WO2023195502A1

WO2023195502A1 - 電動アクチュエーター、電動モビリティ

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Publication number: WO2023195502A1
Application number: PCT/JP2023/014154
Authority: WO
Inventors: 繁松本; 進一松本; 一宏村内; 博至宮下; 正巳鈴木
Original assignee: 国際計測器株式会社
Priority date: 2022-04-08
Filing date: 2023-04-05
Publication date: 2023-10-12
Also published as: TW202408830A

Abstract

本発明は、回生エネルギーの利用効率を向上させることを目的とする。本発明の一実施形態に係る電動アクチュエーターは、所望の周波数で正転と逆転を繰り返す電動機と、電動機の出力する正逆回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器と、を備える。

Description

電動アクチュエーター、電動モビリティ

　本発明は、電動アクチュエーター並びに電動アクチュエーターを備えた電動モビリティに関する。

　モーターなどの電動アクチュエーターを駆動源とする産業機械や電動ビークルなど広く用いられている。社会の省エネルギー化を実現するためには駆動源の省電力が強く求められている。関連する技術として、例えば、特許文献１がある。

特開２０１７－１３９８３９号公報

　特許文献１に記載の電気自動車は、慣性走行時や制動時にモータージェネレーターによる回生発電が行われるのみであり、改善の余地がある。

　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、省電力性が改善された電動アクチュエーターを提供することを目的とする。

　本発明の一態様によれば、所望の周波数で正転と逆転を繰り返す電動機と、前記電動機の出力する正逆回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器と、を具備する電動アクチュエーターが提供される。

　本発明の一実施形態によれば、省電力性が改善された電動アクチュエーターを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエーターの概略構造を示した平面図である。本発明の第１実施形態の連接棒の側面図である。本発明の第１実施形態のクランクシャフトの側面図である。本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエーターの給電システム（電気駆動システム）の概略構成を示したブロック図である。第１実施形態の電気駆動システムの回路構成を示す図である。（ａ）は本発明の第１実施形態のモーターの１サイクルの駆動波形であり、（ｂ）は、モーターの１サイクルのうちの前半におけるモーターの回転数［ｒｐｍ］を表したグラフであり、（ｃ）は、モーターの１サイクルのうちの後半におけるモーターの回転数を表したグラフであり、（ｄ）は、モーターの１サイクルのうちの前半におけるモーターのトルク［Ｎｍ］を表したグラフであり、（ｅ）は、モーターの１サイクルのうちの後半におけるモーターのトルクを表したグラフである。本発明の第１実施形態と従来のモーターの動作を対比する図である。本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエーターの制御上の工夫について説明する図である。本発明の第３実施形態に係る電動アクチュエーターの制御上の工夫について説明する図である。本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。第４実施形態に係る電動アクチュエーターの側面図である。第４実施形態に係る電動アクチュエーターの平面図である。第４実施形態に係る電動アクチュエーターの正面図である。第４実施形態に係る電動アクチュエーターのクランクシャフトの構成図である。第４実施形態に係る電動アクチュエーターの給電システム（電気駆動システム）の概略構成を示したブロック図である。本発明の第５実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。本発明の第５実施形態に係る電動アクチュエーターの平面図である。本発明の第６実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。本発明の第７実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。第７実施形態の歯車装置の機構を示した図である。本発明の第８実施形態に係る電動アクチュエーターの斜視図である。第８実施形態に係る電動アクチュエーターの給電システム（電気駆動システム）の概略構成を示したブロック図である。本発明の第９実施形態に係る電気自動車の動力系の概略構成を示した図である。本発明の第１０実施形態に係る鉄道車両の駆動機構の概略構成を示した図である。第１０実施形態に係る鉄道車両の給電システム（電気駆動システム）の概略構成を示したブロック図である。本発明の第１１実施形態に係るタイヤ試験装置の外観図である。第１１実施形態に係るタイヤ試験装置の外観図である。第１１実施形態のトルク発生装置の内部構造を示した図である。第１１実施形態の給電システムの概略構成を示すブロック図である。本発明の第１２実施形態に係るユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置の基本構成を示す側面図である。第１２実施形態においてスピンドルを回転駆動する方法を模式的に示したものである。本発明の第１３実施形態に係るバランス測定装置の測定部の正面図である。第１３実施形態に係るバランス測定装置の測定部の側面図である。本発明の第１４実施形態に係る衝突模擬試験装置の斜視図である。第１４実施形態に係る衝突模擬試験装置の試験部及びベルト機構の構造を示す斜視図である。電動アクチュエーターの給電システムの概略構成の変形例を示したブロック図である。電動アクチュエーターの給電システムの概略構成の別の変形例を示したブロック図である。

　本発明者は、電動機を高い繰り返し周波数で反転駆動させることによって回生電力の利用効率を高められることを発見した。高い繰り返し周波数は、例えば１０Ｈｚ以上であるか、あくまで例であり、１０Ｈｚ以上には限らない。

　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一の又は対応する事項には、同一の又は対応する符号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、符号が共通する事項が複数表示される場合は、必ずしもそれらの複数の表示の全てに符号を付さず、それらの複数の表示の一部について符号の付与を適宜省略する。

＜第１実施形態＞
　図１及び図２は、それぞれ本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００の斜視図及び平面図である。なお、図２において、後述するピストン５０の一部を断面図で示している。

　図１に示すように、電動アクチュエーター１００は、駆動ユニット１００ｄ及びクランクシャフト７０を備える。なお、電動アクチュエーター１００には、さらに、図５及び図６において後述するサーボアンプ９５（駆動装置）と制御装置９６が含まれてもよい。

　本明細書において、電動アクチュエーターという用語は、モーターとモーターによって駆動される機構のみを意味してもよく、モーターと機構の集合（機構部と記す。）にモーターを駆動する駆動装置を加えたものを意味してもよく、さらに、駆動装置を制御する制御装置までを含めたものを意味してもよい。また、電動アクチュエーターに駆動装置や制御装置が含まれる場合、駆動装置や制御装置は、機構部と同一の筐体内に設けられてもよく、機構部とは別体の装置として構成されケーブル等で機構部と接続されてもよい。

　駆動ユニット１００ｄは、モーター１０（電動機）、軸受３０、ボールねじ４０（送りねじ機構）、直動部５０（以下「ピストン５０」という。）及び連接棒６０を備える。

　モーター１０は、例えば、超低慣性高出力型のＡＣサーボモーターである。このような超低慣性かつ高出力のモーター１０を使用することにより、例えば１００Ｈｚ以上の高い周波数での往復反転駆動が可能になっている。

　ボールねじ４０のねじ軸４１は、フレーム（不図示）に固定される軸受３０により回転可能に支持される。ねじ軸４１は、軸継手２０によってモーター１０の軸１１と連結される。

　ピストン５０は、軸線Ａｘ１方向に延びる中空部５０ａが形成された筒状の部材である。なお、軸線Ａｘ１は、駆動ユニット１００ｄの中心線であり、モーター１０及びボールねじ４０の回転軸と共通する直線である。ボールねじ４０のナット４２は、例えばピストン５０の中空部５０ａの一端部（図２における左端部）に収容され、ピストン５０に固定される。

　ピストン５０の他端部（図２における右端部）には、ピストン５０の軸線と垂直に（言い換えれば、クランクシャフト７０と平行に）ピン５２が取り付けられる。

　図３は、連接棒６０の側面図である。連接棒６０は、小径のピン穴６２ａが形成された小端部６２と、大径のピン穴６４ａが形成された大端部６４と、小端部６２と大端部６４をつなぐロッド部６６を有する。ピン穴６２ａ及び６４ａは、互いに平行に形成されている。

　小端部６２のピン穴６２ａには、例えばブッシュ（不図示）を介して、ピン５２が挿入される。また、ピン５２の両端部は、ピストン５０の他端部に形成された一対のピン穴５０ｂ（図２）に差し込まれ、ピストン５０に固定される。これにより、連接棒６０は、小端部６２において、ピン５２を介して、ピストン５０の他端部に、ピン５２を旋回中心軸として一定の角度範囲で旋回可能に連結される。なお、連接棒６０は、ピン５２（第１のピン）に加えて、後述するクランクピン７２（第２のピン）にも回転可能に連結される。

　図４は、クランクシャフト７０の側面図である。クランクシャフト７０は、一対の同軸に（すなわち、回転軸又は中心線が一致するように）配置されたクランクジャーナル７１と、クランクジャーナル７１の軸線（すなわち、クランクシャフト７０の回転軸である軸線Ａｘ２）に対して偏心して配置されたクランクピン７２と、クランクジャーナル７１とクランクピン７２とを連結する一対のクランクアーム７３と、軸線Ａｘ２に対して各クランクアーム７３の反対側に設けられた一対のバランスウェイト７４と、クランクジャーナル７１の一つと同軸に結合した出力軸７５を有する。バランスウェイト７４は、軸線Ａｘ２に対して偏心したクランクピン７２及びクランクアーム７３によって生じる不釣り合いを打ち消すように形成されている。

　クランクシャフト７０は、一対のクランクジャーナル７１において、フレーム（不図示）に固定される不図示の一対の軸受（例えば転がり軸受）によって回転可能に支持される回転体である。

　クランクピン７２は、クランクシャフト７０の回転軸に対して偏心した偏心ピンであり、連接棒６０の大端部６４のピン穴６４ａに、例えばブッシュ（不図示）を介して挿入される。これにより、クランクシャフト７０は、連接棒６０と回転可能に連結される。

　なお、連接棒６０のピン穴６２ａ及び６４ａと嵌合するブッシュには例えば無給油ブッシュが使用される。また、ブッシュに替えて、例えば転がり軸受等の別の種類の軸受を使用してもよい。

　モーター１０は、軸１１が所定の角度範囲で繰り返し往復回転するように駆動される。つまり、モーター１０は、所定の周波数で正転と逆転を繰り返す。モーター１０の回転（より具体的には、往復回転運動、つまり、正逆回転運動）は、ボールねじ４０によって直線運動に変換されて、ピストン５０に伝達される。その結果、ピストン５０は、ボールねじ４０のナット４２と共に、所定のストロークで軸線Ａｘ１上を往復直線運動する。すなわち、ボールねじ４０は、モーター１０の往復回転運動（正逆回転運動）を往復直線運動に変換する第１の運動変換器として機能する。ピストン５０の軸線Ａｘ１方向の往復直線運動は、連接棒６０によってクランクシャフト７０の偏心したクランクピン７２に伝達され、クランクシャフト７０の回転運動に変換される。すなわち、連接棒６０とクランクシャフト７０（並びに、連接棒６０を旋回可能に支持するピン５２及びクランクシャフト７０を回転可能に支持する不図示の軸受）により、往復運動（往復直線運動）を一方向の回転運動（以下「一方向回転運動」という。）に変換する第２の運動変換器としてのクランク機構（より具体的には、スライダクランク機構）が構成される。

　図５は、モーター１０に駆動電力を供給する給電システム９０Ｓ（電気駆動システム９０）の概略構成を示したブロック図である。図６は、電気駆動システム９０の回路構成を示す図である。なお、給電システム９０Ｓは、モーター１０と共に電気駆動システム９０を構成する。

　一次電源９１は、商用電源又は電源装置であり、例えば三相交流の電力を供給する。一次電源９１から供給される電力（以下「系統電力」という。）は、回路遮断器９２、電磁開閉器９３及びリアクトル９４を介して、サーボアンプ９５（駆動装置）に供給される。サーボアンプ９５は、一次電源９１から供給される交流をモーター１０の駆動電力に変換するインバーター装置であり、一次電源９１から供給される電力をモーター１０に供給する。サーボアンプ９５の出力端子にはモーター１０が接続され、サーボアンプ９５からモーター１０に駆動電力が供給される。サーボアンプ９５は、制御装置９６と通信可能に接続され、制御装置９６の制御に従って動作する。

　サーボアンプ９５は、電源回生コンバーター９５ａ、インバーター９５ｂ及びキャパシター９５ｃを備える。電源回生コンバーター９５ａは、電源回生に適したコンバーターであり、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により電源側電流を正弦波化するＰＷＭコンバーターである。なお、電源回生コンバーター９５ａは、１２０°通電方式により電力変換を行うものでもよい。また、インバーター９５ｂは、例えばＰＷＭ制御により出力する電力を制御するＰＷＭインバーターである。また、本実施形態の電源回生コンバーター９５ａは、力行動作（すなわち、サーボアンプ９５から供給される電力によってモーター１０を駆動する動作モード）時に一次電源９１から供給される交流を整流する機能と、回生動作時に一次電源９１に帰還させる系統電力と同等の品質の交流を生成する機能を兼ね備えるが、力行動作専用のコンバーターと電源回生専用のコンバーターを個別に設けてもよい。

　電源回生コンバーター９５ａは、スイッチング素子ＳＷ１～Ｓ１４と、キャパシター（もしくはコンデンサ）Ｃと、トランスＴｒとを備える。インバーター９５ｂは、スイッチング素子ＳＷ１５～ＳＷ２０を備える。なお、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ２０は、例えば、ＩＧＢＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）とする。

　一次電源９１（例えば単相三線式商用電源または３相三線式商用電源）から供給される電力がモーター１０に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６が一次電源９１から供給される交流電力の周波数に応じて繰り返しオン、オフされることで一次電源９１から供給される交流電力が整流される。

　また、一次電源９１から供給される電力がモーター１０に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６により整流された電力がキャパシターＣにより平滑される。

　また、一次電源９１から供給される電力がモーター１０に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ７、ＳＷ１０とスイッチング素子ＳＷ８、ＳＷ９とが交互に繰り返しオン、オフされることでキャパシターＣにより平滑された電力がトランスＴｒの一次コイルＬ１から二次コイルＬ２に伝わる。

　また、一次電源９１から供給される電力がモーター１０に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１４とスイッチング素子ＳＷ１２、ＳＷ１３とが交互に繰り返しオン、オフされることで一次コイルＬ１から二次コイルＬ２に伝わった電力が整流される。

　また、一次電源９１から供給される電力がモーター１０に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ１１～ＳＷ１４により整流された電力はキャパシター９５ｃにより平滑される。

