JP2023507519A - 振戦安定化装置 - Google Patents

Abstract

ユーザの手に取り付け可能な回転可能なフライホイールアセンブリ（２３）を備える手の振戦を安定化させるための装置が提供される。回転可能なフライホイールアセンブリ（２３）は、ｉ）フライホイール質量ｍ及びフライホイール直径ｄを有するフライホイール（２４）と、ｉｉ）フライホイール回転軸（３８）を中心としてフライホイール（２４）を回転速度Ｒで回転させ、回転可能なフライホイールアセンブリ（２３）が約０．０５ｋｇｍ２／ｓから約０．３０ｋｇｍ２／ｓの間の大きさを有する角運動量を生成するように構成された原動機（２５）を備える。【選択図】図３Ａ

Description

本発明は、振戦安定化装置及び方法に関し、特に、生理的及び病的な身体の一部、特に手の振戦（tremor）の安定化に使用するジャイロ装置の改良又はそれに関連するものである。

不随意筋震動は、様々な神経学的状態、特にパーキンソン病などの変性状態で発生する。

米国特許第５０５８５７１号明細書には、バッテリ駆動のジャイロをストラップで手の甲に保持する初期の提案が記載されている。ジャイロ装置は、回転する軸の向きを維持しようとし、その向きを変えようとする動作に抵抗する。従って、ジャイロ装置を使用する理論は、筋肉の振戦が生じると手に動きが生じるが、ジャイロ装置がその動きに抗して、振戦を実質的に打ち消すというものである。

本出願人の以前の特許出願である国際公開第２０１６／１０２９５８号には、振戦安定化のためのジャイロ装置が開示されている。このジャイロ装置は、ジンバルに取り付けられた回転可能なフライホイールを備え、ジンバルは、ジャイロ装置のハウジング内のターンテーブルに取り付けられる。ジンバルは、フライホイールの歳差運動を可能にし、フライホイールとジンバルとは、振戦の方向に一致するようにターンテーブル上で回転することができる。フライホイールの歳差運動を制御するために、エラストマダンパが設けられる。

本開示の一態様によれば、ユーザの手に取り付け可能な回転可能なフライホイールアセンブリを備える振戦安定化装置であって、前記回転可能なフライホイールアセンブリは、ｉ）フライホイール質量ｍ及びフライホイール直径ｄを有するフライホイールと、ｉｉ）フライホイール回転軸を中心として回転速度Ｒで前記フライホイールを回転させ、前記回転可能なフライホイールアセンブリが約０．０５ｋｇｍ^２／ｓから約０．３０ｋｇｍ^２／ｓの間の大きさを有する角運動量を生成するように構成された原動機と、を備える、振戦安定化装置を提供する。

有利なことに、この範囲の角運動量は、随意運動を妨げることなく、効果的な手の振戦の安定化をもたらすことが分かっている。この範囲を下回る角運動量は、振戦の安定化に効果がなく、この範囲を超える角運動量は、随意運動を抑制することが分かった。

好適な実施例において、前記フライホイール質量ｍは、２ｋｇ以下、好ましくは１ｋｇ以下、より好ましくは０．５ｋｇ以下、より好ましくは約０．０５ｋｇから０．５ｋｇの間、より好ましくは約０．１ｋｇから０．２ｋｇの間である。

好適な実施例において、前記フライホイール直径ｄは、約１５０ｍｍ以下、より好ましくは約１００ｍｍ以下、より好ましくは約８０ｍｍ以下、より好ましくは約５０ｍｍである。

好適な実施例において、前記フライホイールの回転速度Ｒは、約５，０００ＲＰＭから７０，０００ＲＰＭの間、好ましくは約１０，０００ＲＰＭから３０，０００ＲＰＭの間、より好ましくは約１５，０００ＲＰＭから約３０，０００ＲＰＭの間である。

このような装置は、効果的な振戦の安定化を提供しながら、ユーザの手に取り付けるのに適していることが分かった。

いくつかの実施例において、本装置は、前記原動機を制御するように構成された制御部と、前記回転可能なフライホイールアセンブリがユーザの手に取り付けられたときのユーザの手の動きの特性を検出するように配置されたセンサと、を更に備えてもよい。前記制御部は、検出された前記特性に基づいて、前記フライホイールを回転速度Ｒで回転させるように前記原動機を制御するように構成されてもよい。

いくつかの実施例において、前記センサは、前記回転可能なフライホイールアセンブリがユーザの手に取り付けられたときの手の振戦の特性、例えば手の振戦の振幅、周波数、及び／又は加速度を検出するように配置されている。

いくつかの実施例において、本装置は、ハウジングを更に備え、前記回転可能なフライホイールアセンブリは、ジンバルを更に備えてもよい。前記フライホイールは、前記ジンバルに取り付けられ、前記ジンバルは、前記フライホイールが前記ハウジングに対して歳差運動するように歳差軸を中心として前記ハウジングに枢動可能に取り付けられてもよい。

いくつかの実施例において、前記ハウジングは、ターンテーブルを備え、前記ジンバルは、前記歳差軸を画定するために前記ターンテーブルに枢動可能に取り付けられる。前記ターンテーブルは、前記歳差軸が前記ハウジングに対して回転できるように、ピボットを中心としてに回転可能であってもよい。

他の実施例において、前記ハウジングは、前記ジンバルのヒンジ部材と協働して、前記ジンバルを前記ハウジングに対して固定された歳差軸を中心として枢動可能に取り付けられたヒンジ座部を備える。

好ましくは、前記フライホイールは、中央ディスク部と、前記フライホイール回転軸の軸方向に延在する円周スカート部とを備え、前記円周スカート部は、凹型キャビティを画定する。前記凹型キャビティは、前記フライホイールの全質量の少なくとも５０％、好ましくは前記フライホイールの全質量の少なくとも７５％を備えてもよい。

本開示の更なる態様によれば、ユーザの身体の一部、例えば手に取り付け可能なハウジングと、前記ハウジングに取り付けられた回転可能なフライホイールアセンブリと、を備える振戦安定化用装置であって、前記回転可能なフライホイールアセンブリは、回転可能なフライホイールと、前記フライホイールをフライホイール回転軸を中心として回転させるように配置された原動機と、を備え、前記フライホイールは、中央ディスク部と、前記フライホイール回転軸の軸方向に延在する円周スカート部とを備え、前記円周スカート部は、凹型キャビティを画定し、前記フライホイールの全質量の少なくとも５０％、好ましくは前記フライホイールの全質量の少なくとも７５％を備える、振戦安定化装置を提供する。

いくつかの実施例において、前記原動機は、少なくとも部分的に前記フライホイールの凹型キャビティに入れ子になっている。

好ましくは、前記原動機は、電気モータを備える。前記電気モータは、前記フライホイール回転軸の軸方向の高さ寸法と当該高さ寸法に対して垂直な幅寸法とのアスペクト比が約１以下である電気モータ、及び／又は
ブラシレス電気モータ、及び／又は
ブラシレスＤＣモータ、及び／又は
径方向分極永久磁石ロータを備えるＤＣモータ、及び／又は、
スロットレス巻線及び／又はコアレス巻線を備えるＤＣモータ、及び／又は
軸方向磁束構成の１以上を備えてもよい。

本開示の更なる態様によれば、ユーザの身体の一部、例えば手に取り付けるための振戦安定化装置の製造方法であって、前記振戦安定化装置は、ユーザの身体の一部における振戦を安定させるためにジャイロ力を生成するためのフライホイールを備え、前記製造方法は、
前記フライホイールを前記振戦安定化装置のモータに取り付けて、前記フライホイール及び前記モータのロータを有する回転要素を備える前記振戦安定化装置の回転可能なフライホイールアセンブリを提供し、
前記モータを使用して前記回転要素を回転させ、
前記回転要素から材料を除去するか、又は、前記回転要素に材料を付加して前記回転可能なフライホイールアセンブリのバランスを取り、
前記回転可能なフライホイールアセンブリを前記振戦安定化装置のハウジングに組み付ける、
ことを含む、製造方法を提供する。

本方法は、前記モータ及び前記フライホイールを、前記回転可能なフライホイールアセンブリの歳差軸のためのヒンジ部材を備えるジンバルに取り付け、前記ヒンジ部材を介して前記ジンバルを加速度計アセンブリに取り付け、前記モータを使用して前記加速度計アセンブリ上で前記フライホイールを回転させ、前記回転要素から材料を取り除く又は前記回転要素に材料を付加する、ことを更に含んでもよい。

前記フライホイールは、旋盤上で材料ブランクを旋削して前記フライホイールを形成することによって作成され、前記旋削は、前記フライホイールの外形を形成するために前記旋盤のチャックと対向する前記材料ブランクの端部から前記材料を切断し、前記材料ブランクを前記旋盤で再クランプせずに前記材料ブランクから前記フライホイールを切り離す、ことを含むことが好ましい。

実施例において、前記材料は、レーザアブレーション又は電子ビームアブレーションのようなアブレーションなどの非接触プロセスによって、前記フライホイールから除去されるか、又は、前記フライホイールに付加されてもよい。

好ましくは、前記フライホイールは、外周面を有し、前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加することは、前記フライホイールの前記外周面の少なくとも２つの平面から材料を除去すること、又は、前記２つの平面に材料を付加することを含む。

実施例において、本方法は、
前記モータを使用して前記フライホイールを第１の回転速度で回転させて、前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加した後、
前記モータを使用して前記フライホイールを前記第１の回転速度よりも大きい第２の回転速度で回転させて、前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加する、
ことを含んでもよい。

本開示の更なる態様によれば、上述した製造方法によって製造された振戦安定化装置を提供する。

本発明の上記及び他の態様は、一例としてのみ、添付の図を参照して更に詳細に説明される。

ユーザの手に取り付けられたジャイロ装置を備える振戦安定化装置を示す図である。 図１の振戦安定化装置のジャイロ装置を示す図である。 ジャイロ装置の一例の断面図である。 ジャイロ装置の一例の断面図である。 ジャイロ装置の別の例の断面図である。 ジャイロ装置の回転フライホイールアセンブリの歳差運動を制御するように配置された付勢部材の拡大図である。 ジャイロ装置の回転フライホイールアセンブリの歳差運動を制御するように配置された付勢部材の拡大図である。 磁石を備える代替的な付勢部材を示す図である。 歳差軸を提供するためのボール及びソケット配置を有するジャイロ装置の一例を示す図である。 ユーザの手に取り付けられたジャイロ装置を示す図である。 ターンテーブルを有するジャイロ装置の一例を示す図である。 ターンテーブルを有するジャイロ装置の一例を示す図である。 制御部及び調整可能な力付勢部材を備えるジャイロ装置の断面図である。 ジャイロ装置の歳差運動を制御する方法を示す図である。 ジャイロ装置のフライホイールの回転速度を制御する方法を示す図である。 異なる角運動量を生成するジャイロ装置の平均振戦振幅の低減を示す試験結果を示す図である。 ジャイロ装置のフライホイール及び回転可能なフライホイールアセンブリの一例の断面図である。 ジャイロ装置のフライホイール及び回転可能なフライホイールアセンブリの一例の断面図である。 ジャイロ装置のフライホイール及び回転可能なフライホイールアセンブリの一例の断面図である。 ジャイロ装置のフライホイール及び回転可能なフライホイールアセンブリの一例の断面図である。 一体型のモータ及びフライホイールの一例を示す図である。 分離されたモータ及びフライホイールを有するジャイロ装置の断面図である。 分離されたモータ及びフライホイールを有するジャイロ装置の断面図である。 ジャイロ装置のモータ及びフライホイールの配置の一例を示す図である。 ジャイロ装置のモータ制御回路を概略的に示す図である。 回転可能なフライホイールアセンブリの一例を示す図である。 フライホイールとジンバルとの間にベアリングを有する回転可能なフライホイールアセンブリの一例を示す図である。 図２１のフライホイールの製造方法を模式的に示す図である。

