特許 7591830 ２自由度電動機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-21

(45)【発行日】2024-11-29

(54)【発明の名称】２自由度電動機

(51)【国際特許分類】

   H02K 16/04 20060101AFI20241122BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20241122BHJP

【ＦＩ】

H02K16/04

H02K21/16 M

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021573010

(86)(22)【出願日】2020-12-17

(86)【国際出願番号】 JP2020047259

(87)【国際公開番号】W WO2021149420

(87)【国際公開日】2021-07-29

【審査請求日】2023-11-20

(31)【優先権主張番号】P 2020008623

(32)【優先日】2020-01-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504182255

【氏名又は名称】国立大学法人横浜国立大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】弁理士法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】八田 禎之

(72)【発明者】

【氏名】藤本 康孝

【審査官】三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】特表２００９－５１７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０２５７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０３４０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２３７１６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １６／０４

Ｈ０２Ｋ ２１／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転磁界を形成する環状の第１ステータと、
回転磁界を形成する環状の第２ステータと、
第１極性に着磁された複数の第１磁極と、前記第１極性と異なる第２極性に着磁された複数の第２磁極と、を含み、前記第１ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、前記第１ステータが形成する回転磁界により回転移動する環状の第１ロータと、
複数の前記第１磁極と、複数の前記第２磁極と、を含み、前記第１ロータ及び前記第２ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、直進移動及び回転移動可能に支持される駆動軸と、
を少なくとも有し、
前記第１ロータの前記複数の第１磁極は、周方向に向かうに従い軸方向に傾斜する傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んで配置されており、
前記第１ロータの前記複数の第２磁極は、前記第１ロータの前記複数の第１磁極が並ぶ方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第１ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、第１方向及び該第１方向に交差する第２方向に沿って配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、前記第１方向及び前記第２方向に沿って配置されており、
前記駆動軸は、
前記第２ステータが形成する回転磁界により前記回転移動を行い、
前記第２ステータが形成する回転磁界により前記駆動軸に生じる第１回転力と、前記第１ステータが形成する回転磁界により前記第１ロータが回転移動するのに伴って、前記第１回転力と反対方向に前記駆動軸に生じる第２回転力と、前記駆動軸に生じる前記直進移動の方向の推力と、に基づいて、前記直進移動を行う、
２自由度電動機。

【請求項2】

前記第１方向は前記傾斜方向であり、
前記第２方向は軸方向である、
請求項１に記載の２自由度電動機。

【請求項3】

前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、前記傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んで配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、前記駆動軸の前記複数の第１磁極が並ぶ方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記駆動軸の前記複数の第１磁極と重ならないように配置されている、
請求項２に記載の２自由度電動機。

【請求項4】

前記駆動軸において、前記複数の第１磁極と着磁されていない非着磁部とが、前記傾斜方向及び軸方向において交互に配置されており、前記複数の第２磁極と前記非着磁部とが、前記傾斜方向及び軸方向において交互に配置されている、
請求項１～３のいずれか１項に記載の２自由度電動機。

【請求項5】

回転磁界を形成する環状の第１ステータと、
回転磁界を形成する環状の第２ステータと、
第１極性に着磁された複数の第１磁極と、前記第１極性と異なる第２極性に着磁された複数の第２磁極と、を含み、前記第１ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、前記第１ステータが形成する回転磁界により回転移動する環状の第１ロータと、
複数の前記第１磁極と、複数の前記第２磁極と、を含み、前記第１ロータ及び前記第２ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、直進移動及び回転移動可能に支持される駆動軸と、
を少なくとも有し、
前記第１ロータの前記複数の第１磁極は、周方向に向かうに従い軸方向に傾斜する傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んで配置されており、
前記第１ロータの前記複数の第２磁極は、前記第１ロータの前記複数の第１磁極が並ぶ方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第１ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、第１方向及び該第１方向に交差する第２方向に沿って配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、前記第１方向及び前記第２方向に沿って配置されており、
複数の前記第１磁極と、複数の前記第２磁極と、を含み、前記第２ステータの内周面及び前記駆動軸の外周面に対して環状の隙間を有して設けられており、前記第２ステータが形成する回転磁界により回転移動する環状の第２ロータをさらに有する、
２自由度電動機。

【請求項6】

前記第１方向は、第１周方向に向かうに従い第１軸方向に傾斜する第１傾斜方向であり、
前記第２方向は、前記第１周方向の反対方向である第２周方向に向かうに従い前記第１軸方向に傾斜する第２傾斜方向であり、
前記第１ロータの前記複数の第１磁極は、前記第１傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んでおり、
前記第１ロータの前記複数の第２磁極は、前記第１傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第１ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されており、
前記第２ロータの前記複数の第１磁極は、前記第２傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んでおり、
前記第２ロータの前記複数の第２磁極は、前記第２傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第２ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されている、
請求項５に記載の２自由度電動機。

【請求項7】

前記駆動軸の前記複数の第１磁極及び前記複数の第２磁極のそれぞれは、前記第１傾斜方向に沿う端部と、前記第２傾斜方向に沿う端部を有する形状である、
請求項６に記載の２自由度電動機。

【請求項8】

前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、軸方向において互いに間隔を空けて配置されており、
前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、軸方向において互いに間隔を空けて配置されている、
請求項６又は７に記載の２自由度電動機。

【請求項9】

前記駆動軸の前記複数の第１磁極及び前記複数の第２磁極のそれぞれは、周方向に沿う端部と、軸方向に沿う端部を有する形状であって、周方向及び軸方向において互いの端部が隣接するように交互に配置されている、
請求項６に記載の２自由度電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２自由度電動機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、人の作業をロボットで行うなどの自動化が促進されている。人の作業を実現するために、ロボットは複数の自由度から構成される多自由度システムである必要があるが、搭載されるモータの台数が増加してしまう。モータの台数が増加するとロボットが大型化してしまうため、１のモータで複数の自由度を実現できることが好ましい。そこで、例えば、特許文献１には、２自由度モータ（電動機）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１６３００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロボット等に用いられる電動機においては、低損失化及び高出力化の観点から更なる改良が望まれている。

