KR20110060968A - 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 - Google Patents

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KR20110060968A KR1020117009783A KR20117009783A KR20110060968A KR 20110060968 A KR20110060968 A KR 20110060968A KR 1020117009783 A KR1020117009783 A KR 1020117009783A KR 20117009783 A KR20117009783 A KR 20117009783A KR 20110060968 A KR20110060968 A KR 20110060968A
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Abstract

반경 방향의 치수의 소형화가 도모되고, 이동체로부터의 하중이나 모멘트를 받을 수 있는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 제공한다. 하우징(1a, 2a)에 축선 방향으로 직선 운동할 수 있고, 또한 축선의 주위를 회전 운동할 수 있도록 스플라인축(4)을 수용한다. 스플라인축(4)은 리니어 모터(1)의 이동자축(5)에 접속된다. 스플라인축(4)은 회전 모터(2)의 중공의 회전자(16)에 의해 둘러싸인다. 회전자(16)에는, 회전자(16)와 함께 회전하여 회전자(16)의 회전을 스플라인축(4)에 전달하는 동시에, 스플라인축(4)이 직선 운동하는 것을 허용하는 스플라인 너트(14)가 연결된다. 회전 모터(2)의 회전자(16)는, 회전 모터(2)의 고정자(21)에 의해 회전 구동된다. 스플라인축(4) 및 이동자축(5)의 축선 방향의 한쪽 단부(3a)로부터 축선 방향으로 차례로, 스플라인 너트(14), 회전 모터(2)의 고정자(21), 리니어 모터(1)의 고정자의 순으로 배치된다.

Description

직선ㆍ회전 복합 액추에이터{COMBINED LINEAR AND ROTARY ACTUATOR}
본 발명은, 공구 등의 이동체를 Z축 방향으로 직선 운동시키고, 또한 Z축의 주위의 θ방향으로 회전 운동시키는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터에 관한 것이다.
산업용 로봇에는, 이동체를 Z축 방향으로 이동시키고, 또한 Z축의 주위를 θ방향으로 회전시키는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터가 조립되는 경우가 있다. 예를 들어, 칩 마운터의 헤드축에는, 전자 부품을 흡착하는 흡착 패드, 공구 등의 이동체를 Z축 방향으로 직선 운동시키고, 또한 Z축의 주위를 회전시키는 것이 요구된다. 이동체의 Z축 방향으로의 직선 운동은, 프린트 기판의 표면에 전자 부품을 실장하는 데 필요해지고, 이동체의 θ방향으로의 회전 운동은, 전자 부품의 회전 각도를 위치 결정하는 데 필요해진다.
직선 운동과 회전 운동이 가능한 직선ㆍ회전 복합 액추에이터로서, 특허 문헌 1에는, 리니어 펄스 모터와 로터리 펄스 모터를 축선 방향으로 결합한 리니어ㆍ로터리 복합형 펄스 모터가 개시되어 있다. 이 리니어ㆍ로터리 복합형 펄스 모터에 있어서, 로터리 펄스 모터의 회전자가 중공축으로 되고, 상기 중공축 내에 회전 방지 기구가 구비된 스플라인 베어링이 배치된다. 리니어 펄스 모터의 이동자축은 스플라인 베어링 내를 미끄럼 이동 가능하게 관통하고, 리니어 펄스 모터는 이동자축을 Z축 방향으로 직선 운동시킨다. 로터리 펄스 모터의 회전 방향의 출력은, 스플라인 베어링을 통해 이동자축으로 전동(傳動)된다. 이동자축은, 로터리 펄스 모터에 의해 θ방향으로 회전 운동된다.
이 리니어ㆍ로터리 복합형 펄스 모터에 있어서는, 이동자축의 빗살과 고정자의 빗살이 대향하는 리니어 스테핑 모터를 채용하고 있으므로, 이동자축과 고정자의 에어 갭을 작은 일정한 값으로 관리해야 한다.
이동자축과 고정자 사이의 에어 갭의 관리를 용이하게 하기 위해, 특허 문헌 2에는, 리니어 펄스 모터 대신에 리니어 동기 모터를 채용한 리니어ㆍ로터리 복합형 모터가 개시되어 있다. 이 리니어 동기 모터는, 축선 방향으로 자화(磁化)된 1개 이상의 영구 자석을 갖는 이동자축과, 이동자축을 둘러싸고, 축선 방향으로 적층되는 복수의 코일로 이루어지는 고정자를 구비한다. 리니어 동기 모터의 축선 방향의 한쪽 단부에는, 회전 모터가 결합된다. 회전 모터의 토크는, 미끄럼 베어링을 통해 이동자축으로 전동된다. 이동자축으로 회전을 전동할 수 있도록, 미끄럼 베어링의 안내 구멍은 단면 사각형으로 형성된다.
일본 특허 출원 공개 평8-237931호 공보 일본 특허 출원 공개 제2006-311715호 공보
그러나 특허 문헌 1에 기재된 리니어ㆍ로터리 복합형 펄스 모터에 있어서는, 이동자축의 반경 방향으로 스플라인 베어링, 로터리 펄스 모터의 회전자, 로터리 펄스 모터의 고정자가 적층되므로, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 반경 방향의 치수의 대형화를 초래한다고 하는 문제가 있다.
특허 문헌 2에 기재된 리니어ㆍ로터리 복합형 모터에 있어서는, 구성 부품의 레이아웃이 이동체에 가까운 측으로부터, 리니어 동기 모터, 토크 전달용 미끄럼 베어링, 로터리 펄스 모터의 순으로 되어 있다. 이동체에 가장 가까운 위치에는 리니어 동기 모터가 배치되고, 이동자축의 이동체에 가까운 측의 단부는, 리니어 동기 모터의 부시에 지지되어 있다. 그러나 리니어 동기 모터의 부시는 이동자축의 직선 운동 및 회전 운동을 허용하므로, 부시와 이동자축 사이에는 약간의 간극이 형성되어 있다. 이동체는 이동자축의 선단에서 일을 하므로, 이동자축에는 이동체로부터의 하중이나 모멘트가 가해진다. 부시와 이동자축 사이에 간극이 형성되어 있으면, 이동자축, 나아가서는 이동자축에 장착되는 이동체가 위치 어긋남을 발생시켜, 이동자축에 가해지는 하중이나 모멘트를 받을 수 없게 된다.
따라서 본 발명은, 반경 방향의 치수의 소형화가 도모되고, 이동체로부터의 하중이나 모멘트를 받을 수 있는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그런데, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 리니어ㆍ로터리 복합형 모터에 있어서는, 이동자축을 회전시키는 데 로터리 펄스 모터가 사용되고 있다. 이 로터리 펄스 모터는 오픈 루프 제어되어, 부여된 펄스수에 비례한 일정한 각도만큼 이동자축을 회전시킨다. 그러나 오픈 루프 제어되는 로터리 펄스 모터이므로, 탈조, 진동, 고속 회전이 곤란하다고 하는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 다른 목적은, 클로즈드 루프 제어에 의해 이동자축의 회전 각도를 제어할 수 있는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태는, 축선 방향으로 신장되는 구름 이동체 구름 주행부를 갖는 스플라인축과, 상기 스플라인축을 둘러싸는 중공의 회전자와, 상기 회전자를 수용하는 공간이 형성되는 동시에, 상기 회전자를 축선의 주위로 회전시키는 회전 모터의 고정자와, 상기 회전자와 함께 회전하여 상기 회전자의 회전을 상기 스플라인축에 전달하는 동시에, 상기 스플라인축이 축선 방향으로 직선 운동하는 것을 허용하는 스플라인 너트와, 상기 스플라인축에 접속되는 리니어 모터의 이동자축과, 상기 리니어 모터의 이동자축을 축선 방향으로 직선 운동시키는 리니어 모터의 고정자를 구비하고, 상기 스플라인 너트는, 상기 스플라인축의 상기 구름 이동체 구름 주행부에 대향하는 부하 구름 이동체 구름 주행부를 포함하는 구름 이동체 순환로 및 이 구름 이동체 순환로에 배열되는 복수의 구름 이동체를 갖는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터에 있어서, 상기 스플라인축 및 상기 이동자축의 한쪽 단부로부터 축선 방향으로 차례로, 상기 스플라인 너트, 상기 회전 모터의 고정자, 상기 리니어 모터의 고정자가 배치되는 것을 특징으로 하는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터이다.
