JPH0734639B2 - ３自由度直流モ−タ - Google Patents
３自由度直流モ−タInfo
- Publication number
- JPH0734639B2 JPH0734639B2 JP60044148A JP4414885A JPH0734639B2 JP H0734639 B2 JPH0734639 B2 JP H0734639B2 JP 60044148 A JP60044148 A JP 60044148A JP 4414885 A JP4414885 A JP 4414885A JP H0734639 B2 JPH0734639 B2 JP H0734639B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- motor
- coil
- stator
- commutator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
- B23Q1/25—Movable or adjustable work or tool supports
- B23Q1/44—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
- B23Q1/50—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism
- B23Q1/54—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only
- B23Q1/545—Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with rotating pairs only, the rotating pairs being the first two elements of the mechanism two rotating pairs only comprising spherical surfaces
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/18—Machines moving with multiple degrees of freedom
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
- Dc Machiner (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ロボットアームの関節部等に利用する３自由
度回転モータに関するものである。
度回転モータに関するものである。
［従来の技術］ 本発明者らは、先に、三つの自由度を備えた３次元モー
タを提案した（特願昭59−60058号）。上記３次元モー
タは、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内に、任意
の方向に回転可能に支持されたロータを設けることによ
り構成したものである。
タを提案した（特願昭59−60058号）。上記３次元モー
タは、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内に、任意
の方向に回転可能に支持されたロータを設けることによ
り構成したものである。
しかるに、この３次元モータは、同期モータあるいは誘
導モータとして構成されるものであり、制御系が直流モ
ータに比して複雑となるという問題がある。
導モータとして構成されるものであり、制御系が直流モ
ータに比して複雑となるという問題がある。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、上記３次元モータを汎用の１自由度直
流モータにおけると同様の簡単な制御方法によって制御
可能にした３自由度の直流モータを提供することにあ
る。
流モータにおけると同様の簡単な制御方法によって制御
可能にした３自由度の直流モータを提供することにあ
る。
［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の３自由度直流モータ
は、中空状に構成した適数の磁極を有するステータに、
直交する３軸のまわりの回転を可能にしたジンバル構造
を介して、上記３軸方向の極間に三つのコイルを設けた
ロータを収容し、上記ジンバル構造における直交３軸方
向の相対的回転部分に、ステータにおける磁界の方向と
の関係において各コイルに所要の向きに電流を流す整流
子機構を設け、上記各コイルをそれぞれの軸における整
流子機構を介して直流電源に接続することにより構成さ
れる。
は、中空状に構成した適数の磁極を有するステータに、
直交する３軸のまわりの回転を可能にしたジンバル構造
を介して、上記３軸方向の極間に三つのコイルを設けた
ロータを収容し、上記ジンバル構造における直交３軸方
向の相対的回転部分に、ステータにおける磁界の方向と
の関係において各コイルに所要の向きに電流を流す整流
子機構を設け、上記各コイルをそれぞれの軸における整
流子機構を介して直流電源に接続することにより構成さ
れる。
［作 用］ 上記構成を有する本発明の直流モータにおいては、ロー
タにおけるコイルに直流電流を流すと、ステータによっ
て生じる磁界との相互作用により、それらのコイル（ロ
