JP2023040141A - マルチバーリンク機構電気駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】ホイールの回転運動及びホイールの回転軸に対して二自由度を有するホイールの動きを生成することができる電動モーター駆動組立品を提供する。【解決手段】ハブ組立品、第一の回転組立品、第二の回転組立品、及び第三の回転組立品を含み、ハブ組立品はその周りに第一の回転組立品、第二の回転組立品、及び第三の回転組立品が同軸に整列し、互いに独立して独立した回転運動が可能な回転軸を画定する、ロータリーモーターシステムと、第一及び第三の回転組立品のそれぞれに連結されかつハブ組立品に連結され、ハブ組立品の回転軸が回転軸に対して横断方向である定められた経路に沿って移動するように、ハブ組立品の移動を制限するマルチバーリンク機構であって、ハブ組立品の回転軸を、互いに対して第一の回転組立品および第三の回転組立品の相対回転に応答して定められた経路に沿って並進移動させるマルチバーリンク機構と、を含む電気駆動システム。【選択図】図８

Description

関連出願
本出願は、２０１６年９月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／３９３，９８２号、および米国仮特許出願第６２／５１２，４６９号（２０１７年５月３０日出願）の利益を主張する。上記出願の教示全体が参照により本明細書に組み込まれる。

実施形態は、一般に、電動モーター駆動組立品に関連し、より具体的には、例えば、ホイールの回転運動およびホイールの回転軸に対して横断する方向のホイールの並進運動など、二自由度を有するホイールの動きを生成することができる電動モーター駆動組立品に関連する。

ますます多くの企業が、車両を推進する手段として電動モーターを使用する車両を開発している。特に燃焼機関と比較して、電動モーターは非常にコンパクトで効率的であるよう設計することができるので、車両の各ホイール内またはそれに非常に近い位置に取り付けられた電動モーターを備える、インホイールモーターまたはハブモーターとしても使用することができる。車両駆動システムのためのより新しい画期的な一部の設計は、ホイールを回転することができるだけでなく、回転軸に対して横断する方向にホイールを移動することもできる。すなわち、それらは、二自由度、すなわち、道路に沿って車両を推進するための回転および車両に対してアクティブサスペンションを提供する移動を有する並進移動を生成することができる。

こうしたシステムの一例は、米国特許第８，５１９，５７５号に記載されており、ローレンツ力、リニアアクチュエータの使用に基づいている。二自由度を達成するために、二つの対向するリニアアクチュエータおよびホイールリムをサポートするカム組立品と連結するカムフォロアの配列から構成されるリニア・ツー・ロータリー・コンバータを使用する。リニアアクチュエータは、ホイールの回転軸の両側に置かれて互いに対向する。二つの対向するリニアアクチュエータが、同期して互いの方向にまたは互いから離れる方向にカムフォロアを動かすように動作するとき、リニア・ツー・ロータリー・コンバータは、ホイールの純粋な回転に対するその運動を変換する。二つのリニアアクチュエータが動作してカムフォロアを同じ方向に移動させるとき（すなわち、回転軸に向かう一方の移動と（離れる他方の移動）、それによって、カム組立品およびホイールが取り付けられるホイールを、ホイールの回転軸に対して横断方向に並進移動させる。

米国特許第８，５１９，５７５号

一般に、一態様では、本発明は、ロータリーモーターシステムおよびマルチバーリンク機構を含む電気駆動システムを特徴とする。ロータリーシステムは、ハブ組立品、第一の回転組立品、第二の回転組立品、および第三の回転組立品を含み、ハブ組立品は、回転軸を画定し、第一の回転組立品、第二の回転組立品、および第三の回転組立品はそれぞれ、回転軸と同軸に整列し、他の二つから独立して回転軸の周りを回転運動可能である。マルチバーリンク機構は、第一および第三の回転組立品のそれぞれに連結され、かつハブ組立品に連結され、ハブ組立品の回転軸が回転軸に対して横断方向である定められた経路に沿って移動するように、ハブ組立品の移動を制限する。マルチバーリンク機構は、ハブ組立
品の回転軸を、相互に対する第一の回転組立品および第三の回転組立品の相対回転に応答して定められた経路に沿って並進移動させる。

一般に、一態様では、本発明は、ロータリーモーターシステムおよびマルチバーリンク機構を含む電気駆動システムを特徴とする。ロータリーモーターシステムは、ハブ組立品、磁気ローター組立品、第一のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品を含み、ハブ組立品は、回転軸を画定し、磁気回転組立品、第一のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品はそれぞれ、回転軸と同軸に整列し、互いに独立して回転軸の周りを回転運動可能である。マルチバーリンク機構は、第一および第二のコイルステータ組立品のそれぞれに連結され、ハブ組立品に連結される。マルチバーリンク機構は、ハブ組立品の回転軸が回転軸に対して横断方向である定められた経路に沿って移動し、ハブ組立品の回転軸が相互に対する第一のコイルステータ組立品および第二のコイルステータ組立品の相対回転に応答して定められた経路に沿って並進移動するように、ハブ組立品の移動を制約する。

その他の実施形態は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含みうる。マルチバーリンク機構は、例えば、ワットのリンク機構など、４バーリンク機構である。マルチバーリンク機構は、支持構造体、クランクシャフト組立品、第一のスイングアーム、および第二のスイングアームを含み、第一のスイングアームは、支持構造体上の第一の位置で、クランクシャフト組立品に回転可能に連結された第一の端部および支持構造体に回転可能に連結された第二の端部を有し、第二のスイングアームは、支持構造体上の第一の位置とは異なる支持構造体上の第二の位置で、クランクシャフト組立品に回転可能に連結された第一の端部および支持構造体に回転可能に連結された第二の端部を有する。クランクシャフト組立品はハブ組立品を含む。クランクシャフト組立品は、クランクシャフト、クランクシャフトから離れて第一の径方向に延在する第一のクランクアーム、およびクランクシャフトから離れて第二の径方向に延在する第二のランクアームを含む。第一のクランクアームおよび第二のクランクアームは、クランクシャフトの両端に位置する。第一の径方向は、第二の径方向と反対側である。

さらに他の実施形態は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含みうる。電気駆動システムは、第一のコイルステータ組立品を第一のスイングアームに連結する第一のトルクリンクと、第二のコイルステータ組立品を第二のスイングアームに連結する第二のトルクリンクとをさらに含む。そして、回転軸を囲むホイールリムが含まれ、ホイールリムが磁気ローター組立品とともに回転軸の周りを回転するように、磁気ローター組立品はホイールリムに結合される。ホイールリムはまた、ロータリーモーターシステムを囲む。ロータリーモーターシステムは、第一の磁気ローター、第一のコイルステータ組立品、第一の磁気ローターを回転軸の周りに回転可能にするローターベアリング組立品、および第一のコイルステータ組立品を第一の磁気ローターとは独立して回転軸の周りに回転可能にする第一のコイルベアリング組立品を含む第一の電動モーターと、第二の磁気ローター、第二のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品を第一の磁気ローターとは独立してかつ第一のコイルステータ組立品とは独立して回転軸の周りに回転可能にする第二のコイルベアリング組立品を含む第二の電動モーターとを含み、磁気ローター組立品は互いに結合されて回転軸の周りを一緒に回転する第一および第二の磁気ローターを備える。第一および第二の電動モーターは、軸流束モーターである。

一般に、さらに別の態様では、本発明は、シャーシ、および複数のホイール組立品を含む車両を特徴とする。ホイール組立品の少なくとも一つは、ハブ組立品、磁気ローター組立品、第一のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品を含むロータリーモーターシステムを含み、ハブ組立品は、回転軸を画定し、磁気ローター組立品、第一のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品はそれぞれ、回転軸と同軸
に整列し、および互いに独立して回転軸についての回転軸の周りを回転運動することができる。また、それには、第一および第二のコイルステータ組立品のそれぞれに連結され、ハブ組立品に連結されたマルチバーリンク機構が含まれる。マルチバーリンク機構は、ハブ組立品の回転軸が回転軸に対して横断方向である定められた経路に沿って移動し、ハブ組立品の回転軸が相互に対する第一のコイルステータ組立品および第二のコイルステータ組立品の相対回転に応答して定められた経路に沿って並進移動するように、ハブ組立品の移動を制約する。ホイール組立品はまた、回転軸を囲むホイールリムを含み、磁気ローター組立品は、ホイールリムに結合され、その結果、ホイールリムが磁気ローター組立品と共に回転軸の周りを回転する。

