JP2003324936A

JP2003324936A - 球面モータ

Info

Publication number: JP2003324936A
Application number: JP2002123968A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ueda; 慶輔植田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2002-04-25
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】球面モータにおいて、複雑な軸受構造、およ
び、複雑な制御方式を用いずに全ての軸周りについて広
い動作範囲を持ち、ロータ内部に任意の装置を配置でき
る広い空間を有し、可動部の少ない簡素な機構の多自由
度の球面モータを提供する。【解決手段】永久磁石２を球殻状のロータ１の外表面
に配設して、電磁石４を具備するステータ３が空隙を持
ち対向して配設して、カップ状の球面軸受６を挟み込む
形で、球状の軸５に締結して多自由度に駆動する球面モ
ータ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多自由度に自在に
駆動可能な球面モータに関わるもので、詳しくは前記球
面モータの構造、駆動方法および、使用方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、多自由度の駆動を行なうためには
複数のモータが必要であり、また、自由度の数だけ関節
の機構を必要としていた。そこで、種々の球面モータが
提案されている。

【０００３】特開平５−６４４１７号公報では、図５に
示すように、それぞれ互いに隣り合う磁極の極性が異な
る複数個の永久磁石２２がその外表面に隣接して配設さ
れ真球状に形成されたロータ２１、上記ロータ２１の外
面に沿って設けられ上記永久磁石２２に対向する複数個
の電磁石がその内面側に配設されたステータ２３、上記
ステータ２３に結合され上記ロータ２１の外面を回転自
在に支持する球面軸受２６、および上記ステータ２３に
設けられた電磁石がそれぞれ接続された制御器２８を備
えた球面モータが提案されている。上記球面モータは、
磁極数が多いので、遥動することにより、上記ステータ
２３の電磁石２４と上記永久磁石２２の直交性が崩れ制
御系が複雑なものとなる。

【０００４】また、特開平７−２７４４８４号公報で
は、図６に示すように、ロータ３１に、任意の方向の合
成回転磁界を発生させるための互いに対向する一対の巻
線の中心軸線が同一平面内にない三組の電磁石３４を備
え、永久磁石３２を有するステータ３３内で、直交する
三軸のまわりの回転を可能にしたジンバル構造を用いて
三次元的に回転可能に支持されたロータ３１を回転させ
るようにした球面モータが提案されている。ジンバル構
造を採用しているため、上記ロータの遥動角は上記ジン
バル構造により決定する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のよう
に、従来の球面モータでは、制御系が複雑なものとな
る、もしくは、軸受がジンバル構造等の複雑であり、ま
た、構造上の制約からロータ軸の遥動角の小さなものと
なる。

【０００６】本発明の目的は、全ての軸周りについて広
い動作範囲を持ち、簡単に制御を行なえ、ロータ内部に
任意の装置を配置できる広い空間を有し、可動部の少な
い簡素な機構の多自由度の球面モータを提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため次の手段を講ずる。

【０００８】（１）本発明の球面モータは、球状の軸
と上記軸を回転自在に支持するカップ状の球面軸受、上
記軸に締結され上記軸受を内包する球殻状のロータ、上
記ロータ外表面に複数個の永久磁石、複数個の電磁石を
有し、上記永久磁石の外周に空隙を持って対向する複数
のステータ、上記ステータと上記軸受とを支持するベー
スを備えたことを特徴としている。

【０００９】（２）本発明の球面モータは、上記発明
（１）の球面モータの球殻状のロータが少なくとも２つ
以上の部品で構成され、上記ロータが球状の軸に締結さ
れるときにカップ状の球面軸受を挟み込む形で構成し、
抜け止めとなることを特徴としている。

【００１０】（３）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）の球面モータのカップ状の球面軸受が中
心角１２０度から１５０度以内で形成され、球殻状のロ
ータの球面部分が中心角６０度から１２０度で構成され
ることを特徴としている。

【００１１】（４）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）の球面モータの球状の軸の内部
に外部と通ずる空間を有し、上記空間に任意の装置を内
包し、上記装置を多自由度に駆動せしめることを特徴と
している。

