JP2013094018A - 反磁性アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】資源リスクの心配がない炭素素材を使用して反発力や推進力あるいは回転力を発生させることができる反磁性アクチュエータ１を提供する。
【解決手段】反磁性アクチュエータ１は、例えばグラファイトシートによって形成される反磁性部５ａと、磁界を透過する非磁性部５ｂとが隣接して交互に配される可動子５と、この可動子５に対向して磁界を発生する電磁石装置２とで構成される。
電磁石装置２は、例えば、複数の磁極片３ａが等間隔に配列する鉄心３と、この鉄心３に巻装される３相コイルとで形成され、この３相コイルにインバータより対称３相交流が供給されることで、磁極片３ａの配列方向に移動磁界を発生する。
可動子５は、反磁性部５ａの幅（非磁性部５ｂと非磁性部５ｂとの間の寸法）が、電磁石装置２が発生する磁界の磁極幅と同じか、それよりも大きく形成され、電磁石装置２に発生する移動磁界に同期して連れ動く。
【選択図】図１

Description

本発明は、工業用、学習用、遊戯用、家電用、自動車用等の直動もしくは二次元あるいは回転アクチュエータに用いて好適な反磁性アクチュエータに関する。

従来、ブラシレスモータを初め、高性能モータが様々な分野の利便装置に使われて久しいが、いずれもレアアース磁石が使用されている（特許文献１参照）。
しかし、レアアース磁石は、素材の偏在性から資源リスクや不経済性が叫ばれており、代替技術の開発が緊急の課題である。代替技術には、様々なアプローチで研究が成されているが、一つの事例として、グラファイトに代表される反磁性素材を利用すれば、従来の高温超伝導（例えばビスマス系素材であればマイナス２００℃環境下）のマイスナー効果のごとき強磁界中にて反発力を生む現象が室温環境下でも発生することが知られている。 本願発明者は、上記の現象に着眼し、資源リスクの心配がない素材（例えば炭素素材）を使用して、効果的に反発力や推進力あるいは回転力を発生させることが可能な反磁性アクチュエータの構造を考案した。

特開２００６−２７１０５７号公報

（請求項１の発明）
本発明は、反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを交互に有するシート状の可動子と、この可動子に対向して所定方向に移動磁界を発生する電磁石装置とを備え、電磁石装置に発生する移動磁界に同期して可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、所定方向に対する反磁性部の幅寸法をＷ１、所定方向に対する電磁石装置の磁極幅をＷ２とすると、
Ｗ１≧Ｗ２……………………（１）
上記（１）の関係が成立することを特徴とする。

可動子の外部に磁場が発生すると、反磁性部が持つ反磁性の性質により、磁場と反対方向に反磁性部が磁化される。つまり、外部磁場を発生する電磁石装置に対して反磁性部に反発力が作用する。
ここで、本発明の反磁性アクチュエータは、上記（１）式の関係が成立しているので、反磁性部に反発力が作用する一方、反磁性部と反磁性部との間に形成される非磁性部を磁束が通り抜けることにより、所定方向に対して可動子に拘束力が働く。言い換えると、可動子が所定方向に揺れ動くことが抑制されて、可動子の姿勢が安定する。
これにより、電磁石装置に移動磁界が生じると、その移動磁界に同期して可動子が連れ動くので、反磁性を利用したアクチュエータを実現できる。

（請求項２の発明）
本発明は、反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを円周方向に交互に有し、且つ、回転軸と一体に回転可能に設けられた円板状の可動子と、この可動子と軸方向に対向して配置され、且つ、可動子に対向して円周方向に回転磁界を発生する円盤型の電磁石装置とを備え、電磁石装置に発生する回転磁界に同期して可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、可動子の回転中心と反磁性部の円周方向の両端とで形成される中心角をθ１、電磁石装置の１磁極ピッチに対応する中心角をθ２とすると、
θ１≧θ２……………………（２）
上記（２）の関係が成立することを特徴とする。

可動子の外部に磁場が発生すると、反磁性部が持つ反磁性の性質により、磁場と反対方向に反磁性部が磁化される。つまり、外部磁場を発生する電磁石装置に対して反磁性部に反発力が作用する。
ここで、本発明の反磁性アクチュエータは、上記（２）式の関係が成立しているので、反磁性部に反発力が作用する一方、反磁性部と反磁性部との間に形成される非磁性部を磁束が通り抜けることにより、円周方向に対して可動子に拘束力が働く。言い換えると、可動子が円周方向に揺れ動くことが抑制されて、可動子の姿勢が安定する。
これにより、電磁石装置に回転磁界が生じると、その回転磁界に同期して可動子が連れ動くので、反磁性を利用したアクチュエータを実現できる。

