JP2015163004A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】直動駆動や回転駆動等の異なる駆動態様を独立して高精度で行う単一の電磁アクチュエータを提供する。【解決手段】本発明の電磁アクチュエータは、交差させた導線で生じる２つの起磁力の合力を駆動力として用いて駆動機構を構成する。交差させた導線に通電する電流の方向を調整することによって、２つの起磁力（ローレンツ力）の合力の方向を変更し、異なる駆動態様を独立して制御する。異なる駆動形態は、可動子が円柱状である場合には直動駆動、回転駆動、および直動と回転が組み合わさった螺旋駆動とすることができる他、可動子が平面形状である場合にはｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｘ・ｙ軸座標上の任意の方向の駆動等の複数の駆動形態とすることができる。異なる駆動形態は、交差する導線に通電する電流方向の調整によって切り換えて制御することができ、各駆動形態の合力は通電する電流の大きさによって調整することができる。【選択図】図１

Description

本願発明は、二つの駆動態様を独立して制御する電磁アクチュエータに関する。

医療分野、電子部品実装や半導体製造等の産業機器の分野等では、部材を移動する構成として直動駆動と回転駆動およびこれらを複合した螺旋駆動を行う駆動機構が用いられる。

直動動作および回転動作は、一般にはそれぞれの動作機構であるリニアモータとロータリモータを組み合わせることで実現することができるが、二種類のモータを組み合わせる構成では機械装置が複雑化し駆動精度が低下するといった問題があるため、直動駆動と回転駆動の二つの駆動態様を独立して高精度で行う単一の駆動機構が望まれている。

回転と直動の複合動作運動を行う単一の駆動機構として、周方向および軸方向にＮ極磁石とＳ極磁石を交互に配設した可動子と、リニア巻線およびロータリ巻線の固定子とから構成されるロータリ・リニア同期モータ（特許文献１）や、円筒体をマトリックス状に分割した磁極を備えた可動子と、分割した励磁コイルを備えた固定子とから構成された回転直動複合動作アクチュエータ（特許文献２）が提案されている。

また、円柱状の電気子鉄心に複数のコイル群を螺旋状に巻回した巻線群と円筒中空の二次側導体とによって構成したリニア誘導モータ（特許文献３）が提案されている。

特開２００４−３４３９０３号公報 特開２００９−７１９６７号公報 特開２００４−３２０９３４号公報

上記の文献１，２に示した駆動機構は磁極を交互に配置する構成である。この内、文献１に示したロータリ・リニア同期モータは、直動動作のためのリニア巻線と回転動作のためのロータリ巻線を別々に配置する必要があり、微小構造には不適であるという問題がある。

他方、文献２に示した回転直動複合動作アクチュエータは、励磁コイルの通電パターンを変更することによって直動運動、回転運動、および直動と回転の複合運動を行う構成であり、前記したロータリ・リニア同期モータが要するリニア巻線とロータリ巻線の二種類の励磁コイルを要するという問題は解消されるものの、マトリックス状に断面配置してなる励磁コイルの全てについて、マトリックス毎に各励磁コイルに通電する通電パターンを変更する必要があり、励磁コイルの通電制御が複雑であるという問題がある。

一方、文献３に示した駆動機構は、固定側の巻線群に対して可動子をアルミ製の二次側導体で形成し、巻線群に流れる交流電流によって二次側導体に電流を誘導させ、この誘導電流が形成する磁束と巻線群の電流とによって起磁力を発生させている。

しかしながら、二次側導体の誘導電流によって発生する磁束の内、巻線群を通過する磁束は、巻線群を流れる電流方向に対して平行な成分が主であって垂直な成分はわずかであり、同様に、巻線群の電流によって発生する磁束についても、二次側導体の誘導電流を通過する磁束は、誘導電流の電流方向に対して平行な成分が主であって垂直な成分はわずかである。そのため、印加する電流に対する出力の効率は小さく、直進および回転のために十分な推力あるいは回転力が得がたいという課題がある。

ここで、文献２の問題点である励磁コイルの通電制御の困難性を解消するために、文献２のマトリックス状に断面配置した励磁コイルに代えて、文献３の複数のコイル群を螺旋状に巻回した巻線群を用いた場合には、異なる磁束方向に対する巻線群の電流として異なる方向が混在するため起磁力の方向が定まらず、直動駆動および回転駆動を独立して制御することができないことから困難である。

そこで、本願発明は前記した従来の問題点を解決し、直動駆動や回転駆動等の異なる駆動態様を独立して高精度で行う単一の電磁アクチュエータを提供することを目的とする。

また、本願発明は、電磁アクチュエータの励磁コイルの通電制御を容易とすることを目的とする。

磁束が交差する導線に電流が通電されると電磁作用によって起磁力（ローレンツ力）が生じる。本願発明の電磁アクチュエータは、この起磁力を用いた駆動機構であり、交差させた導線で生じる２つの起磁力の合力を駆動力として用いる。

交差させた導線に通電する電流の方向を調整することによって、２つの起磁力（ローレンツ力）の合力の方向を変更することができる。本願発明の電磁アクチュエータは、この合力の方向が変更することを利用することによって異なる駆動態様を独立して制御する。

異なる駆動形態は、可動子が円柱状である場合には直動駆動、回転駆動、および直動と回転が組み合わさった螺旋駆動とすることができる他、可動子が平面形状である場合にはｘ軸方向、ｙ軸方向、およびｘ・ｙ軸座標上の任意の方向の駆動等の複数の駆動形態とすることができる。

異なる駆動形態は、交差する導線に通電する電流方向の調整によって切り換えて制御することができ、各駆動形態の合力は通電する電流の大きさによって調整することができる。

本願発明の電磁アクチュエータは、異なる磁極を交互に配置した磁極部と、複数の導線を互いに電気的に絶縁した状態で交差させて配置してなる二組の導線群とを備える。

磁極部は、各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に配置され、磁極部の磁束が導線群によって形成される面と交差するように配置する。

各導線群内の導線は、互いに平行して配置され、各導線群の複数本の導線には、単相又は多相の電流が通電される。

各導線群内を同相で通電する導線の周期は、磁極部の磁極の周期と同一とする。また、各相の個別の導線の間隔は磁極部の磁極の周期を相数で除した間隔とし、この間隔となるように導線間の間隔を定めて配置する。このように導線間の配置間隔を、磁極部の磁極の周期と通電する相数に基づいて定めることによって、磁極部の磁極による磁束と通電する導線との電磁作用で生じる起磁力において、磁束方向に対する導線の電流方向が混在することによる起磁力の方向の変動を抑制し、これによって、起磁力の合力を安定させ、異なる駆動態様について独立した制御を実現することができる。

本願発明の電磁アクチュエータは、磁極部と導線群の内の何れか一方を固定子とし他方を可動子とし、各導線群の導線に通電する電流の方向によって可動子の異なる駆動態様を独立して制御する。

本願発明の電磁アクチュエータは、異なる駆動態様として、直動駆動、回転駆動、および直動と回転の複合駆動の第１の駆動態様に適用する他、交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動の第２の駆動態様、湾曲駆動および直動駆動の第３の駆動態様、回転駆動、傾斜駆動、および回転と傾斜の複合駆動の第４の駆動態様、平行駆動と位置決め駆動の第５の駆動態様等の種々の駆動態様に対しても適用することができ、適用する異なる駆動態様に応じて磁極部および導線群の形態を構成することができる。

