(57)【要約】駆動装置は、らせん状の突起部を有する回転子と、らせん状の溝部を有する固定子と、回転子の移動によって駆動する出力部とを備え、らせん状の回転子と固定子との組み合わせた構成であり、回転子軸方向の長さを循環軌道の長さよりも短い一つ又は複数の回転子ユニットで回転子を構成し、回転子ユニットが固定子に対するらせん運動において、回転子ユニットの軸方向の進行動作によって回転子を循環軌道上での移動を可能とし、回転子と固定子とのらせん状部分を対向させ、この間の磁力を用いることで駆動トルクのトルク密度を高める。【選択図】図１
2015041200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子軸と、当該回転子軸の外周に径方向に設けたらせん状の突出部とを備え、当該回転子軸の回転に伴って循環軌道上を移動する回転子と、
前記回転子が備えるらせん状の突出部のピッチと同ピッチのらせん状の溝部を前記循環軌道に沿って配置した固定子と、
当該回転子と当接し、当該回転子の回転子軸方向の移動に伴って前記循環軌道に沿って駆動する出力部とを備え、
前記回転子は、回転子軸方向の長さが前記循環軌道の長さよりも短い一つ又は複数の回転子ユニットから成り、当該回転子ユニットは、前記固定子のらせん状溝部内において前記回転子軸の周りでらせん状に回転自在であり、
前記回転子ユニットおよび前記固定子は、前記回転子ユニットのらせん状突出部の軸方向の側面と、前記固定子のらせん状溝部の軸方向の側面とを対向させ、
らせん状突出部の側面又はらせん状溝部の側面の何れか一方に所定の等角度間隔でＮ極とＳ極とを交互に着磁部を設け、
らせん状突出部の側面又はらせん状溝部の側面の他方に前記等角度間隔と異なる所定の等角度間隔で励磁部を配置し、
前記励磁部は、当該励磁部の励磁を制御することによって前記各回転子ユニットを前記固定子に対してらせん状に回転させながら回転子軸方向に進行させ、前記各回転子ユニットの前記回転子軸方向への移動に伴って前記出力部を前記循環軌道に沿って移動させることを特徴とする、駆動装置。
【請求項２】
前記複数の回転子ユニットが前記回転子軸の周りで回転する各回転速度を同期させる同期部を備えることを特徴とする、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記同期部は、隣接する回転子ユニット間において、前記各回転子ユニットの回転子軸と直交する面内方向において回動自在に連結する自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントであり、隣接する二つの回転子ユニット間において、両回転子ユニットが各回転子軸の周りで回転する回転速度を一致させることを特徴とする、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記同期部は、前記各回転子ユニットが各回転子軸の周りで回転する回転速度を検出するセンサと、
前記センサの検出信号に基づいて得られる回転子ユニットの回転速度に基づいて当該回転子ユニットを駆動する励磁部の励磁位相を制御する位相制御部とを備え、
隣接する回転子ユニット間において、前記位相制御によって両回転子ユニットが回転子軸の周りで回転する回転速度を一致させることを特徴とする、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記固定子は、前記回転子が移動する循環軌道に対して内側又は外側に配置されることを特徴とする、請求項請求項１から４の何れか一つに記載の駆動装置。
【請求項６】
前記固定子は、前記回転子が移動する循環軌道に対して側面に配置されることを特徴とする、請求項１から４の何れか一つに記載の駆動装置。
【請求項７】
前記固定子は、前記回転子が移動する循環軌道に対して両側面に配置され、前記回転子を両側から挟むことを特徴とする、請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記循環軌道は、円形状、略楕円形状、トラック形状、略トラック形状のうち何れか一つの形状であることを特徴とする、請求項請求項１から７の何れか一つに記載の駆動装置。
【請求項９】
前記着磁間隔は９０°間隔、および前記励磁部の配置間隔は６０°間隔、又は、前記着磁間隔は４５°間隔および前記励磁部の配置間隔は３０°間隔であることを特徴とする、請求項１から８の何れか一つに記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転力をギア等の間接的機構を介することなく、駆動対象を直接に駆動する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業機器や輸送機器等に使用される産業用アクチュエータに用いられる駆動装置において、例えば、電気自動車では、モータと減速機とを組み合わせた構成のインホイールモータが知られ、人の動きを補助するアシストロボット等のアシスト機器では、モータと減速機とを組み合わせた構成や油圧による構成が知られている。【０００３】
モータと減速機との組み合わせでは、等価慣性や機械損失が増加し安全性や制御性が低下する要因となるため高トルク化が求められる。この高トルク化は、モータの大型化や重量化を招くため、サイズを小型化すると共にトルクの高密度化が課題となっている。【０００４】
モータの回転力をギア等の間接的機構を介することなく負荷に回転力を伝えることによって機械損失を低減する機構として、ダイレクトドライブが知られている。例えば、電気自動車用のインホイールモータにダイレクトドライブを適用した例として特許文献１が知られており、また、アシストロボットにダイレクトドライブを適用した例として特許文献２，３が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１３３１２５号