상기 본 발명의 다른 목적을 해결하기 위해, 본 발명의 다른 형태는, 축선 방향으로 직선 운동할 수 있고, 또한 축선의 주위를 회전 운동할 수 있는 축 부재와, 상기 축 부재를 둘러싸는 중공의 회전자와, 상기 회전자를 수용하는 공간이 형성되는 동시에, 상기 회전자를 축선의 주위를 회전시키는 회전 모터의 고정자와, 상기 회전자와 함께 회전하여 상기 회전 모터의 회전자의 회전을 상기 축 부재에 전달하는 동시에, 상기 축 부재가 직선 운동하는 것을 허용하는 직동 베어링과, 상기 축 부재를 상기 축선 방향으로 이동시키는 리니어 모터와, 상기 회전자의 회전 각도를 측정하는 각도 측정 장치와, 상기 각도 측정 장치가 측정한 상기 회전 모터의 회전자의 회전 각도가 지령값에 일치하도록, 상기 회전 모터를 제어하는 회전 모터용 드라이버를 구비하고, 상기 회전 모터의 회전자의 회전 각도를 제어함으로써, 상기 축 부재의 회전 각도를 제어하는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 구성하는 구성 부품이 이동체에 가까운 측으로부터 토크 전달용 스플라인 너트, 회전 모터, 리니어 모터의 순으로 되고, 이동체에 가장 가까운 위치에 스플라인 너트가 배치되므로, 이동체에 가해지는 하중이나 모멘트를 부하할 수 있다. 또한, 회전 모터의 고정자로부터 축선 방향으로 위치를 어긋나게 하여 스플라인 너트가 배치되므로, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 반경 방향의 치수를 소형화할 수 있다. 또한, 스플라인 너트의 옆에 회전 모터가 배치되고, 회전 모터의 옆에 리니어 모터가 배치되므로, 스플라인 너트와 함께 회전 모터의 회전자를 회전시키기 쉬워진다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 중공의 회전자의 회전 각도를 측정하는 각도 측정 장치를 설치하여, 축선 방향으로 이동하는 일이 없는 회전 모터의 회전자의 회전 각도를 제어함으로써, 축선 방향으로 이동하는 축 부재의 회전 각도를 제어하므로, 축 부재의 회전 각도의 제어가 용이해진다. 이에 대해, 만일 축 부재의 회전 각도를 직접적으로 각도 측정 장치에 의해 측정하면, 축 부재는 회전할 뿐만 아니라 축선 방향으로도 직선 운동하므로, 축 부재의 축선 방향의 이동 범위를 커버하는 가늘고 긴 각도 측정 장치가 필요해진다고 하는 문제가 발생한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 사시도
도 2는 리니어 모터의 사시도(일부 단면을 포함함)
도 3은 코일 홀더에 보유 지지된 코일 유닛을 도시하는 사시도
도 4는 리니어 모터의 작동 원리를 도시하는 도면
도 5는 회전 모터의 사시도
도 6은 회전 모터의 단면도
도 7은 하우징을 제거한 상태의 회전 모터의 사시도
도 8은 스플라인 너트를 도시하는 사시도(일부 단면을 포함함)
도 9는 제1 통 형상 부재의 사시도
도 10은 제2 통 형상 부재의 사시도
도 11은 회전 모터의 영구 자석 및 코일의 측면도
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 회전 모터의 사시도
도 13은 도 12의 회전 모터의 단면도
도 14는 도 13의 XVI부 확대도
도 15는 베어링 고정부의 상세도
도 16은 끼워 맞춤부의 사시도
도 17은 2개의 스플라인 너트를 비틀어 스플라인축에 조립 장착한 상태를 도시하는 사시도
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템의 시스템 구성도
도 19는 회전 모터의 제어계의 블록도
도 20은 자기 센서와 회전자의 위치 관계를 도시하는 도면
도 21은 자기 센서의 원리를 도시하는 사시도
도 22는 자계의 방향의 각도(θ)와 자기 센서의 저항값의 관계를 나타내는 그래프
도 23은 회전자에 발생하는 자계와 자기 센서의 위치 관계를 나타내는 도면
도 24는 자기 센서가 검출하는 자기 벡터의 방향과, 출력 전압의 관계를 나타내는 그래프
도 25는 2세트의 풀 브리지 구성의 자기 센서를 도시하는 도면[도면 중 (A)는 자기 센서의 강자성 박막 금속의 형상을 도시하는 평면도, 도면 중 (B)는 등가 회로도]
도 26은 자기 센서로부터 출력되는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호를 나타내는 그래프
도 27은 회전자와 자기 센서의 위치 관계 및 자기 센서의 출력 신호를 나타내는 개념도
도 28은 정현파 및 여현파에 의해 그려지는 리사쥬 도형을 도시하는 도면
도 29는 위치 검출 회로의 구성도
도 30은 룩업 테이블 메모리의 메모리 구성도
첨부 도면에 기초하여 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 상세하게 설명한다. 도 1은 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 사시도를 도시한다. 이 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는 직선 구동과 회전 구동이 가능한 복합 액추에이터로, 리니어 모터(1)와 회전 모터(2)를 축선 방향으로 결합시켜 이루어진다. 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 하우징(1a, 2a)에는, 축선 방향으로 직선 운동 가능하고 또한 축선의 주위를 회전 가능하게 축 부재(3)가 지지된다. 축 부재(3)는, 리니어 모터(1)의 이동자축으로서의 로드(5)와, 스플라인축(4)을 축선 방향으로 접속시켜 이루어진다. 리니어 모터(1)가 축 부재(3)를 직선 운동시키고, 회전 모터(2)가 축 부재(3)를 회전 운동시킨다. 축 부재(3)의 길이 방향의 일단부(3a)는 하우징으로부터 노출된다. 이 축 부재(3)의 일단부(3a)에는, 흡착 패드, 공구 등의 이동체가 장착된다. 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는 일축만으로 사용되어도 되고, 작업 효율을 높이기 위해 다축, 즉 복수의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 축 부재(3)가 평행해지도록 조합한 상태에서 사용되어도 된다.
도 2는 리니어 모터(1)의 사시도(일부 단면을 포함함)를 도시한다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 리니어 모터(1)는, N극 및 S극이 축선 방향으로 교대로 형성되도록 복수의 영구 자석(6)이 배열되는 이동자축으로서의 로드(5)와, 로드(5)를 둘러싸고, 로드(5)의 축선 방향으로 적층되는 고정자로서의 복수의 코일(12)과, 복수의 코일(12)이 수용되는 하우징(1a)을 구비하는 리니어 동기 모터(1)이다. 코일(12)은 3개로 UㆍVㆍW상으로 이루어지는 1세트의 3상 코일(12)로 된다. 영구 자석(6)에 발생하는 자계와 3상 코일(12)에 흘리는 3상 교류 전류에 의해, 로드(5)가 직선 운동하기 위한 추력이 발생한다.
리니어 모터(1)의 로드(5)는, 하우징(1a)에 로드(5)의 축선 방향으로 이동 가능하게 지지된다. 코일 유닛은 코일 홀더(7)에 보유 지지된다. 코일 유닛 및 코일 홀더(7)는 하우징(1a)에 수용된다. 로드(5)는, 예를 들어 스테인리스 등의 비자성재로 이루어지고, 중공 공간을 갖는다. 로드(5)의 중공 공간에는, 원기둥 형상의 복수의 영구 자석(6)이 서로 동일 극이 대향하도록, 즉 N극과 N극이, S극과 S극이 대향하도록 적층된다. 영구 자석(6) 사이에는, 예를 들어 철 등의 자성체로 이루어지는 폴슈(9)가 개재된다.
코일(12)은 구리선을 환 형상으로 권취한 것으로, 코일 홀더(7)에 보유 지지되어 있다. 도 3은 코일(12) 및 코일(12)을 보유 지지하는 코일 홀더(7)의 상세도를 도시한다. 코일 홀더(7)는 수지의 사출 성형품으로, 코일(12)의 배열 방향으로 가늘고 길게 신장되는 판 형상의 홀더 본체부(7a)와, 홀더 본체부(7a)로부터 수직 하강하는 박육의 복수의 스페이서부(7b)로 구성된다. 인접하는 코일(12)끼리를 절연할 필요가 있으므로, 코일(12) 사이에는 절연재로서 수지제의 스페이서부(7b)가 개재된다. 스페이서부(7b)는 코일(12)의 정면 형상과 마찬가지로 원환 형상으로 형성된다. 홀더 본체부(7a)의 상면에는, 프린트 기판(8)이 장착된다. 홀더 본체부(7a)의 측면에는, 사출 성형할 때에 코일 홀더(7)를 금형에 고정하기 위한 돌기(7c)(도 3 참조)가 설치된다. 사출 성형시의 압력에 의해, 코일 홀더(7)가 어긋나는 것을 방지하기 위함이다. 리드선(12a)을 프린트 기판(8)의 스루홀[도 3에는 스루홀에 코일(12)의 리드선(12a)이 솔더링된 상태가 도시되어 있음]까지 유도하기 위해, 홀더 본체부(7a)에는 프린트 기판(8)의 스루홀과 동일한 위치에 복수의 배선용 구멍이 형성된다.
