專利名稱：直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使工具等移動體向Z軸方向做直線運(yùn)動、且繞Z軸的Θ方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器。
背景技術(shù)：
工業(yè)用機(jī)器人中，有時(shí)裝入使移動體沿Z軸方向移動，且使其繞Z軸沿θ方向旋轉(zhuǎn)的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器。例如，芯片底架的頭軸要求使吸附電子器件的吸附盤、工具等移動體沿Z軸方向進(jìn)行直線運(yùn)動、且繞Z軸旋轉(zhuǎn)。移動體向Z軸方向的直線運(yùn)動需要在印制電路板的表面安裝電子器件，移動體向θ方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動需要對電子器件的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行定位。作為可進(jìn)行直線運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，專利文獻(xiàn)1中公開有一種將直線脈沖電動機(jī)和旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)在軸線方向結(jié)合的線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型脈沖電動機(jī)。該線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型脈沖電動機(jī)中，將旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)的轉(zhuǎn)子制成中空軸，在該中空軸內(nèi)配置帶止轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的花鍵軸承。線性脈沖電動機(jī)的動子(移動件)軸滑動自如地貫通花鍵軸承內(nèi)，線性脈沖電動機(jī)使動子軸在Z軸方向進(jìn)行直線運(yùn)動。旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向的輸出經(jīng)由花鍵軸承向動子軸傳遞。動子軸通過旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)在θ方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。該線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型脈沖電動機(jī)中，由于采用動子軸的梳齒和定子的梳齒對置的線性步進(jìn)電動機(jī)，所以不需要對減小動子軸和定子的空隙的一定的值進(jìn)行管理。為使動子軸和定子之間的空隙的管理容易，專利文獻(xiàn)2中公開有代替線性脈沖電動機(jī)采用線性同步電動機(jī)的線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型電動機(jī)。該線性同步電動機(jī)具備具有在軸線方向上磁化的一個(gè)以上的永久磁鐵的動子軸、包圍動子軸且由在軸線方向上層疊的多個(gè)線圈構(gòu)成的定子。在線性同步電動機(jī)的軸線方向的一端部結(jié)合旋轉(zhuǎn)電動機(jī)。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由滑動軸承向動子軸傳遞。以可以向動子軸傳遞旋轉(zhuǎn)的方式將滑動軸承的導(dǎo)向孔形成為剖面四角形。專利文獻(xiàn)1 日本特開平8-237931號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2006-311715號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，專利文獻(xiàn)1中記載的線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型脈沖電動機(jī)中，在動子軸的半徑方向?qū)盈B花鍵軸承、旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)的轉(zhuǎn)子、旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)的定子，因此，存在導(dǎo)致直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的半徑方向的尺寸大型化的問題。專利文獻(xiàn)2中記載的線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型電動機(jī)中，結(jié)構(gòu)部件的設(shè)計(jì)從接近移動體的一側(cè)依次為線性同步電動機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳遞用的滑動軸承、旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)。在最接近移動體的位置配置線性同步電動機(jī)，接近動子軸的移動體的一側(cè)的端部被線性同步電動機(jī)的套筒支承。但是，線性同步電動機(jī)的套筒由于允許動子軸的直線運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，所以在套筒和動子軸之間空出極小的空隙。由于移動體在動子軸的前端動作，所以對動子軸作用來自移動體的載荷及力矩。當(dāng)在套筒和動子軸之間空出空隙時(shí)，動子軸以及安裝于動子軸的移動體引起錯(cuò)位，不能承受對動子軸作用的載荷及力矩。本發(fā)明的目的在于，提供一種實(shí)現(xiàn)半徑方向的尺寸的小型化且能夠承受來自移動體的載荷及力矩的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器。但是，在專利文獻(xiàn)1及專利文獻(xiàn)2中記載的線性-旋轉(zhuǎn)復(fù)合型電動機(jī)中，為使動子軸旋轉(zhuǎn)而使用旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)。該旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)被開路控制，使動子軸旋轉(zhuǎn)與賦予的脈沖數(shù)成比例的一定角度。但是，開路控制的旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)存在難以進(jìn)行脫調(diào)、振動、高速旋轉(zhuǎn)的問題。因此，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠通過閉環(huán)控制來控制動子軸的旋轉(zhuǎn)角度的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器。為解決上述課題，本發(fā)明一方面提供一種直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于，具備花鍵軸，其具有沿軸線方向延伸的滾動體滾道部；中空的轉(zhuǎn)子，其包圍所述花鍵軸 ’旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子，其形成收容所述轉(zhuǎn)子的空間，并且使所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)；花鍵螺母，其與所述轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述花鍵軸，并且允許所述花鍵軸在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動；線性電動機(jī)的動子軸，其與所述花鍵軸連接；線性電動機(jī)的定子，其使所述線性電動機(jī)的動子軸在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動，所述花鍵螺母具有包括與所述花鍵軸的所述滾動體滾道部對置的負(fù)荷滾動體滾道部的滾動體循環(huán)路徑、在該滾動體循環(huán)路徑上排列的多個(gè)滾動體，其中，從所述花鍵軸及所述動子軸的一端部沿軸線方向依次配置所述花鍵螺母、所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子、所述線性電動機(jī)的定子。