JP2008086131A - Multi-flexibility motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、球体のロータを、ステータに多自由度の回転が可能な状態で備えた多自由度電動機の技術分野に属するものである。 The present invention belongs to the technical field of a multi-degree-of-freedom electric motor in which a spherical rotor is provided in a state in which a stator can be rotated with multiple degrees of freedom.
一般に、この種多自由度電動機としては、中空の球体であるロータの外表面に、複数の磁性体を格子状に配設する一方、ロータの外側に所定間隔を存するようにして配したステータの内周面に、複数の電磁石を配設し、ロータを任意の三次元方向に回転すべく電磁石を励磁するように制御するようにしたものが知られている。 In general, this type of multi-degree-of-freedom electric motor includes a stator in which a plurality of magnetic bodies are arranged in a lattice shape on the outer surface of a rotor that is a hollow sphere, and arranged at a predetermined interval on the outside of the rotor. There is known one in which a plurality of electromagnets are arranged on the inner peripheral surface and the electromagnet is controlled to be excited to rotate the rotor in an arbitrary three-dimensional direction.
ところで、このようなものは、ステータに、ロータの三次元方向の回転を許容して支持するための支持部材が備えられた構成になっており、例えば、このようなものとして、ガスボンベから供給されるガスの圧力によってロータを浮遊させた支持部材がある(例えば、特許文献1参照。)。 By the way, such a thing is the structure by which the stator was equipped with the support member for accept | permitting and supporting the rotation of a rotor in the three-dimensional direction, For example, as such, it is supplied from a gas cylinder. There is a support member in which the rotor is floated by the pressure of the gas (see, for example, Patent Document 1).
しかしながらこのものは、ロータを浮遊させるためのガス圧が必要になるが、ステータとロータとのあいだに漏れないようにガスを充填することは構成上難しく、漏れることを考慮した上でロータの励磁に抗するほどのガスを供給することも困難であるといった問題がある。
さらにこのようなものとして、ステータとロータとのあいだに、複数のボールを配した支持部材がある(例えば、特許文献1参照、特許文献2参照。)。
Further, as such, there are support members in which a plurality of balls are arranged between the stator and the rotor (for example, see Patent Document 1 and Patent Document 2).
しかしこれらのものは、何れも複数のボールを配置すると示唆されているだけで、その他、詳細については何ら示唆されておらず図面を見ても具体的にどのような構成で、どのように製造されるのか不明であり、実際どのように使用されるのかも不明であるといった問題がある。 However, these are all suggested that a plurality of balls are arranged, and other details are not suggested at all. There is a problem that it is unknown whether it is used or how it is actually used.
しかも、特許文献1のものは、図面を見た限りにおいて、電磁石と磁性体とのあいだにボールを配置していているように見え、この場合、電磁石の励磁は、ボールをあいだに配置した分、磁性体との距離が大きくなり、この結果、ロータの反応速度、回動トルクが小さくなるといった問題がある。 In addition, as far as the drawings are concerned, it appears that the ball is arranged between the electromagnet and the magnetic body, and in this case, the excitation of the electromagnet is equivalent to the arrangement of the ball. As a result, there is a problem that the distance from the magnetic body is increased, and as a result, the reaction speed and rotational torque of the rotor are reduced.
また、特許文献2のものは、ボールをロータに配置したものであり、ボールを確り保持させた状態で配置させることが難しいうえ、ロータの外球面のすべてにボールを配置する必要があるため、ステータに配置する場合に比べてボールの必要個数が多くなってしまうといった問題があり、これらに本発明が解決しようとする課題がある。
In addition, in
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、内球面に複数の電磁石を有するステータと、複数の磁性体を有する球面がステータに所定の間隔を存して対向し、前記ステータに支持される球状のロータとを備えて構成される多自由度電動機において、ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持するための支持部材を備えるにあたり、支持部材は、ロータに回転自在に当接する球状のボール部、該ボール部を回転自在に保持するためのボール保持部、該ボール保持部とボール部とのあいだに形成される間隙に複数設けられ該ボール部の回転を円滑にするための球状の円滑部を備えて構成されることを特徴とする多自由度電動機である。
請求項2の発明は、支持部材は、ステータに形成された貫通孔を、貫通し突出した前記ボール部に対する反対側の端部を固着されていることを特徴とする請求項1記載の多自由度電動機である。
The present invention has been created in view of the above-mentioned circumstances and has been created for the purpose of solving these problems. The invention of claim 1 is directed to a stator having a plurality of electromagnets on an inner spherical surface, and a plurality of magnetic bodies. In a multi-degree-of-freedom electric motor comprising a spherical rotor having a spherical surface opposed to the stator at a predetermined interval and supported by the stator, the rotor is rotated in a three-dimensional direction with respect to the stator In providing a support member for freely supporting, the support member includes a spherical ball portion that rotatably contacts the rotor, a ball holding portion for rotatably holding the ball portion, the ball holding portion and the ball portion. A multi-degree-of-freedom electric motor comprising a plurality of spherical smooth portions that are provided in a gap formed between the first and second spherical portions for smooth rotation of the ball portion.
