(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁機械を三自由度で制御するためのシステム及び方法を提供すること。【解決手段】多自由度電磁機械は、固定子１０２、電機子１０４、及び制御器を含む。固定子は、全てが異なる第１、第２、及び第３軌跡を辿り、一つになって表面の全体形状を形作る第１、第２、及び第３固定子導体１０６，１０８，１１０を含む。電機子は、固定子に隣接して配置され、固定子に対して動くことができ、間隔を空けて配置された複数の電機子コイル１１６を含む。各電機子コイルは、電気的に励磁されると磁界を発生させるように構成される。制御器は、第１、第２、及び第３固定子導体並びに電機子コイルに結合され、（ｉ）固定子導体にＤＣを供給し、（ｉｉ）電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを供給し、それによって、固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に固定子導体に対する１又は複数の磁界の向きを変化させるように構成される。【選択図】図１
2018130009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体を備える固定子であって、前記第１固定子導体は、第１全体軌跡を辿り、前記第２固定子導体は、前記第１全体軌跡と異なる第２全体軌跡を辿り、前記第３固定子導体は、前記第１及び第２全体軌跡と異なる第３全体軌跡を辿り、前記第１固定子導体、前記第２固定子導体、及び前記第３固定子導体は、一つになって表面の全体形状を形作る、固定子と、
前記固定子に隣接して配置され、前記固定子に対して動くことができる電機子であって、間隔を空けて配置された複数の電機子コイルを含み、各電機子コイルは、電気的に励磁されると磁界を発生させるように構成される、電機子と、
前記第１、第２、及び第３固定子導体並びに前記電機子コイルに結合された制御器であって、
（ｉ）前記第１、第２、及び第３固定子導体に直流電流（ＤＣ）を供給し、
（ｉｉ）前記電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを供給し、それによって、前記固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に前記固定子導体に対する前記１又は複数の磁界の向きを変化させ、それによって、前記固定子に対する、１又は複数の垂直軸の周りにおける前記電機子の所望の回転を発生させる
ように構成された制御器と、
を備える多自由度電磁機械。
【請求項２】
前記電機子に結合された複数の永久磁石であって、各電機子コイルが、前記永久磁石のうちの１又は複数に対応付けられている、永久磁石を更に備え、
前記固定子は、透磁性材料から形成され外部表面を有する第１本体を更に備え、前記外部表面の少なくとも一部は、前記表面の前記全体形状を有し、
前記第１固定子導体、前記第２固定子導体、及び前記第３固定子導体は、前記固定子の前記外部表面の少なくとも前記一部に少なくとも隣接して配置され、
前記表面は球形であり、
前記第１、第２、及び第３全体軌跡は、前記第１固定子導体、前記第２固定子導体、及び前記第３固定子導体が互いに対して所定の角度を向くようになっている、
請求項１に記載の機械。
【請求項３】
固定子と電機子を含む多自由度電磁機械を制御するための方法であって、前記固定子は、第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体を含み、前記第１固定子導体は、第１全体軌跡を辿り、前記第２固定子導体は、前記第１全体軌跡と異なる第２全体軌跡を辿り、前記第３固定子導体は、前記第１及び第２全体軌跡と異なる第３全体軌跡を辿り、前記第１固定子導体、前記第２固定子導体、及び前記第３固定子導体は、一つになって表面の全体形状を形作り、前記電機子は、前記固定子に隣接して配置され、前記固定子に対して動くことができ、間隔を空けて配置された複数の電機子コイルを含み、前記方法は、
前記第１、第２、及び第３固定子導体のうちの１又は複数に直流電流（ＤＣ）を制御可能に供給するステップと、
