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球形ホイール・モータ及びシステム

国内特許コード P130009162
掲載日 2013年4月19日
出願番号 特願2011-223352
公開番号 特開2013-085371
登録番号 特許第5825029号
出願日 平成23年10月7日(2011.10.7)
公開日 平成25年5月9日(2013.5.9)
登録日 平成27年10月23日(2015.10.23)
発明者
  • 内山 賢治
  • 増田 開
出願人
  • 学校法人日本大学
発明の名称 球形ホイール・モータ及びシステム
発明の概要 【課題】一組の圧電ユニットに要する圧電素子の数を減らし、構造を簡単にすることを可能とする球形ホイール・モータ及びシステムを提供する。
【解決手段】各圧電ユニット33、35、37は、ステータ45、47、49に対し基端部39、41、43からステータ45、47、49へ向かい傾斜設定されて基端部39、41、43とステータ45、47、49との各間にそれぞれ相互に並列配置された各一対の圧電素子33a、33b、35a、35b、37a、37bを備え、各一対の圧電素子33a、33b、35a、35b、37a、37bに、駆動波形の位相をずらして電圧を印加することを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


従来より球形ホイール・モータは、人口衛星の姿勢制御、監視カメラ等の指向方向制御、ロボットの関節部などに用いられ得る多自由度回転駆動制御装置として期待されている。



かかる多自由度回転駆動制御装置としては、例えば特許文献1に記載された圧電モータがある。



この圧電モータは、球状の被駆動体と、略環状の基台と、この基台に設置され、Z軸を中心として周方向に120度で等配された第1~第3の圧電ユニットと、Z軸上に被駆動体と所定の隙間を持って配設された環状磁石とを備えている。



環状磁石は、被駆動体を非接触状態で磁気吸引することにより、第1~第3の圧電ユニットに対して接触予圧力を付与している。



第1~第3の各圧電ユニットは、それぞれ第1~第3の圧電素子を備えている。第1~第3の圧電素子は、その中立軸線が互いに略直角に交差し、交点を有するように配設されている。水平な第1及び第2の圧電素子はそれらの振動方向が基台に略水平方向となるように設けられている。Z軸方向の第3の圧電素子は、その振動方向が基台に略垂直方向となるように設けられている。被駆動体に接触する駆動部には、第1~第3の圧電素子の各頂部が連結され、第1~第3の圧電素子の合成振動が各駆動部の接触点での摩擦を介して被駆動体に駆動力を伝達する。



したがって、第1~第3の各圧電ユニットにより、被駆動体を3自由度で回転駆動させることができる。



しかし、かかる従来の構造では、圧電素子が、水平方向と垂直方向とに配置されて駆動部に結合される構造であるため、第1~第3の各圧電ユニットが、各3個の圧電素子を必要とし、部品点数が多く、電圧を印加するシステムも複雑になるという問題があった。

産業上の利用分野


本発明は、人工衛星の姿勢制御等に供される球形ホイール・モータ及びシステムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基端部がベース側に支持され相互に周回方向へ一定間隔で離間設置され先端側の接触駆動部で被動球体を安定に接触保持して3自由度方向に回転駆動可能とする複数の圧電ユニットと、
前記被動球体に前記複数の圧電ユニットの各接触駆動部に対する接触力による摩擦力を付与する保持部と、
を備えた球形ホイール・モータであって、
前記各圧電ユニットは、前記被動球体に対し前記基端部から接触駆動部へ向い傾斜設定されて前記基端部と接触駆動部との各間に各一対の圧電素子を備え、
前記各一対の圧電素子は、前記各圧電ユニットが設置された周回方向に並んで配置され、
前記各一対の圧電素子に、駆動波形の位相をずらして電圧を印加することで前記各圧電ユニットの各接触駆動部における楕円運動が軸まわりの角速度ベクトルを生成し前記被動球体を回転させる、
ことを特徴とする球形ホイール・モータ。

【請求項2】
請求項1記載の球形ホイール・モータであって、
前記圧電ユニットは、前記周回方向へ120°間隔で3組備えられた、
ことを特徴とする球形ホイール・モータ。

【請求項3】
請求項1又は2記載の球形ホイール・モータであって、
前記圧電ユニットは、前記傾斜により前記接触駆動部の中央を通る中立線が被動球体の中心で交差する、
ことを特徴とする球形ホイール・モータ。

【請求項4】
請求項記載の球形ホイール・モータであって、
前記保持部は、前記中立線上で前記接触駆動部に取り付けられた永久磁石である、
ことを特徴とする球形ホイール・モータ。

【請求項5】
請求項1~4の何れか1項記載の球形ホイール・モータを用いた球形ホイール・モータのシステムであって、
センサによる前記被動球体の回転角度の検出値に基づき前記被動球体の回転角速度を制御するために前記印加電圧を制御する制御部、
を備えたことを特徴とする球形ホイール・モータのシステム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011223352thum.jpg
出願権利状態 登録
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