ータ）に対して回転力が作用し、ロータが直交する三つ
の軸のまわりに任意に回転することになる。而して、各
コイルに流れる電流は整流子機構によって適宜反転する
ため、各コイルによるロータの三つの軸のまわりの回転
が必要な範囲で継続される。
タにおけるコイルに直流電流を流すと、ステータによっ
て生じる磁界との相互作用により、それらのコイル（ロ
ータ）に対して回転力が作用し、ロータが直交する三つ
の軸のまわりに任意に回転することになる。而して、各
コイルに流れる電流は整流子機構によって適宜反転する
ため、各コイルによるロータの三つの軸のまわりの回転
が必要な範囲で継続される。
［発明の効果］ 本発明によれば、３自由度の直流モータを実現すること
ができ、汎用の電気式１自由度直流モータにおけると同
様に、ステータ側に形成される磁界とロータ側のコイル
に供給する電流との相互作用により生じる電磁力を駆動
力として用いるようにしたので、制御系の単純化及び製
品全体としての小形軽量化が達成される。
ができ、汎用の電気式１自由度直流モータにおけると同
様に、ステータ側に形成される磁界とロータ側のコイル
に供給する電流との相互作用により生じる電磁力を駆動
力として用いるようにしたので、制御系の単純化及び製
品全体としての小形軽量化が達成される。
［実施例］ 本発明の実施例を説明するに先立って、本発明の直流モ
ータの動作原理を説明する。
ータの動作原理を説明する。
第１図において、1,2,3はコイルであり、それらは互い
に直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸上に極を有する状態にし
て一つの球面上に相互に絶縁した状態で捲回していると
する。また、上記各コイル１〜３に磁界を作用させるた
め、第２図に示すように、二つの半球状の永久磁石4,4
を用い、その一方のＮ極、他方をＳ極として、磁束が球
の中心方向に向くように形成しておく。而して、この永
久磁石4,4内に上記コイル１〜３をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸
のまわりに回転可能な状態で収容し、各コイル１〜３に
電流を流せば、その電流を流したコイルが磁界との相互
作用によって回転力を受け、例えばコイル１に電流を流
した場合にはｘ軸のまわりに回転し、コイル２に電流を
流した場合にはｙ軸のまわりに、コイル３に電流を流し
た場合にはｚ軸のまわりに回転し、また複数のコイルに
電流を流した場合には複数の軸のまわりに複合回転する
ことになる。なお、コイルを一方向に連続的に回転させ
るには、それに流れる電流の向きを整流子により電気角
180゜毎に反転することが必要である。
に直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸上に極を有する状態にし
て一つの球面上に相互に絶縁した状態で捲回していると
する。また、上記各コイル１〜３に磁界を作用させるた
め、第２図に示すように、二つの半球状の永久磁石4,4
を用い、その一方のＮ極、他方をＳ極として、磁束が球
の中心方向に向くように形成しておく。而して、この永
久磁石4,4内に上記コイル１〜３をｘ軸、ｙ軸及びｚ軸
のまわりに回転可能な状態で収容し、各コイル１〜３に
電流を流せば、その電流を流したコイルが磁界との相互
作用によって回転力を受け、例えばコイル１に電流を流
した場合にはｘ軸のまわりに回転し、コイル２に電流を
流した場合にはｙ軸のまわりに、コイル３に電流を流し
た場合にはｚ軸のまわりに回転し、また複数のコイルに
電流を流した場合には複数の軸のまわりに複合回転する
ことになる。なお、コイルを一方向に連続的に回転させ
るには、それに流れる電流の向きを整流子により電気角
180゜毎に反転することが必要である。
本発明は、上記原理に基づいて構成したものであり、そ
の実施例を示す第３図において、11はロボットアーム等
に固定される静止系の基体であって、この基体11にステ
ータ12が固定される。このステータ12は、第２図に示し
た永久磁石4,4と同様に、中空球状の永久磁石によって
構成し、その半分をＮ極に、他の半分をＳ極にして、そ
の一部を切欠くことにより出力軸取出口13を開口させて
いる。なお、このステータ12は、必ずしも永久磁石によ
って構成する必要がなく、所要位置に電磁石を配置した
中空球状の部材等によって構成することができる。
の実施例を示す第３図において、11はロボットアーム等
に固定される静止系の基体であって、この基体11にステ
ータ12が固定される。このステータ12は、第２図に示し
た永久磁石4,4と同様に、中空球状の永久磁石によって
構成し、その半分をＮ極に、他の半分をＳ極にして、そ
の一部を切欠くことにより出力軸取出口13を開口させて
いる。なお、このステータ12は、必ずしも永久磁石によ
って構成する必要がなく、所要位置に電磁石を配置した
中空球状の部材等によって構成することができる。
上記ステータ12内に任意の方向に回転可能に支持された
ロータ14は、第１図に示すように捲回された３組のコイ
ルを備えている。即ち、出力軸杆15を突出したの回転体
16の周囲に、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりの回転を司る
三つのコイル17,18,19が互いに絶縁状態に捲回されてい
る。従って、それらの各コイル17〜19にそれぞれ所定の
