JP3211064B2 - 3次元空間内運動装置 - Google Patents

3次元空間内運動装置

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JP3211064B2
JP3211064B2 JP08663791A JP8663791A JP3211064B2 JP 3211064 B2 JP3211064 B2 JP 3211064B2 JP 08663791 A JP08663791 A JP 08663791A JP 8663791 A JP8663791 A JP 8663791A JP 3211064 B2 JP3211064 B2 JP 3211064B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、3次元空間内での自由
な運動が可能で遊園地の遊戯施設、宇宙飛行士訓練施設
等に応用できる3次元空間内運動装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】例えば、遊園地に設置されているジェッ
トコースター等は、軌道を3次元的に配設し、この軌道
上のレールにカートのガイドローラを噛み合わせてカー
トがレールから離脱しないようにしている。カート自体
は駆動力を有していないため、カートを軌道の最高部ま
でチェーン等で吊り上げ移動させ、最高部から重力を利
用して走行させている。一方、NASA(米国航空宇宙
局)、NASDA(宇宙開発事業団)には、宇宙飛行士
に打ち上げや着陸の際の高加速度に耐えるための体力訓
練を行う宇宙飛行士訓練施設があり、このような訓練を
行なう直接的な装置として遠心力発生装置がある。この
装置は、人が搭乗するキャビンをアームの先端に取り付
け、アームを回転させることによりキャビンに遠心力を
発生させるように構成されている。また、アメリカのマ
ーシャル・スペースフライトセンターのビジターセンタ
ーや日本のスペースワールドにも宇宙飛行士の訓練を一
般の人に体験させる教育・体験学習施設があるが、性能
が宇宙飛行士訓練施設以上のものは存在しない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述のような従来のジ
ェットコースター等の遊戯施設は、遊園客の興味を引く
ために、非常に大型で、また複雑なループを有するもの
等が登場しているが、軌道自体が定まっているため、カ
ートの動きに限りがあり、遊園客はよりスリリングなも
の、面白い動きをするものを求めている。また、従来の
宇宙飛行士訓練施設等に用いられている装置は、キャビ
ンの回転面が水平面であり、遠心力はキャビンの外側に
向く一方向だけのため、充分なトレーニングを行なうこ
とができない。訓練装置としては、遠心力の方向や大き
さが自由に変えられることが望まれる。
【0004】本発明は、前述のような事情に鑑みてなさ
れたもので、その目的は3次元空間内で軌道に制限され
ない自由な運動が得られると共に、遠心力の方向と大き
さを自由に制御することのできる3次元空間内運動装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の3次
元空間内運動装置は、リングの内周面に連続して配設さ
れた固定子と、カートの底部中央に突設された移動子と
からなるリニアモータにより、このカートを中心軸が第
1軸に一致する前記リングの内周に円周方向に移動可能
となるように設け、このリングを内側フレーム内に内側
回転型モータにより第2軸の回りに回転可能に設け、こ
の内側フレームを外側フレーム内に外側回転型モータに
より第3軸の回りに回転可能に設け、前記内側フレーム
及びリングを回転させることで、前記リングにより形成
される架空の回転体の表面に沿って前記カートが運動す
ることを特徴とする。
【0006】
【0007】
【作用】の発明においては、リニアモータと2台の
回転型モータを駆動させると、外側フレームに対して回
転する内側フレーム内をリングが回転し、このリングに
より架空の回転体が形成され、この架空の回転体に沿っ
てカートがリニアモータにより運動し、3次元空間内の
自由な運動が得られる。リニアモータと2台の回転型モ
ータの速度変化、停止、逆転などにより種々の運動パタ
ーンを得ることができると共に、遠心力の方向と大きさ
を変化させることができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。図1に示すのは、本発明の第1実施例であり、
主としてドーナツ状のキャビン1、第1フレーム2−
1、第2フレーム2−2、第3フレーム2−3から構成
し、キャビン1が第1回転型モータ3−1によりX軸の
回りを回転し、第1フレーム2−1が第2回転型モータ
3−2によりZ軸の回りを回転し、第2フレーム2−2
