JP4106029B2

JP4106029B2 - センサーと電子ブレーキを備える伸長方式の電気アクチュエータ

Info

Publication number: JP4106029B2
Application number: JP2003565029A
Authority: JP
Inventors: チャン−グン・パーク
Original assignee: チャン−グン・パーク
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2023-01-27
Also published as: CN1620748A; JP2005516576A; US7141897B2; KR20030065091A; US20050168078A1; CN100454746C; WO2003065562A1

Description

本発明は電気アクチュエータに関し、より詳細にはシリンダー構造でモータ駆動させることによって、アクチュエータ自身を伸長可能とした電気アクチュエータに関するものである。

従来の電気アクチュエータは固定された枠上で、当該枠に取り付けられた移送機構を利用して、その枠の長さ内で移動するため、油圧シリンダーや空気圧シリンダーと同じような自己伸長機能を備えていなかった。

また、既存の電気アクチュエータは、それ自身のモータの性能によって加えられる負荷により、逆方向への回転時には、停止しなければならなかった。

前記課題を解決するために、本発明の目的は電気モータ自身が伸長する機能を有し、電気モータによって駆動され、また如何なる停止を伴わずに高速で逆回転を達成する電気アクチュエータの提供を目的とする。

本発明の上記目的及び他の目的を達成するために、電気アクチュエータを駆動するモータと、接続部に前記モータの軸を接続しかつ前記モータの外表面を取り囲むための螺旋シリンダーであって、当該螺旋シリンダーに右螺旋及び左螺旋の螺旋溝が形成され、第１及び第２ボール螺旋ナットを備え、前記第１ボール螺旋ナットに配置された第１電子ブレーキを備え、前記第２ボール螺旋ナットに配置された第２電子ブレーキを備え、これによって非停止で往復直線運動を可能にする、螺旋シリンダーと、外側シリンダーであって、前記第１及び第２ボール螺旋ナットに接触するスラスト軸受を備え、前記螺旋シリンダーの移動距離を測定するために、その固定部の表面に配置されたセンサーを備え、これによって、前記第１及び第２電子ブレーキが前記第１及び第２ボール螺旋ナットの作動制御を可能とする、外側シリンダーとを備える、電気アクチュエータが提供される。

本発明の更なる目的及び効果は、添付図と共に以下の詳細な説明からより完全に理解されるであろう。

以下、本発明を実施するための好ましい実施形態を添付の図面を参照して説明する。
図１に示すように、固定部（１７）を装着したモータ（１）は、当該モータの軸と接続された接続溝（５）を通じて、螺旋シリンダー（３）に接続されている。モータ（１）外表面の両側部に軸受（１５）を装着することにより、モータケースと螺旋シリンダー（３）とが全て移動可能となる。

外側シリンダー（２）の円滑な移動を目的として、螺旋シリンダー（３）は、当該螺旋シリンダー（３）の一端の両側部にボール軸受（１４）が配設されている。
螺旋シリンダー（３）は、その表面に螺旋溝（４）が提供され、それぞれの螺旋溝（４）を介してボール軸受が案内される。この場合に、螺旋溝（４）は、螺旋シリンダー（３）の一端部から開始し、右螺旋方向と左螺旋方向に互いに１回転時に２回交差するように加工されている。

外側シリンダー（２）は、第１ボール螺旋ナット（６）と第２ボール螺旋ナット（９）とを備えており、第１ボール螺旋ナット（６）は、その内径に右螺旋方向にボール（転動体）を備えており、第２ボール螺旋ナット（９）は、その内径に左螺旋方向のボールを備えている。第１ボール螺旋ナット（６）はそこに装着される第１電子ブレーキ（８）を含み、第２ボール螺旋ナット（９）はそこに装着される第２電子ブレーキ（７）を含む。

図５に示すように、第１電子ブレーキ（８）は、複数の摺動ロッド（２２）と、当該摺動ロッドの下部に配置される複数のスプリング（１０）とを備えており、それらは９０度の間隔で離間するように配置されており、第１ボール螺旋ナット（６）はボール（１９）を１回転の範囲で無限回転するように構成されている。

