(57)【要約】【課題】ロータの回転力を増大させることができる高効率の偏心モータを提供する。【解決手段】コイル１８−１〜１８−６による発生磁束をロータ１０に作用させるための磁束作用面２０−１〜２０−６は、ステータ１２の周方向において３周期のハイポトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、３周期のハイポトロコイド曲線に対し２つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な紡錘形にほぼ沿って形成されていることで、磁束作用面２０−１〜２０−６に対しロータ１０の外周面１０−１を紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。【選択図】図１５
2006211792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極が配設されたステータと、ステータの磁極が発生する磁束により偏心回転するロータと、を有し、
ステータには、ロータと対向し、磁極による発生磁束をロータに作用させるための磁束作用面が形成されており、
前記磁束作用面とロータとの間における磁気的ギャップがロータの偏心回転に伴い変化する偏心モータであって、
前記磁束作用面は、ステータ周方向においてトロコイド曲線に沿った形状を呈しており、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し面同士で接触する形状、または前記磁束作用面に対しほぼ一様の磁気的ギャップを介して面同士で最近接する形状を呈していることを特徴とする偏心モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の偏心モータであって、
前記磁束作用面は、前記トロコイド曲線における中心からの最遠点と最近点との間の位置に形成されていることを特徴とする偏心モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の偏心モータであって、
前記磁束作用面は、前記トロコイド曲線における前記最遠点または前記最近点を中心としたその両側の略対称位置に形成されていることを特徴とする偏心モータ。
【請求項４】
請求項１に記載の偏心モータであって、
前記トロコイド曲線は、ハイポトロコイド曲線であり、
前記磁束作用面は、ハイポトロコイド曲線における中心からの最遠点付近の位置に形成されていることを特徴とする偏心モータ。
【請求項５】
請求項１に記載の偏心モータであって、
前記トロコイド曲線は、エピトロコイド曲線であり、
前記磁束作用面は、エピトロコイド曲線における中心からの最近点付近の位置に形成されていることを特徴とする偏心モータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の偏心モータであって、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において、前記トロコイド曲線に対し頂点にて内接しながら偏心回転可能な正多角形にほぼ沿った形状を呈していることを特徴とする偏心モータ。
【請求項７】
請求項６に記載の偏心モータであって、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが前記所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し前記正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接することを特徴とする偏心モータ。
【請求項８】
請求項６または７に記載の偏心モータであって、
前記トロコイド曲線は、ｎを４以上の整数とすると、ｎ周期のハイポトロコイド曲線であり、
前記正多角形の頂点数は、ｎ−１であることを特徴とする偏心モータ。
【請求項９】
請求項６または７に記載の偏心モータであって、
前記トロコイド曲線は、ｎを２以上の整数とすると、ｎ周期のエピトロコイド曲線であり、
前記正多角形の頂点数は、ｎ＋１であることを特徴とする偏心モータ。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか１に記載の偏心モータであって、
前記トロコイド曲線は、３周期のハイポトロコイド曲線であり、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において、前記ハイポトロコイド曲線に対し２つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な紡錘形にほぼ沿った形状を呈していることを特徴とする偏心モータ。
【請求項１１】
請求項１０に記載の偏心モータであって、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが前記所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し前記紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接することを特徴とする偏心モータ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１に記載の偏心モータであって、
ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において前記トロコイド曲線の内包絡線にほぼ沿った形状を呈していることを特徴とする偏心モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの磁極が発生する磁束によりロータが偏心回転する偏心モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁界と電流との間に発生する電磁力が磁束の発生方向を向いていることはよく知られている。一般的な誘導モータや同期モータでは、ロータの回転により動力を取り出しているが、ステータとロータとの間で発生する磁束のほとんどが径方向を向いているため、界磁制御による僅かな磁束の傾きがロータを回転させる力となる。径方向に働く磁気力は、ロータの回転に寄与する力と比較してはるかに大きいが、それ自体仕事をしないため外部に取り出すことは難しい。ステータとロータとの間で発生する吸引力は、界磁制御によってその大きさが変化すると、モータ筐体そのものを振動させて振動騒音の原因となることもある。
【０００３】
径方向に働く電磁力をロータの回転駆動に利用するために、ロータを偏心回転させる偏心モータが提案されており、その関連技術が下記特許文献１〜３に開示されている。特許文献１〜３の偏心モータにおいては、略円形のステータの内側を略円形のロータが偏心回転する。このような偏心モータは、電磁力の径方向の力をロータの回転駆動に用いることができるので、大きな回転力を発生させることが期待できる。
【０００４】
その他にも、下記特許文献４，５の偏心モータが開示されている。また、その他の背景技術として、下記特許文献６のロータリ回転機構が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５８−２２５５６号公報
【特許文献２】特開平５−３８１２５号公報
【特許文献３】特開平９−２９８８６９号公報
【特許文献４】特開昭６３−１４４７６０号公報
【特許文献５】特開平３−２７７５７号公報
【特許文献６】特開昭５９−１４５３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
偏心モータにおいてロータの回転力を増大させるためには、ロータの偏心回転時におけるインダクタンス変化を増大させるとともに、ステータとロータの最近接時におけるインダクタンスを増大させる必要がある。したがって、ロータの偏心回転時におけるステータ〜ロータ間の磁気的ギャップの変化を増大させるとともに、最近接時における磁気的ギャップを減少させる必要がある。
【０００７】
特許文献１〜３においては、略円形ロータの偏心回転時におけるインダクタンス変化を増大させるためには、ロータ径を小さくしてロータ偏心量を増大させる必要がある。しかし、ロータ径を小さくすると、最近接時における磁気的ギャップが増大するため、最近接時におけるインダクタンスが減少してしまう。一方、最近接時におけるインダクタンスを増大させるためにロータ径を大きくした場合は、ロータ偏心量が減少するため、ロータの偏心回転時におけるインダクタンス変化が減少してしまう。このように、特許文献１〜３においては、ロータの偏心回転時におけるインダクタンス変化と最近接時におけるインダクタンスとの両方を増大させることが困難であるため、ロータの回転力を増大させることが困難であるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、ロータの回転力を増大させることができる高効率の偏心モータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る偏心モータは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【００１０】
本発明に係る偏心モータは、磁極が配設されたステータと、ステータの磁極が発生する磁束により偏心回転するロータと、を有し、ステータには、ロータと対向し、磁極による発生磁束をロータに作用させるための磁束作用面が形成されており、前記磁束作用面とロータとの間における磁気的ギャップがロータの偏心回転に伴い変化する偏心モータであって、前記磁束作用面は、ステータ周方向においてトロコイド曲線に沿った形状を呈しており、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し面同士で接触する形状、または前記磁束作用面に対しほぼ一様の磁気的ギャップを介して面同士で最近接する形状を呈していることを要旨とする。
【００１１】
本発明に係る偏心モータでは、前記磁束作用面は、前記トロコイド曲線における中心からの最遠点と最近点との間の位置に形成されているものとすることもできる。この本発明に係る偏心モータでは、前記磁束作用面は、前記トロコイド曲線における前記最遠点または前記最近点を中心としたその両側の略対称位置に形成されているものとすることもできる。本発明に係る偏心モータでは、前記トロコイド曲線は、ハイポトロコイド曲線であり、前記磁束作用面は、ハイポトロコイド曲線における中心からの最遠点付近の位置に形成されているものとすることもできる。本発明に係る偏心モータでは、前記トロコイド曲線は、エピトロコイド曲線であり、前記磁束作用面は、エピトロコイド曲線における中心からの最近点付近の位置に形成されているものとすることもできる。
【００１２】
本発明に係る偏心モータでは、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において、前記トロコイド曲線に対し頂点にて内接しながら偏心回転可能な正多角形にほぼ沿った形状を呈しているものとすることもできる。この本発明に係る偏心モータでは、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが前記所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し前記正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接するものとすることもできる。この本発明に係る偏心モータでは、前記トロコイド曲線は、ｎを４以上の整数とすると、ｎ周期のハイポトロコイド曲線であり、前記正多角形の頂点数は、ｎ−１であるものとすることもできる。この本発明に係る偏心モータでは、前記トロコイド曲線は、ｎを２以上の整数とすると、ｎ周期のエピトロコイド曲線であり、前記正多角形の頂点数は、ｎ＋１であるものとすることもできる。
