JP7041469B2 - 揺動板モータ及びその駆動方法 - Google Patents

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Description

本開示は、概して、電気モータに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、揺動板モータ(wobble plate motor)を駆動するための磁気システムに関する。
電気モータは、電磁エネルギーから機械エネルギーを生成する。交流（ＡＣ）モータは、一般的に、ロータ及び固定ステータを含む。固定ステータは、通常、導電性ワイヤの巻線を有しており、この巻線に交流が流れ、その交流が回転磁場を形成する。ロータの中には、ステータによって形成された回転磁場に反応する強磁性体のコンポーネントを含むものがある。そのようなロータは、ステータの磁場の回転に応じて、回転運動を行う。ロータを出力シャフトに連結することにより、ＡＣ電流の電磁エネルギーが、出力シャフトの回転機械エネルギーに変換される。
２つ以上のギアを使用することによって、ギア比による機械的効果を生じさせることができる。様々なギア配置によって、第１のギアが１回転すると、同じ時間内に第２のギアが１回転よりも多く又は少なく回転する構成とすることができる。ギア比は、これらの２つの回転数の比である。第２のギアが第１のギアより少なく回転する場合、そのようなギアの組み合わせは、ギアによる減速をもたらすものと言える。用途によっては、ギア比が極めて高く、ギアの減速量が極力小さいＡＣモータを有することが望ましい場合がある。例えば、電流の多数回の振動を出力シャフトの１回転に変換するアクチュエータは、極めて精細な制御が可能である。
以前から、揺動板(wobble plate)式の駆動機構は、小型で高ギア比のモータを実現するための有望な手法であると考えられてきた。そのような揺動板式の駆動機構の例は、米国特許出願公開第２０１４／０２８５０７２号及び第２０１５／００１５１７４号公報に開示されている。米国特許第２２７５８２７号及び第３２４９７７６号には、さらに古いシステムが開示されている。
揺動板機構では、ギアのうちの一方、例えばロータギアが、他方のギア、例えばステータギアの周囲に沿って章動する。本明細書において、章動する又は章動という言葉は、揺動（wobble)、揺れ（sway）、又は、円形ロッキング動(rocking motion)を含む。ロータギアの歯数とステータギアの歯数が１つ異なる場合、そのシステムは、ステータギアの歯数に等しいギア比を有することになる。原則として、揺動板式駆動機構のギア比は、非常に高くすることができる。
米国特許出願公開第２０１４／０２８５０７２号に開示された揺動板式駆動機構は、ステータ軸の周囲に配置された３個の電磁コイルを含むステータを利用している。これらのコイルは、互いに１２０度位相がずれた交流電流によって駆動され、コイル内部において、ステータ軸に平行な磁場を形成する。このような揺動板モータは、過度に高いピーク電圧をコイルに印加する必要がある。
揺動板モータは、揺動板及びステータを含む。揺動板は、磁気感応性材料によって形成されるとともに、揺動軸を有している。ステータは、永久磁石及び一組の電磁コイルを含むとともに、ステータ軸を有している。揺動板は、揺動軸がステータ軸を中心として歳差運動するよう、ステータの周方向に章動するように構成されている。揺動板は、ステータに対する最近接移動点を有する。最近接移動点は、揺動板が章動するにつれて、ステータ軸を中心として移動する。永久磁石及び一組の電磁コイルは、ステータと揺動板との間に、所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、揺動板が章動するにつれて、ステータ軸を中心とする角度方向における、最近接移動点よりも前方の移動位置に存在するように構成されている。
揺動板モータは、磁気感応性材料によって形成されるとともに揺動軸を有する揺動板を含む。揺動板モータは、揺動板の下方に配置されるとともにステータ軸を有するステータを含む。ステータは、永久磁石と、永久磁石の下方に配置されたステータコアと、ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片とを含む。ステータは、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片との間に配置された第１組の電磁コイルと、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイルとをさらに含む。第１組の電磁コイルの其々は、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と、周方向に重なっている。揺動板は、揺動軸がステータ軸を中心として歳差運動するよう、ステータの周方向に章動するように構成されている。揺動板は、ステータに対する最近接移動点を有し、最近接移動点は、揺動板が章動するにつれてステータ軸を中心として移動する。永久磁石ならびに第１組及び第２組の電磁コイルは、ステータと揺動板との間に所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、ステータ軸を中心とする角度方向における、最近接移動点よりも前方の移動位置に存在するように構成されている。
揺動板モータを磁気的に駆動する方法は、揺動板の下方に配置されるとともにステータ軸を有するステータを用意することを含む。ステータは、永久磁石と、永久磁石の下方に配置されたステータコアと、ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片とを含む。極片は、永久磁石からの一次径方向磁場を伝播するように構成されている。ステータは、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片との間に配置された第１組の電磁コイルと、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイルとをさらに含む。当該方法は、第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起することを含む。第１電流は、第１時刻において最小電流値、第２時刻において最大電流値、第３時刻において最小電流値となる。第３時刻と第１時刻との差は、揺動板の章動の一周期全体の数分の一である。当該方法は、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起することを含む。第２電流は、第２時刻において最小電流値、第３時刻において最大電流値、第４時刻において最小電流値となる。第４時刻と第２時刻との差は、揺動板の章動の一周期全体の数分の一である。第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの一方は、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの一方と周方向に重なっている。第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの他方は、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの両方と周方向に重なっている。
特徴、機能、及び、利点は、本開示の様々な実施形態において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよく、さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。
揺動板及びステータを含む、例示的な揺動板モータの概略等角図である。 永久磁石及び一組の電磁コイルを含む、揺動板モータのステータの一例の概略分解等角図である。 図２のステータの概略分解等角図である。 揺動板モータの別の例の概略断面図であり、永久磁石によって形成される磁束を示す図である。 図４の揺動板モータの概略上面図であり、永久磁石によって形成される磁束を示す図である。 図４の揺動板モータの概略断面図であり、一組の電磁コイルによって形成される磁束を示す図である。 図４の揺動板モータの概略断面図であり、一組の電磁コイルによって形成される磁束を示す図である。 揺動板モータを磁気的に駆動する方法を示す概略フローチャートである。 図２のステータの概略底面図である。 時間に対する、ステータの一組の電磁コイルに誘起される一組の電流を示すグラフの概略図である。
＜概要＞
