The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.11
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pp.1541-1543
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2013
This paper presents a spherical motor which can control in multi-degree of freedom operation. The spherical motor has been researched by many types of structure. Thhis paper shows a spherical shaped airgap and surfaced permanent magnets. Especially, The motor consists of dual rotor cores. Unlike a cylindrical motor, the spherical motor design can be considered with azimuth direction on spherical coordinates. Therefore the permanent magnet surfaced on the rotor need to be designed optimally in order to generate a sinusoidal magnetic flux density in the airgap. This paper presents results of optimal design for reducing torque ripple of the multi-degree of freedom spherical motor.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.8
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pp.1362-1370
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2008
This paper describes the design and characteristic analysis of a novel 3-DOF(Degree of Freedom) spherical motor. For multi DOF actuating, several numbers of motors have been used. By the using of normal motors they connected each other in single joint, is necessary to a several type of complex power transmission devices. The 3-DOF spherical motor can drive roll, pitch, and yaw motion in only one unit and it is not necessary to use additional gears and links parts. Therefore the using of 3-DOF spherical motor can eliminate; combined effects of inertia, backlash, non-linear friction, and elastic deformation of gears. In this paper, we propose the novel structured 3-DOF spherical motor and derive its principles of operation. Firstly, we designed concept model of novel structured 3-DOF spherical motor. Next, we derive the control method by calculating the currents. Also, to have intuitive driving control, we express the rotor position in equivalent angle-axis system and determine the exciting period of currents from the calculation result of the currents. To verify the control method, we calculated the currents by the position of rotor. and then we analyzed the characteristics by 3D Finite Element Method when the calculated currents are excited.
Hong, Kyung-Pyo;Kim, Yong;Jang, Ik-Sang;Lee, Ho-Joon;Kang, Dong-Woo;Won, Sung-Hong;Lee, Ju
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.1
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pp.50-56
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2012
The Multi D.O.F spherical motor can drive rotating as well as tilting three degree of freedom with one motor. Existing three degree of freedom to drive with three motors that are connected by gears and belts, that will be too large size and big loss at gears and belts. So Reducing system size and improving efficient is using the Multi D.O.F spherical motor in three degree of freedom systems. For this reason, efficiency of Multi D.O.F spherical motor is one of the important performance indiccators. In this paper presented that how to improve the efficiency of the Multi D.O.F spherical motor. The fist of method is using the stator iron core's material with high permeability and resistivity for reducing the eddy current loss. However, it was the disadvatages of motor-making and economic. So author propose the resonable method of reducing the eddy current loss in the stator iron core. That is using the rotor with double-air gap.
Lee, Ho-Joon;Park, Hyun-Jong;Won, Sung-Hong;Ryu, Gwang-Hyun;Lee, Ju
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.8
no.1
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pp.90-96
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2013
As the need of electric motor is increased rapidly throughout our society, the various application fields are created and the service market called robot gets expanded as well as the existing industrial market. Out of those, the joint systems such as humanoid that is servo actuator for position control or all fields which require multi-degree of freedom (multi-DOF) require the development of innovative actuator. It is multi-DOF spherical motor that can replace the existing system in multi-DOF operating system. But, multi-DOF spherical motor that has been researched up to date is at the stage which is insufficient in performance or mechanical practicality yet. Thus, first of all the research results and limitation of the previously-researched guide frame-type spherical motors were analyzed and then the feature of double air-gap spherical motor which was devised to complement that was studied. The double air-gap multi-DOF spherical motor is very suitable spherical motor for system applying which requires the multi-DOF operation due to its simple structure that does not require other guide frame as well as performance improvement due to its special shape which has two air-gaps. So, the validity of the study was verified by designing and producing it with 3D-FEM through the exclusive jig for multi-DOF spherical motor.