ジャイロ装置は、フライホイール回転軸を中心として回転可能なディスク、例えばフライホイールを有する装置である。フライホイールが回転すると、ジャイロ装置は、印加された偶力の作用に抵抗し、一定の姿勢を維持する傾向がある。ジャイロ装置が回転変位すると、フライホイール回転軸と装置が変位する軸とに相互に垂直な軸を中心とした装置の章動によって角運動量が保存される。

ジャイロ装置は、フライホイールの慣性モーメント、フライホイールの角速度、及び章動の角速度に比例した大きさのジャイロモーメントを発生させる。ジャイロモーメントの方向ベクトルは、フライホイールの角速度と装置の章動の角速度とのベクトル積に比例する。

本発明の装置は、回転可能なジャイロアセンブリとハウジングとを有するジャイロ装置を備える。回転可能なジャイロアセンブリは、フライホイール回転軸を中心として回転可能なフライホイールを備える。フライホイールは、歳差軸を中心とする歳差運動のために取り付けられ、フライホイールの変位が歳差軸を中心とする回転に制限される。いくつかの実施例において、フライホイールは、歳差軸を画定するためにハウジングにヒンジ結合されているジンバルに取り付けられている。他の実施例において、ジンバルは、歳差軸がハウジング内で回転できるように、ハウジングのターンテーブルに取り付けられている。ハウジングは、手などのユーザの身体の一部に取り付け可能であり、使用時にフライホイールが回転し、ユーザの身体の一部の振戦がフライホイールとジンバルとを歳差軸を中心として変位させ、振戦に対抗する反対の回転力が発生し、それによって振戦を安定させるよう作用する。

本発明の装置は、ユーザの身体の一部の周りに間隔を空けて配置された複数のジャイロ装置を備えてもよい。複数のジャイロ装置は、振戦又は回転変位の間など、身体の平衡状態が乱されたときに、累積的な正味のジャイロモーメントを互いに身体に加えるが、より小さなジャイロ装置の使用を可能にし、それによって、身体の一部にわたってジャイロ装置の質量が広がって装置を着用しやすくするとともに装置の容積を減らし、機敏性及び動作をより少ない程度で阻害することが可能になる。

図１は、本発明に係る振戦安定化装置の一実施形態を示す図である。この振戦安定化装置は、手１２のための手袋１０に取り付けられるジャイロ装置１１である。図示の実施形態において、手袋１０は、指１３及び親指１４の自由な動作を可能にするために、開放型又は指なし型である。好ましくは、手袋１０は、ストラップ、好適にはフック及びループタイプの調整可能な固定配置を用いるストラップによって着用者の手首、指、及び親指に取り付け可能なジャイロ装置１１のための布地支持体として形成される。布地は、長時間快適に着用することができるように、柔らかく、快適な材料であることが好ましい。好適な実施形態において、布地は、国際公開第２０１４／１２７２９１号に記載されたタイプのものであり、軟質シリコン布地表面と着用者の皮膚との間にファンデルワールス力が発生し、布地を所定の位置に保持することが可能である。

他の実施例において、手袋１０は、ジャイロ装置１１をユーザの手又は身体の他の部位にしっかりと取り付けるための単純なストラップ又は他の手段で置き換えられてもよい。ジャイロ装置１１のユーザの身体の一部への取り付けは、身体の一部からジャイロ装置１１に振戦を伝達し、ジャイロ装置１１からユーザの身体の一部にジャイロの力を伝達するのに十分に剛性がある。

説明した例は、ユーザの手１２に取り付け可能なジャイロ装置１１の例であるが、振戦安定化装置、特にジャイロ装置１１は、ユーザの身体の任意の部位に取り付けて、その身体の一部又は近くの身体の一部の振戦を安定化できることが理解されよう。例えば、ジャイロ装置１１は、ユーザの前腕、上腕、肩、上腿、下腿、足首、首、胴体、又は頭部に取り付けて、それらの身体の一部の振戦を安定化させることができる。以上のように、ユーザは、異なる身体の一部に取り付けられた複数のジャイロ装置１１を備えてもよい。異なるジャイロ装置１１は、異なる身体の一部の振戦を安定させるように作用することができ、又は、特定の身体の一部の振戦を安定させるように互いに協働することができる。例えば、ユーザは、上腕に取り付けられた第１のジャイロ装置１１、前腕に取り付けられた第２のジャイロ装置１１、及び手に取り付けられた第３のジャイロ装置１１を有してもよい。３つのジャイロ装置１１の全ては、食事などの作業を行うために安定した手を提供するという目的で、ユーザの腕及び手の振戦を安定させるように作用することになる。

図２は、振戦安定化装置のジャイロ装置１１を示す図である。ジャイロ装置１１は、ジャイロ装置１１をユーザの身体（この実施例において、図１に示されるように手袋１０及び手１２）に取り付けるために使用されるマウント１５を有している。ジャイロ装置１１は、別の構成要素からジャイロ装置１１に電力及び／又は制御信号を供給するためのケーブル１６を備える。例えば、バッテリなどの電源を含むパワーパックが、ユーザの腕、又はユーザの身体の他の場所（例えば、ベルト）に取り付けられてもよい。パワーパックは、ジャイロ装置１１を制御するための制御部を備え、ケーブル１６によって接続されてもよいし、ジャイロ装置１１が制御部を備えてもよい。

実施例において、パワーパックは、例えば充電ケーブルによって主電源に接続することにより、充電可能であってもよい。実施例において、パワーパックは、ジャイロ装置１１のケーブル１６又は充電ケーブルのいずれかに接続可能な単一のコネクタを有する。実施例において、ジャイロ装置１１のケーブル１６は、磁気部品を有し、パワーパックのコネクタは、磁気部品がジャイロ装置１１のケーブル１６をコネクタに磁気的に引き寄せるように作用するように、対向する磁気部品を有する。実施例において、パワーパックは、ジャイロ装置１１のケーブル１６の磁気部品を検出するように構成されたセンサ（例えば、ホール効果センサ）を備える。これにより、パワーパックは、ジャイロ装置１１に接続されているか、或いは（磁気部品を備えない）充電ケーブルに接続されているかを検出することができる。実施例において、パワーパックに接続する充電ケーブルのコネクタは、パワーパックが取り付けられているときに充電ケーブルがパワーパックに接続されないように構成されたシュラウド（shroud）を備える。例えば、シュラウドは、ユーザに対して配置されたパワーパックの一部を、パワーパックが取り付けられているときにアクセスできないように、囲むように配置された突起部を有してもよい。従って、シュラウドは、パワーパックが取り付けられているときに、充電ケーブルがパワーパックに接続されることを抑えることができる。

いくつかの実施例において、ジャイロ装置１１は、例えばバッテリのような統合された電源を有する。この実施例において、ケーブル１６は、必要でない場合がある。

図１及び図２に示されるように、ジャイロ装置１１は、回転可能なフライホイールアセンブリ（図２には示されていない）を収容するハウジング１７を備える。ハウジング１７は、円周面１９と、対向する端面２０，２１とを有する略円筒形である。図示された実施例において、ハウジング１７の端面２０，２１は平面であるが、他の実施例において、一方又は両方の端面２０，２１は、例えば、それが取り付け可能なユーザの身体の一部（例えば、手１２の甲）の輪郭に一致するように湾曲されてもよい。

図１及び図２に示されるように、ハウジング１７の端面２１は、ユーザの手１２の甲に配置される。図示された実施例において、ジャイロ装置１１は、マウント１５に形成された開口部１８を通過するストラップ（明瞭化のために省略）によって、手１２の甲及び／又は図１に図示された手袋１０に固定可能な成形板の形態のマウント１５を備えている。或いは、マウント１５は、１以上の締結具、好ましくは、バヨネット継手又はクリップなどのクイックリリース締結具によって手袋１０に取り付けられてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂは、固定された歳差軸３４を有するジャイロ装置１１の一例を示す断面図である。ジャイロ装置１１は、略円筒形であり、回転可能なフライホイールアセンブリ２３が収容される内部空洞２２を画定するハウジング１７を備える。回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、フライホイール２４と、モータ２５と、ジンバル２６とを備える。モータ２５は、ステータ２７と、モータシャフト２９を有するロータ２８とを備える。フライホイール２４は、モータシャフト２９に取り付けられている。フライホイール２４は、圧入、キー付きシャフト配置、又は締結具によって、モータシャフト２９に取り付けられてもよい。モータ２５のステータ２７は、図３Ｂに示されるように、ハウジング１７に枢動可能に取り付けられているジンバル２６に取り付けられる。モータ２５は、フライホイール２４を、フライホイール回転軸３８を中心として回転させるように構成されている。

図示されるように、ジンバル２６は、モータ２５が取り付けられる平面部材の形態のモータ取付部３０を備える。モータ取付部３０は、モータ２５とフライホイール２４との間に配置され、モータシャフト２９が通過する開口部３１を備える。また、ジンバル２６は、フライホイール２４の外縁部を越えて延在し、ハウジング１７に形成されたヒンジ座部３３と協働してジンバル２６とハウジング１７との間にヒンジ部を設けるヒンジ部材３２を備える。これにより、回転可能なフライホイールアセンブリ２３、特にジンバル２６、モータ２５、及びフライホイール２４は、歳差軸３４を中心とした回転のためにハウジング１７内にヒンジ式に取り付けられる。図３Ｂにおいて、歳差軸３４は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を横切って延在している。図３Ａにおいて、歳差軸３４は、画像の平面に対して垂直である。ヒンジ座部３３及びヒンジ部材３２は、ハウジング１７に対して固定された歳差軸３４を提供する。

それによって、モータ２５は、図１に示されるように、ユーザの手１２に取り付けられたハウジング１７内でフライホイール２４を回転させるように配置される。

上述したように、電力は、ケーブル（１６、図２参照）を介して、又はハウジング１７内のバッテリから供給される。いくつかの実施例において、電気的接続は、ハウジング１７内の電源端子又はバッテリとモータ２５との間に延在する可撓性ワイヤによってモータ２５に提供される。可撓性ワイヤは、歳差軸３４を中心とするモータ２５の動きに対応する。好ましくは、可撓性ワイヤは、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動中にねじれたり折れたりしないように配置される。可撓性ワイヤは、ハウジング１７の開口部から１以上の屈曲部を介してモータ（及び他の電子部品）へ配線されてもよい。他の実施例において、ジンバル２６とハウジング１７との間にスリップリングが設けられ、モータ２５への電気的接続を提供する。他の実施例において、ハウジング１７内の電源端子又はバッテリからモータ２５に、任意にジンバル２６を介して電力を伝達するために、誘導結合が提供される。

ユーザの手１２が振戦を経験すると、回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、歳差軸３４を中心として角度変位する。回転するフライホイール２４のジャイロ効果により、振戦に対して作用するジャイロ力が発生する。ジャイロ力は、ハウジング１７及びマウント１５を介して、ユーザの手１２に伝達される。以下で更に説明されるように、付勢部材３５は、歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を制御するように配置されている。

図３Ａに示されるように、ジンバル２６は、ジンバル２６のモータ取付部３０から延在する板状部材３６を更に備える。板状部材３６は、ハウジング１７の内面３７と対向する位置まで延在し、それらの間に空間が設けられている。各板状部材３６とハウジング１７の内面３７との間に、付勢部材（この実施例において、バネ３５）が配置されている。

図３Ａは、図３Ｂの断面に対して９０度であるジャイロ装置１１を通る断面を示している。この実施例において、板状部材３６は、フライホイール回転軸３８を中心としてヒンジ部材３２から角度的にオフセットされている。従って、振戦が回転可能なフライホイールアセンブリ２３を歳差軸３４を中心として回転させると、上述したように、板状部材３６の１つが、関連するバネ３５を圧縮するように作用する。バネ３５によってハウジング１７に加えられた力は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を平衡位置（図３Ａ及び図３Ｂに示される）に戻すように促すように作用する。