永久磁石及び一組の電磁コイルを有し、各電磁コイル内にステータ軸に垂直な磁場を形成するように構成された揺動板モータの様々な実施形態を、以下に説明するとともに、関連する図面に図示する。別段の記載がない限り、揺動板モータ及び／又はその様々なコンポーネントは、本明細書において記載及び／又は図示した構造、部品、機能、及び／又は変形例の少なくとも１つを含んでいればよいが、これは必須ではない。また、本教示に関連させて本明細書に記載、図示、及び／又は図示した構造、部品、機能、及び／又は変形例を、他の同様のモータに含めることができるが、これは必須ではない。以下の様々な実施形態の説明は、単に例示的な性質のものであり、本開示やその適用例又は用途を、なんら限定することを意図するものではない。また、以下に説明する、実施形態によってもたらされる利点は、例示的な性質のものであり、すべての実施形態が同じ利点や同程度の利点をもたらすとは限らない。
＜実施形態、構成要素、及び、代替例＞
以下のセクションでは、例示的な揺動板モータならびに関連する方法の、選択された局面を説明する。これらのセクションにおける実施形態は、説明を目的とするものであり、本開示の全体の範囲を限定するものであると解釈されるべきではない。各セクションは、１つ又は複数の異なる発明、及び／又は背景的又は関連する情報、機能及び／又は構造を含みうる。
実施形態１：
本実施形態では、例示的な揺動板式駆動機構を説明する。図１を参照のこと。
図１は、概括的に符号１０で示す揺動板モータの概略図である。揺動板モータ１０は、揺動軸１４を有する揺動板１２と、ステータ軸１８を有するステータ１６とを含む。揺動板は、ステータの周方向に沿って章動するように構成されており、その際に揺動軸がステータ軸を中心として歳差運動を行う。具体的には、揺動板１２は、ステータ１６に対する最近接移動点２０を有する。最近接移動点は、揺動板が章動するにつれて、ステータ軸を中心として周方向に移動する。最近接点２０がステータ軸１８を中心として移動する方向を、章動方向と称することにする。最近接移動点２０は、ステータ軸１８を中心として、矢印２２で示す章動方向に移動しうる。最近接移動点２０は、降下位置あるいは０度位置とも称する。
例えば、揺動板１２は、一組の揺動歯部を有し、ステータ１６は、一組のステータ歯部を有する。揺動板に対する揺動歯部及びステータに対するステータ歯部の形状、構成、配向、及び配置としては、様々なものが考えられる。例えば、ステータの上面２４にステータ歯部を配置し、これに対応する揺動板の下面に揺動歯部を配置してもよい。別の例において、外周面２６に揺動歯部を配置し、これに対応するステータの内周面にステータ歯部を配置してもよい。概括的に説明するために、揺動歯部及びステータ歯部は、図１において省略している。
揺動板１２の章動に伴って、揺動歯部がステータ歯部と相互作用するように構成することができる。この相互作用は、例えば、一般的なギアシステムにおけるギア歯の噛み合いに類似するものである。例えば、揺動板が１回目の章動を行う際には、１番目の揺動歯部が１番目のステータ歯部と、２番目の揺動歯部が２番目のステータ歯部と、というように順次接触していく。揺動歯部の数とステータ歯部の数との相対数に応じ、揺動板が章動する際の揺動歯部とステータ歯部との相互作用により揺動板が回転する。
一例として、ステータ歯部の数が、揺動歯部の数より１つ多いものとする。この例では、揺動板１２の１回目の章動中には、１番目の揺動歯部が１番目のステータ歯部と、２番目の揺動歯部が２番目のステータ歯部と、というように相互作用していく。しかしながら、１回目の章動の終わりでは、最後の揺動歯部は、最後から２番目のステータ歯部と相互作用し、１番目の揺動歯部が、最後のステータ歯部と相互作用する。すなわち、１回目の章動により、揺動板は、章動方向２２とは反対の回転方向２８に、隣接するステータ歯部間の角度間隔に等しい量だけ回転することになる。
別の例において、ステータ歯部の数が、揺動歯部の数より１つ少ないものとする。この例では、１回目の章動の終わりから２回目の章動の始まりにかけて、最後から２番目の揺動歯部が、最後のステータ歯部と相互作用し、さらに最後の揺動歯部が、１番目のステータ歯部と相互作用する。すなわち、１回目の章動により、揺動板１２は、章動方向２２と同じ方向である回転方向３０に、隣接するステータ歯部間の角度間隔に等しい量だけ回転することになる。
揺動板１２は、ステータ１６に対して章動方向に章動する際に、章動方向と同じ又は反対の回転方向に回転しうる。揺動板は、ステータ歯部の数と等しい回数だけ章動することにより、完全に一回転する。すなわち、移動部材が１つだけ、すなわち揺動板だけの場合、揺動板モータ１０のギア比を、数十又は数百とすることができる。当業者であればわかるように、揺動板１２は、揺動板の回転を別の対象物に伝達するために、例えば、図１には示されていない出力板又はシャフトに連結される。
ステータ１６の周方向に沿う揺動板１２の章動は、揺動板に印加される力によって駆動される。例えば、揺動板に電磁力を印加し、これによって揺動板を章動させることができる。このような力は、ステータから送ることができる。このような力は、揺動板における任意の適切な位置に印加することができる。例えば、揺動板における、章動方向２２において最近接移動点２０よりも前方の位置に力が印加される。
揺動板１２は、ステータ１６に対する最離間移動点３２を有しうる。最離間移動点は、揺動板における最近接移動点２０の反対側に位置しうる。最離間移動点３２を、１８０度位置と称する場合もある。章動方向２２における０度位置２０と１８０度位置３２との中間に、９０度移動位置３４が存在しうる。同様に、章動方向２２における１８０度位置３２と０度位置２０との中間に、２７０度移動位置３６が存在しうる。
例えば、矢印３８で示す力が、揺動板１２の９０度位置３４に印加される。力３８の向きは、適切な任意の向きに設定しうる。例えば、力３８は、引力であり、ステータ１６に向かう方向、あるいは、ステータ軸１８に平行な方向である。揺動板が章動し、０度位置２０、９０度位置３４、及び１８０度位置３２のすべてが揺動板の周方向に移動するにつれて、力３８も揺動板の周方向に移動する。これにより、力３８は、常に、揺動板の９０度位置３４の近傍に印加される。すなわち、力３８は、章動方向２２において、降下位置２０の前方に印加される。揺動板における降下位置よりも前方に印加された力によって、揺動板を章動させることができる。
力３８は、例えば電磁力である。力３８は、例えば、ステータ１６によって形成された電磁場に対する、揺動板１２の材料の反応の結果として生じる。ステータは、永久磁石及び一組の電磁コイルを含む。永久磁石及び一組の電磁コイルは、所定の束密度を有する磁場を、ステータと揺動板との間に形成するように構成されている。すなわち、ステータ１６と揺動板１２との間隙４０に、磁場が形成されうる。揺動板は、例えば、磁場に反応するように構成された磁気感応性材料(magnetically susceptible material)によって形成される。磁気感応性材料は、磁場の存在下において、それ自体が磁化される。揺動板は、力３８等の力を受けて反応するように構成可能である。
揺動板に印加される力は、揺動板とステータとの間の磁場の束密度に比例しうる。降下位置よりも前方の移動位置に印加力を作用させるため、永久磁石及び一組の電磁コイルは、例えば、章動方向２２における、最近接移動点よりも前方の移動位置で束密度が最も高くなる磁場を形成するように構成されている。電磁コイルは、例えば、揺動板が章動する際に、磁場の最も高い束密度が、降下位置よりも常に前方に位置するように構成されている。
実施形態２：
本実施形態では、揺動板式駆動機構の例示的なステータを説明する。図２～３を参照のこと。
図２は、揺動板モータのステータ‐概括的に符号１００で示す‐の一例の概略分解等角図である。ステータ１００は、永久磁石１０２、ステータコア１０４、一組の磁気感応性極片１０６、及び、一組の電磁コイル１０８を含む。ステータ１００は、ステータ軸１１０を有する。ステータ１００のコンポーネントの相対的な配置及び配向は、ステータ軸を基準として説明することができる。「軸方向」は、ステータ軸１１０に対して平行な直線方向を指す。「径方向」は、ステータ軸１１０に対して垂直な直線方向を指す。「周方向」は、ステータ軸を中心とする角度方向であって、当該軸に沿う方向あるいは軸から離れる方向ではない方向を指す。
永久磁石１０２は、任意の好適な形状を有するとともに、任意の好適な磁場を形成するように構成することができる。例えば、永久磁石は、ステータ軸１１０を対称軸とする円筒状であり、ステータ軸に沿って永久磁石を貫通する経路１１２を含む。永久磁石１０２は、任意の好適な強磁性材料によって構成することができる。永久磁石１０２は、Ｎ極及びＳ極を有し、これらは、ステータ軸１１０に沿って実質的に整列している。永久磁石によって形成される磁場を、一次磁場と呼ぶ場合がある。
