JP3819571B2

JP3819571B2 - Output device

Info

Publication number: JP3819571B2
Application number: JP31800197A
Authority: JP
Inventors: 方志遠藤; 晃田村; 勝利大塚
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 1997-11-19
Filing date: 1997-11-19
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-11-19
Also published as: JPH11150927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転方向及び上下方向の運動を出力することが可能な出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ロボットの腕を動かしたり、ＮＣ工作機のテーブルの位置決めに用いられる出力装置には、サーボモータ或いはサーボモータにシリンダを組み合わすなどして回転及び上下方向の運動が出力されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなサーボモータとシリンダを組み合わせた出力装置では、動力が区別されるため、回転角度、停止位置或いは回転スピードなど任意の出力設定機能をもつサーボモータに対し、上下方向の出力に使用されるシリンダのほとんどが２位置等の単機能出力であることから、両者の使用機能がアンバランスになり、任意の出力が可能なサーボモータの機能を損なうものでもあった。
また、回転を与えるサーボモータにはトルクリミッタが機能して、緊急時に動力の伝達が解除されるのに対し、上下方向の運動を与えるシリンダにはリミッタ機構が設けられておらず、安全性の面から問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、回転方向及び上下方向の出力を任意に設定でき、また回転方向及び上下方向の動作にリミッタ機能を有する出力装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の出力装置は、コイルが巻回され円周方向に配設されたステータと、前記ステータに対面する複数の永久磁石が固着され、回転中心に中空部をもって形成された回転体とを備え、前記コイルへの通電により発生する磁束によって前記回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、前記回転体に対して固設され、回転を出力するモータ軸を任意に回転させる第二サーボモータと、前記回転体の中空部内に回転自在に支持され、前記第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、前記雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、前記雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、前記雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、前記雄磁気ネジと一体に設けられ、前記第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有することを特徴とする。
【０００６】
よって、第一サーボモータへの通電により励磁されたコイルに磁束が発生して永久磁石に回転方向の力が与えられ、これによって回転体が所定角度回転すると、その回転体の回転が雄磁気ネジと一体の出力軸に伝達され、その出力軸から回転が出力されることとなる。一方、第二サーボモータが通電され、そのモータ軸から所定角度の回転が出力されると、そのモータ軸に連結された雌ネジホルダ及び雌磁気ネジが回転し、その雌磁気ネジと磁力によって吸引し合っている雄磁気ネジに動力が伝達される。しかし、雄ネジホルダの回転が制限されているため、雄磁気ネジには軸方向の力のみが作用し、出力軸には軸方向の直線運動が出力されることとなる。
そのため、第一サーボモータによる回転運動と第二サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力され、それぞれ回転及び上下方向の出力が任意に設定できる。また、第一サーボモータ及び第二サーボモータが磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働く。
【０００７】
また、本発明の出力装置は、前記出力軸は、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドに前記雄磁気ネジが一体に形成されたものであることを特徴とする。
よって、回転する雌磁気ネジとの吸引力によって動力が伝達される雄磁気ネジには、軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドが一体に形成されているため、そのロッドを軸方向に移動させるように直線移動する。
また、本発明の出力装置は、前記出力軸は、前記第二サーボモータに固定されたロッドに対し、回転することなく軸方向にのみ移動自在にはめ込まれた前記雄ネジホルダであることを特徴とする。
よって、回転する雌磁気ネジとの吸引力によって動力が伝達される雄磁気ネジは、軸方向にのみ移動自在な雄ネジホルダに形成されているので、その雄ネジホルダを軸方向に移動させるように直線移動する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る出力装置の一実施の形態について具体的の説明する。図１は、出力装置の第１実施の形態を示した断面図である。
本実施の形態の出力装置は、ダイレクトドライブモータ（以下、「ＤＤモータ」という）が回転方向出力の動力源となるものである。この出力装置は、モータ取付台１上にＤＤモータ２が固定され、下方には磁気ネジに連結されたステッピングモータ３を画設した支持筒４が固定されている。ステッピングモータ３が、上下方向出力の動力源となるものである。