が第3回転型モータ3−3によりY軸の回りを回転する
ようにする。
【0009】ドーナツ状のキャビン1は、円周方向に区
画された多数の搭乗スペース4を有し、第1フレーム2
−1内に収まる大きさとし、支持部材5と、ドーナツ面
に直交する回転中心軸と一致するX軸と、第1回転型モ
ータ3−1を介して第1フレーム2−1に支持させる。
第1フレーム2−1は、第2フレーム2−2内に収まる
大きさとし、X軸と直交するZ軸と第2回転型モータ3
−2を介して第2フレーム2−2に支持させる。同様に
第2フレーム2−2も、第3フレーム2−3間に収まる
大きさとし、X軸およびZ軸に直交するY軸と第3回転
型モータ3−3を介して第3フレーム2−3に支持させ
る。第3フレーム2−3は一対の支柱でよく、地上に固
定する。
【0010】各回転型モータ3−1、3−2、3−3
は、それぞれ一対で配設されており、一対毎に同期させ
て駆動する。なお、これら回転型モータは図示したよう
に軸とフレームとの間に介在させて軸受とモータを兼ね
る特殊型のモータとしてもよいし、軸をフレームに軸受
を介して回転自在に支持し、突出する軸の先端にモータ
を連結するようにしてもよい。また、図示したものは、
X軸、Y軸、Z軸がドーナツ状キャビン1の回転中心を
通るようにされているが、これに限らず各軸が前記回転
中心からずれるようにしてもよい。また、X軸、Y軸、
Z軸は互いに直交する支持軸であるが、これら支持軸が
鋭角で交叉するように傾斜配設することも可能である。
なお、回転型モータへの給電は、フレームに配設したケ
ーブルと、フレームと回転軸を給電可能に接続するロー
タリージョイント等を用いて行うことができる。
【0011】以上のような構成において、各回転型モー
タ3−1、3−2、3−3を回転駆動させると、第3フ
レーム2−3に対して回転する第2フレーム2−2内を
第1フレーム2−1が回転し、この回転する第1フレー
ム2−1に対してドーナツ状キャビン1が回転すること
により、ドーナツ状キャビン1が架空の球体を形成し、
キャビン内の搭乗スペース4に搭乗した人間はこの球体
の表面に沿って移動し、3次元空間運動を行うことがで
きる。X軸、Y軸、Z軸がドーナツ状キャビン1の回転
中心を通る場合には、前述のような架空の球体が形成さ
れるが、各軸が前記回転中心からずれている場合には、
形成される架空の立体は非常に複雑な形となり、複雑な
3次元運動が得られることになる。また、いずれの場合
でも3台の回転型モータの回転速度の組合せを変えた
り、回転方向を変えたり、途中で回転速度を変化させる
ことにより、前記立体表面上の移動軌跡を無数に変化さ
せることができる。
【0012】ドーナツ状キャビン1に作用する遠心力
は、キャビン1、第1フレーム2−1、第2フレーム2
−2の遠心力の合ベクトルとなる。3台の回転型モータ
の速度を変化させることにより、それぞれの遠心力を変
化させて合ベクトルの大きさと方向を変えることができ
る。また、1台あるいは2台の回転型モータを停止させ
たり、あるいは途中で逆転させることによって、合ベク
トルの方向と大きさを大きく変化させることができる。
【0013】次に、図2に示すのは、本発明の第2実施
例であり、第1実施例のX軸回りの回転機構をカート1
0、リング11、リニアモータ12に置き換えた例であ
る。カート10は、人が乗るための搬器であり、案内支
持機構によりリング11の内周に沿って円周方向に移動
自在に案内支持し、リニアモータ12により推進させ
る。リング11は、ドーナツ状キャビン1と同様にその
中心軸をX軸に一致させると共に、第2フレーム2−2
と同様の内側フレーム2−2′内に収まる大きさとし、
内側フレーム2−2′に直接支持させる。リング11と
内側フレーム2−2′は、第1実施例と同様にZ軸と内
側回転型モータ3−2′を介して連結する。また、この
内側フレーム2−2′も、第3フレーム2−3と同様の
外側フレーム2−3′にY軸と外側回転型モータ3−
3′を介して支持させる。
【0014】リニアモータ12は、図3に示すように、
その移動子13をカート10の底部中央に突設し、固定
子14をリング11の内周面に円周方向に連続して配設
し、カート10を電磁気力で走行させる。案内支持機構
15は、2条のレール16と、このレール上を転動する
3個1組のガイドローラ17から構成する。レール16
は、例えばフランジが外方に向かって突出する断面L字
状とし、固定子14の外側に配設する。ガイドローラ1
7はカート10の底面に支持ブラケット18を介して取
付け、二つのローラでレール16のフランジを挾持する
ことにより移動子13と固定子14の間隙を適宜に設定
すると共にカート10のリングからの離脱を阻止し、残
りのローラをフランジ端面に外方から当接させることに
より横振れを防止する。
【0015】なお、リニアモータはリニア同期モータや
