TWI543498B - 直線、旋轉複合式致動器系統 - Google Patents

直線、旋轉複合式致動器系統 Download PDF

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TWI543498B
TWI543498B TW103133491A TW103133491A TWI543498B TW I543498 B TWI543498 B TW I543498B TW 103133491 A TW103133491 A TW 103133491A TW 103133491 A TW103133491 A TW 103133491A TW I543498 B TWI543498 B TW I543498B
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淺生利之
山中修平
久瀨孝幸
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Ｔｈｋ股份有限公司
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Description

直線、旋轉複合式致動器系統
本發明係關於一種直線、旋轉複合式致動器系統，其使工具等之移動體向Z軸方向進行直線運動、並向Z軸周圍之θ方向進行旋轉運動。
有時於產業用機器人中組裝入使移動體向Z軸方向移動、並於Z軸周圍向θ方向旋轉之直線、旋轉複合式致動器。例如，要求於貼片機(chip mounter)之頭軸(head axis)上，使吸附電子零件之吸附墊、工具等之移動體沿著Z軸方向進行直線運動、並於Z軸周圍旋轉。為了於印刷基板之表面上安裝電子零件，需要移動體向Z軸方向進行直線運動，為了對電子零件之旋轉角度進行定位，需要移動體向θ方向進行旋轉運動。
作為可進行直線運動與旋轉運動之直線、旋轉複合式致動器，專利文獻1中揭示有將線性脈衝馬達與旋轉脈衝馬達於軸線方向結合而成之直線、旋轉複合型脈衝馬達。於該直線、旋轉複合型脈衝馬達中，使旋轉脈衝馬達之轉子成為中空軸，於該中空軸內配置附帶有止轉機構之花鍵(spline)軸承。線性脈衝馬達之動子軸滑動自如地貫通於花鍵軸承內，線性脈衝馬達使動子軸向Z軸方向進行直線運動。將旋轉脈衝馬達旋轉方向之輸出經由花鍵軸承而傳 動至動子軸。藉由旋轉脈衝馬達，而使動子軸向θ方向旋轉運動。
於該直線、旋轉複合型脈衝馬達中，採用了動子軸之梳齒與定子之梳齒相對向之線性步進馬達，因此必須將動子軸與定子之氣隙管理為較小之固定值。
為了容易地對動子軸與定子之間之氣隙進行管理，專利文獻2中揭示有採用了線性同步馬達代替線性脈衝馬達之直線、旋轉複合型馬達。該線性同步馬達具備：動子軸，其具有於軸線方向進行磁化之一個以上之永久磁鐵；以及定子，其包圍動子軸且由在軸線方向上層疊之複數個線圈所構成。於線性同步馬達之軸線方向之其中一端部結合有旋轉馬達。將旋轉馬達之轉矩經由滑動軸承而傳動至動子軸。滑動軸承之導引孔形成為剖面四角形，以使可將旋轉傳動至動子軸。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平8-237931號公報
專利文獻2：日本專利特開2006-311715號公報
然而，於專利文獻1及專利文獻2中記載之直線、旋轉複合型馬達中，為了使動子軸旋轉而使用有旋轉脈衝馬達。對該旋轉脈衝馬達進行開迴路控制，使動子軸僅旋轉與所供給之脈衝數成比例之固定角度。然而，由於是開迴路控制之旋轉脈衝馬達，故而存在失去同步、振動、難以進行高速旋轉之問題。
因此，本發明之目的在於提供一種可利用閉迴路控制對動子軸之旋轉角度進行控制之直線、旋轉複合式致動器。
為了解決上述本發明之目的，本發明之直線、旋轉複合式致動器系統係其具備：軸構件，其可向軸線方向進行直線運動，並可於軸線之周圍進行旋轉運動；中空之轉子，其包圍上述軸構件；旋轉馬達之定子，其形成有收容上述轉子之空間，並且使上述轉子於軸線之周圍旋轉；線性運動軸承，其與上述轉子一起旋轉而將上述旋轉馬達轉子之旋轉傳遞至上述軸構件，並且容許上述軸構件進行直線運動；角度測定裝置，其對上述轉子之旋轉角度進行測定；以及旋轉馬達用驅動器，其對上述旋轉馬達進行控制，以使上述角度測定裝置所測定之上述旋轉馬達轉子之旋轉角度與指令值相一致；上述軸構件係具有於軸線方向上延伸之滾動體滾行部之花鍵軸，上述線性運動軸承係花鍵螺母，其具有包含與上述花鍵軸之上述滾動體滾行部相對向之負載滾動體滾行部之滾動體循環路徑，以及排列於該滾動體循環路徑上之複數個滾動體，上述花鍵螺母係夾持上述旋轉馬達之定子而設置兩個，藉由對上述旋轉馬達轉子之旋轉角度進行控制，而對上述軸構件之旋轉角度進行控制。
根據本發明，設置對中空之轉子之旋轉角度進行測定之角度測定裝置，而對不會向軸線方向移動之旋轉馬達之轉子之旋轉角度進行控制，藉此對於向軸線方向移動之軸構件之旋轉角度進行控制，因此容易對軸構件之旋轉角度進行控制。相對於此，若利用角度測定裝置直接對軸構件之旋轉角度進行測定，則軸構件不僅 進行旋轉，而且亦向軸線方向進行直線運動，因此產生需要覆蓋軸構件之軸線方向之移動範圍的細長角度測定裝置之問題。
1‧‧‧線性馬達
1a‧‧‧外殼
1b‧‧‧螺絲孔
1c‧‧‧定位孔
1d‧‧‧鰭片
2‧‧‧旋轉馬達
2a、81‧‧‧外殼
2a1‧‧‧螺母外殼
2a2‧‧‧馬達外殼
3‧‧‧軸構件
3a‧‧‧軸構件之一端部
4a‧‧‧滾珠滾行槽(滾動體滾行部)
5‧‧‧棒
6‧‧‧永久磁鐵
7‧‧‧線圈固持器
7a‧‧‧固持器本體部
7b‧‧‧間隔件部
7c‧‧‧突起
8‧‧‧印刷基板
9‧‧‧極靴
10‧‧‧襯套(滑動軸承)
11‧‧‧末端構件
12‧‧‧線圈(線性馬達之定子)
12a‧‧‧導線
14、86‧‧‧花鍵螺母
14a‧‧‧花鍵螺母之另一端部
14b‧‧‧花鍵螺母之一端部
14c‧‧‧負載滾珠滾行槽
16、88‧‧‧轉子
16a‧‧‧花鍵螺母另一端部收容部
16b‧‧‧花鍵螺母一端部收容部
16a1‧‧‧大徑部
16a2‧‧‧小徑部
16b1‧‧‧大徑部
16b2‧‧‧小徑部
16c、89‧‧‧本體部
21‧‧‧線圈
22、89a‧‧‧永久磁鐵
23‧‧‧凸緣
25‧‧‧滾珠(滾動體)
26‧‧‧保持器
27‧‧‧滾珠循環路徑(滾動體循環路徑)
27a‧‧‧負載滾珠滾行路徑
27b‧‧‧滾珠返回通路
27c‧‧‧方向轉換路徑
29‧‧‧固定圈
31、93‧‧‧軸承
31a‧‧‧外圈
31b‧‧‧內圈
31c‧‧‧滾珠
32‧‧‧磁軛
32a‧‧‧芯部
33、34‧‧‧蓋構件
35、92‧‧‧旋轉馬達之定子
42‧‧‧收納容器
51‧‧‧磁感測器(角度測定裝置)
52‧‧‧內插器(角度測定裝置、角度計算電路)
54‧‧‧磁感測器
55‧‧‧位置計算電路
56‧‧‧旋轉馬達用驅動器
57‧‧‧線性馬達用驅動器
58、61‧‧‧編碼器電纜
59、62‧‧‧動力電纜
60‧‧‧控制盤
64‧‧‧電力轉換器
65‧‧‧控制器
66‧‧‧指令器
71‧‧‧矽或玻璃基板
72‧‧‧磁阻元件
73、74‧‧‧A/D轉換器
75‧‧‧訊號處理部
76‧‧‧查找表記憶體
80‧‧‧旋轉馬達
82‧‧‧花鍵軸
82a‧‧‧花鍵軸之一端部
82b‧‧‧花鍵軸之另一端部
83‧‧‧螺母外殼
83a‧‧‧凸緣
83b‧‧‧退避部
84‧‧‧馬達外殼
87‧‧‧第二花鍵螺母
89b‧‧‧突起
90‧‧‧第二花鍵螺母收容部
90a‧‧‧第二花鍵螺母另一端部收容部
90b‧‧‧第二花鍵螺母一端部收容部
91‧‧‧花鍵螺母收容部
91a‧‧‧花鍵螺母另一端部收容部(孔)
91b‧‧‧花鍵螺母一端部收容部
93a‧‧‧外圈
