直動回転アクチュエータおよびシステム
【課題】トルクや推力を増大させることができる直動回転アクチュエータを提供する。
【解決手段】界磁とする永久磁石や鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、θ電機子巻線とＸ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータにおいて、可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部２１１ａと、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部２１１ｂを備え、複Ｎ極円筒部のＮ極と複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部を配置するとともに、複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したものである。
【解決手段】界磁とする永久磁石や鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、θ電機子巻線とＸ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータにおいて、可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部２１１ａと、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部２１１ｂを備え、複Ｎ極円筒部のＮ極と複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部を配置するとともに、複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのアクチュエータで、回転と移動の２つのモーションを精密に行う直動回転アクチュエータおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直動回転アクチュエータとして、以下の３つの構成がある。
（１）回転モータで回転軸にトルクを発生させ、回転モータとボールネジとの組合せによる直動機構で直動軸に推力を発生させる。回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転用と直動用の２つの回転モータを直動方向に並べて配置する。（例えば、特許文献１、特許文献２）
（２）回転モータの回転軸にリニアモータを結合し、リニアモータの推力を発生する直動軸を出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となるため、直動方向にモータを並べて配置することがなく、（１）に比べ小形化することができる。（例えば、特許文献３）
（３）回転モータとリニアモータの電機子巻線を同心円状に重ね合わせ、出力軸に直接トルクと推力を発生させ回転動作と直動動作を行う。（１）や（２）のように軸受を結合した複雑な機構を持たないために、さらに小形化でき、組立を容易にすることができる。（例えば、特許文献４、特許文献５）
以下、最も特徴的に優れる上記（３）の構成を例に、従来技術の詳細を説明する。
【０００３】
図１５は従来技術を示す直動回転アクチュエータの側面から見た断面図である。図１６は可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。なお、Ｘ方向から見た断面図は、側面から見た断面図のＡ、Ｂ部における断面図となっている。また、図中の矢印（→）は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はＳ→Ｎとなっている。固定子１００は、円筒状のモータフレーム１０１、電機子コア１０２、θ電機子巻線１０３、Ｘ電機子巻線１０４が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム１０１の上部にはθ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４に外部から電力を供給するためのモータ端子１０５が設けられ、モータフレーム１０１の左端にはＬブラケット１０７、右端には反Ｌブラケット１０８が取り付けられている。Ｌブラケット１０７と反Ｌ側ブラケット１０８にはそれぞれスライドロータリーブッシュ１０６が取り付けられている。一方、可動子２００は、出力軸２０１、界磁部２０２から構成されている。界磁部２０２は、円筒状の界磁ヨーク２０３の外周に複数のブロック状の永久磁石（以下、ブロック磁石と呼ぶ）２５０ａ、２５０ｂが設けられている。なお、ブロック磁石２５０ａは外周側Ｎ極、内周側Ｓ極に磁化されており、ブロック磁石２５０ｂはその逆に磁化されている。ブロック磁石２５０ａ、２５０ｂは空隙を介してＸ電機子巻線１０４と対向している。出力軸２０１は、スライドロータリーブッシュ１０６により支持され、固定子１００に対し回転θ方向と直動Ｘ方向に移動可能となっている。また、出力軸２０１に負荷（図示しない）を取り付けることができ、負荷をθ方向とＸ方向に自在に移動させることができるようになっている。
【０００４】
図１７は、図１６における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石２５０ａと２５０ｂは各６個で構成されている。ブロック磁石２５０ａはθ方向に２λ（λはθ方向極ピッチ＝電気角１８０度）ごとに配置され、同じくブロック磁石２５０ｂもθ方向に２λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石２５０ａと２５０ｂはθ方向にλ、Ｘ方向にγ（γはＸ方向極ピッチ＝電気角１８０度）だけずれて配置されている。よって、界磁の磁極数はθ方向が１２極、Ｘ方向が２極となっている。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、ブロック磁石２５０ａ、２５０ｂと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。θ電機子巻線１０３は、コイルエンド部が円弧状の形をした集中巻きのコイル（以下、俵形コイル１０３ａと呼ぶ）がＵ、Ｖ、Ｗ相各々３個ずつ、計１２個により構成されている。俵形コイル１０３ａがθ方向に配置される間隔はλ×４／３（電気角２４０度）である。同相同士の俵形コイル１０３ａの間隔は電気角７２０度となっているので、３個の同相の俵形コイル１０３ａは電流の向きが３個とも同じ向きとなるように結線されている。一方、Ｘ電機子巻線１０４は、円筒状に集中巻きされたリング形コイル１０４ａがＵ、Ｖ、Ｗ相各々４個ずつ、計１２個により構成されている。リング形コイル１０４ａのＸ方向に配置される間隔はγ／３（電気角６０度）であり、Ｘ電機子巻線１０４のＸ方向全体の長さは４γ（＝γ／３×１２個）である。同相同士のリング形コイル１０４ａの間隔はγ（電気角１８０度）となっているので、４個の同相のリング形コイル１０４ａは電流の向きが正、逆、正、逆となるように結線されている。
【０００５】
このように構成された直動回転アクチュエータは、θ電機子巻線１０３に電流を流すことによりブロック磁石２５０ａ、２５０ｂの作る磁界との作用で可動子２００にトルクを発生し、また、Ｘ電機子巻線１０４に電流を流すことによりブロック磁石２５０ａ、２５０ｂの作る磁界との作用で可動子２００に推力が発生する。図１６は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力を発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３３６００２３号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１１１３５１号公報（第５頁、図１）
【特許文献３】特開２００４−３６４３４８号公報（第３頁、図１）
【特許文献４】特開２００４−３４３９０３号公報（第４頁、図１）
【特許文献５】特開２００５−２０８８５号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記（１）〜（３）の従来の直動回転アクチュエータには、以下の問題があった。
（１）回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う構成となっているため、機構が複雑となり、組立が困難であった。また、回転用と直動用の２つの回転モータを直動方向に並べて配置するため、直動回転アクチュエータの体格が大きくなった。
（２）回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となっているため（１）に比べ小形化することができるが、回転軸と直動軸を軸受で結合する機構には代わりが無く、（１）同様、機構が複雑となり組立が困難であった。
（３）（１）や（２）のような軸受を結合する複雑な機構でないために、組立を容易にすることができる。しかし、これにも以下のような問題があった。
・同極のブロック磁石を大きな空隙をあけて２λごとに配置させ、さらに異極のブロック磁石をλずらして配置させているため、磁極表面に現れるギャップ磁束密度が小さく、大きなトルクと推力を得ることができなかった。
・一般に、ブロック磁石の取り付けは接着で行う。しかし、高速回転の場合にはブロック磁石に発生する遠心力が接着力に打ち勝ち、ブロック磁石が飛散する恐れがあった。
・ブロック磁石は円筒状の界磁ヨークの表面に接着して固定されるが、多数あるために接着時に位置ずれが生じた。その結果、推力リプルやトルクリプルが生じた。
・可動子の角度θや位置Ｘを検出する検出器を備えていないために、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度、位置フィードバック制御による駆動ができなかった。実際の角度θと位置Ｘを得るには、θ方向とＸ方向の動作範囲内で検出可能な検出器が必要となる。しかし、従来からあるθ方向の検出器やＸ方向の検出器は、検出方向と異なる方向の動作に対する検出可能範囲が非常に狭かった。そのため、θ方向の検出器とＸ方向の検出器を単に組み合わせただけの構成では、θ方向とＸ方向の広い動作範囲内で角度θと位置Ｘを同時に検出することができなかった。その結果、可動子の精密な回転動作と直動動作を実現することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、トルクや推力を大きくすることが可能な直動回転アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明の一態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部と、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部を備え、前記複Ｎ極円筒部のＮ極と前記複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部を配置するとともに、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したものである。
例えば、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、本発明の他の態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、Ｎ極のみを磁極表面に有する単Ｎ極円筒部と、Ｓ極のみを磁極表面に有する円筒部と、Ｎ極とＳ極の両方を磁極表面に有する単Ｓ極円筒部を備え、前記単Ｎ極円筒部のＮ極と前記単Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のＮ極とＳ極の磁極間隔をθ方向にλとしたものである。
例えば、前記単Ｎ極円筒部と前記単Ｓ極円筒部の間に、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石を配置してもよい。
