JP5158534B2 - 複合駆動モータ - Google Patents

Description

本発明は、シャフトを回転及び直進駆動させる複合駆動モータに関する。

一般に、ＤＣモータ、サーボモータ、ステッピングモータなどの回転モータ機構による回転駆動と、Ｎ極とＳ極が交互に配列されてなる棒状マグネットまたはコイル部材を、移動子側又は固定子側に組として設け、コイル励磁により移動子を進退動させるリニアモータ機構の直進駆動とを、一つのシャフトで行うことが要求される。

ところで従来、シャフトを回転駆動と直進駆動とを複合的に駆動させる複合駆動装置として、例えば、特許文献１や特許文献２に記載される２軸複合モータなるものが知られている。このものは、回転モータ及びリニアモータを備えており、リニアモータの駆動によって直動軸を直進駆動させるだけでなく、回転モータの駆動によって直動軸を回転駆動させることができるものである。

しかしながら、特許文献１、２に記載される２軸複合モータでは、直動軸と回転モータをスプラインにより連結し、回転モータとリニアモータと間で回転軸を軸支させ、直動軸に対する回転軸マグネットの移動を規制することで直動軸移動子が移動する、所謂２つのモータをスプライン軸受を介して連結した構造となっているため、リニアモータが複雑でかつ特殊な構造になり、恒久性に欠け、コストアップを招来するという問題がある。

また、直動軸と回転モータをスプラインで連結する場合、スプライン部には、直動軸のスライドを許容するためのクリアランスが必要になるため、直動軸に回転方向のガタツキが発生するという問題もある。

さらに、直進駆動においては、リニアスケールなどを用いて直動軸の移動位置を検出する場合があるが、直動軸を直進及び回転駆動させる特許文献１や２の如き２軸複合モータでは、リニアスケールによる直動軸の位置検出が困難になるという問題もある。
特開２００２−１７１７２９号公報 特開平８−２３７９３１号公報

本発明は、上記の如き問題点を一掃すべく創案されたものであって、回転子と移動子を夫々独立駆動することで、シャフトを回転及び直進させる複合的な動作が行えるものでありながら、シャフトに並設された回転子と移動子とを直接的に駆動制御することができ、両固定子間をシャフトのストローク域として利用することを可能とし、その構造を簡略化して製作の容易化やコストダウンを図り、従来の回転モータやリニアモータなどと同様の軸架構造をもって製作できる複合駆動モータの提供を目的とする。

上記課題を解決するために本発明の複合駆動モータは、マグネットとコイルを一対とする回転子と固定子を備えた回転モータ機構、および移動子と固定子を備えたリニアモータ機構により構成され、各々のコイル励磁によってシャフトを回転駆動と相対的な直進駆動をさせる複合駆動モータであって、
前記回転子と移動子とを、モータケース内の空間を共有すべく前記シャフトの同軸上に並設せしめて内装し、その両側に配設した軸受ガイドで前記シャフトを回動および直動可能に軸架せしめて、移動子の励磁制御によりシャフトと共に進退移動するよう構成すると共に、前記モータケース内には、前記移動子の固定子両側に空間域を設け、該空間域に移動子の移動ストローク域を設定せしめ、前記回転子を、その固定子よりも短く設定することで、前記移動子の移動ストローク域に対応して励磁制御を可能に構成する一方、前記移動子を、その固定子よりも長く設定し、かつ前記回転子よりも細径に設定することで、前記空間域における隣設する軸受ガイド側に達する位置までと、回転子の固定子側に達する位置までを前記移動ストローク域として、前記回転子を回転停止状態で直進駆動させた際に、その固定子内に先端部が挿入されて対向する状態まで励磁制御を可能とすべく構成せしめたことを特徴とするものである。
また、上記課題を解決するために本発明の複合駆動モータは、マグネットとコイルを一対とする回転子と固定子を備えた回転モータ機構、および移動子と固定子を備えたリニアモータ機構により構成され、各々のコイル励磁によってシャフトを回転駆動と相対的な直進駆動をさせる複合駆動モータであって、前記回転子と移動子とを、モータケース内の空間を共有すべく前記シャフトの同軸上に並設せしめて内装し、その両側に配設した軸受ガイドで前記シャフトを回動および直動可能に軸架せしめて、移動子の励磁制御によりシャフトと共に進退移動するよう構成すると共に、前記モータケース内には、前記移動子の固定子両側と、前記回転子の固定子側と隣設する軸受ガイド間にそれぞれ空間域を設け、該空間域に移動子の移動ストローク域を設定せしめ、前記回転子を、その固定子よりも短く設定することで、前記移動子の移動ストローク域に対応して励磁制御を可能に構成する一方、前記移動子を、その固定子よりも長く設定することで、前記空間域における隣設する軸受ガイド側に達する位置までと、回転子の固定子側に達する位置までを前記移動ストローク域として、前記回転子の回転停止時に直進駆動させた際、回転子が前記空間域を介して軸受ガイドに達する励磁不能状態となる位置まで励磁制御を可能とすべく構成せしめたことを特徴とするものである。

