JP5206749B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、出力軸が回転と直動の2つの動作を行うアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator in which an output shaft performs two operations of rotation and linear motion.

従来、回転動作と直動動作を実現するために、本出願人らは、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ると共に、可動子の一端の直動回転スケールと固定子の一端の直動回転検出器を対向配置する構成にして、可動子の出力軸に直接トルクと推力を発生させるアクチュエータを提案している(例えば、特許文献1を参照)。   Conventionally, in order to realize the rotation operation and the linear motion operation, the present applicants overlap the armature windings of the rotary motor and the linear motor concentrically, and at the same time, the linear motion rotation scale and the stator at one end of the mover. An actuator that directly generates torque and thrust on the output shaft of the mover has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−143385号公報JP 2007-143385 A

本出願人は、さらに研究開発を進める中で、市場のニーズに適応したアクチュエータの高精度化や高出力化に取り組むことが必要であると判断した。
したがって、本発明は高精度化や高出力化されたアクチュエータを提供することを目的とする。
The Applicant determined that it was necessary to tackle higher accuracy and higher output of the actuator adapted to market needs while further research and development.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an actuator with high accuracy and high output.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、アクチュエータに係り、フレームの内部に同心円状となるように出力軸の長手方向の複数箇所に配置され、前記出力軸の直動方向および回転方向を支持する支持機構と、前記出力軸の長手方向における前記支持機構の間に同心円状に配置され、前記出力軸を直動方向および回転方向に駆動するモータ部と、前記出力軸の回転方向の角度を検出する第1の検出部と、前記出力軸の直動方向の変位を検出する第2の検出部とを含む検出器部と、を備え、前記モータ部は、界磁とする永久磁石と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に移動磁界を発生する電機子とを備え、前記モータ部の前記電機子は、前記出力軸を回転方向に駆動する第1の電機子巻線と、前記第1の電機子巻線と同心円状に重畳するように配置され、前記出力軸を直動方向に駆動する第2の電機子巻線とを備え、前記支持機構は、前記出力軸を回転自在に支持する第1の軸受と、前記出力軸を直動自在に支持する第2の軸受とを備え、前記第2の軸受は、前記出力軸の長手方向に沿って前記第2の軸受の外筒端部から突出されたカラーが接続され、前記第1の検出の被検出体は、前記第2の軸受の外筒端部から突出した前記カラーに取り付けられ、他方の検出器は前記フレームに取り付けられたことを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載のアクチュエータにおいて、前記支持機構は、前記フレームに前記出力軸を回転自在に支持する前記第1の軸受が取り付けられ、前記第1の軸受の内周面に前記出力軸を直動自在に支持する前記第2の軸受を備えたことを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項1記載のアクチュエータにおいて、前記検出器部を前記出力軸の負荷側に配置すると共に、前記モータ部を前記出力軸の反負荷側に配置したことを特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項1記載のアクチュエータにおいて、前記出力軸を非磁性材料にて構成したことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 relates to an actuator, and is a support mechanism that is arranged at a plurality of locations in the longitudinal direction of the output shaft so as to be concentric inside the frame, and supports the linear motion direction and the rotational direction of the output shaft. And a motor unit that is concentrically disposed between the support mechanisms in the longitudinal direction of the output shaft, and that drives the output shaft in a linear motion direction and a rotational direction, and a rotation angle of the output shaft is detected. And a detector unit including a second detection unit that detects a displacement of the output shaft in the linear motion direction. The motor unit includes a permanent magnet as a field, and the field magnet. And an armature that is disposed opposite to the magnetic gap and generates a moving magnetic field, and the armature of the motor unit includes a first armature winding that drives the output shaft in a rotation direction; It overlaps with the first armature winding concentrically. Disposed, and a second armature winding for driving said output shaft in the linear motion direction, wherein the support mechanism includes a first bearing for rotatably supporting the output shaft, straight to the output shaft A second bearing that is movably supported, and the second bearing is connected to a collar protruding from an outer cylinder end of the second bearing along the longitudinal direction of the output shaft, the detection of the first detection unit is attached to the collar that protrudes from the outer cylinder end of the second bearing, the other detector is characterized in that attached to the frame.
The invention according to claim 2, in the actuator of claim 1, wherein the support mechanism, said first bearing is mounted for rotatably supporting the output shaft to the frame, of the first bearing the output shaft on the peripheral surface is characterized by having a second bearing for linearly movable support.
According to a third aspect of the present invention, in the actuator according to the first aspect, the detector unit is disposed on the load side of the output shaft, and the motor unit is disposed on the anti-load side of the output shaft. It is said.
According to a fourth aspect of the present invention, in the actuator according to the first aspect, the output shaft is made of a nonmagnetic material.

本発明によると、単位体積あたりの出力が高く、精密な回転動作と直動動作実現することができるものである。   According to the present invention, the output per unit volume is high, and a precise rotation operation and linear motion operation can be realized.

第1実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of the actuator showing the first embodiment, 図1の可動子の界磁部の説明図であって、(a)はその側面から見た断面図、(b)は(a)のA断面およびB断面に沿うX方向から見た断面図、It is explanatory drawing of the magnetic field part of the needle | mover of FIG. 1, Comprising: (a) is sectional drawing seen from the side surface, (b) is sectional drawing seen from the X direction which follows the A cross section and B cross section of (a). , 第1実施形態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 1st Embodiment, 第2実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of an actuator showing a second embodiment, 第3実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of an actuator showing a third embodiment, 第4実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of an actuator showing a fourth embodiment, 第5実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of an actuator showing a fifth embodiment, 第6実施形態を示すアクチュエータの側断面図、Side sectional view of an actuator showing a sixth embodiment, 第7実施形態を示すアクチュエータの側断面図Side sectional view of an actuator showing a seventh embodiment 第8実施形態を示すアクチュエータの側断面図Side sectional view of an actuator showing an eighth embodiment

以下、本実施の形態について図を参照して説明する。   Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the drawings.

図1は第1実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。アクチュエータについて、図1を用いて説明する。
図1において、第1実施形態の直動回転を行うアクチュエータは固定子100と可動子200から構成されており、アクチュエータの固定子100、可動子200には、出力軸201の負荷側に検出器部100bが、反負荷側にモータ部100aがそれぞれ配置されている。なお、第1実施形態および後述する他の実施形態で示されるアクチュエータは図示のX方向が鉛直方向の下向きとなるように、θ方向が回転方向となるように設置されている。
FIG. 1 is a side sectional view of an actuator showing a first embodiment. The actuator will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, the actuator that performs linear motion rotation according to the first embodiment includes a stator 100 and a mover 200, and the stator 100 and the mover 200 of the actuator include a detector on the load side of the output shaft 201. The part 100b and the motor part 100a are arranged on the side opposite to the load. The actuators shown in the first embodiment and other embodiments described later are installed so that the θ direction is the rotational direction so that the X direction shown in the drawing is downward in the vertical direction.

モータ部100aは、固定子100側に電機子コアを兼ねた円筒状の第2フレーム102、回転方向に回転磁界を発生するθ電機子巻線103、直動方向に進行磁界を発生するX電機子巻線104が同心円状に重畳して設けられている。第2フレーム102にはθ電機子巻線103とX電機子巻線104に外部電力を供給するための図示しないモータ端子が設けられている。一方、モータ部100aの可動子200側には、X電機子巻線104の内側と磁気的空隙を介して対向配置された界磁部202が出力軸201に設けられている。出力軸201は非磁性体であるステンレス鋼でできている。
このように、モータ部100aは、θ電機子巻線103とX電機子巻線104を同心円状に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができると考えられる。
The motor unit 100a includes a cylindrical second frame 102 that also serves as an armature core on the stator 100 side, a θ armature winding 103 that generates a rotating magnetic field in the rotation direction, and an X electric machine that generates a traveling magnetic field in the linear motion direction. The child windings 104 are provided so as to overlap in a concentric manner. The second frame 102 is provided with a motor terminal (not shown) for supplying external power to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104. On the other hand, on the side of the mover 200 of the motor unit 100a, a field unit 202 is provided on the output shaft 201 so as to be opposed to the inside of the X armature winding 104 via a magnetic gap. The output shaft 201 is made of stainless steel, which is a nonmagnetic material.
As described above, the motor unit 100a can shorten the length in the longitudinal direction of the actuator by arranging the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 in a concentric manner so that the output per unit volume can be reduced. Can be increased.

また、検出器部100bは出力軸201の直動方向の変位を検出する直動検出器部300と、出力軸201の回転方向の変位を検出する回転検出器部400から構成されている。
直動検出器部300は出力軸201の外周に固定された円筒状で光学式のリニアスケール301と、第1フレーム101の内周に固定された光学式のリニアセンサヘッド302から構成されている。回転検出器部400は後述するθX軸受部106のボールスプライン106aにカラー403を介して固定されたθエンコーダ401と、第1フレーム101に固定された回転センサヘッド402が配置されている。この回転検出器400を構成するθエンコーダ401には永久磁石が用いられ、回転センサヘッド402には当該永久磁石に空隙を介して対向するように第1フレーム101内側に円周に均等配置された4個のMR素子やホール素子等の磁気検出素子が用いられ、いわゆる磁気式エンコーダを構成している。なお、第1フレーム101には直動検出器部300と回転検出器部400に外部から電力を供給し、かつ、位置Xと角度θの検出信号を出力する図示しない検出器端子が設けられている。
The detector unit 100b includes a linear motion detector unit 300 that detects displacement of the output shaft 201 in the linear motion direction, and a rotation detector unit 400 that detects displacement of the output shaft 201 in the rotational direction.
The linear motion detector unit 300 includes a cylindrical optical linear scale 301 fixed to the outer periphery of the output shaft 201 and an optical linear sensor head 302 fixed to the inner periphery of the first frame 101. . The rotation detector unit 400 includes a θ encoder 401 fixed to a ball spline 106a of the θX bearing unit 106, which will be described later, via a collar 403, and a rotation sensor head 402 fixed to the first frame 101. A permanent magnet is used for the θ encoder 401 constituting the rotation detector 400, and the rotation sensor head 402 is equally arranged on the inner side of the first frame 101 so as to face the permanent magnet with a gap. Four magnetic detection elements such as MR elements and Hall elements are used to constitute a so-called magnetic encoder. The first frame 101 is provided with a detector terminal (not shown) that supplies power to the linear motion detector unit 300 and the rotation detector unit 400 from the outside and outputs detection signals of the position X and the angle θ. Yes.

