特開 2024-114505 回転機器

(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】P2024114505

(43)【公開日】2024-08-23

(54)【発明の名称】回転機器

(51)【国際特許分類】

   B62M 6/45 20100101AFI20240816BHJP

   B62J 45/413 20200101ALI20240816BHJP

   F16H 1/06 20060101ALI20240816BHJP

【ＦＩ】

B62M6/45

B62J45/413

F16H1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023020312

(22)【出願日】2023-02-13

(71)【出願人】

【識別番号】000114215

【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】林原 真史

【テーマコード（参考）】

3J009

【Ｆターム（参考）】

3J009DA19

3J009DA20

3J009EA11

3J009EA21

3J009ED01

3J009ED17

3J009FA09

(57)【要約】

【課題】始動時における回転機器のトルクを改善すること。
【解決手段】出力軸（１６，２３）と、ワンウェイクラッチ３１と、ワンウェイクラッチ３１を介して出力軸（１６，２３）に直接または間接的に連結したモータ４０と、制御装置５０と、を備え、モータ４０は、第１方向Ｒ１および第２方向Ｒ２に回転可能であり、ワンウェイクラッチ３１は、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転を伝達し、制御装置５０は、第１信号Ｓａを出力し、第１信号Ｓａの出力後に、第２信号Ｓｂを出力し、第１信号Ｓａを入力されたモータ４０は、第２方向Ｒ２に回転し、第２信号Ｓｂを入力されたモータ４０は、第１方向Ｒ１に回転する、回転機器１００。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力軸と、
ワンウェイクラッチと、
前記ワンウェイクラッチを介して前記出力軸に直接または間接的に連結したモータと、
制御装置と、
を備え、
前記モータは、第１方向および前記第１方向に対して逆方向である第２方向に回転可能であり、
前記ワンウェイクラッチは、前記モータの第１方向の回転を伝達し、
前記制御装置は、第１信号を出力し、当該第１信号の出力後に、第２信号を出力し、
前記第１信号を入力された前記モータは、前記第２方向に回転し、
前記第２信号を入力された前記モータは、前記第１方向に回転する、回転機器。

【請求項2】

前記出力軸としてのシャフトと、
ギアと、を備え、
前記ギアを介して前記出力軸に前記モータは連結している、請求項１に記載の回転機器。

【請求項3】

前記第１信号を入力された前記モータが前記第２方向に回転する際の回転角は、３６０°より小さい、請求項１または２に記載の回転機器。

【請求項4】

センサを備え、
前記センサは、前記モータの回転角を検出する、請求項１から３のいずれかに記載の回転機器。

【請求項5】

前記センサが検出できる前記モータの回転角の範囲内に、前記モータのトルクが極大値を示す回転角が存在する、請求項４に記載の回転機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、モータの回転力が、ギアおよびワンウェイクラッチを介してシャフトに伝達される回転機器が知られている。そのような回転機器の例としては、電動アシスト自転車のモータドライブユニット等が挙げられる。例えば、特許文献１には、車速に対応するモータ回転速度となる電圧以上にモータ電圧を保ちつつ、踏力に対応してモータによる駆動力を制御するコントローラを備える電動アシスト自転車が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－０６２６８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の回転機器では、高負荷のかかる始動時において最大のトルクが得られることが望ましい場合がある。しかしながら、モータのトルクはロータの回転角とセンサにより検出されたロータの回転角との差の大きさによって変動するため、始動時のロータの位置によっては、適切なトルクが得られない場合がある。
本発明は、始動時における回転機器のトルクの改善を課題の一例とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の回転機器は、出力軸と、ワンウェイクラッチと、前記ワンウェイクラッチを介して前記出力軸に直接または間接的に連結したモータと、制御装置と、を備え、前記モータは、第１方向および前記第１方向に対して逆方向である第２方向に回転可能であり、前記ワンウェイクラッチは、前記モータの第１方向の回転を伝達し、前記制御装置は、第１信号を出力し、当該第１信号の出力後に、第２信号を出力し、前記第１信号を入力された前記モータは、前記第２方向に回転し、前記第２信号を入力された前記モータは、前記第１方向に回転する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の一例である実施の形態にかかる回転機器の模式図である。

