JP2003164137A

JP2003164137A - 電磁アクチュエータ

Info

Publication number: JP2003164137A
Application number: JP2001360445A
Authority: JP
Inventors: Akio Toba; 章夫鳥羽
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁アクチュエータにおける、空間的に周期
的に変化する磁束密度分布を有する磁界に含まれる磁束
密度分布の高調波成分よって生じる推力脈動を軽減して
推力を平滑化する。【解決手段】Ｎ極とＳ極の磁極を交互に周期的に配列し
た界磁子の作る磁界中におかれた集中巻により構成した
コイルのコイルサイド部の幅を、低減したい次元の磁束
密度分布の高調波成分の周期に等しくすることにより、
高調波成分による相対的にコイルに生じる推力の脈動の
発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、界磁子により、
空間的に周期的に磁束密度の変化する磁界が形成された
空間内に電機子となるコイルを配置した、いわゆるギャ
ップワインディング型の電磁アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の電磁アクチュエータの代
表的な構成は、図１２に示すとおりである。

【０００３】図１２において、１０１および１０２は、
一定の空隙Ｇを介して対向して配置され、支持部材１０
４によって支持された磁性基板であり、その対向面にそ
れぞれ空隙Ｇ内の磁束密度が磁性基板の長手方向に周期
的に変化するように極性の異なる永久磁石１０３を交互
に固定して固定子１０５を構成する。この固定子１０５
の空隙Ｇ内に複数のコイル１０６、１０７から電機子１
０８が空隙Ｇの長手方向（磁極の配列方向）に移動可能
に配置される。電機子１０８のコイル１０６、１０７に
電流を通流することによって、固定子の作る磁界との相
互作用により可動子（電機子）１０８に推力が発生し、
これが矢印１０９方向に直線的に移動する。

【０００４】このように構成されたギャップワインディ
ング型リニア電磁アクチュエータは、電機子が鉄心を有
さないので、コギング推力が原理的にゼロで、かつ電機
子が軽量であるという長所を有する。

【０００５】このような長所のため、この種の電磁アク
チュエータは、高速・高精度の位置決めを必要とする装
置のアクチュエータに適しており、半導体製造装置や、
電子部品実装装置になどに実用されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】高速・高精度で位置決
めする必要がある場合、そのアクチュエータとしては、
僅かな推力脈動も許容されない場合が多い。しかし、前
記したような電磁アクチュエータにおいては、どうして
も界磁子が作る磁界内の磁束密度分布波および電機子コ
イルの起磁力分布波に高調波が含まれるため、電機子に
生じる推力に脈動が生じる。３相の電磁アクチュエータ
においては、推力脈動の主要因である基本波の５倍およ
び７倍の高調波が特に問題となる。

【０００７】この発明は、電磁アクチュエータにおける
磁束密度分布波に含まれる高調波、特に５倍および７倍
の高調波の影響を低減し、推力脈動の少ない平坦な推力
を発生することのできる電磁アクチュエータを提供する
ことを課題とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を達成するた
め、第１の発明は、界磁子により磁束を発生させて空間
的に磁束密度が周期的に変化する磁界を作り、この磁界
内に１個または複数個のコイルからなる電機子を前記界
磁子に対して相対的に移動可能に配置し、このコイルに
電流を供給することによって推力を発生させるようにし
た電磁アクチュエータにおいて、前記各コイルの巻数
を、その前記磁束密度分布に対する相対的な移動方向の
巻幅Cｄが、前記磁束密度の空間的分布波の基本波の周
期T₀の１／ｎ（ｎは２以上の整数）となる巻数としたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】この第１の発明は、界磁子と電機子を、相
対的に直線的に移動可能にしたリニア形の電磁アクチュ
エータまたは相対的に回転可能にした回転形電磁アクチ
ュエータの何れにも適用することができる。

【００１０】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記コイルを、集中巻で構成するとともにその相対
的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻幅Ｃｄが、磁極対ピッ
チをＰｐとしたとき、Ｃｗ≦Ｐｐ×５／６、かつＣｄ＝
Ｐｐ／ｎとなる巻数とし、このコイルをＰｐ×５／６ピ
ッチで３個並べて１組としたものを１組または複数組用
いた３相構成としたことを特徴とするものである。この
場合に、前記のコイルの全幅ＣｗをＣｗ≦Ｐｐ×２／
３、かつコイルを並べるピッチをＰｐ×２／３とするこ
ともできる。

