特開 2022-166731 可変ギャップモータの偏心方向検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022166731

(43)【公開日】2022-11-02

(54)【発明の名称】可変ギャップモータの偏心方向検出装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/22 20160101AFI20221026BHJP

   H02K 7/116 20060101ALI20221026BHJP

【ＦＩ】

H02K11/22

H02K7/116

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021072134

(22)【出願日】2021-04-21

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】特許業務法人 大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】永野 正雄

(72)【発明者】

【氏名】中村 公昭

(72)【発明者】

【氏名】上田 孝治

【テーマコード（参考）】

5H607

5H611

【Ｆターム（参考）】

5H607AA12

5H607BB01

5H607BB07

5H607BB14

5H607CC03

5H607DD04

5H607EE33

5H607HH01

5H607HH08

5H611AA01

5H611BB01

5H611BB06

5H611PP07

5H611QQ03

5H611RR04

(57)【要約】

【課題】磁気の影響を受けることがなく、簡素な構造で安価に、可変ギャップモータの偏心方向を検出すること。
【解決手段】可変ギャップモータ１０のアウターケース１２に、偏心揺動により界磁用固定子１４に対して変位する可動子１６の端面１６Ａを撮像する画像センサ４４を設け、画像センサ４４により撮像された撮像画像の変化から可動子１４の偏心方向を検出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アウターケースと、
周方向に所定の間隔で配置され、多相電流の各相の電流を通電させる界磁用コイルが巻回された複数の固定子突極を有し、前記アウターケースに固定された円環状の界磁用固定子と、
前記界磁用固定子の径方向内方に前記界磁用固定子に対して相対回転不能にかつ相対揺動可能に配置され、対応する前記固定子突極との間に磁束が通過する磁気ギャップを画定する外周面及び内歯を形成された内周面を有する円環状の可動子と、
前記可動子の径方向内方に前記界磁用固定子と同軸的に回動可能に配置され、前記内歯に噛み合い、且つ前記内歯より少ない歯数の外歯を外周面に有する外歯歯車とを備え、
前記固定子突極に発生させた回転磁界が前記可動子を偏心揺動させることにより、前記外歯歯車から回転出力を発生する可変ギャップモータの偏心方向検出装置であって、
前記アウターケースに設けられ、偏心揺動により前記界磁用固定子に対して変位する前記可動子の端面を撮像する画像センサと、
前記画像センサにより撮像された撮像画像の変化から前記可動子の偏心方向を検出する偏心方向検出処理部とを有する可変ギャップモータの偏心方向検出装置。

【請求項2】

前記可動子の端面のうち前記画像センサにより撮像される領域に照明光を照射する光源を有する請求項１に記載の可変ギャップモータの偏心方向検出装置。

【請求項3】

前記可動子の端面のうち前記画像センサによる撮像される領域が不規則な微細凹凸の粗面である請求項１又は２に記載の可変ギャップモータの偏心方向検出装置。

【請求項4】

前記可動子の端面のうち前記画像センサによる撮像される領域に、前記可動子の偏心揺動の原点位置を検出するためのマークが設けられている請求項１～３の何れか一項に記載の可変ギャップモータの偏心方向検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は可変ギャップモータの偏心方向検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内接式遊星歯車機構が組み込まれた可変ギャップモータとして、円環状の界磁用固定子と、界磁用固定子の径方向内方に界磁用固定子に対して相対回転不能にかつ相対揺動可能に配置され、内周面に形成された内歯を有する円環状の可動子と、可動子の径方向内方に配置され、内歯に噛み合う外歯を外周面に有する外歯歯車と、外歯歯車と同軸に回転する出力軸とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。

【0003】

界磁用固定子は、周方向に所定の間隔で配置され、多相電流の各相の電流を通電させる界磁用コイルが巻回された複数の固定子突極（磁極）を有する。可動子は、対応する固定子突極との間に磁束が通過する磁気ギャップ（エアギャップ）を画定するべく外周面に形成された複数の可動子突極を有する。外歯歯車は可動子の偏心揺動によって回転し、出力トルク（回転出力）が発生する。このとき、可動子を偏心揺動させるために、回転磁界による電磁力が可動子の中心から内歯と外歯との噛合領域の中心への向きに対して所定の角度、例えば、９０度～１８０度の角度をなすように、界磁用コイルへの通電を制御するものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

