WO2018020859A1 - アクチュエータ - Google Patents

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WO2018020859A1
WO2018020859A1 PCT/JP2017/021443 JP2017021443W WO2018020859A1 WO 2018020859 A1 WO2018020859 A1 WO 2018020859A1 JP 2017021443 W JP2017021443 W JP 2017021443W WO 2018020859 A1 WO2018020859 A1 WO 2018020859A1
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coil
core
phase coil
armature
excited
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PCT/JP2017/021443
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French (fr)
Inventor
弘幸 岸
祐次 久保田
和弘 谷
洋介 桑原
健男 唐牛
秀矢 中山
光 斎藤
Original Assignee
Thk株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Definitions

  • the present invention relates to an actuator that can be driven in two axial directions, for example, the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction.
  • a Z ⁇ actuator that can be driven in the ⁇ -axis direction (that is, the rotation direction) and the Z-axis direction is used in pick-and-place mechanisms of mounting devices such as semiconductors and electronic components and various inspection devices.
  • a Z ⁇ actuator in the pick and place mechanism, lift the workpiece on the Z axis, position the workpiece angle on the ⁇ axis, and press the workpiece again to the mounting position on the Z axis.
  • a Z-axis motor that is, a Z armature that generates thrust in the Z-axis direction
  • a ⁇ -axis motor that is, a ⁇ armature that generates thrust in the ⁇ -axis direction
  • the thing is known (refer patent document 1).
  • the field portion is composed of a Z field that forms a magnetic pole in the Z-axis direction and a ⁇ field that forms a magnetic pole in the ⁇ -axis direction.
  • an object of the present invention is to provide an actuator that can match the thrust center in the Z-axis direction with the rotation center in the ⁇ -axis direction.
  • a permanent magnet having an N-pole surface and a permanent magnet having an S-pole surface alternately arranged in a lattice pattern in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
  • Device and an actuator comprising a.
  • a field portion in which a permanent magnet having an N pole surface and a permanent magnet having an S pole surface are alternately arranged in a lattice pattern in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction.
  • the first core, the second core disposed in the first direction relative to the first core, the third core disposed in the second direction relative to the first core, and the first core
  • An armature portion having a fourth core arranged in an oblique direction, and first to fourth coils wound around the first to fourth cores, and the field portion being the first to the armature portion.
  • a first core and a first coil for generating a thrust for example, torque
  • a first direction for example, the ⁇ -axis direction
  • a thrust in a second direction for example, the Z-axis direction
  • the first core and the first coil for generating are also used. For this reason, the thrust center in the Z-axis direction and the rotation center in the ⁇ -axis direction can be matched.
  • At least one of the first to fourth cores and at least one of the first to fourth coils generate thrust (for example, torque) in the first direction (for example, the ⁇ -axis direction). And when generating thrust in the second direction (for example, the Z-axis direction). For this reason, the thrust center in the Z-axis direction and the rotation center in the ⁇ -axis direction can be matched.
  • thrust for example, torque
  • second direction for example, the Z-axis direction
  • FIG. 1 side view of the actuator of this embodiment. It is a front view of the actuator of this embodiment. It is the IV section enlarged view of FIG. 1 (side view of a core and a coil). It is a figure which shows the permanent magnet and coil which were expand
  • FIG. 1 is a perspective view of an actuator according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view
  • FIG. 3 is a front view
  • 1 is a field magnet part
  • 2 is an axis
  • 3a is a permanent magnet with an N pole surface
  • 3b is a permanent magnet with an S pole surface
  • 11 is an armature part
  • 12 is a core
  • 13 is a coil.
  • the armature part 11 constitutes a stator
  • the field part 1 constitutes a mover.
  • the actuator of this embodiment is a two-phase Z ⁇ stepping motor.
  • thrust that is, torque
  • the field unit 1 rotates in the ⁇ -axis direction at a constant step angle.
  • a thrust is generated in the Z-axis direction, and the field part 1 moves in the Z-axis direction by a constant step amount.
  • the field unit 1 includes a shaft 2, a large number of permanent magnets 3a and 3b attached to the surface of the shaft 2, and a large number of covers 4 covering a pair of permanent magnets 3a and 3b adjacent in the Z-axis direction.
  • the shaft 2 is elongated in the Z-axis direction and has a polygonal cross section (in this embodiment, a hexagon).
  • the shape of the shaft 2 can be a columnar shape or a cylindrical shape.
  • permanent magnets 3a having N poles on the surface and permanent magnets 3b having S poles on the surface are alternately arranged at a constant pitch in the ⁇ -axis direction that is the first direction.
  • ⁇ 1 is the pitch between NS
  • ⁇ 1 ⁇ 1 (that is, the pitch between NN) / 2.
  • a total of six permanent magnets 3a and 3b are arranged in the ⁇ -axis direction.
  • a diagonal line is attached
  • the large number of permanent magnets 3a and 3b are arranged in a lattice shape (in other words, a matrix shape) at regular intervals in the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction.
  • the permanent magnet 3a and the permanent magnet 3b (see FIG. 2) adjacent in the Z-axis direction have the same position in the ⁇ -axis direction (see FIG. 3).
  • the permanent magnet 3a and the permanent magnet 3b (see FIG. 3) adjacent to each other in the ⁇ -axis direction have the same position in the Z-axis direction (see FIG. 2). For this reason, N poles and S poles are alternately formed in a lattice pattern in the field portion 1 in both the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction.
  • a large number of cores 12 and a large number of coils 13 are arranged in the circumferential direction and the axial direction around the field portion 1.
  • twelve cores 12 and twelve coils 13 are arranged at a constant pitch in the ⁇ -axis direction, and four rows of cores 12 and coils 13 are arranged at a constant pitch in the Z-axis direction.
  • 1 and 2 show four rows of cores 12 and coils 13 in the Z-axis direction, the minimum number of rows of cores 12 and coils 13 is two.
  • Each core 12 is separated from each other.
  • the core 12 and the coil 13 are fixed to a cylindrical case (not shown).
  • FIG. 4 shows a side view of the core 12 and the coil 13 wound around the core 12.