為解決所述本發(fā)明另一目的，本發(fā)明其它方面提供一種直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)，其特征在于，具備軸部件，其能夠在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動，且能夠繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；中空的轉(zhuǎn)子，其包圍所述軸部件；旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子，其形成收容所述轉(zhuǎn)子的空間， 并且使所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)；直動軸承，其與所述轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述軸部件，并且允許所述軸部件進(jìn)行直線運(yùn)動；線性電動機(jī)，其使所述軸部件在所述軸線方向上移動；角度測定裝置，其測定所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度；旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器，其控制所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，使所述角度測定裝置測定的所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與指令值一致，通過控制所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，控制所述軸部件的旋轉(zhuǎn)角度。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的一方面，構(gòu)成直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的結(jié)構(gòu)部件從接近移動體的一側(cè)按順序?yàn)檗D(zhuǎn)矩傳遞用的花鍵螺母、旋轉(zhuǎn)電動機(jī)、線性電動機(jī)，由于在最接近移動體的位置配置花鍵螺母，所以可以負(fù)荷對移動體作用的載荷及力矩。另外，由于從旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子向軸線方向錯(cuò)開位置配置花鍵螺母，因此，可以將直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的半徑方向的尺寸小型化。另外，在花鍵螺母的附近配置旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，在旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的附近配置線性電動機(jī)，因此，容易使旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子與花鍵螺母一同旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明其它方面，設(shè)置測定中空的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的角度測定裝置，且控制不能在軸線方向移動的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，由此控制在軸線方向上移動的軸部件的旋轉(zhuǎn)角度，因此，容易進(jìn)行軸部件的旋轉(zhuǎn)角度的控制。與之相對，假如直接通過角度測定裝置測定軸部件的旋轉(zhuǎn)角度，則軸部件不僅進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而且在軸線方向也進(jìn)行直線運(yùn)動，因此，產(chǎn)生需要覆蓋軸部件的軸線方向的移動范圍的細(xì)長的角度測定裝置。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的立體圖；圖2是線性電動機(jī)的立體圖(包含一部分剖面)；圖3是表示被線圈支架保持的線圈單元的立體圖；圖4是表示線性電動機(jī)的工作原理的圖；圖5是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的立體圖；圖6是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的剖面圖；圖7是拆下了殼體的狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的立體圖；圖8是表示花鍵螺母的立體圖(包含一部分剖面)；圖9是第一筒狀部件的立體圖；圖10是第二筒狀部件的立體圖；圖11是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的永久磁鐵及線圈的側(cè)視圖；圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的立體圖；圖13是圖12的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的剖面圖；圖14是圖13的XVI部放大圖；圖15是軸承固定部的詳細(xì)圖；圖16是嵌合部的立體圖；圖17是表示擰入兩個(gè)花鍵螺母而組裝于花鍵軸的狀態(tài)的立體圖；圖18是本發(fā)明一實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖19是旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的控制系統(tǒng)的塊圖；圖20是表示磁傳感器和轉(zhuǎn)子的位置關(guān)系的圖；圖21是表示磁傳感器的原理的立體圖；圖22是表示磁場的方向的角度θ和磁傳感器的電阻值的關(guān)系的圖表；圖23是表示在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁場和磁傳感器的位置關(guān)系的圖；圖M是表示磁傳感器檢測的磁向量的方向和輸出電壓的關(guān)系的圖表；圖25是表示二組全橋結(jié)構(gòu)的磁傳感器的圖(圖中(A)是表示磁傳感器的強(qiáng)磁性薄膜金屬的形狀的俯視圖、圖中(B)為等效電路圖)；圖沈是表示從磁傳感器輸出的正弦波狀信號及余弦波狀信號的圖表；圖27是表示轉(zhuǎn)子和磁傳感器的位置關(guān)系及磁傳感器的輸出信號的概念圖；圖觀是表示通過正弦波及余弦波描繪的李薩如圖形的圖；圖四是位置檢測電路的結(jié)構(gòu)圖；圖30是查表存儲器的存儲器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式基于附圖對本發(fā)明第一實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1是表示直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的立體圖。該直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器為可進(jìn)行直線驅(qū)動和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的復(fù)合致動器，將線性電動機(jī)1和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2在軸線方向上結(jié)合。在直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的殼體Iada上沿軸線方向可直線運(yùn)動且可繞軸線旋轉(zhuǎn)地支承軸部件3。軸部件 3為將作為線性電動機(jī)1的動子軸的桿5和花鍵軸4在軸線方向上連接而成的。線性電動機(jī)1使軸部件3做直線運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2使軸部件3做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。軸部件3的長度方向的一端部3a從殼體露出。在該軸部件3的一端部3a安裝吸附盤、工具等移動體。