（請求項３の発明）
本発明は、反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを円周方向に交互に有し、且つ、回転軸と一体に回転可能に設けられた円筒状の可動子と、この可動子と同心に配置され、且つ、可動子に対向して円周方向に回転磁界を発生する円筒型の電磁石装置とを備え、電磁石装置に発生する回転磁界に同期して可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、円周方向に対する反磁性部の周方向長さをＬ１、電磁石装置の１磁極ピッチに対応する周方向長さをＬ２とすると、
Ｌ１≧Ｌ２……………………（３）
上記（３）の関係が成立することを特徴とする。

可動子の外部に磁場が発生すると、反磁性部が持つ反磁性の性質により、磁場と反対方向に反磁性部が磁化される。つまり、外部磁場を発生する電磁石装置に対して反磁性部に反発力が作用する。
ここで、本発明の反磁性アクチュエータは、上記（３）式の関係が成立しているので、反磁性部に反発力が作用する一方、反磁性部と反磁性部との間に形成される非磁性部を磁束が通り抜けることにより、円周方向に対して可動子に拘束力が働く。言い換えると、可動子が円周方向に揺れ動くことが抑制されて、可動子の姿勢が安定する。
これにより、電磁石装置に回転磁界が生じると、その回転磁界に同期して可動子が連れ動くので、反磁性を利用したアクチュエータを実現できる。

（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、非磁性部を介して隣り合う反磁性部同士が２箇所以上で非磁性部材により連結されていることを特徴とする。
上記の構成によれば、多極数の電磁石装置を用いることで、磁気反発力および駆動力（推進力、回転力）を強化できる。

（請求項５の発明）
請求項１〜３に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、反磁性を有するシート状あるいはフィルム状の反磁性素材にスリットを打ち抜いて非磁性部を形成していることを特徴とする。
上記の構成では、シート状あるいはフィルム状の反磁性素材にスリットを打ち抜くだけで非磁性部を形成できるので、例えば、反磁性素材をプレス等で加工することにより、可動子を所望の形状に製作することが可能となり、簡素かつ経済的である。

（請求項６の発明）
請求項１に記載した反磁性アクチュエータにおいて、所定方向と直交する可動子の幅方向両外側に可動子の移動を案内するガイド部材を設けていることを特徴とする。
上記の構成によれば、可動子をガイド部材に沿って移動させることができる、つまり、可動子の推進方向（移動方向）をガイド部材によって規定できるので、直動あるいは平面運動を行う反磁性アクチュエータを容易に実現できる。

（請求項７の発明）
請求項２または３に記載した反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、回転軸に非磁性のハブ部を介して連結されていることを特徴とする。
これにより、電磁石装置に発生する回転磁界に同期して可動子が回転軸と一体に回転運動を行う反磁性アクチュエータを実現できる。

（請求項８の発明）
請求項１〜４に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、反磁性部がカーボン材で形成されていることを特徴とする。
この場合、反磁性部に使用される素材（カーボン材）の入手が容易であるため、反磁性アクチュエータを低コストに製造可能である。また、資源リスクのあるレアアース磁石を使用することなく、地球上にふんだんに存在する材料で反磁性アクチュエータを実現できるので、いわゆる超伝導デバイスの如く超低温にする必要も無く、室温環境下で可動子に対する推進力を発生させることができる。

（請求項９の発明）
請求項８に記載した反磁性アクチュエータにおいて、反磁性部は、グラファイト素材をシート状に加工したグラファイトシートによって形成されていることを特徴とする。
反磁性部をグラファイトシートシートによって形成することで、可動子の製作が容易であり、且つ、経済的でもある。

（請求項１０の発明）
請求項１〜９に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、電磁石装置は、複数のスロットが等間隔に形成された鉄心と、スロットを介して鉄心に巻装される多相の励磁コイルとで構成されることを特徴とする。
この場合、電磁石装置に多相交流電動機の電機子構造を利用できるので、従来の生産設備を流用することが可能であり、電磁石装置の製造が容易である。

（請求項１１の発明）
請求項１０に記載した反磁性アクチュエータにおいて、励磁コイルに対称多相交流を印加するインバータを備えることを特徴とする。
上記の構成によれば、電磁石装置の励磁コイルに印加する多相交流の周波数あるいは電圧値、電流値をインバータにより制御することにより、電磁石装置に発生する移動磁界または回転磁界の速度調整を行うことができ、その移動磁界または回転磁界の速度に同期して可動子を移動または回転させることができる。