前記電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを制御可能に供給し、それによって、前記固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に前記固定子導体に対する前記１又は複数の磁界の向きを変化させ、それによって、前記固定子に対する、１又は複数の垂直軸の周りにおける前記電機子の所望の回転を発生させるステップと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、概して電磁機械に関し、より具体的には、電磁機械を三自由度で制御するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  対象物を１よりも多い自由度（ＤｏＦ）で動かすように設計された現在利用可能なモーションコントロールシステムは、各ＤｏＦに対して別個のモータ又はアクチュエータを含むということが一般に知られている。より具体的には、少なくとも２つのモータ又はアクチュエータが２ＤｏＦモーションを実現するのに必要とされ、少なくとも３つのモータ又はアクチュエータが３ＤｏＦモーションを実現するのに必要とされる、等々である。その結果、１よりも多いＤｏＦを伴う機構は、幾分大型で煩雑であり、したがって非効率でありがちである。
【０００３】
[0003]  電子回路及びセンサ技術は近年著しく微小化されたが、機械的なモーション技術は追いついていっていない。これが、小型又は超小型ＵＡＶ（無人航空機）及び超小型衛星などのより小さなプラットフォームにおいてはパン／チルト機構などのモーションシステムが通常用いられない理由である。ロボット工学システムは、多ＤｏＦモーションコントロールに依存しており、現在のモーション・オン・モーション・システム固有の非効率性を甘受しなければならないばかりである。
【０００４】
[0004]  上述された問題に対する１つの解決策が、「グローバルポインティングアクチュエータ」と題する米国特許第７，６７５，２０８号に開示されている。そこに開示されたアクチュエータは、「緯度コイル」及び「経度コイル」が巻き付けられた球状固定子を含む。しかしながら、このアクチュエータはある欠点も呈する。例えば、当該アクチュエータは、それに関係する電機子、したがって当該電機子に結合されたデバイスを、直流電流（ＤＣ）を一方又は両方のコイルに印加することによって二自由度で動かすことが可能であるが、それを三ＤｏＦで行うことはできない。
【０００５】
[0005]  それ故に、既知の装置よりも比較的小型で、煩雑でなく、且つより効率的であり、及び／又は三ＤｏＦで同時に制御されることが可能な、多ＤｏＦ電気機械的機械に対する必要性が存在する。本発明は、少なくともこれらの必要性に対処する。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]  この概要は、詳細な説明において更に記載される選択された概念を簡略な形で記載するために提供される。この概要は、請求された主題の主要な又は本質的な特徴を特定するようには意図されておらず、請求された主題の範囲を決定する際の助けとして用いられるようにも意図されていない。
【０００７】
[0007]  一実施態様において、多自由度電磁機械は、固定子、電機子、及び制御器を含む。固定子は、第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体を含む。第１固定子導体は、第１全体軌跡を辿り、第２固定子導体は、第１全体軌跡と異なる第２全体軌跡を辿り、第３固定子導体は、第１及び第２全体軌跡と異なる第３全体軌跡を辿る。第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体は、一つになって表面の全体形状を形作る。電機子は、固定子に隣接して配置され、固定子に対して動くことができる。電機子は、間隔を空けて配置された複数の電機子コイルを含む。各電機子コイルは、電気的に励磁されると磁界を発生させるように構成される。制御器は、第１、第２、及び第３固定子導体並びに電機子コイルに結合される。制御器は、（ｉ）第１、第２、及び第３固定子導体に直流電流（ＤＣ）を供給し、（ｉｉ）電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを供給し、それによって、固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に固定子導体に対する１又は複数の磁界の向きを変化させ、それによって、固定子に対する、１又は複数の垂直軸の周りにおける電機子の所望の回転を発生させるように構成される。
【０００８】
