JP7237256B1 - 直動回転モータ - Google Patents

Abstract

直動回転モータは、フレーム（５）と、直動用コイル（１１）および回転用コイル（１２）を備える固定子（１０）と、出力軸（２１ａ）を有するシャフト（２１）および磁石（２２）を備える可動子（２０）とを備え、直動用コイル（１１）と回転用コイル（１２）に通電して、可動子（２０）を直動および回転する。直動検出器（５２）は、磁石（２２）に対向するようにフレーム（５）または固定子（１０）に配置され、可動子（２０）の直動方向の位置を検出する。直動スケール（５１）は、可動子（２０）が直動または回転した際に直動検出器（５２）が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって可動子（２０）の外周に設けられる。

Description

本開示は、可動子が直動および回転する直動回転モータに関する。

１つのアクチュエータで、直動および回転を行う直動回転モータが開示されている。この種の直動回転モータは、界磁とする永久磁石を備えた可動子と、回転方向に回転磁界を発生する電機子巻線と直動方向に進行磁界を発生する電機子巻線を備えた固定子とを備えている。この種の直動回転モータでは、出力軸の反対側に直動変位と回転変位を検出する位置検出器をまとめて配置することが多い。このような位置検出器の配置では、可動子の直動長の増加に伴い、直動回転モータの直動方向の長さが増加し、モータの全長が増加する。

特許文献１では、磁石システムの外周に設けられたタイミング定規と、タイミング定規に対向するセンサとを有するリニアドライブが示されている。

特開２０１１－１４７３３３号公報

特許文献１では、タイミング定規は、シャフトの軸方向に延びる細長い形状であるので、可動子が回転すると、センサによってタイミング定規を検出できず、直動位置の検出が不可能となる。このため、特許文献１では、可動子の回転を阻止するスライドピンおよび穴を設けている。特許文献１では、可動子の回転を阻止する構成が設けられており、モータの構造が大型化し、複雑になるという問題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、モータの小型化および構造の簡単化を実現する直動回転モータを得ることを目的としている。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示における直動回転モータは、筒形状のフレーム本体を有するフレームと、フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直動磁界を発生する直動用コイル、および直動用コイルと同心状に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備える固定子と、フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、およびシャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、直動用コイルと回転用コイルに通電して、可動子を直動および回転する。直動回転モータは、磁石に対向するようにフレームまたは固定子に配置され、可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、可動子が直動または回転した際に直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって可動子の外周に設けられる直動スケールと、を備える。直動検出器は、直動方向に分離された直動用コイルの間、かつ直動方向に分離された回転用コイルの間に配置される。

本開示における直動回転モータによれば、モータの小型化および構造の簡単化を実現することができるという効果を奏する。

実施の形態１の直動回転モータの側断面図 実施の形態１の直動回転モータの出力軸が直動および回転したときの側断面図 実施の形態１の直動回転モータを示す断面図 実施の形態１の直動回転モータを示す断面図 実施の形態２の直動回転モータを示す断面図 実施の形態３の直動回転モータを示す断面図 実施の形態４の直動回転モータを示す断面図 実施の形態４の直動回転モータに含まれる直動スケールの一例を示す展開図 実施の形態５の直動回転モータの側断面図 実施の形態６の直動回転モータの側断面図 実施の形態７の直動回転モータの側断面図 実施の形態８の直動回転モータの側断面図 実施の形態９の直動回転モータの側断面図 実施の形態１０の直動回転モータの側断面図 実施の形態１１の直動回転モータの側断面図 実施の形態１２の直動回転モータの側断面図 実施の形態１３の直動回転モータの側断面図 実施の形態１４の直動回転モータの側断面図 実施の形態１５の直動回転モータの側断面図 実施の形態１５の直動回転モータに具備される直動回転スケールの一例を示す展開図 実施の形態１５の直動回転モータに具備される直動回転スケールの他の例を示す展開図

以下に、実施の形態にかかる直動回転モータを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の直動回転モータの側断面図である。図２は、実施の形態１の直動回転モータの出力軸が直動および回転したときの側断面図である。図３は、実施の形態１の直動回転モータを示す断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図４は、実施の形態１の直動回転モータを示す断面図である。図４は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。直動回転モータは、筒形状の筐体であるフレーム５を有する。フレーム５は、中空円柱形状のフレーム本体５ａと、第１端板５ｂと、中板５ｃと、第２端板５ｄとを有する。フレーム５に、モータ部と位置検出部が内蔵されている。

モータ部は、固定子１０と、可動子２０を備える。固定子１０は、直動用コイル（推進用コイル）１１と、回転用コイル１２と、固定子鉄心１３を備える。可動子２０は、シャフト２１と、界磁磁石である磁石２２と、を備える。磁石２２は、シャフト２１の外周に配置されている。可動子２０のシャフト２１は、直動方向への移動および回転方向への回転ができるように、一対の直動回転軸受３０，３５で支持されている。すなわち、シャフト２１は、直動および回転可能にフレーム５に支持されている。

位置検出部は、可動子２０の直動方向の位置を検出する直動位置検出部５０と、可動子２０の回転方向の位置を検出する回転位置検出部６０とを備える。直動位置検出部５０は、可動子２０に配置される直動スケール５１と、直動スケール５１を読み取る直動検出器５２と、を備える。回転位置検出部６０は、可動子２０に連結される回転スケール６１と、回転スケール６１を読み取る回転検出器６２と、を備える。以下、可動子２０の直動方向を、単に直動方向と言うこともある。