【図2】本発明の一例である実施の形態にかかる回転機器のモータ駆動制御装置およびモータの構成を示す図である。

【図3】本発明の一例である実施の形態にかかる回転機器のモータ駆動制御装置による制御の流れの一例を示すフローチャートである。

【図4】センサにより検出されるロータの回転角が一定となる範囲内における、ロータの回転角（電気角）と、モータのトルク（最大トルクに対する割合）との関係の例を示すプロットである。

【図5】本発明の一変形例にかかる回転機器の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明の実施の形態の説明において、説明の便宜上、図１における軸Ｘに沿った矢印ａ方向（モータ４０から第１ギア１１へ向かう方向）を一方側とする。軸Ｘに沿った矢印ｂ方向（第１ギア１１からモータ４０へ向かう方向）を他方側とする。ここで、矢印ａｂ方向を軸方向と称する。

【0008】

以下、本発明の一例である実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態にかかる回転機器１００の模式図である。図１に示すように、回転機器１００は、他の部材としてのギア（第１ギア１１、第２ギア１２、第３ギア１３、第４ギア１４、第５ギア１５）と、出力軸の一部を構成する出力ギア１６と、を含む減速ギアセット１０と、第１シャフト２１と、第２シャフト２２と、出力軸の他の一部を構成する第３シャフト２３と、第１ワンウェイクラッチ３１と、第２ワンウェイクラッチ３２と、第３ワンウェイクラッチ３３と、モータ４０と、制御装置としてのモータ駆動制御装置５０と、ハウジング６０と、を備える。

【0009】

図１において、第１ギア１１、第２ギア１２、第３ギア１３、第４ギア１４、第５ギア１５、出力ギア１６、第１ワンウェイクラッチ３１、第２ワンウェイクラッチ３２、および第３ワンウェイクラッチ３３は、便宜上、それぞれ模式的な断面図として示されているが、これは、必ずしも全ての断面が同一平面にあることを意味するものではない。また、図１において、モータ４０のシャフトＳに固定された第１ギア１１、第２ギア１２、第３ギア１３、第４ギア１４、第５ギア１５、および出力ギア１６の歯は省略されている。

【0010】

モータ４０は、軸Ｘの周りに、第１方向Ｒ１、および第１方向Ｒ１に対して逆方向である第２方向Ｒ２に回転可能となっている。本実施の形態において、モータ４０の出力軸（シャフトＳ）を軸方向における一方側（矢印ａ方向）から軸方向における他方側（矢印ｂ方向）へ見た場合に、時計回りとなる回転方向を第１方向Ｒ１とし、反時計回りとなる回転方向を第２方向Ｒ２とする。

【0011】

第１ギア１１は、モータ４０の出力軸（シャフトＳ）に直結した、全体として略円筒状のギアである。第１ギア１１の近傍には、円柱状または略円柱状の第１シャフト２１が、モータ４０の軸Ｘと平行に延びている。第１シャフト２１は、図示しない軸受等を介してハウジング６０に対して回転可能に支持されている。

【0012】

第１シャフト２１には、モータ４０に近い順（軸方向において、他方側（矢印ｂ方向）から一方側（矢印ａ方向）へ向かう順）に、第２ギア１２および第３ギア１３が同軸に配置されている。なお、第２ギア１２および第３ギア１３の配置順は任意であり、モータ４０に近い順に、第３ギア１３および第２ギア１２が配置されていてもよい。第２ギア１２は、全体として略円環状のギアであり、第１ワンウェイクラッチ３１を介して第１シャフト２１に固定されている。第２ギア１２は、第１ギア１１と噛合している。第２ギア１２の内周面（第１シャフト２１に近い側の周面）は、第１ワンウェイクラッチ３１の外周面（第１シャフト２１から遠い側の周面）に固定されている。また、第１ワンウェイクラッチ３１の内周面（第１シャフト２１に近い側の周面）は、第１シャフト２１の外周面に固定されている。