ホイール組立品のその他の実施形態は、以下の特徴のうちの一つ又は複数を含みうる。マルチバーリンク機構は、例えば、ワットのリンク機構など、４バーリンク機構である。マルチバーリンク機構は、支持構造体、クランクシャフト組立品、第一のスイングアーム、および第二のスイングアームを含み、第一のスイングアームは、支持構造体上の第一の位置で、クランクシャフト組立品に回転可能に連結された第一の端部および支持構造体に回転可能に連結された第二の端部を有し、第二のスイングアームは、支持構造体上の第一の位置とは異なる支持構造体上の第二の位置で、クランクシャフト組立品に回転可能に連結された第一の端部および支持構造体に回転可能に連結された第二の端部を有する。クランクシャフト組立品はハブ組立品を含む。クランクシャフト組立品は、クランクシャフト、クランクシャフトから離れて第一の径方向に延在する第一のクランクアーム、およびクランクシャフトから離れて第二の径方向に延在する第二のクランクアームを含む。第一のクランクアームおよび第二のクランクアームは、クランクシャフトの両端に位置する。第一の径方向は、第二の径方向と反対側である。少なくとも一つのホイール組立品はまた、第一のコイルステータ組立品を第一のスイングアームに連結する第一のトルクリンクと、第二のコイルステータ組立品を第二のスイングアームに連結する第二のトルクリンクとを含む。ロータリーモーターシステムは、第一の磁気ローター、第一のコイルステータ組立品、第一の磁気ローターを回転軸の周りに回転可能にするローターベアリング組立品、および第一のコイルステータ組立品を第一の磁気ローターとは独立して回転軸の周りに回転可能にする第一のコイルベアリング組立品を含む第一の電動モーターを含む。また、ロータリーモーターシステムは、第二の磁気ローター、第二のコイルステータ組立品、および第二のコイルステータ組立品を第一の磁気ローターとは独立して、かつ第一のコイルステータ組立品とは独立して回転軸の周りに回転可能にする第二のコイルベアリング組立品を含む第二の電動モーターを含み、磁気ローター組立品は、互いに結合されて回転軸の周りを一緒に回転する第一および第二の磁気ローターを含む。

前述は、同様の参照文字が異なる図を通して同じ部分を参照する添付図面に示すように、例示的な実施形態の以下のより詳細な記述から明らかになろう。図面は必ずしも縮尺にしたがっているわけではなく、代わりに実施形態を例示的に示すことに重点を置く。

図１は、ワットのリンク機構を図示した概略図である。 図２は、図１のワットのリンク機構の中心点の例示的な並進経路を示すグラフである。 図３は、ワットのリンク機構駆動システムの一つの実施形態の概略図である。 図４Ａ～４Ｄは、図３のワットのリンク機構駆動システムの構成要素の並進移動を示す一連の概略図である。 図５Ａは、マルチバーリンク機構駆動システムの別の実施形態の概略図を示す。 図５Ｂは、ローターのセクションおよび他方のステータを可視にするために取り除かれたステータスの一つを有する、図５Ａのマルチバーリンク機構駆動システムを示す。 図６Ａ～６Ｆは、図５Ａおよび５Ｂに示したマルチバーリンク機構駆動システムの並進移動を図示した一連の概略図である。 図７は、図５Ａおよび５Ｂに示したマルチバーリンク機構駆動システムで使用されうるなどの、２モーター軸流束駆動の構成要素を示す。 図８は、車両で使用するためのマルチバーリンク機構駆動システムの斜視図である。 図９は、内部構造を明らかにするため一部の構成要素が除去された、図８に示すマルチバーリンク駆動システムの斜視図である。 図１０は、図８のマルチバーリンク機構駆動システムで使用されるマルチバーリンク機構構造体の斜視図である。 図１１Ａおよび１１Ｂは、コイルステータ組立品が取り除かれた、図８に示すマルチバーリンク機構駆動システムで使用される２モーター軸流束駆動の直交および斜視断面図である。 図１２Ａおよび１２Ｂは、コイルステータ組立品が含まれる図１１Ａ～Ｂに示される軸流束モーターのうちの一つの直交および斜視断面図である。 図１３は、図８に示すマルチバーリンク機構駆動システムを使用する車両を図示した概略図である。 図１４は、一体型ホイールおよびサスペンション組立品の別の実施形態を図示する。 図１５は、図１４の一体型ホイールおよびサスペンション組立品に使用される軸流束モーターの概略図の断面図である。 図１６は、図１４の一体型ホイールおよびサスペンション組立品に使用される軸流束モーターの概略図の正面図である。 図１７は、図１４の一体型ホイールおよびサスペンション組立品の概略図の断面図である。 図１８Ａおよび１８Ｂは、共通動作モードの間のリンク機構の配置の動作を図示する、図１４の一体型ホイールおよびサスペンション組立品の概略表現の側面図である。 図１９は、異なる動作モードの間のリンク機構の配置の動作を図示する、図１４の一体型ホイールおよびサスペンション組立品の概略図の側面図である。 図２０Ａおよび２０Ｂは、相互連結されたリンク機構の観点から、図１８Ａおよび１８Ｂによって図示された配置を示す。 図２１は、コイルステータ組立品とサスペンションアームとの間のリンクの代替的な配置を示す。 図２２は、サスペンションアーム中の線形ベアリングの詳細、およびスピンドルが連結されている詳細を示す。 図２３は、図１９に図示した駆動システムを用いる車両を示す。 図２４は、図１５に図示した電動モーターのためのベアリングの代替的配置を示す。 図２５Ａ～Ｃは、回転軸が横断方向に移動することが許容される経路を定めるためのスイングアームを採用する代替案内機構を示す。 同上。 同上。

例示的な実施形態の説明は以下の通りである。

図１は、ワットのリンク機構１００を図示した概略図である。ワットのリンク機構は、
リンク機構のうちの一つの中心点１０５が、線１１０によって示されるように、大部分が実質的に直線である定められた経路に沿って移動するようリンク機構の力で制限される、機械的リンク機構の配置である。ワットのリンク機構は、この特定の例において、中点が点１０５である短いロッド１２５によって共に連結された二つの長いロッド１１５および１２０の三つの移動可能なロッドを含む。三つのロッドの端部は、ヒンジ点の周りを回転できるようにヒンジ付けされる。ロッド１１５の一方の端部は、ヒンジ点１２７で固定マウント１２６に連結され、ロッド１１５の他方の端部はヒンジ点１２８でより短いロッド１２５の端部に連結される。ロッド１２０の一方の端部は、ヒンジ点１２９で短いロッド１２５の別の端部に連結され、ロッド１２０の他方の端部は別のヒンジ点１３１で第二の固定マウント１３０に連結される。固定マウント１２６および１３０は、例えば、共通のベースまたは共通の構造体に結合されることによって、互いに対して定位置に固定される。この例には三つの移動可能なロッドのみがあるが、二つの固定式マウント間の連結が第四のバーとみなされることによって、ワットのリンク機構は一般的に４バールのリンク機構とも呼ばれる。

図１から明らかとなるように、ロッドの端点が相互に連結されていることによって拘束されても、ロッドの配向は変更できる。そのため、例えば、ロッドの初期位置は、実線で示される要素によって示されると仮定する。ロッド１１５がヒンジ点１２７に対して反時計回りにＡと表示された点線の図で示される別の位置に回転すると、ロッド１２０が時計回りにヒンジ点１３１の周りを回転し、時計回りの方向の中心点に対して短いロッド１２５が回転する。別の方法では、ロッド１１５が時計回りに、Ｂと表示された点線の図で示される別の位置に回転すると、ロッド１２０が反時計回りに回転し、反時計回り方向に中心点に対して短いロッド１２５が回転する。ワットのリンク機構の特徴は、ロッドの配向がリンク機構の配置によって許容されるすべての可能な配向を覆う方法で変更されることであり、短いロッド１２５の中心点１０５は、定められた経路を描き、ワットのリンク機構の配置はその中心点を常に定められた経路上に置くよう制約する。図２によって示されるように、その定められた経路の形状は、その大部分がほぼ線形である８の字形状である。

