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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-10
(45)【発行日】2024-10-21
(54)【発明の名称】多軸アクチュエータ
(51)【国際特許分類】
H02K 41/03 20060101AFI20241011BHJP
【ＦＩ】
H02K41/03 A
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2024550624
(86)(22)【出願日】2023-09-15
(86)【国際出願番号】 JP2023033739
【審査請求日】2024-08-26
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100118762
【弁理士】
【氏名又は名称】高村 順
(72)【発明者】
【氏名】森本 朔
(72)【発明者】
【氏名】中村 雄一朗
(72)【発明者】
【氏名】細野 淳
(72)【発明者】
【氏名】田中 敏則
【審査官】池田 貴俊
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２３９６６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２５３００９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２３／０９５２８５（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｋ ４１／０３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状の多軸アクチュエータ用コイルと、前記多軸アクチュエータ用コイルの内周に配置されるシャフトと、
を備え、
前記多軸アクチュエータ用コイルは、
前記シャフトを軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群と、
前記直動コイル群の内周または外周に配置されて前記シャフトを周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群と、
を備え、
前記直動コイル群は、前記軸方向に並べられて配置された複数の直動コイルを有し、
各前記直動コイルは、前記周方向に延びており、
各前記直動コイルは、前記周方向の一端と他端とに位置する２つのコイル端を有し、
各前記直動コイルにおいて２つの前記コイル端が成す周方向の第１の角度は、前記回転コイル群の電気角周期と等しいか、または、前記回転コイル群の電気角周期の整数倍であり、
前記直動コイルは、前記周方向に延びながら前記軸方向に移動する螺旋状に巻き回されたマグネットワイヤであり、
前記回転コイル群は、前記軸方向と半径方向とに交互に延びながら前記周方向に移動する螺旋状に巻き回されるマグネットワイヤであり、
前記直動コイルの２つの前記コイル端は、前記マグネットワイヤの長さ方向の一端と他端とに位置しており、
前記第１の角度は、０度を超えることを特徴とする多軸アクチュエータ。
【請求項2】
筒状の多軸アクチュエータ用コイルと、
前記多軸アクチュエータ用コイルの内周に配置されるシャフトと、
を備え、
前記多軸アクチュエータ用コイルは、
可撓性を有し、前記シャフトの周方向に巻き回されたプリント基板と、
前記プリント基板にプリントされて、前記シャフトを軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群と、
前記プリント基板にプリントされて、前記直動コイル群の内周または外周に配置されて前記シャフトを前記周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群と、
を備え、
前記直動コイル群は、複数の直動コイルのそれぞれである複数の第１のコイルパターンを有し、
各前記第１のコイルパターンは、前記周方向に直線状に延びる複数の第１の長辺部と、隣り合う２つの前記第１の長辺部を繋ぐ複数の第１の短辺部と、を含み、
各前記第１のコイルパターンの各前記第１の長辺部は、互いに平行に延びており、
各前記第１の長辺部の長さ方向の一端と他端とが成す周方向の第１の角度は、前記回転コイル群の電気角周期と等しいか、または、前記回転コイル群の電気角周期の整数倍であることを特徴とする多軸アクチュエータ。
【請求項3】
前記直動コイルの巻回角度をＡ、前記直動コイルの巻数をＴ、前記第１の角度をθ１とし、前記巻回角度Ａを下記式で表したとき、Ａ＝３６０度×Ｔ＋θ１
各前記直動コイルの前記巻回角度Ａが同じ角度であることを特徴とする請求項１または２に記載の多軸アクチュエータ。
【請求項4】
前記直動コイル群および前記回転コイル群は、多相コイルであり、前記回転コイル群と半径方向で対面する前記直動コイルの数は各相で一致しており、かつ、各相の前記直動コイルの数は偶数であり、
前記回転コイル群は、前記軸方向に直線状に延びる長辺部を含み、
前記直動コイル群の前記軸方向の長さは、前記長辺部の前記軸方向の長さよりも短いことを特徴とする請求項１または２に記載の多軸アクチュエータ。
【請求項5】
半径方向において前記多軸アクチュエータ用コイルと対面するように前記多軸アクチュエータ用コイルの内周または外周に配置されるとともに、前記シャフトの外周に配置される磁石をさらに備え、前記磁石は、
第１の中心を有する複数の第１の磁石と、
前記第１の磁石に隣接して配置されて、前記第１の中心とは前記軸方向および前記周方向にずれる第２の中心を有する複数の第２の磁石と、を含み、
前記回転コイル群は、前記軸方向に直線状に延びる長辺部を含み、
隣接する前記第１の磁石の前記第１の中心と前記第２の磁石の前記第２の中心との前記軸方向に沿う距離を極間距離としたとき、前記長辺部の前記軸方向の長さは、前記極間距離の２ｍ倍と同一の長さであり、
前記ｍは、自然数であり、
前記直動コイル群の前記軸方向の長さは、前記長辺部の前記軸方向の長さよりも長いことを特徴とする請求項１または２に記載の多軸アクチュエータ。
【請求項6】
前記第１の角度は、０度を超えることを特徴とする請求項２に記載の多軸アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、多軸アクチュエータ用コイルを備える多軸アクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体の製造装置、小型ロボットなどで、可動子を複数方向に移動させる多軸アクチュエータが用いられている。多軸アクチュエータには、可動子を複数方向に移動させるための磁界を発生させる多軸アクチュエータ用コイルが搭載されている。例えば、特許文献１には、軸方向に並べられて配置されたＺ軸コイルを有する直動コイル群と、直動コイル群の外周に並べられて配置されたθ軸コイルを有する回転コイル群とを備える多軸アクチュエータ用コイルが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１１－１４２７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１に開示されているように、異なる２つのコイル群が半径方向に並んで配置されていると、２つのコイル群のうち一方に通電した際に発生する磁束が他方のコイル群に干渉する相互干渉が発生する。これにより、意図せぬ誘導電流が生じ、多軸アクチュエータの誤作動を招くという問題がある。特に、回転コイル群から発生した磁束が直動コイル群に干渉する場合に、前記した問題が顕著になる。
【0005】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、回転コイル群から発生した磁束が直動コイル群に干渉することを抑制できる多軸アクチュエータを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示にかかる多軸アクチュエータは、筒状の多軸アクチュエータ用コイルと、多軸アクチュエータ用コイルの内周に配置されるシャフトと、を備えている。多軸アクチュエータ用コイルは、シャフトを軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群と、直動コイル群の内周または外周に配置されてシャフトを周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群と、を備えている。直動コイル群は、軸方向に並べられて配置された複数の直動コイルを有している。各直動コイルは、周方向に延びている。各直動コイルは、周方向の一端と他端とに位置する２つのコイル端を有している。各直動コイルにおいて２つのコイル端が成す周方向の第１の角度は、回転コイル群の電気角周期と等しいか、または、回転コイル群の電気角周期の整数倍である。直動コイルは、周方向に延びながら軸方向に移動する螺旋状に巻き回されたマグネットワイヤである。回転コイル群は、軸方向と半径方向とに交互に延びながら周方向に移動する螺旋状に巻き回されるマグネットワイヤである。直動コイルの２つのコイル端は、マグネットワイヤの長さ方向の一端と他端とに位置している。第１の角度は、０度を超える。
【発明の効果】
【0007】
本開示にかかる多軸アクチュエータは、回転コイル群から発生した磁束が直動コイル群に干渉することを抑制できる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１にかかる多軸アクチュエータを示した斜視図
【図4】実施の形態１にかかる多軸アクチュエータを一部破断した斜視図
【図5】実施の形態１にかかる直動コイルを示した斜視図
【図6】実施の形態１にかかる直動コイルを軸方向に沿って見たときの図
【図7】実施の形態１にかかる回転コイルを示した正面図
【図8】実施の形態１にかかる磁石を一部破断した斜視図
【図9】実施の形態１にかかる磁石を軸方向に沿って見たときの図
【図10】実施の形態２にかかる多軸アクチュエータを模式的に示した側面図
【図11】実施の形態３にかかる多軸アクチュエータを模式的に示した側面図
【図12】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルを示した斜視図
【図13】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルを軸方向に沿って見たときの図
【図14】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の表面を示した図
【図15】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図16】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の表面を示した図
【図17】実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図18】実施の形態４の変形例にかかる多軸アクチュエータ用コイルを示した斜視図
【図19】実施の形態４の変形例にかかる多軸アクチュエータ用コイルを軸方向に沿って見たときの図
【図20】実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の表面を示した図