[0008]  別の実施態様において、多自由度電磁機械は、球状固定子、第１固定子導体、第２固定子導体、第３固定子導体、電機子、及び制御器を含む。球状固定子は、第１対称軸、第２対称軸、及び第３対称軸を有し、第１、第２、及び第３対称軸は、互いに対して垂直に配置される。第１固定子導体は、第１対称軸の周りの球状構造の上に配置され、第２固定子導体は、第２対称軸の周りの球状構造の上に配置され、第３固定子導体は、第３対称軸の周りの球状構造の上に配置される。電機子は、固定子に隣接して配置され、固定子に対して動くことができる。電機子は、間隔を空けて配置された複数の電機子コイルを含み、各電機子コイルは、電気的に励磁されると磁界を発生させるように構成される。制御器は、第１、第２、及び第３固定子導体並びに電機子コイルに結合される。制御器は、（ｉ）第１、第２、及び第３固定子導体に直流電流（ＤＣ）を供給し、（ｉｉ）電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを供給し、それによって、固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に固定子導体に対する１又は複数の磁界の向きを変化させ、それによって、固定子に対する、１又は複数の垂直軸の周りにおける電機子の所望の回転を発生させるように構成される。
【０００９】
[0009]  更に別の実施態様において、固定子と電機子を含む多自由度電磁機械を制御するための方法であって、固定子は、第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体を含み、第１固定子導体は、第１全体軌跡を辿り、第２固定子導体は、第１全体軌跡と異なる第２全体軌跡を辿り、第３固定子導体は、第１及び第２全体軌跡と異なる第３全体軌跡を辿り、第１固定子導体、第２固定子導体、及び第３固定子導体は、一つになって表面の全体形状を形作り、電機子は、固定子に隣接して配置され、固定子に対して動くことができ、間隔を空けて配置された複数の電機子コイルを含み、方法は、第１、第２、及び第３固定子導体のうちの１又は複数に直流電流（ＤＣ）を制御可能に供給するステップと、電機子コイルのうちの１又は複数にＤＣを制御可能に供給し、それによって、固定子導体と相互作用する１又は複数の磁界を発生させると共に固定子導体に対する１又は複数の磁界の向きを変化させ、それによって、固定子に対する、１又は複数の垂直軸の周りにおける電機子の所望の回転を発生させるステップと、を含む。
【００１０】
[0010]  更にまた、多自由度電気機械的機械の他の望ましい特徴及び特性は、付属の図面及び前述の背景技術と共に考慮されると、以下の詳細な説明及び添付されたクレームから明らかとなるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
[0011]  以下、本発明は次の図面と共に説明され、図面において同様の符号は同様の要素を示す。
【００１２】
【図１】図１は、多自由度電磁機械の例示的な一実施態様の簡略化された断面図を示す。
【図２】図２は、多自由度電磁機械の別の実施態様の一部分の簡略化された表現を示す。
【図３】図３は、直交して配列された導体の組を備える球状構造の一実施態様の透視図を示す。
【図４】図４は、図１の多自由度電磁機械の簡略化された断面図を示し、どのようにして様々な軸の周りの回転が生じるかを表す。
【図５】図５は、図１の多自由度電磁機械の簡略化された断面図を示し、どのようにして様々な軸の周りの回転が生じるかを表す。
【図６】図６は、図１の多自由度電磁機械の簡略化された断面図を示し、どのようにして様々な軸の周りの回転が生じるかを表す。
【図７】図７は、多自由度電磁機械の別の実施態様の簡略化された表現を示す。
【図８】図８は、多自由度電磁機械の別の実施態様の簡略化された表現を示す。
【図９】図９は、本明細書において説明される電磁機械を制御するのに使用されることができる制御システムの機能ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[0018]  以下の詳細な説明は本質的に単に例証的であるにすぎず、本発明又は本発明の適用及び使用を限定するようには意図されていない。本明細書において用いられる際、「例証的」という語は「例、事例、又は実例として役割を果たす」ことを意味する。よって、「例証的」であるとして本明細書において説明される実施態様は、他の実施態様に対して好ましい又は有利であると必ずしも解されるべきではない。本明細書において説明される実施態様の全ては、当業者が本発明を生産又は使用することを可能にするために提供された例証的な実施態様であって、クレームによって規定される本発明の範囲を限定するものではない。そしてまた、前述の技術分野、背景技術、発明の概要、又は以下の詳細な説明において提示されるいかなる明示若しくは暗示の理論によっても拘束される意図は存在しない。
【００１４】
[0019]  この点に関して、本明細書において開示される多自由度機械は、説明の容易さのために、モータとして動作するように概して記載されるということが留意される。しかしながら、開示された機械はまた、外力で電機子を動かし導体に電流を誘導することによって発電機として、又はセンサ（例えば生成された逆ＥＭＦからの速度センサ）若しくは数多くの他のデバイスとして動作することもできる、ということを当業者は理解するだろう。導体のいくつかは湾曲して描かれることがあるが、これは単に三次元（３Ｄ）の球面形状を伝えるために行われているにすぎないということも留意されるべきである。
