JP2005020826A - 球形モータ及び玩具 - Google Patents
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Abstract
【課題】複雑な動力伝達機構を介在させることなく、回転体を任意の方向に回転させることができる球形モータを提供する。
【解決手段】内部に第1の空間R1を有する球状体2と、第1の空間R1内に球面状に並べられた複数の電磁石6と、複数の電磁石6と球状体2の内周面との間に形成される第2の空間R2の一部を占めるようにその第2の空間R2内に設けられると共に磁石に反応する物質7と、複数の電磁石6へ供給する電気を出力できる電源9と、電源9から複数の電磁石6への通電を制御する制御装置11とを有する球形モータ1である。制御装置11は、物質7が第2の空間R2内を移動するように、複数の電磁石6への通電のON/OFFを電磁石6の1つごと又は1群ごとに切り替える。
【選択図】 図1
【解決手段】内部に第1の空間R1を有する球状体2と、第1の空間R1内に球面状に並べられた複数の電磁石6と、複数の電磁石6と球状体2の内周面との間に形成される第2の空間R2の一部を占めるようにその第2の空間R2内に設けられると共に磁石に反応する物質7と、複数の電磁石6へ供給する電気を出力できる電源9と、電源9から複数の電磁石6への通電を制御する制御装置11とを有する球形モータ1である。制御装置11は、物質7が第2の空間R2内を移動するように、複数の電磁石6への通電のON/OFFを電磁石6の1つごと又は1群ごとに切り替える。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転動作を生み出す球形モータ及びその球形モータを利用した玩具に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、回転動作を利用した玩具が知られている。また、玩具ではない種々の機器において回転動作を利用するものがある。このような回転動作を発生する機器として、従来、電動モータが知られている。この電動モータでは、出力軸の周りに回転磁界を形成することにより、その出力軸を自らの軸線を中心として回転させ、その出力軸の回転を種々の動作のための動力源として使っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電動モータを動力源とする場合には、回転の方向が出力軸の向きによって一定の方向に限定されてしまうという問題があった。また、回転方向を希望の方向に変換するためには複雑な動力伝達機構が必要であった。
【0004】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、回転体を任意の方向に回転させることができる球形モータ及び玩具を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る球形モータは、内部に第1の空間を有する球状体と、前記第1の空間内に球面状に並べられた複数の電磁石と、前記複数の電磁石と前記球状体の内周面との間に形成される第2の空間の一部を占めるように前記第2の空間内に設けられ、前記第2の空間内を移動可能であり、さらに磁石に反応する物質と、前記複数の電磁石へ供給する電気を出力できる電源と、前記電源から前記複数の電磁石への通電を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記物質が前記第2の空間内を移動するように、前記複数の電磁石への通電のON/OFFを電磁石の1つごと又は1群ごとに切り替えることを特徴とする。
【0006】
この球形モータによれば、通電する電磁石を制御手段によって適宜に選択することにより、前記磁石に反応する物質を前記第2の空間内で移動させる。物質が第2の空間内で移動すれば、球形モータの全体に関する重心が移動し、この重心の移動により球形モータの球状体が回転する。通電をONにする電磁石を次々と変化させれば、磁石に反応する物質を第2の空間内で連続的に移動させることができ、そうすれば、球形モータの球状体を連続的に回転させることができる。このように、本発明の球形モータによれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体を任意の方向に回転させることができる。
【0007】
この場合、通電をONにする電磁石を1つの円周方向に決めておけば、球状体の回転の方向はその1つの円周方向に対応した1つの方向に決められる。一方、通電をONにする電磁石の順番を1つの円周方向以外の適宜の方向に設定すれば、球状体はその順番に対応した方向となる。この方向は、1つの決められた方向に限定されるものでなく、種々に変化する方向とすることができる。
【0008】
球形モータの全体を床、その他の基準面上に置いておけば、上記のような球状体の回転により、球形モータの全体を基準面上で回転させながら移動させることができる。また、球形モータの球状体の適所に出力軸を固定した上で、その球状体を360度の方位に回転可能に、しかし左右上下への位置移動は不可能に支持しておけば、上記のような球状体の回転により、その出力軸を自らの軸線を中心として回転させたり、その出力軸を球状体の中心を中心として回転させたりすることができる。
【0009】
なお、球状体の材質は、容易に変形しない剛性の高い材料であっても良いし、あるいは、容易に変形可能な弾性材料であっても良い。剛性の高い材料を使用すれば、球状体を安定して回転させることができる。また、弾性材料を使用すれば、球状体の回転に変化を持たせることができる。