図３に示す実施形態は、二つの電動モーターと組み合わせてワットのリンク機構を使用して、ホイール（図示せず）を回転駆動し、ホイールの回転軸に対して横断する方向に制御可能に移動することの両方が可能な駆動システム３００を構築する。言い換えれば、二自由度を持つ駆動システムである。

駆動システム３００は、相互に対して所定の位置に固定された二つの電動モーター３４０および３４５を含む（二つの三角形の物体によって図示する）。また、二つの等しい長さのスイングアーム３１５および３２０ならびに短いクランクアーム３２５から構成されるリンク機構の配置も含む。これらはそれぞれ、前に論じた図１に示すロッド１１５、１２０および１２５に対応する。電動モーター３４０によって駆動されるスイングアーム３１５の一方の端部にはプーリ３５０があり、電動モーター３４５によって駆動されるスイングアーム３２０の遠位端部に別のプーリ３５５がある。スイングアーム３１５の他方の端部で、プーリ３５０と対向する端部に、第二のプーリ３５８がある。そのプーリ３５８に取り付けられた、同軸に整列した肘歯車３６０がある。同様に、スイングアーム３２０の他方の端部で、プーリ３５５と反対側の端部には、別の取り付けられた、同軸に整列した肘歯車３６５を備えるプーリ３６３があり、肘歯車３６０および３６５と同じサイズである。クランクアーム３２５の中心点に位置して、二つの肘歯車３６０および３６５と同じサイズサイズで二つの肘歯車と咬合するクランクギア３７０がある。スイングアーム３１５では、駆動ベルト３７５がプーリ３５０をプーリ３５８に結合し、スイングアーム３２０では、別の駆動ベルト３８０がプーリ３５５をプーリ３６３に結合する。プーリ３５０および３５８は、プーリ３５５および３６３と同じ駆動比を持つ。

図３のリンク機構駆動システム３００がどのように動作するかを理解するために、二つのモーター３４０および３４５がそれらの取り付けられたプーリ３５０および３５５を同じ速度で、いくつかの方向（例えば、時計回り）に回転する場合を考えてみる。その場合、ベルト３７５はまた、時計回りの方向に、二つのプーリ３５０および３５８のサイズの比によって決定される速度でプーリ３６０も駆動する。同様に、ベルト３８０は、時計回りの方向に、二つのプーリ３５５および３６３のサイズの比によって決定される速度でプーリ３６５を駆動する。プーリの両方のセット（すなわち、プーリ３５０および３５８ならびにプーリ３５５およびプーリ３６３）が１：２の比であると仮定すると、モーター３４０が回転速度２ωで時計回りにプーリ３５０を駆動するとき、プーリ３５８はその半分の速度、すなわち、ωで時計回りに回転する。ギア３６０、３６５、および３７０は同じ比であるので、ギア３７０およびそれに取り付けられるドライブシャフト３７３は、ωの速度で反時計回り方向に回転しようとする。同様に、モーター３４５が回転速度２ωで時計回りにプーリ３５５を駆動する時、プーリ３６３は時計回りにその半分の速度、すなわちωで回転し、ギア３７０およびそれに取り付けられるドライブシャフト３７３は、再度、ωの速度で反時計回り方向に回転しようとする。この動作状態、すなわち、両方のモーターが同じ速度で動作することで、両方のモーターがギア３７０をωの速度で回転させることになり、クランクギア３７０を支持するクランクアーム３２５に０トルクがかけられることに注目されたい。すなわち、両方のモーター３４０および３４５を同じ速度で同じ方向に動作することは、駆動シャフトの純粋な回転運動を生成する駆動システムをもたらす。いずれのリンク機構にもトルクがかけられていないため、それらの配向または位置は変化しない。従って、これらの駆動条件下では、スイングアーム３１５および３２０は固定されたままであり、所定の位置に「ロック」されたままである。

異なる速度でモーターが動作している場合、異なる状況が生じることは上記の考察より明らかである。その場合、クランクアームにトルクが掛けられ、そのトルクがリンク機構の向きを変えることになる。理由を考えるため、モーター３４５が２ωよりわずかに上回る速度に増加されるときに、上記の状況で何が起こるかを考えてみる。その場合、歯車３６５は、クランクギア３７０が回転する速度よりも高い速度で強制的に回転することになる。起こりうる唯一のことは、歯車３６５が回転する以外に、クランクギア３７０の周りを「歩く」かどうかである。これにより、リンク機構に互いに対してその配向を変化させ、駆動シャフトをワットのリンク機構によって課される定められた経路に沿って動くようにするクランク３２５にかけられるトルクをもたらす。言い換えれば、これにより、駆動シャフト３７２を駆動シャフトの軸に対して横断する方向に移動または並進移動させる。さらに、二つのモーターの速度が異なる限り、リンク機構は引き続き配向を変化させ、駆動シャフトの軸はその定められた経路に沿って引き続き移動する。

二つのモーターが、同じ速度で動作して、駆動シャフトの純粋な回転運動を生成していると仮定すると、駆動シャフトの位置をある点から別の点に変更することは、二つのモーターの位相関係を変更することによって達成される。位相の変化が達成される速度は、駆動シャフトがワットのリンク機構によって決定された新しい場所に並進移動する速度を決定する。

前述の説明では、プーリが同じサイズであり、ギアが同じサイズであり、同じ比であることが簡略のために仮定された。これは事実と異なる。プーリのサイズは、歯車のサイズと同様に異なりうる。いずれの場合でも、純粋な回転運動を達成するための主要な動作状態は、両方の歯車３６５および歯車３６０がクランクギア３７０を同じ速度で回転させることである。その後、一つのモーターまたは他方のモーターの速度の変化は、駆動シャフト３７２の並進移動を引き起こす。言い換えれば、モーター３４０またはモーター３４５のいずれかの位相の変化が、駆動シャフト３７２の対応する並進移動を引き起こす。

図３に示す構成が車両の車輪の駆動システムとして使用される場合、モーター３４０および３４５は、例えば、車両のフレームまたはシャーシに取り付けられ、ホイールリムおよびタイヤは駆動シャフト３７２に取り付けられる。このした配置は、二自由度であることができるため、車両を推進するために、ならびに道路表面上のシャーシの高さを能動的に制御するために使用することができる（その特性により能動的衝撃吸収機能を提供する働きができる）。

マルチバーリンク機構駆動システムの別の実施形態は、図３の二つのモーターを、クランクの中心に位置する回転軸を持つ単一の電動モーターに組み合わせる。マルチバーリンク機構駆動システム５００のこの他の実施形態の概略図が、図５Ａおよび５Ｂに示されている。

駆動システム５００は、二つのスイングアーム５１５および５２０ならびに二つのスイングアーム５１５および５２０の対応する端部の間を連結するクランク組立品５３４を含む。クランク組立品５３４は、それぞれクランクシャフト５３５ｃの回転軸に対して横断方向に延在し、互いに対して１８０°で配向され、クランクシャフト５３５ｃのそれぞれの端部にある、二つのクランクアーム５３５ａおよび５３５ｂを備えるクランクシャフト５３５ｃを含む。スイングアーム５２０一方の端部は、ベアリングを介してクランクアーム５３５ａに旋回可能に連結するが、スイングアーム５２０の他方の端部は、別のベアリングを介してマウント構造体５７０ａに旋回可能に連結される。同様に、スイングアーム５１５の一方の端部は、それ自体のベアリングを介してクランクアーム５３５ｂ（図では表示されていない）に旋回可能に連結するが、スイングアーム５１５の他方の端部は、さらに別のベアリングを介してマウント構造体５７０ｂに旋回可能に連結される。この要素の組み合わせは、図３に示すものと類似した４バーリンク機構配置を構成し、クランクシャフトの回転軸を制限してリンク機構の配向の変化として定められた経路に従う。

駆動システム５００内の電動モーターは、二つのステータ組立品５４０および５４５ならびにローター組立品５３０を含み、それぞれがベアリングを使用してクランクシャフト５３５ｃ上に取り付けられ、それにより他の二つの構成要素とは独立して回転できる。ローター組立品５３０は、ホイールリムおよびタイヤ（図示せず）をローター組立品５３０上に取り付けるためのその周辺にボルトの輪５５０を含む。