直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器可以僅通過一軸使用，為提高作業(yè)效率，也可以在將多軸、即多個(gè)直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器以軸部件3平行的方式組合的狀態(tài)下使用。圖2是表示線性電動機(jī)1的立體圖(包含一部分剖面)。如圖2所示，線性電動機(jī) 1為具備下述部件的線性同步電動機(jī)1，即，具備以在軸線方向交替形成N極及S極的方式排列多個(gè)永久磁鐵6的作為動子軸的桿5、包圍桿5且在桿5的軸線方向上層疊的作為定子的多個(gè)線圈12、收容多個(gè)線圈12的殼體la。線圈12為三個(gè)，為由U、V、W相構(gòu)成的一組三相線圈12。通過在永久磁鐵6產(chǎn)生的磁場和流過三相線圈12的三相交流電流產(chǎn)生用于使桿5進(jìn)行直線運(yùn)動的推力。線性電動機(jī)1的桿5在桿5的軸線方向上可移動地支承于殼體la。線圈單元被線圈保持架7保持。線圈單元及線圈保持架7被收容于殼體Ia內(nèi)。桿5例如由不銹鋼等非磁性材料構(gòu)成，具有中空空間。在桿5的中空空間內(nèi)，以圓柱狀的多個(gè)永久磁鐵6彼此同極對置的方式，即以N極和N極與S極和S極對置的方式層疊。在永久磁鐵6之間夾設(shè)有例如由鐵等磁性體構(gòu)成的極靴9。線圈12為將銅線卷繞成環(huán)狀而成的線圈，被線圈保持架7保持。圖3表示線圈12 及保持線圈12的線圈保持架7的詳細(xì)圖。線圈保持架7為樹脂的射出成形件，由沿線圈12 的排列方向細(xì)長地延伸的板狀的保持架主體部7a和從保持架主體部7a垂下的薄壁的多個(gè)襯墊部7b構(gòu)成。由于需要將鄰接的線圈12彼此絕緣，所以在線圈12間夾設(shè)樹脂制的襯墊部7b作為絕緣材料。襯墊部7b與線圈12的正面形狀相同地形成為圓環(huán)形狀。在保持架主體部7a的上表面安裝印制電路板8。在保持架主體部7a的側(cè)面設(shè)置進(jìn)行射出成形時(shí)用于將線圈保持架7固定于模具上的突起7c(參照圖3)。通過射出成形時(shí)的壓力，防止線圈保持架7錯(cuò)位。為將引線1 導(dǎo)入印制電路板8的通孔(圖3中表示在通孔焊接了線圈12 的引線1 的狀態(tài))，在保持架主體部7a上，在與印制電路板8的通孔相同的位置開設(shè)多個(gè)配線用孔。該實(shí)施方式中，將線圈12及線圈保持架7置于射出成形的模具中，通過使溶融的樹脂或特殊陶瓷流入模具內(nèi)的鑲嵌成形，形成殼體la。將成形件從模具取出后，成為線圈 12的周圍被殼體Ia覆蓋的狀態(tài)。通過利用鑲嵌成形形成殼體la，具有可減薄殼體Ia的壁厚的優(yōu)點(diǎn)。在殼體Ia上，作為用于將線性電動機(jī)1安裝于例如芯片底架的頭上的安裝部而后續(xù)加工螺紋孔Ib (參照圖2)。另外，在殼體Ia上開設(shè)有插入用于殼體Ia對頭進(jìn)行定位的銷的定位孔lc。由于需要確保與線圈12的絕緣，所以殼體Ia的材料使用絕緣性高的樹脂。在殼體Ia上為提高散熱性而形成散熱片Id。桿5為在線性電動機(jī)1動作中在線圈12內(nèi)浮起的狀態(tài)。為了引導(dǎo)桿5的直線運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在桿5的軸線方向的殼體Ia的兩端部設(shè)置作為滑動軸承的樹脂制的套筒10。 套筒10和桿5之間的空隙被設(shè)定為比線圈12和桿5之間的空隙小。套筒10具有防止線圈12和桿5接觸的作用。套筒10被安裝于在殼體Ia的兩端一體成形的邊緣部件11上。 通過使用線性同步電動機(jī)作為線性電動機(jī)，容易進(jìn)行線圈12和桿5之間的空隙的管理。因此，也不需要將直動軸承和旋轉(zhuǎn)軸承組合，可通過套筒10引導(dǎo)桿5的直線運(yùn)動及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 通過設(shè)置一對套筒10，即使在行程長的情況下，也能夠消除永久磁鐵6的吸引導(dǎo)致的桿5的撓曲。另外，在該實(shí)施方式中，在殼體Ia的兩端部設(shè)有套筒10，但由于在接近移動體的一側(cè)配置花鍵螺母14，所以也可以省略接近旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的一側(cè)的套筒10。圖4是表示線性電動機(jī)1的工作原理的概念圖。在桿5的周圍層疊包圍桿5的多個(gè)線圈12。線圈12為三個(gè)由U、V、W相構(gòu)成的一組三相線圈。將三相線圈12組合多個(gè)而構(gòu)成線圈單元。當(dāng)在三相線圈12中流過每隔120°相位不同的三相交流電流時(shí)，產(chǎn)生在線圈12的軸線方向上移動的移動磁場。桿5通過移動磁場得到推力，以與移動磁場的速度相同的速度相對于線圈12進(jìn)行直線運(yùn)動。圖5是表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的立體圖。在旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的殼體加可旋轉(zhuǎn)地收納花鍵軸4?；ㄦI軸4的端部以使彼此的軸線相一致的狀態(tài)與桿5的端部結(jié)合?；ㄦI軸4通過桿5被在軸線方向上驅(qū)動，通過旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。圖6是表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的剖面圖，圖7是表示從殼體加取出的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的立體圖。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的殼體加與線性電動機(jī)1的殼體Ia結(jié)合。如圖6所示，在殼體加內(nèi)可旋轉(zhuǎn)且可直線運(yùn)動地收容花鍵軸4。在花鍵軸4的一端部如(圖6中左側(cè))與線性電動機(jī)1的桿5連接，在另一端部4b (圖6中右側(cè))安裝移動體?；ㄦI軸4可以通過螺絲等接合裝置與桿5接合，也可以與桿5形成一體。在花鍵軸4的外周面形成沿軸線方向延伸的滾珠滾道槽，在花鍵軸4上組裝引導(dǎo)花鍵軸4進(jìn)行直線運(yùn)動的花鍵螺母14 (參照圖8)。 花鍵螺母14被收容于筒狀的轉(zhuǎn)子16內(nèi)，與轉(zhuǎn)子16 —同旋轉(zhuǎn)。在殼體加上安裝形成收容轉(zhuǎn)子16的空間的定子35。在轉(zhuǎn)子16的軸線方向的兩端部和殼體加之間安裝引導(dǎo)轉(zhuǎn)子16 繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的一對軸承31。轉(zhuǎn)子16包括通過旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的定子35驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的主體部16c、與主體部連結(jié)且收容花鍵螺母14的軸線方向的一端部的花鍵螺母一端部收容部16b、收容花鍵螺母14的移動體側(cè)的軸線方向的另一端部的花鍵螺母另一端部收容部16a。在本實(shí)施方式中，主體部 16c和花鍵螺母一端部收容部16b為一體?；ㄦI螺母另一端部收容部16a防止花鍵螺母14 從花鍵螺母一端部收容部16b脫落。在花鍵螺母另一端部收容部16a和花鍵螺母一端部收容部16b之間，在軸線方向上空出空隙。在轉(zhuǎn)子16的主體部16c的外周面，以N極及S極的磁極沿周向交替形成的方式粘貼多個(gè)永久磁鐵22。安裝于殼體加的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的定子35由與永久磁鐵22對置的三相線圈21和筒狀的磁軛21構(gòu)成。當(dāng)在三相線圈21中流過三相交流電流時(shí)，轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)時(shí)，花鍵螺母14與轉(zhuǎn)子16 —同旋轉(zhuǎn)?；ㄦI螺母14旋轉(zhuǎn)時(shí)，組裝于花鍵螺母14的花鍵軸 4旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的殼體加通過將收容花鍵螺母14的螺母殼體2al和收容旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的電動機(jī)殼體2a2在軸線方向上結(jié)合而成。