(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自転拘束機構により自転が拘束された可動部材が、所定の公転半径で固定部材に対して公転運動をする公転式アクチュエータにおいて、前記公転運動の軌道面と平行な面上にあって、互いに交差する方向に電流が流れる相互に絶縁性を保持しつつ積層した複数の通電面と、前記複数の通電面に互いに位相差がある電流を流す通電手段と、前記通電面に対して直交する方向に磁界を形成する磁界発生手段と、前記可動部材は、前記通電面に流れる電流と前記磁界発生手段による磁界との間に作用する電磁力により公転運動することを特徴とする公転式アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の通電面は、電流の流れる方向のなす各が９０度になるようにして重ねた２つの面により構成され、前記通電手段は、各通電面に流れる電流の位相差を９０度とするように通電することを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項３】
前記通電面は、プリント回路基板で形成されていることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項４】
前記自転拘束機構は、前記可動部材を前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持させて前記可動部材の自転を拘束することを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項５】
前記磁界発生手段が、磁石と、それから発生する磁束を通す磁路を形成する磁性体を有してなる固定子とから構成されることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項６】
前記可動部材は、前記複数の通電面を備えるとともに前記磁界発生手段の磁路中に前記磁石から発生した磁束と前記複数の通電面が直交するように配されることを特徴とする請求項５記載の公転式アクチュエータ。
【請求項７】
前記可動部材の一部もしくは全体の材質が磁性体であることを特徴とする請求項５または６のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項８】
前記固定子が、前記可動部材を構成する磁性体に常時、対向近接し、前記公転軌道面に直交する磁束により着磁された着磁面を有することを特徴とする請求項７記載の公転式アクチュエータ。
【請求項９】
前記磁石は、前記可動部材と対向する面上に両磁極を有し、前記磁束が該面上の一の磁極に着磁し、前記同一面上の他の一の磁極を経由して前記固定子に流入する磁気回路を形成することを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１０】
前記可動部材及び通電面と対向する前記磁石の磁極面上に磁性体が配置され、当該磁性体は、前記通電面と対向する面が前記通電面の最大公転領域より大きく、前記磁極面より小さく形成され、前記磁石との対面側が該磁極面と略同じ大きさに形成されていることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１１】
前記可動部材の一部もしくは全体が磁石で構成され、前記磁界発生手段は、前記磁石と当該磁石から発生する磁束により着磁される固定子とから構成され、前記通電面は、前記可動部材の磁石の磁極と対向して前記固定子側に配設されることを特徴とする請求項１記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１２】
前記可動部材と固定子間にバネを挿入することを特徴とする請求項６記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１３】
前記バネの先にベアリングを付加することを特徴とする請求項１２記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１４】
前記可動部材は、前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材に設けられた渦巻き状の羽を有する可動スクロールと、前記固定部材に設けられた渦巻き状の羽を有する固定スクロールとをさらに備え、前記可動スクロールと前記固定スクロールとを各渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【請求項１５】
前記可動部材が２組、各々前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材の各々に渦巻き状の羽を有する可動スクロールが設けられ、前記可動スクロールの渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で相互に反対方向に公転させることにより、前記スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏心公転運動を応用した産業機械、民生用機械等の駆動源として用いることができる公転式アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、公転運動を出力として得るためには、ステッピングモータやＤＣモータ等の自転運動を出力変換機構により公転運動へと変換するのが一般的であった。一方、特開平８−２０５５１５号、特開平１１−２７５８５１号各公報に開示されているように、可動部を直接、偏心公転運動させる可変ギャップ型モータ、または可変リラクタンス型モータ等が知られている。これらは、主磁束と同じ方向に発生する電磁力を利用しているために、低速高トルク回転が得られるという特徴を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のステッピングモータやＤＣモータ等の自転運動を出力変換機構により公転運動へと変換する方法では出力変換機構部での摩擦の発生による効率の低下や、装置の小型化が難しいという問題を生じていた。一方、可変ギャップ型モータ、または可変リラクタンス型モータ等では、従来のＤＣモータ等と比較するとギャップ長が大きいために磁束の漏れが多く、ギャップ変動も大きいことから高速回転が困難であるという問題を有していた。