　また、一次電源９１から供給される電力がモーター１０に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ１５～ＳＷ２０がそれぞれ繰り返しオン、オフされることで、キャパシター９５ｃにより平滑された電力が、１２０度ずつ位相が異なる交流電力に変換されモーター１０に供給される。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ１５～ＳＷ２０に並列接続されている各ダイオードによりモーター１０の３相からそれぞれ供給される交流電力が整流される。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ１５～ＳＷ２０に並列接続されている各ダイオードにより整流された電力はキャパシター９５ｃにより平滑される。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ１１、ＳＷ１４とスイッチング素子ＳＷ１２、ＳＷ１３とが交互に繰り返しオン、オフされることでキャパシター９５ｃにより平滑された電力がトランスＴｒの二次コイルＬ２から一次コイルＬ１に伝わる。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ７からＳＷ１０に並列接続されている各ダイオードにより二次コイルＬ２から一次コイルＬ１に伝わった電力が整流される。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、スイッチング素子ＳＷ７～ＳＷ１０に並列接続されている各ダイオードにより整流された電力がキャパシターＣにより平滑される。

　また、モーター１０から回生される電力がサーボアンプ９５に供給される場合、制御装置９６によりスイッチング素子ＳＷ１～ＳＷ６がそれぞれ繰り返しオン、オフされることで、キャパシターＣにより平滑された電力が交流電力に変換され一次電源９１に供給される。

　モーター１０を駆動するとき（力行動作時）は、リアクトル９４から出力された交流電力は、電源回生コンバーター９５ａにより直流に変換され、キャパシター９５ｃにより平滑化された後、インバーター９５ｂにより交流（例えばパルス列）の駆動電力に変換される。インバーター９５ｂから出力される駆動電力は、モーター１０に入力され、モーター１０を回転駆動する。

　モーター１０が回生電力を発生するとき（回生動作時）は、モーター１０から出力される回生電力は、インバーター９５ｂよって直流に変換され、直流母線９５ｄを介して、電源回生コンバーター９５ａに入力される。なお、正負一対の導線から１系統の直流母線９５ｄが構成される。電源回生コンバーター９５ａは、直流母線９５ｄから供給される直流電力を正弦波交流に変換し、リアクトル９４、電磁開閉器９３及び回路遮断器９２を介して、一次電源に出力する。

　図７（ａ）は、モーター１０の１サイクルの駆動波形を表したグラフである。図７（ｂ）は、モーター１０の１サイクルのうちの前半におけるモーター１０の回転数［ｒｐｍ］の変化を簡略化して示したグラフであり、図７（ｃ）は、モーター１０の１サイクルのうちの後半におけるモーター１０の回転数の変化を簡略化して示したグラフである。図７（ｄ）は、モーター１０の１サイクルのうちの前半におけるモーター１０のトルク［Ｎｍ］の変化を簡略化して示したグラフであり、図７（ｅ）は、モーター１０の１サイクルのうちの後半におけるモーター１０のトルクの変化を簡略化して示したグラフである。図７（ａ）において、横軸は時間ｔを表し、縦軸は軸１１の角度位置θを表す。図７（ｂ）及び図７（ｃ）において、横軸は時間ｔを表し、縦軸はモーター１０の回転数を表す。図７（ｄ）及び図７（ｅ）において、横軸は時間ｔを表し、縦軸はモーター１０のトルクを表す。図７（ａ）～図７（ｅ）のそれぞれの時間幅は互いに一致する。

　モーター１０は、時刻ｔ０から時刻ｔ６までの時間ｔが繰り返し経過する間、軸１１の角度位置θが－θａ～θａの範囲で正弦波の駆動波形に従って繰り返し変動するように駆動される。なお、モーター１０の駆動波形は正弦波に限定されるものではない。モーター１０の駆動波形が正弦波の駆動波形の場合、モーターの回転速度（回転数）の波形は実際には余弦波形となる。ただし、図７（ｂ）及び図７（ｃ）では、説明の便宜上、モーターの回転速度の波形を、変化が大きい範囲については一定の速度変化に、変化が小さい範囲は速度変化なし（一定の回転数）に、簡略化して示している。

　図７（ａ）に示す区間Ａ、より詳細には、例えば、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの第１期間において、軸１１は正の回転方向において加速される。つまり、第１期間において、正転時のモーター１０の回転数が上昇し、このときに発生するトルクを正のトルク（加速トルク）とする。また、このとき、サーボアンプ９５からモーター１０に電力が供給される（力行動作）。例えば、第１期間において、キャパシター９５ｃやキャパシターＣに蓄積された電力がモーター１０に供給されるとともに、不足分の電力が一次電源９１からモーター１０に供給される。

　図７（ａ）に示す区間Ｂ、より詳細には、例えば、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの第２期間において、軸１１は正の回転方向において減速される。つまり、第２期間において、正転時のモーター１０の回転数が減少し、負のトルク（減速トルク）が発生する。このとき、モーター１０からサーボアンプ９５に回生電力が供給される（回生）。例えば、第２期間において、モーター１０から回生される電力がキャパシター９５ｃやキャパシターＣに蓄積される。

　図７（ａ）に示す区間Ｃ、より詳細には、例えば、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの第３期間において、軸１１は負の回転方向において加速される。つまり、第３時間において、逆転時のモーター１０の回転数が上昇し、このときに発生するトルクを正のトルク（加速トルク）とする。また、このとき、サーボアンプ９５からモーター１０に電力が供給される（力行動作）。例えば、第３期間において、キャパシター９５ｃやキャパシターＣに蓄積された電力がモーター１０に供給されるとともに、不足分の電力が一次電源９１からモーター１０に供給される。

　図７（ａ）に示す区間Ｄ、より詳細には、例えば、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの第４期間において、軸１１は負の回転方向において減速される。つまり、第４期間において、逆転時のモーター１０の回転数が減少し、負のトルク（減速トルク）が発生する。このとき、モーター１０からサーボアンプ９５に回生電力が供給される（回生動作）。例えば、第４期間において、モーター１０から回生される電力がキャパシター９５ｃやキャパシターＣに蓄積される。

　このように、力行動作と回生が繰り返されることで、回生時にキャパシター９５ｃやキャパシターＣに蓄積された電力を次回の力行動作時にモーター１０の駆動に使用することができるため、次回の力行動作時に一次電源９１からモーター１０に供給される電力を低減することができる。これにより、電気駆動システム９０の省電力化を図ることができる。また、加速（力行動作）と減速（回生動作）とを向きを交互に換えながら繰り返すことにより、モーター１０の軸１１が往復回転する。このような往復回転が、例えば最大で５００Ｈｚの繰り返し周波数で繰り返される。

　このように、本実施形態では、モーター１０に加速と減速を繰り返す動作を行わせるために、モーター１０への電力の供給と、モーター１０による回生電力の発生が交互に繰り返される。モーター１０との電力の授受に伴う直流母線９５ｄの短時間（例えばモーター１０の１サイクル程度）の電圧変動は、主にキャパシター９５ｃによって調整（言い換えれば、平準化）される。そのため、区間Ａ、Ｃにおいてモーター１０に供給される電力量の大半が区間Ｂ、Ｄにおいて回生電力として回収されて再利用されるため、一次電源９１から供給される電力をほとんど消費することなくモーター１０を駆動させることが可能となっている。

　表１に、本実施形態の電動アクチュエーター１００の駆動条件及び消費電力の測定結果を示す。

　「周波数Ｆ」は、図７に示す１サイクルの駆動を１秒間当たりに繰り返す回数である。消費電力の測定は、周波数Ｆを最大２００Ｈｚまで２５Ｈｚ間隔で変化させて行った。但し、最小周波数は、０Ｈｚではなく、安定した動作が可能な１０Ｈｚとした。

　「トルクＴ_０」は、モーター１０の軸１１の相対トルク（定格トルクに対する割合を百分率で表記したもの。）の最大値（振幅）である。
　「消費電力値Ｗ_Ａ」は、回路遮断器９２（図５）の上流において電力測定器ＰＭにより測定した、電気駆動システム９０全体としての消費電力の平均値である。
　「出力電力値Ｗ_Ｂ」は、サーボアンプ９５からモーター１０に出力された電力の平均値である。
　「省エネルギー率Ｒ」は、回生電力の再利用によって削減された消費電力の割合であり、Ｒ＝１００×（１－Ｗ_Ａ／Ｗ_Ｂ）によって計算される。

　本実施形態の電動アクチュエーター１００を使用することにより、２００Ｈｚ以下の周波数Ｆにおいて７０％を超える省エネルギー率が達成される。特に、７５Ｈｚ以下の低周波数域においては、９０％を超える省エネルギー率が達成される。

　本実施形態の電動アクチュエーター１００による消費電力の削減効果は、モーター１０の往復回転の繰り返し周波数を１Ｈｚとした場合でも得られるが、繰り返し周波数を３Ｈｚ以上（より好ましくは５Ｈｚ以上）とした場合に、回生電力が電動アクチュエーター１００自身によって効率的に再利用されるため、良好な省エネルギー率が得られる。

　図８（ａ）は従来の典型的なモーターの駆動波形を概略的に表したグラフであり、図８（ｂ）は本実施形態におけるモーター１０の駆動波形を概略的に表したグラフである。

　図８（ａ）に示されるように、従来の典型的なモーターの駆動においては、区間Ｔ_１において所定の回転数まで加速された後、一定の回転数で連続的に駆動され（区間Ｔ_２）、終了時に減速されて停止する（区間Ｔ_３）。このような駆動においては、回生電力は区間Ｔ_３においてのみ発生する。従って、回生電力の利用による消費電力の低減効果は僅かなものとなる。

　一方、本実施形態においては、図８（ｂ）に示されるように、駆動の開始から終了までの全区間に亘って、モーター１０の加速（力行動作）と減速（回生動作）が高い周波数で繰り返される。減速時に発生した回生電力は、直ちに次の力行動作で消費される。すなわち、駆動の開始から終了まで、回生電力の発生と消費が定常的に繰り返される。その結果、本実施形態においては、回生電力の利用による消費電力の低減効果が極めて大きなものとなっている。

　以上のように、本実施形態に係る電動アクチュエーター１００によれば、モーター１０の出力する正逆回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器を備えることで、モーター１０を正逆回転させて積極的に回生エネルギーを生じさせながら、一方向回転運動を出力することができる。従って、自動車や電車などのモビリティに利用される一方向回転運動をモーター１０の軸から直接的に得た場合よりも小さな消費電力で得ることができる。

＜第２実施形態＞
　図９は、本実施形態に係る電動アクチュエーターの制御上の工夫について説明する図である。図９（ａ）は、第１の実施形態に係る電動アクチュエーター１００における制御例を示し、図９（ｂ）は、本実施形態に係る電動アクチュエーターにおける制御例を示している。

　図９（ａ）及び図９（ｂ）の縦軸は、往復直線運動を行うピストン５０の位置を示している。位置１００と位置－１００は、それぞれ電動アクチュエーターのスライダクランク機構が下死点と上死点にあるときのピストン５０の位置を示している。

　図９（ａ）及び図９（ｂ）の横軸は、一方向回転運動を行うクランクシャフト７０の位相を示している。位相９０と位相２７０は、それぞれ電動アクチュエーターのスライダクランク機構が下死点と上死点にあるときのクランクシャフト７０の位相を示している。

　なお、本実施形態に係る電動アクチュエーターの構成は、制御装置９６が後述するモーター１０の制御（位相シフト制御）を実行可能に構成された点を除き、第１実施形態の電動アクチュエーター１００の構成と同一である。従って、本実施形態に係る電動アクチュエーターでも、モーター１０の往復回転運動がボールねじ４０によって往復直線運動に変換されて、その往復直線運動がさらにスライダクランク機構により一方向回転運動に変換され、出力される。図９（ａ）及び図９（ｂ）の正弦波波形は、これらの電動アクチュエーターにおけるピストン５０の位置とクランクシャフト７０の位相の関係を示している。

　第１の実施形態に係る電動アクチュエーター１００では、制御装置９６は、図９（ａ）に示すように、ピストン５０が下死点に達したタイミングｔ１でモーター１０の回転方向を正転から逆転へ切り替え、ピストン５０が上死点に達したタイミングｔ２でモーター１０の回転方向を逆転から正転へ切り替えるように、サーボアンプ９５を制御する。これにより、ピストン５０の移動によってクランクシャフト７０に回転力が生じない死点（上死点、下死点）において慣性によりクランクシャフト７０の回転方向を維持しながら、往復直線運動を回転運動に変換することができる。つまり、往復直線運動を一方向回転運動に変換することができる。

　ところで、モーター１０の正転と逆転を切り替えるときには、モーター１０では大きなトルクが発生する。このため、ピストン５０からクランクシャフト７０へ伝達される力が接線方向（回転方向）には加わらず径方向にのみ伝達される上死点と下死点で回転方向を切り替えると、モーター１０で生じた大きなトルクに起因してクランクシャフト７０の径方向に大きな力が発生してしまう。その結果、クランクシャフト７０に振動が発生してしまい、クランクシャフト７０のスムーズな回転が阻害されることがある。

　本実施形態に係る電動アクチュエーターでは、このような事情を勘案して、制御装置９６は、ピストン５０が下死点に達するタイミングｔ１と上死点に達するタイミングｔ３を避けて、モーター１０の回転を正転と逆転の間で切り替えるように、サーボアンプ９５を制御する。例えば、制御装置９６は、図９（ｂ）に示すように、ピストン５０が下死点に達したタイミングｔ１よりわずかに遅いタイミングｔ３で回転方向を正転から逆転へ切り替え、ピストン５０が上死点に達したタイミングｔ２よりわずかに遅いタイミングｔ４で回転方向を逆転から正転へ切り替えるように、サーボアンプ９５を制御してもよい。なお、この時間差（ｔ３－ｔ１、ｔ４－ｔ２）は、例えば、クランクシャフト７０の位相の０．５度程度に相当し、その間に生じる変位は、概ねクランク機構の遊び（遊間）の範囲内である。なお、上記時間差（ｔ３－ｔ１、ｔ４－２）は、クランクシャフト７０の位相の１．５度以下とすることができ、１度以下とすることが望ましい。さらに、０．５度以下とすることがより望ましい。