【００１１】第３の発明は、第１の発明において、前記
コイルを、集中巻で構成するとともにその相対的な移動
方向の全幅Ｃｗおよび巻幅Ｃｄが、磁極対ピッチをＰｐ
としたとき、Ｐｐ×３９／６０≦Ｃｗ≦Ｐｐ×２／３、
かつＣｄ＝Ｐｐ／５となる巻数とし、このコイルを2個
互いにコイルサイド部が重ならないようにずらして重ね
たコイル対を３対、磁極の配列方向に順次並べたコイル
郡を１組として、このコイル郡を１組または複数組用い
て３相構成としたことを特徴とするものである。

【００１２】この第３の発明において、コイルの相対的
な移動方向の全幅ＣｗがＣｗ＝Ｐｐ×２３８．３／３６
０となるようにコイルの巻数を選定することができる。

【００１３】この場合、コイルの巻数でコイル寸法を調
整するようにすると、コイル素線の直径をｄとしたとき
±ｄあるいは±２ｄの寸法の誤差が生じることがある
が、この程度は問題とならない。

【００１４】第４の発明は、第１の発明において、前記
コイルを、集中巻で構成するとともにその相対的な移動
方向の全幅Ｃｗおよび巻幅Ｃｄが、磁極対ピッチをＰｐ
としたとき、Ｐｐ×４／７≦Ｃｗ≦Ｐｐ×２／３、かつ
Ｃｄ＝Ｐｐ／７となる巻数とし、このコイルを３個１組
としたものを１組または複数組用いて３相構成にしたこ
とを特徴とするものである。

【００１５】第５の発明は、第１の発明において、前記
コイルを集中巻で構成し、このコイルを2個互いにコイ
ルサイド部が重ならないようにずらして重ねたコイル対
を３対以上用いて多相構成にしたことを特徴とするもの
である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図を参照して説明する。

【００１７】図１は、この発明の第１の実施例によるリ
ニア形電磁アクチュエータを模式的に示す構成図であ
る。

【００１８】図１において、１は極性の異なる永久磁石
よりなる磁極１１を交互に複数個直線的に配列してなる
界磁子であり、２は、集中巻したコイル２１を有する電
機子である。界磁子１は直線的に配列された複数の磁極
１１により図１（ｂ）に示すように磁極の配列方向に磁
束密度分布が周期的に変化する磁界を形成する。電機子
２は、この界磁子１の作る磁界中に磁極１１と所定の間
隔おいて対向して界磁子に対して相対的に磁極の配列方
向に移動可能に配置される。

【００１９】電機子２のコイル２１に流す電流の極性
を、コイル２１の対向する磁極１１の極性に応じて切り
替えることにより、コイル２１に推力が発生し、コイル
２１が磁極１１に対して相対的に矢印Ｘ方向に移動す
る。

【００２０】電機子２のコイル２１は、コイル素線を図
２（ａ）に示すように平面がほぼ口字状となるように集
中巻きして形成されている。このコイル２１のその矢印
Ｘで示す移動方向に対して垂直な辺２１ａおよび２１ｂ
をコイルサイド部と呼び、移動方向と並行な辺２１ｃお
よび２１ｄをコイルエンド部と呼んでいる。

【００２１】そして、この発明においては、図２（a）
に示すように一方のコイルサイド部２１aの外側から他
方のコイルサイド部２１bの外側までの幅Ｃwをコイル全
幅と呼びコイルサイド部の幅Ｃdをコイル巻幅と呼ぶこ
とにしている。

【００２２】界磁子１の磁極１１の配列ピッチ（Ｎ極と
Ｓ極の磁極対の間隔。以下磁極対ピッチと呼ぶ）を図示
の如くＰｐとしたとき、前記のコイル巻幅Ｃｄを、Ｃｄ
＝Ｐｐ×（１／５）に選定する。

