JP2017505099A - ロボットフィンガのための直接駆動モータ - Google Patents

Abstract

ロボットフィンガのための直接駆動モータ。直接駆動モータは、複数の外側磁石と、複数の外側磁石によって囲繞される複数のコイルを含む、コイルアセンブリとを含む。複数のコイルは、コイルアセンブリが複数の外側磁石に対して回転するように、電流がそれらを通して伝導されると、磁場を生成するように構成される。直接駆動モータはさらに、複数のコイルによって囲繞される複数の内側磁石と、複数の内側磁石によって囲繞されるコア要素とを含む。中心回転シャフトが、コア要素によって外接される内部空間内に位置付けられる。

Description

（関連出願への相互参照）
本出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１９（ｅ）の下で、２０１４年１月３１日に出願された「ＤＩＲＥＣＴ ＤＲＩＶＥ ＭＯＴＯＲ ＦＯＲ ＲＯＢＯＴＩＣ ＦＩＮＧＥＲ」という題名の米国仮出願第６１／９３４，６２８号に対して優先権を主張する。本出願は、２０１３年６月２５日に出願された「ＲＯＢＯＴＩＣ ＦＩＮＧＥＲ」という題名の米国出願第１３／９２７，０７６号に関連する。上記外国出願の各々の内容は、全ての目的のためにその全体として参照することによって本明細書において明示的に援用される。

（分野）
本開示は、概して、補綴に関し、より具体的には、ロボットフィンガのためのモータに関する。

（背景）
今日、作業場には、ヒトの手によって遂行される多くのタスクが、存在する。いくつかのタスクは、非常に反復的であり、手根管問題を生じさせる。その他として、危険な環境内で起こるものもある。さらにその他として、極めて精密な動きを要求し、徐々にヒトの能力を超えつつあるものもある。補綴デバイスが、上記の領域においてヒトの手に取って代わるように使用されることができる。

（要約）
一側面では、本開示は、ロボットフィンガのための直接駆動モータに関する。モータは、複数の回転構成要素と、複数の非回転構成要素とを含んでもよい。複数の回転構成要素は、複数のコイルによって外接される中心回転シャフトを含む。複数の非回転構成要素は、複数のコイルの周囲に位置付けられる複数の外側磁石を含む。直接駆動モータはさらに、複数の回転構成要素および非回転構成要素のうちのいくつかから形成される、二重磁気回路を含む。二重磁気回路は、外側回路と、内側回路とを含み、外側回路は、少なくとも複数の外側磁石と、複数のコイルとを含み、内側回路は、少なくとも複数のコイルと、中心回転シャフトとを含む。

別の側面では、ロボットフィンガのための直接駆動モータは、環状構成において配列される、複数の外側磁石を含んでもよい。直接駆動モータはさらに、複数の外側磁石によって囲繞される、複数のコイルを含む、コイルアセンブリを含み、コイルアセンブリは、複数の外側磁石に対して回転するように配置されてもよい。複数のコイルは、環状構成において配列され、電流がそれらを通して伝導されると、磁場を生成してもよい。直接駆動モータはまた、複数のコイルによって囲繞される、複数の内側磁石を含んでもよい。コア要素が、複数の内側磁石によって囲繞されてもよい。中心回転シャフトが、コア要素によって外接される内部空間内に位置付けられてもよい。

本開示の特徴、性質、および利点は、同様の参照文字が全体を通して、対応して一致する、図面と併せて検討されるとき、以下に記載される詳細な説明からより明白となるであろう。

図１Ａは、本開示による、直接駆動モータの斜視図を例証する。図１Ｂは、本開示による、位置フィードバックを提供するための線形エンコーダを具備する、直接駆動モータの斜視図を例証する。 図２Ａは、線形エンコーダを具備する、直接駆動モータの端面図を提供する。図２Ｂは、図２Ａの直接駆動モータの側面図を提供する。図２Ｃは、図２Ａの直接駆動モータの断面図を提供する。 図３は、本開示による、直接駆動モータの回転構成要素および非回転構成要素の部分分解図を提供する。 図４は、本開示による、直接駆動モータのセットを含む、ロボットフィンガの斜視図を例証する。 図５は、直接駆動モータおよび関連付けられるコントローラの例示的配列のブロック図である。 図６Ａは、所望される範囲内にモータの回転構成要素の回転を制限するように構成される、回転制限要素を含む、直接駆動モータの部分分解図を提供する。 図６Ｂは、図６Ａの直接駆動モータの組立図を提供する。

（詳細な説明）
例示的実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、これが、本発明が実践され得る具体的実施形態の例証として示される、付随の図面を参照する。他の実施形態も、利用され得、構造的変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、成され得ることを理解されたい。

