KR20140133816A - 액추에이터, 스테이터, 모터, 회전 직동 변환 기구 및 리니어 액추에이터 - Google Patents
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Abstract
액추에이터, 스테이터, 모터, 회전 직동 변환 기구 및 리니어 액추에이터를 제공한다.
모터, 액추에이터 및 리니어 액추에이터는, 나사축과, 너트를 적어도 포함한다. 나사축은, 막대 형상의 부재이며, 표면의 적어도 일부에 나사 홈이 형성되어 있다. 너트는, 나사축의 나사 홈과 나합하고, 회전 중심과 평행한 방향인 직동 방향으로 나사축을 이동시킨다. 스테이터, 모터, 액추에이터 및 리니어 액추에이터는, 적어도 회전 운동을 직동 운동으로 변환할 수 있다.
모터, 액추에이터 및 리니어 액추에이터는, 나사축과, 너트를 적어도 포함한다. 나사축은, 막대 형상의 부재이며, 표면의 적어도 일부에 나사 홈이 형성되어 있다. 너트는, 나사축의 나사 홈과 나합하고, 회전 중심과 평행한 방향인 직동 방향으로 나사축을 이동시킨다. 스테이터, 모터, 액추에이터 및 리니어 액추에이터는, 적어도 회전 운동을 직동 운동으로 변환할 수 있다.
Description
본 발명은, 액추에이터, 스테이터, 모터, 회전 직동 변환 기구 및 리니어 액추에이터에 관한 것이다.
예를 들면, 특허문헌 1에는, 전동 모터의 회전을 직선 운동으로 볼 나사 기구를 개재하여 변환하고, 피구동 기구를 동작시키는 액추에이터가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 회전 운동과 직동(直動) 운동을 동시에 행하여, 회전축의 돌출단을 임의의 경로로 원활하게 회전 및 직동 가능한 복합 액추에이터가 기재되어 있다.
예를 들면, 특허문헌 3에는, 직경 방향 최내측에 배치되는 내측 로터로서 영구 자석 로터를 채용하고, 직경 방향 최외측에 배치되는 스테이터와 내측 로터의 사이에 배치되는 외측 로터로서 바구니형 코일을 가지는 로터를 채용하는 더블 로터 모터가 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 고리 형상의 스테이터 요크와, 이 스테이터 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출된 복수의 내측 티스와, 이 내측 티스와 동수(同數)로 스테이터 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출된 복수의 외측 티스와, 내측 티스의 사이에 구성된 내측 슬롯과, 외측 티스의 사이에 구성된 외측 슬롯을 가지는 스테이터 코어와, 내측 슬롯과 외측 슬롯의 사이의 스테이터 요크에 권회되어, 3상 스타 또는 델타 형상으로 결선된 복수의 코일을 구비한 스테이터를 가지는 모터가 기재되어 있다.
또한, 로봇이나 반송 장치 등의 산업기계 분야에 이용되는 리니어 액추에이터로서, 모터의 회전 운동을 직동 운동으로 변환하고, 직동 방향으로 동력을 출력하는 장치가 있다. 예를 들면, 특허문헌 5의 리니어 액추에이터는, 내주면에 나사를 가지는 너트와, 외주면에 나사를 가지고 너트에 나합(螺合)하는 나사축과, 너트로부터 회전력이 전달되면, 샤프트의 회전을 억제하고, 또한 샤프트의 축 방향 이동을 가능하게 하는 운동 변환 수단을 가지는 회전 직동 변환 기구를 구비하고, 이 회전 직동 변환 기구의 너트를 모터의 로터와 함께 회전시킴으로써, 나사축을 축 방향으로 출력시키는 것이다.
특허문헌 1에 기재된 액추에이터는, 회전 운동을 전달하는 별도의 전동 모터를 필요로 한다. 특허문헌 2에 기재된 액추에이터는, 유압에 의해 피스톤이 실린더 튜브 내를 슬라이딩함으로써 회전축이 직진 운동과 회전 운동을 행하는 것이며, 전동 모터의 로터의 회전을 이용하고 있지 않다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 액추에이터는, 직진 운동과 회전 운동을 단독으로 취출하는 것은 곤란하다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재된 스테이터에서는, 외측 티스와 내측 티스가 공통의 백 요크에 설치되어 있다. 이 구조에 의하면, 코어 부재가 되는 백 요크를 제조하는 금형이 1개로 끝나는 이점이 있다. 그러나, 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재된 스테이터에서는, 내측 로터와, 외측 로터를 독립하여 구동할 경우, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자(勵磁)할 필요가 있고, 공통의 백 요크를 개재하여, 외측 티스와 내측 티스의 상호의 자기 간섭이 생길 가능성이 있다. 특허문헌 3 및 특허문헌 4에 기재된 스테이터에서는, 자기 간섭에 기인하여, 내측 로터 또는 외측 로터의 동작 정밀도가 저하할 가능성이 있다.
특허문헌 5의 리니어 액추에이터는, 나사축의 회전을 억제하고, 또한 나사축의 축 방향 이동을 지지하는 직동 안내부를 필요로 하며, 회전 직동 변환 기구의 부품 점수가 증대하여, 복잡한 기구가 될 가능성이 있다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동을 전달 가능한 액추에이터를 제공하는 것을, 제 1 목적으로 한다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터의 회전 정밀도 및 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터의 회전 정밀도를 높이는 스테이터, 모터 및 액추에이터를 제공하는 것을, 제 2 목적으로 한다.
본 발명은, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 간편한 구성으로 나사축의 직동 안내를 원활하게 행할 수 있는 회전 직동 변환 기구 및 리니어 액추에이터를 제공하는 것을, 제 3 목적으로 하고 있다.
상술한 과제를 해결하고, 제 1 목적을 달성하기 위해, 액추에이터는, 여자 코일 및 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 상기 스테이터를 고정하는 하우징과, 상기 스테이터의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대 회전하는 제 1 로터와, 상기 제 1 로터의 회전 중심에 배치되는 막대 형상의 부재이며, 표면의 적어도 일부에 나사 홈이 형성된 나사축과, 상기 제 1 로터와 함께 회전하여, 상기 제 1 로터의 회전 중심과 평행한 방향인 직동 방향으로 상기 나사축을 이동시키는, 상기 나사축의 나사 홈과 나합한 너트와, 상기 스테이터의 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대 회전하는 제 2 로터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동을 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터는, 회전 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터는, 직동 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 회전용의 전동 모터와, 직동용의 전동 모터의 2개를 준비할 필요가 없고, 이들 2개의 전동 모터를 연결하는 부품도 불필요하여, 액추에이터를 소형으로 할 수 있다. 그 결과, 부품 점수가 적어짐으로써 신뢰성이 향상됨과 함께, 공간 절약화에도 공헌하고, 또한 비용을 내릴 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 제 1 로터에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 제 1 로터와 제 2 로터를 독립하여 자유롭게 회전할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 1 베어링과 상기 제 2 베어링에 상기 직동 방향과 평행한 방향의 예압을 가하는 예압 기구를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 나사축의 직동 방향의 이동이 있더라도, 안정적으로 제 1 로터 및 제 2 로터를 지지할 수 있다. 또한, 단품으로는 예압 구조를 취할 수 없고, 제 1 베어링 및 제 2 베어링에 단순한 단열 베어링을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 하우징에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 제 2 로터로부터 받은 반력이 제 2 베어링의 기동 마찰 토크로서 제 1 로터에 작용하는 가능성을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 1 로터의 회전 중심과 상기 제 2 로터의 회전 중심은, 평행이며 또한 다른 위치에 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 제 2 로터의 회전에 따른 나사축의 연동 회전을 억제할 수 있다. 이 때문에, 액추에이터는, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동의 적어도 1개의 운동을 전달할 수 있다. 또한, 나사축의 연동 회전을 억제하는 부재의 부품 점수를 저감하여, 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 2 로터와 함께 회전하는 회전체와, 상기 나사축에 고정된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 회전체가 회전하면서 직동 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 2 베어링의 마찰 토크는, 상기 제 3 베어링의 마찰 토크보다 작은 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 회전체의 회전에 의해 나사축이 연동 회전될 가능성을 저감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 회전체의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내 기구를 더 포함하고, 상기 직동 안내 기구가 상기 제 2 로터와 함께 회전함으로써 상기 회전체가 회전하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 나사축의 직동 동작을 안내하여, 제 2 로터의 회전을 회전체로 전달할 수 있다.
발명의 바람직한 태양으로서, 상기 직동 안내 기구는, 상기 나사축이 상기 직동 방향으로 이동하는 이동 거리에 따라 신축하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 예를 들면, 액추에이터는, 회전체와 제 2 로터의 간격의 변화에 추종할 수 있다. 또한, 액추에이터의 내부 공간을 유효하게 활용하여, 액추에이터는, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 회전체는, 상기 제 2 로터의 회전 중심으로부터 상기 제 2 로터의 반경보다 큰 반경의 원통부를 구비하고, 상기 직동 안내 기구는, 상기 원통부와 상기 제 2 로터의 사이에 배치되며, 상기 원통부의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 액추에이터는, 회전체의 강성을 높여, 이동의 동작을 안정시킬 수 있다. 또한, 원통부의 내부 공간을 유효하게 활용하여, 액추에이터는, 공간 절약화를 도모할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 직동 안내 기구를 제 1 직동 안내 기구로 한 경우, 상기 나사축의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 제 2 직동 안내 기구를 더 포함하고, 상기 제 1 직동 안내 기구와 제 2 직동 안내 기구는, 상기 직동 방향으로 상기 스테이터를 사이에 둔 위치에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 액추에이터는, 제 2 직동 안내 기구가 제 2 로터의 회전에 따른 나사축의 연동 회전을 억제할 수 있다. 이 때문에, 액추에이터는, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동의 적어도 1개의 운동을 전달할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 하우징에 대하여 상기 나사축을 상기 직동 방향으로 상대적으로 이동시키는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 하우징이 이동하는 직동 운동을 전달할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 제 2 로터와 함께 회전하는 회전체와, 상기 나사축에 고정된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링을 더 포함하고, 상기 제 2 로터의 로터 코어의 직동 방향의 길이가 상기 스테이터 코어의 직동 방향의 길이보다 긴 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 액추에이터는, 로터 코어가 직동 방향으로 이동하더라도, 회전을 계속할 수 있다. 또한, 액추에이터는, 베어링을 줄임으로써, 부품 점수를 저감할 수 있어 제조 비용을 억제할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 2 로터의 회전이 상기 나사축을 회전시키는 경우, 상기 제 1 로터의 회전과 상기 제 2 로터의 회전을 역회전으로 하여 직동 방향의 상기 나사축의 이동을 억제하면서, 상기 제 2 로터의 회전 운동을 전달하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 제 2 로터의 회전이 나사축을 연동 회전하더라도, 나사축이 직동 방향의 임의의 위치에서 정지 또는 직동 방향의 임의의 속도로 상하 이동할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 스테이터는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와, 상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와, 상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 사이에 공극을 설치함으로써, 자기 저항이 커져, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 상호 자기 간섭의 영향이 억제된다. 그 결과, 외측 티스와 내측 티스에 여자되는 자계의 상호 자기 간섭이 생길 가능성이 억제된다. 이 때문에, 액추에이터는, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터와, 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터를 독립하여 구동하는 경우, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상기 구성에 의해, 고리 형상의 백 요크, 내측 티스 및 외측 티스는, 1개의 금형으로 제조할 수 있다. 이 때문에 액추에이터의 스테이터는, 금형 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해, 스테이터의 조립 비용을 억제할 수 있어, 스테이터의 저비용화를 진행시킬 수 있다. 또한, 1개의 금형으로 제조할 수 있기 때문에, 타발 공수(工數)의 삭감도 가능하다. 또한, 액추에이터는, 외측 티스와 내측 티스가 공용하는 백 요크를 맞붙임으로써, 조립할 수 있으므로, 조립 공수의 저감도 가능해진다.
상기 구성에 의해, 슬릿부가 백 요크를 중공 구조체로 하기 때문에, 스테이터를 경량화할 수 있다. 또한, 슬릿부가 여자 코일의 결선부 등의 수용부로서 이용할 수 있어, 결선부의 돌출부를 누를 수 있기 때문에, 액추에이터를 소형화할 수 있다.
상기 구성에 의해, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동을 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터는, 회전 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터는, 직동 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 회전용의 전동 모터와, 직동용의 전동 모터의 스테이터를 2개 준비할 필요가 없고, 이들 2개의 전동 모터를 연결하는 부품도 불필요하여, 액추에이터를 소형화할 수 있다. 그 결과, 부품 점수가 적어짐으로써 신뢰성이 향상됨과 함께, 공간 절약화에도 공헌하여, 한층 더 비용을 내릴 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스가 상기 공극으로 분단되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부(基部)를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 둘레 방향으로 연장되어 있는 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 연결부의 둘레 방향의 폭이 좁으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 액추에이터는, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 제 1 로터의 회전 중심과 상기 제 2 로터의 회전 중심은, 평행하고 또한 다른 위치에 있고, 상기 스테이터는, 고리 형상의 백 요크와, 상기 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출하고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와, 상기 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출하고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하고, 상기 외측 티스의 직경 방향 최외측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 외주 원호의 중심이 상기 제 1 로터의 회전 중심 및 상기 제 2 로터의 회전 중심 중 일방과 일치하고, 상기 내측 티스의 직경 방향 최내측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 내주 원호의 중심이 상기 제 1 로터의 회전 중심 및 상기 제 2 로터의 회전 중심 중 타방과 일치하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 제 2 로터의 회전에 따른 나사축의 연동 회전을 억제할 수 있다. 이 때문에, 액추에이터는, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동의 적어도 1개의 운동을 전달할 수 있다. 또한, 나사축의 연동 회전을 억제하는 부재의 부품 점수를 저감하여, 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 백 요크의 직경 방향의 폭이 일정하고, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 돌출 길이가 둘레 방향으로 다른 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스의 직경 방향 최외측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 외주 원호의 중심이 제 2 로터의 회전 중심과 일치하고, 내측 티스의 직경 방향 최내측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 내주 원호의 중심이 제 1 로터의 회전 중심과 일치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 백 요크의 직경 방향의 폭이 둘레 방향에 따라 다르고, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 돌출 길이가 둘레 방향으로 동일한 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스의 직경 방향 최외측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 외주 원호의 중심이 제 2 로터의 회전 중심과 일치하고, 내측 티스의 직경방향 최내측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 내주 원호의 중심이 제 1 로터의 회전중심과 일치할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 백 요크는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 백 요크의 직경 방향의 폭에 따라 상기 슬릿부의 직경 방향의 폭을 다르게 하는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 슬릿부의 직경 방향의 폭이, 백 요크의 직경 방향의 폭의 크기에 따라 바뀌기 때문에, 백 요크의 둘레 방향의 자속의 분포를 균일하게 할 수 있다. 이 때문에, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 고정하기 위한 관통 구멍을 공용할 수 있기 때문에, 백 요크의 직경 방향의 두께를 억제할 수 있다. 그리고, 스테이터를 소형화할 수 있기 때문에, 액추에이터를 소형화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 회전체의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내축을 더 포함하고, 상기 나사축의 축선에 대하여 상기 직동 안내축의 축선이 편심하면서 평행하게 연장되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 나사축의 축선이 직동 안내축의 축선에 대하여 편심하고 있기 때문에, 너트로부터 나사축으로 회전력이 전달되더라도, 나사축의 축선 둘레의 회전이 억제된다. 그리고, 직동 안내축이 직동 방향으로 자유롭게 이동하도록 지지되어 있으므로, 나사축은 축 방향으로 직동 운동을 행할 수 있다. 이 때문에 액추에이터는, 부품 점수를 증대시키지 않고 나사축의 직동 안내를 행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 직동 안내축은 상기 나사축의 축 방향의 양단부로부터 각각 돌출되어 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 나사축의 축선과 상기 직동 안내축의 축선과의 편심량은, 상기 나사축의 반경보다 큰 값으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 나사축의 축 방향의 일방의 단부 및 타방의 단부 중 적어도 1개에 상기 나사축의 축선에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축이 있는 것이 바람직하다.
상술한 과제를 해결하고, 제 2 목적을 달성하기 위해, 스테이터는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와, 상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와, 상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 사이에 공극을 설치함으로써, 자기 저항이 커져, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 상호 자기 간섭의 영향이 억제된다. 그 결과, 외측 티스와 내측 티스에 여자되는 자계의 상호 자기 간섭이 생길 가능성이 억제된다. 이 때문에, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터와, 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터를 독립하여 구동할 경우, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상기 구성에 의해, 고리 형상의 백 요크, 내측 티스 및 외측 티스는, 1개의 금형으로 제조할 수 있다. 이 때문에 스테이터는, 금형 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해, 스테이터의 조립 비용을 억제할 수 있어, 스테이터의 저비용화를 진행시킬 수 있다. 또한, 1개의 금형으로 제조할 수 있기 때문에, 타발 공수의 삭감도 가능하다.
상기 구성에 의해, 슬릿부가 백 요크를 중공 구조체로 하기 때문에, 스테이터를 경량화할 수 있다. 또한, 슬릿부가 여자 코일의 결선부 등의 수용부로서 이용할 수 있어, 결선부의 돌출부를 누를 수 있기 때문에, 모터 또는 액추에이터를 소형화할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스가 상기 공극으로 분단되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 둘레 방향으로 연장되어 있는 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 연결부의 둘레 방향의 폭이 좁으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 고정하기 위한 관통 구멍을 공용할 수 있기 때문에, 백 요크의 직경 방향의 두께를 억제할 수 있다.
상술한 과제를 해결하고, 제 2 목적을 달성하기 위해, 모터는, 여자 코일 및 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와, 상기 스테이터를 고정하는 하우징과, 상기 스테이터의 직경 방향 내측에 배치되어, 상기 스테이터에 대하여 상대 회전하는 제 1 로터와, 상기 스테이터의 직경 방향 외측에 배치되어, 상기 스테이터에 대하여 상대 회전하는 제 2 로터를 포함하고, 상기 스테이터는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와, 상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와, 상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 사이에 공극을 설치함으로써, 자기저항이 커져, 내측 백 요크와 외측 백 요크의 상호 자기 간섭의 영향이 억제된다. 그 결과, 외측 티스와 내측 티스에 여자되는 자계의 상호 자기 간섭이 생길 가능성이 억제된다. 이 때문에, 모터는, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터와, 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터를 독립하여 구동하는 경우, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상기 구성에 의해, 고리 형상의 백 요크, 내측 티스 및 외측 티스는, 1개의 금형으로 제조할 수 있다. 이 때문에 모터의 스테이터는, 금형 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해, 스테이터의 조립 비용을 억제할 수 있어, 스테이터의 저비용화를 진행시킬 수 있다. 또한, 1개의 금형으로 제조할 수 있기 때문에, 타발 공수의 삭감도 가능하다. 또한, 모터는, 외측 티스와 내측 티스가 공용하는 백 요크를 맞붙임으로써, 조립할 수 있기 때문에, 조립 공수의 저감도 가능해진다.
상기 구성에 의해, 슬릿부가 백 요크를 중공 구조체로 하기 때문에, 스테이터를 경량화할 수 있다. 또한, 슬릿부가 여자 코일의 결선부 등의 수용부로서 이용할 수 있어, 결선부의 돌출부를 누를 수 있기 때문에, 모터를 소형화할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스가 상기 공극으로 분단되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 둘레 방향으로 연장되어 있는 공극으로 분단되어 있으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 연결부의 둘레 방향의 폭이 좁으므로 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 모터는, 외측 티스와, 내측 티스를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터의 회전 정밀도 및 제 2 로터의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의해, 외측 티스와, 내측 티스를 고정하기 위한 관통 구멍을 공용할 수 있기 때문에, 백 요크의 직경 방향의 두께를 억제할 수 있다. 그리고, 스테이터를 소형화할 수 있기 때문에, 모터를 소형화할 수 있다.
상술한 과제를 해결하고, 제 3 목적을 달성하기 위해, 회전 직동 변환 기구는, 나사축과, 이 나사축의 외주면에 내주면이 나합하는 너트와, 상기 나사축의 축 방향의 단부로부터 돌출되어 형성되어 있는 직동 안내축과, 상기 나사축 및 상기 너트를 내부에 수납하는 케이싱과, 상기 케이싱의 일부에 형성되고, 상기 직동 안내축의 축 방향 이동을, 스러스트 베어링 부재를 개재하여 지지하는 베어링 유지부를 구비하고, 회전 구동부로부터 상기 너트에 전달된 회전력을, 상기 나사축에 대하여 회전을 억제하면서, 직선 운동으로서 전달하는 회전 직동 변환 기구에 있어서, 상기 나사축의 축선에 대하여, 상기 직동 안내축의 축선이 편심하면서 평행하게 연장되어 있다.
회전 직동 변환 기구에 의하면, 나사축의 축선이 직동 안내축의 축선에 대하여 편심하고 있기 때문에, 너트로부터 나사축으로 회전력이 전달되더라도, 나사축의 축선 둘레의 회전이 억제됨과 함께, 직동 안내축이 스러스트 베어링 부재에 축 방향으로 자유롭게 이동하도록 지지되어 있으므로, 나사축은 축 방향으로 직선 운동을 행한다. 따라서, 간편한 구조로 하여, 부품 점수를 증대시키지 않고 나사축의 직동 안내를 행할 수 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 회전 직동 변환 기구에 있어서, 상기 직동 안내축은, 상기 나사축의 축 방향의 양단부로부터 각각 돌출되어 형성되어 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 회전 직동 변환 기구에 있어서, 상기 나사축의 축선과 상기 직동 안내축의 축선과의 편심량은, 상기 나사축의 반경보다 큰 값으로 설정되어 있다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 회전 직동 변환 기구에 있어서, 상기 나사축의 축 방향의 일방의 단부 및 타방의 단부 중 어느 일방, 혹은 양자에, 상기 나사축의 축선에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축을 돌출시켜 형성하였다.
