軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)一種能夠以簡單的構(gòu)造進(jìn)行可動(dòng)元件的直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，可應(yīng)對小型、省空間化、輕量化的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)。軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)(100)具備：具有軸部(10A)和外筒部(11)且在外筒部(11)內(nèi)具有多個(gè)永磁體(14)的中空可動(dòng)元件(1)、環(huán)繞中空可動(dòng)元件(1)且具有多個(gè)線圈(20)的電樞(2)、收容電樞(2)的框架(3)。軸部(10A)由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌(10)支承。
【專利說明】軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及使驅(qū)動(dòng)對象物可做旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及直線動(dòng)作的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸 旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
【背景技術(shù)】
[0002] 線性電動(dòng)機(jī)利用電磁感應(yīng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，所以與滾珠絲杠機(jī)構(gòu)那樣的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)相比， 小型且可高速運(yùn)轉(zhuǎn)。例如，半導(dǎo)體制造裝置的貼片機(jī)（^ 7 y 7夕，電子零件安裝裝 置）使用推桿型線性電動(dòng)機(jī)。推桿型線性電動(dòng)機(jī)具備具有永磁體的推桿、環(huán)繞該推桿的線 圈，利用永磁體的磁場和流過線圈的電流的電磁感應(yīng)賦予推桿軸向的推力以使其直線運(yùn) 動(dòng)。
[0003] 近年來，為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及直線動(dòng)作，提出有大量通過滾珠花鍵和軸承的連結(jié) 機(jī)構(gòu)的研究實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的扭矩產(chǎn)生部和線性電動(dòng)機(jī)的推力產(chǎn)生部的技術(shù)。
[0004] 關(guān)于可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作及直線動(dòng)作的線性電動(dòng)機(jī)的技術(shù)，公開有具備在外周的一部 分具有線性軸部和花鍵槽的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸、與旋轉(zhuǎn)移動(dòng)軸的花鍵槽卡合的花鍵導(dǎo)向軸承的兩 自由度執(zhí)行器（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。
[0005] 另外，公開有與線性電動(dòng)機(jī)的推桿平行地配置第二軸部件的線性執(zhí)行器（例如， 參照專利文獻(xiàn)2)。根據(jù)專利文獻(xiàn)2,以第二軸部件隨著推桿的直線運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的 方式，用第一連結(jié)部件連結(jié)推桿的前端部和第二軸部件的前端部。第二連結(jié)部件以第二軸 部件可直線運(yùn)動(dòng)的方式連結(jié)第二軸部件和外殼，防止第二軸部件繞推桿的軸線回轉(zhuǎn)。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利3300465號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2010 - 57357號(hào)公報(bào)
[0008] 然而，根據(jù)專利文獻(xiàn)1及2的技術(shù)，連結(jié)機(jī)構(gòu)都較復(fù)雜，不能應(yīng)對線性電動(dòng)機(jī)的小 型、省空間化、輕量化。
[0009] 近年來，作為不使用于進(jìn)行直進(jìn)動(dòng)作的中心軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)造，開發(fā)了與該中心軸平 行設(shè)有另外的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸可與中心軸連動(dòng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的小型線性電動(dòng)機(jī)。但是，具 有該中心軸及轉(zhuǎn)動(dòng)軸的小型線性電動(dòng)機(jī)，仍然需要中心軸和轉(zhuǎn)動(dòng)軸的連結(jié)部，不利于線性 電動(dòng)機(jī)的小型、省空間化、輕量化。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010] 本發(fā)明是鑒于上述情況而發(fā)明的，其目的在于，提供一種能夠以簡單的構(gòu)造使可 動(dòng)元件進(jìn)行直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，可以應(yīng)對小型、省空間化、輕量化的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸 旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