単語「例示的」は、本明細書において、「実施例または例証としての役割を果たす」ことを意味するように使用される。本明細書において「例示的」として説明される任意の側面または設計は、必ずしも、他の側面または設計に優る、好ましいまたは有利なものとして解釈されない。

本明細書に開示されるプロセスにおけるステップの具体的順序または階層は、例示的手法の実施例であることを理解されたい。設計選好に基づいて、プロセスにおけるステップの具体的順序または階層が、本開示の範囲内にとどまる上で並べ替えられ得ることが理解される。

ここで、対象の技術の側面を詳細に参照し、その実施例は、付随の図面において例証され、同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す。

本明細書に開示されるものは、例えば、ロボットフィンガ関節のためのサーボ直接駆動モータとして作用するように適合される、モータの実施形態である。モータの実施形態が、有利には、比較的小型のパッケージサイズ（例えば、直径が２０〜３０ｍｍ）において高トルク出力を提供する。加えて、モータの実施形態が、比較的低い電流ドローを引き込み、それによって、過熱を軽減する。

本明細書に開示されるモータは、ヒトの指の動きの範囲をエミュレートするように設計される、ロボットフィンガと併せて使用されてもよい。ヒトの指は、３つの関節を含み、その２つは、およそ９０度の最大範囲にわたって移動する一方、３つ目は、およそ３０度の範囲を通して移動することが可能である。

一実施形態では、モータの設計は、モータが、ヒトの指の挙動を模倣するために、３６０度の完全な曲がりにわたる必要はなく、むしろ、９０または３０度の曲がりで十分となり得ることを考慮する。

故に、一実施形態では、モータは、部分可動コイルロータリモータから成る。部分ロータリモータは、有利には、軽移動質量を有するように構成され、それによって、迅速な応答および低電流ドローを促進してもよい。

ここで、図面に目を向けると、図１Ａが、本開示による、直接駆動モータ１００Ａの斜視図を例証する。図１Ａに示されるように、直接駆動モータ１００Ａは、ボビン１０４と、中心回転シャフト１０８とを含むことができる。モータ１００Ａはさらに、複数の外側磁石１１６を囲繞する、モータ筐体１１２を含む。駆動モータ１００Ａの動作中、複数のコイル１２０を含む二重磁気回路（以下に説明される）が、ボビン１０４および中心回転シャフト１０８を含む複数の回転構成要素を、縦方向軸Ａを中心として回転させる。モータ筐体１１２、複数の外側磁石１１６、およびバックプレートサポート１１４は、駆動モータ１００Ａの動作中に回転しない。

図１Ｂは、本開示による、位置フィードバックを提供するための線形エンコーダを具備する、直接駆動モータ１００Ｂの斜視図を例証する。一実施形態では、直接駆動モータ１００Ｂは、直接駆動モータ１００Ａと実質的に同じであるが、さらに、線形エンコーダフィードバックスケール１５４および線形フィードバックスケール読取ヘッド１５８を有する、線形エンコーダアセンブリ１５０を含む。線形エンコーダフィードバックスケール１５４は、線形スケールサポート１６２によって支持される。以下にさらに議論されるように、読取ヘッド１５８は、外部コンピューティング要素またはデバイス（図示せず）に、直接駆動モータ１００Ｂの複数の回転構成要素の回転に関する、位置フィードバック情報を提供する。

図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、それぞれ、図１Ｂの直接駆動モータ１００Ｂの端面、側面、および断面図を提供する。

ここで、図３に注目すると、これは、本開示による、位置フィードバック情報を提供するための線形エンコーダアセンブリを含む、直接駆動モータ３００の部分分解図を提供する。具体的には、直接駆動モータ３００は、複数の回転構成要素３０４と、複数の非回転構成要素３０８とを含む。特定の実装では、複数の回転構成要素３０４は、環状構造を形成するように配列される、９つのコイル３１２のセットを含む。他の実装では、異なる数のコイル３１２が、使用されてもよい（例えば、６、１２、または１８個のコイル）。これらのコイル３１２は、４０度のピッチでブラシレスＤＣコイルのように動作し得る。他の実施形態では、コイルは、フラットワイヤから成ってもよい。直列の９つのコイルまたは並列の３つのコイル等、他の量もまた、使用され得ることに留意されたい。コイルは、Ｙ型および直列に配線されてもよい。一実施形態では、コイルは、実質的に矩形であり、１８．８ｍｍのアセンブリ直径および３０オームの全抵抗をもたらす半径で成形される。コイル３１２は、終端プレート３１６に取り付けられる。例えば、コイル３１２は、終端プレート３１６に糊着されてもよい、または成形された構造（図示せず）が、コイル３１２を受容するために、終端プレート３１６上に含まれてもよい。