また、支持機構は、検出器部100bが配置された第1フレーム101の負荷側には負荷側ブラケット107、反負荷側には反負荷側ブラケット108が配置されている。負荷側ブラケット107と反負荷側ブラケット108には、各1個のボールスプライン106aと各2個のベアリング106bにて構成されたθX軸受部106がそれぞれ配置されている。モータ部100aが配置された第2フレーム102の反負荷側にはエンドブラケット109が設けられており、エンドブラケット109の内周には、1個のボールスプライン106aと1個のベアリング106bにて構成されたθX軸受部106が配置されている。
このように、出力軸201の負荷側は、第1フレーム101の負荷側ブラケット107と反負荷側ブラケット108の2箇所にそれぞれ設けられたθX軸受部106を構成するボールスプライン106aによりX方向に直動できるように支持され、出力軸201とボールスプライン106aは該ボールスプライン106aと同じ部位の2箇所に設けられたベアリング106bによりθ方向に回転できるように支持されていることから、固定子100における第1フレーム101の部分に対して検出器部100bを配置した出力軸201を両持ちで支持すると共にθ方向の回転とX方向への直動を自在に移動可能となっている。また、出力軸201の負荷側におけるθX軸受部106を構成するボールスプラインの部位にθエンコーダ401を設けたので、検出器部を構成する出力軸201の負荷側の長さを短軸化することができる。なお、出力軸端201先端には、図示しない負荷が設けられており、負荷(不図示)をθ方向とX方向に自在に移動させることができる。
さらに、出力軸201の反負荷側は、第1フレーム101の反負荷側ブラケット108と第2フレーム102のエンドブラケット109の2箇所にそれぞれ設けられたθX軸受部106を構成するボールスプライン106aによりX方向に直動できるように支持され、出力軸201とボールスプライン106aは該ボールスプライン106aと同じ部位の2箇所に設けられたベアリング106bによりθ方向に回転できるように支持されていることから、固定子100における第2フレーム102の部分に対してモータ部100aを配置した出力軸201を両持ちで支持すると共にθ方向とX方向に自在に移動可能となっている。
The support mechanism includes a load-side bracket 107 on the load side of the first frame 101 where the detector unit 100b is disposed, and an anti-load-side bracket 108 on the non-load side. The load side bracket 107 and the anti-load side bracket 108 are respectively provided with θX bearing portions 106 each composed of one ball spline 106a and two bearings 106b. An end bracket 109 is provided on the anti-load side of the second frame 102 in which the motor unit 100a is disposed, and the inner periphery of the end bracket 109 is composed of one ball spline 106a and one bearing 106b. The θX bearing portion 106 is disposed.
As described above, the load side of the output shaft 201 is directly moved in the X direction by the ball splines 106a constituting the θX bearing portions 106 provided at the two positions of the load side bracket 107 and the anti-load side bracket 108 of the first frame 101, respectively. Since the output shaft 201 and the ball spline 106a are supported so as to be rotatable in the θ direction by two bearings 106b provided at the same location as the ball spline 106a, the output shaft 201 and the ball spline 106a are supported by the stator 100. The output shaft 201 on which the detector unit 100b is arranged is supported with respect to the portion of the first frame 101, and can be freely moved by rotating in the θ direction and linearly moving in the X direction. In addition, since the θ encoder 401 is provided at the part of the ball spline that constitutes the θX bearing portion 106 on the load side of the output shaft 201, the load side length of the output shaft 201 that constitutes the detector portion is shortened. Can do. A load (not shown) is provided at the tip of the output shaft end 201, and the load (not shown) can be freely moved in the θ direction and the X direction.
Further, the anti-load side of the output shaft 201 is controlled by the ball splines 106a constituting the θX bearing portions 106 provided at two locations of the anti-load side bracket 108 of the first frame 101 and the end bracket 109 of the second frame 102, respectively. The output shaft 201 and the ball spline 106a are supported so that they can be rotated in the θ direction by bearings 106b provided at two locations on the same part as the ball spline 106a. The output shaft 201 on which the motor unit 100a is disposed is supported by both ends with respect to the second frame 102 portion of the child 100, and is freely movable in the θ direction and the X direction.

図2は図1の可動子の界磁部の説明図であって、(a)はその側面から見た断面図、(b)は(a)のA断面およびB断面に沿うX方向から見た断面図である。なお、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、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)204a、204bが設けられている。なお、ブロック磁石204a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204bはその逆に磁化されている。ブロック磁石204a、204bは空隙を介してX電機子巻線104と対向している。
2A and 2B are explanatory views of the field portion of the mover of FIG. 1, wherein FIG. 2A is a cross-sectional view seen from the side surface, and FIG. FIG. The arrow (→) in the figure represents the magnetization direction of the permanent magnet, and the polarity is S → N.
The field portion 202 is provided with a plurality of block-shaped permanent magnets (hereinafter referred to as block magnets) 204 a and 204 b on the outer periphery of a cylindrical field yoke 203. The block magnet 204a is magnetized to the outer peripheral side N pole and the inner peripheral side S pole, and the block magnet 204b is magnetized on the contrary. The block magnets 204a and 204b are opposed to the X armature winding 104 through a gap.

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204aと204bは各6個で構成されている。ブロック磁石204a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204b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204aと204b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204a、204b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. 3 is a development view showing an arrangement relationship between the armature winding and the permanent magnet in FIG.
Each of the block magnets 204a and 204b is composed of six pieces. The block magnets 204a are arranged every 2λ in the θ direction (λ is the pole pitch in the θ direction = electrical angle 180 degrees), and the block magnets 204b are also arranged every 2λ in the θ direction. Furthermore, the block magnets 204a and 204b 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 204a and 204b 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.

次に動作について説明する。
このように構成されたアクチュエータは、θ電機子巻線103に電流を流すことによりブロック磁石204a、204b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204a、204bの作る磁界との作用で可動子200に推力が発生する。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+方向に推力を発生する。このようにして、可動子200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っている。
Next, the operation will be described.
The actuator configured in this manner generates torque in the mover 200 due to the action of the magnetic field generated by the block magnets 204 a and 204 b by passing a current through the θ armature winding 103, and the X armature winding 104. When a current is passed through the armature 200, a thrust is generated in the mover 200 by the action of the magnetic field generated by the block magnets 204a and 204b. 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 way, torque and thrust are directly generated in the mover 200 to perform the rotation operation and the linear motion operation.

以上説明したように、第1実施形態の特徴は、負荷側に検出器部100bを配置し、反負荷側にモータ部100aを配置した構成、θX軸受部106を各1個のボールスプライン106aと各2個のベアリング106bにて構成すると共にθX軸受部106を検出器部100bの両側で支持し、またモータ部100aの両側で支持するように、第1フレーム101の負荷側および反負荷側、第2フレーム102の反負荷側にθX軸受部106を設けた構成と、出力軸201の負荷側のボールスプライン106aにカラー403を介して取り付けられたθエンコーダ401と、該θエンコーダ401に空隙を介して対向するように第1フレーム101に円周に均等配置された回転センサヘッド402とよりなる回転検出器400を設けた構成の部分である。   As described above, the feature of the first embodiment is that the detector unit 100b is arranged on the load side and the motor unit 100a is arranged on the non-load side, and each θX bearing unit 106 is replaced with one ball spline 106a. The load side and the anti-load side of the first frame 101 are constituted by two bearings 106b and support the θX bearing part 106 on both sides of the detector part 100b and on both sides of the motor part 100a. A configuration in which the θX bearing portion 106 is provided on the non-load side of the second frame 102, a θ encoder 401 attached to the load side ball spline 106a of the output shaft 201 via a collar 403, and a gap in the θ encoder 401 A portion having a configuration in which a rotation detector 400 including a rotation sensor head 402 arranged evenly on the circumference of the first frame 101 so as to face each other is provided. It is.