【0010】
本発明の球形モータにおいて、前記複数の電磁石は、上下方向及びそれに直角な左右方向で一定の間隔で並べられることが望ましい。こうすれば、電磁石への通電のON/OFFの切り替えにより、磁石に反応する物質の動きを希望通りに細かく正確に移動させることができる。
【0011】
本発明の球形モータにおいて、前記球状体は、厚さが一定の材料によって球形状に形成された外殻部材であることが望ましい。こうすれば、球状体の内部に球状の第1の空間を形成できるので、球状体の内部を有効に活用できる。
【0012】
本発明の球形モータにおいては、前記球状体によって形成される前記第1の空間内に前記第2の空間を形成するように内殻部材を設けることが望ましい。そしてその場合、前記複数の電磁石は前記内殻部材に設けられることが望ましい。こうすれば、複数の電磁石を前記第1の空間内に容易に配置できる。
【0013】
本発明の球形モータにおいて、前記内殻部材は前記複数の電磁石への通電用配線が形成された配線基板を兼ねることが望ましい。この通電用配線は、エッチング処理等を用いて形成される配線パターンによって形成することができる。また、個々の電磁石を構成するためのコイルも当該配線基板上に配線パターンによって形成できる。
【0014】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段及び前記電源は、前記複数の電磁石によって囲まれる空間内、すなわち第1の空間内又は第2の空間内に配置されることが望ましい。なお、第2の空間は磁石に反応する物質が設けられる空間であり、この空間内に制御手段等を配設すると当該物質の動きがこの制御手段等によって邪魔される可能性があるので、制御手段等は第1の空間内に設けることが望ましい。
【0015】
本発明の球形モータにおいて、前記磁石に反応する物質は、磁石に吸引される物質や磁石に反発するする物質等を用いることができる。例えば、磁石に吸引される物質として、水銀又は鉄粉を用いることができる。鉄粉としては、例えば砂鉄が考えられる。水銀を用いる場合には、前記球状体、前記外郭部材及び前記内郭部材は、水銀に対して化学反応しない物質、例えば強化ガラス等を用いることが望ましい。
【0016】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段は、前記複数の電磁石のうち1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFFを順々に切り替えることが望ましい。こうすれば、前記球状体をその1つの円周方向に対応する一定方向へ回転させることができる。
【0017】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段は、1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFF切り替えが終了した後、慣性を考慮しつつ、他の円周方向に並ぶ電磁石に関して通電のON/OFFを行うことが望ましい。慣性を考慮しつつというのは、例えば、高速度でカーブを曲がるときには切り替えを速く行う等のことである。こうすれば、電磁石への通電を1つの円周方向から他の円周方向へ変更することにより、球状体の回転方向を変更することができる。
【0018】
次に、本発明に係る玩具は、回転を行う玩具において、以上に記載した構成の球形モータの前記球状体の外周表面を玩具表面として用いるか、又は以上に記載した構成の球形モータを玩具表面以外の部分に用いることを特徴とする。この玩具によれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体、すなわち回転部分を任意の方向に回転させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを床面に置いて転がして移動させる場合の実施形態を説明する。図1は、本発明に係る球形モータの一実施形態を示している。ここに示す球形モータ1は、球状体としての外郭部材2と、内郭部材3と、制御ボックス4とを有する。外郭部材2は、床その他の平面8に載っている。
【0020】
外郭部材2は、例えばプラスチック、木材、強化ガラス、非磁性金属等から成る一定の厚さの板材によって、球形状に形成されている。この外郭部材2の内部には第1の空間R1が形成される。この空間R1も球形状の空間である。外郭部材2の内周面の適所には棒状、板状、その他適宜の形状の支持部材5が接着剤、ネジ、その他適宜の固定用部材によって固着されている。そして、それらの支持部材5によって内郭部材3が支持されている。
【0021】
内郭部材3も、例えばプラスチック、木材、強化ガラス、非磁性金属等から成る一定の厚さの板材によって、球形状に形成されている。好ましくは、内郭部材3の中心と外郭部材2の中心は同じ位置に設定される。内郭部材3と外郭部材2との間には第2の空間R2が形成される。この第2の空間R2は、第1の空間R1から内郭部材3の内部空間を除いた領域の空間に相当する。外郭部材2及び内郭部材3は、いずれも、磁化しない性質の材料によって形成されることが望ましい。
【0022】
内郭部材3の内側表面には複数の電磁石6が内郭部材3の球面全域内に均等に、すなわち等間隔で設けられている。例えば、図1の矢印X方向から内郭部材3を見た場合、図3に示すように、複数の電磁石6は、上下方向の間隔D1が均等であり、それと直角な左右方向の間隔D2も均等となるように設けられる。また、好ましくは、上下間隔D1と左右間隔D2も互いに等しく、すなわち、D1=D2に設定する。
