(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量化および高信頼性化の実現を図りつつ、３次元空間の軸周りにトルクを発生させることができる姿勢制御装置を得る。【解決手段】姿勢制御装置は、中空の第１の固定子１と、第１の固定子の内部に設けられ、第１の固定子に対して固定された第２の固定子４と、第１の固定子と第２の固定子との間隙に充填された機能性流体５と、第１の固定子の表面に設けられ、機能性流体に磁場を与え、与えた磁場に応じて機能性流体を流動させる複数の磁場発生器２ａ〜２ｆと、を備えて構成されている。【選択図】図２
2018069756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間において姿勢制御対象の姿勢変更を行う姿勢制御装置であって、
中空の第１の固定子と、
前記第１の固定子の内部に設けられ、前記第１の固定子に対して固定された第２の固定子と、
前記第１の固定子と前記第２の固定子との間隙に充填された機能性流体と、
前記第１の固定子の表面に設けられ、前記機能性流体に磁場を与え、与えた前記磁場に応じて前記機能性流体を流動させる複数の磁場発生器と、
を備えた姿勢制御装置。
【請求項２】
前記第１の固定子の中心を前記３次元空間の直交座標系の原点とし、前記直交座標系を互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって定めたとき、
前記第１の固定子の中心と、前記第２の固定子の中心とが一致し、
前記複数の磁場発生器は、
前記第１の固定子を介して互いに対向するように前記Ｘ軸に設けられた一対の磁場発生器と、
前記第１の固定子を介して互いに対向するように前記Ｙ軸に設けられた一対の磁場発生器と、
前記第１の固定子を介して互いに対向するように前記Ｚ軸に設けられた一対の磁場発生器と、によって構成される
請求項１に記載の姿勢制御装置。
【請求項３】
前記第１の固定子の中心を前記３次元空間の直交座標系の原点としたとき、
前記第１の固定子の中心と、前記第２の固定子の中心とが一致し、
前記複数の磁場発生器は、
前記原点を重心とする正四面体の各頂点に１つずつ設けられた４つの磁場発生器によって構成される
請求項１に記載の姿勢制御装置。
【請求項４】
前記第１の固定子の形状は、球殻状であり、
前記第２の固定子の外周面の形状は、球面状である
請求項１から３のいずれか１項に記載の姿勢制御装置。
【請求項５】
前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に電圧を印加する電圧印加回路をさらに備えた
請求項１から４のいずれか１項に記載の姿勢制御装置。
【請求項６】
前記第１の固定子および前記複数の磁場発生器の全体を覆うことで、前記複数の磁場発生器が発生させる前記磁場を遮断するカバーをさらに備えた
請求項１から５のいずれか１項に記載の姿勢制御装置。
【請求項７】
前記機能性流体は、ＭＲ流体、ＥＭＲ流体、または磁気混合流体である
請求項１から６のいずれか１項に記載の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元空間において姿勢制御対象の姿勢変更を行う姿勢制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、リアクションホイールは、回転軸が一方向に固定されており、リアクションホイールが取りつけられた面に対して一定軸方向だけに角運動量を蓄積させたり、リアクショントルクを発生させたりすることが可能となっている。そのため、３次元空間の任意の方向にリアクショントルクを発生させるためには、３台のリアクションホイールの設置が必要となっていた。そこで、このような状況を鑑みて、近年、１台だけの使用で３次元空間の任意の軸周りにトルクを発生させることができる３次元リアクションホイールが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
従来の３次元リアクションホイールは、磁性体などの固体物質で構成された球状回転子と、球状回転子と同心になるように設けられた球殻状固定子とを備えて構成されている。このような３次元リアクションホイールは、球状回転子と球殻状固定子との相対位置関係を保持したまま、球状回転子への磁場の印加による球状回転子の回転速度の変化によって生じるリアクショントルクを駆動力として、姿勢制御対象の姿勢を変更させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−２２５５００号公報
【特許文献２】特開２００８−８０８８８号公報