いくつかの実施例において、バネ３５は、バネ３５の伸長によって回転可能なフライホイールアセンブリ２３を平衡位置（図３Ａ及び図３Ｂに示す）に戻すように、ジンバル２６のハウジング１７及び板状部材３６の両方に取り付けられる。

従って、バネ３５は、歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を制御するために使用される。バネ３５によって提供される付勢力は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３がジャイロ力によって自らの意志で戻るよりも速く、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を平衡位置に戻すことによって安定化できる振戦の頻度を有利に増加させる。手の振戦は、一般的に大きさが小さく、頻度が高い（すなわち、短くて鋭い振戦）ので、バネ３５は、歳差軸３４を中心とする角度変位を制限するとともに回転可能なフライホイールアセンブリ２３を平衡位置に迅速に戻すことによって、ジャイロ装置１１が連続する振戦を打ち消すことを可能にする。

図４は、ジンバル２６がハウジング１７の片側に形成されたヒンジ部３９を中心としてハウジング１７に枢動可能に取り付けられている代替のジンバル２６及びバネ３５の配置を示している。ジンバル２６のヒンジ部材３２は、フライホイール２４を越えてヒンジ部３９まで延在している。この実施例において、ヒンジ部３９は、ハウジング１７に対して固定された歳差軸３４を画定する。

ジンバル２６の板状部材３６は、ヒンジ部材３２と反対方向に延在し、上述と同様の方法でバネ３５に係合する。この実施例において、バネ３５は、バネ３５の圧縮又は伸長によって、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差軸３４を中心とするいずれかの方向への歳差運動に反対するように、ハウジング１７の内面３７及び板状部材３６に取り付けられる。

ハウジング１７及びジンバル２６は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差軸３４を中心とする回転を制限するように構成される。図５Ａ及び図５Ｂは、板状部材３６、バネ３５、及びハウジング１７の拡大図である。図５Ａは、平衡位置にある板状部材３６を示している。板状部材３６は、バネ３５の第１の端部を保持するための座部４０を有し、ハウジング１７の内面３７は、バネ３５の他方の端部を保持するための同様の座部４１を有する。上述したように、バネ３５は、特に座部４０，４１において、板状部材３６及び／又はハウジング１７に取り付けられてもよい。

実施例において、バネ３５と板状部材３６との間には、エラストマダンパ４２が配置される。エラストマダンパ４２は、バネ３５によって板状部材３６に加えられる力を減衰させるように作用し、その逆にも作用する。エラストマダンパ４２は、例えば、シリコン又はナイロンの挿入物であってもよい。いくつかの実施例において、エラストマダンパ４２は、代替的に、ハウジング１７とバネ３５との間の座部４１に配置される。いくつかの実施例において、第１のエラストマダンパは、バネ３５と板状部材３６との間に設けられ、第２のエラストマダンパは、ハウジング１７とバネ３５との間に設けられる。

図６の実施例において、付勢部材は、ジンバル２６、特に図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明した座部４０に取り付けられた第１の磁石９８と、ハウジング１７、特に図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明した座部４１に取り付けられた第２の磁石９９とを備える。磁石９８，９９は、互いに反発するように配置され、それによって、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動に対抗する付勢力を提供する。

図５Ｂ及び図６に示されるように、板状部材３６の壁４３は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動に対するハードストップとして機能することができる。この実施例において、壁４３は、最大歳差角でハウジング１７に接触し、更なる回転を阻害する。代替的な例において、ハウジング１７は、図示された壁４３に加えて又はその代わりに、ハードストップとして機能する壁で構成されてもよい。

このようにして、ジンバル２６及びハウジング１７は、歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の回転を制限するように構成される。実施例において、最大歳差角は、好ましくは約３０度未満、より好ましくは約２０度未満、より好ましくは約１０度、最も好ましくは約５度である。歳差角を制限することは、回転可能なフライホイールアセンブリ２３が、振戦に対する復元力を生成するために必要以上に歳差運動せず、ジャイロ力が大きくなりすぎないように、生成される角運動量の大きさを制限し、回転可能なフライホイールアセンブリ２３がその後の振戦を打ち消せるように短時間で平衡位置へ戻るようにする（すなわち、ジャイロ装置１１が連続した振戦に応答するようにする）ことを意味している。更に、歳差運動の角度を制限することは、ハウジング１７が歳差軸３４を中心とした回転可能なフライホイールアセンブリ２３の更なる回転に対応する必要がないため、よりコンパクトなジャイロ装置１１を提供する。

図７の例示的なジャイロ装置１１において、ジンバル２６は、歳差軸３４を画定するボール及びソケットヒンジ８２を介してハウジング１７に取り付けられる。モータ２５及びフライホイール２４は、ジンバル２６に取り付けられ、図示されるように、ジンバル２６は、ボール８３を備え、ハウジング１７は、ボール８３を受け入れてボール８３及びジンバル２６の回転を可能にするソケット８４を備える。ソケット８４は、ボール８３及びジンバル２６が１つの平面（図示されるように頁の平面）内でのみ回転できるような形状であることが好ましく、或いは、ボール８３及びジンバル２６の回転を１つの平面内に制限するためのガイドが更に設けられることが好ましい。これにより、固定された歳差軸３４を有するヒンジ８２が提供される。図３Ａから図６の実施例と同様に、１以上の付勢部材３５が、歳差軸３４を中心とするジンバル２６の回転に対して作用するように設けられる。ボール及びソケットヒンジ８２は、フライホイール２４の回転軸３８に沿って配置されているので、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の半径方向の寸法は、図３Ａから図６の実施例と比較して小さくなっている。

図７の実施例の付勢部材３５は、図５Ａから図６に例示されるように、停止部とエラストマダンパとを備えた座部内に設けられてもよい。

上述したように、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差軸３４は、ジンバル２６とハウジング１７との間に形成されたヒンジ部によって画定される。歳差軸３４の向きは、ハウジング１７に対して固定されており、上述したように、ハウジング１７は、使用中にユーザの手１２に対して固定されている。図８は、ジャイロ装置１１がユーザの手１２の甲に位置する状態を示している。軸４４は、ジャイロ装置１１の中心を通じてユーザの指１３の通常の位置に平行にユーザの腕から延在する手１２の仮想の長手方向軸である。図示されるように、ジャイロ装置１１の回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差軸３４は、手軸４４と非平行で非垂直な角度を規定する。

以下に説明するように、歳差軸３４と手軸４４との間の角度オフセットは、ユーザの手１２の振戦が歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の変位を引き起こすことを可能にするとともに、回転可能なフライホイールアセンブリ２３によって生成されるジャイロ力が、振戦を打ち消すことを可能にする。

具体的には、ユーザの手１２の振戦は、手軸４４、手軸４４に垂直で手１２の平面内にある交差手軸４６、及び、手軸４４と交差手軸４６との両方に対して垂直な（すなわち、図７の画像の平面に垂直な）第３軸（図示せず）を中心とする回転の組み合わせを有する。典型的には、手の振戦の最大且つ最も破壊的な要素は、手軸４４及び交差手軸４６を中心とする回転である。図７に示す歳差軸３４の配置は、これらの軸のいずれかについての回転が回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を引き起こすので、手軸４４及び交差手軸４６を中心とする振戦の安定化を提供する。また、第３軸（図示せず）とフライホイール回転軸との間の任意の角度オフセットは、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を引き起こし、ジャイロ装置１１によって安定化される。

好適な実施例において、歳差軸３４と手軸４４との間の角度オフセットは、５度から８５度の間、好ましくは５度から４５度の間、より好ましくは１０度から２０度の間である。歳差軸３４と手軸４４との間の好ましい角度オフセットは、手軸４４を中心とする振戦が一般的に実行されるタスクに対して最も破壊的であるため、交差手軸４６を中心とする振戦よりも手軸４４を中心とする振戦のより大きな安定化を提供する。

具体的には、フライホイール２４の角運動量によって生成されるジャイロ効果は、歳差軸３４に対して９０度で作用する。従って、図８に示す配置では、ジャイロ装置１１は、主として手軸４４を中心とする回転の形態で手１２の振戦を安定化するように方向付けられている。手軸４４を中心とする回転を含む振戦は、歳差軸３４を中心として回転可能なフライホイールアセンブリ２３を変位させ、その結果、歳差軸３４に対して９０度の位置にある図８に図示された軸４５を中心として安定化力が作用する。手軸４４に対する歳差軸３４の角度配置のために、安定化力の大部分は、手軸４４を中心とする手の振戦に対して作用する。更に、手軸４４に対する歳差軸３４の角度配置のために、安定化力の一部は、手軸４４に垂直な軸４６を中心とする手１２の振戦も安定化させる。従って、有利には、ジャイロ装置１１内の歳差軸３４の位置は、異なる振戦の安定化を提供しながらも、固定することができる。

手軸４４に対する歳差軸３４の角度配置は、特定のユーザの振戦プロファイルに合わせて調整されてもよい。本出願人の以前の特許出願である国際公開第２０１６／１０２９５８号において、回転可能なフライホイールアセンブリは、振戦に応じて角度オフセットを変化させるように、ハウジング内のターンテーブルに取り付けられている。しかしながら、本発明者らは、ユーザの手１２に対する歳差軸の角度位置を固定することができ、これにより、可動部品の少ない小型、低背、軽量のジャイロ装置１１を維持しながら、効果的な振戦の安定化を提供できることを見出した。更に、上述したように、固定された歳差軸は、フライホイール２４とマウント１５との間の可動部品が少ないため、ジャイロ装置１１からユーザの手１２へのジャイロ力の伝達を改善し、それによって、可動部品によってもたらされ得るあらゆる減衰（例えば、屈曲、ベアリングの遊びなどによる）を減少させることができる。

いくつかの実施例において、ユーザの手１２に対する歳差軸３４の位置は、ユーザの振戦プロファイルに基づいて設定されてもよい。例えば、主として手軸４４を中心とする手の振戦を経験するユーザは、安定化力が手軸４４の周りにのみ提供されるように、手軸４４と整列される歳差軸３４とを有するジャイロ装置１１を提供されてもよい。しかしながら、ほとんどのユーザは、図８に示されるように、手軸４４と歳差軸３４との間の５度から８５度の間の角度オフセットによって最もよく対処される振戦プロファイルを経験するであろう。特に、５度から４５度の間、又は２０度から３０度の間の角度オフセットは、ほとんどのユーザの振戦プロファイルに対して効果的な振戦の安定化を提供する。

いくつかの実施例において、ジャイロ装置１１は、歳差軸３４が交差手軸４６又は手軸４４と平行になるように構成される。上述したように、ユーザの手の振戦は、異なる方向への動きを有するので、回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、手１２の歳差軸３４の任意の向きで角度的に変位（すなわち、歳差運動）することが可能である。更に、ジャイロ装置１１が他の身体の一部に使用される場合、歳差軸３４は、その身体の一部の振戦に応じて異なる向きに配置されてもよい。

更に、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を制御し、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を平衡位置に戻すために設けられるバネ３５は、ユーザの振戦のプロファイルに従って選択されてもよい。具体的には、より高い振幅、より低い周波数の振戦を有するユーザは、より低い振幅、より高い周波数の振戦を有するユーザよりも低いバネ率を有するバネ３５によって最もよく対処されるであろう。従って、バネ３５は、カスタマイズされたジャイロ装置１１を提供するために選択されてもよい。