ベアリングは、図面を簡略化するために図５Ａおよび５Ｂには示されていないことに留意されたい。しかしながら、これらは図７に明示的に示されているが、これは後で考察する。さらに、図７に関連して明瞭になるように、記載された実施形態のモーターは、電気軸流束モーターであり、ステータ組立品はコイルステータ組立品であり、ローター組立品は磁気ローター組立品である。また、「ステータ」という言葉は、本文脈に限定されることを意味するものではなく、言及されている構成要素が静止しており、回転しないことを暗示すると解釈されうる場合があることに留意されたい。本明細書に記載されるステータ組立品は、ローター組立品の回転軸と同じであっても、同じでなくてもよい回転軸の周りを回転することができる。この機能は、少なくとも一部の実施形態では、駆動システムが二自由度、すなわち回転および並進を生むことができるため重要である。

図５Ａおよび５Ｂに戻ると、各スイングアーム５１５および５２０は、その対応するステータ組立品５４０および５４５に機械的に連結される。スイングアーム５２０は、二つのウィング拡張部５３６ａおよび５３６ｂを持つ。トルクリンク５３９ａおよび５３９ｂは、ウィング拡張部５３６ａおよび５３６ｂをそれぞれステータ組立品５４５に連結する。同様に、駆動システムの他方の側では、スイングアーム５１５も、二つのウィング延長部５３７ａおよび５３７ｂを持つ（図では表示されていない）。また、トルクリンク５３８ａおよび５３８ｂは、ウィング拡張部５３７ａおよび５３７ｂをそれぞれステータ組立品５４０に連結する。トルクリンク５３９ａおよび５３９ｂは、ステータ組立品５４５によって生成されたトルクをスイングアーム５２０に移転するためのものであり、トルクリンク５３８ａおよび５３８ｂは、スイングアーム５１５にステータ組立品５４０によって生成されたトルクを移転するためのものである。

ステータ組立品５４０および５４５はそれぞれ、ベアリングでクランクシャフト上に取り付けられることによってクランクシャフト５３５ｃの軸の周りを回転自在であるが、それらをマルチバーリンク機構に連結するトルクリンクは、その動きを制限し、制限なく自由に回転することを防止する。実際に、トルクリンクは、ステータ組立品の回転を許容される狭い回転範囲内に制限する。この回転の範囲の制限により、整流またはいくつかの他の手段を使用して、コイルステータ組立品上のコイルに駆動信号を与えるのではなく、ワイヤーハーネスを使用してステータ組立品内のコイルに駆動信号を接続することができる。

図５Ａでは、ポイントＡ、Ｂ、Ｃ、およびＤとラベル付けされた四点があることに留意されたい。これらの点は四つの距離、つまり、ＡＢ、ＡＣ、ＣＤ、およびＢＤを規定する。ＡＢはトルクリンクの長さを表し、ＣＤはクランクアームの長さを表し、ＡＣはクランクシャフトの軸とステータ組立品へのトルクリンクの取り付け点との間の径方向距離を表し、ＢＤはクランクアームがスイングアームに連結する点とトルクリンクがスイングアームの拡張部ウイングに連結する点との間の距離を表す。説明した実施形態では、これらの長さは、互いに以下の関係を持つように設計されている。ＡＢ＝ＣＤおよびＡＣ＝ＢＤ。これは平行四辺形を規定する。この配置の結果として、垂直方向に対するステータ組立品の回転は、マウント構造体へのその結合点の周りおよび同一方向へのスイングアームの対応する等しい回転に変わる。言い換えれば、ステータ組立品５４５が時計回りに回転する場合、これはスイングアーム５２０を上向きの方向に移動させ、また、マウント構造体５７０ａの周りの時計回りの方向のスイングアーム５２０の回転に対応する。

図５ＡおよびＢのマルチバーリンク機構駆動システムは、図３に示す実施形態が作用する方法と同様の方法で作用する。駆動信号が各ステータ組立品５４０および５４５に印加されて、両方の駆動信号が同じトルクを生成し、ローター組立品５３０を時計回りに回転させるとき、ローター組立品５３０の純回転動作がもたらされる。（回転の方向は、モーターの一方の側面、この場合、ステータ組立品５４５が位置する側の斜視から見られ、これは、通常、残りの記載のすべてに適用されることに留意されたい。）スイングアーム５１５および５２０の配向は固定されたままであり、クランクシャフト５３５ｃは横断方向に移動しない。これは、ステータ組立品５４０によるクランクシャフト５３５ｃに課せられたトルクが、ステータ組立品５４５によってクランクシャフト５３５ｃに課されるトルクによって相殺されたためである。リンク機構上のトルクは、大きさが等しく方向が逆であり、いずれのリンク機構にもネットトルクを生成しない。

一方で、一方のステータ組立品上の駆動信号が他方の駆動信号に対して変更された場合、クランク組立品上にネットトルクがあり、その配向／位置を変更させることになる。結果として、クランクシャフトは回転しているが、マルチバーリンク機構によって定められる経路に沿っても移動する。

クランクシャフトを並進移動するためにマルチバーリンク機構駆動システムがどのように作用するかを理解するために、磁気ローター組立品が何かによって回転を妨げられ、スイングアームが動く場合を考えてみる。これは、クランクシャフト５３５Ｃおよびローター組立品５３０（車輪が取り付けられる）を上方位置（図６Ａ）から下方向の位置（図６Ｆ）へ動かして（または並進移動して）、駆動システム要素の様々な相対位置を示す、図
６Ａ～６Ｆの助けを借りて視覚化されうる。図のそれぞれにおける下向き矢印は、ローター組立品およびクランク組立品が移動される方向を示す。ローター組立品５４０が図６Ａに示す位置から下向きに動くと、クランク組立品ならびにスイングアーム５１５および５２０はそれに従い下がる。同時に、トルクリンク５３８および５３９は、ステータ組立品５４０および５４５をスイングアーム５１５および４２０がそれぞれのマウント５７０ａおよび５７０ｂの周りを回転するのと同じ方向に回転させる。スイングアーム５２０の下向きの移動は、そのマウント５７０ｂの周りの反時計回りの回転を表す。そのため、ステータ組立品５４５は、同じ量だけクランクシャフト５３５ｃの周りを反時計回りに回転するよう強制される。マルチバーリンク機構駆動システムの他方の側では、スイングアーム５１５の下向きの移動は、そのマウント５７０ａの周りの時計回りの回転を表す。そのため、ステータ組立品５４０は、クランクシャフト５３５ｃの周りを時計回りに回転するよう強制される。

図６Ｃ～Ｆで示されるように、ローター組立品５３０の軸がクランクシャフト５３５ｃの軸のマルチバーリンク機構によって定められる経路をさらに下方向に移動して、要素のこの相対運動は続く。図面に図示されたステータ組立品５４０および５４５は、ローター組立品５３０が図６Ｆで示されたその下位置に向かって移動するときにこれらの要素の回転を視覚化するのに役立つべき基準スロットを有することに留意されたい。また、ステータ組立品の回転方向を特定する矢印があることも注意すべきである。

図６Ａ～Ｆに図示される移動は、適切な駆動信号をステータ組立品５４０および５４５に印加することによって生成できることが明らかである。駆動信号は、ステータ組立品５４０および５４５に互いに対して回転の反対方向に回転させる同時に、ローター組立品５３０の回転がない、すなわちゼロであるネットトルクをローター組立品５３０に付与するような必要がある。例えば、ステータ５４５がトルク（ローター組立品５３０上の電磁力を介して）を加えて、自体を反時計回りに回転させる場合（ローター組立品を時計回りに回転させる）、スイングアーム５２０上で押し上げるトルクリンク５３９ａおよび５３９ｂを介してスイングアーム５２０にも力を及ぼす。次に、クランク組立品５３４上に下方向に押下する、クランク組立品５３４におけるバランス力がもたらされなければならない（小さな加速度では力の合計はゼロであるので）。クランク組立品５３４は次に、スイングアーム５２０上で押し下げられる。結果として、スイングアーム５２０は、クランク組立品５３４に連結する場所で、トルクリンク５３９ａおよび５３９ｂに連結する場所でそれを押し上げる力を持つ。実際には、回転トルクがスイングアーム５２０に付与され、スイングアーム５２０が反時計回り、すなわち、ステータ組立品５４５が回転するのと同一の方向に回転し始める。ローター組立品５３０の他方の側のステータ組立品５４０およびスイングアーム５１５において、同様の差動が起こる。

