特開 2022-81389 回転機械装置及び直線型機械装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022081389

(43)【公開日】2022-05-31

(54)【発明の名称】回転機械装置及び直線型機械装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 3/04 20060101AFI20220524BHJP

【ＦＩ】

G01L3/04

【審査請求】有

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021104368

(22)【出願日】2021-06-23

(31)【優先権主張番号】202011304559.5

(32)【優先日】2020-11-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】502330713

【氏名又は名称】台達電子工業股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＤＥＬＴＡ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ， ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２５２，ＳｈａｎＹｉｎｇ Ｒｄ．，Ｇｕｉｓｈａｎ Ｄｉｓｔ．，Ｔａｏｙｕａｎ Ｃｉｔｙ ３３３，Ｔａｉｗａｎ， Ｒ．Ｏ．Ｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】鐘啓聞

(72)【発明者】

【氏名】朱恩毅

(57)【要約】      （修正有）

【課題】力センサを使用せずに出力軸の受力を感知する回転機械装置を提供する。
【解決手段】回転機械装置１００は、回転モーター１１と第１エンコーダー１２と出力軸１５と第２エンコーダー１６とを備える。第１エンコーダー１２の検出角度から求めた角加速度と、出力軸１５の外部物体との接触の有無により変化するモータ電流により、開始位置と停止位置を第２エンコーダー１６の出力で記録し、弾性体１５１の弾性係数と前記開始位置と前記停止位置の差との積からトルク値を計算する。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部物体と接触するように用いられる回転機械装置であって、前記回転機械装置は、回転モーターと第１エンコーダーと固定ハウジングと固定軸と出力軸と第２エンコーダーとを備え、
前記回転モーターは、モーターハウジングと動力シャフトとを備え、前記モーターハウジングは、固定子と回転子とを備え、前記動力シャフトが接続部を有し、前記固定子が前記回転子に接続され、前記動力シャフトが前記モーターハウジングに設置され、且つ、前記回転子に接続され、前記回転子が回転角度を回転する同時に、前記回転子が前記動力シャフトを駆動して力印加角度に回転させ、
前記第１エンコーダーは、前記固定子に接続され且つ前記回転子の前記回転角度を検出するように、前記モーターハウジングに設置され、
前記固定ハウジングは、前記モーターハウジングに接続され且つ前記動力シャフトを取り囲み、
前記固定軸は収容孔を備え、前記固定軸が前記固定ハウジングに接続され且つ前記動力シャフトに対応し、
前記出力軸は弾性体を備え、前記出力軸が前記収容孔を貫通し、前記弾性体が前記出力軸を貫通し、前記弾性体の端部が前記動力シャフトの前記接続部に接続され、
前記第２エンコーダーは、コードホイルとセンサーとを備え、前記コードホイルが前記動力シャフトに設置され且つ前記接続部を取り囲み、前記センサーが前記固定軸に設置され、前記センサーは、前記コードホイルに対して空間的に対向し、前記センサーは、前記コードホイルを介して前記動力シャフトの前記力印加角度を検出する、ことを特徴とする回転機械装置。

【請求項2】

前記出力軸が前記外部物体と接触しない場合、前記動力シャフトは、前記弾性体を介して、前記出力軸を前記力印加角度に回転させ、前記出力軸が前記外部物体と接触して固定される場合、前記弾性体の前記端部が前記動力シャフトの前記力印加角度を停止角度に減少させる、ことを特徴とする請求項１に記載の回転機械装置。

【請求項3】

制御器をさらに備え、前記制御器は、前記回転モーターのモーター電流を検出するように用いられ、
前記第１エンコーダーは、前記回転子の前記回転角度を検出して、前記制御器に第１位置信号を出力し、前記制御器は、前記第１位置信号に基づいて前記回転子の角加速度を計算し、
前記第２エンコーダーの前記センサーは、前記力印加角度又は前記停止角度を検出し、前記制御器に第２位置信号又は第３位置信号を出力する、ことを特徴とする請求項２に記載の回転機械装置。

【請求項4】

前記制御器は、前記角加速度が前記モーター電流に比例して変化することを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触しないことを認定し、且つ前記第２位置信号を前記動力シャフトの開始位置として記録する、ことを特徴とする請求項３に記載の回転機械装置。

【請求項5】

前記制御器は、前記モーター電流が上昇し且つ前記角加速度が上昇していないことを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触しないことを認定し、且つ前記第３位置信号を前記動力シャフトの停止位置として記録し、前記制御器は、前記開始位置と前記停止位置との差に基づいて前記出力軸のトルク値を計算し、前記制御器は、前記トルク値が安全閾値よりも大きいと判断した場合、前記制御器が前記回転子の前記回転角度を減少させるか、又は、前記回転モーターの動作を停止させる、ことを特徴とする請求項４に記載の回転機械装置。

