JP2009005550A - Spherical acceleration/deceleration driving mechanism - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a spherical acceleration/deceleration driving mechanism capable of providing an output for endless rotation in an arbitrary direction, using a spherical motor including a rotor that rotates endlessly in an arbitrary direction within a stator. <P>SOLUTION: The spherical acceleration/deceleration driving mechanism is characterized by including a spherical motor 4 and a ball 3 arranged in contact with a rotor 41 of the spherical motor 4, in which the ball 3 is rotated by driving the spherical motor 4. The ball is supported by a plurality of bearings, a plurality of spherical motors, or a plurality of spherical motors and spherical bearings, and is rotated by driving the spherical motor. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、球面加減速駆動機構に係り、特に、球面ステッピングモータを利用した球面加減速駆動機構に関する。   The present invention relates to a spherical acceleration / deceleration drive mechanism, and more particularly to a spherical acceleration / deceleration drive mechanism using a spherical stepping motor.

特許文献1には、本件発明者の発明に係る3軸駆動ユニットが記載されている。この3軸駆動ユニットは、球体に接触する摩擦車を介して1軸周りに回転するアクチュエータにより球体を駆動する。3台のアクチュエータにより3方向に球体を駆動することを特徴としている。この機構は、アクチュエータの回転速度を減じトルクを増幅する減速装置の特徴も有している。   Patent Document 1 describes a three-axis drive unit according to the inventor's invention. The three-axis drive unit drives the sphere by an actuator that rotates around one axis via a friction wheel that contacts the sphere. The sphere is driven in three directions by three actuators. This mechanism also has a feature of a speed reducer that amplifies torque by reducing the rotational speed of the actuator.

特許文献2には、本件発明者の発明に係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、ロータを任意の方向にどこまでも回転させることができることを特徴としている。   Patent Document 2 describes a spherical stepping motor according to the invention of the present inventors. This spherical stepping motor is characterized in that the rotor can be rotated in any direction to any extent.

特許第1685370号公報Japanese Patent No. 1685370 特願2006−273936号Japanese Patent Application No. 2006-273936

しかし、特許文献1に記載の3軸駆動ユニットは、他のアクチュエータの摩擦車が別の方向の摩擦車の駆動の妨害をするため、それを避ける工夫が必要になるという問題がある。   However, the three-axis drive unit described in Patent Document 1 has a problem in that a friction wheel of another actuator obstructs driving of a friction wheel in another direction, and thus a device for avoiding it is necessary.

また、特許文献2に記載の球面ステッピングモータは、ロータはステータ内において任意の方向に無限回転することができるが、通常、ロータから回転出力を得るために、ロータに出力軸を取り付ける。しかし、この出力軸が取り付けられたロータは、開口部を有するステータ内で球面軸受けされ、前記出力軸は前記開口部の範囲内でしか回動できないため、前記出力軸の動く範囲が狭い範囲に限定されるという問題がある。   In the spherical stepping motor described in Patent Document 2, the rotor can rotate infinitely in any direction in the stator, but usually an output shaft is attached to the rotor in order to obtain a rotational output from the rotor. However, the rotor to which the output shaft is attached is spherically supported in a stator having an opening, and the output shaft can only rotate within the range of the opening, so that the range of movement of the output shaft is within a narrow range. There is a problem of being limited.

本発明の目的は、上記の問題点に鑑みて、ステータ内において任意の方向に無限回転するロータからなる球面モータを用いて、任意の方向に無限回転可能な出力が得られる球面加減速駆動機構を提供することにある。
本発明の他の目的は、減速機構として使用した場合、特許文献1に記載されたものと同様に、アクチュエータの回転速度を減じ、トルクを増幅する減速装置としての特徴を有する球面加減速駆動機構を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a spherical acceleration / deceleration drive mechanism that uses a spherical motor composed of a rotor that rotates infinitely in an arbitrary direction within a stator, and that can provide an output that can rotate infinitely in any direction. Is to provide.
Another object of the present invention is to provide a spherical acceleration / deceleration drive mechanism having a feature as a speed reducer that reduces the rotational speed of an actuator and amplifies torque, similar to that described in Patent Document 1, when used as a speed reduction mechanism. Is to provide.

