本發(fā)明涉及一種致動器，特別涉及一種安裝在部件組裝用的機器人等中的線性致動器。

背景技術(shù)：

一直以來，在機器人的頂端部安裝末端執(zhí)行器來進行部件組裝等各種作業(yè)，但作為驅(qū)動末端執(zhí)行器的致動器，有時也使用可動部相對于固定部自由地進行直線移動的線性致動器。

作為該線性致動器，能夠使用不具有減速器而直接驅(qū)動可動部的、所謂的“直接驅(qū)動致動器”。

直接驅(qū)動致動器能夠高速且高精度地進行動作控制，通過與機器人聯(lián)動，能夠擴大作業(yè)范圍，但另一方面，存在難以小型化、高輸出化的問題。另外，能夠安裝到機器人的頂端部的重量有限，所以要求小型且高輸出、并且發(fā)熱少的致動器。

作為直接驅(qū)動致動器之一，存在僅線圈在由釹磁鐵等永磁鐵產(chǎn)生的強大的磁場中進行往返運動的音圈馬達(voicecoilmotor，vcm)。音圈馬達能夠?qū)⒖蓜硬吭O(shè)計為輕型，但另一方面，由于是直接驅(qū)動馬達，所以存在每體積的輸出低且容易發(fā)熱的問題。另外，存在熱直接傳遞到安裝于可動部的手等末端執(zhí)行器從而末端執(zhí)行器的溫度升高的問題。

相對于此，專利文獻1的音圈馬達在定子處配置有空氣注入機構(gòu)。通過對電樞線圈進行空氣冷卻，不變更馬達體形而提高特性。

另外，專利文獻2的線性馬達并列設(shè)置有多個音圈型線性馬達單元。通過該結(jié)構(gòu)，在抑制體積增加的同時，實現(xiàn)高輸出化，并且將可動部與固定部熱分離。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2004－328889號公報

專利文獻2：日本專利第3683199號說明書

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

專利文獻1的音圈馬達雖然具有冷卻電樞線圈的構(gòu)造，但未公開對所產(chǎn)生的熱進行散熱的結(jié)構(gòu)。

另外，由于直接通過空氣對設(shè)置于可動部的電樞線圈進行冷卻，所以對可動部的推力造成影響。

另外，專利文獻2的線性馬達并列設(shè)置有2根內(nèi)磁軛，使用相互鄰接的外磁軛來形成主磁路，因此，相對于使用1根內(nèi)磁軛的線性馬達，寬度變成2倍。進一步地，采用將2根內(nèi)磁軛收容到有底箱狀的固定臺、并通過設(shè)置于固定臺開口部的滑塊以使外磁軛自由地進行直線移動的方式支承外磁軛的結(jié)構(gòu)(所謂的“外軸承結(jié)構(gòu)”)。在該結(jié)構(gòu)中，存在無法使線性馬達充分小型化的問題。

本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種小型且高效率、并且抑制溫度上升的致動器。

解決技術(shù)問題的技術(shù)手段

本發(fā)明的致動器具備：棒狀的內(nèi)磁軛，其穿插在筒狀的外磁軛中；支承構(gòu)件，其以使外磁軛沿著內(nèi)磁軛的軸向自由地進行直線移動的方式支承外磁軛；線圈，其卷繞在內(nèi)磁軛上；磁鐵，其在外磁軛的內(nèi)周部與線圈對置地設(shè)置；板狀的底板，其設(shè)置于內(nèi)磁軛的端部；以及散熱構(gòu)件，其抵接于底板。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠得到小型且高效率、并且抑制溫度上升的致動器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1的致動器的分解立體圖。

圖2是本發(fā)明的實施方式1的致動器的立體圖。

圖3是沿著圖2所示的致動器的a－b－c－d面的截面圖。

圖4是本發(fā)明的實施方式1的固定部的立體圖。

圖5是本發(fā)明的實施方式1的可動部的立體圖。

圖6是本發(fā)明的實施方式1的致動器的包括保護罩的立體圖。

圖7是本發(fā)明的實施方式1的致動器的包括保護罩的立體圖。

圖8的(a)是表示本發(fā)明的實施方式1的致動器的相對于軸向位置坐標的磁通密度大小的特性圖；圖8的(b)是表示本發(fā)明的實施方式1的致動器的磁通密度的分布的說明圖。