  • the core 12 has a plate-like main body portion 16 elongated in the Z-axis direction, and both end portions 17a and 17b bent in a claw shape from the main body portion 16 toward the field magnet portion 1.
  • a coil 13 is wound around the main body portion 16. Both end portions 17a and 17b protrude from the coil 13 and face the permanent magnets 3a and 3b of the field portion 1 through a gap.
  • both end portions 17a and 17b of the core 12 are magnetized to the N pole and the S pole.
  • Both end portions 17a, pole pitch P 1 of 17b is equal to the permanent magnets 3a, the Z-axis direction 3b N-S pitch lambda 2 (see FIG. 2).
  • the pair adjacent to the ⁇ -axis direction core 12a, 12b is arranged in tau 1/4 shift position. That is, of the pair of adjacent cores 12a and 12b, when one core 12a is immediately above the north pole of the permanent magnet 3a, the other core 12b is intermediate between the permanent magnet 3a and the permanent magnet 3b.
  • a pair of core 12a adjacent, 12b and ⁇ 1/4 + n 1 ⁇ ⁇ 1 (n 1 is an integer of 0 or more) may be disposed in a position displaced.
  • the pair of cores 12a and 12c adjacent to each other in the Z-axis direction are arranged at positions shifted by ⁇ 2 ⁇ 5/4 (see also FIG. 5). That is, of the pair of adjacent cores 12a and 12c, when both ends 17a and 17b of one core 12a are directly above the permanent magnets 3a and 3b, both ends 17a and 17b of the other core 12c are permanent magnets 3a and 17b. It is in the middle of 3b (see also FIG. 5).
  • a pair of core 12a adjacent, 12c and ⁇ 2/4 + n 2 ⁇ ⁇ 2 can also be arranged (n 2 is an integer of 0 or more) displacement position.
  • four coils 13 constitute one coil unit. That is, the A-phase coil 13a, the B-phase coil 13b, the C-phase coil 13c, and the D-phase coil 13d constitute one coil unit.
  • the A-phase coil 13a and the / A-phase coil 13a ' are connected so that a current flows in the opposite direction simultaneously.
  • the B-phase coil 13b and the / B-phase coil 13b ', the C-phase coil 13c and the / C-phase coil 13c', and the D-phase coil 13d and the / D-phase coil 13d ' are connected so that current flows in the opposite direction at the same time. Is done.
  • ⁇ Four cores 12 constitute one core unit. That is, the A-phase core 12a, the B-phase core 12b, the C-phase core 12c, and the D-phase core 12d constitute one core unit.
  • the control device 14 When the field device 1 is rotated in the ⁇ -axis direction, the control device 14 supplies a phase-shifted current to the A-phase coil 13a and the B-phase coil 13b, or the C-phase coil 13c and the D-phase coil 13d. Further, when moving the field unit 1 in the Z-axis direction, the control device 14 supplies a phase-shifted current to the A-phase coil 13a and the C-phase coil 13c, or the B-phase coil 13b and the D-phase coil 13d. .
  • the principle that the field unit 1 is driven in the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction will be described later.
  • FIG. 5 shows the permanent magnets 3a and 3b and the coils 13a to 13d and 13a 'to 13d' developed in a plane.
  • the distance between the A-phase coil 13a and the B-phase coil 13b adjacent ⁇ -axis direction is ⁇ 1/4.
  • the interval between the A-phase coil 13a and the C-phase coil 13c adjacent in the Z-axis direction is ⁇ 2 ⁇ 5/4.
  • the A-phase coil 13a is the first coil.
  • a B-phase coil 13b disposed in the ⁇ -axis direction with respect to the A-phase coil 13a is the second coil.
  • the C-phase coil 13c disposed in the Z-axis direction with respect to the A-phase coil 13a is the third coil.
  • the D-phase coil 13d arranged in an oblique direction (a direction inclined in both the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction) with respect to the A-phase coil 13a is the fourth coil.
  • the A-phase core 12a, the B-phase core 12b, the C-phase core 12c, and the D-phase core 12d are a first core, a second core, a third core, and a fourth core, respectively.
  • the left end of the A-phase coil 13a is magnetized to the N pole, and the right end of the A-phase coil 13a is magnetized to the S pole. Since the / A phase coil 13a 'is supplied with a current in the direction opposite to that of the A phase coil 13a, the left end portion of the / A phase coil 13a' is magnetized to the S pole, and the right end portion of the / A phase coil 13a ' Is magnetized to the N pole. Since the magnetic poles at both ends of the A-phase coil 13a and / A-phase coil 13a ′ and the permanent magnets 3a and 3b are attracted to each other, the armature portion 11 is stationary at the position shown in FIG.
  • Table 1 shows excitation patterns of the A-phase to D-phase coils 13a to 13d.
  • N and S in Table 1 indicate magnetic poles generated at the left end portions of the coils 13a to 13d in FIG. X means that the coils 13a to 13d are not energized.
  • the process proceeds to S2, where the excitation of the A-phase coil 13a is stopped and the B-phase coil 13b is excited. Then, the magnetic poles shown in S2 are formed at both ends of the B-phase coil 13b and the / B-phase coil 13b ′. Therefore, the armature unit 11 still rotated by the ⁇ -axis plus direction tau 1/4 from the position of S1. The tau 1/4 is the step angle.
  • step S2, S3, and S4 are repeated to advance step by step.
  • the above is the rotation principle in the ⁇ -axis direction.
  • Table 2 shows excitation patterns of the A-phase to D-phase coils 13a to 13d.
  • N and S in Table 2 indicate magnetic poles generated at the left ends of the coils 13a to 13d in FIG. X means that the coils 13a to 13d are not energized.
  • the process proceeds to S2, where the excitation of the A-phase coil 13a is stopped and the C-phase coil 13c is excited. Then, the magnetic poles shown in S2 are formed at both ends of the C-phase coil 13c and the / C-phase coil 13c ′. Therefore, the armature unit 11 is stationary by moving only in the Z-axis plus direction tau 2/4 from the position of S1. The tau 2/4 is variable step.
  • step S2, S3, and S4 are repeated to advance step by step.