第１の駆動態様：第１の駆動態様は、直動駆動、回転駆動、および直動と回転の複合駆動を独立制御する駆動態様とする場合である。

第１の駆動態様では、磁極部は、周方向に等角度で分割された断面が弧状の磁極を、軸方向に複数個配置してなる円柱状とし、二組の導線群は、円柱状の磁極部の外周に所定の距離を離して配置される円筒状とし、一方の導線群の円筒の外周に他方の導線群の円筒が電気的に絶縁して配置される。

磁極部又は二組の導線群の何れか一方を可動子とし、可動子は、軸方向の直動駆動、円周方向の回転駆動、および直動と回転の複合駆動の異なる駆動態様で駆動する。

一方の導線群は中空の内側ボビンの周面に形成された螺旋状の溝内に導線が巻回されて構成され、他方の導線群は内側ボビンの外周に設けられた中空の外側ボビンの周面に形成された螺旋状の溝内に導線が巻回されて構成される。内側ボビンの溝と外側ボビンの溝とは軸方向に対して逆方向に形成され、互いに交差する。この構成によって二組の導線群は、それぞれ所定の角度で交差した状態で円筒状に構成される。

ここで、内側ボビンの溝と外側ボビンの溝とは軸方向に対して等角度で交差する。内側ボビンに巻回される導線の巻回数に対する外側ボビンに巻回される導線の巻回数の比率は、内側ボビンの溝に巻回される導線と外側ボビンの溝に巻回される導線とに対して等しい大きさの電流を通電した際に、内側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力に対する外側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力の比率である。

外側ボビンに巻回される導線は内側ボビンに巻回される導線よりも可動子の磁極部からの距離が遠いため、外側ボビンに巻回される導線による起磁力は内側ボビンに巻回される導線による起磁力よりも小さい、そのため、導線の巻回数の比率を起磁力の比率の逆数に設定することによって、内側ボビンに巻回される導線によって生じる起磁力と外側ボビンに巻回される導線によって生じる起磁力と均一化させることができる。

両起磁力を均一とすることによって、軸方向の直動駆動の際の合力を直動の駆動力成分のみとし、円周方向の回転駆動の際の合力を回転の駆動力成分のみとし、直動駆動と回転駆動とを独立して制御する。

第２の駆動態様：第２の駆動態様は、交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動を独立制御する駆動態様とする場合である。

第２の駆動態様は可動子を平面上で駆動させる駆動機構を構成するものであり、磁極部は、矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に平面配置することで磁極面が形成され、二組の導線群は、導線群が形成する面が磁極部の平面と平行に配置される。

磁極部又は二組の導線群の何れか一方を可動子とし、この可動子は、平面上で交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動の異なる駆動態様で駆動する。この第２の駆動態様によれば、可動子を平面上の任意の位置に移動させることができる。

第３の駆動態様：第３の駆動態様は、湾曲駆動および直動駆動を独立制御する駆動態様とする場合である。

第３の駆動態様は、棒状の可動子を軸方向への移動と、少なくとも一方の端部の湾曲とを行わせる駆動機構を構成するものであり、磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に配置された柱状体であり、二組の導線群は、導線群が形成する面が前記磁極部の両側面を挟んで前記磁極部の平面と平行に配置される。

磁極部は、導線群側の端部が軸方向および軸方向と直交する方向に移動し、他方の端部が柱状体の軸方向のみに移動する。

磁極部又は前記二組の導線群の何れか一方を可動子とし、この可動子は、磁極部の面に平行で柱状体の軸方向と直交する方向に移動する湾曲駆動と、柱状体の軸方向の直動駆動の異なる駆動態様で駆動する。この第３の駆動態様によれば、可動子の直線移動と湾曲の動作を一つの構成で実現することができる。

第４の駆動態様：第４の駆動態様は、回転駆動、傾斜駆動、および回転と傾斜の複合駆動を独立制御する駆動態様とする場合である。

第４の駆動態様は、球面体の可動子について回転動作と共に傾斜動作を行わせる駆動機構を構成するものであり、磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として球面状に配置された球面体であり、二組の導線群は、導線群が形成する球面と所定距離を開けて磁極部の球面に対向して配置された球面体である。

磁極部又は二組の導線群の何れか一方を可動子とし、この可動子は、球面体の中心軸の周りの回転駆動と、球面体の中心軸が傾斜する傾斜駆動の異なる駆動態様で駆動する。この第４の駆動態様によれば、可動子の回転動作と傾斜動作を一つの構成で実現することができる。

第５の駆動態様：第５の駆動態様は、平行駆動と位置決め駆動を独立制御する駆動態様とする場合である。

第５の駆動態様は、平面上において可動子の位置を位置決めする動作を行わせる駆動機構を構成するものであり、磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に平面に配置され、二組の導線群は、各導線群の導線が所定の中心円から放射状に延びて等角度で交差されると共に、交差点は中心位置から等距離の位置に平面上に配置されて導線ユニットが構成される。

磁極部を可動子とし、この可動子は、導線ユニットが構成する平面に対する平行駆動と、各導線ユニットを位置決めする位置決め駆動の異なる駆動態様で駆動する。この第５の駆動態様によれば、可動子を平面上の所定位置に位置決めし、起磁力を維持することで位置決めした位置に固定することができる。

本願発明は、第１の駆動態様から第５の駆動態様において、以下の配線形態を採用することができる。

配線の第１の形態は、導線群を構成する導線を複数本の配線から構成するものであり、同相電流は複数本の配線に対して同相電流を同時に通電する。

配線の第２形態は、二組の導線群の内の一方の導線群の導線をたて糸とし他方の導線群の導線をよこ糸として組まれたメッシュ繊維で構成するものである。このメッシュ繊維の構成によれば、導線の巻回作業や、導線を巻回して固定するためのボビン等の保持部材を不要とすることができる。

また、本願発明の導線群の導線に対して単相又は多相で通電する電流の波形は、正弦波状あるいは余弦波状の波形、又は矩形状の波形とすることができる。

以上説明したように、本願発明の電磁アクチュエータによれば、単一の駆動機構によって、直動駆動や回転駆動等の異なる駆動態様を独立して高精度で行うことができる。

また、本願発明の電磁アクチュエータによれば、電磁アクチュエータの励磁コイルの通電制御を容易とすることができる。

本願発明の電磁アクチュエータの概略構成を説明するための概略図である。 本願発明の電磁アクチュエータの駆動状態を説明するための概略図である。 本願発明の相電流が単相である場合の導線の配置位置および起磁力を説明するための図である。 本願発明の相電流が２相である場合の導線の配置位置および起磁力を説明するための図である。 本願発明の相電流が３相である場合の導線の配置位置および起磁力を説明するための図である。 本願発明の相電流が４相である場合の導線の配置位置および起磁力を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の固定子を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の固定子を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の導線の配置位置および起磁力を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の導線の配置位置を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の直動駆動時のローレンツ力およびトルクを説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第１の構成例の回転駆動時のローレンツ力およびトルクを説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第２の構成例を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第３の構成例を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第４の構成例を説明するための図である。 本願発明の電磁アクチュエータの第５の構成例を説明するための図である。

以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図１，２を用いて本願発明の電磁アクチュエータの概略構成を説明し、図３〜６を用いて相電流と起磁力の関係を説明し、図７〜１３を用いて本願発明の第１の電磁アクチュエータの駆動態様の構成例を説明し、図１４〜１７を用いて本願発明の電磁アクチュエータの第２の態様〜第５の態様の構成例を説明する。