（請求項１２の発明）
請求項９に記載した反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、グラファイトシートを厚さ方向に所望の隙間を空けて層状に配置した多層構造であることを特徴とする。
可動子を多層構造とすることにより、可動子に対する推進力または回転力を強化することが可能である。

（請求項１３の発明）
請求項１２に記載した反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、各層の反磁性部同士および非磁性部同士がそれぞれ層方向に揃っていることを特徴とする。
これにより、可動子に対する推進力または回転力の強化が容易に可能である。

（請求項１４の発明）
請求項１２に記載した反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、各層の反磁性部同士および非磁性部同士がそれぞれ層方向に異なる位置に配されることを特徴とする。
これにより、可動子に対する推進力または回転力を強化できると共に、可動子に作用する力の脈動を抑えることができるので、滑らかな運動をする反磁性アクチュエータを容易に実現可能である。

（請求項１５の発明）
請求項１〜１４に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、電磁石装置の磁極面に対向して軟磁性材のヨークを配置し、電磁石装置の磁極面とヨークとの間に可動子を配置したことを特徴とする。
ヨークを併用することで、可動子の非磁性部を透過する磁束を増強できるので、可動子に対する推進力または回転力を高めるために一層効果的である。

（請求項１６の発明）
請求項２または３に記載した反磁性アクチュエータにおいて、可動子は、非磁性部が回転軸に対して所定角度傾いて形成されていることを特徴とする。
非磁性部を回転軸に対して所定角度傾けて形成することにより、可動子に所謂スキューを付けることができるので、トルク脈動を低減でき、可動子が滑らかな回転運動を行う反磁性アクチュエータが実現できる。

反磁性アクチュエータの構成を示す斜視図である（実施例１）。 （ａ）３相交流の結線図、（ｂ）３相コイルの波形図である。 反磁性アクチュエータの構成を示す斜視図である（実施例２）。 実施例２に係る可動子の多層構造を示す斜視図である。 実施例２に係る可動子の多層構造を示す斜視図である。 反磁性アクチュエータの構成を示す斜視図である（実施例３）。 実施例３に係る可動子の多層構造を示す斜視図である。 実施例３に係る可動子の多層構造を示す斜視図である。 実施例３に係る可動子の変形例を示す斜視図である。 反磁性アクチュエータの構成を示す斜視図である（実施例４）。 磁束の流れを示す反磁性アクチュエータの断面図である（実施例４）。 軸方向に切断した反磁性アクチュエータの断面図である（実施例５）。 反磁性アクチュエータの構成を示す斜視図である（実施例６）。 反磁性アクチュエータの参考例１を示す斜視図である。 （ａ）参考例１に係る反磁性アクチュエータをＡ−Ａ方向に切断した断面図、（ｂ）同アクチュエータをＡ−Ａ方向から見た正面図である。 可動子の変形例を示す斜視図である。 反磁性アクチュエータの参考例２を示す斜視図である。

先ず、本発明の実施例を説明する前に、永久磁石を使用した反磁性アクチュエータの参考例を記載する。
（参考例１）
この参考例１に示す反磁性アクチュエータ１Ａは、図１４に示す様に、磁界を発生する磁界発生器１０と、反磁性を利用して磁界発生器１０の上方（天方向）に浮上する可動子５（後述の実施例と同一番号を付す）と、可動子５の移動を案内するガイド部材１１とを備える。磁界発生器１０は、基板となる平板状のヨーク１２と、このヨーク１２の表面上に接着剤等によって固定される永久磁石１３とで構成される。
永久磁石１３は、例えば、表面形状が長方形を有する平板状のネオジム磁石であり、その短手方向に隣接して複数配列されている。各永久磁石１３は、図１５（ａ）に示す様に、それぞれ板厚方向（図示上下方向）に着磁され、且つ、隣り合う磁石同士の極性が交互に異なる方向に配列されている。

可動子５は、炭素素材から成るシート状あるいはフィルム状の反磁性部５ａと、磁束を透過する非磁性部５ｂとを交互に配置して構成され、複数枚（図１４では３枚）の反磁性部５ａが２本の連結部材１４によって連結されている。
反磁性部５ａは、例えば、０．１ｍｍ程度の厚みを有するグラファイトシートを矩形状に切断して使用される。
非磁性部５ｂは、反磁性部５ａと反磁性部５ａとを一定の距離を空けて配置することで形成される空間である。空間を形成する代わりに、紙、フィルム状のプラスチック素材、アルミ箔等を非磁性部５ｂとして形成することも可能である。