図３に示されるように、複数の非回転構成要素は、複数の内側磁石３２８と、鋼製コア３３２とを含む。中心回転シャフト１０８に外接するように定寸される円筒形スリーブ３４０が、鋼製コア３３２によって囲繞される。一実施形態では、複数の非回転構成要素３０８は、非回転構成要素３０８の残りを適切に誘導および芯出しするための複数の円形チャネルとともに構成される、バックプレート３５０を含む。

直接駆動モータ３００の動作中、電流が、コイル３１２を通して導入され、それによって、電流がコイル３１２を通して流れる方向に依存する方向を有する、磁場を生成する。磁場の大きさは、各コイルと関連付けられる巻数と、導電性材料を通して伝導される電流量とに対応する。可変仕様を伴う任意のタイプの導電性材料が、使用され得ることを理解されたい。さらに、コイル３１２は、電源に電気的に接続される、および／または電気的ならびに機械的技術において周知の任意の様式においてともに接続され得ることを理解されたい。

外側磁石１１６は、例えば、図３に示されるような曲断面を伴う実質的に矩形であり得、モータ筐体１１２の内壁に結合されることができる。例えば、外側磁石１１６は、種々の接着剤および／またはねじを用いて、製造する際に、モータ筐体１１２に結合されることができる。外側磁石１１６は、磁場がコイル３１２内に存在するとき、回転構成要素３０４と磁気的に界面接触するように適合されることができる。したがって、電流がコイル３１２を通して流れる方向を繰り返し交代させることによって、回転力が、回転構成要素３０４に対して繰り返し付与され、ひいては、構成要素３０４を、縦方向軸Ａを中心として回転させ得る。

前述されるように、線形エンコーダアセンブリ１５０は、線形エンコーダフィードバックスケール１５４と、線形フィードバックスケール読取ヘッド１５８とを含む。線形エンコーダフィードバックスケール１５４は、線形スケールサポート１６２によって支持される。線形エンコーダアセンブリ１５０はまた、例えば、コントローラ（リモートコンピュータ等）に線形位置フィードバックを示すために、線形エンコーダフィードバックスケール１５４に沿ってフィードバック回路（図示せず）も含むことができる。線形フィードバックスケール読取ヘッド１５８（例えば、センサ、変換器等）は、位置をエンコードし得る、線形エンコーダフィードバックスケール１５４と対合されることができる。線形フィードバックスケール読取ヘッド１５８は、線形エンコーダフィードバックスケール１５４を読み取り、エンコードされた位置を、アナログまたはデジタル信号に転換することができる。これは、順に、次いで、デジタルリードアウト（ＤＲＯ）またはモーションコントローラ（図１−３に図示せず）によって、位置データにデコードされることができる。線形エンコーダアセンブリ１５０は、インクリメンタルモードまたは絶対モードのいずれかで機能することができる。動きは、例えば、経時的な位置の変化によって判定されることができる。線形エンコーダ技術は、例えば、光学、磁気性、誘導性、容量性、および渦電流を含むことができる。光学線形エンコーダは、高分解能市場（例えば、半導体産業の市場および／またはバイオテクノロジー産業の市場）において一般的であり、シャッタリング／モアレ、回折、またはホログラフィック原理を採用することができる。典型的なインクリメンタルスケール周期は、数百マイクロメートルからサブマイクロメートルまで変動することができ、以下の補間が、１ｎｍと同程度に微細な分解能を提供することができる。線形エンコーダアセンブリ１５０は、例えば、５ミクロン〜５０ｎｍの範囲内の分解能を有することができる。他の実施形態では、より微細な分解能エンコーダもまた、例えば、最大１ｎｍの分解能を提供するように組み込まれることができる。

線形エンコーダフィードバックスケール１５４は、線形エンコーダフィードバックスケール１５４の長さに沿ってわたる、一連の縞またはマーキングを含んでもよい。直接駆動モータ１００Ｂ／３００の動作中、線形フィードバックスケール読取ヘッド１５８（例えば、光学読取装置）は、非回転構成要素３０８に対する回転構成要素３０４の現在の位置を判定するために、読み取られた縞またはマーキングの数をカウントすることができる。いくつかの事例では、記録された位置データは、監視を目的とするリモートデバイスに伝送されることができる。いくつかの事例では、ユーザが、特定のタスクのために所望される回転量を指定するために、１つまたはそれを上回る値を、リモートデバイス（接続されるコンピュータ等）に入力することができる。これらの値は、次いで、複数の回転構成要素３０４の相対回転が、規定された値に従って調節され得るように、線形エンコーダアセンブリ１５０と電気通信するコントローラ（図１−３に図示せず）に伝送されることができる。直接駆動モータ１００／３００は、任意の数の電気的接続を含んでもよく、任意の数の電気的制御シーケンスを含んでもよい。さらに、他の実施形態では、直接駆動モータ１００／３００は、電気的技術において周知である、任意の数のオンボードデジタル制御および／またはアナログ回路を含んでもよい。

