KR20110115077A

KR20110115077A - 직동 회전 엑츄에이터

Info

Publication number: KR20110115077A
Application number: KR1020110019787A
Authority: KR
Inventors: 쇼고 마키노; 도루 시카야마
Original assignee: 가부시키가이샤 야스카와덴키
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2011-03-07
Publication date: 2011-10-20
Also published as: US20110254385A1; KR101531736B1; CN102223051A; JP5764929B2; JP2011239661A; CN102223051B

Abstract

실시예에 따른 직동 회전 엑츄에이터는, 모터부와, 출력축과, 검출기부와, 베어링부를 구비한다. 모터부는, 영구 자석 또는 철심치를 갖는 계자부, 회전 방향으로 회전 자계를 발생시키는 제 1 전기자 권선 및 직동 방향으로 진행 자계를 발생시키는 제 2 전기자 권선을 포함한다. 출력축은, 상기 모터부의 상기 계자부에 부착된다. 검출기부는, 상기 출력축에 대해서 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 각각 검출하는 직동 검출기 및 회전 검출기를 포함한다. 베어링부는, 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 각각 지지하는 직동 베어링 및 회전 베어링을 포함한다. 그리고, 상기 모터부는 상기 출력축의 반(反)부하측에, 상기 검출기부는 상기 출력축의 부하측에, 각각 배치된다.

Description

직동 회전 엑츄에이터{DIRECT ACTING ROTATING ACTUATOR}

개시된 실시예는, 직동 회전 엑츄에이터에 관한 것이다.

종래, 회전 동작과 직동(direct acting) 동작을 겸하는 엑츄에이터인 직동 회전 엑츄에이터가 알려져 있다.

예컨대, 이러한 직동 회전 엑츄에이터는, 회전 모터용 및 리니어 모터용 전기자 권선을 동심원 상에 중첩한 고정자와, 영구 자석 등의 계자부를 출력축 주위에 부착한 가동자를 구비하고 있고, 가동자에 대해서 직접, 토크 및 추진력을 발생시킨다. 한편, 이와 같이 토크 및 추진력을 발생시키는 부위는, 「모터부」라고 불린다.

또한, 상기 직동 회전 엑츄에이터는, 고정자에 마련된 직동 회전 검출기와, 가동자의 출력축 주위에 마련된 직동 회전 스케일로, 가동자의 회전이나 이동을 검출하는 「검출기부」를 구비한다.

그리고, 상기 「모터부」를 부하측에, 상기 「검출기부」를 반(反)부하측에 마련한 직동 회전 엑츄에이터가 제안되어 있다. 이러한 종래 기술에 관련되는 것으로서는, 예컨대 일본 특허 공개 제 2007-143385 호에 기재된 기술이 있다.

그러나 상기한 직동 회전 엑츄에이터에는, 직동 방향의 위치나 회전 방향의 각도의 검출 정밀도에, 향상의 여지가 있다는 문제가 있었다.

예컨대, 상기한 직동 회전 엑츄에이터는, 「검출기부」와 부하 사이에 「모터부」가 배치되어 있기 때문에, 「검출기부」와 부하의 거리가 길어지는 경향이 있다. 이 때문에, 「모터부」로부터 발생하는 열에 의한 출력축의 변형의 영향이, 「검출기부」의 검출 오차로서 생기기 쉽게 된다.

실시 형태의 일 측면은 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 정밀도 좋게 검출할 수 있는 직동 회전 엑츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

실시 형태의 일 측면에 따른 직동 회전 엑츄에이터는, 모터부와, 출력축과, 검출기부와, 베어링부를 구비한다. 모터부는 영구 자석 또는 철심치(a core tooth)를 갖는 계자부, 회전 방향으로 회전 자계를 발생시키는 제 1 전기자 권선 및 직동 방향으로 진행 자계를 발생시키는 제 2 전기자 권선을 포함한다. 출력축은 상기 모터부의 상기 계자부에 부착된다. 검출기부는, 상기 출력축에 대해서 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 각각 검출하는 직동 검출기 및 회전 검출기를 포함한다. 베어링부는, 상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 각각 지지하는 직동 베어링 및 회전 베어링을 포함한다. 그리고, 상기 모터부는 상기 출력축의 반부하측에, 상기 검출기부는 상기 출력축의 부하측에, 각각 배치된다.

실시 형태의 일 측면에 의하면, 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 정밀도 좋게 검출할 수 있는 직동 회전 엑츄에이터를 제공할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터를 측면에서 본 단면도,
도 2(a)는 실시예 1에 따른 계자부의 단면도(그 중 1),
도 2(b)는 실시예 1에 따른 계자부의 단면도(그 중 2),
도 2(c)는 실시예 1에 따른 계자부의 단면도(그 중 3),
도 3은 실시예 1에 따른 전기자 권선 및 영구 자석의 배치 관계를 나타내는 전개도,
도 4는 실시예 2에 따른 직동 회전 엑츄에이터를 측면에서 본 단면도,
도 5는 실시예 2에 따른 모터부를 측면에서 본 단면도,
도 6(a)는 실시예 3에 따른 계자부의 단면도(그 중 1),
도 6(b)는 실시예 3에 따른 계자부의 단면도(그 중 2),
도 6(c)는 실시예 3에 따른 계자부의 단면도(그 중 3),
도 6(d)는 실시예 3에 따른 계자부의 전개도,
도 7(a)는 실시예 4에 따른 계자부의 단면도(그 중 1),
도 7(b)는 실시예 4에 따른 계자부의 단면도(그 중 2),
도 7(c)는 실시예 4에 따른 계자부의 단면도(그 중 3),
도 7(d)는 실시예 4에 따른 계자부의 전개도,
도 8(a)는 실시예 5에 따른 계자부의 단면도(그 중 1),
도 8(b)는 실시예 5에 따른 계자부의 단면도(그 중 2),
도 8(c)는 실시예 5에 따른 계자부의 단면도(그 중 3),
도 8(d)는 실시예 5에 따른 계자부의 전개도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본원이 개시하는 직동 회전 엑츄에이터의 실시 형태를 구체적으로 설명한다. 한편, 이하에 나타내는 실시 형태에 있어서의 예시로 본 발명이 한정되는 것이 아니다.