したがって、第1の実施形態は、モータ部は、θ電機子巻線とX電機子巻線を同心円状に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができ、高出力のアクチュエータを提供することができる。
また、θX軸受部を各1個のボールスプラインと各2個のベアリングにて構成すると共に、θX軸受部を検出器部の負荷側と反負荷側の両側に配置したことで、検出器部での出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できる。出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できるので、出力軸に配置された直動検出器のリニアスケールの真直度と回転検出器のθエンコーダの回転振れの精度を向上でき、直動方向の位置と回転方向の角度を精度良く検出することができる。
また、モータ部の反負荷側にエンドブラケットを配置し、θX軸受部を介して出力軸を支持する構成にすることで、θX軸受部をモータ部の負荷側と反負荷側の両側に配置する構成に等価になることから、界磁部のがたや偏心をなくすことができ、ひいては、出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できる。
また、出力軸の負荷側に検出器部を配置し、反負荷側にモータ部を配置した構成に加え、出力軸の負荷側におけるθX軸受部を構成するボールスプラインの部位にθエンコーダを設けたので、検出器部を構成する出力軸の先端に設けられる負荷(不図示)と検出器部の間の距離を短くすることができる。例えば、θ電機子巻線やX電機子巻線にそれぞれ電流を通電した場合、モータ部に熱が発生し、モータ部部分の発生熱で出力軸の反負側が熱膨張したとしても、出力軸の負荷側における負荷(不図示)と検出器部の距離を短くしてあるため、出力軸の直動方向の熱変形を減少させ、出力軸の直動方向の位置誤差を低減することができる。
また、出力軸の負荷側のボールスプラインの部位に設けた永久磁石よりなるθエンコーダと、該θエンコーダと空隙を介して設けたMR素子等よりなる磁気検出素子とで構成される磁気式エンコーダを配置することで、θエンコーダは、出力軸の負荷側および反負荷側のベアリングで回転自在に支持されることから、ベアリングのラジアル隙間は平均化された隙間変動となり、数μmの磁気的ギャップの変動であると考えられ、磁気式エンコーダの検出誤差を軽減することができる。
また、界磁部の組立では、ブロック磁石は磁化されているので取り扱いに注意を要し、出力軸の組立では、直動回転の検出精度に影響するのでリニアスケールの取り付けには注意を要する。出力軸と界磁部で分割して構成したことで、界磁部の組立と出力軸の組立を別工程にて行うことができ、組立作業が容易になる。
また、出力軸は精密に加工されたボールスプライン軸にて構成されているので、出力軸の長さを短くできることにより、出力軸を安価にすることができる。
また、出力軸は非磁性体であるステンレス鋼製にて構成されたことで、出力軸は磁束を通さない。従来は、界磁部の漏れ磁束による磁力線は、出力軸を通り検出器部へと続く磁力線があった。出力軸は磁束を通さないので、検出器部への界磁部の漏れ磁束を低減することができ、界磁部の漏れ磁束により発生していた検出器部の検出誤差を低減できる。
以上、説明したように本実施形態に係るアクチュエータは、出力軸の直動方向の位置と回転方向の角度の検出誤差を最小限に抑え、精度よく検出できることから、高精度な回転動作と直動動作を1つのアクチュエータで実現することができる。
Therefore, in the first embodiment, the motor unit can shorten the length in the longitudinal direction of the actuator by arranging the θ armature winding and the X armature winding in a concentric manner so that the length per unit volume is reduced. Output can be increased, and a high output actuator can be provided.
In addition, the θX bearing part is composed of one ball spline and two bearings each, and the θX bearing parts are arranged on both the load side and the anti-load side of the detector part. The backlash and eccentricity of the output shaft can be eliminated, and the straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be improved. Since the straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be improved, the straightness of the linear scale of the linear motion detector placed on the output shaft and the rotational shake accuracy of the θ encoder of the rotational detector can be improved. And the angle in the rotation direction can be detected with high accuracy.
In addition, by arranging an end bracket on the anti-load side of the motor part and supporting the output shaft via the θX bearing part, the θX bearing part is arranged on both the load side and the anti-load side of the motor part. Since it is equivalent to the configuration, it is possible to eliminate the play and eccentricity of the field part, and hence the play and eccentricity of the output shaft can be eliminated, and the straightness of the output shaft and the accuracy of the rotational runout can be improved. .
In addition to the configuration in which the detector unit is arranged on the load side of the output shaft and the motor unit is arranged on the non-load side, a θ encoder is provided at the part of the ball spline that constitutes the θX bearing unit on the load side of the output shaft. Therefore, the distance between the load (not shown) provided at the tip of the output shaft constituting the detector unit and the detector unit can be shortened. For example, when current is supplied to the θ armature winding or the X armature winding, heat is generated in the motor unit, and even if the negative side of the output shaft is thermally expanded by the generated heat of the motor unit, the output shaft Since the distance between the load (not shown) on the load side and the detector section is shortened, thermal deformation in the linear motion direction of the output shaft can be reduced, and position errors in the linear motion direction of the output shaft can be reduced. .
A magnetic encoder comprising a θ encoder made of a permanent magnet provided at a ball spline portion on the load side of the output shaft, and a magnetic detecting element made of an MR element or the like provided through the θ encoder and a gap. Since the θ encoder is rotatably supported by the bearings on the load side and the anti-load side of the output shaft, the radial gap of the bearing becomes an average gap fluctuation, and a magnetic gap of several μm is obtained. The detection error of the magnetic encoder can be reduced.
Also, in the assembly of the field part, the block magnet is magnetized so that it needs to be handled with care. In the assembly of the output shaft, since it affects the detection accuracy of the linear motion rotation, care must be taken in attaching the linear scale. Since the output shaft and the field portion are divided, the assembly of the field portion and the assembly of the output shaft can be performed in separate processes, and the assembling work is facilitated.
Further, since the output shaft is constituted by a precisely processed ball spline shaft, the output shaft can be made inexpensive by reducing the length of the output shaft.
Further, since the output shaft is made of stainless steel, which is a non-magnetic material, the output shaft does not pass magnetic flux. Conventionally, the lines of magnetic force due to the magnetic flux leaking from the field part have a line of magnetic force that passes through the output shaft and continues to the detector part. Since the output shaft does not pass the magnetic flux, the leakage flux of the field part to the detector part can be reduced, and the detection error of the detector part generated by the leakage flux of the field part can be reduced.
As described above, the actuator according to the present embodiment minimizes the detection error of the position of the output shaft in the linear motion direction and the angle in the rotational direction and can accurately detect it. The operation can be realized with one actuator.

図4は第2実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。なお、第2実施形態の構成要素が第1実施形態と同じものについては説明を省略する。
第2実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴を、第1実施形態と異なる点を以下のとおり説明する。
すなわち、第1実施形態の検出器部が出力軸の直動方向の変位を検出する直動検出器部と、出力軸の回転方向の変位を検出する回転検出器部から構成されているのに対して、第2実施形態の検出器部は、基本的に第1実施形態の直動検出器部と回転検出器部の機能を一体化した直動回転検出器部500を構成している点で異なる。いわゆる直動回転検出器部500は、出力軸201の外周に固定された円筒状の直動回転スケール501と、第1フレーム101の内周に固定された直動回転センサヘッド502とから構成され、出力軸201の直動方向および回転方向の変位を検出するようになっている。
なお、第1フレーム101には直動回転検出器部500に外部から電力を供給し、かつ、位置Xと角度θの検出信号を出力する図示しない検出器端子が設けられている。
また、第2実施形態の可動子が出力軸、検出器部、モータ部bから構成されていて、モータ部のθ電機子巻線とX電機子巻線が同心円状に長手方向に並ぶように配置されている点、θX軸受部が検出器部の負荷側と反負荷側の間、およびモータ部の負荷側と反負荷側の間で出力軸を支持する構成については基本的に第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
また、第2の実施形態の動作については基本的に第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
FIG. 4 is a side sectional view of the actuator showing the second embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the same component as 1st Embodiment of 2nd Embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation according to the second embodiment will be described as follows.
That is, the detector unit of the first embodiment is composed of a linear motion detector unit that detects the displacement of the output shaft in the linear motion direction, and a rotation detector unit that detects the displacement of the output shaft in the rotational direction. On the other hand, the detector unit of the second embodiment basically constitutes a linear motion rotation detector unit 500 in which the functions of the linear motion detector unit and the rotation detector unit of the first embodiment are integrated. It is different. A so-called linear motion rotation detector unit 500 includes a cylindrical linear motion rotation scale 501 fixed to the outer periphery of the output shaft 201 and a linear motion sensor head 502 fixed to the inner periphery of the first frame 101. The displacement of the output shaft 201 in the linear motion direction and the rotational direction is detected.
The first frame 101 is provided with a detector terminal (not shown) that supplies power to the linear motion detector 500 from the outside and outputs a detection signal of the position X and the angle θ.
Further, the mover according to the second embodiment includes an output shaft, a detector unit, and a motor unit b, and the θ armature winding and the X armature winding of the motor unit are concentrically arranged in the longitudinal direction. Basically, the configuration in which the output shaft is supported between the load side and the anti-load side of the detector unit and between the load side and the anti-load side of the motor unit is basically the first implementation. Since it is the same as the form, the description is omitted.
Further, the operation of the second embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

したがって、第2の実施形態は、アクチュエータの検出器部として、出力軸の外周に固定された円筒状の直動回転スケールと、第1フレームの内周に固定された直動回転センサヘッドとからなる直動回転検出器部を設け、直動検出器部と回転検出器部の機能を一体化することにより第1の実施形態に比べてさらに部品点数を減らし、小型化を図ることができると共に、さらなる小型化により検出器部での出力軸のがたや偏心をなくすことができる。その結果、出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できることから、簡単な構成で出力軸の直動方向および回転方向の変位を容易に精度よく検出することができる。   Therefore, the second embodiment includes a cylindrical linear motion rotation scale fixed to the outer periphery of the output shaft and a linear motion rotation sensor head fixed to the inner periphery of the first frame as the detector portion of the actuator. By providing a linear motion rotation detector unit that integrates the functions of the linear motion detector unit and the rotation detector unit, the number of parts can be further reduced compared to the first embodiment, and the size can be reduced. By further downsizing, it is possible to eliminate play and eccentricity of the output shaft in the detector section. As a result, the straightness of the output shaft and the accuracy of the rotational runout can be improved, so that the displacement in the linear motion direction and the rotational direction of the output shaft can be easily and accurately detected with a simple configuration.

図5は第3実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。なお、第3実施形態の構成要素が第1実施形態と同じものについては説明を省略する。
第3実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴を、第1実施形態と異なる点を以下のとおり説明する。
すなわち、第1実施形態のモータ部が第2フレームの内部にθ電機子巻線とX電機子巻線を同心円状に重畳して配置した電機子部と、該電機子部と対向配置した界磁部とからなる構成に対して、第3実施形態のモータ部100aは、基本的にθ電機子巻線103とθ界磁部205からなるθモータ部と、X電機子巻線104とX界磁部207からなるXモータ部を、第2フレーム102の内部に出力軸201の長手方向に向かって直列に並べて配置するようにした点で異なる。特にXモータ部のX界磁部207は出力軸201に取り付けられており、θモータ部のθ界磁部205は、出力軸201の反負荷側ブラケット108側に位置するボールスプライン106aの外周に設けたカラー206に取り付けられており、他方のθ電機子巻線103は、第2フレーム102に取り付けられている。
なお、第3実施形態のθX軸受部が検出器部の負荷側と反負荷側の間およびモータ部の負荷側と反負荷側の間で出力軸を支持する構成については基本的に第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
また、第3の実施形態の動作については基本的に第1実施形態と同様なので、説明を省略する。
FIG. 5 is a side sectional view of an actuator showing a third embodiment. Note that the description of the components of the third embodiment that are the same as those of the first embodiment will be omitted.
The features of the actuator that performs linear motion rotation according to the third embodiment will be described as follows, which are different from the first embodiment.
That is, the motor unit of the first embodiment has an armature part in which the θ armature winding and the X armature winding are concentrically overlapped in the second frame, and a field that is disposed opposite to the armature part. The motor unit 100a according to the third embodiment basically includes a θ motor unit composed of a θ armature winding 103 and a θ field unit 205, an X armature winding 104, and an X unit. The X motor part composed of the field part 207 is different in that it is arranged in series in the longitudinal direction of the output shaft 201 inside the second frame 102. In particular, the X field portion 207 of the X motor portion is attached to the output shaft 201, and the θ field portion 205 of the θ motor portion is on the outer periphery of the ball spline 106 a located on the side opposite to the load 108 on the output shaft 201. The other θ armature winding 103 is attached to the provided collar 206, and is attached to the second frame 102.
Note that the configuration in which the θX bearing portion of the third embodiment supports the output shaft between the load side and the anti-load side of the detector portion and between the load side and the anti-load side of the motor portion is basically the first embodiment. Since it is the same as the form, the description is omitted.
Further, the operation of the third embodiment is basically the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.