【0013】

第１ワンウェイクラッチ３１は、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転を第１シャフト２１に伝達し、モータ４０の第２方向Ｒ２の回転を第１シャフト２１に伝達しないように構成されている。モータ４０が第１方向Ｒ１に回転する場合、第１ギア１１も第１方向Ｒ１に回転する。すると、第１ギア１１と噛合する第２ギア１２は、第１方向Ｒ１とは反対方向、すなわち第２方向Ｒ２に回転する。第１ワンウェイクラッチ３１は、第２ギア１２の第２方向Ｒ２の回転を第１シャフト２１に伝達することにより、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転を第１シャフト２１に伝達する。また、第１ワンウェイクラッチ３１は、第２ギア１２の第１方向Ｒ１の回転を第１シャフト２１に伝達しないため、モータ４０の第２方向Ｒ２の回転を第１シャフト２１に伝達しない。

【0014】

第３ギア１３は、略円盤状のギアであり、第１シャフト２１に直接固定されている。すなわち、第３ギア１３の内周面（第１シャフト２１に近い側の周面）は、第１シャフト２１の外周面に、圧入または接着により固定されている。したがって、第３ギア１３は、第１シャフト２１と一体となって回転する。なお、第３ギア１３と第１シャフト２１は、一体の部材として形成されていてもよい。

【0015】

第１シャフト２１の近傍には、円柱状または略円柱状の第２シャフト２２が、モータ４０の軸Ｘおよび第１シャフト２１と平行に延びている。第２シャフト２２は、図示しない軸受等を介してハウジング６０に対して回転可能に支持されている。

【0016】

第２シャフト２２には、モータ４０に近い順（軸方向において、他方側（矢印ｂ方向）から一方側（矢印ａ方向）へ向かう順）に、第５ギア１５および第４ギア１４が同軸に配置されている。なお、第４ギア１４および第５ギア１５の配置順は任意であり、モータ４０に近い順に、第４ギア１４および第５ギア１５が配置されていてもよい。第４ギア１４は、全体として略円環状のギアであり、第２ワンウェイクラッチ３２を介して第２シャフト２２に固定されている。第４ギア１４は、第３ギア１３と噛合している。第４ギア１４の内周面（第２シャフト２２に近い側の周面）は、第２ワンウェイクラッチ３２の外周面（第２シャフト２２から遠い側の周面）に固定されている。また、第２ワンウェイクラッチ３２の内周面（第２シャフト２２に近い側の周面）は、第２シャフト２２の外周面に固定されている。

【0017】

第２ワンウェイクラッチ３２は、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転を第２シャフト２２に伝達し、モータ４０の第２方向Ｒ２の回転を第２シャフト２２に伝達しないように構成されている。モータ４０が第１方向Ｒ１に回転する場合、第３ギア１３は第２方向Ｒ２に回転する。すると、第３ギア１３と噛合する第４ギア１４は、第２方向Ｒ２とは反対方向、すなわち第１方向Ｒ１に回転する。第２ワンウェイクラッチ３２は、第４ギア１４の第１方向Ｒ１の回転を第２シャフト２２に伝達することにより、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転を第２シャフト２２に伝達する。また、第２ワンウェイクラッチ３２は、第４ギア１４の第２方向Ｒ２の回転を第２シャフト２２に伝達しないため、モータ４０の第２方向Ｒ２の回転を第２シャフト２２に伝達しない。

【0018】

第５ギア１５は、略円盤状のギアであり、第２シャフト２２に直接固定されている。すなわち、第５ギア１５の内周面（第２シャフト２２に近い側の周面）は、第２シャフト２２の外周面に、圧入または接着により固定されている。したがって、第５ギア１５は、第２シャフト２２と一体となって回転する。なお、第５ギア１５と第２シャフト２２は、一体の部材として形成されていてもよい。

【0019】

第２シャフト２２の近傍には、円柱状または略円柱状の第３シャフト２３が、モータ４０の軸Ｘ、第１シャフト２１および第２シャフト２２と平行に延びている。第３シャフト２３は、一方側の端部２３ａおよび他方側の端部２３ｂを有する。第３シャフト２３は、図示しない軸受等を介してハウジング６０に対して回転可能に支持されている。軸方向において、第３シャフト２３は、ハウジング６０を貫通している。第３シャフト２３の一方側の端部２３ａは、ハウジング６０の一方側（矢印ａ方向）から突出している。第３シャフト２３の他方側の端部２３ｂは、ハウジング６０の他方側（矢印ｂ方向）から突出している。回転機器１００が電動アシスト自転車のモータドライブユニットである場合、第３シャフト２３は、クランクシャフトである。

