JPH09168275A - 多自由度電動機 - Google Patents
多自由度電動機Info
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- JPH09168275A JPH09168275A JP7326986A JP32698695A JPH09168275A JP H09168275 A JPH09168275 A JP H09168275A JP 7326986 A JP7326986 A JP 7326986A JP 32698695 A JP32698695 A JP 32698695A JP H09168275 A JPH09168275 A JP H09168275A
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- Japan
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- spherical
- spherical rotor
- rotor
- degree
- stator
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
- H02K7/08—Structural association with bearings
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
- Linear Motors (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 多自由度に回転可能な球状ロータを有する電
動機に関し、回転トルクを均一にし、きめ細かな回転制
御ができるような構造とする。 【解決手段】 球状ロータ２１の表面には多数の磁性材
からなる突起３０が配置され、所定の間隔をもって球面
状のステータ２３が配置され、ステータ２３には電磁石
が所定の間隔で埋設されている。球状ロータ２１は球面
静圧軸受２５により圧力ボンベ２６、加圧パイプ２９を
介してガスを噴射し、軸受２５から浮遊させ、回転自在
とする。制御器２８の制御により、直交座標α、β、γ
方向の所定の位置になるようにステータ２３の電磁石を
励磁し、ロータ１の突起との作用により球状ロータ２１
を任意の位置に回転させ、正確に位置の制御ができる。
動機に関し、回転トルクを均一にし、きめ細かな回転制
御ができるような構造とする。 【解決手段】 球状ロータ２１の表面には多数の磁性材
からなる突起３０が配置され、所定の間隔をもって球面
状のステータ２３が配置され、ステータ２３には電磁石
が所定の間隔で埋設されている。球状ロータ２１は球面
静圧軸受２５により圧力ボンベ２６、加圧パイプ２９を
介してガスを噴射し、軸受２５から浮遊させ、回転自在
とする。制御器２８の制御により、直交座標α、β、γ
方向の所定の位置になるようにステータ２３の電磁石を
励磁し、ロータ１の突起との作用により球状ロータ２１
を任意の位置に回転させ、正確に位置の制御ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は多自由度の回転が可
能な球状ロータを有する電動機に関する。
能な球状ロータを有する電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術としては例えば特開平５−６４
４１７号に開示されたものがあり図５、６にその構成図
を示す。図５において、中空である球状ロータ１の外表
面には、図６に示すように隣合う極性が互いに異なるよ
う、複数の永久磁石２が格子状に埋設されており、また
球状ロータ１の内部には種々の検出器等４０が設置され
ている。
４１７号に開示されたものがあり図５、６にその構成図
を示す。図５において、中空である球状ロータ１の外表
面には、図６に示すように隣合う極性が互いに異なるよ
う、複数の永久磁石２が格子状に埋設されており、また
球状ロータ１の内部には種々の検出器等４０が設置され
ている。
【０００３】球状ロータ１の外側には一定空間を隔てて
ステータ３が配置され、球状ロータ１の表面と対向する
凹状面側には、複数の電磁石が格子状に埋設されてい
る。
ステータ３が配置され、球状ロータ１の表面と対向する
凹状面側には、複数の電磁石が格子状に埋設されてい
る。
【０００４】５は球状ロータ１を非接触で支持する軸受
けで、加圧パイプ９を介して圧力ボンベ６から供給され
るガスにより球状ロータ１を浮遊させるものである。
けで、加圧パイプ９を介して圧力ボンベ６から供給され
るガスにより球状ロータ１を浮遊させるものである。
【０００５】８は制御器で、球状ロータ１への作動指令
（ベクトル）から３軸直交座標におけるα方向、β方
向、γ方向の成分の大きさを求めるとともに、図示しな
