JP5955309B2 - 電動リニアアクチュエータ及びその電動モータ - Google Patents

Description

本出願は、「電動リニアアクチュエータとその電動モータ」として2013年8月16日に出願された米国仮出願番号61/866759の利益を主張し、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、アクチュエータとその電動モータに関するものである。より詳細には、電動リニアアクチュエータ及びその電動モータに関するものである。

電動リニアアクチュエータは当技術分野において周知であり、産業機械、精密工作機械、電子機械、輸送機械などのさまざまなものに応用されている。従来、電動リニアアクチュエータは、ボールねじ装置を用いて、電動モータの回転運動を線形運動に変換するものである。

図1は、従来の電動リニアアクチュエータを模式的に示す縦断面図である。従来の電動リニアアクチュエータ1は、電動モータ11、ボールねじ装置12、連結器13、フレーム14、軸受15、及び固定キャリッジナット16を備えている。電動モータ11は、ロータ111、ステータ112、及びモータ軸113を備えている。モータ軸113は、ロータ111内に配置されている。ロータ111は、その上に複数の永久磁石114を有し、ステータ112は、ロータ111の永久磁石114の磁場と相互作用し電流を流す巻線を備えている。それによって、駆動力が発生し、ロータ111のモータ軸113が回転する。好ましくは、電動モータ11は、サーボモータである。

ボールねじ装置12は、フレーム14内に配置され、ネジ121、キャリッジナット122、テーブル123、リニア軸受124及び支持軸受125を備えている。ボールねじ装置12のネジ121の一方の端部は、連結器13を介して電動モータ11のモータ軸113と同軸上に接続されている。即ち、連結器13は、電動モータ11のモータ軸113の回転運動に応じてボールねじ装置12のネジ121を回転させるために、電動モータ11のモータ軸113とボールねじ装置12のネジ121とを相互接続している。キャリッジナット122は、ネジ121と螺着し、テーブル123は荷重を運搬するため、キャリッジナット122に固定されている。キャリッジナット122は、ネジ121とキャリッジナット122との間に、ボール等の転動体（図示せず）を組み込んでいる。これにより、高荷重を伝達でき且つ寿命が長い電動リニアアクチュエータを実現することができる。リニア軸受124は、キャリッジナット122を回転できないように保ち(すなわちキャリッジナット122の回転を制限するようにし)且つキャリッジナット122を直線方向に移動させるためにキャリッジナット122と接続され、フレーム14に配置されている。これにより、ボールねじ装置12のネジ121が電動モータ11の駆動によって回転すると、キャリッジナット122はネジ121に沿って移動する。支持軸受125は、フレーム14内に配置され、ボールねじ装置12のネジ121の他方の端部を支持するように構成されている。それによって、ネジ121の端部がフレーム14に対して軸方向に移動できなくなる。

電動モータ11のモータ軸113とボールねじ装置12のネジ121は、連結器13を介して互いに連結されている場合、軸受15はネジ121の端部を径方向に支え、それによって電動モータ11の剛性を向上させる。さらに、固定キャリッジナット16はネジ121に固定され、連結器13と軸受15の間に位置しなければならない。それによって、軸受15に圧力が加わり、ネジ121に対して軸方向への軸受15の動きを制限している。

従来の電動リニアアクチュエータ1は、電動モータ11のモータ軸113とボールねじ装置12のネジ121とを互いに連結するため連結器13を用いている。しかし、連結器13の剛性は低い。このため、電動リニアアクチュエータ1の剛性が低下し、電動リニアアクチュエータ1の応答速度を高めることができない。さらに、軸受15を固定するために、固定キャリッジナット16はネジ121に固定され、連結器13と軸受15の間に位置しなければならない。それによって、軸受15に圧力が加わり、ネジ121に対して軸方向への軸受15の動きを制限している。これにより、電動モータ11のモータ軸113とボールねじ装置12のネジ121の間の連結構造が複雑になり、電動モータ11のモータ軸113とボールねじ装置12のネジ121を連結するための空間が増し、電動リニアアクチュエータ1の全長が長くなる。

したがって、先行技術が直面している問題点を解決する電動リニアアクチュエータと電動モータを実現する必要がある。

本発明は、電動リニアアクチュエータ及び電動モータに関するものであり、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジ間での連結が、連結器及び固定キャリッジナットを用いることなく実現している。