【0004】

このような界磁用コイルに対する通電制御のために、可動子の偏心揺動における偏心方向を検出する必要がある。可動子の偏心方向を検出する偏心方向検出装置として、可動子の偏心によって可動子と界磁用固定子との径方向の空隙寸法が変化にすることを利用すべく、可動子と界磁用固定子との間に空隙寸法に応じて誘導起電力を変化する、界磁用固定子の周方向の３箇所に設けられた励磁コイル及び検出コイルを含むレゾルバの出力によって可動子の偏心方向を検出する装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平４－３１７５５２号公報

【特許文献2】特開２０１７－２８８０８号公報

【特許文献3】特許６７６１７７８号公報

【特許文献4】特開２０１７－２８８０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

レゾルバを用いた偏心方向検出装置は、磁気の影響を受け易く、しかも界磁用固定子の周方向の３箇所にレゾルバを必要とし、構造が複雑になると共に高コストである欠点を含む。

【0007】

発明が解決しようとする課題は、磁気の影響を受けることがなく、簡素な構造で安価に、可変ギャップモータの偏心方向を検出することができる偏心方向検出装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一つの実施形態による可変ギャップモータの偏心方向検出装置は、アウターケース（１２）と、周方向に所定の間隔で配置され、多相電流の各相の電流を通電させる界磁用コイル（２４）が巻回された複数の固定子突極（２２）を有し、前記アウターケースに固定された円環状の界磁用固定子（１４）と、前記界磁用固定子の径方向内方に前記界磁用固定子に対して相対回転不能にかつ相対揺動可能に配置され、対応する前記固定子突極との間に磁束が通過する磁気ギャップを画定する外周面及び内歯（２８）を形成された内周面を有する円環状の可動子（１６）と、前記可動子の径方向内方に前記界磁用固定子と同軸的に回動可能に配置され、前記内歯に噛み合い、且つ前記内歯より少ない歯数の外歯（３０）を外周面に有する外歯歯車（１８）とを備え、前記固定子突極に発生させた回転磁界が前記可動子を偏心揺動させることにより、前記外歯歯車から回転出力を発生する可変ギャップモータ（１０）の偏心方向検出装置であって、前記アウターケースに設けられ、偏心揺動により前記界磁用固定子に対して変位する前記可動子の端面を撮像する画像センサ（４４）と、前記画像センサにより撮像された撮像画像の変化から前記可動子の偏心方向を検出する偏心方向検出処理部（４６）とを有する。

【0009】

この構成によれば、可動子の偏心方向検出が磁気の影響を受けることなく行われ、しかも簡素な構造で安価である。

【0010】

上記偏心方向検出装置において、好ましくは、前記可動子の端面のうち前記画像センサによる撮像される領域に照明光を照射する光源を有する。

【0011】

この構成によれば、画像センサによる撮像画像の変化が明確になり、可動子の偏心方向の検出が精度よく確実なものになる。

【0012】

上記偏心方向検出装置において、好ましくは、前記可動子の端面のうち前記画像センサによる撮像される領域が不規則な微細凹凸の粗面である。

【0013】

この構成によれば、可動子１６の偏心方向検出の確実性が向上する。

【0014】

上記偏心方向検出装置において、好ましくは、前記可動子の端面のうち前記画像センサによる撮像される領域に、前記可動子の偏心揺動の原点位置を検出するためのマークが設けられている。

【0015】

この構成によれば、可動子の偏心揺動の原点位置の検出が容易且つ確実に行われる。

【発明の効果】

【0016】

本発明による偏心方向検出装置は、可動子の偏心方向検出において磁気の影響を受けることがなく、簡素な構造で安価である。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による偏心方向検出装置が適用される可変ギャップモータの一つの実施形態を示す正面図

【図2】実施形態による偏心方向検出装置を示す要部の断面図

【図3】実施形態による偏心方向検出装置の作動状態を示す説明図

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明による偏心方向検出装置が適用される可変ギャップモータの実施形態を、図を参照して説明する。