[0011] 另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種可以使低成本化及高性能化并存，具有優(yōu)異的 散熱性的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
[0012] 用于實(shí)現(xiàn)上述目的的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，具備中空可動(dòng)元件、電樞及框架。
[0013] 所述中空可動(dòng)元件具有軸部和外筒部，在該外筒部內(nèi)具有多個(gè)永磁體。所述電樞 環(huán)繞所述中空可動(dòng)元件，具有多個(gè)線圈。所述框架收容所述電樞。
[0014] 所述軸部由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌支承。
[0015] 發(fā)明效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，軸部由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌支承。因 此，作為可動(dòng)元件的軸部自身可進(jìn)行直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，能夠以簡單的構(gòu)造應(yīng)對小型、省空間 化、輕量化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的立體圖；
[0018] 圖2是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的框架開放狀態(tài)的主視圖；
[0019] 圖3是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的可動(dòng)側(cè)的側(cè)視圖；
[0020] 圖4是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部的立體圖；
[0021] 圖5是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空可動(dòng)元件的內(nèi)部構(gòu)造的立體圖；
[0022] 圖6是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空花鍵軸的立體圖；
[0023] 圖7是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的永磁體的立體圖；
[0024] 圖8是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的磁體壓件的立體圖；
[0025] 圖9是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的第一中空末端部件的立體圖；
[0026] 圖10是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的第二中空末端部件的立體圖；
[0027] 圖11是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的電樞的立體圖；
[0028] 圖12是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的框架的立體圖；
[0029] 圖13是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的框架及電樞的立體圖；
[0030] 圖14是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的主視圖；
[0031] 圖15是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空可動(dòng)元件的內(nèi)部的空氣流動(dòng)狀 態(tài)的剖視圖；
[0032] 圖16是實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的立體圖；
[0033] 圖17是實(shí)施方式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組的立體圖。
[0034] 符號(hào)說明
[0035] 1 中空可動(dòng)元件（勵(lì)磁部）、
[0036] 2 電樞、
[0037] 3 框架、
[0038] 10 可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌、
[0039] 10A 軸部（中空滾珠花鍵軸）、
[0040] 10B 滾珠花鍵襯套、
[0041] 10CU0D 旋轉(zhuǎn)軸承、
[0042] 11 外筒部、
[0043] 12 滾珠支承槽部、
[0044] 14 永磁體、
[0045] 15a 直槽部、
[0046] 15b 直裂縫、
[0047] 16 墊片、
[0048] 17 磁體壓件
[0049] 18 第一中空末端部件、
[0050] 19 第二中空末端部件、
[0051] 20 線圈、
[0052] 30 框架主體、
[0053] 31 上框、
[0054] 32 下框、
[0055] 33、34 兩端框、
[0056] 35 凹部、
[0057] 40 磁性筒、
[0058] 41 直開 口部、
[0059] 56 線性編碼器、
[0060] 61、62 放出口（入口、出口）
[0061] 70 填充材料、
[0062] 100,200 軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)、
[0063] 300 軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
【具體實(shí)施方式】
[0064] 下面，參照附圖，說明實(shí)施方式1及實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)以及實(shí)施方 式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