圖9是表示本發(fā)明的實施方式1的致動器的散熱路徑的說明圖。

圖10是表示本發(fā)明的實施方式1的致動器的磁性夾具的動作的說明圖。

圖11是本發(fā)明的實施方式2的致動器的立體圖。

圖12是沿著圖11所示的致動器的a－b－c－d面的截面圖。

圖13是表示本發(fā)明的實施方式2的致動器的散熱路徑以及冷卻動作的說明圖。

具體實施方式

以下，為了更詳細地說明本發(fā)明，依照附圖，說明用于實施本發(fā)明的方式。

實施方式1.

參照圖1～圖7，說明本發(fā)明的實施方式1的致動器。

在圖中，1是中心磁軛(內(nèi)磁軛)。中心磁軛1由大致棒狀的磁性體構(gòu)成。

在中心磁軛1，相互間設(shè)有間隙地卷繞有第1線圈2以及第2線圈3。第1線圈2以及第2線圈3相對于未圖示的電流源而串聯(lián)或者并聯(lián)連接，并流過相互反向的電流。

在第1線圈2與第2線圈3間的間隙，卷繞有第3線圈4。第3線圈4經(jīng)由未圖示的切換控制部而連接于電流源，與第1線圈2以及第2線圈3相獨立地對流過的電流的方向進行自由地切換。

沿著中心磁軛1的軸心，形成有中空的軸承部5。在軸承部5的兩端部，分別穿插有軸承構(gòu)件6a、6b。在軸承構(gòu)件6a、6b的中空部，穿插有比中心磁軛1細長的軸7。軸7以相對于中心磁軛1在軸向上自由地進行直線移動、并且以軸為中心自由轉(zhuǎn)動或者不轉(zhuǎn)動的方式被支承。

在此，在設(shè)成自由轉(zhuǎn)動的情況下，軸承構(gòu)件6a、6b由球軸套等構(gòu)成；為了以不轉(zhuǎn)動的方式設(shè)置，軸承構(gòu)件6a、6b由花鍵螺母等構(gòu)成。中心磁軛1與軸7之間，通過軸承構(gòu)件6a、6b具有的軸承件而熱分離。

在軸7的一端部，嵌合并固定有頂端橋接件(第1橋接部)8。在軸7的另一端部，嵌合并固定有底端橋接件(第2橋接部)9。頂端橋接件8以及底端橋接件9具有從大致十字形的主體部81、91的頂端部向彼此的相對方向延伸的4根臂部82、92。通過軸7、頂端橋接件8以及底端橋接件9而構(gòu)成所謂的“中軸承結(jié)構(gòu)”的支承構(gòu)件。

在頂端橋接件8的臂部82的頂端部與底端橋接件9的臂部92的頂端部之間，固定有外磁軛(外磁軛)10。即，外磁軛10以相對于中心磁軛1自由地進行直線移動、并且自由轉(zhuǎn)動或者不轉(zhuǎn)動的方式被支承。外磁軛10由大致筒狀的磁性體構(gòu)成。

此外，主體部81、91的形狀不限定于十字形，臂部82、92的根數(shù)不限定于4根。頂端橋接件8以及底端橋接件9只要是以使外磁軛10至少自由地進行直線移動的方式支承外磁軛10的構(gòu)件，則可以使用任意的形狀的構(gòu)件。

在外磁軛10的一端部的內(nèi)周部，遍布整周地設(shè)置有第1磁陣列(磁鐵)11。第1磁陣列11由多個永磁鐵構(gòu)成。第1磁陣列11與第1線圈2設(shè)有間隙地對置。另外，根據(jù)外磁軛10的直線移動位置，第1磁陣列11還與第3線圈4對置。