方向に直流電流を流せば、ステータ12内の磁界との相互
作用によって、ロータ14が、任意の軸のまわりにおい
て、出力軸取出口13で制限された範囲内ではあるが、所
要の角度だけ３自由度の回転を行い、その回転量が出力
軸杆15から取出されることになる。
ロータ14は、第１図に示すように捲回された３組のコイ
ルを備えている。即ち、出力軸杆15を突出したの回転体
16の周囲に、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりの回転を司る
三つのコイル17,18,19が互いに絶縁状態に捲回されてい
る。従って、それらの各コイル17〜19にそれぞれ所定の
方向に直流電流を流せば、ステータ12内の磁界との相互
作用によって、ロータ14が、任意の軸のまわりにおい
て、出力軸取出口13で制限された範囲内ではあるが、所
要の角度だけ３自由度の回転を行い、その回転量が出力
軸杆15から取出されることになる。
しかるに、上記回転体16上のコイル17〜19に対して所定
の方向に電流を流す必要があり、このため、上記回転体
16は第４図に示すようなジンバル構造によって支持さ
せ、このジンバル構造内におけるｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の
まわりの回転部分に整流子機構を設けている。
の方向に電流を流す必要があり、このため、上記回転体
16は第４図に示すようなジンバル構造によって支持さ
せ、このジンバル構造内におけるｘ軸、ｙ軸及びｚ軸の
まわりの回転部分に整流子機構を設けている。
即ち、上記回転体16は、基体11と一体化されている固定
部22において、ｚ軸まわりに回転可能に連結した回転軸
杆24との間に整流子機構23を設け、その軸杆24に固定し
たほぼ円弧状の支持腕25の両端支持部26,26間に、直交
する２軸に沿った放射状の腕28,29を設けた回転腕体27
における一方向の腕28,28を回転可能に取付けて、その
腕28と上記支持腕25との間に整流子機構30を介在させ、
さらに、回転腕体27における他方の腕29に、前記回転体
16及び出力軸杆15に固定したほぼ円弧状の支持腕31の両
端支持部32,32を回転可能に取付け、その腕29と支持腕3
1との間に整流子機構33を介在させている。従って、回
転体16（出力軸杆15）はｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりに
自由に回転することが可能である。
部22において、ｚ軸まわりに回転可能に連結した回転軸
杆24との間に整流子機構23を設け、その軸杆24に固定し
たほぼ円弧状の支持腕25の両端支持部26,26間に、直交
する２軸に沿った放射状の腕28,29を設けた回転腕体27
における一方向の腕28,28を回転可能に取付けて、その
腕28と上記支持腕25との間に整流子機構30を介在させ、
さらに、回転腕体27における他方の腕29に、前記回転体
16及び出力軸杆15に固定したほぼ円弧状の支持腕31の両
端支持部32,32を回転可能に取付け、その腕29と支持腕3
1との間に整流子機構33を介在させている。従って、回
転体16（出力軸杆15）はｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりに
自由に回転することが可能である。
而して、上記整流子機構23,30,33は、各コイル17〜19に
所要の向きに電流を流すと共に、その電流の向きを所要
角度において反転させ、各コイルをそれぞれの軸のまわ
りに回転させるもので、例えば、整流子機構30は第５図
のように構成される。
所要の向きに電流を流すと共に、その電流の向きを所要
角度において反転させ、各コイルをそれぞれの軸のまわ
りに回転させるもので、例えば、整流子機構30は第５図
のように構成される。
即ち、整流子機構30においては、支持腕25の両端支持部
26に固定された絶縁柱36のまわりに絶縁材37を介して整
流子38,38を配設固定すると共に、それを絶縁スリーブ3
9及びベアリング41を介して腕28に回転可能に取付けて
いる。さらに、上記整流子38のまわりの対向位置におい
て腕28に固定されたブラシ44,44は、整流子38の外周面
に電気的導通状態に接触すると共に、前記回転体16に捲
回したｘ軸のまわりの回転を司るコイル17に接続され、
また上記各整流子38は隣接する整流子が異極につながる
ようにして直流電源（図示せず）に接続している。これ
により、腕28（回転腕体27）の回転に応じてコイル17が
所定の整流子38を介して電源に接続されることになる。
26に固定された絶縁柱36のまわりに絶縁材37を介して整
流子38,38を配設固定すると共に、それを絶縁スリーブ3
9及びベアリング41を介して腕28に回転可能に取付けて
いる。さらに、上記整流子38のまわりの対向位置におい
て腕28に固定されたブラシ44,44は、整流子38の外周面
に電気的導通状態に接触すると共に、前記回転体16に捲
回したｘ軸のまわりの回転を司るコイル17に接続され、
また上記各整流子38は隣接する整流子が異極につながる
ようにして直流電源（図示せず）に接続している。これ
により、腕28（回転腕体27）の回転に応じてコイル17が
所定の整流子38を介して電源に接続されることになる。
なお、他の整流子機構23,33も上記と同様に構成され、
それらの機構23,33におけるブラシにはそれぞれコイル1