  • the above is the principle of movement in the positive direction of the Z axis.
  • the actuator of this embodiment can be applied not only to a stepping motor but also to a synchronous motor.
  • the thrust center in the Z-axis direction and the rotation center in the ⁇ -axis direction can be matched.
  • the control device since the field unit 1 can be driven in both the Z-axis direction and the ⁇ -axis direction by one control device 14, the control device can be compared with the case where the ⁇ armature and the Z armature are provided separately. Can be reduced.
  • the number of coils can be reduced as compared with the case where the ⁇ armature and the Z armature are provided separately, a compact actuator can be obtained.
  • the A-phase coil 13 a and the B-phase coil 13 b are excited in order to rotate the armature portion 11 in the ⁇ axis plus direction.
  • the armature unit 11 is stationary at the position indicated by S2 in FIG. 7, the armature unit 11 is rotated in the ⁇ axis plus direction even when the A-phase coil 13a and the B-phase coil 13b are excited. I can't. This is because the magnetic poles at both ends of the A-phase coil 13a and the B-phase coil 13b are positioned between the permanent magnets 3a and 3b. In this case, it is necessary to excite the C-phase coil 13c and the D-phase coil 13d.
  • Table 3 shows excitation patterns of the A-phase to D-phase coils 13a to 13d.
  • N and S in Table 3 mean magnetic poles generated at the left end portions of the coils 13a to 13d in FIG. X means that the coils 13a to 13d are not energized.
  • the process proceeds to S2, where the excitation of the A-phase coil 13a is stopped, and the B-phase coil 13b and the C-phase coil 13c are excited. Then, the magnetic poles shown in S2 are formed at both ends of the B-phase coil 13b, the C-phase coil 13c, the / B-phase coil 13b ', and the / C-phase coil 13c'. Therefore, the armature unit 11 is rotated in tau 1/8 only ⁇ -axis plus direction from the position of S1, stationary moved by the Z-axis plus direction tau 2/8. The reason why the B-phase coil 13b and the C-phase coil 13c are excited simultaneously is to prevent the rotation and movement of the armature portion 11 from becoming unstable when the D-phase coil 13d is excited in the next S3. .
  • the process proceeds to S3, the excitation of the B-phase coil 13b and the C-phase coil 13c is stopped, and the D-phase coil 13d is excited. Then, magnetic poles shown in S3 are formed at both ends of the D-phase coil 13d and the / D-phase coil 13d ′. Therefore, the armature unit 11 is rotated further tau 1/8 only ⁇ -axis plus direction from the position of S2, stationary moved by the Z-axis plus direction tau 2/8.
  • the process proceeds to S4, where the excitation of the D-phase coil 13d is stopped, and the B-phase coil 13b and the C-phase coil 13c are excited so that reverse current flows. Then, the magnetic poles shown in S4 are formed at both ends of the B-phase coil 13b, the C-phase coil 13c, the / B-phase coil 13b ′, and the / C-phase coil 13c ′. Therefore, the armature unit 11 is rotated further tau 1/8 only ⁇ -axis plus direction from the position of the S3, stationary moved by the Z-axis plus direction tau 2/8.
  • FIG. 9 shows the core 22 and the coil 23 used in the actuator of the second embodiment of the present invention.
  • a claw-pole core is used, but in the second embodiment, a comb-shaped core 22 is used.
  • the overall configuration of the field magnet unit 1 and the armature unit 11 is the same as that of the first embodiment.
  • the core 22 has a plate-like main body 22 a and teeth 22 b that protrude from the main body 22 a toward the field part 1.
  • a coil 23 is wound around the teeth 22b.
  • the tips of the teeth 22b face the permanent magnets 3a and 3b of the field part 1 through a gap.
  • an N-pole or S-pole magnetic pole is formed at the tip of the tooth 22b.
  • the core may be formed so that a plurality of teeth protrude toward the field part 1 from the inner periphery of the annular magnetic body.
  • FIG. 10 shows the permanent magnets 3a and 3b and the coils 13a to 13d developed in a plane.
  • the actuator of the second embodiment is a two-phase Z ⁇ stepping motor, as in the first embodiment.
  • the coils 13a to 13d are classified into an A phase coil 13a, a B phase coil 13b, a C phase coil 13c, and a D phase coil 13d, as in the first embodiment.
  • a pair of coils 13a adjacent ⁇ axially spacing between 13b is ⁇ 1/4.
  • a pair of coils 13a adjacent to the Z-axis direction, the spacing between 13c is ⁇ 2/4.
  • the armature unit 11 is rotated step by step in the ⁇ -axis direction, and in the Z-axis direction. It can be moved step by step. Further, it can be moved in an oblique direction.
  • FIG. 11 shows the permanent magnets 3a and 3b and the coil of the third embodiment of the present invention developed on a plane.
  • the core is a comb-teeth type.
  • the actuator of the third embodiment is a three-phase Z ⁇ stepping motor.
  • the coils are classified into A1 to A4 phase coils, B1 to B4 phase coils, and C1 to C4 phase coils.
  • the / A1 to / A4 phase coils are wired so that current flows in the opposite direction simultaneously with the A1 to A4 phase coils.
  • the distance between the pair of coils A1, B1 adjacent to ⁇ -axis direction is ⁇ 1/6.
  • the distance between the pair of A1, A2 adjacent to the Z-axis direction is ⁇ 2/6.
  • the armature portion 31 stops at the position shown in FIG. Then, stop the excitation of the A1 phase coil, and A4-phase coil, is excited to C1-phase coil, and C4-phase coil, the armature unit 11 is incremented by tau 1/6 to ⁇ -axis positive direction. Then, stop the excitation of the C1-phase coil, and C4-phase coil and exciting the B1-phase coil, and B4-phase coil, the armature unit 31 is incremented by tau 1/6 to ⁇ -axis positive direction.
  • the step advances step by step in the plus direction of the ⁇ axis.
  • the above is the rotation principle in the ⁇ axis plus direction.