【特許文献３】特開平８−１５６８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の３次元リアクションホイールでは、ベアリングによって球状回転子を支持するように構成されている。したがって、ロケット等の打ち上げ時の振動環境や、またはスラスタといったリアクションホイール以外の姿勢制御装置を使用した際に、球殻状固定子と球状回転子との間に機械摩擦または衝突が発生する。その結果、長時間の使用によって球殻状固定子と球状回転子とが摩耗したり、壊れたりする可能性があることから、従来の３次元リアクションホイールは、装置の信頼性がそれほど高くないという問題がある。
【０００６】
また、従来の３次元リアクションホイールにおいて、球殻状固定子と球状回転子とが摩耗することを防ぐための機構を別途設けた場合、３次元リアクションホイールへの付加機構の構造が複雑化する。その結果、３次元リアクションホイールシステム全体の重量が増加するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高信頼性化および軽量化の実現を図りつつ、３次元空間の軸周りにトルクを発生させることができる姿勢制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における姿勢制御装置は、３次元空間において姿勢制御対象の姿勢変更を行う姿勢制御装置であって、中空の第１の固定子と、第１の固定子の内部に設けられ、第１の固定子に対して固定された第２の固定子と、第１の固定子と第２の固定子との間隙に充填された機能性流体と、第１の固定子の表面に設けられ、機能性流体に磁場を与え、与えた磁場に応じて機能性流体を流動させる複数の磁場発生器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軽量化および高信頼性化の実現を図りつつ、３次元空間の軸周りにトルクを発生させることができる姿勢制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における姿勢制御装置が搭載された姿勢制御対象の斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１における姿勢制御装置を示す斜視図である。
【図３】図２の姿勢制御装置の内部の断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における姿勢制御装置の斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態３における姿勢制御装置の斜視図である。
【図６】図５の姿勢制御装置の内部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明による姿勢制御装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における姿勢制御装置１０が搭載された姿勢制御対象７の斜視図である。
【００１３】
なお、本実施の形態１では、姿勢制御装置１０が搭載された姿勢制御対象７の一例として、姿勢制御対象７が人工衛星である場合を例示している。また、３次元空間の直交座標系を、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸によって定め、姿勢制御対象７の中心と、姿勢制御装置１０を構成する第１の固定子１の中心を直交座標系の原点とする。
【００１４】
図１に示すように、センターパネル６は、姿勢制御対象７の中央に固定されている。姿勢制御装置１０は、センターパネル６の中央に取り付けられ、センターパネル６に対して固定されている。
【００１５】
次に、姿勢制御装置１０について、図１に加えて、図２および図３を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における姿勢制御装置１０を示す斜視図である。図３は、図２の姿勢制御装置１０の内部の断面図である。
【００１６】
なお、図２では、姿勢制御装置１０の外部の構成に加えて、姿勢制御装置１０の一部を切断することによって内部の構成も併せて示している。また、図３では、図２において、姿勢制御装置１０の中心を通るＹ−Ｚ平面またはＸ−Ｙ平面で切断した断面を正面から見たときの断面図を示している。
【００１７】
姿勢制御装置１０は、第１の固定子１と、第１の固定子１の内部に設けられ、第１の固定子１に対して固定された第２の固定子４と、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙に充填された機能性流体５と、第１の固定子１の表面に設けられ、機能性流体５に磁場を与え、与えた磁場に応じて機能性流体５を流動させる複数の磁場発生器２ａ〜２ｆとを備える。