본 발명의 바람직한 태양으로서, 리니어 액추에이터는, 상기 회전 직동 변환 기구를 구비하고, 상기 회전 구동부로부터 상기 너트에 전달된 회전 운동을, 상기 직동 안내축의 직선 운동으로 변환하여 출력한다.
리니어 액추에이터에 의하면, 나사축의 축선이 직동 안내축의 축선에 대하여 편심하고 있기 때문에, 직동 안내축에 직경 방향의 예압이 부여되어, 레이디얼 강성을 높게 할 수 있다. 따라서, 직동 안내축의 직동 운동을 원활하게 행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 회전 운동 및 직동 운동을 전달 가능한 액추에이터를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터의 회전 정밀도 및 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터의 회전 정밀도를 높이는 스테이터, 모터 및 액추에이터를 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 간편한 구성으로 나사축의 직동 안내를 원활하게 행할 수 있는 회전 직동 변환 기구 및 리니어 액추에이터를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시형태 1에 관련된 액추에이터 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 변형예의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 6은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 2의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 3의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 4의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 5의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 6의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은, 실시형태 6에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 12는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 7의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 7의 액추에이터의 회전체를 본 평면도이다.
도 14는, 실시형태 7에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 15는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 8의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 16은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 9의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 17은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 19는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 10의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 20은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 11의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 21은, 도 20에 나타낸 B-B 단면의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 22는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 12의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 23은, 도 2에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 24는, 도 2에 나타낸 액추에이터에 있어서, 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 25는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 15의 모터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 26은, 제 1 로터의 회전 중심 및 제 2 로터의 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 16의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 27은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 16의 액추에이터의 회전체를 본 평면을 모식적으로 나타낸 모식도이다.
도 28은, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 29는, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 다른 예를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 30은, 실시형태 16에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 31은, 실시형태 17의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 32는, 실시형태 18의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 33은, 실시형태 19의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 34는, 실시형태 20의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 35는, 실시형태 21의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 2는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 변형예의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 6은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 2의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 3의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 8은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 4의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 9는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 5의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 10은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 6의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 11은, 실시형태 6에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 12는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 7의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 13은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 7의 액추에이터의 회전체를 본 평면도이다.
도 14는, 실시형태 7에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 15는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 8의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 16은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 9의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 17은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 다른 예를 나타낸 단면도이다.
도 19는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 10의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 20은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 11의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 21은, 도 20에 나타낸 B-B 단면의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 22는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 12의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 23은, 도 2에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 24는, 도 2에 나타낸 액추에이터에 있어서, 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 25는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 15의 모터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 26은, 제 1 로터의 회전 중심 및 제 2 로터의 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 16의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 27은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 16의 액추에이터의 회전체를 본 평면을 모식적으로 나타낸 모식도이다.
도 28은, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 29는, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 다른 예를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 30은, 실시형태 16에 관련된 액추에이터의 동작을 설명한 설명도이다.
도 31은, 실시형태 17의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 32는, 실시형태 18의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 33은, 실시형태 19의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 34는, 실시형태 20의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
도 35는, 실시형태 21의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태(실시형태)에 의거하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 실시형태에 기재한 내용에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다.
(실시형태 1)
도 1은, 실시형태 1에 관련된 액추에이터 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 액추에이터 장치(100)는, 액추에이터(1)와 제어장치(모터 제어 회로)(90)를 포함한다. 액추에이터(1)는, 하우징(박스체)의 일부가 체결 부재로 지지부(95)에 지지되어 있다. 또한, 체결 부재는 나사, 볼트, 핀 등이다. 이것에 의해, 액추에이터(1)는, 지지부(95)에 고정된다. 또한, 액추에이터(1)는, 회전체(피회전체)(10)가 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전 운동함과 함께, 직동 방향(회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 Z방향)으로 직동 운동한다. 예를 들면, 액추에이터(1)는, 회전체(10)를 점선의 위치로부터 실선의 위치로 이동할 수 있다. 반대로, 액추에이터(1)는, 회전체(10)를 실선의 위치로부터 점선의 위치로 이동할 수 있다. 액추에이터(1)의 구성에 대해서는 후술한다. 제어장치(90)는, 액추에이터(1)의 구동을 제어하는 장치이다.
제어장치(90)는, 액추에이터(1)에 공급하는 전류, 전압의 크기, 주파수, 파형을 제어함으로써, 액추에이터(1)의 회전 방향이나 회전 속도를 제어하고, 직동 방향으로 이동하는 가동자의, 직동 방향에 있어서의 이동 방향이나 이동 속도를 제어한다. 예를 들면, 외부의 컴퓨터로부터 회전 지령(i)이 입력되었을 때, 제어장치(90)는, CPU(Central Processing Unit)(91)로부터 3상 앰프(AMP:Amplifier)(92)에 구동 신호를 출력하고, AMP(92)로부터 액추에이터(1)에 구동 전류(Mi)가 공급된다. 액추에이터(1)는, 구동 전류(Mi)에 의해 적재대(96)가 회전하여, 워크(97)를 이동시키도록 되어 있다. 적재대(96)가 회전하면, 후술하는 회전 각도를 검출한 리졸버 등의 각도 검출기로부터 검출 신호(리졸버 신호)(Sr)가 출력된다. 제어장치(90)는, 검출 신호(Sr)를 리졸버 디지털 변환기(RDC:Resolver to Digital Converter)(93)로 디지털 변환한다. RDC(93)로부터의 검출 신호(Sr)의 디지털 정보에 의거하여, CPU(91)는 워크(97)가 지령 위치에 도달하였는지의 여부를 판단하고, 지령 위치에 도달할 경우, AMP(92)로의 구동 신호를 정지한다.
워크(97)는, 적재대(96)를 통하여 회전체(10)에 배치되어 있다. 워크(97)는, 적재대(96)를 통하지 않고 회전체(10)에 직접 배치되어 있어도 된다. 액추에이터 장치(100)는, 제어장치(90)에 의해 액추에이터(1)의 동작을 제어하고, 액추에이터(1)의 회전체(10)를 직동 방향(도 1 중 화살표 Z방향)으로 이동시킴으로써, 워크(97) 또는 적재대(96)를 이동시킬 수 있다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여 액추에이터(1)의 구성에 대하여 설명한다. 도 2는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 3은, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(1)는, 소위 브러쉬리스 모터이며, 볼 나사축(15)과, 정지 상태로 유지되는 고정자(이하, 스테이터로 한다)(30)와, 스테이터(30)에 대하여 회전 가능하게 배치된 2개의 회전자인 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)와, 스테이터(30)를 고정하여 상술한 지지부(95)에 장착되는 하우징(20)과, 제 1 로터(50)에 고정되어 볼 나사축(15)과 나합하는 너트(52)를 포함한다.
볼 나사축(15)은, 제 1 로터(50)의 회전 중심(Zr)에 배치된 막대 형상의 부재이다. 볼 나사축(15)은, 막대 형상의 부재의 연장 방향, 즉 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)에 있어서의 영역에 따라 형상이 다르다. 구체적으로는, 볼 나사축(15)의 중심부 근방의 중앙 영역에 나사 홈이 형성되어 있는 나사축이다. 또한, 볼 나사축(15)의 나사 홈은 너트(52)의 회전 중심(Zr)에 평행한 방향의 길이보다 길게 형성되어 있다. 볼 나사축(15)의 일단에는, 플랜지부(14)가 고정되고, 타단에는 스토퍼부(16)가 고정되어 있다. 플랜지부(14) 및 스토퍼부(16)는, 볼 나사축(15)의 이동에 추종하여, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동한다. 그리고, 액추에이터(1)는, 볼 나사축(15)과 너트(52) 사이로, 볼이 구름 운동을 하기 때문에, 마찰이 작아, 회전 운동을 직선 운동으로 하는 효율을 높일 수 있다.
상술한, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 볼 나사축(15)을, 다른 종류의 나사축으로 해도 된다. 다른 종류의 나사축으로서는, 예를 들면 사다리꼴 나사축, 삼각 나사축이 있다. 볼 나사축(15) 대신에, 사다리꼴 나사축, 삼각 나사축 등의 다른 나사축을 적용하는 경우, 사다리꼴 나사축, 삼각 나사축의 나사 홈이 너트와 나합하는 마찰력을 이용하여, 나사축의 역작동을 억제할 수 있다. 그리고, 액추에이터(1)는, 역작동을 억제시키기 위해 제 1 로터(50)에 발생시키는 회전 토크를 최소한으로 할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)에 회전 토크를 주는 여자 코일(32A)의 여자를 정지하더라도, 나사축의 위치를 유지할 수 있다.
플랜지부(14)는, 직경 방향 외측의 외주에, 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링(61)을 구비하고 있다. 스토퍼부(16)는, 회전중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로부터 보아, 직경 방향 외측의 하우징(20)과 포개지는 위치에, 슬라이더(17)를 삽입하는 리니어 부시(18)를 구비하고 있다. 리니어 부시(18)는, 슬라이더(17)를 직선 안내할 수 있다. 리니어 부시(18)는, 내부에 복수 조의 전동 홈을 구비하고, 구 형상의 전동체를 통하여 슬라이더(17)를 지지한다. 리니어 부시(18)는, 다공질 재료에 오일을 함침한 오일 함침 베어링 등의 슬라이딩 베어링이어도 된다.
실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 예를 들면, 슬라이더(17) 및 리니어 부시(18)의 조합의 직동 안내 기구를 하우징(20)의 둘레 방향에 4개 배열하고 있다. 슬라이더(17) 및 리니어 부시(18)와 같은, 직동 안내 기구는, 하우징(20)의 둘레 방향에 1개면 된다. 또한, 직동 안내 기구가 복수 배치되어 있는 경우에는, 직동 안내 기구가 하우징(20)의 둘레 방향에 소정 간격으로 배열, 보다 바람직하게는, 하우징(20)의 둘레 방향이고 등간격으로 복수 배열되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 스토퍼부(16)에 슬라이더(17)가 고정되고, 하우징(20)에 리니어 부시(18)를 구비하는 구성으로 하여, 슬라이더(17)가 하우징(20)의 리니어 부시(18)에 삽입되어 있도록 해도 된다.
액추에이터(1)는, 제 2 로터(40)와 함께 회전하는 회전체(10)와, 볼 나사축(15)에 고정된 플랜지부(14)와, 플랜지부(14)에 대하여 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링(61)을 포함한다. 이 구조에 의해, 액추에이터(1)는, 회전체(10)를 회전시키면서 직동 방향으로 이동시킬 수 있다.
또한, 회전체(10)는, 회전 중심이 회전 중심(Zr)과 동축으로 형성되어 있다. 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 회전체(10)가 원판 형상의 플레이트(11)이며, 바깥 가장자리의 제 2 로터 브래킷(42)과 일체가 되어 회전할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(1)는, 직동 방향에 있어서, 회전체(10)가 슬라이드하는 위치를 규제하는 슬라이더(43)를 더 포함한다. 슬라이더(43)는, 볼트 등의 고정부(12)에 의해 회전체(10)의 플레이트(11)에 고정되며, 제 2 로터 브래킷(42)의 리니어 부시(44)에 삽입되어 있다. 리니어 부시(44)는, 슬라이더(43)를 직선 안내할 수 있다. 리니어 부시(44)는, 내부에 복수 조의 전동홈을 구비하고, 구 형상의 전동체를 통하여 슬라이더(43)를 지지한다. 리니어 부시(44)는, 다공질 재료에 오일을 함침한 오일 함침 베어링 등의 슬라이딩 베어링이어도 된다.
또한, 슬라이더(43)는, 제 2 로터(40)의 제 2 로터 브래킷(42)과 함께 회전함으로써 회전체(10)가 회전한다. 이와 같이 슬라이더(43)를 포함하고, 회전체(10)가 상술한 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내 기구는, 제 2 로터(40)와 함께 회전한다. 이 구조에 의해, 회전체(10)가 회전하면서 직동 방향으로 이동하더라도, 제 2 로터(40)의 회전을 회전체(10)에 전달할 수 있다.
실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 예를 들면, 슬라이더(43) 및 리니어 부시(44)의 조합의 직동 안내 기구를 회전체(10)의 둘레 방향에 4개 배열하고 있다. 슬라이더(43) 및 리니어 부시(44)와 같은, 직동 안내 기구는, 회전체(10)의 둘레 방향에 1개면 된다. 또한, 직동 안내 기구가 복수 배치되어 있는 경우에는, 직동 안내 기구가 회전체(10)의 둘레 방향에 소정 간격으로 배열, 보다 바람직하게는, 회전체(10)의 둘레 방향이고 등간격으로 복수 배열되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 회전체(10)가 회전하는 경우, 회전체(10)의 밸런스를 균등하게 유지할 수 있다.
또한, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 제 2 로터 브래킷(42)에 슬라이더(43)가 고정되고, 회전체(10)의 플레이트(11)에 리니어 부시(44)를 구비하는 구성으로 하여, 슬라이더(43)가 플레이트(11)의 리니어 부시(44)에 삽입되어 있도록 해도 된다.
하우징(20), 회전체(10), 제 2 로터(40) 및 스테이터(30)는, 모두 고리 형상의 구조체이다. 회전체(10), 제 1 로터(50), 제 2 로터(40) 및 스테이터(30)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 동심(同心) 형상으로 배치되어 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 회전 중심(Zr)으로부터 직경 방향 외측으로 볼 나사축(15), 너트(52), 제 1 로터(50), 스테이터(30), 제 2 로터(40)의 순으로 배치되어 있다. 액추에이터(1)는, 회전체(10), 제 1 로터(50), 제 2 로터(40) 및 스테이터(30)가 하우징(20) 상에 배치되어 있다. 그리고, 제 1 로터(50)는, 스테이터(30)의 직경 방향 내측에 배치되며, 스테이터(30)에 대하여 상대 회전할 수 있다. 또한, 제 2 로터(40)는, 스테이터(30)의 직경 방향 외측에 배치되며, 스테이터(30)에 대하여, 상대 회전할 수 있다.
하우징(20)은, 중공이며 또한 대략 원판 형상의 하우징 베이스(21)와, 하우징 인너(22)와, 하우징 베이스(21)의 일방의 단부(스테이터(30)가 설치된 측과는 반대측의 단부)에 개방된 오목부(23)를 구비하고 있다. 오목부(23)의 내부에는, 슬라이더(17)를 고정하고 있다. 하우징 인너(22)는, 회전 중심(Zr)을 둘러싸도록 하우징 베이스(21)의 내주측이고, 볼록 형상으로 돌출된 동심원이 되는 돌출부이다.
상술한 바와 같이, 스토퍼부(16)는, 볼 나사축(15)의 이동에 추종하여, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동한다. 슬라이더(17)는, 리니어 부시(18)에 삽입되어 있으므로, 직동 방향의 흔들림(wobble)을 억제할 수 있다. 또한, 리니어 부시(18)는, 오목부(23)에 삽입된다. 오목부(23)는, 스토퍼부(16)의 직동 방향의 움직임을 방해하지 않기 위한, 리니어 부시(18)의 퇴피 구멍이다. 이 때문에, 오목부(23)는 홈이어도 된다.
하우징 베이스(21)는, 스테이터(30)를 고정하고 있다. 또한, 하우징 인너(22)의 중공 내벽에는, 하우징(20)에 대하여 제 1 로터(50)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링(63)을 고정하고 있다. 제 1 베어링(63)은, 배면 조합의 제 1 베어링(63A, 63B)으로 구성되어 있다. 하우징 인너(22)에는, 스테이터(30)를 고정하는 지지 부재(35)가 접속되어 있다. 또한, 하우징 베이스(21)를 형성하는 자성 재료로서는, 예를 들면 SPCC(Steel Plate Cold Commercial) 등의 일반적인 강재나, 전자 연철 등을 적용할 수 있다.
제 1 로터(50)는, 로터 코어(51)와, 제 1 로터 브래킷(53)과, 고정 부재(54)를 포함한다. 고정 부재(54)는, 볼 나사축(15)이 삽입 가능한 구멍이 열려있음과 함께, 제 1 로터 브래킷(53)의 일방의 개구 단부를 폐색하는 대략 원판 형상의 부재이며, 제 1 로터 브래킷(53)과, 너트(52)를 연결하고 있다. 고정 부재(54)는, 너트(52)와 일체의 부재여도 된다. 또한, 제 1 로터 브래킷(53)은, 외주에 로터 코어(51)를 고정하고 있고, 하우징(20)에 대하여 상술한 제 1 베어링(63)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 제 1 로터 브래킷(53)은, 스테이터(30)와 포개지지 않는 위치에서, 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링(62)을 구비하고 있다.
액추에이터(1)는, 하우징(20)에 대하여 제 1 로터(50)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링(63)과, 제 1 로터(50)에 대하여 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링(60)을 포함한다. 이 구조에 의해, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)와 제 2 로터(40)를 독립하여 자유롭게 회전할 수 있다.
너트(52)는, 제 1 로터 브래킷(53)의 직경 방향 내측이며, 제 1 로터 브래킷(53)의 대략 중앙 부분에 형성된 개구에 고정되어 있다. 너트(52)는, 직경 방향 내측의 내주면에 나사 홈이 형성되어 있다. 너트(52)에는, 볼나사축(15)이 삽입되어 있고, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 형성되어 있는 영역을 회전 가능하게 지지한다. 너트(52)는, 전동체를 순환 운동시키기 위해, 리턴 튜브식, 팽이식 또는 엔드 캡식으로 불리는 전동체의 순환 구조를 구비하고 있다. 그리고, 너트(52)는, 내주면의 나사 홈에 내재하는 전동체를 통하여 볼 나사축(15)의 나사 홈과 나합하고 있다. 이 구조에 의해, 너트(52)는, 내주면에 삽입된 볼 나사축(15)을 지지하고 있다. 그리고, 볼 나사축(15)은, 너트(52)에 삽입되어 있기 때문에, 단부가 너트(52)의 단부로부터 노출되어 있다.
너트(52)의 중심은, 제 1 로터(50)의 회전 중심과 동일한 회전 중심(Zr)으로 이루어진다. 또한, 스테이터(30), 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 회전 중심과, 너트(52)의 회전 중심이 동일한 회전 중심(Zr)과 일치한다. 이 구조에 의해, 너트(52)는, 제 1 로터(50)와 함께 회전하여, 제 1 로터(50)의 회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 직동 방향으로 볼 나사축(15)을 이동시킨다.
제 2 로터(40)는, 로터 코어(41)와, 제 2 로터 브래킷(42)과, 각도 검출기(71)의 리졸버 로터(73)를 지지하는 지지 부재(45)를 포함한다. 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)는, 로터 코어(41)의 회전 중심(Zr)에 평행한 방향의 양단부에 고정되어 있다. 이 때문에, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)가 회전한다.
스테이터(30)는, 통 형상의 스테이터 코어(31)와, 여자 코일(32)을 포함한다. 스테이터(30)는, 스테이터 코어(31)에 여자 코일(32)이 감겨진다. 여자 코일(32)은, 선 형상의 전선이다. 여자 코일(32)은, 스테이터 코어(31)의 외주에, 절연체의 코일 인슐레이터(34)를 개재하여 권회된다. 스테이터(30)에는, 전원으로부터의 전력을 공급하기 위한 배선이 접속되어 있고, 이 배선을 통하여 여자 코일(32)에 대하여 상술한 제어장치(90)로부터 전력이 공급되도록 되어 있다. 또한, 여자 코일(32)은, 후술하는 스테이터 코어(31)의 직경 방향 내측의 티스에 감겨지는 여자 코일(32A)과, 스테이터 코어(31)의 직경 방향 외측의 티스에 감겨지는 여자 코일(32B)을 포함한다.
스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 전자 강판, 냉간 압연 강판 등의 박판을, 접착, 보스, 코킹 등의 수단에 의해 적층하여 제조되어 있다. 스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 순차 금형의 형 내에 있어서 적층되어, 금형으로부터 배출된다. 또한, 스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 자성체의 분말을 굳힌 압분자심이어도 된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제 1 로터(50)는, 회전 중심(Zr) 측에 볼 나사축(15)을 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 스테이터(30)는, 회전 중심(Zr) 측에 제 1 로터(50)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 제 2 로터(40)는, 회전 중심(Zr) 측에 스테이터(30)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다.
스테이터(30)의 스테이터 코어(스테이터 자극(磁極))(31)는, 상술한 회전 중심(Zr)을 중심으로 한 원주 방향으로 티스(자극)(36, 38)가 등간격으로 나열되어, 백 요크(37)가 일체로 배치된다. 스테이터(30)는, 이와 같은 일체 코어로 한정되지 않고, 둘레 방향에 복수의 분할된 스테이터 코어(31)가 상술한 회전 중심(Zr)을 중심으로 한 원주 방향으로 등간격으로 나열되어 배치되는 분할 코어여도 된다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스테이터 코어(31)가 하우징 베이스(21)에 고정된다.
스테이터 코어(31)는, 표면에 홈을 형성하도록 해도 된다. 이 구조에 의해, 스테이터 코어(31)에 국부적인 자기 포화를 생기게 하여, 로터 코어(41), 로터 코어(51)로부터의 자속의 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다.
도 3에 나타낸 직경 방향 외측의 티스(36)와 직경 방향 내측의 티스(38)에는, 여자 코일(32A, 32B)이 권회되어 있다. 예를 들면, 여자 코일(32B)은, 직경 방향 외측의 티스(36)에, 자속을 발생시킨다. 또한, 여자 코일(32A)은, 직경 방향 내측의 티스(38)에, 자속을 발생시킨다.
예를 들면, 직경 방향 외측의 티스(36)와 직경 방향 내측의 티스(38)의 두께를 바꿈으로써, 여자 코일(32)에 의해 생기는 직경 방향 외측의 티스(36)의 자속과, 직경 방향 내측의 티스(38)의 자속을 다르게 할 수 있다. 그 결과, 액추에이터(1)는, 로터 코어(41), 로터 코어(51)에 각각 원하는 토크를 생기게 할 수 있다.
