given to the female magnetic screw 24 formed on the inner peripheral surface thereof.
By the way, the magnetic bands 36 and 28 of the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 attract different polarities (36N and 28S, 36S and 28N). Therefore, when rotation is given to the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 tries to follow the rotation. However, since the rotation of the rod 31 is limited by the ball spline bearing 32, a thrust acts on the male magnetic screw 34, and the rod 31 moves upward or downward.
[0017]
Therefore, according to the output device of the present embodiment configured as described above, the rotary motion is output by the DD motor 2, and the vertical motion is output by the stepping motor 3 provided with the magnetic screws 34 and 24. Any output can be controlled arbitrarily.
Further, since the DD motor 2 and the stepping motor 3 are driven by magnetic force, the torque limiter function works against an excessive load, so that the attached arm and related machines are prevented from being damaged. Furthermore, the danger is avoided by the limit action even in an emergency where a hand is caught during output.
[0018]
In addition, the magnetic screw used for the output of the vertical movement also causes an out of step with respect to a large resistance because the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 are coupled by a magnetic force. However, the limit action resulting from this step-out prevented the danger and resulted in higher safety.
Moreover, the magnetic screws 34 and 24 can adjust the attractive force due to the magnetic force between the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 by changing the pitch of the magnetic screws, that is, the width of the magnetic bands 36 and 28. The load on the output shaft 31 can be handled.
[0019]
Next, a second embodiment of the output device according to the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view showing the output device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the output device of the said 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The output device of the present embodiment also uses the DD motor 2 as a power source for rotational motion output and the stepping motor 3 as a power source for vertical motion output. The DD motor 2 is fixed on the motor mount 1, and a stepping motor 3 connected to a magnetic screw is disposed below the DD motor 2, and is provided by a support cylinder 4.
And the vertical drive part 41 provided with the magnetic screw is assembled | attached to DD motor 2 which gives such a rotational motion. The vertical drive unit 41 is configured such that a cylindrical support holder 42 is fitted to the rotation center of the rotating body 12 constituting the DD motor 2 and rotates integrally with the rotating body 12.
[0020]
The support holder 42 increases in diameter from the motor mount 1 to the bottom, and a single bearing 43 is fitted to the expanded diameter portion. A support member 43 is suspended from the lower end of the support holder 42, and the stepping motor 3 is supported by the support member 43.
In the output device of the present embodiment, the stepping motor 3 is not coaxial with the DD motor 2 and is arranged in a state where its axis is shifted. Therefore, the motor gear 44 is fitted to the drive shaft 3 a of the stepping motor 3, and the motor gear 44 is engaged with the female screw rotating gear 45. The female screw rotation gear 45 has an axial center portion drilled through the rod 51 fixed to the fixing metal fitting 46.
[0021]
A cylindrical female screw holder 23 is fitted to the female screw rotating gear 45 and is configured to rotate integrally. The female screw holder 23 penetrates the DD motor 2 and is rotatably supported by a bearing 48 at the lower end of the support holder 42 and a bearing 49 provided at the top of the DD motor 2. The female screw holder 23 is disposed in a non-contact state with the inner peripheral surface of the support holder 42 and is configured to rotate within the support holder 42. As shown in FIG. 2, a cylindrical magnet 27 is fitted into the female screw holder 23, and helical N-pole magnetized bands 28N and S-pole magnetized bands 28S are alternately magnetized on the inner peripheral surface thereof. A female magnetic screw 24 composed of the magnetized band 28 is formed.
[0022]
On the other hand, a cylindrical male screw holder 33 is inserted so as to cover the rod 51 fixed to the fixing bracket 47, and a columnar head 52 is fitted to the upper end thereof. A cylindrical magnet 35 is fitted to the outer periphery of the male screw holder 33, and a helical N-pole magnetized band 36N and a S-pole magnetized band 36S are alternately magnetized in the cylindrical magnet 35 as shown in FIG. A male magnetic screw 34 made of the magnetized band 36 is formed. A guide pipe 53 is fitted into the male magnetic screw 34 so as not to come into contact with the female magnetic screw 24 to cover the whole.
The output shaft 55 is formed by the male screw holder 33, the male magnetic screw 34, the head 53, and the guide pipe 53. In order to prevent the output shaft 55 from rotating with respect to the rotating body 12, a ball spline bearing 56 is provided in the male screw holder 33, and a rod 51 forming the ball spline shaft is inserted into the ball spline shaft.
[0023]
Therefore, the output device of the present embodiment having such a configuration outputs rotation and vertical motion as follows.
First, when outputting a rotational motion, the DD motor 2 is controlled.
When the coil 14 is energized by a controller (not shown), a magnetic flux is generated around the stator 15 and acts as an attractive force and a repulsive force with respect to the permanent magnet 16, so that the rotating body 12 is rotated in a predetermined direction.
The rotation of the rotating body 12 simultaneously rotates the support holder 42 that is integrally fitted in the cylinder. If the support holder 42 rotates, the stepping motor 3 and the rod 51 fixed to the fixing bracket 47 are also rotated. Therefore, the rotation is also transmitted to the output shaft 55, and the rotation is output from the output shaft 55.
[0024]
Next, when outputting a vertical motion, the stepping motor 3 is controlled.