【０００９】
先ず、ＤＤモータ２はの構成を簡単に説明する。ＤＤモータ２は、モータ取付台１上面に円筒形状のモータ固定台１１が固定されて支持されている。
そして、このモータ固定台１１を内側と外側から挟み込むように形成された二重円筒形の回転体１２が、モータ固定台１１上方からかぶさるようにして取り付けられている。
モータ固定台１１の内周面には、回転体１２との間にベアリング１３，１３が上下に設けられ、そのモータ固定台１１に対して回転体１２が回転自在に支持されている。一方、モータ固定台１１の外周面にはコイル１４が巻かれたステータ１５が円周方向に設けられ、そのステータ１５に対面するよう回転体１２の内周面に複数の永久磁石１６が固着されている。そして、回転体１２の上面には回転板１７が貼設されている。
【００１０】
次に、このような回転運動を与えるＤＤモータ２には、磁気ネジを備えた上下駆動部５が組み付けられている。ＤＤモータ２の回転体１２の回転中心には、筒形状の支持ホルダ２１が嵌合され、その回転体１２と一体に回転するよう構成されている。
この支持ホルダ２１は、モータ取付台１から下にかけて拡径し、その拡径部には上下にベアリング２２，２２が嵌合され、支持ホルダ２１内に嵌挿された雌ネジホルダ２３が、そのベアリング２２，２２によって回転支持されている。そして、雌ネジホルダ２３の内周面には螺旋状に着磁された雌磁気ネジ２４が形成されている。
【００１１】
また、このように支持ホルダ２１内に回転支持された雌ネジホルダ２３は、カップリング２５を介してステッピングモータ３のモータ軸３ａに連結されている。このステッピングモータ３は、円筒形状の支柱２６によって支持ホルダ２１に吊設され、支持ホルダ２１と一体に回転するよう構成されている。
一方、雌磁気ネジ２４内には、先端がＤＤモータ２から突出するようにロッド３１が挿入されている。ロッド３１は、ボールスプライン軸をなし、回転体１２側に固定されたボールスプライン軸受３２に挿入され、回転体１２に対してロッド３１が回転しないよう構成されている。そして、そのロッド３１の下端部には軸方向所定寸法幅で雄ネジホルダ３３が嵌合され、その外周面に雄磁気ネジ３４が形成されている。
【００１２】
次に、本実施の形態の出力装置を構成する磁気ネジの構成について簡単に説明する。図２は、雄磁気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図である。
雄磁気ネジ３４は、図２に示すように、ロッド３１に嵌合された雄ネジホルダ３３の外周に嵌合され接着された円筒磁石３５より構成されている。雄ネジホルダ３３は、高透磁性の材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他の化合物等）より成形されている。円筒磁石３５には、螺旋状に形成された着磁帯３６が形成され、隣接する着磁帯同士は極性が逆に着磁されている。すなわち、Ｎ極着磁帯３６Ｎの隣には必ずＳ極着磁帯３６Ｓが着磁されている。そのため、雄磁気ネジ３４の表面には、図２に示すようにＮ極着磁帯３６ＮとＳ極着磁帯３６Ｓとが交互に着磁された螺旋状の着磁帯３６が整然と形成されている。
【００１３】
一方、円筒形状の雌ネジホルダ２３内には、その内周に嵌合された円筒磁石２７に雌磁気ネジ２６が形成されている。
雌ネジホルダ２３も、高透磁性材料（例えば鉄、酸化鉄、ニッケル、コバルト若しくはこれらを主成分とする合金その他化合物等）から成形され、その内周面に嵌合された円筒磁石２７には、図２に示すような雄磁気ネジ３４と同様に螺旋状にＮ極着磁帯２８ＮとＳ極着磁帯２８Ｓとが交互に螺旋状に着磁された着磁帯２８が形成されている。
【００１４】
そして、このような雄磁気ネジ３４及び雌磁気ネジ２６は、雄ネジホルダ３３及び雌ネジホルダ２３を強度部材として挿入するため、機械的強度を高めることができる。そのため、円筒磁石３５及び円筒磁石２７は、磁石材料としては優れる反面、材質的に脆いフェライト系や希土類系の材料であっても問題なく使用することができる。
また、このような強度部材を高透磁性の材料で構成すれば、円筒磁石３５及び円筒磁石２７の強い磁力を更に有効に利用することができる。
【００１５】
そこで、このような構成からなる本実施の形態の出力装置は、以下のようにして回転運動及び上下運動が出力される。
先ず、回転運動を出力する場合には、ＤＤモータ２がコントロールされる。
図示しないコントローラによりコイル１４が通電されると、これによりステータ１５の周りに磁束が発生し、永久磁石１６に対する吸引力及び反発力として作用するため、回転体１２に所定方向の回転が与えられる。
回転体１２の回転は、その円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ２１をも同時に回転させる。また、その回転体１２には回転板１７及びボールスプライン軸受３２も一体に構成されて同時に回転するため、そのボールスプライン軸受３２に回転が制限されて挿入されたロッド３１にも回転が与えられる。従って、ＤＤモータ２の回転をコントロールすることにより、ロッド３１から回転が出力されることとなる。
【００１６】
次に、上下運動を出力する場合には、ステッピングモータ３がコントロールされる。
ＤＤモータ２の回転を停止させ、或いはその回転と同時に図示しないコントローラによりステッピングモータ３が通電されると、発生する磁束によってロータに回転が与えられ、そのモータ軸３ａから所定方向の回転が出力される。モータ軸３ａの回転により、カップリング２５によって連結された雌ネジホルダ２３に回転が伝達され、その内周面に形成された雌磁気ネジ２４に回転が与えられることとなる。
ところで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４とは、その着磁帯３６，２８が異極同士（３６Ｎと２８Ｓ，３６Ｓと２８Ｎ）吸引し合っている。そこで、雌磁気ネジ２４に回転が与えられると、その回転に雄磁気ネジ３４が追随しようとする。しかし、ロッド３１の回転がボールスプライン軸受３２によって制限されているため、その雄磁気ネジ３４には推力が作用してロッド３１が上方或いは下方に移動することとなる。