또한, 백 요크(37)를 직경 방향으로 분할하고, 직경 방향 외측의 티스(36)와 직경 방향 내측의 티스(38)를 직경 방향으로 분할하는 분할 코어로 해도 된다. 이 구조에 의해, 로터 코어(41), 로터 코어(51)로부터의 자속의 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다.
로터 코어(41)는, 내주부로 돌출하는 이빨부(41a)를 구비하고 있다. 로터 코어(51)는, 직경 방향 외측의 외주부로 돌출하는 이빨부(51a)를 구비하고 있다. 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, VR(Variable Reluctance)형의 회전자로 불린다. 로터 코어(51)는, 회전의 위치에 따라, 릴럭턴스(자기저항)가 변화하는 것을 이용하여, 여자 코일(32B)이 스테이터 코어(31)의 티스(38)에 여자된 회전 자계에 동기하여 자기저항이 최소가 되도록 회전한다. 또한, 로터 코어(41)는, 회전의 위치에 따라, 릴럭턴스(자기저항)가 변화하는 것을 이용하여, 여자 코일(32A)이 스테이터 코어(31)의 티스(36)에 여자된 회전 자계에 동기하여 자기저항이 최소가 되도록 회전한다.
도 4는, 도 2에 나타낸 실시형태 1의 액추에이터의 변형예의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 로터 코어(41)는, 마그넷이 제 2 로터(40)의 내주 표면을 따라 부착되며, 복수 설치되어 있다. 로터 코어(51)는, 마그넷이 제 1 로터(50)의 직경 방향 외측의 외주 표면을 따라 부착되며, 복수 설치되어 있다. 마그넷은, 영구 자석이며, S극 및 N극이 로터 코어(41, 51)의 원주 방향으로 번갈아 등간격으로 배치된다. 이와 같은 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, PM(Permanent Magnet)형의 회전자로 불린다. 로터 코어(51)는, 여자 코일(32B)이 스테이터 코어(31)의 티스(38)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다. 또한, 로터 코어(41)는, 여자 코일(32A)이 스테이터 코어(31)의 티스(36)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다.
그리고, 액추에이터 장치(100)의 제어장치 (90)는, CPU(Central Processing Unit)(91)로부터 3상 앰프(AMP:Amplifier)(92)에 구동 신호를 출력하고, AMP(92)로부터 액추에이터(1)에 구동 전류(Mi)가 공급된다. 액추에이터(1)는, 구동 전류(Mi)에 따라, 상술한 도 3 또는 도 4에 나타낸 여자 코일(32A, 32B)을 독립 구동시킨다. 그 결과, 제어장치(90)는, 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지를 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지를 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 그리고, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 회전수 및 회전 방향과, 제 1 로터(50)의 회전수 및 회전 방향을, 서로 독립하여 제어할 수 있다.
또한, 액추에이터(1)는, 각도 검출기(71, 74)를 구비하는 것이 바람직하다. 각도 검출기(71, 74)는, 예를 들면, 리졸버이다. 각도 검출기(71)는, 제 2 로터(40)의 회전 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 각도 검출기(74)는, 제 1 로터(50)의 회전 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 이하, 각도 검출기(71, 74)가 리졸버인 경우에 대하여 설명하였으나, 각도 검출기는 다른 센서, 인코더여도 되고, 검출기의 종류에 한정되지 않는다.
각도 검출기(71, 74)는, 정지 상태로 유지되는 리졸버 스테이터(72, 75)와, 리졸버 스테이터(72, 75)와 소정의 갭을 두고 대향 배치되며, 리졸버 스테이터(72, 75)에 대하여 회전 가능한 리졸버 로터(73, 76)를 구비하고 있다. 리졸버 스테이터(72, 75)는, 하우징 베이스(21)에 배치되어 있다. 또한, 리졸버 로터(73)는, 제 2 로터(40)의 지지 부재(45)에 배치되어 있다. 리졸버 로터(76)는, 제 1 로터(50)의 제 1 로터 브래킷(53)에 배치되어 있다.
그리고, 스테이터(30)의 여자 코일(32)이 여자되어, 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)가 회전 구동하면, 리졸버 로터(73, 76)가 동시에 회전 구동한다.
리졸버 스테이터(72, 75)는, 복수의 스테이터 자극이 원주 방향으로 등간격으로 형성된 고리 형상의 적층 철심을 가지고, 각 스테이터 자극에 리졸버 코일이 권회되어 있다. 각 리졸버 코일에는, 검출 신호(리졸버 신호)(Sr)가 출력되는 배선이 접속되어 있다.
리졸버 로터(73, 76)는, 중공 고리 형상의 적층 철심에 의해 구성되어 있다. 각도 검출기(71, 74)의 배치 위치는, 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 회전을 검출하는 것이 가능하면 특별히 한정되지 않으며, 하우징(20)의 형상에 따라 임의의 위치로 배치할 수 있다.
각도 검출기(71, 74)는, 리졸버 로터(73, 76)와, 리졸버 스테이터(72, 75)의 사이의 릴럭턴스가 연속적으로 변화한다. 각도 검출기(71, 74)는, 릴럭턴스의 변화를 검출하고, RDC(93)에 의해 상술한 검출 신호(Sr)를 디지털 신호로 변환한다. 액추에이터(1)를 제어하는 제어장치(90)의 CPU(91)는, RDC(93)의 전기 신호에 의거하여, 단위시간당 리졸버 로터(73, 76)와 연동하는 회전체(10) 및 볼 나사축(15)의 위치나 회전 각도를 연산 처리할 수 있다. 그 결과, 액추에이터(1)를 제어하는 제어장치(90)는, 회전체(10)의 회전 상태(예를 들면, 회전 속도, 회전 방향 혹은 회전 각도 등) 및 볼 나사축(15)의 직동 방향의 이동 위치를 계측하는 것이 가능해진다.
상술한 각도 검출기(71, 74)는, 제 1 로터(50) 또는 제 2 로터(40)의 1회전에 대해, 릴럭턴스 변화의 기본파 성분이 1주기가 되는 단극 리졸버 신호를 출력하는, 소위 단극 리졸버와, 제 1 로터(50) 또는 제 2 로터(40)의 1회전에 대해, 릴럭턴스 변화의 기본파 성분이 다(多)주기가 되는 다극 리졸버 신호를 출력하는, 소위 다극 리졸버를 조합시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50) 또는 제 2 로터(40)의 1회전에 대해, 릴럭턴스 변화의 기본파 성분의 주기가 다른 각도 검출기를 구비함으로써, 제 1 로터(50) 또는 제 2 로터(40)의 절대 위치를 파악할 수 있고, 또한, 제 1 로터(50) 또는 제 2 로터(40)의 회전 상태(예를 들면, 회전 속도, 회전 방향 혹은 회전 각도 등)를 계측하는 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 1상 통전에 의한 극 검지 동작, 또는 원점 복귀 동작을 행할 필요가 없어, 위치 결정을 행할 수 있다.
또한, 상술한 여자 코일(32A)은, 복수의 권선 회로를 포함하고, 각각의 권선 회로를 구동하는 타이밍을 펄스 구동에 의해 바꾸도록 해도 된다. 또한, 상술한 여자 코일(32B)은, 복수의 권선 회로를 포함하고, 각각의 권선 회로를 구동하는 타이밍을 펄스 구동에 의해 바꾸도록 해도 된다. 이것에 의해, 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 여자 코일(32A, 32B)이 펄스 구동되고, 이 펄스 구동에 동기하여 독립하여 회전하는, 소위 스테핑 모터가 내측과 외측에 배열된 상태가 된다. 그리고, 상술한 제어장치(90)는, 구동 전류(Mi)의 펄스를 제어함으로써, 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지를 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 그 결과, 액추에이터(1)는, 각도 검출기(71, 74)를 구비하지 않더라도, 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 위치 결정을 할 수 있다. 그리고, 액추에이터(1)는, 부품 점수의 삭감에 의해 공간 절약을 도모하여, 비용을 저감할 수 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 부품 점수의 삭감에 의해 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 1, 도 2 및 도 5를 이용하여 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)에 대하여 설명한다. 도 5는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터의 동작을 설명하는 설명도이다. 액추에이터 장치(100)의 제어장치(90)는, 스테이터(30)의 여자 코일(32)에 예를 들면 교류를 인가하고, 여자 코일(32)에 인가하는 전압을 소정의 주기로 전환함으로써, 스테이터(30)에 대하여 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)가 회전하는 구동력을 발생시킨다.
액추에이터(1)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 액추에이터(1)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다. 액추에이터 장치(100)는, 본 실시형태에 있어서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 너트(52)의 회전에 따라 볼 나사축(15)을 지면쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위로 이동할 수 있다. 액추에이터 장치(100)는, 도 5에 나타낸 동작과는 반대로, 너트(52)의 반대 회전에 따라 볼 나사축(15)을 지면쪽의 면에 있어서 위에서부터 아래로 이동할 수 있다.
액추에이터(1)의 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)가 회전한다. 또한, 슬라이더(43)는, 제 2 로터(40)의 제 2 로터 브래킷(42)과 함께 회전함으로써 회전체(10)가 회전한다. 회전체(10)는, 제 3 베어링(61)에 의해 플랜지부(14)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 플랜지부(14)는, 볼 나사축(15)의 이동에 따라, 지면쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위로 이동한다. 그리고, 회전체(10)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 플랜지부(14)의 둘레를 회전한다.
제 2 베어링(62)의 마찰 토크는, 제 3 베어링(61)의 마찰 토크보다 작은 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)가 회전하는 경우, 제 2 로터(40)의 연동 회전을 억제할 수 있다.
제 1 베어링(63A, 63B)의 마찰 토크는, 제 2 베어링(62)의 마찰 토크보다 큰 것이 바람직하다. 이 구성에 의해, 회전체(10)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 플랜지부(14)의 둘레를 회전하더라도, 너트(52)를 연동 회전하여 볼 나사축(15)에 의도하지 않은 직동 운동을 줄 가능성을 억제할 수 있다.
베어링의 마찰 토크를 크게 하려면, 전동체의 크기를 크게 하는 방법, 크로스 롤러와 같은 마찰이 큰 베어링을 사용하는 방법, 또는 베어링에 예압을 주는 방법이 있다.
액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)는, 액추에이터(1)의 제 1 로터(50)의 회전 운동을 볼 나사축(15)의 직동 운동으로 변환할 수 있다. 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)는, 볼 나사축(15)을 직동 운동시킴과 함께, 회전체(10)를 회전시킬 수 있다. 이것에 의해, 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)는, 도 1에 나타낸 워크(97)를, 직동 운동시킴과 함께 회전 운동시킬 수 있다.
또한, 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)는, 나사 홈의 피치(리드)를 조정함으로써, 회전 운동을 직동 운동으로 변환할 때의 변환율, 제 1 로터(50)의 1회전으로 볼 나사축(15)이 직동 방향으로 움직이는 거리를 여러 값으로 할 수 있다. 이것에 의해, 다양한 성능의 액추에이터를 간단한 설계변경으로 작성할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 스테이터(30)와, 하우징(20)과, 제 1 로터(50)와, 볼 나사축(15)과, 너트(52)와, 제 2 로터(40)를 포함한다. 스테이터(30)는, 여자 코일(32) 및 스테이터 코어(31)를 구비한다. 하우징(20)은, 스테이터(30)를 고정한다. 제 1 로터(50)는, 스테이터(30)의 직경 방향 내측에 배치되고, 스테이터(30)에 대하여 상대 회전한다. 볼 나사축(15)은, 제 1 로터(50)의 회전 중심(Zr)에 배치되는 막대 형상의 부재이며, 표면의 적어도 일부에 나사 홈이 형성된다. 너트(52)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 나합한다. 또한, 너트(52)는, 제 1 로터(50)와 함께 회전하여, 제 1 로터(50)의 회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 직동 방향(Z방향)으로 볼 나사축(15)을 이동시킨다. 그리고 제 2 로터(40)는, 스테이터(30)의 직경 방향 외측에 배치되고, 스테이터(30)에 대하여 상대 회전한다.
이 구조에 의해, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)의 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 이 직동 운동과 제 2 로터(40)의 회전 운동을 전달할 수 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)의 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 이 직동 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)의 회전 운동을 정지하여, 제 2 로터(40)의 회전 운동을 단독으로 전달할 수 있다. 이와 같이, 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)에 의한 직동 운동과, 제 2 로터(40)의 회전 운동을 독립하여 전달할 수 있다. 액추에이터(1)는, 제 1 로터(50)에 의한 직동 운동과, 제 2 로터(40)의 회전 운동을 각각, 또는 동시에 전달함으로써, 워크(97) 또는 적재대(96)의 부하체에 복잡한 동작을 가할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들면, 회전용의 전동 모터와, 직동용의 전동 모터 2개를 준비할 필요가 없고, 이들 2개의 전동 모터를 연결하는 부품도 불필요하여, 액추에이터 자체를 소형으로 할 수 있다. 그 결과, 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)는, 부품 점수가 적어짐으로써 신뢰성이 향상됨과 함께, 공간 절약화에도 공헌하고, 한층 더 비용을 내릴 수 있다.
(실시형태 2)
도 6은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 2의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 2에 관련된 액추에이터(1a)는, 제 1 베어링(63)과 제 2 베어링(62)에 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)과 평행한 방향의 예압을 가하는 예압 기구를 더 포함한다. 예압 기구는, 자성체(64)와, 자석(65)을 포함한다. 자성체(64)는, 예를 들면 전자 연철이다. 또한, 자성체(64)를 자석으로 해도 된다. 예압 기구는, 자석(65)의 하우징 베이스(21)의 외주단을 따라 배치되며, 자성체(64)가 자석(65)의 직동 방향으로 대향하도록, 지지 부재(45)에 장착되어 있다.
예압 기구는, 자석(65)에 자성체(64)가 끌어 당겨짐으로써, 제 1 베어링(63)과 제 2 베어링(62)에 직동 방향과 평행한 방향의 예압을 가한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)의 직동 방향의 이동이 있더라도 안정적으로 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)를 지지할 수 있다. 또한, 단품으로는 예압 구조를 취할 수 없고, 제 1 베어링(63) 및 제 2 베어링(62)에 단순한 단열 베어링을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 제 1 베어링(63)은, 제 1 로터 브래킷(53)에 장착된 고정 플랜지(55)에 의해 고정되어 있다. 또한, 본 실시형태의 제 3 베어링(61)은, 배면 조합의 제 3 베어링(61A, 61B)에 의해 구성되어 있다.
(실시형태 3)
도 7은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 3의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 3에 관련된 액추에이터(1b)는, 제 1 베어링(63)이 제 1 로터 브래킷(53)에 장착된 고정 플랜지(55A)에 의해 고정되어 있다. 또한, 고정 플랜지(55A)는, 각도 검출기(74A)를 지지한다. 각도 검출기(74A)는, 상술한 각도 검출기(74)의 리졸버 스테이터(75) 및 리졸버 로터(76)와 같은, 리졸버 스테이터(75A) 및 리졸버 로터(76A)를 구비하지만 장착 위치가 다르다. 제 1 베어링(63)은, 제 1 로터 브래킷(53)에 대하여 각도 검출기(74A)보다 멀어지도록 고정 플랜지(55A)에 장착된다. 이것에 의해, 너트(52)가 회전하는 모멘트 강성이 향상된다. 또한, 제 1 베어링(63)은, 하우징(20)의 외부로부터 메인터넌스하기 쉬운 위치에 배치된다.
(실시형태 4)
도 8은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 4의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 4에 관련된 액추에이터(1c)는, 회전체(10)가, 제 2 로터 브래킷(42A) 자체로 되어 있다. 제 2 로터 브래킷(42A)은, 로터 코어(41)의 회전 중심(Zr)에 평행한 방향의 단부에 고정되며, 제 3 베어링(61)을 개재하여 플랜지부(14)의 둘레를 자유롭게 회전하도록 되어 있다.
액추에이터(1c)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 액추에이터(1c)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다.
액추에이터(1c)의 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42A)과 지지 부재(45)가 회전한다. 회전체(10)인 제 2 로터 브래킷(42A)도 볼 나사축(15)의 직동 방향의 이동에 맞춰 이동한다. 이 때문에, 실시형태 4에 관련된 액추에이터(1c)는, 직동 방향의 스트로크를 고려하고, 로터 코어(41)의 직동 방향의 길이(Lr)가 스테이터 코어(31)의 직동 방향의 길이(Ls)보다 길게 되어 있다. 이것에 의해, 로터 코어(41)가 직동 방향으로 이동하더라도, 회전을 계속할 수 있다.
실시형태 4에 관련된 액추에이터(1c)는, 제 3 베어링(61)과, 제 1 베어링(63)에 의해, 제 1 로터(50)와, 제 2 로터(40)의 회전을 지지할 수 있다. 이것에 의해, 실시형태 4에 관련된 액추에이터(1c)는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)와 비교하여 베어링을 줄임으로써, 부품 점수를 저감할 수 있어 제조 비용을 억제할 수 있다. 이 때문에, 실시형태 4에 관련된 액추에이터(1c)는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)와 비교하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 직동 방향의 스트로크를 고려하여, 리졸버 로터(73)의 직동 방향의 길이를 길게 해 두는 것이 보다 바람직하다.
(실시형태 5)
도 9는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 5의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 회전체(10)와, 제 2 로터(40)의 사이의 간극을 덮는 벨로우즈(85)를 제 2 로터(40)의 직경 방향 외측의 외주를 따라 장착하고 있다. 제 2 로터(40)의 제 2 로터 브래킷(42B)은, 내주측에 로터 코어(41)를 구비하도록 하고 있고, 제 2 로터 브래킷(42B)이 로터 코어(41)의 주위를 덮는 구조로 되어 있다. 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 로터 코어(41)는, 마그넷이 제 2 로터(40)의 내주 표면을 따라 부착되어, 복수 설치되어 있다.
도 4에 나타낸 직경 방향 외측의 티스(36)와 직경 방향 내측의 티스(38)에는, 도 9에 나타낸 여자 코일(32A, 32B)이 권회되어 있다. 예를 들면, 여자 코일(32B)은, 도 4에 나타낸 직경 방향 외측의 티스(36)에, 자속을 발생시킨다. 또한, 여자 코일(32A)은, 직경 방향 내측의 티스(38)에, 자속을 발생시킨다. 이 구조에 의해, 여자 코일(32)에 의해 생기는 직경 방향 외측의 티스(36)의 자속과, 직경 방향 내측의 티스(38)의 자속을 다르게 할 수 있다. 그 결과, 액추에이터(1d)는, 로터 코어(41), 로터 코어(51)에 각각 원하는 토크를 생기게 할 수 있다.
실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 액추에이터(1d)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 액추에이터(1d)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다.
이 때문에, 회전체(10)와, 제 2 로터(40)의 사이의 간극이 확대되는 경우가 있으나, 벨로우즈(85)는, 신축할 수 있으므로, 회전체(10)와, 제 2 로터(40)의 사이의 간극을 계속하여 덮을 수 있다. 이와 같이, 벨로우즈(85)는, 볼 나사축(15)이 직동 방향으로 이동하는 거리에 따라 신축할 수 있다. 그 결과, 실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 이물질의 혼입을 방지할 수 있기 때문에 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 예를 들면, 실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 방수(防水)가 요구되는 환경에서도 동작할 수 있다.
벨로우즈(85)는, 강성이 높은 소재 또는 두께가 있는 소재로 구성하면, 회전체(10)의 회전 방향의 이동을 규제할 수 있다. 이것에 의해, 액추에이터(1d)는 슬라이더(43) 및 리니어 부시(44)의 조합의 직동 안내 기구를 생략할 수 있다. 즉, 슬라이더(43) 및 리니어 부시(44)의 조합의 직동 안내 기구를 생략한 경우, 강성이 높은 벨로우즈(85)가 플레이트(11)의 회전 방향의 위치를 유지할 수 있다. 그리고, 강성이 높은 벨로우즈(85)는, 회전체(10)가 상술한 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내 기구로서, 제 2 로터(40)와 함께 회전한다. 이 때문에, 액추에이터(1d)의 내부의 공간을 유효하게 활용하여, 공간 절약화를 도모할 수 있다. 그 결과, 실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 부품 점수의 삭감과 신뢰성의 향상을 도모할 수 있다.
액추에이터(1d)의 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42B)과 지지 부재(45)가 회전한다. 이 때문에, 실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 지지 부재(45)와 하우징(20)의 하우징 베이스(21)의 사이의 간극을 슬라이딩 가능한 오일실(84)을 구비하고 있는 것이 보다 바람직하다.
또한, 회전체(10)의 플레이트(11)에 O링(81)을 개재하여 밀봉한 덮개(11A)를 설치하도록 해도 된다. 또한 제 2 로터 브래킷(42B)과 지지 부재(45)의 사이도 O링(83)을 개재하여 고정하는 것이 바람직하다. 또한, 하우징(20)은, 상술한 지지부(95)와, 하우징 베이스(21)의 하측면은, O링(82)을 개재하여, 밀봉되는 것이 보다 바람직하다. 실시형태 5에 관련된 액추에이터(1d)는, 부재 간의 경계에, O링(81, 82, 83)을 배치하여, 보다 방수 성능을 높일 수 있다.
(실시형태 6)
도 10은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 6의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 11은, 실시형태 6에 관련된 액추에이터의 동작을 설명하는 설명도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 6에 관련된 액추에이터(1e)는, 볼 나사축(15)과 연동하여 직동 방향으로 이동하는 회전체(10)가 없다.
액추에이터(1e)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 액추에이터(1e)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다.
그리고, 실시형태 6에 관련된 액추에이터(1e)는, 하우징(20)에 대하여 제 1 로터(50)의 회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 직동 방향으로, 볼 나사축(15)을 상대적으로 이동시킨다. 이 때문에, 볼 나사축(15)에 고정된 스토퍼부(16A)를 상술한 지지부(95)에 고정하는 경우, 하우징(20)이 볼 나사축(15)에 대하여, 직동 방향으로 이동할 수 있다.