【特許文献２】特開２０１０−２６９３９２号公報
【特許文献３】特公平０７−０４１５５８公報
【特許文献４】特許第４５４３１６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータと減速機とを組み合わせた構成に代えてダイレクトドライブを用いた駆動装置によれば、モータの回転力をギア等の間接的機構を介することなく駆動対象を直接駆動するため、減速機（ギアボックス）を省くことによって高トルク化することが期待される。しかしながら、電気自動車用のインホイールモータやアシスト機器等に搭載されるダイレクトドライブは通常のモータの構成であるため、トルクをより高めるには定格の大きな大型のモータを用いることになる。そのため、小型でかつ高トルクの要求を満たすには、駆動装置のトルク密度を高めることが求められ、従来知られているダイレクトドライブを用いた駆動装置では困難である。【０００７】
一方、高トルクを出力するモータとしてスパイラル型リニアモータ（特許文献４）が知られている。このスパイラル型リニアモータはらせん状の回転子と固定子の組み合わせによって高い直進駆動力を得る構成である。スパイラル型リニアモータは大きな推進力が得られるものの駆動方向は直進であって線形の往復運動を行う駆動装置に好適ではあるが、回転運動等の循環軌道に沿って可動部分が移動して駆動する駆動装置に適用することはできない。【０００８】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決し、回転駆動等の移動部分が循環軌道上を移動する駆動装置において、循環軌道上における可動部分の移動を可能とすると共に、駆動トルクのトルク密度を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の駆動装置は、らせん状の回転子と固定子とを組み合わせた構成であり、回転子軸方向の長さを循環軌道の長さよりも短い一つ又は複数の回転子ユニットで回転子を構成し、回転子ユニットが固定子に対するらせん運動において、回転子ユニットの軸方向の進行動作によって回転子を循環軌道上での移動を可能とし、回転子と固定子とのらせん状部分を対向させ、この間の磁力を用いることで駆動トルクのトルク密度を高める。【００１０】
本願発明の駆動装置は、らせん状の突起部を有する回転子と、らせん状の溝部を有する固定子と、回転子の移動によって駆動する出力部とを備える。【００１１】
回転子は、回転子軸と、回転子軸の外周に径方向に設けたらせん状の突出部とを備え、回転子軸の回転によってらせん運動する。回転子は、回転子軸方向の長さが循環軌道の長さよりも短い一つ又は複数の回転子ユニットから成り、各回転子ユニットは、固定子のらせん状溝部内において回転子軸の周りでらせん状に回転自在である。回転子は、らせん運動によって軸方向に移動トルクが発生し、この移動トルクによって循環軌道上を移動する。【００１２】
固定子のらせん状の溝部は、回転子が備えるらせん状の突出部のピッチと同ピッチであり、回転子に循環軌道に沿って配置される。【００１３】
出力部は、回転子と当接し、回転子の回転子軸方向の移動に伴って循環軌道に沿って駆動する。【００１４】
回転子ユニットおよび固定子は、回転子ユニットのらせん状突出部の軸方向の側面と、固定子のらせん状溝部の軸方向の側面とを対向させ、らせん状突出部の側面又はらせん状溝部の側面の何れか一方に所定の等角度間隔でＮ極とＳ極とを交互に着磁した着磁部を設け、らせん状突出部の側面又はらせん状溝部の側面の他方に着磁部の等角度間隔と異なる所定の等角度間隔で励磁部を配置する。【００１５】
励磁部は、励磁部の励磁を制御することによって各回転子ユニットを固定子に対してらせん状に回転させながら回転子軸方向に進行させ、各回転子ユニットの回転子軸方向への移動に伴って出力部を循環軌道に沿って移動させる。【００１６】
回転子が備える複数の回転子ユニットは、各回転子ユニットが回転子軸の周りで回転する各回転速度を同期させて、回転速度を一致させる同期部を備える。回転子ユニットの回転子軸の周りの回転速度と回転子軸方向に移動する移動速度とはらせん状部分のピッチに依存して一定の関係があるため、各回転子ユニットの回転速度を合わせることよって回転子軸方向の移動速度を合わせることができる。各回転子ユニットの回転子軸方向の移動速度を合わせることによって、各回転子ユニットが循環軌道上で移動する移動速度を合わせ、各回転子ユニット間の循環軌道上での間隔を一定間隔に保持し、これによって駆動を円滑とすることができる。【００１７】
同期部は、機械的に構成する態様の他に、電気的制御によって構成する態様とすることができる。【００１８】
同期部を機械的に構成する一態様は、隣接する回転子ユニット間において、各回転子ユニットの回転子軸と直交する面内方向において回動自在に連結する自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントを備える。自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントは、隣接する回転子ユニットにおいて、互いの回転子軸の周りの回転運動および回転子軸方向の進行運動に相互に連動し、回転速度および進行速度を平均化する。循環軌道上の全ての回転子ユニットは互いに隣接する回転子ユニット間の自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントによって連結されるため、全ての回転子ユニットの回転速度および進行速度は平均化され、一定速度となる。【００１９】