이 실시 형태에서는, 코일(12) 및 코일 홀더(7)를 사출 성형의 금형에 세트하고, 용융된 수지 또는 특수 세라믹스를 금형 내에 흘리는 인서트 성형에 의해, 하우징(1a)이 형성된다. 성형품을 금형으로부터 취출하면, 코일(12)의 주위가 하우징(1a)으로 덮여 있는 상태로 된다. 인서트 성형에 의해 하우징(1a)을 형성함으로써, 하우징(1a)의 두께를 얇게 할 수 있다고 하는 이점이 있다. 하우징(1a)에는, 리니어 모터(1)를 예를 들어 칩 마운터의 헤드에 장착하기 위한 장착부로서 나사 구멍(1b)(도 2 참조)이 후가공된다. 또한 하우징(1a)에는, 헤드에 대한 하우징(1a)의 위치 결정을 하기 위한 핀이 삽입되는 위치 결정 구멍(1c)이 형성된다. 코일(12)과의 절연을 유지할 필요가 있으므로, 하우징(1a)의 재료에는 절연성이 높은 수지가 사용된다. 하우징(1a)에는, 방열성을 높이기 위해 핀(1d)이 형성된다.
로드(5)는 리니어 모터(1)의 작동 중, 코일(12) 내에서 떠 있는 상태로 되어 있다. 로드(5)의 직선 운동 및 회전 운동을 안내하기 위해, 로드(5)의 축선 방향에 있어서의 하우징(1a)의 양단부에는, 미끄럼 베어링으로서 수지제의 부시(10)가 설치된다. 부시(10)와 로드(5) 사이의 간극은, 코일(12)과 로드(5) 사이의 간극보다도 작게 설정된다. 부시(10)는 코일(12)과 로드(5)가 접촉하는 것을 방지하는 역할을 갖는다. 부시(10)는 하우징(1a)의 양단부에 일체로 성형된 엔드 부재(11)에 장착된다. 리니어 모터로서 리니어 동기 모터를 사용함으로써, 코일(12)과 로드(5) 사이의 간극의 관리가 용이해진다. 이로 인해, 직동 베어링과 회전 베어링을 조합할 필요도 없어져, 부시(10)에 의해 로드(5)의 직선 운동 및 회전 운동을 안내하는 것이 가능해진다. 한 쌍의 부시(10)를 설치함으로써, 스트로크가 긴 경우라도, 영구 자석(6)의 흡인에 의한 로드(5)의 휨을 해소할 수 있다. 또한, 이 실시 형태에서는, 하우징(1a)의 양단부에 부시(10)를 설치하고 있지만, 이동체에 가까운 측에 스플라인 너트(14)가 배치되므로, 회전 모터(2)에 가까운 측의 부시(10)를 생략할 수도 있다.
도 4는 리니어 모터(1)의 작동 원리의 개념도를 도시한다. 로드(5)의 주위에는, 로드(5)를 둘러싸는 복수의 코일(12)이 적층된다. 코일(12)은 3개로 UㆍVㆍW상으로 이루어지는 1세트의 3상 코일로 된다. 3상 코일(12)을 복수 조합하여 코일 유닛이 구성된다. 3상 코일(12)에 120°씩 위상이 다른 3상 교류 전류를 흘리면, 코일(12)의 축선 방향으로 이동하는 이동 자계가 발생한다. 로드(5)는 이동 자계에 의해 추력을 얻어, 이동 자계의 속도와 동일한 속도로 코일(12)에 대해 상대적으로 직선 운동을 행한다.
도 5는 회전 모터(2)의 사시도를 도시한다. 회전 모터(2)의 하우징(2a)에는 스플라인축(4)이 회전 가능하게 수납된다. 스플라인축(4)의 단부는 로드(5)의 단부에 서로의 축선을 일치시킨 상태에서 결합된다. 스플라인축(4)은 로드(5)에 의해 축선 방향으로 구동되고, 회전 모터(2)에 의해 회전 구동된다.
도 6은 회전 모터(2)의 단면도를 도시하고, 도 7은 하우징(2a)으로부터 취출한 회전 모터(2)의 사시도를 도시한다. 회전 모터(2)의 하우징(2a)은 리니어 모터(1)의 하우징(1a)에 결합된다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 하우징(2a)에는 스플라인축(4)이 회전 가능하고 또한 직선 운동 가능하게 수용된다. 스플라인축(4)의 한쪽 단부(4a)(도 6 좌측)에는 리니어 모터(1)의 로드(5)에 접속되고, 다른 쪽 단부(4b)(도 6 우측)에는 이동체가 장착된다. 스플라인축(4)은, 나사 등의 접합 수단에 의해 로드(5)에 접합되어도 좋고, 로드(5)와 일체라도 좋다. 스플라인축(4)의 외주면에는 축선 방향으로 신장되는 볼 구름 주행 홈이 형성되고, 스플라인축(4)에는 스플라인축(4)이 직선 운동하는 것을 안내하는 스플라인 너트(14)가 조립 장착된다(도 8 참조). 스플라인 너트(14)는 통 형상의 회전자(16)에 수용되어, 회전자(16)와 함께 회전한다. 하우징(2a)에는, 회전자(16)를 수용하는 공간이 형성되는 고정자(35)가 장착된다. 회전자(16)의 축선 방향의 양단부와 하우징(2a) 사이에는, 회전자(16)가 축선의 주위로 회전하는 것을 안내하는 한 쌍의 베어링(31)이 장착된다.
회전자(16)는, 회전 모터(2)의 고정자(35)에 의해 회전 구동되는 본체부(16c)와, 본체부에 연결되고, 스플라인 너트(14)의 축선 방향의 일단부가 수용되는 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)와, 스플라인 너트(14)의 이동체측의 축선 방향의 타단부가 수용되는 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)로 구성된다. 이 실시 형태에서는, 본체부(16c)와 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)는 일체이다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)는, 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)로부터 스플라인 너트(14)가 빠지는 것을 방지한다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)와 스플라인 너트 일단부 수용부(16b) 사이에는, 축선 방향으로 간극이 형성되어 있다. 회전자(16)의 본체부(16c)의 외주면에는, 주위 방향으로 N극 및 S극의 자극이 교대로 형성되도록 복수의 영구 자석(22)이 부착된다.
하우징(2a)에 장착되는 회전 모터(2)의 고정자(35)는, 영구 자석(22)에 대향하는 3상 코일(21)과, 통 형상의 요크(21)로 이루어진다. 3상 코일(21)에 3상 교류 전류를 흘리면 회전자(16)가 회전한다. 회전자(16)가 회전하면 회전자(16)와 함께 스플라인 너트(14)가 회전한다. 스플라인 너트(14)가 회전하면 스플라인 너트(14)에 조립 장착되는 스플라인축(4)이 회전한다.
회전 모터(2)의 하우징(2a)은, 스플라인 너트(14)가 수용되는 너트 하우징(2a1)과, 회전 모터(2)가 수용되는 모터 하우징(2a2)을 축선 방향으로 결합시켜 이루어진다. 너트 하우징(2a1)은 원통 형상으로 형성되고, 축선 방향의 양단부에 플랜지(23)를 갖는다. 너트 하우징(2a1)의 중앙의 소직경부에 스플라인 너트(14)가 수용된다. 한편, 모터 하우징(2a2)은 중공의 통 형상으로 형성된다. 모터 하우징(2a2)의 내측에 회전 모터(2)의 고정자(35)가 고정된다.
도 8은, 스플라인축(4)에 결합하는 스플라인 너트(14)를 도시한다. 스플라인축(4)의 외주면에는, 길이 방향으로 신장되는 구름 이동체 구름 주행부로서 복수개의 볼 구름 주행 홈(4a)이 형성된다. 스플라인 너트(14)의 내주면에는 스플라인축(4)의 복수개의 볼 구름 주행 홈(4a)에 대향하는 복수개의 부하 볼 구름 주행 홈(14c)이 형성된다. 스플라인축(4)은 중실 또는 중공 환봉으로 이루어진다. 스플라인축(4)의 외주면의 볼 구름 주행 홈(4a)의 단면 형상은 볼(25)의 곡률보다도 약간 큰 서큘러 아크 홈 형상으로 형성된다. 스플라인축(4)의 재질에는, 바람직하게는 베어링 강, 탄소 공구강 등의 켄칭에 적합한 재질이 사용된다.
스플라인축(4)의 외주면에 볼 구름 주행 홈(4a)을 형성함으로써, 예를 들어 스플라인축(4)의 선단의 공구에 스플라인축(4)의 축선에 직교하는 방향의 하중이 가해지거나, 축선 주위의 모멘트 하중이 가해지는 경우라도, 이들 하중을 부하할 수 있게 된다. 또한, 스플라인 너트(14)에 가해지는 토크를 스플라인축(4)에 전동 하는 것이 가능해진다. 또한, 스플라인축(4)의 안내 정밀도를 높일 수 있어, 이동체를 정확하게 위치 결정할 수 있다.