【請求項6】

外部物体と接触するように用いられる回転機械装置であって、前記回転機械装置は、回転モーターと第１エンコーダーと動力伝達装置と動力シャフトと固定ハウジングと固定軸と出力軸と第２エンコーダーとを備え、
前記回転モーターは、回転角度を回転して、第１トルクを提供し、
前記第１エンコーダーは、前記回転モーターの前記回転角度を検出し、
前記動力伝達装置は、前記回転モーターに接続され、前記動力伝達装置は、前記第１トルクを増加して第２トルクを生成し、
前記動力シャフトは接続部を備え、前記動力シャフトが前記動力伝達装置の筐体に設置され、前記動力伝達装置の前記第２トルクによって、前記動力シャフトを力印加角度に回転させ、
前記固定ハウジングは、前記動力伝達装置の前記筐体に接続され且つ前記動力シャフトを取り囲み、
前記固定軸は収容孔を備え、前記固定軸が前記固定ハウジングに接続され且つ前記動力シャフトに対応し、
前記出力軸は弾性体を備え、前記出力軸が前記収容孔を貫通し、前記弾性体が前記出力軸を貫通し、前記弾性体の端部は前記動力シャフトの前記接続部に接続され、
前記第２エンコーダーは、コードホイルとセンサーとを備え、前記コードホイルが前記動力シャフトに設置され且つ前記接続部を取り囲み、前記センサーが前記固定軸に設置され、前記センサーは、前記コードホイルに対して空間的に対向し、前記センサーは、前記コードホイルを介して前記動力シャフトの前記力印加角度を検出する、ことを特徴とする回転機械装置。

【請求項7】

前記出力軸が前記外部物体と接触しない場合、前記動力シャフトは、前記弾性体を介して前記出力軸を前記力印加角度に回転させ、前記出力軸が前記外部物体と接触して固定される場合、前記弾性体の前記端部が前記動力シャフトの前記力印加角度を停止角度に減少させる、ことを特徴とする請求項６に記載の回転機械装置。

【請求項8】

制御器を更に備え、前記制御器は、前記回転モーターのモーター電流を検出するように用いられ、
前記第１エンコーダーは、前記回転モーターの前記回転角度を検出して、前記制御器に第１位置信号を出力し、前記制御器は、前記第１位置信号に基づいて、前記回転モーターの角加速度を計算し、
前記第２エンコーダーの前記センサーは、前記力印加角度又は前記停止角度を検出して、前記制御器に第２位置信号又は第３位置信号を出力する、ことを特徴とする請求項７に記載の回転機械装置。

【請求項9】

前記制御器は、前記角加速度が前記モーター電流に比例して変化することを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触していないことに判断し、且つ、前記第２位置信号を前記動力シャフトの開始位置として記録する、ことを特徴とする請求項８に記載の回転機械装置。

【請求項10】

前記制御器は、前記モーター電流が上昇し且つ前記角加速度が上昇していないことを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触していることに判断し、且つ、前記第３位置信号を動力シャフトの停止位置として記録し、前記制御器は、前記開始位置と前記停止位置との差に基づいて出力軸のトルク値を計算する、ことを特徴とする請求項９に記載の回転機械装置。

【請求項11】

前記コードホイルの外径が前記弾性体の外径よりも大きく、前記弾性体は、前記出力軸と一体成形されるか、又は、堅固に接続される、ことを特徴とする請求項６に記載の回転機械装置。

【請求項12】

外部物体と接触するように用いられる直線型機械装置であって、前記直線型機械装置は、直線型モーターと支持台と第１エンコーダーと弾性部材と出力軸と第２エンコーダーとを備え、
前記直線型モーターは、固定子筐体と回転子筐体とを備え、前記固定子筐体が前記回転子筐体の第１側に接続され、前記回転子筐体は線形回転子と付勢ユニットとを備え、前記付勢ユニットが前記回転子筐体の第２側に接続され、前記第１側が前記第２側に垂直するように接続し、
前記回転子筐体の第３側の一部が、前記支持台の平面に直接取り付けられ、前記付勢ユニットは、前記支持台の前記平面に接触せず、前記線形回転子が直線変位に移動する時、前記線形回転子が前記付勢ユニットを駆動して前記直線変位に移動させ、前記直線変位が前記支持台の前記平面に垂直し、前記第３側が前記第２側に垂直するように接続され、前記第３側が前記第１側に対向し、
前記第１エンコーダーは、前記線形回転子の前記直線変位を検出するように、前記固定子筐体に接続され、
前記弾性部材の第１端部が前記付勢ユニットに接続され、
前記出力軸の第１端部が前記弾性部材の第２端部に接続され、
前記第２エンコーダーはヤードスティックとセンサーとを備え、前記ヤードスティックが前記出力軸に設置され、前記センサーが前記支持台の側面に設置され、前記センサーは、前記ヤードスティックに対して空間的に対向し、前記センサーは、前記ヤードスティックを介して前記出力軸の変位を検出する、ことを特徴とする直線型機械装置。

【請求項13】

前記出力軸の第２端部が前記外部物体と接触しない時、前記付勢ユニットは、前記弾性部材を介して前記出力軸を駆動して出力変位に移動させ、前記出力軸の前記第２端部が前記外部物体と接触する時、前記弾性部材が前記出力軸の出力変位を停止変位に減少させる、ことを特徴とする請求項１２に記載の直線型機械装置。

【請求項14】

制御器を更に備え、前記制御器は、前記直線型モーターのモーター電流を検出するように用いられ、
前記第１エンコーダーは、前記線形回転子の前記直線変位を検出して、前記制御器に第１位置信号を出力し、前記制御器は、前記第１位置信号に基づいて前記線形回転子の加速度を計算し、
前記第２エンコーダーの前記センサーは、前記出力変位又は前記停止変位を検出して、前記制御器に第２位置信号又は第３位置信号を出力する、ことを特徴とする請求項１３に記載の直線型機械装置。

