專利名稱：直動旋轉(zhuǎn)致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式涉及直動旋轉(zhuǎn)致動器。
背景技術(shù)：
以往公知有既能進行旋轉(zhuǎn)動作又能進行直動動作的致動器即直動旋轉(zhuǎn)致動器。例如，這種直動旋轉(zhuǎn)致動器具有將旋轉(zhuǎn)電動機用的電樞繞組和直線電動機用的電樞繞組重疊在同心圓上而成的定子、以及繞輸出軸安裝永久磁鐵等磁場部而成的動子，向動子直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和推力。并且，這種產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和推力的部位稱作“電動機部”。另外，上述直動旋轉(zhuǎn)致動器具有“檢測器部”，該檢測器部利用設(shè)置于定子上的直動旋轉(zhuǎn)檢測器和繞動子的輸出軸而設(shè)置的直動旋轉(zhuǎn)標尺(scale)，來檢測動子的旋轉(zhuǎn)和移動。并且，還提出了在負載側(cè)設(shè)置有上述“電動機部”、在負載相反側(cè)設(shè)置有上述“檢測器部”的直動旋轉(zhuǎn)致動器。例如日本特開2007-143385中記載的技術(shù)是與該現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。然而，上述直動旋轉(zhuǎn)致動器具有如下問題直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度的檢測精度還有提高的余地。例如，上述直動旋轉(zhuǎn)致動器的“電動機部”配置于“檢測器部”與負載之間，因此“檢測器部”與負載之間的距離處于變長的趨勢。因此，“電動機部”發(fā)出的熱對輸出軸變形的影響容易成為“檢測器部”的檢測誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方式的目的在于，提供一種可高精度地檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度的直動旋轉(zhuǎn)致動器。本發(fā)明一個實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器具有電動機部、輸出軸、檢測器部、軸承部。電動機部包括具有永久磁鐵或鐵心齒的磁場部、在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的第1電樞繞組以及在直動方向上產(chǎn)生行進磁場的第2電樞繞組。輸出軸安裝在所述電動機部的所述磁場部上。檢測器部具有針對所述輸出軸檢測直動方向的位置的直動檢測器和針對所述輸出軸檢測旋轉(zhuǎn)方向的角度的旋轉(zhuǎn)檢測器。軸承部具有在直動方向上支承所述輸出軸的直動軸承和在旋轉(zhuǎn)方向上支承所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸承。并且，所述電動機部配置在所述輸出軸的負載相反側(cè)，所述檢測器部配置在所述輸出軸的負載側(cè)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，能夠提供可高精度地檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度的直動旋轉(zhuǎn)致動器。


圖1是從側(cè)面觀察第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器的剖面圖。圖2A是第1實施方式的磁場部的剖面圖(之一)。
圖2B是第1實施方式的磁場部的剖面圖(之二)。圖2C是第1實施方式的磁場部的剖面圖(之三)。圖3是表示第1實施方式的電樞繞組和永久磁鐵的配置關(guān)系的展開圖。圖4是從側(cè)面觀察第2實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器的剖面圖。圖5是從側(cè)面觀察第2實施方式的電動機部的剖面圖。圖6A是第3實施方式的磁場部的剖面圖(之一)。圖6B是第3實施方式的磁場部的剖面圖(之二)。圖6C是第3實施方式的磁場部的剖面圖(之三)。圖6D是第3實施方式的磁場部的展開圖。圖7A是第4實施方式的磁場部的剖面圖(之一)。圖7B是第4實施方式的磁場部的剖面圖(之二)。圖7C是第4實施方式的磁場部的剖面圖(之三)。圖7D是第4實施方式的磁場部的展開圖。圖8A是第5實施方式的磁場部的剖面圖(之一)。圖8B是第5實施方式的磁場部的剖面圖(之二)。圖8C是第5實施方式的磁場部的剖面圖(之三)。圖8D是第5實施方式的磁場部的展開圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明本申請所公開的直動旋轉(zhuǎn)致動器的實施方式。并且，本發(fā)明不限于以下所示的實施方式中的示例。首先，說明第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器。圖1是從側(cè)面觀察第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器10的剖面圖。并且，直動旋轉(zhuǎn)致動器10被設(shè)置為，圖1所示的X軸的正側(cè)朝豎直方向的下方。下面，首先說明定子100的結(jié)構(gòu)。如圖1所示，定子100的電動機部IOOa配置于負載相反側(cè)，定子100的檢測器部 IOOb配置于負載側(cè)。并且，在圖1所示的情況下，負載側(cè)是圖1所示的X方向(參見圖1的直線箭頭)的正方向，負載相反側(cè)是X方向的負方向。并且，以下，在簡記為“X方向”的情況下，包含正方向和負方向。