したがって、第3の実施形態は、θ電機子巻線とθ界磁部からなるθモータ部と、X電機子巻線とX界磁部からなるXモータ部を、同心円状に長手方向に直列に並べて配置すると共に、Xモータ部の界磁部が出力軸に取り付けられ、θ界磁部が出力軸の反負荷側ブラケット側に位置するボールスプラインに設けたカラーに取り付けられた構成にしてあるので、X電機子巻線とX界磁部の空隙、およびθ電機子巻線とθ界磁部の空隙が近接することで磁気的ギャップ長が短くなることから出力を大きくすることができる。多少、アクチュエータの長手方向の長さは長くなるが、アクチュエータの出力が大きくなることから、単位体積あたりの出力を多くする事が可能である。   Therefore, in the third embodiment, a θ motor unit composed of a θ armature winding and a θ field portion, and an X motor portion composed of an X armature winding and an X field portion are concentrically arranged in series in the longitudinal direction. And the field portion of the X motor portion is attached to the output shaft, and the θ field portion is attached to a collar provided on a ball spline located on the side opposite to the load side of the output shaft. Therefore, since the magnetic gap length is shortened when the gap between the X armature winding and the X field portion and the gap between the θ armature winding and the θ field portion are close to each other, the output can be increased. Although the length of the actuator in the longitudinal direction is somewhat longer, the output per unit volume can be increased because the output of the actuator is increased.

図6は第4実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。なお、第4実施形態の構成要素が第1実施形態〜第3実施形態と同じものについては説明を省略する。
第4実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴を、第1〜第3実施形態と異なる点を以下のとおり説明する。
すなわち、第1〜第3実施形態に示すアクチュエータの固定子100、可動子200に関して、出力軸201の負荷側に直動方向と回転方向の変位を検出する検出器部100bが配置されると共に反負荷側に直動と回転駆動用のモータ部100aがそれぞれ配置される構成に対して、第4実施形態は、基本的に出力軸201の負荷側にリニアスケール301とリニアセンサヘッド302からなる直動検出器部300と、X電機子巻線104とX界磁部207からなるXモータ部を設けると共に、出力軸201の反負荷側にθ電機子巻線103とθ界磁部205からなるθモータ部と、θエンコーダ401と回転センサヘッド402からなる回転検出器部400が配置される構成の点で異なっている。ここで、出力軸201の負荷側に配置される直動検出器部300とXモータ部の部位は、その両端をθX軸受部106により支持されると共に、出力軸201の反負荷側に配置されるθモータ部と回転検出器部400の部位は、その両端をθX軸受部106により支持される構成になっている。
また、モータ部の配置については、θ電機子巻線とX電機子巻線が同心円状に長手方向に並ぶように配置されている点で第4実施形態と第3実施形態の構成は同じであるが、第4実施形態は第3実施形態に対して、θ電機子巻線103とX電機子巻線104が第2フレーム102と第1フレーム101との間に設けられる反負荷側ブラケット108の両側に設ける点で異なっている。
また、θモータ部の界磁部の配置については、第3実施形態(図5)が出力軸の反負荷側ブラケット側に位置するボールスプラインの外周に設けたカラーに取り付けられた構成に対して、第4実施形態のθモータ部の界磁部は出力軸201の反負荷側ブラケット108側に位置するボールスプライン106aの外周と、出力軸201のエンドブラケット109側に位置するボールスプライン106aの外周との間に設けたカラー206に取り付けられている点で異なっている。
さらに、回転検出器部400の配置については、第3実施形態(図5)が出力軸の負荷側におけるボールスプラインにカラーを介してθエンコーダを取付け、第1フレームに回転センサヘッドを取り付けた構成に対して、第4実施形態は図6に示すように、回転検出器部400を構成するθエンコーダ401を、出力軸201の反負荷側に設けたカラー206に取り付け、第2フレーム102に回転センサヘッド402を取り付けた構成の点で異なっている。
また、第4の実施形態の動作については基本的に第1〜第3実施形態と同様なので、説明を省略する。
FIG. 6 is a side sectional view of an actuator showing a fourth embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the same component of 4th Embodiment as 1st Embodiment-3rd Embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation according to the fourth embodiment will be described below as to differences from the first to third embodiments.
That is, with respect to the stator 100 and the mover 200 of the actuators shown in the first to third embodiments, the detector unit 100b that detects the displacement in the linear motion direction and the rotational direction is arranged on the load side of the output shaft 201 and is counteracted. In contrast to the configuration in which the linear motion and rotational drive motor units 100a are respectively arranged on the load side, the fourth embodiment basically includes a linear scale 301 and a linear sensor head 302 on the load side of the output shaft 201. A motion detector unit 300, an X motor unit comprising an X armature winding 104 and an X field magnet unit 207 are provided, and a θ armature winding 103 and a θ field magnet unit 205 are provided on the non-load side of the output shaft 201. The difference is in the configuration in which the θ motor unit and the rotation detector unit 400 including the θ encoder 401 and the rotation sensor head 402 are arranged. Here, the linear motion detector unit 300 and the X motor unit disposed on the load side of the output shaft 201 are supported at both ends by the θX bearing unit 106 and disposed on the opposite load side of the output shaft 201. The portions of the θ motor unit and the rotation detector unit 400 are configured such that both ends thereof are supported by the θX bearing unit 106.
Further, regarding the arrangement of the motor unit, the configurations of the fourth embodiment and the third embodiment are the same in that the θ armature winding and the X armature winding are arranged concentrically in the longitudinal direction. However, the fourth embodiment is different from the third embodiment in that the anti-load side bracket 108 in which the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 are provided between the second frame 102 and the first frame 101 is provided. It differs in that it is provided on both sides.
Further, regarding the arrangement of the magnetic field portion of the θ motor portion, the third embodiment (FIG. 5) is attached to the collar provided on the outer periphery of the ball spline located on the side opposite to the load side of the output shaft. The field portion of the θ motor portion of the fourth embodiment includes the outer periphery of the ball spline 106a positioned on the side opposite to the load 108 on the output shaft 201 and the outer periphery of the ball spline 106a positioned on the end bracket 109 side of the output shaft 201. It is different in that it is attached to a collar 206 provided between the two.
Further, regarding the arrangement of the rotation detector unit 400, the third embodiment (FIG. 5) has a configuration in which a θ encoder is attached to the ball spline on the load side of the output shaft via a collar and a rotation sensor head is attached to the first frame. On the other hand, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 6, the θ encoder 401 constituting the rotation detector unit 400 is attached to the collar 206 provided on the non-load side of the output shaft 201 and rotated to the second frame 102. The difference is in the configuration in which the sensor head 402 is attached.
The operation of the fourth embodiment is basically the same as that of the first to third embodiments, and the description thereof is omitted.

したがって、第4の実施形態はθ電機子巻線とθ界磁部からなるθモータ部と、X電機子巻線とX界磁部からなるXモータ部を、同心円状に長手方向に直列に並べて配置すると共に、Xモータ部の界磁部が出力軸に取り付けられ、θ界磁部が出力軸の反負荷側ブラケット側に位置するボールスプラインの外周と、出力軸のエンドブラケット側に位置するボールスプラインの外周との間に設けたカラーに取り付けた構成にしてあるので、X電機子巻線とX界磁部の空隙、およびθ電機子巻線とθ界磁部の空隙が近接することで磁気的ギャップ長が短くなることから出力を大きくすることができる。多少、アクチュエータの長手方向の長さは長くなるが、アクチュエータの出力が大きくなることから、単位体積あたりの出力を多くする事が可能である。   Therefore, in the fourth embodiment, a θ motor unit composed of a θ armature winding and a θ field portion, and an X motor portion composed of an X armature winding and an X field portion are concentrically arranged in series in the longitudinal direction. In addition to being arranged side by side, the magnetic field part of the X motor part is attached to the output shaft, and the θ field magnetic part is located on the outer periphery of the ball spline located on the non-load side bracket side of the output shaft and on the end bracket side of the output shaft Since it is configured to be attached to the collar provided between the outer periphery of the ball spline, the gap between the X armature winding and the X field portion, and the gap between the θ armature winding and the θ field portion must be close to each other. Since the magnetic gap length is shortened, the output can be increased. Although the length of the actuator in the longitudinal direction is somewhat longer, the output per unit volume can be increased because the output of the actuator is increased.