【図21】実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図22】実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の表面を示した図
【図23】実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図24】実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイルを示した斜視図
【図25】実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の表面を示した図
【図26】実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図27】実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の表面を示した図
【図28】実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の裏面を表面から透かして見たときの図
【図29】実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第２のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板の表面を示した図
【図30】実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイルの第１のプリント基板を巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板の表面を示した図
【図31】実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイルを軸方向に沿って見たときの図
【図32】実施の形態８にかかる多軸アクチュエータを示した斜視図
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下に、実施の形態にかかる多軸アクチュエータを図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
実施の形態１．
はじめに、図１から図３を参照して、多軸アクチュエータ１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる多軸アクチュエータ１００を示した斜視図である。図２は、図１に示されたＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示されたＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２に示すように、多軸アクチュエータ１００は、ハウジング６と、ロータコア７と、磁石８と、多軸アクチュエータ用コイル１と、ステータコア９と、シャフト１０とを備えている。
はじめに、図１から図３を参照して、多軸アクチュエータ１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかる多軸アクチュエータ１００を示した斜視図である。図２は、図１に示されたＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１に示されたＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。図１および図２に示すように、多軸アクチュエータ１００は、ハウジング６と、ロータコア７と、磁石８と、多軸アクチュエータ用コイル１と、ステータコア９と、シャフト１０とを備えている。
【0011】
ロータコア７およびステータコア９は、いずれも中心軸Ｃを有する円筒形状に形成されている。以下、多軸アクチュエータ１００の各構成要素について方向を説明するときには、中心軸Ｃと平行な方向を軸方向、中心軸Ｃと直交する方向を半径方向、中心軸Ｃを中心とする回転方向を周方向とする。多軸アクチュエータ１００は、ステータコア９の内周側にロータコア７が配置されるインナーロータ型の多軸アクチュエータである。
【0012】
ハウジング６は、ロータコア７、磁石８、多軸アクチュエータ用コイル１、ステータコア９およびシャフト１０を収容する部材である。ハウジング６の形状は、外周面が角丸正方形で内周面が円形の筒状である。図３に示すように、ハウジング６は、軸方向の両端部が開口する筒状のフレーム６ａと、フレーム６ａの軸方向の両端部の開口部に配置される２つのブラケット６ｂとを有している。２つのブラケット６ｂのそれぞれには、シャフト１０が挿入される挿入孔６ｃが形成されている。各ブラケット６ｂの挿入孔６ｃの内周面には、軸受１１が１つずつ配置されている。軸受１１は、シャフト１０を回転および直動可能に支持する部材である。シャフト１０は、２つの軸受１１により回転および直動可能に支持されている。図３の紙面右側のブラケット６ｂには、ハウジング６の外部にシャフト１０を突出させるための貫通孔６ｄが形成されている。
【0013】
図２に示すように、ステータコア９は、フレーム６ａの内周に配置されている。ステータコア９は、フレーム６ａの内周に嵌め込まれている。ステータコア９には、複数方向に磁路が形成される。そのため、ステータコア９の材料には、例えば、圧粉磁心、バルク材が使用されることが好ましい。
【0014】
多軸アクチュエータ用コイル１は、ステータコア９の内周に配置されている。多軸アクチュエータ用コイル１は、円筒形状に形成されている。多軸アクチュエータ用コイル１は、ロータコア７およびステータコア９の中心軸Ｃと同軸に配置されている。多軸アクチュエータ用コイル１は、直動コイル群２と、直動コイル群２の内周に配置される回転コイル群３とを備えている。直動コイル群２は、シャフト１０を軸方向に移動させるための磁界を発生させる。直動コイル群２に電流を流すことにより磁界が発生し、この磁界によりシャフト１０を軸方向に移動させる推力が発生して、シャフト１０を軸方向に移動させることができる。回転コイル群３は、シャフト１０を周方向に回転させるための磁界を発生させる。回転コイル群３に電流を流すことにより磁界が発生し、この磁界によりシャフト１０を周方向に回転させるトルクが発生して、シャフト１０を周方向に回転させることができる。多軸アクチュエータ用コイル１の詳細については後記する。
【0015】
磁石８は、多軸アクチュエータ用コイル１の内周に設けられている。磁石８は、多軸アクチュエータ用コイル１と空隙を介して配置されている。磁石８は、半径方向において多軸アクチュエータ用コイル１と対面する。
【0016】
ロータコア７は、磁石８の内周に配置されている。換言すると、磁石８は、ロータコア７の外周に取り付けられている。
【0017】
シャフト１０は、ロータコア７の内周に配置されている。図３に示すように、シャフト１０は、中心軸Ｃに沿って延びている。シャフト１０は、中心軸Ｃと同軸に配置されている。シャフト１０の軸方向の一端部は、図３の紙面右側の一方のブラケット６ｂの挿入孔６ｃおよび貫通孔６ｄを通じてハウジング６の外部に突出している。シャフト１０の軸方向の他端部は、図３の紙面左側の他方のブラケット６ｂの挿入孔６ｃを通じてハウジング６の外部に突出している。シャフト１０は、複数方向に移動可能である。本実施の形態では、シャフト１０は、周方向と軸方向とに移動することができる。多軸アクチュエータ１００は、本実施の形態ではムービングマグネット型の多軸アクチュエータである。ロータコア７と磁石８とシャフト１０とで可動子が構成され、多軸アクチュエータ用コイル１とステータコア９とフレーム６ａとで固定子が構成される。ロータコア７と磁石８とは、シャフト１０と共に、周方向と軸方向とに移動する。
【0018】
図３の紙面右側の一方のブラケット６ｂの内部には、第１の位置検出器１２および第２の位置検出器１３が配置されている。第１の位置検出器１２は、シャフト１０の周方向の角度を検出するための機器である。第１の位置検出器１２は、複数の磁極または刻線を有する第１のスケール１２ａと、第１のスケール１２ａからシャフト１０の回転角度を検出する第１のセンサ１２ｂとを有している。第１のスケール１２ａは、シャフト１０に取り付けられている。第１のセンサ１２ｂは、一方のブラケット６ｂに取り付けられている。第２の位置検出器１３は、シャフト１０の軸方向の位置を検出するための機器である。第２の位置検出器１３は、複数の磁極または刻線を有する第２のスケール１３ａと、第２のスケール１３ａからシャフト１０の軸方向の位置を検出する第２のセンサ１３ｂとを有している。第２のスケール１３ａは、シャフト１０に取り付けられている。第２のセンサ１３ｂは、一方のブラケット６ｂに取り付けられている。
【0019】
次に、図４から図９を参照して、磁石８、シャフト１０および多軸アクチュエータ用コイル１の詳細について説明する。図４は、実施の形態１にかかる多軸アクチュエータ１００を一部破断した斜視図である。図５は、実施の形態１にかかる直動コイル２ａを示した斜視図である。図６は、実施の形態１にかかる直動コイル２ａを軸方向に沿って見たときの図である。図７は、実施の形態１にかかる回転コイル３ａを示した正面図である。図８は、実施の形態１にかかる磁石８を一部破断した斜視図である。図９は、実施の形態１にかかる磁石８を軸方向に沿って見たときの図である。なお、図４では、多軸アクチュエータ１００のうち多軸アクチュエータ用コイル１と磁石８とシャフト１０のみを図示している。図５では、１つの直動コイル２ａのみを図示している。
【0020】
図４に示すように、多軸アクチュエータ用コイル１は、可動子を軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群２と、直動コイル群２の内周に配置されて可動子を周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群３とを備えている。以下では、直動コイル群２および回転コイル群３が３相コイルである場合を例にして説明する。
【0021】
直動コイル群２は、軸方向に並べられて配置された複数の直動コイル２ａを有している。図４では、２つの直動コイル２ａが図示されているが、実際には３個以上の直動コイル２ａが軸方向に並べられて配置される。各直動コイル２ａは、周方向に延びている。各直動コイル２ａは、周方向に延びながら軸方向に移動する螺旋状に巻き回された１本のマグネットワイヤである。各直動コイル２ａの形状は、本実施の形態では半径方向に重ならない１層の円筒形状であるが、半径方向に２層以上に重なる円筒形状でもよい。
【0022】
各直動コイル２ａは、周方向の一端と他端とに位置する２つのコイル端２ｂ，２ｃを有している。図５に示すように、直動コイル２ａのコイル端２ｂ，２ｃは、マグネットワイヤの長さ方向の一端と他端とに位置する。２つのコイル端２ｂ，２ｃは、半径方向の外側に向かって突出している。２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか一方は、巻き始まり端部である。２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか他方は、巻き終わり端部である。２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか一方は、図示しない電力供給部の電源線が接続される端子となる。２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか他方は、各相の直動コイル２ａと電気的に接続される接続部となる。接続部は、例えば、中性点となってもよいし、デルタ結線となってもよい。