リニア誘導モータ等が使用できる。リニア同期モータの
場合には、移動子13に1次コイル、固定子14に永久
磁石を用い、あるいはこの逆の組合せとする。また、そ
れぞれの場合に永久磁石を電磁石に置き換える方法も考
えられる。リニア誘導モータの場合には、移動子13に
1次コイル、固定子14に2次導体を用い、あるいはこ
の逆の組合せとする。また、リング11からカート10
への給電には、集電子19と給電用架線20を用い、地
上からリングへの給電には、フレームに配設したケーブ
ルと、フレームと回転軸を給電可能に接続するロータリ
ジョイント等を用いることができる。なお、3相のモー
タを用いる場合や、その他、カートに必要な電源や信号
を送る場合には、それに必要な給電用架線等を増設する
ことになる。また、信号に限っては、無線で送ることも
可能である。
【0016】以上のような第2実施例においては、リニ
アモータ12と2台の回転型モータ3−2′、3−3′
を駆動させると、外側フレーム2−3′に対して回転す
る内側フレーム2−2′内をリング11が回転し、この
リング11により架空の球体が形成され、この架空の球
体に沿ってカート10がリニアモータ12により運動
し、3次元空間での運動が得られる。また、第1実施例
と同様に各X軸、Y軸、Z軸がリング11の中心からず
れている場合には、複雑な3次元運動が得られる。さら
に、リニアモータ12と2台の回転型モータ3−2′、
3−3′の速度変化、停止、逆転などにより、種々の運
動パターンを得ることができると共に、遠心力の方向と
大きさを変化させることができることはいうまでもな
い。なお、リニアモータを用いることにより、カートを
高加減速で発進・停止でき、任意の位置に停止できる等
の利点がある。
【0017】
【発明の効果】前述の通り、本発明の3次元空間内運動
装置は、カートをリングの内周に設け、リングを内側フ
レーム内に、内側フレームを外側フレーム内に設け、カ
ートをリニアモータにより回転移動させ、内側、外側フ
レームを回転型モータにより回転させるようにしたた
め、次のような効果を奏する。 (1)カートを回転体表面上で種々の運動パターンで運
動させることができ、3次元空間内で軌道に制限されな
い自由な運動が得られる。 (2)リニアモータと2台の回転型モータを適宜制御す
ることにより、カートにかかる遠心力の方向と大きさを
自由に制御することができる。 (3)以上から今までにない3次元の動きをする遊戯施
設が可能となり、また遠心力の大きさや方向を制御でき
る宇宙飛行士訓練施設や教育・体験学習施設が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の3次元空間内運動装置の第1実施例を
示す概略斜視図である。
【図2】本発明の3次元空間内運動装置の第2実施例を
示す概略斜視図である。
【図3】図2におけるカートとリングの関係を示す部分
断面図である。
【符号の説明】
1 ドーナツ状のキャビン 2−1 第1フレ
ーム 2−2 第2フレーム 2−3 第3フレ
ーム 3−1 第1回転型モータ 3−2 第2回転
型モータ 3−3 第3回転型モータ 4 搭乗スペース 10 カート 11 リング 12 リニアモータ 13 移動子 14 固定子 16 レール 17 ガイドローラ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A63G 31/02 B64G 7/00 G09B 9/00 A63B 22/14 - 22/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リングの内周面に連続して配設された固
    定子と、カートの底部中央に突設された移動子とからな
    るリニアモータにより、このカートを中心軸が第1軸に
    一致する前記リングの内周に円周方向に移動可能となる
    ように設け、このリングを内側フレーム内に内側回転型
    モータにより第2軸の回りに回転可能に設け、この内側
    フレームを外側フレーム内に外側回転型モータにより第
    3軸の回りに回転可能に設け、前記内側フレーム及びリ
    ングを回転させることで、前記リングにより形成される
    架空の回転体の表面に沿って前記カートが運動すること
    を特徴とする3次元空間内運動装置。
JP08663791A 1991-04-18 1991-04-18 3次元空間内運動装置 Expired - Lifetime JP3211064B2 (ja)

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JPH04318889A JPH04318889A (ja) 1992-11-10
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