【００１８】
第１の固定子１は、導体によって形成され、形状は球殻状である。すなわち、第１の固定子１は、形状が球状の中空部を有しているともいえる。
【００１９】
第２の固定子４は、導体によって形成され、形状が中実の球状である。第２の固定子４の半径は、第１固定子１の半径よりも小さい。第２の固定子４は、支持体３に支持されることによって、第１の固定子１と同心に固定される。すなわち、第１の固定子１の中心と、第２の固定子４の中心とが一致する。
【００２０】
磁場発生器２ａ〜２ｆのそれぞれは、磁場を発生させるものであり、直交座標系の座標軸周りに巻回されたコイルを用いて構成される。磁場発生器２ａ〜２ｆは、第１の固定子１の中心に対して３次元的に設けられている。
【００２１】
具体的には、一対の磁場発生器２ｂ，２ｄは、第１の固定子１を介して互いに対向するようにＸ軸に設けられている。一対の磁場発生器２ｅ，２ｆは、第１の固定子１を介して互いに対向するようにＹ軸に設けられている。一対の磁場発生器２ａ，２ｃは、第１の固定子１を介して互いに対向するようにＺ軸に設けられている。このように、磁場発生器２ａ〜２ｆは、直交座標系の原点を基準として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿って９０度ずつ間隔を保ちながら３次元空間上に設けられている。
【００２２】
磁場発生器２ａ〜２ｆは、第１の固定子１の表面を貫通した状態で第１の固定子１に固定されている。また、第１の固定子１の影響を受けることなく、磁場発生器２ａ〜２ｆが発生させる回転磁場が機能性流体５に与えられる。
【００２３】
続いて、姿勢制御装置１０の動作原理と、姿勢制御装置１０によって行われる姿勢制御対象７の姿勢変更について説明する。
【００２４】
姿勢制御対象７が変更すべき姿勢に関する情報は、姿勢制御対象７の目的に応じて決定され、姿勢制御装置１０の制御部（図示せず）に指令信号として入力される。制御部は、その指令信号に従って、磁場発生器２ａ〜２ｆのそれぞれの動作を制御する。
【００２５】
ここで、姿勢制御対象７の目的に応じて決定された変更すべき姿勢に姿勢制御対象７が移行するためには、直交座標系の原点を通る任意の回転軸周りに機能性流体５を回転させる必要がある。そこで、各々が磁場を発生させる磁場発生器２ａ〜２ｆの任意の組み合わせによって構成される合成回転磁場を機能性流体５に与える。この場合、機能性流体５に与えられた合成回転磁場が進行磁場となり、機能性流体５内に進行磁場に沿った磁気体積力が生じ、その結果、機能性流体５が回転する。
【００２６】
なお、特許文献３に記載の３次元リアクションホイールでは、球殻状固定子と球状回転子とが摩耗することを防ぐために、球殻状固定子と球状回転子との間に潤滑剤として例えば磁性流体が充填されている。特許文献３に記載の３次元リアクションホイールでは、磁性流体は、潤滑剤としての役割を担っている。なお、実際には、球状回転子を回転させるために磁場発生器から磁場を印加したとき、その磁性流体にも磁場が印加されるので、その磁性流体の粘性が増加し、結果として、その磁性流体は、潤滑剤としての役割を果たさない可能性がある。
【００２７】
これに対して、本実施の形態１における姿勢制御装置１０では、上記から分かるように、機能性流体５は、回転子としての役割を担っている。
【００２８】
なお、機能性流体５としては、例えば、磁性流体、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体、ＭＲ流体とＥＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏ―Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ）流体を混合したＥＭＲ流体、または磁気混合流体を用いることができる。
【００２９】
ここで、磁性流体は、一般的には、液相中に数１０ｎｍ程度の強磁性体微粉末を分散させたコロイド溶液を指す。磁性流体は、強磁性体微粉末の直径によって、磁場の強さに対する粘性変化および磁気体積力の大きさに対する特性が異なることが知られている。ＭＲ流体およびＥＲ流体は、電場、磁場等に反応して粘弾性特性が変化する。
【００３０】
続いて、機能性流体５に合成回転磁場を与えることで得られる進行磁場について説明する。図２では、上記のとおり、機能性流体５に与える回転磁場を発生させる磁場発生器２ａ〜２ｆの配置例を示している。
【００３１】