【請求項15】

前記制御器は、前記加速度が前記モーター電流に比例して変化することを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触していないことに判断し、且つ、前記第２位置信号を前記出力軸の開始位置として記録し、前記制御器は、前記モーター電流が上昇し且つ前記加速度が上昇しないことを判断した場合、前記制御器は、前記出力軸が前記外部物体と接触していることに判断し、且つ前記第３位置信号を前記出力軸の停止位置として記録し、前記制御器は、前記開始位置と前記停止位置との差に基づいて前記出力軸の出力値を計算する、ことを特徴とする請求項１４に記載の直線型機械装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械装置及び直線型機械装置に関し、特に、エンコーダーを備えた回転機械装置及び直線型機械装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動化システムの必要性に応じて、機械装置の出力に対する精度要件はますます高くなっている。このため、応力を検出するために、力を付勢する末端に力センサーが設置されることが多い。従来の技術では、応力センサーは弾性体に取り付けられたゲージを使用して力を検出していた。具体的には、弾性体が力で変形した場合、ゲージで変形量を測定し、その後、弾性係数と組み合わせて、力の大きさを計算する。しかし、このようなゲージ設計は、出力線などを配線する必要があり、また、取り付けられた弾性体は末端に接触する必要があるため、適用が制限される。さらに、弾性体では、ゲージを取り付けるためのスペースを増やす必要があるため、ゲージの取り付け作業は煩雑であり、且つ、設計が複雑になり、製造コストが高いという問題がある。

【0003】

したがって、従来技術の機械装置の欠点を解決する方法の開発は重要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、回転機械装置及び直線型機械装置を提供することを目的としている。前記回転機械装置及び直線型機械装置は、弾性体及びエンコーダーを設置することによって、出力軸の受力を感知することができ、構造設計は簡単であり、製造コストも低減できる。従来の貼り付け型ケージによる力検出方法と比較して、本発明の弾性体及びエンコーダーを設置するときに必要なスペースが小さい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記の目的を達成するために、本発明は、外部物体と接触するように用いられる回転機械装置を提供する。前記回転機械装置は、回転モーターと第１エンコーダーと固定ハウジングと固定軸と出力軸と第２エンコーダーとを備える。回転モーターは、モーターハウジングと動力シャフトとを備える。モーターハウジングは、固定子と回転子とを備え、且つ、動力シャフトが接続部を有する。固定子が回転子に接続され、動力シャフトがモーターハウジングに設置され、且つ、回転子に接続される。回転子が回転角度を回転する同時に、前記回転子が動力シャフトを駆動して力印加角度に回転させる。第１エンコーダーは、固定子に接続され且つ回転子の回転角度を検出するように、モーターハウジングに設置される。固定ハウジングは、モーターハウジングに接続され且つ動力シャフトを取り囲む。固定軸は収容孔を備え、固定軸が固定ハウジングに接続され且つ動力シャフトに対応するように設置されている。出力軸は弾性体を備え、出力軸が収容孔を貫通し、弾性体が出力軸を貫通し、弾性体の端部が動力シャフトの接続部に接続される。第２エンコーダーは、コードホイルとセンサーとを備え、コードホイルが動力シャフトに設置され且つ接続部を取り囲み、センサーが固定軸に設置される。センサーは、コードホイルに対して空間的に対向する。センサーは、コードホイルを介して動力シャフトの力印加角度を検出する。

【0006】

上記の目的を達成するために、本発明は、外部物体と接触するように用いられる回転機械装置を提供する。回転機械装置は、回転モーターと第１エンコーダーと動力伝達装置と動力シャフトと固定ハウジングと固定軸と出力軸と第２エンコーダーとを備える。回転モーターは、回転角度を回転して、第１トルクを提供する。第１エンコーダーは、回転モーターの回転角度を検出する。動力伝達装置は、回転モーターに接続され、動力伝達装置は、第１トルクを増加して第２トルクを生成する。動力シャフトは接続部を備え、動力シャフトが動力伝達装置の筐体に設置され、動力伝達装置の第２トルクによって、動力シャフトを力印加角度に回転させる。固定ハウジングは、動力伝達装置の筐体に接続され且つ動力シャフトを取り囲む。固定軸は収容孔を備え、固定軸が固定ハウジングに接続され且つ動力シャフトに対応する。出力軸は弾性体を備え、出力軸が収容孔を貫通し、弾性体が出力軸を貫通し、弾性体の端部は動力シャフトの接続部に接続される。第２エンコーダーは、コードホイルとセンサーとを備え、コードホイルが動力シャフトに設置され且つ接続部を取り囲み、センサーが固定軸に設置される。センサーは、コードホイルに対して空間的に対向し、センサーは、コードホイルを介して動力シャフトの力印加角度を検出する。