【００２３】電機子２の置かれる界磁子１の作る磁界に
おける磁束密度は、磁極１１の配列された間隔で周期的
に変化し、その分布は図１（ｂ）に示すような波形とな
り、これを磁束密度分布波と呼ぶものとする。この磁束
密度分布波は正弦波に近いが、多くの高調波が含まれて
おり、各周波数成分に分けると、図1（ｃ）に示すよう
に基本波成分Ｂ₁、３次調波成分Ｂ₃、５次調波成分Ｂ₅
および７次調波成分Ｂ₇等に分けることができる。基本
波成分Ｂ₁の周期Ｔ₁は、界磁子１の磁極対ピッチＰｐと
一致する。５次調波成分Ｂ₅の周期Ｔ₅は、基本波成分Ｔ
₁の１／５となるので、図３に示すように、電機子コイ
ル２１のコイルサイド部２１ａおよび２１ｂのコイル巻
幅Ｃｄは、５次調波成分Ｂ₅の周期Ｔ₅と一致する。

【００２４】図３（ａ）は、コイル２１の磁界と作用し
て推力発生に寄与するコイルサイド部だけを切り出して
模式的に示している。ここで、コイルサイド部の幅（コ
イル巻幅）Ｃｄ＝Ｐｐ／５と厚さｔとで規定される断面
ｔ×Ｐｐ／５に、長さＬ方向に電流が流れているものと
する。コイルサイド部の断面ｔ×Ｐｐ／５では、細いコ
イル素線がほぼ均等に並んでおり、かつ各素線に流れる
電流は一定であるため、この断面は、一様な電流が流れ
ている１本の導体とみなことができる、その電流密度を
ｊとする。

【００２５】界磁子１の作る磁界における磁束密度分布
波の５次調波成分Ｂ₅は、次の（１）式で示される。

【００２６】Ｂ₅＝Ｂ_5Asin｛２πｘ／（Pp／５）＋θ｝・・・（１）ただし、Ｂ_5A：磁束密度分布波の５次調波成分の振幅、
ｘ：磁界中の位置（rad）、θ：任意の角度（rad）であ
る。

【００２７】図３（ａ）に図示するコイルサイド部の長
さＬで微小幅ｄｘの部分に流れる電流と、磁束密度分布
波の５次調波成分Ｂ₅との相互作用によるこの部分に生
じる力ｄＦは、フレミングの法則から次の（２）式で表
される。

【００２８】ｄＦ＝ｊｔｄｘ×Ｂ₅×Ｌ・・・（２）コイルサイド部の幅Ｃｄ＝Ｐｐ／５の全体に作用する５
次調波成分Ｂ₅によって生じる力Ｆは、（２）式におけ
るxをｘ＝０からｘ＝Ｐｐ／５まで積分すればよい。す
なわち、

【００２９】

【数１】

【００３０】となり、ｊ、ｔ、Ｂ_5A、Ｌおよびθによら
ず、Ｆは常にゼロになる。すなわち、コイルの巻幅Ｃｄ
を、磁界の特定の高調波成分の周期に一致させることに
よって、その成分の影響は巻幅全体で相殺されて原理的
にはゼロとなるのである。この作用は、５次調波成分だ
けでなくその他の高調波成分についても同様に得られ
る。

【００３１】したがって、電機子のコイルの巻幅を、界
磁子１の作る磁界中に含まれる磁束密度分布波の影響の
大きい高調波成分の周期に一致させることによって、磁
界の高調波成分による影響が抑制されて電機子に生じる
推力の脈動を低減することができる。これは、直線移動
形のアクチュエータだけでなく、回転形のアクチュエー
タにおいても同じである。

【００３２】次に、図４は、この発明の第２の実施例を
模式的に示す構成図である。

【００３３】図４（ａ）および（ｂ）において、１は、
界磁子で、２つの間隔を置いて対向する磁性体１３、１
４およびこの２つの磁性板を支持する支持体１５を備
え、磁性板１３、１４の対向面に互いに異なる極性で対
向するように磁極１１、１２を所定の間隔で周期的に配
設して構成されている。この対向する磁極の作る磁界空
間中に３個の集中巻コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを有
する電機子２が磁極１１、１２の配列方向に移動可能に
配置されている。

【００３４】各コイルの巻幅Ｃdは、磁界中の磁束密度
分布波の５次調波成分の推力脈動の影響を軽減するた
め、磁極対ピッチＰｐの１／５に選定してある。ただ
し、コイルの巻幅Ｃｄはコイルの巻数によって決まるた
め、巻幅を厳密に設定することはできず、最大でコイル
素線１本分の直径だけ誤差が生じる。

