JPWO2008117654A1 - Small rotary motor and X-θ actuator using the same - Google Patents

Small rotary motor and X-θ actuator using the same Download PDF

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    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/24Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos

Abstract

モータハウジング(4)内におけるマグネット(5)とコイル部材(6)の位置関係を見直すことで、これらマグネットとコイル部材の配設空間の扁平化を図ることが可能であると共に、モータハウジングの小径化を図ることが可能な小型回転モータであって、モータハウジング(4)に対して回転自在に支承されたモータロータ(3)と、前記モータロータ又はモータハウジングのいずれか一方に搭載されると共にその周方向に沿ってN極及びS極が交互に配列されたマグネット(5)と、前記モータハウジング又はモータロータに固定されて前記マグネットと対向すると共に、回転磁界を発生させ、前記モータロータに対して回転トルクを与えるコイル部材(6)とから構成されており、前記マグネットとコイル部材を回転軸方向に沿って対向させた。By reviewing the positional relationship between the magnet (5) and the coil member (6) in the motor housing (4), it is possible to flatten the space where these magnets and the coil member are arranged, and the small diameter of the motor housing. And a motor rotor (3) that is rotatably supported with respect to the motor housing (4), and is mounted on one of the motor rotor and the motor housing and has a periphery thereof. A magnet (5) in which N poles and S poles are alternately arranged along a direction, and fixed to the motor housing or the motor rotor to face the magnet, generate a rotating magnetic field, and rotate torque to the motor rotor. The magnet and the coil member are opposed to each other along the direction of the rotation axis.

Description

本発明は、交流モータやステッピングモータの如く、マグネットとコイル部材との間に作用する磁気吸引力を利用してモータロータの回転トルクを得る回転モータに係り、詳細には、リニアモータアクチュエータと組み合わせてX−θアクチュエータを製作する場合に、かかるX−θアクチュエータの小型化に最適な小型回転モータに関する。   The present invention relates to a rotary motor, such as an AC motor or a stepping motor, that uses a magnetic attractive force acting between a magnet and a coil member to obtain the rotational torque of a motor rotor, and more specifically, in combination with a linear motor actuator. The present invention relates to a small rotary motor that is optimal for miniaturization of such an X-θ actuator when an X-θ actuator is manufactured.

従来、X−Yテーブルや物品搬送装置等のFA機器において、物品、部材等に並進運動を与えるアクチュエータとして、リニアモータを利用した所謂リニアモータアクチュエータが知られている。このリニアモータアクチュエータとしては種々の形式のものが知られているが、そのうちの一つとして、所謂ロッドタイプのリニアモータアクチュエータが知られている(特開平11−150973号公報)。このロッドタイプのリニアモータアクチュエータは、棒状に形成されると共に軸方向に沿って所定のピッチでN極及びS極が繰り返し配列され、両端がベースプレート上に支持される固定子としてのマグネットロッドと、このマグネットロッドの周囲に僅かな隙間を介して遊嵌しているフォーサとから構成されており、フォーサ内に設けられたコイル部材に通電することで、かかるフォーサがマグネットロッドの周囲を軸方向に沿って運動するように構成されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, so-called linear motor actuators using linear motors are known as actuators that impart translational motion to articles, members, and the like in FA devices such as an XY table and an article transport device. Various types of linear motor actuators are known. One of them is a so-called rod-type linear motor actuator (Japanese Patent Laid-Open No. 11-150973). This rod type linear motor actuator is formed in a rod shape, and N poles and S poles are repeatedly arranged at a predetermined pitch along the axial direction, and both ends of the magnet rod as a stator supported on the base plate, The forcer is loosely fitted around the magnet rod through a slight gap, and when the coil member provided in the forcer is energized, the forcer moves around the magnet rod in the axial direction. Configured to move along.