우선, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터에 대해서 설명한다. 도 1은 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터(10)를 측면에서 본 단면도이다. 한편, 직동 회전 엑츄에이터(10)는 도 1에 나타내는 X축의 양(正)측이, 연직 방향의 하향이 되도록 설치된다. 이하에서는 우선 고정자(100)의 구성에 대해서 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 고정자(100)의 모터부(100a)는 반부하측에, 고정자(100)의 검출기부(100b)는 부하측에, 각각 배치된다. 한편, 도 1에 나타낸 경우, 부하측은 도 1에 나타내는 X 방향(도 1의 직선 화살표 참조)의 양(正)방향이며, 반부하측은 X 방향의 음(負)방향이다. 한편, 이하, 단순히 「X 방향」이라고 기재하는 경우에는, 양방향 및 음방향을 포함하는 것으로 한다. 또한, 「X 방향」은 직동 회전 엑츄에이터(10)의 「직동 방향」에 대응한다.

반부하측에 마련되는 모터부(100a)는, 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 모터 프레임(101)과, θ 전기자 권선(103)과, X 전기자 권선(104)을 동심원 상에 구비한다. 또한, 모터 프레임(101)은, θ 전기자 권선(103) 및 X 전기자 권선(104)에 대해, 외부로부터 전력을 공급하는 모터 단자(105)를 구비한다.

모터 프레임(101)은 반부하측에 엔드 브래킷(109)을 구비한다. 그리고, 엔드 브래킷(109)은 슬라이딩 베어링인 엔드 부시(end bush)(113)를 구비한다.

부하측에 마련되는 검출기부(100b)는 검출기 프레임(133)과, 직동 회전 검출기(130)를 구비한다. 그리고, 직동 회전 검출기(130)는 회전 검출기(131)와, 직동 검출기(132)를 구비한다. 또한, 검출기 프레임(133)은 직동 회전 검출기(130)에 대해 외부로부터 전력을 공급함과 아울러, 각도 θ 및 위치 X에 관한 검출 신호를 출력하는 검출기 단자(134)를 구비한다.

검출기 프레임(133)은, 부하측에 부하측 브래킷(107)을, 반부하측에 반부하측 브래킷(108)을 구비한다. 또한, 부하측 브래킷(107) 및 반부하측 브래킷(108)은 1개의 볼 스플라인(ball spline)(106a)과 2개의 베어링(106b)을 포함한 θX 베어링부(106)를 각각 구비한다.

한편, 모터부(100a)와, 검출기부(100b)의 반부하측 브래킷(108) 사이에는, 공극(110)이 마련되어 있고, 모터부(100a) 및 반부하측 브래킷(108)은 고정 베이스(도시 생략)로 각각 지지된다.

다음으로, 가동자(200)의 구성에 대해서 설명한다. 가동자(200)는 출력축(201)과, 계자부(202)와, 반부하측축(206)을 구비한다. 출력축(201)은 비자성체(예컨대, 스테인레스강제)로 구성된다.

여기서, 출력축(201)은 부하측 및 반부하측의 2개소에 마련된 볼 스플라인(106a)에 의해서, X 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 또한, 출력축(201) 및 볼 스플라인(106a)은, 베어링(106b)에 의해서, θ 방향(도 1의 호 형상 화살표 참조)의 양방향 및 음방향으로 회전 가능하게 지지된다. 한편, 이하, 단순히 「θ 방향」이라고 기재하는 경우에는, 양방향 및 음방향을 포함하는 것으로 한다. 그리고, 「θ 방향」은 직동 회전 엑츄에이터(10)의 「회전 방향」에 대응한다.

이와 같이, 출력축(201)은, 고정자(100)에 대해 θ 방향 및 X 방향으로 이동 가능하다. 여기서, 출력축(201)의 선단에는 부하(도시 생략)가 존재하기 때문에, 출력축(201)은 이러한 부하를 θ 방향 및 X 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 그리고, 출력축(201)은, 원통 형상으로 형성된 직동 회전 스케일(230)을 구비한다.

여기서, 출력축(201), 계자부(202) 및 반부하측 축(206)에는, 부하측으로부터 반부하측까지 관통한 중공 구멍(205)이 마련된다. 한편, 출력축(201)과 계자부(202)의 밀착면, 계자부(202)와 반부하측 축(206)의 밀착면에는, 각각 밀봉 부품인 O링(도시 생략)이 마련된다.

또한, 가동자(200)의 반부하측에는, 조인트(joint)(207)가 가동자(200)와 회전 자유롭게 마련된다. 그리고, 반부하측 브래킷(108)의 볼 스플라인(106a)에는 플레이트(111)가 마련되고, 이 플레이트(111)는 가동자(200)와 함께 회전 동작을 행한다.

한편, 플레이트(111)와 계자부(202) 사이에는, 가동자(200)의 질량과 부하의 질량과의 합에 균형을 맞춘 스프링 장력을 가진 탄성 스프링(112)이 마련된다.

다음으로 계자부(202)의 구성에 대해서, 도 2(a), 도 2(b) 및 도 2(c)를 이용해서 설명한다. 도 2(a)~(c)는, 각각, 실시예 1에 따른 계자부(202)의 단면도(그 중 1~그 중 3)이다. 한편, 도 2(a)에는 계자부(202)를 측면에서 본 단면도를, 도 2(b)에는 도 2(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면도를, 도 2(c)에는 도 2(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면도를 각각 나타낸다.

또한, 도 2(b)~도 2(c)에 나타내는 화살표(→)는, 영구 자석의 자화 방향을 나타내고 있고, 극성은, 「S→N」이다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 계자부(202)는 원통 형상의 계자 요크(203)의 바깥 둘레에, 복수의 블록 형상의 영구 자석(이하, 「블록 자석」이라고 한다)인, 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)을 구비한다.

