专利名称：陀螺马达机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及产生惯性力或者作为陀螺仪使用的陀螺马达机构。
背景技术：
在现有技术中提出了这样的装置采用与旋转体式的陀螺仪相同的构造，通过使旋转体的旋转速度发生变化而向使用者提供利用了陀螺力矩的扭矩等力。例如，国际公开2002/073385号的图13中，公开了通过控制三个陀螺仪的转速比，而在任意方向产生合成角动量矢量的技术。日本特开平10-097375号公报中，公开了在旋 转式陀螺仪高速旋转的状态下通过改变旋转式陀螺仪的轴向而在计算机输入装置中产生由回转作用引起的反作用的技术。日本特开2001-113048号公报中，公开了将由惯性大的马达产生的反作用力传递给操作者的游戏机用操作装置。另外，日本特开2000-121369号公报中，公开了在底面为正三角形的三角锥形台状的块体的三个斜面上，以内置加速度计光纤线圈的轴线分别与三个斜面成直角的方式安装的光纤陀螺传感器机构。另外，日本特开2005-278309号公报中，公开了防止马达中浸溃在套筒的润滑油干涸的技术。由此可以降低马达驱动时的噪音，并实现长寿命化。然而，像视频游戏机等需要用户感知利用了旋转体的惯性的力的设备中，需要增大旋转体的转速和惯性力矩。因此也随之需要增大电量消耗和旋转体的体积。因而，若在国际公开第2002/073385号的图13所示的构造的基础上进行设计，那么对于装设于视频游戏机的输入装置上来说旋转体的尺寸过大，而且电量消耗也过大。并且，由于一般的马达都具有一定的轴向长度，所以很难将3个旋转体紧凑地设置在三个轴上。具体地说，三个旋转体以与立方体的三个面对置的方式设置，马达以与其他的三个面对置的方式设置。各个旋转轴处于相互扭转的位置，因此难以实现装置的小型化及薄型化。
实用新型内容本实用新型的目的是实现3轴陀螺马达机构的小型化。本实用新型例示的陀螺马达机构具有三个圆盘部和三个马达部，三个圆盘部设置成中心轴线相互垂直、且各自的外缘部相互靠近而配置成三角锥状，三个马达部设置在所述三个圆盘部围成的区域中，且所述三个马达部的旋转部固定在所述三个圆盘部的中央，所述三个圆盘部各自的外缘部的至少马达部侧的部位具有朝向所述马达部径长逐渐减小的斜面，具体可以形成为，所述三个圆盘部各自的外缘部的至少马达部侧的部位具有朝向所述马达部而径长逐渐变短的第2斜面。此外，本实用新型例示的陀螺马达机构，其特征为，包括，三个圆盘部，其设置成中心轴线相互垂直、且各自的外缘部相互靠近而配置成三角锥状；以及三个马达部，其设置在所述三个圆盘部所围成的区域中，且所述三个马达部的旋转部固定在所述三个圆盘部的中央，所述陀螺马达机构中，所述三个圆盘部各自的外缘部的、至少与马达部相反的一侧的部位具有朝向远离马达部的方向而径长逐渐变短的第I斜面。通过本实用新型可以实现陀螺马达机构的小型化。
图I是陀螺马达机构的俯视图。图2是陀螺马达机构的仰视图。图3是陀螺马达机构的立体图。图4是陀螺马达机构的立体图。图5是安装部的俯视图。图6是安装部的仰视图。图7是表示成为一组的圆盘部、马达部等的剖视图。图8是马达部的剖视图。图9是圆盘部的剖视图。符号说明I :陀螺马达机构2:圆盘部3 :马达部23 :平板部24 :外缘部31 :旋转部51 :安装板231、233 (平板部的)部位241 :第 I 斜面242 :第 2 斜面321 :套筒511 :顶点Jl:中心轴线
具体实施方式
