特開 2022-150614 磁気変調ギヤ装置、駆動装置及びロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022150614

(43)【公開日】2022-10-07

(54)【発明の名称】磁気変調ギヤ装置、駆動装置及びロボット

(51)【国際特許分類】

   H02K 49/10 20060101AFI20220929BHJP

   H02K 11/21 20160101ALI20220929BHJP

   H02K 11/25 20160101ALI20220929BHJP

   H02P 29/00 20160101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

H02K49/10 Z

H02K11/21

H02K11/25

H02P29/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021053292

(22)【出願日】2021-03-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】山本 泰三

(72)【発明者】

【氏名】三成 貴浩

(72)【発明者】

【氏名】中川 博貴

【テーマコード（参考）】

5H501

5H611

5H649

【Ｆターム（参考）】

5H501AA22

5H501GG00

5H501LL32

5H501LL35

5H501LL36

5H501LL37

5H501PP02

5H611AA01

5H611BB00

5H611PP05

5H611QQ03

5H611QQ04

5H611UA04

5H649BB02

5H649GG08

5H649GG13

5H649GG16

5H649HH01

5H649HH13

5H649HH16

(57)【要約】

【課題】トルクセンサを不要とする。
【解決手段】磁気変調ギヤ装置３０は、入力軸２３と、減速部を通じて入力軸２３に対して変速されて出力される出力軸３２ｂと、入力軸２３側の回転角度を計測する入力軸側センサ３５と、出力軸３２ｂ側の回転角度を計測する出力軸側センサ３６とを有する。
例えば、駆動装置１は、上記磁気変調ギヤ装置３０と、入力軸にトルクを入力する駆動源２０と、計測された入力軸側の回転角度と計測された出力軸側の回転角度とに基づいて目標トルクとなるように駆動源の動作量を制御する制御装置４０とを備え、トルクセンサを用いることなく出力軸側のトルクを制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力軸と、減速部を通じて前記入力軸に対して変速されて出力される出力軸とを有する磁気変調ギヤ装置において、
前記入力軸側の回転角度を計測する入力軸側センサと、
前記出力軸側の回転角度を計測する出力軸側センサと
を有する磁気変調ギヤ装置。

【請求項2】

筐体を備え、
少なくとも前記入力軸側センサ又は前記出力軸側センサを前記筐体内に備える
請求項１に記載の磁気変調ギヤ装置。

【請求項3】

前記入力軸側センサと前記出力軸側センサの両方を前記筐体の同一空間内に備える
請求項２に記載の磁気変調ギヤ装置。

【請求項4】

前記入力軸側センサが計測した回転角度と前記出力軸側センサが計測した回転角度とから前記出力軸の出力トルクを推定するトルク推定部を備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気変調ギヤ装置。

【請求項5】

前記トルク推定部は、前記磁気変調ギヤ装置の磁石の温度に応じて、前記出力軸の出力トルクを補正して推定する
請求項４に記載の磁気変調ギヤ装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の磁気変調ギヤ装置と、
前記入力軸に入力トルクを加える駆動源と、
前記トルク推定部が推定する出力トルクと目標出力トルクの差分から前記駆動源の入力トルクの制御を行う制御装置と
を備える駆動装置。

【請求項7】

請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気変調ギヤ装置と、
前記入力軸に入力トルクを加える駆動源と、
計測された前記入力軸側の回転角度と計測された前記出力軸側の回転角度とに基づいて前記出力軸から目標出力トルクが出力されるように前記駆動源の動作量を制御する制御装置と
を備える駆動装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記磁気変調ギヤ装置の磁石の温度に応じて、前記目標出力トルクを出力させるための前記駆動源の動作量を補正する
請求項７に記載の駆動装置。

【請求項9】

請求項６から８のいずれか一項に記載の駆動装置を有するロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、磁気変調ギヤ装置、駆動装置及びロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、内外周に配置された２つの磁石の間に、複数の磁極片を有する磁極片部材を配置し、内外周の磁石間での磁束分布を変調させる磁気変調ギヤ装置が知られている。この磁気変調ギヤ装置は、内周側の磁石とその磁極片部材との間でトルク伝達を行い、減速又は増速回転を伝達していた（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１７９８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の磁気変調ギヤ装置は、伝達されるトルクを制御したいという要求があった。

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、好適にトルク制御をおこなうことができることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、磁気変調ギヤ装置において、
入力軸と、減速部を通じて前記入力軸に対して変速されて出力される出力軸とを有する磁気変調ギヤ装置において、
前記入力軸側の回転角度を計測する入力軸側センサと、
前記出力軸側の回転角度を計測する出力軸側センサと
を有する構成とした。