또한, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 블록 자석(204a)은 바깥 둘레측이 N극으로, 내주측이 S극으로, 각각 자화된다. 또한, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 블록 자석(204b)은 블록 자석(204a)과는 반대 방향으로 자화된다.

그리고, 블록 자석(204a)과 블록 자석(204b)은 바깥 둘레부의 볼록부가 서로 다르게 되도록(도 2(b)~도 2(c)에 나타낸 경우에는, 출력축(201)(도 1 참조) 주위로 30도 어긋나게 한 상태로, 배치된다. 한편, 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)은 소정의 공극을 두고, X 전기자 권선(104)(도 1 참조)과 대향한다.

다음으로 X 전기자 권선(104) 및 영구 자석(블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b))의 배치 관계에 대해서 도 3을 이용해서 설명한다. 도 3은, 실시예 1에 따른 X 전기자 권선(104) 및 영구 자석의 배치 관계를 나타내는 전개도이다.

블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)은 각각 6개가 하나의 그룹을 이룬다. 블록 자석(204a)은 θ 방향으로 2λ(λ는 θ방향 극 피치=전기각 180도)마다 배치되고, 마찬가지로 블록 자석(204b)도 θ 방향으로 2λ마다 배치된다.

또한, 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)은 θ 방향으로 λ, X 방향으로 γ(γ는 X 방향 극 피치=전기각 180도) 어긋나게 해서 배치된다. 따라서, 계자의 자극 수는, θ 방향이 12극, X 방향이 2극이 된다.

θ 전기자 권선(103) 및 X 전기자 권선(104)은 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)과 소정의 공극을 두고, 도 3에 모식적으로 나타낸 배치를 취한다. θ 전기자 권선(103)은, 코일 엔드부가 원호 형상의 모양을 한 집중 권회 코일(이하, 「베럴형 코일(103a)」이라고 한다)을 U상, V상 및 W상에 대해서 각각 3개씩, 총 12개 포함한다.

여기서, 베럴형 코일(103a)이 θ 방향으로 배치되는 간격은, λ×4/3(전기각 240도)이다. 그리고, 같은 상(相)끼리의 베럴형 코일(103a)의 간격은, 전기각 720도이기 때문에, 3개의 같은 상의 베럴형 코일(103a)은 전류의 방향이 3개 모두 같은 방향이 되도록 결선된다.

한편, X 전기자 권선(104)은, 원통 형상으로 집중 권회된 링형 코일(104a)을, U상, V상 및 W상에 대해서 각각 4개씩, 총 12개 포함한다. 링형 코일(104a)이 X 방향으로 배치되는 간격은 γ/3(전기각 60도)이며, X 전기자 권선(104)의 X 방향 전체의 길이는 4γ(=γ/3×12개)이다.

같은 상끼리의 링형 코일(104a)의 간격은 γ(전기각 180도)이기 때문에, 4개의 같은 상의 링형 코일(104a)은 전류의 방향이, 정, 역, 정, 역이 되도록 결선된다.

이와 같이 구성된 직동 회전 엑츄에이터(10)는 θ 전기자 권선(103)에 전류를 흘림으로써, 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)에 토크를 발생시킨다. 또한, X 전기자 권선(104)에 전류를 흘림으로써, 블록 자석(204a) 및 블록 자석(204b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)에 추진력을 발생시킨다.

한편, 도 3에는, θ 전기자 권선(103) 및 X 전기자 권선(104)에 각각 U상이 최대가 되는 위상으로 전류를 흘린 경우를 나타내고 있고, 이 경우, 도시한 화살표 방향으로 전류가 흐름으로써 로렌츠력이 발생한다. 그리고, 가동자(200)에는, θ+방향(θ 방향의 양방향)으로 토크가, X+ 방향(X 방향의 양방향)으로 추진력이, 각각 발생한다.

이와 같이, 직동 회전 엑츄에이터(10)는 직접, 가동자(200)에 대해 토크 및 추진력을 발생시켜, 회전 동작 및 직동 동작을 행한다.

그런데, 검출기부(100b)(도 1 참조)는 직동 방향으로 요철 형상을 가진 자성체와, 회전 방향으로 요철 형상을 가진 자성체를 포함한 직동 회전 스케일(230)을 가동자(200) 측에 구비한다. 또한, 검출기부(100b)는, 직동 방향 및 회전 방향 각각의 여자 권선 및 검출 코일이 대향하도록 포함한 직동 회전 검출기(130)를, 고정자(100) 측에 구비한다.

즉, 검출기부(100b)는, 상기한 직동 회전 스케일(230) 및 직동 회전 검출기(130)의 조합으로 이루어지는 직동 회전 리졸버에 의해서, 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 검출한다.

한편, 복수개의 검출용 자석을 가동자(200)에 마련함과 아울러, 3개의 홀 소자를 가동자(200)와 대향하는 측의 고정자(100)에 마련한 검출기부(100b)를 구성하여, 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 검출하는 것으로 해도 된다.

이와 같이, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터(10)는 부하측에 검출기부(100b)를 배치하고, 반부하측에 모터부(100a)를 배치함과 아울러, 모터부(100a)의 반부하측에 엔드 부시(113)를 배치한다.

즉, 부하측에 검출기부(100b)를 마련했기 때문에, 부하와 검출기부(100b)의 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 부하에 관한 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 위치를, 부하 가까이서 검출할 수 있다.

여기서, θ 전기자 권선(103)이나 X 전기자 권선(104)에 각각 전류를 흘리면, 모터부(100a)에는 열이 발생하고, 발생한 열에 의해서 출력축(201)은 열팽창한다. 그러나 상기한 바와 같이, 부하와 검출기부(100b)의 거리를 짧게 하면, 검출기부(100b)는 출력축(201)에 있어서의 직동 방향 및 회전 방향의 열 변형의 영향을 잘 받지 않는다.

따라서, 출력축(201)에 있어서의 직동 방향의 위치 오차 및 회전 방향의 위치 오차를 저감할 수 있기 때문에, 검출기부(100b)는 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 위치를 정밀하게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터(10)는, θX 베어링부(106)를 각 1개의 볼 스플라인(106a)과, 각 2개의 베어링(106b)으로 구성함과 아울러, θX 베어링부(106)를 검출기부(100b)의 양쪽에 배치한다.