【0023】
図６に示すように、各直動コイル２ａにおいて２つのコイル端２ｂ，２ｃが成す周方向の第１の角度θ１は、図４に示される回転コイル群３の電気角周期と等しいか、または、回転コイル群３の電気角周期の整数倍である。第１の角度θ１は、直動コイル２ａの軸中心２ｄを基点とした２つのコイル端２ｂ，２ｃが成す周方向の角度である。第１の角度θ１は、０度でもよいが、０度を超えることが好ましい。本実施の形態では、第１の角度θ１が０度を超える場合を例示している。第１の角度θ１が０度を超える場合には、同一の直動コイル２ａにおいて、２つのコイル端２ｂ，２ｃの周方向における位置がずれている。一方、第１の角度θ１が０度である場合には、同一の直動コイル２ａにおいて、２つのコイル端２ｂ，２ｃの周方向における位置が一致する。
【0024】
図４に示すように、異なる直動コイル２ａにおいては、コイル端２ｂの周方向における位置が一致していてもよいし、コイル端２ｂの周方向における位置がずれていてもよい。異なる直動コイル２ａにおいては、コイル端２ｃの周方向における位置が一致していてもよいし、コイル端２ｃの周方向における位置がずれていてもよい。軸方向に隣接する一方の直動コイル２ａのコイル端２ｂと隣接する他方の直動コイル２ａのコイル端２ｃとの周方向における位置は、ずれていてもよいし、一致していてもよい。直動コイル２ａの巻回角度をＡ、直動コイル２ａの巻数をＴ、第１の角度をθ１とし、巻回角度Ａを下記式（１）で表したとき、各直動コイル２ａの巻回角度Ａが同じ角度であることが好ましい。
Ａ＝３６０度×Ｔ＋θ１・・・（１）
Ａ＝３６０度×Ｔ＋θ１・・・（１）
【0025】
回転コイル群３は、軸方向と半径方向とに交互に延びながら周方向に移動する螺旋状に巻き回される１本のマグネットワイヤである。回転コイル群３は、図７に示される六角形のループである回転コイル３ａを複数有している。複数の回転コイル３ａは、周方向に連続して形成される。各回転コイル３ａは、軸方向に直線状に延びる長辺部３ｂと、半径方向に延びる短辺部３ｃとを含んでいる。長辺部３ｂと短辺部３ｃとは、交互に配置されている。長辺部３ｂは、可動子を回転させるトルクの発生に寄与する部分である。短辺部３ｃは、可動子を回転させるトルクの発生に寄与しにくい部分である。短辺部３ｃは、隣り合う２つの長辺部３ｂを繋ぐ役割を果たしている。短辺部３ｃの形状は、ループの外周に向かって凸となる先鋭状である。
【0026】
図４に示すように、磁石８およびシャフト１０は、回転コイル３ａの内周に配置されている。磁石８は、シャフト１０の外周面に沿って配置されている。図８に示すように、半径方向に沿って見たときの磁石８の形状は、本実施の形態では菱形であるが、正方形などでもよい。菱形の対角線の一方が軸方向と一致するように、かつ、菱形の対角線の他方が周方向と一致するように、複数の磁石８が隙間無く配置されている。磁石８は、Ｎ極となる第１の磁石８ａと、Ｓ極となる第２の磁石８ｂとを含んでいる。図８では、第１の磁石８ａと第２の磁石８ｂとを区別するために、第１の磁石８ａのみにドットハッチングを付している。第１の磁石８ａと第２の磁石８ｂとは、互いの辺同士を接触させて配置されている。第１の磁石８ａが軸方向に並べられた列と第２の磁石８ｂが軸方向に並べられた列とが周方向に交互に配置されている。第１の磁石８ａが周方向に並べられた列と第２の磁石８ｂが周方向に並べられた列とが軸方向に交互に配置されている。第１の磁石８ａの配向は、半径方向の内側から外側に向かう方向である。第２の磁石８ｂの配向は、半径方向の外側から内側に向かう方向である。
【0027】
第１の磁石８ａは、第１の中心８ｃを有している。第１の中心８ｃは、第１の磁石８ａを半径方向に沿って見たときの第１の磁石８ａの中心である。第１の磁石８ａの形状が菱形の場合には、２本の対角線が交わる箇所が第１の中心８ｃである。第２の磁石８ｂは、第２の中心８ｄを有している。第２の中心８ｄは、第２の磁石８ｂを半径方向に沿って見たときの第２の磁石８ｂの中心である。第２の磁石８ｂの形状が菱形の場合には、２本の対角線が交わる箇所が第２の中心８ｄである。第１の中心８ｃと第２の中心８ｄとは、軸方向および周方向にずれている。
【0028】
ここでは、隣接する第１の磁石８ａの第１の中心８ｃと第２の磁石８ｂの第２の中心８ｄとの軸方向に沿う距離を、極間距離Ｐ５とする。また、図９に示すように、隣接する第１の磁石８ａと第２の磁石８ｂとにおいて第１の中心８ｃと第２の中心８ｄとが成す周方向の角度を、第２の角度θ２とする。第２の角度θ２は、円筒形状に並べられて配置された磁石８の軸中心８ｅを基点として、隣接する第１の磁石８ａの第１の中心８ｃと第２の磁石８ｂの第２の中心８ｄとが成す周方向の角度である。図６に示される第１の角度θ１は、図９に示される第２の角度θ２の２ｎ倍と同一の角度である。ｎは、０、または、自然数である。なお、本明細書において同一の角度とは、完全に同一の角度である場合の他、マグネットワイヤの曲げ性能を考慮して厳密には同一の角度ではなくマグネットワイヤの線径の２倍から３倍までずれた角度を含む意味である。図示した磁石８の配列は一例であり、極間距離Ｐ５と第２の角度θ２とを有する磁石８の配列であれば、適宜変更してもよい。
【0029】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００の効果について説明する。
【0030】
本実施の形態では、図４に示すように、多軸アクチュエータ用コイル１は、可動子を軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群２と、直動コイル群２の内周に配置されて可動子を周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群３とを備えている。また、本実施の形態では、図６に示すように、各直動コイル２ａにおいて２つのコイル端２ｂ，２ｃが成す周方向の第１の角度θ１は、回転コイル群３の電気角周期と等しいか、または、回転コイル群３の電気角周期の整数倍である。これらの構成により、図４に示される回転コイル群３に通電した際に直動コイル群２に鎖交する磁束、すなわち直動側干渉磁束が回転コイル群３の各相で平衡となる。そのため、回転コイル群３の各相から発生する直動側干渉磁束の合計は理論上０となり、回転コイル群３から発生した直動側干渉磁束が直動コイル群２に干渉することを抑制できる。これにより、意図せぬ誘導電流の発生を抑制して、多軸アクチュエータ１００の誤作動を抑制することができる。
【0031】
本実施の形態では、図６に示すように、第１の角度θ１は、０度を超える。この構成により、同一の直動コイル２ａにおいて、２つのコイル端２ｂ，２ｃの周方向における位置がずれる。そのため、２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか一方に電源線を接続する結線作業と、２つのコイル端２ｂ，２ｃのうちいずれか他方を中性点またはデルタ結線となるように接続する結線作業とを行いやすくなる。
【0032】
図４および図６に示される直動コイル２ａの巻回角度をＡ、直動コイル２ａの巻数をＴ、第１の角度をθ１とし、巻回角度Ａを前記した式（１）で表したとき、各直動コイル２ａの巻回角度Ａが同じ角度であることが好ましい。このようにすると、各直動コイル２ａの巻数Ｔが厳密に一致するため、直動コイル２ａの長さが各相で同一になる。これにより、各相の巻線の起磁力が一致することから、多軸アクチュエータ１００の運転時の脈動、すなわち振動が抑制されたり、各相の巻線の抵抗値が一致することから、デルタ結線の採用時に循環電流が抑制されたりするなどの効果を期待できる。
【0033】
本実施の形態では、図４に示すように、隣接する一方の直動コイル２ａのコイル端２ｂと隣接する他方の直動コイル２ａのコイル端２ｃとの周方向における位置は、ずれている。この構成により、隣接する一方の直動コイル２ａのコイル端２ｂと隣接する他方の直動コイル２ａのコイル端２ｃとが互いに干渉しない。そのため、隣接する直動コイル２ａの間の隙間を抑えながら直動コイル２ａを軸方向に積み重ねられるとともに、コイル端２ｂ，２ｃへの結線作業を行いやすくなる。
【0034】
次に、実施の形態１の変形例について説明する。
【0035】
本実施の形態では、直動コイル群２および回転コイル群３が３相コイルである場合を例示しているが、これに限定されない。直動コイル群２および回転コイル群３は、４相以上の多相コイルであってもよい。
【0036】
本実施の形態では、図４に示すように、多軸アクチュエータ１００は、磁石８を備えたが、磁石８を備えなくてもよい。例えば、多軸アクチュエータ１００は、鉄心のリラクタンストルクのみで回転するＳｙｎＲＭ（Synchronous Reluctance Motor）に相当する構成でもよい。
【0037】
本実施の形態では、図２および図３に示すように、多軸アクチュエータ１００は、ステータコア９を備えたが、ステータコア９を備えなくてもよい。例えば、多軸アクチュエータ１００は、コイル付近に鉄心を有さないコアレス構造に相当する構成でもよい。
【0038】
本実施の形態では、図２および図３に示すように、多軸アクチュエータ１００は、フレーム６ａを備えたが、フレーム６ａを備えなくてもよい。例えば、多軸アクチュエータ１００は、ステータコア９がフレームの役割を兼ねるフレームレス構造に相当する構成でもよい。
【0039】
本実施の形態では、図８に示される第１の磁石８ａがＮ極となり、第２の磁石８ｂがＳ極となっているが、第１の磁石８ａがＳ極となり、第２の磁石８ｂがＮ極となってもよい。
【0040】
実施の形態２．
次に、図１０を参照して、実施の形態２にかかる多軸アクチュエータ１００Ａについて説明する。図１０は、実施の形態２にかかる多軸アクチュエータ１００Ａを模式的に示した側面図である。本実施の形態では、回転コイル群３と半径方向で対面する直動コイル２ａの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイル２ａの数が偶数である点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ａにおいて直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも短い点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
次に、図１０を参照して、実施の形態２にかかる多軸アクチュエータ１００Ａについて説明する。図１０は、実施の形態２にかかる多軸アクチュエータ１００Ａを模式的に示した側面図である。本実施の形態では、回転コイル群３と半径方向で対面する直動コイル２ａの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイル２ａの数が偶数である点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ａにおいて直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも短い点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0041】