図９Ａ及び図９Ｂの実施例において、ハウジング１７は、ジンバル２６を取り付けるためのターンテーブルアセンブリ８５を備える。この実施例において、歳差軸３４は、ジャイロ装置１１がユーザの身体の一部に取り付けられた後に、ユーザの身体の一部に対する歳差軸３４の向きを変えることができるように、ハウジング１７内で回転させることができる。この実施例において、図示されているように、ハウジング１７は、ターンテーブル８６を有するターンテーブルアセンブリ８５を備え、ターンテーブルアセンブリ８５は、図３Ａ及び図３Ｂのジンバル２６がハウジング１７に取り付けられるのと同様の方法でジンバル２６が枢動可能に取り付けられる。具体的には、回転可能なフライホイールアセンブリ２３（すなわち、ジンバル２６、モータ２５、及びフライホイール２４）は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３がターンテーブル８６とジンバル２６との間に画定される歳差軸３４を中心として回転できるように、ターンテーブルにヒンジ式に取り付けられる。付勢部材、例えばバネ３５は、ターンテーブル８６とジンバル２６との間に作用するように配置されている。このようにして、付勢部材３５は、ターンテーブルアセンブリ８５を介して、ジンバル２６とハウジング１７との間で作用する。ターンテーブル８６は、ターンテーブル８６の回転のための回転軸８８を画定するピボット８７を介してハウジング１７に取り付けられ、それと共に、ジンバル２６、モータ２５、及びフライホイール２４の回転可能なフライホイールアセンブリ２３も取り付けられる。

いくつかの実施例において、ターンテーブル８６及び回転可能なフライホイールアセンブリ２３の回転を制御するために、モータ８９が設けられてもよい。或いは、回転可能なフライホイールアセンブリ２３がユーザの振戦に基づいてそれ自体の向きを変えることができるように、ターンテーブル８６及び回転可能なフライホイールアセンブリ２３が、ハウジング１７内のピボット８７を中心として自由に回転可能であってよい。

好適な実施例において、ジンバル２６とジャイロ装置１１のハウジング１７又はターンテーブル８６との間に作用する付勢部材３５は、調整可能な力付勢部材を備える。上述したように、調整可能な力付勢部材は、図３Ａ～図９の例示的なジャイロ装置１１のいずれかに提供されてもよい。

例えば、調整可能な力付勢部材は、調整可能なバネ、例えば圧縮バネの中間を通って延在するネジ付きシャフトを有する圧縮バネと、ネジ付きシャフト及び／又はネジ付き調整ナットの回転が圧縮バネを圧縮又は伸長させてそれが提供する付勢力を変更するようにネジ付きシャフトに取り付けられたネジ付き調整ナットとを備えてもよい。ネジ付きシャフト及び／又は調整ナットを回転させるために、アクチュエータが設けられてもよい。

別の実施例において、調整可能な力付勢部材は、調整可能な力ガスバネで構成されてもよい。調整可能な力ガスバネ内のガスの圧力は、調整可能な力ガスバネによって提供される付勢力を制御するために変化させてもよい。調整可能な力ガスバネ内のガスの圧力を減少又は増加させるために、アクチュエータが提供されてもよい。アクチュエータは、圧力を減少させるための解放弁及び／又は圧力を増加させるための圧縮機を備えてもよい。

更なる実施例において、調整可能な力付勢部材は、電磁石がハウジング１７又はターンテーブル８６に設けられ、対向する永久磁石がジンバルに設けられる（又はその逆の）電磁石配置を備えてもよい。この配置では、電磁石に供給される電力を制御することにより、調整可能な力付勢部材によって供給される付勢力が制御される。電磁石を制御するために、アクチュエータが設けられてもよい。

いくつかの実施例において、調整可能な力付勢部材の付勢力は、特定のユーザのために、ジャイロ装置１１を構成するように設定されてもよい。具体的には、付勢力は、上述したように、ユーザの要求にカスタマイズされた方法で、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を制御するように設定されてもよい。例えば、付勢力及び／又は最大歳差角は、ユーザの振戦の振幅及び周波数に基づいて設定されてもよい。より低い振幅、より高い周波数の振戦を有するユーザには、より高い付勢力とより小さな最大歳差角とが提供され、より高い振幅、より低い周波数の振戦を有するユーザには、より低い付勢力とより高い最大歳差角とが提供される。

他の実施例において、ジャイロ装置１１は、動作中に、すなわち、動的に、調整可能な力付勢部材の付勢力を調整するように構成され得る。これにより、ユーザの現在の振戦に応じて付勢力を変化させることができる。更に、この配置は、１つの装置が、異なるユーザの特定の振戦に基づいて、異なるユーザのために構成され得ることを意味する。

図１０は、検出された振戦に応じて調整可能な力付勢部材を動的に制御するための動的制御システムを有するジャイロ装置１１の概略図である。図示された実施例は、図３Ａ及び図３Ｂの例に基づいているが、図４、図７、図９Ａ、及び図９Ｂの例に適用されてもよいことは理解されるであろう。

図１０は、ハウジング１７と回転可能なフライホイールアセンブリ２３とを有するジャイロ装置１１を示している。回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、フライホイール２４と、モータ２５と、ジンバル２６とを備える。ジンバル２６は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明したのと同じ方法でハウジング１７に回転可能に取り付けられる。この実施例において、調整可能な力付勢部材４７が、ハウジング１７とジンバル２６の板状部材３６との間に設けられている。各調整可能な力付勢部材４７は、調整可能な力付勢部材４７によって提供される付勢力を変更するためのアクチュエータ４８を有する。

また、図１０のジャイロ装置１１は、ジャイロ装置１１が取り付けられたユーザの手の動き、例えば振戦を検出するように配置されたセンサ４９を備える。図示された実施例において、センサ４９は、ハウジング１７に取り付けられている。しかしながら、センサ４９は、ジャイロ装置１１の他の場所に配置されてもよいし、ハウジング１７の外側、例えば、ユーザの手又は腕に直接配置されてもよい。センサ４９は、好ましくは、手の動き、例えば振戦を検出するように配置された加速度センサである。センサ４９は、好ましくは、少なくとも２つの軸、具体的には図８に図示される手軸４４及び交差手軸４６を中心とする手の回転（振戦）を検出する。センサ４９は、手１２の動きの１以上の特性、例えば、１以上の振戦特性を検出する。例えば、加速度計は、手の振戦などの振戦の振幅、周波数、及び／又は加速度のうちのいずれか１以上を検出してもよい。

図１０に示されるように、ジャイロ装置１１は、センサ４９から信号を受信するように配置された制御部５０を更に備える。制御部５０は、検出された振戦に基づいて、調整可能な力付勢部材４７のアクチュエータ４８を制御するように構成される。

図１１に示されるように、ジャイロ装置１１を制御する方法において、制御部５０は、センサ４９からセンサ信号を受信するように構成されている（５１）。制御部５０は、ユーザの身体の一部の検出された動きに対する動きの特性データ（例えば、振戦の振幅、周波数、加速度）を受信するように構成されてもよいし、未処理の信号を受信して動きの特性（例えば、振戦の振幅、周波数、加速度）を判定するように構成されてもよい。

制御部５０は、更に、調整可能な力付勢部材４７のための目標付勢力を決定するように構成される（５２）。目標付勢力は、運動特性に基づく。制御部５０は、更に、目標付勢力を提供するために、調整可能な力付勢部材４７のアクチュエータ４８を制御するように構成される（５３）。目標付勢力は、検出された運動特性に基づくものであってもよい。制御部５０は、検出された運動特性に応じた目標付勢力のテーブルを記憶するメモリを備えてもよい。制御部５０は、検出された運動特性に基づいてメモリから目標付勢力を取得し、目標付勢力を提供するように調整可能な力付勢部材４７を制御してもよい。

代替例において、制御部５０は、検出された運動特性（複数可）とアクチュエータの構成との間の比例関係に従って、調整可能な力付勢部材４７のアクチュエータ４８を制御する。比例関係は、制御部５０において定義されてもよい。それにより、制御部５０は、検出された運動特性に基づいて調整可能な力付勢部材４７を制御する際に、実際の目標付勢力値を決定又は取得する必要がない。

このようにして、ジャイロ装置１１は、任意のユーザに取り付けることができ、ユーザの動き、例えばユーザの振戦に応じて、調整可能な力付勢部材の動作を構成することになる。更に、このようなジャイロ装置１１は、パーキンソン病や本態性振戦に罹患した人によく見られるように、それらの振戦の大きさや頻度が異なる場合に、ユーザの振戦を効果的に打ち消すことができる。

付加的又は代替的に、ジャイロ装置１１は、歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の回転を検出するように配置されたセンサ（図示せず）を備えてもよい。このようなセンサは、ユーザの手の動きがないときに回転可能なフライホイールアセンブリ２３が配置される平衡位置に対する歳差角を検出することができる。例えば、センサは、回転位置センサを含んでもよい。他の実施例において、センサは、モータ２５によって引き出される電力、特にモータ２５によって引き出される電流を検出するように配置される。回転可能なフライホイールアセンブリ２３が歳差軸３４を中心に回転するとき、モータシャフトに加えられるジャイロ力が、フライホイール２４を回転させるために引き出される電力をより高くすることが判明している。従って、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動は、モータ２５によって引き出される電力を検出することによって検出することができる。代替的に又は付加的に、センサは、フライホイール２４の回転速度を検出するように配置されてもよい。特に、フライホイール２４の回転速度は、モータ２５に作用するジャイロ力による回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動によって低下し、モータの摩擦を増加させることになる。センサは、フライホイール２４の実際の回転速度を検出し、モータ２５が（制御部に従って）回転すべき速度と比較して、回転速度誤差を決定するように配置されてもよい。この回転速度誤差は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差角に比例するので、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動を検出するために使用することができる。

この実施例において、制御部５０は、センサから信号を受信し、検出された歳差角に基づいて調整可能な力付勢部材４７の付勢力を調整するようにアクチュエータ４８を制御してもよい。例えば、センサがより高い歳差角を検出した場合、制御部５０は、調整可能な力付勢部材４７によって提供される付勢力を増加させてもよい。このようにして、調整可能な力付勢部材４７によって提供される付勢力は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の歳差運動の量に基づいて制御することができ、これは、任意の手の動き、特に振戦の加速度及び振幅によって少なくとも部分的に決定される。従って、歳差角を検出することにより、調整可能な力付勢部材４７によって提供される付勢力を、ユーザの動きに適したものにすることができる。更に、調整可能な力付勢部材４７は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３が接地すること、すなわち、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明した停止部４３に接触して、フライホイール２４及び／又はモータ２５を損傷することを抑えるように制御することができる。

このような方法は、図１１にも示されている。ここで、制御部５０は、センサ４９，５１から、歳差軸３４を中心とする回転角を示すセンサ信号を受信するように構成されている。

制御部は、更に、検出された歳差角に基づいて、調整可能な力付勢部材４７，５２の目標付勢力を決定するように構成されている。制御部５０は、更に、調整可能な力付勢部材４７のアクチュエータ４８を制御して、目標付勢力５３を提供するように構成されている。制御部５０は、検出された歳差角に応じた目標付勢力のテーブルを記憶するメモリを備えてもよい。制御部５０は、検出された歳差角に基づいてメモリから目標付勢力を取得し、目標付勢力を提供するように調整可能な力付勢部材４７を制御してもよい。

代替例において、制御部５０は、検出された歳差角とアクチュエータの構成との間の比例関係に従って、調整可能な力付勢部材４７のアクチュエータ４８を制御する。比例関係は、制御部において定義されてもよい。これにより、制御部５０は、検出された歳差角に基づいて調整可能な力付勢部材４７を制御する際に、実際の目標付勢力値を決定又は取得する必要がない。

先に説明したように、ジャイロ装置１１がユーザの振戦を安定させるために発生させる力は、主として回転するフライホイール２４によって生成される角運動量と、ユーザの振戦（すなわち、歳差運動）によってフライホイール２４に加わる変位トルクとに基づく。従って、ジャイロ装置１１は、フライホイール２４の回転速度が安定している場合であっても、より強い振戦に応じて（及びその逆に）より大きな反作用のジャイロ力を生成する。