[0065] 實(shí)施方式1及實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)以及實(shí)施方式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性 電動(dòng)機(jī)機(jī)組的軸部由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌支承。
[0066] 因此，根據(jù)實(shí)施方式1?實(shí)施方式3,作為可動(dòng)元件的軸部自身可進(jìn)行直進(jìn)及旋轉(zhuǎn) 動(dòng)作，能夠以簡單的構(gòu)造實(shí)現(xiàn)可應(yīng)對小型、省空間化、輕量化的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)及軸旋 轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組。
[0067](實(shí)施方式1)
[0068](軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)）
[0069] 首先，參照圖1?圖14,對實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。圖 1是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的立體圖。圖2是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng) 機(jī)的框架開放狀態(tài)的主視圖。圖3是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的可動(dòng)側(cè)的側(cè)視圖。 圖4是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部的立體圖。
[0070] 如圖1?圖3所示，實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100具備作為可動(dòng)元件的 勵(lì)磁部1、作為定子的電樞2、作為外殼的框架3。
[0071] 如圖4所示，勵(lì)磁部1由中空可動(dòng)元件構(gòu)成。中空可動(dòng)元件1具有軸部10A和外 筒部11。
[0072] 圖5是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空可動(dòng)元件的內(nèi)部構(gòu)造的立體圖。 圖6是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空花鍵軸的立體圖。
[0073] 如圖5所示，實(shí)施方式1的軸部10由中空花鍵軸構(gòu)成。如圖3及圖6所示，中空 花鍵軸10A為短管部件,在徑向的對向位置具有兩處滾珠支承槽部12。滾珠支承槽部12為 直槽部，該滾珠支承槽部12的縱剖面呈圓弧狀，以便后述的滾珠花鍵襯套10B的滾珠易轉(zhuǎn) 動(dòng)。在中空花鍵軸10的基端側(cè)，形成有用于插嵌于后述的第一中空末端部件18內(nèi)的插座 部（y夕v卜部）13。
[0074] 在中空花鍵軸10A的中空部，可連接供給空氣的空氣管。作為連接空氣管的方法 可舉出例如分接頭及空氣管插入用孔等，但不限定于例示的方法。
[0075] 作為中空花鍵軸10A的構(gòu)成材料，使用例如奧氏體系不銹鋼等非磁性金屬材料， 但不限定于例示的材料。
[0076] 外筒部11使用例如奧氏體系不銹鋼管等非磁性的金屬材料，但不限定于例示的 材料。
[0077] 圖7是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的永磁體的立體圖。
[0078] 如圖5及圖7所示，在外筒部11內(nèi)沿軸向串聯(lián)設(shè)有多個(gè)永磁體14。S卩，永磁體14 大致呈圓柱狀，在該永磁體14的外周部沿軸向具有直槽部15a。直槽部15a的縱剖面呈矩 形狀。
[0079] 本實(shí)施方式的永磁體14以在軸向上磁極對向（N - N，S - S)的方式磁化。為了 易于永磁體14磁極對向配置，在該永磁體14、14之間介設(shè)有由軟磁性體構(gòu)成的墊片16。墊 片16具有與永磁體14 一樣的形狀，軸向長度比該永磁體14短。
[0080] 圖8是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的磁體壓件的立體圖。
[0081] 如圖5及圖8所示，在永磁體14組的兩端，經(jīng)由墊片16分別設(shè)有C型的磁體壓件 17。即，磁體壓件17具有直裂縫15b。磁體壓件17利用C型形狀的彈簧力，抑制永磁體14 組的排斥力，使磁體配置作業(yè)高效化。磁體壓件17例如由彈簧鋼材等的軟磁性體構(gòu)成，但 不限定于例示的材料。
[0082] 圖9是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的第一中空末端部件的立體圖。圖10 是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的第二中空末端部件的立體圖。
[0083] 如圖5、圖9及圖10所示，在磁體壓件17的兩端分別設(shè)有第一中空末端部件18及 第二中空末端部件19。在中空花鍵軸10A和前端側(cè)的磁體壓件17之間介設(shè)有第一中空末 端部件18。
[0084] 如圖9所示，第一中空末端部件18呈階梯圓筒體狀。在第一中空末端部件18的 基端側(cè)，形成有用于插嵌于磁體壓件17內(nèi)的插座部18a。在第一中空末端部件18的中空部 18b，插嵌有中空花鍵軸10A的插座部13。
[0085] 第二中空末端部件19如圖9所示呈階梯圓筒體狀。在第二中空末端部件19的前 端側(cè)，形成有用于插嵌于磁體壓件17內(nèi)的插座部19a。
[0086] 如圖5所示，外筒部11在該外筒部11的內(nèi)部，收容且密閉配置有永磁體14、墊片 16、磁體壓件17、第一中空末端部件18及第二中空末端部件19。
[0087] 圖11是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的電樞的立體圖。
[0088] 如圖1?圖3及圖11所示，電樞2具有線圈20和磁性筒40。
[0089] 中空可動(dòng)元件1的外筒部11的周圍被串聯(lián)配置的多個(gè)線圈20包覆（參照圖4)。 如上所述，在外筒部11內(nèi)收容有對向磁極配置的永磁體14組（參照圖5)。
