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公開番号2025036911
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-17
出願番号2023143564
出願日2023-09-05
発明の名称アクチュエータ装置
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人
主分類H02K 41/03 20060101AFI20250310BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転軸方向に大きな推力を出力でき、かつ回転方向に大きなトルクを出力できるアクチュエータ装置を提供する。
【解決手段】第1ロータ部8は、第1螺旋方向A1に沿って配置された複数のN極磁石14と第2螺旋方向A2に沿って配置された複数のS極磁石15とが回転方向θに交互に配置される。第2ロータ部10は、第3螺旋方向A3に沿って配置された複数のN極磁石20と第4螺旋方向A4に沿って配置された複数のS極磁石21とが回転方向θに交互に配置される。可動子4は、回転方向θと回転軸方向Zとに交互に配置された複数のN極磁石26及びS極磁石27を有し、第1ロータ部8及び第2ロータ部10の回転に基づき回転方向θ又は回転軸方向Zに動作する。第1ロータ部8及び第2ロータ部10と可動子4との間には、回転軸Laの軸回りに延びる螺旋状の高透磁率部33及び低透磁率部34が回転軸方向Zに並ぶピース部材32が設けられている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
回転軸の軸回りに延びる第１螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第１螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第２螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第１螺旋方向のＮ極磁石及び前記第２螺旋方向のＳ極磁石が前記回転軸の回転方向において交互に配置された第１ロータ部と、
前記第１ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第１ステータ部と、
前記第１螺旋方向及び前記第２螺旋方向と交差する第３螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第３螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第４螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第３螺旋方向のＮ極磁石及び前記第４螺旋方向のＳ極磁石が前記回転方向において交互に配置された第２ロータ部と、
前記第２ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第２ステータ部と、
前記回転方向と回転軸方向とにおいて交互に配置された複数のＮ極磁石及びＳ極磁石を有し、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の回転に基づき前記回転方向又は前記回転軸方向に動作する可動子と、を備え、
前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の少なくとも一方であるロータ部と前記可動子との間には、前記回転軸の軸回りに延びる螺旋状の高透磁率部及び低透磁率部が前記回転軸方向に並ぶピース部材が設けられている、アクチュエータ装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記ピース部材は、
前記可動子及び前記第１ロータ部の間に配置された第１ピース部材と、
前記可動子及び前記第２ロータ部の間に配置された第２ピース部材と、を有する、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項３】
前記高透磁率部及び前記低透磁率部の対数は、前記可動子の前記回転方向の極対数と前記ロータ部の前記回転方向の極対数とから設定される前記回転方向の対数と、前記可動子の前記回転軸方向の極対数と前記ロータ部の前記回転軸方向の極対数とから設定される前記回転軸方向の対数と、に基づいて設定されている、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項４】
前記ロータ部は、前記第１ステータ部及び前記第２ステータ部の少なくとも一方において前記ロータ部と対をなすステータ部と、前記可動子及び前記ピース部材と、の間に配置され、
前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石は、前記回転軸の径方向に着磁され、
前記ロータ部のＮ極磁石間及びＳ極磁石間には、前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石に対して着磁方向が９０度異なるハルバッハ配列磁石が設けられている、請求項１に記載のアクチュエータ装置。
【請求項５】
前記ハルバッハ配列磁石は、互いに前記着磁方向が反対の第１ハルバッハ配列磁石及び第２ハルバッハ配列磁石を有し、
前記第１ハルバッハ配列磁石及び前記第２ハルバッハ配列磁石は、Ｎ極同士が向き合うように配置されたＮ極補助磁石と、Ｓ極同士が向き合うように配置されたＳ極補助磁石と、を構成し、
前記Ｎ極補助磁石は、前記回転軸方向に並ぶ前記Ｎ極磁石間に配置され、
前記Ｓ極補助磁石は、前記回転軸方向に並ぶ前記Ｓ極磁石間に配置されている、請求項４に記載のアクチュエータ装置。
【請求項６】
回転軸の軸回りに延びる第１螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第１螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第２螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第１螺旋方向のＮ極磁石及び前記第２螺旋方向のＳ極磁石が前記回転軸の回転方向において交互に配置された第１ロータ部と、
前記第１ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第１ステータ部と、
前記第１螺旋方向及び前記第２螺旋方向と交差する第３螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第３螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第４螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第３螺旋方向のＮ極磁石及び前記第４螺旋方向のＳ極磁石が前記回転方向において交互に配置された第２ロータ部と、
前記第２ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第２ステータ部と、
前記回転方向と回転軸方向とにおいて交互に配置された複数のＮ極磁石及びＳ極磁石を有し、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の回転に基づき前記回転方向又は前記回転軸方向に動作する可動子と、を備え、
前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の少なくとも一方であるロータ部は、前記第１ステータ部及び前記第２ステータ部の少なくとも一方において前記ロータ部と対をなすステータ部と、前記可動子と、の間に配置され、
前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石は、前記回転軸の径方向に着磁され、