【００３５】また、各コイルの全幅Ｃｗは、磁極対ピッ
チＰｐの５／６以下に選定し、３個のコイルをＰｐ×５
／６ピッチで配設すると、各コイルに誘導される速度起
電力の基本波が互いに１２０°の位相差を持つようにな
る。よって、３相電動機において公知の通り、各コイル
にコイル位置に応じた３相交流電流を通流することによ
って、電機子１に定常的に連続した推力が発生する。こ
のとき、コイルの巻幅Ｃｄが、Ｐｐ／５に選ばれている
ため、磁束密度分布波の５次調波成分に起因する推力脈
動が極小化され推力が平滑化される。

【００３６】なお、前記界磁子および電機子を円形とし
て相対的に間隔をおいて同心的に配置することにより回
転形のアクチュエータにすることができる。

【００３７】前記のコイル巻幅Ｃｄを磁極対ピッチＰｐ
の１／５とする代わりに、１／７とすることにより、界
磁子１の磁界の磁束密度分布波の７次調波成分によるコ
イルの推力脈動を低減することができる。

【００３８】通常、推力脈動に大きく影響する磁束密度
分布波の高調波は、３相構成にすると３次調波成分が相
殺されるため、５次調波と７次調波であるので、コイル
巻幅Ｃｄを磁極対ピッチＰｐの１／６に選定すると、５
次調波および７次調波の双方に影響し、両高調波による
推力脈動を同時にかなり低減することが可能となる。

【００３９】図５は、この発明の第３の実施例を模式的
に示す構成図である。

【００４０】界磁子１は、前記図４に示す第２の実施例
における界磁子１と同様に異なる極性の永久磁石よりな
る磁極１１を交互に複数直線的に配列したものを、互い
に極性の異なる磁極が対向するように所定の間隔離して
対向配置して構成される。この電機子２は、コイル巻幅
Ｃｄが界磁子１の磁極対ピッチＰｐの１／５に選ばれ、
コイル全幅ＣｗがコイルピッチＰｐの２／３以下に選ば
れた３個のコイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗを、磁極対ピ
ッチＰｐの２／３となるピッチで磁極の配列方向と平行
に配列されている。３個のコイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１
Ｗは、電気的に３相に接続され、界磁子１の磁極との相
対位置に応じて３相交流電流が供給される。

【００４１】このように構成することによって、第２の
実施例の場合と同様に電機子２に定常的に連続した推力
が発生する。この際、各コイルの巻幅Ｃｄが、磁極対ピ
ッチＰｐの１／５に選ばれているため、界磁子１の磁界
中の磁束密度分布波の５次調波成分による推力脈動を抑
制することができ、電機子２に発生する推力脈動を低減
することができる。

【００４２】図６は、この発明の第４の実施例を模式的
に示す構成図である。

【００４３】この図６における界磁子１は、前記図４お
よび図５に示す第２および第３の実施例における界磁子
と同じに構成されている。

【００４４】電機子２は、コイルの巻幅Ｃｄが界磁子１
の磁極対ピッチＰｐの１／５に、そしてコイルの全幅Ｃ
ｗが磁極対ピッチＰｐの３９／６０から２／３の間に選
ばれている集中巻により形成した６個のコイル２１Ｕ
１、２１Ｕ２、２１Ｖ１、２１Ｖ２、２１Ｗ１および２
１Ｗ２を備えている。これらのコイルを図７に示すよう
に２個ずつ、互いにコイルサイド部が重ならないように
一方のコイルの中央の中空部に他方のコイルの一方のコ
イルサイド部を重ね合わせて３対のコイル対（２１Ｕ
１、２１Ｖ１）、（２１Ｗ１、２１Ｖ２）、（２１Ｗ
２、２１Ｕ２）を構成し、界磁子１の磁極の配列方向に
近接させて一列に配列する。この際、図６（ｂ）に示す
ように、各コイルのコイルエンド部をコイルサイド部に
対してその厚さｔの半分だけ屈曲させておくと、２個の
コイルを重ね合わせたとき、１対のコイルのコイルサイ
ド部の高さを１個のコイルのコイルサイド部の高さと等
しくすることができ、この部分の高さが増加することを
防止でき、界磁子１の対向する磁極間の間隙を図５の実
施例と同じにしたまま界磁空間内にコイル対を挿入する
ことができる。コイル対のコイルエンド部はどうしても
重なり合うので、これを図６（ｂ）に示すように界磁子
１の磁極１１の対向する空間の外側へ出すことにより磁
極間の間隙の寸法が増大するのを抑えることができる。