【００１３】
本発明に係る偏心モータでは、前記トロコイド曲線は、３周期のハイポトロコイド曲線であり、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において、前記ハイポトロコイド曲線に対し２つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な紡錘形にほぼ沿った形状を呈しているものとすることもできる。この本発明に係る偏心モータでは、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータが前記所定角度にあるときに、前記磁束作用面に対し前記紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接するものとすることもできる。
【００１４】
本発明に係る偏心モータでは、ロータにおけるステータとの対向面は、ロータ周方向において前記トロコイド曲線の内包絡線にほぼ沿った形状を呈しているものとすることもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ロータの偏心回転時におけるインダクタンス変化を増大させるとともに、ステータとロータの最近接時におけるインダクタンスを増大させることができる。したがって、ロータの回転力を増大させることができ、高効率の偏心モータを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１７】
まず本発明の実施形態に係る偏心モータにおいて用いられるトロコイド曲線について説明する。図１に示すように、半径の異なる大円５０と小円５２−１，５２−２に対して、大円５０の外側を小円５２−１が滑ることなく転がるときに、小円５２−１とともに移動する任意の点（ただし小円５２−１の中心を除く）が描く曲線５４をエピ（外）トロコイド曲線という。そして、大円５０の内側を小円５２−２が滑ることなく転がるときに、小円５２−２とともに移動する任意の点（ただし小円５２−２の中心を除く）が描く曲線５６をハイポ（内）トロコイド曲線という。さらに、トロコイド曲線の中でも、小円５２−１，５２−２とともに移動する任意の点が小円５２−１，５２−２の円周上の点である場合をサイクロイド曲線という。すなわち、図２に示すように、大円５０の外側を小円５２−１が滑ることなく転がるときに、小円５２−１の円周上の点が描く曲線５８をエピサイクロイド曲線という。そして、大円５０の内側を小円５２−２が滑ることなく転がるときに、小円５２−２の円周上の点が描く曲線６０をハイポサイクロイド曲線という。本実施形態では、これらのサイクロイド曲線５８，６０もトロコイド曲線の一種に含まれるものとする。なお、図１，２では、大円５０と小円５２−１，５２−２の半径比が３：１であり、３周期のトロコイド曲線５４，５６（サイクロイド曲線５８，６０）による閉曲線が形成される場合を示している。そして、図１では、各小円５２−１，５２−２内の点がそれぞれ描くトロコイド曲線５４，５６を示している。また、大円５０の中心Ｏをトロコイド曲線５４，５６（サイクロイド曲線５８，６０）の中心とする。
【００１８】
内外のトロコイド曲線（サイクロイド曲線）の特徴の１つは、曲線に内接する正多角形が存在し、この正多角形の頂点が曲線から離れることなく回転できることである。曲線に対して内接しながら回転できる正多角形の頂点数は、エピトロコイド曲線の場合はトロコイド曲線の周期数＋１であり、ハイポトロコイド曲線の場合はトロコイド曲線の周期数−１である。例えば図３（Ａ）に示すように、２周期のエピトロコイド曲線６２（閉曲線）に対し３つの頂点にて内接しながら偏心回転することができる正三角形６４が存在し、図３（Ｂ）に示すように、４周期のハイポトロコイド曲線６６（閉曲線）に対し３つの頂点にて内接しながら偏心回転することができる正三角形６８が存在する。また、３周期のハイポトロコイド曲線に対しては、両端にて接触しながら曲線の内側で回転することができる線分が存在する。
【００１９】
一方、トロコイド曲線に対して内接しながら回転可能な正多角形（３周期のハイポトロコイド曲線の場合は線分）を固定して、トロコイド曲線の方を正多角形の各頂点（３周期のハイポトロコイド曲線の場合は線分の両端）に接触させた状態を保ちながら偏心回転させたときには、トロコイド曲線が通過しない領域がトロコイド曲線の通過領域の内側に形成される。このトロコイド曲線が通過しない領域とトロコイド曲線の通過領域との境界をつないだ曲線をトロコイド曲線の内包絡線という。
【００２０】
本実施形態に係る偏心モータにおいては、ロータの偏心回転時におけるステータ〜ロータ間の磁気的ギャップの変化を増大させるとともにステータとロータの最近接時における磁気的ギャップを減少させるために、ステータの形状にトロコイド曲線を適用し、ロータの形状をトロコイド曲線に対して内接または近接しながら偏心回転可能な形状に設定する。以下、その具体例について説明する。
【００２１】