図7は第5実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。
第5実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴は以下のとおりである。
図7において、第5実施形態の直動回転を行うアクチュエータの固定子100、可動子200には、出力軸201の負荷側に検出器部100bが、反負荷側にモータ部100aがそれぞれ配置されている。
モータ部100aは、固定子100側に電機子コアを兼ねた円筒状の第2フレーム102、回転方向に回転磁界を発生するθ電機子巻線103、直動方向に進行磁界を発生するX電機子巻線104が同心円状に重畳して設けられている。第2フレーム102にはθ電機子巻線103とX電機子巻線104に外部電力を供給するための図示しないモータ端子が設けられている。一方、モータ部100aの可動子200側には、X電機子巻線104の内側と磁気的空隙を介して対向配置された界磁部202が出力軸201に設けられている。なお、可動子の界磁部の詳細については図2と同じであり、電機子巻線と永久磁石の配置関係の詳細については図3と同じであるので、その説明を省略する。
FIG. 7 is a side sectional view of an actuator showing a fifth embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation of the fifth embodiment are as follows.
In FIG. 7, in the stator 100 and the mover 200 of the actuator that performs linear motion rotation according to the fifth embodiment, the detector unit 100 b is disposed on the load side of the output shaft 201, and the motor unit 100 a is disposed on the non-load side. ing.
The motor unit 100a includes a cylindrical second frame 102 that also serves as an armature core on the stator 100 side, a θ armature winding 103 that generates a rotating magnetic field in the rotation direction, and an X electric machine that generates a traveling magnetic field in the linear motion direction. The child windings 104 are provided so as to overlap in a concentric manner. The second frame 102 is provided with a motor terminal (not shown) for supplying external power to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104. On the other hand, on the side of the mover 200 of the motor unit 100a, a field unit 202 is provided on the output shaft 201 so as to be opposed to the inside of the X armature winding 104 via a magnetic gap. The details of the field portion of the mover are the same as in FIG. 2, and the details of the arrangement relationship between the armature winding and the permanent magnet are the same as in FIG.

また、検出器部100bは出力軸201の直動方向の変位を検出する直動検出器部300と、出力軸201の回転方向の変位を検出する回転検出器部400とが、同心円状に別々に重畳して配置されており、上記構成の点が前述した第1〜第4実施形態と基本的に異なる部分となっている。
詳細に説明すると、出力軸201の外周にベアリング106bが設けられ、第1フレーム101の内周にボールスプライン106aを介して直動自在に移動する中空円筒部材210(スケールホルダに相当)が該ベアリング106bの外輪に固定されて設けられている。回転検出器部400は出力軸201の外周に取り付けられたθエンコーダ401と、該θエンコーダ401と対向して中空円筒部材210の内周に設けられた回転センサヘッド402から構成されている。また、直動検出器部300は中空円筒部材210の外周に設けられた光学式のリニアスケール301と、第1フレーム101の内周に取り付けられた光学式のリニアセンサヘッド302から構成されている。
The detector unit 100b includes a linear motion detector unit 300 that detects the displacement of the output shaft 201 in the linear motion direction, and a rotation detector unit 400 that detects the displacement of the output shaft 201 in the rotational direction. The points of the above configuration are basically different from the first to fourth embodiments described above.
More specifically, a bearing 106b is provided on the outer periphery of the output shaft 201, and a hollow cylindrical member 210 (corresponding to a scale holder) that moves freely on the inner periphery of the first frame 101 via the ball spline 106a. It is fixed to the outer ring 106b. The rotation detector unit 400 includes a θ encoder 401 attached to the outer periphery of the output shaft 201, and a rotation sensor head 402 provided on the inner periphery of the hollow cylindrical member 210 so as to face the θ encoder 401. The linear motion detector unit 300 includes an optical linear scale 301 provided on the outer periphery of the hollow cylindrical member 210 and an optical linear sensor head 302 attached to the inner periphery of the first frame 101. .

また、支持機構は、上述したように検出器部100bが配置された第1フレーム101の両端に配置されたボールスプライン106aと、ボールスプライン106aの内周に中空円筒部材210を介して配置されたベアリング106bとでθX軸受部106を構成し、モータ部100aが配置された第2フレーム102の反負荷側に位置するエンドブラケット109にボールスプライン106aとベアリング106bとでθX軸受部106を構成している。すなわち、検出器100bに位置するθX軸受106のベアリング106bの外輪は第1フレーム101の内周のボールスプライン106aに沿って移動する中空円筒状部材210の内周に固定されると共に、他方のベアリング106bの内輪は出力軸201の外周に固定された状態で、中空円筒状部材210に対して出力軸201と共に回転するようになっている。   Further, as described above, the support mechanism is arranged through the ball spline 106a arranged at both ends of the first frame 101 where the detector unit 100b is arranged, and the inner periphery of the ball spline 106a via the hollow cylindrical member 210. The bearing 106b constitutes the θX bearing portion 106, and the ball spline 106a and the bearing 106b constitute the θX bearing portion 106 on the end bracket 109 positioned on the opposite side of the second frame 102 where the motor portion 100a is disposed. Yes. That is, the outer ring of the bearing 106b of the θX bearing 106 positioned in the detector 100b is fixed to the inner periphery of the hollow cylindrical member 210 that moves along the ball spline 106a on the inner periphery of the first frame 101, and the other bearing. The inner ring 106b is fixed to the outer periphery of the output shaft 201, and rotates with the output shaft 201 with respect to the hollow cylindrical member 210.

次に動作について説明する。
このように構成されたアクチュエータは、θ電機子巻線103に電流を流すことにより界磁部の永久磁石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界磁部の永久磁石の作る磁界との作用で可動子200に推力が発生し、回転動作と直動動作を行うことができる。
一方のθ電機子巻線103のみに電流を供給した際、出力軸201が検出器部100bに位置するθX軸受106のベアリング106bにより径方向に支持された状態で出力軸201と対向する中空円筒状部材210に対して相対的に回転する。その時、出力軸201の外周に固定されたθエンコーダ401が同時に回転し、該θエンコーダ401と対向して中空円筒部材210の内周に設けられた回転センサヘッド402によって、出力軸の回転位置が検出される。
また、他方のX電機子巻線104のみに電流を供給した際、中空円筒状部材210が検出器部100bに位置するθX軸受106のボールスプライン106aにより軸方向に支持された状態で直動し、中空円筒状部材210に径方向に支持された出力軸201も同時に直動する。その時、中空円筒状部材210の外周に取り付けたリニアスケール301が同時に直動し、該リニアスケール301と対向して第1フレーム101の内周に設けられたリニアセンサヘッド302によって、出力軸の直動位置が検出される。
なお、θ電機子巻線103およびX電機子巻線104の両方に電流を供給すると、出力軸201が回転すると同時に、中空円筒状部材210が直動し、回転検出および直動検出を精度よく行うことができる。
Next, the operation will be described.
The actuator configured in this manner generates torque in the mover 200 by the action of a magnetic field created by a permanent magnet in the field portion by causing a current to flow through the θ armature winding 103, and the X armature winding By causing a current to flow through 104, a thrust is generated in the mover 200 by the action of a magnetic field generated by a permanent magnet in the field part, and a rotating operation and a linear motion operation can be performed.
When a current is supplied to only one θ armature winding 103, the hollow cylinder that faces the output shaft 201 in a state where the output shaft 201 is supported in a radial direction by the bearing 106b of the θX bearing 106 located in the detector unit 100b. It rotates relative to the shaped member 210. At that time, the θ encoder 401 fixed to the outer periphery of the output shaft 201 rotates simultaneously, and the rotation position of the output shaft is adjusted by the rotation sensor head 402 provided on the inner periphery of the hollow cylindrical member 210 so as to face the θ encoder 401. Detected.
Further, when a current is supplied only to the other X armature winding 104, the hollow cylindrical member 210 linearly moves while being supported in the axial direction by the ball spline 106a of the θX bearing 106 located in the detector unit 100b. The output shaft 201 supported in the radial direction by the hollow cylindrical member 210 also moves linearly at the same time. At that time, the linear scale 301 attached to the outer periphery of the hollow cylindrical member 210 is linearly moved simultaneously, and the linear sensor head 302 provided on the inner periphery of the first frame 101 so as to face the linear scale 301 is used to directly adjust the output shaft. A moving position is detected.
When current is supplied to both the θ armature winding 103 and the X armature winding 104, the output shaft 201 rotates and at the same time, the hollow cylindrical member 210 moves linearly, and rotation detection and linear motion detection are accurately performed. It can be carried out.

したがって、第5の実施形態は、モータ部は、θ電機子巻線とX電機子巻線を同心円状に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができ、高出力のアクチュエータを提供することができる。
また、θX軸受部を各1個のボールスプラインと各2個のベアリングにて構成し、かつ、θX軸受部を検出器部の両側に配置すると共に、検出器部を構成する回転検出器部と直動検出器部を同心円状に重畳して配置したことで、第1〜第4実施例と比較して更に検出器部での出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度をより一層向上することができる。出力軸の真直度と回転振れの精度を更に向上できるので、出力軸に配置された直動検出器のリニアスケールの真直度と回転検出器のθエンコーダの回転振れの精度を向上でき、直動方向の位置と回転方向の角度を精度良く検出することができる。
また、モータ部の反負荷側にエンドブラケットを配置し、θX軸受部を介して出力軸を支持する配置することで、θX軸受部をモータ部の両側に配置する構成に等価になることから、界磁部のがたや偏心をなくすことができ、ひいては、出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できる。
Accordingly, in the fifth embodiment, the motor unit can shorten the length in the longitudinal direction of the actuator by arranging the θ armature winding and the X armature winding concentrically so as to be shortened per unit volume. Output can be increased, and a high output actuator can be provided.
Further, the θX bearing part is composed of one ball spline and two bearings each, and the θX bearing part is arranged on both sides of the detector part, and the rotation detector part constituting the detector part; By arranging the linear motion detector portions concentrically and overlappingly, the backlash and eccentricity of the output shaft at the detector portion can be further eliminated as compared with the first to fourth embodiments. Straightness and rotational shake accuracy can be further improved. Since the straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be further improved, the straightness of the linear scale of the linear motion detector placed on the output shaft and the rotational runout accuracy of the θ encoder of the rotational detector can be improved. The position in the direction and the angle in the rotation direction can be detected with high accuracy.
Also, by arranging the end bracket on the opposite side of the motor part and supporting the output shaft via the θX bearing part, it becomes equivalent to the configuration in which the θX bearing part is arranged on both sides of the motor part. The backlash and eccentricity of the field part can be eliminated, and consequently the backlash and eccentricity of the output shaft can be eliminated, and the straightness of the output shaft and the accuracy of the rotational runout can be improved.

