JP4254165B2

JP4254165B2 - ジンバル構造

Info

Publication number: JP4254165B2
Application number: JP2002247507A
Authority: JP
Inventors: 正大木場
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: JP2004085393A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジンバル構造に関し、特に可動範囲を広くとり、小型化、軽量化を図ったジンバル構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のジンバル構造は、たとえば、特開平１０−２１３４３８号公報に開示されているように、駆動軸方向の個々にアクチュエータを搭載してジンバルを回動制御するよう構成され、また、特開平８−１４５６８２号公報に開示されているように、ジンバルを支持する基台とジンバルに取り付けられた搭載物の取り付け台との間で、トルク発生手段の電磁コイルと磁極を有するヨークとを対向させることにより取り付け台を回動制御するよう構成されている。
【０００３】
しかしながら、駆動軸それぞれにアクチュエータを搭載する前者の場合には、外側の駆動系ほど大きな負荷に耐えうる出力を備える必要があるため、ジンバル構造を小型化、軽量化することが困難であるという問題がある。
【０００４】
また、後者の例では、３軸駆動を行う必要がある場合、２軸、例えばＡＺ軸およびＥＬ軸を回動させる電磁コイルを同一個所に備える以外に、ＲＯＬＬ方向を駆動させる電磁コイルを同一個所に取り込むことができないため、ＲＯＬＬ方向のみ別のトルク発生手段を搭載する必要があるという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のジンバル構造は、駆動軸それぞれにアクチュエータを搭載する場合には、ジンバル構造の小型化、軽量化が難しいという欠点がある。
【０００６】
また、電磁コイルとヨークとを基台と搭載部との間で対向させて搭載するような場合には、３軸駆動の要求に対して、小型化、軽量化が難しいという欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去するため、ＥＬ、ＡＺおよびＲＯＬＬ方向のそれぞれに回動させるための電磁コイルをロータ側の凸面形状部に配置し、一様の空隙を挟んで相対する凹面形状部のステータ側との間で発生する磁界作用を受けて回動自在とすることにより、小型化、軽量化および回転速度の高速化が可能なジンバル構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のジンバル構造は、３軸または３軸以上で駆動されるジンバルと、前記ジンバルの回動基点を通る前記ジンバルの回動中心軸上に設定した搭載部と、前記ジンバルの回動基点を挟んで前記搭載部とは反対側に設定した凸面形状部を有するロータと、前記ロータの前記凸面形状部と空隙を持って対面し凹面形状部を有するステータと、により構成し、前記ジンバルは、前記回動基点から外側に向かって順に、ＥＬ（エレベーション）軸、前記ＥＬ軸と直交するＡＺ（アジマス）軸およびＲＯＬＬ（ロール）軸を少なくとも有する駆動軸により回動自在とされ、前記ロータは、前記凸面形状部の表面側に、ＥＬ方向、ＡＺ方向およびＲＯＬＬ方向を含む各方向の駆動を行うための前記各方向に対応する電磁コイルが前記各方向毎に前記凸面形状部の中心から放射状に分割された領域に、前記凸面形状部の中心に対して点対称となるように対を成して設けられ、前記凸面形状部の裏面側に、マグネットが、表面側に設けられた前記各方向に対応する前記電磁コイルに対応して設けられ、前記ステータは、前記凹面形状部の表面に、前記ロータの前記凸面形状部の裏面側に設けられた前記マグネットとは異極のマグネットが向き合うように取り付けられていることを特徴としている。
【００１２】
また、対を成して前記各方向に対応するそれぞれの前記電磁コイルは、通電された場合に前記マグネットおよび前記異極のマグネットによる磁界の中にあって発生する推力が、前記ＥＬ軸、前記ＡＺ軸および前記ＲＯＬＬ軸を含むそれぞれの軸方向と直交するようにそれぞれ配置されることを特徴としている。
【００１３】
また、前記ロータの前記凸面形状部と前記ステータの前記凹面形状部とは、一様の空隙を挟んで球面形状とされることを特徴としている。
【００１４】
また、前記各方向に対応するそれぞれの前記電磁コイルは、前記駆動軸に対応した数が前記ロータの前記凸面形状部の表面側で点対称となるように対を成して設けられるとともに、１層以上で構成されることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明のジンバル構造の一つの実施の形態を示す説明図である。
【００１６】
図１に示す本実施の形態は、３軸で駆動が可能なジンバル２と、ジンバル２の回動中心軸上に搭載部１と、ジンバル２の回動基点１４を挟んで搭載部１とは反対側で凸面形状部を有するロータ３と、ロータ３の凸面形状部と空隙を持って対面し、凹面形状部を有するステータ４とを備えて構成されている。
【００１７】
次に、本実施の形態のジンバル構造について図１を参照して詳細に説明する。図１の（ａ）は全体の構成、（ｂ）は左側面、（ｃ）はＢ−Ｂ面、（ｄ）は上部側面、（ｅ）は斜視、（ｆ）は矢視Ａ面を示す。
【００１８】
また、図２は、マグネットによる磁界の作用と駆動回路を示す説明図である。
【００１９】
図１を参照すると、ジンバル２は、ジンバル２の回動基点１４から外側に向かって順に、ＥＬ（エレベーション）軸１１、ＥＬ軸１１と直交するＡＺ（アジマス）軸１２およびＲＯＬＬ（ロール）軸１３により回動自在とされている。
【００２０】
ロータ３は、図１の（ｅ）および（ｆ）に示すように、凸面形状部の表面側に、ＥＬ方向、ＡＺ方向およびＲＯＬＬ方向の駆動を行うためのＥＬ軸駆動用電磁コイル５−１、ＡＺ軸駆動用電磁コイル５−２およびＲＯＬＬ軸駆動用電磁コイル５−３が凸面形状部の中心から放射状に分割された領域で、点対称となるように対を成して設けられている。
【００２１】
また、ロータ３は、凸面形状部に設けられたＥＬ軸駆動用電磁コイル５−１、ＡＺ軸駆動用電磁コイル５−２およびＲＯＬＬ軸駆動用電磁コイル５−３の裏側でマグネット７が各電磁コイルに対応して取り付けられている。
【００２２】
ステータ４は、凹面形状部の表面に、ロータ３の凸面形状部の裏面側に設けられたマグネット７の各々に対応して、マグネット７とは異極が対向するようにマグネット６が取り付けられている。
【００２３】
また、ロータ３の凸面形状部とステータ４の前記凹面形状部とは、一様の空隙を挟んでそれぞれが球面形状とされる。
【００２４】
以上の構成によって、ＥＬ軸駆動用電磁コイル５−１、ＡＺ軸駆動用電磁コイル５−２およびＲＯＬＬ軸駆動用電磁コイル５−３が通電された場合に、図２に示すように、ロータ３側のマグネット７とステータ４側の異極のマグネット６による磁界の中にあって、ＥＬ軸１１、ＡＺ軸１２およびＲＯＬＬ軸１３それぞれの軸方向と直交するように配置されることで、各回転方向に別々の推力を発生することができる。
【００２５】
なお、図２は、１つまたは各軸対応で設けられたセンサ部１０と、センサ部１０により位置あるいは速度検出された信号に基づいて演算する演算部９と、演算部９からの駆動信号を受け取るＥＬ軸１１、ＡＺ軸１２およびＲＯＬＬ軸１３それぞれの駆動回路８と、マグネット６、７による磁界の中に置かれた各電磁コイル５との接続状態が示されている。
【００２６】
以上に説明した実施の形態では、３軸用の各電磁コイル５のそれぞれをロータ側の凸面形状部に交互に配置させる構成としているが、各電磁コイル５をそれぞれに複数重ね合せて配置させることにより、誘導電流の磁界への作用面積が増大することによるトルク出力の増大が可能となる。また、回転速度を増大させるために３軸のみならず、多軸化させ、それぞれの軸に対応する電磁コイルを同球面上に配置させることにより、より高速化を実現することが可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のジンバル構造によれば、ＥＬ軸、ＡＺ軸およびＲＯＬＬ軸のそれぞれの軸で回動させるための電磁コイルをロータ側の凸面形状部に配置し、一様の空隙を挟んで相対する凹面形状部のステータ側との間で発生する磁界作用を受けて回動自在とすることにより、小型化、軽量化および回転速度の高速化を可能とすることができる。
【００２８】
すなわち、従来のようにアクチュエータをそれぞれの軸に対して個別に配置する必要がなくなるため、構造が簡単になるばかりでなく、装置全体の小型化、軽量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のジンバル構造の一つの実施の形態を示す説明図である。
【図２】マグネットによる磁界の作用と駆動回路を示す説明図である。
【符号の説明】
１搭載部
２ジンバル
３ロータ
４ステータ
５電磁コイル
５−１ＥＬ軸駆動用電磁コイル
５−２ＡＺ軸駆動用電磁コイル
５−３ＲＯＬＬ軸駆動用電磁コイル
６、７マグネット
８駆動回路
９演算部
１０センサ部
１１ＥＬ軸
１２ＡＺ軸
１３ＲＯＬＬ軸