　このように、上死点と下死点からずれた位置で回転方向を切り替えるようにモーター１０を制御することで、クランクシャフト７０の径方向に加わる力を抑制しながら、上死点と下死点において回転力を加えることが可能となる。従って、本実施形態に係る電動アクチュエーターによれば、第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００よりも、振動を抑制しながらスムーズな一方向回転を出力することができる。

　なお、具体的な制御方法としては、制御の全区間においてクランクシャフト７０の位相に対してモーター１０の制御の位相に一定の位相差を与える方法や、死点（上死点、下死点）の近傍（例えば、死点を中心とする±１０°の範囲）において位相差を徐々に増加及び減少（解消）させる方法がある。

　なお、図９（ｂ）では、上死点と下死点を通過後に回転方向を切り替える例を示したが、制御装置９６は、上死点と下死点を通過前に回転方向を切り替えるように、サーボアンプ９５を制御してもよい。

＜第３実施形態＞
　図１０は、本実施形態に係る電動アクチュエーターの制御上の工夫について説明する図である。図１０（ａ）は、本実施形態に係る電動アクチュエーターにおけるピストン５０の位置とクランクシャフト７０の位相の関係を示した図であり、図１０（ｂ）は、本実施形態に係る電動アクチュエーターにおけるトルク制限とクランクシャフト７０の位相の関係を示した図である。

　なお、本実施形態に係る電動アクチュエーターの構成は、制御装置９６が後述するモーター１０の制御（負荷抑制制御）を実行可能に構成された点を除き、第１実施形態の電動アクチュエーター１００の構成と同一である。

　第２実施形態において上述したように、上死点と下死点でモーター１０の回転方向を切り替えると、クランクシャフト７０の径方向に大きな力が加わり、クランクシャフト７０に振動が発生しやすい。そこで、本実施形態では、制御装置９６は、少なくとも死点（上死点、下死点）に達するタイミングにおいてモーター１０のトルクが制限されるように、サーボアンプ９５を制御する。制御装置９６は、例えば、図１０に示すように、回転方向が切り替わる上死点と下死点の付近（θ_１～θ_２、θ_３～θ_４）においてモーター１０のトルクに制限を加えて、制限されたトルクの範囲内でモーター１０を制御してもよい。これにより、クランクシャフト７０の径方向に過度な力が加わることを防止することができるため、クランクシャフト７０のスムーズな回転を阻害する振動の発生を抑制することができる。従って、本実施形態に係る電動アクチュエーターによれば、第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００よりも、振動を抑制しながらスムーズな一方向回転を出力することができる。

＜第４実施形態＞
　上述した第１実施形態の電動アクチュエーター１００は、単一の駆動ユニット１００ｄを備えたものであるが、電動アクチュエーターに複数の駆動ユニットを設けても良い。次に説明する本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００は、４つの駆動ユニット２００ｄを備えたものである。なお、電動アクチュエーター２００には、図１６において後述するサーボアンプ２９５（駆動装置）と制御装置２９６が含まれてもよい。

　図１１は、本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００の斜視図である。図１２から図１４は、それぞれ電動アクチュエーター２００の側面図、平面図、正面図である。図１５は、電動アクチュエーター２００のクランクシャフト２７０の構成図である。

　本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００は、４気筒エンジンの構造を模した４気筒型のアクチュエーターであり、クランクシャフト２７０と、クランクシャフト２７０と連結した４つの駆動ユニット２００ｄを備える。つまり、電動アクチュエーター２００は、４つの電動機と、４つの第１の運動変換器と、４つの第２の運動変換器を備えていて、後述するように、４つの第２の運動変換器が一方向回転運動の出力軸を共有した構成である。なお、電動アクチュエーター２００には、さらに、図１６において後述するサーボアンプ２９５（駆動装置）と制御装置２９６が含まれる。

　各駆動ユニット２００ｄは、第１実施形態の駆動ユニット１００ｄと類似の構造を有し、図１１に示すように、モーター１０と軸継手２０と軸受３０とボールねじ４０とピストン２５０と連接棒２６０を含む。

　図１２に示すように、モーター１０は、軸継手２０を収容するフレーム２２０に固定され、フレーム２２０は、ベース２１０上に固定される。モーター１０の出力軸は、図１３に示すように、フレーム２２０に設けられた軸受３０に支持されたボールねじ４０の軸と、軸継手２０によって接続される。

　ボールねじ４０のナットには、ピストン２５０が固定される。ピストン２５０は、図１２に示すように、フレーム２３０上面にボールねじ４０の軸と平行に配設されたレール２４１に沿って移動可能なキャリッジ２４２上に置かれる。このようにピストン２５０をキャリッジ２４２上に配置することで、ピストン２５０の直線運動がレール２４１とキャリッジ２４２によってガイドされる。これにより、ピストン２５０が往復直線運動を行う際にボールねじ４０に対して垂直方向に過度な曲げ応力が加わることを防止する。

　ピストン２５０の端部２５１は、図１２及び図１３に示すように、連接棒２６０の一端（クレビス部）にピン２５２（第１のピン）によって回転可能に連結される。これにより、連接棒２６０は、ピストン２５０の往復直線運動に伴ってピン２５２を旋回中心軸として一定の角度範囲で旋回可能となっている。また、連接棒２６０の他端は、図１３及び図１４に示すように、クランクシャフト２７０にクランクピン２７３によって回転可能に連結される。

　クランクシャフト２７０は、回転体であり、４気筒エンジン用のクランクシャフトを模した構造を有する。クランクシャフト２７０は、図１５に示すように複数の部品からなり、これらがボルトで互いに固定されることで構成される。このような構成であれば、４気筒型に限らず、任意の数の駆動ユニットｄに対応したクランクシャフトを容易に構成可能である。

　クランクシャフト２７０は、具体的には、図１４及び図１５に示すように、ベース２１０から立設した軸受部（軸受部２８１、軸受部２８２）に設けられた軸受に支持されるクランクジャーナル（クランクジャーナル２７１、クランクジャーナル２７２）と、連接棒２６０に回転可能に連結されるクランクピン２７３と、クランクピン２７３をクランクジャーナルの軸に対して偏心した位置にジョイントするクランクアーム２７４を備える。クランクピン２７３は、クランクシャフト２７０の回転軸に対して偏心した偏心ピンである。

　クランクジャーナル２７１、２７２とクランクピン２７３の各々は、クランクアーム２７４とボルトで固定され、さらに、クランクジャーナル２７１、２７２とクランクピン２７３はクランクアーム２７４を介して接続される。

　なお、クランクシャフト２７０には、出力軸を有するクランクジャーナル２７１と、クランクアーム２７４に挟まれたクランクジャーナル２７２の、２種類のクランクジャーナルが含まれる。クランクアーム２７４に挟まれたクランクジャーナル２７２は、軸受に挿通可能とするために、２つの部品（クランクジャーナル２７２ａとクランクジャーナル２７２ｂ）で構成されていて、一方の部品（クランクジャーナル２７２ａ）を軸受に挿通後に他方の部品（クランクジャーナル２７２ｂ）とボルトで１つに固定する。

　以上のように構成された電動アクチュエーター２００では、モーター１０の往復回転運動がボールねじ４０によってピストン２５０の往復直線運動に変換される。さらに、連接棒２６０とクランクシャフト２７０がスライダクランク機構を構成することで、ピストン２５０の往復直線運動がクランクシャフト２７０の一方向回転運動に変換される。即ち、電動アクチュエーター２００は、第１実施形態の電動アクチュエーター２００と同様に、モーター１０の往復回転運動を一方向回転運動に変換して出力するように構成されている。

　電動アクチュエーター２００は、クランクシャフト２７０の４つのクランクピン２７３に、４つの駆動ユニット２００ｄの連接棒２６０がそれぞれ回転可能に嵌合する点が、電動アクチュエーター１００とは異なっている。電動アクチュエーター２００では、クランクシャフト２７０に連結した４つの駆動ユニット２００ｄによってクランクシャフト２７０が回転駆動される。言い換えれば、４つの駆動ユニット２００ｄは、各々のクランク機構によって出力される一方向回転運動の出力軸であるクランクシャフト２７０を共有することで、４つの駆動ユニット２００ｄが発生する動力が、クランクシャフト２７０において結合される。この点も、電動アクチュエーター２００は、電動アクチュエーター１００と異なっている。

　なお、クランクシャフト２７０に含まれる４つのクランクピン２７３の偏心方向は特に限定しないが、互いに異ならせてもよい。例えば、４つのクランクピン２７３の偏心方向を１８０°ずつ交互に異ならせてもよい。また、４つのクランクピン２７３が死点にくるタイミングが一致しないように、例えば、４つのクランクピン２７３の偏心方向を９０°ずつ異ならせてもよい。これにより、クランクシャフト２７０に回転力が働かない時間をなくしてスムーズな回転を実現してもよい。

　図１６は、本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００の給電システム２９０Ｓ（電気駆動システム２９０）の概略構成を示したブロック図である。なお、給電システム２９０Ｓは、４つの駆動ユニット２００ｄ（具体的にはモーター１０）と共に電気駆動システム２９０を構成する。

　第４実施形態の電気駆動システム２９０及び給電システム２９０Ｓは、一次電源のコンセント（不図示）に差し込まれるプラグ２９１を備える点、及び、サーボアンプの構成において、第１実施形態と異なる。第４実施形態のサーボアンプ２９５は、バッテリー２９５ｅと、４つの駆動ユニット２００ｄのそれぞれに対応する４つのインバーター９５ｂを備えている。第４実施形態の電動アクチュエーター２００は、バッテリー２９５ｅを備えたことにより、一次電源から切り離された状態でもバッテリー２９５ｅに蓄積された電力により作動可能となっている。バッテリー２９５ｅは、電源回生コンバーター９５ａ及び４つのインバーター９５ｂと並列に一対の導線からなる直流母線９５ｄに接続される。各インバーター９５ｂには、対応する駆動ユニット２００ｄのモーター１０がそれぞれ接続される。

　４つのインバーター９５ｂは、互いに並列に、共通する１系統の直流母線９５ｄに接続される。すなわち、電源回生コンバーター９５ａ、バッテリー２９５ｅ及びキャパシター９５ｃによって生成される直流電力が４つのインバーター９５ｂに分配される。また、４つのインバーター９５ｂから出力される回生電力が直流母線９５ｄにおいて結合される。直流母線９５ｄに戻された回生電力の一部は、再び４つのインバーター９５ｂに分配される。また、余剰の回生電力は、キャパシター９５ｃ及びバッテリー２９５ｅに蓄電され、或いは、電源回生コンバーター９５ａを介して一次電源に戻される。

　なお、４つのクランクピン２７３の偏心方向を９０°ずつ変えた場合（すなわち、４つのクランクピン２７３の偏心方向が１２時、３時、６時及び９時の方向である場合）、クランクシャフト２７０の１２時及び６時の方向に偏心したクランクピン２７３に連結する２つの駆動ユニット２００ｄのモーター１０と、３時及び９時の方向に偏心したクランクピン２７３に連結する残りの２つの駆動ユニット２００ｄのモーター１０は、電力を消費／回生するタイミングが相反するため、一方の２つの駆動ユニット２００ｄのモーター１０から出力される回生電力の大半が、他方の２つの駆動ユニット２００ｄのモーター１０によって効率的に消費される。従って、より低い消費電力で電動アクチュエーター２００を駆動することが可能になる。

＜第５実施形態＞
　図１７は、本発明の第５実施形態に係る電動アクチュエーター２０１の斜視図である。図１８は、電動アクチュエーター２０１の平面図である。

　本発明の第５実施形態に係る電動アクチュエーター２０１は、図１７に示すように、クランクシャフト２７０ａと、クランクシャフト２７０ａと連結した２つの駆動ユニット２００ｄを備える。駆動ユニット２００ｄは、第４実施形態で上述したとおりであり、詳細な説明を省略する。つまり、電動アクチュエーター２０１は、２つの電動機と、２つの第１の運動変換器と、２つの第２の運動変換器を備えていて、２つの第２の運動変換器が一方向回転運動の出力軸を共有した構成である。なお、電動アクチュエーター２０１には、電動アクチュエーター２００と同様に、サーボアンプ２９５（駆動装置）と制御装置２９６が含まれてもよい。

　クランクシャフト２７０ａは、２気筒エンジン用のクランクシャフトを模した構造を有する。クランクシャフト２７０ａは、第５実施形態のクランクシャフト２７０と同様に複数の部品で構成され、複数の部品がボルトで互いに固定されることで構成される。

　クランクシャフト２７０ａは、具体的には、図１８に示すように、ベース２１０から立設した軸受部（軸受部２８１、軸受部２８２）に設けられた軸受に支持されるクランクジャーナル（クランクジャーナル２７１、クランクジャーナル２７２）と、連接棒２６０に回転可能に連結されるクランクピン２７３と、クランクピン２７３をクランクジャーナルの軸に対して偏心した位置にジョイントするクランクアーム２７４を備える。なお、クランクシャフト２７０ａでは、気筒数（駆動ユニット数）の減少に伴って部品点数がクランクシャフト２７０よりも少ない点が異なる。例えば、気筒間に設けられるクランクジャーナル２７２は１つだけであり、気筒毎に設けられるクランクピン２７３も２つだけである。

　上記の第１実施形態から第５実施形態では、往復運動（往復直線運動）を一方向回転運動に変換する第２の運動変換器として、連接棒とクランクシャフトから構成されるクランク機構（スライダクランク機構）が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。以下、クランクシャフトを使用しない実施形態について説明する。

＜第６実施形態＞
　図１９は、本発明の第６実施形態に係る電動アクチュエーター３００の外観図である。本実施形態の電動アクチュエーター３００は、ベース３０４と、ベース３０４上に設置された駆動ユニット３００ｄ及びスピンドル部３７０を備える。なお、電動アクチュエーター３００には、上述した実施形態に係る電動アクチュエーターと同様に、図示しないサーボアンプと制御装置が含まれてもよい。