[0090] 各線圈20形成為圓筒體狀的環(huán)形線圈。在線圈20、20彼此之間插設(shè)有電絕緣性 的墊片21。
[0091] 在多個(gè)線圈20組的兩端分別設(shè)有圓筒體狀的導(dǎo)向支撐筒22。導(dǎo)向支撐筒22內(nèi)置 有中空可動(dòng)元件1的導(dǎo)向襯套（未圖示）。另外，導(dǎo)向襯套也可以內(nèi)置于后述的框架3內(nèi)。
[0092] 多個(gè)線圈20例如以與三相交流電源相對應(yīng)的方式沿軸向按u相、v相、w相的順序 配置。u相組、v相組、w相組的線圈20用未圖示的引線接線。
[0093] 磁性筒40是具有沿著軸向的直開口部41的筒體狀的磁性金屬部件。本實(shí)施方式 的磁性筒40形成圓筒體狀，但形狀不被限定，也可以是矩形筒體狀等其它筒形狀。磁性筒 40覆蓋多個(gè)線圈20組的周圍。磁性筒40內(nèi)的線圈20組由導(dǎo)向支撐筒22支撐。
[0094] 磁性筒40的長度設(shè)定得比配置于線圈20內(nèi)的中空可動(dòng)元件1的永磁體14組的 全長更長。具體地說，磁性筒40的長度為永磁體14組的全長加上二倍行程長的長度以上。
[0095] 磁性筒40具有將中空可動(dòng)元件1的永磁體14的磁通量的大部分封閉而抑制漏磁 通的作用。另外，磁性筒40的直開口部41界定線圈20的引線的通過部，并且作為冷卻通 道發(fā)揮作用。
[0096] 實(shí)施方式1的磁性筒40呈大致圓筒體狀。本實(shí)施方式的直開口部41在磁性筒40 的上部形成為沿著軸向開口的裂縫部。直開口部41僅在磁性筒40的上部形成，但也可以 在下部也形成。
[0097] 作為磁性筒40的構(gòu)成材料，使用例如SC材料等鐵系的磁性體。磁性筒40為了使 性能確保和成本并存，優(yōu)選板金加工或沖壓成型的硅鋼片，但不限定于此。
[0098] 圖12是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的框架的立體圖。圖13是實(shí)施方式1 的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的框架及電樞的立體圖。
[0099] 如圖1?圖3及圖12所示，框架3是收容勵(lì)磁部1及電樞2的矩形框體狀的部件。 框架3包圍電樞2的徑向的上部、下部及軸向的兩端部。作為矩形框的框架主體30由上框 31、下框32及長度方向（與軸向一致）的兩端框33、34構(gòu)成?？蚣苤黧w30的寬方向左右 側(cè)面被開放。
[0100] 作為框架3的構(gòu)成材料，使用例如容易加工的鋁或鋁合金，但不限定于例示的材 料?？蚣?的成型例如可以通過擠壓加工等塑性加工容易地形成。
[0101] 在框架主體30的長度方向（與軸向一致）的兩端框33、34上，分別開設(shè)用于使中 空可動(dòng)元件1插通的貫通孔51、52。
[0102] 如圖3及圖13所示，在前端框33的貫通孔51內(nèi)，插嵌有旋轉(zhuǎn)軸承10C。另外，在 旋轉(zhuǎn)軸承10C內(nèi)支承有滾珠花鍵襯套10B。滾珠花鍵襯套10B利用裝填于該滾珠花鍵襯套 10B的內(nèi)部的未圖示的滾珠，對中空可動(dòng)元件1的中空花鍵軸10A的直線移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向，構(gòu) 成滾珠花鍵機(jī)構(gòu)。滾珠花鍵襯套10B和旋轉(zhuǎn)軸承10C -體構(gòu)成。
[0103] 如圖1、圖2、圖12及圖13所示，中空可動(dòng)元件1的基端部被固定在四棱柱狀的塊 部件53上的旋轉(zhuǎn)軸承10D支承。塊部件53沿著基端框34配置。該塊部件53的上端部與 以沿著框架主體30的上框31的方式設(shè)置的伸出部件54連接。
[0104] 伸出部件54經(jīng)由塊部件53向框架3側(cè)折回。伸出部件54可滑動(dòng)移動(dòng)地配置在 截面=字狀的導(dǎo)向塊55上。在伸出部件54上設(shè)有用于檢測直線軸的位置、輸出位置信息 的線性編碼器56。
[0105] 考慮磁性及熱的影響，線性編碼器56配置于遠(yuǎn)離包含線圈20的電樞2的部位。 作為線性編碼器56,磁式、光學(xué)式等哪種形式都可以使用。另外，為了確保穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)和高品 質(zhì)，理想的是，線性編碼器56的可動(dòng)部配置于LM導(dǎo)軌或滾珠花鍵等線性導(dǎo)軌上、或靠近的 部位。
[0106] 另外，在框架主體30的上框31上開設(shè)有長孔60。該長孔60界定線圈20的引線 接線空間，作為連接端子23的通過部發(fā)揮作用，并且也作為冷卻空氣的通道發(fā)揮作用。
[0107] 在框架主體30的上框31及下框32的內(nèi)表面，冷卻通道形成用的凹部35和磁性 筒固定用的凸部36沿軸向交替形成。因?yàn)樯峡?1及下框32的內(nèi)表面具有凹凸部，所以與 磁性筒40有時(shí)接觸、有時(shí)不接觸。用粘接劑或模制材料等填充材料70將磁性筒40固定在 凸部36的接觸部，利用接觸部的熱傳導(dǎo)冷卻包含線圈20的電樞2。未接觸的凹部35變?yōu)?冷卻通道。上框31的凹部35和下框35的凹部35以在上下有一部分重疊的方式沿軸向稍 微錯(cuò)開，在磁性筒40和框架3之間形成有大致螺旋狀的冷卻通道。
[0108] 在框架主體30的上框31和下框32上，作為用于使冷卻空氣通過大致螺旋狀的冷 卻通道的入口及出口，分別鉆有放出口（貫通孔）62。上框31和下框32的放出口 62偏離 框體的寬度方向中心而開口，位于大致對角。本實(shí)施方式中，短管63、64與各放出口 62連 接。本實(shí)施方式中，下框32側(cè)的短管64為冷卻空氣的入口，上框31側(cè)的短管63為冷卻空 氣的出口，但入口和出口也可以上下相反。
[0109] 圖14是實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的主視圖。
[0110] 如圖1、圖2、圖12?圖14所示，在上框31和下框32的兩端部形成有用于聯(lián)接螺 栓81的螺合孔82。在使用本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100單元化成單軸的執(zhí)行器 或后述的多軸執(zhí)行器的情況下，經(jīng)由密封板80將螺栓81與螺合孔82聯(lián)接，由此，框架主體 30的寬度方向左右側(cè)面的開放部被密封。