いセンサからのα方向、β方向、γ方向の位置を入力し
て永久磁石２と電磁石の相対位置を求め、これら成分の
大きさに比例する時間配分で、球状ロータ１をα方向、
β方向、γ方向へ回転させるべく、所定のパターンでス
テータ３の電磁石を励磁し、球状ロータ１を作動させる
ものである。
（ベクトル）から３軸直交座標におけるα方向、β方
向、γ方向の成分の大きさを求めるとともに、図示しな
いセンサからのα方向、β方向、γ方向の位置を入力し
て永久磁石２と電磁石の相対位置を求め、これら成分の
大きさに比例する時間配分で、球状ロータ１をα方向、
β方向、γ方向へ回転させるべく、所定のパターンでス
テータ３の電磁石を励磁し、球状ロータ１を作動させる
ものである。
【０００６】また特開昭５９−１７８６０号には、上記
永久磁石に変えて、磁性材からなる突起歯を設けた技術
が開示されている。
永久磁石に変えて、磁性材からなる突起歯を設けた技術
が開示されている。
【０００７】この場合は、電磁石と磁性体との吸引力に
より回転力を得ているので、上述した従来例のように電
磁石の励磁方向を変える必要がなく、所定の励磁パター
ンに従って電磁石をオン・オフするだけで球状ロータを
回転させることができる。
より回転力を得ているので、上述した従来例のように電
磁石の励磁方向を変える必要がなく、所定の励磁パター
ンに従って電磁石をオン・オフするだけで球状ロータを
回転させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
球状ロータ１の外表面に永久磁石２等が格子状に配置さ
れているため、極付近では永久磁石間のピッチが狭くな
らざるを得ず、かつ直交する２軸方向の永久磁石間のピ
ッチと斜め方向の永久磁石間のピッチが全く異なるた
め、電磁石の励磁により発生する回転トルクは変動の大
きい不均一のものであった。
球状ロータ１の外表面に永久磁石２等が格子状に配置さ
れているため、極付近では永久磁石間のピッチが狭くな
らざるを得ず、かつ直交する２軸方向の永久磁石間のピ
ッチと斜め方向の永久磁石間のピッチが全く異なるた
め、電磁石の励磁により発生する回転トルクは変動の大
きい不均一のものであった。
【０００９】本発明は、均一な回転トルクを得ることが
でき、きめ細かな回転制御を行うことのできる多自由度
電動機を提供しようとするものである。
でき、きめ細かな回転制御を行うことのできる多自由度
電動機を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は次の
ような多自由度電動機を提供する。即ち、球面に磁性材
からなる複数の突起を有する球状ロータと、同球状ロー
タを回動自在に支持する軸受けと、前記球状ロータの球
面と所定空間を隔てて配置され、同ロータの球面と対向
する表面に複数の電磁石を有するステータとよりなる多
自由度電動機において、前記球状ロータの突起を同球状
ロータの外表面に内接する複数の三角形の各頂点に配置
するとともに、同複数の三角形が、前記球状ロータの球
体半径をＲとして、一辺が０．４０Ｒ、残りの二辺が
０．３５Ｒの二等辺三角形と一辺が０．４０Ｒ、残りの
二辺が０．４１Ｒの二等辺三角形の組み合わせであるこ
とを特徴とする多自由度電動機を提供する。
ような多自由度電動機を提供する。即ち、球面に磁性材
からなる複数の突起を有する球状ロータと、同球状ロー
タを回動自在に支持する軸受けと、前記球状ロータの球
面と所定空間を隔てて配置され、同ロータの球面と対向
する表面に複数の電磁石を有するステータとよりなる多
自由度電動機において、前記球状ロータの突起を同球状
ロータの外表面に内接する複数の三角形の各頂点に配置
するとともに、同複数の三角形が、前記球状ロータの球
体半径をＲとして、一辺が０．４０Ｒ、残りの二辺が
０．３５Ｒの二等辺三角形と一辺が０．４０Ｒ、残りの
二辺が０．４１Ｒの二等辺三角形の組み合わせであるこ
とを特徴とする多自由度電動機を提供する。
【００１１】このような多自由度電動機において、球状
ロータの表面には複数の三角形を形成するように、それ
ら三角形の各頂点に磁性材料からなる突起が配置され、
このような配置にすると球状ロー全球面上に一様な繰り
返し磁場が作れるため、均一な回転トルクを得ることが
できる。
ロータの表面には複数の三角形を形成するように、それ
ら三角形の各頂点に磁性材料からなる突起が配置され、
このような配置にすると球状ロー全球面上に一様な繰り
返し磁場が作れるため、均一な回転トルクを得ることが
できる。
【００１２】従って、ステータの電磁石を所定のパター
ンで励磁して球状ロータを所望の方向に回転させる際、
回転トルクの変動が防止され、又、突起を多く配列する
ことにより分解能を向上させ、きめ細かな回転制御がで
きる。
ンで励磁して球状ロータを所望の方向に回転させる際、
回転トルクの変動が防止され、又、突起を多く配列する