直動コイル群２の軸方向の長さＰ１は、回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも短い。直動コイル群２の軸方向の長さＰ１は、直動コイル群２の軸方向の一端から他端までの軸方向に沿う長さである。回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２は、回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の一端から他端までの軸方向に沿う長さである。回転コイル群３と半径方向で対面する直動コイル２ａの数は各相で一致しており、かつ、各相の直動コイル２ａの数は偶数である。図１２には、一例として、直動コイル群２が３相コイルであり、各相の直動コイル２ａの数が２個の場合を図示している。
【0042】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ａの効果について説明する。
【0043】
本実施の形態では、前記した実施の形態１と同一の効果を奏することができる。本実施の形態では、回転コイル群３と半径方向で対面する直動コイル２ａの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイル２ａの数が偶数である。また、本実施の形態では、直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも短い。これらの構成により、直動コイル群２に通電した際に回転コイル群３に鎖交する磁束、すなわち回転側干渉磁束が直動コイル群２の各相で平衡となる。そのため、直動コイル群２の各相から発生する回転側干渉磁束の合計は理論上０となり、直動コイル群２から発生した回転側干渉磁束が回転コイル群３に干渉することを抑制できる。つまり、本実施の形態では、回転コイル群３から発生した磁束が直動コイル群２に干渉すること、および、直動コイル群２から発生した磁束が回転コイル群３に干渉することの両方を抑制できる。これにより、意図せぬ誘導電流の発生をより一層抑制して、多軸アクチュエータ１００Ａの誤作動をより一層抑制することができる。
【0044】
実施の形態３．
次に、図１１を参照して、実施の形態３にかかる多軸アクチュエータ１００Ｂについて説明する。図１１は、実施の形態３にかかる多軸アクチュエータ１００Ｂを模式的に示した側面図である。本実施の形態では、回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２が極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｂにおいて直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも長い点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態３では、前記した実施の形態１，２と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
次に、図１１を参照して、実施の形態３にかかる多軸アクチュエータ１００Ｂについて説明する。図１１は、実施の形態３にかかる多軸アクチュエータ１００Ｂを模式的に示した側面図である。本実施の形態では、回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２が極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｂにおいて直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも長い点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態３では、前記した実施の形態１，２と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0045】
直動コイル群２の軸方向の長さＰ１は、回転コイル群３の長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも長い。長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２は、図８に示される極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである。ｍは、自然数である。なお、本明細書において同一の長さとは、完全に同一の長さである場合の他、マグネットワイヤの曲げ性能を考慮して厳密には同一の長さではなくマグネットワイヤの線径の２倍から３倍までずれた長さを含む意味である。
【0046】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｂの効果について説明する。
【0047】
本実施の形態では、前記した実施の形態１と同一の効果を奏することができる。本実施の形態では、長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２が極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである。また、本実施の形態では、直動コイル群２の軸方向の長さＰ１が長辺部３ｂの軸方向の長さＰ２よりも長い。これらの構成により、直動コイル群２に通電した際に回転コイル群３に鎖交する磁束、すなわち回転側干渉磁束が直動コイル群２の各相で平衡となる。そのため、直動コイル群２の各相から発生する回転側干渉磁束の合計は理論上０となり、直動コイル群２から発生した回転側干渉磁束が回転コイル群３に干渉することを抑制できる。つまり、本実施の形態では、回転コイル群３から発生した磁束が直動コイル群２に干渉すること、および、直動コイル群２から発生した磁束が回転コイル群３に干渉することの両方を抑制できる。これにより、意図せぬ誘導電流の発生をより一層抑制して、多軸アクチュエータ１００Ｂの誤作動をより一層抑制することができる。
【0048】
実施の形態４．
次に、図１２から図１７を参照して、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ１００Ｃについて説明する。図１２は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを示した斜視図である。図１３は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを軸方向に沿って見たときの図である。図１４は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図１５は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図１６は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図１７は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。本実施の形態では、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃがコイル基板である点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
次に、図１２から図１７を参照して、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ１００Ｃについて説明する。図１２は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを示した斜視図である。図１３は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを軸方向に沿って見たときの図である。図１４は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図１５は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図１６は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図１７は、実施の形態４にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。本実施の形態では、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃがコイル基板である点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0049】
図１２に示すように、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃは、可撓性を有し周方向に巻き回されたプリント基板４と、プリント基板４にプリントされた直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとを備えている。なお、図１２では、回転コイル群５Ｂが明確に図示されていないが、直動コイル群５Ａの内周に配置されている。また、図１２では、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの内周に配置される磁石８およびシャフト１０の図示を省略している。プリント基板４は、図１３に示される１つの軸５７を中心にして巻き回されている。軸５７は、図２に示される中心軸Ｃと平行に延びる仮想軸である。プリント基板４の巻回方向は、中心軸Ｃを中心とする回転方向である周方向と一致する。
【0050】
図１２に示すように、プリント基板４は、自由に変形させることが可能なフレキシブル基板である。プリント基板４は、本実施の形態では周方向に分割されている。図１４から図１７に示すように、プリント基板４は、２枚に分割されている。以下の説明において、２枚のプリント基板４を区別する場合には、図１４および図１５に示される一方のプリント基板４を第１のプリント基板４Ａと称し、図１６および図１７に示される他方のプリント基板４を第２のプリント基板４Ｂと称する。図１４および図１５において第１のプリント基板４Ａは、灰色領域で図示されている。図１６および図１７において第２のプリント基板４Ｂは、斜線ハッチングで図示されている。図１８以降で第１のプリント基板４Ａと第２のプリント基板４Ｂとが図示される場合にも、図１４から図１７と同じ方法で両者を区別する。図１２に示すように、プリント基板４は、表面４１と、表面４１とは反対を向く裏面４２とを有している。プリント基板４は、半径方向に２層以上形成されていることが好ましい。図１４から図１７に示すように、プリント基板４は、周方向の一端４３と他端４４とを有している。なお、図１５および図１７では、裏面４２が見えないが、説明の便宜上、表面４１と裏面４２の符号を併記する。
【0051】
図１４および図１５においてドットハッチングで図示された箇所が、直動コイル群５Ａである。図１６および図１７において格子ハッチングで図示された箇所が、回転コイル群５Ｂである。以下の説明において、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとを区別せずにコイル群５と呼ぶ場合もある。図１８以降で直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとが図示される場合にも、図１４から図１７と同じ方法で両者を区別する。
