JP2008092758A

JP2008092758A - 球面ステッピングモータ

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Publication number: JP2008092758A
Application number: JP2006273936A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Yano; 智昭矢野
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JP4831682B2

Abstract

【課題】ロータの回転軸の方向がステータの開口部中央から離れても強力な駆動力が得られるとともに回転制御が容易であり、かつ、ロータの永久磁石とステータの電磁石間の磁路に流出入する磁力線が大きくなるようにして、大きな駆動力を得ることを可能にした球面ステッピングモータを提供すること。
【解決手段】ロータ２に内接する多面体を構成する多角形とステータ３に内接する多面体を構成する多角形の角数が互いに素の関係にあって、内接する多面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータ２と、内接する多面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータ３とからなることを特徴とする球面ステッピングモータである。
【選択図】図１

Description

本発明は、球面ステッピングモータに関する。

特許文献１には、本件発明者の発明に係る三次元モータが記載されている。この三次元モータは、互いに直交する３方向の軸の周りにそれぞれ回転磁界を発生させる巻線を設け、それによって任意の方向の合成回転磁界の発生を可能としたステータと、そのステータ内に任意の方向に回転可能に支持され、ステータの回転磁界により回転するロータとを備えた３次元モータである。この三次元モータは、ロータに永久磁石を用いれば３次元同期モータ、ロータに誘導電流が流れる素材を用いれば３次元誘導モータ、ロータに凸極の磁性体を用いれば３次元リラクタンスモータが構成できる。

非特許文献１には、球面同期モータが記載されており、その構成は特許文献１に記載の三次元モータと同じである。

非特許文献２および非特許文献３には、球面誘導モータが記載されている。これらの文献に記載の球面誘導モータは、特許文献１に記載の三次元モータと同じ原理で回転する。非特許文献２に記載の球面誘導モータは、巻線が多極化しているところが特許文献１に記載の三次元モータと異なる。

非特許文献４には、球面リラクタンスモータが記載されている。この球面リラクタンスモータは、ステータの上下２段に円周上に配置した合計２０個の電磁石で回転磁界を作成し、ロータの上下２段に円周上に配置した凸極とのリラクタンスの変化を利用して回転力を発生するものである。

非特許文献５には、球面ステッピングモータが記載されている。この球面ステッピングモータは、ステータに１６個の電磁石を底面中心に1個、その周りに５個、さらに外側に１０個をそれぞれ底面中心を中心とする円周上に配置し、ロータに底面中心を中心とする円周上にそれぞれ４個、８個、１２個の合計２４個の永久磁石を配置し、ロータを動かしたい近傍の電磁石に電流を流すことによりロータの磁石を引きつけてロータを回転させるものである。
また、非特許文献６には、非特許文献５に記載の球面ステッピングモータと異なる構成を有する球面ステッピングモータが記載されている。この球面ステッピングモータは、球形のロータとステータを有し、ロータおよびステータを経度と緯度で分割し、ロータは各々の区画にＮ極Ｓ極が表面を向いた永久磁石を交互に配置し、ステータは各々の区画に電磁石が配置されている。また、ロータは４段１２極の４８極の永久磁石を、ステータには１段あたり１６個で６段９６個の電磁石が配置されている。

特許第1946377号 J.Wang,; K.Mitchell,; G.W.Jewell; D.Howe,: Multi-Degree-ofFreedom Spherical permanent Magnet Motors,Proc.ICRA2001 pp.1798-1805,2001 Bruno Dehez,; Damien Grenier,; Benoit Raucent,: Two-Degree-ofFreedom Spherical Actuator for Omnimobile ROBOT. Proc. 2002 IEEEInternational Conference on Robotics and Automation, pp2381-2386, 2002 田中,和多田,鳥居,海老原;球面球体アクチュエータの提案と設計. 第１１回ＭＡＧＤＡコンファレンス講演論文集, pp.169-172, 2002 K.M.Lee, H.Son, J.Joni: Concept Development and Design of aSpherical Wheel Motor (SWM).IEEE Transactions on Proceedings of the 2005IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, pp3663-3668, 2005 David Stein,; Gregory S. Chirikjian,: Experiments in theCommunication and Motion Planning of a Spherical Stepper Motor. ASME paperDET00/MECH-14115, pp.1-7, 2000 K.Kahlen,; R.W.De Doncker: Current regulators formultiple-phase permanent magnet spherical machines. Proc. 2000 IEEEIndustrial Application, pp.2011-2015, 2000