8,19が接続される。
それらの機構23,33におけるブラシにはそれぞれコイル1
8,19が接続される。
上記構成のモータにおいて、整流子機構23,30,33を介し
てコイル17,18,19に直流電流を供給すれば、ロータ14は
ステータ12に対してｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりに任意
の方向に回転し、且つその回転に伴って各コイル17,18,
19に流れる電流の向きが整流子機構23,30,33による極性
切換によって反転して、その回転が継続され、出力が出
力軸杆15から取出される。
てコイル17,18,19に直流電流を供給すれば、ロータ14は
ステータ12に対してｘ軸、ｙ軸及びｚ軸のまわりに任意
の方向に回転し、且つその回転に伴って各コイル17,18,
19に流れる電流の向きが整流子機構23,30,33による極性
切換によって反転して、その回転が継続され、出力が出
力軸杆15から取出される。
なお、上記モータにおけるステータを多極構造とするこ
ともでき、それにより既知の直流モータにおけると同様
の多極形直流モータを得ることができるのは当然であ
る。この場合には、例えば第６図に示すようにＮ極を配
置すると、Ｓ極はx,y,zの各軸のいずれに対しても等角
度の中間の線上に配置されることになる。また、コイル
の巻き方は、極数が奇数の場合には第７図（ａ）のよう
に、極数が偶数の場合には同図（ｂ）のようにする必要
がある。
ともでき、それにより既知の直流モータにおけると同様
の多極形直流モータを得ることができるのは当然であ
る。この場合には、例えば第６図に示すようにＮ極を配
置すると、Ｓ極はx,y,zの各軸のいずれに対しても等角
度の中間の線上に配置されることになる。また、コイル
の巻き方は、極数が奇数の場合には第７図（ａ）のよう
に、極数が偶数の場合には同図（ｂ）のようにする必要
がある。
第１図は本発明の原理説明するためのコイルの捲回状態
を示す斜視図、第２図は同ステータの斜視図、第３図は
本発明の実施例の斜視図、第４図はそのジンバル構造に
ついての説明図、第５図はその整流子機構の拡大斜視
図、第６図は多極構造にした場合のステータについての
説明図、第７図（ａ）（ｂ）は上記多極構造の場合にお
けるコイルの巻き方についての説明図である。 12……ステータ、14……ロータ、 17,18,19……コイル、 23,30,33……整流子機構。
を示す斜視図、第２図は同ステータの斜視図、第３図は
本発明の実施例の斜視図、第４図はそのジンバル構造に
ついての説明図、第５図はその整流子機構の拡大斜視
図、第６図は多極構造にした場合のステータについての
説明図、第７図（ａ）（ｂ）は上記多極構造の場合にお
けるコイルの巻き方についての説明図である。 12……ステータ、14……ロータ、 17,18,19……コイル、 23,30,33……整流子機構。
Claims (1)
- 【請求項１】中空状に構成した適数の磁極を有するステ
ータに、直交する３軸のまわりの回転を可能にしたジン
バル構造を介して、上記３軸方向の極間に三つのコイル
を設けたロータを収容し、上記ジンバル構造における直
行３軸方向の相対的回転部分に、ステータにおける磁界
の方向との関係において各コイルに所要の向きに電流を
流す整流子機構を設け、上記各コイルをそれぞれの軸に
おける整流子機構を介して直流電源に接続したことを特
徴とする３自由度直流モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60044148A JPH0734639B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | ３自由度直流モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60044148A JPH0734639B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | ３自由度直流モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61203860A JPS61203860A (ja) | 1986-09-09 |
| JPH0734639B2 true JPH0734639B2 (ja) | 1995-04-12 |
Family
ID=12683544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60044148A Expired - Lifetime JPH0734639B2 (ja) | 1985-03-06 | 1985-03-06 | ３自由度直流モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0734639B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100825949B1 (ko) * | 2007-01-12 | 2008-04-28 | 한양대학교 산학협력단 | 3자유도 엑츄에이터 |