93b‧‧‧內圈
93a1‧‧‧外側
93b1‧‧‧內側
94‧‧‧磁感測器
95、96‧‧‧蓋
N、S‧‧‧磁極
U、V、W‧‧‧相位
XVI‧‧‧部分
Y‧‧‧電流方向
H‧‧‧磁場
θ‧‧‧角度
l‧‧‧間隙
λ‧‧‧距離
A、B、C、D、E‧‧‧磁向量
DB、DA‧‧‧數位資料
u‧‧‧相位角資料
x、y‧‧‧位址
圖1係本發明之第一實施形態之直線、旋轉複合式致動器之立體圖。
圖2係線性馬達之立體圖(包含一部分剖面)。
圖3係表示保持於線圈固持器上之線圈單元之立體圖。
圖4係表示線性馬達之動作原理之圖。
圖5係旋轉馬達之立體圖。
圖6係旋轉馬達之剖面圖。
圖7係已卸除外殼之狀態之旋轉馬達之立體圖。
圖8係表示花鍵螺母之立體圖(包含一部分剖面)。
圖9係第一筒狀構件之立體圖。
圖10係第二筒狀構件之立體圖。
圖11係旋轉馬達之永久磁鐵及線圈之側視圖。
圖12係本發明之第二實施形態中之直線、旋轉複合式致動器之旋轉馬達之立體圖。
圖13係圖12之旋轉馬達之剖面圖。
圖14係圖13之XVI部分放大圖。
圖15係軸承固定部之詳細圖。
圖16係嵌合部之立體圖。
圖17係表示將兩個花鍵螺母扭轉而組裝於花鍵軸上之狀態之立體圖。
圖18係本發明之一實施形態中之直線、旋轉複合式致動器系統之系統構成圖。
圖19係旋轉馬達之控制系統之方塊圖。
圖20係表示磁感測器與轉子之位置關係之圖。
圖21係表示磁感測器之原理之立體圖。
圖22係表示磁場之方向之角度θ與磁感測器之阻抗值的關係之圖表。
圖23係表示轉子中產生之磁場與磁感測器之位置關係之圖。
圖24係表示磁感測器所檢測出之磁向量之方向與輸出電壓之關係的圖表。
圖25係表示兩組全橋構成之磁感測器之圖(圖中(A)係表示磁感測器之強磁性薄膜金屬之形狀之俯視圖，圖中(B)係等效電路圖)。
圖26係表示自磁感測器所輸出之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號之圖表。
圖27係表示轉子與磁感測器之位置關係及磁感測器之輸出訊號之概念圖。
圖28係表示藉由正弦波及餘弦波而描繪之利薩如圖形之圖。
圖29係位置檢測電路之構成圖。
圖30係查找表記憶體之記憶體構成圖。
根據隨附圖式，對本發明之第一實施形態中之直線、旋轉複合式致動器進行詳細說明。圖1表示直線、旋轉複合式致動器之立體圖。該直線、旋轉複合式致動器為可進行直線驅動與旋轉驅動之複合式致動器，且係使線性馬達1與旋轉馬達2於軸線方向 上結合而成。以可向軸線方向進行直線運動並於軸線周圍旋轉之方式，而將軸構件3支撐於直線、旋轉複合式致動器之外殼1a、2a上。軸構件3係使作為線性馬達1之動子軸之棒5與花鍵軸4於軸線方向上連接而成。線性馬達1使軸構件3進行直線運動，旋轉馬達2使軸構件3進行旋轉運動。軸構件3之長度方向之一端部3a自外殼露出。於該軸構件3之一端部3a上安裝有吸附墊、工具等之移動體。直線、旋轉複合式致動器既可僅利用一個軸加以使用，亦可於為了提升作業效率，以軸構件3成為平行之方式而組合多軸即複數個直線、旋轉複合式致動器之狀態下加以使用。
圖2表示線性馬達1之立體圖(包含一部分剖面)。如圖2所示，線性馬達1為線性同步馬達1，其具備：作為動子軸之棒5，其以於軸線方向上交替形成北(N)極及南(S)極之方式而排列有複數個永久磁鐵6；作為定子之複數個線圈12，其包圍棒5且層疊於棒5之軸線方向上；以及外殼1a，其收容複數個線圈12。線圈12為3個且為由U、V、W相所形成之一組三相線圈12。藉由永久磁鐵6中所產生之磁場與三相線圈12中流動之三相交流電流，而產生用於使棒5進行直線運動之推力。
線性馬達1之棒5以可向棒5之軸線方向移動之方式而支撐於外殼1a上。線圈單元保持於線圈固持器7上。線圈單元及線圈固持器7收容於外殼1a內。棒5例如由不鏽鋼等之非磁性材所構成，且具有中空空間。於棒5之中空空間內，以彼此同極相對向之方式即N極與N極相對向、S極與S極相對向之方式，而層疊圓柱狀之複數個永久磁鐵6。於永久磁鐵6之間插入有例如由鐵等之磁性體所構成之極靴9。
線圈12為將銅線捲繞成環狀者，且保持於線圈固持器7上。圖3表示線圈12以及保持線圈12之線圈固持器7之詳細圖。線圈固持器7為樹脂之射出成形品，且係由在線圈12之排列方向上細長地延伸之板狀之固持器本體部7a、與自固持器本體部7a垂下之薄壁之複數個間隔件部7b所構成。由於需要將鄰接之線圈12彼此絕緣，故而於線圈12間插入有樹脂製之間隔件部7b作為絕緣材。間隔件部7b係與線圈12之正面形狀同樣地形成為圓環形狀。於固持器本體部7a之上表面安裝有印刷基板8。於固持器本體部7a之側面，設置有用以於射出成形時將線圈固持器7固定於模具上之突起7c(參照圖3)。其原因在於防止由於射出成形時之壓力而使線圈固持器7發生偏移。為了將導線12a引導至印刷基板8之通孔(圖3中表示為將線圈12之導線12a焊接於通孔上之狀態)為止，而於固持器本體部7a之與印刷基板8之通孔相同之位置上，開設複數個配線用孔。
該實施形態中，藉由將線圈12及線圈固持器7設置於射出成型之模具中，並使已熔融之樹脂或特殊陶瓷流動至模具內之嵌入成形，而形成外殼1a。將成形品自模具中取出後，成為由外殼1a覆蓋線圈12周圍之狀態。藉由利用嵌入成形來形成外殼1a，而存在可使外殼1a之壁厚變薄之優點。於外殼1a上後加工有螺絲孔1b(參照圖2)，作為用以將線性馬達1安裝於例如貼片機之頭部上之安裝部。另外，於外殼1a上開設有定位孔1c，該定位孔1c係供用以進行外殼1a相對於頭部之定位之銷來插入。由於需要保持與線圈12之絕緣，故而外殼1a之材料係使用絕緣性高之樹脂。於外殼1a上形成有鰭片1d，以提高散熱性。
棒5於線性馬達1進行動作中，成為於線圈12內懸浮之狀態。為了導引棒5之直線運動及旋轉運動，而於棒5之軸線方向上之外殼1a之兩端部，設置有樹脂製之襯套10作為滑動軸承。將襯套10與棒5之間的間隙設定為比線圈12與棒5間的間隙小。襯套10具有防止線圈12與棒5相接觸之作用。襯套10安裝於在外殼1a之兩端一體成形之末端構件11上。藉由使用線性同步馬達作為線性馬達，而容易對線圈12與棒5間的間隙進行管理。因此，無需組合線性運動軸承與旋轉軸承，可藉由襯套10而導引棒5之直線運動及旋轉運動。藉由設置一對襯套10，即便於衝程較長之情形時，仍可消除由永久磁鐵6之吸引所引起之棒5之彎曲。再者，該實施形態中，於外殼1a之兩端部設置有襯套10，但因於靠近移動體側配置有花鍵螺母14，故亦可省略靠近旋轉馬達2側之襯套10。
圖4表示線性馬達1之動作原理之概念圖。於棒5之周圍層疊有包圍棒5之複數個線圈12。線圈12為3個且為由U、V、W相所形成之一組三相線圈。組合複數個三相線圈12而構成線圈單元。於三相線圈12內流動相位彼此相差120°之三相交流電流後，產生向線圈12之軸線方向移動之移動磁場。棒5藉由移動磁場而獲得推力，以與移動磁場之速度相同之速度，對於線圈12進行相對性直線運動。
圖5表示旋轉馬達2之立體圖。於旋轉馬達2之外殼2a中可旋轉地收納有花鍵軸4。花鍵軸4之端部以使彼此之軸線相一致之狀態而結合於棒5之端部。花鍵軸4係藉由棒5而向軸線方向受到驅動，並藉由旋轉馬達2而受到旋轉驅動。
圖6表示旋轉馬達2之剖面圖，圖7表示自外殼2a卸除之旋轉馬達2之立體圖。旋轉馬達2之外殼2a結合於線性馬達1之外殼1a上。如圖6所示，花鍵軸4以可旋轉並可進行直線運動之方式而收容於外殼2a中。花鍵軸4之其中一端部4a(圖6左側)連接於線性馬達1之棒5，於另一端部4b(圖6右側)安裝有移動體。花鍵軸4既可藉由螺絲等之接合手段而接合於棒5，亦可與棒5成為一體。於花鍵軸4之外周面形成有於軸線方向上延伸之滾珠滾行槽，於花鍵軸4上組裝有導引花鍵軸4進行直線運動之花鍵螺母14(參照圖8)。花鍵螺母14收容於筒狀之轉子16內，且與轉子16一起旋轉。於外殼2a上安裝有形成收容轉子16之空間之定子35。於轉子16之軸線方向之兩端部與外殼2a之間，安裝有導引轉子16於軸線周圍旋轉之一對軸承31。