螺母殼體2al形成為圓筒形狀，在軸線方向的兩端部具有凸緣23。在螺母殼體2al的中央的小徑部收容花鍵螺母14。另一方面，電動機(jī)殼體2a2形成為中空的筒形狀。在電動機(jī)殼體加2的內(nèi)側(cè)固定旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的定子35。圖8表示與花鍵軸4卡合的花鍵螺母14。在花鍵軸4的外周面形成作為沿長度方向延伸的滾動體滾道部的多個(gè)滾珠滾道槽如。在花鍵螺母14的內(nèi)周面形成與花鍵軸4 的多條滾珠滾道槽如對置的多條負(fù)荷滾珠滾道槽14c。花鍵軸4由中實(shí)或中空圓棒構(gòu)成。花鍵軸4的外周面的滾珠滾道槽如的剖面形狀形成為比滾珠25的曲率大若干的圓弧槽形狀?；ㄦI軸4的材質(zhì)優(yōu)選使用軸承鋼、碳素工具鋼等適合淬火的材質(zhì)。通過在花鍵軸4的外周面形成滾珠滾道槽4a，例如即使在花鍵軸4的前端的工具作用與花鍵軸4的軸線正交的方向的載荷、或作用繞軸線的力矩載荷的情況下，也能夠承受這些載荷。另外，可將對花鍵螺母14作用的轉(zhuǎn)矩向花鍵軸4傳遞。另外，可提高花鍵軸 4的導(dǎo)向精度，能夠?qū)σ苿芋w正確地進(jìn)行定位。夾設(shè)于花鍵螺母14和花鍵軸4之間的滾珠25與通常的軸承使用的滾動體相同為鋼制?；ㄦI螺母14形成為中空的筒體。在花鍵螺母14的內(nèi)徑形成沿軸線方向延伸的負(fù)荷滾珠滾道槽14c?；ㄦI螺母14的材質(zhì)優(yōu)選使用軸承鋼、炭素工具鋼等適合淬火的材質(zhì)。在花鍵螺母14中裝入保持器26。在保持器沈上形成多個(gè)滾珠循環(huán)路徑27作為與花鍵螺母 14的負(fù)荷滾珠滾道槽Hc的條數(shù)吻合的條數(shù)的滾動體循環(huán)路徑。滾珠循環(huán)路徑27通過沿著花鍵螺母14的負(fù)荷滾珠滾道槽14c的負(fù)荷滾珠滾道27a、與負(fù)荷滾珠滾道27a平行延伸的滾珠返回通路27b、將負(fù)荷滾珠滾道27a的一端和滾珠返回通路27b的一端連接的圓弧形狀的方向轉(zhuǎn)換路27c構(gòu)成為環(huán)形狀。滾珠25邊與花鍵螺母14的負(fù)荷滾珠滾道槽Hc及花鍵軸4的滾珠滾道槽如接觸邊進(jìn)行滾動運(yùn)動，在滾珠循環(huán)路徑27循環(huán)。保持器沈可循環(huán)地保持在滾珠循環(huán)路徑27排列、收容的滾珠列，在將花鍵螺母14從花鍵軸4卸下時(shí)，防止?jié)L珠25脫落。該保持器沈通過擋圈四固定于花鍵螺母14的規(guī)定位置。圖9是表示花鍵螺母另一端部收容部16a的立體圖。花鍵螺母另一端部收容部 16a具有直徑不同的大徑部16al及小徑部16a2。在花鍵螺母另一端部收容部16a的大徑部16al的內(nèi)側(cè)收容花鍵螺母14的軸線方向的另一端部14a?；ㄦI螺母另一端部收容部 16a和花鍵螺母14通過緊固或粘合形成為一體。在花鍵螺母另一端部收容部16a的小徑部 16a2的外側(cè)嵌入有軸承31 (參照圖7)。如圖6所示，軸承31具備外圈31a、內(nèi)圈31b及可滾動運(yùn)動地夾設(shè)于它們之間的滾珠31c。該軸承31可旋轉(zhuǎn)地支承花鍵螺母另一端部收容部 16a。軸承31例如使用深溝球軸承。軸承31在嵌入螺母殼體的凸緣23后，通過蓋部件34固定于螺母殼體2al上。代替蓋部件34也可以通過擋圈將軸承31固定于螺母殼體 2al 上。圖10是表示轉(zhuǎn)子16的主體部16c及花鍵螺母一端部收容部16b的立體圖。主體部16c形成為比花鍵螺母一端部收容部16b小徑。在花鍵螺母一端部收容部16b的內(nèi)側(cè)收容花鍵螺母14的軸線方向的一端部14b (參照圖6)。花鍵螺母一端部收容部16b和花鍵螺母14通過緊固或粘合形成為一體。如圖7所示，在主體部16c的外周面沿周向粘貼多個(gè)永久磁鐵22。沿周向排列的多個(gè)線圈21與該永久磁鐵22對置。在主體部16c的軸線方向的另一端部嵌入軸承31。軸承31為與支承花鍵螺母另一端部收容部16a的軸承31相同的結(jié)構(gòu)。如圖6所示，軸承31在嵌入電動機(jī)殼體2a2的一端部后，通過蓋部件33固定于電動機(jī)殼體2a2上。代替蓋部件33也可以通過擋圈固定軸承。圖11表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的多個(gè)永久磁鐵22及與多個(gè)永久磁鐵22對置的多個(gè)線圈21。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2為多個(gè)線圈21與多個(gè)永久磁鐵22對置的旋轉(zhuǎn)同步電動機(jī)。通過使用旋轉(zhuǎn)同步電動機(jī)，相比使用需要梳齒的步進(jìn)電動機(jī)的情況，可以減小半徑方向的尺寸，另外空隙的管理也變得容易。各永久磁鐵22形成為細(xì)長的板狀。各永久磁鐵22在半徑方向上著磁，即外周面?zhèn)仍贜極及S極的一方著磁，內(nèi)周面?zhèn)仍贜極及S極的另一方著磁。多個(gè)永久磁鐵22在周向上以N極及S極交替形成的方式排列。圓筒狀排列的永久磁鐵22被由鐵等磁性材料料構(gòu)成的筒狀的磁軛32包圍。在磁軛32上形成向半徑方向的內(nèi)側(cè)突出的磁芯 32a(參照圖7)。磁芯3 沿磁軛32的軸線方向細(xì)長地延伸。在磁芯3 上卷繞線圈21。 線圈21為將銅線卷繞成環(huán)狀而成的線圈，且形成為長方形的框狀。線圈21為由3個(gè)一組的U、V、W相構(gòu)成的三相線圈21。該實(shí)施方式中，線圈21的個(gè)數(shù)為六個(gè)，構(gòu)成二組三相線圈 21。當(dāng)三相線圈21中流過三相交流電流時(shí)，在圓筒狀排列的永久磁鐵22的周向上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。安裝永久磁鐵22的轉(zhuǎn)子16通過旋轉(zhuǎn)磁場而得到轉(zhuǎn)矩，繞其軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子16上排列的多個(gè)永久磁鐵22為產(chǎn)生用于使轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動用的永久磁鐵22。如圖11所示，測定轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度的磁傳感器51檢測驅(qū)動用的永久磁鐵 22的軸線方向的端部產(chǎn)生的磁場。對于磁傳感器51的特性后述。安裝于基板的磁傳感器 51在收納于箱形狀的收納容器42后，其周圍由填充劑埋沒。如圖5所示，收納容器42通過螺紋緊固而固定于殼體加上。磁傳感器51具有溫度特性，根據(jù)溫度變化而輸出發(fā)生變化。為降低從線圈21產(chǎn)生的熱的影響，收納容器42及填充劑使用熱傳導(dǎo)率比殼體加低的材料。例如，殼體使用環(huán)氧系的樹脂，收納容器42及填充劑使用聚苯硫醚(PPS)。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)施方式，構(gòu)成直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的構(gòu)成部件從接近移動體側(cè)按順序?yàn)檗D(zhuǎn)矩傳遞用的花鍵螺母14、旋轉(zhuǎn)脈沖電動機(jī)2、線性同步電動機(jī)1。由于在最接近移動體的位置配置花鍵螺母14，所以可以負(fù)荷對移動體作用的載荷及力矩，可以對移動體正確地定位。另外，通過由接近移動體的位置的軸承31(參照圖6)支承花鍵螺母14 的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，能夠更可靠地從移動體承受對花鍵軸4作用的載荷及力矩。在花鍵螺母14附近配置旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2，在旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的附近配置線性電動機(jī)1，因此，使與花鍵螺母14成一體的轉(zhuǎn)子16旋轉(zhuǎn)，可使通過花鍵螺母14引導(dǎo)的花鍵軸4沿軸線方向移動。花鍵螺母14配置于花鍵螺母另一端部收容部16a的大徑部16al的內(nèi)側(cè)，軸承配置于花鍵螺母另一端部收容部16a的小徑部16a2的外側(cè)，因此，花鍵螺母14及軸承31不會在半徑方向上層疊。另外，由于花鍵螺母14配置于花鍵螺母一端部收容部16b的內(nèi)側(cè)， 旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2配置于主體部16c的外側(cè)，因此，花鍵螺母14及旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2也不在半徑方向上層疊。