ステータコア１０４は、例えば、永久磁石１０２の下方に配置される。ステータコア１０４は、磁場内に配置された際に磁気モーメントを得ることができる磁気感応性材料によって形成することができる。例えば、ステータコア１０４は、電磁鋼又は鉄によって形成することができる。ステータコア１０４は、任意の適当な形状を有しうる。例えば、ステータコアは、ステータ軸１１０を対称軸とするとともに、永久磁石１０２の半径に一致する半径を有する円筒形である。ステータコアは、例えば永久磁石を通る経路１１２と整列する経路１１４を含みうる。
ステータ１００は、永久磁石１０２とステータコア１０４との間に配置された水平スペーサ１１６を含みうる。水平スペーサ１１６は、永久磁石からステータコアに伝達される磁場を制限し、ステータ１００によって形成される磁場の大きさの調整を補助する役割を行う。
一組の磁気感応性極片１０６は、ステータコア１０４の周囲に配置されている。極片１０６は、ステータ１００内の磁場を、ステータの１つのコンポーネントから別のコンポーネントに導くことができる。電磁鋼などの任意の適当な磁気感応性材料によって、極片を形成することができる。また、極片は、任意の好適な数だけ設けることができる。例えば、図２に示した例は、１２個の極片を含む。また、極片は、任意の好適な形状を有することができる。例えば、図２に示した１２個の極片は、くさび形であり、極片に代えてくさび片と称する場合もある。極片１０６は、一組の垂直スペーサ１１８によって、互いに離隔されている。垂直スペーサ１１８は、垂直スペーサ間に位置する極片の磁場を隔離するのを助ける役割を行う。
一組の磁気感応性極片１０６は、まとめて１つの上面領域１２０を有している。極片は、その上面領域の大きさが、永久磁石１０２の上面領域の所定倍となるような大きさ及び構成とされている。いくつかの例において、極片の上面領域１２０は、永久磁石の上面領域の３倍である。
一組の電磁コイル１０８は、ステータコア１０４の周囲における、ステータコアと磁気感応性極片１０６との間に配置されている。一組の電磁コイルは、第１組の電磁コイル及び第２組の電磁コイルを含む。例えば、第１組の電磁コイルは、３個の内側電磁コイル１２４を含み、第２組の電磁コイルは、３個の外側電磁コイル１２６を含む。３個の外側電磁コイル１２６は、例えば、内側電磁コイル１２４と一組の磁気感応性極片１０６との間に配置されている。電磁コイルの第１組及び第２組は、２個、３個、及び４個以上を含め、任意の適当な数のコイルを含むことができる。第１組の電磁コイルの数と第２組の電磁コイルの数は、同じでなくともよい。一組の電磁コイル１０８の底面図を、図９に示す。
図２に戻ると、第１組の電磁コイル１２４の其々は、第２組の電磁コイル１２６のうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と、周方向に重なっている。また、第２組の電磁コイル１２６の其々は、第１組の電磁コイル１２４のうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と周方向に重なりうる。一組の電磁コイル１０８の其々は、ステータ軸１１０に垂直に配向されたコイル軸１２８を有しうる。各電磁コイルは、コイル軸１２８を中心として複数の閉ループ１３０を形成する１つ又は複数の導体を含みうる。一組の電磁コイルの其々に電流が流れると、各コイルは、コイル軸に実質的に平行な配向の磁場を、コイル内に形成しうる。
内側電磁コイル１２４と外側電磁コイル１２６とが上述のように周方向に重なる場合、電磁コイルのうちの１つによって形成される磁力線が、別の電磁コイルによって形成された１つ又は複数の閉ループを通る。例えば、内側電磁コイル１２４のうちの１つによって形成された磁場の一部は、一対の隣接する外側電磁コイル１２６の其々を通る。一対の隣接する外側電磁コイルの間に角度間隙(angular gap)１３２が存在する場合、例えば、内側電磁コイルによって形成された磁場の一部は、一対の隣接する外側電磁コイルのいずれをも通らない。
同様に、例えば、外側電磁コイル１２６のうちの１つによって形成された磁場の一部は、一対の隣接する内側電磁コイル１２４の其々を通る。一対の隣接する内側電磁コイルの間に角度間隙１３４が存在する場合、例えば、外側電磁コイルによって形成された磁場の一部は、一対の隣接する内側電磁コイルのいずれをも通らない。
図３は、ステータ１００の非分解図である。ステータ１００は、永久磁石及び一組の磁気感応性極片１０６の上方に配置された上側部材１３６を含みうる。上側部材は、極片の上面領域及び永久磁石の上面領域を覆っている。上側部材は、経路１３８を含んでおり、これは、図２に符号１１２で示した永久磁石を通る経路に、実質的に整列するものである。上側部材１３６は、電磁鋼のような磁気感応性材料など、任意の適当な材料によって形成することができる。
ステータによって形成された磁場は、軸方向に沿って、上側部材に入り、上側部材から出る。ステータ１００は、揺動板を含む揺動板モータに使用することができる。そのようなシステムでは、揺動板は、例えば、上側部材１３６に隣接する位置に、ステータと揺動板との間に間隙を設けた状態で、配置される。磁力線は、例えば、実質的に軸方向に上側部材を通ってステータから出ると、ステータと揺動板との間隙を渡って、揺動板を通過し、再び揺動板とステータとの間隙を渡って、実質的に軸方向に上側部材を通ってステータに入る。
実施形態３：
本実施形態では、例示的な揺動板式駆動機構又はモータを説明する。図４～７を参照のこと。具体的には、本実施形態は、揺動板モータにおける、永久磁石によって形成される一次磁場、及び、一組の電磁コイルによって生成される誘導磁場について説明する。
図４は、概括的に符号２００で示す、揺動板モータの別の例の概略断面図である。揺動板モータ２００は、実施形態１で説明した揺動板モータ１０に類似のものであってよい。従って、モータ１０の様々な特徴及び利点のすべてを繰り返して説明はしない。揺動板モータ２００は、揺動板２０２と、ステータ軸２０６を有するステータ２０４を含みうる。図４は、揺動板モータ２００の概略断面の半分を示しており、図面の左端にステータ軸２０６が位置している。揺動板モータ２００の全体図では、ステータ軸は、ステータの中心を通っている。ステータ２０４は、実施形態２で説明したステータ１００に類似のものであってよい。従って、ステータ１００の様々な特徴及び利点のすべてを繰り返して説明はしない。
ステータ２０４は、永久磁石２０８、永久磁石の下方に配置されたステータコア２１０、及び、ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片２１２を含みうる。ステータ２０４は、ステータコア２１０の周囲における、ステータコアと一組の極片２１２との間に配置された第１組の電磁コイル２１４と、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイル２１６とを含みうる。第１組の電磁コイル２１４の其々は、例えば、第２組の電磁コイル１２６のうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と周方向に重なっている。図４に示した断面は、第１組の電磁コイル２１４のうちの１つが、第２組の電磁コイル２１６のうちの１つと周方向に重なっている領域を通る、揺動板モータ２００の断面を示している。図４に示した断面は、ステータ２０４に対する揺動板の最近接移動点２１８を通る断面でもある。
永久磁石２０８は、概括的に矢印２２０で示す一次磁場を形成するように構成することができる。この一次磁場は、例えば、永久磁石を端緒として形成されるものであり、かつ、当該永久磁石に対する他の部材、すなわち揺動板２０２、ステータコア２１０及び一組の磁気感応性極片２１２による磁気応答を含むものである。なお、これらの部材のうちのいずれかあるいはすべては、永久磁石２０８の存在下で磁化される構成とされていてもよい。
永久磁石２０８は、Ｎ極２２２及びＳ極２２４を有しうる。Ｎ極及びＳ極は、ステータ軸２０６に沿って実質的に整列している。すなわち、永久磁石によって形成される一次磁場は、例えば、揺動板２０２に向かって軸方向に誘導されるとともに、ステータコア２１０に向かって軸方向に誘導される。一次磁場は、永久磁石から軸方向に揺動板内に誘導され、揺動板内で実質的に径方向に誘導され、揺動板から一組の磁気感応性極片内に軸方向に誘導され、一組の磁気感応性極片から径方向にステータコア内に誘導され、ステータコアから永久磁石内に誘導されて、閉ループを形成することができる。ステータと揺動板との間の一次磁場は、例えば、ステータ軸に実質的に平行である。当業者であればわかるように、揺動板モータ２００は、永久磁石２０８の極性が上記とは逆であり、かつ、一次磁場の向きが矢印２２０とは反対である場合にも、同等に機能することができる。