【0020】

軸方向において、第３シャフト２３の他方側の端部２３ｂ近傍には、出力軸の一部を構成する出力ギア１６が配置されている。出力ギア１６は、略円環状の歯車部１６ａと、歯車部１６ａと同軸に設けられた、歯車部１６ａから軸方向における他方側（矢印ｂ方向）へ突出する略円筒状の突出部１６ｂとを有する。なお、必要に応じ、突出部１６ｂは、歯車状に形成された領域や、雄ねじ状に形成された領域を有していてもよい。出力ギア１６の歯車部１６ａはハウジング６０の内部に収容されており、出力ギア１６の突出部１６ｂは、第３シャフト２３の他方側の端部２３ｂと共に、ハウジング６０を貫通して軸方向における他方側（矢印ｂ方向）へ突出している。

【0021】

出力ギア１６の歯車部１６ａは、第３ワンウェイクラッチ３３を介して第３シャフト２３に固定されている。出力ギア１６は、第５ギア１５と噛合している。出力ギア１６の歯車部１６ａの内周面（第３シャフト２３に近い側の周面）は、第３ワンウェイクラッチ３３の外周面（第３シャフト２３から遠い側の周面）に固定されている。また、第３ワンウェイクラッチ３３の内周面（第３シャフト２３に近い側の周面）は、第３シャフト２３の外周面に固定されている。

【0022】

第３ワンウェイクラッチ３３は、第３シャフト２３の、出力ギア１６に対する相対的な回転のうち、一方向の回転を伝達し、多方向の回転を伝達しないように構成されている。例えば回転機器１００が電動アシスト自転車のモータドライブユニットである場合、ペダルを逆に踏むことでクランクシャフト（第３シャフト２３）を逆回転させると、第３シャフト２３が出力ギア１６に対して相対的に第１方向Ｒ１に回転することとなるが、このとき、第３シャフト２３の回転は出力ギア１６に伝達されない。反対に、電動アシスト自転車を前進させるためにペダルを踏んでクランクシャフト（第３シャフト２３）を正回転させ、第３シャフト２３が出力ギア１６に対して相対的に第２方向Ｒ２に回転すると、第３シャフト２３の回転は出力ギア１６に伝達される。出力ギア１６の突出部１６ｂには、図示しないチェーンリングが、図示しないハブ等を介して固定されており、チェーンリングに架けられたローラーチェーン等を介して後輪に駆動力が伝達される。その際、モータ４０の第１方向Ｒ１の回転力が、出力ギア１６の第２方向Ｒ２の回転を補助することで、ペダルを踏むのに必要な力が軽減される。

【0023】

以上記載した通り、モータ４０は、第１ギア１１、第２ギア１２、第１ワンウェイクラッチ３１、第１シャフト２１、第３ギア１３、第４ギア１４、第２ワンウェイクラッチ３２、第２シャフト２２、第５ギア１５、出力ギア１６の順に連結し、さらにモータ４０は、第３ワンウェイクラッチ３３を介して第３シャフト２３に連結している。したがって、モータ４０は、第１ワンウェイクラッチ３１を介して、出力軸の一部を構成する出力ギア１６および出力軸の他の一部を構成する第３シャフト２３に、直接または間接的に連結している。

【0024】

図２は、回転機器１００のモータ駆動制御装置５０およびモータ４０の構成を示す図である。モータ駆動制御装置５０は、例えば、制御回路５１および駆動回路５２を有する。なお、図２に示されるモータ駆動制御装置５０の構成要素は、全体の一部であり、モータ駆動制御装置５０は、図２に示されたものに加えて、他の構成要素を有していてもよい。

【0025】

モータ４０は、例えば、３相（Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相）に対応するコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを有するブラシレスＤＣモータである。モータ４０は、図示しないロータの回転角（モータの回転角）を検出するためのセンサ（センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗ）を備える。センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗは、それぞれコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに対応する位置に配置されている。センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗが検出できるモータ４０の回転角の範囲内に、モータ４０のトルクが最大値または極大値を示す回転角が存在する。