再び図３を参照すると、直接駆動モータの実施形態が、より高いトルクを得るために、二重磁気回路を利用してもよい。具体的には、外側磁石３２０、モータの鋼製筐体３２４、およびコイル３１２が、第１の回路を形成する。コイル３１２、内側磁石３２８、および中心回転シャフト１０８が、第２の回路を形成する。本配列は、単一「外側」回路のみを採用する標準ブラシレスモータによって提供されることが可能なものよりも、実質的に大きなトルクを提供すると考えられる。

実施例として、本配列を利用して開発されたユニットが、２６ｍｍの直径を有し、０．１３Ｎｍのトルクを生成する。これは、順に、モータの中心から３０ｍｍにおいて、（４８ＶＤＣおよび２アンペアピークにおける）６．５Ｎの合力をもたらす。これは、第３の関節から同一距離における典型的なヒトの指によって生成されることが可能な８〜１０Ｎの力よりもわずかに小さいが、これに匹敵する。

図６を参照して以下に議論されるように、直接駆動モータの実施形態が、回転Ａ（図１Ａ）の軸を中心として、所望される範囲（例えば、＋／−９０度）に回転構成要素３０４の回転を制限するように配置される、種々の回転制限要素を含んでもよい。

ハルバッハ磁石設計を採用する直接駆動モータの実施形態が、シミュレートおよび試験されている。これは、他の実施形態に対しておよそ３０％だけトルクを増加させ得、したがって、力を増加させ、８．４５Ｎまでを生成し得る。したがって、そのような実施形態は、ヒトの指によって生成される力に類似する力の発揮を要求する用途に対して、好適であり得る。本タイプの例示的実施形態では、コイル間隙は、０．１５ｍｍとなり得る。

本明細書に説明されるモータは、ヒトに近い能力を提供する、ロボット関節駆動として使用されてもよい。直接駆動の使用は、有利には、外力に対して比較的柔軟であるモータをもたらし、つまり、モータは、外部の力が印加されると、自由に移動するであろう。これは、そのような外力の印加に応じて動かなくなり、損傷状態になり得る、ギヤ付きモータの典型的な挙動と対照的である。

ここで、図４に注目すると、これは、本開示の別の側面による、直接駆動モータのセットを含む、ロボットフィンガ４００の斜視図を例証する。ロボットフィンガ４００は、３つの移動軸である、軸１と、軸２と、軸３とを含む。示されるように、ロボットフィンガ４００は、軸１の直接駆動モータ４１０’と、軸２の直接駆動モータ４１０’’と、軸３の直接駆動モータ４１０’’’とを含む。軸１、軸２、および軸３は、それぞれ、±１５度、±４５度、および±４５度の範囲を提供するものとして例証されているが、直接駆動モータ４１０の他の変形例が、異なる範囲を有してもよい。直接駆動モータ４１０は、例えば、直接駆動モータ１００Ａまたは１００Ｂと実質的に同じように実装されてもよいが、ロボットフィンガ４００によって要求される動きの特定の範囲をもたらすために、例証される様式において構成される。具体的には、軸１のモータ４１０’は、軸１を中心として、±１５度を通して第１の伸長部材４２０を移動させてもよく、軸２のモータ４１０’’は、軸２を中心として、±４５度を通して第２の伸長部材４３０を移動させてもよく、軸３のモータ４１０’’’は、軸３を中心として、±４５度を通して第３の伸長部材４４０を移動させてもよい。示されるように、第３の伸長部材４４０は、フィンガ先端要素４５０を含む。

図５は、直接駆動モータ３００および関連付けられるコントローラ５１０の例示的配列５００のブロック図を示す。図５の実施形態では、モータ３００は、ロボットフィンガ５２０の関節内に統合される、または別様にロボットフィンガ５２０に機械的に結合されてもよい。モータ３００の動作中、線形エンコーダの読取ヘッド１５８は、ボビン１０４および／または中心回転シャフト１０８の位置または角度配向に関連する情報を含有する、フィードバック信号を提供する。コントローラ５１０が、以下の手順に従って、ボビン１０４および／または中心回転シャフト１０８の回転を調節し、ロボットフィンガ５２０を適切に移動させるように、フィードバック信号を処理し、制御信号をモータ３００に提供する。