[0111] (軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作）
[0112] 接著，參照圖1?圖15,對實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100的動(dòng)作進(jìn)行說 明。
[0113] 如圖1及圖4所示，實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100的勵(lì)磁部（中空可動(dòng) 元件）1，在外筒部11中以在軸向上磁極對向（N - N，S - S)磁化的方式配置多個(gè)永磁體 14。電樞2具有以包圍具有永磁體14的中空可動(dòng)元件1的方式設(shè)置且軸向排列的多個(gè)線圈 20。線圈20例如以與三相電源的u相、v相、w相對應(yīng)的方式配置，使相位錯(cuò)開而在u相、v 相、w相的線圈20中流過電流。
[0114] 電樞2作為定子發(fā)揮作用，中空可動(dòng)元件1在電樞2內(nèi)進(jìn)行直進(jìn)動(dòng)作。即，本實(shí)施 方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100,使電流以與中空可動(dòng)元件1的永磁體14產(chǎn)生的磁通量交 叉的方式流過電樞2的線圈20。在永磁體14的磁通量和流過電樞2的線圈20的電流交叉 時(shí)，本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100則利用電磁感應(yīng)，在永磁體14產(chǎn)生軸向的推力， 使中空可動(dòng)元件1進(jìn)行直進(jìn)動(dòng)作。
[0115] 此時(shí)，如圖1?圖6所示，通過使?jié)L珠花鍵襯套10B的滾珠沿著中空可動(dòng)元件1的 中空滾珠花鍵軸10A的滾珠支承槽部12滾動(dòng)，該中空滾珠花鍵軸10A平滑地進(jìn)行直進(jìn)動(dòng) 作。
[0116] 另外，滾珠花鍵襯套10B被固定于框架3的前端框33上的旋轉(zhuǎn)軸承10C支承。因 此，通過用未圖示的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)帶驅(qū)動(dòng)滾珠花鍵襯套10B，可使中空滾珠花鍵軸10A與該滾 珠花鍵襯套10B -起進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
[0117] 可旋轉(zhuǎn)的部分只是中空可動(dòng)元件1。由于僅將中空可動(dòng)元件1設(shè)定為可以旋轉(zhuǎn)，從 而，作為線性傳感器可以使用光學(xué)式或磁式。中空可動(dòng)元件1雖然可以進(jìn)行直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)動(dòng) 作，但是直線動(dòng)作所需要的其它部分被限制旋轉(zhuǎn)。
[0118] S卩，通過研究滾珠花鍵襯套10B和旋轉(zhuǎn)用軸承10C的配置，實(shí)現(xiàn)中空可動(dòng)元件1的 直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，還可以謀求線性電動(dòng)機(jī)的小型化及省空間化。
[0119] 中空可動(dòng)元件1由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)支承，但根據(jù)用途通過使用滾珠花鍵機(jī) 構(gòu)，可以期待驅(qū)動(dòng)部的高品質(zhì)化及長壽命化。
[0120] 用于使中空花鍵軸10A回轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，根據(jù)需要可以自由地連結(jié)、設(shè)置，能夠 改善裝置設(shè)計(jì)及構(gòu)成的自由度。
[0121] 在實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100中，如圖11?圖13所示，在具有直開口 部（裂縫）41的磁性筒40內(nèi)沿著軸向串聯(lián)排列u相、v相、w相的線圈20。使u相、v相、w 相線圈20的引線從直開口部（裂縫）41通過，將該引線以自磁性筒40引出到外部的狀態(tài) 收容于鋁制的框架3內(nèi)。
[0122] 來自中空可動(dòng)元件1的永磁體14的漏磁通被磁性筒40封閉，幾乎沒有漏磁通。因 此，如后述，即使多軸排列本實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)100,也可以將軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)間 的磁影響抑制得很小。
[0123] 框架主體30是由上框31、下框32及長度方向的兩端框33、34構(gòu)成的矩形的框體 形狀。在上框31上開設(shè)有長孔60,確保該長孔60作為u相、v相、w相的線圈20的引線的 接線空間。引線接線端子23從長孔60露出。
[0124] 在下框32的內(nèi)表面凸部36的接觸部經(jīng)由填充材料70固定著磁性筒40,所以可以 利用接觸部的熱傳導(dǎo)冷卻包含線圈20的電樞2。
[0125] 接著，對實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100的空氣流進(jìn)行說明。圖15是實(shí)施 方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的中空可動(dòng)元件的內(nèi)部的空氣流狀態(tài)的剖視圖。圖15中的 (b)表示（a)的G -G線剖面。
[0126] 如圖5?圖10所示，中空可動(dòng)元件1的外筒部11按順序密閉收容有第一中空末 端部件18、磁體壓件17、墊片16/永磁體14…、磁體壓件17、及第二中空末端部件19。
[0127] 圖15(b)中，箭頭表示在中空滾珠花鍵軸10A的中空部連接空氣管的情況下的空 氣流。