これらの磁場発生器２ａ〜２ｆの任意の組み合わせによって構成される合成回転磁場のうち、磁場発生器２ａ，２ｅ，２ｃ，２ｆの組み合わせによって構成される合成回転磁場は、Ｘ軸周りに回転する。また、磁場発生器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの組み合わせによって構成される合成回転磁場は、Ｙ軸周りに回転し、磁場発生器２ｂ，２ｅ，２ｄ，２ｆの組み合わせによって構成される合成回転磁場は、Ｚ軸周りに回転する。
【００３２】
したがって、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各軸周りに回転する合成回転磁場を任意に組み合わせることにより、任意の回転軸周りに回転する合成回転磁場を得ることができる。また、この合成回転磁場が進行磁場となり、機能性流体５内に進行磁場に沿った磁気体積力が生じ、その結果、機能性流体５が回転する。
【００３３】
また、はじめに機能性流体５が第１の固定子１に対して静止していた場合、合成回転磁場の印加に伴って機能性流体５が回転するときの回転速度の最大値との差と、機能性流体５全体が有する慣性モーメントに応じて、機能性流体５の回転角速度の増加方向と逆方向にリアクショントルクが生じる。このリアクショントルクによって、姿勢制御対象７の姿勢変更が可能となる。
【００３４】
このように、姿勢制御装置１０は、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙に充填された機能性流体５を磁気体積力によって回転駆動させることで得られるリアクショントルクによって、３次元空間の任意の軸周りに姿勢制御対象７の姿勢を変更させることができる。
【００３５】
続いて、第１の固定子１の内部に第２の固定子４を設けるメリットについて説明する。第２の固定子４は、第２の固定子４を設けなかった場合に生じると考えられる機能性流体５のよどみ点で機能性流体５の不安定性が生じて乱流が発生することを回避する目的で設けられている。すなわち、第２の固定子４を設けることで、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙に充填された機能性流体５の流れを安定させることができる。
【００３６】
また、第１の固定子１に対して第２の固定子４を固定するために用いられる支持体３を十分細いワイヤ等で構成することにより、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙を流動する機能性流体５に対して十分に抵抗の影響を少なくすることができる。
【００３７】
以上、本実施の形態１の姿勢制御装置によれば、中空の第１の固定子と、第１の固定子の内部に設けられ、第１の固定子に対して固定された第２の固定子と、第１の固定子と第２の固定子との間隙に充填された機能性流体と、第１の固定子の表面に設けられ、機能性流体に磁場を与え、与えた磁場に応じて機能性流体を流動させる複数の磁場発生器と、を備えて構成される。
【００３８】
なお、本実施の形態１では、具体例として、上記の複数の磁場発生器は、第１の固定子を介して互いに対向するようにＸ軸に設けられた一対の磁場発生器と、第１の固定子を介して互いに対向するようにＹ軸に設けられた一対の磁場発生器と、第１の固定子を介して互いに対向するようにＺ軸に設けられた一対の磁場発生器と、によって構成される場合を例示している。
【００３９】
これにより、軽量化および高信頼性化の実現を図りつつ、３次元空間の軸周りにトルクを発生させることができる姿勢制御装置を得ることができる。
【００４０】
すなわち、固体物質で構成された従来の球状回転子を、ホイールとしての機能を果たす液体に置き換えることによって、従来の３次元リアクションホイールとは異なり、球殻状固定子と球状回転子との物理的な接触が発生しないので、ホイールの機械摩耗が著しく減る。また、従来の３次元リアクションホイールとは異なり、球殻状固定子と球状回転子との間の物理的な空隙が存在しないので、予期せぬ外力などが加わった際の耐振動性や耐衝撃性が向上する。さらに、従来の３次元リアクションホイールとは異なり、球状回転子を磁気浮上させるための付属の機構を設ける必要がないので、装置全体の軽量化を実現することができる。
【００４１】
また、予期せぬ外部振動が発生した場合であっても、従来の３次元リアクションホイールとは異なり、球殻状固定子と球状回転子が衝突したり、摩耗したり、変形したりすることがないので、装置の故障発生率も抑制することができる。
【００４２】
さらに、第１の固定子の内部に第２の固定子を設けることによって、機能性流体の流動時に乱流が発生しにくくなり、機能性流体を回転させることによって得られる角運動量の方向を高い精度で安定して制御できる。その結果、姿勢制御装置を搭載した姿勢制御対象の姿勢変更性能を向上させることができる。
【００４３】
実施の形態２.