図8は第6実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。
第6実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴は以下のとおりである。
図8において、第6実施形態の直動回転を行うアクチュエータの固定子100、可動子200には、出力軸201の負荷側にモータ部100aが、反負荷側に検出器部100bがそれぞれ配置されている。
FIG. 8 is a side sectional view of an actuator showing a sixth embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation in the sixth embodiment are as follows.
In FIG. 8, in the stator 100 and the mover 200 of the actuator that performs linear motion rotation of the sixth embodiment, a motor unit 100a is arranged on the load side of the output shaft 201, and a detector unit 100b is arranged on the non-load side. ing.

モータ部100aは、固定子100側に電機子コアを兼ねた円筒状の第1フレーム101、回転方向に回転磁界を発生するθ電機子巻線103、直動方向に進行磁界を発生するX電機子巻線104が同心円状に重畳して設けられている。第1フレーム101にはθ電機子巻線103とX電機子巻線104に外部電力を供給するための図示しないモータ端子が設けられている。一方、モータ部100aの可動子200側には、X電機子巻線104の内側と磁気的空隙を介して対向配置された界磁部202が出力軸201に設けられている。出力軸201は非磁性体であるステンレス鋼でできている。
このように、モータ部100aは、θ電機子巻線103とX電機子巻線104を同心円状に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができると考えられる。
The motor unit 100a includes a cylindrical first frame 101 that also serves as an armature core on the stator 100 side, a θ armature winding 103 that generates a rotating magnetic field in the rotation direction, and an X electric machine that generates a traveling magnetic field in the linear motion direction. The child windings 104 are provided so as to overlap in a concentric manner. The first frame 101 is provided with a motor terminal (not shown) for supplying external power to the θ armature winding 103 and the X armature winding 104. On the other hand, on the side of the mover 200 of the motor unit 100a, a field unit 202 is provided on the output shaft 201 so as to be opposed to the inside of the X armature winding 104 via a magnetic gap. The output shaft 201 is made of stainless steel, which is a nonmagnetic material.
As described above, the motor unit 100a can shorten the length in the longitudinal direction of the actuator by arranging the θ armature winding 103 and the X armature winding 104 in a concentric manner so that the output per unit volume can be reduced. Can be increased.

また、検出器部100bは出力軸201の直動方向の変位を検出する直動検出器部300と、出力軸201の回転方向の変位を検出する回転検出器部400から構成されている。
直動検出器部300は出力軸201の外周に固定された円筒状で光学式のリニアスケール301と、第2フレーム102の内周に固定された光学式のリニアセンサヘッド302から構成されている。回転検出器部400は後述するθX軸受部106のボールスプライン106aにカラー403を介して固定されたθエンコーダ401と、第2フレーム102に固定された回転センサヘッド402が配置されている。この回転検出器400を構成するθエンコーダ401には永久磁石が用いられ、回転センサヘッド402には当該永久磁石に空隙を介して対向するように第2フレーム102内側に円周に均等配置された4個のMR素子やホール素子等の磁気検出素子が用いられ、いわゆる磁気式エンコーダを構成している。なお、第1フレーム102には直動検出器部300と回転検出器部400に外部から電力を供給し、かつ、位置Xと角度θの検出信号を出力する図示しない検出器端子が設けられている。
The detector unit 100b includes a linear motion detector unit 300 that detects displacement of the output shaft 201 in the linear motion direction, and a rotation detector unit 400 that detects displacement of the output shaft 201 in the rotational direction.
The linear motion detector unit 300 includes a cylindrical optical linear scale 301 fixed to the outer periphery of the output shaft 201 and an optical linear sensor head 302 fixed to the inner periphery of the second frame 102. . The rotation detector unit 400 includes a θ encoder 401 fixed to a ball spline 106a of a θX bearing unit 106, which will be described later, via a collar 403, and a rotation sensor head 402 fixed to the second frame 102. A permanent magnet is used for the θ encoder 401 constituting the rotation detector 400, and the rotation sensor head 402 is evenly arranged on the inner side of the second frame 102 so as to face the permanent magnet through a gap. Four magnetic detection elements such as MR elements and Hall elements are used to constitute a so-called magnetic encoder. The first frame 102 is provided with a detector terminal (not shown) that supplies power to the linear motion detector unit 300 and the rotation detector unit 400 from the outside and outputs detection signals of the position X and the angle θ. Yes.

また、支持機構は、モータ部100aが配置された第1フレーム101の負荷側には負荷側ブラケット107、反負荷側には反負荷側ブラケット108が配置されている。負荷側ブラケット107と反負荷側ブラケット108には、各1個のボールスプライン106aと各2個のベアリング106bにて構成されたθX軸受部106がそれぞれ配置されている。なお、検出器部100bが配置された第2フレーム102の反負荷側にはエンドキャップ110が設けられている。   The support mechanism includes a load-side bracket 107 on the load side of the first frame 101 where the motor unit 100a is disposed, and an anti-load-side bracket 108 on the non-load side. The load side bracket 107 and the anti-load side bracket 108 are respectively provided with θX bearing portions 106 each composed of one ball spline 106a and two bearings 106b. An end cap 110 is provided on the opposite side of the second frame 102 where the detector unit 100b is disposed.

次に動作について説明する。
このように構成されたアクチュエータは、出力軸201の負荷側が、第1フレーム101の負荷側ブラケット107と反負荷側ブラケット108の2箇所にそれぞれ設けられたθX軸受部106を構成するボールスプライン106aによりX方向に直動できるように支持され、出力軸201とボールスプライン106aが該ボールスプライン106aと同じ部位の2箇所に設けられたベアリング106bによりθ方向に回転できるように支持されていることから、固定子100における第1フレーム101の部分に対してモータ部100aを配置した出力軸201を両持ちで支持すると共にθ方向の回転とX方向への直動を自在に移動させることができる。また、出力軸201の反負荷側ブラケット108側に位置するボールスプライン106aの外側にカラー403を介してθエンコーダ401を設けたので、検出器部100bを構成する出力軸201の反負荷側の長さを短軸化することができる。なお、出力軸端201先端には、図示しない負荷が設けられており、負荷(不図示)をθ方向とX方向に自在に移動させることができる。
Next, the operation will be described.
The actuator configured in this manner is configured such that the load side of the output shaft 201 is formed by the ball splines 106a constituting the θX bearing portions 106 provided at two locations of the load side bracket 107 and the anti-load side bracket 108 of the first frame 101, respectively. Since the output shaft 201 and the ball spline 106a are supported so as to be able to rotate in the θ direction by bearings 106b provided at two locations on the same part as the ball spline 106a. The output shaft 201 on which the motor unit 100a is disposed is supported by the both ends with respect to the first frame 101 portion of the stator 100, and the rotation in the θ direction and the direct movement in the X direction can be freely moved. In addition, since the θ encoder 401 is provided outside the ball spline 106a located on the side opposite to the load 108 on the output shaft 201 via the collar 403, the length on the side opposite to the load on the output shaft 201 constituting the detector unit 100b. The axis can be shortened. A load (not shown) is provided at the tip of the output shaft end 201, and the load (not shown) can be freely moved in the θ direction and the X direction.

したがって、第6の実施形態は、モータ部をθ電機子巻線とX電機子巻線を同心円状に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができ、高出力のアクチュエータを提供することができる。
また、θX軸受部を各1個のボールスプラインと各2個のベアリングにて構成すると共に、θX軸受部をモータ部の両側に配置したことで、モータ部での出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できる。出力軸の真直度と回転振れの精度を向上できるので、出力軸に配置された直動検出器のリニアスケールの真直度と回転検出器のθエンコーダの回転振れの精度を向上でき、直動方向の位置と回転方向の角度を精度良く検出することができる。
また、出力軸の負荷側にモータ部を配置し、反負荷側に検出器部を配置した構成に加え、反負荷側ブラケットにおけるθX軸受部を構成するボールスプラインの部位に回転検出器部を構成するθエンコーダを設けたので、検出器部を構成する出力軸の反負荷側の長さを短軸化することができると共に、θエンコーダは反負荷側ブラケットのベアリングで回転自在に支持されることから、ベアリングのラジアル隙間は平均化された隙間変動となり、数μmの磁気的ギャップの変動であると考えられる。θエンコーダに例えば永久磁石を用い、θエンコーダと対向する回転センサヘッドにMR素子やホール素子等の磁気検出素子を用いた磁気式エンコーダの場合には、磁気式エンコーダの検出誤差を軽減することができる。
Accordingly, in the sixth embodiment, the length of the actuator in the longitudinal direction can be shortened by arranging the motor armature coil and the X armature coil in a concentric manner so that the length per unit volume can be reduced. The output can be increased and a high output actuator can be provided.
In addition, each θX bearing part is composed of one ball spline and two bearings each, and the θX bearing parts are arranged on both sides of the motor part, so that the backlash and eccentricity of the output shaft in the motor part is reduced. The straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be improved. Since the straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be improved, the straightness of the linear scale of the linear motion detector placed on the output shaft and the rotational shake accuracy of the θ encoder of the rotational detector can be improved. And the angle in the rotation direction can be detected with high accuracy.
In addition to the configuration in which the motor unit is arranged on the load side of the output shaft and the detector unit is arranged on the anti-load side, the rotation detector unit is constructed on the ball spline part of the θX bearing unit in the anti-load side bracket Since the θ encoder is provided, the length of the output shaft constituting the detector section on the non-load side can be shortened, and the θ encoder can be rotatably supported by the bearing of the anti-load side bracket. Therefore, it is considered that the radial gap of the bearing is an average gap fluctuation and a magnetic gap fluctuation of several μm. In the case of a magnetic encoder using, for example, a permanent magnet for the θ encoder and a magnetic detection element such as an MR element or a Hall element for the rotation sensor head facing the θ encoder, the detection error of the magnetic encoder can be reduced. it can.