이와 같이, θX 베어링부(106)를 검출기부(100b)의 양쪽에 배치하면, 검출기부(100b)에서의, 출력축(201)의 흔들림이나 편심을 저감할 수 있어, 출력축(201)의 진직도(眞直度)(straightness)와 회전 진동의 정밀도를 향상할 수 있다.

그리고, 출력축(201)의 진직도와 회전 진동의 정밀도의 향상에 의해서, 출력축(201)에 배치된 직동 회전 스케일(230)의 진직도와 회전 진동의 정밀도를 향상할 수 있기 때문에, 검출기부(100b)는, 직동 방향의 위치와 회전 방향의 각도를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는 모터부(100a)의 반부하측에 엔드 부시(113)를 배치했기 때문에, 계자부(202)의 흔들림이나 편심을 저감할 수 있고, 나아가서는, 출력축(201)의 흔들림이나 편심을 저감할 수 있다. 따라서, 출력축(201)의 진직도 및 회전 진동의 정밀도를 향상할 수 있다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는, 모터부(100a)와 검출기부(100b) 사이에 공극(110)을 마련한다. 이와 같이, 모터부(100a)와, 반부하측 브래킷(108)이 배치된 검출기부(100b) 사이에 공극(110)을 마련하면, 모터부(100a)에서 발생한 열을 검출기부(100b)로 전도하기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 온도 상승에 의한 검출기부(100b)의 검출 오차를 저감할 수 있다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는, 직동 회전 스케일(230)이 배치된 출력축(201)과 계자부(202)를 분할한 가동자(200)를 구비한다. 이와 같이 함으로써, 출력축(201)의 길이를 짧게 할 수 있어, 출력축(201)의 진직도와 회전 진동의 정밀도를 향상할 수 있다. 여기서, 출력축(201)은 정밀하게 가공된 볼 스플라인축으로 구성되기 때문에, 출력축(201)의 길이를 짧게 하면, 출력축(201)을 저렴하게 할 수 있다.

또한, 계자부(202)의 조립에서는 블록 자석(204a, 204b)은 자화되어 있기 때문에 취급에 주의가 필요하고, 출력축(201)의 조립에서는 직동 회전의 검출 정밀도에 영향을 미치기 때문에 직동 회전 스케일(230)의 부착에는 주의가 필요하다. 그래서, 상기한 바와 같이 출력축(201)과 계자부(202)를 분할하면, 계자부(202)의 조립과 출력축(201)의 조립을 별도의 공정으로 할 수 있어서, 조립 작업이 용이하게 된다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는, 비자성체(예컨대, 스테인레스강제)의 출력축(201)을 구비한다. 이와 같이, 출력축(201)을 비자성체로 구성하면, 출력축(201)은 자속을 통과시키지 않는다. 여기서, 가령, 출력축(201)을 자성체로 구성하면 계자부(202)의 누설 자속에 의한 자력선 중에는, 출력축(201)을 지나서 검출기부(100b)로 이어지는 자력선이 존재해 버린다.

그래서, 상기한 바와 같이, 출력축(201)을 비자성체로 구성하면, 출력축(201)은 자속을 통과시키지 않기 때문에, 검출기부(100b)로의 누설 자속을 저감할 수 있다. 이로써, 계자부(202)의 누설 자속에 기인하는 검출기부(100b)의 검출 오차를 저감할 수 있다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는, 중공 구멍(205)이 마련된 출력축(201)을 구비한다. 이와 같이, 출력축(201)에 중공 구멍(205)을 마련하면, 조인트(207)를 통해서 중공 구멍(205)으로 공기(냉매)를 통과시킬 수 있어, 출력축(201)을 냉각할 수 있다.

상기한 바와 같이, 출력축(201)은, 모터부(100a)에서 발생한 열에 의해서 열 팽창하기 때문에, 이와 같이 출력축(201)을 냉각시키면, 출력축(201)의 직동 방향의 열 변형을 감소할 수 있고, 특히 출력축(201)의 직동 방향의 위치 오차를 저감할 수 있다.

그리고, 조인트(207)를 통해서 중공 구멍(205)을 진공으로 할 수 있기 때문에, 출력축(201)의 부하측의 선단에 부품을 흡착할 수 있다. 또한, 조인트(207)를 통해서 중공 구멍(205)을 압력 구멍으로 할 수도 있기 때문에, 출력축(201)의 부하측의 선단으로부터 부품을 탈착할 수도 있다.

또한, 직동 회전 엑츄에이터(10)는 플레이트(111)와 계자부(202) 사이에 탄성 스프링(112)을 구비한다. 이와 같이 함으로써, θ 전기자 권선(103) 및 X 전기자 권선(104)에 통전되지 않는 기간이나 정전시에는, 가동자(200)를, 가동자(200) 및 부하의 질량과 탄성 스프링(112)의 스프링 장력이 균형잡힌 위치에서 정지시킬 수 있다.

또한, 가동자(200)의 낙하를 방지할 수 있기 때문에, 부하나 그 밖의 외부의 물체와의 충돌에 의한 출력축(201)의 부품 정밀도 또는 위치 결정 정밀도의 악화를 방지할 수 있다.

또한, 볼 스플라인(106a)에 플레이트(111)를 배치함으로써, 계자부(202)에 맞춰서 플레이트(111)도 회전할 수 있고, 계자부(202)에 맞춰서 탄성 스프링(112)도 회전할 수 있다.

여기서, 가령 탄성 스프링(112)이 계자부(202)에 맞춰서 회전할 수 없는 구성을 취한 경우, 탄성 스프링(112)이 비틀리고, 비틀림에 의한 토크가 플레이트(111)와 계자부(202) 사이에 발생하여 출력축(201)으로 전달되기 때문에, 회전 동작을 정밀하게 하는 것이 용이하지 않다.