両方のステータ組立品５４０および５４５が、対応するスイングアーム５１５および５２０を上向き方向に回転させる方法で回転する場合、スイングアーム５１５および５２０（およびローター組立品５３０）は上に移動する。両方のステータ組立品５４０および５４５が下向き方向にスイングアーム５１５および５２０を回転させる場合、スイングアーム５１５および５２０（およびローター組立品５３０）は下方向に移動する。一方のスイングアームが、他方のスイングアームが下方に回転している間上方に回転する場合、トルクのバランスがとれていれば、スイングアーム５１５および５２０は動かない。

要約すると、並進移動なしにローター組立品５３０を回転させるためには、同じ方向にステータ組立品５４０および５４５の両方に等しいトルクが付与される。その場合、各スイングアームに付与されたモーメントが取り消され、ローター組立品が回転する。ローター組立品５３０を並進移動させるために、等しいが反対のトルクを両方のステータ組立品５４０および５４５に付与する。これにより、スイングアーム５１５および５２０が同じ方向に移動する。

マルチバーリンク機構駆動システムは直線システムであるため、ローター組立品５３０の回転およびクランクシャフト５３５ｃ（およびローター組立品５３０）の並進移動は、それぞれの種類の動きを別々に生成するために必要な信号を追加することによって達成することができる。言い換えれば、適切な駆動信号を使用することで、ローター組立品を回転させることができ、同時に上方または下方に並進移動させることもできる。

上記の考察では、慣性効果は無視される。慣性効果が追加されると、それらはトルクの大きさおよび必要な力を変化させるが、マルチバーリンク機構システムがどのように動作するかの一般的原理は変化しない。さらに、上記の考察では、トルクが同じ符号と等しい場合には回転が起こり、トルクが等しく反対の符号であるときに動き（または並進移動）が起こることが説明された。これはいくつかの点では正しいが、並進移動の定められた経路に沿ったすべての点でそうではない（図２参照）。一般に、その他の場所では、少しの「クロストルク」または「非直交性」がある。

以前に説明した実施形態で使用することができる電気駆動モーター６００の構造体の例を図７に示す。これには、共通の回転軸に沿って連結される二つの同軸に配置された軸流束モーターが含まれる。この場合、図５に示されるマルチバーリンク機構駆動システムと共に考察されるクランク組立品５３４に対応するクランク組立品６０２上に取り付けられる。クランク組立品６０２は、クランクシャフト６０３ａの両端に位置し、互いに対して１８０°で配向されるクランクアーム６０３ｂおよび６０３ｃを備えたクランクシャフト６０３ａを含む。図７では、二つのモーターはモーター１およびモーター２として識別される。

一般に、各軸流束モーターはそれぞれ、二つの磁気ローター組立品６０８の間に挟まれたコイルステータ組立品６０６を持つ。各コイルステータ組立品６０６は、クランクシャフト６０３ａ上に回転可能に取り付けられた円形ディスク６１０であり、コイルの一配列６１２は、ディスクの環状領域の周りおよび内部に配置される。また、各磁気ローター組立品６０８も、クランクシャフト６０３ａ上に回転可能に取り付けられる円形ディスクである。各磁気ローター組立品６０８の各ディスクに取り付けられるのは、ディスクの環状領域の周りに分布された半径方向に配向されたバー形状の永久磁石の一配列６１４である。磁気ローター組立品６０８上の磁石６１４、コイルステータ組立品６０６上のコイルの一配列６１２と整列する。

二つの同軸整列モーターの磁気ローター組立品６０８は、共通のハブ組立品６１６に強固に固定されるが、共通のハブ組立品６１６は、ハブ組立品６１６とクランクシャフト６０３ａとの間に位置するベアリング６１８上に乗っている。そのため、複数の磁気ローター組立品６０８は、一つのユニットとしてクランクシャフト６０３ａの周りを自由に回転する。

磁気ローター組立品６０８の間に挟まれたコイルステータ組立品６０６のディスクは、それを通してハブ組立品６１６がディスクと接触することなく通過する円形の中央開口６２０を有する。したがって、コイルステータ組立品６０６およびハブ組立品６１６は、互いに独立して回転できる。各コイルステータ組立品６０６は、ハウジング６２２によってその周辺部の周りを支持されるが、ハウジング６２２は、一組のベアリング６２４を介してクランクシャフト６０３ａ上に回転可能に取り付けられ、その上に乗っている。ベアリング６２４は、磁気ローター組立品６０８が動作できるように、ハウジング６２２ならびにそれらの支持するコイルステータ組立品６０６がクランクシャフト６０３ａ上で自由に回転することも可能にする。磁気ステータ組立品６０８はすべてクランクシャフト６０
３ａ上の単一構造体として回転するが、コイルステータ組立品６０６のそれぞれは、他のコイルステータ組立品、およびハブ組立品６１６とは独立してクランクシャフト６０３ａ上で回転する。

永久磁石の二つの配列内の磁石は、一つがディスクの環状領域の周りを移動すると一定の間隔で方向を逆にする軸方向の磁界を発生するように、互いに対して配置される。磁石の配列によって生成されるこれらの軸方向の磁界は、コイル組立品６０８上のコイル６１２の径方向に配向された巻線と交差する。電流がコイル巻線を通過する時、磁界との電流の相互作用は、磁気ローター組立品６０８およびコイルステータ組立品６０６上にローレンツ力を生成する。接線方向に方向付けられた力は、トルクをディスクに付与してディスクを回転させ、磁気ローター組立品６０８のディスクをクランクシャフト６０３ａの周りに一方向に回転させ、コイルステータ組立品のディスクをクランクシャフト６０３ａの周りに反対方向に回転させる。

前述のように、電動モーターがリンク機構の配置に結合されている時、磁気ローター組立品はクランクシャフトの周りを回転自在であるが、各コイルステータ組立品は、限定された回転範囲内でのみ動作するようにリンク機構によって制限される。磁気ローター組立品６０８は、それが結合されるホイールにトルクを加えるために主として使用されるが、コイルステータ組立品６０６は、リンク機構にトルクを付与するために主に使用して、それによって前述の通り、互いに対してその配向を変更する。

車両で使用される可能性のあるホイールにマルチバーリンク機構駆動システムを組み込む実施形態を図８～１２Ｂに示す。電動ホイール組立品８００は、リム８０６上に取り付けられたタイヤ８０４を含む。デュアル軸流束モーターは、リム８０６によって囲まれた空間内に収容され、既に説明されているものに類似した設計であるマルチバーリンク機構システム８０１に結合されている。

また、図１０を参照すると、マルチバーリンク機構システム８０１は、カップリング８０９によって車両のサスペンションに取り付けられた支持構造体８０７を含む。支持構造体８０７の一方の端部に、ばね式ベアリング機構８１６によって支持構造体８０７に取り付けられたスイングアーム８１５がある。支持構造体８０７の他方の端部には、別のばね式ベアリング機構８１７によって支持構造体に取り付けられた別のスイングアーム８２０がある。

ばね式ベアリング構造体８１６および８１７のばねがない場合、駆動システムは、電力が駆動システムに与えられないとき、駆動システムが取り付けられるシャーシまたは車両は地面に最も近い位置に物理的に置かれる（すなわち、スイングアーム８１５および８２０は、その最上位位置にある）。ばね式ベアリング組立品８１６および８１７のばねは、駆動モーターに電力を絶えず供給してそのタスクを達成する必要なく、駆動システムを中間または通常の位置に保持する。

各スイングアーム８１５および８２０の端部は、ベアリング構造８１７および８１６それぞれがクランク組立品８３４に回転可能に結合されている場所と向かい合っている。クランク組立品８３４は、クランクシャフト８０３ａの各端部にある、二つのクランクアーム８０３ｂおよび８０３ｃを有するクランクシャフト８０３ａから構成される。クランクシャフト８０３ａは、二組のベアリング８１８および８２４を支持する。ベアリング８１８は、磁気ローター組立品８１２が取り付けられるハブ組立品８１０（図１１Ａおよび１１Ｂを参照）を回転可能に支持し、ベアリング８２４は、磁気ローター組立品８１２の間にコイルステータ組立品８１４を保持する筐体８２２（図８および９を参照）を回転可能に支持する。ベアリング８１８は、ハブ組立品８１０にすべての磁気ローター組立品８１
２が取り付けられて、クランクシャフト８０３ａの周りを回転するようにする。一方で、ベアリング８２４は、支持筐体８２２をそれぞれのコイルステータ組立品８１４と共に、クランクシャフト８０３ａの周りを互いに独立して回転するようにもする。各筐体８２２は、カバー８４２を有し、それをケーブルが通過して、サポートコイルステータ組立品８１４とつながれ、それに駆動信号を与える。