具体的には、本明細書に説明される直接駆動モータはまた、本願の譲受人によって特許化される、「軟着陸」およびプログラマブル力方法を実装するように構成されてもよい。これらは、ロボットフィンガ５２０が、表面に優しく接触し、次いで、力を印加するために、ヒトの指の能力に非常に近似することを可能にする。一実施形態では、モータ３００は、軸Ａを中心とする精密な回転位置を示すために、その線形エンコーダからコントローラ５１０に、測定値を送信する。このように、ロボットフィンガ５２０の一部またはモータ３００に結合される他の機械的要素が、着目物体の標的表面５３０に、比較的に近接するが、それから安全に離れた接近位置に移動され得る。接近位置から、「軟着陸」動作が、随意に、実施されてもよく、それによって、ロボットフィンガ５２０は、ロボットフィンガ５２０または表面５３０のいずれも損傷させないように、モータ３００によって標的表面５３０に接触させられる。軟着陸動作についての付加的な情報が、それぞれ、「Ｓｏｆｔ Ｌａｎｄｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｔｏｏｌ Ａｓｓｅｍｂｌｙ」と題された、米国特許第５，９５２，５８９号（「第５８９号特許」）および「Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ」と題された、米国公開第２００５／０２３４５６５号に記載され、その両方は、あらゆる目的のために、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる。

第５８９号特許に議論されるように、軟着陸手順は、典型的には、ロボットフィンガ５２０を接近位置に置くステップを伴う。この接近位置は、オペレータの所望に従って恣意的に確立されることができるが、好ましくは、接近位置は、ロボットフィンガ５２０を、標的表面５３０から約１ミリメートルよりもはるかに近くに離して置く。接近位置は、概して、標的表面５３０の特性に依存する、すなわち、接近位置は、より粗い表面に対して平滑な標的表面を伴う物体に対しては、強力かつ不注意な接触のリスクを実質的に増加させることなく、より近くにもたらされることができる。いずれにしても、ロボットフィンガ５２０は、標的表面５３０上の接近位置から事前判定された点に軟接触するまでの経路に沿った、後続移動のための接近位置に置かれる。

最初に、ロボットフィンガ５２０は、接近位置において静止状態に保持される。次いで、ロボットフィンガ５２０を静止状態に保持するように作用している力は、モータ３００によって、ロボットフィンガ５２０に対して作用している固有の静止摩擦力が克服されるまで、大きさを変更される。静止摩擦力が克服されると、本システムは、動的になり、ロボットフィンガ５２０は、合力の影響下で標的表面５３０に向かって前進する。

ロボットフィンガ５２０が標的表面５３０に向かって前進されるにつれて、これは、位置モードにおいて接近位置まで迅速に移動される。接近位置から、ロボットフィンガ５２０は、標的表面５３０と接触するまで、軟着陸モードで進む。具体的には、軟接触を判定するための動作のいくつかの制御モードが、可能である。特に、これらの制御モードはそれぞれ、ロボットフィンガ５２０の移動の特徴である、測定可能パラメータに依存する。これらの測定可能パラメータは、ｉ）表面５３０に向かう経路上のフィンガの進行位置（すなわち、位置制御モード）と、ｉｉ）その速度（すなわち、速度制御モード）と、ｉｉｉ）フィンガ５２０の加速度／減速度（すなわち、トルク制御モード）とを含む。代替実施形態では、前述される測定可能パラメータのいずれも監視されず、代わりに、フィンガ５２０は、合力の影響下で、標的表面５３０と軟接触するまで、単に前進することを可能にされる（すなわち、基本モード）。動作の位置制御モード、動作の速度制御モード、および動作のトルク制御モードは、第５８９号特許にさらに詳細に説明される。

いくつかの構成では、コントローラ５１０は、例えば、内蔵式増幅器および１６ビットアナログ出力を伴う、Ｇａｌｉｌ ＤＭＣ３１０１２コントローラであり得る。

公知のように、サーボコントローラ等のコントローラ５１０は、モータ３００を動作させる制御信号を生成することができる。例えば、典型的にはソフトウェアの形態である、プログラムされた命令に従って、コントローラ５１０は、ロボットフィンガ５２０の移動を生じさせるために、制御信号を生成し、そのような制御信号をモータ３００に出力することができる。一実施形態では、コントローラ５１０は、フィンガ３００が利用されている特定の用途に応じて、モータ３００を制御するようにプログラムされる。典型的には、コンピュータ（図示せず）が、プログラミング言語で生成されたソフトウェア（実行されるべき命令のセットを表すコード）を、特定の用途のためのコントローラ５１０に生成および伝送するために、コントローラ５１０に結合される。そのようなソフトウェアは、いったんコントローラ５１０上で起動すると、モータ３００に、特定の用途またはタスクに特有の様式でロボットフィンガ５２０を移動させるように命令するであろう。