【0005】

本発明の目的は、低損失化及び高出力化を実現可能な２自由度電動機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下の通りである。

【0007】

（１）回転磁界を形成する環状の第１ステータと、回転磁界を形成する環状の第２ステータと、第１極性に着磁された複数の第１磁極と、前記第１極性と異なる第２極性に着磁された複数の第２磁極と、を含み、前記第１ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、前記第１ステータが形成する回転磁界により回転移動する環状の第１ロータと、複数の前記第１磁極と、複数の前記第２磁極と、を含み、前記第１ロータ及び前記第２ステータの内周面に対して環状の隙間を有して設けられており、直進移動及び回転移動可能に支持される駆動軸と、を少なくとも有し、前記第１ロータの前記複数の第１磁極は、周方向に向かうに従い軸方向に傾斜する傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んで配置されており、前記第１ロータの前記複数の第２磁極は、前記第１ロータの前記複数の第１磁極が並ぶ方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第１ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されており、前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、第１方向及び該第１方向に交差する第２方向に沿って配置されており、前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、前記第１方向及び前記第２方向に沿って配置されている、２自由度電動機。

【0008】

（２）（１）において、前記第１方向は前記傾斜方向であり、前記第２方向は軸方向である、２自由度電動機。

【0009】

（３）（２）において、前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、前記傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んで配置されており、前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、前記駆動軸の前記複数の第１磁極が並ぶ方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記駆動軸の前記複数の第１磁極と重ならないように配置されている、２自由度電動機。

【0010】

（４）（１）～（３）において、前記駆動軸において、前記複数の第１磁極と着磁されていない非着磁部とが、前記傾斜方向及び軸方向において交互に配置されており、前記複数の第２磁極と前記非着磁部とが、前記傾斜方向及び軸方向において交互に配置されている、２自由度電動機。

【0011】

（５）（１）において、複数の前記第１磁極と、複数の前記第２磁極と、を含み、前記第２ステータの内周面及び前記駆動軸の外周面に対して環状の隙間を有して設けられており、前記第２ステータが形成する回転磁界により回転移動する環状の第２ロータをさらに有する、２自由度電動機。

【0012】

（６）（５）において、前記第１方向は、第１周方向に向かうに従い第１軸方向に傾斜する第１傾斜方向であり、前記第２方向は、前記第１周方向の反対方向である第２周方向に向かうに従い前記第１軸方向に傾斜する第２傾斜方向であり、前記第１ロータの前記複数の第１磁極は、前記第１傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んでおり、前記第１ロータの前記複数の第２磁極は、前記第１傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記第１ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されており、前記第２ロータの前記複数の第１磁極は、前記第２傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並んでおり、前記第２ロータの前記複数の第２磁極は、前記第２傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、周方向において前記２ロータの前記複数の第１磁極と重ならないように配置されている、２自由度電動機。

【0013】

（７）（６）において、前記駆動軸の前記複数の第１磁極及び前記複数の第２磁極のそれぞれは、前記第１傾斜方向に沿う端部と、前記第２傾斜方向に沿う端部を有する形状である、２自由度電動機。

【0014】

（８）（６）または（７）において、前記駆動軸の前記複数の第１磁極は、軸方向において互いに間隔を空けて配置されており、前記駆動軸の前記複数の第２磁極は、軸方向において互いに間隔を空けて配置されている、２自由度電動機。

【0015】

（９）（６）において、前記駆動軸の前記複数の第１磁極及び前記複数の第２磁極のそれぞれは、周方向に沿う端部と、軸方向に沿う端部を有する形状であって、周方向及び軸方向において互いの端部が隣接するように交互に配置されている、２自由度電動機。

【発明の効果】

【0016】

上記本発明の（１）～（９）の側面によれば、低損失化及び高出力化を実現可能な２自由度電動機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第１実施形態に係る２自由度電動機を示す斜視図である。

【図2】第１実施形態に係る２自由度電動機を示す正面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ切断面における断面図である。

【図4】第１実施形態の第１ロータを示す斜視図である。

【図5】第１実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図6】第１実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図7】第１実施形態の第１ロータの磁石配置を示す図であって、第１ロータの外周面の展開平面図である。

【図8】第１ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【図9】第２実施形態に係る２自由度電動機を示す斜視図である。

【図10】第２実施形態に係る２自由度電動機を示す正面図である。

【図11】図１０のＸＩ－ＸＩ切断面における断面図である。

【図12】第２実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図13】第２実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図14】第２実施形態の第１ロータの磁石配置を示す図であって、第１ロータの外周面の展開平面図である。

【図15】第２実施形態の第２ロータの磁石配置を示す図であって、第２ロータの外周面の展開平面図である。

【図16】第１ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【図17】第２ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【図18】第１ロータと第２ロータとが同じ方向に回転移動する場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、推力［Ｎ］との関係を示す図である。

【図19】第１ロータと第２ロータとが同じ方向に回転移動する場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、回転力［Ｎｍ］との関係を示す図である。

【図20】第２ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【図21】第１ロータと第２ロータとが反対の方向に回転移動した場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、推力［Ｎ］との関係を示す図である。

【図22】第１ロータと第２ロータとが反対の方向に回転移動した場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、回転力［Ｎｍ］との関係を示す図である。

【図23】第２実施形態の第１変形例の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図24】第２実施形態の第１変形例の駆動軸を着磁する着磁器を示す図である。

【図25】第２実施形態の第２変形例に係る２自由度電動機を示す斜視図である。

【図26】第２実施形態の第２変形例の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【図27】第２実施形態の第２変形例の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の各実施形態について図面に基づき詳細に説明する。

【0019】

［第１実施形態に係る２自由度電動機１００の全体構成］
まず、図１～図４を参照して、第１実施形態に係る２自由度電動機の全体構成の概要について説明する。図１は、第１実施形態に係る２自由度電動機を示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る２自由度電動機を示す正面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ切断面における断面図である。図４は、第１実施形態の第１ロータを示す斜視図である。