另外，“X方向”對應(yīng)于直動旋轉(zhuǎn)致動器10的“直動方向”。設(shè)置于負載相反側(cè)的電動機部IOOa在同心圓上具有兼作為電樞鐵心的圓筒狀的電動機架101、Θ電樞繞組103、X電樞繞組104。另外，電動機架101具有從外部向θ電樞繞組103和X電樞繞組104提供電力的電動機端子105。電動機架101在負載相反側(cè)具有端架(end bracket) 109。并且，端架109具有作為滑動軸承的端部軸套(end bush) 113。設(shè)置于負載側(cè)的檢測器部IOOb具有檢測器架133和直動旋轉(zhuǎn)檢測器130。并且， 直動旋轉(zhuǎn)檢測器130具有旋轉(zhuǎn)檢測器131和直動檢測器132。另外，檢測器架133具有檢測器端子134，該檢測器端子134從外部向直動旋轉(zhuǎn)檢測器130提供電力，并且輸出與角度θ 以及位置X有關(guān)的檢測信號。檢測器架133在負載側(cè)具有負載側(cè)架107，在負載相反側(cè)具有負載相反側(cè)架108。 另外，負載側(cè)架107和負載相反側(cè)架108分別具有θ X軸承部106，該θ X軸承部106包含1個滾珠花鍵(ball spline) 106a和2個軸承106b。并且，在電動機部IOOa與檢測器部IOOb的負載相反側(cè)架108之間設(shè)有空隙110， 電動機部IOOa和負載相反側(cè)架108分別支承于固定基座(未圖示)上。下面，說明動子200的結(jié)構(gòu)。動子200具有輸出軸201、磁場部202、負載相反側(cè)軸 206。輸出軸201由非磁性體(例如不銹鋼制)構(gòu)成。這里，輸出軸201以能夠在X方向移動的方式由設(shè)置于負載側(cè)和負載相反側(cè)這2 處的滾珠花鍵106a支承。另外，輸出軸201和滾珠花鍵106a以能夠沿θ方向(參見圖1 的弧狀箭頭)的正方向和負方向旋轉(zhuǎn)的方式由軸承106b支承。并且，以下，在簡記為“ θ 方向”的情況下，包含正方向和負方向。并且，“Θ方向”對應(yīng)于直動旋轉(zhuǎn)致動器10的“旋轉(zhuǎn)方向”。這樣，輸出軸201能夠相對于定子100沿θ方向和X方向移動。這里，由于在輸出軸201的前端存在負載(未圖示)，因此輸出軸201能夠使該負載沿θ方向和X方向自由移動。并且，輸出軸201具有形成為圓筒狀的直動旋轉(zhuǎn)標尺230。這里，在輸出軸201、磁場部202和負載相反側(cè)軸206中設(shè)有從負載側(cè)貫穿至負載相反側(cè)的中空孔205。并且，在輸出軸201與磁場部202之間的接合面、磁場部202與負載相反側(cè)軸206之間的接合面處分別設(shè)有作為密封部件的0形環(huán)(未圖示)。另外，動子200的負載相反側(cè)設(shè)有接頭207，該接頭207能夠與動子200旋轉(zhuǎn)。并且，在負載相反側(cè)架108和滾珠花鍵106a上設(shè)有板111，該板111與動子200 —起進行旋轉(zhuǎn)動作。并且，在板111與磁場部202之間設(shè)有彈簧112，該彈簧112具有與動子200的質(zhì)量和負載的質(zhì)量之和平衡的彈簧張力。下面，使用圖2A、圖2B和圖2C說明磁場部202的結(jié)構(gòu)。圖2A 圖2C分別為第1 實施方式的磁場部202的剖面圖(之一 之三)。并且，圖2A表示從側(cè)面觀察磁場部202 的剖面圖，圖2B表示圖2A所示的A-A線的剖面圖，圖2C表示圖2A所示B-B線的剖面圖。另外，圖2B 圖2C所示的箭頭(一)表示永久磁鐵的磁化方向，極性為“S — N”。如圖2A所示，磁場部202在圓筒狀的磁場磁軛203的外周具有多個塊狀的永久磁鐵(以下稱為“塊磁鐵”)即塊磁鐵20 和塊磁鐵204b。另外，如圖2B所示，塊磁鐵20 的外周側(cè)被磁化成N極，內(nèi)周側(cè)被磁化成S極。另外，如圖2C所示，塊磁鐵204b被磁化成與塊磁鐵20 相反的方向。并且，塊磁鐵20 、塊磁鐵204b被配置為外周部的突出部相互交錯(在圖2B 圖 2C所示情況下是繞輸出軸201(參見圖1)錯開30度的狀態(tài))。并且，塊磁鐵20 以及塊磁鐵204b隔著規(guī)定的間隙與X電樞繞組104(參見圖1)相對。接著，使用圖3說明X電樞繞組104與永久磁鐵(塊磁鐵20 和塊磁鐵204b)的配置關(guān)系。圖3是表示第1實施方式的X電樞繞組104與永久磁鐵的配置關(guān)系的展開圖。塊磁鐵20 和塊磁鐵204b分別以6個為1組。塊磁鐵20 在θ方向上按照每 2λ (λ是θ方向極間距=電氣角180度)進行配置，塊磁鐵204b也同樣在θ方向上按照每2λ進行配置。并且，塊磁鐵20 和塊磁鐵204b配置為在θ方向上錯開λ，在X方向上錯開 Y (Y是X方向極間距=電氣角180度)。因此，磁場的磁極數(shù)在θ方向上為12極，在X方向上為2極。θ電樞繞組103以及X電樞繞組104與塊磁鐵20 以及塊磁鐵204b隔著規(guī)定的間隙，采取圖3示意性地示出的配置。θ電樞繞組103針對U相、V相和W相分別具有3個、 共計12個線圈端部呈圓弧狀的集中纏繞的線圈(以下稱為“袋形(俵形)線圈103a”)。這里，袋形線圈103a配置在θ方向上的間隔為λ X 4/3 (電氣角240度)。并且， 彼此同相的袋形線圈103a的間隔為電氣角720度，因此3個同相的袋形線圈103a以3個線圈的電流方向均相同的方式進行連線。另一方面，X電樞繞組104針對U相、V相和W相分別具有4個、共計12個集中纏繞成圓筒狀的環(huán)形線圈l(Ma。環(huán)形線圈10 配置于X方向上的間隔為Y/3(電氣角60 度)，X電樞繞組104在X方向上整體的長度為4 γ ( = γ/3X12個)。彼此同相的環(huán)形線圈10 的間隔為Y (電氣角180度)，因此4個同相的環(huán)形線圈10 以電流方向為正、反、正、反的方式連線。