図４は、本実施形態に係る偏心モータにおけるロータの概略構成を示す断面図である。偏心回転するロータ１０の外周面（ステータとの対向面）１０−１の形状は、非円形であり、３周期のハイポトロコイド曲線３０（閉曲線）に対して内接または近接しながら偏心回転可能な形状に設定されている。より具体的には、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、ハイポトロコイド曲線３０に対し２つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な紡錘形にほぼ沿って形成されている。ここでのロータ１０の形状については、ハイポトロコイド曲線３０の内側にて偏心回転可能な範囲で断面積が最大のものを用いることもでき、ロータ１０の外周面１０−１をロータ１０の周方向においてハイポトロコイド曲線３０の内包絡線に沿った形状にすることもできる。また、ロータ１０の中心部には中空部１０−２が形成されており、シャフト１４がロータ１０とギア（図示せず）により噛み合った状態で中空部１０−２に通されていることで、ロータ１０の偏心回転とともにシャフト１４が回転する。なお、ロータ１０を偏心回転可能に支持する機構については、公知の構成で実現可能であるため、図４では図示を省略している。
【００２２】
略紡錘形状のロータ１０がハイポトロコイド曲線３０に対して２つの頂点にて内接しながら偏心回転する動作を図４（Ａ）〜図４（Ｆ）に示す。図４（Ａ）〜図４（Ｆ）に示すように、ハイポトロコイド曲線３０における中心Ｏ（シャフト１４の中心と一致する）からの最遠点付近の位置（例えば図４（Ａ）の３０−１，３０−２で示す位置）にて、ロータ１０とのギャップ変化が大きくなるとともに、ロータ１０の最近接時のギャップが小さくなる。そのため、ハイポトロコイド曲線３０における中心Ｏからの最遠点付近の位置にてステータの発生磁束をロータ１０に作用させることで、ロータ１０の偏心回転時の磁気的ギャップ変化を増大させるとともに、ロータ１０の最近接時の磁気的ギャップを減少させることができる。したがって、ロータ１０の偏心回転時のインダクタンス変化を増大させるとともに、ステータとロータ１０の最近接時のインダクタンスを増大させることができる。
【００２３】
ハイポトロコイド曲線３０における中心Ｏからの最遠点付近の位置にて磁束をロータ１０に作用させるためのステータの構成例の概略を図５の断面図に示す。図５に示すステータ１２においては、３相交流が供給されるコイル１８−１〜１８−３がコア１６−１〜１６−３にそれぞれ装着されていることで、磁束を発生させる磁極が形成されている。そして、ステータ１２の内周側には、ロータ１０の外周面１０−１と対向する複数の磁束作用面２０−１〜２０−６が形成されている。コイル１８−１に電流を流すことで発生させた磁束は、磁束作用面２０−１，２０−２にてロータ１０に作用する。同様に、コイル１８−２により発生させた磁束は、磁束作用面２０−３，２０−４にてロータ１０に作用し、コイル１８−３により発生させた磁束は、磁束作用面２０−５，２０−６にてロータ１０に作用する。本実施形態では、これら複数の磁束作用面２０−１〜２０−６は、ステータ１２の周方向において３周期のハイポトロコイド曲線３０上に沿って所定間隔をあけて配列されており、且つハイポトロコイド曲線３０における中心Ｏからの最遠点３０−３〜３０−５と最近点３０−６〜３０−８との間の位置に配置されている。さらに、磁束作用面２０−１，２０−２のペア、磁束作用面２０−３，２０−４のペア、及び磁束作用面２０−５，２０−６のペアのそれぞれは、最遠点３０−３〜３０−５を中心としたその両側の略対称位置に配置されており、最遠点付近の位置に最遠点３０−３〜３０−５を挟んで配置されている。こうした構成の偏心モータにおいては、ステータ１２のコイル１８−１〜１８−３に順次電流を流すことで発生させた回転磁界により、ロータ１０に回転力が作用してロータ１０がステータ１２の内側で偏心回転する。ロータ１０の偏心回転の際には、ステータ１２の磁束作用面２０−１〜２０−６とロータ１０の外周面１０−１との間における磁気的ギャップが変化する。ロータ１０の回転力はシャフト１４に伝達されることで、シャフト１４から動力を取り出すことができる。
【００２４】
図４に示すロータ１０及び図５に示すステータ１２において、コイル１８−１のみに電流を流してロータ１０の角度を変化させた場合の磁力線分布を図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示す。ここでの図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示す各状態においては、コイル１８−１に流す電流を等しく設定している。ロータ１０の角度が図６（Ａ）に示す状態にあるときが、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２に最も接近している状態、すなわちロータ１０の外周面１０−１と磁束作用面２０−１，２０−２との間の磁気的ギャップが最小となる状態である。本実施形態では、図６（Ａ）に示すように、ロータ１０と磁束作用面２０−１，２０−２との最近接時に、磁束作用面２０−１，２０−２に対しロータ１０の外周面１０−１を紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触させることができる。したがって、最近接時の磁気的ギャップを減少させることができ、最近接時のインダクタンスを増大させることができる。ただし、本実施形態では、ロータ１０と磁束作用面２０−１，２０−２との最近接時に、磁束作用面２０−１，２０−２に対しロータ１０の外周面１０−１をほぼ一様の微少な磁気的ギャップを介して面同士で最近接させるように、ロータ１０の外周面１０−１の形状を設定することもできる。
【００２５】
