(57)【要約】  平面モータは、永久磁石を有する可動子と、可動子側を向く第一主面（３２ａ）、及び、第一主面（３２ａ）に配置される薄膜状の複数のパターンコイル（３３）を有する固定子基板（３２）と、複数のパターンコイル（３３）の駆動を制御する制御回路とを備える。複数のパターンコイル（３３）のそれぞれは、六角形に沿う巻回形状を有し、第一主面（３２ａ）においては、複数のパターンコイル（３３）が平面充填されている。
2019058735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石を有する可動子と、
前記可動子側を向く第一主面、及び、前記第一主面に配置される薄膜状の複数のパターンコイルを有する固定子基板と、
前記複数のパターンコイルの駆動を制御する制御回路とを備え、
前記複数のパターンコイルのそれぞれは、三角形または六角形に沿う巻回形状を有し、
前記第一主面においては、前記複数のパターンコイルが平面充填されている
平面モータ。
【請求項２】
前記複数のパターンコイルのそれぞれは、六角形に沿う巻回形状を有し、
前記第一主面においては、前記複数のパターンコイルがハニカム状に平面充填されている
請求項１に記載の平面モータ。
【請求項３】
前記複数のパターンコイルのそれぞれは、三角形に沿う巻回形状を有し、
前記第一主面の六角形の領域には、６つのパターンコイルが平面充填されている
請求項１に記載の平面モータ。
【請求項４】
磁石を有する可動子と、
前記可動子側を向く第一主面、及び、前記第一主面に配置される薄膜状の複数のパターンコイルを有する固定子基板と、
前記複数のパターンコイルの駆動を制御する制御回路とを備え、
前記複数のパターンコイルのそれぞれは、円形巻回形状を有し、
前記複数のパターンコイルには、第一方向に並んだ複数の第一パターンコイル、及び、前記第一方向に並んだ複数の第二パターンコイルが含まれ、
前記複数の第一パターンコイル及び前記複数の第二パターンコイルは、前記第一方向と交差する第二方向において隣り合い、
前記第一方向において、前記複数の第一パターンコイルの中心位置と前記複数の第二パターンコイルの中心位置とは、ずれている
平面モータ。
【請求項５】
前記複数の第一パターンコイルは、所定のピッチで前記第一方向に並び、
前記複数の第二パターンコイルは、前記所定のピッチで前記第一方向に並び、
前記第一方向において、前記複数の第一パターンコイルの中心位置と前記複数の第二パターンコイルの中心位置とは、前記所定のピッチの２分の１ずれている
請求項４に記載の平面モータ。
【請求項６】
前記固定子基板は、
前記複数のパターンコイルのそれぞれの一方の端部と前記制御回路とを電気的に接続する第一配線、及び、前記複数のパターンコイルのそれぞれの他方の端部と前記制御回路とを電気的に接続する第二配線が配置された、前記第一主面の反対側の第二主面と、
前記複数のパターンコイルのそれぞれの前記一方の端部と前記第一配線とを電気的に接続する第一導電ビア構造と、
前記複数のパターンコイルのそれぞれの前記他方の端部と前記第二配線とを電気的に接続する第二導電ビア構造とを有する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の平面モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動子を平面に沿って二次元的に移動させる平面モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
可動子を平面に沿って二次元的に移動させる平面モータが知られている。このような平面モータとして、特許文献１には、小型化及び組み立て作業の効率化によるコストの低減を可能とし、かつ制御性に優れたモータ装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０３７２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固定子上において可動子を移動させる平面モータにおいては、固定子において磁束密度の偏りがあると、可動子を高い精度で移動させることができない。【０００５】
本発明は、固定子における磁束密度分布の均一性が向上された平面モータを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る平面モータは、磁石を有する可動子と、前記可動子側を向く第一主面、及び、前記第一主面に配置される薄膜状の複数のパターンコイルを有する固定子基板と、前記複数のパターンコイルの駆動を制御する制御回路とを備え、前記複数のパターンコイルのそれぞれは、三角形または六角形に沿う巻回形状を有し、前記第一主面においては、前記複数のパターンコイルが平面充填されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固定子における磁束密度分布の均一性が向上された平面モータが実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態に係る平面モータの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る平面モータの模式断面図である。
【図３】図３は、可動子が有する永久磁石のＳ極及びＮ極の並び方向が、固定子の主面に沿う配置例を示す模式断面図である。