[0128] 如圖15所示，從未圖示的空氣管流入中空滾珠花鍵軸10A的中空部的空氣，通過 第一中空末端部件18,流入前端側(cè)的磁體壓件17內(nèi)。由于磁體壓件17呈C型形狀，所以經(jīng) 由該磁體壓件17的直裂縫15b向外筒部11的內(nèi)周面?zhèn)攘鞒觥?br>
[0129] 而且，在外筒部11的內(nèi)周面流出的空氣通過墊片16/永磁體14…的直槽部15a。 通過墊片16/永磁體14…的直槽部15a的空氣，經(jīng)由基端側(cè)的磁體壓件17的直裂縫15b流 入該基端側(cè)的磁體壓件17內(nèi)。之后，流入基端側(cè)的磁體壓件17內(nèi)的空氣通過第二中空末 端部件19的中空部流出。
[0130] 由于在實(shí)心的永磁體14的外周面上設(shè)有沿著軸向的直槽部15a，所以可使用優(yōu)質(zhì) 的磁體。因此，可以以低成本實(shí)現(xiàn)中空花鍵軸10A的作用，并且可以實(shí)現(xiàn)線性電動(dòng)機(jī)的大推 力化及高品質(zhì)化。另外，在使用中空磁體的情況下，因?yàn)橹荒苁褂闷叫写艌龀尚推?，因此?于磁通密度降低及磁體防銹品質(zhì)等在線性電動(dòng)機(jī)性能、作用的確保方面不利。
[0131] 另外，如圖1、圖2、圖12及圖13所示，在框架主體30的上框31及下框32的內(nèi)表 面，交替形成有凹部35及凸部36。上框31的凹部35和下框35的凹部35在磁性筒40和 框架3之間形成大致螺旋狀的冷卻通道。
[0132] 在框架主體30的上框31和下框32上，穿設(shè)有用于使冷卻空氣通過冷卻通道的放 出口 61、62,各自連接到短管63、64。使冷卻空氣從一短管64流入，再使冷卻空氣從另一短 管63流出，在框架3的內(nèi)部形成空氣流。冷卻空氣通過框架主體30的凹部35和磁性筒40 的間隙，產(chǎn)生同時(shí)旋轉(zhuǎn)的湍流，高效冷卻包含線圈20的電樞2。
[0133] 即，根據(jù)實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100,電樞2包圍具有永磁體14的中空 可動(dòng)元件1。電樞2在具有直開口部的磁性筒40內(nèi)收容多個(gè)線圈20組。
[0134] 磁性筒40是由磁性材料構(gòu)成的筒體，所以可以通過例如對硅鋼片進(jìn)行板金加工 或沖壓加工而簡單地制造。另外，框架3可以通過例如擠壓加工等而簡單地形成。因此，本 實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100可以使低成本化及高性能化并存。
[0135] 另外，由于磁性筒40將永磁體14的磁通量的大部分封閉，抑制了漏磁通，所以不 需要磁遮蔽板，可以應(yīng)對小型、省空間化、輕量化。
[0136] 另外，具有永磁體14的中空可動(dòng)元件1由環(huán)狀的線圈20組包圍。該線圈20組收 容于具有直開口部41的磁性筒40內(nèi)。因此，實(shí)施方式1的線性電動(dòng)機(jī)100的磁性筒40將 永磁體14的磁通量的大部分封閉，抑制了漏磁通。
[0137] 線圈20的引線通過直開口部41導(dǎo)入上框31的長孔60,所以可以確保線圈20的 引線的接線空間。
[0138] 磁性筒40具有直開口部41，在上框31及下框32的凹部35和磁性筒40的外周 面之間形成有間隙，作為冷卻通道發(fā)揮作用。通過用密封板80密封框架主體30的左右開 放部，形成大致螺旋狀的冷卻通道。因此通過使冷卻空氣流入大致螺旋狀的冷卻通道，可以 冷卻包含線圈20的電樞2。因此，本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100具有優(yōu)異的散熱 性。
[0139] 由于本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100單獨(dú)具備線性編碼器56,所以可以作 為單軸執(zhí)行器使用。另外，如果將多組本實(shí)施方式的線性電動(dòng)機(jī)1〇〇進(jìn)行組合，可構(gòu)成多軸 的執(zhí)行器。中空可動(dòng)元件1和線性編碼器56同時(shí)進(jìn)行直進(jìn)動(dòng)作，但中空可動(dòng)元件1的旋轉(zhuǎn) 不影響線性編碼器56,該線性編碼器56可廣泛使用光學(xué)式、磁式等。
[0140] 因此，由于可以簡單地作為單軸或多軸的執(zhí)行器使用，所以能夠確保貼片機(jī)的機(jī) 頭構(gòu)成的靈活性。
[0141] 本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100適于要求小型、省空間且旋轉(zhuǎn)及直線動(dòng)作 的用途。特別是面向?qū)①N片機(jī)那種的線性電動(dòng)機(jī)盡可能省空間且多軸地排列，同時(shí)進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)及直線動(dòng)作，利用空氣吸力正確地固定半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體制造裝置。另外，通過獨(dú)自的 磁體配置構(gòu)造及簡單的旋轉(zhuǎn)及直線動(dòng)作機(jī)構(gòu)，可以期待線性電動(dòng)機(jī)的大推力化、小型化以 及裝置的簡略化及低成本化。
[0142] (實(shí)施方式2)
[0143] 接著，參照圖16,對實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)200進(jìn)行說明。圖16是實(shí) 施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)的立體圖。另外，對于與實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng) 機(jī)100相同的構(gòu)成部件，附加相同的符號(hào)并省略其說明。
[0144] 如圖16所示，實(shí)施方式2的線性電動(dòng)機(jī)200除軸部210A及線性導(dǎo)軌210B的構(gòu)造 不同以外，與實(shí)施方式1同樣地構(gòu)成。
[0145] 即，實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)200的軸部210A由沒有槽部的簡單的中空 軸構(gòu)成。軸部210A由可直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌210B支承。