各磁気ローター組立品８１２は、機械的に連結された二つのディスク８１３から構成される。各ディスク８１３は、ディスク８１３の環状領域の周りに配置された永久磁石の一配列８２６を保持する。永久磁石の磁気モーメントは軸方向に整列し、一つがローター組立品の周囲を移動すると定期的に逆方向に動く。一つのディスク８１３上の磁石８２６は、一対のディスク内の他のディスク上の磁石８２６と整列して、その磁気モーメントは同じ方向に向いて、コイルステータ組立品のコイルが見る磁界を強化する。

再度図１１Ａおよび１１Ｂを参照すると、ハブ組立品８１０は、一対のローター支持組立品８１９の間に挟まれ、ボルト８２１の輪によって留められたリムサポートディスク８０９の三つの部品で作製される。各ローター支持組立品８１９は、一対の磁気ローター組立品８１２を支持する。コイルステータ組立品８１４（図１２Ａおよび１２Ｂを参照）は、各対の磁気ローター組立品８１２の間に位置付けられる。ハブ組立品８１０は、クランクシャフト８０３ａがベアリング８１８および８２４と共に貫通する穴８１１を画定する。

各スイングアーム８１５および８２０は、クランクシャフト組立品８３４に結合されたスイングアームの端部にボルト付けされたウイング拡張プレート８３０を含む。ウイング拡張プレート８３０は、トルクリンク８３２がスイングアームに連結される二つの点を提供する。トルクリンクの他方の端部は、筐体８２２に連結されている。前述のように、トルクリンク８３２は、コイルステータ組立品８１４によって生成されるトルクがスイングアーム８１５および８２０に移動される方法を提供する。

図１３は、乗客運搬体またはシャーシ９１０上に取り付けられた、前述のような、４マルチバーリンク機構駆動システム９２０を含む車両９００の概略図である。この例では、各駆動システム９２０は、通常、典型的な車両車輪組立品によって占有される空間を占める。この特定の例は、４マルチバーリンク機構駆動システム９２０を持つものとして特徴付けられているが、前輪または後輪のいずれかにおいて、こうしたたった二つのドライブのみを持つことができる。さらに、マルチリンク機構駆動システムを利用するその他のタイプの車両を想定することができる。例えば、一つ、二つ、三つ以上のホイールを有する車両は、ホイールのうちの一つ又は複数がマルチバーリンク機構駆動システムを使用して実装されることを想定することができる。

図１４は、車両を前方に推進するタイヤ１０１２の回転運動ならびにホイールおよびサスペンション組立品１０１０が取り付けられる車両用のアクティブサスペンションの一部を提供するタイヤの並進運動（すなわち、上昇および下降）の両方を生成することができる一体型ホイールおよびサスペンション組立品１０１０の別の実施形態を示す。これには、モーター組立品１１００が、モーター組立品の制御下で上下に摺動できるように摺動可能に取り付けられる二つのサスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂを持つサスペンションフォークによって支持される軸流束電動モーター組立品１１００が含まれる。一対の三日月形状のリンク機構１０３０ａおよび１０３０ｂは、図１４ではそのうちの一つだけが表示されており、電動モーター組立品の回転可能な部分をサスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂ上の固定点に物理的に連結する。サスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂの上端部の近くの連結ブラケット１０３６は、アーム１０２０ａおよび１０２０ｂのそれぞれを挟持し、それらを相互に対して固定位置に強固に保持する
。

図１５を参照すると、モーター組立品１１００は、二つのコイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂならびに外側磁気ローター１１０４ａおよび１１０４ｂならびに中央磁気ローター１１０４ｃを含む三つの磁気ローターから構成される磁気ローター組立品とを含む。一方のコイルステータ組立品１１０２ａは、磁気ローター１１０４ａおよび１１０４ｃの間に挟まれ、それから間隔を置いており、他方のコイルステータ組立品１１０２ｂは、磁気ローター１１０４ｃおよび１１０４ｂの間に挟まれ、それから間隔を置いている。外側磁気ローター１１０４ａおよび１１０４ｂはそれぞれ、ハブ組立品または中央の円筒形スピンドル１１０６に沿って配置され、その軸がスピンドル１１０６の軸と整列するほぼ円形の環状構造体である。中央の磁気ローター１１０４ｃは、スピンドル１１０６の軸によって画定されるこの場合には回転軸１１０７の周りを自由に回転できるように、ベアリング組立品１１０８を介してスピンドル１１０６上に取り付けられる。中央の磁気ローター１１０４ｃの周囲の周りには、他の二つの磁気ローター１１０４ａおよび１１０４ｂが取り付けられ、カラー１１１０の一方の側に一つの磁気ローター１１０４ａおよびカラー１１１０の他方の側に他方の磁気ローター１１０４ｂを備える円筒形状のカラー１１１０がある。この配置により、二つの外側磁気ローター１１０４ａおよび１１０４ｂは、中央の磁気ローター１１０４ｃと共に、回転軸およびスピンドル１１０６の周りを回転する。

それもまたほぼ円盤形状の構造体であるコイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂもそれぞれ、ベアリング組立品１１０９ａおよび１１０９ｂそれぞれによってスピンドル１１０６に取り付けられ、それにより、互いに独立し、磁気ローター組立品から独立して、スピンドル１１０６の軸によって確定される回転軸の周りも回転することができる。各コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂは、環状領域１１１２を持ち、環状領域１１１２内には、ディスクの周りに分布するコイルの一配列１１１４がある。図１４および１５に示すように、コイルの配列内でコイルに電気的に接続し、それを通して駆動信号がそれらのコイルに送達されるコネクタ１１１６もある。コイルは作成または巻かれて、それを通して駆動電流が流れてモーター動作させるほぼ放射状に配向された電流経路を生成する。

各外側磁気モーター１１０４ａおよび１１０４ｃは環状であり、環状領域１１１８を有し、中央の磁気ローター１１０４ｃはディスク形状であり、環状領域１１２０を有する。三つの磁気ローターがスピンドル１１０６上に取り付けられるとき、これらの環状領域１１１８および１１２０は一般に、コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂの環状領域１１１２と整列する。各磁気ローターの周りおよび環状領域の内部には、永久磁石の一配列１１２２がある。すぐにより詳細に説明されるように、磁石１１２２は、コイルステータ組立品のコイル巻線と交差し、ローターの周りを移動すると一軸方向から反対の軸方向に交互に替わる、軸方向に方向付けられた磁界を生成するよう配置される。

説明した実施形態はまた、カラー１１１０を囲み、かつカラー１１１０から離れるように延在し、タイヤ（図示せず）を取り付けることができるリム１１２６を支持するスポーク組立品１１２４も含む。スポーク組立品は、材料の固体リングの代わりに重量節約手段として使用される。また、スポーク組立品１１２４に取り付けられたブレーキディスク１１２８、ならびにサスペンションアーム１０２０ｂに取り付けられたブレーキキャリパー１１２９もある。

モーター組立品は、共通の回転軸に沿って連結される二つの同軸に配置された軸流束モーターとして見ることができる。これは、左側のモーター１および右側のモーター２として図１５に示される。モーター１は、磁気ローター１１０４ａと磁気ローター１１０４ｃ
の左半分との間に挟まれたコイルステータ組立品１１０２ａによって表され、モーター２は、磁気ローター１１０４ｃの右半分と磁気ローター１１０４ｂとの間に挟まれたコイルステータ組立品１１０２ｂによって表される。この場合、磁気ローターは全て互いに連結され、それによって一緒に回転する。

モーター組立品１１００が一体型ホイールおよびサスペンション組立品１０１０にどのように組み込まれるか、かつ全体的なシステムが回転運動および並進運動の両方を生成するためどのように動作するかを、図１６、１７、１８Ａ、および１８Ｂを参照しながらここで説明する。