同期部を電気的制御によって構成する態様は、各回転子ユニットが各回転子軸の周りで回転する回転速度を検出するセンサと、センサの検出信号に基づいて得られる回転子ユニットの回転速度に基づいてその回転子ユニットを駆動する励磁部の励磁位相を制御する位相制御部とを備える。【００２０】
各回転子ユニットの回転速度は各センサによって検出される。位相制御部は、各センサで検出された各回転子ユニットの回転速度を表す検出信号に基づいて各回転子ユニットの回転速度を求め、各回転子ユニットの回転速度が一致するように励磁部の励磁位相を制御する。回転速度を制御する基準回転速度は、指令値に基づいて定める態様、一センサを基準センサとし、その基準センサの検出信号から求めた回転速度に基づいて定める態様、複数のセンサの検出信号から求めた回転速度の平均値に基づいて定める態様等、任意の態様で定めることができる。【００２１】
循環軌道上の全ての回転子ユニットは、位相制御部によって回転速度および進行速度は平均化され、一定速度となる。【００２２】
回転子および固定子の配置は複数の態様とすることができる。
回転子および固定子の第１の配置態様は、固定子を回転子が移動する循環軌道に対して内側又は外側に配置する。第１の配置態様によれば、循環軌道が円形状の場合には回転子と固定子は２重の環状に配置される。固定子を内側に配置し回転子を外側に配置した構成では出力部は回転子の外側への配置が容易であり、固定子を外側に配置し回転子を内側に配置した構成では出力部は回転子の内側への配置が容易である。【００２３】
回転子および固定子の第２の配置態様は、固定子を回転子が移動する循環軌道に対して側面に配置する。第２の配置態様によれば、固定子と回転子との組み立てにおいて、互いのらせん状部分の組み込み、および回転子ユニットの配置を容易に行うことができる。【００２４】
第２の配置態様では、固定子を回転子が移動する循環軌道に対して両側面に配置して、回転子を両側から固定子で挟む構成とする他、循環軌道に対して何れか一方の側面に配置する構成とすることができる。回転子を両側から固定子で挟む構成によれば、回転子と固定子の磁極部の対向面積が増大するため、トルク密度を高めることができる。【００２５】
本願発明の駆動装置において、回転子が移動する循環軌道は、円形状に限らず、略楕円形状やトラック形状や略トラック形状の形状とすることができる。トラック形状は、互いに曲率半径および円弧長さが等しい２つの円弧同士を、互いに長さが等しい２つの線分で接続した形状であり、略トラック形状は２つの円弧の円弧半径が異なる形状や、円弧形状を３つ以上とする形状等の類似する形状も含むものである。【００２６】
回転子ユニット又は固定子に設ける着磁部および励磁部において、着磁間隔を９０°間隔とし、励磁部の配置間隔を６０°間隔とする配置構成とする他、着磁間隔を４５°間隔とし、励磁部の配置間隔を３０°間隔とする配置構成とすることができる。【００２７】
回転子ユニットの配置個数は、一つ又は複数とすることができる。循環軌道上に一つの回転子ユニットを配置する構成によれば、循環軌道の全軌道上に複数の回転子ユニットを配置する構成と比較して得られる駆動トルクは低減するが、循環軌道の形状や駆動装置の使用環境によって配置位置が制限される場合に好適である。【００２８】
また、循環軌道上に任意の個数の回転子ユニットを配置する構成によれば、回転子ユニット間の配置間隔に余裕を持たせることよって、隣接する回転子ユニット突出部同士の干渉を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本願発明の駆動装置によれば、可動部分が循環軌道に沿って移動する駆動装置において、駆動トルクのトルク密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本願発明の駆動装置の概略構成を説明するための斜視図である。
【図２】本願発明の駆動装置の概略構成を説明するための平面図である。
【図３】本願発明の回転子ユニットを説明するための図である。
【図４】本願発明の回転子ユニットの循環軌道上のらせん運動を説明するための図である。
【図５】本願発明の固定子の概略構成を説明するための図である。
【図６】本願発明の固定子の一部の構成を説明するための図である。
【図７】本願発明の励磁部の構成例を説明するための図である。
【図８】本願発明の励磁部の構成例を説明するための図である。
【図９】本願発明の出力部の構成例を説明するための図である。
【図１０】本願発明の同期部の機械的な構成例を説明するための図である。
【図１１】本願発明の同期部の電気的制御による構成例を説明するための図である。
【図１２】本願発明の回転子を外側に配置し固定子を内側に配置する駆動装置の構成例を説明するための図である。
【図１３】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の構成例を説明するための図である。
【図１４】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の回転子の構成例を説明するための図である。
【図１５】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の固定子の構成例を説明するための図である。
【図１６】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の出力部の構成例を説明するための図である。
【図１７】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の機械的な同期部の構成例を説明するための図である。
【図１８】本願発明の回転子を内側に配置し固定子を外側に配置する駆動装置の構成例を説明するための図である。