[0146] 作為可直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌210B，可以列舉出例如線性襯套（金屬襯套）或滑 動(dòng)軸承等，但不限定于例示的線性導(dǎo)軌，只要可直進(jìn)及旋轉(zhuǎn)即可。
[0147] 在通過中空可動(dòng)元件1的永磁體14和電樞2的線圈20的電磁感應(yīng)作用而進(jìn)行直 進(jìn)動(dòng)作時(shí)，利用前端側(cè)的線性導(dǎo)軌210B和基端側(cè)的旋轉(zhuǎn)軸承10D對中空可動(dòng)元件1的直線 移動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。
[0148] 另外，通過利用未圖示的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)來帶驅(qū)動(dòng)中空可動(dòng)元件1，可以使該中空可動(dòng) 元件1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
[0149] 實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)200基本上起到與實(shí)施方式1同樣的作用效 果。特別是實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)200,因軸部210A及線性導(dǎo)軌210B的構(gòu)造簡 單，所以起到可以進(jìn)一步降低制造成本這種特有的效果。
[0150] (實(shí)施方式3)
[0151] 接著，參照圖17對實(shí)施方式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組300進(jìn)行說明。圖17 是實(shí)施方式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組的立體圖。另外，對于與實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型 線性電動(dòng)機(jī)100相同的構(gòu)成部件，附加相同的符號(hào)并省略其說明。
[0152] 如圖17所示，實(shí)施方式3的線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組300是將多個(gè)實(shí)施方式1的線性電動(dòng) 機(jī)100沿寬度方向（橫梁方向）排列而單元化而成。
[0153] 與實(shí)施方式1同樣，在上框31和下框32的兩端部，形成有用于聯(lián)接螺栓81的螺 合孔82。使多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100抵接并沿寬度方向排列，在寬度方向的兩端配置 密封板80。而且，經(jīng)由密封板80在多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100的螺合孔82插通且聯(lián)接 長螺栓81，由此，多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100被一體化為多軸機(jī)組。本實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn) 型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組300的兩端的寬度方向左右側(cè)面的開放部被密封。
[0154] 框架3的寬度尺寸為帶條饋送器（亍一：/7 〃一夕'')的要求尺寸，磁性筒40的外 徑或?qū)挾仍O(shè)定為比框架主體30的寬度尺寸?。▍⒄請D11)。因此，在寬度方向多軸地排列 多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)1〇〇時(shí)，只是沿著框架3的側(cè)面排列軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100,即 可簡單且尺寸精良地組裝軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組（機(jī)頭模塊）300。
[0155] 另外，通過將多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100多軸排列，各軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100 的寬度方向左右被密封。因此，冷卻空氣泄漏不多，自然而然地確保了空氣流動(dòng)，提高了本 實(shí)施方式的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組300的冷卻效果。
[0156] 多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100抵接，但在相鄰的磁性筒40、40彼此之間形成有間 隙。磁性筒40、40彼此的間隙不僅利于冷卻，還可以抑制相互的磁影響。
[0157] 由于各軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100單獨(dú)地具備線性編碼器56,所以可以分別掌握各 線性電動(dòng)機(jī)100的位置信息。
[0158] 另外，在本實(shí)施方式中，使用實(shí)施方式1的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)100進(jìn)行了說明， 但在使用實(shí)施方式2的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)200的情況下，也同樣可以構(gòu)成軸旋轉(zhuǎn)型線性 電動(dòng)機(jī)機(jī)組300。