一方、搬送対象物である物品、部材などに並進運動に加えて回転運動を与えるアクチュエータとして、前記リニアモータアクチュエータと回転モータを組み合わせた所謂X−θアクチュエータが知られている(特開2004−364348)。このX−θアクチュエータは前記リニアモータアクチュエータのフォーサの外側に回転モータを取り付けたものであり、モータハウジングに対して前記フォーサを回転自在に支承すると共に、モータハウジングの内側には固定子コイルを設ける一方、前記フォーサの外側には回転子マグネットを設け、前記固定子コイルに通電することで、フォーサに任意の回転量を与えることが可能となっている。従って、このフォーサの回転運動とリニアモータアクチュエータによるマグネットロッドの並進運動とを組み合わせることにより、かかるマグネットロッドに対して並進運動及び回転運動を組み合わせたX−θ運動を与えることが可能となっている。
特開平11−150973号公報 特開2004−364348
On the other hand, a so-called X-θ actuator in which the linear motor actuator and a rotary motor are combined is known as an actuator that gives a rotational motion in addition to a translational motion to articles, members, and the like that are objects to be conveyed (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-364348). ). This X-θ actuator has a rotary motor attached outside the forcer of the linear motor actuator, and rotatably supports the forcer with respect to the motor housing, and a stator coil is provided inside the motor housing. On the other hand, a rotor magnet is provided on the outer side of the forcer, and an arbitrary amount of rotation can be given to the forcer by energizing the stator coil. Therefore, by combining the rotational motion of the forcer and the translational motion of the magnet rod by the linear motor actuator, it is possible to give an X-θ motion that combines the translational motion and the rotational motion to the magnet rod. .
JP-A-11-150973 JP 2004-364348 A

しかし、この従来のX−θアクチュエータでは、マグネットロッドの周囲にフォーサが設けられ、このフォーサの周囲に回転モータの回転子マグネットが設けられ、更に、回転子マグネットの周囲に固定子コイルが設けられており、リニアモータアクチュエータを構成するマグネット及びコイル部材、回転モータを構成するマグネット及びコイル部材が前記マグネットロッドの半径方向に積み重ねられていることから、X−θアクチュエータの外径が大型化してしまうといった問題点があった。   However, in this conventional X-θ actuator, a forcer is provided around the magnet rod, a rotor magnet of the rotary motor is provided around the forcer, and a stator coil is provided around the rotor magnet. Since the magnet and coil member constituting the linear motor actuator and the magnet and coil member constituting the rotary motor are stacked in the radial direction of the magnet rod, the outer diameter of the X-θ actuator is increased. There was a problem.

特に、マグネットロッドに与える並進運動及び回転運動の出力を高めようとすると、その分だけリニアモータ部及び回転モータ部におけるコイル部材の捲線数が増加し、これらコイル部材が大型化するので、X−θアクチュエータの外径も大型化せざるを得ないといった問題点があった。   In particular, when trying to increase the output of the translational motion and the rotational motion applied to the magnet rod, the number of windings of the coil members in the linear motor portion and the rotary motor portion is increased by that amount, and these coil members increase in size. There was a problem that the outer diameter of the θ actuator had to be increased.

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、モータハウジング内におけるマグネットとコイル部材の位置関係を見直すことで、これらマグネットとコイル部材の配設空間の扁平化を図ることが可能であり、モータハウジングの小径化を図ることが可能な小型回転モータを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to review the positional relationship between the magnet and the coil member in the motor housing, thereby flattening the arrangement space of the magnet and the coil member. An object of the present invention is to provide a small-sized rotary motor capable of reducing the diameter of the motor housing.

また、本発明の他の目的は、そのような本発明の小型回転モータとリニアモータアクチュエータを組み合わせることにより、外径を大型化することなく、並進運動及び回転運動の出力を高めることが可能なX−θアクチュエータを提供することにある。   Another object of the present invention is to increase the output of translational motion and rotational motion without increasing the outer diameter by combining such a small rotary motor and linear motor actuator of the present invention. The object is to provide an X-θ actuator.

前記目的を達成するために、本発明の小型回転モータは、モータハウジングに対して回転自在に支承されたモータロータと、前記モータロータ又はモータハウジングのいずれか一方に搭載されると共にその周方向に沿ってN極及びS極が交互に配列されたマグネットと、前記モータハウジング又はモータロータに固定されて前記マグネットと対向すると共に、回転磁界を発生させ、前記モータロータに対して回転トルクを与えるコイル部材とから構成されており、前記マグネットとコイル部材を回転軸方向に沿って対向させている。   In order to achieve the above object, a small-sized rotary motor of the present invention is mounted on a motor rotor that is rotatably supported with respect to a motor housing, and either the motor rotor or the motor housing and along the circumferential direction thereof. A magnet having alternating N poles and S poles, and a coil member fixed to the motor housing or the motor rotor, facing the magnet, generating a rotating magnetic field, and applying rotational torque to the motor rotor The magnet and the coil member are opposed to each other along the rotation axis direction.