また、前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えてもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転アクチュエータと、前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステムであってもよい。これにより、実際の回転角度や移動位置の値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛の直動方向長さＬθと前記可動子の直動方向動作範囲ＬＳの関係を
Ｌθ ≧ ＬＳ
とし、
前記直動目盛の回転方向開角βθと前記可動子の回転方向動作範囲βＳの関係を
βＳ＜３６０（度）の場合、 βＳ ≦ βθ ＜ ３６０（度）
βＳ≧３６０（度）の場合、 βθ＝ ３６０（度）
としたものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛と前記直動目盛を格子状に形成されたものであってもよい。これにより、θ目盛とＸ目盛を格子状に交差させているので、θＸスケールの寸法を短小化でき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
また、前記直動回転検出器は、光学式検出器からなるものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは明暗の印刷パターンにより形成するとともに、前記直動回転検出器に光学式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、精密に刻まれた目盛を光学式検出手段を用いているので、高精度な角度と位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、Ｎ極とＳ極が一定間隔に磁化された永久磁石により形成するとともに、前記直動回転検出器に磁気式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは滑らかな山谷形状を設けた軟磁性材により形成するとともに、前記直動回転検出器にインダクタンス変化を検出する手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向全周にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に直列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の外周全体にわたって回転目盛と直動目盛が施されているので、多回転の動作を実現できる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向半周内にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に並列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の半周分に回転目盛を、もう半周分に直動目盛が施されているので、半回転内の動作をする用途に適用すれば、直動回転スケールの寸法を短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁極表面でのギャップ磁束密度が増大し、その結果、トルクや推力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を示す直動回転アクチュエータの断面図
【図２】本発明の実施例１を示す界磁部の断面図
【図３】本発明の実施例１における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【図４】本発明の実施例２を示す界磁部の断面図
【図５】本発明の実施例３を示す界磁部の断面図
【図６】本発明の実施例４を示す界磁部の断面図
【図７】本発明の実施例５を示す界磁部の断面図
【図８】本発明の実施例５における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【図９】本発明の実施例６を示す界磁部の断面図
【図１０】本発明の実施例７の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１１】本発明の実施例８の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１２】本発明の実施例９の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１３】本発明の実施例１０の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１４】本発明の実施例１１の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１５】従来技術を示す直動回転アクチュエータの断面図
【図１６】従来技術を示す界磁部の断面図
【図１７】従来技術における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
図１は本発明の実施例１を示す直動回転アクチュエータを側面から見た断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明する。固定子１００のモータ側は、円筒状のモータフレーム１０１、電機子コア１０２、θ電機子巻線１０３、Ｘ電機子巻線１０４が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム１０１の上部にはθ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４に外部から電力を供給するためのモータ端子１０５が設けられ、モータフレーム１０１の左端にはＬブラケット１０７、右端には反Ｌブラケット１０８が取り付けられている。Ｌブラケット１０７と反Ｌ側ブラケット１０８にはそれぞれスライドロータリーブッシュ１０６が取り付けられている。固定子１００の検出器側は、検出器フレーム１３３と直動回転検出器１３０から構成されている。さらに、検出器フレーム１３３の上部には直動回転検出器１３０に外部から電力を供給し、かつ、角度θと位置Ｘの検出信号を出力する検出器端子１３４が設けられている。モータ側と検出器側が一体となるように、検出器フレーム１３３は反Ｌブラケット１０８に取り付けられている。
一方、可動子２００は、出力軸２０１、界磁部２０２から構成されている。界磁部２０２と一体になった出力軸２０１は、スライドロータリーブッシュ１０６により支持され、固定子１００に対しθ方向とＸ方向に移動可能となっている。さらに、出力軸２０１の反Ｌ側では、円筒状に形成された直動回転スケール２３０が取り付けられている。出力軸には負荷（図示しない）が取り付けられ、負荷をθ方向とＸ方向に自在に移動させることができるようになっている。また、可動子２００の動作範囲は従来技術と同じあり、回転動作範囲がβＳ＝３６０（度）、移動動作範囲がＬＳ＝２γである。
【００１４】
このような構成において、本発明が従来技術と異なる点は、界磁部２０２の構造を改良している点と、直動回転検出器１３０および直動回転スケール２３０を設けている点である。
なお、界磁部については実施例１〜６で説明し、直動回転検出器および直動回転スケールについては実施例７〜１１で説明する。
【００１５】
図２は実施例１の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。なお、Ｘ方向から見た断面図は、側面から見た断面図のＡ、Ｂ、Ｃ部における断面図となっている。また、図中の矢印（→）は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はＳ→Ｎとなっている。界磁部２０２は、複数のＮ極を形成する円筒部（複Ｎ極円筒部２１１ａ）と、複数のＳ極を形成する円筒部（複Ｓ極円筒部２１１ｂ）、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石（以下、Ｘ磁石２５１ｃと呼ぶ）から構成されている。複Ｎ極円筒部２１１ａおよび複Ｓ極円筒部２１１ｂは、従来例と同じく、円筒状の界磁ヨーク２０３の外周に複数のブロック磁石２５１ａ、２５１ｂを配置して構成されている。
【００１６】
図３は、図２における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石２５１ａと２５１ｂは各６個で構成されている。なお、ブロック磁石２５１ａは外周側Ｎ極、内周側Ｓ極に磁化されており、ブロック磁石２５１ｂはその逆に磁化されている。ブロック磁石２５１ａはθ方向に２λ（λはθ方向極ピッチ＝電気角１８０度）ごとに配置され、同じくブロック磁石２５１ｂもθ方向に２λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石２５１ａと２５１ｂはθ方向にλ、Ｘ方向にγ（γはＸ方向極ピッチ＝電気角１８０度）だけずれて配置されている。ブロック磁石２５１ａと２５１ｂの間には、ブロック磁石２５１ａ側をＮ極、２５１ｂ側をＳ極とするＸ磁石２５１ｃが配置されている。Ｘ磁石２５１ｃは、複Ｎ極円筒部２１１ａや複Ｓ極円筒部２１１ｂの外形と同じになるように円筒状に形成されている。ここで、複Ｎ極円筒部２１１ａ上に現れるＮ極と複Ｓ極円筒部２１１ｂ上に現れるＳ極の磁極間隔がＸ方向にγだけずれるように、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃのＸ方向長さが調整されている。また、従来例に比べ、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂの厚さが大きく、界磁ヨーク２０３の厚さは小さくなっている。ここで、θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂおよびＸ磁石２５１ｃと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。界磁の磁極数は、従来例と同じく、θ方向が１２極、Ｘ方向が２極となっている。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４の構成も従来例と同じであるので、電機子巻線の説明は省略する。
【００１７】
次に動作原理について説明する。実施例１の力発生原理は、従来例と同じく、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃの作る磁界との作用で、θ電機子巻線１０３に電流を流せば可動子２００にトルクを発生し、Ｘ電機子巻線１０４に電流を流せば可動子２００に推力が発生するものである。図３は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力が発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【００１８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、従来例と異なる磁石磁束の流れ方をする。つまり、実施例１の磁石磁束は、磁石磁束がブロック磁石２５１ｂの外周Ｓ極から入り、ブロック磁石２５１ｂの内部を通って円筒磁石２５１ｃのＳ極に入り、円筒磁石２５１ｃのＮ極からブロック磁石２５１ａの内部を通って外周Ｎ極から出る。ほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから、永久磁石の厚さが等価的に大きくなり、界磁起磁力が増大する。よって、複Ｎ極円筒部２１１ａと複Ｓ極円筒部２１１ｂの磁極表面に現れるギャップ磁束密度を大きくし、トルクや推力を増大することができる。さらに、界磁ヨーク２０３にはほとんど磁石磁束が通らないので、界磁ヨーク２０３を薄くし、その分、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃを厚くすることができる。つまり、界磁起磁力をさらに増大させることができ、トルクと推力を大幅に増大することができる。
【００１９】
＜実施例２＞