　駆動ユニット３００ｄは、モーター１０と、モーター１０の回転運動を直線運動に変換するボールねじ４０と、ボールねじ４０のねじ軸４１を回転可能に支持する軸受３０と、軸線方向（すなわち、軸線Ａｘ１の延長方向）に移動可能な箱形の直動部３５０（以下「ピストン３５０」という。）と、ピストン３５０を軸線方向に可動に支持するガイドウエイ形循環式リニア軸受３５４（以下「リニアガイド３５４」という。）と、ピストン３５０とスピンドル部３７０の後述するスピンドル３７２とを連結する連接棒３６０と、ベース３０４上に取り付けられたフレーム３０５及びフレーム３０６を備える。モーター１０及び軸受３０はフレーム３０５に取り付けられる。なお、本実施形態の駆動ユニット３００ｄの軸線Ａｘ１は、モーター１０の軸１１及びボールねじ４０のねじ軸４１の中心線と共通の直線である。

　リニアガイド３５４は、レール３５４ａと、レール３５４ａ上を走行可能なキャリッジ３５４ｂを備える。レール３５４ａはフレーム３０６の上面に取り付けられ、キャリッジ３５４ｂはピストン３５０の下面に取り付けられる。これにより、ピストン３５０は、ベース３０４に対して軸線方向のみに移動可能に支持される。

　モーター１０の軸１１（不図示）は、軸継手２０によって、ボールねじ４０のねじ軸４１に接続される。ボールねじ４０のナット４２（不図示）は、ピストン３５０の中空部に収容されて、ピストン３５０に固定される。モーター１０の軸１１が往復回転するのに伴い、ピストン３５０が軸線方向に往復移動する。ピストン３５０の軸線方向における一端には、クレビス３５１が設けられている。

　スピンドル部３７０は、回転体であるスピンドル３７２と、スピンドル３７２を回転可能に支持する軸受部３７４を備える。スピンドル３７２の一端面には、ピン３７２ｐが偏心して取り付けられている。即ち、ピン３７２ｐは、スピンドル３７２の回転軸に対して偏心した偏心ピンである。

　本実施形態の連接棒３６０の両端部には、ボールジョイント３６２が設けられている。一方のボールジョイント３６２は、ピン５２を介して、ピン５２を中心に回転可能にクレビス３５１と連結される。また、他方のボールジョイント３６２は、ピン３７２ｐを介して、ピン３７２ｐを中心に回転可能にスピンドル３７２と連結される。なお、ボールジョイント３６２に替えて自動調心ころ軸受や自動調心玉軸受等の転がり軸受を使用してもよい。

　モーター１０は、軸１１が所定の角度範囲で繰り返し往復回転するように駆動される。モーター１０の回転は、ボールねじ４０によって直線運動に変換されて、ピストン３５０に伝達される。その結果、ピストン３５０は所定のストロークで軸線Ａｘ１上を往復直線運動する。すなわち、ボールねじ４０は、モーター１０から出力される往復回転運動を往復直線運動に変換する第１の運動変換器として機能する。ピストン３５０の軸線Ａｘ１方向の往復直線運動は、連接棒３６０によってピン３７２ｐに伝達され、スピンドル３７２の一方向回転運動に変換される。すなわち、連接棒３６０とスピンドル３７２により、往復運動（往復直線運動）を一方向回転運動に変換する第２の運動変換器としてのリンク機構が構成される。

＜第７実施形態＞
　図２０は、本発明の第７実施形態に係る電動アクチュエーター４００の外観図である。本実施形態の電動アクチュエーター４００は、横に並べて配置された２つの駆動ユニット４００ｄと、２つの駆動ユニット４００ｄに接続された歯車装置４７０を備える。電動アクチュエーター４００には、上述した実施形態に係る電動アクチュエーターと同様に、図示しないサーボアンプと制御装置が含まれてもよい。なお、本実施形態の駆動ユニット４００ｄは、２つの駆動ユニット４００ｄのフレーム４０５が一体化されている点で第６実施形態の駆動ユニット３００ｄと構成が異なるが、その他の構成は駆動ユニット３００ｄと共通する。

　図２１は、歯車装置４７０の機構を示した図である。なお、図２１には、駆動ユニット３００ｄの連接棒３６０も図示されている。

　歯車装置４７０は、ケース４７１（図２０）と、ケース４７１に取り付けられた二対の軸受４７３、４７６と、一対の軸受４７３によって回転可能に支持された第１軸４７２（入力軸）と、第１軸４７２に取り付けられた駆動歯車４７４と、一対の軸受４７６によって回転可能に支持された第２軸４７５（出力軸）と、第２軸４７５に取り付けられた従動歯車４７７を備える。駆動歯車４７４は従動歯車４７７と噛み合い、第１軸４７２の回転運動は駆動歯車４７４及び従動歯車４７７を介して第２軸４７５に伝達される。

　第１軸４７２の両端部には、それぞれ円盤部４７２ａが設けられている。各円盤部４７２ａには、ピン４７２ｐが偏心して取り付けられている。なお、本実施形態においては、２つの円盤部４７２ａのピン４７２ｐの偏心方向が９０度ずれている。

　一方の駆動ユニット４００ｄの連接棒３６０は第１軸４７２の一方の円盤部４７２ａのピン４７２ｐに連結され、他方の駆動ユニット４００ｄの連接棒３６０は第１軸４７２の他方の円盤部４７２ａのピン４７２ｐに連結される。従って、一対の駆動ユニット４００ｄから出力される動力が、歯車装置４７０（より具体的には、第１軸４７２）において合成されて、第２軸４７５から出力される。

　本実施形態においては、２つの駆動ユニット４００ｄの連接棒３６０とそれぞれ結合する２つの円盤部４７２ａのピン４７２ｐの偏心方向が９０度ずれている。そのため、２つの駆動ユニット４００ｄのモーター１０は、電力を消費／回生するタイミングが互いに相反するため、一方の駆動ユニット４００ｄのモーター１０から出力される回生電力の大半が、他方の駆動ユニット４００ｄのモーター１０によって効率的に消費される。従って、より低い消費電力で電動アクチュエーター４００を駆動することが可能になっている。

　上述した第１－第７実施形態においては、往復回転運動を第１の運動変換器により往復直線運動に一旦変換した後、更に第２の運動変換器により一方向回転運動に変換する構成が採用されている。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではなく、次に説明する本発明の第８実施形態のように、往復回転運動を一方向回転運動に直接変換する構成も本発明の範囲に含まれる。

＜第８実施形態＞
　図２２は、本発明の第８実施形態に係る電動アクチュエーター５００の外観図である。本実施形態の電動アクチュエーター５００は、ベース５０４と、ベース５０４上に設置された駆動ユニット５００ｄ及びスピンドル部５７０を備える。なお、電動アクチュエーター５００には、図２３に示すサーボアンプ９５と制御装置９６が含まれてもよい。駆動ユニット５００ｄは、モーター１０と、モーター１０の軸１１に結合した駆動ディスク５５０（第１の円盤部）と、連接棒５６０を備える。駆動ディスク５５０には、ピン５５２（第１のピン）が偏心して取り付けられている。

　スピンドル部５７０は、スピンドル５７２と、スピンドル５７２を回転可能に支持する軸受部５７４を備える。スピンドル５７２は、円柱状の軸部５７２ｂと、軸部５７２ｂの一端部に結合した従動ディスク５７２ａ（第２の円盤部）と、従動ディスク５７２ａに偏心して取り付けられたピン５７２ｐ（第２のピン）を備える。

　連接棒５６０の両端部には、ボールジョイント５６２が設けられている。一方のボールジョイント５６２は、ピン５５２を介して、ピン５５２を中心に回転可能に駆動ディスク５５０と連結される。また、他方のボールジョイント５６２は、ピン５７２ｐを介して、ピン５７２ｐを中心に回転可能に従動ディスク５７２ａ（スピンドル５７２）と連結される。すなわち、連接棒５６０は、駆動ディスク５５０（ピン５５２）及び従動ディスク５７２ａ（ピン５７２ｐ）とそれぞれジョイント（対偶）により結合されている。なお、ボールジョイント５６２に替えて自動調心ころ軸受や自動調心玉軸受等の転がり軸受を使用してもよい。

　モーター１０は、軸１１（及び駆動ディスク５５０）が所定の角度範囲で繰り返し往復回転するように駆動される。これにより、連接棒５６０が所定のストロークで長さ方向に繰り返し押し引きされ、その結果、従動ディスク５７２ａ（スピンドル５７２）が一方向に連続して回転する。すなわち、駆動ディスク５５０、連接棒５６０及び従動ディスク５７２ａから構成されるリンク機構により、モーター１０の往復回転運動がスピンドル５７２の一方向回転運動に変換される。なお、このリンク機構は、２つのクランク機構（具体的には、駆動ディスク５５０と連接棒５６０から構成される第１の運動変換器としての第１のクランク機構と、連接棒５６０と従動ディスク５７２ａから構成される第２の運動変換器としての第２のクランク機構）を結合したものと解釈することもできる。

　また、本実施形態のスピンドル部５７０（より具体的には、軸受部５７４）は、発電機８０（図２３）を内蔵している。

　図２３は、本発明の第８実施形態に係る電動アクチュエーター５００の給電システム５９０Ｓ（電気駆動システム５９０）の概略構成を示したブロック図である。なお、給電システム５９０Ｓは、モーター１０と共に電気駆動システム５９０を構成する。

　第８実施形態の電気駆動システム５９０及び給電システム５９０Ｓは、発電機８０と、発電機８０が発生した電力を系統電力（例えば三相交流）に変換して一次電源側に供給するインバーター装置９７を備えた点において、第１実施形態の電気駆動システム９０及び給電システム９０Ｓと異なる。なお、インバーター装置９７は、制御装置９６と通信可能に接続され、制御装置９６の制御に従って動作する。

　インバーター装置９７は、コンバーター９７ａ、インバーター９７ｂ及びキャパシター９７ｃを備える。コンバーター９７ａは、例えばダイオードブリッジ回路を含む全波整流方式の整流器を備える。コンバーター９７ａの入力側にＰＷＭコンバーターを設け、コンバーター９７ａの入力電流を正弦波化してもよい。インバーター９７ｂは、例えばＰＷＭ制御により出力する電力を制御するＰＷＭインバーターである。

　発電機８０が発生した電力は、コンバーター９７ａよって直流に変換され、キャパシター９７ｃによって平滑化された後、インバーター９７ｂに入力される。なお、正負一対の導線から１系統の直流母線９７ｄが構成される。インバーター９７ｂは、直流母線９７ｄから供給される直流電力を系統電力と同等の品質の正弦波交流に変換し、一次電源９１側に出力する。

　本実施形態の構成によれば、回生動作時だけでなく力行動作時にも発電機８０により発電が行われて一次電源９１側に電力が供給されるため、電力エネルギーをより効率的に利用することができる。

　本実施形態では、発電機８０は、スピンドル部５７０の軸受部５７４に内蔵されているが、駆動ユニット５００ｄに設けてもよい。例えば、モーター１０と駆動ディスク５５０の間に発電機８０を設けてもよい。また、モーター１０の軸１１やスピンドル５７２の軸部５７２ｂを延長して発電機８０の入力軸と連結し、動力の一部を発電機８０に供給する構成としてもよい。また、ベルトやチェーン等の巻掛け伝動又は歯車機構等により、駆動ユニット５００ｄ又はスピンドル部５７０の回転軸から動力の一部を分岐して発電機８０に伝達する構成としてもよい。

　本実施形態の発電機８０は交流発電機であるが、直流発電機を使用してもよい。この場合、発電機が発生する電力の整流が不要とるため、インバーター装置９７のコンバーター９７ａは不要となり、例えば、直流発電機の出力端子は、コンバーター９７ａを介さずに、直流母線９７ｄに接続される。

　インバーター装置９７にバッテリーを設けて、バッテリーをキャパシター９７ｃと並列に直流母線９７ｄに接続する構成としてもよい。

　また、発電機８０とモーター１０との間にクラッチを設けて、発電機８０による動力吸収を行うタイミングをクラッチの断続によって制御する構成としてもよい。

　また、インバーター装置９７の直流母線９７ｄ、キャパシター９７ｃ及びインバーター９７ｂを、サーボアンプ９５の直流母線９５ｄ、キャパシター９５ｃ及び電源回生コンバーター９５ａとそれぞれ共通化してもよい。

　次に、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターの応用例について説明する。

＜第９実施形態＞
　図２４は、本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００を原動機として搭載した電気自動車１の動力系の概略構成を示した図である。電気自動車１は、動力伝達装置２と左右のドライブシャフト３ａ及び３ｂを備える。動力伝達装置２は、不図示の変速装置、最終減速装置及び差動装置を備える。電動アクチュエーター２００のクランクシャフト２７０は動力伝達装置２の入力軸に接続される。ドライブシャフト３ａ及び３ｂは、動力伝達装置２の左右の出力軸にそれぞれ接続される。各ドライブシャフト３ａ、３ｂの先端には、それぞれ車輪Ｗが取り付けられる。電動アクチュエーター２００から出力される動力は、動力伝達装置２の変速装置、最終減速装置及び差動装置を介してドライブシャフト３ａ、３ｂに伝達され、ドライブシャフト３ａ、３ｂの先端に取り付けられた車輪Ｗを回転駆動する。

　本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、回転運動を出力する各種原動機（例えば、エンジン、電動機、油圧モーター、空気モーター、蒸気タービン等）に置き換えて使用することができる。

　図２４に示す応用例は、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターを４輪の電気自動車に応用した例であるが、２輪車や３輪車あるいは６輪以上の車輪を有するトラック、バス、トラクター等の各種自動車に本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターを使用することができる。また、電気自動車に限らず、ハイブリッド自動車にも本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターを使用することができる。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、自動車に限らず、鉄道車両の原動機としても使用することができる。

＜第１０実施形態＞
　次に説明する第１０実施形態は、本発明を鉄道システムに適用した例である。
　図２５は、本発明の第１０実施形態に係る鉄道車両６００の駆動機構の概略構成を示した図である。鉄道車両６００は、複数（図２５に示される例では３つ）の台車６０１を備える。台車６０１は、駆動装置として、本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００を備えた動台車である。

　台車６０１は、２つの電動アクチュエーター２００と、各２対の車軸６０３（車軸６０３ａ、６０３ｂ）、軸受６０２、軸箱（不図示）、軸箱支持装置（不図示）及び車輪６０４を備える。電動アクチュエーター２００のクランクシャフト２７０の両端には、車軸６０３ａ及び６０３ｂの一端が接続される。車軸６０３ａ及び６０３ｂの他端には車輪６０４が取り付けられる。

