(57)【要約】      （修正有）【課題】小型で、軽量で、高トルクであり、低速動作が可能な電気機械モータを提供する。【解決手段】支点１２６は、章動する動荷重を支持し、ワッブルプレート１０６は、支点に回転可能に結合され、支点周りに章動する。ワッブルプレートは、内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４を備え、固定ギア１０８は、外側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートに梃子の作用をもたらす。回転出力プレート１２０は、内側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートの章動に応じて回転する。ステータは、電磁石１３２、１３４を備え、ワッブルプレートの第１の側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想楕円電気モータ（１００）であって、
回転する径方向動荷重を支持するように動作可能な支点（１２６）と、
前記支点（１２６）に回転可能に結合され、前記支点（１２６）周りに章動するように動作可能であり、内側ペリサイクリックギア（１２２）および外側ペリサイクリックギア（１２４）を含む、ワッブルプレート（１０６）と、
前記外側ペリサイクリックギア（１２４）と噛み合い、前記ワッブルプレート（１０６）に梃子の作用をもたらすように動作可能な、固定ギア（１０８）と、
前記内側ペリサイクリックギア（１２２）と噛み合い、前記ワッブルプレート（１０６）の章動に応じて回転するように動作可能な、回転出力プレート（１２０）と、
少なくとも１つの電磁石（１３０、１３２、１３４）を含み、前記ワッブルプレート（１０６）の第１の側（２０８）を電磁的に引き寄せ、それによって前記ワッブルプレート（１０６）の第２の側（２１０）が前記固定ギア（１０８）および前記回転出力プレート（１２０）に対して梃子の作用を与えるように動作可能な、ステータ（１０４）と
を備える、仮想楕円電気モータ（１００）。
【請求項２】
前記ステータ（１０４）を収容するように動作可能なステータハウジング（１０２）をさらに備える、請求項１に記載の仮想楕円電気モータ（１００）。
【請求項３】
前記回転出力プレート（１２０）を支持するように動作可能なブシュ（１１０）をさらに備える、請求項１または２に記載の仮想楕円電気モータ（１００）。
【請求項４】
ロッカーアーム（１１４）に結合される上側ハウジング（１１２）をさらに備える、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の仮想楕円電気モータ（１００）。
【請求項５】
仮想楕円電気モータ（１００）の動作方法であって、
支点（１２６）に回転可能に結合され、内側ペリサイクリックギア（１２２）および外側ペリサイクリックギア（１２４）を備えるワッブルプレート（１０６）を、前記支点（１２６）周りに章動させることと、
前記ワッブルプレート（１０６）の第１の側（２０８）を、少なくとも１つの電磁石（１３０、１３２、１３４）を備えるステータ（１０４）へと電磁的に引き寄せることと、
固定ギア（１０８）および回転出力プレート（１２０）に前記ワッブルプレート（１０６）の第２の側（２１０）を押し付けるように前記支点（１２６）を中心に前記ワッブルプレート（１０６）に梃子の働きをさせることと、
前記固定ギア（１０８）を前記外側ペリサイクリックギア（１２４）と噛み合わせることと、
前記固定ギア（１０８）対して前記外側ペリサイクリックギア（１２４）に梃子の働きをさせることと、
前記内側ペリサイクリックギア（１２２）とともに前記回転出力プレート（１２０）を駆動することと、
前記ワッブルプレート（１０６）の章動に応じて前記回転出力プレート（１２０）を回転させることと
を含む、方法。
【請求項６】
前記回転出力プレート（１２０）に結合される第１の出力アーム（１１６）もしくは前記ステータ（１０４）に結合される第２の出力アーム（１２８）を介して作動をもたらす、または前記ステータ（１０４）および前記回転出力プレート（１２０）を介して二重作動をもたらすことをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
回転する径方向動荷重を支持するように前記支点（１２６）を構成することと、
前記内側ペリサイクリックギア（１２２）および前記外側ペリサイクリックギア（１２４）を備える前記ワッブルプレート（１０６）を、前記支点（１２６）に回転可能に結合することと、
前記ワッブルプレート（１０６）に梃子の作用をもたらすように前記固定ギア（１０８）を構成することと、
前記回転出力プレート（１２０）を前記内側ペリサイクリックギア（１２２）と噛み合わせることと、
前記ワッブルプレート（１０６）の章動に応じて回転するように前記回転出力プレート（１２０）を構成することと、
少なくとも１つの電磁石（１３０、１３２、１３４）を備え、前記ワッブルプレート（１０６）の前記第１の側（２０８）を電磁的に引き寄せ、それによって前記ワッブルプレート（１０６）の前記第２の側（２１０）が前記固定ギア（１０８）および前記回転出力プレート（１２０）に対して梃子の作用がなされるように、前記ステータ（１０４）を構成することと
をさらに含む、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記ワッブルプレート（１０６）の章動と前記回転出力プレート（１２０）の回転の比を構成することをさらに含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記回転出力プレート（１２０）の１回転が前記ワッブルプレート（１０６）の約１８０回〜約２００回の章動から生じるように前記比を構成することをさらに含む、請求項５から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から４のいずれか一項に記載の前記仮想楕円電気モータ（１００）を備える航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、一般に、電気モータに関する。本開示の実施形態は、より詳細には、スイッチドリラクタンス電気モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータは、電磁電流から機械力を生み出す。交流（ＡＣ）電気モータ（ＡＣモータ）は、一般的に、固定ステータおよびロータを備える。固定ステータは、一般的に、電線コイルを備える。電線コイルには交流電流が供給され、それによって回転磁界が発生する。ロータは、出力シャフトに取り付けられている。出力シャフトには、回転磁界によってトルクが与えられる。