ステータコア２１０は、永久磁石２０８からの一次磁場を誘導しうるように構成される。例えば、当該一次磁場は、第１組及び第２組の電磁コイル２１４及び２１６のうちの１つ又は複数を通過したのち、一組の磁気感応性極片２１２へと誘導される。すなわち、ステータコア２１０内において、一次磁場は、軸方向から径方向に、あるいは径方向から軸方向に向きが変化する。
一組の磁気感応性極片２１２の其々は、ステータコア２１０からの径方向の磁場を、揺動板２０２に向かって軸方向に誘導するように構成することができる。また、一組の磁気感応性極片２１２の其々は、揺動板からの軸方向の磁場を、ステータコアに向かって誘導するように構成することができる。すなわち、一組の磁気感応性極片の其々内において、一次磁場は、軸方向から径方向に、あるいは径方向から軸方向に向きが変化する。
図５は、揺動板モータ２００の概略上面図であり、揺動板２０２内の一次磁場を矢印２２０で示している。図５において、相対的に大きい矢印は、相対的に大きい磁場を表している。一次磁場２２０の大きさは、例えば、揺動板内の最近接移動点２１８の近傍において最大となる。また揺動板内の一次磁場は、最近接点からの角度距離が増すにつれて小さくなる。最近接点２１８の近傍では、一次磁場２２０は、例えば、実質的にステータ軸２０６から径方向に離間する方向に向かう。揺動板内の磁場の方向は、径方向成分及び方位角成分(azimuthal component)を有し、方位角成分の相対的な大きさは、最近接点からの角度距離が増すにつれて増大しうる。
永久磁石２０８は、単独であれば、ステータ軸を中心として概ね対称形の磁場を形成する。この対称性は、揺動板モータ２００では、揺動板２０２がステータ軸に対して傾斜することで破られ、図５に示した非対称の一次磁場が形成されうる。
図６は、図４と同様の揺動板モータ２００の概略断面図である。第１組の電磁コイル２１４のうちの１つ又は複数、及び、第２組の電磁コイル２１６のうちの１つ又は複数は、矢印２２６で示す誘導磁場を形成するように構成することができる。誘導磁場２２６は、電磁コイル２１４及び２１６のうちの１つ又は複数に電流が流れた際に形成することができる。第１及び第２組の電磁コイルの其々は、例えば、ステータ軸２０６に対して径方向に近接又は離間する方向の誘導磁場２２６を当該電磁コイル内に形成するように配向されている。
例えば、電磁コイル２１４内で径方向に向かう誘導磁場２２６を形成するためには、電流は、電磁コイル２１４の上部２２８において、点２３０で示すように、図６の紙面に垂直な方向に図６を見る者に向かって流れる。これに対して、電磁コイル２１４の下部２３２では、十字２３４で示すように、図６の紙面に垂直な方向に図６を見る者から離れる方向に電流が流れる。電磁コイル２１４を流れる電流の方向及び電磁コイル２１４内の誘導磁場２２６の方向は、物理学において確立されている右手の法則に従う。
同様に、電磁コイル２１６における電流は、上部２３８においては点２３６で示すように、下部２４２においては十字２４０で示すように流れ、誘導磁場２２６の生成に貢献する。電磁コイル２１６内の電流は、必ずしも電磁コイル２１４内の電流と同じ大きさ又は位相を有する必要はない。
誘導磁場２２６は、一組の磁気感応性極片２１２内にも存在しうる。一組の磁気感応性極片の其々は、例えば、一組の電磁コイルのうちの１つからの誘導径方向磁場を、揺動板２０２に向かって軸方向に誘導するように構成されている。すなわち、ステータ２０４と揺動板との間の誘導磁場は、ステータ軸２０６に実質的に平行となりうる。最近接移動点２１８の近傍において、誘導磁場２２６は、ステータ２０４と揺動板との間において、一次軸方向磁場（図４の２２０参照）とは反対となる。誘導磁場は、いったん揺動板２０２に入ると、ステータ軸に向かって径方向に、そしてステータ軸を中心として方位角方向に誘導される。
図７は、図５と同様の揺動板モータ２００の概略上面図であり、揺動板２０２内の誘導磁場を矢印２２６で示している。図７において、相対的に大きい矢印は、相対的に大きい磁場を表している。誘導磁場２２６の大きさは、例えば、揺動板内の最近接移動点２１８の近傍で最大となる。揺動板内の誘導磁場は、最近接点からの角度距離が増すにつれて小さくなる。
揺動板２０２内の誘導磁場２２６は、径方向成分及び方位角成分を有しうる。図７に示した例において、揺動板は、例えば、曲線矢印２４４で示した章動方向に章動する。すなわち、揺動板２０２が章動するにつれて、最近接移動点２１８が章動方向２４４に移動する。最近接移動点の近傍では、揺動板内の誘導磁場は、例えば、比較的大きな内向きの径方向成分と、章動方向２４４に沿う比較的小さな方位角成分とを有する。誘導磁場の方位角成分の相対的な大きさは、最近接点からの距離が増すにつれて増大する。
最近接点２１８の近傍であって、章動方向２４４において最近接点よりも前方の方位角位置では、揺動板２０２内の誘導磁場２２６は、例えば、外向きの径方向成分を有する。最近接点の近傍であって、章動方向において最近接点よりも後方の方位角位置では、揺動板内の誘導磁場は、例えば、内向きの径方向成分を有する。
次に、図４～７を参照すると、永久磁石２０８及び一組の電磁コイル２１４、２１６は、例えば、ステータ２０４と揺動板２０２との間に所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、揺動板が章動する際に、ステータ軸２０６を中心とする角度方向２４４における、最近接移動点２１８よりも前方の移動位置に位置するように構成されている。この磁場は、例えば、永久磁石によって形成される一次磁場２２０と、一組の電磁コイルによって形成される誘導磁場２２６とのベクトルの和としてのトータルの磁場である。もちろん、一次磁場及び誘導磁場の其々は、揺動板２０２、ステータコア２１０、及び、一組の磁気感応性極片２１２の磁気応答にも依存しうる。
最近接点２１８に最も近い位置では、一次磁場２２０と誘導磁場２２６とが概ね打ち消し合う。この位置では、トータル磁場のうちの比較的小さい方位角成分が残存しうる。このような打ち消し状態あるいは打ち消しに近い状態は、最近接点に隣接する方位角位置であって、章動方向２４４において最近接点の後方となる位置においても起こりうる。一方、章動方向において最近接点よりも前方の方位角位置では、一次磁場と誘導磁場とが、概ね加算され、トータルの磁場の相対的な大きさが増大する。特に、例えば、揺動板内の一次磁場及び誘導磁場の外向きの径方向成分同士が、最近接点よりも前方の位置で加算し合う。従って、揺動板とステータとの間の束密度が最も高い移動位置は、最近接点よりも前方に位置することになる。
揺動板２０２とステータ２０４との間には、引力が発生しうる。揺動板が受ける引力は、揺動板の周方向の位置によって異なりうる。揺動板とステータとの間の最大引力は、揺動板における束密度の最も高い移動位置に印加される。
実施形態４：
本実施形態では、揺動板モータを磁気的に駆動するための例示的な方法を説明する。当該方法は、本明細書で説明した装置のいずれかと共に採用することができるものである。図８～図１０を参照のこと。
図８は、概括的に符号３００で示した、揺動板モータを磁気的に駆動するための方法の複数のステップを示している。方法３００は、図１～図７に示すとともにこれらを参照して説明した揺動板モータのいずれかについて採用することができるものである。方法３００の様々なステップを以下で説明し、かつ図８に示すが、必ずしもこれらのステップのすべてを行う必要は無く、また場合によっては、ここで示した順序とは異なる順序で行うこともできる。
方法３００は、揺動板の下方に配置されたステータを用意するステップ３０２を含む。ステータは、永久磁石、ステータコア、一組の磁気感応性極片、第１組の電磁コイル、及び、第２組の電磁コイルを含みうる。ステータは、例えばステータ軸を有し、揺動板は、例えば揺動軸を有する。ステータコアは、例えば、永久磁石の下方に配置される。
このようなステータの一例として、実施形態２で説明したステータ１００がある。ステータ１００の底面図を、図９に示している。一組の磁気感応性極片１０６は、例えば、ステータコア１０４の周囲に配置されるとともに、永久磁石からの一次径方向磁場を伝播するように構成されている。第１組の電磁コイル１２４は、例えば、ステータコアの周囲における、ステータコアと一組の極片１０６との間に配置されている。第２組の電磁コイル１２６は、例えば、ステータコア１０４周囲の、ステータコアと一組の極片との間に配置されている。