しかし、特許文献１に記載の三次元モータは、出力を得るために開口部を広くとろうとすると、互いに直交する３方向の軸の周りにそれぞれ回転磁界を発生させる巻線を設けることができなくなる問題がある。次善の策として、３次元空間内の３方向の軸周りに巻線を設けると、垂直軸周りの回転磁界が一番強力で、回転軸が傾くほど回転磁界が弱くかつ大きさも不安定になるという問題を有している。また、回転磁界にロータを追随させて回転させるため、ロータを３次元空間内で静止させることが困難である。さらに、この三次元モータは、巻線に電流を流したときの磁束が正弦波分布に近い状態が必要であり、これを達成する工夫が必要になる。

また、非特許文献２に記載の球面同期モータは、出力軸を設けるために互いに直交する３方向の軸の周りにそれぞれ回転磁界を発生させる巻線のうち出力軸方向の巻線が欠落している。このため、回転軸が開口部中心軸から傾くに従って急激に回転力が減少するとともに不安定になる。また、特許文献１に記載の三次元モータと同様に静止させるのが困難である。

非特許文献２に記載の球面誘導モータは、多極化しているため、発生トルクが特許文献１に記載の三次元モータより小さくなる問題がある。また、非特許文献３に記載の球面誘導モータは、開口部を設けるために巻線の一部が大きく欠落しているため、均一な回転磁界を開口部中心軸から大きく傾いた方向に合成するのは難しい。また、両文献に記載の球面誘導モータは、どちらも誘導モータであるためすべりが生じて、ロータの位置決めが困難である。

また、非特許文献４に記載の球面リラクタンスモータは、その構造から回転するロータの回転軸を±５度の範囲でしか傾けることができないという問題がある。

また、非特許文献５に記載の球面ステッピングモータは、電磁石もロータの永久磁石も底面中心周りの円周上に配置されている。従って底面中心周りの回転は電流を流す電磁石を規則的に決めることにより行えるが、他の方向にロータを回転させるための電磁石を決定するのは大変難しい。ロータの底面中心がステータの底面中心からずれるほどロータを回転させるのが困難になる。上記の原因は、電磁石も永久磁石も底面中心を中心とする同心円状に配置している構造によるものである。

また、非特許文献６に記載の球面ステッピングモータは、ロータを垂直軸周りに回転させるときは平面のロータ１２極ステータ１６極のステッピングモータと同様の制御で回転できる。しかし、軸が傾くと突然制御が難しくなる。これは９６個の電磁石に流す電流をＤＳＰボードによる並列計算処理で決定しようとするものであるが、これが非常に難しいという問題がある。

上記の各文献に記載のモータは、全てにおいて開口部中央軸周りの回転については従来のモータの制御の延長上で行えるものの、軸の方向が開口部中央軸から離れるに従って制御が困難もしくは不能になるという問題がある。この原因はモータ構造が球対象になっていないことに起因している。

本発明の目的は、ロータの回転軸の方向がステータの開口部中央から離れても強力な駆動力が得られるとともに、回転制御が容易な球面ステッピングモータを提供することにある。
本発明の他の目的は、ロータの永久磁石とステータの電磁石間の磁路に流出入する磁力線が大きくなるようにして、大きな駆動力を得ることを可能にした球面ステッピングモータを提供することである。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記の手段を採用した。
第１の手段は、ロータに内接する多面体を構成する多角形とステータに内接する多面体を構成する多角形の角数が互いに素の関係にあって、内接する多面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータと、内接する多面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータとからなることを特徴とする球面ステッピングモータである。
第２の手段は、正１２面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータと、ケルビンの１４面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータとからなることを特徴とする球面ステッピングモータである。
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記ロータに内接する多面体の頂点に対応する永久磁石表面の極性と各面の中心部に対応する永久磁石表面の極性とを反対に構成し、前記ステータの電磁石に電流を流して前記永久磁石を吸引して前記ロータを回転させる時、前記電磁石表面に形成される極性が前記永久磁石表面の極性と反対になるように構成したことを特徴とする球面ステッピングモータである。
第４の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記ロータの前記永久磁石と前記ステータの前記電磁石の組み合わせが、ロータ側に電磁石を配置しステータ側に電磁石を配置する構成、ロータ側に磁性体を配置しステータ側に電磁石を配置する構成、ロータ側に永久磁石を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する構成、またはロータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する構成であることを特徴とする球面ステッピングモータ。