本発明は、電動リニアアクチュエータ及び電動モータについてのものであり、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジとの間の強固な連結と同心配置がなされる。

また、本発明は、強化された剛性、速い応答速度、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジとを連結するためのより小さなスペース、並びに電動モータの軸方向及び径方向において向上した剛性を有する電動リニアアクチュエータに関するものである。

本発明の一態様によれば、電動リニアアクチュエータがあげられる。電動リニアアクチュエータは、電動モータ、ボールねじ装置及び転がり軸受を備える。電動モータは、第一端部を有するモータ軸を備え、第一端部は、端面と第一収容空間を有する収容空間を備える。ボールねじ装置は、第一端部を有するネジを備える。ネジの第一端部は、第一部分を備える。ネジの第一端部は、モータ軸の第一端部と同軸上に接続されている。ネジの第一部分は、モータ軸にネジを固定するため、モータ軸の第一収容空間に収容されている。転がり軸受は、電動モータとボールねじ装置の間に配置され、ネジの第一端部を回転可能となるように支える構成となっている。モータ軸の端面は、電動モータとボールねじ装置の間における転がり軸受の動きを制限するために転がり軸受に接し、そこで終端となっている。このように、転がり軸受の組み立てが完了する。

本発明の別の態様によれば、電動リニアアクチュエータの電動モータが提供される。電動リニアアクチュエータは、ネジを具備しているボールねじ装置を備え、上記ネジは、第一部分を具備する第一端部を備えている。電動モータはロータ、ステータ、及びモータ軸を備えている。モータ軸は、ロータ内に配置され、第一端部を備えている。モータ軸の第一端部は、ネジの第一端部と同軸上に接続されている。モータ軸の第一端部は、端面と、ネジの第一部分を収容し固定するための第一収容空間を有する収容空間を備えている。モータ軸の端面は、転がり軸受で終端となっている。

本発明の上記内容は、以下の詳細な説明及び添付の図面の検討後、当業者にはより容易に明らかになるであろう。

従来の電動リニアアクチュエータを示す概略縦断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る電動リニアアクチュエータを示す概略縦断面図である。

図2における電動モータのモータ軸、転がり軸受、ボールねじ装置のネジの間の連結構造を示す部分拡大図である。

から は、図3のモータ軸とネジの間の連結構造について様々な固定機構を示す部分拡大図である。

好ましい実施形態の詳細な説明

本発明を以下の実施形態を参照してより具体的に説明する。なお、本発明の好ましい実施形態の以下の説明は、例示及び説明のみを目的として本明細書に提示される。これによって完全に網羅されていることを意図するものではなく、開示された形状そのものに限定する意図を持つものではない。

図2は、本発明の好ましい一実施形態に係る電動リニアアクチュエータを示す概略縦断面図である。図3は、図2における電動モータのモータ軸、転がり軸受、ボールねじ装置のネジの間の連結構造を示す部分拡大図である。図2及び図3に示すように、電動リニアアクチュエータ2は、電動モータ21、ボールねじ装置22、フレーム24、転がり軸受25を備える。好ましくは、電動モータ21は、サーボモータであり、転がり軸受25はアンギュラ玉軸受である。ある実施形態において、転がり軸受25には、ラジアルジャーナル軸受、深溝玉軸受、円錐ころ軸受とクロスローラ軸受が含まれるが、これに、限定されるものではない。電動モータ21は、ロータ211、ステータ212、及びモータ軸213を備えている。モータ軸213は、ロータ211内に配置され、第一端部2131及び第二端部2132を備えている。モータ軸213の第一端部2131には、第一収容空間2133aを有する収容空間2133が備わっている。第一収容空間2133aは、モータ軸213の回転軸と同軸である。モータ軸213の第一端部2131は、さらに端面2134を備えている。好ましくは、端面2134が平坦な端面であり、端面2134は、モータ軸213の回転軸に対して垂直である。ロータ211は複数の永久磁石214を備え、ステータ212は電流が流れる巻線(図示せず)を備え、これがロータ211の永久磁石214の磁界と相互に作用する。それによって、駆動力が発生し、ロータ211のモータ軸213を回転する。一実施形態では、電動モータは、ロータ211の回転位置を検出するため、モータ軸213の第二端部2132に配置された位置センサ215(例えば、エンコーダ)を備えている。

ボールねじ装置22は、フレーム24内に配置され、ネジ221、キャリッジナット222、テーブル223、リニア軸受224及び支持軸受225を備えている。好ましくは、支持軸受225は支持転がり軸受である。ネジ221は、第一端部2211及び第二端部2212を備えている。ネジ221の第一端部2211は、電動モータ21のモータ軸213の第一端部2131と同軸上に接続されている。即ち、電動モータ21のモータ軸213とボールねじ装置22のネジ221は、互いに接続され且つ固定されている。それによって、ボールねじ装置22のネジ221が、電動モータ21のモータ軸213の回転運動に応じて同期して回転することができるようになっている。キャリッジナット222は、ネジ221と螺着し、テーブル223は荷重を運搬するため、キャリッジナット222に固定されている。キャリッジナット222は、ネジ221とキャリッジナット222との間に、ボール等の転動体（図示せず）を組み込んでいる。これにより、高荷重を伝達でき且つ寿命が長い電動リニアアクチュエータ2を実現することができる。リニア軸受224は、キャリッジナット222が回転できないように保ち(すなわちキャリッジナット222の回転を制限するようにし)且つキャリッジナット122を直線方向に移動させるため、キャリッジナット222と接続され、フレーム24に配置されている。これにより、ボールねじ装置22のネジ221が電動モータ21の駆動によって回転すると、キャリッジナット222はネジ221に沿って移動する。支持軸受225は、フレーム24内に配置され、ネジ221の第二端部2212を支持するように構成されている。それによって、ネジ221の第二端部2212がフレーム24に対して軸方向に移動できなくなる。従って、ネジ221の径方向の剛性を向上させることができる。この実施形態では、ボールねじ装置22のネジ221の第一端部2211は、第一部分2211aを備えている。第一部分2211aの直径の長さは、ネジ221の本体部2213のものより小さい。第一部分2211aは、ネジ221の回転軸と同軸である。電動モータ21のモータ軸とボールねじ装置22のネジ221が連結されると、ネジ221の第一部分2211aは、モータ軸の第一収容空間2133aに収容され、それによって、電動モータ21のモータ軸213とボールねじ装置22のネジ221との連結が完了する。

一実施形態では、ネジ221の本体部2213は、その転動体を収容するための外周面に形成された螺旋状の軌道溝を持ち、ネジ221とキャリッジナット222との間の螺着が成される。

一実施形態では、モータ軸213の収容空間2133は、第一収容空間2133aと連通している第二収容空間2133bを備えている。第二収容空間は2133bは、モータ軸213の回転軸と同軸である。第一収容空間2133aは、端面2134と第二収容空間2133bとの間に配置される。第一収容空間2133aの直径は、第二収容空間2133bのものより大きい。この実施形態では、ボールねじ装置22のネジ221の第一部分2211は、さらに、第一部分2211aに隣接する第二部分2211bを備えている。第一部分2211aは、第二部分2211bとネジ221の本体部2213との間に配置される。第一部分2211aの直径は、第二部分2211bのものより大きい。第二部分2211bは、ネジ221の回転軸と同軸である。ボールねじ装置22のネジの第二部分2211bは、第二収容空間2133bに相当するモータ軸213内に収容される。これにより、電動モータ21のモータ軸213とボールねじ装置22のネジ221との間の同心配置がなされる。このような状況で、電動モータ21のモータ軸213と、ボールねじ装置22のネジ221との間の軸方向及び径方向の剛性をさらに向上させることができる。一実施形態では、電動モータ21のモータ軸213の第二収容空間2211bの内壁面、ボールねじ装置22のネジ221の第二部分2211bの外周面は、円滑であり且つ適切な許容誤差がそこに適用されることにより、高精度な同心配置がなされる。

図4Aから図4Cは、図3のモータ軸とネジの間の連結構造について様々な固定機構を示す部分拡大図である。図2、3、及び図4Aから4Cに示すように、一実施形態では、モータ軸213の第一収容空間2133aは、内壁面にネジ山を備え、ネジ221の第一部分2211aはその外周面の一部にネジ山を備えている。第一収容空間2133aの内壁面のネジ山は、第一部分2211aの外周面のネジ山と螺着している。それにより、ネジ221の第一部分2211aは、モータ軸213の第一収容空間2133aに収容され且つ固く連結される。別の実施形態において、モータ軸213の第一端部2131は、ネジ貫通孔2131a及びネジ2131bを備える。好ましくは、ネジ2131bは、ソケット止めネジである。ネジ2131bは、ネジ貫通孔2131aに収容され、螺着する。ネジ2131bの端部は、ネジ221の第一部分2211aに接し、そこで終端となっており、それにより、ネジ221の第一部分2211aは、モータ軸213の第一収容空間2133aに収容され且つ固く連結される。他の実施形態では、固定用接着剤2131cは、第一収容空間と第一部分の間に配置され、それにより、ネジ221の第一部分2211aは、モータ軸213の第一収容空間2133aに収容され且つ固く連結される。すなわち、モータ軸213の第一収容空間分2133aとネジ221の第一部分2211との間の固い連結は、(図4Aに示すように)ネジ山の係合、(図4Bに示すように)ネジ貫通孔2131a及びネジ2131bの使用、(図4Cに示すように)固定用接着剤2131cの塗布、又は、上記3つの実施形態から選択される少なくとも2つの固定機構を含む組み合わせによって実現することができる。このような状況で、ネジ221の第一部分2211aはモータ軸213の第一収容空間2133aに固定され、電動モータ21とボールねじ装置22の間で連結器を使用することなく、同期回転が可能になる。その結果、応答速度が増加する。

転がり軸受25は、電動モータ21とボールねじ装置22の間に配置され、ネジ221の第一端部2211を回転可能となるように支える構成となっている。これにより、電動モータ21の軸方向及び径方向の剛性を向上させることができる。一実施形態では、転がり軸受25は、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、クロスローラ軸受又はラジアルジャーナル軸受であるが、これに限定されるものではない。この実施形態では、電動モータ21のモータ軸213とボールねじ装置22のネジ221の間で取り付けられる転がり軸受25の好ましい数は、1つまたは2つであってもよい。なお、転がり軸受25の数は、限定はされないが、実際に適用する際の要求に応じて、さまざまな数で対応可能である。転がり軸受25は、電動モータ21のモータ軸213の端面2134に対応する内輪251を備えている。電動モータ21のモータ軸213とボールねじ装置22のネジ221が連結したとき、電動モータ21のモータ軸213の端面2134は転がり軸受25の内輪251に接し、そこで終端となっている。このような状況で、モータ軸213の端面2134は、転がり軸受25を固定するために用いられ、ネジ221に対して転がり軸受25の相対的な移動を制限できる。すなわち、モータ軸213の端面2134は、電動モータ21とボールねじ装置22との間で転がり軸受25の動きを制限するように構成されている。従って、図1の従来の電動リニアアクチュエータに用いられる固定キャリッジナット16を省略することができる。

一実施形態では、電動リニアアクチュエータ2は、電動モータ21とボールねじ装置22との間に配置された支持部材26をさらに備えている。支持部材26は、電動モータ21のハウジング216の接続部分に固定されるか、あるいは、フレーム24に固定される。支持部材26は転がり軸受25を保持し、電動モータ21又はフレーム24に転がり軸受25を固定するため、受入空間を備えている。

以上の説明から、本発明は、連結器及び固定キャリッジナットを用いることなく、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジを連結する電動リニアアクチュエータと電動モータを示すものである。また、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジとの間の強固な連結と同心配置が、電動リニアアクチュエータを使用することによってなされる。さらに、本発明の電動リニアアクチュエータは、剛性が強化されており、応答速度が早く、電動モータのモータ軸とボールねじ装置のネジとの連結するための空間がより小さく、電動モータの径方向及び軸方向の剛性が向上している。

本発明は、現在もっとも実用的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではない。それどころか、添付の特許請求の範囲の精神と範囲内に含まれる様々な変更形態及び類似構成をカバーすることを意図するものであり、特許請求の範囲は、かかる変更形態及び類似構造の全てを包含する最も広い解釈に一致するものである。

Claims (15)