図４に示すように、センサー（１３）はその出力線が距離出力信号ユニットと制御ユニットとに接続しており、第１及び第２電子ブレーキ（８）、（７）はその制御ユニットに接続され、これによって命令入力回路が構築される。

次に、本発明の電気アクチュエータの作動例を説明する。
図３に示すように、第１及び第２電子ブレーキ（８）、（７）に電力を供給した後に、モータ（１）がその軸を正面視で右螺旋の回転方向に回転すれば、螺旋シリンダー（３）は同じ方向で見ると、右螺旋の回転方向に回転する。この時モータ（１）は固定部（１７）により固定状態にある。

螺旋シリンダー（３）が右螺旋の回転方向に回転する時に、第１電子ブレーキ（８）への信号の供給を停止すれば、スプリング（１０）により第１電子ブレーキ（８）が摺動溝（２１）に沿って移動し、第１ボール螺旋ナット（６）が固定されることにより、第１ボール螺旋ナット（６）にブレーキがかけられる。これによって、右螺旋方向のボールを備える第１ボール螺旋ナット（６）は、螺旋シリンダー（３）の回転による負荷を受けてスラスト軸受（１１）に圧力を加えることにより、センサー（１３）に向かって螺旋シリンダー（３）を移動させる。

この時、センサー（１３）は測定された距離信号を制御ユニットに伝達し、この距離信号は次の信号情報として活用される。螺旋シリンダー（３）をセンサー（１３）に対して反対方向に移動するならば、第１電子ブレーキ（８）に電力が供給され、第２電子ブレーキ（７）への通電が可能とされる。これによって、第２電子ブレーキ（７）はスプリング（１０）により作動する結果、第２ボール螺旋ナット（９）が停止することになる。この時、螺旋シリンダー（３）は、その回転中に左螺旋方向に案内されたボールを備える第２ボール螺旋ナット（９）の負荷を受けて、第２ボール螺旋ナット（９）は停止したまま、第２ボール螺旋ナット（９）に接触するスラスト軸受（１１）に負荷を与え、その一方、第２ボール螺旋ナット（９）は、左螺旋方向に案内されるボールの作動によって停止される。その結果として、螺旋シリンダー（３）は、センサー（１３）に対して反対方向に移動する。この場合、第１ボール螺旋ナット（６）は、スラスト軸受（１１）に若干負荷を加えながら、螺旋シリンダー（３）と共に自由回転する。

螺旋シリンダー（３）の回転を停止する必要があれば、各電子ブレーキへの電源を遮断することにより、両ボール螺旋ナットの作動が停止される。
正常な場合に電源が遮断される時には、電気アクチュエータの伸長が制限され、その結果、ほぼその原形が維持される。

図６Ａから図６Ｃに示されるように、モータ（１）の回転方向と第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の方向とに従って、スラスト軸受（１１）は異なって配置される。

図６Ａに示されるように、モータが右螺旋方向に回転する場合、第１ボール螺旋ナット（６）が右螺旋方向に配置され、第２ボール螺旋ナット（９）が左螺旋方向に配置される時に、スラスト軸受（１１）は第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）のそれぞれの両側部に形成される。

図６Bに示すように、右螺旋方向にモータを回転する場合、第１ボール螺旋ナット（６）が左螺旋方向に配列され、第２ボール螺旋ナット（９）が右螺旋方向に配列される時に、スラスト軸受（１１）は第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の内側に形成される。

上述と同じように、左螺旋方向にモータが回転する場合、第１ボール螺旋ナット（６）が右螺旋方向に配列され、第２ボール螺旋ナット（９）が左螺旋方向に配列される時に、スラスト軸受（１１）は、図６Ｃに示すように、第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の内側に形成される。

また、左螺旋方向にモータが回転する場合、第１ボール螺旋ナット（６）が左螺旋方向に配列され、第２ボール螺旋ナット（９）が右螺旋方向に配列される時に、スラスト軸受（１１）は、図６Ｄに示すように、第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の内側に形成される。