Claims

３軸または３軸以上で駆動されるジンバルと、前記ジンバルの回動中心軸上に設定した搭載部と、前記ジンバルの回動基点を挟んで前記搭載部とは反対側に設定した凸面形状部を有するロータと、前記ロータの前記凸面形状部と空隙を持って対面し凹面形状部を有するステータと、により構成し、
前記ジンバルは、前記回動基点から外側に向かって順に、ＥＬ（エレベーション）軸、前記ＥＬ軸と直交するＡＺ（アジマス）軸およびＲＯＬＬ（ロール）軸を少なくとも有する駆動軸により回動自在とされ、
前記ロータは、前記凸面形状部の表面側に、ＥＬ方向、ＡＺ方向およびＲＯＬＬ方向を含む各方向の駆動を行うための前記各方向に対応する電磁コイルが前記各方向毎に前記凸面形状部の中心から放射状に分割された領域に、前記凸面形状部の中心に対して点対称となるように対を成して設けられ、前記凸面形状部の裏面側に、マグネットが、表面側に設けられた前記各方向に対応する前記電磁コイルに対応して設けられ、
前記ステータは、前記凹面形状部の表面に、前記ロータの前記凸面形状部の裏面側に設けられた前記マグネットとは異極のマグネットが向き合うように取り付けられていることを特徴とするジンバル構造。
対を成して前記各方向に対応するそれぞれの前記電磁コイルは、通電された場合に前記マグネットおよび前記異極のマグネットによる磁界の中にあって発生する推力が、前記ＥＬ軸、前記ＡＺ軸および前記ＲＯＬＬ軸を含むそれぞれの軸方向と直交するようにそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１記載のジンバル構造。
前記ロータの前記凸面形状部と前記ステータの前記凹面形状部とは、一様の空隙を挟んで
球面形状とされることを特徴とする請求項１又は２記載のジンバル構造。
前記各方向に対応するそれぞれの前記電磁コイルは、前記駆動軸に対応した数が前記ロータの前記凸面形状部の表面側で点対称となるように対を成して設けられるとともに、１層以上で構成されることを特徴とする請求項１、２又は３記載のジンバル構造。