【０００３】
電気モータの一つのタイプが、磁気抵抗によってトルクを発生させるリラクタンスモータである。リラクタンスモータは、強磁性ロータ上に非永久磁極を誘導する。一般に、既存のリラクタンスモータのトルクリップルは大きく、低速動作時、１回転する間の最大トルクと最小トルクの差が大きい。
【０００４】
小型で、軽量で、高トルクであり、低速動作が可能な電気機械モータが必要とされている。さらに、振動が小さく、ジャム（ｊａｍ）がないおよび／またはジャムに強い作動をもたらし、高負荷保持能力（ｈｉｇｈ  ｈｏｌｄｉｎｇ  ｌｏａｄ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を実現できるような電気機械モータが必要とされている。
【発明の概要】
【０００５】
仮想楕円電気モータおよび方法が提供される。支点は、章動（ｎｕｔａｔｅ）する動荷重を支持し、ワッブルプレート（ｗｏｂｂｌｅ  ｐｌａｔｅ）は、支点に回転可能に結合され、支点周りに章動する。ワッブルプレートは、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備える。固定ギアは、外側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートに梃子の作用をもたらす。回転出力プレートは、内側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートの章動に応じて回転する。ステータは、電磁石を備え、ワッブルプレートの第１の側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与える。
【０００６】
このように、本開示の実施形態は、性能が動力による油圧作動と同等かそれ以上でありエネルギ密度も油圧作動と同等かそれ以上の、低速度で高トルクを発生する電気機械モータを提供する。既存のスイッチドリラクタンスモータは、始動が保証されず、始動方向が制御できず、また６つのステータ極および４つのロータ極よりも少ない場合に反転能力（ｒｅｖｅｒｓｉｎｇ  ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を制御できない。本開示の実施形態は、６つのステータ極と１つの仮想ロータ極によって、保証された始動、制御された始動方向および反転能力を達成することができ、ロータ極が必要なくロータ極なしで構成可能であり、それにもかかわらず既存のモータと同等かそれ以上の始動、保持および反転を実現することができる。本開示の実施形態は、高価なレアアース金属を使用する必要がなく、また振動が小さく、実質的にジャムがないおよび／またはジャムに強い高保持負荷能力を実現する電気モータを提供する。電気モータは、非最適状態または機械的に動力が低下すると出力シャフトから切り離されるので、電気的に頑強である。
【０００７】
一実施形態では、仮想楕円電気モータは、支点、ワッブルプレート、固定ギア、回転出力プレートおよびステータを備える。支点は、回転する径方向動荷重を支持する。ワッブルプレートは、支点に回転可能に結合され、支点周りに章動し、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備える。固定ギアは、外側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートに梃子の作用をもたらす。回転出力プレートは、内側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートの章動に応じて回転する。ステータは、電磁石を備え、ワッブルプレートの第１の側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与える。
【０００８】
他の実施形態では、仮想楕円電気モータの動作方法は、支点に回転可能に結合されるワッブルプレートを支点周りに章動させる。ワッブルプレートは、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備える。方法は、さらに、ワッブルプレートの第１の側を、電磁石を備えるステータへと電磁的に引き寄せる。方法は、さらに、ワッブルプレートの第２の側を固定ギアおよび回転出力プレートに押し付けるように、支点を中心にワッブルプレートに梃子の働きをさせる。方法は、さらに、固定ギアを外側ペリサイクリックギアと噛み合わせ、固定ギアに対して外側ペリサイクリックギアに梃子の働きをさせる。方法は、さらに、内側ペリサイクリックギアとともに回転出力プレートを駆動し、ワッブルプレートの章動に応じて回転出力プレートを回転させる。
【０００９】
さらなる一実施形態では、仮想楕円電気モータの構成方法は、回転する径方向動荷重を支持するように支点を構成し、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備えるワッブルプレートを支点に回転可能に結合する。方法は、さらに、支点周りに章動するようにワッブルプレートを構成し、固定ギアを外側ペリサイクリックギアと噛み合わせる。方法は、さらに、ワッブルプレートに梃子の作用をもたらすように固定ギアを構成し、回転出力プレートを内側ペリサイクリックギアと噛み合わせる。方法は、さらに、ワッブルプレートの章動に応じて回転するように回転出力プレートを構成する。方法は、さらに、少なくとも１つの電磁石を備え、ワッブルプレートの第１の.側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与えるように、ステータを構成する。
【００１０】
さらに、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
【００１１】
条項１