在外磁軛10的另一端部的內(nèi)周部，遍布整周地設(shè)置有第2磁陣列(磁鐵)12。第2磁陣列12由多個永磁鐵構(gòu)成。第2磁陣列12設(shè)有間隙地與第2線圈3對置。另外，根據(jù)外磁軛10的直線移動位置，第2磁陣列12還與第3線圈4對置。

在此，第1磁陣列11與第2磁陣列12具有相互反向的磁極。例如，第1磁陣列11在與外磁軛10的抵接面?zhèn)扔衝極，在與第1線圈2以及第3線圈4的對置面具有s極。另一方面，第2磁陣列12在與外磁軛10的抵接面具有s極，在與第2線圈3以及第3線圈4的對置面具有n極。

在中心磁軛1的一端部，固定有凸緣狀的底板13。在底板13上，設(shè)置有4個貫通孔131，各個底端橋接件9的臂部92自由滑動地穿插。

在底板13上，以覆蓋底端橋接件9的方式，固定有有底筒狀的安裝夾具14。安裝夾具14的底部141以相對于部件組裝用的機器人的頂端部等外部裝置而自由安裝的方式形成。

在底板13上，以覆蓋中心磁軛1以及外磁軛10的側(cè)周部的方式，安裝有大致圓筒狀的保護罩15。保護罩15的內(nèi)周部與中心磁軛1、外磁軛10、頂端橋接件8以及底端橋接件9之間設(shè)有間隙。在保護罩15的外周部，形成有多個散熱片151。通過安裝夾具14以及保護罩15來構(gòu)成散熱構(gòu)件。

在底板13上，設(shè)置有環(huán)狀的磁性體板16。磁性體板16與第2磁陣列12對置配置。磁性體板16發(fā)揮著將由于外磁軛10的直線移動而抵接于底板13的第2磁陣列12通過磁力(引力)進行保持的、所謂的“磁性夾具”的功能。

由中心磁軛1、第1線圈2、第2線圈3、第3線圈4、軸承構(gòu)件6a、6b、底板13、安裝夾具14、保護罩15以及磁性體板16構(gòu)成固定部200。由軸7、頂端橋接件8、底端橋接件9、外磁軛10、第1磁陣列11以及第2磁陣列12構(gòu)成可動部201。由固定部200以及可動部201構(gòu)成致動器202。

接下來，參照圖8，說明致動器202的磁通密度的分布。

圖8的(a)是表示相對于可動部201的軸向位置坐標的、由第1磁陣列11以及第2磁陣列12產(chǎn)生的磁通密度的大小的特性圖。圖8的(b)表示在沿著圖2a－b－c－d面的致動器202的截面處，第1磁陣列11以及第2磁陣列12形成的磁通φ。

如圖8的(b)所示，第1磁陣列11以及第2磁陣列12形成的磁通φ為通過外磁軛10的整周和中心磁軛1的內(nèi)部的環(huán)狀的磁通。

一般的音圈馬達為了形成環(huán)狀的磁通，而與中心磁軛1以及外磁軛10相獨立地設(shè)置用于使磁通折返的磁軛(所謂的“折返磁軛”)。實施方式1的致動器202是將2個馬達串聯(lián)連接而成的結(jié)構(gòu)，并且通過中心磁軛1以及外磁軛10使磁通折返，所以能夠不需要折返磁軛。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使致動器202小型化。

另外，通過遍布外磁軛10的兩端部的整周地設(shè)置第1磁陣列11以及第2磁陣列12，能夠?qū)⑼獯跑?0的整周用于磁回路，磁阻變低。因此，能夠使外磁軛10的壁厚變薄，能夠使致動器202為輕型。

進一步地，中心磁軛1的中心部由于磁通密度低，所以對形成磁回路作出貢獻的比例少。因此，即使在中心磁軛1的軸心設(shè)置中空的軸承部5，致動器202的效率也不怎么降低。因此，與采用固定臺以及滑塊的外軸承構(gòu)造的以往的線性馬達相比，通過采用軸7、頂端橋接件8以及底端橋接件9的中軸承結(jié)構(gòu)，能夠不使效率下降地實現(xiàn)小型化。