【図４】図４は、可動子が２つの永久磁石を有する場合の永久磁石の配置の一例を示す平面図である。
【図５】図５は、固定子基板の第一主面を示す平面図である。
【図６】図６は、固定子基板の第二主面を示す平面図である。
【図７】図７は、可動子を吸引力によって移動させる例を示す図である。
【図８】図８は、可動子を反発力によって移動させる例を示す図である。
【図９】図９は、可動子を吸引力及び反発力によって移動させる例を示す図である。
【図１０】図１０は、パターンコイルの形状の詳細を示す第一の図である。
【図１１】図１１は、パターンコイルの形状の詳細を示す第二の図である。
【図１２】図１２は、変形例１に係るパターンコイルの形状を示す図である。
【図１３】図１３は、変形例２に係るパターンコイルの形状を示す図である。
【図１４】図１４は、変形例３に係るパターンコイルの形状を示す図である。
【図１５】図１５は、比較例に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】図１７は、変形例１に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】図１８は、変形例２に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】図１９は、変形例３に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】図２０は、面内磁束密度の最大値のシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】図２１は、面内磁束密度の平均値のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１０】
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化される場合がある。
【００１１】
また、以下の実施の形態で説明に用いられる図面においては座標軸が示される場合がある。座標軸におけるＺ軸方向は、例えば、鉛直方向であり、Ｚ軸＋側は、上側（上方）と表現され、Ｚ軸−側は、下側（下方）と表現される。Ｚ軸方向は、言い換えれば、固定子が有する主面に垂直な方向である。また、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、Ｚ軸方向に垂直な平面（水平面）上において、互いに直交する方向である。Ｘ−Ｙ平面は、固定子が有する主面に平行な平面である。例えば、以下の実施の形態において、「平面視」とは、Ｚ軸方向から見ることを意味する。また、図面において、磁石のＮ極は、「Ｎ」と記載され、磁石のＳ極は、「Ｓ」と記載される。
【００１２】
（実施の形態）
［構成］
以下、実施の形態に係る平面モータの構成について図面を用いて説明する。図１は、実施の形態に係る平面モータの概略構成を示す平面図である。図２は、実施の形態に係る平面モータの模式断面図である。
【００１３】
図１及び図２に示されるように、実施の形態に係る平面モータ１０は、可動子２０と、固定子３０と、制御回路４０とを備える。平面モータ１０は、固定子３０が有する主面３１ａに沿って可動子２０を２次元的に移動させるリニアモータ（電磁アクチュエータ）である。
【００１４】
まず、可動子２０について説明する。可動子２０は、平面モータ１０における移動対象物である。可動子２０は、永久磁石２１を有する。永久磁石２１は、例えば、フェライト磁石であるが、アルニコ磁石、または、ネオジム磁石などであってもよく、永久磁石２１を形成する磁性材料は特に限定されない。
【００１５】
図２の例では、永久磁石２１は、Ｓ極及びＮ極の並び方向が主面３１ａに交差し、Ｎ極がＳ極よりも主面３１ａ寄りに位置するように配置されている。しかしながら、永久磁石２１は、Ｓ極がＮ極よりも主面３１ａ寄りに位置するように配置されてもよい。永久磁石２１は、永久磁石２１のＳ極及びＮ極の並び方向が主面３１ａと交差するように配置されればよい。
【００１６】
また、永久磁石２１は、永久磁石２１のＳ極及びＮ極の並び方向が、主面３１ａに沿うように配置されてもよい。図３は、可動子２０が有する永久磁石２１のＳ極及びＮ極の並び方向が、主面３１ａに沿う配置例を示す模式断面図である。
【００１７】
なお、可動子２０は、少なくとも１つの永久磁石２１を有していればよく、可動子２０が有する永久磁石２１の個数は特に限定されない。例えば、可動子２０が２つの永久磁石２１を有する場合、２つの永久磁石２１のそれぞれは、例えば、図４に示されるように、Ｓ極及びＮ極の並び方向が主面３１ａに沿うように配置される。図４は、可動子２０が２つの永久磁石２１を有する場合の永久磁石の配置の一例を示す平面図である。
【００１８】
なお、可動子２０は、永久磁石２１に代えて電磁石を有してもよい。この場合、電磁石は、例えば、乾電池または蓄電池によって駆動される。電磁石は、可動子２０の移動に寄与していないパターンコイル３３から給電されてもよい。このように、可動子２０は、永久磁石２１または電磁石を有していればよい。つまり、可動子２０は、磁石を有していればよい。
【００１９】
次に、固定子３０について説明する。固定子３０は、可動子２０を移動させるための構造体であり、建築物などに固定される。固定子３０は、カバー部材３１と、固定子基板３２とを有する。
【００２０】