그래서, 계자부(202)에 맞춰서 탄성 스프링(112)도 회전하도록 하면, 탄성 스프링(112)의 비틀림에 의한 토크가 출력축(201)에 전달되지 않게 할 수 있다. 또한, 플레이트(111)와 계자부(202) 사이에 탄성 스프링(112)을 배치함으로써, 고정자(100)의 내부 공간을 이용할 수 있어, 엑츄에이터를 소형화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터는, 모터부를 출력축의 반부하측에, 검출기부를 출력축의 부하측에, 각각 구비한다. 이와 같이, 부하와 검출기부의 거리를 짧게 하면, 출력축에 있어서의 직동 방향 및 회전 방향의 열 변형을 감소할 수 있어, 출력축에 있어서의 직동 방향 및 회전 방향의 위치 오차를 저감하는 것이 가능해진다. 따라서, 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

다음으로 실시예 2에 따른 직동 회전 엑츄에이터에 대해서 설명한다. 도 4는, 실시예 2에 따른 직동 회전 엑츄에이터(20)를 측면에서 본 단면도이다. 한편,직동 회전 엑츄에이터(20)는, 도 4에 나타내는 X축의 양측이 연직 방향의 하향이 되도록 설치된다. 이하에서는, 우선 고정자(140)의 구성에 대해서 설명한다.

여기서, 고정자(140)의 모터부(140a)는 반부하측에, 고정자(140)의 검출기부(140b)는 부하측에, 각각 배치된다. 한편, 도 4에 나타낸 경우, 부하측은 도 4에 나타내는 X 방향(도 4의 직선 화살표 참조)의 양방향이며, 반부하측은, X 방향의 음방향이다. 또한, 이하, 단순히 「X 방향」이라고 기재하는 경우에는, 양방향 및 음방향을 포함하는 것으로 한다.

반부하측에 마련되는 모터부(140a)는, 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 모터 프레임(141)과, θ 전기자 권선(143)과, X 전기자 권선(144)을 동심원 상에 구비한다. 또한, 모터 프레임(141)은 θ 전기자 권선(143) 및 X 전기자 권선(144)에 대해서 외부로부터 전력을 공급하는 모터 단자(145)를 구비한다. 또한, 모터 프레임(141)은 반부하측에 엔드 브래킷(149)을 구비한다.

부하측에 마련되는 검출기부(140b)는, 검출기 프레임(163)과, 직동 회전 검출기(160)를 구비한다. 그리고, 직동 회전 검출기(160)는, 회전 검출기(161)와, 직동 검출기(162)를 구비한다. 또한, 검출기 프레임(163)은 직동 회전 검출기(160)에 대해서 외부로부터 전력을 공급함과 아울러, 각도θ 및 위치 X에 관한 검출 신호를 출력하는 검출기 단자(164)를 구비한다.

검출기 프레임(163)은, 부하측에 부하측 브래킷(147)을, 반부하측에 반부하측 브래킷(148)을 구비한다. 또한, 부하측 브래킷(147), 반부하측 브래킷(148) 및 엔드 브래킷(149)은, 1개의 볼 스플라인(146a)과 2개의 베어링(146b)을 포함한 θX 베어링부(146)를, 각각 구비한다.

한편, 모터 프레임(141)은 모터부(140a)와 검출기부(140b)가 일체가 되도록, 반부하측 브래킷(148)에 의해서 지지된다.

다음으로 가동자(240)의 구성에 대해서 설명한다. 가동자(240)는 출력축(241)과, 계자부(242)를 구비한다. 또한, 계자부(242)와, 출력축(241)은 일체화된다.

여기서, 출력축(241)은, 3개소에 마련된 볼 스플라인(146a)에 의해서 X 방향으로 지지된다. 또한, 출력축(241) 및 볼 스플라인(146a)은 베어링(146b)에 의해서, θ 방향(도 4의 호 형상 화살표 참조)의 양방향 및 음방향으로 회전 가능하게 지지된다. 한편, 이하, 단순히 「θ 방향」이라고 기재하는 경우에는, 양방향 및 음방향을 포함하는 것으로 한다.

이와 같이, 출력축(241)은, 고정자(140)에 대해, θ 방향 및 X 방향으로 이동 가능하다. 여기서, 출력축(241)의 선단에는 부하(도시 생략)가 존재하기 때문에, 출력축(241)은, 이러한 부하를 θ 방향 및 X 방향으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 한편, 출력축(241)은 원통 형상으로 형성된 직동 회전 스케일(250)을 구비한다.

여기서, 출력축(241)에는, 부하측으로부터 반부하측까지 관통한 중공 구멍(245)이 마련된다. 또한, 가동자(240)의 반부하측에는, 조인트(247)가 가동자(240)와 회전 자유롭게 마련된다. 그리고, 계자부(242)의 양쪽에는, 링 형상의 자성체로 구성된 보극(補極)(interpole) 요크(248)가 마련된다.

다음으로 모터부(140a)에 대해서 도 5를 이용해서 더 구체적으로 설명한다. 도 5는 실시예 2에 따른 모터부(140a)를 측면에서 본 단면도이다. 여기서, 상기한 바와 같이, 모터부(140a)는 전기자 코어를 겸한 원통 형상의 모터 프레임(141)과, θ 전기자 권선(143)과, X 전기자 권선(144)을 동심원 상에 구비한다. 한편, 도 5에 나타내는 화살표(→)는, 자력선의 방향을 나타내고 있고, 극성은, 「S→N」이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 계자부(242)는, 원통 형상의 계자 요크(243)의 바깥 둘레에 블록 자석(244a) 및 블록 자석(244b)를 구비한다. 한편, 블록 자석(244a)은 바깥 둘레측이 N극으로, 내주측이 S극으로, 각각 자화되어 있고, 블록 자석(244b)은 블록 자석(244a)과는 반대 방향으로 자화된다. 또한, 계자부(242)의 양쪽에는, 링 형상의 자성체로 구성된 보극 요크(248)가 마련된다.

이와 같이, 실시예 2에 따른 직동 회전 엑츄에이터(20)는 모터부(140a)의 반부하측에 θX 베어링부(146)를 구비하고 있다는 점 및 보극 요크(248)를 구비하고 있다는 점에서, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터(10)와는 다르다.

