JP5963160B2 - 球面モータ - Google Patents
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Description
以下、ロータ回転状態算出部303において行われる演算の一例を説明する。図7(A)〜(E)には、演算の原理の説明に用いる原理図が示されている。図7(A)には、ベクトルr1およびr2で示される2つの位置に光学式位置センサが配置されている場合の例が示されている。まず、簡単のためロータの半径を1とし、r1およびr2で位置が示される2つの光学式位置センサが存在する平面をステータ座標系のx-y面に取る(図7(A)参照)。ここで、x軸からの角度をθiとして、ベクトルriは数1で示される。
パーソナルコンピュータのポインティングデバイスに用いられるマウスに備えられた光学式位置センサと同様の構造の光学式位置センサを2つ用意し、それら2個の光学式位置センサを90°の挟角をなすように固定し、センサから適切な距離に擬似ロータ球(永久磁石なし)を保持するジグを製作した。そして、パーソナルコンピュータに、2つの光学式位置センサを、USBインターフェースを介して接続し、それらから得られる球面の移動量をAPIの一つである「rawinput」から数値として取り込み、ロータ球の姿勢角として演算し、画面上に現在の姿勢を表示するソフトウエアを作成した。
ロータ120の回転を光学的に検出するので、ロータ120の回転を検出する目的でジンバル機構等のロータ支持機構が必要とされない。このため、ロータ120の回転を検出するための機構に起因してロータ120の回転が制限されることがない。また、光学的な検出を行う構成であるので、構造が簡素となる。磁気センサは磁石の通過(極性変化)をトリガーとしているため、一周あたりの分解能は(360°/磁極数)であり、一方光センサは磁石の極数にかかわらず分解能は(360°/カウント数)となる。例えば本モデルでは、磁気センサでは分解能が90°であるが、仮にロータ外径φ30で分解能5600cpi(count per inchの略)の光センサを選択した場合、角度に換算すると分解能0.03°以下となり、磁気センサに比べ細分化が可能である。また、検出出力は光学的な原理のため、ロータ120の回転の検出は、球面モータ内部の複雑な磁界構成の影響を受けにくい。
光学式位置センサ117を3個以上用いても良い。この場合、ステータ110の内側の複数の位置のそれぞれに、光学式位置センサ117を既知の狭角をなす角度位置で配置し、それぞれの光学式位置センサ117において、ロータ120の表面の移動量を直交2軸の方向でカウントする。そして、各光学式位置センサ117からの出力に基づいて、ロータ120の回転を検出する。この際における具体的な処理としては、例えば以下の方法が挙げられる。まず、複数ある光学式位置センサ117それぞれからの出力に基づいて、ロータ120の回転方向や回転量に係る情報を複数の光学式位置センサ117毎に検出する。次いで、統計的手法により異常値を排除し、残りの検出値を再演算することでロータ120の回転方向および回転量を取得する。こうすることで、ロータ120の回転をより高い精度で検出することができる。
Claims (9)
- 任意の方向に回転可能な球面モータのロータの動作を出力数が3以上の光学式位置センサで検知する機構を備え、
前記機構は、前記ロータの回転の状態を算出するロータ回転状態算出部を有し、
前記光学式位置センサは、前記ロータ表面における3方向の速度成分を検出し、
前記ロータ回転状態算出部は、前記ロータ表面における前記3方向の速度成分に基づき、3次元角速度ベクトルω=(ω 1 ,ω 2 ,ω 3 )の算出を行うことを特徴とする球面モータ。 - 前記光学式位置センサは、既知の挟角をなす角度の少なくとも2カ所の位置に配置され、
前記2カ所の位置に配置された前記光学式位置センサの位置は、回転中心を原点とするベクトルr 1 およびr 2 で示され、
前記ベクトルr 1 とr 2 の位置における特定の方向の速度成分および前記ベクトルr 1 とr 2 の成分に基づき前記3次元角速度ベクトルω=(ω 1 ,ω 2 ,ω 3 )が算出されることを特徴とする請求項1に記載の球面モータ。 - 前記3次元角速度ベクトルω=(ω 1 ,ω 2 ,ω 3 )を積分することで前記ロータの回転量が算出され、
前記3次元角速度ベクトルω=(ω 1 ,ω 2 ,ω 3 )に前記ロータの半径を乗ずることで、前記ロータ表面の回転速度が算出されることを特徴とする請求項1または2に記載の球面モータ。 - 前記ロータは、球面を外殻部材で覆われ、
前記ロータの前記外殻部材に発光素子からの光の透過、あるいは吸収を防ぎ、受光素子が移動量を検出するために必要十分な光を反射し、移動により反射光量が変化する塗装または印刷が施されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の球面モータ。 - 前記光学式位置センサから検出した信号を演算処理し前記ロータの回転状態を算出する演算機構を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の球面モータ。
- 前記光学式位置センサから前記ロータまでの距離が1.0〜3.0mmであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の球面モータ。
- 前記ロータの直径が40mm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の球面モータ。
- 前記光学式位置センサと前記ロータの外周面との間の距離を調整可能な距離調整手段を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の球面モータ。
- 前記光学式位置センサが取り付けられた基板と、
前記基板を保持する軸と、
前記軸を当該軸方向への移動が可能な状態で保持する軸保持部材と
を備え、
前記軸保持部材が当該球面モータのステータに固定され、
前記軸を移動させることで前記光学式位置センサと前記ロータの外周面との間の距離の調整が行われることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の球面モータ。
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