接下來，參照圖9，說明致動器202的散熱動作。

未圖示的電流源對第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4供給電流，從而可動部201相對于固定部200進行直線移動。根據(jù)流過的電流，第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4由于銅損而發(fā)熱。

另外，當以產(chǎn)生交變磁場的方式使電流在第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4中流過時，由于鐵損，磁軛材料自身也發(fā)熱。

此外，在不是通過線性馬達頻繁地重復(fù)進行加減速的用途中，相對于鐵損，銅損是主導(dǎo)，所產(chǎn)生的熱傳遞到中心磁軛1。

此時，在中心磁軛1與軸7之間，通過軸承構(gòu)件6a、6b的軸承件而熱分離。即，使卷繞有第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4的固定部200與設(shè)置有未圖示的末端執(zhí)行器的可動部201熱分離。由此，能夠防止設(shè)置于致動器可動部的末端執(zhí)行器等的溫度升高。

另外，中心磁軛1的熱容相對于第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4的發(fā)熱而設(shè)定得充分大，所以與如專利文獻1那樣將線圈設(shè)置在作為可動部的熱容小的繞線管上的致動器相比，中心磁軛1的溫度不會在短時間內(nèi)急劇上升。

另外，專利文獻1的致動器將作為發(fā)熱源的線圈直接設(shè)置于可動部，所以在不使用基于空氣的強制空冷機構(gòu)的情況下，散熱路徑也只有經(jīng)由末端執(zhí)行器的自然冷卻。

另一方面，在本申請的致動器中，從第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4傳遞到中心磁軛1的熱經(jīng)由底板13進一步地散熱到熱阻低的安裝夾具14以及保護罩15。由此，能夠大幅抑制致動器202的溫度上升上限值，使到達上限的時間、即能夠延長熱時間常數(shù)。

接下來，參照圖10，說明由磁性體板16進行的磁性夾具動作。

如圖10所示，當由于可動部201的直線移動而第2磁陣列12接近于對置配置于底板13的環(huán)狀的磁性體板16時，通過從第2磁陣列12的側(cè)部泄漏的磁通，使第2磁陣列12向磁性體板16靠近。當?shù)?磁陣列12抵接于磁性體板16時，磁性體板16通過磁力保持第2磁陣列12抵接的狀態(tài)。

不具有磁性體板16的以往的致動器通過使電流在線圈中持續(xù)流過，保持外磁軛10抵接于底板13的狀態(tài)(即，可動部201移動至底板13側(cè)的端部的狀態(tài))。因此，當在致動器向下的狀態(tài)中通過末端執(zhí)行器抓持重量大的工件等情況下，線圈的發(fā)熱變大。

與此相對地，實施方式1的致動器202通過磁性體板16與第2磁陣列12間的磁力(引力)，保持外磁軛10抵接于底板13的狀態(tài)。由此，能夠使在第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4中流過的電流降低或者零功率化，能夠抑制第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4的發(fā)熱。

此外，為了解除第2磁陣列12通過磁力抵接并保持于磁性體板16的狀態(tài)，在短時間內(nèi)施加最大電流即可。

由此，第2磁陣列12在最短時間內(nèi)從磁性體板16脫離。

此時，第2磁陣列12與磁性體板16的吸引力根據(jù)其距離而成反比例且加速度地衰減，所以通過未圖示的位置傳感器監(jiān)視移動距離，當離開至能夠忽略吸引力影響的位置(1mm左右)后切換成控制模式即可。

如上所述，實施方式1的致動器202具有：棒狀的中心磁軛1，其穿插于筒狀的外磁軛10；支承構(gòu)件，其以使外磁軛10沿著中心磁軛1的軸向自由地進行直線移動的方式支承外磁軛10；第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4，其卷繞于中心磁軛1；第1磁陣列11以及第2磁陣列12，其在外磁軛10的內(nèi)周部以與第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4對置的方式設(shè)置；板狀的底板13，其設(shè)置于中心磁軛1的一端部；以及散熱構(gòu)件，其抵接于底板13。由此，通過采用中軸承構(gòu)造，能夠在實現(xiàn)小型且高效率的致動器202，同時能夠抑制致動器202的溫度上升。