스플라인 너트(14)와 스플라인축(4) 사이에 개재되는 볼(25)은, 일반적인 베어링에 사용되는 구름 이동체와 마찬가지로 강제이다. 스플라인 너트(14)는 중공의 통체로 형성된다. 스플라인 너트(14)의 내경에는, 축선 방향으로 신장되는 부하 볼 구름 주행 홈(14c)이 형성된다. 스플라인 너트(14)의 재질에는, 바람직하게는 베어링 강, 탄소 공구강 등의 켄칭에 적합한 재질이 사용된다. 스플라인 너트(14)에는 보유 지지기(26)가 조립된다. 보유 지지기(26)에는, 스플라인 너트(14)의 부하 볼 구름 주행 홈(14c)의 개수에 맞춘 개수의 구름 이동체 순환로로서 복수의 볼 순환로(27)가 형성된다. 볼 순환로(27)는, 스플라인 너트(14)의 부하 볼 구름 주행 홈(14c)을 따른 부하 볼 구름 주행로(27a), 부하 볼 구름 주행로(27a)와 평행하게 신장되는 볼 복귀 통로(27b), 부하 볼 구름 주행로(27a)의 단부와 볼 복귀 통로(27b)의 단부를 접속하는 원호 형상의 방향 전환로(27c)에 의해 서킷 형상으로 구성된다. 볼(25)은 스플라인 너트(14)의 부하 볼 구름 주행 홈(14c)과 스플라인축(4)의 볼 구름 주행 홈(4a)에 접촉하면서 구름 운동하여, 볼 순환로(27)를 순환한다. 보유 지지기(26)는, 볼 순환로(27)에 배열ㆍ수용된 볼 열(列)을 순환 가능하게 보유 지지하여, 스플라인 너트(14)를 스플라인축(4)으로부터 떼어냈을 때에 볼(25)이 탈락하는 것을 방지한다. 이 보유 지지기(26)는, 리테이닝 링(29)에 의해 스플라인 너트(14)의 소정 위치에 고정된다.
도 9는 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)의 사시도를 도시한다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)는, 직경이 다른 대직경부(16a1) 및 소직경부(16a2)를 갖는다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)의 대직경부(16a1)의 내측에는, 스플라인 너트(14)의 축선 방향의 타단부(14a)가 수용된다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)와 스플라인 너트(14)는 나사 고정 또는 접착에 의해 일체로 된다. 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)의 소직경부(16a2)의 외측에는 베어링(31)(도 7 참조)이 끼워 넣어진다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 베어링(31)은, 외륜(31a), 내륜(31b) 및 이들 사이에 구름 운동 가능하게 개재되는 볼(31c)을 구비한다. 이 베어링(31)은 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)를 회전 가능하게 지지한다. 베어링(31)에는, 예를 들어 깊은 홈 볼 베어링(deep groove ball bearing)이 사용된다. 베어링(31)은 너트 하우징(2a1)의 플랜지(23)에 끼워진 후, 덮개 부재(34)에 의해 너트 하우징(2a1)에 고정된다. 덮개 부재(34) 대신에 리테이닝 링에 의해 베어링(31)을 너트 하우징(2a1)에 고정해도 된다.
도 10은 회전자(16)의 본체부(16c) 및 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)의 사시도를 도시한다. 본체부(16c)는, 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)보다도 소직경으로 형성된다. 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)의 내측에는, 스플라인 너트(14)의 축선 방향의 일단부(14b)가 수용된다(도 6 참조). 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)와 스플라인 너트(14)는 나사 고정 또는 접착에 의해 일체로 된다. 도 7에 도시되는 바와 같이, 본체부(16c)의 외주면에는 주위 방향으로 복수의 영구 자석(22)이 부착된다. 이 영구 자석(22)에 주위 방향으로 배열된 복수의 코일(21)이 대향한다. 본체부(16c)의 축선 방향의 타단부에는 베어링(31)이 끼워 넣어진다. 베어링(31)은 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)를 지지하는 베어링(31)과 동일한 구성이다. 도 6에 도시되는 바와 같이, 베어링(31)은 모터 하우징(2a2)의 일단부에 끼워진 후, 덮개 부재(33)에 의해 모터 하우징(2a2)에 고정된다. 덮개 부재(33) 대신에 리테이닝 링에 의해 베어링을 고정해도 된다.
도 11은 회전 모터(2)의 복수의 영구 자석(22) 및 복수의 영구 자석(22)에 대향하는 복수의 코일(21)을 도시한다. 회전 모터(2)는 복수의 영구 자석(22)에 복수의 코일(21)이 대향하는 회전 동기 모터이다. 회전 동기 모터를 사용함으로써, 빗살을 필요로 하는 스테핑 모터를 사용하는 경우에 비해, 반경 방향의 치수를 작게 할 수 있고, 또한 간극의 관리도 용이해진다. 각 영구 자석(22)은 가늘고 긴 판 형상으로 형성된다. 각 영구 자석(22)은 반경 방향으로 착자, 즉 외주면측이 N극 및 S극 중 한쪽에 착자되고, 내주면측이 N극 및 S극 중 다른 쪽에 착자된다. 복수의 영구 자석(22)은 주위 방향으로 N극 및 S극이 교대로 형성되도록 배열된다. 원통 형상으로 배열된 영구 자석(22)은 철 등의 자성 재료로 이루어지는 통 형상의 요크(32)에 둘러싸인다. 요크(32)에는 반경 방향의 내측으로 돌출되는 코어(32a)(도 7 참조)가 형성된다. 코어(32a)는 요크(32)의 축선 방향으로 가늘고 길게 신장된다. 코어(32a)에는 코일(21)이 권취된다. 코일(21)은 구리선을 환 형상으로 권취한 것으로, 직사각형의 프레임 형상으로 형성된다. 코일(21)은 3개로 1세트의 UㆍVㆍW상으로 이루어지는 3상 코일(21)로 된다. 이 실시 형태에서는 코일(21)의 수는 6개로, 2세트의 3상 코일(21)이 구성된다. 3상 코일(21)에 3상 교류 전류를 흘리면, 원통 형상으로 배열된 영구 자석(22)의 주위 방향으로 회전 자계가 발생한다. 영구 자석(22)이 장착되는 회전자(16)는 회전 자계에 의해 토크를 얻어, 그 축선의 주위를 회전한다.
회전자(16)에 배열되는 복수의 영구 자석(22)은, 회전자(16)를 회전시키기 위한 토크를 발생시키는 구동용 영구 자석(22)이다. 도 11에 도시되는 바와 같이, 회전자(16)의 회전 각도를 측정하는 자기 센서(51)는, 구동용 영구 자석(22)의 축선 방향의 단부가 발생하는 자계를 검출한다. 자기 센서(51)의 특성에 대해서는 후술한다. 기판에 실장된 자기 센서(51)는 상자 형상의 수납 용기(42)에 수납된 후, 그 주위가 충전제로 메워진다. 도 5에 도시되는 바와 같이, 수납 용기(42)는 고정 나사에 의해 하우징(2a)에 고정된다. 자기 센서(51)는 온도 특성을 갖고, 온도의 변화에 따라 출력이 변화된다. 코일(21)로부터 발생하는 열의 영향을 저감하기 위해, 수납 용기(42) 및 충전제에는, 하우징(2a)보다도 열전도율이 낮은 재료가 사용된다. 예를 들어, 하우징에는 에폭시계의 수지가 사용되고, 수납 용기(42) 및 충전제에는 폴리페닐렌설파이드(PPS)가 사용된다.
도 1에 도시되는 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터를 구성하는 구성 부품이 이동체에 가까운 측으로부터 토크 전달용 스플라인 너트(14), 로터리 펄스 모터(2), 리니어 동기 모터(1)의 순으로 된다. 이동체에 가장 가까운 위치에 스플라인 너트(14)가 배치되므로, 이동체에 가해지는 하중이나 모멘트를 부하할 수 있어, 이동체를 정확하게 위치 결정할 수 있다. 또한, 스플라인 너트(14)의 회전 운동을 이동체에 가까운 위치의 베어링(31)(도 6 참조)으로 지지함으로써, 이동체로부터 스플라인축(4)에 가해지는 하중이나 모멘트를 보다 확실에 받을 수 있다. 스플라인 너트(14)의 옆에 회전 모터(2)를 배치하고, 회전 모터(2)의 옆에 리니어 모터(1)를 배치하므로, 스플라인 너트(14)와 일체의 회전자(16)를 회전시켜, 스플라인 너트(14)에 의해 안내되는 스플라인축(4)을 축선 방향으로 이동시키는 것이 가능해진다.
스플라인 너트(14)가 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)의 대직경부(16a1)의 내측에 배치되고, 베어링이 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)의 소직경부(16a2)의 외측에 배치되므로, 스플라인 너트(14) 및 베어링(31)이 반경 방향으로 적층되는 일이 없다. 또한, 스플라인 너트(14)가 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)의 내측에 배치되고, 회전 모터(2)가 본체부(16c)의 외측에 배치되므로, 스플라인 너트(14) 및 회전 모터(2)도 반경 방향으로 적층되는 일이 없다. 이로 인해, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 반경 방향의 치수를 콤팩트하게 할 수 있다.
또한, 회전 모터(2) 및 스플라인 너트(14)를 조합한 부분의 양단부에만 한 쌍의 베어링(31)을 배치하고, 회전자(16)를 본체부(16c) 및 스플라인 너트 일단부 수용부(16b)측과, 스플라인 너트 타단부 수용부(16a)측으로 2분할함으로써, 회전 모터(2)의 조립이 용이해진다.