【0052】
図１４から図１７に示すように、各コイル群５は、複数のコイルパターン５１を有している。各コイルパターン５１は、直線状に延びる複数の長辺部５１ａと、隣り合う２つの長辺部５１ａを繋ぐ複数の短辺部５１ｂとを含んでいる。コイルパターン５１は、プリント基板４の銅箔層をエッチングすることにより形成される導電体である。以下の説明において、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとのコイルパターン５１を区別する場合には、直動コイル群５Ａのコイルパターン５１を第１のコイルパターン５２と称し、回転コイル群５Ｂのコイルパターン５１を第２のコイルパターン５３と称する。図１４から図１７では、各コイル群５が３相コイルである場合を例示している。図１４から図１７では、ハッチングの密度を変えることにより、各相のコイルパターン５１を区別している。
【0053】
図１４および図１５に示すように、第１のコイルパターン５２の数は、本実施の形態では６個である。第１のコイルパターン５２の数は、本実施の形態では第１のプリント基板４Ａの表面４１と裏面４２とに３個ずつである。表面４１の３個の第１のコイルパターン５２は、軸方向に並べられて配置されている。裏面４２の３個の第１のコイルパターン５２は、軸方向に並べられて配置されている。複数の第１のコイルパターン５２は、軸方向に並べられて配置された複数の直動コイルである。ここでは、同相の第１のコイルパターン５２が存在する軸方向のエリアを、第１のプリント基板４Ａの表面４１および裏面４２の区別なく数えた数を、直動コイルのコイル数とする。また、同相の第１のコイルパターン５２が存在する軸方向のエリアの区分けは、後記する第１の長辺部５２ａを基準にして行い、第１の長辺部５２ａ以外の部分を考慮しない。したがって、第１のプリント基板４Ａの表面４１から裏面４２に向かう方向に沿って見たときに、表面４１において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアと裏面４２において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアとの軸方向位置が同じである場合には、１個の直動コイルとして数える。一方、第１のプリント基板４Ａの表面４１から裏面４２に向かう方向に沿って見たときに、表面４１において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアと裏面４２において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアとの軸方向位置が異なる場合には、異なる直動コイルとして数える。例えば、図１４および図１５においては、表面４１において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアと裏面４２において同相の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアとが３個ずつであり、６個の軸方向のエリアの軸方向位置が互いに異なっている。そのため、直動コイルのコイル数は、６個と数える。各第１のコイルパターン５２は、概ね同一形状である。各第１のコイルパターン５２は、同一形状のループが軸方向に中心を一定間隔でずらしながら巻かれた分布巻きで第１のプリント基板４Ａにプリントされている。第１のプリント基板４Ａの表面４１と裏面４２とで同一位置にある２個の端部Ａ１・・・Ａ５，Ｂ１・・・Ｂ５，Ｃ１・・・Ｃ５は、スルーホール５４を介して電気的に接続されている。
【0054】
第１のコイルパターン５２は、第１のプリント基板４Ａの表面４１と裏面４２とに交互に配置されている。第１のプリント基板４Ａの表面４１の第１のコイルパターン５２が表面４１で半周延びた後、スルーホール５４を介して第１のプリント基板４Ａの裏面４２に渡って、裏面４２の第１のコイルパターン５２が裏面４２で半周延びる。６個の第１のコイルパターン５２のそれぞれの巻数は、第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の第１のコイルパターン５２のそれぞれの巻数と半径方向に積み重なる第１のプリント基板４Ａの積層数との積となる。６個の第１のコイルパターン５２のそれぞれの巻数は、任意に決めてよい。第１のプリント基板４Ａの表面４１には、各相の第１のコイルパターン５２の他端を電気的に接続する接続部５５が設けられている。接続部５５は、軸方向に延びている。
【0055】
第１のコイルパターン５２は、周方向に延びる複数の第１の長辺部５２ａと、複数の第１の短辺部５２ｂとを含んでいる。第１の長辺部５２ａと第１の短辺部５２ｂとは、交互に配置されている。第１の長辺部５２ａは、可動子を軸方向に移動させる推力の発生に寄与する部分である。第１の短辺部５２ｂは、可動子を軸方向に移動させる推力の発生に寄与しにくい部分である。第１の短辺部５２ｂは、表裏の２つの第１の長辺部５２ａを繋ぐ役割を果たしている。図１４に示される第１の短辺部５２ｂは、第１の長辺部５２ａから離れるにつれて軸方向の一方に位置するように傾斜しながら延びている。図１５に示される第１の短辺部５２ｂは、第１の長辺部５２ａから離れるにつれて軸方向の他方に位置するように傾斜しながら延びている。裏面４２の第１のコイルパターン５２の一端には、図示しない電力供給部の電源線が接続される端子５２ｃが設けられている。各第１のコイルパターン５２には、端子５２ｃを介して、図示しない電力供給部から電力が供給される。端子５２ｃは、第１のプリント基板４Ａの軸方向の一端面よりも軸方向の外側に突出している。軸方向の外側とは、第１のプリント基板４Ａの軸方向の中心から軸方向の端面に向かう方向を意味する。
【0056】
図１４に示すように、各第１のコイルパターン５２は、周方向の一端と他端とに位置する２つのコイル端５１ｃ，５１ｄを有している。第１のコイルパターンのコイル端５１ｃ，５１ｄは、第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａの長さ方向の一端と他端とに位置する。図１３に示すように、２つのコイル端５１ｃ，５１ｄが成す周方向の第１の角度θ１は、回転コイル群５Ｂの電気角周期と等しいか、または、回転コイル群５Ｂの電気角周期の整数倍である。第１の角度θ１は、プリント基板４を巻き回す中心となる軸５７を基点とした２つのコイル端５１ｃ，５１ｄが成す周方向の角度である。第１の角度θ１は、０度を超えることが好ましい。本実施の形態では、第１の角度θ１が０度を超える場合を例示している。第１の角度θ１が０度を超える場合には、同一の第１のコイルパターン５２において、２つのコイル端５１ｃ，５１ｄの周方向における位置がずれている。第１の角度θ１は、図９に示される第２の角度θ２の２ｎ倍と同一の角度である。
【0057】
図１４に示すように、異なる第１のコイルパターン５２においては、コイル端５１ｃの周方向における位置が図示のように一致していてもよいし、コイル端５１ｃの周方向における位置がずれていてもよい。異なる第１のコイルパターン５２においては、コイル端５１ｄの周方向における位置が図示のように一致していてもよいし、コイル端５１ｄの周方向における位置がずれていてもよい。図１２に示すように、軸方向に隣接する一方の第１のコイルパターン５２のコイル端５１ｃと隣接する他方の第１のコイルパターン５２のコイル端５１ｄとの周方向における位置は、図示のようにずれていてもよいし、一致していてもよい。第１のコイルパターン５２の巻回角度をＡ、第１のコイルパターン５２の巻数をＴ、第１の角度をθ１とし、巻回角度Ａを下記式（２）で表したとき、各第１のコイルパターン５２の巻回角度Ａが同じ角度であることが好ましい。
Ａ＝３６０度×Ｔ＋θ１・・・（２）
Ａ＝３６０度×Ｔ＋θ１・・・（２）
【0058】
図１６および図１７に示すように、第２のコイルパターン５３の数は、本実施の形態では１８個である。第２のコイルパターン５３の数は、本実施の形態では第２のプリント基板４Ｂの表面４１と裏面４２とに９個ずつである。表面４１の９個の第２のコイルパターン５３は、周方向に並べられて配置されている。裏面４２の９個の第２のコイルパターン５３は、周方向に並べられて配置されている。複数の第２のコイルパターン５３は、周方向に並べられて配置された複数の回転コイルである。ここでは、同相の第２のコイルパターン５３が存在する周方向のエリアを、第２のプリント基板４Ｂの表面４１および裏面４２の区別なく数えた数を、回転コイルのコイル数とする。また、同相の第２のコイルパターン５３が存在する周方向のエリアの区分けは、後記する第２の長辺部５３ａを基準にして行い、第２の長辺部５３ａ以外の部分を考慮しない。したがって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１から裏面４２に向かう方向に沿って見たときに、表面４１において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアと裏面４２において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアとの周方向位置が同じである場合には、１個の回転コイルとして数える。一方、第２のプリント基板４Ｂの表面４１から裏面４２に向かう方向に沿って見たときに、表面４１において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアと裏面４２において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアとの周方向位置が異なる場合には、異なる回転コイルとして数える。例えば、図１６および図１７においては、表面４１において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアと裏面４２において同相の第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａが存在する周方向のエリアとが９個ずつであり、このうち６個の周方向のエリアの周方向位置が互いに異なっていて６個の周方向のエリアの周方向位置が同じである。そのため、回転コイルのコイル数は、１２個と数える。各第２のコイルパターン５３は、概ね同一形状である。各第２のコイルパターン５３は、同一形状のループが周方向に中心を一定間隔でずらしながら巻かれた分布巻きで第２のプリント基板４Ｂにプリントされている。第２のプリント基板４Ｂの表面４１と裏面４２とで同一位置にある２個の端部Ｄ１・・・Ｄ５，Ｅ１・・・Ｅ５，Ｆ１・・・Ｆ５は、スルーホール５４を介して電気的に接続されている。また、第２のプリント基板４Ｂの表面４１と裏面４２とで同一位置にある２個の端部Ｇ１・・・Ｇ５，Ｈ１・・・Ｈ５，Ｉ１・・・Ｉ５は、スルーホール５４を介して電気的に接続されている。また、第２のプリント基板４Ｂの表面４１と裏面４２とで同一位置にある２個の端部Ｊ１・・・Ｊ５，Ｋ１・・・Ｋ５，Ｌ１・・・Ｌ５は、スルーホール５４を介して電気的に接続されている。
【0059】