【００１７】
よって、以上のような構成による本実施の形態の出力装置によれば、ＤＤモータ２によって回転運動を出力し、磁気ネジ３４，２４を設けたステッピングモータ３によって上下運動を出力するようにしたので、いずれの出力も任意にその出力を制御することができるようになった。
また、ＤＤモータ２及びステッピングモータ３が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が回避されることとなった。
【００１８】
また、上下運動の出力に使用した磁気ネジも雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４とが磁力によって結合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリミット作用により危険が回避され、より安全性が高められる結果となった。
また、磁気ネジ３４，２４は、磁気ネジのピッチ、即ち着磁帯３６，２８の幅を変化させることで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４との間の磁力による吸引力を調節でき、出力軸３１の負荷に対応させることができる。
【００１９】
次に、本発明にかかる出力装置の第２実施の形態について説明する。図３は該出力装置を示した断面図である。なお、前記第１実施の形態の出力装置と同様の構成については同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
本実施の形態の出力装置もＤＤモータ２を回転運動出力の動力源とし、ステッピングモータ３を上下運動出力の動力源としている。ＤＤモータ２は、モータ取付台１上に固設され、その下方には磁気ネジに連結されたステッピングモータ３が配設され、支持筒４によって画設されている。
そして、このような回転運動を与えるＤＤモータ２に磁気ネジを備えた上下駆動部４１が組み付けられている。上下駆動部４１は、ＤＤモータ２を構成する回転体１２の回転中心に、筒形状の支持ホルダ４２が嵌合され、その回転体１２と一体となって回転するよう構成されている。
【００２０】
支持ホルダ４２は、モータ取付台１から下にかけて拡径し、その拡径部には一つのベアリング４３が嵌合されている。支持ホルダ４２の下端には支持部材４３が吊設され、これにステッピングモータ３が支持されている。
そして、本実施の形態の出力装置では、ステッピングモータ３がＤＤモータ２と同軸上にはなく、その軸心がずれた状態で配置されている。そこで、ステッピングモータ３の駆動軸３ａにはモータ用歯車４４が嵌合され、そのモータ用歯車４４が雌ネジ回転歯車４５と噛合されている。雌ネジ回転歯車４５は、その軸心部が穿設され、固定金具４６に固定されたロッド５１に貫かれている。
【００２１】
また、雌ネジ回転歯車４５には、円筒形状の雌ネジホルダ２３が嵌合され、一体に回転するよう構成されている。この雌ネジホルダ２３は、ＤＤモータ２を突き抜け、支持ホルダ４２下端部のベアリング４８とＤＤモータ２頂部に設けられたベアリング４９とによって回転支持されている。雌ネジホルダ２３は、支持ホルダ４２内周面とは非接触状態で配設され、その支持ホルダ４２内を回転するよう構成されている。そして、その雌ネジホルダ２３内には図２に示すように円筒磁石２７が嵌合され、その内周面に螺旋状のＮ極着磁帯２８ＮとＳ極着磁帯２８Ｓとが交互に着磁された着磁帯２８からなる雌磁気ネジ２４が形成されている。
【００２２】
一方、固定金具４７に固定されたロッド５１を覆うように円筒形状の雄ネジホルダ３３が挿入され、その上端には円柱形状のヘッド５２がはめ込まれている。雄ネジホルダ３３の外周には円筒磁石３５が嵌合され、その円筒磁石３５には、図２に示すように螺旋状のＮ極着磁帯３６ＮとＳ極着磁帯３６Ｓとが交互に着磁された着磁帯３６からなる雄磁気ネジ３４が形成されている。そして、その雄磁気ネジ３４には、雌磁気ネジ２４と接触しないようガイドパイプ５３がはめ込まれて全体が覆われている。
このような、雄ネジホルダ３３、雄磁気ネジ３４、ヘッド５３、そしてガイドパイプ５３によって出力軸５５が形成されている。そして、出力軸５５は、回転体１２に対して回転しないようにするため、雄ネジホルダ３３内にボールスプライン軸受５６が設けられ、それにボールスプライン軸をなすロッド５１が挿入されている。
【００２３】
そこで、このような構成からなる本実施の形態の出力装置は、次のように回転及び上下方向の運動が出力される。
先ず、回転運動を出力する場合には、ＤＤモータ２がコントロールされる。
図示しないコントローラによりコイル１４が通電されると、これによりステータ１５の周りに磁束が発生し、永久磁石１６に対する吸引力及び反発力として作用するため、回転体１２に所定方向の回転が与えられる。
回転体１２の回転は、その円筒内に一体に嵌合された支持ホルダ４２をも同時に回転させる。また、支持ホルダ４２が回転すれば、これと一体のステッピングモータ３及び固定金具４７に固定されたロッド５１にも回転が与えられることとなる。そのため、その回転は出力軸５５にも伝達され、その出力軸５５から回転が出力されることとなる。
【００２４】
次に、上下運動を出力する場合には、ステッピングモータ３がコントロールされる。
ＤＤモータ２の回転を停止させ、図示しないコントローラによりステッピングモータ３が通電されると、発生する磁束によってロータに回転が与えられ、そのモータ軸３ａから所定方向の回転が出力される。モータ軸３ａの回転は、モータ用歯車４４から雌ネジ回転歯車４５に伝達され、その雌ネジ回転歯車４５に固定された雌ネジホルダ２３に回転が与えられることとなる。
雌ネジホルダ２３に回転が与えられると、雌磁気ネジ２４も同様に回転することとなる。雌磁気ネジ２４は、雄磁気ネジ３４と着磁帯３６，２８が異極同士（３６Ｎと２８Ｓ，３６Ｓと２８Ｎ）吸引し合っている。そのため、雌磁気ネジ２４に回転が与えられると、その回転に雄磁気ネジ３４が追随しようとする。しかし、雄磁気ネジ３４を有する出力軸５５の回転がボールスプライン軸受５６によって制限されているため、その雄磁気ネジ３４には推力が作用してロッド３１が上方或いは下方に移動することとなる。