連結部材１４は、反磁性部５ａの長手方向の両端部を連結することで、軟らかい反磁性部５ａの形状を安定的に保持する働きを有している。この連結部材１４は、例えば、アクリル樹脂あるいは軽量エンプラ等を使用することができる。
ガイド部材１１は、図１５（ｂ）に示す様に、永久磁石１３の長手方向（図示左右方向）の両端部に１本ずつ平行に配置されて、永久磁石１３の表面上に固定されている。２本のガイド部材１１の間隔は、可動子５の横幅方向（図示左右方向）の寸法より若干大きく設定されている。また、ガイド部材１１の高さ、つまり、永久磁石１３の表面からガイド部材１１の上端までの寸法は、永久磁石１３に対して浮上する可動子５の高さより高く設定されている。

上記の可動子５は、グラファイトシート（反磁性部５ａ）が反磁性の性質を有するため、反磁性部５ａが永久磁石１３に発生する磁場と逆向きに磁化されて、永久磁石１３に対し反発力が作用する。この反発力は、永久磁石１３の極性によらず、どちらの極に対しても働く。このため、可動子５は、図１５に示す様に、永久磁石１３の表面上に所定のギャップδを有して非接触で浮くことができる。また、可動子５は、反磁性部５ａと非磁性部５ｂとが交互に配設されているので、反磁性部５ａに反発力が作用して可動子５が浮上する一方、反磁性部５ａと反磁性部５ａとの間に形成される非磁性部５ｂ（空間）を磁束が透過することにより、図１４に示す矢印ＡＡ方向に対して可動子５に拘束力が働く。これにより、可動子５は、矢印ＡＡ方向に対して所定の位置に浮上したまま静止することが可能となる。

可動子５が浮上した状態で、磁界発生器１０を公知の手段、例えば、リニアアクチュエータやボール螺子構造の直動機などで、図１４に示す矢印ＡＡ方向に移動させると、磁界発生器１０に発生する磁界が矢印ＡＡ方向に移動する。言い換えると、矢印ＡＡ方向に移動磁界が発生する。その結果、可動子５は、磁界発生器１０に対して図１５に示す位置関係を保ちつつ、２本のガイド部材１１に案内されながら、移動磁界に同期して矢印ＡＡ方向に軌道ＯＯを連れ動く。これにより、反磁性を利用した非接触の直動アクチュエータが実現できる。
なお、図１４に示す様に、１枚の反磁性部５ａの矢印ＡＡ方向の幅Ｗ１は、１個の永久磁石１３の幅Ｗ０よりも大きく形成され、且つ、非磁性部５ｂの幅Ｗｓが永久磁石１３の幅Ｗ０よりも小さく形成されることが望ましい。

図１４に示す可動子５は、３枚の反磁性部５ａを所定の間隔に配置して、それぞれの両端部を本発明の非磁性部材である連結部材１４によって連結する構成であるが、例えば、図１６に示す様に、１枚のグラファイトシートに等間隔でスリットを打ち抜いた構成でも良い。つまり、スリットを打ち抜いて形成される空間が非磁性部５ｂとなる。この場合、３枚の反磁性部５ａを連結部材１４によって連結する必要はなく、単純な打ち抜きで可動子５を製作できるので、可動子５の製作が容易である。また、連結部材１４に相当する部分が反磁性部５ａと同じ材質、つまり、グラファイトシートの一部であっても、可動子５に対す推進力に影響はなく、参考例１と同様に、非接触の直動アクチュエータを実現できる。

（参考例２）
この参考例２は、可動子５が平面上を任意の方向に移動できる様に構成した反磁性アクチュエータ１Ａの一例である。
磁界発生器１０は、図１７に示す様に、基板となる平板状のヨーク１２の表面上に複数の永久磁石１３を格子状に配置して構成される。
永久磁石１３は、例えば、表面形状が略正方形を有する平板状に形成されて、その板厚方向（図示上下方向）に着磁され、且つ、図１７に示すＸＸ方向およびＹＹ方向において、それぞれ隣り合う磁石同士の極性が交互に異なる方向に配列されている。

可動子５は、例えば、図１６に示した一例と同様に、１枚のグラファイトシートにスリット（非磁性部５ｂ）を打ち抜いて形成される。但し、スリットは、図１７に示すＸＸ方向とＹＹ方向とに交差して、つまり、十文字に形成される。
作動原理は参考例１と同じであり、磁界発生器１０を図１７に示すＸＸ方向またはＹＹ方向に移動させて移動磁界を発生させることで、その移動磁界に同期して可動子５がＸＸ方向またはＹＹ方向に連れ動く。これにより、ＸＸ方向およびＹＹ方向の移動だけでなく、両方向の移動を組み合わせることで、可動子５を平面上の任意の方向に移動させることが可能となる。