【0007】

また、本発明は、駆動装置において、
上記磁気変調ギヤ装置と、
前記入力軸にトルクを入力する駆動源と、
入力軸側センサが計測した回転角度と前記出力軸側センサが計測した回転角度とから前記入力軸から前記出力軸に伝わるトルクを推定するトルク推定部が推定するトルクと目標トルクの差分から前記駆動源のトルク制御を行う制御装置と
を備える構成とした。

【0008】

また、本発明は、駆動装置において、
上記磁気変調ギヤ装置と、
前記入力軸にトルクを入力する駆動源と、
計測された前記入力軸側の回転角度と計測された前記出力軸側の回転角度とに基づいて目標トルクとなるように前記駆動源の動作量を制御する制御装置と
を備える構成とした。

【0009】

また、本発明は、ロボットにおいて、上記駆動装置駆を有する構成とした。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、専用のトルクセンサを設けずにトルク制御に対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る駆動装置の軸方向断面図である。

【図2】磁気変調ギヤ装置の斜視図である。

【図3】出力軸における位相差と出力トルクとの関係を示した線図である。

【図4】第２実施形態に係る駆動装置の軸方向断面図である。

【図5】第３実施形態に係る駆動装置の軸方向断面図である。

【図6】駆動装置を適用したロボットの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施形態に係る駆動装置１の軸方向断面図である。
この図に示すように、本実施形態に係る駆動装置１は、モータ２０と磁気変調ギヤ装置３０と駆動装置１のトルク制御を行う制御装置４０とを備えている。

【0013】

［モータ］
モータ２０は、回転角度量の制御が可能なモータ、例えば、ブラシレスモータを例示する。
モータ２０は、モータロータと、モータステータとを備え（いずれも図示略）、モータロータは、シャフト２３とロータヨーク３１ｂと内極磁石（ロータ磁石）３１ａと有する。ロータヨーク３１ｂは、磁性体から構成され、シャフト２３の外周面に設けられ、内極磁石３１ａは、ロータヨーク３１ｂの外周面に設けられる。
モータステータは、複数のコイルが巻回されたステータコアから構成され、複数のコイルが所定の順番に励磁されることにより、モータロータ（シャフト２３）の回転駆動を行う。
また、シャフト２３は、磁気変調ギヤ装置３０内部にまで延出されている。
なお、以下の説明では、シャフト２３の中心軸Ａｘに沿った方向を「軸方向」、中心軸Ａｘに垂直な方向を「径方向」、中心軸Ａｘを中心とする回転方向を「周方向」という。また、軸方向のうち、駆動装置１の出力軸３２ｂが外部の被駆動部材と連結される側（図中の左側）を「負荷側」といい、負荷側とは反対側（図中の右側）を「反負荷側」という。

【0014】

［磁気変調ギヤ装置］
磁気変調ギヤ装置３０は、モータ２０の負荷側に配置され、モータ２０からの回転入力を変速して負荷側に出力する変速機（例えば、減速機）として機能する。磁気変調ギヤ装置３０とモータ２０とは、シャフト２３を共通化している。つまり、シャフト２３は、磁気変調ギヤ装置３０の入力軸として機能する。
具体的に、磁気変調ギヤ装置３０は、高速ロータ３１と、低速ロータ３２と、外極磁石３３と、筐体としてのケーシング３４と、シャフト２３側の回転角度を計測する入力軸側センサとしての高速軸回転角度センサ３５と、出力軸３２ｂ側の回転角度を計測する出力軸側センサとしての低速軸回転角度センサ３６と、磁気変調ギヤ装置３０の磁石の温度を検出する温度センサ３７とを備える。

【0015】

図１に示すように、ケーシング３４は、シャフト２３と同心の円筒体であり、モータ２０のシャフト２３は、ケーシング３４の中心を通って、ケーシング３４の反負荷側端部を閉塞する反負荷側カバー１１からケーシング３４の負荷側端部を閉塞する負荷側カバー１３に設けられた中空の出力軸３２ｂの内部にまで達している。
そして、シャフト２３は、反負荷側カバー１１の中心に設けられた軸受１２ａ（例えば玉軸受）と、出力軸３２ｂの内周に設けられた軸受１２ｂ（例えば玉軸受）により、中心
軸Ａｘ回りに回転可能に支持されている。