轉子16係由本體部16c、花鍵螺母一端部收容部16b以及花鍵螺母另一端部收容部16a所構成；其中該本體部16c藉由旋轉馬達2之定子35而受到旋轉驅動，該花鍵螺母一端部收容部16b連結於本體部、且收容花鍵螺母14之軸線方向之一端部，而該花鍵螺母另一端部收容部16a收容花鍵螺母14之移動體側之軸線方向之另一端部。該實施形態中，本體部16c與花鍵螺母一端部收容部16b為一體。花鍵螺母另一端部收容部16a防止花鍵螺母14自花鍵螺母一端部收容部16b脫出。於花鍵螺母另一端部收容部16a與花鍵螺母一端部收容部16b之間，於軸線方向上空出有間隙。於轉子16之本體部16c之外周面，以於圓周方向上交替形成N極及S極磁極之方式而貼附有複數個永久磁鐵22。
安裝於外殼2a上之旋轉馬達2之定子35包括與永久 磁鐵22相對向之三相線圈21、與筒狀之磁軛32。於三相線圈21內流動三相交流電流時，轉子16進行旋轉。轉子16進行旋轉後，花鍵螺母14與轉子16一起旋轉。花鍵螺母14進行旋轉後，組裝於花鍵螺母14上之花鍵軸4進行旋轉。
旋轉馬達2之外殼2a係使收容花鍵螺母14之螺母外殼2a1、與收容旋轉馬達2之馬達外殼2a2於軸線方向上結合而成。螺母外殼2a1形成為圓筒形狀，且於軸線方向之兩端部具有凸緣23。於螺母外殼2a1之中央之小徑部內，收容有花鍵螺母14。另一方面，馬達外殼2a2形成為中空之筒形狀。於馬達外殼2a2之內側，固定有旋轉馬達2之定子35。
圖8表示扣合於花鍵軸4之花鍵螺母14。於花鍵軸4之外周面，形成有複數條滾珠滾行槽4a而作為於長度方向上延伸之滾動體滾行部。於花鍵螺母14之內周面，形成有與花鍵軸4之複數條滾珠滾行槽4a相對向之複數條負載滾珠滾行槽14c。花鍵軸4係由中實或中空圓棒所構成。花鍵軸4外周面之滾珠滾行槽4a之剖面形狀，形成為比滾珠25之曲率稍大之圓弧槽形狀。花鍵軸4之材質較佳地係使用適合於軸承鋼、碳工具鋼等之淬火之材質。
藉由於花鍵軸4之外周面形成滾珠滾行槽4a，例如即便於對花鍵軸4前端之工具施加與花鍵軸4之軸線正交方向之負重，或者施加軸線周圍之力矩負重時，仍可負載該等負重。另外，可將對花鍵螺母14所施加之轉矩傳動至花鍵軸4。進而，可提高花鍵軸4之導引之精度，而可正確進行移動體之定位。
插入於花鍵螺母14與花鍵軸4間的滾珠25係與用於通常軸承之滾動體同樣為鋼製。花鍵螺母14形成為中空之筒體。 於花鍵螺母14之內徑上形成有於軸線方向上延伸之負載滾珠滾行槽14c。花鍵螺母14之材質較佳地係使用適合於軸承鋼、碳工具鋼等之淬火之材質。於花鍵螺母14中組裝有保持器26。於保持器26上形成有複數條滾珠循環路徑27，而作為條數與花鍵螺母14之負載滾珠滾行槽14c之條數相一致的滾動體循環路徑。滾珠循環路徑27係由負載滾珠滾行路徑27a、滾珠返回通路27b以及圓弧形狀之方向轉換路徑27c而構成為環狀；其中，該負載滾珠滾行路徑27a沿著花鍵螺母14之負載滾珠滾行槽14c，該滾珠返回通路27b與負載滾珠滾行路徑27a平行地延伸，而該圓弧形狀之方向轉換路徑27c將負載滾珠滾行路徑27a之端、與滾珠返回通路27b之端相連接。滾珠25一面與花鍵螺母14之負載滾珠滾行槽14c及花鍵軸4之滾珠滾行槽4a相接觸，一面進行滾動運動，而循環於滾珠循環路徑27。保持器26可循環地保持已排列、收容於滾珠循環路徑27內之滾珠列，且當將花鍵螺母14自花鍵軸4上卸除時，防止滾珠25脫落。藉由固定圈29，而將該保持器26固定於花鍵螺母14之既定位置。
圖9表示花鍵螺母另一端部收容部16a之立體圖。花鍵螺母另一端部收容部16a具有直徑不同之大徑部16a1及小徑部16a2。於花鍵螺母另一端部收容部16a之大徑部16a1之內側，收容有花鍵螺母14之軸線方向之另一端部14a。花鍵螺母另一端部收容部16a與花鍵螺母14藉由螺絲固定或黏著而成為一體。於花鍵螺母另一端部收容部16a之小徑部16a2之外側嵌入有軸承31(參照圖7)。如圖6所示，軸承31具備外圈31a、內圈31b以及於其等之間以可進行滾動運動之方式而插入之滾珠31c。該軸承31可旋轉地 支撐花鍵螺母另一端部收容部16a。軸承31例如使用深槽球軸承。軸承31係嵌合於螺母外殼2a1之凸緣23後，藉由蓋構件34而固定於螺母外殼2a1上。亦可利用固定圈代替蓋構件34而將軸承31固定於螺母外殼2a1上。
圖10表示轉子16之本體部16c以及花鍵螺母一端部收容部16b之立體圖。本體部16c形成為直徑比花鍵螺母一端部收容部16b小。於花鍵螺母一端部收容部16b之內側，收容花鍵螺母14之軸線方向之一端部14b(參照圖6)。花鍵螺母一端部收容部16b與花鍵螺母14藉由螺絲固定或者黏著而成為一體。如圖7所示，於本體部16c之外周面，而於圓周方向上貼附有複數個永久磁鐵22。於圓周方向上排列之複數個線圈21與該永久磁鐵22相對向。於本體部16c之軸線方向之另一端部嵌入有軸承31。軸承31為與支撐花鍵螺母另一端部收容部16a之軸承31相同之構成。如圖6所示，軸承31係嵌合於馬達外殼2a2之一端部後，藉由蓋構件33而固定於馬達外殼2a2上。亦可利用固定圈代替蓋構件33來固定軸承。
圖11表示旋轉馬達2之複數個永久磁鐵22以及與複數個永久磁鐵22相對向之複數個線圈21。旋轉馬達2為複數個線圈21與複數個永久磁鐵22相對向之旋轉同步馬達。藉由使用旋轉同步馬達，與使用需要梳齒之步進馬達之情形相比較，可減小半徑方向之尺寸，且亦容易管理間隙。各永久磁鐵22形成為細長之板狀。各永久磁鐵22係於半徑方向上著磁，即外周面側著磁為N極及S極之其中一種，而內周面側著磁為N極及S極之另一種。複數個永久磁鐵22以於圓周方向上交替形成N極及S極之方式而排 列。排列成圓筒狀之永久磁鐵22由以鐵等之磁性材料所構成之筒狀的磁軛32所包圍。於磁軛32上形成有向半徑方向之內側突出之芯部32a(參照圖7)。芯部32a係於磁軛32之軸線方向上細長地延伸。於芯部32a上捲繞有線圈21。線圈21為將銅線捲繞成環狀者，且形成為長方形之框狀。線圈21為3個且為一組由U、V、W相所形成之三相線圈21。該實施形態中，線圈21之數量為六個，且構成兩組三相線圈21。當於三相線圈21中流動三相交流電流時，於排列成圓筒狀之永久磁鐵22之圓周方向上產生旋轉磁場。安裝有永久磁鐵22之轉子16藉由旋轉磁場而獲得轉矩，且於其軸線周圍進行旋轉。
排列於轉子16上之複數個永久磁鐵22為產生用以使轉子16旋轉之轉矩的驅動用之永久磁鐵22。如圖11所示，對轉子16之旋轉角度進行測定之磁感測器51，係對驅動用之永久磁鐵22之軸線方向之端部所產生的磁場進行檢測。對於磁感測器51之特性將於下文加以敍述。將安裝於基板上之磁感測器51收納於箱形狀之收納容器42內後，利用填充劑將其周圍填滿。如圖5所示，藉由固定螺絲，將收納容器42固定於外殼2a上。磁感測器51具有溫度特性，且根據溫度之變化而使輸出發生變化。為了減小由線圈21所產生之熱之影響，收納容器42及填充劑使用熱導率比外殼2a為低之材料。例如外殼使用環氧系樹脂，收納容器42及填充劑使用聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)。
如圖1所示，根據本實施形態，構成直線、旋轉複合式致動器之構成零件係自靠近移動體側起，成為依轉矩傳遞用之花鍵螺母14、旋轉脈衝馬達2、線性同步馬達1之順序。因花鍵螺母 14配置於最靠近移動體之位置，故可負載對移動體所施加之負重及力矩，從而可正確進行移動體之定位。另外，藉由以靠近移動體之位置之軸承31(參照圖6)來支撐花鍵螺母14之旋轉運動，可更確實地承受自移動體對花鍵軸4所施加之負重及力矩。因於花鍵螺母14之旁邊配置旋轉馬達2，於旋轉馬達2之旁邊配置線性馬達1，故可使與花鍵螺母14為一體之轉子16旋轉，且可使由花鍵螺母14引導之花鍵軸4向軸線方向移動。