第２のコイルパターン５３は、第２のプリント基板４Ｂの表面４１と裏面４２とに交互に配置されている。第２のプリント基板４Ｂの表面４１の第２のコイルパターン５３が表面４１で半周延びた後、スルーホール５４を介して第２のプリント基板４Ｂの裏面４２に渡って、裏面４２の第２のコイルパターン５３が裏面４２で半周延びる。１８個の第２のコイルパターン５３のそれぞれの巻数は、第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の第２のコイルパターン５３のそれぞれの巻数と半径方向に積み重なる第２のプリント基板４Ｂの積層数との積となる。１８個の第２のコイルパターン５３のそれぞれの巻数は、任意に決めてよい。第２のプリント基板４Ｂの表面４１には、各相の第２のコイルパターン５３の他端を電気的に接続する接続部５６が設けられている。接続部５６は、周方向に延びている。接続部５５，５６は、例えば、中性点となってもよいし、デルタ結線となってもよい。
【0060】
第２のコイルパターン５３は、軸方向に延びる複数の第２の長辺部５３ａと、複数の第２の短辺部５３ｂとを含んでいる。第２の長辺部５３ａと第２の短辺部５３ｂとは、交互に配置されている。第２の長辺部５３ａは、可動子を回転させるトルクの発生に寄与する部分である。第２の短辺部５３ｂは、可動子を回転させるトルクの発生に寄与しにくい部分である。第２の短辺部５３ｂは、表裏の２つの第２の長辺部５３ａを繋ぐ役割を果たしている。図１６に示される第２の短辺部５３ｂは、第２の長辺部５３ａから離れるにつれて周方向の一方に位置するように傾斜しながら延びている。図１７に示される第２の短辺部５３ｂは、第２の長辺部５３ａから離れるにつれて周方向の他方に位置するように傾斜しながら延びている。裏面４２の第２のコイルパターン５３の一端には、図示しない電力供給部の電源線が接続される端子５３ｃが設けられている。各第２のコイルパターン５３には、端子５３ｃを介して、図示しない電力供給部から電力が供給される。端子５３ｃは、第２のプリント基板４Ｂの軸方向の他端面よりも軸方向の外側に突出している。
【0061】
図１４および図１５に示される各第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａは、互いに平行に延びている。図１６および図１７に示される各第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａは、互いに平行に延びている。図１４および図１５に示される各第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａと図１６および図１７に示される各第２のコイルパターン５３の第２の長辺部５３ａとは、互いに交差する方向に延びている。第１の長辺部５２ａと第２の長辺部５３ａとは、本実施の形態では互いに直交する方向に延びている。
【0062】
図１２に示すように、各プリント基板４は、コイル群５が形成された表面４１が外周に位置するようにかつ裏面４２が内周に位置するように、右回りに巻き回されている。各プリント基板４は、コイル群５が形成された表面４１が内周に位置するようにかつ裏面４２が外周に位置するように、巻き回されてもよい。各プリント基板４は、図示しない治具の円筒面に沿って巻き回される。図１４および図１５に示される第１のプリント基板４Ａの周方向の他端４４が図１６および図１７に示される第２のプリント基板４Ｂの周方向の一端４３に連続するように、第１のプリント基板４Ａおよび第２のプリント基板４Ｂが連続して巻き回されている。これにより、図１２に示される円筒形状の多軸アクチュエータ用コイル１Ｃが成形される。多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの外周面は、第１のプリント基板４Ａの表面４１となる。
【0063】
図１４から図１７に示される第１のプリント基板４Ａと第２のプリント基板４Ｂとは、接着剤、テープなどの固定手段により連結されてもよいし、連結されていなくもよい。後者の場合には、内周に位置する第２のプリント基板４Ｂを巻き回した後、第２のプリント基板４Ｂの周方向の一端４３に連続するように、第１のプリント基板４Ａを巻き回せばよい。内周に位置する第２のプリント基板４Ｂをガイドにして、２枚目の第１のプリント基板４Ａを巻き回せるため、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを容易に成形することができる。
【0064】
直動コイル群５Ａは、回転コイル群５Ｂの外周に配置される。すなわち、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとは、周方向で一致する位置に配置されている。換言すると、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとは、半径方向に並べられて配置されている。半径方向に並べられて配置される直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとの間には、例えば、図示しない絶縁層が全周に亘って挟み込まれて配置されている。これにより、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとの短絡を防止できる。
【0065】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｃの効果について説明する。
【0066】
本実施の形態においても、前記した実施の形態１と同様に、回転コイル群５Ｂの各相から発生する直動側干渉磁束の合計は理論上０となり、回転コイル群５Ｂから発生した直動側干渉磁束が直動コイル群５Ａに干渉することを抑制できる。
【0067】
本実施の形態では、図１２および図１３に示すように、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃは、可撓性を有し１つの軸５７を中心にして巻き回されたプリント基板４と、プリント基板４にプリントされた複数の直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂとを備えている。この構成により、プリント基板４の変形が容易であるため、プリントされた直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂも含めてプリント基板４を容易に変形させることができる。すなわち、本実施の形態では、直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂを容易かつ精度良く半径方向に並べて配置することができる。そのため、本実施の形態では、巻き崩れおよび巻線間の交錯が生じにくく、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃの肥大化を抑制して、コイルスペースの肥大化を抑制することができる。したがって、多軸アクチュエータ用コイル１Ｃをスペース効率良く成形することができる。また、コイルスペースの肥大化を抑制できることにより、多軸アクチュエータ１００Ｃの大型化および多軸アクチュエータ１００Ｃの出力密度の低下を抑制することができる。
【0068】
次に、実施の形態４の変形例について説明する。
【0069】
本実施の形態では、図１３に示すように、プリント基板４が円筒形状に巻き回されているが、プリント基板４の軸５７と直交する断面形状が多角形状の筒状となるようにプリント基板４が巻き回されてもよい。
【0070】
図１４から図１７に示される第１のプリント基板４Ａおよび第２のプリント基板４Ｂの巻き回し量は適宜変更してもよい。例えば、各プリント基板４が１周を超えて巻き回されてもよい。このようにすると、コイルパターン５１の巻数がより多く必要な多軸アクチュエータ１００Ｃに対応することができる。
【0071】
直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂのそれぞれのコイルパターン５１の数は、図示の例に限定されることなく、適宜変更してもよい。また、図１４から図１７では、直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂのそれぞれが３相コイルである場合を例示しているが、これに限定されない。直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂのそれぞれは、４相以上のコイルであってもよい。また、本実施の形態では各コイルパターン５１の分布巻きの一例として、重ね巻きを図示したが、これに限定されない。各コイルパターン５１の分布巻きは、例えば、波巻きでもよい。
【0072】
図１８は、実施の形態４の変形例にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを示した斜視図である。図１９は、実施の形態４の変形例にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｃを軸方向に沿って見たときの図である。図１８および図１９に示すように、同一の第１のコイルパターン５２において、２つのコイル端５１ｃ，５１ｄの周方向における位置が一致していてもよい。このような構成にすると、第１の角度θ１は０度になる。
【0073】
実施の形態５．
次に、図２０から図２４を参照して、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ１００Ｄについて説明する。図２０は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図２１は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２２は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図２３は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２４は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄを示した斜視図である。本実施の形態では、回転コイル群５Ｂと半径方向で対面する直動コイルの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイルの数が偶数である点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｄにおいて直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも短い点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態５では、前記した実施の形態４と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。図２１および図２３では、裏面４２が見えないが、説明の便宜上、表面４１と裏面４２の符号を併記する。