【0020】

２自由度電動機１００は、いわゆるラジアルギャップ型モータであり、図１～図３に示すように、第１ステータ１０と、第２ステータ２０と、駆動軸３０と、第１ロータ４０とを有する。

【0021】

２自由度電動機１００は、Ｚ軸方向の推力と、θ方向の回転力を独立して発生させることができる電動機である。ここで、Ｚ軸方向とは、駆動軸３０が延伸する方向である。第１実施形態においては、図１等に示すように、第１ステータ１０側から第２ステータ２０側に向かう方向を＋Ｚ方向とし、その反対方向を－Ｚ方向とする。また、駆動軸３０の周方向をθ方向とする。第１実施形態においては、図１等に示すように、＋Ｚ方向を見た場合に、時計回り方向を＋θ方向とし、その反対方向を－θ方向とする。

【0022】

［第１ステータ１０及び第２ステータ２０の概要］
第１ステータ１０は、環状であって、回転磁界を形成する。具体的には、第１ステータ１０は、コイル及びコイルが巻かれた鉄心からなる複数の電機子（不図示）がθ方向に間隔を空けて配置されており、複数の電機子に順に位相をずらして電流が供給されることで、回転磁界を形成する構造である。この回転磁界により、第１ステータ１０は、第１ロータ４０を回転移動させることができる。

【0023】

同様に、第２ステータ２０は、環状であって、回転磁界を形成する。具体的には、第２ステータ２０は、コイル及びコイルが巻かれた鉄心からなる複数の電機子（不図示）がθ方向に間隔を明けて配置されており、複数の電機子に順に位相をずらして電流が供給されることで、回転磁界を形成する構造である。この回転磁界により、第２ステータ２０は、駆動軸３０を駆動させることができる。

【0024】

第１ステータ１０と第２ステータ２０は、Ｚ軸方向において異なる位置に設けられている。また、第１ステータ１０と第２ステータ２０とは独立して制御可能である。

【0025】

［第１ロータ４０の概要］
第１ロータ４０は、図４に示すように、環状の回転体である。また、第１ロータ４０は、駆動軸３０の外周面及び第１ステータ１０の内周面に対して環状の隙間を有して、回転可能に支持されている。なお、第１ロータ４０は、第１ステータ１０に組み込まれる不図示のベアリング等により回転可能に支持されているとよい。

【0026】

第１ロータ４０は、外周面において、Ｎ極（第１極性）に着磁された複数のＮ極磁石４１（第１磁極）を含むＮ極領域と、Ｓ極（第２極性）に着磁された複数のＳ極磁石４２（第２磁極）を含むＳ極領域を含む。なお、第１ロータ４０の内周面においては、外周面のＮ極領域に対応する部位がＳ極領域となり、外周面のＳ極領域に対応する部位がＮ極領域となる。すなわち、Ｎ極磁石４１の内周面はＳ極であり、Ｓ極磁石４２の内周面はＮ極である。Ｎ極磁石４１及びＳ極磁石４２は永久磁石であるとよい。後述のＮ極磁石３１及びＳ極磁石３２も同様に永久磁石であるとよい。

【0027】

図４に示すように、第１ロータ４０に含まれる複数のＮ極磁石４１及びＳ極磁石４２はそれぞれ、円弧状である。また、図４に示すように、１つのＮ極磁石４１、及び１つのＳ極磁石４２のθ方向における幅を４５°とし、それら磁石を８つ並べることで第１ロータ４０の１周を構成することとした。なお、図４においては、周方向で隣接するＮ極磁石４１とＳ極磁石４２が互いに連結される構成を示すが、これに限られず、互いに離間していてもよい。この場合、Ｎ極磁石４１及びＳ極磁石４２は、着磁されていない筒状のハウジング等に支持されているとよい。

【0028】

第１ロータ４０のＮ極領域及びＳ極領域はそれぞれ、駆動軸３０の外周面及び第１ステータ１０の内周面に対して対向して設けられている。すなわち、第１ロータ４０の外周面のＮ極領域及びＳ極領域は、第１ステータ１０から磁気的に影響を受けると共に、第１ロータ４０の内周面のＮ極領域及びＳ極領域は駆動軸３０に対して磁気的に影響を与えるように設けられている。なお、第１ロータ４０における磁石配置の詳細については後述する。

【0029】

第１ロータ４０は、いわゆるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet Motor）モータと同様の駆動方式で、第１ステータ１０に対して相対的に回転移動する。すなわち、第１ロータ４０は、第１ステータ１０の電機子に供給される三相電流の相変化によって形成される磁束の位置が変化し、磁束の位置変化に伴って回転移動する。

【0030】

［駆動軸３０の概要］
駆動軸３０は、第１ステータ１０及び第２ステータ２０の内周面に対して環状の隙間を有して配置されている。また、駆動軸３０の外周面には、Ｎ極に着磁された複数のＮ極磁石３１を含むＮ極領域と、Ｓ極に着磁されたＳ極磁石３２を含むＳ極領域が設けられている。また、図１に示すように、１つのＮ極磁石３１、及び１つのＳ極磁石３２のθ方向における幅を９０°とし、それら磁石を４つ並べることで駆動軸３０の１周を構成することとした。なお、駆動軸３０における磁石配置の詳細については後述する。

【0031】

駆動軸３０の外周面のＮ極領域は、第１ロータ４０の内周面のＮ極領域から反発する力を受けると共に、第１ロータ４０の内周面のＳ極領域に引き合う力を受ける。また、駆動軸３０の外周面のＳ極領域は、第１ロータ４０の内周面のＮ極領域に引き合う力を受けると共に、第１ロータ４０の内周面のＳ極領域から反発する力を受ける。第１ロータ４０の回転移動に伴い、第１ロータ４０の磁石配置と、駆動軸３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じると、駆動軸３０は、第１ロータ４０から上記反発する力及び引き合う力を受けることとなる。それにより、駆動軸３０は駆動する。