【００１５】
[0020]  ここで図１を参照すると、多自由度電磁機械１００の一実施態様の簡略化された断面図が描かれており、固定子１０２及び電機子１０４を含む。固定子１０２は、第１固定子導体１０６、第２固定子導体１０８、及び第３固定子導体１１０を含む。固定子導体１０６、１０８、１１０は各々、多数の種類及び形状の電気伝導材料のうちのいずれか１つから形成されること、並びにこれらの伝導材料のうちの１又は複数を用いて実現され得ることが理解されるだろう。加えて、固定子導体１０６、１０８、１１０は各々、単一の個別の連続的な導体を用いて、又は複数の導体を用いて実現され得ること、例えば付加的（例えば印刷導体）又は減法的（例えばＰＷＢエッチング）手法を用いて形成され得ること、及び、ほんの２、３の非限定的な例を挙げると、伝導性ワイヤ、リボン、又はシートであり得ることが理解されるだろう。
【００１６】
[0021]  用いられる材料の数、形状、実装、又は種類には関係なく、固定子導体１０６、１０８、１１０は、各々が異なる全体軌跡（general trajectory）を辿るように配置される。具体的に、第１固定子導体１０６は第１全体軌跡を辿り、第２固定子導体１０８は第１全体軌跡と異なる第２全体軌跡を辿り、第３固定子導体１１０は第１及び第２全体軌跡と異なる第３全体軌跡を辿ることが見てとれる。図１に描かれた実施態様では、軌跡は互いに直交している。しかしながら、図２に描かれた実施態様などのいくつかの実施態様では、２つ又は３つ全ての軌跡が、等しい又は等しくない任意の、且つ互いの角度に対して非直交の角度で配置され得るということが理解されるだろう。
【００１７】
[0022]  先へ進む前に、本明細書において用いられる「軌跡」という用語は、（以下で更に説明される）ローレンツ力の発生に寄与するように設計された予め決められた長さにわたって、導体によって描かれる幾何学的な経路を意味するということが留意される。例えば、いくつかの実施態様において、軌跡を例えば電源まで辿るいくらかの伝導長さが存在し得る。しかしながら、これらの長さはローレンツ力には寄与せず、また表面の全体形状にはおそらく寄与しない。加えて、固定子導体１０６、１０８、１１０は、電線を用いて手作業で巻かれてもよいし、又は既知の印刷方法を用いて可撓性のある若しくは球状の表面に印刷されてもよい、ということが留意される。更にまた、各導体１０６、１０８、１１０は、異なる特性を有してもよい。ほんの２、３の特性の例を挙げると、例えば、固定子導体１０６、１０８、１１０は、大きさ、巻き数、及び抵抗が互いに異なってもよいし、固体片として機械加工又は形成されることもできる。そのようにすることにより、必要又は所望されるならば、各軸を比較的容易に且つ独立して、異なる性能特性を有するように適合させることが可能となる。
【００１８】
[0023]  説明に戻り、第１、第２、及び第３軌跡は、固定子導体１０６、１０８、１１０が一緒になって表面の全体形状を形作るようになっている。表面は、単に導体を重ね合わせる（そして導体を例えば接着剤で固定する）ことによって形成されることが可能であり、又は２以上の導体を織り合わせることによって形成されてもよい。織り合わせる場合には、導体上に生じるローレンツ力は磁界と電流経路との間の角度の関数であるので、全体的な効率に対するうねりの影響への注意が考慮される必要があるだろう。したがって、もし磁界と電流が互いに直交でないなら、力は減少する。
【００１９】
[0024]  表面の種類及び形状は様々であってよく、閉曲面、開曲面、閉曲面と開曲面の組み合わせ、平面、非平面、又は平面と非平面の組み合わせであってよい。例えば、表面は、ほんの２、３の例を挙げれば、球形、半球形、ドーナツ形、円筒形、立方体形、平坦形、ハーフパイプ形、又はそれらの様々な組み合わせであり得る。図１に描かれた実施態様では、また図３においてより明確に描かれているように、表面は球形であり、したがって３つの垂直に配置された対称軸３０２―第１対称軸３０２−１、第２対称軸３０２−２、及び第３対称軸３０２−３を有する。この実施態様において、第１固定子導体１０６は第１対称軸３０２−１の周りに配置され、第２固定子導体１０８は第２対称軸３０２−２の周りに配置され、第３固定子導体１１０は第３対称軸３０２−３の周りに配置される。球面は無数の対称軸を有することが留意されるべきである。したがって、３つの対称軸全てが互いに垂直である限りにおいて、第１、第２、及び第３対称軸３０２−１、３０２−２、３０２−３は、これらの対称軸のうちのいずれか１つであり得るであろう。