また、この小型回転モータを利用したX−θアクチュエータは、軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列された出力軸と、この出力軸が遊嵌する貫通孔を有すると共に該出力軸と相まってリニアモータを構成し、印加される電気信号に応じて前記出力軸を軸方向へ進退させるフォーサとを備え、前記フォーサの外側に前述した本発明の小型回転モータのモータロータを設け、かかる回転モータでフォーサに任意の回転を与えるように構成したものである。   An X-θ actuator using this small rotary motor has an output shaft in which a large number of magnetic poles are arranged at a predetermined pitch along the axial direction, and a through hole into which the output shaft is loosely fitted. And a forcer that moves the output shaft in the axial direction according to an applied electric signal, and the motor rotor of the small-sized rotary motor of the present invention described above is provided outside the forcer. The motor is configured to give an arbitrary rotation to the forcer.

このように構成された本発明の小型回転モータによれば、回転磁界を発生するコイル部材とこれに対向するマグネットとがモータロータの回転軸方向に沿って対向していることから、これらコイル部材とマグネットとを半径方向に積み重ねた従来の回転モータに比べて、コイル部材及びマグネットの配設空間を径方向に関して扁平化することができ、モータハウジングの径方向サイズを小型化することが可能となる。   According to the small rotary motor of the present invention configured as described above, the coil member that generates the rotating magnetic field and the magnet facing the coil member are opposed to each other along the direction of the rotation axis of the motor rotor. Compared to a conventional rotary motor in which magnets are stacked in the radial direction, the arrangement space of the coil member and the magnet can be flattened in the radial direction, and the radial size of the motor housing can be reduced. .

また、リニアモータアクチュエータと回転モータとを組み合わせてX−θアクチュエータを構成するにあたり、このような本発明の回転モータをリニアモータアクチュエータのフォーサの外側に設けることで、X−θアクチュエータの外径の小型化を図ることができ、並進運動及び回転運動の高出力化と小型化を同時に達成することが可能となる。   Further, when the X-θ actuator is configured by combining the linear motor actuator and the rotary motor, by providing the rotary motor of the present invention outside the forcer of the linear motor actuator, the outer diameter of the X-θ actuator can be reduced. Miniaturization can be achieved, and it is possible to simultaneously achieve high output and miniaturization of translational motion and rotational motion.

本発明の小型回転モータ実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the small rotation motor embodiment of this invention. モータロータにおける回転子マグネットの配列状態を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | sequence state of the rotor magnet in a motor rotor. 周方向に配列された固定子コイル及び回転子マグネットを平面上に展開した様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the stator coil and rotor magnet which were arranged in the circumferential direction were expand | deployed on the plane. 本発明の回転モータを利用したX−θアクチュエータを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the X-theta actuator using the rotary motor of this invention. リニアモータアクチュエータのマグネットロッドとフォーサの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the magnet rod and forcer of a linear motor actuator. マグネットロッドとフォーサとの間における磁束の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of the magnetic flux between a magnet rod and a forcer. モータロータとマグネットロッドとの間におけるトルク伝達機構を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the torque transmission mechanism between a motor rotor and a magnet rod.

以下、添付図面に基づいて本発明の回転モータ及びこれを利用したX−θアクチュエータを詳細に説明する。   Hereinafter, a rotary motor of the present invention and an X-θ actuator using the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は本発明の小型回転モータの実施形態を示す断面図である。この回転モータ1は、出力軸2と、この出力軸2に嵌合したモータロータ3と、軸受30を介して前記モータロータ3を回転自在に支承するモータハウジング4と、前記モータロータ3に固定された回転子マグネット5、前記モータハウジング4内に固定されると共に前記回転子マグネット5と対向する固定子コイル6とから構成されている。そして、この回転モータ1では、前記固定子コイル6に通電することで、かかる固定子コイル6と回転子マグネット5との間に磁気吸引力が作用し、前記モータロータ3に回転トルクが作用するようになっている。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a small rotary motor of the present invention. The rotary motor 1 includes an output shaft 2, a motor rotor 3 fitted to the output shaft 2, a motor housing 4 that rotatably supports the motor rotor 3 via a bearing 30, and a rotation fixed to the motor rotor 3. The stator magnet 5 is composed of a stator coil 6 fixed in the motor housing 4 and facing the rotor magnet 5. In the rotary motor 1, by energizing the stator coil 6, a magnetic attractive force acts between the stator coil 6 and the rotor magnet 5, and a rotational torque acts on the motor rotor 3. It has become.