上述の通り、本発明の電気アクチュエータは、既存の電気アクチュエータの短所を取り除き、それによって電気アクチュエータ自身が伸長可能である新しい電気アクチュエータを提供し、むろん、本発明の電気アクチュエータは人工筋肉の構成要素とすることも可能である。即ち、センサー（１３）は感覚神経として作動し、第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）は運動神経として作動し、さらに神経にフィードバックを行う。従って、本発明の電気アクチュエータは、ロボット工業の分野において容易に適用できる。

一方、本発明は少数の実施形態を参照して説明したが、この説明は本発明の例示であり本発明を限定するものとして構成したものではない。特許請求の範囲に規定される発明の本来の精神と範囲を逸脱することなく、当業者であれば種々の変形が可能である。

本発明の電気アクチュエータの正面断面図である。電気アクチュエータの螺旋シリンダーの螺旋溝の構造図である。電気アクチュエータの作動を示す断面図である。制御ユニットに接続されるセンサの構造図である。電気アクチュエータの作動部を示す詳細図である。（Ａ）乃至（Ｄ）はモータの回転方向とボール螺旋ナットのボールの方向とに従うスラスト軸受の異なる配置形式を示す図である。

Claims

電気アクチュエータを駆動するモータ（１）と、
接続部（５）に前記モータの軸を接続しかつ前記モータの外表面を取り囲むための螺旋シリンダー（３）であって、当該螺旋シリンダー（３）に右螺旋及び左螺旋の螺旋溝（４）が形成され、第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）を備え、前記第１ボール螺旋ナット（６）に配置された第１電子ブレーキ（８）を備え、前記第２ボール螺旋ナット（９）に配置された第２電子ブレーキ（７）を備え、これによって非停止で往復直線運動を可能にする、螺旋シリンダー（３）と、
前記第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）に接触するスラスト軸受（１１）を備える外側シリンダー（２）であって、前記螺旋シリンダー（３）の移動距離を測定するために、その固定部（１６）の表面に配置されたセンサー（１３）を備え、これによって、前記第１及び第２電子ブレーキ（８）、（７）が前記第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の作動制御を可能とする、外側シリンダー（２）とを備える、電気アクチュエータ。
請求項１記載の電気アクチュエータにおいて、前記モータ（１）の軸を前記接続部（５）に接続するために、前記螺旋シリンダー（３）を前記モータ（１）の外側に配置し、これによって、前記モータ（１）の回転力を伝達する、電気アクチュエータ。
請求項１記載の電気アクチュエータにおいて、前記螺旋シリンダーが複数のスプリング（１０）及び摺動溝（２１）を備え、これらは当該螺旋シリンダーの内表面に配置され、前記複数のスプリング及び摺動溝は、前記第１及び第２電子ブレーキ（８）、（７）を駆動することにより、前記第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）を制御する、電気アクチュエータ。
請求項１記載の電気アクチュエータにおいて、前記外側シリンダー（２）を円滑に移動するために、前記螺旋シリンダー（３）はその端部の両側部に軸受（１４）をそれぞれ備える、電気アクチュエータ。
請求項１記載の電気アクチュエータにおいて、モータケース及び前記螺旋シリンダー（３）を円滑に移動するために、前記モータ（１）はその外側の両側部に軸受（１５）をそれぞれ備える、電気アクチュエータ。
請求項１又は３記載の電気アクチュエータにおいて、前記モータの回転方向と前記第１及び第２ボール摺動ナット（６）、（９）のボールの方向とに従って、前記スラスト軸受（１１）が異なって配置される、電気アクチュエータ。
請求項１記載の電気アクチュエータにおいて、前記センサー（１３）は前記外側シリンダー（２）の前記固定部（１６）の表面に配置され、当該センサー（１３）は前記螺旋シリンダー（３）の移動距離を測定し、その結果、前記第１及び第２電子ブレーキ（８）、（７）が前記第１及び第２ボール螺旋ナット（６）、（９）の作動を制御する、電気アクチュエータ。