固定子１０の直動用コイル１１と回転用コイル１２は、図３に示されるように、同心状に配置される。直動用コイル１１および回転用コイル１２に対し、電流が独立して制御されて通電されることで、直動方向に直動磁界が、回転方向に回転磁界が発生され、可動子２０の磁石２２と吸引および反発することで、可動子２０が直動方向および回転方向に移動する。直動用コイル１１および回転用コイル１２の外径側に固定子鉄心１３が配置されている。これにより、磁石２２の磁束を有効に利用することができ、モータの推力とトルクが向上される。なお、モータ軽量化のために、固定子１０に固定子鉄心１３を配置せずに、直動用コイル１１および回転用コイル１２のみを固定子１０に配置してもよい。直動用コイル１１を回転用コイル１２より固定子１０の内径側へ配置することで、漏れ磁束が低減され、モータの推力が向上する。なお、推力よりもトルクを向上させたい場合は、回転用コイル１２を直動用コイル１１より固定子１０の内径側へ配置してもよい。このように、固定子１０に固定子鉄心１３を配置せずに、直動用コイル１１および回転用コイル１２のみで固定子１０を構成する実施は、後述する各実施の形態に適用されてもよい。

可動子２０の磁石２２は、直動方向と回転方向の両方に電磁力を発生させる。このため、磁石２２においては、ひし形の磁石のＮ極とＳ極を交互に直動方向および回転方向に配置している。なお、磁石量削減のために、長方形のＮ極とＳ極を交互に配置してもよいし、磁石コストの低減のために、直動方向に着磁した円筒状磁石のＮ極とＳ極を交互に配置し、磁石間に鉄心を配置したクローポール構造としてもよい。さらに、推力向上およびトルク向上のために、ひし形の磁石のＮ極とＳ極の間に、可動子２０の表面の平行方向に着磁した磁石を配置したハルバッハ配列としてもよい。また、表面磁石型だけでなく、鉄心に磁石を埋め込んだ磁石埋込み型としてもよい。

シャフト２１は、フレーム５の一端側の第１端板５ｂの外に露出されている出力軸２１ａを有する。出力軸２１ａ側の第１端板５ｂに配置される第１直動回転軸受としての直動回転軸受３５は、ベアリング３６およびボールスプライン３７で構成されている。第１端板５ｂと対向する中板５ｃに配置される第２直動回転軸受としての直動回転軸受３０は、ベアリング３１およびボールスプライン３２で構成されている。直動回転軸受３０，３５は、コスト低減のために、ベアリングとスライドブッシュの組み合わせ、ストロークブッシュ、スライドロータリーブッシュ、リニアロータリーブッシュ、リニアボールブッシュ、あるいはすべり軸受を用いてもよい。

直動位置検出部５０を構成する直動スケール５１は、磁石２２と内径側のコイルである直動用コイル１１との間の空隙であるギャップ１５に配設されている。実施の形態１では、直動スケール５１は、ギャップ１５における可動子２０の外周に配置されている。具体的には、直動スケール５１は、ギャップ１５における磁石２２の外周表面に配置されている。図１および図２に示すように、直動スケール５１の直動方向の長さは、可動子２０の直動方向の可動範囲であるストローク長に対応する。また、直動スケール５１は、図３および図４に示すように、可動子２０の周方向の回転範囲にわたって設けられている。実施の形態１では、直動スケール５１は、可動子２０の全周にわたって配置されている。

直動位置検出部５０を構成する直動検出器５２は、図１、図４に示すように、磁石２２に対向するようにフレーム５のフレーム本体５ａに配置されている。また、直動検出器５２は、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁における直動スケール５１の直動範囲内に設けられている。実施の形態１では、直動検出器５２は、直動方向については、直動回転軸受３０，３５の配置位置の真ん中に配置されている。図１および図４に示すように、直動方向に延在する固定子鉄心１３、直動用コイル１１および回転用コイル１２における直動方向についての真ん中の一か所に周方向の全範囲に延びる空間１６が設けられている。この空間１６に、固定子鉄心１３と固定子鉄心１３とに挟まれ、直動用コイル１１と直動用コイル１１とに挟まれ、かつ回転用コイル１２と回転用コイル１２とに挟まれるように直動検出器５２が配置されている。すなわち、固定子鉄心１３、直動用コイル１１、および回転用コイル１２は、直動方向に分離され、分離された固定子鉄心１３、直動用コイル１１、および回転用コイル１２の間に直動検出器５２が配置されている。なお、固定子鉄心１３が存在する場合は、直動検出器５２を、固定子鉄心１３のみに挟まれるように配置してもよいし、固定子鉄心１３および外径側のコイルである回転用コイル１２のみに挟まれるように配置してもよい。また、固定子鉄心１３が存在しない場合は、直動検出器５２を、外径側のコイルである回転用コイル１２のみに挟まれるように配置してもよい。このような直動検出器５２の径方向についての各種の配置態様は、直動用コイル１１、回転用コイル１２および固定子鉄心１３が同心状に設けられる後述の各実施の形態に適用されてもよい。

