(57)【要約】【課題】従来具体的な構成が示されていなかった、ロータをステータに対して三次元的に回動自在なものとするための支持部材の構成を、具体的なものとした多自由度電動機を提供する。【解決手段】多自由度電動機１は、磁性体５を配設されたロータ２を、ステータ３に配設した電磁石６の励磁を制御することで回動させることになるが、ステータ３とロータ２とのあいだに所定間隔を存した状態でロータ２を支持するための支持部材４を、ロータ２に当接するボール部７と、該ボール部７を配置するための凹部８ａを形成したボール保持部８と、ボール部７の回動に追従して回転しボール部７と凹部８ａとのあいだに配置される円滑部９とを備えた構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内球面に複数の電磁石を有するステータと、複数の磁性体を有する球面がステータに所定の間隔を存して対向し、前記ステータに支持される球状のロータとを備えて構成される多自由度電動機において、
ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持するための支持部材を備えるにあたり、
支持部材は、ロータに回転自在に当接する球状のボール部、該ボール部を回転自在に保持するためのボール保持部、該ボール保持部とボール部とのあいだに形成される間隙に複数設けられ該ボール部の回転を円滑にするための球状の円滑部を備えて構成されることを特徴とする多自由度電動機。
【請求項２】
支持部材は、ステータに形成された貫通孔を、貫通し突出した前記ボール部に対する反対側の端部を固着されていることを特徴とする請求項１記載の多自由度電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球体のロータを、ステータに多自由度の回転が可能な状態で備えた多自由度電動機の技術分野に属するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種多自由度電動機としては、中空の球体であるロータの外表面に、複数の磁性体を格子状に配設する一方、ロータの外側に所定間隔を存するようにして配したステータの内周面に、複数の電磁石を配設し、ロータを任意の三次元方向に回転すべく電磁石を励磁するように制御するようにしたものが知られている。
【０００３】
ところで、このようなものは、ステータに、ロータの三次元方向の回転を許容して支持するための支持部材が備えられた構成になっており、例えば、このようなものとして、ガスボンベから供給されるガスの圧力によってロータを浮遊させた支持部材がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかしながらこのものは、ロータを浮遊させるためのガス圧が必要になるが、ステータとロータとのあいだに漏れないようにガスを充填することは構成上難しく、漏れることを考慮した上でロータの励磁に抗するほどのガスを供給することも困難であるといった問題がある。
さらにこのようなものとして、ステータとロータとのあいだに、複数のボールを配した支持部材がある（例えば、特許文献１参照、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平５−６４４１７号公報
【特許文献２】実用新案登録第３００６３１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしこれらのものは、何れも複数のボールを配置すると示唆されているだけで、その他、詳細については何ら示唆されておらず図面を見ても具体的にどのような構成で、どのように製造されるのか不明であり、実際どのように使用されるのかも不明であるといった問題がある。
【０００６】
しかも、特許文献１のものは、図面を見た限りにおいて、電磁石と磁性体とのあいだにボールを配置していているように見え、この場合、電磁石の励磁は、ボールをあいだに配置した分、磁性体との距離が大きくなり、この結果、ロータの反応速度、回動トルクが小さくなるといった問題がある。
【０００７】
また、特許文献２のものは、ボールをロータに配置したものであり、ボールを確り保持させた状態で配置させることが難しいうえ、ロータの外球面のすべてにボールを配置する必要があるため、ステータに配置する場合に比べてボールの必要個数が多くなってしまうといった問題があり、これらに本発明が解決しようとする課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、内球面に複数の電磁石を有するステータと、複数の磁性体を有する球面がステータに所定の間隔を存して対向し、前記ステータに支持される球状のロータとを備えて構成される多自由度電動機において、ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持するための支持部材を備えるにあたり、支持部材は、ロータに回転自在に当接する球状のボール部、該ボール部を回転自在に保持するためのボール保持部、該ボール保持部とボール部とのあいだに形成される間隙に複数設けられ該ボール部の回転を円滑にするための球状の円滑部を備えて構成されることを特徴とする多自由度電動機である。
請求項２の発明は、支持部材は、ステータに形成された貫通孔を、貫通し突出した前記ボール部に対する反対側の端部を固着されていることを特徴とする請求項１記載の多自由度電動機である。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明とすることにより、従来技術で示されていなかった、ロータをステータに対して三次元方向に回動自在に支持する構成を具体的なものとすることができる。
請求項２の発明とすることにより、支持部材をステータに確り支持させることができる。この結果、ロータの回動を安定したものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図面において、１は多自由度電動機であって、該多自由度電動機１は、球状のロータ２と、該ロータ２の半球部分に所定間隔を存して対向する部分内球面形状をしたステータ３とを備えて構成されており、ステータ３には、ロータ２を三次元方向に回動自在に支持するための支持部材４が備えられている。
【００１１】
