JPS6281970A

JPS6281970A - 球面モ−タ

Info

Publication number: JPS6281970A
Application number: JP22103985A
Authority: JP
Inventors: Yoshitaka Iida; 飯田　好高; Yasuyuki Ozawa; 靖之小沢; Masaharu Moritsugu; 森次　政春
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1987-04-15

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕リニアモータの如き直接駆動型のモータであって、磁気
を利用してこのモータの出力軸がＸ軸およびこれと垂直
なＹ軸で画定される二次元平面内の所定方向へ駆動でき
、かつ構造の簡単なモータの提供。

〔産業上の利用分野〕

本発明はＸ軸、およびこれと垂直なＹ軸にて画定される
二次元平面内の所定方向へ、出力軸が直接駆動できるモ
ータに関する。

電磁力を利用して電気エネルギーによって回転軸を回転
させて機械的な仕事をさせるモータには用途によって種
々の構造、型式がある。

このようなモータでは、モータによる機械的な動作にで
きるだけ自由度があるのが望ましい。

〔従来の技術〕

モータには大きく分類して、ＡＣＣサーボモーフＤＣサ
ーボモータのように回転運動を得ることができる回転型
モータと、磁気ディスク装置の磁気ヘッドの位置決めに
用いるボイスコイルモータのように直線運動を得ること
ができる直進型モータがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

然し、このようなボイスコイルモータに於いては、Ｘ軸
方向、或いはこれと垂直なＹ軸方向のいずれか一方の方
向しか運動できず、例えばＸ軸方向、およびこれと垂直
なＹ軸方向の二方向を組み込んで二次元的運動を行わせ
るためには、モータを２個使わねば成らず、そのため、
部品点数が増加したり、このようなモータを用いて人工
ロボフト等の装置を形成する際に装置が複雑、高価にな
る欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記した問題点を解決し、小型、軽量、簡単な
構造で、かつ一つのモータでその出力軸がＸ軸、および
これと垂直なＹ軸で画定される二次元平面内の所定の方
向に運動できるようなモータを提供するのを目的とする
。

本発明の球面モータは、球の中心を含み球の上部より下
部に致る第１の平面と、該第１の平面に直交し球の上部
より下部に致る第２の平面で球を切断し、この切断面が
球の表面と交差する曲線２゜４に沿って所定のピンチで
配設した永久磁石３Ａ〜３Ｇ、及び５Ａ〜５Ｆを有する
球状の可動子１とこの可動子１の表面より所定の間隔を
隔てて前記可動子■の周囲面に沿う形の曲面７を有し、
この曲面７に沿って永久磁石３Ａ〜３Ｇ、及び５Ａ〜針
に対向する磁性体１２Ａ〜１２０および１３Ａ〜１３０
を配設した固定子８を設ける。

そして磁性体１２Ａ〜１２０および１３Ａ〜１３０の各
々にコイル１４Ａ〜１４Ｄおよび１５八−１５Ｄを巻回
し、コイル１４Ａ〜１４０および１５Ａ〜１５０に通電
する電流の方向を変化させることで、永久磁石３Ａ〜３
Ｇおよび５＾〜５Ｆに対向する磁性体１２Ａ〜１２０　
、１３Ａ〜１３０の磁極を変動させる。そして可動子１
の周囲面に設けた永久磁石３Ａ〜３Ｇ、　５Ａ〜５Ｆと
前記固定子８の曲面７に設けた磁性体１２Ａ〜１２Ｄお
よび１３Ａ〜１３０間の磁場によって、前記可動子１を
固定子８の曲面７に沿って、前記可動子１の中心に対し
てＸ軸、およびこれと垂直なＹ軸で画定される二次元平
面内の所定方向に移動させるようにしたものである。