액추에이터(1e)의 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)가 회전한다. 제 2 로터 브래킷(42)이, 볼 나사축(15)의 직동 방향의 이동에 맞춘 하우징(20)에 따라 이동한다. 액추에이터 장치(100)는, 본 실시형태에 있어서, 도 11에 나타낸 바와 같이, 너트(52)의 회전에 따라 하우징(20) 자체를 지면 쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위로 이동할 수 있다. 액추에이터 장치(100)는, 도 11에 나타낸 동작과는 반대로, 너트(52)의 역회전에 따라 하우징(20)을 지면 쪽의 면에 있어서 위에서부터 아래로 이동할 수 있다. 즉, 실시형태 6에 관련된 액추에이터(1e)는, 회전 운동을 직동 운동으로 변환함과 함께, 하우징(20)이 이동하는 직동 운동을 전달할 수 있다.
(실시형태 7)
도 12는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 7의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 13은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 7의 액추에이터의 회전체를 본 평면도이다. 도 14는, 실시형태 7에 관련된 액추에이터의 동작을 설명하는 설명도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 회전체(11B)와, 플랜지부(14)에 고정된 직동 부재(14A)를 포함한다. 회전체(11B)는, 제 2 로터 브래킷(42)에 고정되어 있다. 이 때문에, 제 2 로터(40)가 회전하는 경우, 회전체(11B)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전 운동한다.
도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 직동 부재(14A)는, 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 연장되는 막대 형상의 부재이다. 회전체(11B)에는, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로부터 보아, 직동 부재(14A)와 포개지는 위치에, 리니어 부시(44A)를 구비하고 있다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 예를 들면, 직동 부재(14A) 및 리니어 부시(44A)의 조합의 직동 안내 기구를 회전체(11B)의 둘레 방향에 4개 배열하고 있다. 직동 부재(14A)는, 회전 중심(Zr)과 다른 위치, 즉 회전 중심(Zr)의 직경 방향 외측에 배치되어 있다. 이 때문에, 회전체(11B)가 회전하는 경우, 연동하여 직동 부재(14A)도 회전한다.
실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)와 비교하여, 제 3 베어링(61)에 상당하는 베어링 장치를 생략하고 있다. 이 때문에, 예를 들면, 제 2 로터(40)의 회전 운동은, 회전체(11B), 직동 부재(14A) 및 리니어 부시(44A)의 조합의 직동 안내 기구, 볼 나사축(15) 및 너트(52)를 개재하여, 제 1 로터(50)로 전달되어 버린다. 즉, 회전체(11B)의 회전과, 직동 부재(14A)의 직동 방향의 이동 거리가 일정한 비율로 연동한다. 이 때문에, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)와, 제 1 로터(50)가 구동되는 조합에 의해, 4개의 회전 운동과 직동 운동의 조합에 의한 동작 모드로 회전체(11B) 및 직동 부재(14A)를 제어할 수 있다.
<제 1 동작 모드>
제 1 동작 모드는, 직동 부재(14A)가 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동하지만, 회전체(11B)는 회전 운동을 행하지 않는다. 이 경우, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)를 정지하고, 제 1 로터(50)를 회전시킨다. 제 1 로터(50)의 회전에 의해, 너트(52)가 회전한다. 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다. 그리고, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 볼 나사축(15)의 이동에 따라 플랜지부(14)가 직동 방향으로 이동한다. 그리고, 회전체(11B)가 제 2 로터 브래킷(42)에 고정되어 있으므로, 플랜지부(14)의 이동에 따라, 직동 부재(14A)가 회전체(11B)를 관통하여 돌출하는 길이를 바꾼다. 그리고, 액추에이터(1f)는, 제 1 로터(50)에 의한 직동 운동을 독립하여, 도 1에 나타낸 워크(97) 또는 적재대(96)의 부하체로 전달할 수 있다. 이와 같이, 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)의 구동을 정지하고, 제 1 로터(50)에 의한 직동 부재(14A)의 직동 운동을 독립하여 워크(97) 또는 적재대(96)의 부하체로 전달할 수 있다.
<제 2 동작 모드>
제 2 동작 모드는, 직동 부재(14A)가 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동하지 않고 정지한 상태가 되어, 회전체(11B)가 회전 운동을 행한다. 회전체(11B)가 회전하는 경우, 연동하여 직동 부재(14A)도 회전한다. 회전체(11B)의 회전에 따라, 볼 나사축(15)이 연동 회전된다. 이 경우, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)와 제 1 로터(50)를 각각 역방향의 동(同) 회전수의 회전이 되도록 구동한다. 이것에 의해, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 볼 나사축(15)이 너트(52)에 대하여, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)의 상대적인 위치를 바꾸지 않는다. 이 때문에, 직동 부재(14A)는, 회전체(11B)와 함께 회전하면서, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로, 직동 부재(14A)가 정지한 것처럼 할 수 있다. 그리고, 제 2 로터(40)의 회전이 볼 나사축(15)을 연동 회전하더라도, 볼 나사축(15)이 직동 방향의 임의의 위치에서 정지할 수 있다.
<제 3 동작 모드>
제 3 동작 모드는, 회전체(11B)가 회전 운동함과 함께, 회전체(11B)의 회전과 일정한 비율로 연동하는 이동 거리로, 직동 부재(14A)가 회전 중심(Zr)에 평행한 방향인 Z방향(직동 방향)으로 이동한다. 이 경우, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 1 로터(50)의 구동을 정지하고, 제 2 로터(40)를 회전한다. 제 2 로터(40)의 회전에 의해 회전체(11B)가 회전하는 경우, 연동하여 직동 부재(14A)도 회전한다. 그리고, 회전체(11B)의 회전에 따라, 볼 나사축(15)이 연동 회전된다.
액추에이터(1f)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 볼 나사축(15)이 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 일정한 비율로 직동 방향으로 이동한다. 제 3 동작 모드에서는, 볼 나사축(15)이 너트(52)에 대하여 회전하기 때문에, 너트(52)에 대하여 볼 나사축(15)이 직동 방향으로 이동한다. 그리고, 회전하고 있는 회전체(11B)가 제 2 로터 브래킷(42)에 고정되어 있으므로, 볼 나사축(15)과 연동하는 플랜지부(14)의 이동에 따라, 직동 부재(14A)가 회전체(11B)를 관통하여 돌출하는 길이를 바꾼다.
<제 4 동작 모드>
제 4 동작 모드는, 회전체(11B)가 회전 운동함과 함께, 회전체(11B)의 회전과는 연동하지 않는 비율의 이동 거리로, 직동 부재(14A)가 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동한다. 이 경우, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)와 제 1 로터(50)를 회전시키나, 각각의 회전수가 다르게 구동된다.
실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)와 제 1 로터(50)를 회전수가 다르게 구동하고, 제 2 로터(40)와 제 1 로터(50)의 회전수 차이에 의해 생기는 볼 나사축(15)과 너트(52)의 회전 차분을 볼 나사축(15)의 직동 방향으로의 직동 운동으로 할 수 있다. 그리고, 회전하고 있는 회전체(11B)가 제 2 로터 브래킷(42)에 고정되어 있으므로, 볼 나사축(15)과 연동하는 플랜지부(14)의 이동에 따라, 직동 부재(14A)가 회전체(11B)를 관통하여 돌출되는 길이를 바꾼다. 제 2 로터(40)의 회전이 볼 나사축(15)을 연동 회전하더라도, 볼 나사축(15)이 직동 방향의 임의의 속도로 이동하고, 상하할 수 있다.
액추에이터 장치(100)는, 상술한 제 1 동작 모드, 제 2 동작 모드, 제 3 동작 모드 및 제 4 동작 모드 중 어느 하나를 순서대로 전환함으로써, 회전체(11B)의 회전 운동과, 직동 부재(14A)의 직동 운동을 워크(97) 또는 적재대(96)의 부하체에 전달할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터 장치(100)는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 상술한 제 1 동작 모드, 제 3 동작 모드 및 제 4 동작 모드에 있어서, 직동 부재(14A)를 지면 쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위로 이동할 수 있다. 액추에이터 장치(100)는, 도 14에 나타낸 동작과는 반대로 상술한 제 1 동작 모드, 제 3 동작 모드 및 제 4 동작 모드에 있어서, 직동 부재(14A)를 지면 쪽의 면에 있어서 위에서부터 아래로 이동할 수 있다.
또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 직동 부재(14A)의 중심을 나타낸 축선(P11)은, 회전 중심(Zr)과 평행의 방향으로 연장되고 있다. 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)는, 직동 부재(14A)가 직동 안내축이 되고, 축선(P11)이 회전 중심(Zr)의 축선에 대하여 편심량(e11)으로 편심하고 있다. 볼 나사축(15)의 축선(회전 중심(Zr))과 직동 부재(14A)의 축선(P11)의 편심량(e11)은, 볼 나사축(15)의 반경보다 크다. 또한, 직동 부재(14A)는, 볼 나사축(15)의 축선(회전 중심(Zr))에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축이다. 너트(52)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(15)은, 회전 중심(Zr) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 부재(14A)가 리니어 부시(44A) 안을 통과 또는 슬라이딩함으로써 회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 Z방향의 직선 운동을 행한다.
액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)의 회전이 볼 나사축(15)을 회전시키는 경우, 제 1 로터(50)의 회전과 제 2 로터(40)의 회전을 역회전으로 하여 직동 방향의 볼 나사축(15)의 이동을 억제하면서, 제 2 로터(40)의 회전 운동을 회전체(11B)로 전달할 수 있다. 이상 설명한 바와 같이, 액추에이터(1f)는, 제 2 로터(40)의 회전이 볼 나사축(15)을 연동 회전하더라도, 볼 나사축(15)이 직동 방향의 임의의 위치에서 정지 또는 직동 방향의 임의의 속도로 상하 이동할 수 있다.
(실시형태 8)
도 15는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 8의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 8에 관련된 액추에이터(1g)는, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)와 비교하여, 볼 나사축(15)이 회전 중심(Zr)과 평행하게 뚫린 중공의 구멍부(13)를 구비하고 있다. 실시형태 8의 액추에이터(1g)에서는, 구멍부(13)는, 회전 중심(Zr)과 동축상의 플랜지부(14) 및 스토퍼부(16)에도 연장되어 있고, 관통 구멍으로 되어 있다. 이것에 의해, 실시형태 8에 관련된 액추에이터(1g)는, 중공의 구멍부(13)로, 배선 또는 배관을 통과시킬 수 있다.
플랜지부(14)는, 직경 방향 외측의 외주에, 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링(61)을 구비하고 있다. 회전체(10)의 플레이트(11)가 상승하는 경우, 플레이트(11)와 제 2 로터 브래킷(42)의 간격이 넓어져, 외부로부터 도래할 가능성이 있는 이물질로부터 제 3 베어링(61)을 보호하는 편이 나은 경우도 있다. 이 때문에, 실시형태 8의 액추에이터(1g)에서는 제 3 베어링(61)의 회전체(10)의 플레이트(11) 측에, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로부터 보아, 제 3 베어링(61)의 적어도 일부가 포개지는 위치에 커버(53a), 커버(42a)를 구비하고 있다.
커버(53a)는, 제 3 베어링(61)의 내륜 고정 부재(53A)로부터 연장되어 있다. 커버(53a)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 한 원고리 형상의 판 부재인 것이 바람직하다. 또한, 커버(42a)는, 제 2 로터 브래킷(42)의 외륜 고정부(42b)로부터 연장되어 있다. 커버(42a)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 한 원고리 형상의 판 부재인 것이 바람직하다. 실시형태 8에 관련된 액추에이터(1g)는, 커버(53a)와 커버(42a)중 어느 것이든 1개 있으면, 외부로부터 도래할 가능성이 있는 이물질로부터 제 3 베어링(61)을 보호할 수 있다. 또한, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로부터 보아, 커버(53a) 및 커버(42a)는, 커버(53a)와 커버(42a) 중 적어도 일부가 포개짐과 함께, 높이 위치(직동 방향의 위치)를 다르게 하여 서로 다르게 배치된 래버린스(labyrinth) 구조로 되어 있는 것이 보다 바람직하다.
(실시형태 9)
도 16은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 9의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 17은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 18은, 도 16에 나타낸 A-A 단면의 다른 예를 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 바와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 9에 관련된 액추에이터(1h)는, 직동 안내 기구(19)를 구비하고 있다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(16)의 외주는, 비(非)원형의 단면 형상, 예를 들면 직사각형이다. 이 스토퍼부(16)의 외주를 안내하기 위해, 직동 안내 기구(19)는, 스토퍼부(16)의 외주가 접촉하지 않는 크기로, 또한 스토퍼부(16)의 외주의 비원형의 단면 형상에 따른 소정의 클리어런스를 연 관통 구멍을 구비하고 있다. 직동 안내 기구(19)는, 상술한 볼 나사축(15)이 가령, 연동 회전이 생긴 경우에도, 스토퍼부(16)의 외주와, 직동 안내 기구(19)가 접촉하여, 볼 나사축(15)의 연동 회전을 억제할 수 있다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 다른 직동 안내 기구(19)는, 소위 볼 스플라인 구조여도 된다. 스토퍼부(16)의 외주와, 직동 안내 기구(19)의 사이에는, 볼(16a)을 개재하여 점 접촉하고 있다. 이 때문에 스토퍼부(16)는, 직동 방향의 마찰은 작지만, 회전 중심(Zr)을 중심으로 하여 회전하는 회전 방향은 규제되어 있다. 이 구조에 의해 실시형태 9에 관련된 액추에이터(1h)는, 볼 나사축(15)의 연동 회전을 억제할 수 있다.
(실시형태 10)
도 19는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 10의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 10에 관련된 액추에이터(1i)는, 직동 안내 기구(46)를 구비하고 있다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 직동 안내 기구(46)는, 아암부(47a, 47b, 47c, 47d)와, 회동부(48a, 48b, 48c, 48d, 48e)를 구비하고, 회전체(10)의 플레이트(11)가 제 2 로터 브래킷(42B)에 대하여 직동 방향으로 이동하는 거리에 따라, 신축하는 링크 기구이다. 이 링크 기구는, 볼 나사축(15)이 직동 방향으로 이동하는 거리에 따라 신축할 수 있다.
회동부(48a)는, 플레이트(11)의 제 2 로터 브래킷(42B) 측에 고정되어 있고, 아암부(47a)의 일단과 연결되어 있다. 회동부(48b)는, 아암부(47a)의 타단과 연결됨과 함께, 아암부(47b)의 일단과 연결되어 있다. 회동부(48c)는, 아암부(47b)의 타단과 연결됨과 함께, 아암부(47c)의 일단과 연결되어 있다. 회동부(48d)는, 아암부(47c)의 타단과 연결됨과 함께, 아암부(47d)의 일단과 연결되어 있다. 회동부(48e)는, 제 2 로터 브래킷(42B)의 플레이트(11) 측에 고정되어 있고, 아암부(47d)의 타단과 연결되어 있다. 그리고, 회동부(48a, 48b, 48c, 48d, 48e)는, 아암부(47a, 47b, 47c, 47d)의 단부를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지한다.
액추에이터(1i)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 액추에이터(1i)는, 볼 나사축(15)의 나사 홈과 너트(52)의 나사 홈이 나합되어 있다. 이 때문에, 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다. 그리고, 플레이트(11)와 함께 회동부(48a)도 볼 나사축(15)의 직동 방향의 이동에 맞춰 이동한다. 그 결과, 회전체(10)의 플레이트(11)와 제 2 로터 브래킷(42B)의 거리가 변화한다.
직동 안내 기구(46)는, 회전체(10)의 플레이트(11)와 제 2 로터 브래킷(42B)의 거리가 변화한 경우, 회동부(48a, 48b, 48c, 48d, 48e)를 지지점으로 하여 아암부(47a, 47b, 47c, 47d)의 위치가 변화하여, 신축된다.
또한, 액추에이터(1i)는, 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42B)과 지지 부재(45)가 회전한다.
또한, 직동 안내 기구(46)는, 회동부(48e)가 제 2 로터(40)의 제 2 로터 브래킷(42B)과 함께 회전함으로써 회전체(10)가 회전한다. 직동 안내 기구(46)는, 회전체(10)가 회전하면서 직동 방향으로 이동하더라도, 제 2 로터(40)의 회전을 회전체(10)로 전달할 수 있다.
또한, 직동 안내 기구(46)는, 상술한 실시형태에 있어서 설명하는, 슬라이더(43) 및 리니어 부시(44)의 조합의 직동 안내 기구를 생략할 수 있다. 이 때문에, 액추에이터(1i)의 내부 공간을 유효하게 활용하여, 공간 절약화를 도모할 수 있다. 또한, 액추에이터(1i)는, 리니어 부시(18) 및 슬라이더(17)의 조합의 직동 안내 기구를 직동 안내 기구(46)로 치환하여 구성해도 된다.
(실시형태 11)
도 20은, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 11의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 21은, 도 20에 나타낸 B-B 단면의 일례를 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 11에 관련된 액추에이터(1j)는, 직동 안내 기구(19)를 구비하고 있다. 도 20 및 도 20에 나타낸 바와 같이, 스토퍼부(16A)의 중심을 나타낸 축선(P10)은, 볼 나사축(15)의 축선인 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 연장되어 있다. 즉, 볼 나사축(15)의 축 방향(직동 방향)의 일방의 단부에 볼 나사축(15)의 축선인 회전 중심(Zr)에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 직동 안내축인, 스토퍼(16A)를 구비하고 있다. 스토퍼부(16A)의 외주는, 도 20에 나타낸 B-B 단면의 도 21에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 원형이다. 이 스토퍼부(16)의 외주를 안내하기 위해, 직동 안내 기구(19)는, 스토퍼부(16A)의 외주가 접촉하지 않는 크기로, 또한 스토퍼부(16A)의 외주에 따른 소정의 클리어런스를 연 관통 구멍을 구비하고 있다.
스토퍼부(16A)는 직동 안내축이 되고, 축선(P10)이 회전 중심(Zr)의 축선에 대하여 편심량(e10)으로 편심하고 있다. 너트(52)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(15)은, 회전 중심(Zr) 둘레의 회전이 억제되면서, 스토퍼부(16A)가 직동 안내 기구(19) 안을 통과 또는 슬라이딩함으로써 회전 중심(Zr)과 평행한 방향의 직선 운동을 행한다. 직동 안내 기구(19)는, 상술한 볼 나사축(15)이 가령, 연동 회전이 생긴 경우에도, 스토퍼부(16A)의 외주와, 직동 안내 기구(19)가 접촉하여, 볼 나사축(15)의 연동 회전을 억제할 수 있다. 또한, 직동 안내 기구(19)는, 리니어 부시어도 된다.
(실시형태 12)
도 22는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 12의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)의 구성에, 실시형태 11에 관련된 액추에이터(1j)의 스토퍼부(16A)를 구비하고 있다. 이 때문에, 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 실시형태 7에 관련된 액추에이터(1f)와 마찬가지로, 제 2 로터(40)와, 제 1 로터(50)가 구동되는 조합에 의해, 상술한 제 1 동작 모드, 제 2 동작 모드, 제 3 동작 모드 및 제 4 동작 모드인, 4개의 회전 운동과 직동 운동의 조합에 의한 동작 모드로 회전체(11B) 및 직동 부재(14A)를 제어할 수 있다.
직동 부재(14A)는, 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 연장되는 막대 형상의 부재이다. 회전체(11B)에는, 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로부터 보아, 직동 부재(14A)와 포개지는 위치에, 리니어 부시(44A)를 구비하고 있다. 도 13에 나타낸 액추에이터(1f)와 마찬가지로, 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 예를 들면, 직동 부재(14A) 및 리니어 부시(44A)의 조합의 직동 안내 기구를 회전체(11B)의 둘레 방향으로 4개 배열하고 있다. 직동 부재(14A)는, 회전 중심(Zr)과 다른 위치, 즉 회전 중심(Zr)의 직경 방향 외측에 배치되어 있다. 이 때문에, 회전체(11B)가 회전하는 경우, 연동하여 직동 부재(14A)도 회전한다.
직동 부재(14A)의 중심을 나타내는 축선(P11)은, 회전 중심(Zr)과 평행의 방향으로 연장되어 있다. 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 직동 부재(14A)가 직동 안내축이 되고, 축선(P11)이 회전 중심(Zr)의 축선에 대하여 편심량(e11)으로 편심하고 있다. 편심량(e11)은, 볼 나사축(15)의 반경보다 큰 값이다. 너트(52)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(15)은, 회전 중심(Zr) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 부재(14A)가 리니어 부시(44A) 안을 통과 또는 슬라이딩함으로써 회전 중심(Zr)과 평행한 방향인 Z방향의 직선 운동을 행한다.
그러나, 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 스토퍼부(16A)가 직동 안내축이 되고, B-B 단면의 도 21에 나타낸 바와 같이, 축선(P10)이 회전 중심(Zr)의 축선에 대하여 편심량(e10)으로 편심하고 있다. 즉, 액추에이터(1k)는, 볼 나사축(15)의 축 방향(직동 방향)의 각각의 양단부에 볼 나사축(15)의 축선인 회전 중심(Zr)에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축인, 스토퍼(16A) 및 직동 부재(14A)를 구비하고 있다. 너트(52)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(15)은, 회전 중심(Zr) 둘레의 회전이 억제되면서, 스토퍼부(16A)가 직동 안내 기구(19) 안을 통과 또는 슬라이딩함으로써 회전 중심(Zr)과 평행한 방향의 직선 운동을 행한다. 이 때문에, 스토퍼부(16A)가 직동 안내축이 되고, 직동 안내 기구(19)에 삽입된 경우에는, 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 직동 부재(14A)가 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)으로 이동하였으나, 회전체(11B)는 회전 운동을 행하지 않는 제 1 동작 모드로 동작이 규제된다. 실시형태 12에 관련된 액추에이터(1k)는, 스토퍼부(16A)의 직동 방향의 길이를 조정함으로써, 상술한 제 1 동작 모드, 제 2 동작 모드, 제 3 동작 모드 및 제 4 동작 모드 중, 스토퍼부(16A)가 직동 안내 기구(19)에 삽입된 경우에는 제 1 동작 모드로 동작을 규제할 수 있다.