　各軸受６０２は各軸箱に取り付けられ、各軸箱は各軸箱支持装置を介して台車枠６０５に取り付けられる。軸受６０２及び軸箱は、軸箱支持装置により台車枠６０５（フレーム）に対して緩衝支持される。各車軸６０３ａ及び６０３ｂは、各軸受６０２によって回転可能に支持される。

　図２６は、本発明の第１０実施形態に係る鉄道車両６００の給電システム６９０Ｓ（電気駆動システム６９０）の概略構成を示したブロック図である。なお、給電システム６９０Ｓは、鉄道車両６００に搭載された複数の電動アクチュエーター２００（具体的には、複数のモーター１０）と共に電気駆動システム６９０を構成する。

　鉄道車両６００は、トロリー線（接触電線）である架線６９１ｂと接触するパンタグラフ６９２ｃを集電装置として備えた、架線集電方式により集電を行う動力車である。架線６９１ｂには、変電所６９１ａから系統電力（例えば三相交流）が供給される。

　電気駆動システム６９０（給電システム６９０Ｓ）のうち、鉄道車両６００に搭載される移動体駆動システム６９０Ｍ（移動体給電システム６９０ＭＳ）は、対応する台車６０１ごとにユニット化された１つ以上の移動体駆動ユニット６９０ＭＵ（移動体給電システム６９０ＭＳＵ）から構成される。なお、移動体駆動ユニット６９０ＭＵ（移動体給電システム６９０ＭＳＵ）は、台車６０１単位ではなく、鉄道車両６００単位、あるいは、複数の鉄道車両６００を連結した列車単位で構成してもよい。

　本発明の第１０実施形態に係る電気駆動システム６９０によれば、本発明の第２実施形態に係る電気駆動システム２９０と同じ作用効果が得られる。すなわち、回生電力が効率的にモーター１０の駆動に利用されるため、低い消費電力で鉄道車両６００（電動アクチュエーター２００）を駆動することが可能になっている。

　本実施形態では、パンタグラフ６９２ｃを集電装置として使用する架線集電方式が採用されているが、他の種類の集電装置（例えば、ビューゲル、トロリーポール等）や他の種類の集電方式（例えば、給電用レール〔第三軌条〕に集電靴を接触させて集電する第三軌条方式等）を使用してもよい。

　本実施形態の鉄道車両６００は、走行装置として台車６０１を使用する台車形式の車両であり、台車６０１に移動体駆動ユニット６９０ＭＵが実装されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、車体に走行装置及び移動体駆動ユニット６９０ＭＵを直接設けた構成としてもよい。

　本実施形態では、各台車６０１の移動体駆動ユニット６９０ＭＵ（具体的には、サーボアンプ６９５）がバッテリー２９５ｅを備えているが、複数の台車６０１の移動体駆動ユニット６９０ＭＵでバッテリー２９５ｅを共有する構成としてもよい。この場合、例えば、複数の台車６０１のうち一つ（又は一部）のサーボアンプ６９５にのみバッテリー２９５ｅを設けて、前記複数の台車６０１の直流母線９５ｄを連結する構成としてもよい。また、バッテリー２９５ｅをサーボアンプ６９５の外部（例えば、車体上）に配置し、前記複数の台車６０１の直流母線９５ｄと接続する構成としてもよい。

　本実施形態では、電動アクチュエーター２００のクランクシャフト２７０の両端に分割車軸６０３ａ、６０３ｂを直結する構成が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、電動アクチュエーター２００と分割されていない車軸６０３とをギア装置等の動力伝達装置を介して接続する構成としてもよい。

　本実施形態では、軸箱及び軸箱支持装置を使用する軸箱支持方式が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。

＜第１１実施形態＞
　次に、本発明をタイヤ試験装置に適用した例について説明する。以下に説明する本発明の第１１実施形態に係るタイヤ試験装置は、タイヤの摩耗試験、耐久試験、走行安定性試験等を行うことが可能な試験装置である。

　図２７及び図２８は、それぞれ異なる方向から見た、本発明の第１１実施形態に係るタイヤ試験装置２０００の斜視図である。本実施形態のタイヤ試験装置２０００は、外周面に模擬路面が形成された回転ドラム２０１０と、タイヤＴを模擬路面に所定の姿勢で接地させた状態で回転可能に保持するアライメント調整機構２１６０と、タイヤＴに与えるトルクを発生するトルク発生装置１３０（スリップ率制御装置）と、回転ドラム２０１０及びトルク発生装置１３０のケーシングを回転駆動するインバータモーター２０８０を備えている。

　回転ドラム２０１０は一対の軸受２０１１ａによって回転自在に支持されている。インバータモーター２０８０の出力軸にはプーリー２０１２ａが取り付けられ、回転ドラム２０１０の一方の軸にはプーリー２０１２ｂが取り付けられている。プーリー２０１２ａとプーリー２０１２ｂとは駆動ベルト２０１５（例えば歯付ベルト）により連結されている。回転ドラム２０１０の他方の軸は、中継軸２０１３を介して、プーリー２０１２ｃが取り付けられている。なお、中継軸２０１３は、プーリーが取り付けられる一端部付近において軸受２０１１ｂにより回転自在に支持されている。プーリー２０１２ｃは、駆動ベルト２０１６によってプーリー２０１２ｄに連結されている。プーリー２０１２ｄは、プーリー２０１２ｅに同軸に固定されており、プーリー２０１２ｅと共に軸受２０１１ｃ（図２８）によって回転自在に支持されている。また、プーリー２０１２ｅは、駆動ベルト２０１７によってトルク発生装置１３０の後述するケーシング１３１の軸部１３１ａに連結されている。

　図２９は、トルク発生装置１３０の内部構造を示した図である。トルク発生装置１３０は、ケーシング１３１と、ケーシング１３１内に固定されたサーボモーター１０及び減速機１３３を備えている。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成のサーボモーター１０が使用される。ケーシング１３１の軸方向両端部に筒状の軸部１３１ａ、１３１ｂが形成されている。ケーシング１３１は、軸部１３１ａ、１３１ｂにおいて、軸受部２０２０、２０３０により回転可能に支持されている。また、一端側（図２９における右端側）の軸部１３１ａの外周には、プーリー２０１２ｆが取り付けられている。

　減速機１３３は入力軸１３３ａと出力軸１３３ｂを有しており、入力軸１３３ａに入力された回転運動を減速して出力軸１３３ｂに出力する。減速機１３３の入力軸１３３ａは、カップリング１３４によってサーボモーター１０の駆動軸１５０ａと連結されている。また、減速機１３３の出力軸１３３ｂには、連結軸１３５が接続される。なお、減速機１３３は任意選択的にトルク発生装置１３０に設けられる。トルク発生装置１３０に減速機１３３を設けずに、サーボモーター１０の駆動軸１５０ａに連結軸１３５を直接接続してもよい。

　連結軸１３５は、ケーシング１３１の筒状の軸部１３１ａの中空部に通され、軸部１３１ａの内周に設けられた一対の軸受１３６により回転可能に支持される。連結軸１３５の先端部は、軸部１３１ａの先端部から突出している。軸部１３１ａから突出した連結軸１３５は、等速ジョイント２０１４（図２７）を介して、アライメント調整機構２１６０のスピンドルに接続される。アライメント調整機構２１６０のスピンドルには、タイヤＴが装着されたホイールが取り付けられる。

　これにより、インバータモーター２０８０を駆動すると、回転ドラム２０１０が回転すると共に、回転ドラム２０１０を介してインバータモーター２０８０に連結されたトルク発生装置１３０のケーシング１３１が回転するようになっている。また、トルク発生装置１３０が作動しないときに、回転ドラム２０１０とタイヤＴが、接触部における周速が同一となるよう、逆方向に回転するようになっている。また、トルク発生装置１３０を作動させることで、タイヤＴに動的又は静的な駆動力及び制動力を与えることができる。

　本実施形態においては、インバータモーター２０８０から出力された動力は、回転ドラム２０１０、中継軸２０１３、トルク発生装置１３０、等速ジョイント２０１４、アライメント調整機構２１６０のスピンドル及びタイヤＴを介して、再び回転ドラム２０１０に伝達される。すなわち、回転ドラム２０１０、中継軸２０１３、トルク発生装置１３０、等速ジョイント２０１４、アライメント調整機構２１６０のスピンドル及びタイヤＴからなる動力伝達路は、動力循環系を構成している。そのため、インバータモーター２０８０の動力が効率的に利用され、少ない消費電力で動作できるようになっている。

　本実施形態のアライメント調整機構２１６０は、供試体であるタイヤＴをホイールに装着した状態で回転可能に支持して、タイヤＴのトレッド部を回転ドラム２０１０の模擬路面に押し当てると共に、模擬路面に対するタイヤＴの向きやタイヤ荷重（接地圧）を設定された状態に調整する機構である。アライメント調整機構２１６０は、タイヤＴの回転軸の位置を回転ドラム２０１０の半径方向に移動してタイヤ荷重を調整するタイヤ荷重調整部２１６１と、タイヤＴの回転軸を模擬路面の垂線の周りに傾けて模擬路面に対するタイヤＴのスリップ角を調整するスリップ角調整部２１６２と、タイヤＴの回転軸を回転ドラム２０１０の回転軸に対して傾斜させてキャンバー角を調整するキャンバー角調整部２１６３と、タイヤＴを回転軸方向に移動させるトラバース装置２１６４を備えている。タイヤ荷重調整部２１６１、スリップ角調整部２１６２、キャンバー角調整部２１６３及びトラバース装置２１６４は、それぞれサーボモーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４を備えている。サーボモーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３及びＭ４は、例えばＡＣサーボモーターである。

　図３０は、サーボモーター１０及びインバータモーター２０８０に電力を供給する本発明の第２実施形態に係る給電システム２８００Ｓ（電気駆動システム２８００）の概略構成を示すブロック図である。

　本実施形態の給電システム２８００Ｓは、電磁開閉器２８３０の後段から分岐したインバータモーター２０８０へ電力を供給する給電系統２８６０（リアクトル２８７０、ドライバ２８８０）、アライメント調整機構２１６０のサーボモーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４へ電力をそれぞれ供給する給電系統２８９１（リアクトルＲ１、サーボアンプＡ１）、２８９２（リアクトルＲ２、サーボアンプＡ２）、２８９３（リアクトルＲ３、サーボアンプＡ３）、２８９４（リアクトルＲ４、サーボアンプＡ４）を有する点で第１実施形態の給電システム９０Ｓと異なっている。なお、ドライバ２８８０は、インバータモーター２０８０の駆動電力を発生する装置であり、図示しないインバーター回路を備えている。また、ドライバ２８８０及びサーボアンプＡ１～Ａ４は、それぞれ制御ユニットＣ２と通信可能に接続され、制御ユニットＣ２の制御に従って動作する。なお、サーボアンプＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４は、サーボアンプ２８５０と同一の構成を有している。

　本実施形態のタイヤ試験装置２０００を使用した試験においては、インバータモーター２０８０が出力する回転数とトルク発生装置１３０（具体的には、サーボモーター１０）が発生するトルクを合成した回転運動がタイヤＴに与えられる。タイヤ試験装置２０００を使用した試験の一例においては、インバータモーター２０８０が一定の回転数を出力し、サーボモーター１０が変動トルク（例えばランダムな振動トルク）を出力するように制御される。具体的には、サーボモーター１０は、所定の振動波形データに基づいて、振幅及び周期を変えながら往復回転駆動される。すなわち、制御ユニットＣ２によりモーター１０が正転と逆転を繰り返すように制御される。これにより、サーボモーター１０の加速と減速が繰り返されるため、サーボアンプ２８５０からサーボモーター１０への駆動電力の供給と、サーボモーター１０からサーボアンプ２８５０への回生電力の供給が繰り返される。

　サーボモーター１０が発生する回生電力の大部分は、一時的にキャパシター２８５３に蓄積された後、サーボモーター１０の駆動に使用される。回生電力の余剰分は、電源回生コンバーター２８５１及びリアクトル２８４０を介して、給電系統２８６０、２８９１、２８９２、２８９３、２８９４に供給され、インバータモーター２０８０及びサーボモーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の駆動に使用される。そのため、サーボモーター１０が発生する回生電力のほとんどがサーボモーター１０、Ｍ１～Ｍ４及びインバータモーター２０８０の駆動に再利用され、サーボモーター１０の駆動のために使用される一次電源２８１０の電力消費量が僅かに抑えられる。また、インバータモーター２０８０及びサーボモーターＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が発生する回生電力も、他のモーター（すなわち、サーボモーター１０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４及びインバータモーター２０８０）の駆動に再利用され、一次電源２８１０の電力消費量が更に抑えられる。

　以上説明した構成のタイヤ試験装置２０００にタイヤＴをセットして、回転駆動用のインバータモーター２０８０を駆動することによって、タイヤＴ及び回転ドラム２０１０が同じ周速で回転する。その状態で、トルク発生装置１３０のサーボモーター１０を駆動して、タイヤＴに駆動力や制動力を与えることによって、実際の走行状態をシミュレートしたタイヤの摩耗試験、耐久試験、走行安定性試験等を行うことが可能となる。

　なお、本実施形態では、タイヤＴ及び回転ドラム２０１０が同じ周速で回転させるためにインバータモーター２０８０を用いたが、図３０のドライバ２８８０とインバータモーター２０８０の代わりに、サーボモーター１０と駆動ユニット１００ｄを含む第１の実施形態に係る電動アクチュエーター１００を用いてもよい。即ち、サーボモーター１０の出力軸には直接プーリー２０１２ａを取り付けるのではなく、サーボモーター１０の往復回転を一方向回転に変換する駆動ユニット１００ｄをサーボモーター１０とプーリー２０１２ａの間に設ければよい。これにより、タイヤＴと回転ドラム２０１０を同じ周速で回転させる動作にも回生エネルギーを利用することが可能となる。
＜第１２実施形態＞

　以下に説明する本発明の第１２実施形態に係る複合試験装置は、タイヤのユニフォーミティ試験と動釣合試験を行うことが可能な試験装置である。図３１は、本発明の実施形態のユニフォーミティ及び動釣合複合試験装置３０００（以下、複合試験装置３０００とする）の基本構成を示す側面図である。図３２は、複合試験装置３０００のスピンドル３１２０を回転駆動する方法を模式的に示したものである。