カバー部材３１は、固定子基板３２を覆う板状またはシート状の部材である。カバー部材３１の平面視形状は、矩形であるが、円形等その他の形状であってもよい。カバー部材３１の上面は、固定子３０が有する主面３１ａとなる。主面３１ａは、可動子２０と対向する。主面３１ａは、可動子２０（永久磁石２１）が固定子３０に吸着してしまうことを抑制するために、透磁率が低い材料によって形成される。カバー部材３１は、具体的には、樹脂材料などの非金属材料によって形成される。つまり、カバー部材３１は、絶縁性を有する材料によって形成される。なお、カバー部材３１が表面の摩擦が小さい材料によって形成されれば、可動子の推力を高めることができる。
【００２１】
固定子基板３２は、表面に薄膜状のパターンコイル３３が複数形成される薄膜状（シート状）の基板である。固定子基板３２の平面視形状は、矩形であるが、円形等その他の形状であってもよい。固定子基板３２の基材は、例えば、ガラエポなどの樹脂材料である。固定子基板３２は、コンポジット基板、ポリイミド基板、またはセラミック基板などであってもよい。固定子基板３２の厚みは、例えば、１７０μｍ〜２００μｍ程度である。
【００２２】
固定子基板３２は、可動子２０側を向く第一主面３２ａ、及び、第一主面３２ａと反対側の第二主面３２ｂを有する。固定子基板３２の第一主面３２ａには、複数のパターンコイル３３が配置される。図５は、固定子基板３２の第一主面３２ａを示す平面図である。なお、図５は、模式図であり、図５に示される複数のパターンコイル３３の数は一例である。
【００２３】
図５に示されるように、固定子基板３２の第一主面３２ａには、複数のパターンコイル３３が敷き詰められている。複数のパターンコイル３３のそれぞれは、六角形（より具体的には、正六角形または略正六角形）に沿う巻回形状を有し、巻回軸が第一主面３２ａに垂直な方向に沿う。巻回形状は、言い換えれば、スパイラル形状である。複数のパターンコイル３３は、実質的に同一の形状及び大きさである。パターンコイル３３を形成する配線の配線幅、及び、パターンコイル３３における配線同士の間隔は、例えば、２００μｍである。
【００２４】
第一主面３２ａにおいては、複数のパターンコイル３３は、平面充填されている。ここで、平面充填とは、複数のパターンコイル３３がほとんど隙間なく敷き詰められていることを意味する。なお、複数のパターンコイル３３が平面充填されている場合、隣り合うパターンコイル３３の間隔（例えば、図５の間隔Ｐ１）は、例えば、パターンコイル３３における配線同士の間隔に等しいが、配線同士の間隔の１０倍以内であってもよい。
【００２５】
第一主面３２ａにおいては、複数のパターンコイル３３がハニカム状に平面充填されている。言い換えれば、第一主面３２ａに複数の正六角形の領域が平面充填されているとすると、パターンコイル３３は、複数の正六角形の領域のそれぞれに配置され、当該正六角形の領域に沿う巻回形状を有する。
【００２６】
このように、第一主面３２ａにおいて、複数のパターンコイル３３が平面充填されれば、第一主面３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。磁束密度の分布の均一性が高められれば、制御回路４０への負荷が低減されるため、制御回路４０は、パターンコイル３３を安定して駆動することができる。つまり、平面モータ１０は、可動子２０を安定して動かすことができる。
【００２７】
複数のパターンコイル３３は、制御回路４０と電気的に接続される。平面モータ１０において、複数のパターンコイル３３及び制御回路４０を電気的に接続するための配線は、第二主面３２ｂに配置される。図６は、固定子基板３２の第二主面３２ｂを示す平面図である。なお、図６では、図２及び図３と異なり、制御回路４０が固定子基板３２の側方に配置されている。
【００２８】
図６に示されるように、固定子基板３２は、第二主面３２ｂに配置された、第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂを有する。第二主面３２ｂには、複数のパターンコイル３３のそれぞれに対して第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂが配置される。
【００２９】
第一配線３６ａは、パターンコイル３３の外周側に位置する一方の端部と制御回路４０とを電気的に接続する。第一配線３６ａは、例えば、固定子基板３２の端部まで引き出されている。パターンコイル３３の一方の端部は、より具体的には、第一導電ビア構造３５ａによって第一配線３６ａと電気的に接続される。つまり、固定子基板３２は、パターンコイル３３の一方の端部と第一配線３６ａとを電気的に接続する第一導電ビア構造３５ａを有する。
【００３０】
第二配線３６ｂは、パターンコイル３３の内周側に位置する他方の端部と制御回路４０とを電気的に接続する。第二配線３６ｂは、例えば、固定子基板３２の端部まで引き出されている。パターンコイル３３の他方の端部は、より具体的には、第二導電ビア構造３５ｂによって第二配線３６ｂと電気的に接続される。つまり、固定子基板３２は、パターンコイル３３の他方の端部と第二配線３６ｂとを電気的に接続する第二導電ビア構造３５ｂを有する。
【００３１】