仮想楕円電気モータであって、
回転する径方向動荷重を支持するように動作可能な支点と、
支点に回転可能に結合され、支点周りに章動するように動作可能であり、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを含む、ワッブルプレートと、
外側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートに梃子の作用をもたらすように動作可能な、固定ギアと、
内側ペリサイクリックギアと噛み合い、ワッブルプレートの章動に応じて回転するように動作可能な、回転出力プレートと、
少なくとも１つの電磁石を備え、ワッブルプレートの第１の側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与えるように動作可能な、ステータと
を備える、仮想楕円電気モータ。
【００１２】
条項２
ステータを収容するように動作可能なステータハウジングをさらに備える、条項１に記載の仮想楕円電気モータ。
【００１３】
条項３
回転出力プレートを支持するように動作可能なブシュをさらに備える、条項１に記載の仮想楕円電気モータ。
【００１４】
条項４
ブシュに結合されブシュを保持するように動作可能なブシュ保持リングをさらに備える、条項３に記載の仮想楕円電気モータ。
【００１５】
条項５
ロッカーアームに結合される上側ハウジングをさらに備える、条項１に記載の仮想楕円電気モータ。
【００１６】
条項６
固定ギアの第１の歯数が、外側ペリサイクリックギアの第２の歯数と等しく、
回転出力プレートのギアの第３の歯数が、内側ペリサイクリックギアの第４の歯数と等しい、
条項１に記載の仮想楕円電気モータ。
【００１７】
条項７
仮想楕円電気モータの動作方法であって、
支点に回転可能に結合され、内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備えるワッブルプレートを、支点周りに章動させることと、
ワッブルプレートの第１の側を、少なくとも１つの電磁石を備えるステータへと電磁的に引き寄せることと、
固定ギアおよび回転出力プレートにワッブルプレートの第２の側を押し付けるように、支点を中心にワッブルプレートに梃子の働きをさせることと、
固定ギアを外側ペリサイクリックギアと噛み合わせることと、
固定ギアに対して外側ペリサイクリックギアに梃子の働きをさせることと、
内側ペリサイクリックギアとともに回転出力プレートを駆動することと、
ワッブルプレートの章動に応じて回転出力プレートを回転させることと
を含む、方法。
【００１８】
条項８
回転出力プレートに結合される第１の出力アームを介して作動をもたらすことをさらに含む、条項７に記載の方法。
【００１９】
条項９
ステータに結合される第２の出力アームを介して作動をもたらすことをさらに含む、条項７に記載の方法。
【００２０】
条項１０
ステータと回転出力プレートを介して二重作動（ｄｕａｌ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ）をもたらすことをさらに含む、条項７に記載の方法。
【００２１】
条項１１
固定ギアの第１の歯数が、外側ペリサイクリックギアの第２の歯数と等しく、
回転出力プレートのギアの第３の歯数が、内側ペリサイクリックギアの第４の歯数と等しい、
条項７に記載の方法。
【００２２】
条項１２
仮想楕円電気モータを構成する方法であって、
回転する径方向動荷重を支持するように支点を構成することと、
内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギアを備えるワッブルプレートを、支点に回転可能に結合することと、
支点周りに章動するようにワッブルプレートを構成することと、
固定ギアを外側ペリサイクリックギアと噛み合わせることと、
ワッブルプレートに梃子の作用をもたらすように固定ギアを構成することと、
回転出力プレートを内側ペリサイクリックギアと噛み合わせることと、
ワッブルプレートの章動に応じて回転するように回転出力プレートを構成することと、
少なくとも１つの電磁石を備え、ワッブルプレートの第１の側を電磁的に引き寄せ、それによってワッブルプレートの第２の側が固定ギアおよび回転出力プレートに対して梃子の作用を与えるように、ステータを構成することと
を含む、方法。
【００２３】
条項１３
ステータを収容するように動作可能なステータハウジングを構成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２４】
条項１４
回転出力プレートを支持するように動作可能なブシュを構成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２５】
条項１５
ブシュに結合されブシュを保持するように動作可能なブシュ保持リングを構成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２６】
条項１６
ロッカーアームに結合される上側ハウジングを構成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２７】
条項１７
ワッブルプレートの章動と回転出力プレートの回転の比を構成することをさらに含む、条項１２に記載の方法。
【００２８】
条項１８
作動について、ワッブルプレートの章動と回転出力プレートの回転の比を構成することをさらに含む、条項１７に記載の方法。
【００２９】
条項１９
回転出力プレートの１回転がワッブルプレートの約１８０回〜約２００回の章動から生じるように比を構成することをさらに含む、条項１８に記載の方法。
【００３０】
条項２０
固定ギアの第１の歯数が、外側ペリサイクリックギアの第２の歯数と等しく、
回転出力プレートのギアの第３の歯数が、内側ペリサイクリックギアの第４の歯数と等しい、
条項１２に記載の方法。
【００３１】
条項２１
条項１に記載の仮想楕円電気モータを備える航空機。
【００３２】
この概要は、詳細な説明においてさらに後述する単純化した形式の概念の選択を導入するために提供されている。この概要は、請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、請求される主題の範囲を決定する補助として用いられることも意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