次に第２の実施例について説明する。図４は、実施例２の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例１と異なる点は、複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部に鉄心を設け、鉄心の内部に永久磁石を埋め込んだ点である。複Ｎ極円筒部２１２ａおよび複Ｓ極円筒部２１２ｂは、軟磁性材の円筒鉄心２６２ａ、２６２ｂとブロック磁石２５２ａ、２５２ｂから構成されている。円筒鉄心２６２ａと２６２ｂの内部にはブロック磁石２５２ａと２５２ｂがそれぞれ６個埋め込まれている。ブロック磁石２５２ａは外周側にＮ極、２５２ｂは外周側にＳ極となるように埋め込まれているので、円筒鉄心２６２ａの外周表面でＮ極が６個、円筒鉄心２６２ｂの外周表面でＳ極が６個の磁極が現れる。また、円筒鉄心２６２ａと２６２ｂの間には、円筒鉄心２６２ａ側をＮ極、２６２ｂ側をＳ極となったＸ方向に磁化されたＸ磁石２５２ｃが設けられている。Ｘ磁石２５２ｃは、円筒鉄心２６１ａ、２６２ｂの外形と同じになるように円筒状に形成されている。このように構成された複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂをθ方向にλだけずらして配置することで、複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂの外周表面には、実施例１と同様の磁極を形成することになる。つまり、電機子巻線と磁極の配置関係は図３と同じになる。
【００２０】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例１同様、Ｘ磁石２５２ｃにより界磁起磁力が大きくなり、複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂの磁極表面に現れるギャップ磁束密度が大きくなる。その結果、トルクや推力を増大させることができる。また、ブロック磁石が円筒鉄心の内部に埋め込まれた構造となっているため、実施例１とは異なり、遠心力によるブロック磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、円筒鉄心に設けられた四角穴にブロック磁石が埋め込まれる磁極構造であるため、磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
【００２１】
＜実施例３＞
次に第３の実施例について説明する。図５は、実施例３の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例３が実施例２と異なる点は、円筒鉄心から磁極を形成する鉄心歯を有した鉄心（以下、クローポール鉄心と呼ぶ）に変更した点、さらに、ブロック磁石を除いた点である。界磁部２０２の複Ｎ極円筒部２１３ａおよび複Ｓ極円筒部２１３ｂは、軟磁性材のクローポール鉄心２６３ａ、２６３ｂから構成されている。クローポール鉄心２６３ａはその外周でＮ極となる鉄心歯が２λおききに計６個形成されており、そのＸ方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。クローポール鉄心２６３ｂはその外周でＳ極となる鉄心歯が２λおきに計６個形成されており、同じく、そのＸ方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。また、クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂは、周方向にλだけずれ、鉄心歯の先端が対向するように向き合って配置されている。クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂの内側には、クローポール鉄心２６３ａ側をＮ極、２６３ｂ側をＳ極に磁化されたＸ磁石２５３が配置されている。なお、Ｘ磁石２５３はクローポール鉄心２６３ａ、２６３ｂの鉄心歯の内周に沿った円筒状となっている。このように構成された界磁部２０２は、クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂの鉄心歯表面において、実施例１の図３で示すものと同じような磁極が現れる。
【００２２】
このように構成された直動回転アクチュエータは、一体となった円筒状の永久磁石がクローポール鉄心の内部に埋め込まれているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、クローポール鉄心に設けられた磁極歯により磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
【００２３】
＜実施例４＞
次に第４の実施例について説明する。図６は実施例４の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例４が実施例３と異なる点は、クローポール鉄心の内部にさらに界磁起磁力を増大させる円筒状の永久磁石を設けた点である。複Ｎ極円筒部２１４ａおよび複Ｓ極円筒部２１４ｂは、軟磁性材のクローポール鉄心２６４ａ、２６４ｂ、さらに、外周を単極のＮ極もしくはＳ極とする円筒状の永久磁石（以下、単極円筒磁石と呼ぶ）２５４ａ、２５４ｂから構成されている。クローポール鉄心２６４ａの内側には外周Ｎ極の単極円筒磁石２５４ａ、クローポール鉄心２６４ｂの内側には外周Ｓ極の単極円筒磁石２５４ｂが配置されている。さらに、単極円筒磁石２５４ａ側をＮ極、２５４ｂ側をＳ極とするようにＸ方向に磁化されたＸ磁石２５４ｃが中央に配置されている。また、クローポール鉄心２６４ａ、２６４ｂの直動方向の端面にあたる側面の鉄心の厚さは、実施例３のものに比べ薄くなっており、その薄くなった分、単極円筒磁石２５４ａと２５４ｂ、Ｘ磁石２５４ｃの幅が広がっている。このように構成された界磁部２０２は、クローポール鉄心２６４ａと２６４ｂの鉄心歯表面において、実施例１の図３で示すものと同じような磁極が現れる。
【００２４】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例３同様、遠心力による永久磁石の飛散や推力リプル、トルクリプルの発生を防ぐことができる。さらに、実施例１と同様にほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから界磁起磁力が増大し、また、単極円筒磁石から出る磁石磁束がそのままクローポール鉄心の鉄心歯に入ることから漏れ磁束も少ない。つまり、実施例３に比べ、トルクや推力をさらに増大させることができる。
【００２５】
＜実施例５＞
次に第５の実施例について説明する。図７は、実施例５の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例５が実施例１〜４と異なる点は、複Ｎ極円筒部や複Ｓ極円筒部で構成するのではなく、単極の円筒部や多極の円筒部で構成した点である。界磁部２０２は外周全体がＮ極およびＳ極の単極となっている単Ｎ極円筒部２１５ａと単Ｓ極円筒部２１５ｂ、外周がＮ極とＳ極の多極となっている多極円筒部２１５ｃから構成されている。単Ｎ極円筒部２１５ａは外周全体がＮ極に磁化された単極円筒磁石２５５ａ、単Ｓ極円筒部２１５ｂは外周全体がＳ極に磁化された単極円筒磁石２５５ｂ、多極円筒部２１５ｃは回転方向にＮ極とＳ極が交互に磁化された多極円筒磁石２５５ｃから構成されている。なお、これら円筒状の永久磁石は、円筒状に一体成形されたものが各々の磁化方向に着磁して構成されたものである。単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂ、多極円筒磁石２５５ｃの内周側は、円筒状の界磁ヨーク２０３が配置されている。外周Ｎ極の単極円筒磁石２５５ａと外周Ｓ極の単極円筒磁石２５５ｂは、Ｘ方向にγだけずれて配置されている。また、多極円筒磁石２５５ｃは、θ方向にλごとにＮ極とＳ極が現れるように磁化されている。
【００２６】
図８は、図７における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４の構成は従来例と同じであるので、説明を省略する。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂおよび多極円筒磁石２５５ｃと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂの磁極の並びはＸ電機子巻線と平行しており、多極円筒磁石２５５ｃの磁極の並びはθ電機子巻線と平行している。
【００２７】
次に動作原理について説明する。実施例５の力発生原理は、単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂ、多極円筒磁石２５５ｃの作る磁界との作用で、θ電機子巻線１０３に電流を通電すれば可動子２００にトルクを発生し、Ｘ電機子巻線１０４に電流を通電すれば可動子２００に推力が発生するものである。実施例１〜４と異なる点は、単Ｎ極円筒部２１５ａと単Ｓ極円筒部２１５ｂが推力のみを発生し、多極円筒部２１５ｃがトルクのみを発生する点である。図８は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力が発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【００２８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例１〜４と異なり、単Ｎ極円筒部と単Ｓ極円筒部が推力のみを発生し、多極円筒部がトルクのみを発生する界磁構造であり、磁極間に大きな空隙がなく有効的に永久磁石を配置させているため、磁極表面でのギャップ磁束密度を向上させ、トルクや推力をより増大させることができる。さらに、単極円筒磁石や多極円筒磁石は円筒状に一体成形された後に各々の磁化方向に精度良く着磁されているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができるとともに、磁極ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制することができる。
【００２９】
＜実施例６＞
次に第６の実施例について説明する。図９は実施例６の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例６が実施例５と異なる点は、外周Ｎ極の単極円筒磁石２５６ａと外周Ｓ極の単極円筒磁石２５６ｂの間にＸ方向を磁化方向とするＸ磁石２５６ｄを追加し、多極円筒磁石を極異方性に磁化した多極円筒磁石２５６ｃにより構成した点である。また、実施例５に比べ、これら永久磁石の厚さが大きく、界磁ヨーク２０３の厚さは小さくなっている。
【００３０】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例５に比べ、界磁起磁力が大きくなり、単Ｎ極円筒部２１６ａや単Ｓ極円筒部２１６ｂ、さらには多極円筒部２１６ｃのすべての磁極表面においてギャップ磁束密度が向上し、トルクや推力を増大させることができる。
【００３１】
＜実施例７＞
図１０は第７の実施例を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。直動回転スケール２３０ａは回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａから構成されている。直動回転検出器１３０ａは、回転目盛２３１ａと空隙を介して対向して回転検出器１３１ａが配置され、直動目盛２３２ａと対向して直動検出器１３２ａが配置された構成となっている。回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａはＸ方向に直列に配置されており、それに合わせ、回転検出部１３１ａと直動検出部１３２ａも配置されている。回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａは、エッチングなどで製作された微小間隔の凹凸の目盛で構成されており、その目盛は全周にわたって施されている。一方、回転検出部１３１ａと直動検出部１３２ａには、直動回転スケール２３０ａにレーザ光を照射し、凹凸の目盛を介して反射されたレーザ光を検知して、角度θや位置Ｘを読み取る光学式検出手段を備えている。ここで、可動子に合わせ直動回転スケール２３０ａが回転および直動すると、直動回転検出器１３０ａは角度θと位置Ｘを得ることができる。
このような構成において、本発明ではθ目盛２３１のＸ方向長さＬθと可動子２００の移動動作範囲ＬＳは式１の関係となる。
Ｌθ ≧ ＬＳ（１）
また、Ｘ目盛２３２のθ方向開角βθと可動子２００の回転動作範囲βＳは式２および式３の関係となる。
βＳ＜３６０（度）の場合、 βＳ ≦ βθ ＜ ３６０（度） （２）
βＳ≧３６０（度）の場合、 βθ＝ ３６０（度） （３）