ロータ１０の角度が図６（Ｂ）〜図６（Ｅ）に示す状態に移行するにつれて、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２から離れる（磁気的ギャップが増大する）。そして、ロータ１０の角度が図６（Ｆ）に示す状態にあるときが、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２から最も離れた状態、すなわち磁気的ギャップが最大となる状態である。図６（Ａ）に示すロータ１０が磁束作用面２０−１，２０−２に最も接近する状態と、図６（Ｆ）に示すロータ１０が磁束作用面２０−１，２０−２から最も離れた状態とでは、ロータ１０への鎖交磁束が極端に変化していることがわかる。
【００２６】
また、ロータ１０の角度変化に対する空間エネルギーと力の特性を図７に示す。図７に示す特性においては、角度因子０〜５が図６（Ａ）〜図６（Ｆ）に示す状態にそれぞれ対応している。図７に示すように、ロータ１０が磁束作用面２０−１，２０−２に最も接近する状態である角度因子０においては、ロータ１０が磁束作用面２０−１，２０−２から最も離れる状態である角度因子５の約１４倍のエネルギーが得られる。角度因子０〜５（図６（Ａ）〜図６（Ｆ））においてはコイル電流を等しくしているため、ロータ１０の偏心回転時におけるインダクタンスの最大値と最小値の比は約１４となり、一般的なリラクタンスモータのインダクタンス比９．６〜９．８に対しても十分大きい値となる。なお、図７には、円形ロータがステータに最も接近した場合と最も離れた場合の空間エネルギーと力も（角度因子０と角度因子５に）示してある。円形ロータに対しても、約２倍の空間エネルギー、約２．５倍の力が得られることがわかる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態においては、ステータ１２の磁束をロータ１０に作用させるための磁束作用面２０−１〜２０−６をハイポトロコイド曲線３０における中心Ｏからの最遠点付近の位置に配置することで、略紡錘形状のロータ１０の外周面１０−１を磁束作用面２０−１〜２０−６に対し紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。したがって、ロータ１０の偏心回転時のインダクタンス変化を増大させるとともに、ステータ１２とロータ１０の最近接時のインダクタンスを増大させることができる。その結果、ロータ１０の回転力を増大させることができる。そして、小さいコイル１８−１〜１８−３の電流で大きいロータ１０の回転力を得ることができる本実施形態の構成では、導線の抵抗に起因する銅損とよばれる損失も少なく、高効率な偏心モータを得ることができる。
【００２８】
次に、本実施形態に係る偏心モータの他の構成例を図８〜１４に示す。図８〜１０は、ステータ（磁束作用面）の形状にハイポトロコイド曲線を用いたものであり、図１１〜１４は、ステータ（磁束作用面）の形状にエピトロコイド曲線を用いたものである。
【００２９】
図８に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、４周期のハイポトロコイド曲線３１に対して内接または近接しながら偏心回転可能な形状に設定されている。より具体的には、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、ハイポトロコイド曲線３１に対し３つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正三角形にほぼ沿って形成されている。ここでのロータ１０の外周面１０−１の形状については、ロータ１０の周方向においてハイポトロコイド曲線３１の内包絡線に沿った形状にすることもできる。また、ステータのコイルによる発生磁束をロータ１０に作用させるための複数の磁束作用面は、ステータの周方向において４周期のハイポトロコイド曲線３１上に沿って配列されており、且つハイポトロコイド曲線３１における中心Ｏからの最遠点と最近点との間の位置に配置されている。さらに、磁束作用面は、ハイポトロコイド曲線３１における最遠点を中心としたその両側の略対称位置（例えば図８の矢印３１−１，３１−２に示す位置）に配置されており、最遠点付近の位置に最遠点を挟んで配置されている。図８に示す構成例においては、ロータ１０と磁束作用面との最近接時に、磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正三角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、ステータの各コイルに流す電流としては、４相の交流を用いることができる。
【００３０】
図９に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、５周期のハイポトロコイド曲線３２に対し４つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正方形にほぼ沿って形成されている。ステータの内周側に形成された複数の磁束作用面は、ステータの周方向において５周期のハイポトロコイド曲線３２上に沿って配列されている。さらに、磁束作用面は、ハイポトロコイド曲線３２における最遠点を中心としたその両側の略対称位置（例えば図９の矢印３２−１，３２−２に示す位置）に配置されており、最遠点付近の位置に最遠点を挟んで配置されている。また、図１０に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、６周期のハイポトロコイド曲線３３に対し５つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正五角形にほぼ沿って形成されている。ステータの内周側に形成された複数の磁束作用面は、ステータの周方向において６周期のハイポトロコイド曲線３３上に沿って配列されている。さらに、磁束作用面は、ハイポトロコイド曲線３３における最遠点を中心としたその両側の略対称位置（例えば図１０の矢印３３−１，３３−２に示す位置）に配置されており、最遠点付近の位置に最遠点を挟んで配置されている。図９，１０に示す構成例においても、ロータ１０と磁束作用面との最近接時に、磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、図９，１０に示す構成例において、ステータの各コイルに流す電流としては、５相及び６相の交流をそれぞれ用いることができる。