【００２０】
[0025]  再び図１に戻り、いくつかの実施態様では、固定子１０２は固定子導体１０６、１０８、１１０のみを備えるということが留意される。しかしながら、他の実施態様では、固定子１０２は第１本体１１２を更に備える。第１本体１１２は、含まれる場合、好ましくは透磁性材料から形成され、外部表面１１４を有する。よく知られているように、そのような材料は、磁束を効率良く磁気回路内に伝導し、磁束を所望の地点／位置へ導くために用いられる。数多くの適切な材料が知られており、例えば、磁性鋼、鉄、及び鉄合金（例えば珪素鉄、鉄コバルト、バナジウム）を含む。第１本体１１２の外部表面１１４の少なくとも一部は、好ましくは表面の全体形状を有し、固定子導体１０６、１０８、１１０は、少なくとも第１本体１１２の外部表面１１４の当該一部に少なくとも隣接して配置される。
【００２１】
[0026]  電機子１０４は、固定子１０２に隣接して配置され、固定子１０２に対して動くことができるように取り付けられている。好ましくは、電機子１０４は、固定子１０２に対して、３つの対称軸３０２全ての周りに動くことができるように取り付けられる。結果として、電機子１０４の外部表面上に取り付けられ得るセンサ、レーザ、又は他の適切なデバイスなどの図示されていないデバイスは、所望の位置へ動かされることができる。この動きが実現される方法は、以下において更に説明される。
【００２２】
[0027]  電機子１０４は、複数の電機子コイル１１６を含む。図示された実施態様では、電機子１０４は４つの電機子コイル（例えば１１６−１、１１６−２、１１６−３、１１６−４）を含む。他の実施態様では、電機子１０４は、必要又は所望されるならば、他の数の電機子コイル１１６を含むことが可能であろうということが理解されるだろう。例えば、電機子コイル１１６の２つ以上が１つに接続され、その結果１つの電機子コイル１１６とみなされることが可能であろう。各電機子コイル１１６は電機子１０４の一部分の上に巻き付けられ、少なくとも図示された実施態様では、電機子１０４から内部に向かって伸びている。電機子１０４は、好ましくは、例えば鉄又は鉄合金などの透磁性材料からなり、固定子１０２を完全に又は部分的に取り囲むのであってよい。
【００２３】
[0028]  電機子コイル１１６は、様々な形状、大きさ、及び配置をとり得るということが理解されるだろう。図１に描かれた実施態様では、電機子コイル１１６は、固定子１０２から所定の空隙分だけ間隔を空けて配置されている。空隙は、含まれる場合、好ましくは、損失を最小化するのに十分なほど小さく、それにより、磁気抵抗が減少することによって磁気効率が大きくなる。相対的により大きな空隙は、機械的な許容誤差を緩和することによってより費用効果の高い設計を可能にするかもしれない。他の実施態様では、電機子コイル１１６は、固定子１０２に接してもよい。そのような実施態様において、接触面の材料選択は、当該分野において知られているように、摩耗及び摩擦損失を考慮して選ばれる。形状、大きさ、及び配置にかかわらず、電機子コイル１１６の各々は、直流電流（ＤＣ）で励磁された時に永久磁石と同様の磁力線を発生させるように構成される。
【００２４】
[0029]  固定子導体１０６、１０８、１１０及び電機子コイル１１６の配置は、電機子コイル１１６のうちの１又は複数がＤＣで励磁された時に、発生した磁力線が固定子１０２を横切るようになっている。理解されるように、ＤＣが固定子導体１０６、１０８、１１０のうちの１又は複数に供給されると、励磁された導体１０６、１０８、１１０と励磁された電機子コイル１１６との間に上述されたローレンツ力が発生し、それが次に対称軸３０２のうちの１又は複数の周りにトルクを発生させる。固定子１０２は固定して取り付けられているので、発生したトルクは、電機子１０４を固定子１０２に対して電機子位置へ移動させるだろう。
【００２５】
[0030]  より具体的には、また図４及び５が示すように、固定子導体１０６、１０８、１１０の所与の励磁に対して、電機子コイル１１６の対向する組（例えば１１６−１と１１６−２又は１１６−３と１１６−４）のみを励磁すると、磁力線４０２に垂直な対称軸３０２の周りのみの動きが発生する。図６が示すように、３つ以上の電機子コイル１１６を同時に励磁することによって、又は異なる電機子コイル１１６における電流の比を変化させることによって、固定子導体１０６、１０８、１１０を通り抜ける磁力線４０２の総合的な方向は制御可能に指向させることができ、電機子１０４の中心線に垂直な任意の軸の周りにおける電機子１０４の回転が可能になる。
【００２６】