前記モータロータ3は出力軸2の外周面に固定されるジャーナル部31を有すると共に、このジャーナル部31の軸方向両端に一対のフランジ部32を備えており、これらフランジ部32と前記モータハウジング4によって囲まれた空間が前記固定子コイル6と回転子マグネット5の収容空間となっている。また、各フランジ部32の外周面には前記軸受30が固定されており、かかる軸受30を介してモータロータ3とモータハウジング4が回転自在に組付けられている。   The motor rotor 3 has journal portions 31 fixed to the outer peripheral surface of the output shaft 2, and has a pair of flange portions 32 at both ends of the journal portion 31 in the axial direction. The flange portions 32 and the motor housing 4 The enclosed space is a housing space for the stator coil 6 and the rotor magnet 5. In addition, the bearing 30 is fixed to the outer peripheral surface of each flange portion 32, and the motor rotor 3 and the motor housing 4 are rotatably assembled via the bearing 30.

前記回転子マグネット5はモータロータ3に具備された各フランジ部32の内側面に固定されている。図2は各フランジ部32における回転子マグネット5の配置を示す図である。前記回転子マグネット5は前記ジャーナル部31を取り囲むようにしてフランジ部32の内側面に配列されており、周方向に沿ってN極及びS極が交互に配列されている。但し、各フランジ部32に固定された一対の回転子マグネット5において、前記固定子コイル6を挟んで互いに対向する磁極は異なった極性、すなわちN極とS極となっている。   The rotor magnet 5 is fixed to the inner surface of each flange portion 32 provided in the motor rotor 3. FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the rotor magnet 5 in each flange portion 32. The rotor magnet 5 is arranged on the inner surface of the flange portion 32 so as to surround the journal portion 31, and N poles and S poles are alternately arranged along the circumferential direction. However, in the pair of rotor magnets 5 fixed to each flange portion 32, the magnetic poles facing each other across the stator coil 6 have different polarities, that is, N and S poles.

一方、前記固定子コイル6は前記回転子マグネット5と相まって同期モータを構成しており、三相交流電流を印加することで、モータロータ3の周囲に回転磁界を発生する。この固定子コイルは鉄心となる複数のコア部材60に対して捲線61を施してコイルを構成したものであり、U,V及びW相の3つのコイルを1組とするコイル群を有している。各コア部材60は棒状に形成されると共に、その長手方向を出力軸の軸方向と合致させるようにしてモータロータ3の一対のフランジ部32の間に位置しており、各回転子マグネット5と僅かな隙間を介して対向している。前記捲線61は各コア部材60を貫通する磁束が当該コア部材60の長手方向と合致するように、すなわち各コア部材60と回転子マグネット5との対向方向にと合致するようになされている。このように構成された固定子コイル6はモータハウジング4の内周面に固定されている。   On the other hand, the stator coil 6 constitutes a synchronous motor coupled with the rotor magnet 5, and generates a rotating magnetic field around the motor rotor 3 by applying a three-phase alternating current. This stator coil is formed by applying a winding 61 to a plurality of core members 60 serving as an iron core, and has a coil group including three coils of U, V, and W phases as one set. Yes. Each core member 60 is formed in a rod shape, and is positioned between the pair of flange portions 32 of the motor rotor 3 so that the longitudinal direction thereof coincides with the axial direction of the output shaft. Facing each other through a gap. The said winding 61 is made so that the magnetic flux which penetrates each core member 60 may correspond with the longitudinal direction of the said core member 60, ie, the opposing direction of each core member 60 and the rotor magnet 5. FIG. The stator coil 6 configured in this manner is fixed to the inner peripheral surface of the motor housing 4.

図3は、図1に示す回転モータ1を周方向の一箇所で切断し、前記固定子コイル6及び回転子マグネット5を展開した状態を示す図である。この図に示されるように、モータロータ3の各フランジ部32の内側には前記回転子マグネット5が配列されており、固定子コイル6を挟んで対向する一対の回転子マグネット5はその一方の極性がN極、他方の極性がS極となっている。また、これら回転子マグネット5の間には固定子コイル6が配設されており、棒状に形成されたコア部材60の両端が回転子マグネット5と夫々対向している。   FIG. 3 is a view showing a state in which the rotary motor 1 shown in FIG. 1 is cut at one place in the circumferential direction and the stator coil 6 and the rotor magnet 5 are developed. As shown in this figure, the rotor magnets 5 are arranged inside the flange portions 32 of the motor rotor 3, and the pair of rotor magnets 5 facing each other with the stator coil 6 interposed therebetween has one polarity. Is the N pole and the other polarity is the S pole. A stator coil 6 is disposed between the rotor magnets 5, and both ends of a rod-shaped core member 60 are opposed to the rotor magnet 5.