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明は、外部物体と接触するように用いられる直線型機械装置を提供する。直線型機械装置は、直線型モーターと支持台と第１エンコーダーと弾性部材と出力軸と第２エンコーダーとを備える。直線型モーターは、固定子筐体と回転子筐体とを備え、固定子筐体が回転子筐体の第１側に接続される。回転子筐体は線形回転子と付勢ユニットとを備え、付勢ユニットが回転子筐体の第２側に接続され、第１側が第２側に垂直するように接続される。回転子筐体の第３側の一部が、支持台の平面に直接取り付けられ、付勢ユニットは、支持台の平面に接触しない。線形回転子が直線変位に移動する時、線形回転子が付勢ユニットを駆動して直線変位に移動させ、直線変位が支持台の平面に垂直し、第３側が第２側に垂直するように接続され、第３側が第１側に対向する。第１エンコーダーは、線形回転子の直線変位を検出するように、固定子筐体に接続される。弾性部材の第１端部が付勢ユニットに接続され、出力軸の第１端部が弾性部材の第２端部に接続される。第２エンコーダーはヤードスティックとセンサーとを備え、ヤードスティックが出力軸に設置され、センサーが支持台の側面に設置される。センサーは、ヤードスティックに対して空間的に対向し、センサーは、ヤードスティックを介して出力軸の変位を検出する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1A】本発明の第１実施形態における回転機械装置の断面図である。

【図1B】本発明の第１実施形態における回転機械装置の構造概念図である。

【図2A】本発明の第２実施形態における回転機械装置の断面図である。

【図2B】本発明の第２実施形態における回転機械装置の構造概念図である。

【図3A】本発明の第３実施形態における直線型機械装置の断面図である。

【図3B】本発明の第３実施形態における直線型機械装置の構造概念図である。

【図4】図３Ａに示す直線型機械装置の局在部及びワークの断面図である。

【図5】図３Ａに示す直線型機械装置の直線型モーターの速度と電流の波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の特徴および利点を具体化するいくつかの典型的な実施形態を、以下の説明で詳細に説明する。なお、本発明の実施形態にさまざまな変更を加えることが可能であるが、そのすべてが本発明の請求の範囲から逸脱していない。また、以下の説明及び図は、実施形態を説明することを目的とし、限定するものではないことを理解されたい。

【0010】

図１Ａは、本発明の第１実施形態における回転機械装置１００の断面図であり、図１Ｂは、本発明の第１実施形態における回転機械装置のダイアグラム図である。第１実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、回転機械装置１００の出力軸１５は、外部物体（図示せず）と接触（接続）するように用いられている。回転機械装置１００は、回転モーター１１、第１エンコーダー１２、固定ハウジング１３、固定軸１４、出力軸１５、及び第２エンコーダー１６を備える。回転モーター１１は、モーターハウジング１１１及び動力シャフト１１２を備え、モーターハウジング１１１は、固定子（図示せず）及び回転子（図示せず）を備え、動力シャフト１１２は、接続部１１３を有する。固定子が回転子に接続され、動力シャフト１１２は、モーターハウジング１１１に設置され、且つ回転子に接続している。回転子が回転角度回転するとき、動力シャフト１１２は、回転子によって駆動され、力印加角度に回転する。第１エンコーダー１２は、モーターハウジング１１１に設置され、且つ固定子に接続している。第１エンコーダー１２は、回転子の回転角度を検出する。固定ハウジング１３は、モーターハウジング１１１に接続され、且つ動力シャフト１１２を取り囲むように設けられている。固定軸１４は、収容孔１４１を備え、また、固定軸１４は、固定ハウジング１３に接続され、且つ動力シャフト１１２に対応するように設けられている。出力軸１５は、弾性体１５１を備え、出力軸１５は、収容孔１４１を貫通する。弾性体１５１は、出力軸１５を貫通し、且つ弾性体１５１の端部が動力シャフト１１２の接続部１１３に接続されている。弾性体１５１は、出力軸１５と一体成形されるか、又は、堅固に接続されるか（剛結合された構造、ｒｉｇｉｄｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のいずれか１つであるが、これには限定されない。第２エンコーダー１６は、コードホイル１６１及びセンサー１６２を備える。コードホイル１６１は、動力シャフト１１２に設置され、且つ接続部１１３を取り囲む。センサー１６２は、固定軸１４に設置されている。センサー１６２は、コードホイル１６１に対して空間的に対向している。センサー１６２は、コードホイル１６１によって、動力シャフト１１２の力印加角度を検出する。第１エンコーダー１２及び第２エンコーダー１６は、光学エンコーダー又は磁気エンコーダーであるが、これには限定されない。出力軸１５が外部物体に接触しない場合、回転子の駆動によって、動力シャフト１１２が力印加角度まで回転すると、動力シャフト１１２は、弾性体１５１を介して、出力軸１５を力印加角度に回転させる。出力軸１５が外部物体に接触して固定された場合、接続部１１３に接続される弾性体１５１の端部は、動力シャフト１１２の力印加角度を停止角度まで減少させる。

【0011】

ある実施形態では、回転機械装置１００は制御器１５０を更に備える。制御器１５０は、回転モーター１１のモーター電流を検出する。回転機械装置１００の制御器１５０は、第１エンコーダー１２と第２エンコーダー１６とに電気的に接続される。それによって、第１エンコーダー１２は、モーターハウジング１１１における回転子の回転角度を検出して制御器１５０に第１位置信号Ｓ１１を出力し、制御器１５０は、第１位置信号Ｓ１１に基づいて、回転子の角加速度を計算する。第２エンコーダー１６のセンサー１６２は、力印加角度又は停止角度を検出して制御器１５０に第２位置信号Ｓ１２又は第３位置信号Ｓ１３を出力する。