图I是表示本实用新型示例的一实施方案的陀螺马达机构I的俯视图，图2是仰视图。图3是陀螺马达机构I的立体图，图4是表示从正面观察其中一个圆盘部(通常所说的飞轮)时的陀螺马达机构I的图。陀螺马达机构I是一种多轴式的圆盘旋转装置，向视频游戏机的输入装置提供利用圆盘部的惯性产生的力(包括回转作用)和振动等。由于陀螺马达机构I体积小，所以可以应用于其他各种需要力和振动等的产生的装置中。且陀螺马达机构I也可作为3轴陀螺仪使用。陀螺马达机构I具有三个圆盘部2、三个马达部3和安装部5。三个圆盘部2的中心轴线Jl相互垂直并相交于一点。圆盘部2配置成使彼此的外缘部相互靠近。由此，三个圆盘部2如三角锥的侧面那样设置成大致三角锥状。三个马达部3的旋转部分别固定在三个圆盘部2的中央。三个马达部3设置在各个圆盘部2的靠其他圆盘部2的一侧，即设置在中心轴线Jl接近其他圆盘部2的中心轴线Jl的一侧。由此，马达部3设置在三个圆盘部2大致围成的区域内。三个马达部3安装于安装部5。图5和图6是安装部5的俯视图和仰视图。安装部5具有三个相互垂直的安装板51。安装部5呈大致三角锥状即四面体状。三个安装板51的相交点511对应于三角锥的上侧的顶点。以下，将相交点511称为顶点。三个马达部3分别安装在三个安装板51上。也就是说，三个马达部3安装在大致三角锥状的安装部5的三个斜面上。各个安装板51的大致中央处设有用于避免与马达部3发生干涉的中央孔52。中央孔52 —直连接到安装板51的顶点511相反侧的边缘。在各个中央孔52的周围设有三个贯通孔53。通过在贯通孔53中插入螺丝将马达部3固定在安装板51上。另外，当安装部5为三角锥形状时也可在其底面位置设置盖部件。也就是说，在设置陀螺马达机构I时可以将盖部作为安装部件使用。陀螺马达机构I可以相对于设置面呈三角锥姿势设置，但并不限定于此姿势。陀螺马达机构I也可通过使用螺丝等其他部件等而设置成其他姿势。图7是表示成为一组的圆盘2、马达部3等的剖视图。在图7中省略了表示剖面的细节部分的平行斜线的图示。在其他图中也一样。在以下说明中，将马达部3的中心轴线Jl方向上的图7上侧即纸面上侧简称作上侧，将作为下侧的纸面下侧简称作下侧。另外，上下方向并不代表组装到实际设备中时的位置关系和方向。并且，将平行于中心轴线Jl的方向称作轴向，以中心轴线Jl为中心的方向简称作径向。马达部3具有旋转部31和静止部32。旋转部31位于静止部32的上侧。静止部32固定于图5的安装部5。圆盘部2固定于旋转部31。图8是马达部3的剖视图。旋转部31具有轴311、毂312、轭313、转子磁铁314和磁性体315。中心轴线Jl位于轴311的中心。毂312为大致圆板状。轴311的上端固定在毂312的中央。毂312的中央形成有以大致圆筒状向上侧突出的突出部411。如图7所示，圆盘部2通过粘结剂固定在突出部411的外周面以及突出部411的周围的毂312的上表面。也可通过在圆盘部2的中央孔21中压入突出部411将圆盘部2固定于旋转部31。轭313呈大致圆筒状。轭313安装在毂312的外周部并向下延伸。转子磁铁314呈圆环状并被多极磁化。转子磁铁314固定在轭313的内周面。磁性体315为圆环状,并安装在突出部411的下部。具体地说，突出部411的下表面具有朝向上方凹陷的凹部，磁性体315设置在凹部内。静止部32具有套筒321、套筒保持部322、帽部323、止推板324、防脱部件325、含油部件326、垫片327、定子328、绝缘板329、辅助磁铁330、基板331、电路板332和配线板333。在图I至图4中，省略了电路板332和配线板333。套筒321呈大致圆筒状，由浸溃有润滑油的多孔质材料(例如，多孔质烧结体)形成。在套筒321中插入轴311。套筒保持部322呈大致圆筒状。在套筒保持部322中插入套筒321。帽部323呈大致碗状。帽部323封闭套筒保持部322下部的开口。帽部323通过粘结或者铆接(caulking)等机械连接方式固定于套筒保持部322。也可通过其它方式连接帽部323和套筒保持部322。另外，在本实施方式中，在使被固定部件与固定部件的一侧的面相接触的状态下，通过使从被固定部件向固定部件的另一侧延伸的部位塑性变形，来使所述部位与固定部件的另一侧的面相接触，并将两部件机械固定的情况定义为“铆接”。止推板324设置在帽部323内的中央处。止推板324是板状的部件。轴311的下端面从上侧接触止推板324。轴311的下端面呈球面状。