この図3では矢線A方向がモータハウジング4の周方向に合致しているが、かかる周方向に沿って配列された複数のコア部材60には、三相交流電流のu相、v相及びw相に対応した捲線31が順番に巻かれている。また、各相のコア部材60の配列ピッチは回転子マグネット5の配列ピッチよりも短く設定される。従って、固定子コイル6に対して三相交流電流を通電すると、かかる固定子コイル6にはモータロータ3の周囲で回転磁界が発生し、かかる回転磁界が回転子マグネット5に対して作用することにより、モータロータ3には回転トルクが発生する。これにより、回転磁界の回転速度に応じてモータロータ3を回転させ、これに嵌合する出力軸2に回転動力を与えることができるものである。   In FIG. 3, the direction of arrow A matches the circumferential direction of the motor housing 4, but a plurality of core members 60 arranged along the circumferential direction have a u-phase, a v-phase, and a three-phase alternating current. A winding wire 31 corresponding to the w phase is wound in order. The arrangement pitch of the core members 60 of each phase is set shorter than the arrangement pitch of the rotor magnets 5. Therefore, when a three-phase alternating current is applied to the stator coil 6, a rotating magnetic field is generated around the motor rotor 3 in the stator coil 6, and the rotating magnetic field acts on the rotor magnet 5. Rotational torque is generated in the motor rotor 3. Thereby, the motor rotor 3 is rotated according to the rotational speed of the rotating magnetic field, and rotational power can be applied to the output shaft 2 fitted thereto.

このように構成された本発明の回転モータ1では、回転子マグネット5と固定子コイル6とが回転する出力軸2の軸方向に沿って対向していることから、モータロータ3のジャーナル部31とモータハウジング4とが形成する回転子マグネット5及び固定子コイル6の収容空間を半径方向に関して薄く形成することが可能となる。従来の回転モータでは半径方向に沿って回転子マグネットと固定子コイルを対向させているので、かかる半径方向に関して回転子マグネット及び固定子コイルの収容空間を大きく設定せざるを得ず、その分だけモータハウジングの外径が大型化していたが、前述した本発明によればモータハウジング4の外径を小径化し、回転モータ1の小型化を図ることが可能となる。   In the rotary motor 1 of the present invention configured as described above, the rotor magnet 5 and the stator coil 6 face each other along the axial direction of the output shaft 2 that rotates. The accommodation space for the rotor magnet 5 and the stator coil 6 formed by the motor housing 4 can be formed thin in the radial direction. In the conventional rotary motor, since the rotor magnet and the stator coil are opposed to each other along the radial direction, the space for accommodating the rotor magnet and the stator coil must be set large in the radial direction, and only that much. Although the outer diameter of the motor housing has been increased, according to the present invention described above, it is possible to reduce the outer diameter of the motor housing 4 and to reduce the size of the rotary motor 1.

図4は、本発明の回転モータとロッドタイプのリニアモータアクチュエータとを組み合わせて構成したX−θアクチュエータの実施形態を示す図である。   FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of an X-θ actuator configured by combining the rotary motor of the present invention and a rod type linear motor actuator.

このX−θアクチュエータは、回転モータ10と、この回転モータ10のモータロータ3を貫通する出力軸としてのマグネットロッド7と、このマグネットロッド7の周囲に僅かな隙間を介して遊嵌すると共に前記モータロータ3と一体化されたフォーサ8とから構成されている。前記マグネットロッド7とフォーサ8はリニアモータを構成している。尚、前記回転モータ10の構成は図1に示した回転モータ1の構成と全く同一であり、図4中に図1と同一の符号を付してここではその詳細な説明は省略する。   The X-θ actuator includes a rotary motor 10, a magnet rod 7 serving as an output shaft that passes through the motor rotor 3 of the rotary motor 10, and a loose gap around the magnet rod 7 with a slight gap and the motor rotor. 3 and a forcer 8 integrated therewith. The magnet rod 7 and the forcer 8 constitute a linear motor. The configuration of the rotary motor 10 is exactly the same as the configuration of the rotary motor 1 shown in FIG. 1, and the same reference numerals as those in FIG. 1 are given in FIG. 4, and detailed description thereof is omitted here.

図5は前記マグネットロッド7及びフォーサ8から構成されるリニアモータを示す概略図である。前記マグネットロッド7には軸方向に沿って複数の界磁マグネット70が配列されており、外周面は円滑に加工されている。各界磁マグネット70はN極及びS極を有しており、互いに隣接する界磁マグネット70はN極同士またはS極同士が対向するように交互に向きを逆転させて配列されている。これにより、マグネットロッド7にはその長手方向に沿ってN極の磁極とS極の磁極が交互に並んだ駆動用の着磁部が形成されている。   FIG. 5 is a schematic view showing a linear motor composed of the magnet rod 7 and the forcer 8. A plurality of field magnets 70 are arranged on the magnet rod 7 along the axial direction, and the outer peripheral surface is processed smoothly. Each field magnet 70 has an N pole and an S pole, and the adjacent field magnets 70 are arranged with their directions alternately reversed so that the N poles or the S poles face each other. Thereby, the magnet rod 7 is formed with a magnetizing portion for driving in which N-pole magnetic poles and S-pole magnetic poles are alternately arranged along the longitudinal direction thereof.

