JP2587217B2 - ３次元モ−タの回転磁界発生装置 - Google Patents
３次元モ−タの回転磁界発生装置Info
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- JP2587217B2 JP2587217B2 JP61070418A JP7041886A JP2587217B2 JP 2587217 B2 JP2587217 B2 JP 2587217B2 JP 61070418 A JP61070418 A JP 61070418A JP 7041886 A JP7041886 A JP 7041886A JP 2587217 B2 JP2587217 B2 JP 2587217B2
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロボットアームの軽量化等のために用いる
３次元モータの回転磁界発生装置に関するものである。
３次元モータの回転磁界発生装置に関するものである。
［従来の技術］ 本発明者らは、先に、一台で３自由度の制御を行うこ
とのできる３次元モータ、即ち、互いに直交する３方向
の軸のまわ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を発生可能
としたステータ内に、任意の方向に回転可能に支持され
たロータを設けてなる３次元を提案している（特開昭60
−204252号）。
とのできる３次元モータ、即ち、互いに直交する３方向
の軸のまわ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を発生可能
としたステータ内に、任意の方向に回転可能に支持され
たロータを設けてなる３次元を提案している（特開昭60
−204252号）。
上記のような３次元モータを駆動するには、その駆動
方向に応じた回転磁界を発生させる必要があるが、その
ためにはステータの巻線に供給する電流として、単なる
正弦波振動電流ではなく、特殊な波形をした電流を流す
必要がある。而して、このような特殊な電流を供給する
装置は、構成が複雑で高価なものとなるが避けられな
い。
方向に応じた回転磁界を発生させる必要があるが、その
ためにはステータの巻線に供給する電流として、単なる
正弦波振動電流ではなく、特殊な波形をした電流を流す
必要がある。而して、このような特殊な電流を供給する
装置は、構成が複雑で高価なものとなるが避けられな
い。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、３次元モータにおける巻線を、正弦
波電流のような単純な波形の電流によって所要の向きの
回転磁界を発生させることが可能な構成とし、それによ
って電流を供給するための装置の簡単化及び低コスト化
を図ることにある。
波電流のような単純な波形の電流によって所要の向きの
回転磁界を発生させることが可能な構成とし、それによ
って電流を供給するための装置の簡単化及び低コスト化
を図ることにある。
［問題点を解決するため手段］ 上記目的を達成するため、本発明の回転磁界発生装置
は、一部を切除した球形状を有し、その切除部分からロ
ータ軸を突出可能にしたステータと、上記ステータ内に
おいてその中心を通る任意の軸のまわりに回転可能に支
持されたロータと、上記ロータを任意の方向に回転させ
るための回転磁界を発生させる磁極をステータに設けた
３次元モータにおいて、上記磁極を、同一平面内になく
且つ中心において互いに交差する３方向の軸のまわりに
それぞれ回転磁界を発生させるところの３組の磁界発生
用巻線をステータに配設することによって構成し、位置
指定に応じて各巻線に流す回転磁界発生用の正弦波電流
の振幅、位相及び周波数のデータを出力する制御部に、
そのデータに基づく正弦波電流を上記３組の巻線に供給
するドライバを接続したことを特徴とするものである。
は、一部を切除した球形状を有し、その切除部分からロ
ータ軸を突出可能にしたステータと、上記ステータ内に
おいてその中心を通る任意の軸のまわりに回転可能に支
持されたロータと、上記ロータを任意の方向に回転させ
るための回転磁界を発生させる磁極をステータに設けた
３次元モータにおいて、上記磁極を、同一平面内になく
且つ中心において互いに交差する３方向の軸のまわりに
それぞれ回転磁界を発生させるところの３組の磁界発生