【0016】

出力軸３２ｂは、シャフト２３の負荷側にシャフト２３と同心で配置されている。出力軸３２ｂは、中実の軸部３２１ｂと、当該軸部３２１ｂの反負荷側の端部に設けられた中空の円筒部３２２ｂと、円筒部３２２ｂの反負荷側の端部の外周に設けられたフランジ部３２３ｂとを有している。出力軸３２ｂの軸部３２１ｂと円筒部３２２ｂとフランジ部３２３ｂとは、一体化されており、シャフト２３と同心に配置されている。
円筒部３２２ｂは、その外周が負荷側カバー１３の中心に設けられた軸受３２ｆ（例えば玉軸受）により回転可能に支持されている。さらに、円筒部３２２ｂの反負荷側端部は、当該反負荷側に向かって開口し、内周部の軸受１２ｂによりシャフト２３を回転可能に支持している。
なお、シャフト２３の負荷側端部を出力軸３２ｂの内側で支持しない構造であれば、出力軸３２ｂは中空でなくとも良い。或いは、出力軸３２ｂの図示されていない負荷側が中実軸となっていても良い。つまり、出力軸の形状は特に限定されない。

【0017】

図２は、磁気変調ギヤ装置３０の斜視図である。
図１及び図２に示すように、高速ロータ３１は、シャフト２３及びロータヨーク３１ｂと内極磁石３１ａとを備える。ロータヨーク３１ｂは、ケーシング３４内において、軸方向におけるおおむね中間（厳密には、幾分、反負荷側寄り）となる位置において、シャフト２３の外周に固定的に取り付けられている。ロータヨーク３１ｂは、軸方向全長に渡って外径が一様であり、外周に内極磁石３１ａが固定的に取り付けられている。内極磁石３１ａも軸方向全長に渡って外径が一様である。

【0018】

内極磁石３１ａは、例えばネオジム磁石などの永久磁石であり、ロータヨーク３１ｂの外周面に極性が互いに逆となる複数のものが周方向に沿って交互に貼り付けられている。この内極磁石３１ａは、複数の極対数からなる磁極を形成するものである。また、複数の内極磁石３１ａに替えて、一体のリング状の磁石で構成してもよい。

【0019】

低速ロータ３２は、前述した出力軸３２ｂと複数の磁極片（ポールピース）３２ａとを有する。
複数の磁極片３２ａは、高速ロータ３１と同心で高速ロータ３１の周囲を取り囲むように配置されている。
複数の磁極片３２ａは、積層鋼板から形成され、周方向に所定間隔で配置されている。尚、磁極片３２ａは、軟磁性体であればなんでもよい。例えば、圧粉磁心やアモルファス、SPCC等でもよい。磁極片３２ａの数は、外極極対数（外極磁石３３の極対数）±内極極対数（内極磁石３１ａの極対数）であり、一般的には外極極対数＋内極極対数である。周方向に隣り合う２つの磁極片３２ａの間は、薄肉の連結部で連結されていてもよいし、非磁性体で連結されていてもよい。

【0020】

磁極片３２ａの軸方向両端部には樹脂部３２ｃが固定されており、出力軸３２ｂのフランジ部３２３ｂは、負荷側の樹脂部３２ｃにボルト３２ｄ（例えばスーパーエンジニアリングプラスチック製などの樹脂製）で固定されている。尚、ボルト３２ｄによる連結でなくても連結方法は限定されない。例えば、樹脂部３２ｃと出力軸３２ｂが一体成型されていてもよい。出力軸３２ｂは、前述したように、負荷側の軸部３２１ｂがケーシング３４から露出し、図示しない被駆動部材に連結されている。
低速ロータ３２は、磁極片３２ａの反負荷側に設けられた軸受３２ｅと、出力軸３２ｂを支持する軸受３２ｆとを介してケーシング３４に回転可能に支持されている。このうち、反負荷側の軸受３２ｅは、磁極片３２ａの反負荷側の樹脂部３２ｃに固定されたステンレス製のリング部材３２ｇとケーシング３４との間に配置されている。負荷側の軸受３２ｆは、前述したように、ケーシング３４の負荷側カバー１３と出力軸３２ｂの円筒部３２
２ｂとの間に配置されている。

【0021】

外極磁石３３は、複数の磁極片３２ａの外周に所定の隙間を介して同心状に配置されている。この外極磁石３３は、高速ロータ３１の内極磁石３１ａよりも極対数が多く、極性が互いに逆となる複数のものが周方向に交互に配置される。これら外極磁石３３は、ケーシング３４の内側に嵌入されたヨーク部３３ａの内周面に上記配置で貼り付けられ、固定子として機能する。また、複数の外極磁石３３に替えて、一体のリング状の磁石で構成してもよい。
前述した内極磁石３１ａ、磁極片３２ａ及び外極磁石３３は、入力軸と出力軸との間に設けられる減速部を構成する。