【0023】
図1において、第2の空間R2の一部に、磁石に反応する物質7が充填されている。この物質7は、例えば水銀、砂鉄によって形成されている。物質7として水銀を用いる場合には、水銀と化学反応しない材料によって外郭部材2及び内郭部材3を形成することが望ましい。
【0024】
内郭部材3に収容された制御ボックス4の中には、電源9、制御装置11及びスイッチング回路12が収容されている。電源9は、例えば適宜の大きさの直流電圧を出力できる電源であり、その出力端子はスイッチング回路12を介して各電磁石6につながっている。制御装置11は、スイッチング回路12の動作を制御して、通電する電磁石6を選択する。
【0025】
制御装置11は、コンピュータを用いた制御回路や、コンピュータを用いないシーケンス回路等を用いて構成できる。例えば、制御装置11は、図3に矢印Aで示す円周方向に乗っている複数の電磁石6を順々に1つずつ、通電ONにすることができる。今、図1に示す複数の電磁石6が円周方向Aに沿って一定な間隔で並べられているものとする。ここで、当初、最下位の電磁石6aの通電がONであり、その後、その電磁石6aの通電がOFFとなって、代わりに、隣りの電磁石6bが通電ONとなると、物質7は通電ONとなった電磁石6bに吸引されて、図2(a)に示すように、第2の空間R2内で重力に逆らって磁石6bに対応する位置へ移動する。
【0026】
物質7がこのように移動すると、球形モータ1の全体の重心が物質7寄りに移動し、このため、球形モータ1は矢印Dで示すように、円周方向Aと同じ方向であって、電磁石6が順々に通電ONとされる順番の方向とは逆の方向に回転する。この回転により、球形モータ1の全体は、矢印Eで示すように図2(b)の位置へ転がって移動する。この後、通電ONにする電磁石6を円周方向Aに沿って6b→6c→6d……のように順々に変化させると、球形モータ1は矢印D方向へ継続して転がり移動する。
【0027】
以上の説明では、図3において、円周方向Aに並ぶ複数の電磁石6を順々に1つずつ通電ONとなるように制御した。この通電制御を繰り返せば、球形モータ1の外郭部材2は、円周方向Aに対応した図2(a)の矢印D方向への回転を継続する。このような通電制御に代えて、通電ONとする電磁石6の並び方向を適宜の時点で円周方向Aから円周方向Bへ変更すれば、それ以降、球形モータ1の外郭部材2の回転方向はその円周方向Bに対応した方向へと切り替わる。これにより、球形モータ1の回転方向を変化させることができる。また、通電ONとする電磁石6の並び方向を矢印Cで示す方向に変更すれば、外郭部材2の回転方向をさらに別の方向に変化させることができる。
【0028】
球形モータ1の外郭部材2を平面2上で上記のように回転させたり、上記のようにその回転方向を変化させたりすることにより、球形モータ1を平面2上で自由に転がり移動させることができる。これを見る者は、外部から何等の力も加えられないのに、球形モータ1が勝手に動き回る様子を見ることになり、不思議で面白い体験をする。このため、この場合の球形モータ1は、不思議で面白い動きを行う玩具として活用できる。この際、外郭部材2の外側表面に適宜のキャラクタ、絵、文字、数字等を書いたり、あるいは、立体的な像として配置しておけば、玩具としての面白さを増大できる。
【0029】
また、球形モータ1を平面8の上に置くのではなく、適宜の支持機構によって球形モータ1を回転可能に支持し、さらに外郭部材2の適所に軸部材を固着しておけば、複数の電磁石6への通電ONの制御による物質7の移動によって外郭部材2を回転させたときに、その回転を軸部材によって回転動力源として取り出すことができる。
【0030】
また、球形モータ1を適宜の支持機構によって角度360度の全方位にわたって回転可能に支持し、さらに外郭部材2の適所に軸部材を固着しておけば、複数の電磁石6への通電ONの制御による物質7の移動によって外郭部材2を任意の方向へ回転させることができ、回転動力源としての軸部材の位置を自由に変更でき、あらゆる方向の回転動力源として活用できる。
【0031】
(変形例)
なお、図1の内郭部材3は、銅のような導電材料をエッチング処理することによって形成された配線を有する配線基板によって形成することができる。このようにすれば、スイッチング回路12と複数の電磁石6との間の配線を簡単に行うことができる。また、個々の電磁石6を構成するためのコイルを配線基板上にエッチング処理によって形成することもできる。
【0032】
また、以上の説明では、電磁石6への通電のON/OFFの制御を電磁石6の1つずつを単位として行うようにしたが、これに代えて、数個の電磁石6から成る1群の電磁石6を単位として通電のON/OFF制御を行うことが可能である。
【0033】
また、以上の説明では、磁石に反応する物質として水銀や砂鉄、すなわち磁石に吸引される物質を用いたが、これに代えて、磁石に反発する物質を用いることもできる。
【0034】
また、図1の実施形態では、複数の電磁石6を内郭部材3によって支持したが、内郭部材3のような剛性の高い部材を用いなくても電磁石6を所定位置に支持できるのであれば、内郭部材3は不要である。
【0035】
(第2実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを飛行玩具に利用する場合を例に挙げて説明する。図4において、飛行玩具16は、球形モータ1と、その球形モータ1の上部に固定された飛行用プロペラ17と、球形モータ1の側部から延びる突出部18の先端に設けられた補助プロペラ19とを有する。球形モータ1は、例えば、図1に示した構造を有する。