［電磁アクチュエータの概略構成］
図１は本願発明の電磁アクチュエータ１の概略構成を説明するための概略図である。
電磁アクチュエータ１は、磁極部２、第１の導線群３および第２の導線群４の導線群を備え、磁極部２の磁束と導線群３，４に通電される電流との間の電磁作用によって生じる起磁力（ローレンツ力）によって磁極部２あるいは導線群３,４を駆動する。

磁極部２は、異なる磁極２ａ，２ｂを交互に配置して構成される。磁極部２は、各磁極２ａ，２ｂが隣接する磁極２ｂ，２ａを異極として格子状に配置される。図１では、磁極２ａをＮ極とし磁極２ｂをＳ極としているが、磁極部の極は一例であって逆の極性とすることもできる。

第１の導線群３および第２の導線群４は、それぞれ複数の導線３ｘあるいは導線４ｘを互いに電気的に絶縁した状態で交差させることにより格子状に配置される。

第１の導線群３の複数本の導線３ｘは互いに平行に配置され、同様に第２の導線群４の複数の導線４ｘも互いに平行に配置されている。また、第１の導線群３の導線３ｘと第２の導線群４の導線４ｘは互いに交差して配置され、それぞれ単相又は多相の電流Ｉ_１，Ｉ_２が通電される。第１の導線群３の導線３ｘに流れる電流Ｉ_１と第２の導線群４の導線４ｘに流れる電流Ｉ_２は、導線群間において独立して電流方向および電流の大きさを制御することができる。なお、図１では第１の導線群３および第２の導線群４の各導線に電流Ｉ_１，Ｉ_２を通電する電源および制御部については図示していない。

単相の電流を用いる場合には、各導線群３，４の導線３ｘ，４ｘはそれぞれ所定間隔で配置され、それぞれ同相で通電される。

多相の電流を用いる場合には、各導線群３，４の導線３ｘ，４ｘは各相の導線がそれぞれ所定間隔で配置されて構成される。例えば、Ａ相およびＢ相の２相の場合には、Ａ相とＢ相の導線を順に平行に配置し、Ａ相の導線間およびＢ相の導線間を所定間隔で配置する。

また、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の３相の場合には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の導線を順に平行に配置すると共に、Ｕ相の導線間、Ｖ相の導線間、およびＷ相の導線間を所定間隔で配置する。

図１（ｃ）は通電電流が単相の場合の導線３ｘの配置例を示している。各磁極２ａ、２ｂにおいて直交する２方向の幅をそれぞれＬｐ、Ｌｑとし、磁極２ａ，２ｂの配置周期をそれぞれ２Ｌｐ、２Ｌｑとした場合には、各導線３ｘの配置間隔Ｄｐ、Ｄｑを磁極の配置周期２Ｌｐ、２Ｌｑとすることができる。

多相電流の場合には、Ｎ相の各導線は磁極の配置周期２Ｌの（１／Ｎ）を配置間隔Ｄとして配置される。

例えば、図１（ｄ）は多相電流が２相電流の場合の導線３ａ、３ｂの配置例を示している。各磁極２ａ、２ｂにおいて直交する２方向の幅をそれぞれＬｐ、Ｌｑとして配置周期を２Ｌｐ、２Ｌｑとした場合には、Ａ相およびＢ相の各導線３ａ、３ｂは磁極の配置周期２Ｌｐ、２Ｌｑの１／２のＬｐ、Ｌｑを配置間隔Ｄｐ、Ｄｑとして配置される。図１（ｅ）は多相電流が３相電流の場合の導線３ｕ、３ｖ、３ｗの配置例を示している。各磁極２ａ，２ｂにおいて直交する２方向の幅をそれぞれＬｐ、Ｌｑとして配置周期を２Ｌｐ、２Ｌｑとした場合には、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の各導線３ｕ、３ｖ、３ｗは磁極の配置周期２Ｌｐ、２Ｌｑの１／３を配置間隔Ｄｐ、Ｄｑとして配置される。なお、図１（ｃ）〜（ｅ）では、導線３ｘのみを示し導線４ｘについては省略している。

第１の導線群３の各導線３ｘおよび第２の導線群４の各導線４ｘは、それぞれ磁極部２の各磁極２ａ，２ｂの磁束と交差し、フレミングの左手の法則に基づいてそれぞれについて起磁力（ローレンツ力）が発生する。各起磁力の方向は、導線３ｘ，４ｘに流れる電流の方向によって定まる。導線３ｘと導線４ｘが交差する位置では、各導線３ｘ，４ｘに生じる起磁力がベクトル的に合わさった合力が生じる。

したがって、各導線群３、４の電流方向を制御することによって、導線群３および導線群４と磁極部２との間の合力の方向を調整することができる。図１（ａ）は磁極部２を固定側とし導線群３，４側を可動側としたときに、導線群３，４に働く合力を白抜きの矢印で示し、図１（ｂ）は導線群３，４側を固定側とし磁極部２を可動側としたときに、磁極部２に働く合力を白抜きの矢印で示している。

図２において、各導線に流れる電流の方向と起磁力の合力について説明する。なお、図２（ａ），（ｃ），（ｅ），（ｇ）はｘｙｚ軸座標で示し、図２（ｂ），（ｄ），（ｆ），（ｈ）はｘｙ平面で示し、それぞれ導線群３をｘ軸方向に配置し導線群４をｙ軸方向に配置した場合を示している。磁束はｚ軸方向としている。

図２（ａ），（ｂ）において、導線３ｘの電流Ｉ_１の方向をｘ軸の正方向とし、導線４ｘの電流Ｉ_２の方向をｙ軸の正方向とした場合には、導線３ｘにはｙ軸の負方向に起磁力Ｆ_１が発生し、導線４ｘにはｘ軸の正方向に起磁力Ｆ_２が発生し、第４象限に合力Ｆ_３が形成される。

図２（ｃ），（ｄ）において、導線３ｘの電流Ｉ_１の方向をｘ軸の負方向とし、導線４ｘの電流Ｉ_２の方向をｙ軸の正方向とした場合には、導線３ｘにはｙ軸の正方向に起磁力Ｆ_１が発生し、導線４ｘにはｘ軸の正方向に起磁力Ｆ_２が発生し、第１象限に合力Ｆ_３が形成される。

図２（ｅ），（ｆ）において、導線３ｘの電流Ｉ_１の方向をｘ軸の負方向とし、導線４ｘの電流Ｉ_２の方向をｙ軸の負方向とした場合には、導線３ｘにはｙ軸の正方向に起磁力Ｆ_１が発生し、導線４ｘにはｘ軸の負方向に起磁力Ｆ_２が発生し、第２象限に合力Ｆ_３が形成される。

図２（ｇ），（ｈ）において、導線３ｘの電流Ｉ_１の方向をｘ軸の正方向とし、導線４ｘの電流Ｉ_２の方向をｙ軸の負方向とした場合には、導線３ｘにはｙ軸の負方向に起磁力Ｆ_１が発生し、導線４ｘにはｘ軸の負方向に起磁力Ｆ_２が発生し、第３象限に合力Ｆ_３が形成される。

上記したように、各導線群３，４の導線３ｘ，４ｘに通電する電流の方向を切り換えることによって発生する合力の方向を制御することができる。この合力は、磁極部あるいは導線群の何れか一方を可動側とし他方を固定側とすることで、可動側を駆動する駆動力として作用させることができる。