用巻線をステータに配設することによって構成し、位置
指定に応じて各巻線に流す回転磁界発生用の正弦波電流
の振幅、位相及び周波数のデータを出力する制御部に、
そのデータに基づく正弦波電流を上記３組の巻線に供給
するドライバを接続したことを特徴とするものである。
［作 用］ 制御部にモータの位置指令を入力すると、制御部から
位置指令に応じて各巻線に流す回転磁界発生用の正弦波
電流の振幅、位相及び周波数データがドライバに伝達さ
れる。ドライバはそのデータに応じた正弦波電流を巻線
に供給し、各巻線に生じる正弦波磁界の合成により所期
の回転磁界が形成される。その回転磁界は、上記位置指
令に応じて、任意の軸のまわりに任意の周波数で回転す
る任意の大きさのものとして発生させることができ、そ
の回転磁界によってロータが任意の軸のまわりに回転駆
動される。
位置指令に応じて各巻線に流す回転磁界発生用の正弦波
電流の振幅、位相及び周波数データがドライバに伝達さ
れる。ドライバはそのデータに応じた正弦波電流を巻線
に供給し、各巻線に生じる正弦波磁界の合成により所期
の回転磁界が形成される。その回転磁界は、上記位置指
令に応じて、任意の軸のまわりに任意の周波数で回転す
る任意の大きさのものとして発生させることができ、そ
の回転磁界によってロータが任意の軸のまわりに回転駆
動される。
［実施例］ 第１図は、本発明の３次元モータにおけるモータ本体
の各構成部材を分離した状態において示し、第２図はそ
の組立状態を部分断面によって示すもので、一対のアー
ム1,1の間に、球におけるＸ軸上の対向両頂部を切落し
た形状のステータ２を軸３により固定し、その軸３にス
テータ２のまわりにおいてＺ軸のまわりに回転するリン
グ状の第１枠４を回転自在に取付け、その回転の方向・
量及びトルクを検出するポテンショメータ５及びトルク
センサ６を上記一対のアーム1,1に支持させている。
の各構成部材を分離した状態において示し、第２図はそ
の組立状態を部分断面によって示すもので、一対のアー
ム1,1の間に、球におけるＸ軸上の対向両頂部を切落し
た形状のステータ２を軸３により固定し、その軸３にス
テータ２のまわりにおいてＺ軸のまわりに回転するリン
グ状の第１枠４を回転自在に取付け、その回転の方向・
量及びトルクを検出するポテンショメータ５及びトルク
センサ６を上記一対のアーム1,1に支持させている。
上記第１枠４には、同じくリング状の第２枠７を、上
記Ｚ軸と直交するＹ軸のまわりに回転可能に取付け、そ
の回転の方向・量及びトルクを検出するトルクセンサ８
及びポテンショメータ９を第１枠４に支持させている。
記Ｚ軸と直交するＹ軸のまわりに回転可能に取付け、そ
の回転の方向・量及びトルクを検出するトルクセンサ８
及びポテンショメータ９を第１枠４に支持させている。
また、上記ステータ２の内部に設けたロータ11は、そ
のロータ11から突出させた一対の軸12,12を、第２枠７
に対して上記Ｙ軸と直交するＸ軸のまわりに回転可能に
取付け、その回転の方向・量及びトルクを検出するポテ
ンショメータ13及びトルクメータ14を第２枠７に支持さ
せている。
のロータ11から突出させた一対の軸12,12を、第２枠７
に対して上記Ｙ軸と直交するＸ軸のまわりに回転可能に
取付け、その回転の方向・量及びトルクを検出するポテ
ンショメータ13及びトルクメータ14を第２枠７に支持さ
せている。
これにより、ロータ11はステータ２に対して、空間に
おける任意の軸のまわりに回転可能に且つ回転の方向・
量及びトルクが検出可能な状態に支持される。
おける任意の軸のまわりに回転可能に且つ回転の方向・
量及びトルクが検出可能な状態に支持される。
上記ステータ２は、同一形状の６個の磁極16a〜16c、
16′ａ〜16′ｃを備えたもので、第３図はその一つの構
成を示し、コア18とそれに捲回した巻線19を備えてい
る。第４図は、各磁極の位置関係を示すため、ステータ
２を平面状に展開して示すものであり、この第４図及び
第１図から明らかなように、右側及び左側のそれぞれに
三つの磁極16a,16b,16c、16a′,16b′,16c′を120゜間
隔に配列することにより、Ｘ軸まわりに二つの磁極環を
構成し、且つ左右の磁極環相互間においては、60゜だけ
位相がずれるようにし、さらに各磁極の幅をＺ軸まわり
に対して45゜の角を張る大きさに設定し、これによりス
テータ２全体としての幅がＺ軸に対して90゜の角を張る
ようにしている。