因此，可以使直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的半徑方向的尺寸緊湊。另外，僅在組合了旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2及花鍵螺母14的部分的兩端部配置一對軸承31， 通過將轉(zhuǎn)子16等分為主體部16c及花鍵螺母一端部收容部16b側(cè)和花鍵螺母另一端部收容部16a側(cè)，可以容易地進(jìn)行旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的組裝。圖12是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的立體圖。與第一實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)相同，在殼體81可旋轉(zhuǎn)運(yùn)動且可直線運(yùn)動地收容花鍵軸82。花鍵軸82的兩端部從殼體81突出。花鍵軸82的一端部82a 與線性電動機(jī)1的桿5連接，花鍵軸82的另一端部82b與移動體連接。殼體81被等分為收容花鍵螺母的螺母殼體83、收容旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子的電動機(jī)殼體84。在螺母殼體83的四角形的凸緣83a的角部通過螺絲將螺母殼體83固定于電動機(jī)殼體84上時(shí)，以可使驅(qū)動器和扳手朝向螺絲筆直地(圖中虛線方向)進(jìn)入的方式形成圓弧形狀避讓部83b。在從旋轉(zhuǎn)電動機(jī)80單體觀察的情況下，花鍵軸82成為旋轉(zhuǎn)電動機(jī)80的旋轉(zhuǎn)軸。 花鍵軸80可以在軸線方向上移動自如，花鍵軸80的直線運(yùn)動通過花鍵螺母引導(dǎo)。圖13是表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)80的剖面圖。該實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)中，在移動體側(cè)(圖13中左側(cè))的花鍵螺母86的基礎(chǔ)上，追加第二花鍵螺母87。第二花鍵螺母87被配置于相比旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子更靠線性電動機(jī)側(cè)(圖13中右側(cè))?；ㄦI螺母86及第二花鍵螺母87被收容于中空的轉(zhuǎn)子88內(nèi)，與轉(zhuǎn)子88 —同旋轉(zhuǎn)。在花鍵螺母86及第二花鍵螺母87 可直線運(yùn)動地組裝有花鍵軸82。在花鍵軸4的外周面，與第一實(shí)施方式的花鍵軸相同地形成向軸線方向伸出的滾珠滾道槽。轉(zhuǎn)子88的旋轉(zhuǎn)經(jīng)由花鍵螺母86及第二花鍵螺母87向花鍵軸82傳遞。在殼體81上安裝旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子92。在轉(zhuǎn)子88的軸線方向的兩端部和殼體之間配置一對軸承93，轉(zhuǎn)子88的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動由一對軸承93導(dǎo)向。轉(zhuǎn)子88由通過旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子92驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的主體部89、收容花鍵螺母86的花鍵螺母收容部91、收容第二花鍵螺母87的第二花鍵螺母收容部90構(gòu)成。在主體部89的外周面，與第一實(shí)施方式的主體部相同，沿周向粘貼多個(gè)永久磁鐵89a。在殼體81上安裝檢測主體部89的旋轉(zhuǎn)角度的磁傳感器
94?；ㄦI螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90與主體部89的軸線方向的兩端部連結(jié)。圖14是表示主體部89和花鍵螺母收容部91 (及第二花鍵螺母87)的嵌合構(gòu)造的詳細(xì)圖。在花鍵螺母收容部91形成組合了半徑不同的兩個(gè)半圓的異形的孔91a，在主體部 89形成與孔91a的大徑的半圓嵌合的半圓狀的突起89b。由于主體部89的突起與花鍵螺母收容部91的孔91a如齒輪那樣嚙合，所以可以將主體部89的旋轉(zhuǎn)傳遞給花鍵螺母收容部91。另外，在主體部89和花鍵螺母收容部91之間具有游隙，使得從主體部89向花鍵螺母收容部91傳遞旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，花鍵螺母收容部91相對于主體部89沿軸線方向移動。當(dāng)然， 對于主體部89和花鍵螺母收容部91的嵌合構(gòu)造，只要可以將主體部89的旋轉(zhuǎn)向花鍵螺母收容部91傳遞且在主體部89和花鍵螺母收容部91之間具有軸線方向的游隙，則不限于上述的異形的孔91a和半圓形的突起89b。主體部89和第二花鍵螺母收容部90也為同一嵌合的構(gòu)造。如圖13所示，花鍵螺母收容部91與主體部89連結(jié)，被等分為收容花鍵螺母86的軸線方向的一端部的花鍵螺母一端部收容部91b、收容花鍵螺母86的軸線方向的另一端部的花鍵螺母另一端部收容部91a。第二花鍵螺母收容部90也與主體部89連結(jié)，被等分為收容第二花鍵螺母87的軸線方向的一端部的第二花鍵螺母一端部收容部90b、收容第二花鍵螺母87的軸線方向的另一端部的第二花鍵螺母另一端部收容部90a?；ㄦI螺母收容部91 及第二花鍵螺母收容部90具有袋狀的大徑部，在該大徑部收容花鍵螺母86及第二花鍵螺母87。在花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90的小徑部的外周面配置一對軸承 93。在組裝旋轉(zhuǎn)電動機(jī)時(shí)，首先，在主體部89的周圍粘貼多個(gè)永久磁鐵89a。其次，將花鍵螺母86由二等分的花鍵螺母收容部91覆蓋，將第二花鍵螺母87由第二花鍵螺母收容部90覆蓋。其次，在主體部89的兩端部連結(jié)花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部 90。其次，在花鍵螺母收容部91及第二花鍵螺母收容部90的外側(cè)嵌入一對軸承93。這樣， 在組裝轉(zhuǎn)子88的狀態(tài)下將轉(zhuǎn)子88插入殼體81內(nèi)。之后，通過在殼體81的兩端部安裝蓋
95、96，完成組裝。在組裝旋轉(zhuǎn)電動機(jī)80時(shí)，軸承93也從殼體81側(cè)進(jìn)行定位，且也從轉(zhuǎn)子88側(cè)進(jìn)行定位。當(dāng)轉(zhuǎn)子88及殼體81產(chǎn)生尺寸誤差時(shí)，尺寸誤差在軸承93上集中，因此，會對軸承93 的滾珠作用壓潰力，阻礙軸承93的圓滑的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本實(shí)施方式，通過將轉(zhuǎn)子88的主體部89和花鍵螺母收容部91 (及第二花鍵螺母收容部90)設(shè)為上述的嵌合構(gòu)造，可以在轉(zhuǎn)子88 側(cè)吸收尺寸誤差，可以與殼體81相一致地正確地定位一對軸承93。另外，在包含線圈的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子92發(fā)熱時(shí)，殼體81側(cè)相比轉(zhuǎn)子88側(cè)成為高熱。鋁制的殼體81的熱膨脹系數(shù)比鋼制的轉(zhuǎn)子88的線膨脹系數(shù)大，殼體81的熱膨脹量比轉(zhuǎn)子88的更大。通過設(shè)為上述的嵌合構(gòu)造，也可以吸收該殼體81的熱膨脹。圖15及圖16表示軸承93的固定部的詳細(xì)圖。轉(zhuǎn)子88與一對軸承93的內(nèi)圈93b 的內(nèi)側(cè)93bl抵接，殼體81與一對軸承93的外圈93a的外側(cè)93al抵接(由虛線圓表示抵接部位)。而且，一對軸承93被夾在轉(zhuǎn)子88和殼體81之間。由此，在因旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子92的熱而殼體81向軸線方向伸出時(shí)，殼體81的抵接部向遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子88的接觸部的方向移動，因此，可防止對軸承93作用將滾珠壓潰的力。