スピンドル１１０６の端部には、それぞれ、サスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂの内側の中空領域内に保持される二つの直線ベアリング１１４０ａおよび１１４０ｂがある。線形ベアリング１１４０ａおよび１１４０ｂは、それぞれのサスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂ内で上下に摺動でき、それによってスピンドル１１０６も上下に移動することができる。説明した実施形態の線形ベアリング１１４０ｂは、図２２により詳細に示されている。これは、アーム１０２０ｂの内側の中空空間内に固定された二つのブロック１１５０ａおよび１１５０ｂを含む。二つのブロック１１５０ａと１１５０ｂの間に、それに強固に連結された、円筒形ガイド１１５２がある。カラーベアリング１１５４は、ガイド１１５２を囲み、ガイド１１５２を上昇下降することができる。モーターおよびホイールを支持するスピンドル１１０６は、カラーベアリング１１５４に連結される。

図１８Ａおよび１８Ｂに戻ると、三日月形状リンク機構１０３０ａは、サスペンションアーム１０２０ａ上の固定位置とコイルステータ組立品１１０２ａ上の固定位置との間に連結される。サスペンションアーム１０２０ａへの連結は、ベアリングマウント１１４２ａを介し、コイルステータ組立品１１０２ａへの連結は、別のベアリングマウント１１４４ａを介する。同様に、三日月形状のリンク機構１０３０ｂは、サスペンションアーム１０２０ｂの固定位置とコイルステータ組立品１１０２ｂの固定位置との間に連結する。サスペンションアーム１０２０ｂへの連結は、ベアリングマウント１１４２ｂを介しコイルステータ組立品１１０２ｂへの連結は、別のベアリングマウント１１４４ｂを介する。

三日月形状のリンク機構は、サスペンションアームおよびコイルステータ組立品に取り付けられ、その結果、スピンドル１１０６の軸と交差する縦軸１１４６の周りのそれらの間に回転対称がある。すなわち、ホイールおよびサスペンション組立品１０１０がその軸１１４６の周りに１８０°回転する場合、リンク機構およびその取付け点の位置は同じに見える。

リンク機構によってホイールが次のように動くことに留意されたい。コイルステータ組立品１１０２ｂが、図１８Ａに示す通り、ある量だけ時計回りに回転する場合、これは二つの結果を持つ。それにより、スピンドル１１０６ならびにベアリング１１４０ａおよび１１４０ｂは、サスペンションアーム１０２０ａおよび１０２０ｂ内を下向きの方向に押される。そして、それによりコイルステータ組立品１１０２ａは、同じ量だけ反時計回り方向に回転させられる。結果としての構成は、図１８Ｂに示す通りである。

これは、駆動電流がコイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂに流されるときに、システムがどのように動作するかに関わることを示す。まず、駆動電流をコイルステータ組立品１１０２ａに流して、コイルステータ組立品１１０２ａを反時計回り方向に回転させ、磁気ローター組立品（およびホイール）を時計回りに回転させるトルクを生成すると仮定する。また、駆動電流をコイルステータ組立品１１０２ｂに流して、コイルステータ組立品１１０２ｂを時計回りに回転させ（文字Ｂによって識別される矢印で示される
ように）、磁気ローター組立品（およびホイール）を反時計回りに回転させるトルクを生成すると仮定する。コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂに流される駆動電流によって生成された結果としてのトルクの大きさが同じ場合、コイルステータ組立品１１０２ａによって磁気ローター組立品に生成されるトルクは、コイルステータ組立品１１０２ｂによって磁気ローター組立品上に生成されるトルクによって正確に均衡する。こうして、磁気ローター組立品は、ゼロのネットトルクを経験し、取り付けられたホイールとともには回転せず、静止したままである。ただし、コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂは、矢印で示されるように、相互に反対方向に回転するようになる。これは、リンク機構１０３０ａおよび１０３０ｂによって、スピンドル１１０６および取り付けられたタイヤを下向きまたは逆に押し付け、サスペンションアームが取り付けられる車両を押し上げる。

ここで、図１９の助けを用いて説明される別の動作モードを考える。この場合、コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂに流される駆動電流は、両方とも磁気ローター組立品を同じ方向に回転させるようなものと仮定する。より具体的には、コイルステータ組立品１１０２ａに流される駆動電流は、磁気ローター組立品を時計回り方向に回転させると同時に、コイルステータ組立品１１０２ａも時計回りに回転させる（文字Ｅによって識別される矢印によって図示されるように）。また、コイルステータ組立品１１０２ｂに流される駆動電流は、磁気ローター組立品を時計回りに回転させると同時に、コイルステータ組立品１１０２ｂも反時計回り方向に回転させる（文字Ｅで識別された矢印によって図示されるように）。リンク機構１０３０ａは、コイルステータ組立品１１０２ａによって付与されるトルクをスピンドル１１０６に移動して、それを下方へ移動させると同時に、リンク機構１０３０ｂは、コイルステータ組立品１１０２ｂによって付与されるトルクをスピンドル１１０６に移動して、それを上方へ移動させる。コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂに流される駆動電流が、同じ大きさのトルクを生成するように選択されると仮定すると、スピンドル１１０６に課される力は、互いに厳密に均衡し、スピンドル１１０６は静止したままである（すなわち、何も上下に移動しない）。一方で、コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂの両方が同じ方向に磁気ローター組立品を回転させているため、ホイールはその方向に回転する。

まとめると、一般的な動作モードと呼ばれるものと呼ばれるものと差動動作モードと呼ばれる二つの操作モードがある。共通モードでは、二つのコイルステータ組立品に印加される駆動信号は、等しくかつ同一の符号を持つ磁気ローター組立品上のトルクを生成する。共通モード操作だけの間、ホイールは回転するが、ホイールの並進移動（上昇下降）はない。差動モードでは、二つのコイルステータ組立品に印加される駆動信号は、等しく、かつ反対の符号を持つ磁気ローター組立品上のトルクを生成する。差動モード動作だけの間、ホイールは回転しないが、ホイールの並進移動（上昇下降）はある。コイルステータ組立品への駆動電流を適切に選択することによって、両方の種類の運動の組み合わせを同時に生成することができる。

概念的に、説明したリンク機構のシステムは、協働してホイールの並進移動を生成する二つの機械的システムとして見ることができる。一方のシステムは、スピンドルを、この場合は線形経路である定められた経路に沿って移動するよう制約するサスペンションフォークおよび内部線形ベアリングによって形成される。他方のシステムは、二つのコイルステータ組立品の互いに対する相対的回転運動を、サスペンショフォークによって予め定められた経路に沿ったスピンドル（または回転要素）の並進移動へと変換するリンク機構の配置によって形成される。図示した実施形態では、リンク機構の配置は、４バーリンク機構配置に対応することに留意されたい。

二つの機械的システムは、図２０Ａおよび２０Ｂによって図示されている。アーム１０
２０ｂ内側の線形ベアリング１１４０ｂは、スピンドル１１０６の軸を制約して、線形ベアリング内のガイドによって定められる線形経路に沿って上下に移動する。電動モーターによって生成されるトルクに応答してスピンドルをその経路に沿って移動させるリンク機構の配置は、４バーまたはリンク１１８０ａ、１１８０ｂ、１１８２ａ、および１１８２ｂを含むマルチバーリンク機構である。四つのリンクのうち二つは、コイルステータ組立品をサスペンションアーム上の固定位置に連結する要素によって表される。一方の側には、コイルステータ組立品１１０２ｂの回転軸から固定された距離に位置するコイルステータ組立品１１０２ｂ上の点（ベアリングマウント１１４４ｂによって表される）とアーム１０２０ｂ上の固定点１１４２ｂまでの間のリンク１１８０ｂがある。他方の側（図で示される側面図では部分的に隠れている）には、コイルステータ組立品１１０２ａの回転軸から固定された距離に位置するコイルステータ組立品１１０２ａ上の点（ベアリングマウント１１４４ａによって表される）とアーム１０２０ａ上の固定点１１４２ａまでの間のリンク１１８０ａがある。残りの二つのリンク１１８２ａおよび１１８２ｂは、スピンドル１１０６とコイルステータ組立品１１０２ｂおよび１１０２ａそれぞれの上のベアリングマウント１１４４ｂおよび１１４４ａとの間の連結によって表される。図２０Ａおよび２０Ｂでは、これらの二つのリンクは要素１１８２ｂおよび１１８２ａによって表される。四つのリンクは、ヒンジ点で連結された端部を効果的に持つことに留意されたい。コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂは、リンク１１８２ａおよび１１８２ｂに適切なトルクを付与して、それを回転させることによって四つのリンクの物理的配置を変更し、それによりリンクを再構成する。リンクの再構成は、線形ベアリングによって定められる線形経路に沿ってスピンドルを動かす。