According to a second aspect of the present invention, in the support member, the end on the opposite side to the ball portion projecting through the through hole formed in the stator is fixed. Degree electric motor.
請求項1の発明とすることにより、従来技術で示されていなかった、ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持する構成を具体的なものとすることができる。
請求項2の発明とすることにより、支持部材をステータに確り支持させることができる。この結果、ロータの回動を安定したものとすることができる。
According to the invention of claim 1, a configuration that is not shown in the prior art and that supports the rotor to be rotatable in a three-dimensional direction with respect to the stator can be made concrete.
According to the invention of
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図面において、1は多自由度電動機であって、該多自由度電動機1は、球状のロータ2と、該ロータ2の半球部分に所定間隔を存して対向する部分内球面形状をしたステータ3とを備えて構成されており、ステータ3には、ロータ2を三次元方向に回動自在に支持するための支持部材4が備えられている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, reference numeral 1 denotes a multi-degree-of-freedom electric motor. The multi-degree-of-freedom electric motor 1 has a
また、多自由度電動機1は、ロータ2の表面に所定間隔で複数の磁性体5が配設されていると共に、ステータ3のロータ2に対向する内球面には、複数の電磁石6が配設されている。
そして、多自由度電動機1は、電磁石6の励磁制御によりロータ2の移動を制御することができるようになっているが、これらの制御は、例えば、CPU(中央処理演算装置)等の制御部(図示せず)でなされ、ロータ2を所定の位置に移動させるための指令が制御部になされると、まずステータ3、ロータ2の現在位置をカメラ、ポテンショメータ等で検知し、該検知された位置から前記指令された位置に至らしめるようにロータ2を回転移動させるために電磁石6の励磁制御を実行することで、ロータ2を所定位置に移動させることができる。
In the multi-degree-of-freedom electric motor 1, a plurality of
The multi-degree-of-freedom electric motor 1 can control the movement of the
支持部材4は、ロータ2に回転自在に当接する球状のボール部7、該ボール部7を回転自在に保持するためステータ3に支持されるロッド状のボール保持部8、該ボール保持部8とボール部7とのあいだにボール部7の回転を円滑にするための円滑部9を備えて構成されており、ステータ3の内球面の電磁石6が配置されていない部分に逐次配することになるが、電磁石6とロータ2とのあいだに略一定の隙間を存した状態でロータ2の中心位置がステータ3に対して動くことが無いように適宜配置されている。
The
前記ボール保持部8は、螺子溝8cが刻設され、ステータ3に穿設した貫通孔3bを貫通する状態で内端がステータ3の中心を向くようにして組み込まれ、ステータ3の外周面側から螺入したナット8dによってステータ3に固定されるようになっている。ボール保持部8のステータ3内に入り込んだ部位は、ステータコイル6と共存してステータ3の内球面から突出するように備えられ、該突出端(内端)にボール部7を配設するため、ステータ中心側が開口した凹部8aが大径状に形成されている。ここで凹部8aは、ボール部7よりも大径の内球面に形成されていて、ボール部7との間に隙間を存するようになっているが、ボール部7の抜止めをするため開口にシール部8bが設けられている。本実施の形態の該シール部8bは、ボール部7の上半部(ロータ側半部)の一部が露出した状態で三次元移動可能な状態で当接してボール部7が凹部8aから抜け出ないようになっており、これによって、該露出したボール部7がロータ2に三次元方向に回転自在な状態で当接するため、支持部材4とロータ2とのあいだの摩擦が少なくなるうえ、ロータ2の支持を三次元方向の移動ができる状態で安定して行うことができる。尚、支持部材4がロータ2と常に接触する構成である場合には、ボール部7が凹部8aから抜け出る心配が無いのでシール部8bを、ボール部7がボール中心をシール部8bから突出する状態で当接させる構成にすることができる。
The
円滑部9は、ボール部7と凹部8aとのあいだの球面に複数の小球9aを配置した構成になっており、ボール部7が回転するとこれに伴って前記小球9aがボール受けになって回転し、この結果、ボール部7の三次元の自由回転が円滑に行われるようになっている。尚、前記シール部8bは、円滑部9が凹部8aから飛び出る隙間を封止することができるようになっている。
The
また、円滑部9は、凹部8aおよびボール部7とのあいだを自在に移動できるようにすることが好ましく、この場合、円滑部9は、ボール部7の回転を受けるとボール部7に沿って移動しながら回転するため、凹部8aとの摩擦を軽減してボール部7の回転を円滑に行わせることができる。本実施の形態の円滑部9は、図3に示すように、ボール部7と凹部8aとシール部8bとのあいだに形成される間隙Sの範囲内での移動が許容されている。尚、支持部材4は、ロータ2を重力方向に向かって支持するような場合、間隙Sの端部(シール部8b)に当接して移動規制されてしまうため、図3に示すように、前記間隙Sのシール部8b側から少なくとも重力に抗する方向に向かって円滑部9を誘導する間隙Tを形成することにより、円滑部9の間隙Tの端部への当接を避けることが可能になり、この結果、該円滑部9の移動を許容し、回転による抵抗のより少ないものとすることができる。因みに、ボール部7、円滑部9は、鋼鉄や樹脂材等で構成することができる。