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１の磁場発生器２ａ〜２ｆとは配置が異なる磁場発生器２ｇ〜２ｊを備えた姿勢制御装置１０について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
なお、本実施の形態２では、第１の固定子１に設けられる磁場発生器２ｊの軸線をＹ軸として、直交座標系を規定している。
【００４５】
図４は、本発明の実施の形態２における姿勢制御装置１０の斜視図である。なお、図４では、姿勢制御装置１０の外部の構成に加えて、姿勢制御装置１０の一部を切断することによって内部の構成も併せて示している。
【００４６】
図４において、磁場発生器２ｇ〜２ｊは、直交座標系の原点を重心とする正四面体の各頂点に１つずつ設けられている。この正四面体は、第１の固定子１に内接している。
【００４７】
すなわち、磁場発生器２ｊの軸線をＹ軸と規定したとき、磁場発生器２ｇ，２ｈ，２ｉは、Ｙ軸に対して１２０度の傾きを持つ。磁場発生器２ｈ，２ｉ，２ｊは、Ｘ−Ｙ平面上へ正射影したとき、正三角形の各頂点に配置される。磁場発生器２ｇ，２ｈ，２ｊは、Ｙ−Ｚ平面上へ正投影したとき、正三角形の各頂点に配置されている。磁場発生器２ｇ，２ｈ，２ｉは、Ｘ−Ｚ平面上へ正投影したとき、正三角形の頂点に配置されている。
【００４８】
磁場発生器２ｈ，２ｉ，２ｊの組み合わせによって構成される合成回転磁場が周りを回転する軸と、磁場発生器２ｇ，２ｈ，２ｊの組み合わせによって構成される合成回転磁場が周りを回転する軸と、磁場発生器２ｇ，２ｈ，２ｉの組み合わせによって構成される合成回転磁場が周りを回転する軸とは、３次元空間において互いに直交する。したがって、これらの３軸の各軸周りに回転する合成回転磁場を任意に組み合わせることにより、任意の回転軸周りに回転する合成回転磁場を得ることができる。また、この合成回転磁場が進行磁場となり、機能性流体５内に進行磁場に沿った磁気体積力が生じ、その結果、機能性流体５が回転する。
【００４９】
磁場発生器２ｇ〜２ｊの総数（＝４）は、３次元空間上の任意の回転軸周りに機能性流体５を回転させるために必要な磁場発生器の理論上の最小数である。ただし、先の実施の形態１では、６つの磁場発生器を用いる場合を例示したが、５つ以上の磁場発生器を用いることで、磁場発生器の故障に対して冗長化を図ることができるというメリットがある。
【００５０】
以上、本実施の形態２の姿勢制御装置によれば、複数の磁場発生器は、直交座標系の原点を重心とする正四面体の各頂点に１つずつ設けられた４つの磁場発生器によって構成される。このように構成した場合であっても、先の実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００５１】
実施の形態３.
本発明の実施の形態３では、電圧印加回路８をさらに備えた姿勢制御装置１０について説明する。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００５２】
ここで、先の実施の形態１の姿勢制御装置１０の構成では、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙において、磁場発生器２ａ〜２ｆ側の領域と、第２の固定子４側の領域とで、機能性流体５全体へ均一に駆動力を発生させることができない可能性がある。その結果、意図せぬ乱流によって、姿勢制御装置１０の制御性能が著しく損なわれる可能性がある。また、乱流が発生することで機能性流体５の流れが制御できなくなり、予期せぬ方向にリアクショントルクを生じる可能性がある。さらに、乱流が抑制されるまでの時間、姿勢制御装置１０が姿勢制御の役割を果たさなくなる可能性がある。
【００５３】
そこで、上記のような種々の可能性を考慮して、本実施の形態３における姿勢制御装置１０は、先の実施の形態１の構成に加えて、電圧印加回路８をさらに備えて構成されている。このように構成することで、先の実施の形態１と比べて、機能性流体５の回転をより高い応答性かつ均一な駆動力によって安定して制御することが期待できる。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態３における姿勢制御装置１０の斜視図である。図６は、図５の姿勢制御装置１０の内部の断面図である。
【００５５】
なお、図５では、姿勢制御装置１０の外部の構成に加えて、姿勢制御装置１０の一部を切断することによって内部の構成も併せて示している。また、図６では、図５において、姿勢制御装置１０の中心を通るＹ−Ｚ平面またはＸ−Ｙ平面で切断した断面を正面から見たときの断面図を示している。
【００５６】
図５に示すように、本実施の形態３における姿勢制御装置１０は、先の実施の形態１の構成に加えて、直流電源およびスイッチを備えて構成される電圧印加回路をさらに備えている。
【００５７】
電圧印加回路８の一端部は、絶縁体によって形成された支持体３を介して、導体によって形成された第２の固定子４と電気的に接続されている。電圧印加回路８の他端部は、導体によって形成された第１の固定子１と電気的に接続されている。