【0022】

高速軸回転角度センサ３５は、シャフト２３と一体的に回転する被検出部３５１と、被検出部３５１の近傍に配置され、被検出部３５１を検出するセンサ部３５２とを有する。
低速軸回転角度センサ３６は、出力軸３２ｂと一体的に回転する被検出部３６１と、被検出部３６１の近傍に配置され、被検出部３６１を検出するセンサ部３６２とを有する。
高速軸回転角度センサ３５及び低速軸回転角度センサ３６は、ケーシング３４の内部の同一空間内に配置されている。

【0023】

高速軸回転角度センサ３５及び低速軸回転角度センサ３６は、例えば、シャフト２３や出力軸３２ｂの回転の変位をデジタル信号として出力するロータリーエンコーダを例示するが、アナログ信号として出力するレゾルバであってもよいし、それ以外の回転検出器であってもよい。ロータリーエンコーダは、光学式の検出部を有する構成であってもよいし、磁気的な検出部を有する構成であってもよい。また、高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６とは異なる種類の検出器であってもよい。

【0024】

高速軸回転角度センサ３５の被検出部３５１は、反負荷側カバー１１の負荷側の面に対向する位置でシャフト２３に固定装備されたディスク（又はリング）で構成されている。被検出部３５１は、シャフト２３と同心で装備されており、シャフト２３と共に中心軸Ａｘ回りに回転を行う。
被検出部３５１には、例えば、反負荷側の面に中心軸Ａｘを中心とする円周に沿って反負荷側から光学的又は磁気的に読み取り可能なコードが形成されている。また、被検出部３５１をリング状に形成する場合には、これらのコードはリングの外周又は内周に形成してもよい。

【0025】

センサ部３５２は、ケーシング３４の反負荷側カバー１１の負荷側の面に固定装備されている。センサ部３５２は、被検出部３５１に近接対向するように配置されている。このセンサ部３５２は、例えば、被検出部３５１のコードを読み取り可能な光学センサ又は磁気センサから構成される。

【0026】

低速軸回転角度センサ３６の被検出部３６１は、出力軸３２ｂのフランジ部３２３ｂの外周に固定装備されたディスク（又はリング）で構成されている。被検出部３６１は、出力軸３２ｂと同心で装備されており、出力軸３２ｂと共に中心軸Ａｘ回りに回転を行う。
被検出部３６１には、例えば、負荷側の面に中心軸Ａｘを中心とする円周に沿って光学的又は磁気的に読み取り可能なコードが形成されている。また、被検出部３６１をリング状に形成する場合には、これらのコードはリングの外周又は内周に形成してもよい。

【0027】

センサ部３６２は、ケーシング３４の内周であって、出力軸３２ｂのフランジ部３２３ｂの負荷側近傍に固定装備されている。センサ部３６２は、被検出部３６１に近接対向するように径方向内側に延出して配置されている。このセンサ部３６２は、例えば、被検出部３６１のコードを読み取り可能な光学センサ又は磁気センサから構成される。

【0028】

なお、上記の例では、高速軸回転角度センサ３５及び低速軸回転角度センサ３６の被検出部３５１，３６１とセンサ部３５２，３６２とが軸方向に対向する配置を示しているが、特にセンサ部と非検出部同士の配置関係は限定されない。例えば、被検出部３５１，３６１のコードがリングの外周又は内周に形成されている場合には、センサ部３５２，３６２は、被検出部３５１，３６１の半径方向外側又は内側に配置し、被検出部３５１，３６１とセンサ部３５２，３６２とが径方向に対向する配置としてもよい。

【0029】

温度センサ３７は、磁石としての外極磁石３３の温度を検出する。この温度センサ３７は、外極磁石３３に取り付けられている。温度センサ３７としては、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ等の温度の計測対象に接触して検出可能なセンサを利用可能であるが、検出対象の温度を測定できればそれらに限られない。例えば、赤外線検出器等のように温度の検出対象から離隔した位置から検出可能な非接触式のセンサを利用しても良い。

【0030】

［制御装置］
駆動装置１は、モータ２０が駆動すると、シャフト２３に入力トルクが加えられる。これにより、シャフト２３と共に磁気変調ギヤ装置３０の高速ロータ３１が回転し、高速ロータ３１の内極磁石３１ａの空間磁束波形が、低速ロータ３２の磁極片３２ａによって周波数が変調され、低速ロータ３２にトルクが伝達される。この時、減速比は（低速ロータ３２の磁極片３２ａの磁極数）／（内極磁石３１ａの極対数）となる。