次に、本発明の実施例を記載する。
（実施例１）
図１に実施例１を示す。
実施例１に係る反磁性アクチュエータ１は、磁界発生器を参考例１、２に記載した永久磁石１３ではなく、電磁石装置２により構成した一例である。
電磁石装置２は、図１に示す様に、複数の磁極片３ａを有する鉄心３と、この鉄心３に巻装される励磁コイル４とで構成される。
鉄心３は、例えば、図１に示す矢印ＡＡ方向に直線状に延設されて、複数の磁極片３ａが等間隔に設けられている。

励磁コイル４は、例えば、図２（ａ）に示す様に、位相が１２０度異なる３相コイルＵ、Ｖ、Ｗを星形結線して構成され、各磁極片３ａに集中巻きされている。各相コイルＵ、Ｖ、Ｗは、公知のインバータ（図示せず）に接続され、そのインバータを通じて、図２（ｂ）に示す対称３相交流が供給される。なお、励磁コイル４の巻線仕様は、集中巻きに限定するものではなく、例えば全節分布巻きでも良い。また、３相交流に限らず、５相、７相等も可能である。

可動子５は、例えば、図１６に示した例と同じく、１枚のグラファイトシートにスリット（非磁性部５ｂ）を打ち抜いて形成される。あるいは、図１４に示した例と同じく、非磁性部５ｂを形成する空間を介して等間隔に配置した複数枚の反磁性部５ａ（グラファイトシート）を２本の連結部材１４によって連結した構成でも良い。
なお、参考例１に記載したガイド部材１１（図１４参照）を実施例１の構成に適用することもできる。
ここで、図１に示す矢印ＡＡ方向の反磁性部５ａの幅をＷ１、非磁性部５ｂの幅をＷｓ、鉄心３の１磁極の幅をＷ２とすると、下記（１）式が成立する。
Ｗｓ＜Ｗ２
Ｗ１≧Ｗ２……………………（１）

上記の構成において、インバータにより電磁石装置２の３相コイルＵ、Ｖ、Ｗに対称３相交流が供給されると、鉄心３の各磁極片３ａが順次磁化されて、図１に示す矢印ＡＡ方向（例えば、３相コイルＵ、Ｖ、Ｗの順に通電されるのであれば、図示右矢印方向）に移動磁界が発生する。その結果、上記の参考例１と同様に、移動磁界に同期して可動子５が矢印ＡＡ方向に連れ動く。
本実施例１の反磁性アクチュエータ１は、電磁石装置２を矢印ＡＡ方向に移動させる必要がなく、リニアスライダーなどの複雑な機構部品を不要にできるので、製造コストを低く抑えることが可能である。また、磁界発生器として電磁石装置２を用い、且つ、地球上にふんだんに存在する材料（実施例１ではグラファイト）で可動子５を構成しているので、資源リスクのあるレアアース磁石（例えばネオジム磁石）を使用する必要はない。
さらに、超伝導デバイスの如く超低温にする必要も無く、室温環境下で可動子５に対する推進力を発生させることができる。

可動子５は、１枚のグラファイトシートにプレス等でスリットを打ち抜くだけで所望の形状に製作できるので、可動子５の製作が容易であり、且つ、経済的である。
また、磁界発生器として電磁石装置２を使用しているので、その電磁石装置２に供給される３相交流の周波数および電圧または電流値をインバータ制御することにより、電磁石装置２に発生する移動磁界の速度および強さを制御でき、それに応じて可動子５の移動速度および推進力を任意に調整できる。さらに、３相コイルＵ、Ｖ、Ｗに対する通電の順番を変えることによって、可動子５の移動方向を変えることもできるので、アクチュエータとしての取り扱いが容易である。
また、電磁石装置２は、電磁リニアモータの一次側（電機子）の構造を利用して製造できるので、電磁石装置２の製造が容易である。

（実施例２）
図３に実施例２を示す。
この実施例２は、電磁石装置２および可動子５をそれぞれ円盤型に構成した反磁性アクチュエータ１の一例である。
電磁石装置２は、例えば、公知のアキシャルギャップ型電動機の電機子構造を有し、図３に示す様に、軸方向の一端面に複数のスロット３ｂを有する円環状の鉄心３と、スロット３ｂを介して鉄心３に巻装される励磁コイル（図示せず）とで構成される。
励磁コイルは、例えば、実施例１と同じく、星形結線された３相コイルＵ、Ｖ、Ｗ（図２（ａ）参照）から成り、その３相コイルＵ、Ｖ、Ｗが所望の仕様（例えば、全節分布巻き）で巻線されている。なお、励磁コイルの巻線仕様は、３相全節分布巻きに限るものではなく、ｍ（３以上の整数）相の集中巻きでも可能である。