本発明によれば、ロータの回転軸の方向がステータの開口部中央から離れても、ロータ永久磁石とステータ電磁石の配置関係が、ロータの回転軸の方向がステータの開口部中央にある時と同等になる。したがって、ロータの回転軸の方向がステータの開口部中央から離れてもロータの回転軸の方向がステータの開口部中央にある時と同等の強力な駆動力が得られるとともに、回転制御が容易な球面ステッピングモータが得られる。
また、本発明によれば、ロータの永久磁石とステータの電磁石間の磁路に流出入する磁力線が大きくなるようにして、大きな駆動力を得ることを可能にした球面ステッピングモータが得られる。
本発明の球面ステッピングモータを採用することによりロボットマニピュレータをはじめとする多自由度システムが使用するモータの個数が大幅に減少し、これらシステムの小型・軽量化、制御の簡単化さらには省エネルギー化が実現する。

以下に、本発明の球面ステッピングモータの基本構成について説明する。本発明の球面ステッピングモータは、基本的には、ロータに内接する多面体を構成する多角形とステータに内接する多面体を構成する多角形の角数が互いに素である(お互いを割った値が整数にならない)時、ロータに内接する多面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータと、内接する多面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータとから構成される。

本発明の球面ステッピングモータは、ロータに内接する多面体およびステータに内接する多面体の組み合わせ例として以下の構成が考えられる。なお、（）内は、多面体の面を構成する多角形の形状を表す。
ロータに内接する多面体が正１２面体（５角形）でステータに内接する多面体が正１４面体（ケルビン１４面体）（正方形、６角形）、ロータに内接する多面体が正４面体（３角形）でステータに内接する多面体が正６面体（正方形）、ロータに内接する多面体が正８面体（３角形）でステータに内接する多面体が正6面体（正方形）、ロータに内接する多面体が正２０面体（３角形）でステータに内接する多面体が正１２面体（５角形）、ロータに内接する多面体が立方８面体（３角形、４角形）でステータに内接する多面体が正１２面体（５角形）、ロータに内接する多面体が菱形１２面体（菱形）でステータに内接する多面体が正１２面体（５角形）、ロータに内接する多面体が菱形３０面体（菱形）でステータに内接する多面体が切隅２０面体（サッカーボール）（５角形、６角形）、ロータに内接する多面体が切隅６面体（３角形、８角形）でステータに内接する多面体が正１２面体（５角形）。

次に、本発明の第１の実施形態を図１ないし図１０を用いて説明する。
図１は、本発明に係る球面ステッピングモータのロータとステータとの関係を示す図である。
同図に示すように、この球面ステッピングモータは、球面軸受１で支えられた球面形状のロータ２および上部に開口部を有するステータ３で構成される。
図２は、本発明に係る球面ステッピングモータのロータの構成を示す図である。
同図に示すように、ロータ２には、内接する正１２面体（面の形が正５角形で構成される多面体）の頂点４および各面の中心部５に対応する位置に表面がロータ２と同じ形状になるようにした永久磁石が埋め込まれている。
図３（ａ）は、本発明に係る球面ステッピングモータのステータ３の構成を示す図である。
同図に示すように、ステータ３は、図３（ｂ）に示すケルビンの１４面体（面の形が正６角形および正方形で構成される多面体）で構成され、内接するケルビンの１４面体の頂点６および各面の中心７に対応する位置に電磁石が配置されている。