【0026】

本実施の形態において、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗはホールＩＣであり、ロータの回転角に応じた信号を出力する。センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗは、例えば、互いに等角度間隔（例えば、隣り合うものと１２０度の間隔）を空けてモータ４０のロータの周囲に配置されている。センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗは、それぞれ、ロータの磁極を検出し、ロータの回転に応じて電圧が変化する信号を回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗとして出力する。回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗは、モータ駆動制御装置５０の制御回路５１に入力される。

【0027】

ここで、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗは、例えば、モータ４０のトルクが最大値または極大値を示す回転角（例えば、３０°）を検出したときに、回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの少なくとも一つが切り替わる位置に配置されている。ただし、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗの配置はこれに限られない。

【0028】

制御回路５１は、例えば、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＡＭ，ＲＯＭ等の各種記憶装置と、カウンタ（タイマ）、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、クロック発生回路、および入出力Ｉ／Ｆ回路等の周辺回路とが、バスや専用線を介して互いに接続された構成を有するプログラム処理装置（例えばマイクロコントローラ）である。

【0029】

制御回路５１は、例えば、外部から入力される、モータ４０の動作の目標状態を指示する駆動指令信号Ｓｃに基づいて、モータ４０を駆動させるための駆動制御信号Ｓｄを生成し、モータ４０の駆動を制御する。例えば回転機器１００が電動アシスト自転車のモータドライブユニットである場合、駆動指令信号Ｓｃは、トルクセンサがペダルにかかる踏力を検知した結果として出力される信号であってもよい。制御回路５１は、例えば、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗからの回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに基づいて、モータ４０のロータの回転角や回転速度等の情報を得ることでモータ４０の回転状態を監視するとともに、モータ４０が所定の動作状態となるように駆動制御信号Ｓｄを生成して、駆動回路５２に与える。駆動制御信号Ｓｄは、例えば、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号である。

【0030】

駆動回路５２は、駆動制御信号Ｓｄに基づきコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを励磁することにより、モータ４０を駆動する。駆動回路５２は、例えば、各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗを駆動するインバータ回路、駆動制御信号Ｓｄに応じてインバータ回路を駆動するプリドライブ回路、および各相のコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗに流れる電流を検出する電流検出回路等を有していてもよい。

【0031】

モータ駆動制御装置５０は、制御回路５１の一部または全部と、駆動回路５２の一部または全部とが一つの集積回路装置（ＩＣ）としてパッケージ化された構成であってもよいし、制御回路５１と駆動回路５２がそれぞれ個別の集積回路装置としてそれぞれパッケージ化された構成であってもよい。

【0032】

次に、モータ駆動制御装置５０による、本実施の形態にかかる回転機器１００の制御の流れについて説明する。図３は、モータ駆動制御装置５０による制御の流れの一例を示すフローチャートである。

【0033】

まず、制御回路５１は、駆動指令信号Ｓｃの入力を待機する（ステップＳ１）。制御回路５１に駆動指令信号Ｓｃが入力されると、制御回路５１は、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗからの回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを検知する（ステップＳ２）。なお、駆動指令信号Ｓｃは、複数の信号として制御回路５１に入力されてもよい。次に、制御回路５１は、モータ４０を第２方向Ｒ２に回転させる（逆回転させる）よう、駆動制御信号Ｓｄを駆動回路５２に与える。駆動回路５２は、モータ４０が第２方向Ｒ２に回転する（逆回転する）ような通電パターン（第１信号Ｓａ）をモータ４０に出力する（ステップＳ３）。

【0034】

第１信号Ｓａは、モータ４０のＵ相、Ｖ相、およびＷ相のうち、通電する相が切り替わらないような通電パターンである。すなわち、第１信号Ｓａを入力されている間、励磁されたコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗによって形成される磁界は一定である。したがって、モータ４０のロータは、第２方向Ｒ２に僅かに回転（逆回転）した後、ステータとしてのコイルＬｕ，Ｌｖ，Ｌｗとロータとの間の磁力によって停止する。前述したように、第１ワンウェイクラッチ３１は、モータ４０の第２方向Ｒ２の回転を第１シャフト２１に伝達しないように構成されている。したがって、第１信号Ｓａに起因するモータ４０の逆回転（第２方向Ｒ２の回転）は、連結し合う第１シャフト２１以降の部材（すなわち、第１シャフト２１、第３ギア１３、第４ギア１４、第２ワンウェイクラッチ３２、第２シャフト２２、第５ギア１５、出力ギア１６、第３ワンウェイクラッチ３３、および第３シャフト２３）に伝達されない。