【００５８】
電圧印加回路８は、第１の固定子１と第２の固定子との間に電圧を印加する直流電源を備えて構成されている。したがって、電圧印加回路８において、スイッチをオンおよびオフに切り替えて、直流電源によって印加される印加電圧を制御することによって、第１の固定子１と第２の固定子４との間に有意な電位差を与えることができる。
【００５９】
ここで、機能性流体５は、第１の固定子１と第２の固定子４との間の電位差が大きくなると、粘性がより増大する特性がある。そこで、このような性質を利用し、電圧印加回路８によって、第１の固定子１と第２の固定子との間、すなわち機能性流体５に電圧を印加すれば、機能性流体５の回転速度を減速させることができる。
【００６０】
また、合成回転磁場の印加に伴って機能性流体５が回転するときの回転速度の最大値との差と、機能性流体５全体が有する慣性モーメントに基づいて、機能性流体５の回転角速度の増加方向あるいは減少方向と逆方向にリアクショントルクが生じる。このリアクショントルクによって、姿勢制御対象７の姿勢変更が可能となる。
【００６１】
さらに、本実施の形態３では、電圧印加回路８によって電圧を印加することで機能性流体５の粘性の変化を生じさせている。これにより、先の実施の形態１の構成、すなわち機能性流体５の粘性の変化を生じさせない構成と比べて、機能性流体５の回転角速度の変化をより大きく与えることができる。その結果、姿勢制御装置１０が発生させるトルクをより大きくすることができるという効果が期待できる。
【００６２】
なお、電圧印加回路８は、第１の固定子１と第２の固定子との間に印加する電圧を可変とするように構成されていてもよい。このように構成することで、機能性流体５に印加する電圧の値を多段階で調整することができるので、機能性流体５の粘性変化を多段階で制御することができる。その結果、姿勢制御装置１０が発生させるトルクをより効率的に制御することができるという効果が期待できる。
【００６３】
上記の構成において、より具体的には、磁場発生器２ａ〜２ｆに回転磁場を発生させる制御を行う際に、この制御と同期して、第１の固定子１と第２の固定子４との間に電位差を与えることができるようにする。また、機能性流体５の粘性値を決められた粘性値ではなく、目的に応じて任意の粘性値となるように多段階に粘性値を制御できるようにする。このように構成することで、姿勢制御装置１０が発生させるトルクの分解能を小さくすることができるので、姿勢制御対象７の姿勢変更角度の分解能を小さくすることができるという効果が期待できる。
【００６４】
ここで、第１の固定子１の内部に第２の固定子４を設けなかった場合、機能性流体５に電圧を印加することが一般には不可能であり、その結果、機能性流体５の粘性の変化を生じさせることができない。これに対して、本実施の形態３では、第１の固定子１の内部に第２の固定子４を設けられているので、第１の固定子１と第２の固定子４との間で電位差を生じさせることができ、その結果、機能性流体５に電圧を印加することができる。
【００６５】
また、第１の固定子１と第２の固定子４との間で電位差を生じさせるためには、電圧印加回路８と、第１の固定子１および第２の固定子４を電線によって電気的に接続する必要がある。そのため、一例として、絶縁体で形成された支持体３の内部に電線を通す構成が考えられる。また、絶縁体で形成された支持体３が、機能性流体５の流動に対して十分な強度をもつと想定すると、支持体３の内部に電線を通す構成を採用すれば、その電線が機能性流体５に影響を及ぼすことがない。また、支持体３の内部に電線を通す構成を採用することで、支持体３の内部への電線配置を別途考える必要がなく、既存の支持体３を利用して電線を配設することができ、その結果、電線を配設するための構成が簡略化される。
【００６６】
なお、本実施の形態３では、先の実施の形態１の構成に対して電圧印加回路８を備えた場合を例示して説明したが、先の実施の形態２の構成に対して電圧印加回路８を備えても、同様の効果が得られる。
【００６７】
以上、本実施の形態３の姿勢制御装置によれば、先の実施の形態１、２の各構成に対して、第１の固定子と第２の固定子との間に電圧を印加する電圧印加回路をさらに備えて構成される。
【００６８】
これにより、機能性流体が進行磁場に対して体積弾性力を得ることができるので、進行磁場によって機能性流体を回転させることができる。また、機能性流体は、静止磁場に対しては、機能性流体自身の粘性が増加する性質も持ち合わせている。したがって、このような性質を上手く活用することで、より大きなリアクショントルクが得られる。
【００６９】
すなわち、このような性質を利用して、機能性流体に対して回転磁場を与えて機能性流体の回転力を発生させているだけでなく、第１の固定子と第２の固定子との間に電位差を与えるようにしているので、機能性流体の粘性を増加させ、機能性流体の回転を俊敏に減速できることによる大きなリアクショントルクが得られることが期待できる。
【００７０】
実施の形態４.