(실시형태 13)
도 23은, 도 2에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
도 23에 나타낸 바와 같이, 제 1 로터(50)는, 회전 중심(Zr) 측에 볼 나사축(15)을 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 스테이터(30)는, 회전 중심(Zr) 측에 제 1 로터(50)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 제 2 로터(40)는, 회전 중심(Zr) 측에 스테이터(30)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다.
스테이터(30)의 스테이터 코어(스테이터 자극)(31)는, 상술한 회전 중심(Zr)을 중심으로 한 원주 방향으로 외측 티스(자극)(36), 내측 티스(자극)(38)가 등간격으로 나열되고, 백 요크(37)가 일체로 배치된다. 그리고, 스테이터 코어(31)는, 도 23에 나타낸 백 요크(37)의 볼트 고정 구멍(35H)에 삽입된 볼트 등의 고정 부재에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이 지지 부재(35)에 고정되며, 스테이터 코어(31)가 하우징 베이스(21)에 고정된다. 또한, 볼트 고정 구멍(35H)은, 백 요크(37)에 설치되며, 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 관통하는 관통 구멍이다.
이와 같이, 스테이터(30)는, 고리 형상의 백 요크(37)와, 백 요크(37)로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스(38)와, 백 요크(37)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스(36)를 포함한다. 백 요크(37)에는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 슬릿부(39A)를 구비하고 있다.
백 요크(37)는, 슬릿부(39A)에 의해, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크(37A)와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크(37B)로 구획되어 있다. 또한, 슬릿부(39A)는, 백 요크(37)의 직경 방향의 내측과 외측의 사이에 설치되어, 둘레 방향을 따라 연장되는 공극이다. 이 공극은, 백 요크(37)에 설치되어, 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 관통하는 관통 구멍이다.
이웃하는 슬릿부(39A)의 둘레 방향의 사이에는, 연결부(39B)가 있고, 연결부(39B)는, 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)를 연결하여 일체로 하고 있다. 연결부(39B)는, 둘레 방향으로 이웃하는 슬릿부(39A)의 사이에 설치되어 있다. 실시형태 13에 있어서, 연결부(39B)는, 슬릿부(39A)와 볼트 고정 구멍(35H)의 사이에 설치되어 있다. 스테이터(30)는, 이웃하는 슬릿부(39A)의 둘레 방향의 사이에 스테이터(30)를 고정하기 위한 관통 구멍인 볼트 고정 구멍(35H)을 구비하고 있으므로, 볼트 고정 구멍(35H)을 외측 티스(36)와 내측 티스(38)를 고정하기 위해 공용할 수 있다. 이 때문에, 스테이터(30)는, 백 요크(37)의 직경 방향의 두께를 억제할 수 있다. 그리고, 스테이터(30)를 소형화할 수 있기 때문에, 액추에이터(1)를 소형화할 수 있다. 또한, 볼트 고정 구멍(35H)이 이웃하는 슬릿부(39A)의 사이에 없는 경우, 연결부(39B)는, 이웃하는 슬릿부(39A)의 사이의 둘레 방향의 거리가 된다.
슬릿부(39A)의 공극은, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)의 사이에 위치하고 있다. 그리고, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)는, 직경 방향으로 슬릿부(39A)의 공극을 개재한 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)에 각각 접속하고 있다. 이 때문에, 슬릿부(39A)는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)가 슬릿부(39A)의 공극으로 분단되어 있다. 이 구조에 의해, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 외측 티스(36)와 내측 티스(38)는 슬릿부(39A)의 공극으로 자기적으로 분단된다. 이 때문에, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)가 서로 영향을 줄 가능성이 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
그리고, 슬릿부(39A)는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)에 이웃하는 내측 티스(38) 또는 외측 티스(36)의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있다. 이 구조에 의해, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)를 각각 여자하더라도 둘레 방향으로 연장되어 있는 공극으로 분단되어 있으므로, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)가 서로 영향을 줄 가능성이 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
슬릿부(39A)의 둘레 방향의 폭은, 연결부(39B)의 둘레 방향의 폭보다 길다. 이 구조에 의해, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)를 각각 여자하더라도 연결부(39B)의 둘레 방향의 폭이 좁으므로, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)가 서로 영향을 줄 가능성이 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
연결부(39B)의 둘레 방향의 폭은, 여자 코일(32A) 또는 여자 코일(32B)의 여자에 의해 발생하는 자속이 포화되는 길이로 되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이것에 의해, 스테이터(30)는, 연결부(39B)가 외측 티스(36)와 내측 티스(38)가 발생시키는 자속이 서로 간섭할 가능성을 억제한다. 그리고, 이 구조에 의해, 로터 코어(41), 로터 코어(51)로부터의 자속의 돌아 들어가는 것을 억제할 수 있다.
도 23에 나타낸 직경 방향 외측의 외측 티스(36)와 직경 방향 내측의 내측 티스(38)에는, 여자 코일(32A, 32B)이 권회되어 있다. 예를 들면, 여자 코일(32B)은, 직경 방향 외측의 외측 티스(36)에, 자속을 발생시킨다. 또한, 여자 코일(32A)은, 직경 방향 내측의 내측 티스(38)에, 자속을 발생시킨다. 또한, 예를 들면, 여자 코일(32B)은, 코일을 직접 감는 코일 직권(直卷) 방식으로 권회되어 있고, 여자 코일(32A)은, 미리 보빈에 감긴 코일을 내측 티스(38)에, 삽입하는 보빈 삽입 방식으로 권회되어 있다. 여자 코일(32A), 여자 코일(32B)이 권회되어 있는 방식은 동일해도 되고, 여자 코일(32B)이 코일 직권 방식으로 권회되어 있으며, 여자 코일(32A)이 보빈 삽입 방식으로 권회되어 있어도 된다. 이와 같이, 여자 코일(32A), 여자 코일(32B)이 권회되어 있는 방식은 묻지 않는다.
실시형태 13에 있어서, 여자 코일(32B)이 권회된 외측 티스(36)의 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 18슬롯(18개)이다. 그리고, 여자 코일(32A)이 권회된 내측 티스(38)의 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 12슬롯(12개)이다. 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 상술한 수로 한정하는 것은 아니고, 적당히, 적절한 수가 배치된다.
로터 코어(41)는, 내주부로 돌출하는 이빨부(41a)를 구비하고 있다. 로터 코어(51)는, 직경 방향 외측의 외주부로 돌출하는 이빨부(51a)를 구비하고 있다. 실시형태 13에 있어서는, 로터 코어(41)의 내주부의 둘레 방향에 60개의 이빨부(41a)가 구비되어 있다. 그리고, 로터 코어(51)의 외주부의 둘레 방향에 8개의 이빨부(51a)가 구비되어 있다. 이빨부(41a) 및 이빨부(51a)가 둘레 방향에 구비되는 수는, 상술한 수로 한정하는 것은 아니고, 적당히, 적절한 수가 배치된다. 또한, 직경 방향 외측의 티스(36)에도, 직경 방향 외측의 외주부로 돌출하는 이빨부(36a)를 구비하고 있어도 된다.
또한, 도 2에 나타낸 로터 코어(51)와 제 1 로터 브래킷(53)은, 도 23에 나타낸 볼트 고정 구멍(51H)에 삽입된 볼트 등의 고정 부재에 의해, 고정되어 있다. 그리고, 도 2에 나타낸 로터 코어(41)와 제 2 로터 브래킷(42)은, 도 23에 나타낸 볼트 고정 구멍(41H)에 삽입된 볼트 등의 고정 부재에 의해, 고정되어 있다.
로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, VR(Variable Reluctance) 형의 회전자로 불린다. 로터 코어(51)는, 회전의 위치에 따라, 릴럭턴스(자기 저항)가 변화하는 것을 이용하여, 여자 코일(32B)이 스테이터 코어(31)의 내측 티스(38)에 여자한 회전 자계에 동기하여 자기 저항이 최소가 되도록 회전한다. 또한, 로터 코어(41)는, 회전의 위치에 따라, 릴럭턴스(자기 저항)가 변화하는 것을 이용하여, 여자 코일(32A)이 스테이터 코어(31)의 외측 티스(36)에 여자한 회전 자계에 동기하여 자기 저항이 최소가 되도록 회전한다. 실시형태 13에 관련된 액추에이터(1)는, 예를 들면, 여자 코일(32A, 32B)을 여자시켜 얻어지는 회전 자계를 3상으로 하여, 구동하는 3상 베리어블 릴럭턴스 모터로 한다. 그리고, 실시형태 13에 관련된 액추에이터(1)는, 여자 코일(32A, 32B)을 여자시켜 얻어지는 회전 자계를 2상으로 해도 되고, 또는 5상으로 해도 되며, 상수(相數)에 한정되지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 스테이터(30)는, 고리 형상의 백 요크(37)와, 내측 티스(38)와, 외측 티스(36)를 포함한다. 고리 형상의 백 요크(37)는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부(39A)와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크(37A)와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크(37B)와, 이웃하는 슬릿부(39A)의 둘레 방향의 사이에 있어서 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)를 연결하는 연결부(39B)를 구비한다. 내측 티스(38)는, 내측 백 요크(37A)로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 복수 설치되며, 외측 티스(36)는, 외측 백 요크(37B)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 복수 설치되어 있다.
내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)의 사이에 공극을 설치함으로써, 자기 저항이 커져, 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)의 상호 자기 간섭의 영향이 억제된다. 그 결과, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)에 여자되는 자계의 상호 자기 간섭이 생길 가능성이 억제된다. 이 때문에, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터(50)와, 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터(40)를 독립하여 구동하는 경우, 외측 티스(36)와, 내측 티스(38)를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상술한 구성에 의해, 고리 형상의 백 요크(37), 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)는, 1개의 금형으로 제조할 수 있다. 이 때문에 스테이터(30)는, 금형 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해, 조립 비용을 억제할 수 있어, 스테이터(30)의 저비용화를 진행시킬 수 있다. 또한, 1개의 금형으로 제조할 수 있기 때문에, 타발 공수의 삭감도 가능하다.
상술한 구성에 의해, 슬릿부(39A)가 백 요크(37)를 중공 구조체로 하기 때문에, 스테이터를 경량화할 수 있다. 또한, 슬릿부(39A)가 여자 코일(32A, 32B)의 결선부 등의 수용부로서 이용할 수 있어, 결선부의 돌출부를 누를 수 있기 때문에, 액추에이터(1)를 소형화할 수 있다.
그리고, 액추에이터 장치(100)의 제어장치(90)는, CPU(91)로부터 AMP(92)에 구동 신호를 출력하고, AMP(92)로부터 액추에이터(1)에 구동 전류(Mi)가 공급된다. 액추에이터(1)는, 구동 전류(Mi)에 따라, 상술한 도 23에 나타낸 여자 코일(32A, 32B)을 독립 구동시킨다. 그 결과, 제어장치(90)는, 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지를 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지를 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 그리고, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 회전수 및 회전 방향과, 제 1 로터(50)의 회전수 및 회전 방향을, 서로 독립하여 제어할 수 있다.
(실시형태 14)
도 24는, 도 2에 나타낸 액추에이터에 있어서, 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 제 1 로터, 제 2 로터 및 스테이터를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
로터 코어(41c)는, 마그넷(41p)이 제 2 로터(40)의 로터 코어(41c)의 내주 표면을 따라 부착되어, 복수 설치되어 있다. 로터 코어(51)는, 마그넷(51p)이 제 1 로터(50)의 로터 코어(51c)의 직경 방향 외측의 외주 표면을 따라 부착되어, 복수 설치되어 있다. 마그넷은, 영구 자석이며, S극 및 N극이 로터 코어(41, 51)의 원주 방향으로 번갈아 등간격으로 배치된다. 본 실시형태에서는, 로터 코어(41)는, 소위 표면 접합 자석형의 모터 로터이나, 이 실시형태에 한정되지 않고, 적절히 변경할 수 있다. 예를 들면, 로터 코어(41)는, 마그넷(41p)이 제 2 로터(40)의 로터 코어(41c)의 내부에 매립되어, 복수 설치되어 있는 매립 자석형이어도 된다.
도 24에 나타낸 직경 방향 외측의 외측 티스(36)와 직경 방향 내측의 내측 티스(38)에는, 여자 코일(32A, 32B)이 권회되어 있다. 예를 들면, 여자 코일(32B)은, 직경 방향 외측의 외측 티스(36)에, 자속을 발생시킨다. 또한, 여자 코일(32A)은, 직경 방향 내측의 내측 티스(38)에, 자속을 발생시킨다.
실시형태 14에 있어서, 여자 코일(32B)이 권회된 외측 티스(36)의 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 18슬롯(18개)이다. 그리고, 여자 코일(32A)이 권회된 내측 티스(38)의 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 12슬롯(12개)이다. 스테이터 슬롯의 둘레 방향의 수는, 상술한 수로 한정되는 것은 아니고, 적당히, 적절한 수가 배치된다.
여자 코일(32A)은, 3상 여자하기 위해 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)을 포함한다. 본 실시형태의 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)은, 소위 Y결선으로 되어 있다. 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)은, 델타 결선으로 되어도 된다. 그리고, 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)에는, 각각 120도 위상이 어긋난 구동 신호가 AMP(92)로부터 출력되어, U상 코일, V상 코일, W상 코일로서 기능한다.
마찬가지로, 여자 코일(32B)은, 3상 여자하기 위해 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)을 포함한다. 본 실시형태의 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)은, 소위 Y결선으로 되어 있다. 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)은, 델타 결선으로 되어도 된다. 그리고, 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)에는, 각각 120도 위상이 어긋난 구동 신호가 AMP(92)로부터 출력되어, U상 코일, V상 코일, W상 코일로서 기능한다.
실시형태 14에 있어서, 여자 코일(32BU)이 권회된 외측 티스(36)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 3슬롯(3개) 나열되어 있다. 또한, 여자 코일(32BV)이 권회된 외측 티스(36)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 3슬롯(3개) 나열되어 있다. 또한, 여자 코일(32BW)이 권회된 외측 티스(36)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 3슬롯(3개) 나열되어 있다. 그리고, 각 3슬롯 마다의 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)은, 예를 들면 둘레 방향이고 또한 시계 방향으로 순차 배치되어 있다.
여자 코일(32AU)이 권회된 내측 티스(38)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 2슬롯(2개) 나열되어 있다. 또한, 여자 코일(32AV)이 권회된 내측 티스(38)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 2슬롯(2개) 나열되어 있다. 또한, 여자 코일(32AW)이 권회된 내측 티스(38)는, 스테이터 슬롯의 둘레 방향으로 2슬롯(2개) 나열되어 있다. 그리고, 각 2슬롯 마다의 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)은, 예를 들면 둘레 방향이고 또한 시계 방향으로 순차 배치되어 있다.
연결부(39B)는, 둘레 방향으로 배치되어 있는 3슬롯 마다의, 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)의 사이에, 둘레 방향으로 균등하게 설치되어 있다. 이 때문에, 연결부(39B)는, 둘레 방향으로 배치되어 있는 3슬롯 마다의, 여자 코일(32BU), 여자 코일(32BV), 여자 코일(32BW)에 대하여, 둘레 방향과 동일한 관계가 되도록 균등하게 설치되어 있다. 연결부(39B)는, 둘레 방향으로 배치되어 있는 2슬롯 마다의, 여자 코일(32AU), 여자 코일(32AV), 여자 코일(32AW)에 대하여, 둘레 방향과 동일한 관계가 되도록 균등하게 설치되어 있다. 이상의 구조에 의해, 연결부(39B)는, 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)가 각각 여자되는 U상, V상, W상 중, 어떤 특정상으로 자기 간섭하는 것이 억제된다. 이 때문에, 스테이터(30)는, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
실시형태 14에 있어서는, 로터 코어(41)의 내주부의 둘레 방향으로 20개의 마그넷(41p)이 구비되고, 극수(極數)는 20이다. 그리고, 로터 코어(51)의 외주부의 둘레 방향에 10개의 마그넷(51p)이 구비되고, 극수는 10극이다. 마그넷(41p) 및 마그넷(51p)이 둘레 방향에 구비되는 극수는, 상술한 수로 한정되는 것은 아니고, 적당히, 적절한 수가 배치된다.
이와 같은 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, PM(Permanent Magnet)형의 회전자로 불린다. 로터 코어(51)는, 여자 코일(32A)이 스테이터 코어(31)의 내측 티스(38)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다. 또한, 로터 코어(41)는, 여자 코일(32B)이 스테이터 코어(31)의 외측 티스(36)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다.
그리고, 액추에이터 장치(100)의 제어장치(90)는, CPU(91)로부터 AMP(92)에 구동 신호를 출력하고, AMP(92)로부터 액추에이터(1)에 구동 전류(Mi)가 공급된다. 액추에이터(1)는, 구동 전류(Mi)에 따라, 상술한 도 24에 나타낸 여자 코일(32A, 32B)을 독립 구동시킨다. 그 결과, 제어장치(90)는, 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지를 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 마찬가지로, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지를 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 그리고, 제어장치(90)는, 제 2 로터(40)의 회전수 및 회전 방향과, 제 1 로터(50)의 회전수 및 회전 방향을, 서로 독립하여 제어할 수 있다.
또한, 상술한 여자 코일(32A)은, 복수의 코일 회로를 포함하고, 각각의 코일 회로를 구동하는 타이밍을 펄스 구동에 의해 바꾸도록 해도 된다. 또한, 상술한 여자 코일(32B)은, 복수의 코일 회로를 포함하고, 각각의 코일 회로를 구동하는 타이밍을 펄스 구동에 의해 바꾸도록 해도 된다. 이것에 의해, 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 여자 코일(32A, 32B)이 펄스 구동되고, 이 펄스 구동에 동기하여 독립하여 회전하는, 소위 스테핑 모터가 내측과 외측에 배열된 상태가 된다. 그리고, 상술한 제어장치(90)는, 구동 전류(Mi)의 펄스를 제어함으로써, 제 1 로터(50)의 구동 또는 정지를 제 2 로터(40)의 구동 또는 정지와 독립하여 제어할 수 있다. 그 결과, 액추에이터(1)는, 각도 검출기(71, 74)를 구비하지 않더라도, 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 위치 결정을 할 수 있다. 그리고, 액추에이터(1)는, 부품 점수의 삭감에 의해 공간 절약을 도모하여, 비용을 저감할 수 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 부품 점수의 삭감에 의해 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 실시형태 13 또는 실시형태 14에 기재된 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)를 조합시켜도 된다. 예를 들면, 로터 코어(41)가 VR형의 회전자이고, 로터 코어(51)가 PM형의 회전자여도 된다. 또는, 로터 코어(51)가 VR형의 회전자이고, 로터 코어(41)가 PM형의 회전자여도 된다. 이들의 구조에 의해서도 로터 코어(51)는, 여자 코일(32A)이 스테이터 코어(31)의 내측 티스(38)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다. 또한, 로터 코어(41)는, 여자 코일(32B)이 스테이터 코어(31)의 외측 티스(36)에 여자된 회전 자계에 따라 회전한다.
(실시형태 15)
도 25는, 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 15의 모터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
실시형태 15에 관련된 모터(1A)는, 제 1 로터(50)의 회전 운동과 제 2 로터(40)의 회전 운동을 전달할 수 있는, 소위 더블 로터 모터이다. 모터(1A)는, 하우징(20)의 하우징 베이스(21)가, 도 1에 나타낸 지지부(95)에 고정되어 있다. 모터(1A)는, 상술한 볼 나사축(15) 및 너트(52)를 구비하고 있지 않다.
제 1 로터(50)는, 로터 코어(51)와, 제 1 로터 브래킷(53)과, 고정 부재(54)를 포함한다. 고정 부재(54)는, 제 1 로터 브래킷(53)의 일방의 개구 단부를 폐색하는 대략 원판 형상의 부재이며, 제 1 로터 브래킷(53)과, 중심 회전체(52A)를 연결하고 있다. 중심 회전체(52A)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전 가능하게 제 1 베어링(63)에 지지되어 있다. 그리고, 실시형태 15에 관련된 모터(1A)는, 중심 회전체(52A)에 동축으로 고정된 플레이트(111)를 제 2 회전체(101)로서 구비하고 있다.
모터(1A)는, 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 중심 회전체(52A)도 회전한다. 모터(1A)는, 중심 회전체(52A)가 회전하면, 제 2 회전체(101)의 플레이트(111)도 회전한다.
상술한 액추에이터(1)와 마찬가지로, 모터(1A)는, 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)가 회전한다. 모터(1A)는, 제 1 베어링(63)과 제 2 베어링(62)에 회전 중심(Zr)에 평행한 방향(직동 방향)과 평행한 방향의 예압을 가하는 예압 기구를 더 포함한다. 예압 기구는, 자성체(64)와, 자석(65)을 포함한다. 자성체(64)는, 예를 들면 전자 연철이다. 또한, 자성체(64)를 자석으로 해도 된다. 예압 기구는, 자석(65)의 하우징 베이스(21)의 외주단을 따라 배치되며, 자성체(64)가 자석(65)의 직동 방향에 대향하도록, 지지 부재(45)에 장착되어 있다.
예압 기구는, 자석(65)에 자성체(64)가 끌어 당겨짐으로써, 제 1 베어링(63)과 제 2 베어링(62)에 직동 방향과 평행한 방향의 예압을 가한다. 이것에 의해, 안정적으로 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)를 지지할 수 있다. 또한, 단품으로는 예압 구조를 취할 수 없고, 제 1 베어링(63) 및 제 2 베어링(62)에 단순한 단열 베어링을 사용할 수 있다.