〔作用〕

本発明の球面モータは、球体よりなる可動子１と、この
球体の可動子１の表面より所定の間隔を隔ててこの球体
の可動子１の周囲の曲面に沿う形の曲面７を有する固定
子８とより成り、この可動子ｌの中心を含む形でこの可
動子１の表面のＸ方向、およびこれと垂直なＹ方向に永
久磁石３Ａ〜３Ｇと５Ａ〜５Ｆを配設する。

一方、可動子１と対向する固定子８の曲面７に永久磁石
３Ａ〜３Ｇ、５Ａ〜５Ｆに対向するようにコイルを１４
Ａ〜１４Ｄ、■５Ａ〜１５０有する磁性体１２Ａ〜１２
Ｄ１１３Ａ〜１３０を設け、コイル１４Ａ〜１４０　、
１５Ａ〜１５Ｄに通電することで磁性体を磁化し、コイ
ルに通電する電流の方向を変化させることで、永久磁石
に対して磁化した磁性体の磁極を変動させ、この永久磁
石と磁性体の磁極の間に発生する磁場によって可動子を
Ｘ軸、及びこれと垂直なＹ軸で画定される二次元平面内
の所定方向に運動させ、簡単な構造でＸおよびこれと垂
直なＹ方向に運動するモータを得るようにしたものであ
る。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例につき、詳細に説
明する。

第１図は本発明の球面モータの一実施例を示す模式的な
正面図、第２図は本発明の球面モータを構成する可動子
の模式的な正面図、第３図は第２図を上部方向より見た
平面図、第４図は本発明の球面モータを構成する固定子
の縦断面図、第５図は第４図を上部方向より見た平面図
である。

第１図、第２図、第３図に図示するように鉄（Ｆｅ）等
よりなる磁性体の球体よりなる可動子１の球体の中心の
位置Ｏを含み、球体の可動子１の上部より底部に致る第
１の平面と、可動子Ｉの上部より底部に敗り、第１の平
面と直交する第２の平面で可動子１を切断した時の切断
面が可動子１の表面で交差し、点線で示す第１の曲線２
上に永久磁石３Ａ、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３
Ｇを設置する。これらの永久磁石の磁極は球体の可動子
１の表面側がＳ極、Ｎ極、Ｓ極のように交互になるよう
に設定する。

また第１の曲線２と直交する第２の曲線４上に永久磁石
５Ａ、５Ｂ、５Ｇ、５Ｄ、５Ｅ、訃を配設し、これ等の
各永久磁石の可動子１の表面側の磁極も前記とし−たの
と同様に交互になるようにする。

またこの可動子１の上部には、この球面モータの出力を
外部に送出するための出力軸６を設ける。

一方、第１図、第４図、第５図に示すように、可動子１
０表面より所定の間隔ｌを隔ててこの可動子１の表面の
曲面に沿う形の曲面７を有する磁性体よりなる固定子８
を設ける。

この固定子８は、固定軸９上に設置されている。

このように可動子１と固定子８の間に所定の間隔ｌを設
けるには、固定子８の曲面７に多数の貫通孔１１を設け
、この貫通孔１１より高圧空気を圧入して、固定子８よ
り可動子１を所定の距離ｌを保つようにして浮上させる
ようにする。

固定子８の曲面７上には、可動子１の永久磁石３８．３
Ｃ，３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、および５Ｂ、　５Ｇ、　５Ｄ、
　５Ｈに対応する位置に磁性体片１２Ａ、１２Ｂ、１２
Ｃ，１２０、および１３Ａ、　１３Ｂ。

１３Ｃ，１３０を設け、この磁性体片１２Ａ、　１２Ｂ
、　１２Ｃ，１２０、の周囲にはコイル１４八、　１４
Ｂ、　１４Ｃ，１４０を巻回し、磁性体片１３Ａ、　１
３８．１３Ｃ，１３０の周囲にはコイル１５Ａ、　１５
Ｂ。