防脱部件325在轴向设置在帽部323和套筒321之间。防脱部件325呈圆环状。例如，防脱部件325由树脂形成。在轴311的下部的外周面形成有切成环状的环状槽412。防脱部件325与环状槽412呈非接触状态嵌合。防脱部件325防止轴311从套筒321中脱离。此外，由于防脱部件325发生弹性变形，因此可以容易地将轴311从下端面插入防脱部件325，从而使轴311和防脱部件325嵌合。垫片327呈圆环状。垫片327设置在套筒321的上端面上。通过垫片327可以防止浸溃在套筒321内的润滑油从套筒321的上表面侧飞溅。并且，通过垫片327也可以抑制 润滑油从套筒321蒸发。套筒保持部322的内周面上形成有凹部413，凹部413是以中心轴线Jl为中心呈环状的槽。含油部件326为浸溃有润滑油的圆环状部件。含油部件326设置在凹部413内。含油部件326的内周面与套筒321的外周面相接触。将从含油部件326渗出的润滑油提供给套筒321。也就是说，含油部件326起到作为对浸溃于套筒321的润滑油进行补充的补油机构的作用。由此，实现了马达部3的长寿命化。套筒321的外周面上形成有在轴向上延伸的多个槽414。在马达部I的组装中，将轴311插入套筒321时，多个槽414起到将套筒内的空气顺畅排出外部的通路的作用。由此，可以容易地将轴311插入套筒321中。也就是说，轴311能够插入到套筒321中，而不会被残留在套筒321内部的空气推回。在套筒321的内周面的上侧和下侧分别设有与轴311的外周面以滑动状态接触的滑接部421、422。上侧的滑接部421的轴向长度比下侧的滑接部422的轴向长度长。马达部3被驱动时，在滑接部421、422处，轴311被套筒321隔着润滑油在垂直于中心轴线Jl的方向即径向上进行支撑。此时，在马达部3中，旋转部31以及圆盘部2的重心位于轴311的上部。因此，径向负荷集中作用于滑接部421。但是，由于含油部件326设在滑接部421的外侧(S卩，在径向上含油部件326与滑接部件421重叠)，因此来自含油部件326的润滑油被高效提供给滑接部421，使得轴311在径向上被稳定支撑。套筒保持部322的上端面上设有向上方突出的环状突出部423。辅助磁铁330呈环状，并设置在环状突出部423的外周。辅助磁铁330以两磁极并列在中心轴线Jl方向的方式被磁化。在辅助磁铁330和磁性体315之间产生磁吸引力。由此，轴311的下端不会从止推板324脱离而是以恒定状态在中心轴线JI方向被支撑(也就是推力(thrust)支撑)。由于轴311被在径向和推力方向上被稳定支撑，因此可以实现圆盘部2的稳定旋转。由于辅助磁铁330只以沿着环状突出部423的外周设置的方式被定位，所以当为了实现马达部3的小型化而选用微小型辅助磁铁330时，也能够容易地进行安装。且没有必要使辅助磁铁330和磁性体315两者都呈圆环状。例如，可以只有磁性体315呈圆环状，而多个辅助磁铁330设置在环状突出部423的外周。[0057]作为轴承，使用浸溃有润滑油的套筒321，由此与使用球轴承的方式相比可以将马达部3小型化。因此，可以将陀螺马达机构I容易地设置在视频游戏机输入装置等狭小空间内。并且，由于利用套筒321可以抑制马达部3的振动，因此陀螺马达机构I特别适用于与人手接触的输入装置等。套筒保持部322的外周面上安装有定子328。在定子328中，对设在大致环状的铁芯上的多个凸极实施了绕线。定子328位于转子磁铁314的中心轴线Jl侧。转子磁铁314和定子328构成马达部3的驱动机构。通过控制从图示中省略的电流供给电路提供给定子328的电流，可以产生使旋转部31以中心轴线Jl为中心相对于静止部32旋转的扭矩(旋转力)。套筒保持部322的下部插入在基板331的安装孔431中，并通过铆接固定。如上所述，轴承保持部322的下部还插入在安装板51的中央孔52中。由此，安装板51和圆盘部2在轴向上相接近，可以容易地实现陀螺马达机构I的小型化。