導線群３と導線群４の各導線の交差角度を９０度とした場合には、合力は各導線に生じる起磁力の√２倍となり、各合力Ｆ_１〜Ｆ_４の大きさは同じとなる。導線群３と導線群４の各導線の交差角度は９０度に限らず、０度あるいは１８０度を除く任意の角度とすることができる。導線群３と導線群４の各導線の交差角度を９０度以外の角度に設定した場合には合力の大きさに差異が生じる。この合力の差異を利用して、回転駆動と直動駆動の駆動力を異ならせるなど、二つの駆動態様の駆動力の比率を必要に応じて調整することができる。

通電電流として、正弦波形（余弦波形）や矩形波形などの所定周期で電流方向が切り替わる電流を用いることができ、これによって導線群３，４の導線に通電される電流は周期的に電流方向を切り替えることができる。

以下、図３〜図６を用いて通電する相電流が単相および多相の場合について、導線の配置位置および起磁力について説明する。

図３は相電流が単相である場合を示している。相電流が単相である場合には、導線群３，４の各導線３ｘ，４ｘは磁極部２の磁極２ａ，２ｂの周期２Ｌと同周期の間隔２Ｌで配置され、導線３ｘと導線４ｘにはそれぞれ同相の単相電流（Ａ相）が通電される。

図３（ａ），（ｂ）は磁極部２と導線３ｘおよび導線４ｘの配置を示し、図３（ａ）は導線３ｘと導線４ｘとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にある場合を示し、図３（ｂ）は導線３ｘと導線４ｘとが交差する点Ｐが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にある場合を示している。また、図３（ｃ）はＡ相電流と磁束、および起磁力について示している。

図３（ａ），（ｂ）において、導線３ｘおよび導線４ｘのそれぞれに矢印で示す方向に電流を通電した場合には、白抜きの矢印の方向（図中の下方の方向）の合力が発生する。

図３（ｃ）において、丸数字の１は図３（ａ）の位置関係に対応し、丸数字の２は図３（ｂ）の位置関係に対応している。図３（ａ）と図３（ｂ）において、異なる磁束方向に対して各導線３ｘ，４ｘに通電する電流方向が切り替わることによって、導線３ｘ，４ｘの発生する起磁力の方向は同一方向となる。

多相の通電電流についても、所定周期の正弦波形あるいは余弦波形を用いる他、所定周期で電流方向が切り替わる矩形波形を用いることができる。通電電流が多相である場合には、各導線群内において、同相電流が通電される導線間での配置周期は磁極部の磁極の周期と同一とし、導線群３ｘ，４ｘの各相の導線の間隔は磁極部２ａ，２ｂの磁極の周期２Ｌを相数Ｎで除した周期と同じ間隔で配置される。

図４は相電流が２相である場合を示している。相電流が２相である場合には、導線群３，４の各導線３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは磁極部２の磁極２ａ，２ｂの磁極の周期２Ｌを相数２で除した周期の間隔Ｌで配置され、導線３ａと導線４ａにはＡ相電流が通電され、導線３ｂと導線４ｂにはＡ相電流と１８０度位相が異なるＢ相電流が通電される。

図４（ａ），（ｂ）は磁極部２と導線３ａおよび導線４ａの配置を示し、図４（ａ）は導線３ａと導線４ａとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にあり、導線３ｂと導線４ｂとが交差する点Ｑが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にある場合を示している。図４（ｂ）は導線３ａと導線４ａとが交差する点Ｐが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｂと導線４ｂとが交差する点Ｑが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にある場合を示している。また、図４（ｃ）はＡ相電流と磁束および起磁力を示し、図４（ｄ）はＢ相電流と磁束および起磁力を示している。

図４（ａ），（ｂ）において、導線３ａおよび導線４ａの各導線に矢印で示す方向にＡ相電流を通電し、導線３ｂおよび導線４ｂの各導線に矢印で示す方向にＢ相電流を通電した場合には、白抜きの矢印の方向（図中の下方の方向）の合力が発生する。

図４（ｃ）において、丸数字の１は図４（ａ）の位置関係に対応し、丸数字の２は図４（ｂ）の位置関係に対応している。図４（ａ）と図４（ｂ）において、異なる磁束方向に対して各導線３ａ，４ａに通電する電流方向が切り替わることによって、導線３ａ，４ａにより発生する起磁力の方向は同一方向となる。

図５は相電流が３相である場合を示している。相電流が３相である場合には、導線群３，４の導線３ｕ，３ｖ，３ｗおよび導線４ｕ，４ｖ，４ｗの各導線間は磁極部２の磁極２ａ，２ｂの周期２Ｌを相数３で除した周期で定まる間隔２Ｌ／３で配置され、導線３ｕと導線４ｕにはＵ相電流が通電され、導線３ｖと導線４ｖにはＵ相電流に対して１２０度位相が異なるＶ相電流が通電され、導線３ｗと導線４ｗにはＵ相電流に対して２４０度位相が異なるＷ相電流が通電される。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は磁極部２と導線３ｕ，３ｖ，３ｗおよび導線４ｕ，４ｖ，４ｗの配置例を示している。図５（ａ）は導線３ｕと導線４ｕとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にあり、導線３ｖと導線４ｖとが交差する点Ｑが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｗと導線４ｗとが交差する点Ｒが磁極２ａと磁極２ｂの境界上の位置にある場合を示している。

図５（ｂ）は導線３ｕと導線４ｕとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）と磁極２ｂ（図ではＳ極）の境界上にあり、導線３ｖと導線４ｖとが交差する点Ｑが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｗと導線４ｗとが交差する点Ｒが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にある場合を示している。

図５（ｃ）は導線３ｕと導線４ｕとが交差する点Ｐが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｖと導線４ｖとが交差する点Ｑが磁極２ｂ（図ではＳ極）と磁極２ａ（図ではＮ極）の境界上にあり、導線３ｗと導線４ｗとが交差する点Ｒが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にある場合を示している。

また、図５（ｄ）はＵ相電流と磁束および起磁力を示し、図５（ｅ）はＶ相電流と磁束および起磁力を示し、図５（ｆ）はＷ相電流と磁束および起磁力を示している。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）において、導線３ｕ，３ｖ，３ｗおよび導線４ｕ，４ｖ，４ｗのそれぞれに矢印で示す方向に電流を通電した場合には、白抜きの矢印の方向（図中の下方の方向）の合力が発生する。

図５（ｄ）〜（ｆ）において、丸数字の１は図５（ａ）の位置関係に対応し、丸数字の２は図５（ｂ）の位置関係に対応し、丸数字の３は図５（ｃ）の位置関係に対応している。異なる磁束方向に対して各導線３ｕ，４ｕ、３ｖ，４ｖ、３ｗ，４ｗに通電する電流方向が切り替わることによって、導線３ｕ，４ｕ、３ｖ，４ｖ、３ｗ，４ｗにより発生する起磁力の方向は同一方向となる。

図６は相電流が４相である場合を示している。相電流が４相である場合には、導線群３，４の導線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄおよび導線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの各導線間は磁極部２の磁極２ａ，２ｂの周期２Ｌを相数４で除した周期で定まる間隔Ｌ／２で配置され、導線３ａと導線４ａにはＡ相電流が通電され、導線３ｂと導線４ｂにはＡ相電流に対して９０度位相が異なるＢ相電流が通電され、導線３ｃと導線４ｃにはＡ相電流に対して１８０度位相が異なるＣ相電流が通電され、導線３ｄと導線４ｄにはＡ相電流に対して２７０度位相が異なるＤ相電流が通電される。