【0012】

具体的には、出力軸１５が外部物体に接触しない場合、動力シャフト１１２の回転は、接続部１１３に接続されている弾性体１５１の端部によって制限されない。したがって、モーターハウジング１１１の回転子がある回転角度を回転すると、回転子は、動力シャフト１１２を駆動して力印加角度だけ回転させることができる。このとき、センサー１６２は、力印加角度を感知して第２位置信号Ｓ１２を出力する。出力軸１５が外部物体に接続した場合、動力シャフト１１２の回転が接続部１１３に接続されている弾性体１５１の端部によって制限されるので、仮に、モーターハウジング１１１の回転子が回転角度に回転しても、回転子が動力シャフト１１２を停止角度しか回転させないように駆動でき、もはや動力シャフト１１２は回転子と共に回転しないこととなる。このとき、センサー１６２は停止角度を感知して第３位置信号Ｓ１３を出力する。

【0013】

制御器１５０は、角加速度がモーター電流に比例して変化することを判断した場合、制御器１５０は、出力軸１５が外部物体と接触していないことを認定し、且つ、第２位置信号Ｓ１２を動力シャフト１１２の開始位置として記録する。より具体的には、出力軸１５が外部物体と接触しない時、モーター電流の変化が角加速度を作用するので、回転子の角加速度は、モーター電流の増加に従って増加し、又はモーター電流の減少に従って減少する。言い換えれば、角加速度は、モーター電流に比例する。制御器１５０は、モーター電流が上昇し角加速度が上昇しないことを判断した場合、出力軸１５が外力に影響されていることが分かるので、制御器１５０は、出力軸１５が外部物体と接触していることを確定し、且つ、第３位置信号Ｓ１３を動力シャフト１１２の停止位置として記録する。制御器１５０は、開始位置と停止位置との間の差に基づいて出力軸１５のトルク値を計算し、ここで、出力軸１５のトルク値は、弾性体１５１の弾性係数と、開始位置と停止位置との間の差との積に等しい。なお、弾性体１５１の弾性係数が制御器１５０に予めに設定されても良い。制御器１５０は、トルク値が安全閾値よりも大きいと判断した場合、回転子の回転角度を減少させるか、又は回転モーター１１の動作を停止させるかを行う。これによって、外部物体が回転機械装置１００の過度の力によって損傷されることを防ぐことができる。ある実施形態では、外部物体がチップ、集積回路、ウェーハなどである。本発明はこれに限定されない。

【0014】

このように、弾性体１５１及びエンコーダー（１２、１６）を設置することにより、出力軸１５の受力を感知することができ、構造設計がより簡単であり、製造コストも低減し、従来の貼り付け型ケージと比較して、本発明の弾性体１５１及びエンコーダー（１２、１６）の設置スペースが少ない。また、第２エンコーダー１６のコードホイル１６１及びセンサー１６２は、それぞれ動力シャフト１１２及び固定軸１４上に配置され、且つセンサー１６２のみが制御器１５０への出力線を有するので、動力シャフト１１２は、出力線に制限されることなく回転できる。

【0015】

出力軸１５と外部物体との間の距離が所定値よりも大きい場合、モーター電流及び角加速度を無制限に任意に変更することができる。出力軸１５と外部物体との間の距離が所定値より小さい場合、出力軸１５は、外部物体と接触する準備ができており、モーター電流及び角加速度は、小さな特定の範囲内に制限されている。

【0016】

ある実施形態では、コードホイル１６１の外径は、弾性体１５１の外径よりも大きいので、弾性体１５１の変形量を増加する効果を奏する。これは、変形量を感知するのに便利であり、従来の貼り付け型のケージと比較して、本発明は、同じ変形条件下でより良い構造剛性を有する。

【0017】

図２Ａは、本発明の第２実施形態における回転機械装置２００の断面図である。図２Ｂは、本発明の第２実施形態における回転機械装置の構造概念図である。第２実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、回転機械装置２００は、外部物体（図示せず）と接触するように用いられている。回転機械装置２００は、回転モーター２１、第１エンコーダー２２、動力伝達装置２３、動力シャフト２４、固定ハウジング２５、固定軸２６、出力軸２７、及び第２エンコーダー２８を備える。回転モーター２１は、回転角度を回転して、第１トルクを提供する。第１エンコーダー２２は、回転モーター２１の回転角度を検出する。動力伝達装置２３は、回転モーター２１に接続され、第１トルクを増加させて第２トルクを発生する。動力伝達装置２３は、低減比率に従って、角加速度を減少し、トルクを増大させる。動力シャフト２４は接続部２４１を備え、動力シャフト２４が動力伝達装置２３の筐体に配置され、動力伝達装置２３によって生成された第２トルクは、動力シャフト２４を駆動して、力印加角度に回転させる。固定ハウジング２５が動力伝達装置２３の筐体に接続され、且つ、動力シャフト２４を取り囲んでいる。固定軸２６は収容孔２６１を備え、固定軸２６が固定ハウジング２５に接続され且つ動力シャフト２４に対応するように設けられている。出力軸２７は弾性体２７１を備え、出力軸２７が収容孔２６１を貫通する。弾性体２７１は、出力軸２７を貫通し、弾性体２７１の端部が動力シャフト２４の接続部に接続されている。弾性体２７１は出力軸２７と一体的に形成されるか、又は堅固に接続され得るかのいずれか１つの形式であるが、これには限定されない。第２エンコーダー２８は、コードホイル２８１とセンサー２８２とを備える。コードホイル２８１が動力シャフト２４に設置され、且つ接続部２４１を取り囲んでいる。センサー２８２が固定軸２６に設置されている。センサー２８２は、コードホイル２８１に対して空間的に対向しており、センサー２８２は、コードホイル２８１を介して動力シャフト２４の力印加角度を検出する。第１エンコーダー２２及び第２エンコーダー２８は、光学エンコーダー又は磁気エンコーダーであるが、これらに限定されない。出力軸２７が外部物体と接触しない時、動力シャフト２４が弾性体２７１を介して出力軸２７を駆動して力印加角度に回転させる。出力軸２７が外部物体と接触して固定される場合、弾性体２７１の端部は、動力シャフト２４の力印加角度を停止角度まで減少させる。