【0031】

図３は出力軸３２ｂにおける位相差と出力トルクとの関係を示した線図である。
前述したように、磁気変調ギヤ装置３０は、シャフト２３の回転角度に対して、（低速ロータ３２の磁極片３２ａの磁極数）／（内極磁石３１ａの極対数）によって定まる減速比で磁極片３２ａ及び出力軸３２ｂが回転を行う。このとき、シャフト２３の回転に対して出力軸３２ｂが減速比通りの回転角度で回転している場合の出力軸３２ｂの回転角度を基準位置とした場合、出力軸３２ｂの基準位置に対して、出力軸３２ｂの回転角度に遅れによる位相差が生じると、出力軸３２ｂには出力トルクが発生する。出力軸３２ｂに生じる出力トルクは、位相差との間で、例えば、図３に示すような相関がある。
この図３の例では、磁極片３２ａ一つの周期を360[deg]として、例えば、出力軸３２ｂに生じた位相差が0又は±180[deg]の場合に出力軸３２ｂの出力トルクは0となり、位相差が±90[deg]の場合に出力トルクが最大となる特性を示す。

【0032】

制御装置４０は、出力軸３２ｂに生じた位相差と出力軸３２ｂの出力トルクとの特性に基づいてトルク制御を実行する。
具体的には、制御装置４０は、図１に示すように、出力軸３２ｂに発生させる目標出力トルクを示すトルク指令Ｔ^＊に対して、目標出力トルクを出力するための出力軸３２ｂの目標位相差θ^＊を出力する位相差出力部４１と、現在の出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbを求める位相差算出部４２と、目標位相差θ^＊と現在の出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbとの偏差θ_cmdを求める減算器４３とを備えている。
なお、制御装置４０の上記各構成については、ハードウェアによって実現させても良いし、制御装置４０を演算処理装置から構成し、ソフトウェアの処理によって機能的に実現させても良い。

【0033】

位相差出力部４１は、低速ロータ３２の出力軸３２ｂに生じた位相差と出力軸３２ｂに生じる出力トルクとの特性（例えば、図３の特性）に基づくテーブルデータを記憶している。当該テーブルデータは、トルク指令Ｔ^＊（目標出力トルク）の複数の数値ごとに対応する出力軸３２ｂの目標位相差θ^＊の値が定められており、位相差出力部４１は、トルク指令Ｔ^＊が入力されると、テーブルデータに定められた対応する出力軸３２ｂの目標位相差θ^＊を特定して出力する。

【0034】

また、上記テーブルデータは、シャフト２３の複数の回転角度ごとに異なるテーブルデータが用意されている。
さらに、シャフト２３の各回転角度ごとのテーブルデータは、周囲の環境温度の影響を考慮して、各々の目標位相差θ^＊の値を補正したテーブルデータが異なる複数の温度ごとに用意されている。
従って、位相差出力部４１は、高速軸回転角度センサ３５のセンサ部３５２によって検出されたシャフト２３の回転角度と、温度センサ３７の検出温度とに基づいて適正なテーブルデータを選択した上で、目標位相差θ^＊を特定して出力する。

【0035】

位相差算出部４２は、高速軸回転角度センサ３５のセンサ部３５２によって検出されたシャフト２３の回転角度と低速軸回転角度センサ３６のセンサ部３６２によって検出された出力軸３２ｂの回転角度とが入力される。
位相差算出部４２は、検出されたシャフト２３の回転角度（位相）から出力軸３２ｂが磁気変調ギヤ装置３０に定められた減速比通りの回転角度で回転している場合の出力軸３２ｂの回転角度（位相）を基準位置として求める。さらに、基準位置と低速軸回転角度センサ３６が検出した出力軸３２ｂの回転角度（位相）との差分を求めて、出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbを算出する。

【0036】

減算器４３は、位相差出力部４１から出力された、トルク指令Ｔ^＊（目標出力トルク）を得るための出力軸３２ｂの目標位相差θ^＊に対して、位相差算出部４２から出力された出力軸３２ｂに実際に生じている位相差θ_fbを減算し、出力軸３２ｂの位相差の偏差θ_cmdを算出する。
さらに、位相差の偏差θ_cmdに対して、所定のゲインを乗算し、その乗算値をモータ２０の動作量として入力する。
これより、出力軸３２ｂに目標位相差θ^＊が生じるように、モータ２０からシャフト２３に入力される動作量が制御され、出力軸３２ｂにトルク指令Ｔ^＊に応じた目標出力トルクが発生する。