【００３１】
図１１に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、３周期のエピトロコイド曲線３４に対して内接または近接しながら偏心回転可能な形状に設定されている。より具体的には、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、エピトロコイド曲線３４に対し４つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正方形にほぼ沿って形成されている。ここでのロータ１０の外周面１０−１の形状については、ロータ１０の周方向においてエピトロコイド曲線３４の内包絡線に沿った形状にすることもできる。また、ステータのコイルによる発生磁束をロータ１０に作用させるための複数の磁束作用面は、ステータの周方向において３周期のエピトロコイド曲線３４上に沿って配列されており、且つエピトロコイド曲線３４における中心Ｏからの最近点付近の位置（例えば図１１の矢印３４−１，３４−２に示す位置）に配置されている。図１１に示す構成例においては、ロータ１０と磁束作用面との最近接時に、磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正方形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、ステータの各コイルに流す電流としては、３相の交流を用いることができる。
【００３２】
図１２に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、４周期のエピトロコイド曲線３５に対し５つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正五角形にほぼ沿って形成されている。ステータの内周側に形成された複数の磁束作用面は、ステータの周方向において４周期のエピトロコイド曲線３５上に沿って配列されており、且つエピトロコイド曲線３５における中心Ｏからの最近点付近の位置（例えば図１２の矢印３５−１，３５−２に示す位置）に配置されている。また、図１３に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、５周期のエピトロコイド曲線３６に対し６つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正六角形にほぼ沿って形成されている。ステータの内周側に形成された複数の磁束作用面は、ステータの周方向において５周期のエピトロコイド曲線３６上に沿って配列されており、且つエピトロコイド曲線３６における中心Ｏからの最近点付近の位置（例えば図１３の矢印３６−１，３６−２に示す位置）に配置されている。また、図１４に示す構成例においては、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、６周期のエピトロコイド曲線３７に対し７つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正七角形にほぼ沿って形成されている。ステータの内周側に形成された複数の磁束作用面は、ステータの周方向において６周期のエピトロコイド曲線３７上に沿って配列されており、且つエピトロコイド曲線３７における中心Ｏからの最近点付近の位置（例えば図１４の矢印３７−１，３７−２に示す位置）に配置されている。図１２〜１４に示す構成例においても、ロータ１０と磁束作用面との最近接時に、磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、図１２〜１４に示す構成例において、ステータの各コイルに流す電流としては、４〜６相の交流をそれぞれ用いることができる。
【００３３】
次に、ステータのより具体的な構成例を図１５〜２３に示す。図１５〜１８は、ステータ（磁束作用面）の形状にハイポトロコイド曲線を用いたものであり、図１９〜２３は、ステータ（磁束作用面）の形状にエピトロコイド曲線を用いたものである。
【００３４】
図１５に示す構成例においては、ステータ１２の内周側には、ロータ１０側へ突出した複数のティース２６−１〜２６−６が周方向に配列して形成されており、各ティース２６−１〜２６−６にコイル１８−１〜１８−６がそれぞれ装着されていることで磁極が形成されている。各ティース２６−１〜２６−６の先端には、コイル１８−１〜１８−６による発生磁束をロータ１０に作用させるための磁束作用面２０−１〜２０−６がそれぞれ形成されている。複数の磁束作用面２０−１〜２０−６は、ステータ１２の周方向において３周期のハイポトロコイド曲線上に沿って配列されており、且つハイポトロコイド曲線における中心からの最遠点と最近点との間の位置に配置されている。そして、磁束作用面２０−１，２０−２のペア、磁束作用面２０−３，２０−４のペア、及び磁束作用面２０−５，２０−６のペアのそれぞれは、ハイポトロコイド曲線における最遠点を中心としたその両側の略対称位置に最遠点を挟んで配置されている。また、ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、３周期のハイポトロコイド曲線に対し２つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な紡錘形にほぼ沿って形成されている。図１５に示す構成例においても、磁束作用面２０−１〜２０−６に対しロータ１０の外周面１０−１を紡錘形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。ここで、図１５（Ａ）は、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２に最も接近する状態を示しており、図１５（Ｂ）は、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２から最も離れる状態を示している。なお、ステータ１２の各コイル１８−１〜１８−６に流す電流としては、３相の交流を用いることができる。