16′ａ〜16′ｃを備えたもので、第３図はその一つの構
成を示し、コア18とそれに捲回した巻線19を備えてい
る。第４図は、各磁極の位置関係を示すため、ステータ
２を平面状に展開して示すものであり、この第４図及び
第１図から明らかなように、右側及び左側のそれぞれに
三つの磁極16a,16b,16c、16a′,16b′,16c′を120゜間
隔に配列することにより、Ｘ軸まわりに二つの磁極環を
構成し、且つ左右の磁極環相互間においては、60゜だけ
位相がずれるようにし、さらに各磁極の幅をＺ軸まわり
に対して45゜の角を張る大きさに設定し、これによりス
テータ２全体としての幅がＺ軸に対して90゜の角を張る
ようにしている。
而して、第５図に模式図に示すよに、上記右側の磁極
環における第１の磁極16aと左側の磁極環における磁極1
6a′とが球の中心を挟んで対向して、第１の磁界φ１を
構成し、これと同様に、右側及び左側の磁極環における
磁極16b,16b′及び磁極16c,16c′同士が対向して、それ
ぞれ第２及び第３の磁界φ2,φ３を構成し、これらの各
磁界の大きさは、 ｜φ1|＝A1sin（ω1t＋Ψ１） ｜φ2|＝A2sin（ω2t＋Ψ２） ｜φ3|＝A3sin（ω3t＋Ψ３） と表わされ、上記各各式における振幅A1,A2,A3、周波数
（角速度）ω1,ω2,ω３、及び位相Ψ1,Ψ2,Ψ３を変化
させることにより、φ１＋φ２＋φ３で表わされる合成
磁界は、任意の軸まわりで回転する任意の大きさの回転
磁界となる。
環における第１の磁極16aと左側の磁極環における磁極1
6a′とが球の中心を挟んで対向して、第１の磁界φ１を
構成し、これと同様に、右側及び左側の磁極環における
磁極16b,16b′及び磁極16c,16c′同士が対向して、それ
ぞれ第２及び第３の磁界φ2,φ３を構成し、これらの各
磁界の大きさは、 ｜φ1|＝A1sin（ω1t＋Ψ１） ｜φ2|＝A2sin（ω2t＋Ψ２） ｜φ3|＝A3sin（ω3t＋Ψ３） と表わされ、上記各各式における振幅A1,A2,A3、周波数
（角速度）ω1,ω2,ω３、及び位相Ψ1,Ψ2,Ψ３を変化
させることにより、φ１＋φ２＋φ３で表わされる合成
磁界は、任意の軸まわりで回転する任意の大きさの回転
磁界となる。
上記回転磁界を発生させるため、各磁極の巻線にはド
ライバ（第６図参照）が接続され、さらにそのドライバ
には制御部が接続される。
ライバ（第６図参照）が接続され、さらにそのドライバ
には制御部が接続される。
制御部は、位置指令に応じて各巻線に流す回転磁界発
生用の正弦波電流の振幅、位相及び周波数のデータを出
力するもので、この制御部に位置指令を与えると、各巻
線に流すべき電流の振幅、及び位相のデータが出力さ
れ、それがドライバに伝達されて、ドライバから上記デ
ータに基づく電流が巻線に供給される。
生用の正弦波電流の振幅、位相及び周波数のデータを出
力するもので、この制御部に位置指令を与えると、各巻
線に流すべき電流の振幅、及び位相のデータが出力さ
れ、それがドライバに伝達されて、ドライバから上記デ
ータに基づく電流が巻線に供給される。
これをさらに詳細に説明すると、制御部は三つのドラ
イバを介して上記磁界φ１〜φ３を作る巻線にそれぞれ
接続され、各ドライバは第６図に示すように構成されて
いる。即ち、ドライバにおいては、制御部からの位相デ
ータがバッファIIにラッチされてサインROMに伝達され
る。上記位相データに基づいてサインROMから読出され
た正弦波信号は、次段のD/AコンバータIIに送られる。
一方、制御部からの振幅データはバッファＩにラッチさ
れてD/AコンバータＩに伝えられ、そこでD/A変換され
て、参照信号として上記D/AコンバータIIに取り込ま
れ、そのD/AコンバータIIにおいて電流値指令信号が生
成され、その信号が電流供給アンプAmpに送られ、その
アンプから巻線に所期の電流が供給される。巻線に対す
る電流の供給は、三つのドライバによって３組の巻線に
個別的に行われ、従って３組の巻線毎に異なる三つの正
弦波磁界の合成によって、所期の回転磁界が生成され
る。その回転磁界は第１図におけるロータ11に作用し
て、ロータ11を終局的に空間における任意の軸のまわり
に回転させる。
イバを介して上記磁界φ１〜φ３を作る巻線にそれぞれ
接続され、各ドライバは第６図に示すように構成されて
いる。即ち、ドライバにおいては、制御部からの位相デ
ータがバッファIIにラッチされてサインROMに伝達され