  • the armature unit 31 is incremented by tau 2/6 in the Z-axis positive direction. Then stop the excitation of the A3 phase coil and exciting the A2 phase coil, the armature unit 31 is incremented by tau 2/6 in the Z-axis positive direction. Then, stop the excitation of the A2 phase coil, the reverse current is excited to flow A1 phase coil and A4-phase coil, the armature unit 31 is incremented by tau 1/6 in the Z-axis positive direction.
  • the step advances step by step in the positive direction of the Z-axis. The above is the principle of movement in the positive direction of the Z axis.
  • the actuator of this embodiment is applicable not only to a stepping motor but also to a synchronous motor.
  • the actuator of the present invention is applied to a Z ⁇ stepping motor.
  • the actuator of the present invention can also be applied to a Z ⁇ synchronous motor.
  • the actuator is driven in the ⁇ -axis direction and the Z-axis direction.
  • the actuator can be driven in the X-axis direction and the Y-axis direction in a plane.
  • the movement of the field part relative to the armature part is relative, and the armature part may move even if the field part moves.
  • the driving method of the A-phase to D-phase coils is not limited.
  • bipolar driving or unipolar driving can be performed.
  • one-phase excitation or two-phase excitation can be performed. If it can be driven with 1-phase excitation, it will always operate with 2-phase excitation.
  • microstep driving can also be performed.
  • SYMBOLS 1 Field magnet part, 3a ... Surface permanent magnet with N pole, 3b ... Surface permanent magnet with S pole, 11 ... Armature part, 12 ... Core, 12a ... A phase core (1st core), 12b ... B Phase core (second core), 12c ... C phase core (third core), 12d ... D phase core (fourth core), 13 ... coil, 13a ... A phase coil (first coil), 13b ... B phase coil (Second coil), 13c ... C phase coil (third coil), 13d ... D phase coil (fourth coil), 14 ... control device, 16 ... core body, 17a, 17b ... both ends of core, 22 ... core, 22b ... teeth, 23 ... coil, 31 ... armature part

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Abstract

Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができるアクチュエータを提供する。 界磁部（１）には、θ軸方向とＺ軸方向に、表面がＮ極の永久磁石（３ａ）と表面がＳ極の永久磁石（３ｂ）が交互に格子状に並べられる。電機子部（１１）には、第一コア（１２ａ）、第一コア（１２ａ）に対してθ軸方向に配置される第二コア（１２ｂ）、第一コア（１２ａ）に対してＺ軸方向に配置される第三コア（１２ｃ）、及び第一ないし第三コア（１２ａ～１２ｃ）に巻かれる第一ないし第三コイル（１３ａ～１３ｃ）が設けられる。制御装置（１４）は、θ軸方向にトルクが発生するように、第一コイル（１３ａ）と第二コイル（１３ｂ）に電流を供給する。また、制御装置（１４）は、Ｚ軸方向に推力が発生するように、第一コイル（１３ａ）と第三コイル（１３ｃ）に電流を供給する。

Description

アクチュエータ
　本発明は、例えばθ軸方向とＺ軸方向の２軸方向に駆動が可能なアクチュエータに関する。
　例えば半導体、電子部品などの実装装置のピック＆プレース機構、各種の検査装置には、θ軸方向（すなわち回転方向）とＺ軸方向に駆動が可能なＺθアクチュエータが使用される。ピック＆プレース機構にＺθアクチュエータを使用する場合、Ｚ軸にてワークを持ち上げ、θ軸にてワークの角度の位置決めをし、再びＺ軸にてワークを実装位置に押し付ける。
　従来のＺθアクチュエータとして、Ｚ軸用のモータ（すなわちＺ軸方向に推力を発生させるＺ電機子）と、θ軸用のモータ（すなわちθ軸方向に推力を発生させるθ電機子）と、を備えるものが知られている（特許文献１参照）。界磁部は、Ｚ軸方向に磁極を形成するＺ界磁と、θ軸方向に磁極を形成するθ界磁とから構成される。Ｚ電機子のコイルを励磁すると、Ｚ軸方向に推力が発生し、界磁部に対して電機子部がＺ軸方向に相対的に移動する。θ電機子のコイルを励磁すると、θ軸方向に推力（すなわちトルク）が発生し、界磁部に対して電機子部がθ軸方向に相対的に回転する。
特開２０１２－６０８５３号公報
　しかし、従来のＺθアクチュエータにあっては、Ｚ軸用のモータとθ軸用のモータとが別々であるので、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とが僅かにずれる。これが原因で、Ｚ軸方向のワークの上昇・下降に伴って、せっかく位置決めしたθ軸に微小な位置ずれが生ずる場合がある。
　そこで、本発明は、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができるアクチュエータを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様は、第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、及び前記第一ないし前記第三コアに巻かれる第一ないし第三コイルを有する電機子部と、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータである。