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 회전 모터의 사시도를 도시한다. 제1 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 회전 모터와 마찬가지로, 하우징(81)에는 스플라인축(82)이 회전 운동 가능하고 또한 직선 운동 가능하게 수용된다. 스플라인축(82)의 양단부는 하우징(81)으로부터 돌출되어 있다. 스플라인축(82)의 한쪽 단부(82a)는 리니어 모터(1)의 로드(5)에 접속되고, 스플라인축(82)의 다른 쪽 단부(82b)는 이동체에 접속된다. 하우징(81)은, 스플라인 너트가 수용되는 너트 하우징(83)과, 회전 모터의 고정자가 수용되는 모터 하우징(84)으로 2분할된다. 너트 하우징(83)의 사각형의 플랜지(83a)의 코너부에는, 너트 하우징(83)을 모터 하우징(84)에 나사로 고정할 때, 드라이버나 렌치를 나사를 향해 똑바로(도면 중 파선 방향) 넣을 수 있도록 원호 형상의 회피부(83b)가 형성된다.
회전 모터(80) 단일 부재에서 본 경우, 스플라인축(82)이 회전 모터(80)의 회전축으로 된다. 스플라인축(80)은 축선 방향으로 자유롭게 이동할 수 있고, 스플라인축(80)의 직선 운동은 스플라인 너트에 의해 안내된다.
도 13은 회전 모터(80)의 단면도를 도시한다. 이 실시 형태의 회전 모터에서는, 이동체측(도 13의 좌측)의 스플라인 너트(86)에 더하여, 제2 스플라인 너트(87)가 추가되어 있다. 제2 스플라인 너트(87)는, 회전 모터의 고정자보다도 리니어 모터측(도 13의 우측)에 배치된다. 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)는, 중공의 회전자(88)에 수용되어 있어 회전자(88)와 함께 회전한다. 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)에는, 직선 운동 가능하게 스플라인축(82)이 조립 장착되어 있다. 스플라인축(4)의 외주면에는, 제1 실시 형태의 스플라인축과 마찬가지로 축선 방향으로 신장되는 볼 구름 주행 홈이 형성된다. 회전자(88)의 회전은 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)를 통해 스플라인축(82)에 전동된다.
하우징(81)에는, 회전 모터의 고정자(92)가 장착된다. 회전자(88)의 축선 방향의 양단부와 하우징 사이에는 한 쌍의 베어링(93)이 배치되고, 회전자(88)의 회전 운동은 한 쌍의 베어링(93)에 의해 안내된다. 회전자(88)는 회전 모터의 고정자(92)에 의해 회전 구동되는 본체부(89)와, 스플라인 너트(86)가 수용되는 스플라인 너트 수용부(91)와, 제2 스플라인 너트(87)가 수용되는 제2 스플라인 너트 수용부(90)로 구성된다. 본체부(89)의 외주면에는 제1 실시 형태의 본체부와 마찬가지로, 주위 방향으로 복수의 영구 자석(89a)이 부착된다. 하우징(81)에는, 본체부(89)의 회전 각도를 검지하는 자기 센서(94)가 장착된다. 스플라인 너트 수용부(91) 및 제2 스플라인 너트 수용부(90)는, 본체부(89)의 축선 방향의 양단부에 연결된다.
도 14는, 본체부(89)와 스플라인 너트 수용부(91)[및 제2 스플라인 너트(87)]의 끼워 맞춤 구조의 상세도를 도시한다. 스플라인 너트 수용부(91)에는, 반경이 다른 2개의 반원을 조합한 기형적인 구멍(91a)이 형성되고, 본체부(89)에는, 구멍(91a)의 대직경의 반원에 끼워지는 반원 형상의 돌기(89b)가 형성된다. 본체부(89)의 돌기는 스플라인 너트 수용부(91)의 구멍(91a)에 기어와 같이 맞물리므로, 본체부(89)의 회전을 스플라인 너트 수용부(91)에 전동할 수 있다. 또한, 본체부(89)와 스플라인 너트 수용부(91) 사이에는, 본체부(89)로부터 스플라인 너트 수용부(91)에 회전을 전동하면서, 본체부(89)에 대해 스플라인 너트 수용부(91)가 축선 방향으로 이동할 수 있도록 유격이 있다. 물론, 본체부(89)와 스플라인 너트 수용부(91)의 끼워 맞춤 구조는, 본체부(89)의 회전을 스플라인 너트 수용부(91)에 전동할 수 있고, 본체부(89)와 스플라인 너트 수용부(91) 사이에 축선 방향의 유격이 있는 것이면, 상기한 기형적인 구멍(91a)과 반원형의 돌기(89b)에 한정되는 일은 없다. 본체부(89)와 제2 스플라인 너트 수용부(90)도 동일한 끼워 맞춤 구조이다.
도 13에 도시되는 바와 같이, 스플라인 너트 수용부(91)는, 본체부(89)에 연결되어, 스플라인 너트(86)의 축선 방향의 일단부가 수용되는 스플라인 너트 일단부 수용부(91b)와, 스플라인 너트(86)의 축선 방향의 타단부가 수용되는 스플라인 너트 타단부 수용부(91a)로 2분할된다. 제2 스플라인 너트 수용부(90)도, 본체부(89)에 연결되어, 제2 스플라인 너트(87)의 축선 방향의 일단부가 수용되는 제2 스플라인 너트 일단부 수용부(90b)와, 제2 스플라인 너트(87)의 축선 방향의 타단부가 수용되는 제2 스플라인 너트 타단부 수용부(90a)로 2분할된다. 스플라인 너트 수용부(91) 및 제2 스플라인 너트 수용부(90)는 주머니 형상의 대직경부를 갖고, 이 대직경부에 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)가 수용된다. 스플라인 너트 수용부(91) 및 제2 스플라인 너트 수용부(90)의 소직경부의 외주면에는, 한 쌍의 베어링(93)이 배치된다.
회전 모터를 조립할 때에는, 우선 본체부(89)의 주위에 복수의 영구 자석(89a)을 부착한다. 다음에, 스플라인 너트(86)를 2분할된 스플라인 너트 수용부(91)로 덮고, 제2 스플라인 너트(87)를 제2 스플라인 너트 수용부(90)로 덮는다. 다음에, 본체부(89)의 양단부에 스플라인 너트 수용부(91) 및 제2 스플라인 너트 수용부(90)를 연결한다. 다음에, 스플라인 너트 수용부(91) 및 제2 스플라인 너트 수용부(90)의 외측에 한 쌍의 베어링(93)을 끼워 넣는다. 이와 같이 회전자(88)를 조립한 상태에서, 회전자(88)를 하우징(81) 내에 삽입한다. 그 후, 하우징(81)의 양단부에 덮개(95, 96)를 장착함으로써 조립이 완료된다.
회전 모터(80)를 조립할 때, 베어링(93)은 하우징(81)측으로부터도 위치 결정되고, 회전자(88)측으로부터도 위치 결정되게 된다. 회전자(88)나 하우징(81)에 치수 오차가 발생하면, 베어링(93)에 치수 오차가 집중되므로, 베어링(93)의 볼에 눌러 찌부러뜨리는 힘이 작용해 버려, 베어링(93)의 원활한 회전을 저해한다. 본 실시 형태에 따르면, 회전자(88)의 본체부(89)와 스플라인 너트 수용부(91)[및 제2 스플라인 너트 수용부(90)]를 상술한 끼워 맞춤 구조로 함으로써, 회전자(88)측에서 치수 오차를 흡수할 수 있어, 하우징(81)에 맞추어 한 쌍의 베어링(93)을 정확하게 위치 결정할 수 있다. 또한, 코일을 포함하는 회전 모터의 고정자(92)가 발열하였을 때, 하우징(81)측은 회전자(88)측보다도 고열로 된다. 알루미늄제의 하우징(81)의 열팽창 계수가 강제의 회전자(88)의 선팽창 계수보다도 큰 것과 더불어, 하우징(81)의 열팽창량은 회전자(88)의 그것보다도 커진다. 상술한 끼워 맞춤 구조로 함으로써, 이 하우징(81)의 열팽창도 흡수할 수 있다.
도 15 및 도 16은, 베어링(93)의 고정부의 상세도를 도시한다. 한 쌍의 베어링(93)의 내륜(93b)의 내측(93b1)에 회전자(88)가 접촉하고, 한 쌍의 베어링(93)의 외륜(93a)의 외측(93a1)에 하우징(81)이 접촉한다(접촉 개소를 파선의 원으로 나타냄). 그리고 한 쌍의 베어링(93)은, 회전자(88)와 하우징(81) 사이에 끼워진다. 이와 같이 함으로써, 회전 모터의 고정자(92)의 열에 의해 하우징(81)이 축선 방향으로 신장되었을 때, 하우징(81)의 접촉부가 회전자(88)의 접촉부로부터 이격되는 방향으로 이동하므로, 베어링(93)에 볼을 눌러 찌부러뜨리는 힘이 작용하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 스플라인 너트(86, 87)를 회전 모터의 고정자(92)를 사이에 두고 2개 사용하고 있으므로, 스플라인 너트(86)를 1개 사용한 경우에 비해, 스플라인축(82)의 요동을 보다 방지할 수 있어, 스플라인축(82)의 강성을 보다 높일 수 있다. 이로 인해, 서보 루프의 응답성을 좋게 하기 위해 회전 모터나 리니어 모터의 게인을 높인 경우라도, 스플라인축(82)이 요동해 버리는 것을 방지할 수 있어, 응답성이 높은 서보 루프를 실현할 수 있다.