一方、フォーサ8は前記モータロータ3のジャーナル部31の内周面に円筒状のコイル部材80を収納して構成されている。このリニアモータにおいても、コイル部材80はU,V及びW相の3つの捲線を1組とするコイル群を有している。図6に示すように、いずれの相のコイル部材80もモータロータ3の周方向に沿ったリング状であり、マグネットロッド7の外周面と僅かな隙間を介して対向している。また、各相のコイル部材80の配列ピッチは界磁マグネット70の配列ピッチよりも短く設定される。マクネットロッド7にはS極の磁極からN極の磁極に向かって磁束71が形成されており、前記モータロータ3にはその磁束密度を検出する磁極センサ(図示せず)が内蔵されている。従って、この磁極センサの出力する検出信号からコイル部材80に対するマグネットロッド7の各磁極(N極及びS極)の位置関係が把握される。コイル部材80への通電を制御しているコントローラは前記磁極センサの検出信号を受信し、コイル部材80とマグネットロッド7の各磁極との位置関係に応じた最適な電流を演算し、それを各コイル部材80に通電する。その結果、各コイル部材80に流れる電流と界磁マグネット70によって形成される磁束71との相互作用によって、コイル部材80と界磁マグネット70の各磁極との間に吸引力及び反発力が発生し、フォーサ8がモータロータ3と共にマグネットロッド7の軸方向に推進されることになる。   On the other hand, the forcer 8 is configured by accommodating a cylindrical coil member 80 on the inner peripheral surface of the journal portion 31 of the motor rotor 3. Also in this linear motor, the coil member 80 has a coil group in which three sets of U, V and W phases are set. As shown in FIG. 6, the coil member 80 of any phase has a ring shape along the circumferential direction of the motor rotor 3, and faces the outer peripheral surface of the magnet rod 7 with a slight gap. The arrangement pitch of the coil members 80 of each phase is set shorter than the arrangement pitch of the field magnets 70. A magnetic flux 71 is formed on the macnet rod 7 from the magnetic pole of the S pole toward the magnetic pole of the N pole. The motor rotor 3 includes a magnetic pole sensor (not shown) for detecting the magnetic flux density. Therefore, the positional relationship of each magnetic pole (N pole and S pole) of the magnet rod 7 with respect to the coil member 80 is grasped from the detection signal output from the magnetic pole sensor. The controller that controls the energization of the coil member 80 receives the detection signal of the magnetic pole sensor, calculates the optimum current according to the positional relationship between the coil member 80 and each magnetic pole of the magnet rod 7, The coil member 80 is energized. As a result, an attractive force and a repulsive force are generated between the coil member 80 and each magnetic pole of the field magnet 70 due to the interaction between the current flowing through each coil member 80 and the magnetic flux 71 formed by the field magnet 70. The forcer 8 is propelled in the axial direction of the magnet rod 7 together with the motor rotor 3.

図7は、モータロータ3とマグネットロッド7との間のトルク伝達機構9を示すものである。前記フォーサ8はマグネットロッド7をその軸方向へ推進するのみであり、マグネットロッド7に対してその軸心周りの回転トルクを何ら伝達していない。従って、モータロータ3の回転をマグネットロッド7に伝達するためには、このようなトルク伝達機構9を用いてモータロータ3とマグネットロッド7とを結合する必要が生じる。   FIG. 7 shows a torque transmission mechanism 9 between the motor rotor 3 and the magnet rod 7. The forcer 8 only propels the magnet rod 7 in its axial direction, and does not transmit any rotational torque around its axis to the magnet rod 7. Therefore, in order to transmit the rotation of the motor rotor 3 to the magnet rod 7, it is necessary to couple the motor rotor 3 and the magnet rod 7 using such a torque transmission mechanism 9.