としている。実施例１における動作範囲は、従来技術で示したものと同じであるため、回転動作範囲がβＳ＝３６０度、移動動作範囲がＬＳ＝２γである。従って、θ目盛２３１のＸ方向長さＬθとＸ目盛２３２のθ方向開角βθは式４および式５に設定されている。
Ｌθ ≧ ２γ （４）
βθ ＝ ３６０ （度） （５）
次にθＸ検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θＸスケール２３０のθ目盛２３１とＸ目盛２３２は、ステンレス製円筒の表面に刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム１３３に配置されたθ検出部１３１とＸ検出部１３２は、レーザー光を照射し反射光を読み取る光学式検出器である。θＸスケール２３０のθ方向スリットとＸ方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部１３１とＸ検出部１３２が回転角度および移動位置として検出する。
【００３２】
このように構成された直動回転アクチュエータは、円筒状に回転目盛と直動目盛を形成した直動回転スケールにより、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。また、精密に刻まれた凹凸の目盛を光学式手段により検出するので、高精度な角度と位置を検出することができ、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。
【００３３】
＜実施例８＞
次に第８の実施例について説明する。図１１は実施例８を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例８が実施例７と異なる点は、直動回転スケール２３０ｂをＮ極とＳ極が一定間隔に磁化された永久磁石により構成し、直動回転検出器１３０ｂに磁気式検出手段を設けた点である。回転目盛２３１ｂの永久磁石の表面には、θ方向にＮ極とＳ極の磁極が一定間隔に磁化されており、直動目盛２３２ｂの永久磁石の表面にはＸ方向にＮ極とＳ極の磁極が一定間隔に磁化されている。この磁極の強弱と極性を磁気式検出手段によって検出する。
【００３４】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高い磁気式による検出手段を用いているため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
【００３５】
＜実施例９＞
次に第９の実施例について説明する。図１２は実施例９を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例９が実施例７、８と異なる点は、直動回転スケール２３０ｃを凹凸にかたどられた軟磁性材により構成し、直動回転検出器１３０ｃに励磁巻線と検出巻線を有するいわゆるレゾルバの原理で検出する手段を設けた点である。回転目盛２３１ｃの表面はθ方向に凹凸が一定間隔に設けられており、直動目盛２３２ｃの表面はＸ方向に凹凸が一定間隔に設けられている。この凹凸によりできるギャップ長の変化をインダクタンス変化として検出する。
【００３６】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７、８同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高いレゾルバ式による検出手段のため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
【００３７】
＜実施例１０＞
次に第１０の実施例について説明する。図１３は実施例１０を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例１０が実施例７〜９と異なる点は、直動回転スケール２３０ｄの回転目盛２３１ｄと直動目盛２３２ｄを半周内に施し、回転目盛２３１ｄと直動目盛２３２ｄを直動方向に並列に配置させた点である。
【００３８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７〜９と異なり、回転動作が半周内に制約される用途において、直動回転スケールを短小化させ、直動回転アクチュエータを小形化できる。
【００３９】
＜実施例１１＞
次に本発明の実施例１１について説明する。図１４は、実施例１１のθＸ検出器とθＸスケールの斜視図である。実施例１１が実施例７から１０と異なる点は、θ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅを格子状に交差させた点である。また、θ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅは、交差させたθ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅの位置に合わせ、θ方向にずらして配置させている。
次にθＸ検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θＸスケール２３０ｅのθ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅは、ステンレス製円筒の表面に格子状に交差して刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム１３３ｅに配置されたθ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅは、レーザー光を照射して反射光を読み取る光学式検出器であるが、格子状に交差したスリットを検出できるように、三角格子光学系等の回折干渉現象を利用したものとなっている。θＸスケール２３０ｅのθ方向スリットとＸ方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅが回転角度および移動位置として検出する。
【００４０】
このような構成により、実施例７で記載したように、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。また、θＸスケールがθ目盛とＸ目盛を一体化した構成にしたことで、θＸスケールの長さを短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
【００４１】
なお、実施例１〜６では、Ｘ方向の磁極数を２として構成したが、同様の界磁構造を直動方向に並べて構成することで２以上の磁極数で構成しても良い。また、実施例５、６では、磁極表面が永久磁石となるように構成したが、実施例２〜４と同様に、鉄心を設けその内部に永久磁石を埋め込む構造としたり、鉄心の間に永久磁石を挟み込む構造としても良い。また、円筒磁石、単極円筒磁石、多極円筒磁石は一体に成形された永久磁石で説明したが、ブロック磁石をつないで構成しても良い。また、磁極を形成するのに永久磁石を用いて説明したが、鉄心歯で構成するようにしても良い。また、実施例７〜１１では、界磁と直動回転スケールを可動子、電機子巻線と直動回転検出器を固定子に配置する構成で示したが、その逆であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、１つのアクチュエータで、大きなトルクと推力を発生し、精密な回転動作と直動動作を実現する直動回転アクチュエータを提供することができる。よって、直動と回転の２自由度動作が要求されるチップマウンタ装置のマウンタヘッドや各種検査装置の検査ヘッドなどの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 固定子
１０１ モータフレーム
１０２ 電機子コア
１０３、１０４ θ電機子巻線、Ｘ電機子巻線
１０３ａ、１０４ａ 俵形コイル、リング形コイル
１０５ モータ端子
１０６ スライドロータリーブッシュ
１０７、１０８ Ｌ側ブラケット、反Ｌ側ブラケット
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ 直動回転検出器
１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ 回転検出部
１３２、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ 直動検出部
１３３ 検出器フレーム
１３４ 検出器端子
２００ 可動子
２０１ 出力軸
２０２ 界磁部
２０３ 界磁ヨーク
２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ 直動回転スケール
２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ、２３１ｅ 回転目盛
２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ 直動目盛
２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａ 複Ｎ極円筒部
２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ 複Ｓ極円筒部
２１５ａ、２１６ａ 単Ｎ極円筒部
２１５ｂ、２１６ｂ 単Ｓ極円筒部
２１５ｃ、２１６ｃ 多極円筒部
２５０ａ、２５０ｂ、２５１ａ、２５１ｂ、２５２ａ、２５２ｂ ブロック磁石
２５１ｃ、２５２ｃ、２５３ｃ、２５４ｃ、２５６ｄ Ｘ磁石
２５４ａ、２５４ｂ、２５５ａ、２５５ｂ、２５６ａ、２５６ｂ 単極円筒磁石
２５５ｃ、２５６ｃ 多極円筒磁石
２６２ａ、２６２ｂ 円筒鉄心
２６３ａ、２６３ｂ、２６４ａ、２６４ｂ クローポール鉄心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのアクチュエータで、回転と移動の２つのモーションを精密に行う直動回転アクチュエータおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の直動回転アクチュエータとして、以下の３つの構成がある。
（１）回転モータで回転軸にトルクを発生させ、回転モータとボールネジとの組合せによる直動機構で直動軸に推力を発生させる。回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転用と直動用の２つの回転モータを直動方向に並べて配置する。（例えば、特許文献１、特許文献２）
（２）回転モータの回転軸にリニアモータを結合し、リニアモータの推力を発生する直動軸を出力軸として回転動作と直動動作を行う。回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となるため、直動方向にモータを並べて配置することがなく、（１）に比べ小形化することができる。（例えば、特許文献３）
（３）回転モータとリニアモータの電機子巻線を同心円状に重ね合わせ、出力軸に直接トルクと推力を発生させ回転動作と直動動作を行う。（１）や（２）のように軸受を結合した複雑な機構を持たないために、さらに小形化でき、組立を容易にすることができる。（例えば、特許文献４、特許文献５）
以下、最も特徴的に優れる上記（３）の構成を例に、従来技術の詳細を説明する。
【０００３】
図１５は従来技術を示す直動回転アクチュエータの側面から見た断面図である。図１６は可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。なお、Ｘ方向から見た断面図は、側面から見た断面図のＡ、Ｂ部における断面図となっている。また、図中の矢印（→）は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はＳ→Ｎとなっている。固定子１００は、円筒状のモータフレーム１０１、電機子コア１０２、θ電機子巻線１０３、Ｘ電機子巻線１０４が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム１０１の上部にはθ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４に外部から電力を供給するためのモータ端子１０５が設けられ、モータフレーム１０１の左端にはＬブラケット１０７、右端には反Ｌブラケット１０８が取り付けられている。Ｌブラケット１０７と反Ｌ側ブラケット１０８にはそれぞれスライドロータリーブッシュ１０６が取り付けられている。一方、可動子２００は、出力軸２０１、界磁部２０２から構成されている。界磁部２０２は、円筒状の界磁ヨーク２０３の外周に複数のブロック状の永久磁石（以下、ブロック磁石と呼ぶ）２５０ａ、２５０ｂが設けられている。なお、ブロック磁石２５０ａは外周側Ｎ極、内周側Ｓ極に磁化されており、ブロック磁石２５０ｂはその逆に磁化されている。ブロック磁石２５０ａ、２５０ｂは空隙を介してＸ電機子巻線１０４と対向している。出力軸２０１は、スライドロータリーブッシュ１０６により支持され、固定子１００に対し回転θ方向と直動Ｘ方向に移動可能となっている。また、出力軸２０１に負荷（図示しない）を取り付けることができ、負荷をθ方向とＸ方向に自在に移動させることができるようになっている。