図9は第7実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。
第7実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴を、第6実施形態と異なる点を以下のとおり説明する。
すなわち、第6実施形態に示すアクチュエータが、第1フレーム側に直動と回転駆動用のモータ部が同心円状に重畳して配置される構成に対して、第7実施形態に示すアクチュエータは、第1フレーム101側に配置される直動と回転駆動用のモータ部100aのうち、界磁部と電機子部をそれぞれ同心円状に別々に重畳して配置する構成となっている。具体的に説明すると、出力軸201の外周にベアリング106bが設けられ、第1フレーム101の内周にボールスプライン106aを介して直動自在に移動する中空円筒部材210が該ベアリング106bの外輪に固定されて設けられている。θモータ部は、出力軸201の外周に取り付けられたθ界磁部205と、該θ界磁部205と対向して中空円筒部材210の内周に設けられたθ電機子巻線103から構成されている。また、Xモータ部は中空円筒部材210の外周に設けられたX界磁部207と、第1フレーム101の内周に取り付けられたX電機子巻線104から構成されている。
また、第6実施形態が、第2フレーム側に回転方向と直動方向との変位をそれぞれ検出する回転検出器部と直動検出器部からなる検出器部が配置される構成に対して、第7実施形態は、直動回転スケール501と直動回転センサヘッド502よりなる直動回転検出器部500を設けた構成となっている。
FIG. 9 is a side sectional view of an actuator showing a seventh embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation according to the seventh embodiment will be described below as to differences from the sixth embodiment.
That is, the actuator shown in the sixth embodiment is different from the actuator shown in the seventh embodiment in that the linear motion and rotational drive motor portions are concentrically arranged on the first frame side. Of the linear motion and rotational drive motor portions 100a disposed on the one frame 101 side, the field portion and the armature portion are arranged separately in concentric circles. More specifically, a bearing 106b is provided on the outer periphery of the output shaft 201, and a hollow cylindrical member 210 that moves freely on the inner periphery of the first frame 101 via the ball spline 106a is fixed to the outer ring of the bearing 106b. Has been provided. The θ motor unit includes a θ field magnet portion 205 attached to the outer periphery of the output shaft 201 and a θ armature winding 103 provided on the inner periphery of the hollow cylindrical member 210 so as to face the θ field magnet portion 205. Has been. The X motor unit includes an X field magnet part 207 provided on the outer periphery of the hollow cylindrical member 210 and an X armature winding 104 attached to the inner periphery of the first frame 101.
Further, in the configuration in which the sixth embodiment is arranged with a detector unit composed of a rotation detector unit and a linear motion detector unit for detecting displacements in the rotational direction and the linear motion direction on the second frame side, respectively. In the seventh embodiment, a linear motion rotation detector unit 500 including a linear motion rotation scale 501 and a linear motion rotation sensor head 502 is provided.

次に動作について説明する。
このように構成されたアクチュエータは、θ電機子巻線103に電流を流すことによりθ界磁部205の永久磁石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X界磁部207の永久磁石の作る磁界との作用で可動子200に推力が発生し、回転動作と直動動作を行うことができる。
一方のθ電機子巻線103のみに電流を供給した際、中空円筒部材210が出力軸201がモータ部100aに位置するθX軸受106のベアリング106bにより径方向に支持された状態で回転する。その時、出力軸201の外周に固定された直動回転スケール501が同時に回転し、該直動回転スケール501と対向して第2フレーム102に取り付けた直動回転センサヘッド502により、出力軸201の回転位置が検出される。
また、他方のX電機子巻線104のみに電流を供給した際、中空円筒状部材210がモータ部100aに位置するθX軸受106のボールスプライン106aにより軸方向に支持された状態で直動し、中空円筒状部材210に径方向に支持された出力軸201も同時に直動する。その時、中空円筒状部材210の外周に取り付けた直動回転スケール501が同時に直動し、出力軸201の内周に設けられた第2フレーム102に取り付けた直動回転センサヘッド502より、出力軸201の直動位置が検出される。
Next, the operation will be described.
The actuator configured as described above generates torque in the mover 200 by the action of a magnetic field generated by the permanent magnet of the θ field magnet portion 205 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 due to the action of the magnetic field generated by the permanent magnet of the X field magnet portion 207, and a rotating operation and a linear motion operation can be performed.
When a current is supplied only to one θ armature winding 103, the hollow cylindrical member 210 rotates while the output shaft 201 is supported in the radial direction by the bearing 106b of the θX bearing 106 positioned in the motor unit 100a. At that time, the linear motion rotation scale 501 fixed to the outer periphery of the output shaft 201 rotates at the same time, and the linear motion rotation sensor head 502 attached to the second frame 102 facing the linear motion rotation scale 501 causes the output shaft 201 of the output shaft 201 to rotate. The rotational position is detected.
Further, when a current is supplied only to the other X armature winding 104, the hollow cylindrical member 210 linearly moves while being supported in the axial direction by the ball spline 106a of the θX bearing 106 located in the motor unit 100a, The output shaft 201 supported in the radial direction by the hollow cylindrical member 210 also moves linearly at the same time. At that time, the linear motion rotary scale 501 attached to the outer periphery of the hollow cylindrical member 210 simultaneously moves linearly, and the linear motion sensor head 502 attached to the second frame 102 provided on the inner periphery of the output shaft 201 outputs the output shaft. The linear movement position 201 is detected.

したがって、第7の実施形態は、第1フレーム101側に配置される直動と回転駆動用のモータ部100aにおける界磁部と電機子部をそれぞれ同心円状に個別に重畳して配置することによりアクチュエータの長手方向の長さを短くできることから、単位体積あたりの出力を大きくすることができ、高出力のアクチュエータを提供することができる。
また、θX軸受部を各1個のボールスプラインと各2個のベアリングにて構成し、かつ、θX軸受部をモータ部の両側に配置すると共に、θモータ部を構成する界磁部と電機子部およびXモータ部を構成する界磁部と電機子部を同心円状に個別に重畳して配置したことで、第6実施例と比較して更に検出器部での出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度をより一層向上することができる。出力軸の真直度と回転振れの精度を更に向上できるので、出力軸に配置された直動検出器のリニアスケールの真直度と回転検出器のθエンコーダの回転振れの精度を向上でき、直動方向の位置と回転方向の角度を精度良く検出することができる。
また、検出器部の反負荷側にエンドブラケットを配置し、θX軸受部を介して出力軸を支持する配置することで、θX軸受部を検出器部の両側に配置する構成に等価になることから、直動回転スケールのがたや偏心をなくすことができ、ひいては、出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸201の真直度と回転振れの精度を向上できる。
Therefore, in the seventh embodiment, the linear motion and the armature portion in the motor unit 100a for linear motion and rotational drive disposed on the first frame 101 side are individually superimposed on each other in a concentric manner. Since the length of the actuator in the longitudinal direction can be shortened, the output per unit volume can be increased, and a high output actuator can be provided.
Further, each θX bearing portion is composed of one ball spline and two bearings, and the θX bearing portions are arranged on both sides of the motor portion, and the field portion and the armature that constitute the θ motor portion. And the field part and armature part which constitute the motor part and the X motor part are arranged separately and concentrically, so that the output shaft at the detector part is more eccentric and eccentric compared to the sixth embodiment. Thus, the straightness of the output shaft and the accuracy of the rotational runout can be further improved. Since the straightness of the output shaft and the accuracy of rotational runout can be further improved, the straightness of the linear scale of the linear motion detector placed on the output shaft and the rotational runout accuracy of the θ encoder of the rotational detector can be improved. The position in the direction and the angle in the rotation direction can be detected with high accuracy.
In addition, by arranging the end bracket on the non-load side of the detector unit and supporting the output shaft via the θX bearing unit, it is equivalent to the configuration in which the θX bearing unit is arranged on both sides of the detector unit. Thus, the backlash and eccentricity of the linear rotation scale can be eliminated, and consequently the backlash and eccentricity of the output shaft can be eliminated, and the straightness of the output shaft 201 and the accuracy of the rotational runout can be improved.

図10は第8実施形態を示すアクチュエータの側断面図である。
第8実施形態の直動回転を行うアクチュエータの特徴を、第1実施形態と異なる点を以下のとおり説明する。
すなわち、第10実施形態に示すアクチュエータの検出器部100bにおいて、出力軸201の外周にベアリング106bが設けられ、第1フレーム101の内周にボールスプライン106aを介して直動自在に移動する中空円筒部材210(スケールホルダに相当)が該ベアリング106bの外輪に固定されて設けられている。このような構成において、直動検出器部300が中空円筒部材210の外周に設けられた光学式のリニアスケール301と、第1フレーム101の内周に取り付けられた光学式のリニアセンサヘッド302から構成されている。
FIG. 10 is a side sectional view of the actuator showing the eighth embodiment.
The features of the actuator that performs linear motion rotation according to the eighth embodiment will be described as follows.
That is, in the detector section 100b of the actuator shown in the tenth embodiment, a hollow cylinder that is provided with a bearing 106b on the outer periphery of the output shaft 201 and moves freely on the inner periphery of the first frame 101 via the ball spline 106a. A member 210 (corresponding to a scale holder) is provided fixed to the outer ring of the bearing 106b. In such a configuration, the linear motion detector unit 300 includes an optical linear scale 301 provided on the outer periphery of the hollow cylindrical member 210 and an optical linear sensor head 302 attached to the inner periphery of the first frame 101. It is configured.