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第1の手段は、球面モータと、該球面モータのロータに接するように配置された球体とからなり、前記球面モータを駆動することにより前記球体を回転させることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第2の手段は、第1の手段において、前記球体は、複数の軸受によって支持されていることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第3の手段は、複数の球面モータと、該複数の球面モータのロータに接するように配置された球体とからなり、前記複数の球面モータを駆動することにより前記球体を回転させることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第4の手段は、第3の手段において、前記球体は、前記複数の球面モータと球面軸受けによって支持されていることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第5の手段は、第3の手段において、前記複数の球面モータが、第1の複数の球面モータ群と該第1の複数の球面モータ群に対向して配置された第2の複数の球面モータ群とからなり、前記球体が前記第1の複数の球面モータ群と前記第2の複数の球面モータ群とによって支持されていることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第6の手段は、第1の手段ないし第5の手段のいずれか1つの手段において、前記球体に出力軸が設けられていることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第7の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第8の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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り、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球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第9の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第10の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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り、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球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第11の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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り、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した球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
第12の手段は、第1の手段ないし第6の手段のいずれか1つの手段において、前記球面モータが、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り、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した球面ステッピングモータであることを特徴とする球面加減速駆動機構である。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
The first means comprises a spherical motor and a spherical body arranged so as to contact the rotor of the spherical motor, and the spherical motor is rotated by driving the spherical motor. It is.
The second means is a spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the first means, wherein the spherical body is supported by a plurality of bearings.
The third means comprises a plurality of spherical motors and a sphere arranged to contact the rotors of the plurality of spherical motors, and the spheres are rotated by driving the plurality of spherical motors. This is a spherical acceleration / deceleration drive mechanism.
A fourth means is a spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the third means, wherein the spherical body is supported by the plurality of spherical motors and a spherical bearing.
A fifth means is the third means, wherein the plurality of spherical motors are arranged so as to face the first plurality of spherical motor groups and the first plurality of spherical motor groups. A spherical acceleration / deceleration drive mechanism comprising a motor group, wherein the spherical body is supported by the first plurality of spherical motor groups and the second plurality of spherical motor groups.
A sixth means is a spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to any one of the first to fifth means, wherein an output shaft is provided on the spherical body.
A seventh means is a method according to any one of the first means to the sixth means, wherein the spherical motor has a polygon that forms a polyhedron inscribed in the rotor and a polygon that forms a polyhedron inscribed in the stator. A spherical surface composed of a rotor in which permanent magnets are arranged at the vertices of inscribed polyhedrons and the centers of the surfaces, and a stator having electromagnets arranged at the vertices of the inscribed polyhedrons and the centers of the respective surfaces, in which the number of angles is a prime relationship A spherical acceleration / deceleration drive mechanism characterized by being a stepping motor.
According to an eighth means, in any one of the first to sixth means, the spherical motor includes a polygon that forms a polyhedron inscribed in the rotor and a polygon that forms a polyhedron inscribed in the stator. It is composed of a rotor in which the number of angles is a prime relationship, and a permanent magnet is arranged at the apex of the inscribed polyhedron and the center of each surface, and a stator with an electromagnet arranged at the apex of the inscribed polyhedron and the center of each surface, The polarity of the surface of the permanent magnet corresponding to the apex of the polyhedron inscribed in the rotor is opposite to the polarity of the surface of the permanent magnet corresponding to the center of each surface, and an electric current is passed through the electromagnet of the stator to A spherical stepping motor configured such that when the rotor is rotated by suction, the polarity formed on the surface of the electromagnet is opposite to the polarity of the surface of the permanent magnet. It is a surface acceleration and deceleration drive mechanism.
According to a ninth means, in any one of the first to sixth means, the spherical motor includes a rotor in which a permanent magnet is arranged at the apex of the regular dodecahedron and the center of each surface, and the Kelvin 14 A spherical acceleration / deceleration drive mechanism comprising a spherical stepping motor comprising a vertex of a face piece and a stator having an electromagnet disposed at the center of each face.
According to a tenth means, in any one of the first to sixth means, the spherical motor includes a rotor in which a permanent magnet is arranged at the apex of a regular dodecahedron and the center of each surface, and 14 of Kelvin. A stator having an electromagnet disposed at the apex of the face and the center of each face, and the polarity of the permanent magnet surface corresponding to the apex of the polyhedron inscribed in the rotor and the polarity of the permanent magnet surface corresponding to the center of each face Constructed in the opposite direction, the current formed in the electromagnet of the stator is attracted to the permanent magnet to rotate the rotor so that the polarity formed on the electromagnet surface is opposite to the polarity of the permanent magnet surface A spherical acceleration / deceleration drive mechanism characterized by being a spherical stepping motor.
According to an eleventh means, in any one of the first to sixth means, the spherical motor includes a polygon forming a polyhedron inscribed in the rotor and a polygon forming a polyhedron inscribed in the stator. It is composed of a rotor in which the number of angles is a prime relationship, and a permanent magnet is arranged at the apex of the inscribed polyhedron and the center of each surface, and a stator with an electromagnet arranged at the apex of the inscribed polyhedron and the center of each surface, The combination of the permanent magnet of the rotor and the electromagnet of the stator has a configuration in which an electromagnet is arranged on the rotor side and an electromagnet is arranged on the stator side, a magnetic material is arranged on the rotor side, and an electromagnet is arranged on the stator side, rotor A permanent magnet is arranged on the stator side and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the stator side, or a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the rotor side. A spherical deceleration drive mechanism, which is a spherically stepping motor arranged a hybrid configuration of the permanent magnet and the electromagnet on the stator side.
According to a twelfth means, in any one of the first means to the sixth means, the spherical motor includes a rotor in which a permanent magnet is arranged at the apex of a regular dodecahedron and the center of each surface, and 14 of Kelvin. A configuration in which an electromagnet is arranged at the apex of a plane body and an electromagnet arranged at the center of each surface, and the combination of the permanent magnet of the rotor and the electromagnet of the stator is arranged on the rotor side and the electromagnet is arranged on the stator side, A configuration in which a magnetic body is arranged on the rotor side and an electromagnet is arranged on the stator side, a permanent magnet is arranged on the rotor side and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the stator side, or a hybrid of permanent magnets and electromagnets on the rotor side A spherical stepping motor characterized in that it is a spherical stepping motor with a configuration and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets on the stator side Which is a drive mechanism.

本発明の球面加減速駆動機構によれば、特許文献1に記載に記載されたものに比べて、球体がどのような方向に駆動されていても他の球面モータが球体の運動を妨げることがなくなる。また、球体に取り付けた出力軸の可動範囲を広範囲にすることができる。
また、特許文献2に記載された球面ステッピングモータを用いることにより、強力な駆動力が得られるとともに、回転制御が容易となる。さらに、特許文献2に記載された球面ステッピングモータを用いることにより、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が可能となる。
According to the spherical acceleration / deceleration drive mechanism of the present invention, compared to the one described in Patent Document 1, no matter what direction the sphere is driven, other spherical motors may hinder the movement of the sphere. Disappear. In addition, the movable range of the output shaft attached to the sphere can be widened.
Further, by using the spherical stepping motor described in Patent Document 2, a strong driving force can be obtained and rotation control can be easily performed. Furthermore, by using the spherical stepping motor described in Patent Document 2, it is possible to obtain a large driving force by increasing the lines of magnetic force flowing into and out of the magnetic path between the permanent magnet of the rotor and the electromagnet of the stator. Become.

はじめに、本発明の第1の実施形態を図1を用いて説明する。
図1は、本実施形態の本発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図である。
同図において、1は軸受、2は軸受1に向かい合うようにして設けられた軸受、3は球面モータ4によって駆動される球体、4は球面モータ、41は球面モータ4のロータ、5は球体3に取り付けられる出力軸である。
同図に示すように、この球面加減速駆動機構は、球体3が軸受1および軸受2によって回転可能に支持され、さらに、球体3は、球面モータ4のロータ41に接触しており、ロータ41の回転に伴って回転し、出力軸5から回転出力が得られる。
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the present invention of the present embodiment.
In the figure, 1 is a bearing, 2 is a bearing provided so as to face the bearing 1, 3 is a sphere driven by a spherical motor 4, 4 is a spherical motor, 41 is a rotor of the spherical motor 4, and 5 is a sphere 3. It is an output shaft attached to.
As shown in the figure, in this spherical acceleration / deceleration drive mechanism, the sphere 3 is rotatably supported by the bearing 1 and the bearing 2, and the sphere 3 is in contact with the rotor 41 of the spherical motor 4. The rotation output is obtained from the output shaft 5.

次に、この球面加減速駆動機構の動作について説明する。
球面モータ4のロータ41をXm軸の周りに時計回りに回転させると、球体3は球体3のXb軸の周りに反時計回りに回転する。球面モータ4のロータ41をYm軸の周りに時計回りに回転させると、球体3は球体3のYb軸周りに反時計回りに回転する。
ここで、球面モータ4のロータ41のロータ直径をd、球体3の直径をDとすると、球体3の回転数はd/D倍、球体3の回転トルクはD/d倍に変換される。すなわち球体3の直径Dを球面モータ4のロータ41の直径より大きくすると低回転数で高トルク、小さくすると高回転数で低トルクの出力が得られる。
Next, the operation of this spherical acceleration / deceleration drive mechanism will be described.
When the rotor 41 of the spherical motor 4 is rotated clockwise around the Xm axis, the sphere 3 rotates counterclockwise around the Xb axis of the sphere 3. When the rotor 41 of the spherical motor 4 is rotated clockwise around the Ym axis, the sphere 3 rotates counterclockwise around the Yb axis of the sphere 3.
Here, if the rotor diameter of the rotor 41 of the spherical motor 4 is d and the diameter of the sphere 3 is D, the rotational speed of the sphere 3 is converted to d / D times, and the rotational torque of the sphere 3 is converted to D / d times. That is, when the diameter D of the sphere 3 is made larger than the diameter of the rotor 41 of the spherical motor 4, an output with a low torque and a high torque can be obtained at a low speed.