なお、先の形態１〜３では、第２の固定子４の形状が中実な球状である場合を例示したが、これに限定されず、第２の固定子４の形状が球殻状であってもよい。
【００７１】
上記のように、第２の固定子４の形状が球殻状となるようにすることで、第２の固定子４の重量を低減することができ、その結果、姿勢制御装置１０の重量を低減することができる。
【００７２】
実施の形態５．
なお、先の実施の形態１〜４の各構成に対して、第１の固定子１および複数の磁場発生器の全体を覆うことで、複数の磁場発生器が発生させる回転磁場を遮断するカバーをさらに備えて姿勢制御装置１０を構成してもよい。カバーとしては、例えば、球殻状の導体、または皮膜状の導体を用いればよい。
【００７３】
ここで、磁場発生器が発生させる強力な磁場は、周辺の電子機器に対して電磁的に悪影響を及ぼす。したがって、第１の固定子１に設けられた複数の磁場発生器が発生させる回転磁場は、姿勢制御装置１０が搭載される姿勢制御対象７の周辺機器に対して悪影響を与える可能性がある。
【００７４】
そこで、上記のように、姿勢制御装置１０全体をカバーで覆うことで、複数の磁場発生器が発生させる回転磁場が遮断されるので、回転磁場による姿勢制御対象７の周辺機器への悪影響を回避することができる。
【００７５】
実施の形態６．
なお、先の実施の形態１〜５における姿勢制御装置１０のホイールとしての機能を果たす機能性流体５は、種類に応じて、様々な性質を持つので、機能性流体５としてどのような種類のものを用いるべきか、多数の選択肢が考えられる。
【００７６】
したがって、姿勢制御装置１０の性能を最大限引き出すことができるように、姿勢制御装置１０の用途に応じて、機能性流体５の種類を選択することが好ましい。機能性流体５として、電圧または磁場の印加に対して粘性増加の効果が大きい流体、具体的には、ＭＲ流体、磁気混合流体等を用いた場合、より大きなトルクを発生させる姿勢制御装置１０を実現することができる。
【００７７】
なお、本実施の形態１〜６について個別に説明してきたが、本実施の形態１〜６のそれぞれで開示した構成例は、任意に組み合わせることが可能である
【００７８】
なお、本実施の形態１〜６では、姿勢制御装置１０の第１の固定子１および第２の固定子４の形状について、第１の固定子１の形状が球殻状であり、第２の固定子４の外周面の形状が球面状である場合を例示しているが、これに限定されない。すなわち、第１の固定子１の表面に設けられた複数の磁場発生器が発生させた磁場に応じて、第１の固定子１と第２の固定子４との間隙に充填された機能性流体５を流動させることが可能であれば、第１の固定子１および第２の固定子４の形状は特に限定されない。
【符号の説明】
【００７９】
１  第１の固定子、２ａ〜２ｊ  磁場発生器、３  支持体、４  第２の固定子、５  機能性流体、６  センターパネル、７  姿勢制御対象、８  電圧印加回路、１０  姿勢制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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