次に、図２０から図２４を参照して、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ１００Ｄについて説明する。図２０は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図２１は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２２は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図２３は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２４は、実施の形態５にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｄを示した斜視図である。本実施の形態では、回転コイル群５Ｂと半径方向で対面する直動コイルの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイルの数が偶数である点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｄにおいて直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも短い点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態５では、前記した実施の形態４と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。図２１および図２３では、裏面４２が見えないが、説明の便宜上、表面４１と裏面４２の符号を併記する。
【0074】
図２０および図２１に示すように、直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３は、直動コイル群５Ａの軸方向の一端Ｐ３１から他端Ｐ３２までの軸方向に沿う長さである。具体的には、直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３は、軸方向の一方の端に位置する第１の長辺部５２ａから軸方向の他方の端に位置する第１の長辺部５２ａまでの軸方向に沿う長さである。図２２および図２３に示すように、第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４は、回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の一端から他端までの軸方向に沿う長さである。図２０および図２１においては、表面４１の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアと裏面４２の第１のコイルパターン５２の第１の長辺部５２ａが存在する軸方向のエリアとが３個ずつであり、６個の軸方向のエリアの軸方向位置が互いに異なっている。そのため、直動コイルのコイル数は、６個である。回転コイル群５Ｂと半径方向で対面する直動コイルの数は各相で一致しており、かつ、各相の直動コイルの数は偶数である。図２４には、一例として、直動コイル群５Ａが３相コイルであり、各相の直動コイルの数が２個の場合を図示している。
【0075】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｄの効果について説明する。
【0076】
本実施の形態では、前記した実施の形態４と同一の効果を奏することができる。本実施の形態では、図２０、図２１および図２４に示すように、回転コイル群５Ｂと半径方向で対面する直動コイルの数が各相で一致しており、かつ、各相の直動コイルの数が偶数である。また、本実施の形態では、図２４に示すように、直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも短い。これらの構成により、直動コイル群５Ａに通電した際に回転コイル群５Ｂに鎖交する磁束、すなわち回転側干渉磁束が直動コイル群５Ａの各相で平衡となる。そのため、直動コイル群５Ａの各相から発生する回転側干渉磁束の合計は理論上０となり、直動コイル群５Ａから発生した回転側干渉磁束が回転コイル群５Ｂに干渉することを抑制できる。つまり、本実施の形態では、回転コイル群５Ｂから発生した磁束が直動コイル群５Ａに干渉すること、および、直動コイル群５Ａから発生した磁束が回転コイル群５Ｂに干渉することの両方を抑制できる。これにより、意図せぬ誘導電流の発生をより一層抑制して、多軸アクチュエータ１００Ｄの誤作動をより一層抑制することができる。
【0077】
実施の形態６．
次に、図２５から図２８を参照して、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ１００Ｅについて説明する。図２５は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図２６は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２７は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図２８は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。本実施の形態では、回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４が極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｅにおいて直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも長い点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態６では、前記した実施の形態４，５と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。図２６および図２８では、裏面４２が見えないが、説明の便宜上、表面４１と裏面４２の符号を併記する。
次に、図２５から図２８を参照して、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ１００Ｅについて説明する。図２５は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図２６は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。図２７は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図２８は、実施の形態６にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｅの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの裏面４２を表面４１から透かして見たときの図である。本実施の形態では、回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４が極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである点、および、多軸アクチュエータ用コイル１Ｅにおいて直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも長い点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態６では、前記した実施の形態４，５と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。図２６および図２８では、裏面４２が見えないが、説明の便宜上、表面４１と裏面４２の符号を併記する。
【0078】
図２５および図２６に示される直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３は、図２７および図２８に示される回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも長い。第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４は、図８に示される極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである。ｍは、自然数である。
【0079】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｅの効果について説明する。
【0080】
本実施の形態では、前記した実施の形態４と同一の効果を奏することができる。本実施の形態では、図２７および図２８に示される回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４が図８に示される極間距離Ｐ５の２ｍ倍と同一の長さである。また、本実施の形態では、図２５から図２８に示すように、直動コイル群５Ａの軸方向の長さＰ３が回転コイル群５Ｂの第２の長辺部５３ａの軸方向の長さＰ４よりも長い。この構成により、直動コイル群５Ａに通電した際に回転コイル群５Ｂに鎖交する磁束、すなわち回転側干渉磁束が直動コイル群５Ａの各相で平衡となる。そのため、直動コイル群５Ａの各相から発生する回転側干渉磁束の合計は理論上０となり、直動コイル群５Ａから発生した回転側干渉磁束が回転コイル群５Ｂに干渉することを抑制できる。つまり、本実施の形態では、回転コイル群５Ｂから発生した磁束が直動コイル群５Ａに干渉すること、および、直動コイル群５Ａから発生した磁束が回転コイル群５Ｂに干渉することの両方を抑制できる。これにより、意図せぬ誘導電流の発生をより一層抑制して、多軸アクチュエータ１００Ｅの誤作動をより一層抑制することができる。
【0081】
実施の形態７．
次に、図２９から図３１を参照して、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ１００Ｆについて説明する。図２９は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図３０は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図３１は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆを軸方向に沿って見たときの図である。本実施の形態では、コイルパターン５１の巻き方が集中巻きである点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態７では、前記した実施の形態４と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
次に、図２９から図３１を参照して、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ１００Ｆについて説明する。図２９は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆの第２のプリント基板４Ｂを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第２のプリント基板４Ｂの表面４１を示した図である。図３０は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆの第１のプリント基板４Ａを巻き回す前の状態を示した側面図であって、第１のプリント基板４Ａの表面４１を示した図である。図３１は、実施の形態７にかかる多軸アクチュエータ用コイル１Ｆを軸方向に沿って見たときの図である。本実施の形態では、コイルパターン５１の巻き方が集中巻きである点が、前記した実施の形態４と相違する。なお、実施の形態７では、前記した実施の形態４と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0082】