【0037】

［第１実施形態の技術的効果］
上記駆動装置１の磁気変調ギヤ装置３０は、シャフト２３側の回転角度を計測する高速軸回転角度センサ３５と、出力軸３２ｂ側の回転角度を計測する低速軸回転角度センサ３６とを有するので、これら各センサ３５，３６の出力から出力軸３２ｂに生じる位相差を容易に取得することができ、さらに、当該位相差に基づいて出力軸３２ｂ側の出力トルクのトルク制御に容易に対応して好適なトルク制御を行うことが可能である。
これにより、駆動装置１は、トルク検出を行うための専用のトルクセンサを設けることなく容易に出力トルクの制御を行うことができ、装置の構成の簡易化、部品点数の低減、さらにこれらに伴う、装置の小型化や製造コストの低減を図ることが可能となる。

【0038】

また、駆動装置１は、磁気変調ギヤ装置３０のケーシング３４内に高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６とを配置している。磁気変調ギヤ装置３０は、歯車の噛み合いを利用した減速装置等とは異なり、ケーシング３４内に潤滑油が不要なので、清浄な環境下に各センサ３５，３６を配置することができる。さらに、ケーシング３４が各センサ３５，３６を外部からの接触や緩衝、塵芥等の付着等から保護するので、各センサ３５，３６は、安定した検出を長期に渡って行うことができ、装置の信頼性を向上することが可能となる。

【0039】

また、駆動装置１は、高速軸回転角度センサ３５のセンサ部３５２によって検出されたシャフト２３の回転角度と低速軸回転角度センサ３６のセンサ部３６２によって検出された出力軸３２ｂの回転角度とに基づいて、出力軸３２ｂからトルク指令Ｔ^＊に定められた
目標出力トルクが出力されるようにモータ２０の動作量を制御する制御装置４０を備えているので、トルクセンサを不要とし、簡易な構成によって駆動装置１のトルク制御を実現することが可能となる。

【0040】

また、制御装置４０は、温度センサ３７によって検出される磁気変調ギヤ装置３０の外極磁石３３の温度に基づいて目標出力トルクとなるモータ２０の動作量を補正するので、温度の影響を反映して、駆動装置１は、より精度の高いトルク制御を行うことが可能となる。

【0041】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図４は、第２実施形態に係る駆動装置１Ａの軸方向断面図である。
第２実施形態の駆動装置１Ａについては、主に駆動装置１と異なる点について説明する。図４に示すように、駆動装置１Ａは、モータ２０Ａと磁気変調ギヤ装置３０とが共通する筐体としてのケーシング３４Ａを有する点が主に駆動装置１と異なっている。

【0042】

ケーシング３４Ａは、図４に示すように、モータ２０Ａの内部構成と磁気変調ギヤ装置３０の内部構成とを格納するので、前述したケーシング３４よりも軸方向に長い円筒体から構成されている。
ケーシング３４の反負荷側端部と負荷側端部とに、それぞれ反負荷側カバー１１と負荷側カバー１３とを備え、これらの中心において、モータ２０Ａと磁気変調ギヤ装置３０に共通するシャフト２３が軸受１２ａ，１２ｂによって中心軸Ａｘ回りに回転可能に支持され、出力軸３２ｂが軸受３２ｆによって中心軸Ａｘ回りに回転可能に支持されている点は、駆動装置１と同じである。

【0043】

さらに、モータ２０Ａは、モータロータ２１と、モータステータ２２とを備える。モータロータ２１は、シャフト２３と、ロータヨーク２１ｂと、ロータ磁石２１ｃと有する。ロータヨーク２１ｂは、非磁性体から構成され、シャフト２３の外周面に嵌合固定される。ロータ磁石２１ｃは、例えばネオジム磁石などの永久磁石であり、所定の極対数に対応する複数のものが、ロータヨーク２１ｂの外周面のうちモータステータ２２の内径側に位置する部分に貼り付けられる。
モータステータ２２は、積層鋼板からなるステータコア２２ａにコイル２２ｂが巻回されて構成される。尚、ステータコア２２ａも、圧粉磁心やアモルファス、SPCC等のような、軟磁性体であればなんでもよい。このモータステータ２２は、モータロータ２１の外径側に同心状に配置され、ステータコア２２ａがケーシング３４Ａに内嵌された状態で当該ケーシング３４Ａに保持されている。

【0044】

一方、磁気変調ギヤ装置３０は、高速ロータ３１Ａが前述したロータヨーク３１ｂに替えて、モータ２０Ａと共通するロータヨーク２１ｂを利用する点が異なっている。
つまり、シャフト２３の外周に設けられたロータヨーク２１ｂは、モータ２０Ａの負荷側に設けられた磁気変調ギヤ装置３０の内側まで延出されており、当該ロータヨーク２１ｂの負荷側端部の外周に複数の内極磁石３１ａが貼り付けられて、磁気変調ギヤ装置３０の高速ロータ３１Ａが構成されている。