本開示の実施形態は、以下の図面と併せて考慮されるとき以下の詳細な説明および特許請求の範囲を参照すればより完全に理解することができる。図面を通して同じ参照番号は類似要素を示している。図面は、本開示の理解を容易にするために提供するものであり、幅、範囲、縮尺、または本開示の適用性を限定するものではない。図面は、必ずしも一定の縮尺で作成されていない。
【００３４】
【図１】本開示の一実施形態による、例示的な仮想楕円電気モータを示す図である。
【図２】本開示の一実施形態による、図１のワッブルプレートの拡大ビューを示す図である。
【図３】本開示の一実施形態による、ワッブルプレートと、固定ギアおよび回転出力プレートとの接触面を示す図である。
【図４】本開示の一実施形態による、ワッブルプレートの時計回り章動を示す図である。
【図５】本開示の一実施形態による、ワッブルプレートの時計回り章動を示す図である。
【図６】本開示の一実施形態による、電磁駆動力とワッブルプレートの反時計回り章動との関係を示す図である。
【図７】本開示の一実施形態による、仮想楕円電気モータの動作プロセスを示す例示的な流れ図である。
【図８−１】本開示の一実施形態による、仮想楕円電気モータを構成するプロセスを示す例示的な流れ図である。
【図８−２】本開示の一実施形態による、仮想楕円電気モータを構成するプロセスを示す例示的な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下の詳細な説明は本来的に実施例であり、開示内容または本開示の実施形態の用途および使用を限定するものではない。特定のデバイス、技術、および用途の説明は例としてのみ提供されている。本明細書に記載の例に対する修正は当業者には容易に明らかとなるものであり、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で定義された一般的原理を他の例および用途に適用することができる。さらに、先行技術分野、背景、概要または以下の詳細な説明で明示的または暗示的に提示される任意の理論によって束縛されることは意図していない。本開示の範囲は特許請求の範囲と一致するものであり、本明細書に記載され示される例に限定されない。
【００３６】
本開示の実施形態は、機能的および／または論理的ブロックコンポーネントおよび様々な処理ステップの観点から本明細書で説明され得る。当然ながら、そうしたブロックコンポーネントを特定の機能を実施するように構成された任意の数のハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアコンポーネントによって実現することが可能である。簡潔にするために、電気モータに関する従来の技術およびコンポーネントは本明細書において詳しく説明していない。加えて、当業者は、本開示の実施形態を様々な構造体と併用して実施することが可能であり、本明細書に記載した実施形態は本開示の単なる例示的な実施形態であることを理解されたい。
【００３７】
本明細書において、本開示の実施形態は、いくつかの非限定的な用途、すなわち航空機アクチュエータの文脈で述べられる。しかしながら、本開示の実施形態は、そうした航空機アクチュエータの用途に限定されず、本明細書に記載されている技術は、他の用途でも使用され得る。例えば、実施形態は、自動車用電気モータ、産業用電気モータ、船舶用電気モータ、潜水艦用電気モータ、消費者製品用電気モータ、または他の電気モータ用途に適用可能である。
【００３８】
本説明を読んだ後で当業者には明らかになるように、下記は本開示の例および実施形態であり、これらの例による動作には限定されない。他の実施形態を用いることもでき、本開示の例示的な実施形態の範囲から逸脱せずに構造上の変更を加えることもできる。
【００３９】
本開示の実施形態は、二重ペリサイクリックギアを備えたワッブルプレートが章動する、スイッチドリラクタンス電気モータを提供する。支点は、梃子の作用の一点を形成し、ワッブルプレートの実質的に中心に位置決めされる。動作中、ワッブルプレートの一方の側は、ステータへと電磁的に引っ張られ、他方の側は固定プレートおよび回転プレートに押し付けられる。固定プレート上のギア装置は、回転プレートに対してワッブルプレートを駆動し、それによってワッブルプレートが支点周りに章動すると回転プレートが回転運動で駆動される。ワッブルプレートが多数回章動すると、回転プレートが１回転することができる。例えば、これらに限定されるわけではないが、ワッブルプレートが２００回章動すると、回転プレートが１回転することができる。
【００４０】
図１は、本開示の一実施形態による例示的な仮想楕円電気モータ１００が示されている。仮想楕円電気モータ１００は、ワッブルプレート１０６、支点１２６、固定ギア１０８、回転出力プレート１２０およびステータ１０４を備えることができる。仮想楕円電気モータ１００は、ステータハウジング１０２、ブシュ１１０、ブシュ保持リング１１８、上側ハウジング１１２、ロッカーアーム１１４、第１の出力アーム１１６および第２の出力アーム１２８をさらに備えることができる。
【００４１】
ワッブルプレート１０６は、支点１２６に回転可能に結合され、支点１２６周りに章動するように構成される。ワッブルプレート１０６は、内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４を備える。動作中、ワッブルプレート１０６の第１の側２０８（図２）はステータ１０４へと電磁的に引っ張られ、ワッブルプレート１０６の第２の側２１０（図２）は固定ギア１０８および回転出力プレート１２０に押し付けられる。固定ギア１０８上の固定ギアリング３０４（図３）は、外側ペリサイクリックギア１２４と噛み合い、回転出力プレート１２０の出力プレートギアリング３０２（図３）に対してワッブルプレート１０６の内側ペリサイクリックギア１２２を駆動する。ワッブルプレート１０６が支点１２６周りに章動すると、回転出力プレート１２０に対してワッブルプレート１０６の内側ペリサイクリックギア１２２が駆動され、それによって回転出力プレート１２０が回転運動で駆動される。ワッブルプレート１０６は、例えば、これらに限定されるわけではないが、スロープ、テーパ、円錐面、（例えば、ワッブルプレート１０６の平面から角度２２８（図２）の）円錐形輪郭、または他の構造を含むことができる。