【0018】

ある実施形態では、動力伝達装置２３が減速機であるが、本発明はこれに限定されない。当業者は、減速機がモーターのトルク値を増加させるのに的していることを容易に理解できるので、本説明では、動力伝達装置２３の動作原理に関する詳細な説明は省略する。

【0019】

ある実施形態では、回転機械装置２００は制御器２５０を更に備える。制御器２５０は、回転モーター２１のモーター電流を検出するように用いられている。第１エンコーダー２２は、回転モーター２１の回転角度を検出して、制御器２５０に第１位置信号Ｓ２１を出力し、制御器２５０は、第１位置信号Ｓ２１に基づいて回転モーター２１の角加速度を計算する。第２エンコーダー２８のセンサー２８２は、力印加角度又は停止角度を検出して、第２位置信号Ｓ２２又は第３位置信号Ｓ２３を制御器２５０に出力する。制御器２５０は、角加速度がモーター電流に比例して変化することを判断すると、制御器２５０では、出力軸２７が外部物体と接触しないことを確定し、且つ、第２位置信号Ｓ２２を動力シャフト２４の開始位置として記録する。制御器２５０は、モーター電流が上昇し角加速度が上昇しないことを判断した場合、出力軸２７が外力に影響されていることが分かるので、制御器２５０は、出力軸２７が外部物体と背職していることを確定し、且つ、第３位置信号Ｓ２３を動力シャフト２４の停止位置として記録する。制御器２５０は、開始位置と停止位置との間の差に基づいて出力軸２７のトルク値を計算する。ここで、出力軸２７のトルク値は、弾性体２７１の弾性係数と、開始位置と停止位置との間の差との積に等しい。なお、弾性体２７１の弾性係数が制御器２５０に予めに設定されても良い。制御器２５０は、トルク値が安全閾値よりも大きいと判断した場合、制御器２５０は、回転モーター２１の回転角度を減少させるか、又は回転モーター２１の動作を定時させるかを行う。これによって、外部物体が回転機械装置２００の過度の力によって損傷されることを防ぐことができる。

【0020】

このように、弾性体２７１及びエンコーダー（２２、２８）を設置することによって、出力軸２７の受力を感知することができ、構造設計がより簡単であり、製造コストも低減し、従来の貼り付け型ケージと比較して、本発明の弾性体２７１及びエンコーダー（２２、２８）の設置スペースが少ない。また、第２エンコーダー２８のコードホイル２８１及びセンサー２８２は、それぞれ動力シャフト２４と固定軸２６上に配置され、且つセンサー２８２のみが出力線を有するので、動力シャフト２４は、出力線に制限されることなく回転できる。

【0021】

出力軸２７と外部物体との間の距離が所定値よりも大きい場合、モーター電流及び角加速度を無制限に任意に変更することができる。出力軸２７と外部物体との間の距離が所定値よりも小さい場合、出力軸２７は、外部物体と接触する準備ができており、モーター電流及び角加速度は、比較的に小さな特定の範囲内に制限されている。

【0022】

ある実施形態では、コードホイル２８１の外径は、弾性体２７１の外径よりも大きいので、弾性体２７１の変形量を増加する効果を奏する。これは、変形量を感知するのに便利であり、従来の貼り付け型のケージと比較して、本発明は、同じ変形条件下でより良い構造剛性を有する。

【0023】

回転機械装置２００と回転機械装置１００との違いは、動力伝達装置２３の存在下または非存在下のみである。制御器に出力軸のトルク値を計算する原理は同じであるため、ここでは詳細を省略する。