このように、直動スケール５１は、磁石２２の外径側の表面に配置され、かつ可動子２０が直動または回転した際に直動検出器５２が常に対面するように、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように設けられている。このため、ストローク長の全範囲にわたり、かつ０度から３６０度までの周方向の全範囲で直動方向の位置を検出することができる。

直動スケール５１は、シート状の部材全体に一方向に延びる目盛りが並べられた光学スケールであり、可動子２０の磁石２２の表面に接着剤で固定されている。直動スケール５１を光学式とすることで、磁石２２と直動用コイル１１とのギャップ１５に配置しても、磁石２２と直動用コイル１１および回転用コイル１２との磁界の影響を受けない。なお、磁石２２の外周に直動スケール５１を接着してもよいし、磁石２２の外周に円筒形の金属部材を配置して金属部材に直接目盛りを形成してもよい。あるいは、目盛りが形成された金属部材に磁石を埋め込んで、金属部材に直動スケール５１の機能と磁石２２の保持との両方の機能を持たせてもよい。

回転位置検出部６０を構成する回転検出器６２は、出力軸２１ａが配置される側の第１端板５ｂと反対側の第２端板５ｄに固定されている。回転位置検出部６０を構成する回転スケール６１は、シャフト２１の出力軸２１ａと反対の軸端部側に配置される。回転スケール６１には、回転方向の全周にわたって目盛りが刻まれている。回転検出器６２は、回転スケール６１に刻まれた目盛りを読み取る。出力軸２１ａと反対側の軸端部の直動方向の動作を抑制するために、ボールスプライン３２を内蔵した中空構造の回転スケール取り付け部４０が設けられる。回転スケール取り付け部４０は、ボールスプライン３２の外周部に固定されている。回転スケール６１は、回転スケール取り付け部４０に固定されて回転するが、直動方向には動作しない。回転スケール６１は、光学式のスケールである。なお、回転検出器６２と回転スケール６１として、コスト低減のため、磁気式の検出器とスケールを用いてもよい。

直動スケール５１は、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように磁石２２の表面に設けられているので、図１に示す状態から図２に示す状態まで、可動子２０が直動方向に移動しかつ回転方向に回転した際にも、直動検出器５２と直動スケール５１は一定の間隔で対向し、かつ回転検出器６２と回転スケール６１も、一定の間隔で対向している。

このように実施の形態１によれば、可動子２０の磁石２２の表面に直動スケール５１を配して、固定子１０と可動子２０との間のギャップ１５に直動スケール５１を設け、かつ直動スケール５１が、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように配置されるので、可動子の回転を阻止する構成が不要となり、モータの小型化および構造の簡単化が実現される。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２の直動回転モータを示す断面図である。図５は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に対応する。実施の形態２の直動回転モータにおける図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面は、図３に示される断面と同様である。

実施の形態２では、直動検出器５２の配置態様が実施の形態１と異なる。実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。実施の形態１では、固定子鉄心１３、直動用コイル１１および回転用コイル１２における直動方向についての真ん中の一か所に周方向の全範囲に延びる空間１６を設けた。実施の形態２では、直動用コイル１１および回転用コイル１２における直動方向についての真ん中の一か所に直動検出器５２を収容できる凹部１７を設け、この凹部１７に直動検出器５２を挿入している。直動検出器５２は、固定子鉄心１３の内周面上に配置される。なお、凹部１７を固定子鉄心１３まで延びるように形成し、直動検出器５２を、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に配置してもよい。

実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加え、直動用コイル１１と回転用コイル１２の体積拡大によるモータ損失の低減と、直動用コイル１１と回転用コイル１２と直動検出器５２の一体製造によるコスト低減が可能であるという効果を奏する。なお、直動用コイル１１もしくは回転用コイル１２の一方、あるいは直動用コイル１１と回転用コイル１２の両方をプリント基板またはフレキシブル基板で形成し、直動検出器５２をこれら基板上に実装してもよい。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３の直動回転モータを示す断面図である。図６は、図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図に対応する。実施の形態３の直動回転モータにおける図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面は、図３に示される断面と同様である。

実施の形態３では、直動検出器５２の配置態様が実施の形態１と異なる。実施の形態３のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。実施の形態３では、内径側のコイルである直動用コイル１１の表面に直動検出器５２を配置する。直動検出器５２は直動用コイル１１の表面に接着してもよいし、直動用コイル１１をプリント基板またはフレキシブル基板で形成し、直動検出器５２をこれら基板の表面に実装してもよい。なお、内径側のコイルの表面に直動検出器５２を配置するという実施を、後述する各実施の形態に適用してもよい。

実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加え、直動検出器５２と直動スケール５１との距離を小さくできるため、位置精度が向上するという効果を奏する。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４の直動回転モータを示す断面図である。図７は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図に対応する。図８は、実施の形態４の直動回転モータに含まれる直動スケール５１の一例を示す展開図である。実施の形態４の直動回転モータにおける図１のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面は、図４、図５、図６の何れかに示される断面と同様である。