　本発明の他の態様は、第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、前記第一コアに対して斜め方向に配置される第四コア、及び前記第一ないし前記第四コアに巻かれる第一ないし第四コイルを有する電機子部と、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイル、又は、前記第三コイルと前記第四コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイル、又は、前記第二コイルと前記第四コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータである。
　本発明の一態様によれば、第一方向（例えばθ軸方向）に推力（例えばトルク）を発生させるための第一コア及び第一コイルと、第二方向（例えばＺ軸方向）に推力を発生させるための第一コア及び第一コイルと、を兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。
　本発明の他の態様によれば、第一ないし第四コアの少なくとも一つ及び第一ないし第四コイルの少なくとも一つを、第一方向（例えばθ軸方向）に推力（例えばトルク）を発生させるときと、第二方向（例えばＺ軸方向）に推力を発生させるときとで兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。
本発明の第一の実施形態のアクチュエータの斜視図である。 本実施形態のアクチュエータの側面図である。 本実施形態のアクチュエータの正面図である。 図１のIV部拡大図（コア及びコイルの側面図）である。 平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。 本実施形態のアクチュエータがθ軸方向に回転する原理を説明する図である。 本実施形態のアクチュエータがＺ軸方向に移動する原理を説明する図である。 本実施形態のアクチュエータが斜め方向に移動する原理を説明する図である。 本発明の第二の実施形態のアクチュエータに組み込まれるコア及びコイルの側面図である。 本発明の第二の実施形態のアクチュエータにおける、平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。 本発明の第三の実施形態のアクチュエータにおける、平面に展開した永久磁石とコイルを示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態のアクチュエータを詳細に説明する。ただし、本発明のアクチュエータは種々の形態で具体化することができ、明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明の範囲を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。
　（第一の実施形態）
　図１は本発明の第一の実施形態のアクチュエータの斜視図、図２は側面図、図３は正面図である。図１において、１が界磁部、２が軸、３ａが表面がＮ極の永久磁石、３ｂが表面がＳ極の永久磁石、１１が電機子部、１２がコア、１３がコイルである。電機子部１１が固定子を構成し、界磁部１が可動子を構成する。本実施形態のアクチュエータは、２相Ｚθステッピングモータである。電機子部１１のコイル１３の励磁を切り替えると、θ軸方向に推力（すなわちトルク）が発生し、界磁部１が一定のステップ角でθ軸方向に回転する。また、電機子部１１のコイル１３の励磁を切り替えると、Ｚ軸方向に推力が発生し、界磁部１が一定のステップ量でＺ軸方向に移動する。
　界磁部１は、軸２と、軸２の表面に取り付けられる多数の永久磁石３ａ，３ｂと、Ｚ軸方向に隣接する一対の永久磁石３ａ，３ｂを覆う多数のカバー４と、を備える。軸２は、Ｚ軸方向に細長く、断面が多角形（この実施形態では六角形）である。軸２の形状は、円柱状又は円筒状にすることもできる。
　図３に示すように、軸２には、第一方向であるθ軸方向に表面をＮ極とする永久磁石３ａと表面をＳ極とする永久磁石３ｂが一定のピッチで交互に並べられる。図中λ１はＮ－Ｓ間ピッチであり、λ１＝τ１（すなわちＮ－Ｎ間ピッチ）／２である。この実施形態では、θ軸方向に合計で６個の永久磁石３ａ，３ｂが並べられる。
　図２に示すように、軸２には、第二方向であるＺ軸方向に表面をＮ極とする永久磁石３ａと表面をＳ極とする永久磁石３ｂが一定のピッチλ２で交互に並べられる。λ２はＮ－Ｓ間ピッチであり、λ２＝τ２（すなわちＮ－Ｎ間ピッチ）／２である。図１ないし３において、表面をＮ極とする永久磁石３ａに斜線を付記し、表面をＳ極とする永久磁石３ｂにドットを付記する。
　図２及び図３に示すように、多数の永久磁石３ａ，３ｂは、θ軸方向及びＺ軸方向に一定の間隔で格子状（言い換えればマトリクス状）に並べられる。Ｚ軸方向に隣接する永久磁石３ａと永久磁石３ｂ（図２参照）とは、θ軸方向の位置が一致する（図３参照）。θ軸方向に隣接する永久磁石３ａと永久磁石３ｂ（図３参照）とは、Ｚ軸方向の位置が一致する（図２参照）。このため、界磁部１には、θ軸方向にもＺ軸方向にも交互に格子状にＮ極とＳ極が形成される。
　図１に示すように、界磁部１の周囲には、多数のコア１２及び多数のコイル１３が周方向及び軸方向に並べられる。この実施形態では、θ軸方向に１２個のコア１２及び１２個のコイル１３が一定のピッチで並べられ、Ｚ軸方向に４列のコア１２及びコイル１３が一定のピッチで並べられる。なお、図１、図２にはＺ軸方向に４列のコア１２及びコイル１３が図示されているが、コア１２及びコイル１３の最小列数は２である。
　各コア１２は互いに分離している。コア１２及びコイル１３は、図示しない円筒状のケースに固定される。
　図４は、コア１２及びコア１２に巻かれるコイル１３の側面図を示す。コア１２は、Ｚ軸方向に細長い板状の本体部１６と、本体部１６から界磁部１に向かって鉤爪状に曲げられた両端部１７ａ，１７ｂと、を有する。本体部１６には、コイル１３が巻かれる。両端部１７ａ，１７ｂは、コイル１３から突出しており、界磁部１の永久磁石３ａ，３ｂにすきまを介して対向する。コイル１３を励磁すると、コア１２の両端部１７ａ，１７ｂがＮ極及びＳ極に着磁される。両端部１７ａ，１７ｂの磁極間ピッチＰ１は、永久磁石３ａ，３ｂのＺ軸方向のＮ－Ｓ間ピッチλ２（図２参照）に等しい。
　図３に示すように、θ軸方向に隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂは、τ１／４ずれた位置に配置される。すなわち、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂのうち、一方のコア１２ａが永久磁石３ａのＮ極の直上にあるとき、他方のコア１２ｂは永久磁石３ａと永久磁石３ｂの中間にある。ここで、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｂをτ１／４＋ｎ１×τ１（ｎ１は０以上の整数）ずれた位置に配置することもできる。
　図２に示すように、Ｚ軸方向に隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃは、τ２×５／４ずれた位置に配置される（図５も参照）。すなわち、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃのうち、一方のコア１２ａの両端部１７ａ，１７ｂが永久磁石３ａ，３ｂの直上にあるとき、他方のコア１２ｃの両端部１７ａ，１７ｂは永久磁石３ａ，３ｂの中間にある（図５も参照）。ここで、隣り合う一対のコア１２ａ，１２ｃをτ２／４＋ｎ２×τ２（ｎ２は０以上の整数）ずれた位置に配置することもできる。