| KR101389396B1 (ko) * | 2012-11-16 | 2014-05-30 | 국방과학연구소 | 소형 구형 모터 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4022509A1 (de) * | 1990-07-14 | 1992-01-16 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Homokinetisches stellsystem |
| EP0526774B1 (en) * | 1991-07-31 | 1996-03-20 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Electric motor having a spherical rotor and its application apparatus |
| KR100401412B1 (ko) * | 2001-11-05 | 2003-10-17 | 백윤수 | 3 자유도 브러쉬리스 직류모터 |
| US9000628B1 (en) * | 2013-10-08 | 2015-04-07 | Kuokwa Ho | Ball joint universal rotary motor, a manufacturing method and a working mechanism thereof |
| EP3249794B1 (en) * | 2016-05-26 | 2020-11-18 | Honeywell International Inc. | Multi-degree of freedom electromagnetic machine |
| US10118716B2 (en) | 2016-07-12 | 2018-11-06 | Honeywell International Inc. | Spin and tilt control of a multi-degree of freedom electromagnetic machine |
| US10110108B2 (en) * | 2016-12-05 | 2018-10-23 | Honeywell International Inc. | Three degree-of-freedom electromagnetic machine control system and method |
| CN108462346B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-03-31 | 河北科技大学 | 一种混合驱动式三自由度运动电动机 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU486229B2 (en) * | 1975-09-04 | 1977-09-08 | Michael Ellis James | Self-propelled shark-proof cage |
| JPS55120018A (en) * | 1979-03-12 | 1980-09-16 | Mamiya Koki Kk | Electromagnetic driving device for camera |
| JPS55139071A (en) * | 1979-04-13 | 1980-10-30 | Nec Corp | Two-axis feed type linear motor |
| JPS5628460A (en) * | 1979-08-15 | 1981-03-20 | Mitsubishi Electric Corp | High frequency starting device |
| JPS5771532A (en) * | 1980-10-22 | 1982-05-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Two axia driver |
| JPS592562A (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-09 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | 可動コイル形アクチユエ−タ |
| JPS59162762A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-13 | Canon Inc | 球面モ−タ |
| JPS59162763A (ja) * | 1983-03-03 | 1984-09-13 | Canon Inc | 球面モ−タ |
-
1985
- 1985-03-06 JP JP60044148A patent/JPH0734639B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100825949B1 (ko) * | 2007-01-12 | 2008-04-28 | 한양대학교 산학협력단 | 3자유도 엑츄에이터 |
| KR101389396B1 (ko) * | 2012-11-16 | 2014-05-30 | 국방과학연구소 | 소형 구형 모터 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61203860A (ja) | 1986-09-09 |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |