JP6335754B2 - アクチュエータ - Google Patents
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Description
このリニアアクチュエータには、減速器を持たずに可動部を直接駆動する、いわゆる「ダイレクトドライブアクチュエータ」が用いられている。
ダイレクトドライブアクチュエータは、高速かつ高精度な動作制御が可能であり、ロボットと連動することにより作業範囲を拡大することができる反面、小型化や高出力化が難しい課題がある。また、ロボットの先端部に取り付けることができる重量は限られているため、小型かつ高出力で、発熱の少ないアクチュエータが求められている。
また可動部に設置された電機子コイルを直接エアーで冷却しているため、可動部の推力に影響を及ぼす。
図1〜図7を参照して、本発明の実施の形態1のアクチュエータについて説明する。
図中、1はセンターヨーク(内ヨーク)である。センターヨーク1は、略棒状の磁性体により構成されている。
図8(a)は、可動部201の軸方向の位置座標に対する、第1マグネットアレイ11及び第2マグネットアレイ12による磁束密度の大きさを示す特性図である。図8(b)は、図2のA−B−C−D面に沿うアクチュエータ202の断面において、第1マグネットアレイ11及び第2マグネットアレイ12が形成する磁束φを示している。
図示しない電流源が、第1コイル2、第2コイル3及び第3コイル4に電流を供給することで、固定部200に対して可動部201が直動する。流れた電流に応じて、銅損により第1コイル2、第2コイル3及び第3コイル4が発熱する。
また交番磁界が発生するように第1コイル2、第2コイル3及び第3コイル4に電流を流すと鉄損でヨーク材自体も発熱する。
尚、リニアモータで加減速を頻繁に繰り返さない用途では鉄損に対し銅損が支配的であり、発生した熱は、センターヨーク1に伝わる。
また特許文献1のアクチュエータは可動部に発熱源であるコイルが直接設置されているため、エアーによる強制空冷機構を使用しない限り放熱経路もエンドエフェクタを介しての自然空冷しかない。
一方、本願のアクチュエータにおいては第1コイル2、第2コイル3及び第3コイル4からセンターヨーク1に伝わった熱は、ベースプレート13を介してさらに熱抵抗の低い取付冶具14及び保護カバー15に放熱される。これにより、大幅にアクチュエータ202の温度上昇上限値を抑制し、上限に達する時間、つまり熱時定数を長くすることができる。
図10に示す如く、可動部201の直動により第2マグネットアレイ12がベースプレート13に対向配置されたリング状の磁性体板16に近づくと、第2マグネットアレイ12の側部から漏れた磁束によって、第2マグネットアレイ12が磁性体板16に引き寄せられる。第2マグネットアレイ12が磁性体板16に当接すると、磁性体板16は磁力によって第2マグネットアレイ12が当接した状態を保持する。
尚、磁力によって第2マグネットアレイ12が磁性体板16に当接して保持されている状態を解除するためには最大電流を短い時間加えてやれば良い。
このことにより第2マグネットアレイ12は最短時間で磁性体板16から離脱する。
このとき第2マグネットアレイ12と磁性体板16の吸引力はその距離に応じて反比例し加速度的に減衰するので、図示していない位置センサにより移動距離を監視し吸引力の影響が無視できる位置(1mm程度)まで離れたら制御モードに切り換えれば良い。
図11〜図13を参照して、空冷用又は冷媒用の穴部を設けたアクチュエータについて説明する。なお、図1〜図7に示す実施の形態1のアクチュエータ202と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
まず、ベースプレート13の貫通孔17aに空気又は冷媒を注入する。空気又は冷媒は、センターヨーク1の穴部18を通過して、貫通孔17bから排出される。これにより、センターヨーク1を強制的に冷却する。
2 第1コイル
3 第2コイル
4 第3コイル
5 軸受部
6a,6b 軸受部材
7 シャフト
8 トップブリッジ(第1ブリッジ部)
9 ボトムブリッジ(第2ブリッジ部)
10 アウターヨーク(外ヨーク)
11 第1マグネットアレイ(磁石)
12 第2マグネットアレイ(磁石)
13 ベースプレート
14 取付冶具
15 保護カバー
16 磁性体板
17a,17b 貫通孔
18 穴部
81 本体部
82 腕部
91 本体部
92 腕部
131 貫通孔
141 底部
151 放熱フィン
200 固定部
201 可動部
202,203 アクチュエータ
Claims (10)
- 筒状の外ヨークに挿通された棒状の内ヨークと、
前記外ヨークを前記内ヨークの軸方向に沿って直動自在に支持する支持部材と、
前記内ヨークに巻回されたコイルと、
前記外ヨークの内周部に前記コイルと対向するように設けた磁石と、
前記内ヨークの一端部に設けた板状のベースプレートと、
前記ベースプレートに当接した放熱部材と、
前記内ヨークの軸心に沿う中空の軸受部と、を具備し、
前記支持部材は、
前記軸受部に挿通され、前記内ヨークに対して直動自在に支持されたシャフトと、
前記シャフトの一端部に嵌合され、かつ前記外ヨークの一端部に当接した第1ブリッジ部と、
前記シャフトの他端部に嵌合され、かつ前記外ヨークの他端部に当接した第2ブリッジ部と、を具備する
ことを特徴とするアクチュエータ。 - 前記軸受部と前記シャフト間にベアリングを介在させたことを特徴とする請求項1記載のアクチュエータ。
- 前記放熱部材は、前記内ヨーク及び前記外ヨークの側周部を覆う保護カバーであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のアクチュエータ。
- 前記保護カバーは円筒状であり、
前記保護カバーの内周部と前記内ヨーク及び前記外ヨークとの間に間隙を設け、
前記保護カバーの外周部に複数の放熱フィンを設けた
ことを特徴とする請求項3記載のアクチュエータ。 - 前記放熱部材は、前記ベースプレートから前記内ヨークと逆向きに延伸され、かつ外部装置に取付自在な取付冶具であることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のアクチュエータ。
- 前記取付冶具は、部品組み立て用のロボットに取付自在に形成されていることを特徴とする請求項5記載のアクチュエータ。
- 前記ベースプレートは、前記磁石と対向配置された磁性体板を具備することを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載のアクチュエータ。
- 前記磁石は前記外ヨークの内周部の全周に亘って設けられており、
前記磁性体板はリング状である
ことを特徴とする請求項7記載のアクチュエータ。 - 前記内ヨークは、前記軸受部の近傍に沿うように空冷用又は冷媒用の穴部を具備することを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載のアクチュエータ。
- 前記支持部材は、前記外ヨークを前記内ヨークの軸心に対して回動自在に支持することを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載のアクチュエータ。
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