[0031]  所与の軸３０２の周りにおける回転の方向は、固定子導体１０６、１０８、１１０又は電機子コイル１１６における電流の極性を変化させることによって変化させることもできる。このようにして、電機子１０４によって発生し固定子導体１０６、１０８、１１０を通り抜ける磁界は、発生する磁界の相対的な向きを変化させるように動的に変更されることが可能であり、それは次に、電機子１０４が固定子１０２に対して異なる軸３０２−１、３０２−２、３０２−３の周りに回転するようにする。
【００２７】
[0032]  図１−６に描かれた実施態様では、電機子コイル１１６は発生する磁束の唯一の供給源である。図７及び８に描かれた実施態様などの他の実施態様において、機械１００は、複数の永久磁石７０２を付加的に含んでよい。図示された実施態様では、機械１００は、４つの永久磁石―第１磁石７０２−１、第２永久磁石７０２−２、第３永久磁石７０２−３、及び第４永久磁石７０２−４―と、各永久磁石７０２に関連付けられた電機子コイル１１６とを用いて実現される。他の数の永久磁石７０２及び電機子コイル１１６が用いられることが可能であろうということが理解されるだろう。例えば、いくつかの実施態様では、１つの電機子コイル１１６が永久磁石７０２のうちの２つ以上に関連付けられることが可能であろう。
【００２８】
[0033]  永久磁石７０２及び電機子コイル１１６の数にかかわらず、これらの実施態様と共に、相対的により小さい電機子コイル１１６が、永久磁石７０２によって発生する磁力線を方向付けるのに用いられることが可能である。これは、永久磁石７０２のエネルギーを活用することによって機械１００の効率を増大させる利点を有する。
【００２９】
[0034]  電機子コイル１１６を図７に描かれた方法で励磁することで、磁界７０４は第１及び第２永久磁石７０２−１、７０２−２から第４及び第３永久磁石７０２−４、７０２−３へそれぞれ方向付けられる。これにより第１軸３０２−１の周りの回転が発生する。図８が示すように、電機子コイル１１６における電流の極性を反転させることで、磁界７０４は第１及び第４永久磁石７０２−１、７０２−４から第２及び第３永久磁石７０２−２、７０２−３へそれぞれ方向付けられる。これにより第３軸３０２−３の周りの回転が発生する。
【００３０】
[0035]  ここで図９を参照すると、図１の多自由度電気機械的機械１００を含む多自由度駆動制御システム９００の機能ブロック図が描かれている。図９が示すように、システム９００は、固定子導体１０６、１０８、１１０の各々及び電機子コイル１１６の各々に結合された制御器９０２を含む。制御器９０２は、固定子導体１０６、１０８、１１０の各々及び電機子コイル１１６の各々における電流の大きさと方向を制御し、それによって電機子１０２の回転速度及び方向、並びに傾き角を制御するように構成される。制御器９０２は、開ループ制御又は閉ループ制御のいずれかを用いてこの機能を実現するように構成されることができる。開ループ制御は、相対的により低いコスト、より少ない複雑さ、相対的に単純なＤＣ動作、並びに相対的により小さいサイズ及び重量を提供する。閉ループ制御は、より高い精度及び正確さ、より高い帯域幅、並びに自律制御を提供する。様々な制御手法が制御器９０２に実装されることが可能であろう。適切な制御手法のいくつかの非限定的な例は、ＰＷＭ制御及び逆ＥＭＦ制御を含む。
【００３１】
[0036]  もし制御器９０２が閉ループ制御を実装するのであれば、制御システム９００は、１又は複数の位置センサ９０４を付加的に含む。位置センサ９０４の数及び種類は様々であってよい。例えば、システム９００は、電機子１０４の位置を独立して検知するための１又は複数のセンサ９０４を含むことができる。そのようなセンサは、光学式センサ、トラックボール、ロータリセンサ等を用いて実現されることができる。
【００３２】
[0037]  本明細書に開示される多自由度機械１００は、電機子１０４が固定子１０２に対して三自由度で制御可能に動かされることを可能にする。電機子の位置は、固定子導体１０６、１０８、１１０におけるＤＣの大きさ及び方向を制御することによってだけではなく、電機子コイル１１６におけるＤＣの大きさ及び方向を制御することによっても（又はその代わりに）、制御されることができる。
【００３３】