図６（ａ），（ｂ）は磁極部２と導線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄおよび導線４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの配置例を示している。
図６（ａ）は導線３ａと導線４ａとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にあり、導線３ｂと導線４ｂとが交差する点Ｑが磁極２ａと磁極２ｂの境界上の位置にあり、導線３ｃと導線４ｃとが交差する点Ｒが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｄと導線４ｄとが交差する点Ｓが磁極２ｂと磁極２ａの境界上の位置にある場合を示している。

図６（ｂ）は導線３ａと導線４ａとが交差する点Ｐが磁極２ａ（図ではＮ極）と磁極２ｂ（図ではＳ極）の境界上にあり、導線３ｂと導線４ｂとが交差する点Ｑが磁極２ｂ（図ではＳ極）上の位置にあり、導線３ｃと導線４ｃとが交差する点Ｒが磁極２ｂ（図ではＳ極）と磁極２ａ（図ではＮ極）の境界上にあり、導線３ｄと導線４ｄとが交差する点Ｓが磁極２ａ（図ではＮ極）上の位置にある場合を示している。

また、図６（ｃ）はＡ相電流と磁束および起磁力を示し、図６（ｄ）はＢ相電流と磁束および起磁力を示し、図６（ｅ）はＣ相電流と磁束および起磁力を示し、図６（ｆ）はＤ相電流と磁束および起磁力を示している。

図６（ａ），（ｂ）において、導線３ａおよび導線４ａのそれぞれに矢印で示す方向に電流を通電した場合には、白抜きの矢印の方向（図中の下方の方向）の合力が発生する。

図６（ｃ）〜（ｆ）において、丸数字の１は図６（ａ）の位置関係に対応し、丸数字の２は図６（ｂ）の位置関係に対応している。異なる磁束方向に対して各導線３ａ，４ａ、３ｂ，４ｂ、３ｃ，４ｃ、３ｄ，４ｄに通電する電流方向が切り替わることによって、導線３ａ，４ａ、３ｂ，４ｂ、３ｃ，４ｃ、３ｄ，４ｄにより発生する起磁力の方向は同一方向となる。

５相以上の多相においても同様とすることができ、各導線群内において各相を通電する導線が配置される間隔は、前記磁極部の磁極の周期を相数で除した周期と同じ間隔であり、導線間隔＝（磁束周期２Ｌ）／相数Ｎで表すことができる。

次に、本願発明の電磁アクチュエータの構成例について説明する。
（第１の構成例）
第１の構成例は、直動駆動、回転駆動、および直動と回転の複合駆動を独立制御する駆動態様を行う構成例である。以下、図７〜図１３を用いて説明する。

図７において、磁極部１２は、周方向に等角度で分割された断面が弧状の磁極１２ａ，１２ｂを軸方向に複数個配置してなる円柱体で構成される。第１の導線群１３と第２の導線群１４の二組の導線群は、円柱状の磁極部１２の外周に所定の距離を離して配置される中空の円筒体で構成され、一方の第１の導線群１３の円筒体の外周に他方の第２の導線群１４の円筒体が電気的に絶縁して配置される。なお、第１の導線群１３と第２の導線群１４とを入れ替えて、第２の導線群１４の円筒体の外周に第１の導線群１３の円筒体を電気的に絶縁して配置する構成としてもよい。

磁極部１２又は二組の導線群１３，１４の何れか一方を可動子１５とし、可動子１５は軸方向の直動駆動、円周方向の回転駆動、および直動と回転の複合駆動の異なる駆動態様で駆動される。図７は磁極部１２を可動子とする例を示している。

図７に示す構成例では、第１の導線群１３の複数本の第１の導線１３Ａは内側コイルとして螺旋状に巻回され、第２の導線群１４の複数本の第２の導線１４Ａは外側コイルとして内側コイルの外周に螺旋状に巻回される。

導線の巻回はボビンに設けた溝を用いて行うことができる。図８は内側ボビンおよび外側ボビンの構成例を示している。

内側ボビン１６Ａと外側ボビン１６Ｂは固定子を構成し、内側ボビン１６Ａの外側に外側ボビン１６Ｂを配置して構成される。内側ボビン１６Ａには螺旋状の溝１６ａが形成され、溝１６ａ内に第１の導線１３Ａが巻回される。外側ボビン１６Ｂには、溝１６ａとは螺旋の向きを反対方向とする螺旋状の溝１６ｂが形成され、溝１６ｂ内に第２の導線１４Ａが巻回される。内側ボビン１６Ａの溝１６ａと外側ボビン１６Ｂの溝１６ｂとは螺旋方向が反対方向に形成されているため、各ボビンに巻回された導線を互いに交差した構成とすることができる。この構成によって二組の導線群は、それぞれ所定の角度で交差した状態で円筒状に構成される。

第１の導線１３Ａと第２の導線１４Ａとの電気的絶縁は、各導線の外周に絶縁体を設ける構成とする他、内側ボビン１６Ａおよび外側ボビン１６Ｂを絶縁体で構成することで行うことができる。なお、内側ボビン１６Ａおよび外側ボビン１６Ｂに設ける溝に代えて螺旋状の突起部を設け、突起部で挟まれる螺旋状の凹部に導線を巻回する構成としてもよい。

図９（ａ）は内側コイルを構成する第１の導線１３Ａを軸方向の端部および横方向から見た図を示し、図９（ｃ）は外側コイルを構成する第２の導線１４Ａを軸方向の端部および横方向から見た図を示している。

内側ボビン１６Ａの溝１６ａと外側ボビン１６Ｂの溝１６ｂの螺旋のピッチを同一とすることによって、内側ボビン１６Ａの溝１６ａと外側ボビン１６Ｂの溝１６ｂとは軸方向に対して等角度で交差する。

図１０は、図５で示したＵ相電流，Ｖ相電流、およびＷ相電流の３相の相電流を用いて通電する駆動において、各相の導線を２本の配線で構成した例を示している。図１０（ａ）はＵ相の導線、図１０（ｂ）はＶ相の導線、図１０（ｃ）はＷ相の導線の各例を示している。

例えば、Ｕ相の導線１３ｕ、１４ｕはそれぞれ配線１３ｕ１と１３ｕ２の２本の配線と配線１４ｕ１と１４ｕ２の２本の配線で構成され、他のＶ相の導線１３ｖ、１４ｖおよびＷ相の導線１３ｗ、１４ｗについても同様にそれぞれ２本の配線１４ｖ１，１４ｖ２および配線１４ｗ１，１４ｗ２で構成される。

各相の導線を複数本の配線とすることで第１の導線群と第２の導線群の各導線の交差数は増加する。例えば、図１０（ａ）では、配線１３ｕ１および１３ｕ２と配線１４ｕ１および１４ｕ２が交差することで交差数は４となる。交差数を増やすことで発生する合力の個数が増え、各合力を合わせてなる駆動力の大きさは増加する。

図１１は第１の構成例においてＵ相、Ｖ相およびＷ相の各導線群の導線を２本で構成した場合の配線、および、この配線によって駆動する直動と回転の２つの駆動態様を示している。