基板331通过插入在安装板51的贯通孔53中的螺丝而固定在安装部5上。另外，基板331和安装板51也可通过 粘结或铆接等其他方式固定。在基板331的下表面通过粘结材料固定有板状的电路板332。在电路板332的下表面粘结具有柔性的薄板状的配线板333。基板331在电路板332的附近还具有贯通孔432。从定子328引出的引出线435通过贯通孔432。引出线435焊接在电路板332的下表面。电路板332上的配线被接合在配线板333的配线上。绝缘板329设置在定子328和基板331之间。另外，在凹部413的上侧，在套筒321和套筒保持架322之间形成有间隙。通过这个间隙可以防止润滑油从套筒321直接移动向套筒保持架322的内周面的上部。进一步，在与垫片327的外周面在径向上相对的套筒保持部322的上端部，设有内径朝向套筒保持架322的上端侧变小的斜面。在这个斜面和垫片327的外周端面之间形成有比下侧间隙更小的微小间隙。由此，即使在润滑油要顺着套筒保持部322漏出时，通过微小间隙所形成的密封构造(也可形成为迷宫式构造)可将润滑油保持在套筒保持部322内。图9是圆盘部2的剖视图。圆盘部2具有中央部22、平板部23和外缘部24。平板部23主要构成比外缘部24更靠近内侧的部位。中央部22呈大致圆筒状。由中央部22的内周面限定中央孔21。平板部23呈垂直于中心轴线Jl的大致平板状，位于中央部22和外缘部24之间。外缘部24的轴向厚度比中央部22和平板部23的轴向厚度厚。另外，中央部22不比外缘部24更向上侧突出更为理想。中央部22的轴向厚度也可比外缘部24的轴向厚度厚。由于外缘部24比外缘部24的内侧的部位(但是不包括中央部22)即平板部23厚，因此可以相对于圆盘部2的质量而相对加大惯性力矩。换言之，可以减轻圆盘部2的质量。因此可以实现陀螺马达机构I的轻量化并可充分产生惯性力和回转力矩。平板部23从中央部22侧朝向外缘部24即朝向径向外侧具有三个不同厚度的部位231、232、233。最靠径向内侧的部位231最薄，并在轴向上与旋转部31重叠。外缘部24附近的部位233比与马达部3的旋转部31重叠的部位231厚。部位233最厚。由此，确保了支撑外缘部24所需的刚性。中间的部位232比部位231厚，比部位233薄。在中央部22的内侧面和部位231的下表面设有多个槽441、442，该多个槽441、442用于强化通过粘结剂实现的与突出部411的结合。外缘部24的外周面的上半部为朝向上侧即朝向远离马达部3的方向而径长逐渐变短的第I斜面241。外周面的下半部为朝向下侧即朝向马达部3而径长逐渐变短的第2斜面242。第I斜面241和第2斜面242同中心轴线Jl形成的角度为30°至60°。通过设有第I斜面241,如图3和图4所不,可以减小设置陀螺马达机构I所需的空间。也就是说，通过第I斜面241，由三个圆盘部2所形成的大致三角锥形状的上侧的顶部变平。进一步地，通过第2斜面242，如图4所示，圆盘部2可以相互接近，可以实现陀螺马达机构I的小型化。更为理想的是，第2斜面242和中心轴线Jl所形成的角度为45°，由此可以使圆盘部2彼此最高效率地接近。在圆盘部2中，外缘部24从平板部23朝向上下方向突出。如果外缘部只朝向上侧突出那么陀螺马达机构的尺寸就会变大。如果外缘部只朝向下侧突出，那么圆盘部的惯性力矩就会降低。在陀螺马达机构I中，通过使外缘部24朝上下突出，可以实现尺寸小型 化、轻量化并可以确保惯性力矩。如图4中虚线所示的一部分，安装部5的三个斜面相交的顶点511的位置在径向上位于比圆盘部2的最外周靠内侧的位置上。按照这样的位置关系构成，通过扩大圆盘部2也可实现惯性力的增大。在陀螺马达机构I中，通过改变三个圆盘部2的旋转速度，可以利用圆盘部2的惯性产生朝向任意方向的扭矩等力。并且，通过使旋转方向高速反转还可产生振动。提示力感这样的控制可以通过由驱动电路根据来自另外设置的控制部的信号向定子328提供电流而实现。驱动电路可以设在电路板332上也可另行设在马达部3的外部。