【0035】

ここで、第１信号Ｓａを入力されたモータ４０が第２方向に回転して停止するまでの回転角は、３６０°より小さい。第１信号Ｓａを入力されたモータ４０が第２方向に回転して停止するまでの回転角は、１８０°以下であってもよく、１２０°以下であってもよく、６０°以下であってもよい。モータ４０の逆回転が停止する位置は、ステータのスロット数やロータの磁極数等によって異なる。本実施の形態において、モータ４０は、逆回転が停止する位置において、トルクが最大値または極大値を示すか、トルクが最大値または極大値に近い値を示すように構成されている。

【0036】

続いて、制御回路５１は、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗからの回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを参照し、ロータが所定の回転角（本実施の形態においては、モータ４０のトルクが最大値または極大値を示す回転角か、最大値または極大値に近い値を示す回転角）となったか否かを判定する（ステップＳ４）。ロータが所定の回転角となったことは、例えば、回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗの少なくとも一つが切り替わったことで判定することができる。ロータが所定の回転角となっていない場合、ロータが所定の回転角となったこと（ロータ位置が移動したこと）が確認できるまで、ステップＳ３およびＳ４を繰り返す。

【0037】

ロータが所定の回転角となったことを確認後、制御回路５１は、モータ４０を第１方向Ｒ１に回転させる（正回転させる）よう、駆動制御信号Ｓｄを駆動回路５２に与える。駆動回路５２は、モータ４０が第１方向Ｒ１に回転する（正回転する）ような通電パターン（第２信号Ｓｂ）をモータ４０に出力する（ステップＳ５）。

【0038】

制御回路５１は、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗからの回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗを参照し、モータ４０が第１方向Ｒ１の回転を開始したか否かを判定する（ステップＳ６）。モータ４０が第１方向Ｒ１の回転を開始していない場合、モータ４０が第１方向Ｒ１の回転を開始したことが確認できるまで、ステップＳ５およびＳ６を繰り返す。

【0039】

モータ４０が第１方向Ｒ１の回転を開始したことを確認した後、モータ駆動制御装置５０は、駆動指令信号Ｓｃおよびセンサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗからの回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗに応じて第２信号Ｓｂの出力を続け、モータ４０の第１方向Ｒ１への回転を継続させる（ステップＳ７）。

【0040】

本実施の形態にかかる回転機器１００のモータ４０は、３つのホールＩＣ（センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗ）を備えている。このように３つのホールＩＣを備えたモータにおいて、ロータの回転角の検出における分解能は、典型的には６０°である。これは、ホールＩＣの出力信号の切り替わりが６０°毎に発生し、当該切り替わりを検知することでロータの回転を検知するためである。したがって、ホールＩＣの出力信号の切り替わりのタイミングにおいて、ロータの回転角（電気角）とセンサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗにより検出されたロータの回転角が一致するように各ホールＩＣを配置すると、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗにより検出されたロータの回転角と、実際のモータ４０におけるロータの回転角との間には、０°～６０°の誤差が生じる。以下、このような各ホールＩＣの配置を配置Ｂと称する。

【0041】

図４は、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗにより検出されるロータの回転角が一定となる範囲内（回転角検出信号Ｈｕ，Ｈｖ，Ｈｗが一定である範囲内）における、実際のモータ４０のロータの回転角と、モータのトルク（最大トルクに対する割合）との関係の例を示すプロットである。図４から分かるように、配置Ｂの場合、ロータの回転により、モータのトルクが、例えば約５０％～１００％の間で大きく変動する。このようなモータのトルクの変動はトルクリップルの原因となる。トルクリップルを低減させるための手段としては、３つのホールＩＣを、配置Ｂから３０°ずらして配置することが知られている。以下、このような各ホールＩＣの配置を配置Ａと称する。配置Ａの場合、センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗにより検出されたロータの回転角と、実際のモータ４０におけるロータの回転角との間の誤差は、－３０°～３０°の範囲内となる。図４から分かるように、配置Ａの場合、トルクの変動は例えば約８７％～１００％の範囲内に収まり、配置Ｂの場合と比較して大幅に抑制される。

