JPH0685630B2 - ３次元モ−タ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロボットの関節駆動機構や液体撹拌機等に用
いるのに適した３次元モータに関するものである。

［従来の技術］ 従来から用いられているモータは、同期機にしても、誘
導機にしても、磁界の回転方向が一方向に限られ、従っ
て出力軸は一つの軸線のまわりにおいてのみ回転し、即
ち自由度としては一自由度の制御しか行えない。

一方、従来から、ステップモータについては、特公昭56
-28093号公報や特公昭56-28460号公報において、３次元
的に回転させることが提案されている。このステップモ
ータは、駆動原理自体が出力軸の位置決めに適している
ことから、ロボットにおける腕関節などに有効に利用さ
れ、その関節に３次元的な回転が要求されることから、
その要求を満たすための開発がなされているものであ
る。

しかしながら、ステップモータを３次元的に回転させる
には、ロータ及びステータの対向面に設ける磁極を多数
の正方形または矩形状に形成して、それを基盤目状に配
列させる必要がある。そのため、磁極面が小さくなって
力が極端に低下する。また、球面上に多数の磁極を基盤
目状に配列させることは本質的に不可能であるから、そ
れを解決するための配慮を必要とし、現実的な製造に際
して技術的な困難性を伴うものである。

［発明が解決しようとする課題］ 最近、軸回りに連続高速回転させるべき誘導モータ等
も、ステップモータと同様に位置決めを行う場合に利用
できるとして、一軸のまわりに回転するモータについて
は、位置決めのための制御装置が市販されている。

本発明の技術的課題は、このような誘導モータ等におけ
る位置決め技術を有効に利用し、ステップモータを用い
て３次元的に回転させる場合の前述した問題点を解消し
て、十分な回転力を得られると同時に、製造が技術的に
容易な３次元モータを得ることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するため、本発明の３次元モータにおい
ては、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と、そのス
テータ内に任意の方向に回転可能に支持され、上記ステ
ータの回転磁界により回転するロータとを備えている。

［作 用］ ステータにおける巻線への電流を制御して、回転軸を３
次元の任意の方向に向けた磁界を回転させると、出力軸
をその回転磁界の回転軸のまわりにおいて回転させるこ
とができ、従って３自由度の回転制御を行うことができ
る。

このような３自由度の回転制御を行うに際し、ステップ
モータの原理による位置決めを行うことなく、ステータ
において任意方向の合成回転磁界を発生させ、その回転
磁界によってロータを回転させるようにしているので、
十分な回転力を得られると同時に、製造が技術的に容易
になる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳述す
る。

第１図は本発明を適用した同期機の構成を示すもので、
中空球状の外殻を構成するステータ１に、互いに直交す
るｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のまわりに回転磁界を発生させる巻
線2x,2y,2zを設けている。これらの巻線は、それぞれ回
転制御を行う制御装置（図示省略）を介して電源3x,3y,
3zに接続され、それらの電源から各巻線に制御された電
流を供給することにより、任意の方向の合成回転磁界を
発生させるものである。

即ち、上記直交する巻線2x,2y,2zによって、第２図に示
すようなベクトルで表わされる３軸方向の磁界φx,φy,
φｚが発生し、それらの合成磁界φがそれぞれのベクト
ルの和として得られることになる。

なお、第１図においては、図示が煩雑化するのを避ける
ため、巻線2x,2y,2zについて、巻き方向等を示し、具体
的な巻線の捲回状態の図示を省略しているが、現実的な
製作においては、巻き方向のみを相互に直交させるだけ
で公知の同期機と同様に巻線を捲回すればよい。

このステータ１内に任意の方向に回転可能に支持された
ロータ５は、球状体６内に公知の同期機と同様の永久磁
石７を収容することにより構成され、上記ステータ１の
巻線による回転磁界によってその磁界の回転軸のまわり
に回転するものである。ステータ１内にロータ５を任意
の方向に回転可能に支持するためには、ステータ１とロ
ータ５との間にベアリング４を介在させるなどの手段に
よって、容易に実現することができる。

このロータ５には、出力軸８を設ける必要があるが、こ
の出力軸８はステータ１における巻線2x,2y,2zによって
回転を制限されることになる。しかしながら、上記出力
軸８は少なくとも各巻線との干渉が生じない範囲、即ち
球状ステータ表面の1/8を占める略三角形状の範囲内に
おいてステータ１に開口部を設けることにより、その範
囲で任意の方向に向けることができると共に、その向き
において回転させることができ、３自由度の制御を行う
ことができる。

即ち、上記ステータ１における巻線2x,2y,2zへの電流を
制御して、回転軸を３次元の任意の方向に向けた磁界を
回転させると、出力軸８がその回転磁界の回転軸のまわ
りにおいて回転し、３自由度の回転制御を行うことがで
きる。

特に、このような３自由度の回転制御を行うに際し、従
来から知られている３次元モータのように、ステップモ
ータの原理による位置決めを行うことなく、ステータ１
において任意方向の合成回転磁界を発生させ、その回転
磁界によってロータ５を回転させるようにしているの
で、十分な回転力を得られると同時に、その製造が技術
的に容易である。

従って、このような３次元的な回転を必要とする用途に
有効に利用することができ、例えばロボットの肘につい
ては３自由度をもたせる必要があって、一般的には三つ
のアクチュエータを用いているが、上記３次元モータに
よればその一台によって３自由度の制御を行うことがで
きる。また、出力軸が回転するだけでなくその向きを変
え得るため、液体の攪拌機用モータなどとしても有効で
ある。

第３図及び第４図は、本発明を誘導機に適用した場合に
おけるロータ10の構成を示すもので、前記実施例と同様
に球状に形成して、ステータ内において任意の方向に回
転可能に支持できるように構成している。而して、この
ロータ10には、それを出力軸11のまわりに回転させるた
めの巻線12及び出力軸11と直交する軸線のまわりに回転
させる巻線13とを備えている。

従って、ステータにおける巻線への電流を制御して磁界
を回転させると、それによって上記ロータにおける巻線
12,13に誘導電流が流れ、それが回転磁界を切ることに
より回転力が発生して、ロータ10が３次元的に駆動され
ることになる。

なお、上記ロータ10には２方向の巻線12,13しか設けて
いないが、それによって３自由度の制御を行えることは
勿論である。

［発明の効果］ 以上に詳述した本発明の３次元モータによれば、ステー
タにおける巻線への電流を制御して、回転軸を３次元の
任意の方向に向けた回転磁界を発生させることにより、
出力軸をその回転磁界の回転軸のまわりにおいて回転さ
せることができ、従って３自由度の回転制御を行うこと
ができる。

また、このような３自由度の回転制御を行うに際し、公
知の３次元モータのように、ステップモータの原理によ
る位置決めを行うことなく、ステータにおいて任意方向
の合成回転磁界を発生させ、その回転磁界によってロー
タを回転させるようにしているので、十分な回転力を得
られると同時に、製造が技術的に容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を同期機に適用した実施例の構成図、第
２図はその回転磁界に関する説明図、第３図及び第４図
は本発明を誘導機に適用した実施例におけるロータの平
面図及び側面図である。 １……ステータ、2x,2y,2z……巻線、 5,10……ロータ、8,11……出力軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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と、
   そのステータ内に任意の方向に回転可能に支持され、上
   記ステータの回転磁界により回転するロータとを備えた
   ことを特徴とする３次元モータ。