도 17은, 스플라인축(82)의 강성을 더 높인 예를 나타낸다. 이 예에서는, 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)가 스플라인축(82)에 대해 서로 반대 방향으로 비틀린 상태에서 회전자(88)에 고정된다. 도면 중 상측의 스플라인 너트(86)는 스플라인축(82)에 대해 시계 방향의 토크가 부여된 상태로, 하측의 제2 스플라인 너트(87)는 반시계 방향의 토크가 부여된 상태로 회전자(88)에 고정된다. 스플라인 너트(86) 및 제2 스플라인 너트(87)에 수용되는 볼이 서로 반대 방향으로 압축되므로, 볼에 예압을 부여한 상태를 유지할 수 있어, 스플라인축(82)의 주위 방향의 강성을 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템을 도시한다. 이 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템은, 회전 모터 제어계 및 리니어 모터 제어계로 구성된다. 회전 모터 제어계는, 회전 모터(2)의 회전자(16)의 회전 각도를 검출하는 자기 센서(51)와, 자기 센서(51)가 출력하는 신호를 내삽 처리하는 각도 산출 회로로서의 인터폴레이터(52)와, 인터폴레이터(52)가 산출한 회전각의 신호에 기초하여 회전 모터(2)를 제어하는 회전 모터용 드라이버(56)로 구성된다. 회전 모터용 드라이버(56)는, 회전자(16)의 회전 각도가 지령값에 일치하도록 회전 모터(2)를 제어한다. 자기 센서(51)와 인터폴레이터(52)는 인코더 케이블(58)에 의해 접속되고, 회전 모터(2)의 코일(21)과 회전 모터용 드라이버(56)의 전력 변환기는 동력 케이블(59)에 의해 접속된다. 인터폴레이터(52) 및 회전 모터용 드라이버(56)는 제어반(60)에 수용된다.
리니어 모터 제어계도 마찬가지로, 리니어 모터(1)의 로드(5)의 축선 방향의 위치를 검출하는 자기 센서(54)와, 자기 센서(54)가 출력하는 신호를 내삽 처리하는 위치 산출 회로(55)와, 위치 산출 회로(55)가 산출한 위치의 신호에 기초하여 리니어 모터(1)를 제어하는 리니어 모터용 드라이버(57)로 구성된다. 리니어 모터용 드라이버(57)는, 로드(5)의 위치가 지령값에 일치하도록 리니어 모터(1)를 제어한다. 자기 센서(54)와 위치 산출 회로(55)는 인코더 케이블(61)에 의해 접속된다. 리니어 모터(1)의 코일(12)과 리니어 모터용 드라이버(57)의 전력 변환기는 동력 케이블(62)에 의해 접속된다. 위치 산출 회로(55) 및 리니어 모터용 드라이버(57)는 제어반(60)에 수용된다.
각도 측정 장치는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터의 회전자(16)의 회전 각도를 검출하는 자기 센서(51)와, 자기 센서(51)가 출력하는 신호를 내삽 처리하는 인터폴레이터(52)로 구성된다. 자기 센서(51)는, 회전자(16)의 자계의 방향을 검출하고, 90도 위상이 어긋난 정현파 형상 및 여현파 형상의 전압 신호를 출력한다. 자기 센서(51)가 출력하는 전압 신호는, 인터폴레이터(52)에 출력된다. 인터폴레이터(52)는, 정현파 형상 및 여현파 형상의 전압 신호에 기초하여, 회전자(16)의 각도 정보를 산출한다. 리니어 모터(1)의 위치를 측정하는 위치 측정 장치는 각도 측정 장치와 마찬가지로, 로드(5)의 위치 정보를 출력한다.
도 19는 회전 모터(2)의 제어계의 블록도를 도시한다. 인터폴레이터(52)가 산출한 각도 정보는, 회전 모터용 드라이버(56)의 제어기(65)에 출력된다. 회전 모터용 드라이버(56)에는, 리니어 모터(1)를 제어하는 데 적합한 형태를 한 전력을 공급하는 PWM 인버터(PWM : Pulse Width Modulation) 등의 전력 변환기(64) 및 전력 변환기(64)를 제어하는 제어기(65)가 조립된다. 제어기(65)는, 인터폴레이터(52)로부터의 신호 및 상위 컴퓨터 등의 지령기(66)로부터의 지령에 의해, 전력 변환기(64)를 제어한다. 구체적으로는, 제어기(65)는 회전자(16)의 회전 각도가 지령값에 일치하도록 전력 변환기(64)를 제어한다. 리니어 모터용 드라이버(57)의 구성도 회전 모터용 드라이버와 동일하다.
회전 모터(2)의 회전자(16)와 스플라인축(4)은 스플라인 너트(14)를 통해 연결되어 있으므로, 회전자(16)의 회전 각도와 스플라인축(4)의 회전 각도는 동등하다. 축선 방향으로 이동하는 일이 없는 회전 모터(2)의 회전자(16)의 회전 각도를 제어함으로써, 축선 방향으로 이동하는 스플라인축(4)의 회전 각도를 제어하므로, 스플라인축(4)의 회전 각도의 제어가 용이해진다. 또한 본래, 추력을 발생시키기 위한 구동용 영구 자석(22)을 자기 스케일로서 유용하므로, 저렴하고 소형인 자기 센서(51)를 실현할 수 있다.
도 20에 도시되는 바와 같이, 자기 센서(51)는, 회전 모터(2)의 영구 자석(22)으로부터 소정의 간극을 두고 배치되고, 영구 자석(22)의 회전 운동에 의해 발생하는 영구 자석(22)의 자계의 방향(자기 벡터의 방향)의 변화를 검출한다. 자계의 방향의 변화를 검출하므로, 자기 센서(51)가 실장되는 기판은, 회전자(16)의 회전 중심에 직교하는 평면 내에 위치한다.
도 21에 도시되는 바와 같이, 자기 센서(51)는, Si 혹은 글래스 기판(71)과, 그 위에 형성된 Ni, Fe 등의 강자성 금속을 주 성분으로 하는 합금의 강자성 박막 금속으로 구성되는 자기 저항 소자(72)를 갖는다. 이 자기 센서(51)는, 특정한 자계 방향에서 저항값이 변화되므로 AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance) 센서(이방성 자기 저항 소자)라 불린다.
자기 저항 소자(72)에 전류를 흘려, 저항 변화량이 포화되는 자계 강도를 인가하고, 그 자계(H)의 방향을 전류 방향 Y에 대해 각도 변화 θ를 부여하였다고 하자. 도 22에 나타내어지는 바와 같이, 저항 변화량(ΔR)은, 전류 방향과 자계의 방향이 수직(θ=90°, 270°)일 때에 최대로 되고, 전류 방향과 자계의 방향이 평행(θ=0°, 180°)일 때에 최소로 된다. 저항값 R은, 전류 방향과 자계 방향의 각도 성분에 따라서, 하기의 수학식 1과 같이 변화된다.
Figure pct00001
R0 : 무자계 중의 강자성 박막 금속의 저항값
ΔR: 저항 변화량
θ : 자계 방향을 나타내는 각도
포화 감도 영역 이상이면, ΔR은 상수로 되어, 저항값 R은 자계의 강도에는 영향을 받지 않게 된다.
회전자(16)가 직선 운동할 때의 자계 방향의 변화와 자기 센서(51)의 출력에 대해 설명한다. 도 23에 도시되는 바와 같이, 자기 센서(51)를, 포화 감도 영역 이상의 자계 강도가 인가되는 갭 l의 위치에, 또한 자계의 방향 변화가 센서면에 기여하도록 배치한다. 도 23에는 원주 상에 배열되는 영구 자석(22)을 수평 방향으로 전개한 상태가 나타내어져 있다. 도 24에 나타내어지는 바와 같이, 회전자(16)가 거리 λ를 직선 이동하였을 때, 센서면에서는 자계의 방향이 1회전으로 된다. 이때에 전압의 신호는 1주기의 정현파로 된다. 운동의 방향을 알기 위해서는, 도 25에 도시되는 바와 같이, 2세트의 풀 브리지 구성의 엘리먼트를, 서로 45°기울어지도록 하나의 기판 상에 형성하면 된다. 2세트의 풀 브리지 회로에 의해 얻어진 출력 VoutA와 VoutB는, 도 26에 나타내어지는 바와 같이, 서로 90°의 위상차를 갖는 여현파 및 정현파로 된다.