可動子５は、鉄心３と略同一の外径および内径を有する平板リング状のグラファイトシートに６個のスリットを周方向等間隔に打ち抜いて形成される。すなわち、スリットを打ち抜いて形成される非磁性部５ｂ（空間）と、グラファイトシートによって形成される反磁性部５ａとが円周方向に交互に配置される。なお、鉄心３の極数を２ｐとした場合に、可動子５に形成されるスリット数はｐ個になる。図３に示す例では、鉄心３のスロット数が３６なので、１２極（６極対）の仕様となり、スリット数は６個となる。
この可動子５は、非磁性部材（例えばナイロン樹脂製）である円盤状のハブ部６を介して回転軸７に固定され、鉄心３のスロット面と軸方向に所定のギャップを有して対向配置される。回転軸７は、図示しない軸受を介してハウジングに固定されて自在に回転する。

また、図３に示す様に、可動子５の回転中心と反磁性部５ａの円周方向の両端とで形成される中心角をθ１、可動子５の回転中心と非磁性部５ｂの円周方向の両端とで形成される中心角をθｓ、電磁石装置２の１磁極ピッチ（本実施例では３スロット分）に対応する中心角をθ２とすると、下記（２）式が成立する。
θｓ＜θ２
θ１≧θ２……………………（２）
上記の構成から成る反磁性アクチュエータ１は、実施例１と同様に、インバータにより電磁石装置２の３相コイルＵ、Ｖ、Ｗに対称３相交流が供給されると、電磁石装置２に回転磁界が生成され、その回転磁界に連れて可動子５が回転軸７を中心に回転する。この時、３相交流の周波数を変えることで可動子５の回転速度が変化し、交流の振幅を変えることで可動子５の回転力を変化させることが可能となる。

この実施例２に示す電磁石装置２は、アキシャルギャップ型電動機の電機子構造を利用できるので、従来の生産設備を流用して製造することが可能である。
また、本実施例の可動子５は、図４に示す様に、平板リング状のグラファイトシートを軸方向（図示上下方向）に所定の間隔を有して層状に多数配置した構成でも良い。この場合、図４ではグラファイトシートを２層に配置した例を図示しているが、３層以上でも可能である。こうすることで、可動子５の発生するトルクを増強することが可能となる。
また、可動子５を多層構造とする場合は、図４に示す様に、各層のグラファイトシートに形成されるスリット（非磁性部５ｂ）の位置を円周方向に合わせても良いし、図５に示す様に、各層毎にスリット（非磁性部５ｂ）の位置を円周方向にずらしても良い。このように構成することで、可動子５のトルクを増強すると共に、トルクムラを低減させ、より滑らかに回転する反磁性アクチュエータ１の実現が可能である。

（実施例３）
図６に実施例３を示す。 この実施例３は、電磁石装置２および可動子５をそれぞれ円筒型に構成した反磁性アクチュエータ１の一例である。
電磁石装置２は、例えば、公知の交流電動機の電機子構造であり、内周に複数のスロット３ｂを有する円環状の鉄心３と、スロット３ｂを介して鉄心３に巻装される励磁コイル（図示せず）とで構成される。
励磁コイルは、例えば、実施例１と同じく、星形結線された３相コイルＵ、Ｖ、Ｗ（図２（ａ）参照）から成り、その３相コイルＵ、Ｖ、Ｗが所望の仕様（例えば、全節分布巻き）で巻線されている。なお、励磁コイルの巻線仕様は、３相全節分布巻きに限るものではなく、ｍ（３以上の整数）相の集中巻きでも可能である。

可動子５は、鉄心３の軸方向長さ（図６の上下方向の長さ）と略同一長さを有する円筒リング状のグラファイトシートに６個のスリットを周方向等間隔に打ち抜いて形成される。すなわち、スリットを打ち抜いて形成される非磁性部５ｂ（空間）と、グラファイトシートによって形成される反磁性部５ａとが円周方向に交互に配置されている。
この可動子５は、非磁性部材（例えばナイロン樹脂製）である円盤状のハブ部６を介して回転軸７に固定され、鉄心３のスロット面（内周面）と径方向に所定のギャップを有して対向配置される。回転軸７は、図示しない軸受を介してハウジングに固定されて自在に回転する。