このように、パターンコイル３３及び制御回路４０を電気的に接続するための第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂが第二主面３２ｂに配置されれば、第一主面３２ａにおいて複数のパターンコイル３３の間に第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂを配置する必要がなくなる。このため、第一主面３２ａにおいて複数のパターンコイル３３の間隔を狭めて密集させることができる。この結果、第一主面３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。なお、第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂは、第一主面３２ａに配置されてもよい。
【００３２】
以上説明したパターンコイル３３、第一導電ビア構造３５ａ、第二導電ビア構造３５ｂ、第一配線３６ａ、及び、第二配線３６ｂは、例えば、銅などの金属材料によって形成される。パターンコイル３３、第一配線３６ａ、及び、第二配線３６ｂは、例えば、エッチングによって形成されるが、銀インクなどによって直接描画されてもよい。
【００３３】
次に、制御回路４０について説明する。制御回路４０は、複数のパターンコイル３３の駆動を制御する回路である。図６に模式的に示されるように、制御回路４０は、制御部４１を有する。図６では、制御回路４０（制御部４１）は、一つのパターンコイル３３の駆動を制御するように図示されているが、実際には、複数のパターンコイル３３の駆動を制御する。
【００３４】
制御部４１は、例えば、複数のパターンコイル３３のそれぞれに対して、（ａ）電力を供給しない、（ｂ）第一の極性（例えば、正極性）の直流電圧を供給する、及び、（ｃ）第一の極性の逆の第二の極性（例えば、負極性）の直流電圧を供給する、のいずれかを行う。第一の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、例えば、主面３１ａ側がＳ極の電磁石として機能し、第二の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、例えば、主面３１ａ側がＮ極の電磁石として機能する。
【００３５】
このように、制御回路４０（制御部４１）は、複数のパターンコイル３３のそれぞれに直流電圧を供給し、当該直流電圧の極性を切り替えることができる。なお、直流電圧の極性を切り替えることは必須ではなく、制御回路４０は、少なくとも直流電圧の供給をオン及びオフできればよい。
【００３６】
制御部４１は、具体的には、プロセッサ、マイクロコンピュータ、及び、回路の少なくとも１つ以上によって実現される。図２では、制御回路４０は、固定子基板３２の下方に配置されているが、固定子基板３２の側方に配置されてもよい。
【００３７】
［動作］
次に、平面モータ１０の動作について説明する。平面モータ１０において、制御回路４０は、例えば、永久磁石２１及びパターンコイル３３の間に生じる吸引力によって可動子２０を移動させる。図７は、可動子２０を吸引力によって移動させる例を示す図である。
【００３８】
図７に示されるように、Ｎ極が主面３１ａに対向する永久磁石２１を有する可動子２０をＸ軸＋方向に移動させる場合、制御回路４０は、複数のパターンコイル３３のうち可動子２０のＸ軸＋方向側に位置するパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧を供給する。これにより、第一の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、主面３１ａ側がＳ極の電磁石として機能し、パターンコイル３３及び永久磁石２１の間に吸引力が発生する。可動子２０は、このような吸引力によってＸ軸＋方向に移動する。
【００３９】
なお、１つの可動子２０を移動させるためには、少なくとも１つのパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧が供給されればよいが、図７では、可動子２０のＸ軸＋方向側に位置する２つ以上のパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧が同時に供給されている。これにより、可動子２０に対して比較的大きな推力を与えることができる。
【００４０】
また、制御回路４０は、永久磁石２１及びパターンコイル３３の間に生じる反発力によって可動子２０を移動させてもよい。図８は、可動子２０を反発力によって移動させる例を示す図である。
【００４１】
図８に示されるように、Ｎ極が主面３１ａに対向する永久磁石２１を有する可動子２０をＸ軸＋方向に移動させる場合、制御回路４０は、複数のパターンコイル３３のうち可動子２０のＸ軸−方向側に位置するパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧を供給する。これにより、第二の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、主面３１ａ側がＮ極の電磁石として機能し、パターンコイル３３及び永久磁石２１の間に反発力が発生する。可動子２０は、このような反発力によってＸ軸＋方向に移動する。
【００４２】
なお、１つの可動子２０を移動させるためには、少なくとも１つのパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧が供給されればよいが、図８では、可動子２０のＸ軸−方向側に位置する２つ以上のパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧が同時に供給されている。これにより、可動子２０に対して比較的大きな推力を与えることができる。なお、平面視における一つの永久磁石２１の大きさは、例えば、一つのパターンコイル３３の大きさよりも大きい。