[0159] 實(shí)施方式3的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組300基本上起到與實(shí)施方式1同樣的作用 效果。尤其是實(shí)施方式3,因構(gòu)成在寬度方向排列的多軸執(zhí)行器，所以起到以下特有的效果， 即，作為貼片機(jī)機(jī)頭的Z軸，可以提供小型（小幅）、大推力及低成本的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī) 機(jī)組300。
[0160] 以上，說明了本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是用于本發(fā)明的說明的例 示，不是將本發(fā)明的范圍僅限定于這些實(shí)施方式的意思。本發(fā)明在不脫離該要點(diǎn)的范圍內(nèi) 可以以與上述實(shí)施方式不同的各種方式實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1. 一種軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，包括： 中空可動(dòng)元件，其具有軸部和外筒部，在該外筒部內(nèi)具有多個(gè)永磁體； 電樞，其環(huán)繞所述中空可動(dòng)元件，具有多個(gè)線圈；以及 框架，其收容所述電樞， 其中，所述軸部由可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌支承。
2. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述軸部由具備滾珠支承槽部的中空滾珠花鍵軸形成， 所述可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌由內(nèi)置有滾珠的滾珠花鍵襯套和旋轉(zhuǎn)軸承一體形成， 所述中空滾珠花鍵軸被所述滾珠花鍵襯套支承而進(jìn)行直進(jìn)動(dòng)作，并且， 所述滾珠花鍵襯套被所述旋轉(zhuǎn)軸承支承而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
3. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述軸部由中空軸形成， 所述可直進(jìn)及可旋轉(zhuǎn)的線性導(dǎo)軌由線性襯套或滑動(dòng)軸承形成。
4. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述軸部為中空軸，在該軸部的中空部能夠連接空氣管。
5. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述外筒部內(nèi)依次密閉收容有第一中空末端部件、前端側(cè)的磁體壓件、介設(shè)有墊片 的永磁體組、基端側(cè)的磁體壓件及第二中空末端部件， 所述墊片及永磁體在外周面具有直槽部，并且所述磁體壓件具有直裂縫， 在所述外筒部內(nèi)經(jīng)由所述第一中空末端部件及第二中空末端部件的中空部、所述墊片 及永磁體的直槽部、及所述磁體壓件的直裂縫，形成有空氣流。
6. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述電樞在具有直開口部的磁性筒內(nèi)收容有所述多個(gè)線圈。
7. 如權(quán)利要求6所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述直開口部形成于所述磁性筒的至少上部。
8. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述多個(gè)線圈的引線通過所述磁性筒的直開口部，露出于該磁性筒的外部。
9. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述框架的主體形成矩形框體狀，具有上框、下框及長度方向的兩端框。
10. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述框架主體的上框開設(shè)有作為所述多個(gè)線圈的引線接線空間的長孔。
11. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述框架主體的上框或/及下框的內(nèi)表面形成有凹部。
12. 如權(quán)利要求11所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 所述上框的內(nèi)表面的凹部和下框的內(nèi)表面的凹部在長度方向的位置以至少一部分重 疊的方式錯(cuò)開。
13. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述線圈的外周面和所述磁性筒的內(nèi)表面的間隙、所述磁性筒的所述直開口部、所 述磁性筒的外表面和所述框架主體的內(nèi)表面的四角的間隙、或/及所述磁性筒的外表面和 所述框架主體的內(nèi)表面的凹部的間隙形成有冷卻通道。
14. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述框架主體的上框及下框形成有用于使冷卻空氣流入所述冷卻通道的入口、出 □。
15. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述框架主體的內(nèi)表面上經(jīng)由填充材料固定有所述磁性筒。
16. 如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)，其中， 在所述框架的一部分布置有線性編碼器。
17. -種軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)機(jī)組，其使多個(gè)如權(quán)利要求1所述的軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng) 機(jī)在寬度方向排列并抵接，并且 在寬度方向兩端面配置密封板，使該密封板及多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)型線性電動(dòng)機(jī)一體化形成多 軸的機(jī)組。
【文檔編號(hào)】H02K5/16GK104124853SQ201410167990
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月25日
【發(fā)明者】唐玉琪, 杉田聰 申請人:山洋電氣株式會(huì)社