(57)【要約】      （修正有）【課題】使用者の設定方向に応じて直接駆動され全方向に効果的に移動することができる球形車輪駆動システムを提供する。【解決手段】球形車輪駆動システム１は、磁場に反応する複数の磁性モジュール１３を有する回転球１２と、回転球を一部が露出するように囲み、電流によって磁場を形成する複数のコイルモジュール１５を有する固定体１４と、回転球と前記固定体との間に設置され、回転球と固定体との間隔を維持し、回転球を固定体に対して回転可能に支持する支持ホイール１６と、回転球及び固定体のうちの１以上に設置され、回転球の回転速度及び位置を測定するセンサ２０と、駆動信号及びセンサから送信された回転速度及び位置の信号を受信し、コイルモジュールに送られる電流を制御する制御信号を送信する制御部３０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場に反応する複数の磁性モジュールを有する回転球と、
前記回転球を、その一部が露出するように囲み、電流によって磁場を形成する複数のコイルモジュールを有する固定体と、
前記回転球と前記固定体との間に設置され、前記回転球と前記固定体との間隔を維持し、前記回転球を前記固定体に対して回転可能に支持する支持ホイールと、
前記回転球及び前記固定体のうちの１以上に設置され、前記回転球の回転速度及び位置を測定するセンサと、
使用者の設定に応じて送信された駆動信号と、前記センサから送信された回転速度及び位置の信号と、を受信し、前記コイルモジュールに送る電流を制御する制御信号を送信する制御部と、
を有することを特徴とする球形車輪駆動システム。
【請求項２】
前記磁性モジュールは、コイルとして提供されることを特徴とする請求項１に記載の球形車輪駆動システム。
【請求項３】
前記磁性モジュールは、前記回転球の中心点からの放射方向に見て、それぞれの間に等間隔が維持されるように設置され、
前記コイルモジュールは、前記回転球の中心点からの放射方向に沿って、前記磁性モジュールと互いに対向するように設置されることを特徴とする請求項１に記載の球形車輪駆動システム。
【請求項４】
前記磁性モジュールが、前記回転球の外周面に接するように設置されることを特徴とする請求項１に記載の球形車輪駆動システム。
【請求項５】
前記コイルモジュールが、前記固定体の内周面に接するように設置されることを特徴とする請求項１に記載の球形車輪駆動システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記駆動信号による前記回転球の回転方向に沿って、前記固定体の複数の前記コイルモジュールに、順に電流を供給するように制御することを特徴とする請求項２に記載の球形車輪駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は球形車輪駆動システムに係り、より詳しくは、使用者の設定に応じて全方向に移動可能な球形車輪駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、車両のホイールを直接駆動させるために、ホイールにモータを直接連結するインホイールモータが注目されている。しかし、インホイールモータは、既存の車両と同様に回転自由度が１である構造であり、全方向移動は不可能である。
このような問題点を解決するために、球形関節（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｌｉｎｋａｇｅ）や球形車輪（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  ｗｈｅｅｌ）が車両のホイールに適用された（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
しかし、球形関節や球形車輪を適用した車両または駆動装置（例えば特許文献２、３を参照）は、正確な制御が困難であったり、あるいは完全な３自由度運動を行うことが困難であるという問題点がある。また、球形ホイールが磁石とコイルで生成された磁場によって駆動される場合（例えば特許文献４、５を参照）も開示されているが、このような駆動ホイールは、車両のホイールが任意の方向に無限に回転するため、磁石の位置を一定に設定することが困難であるという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７３５７０公報
【特許文献２】米国特許第４７８５８９９号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００２／０１５３２０５号明細書
【特許文献４】韓国公開特許第１０−２００９−００９３５２３号公報
【特許文献５】米国特許第６９０６４４１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであって、使用者の設定に応じて直接駆動され全方向に効果的に移動することができる球形車輪駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような問題点を解決するための、本発明の球形車輪駆動システムは、磁場に反応する複数の磁性モジュールを有する回転球と、回転球をその一部が露出するように囲み、電流によって磁場を形成する複数のコイルモジュールを有する固定体と、回転球及び固定体と間に設置され、回転球及び固定体の間隔を維持し、回転球を固定体に対して回転可能に支持する支持ホイールと、回転球及び固定体のうちの１以上に設置され、回転球の回転速度及び位置を測定するセンサと、使用者の設定に応じて送信された駆動信号とセンサから送信された回転速度とセンサから送信された位置の信号とを受信し、コイルモジュールに送る電流を制御する制御信号を送信する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また本発明は、磁性モジュールがコイルとして提供されることを特徴とする。