【0045】

低速軸回転角度センサ３６の構成及び配置については、前述した駆動装置１と同様に、ケーシング３４Ａ内の負荷側に配置されている。
一方、高速軸回転角度センサ３５は、ケーシング３４Ａ内の反負荷側に配置されてシャフト２３の回転角度を検出する点は、前述した駆動装置１と同じだが、モータ２０Ａよりも反負荷側に配置されている点が異なっている。

【0046】

制御装置４０は、ケーシング３４Ａ内のモータ２０Ａに対して動作量を制御するが、その制御構成は、駆動装置１の場合と同一である。

【0047】

従って、駆動装置１Ａの場合も、モータ２０Ａが駆動すると、シャフト２３に入力トルクが加えられる。これにより、シャフト２３と共に磁気変調ギヤ装置３０の高速ロータ３１Ａも回転し、高速ロータ３１Ａの内極磁石３１ａの空間磁束波形が、低速ロータ３２の磁極片３２ａによって周波数が変調され、低速ロータ３２にトルクが伝達される。そして、出力軸３２ｂは、（低速ロータ３２の磁極片３２ａの磁極数）／（内極磁石３１ａの極対数）となる減速比で回転を行う。

【0048】

そして、このとき、制御装置４０の位相差出力部４１が目標出力トルクを示すトルク指令Ｔ^＊に対応する出力軸３２ｂの目標位相差θ^＊を出力する。一方、位相差算出部４２は、出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbを算出し、減算器４３が出力軸３２ｂの位相差の偏差θ_cmdを算出する。
そして、偏差θ_cmdに基づいて定められた動作量がモータ２０Ａに入力され、出力軸３２ｂに対して、トルク指令Ｔ^＊に応じた目標出力トルクが発生する。

【0049】

上記駆動装置１Ａでは、磁気変調ギヤ装置３０とモータ２０Ａとが共通するケーシング３４Ａを有し、磁気変調ギヤ装置３０とモータ２０Ａの内部構成をケーシング３４Ａ内に配置している。
このため、駆動装置１Ａは、駆動装置１と同一の技術的効果を得ることが出来ると共に、装置全体の小型化、コンパクト化を実現することが可能となる。
また、磁気変調ギヤ装置３０とモータ２０Ａの内部構成を同一のケーシング３４Ａ内に配置するので、モータロータ２１と高速ロータ３１Ａとでロータヨーク２１ｂを共通化する等、部品の共用を図りやすくなり、構成の簡易化、部品点数の低減を図ることが可能となる。

【0050】

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。図５は、第３実施形態に係る駆動装置１Ｂの軸方向断面図である。
第３実施形態の駆動装置１Ｂについて、主に駆動装置１Ａと異なる点について説明する。図５に示すように、駆動装置１Ｂは、制御装置４０Ｂの構成が駆動装置１Ａと異なっている。

【0051】

制御装置４０Ｂは、現在の出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbを求める位相差算出部４２と、当該位相差θ_fbから現在の出力軸３２ｂに発生している出力トルクＴ_fbを求めるトルク取得部４１Ｂと、出力軸３２ｂに発生させる目標出力トルクを示すトルク指令Ｔ^＊とトルク取得部４１Ｂからの現在の出力軸３２ｂに発生している出力トルクＴ_fbの入力を受けて、出力軸３２ｂの出力トルクの偏差Ｔ_cmdを求める減算器４３Ｂとを備えている。
なお、この制御装置４０Ｂも上記各構成については、ハードウェアによって実現させてもよいし、制御装置４０Ｂを演算処理装置から構成し、ソフトウェアの処理によって機能的に実現させても良い。

【0052】

上記位相差算出部４２は、高速軸回転角度センサ３５のセンサ部３５２によって検出されたシャフト２３の回転角度と低速軸回転角度センサ３６のセンサ部３６２によって検出された出力軸３２ｂの回転角度から、出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbを算出する。

【0053】

上記トルク取得部４１Ｂは、低速ロータ３２の出力軸３２ｂに生じた位相差と出力軸３
２ｂに生じる出力トルクとの特性（例えば、図３参照）に基づくテーブルデータを記憶している。
当該テーブルデータは、出力軸３２ｂの位相差の複数の数値ごとに対応する出力軸３２ｂに発生する出力トルクの値が定められている。そして、トルク取得部４１Ｂは、位相差算出部４２から出力軸３２ｂに生じている位相差θ_fbが入力されると、テーブルデータに定められた対応するトルク値を出力軸３２ｂに現在発生している出力トルクＴ_fbとして出力する。
つまり、上記位相差算出部４２とトルク取得部４１Ｂとが協働して、「入力軸側センサ（高速軸回転角度センサ３５）が計測した回転角度と出力軸側センサ（低速軸回転角度センサ３６）が計測した回転角度とから出力軸３２ｂの出力トルクを推定するトルク推定部」として機能する。