本実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構によれば、ロボットの関節駆動など高トルクを必要とする用途では球体3の直径Dを大きくし、また、球体3の出力軸5にDVDなどを載せて高速回転させる用途では球体3の直径Dを小さくして対応できる。   According to the spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the invention of the present embodiment, the diameter D of the sphere 3 is increased in applications requiring high torque, such as robot joint drive, and a DVD or the like is provided on the output shaft 5 of the sphere 3. For applications in which the sphere 3 is rotated at high speed, the diameter D of the sphere 3 can be reduced.

次に、本発明の第2の実施形態を図2を用いて説明する。
図2は、本実施形態の本発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図である。
同図において、6は球面軸受、7は球面モータ、71は球面モータ7のロータ、8は球面モータ、81は球面モータ8のロータ、9は球面モータ7のロータ71および球面モータ8のロータ81によって駆動される球体、10は球体9に取り付けられる出力軸である。
同図に示すように、この球面加減速駆動機構は、球体9が、球面軸受6、ロータ71およびロータ81によって回転可能に支持され、さらに、球体9は、各ロータ71、81に接触しているので、ロータ71、81の回転に伴って回転し、出力軸10から回転出力が得られる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the present invention of the present embodiment.
In the figure, 6 is a spherical bearing, 7 is a spherical motor, 71 is a rotor of the spherical motor 7, 8 is a spherical motor, 81 is a rotor of the spherical motor 8, 9 is a rotor 71 of the spherical motor 7, and a rotor 81 of the spherical motor 8 The sphere 10 driven by 10 is an output shaft attached to the sphere 9.
As shown in the figure, the spherical acceleration / deceleration driving mechanism is configured such that the spherical body 9 is rotatably supported by the spherical bearing 6, the rotor 71 and the rotor 81, and the spherical body 9 is in contact with the rotors 71 and 81. Therefore, it rotates with the rotation of the rotors 71 and 81, and a rotational output is obtained from the output shaft 10.

次に、この球面加減速駆動機構の動作について説明する。
球面モータ7のロータ71をXm1軸の周りに時計回りに回転させると、球体9はXb1軸の周りに反時計回りに回転する。球面モータ7をYm1軸の周りに時計回りに回転すると、球体9はYb1軸の周りに反時計回りに回転する。また、球面モータ8をXm2軸の周りに時計回りに回転すると球体9はXb2軸の周りに反時計回りに回転する。球面モータ8をYm2軸の周りに時計回りに回転すると球体9はYb2軸の周りに反時計回りに回転する。また、球面モータ7および球面モータ8をそれぞれのXm1軸の周りおよびXm2軸の周りに同時に時計回りに回転すると球体9はXb1軸の周りとXb2軸の周りの反時計回りの回転を合成した方向に回転する。
ここで、球面モータ7、8の各ロータ71、81の直径をd、球体9の直径をDとすると、球体9の回転数はロータ71、81の回転数のd/D倍、球体9の回転トルクはロータ71,81の回転トルクのD/d倍に変換される。すなわち球体9の直径Dを球面モータ7、8のロータ71、81より大きくすると低回転数で高トルク、小さくすると高回転数で低トルクが得られる。
Next, the operation of this spherical acceleration / deceleration drive mechanism will be described.
When the rotor 71 of the spherical motor 7 is rotated clockwise around the Xm1 axis, the sphere 9 rotates counterclockwise around the Xb1 axis. When the spherical motor 7 is rotated clockwise around the Ym1 axis, the sphere 9 rotates counterclockwise around the Yb1 axis. Further, when the spherical motor 8 is rotated clockwise around the Xm2 axis, the sphere 9 rotates counterclockwise around the Xb2 axis. When the spherical motor 8 is rotated clockwise around the Ym2 axis, the sphere 9 rotates counterclockwise around the Yb2 axis. Further, when the spherical motor 7 and the spherical motor 8 are simultaneously rotated clockwise around the Xm1 axis and the Xm2 axis, the sphere 9 is a combined direction of the counterclockwise rotation around the Xb1 axis and the Xb2 axis. Rotate to.
Here, if the diameters of the rotors 71 and 81 of the spherical motors 7 and 8 are d and the diameter of the sphere 9 is D, the rotational speed of the sphere 9 is d / D times the rotational speed of the rotors 71 and 81, and The rotational torque is converted to D / d times the rotational torque of the rotors 71 and 81. That is, when the diameter D of the sphere 9 is made larger than the rotors 71 and 81 of the spherical motors 7 and 8, high torque is obtained at a low rotational speed, and low torque is obtained at a high rotational speed when the diameter is reduced.

次に、本発明の第3の実施形態を図3および図4を用いて説明する。
図3は、本実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図、図4は図3に示した球面加減速駆動機構から球体を除いた球面モータ13〜21の配置を示す図である。
これらの図において、11は球面モータ13〜21によって駆動される球体、12は球体11に取り付けられる出力軸、13〜21は球面モータである。なお、図示されていないが、球面モータ13〜21も図1および図2に示した球面モータと同様に、球体11と接触する箇所にそれぞれのロータが設けられている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the invention of this embodiment, and FIG. 4 shows the arrangement of the spherical motors 13 to 21 excluding the spherical bodies from the spherical acceleration / deceleration drive mechanism shown in FIG. FIG.
In these drawings, 11 is a sphere driven by spherical motors 13 to 21, 12 is an output shaft attached to the sphere 11, and 13 to 21 are spherical motors. Although not shown in the drawings, the spherical motors 13 to 21 are also provided with respective rotors in contact with the sphere 11 as in the spherical motors shown in FIGS. 1 and 2.