また、多自由度電動機１は、ロータ２の表面に所定間隔で複数の磁性体５が配設されていると共に、ステータ３のロータ２に対向する内球面には、複数の電磁石６が配設されている。
そして、多自由度電動機１は、電磁石６の励磁制御によりロータ２の移動を制御することができるようになっているが、これらの制御は、例えば、ＣＰＵ（中央処理演算装置）等の制御部（図示せず）でなされ、ロータ２を所定の位置に移動させるための指令が制御部になされると、まずステータ３、ロータ２の現在位置をカメラ、ポテンショメータ等で検知し、該検知された位置から前記指令された位置に至らしめるようにロータ２を回転移動させるために電磁石６の励磁制御を実行することで、ロータ２を所定位置に移動させることができる。
【００１２】
支持部材４は、ロータ２に回転自在に当接する球状のボール部７、該ボール部７を回転自在に保持するためステータ３に支持されるロッド状のボール保持部８、該ボール保持部８とボール部７とのあいだにボール部７の回転を円滑にするための円滑部９を備えて構成されており、ステータ３の内球面の電磁石６が配置されていない部分に逐次配することになるが、電磁石６とロータ２とのあいだに略一定の隙間を存した状態でロータ２の中心位置がステータ３に対して動くことが無いように適宜配置されている。
【００１３】
前記ボール保持部８は、螺子溝８ｃが刻設され、ステータ３に穿設した貫通孔３ｂを貫通する状態で内端がステータ３の中心を向くようにして組み込まれ、ステータ３の外周面側から螺入したナット８ｄによってステータ３に固定されるようになっている。ボール保持部８のステータ３内に入り込んだ部位は、ステータコイル６と共存してステータ３の内球面から突出するように備えられ、該突出端（内端）にボール部７を配設するため、ステータ中心側が開口した凹部８ａが大径状に形成されている。ここで凹部８ａは、ボール部７よりも大径の内球面に形成されていて、ボール部７との間に隙間を存するようになっているが、ボール部７の抜止めをするため開口にシール部８ｂが設けられている。本実施の形態の該シール部８ｂは、ボール部７の上半部（ロータ側半部）の一部が露出した状態で三次元移動可能な状態で当接してボール部７が凹部８ａから抜け出ないようになっており、これによって、該露出したボール部７がロータ２に三次元方向に回転自在な状態で当接するため、支持部材４とロータ２とのあいだの摩擦が少なくなるうえ、ロータ２の支持を三次元方向の移動ができる状態で安定して行うことができる。尚、支持部材４がロータ２と常に接触する構成である場合には、ボール部７が凹部８ａから抜け出る心配が無いのでシール部８ｂを、ボール部７がボール中心をシール部８ｂから突出する状態で当接させる構成にすることができる。
【００１４】
円滑部９は、ボール部７と凹部８ａとのあいだの球面に複数の小球９ａを配置した構成になっており、ボール部７が回転するとこれに伴って前記小球９ａがボール受けになって回転し、この結果、ボール部７の三次元の自由回転が円滑に行われるようになっている。尚、前記シール部８ｂは、円滑部９が凹部８ａから飛び出る隙間を封止することができるようになっている。
【００１５】
また、円滑部９は、凹部８ａおよびボール部７とのあいだを自在に移動できるようにすることが好ましく、この場合、円滑部９は、ボール部７の回転を受けるとボール部７に沿って移動しながら回転するため、凹部８ａとの摩擦を軽減してボール部７の回転を円滑に行わせることができる。本実施の形態の円滑部９は、図３に示すように、ボール部７と凹部８ａとシール部８ｂとのあいだに形成される間隙Ｓの範囲内での移動が許容されている。尚、支持部材４は、ロータ２を重力方向に向かって支持するような場合、間隙Ｓの端部（シール部８ｂ）に当接して移動規制されてしまうため、図３に示すように、前記間隙Ｓのシール部８ｂ側から少なくとも重力に抗する方向に向かって円滑部９を誘導する間隙Ｔを形成することにより、円滑部９の間隙Ｔの端部への当接を避けることが可能になり、この結果、該円滑部９の移動を許容し、回転による抵抗のより少ないものとすることができる。因みに、ボール部７、円滑部９は、鋼鉄や樹脂材等で構成することができる。
【００１６】
叙述の如く構成された本発明の実施の形態において、多自由度電動機１は、磁性体５を配設されたロータ２を、ステータ３に配設した電磁石６の励磁を制御することで回動させることになるが、ステータ３とロータ２とのあいだに所定間隔を存した状態でロータ２を支持するための支持部材４を、ロータ２に当接するボール部７と、該ボール部７を配置するための凹部８ａを形成したボール保持部８と、ボール部７の回動に追従して回転しボール部７と凹部８ａとのあいだに配置される円滑部９とを備えた構成としており、このため、支持部材４は、ロータ２の回動に伴ってボール部７が回転してロータ２をの摩擦が少なく三次元的な回動を可能とすることができるうえ、該ボール部７は、円滑部９を介してボール保持部８に備えられているので回転が円滑になりロータ２の回動の抵抗になり難い。この結果、ロータ２の反応速度、回動トルクが減少しにくい支持部材４とすることができる。
【００１７】
また、支持部材４は、前記ボール保持部８に螺子溝８ｃが刻設され、ステータ３に穿設した貫通孔３ｂを貫通する状態で内端がステータ３の中心を向くようにして組み込まれており、このため、従来のようにロータ２に取り付ける場合に比べて容易な取り付け方法を採用することができ、しかも確りステータ３に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】多自由度電動機の概略断面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ支持部材の概略断面斜視図、支持部材とロータとの作用を説明するための概略断面図である。
【図３】支持部材の他例の作用を説明するための概略断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１        多自由度電動機
２        ロータ
３        ステータ
４        支持部材
５        磁性体
６        電磁石
７        ボール部
８        ボール保持部
８ａ        凹部
８ｂ        シール部
９        円滑部
【図１】
2008086131.tif 000003
【図２】
2008086131.tif 000004
【図３】
2008086131.tif 000005