実施の形態４では、直動スケール５１の配置態様が実施の形態１と異なる。実施の形態４のその他の構成は、実施の形態１から実施の形態３の何れかと同様であり、重複する説明は省略する。実施の形態４では、直動スケール５１においては、シート状の部材が可動子２０の磁石２２の表面に接着剤で固定されており、シート状の部材のつなぎ目部分５１ａは、直動検出器５２での検出不可能領域となる。このため、実施の形態４では、直動検出器５２とつなぎ目部分５１ａとが対向しないように、可動子２０の周方向の回転範囲を制限している。また、図８に示されるように、直動スケール５１は、シート状の部材の全体にわたって一方向の目盛りが間隔を置いて連続的に形成された光学スケールであり、直動検出器５２によって直動スケール５１を読み取り方向に沿って読み取ることで、シート状の部材の直動方向の変位を検出できる。なお、図８に示した直動スケール５１は、実施の形態４以外の各実施の形態の直動回転モータに含まれる直動スケール５１を例示するものでもある。

実施の形態４によれば、直動スケール５１を可動子２０の全周にわたって配置する必要がなくなり、実施の形態１の効果に加え、直動スケール５１のコストが低減できるという効果を奏する。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５の直動回転モータの側断面図である。実施の形態５では、回転スケール６１ａをドーナツ状の中空構造としている。また、回転スケール取り付け部４０ａのシャフト２１の軸方向の長さを、図１の回転スケール取り付け部４０より短くしている。さらに、フレーム５の第２端板５ｄにシャフト２１の出力軸２１ａの反対側の軸部分２１ｂを露出するための穴を形成し、シャフト２１の軸部分２１ｂフレーム５の第２端板５ｄから外に露出させている。実施の形態５のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

このように、実施の形態５によれば、回転スケール６１ａを中空構造にしているので、可動子２０のシャフト２１と回転スケール６１ａが干渉しなくなり、シャフト２１の出力軸２１ａの反対側の軸部分２１ｂをフレーム５から露出させることができる。したがって、実施の形態１の効果に加え、回転位置検出部６０の直動方向のサイズを、可動子２０のストローク長分だけ短縮することができるという効果を奏する。

実施の形態６．
図１０は、実施の形態６の直動回転モータの側断面図である。実施の形態６では、シャフト２１を中空構造として貫通穴２１ｃを設けている。実施の形態６のその他の構成は、実施の形態５と同様であり、重複する説明は省略する。実施の形態６では、出力軸２１ａと反対側の軸部分の貫通穴２１ｃに真空エジェクタを接続することで、シャフト２１の内部を減圧することができる。

実施の形態６によれば、シャフト２１を中空構造としているので、別部品のチューブを用いることなく、シャフト２１の内部を減圧することができ、これにより、シャフト２１の出力軸２１ａで部品を吸着できるようになり、実施の形態１の効果に加え、装置組立および装置保守が容易となるという効果を奏する。なお、シャフト２１を中空構造として貫通穴２１ｃを設ける構成を実施の形態１から実施の形態４、実施の形態７から実施の形態１５の何れかに適用してもよい。

実施の形態７．
図１１は、実施の形態７の直動回転モータの側断面図である。実施の形態７では、直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離し、直動用コイル１１と回転用コイル１２との間に直動検出器５２が配置されている。直動検出器５２は、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に固定されている。実施の形態７のその他の構成は、実施の形態５と同様であり、重複する説明は省略する。直動用コイル１１と回転用コイル１２とを合わせた直動方向の長さは、磁石２２の直動方向の長さよりも大きい。このため、直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積が、可動子２０の直動方向の位置によって変化する。

実施の形態７では、直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離して配置しているので、モータの径方向の寸法を小型化できる。また、可動子２０の直動方向の位置に応じて直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積、つまり推力定数とトルク定数が変動するため、可動子２０の直動方向の位置に応じて電流指令を生成することで、モータ損失を低減可能である。

実施の形態８．
図１２は、実施の形態８の直動回転モータの側断面図である。実施の形態８では、直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離し、直動用コイル１１と回転用コイル１２との間に直動検出器５２が配置されている。この点は、実施の形態７と同様である。実施の形態８では、直動用コイル１１と回転用コイル１２とを合わせた直動方向の長さは、磁石２２の直動方向の長さよりも小さい。このため、直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積が、可動子２０の位置によって変化しない。

また、ベアリング３１およびボールスプライン３２で構成されている直動回転軸受３０は、中板５ｃではなく第２端板５ｄに設けられている。回転スケール取り付け部４０ａはボールスプライン３２の外周に設けられており、可動子２０の回転に従って回転するが、可動子２０が直動しても直動方向には移動しない。回転スケール６１ａは、回転スケール取り付け部４０ａに固定されている。したがって、回転スケール６１ａも、可動子２０の回転に従って回転するが、可動子２０が直動しても直動方向には移動しない。

中板５ｃには、可動子２０が直動および回転するための穴５ｃ１が形成されている。回転検出器６２は、中板５ｃに固定されており、一定の距離を隔てて設けられた回転スケール６１ａの目盛りを読み取る。回転検出器６２は、可動子２０の磁石２２の一部と、モータの径方向に並ぶように配置されている。このため、直動回転モータの直動方向の全長を小型化できる。実施の形態８のその他の構成は、実施の形態７と同様であり、重複する説明は省略する。

実施の形態８によれば、直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離して配置しているので、モータの径方向の寸法を小型化できる。また、直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積が、可動子２０の位置によって変化しない。このため、可動子２０の直動方向の位置に合わせて電流指令を生成する必要が無くなり、制御が簡易化できる。さらに、回転検出器６２と磁石２２とをモータの径方向に並べて配置しているので、直動回転モータの全長を小型化できる。