【００３５】
図１６に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−８が装着されたティース２６−１〜２６−８の先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−８は、ステータ１２の周方向において４周期のハイポトロコイド曲線上に沿って配列されている。磁束作用面２０−１，２０−２のペア、磁束作用面２０−３，２０−４のペア、磁束作用面２０−５，２０−６のペア、及び磁束作用面２０−７，２０−８のペアのそれぞれは、ハイポトロコイド曲線における最遠点を中心としたその両側の略対称位置に最遠点を挟んで配置されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、４周期のハイポトロコイド曲線に対し３つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正三角形にほぼ沿って形成されている。また、図１７に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−１０が装着されたティースの先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−１０は、ステータ１２の周方向において５周期のハイポトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、５周期のハイポトロコイド曲線に対し４つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正方形にほぼ沿って形成されている。また、図１８に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−１２が装着されたティースの先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−１２は、ステータ１２の周方向において６周期のハイポトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、６周期のハイポトロコイド曲線に対し５つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正五角形にほぼ沿って形成されている。図１６〜１８に示す構成例においても、ステータ１２の磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、図１６〜１８に示す構成例において、ステータ１２の各コイルに流す電流としては、４〜６相の交流をそれぞれ用いることができる。
【００３６】
図１９に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−４が装着されたティース２６−１〜２６−４の先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−４は、ステータ１２の周方向において２周期のエピトロコイド曲線上に沿って配列されており、且つエピトロコイド曲線における中心からの最遠点と最近点との間の位置に配置されている。磁束作用面２０−１，２０−２のペア及び磁束作用面２０−３，２０−４のペアのそれぞれは、エピトロコイド曲線における最近点を中心としたその両側の略対称位置に最近点を挟んで配置されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、２周期のエピトロコイド曲線に対し３つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正三角形にほぼ沿って形成されている。ここで、図１９（Ａ）は、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２に最も接近する状態を示しており、図１９（Ｂ）は、ロータ１０の外周面１０−１が磁束作用面２０−１，２０−２から最も離れる状態を示している。また、図２０に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−６が装着されたティース２６−１〜２６−６の先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−６は、ステータ１２の周方向において３周期のエピトロコイド曲線上に沿って配列されている。磁束作用面２０−１，２０−２のペア、磁束作用面２０−３，２０−４のペア、及び磁束作用面２０−５，２０−６のペアのそれぞれは、エピトロコイド曲線における最近点を中心としたその両側の略対称位置に最近点を挟んで配置されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、３周期のエピトロコイド曲線に対し４つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正方形にほぼ沿って形成されている。