【０００４】
図１７は、図１６における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石２５０ａと２５０ｂは各６個で構成されている。ブロック磁石２５０ａはθ方向に２λ（λはθ方向極ピッチ＝電気角１８０度）ごとに配置され、同じくブロック磁石２５０ｂもθ方向に２λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石２５０ａと２５０ｂはθ方向にλ、Ｘ方向にγ（γはＸ方向極ピッチ＝電気角１８０度）だけずれて配置されている。よって、界磁の磁極数はθ方向が１２極、Ｘ方向が２極となっている。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、ブロック磁石２５０ａ、２５０ｂと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。θ電機子巻線１０３は、コイルエンド部が円弧状の形をした集中巻きのコイル（以下、俵形コイル１０３ａと呼ぶ）がＵ、Ｖ、Ｗ相各々３個ずつ、計１２個により構成されている。俵形コイル１０３ａがθ方向に配置される間隔はλ×４／３（電気角２４０度）である。同相同士の俵形コイル１０３ａの間隔は電気角７２０度となっているので、３個の同相の俵形コイル１０３ａは電流の向きが３個とも同じ向きとなるように結線されている。一方、Ｘ電機子巻線１０４は、円筒状に集中巻きされたリング形コイル１０４ａがＵ、Ｖ、Ｗ相各々４個ずつ、計１２個により構成されている。リング形コイル１０４ａのＸ方向に配置される間隔はγ／３（電気角６０度）であり、Ｘ電機子巻線１０４のＸ方向全体の長さは４γ（＝γ／３×１２個）である。同相同士のリング形コイル１０４ａの間隔はγ（電気角１８０度）となっているので、４個の同相のリング形コイル１０４ａは電流の向きが正、逆、正、逆となるように結線されている。
【０００５】
このように構成された直動回転アクチュエータは、θ電機子巻線１０３に電流を流すことによりブロック磁石２５０ａ、２５０ｂの作る磁界との作用で可動子２００にトルクを発生し、また、Ｘ電機子巻線１０４に電流を流すことによりブロック磁石２５０ａ、２５０ｂの作る磁界との作用で可動子２００に推力が発生する。図１６は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力を発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許３３６００２３号公報（第６頁、図１）
【特許文献２】特開２００３−１１１３５１号公報（第５頁、図１）
【特許文献３】特開２００４−３６４３４８号公報（第３頁、図１）
【特許文献４】特開２００４−３４３９０３号公報（第４頁、図１）
【特許文献５】特開２００５−２０８８５号公報（第３頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記（１）〜（３）の従来の直動回転アクチュエータには、以下の問題があった。
（１）回転軸と直動軸を軸受で結合し、回転軸と直動軸のどちらかを出力軸として回転動作と直動動作を行う構成となっているため、機構が複雑となり、組立が困難であった。また、回転用と直動用の２つの回転モータを直動方向に並べて配置するため、直動回転アクチュエータの体格が大きくなった。
（２）回転モータの内側にリニアモータを取り付ける構成となっているため（１）に比べ小形化することができるが、回転軸と直動軸を軸受で結合する機構には代わりが無く、（１）同様、機構が複雑となり組立が困難であった。
（３）（１）や（２）のような軸受を結合する複雑な機構でないために、組立を容易にすることができる。しかし、これにも以下のような問題があった。
・同極のブロック磁石を大きな空隙をあけて２λごとに配置させ、さらに異極のブロック磁石をλずらして配置させているため、磁極表面に現れるギャップ磁束密度が小さく、大きなトルクと推力を得ることができなかった。
・一般に、ブロック磁石の取り付けは接着で行う。しかし、高速回転の場合にはブロック磁石に発生する遠心力が接着力に打ち勝ち、ブロック磁石が飛散する恐れがあった。
・ブロック磁石は円筒状の界磁ヨークの表面に接着して固定されるが、多数あるために接着時に位置ずれが生じた。その結果、推力リプルやトルクリプルが生じた。
・可動子の角度θや位置Ｘを検出する検出器を備えていないために、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度、位置フィードバック制御による駆動ができなかった。実際の角度θと位置Ｘを得るには、θ方向とＸ方向の動作範囲内で検出可能な検出器が必要となる。しかし、従来からあるθ方向の検出器やＸ方向の検出器は、検出方向と異なる方向の動作に対する検出可能範囲が非常に狭かった。そのため、θ方向の検出器とＸ方向の検出器を単に組み合わせただけの構成では、θ方向とＸ方向の広い動作範囲内で角度θと位置Ｘを同時に検出することができなかった。その結果、可動子の精密な回転動作と直動動作を実現することができなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、トルクや推力を大きくすることが可能な直動回転アクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
本発明の一態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部と、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部を備え、前記複Ｎ極円筒部のＮ極と前記複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部を配置するとともに、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したものである。
例えば、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、本発明の他の態様に係る直動回転アクチュエータは、界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、前記可動子の界磁に、Ｎ極のみを磁極表面に有する単Ｎ極円筒部と、Ｓ極のみを磁極表面に有する円筒部と、Ｎ極とＳ極の両方を磁極表面に有する単Ｓ極円筒部を備え、前記単Ｎ極円筒部のＮ極と前記単Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のＮ極とＳ極の磁極間隔をθ方向にλとしたものである。
例えば、前記単Ｎ極円筒部と前記単Ｓ極円筒部の間に、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石を配置してもよい。
また、前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置してもよい。
また、前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んでもよい。これにより、高速回転の場合でも、永久磁石の飛散を防ぐことができる。また、鉄心形状や永久磁石の多極着磁によって精度良く磁極位置が決まるので、従来のブロック磁石の位置ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
また、前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えてもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転アクチュエータと、前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステムであってもよい。これにより、実際の回転角度や移動位置の値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛の直動方向長さＬθと前記可動子の直動方向動作範囲ＬＳの関係を
Ｌθ ≧ ＬＳ
とし、
前記直動目盛の回転方向開角βθと前記可動子の回転方向動作範囲βＳの関係を
βＳ＜３６０（度）の場合、 βＳ ≦ βθ ＜ ３６０（度）
βＳ≧３６０（度）の場合、 βθ＝ ３６０（度）
としたものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記直動回転スケールは、前記回転目盛と前記直動目盛を格子状に形成されたものであってもよい。これにより、θ目盛とＸ目盛を格子状に交差させているので、θＸスケールの寸法を短小化でき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
また、前記直動回転検出器は、光学式検出器からなるものであってもよい。これにより、可動子が回転動作や移動動作をしたとしても、回転角度と移動位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは明暗の印刷パターンにより形成するとともに、前記直動回転検出器に光学式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、精密に刻まれた目盛を光学式検出手段を用いているので、高精度な角度と位置を検出することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、Ｎ極とＳ極が一定間隔に磁化された永久磁石により形成するとともに、前記直動回転検出器に磁気式検出手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を、凹凸の形状もしくは滑らかな山谷形状を設けた軟磁性材により形成するとともに、前記直動回転検出器にインダクタンス変化を検出する手段を設けたものであってもよい。これにより、検出手段が磁気式やレゾルバであるので、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向全周にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に直列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の外周全体にわたって回転目盛と直動目盛が施されているので、多回転の動作を実現できる。
また、前記回転目盛と前記直動目盛を前記直動回転スケールの回転方向半周内にわたって形成するとともに、前記回転目盛と前記直動目盛を直動方向に並列に配置したものであってもよい。これにより、円筒の半周分に回転目盛を、もう半周分に直動目盛が施されているので、半回転内の動作をする用途に適用すれば、直動回転スケールの寸法を短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁極表面でのギャップ磁束密度が増大し、その結果、トルクや推力を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１を示す直動回転アクチュエータの断面図
【図２】本発明の実施例１を示す界磁部の断面図
【図３】本発明の実施例１における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【図４】本発明の実施例２を示す界磁部の断面図
【図５】本発明の実施例３を示す界磁部の断面図
【図６】本発明の実施例４を示す界磁部の断面図
【図７】本発明の実施例５を示す界磁部の断面図
【図８】本発明の実施例５における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【図９】本発明の実施例６を示す界磁部の断面図