フライホイール２４によって生成されるジャイロ力の大きさは、本質的に、振戦の強さ（すなわち、歳差軸３４を中心としてフライホイール２４に加えられる変位トルク）に依存するが、後述のように、ジャイロ装置１１は、フライホイール２４の回転速度を制御してジャイロ装置１１によって生成される角運動量を制御するように付加的又は代替的に構成されてもよい。このようにして、ジャイロ装置１１によって提供される自由度の範囲は、特定の運動特性、例えば振戦特性を有する特定のユーザに対してカスタマイズされてもよい。

角運動量は、フライホイール２４の慣性と回転速度との関数である。慣性は、質量がフライホイール２４の半径を通してどのように分布するかを含むフライホイール２４の質量と直径との関数である。

ユーザの身体の一部、例えば手に使用するためのジャイロ装置１１は、例えば図１に示されるように、身体の一部の随意運動を阻害せず、ユーザがジャイロ装置１１を快適に取り付けられるサイズ及び重量であることが好ましい。

特に、ユーザの手の上で使用するために、ジャイロ装置１１は、好ましくは、約１kgの最大重量と、約８０ｍｍのジャイロ装置１１を横切る最大寸法とを有する。図示された実施例において、ジャイロ装置１１のハウジング１７は、円筒形のフライホイール２４を収容するために円筒形である。従って、実施例において、ハウジング１７の最大直径は、好ましくは約８０ｍｍである。好ましくは、ユーザの手の上で使用するために、ジャイロ装置１１の最大重量は、約０.５ｋｇであり、ジャイロ装置１１の最大直径は、約６０ｍｍである。このようなジャイロ装置１１は、図１に示されるように、ユーザが手１２に取り付けられるのに快適である。

他の身体の一部に使用するためには、ジャイロ装置１１は、より大きく、より重くてもよいことが理解されるであろう。例えば、ユーザの腕又は脚に使用する場合、ジャイロ装置１１の最大重量は、約２ｋｇ、より好ましくは約１ｋｇであってもよく、最大直径は、約１８０ｍｍ、より好ましくは約１００ｍｍから１５０ｍｍであってもよい。腕や脚などの強く重い手足は、より強い振戦を安定させるために、より高いジャイロ力を必要とするので、これらの身体の一部に使用するためのフライホイール２４は、好ましくは、より重く（例えば、最大１ｋｇ）且つより大きい（例えば、最大約１６０ｍｍ）。

上述したサイズ及び重量の制約の範囲内で、ユーザによって取り付けられるように設計されたジャイロ装置１１は、フライホイール２４の所定の回転速度において、ジャイロ装置１１が取り付けられる身体の一部の振戦を安定させるために適切な量の力を提供するフライホイール２４を選択することによって特定のユーザ用にカスタマイズすることが可能である。ジャイロ装置１１によって生成される力は、身体の一部の随意運動を依然として許容しながら振戦を安定させるのに十分な力を提供することと、ユーザにとって快適に取り付け可能なジャイロ装置１１を提供することとの間でバランスを取ることが好ましい。

本発明者らは、ある範囲の角運動量が、ユーザの手に使用するためのジャイロ装置１１の振戦の安定化に特に効果的であることを見出した。具体的には、図１３に示す試験結果に示されるように、本発明者らは、約０．０５ｋｇｍ^２／ｓ～０．３０ｋｇｍ^２／ｓの範囲、より具体的には約０．０８ｋｇｍ^２／ｓ～０．２ｋｇｍ^２／ｓの範囲における角運動量が、幅広いユーザに対して効果的な手の振戦の安定化を提供しつつ、タスクを実行するためにユーザが自発的に手を動かすことができるようにすることを示した。

特に、テストでは、０．０５ｋｇｍ^２／ｓ～０．３０ｋｇｍ^２／ｓの範囲の角運動量が、ほとんどのユーザにとって、手の動きを抑制することなく最も効果的に手の振戦を安定させることができることが示された。この範囲より小さい角運動量は、手の振戦の安定化に効果がなく、この範囲より大きい角運動量は、自発的な手の動きの抑制を引き起こし、大きすぎるジャイロ力を発生させてユーザに付加的な振戦を与え、及び／又はジャイロ装置１１をユーザの手に取り付けるには重くて大きくなりすぎることが判明した。

以下に説明するテストは、全体で４６人の被験者に対して実施された。１４人の被験者は、パーキンソン病と診断されており、３２人の被験者は、本態性振戦と診断されている。全てのテストは、各被験者に対して同じ手で行われ、被験者の利き手に限定されるものでない。被験者は、全て１８歳以上であった。

被験者の手には、５種類のジャイロが取り付けられた。各ジャイロ装置のフライホイールの仕様は、以下の表に示される。

表１－テスト用のフライホイールの仕様

テスト中、各被験者の手に慣性計測ユニットを取り付けた。慣性計測ユニットはＢｏｓｃｈ社製のＢＮＯ００５５ ９軸絶対方位センサである。慣性計測ユニットは、３軸（ｘ、ｙ、ｚ）の周りの手のオイラー角、３軸（ｘ、ｙ、ｚ）の周りの手の回転速度、及び３軸（ｘ、ｙ、ｚ）の方向の手の直線加速度を計測するように配置された。

テスト中、慣性計測ユニットから出力されたデータを用いて、３軸のオイラー角のデータをベクトル合計として組み合わせ、平均回転振戦振幅を算出し、平均回転振戦振幅を決定した。

被験者には、以下に詳述する２つの活動を実行するように求めた。
１．容量テスト：被験者に、１００ｍｌのビーカーに水を入れ、６０秒間腕を固定していない状態で洗面器の上で保持するように求めた。この活動は、各テストで５回繰り返された。
２．食事テスト：被験者に、７５％まで満たされた第１のボウルから、直径１ｃｍ離れた第２のボウルに、スプーン１杯の大豆を移動させるように求めた。この活動は、各テストで５回繰り返された。

各ジャイロ装置について、各被験者に、まずジャイロ装置のスイッチを切った状態（つまり、フライホイールの回転がない状態）で活動を完了するように求めた。各ジャイロ装置に対して、基準の平均回転振戦振幅が決定される。その後、各ジャイロ装置に対して、各被験者に、ジャイロ装置を起動させた状態（すなわち、フライホイールが回転している状態）で、上述したような活動を完了するように求め、平均回転振戦振幅を測定した。

図１３は、上述した５つのジャイロ装置のそれぞれについて、回転振戦振幅の平均減少量（度）を示す図である。具体的には、図１３は、各ジャイロ装置の基準の平均回転振戦振幅と、ジャイロ装置が起動された活動中の平均振戦振幅との間の振戦振幅の平均差を示している。平均値は、実施されたテストの全てにわたって、すなわち、テストの被験者の全て、並びに、容積測定及び食事活動の全てにわたって取得される。

図１３に示す試験結果に示されるように、角運動量０．００２ｋｇｍ^２／ｓのフライホイール＃１は、平均振戦振幅（度）の増加をもたらした。このような増加は、被験者が手に錘を取り付けているため、手を安定させることが難しい一方で、フライホイールはジャイロ力をほとんど付与しないため、最小限の振戦の安定化しか得られなかったことに起因する。平均振戦振幅の減少を実証するためには、少なくとも約０．０５ｋｇｍ^２／ｓの角運動量が必要であることが分かった。

フライホイール＃２、＃３、＃４は、効果的に振戦を安定化させたが、フライホイール＃５は、フライホイール＃２、＃３、＃４よりも振戦の大きさを低減した。約０．３０ｋｇｍ^２／ｓより大きい角運動量では、ジャイロ力の強さが明らかに大きすぎて被験者が制御できず、ジャイロ装置１１による付加的な振戦が発生するため、振戦の低減効果が低いことが分かった。また、角運動量が約０．３０ｋｇｍ^２／ｓより大きいと、被験者の随意運動が抑制される傾向があること、すなわち、テストの被験者が作業を行うために努力する必要があり、その結果、振戦の安定化の効果が低下することが分かった。

従って、本テスト結果は、ジャイロ装置がユーザの振戦を安定させるのに有効であることを示すとともに、角運動量を設定又は制御することで振戦の安定化を効果的に提供できることを示している。

具体的には、テストの結果は、手の振戦を安定させるための角運動量の好ましい範囲が、約０．０５ｋｇｍ^２／ｓから約０．３０ｋｇｍ^２／ｓ、より具体的には約０．０８ｋｇｍ^２／ｓから０．２０ｋｇｍ^２／ｓであることを示している。このような範囲は、被験者がタスクを実行するために随意的な手の動きをすることを依然として可能にしながら、効果的な振戦の安定化を提供することが示されている。

特に、本発明者らは、約０．１５０キログラムの質量、直径約５０ミリメートル、約６×１０^－５ｋｇｍ^２の慣性を有するフライホイールを備えるジャイロ装置１１が、８０００ＲＰＭから５００００ＲＰＭの間の回転速度で動作されて、約０．０５ｋｇｍ^２／ｓから０．３０ｋｇｍ^２／ｓの範囲にある角運動量を提供し、ユーザの手の広範囲の振戦に安定化を提供できることを見出した。このようなジャイロ装置１１は、例えば、ユーザの前腕など、同様の振戦を経験する他の身体の一部の振戦を安定させるのにも効果的であろう。従って、このようなフライホイールを有するジャイロ装置１１は、多種多様なユーザに使用することができ、フライホイールの回転速度は、約０．０５ｋｇｍ^２／ｓから０．３０ｋｇｍ^２／ｓの範囲内で適切な角運動量を提供するように各ユーザに対して構成することができる。

他の身体の一部、例えば、腕、脚、首、背中、頭について、本発明者らは、これらの部分の筋肉の強度が高く（より強い振戦につながる）、振戦を経験している身体の一部の質量が大きいことに起因して、より大きな角運動量が必要であることを見出した。

いくつかの実施例において、図１０に示された制御部５０は、モータ２５及びフライホイール２４の回転速度を制御するように付加的又は代替的に構成される。従って、制御部５０は、フライホイール２４の角運動量と、振戦を安定させるために提供されるジャイロ力とを制御するように構成され得る。これらの実施例において、制御部５０は、適切な角運動量を提供するためにユーザに対してジャイロ装置１１を設定する際に構成可能であってもよく、及び／又は、制御部５０は、センサ４９によって検出された振戦の特性又は特徴に基づいてフライホイール２４の回転速度を動的に制御するように構成されてもよい。フライホイール２４の回転速度の制御は、例えば図３Ａ～図５、図７、又は、図９Ａ及び図９Ｂを参照して説明したバネ３５、又は図１０を参照して先に説明したような調整可能な力付勢部材を備えるジャイロ装置１１に提供されてもよい。

例えば、図１２に示されるジャイロ装置１１の制御方法に示されるように、制御部５０は、センサ４９からセンサ信号を受信するように構成されてもよい（５４）。センサ４９は、図１０及び図１１を参照して説明したように、ユーザの手の動きの特性、例えば振戦の特性、又は歳差角を検出するように配置されてもよい。

制御部は、更に、フライホイール２４の目標角運動量及び／又は目標回転速度を決定するように構成される（５５）。目標角運動量及び／又は目標回転速度は、センサ信号、例えば運動特性及び／又は歳差角に基づいて決定される。制御部５０は、更に、角運動量及び／又は目標回転速度を提供するようにモータ２５を制御するよう構成される（５６）。