【0036】
飛行用プロペラ17及び補助プロペラ19はそれぞれ独自に駆動エンジン、駆動モータ等といった駆動源(図示せず)によって駆動されて回転する。飛行用プロペラ17の回転により、球形モータ1が空中で飛行できる。また、補助プロペラ19の回転により、飛行の安定が確保される。なお、補助プロペラ19が無くても飛行の安定が確保できる場合には、補助プロペラ19を回転させなくても良い。
【0037】
飛行玩具16が空中を飛行している間、球形モータ1内の電磁石6の通電のON/OFFを制御して物質7を第2の空間R2内で移動させれば、飛行玩具1の飛行方向を制御できる。この制御は、飛行用プロペラ17の制御による飛行方向の制御に比べて簡単且つ高精度である。
【0038】
(第3実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを車椅子の前輪として適用する場合の実施形態を説明する。図5において、車椅子21は、利用者が座る着座22と、一対の主輪23と、一対の前輪24とを有する。前輪24は、図6に示すように、カバー26と、そのカバー26の内面に設けられた複数の球形ローラ27と、それらのローラ27を介してカバー26に保持された球形モータ1とを有する。また、肘掛28の先端部には操作レバー29が設けられている。
【0039】
複数の球形ローラ27は、それぞれ、カバー26の表面上での位置が動かないように、しかし自由に転動できるように設けられている。このため、球形モータ1はカバー26によって自由に転動できるように支持されている。
【0040】
操作レバー29は、図6の制御装置11に接続されており、この操作レバー29を前後、左右、斜めの全方位のうちのいずれかに傾斜移動させること、すなわち、角度360度の全方位のうちのいずれかに傾斜移動させることにより、図6における複数の電磁石6のうちの対応する1つ又は1群の通電をONとすることができる。
【0041】
本実施形態の車椅子21は以上のように構成されているので、図5において、利用者が着座22に座って主輪23を手で回転させると、車椅子21を前進させることができる。このとき、操作レバー29を操作して図6における複数の電磁石6のうちの希望のものの通電をONにして物質7を移動させれば、球形モータ1の外郭部材2を希望の方向へ回転させることができる。この回転により、車椅子21を希望の方向へ簡単に向けることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上の実施形態の説明から明らかなように、本発明によれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体を任意の方向に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る球形モータの一実施形態を示す断面図である。
【図2】図1の球形モータの動きを示す図である。
【図3】電磁石の配列例を示す図である。
【図4】本発明に係る玩具の一実施形態を示す正面図である。
【図5】本発明に係る球形モータの使用例を示す斜視図である。
【図6】図5の主要部である前輪部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
1.球形モータ、 2.外郭部材、 3.内郭部材、 4.制御ボックス、
5.支持部材、 6,6a,6b.電磁石、 7.磁石に反応する物質、
8.床(平面)、 9.電源、 11.制御装置、 12.スイッチング回路、
16.飛行玩具、 21.車椅子、 24.前輪、A,B,C.円周方向、 D1,D2.磁石間隔、 R1.第1の空間、
R2.第2の空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転動作を生み出す球形モータ及びその球形モータを利用した玩具に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、回転動作を利用した玩具が知られている。また、玩具ではない種々の機器において回転動作を利用するものがある。このような回転動作を発生する機器として、従来、電動モータが知られている。この電動モータでは、出力軸の周りに回転磁界を形成することにより、その出力軸を自らの軸線を中心として回転させ、その出力軸の回転を種々の動作のための動力源として使っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような電動モータを動力源とする場合には、回転の方向が出力軸の向きによって一定の方向に限定されてしまうという問題があった。また、回転方向を希望の方向に変換するためには複雑な動力伝達機構が必要であった。
【0004】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、回転体を任意の方向に回転させることができる球形モータ及び玩具を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る球形モータは、内部に第1の空間を有する球状体と、前記第1の空間内に球面状に並べられた複数の電磁石と、前記複数の電磁石と前記球状体の内周面との間に形成される第2の空間の一部を占めるように前記第2の空間内に設けられ、前記第2の空間内を移動可能であり、さらに磁石に反応する物質と、前記複数の電磁石へ供給する電気を出力できる電源と、前記電源から前記複数の電磁石への通電を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記物質が前記第2の空間内を移動するように、前記複数の電磁石への通電のON/OFFを電磁石の1つごと又は1群ごとに切り替えることを特徴とする。
