JP5488131B2 - Electromagnetic actuator - Google Patents

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Description

本発明は、多自由度駆動を可能とする電磁アクチュエータに関する。   The present invention relates to an electromagnetic actuator that can be driven with multiple degrees of freedom.

特許文献1には、球面全方位の駆動が可能であり、ロボットの肩関節や眼球の駆動に応用が期待される三自由度球面電磁アクチュエータが開示されている。   Patent Document 1 discloses a three-degree-of-freedom spherical electromagnetic actuator that can be driven in all directions on a spherical surface and is expected to be applied to drive a shoulder joint and eyeball of a robot.

この電磁アクチュエータは、可動子と、この可動子を3軸(x軸、y軸、z軸)方向のまわりに回転トルクを発生させる固定子を備えている。可動子は、xy平面に平行な周方向に沿って分割された4つの磁性体と、これら磁性体の間に90°おきに挿入された4つの永久磁石とを含む。固定子は、可動子の外周側に所定のエアギャップを介して配置されており、z軸方向に沿って上下二つに分割されている。個々の固定子はそれぞれ、6個の磁極をもつ同一材質の磁性体で形成されており、各磁極の極性を制御することで、可動子をz軸のまわりに360°、x軸及びy軸のまわりに所定角度範囲にわたって回転させることが可能である(例えば、特許文献1の明細書段落[0017]参照)。   The electromagnetic actuator includes a mover and a stator that generates rotational torque about the mover about three axes (x-axis, y-axis, and z-axis). The mover includes four magnetic bodies divided along a circumferential direction parallel to the xy plane, and four permanent magnets inserted between these magnetic bodies at 90 ° intervals. The stator is disposed on the outer peripheral side of the mover via a predetermined air gap, and is divided into upper and lower parts along the z-axis direction. Each stator is formed of a magnetic material of the same material having six magnetic poles. By controlling the polarity of each magnetic pole, the movable element is rotated 360 ° around the z axis, the x axis and the y axis. Can be rotated over a predetermined angular range (see, for example, paragraph [0017] of the specification of Patent Document 1).

特開2009−130957号公報JP 2009-130957 A

特許文献1に記載された電磁アクチュエータでは、例えばインナー部材となる可動子の動力を外部に出力するための具体的な構造及びその可動子の出力軸を支持する構造は記載されていない。例えば、z軸方向の出力軸が可動子に設けられる場合、その出力軸を支持する構造としては、その出力軸の一端に軸受が設けられる構造が考えられる。しかし、出力軸の一端に軸受が設けられる場合、その軸受を支持する構造または機構を、例えば固定子の外側に設ける必要がある。これでは、電磁アクチュエータ全体が大型化する。   In the electromagnetic actuator described in Patent Document 1, for example, a specific structure for outputting the power of a mover serving as an inner member to the outside and a structure for supporting an output shaft of the mover are not described. For example, when an output shaft in the z-axis direction is provided on the mover, a structure in which a bearing is provided at one end of the output shaft can be considered as a structure for supporting the output shaft. However, when a bearing is provided at one end of the output shaft, it is necessary to provide a structure or mechanism for supporting the bearing, for example, outside the stator. This increases the overall size of the electromagnetic actuator.

このような問題は、特許文献1に記載の可動子が固定子とされ、固定子が可動子とされる場合にも同様に起こる。すなわち、そのインナー部材となる固定子を支持する構造に工夫が必要となる。   Such a problem similarly occurs when the mover described in Patent Document 1 is a stator and the stator is a mover. In other words, it is necessary to devise a structure for supporting the stator serving as the inner member.

また、インナー部材が可動子とされる場合であって、その可動子の出力軸の一端に軸受が設けられる場合、出力軸の一端の反対側である他端側からしか動力を出力することができず、この電磁アクチュエータの応用範囲が限定されたものになる。   Further, when the inner member is a mover and a bearing is provided at one end of the output shaft of the mover, power can be output only from the other end side opposite to one end of the output shaft. The application range of this electromagnetic actuator is limited.