【０００４】
本発明は、かかる事由に鑑み、なされたもので、本発明の目的は、上記出力変換機構を用いずに偏心公転運動を直接出力として得ることにより、これをそのまま偏心公転運動を応用した産業機械、民生用機械等の駆動源として用いることができ、且つ可動部と固定部のギャップ変動が原理的に存在しないので高速回転にも対応できる公転式アクチュエータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、自転拘束機構により自転が拘束された可動部材が、所定の公転半径で固定部材に対して公転運動をする公転式アクチュエータにおいて、前記公転運動の軌道面と平行な面上にあって、互いに交差する方向に電流が流れる相互に絶縁性を保持しつつ積層した複数の通電面と、前記複数の通電面に互いに位相差がある電流を流す通電手段と、前記通電面に対して直交する方向に磁界を形成する磁界発生手段と、前記可動部材は、前記通電面に流れる電流と前記磁界発生手段による磁界との間に作用する電磁力により公転運動することを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記複数の通電面は、電流の流れる方向のなす各が９０度になるようにして重ねた２つの面により構成され、前記通電手段は、各通電面に流れる電流の位相差を９０度とするように通電することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記通電面は、プリント回路基板で形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項４記載の発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記自転拘束機構は、前記可動部材を前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持させて前記可動部材の自転を拘束することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項５記載の発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記磁界発生手段が、磁石と、それから発生する磁束を通す磁路を形成する磁性体を有してなる固定子とから構成されることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項６記載の発明にあっては、請求項５記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記複数の通電面を備えるとともに前記磁界発生手段の磁路中に前記磁石から発生した磁束と前記複数の通電面が直交するように配されることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項７記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項５または６のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材の一部もしくは全体の材質が磁性体であることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項８記載の発明にあっては、請求項７記載の公転式アクチュエータにおいて、前記固定子が、前記可動部材を構成する磁性体に常時、対向近接し、前記公転軌道面に直交する磁束により着磁された着磁面を有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項９記載の発明にあっては、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記磁石は、前記可動部材と対向する面上に両磁極を有し、前記磁束が該面上の一の磁極に着磁し、前記同一面上の他の一の磁極を経由して前記固定子に流入する磁気回路を形成することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項１０記載の発明にあっては、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材及び通電面と対向する前記磁石の磁極面上に磁性体が配置され、当該磁性体は、前記通電面と対向する面が前記通電面の最大公転領域より大きく、前記磁極面より小さく形成され、前記磁石との対面側が該磁極面と略同じ大きさに形成されていることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項１１記載の発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材の一部もしくは全体が磁石で構成され、前記磁界発生手段は、前記磁石と当該磁石から発生する磁束により着磁される固定子とから構成され、前記通電面は、前記可動部材の磁石の磁極と対向して前記固定子側に配設されることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項１２記載の発明にあっては、請求項６記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材と固定子間にバネを挿入することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１３記載の発明にあっては、請求項１２記載の公転式アクチュエータにおいて、前記バネの先にベアリングを付加することを特徴とするものである。