ことにより分解能を向上させ、きめ細かな回転制御がで
きる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係る多自由度電動機の全体構成図、図２は
図１に示す球状ロータの断面図、図３は同じく球状ロー
タにおける突起の配置図である。図１において、２１は
中空球状の球状ロータでその内部には種々の検出器等４
０が設置される。２３は球状ロータ２１の表面の一部に
一定の空間を隔てて配置される部分球面状のステータ
で、球状ロータ２１に対向する側の面には複数の電磁石
が所定間隔で埋設されており、該電磁石の上面は球面を
形成するようになっている。
て図面に基づいて具体的に説明する。図１は本発明の実
施の一形態に係る多自由度電動機の全体構成図、図２は
図１に示す球状ロータの断面図、図３は同じく球状ロー
タにおける突起の配置図である。図１において、２１は
中空球状の球状ロータでその内部には種々の検出器等４
０が設置される。２３は球状ロータ２１の表面の一部に
一定の空間を隔てて配置される部分球面状のステータ
で、球状ロータ２１に対向する側の面には複数の電磁石
が所定間隔で埋設されており、該電磁石の上面は球面を
形成するようになっている。
【００１４】２５は球面静圧軸受で、圧力ボンベ２６か
ら加圧パイプ２９を通じて供給されるガスを球状ロータ
２１の表面へ噴射して球状ロータ２１を浮遊させ、回転
自在に非接触で支持するものである。２８はステータ２
３の表面に設けられている電磁石を所定のパターンで励
磁して球状ロータ２１を回転させる制御器である（具体
的な制御については後述する）。
ら加圧パイプ２９を通じて供給されるガスを球状ロータ
２１の表面へ噴射して球状ロータ２１を浮遊させ、回転
自在に非接触で支持するものである。２８はステータ２
３の表面に設けられている電磁石を所定のパターンで励
磁して球状ロータ２１を回転させる制御器である（具体
的な制御については後述する）。
【００１５】図２において、球状ロータ２１には、図よ
り明らかなように、軟磁性材の球殻３１上には軟磁性材
の円柱形の複数の突起３０が設けられており、突起３０
の間には非磁性材のスペーサ３４が設けられている。ま
た、突起３０の表面とスペーサ２４の表面は球状の包絡
面ａに内接し球面を形成している。
り明らかなように、軟磁性材の球殻３１上には軟磁性材
の円柱形の複数の突起３０が設けられており、突起３０
の間には非磁性材のスペーサ３４が設けられている。ま
た、突起３０の表面とスペーサ２４の表面は球状の包絡
面ａに内接し球面を形成している。
【００１６】図３において、図は球状ロータ２１の１／
８のみを図示したもので、図示のように各突起３０は、
球状ロータ２１の外表面に内接する一辺が０．４０Ｒ、
残りの二辺が０．４１Ｒ（Ｒは球状ロータ２１の半径）
の二等辺三角形１２０面と、一辺が０．４０Ｒ、残りの
二辺が０．３５Ｒの二等辺三角形６０面とが組合わさっ
た頂点位置に総数９２個配置されている。即ち、サッカ
ーボールの模様を形成する正６角形と正５角形の各頂点
および中心点に突起３０を配置したものである。
８のみを図示したもので、図示のように各突起３０は、
球状ロータ２１の外表面に内接する一辺が０．４０Ｒ、
残りの二辺が０．４１Ｒ（Ｒは球状ロータ２１の半径）
の二等辺三角形１２０面と、一辺が０．４０Ｒ、残りの
二辺が０．３５Ｒの二等辺三角形６０面とが組合わさっ
た頂点位置に総数９２個配置されている。即ち、サッカ
ーボールの模様を形成する正６角形と正５角形の各頂点
および中心点に突起３０を配置したものである。
【００１７】図４は図１に示す制御器２８の構成を示す
ブロック図で、これに基づき球状ロータ２１の回転制御
について次に説明する。まず、図示していない位置検出
器４７により、球状ロータ２１の中心を原点とする直交
座標における球状ロ−タの現在のα方向、β方向、γ方
向の位置を制御器２８内の移動子／固定子相対位置演算
部４９に入力する。相対位置演算部４９では設置位置が
既知であるステータ２３の位置と比較し、このステータ
２３との直交座標でのα方向、β方向、γ方向の相対位
置を求め、これら信号を励磁電磁石選定部４２へ出力す
る。
ブロック図で、これに基づき球状ロータ２１の回転制御
について次に説明する。まず、図示していない位置検出
器４７により、球状ロータ２１の中心を原点とする直交
座標における球状ロ−タの現在のα方向、β方向、γ方
向の位置を制御器２８内の移動子／固定子相対位置演算
部４９に入力する。相対位置演算部４９では設置位置が
既知であるステータ２３の位置と比較し、このステータ
２３との直交座標でのα方向、β方向、γ方向の相対位
置を求め、これら信号を励磁電磁石選定部４２へ出力す
る。
【００１８】一方、制御器２８の外部から作動方向指令
δ（ベクトル）が入力され、この指令値δは励磁電磁石