次に、この球面加減速駆動機構の動作について説明する。
これらの図において、球面モータ13〜21を駆動することにより、球体11をX軸の周り、Y軸の周り、Z軸の周り、およびそれらを合成した方向に回転させることができる。
ここで、球面モータ13〜21のロータの直径をd、球体11の直径をDとすると、球体11の回転数は球面モータ13〜21のロータの回転数のd/D倍、球体11の回転トルクはそれぞれの球面モータ13〜21のロータの回転トルクのD/d倍の和に変換される。すなわち球体11の直径Dを球面モータ13〜21のロータより大きくする、または球面モータ13〜21の数を増やすと低回転数で高トルク、小さくすると高回転数で低トルクが得られる。
本実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構によれば、図3から明らかなごとく、出力軸12の可動範囲を非常に広くとることができる。
Next, the operation of this spherical acceleration / deceleration drive mechanism will be described.
In these drawings, by driving the spherical motors 13 to 21, the sphere 11 can be rotated around the X axis, around the Y axis, around the Z axis, and the direction in which they are combined.
Here, if the diameter of the rotor of the spherical motors 13 to 21 is d and the diameter of the sphere 11 is D, the rotation speed of the sphere 11 is d / D times the rotation speed of the rotor of the spherical motors 13 to 21 and the rotation of the sphere 11. The torque is converted into a sum of D / d times the rotational torque of the rotor of each spherical motor 13-21. That is, when the diameter D of the spherical body 11 is made larger than the rotors of the spherical motors 13 to 21, or when the number of the spherical motors 13 to 21 is increased, high torque is obtained at a low rotational speed, and low torque is obtained at a low rotational speed.
According to the spherical acceleration / deceleration driving mechanism according to the invention of the present embodiment, as apparent from FIG. 3, the movable range of the output shaft 12 can be made very wide.

次に、本発明の第4の実施形態を図5を用いて説明する。
図5は、本実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す正面図である。
同図において、22は球面モータ24〜33によって駆動される球体、23は球面モータ24〜33を支持する球面モータ支持体、24〜33は球面モータである。なお、図示されていないが、球面モータ27〜28は球面モータ24〜26の向こう側に配置されており、同じく球面モータ32〜33も球面モータ29〜31の向こう側に配置されている。さらに、球面モータ24〜33も図1および図2に示した球面モータと同様に、球体22と接触する箇所にそれぞれのロータが設けられている。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a front view showing the configuration of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the invention of this embodiment.
In the figure, 22 is a sphere driven by spherical motors 24 to 33, 23 is a spherical motor support for supporting spherical motors 24 to 33, and 24 to 33 are spherical motors. Although not shown, the spherical motors 27 to 28 are arranged on the other side of the spherical motors 24 to 26, and the spherical motors 32 to 33 are also arranged on the other side of the spherical motors 29 to 31. Further, similarly to the spherical motors shown in FIGS. 1 and 2, the spherical motors 24 to 33 are also provided with respective rotors at locations where they contact the spherical body 22.

次に、この球面加減速駆動機構の動作について説明する。
球面モータ支持体23によって支持された球面モータ24〜28および球面モータ29〜33によって、球体22を挟み込み、それぞれの球面モータ24〜33のロータを駆動することにより球体22を任意の方向に回転させることができる。
ここで、球面モータ24〜33のロータの直径をd、球体22の直径をDとすると、球体22の回転数は球面モータ24〜33のロータの回転数のd/D倍、球体22の回転トルクはそれぞれの球面モータ24〜33のロータの回転トルクのD/d倍の和に変換される。すなわち球体22の直径Dを球面モータ24〜33のロータの直径dより大きくする、または球面モータ24〜33の数を増やすと低回転数で高トルク、小さくすると高回転数で低トルクが得られる。
本実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構によれば、球体22をステアリングを切ることが可能な車輪としての用途に適している。
Next, the operation of this spherical acceleration / deceleration drive mechanism will be described.
The spherical motor 22 is sandwiched between the spherical motors 24 to 28 and the spherical motors 29 to 33 supported by the spherical motor support 23 and the rotor of each spherical motor 24 to 33 is driven to rotate the spherical body 22 in an arbitrary direction. be able to.
Here, if the diameter of the rotor of the spherical motors 24 to 33 is d and the diameter of the spherical body 22 is D, the rotational speed of the spherical body 22 is d / D times the rotational speed of the rotor of the spherical motors 24 to 33 and the rotational speed of the spherical body 22. The torque is converted into a sum of D / d times the rotational torque of the rotor of each spherical motor 24-33. That is, if the diameter D of the spherical body 22 is made larger than the diameter d of the rotor of the spherical motors 24 to 33 or the number of the spherical motors 24 to 33 is increased, high torque is obtained at a low rotational speed, and low torque is obtained at a low rotational speed. .
According to the spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to the invention of the present embodiment, the spherical body 22 is suitable for use as a wheel capable of turning the steering wheel.

次に、上記の第1から第4の各実施形態の発明に係る面加減速駆動機構における球面モータとして用いられる球面ステッピングモータについて説明する。
こ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。
Next, a spherical stepping motor used as a spherical motor in the surface acceleration / deceleration driving mechanism according to the inventions of the first to fourth embodiments will be described.
In this spherical stepping motor, basically, the polygons constituting the polyhedron inscribed in the rotor and the polygons constituting the polyhedron inscribed in the stator are relatively prime (the value obtained by dividing each other is not an integer). ) At the top of the polyhedron inscribed in the rotor and the rotor at the center of each surface, and the stator at the apex of the polyhedron inscribed and at the center of each surface.

こ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)。
The spherical stepping motor has the following configuration as an example of combination of a polyhedron inscribed in the rotor and a polyhedron inscribed in the stator. In addition, the inside of () represents the polygonal shape which comprises the surface of a polyhedron.
The polyhedron inscribed in the rotor is a regular dodecahedron (pentagon), the polyhedron inscribed in the stator is a regular tetrahedron (Kelvin 14-hedron) (square, hexagon), and the polyhedron inscribed in the rotor is a regular tetrahedron (triangular). Is a regular hexahedron (square), a polyhedron inscribed in the rotor is a regular octahedron (triangle), a polyhedron inscribed in the stator is a regular hexahedron (square), and a polyhedron inscribed in the rotor is a regular icosahedron (3). The polyhedron inscribed in the stator is a regular dodecahedron (pentagon), the polyhedron inscribed in the rotor is a cubic octahedron (triangle, tetragon), and the polyhedron inscribed in the stator is a regular dodecahedron (pentagon). The inscribed polyhedron is a rhombus dodecahedron (rhombus), the polyhedron inscribed in the stator is a regular dodecahedron (pentagon), the polyhedron inscribed in the rotor is a rhombus 30 hedron (rhombus), and the polyhedron inscribed in the stator is a cut corner. A icosahedron (soccer ball) (pentagon, hexagon), a polyhedron inscribed in the rotor is a truncated hexahedron (triangle, octagon), and a polyhedron inscribed in the stator is a regular dodecahedron (pentagon).