実施の形態９．
図１３は、実施の形態９の直動回転モータの側断面図である。実施の形態９では、実施の形態１から実施の形態８に示したように、回転位置検出部６０を固定子１０と可動子２０の磁石２２とによって構成されるモータ部の軸方向の横の空間に配置するのではなく、回転位置検出部６０を直動位置検出部５０と同様に、モータ部内の空間に配置している。実施の形態９のその他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

直動スケール５１および回転スケール６１は、ギャップ１５における磁石２２の外径側の表面における軸方向の別位置に配置されている。直動スケール５１および回転スケール６１の直動方向の長さは、可動子２０の直動方向の可動範囲であるストローク長に対応する。また、直動スケール５１および回転スケール６１は、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように設けられている。直動スケール５１と回転スケール６１は、それぞれの目盛りの刻み方向が直交するように、隣接して配置される。

直動検出器５２は、図４に示したように、固定子１０における直動方向についての一か所に直動スケール５１と対向するように形成された空間１６に配置され、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に固定されている。直動検出器５２は、固定子鉄心１３と固定子鉄心１３とに挟まれ、直動用コイル１１と直動用コイル１１とに挟まれ、かつ回転用コイル１２と回転用コイル１２とに挟まれるように空間１６に配置されている。

回転検出器６２も同様であり、固定子鉄心１３、直動用コイル１１および回転用コイル１２における直動方向についての一か所に回転スケール６１と対向するように形成された空間１９に配置され、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に固定されている。回転検出器６２は、固定子鉄心１３と固定子鉄心１３とに挟まれ、直動用コイル１１と直動用コイル１１とに挟まれ、かつ回転用コイル１２と回転用コイル１２とに挟まれるように空間１９に配置されている。

なお、固定子鉄心１３が存在する場合は、直動検出器５２、回転検出器６２を、固定子鉄心１３のみに挟まれるように配置してもよいし、固定子鉄心１３および外径側のコイルである回転用コイル１２のみに挟まれるように配置してもよい。また、固定子鉄心１３が存在しない場合は、直動検出器５２、回転検出器６２を、外径側のコイルである回転用コイル１２のみに挟まれるように配置してもよい。また、直動検出器５２および回転検出器６２を図６に示したように、直動用コイル１１および回転用コイル１２のうちの内径側のコイルの表面に配置してもよい。

実施の形態９によれば、直動位置検出部５０と回転位置検出部６０との構成を同一にすることが可能であり、部品共通化により位置検出器のコストが削減できる。さらに、モータ部と位置検出部を一体化しているので、モータの全長を短縮することができる。

実施の形態１０．
図１４は、実施の形態１０の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１０では、実施の形態９と同様、回転位置検出部６０および直動位置検出部５０をモータ部内の空間に配置している。また、実施の形態７、実施の形態８と同様、直動用コイル１１と回転用コイル１２が直動方向に分離されている。

直動用コイル１１と回転用コイル１２との間に直動検出器５２が配置されている。回転検出器６２は、直動用コイル１１に隣接するように配置されている。直動検出器５２および回転検出器６２は、フレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に固定されている。直動スケール５１および回転スケール６１は、ギャップ１５における磁石２２の外径側の表面における軸方向の別位置に配置されている。直動スケール５１は直動検出器５２に対向するように配置され、回転スケール６１は回転検出器６２に対向するように配置されている。直動スケール５１および回転スケール６１は、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように設けられている。直動スケール５１と回転スケール６１は、それぞれの目盛りの刻み方向が直交するように、隣接して配置される。

実施の形態１０では、直動用コイル１１と回転用コイル１２を合わせた直動方向の長さは、磁石２２の直動方向の長さよりも小さい。したがって、直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積が、可動子２０の直動方向の位置によって変化しない。

実施の形態１０によれば、直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離して配置しているので、モータの径方向の寸法を小型化できる。また、モータ部と位置検出部を一体化しているので、モータの全長を短縮することができる。また、直動用コイル１１と磁石２２とが対向する面積、および回転用コイル１２と磁石２２とが対向する面積が、可動子２０の直動方向の位置によって変化しない。このため、可動子２０の直動方向の位置に合わせて電流指令を生成する必要が無くなり、制御が簡易化できる。なお、直動検出器５２および回転検出器６２を、直動用コイル１１および回転用コイル１２のうちの何れかの表面に配置してもよい。

実施の形態１１．
図１５は、実施の形態１１の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１１では、直動位置検出部５０および回転位置検出部６０のうちの一方を磁石２２とフレーム５のフレーム本体５ａとの間に配置し、他方をシャフト２１における磁石２２が存在しない個所とフレーム５のフレーム本体５ａとの間に配置する。図１５では、直動位置検出部５０を磁石２２とフレーム５のフレーム本体５ａとの間に配置し、回転位置検出部６０をシャフト２１における磁石２２が存在しない個所とフレーム５のフレーム本体５ａとの間に配置している。実施の形態１１のその他の構成は、実施の形態１０と同様であり、重複する説明は省略する。

回転位置検出部６０の回転スケール６１が、シャフト２１における磁石２２が存在しない個所の外周に配置され、回転検出器６２が回転スケール６１に対向するようにフレーム本体５ａの内周壁に配置される。直動スケール５１および回転スケール６１は、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように設けられている。

実施の形態１１によれば、可動子２０の磁石２２の直動方向の長さが小さい場合でも、直動スケール５１と回転スケール６１をシャフト２１に配置できるため、実施の形態１０の効果に加え、部品共通化により位置検出器のコストが削減できるという効果を奏する。