在這樣構(gòu)成的直動旋轉(zhuǎn)致動器10中，通過使電流流過θ電樞繞組103，利用與塊磁鐵20 以及塊磁鐵204b產(chǎn)生的磁場之間的作用，在動子200上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另外，通過使電流流過X電樞繞組104，利用與塊磁鐵20 以及塊磁鐵204b產(chǎn)生的磁場之間的作用，在動子200上產(chǎn)生推力。并且，圖3示出了在U相為最大的相位的情況下使電流流過θ電樞繞組103和X 電樞繞組104的情況，此時，電流沿著圖示的箭頭方向流動，由此產(chǎn)生勞倫茲力。并且，在動子200上，在Θ+方向(Θ方向的正方向)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，在X+方向(X方向的正方向)產(chǎn)生推力。這樣，直動旋轉(zhuǎn)致動器10直接向動子200產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩和推力，進行旋轉(zhuǎn)動作和直動動作。另外，檢測器部100b (參見圖1)在動子200側(cè)具有直動旋轉(zhuǎn)標尺230，該直動旋轉(zhuǎn)標尺230包括在直動方向上具有凹凸形狀的磁性體、和在旋轉(zhuǎn)方向上具有凹凸形狀的磁性體。另外，檢測器部IOOb在定子100側(cè)具有直動旋轉(zhuǎn)檢測器130，直動方向和旋轉(zhuǎn)方向上的磁場繞組以及檢測繞組以對置的方式包含在直動旋轉(zhuǎn)檢測器130中。S卩，檢測器部IOOb通過由上述直動旋轉(zhuǎn)標尺230和直動旋轉(zhuǎn)檢測器130的組合構(gòu)成的直動旋轉(zhuǎn)解析器來檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度。并且，也可以構(gòu)成如下檢測器部IOOb來檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度， 即，該檢測器部IOOb在動子200上設(shè)有多個檢測用磁鐵，在與動子200相對的一側(cè)的定子 100上設(shè)有3個霍爾元件。這樣，第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器10在負載側(cè)配置檢測器部100b，在負載相反側(cè)配置電動機部100a，并且在電動機部IOOa的負載相反側(cè)配置端部軸套113。S卩，由于在負載側(cè)設(shè)置有檢測器部100b，因此能夠縮短負載與檢測器部IOOb之間的距離。因此，能夠在負載的附近檢測出與負載有關(guān)的直動方向的位置以及旋轉(zhuǎn)方向的位置。這里，當使電流分別流過θ電樞繞組103和X電樞繞組104時，電動機部IOOa中會產(chǎn)生熱，導致輸出軸201因所產(chǎn)生的熱而發(fā)生熱膨脹。但是，如上所述，當縮短了負載與檢測器部IOOb之間的距離時，檢測器部IOOb不易受到輸出軸201在直動方向和旋轉(zhuǎn)方向上的熱變形的影響。因此，能夠減少輸出軸201在直動方向上的位置誤差和在旋轉(zhuǎn)方向上的位置誤差，所以，檢測器部IOOb能夠精確地檢測直動方向的位置以及旋轉(zhuǎn)方向的位置。另外，在第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器10中，各θ X軸承部106由1個滾珠花鍵106a和2個軸承106b構(gòu)成，并且，θ X軸承部106配置在檢測器部IOOb的兩側(cè)。這樣，在將θ X軸承部106配置在檢測器部IOOb的兩側(cè)時，能夠減少檢測器部 IOOb中的、輸出軸201的晃動和偏心，從而能夠提高輸出軸201的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度。并且，通過提高輸出軸201的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度，能夠提高配置在輸出軸上的直動旋轉(zhuǎn)標尺230的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度，因此，檢測器部IOOb能夠高精度地檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度。另外，直動旋轉(zhuǎn)致動器10在電動機部IOOa的負載相反側(cè)配置有端部軸套113，因此能夠減少磁場部202的晃動和偏心，進而能夠減少輸出軸201的晃動和偏心。因此能夠提高輸出軸201的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度。另外，在直動旋轉(zhuǎn)致動器10中，電動機部IOOa與檢測器部IOOb之間設(shè)置有空隙 110。這樣，如果在電動機部IOOa與配置有負載相反側(cè)架108的檢測器部IOOb之間設(shè)置空隙110，則所產(chǎn)生的熱很難從電動機部IOOa傳導至檢測器部100b。因此，能夠減少溫度上升導致的檢測器部IOOb的檢測誤差。另外，直動旋轉(zhuǎn)致動器10具有將配置有直動旋轉(zhuǎn)標尺230的輸出軸201與磁場部 202分割開來的動子200。這樣，能夠縮短輸出軸201的長度，提高輸出軸201的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度。這里，輸出軸201由通過精密加工而成的滾珠花鍵軸構(gòu)成，因此，如果縮短輸出軸201的長度，則能夠降低輸出軸201的成本。另外，在磁場部202的組裝中，由于塊磁鐵2(Ma、204b已被磁化，因此處理時需要注意，并且，在輸出軸201的組裝中，由于會影響到直動旋轉(zhuǎn)的檢測精度，因此安裝直動旋轉(zhuǎn)標尺230時需要注意。