前述したように、第１組の電磁コイル１２４は、３個の内側電磁コイル、すなわち、第１電磁コイル１５０、第２電磁コイル１５２、及び、第３電磁コイル１５４を含みうる。第２組の電磁コイル１２６は、３個の外側電磁コイル、すなわち、第４電磁コイル１６０、第５電磁コイル１６２、及び、第６電磁コイル１６４を含む。内側及び外側電磁コイルの其々は、ステータ軸１１０を中心として実質的に９０度の範囲にわたって延びている。内側及び外側電磁コイルの其々は、例えば、１２個のくさび片１０６のうちの３個に対して、径方向に磁場を誘導するように構成されている。
第４電磁コイル１６０は、例えば、第１電磁コイル１５０及び第２電磁コイル１５２と周方向に重なっている。第５電磁コイル１６２は、例えば、第２電磁コイル１５２及び第３電磁コイル１５４と周方向に重なっている。第６電磁コイル１６４は、例えば、第３電磁コイル１５４及び第１電磁コイル１５０と周方向に重なっている。
方法３００は、第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起するステップ３０４を含む。例えば、図９に矢印１７０で示す第１電流は、第１電磁コイル１５０及び第２電磁コイル１５２に誘起される。第１電流１７０は、例えば、時間的に一定ではなく、時間依存性を有する。
図１０では、時間に対する、ステータの一組の電磁コイルに誘起される一組の電流を示すグラフを、概括的に符号４００で示している。時間軸には、８個の等間隔の時刻、すなわち、第１時刻４０１、第２時刻４０２、第３時刻４０３、第４時刻４０４、第５時刻４０５、第６時刻４０６、第７時刻４０７、及び、第８時刻４０８が示されている。揺動板の章動の期間すなわち周期４１０は、例えば、第７時刻４０７と第１時刻４０１との間の期間に等しい。
第１電流１７０は、例えば、第１時刻４０１において最小電流値４２０、第２時刻４０２において最大電流値４２２、第３時刻４０３において最小電流値４２０となる。最小電流値４２０は、例えばゼロである。最大電流値４２２は、電磁コイルにおけるループの数に依存しうる。第１電磁コイルにおけるループの数をＮとすると、最大電流値４２２と数Ｎとの積は、例えば、２，５００～３，０００アンペアの範囲内である。他の例において、最大電流値４２２と数Ｎとの積は、１，０００～５，０００アンペアの範囲内である。第３時刻と第１時刻との差は、揺動板の章動の一周期全体４１０の数分の一とすることができる。例えば、第３時刻と第１時刻との差は、章動周期の３分の１である。
方法３００は、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に、第２電流を誘起するステップ３０６を含む。例えば、第１組における一対の隣接する電磁コイルのうちの一方は、第２組における一対の隣接する電磁コイルのうちの一方と周方向に重なっており、第１組における一対の隣接する電磁コイルのうちの他方は、第２組における一対の隣接する電磁コイルの両方と周方向に重なっている。例えば、図９に矢印１７２で示す第２電流は、第４電磁コイル１６０及び第５電磁コイル１６４に誘起される。例えば、第１電磁コイル１５０は、第４電磁コイル１６０と周方向に重なっており、第２電磁コイル１５２は、第４電磁コイル１６０及び第５電磁コイル１６２の両方と重なっている。
第２電流１７２は、例えば、第１電流１７０と同様の時間依存性を有するが、第１電流に対して時間的にシフトされている。すなわち、第２電流は、例えば、第２時刻４０２において最小電流値４２０、第３時刻４０３において最大電流値４２２、第４時刻４０４において最小電流値４２０となる。第４時刻と第２時刻との差は、揺動板の章動の一周期全体４１０の数分の一であり、例えば章動周期の３分の１である。
このようにして、ステップ３０２、３０４、及び３０６によって、ステータ軸を有するステータと、揺動軸を有する揺動板との間隙に磁場を形成することができる。揺動板は、ステータに対しその周方向に章動するように構成されており、その際に、揺動軸はステータ軸を中心として歳差運動を行い、ステータに対する揺動板の最近接移動点は、ステータ軸を中心として移動する。磁場は、永久磁石及び一組の電磁コイルによって形成しうる。また磁場は、揺動板及び一組の磁気感応性極片の磁気応答をも含みうる。
ステータと揺動板との間隙における磁場は、ステータ軸２０６を中心とする角度方向における、最近接移動点よりも前方の移動位置に、最も高い束密度を有しうる。このような磁場を形成することは、例えば、一組の電磁コイルに電流を誘起することを含む。ここで、一組の電磁コイルの其々は、コイル軸を有するとともに、コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体を含むものである。各コイル軸は、ステータ軸に垂直に配向されうる。例えば、図９に示すコイル軸１２８は、第１電磁コイル１５０に関連するもので、ステータ軸１１０に対して垂直である。
一組の電磁コイルに電流を誘起することは、例えば、一組の磁気感応性極片内に誘導径方向磁場を形成することを含み、当該磁場は、磁気感応性極片のうちのいくつかにおいては、永久磁石による一次径方向磁場とは反対向きのものである。例えば、第１電磁コイル１５０に誘起された第１電流１７０は、隣接する磁気感応性極片１０６内に、ステータ軸１１０から径方向に離れる向きの誘導径方向磁場を形成する。図４に示すように、永久磁石による一次磁場２２０は、径方向にステータ軸２０６に向かって誘導される。従って、第１電磁コイル１５０に第１電流１７０が流れている際には、第１電磁コイルに隣接する極片内のトータルの磁場は、第１電磁コイルに電流が流れていない場合よりも、小さくなりうる。一組の電磁コイルにおいて電流を流す順序を適宜調節することにより、磁場の束密度が最も高い領域が、最近接移動点よりも前方に形成されるようにすることができる。
ステップ３０２、３０４及び３０６において上述したように磁場を形成することは、図９に矢印１７４で示す第３電流を、第２電磁コイル１５２及び第３電磁コイル１５４に誘起することを含みうる。第３電流１７４は、例えば、第３時刻４０３において最小電流値、（図１０における４２０参照）、第４時刻４０４において最大電流値４２２、第５時刻４０５において最小電流値となる。
磁場を形成することは、図９に矢印１７６で示す第４電流を、第５電磁コイル１６２及び第６電磁コイル１６４に誘起することを含みうる。第４電流１７６は、例えば、第４時刻４０４において最小電流値４２０、第５時刻４０５において最大電流値４２２、第６時刻４０６において最小電流値となる。
磁場を形成することは、図９に矢印１７８で示す第５電流を、第３電磁コイル１５４及び第１電磁コイル１５０に誘起することを含みうる。第５電流１７８は、例えば、第５時刻４０５において最小電流値４２０、第６時刻４０６において最大電流値４２２、第７時刻４０７において最小電流値となる。
磁場を形成することは、図９に矢印１８０で示す第６電流を、第６電磁コイル１６４及び第４電磁コイル１６０に誘起することを含みうる。第６電流１８０は、例えば、第６時刻４０６において最小電流値４２０、第７時刻４０７において最大電流値４２２、第８時刻４０８において最小電流値となる。
図１０に示したパターンは、例えば、第１電流１７０が、第１及び第２電磁コイル１５０及び１５２において、第７時刻４０７から再び誘起され、第２電流１７２が、第４及び第５電磁コイル１６０及び１６２において、第８時刻４０８から再び誘起される、というように続いていく。
第１電流１７０、第２電流１７２、第３電流１７４、第４電流１７６、第５電流１７８、第６電流１８０の其々は、任意の好適な形状で、最小電流値４２０と最大電流値４２２との間で変化し、再び最小電流値に戻る。例えば、時間に対する各電流の曲線形状は、図１０に示したような半円形であってもよい。別の例において、各電流は、正弦関数の半分を描くように変化してもよい。別の例において、各電流は、最小電流値と最大電流値との間で直線状に変化してもよい。
実施形態５：
このセクションでは、実施形態の追加的な局面及び特徴を、限定を意図することなく、一連の付記として提示する。これらの項のいくつか又はすべてには、明確化及び効率化のために、英数字を付している。これらの付記の其々は、1つ又は複数の他のパラグラフ、及び／又は、本願の任意の他の箇所における開示と、任意の適切な方法で組み合わせることができる。以下の付記のいくつかは、他の付記に明示的に言及してさらなる限定を加えているが、これは適切な組み合わせのいくつかの例を提示しているにすぎず、限定するものではない。
Ａ１． 磁気感応性材料によって形成されるとともに揺動軸を有する揺動板と、
永久磁石及び一組の電磁コイルを含むとともにステータ軸を有するステータと、