このトルク伝達機構9は、モータロータ3に固定されると共に前記マグネットロッド7が貫通するベースプレート90と、前記マグネットロッド7と平行に、しかもマグネットロッド7を挟むようにして前記ベースプレート90に立設された一対のガイドシャフト91と、各ガイドシャフト91に沿って矢線A方向へ移動自在な一対のガイドブッシュ92と、これらガイドブッシュ92を保持すると共に前記マグネットロッド7の端部に固定された連結プレート93とから構成されている。   The torque transmission mechanism 9 is fixed to the motor rotor 3 and has a base plate 90 through which the magnet rod 7 passes, and a pair of the base plate 90 erected on the base plate 90 in parallel with the magnet rod 7 and sandwiching the magnet rod 7. A guide shaft 91, a pair of guide bushes 92 that are movable in the direction of arrow A along each guide shaft 91, and a connecting plate 93 that holds these guide bushes 92 and is fixed to the end of the magnet rod 7; It is composed of

マグネットロッド7に固定された前記連結プレート93はガイドブッシュ92を介して2本のガイドシャフト91に支承されており、これらガイドシャフト91の軸方向に沿って移動自在である。このため、フォーサ8に対する通電によってマグネットロッド7が軸方向へ進退すると、連結プレート93はマグネットロッド7と共にガイドシャフト91に沿って移動する。一方、モータロータ3が回転すると、ベースプレート90に立設された一対のガイドシャフト91がマグネットロッド7の周囲を公転し、その回転トルクがガイドシャフト91によって案内されている連結プレート93に伝達される。これにより、モータロータ3に与えられた回転トルクが連結プレート93を介してマグネットロッド7に伝達される。   The connecting plate 93 fixed to the magnet rod 7 is supported by two guide shafts 91 via guide bushes 92 and is movable along the axial direction of the guide shafts 91. For this reason, when the magnet rod 7 advances and retracts in the axial direction by energization of the forcer 8, the connecting plate 93 moves along the guide shaft 91 together with the magnet rod 7. On the other hand, when the motor rotor 3 rotates, a pair of guide shafts 91 erected on the base plate 90 revolve around the magnet rod 7, and the rotational torque is transmitted to the connecting plate 93 guided by the guide shaft 91. As a result, the rotational torque applied to the motor rotor 3 is transmitted to the magnet rod 7 via the connecting plate 93.

従って、このトルク伝達機構9によれば、リニアモータによるマグネットロッド7の軸方向への進退を許容しながら、モータロータ3の回転トルクをマグネットロッド7に伝達することが可能となる。   Therefore, according to the torque transmission mechanism 9, the rotational torque of the motor rotor 3 can be transmitted to the magnet rod 7 while allowing the linear motor to advance and retract in the axial direction of the magnet rod 7.

尚、前記マグネットロッド7に対してモータロータ3の回転トルクを伝達する他の形態としては、例えばボールスプラインを利用する形態が考えられる。具体的には、前記マグネットロッド7の一方の軸端にスプラインシャフトを設けると共に、モータロータ3の端部には前記スプラインシャフトに嵌合するスプラインナットを固定する。これにより、マグネットロッド7がモータロータ3に対して軸方向へ進退自在に案内されると共に、モータロータ3に対するマグネットロッド7の周り止めがなされ、モータロータ3の回転をマグネットロッド7に伝達することが可能となる。   As another form for transmitting the rotational torque of the motor rotor 3 to the magnet rod 7, for example, a form using a ball spline is conceivable. Specifically, a spline shaft is provided at one shaft end of the magnet rod 7, and a spline nut fitted to the spline shaft is fixed to the end portion of the motor rotor 3. As a result, the magnet rod 7 is guided to the motor rotor 3 so as to be movable back and forth in the axial direction, and the magnet rod 7 is prevented from rotating around the motor rotor 3, so that the rotation of the motor rotor 3 can be transmitted to the magnet rod 7. Become.

そして、このように構成されたX−θアクチュエータでは、前記フォーサ8のコイル部材80に対して通電することでマグネットロッド7をモータロータ3に対して任意の量だけ進退させることができ、また、回転モータ10の固定子コイル6に対して通電することで前記モータロータ3を任意の量だけ回転させて、マグネットロッド7を軸方向の周囲に回転させることができ、例えば、マグネットロッド7の先端にエアチャック等の保持手段によって把持したワークに対して並進運動及び回転運動の双方を与えることが可能となる。   In the X-θ actuator configured as described above, the magnet rod 7 can be advanced and retracted by an arbitrary amount with respect to the motor rotor 3 by energizing the coil member 80 of the forcer 8 and rotating. By energizing the stator coil 6 of the motor 10, the motor rotor 3 can be rotated by an arbitrary amount, and the magnet rod 7 can be rotated around the axial direction. It is possible to give both translational motion and rotational motion to the workpiece gripped by the holding means such as a chuck.