【００２５】
よって、以上のような構成による本実施の形態の出力装置によれば、ＤＤモータ２によって回転運動を出力し、磁気ネジ３４，２４を設けたステッピングモータ３によって上下運動を出力するようにしたので、いずれの出力も任意にその出力を制御することができるようになった。
また、ＤＤモータ２及びステッピングモータ３が磁力で駆動するため、過大な負荷に対してトルクリミッタ機能が働くため、取り付けたアームや関係機械の破損が防止されるようになった。更には、出力時に手を挟むような緊急時にも、リミット作用により危険が回避されることとなった。
【００２６】
また、上下運動の出力に使用した磁気ネジも雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４とが磁力によって結合され大きな抵抗に対して脱調が起こるため、出力時に手を挟むような緊急事態が生じても、この脱調によるリミット作用により危険が回避され、より安全性が高められる結果となった。
また、磁気ネジ３４，２４は、磁気ネジのピッチ、即ち着磁帯３６，２８の幅を変化させることで、雄磁気ネジ３４と雌磁気ネジ２４との間の磁力による吸引力を調節でき、出力軸３１の負荷に対応させることができる。
【００２７】
なお、本発明は、前記実施の形態に示したものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施の形態では回転運動を出力する動力源にＤＤモータ２を使用し、また、上下方向の運動を出力する動力源にはステッピングモータ３を使用したが、それぞれ他の構成によるサーボモータであってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、回転中心に中空部をもって形成された回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、その回転体に対して固設した第二サーボモータと、回転体の中空部内に回転自在に支持され、第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、雄磁気ネジと一体に設けられ、第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有する構成としたので、第一サーボモータによる回転運動と第二サーボモータによる直線運動とが出力軸から出力され、それぞれ回転及び上下方向の出力を任意に設定でき、また第一サーボモータ及び第二サーボモータとも磁力によって回転するため、回転及び上下方向の動作にトルクリミッタ機能を有する出力装置を提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる出力装置の第１実施の形態を示した断面図である。
【図２】雄磁気ネジ及び雌磁気ネジを示す分解斜視図である。
【図３】本発明にかかる出力装置の第２実施の形態を示した断面図である。
【符号の説明】
２ＤＤモータ
１２回転体
１４コイル
１５ステータ
１６永久磁石
２１支持ホルダ
２３雌ネジホルダ
２４雌磁気ネジ
３１ロッド
３２ボールスプライン軸受
３３雄ネジホルダ
３４雄磁気ネジ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an output device capable of outputting rotational and vertical movements.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an output device used for moving a robot arm or positioning a table of an NC machine tool outputs rotation and vertical movements by combining a servo motor or a servo motor with a cylinder.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such an output device that combines a servo motor and a cylinder, power is distinguished, so it is used for vertical output for servo motors with arbitrary output setting functions such as rotation angle, stop position or rotation speed. Since most of the cylinders that are used are single-function outputs such as two positions, the functions used by both are unbalanced, and the function of the servo motor capable of arbitrary output is impaired.
In addition, the torque limiter functions in the servo motor that gives rotation, and the transmission of power is released in an emergency, whereas the cylinder that gives the vertical motion is not provided with a limiter mechanism, which is a safety feature. There was a problem from the aspect.