【００１８】
請求項１４記載の発明にあっては、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材に設けられた渦巻き状の羽を有する可動スクロールと、前記固定部材に設けられた渦巻き状の羽を有する固定スクロールとをさらに備え、前記可動スクロールと前記固定スクロールとを各渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
請求項１５記載の発明にあっては、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材が２組、各々前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材の各々に渦巻き状の羽を有する可動スクロールが設けられ、前記可動スクロールの渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で相互に反対方向に公転させることにより、前記スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とするものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。なお、本発明の公転式アクチュエータは、下記の実施形態にのみ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変更を加え得ることは勿論である。
【００２１】
[第１の実施形態]
図１は本発明の公転式アクチュエータの実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。図１において前記公転式アクチュエータは、所定の公転半径で平行移動可能な可動部材１、軸方向に磁界を発生させるための永久磁石２、前記可動部材１に電磁力を発生させるための通電面３ａ、３ｂ、前記可動子部材１の自転防止と所定の半径で公転させるための偏心軸４と、前記永久磁石２から発生した磁束が外に漏れないように全体を磁性体で囲んだ固定子(鉄心)５ａ、５ｂとを有する構成となっている。
【００２２】
図２は本発明の公転式アクチュエータの実施形態における通電面３ａ、３ｂの構成例を示す斜視図である。図３は本発明の公転式アクチュエータの実施形態における永久磁石２の磁界の発生方向(図中、矢印にて示す。)を示す斜視図である。前記通電面３ａ、３ｂは本実施形態においては図２に示すように３ａ、３ｂの各々が図中、矢印にて示す様に、相互に異なる一方向に電流が流れるように配線がプリントされた一組の回路基板で構成され、ここでは電流の流れる方向が相互に９０度になるように重ねる。前記可動部材１は偏心軸４により所定の半径で公
転し、２つの偏心軸を用いることで可動部材１の自転を拘束する。前記永久磁石２は図３に示すように公転軸方向に磁界を発生するように着磁され、通電面３ａ、３ｂに所定の縦磁界を発生させる。
【００２３】
前記通電面３ａ、３ｂに外部電源より交流電流を供給すると、永久磁石２により発生した軸方向の磁界と垂直方向に電流が流れることとなる。これにより通電面３ａ、３ｂには電流と磁界の双方に垂直な方向に電磁力が発生する。通電面３ａに供給する交流電流には通電面３ｂと９０度の位相差をもたせることで、通電面３ａと３ｂの各々に発生する力の和の方向は円運動を行なう。これにより所定の半径で公転する前記可動子部材１に働く力は、所定の公転運動方向に沿って効率良く得られることから、軌道拘束機構に働く負荷を低減できる。また、軸方向の力は発生しないため振動等も非常に小さくなる。尚、図３においては、通電面を相互に電流の流れる方向が相互に９０度になるように重ねた２枚の回路基板３ａ、３ｂで構成したが、かかる実施形態にのみ限定されるものではなく、例えばこれを電流の流れる方向が相互に１２０度になるように重ねた３枚の回路基板で構成する等の実施形態、或いは、後述する第１２の実施形態で示すように当該通電面を１枚のみ有する実施形態、さらに多数枚の通電面を有する実施形態等も当然、可能であり、又、通電面自身の構成についても、本実施形態の如く回路基板より構成する場合のみに限定されず、後述する第１２の実施形態で示すように当該通電面を金属面で構成する実施形態等も当然に可能であり、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。また、本実施形態においては、磁界の発生手段としての磁石として永久磁石を用いたが、上記課題解決に充分な起磁力を有するものであれば特にこれに限定されるものではなく、電磁石等の他の手段をも使用できることは勿論である。
【００２４】
[第２の実施形態]
図４は本発明の公転式アクチュエータの異なる実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。本実施形態においては可動部材１を可動子鉄心１aとするものである。前記可動子鉄心１aは電磁軟鉄や電磁鋼板等の磁性体で好適に構成される。これにより永久磁石２から発生した磁束は、通電面３ａ、３ｂ、可動子鉄心１ａと固定子鉄心５ｂを通過するため、磁束の漏れが減少して磁気効率が良い。また、本実施形態ではもはや固定子５ａは磁性体である必要がないため、樹脂材料やアルミニウム系金属材料等で構成可能となり軽量、低コスト化を図ることができる。