このとき、前記回転モータ10においては、回転子マグネット5と固定子コイル6とがマグネットロッド7の軸方向に沿って対向していることから、モータロータ3のジャーナル部31とモータハウジング4とが形成する回転子マグネット5及び固定子コイル6の収容空間を半径方向に関して薄く形成することが可能であり、モータロータ3の内部にリニアモータのフォーサ8を収容した場合であっても、モータハウジング4が大径化するのを抑えることが可能となる。すなわち、リニアモータアクチュエータの外径側に回転モータを重ねた本発明のX−θアクチュエータはモータハウジング4の小型化を達成することが可能であり、各種FA機器において有用なX−θアクチュエータを提供することが可能となるものである。   At this time, in the rotary motor 10, since the rotor magnet 5 and the stator coil 6 face each other along the axial direction of the magnet rod 7, the journal portion 31 and the motor housing 4 of the motor rotor 3 are formed. The housing space for the rotor magnet 5 and the stator coil 6 to be formed can be made thin in the radial direction, and the motor housing 4 is large even when the linear motor forcer 8 is housed in the motor rotor 3. It is possible to suppress the diameter. That is, the X-θ actuator of the present invention in which the rotary motor is stacked on the outer diameter side of the linear motor actuator can achieve the miniaturization of the motor housing 4 and provides an X-θ actuator useful in various FA devices. It is possible to do.

尚、図1を用いて説明した回転モータ1では、モータロータ3に回転子マグネット5を
搭載し、モータハウジング4に固定子コイルを搭載したが、これらモータロータ及びモータハウジングの形状を変更することにより、モータハウジングに固定子としてのマグネットを、モータロータに回転子としてのコイル部材を搭載するようにしてもよい。
In the rotary motor 1 described with reference to FIG. 1, the rotor magnet 5 is mounted on the motor rotor 3 and the stator coil is mounted on the motor housing 4. However, by changing the shapes of the motor rotor and the motor housing, A magnet as a stator may be mounted on the motor housing, and a coil member as a rotor may be mounted on the motor rotor.

Claims (3)

モータハウジング(4)に対して回転自在に支承されたモータロータ(3)と、前記モータロータ(3)又はモータハウジング(4)のいずれか一方に搭載されると共にその周方向に沿ってN極及びS極が交互に配列されたマグネット(5)と、前記モータハウジング(4)又はモータロータ(3)に固定されて前記マグネット(5)と対向すると共に、回転磁界を発生させ、前記モータロータ(3)に対して回転トルクを与えるコイル部材(6)とから構成され、前記マグネット(5)とコイル部材(6)は回転軸方向に沿って対向していることを特徴とする小型回転モータ。 A motor rotor (3) rotatably supported with respect to the motor housing (4), and mounted on one of the motor rotor (3) and the motor housing (4) and along the circumferential direction of the N pole and S Magnets (5) in which poles are alternately arranged, and fixed to the motor housing (4) or the motor rotor (3) to face the magnet (5) and generate a rotating magnetic field, to the motor rotor (3) A small rotary motor comprising a coil member (6) for applying rotational torque to the magnet (5) and the coil member (6) facing each other in the direction of the rotation axis. 前記マグネット(5)は前記コイル部材(6)を軸方向の両側から挟むようにして2列で配列されていることを特徴とする請求項1記載の小型回転モータ。 The small rotary motor according to claim 1, wherein the magnets (5) are arranged in two rows so as to sandwich the coil member (6) from both sides in the axial direction. 軸方向に沿って所定のピッチで多数の磁極が配列されたマグネットロッド(7)と、このマグネットロッド(7)が遊嵌する貫通孔を有すると共に該マグネットロッド(7)と相まってリニアモータを構成し、印加される電気信号に応じて前記マグネットロッド(7)を軸方向へ進退させるフォーサ(8)とを備え、
前記フォーサ(8)の外側に請求項1記載の小型回転モータ(1)のモータロータ(3)を設け、かかる回転モータ(1)でフォーサ(8)に任意の回転を与えることを特徴とするX−θアクチュエータ。
A magnet rod (7) in which a large number of magnetic poles are arranged at a predetermined pitch along the axial direction, and a through-hole into which the magnet rod (7) is loosely fitted, and together with the magnet rod (7) constitute a linear motor And a forcer (8) for moving the magnet rod (7) in the axial direction in accordance with an applied electric signal,
The motor rotor (3) of the small rotary motor (1) according to claim 1 is provided outside the forcer (8), and the rotary motor (1) gives an arbitrary rotation to the forcer (8). -Θ actuator.
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