次に、本発明の球面ステッピングモータの垂直軸周りの回転動作について説明する。
図４は、本発明に係る球面ステッピングモータの、ロータ２の底面の正５角形の中心にある永久磁石９がステータ３の底面の正６角形の中心にある電磁石８と重なっている状態を真上から見た図である。
同図において、まず、ステータ３の電磁石８に電流を流してロータ２の永久磁石９を吸引している状態でステータ３の電磁石１０に電流を流す。すると一番近いロータ２の永久磁石１１が吸引されてロータ２は永久磁石９を中心に永久磁石１１がステータ３の電磁石１０と一番近い距離になるところまで時計回りに回転する。この状態でステータ３の電磁石１０の電流を切り、ステータ３の電磁石１２に電流を流す。すると一番近いロータ２の永久磁石１３が吸引されてロータ２は永久磁石９を中心に永久磁石１３がステータ３の電磁石１２と一番近い距離になるところまで回転する。以下、同様に底面の正６角形の頂点に位置するステータ３の電磁石１４，１６，１８，２０の順に電流を切り替えると、ロータ２の永久磁石１５，１７，１９，１１が順番に吸引されてロータ２は永久磁石９を回転中心として同じ方向に回転し続ける。この手順を繰り返すことにより、ロータ２を垂直軸の周りに時計回りに無限に回転させることができる。

次に、球面ステッピングモータの斜め軸周りの回転動作について説明する。
図５はステータ３に対してロータ２の回転軸が斜め状態にある球面ステッピングモータを示す図、図６はロータ２の斜め方向にある回転軸側から見たロータ２とステータ３の状態を示す図である。
以下において、ロータ２とステータ３が図５に示す位置関係にあるとき、斜め軸の周りにロータ２を回転させる場合について説明する。
図６において、ステータ３の正方形の中心にある電磁石４Ａに電流を流し、ロータ２の対面する正５角形の中心にある永久磁石５Ａを吸引する。この状態でステータ３の正方形の頂点にある電磁石６Ａ，７Ａ，８Ａ、９Ａ，６Ａに順番に通電し、近くにあるロータ2の正５角形の頂点にある永久磁石１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ、１３Ａ、１４Ａを順番に吸引する。これによりロータ２を電磁石4Ａの周りに時計回りに回転させることができる。

次に、本発明の球面ステッピングモータにおいて、より上段にあるロータ２の永久磁石とステータ３の電磁石との吸引力も利用して駆動力を増加させる場合について説明する。
図７（ａ）は、ロータ２の１段目から３段目にある永久磁石の位置関係を示す図、図７（ｂ）はステータ３の１段目から３段目にある電磁石の位置関係を示す図、図８は、ロータ２の２段目にある永久磁石とステータ３の２段目にある電磁石との関係を示す図である。
図８に示すように、ロータ２の２段目の永久磁石は５個（４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂ、８Ｂ）であり、ステータ３の２段目の電磁石は頂点の６個（９Ｂ，１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ、１４Ｂ）と正６角形の面の中央の電磁石３個（１５Ｂ，１６Ｂ、１７Ｂ）を含めて9個である。さらにロータ２の３段目の永久磁石およびステータ３の３段目の電磁石も図８と同様に、ロータ２の永久磁石は５個、ステータ３の永久磁石は9個である。
従って、ロータ２の各段の永久磁石に対応するステータ３の各段の電磁石に電流を流すことによって、ロータ２から強力な駆動力が得られる。

さらに、ロータ２の回転軸がステータ３の正方形の中心にある場合の上段の吸引力を利用してロータ２の駆動力を増加させる場合について説明する。
図９（ａ）は、ロータ２の１段目と２段目にある永久磁石の位置関係を示す図、図９（ｂ）は１段目と２段目のステータ３にある電磁石の位置関係を示す図、図１０は、ロータ２の２段目にある永久磁石とステータ３の２段目と１段目にある電磁石との関係を示す図である。
図１０に示すように、ロータ２の回転軸がステータ３の正方形の中心にある場合には、ロータ２の２段目の永久磁石５個（１８Ｂ，１９Ｂ，２０Ｂ，２１Ｂ，２２Ｂ）とステータ３の２段目と１段目の電磁石８個（２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ，２８Ｂ，２９Ｂ，３０Ｂ）の組み合わせになる。
従って、ロータの２段目にある永久磁石は、ステータ３の２段目と１段目にある電磁石の吸引力を利用して駆動力を増加させることができる。