因花鍵螺母14配置於花鍵螺母另一端部收容部16a之大徑部16a1之內側，軸承配置於花鍵螺母另一端部收容部16a之小徑部16a2之外側，故花鍵螺母14及軸承31不會於半徑方向上層疊。另外，因花鍵螺母14配置於花鍵螺母一端部收容部16b之內側，旋轉馬達2配置於本體部16c之外側，故花鍵螺母14及旋轉馬達2亦不會於半徑方向上層疊。因此，可使直線、旋轉複合式致動器之半徑方向之尺寸緊緻化。
進而，僅於組合有旋轉馬達2及花鍵螺母14之部分之兩端部配置一對軸承31，且將轉子16分成如下兩部分：即本體部16c及花鍵螺母一端部收容部16b側、與花鍵螺母另一端部收容部16a側，藉此旋轉馬達2之組裝變得容易。
圖12表示本發明之第二實施形態中之直線、旋轉複合式致動器之旋轉馬達之立體圖。與第一實施形態中之直線、旋轉複合式致動器之旋轉馬達同樣地，以可進行旋轉運動且可進行直線運動之方式而將花鍵軸82收容於外殼81內。花鍵軸82之兩端部自外殼81突出。花鍵軸82之其中一端部82a連接於線性馬達1之棒5，花鍵軸82之另一端部82b連接於移動體。外殼81可二分為 收容花鍵螺母之螺母外殼83、與收容旋轉馬達之定子之馬達外殼84。於螺母外殼83之四角形凸緣83a之角部形成有圓弧形狀之退避部83b，以使當以螺絲將螺母外殼83固定於馬達外殼84上時，可使螺絲起子或扳手朝向螺絲筆直(圖中虛線方向)地進入。
當以旋轉馬達80單體之角度來觀察時，花鍵軸82成為旋轉馬達80之旋轉軸。花鍵軸80可向軸線方向自由地移動，且花鍵軸80之直線運動係由花鍵螺母而引導。
圖13表示旋轉馬達80之剖面圖。該實施形態之旋轉馬達中，除了移動體側(圖13左側)之花鍵螺母86以外，還追加有第二花鍵螺母87。第二花鍵螺母87配置於比旋轉馬達之定子更靠近線性馬達側(圖13右側)。花鍵螺母86及第二花鍵螺母87收容於中空之轉子88內且與轉子88一起旋轉。於花鍵螺母86及第二花鍵螺母87內，以可進行直線運動之方式而組裝有花鍵軸82。與第一實施形態之花鍵軸同樣地，於花鍵軸82之外周面形成有於軸線方向上延伸之滾珠滾行槽。轉子88之旋轉經由花鍵螺母86及第二花鍵螺母87而傳動至花鍵軸82。
於外殼81內安裝有旋轉馬達之定子92。於轉子88之軸線方向之兩端部與外殼間配置有一對軸承93，且轉子88之旋轉運動係由一對軸承93而引導。轉子88係由本體部89、花鍵螺母收容部91以及第二花鍵螺母收容部90所構成；其中，該本體部89藉由旋轉馬達之定子92而受到旋轉驅動，該花鍵螺母收容部91收容花鍵螺母86，且該第二花鍵螺母收容部90收容第二花鍵螺母87。與第一實施形態之本體部同樣地，於本體部89之外周面之圓周方向上貼附有複數個永久磁鐵89a。於外殼81上安裝有對本體部 89之旋轉角度進行偵測之磁感測器94。花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90連結於本體部89之軸線方向之兩端部。
圖14係表示本體部89與花鍵螺母收容部91(及第二花鍵螺母87)之嵌合構造之詳細圖。於花鍵螺母收容部91內形成有將半徑不同之兩個半圓組合而成之特異形之孔91a，於本體部89上形成有與孔91a之大徑之半圓相嵌合之半圓狀之突起89b。本體部89之突起如齒輪般嚙合於花鍵螺母收容部91之孔91a，因此可將本體部89之旋轉傳動至花鍵螺母收容部91。另外，於本體部89與花鍵螺母收容部91之間存在遊隙部，以使一面將旋轉自本體部89傳動至花鍵螺母收容部91，一面花鍵螺母收容部91可相對於本體部89而向軸線方向移動。當然，只要本體部89與花鍵螺母收容部91之嵌合構造為可將本體部89之旋轉傳動至花鍵螺母收容部91，且於本體部89與花鍵螺母收容部91間存在有軸線方向之遊隙部者，則並不限於上述特異形之孔91a與半圓形之突起89b。本體部89與第二花鍵螺母收容部90亦為相同之嵌合構造。
如圖13所示，花鍵螺母收容部91連結於本體部89，且分為如下兩部分：收容花鍵螺母86之軸線方向之一端部之花鍵螺母一端部收容部91b；以及收容花鍵螺母86之軸線方向之另一端部之花鍵螺母另一端部收容部91a。第二花鍵螺母收容部90亦連結於本體部89，且分為如下兩部分：收容第二花鍵螺母87之軸線方向之一端部之第二花鍵螺母一端部收容部90b；以及收容第二花鍵螺母87之軸線方向之另一端部之第二花鍵螺母另一端部收容部90a。花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90具有袋狀之大徑部，於該大徑部內收容有花鍵螺母86及第二花鍵螺母87。於花 鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90之小徑部之外周面配置有一對軸承93。
當組裝旋轉馬達時，首先於本體部89之周圍貼附複數個永久磁鐵89a。然後，利用分為兩部分之花鍵螺母收容部91覆蓋花鍵螺母86，並利用第二花鍵螺母收容部90覆蓋第二花鍵螺母87。接著，將花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90連結於本體部89之兩端部。之後，將一對軸承93嵌入至花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90之外側。於以上述方式組裝轉子88之狀態下，將轉子88插入至外殼81內。其後，藉由將蓋95、96安裝於外殼81之兩端部，而組裝結束。
當組裝旋轉馬達80時，軸承93亦係自外殼81側進行定位，並亦自轉子88側進行定位。若轉子88或外殼81產生尺寸誤差，則尺寸誤差會集中於軸承93，因此導致於軸承93之球上作用壓碎之力，而妨礙軸承93之圓滑之旋轉。根據本實施形態，藉由使轉子88之本體部89與花鍵螺母收容部91(及第二花鍵螺母收容部90)成為上述嵌合構造，可於轉子88側消除尺寸誤差，從而可配合外殼81對一對軸承93進行正確定位。另外，當包含線圈之旋轉馬達之定子92發熱時，外殼81側之熱度比轉子88側高。因鋁製之外殼81之熱膨脹係數比鋼製之轉子88之線膨脹係數為大，故外殼81之熱膨脹量比轉子88之熱膨脹量為大。藉由成為上述嵌合構造，亦可消除該外殼81之熱膨脹。
圖15及圖16係表示軸承93之固定部之詳細圖。轉子88抵接於一對軸承93之內圈93b之內側93b1，而外殼81抵接於一對軸承93之外圈93a之外側93a1(以虛線之圓表示抵接部位)。 而且，一對軸承93夾持於轉子88與外殼81之間。藉此，當由於旋轉馬達之定子92之熱而外殼81向軸線方向伸長時，外殼81之抵接部朝向遠離轉子88之接觸部之方向而移動，因此可防止將球壓碎之力作用於軸承93上。
根據本實施形態，由於夾持旋轉馬達之定子92而使用有二個花鍵螺母86、87，因此與使用一個花鍵螺母86之情形相比較，可進一步防止花鍵軸82之振動，從而可進一步提高花鍵軸82之剛性。因此，即便於為了使伺服迴路之響應性變佳而提高旋轉馬達或線性馬達之增益時，仍可防止花鍵軸82振動，從而可實現響應性高之伺服迴路。
圖17表示進一步提高花鍵軸82之剛性之例。該例中，花鍵螺母86及第二花鍵螺母87係於朝向相對於花鍵軸82而彼此相反之方向以經扭轉之狀態而固定於轉子88上。圖中上側之花鍵螺母86係於相對於花鍵軸82受到順時針方向之轉矩之狀態下固定於轉子88上，下側之第二花鍵螺母87係於受到逆時針方向之轉矩之狀態下固定於轉子88上。因朝向彼此相反之方向對收容於花鍵螺母86及第二花鍵螺母87中之滾珠進行壓縮，故可保持對滾珠賦予預壓之狀態，從而可提高花鍵軸82之圓周方向之剛性。