目標角運動量及び／又は目標回転速度は、検出された運動特性及び／又は歳差角に基づいて決定されてもよい。制御部５０は、検出された運動特性及び／又は歳差角に応じた目標角運動量及び／又は目標回転速度のテーブルを記憶するメモリを備えてもよい。制御部５０は、検出された運動特性及び／又は歳差角に基づいてメモリから目標角運動量及び／又は目標回転速度を取得し、角運動量及び／又は目標回転速度を提供するようにモータ２５を制御してもよい。いくつかの実施例において、メモリは、１以上の運動特性及び／又は歳差角に対してマッピングされたフライホイール回転速度を記憶し、制御部５０は、検出された運動特性及び／又は歳差角に基づいて目標フライホイール回転速度を検索する。他の実施例において、メモリは、１以上の運動特性及び／又は歳差角に対してマッピングされた目標角運動量を記憶し、制御部５０は、検出された運動特性及び／又は歳差角に基づいて目標角運動量を検索し、次に、その目標角運動量に対応するフライホイール２４の目標回転速度を決定する。このようにして、同じメモリ項目（すなわち、目標角運動量）を異なるフライホイール２４、すなわち、異なる質量及び／又は半径方向の質量分布（回転慣性）を有するフライホイール２４に使用することができる。

代替例において、制御部５０は、検出された運動特性とモータ２５の電力及び／又は速度との間の比例関係に従って、モータ２５を制御する。比例関係は、制御部で定義されてもよい。従って、制御部５０は、検出された運動特性に基づいてモータ２５を制御する際に、実際の目標角運動量値又は回転速度値を決定又は取得する必要がない。

このようにして、ジャイロ装置１１は、任意のユーザに取り付けることができ、ユーザの動き、特にユーザの振戦に対して適切な角運動量を提供するようにモータ２５を調整することになる。更に、このようなジャイロ装置１１は、パーキンソン病や本態性振戦に罹患している人によく見られる振戦の大きさや周波数が変化するときに、ユーザの動き、特に振戦を効果的に打ち消すことができる。更に、ジャイロ装置１１は、フライホイール２４の回転速度を動的に制御することによって、ユーザが振戦を経験していないときにモータ２５をオフにすることによって、エネルギを節約し、ジャイロ装置１１の動作寿命を長くすることができる。

好適な実施例において、制御部５０は、図１１を参照して説明したように、１以上の調整可能な力付勢部材４７を制御して、歳差運動のための目標付勢力を提供するように構成される。また、制御部５０は、図１２を参照して説明したように、フライホイール２４の回転速度を制御して、目標角運動量及び／又はフライホイール回転速度を提供するように構成される。この実施例において、ジャイロ装置１１は、１以上のセンサ４９によって検出される運動特性及び／又は歳差角に基づいてフライホイール角運動量及び歳差力を制御するように動的に動作される。

図１４Ａ～図１５は、ジャイロ装置１１で使用するためのフライホイール２４の例を示している。図１４Ａは、フライホイール２４を分離して示し、図１４Ｂは、フライホイール２４を備える回転可能なフライホイールアセンブリ２３の断面を示している。フライホイールは、フライホイール回転軸３８を中心として略円筒形である。図示されているように、フライホイール２４は、モータシャフト２９に取り付けるための穴５８を有する中央ディスク部５７を備える。中央ディスク部５７は、略平面状であり、比較的薄型である。また、フライホイール２４は、中央ディスク部５７の周縁部からフライホイール回転軸３８の軸方向に延在する円周スカート部５９を備える。

フライホイール２４は、フライホイール２４の外周縁部、すなわち円周スカート部に焦点を合わせた質量分布を提供する外形を備える。すなわち、円周スカート部５９は、フライホイール２４の全質量の大部分を構成する。

好適な実施例において、円周スカート部５９は、フライホイール２４の全質量の少なくとも５０％、好ましくはフライホイール２４の全質量の少なくとも６０％、より好ましくはフライホイール２４の全質量の少なくとも７５％を備える。円周スカート部５９の構成は、図示されているように、フライホイール２４の周方向端部に質量を集中させ、これにより、フライホイール２４の全質量を制限しながら所望の角運動量を生成可能なより高い角慣性を有するフライホイール２４が提供される。

フライホイール２４の質量及び直径は、フライホイール２４の慣性及び角運動量、並びにジャイロ装置１１の外形寸法を決定するので、ユーザの身体の一部、例えばユーザの手に取り付けるためのジャイロ装置１１にとって適切であることが有益である。従って、ユーザの手に使用するためのジャイロ装置１１の場合、フライホイール２４の質量は、好ましくは約０．０５ｋｇから約０．５ｋｇの間、より好ましくは約０．１ｋｇから約０．２ｋｇの間である。好ましくは、フライホイール２４の直径は、約１５０ｍｍ未満、好ましくは約１００ｍｍ未満、好ましくは約８０ｍｍ未満、好ましくは約５０ｍｍ未満である。

異なる身体の一部、例えば腕や脚に使用するためのジャイロ装置１１の場合、所望の角運動量はより大きくなり、ユーザはより重いジャイロ装置１１を支持することができる。このような用途では、フライホイールは、約２ｋｇ未満、より好ましくは約１ｋｇ未満、より好ましくは約０．５ｋｇ未満、又は０．２ｋｇから０．５ｋｇの間の質量を有していてもよい。同様に、腕や脚のためのジャイロ装置１１は、より大きくなり得るので、フライホイール２４の直径は、最大約２００ｍｍ、より好ましくは約１５０ｍｍであってもよい。

これらの質量及び直径の制約の中で、本発明者らは、円周スカート部５９に質量の少なくとも７５％を備えるフライホイールが、約５０００ＲＰＭから７００００ＲＰＭの間、より好ましくは約１００００ＲＰＭから３００００ＲＰＭの間、より好ましくは約１５０００ＲＰＭから３００００ＲＰＭの間で変化する回転速度で所望の範囲の角運動量を提供できることを見出した。

更に、フライホイール２４の円周スカート部５９は、フライホイール２４の片側に凹型キャビティ６０を提供する。図１４Ｂに示されるように、好適な実施例において、ジンバル２６及びモータ２５は、フライホイール２４の凹型キャビティ６０内に少なくとも部分的に入れ子状に配置される。これは、薄型の回転可能なフライホイールアセンブリ２３を提供し、使用中に回転可能なフライホイールアセンブリ２３、及びジャイロ装置１１の重心をユーザの身体の一部の表面により近く保持するのに役立つ。これは、手を回転させたときにジャイロ装置１１の重量によって発生するトルクなどのジャイロ装置１１の重量のあらゆる影響を低減する。

図１４Ｂに示されるように、ジンバル２６は、皿状であり、モータ取付部３０は、フライホイール２４とモータ２５との間の凹型キャビティ６０に配置される。これにより、凹型キャビティ６０に入れ子状に配置されたモータ２５の取り付け位置が確保される。モータ２５は、後述するように、フライホイール２４の凹型キャビティ６０内に実質的に収まるように構成された薄型のモータ２５である。このようにして、ハウジング１７をフライホイール２４のサイズに密接に一致させることができ、ジャイロ装置１１の全体の寸法を最小化することができる。

図１６の実施例において、フライホイール２４は、図１４Ａ～図１５のフライホイールよりも半径方向の質量分布がより均一で、質量が円周スカート部にある割合がより低い、より低い外形を有する。他の全ての要因が同じである場合、図１６のフライホイールは、より低い慣性を有し、所定の回転速度に対してより少ない角運動量を生成し、より低いジャイロ力を生成することになる。このようなフライホイールは、振戦が弱いユーザや、例えば、子供や高齢者などのジャイロ装置の全体重量を最小にすべき場合に使用することができる。本実施例のフライホイール２４は、より低い全体重量で他のフライホイールと同じ角運動量を達成するために、より高速で回転させることができる。角運動量は、ジャイロ力の大きさの主要な駆動源であるため、このような軽量デバイスは、ジャイロ装置１１の重量を低く維持しながら振戦を安定させるために使用することができる。

更に、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図７、図１０に示されるように、好適な配置では、フライホイール２４は、使用中にユーザの身体の一部に対して配置されるか或いはユーザの身体の一部に最も近くに配置されるハウジング１７の一側２１に隣接して配置される。この配置において、ジンバル２６及びモータ２５は、フライホイール２４のユーザの身体の一部とは反対側に配置される。このような配置は、フライホイール２４がジャイロ装置１１の最も重い部分であるため、フライホイール２４をユーザの身体の一部により近い位置に配置することにより、ジャイロ装置１１の重量によってユーザの身体の一部に生じるトルクを制限し、ジャイロ装置１１をより快適に取り付けられるようにするのに有益である。更に、ジャイロ装置１１のジャイロ力は、振戦の運動軸に近いほど、すなわち身体の一部に近いほど、より効果的である。従って、このような配置は、ユーザにとってより快適に取り付けることができ、振戦の安定化においてもより効果的なジャイロ装置１１を提供する。

いくつかの実施例において、図１５に示されるように、凹型キャビティ６０に対向するフライホイール２４の面６０は、歳差軸３４を中心とする回転可能なフライホイールアセンブリ２３の回転に対応するように角度が付けられている。具体的には、面６０の角度は、歳差軸３４を中心とする最大回転の角度に一致してもよい。これにより、フライホイール２４をハウジング１７の一側２１の近くに配置することができ、より薄型のジャイロ装置１１を提供し、ジャイロ装置１１の重心がユーザの身体の一部により近くなる。

図３Ａ、図３Ｂ、図４、図７、図１０、図１４Ａ、図１４Ｂに示される他の実施例において、フライホイール２４の凹型キャビティ６０に対向する面６０は、平面、すなわち平坦であるか、或いは図１５に示されるように凸状である。以下に説明するように、このようなフライホイール２４は、バランス型フライホイール２４を製造、すなわち機械加工するのに有利である。

好適な実施例において、モータ２５は、電気モータ、例えば、ブラシレスＤＣモータである。ブラシレスＤＣモータは、ブラシ付きモータよりも、例えば、ベアリングやフライホイール２４に蓄積してジャイロ装置１１の動作を阻害する可能性のある埃などの発生が少ないので好ましい。図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明したように、モータ２５は、ステータ２７及びロータ２８を備える。

好適な実施例において、モータシャフト２９を除くモータ本体は、約１以下のアスペクト比（回転軸３８の軸方向の寸法と径方向の寸法との比）、好ましくは約０．５のアスペクト比を有する。これにより、図示されるように、フライホイール２４の凹型キャビティ６０内に入れ子にできる薄型のモータ２５が提供される。

好適な実施例において、モータ２５のロータ２８は、径方向に分極された磁石ロータで構成される。このようなロータ２８は、低背のモータ２５を提供する。

好適な実施例において、モータ２５は、スロットレス巻線及び／又はコアレス巻線を備え、コンパクトで薄型のモータ２５を提供する。

好適な実施例において、モータ２５は、図示されているように、フライホイール２４の凹型キャビティ６０内により密接に入れられるコンパクトで薄型のモータ２５を提供する軸方向磁束構成を有する。

他の実施例において、モータ２５は、フライホイール２４を回転させるように配置された代替の原動機によって置き換えられる。例えば、原動機は、圧縮機から供給される圧縮空気によって駆動される空気圧モータを備えてもよい。圧縮機は、ユーザの身体に搭載されてもよいし、外部源の一部であってもよい。例えば、振戦安定化装置がユーザを補助するためにワークステーション（例えば、工場内）で使用された場合、圧縮空気を外部圧縮機からホースを介して供給されることができる。携帯型振戦安定化装置（すなわち、ユーザがどこへ行くにも携帯できる）の場合、原動機は、電気モータが好ましい。

いくつかの実施例において、原動機、特に電気モータ２５は、フライホイール２４と一体化されている。これらの実施例において、図１７に示されるように、フライホイール２４は、内周の周りに取り付けられた交互極性の複数の永久磁石９１を有する。フライホイール２４の内周には固定子９２が設けられ、固定子９２は、交互の界磁巻線９３を備える。この配置では、フライホイール２４は、モータのロータとして機能し、従来の方法で巻線９３の対応する交互極性によって回転させられる。このような配置は、より軽量でコンパクトな回転可能なフライホイールアセンブリを提供する。