将陀螺马达机构I装设在视频游戏机的输入装置中时，例如通过用户对输入装置进行按，拉，上提等动作，由此对应于这些动作而产生力和振动等，从而使用户可以感知到。以上对本实用新型的实施方式进行了说明，但本实用新型并不限定于以上的实施方式，可以进行各种变形。三个安装板51可以是分体的部件。安装板51也可兼做基板331。此时，可以更加小型化。另外，只要能够在具有三正交面的三角锥状体上设置马达部3，则并不特别限定安装板51和基板331的形状、以及在这些部件上所形成的孔的形状和位置等。只要三个中心轴线Jl相互垂直，则不需相交于一点。但是,通过使圆盘部2的外缘部24相互靠近，中心轴线Jl也相互接近。或者，可以看作是构成了相交状态。通过这样设置中心轴线J1，陀螺马达机构I被小型化。只要三个马达部3大体设置在三个圆盘部2所围成的区域内，就不必完全设置在此区域内。可以在圆盘部2的外周面上只设有朝向马达部3径长逐渐变短的斜面。反之，也可只设有朝向远离马达部3的方向径长逐渐变短的斜面。进一步地，也可在第I斜面241和第2斜面242之间设有平行于中心轴线Jl的倒角状的面。由此，在圆盘部2上外缘部24的至少马达部3侧的部位具有朝向马达部3而径长逐渐变短的斜面，或者，外缘部24的与马达部3相反侧的部位具有朝向远离马达部3的方向而径长逐渐变短的斜面。可在轴311和套筒321之间沿着中心轴线Jl设有三个以上的滑接部。此时，含油部件326设在最上侧的滑接部的外侧。另外，含油部件326也可设在比套筒321的中央更靠下侧的位置上。由此，可以抑制润滑油的漏出。[0076]套筒保持部322和帽部323可以作为有底的大致圆筒状部件一体形成。并且，凹部413不必必须是环状的槽，含油部件326也可部分设置在套筒321的周围。在凹部413中，可设有例如由毛毡或多孔质烧结体等形成的可含油的部件来作为含油部件。可以设有环状的含油部件等可含油的防飞溅部件代替垫片327。选择因润滑油的毛细管现象所形成的保持力比套筒的保持力小的材料作为可含油的防飞溅部件的材料。由此，在套筒321的端面渗出的润滑油由防飞溅部件暂时保持，当马达部3的运行停止后，在毛细管现象的作用下润滑油从防飞溅部件被引导回套筒321的内部。因此可以延长马达部3的寿命。马达部3通过采用浸溃有润滑油的套筒321而被小型化，但也可采用流体动压轴承来代替套筒321。并且,也可使用球轴承。也可进一步使用其他种类的轴承来代替套筒 321。在马达部3中，磁性体315可以是磁铁(即带磁性的磁性体)，辅助磁铁330可以是磁铁以外的磁性体。并且，也可以磁性体315和辅助磁铁330两者都是磁铁。进一步地，也可用磁性体形成毂312而省略磁性体315。另外，当旋转部31在轴向上的可动范围小、并容纳于容许范围内时，没有必要必须设置辅助磁铁330。马达部3中，转子磁铁314位于定子328的外侧，也就是通常所说的外转子型，但是转子磁铁314也可位于比定子328更靠中心轴线Jl侧的位置上，也就是通常所说的内转子型。另外，圆盘部2也可以利用压入、粘结、焊接、铆接等连接方式而直接固定于轴311。并且，在上述实施方式中，在毂312上安装有圆盘部2，但毂312不是必须的，也可直接将轭313与圆盘部2连接。进一步地，所使用的三个马达部3的构成也可分别不同，或者也可是一个不同而另外两个相同的结构的马达部。只要所述实施方式以及变形例的构成不相互矛盾即可进行适当组合。本实用新型所涉及的陀螺马达机构可以在视频游戏机等的输入装置中作为产生力和振动的装置使用。陀螺马达机构也可作为进行手术练习和远程手术时的操作部的力产生源所使用，或者，也可作为康复训练装置的力产生源所使用。进一步地，也可作为人造卫星和深海探测器的姿势控制用陀螺仪所使用。由此，陀螺马达机构可以作为力产生源和探测器应用于各种领域中。