【図１９】本願発明の回転子と固定子とを循環軌道に対して側面に配置する構成例を説明するための図である。
【図２０】本願発明の回転子と固定子との配置および出力状態を説明するための図である。
【図２１】本願発明の駆動装置の循環軌道がトラック形状である構成を説明するための図である。
【図２２】本願発明の回転子を循環軌道上で配置間隔を開けて配置する構成を説明するための図である。
【図２３】本願発明の回転子を循環軌道上で配置間隔を開けて配置する構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図１，２を用いて本願発明の駆動装置の概略構成を説明し、図３、４を用いて回転子の構成例を説明し、図５、６を用いて固定子の構成例を説明し、図７，８を用いて励磁部の構成例および励磁位相を説明し、図９を用いて出力部の構成例を説明し、図１０，１１を用いて同期部の構成例を説明し、図１２〜図２３を用いて変形例を説明する。
【００３２】
［駆動装置の概略構成］
図１，２は本願発明の駆動装置１の概略構成を説明するための斜視図および平面図である。
【００３３】
本願発明の駆動装置１は回転子２と固定子４と出力部５を備える。なお、図１，２に示す構成例は、固定子４を内側に配置し回転子２を外側に配置し、出力部５を最外周に配置した配置構成を示している。
【００３４】
回転子２は、回転子軸２ａと、回転子軸２ａの外周部分に径方向に突出して設けたらせん状突出部２ｂとを備え、回転子軸２ａの回転に伴ってらせん運動により図４に示す循環軌道２０上を移動する。
【００３５】
循環軌道２０は回転子２が移動する位置軌跡を示し、循環する閉じた経路を構成している。循環軌道２０は、円形状の軌道、楕円形状の軌道、あるいはトラック形状の軌道とすることができる。トラック形状とは、互いに曲率半径および円弧長さが等しい２つの円弧同士を、互いに長さが等しい２つの線分で接続した形状である。トラック形状の変形例として、２つの円弧の円弧半径が異なる形状や、円弧形状を３つ以上とする形状等の類似する形状としてもよい。
【００３６】
固定子４は、回転子２が備えるらせん状突出部２ｂのピッチと同ピッチのらせん状溝部４ａを備える。らせん状溝部４ａは循環軌道２０に沿って配置される。回転子２のらせん状突出部２ｂはらせん状溝部４ａ内をらせん運動することで循環軌道２０上を移動する。
【００３７】
出力部５は、回転子２の回転軸の軸端と当接し、回転子２の回転子軸方向の移動に伴って循環軌道２０に沿って駆動する。
【００３８】
回転子２は、一つ又は複数の回転子ユニット３を循環軌道２０に配置することによって構成することができる。回転子２を構成する複数の回転子ユニット３は、回転子軸２ａの軸方向の長さを循環軌道２０の長さよりも短くし、複数の回転子ユニット３で構成する場合には、各回転子ユニット３を循環軌道２０上で所定間隔あるいは所定の角度間隔を開けて配置する。回転子ユニット３は、固定子４のらせん状溝部４ａ内において回転子軸２ａの周りでらせん状に回転自在であり、回転子軸２ａを回転軸として回転することによって回転子軸２ａの軸方向に移動し、循環軌道２０上を進む。
【００３９】
各回転子ユニット３および固定子４は、回転子２が備えるらせん状突出部２ｂの軸方向の側面と、固定子４のらせん状溝部４ａの軸方向の側面とを対向させ、対向する各側面に磁極を構成することによって駆動力を発生させる。
【００４０】
側面に設ける磁極は、らせん状突出部２ｂの側面又はらせん状溝部４ａの側面の何れか一方に所定の等角度間隔でＮ極とＳ極とを交互に着磁部を設け、らせん状突出部２ｂの側面又はらせん状溝部４ａの側面の他方に着磁部を設けた等角度間隔とは異なる所定の等角度間隔で励磁部を配置することで構成することができる。
【００４１】
図１、２では、回転子２のらせん状突出部２ｂの側面に着磁部２ｃを設け、固定子４のらせん状溝部４ａの側面に着磁部２ｃを設けた等角度間隔とは異なる所定の等角度間隔で励磁部４ｂを設けた構成例を示している。着磁部と励磁部の配置はこの配置例に限らず、回転子２のらせん状突出部２ｂの側面に励磁部４ｂを設け、固定子４のらせん状溝部４ａの側面に所定の等角度間隔で着磁部２ｃを設ける構成としてもよい。
【００４２】
励磁部４ｂは、励磁部４ｂの励磁を制御することによって各回転子ユニット３を固定子４に対してらせん状に回転させながら回転子軸２ａの軸方向に進行させ、各回転子ユニット３の回転子軸２ａの軸方向への移動に伴って回転子２を循環軌道２０上で移動させ、出力部５を循環軌道に沿って駆動させる。
【００４３】
励磁部４ｂは励磁コイルによって構成することができ、励磁コイルに印加する励磁電圧の位相を制御することによって回転子軸の周囲で回転する磁界を形成する。着磁部との磁界作用によって、回転子ユニット３は回転子軸２ａを回転軸として回転すると共に、らせん状突出部２ｂとらせん状溝部４ａのらせん状形状によって、回転子軸２ａの軸方向に作用力が発生し、回転子ユニット３と共に回転子２を循環軌道２０上で移動させる。
【００４４】
したがって、本願発明の駆動装置１は、回転子ユニット３が固定子４に対する上記したらせん運動によって回転子軸方向の移動によって回転子２を循環軌道２０上で移動させ出力部を循環軌道２０に沿って駆動させる。
【００４５】
［回転子の構成］
図３、図４を用いて回転子を構成する回転ユニットの構成例を説明する。図３は回転子ユニットの本体の概略構成、および回転子ユニットの着磁部を設けた構成を示し、図４は回転子ユニットの循環軌道２０上のらせん運動状態を示している。
【００４６】
回転子ユニット３は、回転子軸２ａの外周部分に径方向に突出してらせん状突出部２ｂが設けられ、回転子２の一部を構成する。回転子ユニット３は鉄等の磁性体で形成することができる。
【００４７】