　複合試験装置３０００は、図３１に示すように、タイヤＴを下部リム３０１０と上部リム３０２０とで上下に挟みこんで保持するよう構成されている。より詳細には、複合試験装置３０００は、上端部に上部リム３０２０が固定されたロックシャフト３３００を、スピンドル３１２０に挿入して固定することにより、下部リム３０１０と上部リム３０２０との間でタイヤＴを挟み込んで保持する。

　ユニフォーミティ試験では、スピンドル３１２０の側方に設けられた回転ドラム３０３０を用いる。回転ドラム３０３０は、タイヤＴに対して近接／離間する方向に延びるレール３０３１の上をスライド可能な可動ハウジング３０３２に搭載され、図示しないモーターにより駆動されるラックピニオン機構３０３５（ピニオン３０３６・ラック３０３８）によってタイヤＴに対して近接／離間方向に移動する。また、回転ドラム３０３０は図示しない電動アクチュエーター（以降、電動アクチュエーター１００ａと記す。）によって任意の回転数で回転可能である。なお、電動アクチュエーター１００ａの構成は、第１実施形態において上述した電動アクチュエーター１００と同じである。

　ユニフォーミティ試験を実施する際には、ラックピニオン機構３０３５によってこの回転ドラム３０３０をタイヤＴに当接させ、さらに回転ドラム３０３０をタイヤＴに数百ｋｇｆ以上の力で押し付ける。次いで、この状態で回転ドラム３０３０を回転させ（従って回転ドラム３０３０に当接しているタイヤＴも回転ドラム３０３０に伴って回転する）、そのときの負荷の変動から回転しているタイヤに発生する力のばらつきをスピンドルハウジング３１１０の側面に設置された３軸圧電素子によって計測する。

　本実施形態では、この回転ドラム３０３０を電動アクチュエーター１００ａを用いて回転させる。これにより、回生エネルギーを利用しながら回転ドラム３０３０を回転させて、ユニフォーミティ試験を行うことができる。

　一方、動釣合試験は回転ドラム３０３０をタイヤＴから離間させた状態でスピンドル３１２０ごとタイヤＴを回転させ、そのときにタイヤＴの不釣合いから生じる加振力からタイヤの偏心状態を測定する試験である。

　スピンドル３１２０の下端には、動釣合試験時にスピンドル３１２０を回転駆動するためのプーリー３１４０が取り付けられている。また、スピンドル３１２０が固定されたベース３０５０には図示しないラックピニオン機構によってスピンドル３１２０に向かって水平に進退可能な電動アクチュエーター１００ｂが設置されていて、この電動アクチュエーター１００ｂによってスピンドル３１２０を回転させる。なお、電動アクチュエーター１００ｂの構成は、第１実施形態において上述した電動アクチュエーター１００と同じである。これにより、回生エネルギーを利用しながらスピンドル３１２０を回転させて、動釣合試験を行うことができる。

　電動アクチュエーター１００ｂの出力回転軸には駆動プーリー３１４４がスピンドル３１２０のプーリー３１４０と同じ高さに取り付けられている。また、図３２に示すように、駆動プーリー３１４４およびスピンドル３１２０のプーリー３１４０と同じ高さに一対の従動プーリー３１４３が回転可能に設置されている。なお、従動プーリー３１４３は上記の図示しないラックピニオン機構によって電動アクチュエーター１００ｂ（駆動プーリー３１４４）と共に進退する。ここで無端ベルト３１４２が駆動プーリー３１４４および従動プーリー３１４３に掛け渡されており、電動アクチュエーター１００ｂにより無端ベルト３１４２を所定速度で進行させることができる。

　ラックアンドピニオン機構により無端ベルト３１４２がプーリー３１４０に当接した状態（図３２の実線の状態）で電動アクチュエーター１００ｂを駆動させることで、プーリー３１４０が回転して、下部リム３０１０と上部リム３０２０の間でタイヤＴを保持したままスピンドル３１２０が回転する。このときにスピンドルハウジング３１１０の側面に設置された３軸圧電素子によって加振力を計測する。

　本実施形態では、電動アクチュエーター１００ｂを用いることで回生エネルギーを利用しながらスピンドル３１２０を回転させて、動釣合試験を行うことができる。

　即ち、複合試験装置３０００には、第１実施形態の電動アクチュエーター１００と同じ２つの電動アクチュエーター１００ａ、１００ｂが設けられていて、電動アクチュエーター１００ａが回転ドラム３０３０を回転させるために、電動アクチュエーター１００ｂがスピンドル３１２０を回転させるために、用いられる。これにより、ユニフォーミティ試験と動釣合試験のどちらにおいても回生エネルギーを利用しながら、試験を実施することができる。

＜第１３実施形態＞
　以下に説明する本発明の第１３実施形態に係るバランス測定装置４０００は、回転体のバランスを測定可能な試験装置である。図３３及び図３４は、それぞれ本発明の実施形態に係るバランス測定装置４０００の正面図と側面図である。なお、以降の記載においては図３３中の上下方向をＹ軸方向、上下方向と回転体の回転軸方向の双方に垂直な方向をＸ軸方向と定義する。本実施形態の回転体４１００は、例えば、クランク軸であり、バランス測定装置４０００は、例えば、クランク軸のバランスを測定する装置である。

　バランス測定装置４０００の装置フレームは、ベース４０１３と、ベース４０１３から鉛直上方に延びる複数のばね４０１４と、それらばね４０１４に支えられたテーブル４０１５とから成っている。テーブル４０１５の下面には駆動シャフト用軸受４０１２ａおよび４０１２ｂが取り付けられている。駆動シャフト４００５はこの駆動シャフト用軸受４０１２ａおよび４０１２ｂに回転可能に支持される。また、図３４に示されるように、ベース４０１３のＸ軸方向両端からは鉛直上方にほぼ剛体と見なすことのできる第１の側壁４０１３ａおよび第２の側壁４０１３ｂが延出している。

　ベース４０１３には第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００が取り付けられている。電動アクチュエーター１００の駆動軸にはプーリー４００３が取り付けられている。一方、駆動シャフト４００５の一端には第１のプーリー４００６が取り付けられており、この第１のプーリー４００６と電動アクチュエーター１００の駆動軸に取り付けられたプーリー４００３とには第１の無端ベルト４００４が渡されており、電動アクチュエーター１００を駆動することにより駆動シャフト４００５を第１の無端ベルト４００４を介して回転駆動することができる。

　また、テーブル４０１５の上面から鉛直上方に互いに平行な第１のテーブル側壁４０１７ａおよび第２のテーブル側壁４０１７ｂが固定されている。第１のテーブル側壁４０１７ａおよび第２のテーブル側壁４０１７ｂはばね４０１４のばね定数と比べてきわめて高い剛性を有する剛体である。第１のテーブル側壁４０１７ａには従動シャフト用軸受４０１６ａおよび４０１６ｃが、また、第２のテーブル側壁４０１７ｂには従動シャフト用軸受４０１６ｂおよび４０１６ｄがそれぞれ固定されている。なお、図３３には従動シャフト用軸受４０１６ａおよび４０１６ｂのみ記載されており、従動シャフト用軸受４０１６ｃおよび４０１６ｄはそれぞれ従動シャフト用軸受４０１６ａおよび４０１６ｂの図３３の奥側に配置されている。従動シャフト用軸受４０１６ａ、４０１６ｂ、４０１６ｃ、４０１６ｄはそれぞれ従動シャフト４０１０ａ、４０１０ｂ、４０１０ｃ、４０１０ｄ（図３３には４０１０ａ、４０１０ｂのみ記載）を回転可能に支持する。

　従動シャフト４０１０ａ、４０１０ｂ、４０１０ｃ、４０１０ｄの一端にはそれぞれプーリー４００９ａ、４００９ｂ、４００９ｃ、４００９ｄが取り付けられている。また、駆動シャフト４００５の一端のプーリー４００６に隣接した箇所および駆動シャフト４００５の他端には第２のプーリー４００７ａおよび４００７ｂが取り付けられている。第２のプーリー４００７ａと従動シャフト４０１０ａに取り付けられたプーリー４００９ａおよび従動シャフト４０１０ｃに取り付けられたプーリー４００９ｃ、第２のプーリー４００７ｂと従動シャフト４０１０ｂに取り付けられたプーリー４００９ｂおよび従動シャフト４０１０ｄに取り付けられたプーリー４００９ｄにはそれぞれ第２の無端ベルト４００８ａおよび４００８ｂが渡されている。従って、駆動シャフト４００５が回転すると、その動力が第２の無端ベルト４００８ａを介して従動シャフト４０１０ａ及び４０１０ｃに伝達され、この結果、従動シャフト４０１０ａ及び４０１０ｃが回転する。また、駆動シャフト４００５からの動力は、第２の無端ベルト４００８ｂを介して従動シャフト４０１０ｂおよび４０１０ｄにも伝達され、この結果、従動シャフト４０１０ｂ及び４０１０ｄも回転する。

　従動シャフト４０１０ａ、４０１０ｂ、４０１０ｃ、４０１０ｄの他端にはそれぞれローラ４０１１ａ、４０１１ｂ、４０１１ｃ、４０１１ｄが取り付けられている。ローラ４０１１ａ、４０１１ｃの上には回転体４１００の回転軸の一端４１１０ａが、またローラ４０１１ｂ、４０１１ｄの上には回転体４１００の回転軸の他端４１１０ｂがそれぞれ載置される。回転体４１００はこのローラ４０１１ａ、４０１１ｂ、４０１１ｃ、４０１１ｄの回転に従動して回転する。即ち、電動アクチュエーター１００を駆動することによって回生エネルギーを利用しながら回転体４１００を回転させることができる。

　回転体４１００の他端４１１０ｂには、キー溝４１０２が形成されている。また、バランス測定装置４０００には、さらに、キー溝４１０２を検出するためのセンサＳが配置されている。

　また、図３３および図３４に示されるように、ベース４０１３の第１の側壁４０１３ａとテーブル４０１５との間には振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲが取り付けられている。動的不つり合いを有するクランク軸である回転体４１００は、回転すると振動する。本実施形態のバランス測定装置では、回転体４１００（クランク軸）の振動が、ローラ４０１１ａ、４０１１ｂ、４０１１ｃ、４０１１ｄ、第１及び第２のテーブル側壁４０１７ａ、４０１７ｂ等を介しテーブル４０１５に伝達される。振動ピックアップＶＤＬ及びＶＤＲは、回転している回転体４１００（クランク軸）からテーブル４０１５に伝達された振動を検出する。換言すれば、振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲは、回転する回転体４１００（クランク軸）がローラ４０１１ａ、４０１１ｂ、４０１１ｃ、４０１１ｄに加える負荷の変動を検出する。

　振動ピックアップＶＤＬおよびＶＤＲはそれぞれ回転体４１００の回転軸に垂直な２成分（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の加速度を計測可能な加速度センサである。振動ピックアップＶＤＬは第１のテーブル側壁４０１７ａと同じＸＹ平面上に、また振動ピックアップＶＤＲは第２のテーブル側壁４０１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。

　また、ベース４０１３の第２の側壁４０１３ｂとテーブル４０１５との間には圧電アクチュエーターＶＬおよびＶＲが取り付けられている。圧電アクチュエーターＶＬは第１のテーブル側壁４０１７ａと同じＸＹ平面上に、また圧電アクチュエーターＶＲは第２のテーブル側壁４０１７ｂと同じＸＹ平面上に取り付けられている。圧電アクチュエーターは印加される電圧の大きさに応じて伸縮して接触する物体に変位を与えることが可能な部材であり、従って、圧電アクチュエーターＶＬおよびＶＲに入力する信号を制御することにより、テーブル４０１５を自在に加振することができる。

＜第１４実施形態＞
　図３５は、本発明の第１４実施形態に係る衝突模擬試験装置５０００の斜視図である。衝突模擬試験装置５０００は、自動車等（鉄道車両、航空機、船舶を含む。）の衝突時に自動車等や乗員、自動車等の装備品等に加わる衝撃を再現する装置である。なお、本実施形態の衝突模擬試験装置５０００は、製品や部品に対して強い衝撃波を与えて、衝撃に対する耐久性や信頼性を評価する衝撃試験装置として使用することもできる。

　衝突模擬試験装置５０００は、自動車の車両のフレームに見立てたテーブル５２４０を備えている。テーブル５２４０には、例えば乗員のダミーを載せたシートや電気自動車用の高電圧バッテリー等の供試体が取り付けられる。設定された加速度（例えば、衝突時に車両のフレームに加わる衝撃に相当する加速度）でテーブル５２４０が駆動されると、テーブル５２４０に取り付けられた供試体に実際の衝突時と同様の衝撃が加わる。このときに供試体が受けた損傷（あるいは、供試体に装着された加速度センサ等の計測結果から予測される損傷）によって、乗員の安全が評価される。

　本実施形態の衝突模擬試験装置５０００は、テーブル５２４０を水平方向の１方向のみに駆動可能に構成されている。図３５に座標軸で示すように、テーブル５２４０の可動方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と垂直な水平方向をＹ軸方向、鉛直方向をＺ軸方向と定義する。また、模擬する車両の進行方向を基準に、Ｘ軸正方向を前方、Ｘ軸負方向を後方、Ｙ軸負方向を右方、Ｙ軸正方向を左方と呼ぶ。また、テーブル５２４０が駆動されるＸ軸方向を「駆動方向」と呼ぶ。なお、衝突模擬試験においては、車両の進行方向とは逆向き（すなわち後方）に大きな加速度がテーブル５２４０に加えられる。

　衝突模擬試験装置５０００は、テーブル５２４０を備えた試験部５２００と、テーブル５２４０を駆動する前方駆動部５３００及び後方駆動部５４００と、各駆動部５３００、５４００が発生する回転運動をＸ軸方向の並進運動に変換してテーブル５２４０に伝達する４つのベルト機構５１００（ベルト機構５１００ａ、５１００ｂ、５１００ｃ、５１００ｄ）と、制御システム（不図示）を備えている。