る。上記位相データに基づいてサインROMから読出され
た正弦波信号は、次段のD/AコンバータIIに送られる。
一方、制御部からの振幅データはバッファＩにラッチさ
れてD/AコンバータＩに伝えられ、そこでD/A変換され
て、参照信号として上記D/AコンバータIIに取り込ま
れ、そのD/AコンバータIIにおいて電流値指令信号が生
成され、その信号が電流供給アンプAmpに送られ、その
アンプから巻線に所期の電流が供給される。巻線に対す
る電流の供給は、三つのドライバによって３組の巻線に
個別的に行われ、従って３組の巻線毎に異なる三つの正
弦波磁界の合成によって、所期の回転磁界が生成され
る。その回転磁界は第１図におけるロータ11に作用し
て、ロータ11を終局的に空間における任意の軸のまわり
に回転させる。
上記モータ本体としては、誘導形及び同期形のいずれ
の形のものとしても構成できる。
の形のものとしても構成できる。
また、上記構成の３自由度モータは、従来の誘導モー
タと同様に位置制御することができる。
タと同様に位置制御することができる。
従来の１自由度ACモータに用いられているサーボ方式
について説明すると、位置誤差−速度特性は第７図の通
りとし、即ち、同図におけるイの部分は最大トルクで定
格速度に至る部分を示し、ロの部分は設定Δｘ位置誤差
より誤差−速度関数による速度曲線をなぞっている部分
を示している。而して、目標位置で電流フィールドバッ
クをかけることにより停止する。
について説明すると、位置誤差−速度特性は第７図の通
りとし、即ち、同図におけるイの部分は最大トルクで定
格速度に至る部分を示し、ロの部分は設定Δｘ位置誤差
より誤差−速度関数による速度曲線をなぞっている部分
を示している。而して、目標位置で電流フィールドバッ
クをかけることにより停止する。
最大トルクの発生に関して述べれば、予め実験により
最大トルクを発生するスベリＳがわかっていることが重
量である。電源周波数を、 とし、電圧を第８図で設定する。なお、静止周波数は、
Sf/100である。
最大トルクを発生するスベリＳがわかっていることが重
量である。電源周波数を、 とし、電圧を第８図で設定する。なお、静止周波数は、
Sf/100である。
第９図は、以上のサーボ方式を図示したものであり、
また第10図はこの考えを３自由度モータに拡張した制御
方式を図示したものであり、これらの制御により軸12を
所期の向きに回転させることができる。
また第10図はこの考えを３自由度モータに拡張した制御
方式を図示したものであり、これらの制御により軸12を
所期の向きに回転させることができる。
［発明の効果］ 本発明の回転磁界発生装置によれば、巻線に流す電流
として正弦波電流を用いつつも、ロータを任意の軸のま
わりに回転させる所期の回転磁界を生じさせることがで
き、このように正弦波電流を駆動電流として用いること
ができるので、巻線に電流を供給するドライバ及びそれ
を制御する制御部の構成を簡単で安価なものとすること
ができる。
として正弦波電流を用いつつも、ロータを任意の軸のま
わりに回転させる所期の回転磁界を生じさせることがで
き、このように正弦波電流を駆動電流として用いること
ができるので、巻線に電流を供給するドライバ及びそれ
を制御する制御部の構成を簡単で安価なものとすること
ができる。
第１図は本発明の実施例のモータ本体の各部を分離して
示す斜視図、第２図はその組立状態の部分断面図、第３
図はステータを構成する磁極の転倒状態の斜視図、第４
図は上記ステータの切断展開図、第５図は上記ステータ
により構成される合成磁界の説明図、第６図はドライバ
の一部を示すブロック構成図、第７図及び第８図は従来
のACモータのサーボ方式の一例説明するための線図、第
９図はそのサーボ方式を示すブロック構成図、第10図は
３自由度モータの制御方式を示すブロック構成図であ
る。 ２……ステータ、11……ロータ、 19……巻線。
示す斜視図、第２図はその組立状態の部分断面図、第３
図はステータを構成する磁極の転倒状態の斜視図、第４
図は上記ステータの切断展開図、第５図は上記ステータ
により構成される合成磁界の説明図、第６図はドライバ
の一部を示すブロック構成図、第７図及び第８図は従来
のACモータのサーボ方式の一例説明するための線図、第
９図はそのサーボ方式を示すブロック構成図、第10図は
３自由度モータの制御方式を示すブロック構成図であ