【００１２】（５）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）、（４）の球面モータの球状の
軸の内部に外部と通ずる円筒状の空間を有し、上記軸の
円筒内周面にめねじを具備し、上記めねじと同ピッチの
おねじを外周面にもつ円筒状の可動子を上記軸の内部に
持ち、ロータが回転することにより、上記ねじにより上
記可動子が円筒軸上を前後に動くことを特徴としてい
る。

【００１３】（６）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の球面モータ
のカップ状の球面軸受が複数個のボールを具備すること
を特徴としている。

【００１４】（７）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）の球
面モータの球状の軸が外部と通ずる空間と、上記空間の
開口部と反対側に中心角１１０度以上の開口角を持つ切
り欠きを有し、カップ状の球面軸受は中心に貫通穴を有
し、球殻状のロータが駆動したときにモータ中心と上記
貫通穴が直線的に通じることを特徴としている。

【００１５】（８）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、
（７）の球面モータのステータが半球面を超えない高さ
で配置されていることを特徴としている。

【００１６】（９）本発明の球面モータは、上記発明
（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、
（７）、（８）の球面モータのステータに設けられた電
磁石がそれぞれ接続された制御装置を備えたことを特徴
としている。

【００１７】（１０）本発明の球面モータは、上記発
明（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）、
（７）、（８）、（９）の球面モータに複数のレンズを
配し、光ファイバー等の映像伝達装置を具備することを
特徴としている。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、球状の軸と上記軸を回転自在に支持するカップ状の
球面軸受、上記軸に締結され上記軸受を内包する球殻状
のロータ、上記ロータ外表面に複数個の永久磁石、複数
個の電磁石を有し、上記永久磁石の外周に空隙を持って
対向する複数のステータ、上記ステータと上記軸受とを
支持するベースを備ることにより、上記ロータが制御装
置により上記電磁石に任意の通電を行なうことにより、
上記永久磁石と作用し、上記ロータが多自由度に駆動す
るという作用を有する。

【００１９】本発明の請求項２に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、球殻状のロータが少なくとも２つ以
上の部品で構成することにより、上記ロータが球状の軸
に締結されるときにカップ状の球面軸受を挟み込む形で
構成できるので、抜け止めとすることが可能である。

【００２０】本発明の請求項３に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、カップ状の球面軸受を中心角１２０
度から１５０度以内で形成し、球殻状のロータの球面部
分を中心角６０度から１２０度で構成することにより、
上記抜け止めの構造で遥動角を９０度以上とることが可
能である。

【００２１】本発明の請求項４に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、球状の軸の内部に外部と通ずる空間
を備えることにより、上記空間に任意の装置を内包し、
上記装置を多自由度に駆動せしめることが可能である。

【００２２】本発明の請求項５に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、球状の軸の内部に外部と通ずる円筒
状の空間を設け、上記軸の円筒内周面にめねじを具備さ
せ、上記めねじと同ピッチのおねじを外周面にもつ円筒
状の可動子を上記軸の内部に配し、ロータを回転させる
ことにより、上記ねじの作用により上記可動子を円筒軸
上で前後に動かすことが可能である。

【００２３】本発明の請求項６に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、カップ状の球面軸受に複数個のボー
ルを配設することにより、上記軸と上記軸受との摺動摩
擦抵抗を低減させることが可能である。

【００２４】本発明の請求項７に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、球状の軸に外部と通ずる空間と、上
記空間の開口部と反対側に中心角１１０度以上の開口角
を持つ切り欠きを設け、カップ状の球面軸受の中心に貫
通穴を配することにより、球殻状のロータが上記軸と共
に駆動したときに上記球面モータ中心と上記貫通穴が直
線的に通じる。このことにより、上記ロータがどのよう
な位置に駆動しても上記軸の開口部よりベース底部に空
間が通ずるので、光の伝達を行なうことが可能である。

【００２５】本発明の請求項８に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、ステータを半球面を超えない高さで
配置することにより、上記軸の開口部の視野がステータ
により遮られないという作用を有する。