【００２５】
[第３の実施形態]
図５は本発明の公転式アクチュエータの更に異なる実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。本実施形態では上記した第２の実施形態において、前記可動子鉄心１aに対し、前記固定子鉄心５ｂが常時、前記公転軌道面と直交する方向から近接、着磁する着磁面６を有するものである。可動子鉄心１aが所定の半径で公転運動する際に、可動子鉄心１aに対する固定子鉄心５ｂの着磁が常時、前記公転軌道面と直交する方向のみから行なわれるため、固定子鉄心５ｂとの間のギャップ長がほぼ一定となり、磁束の漏れを低減できることから磁気効率の改善を図ることができる。さらに可動子鉄心１aの外径を充分大きくし、公転運動中、常時、固定子鉄心１ｂ上端の着磁面６全面での着磁を確保することで、上記効果を最大化できる。更に、上記した第２の実施形態の場合と比較して、可動子鉄心１aと固定子鉄心５ｂとの間で進行方向と反対方向に発生する吸引力を減少させることができるため、エネルギー効率を向上できる。
【００２６】
[第４の実施形態]
図６は本発明の公転式アクチュエータの第４の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。図７は本発明の公転式アクチュエータの第４の実施形態における永久磁石２の磁極の構成例を示す斜視図である。本実施形態は上記した第２の実施形態において、永久磁石２の着磁方法を変更したものである。即ち、永久磁石２の可動子鉄心１aと相対する面を可動子鉄心１aの公転軌道よりも広くし、且つ、この同一面上に両磁極を有し、磁束がこの面上の一方の磁極に着磁し、図中、矢印で示す様に、永久磁石２の内部を経由し、同一面上の他の一方の磁極から前記固定子５aに流入する磁気回路を形成するものであり、例えば、永久磁石２の磁極の構成としては図７に示すような形態が例示できる。いうまでもなく、図７に示す形態とN極、S極の配置が逆転した実施形態も当然、可能であり、また、磁極の構成としてもこれだけに限定されないことは勿論である。このような磁気回路構成により固定子鉄心５ｂがなくても、磁石の両磁極を有する面の反対側の面から外部空間への磁束の漏洩を防止できる。これにより公転式アクチュエータを薄型化することが可能となる。
【００２７】
[第５の実施形態]
図８は本発明の公転式アクチュエータの第５の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。本実施形態では上記した第２の実施形態において、永久磁石２の前記可動子鉄心１aと相対する磁極面を前記通電面３の最大公転領域より大きくした一例である。固定子鉄心５ｂ上の永久磁石２の表面には、さらに電磁軟鉄等の磁性体から成る固定子鉄心５ｃ、５ｄを配置する。１層目は永久磁石２と同じ断面形状の固定子鉄心５ｃを、２層目は前記磁極面より小さく、且つ、通電面３ａ、３ｂの最大公転領域よりも広い上面を有する固定子鉄心５ｄをそれぞれ取り付ける。これにより永久磁石から発生した磁束は固定子鉄心５ｃから５ｄを通過する際に、磁束が集中して通電面３における磁束密度が非常に高くなりトルクが向上する。尚、図８においては、磁極面上に配置する磁性体を固定子鉄心５ｃ及び５ｄで構成するステップ状の形態としたが、かかる実施形態に限定されるものではなく、例えばこれらを一体化し、上面が前記磁極面より小さく、且つ、通電面３ａ、３ｂの最大公転領域よりも広く、下面が前記磁極面と同じ断面積の円錐台形状とする等、面積大なる下面とこれより面積小なる上面とテーパ状の斜面より構成される形状を有する磁性体での実施形態も当然、可能である。更には、前記磁性体の上面或いは下面の形状が相互に同一、或いは相似形である等の必要はなく、上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約のないことはいうまでもない。
【００２８】
[第６の実施形態] [第７の実施形態]
図９は本発明の公転式アクチュエータの第６の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。図１０は本発明の公転式アクチュエータの第７の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。図９、図１０は、本実施形態では上記した第１或いは第２の実施形態において、前記通電面３ａ、３ｂを固定として前記永久磁石２を可動とした一例である。図９では前記可動部材４全体を永久磁石として、永久磁石が公転運動をする。図１０では前記可動部材１を電磁軟鉄等の磁性体から成る可動子鉄心１aとして、その可動子鉄心１aに永久磁石２を取り付けた構造となっている。図９、図１０の両方において、通電面３ａ、３ｂを固定子鉄心５ｂに取り付けることで通電面３ａ、３ｂ自体は公転しないため、電源から通電面３ａ、３ｂに電気を供給する結線が簡単となり、更に、公転による配線の疲労等の問題も回避でき、電源配線の長寿命化を図ることができる。
【００２９】
[第８の実施形態]
図１１は本発明の公転式アクチュエータの第８の実施形態の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。本実施形態は上記した第１の実施形態において、可動子部材１と固定子鉄心５ｂ間に、可動子部材１の公転平面内で伸縮可能且つ、相互に所定の振動数において共振可能なバネ定数を有する圧縮バネ７を複数個設けたものである。即ち、本実施形態においては、バネの共振を利用することにより、本発明の公転式アクチュエータの出力エネルギーの有効活用を図るものである。
【００３０】
[第９の実施形態]