[0038]  本明細書において開示された実施態様との関係で説明された様々な例証的な論理ブロック、モジュール、回路、及びアルゴリズムステップは、電子的なハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両者の組み合わせとして実装されることができる、ということを当業者は理解するだろう。実施態様及び実装例のいくつかは、機能的及び／又は論理的なブロック要素（若しくはモジュール）並びに様々な処理ステップの点から上述されている。しかしながら、そのようなブロック要素（若しくはモジュール）は、指定された機能を実施するように構成されたいくつものハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェア要素によって実現されることができる、ということが理解されるべきである。このハードウェアとソフトウェアの可換性を明確に示すために、様々な例証的な要素、ブロック、モジュール、回路、及びステップが、概してそれらの機能の点から上述された。そのような機能がハードウェアとして実装されるかソフトウェアとして実装されるかは、具体的な用途及び全体的なシステムに課される設計上の制約に依存する。当業者は説明された機能を各々の具体的な用途に対して様々な方法で実装することができるが、そのような実装の決定は、本発明の範囲からの逸脱を生じさせるものと解釈されるべきではない。例えば、あるシステム又はコンポーネントの一実施態様は、様々な集積回路部品、例えばメモリ要素、デジタル信号処理要素、論理要素、ルックアップテーブル等を利用することができ、それらは１又は複数のマイクロプロセッサ又は他の制御装置の制御の下で様々な機能を実行することができる。加えて、当業者は、本明細書において説明された実施態様は単に例示的な実装例にすぎないということを理解するだろう。
【００３４】
[0039]  本明細書において開示された実施態様との関係で説明された様々な例証的な論理ブロック、モジュール、及び回路は、汎用プロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラム可能な論理デバイス、個別ゲート若しくはトランジスタ論理、個別ハードウェア部品、又は本明細書において説明された機能を実施するように設計されたそれらの任意の組み合わせを用いて、実装又は実施されることができる。汎用プロセッサはマイクロプロセッサであり得るが、代替として、プロセッサは任意の通常型プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、又は状態マシンであってよい。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えばＤＳＰとマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと協働する１又は複数のマイクロプロセッサ、又は任意の他のそのような構成として実装されることもできる。
【００３５】
[0040]  この文書では、第１及び第２等のような相関的な用語が、あるエンティティ又はアクションを別のエンティティ又はアクションから単に区別するためだけに、必ずしもそのようなエンティティ又はアクションの間にいかなる実際的なそのような関係若しくは順序も要求又は含意することなく、用いられることがある。「第１」、「第２」、「第３」等のような序数は、単に複数のうちの異なる１つのものを記述し、クレームの文言によって特別に定義されない限り、いかなる順序又は順番も含意しない。クレームのいずれにおける文章の順番も、クレームの文言によって特別に定義されない限り、処理ステップがそのような順番に従う時間的又は論理的な順序で実施されなければならないということを含意しない。処理ステップの交換は、そのような交換がクレームの文言と矛盾せず、また論理的に無意味でない限りにおいて、発明の範囲から逸脱することなく任意の順序でなされることができる。
【００３６】
[0041]  更にまた、文脈に応じて、異なる要素の間における関係を説明するのに用いられる「接続する」又は「〜に結合される」などの語は、これらの要素の間に直接的で物理的な接続がなされなければならないということを含意しない。例えば、２つの要素は、１又は複数の付加的な要素を通して、物理的に、電子的に、論理的に、又は任意の他の態様で相互に接続されることができる。
【００３７】
[0042]  少なくとも１つの例示的な実施態様が上記の発明の詳細な説明において提示されたが、膨大な数の変形例が存在するということが理解されるべきである。また、例示的な実施態様は単なる例であり、発明の範囲、適用性、又は構成をいかなる方法であっても限定するようには意図されていないということも理解されるべきである。そうではなくむしろ、上記の詳細な説明は、発明の例示的な実施態様を実現するための便利な指針を当業者に提供するだろう。添付されたクレームに規定された発明の範囲から逸脱することなく、例示的な実施態様で説明された要素の機能及び構成において様々な変更がなされることができる、ということが理解されなければならない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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