【００２６】本発明の請求項９に記載の発明は、上記球
面モータにおいて、ステータに設けられた電磁石がそれ
ぞれ接続された制御装置を備えることにより、任意の通
電を行なうと上記ロータが多自由度に駆動するという作
用を有する。ステッピング駆動により二軸の遥動を行
い、二軸の力の合成にてあらゆる位置への駆動を可能と
し、また、励磁電流を上記ロータの周方向に通電するこ
とにより回転することが可能である。このことにより、
三軸の駆動が可能となる。

【００２７】本発明の請求項１０に記載の発明は、上記
球面モータにおいて、複数のレンズと光ファイバー等の
映像伝達装置を具備することにより、上記軸の開口部よ
り上記ベース底部に映像の伝達を可能とする。

【００２８】本発明の請求項１１に記載の発明は、ＡＶ
機器に上記球面モータを具備することにより、カメラ駆
動等の二軸および三軸の駆動を１つのモータで駆動する
ことを可能とする。

【００２９】本発明の請求項１２に記載の発明は、携帯
情報端末に上記球面モータを具備することにより、カメ
ラ駆動等の二軸および三軸の駆動を１つのモータで駆動
することを可能とする。

【００３０】本発明の請求項１３に記載の発明は、ＯＡ
機器に上記球面モータを具備することにより、開閉機構
等の二軸および三軸の駆動を１つのモータで駆動するこ
とを可能とする。

【００３１】本発明の請求項１４に記載の発明は、家電
機器に上記球面モータを具備することにより、開閉機構
等の二軸および三軸の駆動を１つのモータで駆動するこ
とを可能とする。

【００３２】本発明の請求項１５に記載の発明は、車載
装置に上記球面モータを具備することによりミラー等の
角度調節機構等の二軸および三軸の駆動を１つのモータ
で駆動することを可能とする。

【００３３】本発明の請求項１６に記載の発明は、輸送
機器に上記球面モータを具備することにより、タイヤ仰
角駆動等の二軸および三軸の駆動を１つのモータで駆動
することを可能とする。

【００３４】本発明の請求項１７に記載の発明は、ロボ
ットに上記球面モータを具備することにより、カメラセ
ンサや、関節駆動等の二軸および三軸の駆動を１つのモ
ータで駆動することを可能とする。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。

【００３６】（実施例１）図１は、本発明の一実施例に
よる球面モータの概観斜視図であり、図２はその分解斜
視図、図３、図４は、その構造断面図である。図１にお
いて、４対８個の永久磁石２がＮ極・Ｓ極１対ずつ９０
度等分に４対球殻状のロータ１の外表面に配設され、５
個の電磁石４を具備する２対４本のステータ３が空隙を
持ち対向して配設されている。図３（ａ）〜（ｅ）、図
４（ａ）〜（ｂ）においてロータ１は中心角６０度の球
殻状をしており、中心角１２０度のカップ状の球面軸受
６を挟み込む形で、片側が外部と通じ他方に開口角１１
０度を持つ球状の軸５に締結されていて、ロータ１は抜
け止めとしても機能している。ステータ３と球面軸受６
がベース１０に締結され、球面モータを構成する。ロー
タ１は１８０度方向に配設された１対２本のステータ３
の１０個の電磁石４に制御器８の指令により、二相励磁
することで一軸の遥動を行なう。さらにもう一対のステ
ータ３の電磁石４に制御器８の別の指令により、二相励
磁することでもう一軸の遥動を行なう。さらに、４本の
ステータ３の２０個の電磁石４に制御器８より同時に指
令をいれ、通電することにより、ロータ１を周方向に回
転させ得る。また、上記制御器８の指令の組合せによ
り、本発明の球面モータは、回転自在に三次元的に駆動
する。

【００３７】（実施例２）本発明の第２の実施例に係る
球面モータを図５に示す。図５（ａ）、（ｂ）はその断
面図である。ロータ１を回転させることで、軸５の内周
に切られためねじが回転し、円筒状の外周に前期めねじ
と同ピッチのおねじがきられた可動子７が、固定子９に
指示され、円筒軸に沿って前後に可動を行なう。