また、図６に示す様に、可動子５の円周方向に対する反磁性部５ａの周方向長さをＬ１、非磁性部５ｂの周方向長さをＬｓ、電磁石装置２の１磁極ピッチ（本実施例では３スロット分）に対応する周方向長さをＬ２とすると、下記（３）式が成立する。
Ｌｓ＜Ｌ２
Ｌ１≧Ｌ２……………………（３）
上記の構成から成る反磁性アクチュエータ１は、実施例１と同様に、インバータにより電磁石装置２の３相コイルＵ、Ｖ、Ｗに対称３相交流が供給されると、電磁石装置２に回転磁界が生成され、その回転磁界に連れて可動子５が回転軸７を中心に回転する。この時、３相交流の周波数を変えることで可動子５の回転速度が変化し、３相交流の振幅を変えることで可動子５の回転力を変化させることが可能となる。

この実施例３に示す電磁石装置２は、多相交流電動機の電機子構造を利用できるので、従来の生産設備を流用して製造することが可能である。
また、本実施例の可動子５は、図７に示す様に、円筒リング状のグラファイトシートを半径方向に所定の間隔を有して層状に多数配置した構成でも良い。この場合、図７ではグラファイトシートを２層に配置した例を図示しているが、３層以上でも可能である。こうすることで、可動子５の発生するトルクを増強することが可能となる。
また、可動子５を多層構造とする場合は、図７に示す様に、各層のグラファイトシートに形成されるスリット（非磁性部５ｂ）の位置を円周方向に合わせても良いし、図８に示す様に、各層毎にスリット（非磁性部５ｂ）の位置を円周方向にずらしても良い。このように構成することで、可動子５のトルクを増強すると共に、トルクムラを低減させ、より滑らかに回転する反磁性アクチュエータ１の実現が可能である。

さらに、円筒リング状のグラファイトシートに形成されるスリット（非磁性部５ｂ）は、図９に示す様に、回転軸７に対してγだけ傾けても良い。これにより、回転方向のトルク分布を均一化でき、回転ムラを低減することが可能である。
この実施例３に記載した反磁性アクチュエータ１は、電磁石装置２の径方向内側に円筒型の可動子５を配置した構造であるが、電磁石装置２の径方向外側に円筒型の可動子５を配置した構造（磁石電動機の分野の俗称で言えば、アウタロータ型に相当）でも同じ機能を実現することが可能である。

（実施例４）
図１０に実施例４を示す。
この実施例４は、実施例１の応用例であり、実施例１の構成に対し、ヨーク８を付加した一例である。
ヨーク８は、軟磁性材（例えば鉄）により板状に形成され、図１０に示す様に、電磁石装置２の磁極面と対向して配置される。つまり、電磁石装置２の磁極面とヨーク８との間に可動子５が配設される。
上記の構成によれば、図１１に実線矢印で示す様に、電磁石装置２で発生する磁束φがヨーク８を通って鉄心３へ還流するので、可動子５に加わる磁界が増強され、結果として、可動子５に対する推進力を強化することが可能である。

（実施例５）
図１２に実施例５を示す。
この実施例５は、実施例３の応用例であり、実施例３の構成に対し、ヨーク８を付加した一例である。
電磁石装置２と可動子５の構成は実施例３と同じである。なお、図１２に示す可動子５は、３層構造であるが、図６に示した１層構造もしくは３層以外の多層構造でも良い。
ヨーク８は、軟磁性材（例えば鉄）により円筒状に形成され、図１２に示す様に、可動子５の半径方向内側に配置される。つまり、電磁石装置２とヨーク８との間に可動子５が配設される。本実施例の構成によれば、実施例４と同様に、磁界強度を増強でき、トルクを強化することが可能である。

（実施例６）
図１３に実施例６を示す。
この実施例６は、実施例１の応用例であり、図１３に示す様に、鉄心３の各磁極片３ａにそれぞれ独立した励磁コイル４を巻装した一例である。
実施例１に記載した電磁石装置２は、星型結線された３相コイルＵ、Ｖ、Ｗに対称３相交流を供給することで移動磁界を発生させているが、この実施例６に示す電磁石装置２は、図１３の矢印ＡＡ方向に配列される各励磁コイル４をそれぞれインバータ制御することにより、矢印ＡＡ方向に順番に交番磁界を発生させている。これにより、交番磁界に同期して可動子５が矢印ＡＡ方向に連れ動く反磁性アクチュエータ１を実現できる。
なお、図１３に示す矢印ＡＡ方向の反磁性部５ａの幅をＷ１、非磁性部５ｂの幅をＷｓ、鉄心３の磁極幅をＷ３とすると、下記（４）式が成立している。
Ｗｓ＜Ｗ３
Ｗ１≧Ｗ３……………………（４）