【００４２】
ワッブルプレート１０６の章動の比は、回転出力プレート１２０の回転に対して設定され得る。例えば、ワッブルプレート１０６が多数回章動すると回転出力プレート１２０が１回転することができる。例えば、これらに限定されるわけではないが、ワッブルプレート１０６が約１８０回〜約２００回章動すると、回転出力プレート１２０が１回転することができる。
【００４３】
支点１２６には、ワッブルプレート１０６が回転可能に結合される。支点１２６は、ワッブルプレート１０６がステータ１０４へと引っ張られる（またはステータ１０４から押される）ときにワッブルプレート１０６から受ける章動する動荷重を支持するように構成される。支点１２６は、梃子の作用の一点を形成し、実質的に、ワッブルプレート１０６のワッブルプレート中心２０６（図２）に位置決めされる。
【００４４】
固定ギア１０８は、外側ペリサイクリックギア１２４と噛み合い、ワッブルプレート１０６に梃子の作用をもたらすように構成される固定ギアリング３０４（図３）を備える。
【００４５】
回転出力プレート１２０は、内側ペリサイクリックギア１２２と噛み合い、ワッブルプレート１０６に梃子の作用をもたらすように構成される出力プレートギアリング３０２（図３）を備える。いくつかの実施形態では、回転出力プレート１２０は、ロッカーアーム１１４に、したがって第１の出力アーム１１６に結合され得る。そのような構造は、作動をもたらすように機能することができ、第１の出力アーム１１６は、回転出力プレート１２０の回転運動に応じて前後運動を生成する。回転出力プレート１２０を１回転させるのにワッブルプレート１０６を多数回章動させるように構成することによって、かなり高いトルクの非常に微細な運動制御が回転出力プレート１２０から出力され得るようになる。かなり高いトルクの非常に微細な運動制御は、実質的に、例えば、これらに限定されるわけではないが、航空機の操縦翼面の作動などである多くの作動用途に理想的である。
【００４６】
ステータ１０４は、第１の相の電磁石１３０、第２の相の電磁石１３２および第３の相の電磁石１３４などの、１つまたは複数の電磁石を備える。多くの電気モータとは異なり、電力は、ロータではなくステータ１０４にある巻線に供給される。よって、電力が可動部に供給されないので、設計を簡素化できる。ワッブルプレート１０６には通常、磁石またはコイルがない。電磁石１３０／１３２／１３４によって、ワッブルプレート１０６の第１の側２０８（図２）がステータ１０４へと電磁的に引っ張られ、ワッブルプレート１０６の第２の側２１０（図２）が固定ギア１０８および回転出力プレート１２０に押し付けられる。電磁石１３０／１３２／１３４の相を回転させることによって、電磁石１３０／１３２／１３４によるワッブルプレート１０６の章動の誘発が可能になる。
【００４７】
さらに、ステータハウジング１０２は、ステータ１０４を収容するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ステータハウジング１０２は、第２の出力アーム１２８に結合され得る。そうした構造は、作動をもたらすように機能することができ、第２の出力アーム１２８は、ステータハウジング１０２の回転運動に応じて前後運動を生成する。いくつかの実施形態では、仮想楕円電気モータ１００は、第１の出力アーム１１６と第２の出力アーム１２８の両方を備え、二重作動をもたらすことができる。
【００４８】
ブシュ１１０は、ブシュ保持リング１１８に結合され、回転出力プレート１２０を支持するように構成される。
【００４９】
ブシュ保持リング１１８は、ブシュ１１０に結合され、ブシュ１１０を保持するように構成される。
【００５０】
上側ハウジング１１２は、ロッカーアーム１１４に結合され、仮想楕円電気モータ１００を収容するように構成される。
【００５１】
図２は、本開示の一実施形態による、図１のワッブルプレート１０６の拡大ビュー２００／２０２／２０４を示す図である。拡大ビュー２００は、ワッブルプレート１０６の上面図である。拡大ビュー２０２は、線Ａ−Ａに沿ったワッブルプレート１０６の側面図であり、無通電で非接続状態にあるワッブルプレート１０６を示している。拡大ビュー２０４は、線Ａ−Ａに沿ったワッブルプレート１０６の側面図であり、通電状態にあり、固定ギア１０８と回転出力プレート１２０に結合しているワッブルプレート１０６を示している。
【００５２】
図３は、本開示の一実施形態による、ワッブルプレート１０６と固定ギア１０８および回転出力プレート１２０との接触面が示されている。例えば電磁石１３４である電磁石１３０／１３２／１３４のうちの１つが、ワッブルプレート１０６の第１の側２０８（図２）をステータ１０４へと磁気的に引っ張ると、ワッブルプレート１０６の第２の側２１０（図２）は、固定ギア１０８および回転出力プレート１２０に押し付けられる。ワッブルプレート１０６の内側ペリサイクリックギア１２２は、出力プレートギアリング３０２の平面に沿って、径方向に、回転出力プレート１２０の出力プレートギアリング３０２と噛み合う。ワッブルプレート１０６の外側ペリサイクリックギア１２４は、固定ギアリング３０４の平面に沿って、径方向に、固定ギア１０８の固定ギアリング３０４と噛み合う。
【００５３】
ワッブルプレート１０６は、固定ギア１０８および回転出力プレート１２０を含む平面に沿って、径方向内方に、固定ギア１０８および回転出力プレート１２０と噛み合う。内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４は、支点１２６から一定半径のところに位置する。ワッブルプレート１０６が（例えば、ワッブルプレート中心２０６が支点１２６の軸から角度２３４に）傾くと、ワッブルプレート１０６の内側ペリサイクリックギア１２２の歯２２０およびワッブルプレート１０６の外側ペリサイクリックギア１２４の歯２２２に対するワッブルプレート中心２０６の径方向位置が、径方向内方に動く。内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４のそれぞれの歯２２０／２２２は、内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４の外半径２１４／２１８上よりも内半径２１２／２１６上の方が小さい楔形部２２４／２２６を含むことができる。内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４のそれぞれの歯２２０／２２２の楔形部２２４／２２６は、ワッブルプレート１０６が固定ギア１０８および回転出力プレート１２０の方に向かって動くと、径方向内方に駆動される。