【0006】
この球形モータによれば、通電する電磁石を制御手段によって適宜に選択することにより、前記磁石に反応する物質を前記第2の空間内で移動させる。物質が第2の空間内で移動すれば、球形モータの全体に関する重心が移動し、この重心の移動により球形モータの球状体が回転する。通電をONにする電磁石を次々と変化させれば、磁石に反応する物質を第2の空間内で連続的に移動させることができ、そうすれば、球形モータの球状体を連続的に回転させることができる。このように、本発明の球形モータによれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体を任意の方向に回転させることができる。
【0007】
この場合、通電をONにする電磁石を1つの円周方向に決めておけば、球状体の回転の方向はその1つの円周方向に対応した1つの方向に決められる。一方、通電をONにする電磁石の順番を1つの円周方向以外の適宜の方向に設定すれば、球状体はその順番に対応した方向となる。この方向は、1つの決められた方向に限定されるものでなく、種々に変化する方向とすることができる。
【0008】
球形モータの全体を床、その他の基準面上に置いておけば、上記のような球状体の回転により、球形モータの全体を基準面上で回転させながら移動させることができる。また、球形モータの球状体の適所に出力軸を固定した上で、その球状体を360度の方位に回転可能に、しかし左右上下への位置移動は不可能に支持しておけば、上記のような球状体の回転により、その出力軸を自らの軸線を中心として回転させたり、その出力軸を球状体の中心を中心として回転させたりすることができる。
【0009】
なお、球状体の材質は、容易に変形しない剛性の高い材料であっても良いし、あるいは、容易に変形可能な弾性材料であっても良い。剛性の高い材料を使用すれば、球状体を安定して回転させることができる。また、弾性材料を使用すれば、球状体の回転に変化を持たせることができる。
【0010】
本発明の球形モータにおいて、前記複数の電磁石は、上下方向及びそれに直角な左右方向で一定の間隔で並べられることが望ましい。こうすれば、電磁石への通電のON/OFFの切り替えにより、磁石に反応する物質の動きを希望通りに細かく正確に移動させることができる。
【0011】
本発明の球形モータにおいて、前記球状体は、厚さが一定の材料によって球形状に形成された外殻部材であることが望ましい。こうすれば、球状体の内部に球状の第1の空間を形成できるので、球状体の内部を有効に活用できる。
【0012】
本発明の球形モータにおいては、前記球状体によって形成される前記第1の空間内に前記第2の空間を形成するように内殻部材を設けることが望ましい。そしてその場合、前記複数の電磁石は前記内殻部材に設けられることが望ましい。こうすれば、複数の電磁石を前記第1の空間内に容易に配置できる。
【0013】
本発明の球形モータにおいて、前記内殻部材は前記複数の電磁石への通電用配線が形成された配線基板を兼ねることが望ましい。この通電用配線は、エッチング処理等を用いて形成される配線パターンによって形成することができる。また、個々の電磁石を構成するためのコイルも当該配線基板上に配線パターンによって形成できる。
【0014】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段及び前記電源は、前記複数の電磁石によって囲まれる空間内、すなわち第1の空間内又は第2の空間内に配置されることが望ましい。なお、第2の空間は磁石に反応する物質が設けられる空間であり、この空間内に制御手段等を配設すると当該物質の動きがこの制御手段等によって邪魔される可能性があるので、制御手段等は第1の空間内に設けることが望ましい。
【0015】
本発明の球形モータにおいて、前記磁石に反応する物質は、磁石に吸引される物質や磁石に反発するする物質等を用いることができる。例えば、磁石に吸引される物質として、水銀又は鉄粉を用いることができる。鉄粉としては、例えば砂鉄が考えられる。水銀を用いる場合には、前記球状体、前記外郭部材及び前記内郭部材は、水銀に対して化学反応しない物質、例えば強化ガラス等を用いることが望ましい。
【0016】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段は、前記複数の電磁石のうち1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFFを順々に切り替えることが望ましい。こうすれば、前記球状体をその1つの円周方向に対応する一定方向へ回転させることができる。
【0017】
本発明の球形モータにおいて、前記制御手段は、1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFF切り替えが終了した後、慣性を考慮しつつ、他の円周方向に並ぶ電磁石に関して通電のON/OFFを行うことが望ましい。慣性を考慮しつつというのは、例えば、高速度でカーブを曲がるときには切り替えを速く行う等のことである。こうすれば、電磁石への通電を1つの円周方向から他の円周方向へ変更することにより、球状体の回転方向を変更することができる。