実施の形態１２．
図１６は、実施の形態１２の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１２では、中板５ｃを隔てて直動用コイル１１と回転用コイル１２を直動方向に分離している。また、可動子２０の磁石を直動用磁石２２ａと、回転用磁石２２ｂに、直動方向に分離している。回転用磁石２２ｂは、中板５ｃと中板５ｅで囲まれた空間に配置される。

直動検出器５２は直動用コイル１１の間に配置され、フレーム本体５ａの内周壁に固定される。直動スケール５１はギャップ１５における可動子２０の磁石２２の外周に配置される。

フレーム５は、フレーム本体５ａ、第１端板５ｂ、中板５ｃ、中板５ｅ、および第２端板５ｄを有する。中板５ｅには、ボールスプライン３２の外周に接続されるベアリング３８が設けられている。中板５ｃには、ベアリング３１およびボールスプライン３２で構成される直動回転軸受３０が設けられている。直動回転軸受３０は、シャフト２１の基端部２１ｄを支承する。

回転用磁石２２ｂはボールスプライン３２の外周に配置されている。ボールスプライン３２によって直動方向の移動が抑制されるため、回転用磁石２２ｂは回転用コイル１２と常に対向する。回転スケール６１は、ボールスプライン３２の外周に配置される回転スケール取り付け部４０に固定され、ボールスプライン３２とともに回転する。回転検出器６２は、回転スケール６１と一定の距離を隔ててフレーム５の第２端板５ｄに固定される。

実施の形態１２によれば、直動回転モータ用の磁石２２が不要となり、一般的な直動モータ(シャフトリニアモータ)用の直動用磁石２２ａと回転モータ用の回転用磁石２２ｂが使用可能となり、部品共通化でコスト低減が可能である。また、回転用磁石２２ｂの内径側にボールスプライン３２を配置しているので、回転モータ部分で直動方向の移動を抑制することができ、モータの全長が小型化できる。

実施の形態１３．
図１７は、実施の形態１３の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１３では、固定子１０は、実施の形態１と同様、直動用コイル１１、回転用コイル１２、および固定子鉄心１３を有し、これらは同心状にフレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に配置される。直動検出器５２は、直動用コイル１１および回転用コイル１２の間に配置され、直動スケール５１は磁石２２との外周に配置される。直動スケール５１は、直動方向の全可動範囲および周方向の全回転範囲をカバーするように設けられている。

一方、回転検出器６２は可動子２０のシャフト２１または磁石２２の外周に設けられている。図１７では、回転検出器６２はシャフト２１の外周に設けられている。このため、回転検出器６２は、直動方向と回転方向に移動する。回転スケール６１は、回転検出器６２と対向するように、内径側のコイルである直動用コイル１１の内周に配置される。回転スケール６１は、回転検出器６２が直動または回転した際に対面するように、直線方向の可動範囲と周方向の回転範囲にわたって設けられる。回転検出器６２への給電と信号伝達は無線を用いてもよいし、スリップリングを用いてもよい。あるいは、回転範囲を制限して、有線としてもよい。なお、直動位置検出部５０と回転位置検出部６０との配置が逆になっていてもよい。

実施の形態１３によれば、モータ部と位置検出部を一体化しているので、モータの全長を短縮することができる。また、直動位置検出部５０と回転位置検出部６０との構成を同一にすることが可能であり、部品共通化により位置検出器のコストが削減できる。

実施の形態１４．
図１８は、実施の形態１４の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１４では、実施の形態１３の直動位置検出部５０の配置位置を変えている。実施の形態１４のその他の構成は、実施の形態１３と同様であり、重複する説明は省略する。

実施の形態１４では、直動検出器５２および回転検出器６２は可動子２０のシャフト２１または磁石２２の外周に設けられている。図１８では、直動検出器５２および回転検出器６２はシャフト２１の外周に設けられている。直動スケール５１は、直動検出器５２と対向するように、内径側のコイルである直動用コイル１１の内周に配置される。回転スケール６１は、回転検出器６２と対向するように、内径側のコイルである直動用コイル１１の内周に配置される。直動スケール５１および回転スケール６１は、直動検出器５２および回転検出器６２が直動または回転した際に対面するように、直線方向の可動範囲と周方向の回転範囲にわたって設けられる。

実施の形態１４によれば、モータ部と位置検出部を一体化しているので、モータの全長を短縮することができる。また、直動位置検出部５０と回転位置検出部６０との構成を同一にすることが可能であり、部品共通化により位置検出器のコストが削減できる。さらに、直動用コイル１１と回転用コイル１２の体積拡大により、モータ損失が低減できる。

実施の形態１５．
図１９は、実施の形態１５の直動回転モータの側断面図である。実施の形態１５では、直動スケールおよび回転スケールの機能を有する直動回転スケール８０が採用されている。直動回転スケール８０は、直動スケールおよび回転スケールが同一部品化されたものである。また、直動検出器５２および回転検出器６２は、可動子２０を中心にしてフレーム本体５ａの内周壁における直動方向の同一位置に、直動回転スケール８０に対向するように配置されている。