　図２に示すように、コイル１３は４つで１つのコイルユニットを構成する。すなわち、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、Ｄ相コイル１３ｄが、１つのコイルユニットを構成する。Ａ相コイル１３ａと／Ａ相コイル１３ａ´は、同時に逆方向に電流が流れるように結線される。同様に、Ｂ相コイル１３ｂと／Ｂ相コイル１３ｂ´、Ｃ相コイル１３ｃと／Ｃ相コイル１３ｃ´、Ｄ相コイル１３ｄと／Ｄ相コイル１３ｄ´は、同時に逆方向に電流が流れるように結線される。
　コア１２も４つで１つのコアユニットを構成する。すなわち、Ａ相コア１２ａ、Ｂ相コア１２ｂ、Ｃ相コア１２ｃ、Ｄ相コア１２ｄが１つのコアユニットを構成する。
　制御装置１４は、界磁部１をθ軸方向に回転させるとき、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂ、又は、Ｃ相コイル１３ｃとＤ相コイル１３ｄに位相をずらした電流を供給する。また、制御装置１４は、界磁部１をＺ軸方向に移動させるとき、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃ、又は、Ｂ相コイル１３ｂとＤ相コイル１３ｄに位相をずらした電流を供給する。界磁部１がθ軸方向及びＺ軸方向に駆動される原理は後述する。
　図５は、平面に展開した永久磁石３ａ，３ｂとコイル１３ａ～１３ｄ，１３ａ´～１３ｄ´を示す。上記のように、θ軸方向に隣接するＡ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂとの間隔は、τ１／４である。Ｚ軸方向に隣接するＡ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃとの間隔は、τ２×５／４である。
　本実施形態のアクチュエータにおいて、Ａ相コイル１３ａが第一コイルである。Ａ相コイル１３ａに対してθ軸方向に配置されたＢ相コイル１３ｂが第二コイルである。Ａ相コイル１３ａに対してＺ軸方向に配置されたＣ相コイル１３ｃが第三コイルである。Ａ相コイル１３ａに対して斜め方向（θ軸方向にもＺ軸方向にも傾斜する方向）に配置されたＤ相コイル１３ｄが第四コイルである。Ａ相コア１２ａ、Ｂ相コア１２ｂ、Ｃ相コア１２ｃ、Ｄ相コア１２ｄが、それぞれ第一コア、第二コア、第三コア、第四コアである。
　図５に示すように、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａの左端部がＮ極に着磁され、Ａ相コイル１３ａの右端部がＳ極に着磁される。／Ａ相コイル１３ａ´には、Ａ相コイル１３ａと逆方向の電流が供給されるので、／Ａ相コイル１３ａ´の左端部がＳ極に着磁され、／Ａ相コイル１３ａ´の右端部がＮ極に着磁される。Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部の磁極と永久磁石３ａ，３ｂとが互いに引き付け合うので、電機子部１１が図５に示す位置に静止する。
　図６を参照して、本実施形態のアクチュエータがθ軸方向に回転する原理を説明する。以下では、説明の便宜上、電機子部１１が界磁部１に対してθ軸プラス方向に回転するものとする。表１は、Ａ相～Ｄ相コイル１３ａ～１３ｄの励磁パターンを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１におけるＮ，Ｓは、図６におけるコイル１３ａ～１３ｄの左端部に発生する磁極を示す。×はコイル１３ａ～１３ｄが通電されていないことを意味する。
　まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
　次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂを励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、／Ｂ相コイル１３ｂ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。このτ１／４がステップ角である。
　次に、Ｓ３に移り、Ｂ相コイル１３ｂの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。
　次に、Ｓ４に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、／Ｂ相コイル１３ｂ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ１／４だけθ軸プラス方向に回転して静止する。
　次に、Ｓ１に戻る。以下、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を繰り返すことで、１ステップずつ歩進する。以上がθ軸方向の回転原理である。
　この回転原理から、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂに９０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部１１に回転磁界が発生し、界磁部１がその回転磁界に吸引されながら回転磁界の同期速度で回転することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
　図７を参照して、本実施形態のアクチュエータがＺ軸方向に移動する原理を説明する。表２は、Ａ相～Ｄ相コイル１３ａ～１３ｄの励磁パターンを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２におけるＮ，Ｓは、図７におけるコイル１３ａ～１３ｄの左端部に発生する磁極を示す。×はコイル１３ａ～１３ｄが通電されていないことを意味する。
　まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
　次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｃ相コイル１３ｃを励磁する。すると、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。このτ２／４がステップ量である。
　次に、Ｓ３に移り、Ｃ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
　次に、Ｓ４に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｃ相コイル１３ｃを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ２／４だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
　次に、Ｓ１に戻る。以下、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を繰り返すことで、１ステップずつ歩進する。以上がＺ軸プラス方向の移動原理である。
　この移動原理から、Ａ相コイル１３ａ、Ｃ相コイル１３ｃに９０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部１１に移動磁界が発生し、界磁部１がその移動磁界に吸引されながら移動磁界の同期速度で移動することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
　本実施形態のアクチュエータによれば、θ軸方向トルクを発生させるためのＡ相コア１２ａ及びＡ相コイル１３ａと、Ｚ軸方向に推力を発生させるためのＡ相コア１２ａ及びＡ相コイル１３ａと、を兼用する。このため、Ｚ軸方向の推力中心とθ軸方向の回転中心とを一致させることができる。また、１つの制御装置１４でＺ軸方向へもθ軸方向へも界磁部１を駆動させることができるので、θ電機子とＺ電機子を別々に設けた場合に比べて、制御装置を減らすことができる。さらに、θ電機子とＺ電機子を別々に設けた場合に比べて、コイルの数を減らすことができるので、コンパクトなアクチュエータが得られる。