【0032】

［駆動軸３０の磁石配置］
図５及び図６は、第１実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。図５及び図６においては、Ｎ極磁石３１を幅狭の斜線で示しており、Ｓ極磁石３２を幅広の複数の斜線からなるハッチングで示しており、着磁されていな部分（以下、非着磁部という）を白抜きで示している。

【0033】

駆動軸３０は、図５に示すように、その外周面に、右傾斜方向（第１方向）に沿って延びるＮ極領域と、当該Ｎ極領域に沿って延びるＳ極領域とを有する。Ｎ極領域とＳ極領域とは交互に配置されている。なお、ここで、右傾斜方向とは、＋θ方向（第１周方向）に向かうに従い＋Ｚ方向に傾斜する方向であると定義する。また、後述の左傾斜方向は、－θ方向（第２周方向）に向かうに従い＋Ｚ方向に傾斜する方向であると定義する。また、第１実施形態においては、図５に示すように、θ方向に対する右傾斜方向の傾斜角をαとする。

【0034】

第１実施形態において、Ｎ極領域は、Ｎ極磁石３１と非着磁部３３とを含む帯状の領域である。同様に、Ｓ極領域は、Ｓ極磁石３２と、非着磁部３４とを含む帯状の領域である。

【0035】

Ｎ極領域においては、右傾斜方向に沿ってＮ極磁石３１が互いに間隔を空けて並んで配置されている。また、Ｎ極領域においては、右傾斜方向に沿って非着磁部３３が互いに間隔を空けて並んで配置されている。このように、Ｎ極領域においては、Ｎ極磁石３１と非着磁部３３とが交互に並んで配置されている。

【0036】

Ｓ極領域においては、右傾斜方向に沿ってＳ極磁石３２が互いに間隔を空けて並んで配置されている。また、Ｓ極領域においては、右傾斜方向に沿って非着磁部３４が互いに間隔を空けて並んで配置されている。このように、Ｓ極領域においては、Ｓ極磁石３２と非着磁部３４とが交互に並んで配置されている。

【0037】

また、駆動軸３０のＮ極領域に含まれるＮ極磁石３１と、駆動軸３０のＳ極領域に含まれる非着磁部３４とは、Ｚ軸方向に交互に並んで配置されている。同様に、駆動軸３０のＳ極領域に含まれるＳ極磁石３２と、駆動軸３０のＮ極領域に含まれる非着磁部３３とは、Ｚ軸方向に交互に並んで配置されている。

【0038】

すなわち、駆動軸３０は、図６に示すように、Ｚ軸方向（第１方向に交差する第２方向）に沿って延びるＮ極領域と、Ｚ軸方向に沿って延びるＳ極領域と、を含む構成であると捉えることもできる。Ｚ軸方向に沿って延びるＮ極領域は、Ｎ極磁石３１と非着磁部３４を含む領域である。Ｚ軸方向に沿って延びるＳ極領域は、Ｓ極磁石３２と非着磁部３３を含む領域である。

【0039】

また、駆動軸３０において、展開平面視における、Ｎ極磁石３１、Ｓ極磁石３２、及び非着磁部３３、３４の平面形状をそれぞれ、Ｚ軸方向に延びる辺（端部）と、右傾斜方向に延びる辺（端部）とを含む平行四辺形とした。

【0040】

［第１ロータ４０の磁極配置］
図７は、第１実施形態の第１ロータの磁石配置を示す図であって、第１ロータの外周面の展開平面図である。なお、第１ロータ４０は、内周面側から見た場合においても、図７に示す磁石配置と同様の磁極配置をとるものである。図７においては、図５等と同様に、Ｎ極磁石４１を幅狭の複数の斜線で示しており、Ｓ極磁石４２を幅広の複数の斜線で示しており、非着磁部４３を白抜きで示している。

【0041】

第１実施形態においては、第１ロータ４０の磁石配置を、駆動軸３０の磁石配置とほぼ同様とした。すなわち、第１ロータ４０において、複数のＮ極磁石４１は、右傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶように配置されている。また、複数のＳ極磁石４２も、右傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶように配置されている。また、Ｎ極磁石４１は、θ方向においてＳ極磁石４２と重ならないように配置されている。

【0042】

また、第１ロータ４０のＮ極磁石４１及びＳ極磁石４２の形状についても、駆動軸３０のＮ極磁石３１及びＳ極磁石３２とほぼ同様とした。

【0043】

［駆動軸３０の駆動原理：θ方向］
駆動軸３０は、いわゆるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet Motor）モータと同様の駆動方式で、第２ステータ２０に対して相対的に回転移動する。すなわち、第２ステータ２０において電流を流すことにより回転磁界を形成すると、駆動軸３０にθ方向の力が作用する。それにより、駆動軸３０はθ方向に回転移動する。なお、第２ステータ２０に流す電流の向きを変えることにより、駆動軸３０を＋θ方及び－θ方向のいずれかに回転移動させることができる。

【0044】

このように、第１実施形態に係る２自由度電動機１００においては、第１ステータ１０を駆動することなく、第２ステータ２０を駆動させることにより、駆動軸３０を回転移動させることができる。すなわち、θ方向の回転力を独立して発生させることができる。

【0045】

［駆動軸の駆動原理：Ｚ軸方向］
図８は、第１ロータ４０の回転移動に伴って駆動軸３０に作用する磁力を示す図である。上述のように、第１ステータ１０により回転磁界を形成すると、第１ロータ４０にθ方向の回転力が作用する。第１ロータ４０がθ方向に回転移動することにより、第１ロータ４０の磁石配置と、駆動軸３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じる。その際に、駆動軸３０には磁力が生じる。

【0046】

具体的には、第１ロータ４０が－θ方向に回転した場合、駆動軸３０には、図８に示すように、右傾斜方向に対して直交する方向に磁力Ｆが生じる。磁力Ｆは、図８に示すように、＋Ｚ方向に作用する推力Ｆ×ｃｏｓαと、－θ方向に作用する回転力Ｆ×ｓｉｎαとの合力である。