本発明は、上記のように構成したことにより、回転子と移動子を夫々独立駆動することで、シャフトを回転及び直進させる複合的な動作が行えるものでありながら、シャフトに一体的に並設された回転子と移動子とを直接的に駆動制御することが可能となり、その結果、回転子と移動子の間に軸受部材などの部材を介在させる必要が無くなり、両者の固定子間を移動子のストローク域として利用し得て、移動子を、回転子の固定子までに達する位置、または対向状態となる位置まで移動する励磁制御が行えるようになり、モーターケース内の空間域を有効に活用したストローク設定が可能となるばかりか、シャフトは、回転子と移動子がそれぞれ隣設する軸受ガイドに達する位置までを所定の移動ストロークとして直進駆動させることも可能となって、移動ストロークを大幅に確保することができ、しかも、スプラインを用いる場合に比べ、その構造を簡略化して製作の容易化やコストダウンが図れるだけでなく、シャフトにおける回転方向のガタツキが防止され、接触機構部の減少によるモータ寿命の恒久化や、メンテナンスの減少を図ることができ、従来の回転モータやリニアモータなどと同様の軸架構造をもって製作できる。

以下、本発明の実施の形態を好適な実施の形態として例示する複合駆動モータおよび複合駆動装置（以下単に「複合駆動モータ」という）を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る複合駆動モータの縦断面図、図２は、回転モータ機構部の水平断面図である。この図に示すように、複合駆動モータ１は、筒状のモータケース２と、該モータケース２の両端部に設けられたロータリーベアリングからなる軸受ガイド３と、該軸受ガイド３に軸架されスライド及び回転自在に支持される回転・直動シャフト（モータ軸）４と、モータケース２内に設けられたリニアモータ機構部５、および回転モータ機構部６などから構成されている。

リニアモータ機構部５は、前記シャフト４に直接的に設けられた移動子５１と、モータケース２の内壁に移動子５１に対向して設けられた固定子５２とを備えて構成される。移動子５１は、例えば、Ｎ極とＳ極が交互に配列された棒状マグネット（永久磁石）で構成され、固定子５２は、移動子５１を励磁し、シャフト４を所定の移動ストローク域をもって直進駆動（進退動作）させるコイル部材で構成される。

また、固定子５２には、図示しないシャフト４の軸線方向に所定間隔を存して配列される複数（例えば４つ）磁気センサ（ホール素子等）を備えており、該磁気センサが検出するシャフト４の磁束変化に基づいて移動子５１の位置位置検出を行うようになっている。尚、リニアモータ機構部５におけるシャフト４の直進駆動方式に制限はなく、例えば、移動子５１をコイル部材で構成し、固定子５２を棒状マグネットで構成しても良い。

回転モータ機構部６は、サーボモータ機構を採用し、前記シャフト４に直接的に設けられた回転子６１と、モータケース２の内壁に回転子６１の外周に嵌装されて設けられた筒状の固定子６２とを備えて構成される。回転子６１は、例えば、円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁されたマグネット（永久磁石）で構成され、固定子６２は、回転子６１を励磁しシャフト４を回転駆動させるコイル部材、即ち回転子６１の磁極に対向する複数の極歯、および励磁コイルを有するヨークで構成される。