因此，如上所述，將輸出軸201與磁場部202分割開來，則能夠在不同的工序中進行磁場部202的組裝和輸出軸201的組裝，從而組裝作業(yè)變得容易。另外，直動旋轉(zhuǎn)致動器10具有非磁性體(例如不銹鋼制)的輸出軸201。這樣， 如果利用非磁性體構(gòu)成輸出軸201，則輸出軸201不會通過磁通。此處，如果用磁性體構(gòu)成輸出軸201，則會在磁場部202的漏磁通的磁力線中存在穿過輸出軸201并通至檢測器部 IOOb的磁力線。因此，如上所述，如果用非磁性體構(gòu)成輸出軸201，則輸出軸201不會通過磁通，因此能夠減少通至檢測器部IOOb的漏磁通。由此，能夠減少磁場部202的漏磁通導致的檢測器部IOOb的檢測誤差。另外，直動旋轉(zhuǎn)致動器10具備設(shè)置有中空孔205的輸出軸201。這樣，如果在輸出軸201設(shè)置中空孔205，則能夠經(jīng)由接頭207向中空孔205流通空氣(制冷劑)，從而能夠使輸出軸201冷卻。如上所述，輸出軸201會因電動機部IOOa所產(chǎn)生的熱而發(fā)生熱膨脹，因此如果這樣地使輸出軸201冷卻，則能夠減少輸出軸201在直動方向上的熱變形，尤其能夠減少輸出軸201在直動方向上的位置誤差。
并且，能夠經(jīng)由接頭207使中空孔205內(nèi)成為真空，因此能夠在輸出軸201的負載側(cè)的前端吸附部件。另外，還能夠經(jīng)由接頭207對中空孔205進行加壓，因此還能夠使部件從輸出軸201的負載側(cè)的前端脫離。另外，直動旋轉(zhuǎn)致動器10在板111與磁場部202之間具有彈簧112。由此，能夠在未向θ電樞繞組103和X電樞繞組104通電的期間內(nèi)或停電時，使動子200停止在動子 200以及負載的質(zhì)量與彈簧112的彈簧張力平衡的位置處。另外，能夠防止動子200的掉落，因此能夠防止與負載以及其他外部物體的碰撞導致輸出軸201的部件精度或定位精度的惡化。另外，通過在滾珠花鍵106a上配置板111，能夠使得板111隨著磁場部202進行旋轉(zhuǎn)，還能夠使得彈簧112隨著磁場部202進行旋轉(zhuǎn)。這里，如果采用彈簧112不能隨著磁場部202進行旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，則彈簧112會發(fā)生扭曲，在板111與磁場部202之間產(chǎn)生扭曲所導致的轉(zhuǎn)矩會向輸出軸201傳遞，因此不易精確地進行旋轉(zhuǎn)動作。因此，如果使彈簧112也隨著磁場部202旋轉(zhuǎn)，則能夠使彈簧112的扭曲所導致的轉(zhuǎn)矩不會向輸出軸201傳遞。另外，通過將彈簧112配置在板111與磁場部202之間，能夠使用定子100的內(nèi)部空間，從而能夠使致動器小型化。如上所述，第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器在輸出軸的負載相反側(cè)配置電動機部，在輸出軸的負載側(cè)配置檢測器部。當這樣地縮短了負載與檢測器部之間的距離時，能夠減少輸出軸在直動方向和旋轉(zhuǎn)方向上的熱變形，從而能夠減少輸出軸在直動方向和旋轉(zhuǎn)方向上的位置誤差。因此能夠高精度地檢測直動方向的位置和旋轉(zhuǎn)方向的角度。接著，說明第2實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器。圖4是從側(cè)面觀察第2實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器20的剖面圖。并且，直動旋轉(zhuǎn)致動器20被設(shè)置為，圖4所示的X軸正側(cè)朝豎直方向的下方。下面，首先說明定子140的結(jié)構(gòu)。這里，定子140的電動機部140a配置于負載相反側(cè)，定子140的檢測器部140b配置于負載側(cè)。并且，在圖4所示的情況下，負載側(cè)是圖4所示的X方向(參見圖4的直線箭頭)的正方向，負載相反側(cè)是X方向的負方向。另外，以下，在簡記為“X方向”的情況下，包含正方向和負方向。設(shè)置于負載相反側(cè)的電動機部140a在同心圓上具備兼作為電樞鐵心的圓筒狀的電動機架141、θ電樞繞組143、X電樞繞組144。另外，電動機架141具有從外部向θ電樞繞組143和X電樞繞組144提供電力的電動機端子145。并且，電動機架141在負載相反側(cè)具有端架149。設(shè)置于負載側(cè)的檢測器部140b具有檢測器架163、直動旋轉(zhuǎn)檢測器160。并且，直動旋轉(zhuǎn)檢測器160具有旋轉(zhuǎn)檢測器161、直動檢測器162。另外，檢測器架163具有檢測器端子164，該檢測器端子164從外部向直動旋轉(zhuǎn)檢測器160提供電力，并且輸出與角度θ以及位置X有關(guān)的檢測信號。檢測器架163在負載側(cè)具有負載側(cè)架147，在負載相反側(cè)具有負載相反側(cè)架148。 另外，負載側(cè)架147、負載相反側(cè)架148和端架149分別具有θ X軸承部146，該θ X軸承部 146包含1個滾珠花鍵146a和2個軸承1妨b。并且，電動機架141以電動機部140a與檢測器部140b形成為一體的方式被負載相反側(cè)架148支承。下面，說明動子MO的結(jié)構(gòu)。動子240具有輸出軸Ml、磁場部M2。另外，磁場部 242與輸出軸241形成為一體。這里，輸出軸241在X方向上由設(shè)置于3處的滾珠花鍵146a支承。另外，輸出軸 241和滾珠花鍵146a以能夠沿θ方向(參見圖4的弧狀箭頭)的正方向和負方向旋轉(zhuǎn)的方式被軸承146b支承。并且，以下，在簡記為“ θ方向”的情況下，包含正方向和負方向。這樣，輸出軸241能夠相對于定子140沿θ方向和X方向移動。