Further, it is preferable that the
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、多自由度電動機1は、磁性体5を配設されたロータ2を、ステータ3に配設した電磁石6の励磁を制御することで回動させることになるが、ステータ3とロータ2とのあいだに所定間隔を存した状態でロータ2を支持するための支持部材4を、ロータ2に当接するボール部7と、該ボール部7を配置するための凹部8aを形成したボール保持部8と、ボール部7の回動に追従して回転しボール部7と凹部8aとのあいだに配置される円滑部9とを備えた構成としており、このため、支持部材4は、ロータ2の回動に伴ってボール部7が回転してロータ2をの摩擦が少なく三次元的な回動を可能とすることができるうえ、該ボール部7は、円滑部9を介してボール保持部8に備えられているので回転が円滑になりロータ2の回動の抵抗になり難い。この結果、ロータ2の反応速度、回動トルクが減少しにくい支持部材4とすることができる。
In the embodiment of the present invention configured as described above, the multi-degree-of-freedom electric motor 1 rotates the
また、支持部材4は、前記ボール保持部8に螺子溝8cが刻設され、ステータ3に穿設した貫通孔3bを貫通する状態で内端がステータ3の中心を向くようにして組み込まれており、このため、従来のようにロータ2に取り付ける場合に比べて容易な取り付け方法を採用することができ、しかも確りステータ3に固定することができる。
Further, the
1 多自由度電動機
2 ロータ
3 ステータ
4 支持部材
5 磁性体
6 電磁石
7 ボール部
8 ボール保持部
8a 凹部
8b シール部
9 円滑部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Multi-degree-of-freedom
Claims (2)
ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持するための支持部材を備えるにあたり、
支持部材は、ロータに回転自在に当接する球状のボール部、該ボール部を回転自在に保持するためのボール保持部、該ボール保持部とボール部とのあいだに形成される間隙に複数設けられ該ボール部の回転を円滑にするための球状の円滑部を備えて構成されることを特徴とする多自由度電動機。 A multi-degree-of-freedom configuration comprising a stator having a plurality of electromagnets on the inner sphere, and a spherical rotor supported by the stator, the sphere having a plurality of magnetic bodies facing the stator with a predetermined interval. In the electric motor,
In providing a support member for rotatably supporting the rotor in a three-dimensional direction with respect to the stator,
A plurality of support members are provided in a spherical ball portion that rotatably contacts the rotor, a ball holding portion that rotatably holds the ball portion, and a gap that is formed between the ball holding portion and the ball portion. A multi-degree-of-freedom electric motor comprising a spherical smooth part for smooth rotation of the ball part.
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JP2006263912A JP2008086131A (en) | 2006-09-28 | 2006-09-28 | Multi-flexibility motor |
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US20130113307A1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-09 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Spherical Wheel Motor |
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2006
- 2006-09-28 JP JP2006263912A patent/JP2008086131A/en active Pending
Cited By (3)
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US20130113307A1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-05-09 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Spherical Wheel Motor |
US9391481B2 (en) * | 2011-11-09 | 2016-07-12 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Spherical wheel motor |
KR101858234B1 (en) * | 2011-11-09 | 2018-05-17 | 한국전자통신연구원 | Spherical Wheel Motor |
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