【００３７】
図２１に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−８が装着されたティースの先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−８は、ステータ１２の周方向において４周期のエピトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、４周期のエピトロコイド曲線に対し５つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正五角形にほぼ沿って形成されている。また、図２２に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−１０が装着されたティースの先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−１０は、ステータ１２の周方向において５周期のエピトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、５周期のエピトロコイド曲線に対し６つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正六角形にほぼ沿って形成されている。また、図２３に示す構成例においては、コイル１８−１〜１８−１２が装着されたティースの先端に形成された磁束作用面２０−１〜２０−１２は、ステータ１２の周方向において６周期のエピトロコイド曲線上に沿って配列されている。ロータ１０の外周面１０−１の形状は、ロータ１０の周方向において、６周期のエピトロコイド曲線に対し７つの頂点にて内接しながら偏心回転可能な正七角形にほぼ沿って形成されている。図１９〜２３に示す構成例においても、ステータ１２の磁束作用面に対しロータ１０の外周面１０−１を正多角形の頂点付近の位置にて面同士で接触または最近接させることができる。なお、図１９〜２３に示す構成例において、ステータ１２の各コイルに流す電流としては、２〜６相の交流をそれぞれ用いることができる。
【００３８】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】トロコイド曲線を説明する図である。
【図２】サイクロイド曲線を説明する図である。
【図３】トロコイド曲線に対して内接しながら回転可能な正多角形の例を示す図である。
【図４】実施形態におけるロータの構成例の概略を示す断面図である。
【図５】実施形態におけるステータの構成例の概略を示す断面図である。
【図６】コイルに電流を流してロータの角度を変化させた場合の磁力線分布を示す図である。
【図７】ロータの角度変化に対する空間エネルギーと力の特性を示す図である。
【図８】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図９】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１０】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１１】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１２】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１３】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１４】実施形態におけるロータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１５】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１６】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１７】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１８】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図１９】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図２０】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図２１】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図２２】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【図２３】実施形態におけるロータ及びステータの他の構成例の概略を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ロータ、１２  ステータ、１４  シャフト、１８−１〜１８−１２  コイル、２０−１〜２０−１２  磁束作用面、３０〜３３  ハイポトロコイド曲線、３４〜３７  エピトロコイド曲線。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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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【図２２】
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【図２３】
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