圖18表示本發明之一實施形態中之直線、旋轉複合式致動器系統。該直線、旋轉複合式致動器系統係由旋轉馬達控制系統及線性馬達控制系統所構成。旋轉馬達控制系統係由磁感測器51、作為角度計算電路之內插器52以及旋轉馬達用驅動器56所構成；其中，該磁感測器51對旋轉馬達2之轉子16之旋轉角度進行檢測，該作為角度計算電路之內插器52對磁感測器51所輸出之訊 號進行內插處理，而該旋轉馬達用驅動器56根據內插器52所計算出之旋轉角訊號對旋轉馬達2進行控制。旋轉馬達用驅動器56係以轉子16之旋轉角度與指令值相一致之方式而對旋轉馬達2進行控制。磁感測器51與內插器52係藉由編碼器電纜58而連接，旋轉馬達2之線圈21與旋轉馬達用驅動器56之電力轉換器係藉由動力電纜59而連接。內插器52及旋轉馬達用驅動器56收容於控制盤60內。
線性馬達控制系統亦同樣地由磁感測器54、位置計算電路55以及線性馬達用驅動器57所構成；其中，該磁感測器54對線性馬達1之棒5之軸線方向之位置進行檢測，該位置計算電路55對磁感測器54所輸出之訊號進行內插處理，而該線性馬達用驅動器57根據位置計算電路55所計算出之位置訊號對線性馬達1進行控制。線性馬達用驅動器57係以棒5之位置與指令值相一致之方式而對線性馬達1進行控制。磁感測器54與位置計算電路55係藉由編碼器電纜61而連接。線性馬達1之線圈12與線性馬達用驅動器57之電力轉換器係藉由動力電纜62而連接。位置計算電路55及線性馬達用驅動器57收容於控制盤60內。
角度測定裝置係由磁感測器51與內插器52所構成；其中，該磁感測器51對直線、旋轉複合式致動器之轉子16之旋轉角度進行檢測，而該內插器52對磁感測器51所輸出之訊號進行內插處理。磁感測器51對轉子16之磁場方向進行檢測，並輸出相位偏移90度之正弦波狀及餘弦波狀之電壓訊號。將磁感測器51所輸出之電壓訊號輸出至內插器52。內插器52根據正弦波狀及餘弦波狀之電壓訊號，對轉子16之角度資訊進行計算。對線性馬達1之 位置進行測定之位置測定裝置與角度測定裝置同樣地輸出棒5之位置資訊。
圖19表示旋轉馬達2之控制系統之方塊圖。將內插器52所計算出之角度資訊輸出至旋轉馬達用驅動器56之控制器65。於旋轉馬達用驅動器56內組裝有：脈寬調變變頻器(Pulse Width Modulation，PWM)等之電力轉換器64，其供給成為適合於對線性馬達1進行控制之形態之電力；以及控制器65，其對電力轉換器64進行控制。控制器65根據來自內插器52之訊號及來自上級電腦等之指令器66之指令，對電力轉換器64進行控制。具體而言，控制器65係以轉子16之旋轉角度與指令值相一致之方式而對電力轉換器64進行控制。線性馬達用驅動器57之構成亦與旋轉馬達用驅動器相同。
旋轉馬達2之轉子16與花鍵軸4係經由花鍵螺母14而連結，因此轉子16之旋轉角度與花鍵軸4之旋轉角度相等。藉由對不會向軸線方向移動之旋轉馬達2之轉子16之旋轉角度進行控制，而對於向軸線方向移動之花鍵軸4之旋轉角度進行控制，因此容易控制花鍵軸4之旋轉角度。另外，將原本用以產生推力之驅動用之永久磁鐵22挪用作磁天平(magnetic scale)，因此可實現低價且小型之磁感測器51。
如圖20所示，磁感測器51係自旋轉馬達2之永久磁鐵22隔開既定間隙而配置，且對藉由永久磁鐵22之旋轉運動而產生之永久磁鐵22之磁場方向(磁向量之方向)的變化進行檢測。因對磁場之方向之變化進行檢測，故安裝有磁感測器51之基板位於與轉子16之旋轉中心正交之平面內。
如圖21所示，磁感測器51具有：矽(Si)或玻璃基板71；以及磁阻元件72，其形成於該矽(Si)或玻璃基板71上，且由以鎳(Ni)、鐵(Fe)等之強磁性金屬作為主成分之合金之強磁性薄膜金屬所構成。因阻抗值於特定之磁場方向上發生變化，而將該磁感測器51稱為異向性磁阻(Anisotropic-Magnetro-Resistance，AMR)感測器(異向性磁阻元件)。
於磁阻元件72中流動電流，並施加阻抗變化量飽和之磁場強度，而使該磁場(H)之方向相對於電流方向Y發生角度變化θ。如圖22所示，阻抗變化量(△R)於電流方向與磁場方向垂直(θ=90°、270°)時為最大，於電流方向與磁場方向平行(θ=0°、180°)時為最小。阻抗值R係根據電流方向與磁場方向之角度成分，如下述之(1)式般發生變化。
(數式1)R=R0-△Rsin2θ...(1)
R0：無磁場時之強磁性薄膜金屬之阻抗值
△R：阻抗變化量
θ：表示磁場方向之角度
若為飽和靈敏度範圍以上，則△R為常數，阻抗值R不會受到磁場強度之影響。
對於轉子16進行直線運動時之磁場方向之變化與磁感測器51之輸出加以說明。如圖23所示，將磁感測器51配置於施加有飽和靈敏度範圍以上之磁場強度之間隙l之位置，且以磁場之方向變化有利於感測器面之方式而進行配置。圖23表示將於圓 周上排列之永久磁鐵22於水平方向上展開之狀態。如圖24所示，轉子16於距離λ進行直線移動時，於感測器面上磁場之方向成為一週。此時，電壓之訊號為一個週期之正弦波。為了獲知運動之方向，如圖25所示，只要將兩組全橋構成之元件以彼此傾斜45°之方式而形成於一個基板上即可。如圖26所示，藉由兩組全橋電路而獲得之輸出VoutA與VoutB為具有彼此相差90°相位差之餘弦波及正弦波。
根據本實施形態，磁感測器51對轉子16之磁場方向之變化進行檢測，因此即便例如圖27所示，磁感測器51之安裝位置自(1)向(2)偏移，磁感測器51所輸出之正弦波及餘弦波之變化仍較少。如圖28所示，藉由正弦波及餘弦波而描繪之利薩如(Lissajous)圖形之圓之大小亦難以變化。因此，可正確地檢測出磁向量74之方向θ。即便不高精度地對轉子16與磁感測器51之間的間隙l進行管理，仍可檢測出轉子16之正確位置，因此磁感測器51之安裝調整變得容易。
圖29表示內插器52之構成圖。將磁感測器51所輸出之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號取入至內插器52內。內插器52對相位相差90°之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號施加數位性之內插處理，而輸出高解析度之相位角資料。轉子16之磁極間之間距例如為數十毫米(mm)級，遠大於磁式編碼器之數百微米(μm)級。當將轉子16挪用作磁天平時，需要將磁感測器51所輸出之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號細分化，而提高解析度。磁感測器51所輸出之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號之變化，會對提高了解析度的位置計算電路產生較大之影響。因此，期望磁感測器51所輸出之正弦波 狀訊號及餘弦波狀訊號之變化較小。
將相位相差90°之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號分別輸入至類比數位(Analog to Digital，A/D)轉換器73、74。A/D轉換器73、74以既定週期將正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號分別取樣為數位資料DA、DB。
如圖30所示，預先於查找表記憶體76中記錄有根據使用有反正切函數(TAN-1)之下式而製成之查找表資料。
(數式2)u=TAN-1(DB/DA)...(2)
圖30表示於8位元×8位元之位址空間內具有每週期1000份相位角資料時之查找表記憶體的記憶體構成。