【0024】

図３Ａは、本発明の第３実施形態における直線型機械装置３００の断面図である。図３Ｂは、本発明の第３実施形態における直線型機械装置の構造概念図である。第３実施形態では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、直線型機械装置３００は、外部物体（図示せず）と接触するように用いられている。直線型機械装置３００は、直線型モーター３１、支持台３２、第１エンコーダー３３、弾性部材３４、出力軸３５、及び第２エンコーダー３６を備える。直線型モーター３１は、固定子筐体３１１及び回転子筐体３１２を備え、固定子筐体３１１が回転子筐体３１２の第１側３１２ａに接続されている。回転子筐体３１２は、線形回転子３１３及び付勢ユニット３１４を備え、付勢ユニット３１４が回転子筐体３１２の第２側３１２ｂに設置され、回転子筐体３１２の第１側３１２ａは、回転子筐体３１２の第２側３１２ｂに対して空間的に垂直するように接続されている。回転子筐体３１２の第３側３１２ｃの一部は、支持台３２の片面に直接取り付けられ（貼り付けられ）、回転子筐体３１２の第３側３１２ｃは、回転子筐体３１２の第１側３１２ａに対して空間的に対向しており、且つ回転子筐体３１２の第２側３１２ｂに垂直するように接続されている。付勢ユニット３１４は、支持台３２の当該平面と接続していない。線形回転子３１３が直線変位に移動する時、線形回転子３１３が付勢ユニット３１４を駆動して直線変位に移動する。ここでは、当該直線変位が支持台３２の当該平面に垂直である。第１エンコーダー３３が固定子筐体３１１に接続され、線形回転子３１３の直線変位を検出する。第１エンコーダー３３は、ヤードスティック３３１及びセンサー３３２を備える。弾性部材３４の第１端部が付勢ユニット３１４に接続され、出力軸３５の第１端部が弾性部材３４の第２端部に接続されている。弾性部材３４は、出力軸３５と一体成形されるか、又は、堅固に接続されるか（剛結合された構造、ｒｉｇｉｄｌｙ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）のいずれか１つであるが、これには限定されない。第２エンコーダー３６は、ヤードスティック３６１及びセンサー３６２を備え、ヤードスティック３６１が出力軸３５に設置され、センサー３６２が支持台３２の一つの側面に設置され、センサー３６２は、ヤードスティック３６１に対して空間的に対向しており、センサー３６２は、ヤードスティック３６１を介して、出力軸３５の変位を検出する。第１エンコーダー３３及び第２エンコーダー３６は、光学エンコーダー又は磁気エンコーダーであるが、これらに限定されない。直線型モーター３１の構造を理解するために、図３Ａでは、コイル３７、磁石３８及びコイル組支持台３９の位置も示している。出力軸３５の第２端部が外部物体と接触していない時、付勢ユニット３１４は、弾性部材３４を介して、出力軸３５を駆動して出力変位に移動する。出力軸３５の第２端部が外部物体と接触している時、弾性部材３４が出力軸３５の出力変位を停止変位に減少させる。

【0025】

ある実施形態では、直線型機械装置３００は制御器３５０を更に備える。制御器３５０は、直線型モーター３１のモーター電流を検出するように用いられている。第１エンコーダー３３は、線形回転子３１３の直線変位を検出して、制御器３５０に第１位置信号Ｓ３１を出力し、制御器３５０は、第１位置信号Ｓ３１を従って線形回転子３１３の加速度を計算する。第２エンコーダー３６のセンサー３６２は、出力変位又は停止変位を検出して、第２位置信号Ｓ３２又は第３位置信号Ｓ３３を制御器３５０に出力する。制御器３５０では、加速度がモーター電流に比例して変化することを判断すると、制御器３５０は、出力軸３５が外部物体と接触していないことを認定し、第２位置信号Ｓ３２を出力軸３５の開始位置として記録する。モーター電流が増加し加速度が増加していないことを判断した場合、制御器３５０は、出力軸３５が外力の影響を受けていることを識別し、制御器３５０は、出力軸３５が外部物体と接触することを判断し、第３位置信号Ｓ３３を出力軸３５の停止位置として記録する。制御器３５０は、開始位置と停止位置との間の差に基づいて出力軸３５の出力値を計算する。出力軸３５の出力値は、弾性部材３４の弾性係数と、開始位置と停止位置との差との積に等しい。ここでの弾性部材３４の弾性係数は、制御器３５０に予め設定することができる。制御器３５０では、出力値が安全閾値よりも大きいと判断した場合、制御器３５０は、線形回転子３１３の直線変位を減少させるか、又は直線型モーター３１を停止させることで、直線型機械装置３００の過度の力による外部物体への損傷を防ぐことができる。

【0026】

このように、弾性部材３４及びエンコーダー（３３、３６）を設置することによって、出力軸３５の受力を感知することができ、構造設計がより簡単であり、製造コストも低減し、従来の貼り付け型ケージと比較して、本発明の弾性部材３４及びエンコーダー（３３、３６）の設置スペースが少ない。また、第２エンコーダー３６のヤードスティック３６１及びセンサー３６２は、それぞれ出力軸３５及び支持台３２条に配置され、且つ、センサー３６２のみが出力線を有するので、出力軸３５は、出力線に制限されることなく移動できる。

【0027】

出力軸３５と外部物体との間の距離が所定値よりも大きい場合、モーター電流及び加速度を無制限に任意に変更することができる。出力軸３５と外部物体との間の距離が所定値よりも小さい場合、出力軸３５は、外部物体と接触する準備ができており、モーター電流及び加速度は、比較的に小さな特定の範囲内に制限されている。