　図６において、θ軸プラス方向に電機子部１１を回転させるために、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂを励磁している。しかし、電機子部１１が図７のＳ２に示す位置に静止しているときは、Ａ相コイル１３ａとＢ相コイル１３ｂを励磁しても、電機子部１１をθ軸プラス方向に回転させることができない。Ａ相コイル１３ａ及びＢ相コイル１３ｂの両端部の磁極が永久磁石３ａ，３ｂの中間に位置するからである。この場合、Ｃ相コイル１３ｃ及びＤ相コイル１３ｄを励磁する必要がある。
　また、図７において、Ｚ軸プラス方向に電機子部１１を移動させるために、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃを励磁している。しかし、電機子部１１が図６のＳ２に示す位置に静止しているときは、Ａ相コイル１３ａとＣ相コイル１３ｃを励磁しても、電機子部１１を移動させることができない。Ａ相コイル１３ａ及びＣ相コイル１３ｃの両端部の磁極が永久磁石３ａ，３ｂの中間に位置するからである。この場合、Ｂ相コイル１３ｂ及びＤ相コイル１３ｄを励磁する必要がある。
　図８を参照して、本実施形態のアクチュエータが斜め方向に移動する原理を説明する。表３は、Ａ相～Ｄ相コイル１３ａ～１３ｄの励磁パターンを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３におけるＮ，Ｓは、図８におけるコイル１３ａ～１３ｄの左端部に発生する磁極を意味する。×はコイル１３ａ～１３ｄが通電されていないことを意味する。
　まず、Ｓ１において、Ａ相コイル１３ａを励磁すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ１に示す磁極が形成される。電機子部１１は、Ｓ１で示す位置で吸引され、安定的に静止する。
　次に、Ｓ２に移り、Ａ相コイル１３ａの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃを励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｂ相コイル１３ｂ´、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ２に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ１の位置からτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。Ｂ相コイル１３ｂとＣ相コイル１３ｃとを同時に励磁するのは、次のＳ３でＤ相コイル１３ｄを励磁したとき、電機子部１１の回転及び移動が不安定になるのを防止するためである。
　次に、Ｓ３に移り、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ｄ相コイル１３ｄを励磁する。すると、Ｄ相コイル１３ｄ、／Ｄ相コイル１３ｄ´の両端部には、Ｓ３に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ２の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
　次に、Ｓ４に移り、Ｄ相コイル１３ｄの励磁を停止し、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃを逆向きの電流が流れるように励磁する。すると、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、／Ｂ相コイル１３ｂ´、／Ｃ相コイル１３ｃ´の両端部には、Ｓ４に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ３の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。
　次に、Ｓ５に移り、Ｂ相コイル１３ｂ及びＣ相コイル１３ｃの励磁を停止し、Ａ相コイル１３ａを励磁する。すると、Ａ相コイル１３ａ、／Ａ相コイル１３ａ´の両端部には、Ｓ５に示す磁極が形成される。このため、電機子部１１は、Ｓ４の位置からさらにτ１／８だけθ軸プラス方向に回転し、τ２／８だけＺ軸プラス方向に移動して静止する。以下、Ｓ１～Ｓ５を繰り返すことで、電機子部１１は、斜め方向に移動する。以上が斜め方向の移動原理である。
　（第二の実施形態）
　図９は、本発明の第二の実施形態のアクチュエータに用いられるコア２２及びコイル２３を示す。第一の実施形態では、クローポール（Claw Pole）式のコアを用いているが、第二の実施形態では、櫛歯式のコア２２を用いる。界磁部１、電機子部１１の全体的な構成は、第一の実施形態と同一である。
　図９に示すように、コア２２は板状の本体部２２ａと、本体部２２ａから界磁部１に向かって突出するティース２２ｂと、を有する。ティース２２ｂにコイル２３が巻かれる。ティース２２ｂの先端が界磁部１の永久磁石３ａ，３ｂにすきまを介して対向する。コイル２３を励磁すると、ティース２２ｂの先端にＮ極又はＳ極の磁極が形成される。なお、環状磁性体の内周から複数のティースが界磁部１に向かって突き出るようにコアを形成することもできる。
　図１０は、平面に展開した永久磁石３ａ，３ｂ、コイル１３ａ～１３ｄを示す。第二の実施形態のアクチュエータは、第一の実施形態と同様に、２相Ｚθステッピングモータである。コイル１３ａ～１３ｄは、第一の実施形態と同様に、Ａ相コイル１３ａ、Ｂ相コイル１３ｂ、Ｃ相コイル１３ｃ、Ｄ相コイル１３ｄに分類される。θ軸方向に隣接する一対のコイル１３ａ，１３ｂ間の間隔は、τ１／４である。Ｚ軸方向に隣接する一対のコイル１３ａ，１３ｃ間の間隔は、τ２／４である。
　第二の実施形態においても、第一の実施形態と同様にＡ相～Ｄ相コイル１３ａ～１３ｄを励磁することで、電機子部１１をθ軸方向に１ステップずつ回転させ、Ｚ軸方向に１ステップずつ移動させることができる。また、斜め方向に移動させることができる。
　（第三の実施形態）
　図１１は、平面に展開した本発明の第三の実施形態の永久磁石３ａ，３ｂ、コイルを示す。第三の実施形態では、第二の実施形態と同様に、コアは櫛歯式である。
　第三の実施形態のアクチュエータは、３相Ｚθステッピングモータである。コイルは、Ａ１～Ａ４相コイル、Ｂ１～Ｂ４相コイル、Ｃ１～Ｃ４相コイルに分類される。／Ａ１～／Ａ４相コイルには、Ａ１～Ａ４相コイルと同時に逆方向に電流が流れるように結線される。θ軸方向に隣接する一対のコイルＡ１，Ｂ１間の間隔は、τ１／６である。Ｚ軸方向に隣接する一対のＡ１，Ａ２間の間隔は、τ２／６である。
　Ａ１相コイル及びＡ４相コイルを励磁すると、電機子部３１は図１１に示す位置で静止する。次に、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルの励磁を停止し、Ｃ１相コイル及びＣ４相コイルを励磁すると、電機子部１１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。次に、Ｃ１相コイル及びＣ４相コイルの励磁を停止し、Ｂ１相コイル及びＢ４相コイルを励磁すると、電機子部３１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。次に、Ｂ１相コイル及びＢ４相コイルの励磁を停止し、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルに逆向きの電流が流れるように励磁すると、電機子部３１はθ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。上記を繰り返すことで、θ軸プラス方向に１ステップずつ歩進する。以上がθ軸プラス方向の回転原理である。