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、小型化を達成しながら、インナー部材が可動子であるか固定子であるかに関わらずインナー部材を支持する構造を実現することができ、また、インナー部材が可動子である場合に、その可動子の動力を回転軸方向の両側から外部に出力する構造を実現することができる電磁アクチュエータを提供することにある。   In view of the circumstances as described above, the object of the present invention is to achieve a structure that supports the inner member regardless of whether the inner member is a mover or a stator while achieving downsizing, Another object of the present invention is to provide an electromagnetic actuator capable of realizing a structure in which the power of the mover is output from both sides in the rotation axis direction to the outside when the inner member is a mover.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る電磁アクチュエータは、インナー部材と、アウター部材と、球面軸受と、支持部材とを具備する。
前記インナー部材は、第1のコアと、第2のコアと、前記第1のコア及び前記第2のコアの間に空間を形成するように、前記第1及び前記第2のコアを同軸で連結する軸とを有する。
前記アウター部材は、前記インナー部材の外周側に配置され、前記軸を回転中心とする第1の電磁トルクと、前記軸と異なる方向の軸を回転中心とする第2の電磁トルクとを発生することで、前記インナー部材に相対的に回転可能である。
前記球面軸受は、前記インナー部材の前記空間内に設けられ、前記軸を回転自在に支持する。
前記支持部材は、前記インナー部材の前記空間を介して前記アウター部材に接続され、前記軸に沿った方向とは異なる方向から前記球面軸受を支持する。
In order to achieve the above object, an electromagnetic actuator according to an aspect of the present invention includes an inner member, an outer member, a spherical bearing, and a support member.
The inner member coaxially connects the first and second cores so as to form a space between the first core, the second core, and the first core and the second core. And a connecting shaft.
The outer member is disposed on the outer peripheral side of the inner member, and generates a first electromagnetic torque centered on the shaft and a second electromagnetic torque centered on a shaft in a direction different from the shaft. Thus, it can rotate relative to the inner member.
The spherical bearing is provided in the space of the inner member, and rotatably supports the shaft.
The support member is connected to the outer member through the space of the inner member, and supports the spherical bearing from a direction different from the direction along the axis.

アウター部材が、第1の電磁トルクを発生させることで、軸を回転中心とするインナー部材またはアウター部材の回転による動力が得られる。またアウター部材が、第2の電磁トルクを発生させることで、軸と異なる方向の軸を回転中心とするインナー部材またはアウター部材の回転による動力が得られる。   When the outer member generates the first electromagnetic torque, power by rotation of the inner member or the outer member with the shaft as the rotation center is obtained. Further, when the outer member generates the second electromagnetic torque, power by rotation of the inner member or the outer member with the axis in the direction different from the axis as the rotation center is obtained.

本発明では、第1及び第2のコアの間に形成された空間内に軸を支持する球面軸受が設けられ、アウター部材に設けられた支持部材によりその空間を介してその球面軸受が支持される。すなわち、インナー部材の内部に軸を支持する球面軸受が設けられ、そして支持部材により軸方向とは異なる方向から球面軸受が支持される。したがって、軸の一端に軸受が設けられる場合に比べ小型化を達成しながらインナー部材を支持することができ、また軸方向で薄型化された電磁アクチュエータを実現することができる。   In the present invention, a spherical bearing that supports the shaft is provided in the space formed between the first and second cores, and the spherical bearing is supported through the space by the support member provided on the outer member. The That is, a spherical bearing that supports the shaft is provided inside the inner member, and the spherical bearing is supported by the support member from a direction different from the axial direction. Therefore, the inner member can be supported while achieving a reduction in size as compared with the case where a bearing is provided at one end of the shaft, and an electromagnetic actuator that is thin in the axial direction can be realized.

また、軸の両端以外の部分に球面軸受が設けられるため、インナー部材が可動子である場合には、その両端からその動力を出力することが可能となり、電磁アクチュエータの幅広い応用が可能となる。   Further, since spherical bearings are provided at portions other than both ends of the shaft, when the inner member is a mover, the power can be output from both ends, and a wide range of applications of electromagnetic actuators are possible.

前記支持部材は、前記出力軸に垂直な面内で配置された板状部分を有してもよい。これにより、出力軸の軸方向で電磁アクチュエータの薄型化を実現することができる。   The support member may have a plate-like portion arranged in a plane perpendicular to the output shaft. Thereby, it is possible to reduce the thickness of the electromagnetic actuator in the axial direction of the output shaft.

以上、本発明によれば、電磁アクチュエータの小型化を達成しながらインナー部材を支持する構造を実現することができ、また、インナー部材が可動子である場合に、その可動子の動力を回転軸方向の両側から外部に出力する構造を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a structure that supports the inner member while achieving a reduction in the size of the electromagnetic actuator, and when the inner member is a mover, the power of the mover is transmitted to the rotating shaft. It is possible to realize a structure that outputs to the outside from both sides of the direction.

図1は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータを示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing an electromagnetic actuator according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1におけるA−A線での断面図である(B−B線またはC−C線も同様)。2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (the same applies to the BB line or the CC line). 図3(A)〜(C)は、本実施形態に係る電磁アクチュエータの動作原理を説明するための図である。3A to 3C are diagrams for explaining the operation principle of the electromagnetic actuator according to the present embodiment. 図4は、例えば図3(A)または(B)に示した動作により、可動子1が傾動した状態を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the mover 1 is tilted by the operation illustrated in FIG. 3A or 3B, for example. 図5は、参考例に係る電磁アクチュエータを示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to a reference example.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[電磁アクチュエータの構成]
図1は、本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータを示す平面図である。図2は、図1におけるA−A線での断面図である(B−B線またはC−C線も同様)。図1では、互いに直交するx軸、y軸、及びz軸を有するxyz空間において、電磁アクチュエータ100を図示している。本発明の一実施形態に係る電磁アクチュエータ100は、可動子をx軸、y軸、及びz軸の各軸周りに回転駆動可能な球面アクチュエータの一種として構成されている。
[Configuration of electromagnetic actuator]
FIG. 1 is a plan view showing an electromagnetic actuator according to an embodiment of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (the same applies to the BB line or the CC line). FIG. 1 illustrates the electromagnetic actuator 100 in an xyz space having an x axis, a y axis, and a z axis that are orthogonal to each other. An electromagnetic actuator 100 according to an embodiment of the present invention is configured as a kind of a spherical actuator that can rotationally drive a mover about each of an x-axis, a y-axis, and a z-axis.