図１１（ａ）において、Ｕ相の配線１３ｕ１，１３ｕ２および１４ｕ１，１４ｕ２を実線で示し、Ｖ相の配線１３ｖ１，１３ｖ２および１４ｖ１，１４ｖ２を破線で示し、Ｗ相の配線１３ｗ１，１３ｗ２および１４ｗ１，１４ｗ２を一点鎖線で示している。図１１（ｂ）、図１１（ｃ）、および図１１（ｄ）はそれぞれＵ相の配線、Ｖ相の配線、およびＷ相の配線に分けて示している。図１１（ａ）は、磁極部２について円柱に配置した磁極２ａと磁極２ｂの格子配置を一方向から見た状態を示している。なお、内側コイルを構成するＵ相の配線１３ｕ１，１３ｕ２、Ｖ相の配線１３ｖ１，１３ｖ２、Ｗ相の配線１３ｗ１，１３ｗ２は細線で示し、外側コイルを構成するＵ相の配線１４ｕ１，１４ｕ２、Ｖ相の配線１４ｖ１，１４ｖ２、Ｗ相の配線１４ｗ１，１４ｗ２は太線で示している。

Ｕ相の配線１３ｕ１，１３ｕ２および１４ｕ１，１４ｕ２にはＵ相電流が同相で通電され、Ｖ相の配線１３ｖ１，１３ｖ２および１４ｖ１，１４ｖ２にはＶ相電流が同相で通電され、Ｗ相の配線１３ｗ１，１３ｗ２および１４ｗ１，１４ｗ２にはＷ相電流が同相で通電される。

図１１（ｅ）は、可動子を軸方向に直動させる駆動状態を示し、内側コイルおよび外側コイルに対して図中の白抜きの矢印の方向に電流を通電させ、可動子を軸方向（図中では縦方向）に駆動する。

図１１（ｆ）は、可動子を周方向に回転させる駆動状態を示し、内側コイルおよび外側コイルに対して図中の白抜きの矢印の方向に電流を通電させ、可動子を軸方向の周りの周方向に（図中では横方向）に駆動する。

第１の構成例において、導線群を交差する内側コイルと外側コイルで構成することによって、内側コイルと外側コイルが発生する起磁力に差異が生じる。起磁力の差異によって合力の方向にずれが生じ、直動成分に回転成分が含まれることになり、回転成分に直動成分が含まれることになり、直動駆動と回転駆動の独立した制御に支障が生じる。

なお、三相電流による駆動において、回転駆動の外側コイルについては直動駆動の外側コイルの相順と異なる相順とする。これは、直動時において内側コイルと外側コイルとが交差する順序と回転時において内側コイルと外側コイルとが交差する順序とは異なるため、回転時において直動時と同じ相順で電流を通電すると正常な回転が行われないためであり、回転時には、通電する相順を直動時の相順と異ならせて、通電される内側コイルと外側コイルとの交差順序が直動時と同順となるように調整する。

以下、図１２を用いて直動成分に回転成分が含まれる状態を説明し、図１３を用いて回転成分に直動成分が含まれる状態を説明する。

図１２（ａ）は第１の構成例を直動駆動させた状態を示し、図１２（ｂ）〜（ｇ）は内側コイルと外側コイルの導線の巻回数と直動成分および回転成分の関係を示している。

図１２（ｂ）、（ｃ）は内側コイルの導線の巻回数を５０巻とし外側コイルの巻回数を０巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ１、および回転成分のトルクＴ１を示している。図１２（ｃ）から直動駆動時の回転成分のトルクＴ１の平均値Ｔ１aveは0.1188［Nm］である。

図１２（ｄ）、（ｅ）は内側コイルの導線の巻回数を０巻とし外側コイルの巻回数を５０巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ２、および回転成分のトルクＴ２を示している。図１２（ｅ）から直動駆動時の回転成分のトルクＴ２の平均値Ｔ２aveは-0.0782［Nm］である。

トルクＴ１の平均値Ｔ１aveとトルクＴ２の平均値Ｔ２aveの絶対値の差異は、内側コイルと外側コイルの磁極からの距離がそれぞれ異なることによる交差磁束数に違いがあることに起因し、直動駆動において直動成分だけでなく回転成分も含まれることを示している。

直動駆動において、回転成分を除いて直動成分のみとするために、内側コイルの外側コイルに通電する電流を制御して内側コイルと外側コイルの回転成分を一致させる構成の他に、内側コイルと外側コイルの導線の巻回数を調整して内側コイルと外側コイルの回転成分を一致させる構成とすることができる。

以下、内側コイルと外側コイルの導線の巻回数を調整して内側コイルと外側コイルの回転成分を一致させる構成について説明する。

内側コイルと外側コイルの導線の巻回数の比率を、トルクＴ１の平均値Ｔ１aveとトルクＴ２の平均値Ｔ２aveの絶対値との比（Ｔ１ave／|Ｔ２ave|）に基づいて定める。内側コイルの巻回数を基準とした場合には、外側コイルの巻回数は、（内側コイルの巻回数×（Ｔ１ave／|Ｔ２ave|））で定めることができる。

上記したＴ１aveが0.1188［Nm］、Ｔ２aveが-0.0782［Nm］の場合には、比率（Ｔ１ave／|Ｔ２ave|）＝1.519となる。内側コイルの巻回数を５０巻とした場合には、外側コイルの巻回数は７６巻（＝50×1.519）となる。

図１２（ｆ）、（ｇ）は内側コイルの導線の巻回数を５０巻とし外側コイルの巻回数を７６巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ３、および回転成分のトルクＴ３を示している。図１２（ｇ）から回転成分であるトルクＴ３の平均値Ｔ３aveはほぼ０となり、直動駆動において回転成分を除いて直動成分のみとすることを示している。

図１３（ａ）は第１の構成例を回転駆動させた状態を示し、図１３（ｂ）〜（ｇ）は内側コイルと外側コイルの導線の巻回数と直動成分および回転成分の関係を示している。

図１３（ｂ）、（ｃ）は内側コイルの導線の巻回数を５０巻とし外側コイルの巻回数を０巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ４、および回転成分のトルクＴ４を示している。図１３（ｂ）から回転駆動時の直動成分のローレンツ力Ｆｘ４の平均値Ｆｘ４aveは5.961［N］である。

図１３（ｄ）、（ｅ）は内側コイルの導線の巻回数を０巻とし外側コイルの巻回数を５０巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ５、および回転成分のトルクＴ５を示している。図１３（ｄ）から回転駆動時の直動成分のローレンツ力Ｆｘ５の平均値Ｆｘ５aveは-3.934［N］である。

ローレンツ力Ｆｘ４の平均値Ｆｘ４aveとローレンツ力Ｆｘ５の平均値Ｆｘ５aveの絶対値の差異は、内側コイルと外側コイルの磁極からの距離がそれぞれ異なることによる交差磁束数に違いがあることに起因し、回転駆動において回転成分だけでなく直動成分も含まれることを示している。

回転駆動において、直動成分を除いて回転成分のみとするために、内側コイルの外側コイルに通電する電流を制御して内側コイルと外側コイルの直動成分を一致させる構成の他に、内側コイルと外側コイルの導線の巻回数を調整して内側コイルと外側コイルの直動成分を一致させる構成とすることができる。