１ 反磁性アクチュエータ（実施例１〜６）
２ 電磁石装置
３ 鉄心
３ｂ スロット
４ 励磁コイル
５ 可動子
５ａ 反磁性部
５ｂ 非磁性部
６ ハブ部
７ 回転軸
８ ヨーク（実施例４、５）
１１ ガイド部材
１４ 連結部材（非磁性部材）

Claims (16)

1. 反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを交互に有するシート状の可動子と、
   この可動子に対向して所定方向に移動磁界を発生する電磁石装置とを備え、
   前記電磁石装置に発生する移動磁界に同期して前記可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、
   前記所定方向に対する前記反磁性部の幅寸法をＷ１、前記所定方向に対する前記電磁石装置の磁極幅をＷ２とすると、
   Ｗ１≧Ｗ２……………………（１）
   上記（１）の関係が成立することを特徴とする反磁性アクチュエータ。
2. 反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを円周方向に交互に有し、且つ、回転軸と一体に回転可能に設けられた円板状の可動子と、
   この可動子と軸方向に対向して配置され、且つ、前記可動子に対向して円周方向に回転磁界を発生する円盤型の電磁石装置とを備え、
   前記電磁石装置に発生する回転磁界に同期して前記可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、
   前記可動子の回転中心と前記反磁性部の円周方向の両端とで形成される中心角をθ１、前記電磁石装置の１磁極ピッチに対応する中心角をθ２とすると、
   θ１≧θ２……………………（２）
   上記（２）の関係が成立することを特徴とする反磁性アクチュエータ。
3. 反磁性の性質を持つ反磁性部と磁束を透過する非磁性部とを円周方向に交互に有し、且つ、回転軸と一体に回転可能に設けられた円筒状の可動子と、
   この可動子と同心に配置され、且つ、前記可動子に対向して円周方向に回転磁界を発生する円筒型の電磁石装置とを備え、
   前記電磁石装置に発生する回転磁界に同期して前記可動子が連れ動く反磁性アクチュエータであって、
   前記円周方向に対する前記反磁性部の周方向長さをＬ１、前記電磁石装置の１磁極ピッチに対応する周方向長さをＬ２とすると、
   Ｌ１≧Ｌ２……………………（３）
   上記（３）の関係が成立することを特徴とする反磁性アクチュエータ。
4. 請求項１〜３に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、
   前記可動子は、前記非磁性部を介して隣り合う前記反磁性部同士が２箇所以上で非磁性部材により連結されていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
5. 請求項１〜３に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、
   前記可動子は、反磁性を有するシート状あるいはフィルム状の反磁性素材にスリットを打ち抜いて前記非磁性部を形成していることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
6. 請求項１に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
   前記所定方向と直交する前記可動子の幅方向両外側に前記可動子の移動を案内するガイド部材を設けていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
7. 請求項２または３に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
   前記可動子は、前記回転軸に非磁性のハブ部を介して連結されていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
8. 請求項１〜４に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、
   前記可動子は、前記反磁性部がカーボン材で形成されていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
9. 請求項８に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
   前記反磁性部は、グラファイト素材をシート状に加工したグラファイトシートによって形成されていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
10. 請求項１〜９に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、
    前記電磁石装置は、複数のスロットが等間隔に形成された鉄心と、前記スロットを介して前記鉄心に巻装される多相の励磁コイルとで構成されることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
11. 請求項１０に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
    前記励磁コイルに対称多相交流を印加するインバータを備えることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
12. 請求項９に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
    前記可動子は、前記グラファイトシートを厚さ方向に所望の隙間を空けて層状に配置した多層構造であることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
13. 請求項１２に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
    前記可動子は、各層の前記反磁性部同士および前記非磁性部同士がそれぞれ層方向に揃っていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
14. 請求項１２に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
    前記可動子は、各層の前記反磁性部同士および前記非磁性部同士がそれぞれ層方向に異なる位置に配されることを特徴とする反磁性アクチュエータ。
15. 請求項１〜１４に記載した何れか一つの反磁性アクチュエータにおいて、
    前記電磁石装置の磁極面に対向して軟磁性材のヨークを配置し、前記電磁石装置の磁極面と前記ヨークとの間に前記可動子を配置したことを特徴とする反磁性アクチュエータ。
16. 請求項２または３に記載した反磁性アクチュエータにおいて、
    前記可動子は、前記非磁性部が前記回転軸に対して所定角度傾いて形成されていることを特徴とする反磁性アクチュエータ。

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