作為相位角資料計算手段之訊號處理部75係將數位資料DA、DB分別作為x、y位址，對查找表資料進行檢索，而獲得與x、y位址相對應之相位角資料u。藉此，可對1個波長(0至2π之區間)內進行分割、內插。再者，亦可進行u=TAN-1(DB/DA)之運算而計算出相位角資料u，代替使用查找表記憶體，並藉此對1個波長(0至2π之區間)內進行分割、內插。
其次，訊號處理部75根據相位角資料u而生成A相編碼器脈衝訊號及B相編碼器脈衝訊號，並於1個週期生成1次Z相脈衝訊號。將訊號處理部75所輸出之A相脈衝訊號、B相脈衝訊號、Z相脈衝訊號輸出至旋轉馬達2之旋轉馬達用驅動器56。
再者，本發明並不限於上述實施形態，於不變更本發明之主旨之範圍內可實現各種實施形態。例如本實施形態之直線、 旋轉複合式致動器並不限於貼片機，而可用作各種機器人之直線、旋轉複合式致動器。另外，於直線、旋轉複合式致動器系統之發明中，亦可使用線性步進馬達代替線性同步馬達。
本說明書係基於2008年9月30日所申請之日本專利特願第2008-255073號。其內容全部包含於此
80‧‧‧旋轉馬達
81‧‧‧外殼
82‧‧‧花鍵軸
86‧‧‧花鍵螺母
87‧‧‧第二花鍵螺母
88‧‧‧轉子
89‧‧‧本體部
89a‧‧‧永久磁鐵
90‧‧‧第二花鍵螺母收容部
90a‧‧‧第二花鍵螺母另一端部收容部
90b‧‧‧第二花鍵螺母一端部收容部
91‧‧‧花鍵螺母收容部
91a‧‧‧花鍵螺母另一端部收容部(孔)
91b‧‧‧花鍵螺母一端部收容部
92‧‧‧旋轉馬達之定子
93‧‧‧軸承
94‧‧‧磁感測器
95、96‧‧‧蓋

Claims (7)

  1. 一種直線、旋轉複合式致動器系統，其具備：軸構件，其可向軸線方向進行直線運動，且可於軸線周圍進行旋轉運動；中空之轉子，其包圍上述軸構件；旋轉馬達之定子，其形成收容上述轉子之空間，並且使上述轉子於軸線周圍旋轉；線性運動軸承，其與上述轉子一起旋轉而將上述旋轉馬達之轉子之旋轉傳遞至上述軸構件，並且容許上述軸構件進行直線運動；角度測定裝置，其對上述轉子之旋轉角度進行測定；以及旋轉馬達用驅動器，其對上述旋轉馬達進行控制，以使上述角度測定裝置所測定出之上述旋轉馬達之轉子之旋轉角度與指令值相一致；上述軸構件係具有於軸線方向上延伸之滾動體滾行部之花鍵軸，上述線性運動軸承係花鍵螺母，其具有包含與上述花鍵軸之上述滾動體滾行部相對向之負載滾動體滾行部之滾動體循環路徑，以及排列於該滾動體循環路徑上之複數個滾動體，上述花鍵螺母係夾持上述旋轉馬達之定子而設置兩個，藉由對上述旋轉馬達之轉子之旋轉角度進行控制，而對上述軸構件之旋轉角度進行控制。
  2. 如申請專利範圍第1項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，上述直線、旋轉複合式致動器系統進而具備：外殼，其安裝有上述旋轉馬達之定子；以及一對軸承，其等設置於上述轉子之軸線方向之兩端部與上述外殼 之間，導引上述轉子於軸線之周圍進行旋轉；上述轉子具有：本體部，其藉由上述旋轉馬達之定子而受到旋轉驅動；以及花鍵螺母收容部，其連結於上述本體部之端部，收容上述花鍵螺母；以可將上述本體部之旋轉傳動至上述花鍵螺母收容部，且以存在有上述花鍵螺母收容部可相對於上述本體部而向軸線方向移動之遊隙部的方式，上述本體部被嵌合於上述花鍵螺母收容部。
  3. 如申請專利範圍第2項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，上述轉子抵接於上述一對軸承之內圈軸線方向之內側，上述外殼抵接於上述一對軸承之外圈軸線方向之外側，上述一對軸承分別於軸線方向被夾持於上述轉子與上述外殼之間。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，上述直線、旋轉複合式致動器系統進而具備：外殼，其安裝有上述旋轉馬達之定子；以及一對軸承，其等設置於上述轉子之軸線方向之兩端部與上述外殼之間，導引上述轉子於軸線周圍進行旋轉；上述轉子具有：本體部，其藉由上述旋轉馬達之定子而受到旋轉驅動；花鍵螺母一端部收容部，收容上述花鍵螺母之軸線方向之一端部；以及花鍵螺母另一端部收容部，其收容上述花鍵螺母之軸線方向之另一端部；而上述花鍵螺母另一端部收容部具有直徑不同之大徑部及小徑部， 於上述花鍵螺母另一端部收容部之大徑部內收容上述花鍵螺母之上述另一端部，於上述花鍵螺母另一端部收容部之小徑部之外周面與上述外殼間配置上述一對軸承中之任一軸承。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，兩個上述花鍵螺母係以於朝向相對於上述花鍵軸而彼此相反之方向扭轉之狀態收容於上述轉子內。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，上述旋轉馬達為旋轉同步馬達，其具有：以於圓周方向上形成N極及S極之磁極之方式而具有複數個永久磁鐵之上述旋轉馬達之轉子；以及與上述複數個永久磁鐵相對向之作為上述旋轉馬達之定子之複數個線圈；上述角度測定裝置對使上述旋轉馬達之轉子產生轉矩之驅動用之上述複數個永久磁鐵的磁場進行檢測。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之直線、旋轉複合式致動器系統，其中，上述角度測定裝置具有：磁感測器，其具有阻抗值根據磁場之方向而發生變化之磁阻元件，伴隨著藉由上述旋轉馬達之轉子之旋轉運動而產生之上述複數個永久磁鐵之磁場之方向的變化，輸出具有90°相位差之正弦波狀訊號及餘弦波狀訊號；以及角度計算電路，其根據上述正弦波狀訊號及上述餘弦波狀訊號， 計算上述轉子相對於上述旋轉馬達之定子的旋轉角度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI703310B (zh) * 2016-06-10 2020-09-01 日商和諧驅動系統股份有限公司 旋轉檢測裝置及中空致動器

Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7898120B2 (en) * 2007-05-31 2011-03-01 The Boeing Company Linear-rotary actuators and actuator systems
DE112009002412T5 (de) * 2008-09-30 2012-01-19 Thk Co., Ltd. Linear-und-Dreh-Stellglied
EP2403118A3 (en) * 2010-07-01 2014-10-29 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Actuator
DE102011007254A1 (de) * 2011-04-13 2012-10-18 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Fahrzeug
JP5864211B2 (ja) * 2011-10-25 2016-02-17 Thk株式会社 直線運動案内機構付アクチュエータ
WO2013067636A1 (en) * 2011-11-10 2013-05-16 Husky Injection Molding Systems Ltd. Mold function actuator
CN107196453B (zh) 2012-02-08 2019-06-28 日本精工株式会社 驱动器、定子、马达、旋转直线运动转换机构以及线性运动驱动器
US9146069B2 (en) 2012-05-22 2015-09-29 Haptech, Inc. Method and apparatus for firearm recoil simulation