這里，由于在輸出軸Ml的前端存在負載(未圖示)，因此輸出軸241能夠使該負載沿θ方向和X方向自由移動。并且，輸出軸241具有形成為圓筒狀的直動旋轉(zhuǎn)標尺250。這里，在輸出軸Ml中設(shè)有從負載側(cè)貫穿至負載相反側(cè)的中空孔Μ5。另外，接頭 247以能夠與動子MO自由旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在動子240的負載相反側(cè)。并且，在磁場部242 的兩側(cè)設(shè)有由環(huán)狀的磁性體構(gòu)成的附加極(補極)磁軛Μ8。接著，使用圖5更詳細地說明電動機部140a。圖5是從側(cè)面觀察第2實施方式的電動機部140a的剖面圖。這里，如上所述，電動機部140a在同心圓上具備兼作為電樞鐵心的圓筒狀的電動機架141、θ電樞繞組143、X電樞繞組144。并且，圖5所示的箭頭(一) 表示磁力線的方向，極性為“S — N”。如圖5所示，磁場部242在圓筒狀的磁場磁軛243的外周具有塊磁鐵和塊磁鐵M4b。并且，塊磁鐵的外周側(cè)被磁化成N極，內(nèi)周側(cè)被磁化成S極，塊磁鐵M4b被磁化成與塊磁鐵對如相反的方向。另外，磁場部242的兩側(cè)設(shè)有由環(huán)狀的磁性體構(gòu)成的附加極磁軛對8。這樣，第2實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器20與第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器10 的不同之處在于，電動機部140a的負載相反側(cè)具有θ X軸承部146、以及具有附加極磁軛 248。S卩，第2實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器20在電動機部140a的負載相反側(cè)具有θ X軸承部146，因此，相比于第1實施方式的直動旋轉(zhuǎn)致動器10，能夠進一步減少磁場部對2的晃動和偏心，進而能夠進一步減少輸出軸241的晃動和偏心。因此，能夠進一步提高輸出軸 241的直線度和旋轉(zhuǎn)振動的精度。這里，如果不設(shè)置附加極磁軛Μ8，則在磁場部Μ2的漏磁通的磁力線中會存在穿過電動機架141并通至檢測器部140b的磁力線、和穿過輸出軸241并通至檢測器部140b 的磁力線。因此，如上所述，如果在磁場部242的兩側(cè)設(shè)置環(huán)狀的附加極磁軛M8，則磁場部 242的漏磁通的磁力線會成為穿過電動機架141、還穿過附加極磁軛M8、穿過輸出軸241的磁力線。因此，能夠減少通至檢測器部140b的漏磁通，從而能減少磁場部M2的漏磁通導致的檢測器部140b的檢測誤差。并且，還可以使附加極磁軛248構(gòu)成為在旋轉(zhuǎn)方向上具有凹凸形狀的花瓣狀(未圖示)。另外，將附加極磁軛248設(shè)置于磁場部242的兩側(cè)是為了使磁場部242兩側(cè)的漏磁通在負載側(cè)和負載相反側(cè)相同，但也可以將附加極磁軛248設(shè)置于磁場部242的一側(cè)，例如僅設(shè)置于負載側(cè)。另外，在上述第1實施方式和第2實施方式中，例示了電動機部的設(shè)置于動子側(cè)的磁場部的結(jié)構(gòu)(例如參見圖2A或圖5)，但磁場部的結(jié)構(gòu)不限于該例示。因此，下面分別說明作為磁場部其他結(jié)構(gòu)例的第3實施方式、第4實施方式以及第5實施方式。并且，以下， 與第1實施方式相同地將磁場部記為磁場部202。使用圖6A、圖6B、圖6C和圖6D說明第3實施方式的磁場部202的結(jié)構(gòu)。圖6A 圖6C分別是第3實施方式的磁場部202的剖面圖(之一 之三)，圖6D是第3實施方式的磁場部202的展開圖。并且，圖6D示出從外周側(cè)觀察的展開圖。另外，圖6A示出從側(cè)面觀察磁場部202的剖面圖，圖6B示出圖6A所示的A-A線的剖面圖，圖6C示出圖6A所示的B-B線的剖面圖。如圖6A和圖6B所示，第3實施方式的磁場部202具有環(huán)形磁鐵301a，該環(huán)形磁鐵 301a是沿旋轉(zhuǎn)方向(Θ方向)的外周側(cè)交替重復N極和S極的環(huán)狀的永久磁鐵。另外，如圖6A和圖6C所示，第3實施方式的磁場部202具有沿直動方向(X方向)的外周側(cè)交替重復N極和S極的環(huán)形磁鐵301b。并且，如圖6A所示，環(huán)形磁鐵301a與環(huán)形磁鐵301b沿著輸出軸201設(shè)置于同軸上。并且，環(huán)形磁鐵301a與環(huán)形磁鐵301b通過粘接等而彼此固定。并且，還可以將環(huán)形磁鐵301a和環(huán)形磁鐵301b形成為1個部件，在形成后進行磁化。如果將環(huán)形磁鐵301a與環(huán)形磁鐵301b形成為一體，則能夠進一步實現(xiàn)組裝工時的削減和部件精度的提高。如圖6B所示，在圖6所示的A-A線的剖面(A_A剖面)中，環(huán)形磁鐵301a在θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上以等間隔交替地具有外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。并且，圖6Β例示了 N極數(shù)量和S極數(shù)量合計為8個的情況，也可以設(shè)為其他數(shù)量。 另外，還可以使外周側(cè)被磁化成N極的部位與外周側(cè)被磁化成S極的部位在θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上的間隔不相等。這樣，環(huán)形磁鐵301a沿旋轉(zhuǎn)方向交替重復N極和S極。