以下、内側コイルと外側コイルの導線の巻回数を調整して内側コイルと外側コイルの直動成分を一致させる構成について説明する。

内側コイルと外側コイルの導線の巻回数の比率を、ローレンツ力Ｆｘ４の平均値Ｆｘ４aveとローレンツ力Ｆｘ５の平均値Ｆｘ５aveの絶対値との比（Ｆｘ４ave／|Ｆｘ５ave|）に基づいて定める。内側コイルの巻回数を基準とした場合には、外側コイルの巻回数は、（内側コイルの巻回数×（Ｆｘ４ave／|Ｆｘ５ave|））で定めることができる。

上記したＦｘ４aveが5.961［N］、Ｆｘ５aveが-3.934［N］の場合には、比率（Ｆｘ４ave／|Ｆｘ５ave|）＝1.515となる。内側コイルの巻回数を５０巻とした場合には、外側コイルの巻回数は７６巻（＝50×1.515）となる。

図１３（ｆ）、（ｇ）は内側コイルの導線の巻回数を５０巻とし外側コイルの巻回数を７６巻としたときの直動成分のローレンツ力Ｆｘ６、および回転成分のトルクＴ６を示している。図１３（ｆ）から直動成分であるローレンツ力Ｆｘ６の平均値Ｆｘ６aveはほぼ０となり、回転駆動において直動成分を除いて回転成分のみとすることを示している。

なお、上記したトルクおよびローレンツ力の数値例は、磁極部を構成する磁石や導線部を構成する内側コイル、外側コイル、および内側ボビン、外側ボビンのサイズを以下の数値例とした場合を示している。

上記した直動駆動および回転駆動において、内側ボビン１６Ａに巻回される導線の巻回数に対する外側ボビンに巻回される導線の巻回数の比率は、内側ボビンの溝に巻回される導線と外側ボビンの溝に巻回される導線とに対して等しい大きさの電流を通電した際に、内側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力に対する外側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力の比率である。

外側ボビンに巻回される導線は内側ボビンに巻回される導線よりも可動子の磁極部からの距離が遠いため、外側ボビンに巻回される導線による起磁力は内側ボビンに巻回される導線による起磁力よりも小さい、そのため、導線の巻回数の比率を起磁力の比率の逆数に設定することによって、内側ボビンに巻回される導線によって生じる起磁力と外側ボビンに巻回される導線によって生じる起磁力と均一化させることができる。

両起磁力を均一とすることによって、軸方向の直動駆動の際の合力を直動の駆動力成分のみとし、円周方向の回転駆動の際の合力を回転の駆動力成分のみとし、直動駆動と回転駆動とを独立して制御する。

（第２の構成例）
第２の構成例は、交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動を独立制御する駆動態様を行う構成例であり、図１４を用いて説明する。

第２の構成例の電磁アクチュエータ２１は、可動子を平面上で駆動させる駆動機構であり、磁極部２２は、矩形の磁極２２ａ，２２ｂを各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に平面に配置して磁極面を形成する。第１の導線群２３および第２の導線群２４の二組の導線群は、導線群が形成する面が磁極部２２の平面と平行となるように配置される。第１の導線群２３は複数本の導線２３ａを所定間隔で平行に配置されてなり、第２の導線群２４は複数本の導線２４ａを所定間隔で平行に配置されてなる。第１の導線群２３の導線２３ａと第２の導線群２４の導線２４ａとは所定の角度で交差される。

磁極部２２又は二組の導線群２３，２４の何れか一方を可動子とし、この可動子は、平面上で交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動の異なる駆動態様で駆動する。この第２の駆動態様によれば、可動子を平面上の任意の位置に移動させることができる。

図１４（ｂ）と図１４（ｃ）は磁極部２２を可動子とする例であり、交差する２軸の方向に直動駆動する状態を示している。図１４（ｄ）は第１の導線群２３および第２の導線群２４を可動子とする例を示している。

（第３の構成例）
第３の構成例は、湾曲駆動および直動駆動を独立制御する駆動態様を行う構成例であり、図１５を用いて説明する。

第３の構成例の電磁アクチュエータ３１は、棒状の可動子について、軸方向へ移動させる駆動と、少なくとも一方の端部を湾曲させる駆動とを行わせる駆動機構である。

磁極部３２又は二組の導線群３３，３４の何れか一方を可動子とし、この可動子を磁極部３２の面に平行で柱状体の軸方向と直交する方向に駆動して湾曲させる湾曲駆動と、柱状体の軸方向に駆動させる直動駆動の二つの駆動態様とすることができる。

磁極部３２を可動子とする構成では、磁極部３２は矩形の磁極３２ａ，３２ｂを各磁極が隣接する磁極を異極となるように格子状に配置した磁極面を有した柱状体とする。第１の導線群３３と第２の導線群３４の二組の導線群を２つ用い、両導線群３３，３４の組を磁極部３２の両側面を挟んで磁極部３２の平面と平行に配置して構成される。

磁極部３２は、導線群側の端部が軸方向および軸方向と直交する方向に駆動され、他方の端部は柱状体の軸方向にのみ駆動される。第３の駆動態様によれば、可動子の直線移動と湾曲の動作を一つの構成で実現することができる。

（第４の構成例）
第４の構成例は、回転駆動、傾斜駆動、および回転と傾斜の複合駆動を独立制御する駆動態様を行う構成例であり、図１６を用いて説明する。

第４の構成例の電磁アクチュエータ４１は、球面体の可動子について回転動作と傾斜動作の二つの駆動態様を行わせる駆動機構である。磁極部４２は、磁極面が矩形の磁極４２ａ，４２ｂを各磁極が隣接する磁極を異極として球面状に配置された球面体である。二組の導線群４３，４４は、導線群が形成する球面が磁極部４２の球面に対して所定距離を開けて対向して配置された球面体で構成されている。

磁極部４２又は二組の導線群４３，４４の何れか一方を可動子とし、球面体の中心軸の周りを回転する回転駆動と、球面体の中心軸が傾斜する傾斜駆動の異なる駆動態様で駆動する。第４の駆動態様によれば、可動子の回転動作と傾斜動作を一つの構成で実現することができる。

（第５の構成例）
第５の構成例は、平面上において可動子の位置を位置決めする動作を行わせる駆動態様の構成例であり、図１７を用いて説明する。

第５の構成例の電磁アクチュエータ５１は、平面上の可動子の位置の位置決め動作を行わせる駆動機構である。磁極部５２は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に平面に配置される。二組の導線群５３，５４は、各導線群の導線が所定の中心円から放射状に延びて等角度で交差されると共に、交差点は中心位置から等距離の位置に平面上に配置され、交差する導線によって導線ユニットが構成される。

図１７（ａ）において、第１の導線群５３の複数本の導線５３ａは中心円から所定角度で放射状に延び、第２の導線群５４の複数本の導線５４ａは中心円から所定角度で放射状に延び、それぞれ中心位置から等距離の円周上において等角度で交差する。複数の交差点で交差する第１の導線群５３と第２の導線群５４によって導線ユニット５５が構成される。複数の導線ユニット５５は平面上に配置され、磁極部５２はこの平面上において駆動される。

磁極部５２の可動子は、導線ユニット５５が構成する平面に対する平行駆動と、導線ユニット５５の中心位置に位置決めする位置決め駆動の駆動態様で駆動する。

図１７（ｂ）〜（ｄ）は、図中の左方上方位置にある磁極部５２を図中の中央にある導線ユニットに移動させて位置決めし固定する動作を示している。なお、ここでは、磁極部５２の一つの磁極のみを円形で示している。