【００４５】前記６個のコイルを３相接続する。すなわ
ち、同相となるコイル２１Ｕ１と２１Ｕ２、２１Ｖ１と
２１Ｖ２および２１Ｗ１と２１Ｗ２をそれぞれコイルの
極性の整合をとって直列接続して、各相コイルをスター
またはデルタ接続する。

【００４６】前記の６個のコイルの配列の詳細は、図７
に示すとおりであり、ここでコイルは平面的に示され、
各コイルの中心線を１点鎖線で示している。

【００４７】界磁子１の磁極はピッチＰｐで周期的に繰
り返すので、コイルの配置位置による電気的な特性は、
１磁極対ピッチＰｐを３６０°として考えればよい。す
なわち、磁極対ピッチＰｐの整数倍離れた位置に置かれ
た２つのコイルは、界磁子の端部の効果を無視すれば電
気的に全く等価である。

【００４８】このような考えのもとで、前記６個のコイ
ルを表１に示すような位相関係になるように配置する。

【００４９】

【表1】

【００５０】これから明らかなように、同相となる２１
Ｕ１と２１Ｕ２、２１Ｖ１と２１Ｖ２および２１Ｗ１と
２１Ｗ２の各組のコイル間の位相差が３０°となり、ま
た同相となるコイル組の平均の位相角は、それぞれ１８
０°、２４０°、１２０°となっている。コイルの電気
的位相は、コイルに通流する電流の極性を反転すれば丁
度１８０°変化するため、１８０°の位相の変更はコイ
ル結合時に端子の極性を反転させることによって容易に
達成される。よってコイル２１Ｕ１と２１Ｕ２の組の位
相を反転させて０°にすれば、３組のコイルは、互いに
１２０°ずつ位相のずれた３相コイルを形成することに
なる。したがって、３組のコイルに磁極との相対位置に
応じて３相交流電流を供給することによりコイルに連続
的な推力を発生させることができる。このとき、前記し
たように各コイルはその巻幅Ｃｄが磁極対ピッチＰpの
１／５に選ばれているので、磁束密度分布波の５次調波
に起因する推力脈動は極小化される。

【００５１】前記においては、コイルを６個用いた場合
を説明したが、コイルを６ｍ（ｍは正の整数）個用い
て、順次配列することによっても前記と同様の効果が得
られる。

【００５２】また複数のコイルを重ね合わせる際にコイ
ルサイド部分の厚さが厚くならないようにする方法は、
前記した方法以外にも図８および図９に示すような方法
がある。

【００５３】すなわち、図８に示すように、コイルサイ
ド部とコイルエンド部が平坦（フラット）になったコイ
ル２１Ａと、コイルエンド部がコイルサイド部の厚さに
等しい分だけ一方へ屈曲されたコイル２１Ｂを設け、こ
の両方のコイルを図６（ｂ）に示すように互いにコイル
サイド部が重ならないように重ね合わせるようにする
と、コイルサイド部の厚さはコイル１個分の厚さに収ま
り増加しない。

【００５４】また、図９に示すように、図８のように重
ね合わされた２個１組のコイル２１Ａ、２１Ｂと２２
Ａ、２２Ｂとを、コイルの平坦な側を対向させて重ねあ
わせるようにしてもよいが、コイルサイド部の厚さを増
やさないようにするためには、各コイルのコイルサイド
部の厚さを、図８のコイルの半分の厚さにしなければな
らない。

【００５５】第５の実施例は、各コイルの全幅Ｃｗを磁
極対ピッチＰｐの２３８．３／３６０とし、その他の構
成は第４の実施例と同じにしたものである。

【００５６】この第５の実施例における６個のコイル
は、表２に示すような電気的位相関係になるように配列
することができるようになる。

【００５７】

【表２】

【００５８】このように配列すると、コイル２１Ｕ１と
２１Ｕ２、２１Ｖ１と２１Ｖ２および２１Ｗ１と２１Ｗ
２の各組において、２個のコイル間の電気的位相差が全
て２５．７°となる。そして、各組の２個のコイルの平
均の位相角は、それぞれ、１８０°、２４０°、１２０
°となるので、前記第３の実施例で説明したとおり、２
１Ｕ１と２１Ｕ２の組のコイルの接続を逆極性にして３
相接続すれば、互いに１２０°ずつ位相のずれた３相コ
イルを構成することができる。