また、固定子６２は、前記リニアモータ機構部５の直進駆動により、シャフト４が移動する前記所定の移動ストローク域に対応して、その軸線方向に回転子６１よりも長く設定されており、回転子６１がシャフト４と共に所定の移動ストローク域を移動してもコイル励磁による制御が可能に構成されている。なお、回転モータ機構部６における回転駆動方式に制限はなく、例えば、ＤＣモータ、ＡＣサーボモータ、ステッピングモータなどの各種モータ機構を回転位置検出の要・不要等の機能や性能に応じて採用することができ、また、回転子６１をコイル部材で構成し、固定子６２をマグネットで構成しても良く、前記所定の移動ストローク域に対応して回転子６１を固定子６２よりも長く設定しても良い。

前記モータケース２とシャフト４は、それぞれリニアモータ機構部５側と回転モータ機構部６側で分割して製作した後、シャフト４をモータケース２内の空間を共有する状態でそれぞれを一体的に連結させることで、回転子６１と移動子５１がシャフト４の同軸上（同軸線上）に一体的に並設して内装させる構成となっている。このように製作すると、固定子５２、６２をそれぞれ分割されたモータケース２の内壁に取り付けし、また、移動子５１と回転子６１をそれぞれ分割されたシャフト４に組み付けする作業を容易に行うことができるだけでなく、要求される移動ストローク設定による直動機能や、使用する回転モータの機能に応じて組合せ設定が容易に行え、複合駆動モータ１のバリエーション化を図ることができるものである。

叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、複合駆動モータ１は、シャフト４を直進駆動させるリニアモータ機構部５と、シャフト４を回転駆動させる回転モータ機構部６とを備えており、各々の固定子５２、６２のコイル励磁によってシャフトを回転駆動と相対的な直進駆動を行うのであるが、前記回転子６１と移動子５１とが、モータケース２内にその空間（移動子５１や回転子６１の移動を規制しないための空間域）を共有して、前記シャフト４の同軸上に並設して内装されており、該シャフト４がその両側の軸受ガイド３に軸架され回転及びスライド（直進）自在に支持された構成となっている。つまり、シャフト４は、回転子６１と移動子５１がそれぞれ隣設する軸受ガイド３に達する位置までを所定の移動ストロークとして直進駆動することが可能な構成となっており、シャフト４を、リニアモータ機構部５と回転モータ機構部６とによって、それぞれ別々に駆動制御して、任意の回転速度と進退速度の組合せによる精度の高い駆動制御により、回転動作と進退動作を同時に、または別々に行うことができるようになっている。

このように構成すれば、回転子６１と移動子５１を夫々独立駆動することで、シャフト４を回転及び直進させる複合的な動作が行えるものでありながら、シャフト４に一体的に並設された回転子６１と移動子５１とを、コイル励磁によって直接的に駆動制御することが可能となり、その結果、回転子６１と移動子５１との間に、例えば、回転子６１の移動を規制してしまう軸受部材などの部材を介在させる必要が無くなり、移動子５１を固定子６２までに達する位置、または対向状態となる位置までの移動する空間域を有効に活用したストローク設定が可能となり、両固定子５２，６２間をシャフト４の移動ストローク域として有効に利用することができる。つまり、シャフト４を回転停止状態で直進駆動させた場合には、回転モータ機構部６のコイル励磁によって影響を受けることが無いため、回転子６１を固定子６２と対向する状態が外れる（図１の仮装線で表した外れた部分）励磁不能状態となるまで移動させて、移動子５１を固定子６２と対向する状態（図１の仮装線で表した挿入した部分）まで移動することができ、移動ストロークを大幅に確保することができる。しかも、従来のスプラインを用いる場合に比べ、その構造を簡略化して製作の容易化やコストダウンが図れるだけでなく、シャフトにおける回転方向のガタツキが防止され、接触機構部の減少によるモータ寿命の恒久化や、メンテナンスの減少を図ることができ、一般の回転モータやリニアモータなどと同様の軸架構造をもって製作できる。