본 실시 형태에 따르면, 자기 센서(51)가 회전자(16)의 자계의 방향의 변화를 검출하므로, 가령 도 27에 도시되는 바와 같이, 자기 센서(51)의 장착 위치가 ①로부터 ②로 어긋났다고 해도, 자기 센서(51)가 출력하는 정현파 및 여현파에는 변화가 적다. 도 28에 도시되는 바와 같이, 정현파 및 여현파에 의해 그려지는 리사쥬 도형도 원의 크기가 변화되기 어려워진다. 이로 인해, 자기 벡터(74)의 방향 θ를 정확하게 검출할 수 있다. 회전자(16)와 자기 센서(51) 사이의 갭 l을 고정밀도로 관리하지 않아도, 회전자(16)의 정확한 위치를 검출할 수 있으므로, 자기 센서(51)의 장착 조정이 용이해진다.
도 29는, 인터폴레이터(52)의 구성도를 도시한다. 자기 센서(51)가 출력하는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호는, 인터폴레이터(52)에 도입된다. 인터폴레이터(52)는, 90°위상이 다른 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호에 디지털적인 내삽 처리를 가하여 고분해능의 위상각 데이터를 출력한다. 회전자(16)의 자극간의 피치는, 예를 들어 수십 ㎜의 오더로, 자기식 인코더의 수백 ㎛의 오더에 비해 훨씬 크다. 회전자(16)를 자기 스케일로서 유용할 때에는, 자기 센서(51)가 출력하는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호를 세분화하여, 분해능을 높일 필요가 있다. 자기 센서(51)가 출력하는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호의 변화는, 분해능을 높인 위치 산출 회로에 큰 영향을 미친다. 이로 인해, 자기 센서(51)가 출력하는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호의 변화는 작은 것이 요망된다.
90°위상이 다른 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호 각각은, A/D 변환기(73, 74)에 입력된다. A/D 변환기(73, 74)는, 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호 각각을 소정의 주기로 디지털 데이터 DA, DB에 샘플링한다.
도 30에 도시되는 바와 같이, 미리 룩업 테이블 메모리(76)에는, 아크탄젠트(TAN-1)를 사용한 다음 식에 기초하여 작성된 룩업 테이블 데이터가 기록되어 있다.
Figure pct00002
도 30은, 8비트×8비트의 어드레스 공간에 1주기 1000 분할의 위상각 데이터를 갖게 하는 경우의 룩업 테이블 메모리의 메모리 구성이 나타내어져 있다.
위상각 데이터 산출 수단인 신호 처리부(75)는, 디지털 데이터 DA, DB를 각각 x, y 어드레스로 하여 룩업 테이블 데이터를 검색하고, x, y 어드레스에 대응한 위상각 데이터 u를 얻는다. 이에 의해, 1파장(0으로부터 2π까지의 구간) 내를 분할ㆍ내삽하는 것이 가능해진다. 또한, 룩업 테이블 메모리를 사용하는 대신에, u=TAN-1(DB/DA)의 연산을 하여, 위상각 데이터 u를 산출함으로써, 1파장(0으로부터 2π까지의 구간) 내를 분할ㆍ내삽해도 된다.
다음에, 신호 처리부(75)는, 위상각 데이터 u로부터 A상 인코더 펄스 신호 및 B상 인코더 펄스 신호를 생성하여, 1주기에 한번의 Z상 펄스 신호를 생성한다. 신호 처리부(75)가 출력하는 A상 펄스 신호, B상 펄스 신호, Z상 펄스 신호는, 회전 모터(2)의 회전 모터용 드라이버(56)에 출력된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 일은 없고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 실시 형태로 구현화할 수 있다. 예를 들어, 본 실시 형태의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는 칩 마운터에 한정되는 일은 없고, 다양한 로봇의 직선ㆍ회전 복합 액추에이터로서 사용할 수 있다. 또한, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템의 발명에 있어서, 리니어 동기 모터 대신에 리니어 스테핑 모터를 사용해도 된다.
본 명세서는, 2008년 9월 30일에 출원된 일본 특허 출원 제2008-255073에 기초한다. 이 내용은 모두 본원에 포함시켜 둔다.
1 : 리니어 모터
2 : 회전 모터
2a, 81 : 하우징
3a : 축 부재의 일단부
3 : 축 부재
4, 82 : 스플라인축
4a : 볼 구름 주행 홈(구름 이동체 구름 주행부)
5 : 로드
6 : 영구 자석
10 : 부시(미끄럼 베어링)
12 : 코일(리니어 모터의 고정자)
14, 86 : 스플라인 너트
14a : 스플라인 너트의 타단부
14b : 스플라인 너트의 일단부
16, 88 : 회전자
16a : 스플라인 너트 타단부 수용부
16b : 스플라인 너트 일단부 수용부
16a1 : 대직경부
16a2 : 소직경부,
16b1 : 대직경부
16b2 : 소직경부
16c, 89 : 본체부
21 : 코일
22, 89a : 영구 자석
25 : 볼(구름 이동체)
27 : 볼 순환로(구름 이동체 순환로)
31, 93 : 베어링
32 : 요크
35, 92 : 회전 모터의 고정자
51 : 자기 센서(각도 측정 장치)
52 : 인터폴레이터(각도 측정 장치, 각도 산출 회로)
56 : 회전 모터용 드라이버
87 : 제2 스플라인 너트
90 : 제2 스플라인 너트 수용부
90a : 제2 스플라인 너트 타단부 수용부
90b : 제2 스플라인 너트 일단부 수용부
91 : 스플라인 너트 수용부
91a : 스플라인 너트 타단부 수용부
91b : 스플라인 너트 일단부 수용부

Claims (9)

  1. 축선 방향으로 신장되는 구름 이동체 구름 주행부를 갖는 스플라인축과,
    상기 스플라인축을 둘러싸는 중공의 회전자와,
    상기 회전자를 수용하는 공간이 형성되는 동시에, 상기 회전자를 축선의 주위로 회전시키는 회전 모터의 고정자와,
    상기 회전자와 함께 회전하여 상기 회전자의 회전을 상기 스플라인축에 전달하는 동시에, 상기 스플라인축이 축선 방향으로 직선 운동하는 것을 허용하는 스플라인 너트와,
    상기 스플라인축에 접속되는 리니어 모터의 이동자축과,
    상기 리니어 모터의 이동자축을 축선 방향으로 직선 운동시키는 리니어 모터의 고정자를 구비하고,
    상기 스플라인 너트는, 상기 스플라인축의 상기 구름 이동체 구름 주행부에 대향하는 부하 구름 이동체 구름 주행부를 포함하는 구름 이동체 순환로 및 이 구름 이동체 순환로에 배열되는 복수의 구름 이동체를 갖는 직선ㆍ회전 복합 액추에이터에 있어서,
    상기 스플라인축 및 상기 이동자축의 한쪽 단부로부터 축선 방향으로 차례로, 상기 스플라인 너트, 상기 회전 모터의 고정자, 상기 리니어 모터의 고정자가 배치되는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는,
    상기 회전 모터의 고정자와 상기 리니어 모터의 고정자 사이에, 상기 회전자와 함께 회전하여 상기 회전자의 회전을 상기 스플라인축에 전달하는 동시에, 상기 스플라인축이 축선 방향으로 직선 운동하는 것을 허용하는 제2 스플라인 너트를 더 구비하고,
    상기 제2 스플라인 너트는, 상기 스플라인축의 상기 구름 이동체 구름 주행부에 대향하는 부하 구름 이동체 구름 주행부를 포함하는 구름 이동체 순환로 및 이 구름 이동체 순환로에 배열되는 복수의 구름 이동체를 갖는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는,
    상기 회전 모터의 고정자가 장착되는 하우징과,
    상기 회전자의 축선 방향의 양단부와 상기 하우징 사이에 설치되고, 상기 회전자가 축선의 주위로 회전하는 것을 안내하는 한 쌍의 베어링을 더 구비하고,
    상기 회전자는, 상기 회전 모터의 고정자에 의해 회전 구동되는 본체부와, 상기 본체부의 한쪽 단부에 연결되고, 상기 스플라인 너트가 수용되는 스플라인 너트 수용부와, 상기 본체부의 다른 쪽 단부에 연결되고, 상기 제2 스플라인 너트가 수용되는 제2 스플라인 너트 수용부를 갖고,
    상기 본체부의 회전을 상기 스플라인 너트 수용부 및 상기 제2 스플라인 너트 수용부에 전동할 수 있고, 또한 상기 본체부에 대해 상기 스플라인 너트 수용부 및 상기 제2 스플라인 너트 수용부가 축선 방향으로 이동할 수 있는 유격이 있도록, 상기 본체부가 상기 스플라인 너트 수용부 및 상기 제2 스플라인 너트 수용부에 끼워 맞추어지는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전자가 상기 한 쌍의 베어링의 내륜의 축선 방향의 내측에 접촉하고,
    상기 하우징이 상기 한 쌍의 베어링의 외륜의 축선 방향의 외측에 접촉하고,
    상기 한 쌍의 베어링의 각각은, 상기 회전자와 상기 하우징 사이에 축선 방향으로 끼워지는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 직선ㆍ회전 복합 액추에이터는,
    상기 회전 모터의 고정자가 장착되는 하우징과,
    상기 회전자의 축선 방향의 양단부와 상기 하우징 사이에 설치되고, 상기 회전자가 축선의 주위로 회전하는 것을 안내하는 한 쌍의 베어링을 더 구비하고,
    상기 회전자는, 상기 회전 모터의 고정자에 의해 회전 구동되는 본체부와, 상기 본체부에 연결되고, 상기 스플라인 너트의 축선 방향의 일단부가 수용되는 스플라인 너트 일단부 수용부와, 상기 스플라인 너트의 축선 방향의 타단부가 수용되는 스플라인 너트 타단부 수용부를 갖고,
    상기 스플라인 너트 타단부 수용부는, 직경이 다른 대직경부 및 소직경부를 갖고,
    상기 스플라인 너트 타단부 수용부의 대직경부에 상기 스플라인 너트의 상기 타단부가 수용되고,
    상기 스플라인 너트 타단부 수용부의 소직경부의 외주면과 상기 하우징 사이에, 상기 한 쌍의 베어링 중 어느 한쪽이 배치되는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  6. 제2항에 있어서, 상기 스플라인 너트 및 상기 제2 스플라인 너트가 상기 스플라인축에 대해 서로 반대 방향으로 비틀린 상태로 상기 회전자에 수용되는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터.