左方上方位置にある導線ユニット５５において中央の導線ユニット側にある導線５３ａ，５４ａに通電することによって、磁極部５２は中央の導線ユニット５５に向けて駆動される（図１７（ｂ））。中央の導線ユニット５５の導線５３ａ，５４ａに通電することによって、磁極部５２を中心位置に向かう起磁力を発生させる（図１７（ｃ））。

磁極部５２は起磁力によって中央の導線ユニット５５の位置に位置決めされ、起磁力を維持することによって固定される（図１７（ｄ））。

第５の構成例によれば、可動子を平面上の所定位置に位置決めし、起磁力を維持することで位置決めした位置に固定することができる。

上記の各構成例において、導線群を構成する導線は単数の配線あるいは複数本の配線で構成する他、第１および第２の導線群の配線をたて糸およびよこ糸として組まれたメッシュ繊維で構成してもよい。メッシュ繊維の構成によれば、導線の巻回作業や、導線を巻回して固定するためのボビン等の保持部材を不要とすることができる。

なお、本願発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本願発明の範囲から排除するものではない。

本願発明の電磁アクチュエータは、電子部品実装や半導体製造等の産業機器の分野等に適用することができる。

１ 電磁アクチュエータ
２ 磁極部
２ａ，２ｂ 磁極
３，４ 導線群
３ｘ，４ｘ 導線
３ａ，４ａ，３ｂ，４ｂ，３ｃ，４ｃ，３ｄ，４ｄ 導線
３ｕ，３ｖ，３ｗ 導線
４ｕ，４ｖ，４ｗ 導線
１２ 磁極部
１２ａ，１２ｂ 磁極
１３，１４ 導線群
１３Ａ 導線
１３ｕ 導線
１３ｕ１，１３ｕ２ 配線
１３ｖ 導線
１３ｖ１，１３ｖ２ 配線
１３ｗ 導線
１３ｗ１，１３ｗ２ 配線
１４ 導線群
１４Ａ 導線
１４ｕ１，１４ｕ２ 配線
１４ｖ１，１４ｖ２ 配線
１４ｗ１，１４ｗ２ 配線
１５ 可動子
１６Ａ，１６Ｂ 内側ボビン
１６ａ，１６ｂ 溝
２１ 電磁アクチュエータ
２２ 磁極部
２２ａ，２２ｂ 磁極
２３，２４ 導線群
２３ａ，２４ａ 導線
３１ 電磁アクチュエータ
３２ 磁極部
３２ａ，３２ｂ 磁極
３３，３４ 導線群
４１ 電磁アクチュエータ
４２ 磁極部
４２ａ，４２ｂ 磁極
４３，４４ 導線群
５１ 電磁アクチュエータ
５２ 磁極部
５３，５４ 導線群
５３ａ，５４ａ 導線
５５ 導線ユニット

Claims (10)

1. 異なる磁極を交互に配置した磁極部と、
   複数の導線を互いに電気的に絶縁した状態で交差させて配置してなる二組の導線群とを備え、
   前記磁極部は、各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に配置され、前記磁極部の磁束は前記導線群が形成する面と交差し、
   前記各導線群内の導線は、互いに平行して配置され、
   各導線群の複数本の導線には、単相又は多相の電流が通電され、
   各導線群内を同相で通電する導線が配置される周期は前記磁極部の磁極の周期と同一であり、各相の個別の導線の間隔は磁極部の磁極の周期を相数で除した間隔であり、
   前記磁極部と前記導線群の内、何れか一方を固定子とし他方を可動子とし、各導線群の導線に通電する電流の方向によって可動子の異なる駆動態様を独立して制御することを特徴とする電磁アクチュエータ。
2. 前記磁極部は、周方向に等角度で分割された断面が弧状の磁極を、軸方向に複数個配置してなる円柱状であり、
   前記二組の導線群は、前記円柱状の磁極部の外周に所定の距離を離して配置される円筒状であり、一方の導線群の円筒の外周に他方の導線群の円筒が電気的に絶縁して配置され、
   前記磁極部又は前記二組の導線群の何れか一方を可動子とし、
   前記可動子は、軸方向の直動駆動、円周方向の回転駆動、および直動と回転の複合駆動の異なる駆動態様で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
3. 前記一方の導線群は中空の内側ボビンの周面に形成された螺旋状の溝内に導線が巻回されて構成され、前記他方の導線群は前記内側ボビンの外周に設けられた中空の外側ボビンの周面に形成された螺旋状の溝内に導線が巻回されて構成され、
   前記内側ボビンの溝と前記外側ボビンの溝とは軸方向に対して逆方向に形成され、互いに交差することを特徴とする請求項２に記載の電磁アクチュエータ。
4. 前記内側ボビンの溝と前記外側ボビンの溝とは軸方向に対して等角度で交差し、
   前記内側ボビンに巻回される導線の巻回数に対する前記外側ボビンに巻回される導線の巻回数の比率は、内側ボビンの溝に巻回される導線と外側ボビンの溝に巻回される導線とに対して等しい大きさの電流を通電した際に、内側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力に対する外側ボビンの溝に巻回される導線によって生じる起磁力の比率であることを特徴とする請求項３に記載の電磁アクチュエータ。
5. 前記磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に平面に配置され、
   前記二組の導線群は、導線群が形成する面が前記磁極部の平面と平行に配置され、
   前記磁極部又は前記二組の導線群の何れか一方を可動子とし、
   前記可動子は、平面上で交差する２軸の直動駆動、および２軸の直動の複合駆動の異なる駆動態様で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
6. 前記磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として格子状に配置された柱状体であり、
   前記二組の導線群は、導線群が形成する面が前記磁極部の両側面を挟んで前記磁極部の平面と平行に配置され、
   前記磁極部は、前記導線群側の端部が軸方向および軸方向と直交する方向に移動し、他方の端部が柱状体の軸方向のみに移動し、
   前記磁極部又は前記二組の導線群の何れか一方を可動子とし、
   前記可動子は、前記磁極部の面に平行で柱状体の軸方向と直交する方向に移動する湾曲駆動と、柱状体の軸方向の直動駆動、および湾曲と直動の複合駆動の異なる駆動態様で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
7. 前記磁極部は、磁極面が矩形の磁極を各磁極が隣接する磁極を異極として球面状に配置された球面体であり、
   前記二組の導線群は、導線群が形成する球面と所定距離を開けて前記磁極部の球面に対向して配置された球面体であり、
   前記磁極部又は前記二組の導線群の何れか一方を可動子とし、
   前記可動子は、前記球面体の中心軸の周りの回転駆動と、前記球面体の中心軸が傾斜する傾斜駆動、および回転と傾斜の複合駆動の異なる駆動態様で駆動することを特徴とする、請求項１に記載の電磁アクチュエータ。
8. 前記導線群を構成する導線は複数本の配線からなり、同相電流は前記複数本の配線を同時に通電することを特徴とする、請求項１から７の何れか一つに記載の電磁アクチュエータ。
9. 前記導線群は、前記二組の導線群の内の一方の導線群の導線をたて糸とし他方の導線群の導線をよこ糸として組まれたメッシュ繊維で構成されることを特徴とする、請求項１から７の何れか一つに記載の電磁アクチュエータ。
10. 前記単相又は多相で通電される電流波形は、正弦波状の波形又は矩形状の波形であることを特徴とする、請求項１から９の何れか一つに記載の電磁アクチュエータ。