1. 電動リニアアクチュエータであって、
   第一端部を有するモータ軸を備える電動モータと、
   第一端部を有するネジを備えるボールねじ装置と、
   転がり軸受を備え、
   前記モータ軸の前記第一端部は、端面及び第一収容空間を有する収容空間を備え、
   前記ネジの前記第一端部は第一部分を備え、前記ネジの前記第一端部は、前記モータ軸の前記第一端部と同軸上に接続されており、前記ネジの前記第一部分は、前記モータ軸に前記ネジを固定するために、前記モータ軸の前記第一収容空間に収容され、
   前記転がり軸受は、前記電動モータと前記ボールねじ装置の間に配置され、前記ネジの前記第一端部が回転可能となるように支える構成となっており、
   前記モータ軸の前記第一端部の前記端面は、前記電動モータと前記ボールねじ装置の間における前記転がり軸受の動きを制限するために、前記転がり軸受に接し、そこで終端となることを特徴とする、電動リニアアクチュエータ。
2. 前記モータ軸の前記第一端部の前記収容空間は、さらに第二収容空間を備え、
   前記ネジの前記第一端部は、さらに第二部分を備え、
   前記ネジの前記第二部分は、前記モータ軸と前記ネジとの間の同心配置をなすために、前記モータ軸の前記第二収容空間に収容されることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
3. 前記第一収容空間の直径は、前記第二収容空間のものより大きく、
   前記第一部分の直径は、前記第二部分のものより大きいことを特徴とする請求項2に記載の電動リニアアクチュエータ。
4. 前記第一収容空間と前記第二収容空間は、前記モータ軸の回転軸と同軸であり、
   前記第一部分と前記第二部分は前記ネジの回転軸と同軸であることを特徴とする請求項2に記載の電動リニアアクチュエータ。
5. 前記電動モータは、ロータとステータを備え、前記モータ軸が前記ロータ内に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
6. 前記電動モータはサーボモータであることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
7. 前記転がり軸受は、アンギュラ玉軸受、深溝玉軸受、円錐ころ軸受、クロスローラ軸受又はラジアルジャーナル軸受であることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
8. 前記モータ軸の前記第一収容空間は、その内壁面にネジ山を備え、
   前記ネジの前記第一部分は、その外周面の一部にネジ山を備え、
   前記第一収容空間の内壁面のネジ山は、前記第一部分の外周面のネジ山と螺着することを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
9. 前記モータ軸の前記第一端部は、さらに別のネジとネジ貫通孔を含み、
   前記別のネジは前記ネジ貫通孔に収容され、螺着し、
   前記別のネジの端部は前記ネジの前記第一部分で終端となることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
10. 固定用接着剤が、前記モータ軸の前記第一収容空間と前記ネジの前記第一部分の間に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
11. 前記モータ軸は第二端部をさらに備え、前記電動モータは前記モータ軸の前記第二端部に配置された位置センサをさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
12. フレームをさらに備え、前記ボールねじ装置は前記フレーム内に配置されることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
13. 前記ボールねじ装置は、
    前記ネジと螺着するキャリッジナットと、
    荷重を運搬するために、前記キャリッジナットに固定されているテーブルと、
    リニア軸受と、
    支持軸受と、
    をさらに備え、
    前記キャリッジナットは、前記ネジと前記キャリッジナットとの間に、複数の転動体を組み込み、
    前記リニア軸受は、前記キャリッジナットの回転を制限し且つ前記キャリッジナットを前記ネジに沿って移動させるために、前記フレーム内に配置され、前記キャリッジナットと接続され、
    前記支持軸受は、前記フレーム内に配置され、前記ネジの第二端部を支持するために構成され、
    前記キャリッジナットは、前記ボールねじ装置の前記ネジが前記電動モータの駆動によって回転すると、前記ネジに沿って移動することを特徴とする、請求項12に記載の電動リニアアクチュエータ。
14. 前記転がり軸受を保持し、固定するために、前記電動モータと前記ボールねじ装置の間に配置された支持部材をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の電動リニアアクチュエータ。
15. 電動リニアアクチュエータ用の電動モータであって、
    前記電動リニアアクチュエータは、ボールねじ装置及び転がり軸受を備え、
    前記ボールねじ装置は、第一部分を具備する第一端部を有するネジを備え、
    前記電動モータは、
    ロータと、
    ステータと、
    前記ロータに配置され、第一端部を備えているモータ軸とを備え、
    前記モータ軸の前記第一端部は、前記ネジの前記第一端部に同軸上に接続され、
    前記モータ軸の前記第一端部は端面と収容空間を備え、前記収容空間は前記ネジの前記第一部分を収容し且つ固定するための第一収容空間を有し、前記モータ軸の前記第一端部の前記端面は、前記転がり軸受の動きを制限するために、前記転がり軸受に接し、そこで終端となることを特徴とする、電動リニアアクチュエータ用の電動モータ。