コンピュータコードの実施例は、限定ではないが、コンパイラによって生成されるもの等、マイクロコードまたはマイクロ命令、機械命令、ウェブサービスを生成するために使用されるコード、およびインタープリタを使用してコンピュータによって実行される、より高いレベルの命令を含有するファイルを含む。例えば、実施形態は、命令型プログラミング言語（例えば、Ｃ、Ｆｏｒｔｒａｎ等）、関数型プログラム言語（Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｅｒｌａｎｇ等）、論理プログラミング言語（例えば、Ｐｒｏｌｏｇ）、オブジェクト指向プログラミング言語（例えば、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋等）、または他の好適なプログラミング言語および／または開発ツールを使用して実装されてもよい。コンピュータコードの付加的な実施例は、限定ではないが、制御信号、暗号化されたコード、および圧縮されたコードを含む。

ここで、図６Ａに注目すると、これは、所望される範囲（例えば、９０度）内にモータ６００の回転構成要素の回転を制限するように構成される、回転制限要素を含む、直接駆動モータ６００の部分分解図を提供する。図６Ｂは、直接駆動モータ６００の組立図を提供する。図６Ａに示されるように、直接駆動モータ６００は、環状構造を形成するように配列される、９つの回転コイル６１２のセットを含む。他の実装では、異なる数のコイル６１２が、使用されてもよい（例えば、６、１２、または１８個のコイル）。これらのコイル６１２は、４０度のピッチでブラシレスＤＣコイルのように動作し得る。他の実施形態では、コイルは、フラットワイヤから成ってもよい。直列の９つのコイルまたは並列の３つのコイル等、他の量もまた、使用され得ることに留意されたい。コイルは、Ｙ型および直列に配線されてもよい。コイル６１２は、終端プレート６１６に取り付けられる。例えば、コイル６１２は、終端プレート６１６に直接糊着されてもよく、代替として、成形された構造（図示せず）が、コイル６１２を受容するために、終端プレート６１６上に含まれてもよい。

図６Ａに示されるように、直接駆動モータ６００は、ボビン６０４と、中心回転シャフト６０８とを含むことができる。モータ６００はさらに、複数の外側磁石６１６を囲繞する、モータ筐体６１０を含む。駆動モータ６００の動作中、複数のコイル６１２を含む二重磁気回路（以下に説明される）が、ボビン６０４および中心回転シャフト６０８を含むモータ６００の回転構成要素を、シャフト６０８と整合されるモータの縦方向軸を中心として回転させる。これらの構成要素の回転は、回転ストッパ要素６３８と協働するモータ筐体６１０の回転制限表面６３６によって、所望される範囲内に拘束されてもよい。モータ筐体６１０、複数の外側磁石６１６、およびバックプレート６４０は、モータ６００の動作中に回転しない。

直接駆動モータ６００はさらに、複数の非回転内側磁石６２８を含んでもよい。バックプレート６４０は、非回転内側磁石６２８によって外接される中心ポール構造６４４を支持する。モータ６００はさらに、前部玉軸受６６０と、後部玉軸受６６４とを含む。線形エンコーダアセンブリが、線形エンコーダフィードバックスケール６５４と、線形フィードバックスケール読取ヘッド６５８とを含む。線形エンコーダフィードバックスケール６５４は、モータハブ６６２によって支持される。読取ヘッド６５８は、外部コンピューティング要素またはデバイス（図示せず）に、直接駆動モータ６００の回転構成要素の回転に関する、位置フィードバック情報を提供する。

直接駆動モータ６００の実施形態が、より高いトルクを得るために、二重磁気回路を利用してもよい。具体的には、外側磁石６１６、中心ポール６４４、およびコイル６１２が、第１の回路を形成する。コイル６１２、内側磁石６２８、および中心回転シャフト６０８が、第２の回路を形成する。本配列は、単一「外側」回路のみを採用する標準ブラシレスモータによって提供されることが可能なものよりも、実質的に大きなトルクを提供すると考えられる。

以下に記載されるものは、本明細書による、直接駆動モータの例示的仕様である。
モータあたりの合計コイル数：９
有効コイル：６
トルクの中心：６＋（８．９−６）／２＝７．４ｍｍ
コイルの有効長：２１ｍｍ区分
コイルあたりの力：（０．７５Ｔ）（１０９×０．０２１）（２）＝３．４Ｎ／コイル
モータあたりの力：（３．４Ｎ）（６）＝２０．４Ｎ／モータ（＠１Ａ、４８Ｖｄｃ）
中心力間のモータ半径：１０ｍｍ
トルク：（２０．４Ｎ）（７．４ｍｍ）＝１５０Ｎｍｍ（０．１５Ｎｍ）
コイルワイヤサイズ：３４銅線
合計巻数：１０９
コイルのアンペアターン：１０９アンペアターン／コイル
モータの重量：０．０８ｋｇ
ロータの惰力：
ロータの重量：０．０４２ｋｇ
密度：７．８８６ｇ／ｃｍ３