図１２は本発明の公転式アクチュエータの第９の実施形態の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。本実施形態は上記した第８の実施形態において可動子部材１と圧縮バネ７との間にベアリング８を介在させる構造とするものである。即ち、第８の実施形態のように可動子部材１に直接圧縮バネ７を取付ける方式では，圧縮バネ７に横方向の力が加わり、バネの疲労等による劣化が激しいので図１２(a)、(b)に示すように圧縮バネ７の先にベアリング８を介して可動子部材１に力を伝える構造とすることにより、圧縮バネ７の疲労等による劣化を低減し、本発明の公転式アクチュエータの長寿命化を図るものである。
【００３１】
[第１０の実施形態]
図１３は本発明の公転式アクチュエータの実施形態における通電面３の異なる構成例を示す斜視図である。第１の実施形態における通電面３ａ、３ｂを銅箔より構成したものであり、駆動原理は第１の実施形態と同様である。ただし，第１の実施形態と比較すると通電面３を板状とすることにより、電流(I)が銅箔の面全体を流れ、導電部の断面積を大きくできるため，ジュール熱の発生によるエネルギー損失が低減でき、全体としてのエネルギー効率を向上することができる。尚、本実施形態では通電面３ａ、３ｂを銅箔により構成したが、通電面を構成する金属面状体の素材はこれのみに限定されず、他の金属類によっても構成しうることはいうまでもなく、例えば、金(Au)、銀(Ag)、鉄(Fe)、アルミニウム (Al)その他金属物性を有するものであれば上記課題解決に寄与する限りにおいて何ら制約はないことは勿論である。
【００３２】
[参考例]
図１４は本発明の公転式アクチュエータの通電面の更に異なる構成例による参考例の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。本参考例においては電流が流れる前記通電面３を構成する金属面状体を１枚の銅板３ｃとして、図１４(a)、(b)に示すように前記銅板３ｃより放射状にリード線９ａ〜９ｈが出た構造とする。また永久磁石から発生する磁束(M)が前記銅板を垂直に貫通するように磁気回路を形成する。図１５は図１４(b)に示す通電面の構成例における電磁力の発生方向を示すもので、(a)は９ｇ-９ｃ間に通電した場合の概略線断面図、(b)は９ｈ-９ｄ間に通電した場合の概略線断面図である。銅板３ｃが図１５(a)に示すように左よりに位置する場合は、リード線９ｃにGND（０V）、９ｇに正電圧（＋V）を印加して、電流(I)を矢印方向に流すことにより、紙面上、手前方向に力を発生させる。そして銅板３ｃが図１５(b)に示す位置付近に到達するとリード線９ｄにGND（０Ｖ）、９ｈに正電圧（＋Ｖ）を印加して、手前側、右斜め方向に力(F)を発生させる。このように電圧を印加するリード線を変更することにより、可動子部材１が公転するように力を発生させることができる。
【００３３】
[第１１の実施形態]
図１６は本発明の公転式アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として使用した場合の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。図１７は本実施形態のスクロール部の分解斜視図である。図１６、図１７に示すように、本アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として使用する場合、公転運動が必要な可動スクロール１２の一部または全てを起磁力をもつ希土類系またはフェライト系の永久磁石、またはプラスチックマグネット、または電磁鋼板や電磁軟鉄のような磁性材料を用いて構成し、アクチュエータの可動子部材１としてダイレクトに駆動する構成とすることができる。これにより余分な伝達機構や駆動源であるモータをスクロールポンプの下に取付ける必要がないので、ポンプ全体の薄型化が実現できる。
【００３４】
[第１２の実施形態]
図１８は本発明の公転式アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として上下に二機使用した場合の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。かかる構造とすることにより、可動スクロール１１ａ及び１１ｂを同時に駆動することが可能となる。そして、可動スクロール１１ｂを可動スクロール１１ａと比較して半周期分だけ遅らせることにより、可動スクロール１１ａと１１ｂの中心間の相対距離を常に可動スクロールの公転半径の２倍とすることが可能となる。このことは逆に空気を圧縮するために必要な可動スクロールの公転半径の１/２の公転半径で可動スクロール１１ａと１１ｂを公転駆動させるだけで、空気を圧縮することが可能となる。また、可動スクロール１１ａおよび１１ｂの重心移動による振動は、お互いが相殺し合うこととなる。これらより、振動や騒音が低減が可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１乃至５記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、自転拘束機構により自転が拘束された可動部材が、所定の公転半径で固定部材に対して公転運動をする公転式アクチュエータにおいて、前記公転運動の軌道面と平行な面上にあって、互いに交差する方向に電流が流れる相互に絶縁性を保持しつつ積層した複数の通電面と、前記複数の通電面に互いに位相差がある電流を流す通電手段と、前記通電面に対して直交する方向に磁界を形成する磁界発生手段と、前記可動部材は、前記通電面に流れる電流と前記磁界発生手段による磁界との間に作用する電磁力により公転運動することを特徴とするので公転軸と電磁力の発生に係る磁束が平行であるため可動部と固定部のギャップ変動が原理的に存在せず、また、その為、ギャップ長を実用上最も有利な範囲内で充分小さく設計できるため、高速回転にも対応できるという従来の公転式アクチュエータでは実現できなかった優れた効果を奏するものである。