【0018】
次に、本発明に係る玩具は、回転を行う玩具において、以上に記載した構成の球形モータの前記球状体の外周表面を玩具表面として用いるか、又は以上に記載した構成の球形モータを玩具表面以外の部分に用いることを特徴とする。この玩具によれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体、すなわち回転部分を任意の方向に回転させることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを床面に置いて転がして移動させる場合の実施形態を説明する。図1は、本発明に係る球形モータの一実施形態を示している。ここに示す球形モータ1は、球状体としての外郭部材2と、内郭部材3と、制御ボックス4とを有する。外郭部材2は、床その他の平面8に載っている。
【0020】
外郭部材2は、例えばプラスチック、木材、強化ガラス、非磁性金属等から成る一定の厚さの板材によって、球形状に形成されている。この外郭部材2の内部には第1の空間R1が形成される。この空間R1も球形状の空間である。外郭部材2の内周面の適所には棒状、板状、その他適宜の形状の支持部材5が接着剤、ネジ、その他適宜の固定用部材によって固着されている。そして、それらの支持部材5によって内郭部材3が支持されている。
【0021】
内郭部材3も、例えばプラスチック、木材、強化ガラス、非磁性金属等から成る一定の厚さの板材によって、球形状に形成されている。好ましくは、内郭部材3の中心と外郭部材2の中心は同じ位置に設定される。内郭部材3と外郭部材2との間には第2の空間R2が形成される。この第2の空間R2は、第1の空間R1から内郭部材3の内部空間を除いた領域の空間に相当する。外郭部材2及び内郭部材3は、いずれも、磁化しない性質の材料によって形成されることが望ましい。
【0022】
内郭部材3の内側表面には複数の電磁石6が内郭部材3の球面全域内に均等に、すなわち等間隔で設けられている。例えば、図1の矢印X方向から内郭部材3を見た場合、図3に示すように、複数の電磁石6は、上下方向の間隔D1が均等であり、それと直角な左右方向の間隔D2も均等となるように設けられる。また、好ましくは、上下間隔D1と左右間隔D2も互いに等しく、すなわち、D1=D2に設定する。
【0023】
図1において、第2の空間R2の一部に、磁石に反応する物質7が充填されている。この物質7は、例えば水銀、砂鉄によって形成されている。物質7として水銀を用いる場合には、水銀と化学反応しない材料によって外郭部材2及び内郭部材3を形成することが望ましい。
【0024】
内郭部材3に収容された制御ボックス4の中には、電源9、制御装置11及びスイッチング回路12が収容されている。電源9は、例えば適宜の大きさの直流電圧を出力できる電源であり、その出力端子はスイッチング回路12を介して各電磁石6につながっている。制御装置11は、スイッチング回路12の動作を制御して、通電する電磁石6を選択する。
【0025】
制御装置11は、コンピュータを用いた制御回路や、コンピュータを用いないシーケンス回路等を用いて構成できる。例えば、制御装置11は、図3に矢印Aで示す円周方向に乗っている複数の電磁石6を順々に1つずつ、通電ONにすることができる。今、図1に示す複数の電磁石6が円周方向Aに沿って一定な間隔で並べられているものとする。ここで、当初、最下位の電磁石6aの通電がONであり、その後、その電磁石6aの通電がOFFとなって、代わりに、隣りの電磁石6bが通電ONとなると、物質7は通電ONとなった電磁石6bに吸引されて、図2(a)に示すように、第2の空間R2内で重力に逆らって磁石6bに対応する位置へ移動する。
【0026】
物質7がこのように移動すると、球形モータ1の全体の重心が物質7寄りに移動し、このため、球形モータ1は矢印Dで示すように、円周方向Aと同じ方向であって、電磁石6が順々に通電ONとされる順番の方向とは逆の方向に回転する。この回転により、球形モータ1の全体は、矢印Eで示すように図2(b)の位置へ転がって移動する。この後、通電ONにする電磁石6を円周方向Aに沿って6b→6c→6d……のように順々に変化させると、球形モータ1は矢印D方向へ継続して転がり移動する。
【0027】
以上の説明では、図3において、円周方向Aに並ぶ複数の電磁石6を順々に1つずつ通電ONとなるように制御した。この通電制御を繰り返せば、球形モータ1の外郭部材2は、円周方向Aに対応した図2(a)の矢印D方向への回転を継続する。このような通電制御に代えて、通電ONとする電磁石6の並び方向を適宜の時点で円周方向Aから円周方向Bへ変更すれば、それ以降、球形モータ1の外郭部材2の回転方向はその円周方向Bに対応した方向へと切り替わる。これにより、球形モータ1の回転方向を変化させることができる。また、通電ONとする電磁石6の並び方向を矢印Cで示す方向に変更すれば、外郭部材2の回転方向をさらに別の方向に変化させることができる。
【0028】
球形モータ1の外郭部材2を平面2上で上記のように回転させたり、上記のようにその回転方向を変化させたりすることにより、球形モータ1を平面2上で自由に転がり移動させることができる。これを見る者は、外部から何等の力も加えられないのに、球形モータ1が勝手に動き回る様子を見ることになり、不思議で面白い体験をする。このため、この場合の球形モータ1は、不思議で面白い動きを行う玩具として活用できる。この際、外郭部材2の外側表面に適宜のキャラクタ、絵、文字、数字等を書いたり、あるいは、立体的な像として配置しておけば、玩具としての面白さを増大できる。