이상 설명한 모터(1A)는, 상술한 실시형태 13 및 실시형태 14에 기재한 스테이터(30), 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)를 구비하고 있다. 도 23 또는 도 24에 나타낸 바와 같이, 스테이터(30)는, 고리 형상의 백 요크(37)와, 내측 티스(38)와, 외측 티스(36)를 포함한다. 고리 형상의 백 요크(37)는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부(39A)와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크(37A)와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크(37B)와, 이웃하는 슬릿부(39A)의 둘레 방향의 사이에 있어서 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)를 연결하는 연결부(39B)를 구비한다. 내측 티스(38)는, 내측 백 요크(37A)로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 복수 설치되며, 외측 티스(36)는, 외측 백 요크(37B)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 복수 설치되어 있다.
내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)의 사이에 공극을 설치함으로써, 자기 저항이 커져, 내측 백 요크(37A)와 외측 백 요크(37B)의 상호 자기 간섭의 영향이 억제된다. 그 결과, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)에 여자되는 자계의 상호 자기 간섭이 생길 가능성이 억제된다. 이 때문에, 직경 방향 내측에 배치되어 상대 회전하는 제 1 로터(50)와, 직경 방향 외측에 배치되어 상대 회전하는 제 2 로터(40)를 독립하여 구동하는 경우, 외측 티스(36)와, 내측 티스(38)를 각각 여자하더라도 서로 영향을 줄 가능성은 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
상술한 구성에 의해, 고리 형상의 백 요크(37), 내측 티스(38) 및 외측 티스(36)는, 1개의 금형으로 제조할 수 있다. 이 때문에 스테이터(30)는, 금형 비용을 저감할 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해, 조립 비용을 억제할 수 있어, 스테이터(30)의 저비용화를 진행시킬 수 있다. 또한, 1개의 금형으로 제조할 수 있기 때문에, 타발 공수의 삭감도 가능하다.
상술한 구성에 의해, 슬릿부(39A)가 백 요크(37)를 중공 구조체로 하기 때문에, 스테이터를 경량화할 수 있다. 또한, 슬릿부(39A)가 여자 코일(32A, 32B)의 결선부 등의 수용부로서 이용할 수 있어, 결선부의 돌출부를 누를 수 있기 때문에, 모터(1A)를 소형화할 수 있다.
(실시형태 16)
도 26은, 제 1 로터의 회전 중심 및 제 2 로터의 회전 중심을 포함하는 가상 평면으로 실시형태 16의 액추에이터의 구성을 잘라 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 27은, 회전 중심과 평행한 방향으로부터 실시형태 16의 액추에이터의 회전체를 본 평면을 모식적으로 나타낸 모식도이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 바와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다.
도 2에 나타낸 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)에서는, 상술한 바와 같이, 슬라이더(43)를 포함하고, 회전체(10)의 직동 방향의 이동을 안내하는 제 1 직동 안내 기구는, 제 2 로터(40)와 함께 회전한다. 또한, 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)는, 슬라이더(17) 및 리니어 부시(18)의 조합의 제 2 직동 안내 기구를 구비하고, 제 1 직동 안내 기구와 제 2 직동 안내 기구는, 직동 방향에 있어서 스테이터(30)를 사이에 둔 위치에 배치되어 있다. 볼 나사축(15A)의 직동 방향의 이동 길이는, 제 1 직동 안내 기구 및 제 2 직동 안내 기구가 허용하는 길이로 규제된다. 이 때문에, 볼 나사축(15A)의 직동 방향의 이동 길이를 길게 하는 경우, 제 1 직동 안내 기구 및 제 2 직동 안내 기구의 양방의 안내하는 거리를 길게 할 필요가 있어, 액추에이터(1)의 직동 방향의 크기가 커져 버린다. 그래서, 제 2 직동 안내 기구를 생략한 경우, 액추에이터(1)는, 회전체(10)의 플레이트(11)의 회전에 따른 볼 나사축(15A)의 회전을 억제할 필요가 있다.
도 26에 나타낸 바와 같이 실시형태 16에 관련된 액추에이터(1l)는, 제 1 로터(50)가 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전하고, 제 2 로터(40)가 회전 중심(Zr)과 평행이며 또한 회전 중심(Zr)과는 다른 위치에 있는 회전 중심(ZR)을 중심으로 회전한다. 이와 같이, 액추에이터(1l)는, 스테이터(30)에 대하여 회전 가능하게 배치된 2개의 회전자인 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 회전 중심이 동축이 아닌, 제 2 로터(40)의 회전 중심(ZR)이 회전 중심(Zr)에 대하여 편심하고 있다.
제 1 로터(50)에 고정되어 볼 나사축(15A)과 나합하는 너트(52)는, 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전한다. 또한, 볼 나사축(15A)은, 회전 중심(Zr)과 평행하게 뚫린 중공의 구멍부(13)를 구비하고 있다. 구멍부(13)는, 회전 중심(Zr)과 평행한 방향으로 연장되어 있고, 관통 구멍으로 되어 있다. 이것에 의해, 실시형태 16에 관련된 액추에이터(1l)는, 중공의 구멍부(13)에, 배선 또는 배관을 통과시킬 수 있다.
볼 나사축(15A)은, 직동 방향의 단부 근방에 볼 나사축(15A)의 플랜지부로 이루어지는 직동 전달 부재(14B)가 고리 형상의 고정 부재(14C)로 고정되어 있다. 이 때문에, 볼 나사축(15A)이 직동 방향으로 이동하는 경우, 볼 나사축(15A)과 함께 직동 전달 부재(14B)도 이동한다. 직동 전달 부재(14B)는, 원반 형상의 판 부재이며, 볼 나사축(15A)이 직동 전달 부재(14B)를 관통하고 있다. 도 27에 나타낸 바와 같이, 직동 전달 부재(14B)의 직경 방향 외측의 외주는, 원형이다. 그리고, 직동 전달 부재(14B)의 직경 방향 외측의 외주의 중심은, 제 2 로터(40)의 회전 중심(ZR)과 일치한다. 직동 전달 부재(14B)는, 직경 방향 외측의 외주에, 플레이트(11)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링(61)을 구비하고 있다.
도 26에 나타낸 바와 같이, 회전체(10)는, 플레이트(11)의 직경 방향 외주에, 로터 코어(41) 및 제 2 로터 브래킷(42)보다 큰 반경의 원통 형상의 부재인 외통 부재(112)를 구비하고 있다. 외통 부재(112)는, 플레이트(11)의 외연을 따라 일단이 고정된 원통부(113)와, 원통부(113)의 내주측에 고정되고, 또한 둘레 방향으로 복수 배열된 직동 방향으로 연장되는 안내 레일(114)을 구비하고 있다. 안내 레일(114)은, 예를 들면 둘레 방향으로 균등하게 4개 배열되어 있다. 안내 레일(114)의 둘레 방향의 수는, 상술한 수로 한정되는 것은 아니고, 적당히, 적절한 수가 배치된다.
제 2 로터(40)는, 로터 코어(41)와, 로터 코어(41)의 직경 방향 외측을 덮는 원통 형상의 부재인 내통 부재(115)를 포함한다. 내통 부재(115)는, 제 2 로터 브래킷(42)과, 각도 검출기(71)의 리졸버 로터(73)를 지지하는 지지 부재(45)를 포함한다. 지지 부재(45)는, 제 2 로터 브래킷(42)과 일체로 되어 있고, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 제 2 로터 브래킷(42)과 지지 부재(45)가 회전한다. 또한, 지지 부재(45)는, 제 2 로터 브래킷(42)과는 별체의 부재이며, 연결되어 있어도 된다. 내통 부재(115)의 직경 방향 외측의 외주에는, 안내 레일(114)을 슬라이딩하는 슬라이더(116A, 116B)가 고정되어 있다. 슬라이더(116A, 116B)는, 둘레 방향으로 복수 배열된 안내 레일(114)의 수와 동일한 수만큼 둘레 방향으로 복수 배열되어 있다.
상술한 안내 레일(114)은, 한 쌍의 측면에 레일 길이 방향을 따른 볼 전동(轉動)용 궤도홈을 구비하고 있다. 안내 레일(114)에 걸치도록 장착된 U자 형상의 슬라이더(116A, 116B)는, 안내 레일(114)의 볼 전동용 궤도홈과 대향하는, 볼 전동용 궤도홈을 구비하고 있다. 슬라이더(116A, 116B)는, 슬라이더(116A, 116B)를 레일 길이 방향으로 관통하는 볼 귀환용 천통 구멍 및 슬라이더의 단면에 고정된 엔드 캡에 설치된 반 원호 형상의 볼 통로를 포함하는 무한 순환로에 다수의 볼을 구비하고, 안내 레일(114) 및 슬라이더(116A, 116B)의 볼 회전용 궤도홈 간의 전동로로 유통시키는 다수의 볼을 순환시키고 있다. 이것에 의해, 슬라이더(116A, 116B)는, 안내 레일(114)의 레일 길이 방향으로 자유롭게 이동할 수 있다.
슬라이더(116A, 116B) 및 안내 레일(114)은, 직동 안내 기구이며, 안내 레일(114)에 힘이 가해져 슬라이더(116A, 116B)를 중심으로 회전 모멘트가 가해지더라도, 슬라이더(116A, 116B)가 안내 레일(114)을 지지한다. 이 때문에, 외통 부재(112)가 내통 부재(115)에 대하여 상대적으로 이동한 경우, 회전체(10)의 강성이 높아, 이동의 동작을 안정시킬 수 있다. 또한, 실시형태 16의 직동 안내 기구는, 외통 부재(112)에 안내 레일(114)을 구비하고, 내통 부재(115)에 슬라이더(116A, 116B)를 구비하고 있으나, 외통 부재(112)에 슬라이더(116A, 116B)를 구비하고, 내통 부재(115)에 안내 레일(114)을 구비해도 된다.
슬라이더(116A, 116B)는, 동일한 안내 레일(114)에 어느 것이든 1개 장착되어 있어도 된다. 슬라이더(116A, 116B)와 같이, 슬라이더가 동일한 안내 레일(114)에 복수 장착되어 있는 경우, 슬라이더(116A, 116B)는, 직동 방향과 다른 위치에 배치되어, 안내 레일(114)에 가해지는 모멘트를 분산시켜 받아낼 수 있다. 이 때문에, 외통 부재(112)가 내통 부재(115)에 대하여 상대적으로 이동한 경우의 회전체(10)의 강성을 높여, 이동의 동작을 안정시킬 수 있다.
하우징 인너(22)에는, 스테이터(30)를 고정하는 지지 부재(35)가 접속되어 있다. 그리고, 하우징 베이스(21)는, 하우징 인너(22) 및 지지 부재(35)를 개재하여 스테이터(30)를 고정하고 있다. 또한, 지지 부재(35)의 직경 방향 내측의 벽면에는, 하우징(20)에 대하여 제 1 로터(50) 및 제 1 로터 브래킷(53)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링(63)을 고정하고 있다. 또는, 하우징 인너(22)의 직경 방향 내측의 벽면에, 제 1 베어링(63)이 고정되어 있어도 된다. 또한, 제 1 베어링(63)은, 배면 조합의 제 1 베어링(63A, 63B)으로 구성되어 있다.
지지 부재(35)의 직경 방향 외측의 벽면에는, 하우징(20)에 대하여 내통 부재(115) 및 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링(62)을 고정하고 있다. 또는, 하우징 인너(22)의 직경 방향 외측의 벽면에, 제 2 베어링(62)이 고정되어 있어도 된다. 이와 같이, 액추에이터(1l)는, 하우징(20)에 대하여 제 1 로터(50)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링(63)과, 하우징(20)에 대하여 제 2 로터(40)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링(62)을 포함한다. 그리고, 제 2 베어링(62)은, 상술한 실시형태 1의 액추에이터(1)와 달리, 제 1 로터 브래킷(53)을 지지하고 있지 않다. 이 때문에, 제 2 로터(40)가 회전 개시한 경우, 제 2 로터(40)로부터 받은 반력이 제 2 베어링(62)의 기동 마찰 토크로서 제 1 로터 브래킷(53)에 작용하여, 의도하지 않은 제 1 로터(50)의 회전을 일으킬 가능성을 억제할 수 있다.
또한 제 1 베어링(63B) 및 제 2 베어링(62)은, 액추에이터(1l)의 구성을 회전 중심(Zr)(회전 중심(ZR))에 직교하는 가상 평면으로 자른 동일 평면에 있다. 이 때문에, 제 1 로터(50) 및 제 1 로터 브래킷(53)을 지지하는 위치와, 내통 부재(115) 및 제 2 로터(40)를 지지하는 위치의 차이가 저감되어, 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)의 회전을 안정시킬 수 있다.
<스테이터>
도 28은, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 24와 마찬가지로, 제 1 로터(50)는, 회전 중심(Zr) 측에 볼 나사축(15A)을 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 스테이터(30)는, 회전 중심(Zr) 측에 제 1 로터(50)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다. 또한, 제 2 로터(40)는, 회전 중심(Zr) 측에 스테이터(30)를 포위하도록 통 형상으로 설치된다.
상술한 바와 같이, 액추에이터(1l)는, 제 1 로터(50)가 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전하고, 제 2 로터(40)가 회전 중심(Zr)과 평행이며 또한 회전 중심(Zr)과는 다른 회전 중심(ZR)을 중심으로 회전한다. 이 때문에, 스테이터(30)의 스테이터 코어(31)는, 외측 티스(36)의 직경 방향 최외측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 외주 원호(OT)의 중심을, 회전 중심(ZR)과 일치시키고 있다. 또한, 스테이터 코어(31)는, 내측 티스(38)의 직경 방향 최내측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 내주 원호(IT)의 중심을, 회전 중심(Zr)과 일치시키고 있다. 도 28에 나타낸 스테이터 코어(31)는, 고리 형상의 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH)을 일정하게 하여, 백 요크(37)로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스(38)의 돌출 길이를 동일한 IH로 한다. 또한, 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭(SH)도, 둘레 방향으로 설치된 슬릿부(39A)에 있어서 동일하다. 그리고, 스테이터 코어(31)는, 백 요크(37)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스(36)의 돌출 길이를, 외주 원호(OT)의 중심이 회전 중심(ZR)과 일치하도록 바꾸어, 다르게 하고 있다.
도 28에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(1l)의 구성을 회전 중심(Zr)에 직교하는 가상 평면에서 보아, 회전 중심(Zr)과 회전 중심(ZR)을 연결하는 가상 직선상의 외측 티스(36)의 돌출 길이(OH1)와, 외측 티스(36)의 돌출 길이(OH2)는, 길이가 다르다. 외측 티스(36)의 돌출 길이(OH1)는, 외측 티스(36)의 돌출 길이 중 둘레 방향에서 최소의 길이가 된다. 또한, 외측 티스(36)의 돌출 길이(OH2)는, 외측 티스(36)의 돌출 길이 중 둘레 방향에서 최대의 길이가 된다. 이 구조에 의해, 스테이터 코어(31)는, 외주 원호(OT)의 중심과 내주 원호(IT)의 중심을 편심시킨다. 그리고, 제 1 로터(50)의 회전 중심과 제 2 로터(40)의 회전 중심이 평행이며 또한 다른 위치가 되고, 액추에이터(1l)는, 제 2 로터(40)의 회전에 따른 나사축의 연동 회전을 억제할 수 있다.
변형예로서, 스테이터 코어(31)는, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스(36)의 돌출 길이를 동일하게 하고, 외주 원호(OT)의 중심을, 회전 중심(Zr)과 일치시켜도 된다. 이 변형예의 경우, 백 요크(37)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스(38)의 돌출 길이를, 내주 원호(IT)의 중심이 회전 중심(ZR)과 일치하도록 바꾸고, 외주 원호(OT)의 중심과 내주 원호(IT)의 중심을 편심시켜도 된다. 이 구조에 의해, 액추에이터(1l)는, 제 1 로터(50)가 회전 중심(ZR)을 중심으로 회전하고, 제 2 로터(40)가 회전 중심(Zr)을 중심으로 회전한다.
도 29는, 도 26에 나타낸 액추에이터의 구성을 회전 중심에 직교하는 가상 평면으로 잘라 스테이터의 다른 예를 모식적으로 나타낸 단면도이다. 도 29에 나타낸 스테이터 코어(31)는, 고리 형상의 백 요크(37)의 직경 방향 외측의 외주측 원호(37OB)의 중심을 회전 중심(ZR)과 일치시키고, 백 요크(37)의 직경 방향 내측의 내주측 원호(37IB)의 중심을 회전 중심(Zr)과 일치시키고, 백 요크(37)의 직경방향의 폭을 둘레 방향으로 바꾼다. 액추에이터(1l)의 구성을 회전 중심(Zr)에 직교하는 가상 평면에서 보아, 회전 중심(Zr)과 회전 중심(ZR)을 연결하는 가상 직선상의 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH1)과, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH2)은, 길이가 다르다. 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH1)은, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭 중 둘레 방향에서 최소의 폭이 된다. 또한, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH2)은, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭 중 둘레 방향에서 최대의 폭이 된다.
슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭은, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭의 크기에 따라, 커진다. 예를 들면, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH1)에 포함되는 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭(SH1)은, 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭 중 둘레 방향에서 최소의 폭이 된다. 마찬가지로, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭(BH2)에 포함되는 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭(SH2)은, 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭 중 둘레 방향에서 최대의 폭이 된다. 슬릿부(39A)의 직경 방향의 폭이, 백 요크(37)의 직경 방향의 폭의 크기에 따라 바뀌기 때문에, 백 요크(37)의 둘레 방향의 자속의 분포를 균일하게 할 수 있다. 이 구조에 의해, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 외측 티스(36)와 내측 티스(38)는 슬릿부(39A)의 공극으로 자기적으로 분단된다. 그리고, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 슬릿부(39A)의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크는, 각각 둘레 방향에 동일한 직경 방향의 폭이 되도록 슬릿부(39A)의 공극으로 자기적으로 분단된다. 이 때문에, 외측 티스(36)와 내측 티스(38)가 서로 영향을 줄 가능성이 저감되어, 제 1 로터(50)의 회전 정밀도 및 제 2 로터(40)의 회전 정밀도를 높일 수 있다.
스테이터 코어(31)는, 백 요크(37)로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스(38)의 돌출 길이를 동일한 IH로 한다. 그리고, 스테이터 코어(31)는, 백 요크(37)로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스(36)의 돌출 길이를, 동일한 OH로 한다. 이 때문에, 외주 원호(OT)는, 반경이 외주측 원호(37OB)보다 크고, 외주측 원호(37OB) 및 외주 원호(OT)의 중심이 회전 중심(ZR)과 일치한다. 또한, 내주 원호(IT)는, 반경이 내주측 원호(37IB)보다 작고, 내주측 원호(37IB) 및 내주 원호(IT)의 중심이 회전 중심(Zr)과 일치한다. 이 구조에 의해, 스테이터 코어(31)는, 외주 원호(OT)의 중심과 내주 원호(IT)의 중심을 편심시킨다. 그리고, 제 1 로터(50)의 회전 중심과 제 2 로터(40)의 회전 중심이 평행이며 또한 다른 위치가 되고, 액추에이터(1l)는, 제 2 로터(40)의 회전에 따른 나사축의 연동 회전을 억제할 수 있다.
다음으로, 도 1, 도 26, 도 27 및 도 30을 이용하여 액추에이터 장치(100) 및 액추에이터(1)에 대하여 설명한다. 도 30은, 실시형태 16에 관련된 액추에이터의 동작을 설명하는 설명도이다. 도 1에 나타낸 액추에이터 장치(100)의 제어장치(90)는, 스테이터(30)의 여자 코일(32)에 예를 들면 교류를 인가하고, 여자 코일(32)에 인가하는 전압을 소정의 주기로 전환함으로써, 스테이터(30)에 대하여 제 1 로터(50) 및 제 2 로터(40)가 회전하는 구동력을 발생시킨다.
액추에이터(1l)의 제 1 로터(50)가 회전하면 제 1 로터 브래킷(53)에 고정되어 있는 너트(52)도 회전한다. 너트(52)가 회전하면, 볼 나사축(15A)의 나사 홈이 너트(52)의 나사 홈을 따라 직동 방향으로 이동한다. 이것에 의해, 볼 나사축(15A)은, 너트(52)가 회전함으로써, 너트(52)에 대하여 상대적으로 직동 방향으로 이동한다. 도 26 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 액추에이터(1l)는, 너트(52)의 회전에 따라 볼 나사축(15A)을 지면 쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위로 이동할 수 있다. 도 30에 나타낸 동작과는 반대로, 너트(52)의 역회전에 따라 볼 나사축(15A)을 지면 쪽의 면에 있어서 위에서부터 아래로 이동할 수 있다. 도 26 및 도 30에 나타낸 바와 같이, 직동 전달 부재(14B)는, 볼 나사축(15A)의 이동에 따라, 지면 쪽의 면에 있어서 아래에서부터 위, 또는 아래에서부터 위로 이동한다. 회전체(10)의 플레이트(11)는, 제 3 베어링(61)에 의해 직동 전달 부재(14B)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지된다. 이 때문에, 직동 전달 부재(14B)의 이동에 따라, 회전체(10)의 플레이트(11)는, 직동 방향으로 상하한다.
액추에이터(1l)의 제 1 로터(50)가 회전하는 회전 동작과는 독립하여, 제 2 로터(40)도 회전한다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 내통 부재(115), 제 2 로터 브래킷(42) 및 지지 부재(45)가 회전한다. 또한, 슬라이더(116A, 116B)는, 내통 부재(115)(제 2 로터(40)의 제 2 로터 브래킷(42))와 함께 회전함으로써 외통 부재(112)가 회전한다. 외통 부재(112)의 회전에 연동하여, 플레이트(11)가 회전한다.