【0047】

磁力Ｆは式（１）に示す位相差θ_ｍｒ１に応じて発生する。式（１）において、θ_ｒ１及びθ_ｍは第１ロータ４０及び駆動軸３０のθ方向における回転角を示し、ｚ_ｍはＺ軸方向における駆動軸３０の位置を示す。また、θ_ｒｐ及びθ_ｍｐは第１ロータ４０及び駆動軸３０それぞれのθ方向における磁石配置の周期（θ方向における１つの磁石の幅）を示す。ｌ_ｐは、Ｚ軸方向における磁石配置の周期（Ｚ軸方向における１つの磁石の幅）を示す。第１実施形態においては、θ_ｒｐ＝４５°、θ_ｍｐ＝９０°とした。

【0048】

［数１］
θ_ｍｒ１＝θ_ｒ１－θ_ｍ＋（π／ｌ_ｐ）×ｚ_ｍ・・・（１）

【0049】

以上述べたように、第１実施形態の構成においては、駆動軸３０には、第２ステータ２０が形成する回転磁界によるθ方向の回転力と、第１ロータ４０の回転移動により生じるＺ軸方向の推力及びθ方向の回転力が作用する。

【0050】

駆動軸３０を独立して直線移動させるには、第２ステータ２０が形成する回転磁界によるθ方向の回転力と、第１ロータ４０の回転移動により生じる－θ方向の回転力Ｆ×Ｓｉｎαとが打ち消し合うように、第１ステータ１０及び第２ステータ２０を制御するとよい。回転力が打ち消し合うことにより、駆動軸３０は、第１ステータ１０及び第２ステータ２０に対して相対的に直線移動のみを行うこととなる。それにより、Ｚ軸方向の推力を独立して発生させることができる。

【0051】

２自由度電動機１００においては、第１ステータ１０及び第２ステータ２０と、第１ロータ４０と、駆動軸３０とが互いに物理的に非接触であるため、摩擦による損失を防ぐことができ、その結果高出力化を実現することができる。また、出力部であるステータを２つ設ける構成を採用することにより、より高い出力を出すことが可能となる。また、第１ロータ４０及び駆動軸３０に含まれる磁石が矩形であるため、螺旋状の磁石を採用する構成と比較して、構成が簡易であり、製造が容易である。また、第１ロータ４０及び駆動軸３０のＮ極領域及びＳ極領域は非着磁部を含むため、使用する磁石の量を少なくすることができる。その結果、コストを低減することができる。

【0052】

［第２実施形態に係る２自由度電動機２００の全体構成］
次に、図９～図２２を参照して、第２実施形態に係る２自由度電動機２００について説明する。なお、Ｚ軸方向、θ方向、右傾斜方向等の各方向の定義は、第１実施形態と同様とし、その説明については省略する。また、Ｎ極磁石及びＳ極磁石については、第１実施形態と同じ符号を用いて説明する。

【0053】

図９は、第２実施形態に係る２自由度電動機を示す斜視図である。図１０は、第２実施形態に係る２自由度電動機を示す正面図である。図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ切断面における断面図である。図１２は、第２実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。図１３は、第２実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。図１４は、第２実施形態の第１ロータの磁石配置を示す図であって、第１ロータの外周面の展開平面図である。図１５は、第２実施形態の第２ロータの磁石配置を示す図であって、第２ロータの外周面の展開平面図である。

【0054】

２自由度電動機２００は、２自由度電動機１００と同様に、Ｚ軸方向の推力と、θ方向の回転力を独立して発生させることができる電動機である。２自由度電動機２００は、第１ステータ２１０と、第２ステータ２２０と、駆動軸２３０と、第１ロータ２４０と、第２ロータ２５０とを有する。

【0055】

［第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０の概要］
第１ステータ２１０は、図１等に示した第１ステータ１０とスロット数は異なるが、他の基本的な構造は同様であり、環状であって、回転磁界を形成するものである。第１ステータ２１０は、回転磁界を形成することにより、第１ロータ２４０を駆動させることができる。

【0056】

同様に、第２ステータ２２０は、図１等に示した第２ステータ２２０とスロット数は異なるが、他の基本的な構造は同様であり、環状であって、回転磁界を形成するものである。第２ステータ２２０は、回転磁界を形成することにより、第２ロータ２５０を駆動させることができる。

【0057】

第１ステータ２１０と第２ステータ２２０は、Ｚ軸方向において異なる位置に設けられている。また、第１ステータ２１０と第２ステータ２２０とは独立して制御可能である。

【0058】

［第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の概要］
外観の図示は省略するが、第１ロータ２４０は、環状の回転体である。また、第１ロータ２４０は、駆動軸２３０の外周面及び第１ステータ２１０の内周面に対して環状の隙間を有して、回転可能に支持されている。

【0059】

第２ロータ２５０も環状の回転体である。第２ロータ２５０は、駆動軸２３０の外周面及び第２ステータ２２０の内周面に対して環状の隙間を有して、回転可能に支持されている。

【0060】

第１ロータ２４０は、外周面において、Ｎ極に着磁された複数のＮ極磁石４１を含む帯状のＮ極領域と、Ｓ極に着磁された複数のＳ極磁石４２を含む帯状のＳ極領域を含む。なお、第１ロータ２４０の内周面においては、外周面のＮ極領域に対応する部位がＳ極領域となり、外周面のＳ極領域に対応する部位がＮ極領域となる。すなわち、Ｎ極磁石４１の内周面はＳ極であり、Ｓ極磁石４２の内周面はＮ極である。

【0061】

第１ロータ２４０のＮ極領域及びＳ極領域はそれぞれ、駆動軸２３０の外周面及び第１ステータ２１０の内周面に対して対向して設けられている。すなわち、第１ロータ２４０の外周面のＮ極領域及びＳ極領域は、第１ステータ２１０から磁気的に影響を受けると共に、第１ロータ２４０の内周面のＮ極領域及びＳ極領域は駆動軸２３０に対して磁気的に影響を与えるように設けられている。第１ロータ２４０における磁石配置の詳細については後述する。