US10852093B2 (en) * 2012-05-22 2020-12-01 Haptech, Inc. Methods and apparatuses for haptic systems
US9234535B2 (en) 2013-02-27 2016-01-12 Woodward, Inc. Rotary piston type actuator
US9163648B2 (en) 2013-02-27 2015-10-20 Woodward, Inc. Rotary piston type actuator with a central actuation assembly
US9816537B2 (en) * 2013-02-27 2017-11-14 Woodward, Inc. Rotary piston type actuator with a central actuation assembly
US9631645B2 (en) 2013-02-27 2017-04-25 Woodward, Inc. Rotary piston actuator anti-rotation configurations
TWI497877B (zh) * 2013-03-28 2015-08-21 Accutex Technologies Co Ltd 棒型線性馬達的定子固定裝置
CN104104208A (zh) * 2013-04-08 2014-10-15 台达电子工业股份有限公司 轴式线性马达
JP6082646B2 (ja) * 2013-04-25 2017-02-15 山洋電気株式会社 軸回転型リニアモータ、および軸回転型リニアモータユニット
KR102108528B1 (ko) * 2013-08-29 2020-05-26 엘지이노텍 주식회사 모터
KR102262744B1 (ko) * 2013-08-29 2021-06-09 엘지이노텍 주식회사 모터
JP6026981B2 (ja) * 2013-09-24 2016-11-16 山洋電気株式会社 リニアモータユニット
KR102212162B1 (ko) * 2013-12-26 2021-02-04 엘지이노텍 주식회사 스텝 모터, 및 이를 포함하는 스텝 모터 제어 시스템
WO2015136649A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 株式会社安川電機 アクチュエータおよび組立装置
US10256710B2 (en) * 2014-04-07 2019-04-09 Harmonic Drive Systems Inc. Linear actuator
CN104295731B (zh) * 2014-08-15 2017-01-18 重庆科鑫三佳车辆技术有限公司 一种电动自动变速箱执行电机机构
US10008854B2 (en) 2015-02-19 2018-06-26 Enphase Energy, Inc. Method and apparatus for time-domain droop control with integrated phasor current control
CN104753251B (zh) * 2015-04-10 2018-03-20 东莞固高自动化技术有限公司 一种双自由度机构
CN104901494A (zh) * 2015-06-18 2015-09-09 中国北方车辆研究所 一种直驱转台
CN104883013B (zh) * 2015-06-18 2018-05-29 中国北方车辆研究所 一种双向驱动机构
US9945457B2 (en) * 2015-07-08 2018-04-17 Hiwin Mikrosystem Corp. Linear rotary mechanism
EP3345289B1 (en) * 2015-09-04 2024-03-13 Pierburg Pump Technology GmbH Automotive auxiliary device with electric drive motor
JP2017060361A (ja) * 2015-09-18 2017-03-23 日本電産サンキョー株式会社 直動回転駆動装置
TWI549405B (zh) * 2015-10-16 2016-09-11 大銀微系統股份有限公司 旋轉及直線運動機構
CN106612046A (zh) * 2015-10-23 2017-05-03 大银微系统股份有限公司 旋转及直线运动机构
TWI571575B (zh) * 2015-11-06 2017-02-21 大銀微系統股份有限公司 旋轉及直線運動之軸間連動構造
CN106685133B (zh) * 2015-11-09 2019-03-22 大银微系统股份有限公司 旋转及直线运动的轴间连动构造
TWI564489B (zh) * 2015-12-08 2017-01-01 銀泰科技股份有限公司 滾珠花鍵裝置及其滾珠花鍵套組
JP6169160B2 (ja) * 2015-12-24 2017-07-26 Thk株式会社 直線運動案内機構付アクチュエータ
JP2017184436A (ja) * 2016-03-30 2017-10-05 日本電産サンキョー株式会社 直動回転駆動装置および直動回転駆動装置の製造方法
CN111509903B (zh) * 2016-07-15 2021-09-17 台达电子工业股份有限公司 直旋式致动器
US10326398B2 (en) * 2016-10-06 2019-06-18 Hamilton Sundstrand Corporation Linear motor actuators
WO2018106910A1 (en) * 2016-12-07 2018-06-14 Mts Systems Corporation Electric actuator
EP3679640B1 (en) * 2017-09-05 2024-06-19 Indigo Technologies, Inc. Permanent magnet motor with passively controlled variable rotor/stator alignment
CN108832795B (zh) * 2018-06-30 2020-04-24 淮阴工学院 一种方形双定子混合式磁阻型磁悬浮直线电机
US11199248B2 (en) 2019-04-30 2021-12-14 Woodward, Inc. Compact linear to rotary actuator
JP7360263B2 (ja) * 2019-07-18 2023-10-12 Thk株式会社 アクチュエータ
US11309783B2 (en) * 2019-09-26 2022-04-19 Honeywell Federal Manufacturing & Technologies, Llc Electromagnetic propulsion system
US11698309B2 (en) 2020-03-05 2023-07-11 Delta Electronics, Inc. Linear actuator
WO2021207482A1 (en) 2020-04-08 2021-10-14 Woodward, Inc. Rotary piston type actuator with a central actuation assembly