【0042】

しかしながら、配置Ａの場合であっても、ロータの回転角によってモータのトルクが例えば最大約１３％低下する。したがって、例えばモータが電動アシスト自転車のモータドライブユニットに用いられている場合、ロータの回転角によっては、高負荷のかかる始動時（例えば、漕ぎ出し時）に所定のトルクを出力するために回路に過剰な電流が流れ、過電流保護機能の働きによりトルクが不足する事態や、過剰な電流により制御応答性が低下し、急激なトルク変動が生じる事態が発生することによる、電動アシスト自転車の乗り心地の低下が懸念される。

【0043】

一方で、本実施の形態にかかる回転機器１００においては、モータ４０は、始動時、正回転である第１方向Ｒ１の回転を開始する前に、一旦、逆回転である第２方向Ｒ２の回転を行う。これにより、ロータの回転角を、モータ４０のトルクが最大値もしくは極大値（またはそれらに近い値）を示す回転角まで移動させることができる。その際、第１ワンウェイクラッチ３１の働きにより、モータ４０を逆回転させる際の負荷は最小限に抑えられ、また、モータ４０の逆回転が第３シャフト２３（クランクシャフト）に影響することもない。したがって、本実施の形態にかかる回転機器１００によれば、高負荷始動時におけるトルクを、他へ与える影響を最小限としつつ改善することができる。

【0044】

本実施の形態にかかる回転機器１００においては、第１信号Ｓａを入力されたモータ４０が第２方向Ｒ２に回転する際の回転角が、３６０°より小さい。したがって、逆回転に要する時間を低減でき、例えば回転機器１００が電動アシスト自転車のモータドライブユニットの一部である場合においても、漕ぎ出し時のタイムラグに起因する違和感を運転者に抱かせないことができる。なお、第１信号Ｓａを入力されたモータ４０が第２方向に回転して停止するまでの回転角は、モータ４０の構成（例えば、ステータのスロット数やロータの磁極数等）によって、１８０°以下とすることもでき、１２０°以下とすることもでき、６０°以下とすることもできる。第１信号Ｓａを入力されたモータ４０が第２方向に回転して停止するまでの回転角が小さいほど、逆回転に要する時間を少なくすることができる。

【0045】

以上、本発明の回転機器について、好ましい実施の形態を挙げて説明したが、本発明の回転機器は上記実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態において、回転機器１００は、第１ギア１１、第２ギア１２、第３ギア１３、第４ギア１４、第５ギア１５、および出力ギア１６の６つのギアを備えているが、本発明の回転機器において、ギアの数は制限されず、１つであってもよく、２つであってもよく、３つであってもよく、４つであってもよく、５つであってもよく、７つ以上であってもよい。

【0046】

上記実施の形態において、回転機器１００は、第１シャフト２１、第２シャフト２２、および第３シャフト２３の３つのシャフトを備えているが、本発明の回転機器において、シャフトの数は制限されず、１つであってもよく、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。

【0047】

上記実施の形態において、回転機器１００は、第１ワンウェイクラッチ３１、第２ワンウェイクラッチ３２、および第３ワンウェイクラッチ３３の３つのワンウェイクラッチを備えているが、本発明の回転機器において、ワンウェイクラッチの数は制限されず、１つであってもよく、２つであってもよく、４つ以上であってもよい。また、本発明の回転機器において、ワンウェイクラッチは、ギアの内周面に固定されていなくてもよい。

【0048】

上記実施の形態において、モータ４０の回転方向が第１方向Ｒ１である場合を正回転、モータ４０の回転方向が第２方向Ｒ２である場合を逆回転としたが、用途に応じて、モータ４０の回転方向が第１方向Ｒ１である場合を逆回転、モータ４０の回転方向が第２方向Ｒ２である場合を正回転としてもよい。

【0049】

図１において、モータ駆動制御装置５０はハウジング６０の内部に収容されているが、本発明の回転機器において、モータ駆動制御装置は一部または全部がハウジングの外部に配置されていてもよい。また、本発明の回転機器は、ハウジングを備えていなくてもよい。