【0062】

同様に、第２ロータ２５０は、Ｎ極に着磁された複数のＮ極磁石４１を含む帯状のＮ極領域と、Ｓ極に着磁された複数のＳ極磁石４２を含む帯状のＳ極領域を含む。

【0063】

第２ロータ２５０のＮ極領域及びＳ極領域はそれぞれ、駆動軸２３０の外周面及び第２ステータ２２０の内周面に対して対向して設けられている。すなわち、第２ロータ２５０のＮ極領域及びＳ極領域は、第２ステータ２２０から磁気的に影響を受けると共に、第２ロータ２５０のＮ極領域及びＳ極領域駆動軸２３０に対して磁気的に影響を与えるように設けられている。第２ロータ２５０における磁石配置の詳細については後述する。

【0064】

図１０に示すように、第２ロータ２５０に含まれる複数のＮ極磁石４１及びＳ極磁石４２はそれぞれ、円弧状である。また、図１０に示すように、１つのＮ極磁石４１、及び１つのＳ極磁石４２のθ方向における幅を４５°とし、それら磁石を８つ並べることで第２ロータ２５０の１周を構成することとした。なお、第１ロータ２４０も同様とした。

【0065】

［駆動軸２３０の概要］
駆動軸２３０は、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の内周面に対して環状の隙間を有して配置されている。また、駆動軸２３０の外周面には、Ｎ極に着磁された複数のＮ極磁石３１を含む帯状のＮ極領域と、Ｓ極に着磁されたＳ極磁石３２を含む帯状のＳ極領域が設けられている。また、駆動軸２３０においては、１つのＮ極磁石３１、及び１つのＳ極磁石３２のθ方向における幅を１８０°とし、それら磁石を２つ並べることで駆動軸２３０の１周を構成することとした。駆動軸２３０における磁石配置の詳細については後述する。

【0066】

駆動軸２３０の外周面のＮ極領域は、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の内周面のＮ極領域から反発する力を受けると共に、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の内周面のＳ極領域に引き合う力を受ける。また、駆動軸２３０の外周面のＳ極領域は、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の内周面のＮ極領域に引き合う力を受けると共に、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の内周面のＳ極領域から反発する力を受ける。

【0067】

第１ロータ２４０の回転移動に伴い、第１ロータ２４０の磁石配置と、駆動軸２３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じると、駆動軸３３０は、第１ロータ２４０から上記反発する力及び引き合う力を受けることとなる。また、第２ロータ２５０の回転移動に伴い、第２ロータ２５０の磁石配置と、駆動軸２３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じると、駆動軸２３０は、第２ロータ２５０から上記反発する力及び引き合う力を受けることとなる。このように、駆動軸２３０は、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０から磁気的に力を受けることにより駆動する。

【0068】

［駆動軸２３０の磁石配置］
図１２及び図１３は、第２実施形態の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。図１２及び図１３においては、Ｎ極磁石３１を幅狭の斜線で示しており、Ｓ極磁石３２を幅広の複数の斜線からなるハッチングで示しており、非着磁部を白抜きで示している。

【0069】

駆動軸２３０は、図１２に示すように、その外周面に、右傾斜方向に沿って延びるＮ極領域と、当該Ｎ極領域に沿って延びるＳ極領域とを有する。Ｎ極領域とＳ極領域とは交互に配置されている。また、第２実施形態においては、図１２に示すように、θ方向に対する右傾斜方向の傾斜角をαとする。

【0070】

第２実施形態において、Ｎ極領域は、Ｎ極磁石３１と非着磁部３３とを含む領域である。同様に、Ｓ極領域は、Ｓ極磁石３２と、非着磁部３４とを含む領域である。

【0071】

Ｎ極領域においては、右傾斜方向に沿ってＮ極磁石３１が互いに間隔を空けて並んで配置されている。また、Ｎ極領域においては、右傾斜方向に沿って非着磁部３３が互いに間隔を空けて並んで配置されている。このように、Ｎ極領域においては、Ｎ極磁石３１と非着磁部３３とが交互に並んで配置されている。

【0072】

Ｓ極領域においては、右傾斜方向に沿ってＳ極磁石３２が互いに間隔を空けて並んで配置されている。また、Ｓ極領域においては、右傾斜方向に沿って非着磁部３４が互いに間隔を空けて並んで配置されている。このように、Ｓ極領域においては、Ｓ極磁石３２と非着磁部３４とが交互に並んで配置されている。

【0073】

また、駆動軸２３０のＮ極領域に含まれるＮ極磁石３１と、駆動軸２３０のＳ極領域に含まれる非着磁部３４とは、左傾斜方向に交互に並んで配置されている。同様に、駆動軸２３０のＳ極領域に含まれるＳ極磁石３２と、駆動軸２３０のＮ極領域に含まれる非着磁部３３とは、左傾斜方向に交互に並んで配置されている。

【0074】

すなわち、駆動軸２３０は、図１３に示すように、左傾斜方向に沿って延びるＮ極領域と、左傾斜方向に沿って延びるＳ極領域と、を含む構成であると捉えることもできる。左傾斜方向に沿って延びるＮ極領域は、Ｎ極磁石３１と非着磁部３４を含む領域である。左傾斜方向に沿って延びるＳ極領域は、Ｓ極磁石３２と非着磁部３３を含む領域である。

【0075】

また、駆動軸２３０において、展開平面視における、Ｎ極磁石３１、Ｓ極磁石３２、及び非着磁部３３、３４の平面形状をそれぞれ、右傾斜方向に延びる辺（端部）と、左傾斜方向に延びる辺（端部）とを含む平行四辺形（ひし形）とした。

【0076】

［第１ロータ２４０の磁極配置］
図１４は、第２実施形態の第１ロータの磁石配置を示す図であって、第１ロータの外周面の展開平面図である。なお、第１ロータ２４０は、内周面側から見た場合においても、図１４に示す磁石配置をとるものである。