電磁アクチュエータ100は、インナー部材としての可動子1と、アウター部材としての固定子2とを備える。可動子1は、xy平面内の円周方向に沿って4つの分割された磁性体11と、隣接する2つの磁性体11の各間に等ピッチ(90°間隔)で挿入された4つの永久磁石12(例えば、Br=1.4T)とを有している。すなわち、可動子1は、円周方向に2つの磁極対を有する。永久磁石12は、図1に示す矢印dの向きに着磁されている。   The electromagnetic actuator 100 includes a mover 1 as an inner member and a stator 2 as an outer member. The mover 1 includes four permanent magnetic bodies 11 that are divided along the circumferential direction in the xy plane, and four permanent magnets inserted at equal pitches (90 ° intervals) between two adjacent magnetic bodies 11. And a magnet 12 (for example, Br = 1.4T). That is, the mover 1 has two magnetic pole pairs in the circumferential direction. The permanent magnet 12 is magnetized in the direction of the arrow d shown in FIG.

固定子2は、外周側の壁を形成する筒状のフレーム21と、このフレーム21に設けられ可動子1を駆動するための複数の電磁石3を有する。これら電磁石3は、コア32及びこのコア32に巻かれたコイル31で構成されている。電磁石3は、上段及び下段にそれぞれ6個ずつ設けられている。上段の複数の電磁石3と、下段の複数の電磁石3とは、z軸方向で対称位置となるように配置されている。   The stator 2 includes a cylindrical frame 21 that forms a wall on the outer peripheral side, and a plurality of electromagnets 3 that are provided on the frame 21 and drive the mover 1. These electromagnets 3 include a core 32 and a coil 31 wound around the core 32. Six electromagnets 3 are provided in each of the upper and lower stages. The plurality of upper electromagnets 3 and the plurality of lower electromagnets 3 are arranged so as to be symmetrical in the z-axis direction.

各コア32は、それぞれ可動子1に向けて突出するように、フレーム21の内周面側に等ピッチ(z軸方向で見て60°間隔)取り付けられている。コア32の端部である磁極321の先端面は、可動子1の外周面と対向している。   The cores 32 are attached to the inner peripheral surface side of the frame 21 at equal pitches (60 ° intervals as viewed in the z-axis direction) so as to protrude toward the mover 1. The tip surface of the magnetic pole 321 that is the end portion of the core 32 faces the outer peripheral surface of the mover 1.

可動子1は、第1の可動子コア13と、第2の可動子コア14と、これら第1の可動子コア13及び第2の可動子コア14を同軸で連結する出力軸15とを有する。出力軸15は、第1の可動子コア13及び第2の可動子コア14の間に空間Dを形成するように、それらを連結する。   The mover 1 includes a first mover core 13, a second mover core 14, and an output shaft 15 that coaxially connects the first mover core 13 and the second mover core 14. . The output shaft 15 connects the first mover core 13 and the second mover core 14 so as to form a space D between them.

第1の可動子コア13及び第2の可動子コア14は、同一の構成を有しており、上述したように、4つの分割された磁性体11と、これら磁性体11の間に設けられた4つの永久磁石12をそれぞれ有する。第1の可動子コア13の磁性体11と、第2の可動子コア14の磁性体11とは、z軸方向で見て同じ角度位置にそれぞれ配置されている。また、第1の可動子コア13の永久磁石12と、第2の可動子コア14の永久磁石12とは、z軸方向で見て同じ角度位置にそれぞれ配置されている。   The first mover core 13 and the second mover core 14 have the same configuration, and are provided between the four divided magnetic bodies 11 and the magnetic bodies 11 as described above. Each has four permanent magnets 12. The magnetic body 11 of the first mover core 13 and the magnetic body 11 of the second mover core 14 are respectively disposed at the same angular position when viewed in the z-axis direction. Further, the permanent magnet 12 of the first mover core 13 and the permanent magnet 12 of the second mover core 14 are respectively arranged at the same angular position when viewed in the z-axis direction.