根據(jù)本實(shí)施方式，由于夾著旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子92使用兩個(gè)花鍵螺母86、87，所以相比使用一個(gè)花鍵螺母86的情況，可以進(jìn)一步防止花鍵軸82的振動，可以進(jìn)一步提高花鍵軸82的剛性。因此，即使在為使伺服電路的響應(yīng)性良好而提高旋轉(zhuǎn)電動機(jī)及線性電動機(jī)的增益的情況下，也能夠防止花鍵軸82振動，可以實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性高的伺服電路。圖17表示進(jìn)一步提高了花鍵軸82的剛性的例子。該例中，花鍵螺母86及第二花鍵螺母87以相對于花鍵軸82在相互相反方向擰入的狀態(tài)下固定于轉(zhuǎn)子88上。圖中上側(cè)的花鍵螺母86在相對于花鍵軸82給予順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下固定于轉(zhuǎn)子88上，下側(cè)的第二花鍵螺母87在賦予逆時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩的狀態(tài)下固定于轉(zhuǎn)子88上。由于被收容于花鍵螺母86及第二花鍵螺母87的滾珠彼此向相反方向被壓縮，所以可以保持對滾珠賦予予壓的狀態(tài)，可以提高花鍵軸82的周向的剛性。圖18表示本發(fā)明一實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)。該直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)由旋轉(zhuǎn)電動機(jī)控制系統(tǒng)及線性電動機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)控制系統(tǒng)由檢測旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度的磁傳感器51、對磁傳感器51輸出的信號進(jìn)行內(nèi)插處理的作為角度計(jì)算電路的內(nèi)插器52、根據(jù)內(nèi)插器52計(jì)算出的旋轉(zhuǎn)角的信號控制旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56以轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度與指令值一致的方式控制旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2。磁傳感器51和內(nèi)插器52通過編碼電纜58連接，旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的線圈21和旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56的電力轉(zhuǎn)換器通過動力電纜59連接。內(nèi)插器52及旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56被收容于控制盤60。線性電動機(jī)控制系統(tǒng)也相同，由檢測線性電動機(jī)1的桿5的軸線方向的位置的磁傳感器54、內(nèi)插處理磁傳感器M輸出的信號的位置計(jì)算電路55、基于位置計(jì)算電路55計(jì)算出的位置信號控制線性電動機(jī)1的線性電動機(jī)用驅(qū)動器57構(gòu)成。線性電動機(jī)用驅(qū)動器 57以桿5的位置與指令值一致的方式控制線性電動機(jī)1。磁傳感器M和位置計(jì)算電路55 通過編碼電纜61連接。線性電動機(jī)1的線圈12和線性電動機(jī)用驅(qū)動器57的電力轉(zhuǎn)換器通過動力電纜62連接。位置計(jì)算電路55及線性電動機(jī)用驅(qū)動器57被收容于控制盤60。角度測定裝置由檢測直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器的轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度的磁傳感器51、 對磁傳感器51輸出的信號進(jìn)行內(nèi)插處理的內(nèi)插器52構(gòu)成。磁傳感器51檢測轉(zhuǎn)子16的磁場的方向，輸出錯(cuò)位90度相位的正弦波狀及余弦波狀的電壓信號。磁傳感器51輸出的電壓信號被輸出到內(nèi)插器52。內(nèi)插器52根據(jù)正弦波狀及余弦波狀的電壓信號計(jì)算轉(zhuǎn)子16的角度信息。測定線性電動機(jī)1的位置的位置測定裝置與角度測定裝置相同地輸出桿5的位直{η息。圖19是表示旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的控制系統(tǒng)的塊圖。內(nèi)插器52計(jì)算出的角度信息被輸出到旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56的控制器65。在旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56中組裝供給適合控制線性電動機(jī)1的形態(tài)的電力的PWM逆變器(PWM:Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制器)等電力轉(zhuǎn)換器64、及控制電力轉(zhuǎn)換器64的控制器65?？刂破?5根據(jù)來自內(nèi)插器52的信號及來自上位計(jì)算機(jī)等的指令器66的指令控制電力轉(zhuǎn)換器64。具體而言，控制器65以轉(zhuǎn)子 16的旋轉(zhuǎn)角度與指令值一致的方式控制電力轉(zhuǎn)換器64。線性電動機(jī)用驅(qū)動器57的構(gòu)成也與旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器相同。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子16和花鍵軸4經(jīng)由花鍵螺母14連結(jié)，因此，轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)角度和花鍵軸4的旋轉(zhuǎn)角度相等。通過控制未在軸線方向上移動的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的轉(zhuǎn)子16 的旋轉(zhuǎn)角度，控制在軸線方向上移動的花鍵軸4的旋轉(zhuǎn)角度，因此，花鍵軸4的旋轉(zhuǎn)角度的控制變得容易。另外，將本來用于產(chǎn)生推力的驅(qū)動用的永久磁鐵22作為磁標(biāo)尺使用，因此， 可以實(shí)現(xiàn)廉價(jià)且小型的磁傳感器51。如圖20所示，磁傳感器51從旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的永久磁鐵22隔開規(guī)定的空隙配置，檢測因永久磁鐵22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的永久磁鐵22的磁場的方向(磁向量的方向)的變化。 因?yàn)闄z測磁場的方向的變化，所以安裝磁傳感器51的基板位于與轉(zhuǎn)子16的旋轉(zhuǎn)中心正交的平面內(nèi)。如圖21所示，磁傳感器51具有Si或玻璃基板71、形成于其上的以NiJe等強(qiáng)磁性金屬為主成分的合金的強(qiáng)磁性薄膜金屬構(gòu)成的磁阻元件72。該磁傳感器51由于電阻值在特定的磁場方向上變化，所以被稱為AMR(Anisotropic-Magnetro-Resistance)傳感器 (各向異性磁阻元件)。在磁阻元件72中流過電流，施加電阻變化量飽和的磁場強(qiáng)度，在其磁場(H)的方向相對于電流方向Y賦予角度變化Θ。如圖22所示，電阻變化量(AR)在電流方向和磁場方向?yàn)榇怪?θ =90°、270° )時(shí)為最大，在電流方向和磁場的方向?yàn)槠叫?θ =0°、 180° )時(shí)為最小。電阻值R根據(jù)電流方向和磁場方向的角度分量如下述(1)式那樣發(fā)生變化。R = Rtl-ARsin2 θ ... (1)R0 無磁場中的強(qiáng)磁性薄膜金屬的電阻值A(chǔ)R:電阻變化量θ 表示磁場方向的角度如果為飽和靈敏度區(qū)域以上，則AR為常數(shù)，電阻值R對磁場的強(qiáng)度沒有影響。