ジャイロ装置１１の他の実施例において、原動機、特にモータ２５は、フライホイール２４に直接結合されない。ジャイロ装置１１の垂直断面を示す図１８Ａ及び図１８Ｂに示されるように、モータ２５とフライホイール２４との間には、モータ２５からフライホイール２４に回転を伝達するためのトランスミッション９４が設けられる。

この実施例において、モータ２５は、ハウジング１７に固定され、トランスミッション９４は、モータ２５に対して、歳差軸３４を中心とするフライホイール２４の歳差運動に対応する可撓性又は関節式シャフト９５を備える。このような配置は、モータ２５を、歳差軸３４を中心とする回転のために取り付ける必要がなく、回転可能なフライホイールアセンブリ２３の質量が低いので、より低い振幅／加速度の振戦に対してフライホイール２４の歳差運動をより反応させることを意味する。更に、モータ２５がハウジング１７に対して相対的に移動しないので、モータ２５への電気的接続が簡素化される。

図示されているように、関節式シャフト９５は、モータ２５からフライホイール２４まで延在し、関節式シャフト９５は、歳差軸３４を中心とする回転の平面内で（図１８Ｂの頁の平面内で）曲がることができる。ジンバル２６は、図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明したのと同様の方法で、ヒンジ座部３３でハウジング１７にヒンジ結合されて、歳差軸３４を画定している。関節式シャフト９５は、ジンバル２６及びフライホイール２４が関節式シャフト９５に懸架されるように、ベアリング９６でジンバル２６に回転可能に取り付けられている。関節式シャフト９５は、ジンバル２６とモータ２５との間の位置で曲がることができる。従って、関節式シャフト９５は、ジンバル２６及びフライホイール２４の歳差軸３４を中心とした歳差運動を可能にする。ジンバル２６及び付勢部材は、先の実施例、特に図３Ａ及び図３Ｂの実施例と同じように機能する。

いくつかの実施例において、トランスミッション９４は、更に、フライホイール２４からモータ２５の間に配置され、モータ２５とフライホイール２４との間の回転接続を解除するように構成されたクラッチ９７を備えてもよい。これにより、クラッチ９７が切り離されたときに、フライホイール２４がモータ２５から自由に回転することができる。クラッチ９７は、ユーザが振戦を経験していないとき、又は、ユーザがタスクを行っていないときに、切り離されるように制御されてもよい。更に、クラッチ９７は、ジャイロ装置１１が外されたり落下したりするときに、切り離されるように構成されてもよい。それにより、フライホイール２４の運動量によって発生する力からモータ２５が保護される。

図１９は、モータ２５とフライホイール２４の配置の一例を模式的に示す図である。この実施例において、モータ２５のステータ２７は、ジンバル２６に取り付けられている。ジンバル２６は、ステータ２７が配置される開口部又は凹部６１を有し、凹部６１は、ステータ２７に隣接して凹部６１の内面に形成された複数のスロット６２を有する。スロットは、好ましくは円弧状である。図示されるように、この実施例において、凹部６１は、凹部６１について分散された（好ましくは均等に分散された）４つのスロット６２を有する。他の実施例において、凹部６１は、より多くの又はより少ないスロット、例えば、２つ、３つ、又は６つのスロット６２を有してよい。モータ２５のステータ２７は、ステータ２７の外周面から延在し、スロット６２内に突出する放射状タブ６３を備える。モータ２５のロータ２８は、フライホイール２４を矢印６４の方向に回転させるように配置されている。各放射状タブ６３と、対応する凹部６２の回転方向６４と反対側の側部との間には、バネ６５が配置されている。このようにして、バネ６５は、モータ２５がフライホイール２４を回転させ始めるとき、すなわち、モータ２５のトルクが最も高いときに、ステータ２７に伝達される慣性を減少させるように配置されている。好ましくは、前述したジャイロ装置１１の場合、フライホイール２４は高い慣性を有し、モータ２５は小型で低エネルギである。図１９に示される放射状タブ６３及びバネ６５の配置は、トルクが最大となるフライホイール２４の回転開始時に、フライホイール２４からジンバル２６（それにより、ジャイロ装置１１のハウジング１７）への慣性の伝達を減少させる。これにより、ジャイロ装置１１の起動時に、ユーザが身体に取り付けるジャイロ装置１１がより快適になる。

他の実施例において、スロット６２は、ステータ２７を少なくとも部分的に取り囲むモータハウジング内に形成され、ハウジングは、ジンバル２６に取り付けられる。

図２０は、ジャイロ装置１１のモータ２５のモータ制御回路６６を示す図である。モータ制御回路６６は、図１０、図１１、及び図１２のいずれかを参照して説明した制御部６０によって提供されてもよい。モータ制御回路６６は、モータ２５の３つの巻線６７のための給電部６８を備える。各給電部６８は、例えばバッテリなどの電源７１から巻線６７に電力を供給してモータ２５を駆動する駆動構成と、巻線６７をアース７０に短絡する制動構成とを切り替えるために、制御部６０によって制御可能なスイッチ６９を備える。モータ２５を制動してモータ２５及びフライホイール２４の回転を減速又は停止させるために、制御部５０は、巻線６７をアース７０に短絡させるように全てのスイッチ６９を構成する。この構成では、モータに発生する電磁効果により、モータ２５及びフライホイール２４に制動効果が生じる。これにより、フライホイール２４の回転をより迅速に停止させることができるとともに、ユーザが感じるトルクを低減させることができる。

好適な実施例において、制御部５０は、ゼロ電力スイッチ６９の構成とアース付きスイッチ６９の構成とを順次切り替えることによって、パルスでモータ２５を制動するように構成されている。モータ２５に対する制動効果をパルス化することにより、ジャイロ装置１１を取り付けたユーザによって発生され且つ経験されるカウンタートルクが低減する。

図２０に示す構成では、モータ２５は３つの巻線６７を有するが、モータ２５がより多くの巻線、例えば４つの巻線６７、５つの巻線６７、又はそれ以上を有してもよいことが理解されるであろう。

図２１は、フライホイール２４を備えるジャイロ装置１１用の回転可能なフライホイールアセンブリ２３を示す図である。具体的には、図２１は、図３Ａ及び図３Ｂのジャイロ装置を回転可能なフライホイールアセンブリ２３を示す図である。好ましくは、フライホイール２４は、ジャイロ装置１１の動作中にフライホイール２４が高速で回転することによって発生する振動及び騒音を低減するために高度にバランスが取られている。これは、ジャイロ装置１１が、振動及び騒音の発生が望ましくない日常的な活動中に、ユーザの身体、例えば手に取り付けられるので、特に有益である。また、高度にバランスが取られたフライホイール２４は、モータ２５、及びジャイロ装置１１における任意のベアリング又は他のマウント（例えば、ヒンジ）の動作寿命を増加させるであろう。ベアリングを保護すること、又はその寿命を延ばすことは、より信頼性が高く、より長持ちするジャイロ装置を提供する。

図２１に示され且つ前述したように、フライホイール２４は、好ましくは、平坦面７８と、平坦面７８とは反対側のフライホイール２４の一側に凹型キャビティ６０とを有している。図２３を参照して後述するように、フライホイール２４は、２つの平面７９でバランスを取っている。

図２１及び前述した他の実施例に示されるように、フライホイール２４は、モータシャフト２９に取り付けられている。これらの実施例において、フライホイール２４は、モータシャフト２９によって全体的に支持されており、これにより、フライホイール２４の低摩擦回転が実現されている。図２２に示される更なる実施例において、フライホイール２４とジンバル２６との間には、ベアリング１００が設けられている。ベアリング１００は、凹型キャビティ６０内のフライホイール２４の内周面１０１とジンバル２６との間に配置されている。ベアリング１００は、例えばボールベアリングや円筒ころ軸受などの転動体軸受であってもよいし、ブッシングであってもよい。

ベアリング１００は、フライホイール２４を支持し、フライホイール２４とモータ２５との間の非回転力の伝達を低減するのに役立つ。例えば、ジャイロ装置１１が落下した場合、フライホイール２４によって発生した衝撃運動量は、完全にはモータシャフト２９に付与されず、その一部は、ベアリング１００を介してジンバル２６に付与され、モータ２５を衝撃力から保護するのに役立つ。

付加的又は代替的に、図２２に示されるように、フライホイール２４とモータシャフト２９との間には、ゴムインサート１０２が設けられてもよい。また、これは、モータ２５とフライホイール２４との間の非相関力の伝達を低減して、モータ２５を衝撃力から保護するのに役立つ。なお、ゴムインサート１０２は、フライホイール２４の回転のためのトルク伝達が著しく低下しないように、薄くて剛性の高いものであることが好ましい。

図２３は、振戦安定化装置のジャイロ装置１１用のフライホイール２４の製造方法を示す図である。フライホイール２４は、好ましくは、金属、例えば真鍮で作製され、円筒形のブランクから製造されている。

製造工程は、円筒状のブランクからフライホイール２４の形状を旋盤で機械加工する第１段階７２を含む。機械加工７２の間、旋盤は、フライホイール２４の外周面７７、フライホイール２４の上面８０、凹型キャビティ６０、及びモータ取付穴５８を上面８０の方向から回転させるために使用される。すなわち、フライホイール２４の上記表面及び特徴は、旋盤のチャックから突出した円筒状のブランクの端部から機械加工されている。

製造工程の第２段階７３において、フライホイール２４は、フライホイールを円筒状のブランクから分離するために、旋盤の回転軸に垂直な面７８を切断することによって、円筒状のブランクから切り離される。面７８を平坦又は凸状になるように切断することは、偏心をもたらす可能性があるフライホイール２４の旋盤への再クランプをする必要がなく、１回のクランプ操作で完全に機械加工することができることを意味する。

有利には、旋盤上でフライホイール２４を上面８０の方向のみから機械加工し、上述した段階７３のようにブランクからフライホイール２４を切断することによって、フライホイール２４を旋盤から取り外すことなく、フライホイール２４の全表面が機械加工される。すなわち、フライホイール２４は、偏心をもたらす可能性がある材料ブランクの再クランプをすることなく機械加工される。これにより、フライホイール２４の表面間の公差が改善され、フライホイール２４の初期のアンバランスが低減される。

次に、段階７４において、機械加工されたフライホイール２４は、ジャイロ装置１１のモータ２５及びジンバル２６に取り付けられ、例えば図３Ａ及び図３Ｂを参照して上述した回転可能なフライホイールアセンブリ２３が形成される。具体的には、モータ２５がジンバル２６に取り付けられた後、モータシャフト２９がフライホイール２４のモータ取付穴５８に圧入される。

続いて、段階７５において、回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３、特にフライホイール２４のバランスを改善するようにバランスが取られる。この段階７５は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を、ジンバル２６用のマウントと、ジンバル２６の振動を検出するための複数の加速度計と、フライホイール２４からレーザアブレーションによって材料を除去するためのレーザアブレーション装置とを備える加速度計アセンブリに取り付けることを含む。レーザアブレーション装置は、平面７９で図１７に示されるフライホイール２４から材料を除去するように配置されている。２つの平面７９は、フライホイール２４の外周面７７の縁部に、下面７８及び上面８０に隣接して配置されている。平面７９でフライホイール２４から材料を除去することは、フライホイール２４の外周面７７から除去される質量のアンバランスを低減するのに最大の効果を有するので、最も効果的なバランスの形態を提供し、２つの平面７９を設けることは、全体的な材料除去をより少なくするために、許容可能なバランスグレードを可能にし、動作中のフライホイール２４によって提供される慣性及び角運動量への影響を低減することを可能にする。