る。 ２……ステータ、11……ロータ、 19……巻線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 光信 東京都品川区大井１−49−10 株式会社 ハーモニツク・ドライブ・システムズ内 合議体 審判長 奥村 寿一 審判官 奥村 元宏 審判官 手島 聖治 (56)参考文献 特開 昭60−204252（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−162763（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−139071（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−132157（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−28093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−28460（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】一部を切除した球形状を有し、その切除部
分からロータの軸を突出可能にしたステータと、上記ス
テータ内においてその中心を通る任意の軸のまわりに回
転可能に支持されたロータと、上記ロータを任意の方向
に回転させるための回転磁界を発生させる磁極をステー
タに設けた３次元モータにおいて、 上記磁極を、同一平面内になく且つ中心において互いに
交差する３方向の軸のまわりにそれぞれ回転磁界を発生
させるところの３組の磁界発生用巻線をステータに配設
することによって構成し、位置指定に応じて各巻線に流
す回転磁界発生用の正弦波電流の振幅、位相及び周波数
のデータを出力する制御部に、そのデータに基づく正弦
波電流を上記３組の巻線に供給するドライバを接続し
た、 ことを特徴とする３次元モータの回転磁界発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070418A JP2587217B2 (ja) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | ３次元モ−タの回転磁界発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61070418A JP2587217B2 (ja) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | ３次元モ−タの回転磁界発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62230391A JPS62230391A (ja) | 1987-10-09 |
| JP2587217B2 true JP2587217B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=13430905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61070418A Expired - Lifetime JP2587217B2 (ja) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | ３次元モ−タの回転磁界発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2587217B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100401412B1 (ko) * | 2001-11-05 | 2003-10-17 | 백윤수 | 3 자유도 브러쉬리스 직류모터 |
-
1986
- 1986-03-28 JP JP61070418A patent/JP2587217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62230391A (ja) | 1987-10-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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