另外，致動器202使軸承構(gòu)件6a、6b介于軸承部5與軸7間。通過軸承構(gòu)件6a、6b的軸承件，將軸承部5與軸7之間熱分離，從而能夠防止末端執(zhí)行器的溫度升高。

另外，致動器202將覆蓋中心磁軛1以及外磁軛10的側(cè)周部的保護罩15用作散熱構(gòu)件。在保護罩15的外周部，設(shè)置有多個散熱片151。由此，能夠減少從中心磁軛1散熱到底板13的熱經(jīng)由安裝夾具14向機器人等外部裝置的傳遞。

另外，底板13具有與第2磁陣列12對置配置的磁性體板16。磁性體板16起到磁性夾具的功能，從而能夠降低在第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4中流過的電流，抑制第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4的發(fā)熱。

另外，支承構(gòu)件以使外磁軛10相對于中心磁軛1的軸心自由轉(zhuǎn)動的方式支承外磁軛10。由此，能夠得到小型且2個自由度的致動器202。

實施方式2.

參照圖11～圖13，說明設(shè)置有空冷用或者制冷劑用的孔部的致動器。此外，對與圖1～圖7所示的實施方式1的致動器202相同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件附加同一符號而省略說明。

底板13在軸7的附近具有多個貫通孔17a、17b。中心磁軛1具有與貫通孔17a、17b連通的孔部18。孔部18以沿著軸承部5的附近的方式將貫通孔17a、17b之間相連，流過空氣或者制冷劑。由此構(gòu)成致動器203。

接下來，參照圖13，說明致動器203的冷卻動作。

首先，對底板13的貫通孔17a注入空氣或者制冷劑?？諝饣蛘咧评鋭┩ㄟ^中心磁軛1的孔部18，從貫通孔17b排出。由此，對中心磁軛1進行強制地冷卻。

在此，如在實施方式1中說明的那樣，中心磁軛1的中心部由于磁通密度低，所以對形成磁回路沒多大貢獻。因此，即使沿著中心磁軛1的軸心的附近地設(shè)置孔部18，致動器202的動作效率也不會大幅降低。

另外，無法通過中心磁軛1完全冷卻的第1線圈2、第2線圈3以及第3線圈4的發(fā)熱經(jīng)由底板13散熱到安裝夾具14以及保護罩15。由此，能夠抑制致動器202的溫度上升，并且防止末端執(zhí)行器的溫度升高。

如上所述，實施方式2的致動器202在中心磁軛1處以沿著軸承部5的附近的方式設(shè)置有空冷用或者制冷劑用的孔部18。通過從底板13的貫通孔17a、17b將空氣或者制冷劑注入以及排出，能夠不使致動器202的動作效率降低而進一步抑制溫度上升，防止末端執(zhí)行器的溫度升高。

此外，本申請發(fā)明在其發(fā)明范圍內(nèi)能夠進行各實施方式的自由組合或者各實施方式的任意的構(gòu)成要素的變形，或者能夠在各實施方式中省略任意的構(gòu)成要素。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本發(fā)明的致動器能夠安裝到部件組裝用的機器人等來使用。

符號說明

1中心磁軛(內(nèi)磁軛)

2第1線圈

3第2線圈

4第3線圈

5軸承部

6a、6b軸承構(gòu)件

7軸

8頂端橋接件(第1橋接部)

9底端橋接件(第2橋接部)

10外磁軛(外磁軛)

11第1磁陣列(磁鐵)

12第2磁陣列(磁鐵)

13底板

14安裝夾具

15保護罩

16磁性體板

17a、17b貫通孔

18孔部

81主體部

82臂部

91主體部

92臂部

131貫通孔

141底部

151散熱片

200固定部

201可動部

202、203致動器。