When the rotation of the DD motor 2 is stopped and the stepping motor 3 is energized by a controller (not shown), the rotor is rotated by the generated magnetic flux, and rotation in a predetermined direction is output from the motor shaft 3a. The rotation of the motor shaft 3 a is transmitted from the motor gear 44 to the female screw rotation gear 45, and the rotation is given to the female screw holder 23 fixed to the female screw rotation gear 45.
When rotation is given to the female screw holder 23, the female magnetic screw 24 also rotates in the same manner. In the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 and the magnetized bands 36, 28 are attracted to different polarities (36N and 28S, 36S and 28N). Therefore, when rotation is given to the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 tries to follow the rotation. However, since the rotation of the output shaft 55 having the male magnetic screw 34 is restricted by the ball spline bearing 56, a thrust acts on the male magnetic screw 34 and the rod 31 moves upward or downward.
[0025]
Therefore, according to the output device of the present embodiment configured as described above, the rotary motion is output by the DD motor 2, and the vertical motion is output by the stepping motor 3 provided with the magnetic screws 34 and 24. Any output can be controlled arbitrarily.
Further, since the DD motor 2 and the stepping motor 3 are driven by magnetic force, the torque limiter function works against an excessive load, so that the attached arm and related machines are prevented from being damaged. Furthermore, the danger is avoided by the limit action even in an emergency where a hand is caught during output.
[0026]
In addition, the magnetic screw used for the output of the vertical movement also causes an out of step with respect to a large resistance because the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 are coupled by a magnetic force. However, the limit action resulting from this step-out prevented the danger and resulted in higher safety.
Moreover, the magnetic screws 34 and 24 can adjust the attractive force due to the magnetic force between the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 by changing the pitch of the magnetic screws, that is, the width of the magnetic bands 36 and 28. The load on the output shaft 31 can be handled.
[0027]
Note that the present invention is not limited to the one shown in the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the DD motor 2 is used as the power source that outputs the rotational motion, and the stepping motor 3 is used as the power source that outputs the vertical motion. It may be.
[0028]
【The invention's effect】
The present invention includes a first servo motor for arbitrarily rotating a rotating body formed with a hollow portion at the center of rotation, a second servo motor fixed to the rotating body, and a rotatable inside the hollow portion of the rotating body. A cylindrical female screw holder supported and connected to the motor shaft of the second servo motor, a female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder, and a shaft without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. A cylindrical male screw holder loaded in the female magnetic screw, a male magnetic screw provided on the outer peripheral surface of the male screw holder, and a male magnetic screw are provided integrally with the first servo. Since it has an output shaft projecting from the hollow portion of the motor, the rotary motion by the first servo motor and the linear motion by the second servo motor are output from the output shaft, and the rotation and vertical output are respectively output. The can be arbitrarily set, and to rotate by the magnetic force with the first servo motor and the second servo motor, it becomes possible to provide an output device having a torque limiter function in the rotational and vertical directions of operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an output device according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a male magnetic screw and a female magnetic screw.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of an output device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 DD motor 12 Rotating body 14 Coil 15 Stator 16 Permanent magnet 21 Support holder 23 Female screw holder 24 Female magnetic screw 31 Rod 32 Ball spline bearing 33 Male screw holder 34 Male magnetic screw

Claims (3)

コイルが巻回され円周方向に配設されたステータと、前記ステータに対面する複数の永久磁石が固着され、回転中心に中空部をもって形成された回転体とを備え、前記コイルへの通電により発生する磁束によって前記回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、
前記回転体に対して固設され、回転を出力するモータ軸を任意に回転させる第二サーボモータと、
前記回転体の中空部内に回転自在に支持され、前記第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、
前記雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、
前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、前記雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、
前記雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、
前記雄磁気ネジと一体に設けられ、前記第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有することを特徴とする出力装置。
A stator around which a coil is wound and disposed in a circumferential direction; a plurality of permanent magnets facing the stator; and a rotating body formed with a hollow portion at the center of rotation. A first servo motor that arbitrarily rotates the rotating body with generated magnetic flux;
A second servo motor that is fixed to the rotating body and arbitrarily rotates a motor shaft that outputs rotation;
A cylindrical female screw holder rotatably supported in the hollow portion of the rotating body and connected to the motor shaft of the second servomotor;
A female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder;
A cylindrical male screw holder that is movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servomotor, and is loaded in the female magnetic screw;
A male magnetic screw provided on the outer peripheral surface of the male screw holder;
An output device comprising an output shaft provided integrally with the male magnetic screw and protruding from a hollow portion of the first servomotor.
請求項1に記載の出力装置において、
前記出力軸は、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドに前記雄磁気ネジが一体に形成されたものであることを特徴とする出力装置。
The output device according to claim 1,
The output shaft is characterized in that the male magnetic screw is integrally formed on a rod loaded so as to be movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. Output device.
請求項1に記載の出力装置において、
前記出力軸は、前記第二サーボモータに固定されたロッドに対し、回転することなく軸方向にのみ移動自在にはめ込まれた前記雄ネジホルダであることを特徴とする出力装置。
The output device according to claim 1,
The output device is characterized in that the output shaft is the male screw holder that is inserted into the rod fixed to the second servo motor so as to be movable only in the axial direction without rotating.
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