図３０に示すように、第１のコイルパターン５２の数は、本実施の形態では３個である。３個の第１のコイルパターン５２は、軸方向に並べられて配置されている。各第１のコイルパターン５２は、同一形状で異なる大きさのループが同一の中心を基点に巻かれた集中巻きで第１のプリント基板４Ａにプリントされている。第１のコイルパターン５２の形状は、外周から内周に向かうにつれて四角形のループの大きさが小さくなる雷紋状である。
【0083】
第１のコイルパターン５２は、周方向に延びる複数の第１の長辺部５２ａと、軸方向に延びる複数の第１の短辺部５２ｂとを含んでいる。第１の長辺部５２ａと第１の短辺部５２ｂとは、交互に配置されている。第１の短辺部５２ｂは、隣り合う２つの第１の長辺部５２ａを繋ぐ役割を果たしている。各第１のコイルパターン５２の他端には、端子５２ｃの反対側となるループ内側の端子５２ｄが設けられる。各第１のコイルパターン５２の端子５２ｄは、図示しないパターンまたはジャンパ線で互いに結線される。
【0084】
図２９に示すように、第２のコイルパターン５３の数は、本実施の形態では６個である。６個の第２のコイルパターン５３は、周方向に並べられて配置されている。各第２のコイルパターン５３は、同一形状である。各第２のコイルパターン５３は、同一形状で異なる大きさのループが同一の中心を基点に巻かれた集中巻きで第２のプリント基板４Ｂにプリントされている。第２のコイルパターン５３の形状は、外周から内周に向かうにつれて大きさが小さくなる雷紋状である。
【0085】
第２のコイルパターン５３は、軸方向に延びる複数の第２の長辺部５３ａと、周方向に延びる複数の第２の短辺部５３ｂとを含んでいる。第２の長辺部５３ａと第２の短辺部５３ｂとは、交互に配置されている。第２の短辺部５３ｂは、隣り合う２つの第２の長辺部５３ａを繋ぐ役割を果たしている。各第２のコイルパターン５３の他端には、端子５３ｃの反対側となるループ内側の端子５３ｄが設けられる。各第２のコイルパターン５３の端子５３ｄは、図示しないパターンまたはジャンパ線で互いに結線される。
【0086】
図３１に示すように、各プリント基板４は、コイル群５が形成された表面４１が内周に位置するようにかつ裏面４２が外周に位置するように、右回りに巻き回されている。各プリント基板４は、コイル群５が形成された表面４１が外周に位置するようにかつ裏面４２が内周に位置するように、巻き回されてもよい。各プリント基板４は、図示しない治具の円筒面に沿って巻き回される。第１のプリント基板４Ａの周方向の一端４３が第２のプリント基板４Ｂの周方向の他端４４に連続するように、第１のプリント基板４Ａおよび第２のプリント基板４Ｂが連続して巻き回されている。これにより、円筒形状の多軸アクチュエータ用コイル１Ｆが成形される。多軸アクチュエータ用コイル１Ｆの外周面は、第１のプリント基板４Ａの裏面４２および第２のプリント基板４Ｂの裏面４２となる。
【0087】
直動コイル群５Ａは、回転コイル群５Ｂの一部の外周に配置される。すなわち、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂの一部とは、周方向で一致する位置に配置されている。換言すると、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂの一部とは、半径方向に並べられて配置されている。半径方向に並べられて配置される直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂの一部との間には、第２のプリント基板４Ｂが全周に亘って挟み込まれて配置されている。これにより、直動コイル群５Ａと回転コイル群５Ｂとの短絡を防止できる。
【0088】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｆの効果について説明する。
【0089】
図３１に示されるプリント基板４を円筒に複数回巻き回した場合には、プリント基板４の１周当たりの周長は、プリント基板４の外周側ほど長くなる。そのため、図２９に示される回転コイル群５Ｂのようにコイルパターン５１の配列方向が周方向と一致し、かつ、各コイルパターン５１の周方向の幅が等しい場合には、プリント基板４を円筒に巻き回す回数が増えるほど、同相のコイルパターン５１が周方向にずれる位相ずれが生じる。また、位相ずれが生じることで１周ごとの電気的な位相が変化し、多軸アクチュエータの電磁気特性が低下しやすいという問題がある。
【0090】
この点、本実施の形態では、図２９および図３１に示すように、巻き回されたプリント基板４の内周側に配置される回転コイル群５Ｂは、コイルパターン５１の配列方向が周方向と一致し、かつ、長辺部５１ａが周方向に対して直交する方向に延びている。つまり、位相ずれによる多軸アクチュエータ１００Ｆの電磁気特性の低下が顕著に表れやすい回転コイル群５Ｂを、位相ずれの発生が抑制されるプリント基板４の内周側に配置する。この構成により、回転コイル群５Ｂを巻き回されたプリント基板４の外周側に配置する場合に比べて、多軸アクチュエータ１００Ｆの電磁気特性の低下を抑制することができる。
【0091】
なお、直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂのうちの一方のコイルパターン５１が集中巻きでプリント基板４にプリントされ、直動コイル群５Ａおよび回転コイル群５Ｂのうちの他方のコイルパターン５１が分布巻きでプリント基板４にプリントされてもよい。
【0092】
実施の形態８．
次に、図３２から図３４を参照して、実施の形態８にかかる多軸アクチュエータ１００Ｇについて説明する。図３２は、実施の形態８にかかる多軸アクチュエータ１００Ｇを示した斜視図である。図３３は、図３２に示されたＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ線に沿った断面図である。図３４は、図３２に示されたＸＸＸＩＶ－ＸＸＸＩＶ線に沿った断面図である。本実施の形態では、ロータコア７の外周に多軸アクチュエータ用コイル１Ｇが配置されるムービングコイル型の多軸アクチュエータ１００Ｇである点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態８では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
次に、図３２から図３４を参照して、実施の形態８にかかる多軸アクチュエータ１００Ｇについて説明する。図３２は、実施の形態８にかかる多軸アクチュエータ１００Ｇを示した斜視図である。図３３は、図３２に示されたＸＸＸＩＩＩ－ＸＸＸＩＩＩ線に沿った断面図である。図３４は、図３２に示されたＸＸＸＩＶ－ＸＸＸＩＶ線に沿った断面図である。本実施の形態では、ロータコア７の外周に多軸アクチュエータ用コイル１Ｇが配置されるムービングコイル型の多軸アクチュエータ１００Ｇである点が、前記した実施の形態１と相違する。なお、実施の形態８では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【0093】
【0094】
図３３に示すように、ステータコア９は、フレーム６ａの内周に配置されている。磁石８は、ステータコア９の内周に設けられている。磁石８は、半径方向において多軸アクチュエータ用コイル１Ｇと対面する。
【0095】
多軸アクチュエータ用コイル１Ｇは、磁石８の内周に配置されている。多軸アクチュエータ用コイル１Ｇは、磁石８と空隙を介して配置されている。多軸アクチュエータ用コイル１Ｇは、直動コイル群２と、直動コイル群２の外周に配置される回転コイル群３とを備えている。
【0096】
ロータコア７は、多軸アクチュエータ用コイル１Ｇの内周に配置されている。換言すると、多軸アクチュエータ用コイル１Ｇは、ロータコア７の外周に配置されている。
【0097】
シャフト１０は、ロータコア７の内周に配置されている。ロータコア７と多軸アクチュエータ用コイル１Ｇとシャフト１０とは、可動子を構成する。磁石８とステータコア９とフレーム６ａとは、固定子を構成する。ロータコア７と多軸アクチュエータ用コイル１Ｇとは、シャフト１０と共に、周方向と軸方向とに移動する。
【0098】
次に、本実施の形態にかかる多軸アクチュエータ１００Ｇの効果について説明する。
【0099】
本実施の形態でも、可動子を複数方向に移動させながら、前記した実施の形態１と同一の効果を奏することができる。また、多軸アクチュエータ用コイル１Ｇが巻数の少ない多軸アクチュエータ用コイルの場合、可動子が軽量化し、多軸アクチュエータ１００Ｇの応答性が向上する。さらに、多軸アクチュエータ用コイル１Ｇを直接円筒成形する際、プリント基板４をロータコア７に直接巻き付けながら成形することが可能となり、成形用の円筒治具を別途用意する必要がなくなる。
【0100】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【0101】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 多軸アクチュエータ用コイル、２，５Ａ 直動コイル群、２ａ 直動コイル、２ｂ，２ｃ，５１ｃ，５１ｄ コイル端、２ｄ，８ｅ 軸中心、３，５Ｂ 回転コイル群、３ａ 回転コイル、３ｂ，５１ａ 長辺部、３ｃ，５１ｂ 短辺部、４ プリント基板、４Ａ 第１のプリント基板、４Ｂ 第２のプリント基板、５ コイル群、６ ハウジング、６ａ フレーム、６ｂ ブラケット、６ｃ 挿入孔、６ｄ 貫通孔、７ ロータコア、８ 磁石、８ａ 第１の磁石、８ｂ 第２の磁石、８ｃ 第１の中心、８ｄ 第２の中心、９ ステータコア、１０ シャフト、１１ 軸受、１２ 第１の位置検出器、１２ａ 第１のスケール、１２ｂ 第１のセンサ、１３ 第２の位置検出器、１３ａ 第２のスケール、１３ｂ 第２のセンサ、４１ 表面、４２ 裏面、４３ 一端、４４ 他端、５１ コイルパターン、５２ 第１のコイルパターン、５２ａ 第１の長辺部、５２ｂ 第１の短辺部、５２ｃ，５２ｄ，５３ｃ，５３ｄ 端子、５３ 第２のコイルパターン、５３ａ 第２の長辺部、５３ｂ 第２の短辺部、５４ スルーホール、５５，５６ 接続部、５７ 軸、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，１００Ｆ，１００Ｇ 多軸アクチュエータ。
【要約】
多軸アクチュエータ（１００）は、多軸アクチュエータ用コイル（１）と、多軸アクチュエータ用コイル（１）の内周に配置されるシャフト（１０）とを備えている。多軸アクチュエータ用コイル（１）は、シャフト（１０）を軸方向に移動させる磁界を発生させる直動コイル群（２）と、直動コイル群（２）の内周または外周に配置されてシャフト（１０）を周方向に移動させる磁界を発生させる回転コイル群（３）とを備えている。直動コイル群（２）は、軸方向に並べられて配置された複数の直動コイル（２ａ）を有している。各直動コイル（２ａ）は、周方向に延びている。各直動コイル（２ａ）は、周方向の一端と他端とに位置する２つのコイル端（２ｂ，２ｃ）を有している。各直動コイル（２ａ）において２つのコイル端（２ｂ，２ｃ）が成す周方向の第１の角度は、回転コイル群（３）の電気角周期と等しいか、または、回転コイル群（３）の電気角周期の整数倍である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】