図３に示す回転子ユニット３の例では、らせん状突出部２ｂは回転子軸２ａに対して回転方向で２周期分の長さを備える構成を示しているが、らせん状突出部２ｂの周方向の長さは、発生する駆動力や、回転時において隣接する回転子ユニット３との干渉を考慮して任意に定めることができる。
【００４８】
例えば、らせん状突出部２ｂの周方向の最短の長さは、らせん状突出部２ｂに設けた着磁部２ｃと固定子４側に設けた励磁部４ｂとが対向することによって発生する磁力作用が、回転子軸２ａの周りにおいて回転子ユニット３が回転動作するに十分な長さで定めることができる。
【００４９】
また、らせん状突出部２ｂの周方向の最長の長さは、隣接する回転子ユニット３間の設定配置間隔において、隣接する回転子ユニット３の径方向に突出したらせん状突出部２ｂ同士が回転中に干渉しない長さで定めることができる。
【００５０】
図４（ａ），（ｂ）は、回転子ユニット３の回転が半周期分ずれた位置を示している。回転子ユニット３が回転子軸２ａの軸周りで半周分だけ回転すると、らせん状突出部２ｂも半周分回転するとと共に、回転子ユニット３は循環軌道２０上を移動する。図４（ｂ）は図４（ａ）に対して左方向に移動した例を示している。
【００５１】
このとき、回転子ユニット３は弧状の循環軌道２０上で回転するため、隣接する回転子ユニット３のらせん状突出部２ｂの先端の相対位置が接近する。このとき、らせん状突出部２ｂの先端同士が干渉すると回転子ユニット３および回転子２の回転に支障が生じることになるため、回転子ユニット３および隣接する回転子ユニット３間の距離を干渉が生じない範囲に設定する。
【００５２】
図３（ｂ）は、回転子ユニット３のらせん状突出部２ｂの回転子軸２ａの軸方向に対して両側面に着磁部２ｃを設けた構成を示している。図３（ｂ）では、Ｎ極とＳ極を交互に９０°間隔で配置した着磁部２ｃの例を示している。着磁部２ｃは、例えば、永久磁石等の着磁した磁性体を貼り付けることで構成することができるが、着磁の構成はこの構成に限られるものではない。また、着磁部２ｃのＮ極とＳ極の配置間隔は９０°に限らず任意の所定の等角度間隔とすることができる。
【００５３】
図３（ｂ）において、回転子ユニット３の回転子軸２ａの両端部分には連結部６ａが設けられる。連結部６ａは、複数の回転子ユニット３において隣接する回転子ユニット３間を、各回転子ユニット３が循環軌道２０上で円滑に回転および移動するように連結する自在継ぎ手６により構成される。
【００５４】
自在継ぎ手６は、各回転子ユニット３が回転する際に、回転子軸２ａが循環軌道２０上にあって直線上にないことから生じる位置ずれを解消して、円滑な回転および移動を可能とする。
【００５５】
自在継ぎ手６において、隣接する回転子ユニット３同士は、各回転子ユニット３を循環軌道２０上に配置した際に対向するそれぞれの連結部６ａを図１０に示す連結部材６ｂ（図４には示していない）等で連結する。回転子ユニット３の両端の連結部６ａの向きは、回転子軸２ａに対して角度を９０°ずらして設けられる。連結部６ａの取り付け角度をずらすことで、隣接する回転子ユニット３からの径方向の作用が重なることを低減し、らせん状運動を円滑にすることができる。
【００５６】
なお、図３（ｂ）に示す連結部６ａは自在継ぎ手６の一形態を構成する機械的な構成要素である。自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントはこのような機械的な構成に限らず、励磁部の励磁状態を電気的に制御する構成とすることができる。機械的な自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントについては図１０を用いて説明し、電気的制御によって自在継ぎ手又はユニバーサルジョイントと同様の作用を奏する構成については図１１を用いて説明する。
【００５７】
［固定子の構成］
図５，図６を用いて固定子の構成例を説明する。図５は固定子の概略構成を示し、図６は固定子の一部の構成を示している。
【００５８】
固定子４は、循環軌道２０に沿って配置され、複数に分割した分割部分を連接することによって構成することができる。また、固定子４は鉄等の磁性体で形成することができる。
【００５９】
図５において、固定子４は、回転子２が備えるらせん状突出部２ｂのピッチと同ピッチのらせん状溝部４ａを備え、らせん状溝部４ａは循環軌道２０に沿って配置され、各らせん状溝部４ａには励磁部４ｂが設けられる。
【００６０】
図６に示す固定子の分割部分は、らせん状溝部４ａの半周期分のブロックを示し、図６（ａ）は励磁部を設けていない状態を示し、図６（ｂ）は励磁部を設けた状態を示している。分割部分は図６で示した半周期分のブロックを一つ用いて構成する他、半周期分のブロックを複数個用いて構成してもよい。
【００６１】
図６において、固定子４を構成する一ブロックには、らせん状溝部４ａを構成する一方の壁部４ｄが形成されている。壁部４ｄは、回転子の軸方向と直交する方向に対してねじれた位置に設けることによってらせん状溝部４ａを形成している。
【００６２】
壁部４ｄには、回転子軸の軸方向の両側面には励磁コイル４ｅを設けるための凸部４ｃが形成される。図６（ｂ）は固定子４に励磁部４ｂを設けた状態を示している。励磁部４ｂは、凸部４ｃの周囲に巻回した励磁コイル４ｅを配することで構成することができる。図６（ｂ）に示す励磁部４ｂの励磁コイル４ｅの配置例は、半周期分に３相分の励磁コイルを配した例を示している。
【００６３】
［励磁部の構成］
図７，８を用いて励磁部の構成例を説明する。構成例は３相巻線の例を示している。
図７に示す構成例において、着磁部２ｃは一周期分を９０°間隔で４分割してＮ極とＳ極をそれぞれ周方向に交互に配置した例を示し（図７（ａ），図７（ｄ））、励磁部４ｂは半周期分を３分割してＵ相、Ｖ相、およびＷ相を周方向に６０°間隔で順に配置した例を示している（図７（ｂ）、図７（ｅ））。