【0019】

図１に示されているように、本実施形態の可変ギャップモータ１０は、３相交流リラクタンス型のものであり、アウターケース１２と、アウターケース１２に固定された円環状の界磁用固定子１４と、界磁用固定子１４の内方に配置されて偏心揺動する円環状の可動子１６と、可動子１６の内方に配置されて可動子１６の偏心揺動によって回転する外歯歯車１８と、外歯歯車１８に固定されて外歯歯車１８と同軸に回転する出力軸２０とを備える。

【0020】

界磁用固定子１４は、円環状主部２１から周方向に所定の間隔（６０度間隔）をおいて各々径方向内方に突出した６個の固定子突極（ティース）２２を有する。各固定子突極２２の外周には界磁用コイル２４が巻回されている。各界磁用コイル２４には３相交流の各相の電流が通電される。

【0021】

可動子１６は、固定子突極２２に対向すべく、外周部から周方向に所定の間隔（６０度間隔）をおいて各々径方向外方に突出した６個の可動子突極（ティース）２６を有する。各可動子突極２６は、径方向に対向する固定子突極２２の互いの先端面間に、界磁用コイル２４による磁束が通過する磁気ギャップが構成される。磁気ギャップは界磁用固定子１４に対する可動子１６の偏心揺動によって変化する。

【0022】

可動子１６の内周面には内歯２８が形成されている。これにより、可動子１６は内接式遊星歯車装置の内歯部材を兼ねており、内接式遊星歯車装置の入力部材をなす。

【0023】

外歯歯車１８は、界磁用固定子１４と同軸的に回動可能に配置され、出力軸２０を介してアウターケース１２に回転可能に支持されている。外歯歯車１８の外周には複数の外歯３０が形成されている。外歯３０は、内歯２８と同一ピッチで設けられ、外歯３０の歯数は、内歯２８の歯数より少なくとも１つ以上少ない。外歯歯車１８は、出力軸２０に対して同軸であり、且つ一体に回転する。可動子１６の中心Ｃ２は、外歯歯車１８の回転中心Ｃ１に対して軸線方向に直交する方向に偏心量ｅだけ偏倚しており、偏心量ｅは、内歯２８及び外歯３０の歯丈より大きい。可動子１６は、回転位相が変化しない（周方向に沿って転動しない）ように、且つ、その中心Ｃ２が外歯歯車１８の軸線回りに偏心量ｅを半径とする円軌道Ｓ（図３参照）を描くように変位すること、すなわち、偏心揺動が可能である。外歯３０のうち、外歯歯車１８の回転中心Ｃ１に対する可動子１６の中心Ｃ２とは反対側の所定の範囲の外歯３０は、所定の範囲の内歯２８と噛合している。

【0024】

可動子１６の回転位相が変化せず、且つ内歯２８と外歯３０とが噛み合っていることにより、可動子１６の偏心揺動によって外歯歯車１８が回転する。内歯２８及び外歯３０の歯形は、インボリュート歯形であるが、楔形若しくは台形、又はこれに類する先細形状の歯形に変更してもよい。

【0025】

上述の構成により、界磁用固定子１４と可動子１６とが可変ギャップモータ１０をなす。可変ギャップモータ１０は制御部６０により各界磁用コイル２４に対する。通電をされる。制御部６０は、後述の偏心方向検出装置４０に検出される可動子１６の偏心方向に応じて各界磁用コイル２４に対する通電を図３（Ａ）～（Ｆ）に例示しているように制御する。

【0026】

図３（Ａ）～（Ｆ）は、白抜きの矢印により指されている固定子突極２２に対応する界磁用コイル２４に通電が行われ、各固定子突極２２が時計廻り方向周りに順次励磁することにより生じる可動子１６の偏心揺動を揺動６０度毎に示している。

【0027】

これにより、界磁用固定子１４に、図３で見て時計廻り方向の回転磁界が発生する。この回転磁界によって、可動子１６の中心Ｃ２が円軌道を描いて変位すべく可動子１６が偏心揺動することにより、内歯２８と外歯３０との噛合のもとに外歯歯車１８が回転し、出力軸２０に回転出力が発生する。