　試験部５２００は、衝突模擬試験装置５０００のＸ軸方向における中央部に配置され、前方駆動部５３００及び後方駆動部５４００は、試験部５２００の前方及び後方にそれぞれ隣接して配置されている。

　図３６は、試験部５２００及びベルト機構５１００の構造を示す斜視図である。なお、説明の便宜のため、図３６においては、試験部５２００の構成要素であるテーブル５２４０及びベースブロック５２１０（後述）の図示が省略されている。

　試験部５２００は、テーブル５２４０の他に、ベースブロック５２１０（図３５）と、ベースブロック５２１０上に取り付けられたフレーム５２２０と、フレーム５２２０上に取り付けられた一対のリニアガイドウェイ５２３０（以下、「リニアガイド５２３０」と略記する。）を備えている。一対のリニアガイド５２３０によって、テーブル５２４０がＸ軸方向（駆動方向）のみに移動可能に支持されている。

　図３６に示すように、フレーム５２２０は、Ｙ軸方向に延びる複数の連結バー５２２０Ｃによって連結された左右一対のハーフフレーム（右フレーム５２２０Ｒ、左フレーム５２２０Ｌ）を有している。右フレーム５２２０Ｒと左フレーム５２２０Ｌは同一構造（厳密には鏡像関係）を有するため、左フレーム５２２０Ｌのみについて詳細を説明する。

　左フレーム５２２０Ｌは、それぞれＸ軸方向に延びる取付部５２２１及びレール支持部５２２２と、取付部５２２１とレール支持部５２２２とを連結する３つのＺ軸方向に延びる連結部５２２３（５２２３ａ、５２２３ｂ、５２２３ｃ）を有している。図３５に示すように、取付部５２２１は、その長さがベースブロック５２１０のＸ軸方向における長さに略等しく、ベースブロック５２１０によって全長が支持されている。また、連結部５２２３ａによって、取付部５２２１とレール支持部５２２２の後端部同士が連結されている。

　レール支持部５２２２は、取付部５２２１よりも（すなわち、ベースブロック５２１０よりも）長く、その先端部が、ベースブロック５２１０よりも前方に突出して、前方駆動部５３００の上方に配置されている。

　リニアガイド５２３０は、Ｘ軸方向に延びるレール５２３１と、転動体を介してレール５２３１上を走行する二つのキャリッジ５２３２を備えている。一対のリニアガイド５２３０のレール５２３１は、右フレーム５２２０Ｒ及び左フレーム５２２０Ｌのレール支持部５２２２の上面にそれぞれ固定されている。レール５２３１の長さは、レール支持部５２２２の長さと略等しく、レール支持部５２２２によってレール５２３１の全長が支持されている。キャリッジ５２３２の上面には複数の取付穴（螺子穴）が設けられていて、テーブル５２４０には、キャリッジ５２３２の取付穴に対応する複数の貫通孔が設けられている。キャリッジ５２３２は、テーブル５２４０の各貫通孔に通されたボルト（不図示）をキャリッジ５２３２の各取付穴に嵌めることによってテーブル５２４０に締め付けられている。なお、テーブル５２４０と４つのキャリッジ５２３２により台車（スレッド）が構成される。

　また、テーブル５２４０には、シート等の供試体（不図示）を取り付けるための螺子穴等の取付構造が形成されていて、テーブル５２４０に供試体を直接取り付けることができるようになっている。これにより、供試体を取り付けるための取付板等の部材が不要となるため、衝撃が加えられる可動部分の重量を軽くすることでき、高い周波数成分まで忠実度の高い衝撃を供試体に与えることが可能になっている。

　図３６に示すように、各ベルト機構５１００は、歯付ベルト５１２０と、歯付ベルト５１２０が巻掛けられた一対の歯付プーリー（第１プーリー５１４０、第２プーリー５１６０）と、歯付ベルト５１２０をテーブル５２４０に固定するための一対のベルトクランプ５１８０を備えている。

　右フレーム５２２０Ｒと左フレーム５２２０Ｌの間には、４つの歯付ベルト５１２０が平行に配置されている。歯付ベルト５１２０は、それぞれ長さ方向の２箇所において、ベルトクランプ５１８０によってテーブル５２４０に固定されている。

　図３５に示すように、前方駆動部５３００は、ベースブロック５３１０と、ベースブロック５３１０上に設置された４つの電動アクチュエーター５３２０（５３２０ａ、５３２０ｂ、５３２０ｃ、５３２０ｄ）を備えている。また、後方駆動部５４００は、ベースブロック５４１０と、ベースブロック５４１０上に設置された４つの電動アクチュエーター５４２０（５４２０ａ、５４２０ｂ、５４２０ｃ、５４２０ｄ）を備えている。計８つの電動アクチュエーターは、それぞれ、第１の実施形態に係る電動アクチュエーター１００と同一構成を有し、設置する位置や向き、構成要素の長さや配置間隔にわずかな相違があるものの、基本的な構成は共通している。また、前方駆動部５３００と後方駆動部５４００の基本的な構成も共通している。

　図示しない制御部は、入力された加速度波形に基づいて、各電動アクチュエーター５３２０ａ～ｄ、５４２０ａ～ｄのサーボモーターの駆動を同期制御することにより、上記加速度波形に従ってテーブル５２４０に加速度を与えることができる。なお、本実施形態では、制御部は８つのサーボモーターの全てを同位相でそれぞれ往復回転駆動させる。これにより、回生エネルギーを利用しながら各電動アクチュエーターから一方向回転運動を出力してテーブル５２４０に加速度を与えることができる。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、回転運動を出力する各種原動機（例えば、エンジン、電動機、油圧モーター、空気モーター、蒸気タービン等）に置き換えて使用することができる。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、電動式の２輪車、３輪車若しくは４輪車又は６輪以上の車輪を有するトラック、バス、トラクター等の各種の電気自動車に限らず、鉄道車両の原動機としても使用することができる。即ち、任意のビークルの原動機として使用可能である。また、飛行機（例えば、プロペラ機）やヘリコプター等の航空機あるいは船舶の原動機としても使用することができる。即ち、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、任意のモビリティの原動機として使用可能である。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、建設機械、農業機械、木工機械、工作機械、鍛圧機械、射出成形機、ロボット、運搬機械（例えば、クレーン、昇降機、コンベア等）等の各種産業機械の原動機としても使用することができる。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、各種家電機器（洗濯機、冷蔵庫、エアコンディショナー、コンプレッサー等）の原動機としても使用することができる。

　また、本発明の実施形態に係る電動アクチュエーターは、油圧ポンプやコンプレッサーを駆動する原動機としても使用することができる。

　以上が本発明の例示的な実施形態の説明である。本発明の実施形態は、上記に説明したものに限定されず、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば明細書中に例示的に明示される実施形態等又は自明な実施形態等を適宜組み合わせた内容も本発明の実施形態に含まれる。

　上述した駆動ユニット１００ｄは、ボールねじ４０のねじ軸４１がモーター１０の軸１１と直接連結しているが、駆動ユニットに減速機を設け、減速機を介してモーター１０とボールねじ４０を連結する構成としてもよい。

　第１実施形態の電気駆動システム９０（給電システム９０Ｓ）（図５）に、第４実施形態と同様にプラグ２９１及びバッテリー２９５ｅを設けた構成としてもよい。

　また、第４実施形態の電気駆動システム２９０（給電システム２９０Ｓ）（図１６）からプラグ２９１及びバッテリー２９５ｅを除去して、回路遮断器９２を一次電源９１に直結する構成としてもよい。

　また、第４実施形態の電気駆動システム２９０（給電システム２９０Ｓ）（図１６）から回路遮断器９２、電磁開閉器９３及び／又はリアクトル９４を除去して、これらをプラグ２９１の前段（一次電源側）に設けてもよい。

　また、第１実施形態の電気駆動システム９０（給電システム９０Ｓ）（図５）において、一次電源９１として交流発電機を使用してもよい。

　第４実施形態の電気駆動システム２９０（給電システム２９０Ｓ）（図１６）又は第１１実施形態の電気駆動システム６９０（給電システム６９０Ｓ）（図２６）において、バッテリー２９５ｅを取り除き、静電容量の大きなキャパシター９５ｃを使用して、キャパシター９５ｃがバッテリー２９５ｅの蓄電機能も担う構成としてもよい。

　第４実施形態の電気駆動システム２９０（給電システム２９０Ｓ）（図１６）においては、１つのサーボアンプ２９５に複数のインバーター９５ｂを設け、各インバーター９５ｂにそれぞれモーター１０を接続する構成（すなわち、電源回生コンバーター９５ａ、キャパシター９５ｃ及び直流母線９５ｄを複数のモーター１０で共有する構成）が採用されているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、モーター１０毎に第１実施形態のサーボアンプ９５（図５）を設ける構成としてもよい。この場合、例えば、リアクトル９４の後段で配線を分岐し、各分岐配線にサーボアンプ９５が接続される。あるいは、サーボアンプ９５毎にリアクトル９４を設け、電磁開閉器９３の後段で配線を分岐して、各分岐配線にリアクトル９４及びサーボアンプ９５を接続する構成としてもよい。

　上述した本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００は単一の駆動ユニット１００ｄを備え、本発明の第４実施形態に係る電動アクチュエーター２００は４つの駆動ユニット２００ｄを備え、本発明の第５実施形態に係る電動アクチュエーター２０１は２つの駆動ユニット２００ｄを備えるが、本発明はこれらの構成に限定されるものではなく、電動アクチュエーターには任意の数の駆動ユニットを設けることができる。

　上述した電動アクチュエーター１００、２００及び２０１は単一のクランクシャフト（クランクシャフト７０、クランクシャフト２７０、クランクシャフト２７０ａ）を備えるが、複数のクランクシャフトに分割してもよい。例えば、電動アクチュエーターが４つの駆動ユニットを備える場合、クランクシャフトを２つに分割して、各クランクシャフトに２つずつ駆動ユニット１００ｄを連結させた構成としてもよい。この場合、各クランクシャフト７０の動力が合成されるよう、分割した複数のクランクシャフト７０は例えば歯車機構やベルト機構等の巻き掛け伝動機構により相互に連結される。クランクシャフト７０を分割することにより、複数の駆動ユニットの配置の自由度が増えるため、小型化が可能になる。

　第１１実施形態に係るタイヤ試験装置２０００、第１２実施形態に係る複合試験装置３０００、第１３実施形態に係るバランス測定装置４０００、第１４実施形態に係る衝突模擬試験装置５０００では、電動アクチュエーター１００が用いられる例を示したが、これらの装置に用いられる電動アクチュエーターは第１実施形態に係る電動アクチュエーター１００に限らない。例えば、電動アクチュエーター２００や電動アクチュエーター２０１など２気筒型以上の電動アクチュエーターが用いられてもよい。

　上記の各実施形態において、モーター１０はＡＣサーボモーターであるが、ＤＣサーボモーターやステッピングモーター等、駆動量（回転角）の制御が可能な別の種類の電動機をモーター１０として使用してもよい。

　上記の第４実施形態、第１０実施形態において、給電システムに発電機を備える構成を例示したが、発電機は、第４実施形態、第１０実施形態に限らず、他の実施形態の給電システムに設けられてもよい。

　上記の各実施形態においては、サーボアンプ９５から余剰の回生電力を一次電源９１側へ戻すことが可能な電源回生コンバーター９５ａが使用されているが、余剰電力を一次電源９１側へ戻す電源回生機能を有しないコンバーターを使用してもよい。電源回生機能を有しないコンバーターを使用する場合は、回生電力を吸収する回生抵抗をサーボアンプ９５に設けずに、余剰電力を貯留する装置（例えば大容量キャパシターや大容量バッテリー等）をサーボアンプ９５に設けることが望ましい。

　図３７及び図３８は、各実施形態に係る電動アクチュエーターに電力を供給する給電システムの変形例を示した図である。上記の各実施形態では、一次電源から供給される電力を変換して電動機を駆動するシステムを例示したが、電源からシステムへ供給される電力は交流電力に限らない。図３７、図３８に示すようにバッテリー７９１から供給される直流電力を、コンバーターを介してインバーターへ供給することでモーター１０を駆動してもよい。この場合、回生電力は、一次電源へ出力される代わりに、バッテリー７９１に蓄電される。

　なお、図３７に示す給電システム７９０Ｓ（電気駆動システム７９０）は、コンバーターとして双方向ＤＣＤＣコンバーター７９５ａを備える。まず、バッテリー７９１に充電器７９２が接続され、一次電源のコンセント（不図示）に差し込まれるプラグ２９１から充電器７９２を介して供給される電力によりバッテリー７９１が充電される。次に、サーボアンプ７９５にバッテリー７９１が接続され、バッテリー７９１からの電力を双方向ＤＣＤＣコンバーター７９５ａを介してインバーター９５ｂへ供給してモーター１０を駆動するとともに、インバーター９５ｂからの回生電力を双方向ＤＣＤＣコンバーター７９５ａを介してバッテリー７９１に出力する。

　また、図３８に示す給電システム８９０Ｓ（電気駆動システム８９０）は、電源回生コンバーター９５ａの上流に双方向ＤＣＡＣコンバーター８９５ａを備える。まず、バッテリー７９１に充電器７９２が接続され、一次電源のコンセント（不図示）に差し込まれるプラグ２９１ａから充電器７９２を介して供給される電力によりバッテリー７９１が充電される。次に、サーボアンプ８９５にバッテリー７９１が接続され、バッテリー７９１からの電力を双方向ＤＣＡＣコンバーター８９５ａと電源回生コンバーター９５ａを介してインバーター９５ｂへ供給してモーター１０を駆動するとともに、インバーター９５ｂからの回生電力を電源回生コンバーター９５ａと双方向ＤＣＡＣコンバーター８９５ａを介してバッテリー７９１に出力する。また、電源回生コンバーター９５ａ及び双方向ＤＣＡＣコンバーター８９５ａは、プラグ２９１ｂに接続されている。一次電源のコンセント（不図示）に差し込まれるプラグ２９１ｂからの電力は、電源回生コンバーター９５ａを介してインバーター９５ｂへ供給され、この電力によりモーター１０を駆動することもできる。また、プラグ２９１ｂから供給される電力は、双方向ＤＣＡＣコンバーター８９５ａを介してバッテリー７９１へ供給され、この電力によりバッテリー７９１を充電することもできる。