[0004]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an output device that can arbitrarily set the output in the rotational direction and the vertical direction, and has a limiter function in the operation in the rotational direction and the vertical direction.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
An output device of the present invention includes a stator wound with a coil and disposed in a circumferential direction, and a rotating body having a plurality of permanent magnets facing the stator and having a hollow portion at the center of rotation. A first servo motor for arbitrarily rotating the rotating body by magnetic flux generated by energization of the coil, and a second servo motor for arbitrarily rotating a motor shaft fixed to the rotating body and outputting the rotation A cylindrical female screw holder rotatably supported in the hollow portion of the rotating body and connected to a motor shaft of the second servo motor, a female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder, A cylindrical male screw holder that is movable in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor, and is mounted on the outer peripheral surface of the male screw holder. A male magnetic screws kicked, provided integrally with the male magnetic screw, and having an output shaft projecting from the hollow portion of the first servo motor.
[0006]
Therefore, a magnetic flux is generated in the coil excited by energizing the first servo motor and a rotational force is applied to the permanent magnet. When the rotating body rotates by a predetermined angle, the rotating body rotates with the male magnetic screw. And output to the output shaft integrated with the output shaft. On the other hand, when the second servo motor is energized and rotation of a predetermined angle is output from the motor shaft, the female screw holder and the female magnetic screw connected to the motor shaft rotate and are attracted by the female magnetic screw and magnetic force. Power is transmitted to the matching male magnetic screw. However, since the rotation of the male screw holder is limited, only an axial force acts on the male magnetic screw, and an axial linear motion is output to the output shaft.
Therefore, the rotational motion by the first servo motor and the linear motion by the second servo motor are output from the output shaft, and the rotation and the output in the vertical direction can be arbitrarily set, respectively. Further, since the first servo motor and the second servo motor are driven by magnetic force, the torque limiter function works for an excessive load.
[0007]
In the output device of the present invention, the output shaft is integrally formed with the male magnetic screw on a rod loaded so as to be movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. It is characterized by that.
Therefore, the male magnetic screw to which power is transmitted by the attractive force with the rotating female magnetic screw is integrally formed with a rod that is loaded so as to be movable only in the axial direction, so that the rod is moved in the axial direction. Move to make a straight line.
Further, the output device of the present invention is characterized in that the output shaft is the male screw holder that is fitted to the rod fixed to the second servo motor so as to be movable only in the axial direction without rotating. To do.
Therefore, the male magnetic screw to which the power is transmitted by the attractive force with the rotating female magnetic screw is formed in the male screw holder that is movable only in the axial direction, so that the male screw holder is linearly moved so as to move in the axial direction. Moving.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the output device according to the present invention will be specifically described. FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of an output device.
In the output device of the present embodiment, a direct drive motor (hereinafter referred to as “DD motor”) serves as a power source for rotation direction output. In this output device, a DD motor 2 is fixed on a motor mount 1, and a support cylinder 4 having a stepping motor 3 connected to a magnetic screw is fixed below. The stepping motor 3 serves as a power source for vertical output.
[0009]
First, the configuration of the DD motor 2 will be briefly described. The DD motor 2 is supported by a cylindrical motor fixing base 11 fixed to the upper surface of the motor mounting base 1.
Then, a double cylindrical rotating body 12 formed so as to sandwich the motor fixing base 11 from the inside and the outside is attached so as to cover the motor fixing base 11 from above.
Bearings 13, 13 are provided on the inner peripheral surface of the motor fixing base 11 between the rotating body 12 and the rotating body 12. The rotating body 12 is rotatably supported by the motor fixing base 11. On the other hand, a stator 15 around which a coil 14 is wound is provided on the outer peripheral surface of the motor fixing base 11 in the circumferential direction, and a plurality of permanent magnets 16 are fixed to the inner peripheral surface of the rotating body 12 so as to face the stator 15. ing. A rotating plate 17 is attached to the upper surface of the rotating body 12.
[0010]
Next, the vertical motor 5 provided with a magnetic screw is assembled to the DD motor 2 that gives such a rotational motion. A cylindrical support holder 21 is fitted to the rotation center of the rotating body 12 of the DD motor 2 and is configured to rotate integrally with the rotating body 12.
The diameter of the support holder 21 is increased from the motor mounting base 1 to the bottom. Bearings 22 and 22 are vertically fitted to the enlarged diameter portion, and a female screw holder 23 fitted and inserted into the support holder 21 is provided with the bearing. 22 and 22 are rotatably supported. A female magnetic screw 24 magnetized in a spiral shape is formed on the inner peripheral surface of the female screw holder 23.
[0011]
Further, the female screw holder 23 rotatably supported in the support holder 21 in this way is connected to the motor shaft 3 a of the stepping motor 3 through the coupling 25. The stepping motor 3 is suspended from a support holder 21 by a cylindrical column 26 and is configured to rotate integrally with the support holder 21.
On the other hand, a rod 31 is inserted into the female magnetic screw 24 so that the tip protrudes from the DD motor 2. The rod 31 forms a ball spline shaft and is inserted into a ball spline bearing 32 fixed on the rotating body 12 side so that the rod 31 does not rotate with respect to the rotating body 12. A male screw holder 33 is fitted to the lower end portion of the rod 31 with a predetermined axial width, and a male magnetic screw 34 is formed on the outer peripheral surface thereof.