を含む揺動板モータであって、
前記揺動板は、前記揺動軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するよう、前記ステータの周方向に章動するように構成されており、
前記揺動板は、前記ステータに対する最近接移動点を有し、前記最近接移動点は、前記揺動板が章動するにつれて前記ステータ軸を中心として移動し、
前記永久磁石及び前記一組の電磁コイルは、前記ステータと前記揺動板との間に、所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、前記揺動板が章動するにつれて、前記ステータ軸を中心とする角度方向における、前記最近接移動点よりも前方の移動位置に存在するように構成されている、揺動板モータ。
Ａ２． 前記揺動板と前記ステータとの間の最大引力が、前記揺動板における前記束密度が最も高い移動位置に印加される、付記Ａ１に記載の揺動板モータ。
Ａ３． 前記一組の電磁コイルの其々は、コイル軸を有するとともに、前記コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体を含んでおり、各コイル軸は、前記ステータ軸に垂直に配向されている、付記Ａ１に記載の揺動板モータ。
Ａ４． 前記ステータは、前記永久磁石の下方に配置されたステータコア、及び、前記ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片を含み、
前記一組の電磁コイルは、前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記磁気感応性極片との間に配置されている、付記Ａ１に記載の揺動板モータ。
Ａ５． 前記永久磁石は、前記揺動板に向かって軸方向に誘導されるとともに、前記ステータコアに向かって軸方向に誘導される一次磁場を形成するように構成されている、付記Ａ４に記載の揺動板モータ。
Ａ６． 前記一組の磁気感応性極片の其々は、前記ステータコア又は電磁コイルのうちの一方からの径方向磁場を、前記揺動板に向かって軸方向に誘導するように構成されている、付記Ａ４に記載の揺動板モータ。
Ａ７． 前記一組の電磁コイルは、第１組の電磁コイル及び第２組の電磁コイルを含み、
前記第１組の電磁コイルの其々は、前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と、周方向に重なっている、付記Ａ４に記載の揺動板モータ。
Ａ８． 前記ステータコアは、前記永久磁石からの一次磁場を、前記第１組及び第２組の電磁コイルうちの１つ又は複数を通して、前記一組の磁気感応性極片に誘導するように構成されている、付記Ａ７に記載の揺動板モータ。
Ａ９． 前記第１及び第２組の電磁コイルの其々は、前記ステータ軸に対して径方向に近接又は離間する方向の誘導磁場を、前記電磁コイル内に生成するように配向されている、付記Ａ７に記載の揺動板モータ。
Ａ１０． 前記第１組の電磁コイルは、３個の内側電磁コイルを含み、前記第２組の電磁コイルは、前記内側電磁コイルと前記一組の磁気感応性極片との間に配置された３個の外側電磁コイルを含み、
前記内側及び外側電磁コイルの其々は、前記ステータ軸を中心として実質的に９０度の範囲にわたって延びている、付記Ａ７に記載の揺動板モータ。
Ａ１１． 前記一組の磁気感応性極片は、１２個のくさび片を含み、
前記内側及び外側電磁コイルの其々は、前記１２個のくさび片のうちの３個に対して、径方向に磁場を誘導するように構成されている、付記Ａ１０に記載の揺動板モータ。
Ｂ１． 磁気感応性材料によって形成されるとともに揺動軸を有する揺動板と、
前記揺動板の下方に配置されるとともにステータ軸を有するステータと、を含み、
前記ステータは、
永久磁石と、
前記永久磁石の下方に配置されたステータコアと、
前記ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片と、
前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第１組の電磁コイルと、
前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイルと、を含み、
前記第１組の電磁コイルの其々は、前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と、周方向に重なっており、
前記揺動板は、前記揺動軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するよう、前記ステータの周方向に章動するように構成されており、
前記揺動板は、前記ステータに対する最近接移動点を有し、前記最近接移動点は、前記揺動板が章動するにつれて前記ステータ軸を中心として移動し、
前記永久磁石ならびに前記第１組及び第２組の電磁コイルは、前記ステータと前記揺動板との間に所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、前記ステータ軸を中心とする角度方向における、前記最近接移動点よりも前方の移動位置に存在するように構成されている、揺動板モータ。
Ｂ２． 前記ステータと前記揺動板との間の前記誘導磁場は、前記ステータ軸に実質的に平行である、付記Ｂ１に記載の揺動板モータ。
Ｃ１． 揺動板モータを磁気的に駆動する方法であって、
ステータ軸を有するステータと揺動軸を有する揺動板との間隙に磁場を形成することを含み、前記揺動板は、前記揺動軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するとともに、前記ステータに対する前記揺動板の最近接移動点が前記ステータ軸を中心として移動するように、前記ステータの周方向に章動するように構成されており、
前記磁場は、永久磁石及び一組の電磁コイルによって形成され、
前記間隙における前記磁場は、前記ステータ軸を中心とする角度方向における、前記最近接移動点よりも前方の移動位置に最も高い束密度を有する、方法。
Ｃ２． 磁場を形成するに際し、第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起し、前記第１電流は、第１時刻において最小電流値、第２時刻において最大電流値、第３時刻において前記最小電流値となり、前記第３時刻と前記第１時刻との差は、前記揺動板の章動の一周期全体の数分の一である、付記Ｃ１に記載の方法。
Ｃ３． 磁場を形成するに際し、第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起し、前記第２電流は、前記第２時刻において前記最小電流値、前記第３時刻において前記最大電流値、第４時刻において前記最小電流値となり、前記第４時刻と前記第２時刻との差は、前記揺動板の章動の一周期全体の数分の一であり、
前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方と周方向に重なっており、前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの他方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの両方と周方向に重なっている、付記Ｃ２に記載の方法。
Ｃ４． 磁場を形成するに際し、前記一組の電磁コイルに電流を誘起することによって、一組の磁気感応性極片内に誘導径方向磁場を形成し、前記誘導径方向磁場は、前記磁気感応性極片のうちのいくつかにおいて、前記永久磁石による一次径方向磁場とは反対向きのものであり、これにより、前記最近接移動点よりも前方に磁束密度が最も高い領域を形成する、付記Ｃ１に記載の方法。
Ｃ５． 磁場を形成するに際し、前記一組の電磁コイルに電流を誘起し、前記一組の電磁コイルの其々は、コイル軸を有するとともに、前記コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体を含んでおり、各コイル軸は、前記ステータ軸に垂直に配向されている、付記Ｃ１に記載の方法。
Ｃ６． 前記第１組の電磁コイルは、第１電磁コイル、第２電磁コイル、及び、第３電磁コイルを含み、磁場を形成するに際し、前記第１及び第２電磁コイルに前記第１電流を誘起し、前記第２及び第３電磁コイルに第３電流を誘起し、前記第３及び第１電磁コイルに第５電流を誘起し、前記第３電流は、前記第３時刻において前記最小電流値、前記第４時刻において前記最大電流値、第５時刻において前記最小電流値となり、前記第５電流は、前記第５時刻において前記最小電流値、第６時刻において前記最大電流値、第７時刻において前記最小電流値となる、付記Ｃ３に記載の方法。