【図１０】本発明の実施例７の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１１】本発明の実施例８の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１２】本発明の実施例９の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１３】本発明の実施例１０の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１４】本発明の実施例１１の直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図
【図１５】従来技術を示す直動回転アクチュエータの断面図
【図１６】従来技術を示す界磁部の断面図
【図１７】従来技術における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示す展開図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【００１３】
＜実施例１＞
図１は本発明の実施例１を示す直動回転アクチュエータを側面から見た断面図である。本発明の構成要素が従来技術と同じものについては同一符号を付して説明する。固定子１００のモータ側は、円筒状のモータフレーム１０１、電機子コア１０２、θ電機子巻線１０３、Ｘ電機子巻線１０４が同心円状に設けられている。さらに、モータフレーム１０１の上部にはθ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４に外部から電力を供給するためのモータ端子１０５が設けられ、モータフレーム１０１の左端にはＬブラケット１０７、右端には反Ｌブラケット１０８が取り付けられている。Ｌブラケット１０７と反Ｌ側ブラケット１０８にはそれぞれスライドロータリーブッシュ１０６が取り付けられている。固定子１００の検出器側は、検出器フレーム１３３と直動回転検出器１３０から構成されている。さらに、検出器フレーム１３３の上部には直動回転検出器１３０に外部から電力を供給し、かつ、角度θと位置Ｘの検出信号を出力する検出器端子１３４が設けられている。モータ側と検出器側が一体となるように、検出器フレーム１３３は反Ｌブラケット１０８に取り付けられている。
一方、可動子２００は、出力軸２０１、界磁部２０２から構成されている。界磁部２０２と一体になった出力軸２０１は、スライドロータリーブッシュ１０６により支持され、固定子１００に対しθ方向とＸ方向に移動可能となっている。さらに、出力軸２０１の反Ｌ側では、円筒状に形成された直動回転スケール２３０が取り付けられている。出力軸には負荷（図示しない）が取り付けられ、負荷をθ方向とＸ方向に自在に移動させることができるようになっている。また、可動子２００の動作範囲は従来技術と同じあり、回転動作範囲がβＳ＝３６０（度）、移動動作範囲がＬＳ＝２γである。
【００１４】
このような構成において、本発明が従来技術と異なる点は、界磁部２０２の構造を改良している点と、直動回転検出器１３０および直動回転スケール２３０を設けている点である。
なお、界磁部については実施例１〜６で説明し、直動回転検出器および直動回転スケールについては実施例７〜１１で説明する。
【００１５】
図２は実施例１の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。なお、Ｘ方向から見た断面図は、側面から見た断面図のＡ、Ｂ、Ｃ部における断面図となっている。また、図中の矢印（→）は永久磁石の磁化方向を表しており、極性はＳ→Ｎとなっている。界磁部２０２は、複数のＮ極を形成する円筒部（複Ｎ極円筒部２１１ａ）と、複数のＳ極を形成する円筒部（複Ｓ極円筒部２１１ｂ）、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石（以下、Ｘ磁石２５１ｃと呼ぶ）から構成されている。複Ｎ極円筒部２１１ａおよび複Ｓ極円筒部２１１ｂは、従来例と同じく、円筒状の界磁ヨーク２０３の外周に複数のブロック磁石２５１ａ、２５１ｂを配置して構成されている。
【００１６】
図３は、図２における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。ブロック磁石２５１ａと２５１ｂは各６個で構成されている。なお、ブロック磁石２５１ａは外周側Ｎ極、内周側Ｓ極に磁化されており、ブロック磁石２５１ｂはその逆に磁化されている。ブロック磁石２５１ａはθ方向に２λ（λはθ方向極ピッチ＝電気角１８０度）ごとに配置され、同じくブロック磁石２５１ｂもθ方向に２λごとに配置されている。さらに、ブロック磁石２５１ａと２５１ｂはθ方向にλ、Ｘ方向にγ（γはＸ方向極ピッチ＝電気角１８０度）だけずれて配置されている。ブロック磁石２５１ａと２５１ｂの間には、ブロック磁石２５１ａ側をＮ極、２５１ｂ側をＳ極とするＸ磁石２５１ｃが配置されている。Ｘ磁石２５１ｃは、複Ｎ極円筒部２１１ａや複Ｓ極円筒部２１１ｂの外形と同じになるように円筒状に形成されている。ここで、複Ｎ極円筒部２１１ａ上に現れるＮ極と複Ｓ極円筒部２１１ｂ上に現れるＳ極の磁極間隔がＸ方向にγだけずれるように、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃのＸ方向長さが調整されている。また、従来例に比べ、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂの厚さが大きく、界磁ヨーク２０３の厚さは小さくなっている。ここで、θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂおよびＸ磁石２５１ｃと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。界磁の磁極数は、従来例と同じく、θ方向が１２極、Ｘ方向が２極となっている。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４の構成も従来例と同じであるので、電機子巻線の説明は省略する。
【００１７】
次に動作原理について説明する。実施例１の力発生原理は、従来例と同じく、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃの作る磁界との作用で、θ電機子巻線１０３に電流を流せば可動子２００にトルクを発生し、Ｘ電機子巻線１０４に電流を流せば可動子２００に推力が発生するものである。図３は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力が発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【００１８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、従来例と異なる磁石磁束の流れ方をする。つまり、実施例１の磁石磁束は、磁石磁束がブロック磁石２５１ｂの外周Ｓ極から入り、ブロック磁石２５１ｂの内部を通って円筒磁石２５１ｃのＳ極に入り、円筒磁石２５１ｃのＮ極からブロック磁石２５１ａの内部を通って外周Ｎ極から出る。ほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから、永久磁石の厚さが等価的に大きくなり、界磁起磁力が増大する。よって、複Ｎ極円筒部２１１ａと複Ｓ極円筒部２１１ｂの磁極表面に現れるギャップ磁束密度を大きくし、トルクや推力を増大することができる。さらに、界磁ヨーク２０３にはほとんど磁石磁束が通らないので、界磁ヨーク２０３を薄くし、その分、ブロック磁石２５１ａ、２５１ｂ、Ｘ磁石２５１ｃを厚くすることができる。つまり、界磁起磁力をさらに増大させることができ、トルクと推力を大幅に増大することができる。
【００１９】
＜実施例２＞
次に第２の実施例について説明する。図４は、実施例２の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例１と異なる点は、複Ｎ極円筒部と複Ｓ極円筒部に鉄心を設け、鉄心の内部に永久磁石を埋め込んだ点である。複Ｎ極円筒部２１２ａおよび複Ｓ極円筒部２１２ｂは、軟磁性材の円筒鉄心２６２ａ、２６２ｂとブロック磁石２５２ａ、２５２ｂから構成されている。円筒鉄心２６２ａと２６２ｂの内部にはブロック磁石２５２ａと２５２ｂがそれぞれ６個埋め込まれている。ブロック磁石２５２ａは外周側にＮ極、２５２ｂは外周側にＳ極となるように埋め込まれているので、円筒鉄心２６２ａの外周表面でＮ極が６個、円筒鉄心２６２ｂの外周表面でＳ極が６個の磁極が現れる。また、円筒鉄心２６２ａと２６２ｂの間には、円筒鉄心２６２ａ側をＮ極、２６２ｂ側をＳ極となったＸ方向に磁化されたＸ磁石２５２ｃが設けられている。Ｘ磁石２５２ｃは、円筒鉄心２６１ａ、２６２ｂの外形と同じになるように円筒状に形成されている。このように構成された複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂをθ方向にλだけずらして配置することで、複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂの外周表面には、実施例１と同様の磁極を形成することになる。つまり、電機子巻線と磁極の配置関係は図３と同じになる。
【００２０】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例１同様、Ｘ磁石２５２ｃにより界磁起磁力が大きくなり、複Ｎ極円筒部２１２ａと複Ｓ極円筒部２１２ｂの磁極表面に現れるギャップ磁束密度が大きくなる。その結果、トルクや推力を増大させることができる。また、ブロック磁石が円筒鉄心の内部に埋め込まれた構造となっているため、実施例１とは異なり、遠心力によるブロック磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、円筒鉄心に設けられた四角穴にブロック磁石が埋め込まれる磁極構造であるため、磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
【００２１】
＜実施例３＞
次に第３の実施例について説明する。図５は、実施例３の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例３が実施例２と異なる点は、円筒鉄心から磁極を形成する鉄心歯を有した鉄心（以下、クローポール鉄心と呼ぶ）に変更した点、さらに、ブロック磁石を除いた点である。界磁部２０２の複Ｎ極円筒部２１３ａおよび複Ｓ極円筒部２１３ｂは、軟磁性材のクローポール鉄心２６３ａ、２６３ｂから構成されている。クローポール鉄心２６３ａはその外周でＮ極となる鉄心歯が２λおききに計６個形成されており、そのＸ方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。クローポール鉄心２６３ｂはその外周でＳ極となる鉄心歯が２λおきに計６個形成されており、同じく、そのＸ方向端面で円板状の鉄心と一体になっている。また、クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂは、周方向にλだけずれ、鉄心歯の先端が対向するように向き合って配置されている。クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂの内側には、クローポール鉄心２６３ａ側をＮ極、２６３ｂ側をＳ極に磁化されたＸ磁石２５３が配置されている。なお、Ｘ磁石２５３はクローポール鉄心２６３ａ、２６３ｂの鉄心歯の内周に沿った円筒状となっている。このように構成された界磁部２０２は、クローポール鉄心２６３ａと２６３ｂの鉄心歯表面において、実施例１の図３で示すものと同じような磁極が現れる。
【００２２】
このように構成された直動回転アクチュエータは、一体となった円筒状の永久磁石がクローポール鉄心の内部に埋め込まれているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができる。さらに、クローポール鉄心に設けられた磁極歯により磁極位置が精度良く決まり、推力リプルやトルクリプルの発生を抑制できる。
【００２３】
＜実施例４＞