【００６４】
図７（ａ），（ｂ）と図７（ｄ），（ｅ）とは、回転子が９０°分回転した状態を示し、位相が９０°ずれた状態を示している。図７（ｂ）に示す励磁状態は、Ｕ相によってＮ極を形成し、Ｖ相によってＳ極を形成し、Ｗ相によってＮ極を形成した状態である。一方、図７（ｅ）は、Ｕ相によってＳ極を形成し、Ｖ相によってＮ極を形成し、Ｗ相によってＳ極を形成した状態である。
【００６５】
図７（ｃ）は図７（ａ）および図７（ｂ）の状態における回転子の磁極位置および固定子の励磁状態を示し、一方、図７（ｆ）は図７（ｄ）および図７（ｅ）の状態における回転子の磁極位置および固定子の励磁状態を示している。
【００６６】
図８に示す構成例において、着磁部２ｃは一周期分を４５°間隔で８分割してＮ極とＳ極をそれぞれ周方向に交互に配置した例を示し（図８（ａ），図８（ｄ））、励磁部４ｂは半周期分を６分割してＵ相、Ｖ相、およびＷ相を周方向に３０°間隔で順に配置した例を示している（図８（ｂ）、図８（ｅ））。
【００６７】
図８（ａ），（ｂ）と図８（ｄ），（ｅ）とは、４５°位相がずれた状態であって回転子が４５°分回転した状態を示している。図８（ｂ）に示す励磁状態は、Ｕ相によってＮ極を形成し、Ｖ相によってＳ極を形成し、Ｗ相によってＮ極を形成した状態であり、一方、図８（ｅ）は、Ｕ相によってＳ極を形成し、Ｖ相によってＮ極を形成し、Ｗ相によってＳ極を形成した状態である。
【００６８】
図８（ｃ）は図８（ａ）および図８（ｂ）の状態における回転子の磁極位置および固定子の励磁状態を示し、一方、図８（ｆ）は図８（ｄ）および図８（ｅ）の状態における回転子の磁極位置および固定子の励磁状態を示している。
【００６９】
［出力部の構成］
図９を用いて出力部５の一構成例を説明する。出力部５は、回転子２の各回転子ユニット３の回転子軸の軸方向の移動に伴って循環軌道に沿って移動する。出力部５は、回転子ユニット３の移動に従動するための構成として従動部５ａを備える。回転子ユニット３の回転子軸２ａの端部は、回転子ユニット３が回転子軸２ａの軸方向に移動すると、従動部５ａと当接して出力部５を押し、出力部５を循環軌道に沿って移動させる。
【００７０】
［同期部の構成］
図１０，１１を用いて同期部の構成例を説明する。図１０は機械的な構成からなる同期部の構成例を示す図であり、図１１は電気的制御による同期部の構成例を示す図である。
【００７１】
図１０を用いて機械的な同期部の構成例について説明する。機械的な同期部の一構成例として自在継ぎ手６を用いることができる。
【００７２】
自在継ぎ手６は、隣接する回転子ユニット３間において、各回転子ユニット３の回転子軸２ａの軸方向の端部に設けた連結部６ａ同士を連結部材６ｂ等によって連結し、各回転子ユニット３の回転子軸２ａと直交する面内方向において回動自在に連結する。自在継ぎ手６は、隣接する回転子ユニット３において、互いの回転子軸２ａの周りの回転運動および回転子軸２ａの軸方向の進行運動と相互に連動し、回転速度および進行速度を平均化する。循環軌道上に配置される全ての回転子ユニット３は自在継ぎ手６によって連結されるため、全ての回転子ユニット３の回転速度および進行速度は平均化され、一定速度となる。
【００７３】
図１１を用いて電気的制御による同期部の構成例について説明する。電気的制御による同期部の一構成例において、同期部７は、各回転子ユニット３が各回転子軸の周りで回転する回転速度を検出するセンサ８と、センサ８の検出信号に基づいて回転速度を検出する速度検出部９と、速度検出部９で検出した回転子ユニット３の回転速度に基づいて回転子ユニット３を駆動する励磁部４ｂの励磁位相を制御する位相制御部１０とを備える。
【００７４】
励磁制御部１１は、位相制御部１０の位相制御に基づいて励磁部４ｂの励磁位相を制御する。隣接する回転子ユニット間において、位相制御を行うことによって回転子ユニット３が回転子軸の周りで回転する回転速度を一致させる。
【００７５】
なお、センサ８は各回転子ユニット３の回転速度を検出するために、回転子ユニット３と同じ個数を配置し、励磁制御部１１は固定子４の各励磁部４ｂと接続して個々に励磁位相を制御する構成とするが、図１１では、センサ８および励磁制御部１１と固定子４の励磁部４ｂとを接続する配線は一部のみを示している。
【００７６】
また、同期部は、回転子ユニット３の固定子４に対するらせん運動を制御すると共に、回転子ユニット３が固定子４と接触しないように制御する。機械的構成による同期部は、自在継ぎ手によって複数の回転子ユニット３の回転速度を一致させることでらせん運動を制御する。また、らせん状突出部とらせん状溝部の壁部との間隔を制御すると共に、回転子ユニット３の径方向の変動を抑制することによって、回転子ユニット３が固定子４と接触をしないように制御する。
【００７７】
また、電気的制御による同期部は、位相制御によって複数の回転子ユニット３の回転速度を一致させることでらせん運動を制御する。また、らせん状突出部とらせん状溝部の壁部との間隔を制御すると共に、回転子ユニット３と固定子４との間の径方向の変位を抑制して、回転子ユニット３が固定子４と接触をしないように制御する。
【００７８】
電気的制御による同期部は、回転子ユニットの回転を制御する回転制御と、らせん状突出部とらせん状溝部の壁部との間隔を制御するギャップ制御の２つの制御を同時に行う。回転制御では、励磁電流によって図７中の固定子のＵ相、Ｖ相、およびＷ相の各相の磁束を制御する。また、ギャップ制御では、図７に示した固定子の位相を生成する励磁電流に対して電気角で９０°位相のずれた励磁電流を用いる。
【００７９】
回転制御に用いる励磁電流とギャップ制御に用いる励磁電流とを重畳して固定子の励磁コイルに供給することによって、回転制御とギャップ制御の両制御を同時に行うことができる。