【0077】

第２実施形態においては、第１ロータ２４０の磁石配置を、第１実施形態の第１ロータ４０と同様とした。すなわち、第１ロータ２４０において、複数のＮ極磁石４１は、右傾斜方向（第１傾斜方向）に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置されている。同様に、複数のＳ極磁石４２は、右傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置されている。また、Ｎ極磁石４１は、θ方向においてＳ極磁石４２と重ならないように配置されている。

【0078】

［第２ロータ２５０の磁極配置］
図１５は、第２実施形態の第２ロータの磁石配置を示す図であって、第２ロータの外周面の展開平面図である。なお、第２ロータ２５０は、内周面側から見た場合においても、図１５に示す磁石配置をとるものである。

【0079】

第２ロータ２５０において、図１５に示すように、複数のＮ極磁石４１は、左傾斜方向（第２傾斜方向）に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置されている。同様に、複数のＳ極磁石４２は、左傾斜方向に沿って互いに間隔を空けて並ぶと共に、Ｚ軸方向に沿って並ぶように配置されている。また、Ｎ極磁石４１は、θ方向においてＳ極磁石４２と重ならないように配置されている。

【0080】

［駆動軸２３０の駆動原理：θ方向］
図１６は、第１ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。図１７は、第２ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【0081】

第１ステータ２１０により回転磁界を形成すると、第１ロータ２４０にθ方向の回転力が作用する。第１ロータ２４０がθ方向に回転移動することにより、第１ロータ２４０の磁石配置と、駆動軸２３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じる。その際に、駆動軸２３０には磁力が生じる。

【0082】

具体的には、第１ロータ２４０が－θ方向に回転した場合、駆動軸２３０には、図１６に示すように、右傾斜方向に対して直交する方向に磁力Ｆが生じる。磁力Ｆは、図１６に示すように、＋Ｚ方向に作用する推力Ｆ×ｃｏｓαと、－θ方向に作用する回転力Ｆ×ｓｉｎαとの合力である。

【0083】

図１６に示す磁力Ｆは、上述の式（１）に示す位相差θ_ｍｒ１に応じて発生する。第２実施形態においては、θ_ｒｐ＝９０°、θ_ｍｐ＝１８０°とした。

【0084】

また、第２ステータ２２０により回転磁界を形成すると、第２ロータ２５０にθ方向の回転力が作用する。第２ロータ２５０がθ方向に回転移動することにより、第２ロータ２５０の磁石配置と、駆動軸２３０の磁石配置との間にθ方向において位相差が生じる。その際に、駆動軸２３０には磁力が生じる。

【0085】

具体的には、第２ロータ２５０が－θ方向に回転した場合、すなわち、第１ロータ２４０と同じ方向に回転した場合、駆動軸２３０には、図１７に示すように、左傾斜方向に対して直交する方向に磁力Ｆが生じる。磁力Ｆは、図１６に示すように、－Ｚ方向に作用する推力Ｆ×ｃｏｓαと、－θ方向に作用する回転力Ｆ×ｓｉｎαとの合力である。

【0086】

図１７に示す磁力Ｆは式（２）に示す位相差θ_ｍｒ２に応じて発生する。式（２）において、θ_ｒ２及びθ_ｍは第２ロータ２５０及び駆動軸２３０のθ方向における回転角を示し、ｚ_ｍはＺ軸方向における駆動軸２３０の位置を示す。また、θ_ｒｐ及びθ_ｍｐは第２ロータ２５０及び駆動軸２３０それぞれのθ方向における磁石配置の周期（θ方向における１つの磁石の幅）を示す。ｌ_ｐは、Ｚ軸方向における磁石配置の周期（Ｚ軸方向における１つの磁石の幅）を示す。第２実施形態においては、θ_ｒｐ＝９０°、θ_ｍｐ＝１８０°とした。

【0087】

［数２］
θ_ｍｒ２＝θ_ｒ２－θ_ｍ－（π／ｌ_ｐ）×ｚ_ｍ・・・（２）

【0088】

以上述べたように、第２実施形態の構成においては、駆動軸２３０には、第１ロータ２４０の回転移動により生じるＺ軸方向の推力及びθ方向の回転力と、第２ロータ２５０の回転移動により生じるＺ軸方向の推力及びθ方向の回転力と、が作用する。

【0089】

駆動軸２３０を独立して回転移動させるには、第１ロータ２４０の回転移動により生じる＋Ｚ方向の推力Ｆ×ｃｏｓαと、第２ロータ２５０の回転により生じる－Ｚ方向の推力Ｆ×ｃｏｓαとが打ち消し合うように、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０を制御するとよい。推力が打ち消し合うことにより、駆動軸２３０は、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０に対して相対的に回転移動のみを行うこととなる。それにより、θ方向の回転力を独立して発生させることができる。

【0090】

図１８は、第１ロータと第２ロータとが同じ方向に回転移動する場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、推力［Ｎ］との関係を示す図である。

【0091】

図１８に示すように、第１ロータ２４０の回転移動により生じるＺ軸方向の推力と、第２ロータ２５０の回転により生じるＺ軸方向の推力とが打ち消し合うように、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０を制御することにより、駆動軸２３０はＺ軸方向に移動しない。

【0092】

図１９は、第１ロータと第２ロータとが同じ方向に回転移動する場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、回転力［Ｎｍ］との関係を示す図である。

【0093】

図１９に示すように、第１ロータ２４０の回転移動により生じるθ方向の回転力と、第２ロータ２５０の回転により生じるθ方向の回転力とにより、駆動軸２３０は回転移動する。

【0094】

［駆動軸２３０の駆動原理：Ｚ軸方向］
図２０は、第２ロータの回転移動に伴って駆動軸に作用する磁力を示す図である。

【0095】

第２ロータ２５０が＋θ方向に回転した場合、すなわち、第１ロータ２４０と反対方向に回転した場合、駆動軸２３０には、図２０に示すように、左傾斜方向に対して直交する方向に磁力Ｆが生じる。磁力Ｆは、図２０に示すように、＋Ｚ方向に作用する推力Ｆ×ｃｏｓαと、＋θ方向に作用する回転力Ｆ×ｓｉｎαとの合力である。