【００５４】
例えば、これらに限定されるわけではないが、楔形部２２４／２２６は、ワッブルプレート１０６の平面における角度２３０／２３２、（例えば、噛み合わさるとき）固定ギア１０８に対してある角度をなすように構成される楔形部２２４／２２６の表面３０６／３０８、（例えば、噛み合わさるとき）回転出力プレート１２０に対してある角度をなすように構成される楔形部２２４／２２６の表面３０６／３０８、ワッブルプレート１０６に対してある角度をなすように構成される楔形部２２４／２２６の表面３０６／３０８、または他の楔形構造を含むように構成され得る。
【００５５】
内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４のそれぞれの歯２２０／２２２の楔形部２２４／２２６が径方向に動くと、固定ギア１０８および回転出力プレート１２０が整列し、径方向荷重が支点１２６に掛る。他の荷重は、固定ギア１０８および回転出力プレート１２０から離すようにワッブルプレート１０６を押すことができる。ただし、これは内側ペリサイクリックギア１２２および外側ペリサイクリックギア１２４のそれぞれの歯２２０／２２２の楔角度（α）の正弦関数（サインα）とワッブルプレート１０６のプレート角度（Θ）の正弦関数（サインΘ）の乗算に比例してよい。楔角度（α）は、例えば、これらに限定されるわけではないが、約１４度または他の適当な角度を含むことができる。プレート角度（Θ）は、例えば、これらに限定されるわけではないが、約１．６度または他の適当な角度を含むことができる。
【００５６】
いくつかの実施形態では、固定ギア１０８の歯の数は、外側ペリサイクリックギア１２４の歯２２２の数と等しく、また回転出力プレート１２０の歯の数は、内側ペリサイクリックギア１２２の歯２２０の数と等しい。このように歯の数が等しいので、ワッブルプレート１０６は、固定ギア１０８に対して回転しない。
【００５７】
図４および図５は、本開示の一実施形態によるワッブルプレート１０６の時計回り章動が示されている。ビュー４０２、４０４、４０６、５０２および５０４には、電磁石１３０／１３２／１３４（図１）の電磁力に応じて時計回り方向４０８に章動しているワッブルプレート１０６が示されている。トルクは、ワッブルプレート１０６の角変化から生じる。ステータ１０４（図１）のステータ極が励磁されると、ワッブルプレート１０６のトルクが、磁気抵抗を減少させる方向になる。回転の持続のために、ステータの磁界は、ロータ極より先に回転し、それによってワッブルプレート１０６が常に前へ「引っ張られる」。
【００５８】
図６は、本開示の一実施形態による、電磁駆動力と、仮想楕円運動を生成するワッブルプレート１０６の反時計回り章動６１４との関係が示されている。ワッブルプレート突出部６１０は、出力ギア平面６１２内へと入るワッブルプレート１０６の楕円突出部からなる。時間Ｔ０にワッブルプレート１０６（図１）の長軸上の位置６０２に磁気力が加えられると、時間Ｔ０にワッブルプレート１０６の短軸上の位置６０６でギアの最大噛み合いが起こる。時間Ｔ１にワッブルプレート１０６の長軸上の位置６０４に磁気力が加えられると、時間Ｔ１にワッブルプレート１０６の短軸上の位置６０８でギアの最大噛み合いが起こる。このように、仮想楕円電気モータの仮想楕円運動が生成される。
【００５９】
図７は、本開示の一実施形態による、仮想楕円電気モータの動作についてのプロセス７００を示す例示的な流れ図である。プロセス７００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはその任意の組み合わせによって機械的に実施され得る。例示の目的のために、以下にあるプロセス７００の説明は、図１および図２に関連して上述した要素に言及する。いくつかの実施形態では、プロセス７００の諸部分は、例えば支点１２６、ワッブルプレート１０６、固定ギア１０８、回転出力プレート１２０およびステータ１０４など、仮想楕円電気モータ１００の異なる要素によって実施されてもよい。プロセス７００は、図１〜図６に示される実施形態と類似した機能、材料および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能および要素は、ここでは重ねて説明しない。
【００６０】
プロセス７００は、支点１２６のような支点に回転可能に結合されるワッブルプレート１０６のようなワッブルプレートが支点１２６周りに章動させることから始まることができる（タスク７０２）。ワッブルプレート１０６は、内側ペリサイクリックギア１２２のような内側ペリサイクリックギア、および外側ペリサイクリックギア１２４のような外側ペリサイクリックギアを備える。
【００６１】
プロセス７００は、第１の側２０８のようなワッブルプレート１０６の第１の側を、少なくとも１つの電磁石１３０／１３２／１３４を備えるステータ１０４のようなステータへと電磁的に引き寄せることにより続行することができる（タスク７０４）。
【００６２】
プロセス７００は、第２の側２１０のようなワッブルプレート１０６の第２の側を、固定ギア１０８のような固定ギアおよび回転出力プレート１２０のような回転出力プレートに押し付けるように支点１２６を中心にワッブルプレート１０６に梃子の働きをさせることにより続行することができる（タスク７０６）。
【００６３】
プロセス７００は、固定ギア１０８が外側ペリサイクリックギア１２４と噛み合うことにより続行することができる（タスク７０８）。
【００６４】
プロセス７００は、外側ペリサイクリックギア１２４と固定ギア１０８に梃子の働きをさせることにより続行することができる（タスク７１０）。
【００６５】
プロセス７００は、内側ペリサイクリックギア１２２とともに回転出力プレート１２０を駆動することにより続行することができる（タスク７１２）。
【００６６】