  7. 축선 방향으로 직선 운동할 수 있고, 또한 축선의 주위를 회전 운동할 수 있는 축 부재와,
    상기 축 부재를 둘러싸는 중공의 회전자와,
    상기 회전자를 수용하는 공간이 형성되는 동시에, 상기 회전자를 축선의 주위를 회전시키는 회전 모터의 고정자와,
    상기 회전자와 함께 회전하여 상기 회전 모터의 회전자의 회전을 상기 축 부재에 전달하는 동시에, 상기 축 부재가 직선 운동하는 것을 허용하는 직동 베어링과,
    상기 축 부재를 상기 축선 방향으로 이동시키는 리니어 모터와,
    상기 회전자의 회전 각도를 측정하는 각도 측정 장치와,
    상기 각도 측정 장치가 측정한 상기 회전 모터의 회전자의 회전 각도가 지령값에 일치하도록, 상기 회전 모터를 제어하는 회전 모터용 드라이버를 구비하고,
    상기 회전 모터의 회전자의 회전 각도를 제어함으로써, 상기 축 부재의 회전 각도를 제어하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 회전 모터는, 주위 방향으로 N극 및 S극의 자극이 형성되도록 복수의 영구 자석을 갖는 상기 회전 모터의 회전자와, 상기 복수의 영구 자석에 대향하는 상기 회전 모터의 고정자로서의 복수의 코일을 갖는 회전 동기 모터이고,
    상기 각도 측정 장치는, 상기 회전 모터의 회전자에 토크를 발생시키는 구동용의 상기 복수의 영구 자석의 자계를 검출하는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 각도 측정 장치는,
    자계의 방향에 따라 저항값이 변화되는 자기 저항 소자를 갖고, 상기 회전 모터의 회전자의 회전 운동에 의해 발생하는 상기 복수의 영구 자석의 자계의 방향의 변화에 수반하여, 90°의 위상차를 갖는 정현파 형상 신호 및 여현파 형상 신호를 출력하는 자기 센서와,
    상기 정현파 형상 신호 및 상기 여현파 형상 신호에 기초하여, 상기 회전 모터의 고정자에 대한 상기 회전자의 회전 각도를 산출하는 각도 산출 회로를 갖는 것을 특징으로 하는, 직선ㆍ회전 복합 액추에이터 시스템.
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TW (2) TWI543498B (ko)
WO (1) WO2010038750A1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140127764A (ko) * 2013-04-25 2014-11-04 산요 덴키 가부시키가이샤 축 회전형 직선형 모터 및 축 회전형 직선형 모터 유닛
KR20150025503A (ko) * 2013-08-29 2015-03-10 엘지이노텍 주식회사 모터
KR20150075879A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 엘지이노텍 주식회사 스텝 모터, 및 이를 포함하는 스텝 모터 제어 시스템
US9954416B2 (en) 2012-02-08 2018-04-24 Nsk Ltd. Actuator, stator, motor, rotational-to-linear motion conversion mechanism, and linear actuator
KR20200052858A (ko) * 2013-08-29 2020-05-15 엘지이노텍 주식회사 모터

Families Citing this family (51)

* 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
JP5624888B2 (ja) * 2008-09-30 2014-11-12 Thk株式会社 直線・回転複合アクチュエータ
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
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
US9631645B2 (en) 2013-02-27 2017-04-25 Woodward, Inc. Rotary piston actuator anti-rotation configurations
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
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
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
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
DE112014006560T5 (de) * 2014-04-07 2017-02-16 Harmonic Drive Systems Inc. Linear-Aktuator
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
WO2016134319A1 (en) 2015-02-19 2016-08-25 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
WO2017036549A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 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
KR102065017B1 (ko) * 2016-06-10 2020-01-10 가부시키가이샤 하모닉 드라이브 시스템즈 회전검출장치 및 중공 액추에이터
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
JP7194457B2 (ja) * 2017-09-05 2022-12-22 インディゴ テクノロジーズ， インク． 受動的に制御整列される可変回転子／固定子を備える永久磁石モーター
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
JP7584082B2 (ja) * 2020-10-21 2024-11-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 ヘッドユニット、アクチュエータ及び実装システム
CN112875288B (zh) * 2021-01-20 2025-09-19 深圳精技工业科技有限公司 一种上下旋转运动装置
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
CN113700814B (zh) * 2021-07-16 2023-05-09 北京精密机电控制设备研究所 一种传动机构模糊卡塞故障强制解锁机电作动器及方法
JP7853083B2 (ja) * 2021-11-09 2026-04-28 日本トムソン株式会社 回転テーブル装置
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
CN118868723B (zh) * 2024-09-26 2025-02-18 深圳市速程精密科技有限公司 一种高精度闭环直线旋转电机及压力监测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298451A (ja) * 1989-05-11 1990-12-10 Brother Ind Ltd 複合運動アクチュエータ
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
JP2000078809A (ja) * 1998-09-02 2000-03-14 Yaskawa Electric Corp サーボモータ
JP2001165271A (ja) * 1999-09-30 2001-06-19 Sanyo Denki Co Ltd 直進・回転アクチュエータ
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
KR20080046688A (ko) * 2005-08-31 2008-05-27 티에치케이 가부시끼가이샤 리니어 모터

Family Cites Families (19)

* 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
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
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
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
US6570282B1 (en) * 2000-02-25 2003-05-27 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Cylinder servomotor
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
US7825548B2 (en) * 2005-10-21 2010-11-02 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki Cylindrical linear motor
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
JP5624888B2 (ja) * 2008-09-30 2014-11-12 Thk株式会社 直線・回転複合アクチュエータ

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02298451A (ja) * 1989-05-11 1990-12-10 Brother Ind Ltd 複合運動アクチュエータ
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
JP2000078809A (ja) * 1998-09-02 2000-03-14 Yaskawa Electric Corp サーボモータ
JP2001165271A (ja) * 1999-09-30 2001-06-19 Sanyo Denki Co Ltd 直進・回転アクチュエータ
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
KR20080046688A (ko) * 2005-08-31 2008-05-27 티에치케이 가부시끼가이샤 리니어 모터

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9954416B2 (en) 2012-02-08 2018-04-24 Nsk Ltd. Actuator, stator, motor, rotational-to-linear motion conversion mechanism, and linear actuator
KR20140127764A (ko) * 2013-04-25 2014-11-04 산요 덴키 가부시키가이샤 축 회전형 직선형 모터 및 축 회전형 직선형 모터 유닛
KR20150025503A (ko) * 2013-08-29 2015-03-10 엘지이노텍 주식회사 모터
KR20200052858A (ko) * 2013-08-29 2020-05-15 엘지이노텍 주식회사 모터
KR20150075879A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 엘지이노텍 주식회사 스텝 모터, 및 이를 포함하는 스텝 모터 제어 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010038750A1 (ja) 2010-04-08
US8686603B2 (en) 2014-04-01
CN103795220B (zh) 2017-01-11
JP5539142B2 (ja) 2014-07-02
JP5624888B2 (ja) 2014-11-12
US20140159551A1 (en) 2014-06-12
JP2011155827A (ja) 2011-08-11
CN103795220A (zh) 2014-05-14
KR101679170B1 (ko) 2016-11-23
JPWO2010038750A1 (ja) 2012-03-01
KR20160042187A (ko) 2016-04-18
DE112009002412T5 (de) 2012-01-19
CN102171914B (zh) 2014-03-19
KR101641396B1 (ko) 2016-07-20
US9548641B2 (en) 2017-01-17
TWI543498B (zh) 2016-07-21
TW201023483A (en) 2010-06-16
US20110181129A1 (en) 2011-07-28
CN102171914A (zh) 2011-08-31
TW201503547A (zh) 2015-01-16
TWI477038B (zh) 2015-03-11

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