本発明は、付随の図面を参照して、その実施形態と併せて完全に説明されているが、種々の変更および修正が、当業者に明白となるであろうことに留意されたい。そのような変更および修正は、本発明の範囲内に含まれるものとして理解されたい。本発明の種々の実施形態は、それらが、限定としてではなく、実施例としてのみ提示されていることを理解されたい。同様に、種々の図は、本発明のための例示的アーキテクチャまたは他の構成を描写してもよく、これは、本発明に含まれ得る特徴および機能性を理解する際に補助するように行われる。本発明は、例証される例示的アーキテクチャまたは構成に限定されず、種々の代替アーキテクチャおよび構成を使用して実装されることができる。加えて、本発明は、種々の例示的実施形態および実装の観点から前述されるが、個々の実施形態のうちの１つまたはそれを上回るものに説明される種々の特徴および機能性が、それらの可用性において、それらが説明される特定の実施形態に限定されないことを理解されたい。それらは、代わりに、そのような実施形態が説明されるかどうか、そのような特徴が説明される実施形態の一部であるように提示されるかどうかを問わず、単独またはいくつかの組み合わせにおいて、本発明の他の実施形態のうちの１つまたはそれを上回るものに適用されることができる。したがって、本発明の範疇および範囲は、前述される例示的実施形態のいずれかによって限定されるべきではない。

本文書に使用される用語および語句ならびにその変形は、別様に明示的に記載されない限り、制限とは対照的に無制限として解釈されるべきである。前述の実施例として、「含む」という用語は、「制限なく、含む」または同等物を意味するとものとして読まれるべきであり、「実施例」という用語は、その排除または限定のリストではなく、論じられるアイテムの例示的事例を提供するために使用され、「従来の」、「伝統的な」、「通常の」、「標準の」、「周知の」等の形容詞および類似する意味の用語は、所与の期間に説明されるアイテム、または所与の時点で利用可能なアイテムに限定するものとして解釈されるべきではない。しかし代わりに、これらの用語は、現在または将来の任意の時点で、利用可能かつ周知であり得る、従来の、伝統的な、通常の、または標準の技術を包含するように読まれるべきである。同様に、「および」の接続詞で連結されるアイテム群は、それらのアイテムのうちのそれぞれおよびあらゆるものが群内に存在することを要求するものとして読まれるべきではなく、むしろ、別様に明示的に記載されない限り、「および／または」としても読まれるべきである。同様に、「または」の接続詞で連結されるアイテム群は、その群の中で相互に排他的であることを要求するものとして読まれるべきではなく、むしろ、別様に明示的に記載されない限り、「および／または」としても読まれるべきである。さらに、本発明のアイテム、要素、または構成要素は、単数形で説明または請求され得るが、単数形への限定が明示的に記載されない限り、複数形がその範囲内であると想定される。例えば、「少なくとも１つ」は、単一または複数を指してもよく、いずれにも限定されない。いくつかの事例における「１つまたはそれを上回る」、「少なくとも」、「限定されないが」、または同等物等の広義の単語および語句の存在は、そのような広義の語句が存在し得ない事例において、より狭義の事例が意図される、または要求されることを意味するように読まれないものとする。

加えて、メモリまたは他のストレージならびに通信構成要素が、本発明の実施形態に採用されてもよい。明確化の目的のために、上記の説明が、異なる機能ユニットおよびプロセッサを参照して本発明の実施形態を説明していることを理解されたい。しかしながら、異なる機能ユニット、処理論理要素、または領域間での機能性の任意の好適な分散が、本発明から逸脱することなく使用され得ることが明白となるであろう。例えば、別個の処理論理要素またはコントローラによって実施されるように例証される機能性は、同一の処理論理要素またはコントローラによって実施されてもよい。したがって、具体的機能ユニットへの参照は、厳密な論理または物理構造もしくは編成を示すものではなく、説明される機能性を提供するための好適な手段への参照にすぎないと考えられる。