【００３６】
請求項６記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項５記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記複数の通電面を備えるとともに前記磁界発生手段の磁路中に前記磁石から発生した磁束と前記複数の通電面が直交するように配されることを特徴とするので機構上、軸方向の力が発生せず、振動等が小さいという優れた効果を奏する。
【００３７】
請求項７記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項５または６のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材の一部もしくは全体の材質が磁性体であることを特徴とするので、磁気抵抗が小さくなり、磁束の漏れが減少するため磁気効率が良いという優れた効果を奏する。
【００３８】
請求項８記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項７記載の公転式アクチュエータにおいて、前記固定子が、前記可動部材を構成する磁性体に常時、対向近接し、前記公転軌道面に直交する磁束により着磁された着磁面を有することを特徴とするので、可動子部材と固定子鉄心間のギャップ長を一定にすることができ磁気効率が良い。可動子鉄心が所定の半径で公転運動する際に、可動子鉄心に対する固定子鉄心の着磁が常時、前記公転軌道面と直交する方向のみから行なわれるため、固定子鉄心との間のギャップ長を短く、且つほぼ一定として磁束の漏れを低減できることから磁気効率の改善を図ることができるという優れた効果を奏する。更に、可動子鉄心の外径を充分大きくし、公転運動中、常時、固定子鉄心上端の着磁面の全面での着磁を確保することで、上記効果を最大化できる。
【００３９】
請求項９記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記磁石は、前記可動部材と対向する面上に両磁極を有し、前記磁束が該面上の一の磁極に着磁し、前記同一面上の他の一の磁極を経由して前記固定子に流入する磁気回路を形成することを特徴とするので、前記磁石の前記両磁極を有する面の反対側の面に更に、固定子鉄心が不要となり公転式アクチュエータを薄型化できるという優れた効果を奏する。
【００４０】
請求項１０記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項６乃至９のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材及び通電面と対向する前記磁石の磁極面上に磁性体が配置され、当該磁性体は、前記通電面と対向する面が前記通電面の最大公転領域より大きく、前記磁極面より小さく形成され、前記磁石との対面側が該磁極面と略同じ大きさに形成されているので磁束が集中して前記通電面における磁束密度が非常に高くなり、出力として得られるトルクが向上するという優れた効果を奏する。
【００４１】
請求項１１記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項１記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材の一部もしくは全体が磁石で構成され、前記磁界発生手段は、前記磁石と当該磁石から発生する磁束により着磁される固定子とから構成され、前記通電面は、前記可動部材の磁石の磁極と対向して前記固定子側に配設されることを特徴とするので通電面自体は公転しないため、電源から通電面に電気を供給する結線が簡単となり、更に、公転による配線の疲労等の問題もなくなるため電源配線の長寿命化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【００４２】
請求項１２記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項６記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材と固定子間にバネを挿入することを特徴とするのでバネの共振を利用することにより、本発明の公転式アクチュエータの出力エネルギーの有効活用を図ることができるいう優れた効果を奏する。
【００４３】
請求項１３記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項１２記載の公転式アクチュエータにおいて、前記バネの先にベアリングを付加することを特徴とするので公転運動する可動子部材に対してバネは常に垂直となり、バネの疲労等による劣化を低減し、本発明の公転式アクチュエータの長寿命化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【００４４】
また、前記通電面を金属面状体とすると、通電面を複数の導線で構成するのに比較して導電部の断面積を大きくできるため，ジュール熱の発生によるエネルギー損失が低減でき、全体としてのエネルギー効率を向上することができるという優れた効果を奏する。
【００４５】
また、前記積層した相互に異なる通電方向に対応した前記通電面に、前記位相差を有する交流電流成分の経時変化に対応して発生する電磁力の和の方向が、経時的に円運動を行なうこととすると、電磁力を公転運動の進行方向に効率よく得ることができるため、軌道拘束機構に働く負荷を低減でき高速回転が可能であるという優れた効果を奏する。