【００８０】
［変形例］
前記した構成例は、図１２で示すように、回転子２を外側に配置し固定子４を内側に配置している。図１２（ａ），（ｂ）は回転子２と固定子４との位置関係を示し、固定子４は循環軌道上の回転子２に対して内側に配置される。図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す状態に対して、回転子２が１８０°回転し、図中の左方向に移動した状態を示している。また、図１２（ｃ）は固定子４、回転子２、および出力部５が内側から外側に向かって順に環状に配置された状態を示し、図１２（ｄ）は駆動装置の断面を示している。
【００８１】
回転子２と固定子４との位置関係は上記した構成に限らず、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成、あるいは回転子２と固定子４とを循環軌道に対して側面に配置して並設させる構成とすることができる。
【００８２】
図１３〜図１８は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成例を示している。
【００８３】
図１３（ａ）の斜視図および図１３（ｂ）の平面図は駆動装置の概略外形を示し、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置している。
【００８４】
図１４は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成において、回転子２を構成する回転子ユニット３の一構成例を示している。図１４（ａ）は連結部６ａを備えない構成を示し、図１４（ｂ）は連結部６ａを備えた構成を示している。回転子ユニット３の構成は、図３で示した構成とほぼ同様とすることができ、らせん状突出部２ｂの回転子軸２ａに対する突出角度を、外側に配置された固定子４のらせん状溝部の角度に合わせて設定し、らせん状部分同士の干渉を避ける構成とする。
【００８５】
図１５は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成において、固定子４および固定子４を構成するブロックの一構成例を示している。
【００８６】
図１５（ａ）は固定子４の外形を示す斜視図であり、内側に向かってらせん状溝部４ａが形成され、励磁部４ｂが設けられる。図１５（ｂ）は図６に示した構成と同様であり、固定子４を構成する一ブロックには、らせん状溝部４ａを構成する一方の壁部４ｄが形成されている。壁部４ｄは、回転子の軸方向と直交する方向に対してねじれた位置に設けることによってらせん状溝部４ａを形成している。
【００８７】
壁部４ｄには、回転子軸の軸方向の両側面には励磁コイル４ｅを設けるための凸部４ｃが形成される。図１５（ｂ）は固定子４に励磁部４ｂを設けていない状態を示し、図１５（ｃ）は固定子４に励磁部４ｂを設けた状態を示している。励磁部４ｂは、凸部４ｃの周囲に巻回した励磁コイル４ｅを配することで構成することができる。図１５（ｃ）に示す励磁部４ｂの励磁コイル４ｅの配置例は、半周期分に３相分の励磁コイルを配した例を示している。
【００８８】
図１６は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成において、出力部５の一構成例を示している。図１６に示す構成例において、出力部５は、回転子ユニット３と当接する従動部５ａの両側にリブを設け、これらを連接させて環状の可動部材を構成する例を示している。
【００８９】
図１７は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成において、図１０と同様に、機械的な構成からなる同期部の構成例を示す図である。
【００９０】
同期部を構成する自在継ぎ手６は、隣接する回転子ユニット３間において、各回転子ユニット３の回転子軸２ａの軸方向の端部に設けた連結部６ａ同士を連結部材６ｂ等によって連結し、各回転子ユニット３の回転子軸２ａと直交する面内方向において回動自在に連結する。自在継ぎ手６は、隣接する回転子ユニット３において、互いの回転子軸２ａの周りの回転運動および回転子軸２ａの軸方向の進行運動と相互に連動し、回転速度および進行速度を平均化する。循環軌道上に配置される全ての回転子ユニット３は自在継ぎ手６によって連結されるため、全ての回転子ユニット３の回転速度および進行速度は平均化され、一定速度となる。
【００９１】
図１８（ａ），（ｂ）に示す構成では、回転子２と固定子４との位置関係を示し、固定子４は循環軌道上の回転子２に対して外側に配置される。図１８（ｂ）は図１８（ａ）に示す状態に対して、回転子２が１８０°回転し、図中の左方向に移動した状態を示している。また、図１８（ｃ）は出力部５，回転子２、および固定子４が内側から外側に向かって順に環状に配置された状態を示し、それぞれ駆動装置の平面状態および断面（図１８（ｄ））を示している。
【００９２】
図１９は回転子２と固定子４とを循環軌道に対して側面に配置する構成例を示している。図１９（ａ），（ｂ）は、回転子２の循環軌道に対して一方の側面に固定子４Ａを配置し、他方の側面に固定子４Ｂを配置し、二つの固定子４Ａ，４Ｂによって回転子２を挟む構成例を示している。出力部５は回転子２の外側および又は内側に配置することができる。図１９（ｃ）は、回転子２の循環軌道に対して一方の側面に固定子４を配置し、他方の側面に出力部５を配置する構成例を示している。
【００９３】
図２０は、回転子２を内側に配置し固定子４を外側に配置する構成、および回転子２と固定子４とを循環軌道に対して側面に配置する構成における出力状態を示している。
【００９４】