他の実施例において、材料は、例えば、機械的な穿孔又は切削などの他の方法を用いてフライホイール２４から除去されてもよい。好ましくは、材料は、フライホイール２４に機械的に接触しない非接触操作、例えばレーザアブレーション又は電子ビームアブレーションによって、フライホイール２４から除去される。有利なことに、非接触操作は、モータ２５を損傷する可能性があるフライホイール２４の振動が発生しない。他の実施例において、フライホイール２４のバランスを取るために、例えばフライホイール２４に付加的な材料を溶接するなどの材料堆積によって、又はフライホイール２４に穴を開け、その穴に重い材料を挿入することによって、フライホイール２４に材料が付加されてもよい。好ましくは、材料は、非接触の材料堆積操作、例えばパルスレーザ堆積のような物理的蒸着によってフライホイール２４に付加される。

段階７６において、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を加速度計アセンブリに取り付けた後、回転可能なフライホイールアセンブリ２３のモータ２５が給電されてフライホイール２４を第１の速度で回転させ、加速度計で検出された振動に基づいてレーザアブレーションによりフライホイール２４から材料が除去されてフライホイール２４に生じる振動が軽減される。これにより、回転可能なフライホイールアセンブリ２３のバランスが改善される。

次に、段階８１において、回転可能なフライホイールアセンブリ２３のモータ２５は、フライホイール２４の回転速度を、段階７６の第１の速度よりも大きい第２の速度まで増加させ、フライホイール２４に起因する振動を低減するために加速度計によって検出された振動に基づいて、材料がレーザアブレーションによってフライホイール２４から削除される。

任意に、段階８１は、第２の速度よりも更に高い回転速度で繰り返される。

上記の方法により、バランスが取れた回転可能なフライホイールアセンブリ２３が提供される。

有利なことに、バランス工程中にジャイロ装置１１のモータ２５を使用することは、回転可能なフライホイールアセンブリ２３（すなわち、フライホイール２４、ジンバル２６、及びモータ２５）が単一ユニットとしてバランス調整されることを意味し、これにより、モータシャフト２９とフライホイール２４の外周面７７との間に非常に正確な公差が提供される。その後、バランス調整された回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、回転可能なフライホイールアセンブリ２３のバランスを崩すことなく、ジャイロ装置１１に組み付けられることができる。回転可能なフライホイールアセンブリ２３は、ジャイロ装置１１、特に図３Ａ及び図３Ｂに例示されるようなハウジング１７に組み付けられる前に分解されないことが好ましい。

有利なことに、第１の速度でバランス調整を行い、その後、より高い第２の速度でバランス調整を行うことにより、モータ２５、特にモータ２５のベアリングを、最初にバランスを失ったフライホイールによって発生する振動から保護することができる。これにより、ジャイロ装置１１に組み付ける前に、回転可能なフライホイールアセンブリ２３を分解することなく、同じモータ２５をジャイロ装置１１に使用することができる。

本発明者らは、フライホイール２４の製造及びバランス調整する上記方法によって、ＩＳＯ１９４０／１に規定された限界を超える、すなわちＧ０．４未満のバランスグレードを達成する、バランス調整された回転可能なフライホイールアセンブリ２３が得られることを見出した。

この高度なバランス調整は、振動及び騒音を最小化又は排除するので、本明細書に記載の振戦安定化装置において特に有用であり、これはユーザにとって有益であり、またフライホイール２４の駆動に必要な電力が少ないため、ジャイロ装置１１の動作寿命を延ばし、電池寿命を延ばす。

本発明の装置は、主に、比較的強い振戦を誘発する神経学的状態に苦しむ人に対する治療上の利点に関して説明されてきたが、本発明は、スポーツ（アーチェリー、ダーツ、又はゴルフなど）、細かい絵を描くなどの美術、写真撮影、又は手術など、単に血流の脈動によって生じる通常レベルの手の振動の安定化が有益である他の用途にも同様に好適である。

誤解を避けるために、特定の実施形態に関して本明細書に記載されている本発明の特徴又は態様は、その実施形態に限定されるものではない。説明されている特徴は、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。そのような任意の組み合わせは、本発明によって包含され、付加された主題を構成しないものとされ、また構成しないものである。

Claims (22)

1. ユーザの手に取り付け可能な回転可能なフライホイールアセンブリを備える振戦安定化装置であって、
   前記回転可能なフライホイールアセンブリは、
   ｉ）フライホイール質量ｍ及びフライホイール直径ｄを有するフライホイールと、
   ｉｉ）フライホイール回転軸を中心として回転速度Ｒで前記フライホイールを回転させ、前記回転可能なフライホイールアセンブリが約０．０５ｋｇｍ^２／ｓから約０．３０ｋｇｍ^２／ｓの間の大きさを有する角運動量を生成するように構成された原動機と、
   を備える、振戦安定化装置。
2. 前記フライホイール質量ｍは、２ｋｇ以下、好ましくは１ｋｇ以下、より好ましくは０．５ｋｇ以下、より好ましくは約０．０５ｋｇから０．５ｋｇの間、より好ましくは約０．１ｋｇから０．２ｋｇの間である、請求項１に記載の振戦安定化装置。
3. 前記フライホイール直径ｄは、約１５０ｍｍ以下、より好ましくは約１００ｍｍ以下、より好ましくは約８０ｍｍ以下、より好ましくは約５０ｍｍである、請求項１又は２に記載の振戦安定化装置。
4. 前記フライホイールの回転速度Ｒは、約５，０００ＲＰＭから７０，０００ＲＰＭの間、好ましくは約１０，０００ＲＰＭから３０，０００ＲＰＭの間、より好ましくは約１５，０００ＲＰＭから約３０，０００ＲＰＭの間である、請求項１～３のいずれか１つに記載の振戦安定化装置。
5. 前記原動機を制御するように構成された制御部と、
   前記回転可能なフライホイールアセンブリがユーザの手に取り付けられたときのユーザの手の動きの特性を検出するように配置されたセンサと、
   を更に備え、
   前記制御部は、検出された前記特性に基づいて、前記フライホイールを回転速度Ｒで回転させるように前記原動機を制御するように構成されている、請求項１～４のいずれか１つに記載の振戦安定化装置。
6. 前記センサは、前記回転可能なフライホイールアセンブリがユーザの手に取り付けられたときの手の振戦の特性、例えば手の振戦の振幅、周波数、及び／又は加速度を検出するように配置されている、請求項５に記載の振戦安定化装置。
7. ハウジングを更に備え、
   前記回転可能なフライホイールアセンブリは、ジンバルを更に備え、
   前記フライホイールは、前記ジンバルに取り付けられ、
   前記ジンバルは、前記フライホイールが前記ハウジングに対して歳差運動するように歳差軸を中心として前記ハウジングに枢動可能に取り付けられている、請求項１～６のいずれか１つに記載の振戦安定化装置。
8. 前記ハウジングは、ターンテーブルを備え、
   前記ジンバルは、前記歳差軸を画定するために前記ターンテーブルに枢動可能に取り付けられ、
   前記ターンテーブルは、前記歳差軸が前記ハウジングに対して回転できるように、ピボットを中心としてに回転可能である、請求項７に記載の振戦安定化装置。
9. 前記ハウジングは、前記ジンバルのヒンジ部材と協働して、前記ジンバルを前記ハウジングに対して固定された歳差軸を中心として枢動可能に取り付けられたヒンジ座部を備える、請求項７に記載の振戦安定化装置。
10. 前記フライホイールは、中央ディスク部と、前記フライホイール回転軸の軸方向に延在する円周スカート部とを備え、
    前記円周スカート部は、凹型キャビティを画定する、請求項１～９のいずれか１つに記載の振戦安定化装置。
11. 前記凹型キャビティは、前記フライホイールの全質量の少なくとも５０％、好ましくは前記フライホイールの全質量の少なくとも７５％を備える、請求項１０に記載の振戦安定化装置。
12. ユーザの身体の一部、例えば手に取り付け可能なハウジングと、
    前記ハウジングに取り付けられた回転可能なフライホイールアセンブリと、
    を備える振戦安定化用装置であって、
    前記回転可能なフライホイールアセンブリは、回転可能なフライホイールと、前記フライホイールをフライホイール回転軸を中心として回転させるように配置された原動機と、を備え、
    前記フライホイールは、中央ディスク部と、前記フライホイール回転軸の軸方向に延在する円周スカート部とを備え、
    前記円周スカート部は、凹型キャビティを画定し、前記フライホイールの全質量の少なくとも５０％、好ましくは前記フライホイールの全質量の少なくとも７５％を備える、振戦安定化装置。
13. 前記原動機は、少なくとも部分的に前記フライホイールの凹型キャビティに入れ子になっている、請求項１１又は１２に記載の振戦安定化装置。
14. 前記原動機は、電気モータを備える、請求項１～１３のいずれか１つに記載の振戦安定化装置。
15. 前記電気モータは、前記フライホイール回転軸の軸方向の高さ寸法と当該高さ寸法に対して垂直な幅寸法とのアスペクト比が約１以下である電気モータ、及び／又はブラシレス電気モータ、及び／又はブラシレスＤＣモータ、及び／又は径方向分極永久磁石ロータを備えるＤＣモータ、及び／又は、スロットレス巻線及び／又はコアレス巻線を備えるＤＣモータ、及び／又は軸方向磁束構成の１以上を備える、請求項１４に記載の振戦安定化装置。
16. ユーザの身体の一部、例えば手に取り付けるための振戦安定化装置の製造方法であって、
    前記振戦安定化装置は、ユーザの身体の一部における振戦を安定させるためにジャイロ力を生成するためのフライホイールを備え、
    前記製造方法は、
    前記フライホイールを前記振戦安定化装置のモータに取り付けて、前記フライホイール及び前記モータのロータを有する回転要素を備える前記振戦安定化装置の回転可能なフライホイールアセンブリを提供し、
    前記モータを使用して前記回転要素を回転させ、
    前記回転要素から材料を除去するか、又は、前記回転要素に材料を付加して前記回転可能なフライホイールアセンブリのバランスを取り、
    前記回転可能なフライホイールアセンブリを前記振戦安定化装置のハウジングに組み付ける、
    ことを含む、製造方法。
17. 前記モータ及び前記フライホイールを、前記回転可能なフライホイールアセンブリの歳差軸のためのヒンジ部材を備えるジンバルに取り付け、
    前記ヒンジ部材を介して前記ジンバルを加速度計アセンブリに取り付け、
    前記モータを使用して前記加速度計アセンブリ上で前記フライホイールを回転させ、
    前記回転要素から材料を取り除く又は前記回転要素に材料を付加する、
    ことを更に含む、請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記フライホイールは、旋盤上で材料ブランクを旋削して前記フライホイールを形成することによって作成され、
    前記旋削は、前記フライホイールの外形を形成するために前記旋盤のチャックと対向する前記材料ブランクの端部から前記材料を切断し、前記材料ブランクを前記旋盤で再クランプせずに前記材料ブランクから前記フライホイールを切り離す、
    ことを含む、請求項１６又は１７に記載の製造方法。
19. 前記材料は、レーザアブレーション又は電子ビームアブレーションのようなアブレーションなどの非接触プロセスによって、前記フライホイールから除去されるか、又は、前記フライホイールに付加される、請求項１６～１８のいずれか１つに記載の製造方法。
20. 前記フライホイールは、外周面を有し、
    前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加することは、前記フライホイールの前記外周面の少なくとも２つの平面から材料を除去すること、又は、前記２つの平面に材料を付加することを含む、請求項１６～１９のいずれか１つに記載の製造方法。
21. 前記モータを使用して前記フライホイールを第１の回転速度で回転させて、前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加した後、
    前記モータを使用して前記フライホイールを前記第１の回転速度よりも大きい第２の回転速度で回転させて、前記フライホイールから材料を除去するか、又は、前記フライホイールに材料を付加する、
    ことを含む、請求項１６～２０のいずれか１つに記載の製造方法。
22. 請求項１６～２１のいずれか１つに記載の製造方法によって製造された振戦安定化装置。

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