さらに、同時に他の電磁石も利用してロータの駆動力を増加させる場合について説明する。
図４においては、ロータ２の永久磁石に一番近いステータ３の電磁石のみに電流を流す場合について説明したが、同図において、電磁石１０，１２，１４，１６，１８，２０に同時に電流を流して、各々の電磁石の近くの永久磁石に時計回りの回転力が働くように電流の向きを考えて電流を流すことにより駆動力を増加させることができる。
すなわち、一番近い永久磁石が反時計回りの位置にある電磁石１０，１２，２０には吸引力を発生する電流を流し、一番近い永久磁石が時計回りの位置にある電磁石１６，１８には反発力を発生する電流を流し、等距離にある２個の永久磁石がある電磁石１４には電流を流さないようにする。このようにほとんどの電磁石に同時に電流を流すことにより駆動力を増加させることができる。
また、斜め軸周りの回転においても、同様にして殆どの電磁石の吸引・反発力を同時に利用することにより駆動力を増加させることができる。

なお、本実施形態の発明に係る球面ステッピングモータにおいては、ロータ側に永久磁石、ステータ側に電磁石を配置する場合について説明したが、これ以外に以下の組み合わせも可能である。すなわち、ロータ側に電磁石を配置しステータ側に電磁石を配置する。ロータ側に磁性体を配置しステータ側に電磁石を配置する。ロータ側に永久磁石を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する。ロータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する。

また、本実施形態の発明に係る球面ステッピングモータにおいては、ステータが固定され、ロータが回転する場合について説明したが、ロータ側を固定し、ステータ側（外側）を可動にする、またはロータ、ステータともに可動にし、ユニバーサルジョイント部分などに使用する（能動すべり軸受）ことも可能である。

次に、本発明の第２の実施形態を図２ないし図４、図１１および図１２を用いて説明する。
本発明の球面ステッピングモータにおいて、大きな駆動力を得るためには、ロータの永久磁石とステータの電磁石間に形成される磁路に大きな磁力線を流出入させる必要がある。
以下に、ロータの永久磁石とステータの電磁石間に形成される磁路に大きな磁力線を流出入させるための構成について説明する。

ロータ２は、図２に示すように、内接する正１２面体の頂点４および各面の中心部５に対応する位置の表面にロータ２と同じ形状になるように永久磁石が埋め込まれている。そして、ロータ２の球殻構造は、図１１に示すように、外側の球殻６Ｃをプラスチック等の透磁率の低い材質とし、内側の球殻７Ｃを鉄等の透磁率の高い材質で構成する。さらに、ロータ２に内接する正１２面体の頂点４に対応する永久磁石４Ｃ表面の極性と、各面の中心部５に対応する永久磁石５Ｃ表面の極性とを反対にする（例えば、頂点４の永久磁石４ＣがＮ極の場合は中心部５の永久磁石５ＣはＳ極）。これにより、図１１の矢印に示すような磁路が形成される。

ステータ３は、図３に示すように、内接するケルビンの１４面体の頂点６および各面の中心７に対応する位置に電磁石が配置されている。以下において、ステータ３の電磁石の極性について説明する。
いま、図４に示すように、ロータ２の底面の正５角形の中心の永久磁石９がステータ３の底面の正６角形の中心の電磁石８と重なっている状態を真上から見た場合、ステータ３の電磁石８に電流を流して永久磁石９を吸引している状態で電磁石１０に電流を流す。すると一番近い永久磁石１１が吸引されてロータは永久磁石９を中心に永久磁石１１が電磁石１０と一番近い距離になるところまで時計回りに回転する。この状態で電磁石１０の電流を切り電磁石１２に電流を流す。すると一番近い永久磁石１３が吸引されてロータ２は永久磁石９を中心に永久磁石１３が電磁石１２と一番近い距離になるところまで回転する。以下、同様に底面の正６角形の頂点に位置する電磁石１４，１６，１８，２０の順に電流を切り替えると永久磁石１５，１７，１９，１１が順番に吸引されてロータ２は永久磁石９を回転中心として同じ方向に回転し続ける。この手順を繰り返すことにより、ロータ２を垂直軸周りに無限回転させることができる。