【００５９】各組の２個のコイルの間の２５．７°の位
相差は、界磁子の作る磁界中の磁束密度分布波の基本波
の１周期（電気角で３６０°）に対して約１／１４とな
り、これは、７次調波の１／２周期に相当する。このた
め、各組の２個のコイルには同時に７次調波の磁束によ
り逆極性の推力が発生され、互いに相殺されるので、各
組の組コイルには磁束密度分布波の７次調波に基づく推
力は原理的には発生しなくなる。そして、ここでは各コ
イルの巻幅Ｃｄが磁極対ピッチＰｐの１／５に選ばれて
いるので、磁束密度分布の５次調波による推力脈動も低
減される。

【００６０】したがって、この第５の実施例によれば、
磁束密度分布の５次調波および７次調波の両方の調波に
基づく推力脈動の発生を低減することができるので、脈
動の極めて小さいほぼ平滑な推力を発生する電磁アクチ
ュエータを得ることができる。

【００６１】次に、図１０に第６の実施例の構成を模式
的に示す。

【００６２】界磁子１は、前記第２実施例等と同じに構
成されている。電機子２を構成するコイル２１Ｕ、２１
Ｖおよび２１Ｗは集中巻きされ、その巻幅Ｃｄが磁極対
ピッチＰｐの１／７で、全幅Ｃｗが磁極対ピッチＰｐの
４／７以上２／３以下となる巻数に選定されている。な
お、コイル巻幅Ｃｄおよび全幅Ｃｗは、これをコイルの
巻数で調整する関係でコイルの素線の直径および直径の
２倍分の寸法の誤差が生じことがある。

【００６３】１個のコイルの中空部上に他の２個のコイ
ルのコイルサイド部が収められ、かつ互のコイルサイド
部が重ならないように３個のコイルを重ね合わせたコイ
ル組を１組または複数組磁極の配列方向に順次配置す
る。コイル対のコイルサイド部の厚さｔが厚くならない
ようにするため、図１０（ｂ）に示すように、各コイル
組のうちの１個のコイル２１Ｕはコイルサイド部とコイ
ルエンド部が同じ平面となるように平坦に形成され、他
の２個のコイル２１Ｖ、２１Ｗはコイルサイド部に対し
てコイルエンド部をサイド部の厚さｔの半分だけ屈曲さ
せ、コイルサイド部を向かい合わせにして前記コイル２
１Ｕ上に重ね合わせるようにしている。各組における３
個のコイルは、コイル全幅Ｃｗを前記のように磁極対ピ
ッチＰｐの４／７以上２／３以下に選ぶことにより、相
互に電気的に１２０°ずつ位相のずれた配置とすること
ができる。

【００６４】したがって、このようなコイル組をｍ（ｍ
は正の整数）組配列し、それぞれ電気的に位相の等しい
ｍ個のコイルを直列または並列に接続して１相分のコイ
ルとすることによって３相構成にすることができる。こ
のようにして構成された各相コイルに磁極の相対位置に
応じて３相交流電流を供給することにより電機子に相対
的に連続的な推力を発生させることができる。

【００６５】この実施例によれば、コイルの巻幅Ｃｄが
（１／７）Ｐｐに選ばれているので、磁束密度分布波の
７次調波成分による推力脈動を極小化することができ
る。

【００６６】この第６の実施例におけるコイルの配列方
法の変形例を図１１に示す。

【００６７】この変形例においては、コイル２１Ｕ１、
２１Ｗ１および２１Ｖ２が重ねずに順次並べ、これらの
コイルの上に、同様に重ねずに順次並べたコイル２１Ｖ
１、２１Ｕ２および２１Ｗ２を所定の量だけ機械的位置
をずらして重ね合わせるようにしている。このようなコ
イルの配列方法によっても前記第５の実施例と同様の効
果が得られる。