[0012]
Next, the configuration of the magnetic screw constituting the output device of the present embodiment will be briefly described. FIG. 2 is an exploded perspective view showing a male magnetic screw and a female magnetic screw.
As shown in FIG. 2, the male magnetic screw 34 includes a cylindrical magnet 35 that is fitted and bonded to the outer periphery of a male screw holder 33 that is fitted to the rod 31. The male screw holder 33 is formed from a highly magnetically permeable material (for example, iron, iron oxide, nickel, cobalt, or an alloy or other compound containing these as a main component). The cylindrical magnet 35 is formed with a magnetized band 36 formed in a spiral shape, and adjacent magnetized bands are magnetized with opposite polarities. That is, the S pole magnetized band 36S is always magnetized next to the N pole magnetized band 36N. Therefore, on the surface of the male magnetic screw 34, as shown in FIG. 2, a helical magnetic band 36 in which N-pole magnetic bands 36N and S-pole magnetic bands 36S are alternately magnetized is formed in an orderly manner. Yes.
[0013]
On the other hand, in the cylindrical female screw holder 23, a female magnetic screw 26 is formed on a cylindrical magnet 27 fitted to the inner periphery thereof.
The female screw holder 23 is also formed of a highly permeable material (for example, iron, iron oxide, nickel, cobalt, or an alloy or other compound containing these as a main component), and the cylindrical magnet 27 fitted to the inner peripheral surface thereof includes Similar to the male magnetic screw 34 as shown in FIG. 2, a magnetic band 28 is formed in which N-pole magnetic bands 28N and S-pole magnetic bands 28S are alternately helically magnetized.
[0014]
Such male magnetic screw 34 and female magnetic screw 26 are inserted with the male screw holder 33 and the female screw holder 23 as strength members, so that the mechanical strength can be increased. For this reason, the cylindrical magnet 35 and the cylindrical magnet 27 are excellent as magnet materials, but can be used without problems even if they are brittle ferrite or rare earth materials.
Further, if such a strength member is made of a highly permeable material, the strong magnetic force of the cylindrical magnet 35 and the cylindrical magnet 27 can be used more effectively.
[0015]
Therefore, the output device of the present embodiment having such a configuration outputs a rotational motion and a vertical motion as follows.
First, when outputting a rotational motion, the DD motor 2 is controlled.
When the coil 14 is energized by a controller (not shown), a magnetic flux is generated around the stator 15 and acts as an attractive force and a repulsive force with respect to the permanent magnet 16, so that the rotating body 12 is rotated in a predetermined direction.
The rotation of the rotating body 12 simultaneously rotates the support holder 21 that is integrally fitted in the cylinder. In addition, since the rotating plate 17 and the ball spline bearing 32 are integrally formed on the rotating body 12 and rotate at the same time, the rotation is also given to the rod 31 inserted into the ball spline bearing 32 with its rotation limited. Accordingly, the rotation is output from the rod 31 by controlling the rotation of the DD motor 2.
[0016]
Next, when outputting a vertical motion, the stepping motor 3 is controlled.
When the rotation of the DD motor 2 is stopped or the stepping motor 3 is energized by a controller (not shown) simultaneously with the rotation, the rotor is rotated by the generated magnetic flux, and rotation in a predetermined direction is output from the motor shaft 3a. The The rotation of the motor shaft 3a is transmitted to the female screw holder 23 connected by the coupling 25, and the rotation is given to the female magnetic screw 24 formed on the inner peripheral surface thereof.
By the way, the magnetic bands 36 and 28 of the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 attract different polarities (36N and 28S, 36S and 28N). Therefore, when rotation is given to the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 tries to follow the rotation. However, since the rotation of the rod 31 is limited by the ball spline bearing 32, a thrust acts on the male magnetic screw 34, and the rod 31 moves upward or downward.
[0017]
Therefore, according to the output device of the present embodiment configured as described above, the rotary motion is output by the DD motor 2, and the vertical motion is output by the stepping motor 3 provided with the magnetic screws 34 and 24. Any output can be controlled arbitrarily.
Further, since the DD motor 2 and the stepping motor 3 are driven by magnetic force, the torque limiter function works against an excessive load, so that the attached arm and related machines are prevented from being damaged. Furthermore, the danger is avoided by the limit action even in an emergency where a hand is caught during output.
[0018]
In addition, the magnetic screw used for the output of the vertical movement also causes an out of step with respect to a large resistance because the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 are coupled by a magnetic force. However, the limit action resulting from this step-out prevented the danger and resulted in higher safety.
Moreover, the magnetic screws 34 and 24 can adjust the attractive force due to the magnetic force between the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 by changing the pitch of the magnetic screws, that is, the width of the magnetic bands 36 and 28. The load on the output shaft 31 can be handled.