また本発明は、磁性モジュールが、回転球の中心点からの放射方向に見て、それぞれの間に等間隔が維持されるように設置され、コイルモジュールが、回転球の中心点からの放射方向に沿って、磁性モジュールと互いに対向するように設置されることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、磁性モジュールが、回転球の外周面に接するように設置され、コイルモジュールが、固定体の内周面に接するように設置されることを特徴とする。
また本発明は、制御部が、駆動信号による回転球の回転方向に沿って、固定体の複数のコイルモジュールに、順に電流を供給するように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の球形車輪は、使用者の設定に応じて直接駆動され、全方向に効果的に移動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１実施形態に係る球形車輪駆動システムを示す図である。
【図２】図１の球形車輪を示す図である。
【図３】本発明の球形車輪の作動原理を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は作動の順序を示す。
【図４】本発明の球形車輪の作動方向に応じて固定体のコイルモジュールに印加される電流の方向と磁場の移動とを示す図である。
【図５】本発明の球形車輪の作動方向に応じて固定体のコイルモジュールに印加される電流の方向と磁場の移動とを示す図である。
【図６】本発明の球形車輪の作動方向に応じて固定体のコイルモジュールに印加される電流の方向と磁場の移動とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の１実施形態に係る球形車輪駆動システムを示す図である。
図１に示すように、本発明の球形車輪駆動システム１は、球形車輪１０、センサ２０、及び制御部３０を有する。
【００１２】
球形車輪１０は、３方向の回転自由度を有し、全方向に移動することができる。球形車輪１０は、回転球１２、固定体１４、及び支持ホイール１６を有する。
【００１３】
回転球１２は、底面に接して回転し、磁場に反応する複数の磁性モジュール１３を有する。回転球１２の外周面は、金属表面で形成されてもよい。回転球１２は多様な形態で提供できるが、例えば内部が空の中空球である。
【００１４】
回転球１２の内部に、複数個の磁性モジュール１３が外周面に接するように設置される。磁性モジュール１３は、回転球１２の中心点から放射方向に見て、それぞれの磁性モジュール１３の間が等間隔であるるように設置される。一例によれば、各磁性モジュール１３の頂点を連結した立体が、正１２面体または正２０面体を形成する形態であってもよい。
【００１５】
磁性モジュール１３は、後述する固定体１４のコイルモジュール１５の形成する磁場に反応するものであって、例えばコイルである。但し、これに限定されることはなく、例えば、金属ブロックであることができる。磁性モジュール１３は、固定体１４の磁場の移動に応じ、電磁気誘導されて回転球１２を駆動する。
【００１６】
固定体１４は、回転球１２を、その一部が露出するように囲み、回転球１２と離隔して設置される。固定体１４は、電流によって磁場を形成する複数のコイルモジュール１５を有する。固定体１４は、球形車輪１０が結合する対象物体に応じて、外形は多様な形状で提供することができるが、回転球１２の外周面と対応する内周面を有する。
【００１７】
固定体１４の内周面に接するように複数のコイルモジュール１５が設置され、それぞれが複数の磁性モジュール１３と対応するように設置される。即ち、回転球１２と固定体１４とが互いに対応する位置に配置された時に、それぞれの磁性モジュール１３とコイルモジュール１５とは、１対１で対向するように設置される。上述したように、複数の磁性モジュール１３は、回転球１２の中心点から放射方向に見て、それぞれの磁性モジュール１３が互いに一定の間隔を維持するように設置され、複数のコイルモジュール１５は、回転球１２の中心点からの放射方向に沿って、磁性モジュール１３と対向して設置される。
【００１８】
ただし、固定体１４の端部、即ち、回転球１２が露出する部分には、コイルモジュール１５を設置することができないため、固定体１４のコイルモジュール１５の個数は、回転球１２に設置される磁性モジュール１３の個数よりも少ない。
コイルモジュール１５は、電流供給装置（図示せず）によって供給された電流によって磁場を形成する。
【００１９】
支持ホイール１６は、回転球１２と固定体１４との間に配置され、回転球１２と固定体１４とが一定の間隔を維持するように設置され、回転球１２を固定体１４に回転可能に支持する。支持ホイール１６は、複数が設置され、必要に応じて多様に設置することができる。