【００６８】前記各実施例において、コイルの全幅およ
び巻幅について、推力脈動低減のために具体的に数値を
示したが、いずれの場合においてもコイルの巻数で調整
するためコイルの線材径に応じた寸法誤差が生じること
があるが、これはこの発明における許容の範囲内であり
特に問題となることはない。

【００６９】

【発明の効果】この発明においては、前記の説明から明
らかなように電機子を構成するコイルの巻幅（コイルサ
イド部の幅）Ｃｗを、界磁における磁束密度分布の波の
基本波の周期の１／ｎとすることによって，磁束密度分
布のｎ次成分に起因する推力脈動を低減することがで
き、平滑な推力を発生する電磁アクチュエータを得るこ
とができる。

【００７０】特に、コイルの全幅Ｃｗ、およびコイルの
巻幅Ｃｄを、それぞれ磁極対ピッチの３９／６０以上２
／３以下、および１／５とし、かつ２つのコイルを磁極
配列方向に相互に重ね合わせて１組としたものを３組配
列することによって，コイルを空間的に無駄なく配置し
つつ，磁束密度分布の５次高調波成分に起因する推力脈
動を低減した３相電磁アクチュエータを実現することが
できる。

【００７１】さらに，上記の構成にてコイルの全幅Ｃｗ
を磁極対ピッチの２３８．３／３６０に選定することに
よって、同相に接続される２つのコイルの電気的な位相
差を磁極対ピッチの約１／１４とすることができ、これ
によって磁束密度分布の７次高調波成分に起因する推力
脈動も同時に低減することができる。

【００７２】また、コイルの全幅Ｃｗ、およびコイルの
巻幅Ｃｄを、それぞれ磁極対ピッチの４／７以上２／３
以下、および１／７とし、１つのコイルの中央部空間に
２つのコイルのサイド部が入るように、コイルを磁極配
列方向に相互に重ね合わせて順次配列することによっ
て、コイルの空間的利用率が高く、磁束密度分布の７次
高調波成分に起因する推力脈動を低減した３相電磁アク
チュエータを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はこの発明の第１の実施例を示す模式的
構成図、（ｂ）および（ｃ）はその動作説明図である。

【図２】この発明に使用する集中巻コイルの構成を示す
もので、（ａ）はその平面図。（ｂ）はその側面図であ
る。

【図３】この発明の動作説明図である。

【図４】この発明の第２の実施例の模式的構成図であ
り、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）はその側面断面図
である。

【図５】この発明の第３の実施例の模式的構成図であ
り、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）はその側面断面図
である。

【図６】この発明の第４の実施例の模式的構成図であ
り、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）はその側面断面図
である。

【図７】この発明の第４の実施例におけるコイル配列の
説明図である。

【図８】この発明の第４の実施例におけるコイル配列の
変形例の構成図であり、（ａ）はその正面断面図、
（ｂ）はその側面断面図、（ｃ）は平面図である。

【図９】この発明の第４の実施例におけるコイル配列の
他の変形例の構成図であり、（ａ）はその正面断面図、
（ｂ）はその側面断面図、（ｃ）は平面図である。

【図１０】この発明の第６の実施例の模式的構成図であ
り、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）はその側面断面図
である。

【図１１】この発明の第６の実施例におけるコイル配列
の変形例の構成図であり、（ａ）はその正面断面図、
（ｂ）はその平面図、（ｃ）は側面断面図である。

【図１２】従来の電磁アクチュエータの模式的構成を示
すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその側面図で
ある。