選定部４２とα方向／β方向／γ方向合成比演算部４１
にそれぞれ入力される。α方向／β方向／γ方向合成比
演算部４１は指令値δのα方向、β方向、γ方向の成分
の大きさを求めるとともに、この成分の大きさに比例し
た時間配分で、α方向またはβ方向またはγ方向を示す
信号を励磁電磁石選定部４２に出力する。
δ（ベクトル）が入力され、この指令値δは励磁電磁石
選定部４２とα方向／β方向／γ方向合成比演算部４１
にそれぞれ入力される。α方向／β方向／γ方向合成比
演算部４１は指令値δのα方向、β方向、γ方向の成分
の大きさを求めるとともに、この成分の大きさに比例し
た時間配分で、α方向またはβ方向またはγ方向を示す
信号を励磁電磁石選定部４２に出力する。
【００１９】励磁電磁石選定部４２には、従来と同様
に、ステータ２３との相対位置に基づき球状ロータ２１
をα方向、β方向、γ方向に回転させる所定の電磁石励
磁パターン（３パターン）が用意されており、ここでま
ず、α方向／β方向／γ方向合成比演算部４１からの信
号に対応する励磁パターンが選択される。次に作動方向
指令δにより選択された励磁パターンにおける励磁方向
（各方向のプラス方向またはマイナス方向）が求められ
る。そして、これら励磁パターン、励磁方向及び移動子
／固定子相対位置演算部４９からの信号によりオン・オ
フする電磁石が選択され、励磁電流出力部４３にこれら
の選択信号が出力される。
に、ステータ２３との相対位置に基づき球状ロータ２１
をα方向、β方向、γ方向に回転させる所定の電磁石励
磁パターン（３パターン）が用意されており、ここでま
ず、α方向／β方向／γ方向合成比演算部４１からの信
号に対応する励磁パターンが選択される。次に作動方向
指令δにより選択された励磁パターンにおける励磁方向
（各方向のプラス方向またはマイナス方向）が求められ
る。そして、これら励磁パターン、励磁方向及び移動子
／固定子相対位置演算部４９からの信号によりオン・オ
フする電磁石が選択され、励磁電流出力部４３にこれら
の選択信号が出力される。
【００２０】励磁電流出力部４３は、励磁電磁石選定部
４２から入力した信号に基づき、ステータ２３に配置さ
れている各電磁石１〜Ｎへの励磁電流を出力あるいは遮
断し、球状ロータ２１の突起との作用でロータ２１を回
転させるものである。
４２から入力した信号に基づき、ステータ２３に配置さ
れている各電磁石１〜Ｎへの励磁電流を出力あるいは遮
断し、球状ロータ２１の突起との作用でロータ２１を回
転させるものである。
【００２１】このようにステータ２３の電磁石を所定の
パターンで励磁して球状ロータ２１を所望の方向に回転
させる際、上述したとおり、球状ロータ２１表面の各突
起３０が球状ロ−タ全球面上で一様に配置されているの
で、変動のない均一の回転トルクを得ることができ、ま
た突起３０の数も９２個と多いので、分解能が向上しき
め細かい回転制御をすることが可能となる。
パターンで励磁して球状ロータ２１を所望の方向に回転
させる際、上述したとおり、球状ロータ２１表面の各突
起３０が球状ロ−タ全球面上で一様に配置されているの
で、変動のない均一の回転トルクを得ることができ、ま
た突起３０の数も９２個と多いので、分解能が向上しき
め細かい回転制御をすることが可能となる。
【００２２】
【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、球面に磁性材からなる複数の突起を有する球状ロー
タと、同球状ロータを回動自在に支持する軸受けと、前
記球状ロータの球面と所定空間を隔てて配置され、同ロ
ータの球面と対向する表面に複数の電磁石を有するステ
ータとよりなる多自由度電動機において、前記球状ロー
タの突起を同球状ロータの外表面に内接する複数の三角
形の各頂点に配置するとともに、同複数の三角形が、前
記球状ロータの球体半径をＲとして、一辺が０．４０
Ｒ、残りの二辺が０．３５Ｒの二等辺三角形と一辺が
０．４０Ｒ、残りの二辺が０．４１Ｒの二等辺三角形の
組み合わせであることを特徴としているので、従来のよ
うに直交する２軸方向の磁石間のピッチと斜め方向のピ
ッチが大きく異ることがなく、球状ロータ表面の突起が
全球面上一様となり、そのため回転トルクを均一にする
ことができ、またきめ細かな回転制御を行うことが可能
となる。
は、球面に磁性材からなる複数の突起を有する球状ロー
タと、同球状ロータを回動自在に支持する軸受けと、前
記球状ロータの球面と所定空間を隔てて配置され、同ロ
ータの球面と対向する表面に複数の電磁石を有するステ
ータとよりなる多自由度電動機において、前記球状ロー
タの突起を同球状ロータの外表面に内接する複数の三角
形の各頂点に配置するとともに、同複数の三角形が、前
記球状ロータの球体半径をＲとして、一辺が０．４０
Ｒ、残りの二辺が０．３５Ｒの二等辺三角形と一辺が