１５Ｇ、　１５０を巻回する。

このような本発明の球面モータの動作状態に付いて説明
する。

説明を簡単にするために、可動子１および固定子８のそ
れぞれの曲面を直線状に延長した形で説明する。

第６図のように可動子１０曲面に永久磁石５Ｂ、５Ｃ，
３Ｄ、５Ｄ、５Ｅが固定子８に対応する磁極を交互に異
ならせて配設されている。また可動子１と対向する固定
子８の曲面７上には、磁性体片１２Ａ、　１２Ｂ、　１
２Ｃ，１２０が配置され、この各磁性体片のそれぞれの
周囲にはコイル１４Ａ、　１４８．１４Ｃ，１４Ｄが巻
回されている。

このような装置に於いて、第７図に示すように、磁性体
片１２Ａ、　１２Ｂの固定子１と対向する側がＮ極に、
磁性体片１２Ｃ，１２０の固定子ｌと対向する側がＳ極
となるようにコイル１４Ａ、　１４Ｂ、　１４Ｃ，１４
０にそれぞれ電流の向きを調整して電流を通電する。

すると永久磁石５Ｂと磁性体片１２Ａ間は反発し、永久
磁石５Ｃと磁性体片１２Ａ間は吸引されるため、可動子
１が矢印Ａ方向に向かって移動する。このように可動子
１が矢印Ａ方向に移動しはじめた時点で、第８図に示す
ように磁性体片１２ＡがＮ極に、磁性体片１２ＢがＳ極
に、磁性体片１２ＣがＳ極に、磁性体片１２０がＮ極に
なるようにコイル１４Ａ、　１４Ｂ。

１４Ｃ，１４０に電流の向きを調整して通電する。

このようにすれば永久磁石５Ｃ，５Ｄ、５Ｅ、５Ｆと磁
性体片１２Ａ、　１２８．１２Ｃ，ｉ２Ｄが吸引する形
となり、可動子１は更に矢印入方向に移動する。

またこれと同時に、永久磁石３Ｂ、３Ｃ，３Ｄ、３Ｅと
これに対向配置されている磁性体片１３Ａ、　１３Ｂ、
　１３Ｃ，１３００）　コイル１５Ａ、　２５８．１５
Ｃ，１５０ニ前記した１ｉｖｌ電の方法で通電すること
で前記した矢印入方向に対して垂直方向に移動する。

このようにすれば、球状の可動子１の中心の位置Ｏを回
転中心として、固定子９の曲面８に沿ってＸ軸、および
これと垂直なＹ軸で画定される二次元平面内の所定方向
へ移動する構造の簡単な球面モータが得られる。

また以上の実施例では、可動子１を高圧空気を用いて固
定子８より所定の間隔を隔てて浮上させるようにしたが
、この他の第２の実施例として第９図の平面図、および
これを［Ｘ−ＩＸ　’線に沿って切断した断面図の第１
０図に示すように、固定子８と燐青銅のような弾性部材
で形成したリング状の外ジンバル構造体２１とを、ヘア
リング２２を介して支持軸２４を用いて接続する。

また外ジンバル構造体２３と内ジンバル構造体２１と可
動子１をベアリング２６を介した支持軸２５を用いて接
続する。そして前記したように可動子ｌの表面に永久磁
石３Ａ、３８．３Ｇ、３Ｄ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ、および
永久磁石５八、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄ、５Ｅ、　５Ｆを設け
、固定子８の曲面７にコイル１４Ａ、　１４Ｂ、　１４
Ｃ，１４０を設けた磁性体１２八。

１２Ｂ、　１２Ｃ，１２Ｄおよびニア　イル１５Ａ、　
１５８．１５Ｃ，１５０を設けた磁性体１３＾、　１３
８．１３Ｃ，１３０を設置する。そして前記第１の実施
例と同様にコイルに通電することで、可動子１を固定子
８の曲面７に沿ってＹ軸、およびこれと垂直なＹ軸にて
画定される二次元平面内の所定方向に移動させることが
できる。