図6は、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101で支えられた球面形状のロータ102および上部に開口部を有するステータ103で構成される。
図7は、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102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104および各面の中心部105に対応する位置に表面がロータ102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8(a)は、球面ステッピングモータのステータ103の構成を示す図である。
同図に示すように、ステータ103は、図8(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106および各面の中心107に対応する位置に電磁石が配置されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the rotor and the stator of the spherical stepping motor.
As shown in the figure, this spherical stepping motor is composed of a spherical rotor 102 supported by a spherical bearing 101 and a stator 103 having an opening at the top.
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the rotor of the spherical stepping motor.
As shown in the figure, the rotor 102 has a surface at a position corresponding to a vertex 104 of an inscribed regular dodecahedron (a polyhedron having a regular pentagonal shape) and a central portion 105 of each surface. A permanent magnet is embedded so as to have the same shape.
FIG. 8A is a diagram showing the configuration of the stator 103 of the spherical stepping motor.
As shown in the figure, the stator 103 is composed of a Kelvin 14-hedron (polyhedron whose surface shape is a regular hexagon and a square) shown in FIG. An electromagnet is disposed at a position corresponding to 106 and the center 107 of each surface.

次に、こ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9は、球面ステッピングモータの、ロータ102の底面の正5角形の中心にある永久磁石109がステータ103の底面の正6角形の中心にある電磁石108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103の電磁石108に電流を流してロータ102の永久磁石109を吸引している状態でステータ103の電磁石110に電流を流す。すると一番近いロータ102の永久磁石111が吸引されてロータ102は永久磁石109を中心に永久磁石111がステータ103の電磁石110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103の電磁石110の電流を切り、ステータ103の電磁石112に電流を流す。すると一番近いロータ102の永久磁石113が吸引されてロータ102は永久磁石109を中心に永久磁石113がステータ103の電磁石112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103の電磁石114,116,118,120の順に電流を切り替えると、ロータ102の永久磁石115,117,119,111が順番に吸引されてロータ102は永久磁石109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102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。
Next, the rotation operation around the vertical axis of the spherical stepping motor will be described.
FIG. 9 shows a state in which the permanent magnet 109 in the center of the regular pentagon on the bottom surface of the rotor 102 of the spherical stepping motor overlaps with the electromagnet 108 in the center of the regular hexagon on the bottom surface of the stator 103. FIG.
In the figure, first, a current is supplied to the electromagnet 110 of the stator 103 while an electric current is supplied to the electromagnet 108 of the stator 103 to attract the permanent magnet 109 of the rotor 102. Then, the permanent magnet 111 of the nearest rotor 102 is attracted, and the rotor 102 rotates clockwise around the permanent magnet 109 until the permanent magnet 111 is closest to the electromagnet 110 of the stator 103. In this state, the current of the electromagnet 110 of the stator 103 is turned off, and the current is passed through the electromagnet 112 of the stator 103. Then, the permanent magnet 113 of the nearest rotor 102 is attracted, and the rotor 102 rotates around the permanent magnet 109 to a position where the permanent magnet 113 is closest to the electromagnet 112 of the stator 103. Similarly, when the current is switched in the order of the electromagnets 114, 116, 118, 120 of the stator 103 located at the apex of the regular hexagon on the bottom surface, the permanent magnets 115, 117, 119, 111 of the rotor 102 are attracted in order. The rotor 102 continues to rotate in the same direction with the permanent magnet 109 as the center of rotation. By repeating this procedure, the rotor 102 can be rotated indefinitely clockwise around the vertical axis.

次に、この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10はステータ103に対してロータ102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11はロータ102の斜め方向にある回転軸側から見たロータ102とステータ103の状態を示す図である。
以下において、ロータ102とステータ103が図10に示す位置関係にあるとき、斜め軸の周りにロータ102を回転させる場合について説明する。
図11において、ステータ3の正方形の中心にある電磁石104Aに電流を流し、ロータ102の対面する正5角形の中心にある永久磁石105Aを吸引する。この状態でステータ103の正方形の頂点にある電磁石106A,107A,108A、109A,106Aに順番に通電し、近くにあるロータ102の正5角形の頂点にある永久磁石110A,111A,112A、113A、114Aを順番に吸引する。これによりロータ102を電磁石104Aの周りに時計回りに回転させることができる。
Next, the rotation operation around the oblique axis of the spherical stepping motor will be described.
10 shows a spherical stepping motor in which the rotation axis of the rotor 102 is oblique with respect to the stator 103, and FIG. 11 shows the state of the rotor 102 and the stator 103 as seen from the rotation axis side in the oblique direction of the rotor 102. FIG.
Hereinafter, a case where the rotor 102 is rotated around the oblique axis when the rotor 102 and the stator 103 are in the positional relationship shown in FIG. 10 will be described.
In FIG. 11, a current is passed through the electromagnet 104 </ b> A at the center of the square of the stator 3 to attract the permanent magnet 105 </ b> A at the center of the regular pentagon facing the rotor 102. In this state, the electromagnets 106A, 107A, 108A, 109A, 106A at the apexes of the square of the stator 103 are energized in order, and the permanent magnets 110A, 111A, 112A, 113A, at the apexes of the regular pentagon of the rotor 102 nearby. Aspirate 114A in order. As a result, the rotor 102 can be rotated clockwise around the electromagnet 104A.

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102の永久磁石とステータ103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12(a)は、ロータ102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12(b)はステータ103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13は、ロータ102の2段目にある永久磁石とステータ103の2段目にある電磁石との関係を示す図である。
図13に示すように、ロータ102の2段目の永久磁石は5個(104B,105B,106B,107B、108B)であり、ステータ103の2段目の電磁石は頂点の6個(109B,110B,111B,112B,113B、114B)と正6角形の面の中央の電磁石3個(115B,116B、117B)を含めて9個である。さらにロータ102の3段目の永久磁石およびステータ103の3段目の電磁石も図13と同様に、ロータ102の永久磁石は5個、ステータ103の永久磁石は9個である。
従って、ロータ102の各段の永久磁石に対応するステータ103の各段の電磁石に電流を流すことによって、ロータ102から強力な駆動力が得られる。
Next, in the spherical stepping motor of the present invention, a case where the driving force is increased by using the attractive force between the permanent magnet of the rotor 102 and the electromagnet of the stator 103 in the upper stage will be described.
12A shows the positional relationship of the permanent magnets in the first to third stages of the rotor 102, and FIG. 12B shows the positional relationship of the electromagnets in the first to third stages of the stator 103. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the permanent magnet at the second stage of the rotor 102 and the electromagnet at the second stage of the stator 103.
As shown in FIG. 13, the second stage permanent magnets of the rotor 102 are five (104B, 105B, 106B, 107B, 108B), and the second stage electromagnets of the stator 103 are the top six (109B, 110B). , 111B, 112B, 113B, 114B) and three electromagnets (115B, 116B, 117B) at the center of the regular hexagonal surface. Further, the third-stage permanent magnet of the rotor 102 and the third-stage electromagnet of the stator 103 have five permanent magnets for the rotor 102 and nine permanent magnets for the stator 103, as in FIG.
Therefore, a strong driving force can be obtained from the rotor 102 by causing a current to flow through the electromagnet of each stage of the stator 103 corresponding to the permanent magnet of each stage of the rotor 102.