즉, 실시예 2에 따른 직동 회전 엑츄에이터(20)는 모터부(140a)의 반부하측에 θX 베어링부(146)를 구비하고 있기 때문에, 실시예 1에 따른 직동 회전 엑츄에이터(10)보다 더 계자부(242)의 흔들림이나 편심을 저감할 수 있고, 나아가서는 출력축(241)의 흔들림이나 편심을 더 저감할 수 있다. 따라서, 출력축(241)의 진직도와 회전 진동의 정밀도를 더 향상시킬 수 있다.

여기서, 가령, 보극 요크(248)를 마련하지 않는 경우, 계자부(242)의 누설 자속에 의한 자력선 내에는, 모터 프레임(141)을 거쳐서 검출기부(140b)로 이어지는 자력선이나, 출력축(241)을 거쳐서 검출기부(140b)로 이어지는 자력선이 존재해 버린다.

그래서, 상기한 바와 같이, 계자부(242)의 양쪽에 링 형상의 보극 요크(248)를 마련하면, 계자부(242)의 누설 자속에 의한 자력선은, 모터 프레임(141)을 거쳐서, 또한 보극 요크(248)를 거쳐서 출력축(241)을 지나는 자력선으로 된다. 따라서, 검출기부(140b)로의 누설 자속을 저감할 수 있어, 계자부(242)의 누설 자속에 기인하는 검출기부(140b)의 검출 오차를 저감할 수 있다.

한편, 보극 요크(248)를 회전 방향으로 요철 형상을 갖는 꽃잎 형상의 구성(도시 생략)으로 해도 된다. 또한, 보극 요크(248)를, 계자부(242)의 양쪽에 마련하는 것은, 계자부(242)의 양쪽의 누설 자속을 부하측과 반부하측에서 같게 하기 위해서지만, 보극 요크(248)를 계자부(242)의 한쪽, 예컨대 부하측에만 마련하는 것으로 해도 된다.

그런데, 상술한 실시예 1 및 실시예 2에서는, 모터부의 가동자측에 마련되는 계자부의 구성을 예시했지만(예컨대, 도 2(a) 또는 도 5 참조), 계자부의 구성은 이러한 예시에 한정되지 않는다. 그래서, 이하에서는 계자부의 다른 구성예인 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5에 대해서, 각각 설명한다. 한편, 이하에서는, 실시예 1과 같이, 계자부를 계자부(202)라고 기재한다.

실시예 3에 따른 계자부(202)의 구성에 대해서 도 6(a), 도 6(b), 도 6(c) 및 도 6(d)을 이용해서 설명한다. 도 6(a)~(c)는, 각각, 실시예 3에 따른 계자부(202)의 단면도(그 중 1~그 중 3)이며, 도 6(d)는, 실시예 3에 따른 계자부(202)의 전개도이다. 한편, 도 6(d)에는, 바깥 둘레측에서 본 전개도를 나타낸다.

또한, 도 6(a)에는 계자부(202)를 측면에서 본 단면도를, 도 6(b)에는 도 6(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면도를, 도 6(c)에는 도 6(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면도를 각각 나타낸다.

도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 실시예 3에 따른 계자부(202)는 회전 방향(θ 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 번갈아 반복되는 링 형상의 영구 자석인 링 자석(301a)을 구비한다. 또한, 도 6(a) 및 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 실시예 3에 따른 계자부(202)는, 직동 방향(X 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 번갈아 반복되는 링 자석(301b)을 구비한다.

그리고, 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(301a) 및 링 자석(301b)은 출력축(201)을 따라서, 동축 상에 마련된다. 한편, 링 자석(301a) 및 링 자석(301b)은 접착 등에 의해서 서로 고정된다.

한편, 링 자석(301a) 및 링 자석(301b)을 하나의 부재로서 형성하고, 형성 후에 착자하는 것으로 해도 된다. 이와 같이, 링 자석(301a) 및 링 자석(301b)을 일체화하면, 조립 공정수의 삭감이나, 부품 정밀도의 향상을 더 도모할 수 있다.

도 6(b)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(301a)은 도 6(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면(A-A 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를, θ 방향(회전 방향)에 대해서 등 간격으로 번갈아 구비한다.

한편, 도 6(b)에는, N극 수와 S극 수의 합계가 8개인 경우를 예시했지만, 다른 개수로 해도 된다. 또한, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를 θ 방향(회전 방향)에 대해서 부등 간격으로 해도 된다.

이와 같이, 링 자석(301a)은 회전 방향으로 N극과 S극이 번갈아 반복된다. 따라서, θ 전기자 권선(103)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(301a)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 토크가 발생한다.

또한, 도 6(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(301b)은 도 6(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면(B-B 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된다. 그리고, 도 6(d)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(301b)은 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위가, X 방향(직동 방향)에 대해서 등 간격으로 번갈아 반복된다.

따라서, X 전기자 권선(104)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(301b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 추진력이 발생한다.

한편, 도 6(d)에는, 링 자석(301b)에 있어서의 N극 및 S극의 반복 수가 4개인 경우를 예시했지만, 다른 수로 해도 된다. 또한, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위가, X 방향(직동 방향)에 대해서 부등 간격이 되도록 링 자석(301b)을 구성할 수도 있다.

이와 같이, 실시예 3에 따른 계자부(202)에 의하면, 링 자석(301a)과 링 자석(301b)을 동축 상에 배치함으로써, 계자부(202)의 구조를 간략화할 수 있음과 아울러, 계자부(202)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

실시예 4에 따른 계자부(202)의 구성에 대해서 도 7(a), 도 7(b), 도 7(c) 및 도 7(d)를 이용해서 설명한다. 도 7(a)~(c)는, 각각, 실시예 4에 따른 계자부(202)의 단면도(그 중 1~그 중 3)이며, 도 7(d)는, 실시예 4에 따른 계자부(202)의 전개도이다. 한편, 도 7(d)에는, 바깥 둘레측에서 본 전개도를 나타낸다.