【００４３】
また、制御回路４０は、永久磁石２１及びパターンコイル３３の間に生じる吸引力、並びに、永久磁石２１及びパターンコイル３３の間に生じる反発力によって可動子２０を移動させてもよい。図９は、可動子２０を吸引力及び反発力によって移動させる例を示す図である。
【００４４】
図９に示されるように、Ｎ極が主面３１ａに対向する永久磁石２１を有する可動子２０をＸ軸＋方向に移動させる場合、制御回路４０は、複数のパターンコイル３３のうち可動子２０のＸ軸＋方向側に位置するパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧を供給する。これにより、第一の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、主面３１ａ側がＳ極の電磁石として機能し、パターンコイル３３及び永久磁石２１の間に吸引力が発生する。
【００４５】
また、制御回路４０は、複数のパターンコイル３３のうち可動子２０のＸ軸−方向側に位置するパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧を供給する。これにより、第二の極性の直流電圧が供給されたパターンコイル３３は、主面３１ａ側がＮ極の電磁石として機能し、パターンコイル３３及び永久磁石２１の間に反発力が発生する。これにより、制御回路４０は、吸引力及び反発力を同時に使用して可動子２０をＸ軸＋方向に移動させることができる。
【００４６】
なお、１つの可動子２０を移動させるためには、少なくとも１つのパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧が供給され、かつ、少なくとも１つのパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧が供給されればよい。しかしながら、図９では、可動子２０のＸ軸＋方向側に位置する２つ以上のパターンコイル３３に第一の極性の直流電圧が同時に供給され、かつ、可動子２０のＸ軸−方向側に位置する２つ以上のパターンコイル３３に第二の極性の直流電圧が同時に供給されている。これにより、可動子２０に対して比較的大きな推力を与えることができる。
【００４７】
以上説明したように、平面モータ１０は、固定子３０が有する複数のパターンコイル３３を用いて可動子２０を移動させる。平面モータ１０においては、巻線コイルを使用した平面モータよりも固定子３０の小型化及び薄型化が容易となる。
【００４８】
［パターンコイルの形状の詳細］
複数のパターンコイル３３のそれぞれは、例えば、図１０に示されるように六角形に沿う巻回形状である。図１０は、パターンコイル３３の形状の詳細を示す第一の図である。この場合、パターンコイル３３において角部を構成する２つの配線のなす角は全て１２０°となる。また、この場合、最内周の配線パターンには円が内接し、最外周の配線パターンには、円が外接する。
【００４９】
また、複数のパターンコイル３３のそれぞれは、角部がアルキメデスの螺旋上に位置する巻回形状であってもよい。図１１は、パターンコイル３３の形状の詳細を示す第二の図である。この場合、パターンコイル３３の角部は、パターンコイル３３の中心を極座標の中心とした場合に、ｒ（θ）＝ｒ０＋ｐθ（ｒ０、ｐは、定数）で表される螺旋上に位置する。
【００５０】
パターンコイル３３に図１１に示される形状が採用されれば、図１０に示される形状が採用された場合よりもやや磁束密度分布の均一性が向上する。
【００５１】
［変形例１］
第一主面３２ａに平面充填可能なパターンコイル３３の形状は、六角形に沿う巻回形状に限定されない。例えば、パターンコイル３３は、三角形に沿う巻回形状であってもよい。図１２は、変形例１に係るパターンコイルの形状を示す図である。なお、以下の説明では、パターンコイル１３３の形状及び配置を中心に説明が行われる。パターンコイル１３３の形状及び配置以外の構成については上記実施の形態と同様であるため説明が省略される。
【００５２】
図１２に示される固定子基板１３２の第一主面１３２ａには、複数のパターンコイル１３３が敷き詰められている。複数のパターンコイル１３３のそれぞれは、三角形に沿う巻回形状を有し、巻回軸が第一主面１３２ａに垂直な方向に沿う。複数のパターンコイル１３３のそれぞれは、より具体的には、正三角形または略正三角形に沿う巻回形状である。複数のパターンコイル１３３は、同一の形状及び大きさである。パターンコイル１３３を形成する配線の配線幅、及び、パターンコイル１３３における配線同士の間隔の平均は、例えば、２００μｍである。なお、配線同士の間隔は、場所によって多少異なる場合がある。
【００５３】
第一主面１３２ａにおいては、複数のパターンコイル１３３は平面充填されている。例えば、第一主面１３２ａにおける六角形の領域Ａ１には、６つのパターンコイル１３３が敷き詰められている。より具体的には、第一主面１３２ａにおける正六角形の領域Ａ１を対角線によって６つの領域に分割した場合、分割によって得られる６つの正三角形の領域のそれぞれに、当該領域に沿う巻回形状を有するパターンコイル１３３が配置されている。なお、複数のパターンコイル１３３が平面充填されている場合、隣り合うパターンコイル１３３の間隔は、例えば、パターンコイル１３３における配線同士の間隔に等しいが、配線同士の間隔の１０倍以内であってもよい。