第1の可動子コア13及び第2の可動子コア14の側面は球面の一部となっており、また、それらの球面に対応するように、コア32の、第1の可動子コア13及び第2の可動子コア14にそれぞれ対面する面もそれぞれ球面となっている。   The side surfaces of the first mover core 13 and the second mover core 14 are part of a spherical surface, and the first mover core 13 and the core 32 of the core 32 correspond to these spherical surfaces. The surfaces facing the second mover core 14 are also spherical surfaces.

出力軸15のz軸方向での中心には球面体16が設けられている。球面体16は、球面軸受4により支持され、これにより可動子1が球面体16を中心として回転自在に支持される。球面軸受4は軸受ホルダ5により保持され、軸受ホルダ5は球面軸受4の外周部に取り付けられている。   A spherical body 16 is provided at the center of the output shaft 15 in the z-axis direction. The spherical body 16 is supported by the spherical bearing 4, and thereby the movable element 1 is supported rotatably about the spherical body 16. The spherical bearing 4 is held by a bearing holder 5, and the bearing holder 5 is attached to the outer peripheral portion of the spherical bearing 4.

軸受ホルダ5には、支持板6が取り付けられている。支持板6は、出力軸15に沿ったz軸方向とは異なる方向から球面軸受4を支持する支持部材として機能する。具体的には、支持板6は、側方から球面軸受4を支持する。支持板6は、板状であり、本実施形態では円板状となっている。支持板6の中央には穴6aが形成され、この穴6a内に球面軸受4が配置されている。軸受ホルダ5は、z軸方向でこの支持板6を挟むように設けられている。支持板6の外周側のエッジ部6bが、フレーム21に取り付けられることにより、支持板6がフレーム21に接続されて固定される。すなわち支持板6は、空間Dを介して固定子2のフレーム21に接続されている。支持板6の材料は、非磁性材とされており、例えばステンレス、アルミニウム、樹脂等である。   A support plate 6 is attached to the bearing holder 5. The support plate 6 functions as a support member that supports the spherical bearing 4 from a direction different from the z-axis direction along the output shaft 15. Specifically, the support plate 6 supports the spherical bearing 4 from the side. The support plate 6 has a plate shape, and in the present embodiment, has a disk shape. A hole 6a is formed in the center of the support plate 6, and the spherical bearing 4 is disposed in the hole 6a. The bearing holder 5 is provided so as to sandwich the support plate 6 in the z-axis direction. The edge 6 b on the outer peripheral side of the support plate 6 is attached to the frame 21, so that the support plate 6 is connected to the frame 21 and fixed. That is, the support plate 6 is connected to the frame 21 of the stator 2 through the space D. The material of the support plate 6 is a non-magnetic material, such as stainless steel, aluminum, or resin.

なお、図2では、軸受ホルダ5は、z軸方向に分割されて2つ設けられているが、1つの軸受ホルダ5の外周面の周方向に、この軸受ホルダ5を貫通しないスリットが設けられ、そのスリットに、支持板6の穴6aを形成する端部(支持板6の内周側のエッジ部)が嵌め込まれることにより、軸受ホルダ5が支持板6により支持されていてもよい。   In FIG. 2, two bearing holders 5 are divided in the z-axis direction, but slits that do not penetrate the bearing holder 5 are provided in the circumferential direction of the outer peripheral surface of one bearing holder 5. The bearing holder 5 may be supported by the support plate 6 by fitting an end portion (an edge portion on the inner peripheral side of the support plate 6) that forms the hole 6a of the support plate 6 into the slit.

第1の可動子コア13の、第2の可動子コア14と対面する面には、z軸の周りで環状の溝13aが形成されている。また同様に、第2の可動子コア14の、第1の可動子コア13と対面する面には、z軸の周りで環状の溝14aが形成されている。後述するように、可動子1がxまたはy軸周りに回転(傾動)した時に、軸受ホルダ5が、それらの溝13a及び14aに嵌まり込む。これにより、可動子1が所定の傾動角度以上で傾動せず、その可動子1の傾動動作が規制される。   An annular groove 13 a is formed around the z axis on the surface of the first mover core 13 that faces the second mover core 14. Similarly, an annular groove 14 a is formed around the z-axis on the surface of the second mover core 14 that faces the first mover core 13. As will be described later, when the mover 1 rotates (tilts) around the x or y axis, the bearing holder 5 is fitted into the grooves 13a and 14a. Thereby, the mover 1 does not tilt at a predetermined tilt angle or more, and the tilt operation of the mover 1 is restricted.

各コイル31に供給される電流は独立して制御することが可能となっており、これにより12個の磁極321のそれぞれにおける励磁量も独立に制御することが可能となっている。   The current supplied to each coil 31 can be controlled independently, whereby the amount of excitation in each of the 12 magnetic poles 321 can also be controlled independently.

[電磁アクチュエータの動作原理]
以下、電磁アクチュエータ100の動作原理を説明する。
[Operation principle of electromagnetic actuator]
Hereinafter, the operation principle of the electromagnetic actuator 100 will be described.