次に動作について説明する。
このように構成されたアクチュエータは、θ電機子巻線103に電流を流すことにより界磁部の永久磁石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界磁部の永久磁石の作る磁界との作用で可動子200に推力が発生し、回転動作と直動動作を行うことができる。
一方のθ電機子巻線103のみに電流を供給した際、出力軸201が検出器部100bに位置するθX軸受106のベアリング106bにより径方向に支持された状態で、出力軸201と対向する中空円筒状部材210に対して相対的に回転する。なお、このとき、中空円筒状部材210は回転しない。
また、他方のX電機子巻線104のみに電流を供給した際、出力軸201は、中空円筒状部材210が検出器部100bに位置するθX軸受106のボールスプライン106aにより軸方向に支持された状態で直動し、その時、外周にリニアスケール301を取り付けた中空円筒状部材210も同時に直動し、該リニアスケール301と対向して第1フレーム101の内周に設けられたリニアセンサヘッド302によって、出力軸の直動位置が検出される。
なお、θ電機子巻線103およびX電機子巻線104の両方に電流を供給すると、出力軸201が回転、直動を同時に行い、回転検出および直動検出を精度よく行うことができる。
Next, the operation will be described.
The actuator configured in this manner generates torque in the mover 200 by the action of a magnetic field created by a permanent magnet in the field portion by causing a current to flow through the θ armature winding 103, and the X armature winding By causing a current to flow through 104, a thrust is generated in the mover 200 by the action of a magnetic field generated by a permanent magnet in the field part, and a rotating operation and a linear motion operation can be performed.
When current is supplied only to one of the θ armature windings 103, the output shaft 201 is supported in the radial direction by the bearing 106b of the θX bearing 106 located in the detector unit 100b, and the hollow facing the output shaft 201 It rotates relative to the cylindrical member 210. At this time, the hollow cylindrical member 210 does not rotate.
Further, when the current was supplied only to the other X armature winding 104, the output shaft 201 was supported in the axial direction by the ball spline 106a of the θX bearing 106 in which the hollow cylindrical member 210 was positioned in the detector unit 100b. At this time, the hollow cylindrical member 210 having the linear scale 301 attached to the outer periphery also moves linearly at the same time. The linear sensor head 302 provided on the inner periphery of the first frame 101 is opposed to the linear scale 301. Thus, the linear motion position of the output shaft is detected.
When current is supplied to both the θ armature winding 103 and the X armature winding 104, the output shaft 201 rotates and linearly moves at the same time, and rotation detection and linear motion detection can be accurately performed.

したがって、第8の実施形態は、検出器部を構成する直動検出器部のリニアスケールを中空円筒部材に取り付けて、ボールスプラインを介して直動させることで回転止めを行ったので、第1実施例と比較して更に検出器部での出力軸のがたや偏心をなくすことができ、出力軸の真直度と回転振れの精度をより一層向上することができる。   Therefore, in the eighth embodiment, since the linear scale of the linear motion detector portion constituting the detector portion is attached to the hollow cylindrical member and directly rotated via the ball spline, the rotation is stopped. Compared with the embodiment, the backlash and eccentricity of the output shaft at the detector section can be eliminated, and the straightness of the output shaft and the accuracy of the runout can be further improved.

なお、本実施形態において、X方向の直動の変位の検出に光学式のリニアセンサを用いたが、実施の形態を説明する一例に過ぎず、例えば、磁気的変化を検出するセンサ等を用いても良い。また、θ方向の回転の角度の検出に磁気式のセンサを用いたが、実施の形態を説明する一例に過ぎず、例えば、光の反射(または透過)を検出するセンサ等を用いても良いことは当然である。
また、円滑な支持機構としてボールスプラインやボールベアリングを用いて説明したが、これを一体にしたロータリボールスプラインでも良い。また、必要とされる支持部の精度に応じて変えることは可能であり、すべり軸受や流体軸受等も用いても良い。
また、本実施の形態で説明したアクチュエータは、幅方向を狭くしながら直動方向、回転方向の動作を実現するものであり、幅方向または奥行き方向に複数個連結して使用する用途に適するものである。その際には、直動方向の位置を検出するリニアスケールおよびリニアセンサが前面に位置するように、複数個のアクチュエータが幅方向または奥行き方向に連結される構成となると考えられる。そのような位置関係で複数個のアクチュエータが幅方向または奥行き方向に連結されることで出力軸の幅方向の間隔を狭くすることが可能となると考えられる。
In the present embodiment, the optical linear sensor is used for detecting the linear movement displacement in the X direction. However, this is only an example for explaining the embodiment. For example, a sensor for detecting a magnetic change is used. May be. In addition, the magnetic sensor is used to detect the angle of rotation in the θ direction. However, this is merely an example for explaining the embodiment, and for example, a sensor that detects light reflection (or transmission) may be used. It is natural.
In addition, the ball spline and the ball bearing are used as the smooth support mechanism, but a rotary ball spline integrated with the ball spline may be used. Moreover, it is possible to change according to the required precision of a support part, and a slide bearing, a fluid bearing, etc. may be used.
In addition, the actuator described in the present embodiment realizes the operation in the linear movement direction and the rotation direction while narrowing the width direction, and is suitable for use in which a plurality of actuators are connected in the width direction or the depth direction. It is. In that case, it is considered that a plurality of actuators are coupled in the width direction or the depth direction so that the linear scale and the linear sensor for detecting the position in the linear motion direction are located on the front surface. It is considered that the interval in the width direction of the output shaft can be narrowed by connecting a plurality of actuators in the width direction or the depth direction in such a positional relationship.

本発明は、1つのアクチュエータで、回転と直動の2つの動作を精密に行う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 precisely performs two operations of rotation and linear motion with one actuator. 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
100a モータ部
100b 検出器部
101 第1フレーム
102 第2フレーム
103、103a θ電機子巻線、俵形コイル
104、104a X電機子巻線、リング形コイル
106 θX軸受部
106a ボールスプライン
106b ベアリング
106c ベアリング
107 負荷側ブラケット
108 反負荷側ブラケット
109 エンドブラケット
110 エンドキャップ
200 可動子
201 出力軸
202 界磁部
203 界磁ヨーク
204 永久磁石
204a、204b ブロック磁石
205 θ界磁部
206 カラー
207 X界磁部
210 中空円筒部材
300 直動検出器部
301 リニアスケール
302 リニアセンサヘッド
400 回転検出器部(磁気エンコーダ)
401 θエンコーダ(永久磁石)
402 回転センサヘッド(磁気検出素子)
403 カラー
500 直動回転検出器部
501 直動回転スケール
502 直動回転センサヘッド
100 Stator 100a Motor portion 100b Detector portion 101 First frame 102 Second frame 103, 103a θ armature winding, saddle coil 104, 104a X armature winding, ring coil 106 θX bearing portion 106a Ball spline 106b Bearing 106c Bearing 107 Load side bracket 108 Anti-load side bracket 109 End bracket 110 End cap 200 Movable element 201 Output shaft 202 Field part 203 Field yoke 204 Permanent magnet 204a, 204b Block magnet 205 θ field part 206 Collar 207 X field Magnetic part 210 Hollow cylindrical member 300 Linear motion detector part 301 Linear scale 302 Linear sensor head 400 Rotation detector part (magnetic encoder)
401 θ encoder (permanent magnet)
402 Rotation sensor head (magnetic detection element)
403 color 500 linear motion rotation detector unit 501 linear motion rotation scale 502 linear motion rotation sensor head

Claims (4)

フレームの内部に同心円状となるように出力軸の長手方向の複数箇所に配置され、前記出力軸の直動方向および回転方向を支持する支持機構と、
前記出力軸の長手方向における前記支持機構の間に同心円状に配置され、前記出力軸を直動方向および回転方向に駆動するモータ部と、
前記出力軸の回転方向の角度を検出する第1の検出部と、前記出力軸の直動方向の変位を検出する第2の検出部とを含む検出器部と、
を備え、
前記モータ部は、界磁とする永久磁石と、前記界磁と磁気的空隙を介して対向配置されると共に移動磁界を発生する電機子とを備え、
前記モータ部の前記電機子は、前記出力軸を回転方向に駆動する第1の電機子巻線と、前記第1の電機子巻線と同心円状に重畳するように配置され、前記出力軸を直動方向に駆動する第2の電機子巻線とを備え、
前記支持機構は、前記出力軸を回転自在に支持する第1の軸受と、前記出力軸を直動自在に支持する第2の軸受とを備え、
前記第2の軸受は、前記出力軸の長手方向に沿って前記第2の軸受の外筒端部から突出されたカラーが接続され、
前記第1の検出の被検出体は、前記第2の軸受の外筒端部から突出した前記カラーに取り付けられ、他方の検出器は前記フレームに取り付けられたこと
を特徴とするアクチュエータ。
A support mechanism that is arranged at a plurality of locations in the longitudinal direction of the output shaft so as to be concentric inside the frame, and supports the linear movement direction and the rotation direction of the output shaft;
A motor unit that is concentrically disposed between the support mechanisms in the longitudinal direction of the output shaft, and drives the output shaft in a linear motion direction and a rotational direction;
A detector unit including a first detection unit that detects an angle of the output shaft in a rotation direction and a second detection unit that detects a displacement of the output shaft in a linear motion direction;
With
The motor unit includes a permanent magnet as a field, and an armature that is disposed to face the field through a magnetic gap and generates a moving magnetic field,
The armature of the motor unit is disposed so as to be concentrically overlapped with a first armature winding that drives the output shaft in a rotation direction, and the first armature winding. A second armature winding that drives in a linear motion direction,
The support mechanism includes a first bearing that rotatably supports the output shaft, and a second bearing that supports the output shaft so as to freely move.
The second bearing is connected to a collar protruding from the outer cylinder end of the second bearing along the longitudinal direction of the output shaft,
The detection object of the first detection unit is attached to the collar protruding from the outer cylinder end of the second bearing , and the other detector is attached to the frame.
前記支持機構は、
前記フレームに前記出力軸を回転自在に支持する前記第1の軸受が取り付けられ、前記第1の軸受の内周面に前記出力軸を直動自在に支持する前記第2の軸受を備えたことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。
The support mechanism is
It said frame said first bearing for rotatably supporting is attached to the output shaft, further comprising a second bearing supporting the output shaft linearly movable in the inner peripheral surface of the first bearing The actuator according to claim 1.
前記検出器部を前記出力軸の負荷側に配置すると共に、前記モータ部を前記出力軸の反負荷側に配置したことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the detector unit is disposed on a load side of the output shaft, and the motor unit is disposed on a non-load side of the output shaft. 前記出力軸を非磁性材料にて構成したことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。   The actuator according to claim 1, wherein the output shaft is made of a nonmagnetic material.
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