説明を目的とする、前述の説明は、本発明の完全な理解を提供するために、具体的名称を使用した。しかしながら、具体的詳細は、本発明を実践するために要求されないことが、当業者に明白となるであろう。したがって、本発明の具体的実施形態の前述の説明は、例証および説明を目的として提示される。それらは、包括的である、または本発明を開示される精密な形態に限定するように意図されず、明白に、多くの修正および変形例が、上記の教示の観点から可能である。実施形態は、本発明の原理および実践的用途を最良に説明するために選定および説明され、それらは、それによって、当業者が、想定される特定の使用に好適であるような種々の修正を伴う、本発明および種々の実施形態を利用することを可能にする。以下の請求項およびそれらの均等物は、本発明の範囲を定義するように意図される。

Claims (17)

1. 直接駆動モータであって、
   複数のコイルによって外接された中心回転シャフトを含む、複数の回転構成要素と、
   前記複数のコイルの周囲に位置付けられた複数の外側磁石を含む、複数の非回転構成要素と、
   前記複数の回転構成要素のうちのいくつかおよび前記複数の非回転構成要素のうちのいくつかから形成された二重磁気回路であって、前記二重磁気回路は、外側回路と、内側回路とを含み、前記外側回路は、少なくとも前記複数の外側磁石と、前記複数のコイルとを含み、前記内側回路は、少なくとも前記複数のコイルと、前記中心回転シャフトとを含む、二重磁気回路と
   を備える、直接駆動モータ。
2. 前記複数の回転構成要素はさらに、コイルボビンと、前記複数のコイルを支持するように構成されたコイル終端プレートとを含む、請求項１に記載の直接駆動モータ。
3. 前記複数の回転構成要素はさらに、前記直接駆動モータの動作中に回転するように構成された線形スケールアセンブリを含む、請求項２に記載の直接駆動モータ。
4. 前記複数の非回転構成要素はさらに、前記複数の外側磁石を囲繞するモータ筐体を含む、請求項１に記載の直接駆動モータ。
5. 前記複数の非回転構成要素はさらに、鋼製コアを囲繞する複数の内側磁石を含む、請求項４に記載の直接駆動モータ。
6. 前記複数の非回転構成要素はさらに、鋼製コアによって囲繞された円筒形スリーブを含み、前記円筒形スリーブは、前記中心回転シャフトに外接するように定寸されている、請求項１に記載の直接駆動モータ。
7. 前記複数の非回転構成要素はさらに、前記鋼製コアを囲繞する複数の内側磁石を含む、請求項６に記載の直接駆動モータ。
8. 直接駆動モータであって、
   複数の外側磁石と、
   前記複数の外側磁石によって囲繞された複数のコイルを含む、コイルアセンブリであって、前記複数のコイルは、電流を伝導させると、磁場を生成するように構成され、前記コイルアセンブリは、前記複数の外側磁石に対して回転するように配置されている、コイルアセンブリと、
   前記複数のコイルによって囲繞された複数の内側磁石と、
   前記複数の内側磁石によって囲繞されたコア要素と、
   前記コア要素によって外接された内部空間内に位置付けられている、中心回転シャフトと
   を備える、直接駆動モータ。
9. モータ筐体であって、前記複数の外側磁石は、前記モータ筐体の内面に固着されている、モータ筐体と、
   二重磁気回路であって、前記二重磁気回路は、外側回路と、内側回路とを含み、前記外側回路は、少なくとも前記モータ筐体と、前記複数の外側磁石と、前記複数のコイルとを含み、前記内側回路は、少なくとも前記複数のコイルと、前記中心回転シャフトとを含む、二重磁気回路と
   をさらに備える、請求項８に記載の直接駆動モータ。
10. 前記内側回路はさらに、前記複数の内側コイルを含む、請求項９に記載の直接駆動モータ。
11. 前記コイルアセンブリはさらに、コイルボビンと、前記複数のコイルを支持するように構成されたコイル終端プレートとを含む、請求項８に記載の直接駆動モータ。
12. 前記直接駆動モータの動作中に回転するように構成された線形スケールアセンブリをさらに含む、請求項８に記載の直接駆動モータ。
13. 前記コア要素によって囲繞された円筒形スリーブをさらに含み、前記円筒形スリーブは、前記中心回転シャフトに外接するように定寸法されている、請求項８に記載の直接駆動モータ。
14. 前記複数のコイルは、環状構造を形成するように配列されている、請求項８に記載の直接駆動モータ。
15. 複数の円形チャネルとともに構成されたバックプレートをさらに含み、前記複数の円形チャネルのうちの少なくとも１つは、前記環状構造を受容する、請求項１４に記載の直接駆動モータ。
16. 前記複数のコイルは、環状構造を形成するように配列されている、請求項１に記載の直接駆動モータ。
17. 複数の円形チャネルとともに構成されたバックプレートをさらに含み、前記複数の円形チャネルのうちの少なくとも１つは、前記環状構造を受容する、請求項１６に記載の直接駆動モータ。