상술한 바와 같이, 회전체(10)의 플레이트(11)는, 제 3 베어링(61)에 의해 직동 전달 부재(14B)에 자유롭게 회전할 수 있도록 지지되어 있다. 제 2 로터(40)가 회전하면, 로터 코어(41)의 회전에 연동하여, 도 27에 나타낸 회전체(10)의 플레이트(11)가 회전 중심(ZR)을 중심으로 직동 전달 부재(14B)의 둘레를 회전한다. 플레이트(11)의 회전이 제 3 베어링(61)을 개재하여 직동 전달 부재(14B)를 연동 회전하는 힘은, 회전 중심(ZR)을 중심으로 직동 전달 부재(14B)를 회전하려고 한다. 이 때문에, 직동 전달 부재(14B)에 고정된 볼 나사축(15A)에는 회전 중심(ZR)을 중심으로 회전하려고 하는 회전력이 가해진다. 여기에서, 볼 나사축(15A)과 나합하는 너트(52)의 회전 중심은, 회전 중심(Zr)과 일치하고 있다. 회전 중심(Zr)과 회전 중심(ZR)의 어긋남이 클수록, 회전 중심(ZR)을 중심으로 볼 나사축(15A)을 회전하려고 하는 회전력이, 볼 나사축(15A)을 회전시켜 너트(52)를 회전시키는 회전력으로 변환되지 않기 때문에, 큰 저항력을 볼 나사축(15A)과 나합하는 너트(52)의 사이에 생기게 한다. 그 결과, 액추에이터(1l)는, 회전체(10)의 플레이트(11)의 회전에 따른 볼 나사축(15A)의 연동 회전을 억제할 수 있다.
실시형태 16에 관련된 액추에이터(1l)는, 상술한 실시형태 1에 관련된 액추에이터(1)와 같이 제 1 직동 안내 기구 및 제 2 직동 안내 기구가 회전 중심과 평행한 방향으로 스테이터(30)를 사이에 둔 위치에 배치되어 있는 구조는 아니다. 이 때문에, 액추에이터(1l)는, 부품 점수의 삭감에 의해 공간 절약을 도모하여, 비용을 저감할 수 있다. 또한, 액추에이터(1)는, 부품 점수의 삭감에 의해 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 액추에이터(1l)는, 외통 부재(112)가 내통 부재(115)에 대하여 상대적으로 이동시키는, 슬라이더(116A, 116B) 및 안내 레일(114)을 포함하는 직동 안내 기구를 구비하고 있다. 이 때문에, 이 때문에, 액추에이터(1l)는, 외통 부재(112)가 내통 부재(115)의 주위를 덮음으로써, 볼 나사축(15A)의 직동 방향의 이동 길이(가동 범위)를 크게 할 수 있다. 외통 부재(112)가 내통 부재(115)의 주위를 덮는 상태의 액추에이터(1l)는, 직동 방향의 크기가 억제되어 소형으로 할 수 있다.
예를 들면, 볼 나사축(15A)이 회전 중심(Zr)과 평행하게 뚫린 중공의 구멍부(13)를 구비하고, 여자 코일(32A)의 권선 스페이스의 감소에 따른 제 1 로터(50)의 토크 감소를 억제하기 때문에, 상술한 스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)의 직동 방향의 두께를 증가시킨다. 스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)는, 전자 강판, 냉간 압연 강판 등의 박판을, 적층하는 수를 늘려, 직동 방향의 두께를 증가시킨다. 액추에이터(1l)는, 직동 방향의 크기가 억제되어 소형으로 할 수 있기 때문에, 스테이터 코어(31), 로터 코어(41) 및 로터 코어(51)의 직동 방향의 두께를 증가시키는 스페이스를 확보할 수 있다. 또한, 여자 코일(32A)의 권선 스페이스의 감소에 따른 제 1 로터(50)의 토크 감소를 억제하기 위해, 제 1 로터(50)의 직경 방향 외측의 외주 표면을 따라 부착되는, 도 24에 나타낸 마그넷의 반경을 크게 하도록 해도 된다.
(실시형태 17)
도 31은, 실시형태 17의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다. 도 31은, 로봇이나 반송 장치 등의 산업 기계에 채용되는 실시형태 17의 리니어 액추에이터(302)를 나타낸 것이다. 또한, 상술한 실시형태에서 설명한 것과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 중복하는 설명은 생략한다. 이 리니어 액추에이터(302)는, 케이싱(304) 내에 회전 직동 변환 기구(306)가 수용되며, 회전 직동 변환 기구(306)의 일부에 케이싱(304)의 외부로부터 들어간 회전 구동부(308)가 연결되어 있다.
케이싱(304)은, 대략 원통 형상의 제 1 케이싱 분할체(310)와, 일단 측이 폐색되어 있는 대략 원통 형상의 제 2 케이싱 분할체(312)로 구성되어 있고, 서로의 대경 개구부(310a, 312a)의 주연끼리가 볼트 등의 체결 수단(도시 생략)에 의해 결합되어 있다. 제 1 케이싱 분할체(310)에는, 대경 개구부(310a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 통 형상의 베어링 유지부(310b)가 형성되어 있다.
회전 직동 변환 기구(306)는, 외주면에 나선홈(314a)을 형성한 볼 나사축(314)과, 내주면에 나선홈(316a)을 형성한 볼 나사 너트(316)와, 볼 나사축(314) 및 볼 나사 너트(316)의 서로 대향하는 양 나선홈(314a, 316a)의 사이에 설치한 볼 전동로를 전동하는 다수의 볼(도시 생략)과, 볼 나사축(314)의 축 방향 일단측으로부터 돌출되어 있는 직동 안내축(318)과, 케이싱(304)(제 1 케이싱 분할체(310))의 내면 및 볼 나사 너트(316)의 외주의 사이에 배치되어 볼 나사 너트(316)를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 레이디얼 베어링(320)과, 제 1 케이싱 분할체(310)의 베어링 유지부(310b) 내에 장착되고, 직동 안내축(318)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하고 있는 직동 안내 부시(322)를 구비하고 있다.
여기서, 도 31의 부호 P1은 볼 나사축(314)의 축선, 부호 P2는 직동 안내축(318)의 축선이며, 볼 나사축(314) 및 직동 안내축(318)은, 서로의 축선(P1, P2)이 평행하게 편심량(e1)으로 편심되어 일체화되어 있다. 여기에서, 편심량(e1)은, 볼 나사축(314)의 반경보다 작은 값이다. 회전 구동부(308)는, 볼 나사 너트(316)의 외주에 고정된 종동 풀리(324)와, 이 종동 풀리(324)와 회전 구동원(도시 생략)에 설치한 구동 풀리(도시 생략)의 사이에 걸쳐져 있는 무단 벨트(326)를 구비하고 있다.
또한, 본 발명에 관련된 나사축이 볼 나사축(314)에 대응하고, 본 발명에 관련된 너트가 볼 나사 너트(316)에 대응하고, 본 발명에 관련된 스러스트 베어링 부재가 직동 안내 부시(322)에 대응하고 있다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(302)는, 회전 구동부(308)의 회전 구동원으로 회전력이 발생하면, 무단 벨트(326), 종동 풀리(324)를 개재하여 볼 나사 너트(316)에 회전력이 전달된다. 볼 나사축(314)의 축선(P1)은, 직동 안내 부시(322)에 지지되어 있는 직동 안내축(318)의 축선(P2)에 대하여 편심하고 있으므로, 볼 나사 너트(316)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(314)은, 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 안내축(318)이 직동 안내 부시(322) 내를 슬라이딩함으로써 축 방향(도 31의 화살표 방향)의 직선 운동을 행한다.
따라서, 본 실시형태의 리니어 액추에이터(302)는, 회전 구동부(308)의 회전 구동원으로부터 전달된 회전을 직동 안내축(318)의 직선운동으로서 출력할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 리니어 액추에이터(302)는, 볼 나사축(314)과, 그 단부에 설치한 직동 안내축(318)을 축선(P1, P2)이 평행하게 편심하도록 일체화하고, 직동 안내축(318)을 직동 안내 부시(322)를 개재하여 케이싱(304)(베어링 유지부(310b))으로 지지함으로써, 볼 나사축(314)의 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되며, 동시에 축 방향 이동이 가능해지므로, 간편한 구조이고, 게다가 부품 점수를 증대시키지 않고 볼 나사축(314)의 직동 안내를 행할 수 있다.
또한, 볼 나사 너트(316)로부터 볼 나사축(314)에 회전력이 전달되면, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 축선(P2)이 일치하고 있지 않은 직동 안내축(318)에 직경 방향의 예압이 부여된다. 이것에 의해, 직경 방향의 예압이 부여된 직동 안내축(318)은, 직동 안내 부시(322)에 대한 직경 방향의 덜컥거림이 감소하므로, 레이디얼 강성을 높게 할 수 있다. 또한, 직동 안내축(318)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하는 부재로서 직동 안내 부시(322)를 채용하지 않고, 리니어 볼 베어링을 채용해도 된다.
(실시형태 18)
다음으로, 도 32는, 실시형태 18의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다. 도 32에 나타낸 것은, 실시형태 18의 리니어 액추에이터(330)를 나타낸 것이다. 또한, 상술한 실시형태에서 나타낸 구성과 동일 구성 부분에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(330)는, 케이싱(304)을 구성하는 제 2 케이싱 분할체(312)에, 대경 개구부(312a)에 대향하는 축 방향의 일단측에, 통 형상의 베어링 유지부(312b)가 형성되어 있다.
또한, 볼 나사축(314)의 축 방향의 양단부로부터 한 쌍의 직동 안내축(332a, 332b)이 돌출하고 있다. 일방의 직동 안내축(332a)의 축선(P3)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e2)으로 편심하고 있다. 또한, 타방의 직동 안내축(332b)의 축선(P4)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e3)으로 편심하고 있다. 여기에서, 편심량(e2, e3)은, 볼 나사축(314)의 반경보다 작은 값이다.
그리고, 회전 직동 변환 기구(306)는, 제 1 케이싱 분할체(310)의 베어링 유지부(310b) 내에 장착되고, 직동 안내축(332a)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하고 있는 직동 안내 부시(334)와, 제 2 케이싱 분할체(312)의 베어링 유지부(312b) 내에 장착되고, 직동 안내축(332b)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하고 있는 직동 안내 부시(336)를 구비하고 있다. 또한, 본 발명에 관련된 나사축이 볼 나사축(314)에 대응하고, 본 발명에 관련된 너트가 볼 나사 너트(316)에 대응하고, 본 발명에 관련된 스러스트 베어링 부재가 직동 안내 부시(334, 336)에 대응하고 있다.
본 실시형태의 리니어 액추에이터(330)는, 회전 구동부(308)의 회전 구동원에서 회전력이 발생하면, 무단 벨트(326), 종동 풀리(324)를 개재하여 볼 나사 너트(316)에 회전력이 전달된다. 볼 나사축(314)의 축선(P1)은, 직동 안내 부시(334, 336)에 지지되어 있는 직동 안내축(332a, 332b)의 축선(P3, P4)에 대하여 편심되어 있으므로, 볼 나사 너트(316)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(314)은, 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 안내축(332a, 332b)이 직동 안내 부시(334, 336) 내를 슬라이딩함으로써 축 방향(도 32의 화살표 방향)의 직선 운동을 행한다.
본 실시형태의 리니어 액추에이터(330)는, 실시형태 17의 리니어 액추에이터(302)와 마찬가지로, 볼 나사축(314)의 축선(P1) 둘레의 회전 억제를 간편한 구조로 행할 수 있다. 또한, 볼 나사 너트(316)로부터 볼 나사축(314)에 회전력이 전달되면, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 축선(P3, P4)이 일치하고 있지 않은 직동 안내축(332a, 332b)에 직경 방향의 예압이 부여된다. 직경 방향의 예압이 부여된 직동 안내축(332a, 332b)은, 서로 축 방향으로 이간하여 배치되어 있으므로, 한층 더 레이디얼 강성을 높게 할 수 있고, 볼 나사축(314)의 축 방향 이동을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 편심량(e2, e3)은, 동일한 편심량으로 설정할 필요는 없다. 또한, 직동 안내축(332a, 332b)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하는 부재로서 직동 안내 부시(334, 336)를 채용하지 않고, 리니어 볼 베어링을 채용해도 된다.
(실시형태 19)
다음으로, 도 33은, 실시형태 19의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다. 도 33에 나타낸 것은, 실시형태 19의 리니어 액추에이터(340)를 나타낸 것이다. 또한, 상술한 실시형태에서 나타낸 구성과 동일 구성 부분에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
본 실시형태의 리니어 액추에이터(340)는, 케이싱(304)으로서 구성된 제 1 케이싱 분할체(342)와 제 2 케이싱 분할체(344)의 사이에, 회전 구동부로서의 브러쉬리스 모터(346)가 배치되어 있다. 제 1 케이싱 분할체(342)는, 대경 개구부(342a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 통 형상의 베어링 유지부(342b)가 형성되어 있다. 제 2 케이싱 분할체(344)도, 대경 개구부(344a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 통 형상의 베어링 유지부(344b)가 형성되어 있다.
브러쉬리스 모터(346)는, 제 1 케이싱 분할체(342)의 대경 개구부(342a) 측의 개구 가장자리부 및 제 2 케이싱 분할체(344)의 대경 개구부(344a) 측의 개구 가장자리부의 사이에 장착된 대략 원통 형상의 스테이터(348)와, 스테이터(348)의 내주측에 배치한 로터(350)로 구성되어 있다. 스테이터(348)는, 예를 들면 금속제의 코어 플레이트(도시 생략)를 적층한 스테이터 코어(도시 생략)를 가지며, 스테이터 코어의 내주측에 인슐레이터(도시 생략)를 개재하여 복수상(相)의 코일(도시 생략)을 감아 장착한 구조로 되어 있다.
로터(350)는, 볼 나사 너트(316)의 외주에 스플라인 결합된 로터 코어(352)와, 로터 코어(352)의 외주에 고정된 마그넷(354)과, 마그넷(354)의 외주면을 덮는 로터 커버(356)를 구비하고 있다. 또한 본 실시형태의 회전 직동 변환 기구(306)는, 실시형태 18과 마찬가지로, 볼 나사축(314)의 축 방향의 양단부로부터 한 쌍의 직동 안내축(332a, 332b)이 돌출되고, 일방의 직동 안내축(332a)의 축선(P3)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e2) 만큼 편심하고, 타방의 직동 안내축(332b)의 축선(P4)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e3) 만큼 편심하고 있다.
베어링 유지부(342b)의 개방단측(도 33의 좌측)에는, 직동 안내축(332a)을 향하여 연장되는 칸막이판(358)이 일체로 형성되어 있고, 이 칸막이판(358)의 직동 안내축(332a)을 삽통하는 삽통 구멍(358a)의 내주면에, O링 장착홈(358b)이 형성되어 있다. 그리고, O링 장착홈(358b)에, 탄성 변형하면서 직동 안내축(332a)에 밀착하는 O링(360)이 장착되어 있다.
또한, 베어링 유지부(344b)의 개방단측(도 33의 우측)에는, 직동 안내축(332b)을 향하여 연장되는 칸막이판(362)이 일체로 형성되어 있고, 이 칸막이판(362)의 직동 안내축(332b)을 삽통하는 삽통 구멍(362a)의 내주면에, O링 장착홈(362b)이 형성되어 있다. 그리고, O링 장착 홈(362b)에, 탄성 변형하면서 직동 안내축(332b)에 밀착하는 O링(364)이 장착되어 있다.
또한, 본 발명에 관련된 나사축이 볼 나사축(314)에 대응하고, 본 발명에 관련된 너트가 볼 나사 너트(316)에 대응하고, 본 발명에 관련된 스러스트 베어링 부재가 직동 안내 부시(334, 336)에 대응하고 있다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(340)는, 브러쉬리스 모터(346)의 스테이터(348)의 복수상의 코일에 모터 구동 전류가 공급되면, 스테이터(348)의 회전 자계의 발생에 의해 로터(350)가 회전 구동하고, 볼 나사 너트(316)에 회전력이 전달된다.
본 실시형태도, 볼 나사축(314)의 축선(P1)이, 직동 안내 부시(334, 336)에 지지되어 있는 직동 안내축(332a, 332b)의 축선(P3, P4)에 대하여 편심되어 있으므로, 볼 나사 너트(316)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(314)은, 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 안내축(332a, 332b)이 직동 안내 부시(334, 336) 내를 슬라이딩함으로써 축 방향의 직선 운동을 행한다.
따라서, 본 실시형태의 리니어 액추에이터(340)는, 도 32로 나타낸 실시형태 18과 마찬가지로, 볼 나사축(314)의 축선(P1) 둘레의 회전 억제를 간편한 구조로 행할 수 있음과 함께, 직경 방향의 예압이 부여된 직동 안내축(332a, 332b)이 서로 축 방향으로 이간하여 배치되어 있으므로, 레이디얼 강성을 높게 할 수 있어, 볼 나사축(314)의 축 방향 이동을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 브러쉬리스 모터(346) 내부의 코일, 절연 부품, 결선 부품을 제외한 부품을 철계(鐵系) 부재로 통일하면, 이재(異材) 조합 구조에 의한 각 부품의 열팽창의 차이에 의해 생기는 열변형의 악영향을 적게 할 수 있다. 또한, 직동 안내축(332a) 및 베어링 유지부(342b)의 칸막이판(358)의 사이에는 O링(360)이 장착되며, 직동 안내축(332b) 및 베어링 유지부(344b)의 칸막이판(362)의 사이에는 O링(364)이 장착되어 있으므로, 리니어 액추에이터(340)의 내부로의 방수 기능을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 편심량(e2, e3)도, 동일한 편심량으로 설정할 필요는 없다. 또한, 직동 안내축(332a, 332b)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하는 부재로서 직동 안내 부시(334, 336)를 채용하지 않고, 리니어 볼 베어링을 채용해도 된다.
(실시형태 20)
다음으로, 도 34는, 실시형태 20의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다. 도 34에 나타낸 것은, 실시형태 20의 리니어 액추에이터(370)를 나타낸 것이다. 또한, 상술한 실시형태에서 나타낸 구성과 동일 구성 부분에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.
본 실시형태의 리니어 액추에이터(370)는, 케이싱(304)으로서 구성된 제 1 케이싱 분할체(372)와 제 2 케이싱 분할체(374)의 사이에, 회전 구동부로서의 브러쉬리스 모터(368)가 배치되어 있다. 제 1 케이싱 분할체(372)는, 대경 개구부(372a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 통 형상의 베어링 유지부(372b)가 형성되어 있다. 제 2 케이싱 분할체(374)도, 대경 개구부(374a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 통 형상의 베어링 유지부(374b)가 형성되어 있다.
브러쉬리스 모터(368)는, 제 1 케이싱 분할체(372)의 대경 개구부(372a) 측의 개구 가장자리부 및 제 2 케이싱 분할체(374)의 대경 개구부(374a) 측의 개구 가장자리부의 사이에 장착된 대략 원통 형상의 스테이터(348)와, 스테이터(348)의 내주측에 배치된 로터(350)로 구성되어 있고, 도 33의 브러쉬리스 모터(346)와 동일한 구성 부재로 구성되어 있다. 본 실시형태의 회전 직동 변환 기구(306)는, 볼 나사축(314)의 축 방향의 일단부로부터 직동 안내축(376)이 돌출되고, 볼 나사축(314)의 축 방향의 타단부로부터 편심 부재(378)를 개재하여 직동 안내축(380)이 돌출되어 있다.
일방의 직동 안내축(376)의 축선(P5)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e4) 만큼 편심하고 있다. 여기에서, 편심량(e4)은, 볼 나사축(314)의 반경보다 작은 값이다. 편심 부재(378)는, 볼 나사축(314)의 타단부로부터 축선(P1)에 직교하는 방향으로 연장된 부재이며, 편심 부재(378)의 선단측에 타방의 직동 안내축(380)이 고정되어 있다. 직동 안내축(380)의 축선(P6)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e5) 만큼 편심하고 있다. 여기에서, 편심량(e5)은, 볼 나사축(314)의 반경보다 크고, 직경보다 작은 값이다. 또한, 직동 안내축(380)의 외경 치수는, 볼 나사축(314)의 외경 치수보다 크다.
그리고, 제 1 케이싱 분할체(372)의 베어링 유지부(372b) 내에 장착한 직동 안내 부시(382)가 직동 안내축(376)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하고, 제 2케이싱 분할체(374)의 베어링 유지부(374b) 내에 장착한 직동 안내 부시(384)가 직동 안내축(380)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하고 있다. 그리고, 베어링 유지부(372b)의 개방단측(도 34의 좌측)에는, 직동 안내축(376)을 향하여 연장되는 칸막이판(386)이 일체로 형성되어 있고, 이 칸막이판(386)의 직동 안내축(376)을 삽통하는 삽통 구멍(386a)의 내주면에, O링 장착 홈(386b)이 형성되어 있다. 그리고, O링 장착 홈(386b)에, 탄성 변형하면서 직동 안내축(376)에 밀착하는 O링(388)이 장착되어 있다.
또한, 베어링 유지부(374b)의 개방단측(도 34의 우측)에는, 직동 안내축(380)을 향하여 연장되는 칸막이판(390)이 일체로 형성되어 있고, 이 칸막이판(390)의 직동 안내축(380)을 삽통하는 삽통 구멍(390a)의 내주면에, O링 장착 홈(390b)이 형성되어 있다. 그리고, O링 장착 홈(390b)에, 탄성 변형하면서 직동 안내축(380)에 밀착하는 O링(392)이 장착되어 있다.
또한, 본 발명에 관련된 나사축이 볼 나사축(314)에 대응하고, 본 발명에 관련된 너트가 볼 나사 너트(316)에 대응하고, 본 발명에 관련된 스러스트 베어링 부재가 직동 안내 부시(382, 384)에 대응하고 있다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(370)는, 브러쉬리스 모터(368)의 스테이터(348)의 복수상의 코일에 모터 구동 전류가 공급되면, 스테이터(348)의 회전 자계의 발생에 의해 로터(350)가 회전 구동하고, 볼 나사 너트(316)에 회전력이 전달된다.