まず、x軸周りの回転運動について動作原理を説明する。図3(A)は、図1で示したx軸に垂直な断面、すなわちA−A線断面を表している。ここで、A−A線断面内には4つの磁極321が存在している。また、これら4つの磁極321に対向する磁性体11は、永久磁石12の着磁方向により、S極の磁性を示している。   First, the principle of operation for rotational movement around the x-axis will be described. FIG. 3A shows a cross section perpendicular to the x-axis shown in FIG. 1, that is, a cross section taken along line AA. Here, there are four magnetic poles 321 in the cross section along the line AA. Further, the magnetic body 11 facing these four magnetic poles 321 exhibits S-pole magnetism depending on the magnetization direction of the permanent magnet 12.

今、図3(A)で示した磁極が現れるようにコイル31が励磁されると、可動子1は図中の矢印方向にトルク(つまり、電磁トルク)を得ることができる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は図3(A)とは反対方向にトルクを得ることになる。x軸周りの回転におけるトルク量は、A−A線断面内に存在するコア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。   Now, when the coil 31 is excited so that the magnetic pole shown in FIG. 3A appears, the mover 1 can obtain torque (that is, electromagnetic torque) in the direction of the arrow in the figure. Further, when the current of the coil 31 is reversed, the mover 1 obtains torque in the direction opposite to that in FIG. The amount of torque in the rotation around the x axis can be controlled by adjusting the amount of current to the coil 31 wound around the core 32 existing in the cross section along the line AA.

次に、y軸周りの回転運動について、図3(B)をもとに説明する。図3(B)はA−A線断面をz軸周りに60°回転させた断面、すなわちB−B線断面またはC−C線断面を示している。ここで、B−B線断面及びC−C線断面においても、その断面内には4つの磁極321が存在している。また、これら4つの磁極321に対向する磁性体11は、永久磁石12の着磁方向により、N極の磁性を示している。   Next, the rotational movement around the y axis will be described with reference to FIG. FIG. 3B shows a cross section obtained by rotating the AA line cross section by 60 ° around the z axis, that is, a BB line cross section or a CC line cross section. Here, also in the cross section taken along the line BB and the line CC, there are four magnetic poles 321 in the cross section. Further, the magnetic body 11 facing the four magnetic poles 321 exhibits N-pole magnetism depending on the magnetization direction of the permanent magnet 12.

なお、y軸は、図1におけるB−B線またはC−C線の間に位置する線であるが、B−B線断面内にある磁極321及びC−C線断面内にある磁極321は、それぞれ同じ極性になるように制御されるので、図3(B)で示した1つの図で動作原理を説明することができる。   Note that the y-axis is a line located between the BB line and the CC line in FIG. 1, but the magnetic pole 321 in the BB line section and the magnetic pole 321 in the CC line section are Since the respective polarities are controlled so as to have the same polarity, the principle of operation can be explained with one figure shown in FIG.

今、図3(B)で示した磁極が現れるようにコイル31が励磁されると、可動子1は図中の矢印方向にトルクを得ることができる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は図3(B)とは反対方向にトルクを得ることになる。すなわち、B−B線断面及びC−C線断面の両方において、同様の作用によって同じ大きさのトルクを作用させれば、可動子に働く合力はy軸周りの回転トルクとなる。y軸周りの回転におけるトルク量は、B−B線断面またはC−C線断面内に存在するコア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。   Now, when the coil 31 is excited so that the magnetic pole shown in FIG. 3B appears, the mover 1 can obtain torque in the direction of the arrow in the figure. Further, when the current of the coil 31 is reversed, the mover 1 obtains torque in the direction opposite to that in FIG. That is, if the same magnitude of torque is applied by the same action in both the BB line cross section and the CC line cross section, the resultant force acting on the mover becomes a rotational torque around the y axis. The amount of torque in the rotation around the y-axis can be controlled by adjusting the amount of current to the coil 31 wound around the core 32 existing in the cross section taken along the line BB or the line CC.

最後に、z軸周りの回転について、図3(C)をもとに動作原理を説明する。図3(C)はz軸に垂直な断面図を示している。今、図3(C)で示した磁極が現れるようコイル31が励磁され、つまり、z軸周りの方向で180°離れた各電磁石が同相となるように、コイル31が励磁され、可動子1は図中の矢印方向にトルクを得ることができる。z軸に沿って配置された2つの固定子についてそれぞれ同じ磁極を発生させれば、z軸以外の軸にはトルクは発生しないことになる。また、コイル31の電流を反転させると、可動子1は反対方向にトルクを得ることになる。z軸周りの回転におけるトルク量は、コア32に巻かれたコイル31への電流量を調整することによって制御可能である。   Finally, the operation principle of rotation around the z-axis will be described with reference to FIG. FIG. 3C shows a cross-sectional view perpendicular to the z-axis. Now, the coil 31 is excited so that the magnetic poles shown in FIG. 3C appear, that is, the coil 31 is excited so that the electromagnets 180 degrees apart in the direction around the z-axis are in phase, and the mover 1 Can obtain torque in the direction of the arrow in the figure. If the same magnetic pole is generated for each of the two stators arranged along the z axis, no torque is generated on the axes other than the z axis. Further, when the current of the coil 31 is reversed, the mover 1 obtains torque in the opposite direction. The amount of torque in the rotation around the z axis can be controlled by adjusting the amount of current to the coil 31 wound around the core 32.