對轉(zhuǎn)子16進(jìn)行直線運(yùn)動時(shí)的磁場方向的變化和磁傳感器51的輸出進(jìn)行說明。如圖23所示，以在施加飽和靈敏度區(qū)域以上的磁場強(qiáng)度的間隙1的位置且磁場的方向變化靠近傳感器面的方式配置磁傳感器51。圖23表示將圓周上排列的永久磁鐵22在水平方向展開的狀態(tài)。如圖M所示，在轉(zhuǎn)子16直線移動距離λ時(shí)，在傳感器面，磁場的方向轉(zhuǎn)一圈。此時(shí)，電壓信號為1周期的正弦波。為明了運(yùn)動的方向，如圖25所示，只要將二組全橋構(gòu)成的元件以彼此傾斜45°的方式形成于一個(gè)基板上即可。通過二組全橋電路得到的輸出 VoutA和VoutB如圖沈所示，成為彼此具有90°相位差的余弦波及正弦波。根據(jù)本實(shí)施方式，由于磁傳感器51檢測轉(zhuǎn)子16的磁場的方向變化，所以例如圖27所示，即使磁傳感器51的安裝位置從(1)錯(cuò)開為O)，磁傳感器51輸出的正弦波及余弦波的變化也少。如圖觀所示，通過正弦波及余弦波描繪的李薩如圖形也是圓的大小不易變化。因此，能夠正確地檢測磁向量74的方向θ。即使不能高精度地管理轉(zhuǎn)子16和磁傳感器51之間的間隙1，由于能夠檢測轉(zhuǎn)子16的正確位置，所以磁傳感器51的安裝調(diào)節(jié)也變得容易。圖四是表示內(nèi)插器52的結(jié)構(gòu)圖。磁傳感器51輸出的正弦波狀信號及余弦波狀信號被取入內(nèi)插器52。內(nèi)插器52對相差90°相位的正弦波狀信號及余弦波狀信號施加數(shù)字的內(nèi)插處理，輸出高分解能的相位角數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)子16的磁極間的間距例如為數(shù)十mm級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磁式的編碼器的數(shù)百μπι級。在將轉(zhuǎn)子16作為磁標(biāo)尺使用時(shí)，需要將磁傳感器51 輸出的正弦波狀信號及余弦波狀信號細(xì)分化，提高分解能。磁傳感器51輸出的正弦波狀信號及余弦波狀信號的變化對提高分解能的位置計(jì)算電路帶來大的影響。因此，期望磁傳感器51輸出的正弦波狀信號及余弦波狀信號的變化小。相差90°相位的正弦波狀信號及余弦波狀信號被分別輸入A/D轉(zhuǎn)換器73、74。A/ D轉(zhuǎn)換器73、74將正弦波狀信號及余弦波狀信號分別按規(guī)定的周期對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DA、DB采樣。如圖30所示，在查表存儲器76中預(yù)先記錄有基于使用反正切函數(shù)(TAN—1)的下式生成的查表數(shù)據(jù)。u = TAN-1 (DB/DA)…O)圖30表示使8位X8位的地址空間具有1個(gè)周期1000份的相位角數(shù)據(jù)的情況的查表存儲器的存儲器構(gòu)成。相位角數(shù)據(jù)計(jì)算裝置即信號處理部75將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)DA、DB分別作為x、y地址檢索查表數(shù)據(jù)，得到與x、y地址相對應(yīng)的相位角數(shù)據(jù)u。由此，可以在1波長(0 的區(qū)間) 內(nèi)進(jìn)行分割、內(nèi)插。另外，代替使用查表存儲器，也可以進(jìn)行u = TAN-1 (DB/DA)的運(yùn)算，計(jì)算相位角數(shù)據(jù)u，由此在1波長(0 的區(qū)間)內(nèi)進(jìn)行分割、內(nèi)插。其次，信號處理部75由相位角數(shù)據(jù)u生成A相編碼器脈沖信號及B相編碼器脈沖信號，在1周期生成1度的Z相脈沖信號。信號處理部75輸出的A相脈沖信號、B相脈沖信號、Z相脈沖信號被輸出向旋轉(zhuǎn)電動機(jī)2的旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器56。另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，在不變更本發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)具體化為各種實(shí)施方式。例如本實(shí)施方式的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器不限于芯片底架，可以作為各種機(jī)器人的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器使用。另外，在直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)的發(fā)明中，代替線性同步電動機(jī)也可以使用線性步進(jìn)電動機(jī)。本說明書基于2008年9月30日申請的日本特愿2008-255073。該內(nèi)容全部包含
于其中。符號說明L···線性電動機(jī)、2…旋轉(zhuǎn)電動機(jī)、2a、81…殼體、3a···軸部件的一端部、3…軸部件、 4、82…花鍵軸、如…滾珠滾道槽(滾動體滾道部)、5…桿、6…永久磁鐵、10…套筒(滑動軸承)、12…線圈(線性電動機(jī)的定子)、14、86…花鍵螺母、1 …花鍵螺母的另一端部、 14b···花鍵螺母的一端部、16、88…轉(zhuǎn)子、16a…花鍵螺母另一端部收容部、16b…花鍵螺母一端部收容部、16al…大徑部、16a2…小徑部、16bl…大徑部、16b2…小徑部、16c、89…主體部、21···線圈、22、89a···永久磁鐵、25···滾珠(滾動體)、27…滾珠循環(huán)路徑(滾動體循環(huán)路徑)、31、93···軸承、32···磁軛、35、92…旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子、51···磁傳感器(角度測定裝置)、 52…內(nèi)插器(角度測定裝置、角度計(jì)算電路)、56…旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器、87···第二花鍵螺母、90···第二花鍵螺母收容部、90a…第二花鍵螺母另一端部收容部、90b…第二花鍵螺母一端部收容部、91···花鍵螺母收容部、91a…花鍵螺母另一端部收容部、91b…花鍵螺母一端部收容部。
權(quán)利要求
1.一種直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于，具備 花鍵軸，其具有沿軸線方向延伸的滾動體滾道部； 中空的轉(zhuǎn)子，其包圍所述花鍵軸；旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子，其形成收容所述轉(zhuǎn)子的空間，并且使所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)； 花鍵螺母，其與所述轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述花鍵軸，并且允許所述花鍵軸在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動；線性電動機(jī)的動子軸，其與所述花鍵軸連接；線性電動機(jī)的定子，其使所述線性電動機(jī)的動子軸在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動， 所述花鍵螺母具有包括與所述花鍵軸的所述滾動體滾道部對置的負(fù)荷滾動體滾道部的滾動體循環(huán)路徑、在該滾動體循環(huán)路徑上排列的多個(gè)滾動體，其中，從所述花鍵軸及所述動子軸的一端部沿軸線方向依次配置所述花鍵螺母、所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子、所述線性電動機(jī)的定子。
2.如權(quán)利要求1所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于， 所述直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器還具備第二花鍵螺母，所述第二花鍵螺母在所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子和所述線性電動機(jī)的定子之間與所述轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述花鍵軸，并且允許所述花鍵軸在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動，所述第二花鍵螺母具有包含與所述花鍵軸的所述滾動體滾道部對置的負(fù)荷滾動體滾道部的滾動體循環(huán)路徑、在該滾動體循環(huán)路徑排列的多個(gè)滾動體。