[0019]
Next, a second embodiment of the output device according to the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view showing the output device. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure similar to the output device of the said 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The output device of the present embodiment also uses the DD motor 2 as a power source for rotational motion output and the stepping motor 3 as a power source for vertical motion output. The DD motor 2 is fixed on the motor mount 1, and a stepping motor 3 connected to a magnetic screw is disposed below the DD motor 2, and is provided by a support cylinder 4.
And the vertical drive part 41 provided with the magnetic screw is assembled | attached to DD motor 2 which gives such a rotational motion. The vertical drive unit 41 is configured such that a cylindrical support holder 42 is fitted to the rotation center of the rotating body 12 constituting the DD motor 2 and rotates integrally with the rotating body 12.
[0020]
The support holder 42 increases in diameter from the motor mount 1 to the bottom, and a single bearing 43 is fitted to the expanded diameter portion. A support member 43 is suspended from the lower end of the support holder 42, and the stepping motor 3 is supported by the support member 43.
In the output device of the present embodiment, the stepping motor 3 is not coaxial with the DD motor 2 and is arranged in a state where its axis is shifted. Therefore, the motor gear 44 is fitted to the drive shaft 3 a of the stepping motor 3, and the motor gear 44 is engaged with the female screw rotating gear 45. The female screw rotation gear 45 has an axial center portion drilled through the rod 51 fixed to the fixing metal fitting 46.
[0021]
A cylindrical female screw holder 23 is fitted to the female screw rotating gear 45 and is configured to rotate integrally. The female screw holder 23 penetrates the DD motor 2 and is rotatably supported by a bearing 48 at the lower end of the support holder 42 and a bearing 49 provided at the top of the DD motor 2. The female screw holder 23 is disposed in a non-contact state with the inner peripheral surface of the support holder 42 and is configured to rotate within the support holder 42. As shown in FIG. 2, a cylindrical magnet 27 is fitted into the female screw holder 23, and helical N-pole magnetized bands 28N and S-pole magnetized bands 28S are alternately magnetized on the inner peripheral surface thereof. A female magnetic screw 24 composed of the magnetized band 28 is formed.
[0022]
On the other hand, a cylindrical male screw holder 33 is inserted so as to cover the rod 51 fixed to the fixing bracket 47, and a columnar head 52 is fitted to the upper end thereof. A cylindrical magnet 35 is fitted to the outer periphery of the male screw holder 33, and a helical N-pole magnetized band 36N and a S-pole magnetized band 36S are alternately magnetized in the cylindrical magnet 35 as shown in FIG. A male magnetic screw 34 made of the magnetized band 36 is formed. A guide pipe 53 is fitted into the male magnetic screw 34 so as not to come into contact with the female magnetic screw 24 to cover the whole.
The output shaft 55 is formed by the male screw holder 33, the male magnetic screw 34, the head 53, and the guide pipe 53. In order to prevent the output shaft 55 from rotating with respect to the rotating body 12, a ball spline bearing 56 is provided in the male screw holder 33, and a rod 51 forming the ball spline shaft is inserted into the ball spline shaft.
[0023]
Therefore, the output device of the present embodiment having such a configuration outputs rotation and vertical motion as follows.
First, when outputting a rotational motion, the DD motor 2 is controlled.
When the coil 14 is energized by a controller (not shown), a magnetic flux is generated around the stator 15 and acts as an attractive force and a repulsive force with respect to the permanent magnet 16, so that the rotating body 12 is rotated in a predetermined direction.
The rotation of the rotating body 12 simultaneously rotates the support holder 42 that is integrally fitted in the cylinder. If the support holder 42 rotates, the stepping motor 3 and the rod 51 fixed to the fixing bracket 47 are also rotated. Therefore, the rotation is also transmitted to the output shaft 55, and the rotation is output from the output shaft 55.
[0024]
Next, when outputting a vertical motion, the stepping motor 3 is controlled.
When the rotation of the DD motor 2 is stopped and the stepping motor 3 is energized by a controller (not shown), the rotor is rotated by the generated magnetic flux, and rotation in a predetermined direction is output from the motor shaft 3a. The rotation of the motor shaft 3 a is transmitted from the motor gear 44 to the female screw rotation gear 45, and the rotation is given to the female screw holder 23 fixed to the female screw rotation gear 45.
When rotation is given to the female screw holder 23, the female magnetic screw 24 also rotates in the same manner. In the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 and the magnetized bands 36, 28 are attracted to different polarities (36N and 28S, 36S and 28N). Therefore, when rotation is given to the female magnetic screw 24, the male magnetic screw 34 tries to follow the rotation. However, since the rotation of the output shaft 55 having the male magnetic screw 34 is restricted by the ball spline bearing 56, a thrust acts on the male magnetic screw 34 and the rod 31 moves upward or downward.
[0025]
Therefore, according to the output device of the present embodiment configured as described above, the rotary motion is output by the DD motor 2, and the vertical motion is output by the stepping motor 3 provided with the magnetic screws 34 and 24. Any output can be controlled arbitrarily.