図4は、例えば図3(A)または(B)に示した動作により、可動子1が傾動した状態を示す図である。このように、可動子1が傾動すると、上記溝13a及び14aに軸受ホルダ5が嵌まり込み、その可動子1の動きが規制される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the mover 1 is tilted by the operation illustrated in FIG. 3A or 3B, for example. Thus, when the mover 1 tilts, the bearing holder 5 is fitted into the grooves 13a and 14a, and the movement of the mover 1 is restricted.

ここで、支持板6が非磁性材で形成されているので、可動子1は例えば下段に配置された電磁石3による磁束と、可動子1の、上段に配置された第1の可動子コア13の磁束とが相互作用し、可動子1の傾動動作を実現している。   Here, since the support plate 6 is formed of a non-magnetic material, the mover 1 includes, for example, a magnetic flux generated by the electromagnet 3 arranged at the lower stage, and a first mover core 13 arranged at the upper stage of the mover 1. The magnetic flux interacts with each other to realize the tilting motion of the mover 1.

以上のように、本実施形態では、第1及び第2の可動子コア13及び14の間に形成された空間D内に出力軸15を支持する球面軸受4が設けられ、固定子2に設けられた支持板6によりその空間Dを介してその球面軸受4(及び軸受ホルダ5)が支持される。すなわち、可動子1の内部に出力軸15を支持する球面軸受4が設けられるので、出力軸15の端部に軸受が設けられる場合に比べ、小型化を達成しながら可動子1を支持することができ、またz軸方向で薄型化された電磁アクチュエータ100を実現することができる。   As described above, in the present embodiment, the spherical bearing 4 that supports the output shaft 15 is provided in the space D formed between the first and second mover cores 13 and 14, and is provided in the stator 2. The spherical bearing 4 (and bearing holder 5) is supported by the support plate 6 through the space D. That is, since the spherical bearing 4 that supports the output shaft 15 is provided inside the mover 1, the mover 1 is supported while achieving a reduction in size as compared with the case where a bearing is provided at the end of the output shaft 15. In addition, the electromagnetic actuator 100 thinned in the z-axis direction can be realized.

また、出力軸15の例えば中央部分に球面軸受4が設けられるため、出力軸15の両端から動力を出力することが可能となり、電磁アクチュエータ100の幅広い応用が可能となる。例えば、電磁アクチュエータ100を搬送ロボットのアームの関節装置として適用可能である。   In addition, since the spherical bearing 4 is provided at, for example, the central portion of the output shaft 15, power can be output from both ends of the output shaft 15, and the electromagnetic actuator 100 can be widely applied. For example, the electromagnetic actuator 100 can be applied as a joint device for an arm of a transfer robot.

ここで、図5は参考例に係る電磁アクチュエータを示す断面図である。この電磁アクチュエータ150の動作原理は、上記実施形態に係る電磁アクチュエータ100と同様である。電磁アクチュエータ150は、可動子101及び固定子102を備える。固定子102は、電磁石103と、フレーム1021と、フレーム1021の下部に取り付けられたベース1022とを有する。可動子101は、本体1013と、上方に突出した出力軸115とを有する。   Here, FIG. 5 is a cross-sectional view showing an electromagnetic actuator according to a reference example. The operation principle of the electromagnetic actuator 150 is the same as that of the electromagnetic actuator 100 according to the above embodiment. The electromagnetic actuator 150 includes a mover 101 and a stator 102. The stator 102 has an electromagnet 103, a frame 1021, and a base 1022 attached to the lower part of the frame 1021. The mover 101 has a main body 1013 and an output shaft 115 protruding upward.

本体1013の中央位置には内部空間が設けられている。ベース1022上からは、支持軸119が突出して設けられ、支持軸119の端部は上記内部空間に配置され、支持軸119の端部には球面体116が設けられている。また、上記内部空間に、球面体116を支持する球面軸受104が設けられている。   An internal space is provided at the center position of the main body 1013. A support shaft 119 protrudes from above the base 1022, the end of the support shaft 119 is disposed in the internal space, and a spherical body 116 is provided at the end of the support shaft 119. A spherical bearing 104 that supports the spherical body 116 is provided in the internal space.

なお、本体1013の下部の、支持軸119の周囲には、円錐状の穴1013aが設けられている。これにより、支持軸119を中心として可動子101が傾動または揺動可能になる。   A conical hole 1013 a is provided around the support shaft 119 at the bottom of the main body 1013. As a result, the movable element 101 can tilt or swing around the support shaft 119.