또한, 도 7(a)에는 계자부(202)를 측면에서 본 단면도를, 도 7(b)에는 도 7(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면도를, 도 7(c)에는 도 7(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면도를, 각각 나타낸다.

도 7(a) 및 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 실시예 4에 따른 계자부(202)는, 회전 방향(θ 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 번갈아 반복되는 링 자석(401a)을 구비한다. 또한, 도 7(a) 및 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 실시예 4에 따른 계자부(202)는 직동 방향(X 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 번갈아 반복되는 링 자석(401b)를 구비한다.

그리고, 도 7(a)~도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401a) 및 링 자석(401b)은 출력축(201)을 따라, 동심원 상에 마련된다. 한편, 링 자석(401a) 및 링 자석(401b)은 접착 등에 의해서 서로 고정된다. 또한, 도 7(a)~도 7(c)에서는 링 자석(401a)을 안쪽에, 링 자석(401b)을 바깥쪽에 마련한 경우를 예시했지만, 양자의 위치 관계를 반대로 할 수도 있다.

한편, 링 자석(401a) 및 링 자석(401b)을 하나의 부재로서 형성하고, 형성 후에 착자하는 것으로 해도 된다. 이와 같이, 링 자석(401a) 및 링 자석(401b)을 일체화하면, 조립 공정수의 삭감이나, 부품 정밀도의 향상을 더 도모할 수 있다.

도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401a)은 도 7(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면(A-A 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를, θ 방향(회전 방향)에 대해서 등 간격으로 번갈아 구비한다.

또한, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401a)의 B-B 단면은, A-A 단면과 마찬가지다. 즉, 링 자석(401a)은 X 방향(직동 방향)에 걸쳐, A-A 단면과 마찬가지로 착자된다.

한편, 도 7(b) 및 도 7(c)에는, 링 자석(401a)에서의 N극 수와 S극 수의 합계가 8개인 경우를 예시했지만, 다른 개수로 해도 된다. 또한, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를 θ 방향(회전 방향)에 대해서 부등 간격으로 해도 된다.

이와 같이, 링 자석(401a)은 회전 방향으로 N극과 S극이 번갈아 반복된다. 따라서, θ 전기자 권선(103)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(401a)가 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 토크가 발생한다. 한편, 링 자석(401a)이 만드는 자계는, 링 자석(401b)이 만드는 자계와 합성되지만, 이 점에 대해서는, 도 7(d)를 이용해서 후술한다.

또한, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401b)은 도 7(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면(A-A 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된다. 또한, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401b)은 도 7(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면(B-B 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된다.

그리고, 도 7(a)~도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401b)은 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를, X 방향(직동 방향)에 대해서 등 간격으로 번갈아 반복한다.

따라서, X 전기자 권선(104)에(도 1 참조) 전류를 흘리면, 링 자석(401b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 추진력이 발생한다. 한편, 링 자석(401b)이 만드는 자계는, 링 자석(401a)이 만드는 자계와 합성되지만, 이 점에 대해서는, 도 7(d)를 이용해서 후술한다.

도 7(d)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(401a)이 만드는 자계와, 링 자석(401b)이 만드는 자계는, 벌집 형상으로 합성된다. 예컨대, 링 자석(401a)의 바깥 둘레측이 N극, 링 자석(401b)의 바깥 둘레측이 N극인 부위는, N극이 된다. 또한, 링 자석(401a)의 바깥 둘레측이 S극, 링 자석(401b)의 바깥 둘레측이 S극인 부위는, S극이 된다.

그리고, 링 자석(401a)의 바깥 둘레측 또는 링 자석(401b)의 바깥 둘레측 중 하나가 N극이고, 다른 하나가 S극인 부위는, 서로 자속을 약화시켜서 극성이 약해진다(도 7(d)에 나타내는 파선 참조).

한편, 도 7(a) 및 도 7(d)에는, 링 자석(401b)에 있어서의 N극 및 S극의 반복 수가 4개인 경우를 예시했지만, 다른 수로 해도 된다. 또한, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위가, X 방향(직동 방향)에 대해서 부등 간격이 되도록 링 자석(401b)을 구성해도 된다.

이와 같이, 실시예 4에 따른 계자부(202)에 의하면, 링 자석(401a)과, 링 자석(401b)을 동심원 상에 배치함으로써, 계자부(202)의 구조를 간략화할 수 있음과 아울러, 계자부(202)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

실시예 5에 따른 계자부(202)의 구성에 대해서 도 8(a), 도 8(b), 도 8(c) 및 도 8(d)를 이용해서 설명한다. 도 8(a)~(c)는 각각 실시예 5에 따른 계자부(202)의 단면도(그 중 1~그 중 3)이며, 도 8(d)는 실시예 5에 따른 계자부(202)의 전개도이다. 한편, 도 8(d)에는, 바깥 둘레측에서 본 전개도를 나타낸다.

한편, 도 8(a)에는 계자부(202)를 측면에서 본 단면도를, 도 8(b)에는 도 8(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면도를, 도 8(c)에는 도 8(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면도를 각각 나타낸다.

도 8(a) 및 도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 실시예 5에 따른 계자부(202)는, 회전 방향(θ 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 부등 간격으로 번갈아 반복되는 링 자석(501a)을 구비한다. 또한, 도 8(a) 및 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 실시예 5에 따른 계자부(202)는, 회전 방향(θ 방향)의 바깥 둘레측에 대해서, N극과 S극이 부등 간격으로 번갈아 반복되는 링 자석(501b)을 구비한다.

그리고, 회전 방향(θ 방향)의 바깥 둘레측에 있어서 링 자석(501a)의 N극의 중앙부와, 링 자석(501b)의 N극의 중앙부가 일치하도록, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)은, 출력축(201)을 따라서 동축 상에 마련된다. 한편, 도 8(a)에는 계자부(202)가, 각각 동수의 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)를 구비한 경우를 예시했지만, 양자를 다른 개수로 해도 된다.