さらに、ロータ102の回転軸がステータ103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102の駆動力を増加させる場合について説明する。
図14(a)は、ロータ102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14(b)は1段目と2段目のステータ103にある電磁石の位置関係を示す図、図15は、ロータ102の2段目にある永久磁石とステータ103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15に示すように、ロータ102の回転軸がステータ103の正方形の中心にある場合には、ロータ102の2段目の永久磁石5個(104B,105B,106B,107B,108B)とステータ103の2段目と1段目の電磁石8個(109B,110B,111B,112B,113B,114B,115B,16B)の組み合わせになる。
従って、ロータ102の2段目にある永久磁石は、ステータ103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。
Furthermore, the case where the driving force of the rotor 102 is increased by using the upper suction force when the rotating shaft of the rotor 102 is at the center of the square of the stator 103 will be described.
FIG. 14A is a diagram showing the positional relationship of the permanent magnets at the first and second stages of the rotor 102, and FIG. 14B is the positional relationship of the electromagnets at the first and second stage stators 103. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the permanent magnets at the second stage of the rotor 102 and the electromagnets at the second and first stages of the stator 103.
As shown in FIG. 15, when the rotation axis of the rotor 102 is at the center of the square of the stator 103, the five permanent magnets (104B, 105B, 106B, 107B, 108B) of the second stage of the rotor 102 and the stator 103 The second stage and first stage electromagnets (109B, 110B, 111B, 112B, 113B, 114B, 115B, 16B) are combined.
Therefore, the permanent magnet at the second stage of the rotor 102 can increase the driving force by using the attractive force of the electromagnets at the second and first stages of the stator 103.

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9においては、ロータ102の永久磁石に一番近いステータ103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110,112,114,116,118,120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110,112,120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116,118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114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。
Furthermore, the case where the driving force of the rotor is increased by simultaneously using another electromagnet will be described.
In FIG. 9, the case where current is supplied only to the electromagnet of the stator 103 closest to the permanent magnet of the rotor 102 has been described, but in FIG. 9, current is simultaneously supplied to the electromagnets 110, 112, 114, 116, 118, 120. Thus, the driving force can be increased by flowing the current in consideration of the direction of the current so that a clockwise rotational force acts on the permanent magnet near each electromagnet. That is, the electromagnets 110, 112, and 120 in which the nearest permanent magnet is in the counterclockwise position pass a current that generates an attractive force, and the nearest permanent magnet is in the electromagnets 116 and 118 in the clockwise position. An electric current that generates a repulsive force is supplied, and no electric current is supplied to the electromagnet 114 having two permanent magnets that are equidistant. In this way, the driving force can be increased by passing current through most of the electromagnets simultaneously. Similarly, in the rotation around the oblique axis, it is possible to increase the driving force by simultaneously using the attractive / repulsive force of most electromagnets.

なお、この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。   In this spherical stepping motor, the case where the permanent magnet is disposed on the rotor side and the electromagnet is disposed on the stator side has been described, but the following combinations are also possible. That is, an electromagnet is arranged on the rotor side and an electromagnet is arranged on the stator side. A magnetic body is arranged on the rotor side and an electromagnet is arranged on the stator side. A permanent magnet is disposed on the rotor side, and a hybrid configuration of a permanent magnet and an electromagnet is disposed on the stator side. A hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the rotor side, and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the stator side.

また、この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。   In this spherical stepping motor, the case where the stator is fixed and the rotor rotates has been described. However, the rotor side is fixed and the stator side (outside) is movable, or both the rotor and the stator are movable, and the universal joint. It can also be used for parts (active sliding bearings).

次に、こ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。   Next, in this spherical stepping motor, in order to obtain a large driving force, it is necessary to cause a large line of magnetic force to flow into and out of a magnetic path formed between the permanent magnet of the rotor and the electromagnet of the stator. Below, the structure for making a big magnetic field line flow in and out of the magnetic path formed between the permanent magnet of a rotor and the electromagnet of a stator is demonstrated.

ロータ102は、図7に示すように、内接する正12面体の頂点14および各面の中心部105に対応する位置の表面にロータ102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102の球殻構造は、図16に示すように、外側の球殻106Cをプラスチック等の透磁率の低い材質とし、内側の球殻107Cを鉄等の透磁率の高い材質で構成する。さらに、ロータ102に内接する正12面体の頂点104に対応する永久磁石104C表面の極性と、各面の中心部105に対応する永久磁石105C表面の極性とを反対にする(例えば、頂点104の永久磁石104CがN極の場合は中心部105の永久磁石105CはS極)。これにより、図16の矢印に示すような磁路が形成される。   As shown in FIG. 7, the rotor 102 is embedded with permanent magnets so as to have the same shape as the rotor 102 on the surface corresponding to the apex 14 of the inscribed regular dodecahedron and the central portion 105 of each surface. In the spherical shell structure of the rotor 102, as shown in FIG. 16, the outer spherical shell 106C is made of a material with low magnetic permeability such as plastic, and the inner spherical shell 107C is made of a material with high magnetic permeability such as iron. . Further, the polarity of the surface of the permanent magnet 104C corresponding to the vertex 104 of the regular dodecahedron inscribed in the rotor 102 is opposite to the polarity of the surface of the permanent magnet 105C corresponding to the center portion 105 of each surface (for example, When the permanent magnet 104C has an N pole, the permanent magnet 105C at the center 105 is an S pole). Thereby, a magnetic path as shown by the arrow in FIG. 16 is formed.