Ｃ７． 前記第２組の電磁コイルは、第４電磁コイル、第５電磁コイル、及び第６電磁コイルを含み、前記第４電磁コイルは、前記第１及び第２電磁コイルと周方向に重なっており、前記第５電磁コイルは、前記第２及び第３電磁コイルと周方向に重なっており、前記第６電磁コイルは、前記第３及び第１電磁コイルと周方向に重なっており、
磁場を形成するに際し、前記第４及び第５電磁コイルに前記第２電流を誘起し、前記第５及び第６電磁コイルに第４電流を誘起し、前記第６及び第４電磁コイルに第６電流を誘起し、前記第４電流は、前記第４時刻において前記最小電流値、前記第５時刻において前記最大電流値、前記第６時刻において前記最小電流値となり、前記第６電流は、前記第６時刻において前記最小電流値、第７時刻において前記最大電流値、第８時刻において前記最小電流値となる、付記Ｃ６に記載の方法。
Ｃ８． 前記第１、第２、第３、第４、第５、及び第６電流の其々は、正弦関数の半分を描くように、前記最小電流値から前記最大電流値へ、そして再び前記最小電流値へと変化する、付記Ｃ７に記載の方法。
Ｄ１． 揺動板モータを磁気的に駆動する方法であって、
揺動板の下方に配置されるとともにステータ軸を有するステータを用意し、前記ステータは、
永久磁石と、
前記永久磁石の下方に配置されたステータコアと、
前記ステータコアの周囲に配置されるとともに、前記永久磁石からの一次径方向磁場を伝播するように構成された一組の磁気感応性極片と、
前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第１組の電磁コイルと、
前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイルと、を含み、
前記第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起し、前記第１電流は、第１時刻において最小電流値、第２時刻において最大電流値、第３時刻において前記最小電流値となり、前記第３時刻と前記第１時刻との差は、前記揺動板の章動の一周期全体の数分の一であり、
前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起し、前記第２電流は、前記第２時刻において前記最小電流値、前記第３時刻において前記最大電流値、第４時刻において前記最小電流値となり、前記第４時刻と前記第２時刻との差は、前記揺動板の章動の一周期全体の数分の一であり、
前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方と周方向に重なっており、前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの他方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの両方と周方向に重なっている、方法。
Ｄ２． 前記第１組及び第２組の電磁コイルに電流を誘起することによって、前記一組の磁気感応性極片内に誘導径方向磁場を形成し、前記誘導径方向磁場は、前記磁気感応性極片のうちのいくつかにおいて、前記永久磁石による一次径方向磁場とは反対向きのものであり、これにより、前記第１組及び第２組の電磁コイルのうちの隣接する電磁コイルの対よりも前方に磁束密度が最も高い領域を形成する、付記Ｄ１に記載の方法。
Ｄ３． 前記永久磁石は、前記ステータ軸に実質的に平行な一次磁場を、前記ステータと前記揺動板との間に形成するように構成されており、前記第１組及び第２組の電磁コイルに電流を誘起することによって、前記ステータと前記揺動板との間に誘導磁場を形成し、前記誘導磁場は、前記ステータ軸に実質的に平行であるとともに、前記ステータと前記揺動板との間における、前記ステータに対する前記揺動板の最近接移動点に隣接する位置では、前記一次磁気方向磁場とは反対向きとなる、付記Ｄ１に記載の方法。
Ｄ４． 第１組の電磁コイル及び第２組の電磁コイルを含むステータを用意するに際し、其々が、前記ステータ軸に垂直に配向されたコイル軸と、前記コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体とを有する電磁コイルを用意する、付記Ｄ１に記載の方法。
Ｄ５． 前記第１組の電磁コイルは、第１電磁コイル、第２電磁コイル、及び第３電磁コイルを含み、前記第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起するに際し、前記第１及び第２電磁コイルに前記第１電流を誘起し、前記第２及び第３電磁コイルに第３電流を誘起し、前記第３及び第１電磁コイルに第５電流を誘起し、前記第３電流は、前記第３時刻において前記最小電流値、前記第４時刻において前記最大電流値、第５時刻において前記最小電流値となり、前記第５電流は、前記第５時刻において前記最小電流値、第６時刻において前記最大電流値、第７時刻において前記最小電流値となる、付記Ｄ１に記載の方法。
Ｄ６． 前記第２組の電磁コイルは、第４電磁コイル、第５電磁コイル、及び、第６電磁コイルを含み、前記第４電磁コイルは、前記第１及び第２電磁コイルと周方向に重なっており、前記第５電磁コイルは前記第２及び第３電磁コイルと周方向に重なっており、前記第６電磁コイルは、前記第３及び第１電磁コイルと周方向に重なっており、
前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起するに際し、前記第４及び第５電磁コイルに前記第２電流を誘起し、前記第５及び第６電磁コイルに第４電流を誘起し、前記第６及び第４電磁コイルに第６電流を誘起し、前記第４電流は、前記第４時刻において前記最小電流値、前記第５時刻において前記最大電流値、前記第６時刻において前記最小電流値となり、前記第６電流は、前記第６時刻において前記最小電流値、第７時刻において前記最大電流値、第８時刻において前記最小電流値となる、付記Ｄ５に記載の方法。
Ｄ７． 前記第１、第２、第３、第４、第５、及び第６電流の其々は、正弦関数の半分を描くように、前記最小電流値から前記最大電流値へ、そして再び前記最小電流値へと変化する、付記Ｄ６に記載の方法。
＜効果、特徴、利点＞
本明細書に記載した揺動板モータの様々な実施形態は、揺動板システムを電磁的に駆動する既知の方策に対する利点をもたらす。例えば、本明細書に記載の揺動板の例示的な実施形態によれば、周方向に回転する軸方向磁場の実現が可能になる。また、特に、本明細書に記載の揺動板モータの例示的な実施形態によれば、永久磁石によって形成される磁場と電磁コイルによって形成される磁場との重畳として磁場を形成することが可能になる。既知のシステムや装置には、特に揺動板駆動機構において、このような機能を実現できるものはない。従って、本明細書に記載の例示的な実施形態は、微細制御及び／又は高トルク密度を必要とする作動装置に特に有用である。なお、本明細書に記載したすべての実施形態が、同じ利点又は同程度の利点をもたらすとは限らない。
＜結語＞
上述の開示は、独自の有用性を有する複数の発明を包含しうる。これらの発明の其々を、その好ましい形態で開示しているが、多くの変形例が可能であり、従って、本明細書に開示及び図示した特定の実施形態を、限定的な意味で考慮すべきではない。本開示においてセクションごとの見出しが用いられている場合、そのような見出しは、単に体系化のみを目的としたものであり、特許を受けようとする発明の特徴部分を構成するものではない。本開示の要旨は、本明細書に開示された様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、すべての新規且つ非自明の組み合わせ及びサブコンビネーションを含む。以下の特許請求の範囲は、新規且つ非自明とみなされる、いくつかの組み合わせ及びサブコンビネーションを特に示している。要素、特徴、機能、要素、及び／又は特性の、その他の組み合わせ及びサブコンビネーションにおいて実施される発明は、本願又は関連出願に基づく優先権を主張する出願の特許請求の範囲に記載されうる。そのような特許請求の範囲は、異なる発明を対象としたもの、同じ発明を対象としたもの、元の特許請求の範囲よりも広いもの、狭いもの、均等のもの、又は異なるもの、のいずれであろうとも、本開示の発明の要旨に含まれるものとみなされる。

Claims (14)

  1. 磁気感応性材料によって形成され且つ揺動軸を有する揺動板と、
    永久磁石及び一組の電磁コイルを含むとともにステータ軸を有するステータと、
    を備える揺動板モータであって、
    前記揺動板は、前記揺動軸が前記ステータ軸を中心として歳差運動するよう、前記ステータの周方向に章動する構成であり、