【0028】

プレス作業に適用する機械として、第３実施形態の直線型機械装置を説明する。図４及び図５に示すように、図４における出力軸３５は、プレス治具であるが、これらに限定されない。図５では、実線及び破線で直線型モーター３１の速度及び電流を示している。時間ｔ０～時間ｔ１の間、出力軸３５と外部物体４との間の距離ｄが所定値Ｄよりも大きく、直線型モーター３１が高速移動領域にある。当該距離ｄが所定値Ｄよりも遥かに大きい場合、直線型モーター３１の速度を上げて出力軸３５を駆動して外部物体４に迅速に接近させることができ、当該距離ｄが所定値Ｄに近づくにつれて、直線型モーター３１の速度も徐々に低下する。時間ｔ１～時間ｔ２の間、出力軸３５と外部物体４との間の距離が所定値よりも小さく、直線型モーター３１が低速限界領域にあり、直線型モーター３１の電流及び速度が小さく且つ変化幅も小さい。時間ｔ２のとき、出力軸３５が外部物体４と接触し始め、直線型モーター３１の電流が上昇し、直線型モーター３１の速度が変化しないままである。時間ｔ２～時間ｔ３の間、出力軸３５はプレス動作を行い、直線型モーター３１の電流及び速度が変化しないままであるため、直線型モーター３１の加速度がゼロのままである。この期間中、制御器３５０は、出力値が安全閾値よりも大きいと判断すると、直線型モーター３１の動作を停止させる。

【0029】

ある実施形態では、弾性体１５１、弾性体２７１、及び弾性部材３４を作製する材料は、展延性を有する材料であり、例えば、金属（金、銀、プラチナ、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、亜鉛又は錫などを含む）、合金、又はゴム類材料である。なお、本願発明はこれらの材料に限定されない。

【0030】

以上のように、本発明は、回転機械装置（１００、２００）及び直線型機械装置３００を提供しており、弾性体及びエンコーダーを設置することによって、出力軸の受力を感知することができる。また、構造設計は簡単であり、製造コストも低く、ケージなどの部材を取り付ける従来の力検出方法と比較して、本発明の弾性体及びエンコーダーは、設置に必要なスペースが比較的に小さい。また、第２エンコーダーのコードホイル及びセンサーは、出力軸と固定軸とにそれぞれ設置しているので、且つセンサーの出力用電線しかないため、出力軸の回転及び移動が出力用電線によって制限されない。

【0031】

本発明の回転機械装置（１００、２００）及び直線型機械装置３００では、弾性体（弾性部材とも呼ばれる）は、出力軸と接触する外部物体に近接するように設計されているので、本発明の第２エンコーダー（１６、２８、３６）は、出力軸のトルク値をより正確に測定することができる。従来の弾性体（弾性部材とも呼ばれる）が出力軸と接触する外部物体から離れるように設計されているので、本発明と比較して、精度は低い。

【0032】

なお、当業者は、制御器１５０、２５０及び３５０を回転機械装置１００、２００及び直線型機械装置３００にそれぞれ容易に設置することができる。本発明の説明では、図面を簡単にするために、ダイアグラム図で制御器１５０、２５０及び３５０を示してが、制御器１５０、２５０及び３５０が回転機械装置１００、２００及び直線型機械装置３００に設けられた位置を示していない。

【0033】

また、上述の説明は、本発明を説明するための好ましい実施形態にすぎず、発明は、記載された実施形態に限定されないことに留意されたい。発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定めている。また、本願発明は、当業者によりさまざまな方法で変更でき、その変更のいずれも特許請求の範囲から逸脱しないことを留意されたい。

【符号の説明】

【0034】

１００：回転機械装置
１１：回転モーター
１１１：モーターハウジング
１１２：動力シャフト
１１３：接続部
１２：第１エンコーダー
１３：固定ハウジング
１４：固定軸
１４１：収容孔
１５：出力軸
１５１：弾性体
１６：第２エンコーダー
１６１：コードホイル
１６２：センサー
１５０：制御器
Ｓ１１：第１位置信号
Ｓ１２：第２位置信号
Ｓ１３：第３位置信号
２００：回転機械装置
２１：回転モーター
２２：第１エンコーダー
２３：動力伝達装置
２４：動力シャフト
２４１：接続部
２５：固定ハウジング
２６：固定軸
２６１：収容孔
２７：出力軸
２７１：弾性体
２８：第２エンコーダー
２８１：コードホイル
２８２：センサー
２５０：制御器
Ｓ２１：第１位置信号
Ｓ２２：第２位置信号
Ｓ２３：第３位置信号
３００：直線型機械装置
３１：直線型モーター
３１１：固定子筐体
３１２：回転子筐体
３１２ａ：第１側
３１２ｂ：第２側
３１２ｃ：第３側
３１３：線形回転子
３１４：付勢ユニット
３２：支持台
３３：第１エンコーダー
３３１：ヤードスティック
３３２：センサー
３４：弾性部材
３５：出力軸
３６：第２エンコーダー
３６１：ヤードスティック
３６２：センサー
３７：コイル
３８：磁石
３９：コイル組支持台
３５０：制御器
Ｓ３１：第１位置信号
Ｓ３２：第２位置信号
Ｓ３３：第３位置信号
４：外部物体
ｄ：距離
Ｄ：所定値
ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３：時間

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】