또한, 도 8(a)에는, 링 자석(501a)의 X 방향(직동 방향)의 폭과, 링 자석(501b)의 X 방향(직동 방향)의 폭이 같은 경우를 예시했지만, 양자를 다른 폭으로 해도 된다. 한편, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)은 접착 등에 의해서 서로 고정된다.

한편, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)을 하나의 부재로서 형성하고, 형성 후에 착자하는 것으로 해도 된다. 이와 같이, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)을 일체화하면, 조립 공정수의 삭감이나, 부품 정밀도의 향상을 더 도모할 수 있다.

도 8(b)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(501a)은 도 8(a)에 나타낸 A-A 선에 있어서의 단면(A-A 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를, θ 방향(회전 방향)에 대해서 부등 간격으로 번갈아 구비한다. 한편, θ 방향(회전 방향)에 있어서의 N극의 폭은 S극의 폭보다 넓다.

이와 같이, 링 자석(501a)은 회전 방향으로 N극과 S극이 번갈아 반복된다. 따라서, θ 전기자 권선(103)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(501a)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 토크가 발생한다.

또한, 도 8(c)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(501b)은 도 8(a)에 나타낸 B-B 선에 있어서의 단면(B-B 단면)에 있어서, 바깥 둘레측이 N극으로 자화된 부위와, 바깥 둘레측이 S극으로 자화된 부위를, θ 방향(회전 방향)에 대해서 부등 간격으로 번갈아 구비한다. 한편, θ 방향(회전 방향)에 있어서의 S극의 폭은, N극의 폭보다 넓다.

이와 같이, 링 자석(501b)은 회전 방향으로 N극과 S극이 번갈아 반복된다. 따라서, θ 전기자 권선(103)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)이 만드는 자계와의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 토크가 발생한다.

한편, 도 8(b) 및 도 8(c)에는, 링 자석(501a)에 있어서의 N극의 폭과 S극의 폭의 비가, 링 자석(501b)에서의 S극의 폭과 N극의 폭의 비와 같은 경우를 예시했지만, 양자의 비를 다르게 해도 된다.

또한, 도 8(d)에 나타낸 바와 같이, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)은 X 방향(직동 방향)을 따라 N극 및 S극을 반복하는 부위를 갖는다. 따라서, X 전기자 권선(104)(도 1 참조)에 전류를 흘리면, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)이 만드는 자계의 작용으로 가동자(200)(도 1 참조)에 추진력이 발생한다.

한편, 가동자(200)(도 1 참조)에 발생하는 추진력과 토크의 배분은, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)에 있어서의 N극의 폭과 S극의 폭의 비를 조정함으로써 변경할 수 있다.

또한, 링 자석(501a) 및 링 자석(501b)에 있어서의 각 극의 폭의 비나, θ 방향(회전 방향)에 대한 상대각은, X 방향(직동 방향)을 따라, N극 및 S극을 반복하는 부위를 갖는 것이면 충분하다.

이와 같이, 실시예 5에 따른 계자부(202)에 의하면, 링 자석(501a)과, 링 자석(501b)를 동축 상에 배치함으로써, 계자부(202)의 구조를 간략화할 수 있음과 아울러, 계자부(202)의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또 다른 효과나 변형예가 당업자에 의해서 용이하게 도출될 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 더 광범위한 측면은, 이상과 같이 나타내고 또한 기술한 특정 상세 및 대표적인 실시예로 한정되는 것이 아니다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위 및 그 균등물에 의해서 정의되는 총괄적인 발명의 개념의 정신 또는 범위로부터 일탈하지 않고, 다양한 변경이 가능하다.

Claims

영구 자석 또는 철심치(a core tooth)를 갖는 계자부, 회전 방향으로 회전 자계를 발생시키는 제 1 전기자 권선 및 직동(direct acting) 방향으로 진행 자계를 발생시키는 제 2 전기자 권선을 포함하는 모터부와,
상기 모터부의 상기 계자부에 부착된 출력축과,
상기 출력축에 대해서 직동 방향의 위치 및 회전 방향의 각도를 각각 검출하는 직동 검출기 및 회전 검출기를 포함하는 검출기부와,
상기 출력축을 직동 방향 및 회전 방향으로 각각 지지하는 직동 베어링 및 회전 베어링을 포함하는 베어링부
를 구비하고,
상기 모터부는 상기 출력축의 반(反)부하측에, 상기 검출기부는 상기 출력축의 부하측에, 각각 배치되는 것
을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 검출기부의 양쪽에 상기 베어링부가 배치되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항에 있어서,
상기 모터부와 상기 검출기부 사이에 공극이 마련되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력축은, 상기 검출기부와 상기 계자부로 분할해서 구성되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력축은, 비자성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출력축에는, 중공 구멍이 마련되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계자부는,
회전 방향으로 N극과 S극이 번갈아 다극 착자된 제 1 링 자석과,
직동 방향으로 N극과 S극이 번갈아 다극 착자된 제 2 링 자석
을 구비하는 것
을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 링 자석 및 상기 제 2 링 자석은 동축 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 링 자석 및 상기 제 2 링 자석은 동심원 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 링 자석 및 상기 제 2 링 자석은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계자부는,
회전 방향에서의 N극의 폭이 S극의 폭보다 넓도록, 상기 N극과 상기 S극이 번갈아 다극 착자된 제 3 링 자석과,
회전 방향에서의 N극의 폭이 S극의 폭보다 좁도록, 상기 N극과 상기 S극이 번갈아 다극 착자된 제 4 링 자석
을 구비하는 것
을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 11 항에 있어서,
상기 계자부에서는, 상기 제 3 링 자석과 상기 제 4 링 자석이 직동 방향으로 번갈아 배치되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 11 항에 있어서,
상기 제 3 링 자석 및 상기 제 4 링 자석은 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계자부와 상기 직동 베어링 사이에 마련되고, 상기 계자부의 회전에 맞춰서 회전하는 탄성 스프링을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 계자부는, 직동 방향의 양끝에 링 형상의 보극(補極)(interpole) 요크를 구비하는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 모터부의 반부하측에 상기 베어링부가 배치되는 것을 특징으로 하는 직동 회전 엑츄에이터.