固定子１０は、実施の形態１と同様、直動用コイル１１、回転用コイル１２、および固定子鉄心１３を有し、これらは同心状にフレーム５のフレーム本体５ａの内周壁に配置される。直動検出器５２は、直動用コイル１１および回転用コイル１２の間に配置され、固定子鉄心１３に固定される。回転検出器６２は、直動用コイル１１および回転用コイル１２の間に配置され、直動検出器５２とは周方向の異なる位置に配置され、固定子鉄心１３に固定される。回転検出器６２は、可動子２０を挟んで直動検出器５２と対向して配置してもよい。なお、直動検出器５２と回転検出器６２は、一体化して一つの基板の異なる位置に配置してもよい。

直動回転スケール８０は、ギャップ１５の可動子２０の外周に配置されている。具体的には、直動回転スケール８０は、磁石２２の外周に配置されている。直動回転スケール８０は、可動子２０が直動または回転した際に、直動検出器５２および回転検出器６２が対面するように、直線方向の可動範囲と周方向の回転範囲にわたって設けられる。

直動回転スケール８０は、シート状の部材の全体に垂直に交差する二方向の目盛りを形成した光学スケールであり、磁石２２の表面に接着剤で固定されている。なお、磁石２２の外周に円筒形の金属部材を配置して金属に直接目盛りを形成してもよいし、目盛りが形成された金属部材に磁石を埋め込んで、金属部材にスケールと磁石保持の両方の機能を持たせてもよい。

図２０は、実施の形態１５の直動回転モータに具備される直動回転スケール８０の一例を示す展開図である。図２０の直動回転スケール８０は、スケール全体に直交する二方向に目盛りが形成されており、直動検出器５２と回転検出器６２を用いて、スケール全体にわたって直動方向と回転方向の両方の変位を検出できる。

図２１は、実施の形態１５の直動回転モータに具備される直動回転スケール８０の他の例を示す展開図である。図２１の直動回転スケール８０は、一方向に目盛りを形成した２つのスケールを組み合わせており、スケール半分の一方に一方向に目盛りを形成し、他方にこれと直交する方向に目盛りを形成している。モータの周方向の可動範囲が１８０度以下となるが、一方向の目盛りを形成するスケールが利用できるため、スケールのコスト低減が可能である。

実施の形態１５によれば、直動スケールと回転スケールが同一部品化された直動回転スケール８０を用いているので、先の実施の形態の効果に加え、スケールを小型化でき、可動子２０の直動方向の長さが小さい場合でも、直動回転方向の位置を検出するためのスケールを可動子２０に配置できるという効果を奏する。なお、直動検出器５２および回転検出器６２を図６に示したように、直動用コイル１１および回転用コイル１２のうちの内径側のコイルの表面に配置してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

５ フレーム、５ａ フレーム本体、５ｂ 第１端板、５ｃ，５ｅ 中板、５ｃ１ 穴、５ｄ 第２端板、１０ 固定子、１１ 直動用コイル、１２ 回転用コイル、１３ 固定子鉄心、１５ ギャップ、１６，１９ 空間、１７ 凹部、２０ 可動子、２１ シャフト、２１ａ 出力軸、２１ｂ 軸部分、２１ｃ 貫通穴、２１ｄ 基端部、２２ 磁石、２２ａ 直動用磁石、２２ｂ 回転用磁石、３０，３５ 直動回転軸受、３１，３６，３８ ベアリング、３２，３７ ボールスプライン、４０，４０ａ 回転スケール取り付け部、５０ 直動位置検出部、５１ 直動スケール、５１ａ つなぎ目部分、５２ 直動検出器、６０ 回転位置検出部、６１，６１ａ 回転スケール、６２ 回転検出器、８０ 直動回転スケール。

Claims (16)

1. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
   前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直動磁界を発生する直動用コイル、および前記直動用コイルと同心状に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備える固定子と、
   前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
   前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
   前記磁石に対向するように前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
   前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
   を備え、
   前記直動検出器は、直動方向に分離された前記直動用コイルの間、かつ直動方向に分離された前記回転用コイルの間に配置されることを特徴とする直動回転モータ。
2. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
   前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直動磁界を発生する直動用コイル、および前記直動用コイルと同心状に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備える固定子と、
   前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
   前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
   前記磁石に対向するように前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
   前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
   を備え、
   前記直動検出器は、直動方向に分離された前記直動用コイルの間、または直動方向に分離された前記回転用コイルの間に配置され、
   前記フレームは、前記出力軸を直動および回転可能に支持する第１直動回転軸受が設けられた第１端板と、前記シャフトの前記出力軸と反対側の軸部分を直動および回転可能に支持する第２直動回転軸受が設けられた中板と、第２端板とを有し、
   前記第２直動回転軸受に中空構造の回転スケール取り付け部を固定し、前記回転スケール取り付け部に回転スケールを固定し、
   前記回転スケールを読み取って、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器を前記第２端板に固定する
   ことを特徴とする直動回転モータ。
3. 前記直動検出器は、前記フレーム本体の内周壁に固定され、
   前記直動スケールは、前記磁石の外周に配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の直動回転モータ。
4. 前記直動検出器は、前記直動用コイルおよび前記回転用コイルのうちの内径側のコイルの表面に配置され、
   前記直動スケールは、前記磁石の外周に配置される
   ことを特徴とする請求項２に記載の直動回転モータ。
5. 前記回転スケールは、中空であり、
   前記シャフトの前記出力軸と反対側の端部が前記第２端板の外に露出されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の直動回転モータ。
6. 前記磁石に対向するように前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器と、
   前記可動子が直動または回転した際に前記回転検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって、前記可動子の外周に設けられる回転スケールと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の直動回転モータ。
7. 前記直動検出器および前記回転検出器は、前記フレーム本体の内周壁に固定され、かつ直動方向に延在する前記直動用コイルおよび前記回転用コイルのうちの少なくとも一方の間に配置され、
   前記直動スケールおよび前記回転スケールは、前記磁石の外周に配置される
   ことを特徴とする請求項６に記載の直動回転モータ。
8. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
   前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直動磁界を発生する直動用コイル、および前記直動用コイルと同心状に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備える固定子と、
   前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
   前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
   前記磁石に対向するように前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
   前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
   を備え、
   前記直動検出器は、直動方向に分離された前記直動用コイルの間、または直動方向に分離された前記回転用コイルの間に配置され、
   回転スケールを前記直動用コイルおよび前記回転用コイルのうちの内径側のコイルの表面に配置し、
   前記回転スケールを読み取って、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器を前記可動子に固定する
   ことを特徴とする直動回転モータ。
9. 前記直動スケールは、直交する二方向に目盛りが形成された直動回転スケールであり、
   前記磁石に対向するように前記直動検出器と周方向の異なる位置であって、前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器を備え、
   前記直動検出器および前記回転検出器は、前記可動子を中心にして前記フレーム本体の内周壁における直動方向の同一位置に、前記直動回転スケールに対向するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の直動回転モータ。
10. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
    前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直進磁界を発生する直動用コイル、および前記フレーム本体の内周壁に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備え、前記直動用コイルおよび前記回転用コイルが直動方向に分離される固定子と、
    前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
    前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
    前記磁石に対向するように前記フレームに配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
    前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
    を備え、
    前記フレームは、前記出力軸を直動および回転可能に支持する第１直動回転軸受が設けられた第１端板と、前記シャフトの前記出力軸と反対側の軸部分を直動および回転可能に支持する第２直動回転軸受が設けられた中板と、第２端板とを有し、
    前記第２直動回転軸受に中空構造の回転スケール取り付け部を固定し、前記回転スケール取り付け部に回転スケールを固定し、
    前記回転スケールを読み取って、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器を前記第２端板に固定する
    ことを特徴とする直動回転モータ。
11. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
    前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直進磁界を発生する直動用コイル、および前記フレーム本体の内周壁に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備え、前記直動用コイルおよび前記回転用コイルが直動方向に分離される固定子と、
    前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
    前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
    前記磁石に対向するように前記フレームに配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
    前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
    を備え、
    前記フレームは、前記出力軸を直動および回転可能に支持する第１直動回転軸受が設けられた第１端板と、前記シャフトの前記出力軸と反対側の軸部分を直動および回転可能に支持する第２直動回転軸受が設けられた第２端板と、中板と、を有し、
    前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器を前記中板に固定し、
    前記第２直動回転軸受に中空構造の回転スケール取り付け部を固定し、前記回転スケール取り付け部に回転スケールを固定する
    ことを特徴とする直動回転モータ。
12. 前記直動検出器は、前記フレーム本体の内周壁に固定され、直動方向に延在する前記直動用コイルと直動方向に延在する前記回転用コイルの間に配置され、
    前記直動スケールは、前記磁石の外周に配置される
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の直動回転モータ。
13. 筒形状のフレーム本体を有するフレームと、
    前記フレーム本体の内周壁に配置され直動方向に直進磁界を発生する直動用コイル、および前記フレーム本体の内周壁に配置され回転方向に回転磁界を発生する回転用コイルを備え、前記直動用コイルおよび前記回転用コイルが直動方向に分離される固定子と、
    前記フレームに直動および回転可能に支持され、出力軸を有するシャフト、および前記シャフトの外周に設けられる磁石、を備える可動子と、を備え、
    前記直動用コイルと前記回転用コイルに通電して、前記可動子を直動および回転する直動回転モータであって、
    前記磁石に対向するように前記フレームに配置され、前記可動子の直動方向の位置を検出する直動検出器と、
    前記可動子が直動または回転した際に前記直動検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって前記可動子の外周に設けられる直動スケールと、
    前記磁石に対向するように前記フレームまたは前記固定子に配置され、前記可動子の回転方向の位置を検出する回転検出器と、
    前記可動子が直動または回転した際に前記回転検出器が対面するように、直動方向の可動範囲および周方向の回転範囲にわたって、前記可動子の外周に設けられる回転スケールと、
    を備え、
    前記磁石の軸方向長さは、前記直動用コイルと回転用コイルとを合わせた軸方向長さより大きいことを特徴とする直動回転モータ。
14. 前記直動スケールおよび前記回転スケールのうちの一方は、前記磁石の外周に配置され、他方は前記シャフトの前記磁石が存在しない個所に設けられる
    ことを特徴とする請求項１３に記載の直動回転モータ。
15. 前記磁石は、直動用磁石と回転用磁石とに直動方向に分離され、
    前記直動用コイルが前記直動用磁石に対向し、前記回転用コイルが前記回転用磁石に対向するように配置される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の直動回転モータ。
16. 前記シャフトは、軸方向に貫通する中空部を有する
    ことを特徴とする請求項１から１５の何れか一つに記載の直動回転モータ。

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