【符号の説明】

１：界磁子、１１：磁極、２：電機子、２１，２１Ｕ，
２１Ｕ１，２１Ｕ２，２１Ｖ，２１Ｖ１，２１Ｖ２，２
１Ｗ、２１Ｗ１，２１Ｗ２，２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，
２２Ｂ，：コイル、Ｐｐ：磁極対ピッチ、Ｃｗ：コイル
全幅、Ｃｄ：コイル巻幅。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】界磁子により磁束を発生させて空間的に
磁束密度が周期的に変化する磁界を作り、この磁界内に
１個または複数個のコイルからなる電機子を前記界磁子
に対して相対的に移動可能に配置し、このコイルに電流
を供給することによって推力を発生させるようにした電
磁アクチュエータにおいて、前記各コイルの巻数を、そ
の前記磁束密度分布に対する相対的な移動方向の巻幅C
ｄが、前記磁束密度の空間的分布波の基本波の周期Ｔ₁
の１／ｎ（ｎは２以上の整数）となる巻数としたことを
特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項２】請求項1に記載の電磁アクチュエータに
おいて、前記界磁子が直線的に交互に周期的に配列され
たN極とＳ極の磁極を有し、前記電機子が、前記界磁子
と対向して磁極の配列方向に相対的に直線的に移動可能
に配置されたことを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項３】請求項２に記載の電磁アクチュエータに
おいて、界磁子が２つの所定間隔をおいて対向配置され
た板状の磁性体を備え、この磁性体の対向する面の少な
くとも一方にＮ極とＳ極の磁極を交互に周期的に配列し
てなることを特徴とする電磁アクチュエータ。
【請求項４】請求項１に記載の電磁アクチュエータに
おいて、界磁子と電機子を、相対的に直線的に移動可能
または相対的に回転可能にしてなることを特徴とする電
磁アクチュエータ。
【請求項５】請求項１ないし４の何れかに記載の電磁
アクチュエータにおいて、前記コイルを集中巻で構成す
るとともに、その相対的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻
幅Ｃｄが、前記界磁子の磁極対ピッチをＰｐとしたと
き、それぞれＣｗ≦Ｐｐ×５／６およびＣｄ＝Ｐｐ／ｎ
（ｎは５，６または７）となる巻数とし、このコイルを
Ｐｐ×５／６のピッチで３個並べて１組としたものを１
組または複数組用いたことを特徴とする電磁アクチュエ
ータ。
【請求項６】請求項１ないし４の何れかに記載の電磁
アクチュエータにおいて、前記コイルを集中巻で構成す
るとともに、その相対的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻
幅Ｃｄが、前記界磁子の磁極対ピッチをＰｐとしたと
き、それぞれＣｗ≦Ｐｐ×２／３およびＣｄ＝Ｐｐ／ｎ
（ｎは５，６または７）となる巻数とし、このコイルを
Ｐｐ×２／３のピッチで３個並べたものを１組としたコ
イル組を１組または複数組用いたことを特徴とする電磁
アクチュエータ
【請求項７】請求項１ないし４の何れかに記載の電磁
アクチュエータにおいて、前記コイルを、集中巻で構成
するとともにその相対的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻
幅Ｃｄが、磁極対ピッチをＰｐとしたとき、Ｐｐ×３９
／６０≦Ｃｗ≦Ｐｐ×２／３、およびＣｄ＝Ｐｐ／５と
なる巻数とし、このコイルを2個互いにコイルサイド部
が重ならないようにずらして重ねたコイル対を３対磁極
の配列方向に順次並べたコイル郡を１組として、このコ
イル郡を１組または複数組用いたことを特徴とする電磁
アクチュエータ。
【請求項８】請求項１ないし４の何れかに記載の電磁
アクチュエータにおいて、前記コイルを、集中巻で構成
するとともにその相対的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻
幅Ｃｄが、磁極対ピッチをＰｐとしたとき、Ｃｗ＝（Ｐ
ｐ×２３８．３）／３６０およびＣｄ＝Ｐｐ／５となる
巻数とし、このコイルを2個互いにコイルサイド部が重
ならないようにずらして重ねたコイル対を３対磁極の配
列方向に順次並べたコイル郡を１組として、このコイル
郡を１組または複数組用いたことを特徴とする電磁アク
チュエータ。
【請求項９】請求項１ないし４の何れかに記載の電磁
アクチュエータにおいて、前記コイルを、集中巻で構成
するとともにその相対的な移動方向の全幅Ｃｗおよび巻
幅Ｃｄが、磁極対ピッチをＰｐとしたとき、Ｐｐ×４／
７≦Ｃｗ≦Ｐｐ×２／３、およびＣｄ＝Ｐｐ／７となる
巻数とし、このコイルを３ｍ（ｍは正の整数）個、互い
にコイルサイド部が重ならないようにずらして重ねて磁
極の配列方向に順次並べたことを特徴とする電磁アクチ
ュエータ。
【請求項１０】請求項１ないし４の何れかに記載の電
磁アクチュエータにおいて、前記コイルを２個ずつ互い
のコイルサイド部が重ならないようにずらして重ね合わ
せたコイル対を３対以上磁極配列方向に順次配列して多
相構成にしたことを特徴とする電磁アクチュエータ。