次に第４の実施例について説明する。図６は実施例４の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例４が実施例３と異なる点は、クローポール鉄心の内部にさらに界磁起磁力を増大させる円筒状の永久磁石を設けた点である。複Ｎ極円筒部２１４ａおよび複Ｓ極円筒部２１４ｂは、軟磁性材のクローポール鉄心２６４ａ、２６４ｂ、さらに、外周を単極のＮ極もしくはＳ極とする円筒状の永久磁石（以下、単極円筒磁石と呼ぶ）２５４ａ、２５４ｂから構成されている。クローポール鉄心２６４ａの内側には外周Ｎ極の単極円筒磁石２５４ａ、クローポール鉄心２６４ｂの内側には外周Ｓ極の単極円筒磁石２５４ｂが配置されている。さらに、単極円筒磁石２５４ａ側をＮ極、２５４ｂ側をＳ極とするようにＸ方向に磁化されたＸ磁石２５４ｃが中央に配置されている。また、クローポール鉄心２６４ａ、２６４ｂの直動方向の端面にあたる側面の鉄心の厚さは、実施例３のものに比べ薄くなっており、その薄くなった分、単極円筒磁石２５４ａと２５４ｂ、Ｘ磁石２５４ｃの幅が広がっている。このように構成された界磁部２０２は、クローポール鉄心２６４ａと２６４ｂの鉄心歯表面において、実施例１の図３で示すものと同じような磁極が現れる。
【００２４】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例３同様、遠心力による永久磁石の飛散や推力リプル、トルクリプルの発生を防ぐことができる。さらに、実施例１と同様にほとんどの磁石磁束が磁石内部を通ることから界磁起磁力が増大し、また、単極円筒磁石から出る磁石磁束がそのままクローポール鉄心の鉄心歯に入ることから漏れ磁束も少ない。つまり、実施例３に比べ、トルクや推力をさらに増大させることができる。
【００２５】
＜実施例５＞
次に第５の実施例について説明する。図７は、実施例５の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例５が実施例１〜４と異なる点は、複Ｎ極円筒部や複Ｓ極円筒部で構成するのではなく、単極の円筒部や多極の円筒部で構成した点である。界磁部２０２は外周全体がＮ極およびＳ極の単極となっている単Ｎ極円筒部２１５ａと単Ｓ極円筒部２１５ｂ、外周がＮ極とＳ極の多極となっている多極円筒部２１５ｃから構成されている。単Ｎ極円筒部２１５ａは外周全体がＮ極に磁化された単極円筒磁石２５５ａ、単Ｓ極円筒部２１５ｂは外周全体がＳ極に磁化された単極円筒磁石２５５ｂ、多極円筒部２１５ｃは回転方向にＮ極とＳ極が交互に磁化された多極円筒磁石２５５ｃから構成されている。なお、これら円筒状の永久磁石は、円筒状に一体成形されたものが各々の磁化方向に着磁して構成されたものである。単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂ、多極円筒磁石２５５ｃの内周側は、円筒状の界磁ヨーク２０３が配置されている。外周Ｎ極の単極円筒磁石２５５ａと外周Ｓ極の単極円筒磁石２５５ｂは、Ｘ方向にγだけずれて配置されている。また、多極円筒磁石２５５ｃは、θ方向にλごとにＮ極とＳ極が現れるように磁化されている。
【００２６】
図８は、図７における電機子巻線と永久磁石の配置関係を示した展開図である。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４の構成は従来例と同じであるので、説明を省略する。θ電機子巻線１０３とＸ電機子巻線１０４は、単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂおよび多極円筒磁石２５５ｃと空隙を介して、黒太線で模擬的に示したような配置となっている。単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂの磁極の並びはＸ電機子巻線と平行しており、多極円筒磁石２５５ｃの磁極の並びはθ電機子巻線と平行している。
【００２７】
次に動作原理について説明する。実施例５の力発生原理は、単極円筒磁石２５５ａ、２５５ｂ、多極円筒磁石２５５ｃの作る磁界との作用で、θ電機子巻線１０３に電流を通電すれば可動子２００にトルクを発生し、Ｘ電機子巻線１０４に電流を通電すれば可動子２００に推力が発生するものである。実施例１〜４と異なる点は、単Ｎ極円筒部２１５ａと単Ｓ極円筒部２１５ｂが推力のみを発生し、多極円筒部２１５ｃがトルクのみを発生する点である。図８は、θ電機子巻線１０３やＸ電機子巻線１０４にそれぞれＵ相が最大となる位相で電流を通電した図であり、図示した矢印方向に電流が流れることで、ローレンツ力が発生し、可動子２００はθ＋方向にトルク、Ｘ＋方向に推力が発生する。このようにして、可動子２００は回転と直動の両方向の動作を実現している。
【００２８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例１〜４と異なり、単Ｎ極円筒部と単Ｓ極円筒部が推力のみを発生し、多極円筒部がトルクのみを発生する界磁構造であり、磁極間に大きな空隙がなく有効的に永久磁石を配置させているため、磁極表面でのギャップ磁束密度を向上させ、トルクや推力をより増大させることができる。さらに、単極円筒磁石や多極円筒磁石は円筒状に一体成形された後に各々の磁化方向に精度良く着磁されているので、遠心力による永久磁石の飛散を防ぐことができるとともに、磁極ずれによる推力リプルやトルクリプルの発生を抑制することができる。
【００２９】
＜実施例６＞
次に第６の実施例について説明する。図９は実施例６の可動子の界磁部を側面から見た断面図とＸ方向から見た断面図である。実施例６が実施例５と異なる点は、外周Ｎ極の単極円筒磁石２５６ａと外周Ｓ極の単極円筒磁石２５６ｂの間にＸ方向を磁化方向とするＸ磁石２５６ｄを追加し、多極円筒磁石を極異方性に磁化した多極円筒磁石２５６ｃにより構成した点である。また、実施例５に比べ、これら永久磁石の厚さが大きく、界磁ヨーク２０３の厚さは小さくなっている。
【００３０】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例５に比べ、界磁起磁力が大きくなり、単Ｎ極円筒部２１６ａや単Ｓ極円筒部２１６ｂ、さらには多極円筒部２１６ｃのすべての磁極表面においてギャップ磁束密度が向上し、トルクや推力を増大させることができる。
【００３１】
＜実施例７＞
図１０は第７の実施例を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。直動回転スケール２３０ａは回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａから構成されている。直動回転検出器１３０ａは、回転目盛２３１ａと空隙を介して対向して回転検出器１３１ａが配置され、直動目盛２３２ａと対向して直動検出器１３２ａが配置された構成となっている。回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａはＸ方向に直列に配置されており、それに合わせ、回転検出部１３１ａと直動検出部１３２ａも配置されている。回転目盛２３１ａと直動目盛２３２ａは、エッチングなどで製作された微小間隔の凹凸の目盛で構成されており、その目盛は全周にわたって施されている。一方、回転検出部１３１ａと直動検出部１３２ａには、直動回転スケール２３０ａにレーザ光を照射し、凹凸の目盛を介して反射されたレーザ光を検知して、角度θや位置Ｘを読み取る光学式検出手段を備えている。ここで、可動子に合わせ直動回転スケール２３０ａが回転および直動すると、直動回転検出器１３０ａは角度θと位置Ｘを得ることができる。
このような構成において、本発明ではθ目盛２３１のＸ方向長さＬθと可動子２００の移動動作範囲ＬＳは式１の関係となる。
Ｌθ ≧ ＬＳ（１）
また、Ｘ目盛２３２のθ方向開角βθと可動子２００の回転動作範囲βＳは式２および式３の関係となる。
βＳ＜３６０（度）の場合、 βＳ ≦ βθ ＜ ３６０（度） （２）
βＳ≧３６０（度）の場合、 βθ＝ ３６０（度） （３）
としている。実施例１における動作範囲は、従来技術で示したものと同じであるため、回転動作範囲がβＳ＝３６０度、移動動作範囲がＬＳ＝２γである。従って、θ目盛２３１のＸ方向長さＬθとＸ目盛２３２のθ方向開角βθは式４および式５に設定されている。
Ｌθ ≧ ２γ （４）
βθ ＝ ３６０ （度） （５）
次にθＸ検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θＸスケール２３０のθ目盛２３１とＸ目盛２３２は、ステンレス製円筒の表面に刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム１３３に配置されたθ検出部１３１とＸ検出部１３２は、レーザー光を照射し反射光を読み取る光学式検出器である。θＸスケール２３０のθ方向スリットとＸ方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部１３１とＸ検出部１３２が回転角度および移動位置として検出する。
【００３２】
このように構成された直動回転アクチュエータは、円筒状に回転目盛と直動目盛を形成した直動回転スケールにより、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。また、精密に刻まれた凹凸の目盛を光学式手段により検出するので、高精度な角度と位置を検出することができ、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。
【００３３】
＜実施例８＞
次に第８の実施例について説明する。図１１は実施例８を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例８が実施例７と異なる点は、直動回転スケール２３０ｂをＮ極とＳ極が一定間隔に磁化された永久磁石により構成し、直動回転検出器１３０ｂに磁気式検出手段を設けた点である。回転目盛２３１ｂの永久磁石の表面には、θ方向にＮ極とＳ極の磁極が一定間隔に磁化されており、直動目盛２３２ｂの永久磁石の表面にはＸ方向にＮ極とＳ極の磁極が一定間隔に磁化されている。この磁極の強弱と極性を磁気式検出手段によって検出する。
【００３４】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高い磁気式による検出手段を用いているため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
【００３５】
＜実施例９＞
次に第９の実施例について説明する。図１２は実施例９を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例９が実施例７、８と異なる点は、直動回転スケール２３０ｃを凹凸にかたどられた軟磁性材により構成し、直動回転検出器１３０ｃに励磁巻線と検出巻線を有するいわゆるレゾルバの原理で検出する手段を設けた点である。回転目盛２３１ｃの表面はθ方向に凹凸が一定間隔に設けられており、直動目盛２３２ｃの表面はＸ方向に凹凸が一定間隔に設けられている。この凹凸によりできるギャップ長の変化をインダクタンス変化として検出する。
【００３６】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７、８同様、可動子が回転動作や直動動作をしたとしても、角度θと位置Ｘを検出することができる。その結果、実際の角度θや位置Ｘの値を用いた速度および位置フィードバック制御により、可動子の精密な回転動作と直動動作を簡素な機構で実現することができる。また、回転目盛や直動目盛が円筒状の直動回転スケールの全周にわたって施されているので、可動子の多回転の検出が可能である。さらに、光学式よりも耐熱性の高いレゾルバ式による検出手段のため、周囲温度が高い用途でも使用することができる。
【００３７】
＜実施例１０＞
次に第１０の実施例について説明する。図１３は実施例１０を示す直動回転検出器と直動回転スケールの斜視図である。実施例１０が実施例７〜９と異なる点は、直動回転スケール２３０ｄの回転目盛２３１ｄと直動目盛２３２ｄを半周内に施し、回転目盛２３１ｄと直動目盛２３２ｄを直動方向に並列に配置させた点である。
【００３８】
このように構成された直動回転アクチュエータは、実施例７〜９と異なり、回転動作が半周内に制約される用途において、直動回転スケールを短小化させ、直動回転アクチュエータを小形化できる。
【００３９】
＜実施例１１＞