前記ロータ部のＮ極磁石間及びＳ極磁石間には、前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石に対して着磁方向が９０度異なるハルバッハ配列磁石が設けられている、アクチュエータ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータ装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に開示されるように、一台で回転出力及び直線出力が可能な２自由度電動機が周知である。２自由度電動機は、２つのステータと、各々のステータに対応して設けられた２つのロータと、回転及び直動が可能に設けられた駆動軸と、を有する。２自由度電動機は、ナットとスクリューとの係合を永久磁石の磁力によって実現した磁気ネジが使用されている。具体的には、ロータが磁気ネジのナットに相当し、駆動軸が磁気ネジのスクリューに相当する。そして、磁気ネジの原理を用いることにより、駆動軸を回転又は直動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０２１／１４９４２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の２自由度電動機は、直線方向に出力として得られる推力に比べ、回転方向のトルクが小さい。このように、特許文献１の２自由度電動機では、十分なトルクで回転方向の出力を得ることができない課題があった。よって、現状の２自由度電動機の場合、適用可能な装置の範囲が狭くなる可能性があった。
【０００５】
本発明の目的は、回転軸方向に大きな推力を出力でき、かつ回転方向に大きなトルクを出力できるアクチュエータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するアクチュエータ装置は、回転軸の軸回りに延びる第１螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第１螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第２螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第１螺旋方向のＮ極磁石及び前記第２螺旋方向のＳ極磁石が前記回転軸の回転方向において交互に配置された第１ロータ部と、前記第１ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第１ステータ部と、前記第１螺旋方向及び前記第２螺旋方向と交差する第３螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第３螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第４螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第３螺旋方向のＮ極磁石及び前記第４螺旋方向のＳ極磁石が前記回転方向において交互に配置された第２ロータ部と、前記第２ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第２ステータ部と、前記回転方向と回転軸方向とにおいて交互に配置された複数のＮ極磁石及びＳ極磁石を有し、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の回転に基づき前記回転方向又は前記回転軸方向に動作する可動子と、を備え、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の少なくとも一方であるロータ部と前記可動子との間には、前記回転軸の軸回りに延びる螺旋状の高透磁率部及び低透磁率部が前記回転軸方向に並ぶピース部材が設けられている。
【０００７】
前記課題を解決するアクチュエータ装置は、回転軸の軸回りに延びる第１螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第１螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第２螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第１螺旋方向のＮ極磁石及び前記第２螺旋方向のＳ極磁石が前記回転軸の回転方向において交互に配置された第１ロータ部と、前記第１ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第１ステータ部と、前記第１螺旋方向及び前記第２螺旋方向と交差する第３螺旋方向に沿って配置された複数のＮ極磁石と、前記第３螺旋方向とともに多重螺旋を形成する第４螺旋方向に沿って配置された複数のＳ極磁石と、を有し、前記第３螺旋方向のＮ極磁石及び前記第４螺旋方向のＳ極磁石が前記回転方向において交互に配置された第２ロータ部と、前記第２ロータ部を磁界によって前記回転軸の軸回りに回転させる第２ステータ部と、前記回転方向と回転軸方向とにおいて交互に配置された複数のＮ極磁石及びＳ極磁石を有し、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の回転に基づき前記回転方向又は前記回転軸方向に動作する可動子と、を備え、前記第１ロータ部及び前記第２ロータ部の少なくとも一方であるロータ部は、前記第１ステータ部及び前記第２ステータ部の少なくとも一方において前記ロータ部と対をなすステータ部と、前記可動子と、の間に配置され、前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石は、前記回転軸の径方向に着磁され、前記ロータ部のＮ極磁石間及びＳ極磁石間には、前記ロータ部のＮ極磁石及びＳ極磁石に対して着磁方向が９０度異なるハルバッハ配列磁石が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、回転軸方向に大きな推力を出力でき、かつ回転方向に大きなトルクを出力できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態に係るアクチュエータ装置の構成を示す斜視図である。
図１に示すII－II線断面図である。
ピースユニットの概略を示す側面図である。
第１ロータ部の外周面の展開図である。
第２ロータ部の外周面の展開図である。
（ａ）～（ｃ）は、可動子の外周面の展開図である。
右ネジ型の磁気ギヤ付き磁性ネジのモデル図である。
右ネジ型の磁気ギヤ付き磁性ネジの正面図である。
右ネジ型の磁気ギヤ付き磁性ネジの断面図である。
左ネジ型の磁気ギヤ付き磁性ネジのモデル図である。
第２実施形態に係るアクチュエータ装置の構成を示す斜視図である。
ロータ部が従来の着磁パターンをとる場合の磁束分布図である。
ロータ部がハルバッハ配列磁石を有する場合の着磁パターンの磁束分布図である。
ロータ部の外周面の展開図である。
ロータ部の内周面の展開図である。
別例に係るアクチュエータ装置の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の一実施形態を説明する。
（アクチュエータ装置１）
図１に示すように、アクチュエータ装置１は、第１モータ部２、第２モータ部３、及び可動子４を備える。第１モータ部２及び第２モータ部３の各々は、ステータ部５及びロータ部６を有する。具体的には、第１モータ部２が第１ステータ部７及び第１ロータ部８を有し、第２モータ部３が第２ステータ部９及び第２ロータ部１０を有する。第１モータ部２及び第２モータ部３は、可動子４に沿って並び配置されている。第１モータ部２及び第２モータ部３は、基本的な構造は同じであるが、磁極配列が異なっている。
（【００１１】以降は省略されています）

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