例えば、支持ホイール１６は、ボールキャスタや全方向ホイールであってもよい。
【００２０】
図２は、図１の球形車輪を示す図である。図２に示すように、センサ２０は、回転球１２または固定体１４のうちの１以上に設置され、回転球１２の回転速度及び位置を測定する。
センサ２０は、一例によれば、固定体１４の内周面に隣接するように設置され、回転球１２の回転速度は光学センサまたは磁気センサによって測定され、回転球１２の位置はエンコーダによって計算される。
【００２１】
制御部３０は、コイルモジュール１５に供給する電流を制御する。即ち、制御部３０は、使用者の設定に応じて送信された駆動信号と、センサ２０から送信された回転球１２の回転速度及び位置と、を受信し、コイルモジュール１５に供給する電流を制御する制御信号を送信する。制御信号は球形車輪１０の動き、即ち、球形車輪１０の移動方向及び速度などを含む。
制御部３０は、固定体１４の複数のコイルモジュール１５を、駆動信号に従って回転球１２の回転方向に沿って分割し、順に電流を供給するように制御する。
【００２２】
このような構成を有する球形車輪の作動原理は、次のとおりである。
一例として、回転球１２の磁性モジュール１３がコイルである場合について説明する。
図３は、本発明の球形車輪の作動原理を示す図であり、（ａ）、（ｂ）は作動の順序を示し、（ａ）、（ｂ）の点線は磁場を示し、太い矢印は磁場の磁力、すなわち、相互引力を示す。
【００２３】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、固定体１４の複数のコイルモジュール１５に磁場を生成させるとき、回転球１２を回転させようとする方向に沿って、最初に磁場を生成させる第１コイルモジュール１７と、後で磁場を生成させる第２コイルモジュール１８と、に分けて電流を供給する。第１コイルモジュール１７と第２コイルモジュール１８とは互いに隣接するように設置され、回転球１２の磁性モジュール１３であるコイル１９が、第１コイルモジュール１７に対応するように位置される。
【００２４】
図３（ａ）に示すように、第１コイルモジュール１７に電流が供給されると、第１コイルモジュール１７に生成された磁場が、対向する回転球１２のコイル１９を通過する。
図３（ｂ）に示すように、次に第１コイルモジュール１７に供給される電流を切断し第２コイルモジュール１８に給電すると、第２コイルモジュール１８に磁場が生成される。このとき、回転球１２のコイル１９には、磁場変化を妨害する電流が誘導され、回転球１２のコイル１９に磁場が生成される。
【００２５】
これにより、回転球１２のコイル１９に生成された磁場と第２コイルモジュール１８に生成された磁場の間に引力が作用し、移動可能な回転球１２は第２コイルモジュール１８の方向に回転する。
【００２６】
このような作動原理を利用した球形車輪駆動システム１の作動原理を説明する。
図４〜図６は、本発明の球形車輪の作動方向に応じて固定体のコイルモジュールに印加される電流の方向と磁場の移動とを示す図である。図４〜図６に示すＡ領域、Ｂ領域、及びＣ領域は、それぞれのコイルモジュール１５に電流が供給される領域を示す。
【００２７】
使用者によって駆動方向が設定された場合、制御部３０は駆動信号によってコイルモジュール１５に供給する電流を制御する制御信号を送信する。このとき、制御部３０は、センサ２０から受信した回転球１２の回転速度及び位置を判断して制御信号を送信する。
制御部３０は、設定された球形車輪の回転方向に沿って固定体１４の複数のコイルモジュール１５を複数の領域に分割し、各領域に順番に電流を供給する。
【００２８】
図４〜図６は、一例として、球形車輪の回転方向を左側から右側に設定した場合を示す。
図４〜図６に示すように、制御部３０は、設定された球形車輪の回転方向に沿って固定体１４のコイルモジュール１５を球形車輪の回転方向に沿ってＡ〜Ｃ領域に分割する。これにより、左側に位置したＡ領域のコイルモジュール１５に電流を供給した後（図４）、中央に位置したＢ領域のコイルモジュール１５に電流を供給し（図５）、この後に右側に位置したＣ領域のコイルモジュール１５に電流を供給する（図６）。
【００２９】
即ち、図４のＡ領域のコイルモジュール１５から図５のＢ領域のコイルモジュール１５を通過し、図６のＣ領域のコイルモジュール１５の順に電流を供給する。これにより、左側から右側に変化する磁場が複数のコイルモジュール１５に生成され、左側に位置したコイルモジュール１５に対応した磁性モジュール１３に磁場が生成され、回転球１２はコイルモジュール１５に生成された磁場と磁性モジュール１３に生成された磁場の間の相互引力によって回転される。
【００３０】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１      球形車輪駆動システム
１０      球形車輪
１２      回転球
１３      磁性モジュール
１４      固定体
１５      コイルモジュール
１６      支持ホイール
２０      センサ
３０      制御部
【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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