因此，如果使電流流過θ 電樞繞組103(參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵301a形成的磁場之間的作用，在動子200 (參見圖1)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另外，如圖6C所示，在圖6A所示的B-B線剖面(B_B剖面)中，環(huán)形磁鐵301b的外周側(cè)被磁化成N極。并且，如圖6D所示，環(huán)形磁鐵301b沿X方向(直動方向)以等間隔交替重復外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。因此，如果使電流流過X電樞繞組104 (參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵301b形成的磁場之間的作用，在動子200(參見圖1)上產(chǎn)生推力。并且，圖6D例示了環(huán)形磁鐵301b的N極和S極的重復數(shù)量為4個的情況，但也可以設(shè)為其他數(shù)量。另外，還可以以外周側(cè)被磁化成N極的部位與外周側(cè)被磁化成S極的部位在X方向(直動方向)上的間隔不相等的方式構(gòu)成環(huán)形磁鐵301b。這樣，根據(jù)第3實施方式的磁場部202，通過將環(huán)形磁鐵301a和環(huán)形磁鐵301b配置于同軸上，能夠簡化磁場部202的結(jié)構(gòu)，并且能夠提高磁場部202的精度。下面，使用圖7A、圖7B、圖7C和圖7D說明第4實施方式的磁場部202的結(jié)構(gòu)。圖 7A 圖7C分別是第4實施方式的磁場部202的剖面圖(之一 之三)，圖7D是第4實施方式的磁場部202的展開圖。并且，圖7D示出從外周側(cè)觀察的展開圖。
另外，圖7A示出從側(cè)面觀察磁場部202的剖面圖，圖7B示出圖7A所示的A-A線的剖面圖，圖7C示出圖7A所示的B-B線的剖面圖。如圖7A和圖7B所示，第4實施方式的磁場部202具有沿旋轉(zhuǎn)方向(Θ方向)的外周側(cè)、交替重復N極和S極的環(huán)形磁鐵401a。另外，如圖7A和圖7C所示，第4實施方式的磁場部202具有沿直動方向(X方向)的外周側(cè)、交替重復N極和S極的環(huán)形磁鐵401b。并且，如圖7A 圖7C所示，環(huán)形磁鐵40 Ia和環(huán)形磁鐵40 Ib沿著輸出軸201設(shè)置于同心圓上。并且，環(huán)形磁鐵401a和環(huán)形磁鐵401b通過粘接等而彼此固定。另外，在圖 7A 圖7C中，例示了在內(nèi)側(cè)設(shè)置環(huán)形磁鐵401a、在外側(cè)設(shè)置環(huán)形磁鐵401b的情況，但也可以顛倒二者的位置關(guān)系。并且，還可以將環(huán)形磁鐵401a和環(huán)形磁鐵401b形成為1個部件，在形成后進行磁化。如果將環(huán)形磁鐵401a和環(huán)形磁鐵401b形成為一體，則能夠進一步實現(xiàn)組裝工時的削減和部件精度的提高。如圖7B所示，在圖7所示的A-A線的剖面(A_A剖面)中，環(huán)形磁鐵401a在θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上以等間隔交替地具有外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。另外，如圖7C所示，環(huán)形磁鐵401a的B-B剖面與A-A剖面相同。即，環(huán)形磁鐵401a 在X方向(直動方向)上以與A-A剖面同樣的方式被磁化。并且，圖7B和圖7C例示了環(huán)形磁鐵401a的N極數(shù)量和S極數(shù)量合計為8個的情況，也可以設(shè)為其他數(shù)量。另外，還可以使外周側(cè)被磁化成N極的部位與外周側(cè)被磁化成S 極的部位在θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上的間隔不相等。這樣，環(huán)形磁鐵401a沿旋轉(zhuǎn)方向交替重復N極和S極。因此如果使電流流過θ電樞繞組103(參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵401a形成的磁場之間的作用，在動子200 (參見圖1)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。并且，環(huán)形磁鐵401a形成的磁場會與環(huán)形磁鐵401b形成的磁場合成， 這個問題將在后面使用圖7D來敘述。另外，如圖7B所示，在圖7A所示的A-A線的剖面(A_A剖面)中，環(huán)形磁鐵401b 的外周側(cè)被磁化成N極。另外，如圖7C所示，在圖7A所示的B-B線的剖面(B-B剖面)中， 環(huán)形磁鐵401b的外周側(cè)被磁化成S極。并且，如圖7A 圖7C所示，環(huán)形磁鐵401b沿X方向(直動方向)以等間隔交替地重復有外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。因此，如果使電流流過X電樞繞組104 (參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵401b形成的磁場之間的作用，在動子200(參見圖1)上產(chǎn)生推力。并且，環(huán)形磁鐵401b形成的磁場會與環(huán)形磁鐵401a形成的磁場合成，這個問題將在后面使用圖7D敘述。如圖7D所示，環(huán)形磁鐵401a形成的磁場與環(huán)形磁鐵401b形成的磁場合成為蜂窩狀。例如，環(huán)形磁鐵401a的外周側(cè)為N極、環(huán)形磁鐵401b的外周側(cè)為N極的部位成為N極。 環(huán)形磁鐵401a的外周側(cè)為S極、環(huán)形磁鐵401b的外周側(cè)為S極的部位成為S極。