この時、図４において、永久磁石９に対向する電磁石８には、永久磁石９を吸引する方向に電流を流し、周辺の電磁石１０，１２，１４，１６，１８，２０はそれぞれ対向する永久磁石を吸引する方向に電流を流す。永久磁石９と永久磁石１１，１３，１５，１７，１９は磁石の磁化方向が反転しているから、電磁石８と電磁石１０，１２，１４，１６，１８，２０は磁化方向が反転する。これにより、ロータ２の永久磁石とステータ３の電磁石間に、図１２の白矢印に示すような磁路が形成され、大きな磁力線を流出入させることができるので、大きな駆動力が得られる。

本発明に係る球面ステッピングモータのロータとステータとの関係を示す図であ本発明に係る球面ステッピングモータのロータの構成を示す図である。本発明に係る球面ステッピングモータのステータの構成を示す図、およびケルビンの１４面体（面の形が正６角形および正方形で構成される多面体）を示す図である。本発明に係る球面ステッピングモータの、ロータ２の底面の正５角形の中心にある永久磁石８がステータ３の底面の正６角形の中心にある電磁石９と重なっている状態を真上から見た図である。ステータ３に対してロータ２の回転軸が斜め状態にある球面ステッピングモータを示す図である。ロータ２の斜め方向にある回転軸側から見たロータ２とステータ３の状態を示す図である。ロータ２の１段目から３段目にある永久磁石の位置関係を示す図、およびステータ３の１段目から３段目にある電磁石の位置関係を示す図である。ロータ２の２段目にある永久磁石とステータ３の２段目にある電磁石との関係を示す図である。ロータ２の１段目と２段目にある永久磁石の位置関係を示す図、および１段目と２段目のステータ３にある電磁石の位置関係を示す図である。ロータ２の２段目にある永久磁石とステータ３の２段目と１段目にある電磁石との関係を示す図である。ロータ２の球殻構造を示す一部断面図である。ロータ２とステータ３の球殻構造を示す一部断面図である。

符号の説明

１球面軸受
２ロータ
３ステータ
４，６頂点
５，７中心部
８，１０，１２，１４，１６，１８，２０電磁石
９，１１，１３，１５，１７，１９永久磁石
４Ａ，６Ａ，７Ａ，８Ａ，９Ａ電磁石
５Ａ，１０Ａ，１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａ永久磁石
４Ｂ，５Ｂ，６Ｂ，７Ｂ、８Ｂ永久磁石
９Ｂ，１０Ｂ，１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂ，１６Ｂ，１７Ｂ電磁石
１８Ｂ，１９Ｂ，２０Ｂ，２１Ｂ、２２Ｂ永久磁石
２３Ｂ，２４Ｂ，２５Ｂ，２６Ｂ，２７Ｂ，２８Ｂ，２９Ｂ，３０Ｂ電磁石
４Ｃ，５Ｃ永久磁石
６Ｃロータの外側の球殻
７Ｃロータの内側の球殻

Claims

ロータに内接する多面体を構成する多角形とステータに内接する多面体を構成する多角形の角数が互いに素の関係にあって、内接する多面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータと、内接する多面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータとからなることを特徴とする球面ステッピングモータ。
正１２面体の頂点および各面の中心に永久磁石を配置したロータと、ケルビンの１４面体の頂点および各面の中心に電磁石を配置したステータとからなることを特徴とする球面ステッピングモータ。
前記ロータに内接する多面体の頂点に対応する永久磁石表面の極性と各面の中心部に対応する永久磁石表面の極性とを反対に構成し、前記ステータの電磁石に電流を流して前記永久磁石を吸引して前記ロータを回転させる時、前記電磁石表面に形成される極性が前記永久磁石表面の極性と反対になるように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の球面ステッピングモータ。
前記ロータの前記永久磁石と前記ステータの前記電磁石の組み合わせが、ロータ側に電磁石を配置しステータ側に電磁石を配置する構成、ロータ側に磁性体を配置しステータ側に電磁石を配置する構成、ロータ側に永久磁石を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する構成、またはロータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置しステータ側に永久磁石と電磁石のハイブリッド構成を配置する構成であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載とする球面ステッピングモータ。