図２０（ａ）に示す出力例は、回転子２、固定子４，および出力部５が形成する円状軌道の中心位置に出力軸１２を配置し、この出力軸１２と回転子２との間をスポーク１３で連結する構成であり、回転子２の回転運動を出力軸１２の回転運動として取り出すことができる。図２０（ａ）では、回転子２を固定子４の外側に配置し、最外周に設けた出力部５によって出力軸１２を駆動する構成を示しているが、回転子２を固定子４の内側に配置し、最内周に設けた出力部５を出力軸１２に連結する構成とすることもできる。
【００９５】
図２０（ｂ）に示す出力例は、回転子２を固定子４の内側に配置し、最内周に設けた出力部５を駆動部分とする構成である。
【００９６】
図２０（ｃ），（ｄ）に示す出力例は、回転子２と固定子４とを循環軌道に対して側面に配置する構成例において、回転子２の外側に配した出力部５を駆動部分とする例、および回転子２の側面に配した出力部５を駆動部分とする例を示している。
【００９７】
図２１（ａ），（ｂ）に示す構成例は、循環軌道の形状を円形状あるいは略楕円形状に代えてトラック形状又は略トラック形状とする例の平面および断面を示している。なお、トラック形状は、互いに曲率半径および円弧長さが等しい２つの円弧同士を、互いに長さが等しい２つの線分で接続した形状である。略トラック形状は、２つの円弧の円弧半径が異なる形状や、円弧形状を３つ以上とする形状等の類似する形状も含むものである。
【００９８】
本願の駆動装置において、回転子２を構成する回転子ユニット３は循環軌道上に略連続して配置する構成とする他、循環軌道上で配置間隔を開けて配置する構成とすることができる。
【００９９】
図２２は、円形状の循環軌道に対して９０°間隔で４つの回転子ユニット３を配置する構成を示している。図２２（ａ）は回転子２を固定子４の外側に配置する構成であり、図２２（ｂ）は回転子２を固定子４の内側に配置する構成である。
【０１００】
図２３は、円形状の循環軌道上に１つの回転子ユニット３を配置する構成を示している。図２３（ａ）は回転子２を固定子４の外側に配置する構成であり、図２３（ｂ）は回転子２を固定子４の内側に配置する構成である。この構成では、回転子２と固定子４との間に所定の間隔でスペーサを設け、これによって回転子２を固定子４に対して所定の間隔で保持させる。
【０１０１】
上記した各構成例では、回転子に着磁部を設け固定子に励磁コイルによる励磁部を設ける構成を示しているが、回転子に励磁部を設け固定子に着磁部を設ける構成としてもよい。回転子に励磁部を設ける構成では、スリップリングや誘導電流を用いることによって励磁コイルに励磁電流を供給することができる。
【０１０２】
なお、本発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の駆動装置は、産業機器や輸送機器等に使用される産業用アクチュエータに用いられる駆動装置に適用することができ、例えば、電気自動車に用いるインホイールモータや、アシストロボット等のアシスト機器に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１    駆動装置
２    回転子
２ａ    回転子軸
２ｂ    らせん状突出部
２ｃ    着磁部
３    回転子ユニット
３ａ    着磁部
４    固定子
４Ａ，４Ｂ    固定子
４ａ    らせん状溝部
４ｂ    励磁部
４ｃ    凸部
４ｄ    壁部
４ｅ    励磁コイル
５    出力部
５ａ    従動部
６    自在継ぎ手
６ａ    連結部
６ｂ    連結部材
７    同期部
８    センサ
９    速度検出部
１０    位相制御部
１１    励磁制御部
１２    出力軸
１３    スポーク
２０    循環軌道
【図１】
2015041200.tif 000003
【図２】
2015041200.tif 000004
【図３】
2015041200.tif 000005
【図４】
2015041200.tif 000006
【図５】
2015041200.tif 000007
【図６】
2015041200.tif 000008
【図７】
2015041200.tif 000009
【図８】
2015041200.tif 000010
【図９】
2015041200.tif 000011
【図１０】
2015041200.tif 000012
【図１１】
2015041200.tif 000013
【図１３】
2015041200.tif 000014
【図１４】
2015041200.tif 000015
【図１５】
2015041200.tif 000016
【図１６】
2015041200.tif 000017
【図１７】
2015041200.tif 000018
【図１２】
2015041200.tif 000019
【図１８】
2015041200.tif 000020
【図１９】
2015041200.tif 000021
【図２０】
2015041200.tif 000022
【図２１】
2015041200.tif 000023
【図２２】
2015041200.tif 000024
【図２３】
2015041200.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月19日(2015.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記循環軌道は、円形状、略楕円形状、トラック状、略トラック形状のうち何れか一つの形状であることを特徴とする、請求項１から７の何れか一つに記載の駆動装置。
【国際調査報告】
2015041200.tif 000026
2015041200.tif 000027
2015041200.tif 000028
2015041200.tif 000029