【００５４】
このように、第一主面１３２ａにおいて、複数のパターンコイル１３３が平面充填されれば、第一主面１３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面１３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。磁束密度の分布の均一性が高められれば、制御回路４０への負荷が低減されるため、制御回路４０は、パターンコイル３３を安定して駆動することができる。つまり、平面モータ１０は、可動子２０を安定して動かすことができる。また、６つのパターンコイル１３３が１つのパターンコイル３３に相当する大きさである場合、固定子基板１３２は、固定子基板３２に比べて分解能が高い。したがって、固定子基板１３２を有する固定子３０は、可動子２０を高精度に動かすことができる。
【００５５】
［変形例２］
パターンコイル３３は、四角形に沿う巻回形状であってもよい。図１３は、このような変形例２に係るパターンコイルの形状を示す図である。なお、以下の説明では、パターンコイル２３３の形状及び配置を中心に説明が行われる。パターンコイル２３３の形状及び配置以外の構成については上記実施の形態と同様であるため説明が省略される。
【００５６】
図１３に示される固定子基板２３２の第一主面２３２ａには、複数のパターンコイル２３３が敷き詰められている。複数のパターンコイル２３３のそれぞれは、四角形に沿う巻回形状を有し、巻回軸が第一主面２３２ａに垂直な方向に沿う。複数のパターンコイル２３３のそれぞれは、より具体的には、正方形または略正方形に沿う巻回形状であるが、長方形に沿う巻回形状であってもよい。複数のパターンコイル２３３は、同一の形状及び大きさである。パターンコイル２３３を形成する配線の配線幅、及び、パターンコイル２３３における配線同士の間隔は、例えば、２００μｍである。なお、配線同士の間隔は、場所によって多少異なる場合がある。
【００５７】
第一主面２３２ａにおいては、複数のパターンコイル２３３は平面充填されている。例えば、複数のパターンコイル２３３は、マトリクス状に配置されている。なお、複数のパターンコイル２３３が平面充填されている場合、隣り合うパターンコイル２３３の間隔は、例えば、パターンコイル２３３における配線同士の間隔に等しいが、配線同士の間隔の１０倍以内であってもよい。
【００５８】
このように、第一主面２３２ａにおいて、複数のパターンコイル２３３が平面充填されれば、第一主面２３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面２３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。したがって、固定子基板２３２を有する固定子３０は、可動子２０を安定して動かすことができる。
【００５９】
［変形例３］
パターンコイル３３は、円形巻回形状であってもよい。図１４は、このような変形例３に係るパターンコイルの形状を示す図である。なお、以下の説明では、パターンコイル３３３の形状を中心に説明が行われる。パターンコイル３３３の形状及び配置以外の構成については上記実施の形態と同様であるため説明が省略される。
【００６０】
図１４に示される固定子基板３３２の第一主面３３２ａには、複数のパターンコイル３３３が敷き詰められている。複数のパターンコイル３３３のそれぞれは、円形巻回形状を有し、巻回軸が第一主面３３２ａに垂直な方向に沿う。複数のパターンコイル３３３のそれぞれは、例えば、上記ｒ（θ）＝ｒ０＋ｐθ（ｒ０、ｐは、定数）の式に基づいて定められるアルキメデスの螺旋状である。複数のパターンコイル３３３は、同一の形状及び大きさである。パターンコイル３３３を形成する配線の配線幅、及び、パターンコイル３３３における配線同士の間隔は、例えば、２００μｍである。なお、配線同士の間隔は、場所によって多少異なる場合がある。
【００６１】
複数のパターンコイル３３３には、Ｙ軸方向に並んだ複数の第一パターンコイル３３３ａ、及び、Ｙ軸方向に並んだ複数の第二パターンコイル３３３ｂが含まれる。複数の第一パターンコイル３３３ａは、所定のピッチＰ２でＹ軸方向に並ぶ。複数の第二パターンコイル３３３ｂは、所定のピッチＰ２でＹ軸方向に並ぶ。複数の第一パターンコイル３３３ａ及び複数の第二パターンコイル３３３ｂは、Ｙ軸方向と直交するＸ軸方向において隣り合う。Ｙ軸方向は、第一方向の一例であり、Ｘ軸方向は、第二方向の一例である。
【００６２】
Ｙ軸方向において、複数の第一パターンコイル３３３ａの中心位置と複数の第二パターンコイル３３３ｂの中心位置とは、ずれている。具体的には、Ｙ軸方向において、複数の第一パターンコイル３３３ａの中心位置と複数の第二パターンコイル３３３ｂの中心位置とは、所定のピッチＰ２の２分の１ずれている。これにより、複数のパターンコイル３３３がマトリクス状に配置される構成よりも、複数のパターンコイル３３３を密集して配置することができる。複数のパターンコイル３３３が密集して配置されれば、第一主面３３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面３３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。したがって、固定子基板３３２を有する固定子３０は、可動子２０を安定して動かすことができる。