０．４０Ｒ、残りの二辺が０．４１Ｒの二等辺三角形の
組み合わせであることを特徴としているので、従来のよ
うに直交する２軸方向の磁石間のピッチと斜め方向のピ
ッチが大きく異ることがなく、球状ロータ表面の突起が
全球面上一様となり、そのため回転トルクを均一にする
ことができ、またきめ細かな回転制御を行うことが可能
となる。
【図１】本発明の実施の一形態に係る多自由度電動機の
全体構成図である。
全体構成図である。
【図２】本発明の実施の一形態に係る多自由度電動機の
球状ロータの断面図である。
球状ロータの断面図である。
【図３】本発明の実施の一形態に係る多自由度電動機の
球状ロータの突起の配置図である。
球状ロータの突起の配置図である。
【図４】本発明の実施の一形態に係る多自由度電動機の
制御器内部のブロック図である。
制御器内部のブロック図である。
【図５】従来の多自由度電動機の全体構成図である。
【図６】従来の多自由度電動機の球状ロータの突起の配
置図である。
置図である。
２１ 球状ロータ ２３ ステータ ２５ 球面静圧軸受 ２６ 圧力ボンベ ２８ 制御器 ２９ 加圧パイプ ３０ 突起 ３１ 球殻 ３４ スペーサ ４０ 作動方向指令 ４１ α方向／β方向／γ方向合成比演算部 ４２ 励磁電磁石選定部 ４３ 励磁電流出力部 ４７ 位置検出部 ４９ 移動子／固定子相対位置演算部
Claims (1)
- 【請求項１】 球面に磁性材からなる複数の突起を有す
る球状ロータと、同球状ロータを回動自在に支持する軸
受けと、前記球状ロータの球面と所定空間を隔てて配置
され、同ロータの球面と対向する表面に複数の電磁石を
有するステータとよりなる多自由度電動機において、前
記球状ロータの突起を同球状ロータの外表面に内接する
複数の三角形の各頂点に配置するとともに、同複数の三
角形が、前記球状ロータの球体半径をＲとして、一辺が
０．４０Ｒ、残りの二辺が０．３５Ｒの二等辺三角形と
一辺が０．４０Ｒ、残りの二辺が０．４１Ｒの二等辺三
角形の組み合わせであることを特徴とする多自由度電動
機。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7326986A JPH09168275A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 多自由度電動機 |
| EP96941840A EP0810719B1 (en) | 1995-12-15 | 1996-12-12 | Multi-degree-of-freedom motor |
| PCT/JP1996/003622 WO1997023030A1 (fr) | 1995-12-15 | 1996-12-12 | Moteur a plusieurs degres de liberte |
| US08/875,938 US5798590A (en) | 1995-12-15 | 1996-12-12 | Multi-degree-freedom electric motor |
| DE69634975T DE69634975T2 (de) | 1995-12-15 | 1996-12-12 | Motor mit mehreren freiheitsgraden |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7326986A JPH09168275A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 多自由度電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09168275A true JPH09168275A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=18194032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7326986A Pending JPH09168275A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 多自由度電動機 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5798590A (ja) |
| EP (1) | EP0810719B1 (ja) |
| JP (1) | JPH09168275A (ja) |
| DE (1) | DE69634975T2 (ja) |
| WO (1) | WO1997023030A1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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