このような構造によっても前記した第１の実施例と同様
に固定子８の曲面７に沿って可動子１がＹ軸、およびこ
れと垂直なＹ軸にて画定される二次元平面内の所定方向
に移動する球面モータが得られる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、Ｙ軸およびこれと
垂直なＹ軸にて画定される二次元平面内に運動する構造
の簡単な球面モータが得られ、このようなモータを人工
ロボフト等の装置に用いれば、装置を構成する部品点数
も減少し、低コストの装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の球面モータの模式的な正面図、第２図
は本発明の可動子の模式的な平面図、第３図は本発明の
可動子の平面図、第４図は本発明の固定子の縦断面図、第５図は本発明の固定子の平面図、第６図乃至第８図は本発明の球面モータの動作状態を示
す説明図、第９図は本発明の球面モータの他の実施例を示す平面図
、第１０図は第９図のＩＸ−ｆＸ’線に沿って切断した断
面図である。図に於いて、１は可動子、２．４は曲線、３Δ、３Ｂ、３Ｃ，３Ｄ、
３Ｆ、３Ｇ。論、５Ｂ、５Ｃ，５Ｄ、５Ｅ、５Ｆは永久磁石、６は出
力軸、７は曲面、８は固定子、９は固定軸、１１は貫通
孔、１２八、　１２Ｂ、　１２Ｃ，１２Ｄ、　１３八、
　１３Ｂ、　１３ｃ、　１３Ｄは磁性体、１４八１１４
Ｂ、　１４ｃ、　１４Ｄ、１５八、　１５Ｂ、　１５ｃ
、　１５Ｄはコイｌし、２１は外ジンバル構造体、２２
．２６はヘアリング、２３は内ジンバル構造体、２４　
、２５は支持軸を示す。代理人　弁理士　井　桁　貞　− 不静水−ｆｉｆ／Ｉ隷や芥正■図ａ！１　　図半禿明り可町ｎ猶予面図第３図第　４　図滞ｊ藝θ月０凹完了シ早め図＋２日Ｗ／’ｈ乏Ｘ／１Ｍ１７嘉瀾シト９Ｙ八ｑ＠Ｆ３
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Claims

【特許請求の範囲】球の中心を含み球の上部より下部に致る第１の平面と、
該第１の平面に直交し球の上部より下部に致る第２の平
面で球を切断し、この切断面が球の表面と交差する曲線
（２、４）に沿って所定のピッチに配設した永久磁石（
３Ａ〜３Ｇ、５Ａ〜５Ｆ）を有する球状の可動子（１）
と、該可動子（１）の表面より所定の間隔を隔てて前記可動
子の周囲面に沿う形の曲面（７）を有し、該曲面（７）
に沿って前記永久磁石（３Ａ〜３Ｇ、５Ａ〜５Ｆ）に対
向する磁性体（１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄ）を配
設した固定子（８）を設け、前記磁性体（１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄ）の各々
にコイル（１４Ａ〜１４Ｄ、１５Ａ〜１５Ｄ）を巻回し
、前記コイル（１４Ａ〜１４Ｄ、１５Ａ〜１５Ｄ）に通
電する電流の方向を変化させることで、前記永久磁石（
３Ａ〜３Ｇ、５Ａ〜５Ｆ）に対向する磁性体（１２Ａ〜
１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄ）の磁極を変動させ、前記可動
子（１）の周囲面に設けた永久磁石（３Ａ〜３Ｇ、５Ａ
〜５Ｆ）と前記固定子（８）の曲面（７）に設けた磁性
体（１２Ａ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｄ）間の磁場によっ
て、前記可動子（１）を固定子（８）の曲面（７）に沿
って、前記可動子（１）の中心に対してＸ軸およびこれ
と垂直なＹ軸にて画定される二次元平面内の所定方向へ
移動させるようにしたことを特徴とする球面モータ。