【００６３】
［シミュレーション結果］
以上説明した平面モータ１０に用いられる各固定子基板における磁束密度のシミュレーション結果について比較例を参照しながら説明する。まず、磁束密度分布のシミュレーション結果について説明する。図１５は、複数のパターンコイル３３３がマトリクス状に配置された比較例に係る固定子基板における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。
【００６４】
図１５に示されるように、比較例に係る固定子基板では、矢印で指された磁束密度の低い領域が発生し、磁束密度分布の均一性が低くなっている。一方、図１６〜図１９は、固定子基板３２、固定子基板１３２、固定子基板２３２、固定子基板３３２における磁束密度分布のシミュレーション結果を示す図である。図１６〜図１９に示されるように、固定子基板３２、固定子基板１３２、固定子基板２３２、及び、固定子基板３３２のそれぞれにおいては、磁束密度の低い領域が発生しておらず、磁束密度分布の均一性が向上されている。
【００６５】
なお、図１７に示される固定子基板１３２のシミュレーション結果は、６つのパターンコイル１３３が１つのパターンコイル３３に相当する大きさであるとした場合のものであるため、磁束密度が全体的に低くなっているが、磁束密度が局所的に大きく低下している領域は少なく、磁束密度分布の均一性は向上されているといえる。また、分解能については固定子基板１３２が最も高いといえる。
【００６６】
次に、面内磁束密度の平均値及び最大値のシミュレーション結果について説明する。図２０は、面内磁束密度の最大値のシミュレーション結果を示す図である。図２１は、面内磁束密度の平均値のシミュレーション結果を示す図である。なお、図２０及び図２１において、「四角形」は固定子基板２３２を意味し、「六角形」は固定子基板３２を意味し、「円形」は固定子基板３３２を意味し、「三角形」は固定子基板１３２を意味する。
【００６７】
図２０に示されるように、固定子基板３２、固定子基板２３２、及び、固定子基板３３２においては、面内磁束密度の最大値は、比較例と同等である。一方で、図２１に示されるように、固定子基板３２、固定子基板２３２、及び、固定子基板３３２においては、比較例よりも面内磁束密度の平均値が向上される。固定子基板３２が最も面内磁束密度の平均値が高く、次に固定子基板３３２の面内磁束密度の平均値が高く、その次に固定子基板２３２の面内磁束密度の平均値が高い。なお、固定子基板１３２については、最大値及び平均値とも他の固定子基板よりも低い結果となっているが、これは、上述したパターンコイル１３３の大きさの影響によるものである。
【００６８】
このように、平面モータ１０に、固定子基板３２、固定子基板２３２、及び、固定子基板３３２のいずれかが採用されれば、比較例に係る固定子基板よりも面内磁束密度の平均値を向上することができる。特に、固定子基板３２及び固定子基板３３２のように、複数のパターンコイルの中心位置をずらした配置によれば、面内磁束密度の平均値を向上することができる。
【００６９】
［効果等］
以上説明したように、平面モータ１０は、永久磁石２１を有する可動子２０と、可動子２０側を向く第一主面、及び、第一主面に配置される薄膜状の複数のパターンコイルを有する固定子基板と、複数のパターンコイルの駆動を制御する制御回路４０とを備える。複数のパターンコイルのそれぞれは、三角形または六角形に沿う巻回形状を有し、第一主面においては、複数のパターンコイルが平面充填されている。永久磁石２１は、磁石の一例である。
【００７０】
これにより、第一主面において磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面における磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００７１】
例えば、平面モータ１０は、固定子基板３２を備える。固定子基板３２において、複数のパターンコイル３３のそれぞれは、六角形に沿う巻回形状を有する。第一主面３２ａにおいては、複数のパターンコイル３３がハニカム状に平面充填されている。
【００７２】
このように六角形に沿う巻回形状を有する複数のパターンコイル３３が平面充填されれば、第一主面３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００７３】
例えば、平面モータ１０は、固定子基板１３２を備える。固定子基板１３２において、複数のパターンコイル１３３のそれぞれは、三角形に沿う巻回形状を有する。第一主面１３２ａの六角形の領域Ａ１には、６つのパターンコイル１３３が平面充填されている。
【００７４】
このように、三角形に沿う巻回形状を有する複数のパターンコイル１３３が平面充填されれば、第一主面１３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面１３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００７５】
例えば、平面モータ１０は、固定子基板３３２を備える。固定子基板３３２において、複数のパターンコイル３３３のそれぞれは、円形巻回形状を有する。複数のパターンコイル３３３には、Ｙ軸方向に並んだ複数の第一パターンコイル３３３ａ、及び、Ｙ軸方向に並んだ複数の第二パターンコイル３３３ｂが含まれる。複数の第一パターンコイル３３３ａ及び複数の第二パターンコイル３３３ｂは、Ｙ軸方向と交差するＸ軸方向において隣り合い、第一方向において、複数の第一パターンコイル３３３ａの中心位置と複数の第二パターンコイル３３３ｂの中心位置とは、ずれている。Ｙ軸方向は、第一方向の一例であり、Ｘ軸方向は、第一方向と交差する第二方向の一例である。