プロセス７００は、ワッブルプレート１０６の章動に応じて回転出力プレート１２０を回転させることにより続行することができる（タスク７１４）。
【００６７】
プロセス７００は、回転出力プレート１２０に結合される第１の出力アーム１１６のような第１の出力アームを介して作動をもたらすことにより続行することができる（タスク７１６）。
【００６８】
プロセス７００は、ステータ１０４に結合される第２の出力アーム１２８のような第２の出力アームを介して作動をもたらすことにより続行することができる（タスク７１８）。
【００６９】
プロセス７００は、ステータ１０４および回転出力プレート１２０を介して二重作動をもたらすことにより続行することができる（タスク７２０）。
【００７０】
図８は、本開示の一実施形態による、仮想楕円電気モータを構成するプロセス８００を示す例示的な流れ図である。プロセス８００に関連して実施される様々なタスクは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェアまたはその任意の組み合わせによって機械的に実施され得る。例示の目的のために、以下にあるプロセス８００の説明は、図１および図２に関連して上述した要素に言及する。いくつかの実施形態では、プロセス８００の諸部分は、例えば支点１２６、ワッブルプレート１０６、固定ギア１０８、回転出力プレート１２０およびステータ１０４など、仮想楕円電気モータ１００の異なる要素によって実施されてもよい。プロセス８００は、図１〜図６に示される実施形態と類似した機能、材料および構造を有することができる。したがって、共通の特徴、機能および要素は、ここでは重ねて説明しない。
【００７１】
プロセス８００は、回転する径方向動荷重を支持するように支点１２６のような支点を構成することから始まることができる（タスク８０２）。
【００７２】
プロセス８００は、内側ペリサイクリックギア１２２のような内側ペリサイクリックギアおよび外側ペリサイクリックギア１２４のような外側ペリサイクリックギアを備えるワッブルプレート１０６のようなワッブルプレートを支点１２６に回転可能に結合することにより続行することができる（タスク８０４）。
【００７３】
プロセス８００は、支点１２６周りに章動するようにワッブルプレート１０６を構成することにより続行することができる（タスク８０６）。
【００７４】
プロセス８００は、固定ギア１０８のような固定ギアを外側ペリサイクリックギア１２４と噛み合わせることにより続行することができる（タスク８０８）。
【００７５】
プロセス８００は、ワッブルプレート１０６に梃子の作用をもたらすように固定ギア１０８を構成することにより続行することができる（タスク８１０）。
【００７６】
プロセス８００は、回転出力プレート１２０のような回転出力プレートを内側ペリサイクリックギア１２２と噛み合わせることにより続行することができる（タスク８１２）。
【００７７】
プロセス８００は、ワッブルプレート１０６の章動に応じて回転するように回転出力プレート１２０を構成することにより続行することができる（タスク８１４）。
【００７８】
プロセス８００は、少なくとも１つの電磁石１３０／１３２／１３４を備え、第１の側２０８のようなワッブルプレート１０６の第１の側を電磁的に引き寄せ、それによって第２の側２１０のようなワッブルプレート１０６の第２の側が固定ギア１０８および回転出力プレート１２０に対して梃子の作用を与えるように、ステータ１０４のようなステータを構成することにより続行することができる（タスク８１６）。
【００７９】
プロセス８００は、ステータ１０４を収容するように動作可能なステータハウジング１０２のようなステータハウジングを構成することにより続行することができる（タスク８１８）。
【００８０】
プロセス８００は、回転出力プレート１２０を支持するように動作可能なブシュ１１０のようなブシュを構成することにより続行することができる（タスク８２０）。
【００８１】
プロセス８００は、ブシュ１１０に結合されブシュ１１０を保持するように動作可能なブシュ保持リング１１８のようなブシュ保持リングを構成することにより続行することができる（タスク８２２）。
【００８２】
プロセス８００は、ロッカーアーム１１４のようなロッカーアームに結合される上側ハウジング１１２のような上側ハウジングを構成することにより続行することができる（タスク８２４）。
【００８３】
プロセス８００は、ワッブルプレートの章動と回転出力プレート１２０の回転の比を構成することにより続行することができる（タスク８２６）。
【００８４】
プロセス８００は、作動について、ワッブルプレートの章動と回転出力プレート１２０の回転の比を構成することにより続行することができる（タスク８２８）。
【００８５】
プロセス８００は、回転出力プレート１２０の１回転がワッブルプレート１０６の約１８０回〜約２００回の章動から生じるように比を構成することにより続行することができる（タスク８３０）。
【００８６】
このように、本開示の実施形態は、性能が動力による油圧作動と同等かそれ以上でありエネルギ密度も油圧作動と同等かそれ以上の、低速度で高トルクを発生する電気機械電気モータを提供する。上述のように、既存のスイッチドリラクタンスモータは、始動が保証されず、始動方向が制御できず、また６つのステータ極および４つのロータ極よりも少ない場合に反転能力を制御できない。本開示の実施形態は、６つのステータ極と１つの仮想ロータ極によってこれを達成できる。また、本明細書に記載のスイッチドリラクタンスモータにはロータ極がないが、それにもかかわらず既存のモータと同等かそれ以上の始動、保持および反転を実現することができる。本開示の実施形態は、高価なレアアース金属を使用する必要がなく、また振動が小さく、実質的にジャムがないおよび／またはジャムに強い高保持負荷能力を実現する電気モータを提供する。電気モータは、非最適状態または機械的に動力が低下すると出力シャフトから切り離されるので、電気的に頑強である。
【００８７】