3.如權(quán)利要求2所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于， 所述直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器還具備安裝所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子的殼體、設(shè)于所述轉(zhuǎn)子的軸線方向兩端部和所述殼體之間且引導(dǎo)所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)的一對軸承，所述轉(zhuǎn)子具有通過所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的主體部、與所述主體部的一端部連結(jié)且收容所述花鍵螺母的花鍵螺母收容部、與所述主體部的另一端部連結(jié)且收容所述第二花鍵螺母的第二花鍵螺母收容部，所述主體部與所述花鍵螺母收容部及所述第二花鍵螺母收容部以如下方式嵌合，即， 能夠?qū)⑺鲋黧w部的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述花鍵螺母收容部及所述第二花鍵螺母收容部，且具有使所述花鍵螺母收容部及所述第二花鍵螺母收容部相對于所述主體部能夠在軸線方向上移動的游隙。
4.如權(quán)利要求3所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子與所述一對軸承內(nèi)圈的軸線方向的內(nèi)側(cè)抵接， 所述殼體與所述一對軸承外圈的軸線方向的外側(cè)抵接，所述一對軸承分別在軸線方向上被夾在所述轉(zhuǎn)子和所述殼體之間。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于， 所述直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器還具備安裝所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子的殼體、設(shè)于所述轉(zhuǎn)子的軸線方向的兩端部和所述殼體之間且引導(dǎo)所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)的一所述轉(zhuǎn)子具有通過所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子驅(qū)動旋轉(zhuǎn)的主體部、與所述主體部連結(jié)且收容所述花鍵螺母的軸線方向的一端部的花鍵螺母一端部收容部、收容所述花鍵螺母的軸線方向的另一端部的花鍵螺母另一端部收容部，所述花鍵螺母另一端部收容部具有直徑不同的大徑部及小徑部， 所述花鍵螺母另一端部收容部的大徑部收容所述花鍵螺母的所述另一端部， 所述花鍵螺母另一端部收容部的小徑部的外周面和所述殼體之間配置所述一對軸承之一。
6.如權(quán)利要求2所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器，其特征在于，所述花鍵螺母及所述第二花鍵螺母以相對于所述花鍵軸在相互相反方向擰入的狀態(tài)下收容于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)。
7.一種直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)，其特征在于，具備軸部件，其能夠在軸線方向上進(jìn)行直線運(yùn)動，且能夠繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； 中空的轉(zhuǎn)子，其包圍所述軸部件；旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子，其形成收容所述轉(zhuǎn)子的空間，并且使所述轉(zhuǎn)子繞軸線旋轉(zhuǎn)； 直動軸承，其與所述轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，將所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)傳遞給所述軸部件，并且允許所述軸部件進(jìn)行直線運(yùn)動；線性電動機(jī)，其使所述軸部件在所述軸線方向上移動； 角度測定裝置，其測定所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度；旋轉(zhuǎn)電動機(jī)用驅(qū)動器，其控制所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，使所述角度測定裝置測定的所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度與指令值一致，通過控制所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，控制所述軸部件的旋轉(zhuǎn)角度。
8.如權(quán)利要求7所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)為旋轉(zhuǎn)同步電動機(jī)，其包括以沿周向形成N極及S極的磁極的方式具有多個(gè)永久磁鐵的所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子、與所述多個(gè)永久磁鐵對置的作為所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的定子的多個(gè)線圈，所述角度測定裝置檢測使所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的驅(qū)動用的所述多個(gè)永久磁鐵的磁場。
9.如權(quán)利要求7所述的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器系統(tǒng)，其特征在于， 所述角度測定裝置具有磁傳感器，其具有電阻值因磁場的方向而發(fā)生變化的磁阻元件，且伴隨因所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動產(chǎn)生的所述多個(gè)永久磁鐵的磁場的方向變化而輸出具有90°相位差的正弦波狀信號及余弦波狀信號；角度計(jì)算電路，其根據(jù)所述正弦波狀信號及所述余弦波狀信號計(jì)算所述旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的所述轉(zhuǎn)子相對于所述定子的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)半徑方向的尺寸的小型化且可以承受來自移動體的載荷及力矩的直線-旋轉(zhuǎn)復(fù)合致動器。在殼體(1a、2a)中以在軸線方向可以進(jìn)行直線運(yùn)動且可繞軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方式收容花鍵軸(4)。花鍵軸(4)與線性電動機(jī)(1)的動子軸(5)連接?；ㄦI軸(4)被旋轉(zhuǎn)電動機(jī)(2)的中空的轉(zhuǎn)子(16)包圍。轉(zhuǎn)子(16)上連結(jié)有與轉(zhuǎn)子(16)一同旋轉(zhuǎn)而將轉(zhuǎn)子(16)的旋轉(zhuǎn)傳遞給花鍵軸(4)并且允許花鍵軸(4)進(jìn)行直線運(yùn)動的花鍵螺母(14)。旋轉(zhuǎn)電動機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子(16)通過旋轉(zhuǎn)電動機(jī)(2)的定子(21)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。從花鍵軸(4)及動子軸(5)的軸線方向的一端部(3a)向軸線方向依次按順序配置花鍵螺母(14)、旋轉(zhuǎn)電動機(jī)(2)的定子(21)、線性電動機(jī)(1)的定子。
文檔編號H02K41/03GK102171914SQ20098013879
公開日2011年8月31日 申請日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者久瀨孝幸, 山中修平, 淺生利之 申請人:Thk株式會社