　この回転原理から、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１相コイル、及びＡ４，Ｂ４，Ｃ４相コイルに１２０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部３１に回転磁界が発生し、界磁部１がその回転磁界に吸引されながら回転磁界の同期速度で回転することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用できる。
　図１１に示す静止位置から、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルの励磁を停止し、Ａ３相コイルを励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ２／６だけ歩進する。次にＡ３相コイルの励磁を停止し、Ａ２相コイルを励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ２／６だけ歩進する。次に、Ａ２相コイルの励磁を停止し、Ａ１相コイル及びＡ４相コイルに逆向きの電流が流れるように励磁すると、電機子部３１はＺ軸プラス方向にτ１／６だけ歩進する。上記を繰り返すことで、Ｚ軸プラス方向に１ステップずつ歩進する。以上がＺ軸プラス方向の移動原理である。
　この移動原理から、Ａ１，Ａ２，Ａ３相コイルに１２０°の位相差を持つ交流を流せば、同期モータと同様に電機子部３１に移動磁界が発生し、界磁部１がその移動磁界に吸引されながら移動磁界の同期速度で移動することがわかる。したがって、本実施形態のアクチュエータは、ステッピングモータだけでなく、同期モータにも適用可能である。
　なお、本発明は上記実施形態に具現化されるのに限られることはなく、本発明の要旨を変更しない範囲でさまざまな実施形態に具現化可能である。
　上記実施形態では、本発明のアクチュエータをＺθステッピングモータに適用した例を説明したが、上記のように本発明のアクチュエータをＺθ同期モータに適用することもできる。
　上記実施形態では、アクチュエータをθ軸方向とＺ軸方向に駆動させる例を説明したが、アクチュエータを平面内のＸ軸方向とＹ軸方向に駆動させることもできる。
　電機子部に対する界磁部の移動は相対的なものであり、界磁部が移動しても電機子部が移動してもよい。
　Ａ相～Ｄ相コイルの駆動方式は限定されるものではない。例えば、バイポーラ駆動することも、ユニポーラ駆動することもできる。また、１相励磁することも、２相励磁することもできる。１相励磁で駆動可能ならば、２相励磁でも必ず動作する。さらに、マイクロステップ駆動することもできる。
　本明細書は、２０１６年７月２６日出願の特願２０１６－１４６２１１に基づく。この内容はすべてここに含めておく。
１…界磁部、３ａ…表面がＮ極の永久磁石、３ｂ…表面がＳ極の永久磁石、１１…電機子部、１２…コア、１２ａ…Ａ相コア（第一コア）、１２ｂ…Ｂ相コア（第二コア）、１２ｃ…Ｃ相コア（第三コア）、１２ｄ…Ｄ相コア（第四コア）、１３…コイル、１３ａ…Ａ相コイル（第一コイル）、１３ｂ…Ｂ相コイル（第二コイル）、１３ｃ…Ｃ相コイル（第三コイル）、１３ｄ…Ｄ相コイル（第四コイル）、１４…制御装置、１６…コアの本体部、１７ａ，１７ｂ…コアの両端部、２２…コア、２２ｂ…ティース、２３…コイル、３１…電機子部
 

Claims (9)

  1. 　第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、
    　第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、及び前記第一ないし前記第三コアに巻かれる第一ないし第三コイルを有する電機子部と、
    　前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータ。
  2. 　第一方向と前記第一方向に直交する第二方向に表面がＮ極の永久磁石と表面がＳ極の永久磁石が交互に格子状に並べられる界磁部と、
    　第一コア、前記第一コアに対して前記第一方向に配置される第二コア、前記第一コアに対して前記第二方向に配置される第三コア、前記第一コアに対して斜め方向に配置される第四コア、及び前記第一ないし前記第四コアに巻かれる第一ないし第四コイルを有する電機子部と、
    　前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第二コイル、又は、前記第三コイルと前記第四コイルに電流を供給し、前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第二方向に推力が発生するように、前記第一コイルと前記第三コイル、又は、前記第二コイルと前記第四コイルに電流を供給する制御装置と、を備えるアクチュエータ。
  3. 　前記制御装置は、
    　前記界磁部が前記電機子部に対して前記第一方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第二コイルを励磁し、又は、前記第三コイルを励磁し、その後、前記第四コイルを励磁し、
    　前記界磁部が前記電機子部に対して前記第二方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第三コイルを励磁し、又は、前記第二コイルを励磁し、その後、前記第四コイルを励磁することを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
  4. 　前記制御装置は、
    　前記界磁部が前記電機子部に対して前記斜め方向に相対的に移動するとき、前記第一コイルを励磁し、その後、前記第二コイルと前記第三コイルとを同時に励磁し、その後、前記第四コイルを励磁することを特徴とする請求項２又は３に記載のアクチュエータ。
  5. 　前記第一方向に隣り合う前記第一コアと前記第二コアは、τ１／４＋ｎ１×τ１ずれた位置に配置され、
    　前記第二方向に隣り合う前記第一コアと前記第三コアは、τ２／４＋ｎ２×τ２ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
    　ここで、τ１は前記界磁部の前記第一方向のＮ－Ｎ間ピッチ、ｎ１は０以上の整数、τ２は前記界磁部の前記第二方向のＮ－Ｎ間ピッチ、ｎ２は０以上の整数。
  6. 　前記電機子部は、前記第一方向に前記第一コア及び前記第二コアを含む少なくとも３つのコアを有すると共に、前記第二方向に前記第一コア及び前記第三コアを含む少なくとも３つのコアを有し、
    　前記第一方向に隣り合う一対の前記コアは、τ１／６＋ｎ１×τ１ずれた位置に配置され、
    　前記第二方向に隣り合う一対の前記コアは、τ２／６＋ｎ２×τ２ずれた位置に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
    　ここで、τ１は前記界磁部の前記第一方向のＮ－Ｎ間の磁極ピッチ、ｎ１は０以上の整数、τ２は前記界磁部の前記第二方向のＮ－Ｎ間の磁極ピッチ、ｎ２は０以上の整数。
  7. 　前記第一ないし前記第三コアそれぞれは、前記第一ないし前記第三コイルそれぞれが巻かれる本体部と、前記本体部に対して鉤爪状に曲げられた両端部と、を有し、
    　前記両端部が前記界磁部の前記永久磁石にすきまを介して対向することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
  8. 　前記第一ないし前記第三コアそれぞれは、前記第一ないし前記第三コイルそれぞれが巻かれるティースを有し、前記ティースの先端が前記界磁部の前記永久磁石にすきまを介して対向することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
  9. 　前記第一方向がθ軸方向であり、
    　前記第二方向がＺ軸方向であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
     
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