【0050】

上記実施の形態において、モータ４０は、３つのホールＩＣ（センサ４１ｕ，４１ｖ，４１ｗ）を備えているが、ホールＩＣの数は３つに制限されない。また、各ホールＩＣは、互いに等角度間隔を空けて配置されていなくてもよい。本発明の回転機器はホールＩＣでないセンサを備えていてもよい。本発明の回転機器は、センサを備えていなくてもよい。

【0051】

本発明の回転機器がセンサとして複数のホールＩＣを備える場合、各ホールＩＣは、ホールＩＣの出力信号の切り替わりのタイミングにおいて、ロータの回転角がセンサにより検出されたロータの回転角と一致するように配置されていてもよく、ロータの回転角が３０°（または－３０°）となるタイミングと一致するように配置されていてもよく、ロータの回転角がその他の角度となるタイミングと一致するように配置されていてもよい。ステップＳ４における、ロータが所定の回転角となったことの判定の方法は、センサの有無や配置に応じ、任意の方法に変更してもよい。

【0052】

上記実施の形態において、回転機器１００は、電動アシスト自転車のモータドライブユニットに用いられることを想定して記載されているが、本発明の回転機器は、その他の用途に用いられるものであってもよい。

【0053】

図５に、上記実施の形態の変形例としての回転機器２００を示す。以下、便宜上、回転機器２００の各構成要素について、回転機器１００の対応する各構成要素と同一の名称および符号を用いて説明する。構成要素の名称における「第１」や「第３」等の記載は、回転機器１００の構成要素との対応関係を明確にするためのものであり、必ずしも回転機器２００の構成要素が特定の個数存在することを示すものではない。

【0054】

回転機器２００は、出力軸の一部を構成する出力ギア１６と、出力軸の他の一部を構成する第３シャフト２３と、第１ワンウェイクラッチ３１と、第３ワンウェイクラッチ３３と、モータ４０と、制御装置としてのモータ駆動制御装置５０と、ハウジング６０と、を備える。モータ４０は、円筒状のシャフトＳを備える。第３シャフト２３は、モータ４０のシャフトＳの内側に配置されている。シャフトＳと第３シャフト２３とは、延び方向の周りに互いに相対的に回転可能となっている。ハウジング６０の外部において、出力ギア１６には、チェーンリング７０が固定されている。なお、上記実施の形態と重複する説明は省略する。

【0055】

変形例における回転機器２００では、第１ワンウェイクラッチ３１または第３ワンウェイクラッチ３３を介して、出力軸を構成する第３シャフト２３にモータ４０が連結している。具体的には、ハウジング６０の内部において、出力ギア１６は、第１ワンウェイクラッチ３１を介して、モータ４０のシャフトＳに固定されている。出力ギア１６の内周面（モータ４０のシャフトＳに近い側の周面）は、第１ワンウェイクラッチ３１の外周面（モータ４０のシャフトＳから遠い側の周面）に固定されている。また、第１ワンウェイクラッチ３１の内周面（モータ４０のシャフトＳに近い側の周面）は、モータ４０のシャフトＳの外周面に固定されている。

【0056】

ハウジング６０の内部において、出力ギア１６は、第３ワンウェイクラッチ３３を介して第３シャフト２３に固定されている。出力ギア１６の内周面（第３シャフト２３に近い側の周面）は、第３ワンウェイクラッチ３３の外周面（第３シャフト２３から遠い側の周面）に固定されている。また、第３ワンウェイクラッチ３３の内周面（第３シャフト２３に近い側の周面）は、第３シャフト２３の外周面に固定されている。以上のように、本発明の回転機器は、ワンウェイクラッチを介して、出力軸にモータが直接連結している構成であっても構わない。

【0057】

その他、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明の回転機器を適宜改変し、また各種構成の形状、寸法および組み合わせを変更することができる。かかる変更によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。

【符号の説明】

【0058】

１２…ギア（第２ギア）、１６…出力ギア（出力軸）、２３…シャフト（第３シャフト（出力軸））、３１…ワンウェイクラッチ（第１ワンウェイクラッチ）、４０…モータ、４１ｕ，４１ｖ，４１ｗ…センサ、５０…制御装置（モータ駆動制御装置）、１００…回転機器、Ｒ１…第１方向、Ｒ２…第２方向、Ｓａ…第１信号、Ｓｂ…第２信号。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】