并且，環(huán)形磁鐵401a的外周側(cè)或環(huán)形磁鐵401b的外周側(cè)的一方為N極而另一方為S極部位由于彼此的磁通減弱而使極性變?nèi)?參見圖7D所示的虛線)。并且，圖7A和圖7D例示了環(huán)形磁鐵401b的N極和S極的重復數(shù)量為4個的情況， 也可以設(shè)為其他數(shù)量。另外，還可以以外周側(cè)被磁化成N極的部位與外周側(cè)被磁化成S極的部位在X方向(直動方向)上的間隔不相等的方式構(gòu)成環(huán)形磁鐵401b。這樣，根據(jù)第4實施方式的磁場部202，將環(huán)形磁鐵401a和環(huán)形磁鐵401b配置于同心圓上，由此能夠簡化磁場部202的結(jié)構(gòu)，還能夠提高磁場部202的精度。下面使用圖8A、圖8B、圖8C和圖8D說明第5實施方式的磁場部202的結(jié)構(gòu)。圖 8A 圖8C分別是第5實施方式的磁場部202的剖面圖(之一 之三)，圖8D是第5實施方式的磁場部202的展開圖。并且，圖8D表示從外周側(cè)觀察的展開圖。另外，圖8A示出從側(cè)面觀察磁場部202的剖面圖，圖8B示出圖8A所示的A-A線的剖面圖，圖8C示出圖8A所示的B-B線的剖面圖。如圖8A和圖8B所示，第5實施方式的磁場部202具有沿旋轉(zhuǎn)方向(Θ方向)的外周側(cè)、以不等的間隔交替重復N極和S極的環(huán)形磁鐵501a。另外，如圖8C和圖8D所示， 第5實施方式的磁場部202具有沿旋轉(zhuǎn)方向(Θ方向)的外周側(cè)、以不等的間隔交替重復 N極和S極的環(huán)形磁鐵501b。并且，環(huán)形磁鐵501a與環(huán)形磁鐵501b沿著輸出軸201設(shè)置于同軸上，使得環(huán)形磁鐵501a的N極的中央部與環(huán)形磁鐵501b的N極的中央部在旋轉(zhuǎn)方向(θ方向)的外周側(cè)一致。并且，圖8Α例示了磁場部202分別具有數(shù)量相同的環(huán)形磁鐵501a和環(huán)形磁鐵501b 的情況，但也可以將二者設(shè)為不同的個數(shù)。另外，圖8A例示了環(huán)形磁鐵501a在X方向(直動方向)上的寬度與環(huán)形磁鐵501b 在X方向(直動方向)上的寬度相等的情況，也可以將二者設(shè)為不同的寬度。并且，環(huán)形磁鐵501a與環(huán)形磁鐵501b通過粘接等而彼此固定。并且，還可以將環(huán)形磁鐵501a和環(huán)形磁鐵501b形成為1個部件，在形成后進行磁化。如果將環(huán)形磁鐵501a和環(huán)形磁鐵501b形成為一體，則能夠進一步實現(xiàn)組裝工時的削減和部件精度的提高。如圖8B所示，在圖8A所示的A-A線的剖面(A_A剖面)中，環(huán)形磁鐵501a在θ 方向(旋轉(zhuǎn)方向)上以不等的間隔交替地具有外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。并且，θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上的N極寬度大于S極寬度。這樣，環(huán)形磁鐵501a沿旋轉(zhuǎn)方向交替重復N極和S極。因此，如果使電流流過θ 電樞繞組103(參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵501a形成的磁場之間的作用，在動子200 (參見圖1)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另外，如圖8C所示，在圖8A所示的B-B線的剖面(B_B剖面)中，環(huán)形磁鐵501b 在θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)以不等的間隔交替地具有外周側(cè)被磁化成N極的部位和外周側(cè)被磁化成S極的部位。并且，θ方向(旋轉(zhuǎn)方向)上的S極寬度大于N極寬度。這樣，環(huán)形磁鐵501b沿旋轉(zhuǎn)方向交替重復N極和S極。因此，如果使電流流過θ 電樞繞組103(參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵501a以及環(huán)形磁鐵501b形成的磁場的作用， 在動子200(參見圖1)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。并且，圖8B和圖8C例示了環(huán)形磁鐵501a的N極寬度與S極寬度之比等于環(huán)形磁鐵501b的S極寬度與N極寬度之比的情況，但也可以使兩者的比值不同。另外，如圖8D所示，環(huán)形磁鐵501a和環(huán)形磁鐵501b具有沿著X方向(直動方向) 重復N極和S極的部位。因此，如果使電流流過X電樞繞組104(參見圖1)，則通過與環(huán)形磁鐵501a以及環(huán)形磁鐵501b形成的磁場之間的作用，在動子200(參見圖1)上產(chǎn)生推力。
并且，通過調(diào)整環(huán)形磁鐵501a以及環(huán)形磁鐵501b的N極寬度與S極寬度之比，能夠變更在動子200(參見圖1)上產(chǎn)生的推力與轉(zhuǎn)矩的比例。另外，關(guān)于環(huán)形磁鐵501a以及環(huán)形磁鐵501b的各極的寬度之比以及在θ方向 (旋轉(zhuǎn)方向)上的相對角度，只要具有沿著X方向(直動方向)重復N極和S極的部位即可 兩足。這樣，根據(jù)第5實施方式的磁場部202，通過將環(huán)形磁鐵501a和環(huán)形磁鐵501b配置于同軸上，能夠簡化磁場部202的結(jié)構(gòu)，還能夠提高磁場部202的精度。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易地導出更多的效果和變形例。因此，本發(fā)明更為廣泛的方式并不限于如上所表示并描述的特定的詳細內(nèi)容以及代表性的實施方式。因此，能夠在不脫離通過所附權(quán)利要求書及其等同物所定義的概括性發(fā)明概念的精神或范圍的情況下實施各種變更。