ステータ103は、図8に示すように、内接するケルビンの14面体の頂点106および各面の中心107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103の電磁石の極性について説明する。
いま、図9に示すように、ロータ102の底面の正5角形の中心の永久磁石109がステータ103の底面の正6角形の中心の電磁石108と重なっている状態を真上から見た場合、ステータ103の電磁石108に電流を流して永久磁石109を吸引している状態で電磁石110に電流を流す。すると一番近い永久磁石111が吸引されてロータ102は永久磁石109を中心に永久磁石111が電磁石110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110の電流を切り電磁石112に電流を流す。すると一番近い永久磁石113が吸引されてロータ102は永久磁石109を中心に永久磁石113が電磁石112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114,116,118,120の順に電流を切り替えると永久磁石115,117,119,111が順番に吸引されてロータ102は永久磁石109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102を垂直軸周りに無限回転させることができる。
As shown in FIG. 8, the stator 103 has electromagnets arranged at positions corresponding to the apex 106 of the Kelvin inscribed Kelvin and the center 107 of each surface. Hereinafter, the polarity of the electromagnet of the stator 103 will be described.
Now, as shown in FIG. 9, when the state in which the regular pentagonal center permanent magnet 109 on the bottom surface of the rotor 102 overlaps the electromagnet 108 on the regular hexagonal center on the bottom surface of the stator 103 is viewed from directly above, A current is passed through the electromagnet 110 while a current is passed through the electromagnet 108 of the stator 103 to attract the permanent magnet 109. Then, the nearest permanent magnet 111 is attracted, and the rotor 102 rotates clockwise around the permanent magnet 109 until the permanent magnet 111 is closest to the electromagnet 110. In this state, the current of the electromagnet 110 is turned off and the current is passed through the electromagnet 112. Then, the nearest permanent magnet 113 is attracted, and the rotor 102 rotates around the permanent magnet 109 until the permanent magnet 113 is closest to the electromagnet 112. Similarly, when the current is switched in the order of the electromagnets 114, 116, 118, and 120 located at the apex of the regular hexagon on the bottom surface, the permanent magnets 115, 117, 119, and 111 are sequentially attracted, and the rotor 102 causes the permanent magnet 109 to be attracted. Continue to rotate in the same direction as the center of rotation. By repeating this procedure, the rotor 102 can be rotated infinitely around the vertical axis.

この時、図9において、永久磁石109に対向する電磁石108には、永久磁石109を吸引する方向に電流を流し、周辺の電磁石110,112,114,116,118,120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109と永久磁石111,113,115,117,119は磁石の磁化方向が反転しているから、電磁石108と電磁石110,112,114,116,118,120は磁化方向が反転する。これにより、ロータ102の永久磁石とステータ103の電磁石間に、図17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。   At this time, in FIG. 9, a current flows in the direction of attracting the permanent magnet 109 to the electromagnet 108 facing the permanent magnet 109, and the surrounding electromagnets 110, 112, 114, 116, 118, 120 are respectively opposed to the permanent magnet 109. Current is passed in the direction of suction. Since the permanent magnet 109 and the permanent magnets 111, 113, 115, 117, and 119 have their magnetizing directions reversed, the electromagnet 108 and the electromagnets 110, 112, 114, 116, 118, and 120 have their magnetization directions reversed. As a result, a magnetic path as shown by the white arrow in FIG. 17 is formed between the permanent magnet of the rotor 102 and the electromagnet of the stator 103, and a large magnetic field line can flow in and out, so that a large driving force can be obtained.

第1の実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism which concerns on invention of 1st Embodiment. 第2の実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism which concerns on invention of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism which concerns on invention of 3rd Embodiment. 図3に示す球面加減速駆動機構から球体を除いた球面モータ13〜21の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the spherical motors 13-21 except a spherical body from the spherical acceleration / deceleration drive mechanism shown in FIG. 第4の実施形態の発明に係る球面加減速駆動機構の構成を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the spherical acceleration / deceleration drive mechanism which concerns on invention of 4th Embodiment. 球面ステッピングモータのロータ102とステータ103との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the rotor 102 of a spherical stepping motor, and the stator 103. FIG. 球面ステッピングモータのロータ102の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the rotor 102 of a spherical stepping motor. 球面ステッピングモータのステータ103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。It is a figure which shows the structure of the stator 103 of a spherical stepping motor, and a figure which shows the 14-hedron of Kelvin (a polyhedron which the shape of a surface comprises a regular hexagon and a square). 球面ステッピングモータのロータ102の底面の正5形の中心にある永久磁石8がステータ103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。It is the figure which looked at the state which the permanent magnet 8 in the center of the regular 5 shape of the bottom face of the rotor 102 of a spherical stepping motor has overlapped with the electromagnet 9 in the center of the regular hexagon of the bottom face of the stator 103 from right above. ステータ103に対してロータ102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。FIG. 3 is a view showing a spherical stepping motor in which a rotation axis of a rotor is inclined with respect to a stator. ロータ102の斜め方向にある回転軸側から見たロータ102とステータ103の状態を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a state of a rotor 102 and a stator 103 as viewed from a rotating shaft side in an oblique direction of the rotor 102. ロータ102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103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。FIG. 4 is a diagram showing the positional relationship of permanent magnets in the first to third stages of the rotor 102, and a diagram showing the positional relationship of electromagnets in the first to third stages of the stator 103. ロータ102の2段目にある永久磁石とステータ103の2段目にある電磁石との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a permanent magnet at the second stage of the rotor 102 and an electromagnet at the second stage of the stator 103. ロータ102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103にある電磁石の位置関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a positional relationship between permanent magnets at the first and second stages of the rotor 102, and a diagram showing a positional relationship between electromagnets at the first and second stage stators 103; ロータ102の2段目にある永久磁石とステータ103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。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a permanent magnet at the second stage of the rotor 102 and electromagnets at the second and first stages of the stator 103. ロータ102の球殻構造を示す一部断面図である。3 is a partial cross-sectional view showing a spherical shell structure of a rotor 102. FIG. ロータ102とステータ103の球殻構造を示す一部断面図である。3 is a partial cross-sectional view showing a spherical shell structure of a rotor 102 and a stator 103. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 軸受
2 軸受
3 球体
4 球面モータ
41 ロータ
5 出力軸
6 球面軸受
7 球面モータ
71 ロータ
8 球面モータ
81 ロータ
9 球体
10 出力軸
11 球体
12 出力軸
13〜21 球面モータ
22 球体
23 球面モータ支持体
24〜33 球面モータ
101 球面軸受
102 ロータ
103 ステータ
104,106 頂点
105,107 中心部
108,110,112,114,116,118,120 電磁石
109,111,113,115,117,119 永久磁石
104A,106A,107A,108A,109A 電磁石
105A,110A,111A,112A,113A,114A 永久磁石
104B,105B,106B,107B、108B 永久磁石
109B,110B,111B,112B,113B,114B,115B,116B,117B 電磁石
118B,119B,120B,121B、122B 永久磁石
123B,124B,125B,126B,127B,128B,129B,130B 電磁石
104C,105C 永久磁石
106C ロータの外側の球殻
107C ロータの内側の球殻
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Bearing 2 Bearing 3 Sphere 4 Spherical motor 41 Rotor 5 Output shaft 6 Spherical bearing 7 Spherical motor 71 Rotor 8 Spherical motor 81 Rotor 9 Sphere 10 Output shaft 11 Spherical body 12 Output shafts 13 to 21 Spherical motor 22 Spherical motor 23 Spherical motor support 24 ˜33 Spherical motor 101 Spherical bearing 102 Rotor 103 Stator 104, 106 Apex 105, 107 Center part 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 Electromagnet 109, 111, 113, 115, 117, 119 Permanent magnet 104A, 106A , 107A, 108A, 109A Electromagnets 105A, 110A, 111A, 112A, 113A, 114A Permanent magnets 104B, 105B, 106B, 107B, 108B Permanent magnets 109B, 110B, 111B, 112B, 113B, 114B, 115B, 11 B, 117B electromagnet 118B, 119B, 120B, 121B, 122B permanent magnets 123B, 124B, 125B, 126B, 127B, 128B, 129B, 130B electromagnet 104C, the inside of a spherical shell of the outer spherical shell 107C rotor 105C permanent magnet 106C rotor