CN113081571B (zh) * 2021-04-23 2023-03-14 王涛 一种带有耦合式立柱电机的可侧翻护理床
JP7499984B2 (ja) 2022-07-05 2024-06-14 三菱電機株式会社 アクチュエータ用コイル基板及びアクチュエータ
CN116345830B (zh) * 2023-05-30 2024-02-27 湖南凌翔磁浮科技有限责任公司 一种直线与旋转复合运动电机

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2860266A (en) * 1957-02-06 1958-11-11 American Metal Climax Inc Linear actuator
US4607180A (en) * 1983-11-14 1986-08-19 General Dynamics Corporation/Convair Div. Failure tolerant linear drive mechanism intended for celestial space applications
JPH02298451A (ja) * 1989-05-11 1990-12-10 Brother Ind Ltd 複合運動アクチュエータ
NL9001394A (nl) * 1990-06-19 1992-01-16 P G Van De Veen Consultancy B Bestuurbare demper.
JPH0547541A (ja) 1991-08-21 1993-02-26 Tdk Corp 磁性コアの製造方法
JPH0547541U (ja) * 1991-11-29 1993-06-25 エヌオーケー株式会社 複合運動用ボールスプライン
JPH08237931A (ja) 1995-02-28 1996-09-13 Oriental Motor Co Ltd リニア・ロータリ複合型パルスモータ
JP3445700B2 (ja) 1996-03-15 2003-09-08 オークマ株式会社 Ｎｃ駆動アクチュエータ
JP4103018B2 (ja) * 1998-09-02 2008-06-18 株式会社安川電機 サーボモータ
JP3916389B2 (ja) * 1999-09-30 2007-05-16 山洋電気株式会社 直進・回転アクチュエータ
US6433447B1 (en) * 1999-09-30 2002-08-13 Sanyo Denki Co., Ltd. Linear/rotary actuator
US6823725B2 (en) * 2000-01-13 2004-11-30 Continental Teves Ag & Co., Ohg Linear distance sensor and the use thereof as actuator for motor vehicles
WO2001063731A1 (fr) * 2000-02-25 2001-08-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Servomoteur a cylindre
KR100352937B1 (ko) 2000-05-20 2002-09-16 미래산업 주식회사 회전 및 직선운동형 선형전동기
JP3979124B2 (ja) * 2002-03-01 2007-09-19 松下電器産業株式会社 回転角度検出装置
FR2837033B1 (fr) * 2002-03-05 2004-09-24 Moving Magnet Tech Mmt Actionneur lineaire comprenant un moteur electrique polyphase
TW578684U (en) * 2002-10-09 2004-03-01 Ind Tech Res Inst Electromagnetic type coaxial driving injecting device
CN1458733A (zh) * 2003-06-12 2003-11-26 哈尔滨工业大学 直接驱动混合式磁阻电机
JP4319153B2 (ja) * 2005-01-25 2009-08-26 浜松光電株式会社 磁気センサ
JP2006311715A (ja) 2005-04-28 2006-11-09 Oriental Motor Co Ltd リニア・ロータリ複合型モータ
US8143750B2 (en) 2005-08-31 2012-03-27 Thk Co., Ltd. Linear motor having coils surrounding an axially moving magnetic rod
JP4419151B2 (ja) * 2005-10-21 2010-02-24 株式会社安川電機 円筒形リニアモータ
JP5261913B2 (ja) * 2005-10-21 2013-08-14 株式会社安川電機 直動回転アクチュエータおよびシステム
JP2008255073A (ja) 2007-04-09 2008-10-23 Nippon Rika Kk フィルム状パック化粧料
DE112009002412T5 (de) * 2008-09-30 2012-01-19 Thk Co., Ltd. Linear-und-Dreh-Stellglied

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI703310B (zh) * 2016-06-10 2020-09-01 日商和諧驅動系統股份有限公司 旋轉檢測裝置及中空致動器

Also Published As

Publication number Publication date
CN102171914B (zh) 2014-03-19
JP5539142B2 (ja) 2014-07-02
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TWI477038B (zh) 2015-03-11
KR101679170B1 (ko) 2016-11-23
KR20160042187A (ko) 2016-04-18
JP2011155827A (ja) 2011-08-11
KR101641396B1 (ko) 2016-07-20
JP5624888B2 (ja) 2014-11-12
DE112009002412T5 (de) 2012-01-19
CN102171914A (zh) 2011-08-31
CN103795220B (zh) 2017-01-11
US8686603B2 (en) 2014-04-01
WO2010038750A1 (ja) 2010-04-08
US20110181129A1 (en) 2011-07-28
TW201023483A (en) 2010-06-16
TW201503547A (zh) 2015-01-16
US9548641B2 (en) 2017-01-17
KR20110060968A (ko) 2011-06-08
JPWO2010038750A1 (ja) 2012-03-01
CN103795220A (zh) 2014-05-14

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