【0028】

可動子１６の偏心揺動において、界磁用固定子１４は、可動子１６の偏心揺動を阻害することなく、可動子１６から反力を受け止める反力部材をなす。外歯３０の歯数をＺａ、内歯２８の歯数をＺｂとした場合、減速比Ｇ＝Ｚａ／（Ｚａ－Ｚｂ）をもって外歯歯車１８が可動子１６の揺動回転数に対し減速回転する。外歯３０の歯数は、内歯２８の歯数より少なくとも１つ以上少ないため、回転磁界を時計廻り方向に発生させて可動子１６を時計廻り方向に偏心揺動させると、外歯歯車１８及び出力軸２０は、反時計廻り方向に回転する。

【0029】

アウターケース１２には、図２に示されているように、偏心方向検出装置４０が取り付けられている。偏心方向検出装置４０は、偏心揺動により界磁用固定子１４に対して変位する可動子１６の端面１６Ａに照明光を照射するＬＥＤ等による光源４２と、光源４２の前方に配置された拡散レンズ４４と、集光レンズ４６と、集光レンズ４６の後方に配置され、端面１６Ａを撮像する画像センサ４８と、画像センサ４８に接続された偏心方向検出処理部５０とを含む。換言すると、光源４２は、可動子１６の端面１６Ａのうち画像センサ４８により撮像される領域Ｅの表面に照明光を照射する。

【0030】

領域Ｅは、格子模様で図示されているが、実際には不規則な微細凹凸の粗面になっている。領域Ｅには可動子１６の偏心揺動の原点位置（揺動０度）を検出するための黒点等によるマークＭが印刷により付けられている。

【0031】

画像センサ４８は、イメージアレー等を含み、領域Ｅを連続的にする。偏心方向検出処理部５０は、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を含み、画像センサ４８により撮像された領域Ｅの撮像画像の時間的な変化から可動子１６の偏心方向を検出する。偏心方向検出処理部５０は可動子１６の偏心方向を示す信号を制御部６０に出力する。

【0032】

偏心方向検出装置４０は、コンピュータのポインティングデバイスであるマウスと類似のものであり、偏心方向検出装置４０が移動しないマウスに相当して、領域Ｅがマウスに対して変位するマウスパットに相当し、領域Ｅの撮像画像、特にシャードパターンの時間的な変化から可動子１６の偏心方向を検出ものである。

【0033】

偏心方向検出装置４０は、マウスのようなものでよく、磁気の影響を受けることがなく、レゾルバを用いた偏心方向検出装置に比して、簡素な構造で、安価である。

【0034】

領域Ｅの表面に光源４２からの照明光が照射されることにより、画像センサ４８により撮像される領域Ｅの撮像画像の変化が明確になる。これにより、偏心方向検出装置４０による可動子１６の偏心方向の検出が精度よく確実なものになる。

【0035】

画像センサ４８により撮像される領域Ｅが不規則な微細凹凸の粗面になっていることにより、偏心方向検出装置４０による可動子１６の偏心方向検出の確実性が粗面でない場合に比して向上する。また、画像センサ４８がマークＭを撮像することにより、偏心方向検出装置４０は、所定のキャリブレーションのもとに可動子１６の偏心揺動の原点位置を簡単に検出することができる。

【0036】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上述の実施形態では、可動子突極２６の先端面が固定子突極２２との間に磁束が通過する磁気ギャップを画定する可動子１６の外周面をなすが、可動子突極２６は必須ではなく、可動子１６は可動子突極２６がない円筒形状であってもよい。光源４２は、ＬＥＤに限られることなく、レーザ光によるものであってもよい。また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

【符号の説明】

【0037】

１０ ：可変ギャップモータ
１２ ：アウターケース
１４ ：界磁用固定子
１６ ：可動子
１６Ａ ：端面
１８ ：外歯歯車
２０ ：出力軸
２１ ：円環状主部
２２ ：固定子突極
２４ ：界磁用コイル
２６ ：可動子突極
２８ ：内歯
３０ ：外歯
４０ ：偏心方向検出装置
４２ ：光源
４４ ：拡散レンズ
４６ ：画像センサ
４８ ：画像センサ
５０ ：偏心方向検出処理部
６０ ：制御部

【図1】

【図2】

【図3】