図２３は、四つのホイールそれぞれを駆動する四つの電動モーター駆動システム１２０２を含む車両１２００を図示したものである（二つの駆動システムのみが側面図に示されている）。各電動駆動システム１２０２は、通常は典型的なホイールおよびサスペンション組立品によって占有される空間を占有し、車両のフレームまたは本体に取り付けられる。説明した実施形態には、各ホイールに一つ、四つの駆動システム１２０２が含まれるが、車両は、前輪（または後輪）だけに駆動システムを用いることができる。その他の実施形態には、本明細書に記載される電動駆動システムによって駆動される一つ又は複数のホイールを備える一つ、二つおよび三つの車輪付き車両または個人搬送システムが含まれる。

上述の実施形態では、リンク機構は三日月形状を有し、相互に整列したサスペンションアーム上の点に固定される。しかし、リンク機構およびその固定点の形状は特に重要ではない。説明した実施形態では、図示された設計によって課される特定の物理的制約を満たすために、三日月形状が選択されている。その他の形状および／または配置が当然可能である。例えば、図２１を参照すると、直線バーリンク機構１１６０ａおよび１１６０ｂが使用され、それぞれのリンク機構はフォークサスペンション部材から離れるように延在する、タブ１１６２ａおよび１１６２ｂにそれぞれ固定される。

説明した実施形態では、コイルステータ組立品はそれぞれ、対応するリンク機構によって支持構造体（すなわち、サスペンションアーム）上の固定点に連結されており、ホイールの軸によって、サスペンションアーム内で摺動する線形ベアリングによって定められる経路に沿ってのみ移動するように制約されることに留意されたい。線形ベアリングは、その他の実施形態も使用できるスライド機構の具体的な例である。予め定められた横断経路に沿う軸の動きを制約するスライド機構以外に使用できるものがある。例えば、車両のフレームとホイールの軸との間にスイングアームの単純なスイングアームまたは配置を使用できる。その場合、ホイールの上下運動は厳密に線形の経路に沿っていないが、むしろ経路はスイングアームの長さによって画定される半径で曲線になることになる。

図２５Ａ～Ｃは、スイングアーム１１９４を用いて軸１１０６が移動可能な経路、すなわち、スイングアーム１１９４ａおよび１１９４ｂ（図中のスイングアーム１１９４ａによって視覚的に遮られる）の長さによって決定される半径の円弧、を画定するための実施形態の実施例を示している。駆動システムが連結されている車両または支持体のフレームは、ブロック１１８８によって表される。電動モーターによって生成されるトルクに応答してその経路に沿ってスピンドル１１０６を移動するリンク機構の配置は、四つのバーまたはリンク１１９０ａ、１１９０ｂ、１１９２ａ、および１１９２ｂを含むマルチバーリンク機構である。四つのリンクのうち二つは、コイルステータ組立品をフレーム１１８８上の固定位置に連結する要素によって表される。一方の側では、コイルステータ組立品１１０２ｂの回転軸から固定された距離に位置するコイルステータ組立品１１０２ｂ上の点（ベアリングマウント１１９４ｂによって表される）とフレーム１１８８上の固定点１１９６ｂまでの間のリンク１１９０ｂがある。モーターの他方の側面（図に示す側面図で部分的に隠れている）には、コイルステータ組立品１１０２ａの回転軸から固定された距離に位置するコイルステータ組立品１１０２ａ上の点（ベアリングマウント１１９４ａによって表される）とフレーム１１８８上の固定点１１９６ａまでの間のリンク１１９０ａがある。（フレーム１１８８上の二つの固定点１１９６ａおよび１１９６ｂは、共線であり、スピンドル１１０６から同じ距離であることに留意されたい。）残りの二つのリンクは、スピンドル１１０６とコイルステータ組立品１１０２ｂおよび１１０２ａのそれぞれ上のベアリングマウント１１９６ｂおよび１１９６ａとの間の連結により表される。図２５Ａ～Ｃでは、これらの二つのリンクは、構成要素１１９２ｂおよび１１９２ａによって表される。四つのリンクは、ヒンジ点で連結された端部を効果的に持つことに留意されたい。コイルステータ組立品１１０２ａおよび１１０２ｂは、リンク１１９２ａおよび１１９２ｂに適切なトルクを付与し、それらを回転させることによって四つのリンクの物理的配置を変更し、それにより、リンクを再構成する。リンクの再構成は、スピンドルをスイングアーム１１９４ａおよび１１９４ｂによって画定される湾曲した経路に沿って動くように強制する。

図２５Ａ～Ｃに示す一連の図では、コイルステータ組立品１１０２ｂが時計回りに回転し（実線の曲線矢印によって示されるように）、コイルステータ組立品１１０２ａが反時計回りに回転する（破線、曲線の矢印によって示される）と、スピンドル１１０６とリンク１１９０ａおよび１１９０ｂの固定点との間の距離が増大し、ホイールは下向き方向に押される。反対方向にコイルステータ組立品を回転すると、ホイールが引き上げられる。

またその他の公知のアプローチも可能である。使用可能であり、その実施例が当業者にとって周知であるマルチバーリンク機構もある。

また、例えば、コイルステータ組立品の場合、「ステータ」という単語を使用することは、構成要素が静止しており、回転または移動ができないことを示すことを意味するものではないことは前述の説明から明らかである。多くの場合、言葉はこのより限定的な意味を与えられる場合があるが、本明細書で使用される場合それは意図されない。コイルステータ組立品もモーター組立品の回転軸の周りを回転することは上記の説明から明らかである。

説明した実施形態で使用されるベアリングの配置は、使用可能な数多くの代替品の一つに過ぎず、二つのコイルステータ組立品および磁気ローター組立品が互いに独立して回転軸の周りを回転可能であることを理解されたい。これらは、ベアリング表面の一つとしてスピンドルを使用する必要はない。図２４は、ベアリング１２０９ａおよび１２０９ｂがコイルステータ組立品を磁気ローター組立品上に回転可能に取り付ける代替的配置を示す。さらに、ハブ組立品は、スピンドル１１０６によって表わされるが、それらの回転軸に沿って二つのモーターを支持する別の配置であってもよい。

説明した実施形態では、駆動システムから利用可能な第二の自由度を使用して車両にアクティブサスペンションを提供することを具体的に言及するが、その第二の自由度は、駆動システムが使用されるアプリケーションに応じて、その他の目的に使用されてもよい。例えば、駆動システムは、飛行機または他の航空機用のモーターとして使用されてもよく、その場合、例えば、ブレードのピッチを制御するために、第二の自由度が使用されてもよい。駆動システムが機械装置で使用される場合、一部の線形または並進移動を必要とする他の目的のために第二の自由度が使用されてもよい。

その他の実施形態は特許請求の範囲内である。例えば、特定の４バールの連結、すなわち、ワットのリンク機構が説明されているが、同様の動作を示し、ワットのリンク機構の代わりに使用できる多数の他のマルチバーリンク機構がある。制限されることを意図するものではなく、他の実施例として、四つのリンクバー、チェビシェフのリンク機構、およびポーセリエ・リプキンリンク機構とは異なる多数のリンクバーを有するマルチバーリンク機構が挙げられる。さらに、例えば、磁気ローターおよびコイルステータ組立品、またはコイルローターおよび磁気ステータ組立品を有する他の種類の電動モーター、またはスイッチングリラクタンス技術に基づいた電動モーター、または電流転換器、または単相あるいは多相ドライブ、またはＤＣドライブ等を含む軸流束モーター以外の電動モーターが使用可能である。

例示的な実施形態が具体的に示され、説明されてきたが、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に包含される実施形態の範囲から逸脱することなく、形態および詳細のさまざまな変更を行うことができることが理解されるであろう。

Claims (1)

1. 明細書に記載の発明。

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