【0096】

駆動軸２３０を独立して直線移動させるには、第１ロータ２４０の回転移動により生じる－θ方向の回転力Ｆ×ｓｉｎαと、第２ロータ２５０の回転により生じる＋θ方向の回転力Ｆ×ｓｉｎαとが打ち消し合うように、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０を制御するとよい。回転力が打ち消し合うことにより、駆動軸２３０は、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０に対して相対的に直線移動のみ行うこととなる。それにより、Ｚ方向の推力を独立して発生させることができる。

【0097】

図２１は、第１ロータと第２ロータとが反対の方向に回転移動した場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、推力［Ｎ］との関係を示す図である。

【0098】

図２１に示すように、第１ロータ２４０の回転移動により生じるＺ軸方向の推力と、第２ロータ２５０の回転により生じるＺ軸方向の推力により、駆動軸２３０は直線方向に移動する。

【0099】

図２２は、第１ロータと第２ロータとが反対の方向に回転移動した場合における、駆動軸に対する第１ロータ及び第２ロータの位相角［deg］と、回転力［Ｎｍ］との関係を示す図である。

【0100】

図２２に示すように、第１ロータ２４０の回転移動により生じるθ方向の回転力と、第２ロータ２５０の回転により生じるθ方向の回転力とが打ち消し合うように、第１ステータ２１０及び第２ステータ２２０を制御することにより、駆動軸２３０はθ方向に回転移動しない。

【0101】

［第２実施形態の第１変形例］
図２３は、第２実施形態の第１変形例の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。なお、第２実施形態の第１変形例に係る２自由度電動機は、駆動軸３３０における磁石配置が異なることを除いて、図９～図１７等で示した駆動軸２３０の構成と同様である。

【0102】

図２３に示すように、駆動軸３３０は、駆動軸２３０と同様に、その外周面に、Ｎ極領域とＳ極領域を含む。Ｎ極領域において、Ｎ極磁石３１は、右傾斜方向及び左傾斜方向に沿って配置されている。同様に、Ｓ極領域において、Ｓ極磁石３２は、右傾斜方向及び左傾斜方向に沿って配置されている。すなわち、Ｎ極磁石３１及びＳ極磁石３２は、右傾斜方向及び左傾斜方向に沿う辺（端部）を含む平行四辺形（ひし形）である。

【0103】

また、複数のＮ極磁石３１は、Ｚ軸方向において間隔を空けて配置されている。同様に、複数のＳ極磁石３２は、Ｚ軸方向において間隔を空けて配置されている。

【0104】

駆動軸３３０においては、駆動軸２３０と同様に、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の回転移動により、Ｚ軸方向の推力及びθ方向の回転力が作用する。それにより、直線移動又は回転移動を独立して発生させることができる。

【0105】

図２４は、第２実施形態の第１変形例の駆動軸を着磁する着磁器を示す図である。着磁器８０は、駆動軸３３０の外周面を着磁する磁界を発生する装置である。駆動軸３３０に含まれる磁石の形状に沿う形状である複数の着磁部８１を有する。外周面が着磁されていない駆動軸３３０を着磁器８０の着磁部８１上に配置し、磁界を発生させることにより、駆動軸３３０の外周面は着磁される。図２４に示す着磁器８０を用いることにより、１回の着磁動作により、駆動軸３３０の半周分を着磁することができる。そのため、第２実施形態の第１変形例においては、２回の着磁動作により、駆動軸３３０の外周面に図２３に示すＮ極領域及びＳ極領域を形成することができる。

【0106】

第２実施形態の第１変形例の構成においては、図１６等で示した構成と比較して、使用する磁石が少ない分、出力が低下する一方で、製造工程が簡易となる。

【0107】

次に、図２５～図２７を参照して、第２実施形態の第２変形例に係る２自由度電動機３００について説明する。図２５は、第２実施形態の第２変形例に係る２自由度電動機を示す斜視図である。図２６及び図２７は、第２実施形態の第２変形例の駆動軸の磁石配置を示す図であって、駆動軸の外周面の展開平面図である。なお、第２実施形態の第２変形例に係る２自由度電動機は、駆動軸４３０における磁石配置が異なることを除いて、図９～図１７等で示した構成と同様である。

【0108】

図２５、図２６に示すように、駆動軸４３０は、駆動軸２３０と同様に、その外周面に、Ｎ極領域とＳ極領域を含む。Ｎ極領域に含まれるＮ極磁石３１及びＳ極領域に含まれるＳ極磁石３２は、Ｚ軸方向に沿う辺（端部）とθ方向に沿う辺（端部）を含む矩形（長方形）である。また、Ｎ極磁石３１とＳ極磁石３２とは、θ方向及びＺ軸方向において互いに端部隣接するように交互に配置されている。

【0109】

駆動軸４３０の磁極配置においては、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０に対して磁気的に、Ｎ極領域及びＳ極領域が右傾斜方向及び左傾斜方向に沿って設けられていると捉えることができる。

【0110】

これは、図２７に示すように、太線で囲った領域においてＮ極磁石３１とＳ極磁石３２が等価に設けられるため、当該領域においては、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０から受ける磁力が相殺される。すなわち、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０に対して磁気的に、太線で囲った領域は非磁極部と同等の領域となる。そのため、図２６に示す磁石配置においては、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０に対して磁気的に、図１６で示した磁石配置と同等とみなすことができる。そのため、駆動軸４３０を用いることにより、第１ロータ２４０及び第２ロータ２５０の回転移動に伴って、Ｚ軸方向の推力及びθ方向の回転力を独立して発生させることができる。

【0111】

駆動軸４３０においては、各磁石の形状が、駆動軸２３０と比較して簡易であるため、加工が容易であり、製造コストを抑制することができる。

【0112】

以上、本発明に係る各実施形態及び変形例について説明したが、これら各実施形態及び変形例に示した具体的な構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

【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】