このような参考例に係る電磁アクチュエータ150では、出力軸115と同軸の支持軸119がベース1022上に設置されているので、ベース1022を必要とする分、電磁アクチュエータ150が大型化する。これに対し、上記実施形態に係る電磁アクチュエータ100では、支持板6が固定子2のフレーム21に接続され、ベース1022が不要であるため、電磁アクチュエータ100の小型化及び薄型化を実現することができる。   In the electromagnetic actuator 150 according to the reference example, since the support shaft 119 coaxial with the output shaft 115 is installed on the base 1022, the size of the electromagnetic actuator 150 is increased by the amount required for the base 1022. On the other hand, in the electromagnetic actuator 100 according to the above embodiment, since the support plate 6 is connected to the frame 21 of the stator 2 and the base 1022 is unnecessary, the electromagnetic actuator 100 can be reduced in size and thickness. it can.

支持板6は、出力軸15に垂直な面内で設けられた板状体であるので、電磁アクチュエータのさらなる薄型化を実現することができる。   Since the support plate 6 is a plate-like body provided in a plane perpendicular to the output shaft 15, the electromagnetic actuator can be further reduced in thickness.

また、このような参考例に係る電磁アクチュエータ150では、出力軸115が本体1013の上方側にのみ設けられており、これでは、電磁アクチュエータ150の一端側のみしか動力を出力することができない。これに対し、上記実施形態に係る電磁アクチュエータ100では、電磁アクチュエータ100のz軸方向の両側から動力を出力することが可能となる。   Further, in the electromagnetic actuator 150 according to such a reference example, the output shaft 115 is provided only on the upper side of the main body 1013, so that power can be output only at one end side of the electromagnetic actuator 150. On the other hand, in the electromagnetic actuator 100 according to the above-described embodiment, power can be output from both sides of the electromagnetic actuator 100 in the z-axis direction.

電磁アクチュエータ100の構成によれば、組み立てが容易になる。図5に示した電磁アクチュエータ150は、以下の手順で組み立てられる。例えば可動子101の本体1013が、水平方向(図5における左右方向)で2つに分割された部品でなる。この場合、まず、上段側の複数の電磁石103がなく、下段側の複数の電磁石103のみが取り付けられたフレーム21と、ベース1022とが接続固定される。そして、そのベース1022上に、支持軸119が設置され、支持軸119に球面体116及び球面軸受104が取り付けられ、その支持軸119の球面体116に左右から、球面軸受104本体1013が取り付けられる。その後、上段側の複数の電磁石103がフレーム21に取り付けられる。   According to the configuration of the electromagnetic actuator 100, assembly is facilitated. The electromagnetic actuator 150 shown in FIG. 5 is assembled in the following procedure. For example, the main body 1013 of the mover 101 is a component divided into two parts in the horizontal direction (left-right direction in FIG. 5). In this case, first, the base 212 is connected and fixed to the frame 21 in which there are no upper electromagnets 103 and only the lower electromagnets 103 are attached. A support shaft 119 is installed on the base 1022, the spherical body 116 and the spherical bearing 104 are attached to the support shaft 119, and the spherical bearing 104 main body 1013 is attached to the spherical body 116 of the support shaft 119 from the left and right. . Thereafter, the upper electromagnets 103 are attached to the frame 21.

これに対し、電磁アクチュエータ100は、以下の手順で組み立てられる。出力軸15に球面体16、球面軸受4及び支持板6が取り付けられる。その後、出力軸15に第1及び第2の可動子コア13及び14が取り付けられる。そして、下段側の複数の電磁石3が取り付けられたフレーム21が、支持板6に接続され、上段側の複数の電磁石3がフレーム21に取り付けられる。すなわち、電磁アクチュエータ100は、z軸での及びxy軸での中心部分から外側に向けて各部品を組み立てていけばよいので、図5に示した電磁アクチュエータ150に比べ、それを組み立てる時の各部品の姿勢の安定性が問題にならず、また、中心位置出しの精度等も高くなる。   On the other hand, the electromagnetic actuator 100 is assembled in the following procedure. The spherical body 16, the spherical bearing 4 and the support plate 6 are attached to the output shaft 15. Thereafter, the first and second mover cores 13 and 14 are attached to the output shaft 15. The frame 21 to which the lower electromagnets 3 are attached is connected to the support plate 6, and the upper electromagnets 3 are attached to the frame 21. That is, in the electromagnetic actuator 100, it is only necessary to assemble each component from the central portion on the z-axis and the xy-axis toward the outside. Therefore, each of the electromagnetic actuators 100 when assembling it is compared with the electromagnetic actuator 150 shown in FIG. The stability of the posture of the parts does not become a problem, and the accuracy of centering is increased.