【００７６】
これにより、マトリクス状の配置よりも、円形巻回形状を有する複数のパターンコイル３３３を密集させることができる。したがって、第一主面３３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面３３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００７７】
また、複数の第一パターンコイル３３３ａは、所定のピッチＰ２でＹ軸方向に並び、複数の第二パターンコイル３３３ｂは、所定のピッチＰ２でＹ軸方向に並ぶ。Ｙ軸方向において、複数の第一パターンコイルの中心位置と複数の第二パターンコイルの中心位置とは、所定のピッチＰ２の２分の１ずれている。
【００７８】
これにより、円形巻回形状を有する複数のパターンコイル３３３をさらに密集させることができる。したがって、第一主面３３２ａにおいて磁力の弱い領域を減らし、かつ、第一主面３３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００７９】
例えば、固定子基板３２は、複数のパターンコイル３３のそれぞれの一方の端部と制御回路４０とを電気的に接続する第一配線３６ａ、及び、複数のパターンコイル３３のそれぞれの他方の端部と制御回路４０とを電気的に接続する第二配線３６ｂが配置された、第一主面３２ａの反対側の第二主面３２ｂを有する。また、固定子基板３２は、複数のパターンコイル３３のそれぞれの一方の端部と第一配線３６ａとを電気的に接続する第一導電ビア構造３５ａと、複数のパターンコイル３３のそれぞれの他方の端部と第二配線３６ｂとを電気的に接続する第二導電ビア構造３５ｂとを有する。固定子基板１３２、固定子基板２３２、及び、固定子基板３３２に同様の構成が採用されてもよい。
【００８０】
これにより、第一主面３２ａにおいて複数のパターンコイル３３の間に第一配線３６ａ及び第二配線３６ｂを配置する必要がなくなる。このため、第一主面３２ａにおいて複数のパターンコイル３３の間隔を狭めて密集させることができる。この結果、第一主面３２ａにおける磁束密度分布の均一性を向上させることができる。
【００８１】
（他の実施の形態）
以上、実施の形態に係る平面モータについて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
【００８２】
例えば、固定子基板は多層基板であり、パターンコイルは、固定子基板内の複数の層にまたがって配置されていてもよい。これにより、パターンコイルの巻き数を増やすことによって磁力を向上することができる。
【００８３】
また、上記実施の形態では、固定子基板が有する全てのパターンコイルは、同一の形状及び大きさであったが、固定子基板は、２種類以上の形状及び大きさのパターンコイルを有してもよい。例えば、固定子基板の第一主面には、八角形に沿う巻回形状を有するパターンコイル、及び、四角形に沿う巻回形状を有するパターンコイルの２種類のパターンコイルが平面充填されていてもよい。
【００８４】
また、上記実施の形態の固定子の模式断面図に示される積層構造は一例である。平面モータは、本発明の特徴的な機能を実現できる他の積層構造を有する固定子を備えてもよい。平面モータは、例えば、上記実施の形態で説明された積層構造と同様の機能を実現できる範囲で、上記実施の形態の積層構造の層間に別の層が設けられた固定子を備えてもよい。
【００８５】
また、上記実施の形態では、固定子が有する積層構造の各層を構成する主たる材料について例示しているが、固定子が有する積層構造の各層には、上記実施の形態の積層構造と同様の機能を実現できる範囲で他の材料が含まれてもよい。
【００８６】
また、上記実施の形態において、制御部等の構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【００８７】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００８８】
１０  平面モータ
２０  可動子
２１  永久磁石（磁石）
３２、１３２、２３２、３３２  固定子基板
３２ａ、１３２ａ、２３２ａ、３３２ａ  第一主面
３２ｂ  第二主面
３３、１３３、２３３、３３３  パターンコイル
３５ａ  第一導電ビア構造
３５ｂ  第二導電ビア構造
３６ａ  第一配線
３６ｂ  第二配線
４０  制御回路
３３３ａ  第一パターンコイル
３３３ｂ  第二パターンコイル
Ａ１  領域
【図１】
2019058735.tif 000003
【図２】
2019058735.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2019058735.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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2019058735.tif 000025
2019058735.tif 000026
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