본 실시형태도, 볼 나사축(314)의 축선(P1)이, 직동 안내 부시(382, 384)에 지지되어 있는 직동 안내축(376, 380)의 축선(P5, P6)에 대하여 편심되어 있으므로, 볼 나사 너트(316)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(314)은, 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 안내축(376, 380)이 직동 안내 부시(382, 384) 내를 슬라이딩함으로써 축 방향의 직선 운동을 행한다.
여기서, 본 실시형태의 리니어 액추에이터(370)가 다른 실시형태와 다른 구성은, 직동 안내축(380)의 축선(P6)이, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여, 볼 나사축(314)의 반경보다 크고, 직경보다 작은 값의 편심량(e5)으로 평행하게 편심되어 있다. 이와 같이, 직동 안내축(380)의 축선(P6)과 볼 나사축(314)의 축선(P1)의 사이에 큰 편심량(e5)을 설치하면, 직동 안내축(380)에는 큰 직경 방향의 예압이 부여되므로, 한층 더 레이디얼 강성이 높아져, 볼 나사축(314)의 축 방향 이동을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 볼 나사축(314)의 축 방향의 타단부로부터 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 직교하는 방향에 편심 부재(378)를 설치하고, 이 편심 부재(378)의 선단부에 직동 안내축(380)을 설치함으로써, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 크게 편심된 위치에 직선 운동의 출력부를 설치할 수 있어, 직선 운동의 출력부의 위치를 용이하게 변경할 수 있는 리니어 액추에이터(370)를 제공할 수 있다.
또한, 직동 안내축(376, 380)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하는 부재로서 직동 안내 부시(382, 384)를 채용하지 않고, 리니어 볼 베어링을 채용해도 된다.
(실시형태 21)
도 35는, 실시형태 21의 리니어 액추에이터를 나타낸 단면도이다. 도 35에 나타낸 것은, 실시형태 21의 리니어 액추에이터(394)를 나타낸 것이다. 또한, 상술한 실시형태에서 나타낸 구성과 동일 구성 부분에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(394)는, 케이싱(304)을 구성하는 제 2 케이싱 분할체(374)에, 대경 개구부(374a)에 대향하는 축 방향의 일단 측에, 한 쌍의 베어링 유지부(374b1, 374b2)가 형성되어 있다.
본 실시형태의 회전 직동 변환 기구(306)는, 볼 나사축(314)의 축 방향의 타단부로부터 축선(P1)에 직교하는 방향으로 편심 부재(396)가 연장되고, 이 편심 부재(396)에 한 쌍의 직동 안내축(380a, 380b)이 돌출되어 설치되어 있다. 일방의 직동 안내축(380a)의 축선(P7)은, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e6) 만큼 편심되어 있다. 여기에서, 편심량(e6)은, 볼 나사축(314)의 반경보다 큰 값이다. 또한, 직동 안내축(380a)의 외경 치수는, 볼 나사축(314)의 외경 치수보다 크다.
타방의 직동 안내축(380b)의 축선(P8)은, 일방의 직동 안내축(380a)에 대하여 볼 나사축(314)의 축선(P1)을 중심으로 한 선대칭 위치이며, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 평행하게 편심량(e7) 만큼 편심되어 있다. 여기에서, 편심량(e7)도, 볼 나사축(314)의 반경보다 큰 값이다. 또한, 직동 안내축(380b)의 외경 치수도, 볼 나사축(314)의 외경 치수보다 크다.
또한, 본 발명에 관련된 나사축이 볼 나사축(314)에 대응하고, 본 발명에 관련된 너트가 볼 나사 너트(316)에 대응하고, 본 발명에 관련된 스러스트 베어링 부재가 직동 안내 부시(382, 384a, 384b)에 대응하고 있다. 본 실시형태의 리니어 액추에이터(394)는, 브러쉬리스 모터(368)의 스테이터(348)의 복수상의 코일에 모터 구동 전류가 공급되면, 스테이터(384)의 회전 자계의 발생에 의해 로터(350)가 회전 구동하고, 볼 나사 너트(316)에 회전력이 전달된다.
본 실시형태도, 볼 나사축(314)의 축선(P1)이, 직동 안내 부시(382, 384a, 384b)에 지지되어 있는 직동 안내축(376, 380a, 380b)의 축선(P5, P7, P8)에 대하여 편심되어 있으므로, 볼 나사 너트(316)로부터 회전력이 전달된 볼 나사축(314)은, 축선(P1) 둘레의 회전이 억제되면서, 직동 안내축(376, 380a, 380b)이 직동 안내 부시(382, 384a, 384b) 내를 슬라이딩함으로써 축 방향의 직선 운동을 행한다.
본 실시형태에 의하면, 볼 나사축(314)의 축 방향의 타단부에, 한 쌍의 직동 안내축(380a, 380b)이 설치되어 있고, 그들 직동 안내축(380a, 380b)의 축선(P7, P8)과 볼 나사축(314)의 축선(P1)의 사이에 큰 편심량(e6, e7)을 설치하면, 직동 안내축(380a, 380b)에는 큰 직경 방향의 예압이 부여되므로, 한층 더 레이디얼 강성이 높아져, 볼 나사축(314)의 축 방향 이동을 원활하게 행할 수 있다.
또한, 볼 나사축(314)의 축 방향의 타단부로부터 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 직교하는 방향으로 편심 부재(396)를 설치하고, 이 편심 부재(396)의 선단부에 직동 안내축(380a, 380b)을 설치함으로써, 볼 나사축(314)의 축선(P1)에 대하여 크게 편심된 위치에 직선 운동의 출력부를 설치할 수 있어, 직선 운동의 출력부의 위치를 용이하게 변경할 수 있는 리니어 액추에이터(394)를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 편심량(e6, e7)은, 동일한 편심량으로 설정할 필요는 없다. 여기에서, 각 실시형태의 회전 직동 변환 기구(306)는, 외주면에 나선홈(314a)을 형성한 볼 나사축(314)과, 내주면에 나선홈(316a)을 형성한 볼 나사 너트(316)와, 볼 나사축(314) 및 볼 나사 너트(316)의 서로 대향하는 양 나선홈(314a, 316a)의 사이에 설치된 볼 전동로를 전동하는 다수의 볼을 구비한 구조로 하였으나, 외주에 수나사를 형성한 샤프트와, 내주면에 암나사를 형성한 너트로 회전 직동 변환 기구를 구성해도 된다.
또한, 각 실시형태의 볼 나사 너트(316), 볼 나사축(314) 및 볼 나사축(314)의 단부에 일체화된 직동 안내축(318, 332a, 332b, 376, 380, 380a, 380b)을 예압 구조로 함으로써, 덜컥거림이 없고 강성이 있는 회전 직동 변환 기구(306)를 얻을 수 있다. 또한, 직동 안내축(376, 380a, 380b)을 축 방향으로 자유롭게 슬라이딩하도록 지지하는 부재로서 직동 안내 부시(382, 384a, 384b)를 채용하지 않고, 리니어 볼 베어링을 채용해도 된다. 또한, 각 실시형태에서는 직동 안내축(376, 380a, 380b)을 원형 단면 형상으로서 설명하였으나, 용도에 따라 다른 형상, 예를 들면 타원 형상이어도 된다.
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g, 1h, 1i, 1j, 1k, 1l: 액추에이터
1A: 모터 10, 11B: 회전체
11A: 덮개 11, 111: 플레이트
12: 고정부 13: 구멍부
14: 플랜지부 14A: 직동 부재
15, 15A: 볼 나사축 16, 16A: 스토퍼부
17, 43: 슬라이더 18, 44, 44A: 리니어 부시
19: 직동 안내 기구 20: 하우징
21: 하우징 베이스 22: 하우징 인너
23: 오목부 30: 스테이터
31: 스테이터 코어 32, 32A, 32B: 여자 코일
34: 코일 인슐레이터 35H: 볼트 고정 구멍
35: 지지 부재 36: 외측 티스
36a: 이빨부 37: 백 요크
37A: 내측 백 요크 37B: 외측 백 요크
38: 내측 티스 39A: 슬릿부
39B: 연결부 40: 제 2 로터
41, 41c, 51, 51c: 로터 코어 41H: 볼트 고정 구멍
41p: 마그넷 41a, 51a: 이빨부
42, 42A, 42B: 제 2 로터 브래킷 43: 슬라이더
44: 리니어 부시 45: 지지 부재
46: 직동 안내 기구 50: 제 1 로터
51H: 볼트 고정 구멍 51p: 마그넷
51a: 이빨부 52: 너트
52A: 중심 회전체 52: 너트
53: 제 1 로터 브래킷 54: 고정 부재
55, 55A: 고정 플랜지 61, 61A, 61B: 제 3 베어링
62: 제 2 베어링 63, 63A, 63B: 제 1 베어링
64: 자성체 65: 자석
71, 74, 74A: 각도 검출기 72, 75, 75A: 리졸버 스테이터
73, 76, 76A: 리졸버 로터 90: 제어장치
95: 지지부 96: 적재대
97: 워크 100: 액추에이터 장치
101: 제 2 회전체 Zr: 회전 중심
302, 330, 340, 370, 394: 리니어 액추에이터
304: 케이싱 306: 회전 직동 변환 기구
308: 회전 구동부
310, 342, 372: 제 1 케이싱 분할체
310a, 312a, 342a, 344a, 372a, 374a: 대경 개구부
310b, 312b, 342b, 344b, 372b, 374b, 374b1, 374b2: 베어링 유지부
312, 344, 374: 제 2 케이싱 분할체 314: 볼 나사축
314a: 나선 홈 316: 볼 나사 너트
316a: 나선 홈
318, 332a, 332b, 376, 380, 380a, 380b: 직동 안내축
320: 레이디얼 베어링
322, 334, 336, 382, 384, 384a, 384b: 직동 안내 부시
324: 종동 풀리 326: 무단 벨트
346, 368: 브러쉬리스 모터 348: 스테이터
350: 로터 352: 로터 코어
354: 마그넷 356: 로터 커버
358, 362, 386, 390: 칸막이판
358a, 362a, 362b, 386a, 390a: 삽통 구멍
358b, 362b, 386b, 390b: O링 장착 홈
360, 364, 388, 392: O링 378, 396: 편심 부재
e1∼e7, e10, e11: 편심량 P1∼P8, P10, P11: 축선
IT: 내주 원호 OT: 외주 원호
1A: 모터 10, 11B: 회전체
11A: 덮개 11, 111: 플레이트
12: 고정부 13: 구멍부
14: 플랜지부 14A: 직동 부재
15, 15A: 볼 나사축 16, 16A: 스토퍼부
17, 43: 슬라이더 18, 44, 44A: 리니어 부시
19: 직동 안내 기구 20: 하우징
21: 하우징 베이스 22: 하우징 인너
23: 오목부 30: 스테이터
31: 스테이터 코어 32, 32A, 32B: 여자 코일
34: 코일 인슐레이터 35H: 볼트 고정 구멍
35: 지지 부재 36: 외측 티스
36a: 이빨부 37: 백 요크
37A: 내측 백 요크 37B: 외측 백 요크
38: 내측 티스 39A: 슬릿부
39B: 연결부 40: 제 2 로터
41, 41c, 51, 51c: 로터 코어 41H: 볼트 고정 구멍
41p: 마그넷 41a, 51a: 이빨부
42, 42A, 42B: 제 2 로터 브래킷 43: 슬라이더
44: 리니어 부시 45: 지지 부재
46: 직동 안내 기구 50: 제 1 로터
51H: 볼트 고정 구멍 51p: 마그넷
51a: 이빨부 52: 너트
52A: 중심 회전체 52: 너트
53: 제 1 로터 브래킷 54: 고정 부재
55, 55A: 고정 플랜지 61, 61A, 61B: 제 3 베어링
62: 제 2 베어링 63, 63A, 63B: 제 1 베어링
64: 자성체 65: 자석
71, 74, 74A: 각도 검출기 72, 75, 75A: 리졸버 스테이터
73, 76, 76A: 리졸버 로터 90: 제어장치
95: 지지부 96: 적재대
97: 워크 100: 액추에이터 장치
101: 제 2 회전체 Zr: 회전 중심
302, 330, 340, 370, 394: 리니어 액추에이터
304: 케이싱 306: 회전 직동 변환 기구
308: 회전 구동부
310, 342, 372: 제 1 케이싱 분할체
310a, 312a, 342a, 344a, 372a, 374a: 대경 개구부
310b, 312b, 342b, 344b, 372b, 374b, 374b1, 374b2: 베어링 유지부
312, 344, 374: 제 2 케이싱 분할체 314: 볼 나사축
314a: 나선 홈 316: 볼 나사 너트
316a: 나선 홈
318, 332a, 332b, 376, 380, 380a, 380b: 직동 안내축
320: 레이디얼 베어링
322, 334, 336, 382, 384, 384a, 384b: 직동 안내 부시
324: 종동 풀리 326: 무단 벨트
346, 368: 브러쉬리스 모터 348: 스테이터
350: 로터 352: 로터 코어
354: 마그넷 356: 로터 커버
358, 362, 386, 390: 칸막이판
358a, 362a, 362b, 386a, 390a: 삽통 구멍
358b, 362b, 386b, 390b: O링 장착 홈
360, 364, 388, 392: O링 378, 396: 편심 부재
e1∼e7, e10, e11: 편심량 P1∼P8, P10, P11: 축선
IT: 내주 원호 OT: 외주 원호
Claims (45)
- 여자 코일 및 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와,
상기 스테이터를 고정하는 하우징과,
상기 스테이터의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대회전하는 제 1 로터와,
상기 제 1 로터의 회전 중심에 배치되는 막대 형상의 부재이며, 표면의 적어도 일부에 나사 홈이 형성된 나사축과,
상기 제 1 로터와 함께 회전하고, 상기 제 1 로터의 회전 중심과 평행한 방향인 직동 방향으로 상기 나사축을 이동시키는, 상기 나사축의 나사 홈과 나합한 너트와,
상기 스테이터의 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대회전하는 제 2 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항에 있어서,
상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 제 1 로터에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 베어링과 상기 제 2 베어링에 상기 직동 방향과 평행한 방향의 예압을 가하는 예압 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항에 있어서,
상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 하우징에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 2 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
상기 제 1 로터의 회전 중심과 상기 제 2 로터의 회전 중심은, 평행이며 또한 다른 위치에 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 2 로터와 함께 회전하는 회전체와, 상기 나사축에 고정된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 6항에 있어서,
상기 제 2 베어링의 마찰 토크는, 상기 제 3 베어링의 마찰 토크보다 작은 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
상기 회전체의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내 기구를 더 포함하고, 상기 직동 안내 기구가 상기 제 2 로터와 함께 회전함으로써 상기 회전체가 회전하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 8항에 있어서,
상기 직동 안내 기구는, 상기 나사축이 상기 직동 방향으로 이동하는 이동 거리에 따라 신축하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 8항에 있어서,
상기 회전체는, 상기 제 2 로터의 회전 중심으로부터 상기 제 2 로터의 반경보다 큰 반경의 원통부를 구비하고,
상기 직동 안내 기구는, 상기 원통부와 상기 제 2 로터의 사이에 배치되며, 상기 원통부의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
상기 직동 안내 기구를 제 1 직동 안내 기구로 한 경우,
상기 나사축의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 제 2 직동 안내 기구를 더 포함하고,
상기 제 1 직동 안내 기구와 제 2 직동 안내 기구는, 상기 직동 방향으로 상기 스테이터를 사이에 둔 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징에 대하여 상기 나사축을 상기 직동 방향으로 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항에 있어서,
상기 하우징에 대하여 상기 제 1 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 1 베어링과, 상기 제 2 로터와 함께 회전하는 회전체와, 상기 나사축에 고정된 플랜지부와, 상기 플랜지부에 대하여 상기 제 2 로터를 자유롭게 회전할 수 있도록 지지하는 제 3 베어링을 더 포함하고,
상기 제 2 로터의 로터 코어의 직동 방향의 길이가 상기 스테이터 코어의 직동 방향의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
상기 제 2 로터의 회전이 상기 나사축을 회전시키는 경우, 상기 제 1 로터의 회전과 상기 제 2 로터의 회전을 역회전으로 하여 상기 직동 방향의 상기 나사축의 이동을 억제하면서, 상기 제 2 로터의 회전 운동을 전달하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이터는,
둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와,
상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와,
상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 15항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스를 상기 공극으로 분단하고 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 16항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 10항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 15항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 15항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서,
이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
상기 제 1 로터의 회전 중심과 상기 제 2 로터의 회전 중심은, 평행이며 또한 다른 위치에 있고,
상기 스테이터는, 고리 형상의 백 요크와, 상기 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와, 상기 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하고,
상기 외측 티스의 직경 방향 최외측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 외주 원호의 중심이 상기 제 1 로터의 회전 중심 및 상기 제 2 로터의 회전 중심 중 일방과 일치하고, 상기 내측 티스의 직경 방향 최내측의 위치를 둘레 방향으로 연결한 내주 원호의 중심이 상기 제 1 로터의 회전 중심 및 상기 제 2 로터의 회전 중심 중 타방과 일치하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 21항에 있어서,
상기 백 요크의 직경 방향의 폭이 일정하고, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 돌출 길이가 둘레 방향으로 다른 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 21항에 있어서,
상기 백 요크의 직경 방향의 폭이 둘레 방향에 따라 다르고, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 돌출 길이가 둘레 방향으로 동일한 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 23항에 있어서,
상기 백 요크는, 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 백 요크의 직경 방향의 폭에 따라 상기 슬릿부의 직경 방향의 폭을 다르게 하는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전체의 상기 직동 방향의 이동을 안내하는 직동 안내축을 더 포함하고,
상기 나사축의 축선에 대하여 상기 직동 안내축의 축선이 편심하면서 평행하게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 25항에 있어서,
상기 직동 안내축은 상기 나사축의 축 방향의 양단부로부터 각각 돌출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 25항 또는 제 26항에 있어서,
상기 나사축의 축선과 상기 직동 안내축의 축선과의 편심량은, 상기 나사축의 반경보다 큰 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 제 25항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나사축의 축 방향의 일방의 단부 및 타방의 단부 중 적어도 하나에 상기 나사축의 축선에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축이 있는 것을 특징으로 하는 액추에이터. - 둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와,
상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와,
상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테이터. - 제 29항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스를 상기 공극으로 분단하고 있는 것을 특징으로 하는 스테이터. - 제 30항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이터. - 제 29항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 스테이터. - 제 29항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것을 특징으로 하는 스테이터. - 제 29항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 스테이터. - 여자 코일 및 스테이터 코어를 구비하는 스테이터와,
상기 스테이터를 고정하는 하우징과,
상기 스테이터의 직경 방향 내측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대회전하는 제 1 로터와,
상기 스테이터의 직경 방향 외측에 배치되고, 상기 스테이터에 대하여 상대회전하는 제 2 로터를 포함하고,
상기 스테이터는,
둘레 방향으로 나열된 복수의 공극의 슬릿부와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 내측의 내측 백 요크와, 상기 슬릿부의 직경 방향에 대하여 외측의 외측 백 요크와, 이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 있어서 상기 내측 백 요크와 상기 외측 백 요크를 연결하는 연결부를 구비하는, 고리 형상의 백 요크와,
상기 내측 백 요크로부터 직경 방향 내측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 내측 티스와,
상기 외측 백 요크로부터 직경 방향 외측을 향하여 돌출되고, 둘레 방향으로 설치된 복수의 외측 티스를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터. - 제 35항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스를 상기 공극으로 분단하고 있는 것을 특징으로 하는 모터. - 제 36항에 있어서,
상기 슬릿부는, 직경 방향의 연장선상으로 나열되는 상기 내측 티스 및 상기 외측 티스에 이웃하는 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스의 기부를 향하여 둘레 방향으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 모터. - 제 35항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬릿부의 둘레 방향의 폭은, 상기 연결부의 둘레 방향의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 모터. - 제 35항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연결부에서는, 상기 내측 티스 또는 상기 외측 티스가 발생시키는 자속이 포화되어 있는 것을 특징으로 하는 모터. - 제 35항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서,
이웃하는 상기 슬릿부의 둘레 방향의 사이에 상기 스테이터를 고정하기 위한 관통 구멍을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 모터. - 나사축과, 이 나사축의 외주면에 내주면이 나합하는 너트와, 상기 나사축의 축 방향의 단부로부터 돌출되어 형성되어 있는 직동 안내축과, 상기 나사축 및 상기 너트를 내부에 수납하는 케이싱과, 상기 케이싱의 일부에 형성되고, 상기 직동 안내축의 축 방향 이동을, 스러스트 베어링 부재를 개재하여 지지하는 베어링 유지부를 구비하고, 회전 구동부로부터 상기 너트에 전달된 회전력을, 상기 나사축에 대하여 회전을 억제하면서, 직선 운동으로서 전달하는 회전 직동 변환 기구에 있어서,
상기 나사축의 축선에 대하여, 상기 직동 안내축의 축선이 편심하면서 평행하게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 직동 변환 기구. - 제 41항에 있어서,
상기 직동 안내축은, 상기 나사축의 축 방향의 양단부로부터 각각 돌출되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 직동 변환 기구. - 제 41항 또는 제 42항에 있어서,
상기 나사축의 축선과 상기 직동 안내축의 축선과의 편심량은, 상기 나사축의 반경보다 큰 값으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 직동 변환 기구. - 제 41항 내지 제 43항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나사축의 축 방향의 일방의 단부 및 타방의 단부 중 어느 일방, 혹은 양자에 상기 나사축의 축선에 대하여 편심하면서 평행하게 연장되는 복수의 직동 안내축이 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 회전 직동 변환 기구. - 제 41항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 기재된 회전 직동 변환 기구를 구비하고, 상기 회전 구동부로부터 상기 너트에 전달된 회전 운동을, 상기 직동 안내축의 직선 운동으로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 리니어 액추에이터.
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