權(quán)利要求
1.一種直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于，該直動旋轉(zhuǎn)致動器具有電動機部，其包括具有永久磁鐵或鐵心齒的磁場部、在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的第 1電樞繞組以及在直動方向上產(chǎn)生行進磁場的第2電樞繞組； 輸出軸，其安裝在所述電動機部的所述磁場部上；檢測器部，其具有針對所述輸出軸檢測直動方向的位置的直動檢測器、和針對所述輸出軸檢測旋轉(zhuǎn)方向的角度的旋轉(zhuǎn)檢測器；以及軸承部，其具有在直動方向上支承所述輸出軸的直動軸承和在旋轉(zhuǎn)方向上支承所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸承，所述電動機部配置在所述輸出軸的負載相反側(cè)，所述檢測器部配置在所述輸出軸的負載側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 在所述檢測器部的兩側(cè)配置有所述軸承部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 在所述電動機部與所述檢測器部之間設(shè)有空隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述輸出軸是由所述檢測器部和所述磁場部分割而構(gòu)成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述輸出軸由非磁性材料構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 在所述輸出軸中設(shè)有中空孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述磁場部具有第1環(huán)形磁鐵，其沿旋轉(zhuǎn)方向使N極和S極交替而多極磁化；以及第2環(huán)形磁鐵，其沿直動方向使N極和S極交替而多極磁化。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述第1環(huán)形磁鐵與所述第2環(huán)形磁鐵配置在同軸上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述第1環(huán)形磁鐵與所述第2環(huán)形磁鐵配置在同心圓上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于，所述第1環(huán)形磁鐵和所述第 2環(huán)形磁鐵形成為一體。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述磁場部具有第3環(huán)形磁鐵，其以旋轉(zhuǎn)方向上的N極寬度大于S極寬度的方式使該N極與該S極交替而多極磁化；以及第4環(huán)形磁鐵，其以旋轉(zhuǎn)方向上的N極寬度小于S極寬度的方式使該N極與該S極交替而多極磁化。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述第3環(huán)形磁鐵與所述第4環(huán)形磁鐵在直動方向上交替配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于，所述第3環(huán)形磁鐵與所述第4環(huán)形磁鐵形成為一體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于，該直動旋轉(zhuǎn)致動器具有彈簧，該彈簧設(shè)置于所述磁場部與所述直動軸承之間，隨著所述磁場部的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于， 所述磁場部在直動方向的兩端具有環(huán)狀的附加極磁軛。
16.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的直動旋轉(zhuǎn)致動器，其特征在于，所述軸承部配置在所述電動機部的負載相反側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明提供直動旋轉(zhuǎn)致動器。該直動旋轉(zhuǎn)致動器具有電動機部、輸出軸、檢測器部、軸承部。電動機部包括具有永久磁鐵或鐵心齒的磁場部、在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的第1電樞繞組以及在直動方向上產(chǎn)生行進磁場的第2電樞繞組。輸出軸安裝在所述電動機部的所述磁場部上。檢測器部具有針對所述輸出軸檢測直動方向的位置的直動檢測器和針對所述輸出軸檢測旋轉(zhuǎn)方向的角度的旋轉(zhuǎn)檢測器。軸承部具有在直動方向上支承所述輸出軸的直動軸承和在旋轉(zhuǎn)方向上支承所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)軸承。并且，所述電動機部配置在所述輸出軸的負載相反側(cè)，所述檢測器部配置在所述輸出軸的負載側(cè)。
文檔編號H02K41/03GK102223051SQ20111005333
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月14日
發(fā)明者牧野省吾, 鹿山透 申請人:株式會社安川電機