上記の各実施形態では、モーター１０からインバーター９５ｂ及び電源回生コンバーター９５ａを介して一次電源に電力を回生させていたが、モーター１０からインバーター９５ｂ及び電源回生コンバーター９５ａを介さずに一次電源に電力を回生させてもよい。

　本明細書には、下記の発明も記載されている。
［付記１］
　電動機と、
　前記電動機に駆動電力を供給する駆動装置と、
　前記電動機が繰り返し往復回転運動を出力するように前記駆動装置を制御可能な制御装置と、
　前記往復回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器と、
を備え、
　前記駆動装置が、
　　電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバーターと、
　　前記直流電力から駆動電力を生成するインバーターと、を備えた、
電動アクチュエーター。
［付記２］
　前記運動変換器が、
　　前記電動機の軸に接続された第１の円盤部と、
　　前記第１円盤部に偏心して取り付けられた第１のピンと、
　　前記運動変換器の出力軸に接続された第２の円盤部と、
　　前記第２円盤部に偏心して取り付けられた第２のピンと、
　　前記第１円盤部と前記第２円盤部とを連結する連接棒と、
を備え、
　前記連接棒の一端部が前記第１のピンと回転可能に結合し、
　前記連接棒の他端部が前記第２のピンと回転可能に結合した、
付記１に記載の電動アクチュエーター。
［付記３］
　前記運動変換器が、
　　前記往復回転運動を往復直線運動に変換する第１の運動変換器と、
　　前記往復直線運動を前記一方向回転運動に変換する第２の運動変換器と、
を含む、
付記１に記載の電動アクチュエーター。
［付記４］
　電動機と、
　前記電動機の回転運動を直線運動に変換する第１の運動変換器と、
　前記直線運動を回転運動に変換する第２の運動変換器と、
　前記電動機に駆動電力を供給する駆動装置と、
　前記駆動装置を制御する制御装置と、
を備え、
　前記駆動装置が、
　　電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバーターと、
　　前記直流電力から駆動電力を生成するインバーターと、を備え、
　前記制御装置が、繰り返し往復駆動するように前記電動機を制御する、
電動アクチュエーター。
［付記５］
　前記第１の運動変換器がボールねじであり、
　前記送りねじのナットに固定され、ナットと共に直線運動する、第１のピンを備えた直動部と、
　偏心したクランクピンを備えたクランクシャフトと、
　前記第１のピン及び前記クランクピンに回転可能に連結された連接棒と、
を備えた、
付記４に記載の電動アクチュエーター。
［付記６］
　前記駆動装置が、
　　前記コンバーターと前記インバーターとを接続する一対の導線からなる直流母線と、
　　前記一対の導線を連結するキャパシターと、を備えた、
付記１から付記５のいずれか一項に記載の電動アクチュエーター。
［付記７］
　複数の前記電動機を備え、
　前記駆動装置が、
　　前記コンバーターに接続された一対の導体からなる１系統の直流母線と、
　　前記１系統の直流母線に接続された複数の前記インバーターと、
　　前記一対の導線を連結するキャパシターと、を備えた、
を備えた、
付記１から付記５のいずれか一項に記載の電動アクチュエーター。
［付記８］
　前記コンバーターがＰＷＭコンバーターである。
付記１から付記７のいずれか一項に記載の電動アクチュエーター。
［付記９］
　前記制御装置が、３Ｈｚ以上の周波数で繰り返し往復駆動するように前記電動機を制御する、
付記１から付記８のいずれか一項に記載の電動アクチュエーター。
［付記１０］
　前記電動機が発生する動力によって電力を発生する発電機を備えた、
付記１から付記９のいずれか一項に記載の電動アクチュエーター。
［付記１１］
　前記発電機が発生する電力を系統電力と同等の品質の交流に変換して電源側に供給するインバーター装置を備えた、
付記１０に記載の電動アクチュエーター。
［付記１２］
　車輪と、
　前記車輪を駆動する回転運動を出力する、付記１から付記１１のいずれか一項に記載の電動アクチュエーターと、
を備えた、
電気自動車。
［付記１３］
　車輪と、
　前記車輪を駆動する回転運動を出力する、付記１から付記１１のいずれか一項に記載の電動アクチュエーターと、
を備えた、
鉄道車両。
［付記１４］
　台車を備え、該台車が、
　　前記車輪と、
　　前記電動アクチュエーターと、を備えた、
付記１３に記載の鉄道車両。
［付記２１］
　所望の周波数で正転と逆転を繰り返す電動機と、
　前記電動機の出力する正逆回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器と、を備える
　電動アクチュエーター。
［付記２２］
　電源から供給される電力を前記電動機に供給する駆動装置を、さらに備え、
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を前記電源へ回生させる電源回生コンバーターを含む
　付記２１に記載の電動アクチュエーター。
［付記２３］
　前記電源回生コンバーターは、前記電動機の正転時及び逆転時のそれぞれの減速過程において前記電動機から回生される電力を前記電源に出力する
　付記２２に記載の電動アクチュエーター。
［付記２４］
　前記電源は、交流電源で構成され、
　前記電源回生コンバーターは、双方向ＡＣＤＣコンバーターで構成される
　付記２２に記載の電動アクチュエーター。
［付記２５］
　前記電源は、直流電源で構成され、
　前記電源回生コンバーターは、双方向ＤＣＤＣコンバーターで構成される
　付記２２に記載の電動アクチュエーター。
［付記２６］
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を蓄えるキャパシターを、さらに備える
　付記２２乃至付記２５のいずれかに記載の電動アクチュエーター。
［付記２７］
　電源から供給される電力を前記電動機に供給する駆動装置を、さらに備え、
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を蓄えるキャパシターを含む
　付記２１に記載の電動アクチュエーター。
［付記２８］
　前記電動機は、正転と逆転を３Hz以上の所要周波数で繰り返す
　付記２２乃至付記２７の何れかに記載の電動アクチュエーター。
［付記２９］
　前記運動変換器が、
　　前記正逆回転運動を往復直線運動に変換する第１の運動変換器と、
　　前記往復直線運動を前記一方向回転運動に変換する第２の運動変換器と、を含む
　付記２２乃至付記２８の何れかに記載の電動アクチュエーター。
［付記３０］
　前記電動機を含む、複数の電動機と、
　前記第１の運動変換器を含む、前記複数の電動機の各々の出力する正逆回転運動を往復直線運動に変換する複数の第１の運動変換器と、
　前記第２の運動変換器を含む、前記複数の第１の運動変換器の各々によって変換された往復直線運動を前記一方向回転運動に変換する複数の第２の運動変換器と、をさらに備え、
　前記複数の第２の運動変換器は、前記一方向回転運動の出力軸を共有する
　付記２９に記載の電動アクチュエーター。
［付記３１］
　前記運動変換器が、
　　ボールねじと、
　　前記ボールねじのナットに固定され、ナットと共に直線運動する直動部と、
　　回転軸周りに回転自在な回転体と、
　　前記回転体のうちの前記回転軸に対して偏心した部分と前記直動部のそれぞれに回転可能に連結された連接棒と、
を含む、
　付記２９に記載の電動アクチュエーター。
［付記３２］
　前記回転体は、クランクシャフトであり、
　前記連接棒は、前記クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結される
　付記３１に記載の電動アクチュエーター。
［付記３３］
　前記回転体は、スピンドルであり、
　前記連接棒は、前記スピンドルの回転軸に対して偏心した位置に形成された突出部に回転可能に連接される
　付記３１に記載の電動アクチュエーター。
［付記３４］
　前記駆動装置を制御する制御装置をさらに備え、
　前記制御装置は、前記直動部が前記直動部の移動によって前記回転体に回転力が生じない死点に達するタイミングを避けて、前記電動機の回転を正転と逆転の間で切り替えるように、前記駆動装置を制御する
　付記３１乃至付記３３の何れかに記載の電動アクチュエーター。
［付記３５］
　前記駆動装置を制御する制御装置をさらに備え、
　前記制御装置は、少なくとも前記直動部が前記直動部の移動によって前記回転体に回転力が生じない死点に達するタイミングにおいて前記電動機のトルクが制限されるように、前記駆動装置を制御する
　付記３１乃至付記３３の何れかに記載の電動アクチュエーター。
［付記３６］
　前記運動変換器が、
　　前記電動機の軸に接続された、第１の回転軸周りに回転自在な第１の円盤部と、
　　前記運動変換器の出力軸に接続された、第２の回転軸周りに回転自在な第２の円盤部と、
　　前記第１の円盤部のうちの前記第１の回転軸に対して偏心した部分と前記第２の円盤部のうちの前記第２の回転軸に対して偏心した部分のそれぞれに回転可能に連結される連接棒と、を含む
　付記３１乃至付記３８の何れかに記載の電動アクチュエーター。
［付記３７］
　付記３１乃至付記３６の何れかに記載の電動アクチュエーターを備える電動モビリティ。

　　１　　電気自動車
　１０　　モーター
　４０　　ボールねじ
　５０、２５０、３５０　　ピストン（直動部）
　６０、１３５、２６０、３６０、５６０　　連接棒
　７０、２７０、２７０ａ　　クランクシャフト
　８０　　発電機
　９５、２９５、６９５、７９５，８９５、９９５、２８５０　　サーボアンプ
　９５ａ、２８５１　　電源回生コンバーター
　９５ｂ、９７ｂ、２８５２　　インバーター
　９５ｃ、９７ｃ、２８５３　　キャパシター
　９６、２９６、Ｃ２　　制御装置（制御ユニット）
１００、２００、２０１、３００、４００、５００、５３２０、５３２０ａ、５４２０　　電動アクチュエーター
１００ｄ、２００ｄ、３００ｄ、４００ｄ、５００ｄ　　駆動ユニット
６００　　鉄道車両

Claims

　所望の周波数で正転と逆転を繰り返す電動機と、
　前記電動機の出力する正逆回転運動を一方向回転運動に変換する運動変換器と、を備える
　電動アクチュエーター。
　電源から供給される電力を前記電動機に供給する駆動装置を、さらに備え、
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を前記電源へ回生させる電源回生コンバーターを含む
　請求項１に記載の電動アクチュエーター。
　前記電源回生コンバーターは、前記電動機の正転時及び逆転時のそれぞれの減速過程において前記電動機から回生される電力を前記電源に出力する
　請求項２に記載の電動アクチュエーター。
　前記電源は、交流電源で構成され、
　前記電源回生コンバーターは、双方向ＡＣＤＣコンバーターで構成される
　請求項２に記載の電動アクチュエーター。
　前記電源は、直流電源で構成され、
　前記電源回生コンバーターは、双方向ＤＣＤＣコンバーターで構成される
　請求項２に記載の電動アクチュエーター。
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を蓄えるキャパシターを、さらに備える
　請求項２乃至請求項５のいずれか１項に記載の電動アクチュエーター。
　電源から供給される電力を前記電動機に供給する駆動装置を、さらに備え、
　前記駆動装置は、前記電動機が正転と逆転を繰り返した際に、前記電動機から回生される電力のうち前記電動機の加速で消費されなかった電力を蓄えるキャパシターを含む
　請求項１に記載の電動アクチュエーター。
　前記電動機は、正転と逆転を３Hz以上の所要周波数で繰り返す
　請求項２乃至請求項７の何れか１項に記載の電動アクチュエーター。
　前記運動変換器が、
　　前記正逆回転運動を往復直線運動に変換する第１の運動変換器と、
　　前記往復直線運動を前記一方向回転運動に変換する第２の運動変換器と、を含む
　請求項２乃至請求項８の何れか１項に記載の電動アクチュエーター。
　前記電動機を含む、複数の電動機と、
　前記第１の運動変換器を含む、前記複数の電動機の各々の出力する正逆回転運動を往復直線運動に変換する複数の第１の運動変換器と、
　前記第２の運動変換器を含む、前記複数の第１の運動変換器の各々によって変換された往復直線運動を前記一方向回転運動に変換する複数の第２の運動変換器と、をさらに備え、
　前記複数の第２の運動変換器は、前記一方向回転運動の出力軸を共有する
　請求項９に記載の電動アクチュエーター。
　前記運動変換器が、
　　ボールねじと、
　　前記ボールねじのナットに固定され、ナットと共に直線運動する直動部と、
　　回転軸周りに回転自在な回転体と、
　　前記回転体のうちの前記回転軸に対して偏心した部分と前記直動部のそれぞれに回転可能に連結された連接棒と、
を含む、
　請求項９に記載の電動アクチュエーター。
　前記回転体は、クランクシャフトであり、
　前記連接棒は、前記クランクシャフトのクランクピンに回転可能に連結される
　請求項１１に記載の電動アクチュエーター。
　前記回転体は、スピンドルであり、
　前記連接棒は、前記スピンドルの回転軸に対して偏心した位置に形成された突出部に回転可能に連接される
　請求項１１に記載の電動アクチュエーター。
　前記駆動装置を制御する制御装置をさらに備え、
　前記制御装置は、前記直動部が前記直動部の移動によって前記回転体に回転力が生じない死点に達するタイミングを避けて、前記電動機の回転を正転と逆転の間で切り替えるように、前記駆動装置を制御する
　請求項１１乃至請求項１３の何れか１項に記載の電動アクチュエーター。
　前記駆動装置を制御する制御装置をさらに備え、
　前記制御装置は、少なくとも前記直動部が前記直動部の移動によって前記回転体に回転力が生じない死点に達するタイミングにおいて前記電動機のトルクが制限されるように、前記駆動装置を制御する
　請求項１１乃至請求項１３の何れか１項に記載の電動アクチュエーター。
　前記運動変換器が、
　　前記電動機の軸に接続された、第１の回転軸周りに回転自在な第１の円盤部と、
　　前記運動変換器の出力軸に接続された、第２の回転軸周りに回転自在な第２の円盤部と、
　　前記第１の円盤部のうちの前記第１の回転軸に対して偏心した部分と前記第２の円盤部のうちの前記第２の回転軸に対して偏心した部分のそれぞれに回転可能に連結される連接棒と、を含む
　請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の電動アクチュエーター。
　請求項１乃至請求項１６の何れか１項に記載の電動アクチュエーターを備える電動モビリティ。