次に本発明の実施例１１について説明する。図１４は、実施例１１のθＸ検出器とθＸスケールの斜視図である。実施例１１が実施例７から１０と異なる点は、θ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅを格子状に交差させた点である。また、θ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅは、交差させたθ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅの位置に合わせ、θ方向にずらして配置させている。
次にθＸ検出器の回転角度および移動位置の検出原理について説明する。θＸスケール２３０ｅのθ目盛２３１ｅとＸ目盛２３２ｅは、ステンレス製円筒の表面に格子状に交差して刻まれたスリットにより構成されている。一方、検出器フレーム１３３ｅに配置されたθ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅは、レーザー光を照射して反射光を読み取る光学式検出器であるが、格子状に交差したスリットを検出できるように、三角格子光学系等の回折干渉現象を利用したものとなっている。θＸスケール２３０ｅのθ方向スリットとＸ方向スリットの有無の差が、反射光の差として現れ、その差をθ検出部１３１ｅとＸ検出部１３２ｅが回転角度および移動位置として検出する。
【００４０】
このような構成により、実施例７で記載したように、実際の回転角度や移動位置の値は、図示しないコントローラへ入力され、速度および位置フィードバック制御が行われ、可動子の精密な回転動作と移動動作を簡素な機構で実現することができる。また、θＸスケールがθ目盛とＸ目盛を一体化した構成にしたことで、θＸスケールの長さを短くでき、直動回転アクチュエータを小形化することができる。
【００４１】
なお、実施例１〜６では、Ｘ方向の磁極数を２として構成したが、同様の界磁構造を直動方向に並べて構成することで２以上の磁極数で構成しても良い。また、実施例５、６では、磁極表面が永久磁石となるように構成したが、実施例２〜４と同様に、鉄心を設けその内部に永久磁石を埋め込む構造としたり、鉄心の間に永久磁石を挟み込む構造としても良い。また、円筒磁石、単極円筒磁石、多極円筒磁石は一体に成形された永久磁石で説明したが、ブロック磁石をつないで構成しても良い。また、磁極を形成するのに永久磁石を用いて説明したが、鉄心歯で構成するようにしても良い。また、実施例７〜１１では、界磁と直動回転スケールを可動子、電機子巻線と直動回転検出器を固定子に配置する構成で示したが、その逆であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、１つのアクチュエータで、大きなトルクと推力を発生し、精密な回転動作と直動動作を実現する直動回転アクチュエータを提供することができる。よって、直動と回転の２自由度動作が要求されるチップマウンタ装置のマウンタヘッドや各種検査装置の検査ヘッドなどの用途に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００ 固定子
１０１ モータフレーム
１０２ 電機子コア
１０３、１０４ θ電機子巻線、Ｘ電機子巻線
１０３ａ、１０４ａ 俵形コイル、リング形コイル
１０５ モータ端子
１０６ スライドロータリーブッシュ
１０７、１０８ Ｌ側ブラケット、反Ｌ側ブラケット
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ 直動回転検出器
１３１、１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ 回転検出部
１３２、１３２ａ、１３２ｂ、１３２ｃ、１３２ｄ、１３２ｅ 直動検出部
１３３ 検出器フレーム
１３４ 検出器端子
２００ 可動子
２０１ 出力軸
２０２ 界磁部
２０３ 界磁ヨーク
２３０、２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ 直動回転スケール
２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ、２３１ｄ、２３１ｅ 回転目盛
２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ、２３２ｄ、２３２ｅ 直動目盛
２１１ａ、２１２ａ、２１３ａ、２１４ａ 複Ｎ極円筒部
２１１ｂ、２１２ｂ、２１３ｂ、２１４ｂ 複Ｓ極円筒部
２１５ａ、２１６ａ 単Ｎ極円筒部
２１５ｂ、２１６ｂ 単Ｓ極円筒部
２１５ｃ、２１６ｃ 多極円筒部
２５０ａ、２５０ｂ、２５１ａ、２５１ｂ、２５２ａ、２５２ｂ ブロック磁石
２５１ｃ、２５２ｃ、２５３ｃ、２５４ｃ、２５６ｄ Ｘ磁石
２５４ａ、２５４ｂ、２５５ａ、２５５ｂ、２５６ａ、２５６ｂ 単極円筒磁石
２５５ｃ、２５６ｃ 多極円筒磁石
２６２ａ、２６２ｂ 円筒鉄心
２６３ａ、２６３ｂ、２６４ａ、２６４ｂ クローポール鉄心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部と、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部を備え、
前記複Ｎ極円筒部のＮ極と前記複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部を配置するとともに、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
【請求項２】
前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項３】
前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項４】
界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、Ｎ極のみを磁極表面に有する単Ｎ極円筒部と、Ｓ極のみを磁極表面に有する円筒部と、Ｎ極とＳ極の両方を磁極表面に有する単Ｓ極円筒部を備え、
前記単Ｎ極円筒部のＮ極と前記単Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のＮ極とＳ極の磁極間隔をθ方向にλとしたことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
【請求項５】
前記単Ｎ極円筒部と前記単Ｓ極円筒部の間に、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする請求項４記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項６】
前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項４または５記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項７】
前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項４または５記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項８】
前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８記載の直動回転アクチュエータと、
前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステム。
【請求項１】
界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、複数のＮ極を磁極表面に有する複Ｎ極円筒部と、複数のＳ極を磁極表面に有する複Ｓ極円筒部を備え、
前記複Ｎ極円筒部のＮ極と前記複Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγ、θ方向にλとなるように前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部を配置するとともに、前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の間にＸ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
【請求項２】
前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項１記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項３】
前記複Ｎ極円筒部と前記複Ｓ極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項１記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項４】
界磁とする永久磁石もしくは鉄心歯を備えた可動子と、回転θ方向に極ピッチλの回転磁界を発生するθ電機子巻線と直動Ｘ方向に極ピッチγの進行磁界を発生するＸ電機子巻線を備えた固定子とで構成されるとともに、前記θ電機子巻線と前記Ｘ電機子巻線に電流を通電し、θ方向にトルク、Ｘ方向に推力を発生させて前記可動子の回転動作と直動動作を行う直動回転アクチュエータであって、
前記可動子の界磁に、Ｎ極のみを磁極表面に有する単Ｎ極円筒部と、Ｓ極のみを磁極表面に有する円筒部と、Ｎ極とＳ極の両方を磁極表面に有する単Ｓ極円筒部を備え、
前記単Ｎ極円筒部のＮ極と前記単Ｓ極円筒部のＳ極の磁極間隔がＸ方向にγとなるように配置するとともに、前記多極円筒部のＮ極とＳ極の磁極間隔をθ方向にλとしたことを特徴とする直動回転アクチュエータ。
【請求項５】
前記単Ｎ極円筒部と前記単Ｓ極円筒部の間に、Ｘ方向を磁化方向とする永久磁石を配置したことを特徴とする請求項４記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項６】
前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に永久磁石を配置したことを特徴とする請求項４または５記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項７】
前記単Ｎ極円筒部、前記単Ｓ極円筒部、前記多極円筒部の表面に軟磁性材の鉄心を設け、前記鉄心に永久磁石を埋め込んだことを特徴とする請求項４または５記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項８】
前記可動子または前記固定子の少なくともいずれかの一端に、回転方向と直動方向に一定間隔に設けた回転目盛と直動目盛を有する円筒状の直動回転スケールと、前記固定子または前記可動子のいずれかの一端に、前記回転目盛と前記直動目盛から前記可動子の回転角度と移動位置を検出する直動回転検出器を対向するように備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の直動回転アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８記載の直動回転アクチュエータと、
前記直動回転検出器により検出した回転角度と移動位置をもとに、前記可動子の回転位置と移動位置を制御するコントローラと、を備えた直動回転アクチュエータシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−８５５２７（Ｐ２０１２−８５５２７Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６９０６８（Ｐ２０１１−２６９０６８）
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【分割の表示】特願２００６−２７８５８３（Ｐ２００６−２７８５８３）の分割
【原出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【分割の表示】特願２００６−２７８５８３（Ｐ２００６−２７８５８３）の分割
【原出願日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【出願人】（０００００６６２２）株式会社安川電機 (2,482)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]