Claims (12)

球面モータと、該球面モータのロータに接するように配置された球体とからなり、前記球面モータを駆動することにより前記球体を回転させることを特徴とする球面加減速駆動機構。   A spherical acceleration / deceleration drive mechanism comprising a spherical motor and a sphere disposed so as to contact a rotor of the spherical motor, wherein the sphere is rotated by driving the spherical motor. 前記球体は、複数の軸受によって支持されていることを特徴とする請求項1に記載の球面加減速駆動機構。   The spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to claim 1, wherein the spherical body is supported by a plurality of bearings. 複数の球面モータと、該複数の球面モータのロータに接するように配置された球体とからなり、前記複数の球面モータを駆動することにより前記球体を回転させることを特徴とする球面加減速駆動機構。   A spherical acceleration / deceleration drive mechanism comprising a plurality of spherical motors and a sphere disposed so as to contact the rotor of the plurality of spherical motors, wherein the spheres are rotated by driving the plurality of spherical motors. . 前記球体は、前記複数の球面モータと球面軸受けによって支持されていることを特徴とする請求項3に記載の球面加減速駆動機構。   The spherical acceleration / deceleration driving mechanism according to claim 3, wherein the spherical body is supported by the plurality of spherical motors and a spherical bearing. 前記複数の球面モータが、第1の複数の球面モータ群と該第1の複数の球面モータ群に対向して配置された第2の複数の球面モータ群とからなり、前記球体が前記第1の複数の球面モータ群と前記第2の複数の球面モータ群とによって支持されていることを特徴とする請求項3に記載の球面加減速駆動機構。   The plurality of spherical motors includes a first plurality of spherical motor groups and a second plurality of spherical motor groups disposed to face the first plurality of spherical motor groups, and the sphere is the first spherical motor group. The spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to claim 3, wherein the spherical acceleration / deceleration driving mechanism is supported by the plurality of spherical motor groups and the second plurality of spherical motor groups. 前記球体に出力軸が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   6. The spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to claim 1, wherein an output shaft is provided on the spherical body. 前記球面モータが、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球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   In the spherical motor, the polygons constituting the polyhedron inscribed in the rotor and the polygons constituting the polyhedron inscribed in the stator are in a prime relationship with each other, and the vertex of the inscribed polyhedron and the center of each surface are permanent. The spherical stepping motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the stepping motor is a spherical stepping motor including a rotor having magnets arranged thereon, a vertex having inscribed polyhedrons, and a stator having electromagnets arranged at the centers of the respective surfaces. The spherical acceleration / deceleration drive mechanism described in 1. 前記球面モータが、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り、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球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   In the spherical motor, the polygons constituting the polyhedron inscribed in the rotor and the polygons constituting the polyhedron inscribed in the stator are in a prime relationship with each other, and the vertex of the inscribed polyhedron and the center of each surface are permanent. It consists of a rotor on which magnets are arranged and a stator with electromagnets arranged at the apexes of the inscribed polyhedron and the center of each surface, and the polarity of the permanent magnet surface corresponding to the apex of the polyhedron inscribed on the rotor and the center of each surface The polarity of the surface of the permanent magnet is configured so that the polarity of the surface of the permanent magnet is opposite to the polarity of the surface of the permanent magnet and the rotor is rotated by attracting the permanent magnet by passing an electric current through the electromagnet of the stator. 7. A spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to claim 1, wherein the spherical acceleration / deceleration driving mechanism is a spherical stepping motor configured to be opposite to the polarity of the spherical stepping motor. 前記球面モータが、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球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   The spherical motor is a spherical stepping motor composed of a rotor having permanent magnets arranged at the apex of a regular dodecahedron and the center of each surface, and a stator having electromagnets arranged at the apex of the Kelvin's 14-hedron and the center of each surface. The spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to any one of claims 1 to 6, wherein: 前記球面モータが、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り、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球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   The spherical motor is composed of a rotor having permanent magnets arranged at the apex of a regular dodecahedron and the center of each surface, and a stator having electromagnets arranged at the apex of the 14-sided Kelvin and the center of each surface, and is inscribed in the rotor. The polarity of the surface of the permanent magnet corresponding to the apex of the polyhedron is opposite to the polarity of the surface of the permanent magnet corresponding to the center of each surface, and an electric current is passed through the electromagnet of the stator to attract the permanent magnet and the rotor 7. A spherical stepping motor configured so that a polarity formed on the surface of the electromagnet is opposite to a polarity of the surface of the permanent magnet when the magnet is rotated. A spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to claim. 前記球面モータが、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り、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した球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   In the spherical motor, the polygons constituting the polyhedron inscribed in the rotor and the polygons constituting the polyhedron inscribed in the stator are in a prime relationship with each other, and the vertex of the inscribed polyhedron and the center of each surface are permanent. A rotor having magnets and a stator having electromagnets arranged at the apexes of the inscribed polyhedron and the center of each surface, and the combination of the permanent magnets of the rotor and the electromagnets of the stator has an electromagnet arranged on the rotor side. A configuration in which an electromagnet is disposed on the stator side, a magnetic body is disposed on the rotor side and an electromagnet is disposed on the stator side, a permanent magnet is disposed on the rotor side, and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is disposed on the stator side, or Spherical stepping with a permanent magnet / electromagnet hybrid configuration on the rotor side and a permanent magnet / electromagnet hybrid configuration on the stator side Spherical deceleration drive mechanism according to any one of claims 1 to claim 6, characterized in that it is Gumota. 前記球面モータが、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り、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した球面ステッピングモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1つの請求項に記載の球面加減速駆動機構。   The spherical motor includes a rotor having permanent magnets arranged at the apex of a regular dodecahedron and the center of each surface, and a stator having electromagnets arranged at the apex of the 14-sided Kelvin and the center of each surface. The combination of the magnet and the electromagnet of the stator has a configuration in which an electromagnet is disposed on the rotor side and an electromagnet is disposed on the stator side, a magnetic body is disposed on the rotor side and an electromagnet is disposed on the stator side, and a permanent magnet is disposed on the rotor side. A spherical stepping motor in which a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the stator side, or a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the rotor side and a hybrid configuration of permanent magnets and electromagnets is arranged on the stator side. The spherical acceleration / deceleration drive mechanism according to any one of claims 1 to 6, wherein:
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