权利要求1.一种陀螺马达机构，其特征为，所述陀螺马达机构包括 三个圆盘部，其设置成中心轴线相互垂直、且各自的外缘部相互靠近而配置成三角锥状；以及 三个马达部，其设置在所述三个圆盘部所围成的区域中，且所述三个马达部的旋转部固定在所述三个圆盘部的中央；所述陀螺马达机构中， 所述三个圆盘部各自的外缘部的至少马达部侧的部位具有朝向所述马达部而径长逐渐变短的第2斜面。
2.如权利要求I所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述第2斜面与中心轴线成45°角。
3.如权利要求I所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个圆盘部各自的外缘部的、与马达部相反的一侧的部位具有朝向远离所述马达部的方向而径长逐渐变短的第I斜面。
4.如权利要求I至3中的任一项所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个马达部安装在三角锥状的安装部的三个斜面上。
5.如权利要求I至3中的任一项所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个圆盘部的中心轴线相交于一点。
6.如权利要求I至3中的任一项所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个圆盘部的外缘部比相比于所述外缘部更靠内侧的部位厚。
7.如权利要求I至3中的任一项所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个马达部的每一个具有浸溃有润滑油的套筒来作为轴承。
8.一种陀螺马达机构，其特征为，包括， 三个圆盘部，其设置成中心轴线相互垂直、且各自的外缘部相互靠近而配置成三角锥状；以及 三个马达部，其设置在所述三个圆盘部所围成的区域中，且所述三个马达部的旋转部固定在所述三个圆盘部的中央，所述陀螺马达机构中， 所述三个圆盘部各自的外缘部的、至少与马达部相反的一侧的部位具有朝向远离马达部的方向而径长逐渐变短的第I斜面。
9.如权利要求8所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个马达部安装在三角锥状的安装部的三个斜面上。
10.如权利要求9所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个斜面相交的顶点在径向上位于比各个圆盘部的最外周靠内侧的位置。
11.如权利要求8所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个圆盘部的中心轴线相交于一点。
12.如权利要求8所述的陀螺马达机构，其特征为， 所述三个圆盘部的外缘部比相比于所述外缘部更靠内侧的部位厚。
13.如权利要求12所述的陀螺马达机构，其特征为， 在比所述外缘部更靠内侧的部位中，所述外缘部附近的部位比与所述马达部的旋转部相重叠的部位厚。
14.如权利要求8所述的陀螺马达机构，其特征为，所述 三个马达部的每一个具有浸溃有润滑油的套筒来作为轴承。
专利摘要本实用新型提供一种陀螺马达机构，其具有三个圆盘部，所述三个圆盘部设置成中心轴线相互垂直、且各自的外缘部相互靠近而配置成三角锥状；以及三个马达部，所述三个马达部设置在所述三个圆盘部所围成的区域中，且所述三个马达部的旋转部固定在所述三个圆盘部的中央，所述三个圆盘部各自的外缘部的至少马达部侧的部位具有朝向所述马达部径长逐渐变短的第2斜面。更为理想的是，所述三个圆盘部各自的外缘部的、与马达部相反侧的部位具有朝向远离马达部的方向而径长逐渐变短的第1斜面。由此，可以实现陀螺马达机构的小型化。
文档编号H02K21/12GK202586686SQ201120554170
公开日2012年12月5日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年2月10日
发明者稻森博明 申请人:日本电产株式会社