JPWO2008117654A1 - Small rotary motor and X-θ actuator using the same - Google Patents
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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。
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (3)
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110607 |