    前記揺動板は、前記ステータに対する最近接移動点を有し、前記最近接移動点は、前記揺動板が章動するにつれて前記ステータ軸を中心として移動し、
    前記永久磁石及び前記一組の電磁コイルは、前記ステータと前記揺動板との間に、所定の束密度を有する磁場を形成するように構成されており、最も高い束密度が、前記揺動板が章動するにつれて、前記ステータ軸を中心とする角度方向における、前記最近接移動点よりも前方の移動位置に存在するように構成されており、
    前記ステータは、前記永久磁石の下方に配置されたステータコア、及び、前記ステータコアの周囲に配置された一組の磁気感応性極片を含み、
    前記一組の電磁コイルは、前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記磁気感応性極片との間に配置されている、揺動板モータ。
  2. 以下の構成の少なくとも１つ、すなわち、
    前記揺動板と前記ステータとの間の最大引力が、前記揺動板における前記束密度が最も高い移動位置に印加される、または
    前記一組の電磁コイルの其々が、コイル軸を有するとともに、前記コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体を含んでおり、各コイル軸が、前記ステータ軸に垂直に配向される、
    を備えている、請求項１に記載の揺動板モータ。
  3. 前記永久磁石は、一次磁場を形成するように構成されており、この一次磁場は、上記揺動板に向かって軸方向に誘導されるとともに、前記ステータコアに向かって軸方向に誘導される、請求項１に記載の揺動板モータ。
  4. 前記一組の磁気感応性極片の其々は、前記ステータコア又は一の電磁コイルから延びる径方向磁場を、前記揺動板に向かって軸方向に誘導するように構成されている、請求項１に記載の揺動板モータ。
  5. 前記一組の電磁コイルは、第１組の電磁コイル及び第２組の電磁コイルを含み、
    前記第１組の電磁コイルの其々は、前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々と周方向に重なっている、請求項１に記載の揺動板モータ。
  6. 以下の構成の少なくとも１つ、すなわち、
    前記ステータコアが、前記永久磁石からの一次磁場を、前記第１組及び第２組の電磁コイルうちの１つ又は複数を通して、前記一組の磁気感応性極片に誘導する、または
    前記第１及び第２組の電磁コイルの其々が、前記ステータ軸に対して径方向に近接又は離間する方向の誘導磁場を、前記電磁コイル内に生成するように配向されている、
    を備えている、請求項５に記載の揺動板モータ。
  7. 前記第１組の電磁コイルは、３個の内側電磁コイルを含み、前記第２組の電磁コイルは、前記内側電磁コイルと前記一組の磁気感応性極片との間に配置された３個の外側電磁コイルを含み、
    前記内側及び外側電磁コイルの其々は、前記ステータ軸を中心として実質的に９０度の範囲にわたって延びている、請求項５に記載の揺動板モータ。
  8. 前記一組の磁気感応性極片は、１２個のくさび片を含み、
    前記内側及び外側電磁コイルの其々は、前記１２個のくさび片のうちの３個に対して、径方向に磁場を誘導するように構成されている、請求項７に記載の揺動板モータ。
  9. 揺動板モータを磁気的に駆動する方法であって、
    当該方法は、揺動板の下方に配置され且つステータ軸を有するステータを用意することを含み、前記ステータは、
    永久磁石と、
    前記永久磁石の下方に配置されたステータコアと、
    前記ステータコアの周囲に配置されるとともに、前記永久磁石からの一次径方向磁場を伝播するように構成された一組の磁気感応性極片と、
    前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第１組の電磁コイルと、
    前記ステータコアの周囲における、前記ステータコアと前記一組の極片との間に配置された第２組の電磁コイルと、を含み、
    当該方法は、前記第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起することを含み、前記第１電流は、第１時刻において最小電流値、第２時刻において最大電流値、第３時刻において前記最小電流値となり、前記第３時刻と前記第１時刻との差は、前記揺動板の章動の一周期全体の数分の一であり、
    当該方法は、前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起することを含み、前記第２電流は、前記第２時刻において前記最小電流値、前記第３時刻において前記最大電流値、第４時刻において前記最小電流値となり、前記第４時刻と前記第２時刻との差は、前記揺動板の章動の前記一周期全体の数分の一であり、
    前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの一方と周方向に重なっており、前記第１組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの他方は、前記第２組の電磁コイルのうちの前記一対の隣接する電磁コイルの両方と周方向に重なっている。
  10. 以下の構成の少なくとも１つ、すなわち、
    前記第１組及び第２組の電磁コイルに電流を誘起することによって前記一組の磁気感応性極片内に誘導径方向磁場を形成するに際し、前記磁気感応性極片のうちのいくつかにおいて前記誘導径方向磁場が前記永久磁石による一次径方向磁場とは反対向きのものとなり、これにより前記第１組及び第２組の電磁コイルのうちの隣接する電磁コイルの対よりも前方に磁束密度が最も高い領域を形成する、または
    第１組の電磁コイル及び第２組の電磁コイルを含むステータを用意するに際し、各電磁コイルが前記ステータ軸に垂直に配向されたコイル軸を有するようにするとともに、前記コイル軸を中心として複数の閉ループを形成する１つ又は複数の導体を配置する、
    を備えている、請求項９に記載の方法。
  11. 前記永久磁石は、前記ステータ軸に実質的に平行な一次磁場を、前記ステータと前記揺動板との間に形成するように構成されており、前記第１組及び第２組の電磁コイルに電流を誘起することによって、前記ステータと前記揺動板との間に誘導磁場が形成され、前記誘導磁場は、前記ステータ軸に実質的に平行であるとともに、前記ステータに対する前記揺動板の最近接移動点の近傍では、前記ステータと前記揺動板との間における一次軸方向磁場とは反対向きとなる、請求項９に記載の方法。
  12. 前記第１組の電磁コイルは、第１電磁コイル、第２電磁コイル、及び第３電磁コイルを含み、前記第１組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第１電流を誘起するに際し、前記第１及び第２電磁コイルに前記第１電流を誘起し、前記第２及び第３電磁コイルに第３電流を誘起し、前記第３及び第１電磁コイルに第５電流を誘起し、前記第３電流は、前記第３時刻において前記最小電流値、前記第４時刻において前記最大電流値、第５時刻において前記最小電流値となり、前記第５電流は、前記第５時刻において前記最小電流値、第６時刻において前記最大電流値、第７時刻において前記最小電流値となる、請求項９に記載の方法。
  13. 前記第２組の電磁コイルは、第４電磁コイル、第５電磁コイル、及び、第６電磁コイルを含み、前記第４電磁コイルは、前記第１及び第２電磁コイルと周方向に重なっており、前記第５電磁コイルは前記第２及び第３電磁コイルと周方向に重なっており、前記第６電磁コイルは、前記第３及び第１電磁コイルと周方向に重なっており、
    前記第２組の電磁コイルのうちの一対の隣接する電磁コイルの其々に第２電流を誘起するに際し、前記第４及び第５電磁コイルに前記第２電流を誘起し、前記第５及び第６電磁コイルに第４電流を誘起し、前記第６及び第４電磁コイルに第６電流を誘起し、前記第４電流は、前記第４時刻において前記最小電流値、前記第５時刻において前記最大電流値、前記第６時刻において前記最小電流値となり、前記第６電流は、前記第６時刻において前記最小電流値、第７時刻において前記最大電流値、第８時刻において前記最小電流値となる、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記第１、第２、第３、第４、第５、及び第６電流の其々は、正弦関数の半分を描くように、前記最小電流値から前記最大電流値へ、そして再び前記最小電流値へと変化する、請求項１３に記載の方法。
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