【0029】
また、球形モータ1を平面8の上に置くのではなく、適宜の支持機構によって球形モータ1を回転可能に支持し、さらに外郭部材2の適所に軸部材を固着しておけば、複数の電磁石6への通電ONの制御による物質7の移動によって外郭部材2を回転させたときに、その回転を軸部材によって回転動力源として取り出すことができる。
【0030】
また、球形モータ1を適宜の支持機構によって角度360度の全方位にわたって回転可能に支持し、さらに外郭部材2の適所に軸部材を固着しておけば、複数の電磁石6への通電ONの制御による物質7の移動によって外郭部材2を任意の方向へ回転させることができ、回転動力源としての軸部材の位置を自由に変更でき、あらゆる方向の回転動力源として活用できる。
【0031】
(変形例)
なお、図1の内郭部材3は、銅のような導電材料をエッチング処理することによって形成された配線を有する配線基板によって形成することができる。このようにすれば、スイッチング回路12と複数の電磁石6との間の配線を簡単に行うことができる。また、個々の電磁石6を構成するためのコイルを配線基板上にエッチング処理によって形成することもできる。
【0032】
また、以上の説明では、電磁石6への通電のON/OFFの制御を電磁石6の1つずつを単位として行うようにしたが、これに代えて、数個の電磁石6から成る1群の電磁石6を単位として通電のON/OFF制御を行うことが可能である。
【0033】
また、以上の説明では、磁石に反応する物質として水銀や砂鉄、すなわち磁石に吸引される物質を用いたが、これに代えて、磁石に反発する物質を用いることもできる。
【0034】
また、図1の実施形態では、複数の電磁石6を内郭部材3によって支持したが、内郭部材3のような剛性の高い部材を用いなくても電磁石6を所定位置に支持できるのであれば、内郭部材3は不要である。
【0035】
(第2実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを飛行玩具に利用する場合を例に挙げて説明する。図4において、飛行玩具16は、球形モータ1と、その球形モータ1の上部に固定された飛行用プロペラ17と、球形モータ1の側部から延びる突出部18の先端に設けられた補助プロペラ19とを有する。球形モータ1は、例えば、図1に示した構造を有する。
【0036】
飛行用プロペラ17及び補助プロペラ19はそれぞれ独自に駆動エンジン、駆動モータ等といった駆動源(図示せず)によって駆動されて回転する。飛行用プロペラ17の回転により、球形モータ1が空中で飛行できる。また、補助プロペラ19の回転により、飛行の安定が確保される。なお、補助プロペラ19が無くても飛行の安定が確保できる場合には、補助プロペラ19を回転させなくても良い。
【0037】
飛行玩具16が空中を飛行している間、球形モータ1内の電磁石6の通電のON/OFFを制御して物質7を第2の空間R2内で移動させれば、飛行玩具1の飛行方向を制御できる。この制御は、飛行用プロペラ17の制御による飛行方向の制御に比べて簡単且つ高精度である。
【0038】
(第3実施形態)
以下、本発明に係る球形モータを車椅子の前輪として適用する場合の実施形態を説明する。図5において、車椅子21は、利用者が座る着座22と、一対の主輪23と、一対の前輪24とを有する。前輪24は、図6に示すように、カバー26と、そのカバー26の内面に設けられた複数の球形ローラ27と、それらのローラ27を介してカバー26に保持された球形モータ1とを有する。また、肘掛28の先端部には操作レバー29が設けられている。
【0039】
複数の球形ローラ27は、それぞれ、カバー26の表面上での位置が動かないように、しかし自由に転動できるように設けられている。このため、球形モータ1はカバー26によって自由に転動できるように支持されている。
【0040】
操作レバー29は、図6の制御装置11に接続されており、この操作レバー29を前後、左右、斜めの全方位のうちのいずれかに傾斜移動させること、すなわち、角度360度の全方位のうちのいずれかに傾斜移動させることにより、図6における複数の電磁石6のうちの対応する1つ又は1群の通電をONとすることができる。
【0041】
本実施形態の車椅子21は以上のように構成されているので、図5において、利用者が着座22に座って主輪23を手で回転させると、車椅子21を前進させることができる。このとき、操作レバー29を操作して図6における複数の電磁石6のうちの希望のものの通電をONにして物質7を移動させれば、球形モータ1の外郭部材2を希望の方向へ回転させることができる。この回転により、車椅子21を希望の方向へ簡単に向けることができる。
【0042】
【発明の効果】
以上の実施形態の説明から明らかなように、本発明によれば、複雑な動力伝達機構を介在させることなく、球状体を任意の方向に回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る球形モータの一実施形態を示す断面図である。
【図2】図1の球形モータの動きを示す図である。
【図3】電磁石の配列例を示す図である。
【図4】本発明に係る玩具の一実施形態を示す正面図である。
【図5】本発明に係る球形モータの使用例を示す斜視図である。
【図6】図5の主要部である前輪部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
1.球形モータ、 2.外郭部材、 3.内郭部材、 4.制御ボックス、
5.支持部材、 6,6a,6b.電磁石、 7.磁石に反応する物質、