また、前記回転子６１は、前記移動子５１（シャフト４）の移動ストローク域に対応して励磁制御可能に構成され、シャフト４と共に直進移動すべく構成してある。つまり、本実施形態では、前記回転子６１とその固定子６２は、固定子６２側を前記移動ストローク域に対応して回転子６１より長く設定し、回転子６１の停止時と移動時の励磁制御を可能に構成してあるので、特に、シャフト４の回転動作と進退動作が同時に行われる駆動制御に際して、回転子６１が進退動作に追随して移動したとしても、励磁範囲が拡張され、回転子６１に対するコイル励磁を継続して行うことができる。したがって、回転子６１と固定子６２を同じ長さに設定しても良いが、その様に設定された場合に比し、移動子５１が固定子６２に達し励磁不能状態となる位置まで移動ストローク域を長く設定することができ、かつ、シャフト４への回転駆動力を与える範囲を拡張し得て、精度の高い組合せ駆動制御が行える利点がある。

本発明の実施形態に係る複合駆動モータの縦断面図である。 本発明の実施形態に係る複合駆動モータにおける回転モータ機構部の水平断面図である。

符号の説明

１ 複合駆動モータ
２ モータケース
３ 軸受ガイド
４ シャフト
５ リニアモータ機構部
５１ 移動子
５２ 固定子
６ 回転モータ機構部
６１ 回転子
６２ 固定子

Claims (5)

1. マグネットとコイルを一対とする回転子と固定子を備えた回転モータ機構、および移動子と固定子を備えたリニアモータ機構により構成され、各々のコイル励磁によってシャフトを回転駆動と相対的な直進駆動をさせる複合駆動モータであって、
   前記回転子と移動子とを、モータケース内の空間を共有すべく前記シャフトの同軸上に並設せしめて内装し、その両側に配設した軸受ガイドで前記シャフトを回動および直動可能に軸架せしめて、移動子の励磁制御によりシャフトと共に進退移動するよう構成すると共に、
   前記モータケース内には、前記移動子の固定子両側に空間域を設け、該空間域に移動子の移動ストローク域を設定せしめ、
   前記回転子を、その固定子よりも短く設定することで、前記移動子の移動ストローク域に対応して励磁制御を可能に構成する一方、
   前記移動子を、その固定子よりも長く設定し、かつ前記回転子よりも細径に設定することで、前記空間域における隣設する軸受ガイド側に達する位置までと、回転子の固定子側に達する位置までを前記移動ストローク域として、前記回転子を回転停止状態で直進駆動させた際に、その固定子内に先端部が挿入されて対向する状態まで励磁制御を可能とすべく構成せしめたことを特徴とする複合駆動モータ。
2. マグネットとコイルを一対とする回転子と固定子を備えた回転モータ機構、および移動子と固定子を備えたリニアモータ機構により構成され、各々のコイル励磁によってシャフトを回転駆動と相対的な直進駆動をさせる複合駆動モータであって、
   前記回転子と移動子とを、モータケース内の空間を共有すべく前記シャフトの同軸上に並設せしめて内装し、その両側に配設した軸受ガイドで前記シャフトを回動および直動可能に軸架せしめて、移動子の励磁制御によりシャフトと共に進退移動するよう構成すると共に、
   前記モータケース内には、前記移動子の固定子両側と、前記回転子の固定子側と隣設する軸受ガイド間にそれぞれ空間域を設け、該空間域に移動子の移動ストローク域を設定せしめ、
   前記回転子を、その固定子よりも短く設定することで、前記移動子の移動ストローク域に対応して励磁制御を可能に構成する一方、
   前記移動子を、その固定子よりも長く設定することで、前記空間域における隣設する軸受ガイド側に達する位置までと、回転子の固定子側に達する位置までを前記移動ストローク域として、前記回転子の回転停止時に直進駆動させた際、回転子が前記空間域を介して軸受ガイドに達する励磁不能状態となる位置まで励磁制御を可能とすべく構成せしめたことを特徴とする複合駆動モータ。
3. 前記回転子と移動子は、それぞれが隣設する軸受ガイドに達する位置までを移動ストローク域として励磁制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の複合駆動モータ。
4. 前記回転子とその固定子は、該回転子側を、円周面にＳ極とＮ極とが交互に連続形成するよう多極に着磁されたマグネットで構成し、固定子側を励磁コイルで構成してあることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の複合駆動モータ。
5. 前記移動子とその固定子は、該移動子側を、軸線方向にＳ極とＮ極とが交互に配列された棒状マグネットで構成し、固定子側を励磁コイルで構成してあることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の複合駆動モータ。