【００３８】以上本発明の実施例を説明してきたが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の
趣旨の範囲で様々な応用展開が可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係わる球面
モータは、上述のとおり、簡素な構造であり、簡単な制
御が可能で、小型化可能で、故障もおきにくく、ロータ
の動作範囲が極めて広く、しかもロータ内部に搭載物の
広い収納スペースを有し、多自由度駆動を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる球面モータの概観斜視図

【図２】本発明に係わる球面モータの分解斜視図

【図３】（ａ）本発明に係わる球面モータの構造断面図（ｂ）本発明に係わる球面モータの分解断面図（ｃ）本発明に係わる球面モータの構造断面図（ｄ）本発明に係わる球面モータの分解断面図（ｅ）本発明に係わる球面モータの分解断面図

【図４】（ａ）本発明に係わる球面モータの左４５度遥
動後断面図（ｂ）本発明に係わる球面モータの右４５度遥動後断面
図

【図５】（ａ）本発明に係わる球面モータの可動子移動
前断面図（ｂ）本発明に係わる球面モータの可動子移動後断面図

【図６】従来の球面モータの構造図

【図７】従来の球面モータの構造図

【符号の説明】

１、２１、３１ロータ２、２２、３２永久磁石３、２３、３３ステータ４、３４電磁石５、２５、３５軸６、２６、３６球面軸受７可動子８、２８制御器９固定子１０ベース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】球状の軸と前記軸を回転自在に支持する
カップ状の球面軸受と、前記軸に締結され前記軸受を内
包する球殻状のロータと、前記ロータ外表面に複数個の
永久磁石と、複数個の電磁石を有し、前記永久磁石の外
周に空隙を持って対向する複数のステータと、前記ステ
ータと前記軸受とを支持するベースを備えたことを特徴
とする球面モータ。
【請求項２】球殻状のロータが少なくとも２つ以上の
部品で構成され、前記ロータが球状の軸に締結されると
きにカップ状の球面軸受を挟み込む形で構成することを
特徴とした請求項１記載の球面モータ。
【請求項３】カップ状の球面軸受が中心角１２０度か
ら１５０度以内で形成され、球殻状のロータの球面部分
が中心角６０度から１２０度で構成されることを特徴と
する請求項１または請求項２記載の球面モータ。
【請求項４】球状の軸の内部に外部と通ずる空間を備
えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか
１項に記載の球面モータ。
【請求項５】球状の軸の内部に外部と通ずる円筒状の
空間を有し、前記軸の円筒内周面にめねじを具備し、前
記めねじと同ピッチのおねじを外周面にもつ円筒状の可
動子を前記軸の内部に持つことを特徴とする請求項１か
ら請求項４のいずれか１項に記載の球面モータ。
【請求項６】カップ状の球面軸受が複数個のボールを
具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいず
れか１項に記載の球面モータ。
【請求項７】球状の軸が外部と通ずる空間と、前記空
間の開口部と反対側に中心角１１０度以上の開口角を持
つ切り欠きを有し、カップ状の球面軸受は中心に貫通穴
を有することを特徴とした請求項１から請求項６のいず
れか１項に記載の球面モータ。
【請求項８】ステータが半球面を超えない高さで配置
されていることを特徴とする請求項１から請求項７のい
ずれか１項に記載の球面モータ。
【請求項９】ステータに設けられた電磁石がそれぞれ
接続された制御装置を備えたことを特徴とする請求項１
から請求項８のいずれかに１項に記載の球面モータ。
【請求項１０】複数のレンズと映像伝達装置を具備す
ることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１
項に記載の球面モータ。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備する携帯型情報機器。
【請求項１２】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備するＡＶ機器。
【請求項１３】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備するＯＡ機器。
【請求項１４】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備する家電機器。
【請求項１５】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備する車載装置。
【請求項１６】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備する輸送機器。
【請求項１７】請求項１から請求項１０のいずれか１
項に記載の球面モータを具備するロボット。