[その他の実施形態]
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が実現される。
[Other embodiments]
The embodiment according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and other various embodiments are realized.

電磁石3、可動子1の磁性体11、永久磁石12等の個数や配置等は、上記実施形態に限られず、適宜変更可能である。   The number and arrangement of the electromagnet 3, the magnetic body 11 of the mover 1, the permanent magnet 12, and the like are not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate.

出力軸15、フレーム21、支持板6、可動子1の第1及び第2の可動子コア13及び14のそれぞれの形状、大きさ等は適宜変更可能である。例えば、支持板6は、板状でなくてもよく、例えば棒状、柱状、またはその他の形状であってもよい。あるいは、第1及び第2の可動子コア13及び14の溝13a及び14aはなくてもよく、第1及び第2の可動子コア13及び14の互いに向かい合う面が平面であってもよい。   The shapes, sizes, and the like of the output shaft 15, the frame 21, the support plate 6, and the first and second mover cores 13 and 14 of the mover 1 can be changed as appropriate. For example, the support plate 6 may not be a plate shape, and may be, for example, a rod shape, a column shape, or other shapes. Alternatively, the grooves 13a and 14a of the first and second mover cores 13 and 14 may not be provided, and the surfaces of the first and second mover cores 13 and 14 facing each other may be flat.

第1及び第2の可動子コア13及び14は、軸受ホルダ5に当接してその動きが規制されるのではなく、支持板6に当接してその動きが規制されてもよい。また、軸15の一端にセンサを設けることにより、そのセンサにより可動子の角度や速度を検出し、より高精度に可動子の位置決めを行うアクチュエータを構成してもよい。   The movements of the first and second mover cores 13 and 14 may be regulated not by contacting the bearing holder 5 but by regulating the movement by contacting the support plate 6. Further, by providing a sensor at one end of the shaft 15, an actuator that detects the angle and speed of the mover with the sensor and positions the mover with higher accuracy may be configured.

上記実施形態では、内側の部材であるインナー部材が可動子であり、その外周側の部材であるアウター部材が固定子とされた。しかし、インナー部材が固定子とされ、アウター部材が可動子とされてもよい。   In the said embodiment, the inner member which is an inner member was a needle | mover, and the outer member which is a member of the outer peripheral side was used as the stator. However, the inner member may be a stator and the outer member may be a mover.

1…可動子(インナー部材に相当)
2…固定子(アウター部材に相当)
3…電磁石
4…球面軸受
5…軸受ホルダ
6…支持板(支持部材に相当)
11…磁性体
12…永久磁石
13…第1の可動子コア(第1のコアに相当)
14…第2の可動子コア(第2のコアに相当)
15…出力軸(軸に相当)
16…球面体
21…フレーム
100…電磁アクチュエータ
1 ... Mover (equivalent to inner member)
2 ... Stator (equivalent to outer member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 ... Electromagnet 4 ... Spherical bearing 5 ... Bearing holder 6 ... Support plate (equivalent to a support member)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Magnetic body 12 ... Permanent magnet 13 ... 1st needle | mover core (equivalent to a 1st core)
14 ... 2nd mover core (equivalent to 2nd core)
15 ... Output shaft (equivalent to shaft)
16 ... spherical body 21 ... frame 100 ... electromagnetic actuator

Claims (2)

第1のコアと、第2のコアと、前記第1のコア及び前記第2のコアの間に空間を形成するように、前記第1及び前記第2のコアを同軸で連結する軸とを有するインナー部材と、
前記インナー部材の外周側に配置され、前記軸を回転中心とする第1の電磁トルクと、前記軸と異なる方向の軸を回転中心とする第2の電磁トルクとを発生することで、前記インナー部材に相対的に回転可能なアウター部材と、
前記インナー部材の前記空間内に設けられ、前記軸を回転自在に支持する球面軸受と、
前記インナー部材の前記空間を介して前記アウター部材に接続され、前記軸に沿った方向とは異なる方向から前記球面軸受を支持する支持部材と
を具備する電磁アクチュエータ。
A first core, a second core, and a shaft coaxially connecting the first and second cores so as to form a space between the first core and the second core. An inner member having,
The inner member is arranged on the outer peripheral side and generates a first electromagnetic torque centered on the shaft and a second electromagnetic torque centered on a shaft in a direction different from the shaft. An outer member rotatable relative to the member;
A spherical bearing provided in the space of the inner member and rotatably supporting the shaft;
An electromagnetic actuator comprising: a support member connected to the outer member through the space of the inner member and supporting the spherical bearing from a direction different from the direction along the axis.
請求項1に記載の電磁アクチュエータであって、
前記支持部材は、前記軸に垂直な面内で配置された板状部分を有する電磁アクチュエータ。
The electromagnetic actuator according to claim 1,
The said support member is an electromagnetic actuator which has a plate-shaped part arrange | positioned in the surface perpendicular | vertical to the said axis | shaft.
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