Kang, Dong-Woo;Go, Sung-Chul;Lee, Ho-Jun;Park, Hyun-Jong;Won, Sung-Hong;Lee, Ju
Proceedings of the KIEE Conference
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2011.07a
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pp.838-839
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2011
The spherical motor is very valuable actuator, because the motor can operate as multi-degree of freedom rotation. Especially, the motor is useful machine for robot's joint by reason of high efficiency, compact size, high power, precise control, etc. These characteristics of spherical motor have to require continuously research. Therefore, in this paper, two different types of spherical motor are compared and double-airgap spherical motor as novel stucture is introduced.
A 3-D.O.F. spherical PM motor has 3 degrees of freedom in its motion by tilting and rotating of a shaft, which can be applied in a range of fields. The back-EMF is proportional to the field flux and angular velocity. The back-EMF constant in conventional rotating machine has a uniform value. However, in a spherical PM motor, the back-EMF constant of the coils varies according to the tilting conditions regardless of whether the angular speed is constant. Consideration of the back-EMF constant is useful for designing 3-D.O.F. spherical PM motors. In this study, the back-EMF constant of the spherical PM motor was considered carefully.
Park, Hyun-Jong;Cho, Su-Yeon;Ahn, Han-Woong;Lee, Ho-Jun;Won, Sung-Hong;Lee, Ju
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.7
no.6
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pp.926-931
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2012
Since robot industry growing, the machine that could move with multi-DOF has been studied in many industrial fields. Spherical motor is one of the multi-DOF machine that doesn't need gear for multi-DOF motion. Unlike conventional motor, spherical motor can not only rotate on the shaft axis (rotating motion), but tilt the shaft with 2-DOF motion (positioning motion). In the typical type of spherical motor, one coil took part in positioning motion and rotating motion at the same time. As the result, the control algorithm was complex. To solve this problem, this study proposed a novel type of coil on the stator. The coils were separated for positioning motion and rotating motion. Thus the linkage flux of rotating coil didn't be affected the positioning angle. In this paper, comparing the back-EMF of typical and novel type was conducted and the driving experiment was carried out as the positioning angle. From the experiment result, the performance of proposed spherical motor could be verified.
Kang, Dong-Woo;Won, Sung-Hong;Lee, Hyung-Woo;Lee, Ju
Proceedings of the KSR Conference
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2009.05a
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pp.1667-1672
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2009
The spherical motor is an electric machine which is able to tilt its shaft on 3-dimensional space as using electromagnetic force. Recently a permanent magnet is remarkable material for applying electric machinery, because of high magnetic flux density. In this paper, a spherical motor, which has permanent magnet on its rotor, is researched. As known, the spherical motor has a special feature as 3 degrees of freedom (D.O.F) operation. This performance can be realized by using electromagnetic torque between coils and magnets. Therefore, in this paper, a permanent magnet spherical wheel motor is introduced and performance characteristics are analyzed for improving of operation stability.
This paper proposes a novel structured 3-DOF(Degree-of-Freedom) spherical motor. 3-DOF spherical motor presents some attractive features by combining pitch, roll, yaw motion in a single joint. The proposed motor has pole which is electromagnetic in stator and rotor. poles produce magnetic flux through by exciting current then produce torque. We show a novel structured rotor to avoid mechanical overlapping of each coil in rotor. The validity of the analysis is confirmed by 3D finite element method.
Lee, Ho-Joon;Kim, Yong;Jang, Ik-Sang;Park, Hyun-Jong;Kang, Dong-Woo;Won, Sung-Hong;Lee, Ju
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.1
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pp.57-63
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2012
A surfaced permanent magnet spherical motor is capable of operating as three degree of freedom that used for the joints of the robot's arm, leg, and eyes. Ongoing research like new concept is essential part of motor field, it will make a great contribution in the future the overall portion of the motor, is becoming expected. The author analysis torque characteristics in spherical motor with state of rotating and positioning. And future design direction is smaller motors with equivalent or higher output. Solutions as torque and efficiency improvements are selecting the core with special processing type like powder metallurgy materials. Their special characteristic is high permeability and low eddy current losses at high speed, so improved the torque and efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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