【００４６】
【００４７】
請求項１４記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材は、前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材に設けられた渦巻き状の羽を有する可動スクロールと、前記固定部材に設けられた渦巻き状の羽を有する固定スクロールとをさらに備え、前記可動スクロールと前記固定スクロールとを各渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で公転させることにより、前記両スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とするので、伝達機構や駆動源であるモータをスクロールポンプの下に取付ける必要がなく、スクロールポンプ全体の薄型化に寄与し得るという優れた効果を奏する。
【００４８】
請求項１５記載の公転式アクチュエータの発明にあっては、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の公転式アクチュエータにおいて、前記可動部材が２組、各々前記固定部材に偏心軸により公転可能に保持され、前記可動部材の各々に渦巻き状の羽を有する可動スクロールが設けられ、前記可動スクロールの渦巻き状の羽が互いに組み合わされ、前記可動スクロールを前記偏心軸の周りに一定の半径で相互に反対方向に公転させることにより、前記スクロールの各渦巻き状の羽により形成される密閉空間を外側から中心側へと移動させて前記密閉空間の容積を逐次縮小させるスクロール型ポンプを構成したことを特徴とするので各々の公転式アクチュエータの公転半径を小さくすることができ、また、双方の可動スクロールの重心移動による振動は、相互に相殺し合うこととなるので振動や騒音の低減に寄与し得るという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の公転式アクチュエータの実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図２】本発明の公転式アクチュエータの実施形態における通電面の構成例を示す斜視図である。
【図３】本発明の公転式アクチュエータの実施形態における永久磁石の磁界の発生方向を示す斜視図である。
【図４】本発明の公転式アクチュエータの異なる実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図５】本発明の公転式アクチュエータの更に異なる実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図６】本発明の公転式アクチュエータの第４の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図７】本発明の公転式アクチュエータの第４の実施形態における永久磁石の磁極の構成例を示す斜視図である。
【図８】本発明の公転式アクチュエータの第５の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図９】本発明の公転式アクチュエータの第６の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の公転式アクチュエータの第７の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の公転式アクチュエータの第８の実施形態の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。
【図１２】本発明の公転式アクチュエータの第９の実施形態の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。
【図１３】本発明の公転式アクチュエータの実施形態における通電面の異なる構成例を示す斜視図である。
【図１４】本発明の公転式アクチュエータの通電面の更に異なる構成例による参考例の要部の構成を示すもので、(a)は概略縦断面図、(b)は(a)におけるAでの概略線断面図である。
【図１５】図１４(b)に示す通電面の構成例における電磁力の発生方向を示すもので、(a)は９ｇ-９ｃ間に通電した場合の概略線断面図、(b)は９ｈ-９ｄ間に通電した場合の概略線断面図である。
【図１６】本発明の公転式アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として使用した場合の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【図１７】本発明の公転式アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として使用した場合の実施形態のスクロール部の分解斜視図である。
【図１８】本発明の公転式アクチュエータをスクロールポンプの駆動源として上下に二機使用した場合の実施形態の要部の構成を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１  可動部材
２  永久磁石
３  通電面
４  偏心軸
５  固定子
６  着磁面
７  圧縮バネ
８  ベアリング
９  リード線
１０  吐出口
１１  可動スクロール
１２  固定スクロール
１３  空気吐出用パイプ
【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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