Further, since the DD motor 2 and the stepping motor 3 are driven by magnetic force, the torque limiter function works against an excessive load, so that the attached arm and related machines are prevented from being damaged. Furthermore, the danger is avoided by the limit action even in an emergency where a hand is caught during output.
[0026]
In addition, the magnetic screw used for the output of the vertical movement also causes an out of step with respect to a large resistance because the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 are coupled by a magnetic force. However, the limit action resulting from this step-out prevented the danger and resulted in higher safety.
Moreover, the magnetic screws 34 and 24 can adjust the attractive force due to the magnetic force between the male magnetic screw 34 and the female magnetic screw 24 by changing the pitch of the magnetic screws, that is, the width of the magnetic bands 36 and 28. The load on the output shaft 31 can be handled.
[0027]
Note that the present invention is not limited to the one shown in the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the DD motor 2 is used as the power source that outputs the rotational motion, and the stepping motor 3 is used as the power source that outputs the vertical motion. It may be.
[0028]
【The invention's effect】
The present invention includes a first servo motor for arbitrarily rotating a rotating body formed with a hollow portion at the center of rotation, a second servo motor fixed to the rotating body, and a rotatable inside the hollow portion of the rotating body. A cylindrical female screw holder supported and connected to the motor shaft of the second servo motor, a female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder, and a shaft without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. A cylindrical male screw holder loaded in the female magnetic screw, a male magnetic screw provided on the outer peripheral surface of the male screw holder, and a male magnetic screw are provided integrally with the first servo. Since it has an output shaft projecting from the hollow portion of the motor, the rotary motion by the first servo motor and the linear motion by the second servo motor are output from the output shaft, and the rotation and vertical output are respectively output. The can be arbitrarily set, and to rotate by the magnetic force with the first servo motor and the second servo motor, it becomes possible to provide an output device having a torque limiter function in the rotational and vertical directions of operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of an output device according to the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing a male magnetic screw and a female magnetic screw.
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment of an output device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
2 DD motor 12 Rotating body 14 Coil 15 Stator 16 Permanent magnet 21 Support holder 23 Female screw holder 24 Female magnetic screw 31 Rod 32 Ball spline bearing 33 Male screw holder 34 Male magnetic screw

Claims

コイルが巻回され円周方向に配設されたステータと、前記ステータに対面する複数の永久磁石が固着され、回転中心に中空部をもって形成された回転体とを備え、前記コイルへの通電により発生する磁束によって前記回転体を任意に回転させる第一サーボモータと、
前記回転体に対して固設され、回転を出力するモータ軸を任意に回転させる第二サーボモータと、
前記回転体の中空部内に回転自在に支持され、前記第二サーボモータのモータ軸に連結された円筒形状の雌ネジホルダと、
前記雌ネジホルダ内周面に設けられた雌磁気ネジと、
前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在であって、前記雌磁気ネジ内に装填された円筒形状の雄ネジホルダと、
前記雄ネジホルダの外周面に設けられた雄磁気ネジと、
前記雄磁気ネジと一体に設けられ、前記第一サーボモータの中空部から突設された出力軸とを有することを特徴とする出力装置。A stator around which a coil is wound and disposed in a circumferential direction; a plurality of permanent magnets facing the stator; and a rotating body formed with a hollow portion at the center of rotation. A first servo motor that arbitrarily rotates the rotating body with generated magnetic flux;
A second servo motor that is fixed to the rotating body and arbitrarily rotates a motor shaft that outputs rotation;
A cylindrical female screw holder rotatably supported in the hollow portion of the rotating body and connected to the motor shaft of the second servomotor;
A female magnetic screw provided on the inner peripheral surface of the female screw holder;
A cylindrical male screw holder that is movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servomotor, and is loaded in the female magnetic screw;
A male magnetic screw provided on the outer peripheral surface of the male screw holder;
An output device comprising an output shaft provided integrally with the male magnetic screw and protruding from a hollow portion of the first servomotor.

請求項１に記載の出力装置において、
前記出力軸は、前記第一サーボモータの回転体に対して回転することなく軸方向にのみ移動自在に装填されたロッドに前記雄磁気ネジが一体に形成されたものであることを特徴とする出力装置。The output device according to claim 1,
The output shaft is characterized in that the male magnetic screw is integrally formed on a rod loaded so as to be movable only in the axial direction without rotating with respect to the rotating body of the first servo motor. Output device.

請求項１に記載の出力装置において、
前記出力軸は、前記第二サーボモータに固定されたロッドに対し、回転することなく軸方向にのみ移動自在にはめ込まれた前記雄ネジホルダであることを特徴とする出力装置。The output device according to claim 1,
The output device is characterized in that the output shaft is the male screw holder that is inserted into the rod fixed to the second servo motor so as to be movable only in the axial direction without rotating.