上述の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施形態を示してきたが、多くの変形形態が存在すると理解されたい。また、本明細書に記載された１つまたは複数の例示的な実施形態は、形はどうあれ、本主題の範囲、適用性または構成を限定することも意図しないと理解されたい。より正確に言えば、上述の詳細な説明は、説明された１つまたは複数の実施形態を実行するための好都合なロードマップを当業者に提供する。特許請求の範囲によって定められる範囲を逸脱することなく、要素の機能および配置に様々な変更を加えることができ、本発明の範囲は、本特許出願の出願時の公知かつ予測可能な均等物を含むものであると理解されたい。
【００８８】
上記の説明は、「接続される」または「結合される」要素、ノードまたは特徴に言及している。明示的に別段の記載がない限り、この明細書中で用いる「接続される」とは、必ずしも機械的にではなく、１つの要素／ノード／特徴が、別の要素／ノード／特徴に直接的につながれる（または直接的に通信する）ことを意味する。同様に、明示的に別段の記載がない限り、「結合される」とは、必ずしも機械的にではなく、１つの要素／ノード／特徴が、別の要素／ノード／特徴に直接的または間接的につながれる（または直接的または間接的に通信する）ことを意味する。したがって、図１〜６は、要素の例示的な配置を示すが、追加の介在する要素、装置、特徴または構成要素が本開示の実施形態に存在してもよい。
【００８９】
本明細書で使用する用語および表現、ならびにそれらの変化形は、明示的に別段の記載がない限り、限定的なものではなく、変更可能なものとして解釈すべきである。前述の例として、「含む」という用語は「限定せずに含む」または同様のことを意味するとして理解すべきであり、「例」という用語は、説明しているアイテムの事例を提供するのに使用され、これらのリストを包括するものまたは限定するものではなく、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「既知の」等の形容詞と、同様の意味を持つ用語は、説明したアイテムを所定の時間間隔に限定する、または所定の時点において利用可能なアイテムに限定するとして解釈すべきでなく、むしろ利用可能な、または現在、あるいは今後任意の時点で利用可能または公知となり得る、従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含するものとして読解すべきである。
【００９０】
同様に、「および」でつながったアイテムのグループは、グループ分けにおいてそれらのアイテムのそれぞれ、また全てが存在することが要求されると読解すべきではなく、明示的に別段の記載がない限り、「および／または」として読解すべきである。同様に、「または」でつながったアイテムのグループは、グループ内で相互排他性が要求されると理解すべきではなく、明示的に別段の記載がない限り、やはりまた「および／または」として理解すべきである。
【００９１】
さらに、本開示のアイテム、要素または構成要素は単一のものとして記載され主張されているが、単一に限定されることが明記されていない限り、複数のものもそれらの範囲内にあるとみなされる。一部の事例における「１つまたは複数の」、「少なくとも」、「限定されるわけではないが」またはその他同様の表現等の広義的な単語および表現が存在することにより、上記の広義的な表現がない場合において、範囲を狭めることが意図されるまたは要求されることを意味するものであると解釈すべきではない。数値または範囲に言及する場合の「約」という用語は、測定時に起こり得る実験誤差により生じる値を包含することを意図している。
【００９２】
本明細書で使用される場合、明示的な別段の記載がない限り、「動作可能」とは、使用可能、使用またはサービスに適しているまたは準備ができている、特定目的に使用可能である、本明細書に記載の機能または所望の機能を実施できることを意味する。システムおよびデバイスに関して、「動作可能」という用語は、システムおよび／またはデバイスが完全に機能しており、較正済みであって、その要素を含み、システムおよび／またはデバイスがアクティブ化されると、記載された機能を実施するための適切な動作要件を満たすことを意味する。システムおよび回路に関して、「動作可能」という用語は、システムおよび／または回路が完全に機能しており、較正済みであって、そのロジックを含み、システムおよび／または回路がアクティブ化されると、記載された機能を実施するための適切な動作要件を満たすことを意味する。
【符号の説明】
【００９３】
１００  仮想楕円電気モータ
１０２  ステータハウジング
１０４  ステータ
１０６  ワッブルプレート
１０８  固定ギア
１１０  ブシュ
１１２  上側ハウジング
１１４  ロッカーアーム
１１６  第１の出力アーム
１１８  ブシュ保持リング
１２０  回転出力プレート
１２２  内側ペリサイクリックギア
１２４  外側ペリサイクリックギア
１２６  支点
１２８  第２の出力アーム
１３０  電磁石
１３２  電磁石
１３４  電磁石
２００  ビュー
２０２  ビュー
２０４  ビュー
２０６  ワッブルプレート中心
２０８  第１の側
２１０  第２の側
２１２  内半径
２１４  外半径
２１６  内半径
２１８  外半径
２２０  歯
２２２  歯
２２４  楔形部
２２６  楔形部
２２８  角度
２３０  角度
２３２  角度
２３４  角度
３０２  出力プレートギアリング
３０４  固定ギアリング
３０６  表面
３０８  表面
４０２  ビュー
４０４  ビュー
４０６  ビュー
４０８  時計回り方向
５０２  ビュー
５０４  ビュー
６０２  位置
６０４  位置
６０６  位置
６０８  位置
６１０  突出部
６１２  出力ギア平面
６１４  反時計回り章動
【図１】
2014187867.tif 000003
【図２】
2014187867.tif 000004
【図３】
2014187867.tif 000005
【図４】
2014187867.tif 000006
【図５】
2014187867.tif 000007
【図６】
2014187867.tif 000008
【図７】
2014187867.tif 000009
【図８−１】
2014187867.tif 000010
【図８−２】
2014187867.tif 000011
【外国語明細書】
2014187867000001.pdf
2014187867000002.pdf
2014187867000003.pdf
2014187867000004.pdf