8.床(平面)、 9.電源、 11.制御装置、 12.スイッチング回路、
16.飛行玩具、 21.車椅子、 24.前輪、A,B,C.円周方向、 D1,D2.磁石間隔、 R1.第1の空間、
R2.第2の空間
Claims (11)
- 内部に第1の空間を有する球状体と、
前記第1の空間内に球面状に並べられた複数の電磁石と、
前記複数の電磁石と前記球状体の内周面との間に形成される第2の空間の一部を占めるように前記第2の空間内に設けられ、前記第2の空間内を移動可能であり、さらに磁石に反応する物質と、
前記複数の電磁石へ供給する電気を出力できる電源と、
前記電源から前記複数の電磁石への通電を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記物質が前記第2の空間内を移動するように、前記複数の電磁石への通電のON/OFFを電磁石の1つごと又は1群ごとに切り替える
ことを特徴とする球形モータ。 - 請求項1において、前記複数の電磁石は、上下方向及びそれに直角な左右方向で一定の間隔で並べられることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1又は請求項2において、前記球状体は、厚さが一定の材料によって球形状に形成された外殻部材であることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1から請求項3のいずれか1つにおいて、前記球状体によって形成される前記第1の空間内に前記第2の空間を形成するように設けられた内殻部材を有し、前記複数の電磁石は前記内殻部材に設けられることを特徴とする球形モータ。
- 請求項4において、前記内殻部材は前記複数の電磁石への通電用配線が形成された配線基板を兼ねることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1から請求項5のいずれか1つにおいて、前記制御手段及び前記電源は、前記複数の電磁石によって囲まれる空間内に配置されることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1から請求項6のいずれか1つにおいて、前記磁石に反応する物質は、磁石に吸引される物質であることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1から請求項7のいずれか1つにおいて、前記磁石に反応する物質は、水銀又は鉄粉であることを特徴とする球形モータ。
- 請求項1から請求項8のいずれか1つにおいて、前記制御手段は、前記複数の電磁石のうち1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFFを順々に切り替えることを特徴とする球形モータ。
- 請求項9において、前記制御手段は、1つの円周方向に並ぶ電磁石への通電のON/OFF切り替えが終了した後、他の円周方向に並ぶ電磁石に関して通電のON/OFFを行うことを特徴とする球形モータ。
- 回転を行う玩具において、請求項1から請求項10記載の球形モータの前記球状体の外周表面を玩具表面として用いるか、又は請求項1から請求項10記載の球形モータを玩具表面以外の部分に用いることを特徴とする玩具。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003179138A JP2005020826A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 球形モータ及び玩具 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003179138A JP2005020826A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 球形モータ及び玩具 |
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JP2005020826A true JP2005020826A (ja) | 2005-01-20 |
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Family Applications (1)
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JP2003179138A Pending JP2005020826A (ja) | 2003-06-24 | 2003-06-24 | 球形モータ及び玩具 |
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JP (1) | JP2005020826A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112758325A (zh) * | 2016-06-21 | 2021-05-07 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 具有倾斜螺旋桨的无人机以及相关系统和方法 |
-
2003
- 2003-06-24 JP JP2003179138A patent/JP2005020826A/ja active Pending
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