【0054】

また、上記テーブルデータの場合も、シャフト２３の複数の回転角度ごとに異なるテーブルデータが用意されている。さらに、シャフト２３の各回転角度ごとのテーブルデータは、周囲の環境温度の影響を考慮して、各々の出力トルクＴ_fbの値を補正したテーブルデータが異なる複数の温度ごとに用意されている。
従って、トルク取得部４１Ｂは、高速軸回転角度センサ３５のセンサ部３５２によって検出されたシャフト２３の回転角度と、温度センサ３７の検出温度とに基づいて適正なテーブルデータを選択した上で、出力軸３２ｂに現在発生している出力トルクＴ_fbを特定して出力する。

【0055】

減算器４３Ｂは、トルク指令Ｔ^＊（目標出力トルク）に対して、トルク取得部４１Ｂから出力された出力軸３２ｂに実際に生じている出力トルクＴ_fbを減算し、出力軸３２ｂの出力トルクの偏差Ｔ_cmdを算出する。
さらに、偏差Ｔ_cmdに対して、所定のゲインを乗算し、その乗算値をモータ２０Ａが磁気変調ギヤ装置３０に入力するトルクとなるようにトルク制御を行う。
これより、出力軸３２ｂに適正な位相差が生じるように、モータ２０Ａのトルクが制御されることにより、出力軸３２ｂに対して、トルク指令Ｔ^＊に応じた目標出力トルクが発生する。

【0056】

つまり、制御装置４０Ｂは、上記減算器４３Ｂの処理によって、トルク推定部としての位相差算出部４２及びトルク取得部４１Ｂが推定する出力トルク（出力トルクＴ_fb）と目標出力トルク（トルク指令Ｔ^＊）の差分から駆動源（モータ２０Ａ）の入力トルクの制御を行っている。

【0057】

以上のように、駆動装置１Ｂは、制御装置４０Ｂにおける位相差算出部４２及びトルク取得部４１Ｂがトルク推定部として機能することより、高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６の出力から出力軸３２ｂに生じる出力トルクを容易に取得することが可能である。

【0058】

また、制御装置４０Ｂは、温度センサ３７によって検出される磁気変調ギヤ装置３０の外極磁石３３の温度に基づいてトルク取得部４１Ｂが求める出力トルクを補正するので、温度の影響を反映して、駆動装置１Ｂは、より精度の高いトルク制御を行うことが可能となる。

【0059】

［ロボットへの適用例］
上記第１～３の実施形態に示した駆動装置のロボットへの適用例について図面を参照して説明する。図６は、上記適用例であるロボット１００の側面図である。
ロボット１００は、土台となるベース１０１と、関節１０３で連結された複数のアーム１０２と、連結された複数のアーム１０２の先端部に保持されたツール１０４とを備え、
各関節１０３には前述した駆動装置１が設けられている。

【0060】

上記ロボット１００の各関節１０３内の駆動装置１は、いずれも、高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６とを備えている。
従って、これら角度センサ３５，３６の検出に基づいて各関節の動作制御を行い、ツール１０４の位置、動作、動作速度を任意に制御することが可能である。そして、これらロボット１００の各関節１０３の駆動装置１は、動作制御に用いられる高速軸回転角度センサ３５及び低速軸回転角度センサ３６のセンサ出力に基づいて、各関節１０３における出力軸３２ｂの出力トルクを制御することが可能である。
このため、各関節１０３内の駆動装置１で個別に出力トルクを適正に制御することで、例えば、図６に示すワークＷに対してロボット１００のツール１０４が一定の押圧力（目標値）で接する又は一定の押圧力（目標値）で接しながらツール１０４により他の作業を行う等のような力覚制御を行うことが可能である。

【0061】

なお、上記ロボット１００の場合には、力覚制御を行うために、各関節１０３内の駆動装置１のモータ２０を連携させるために、駆動装置１ごとに制御装置４０に設ける構成に替えて、各駆動装置１を統合的に制御する制御装置を設ける構成としても良い。或いは、各駆動装置１の制御装置４０を連携させるための上位の制御装置を備える構成としても良い。
また、上記ロボット１００の各関節１０３には、前述した駆動装置に１に限らず、他の駆動装置１Ａ，１Ｂを設けてもよい。

【0062】

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。
例えば、上記実施形態では、モータ２０Ａのロータ磁石２１ｃと磁気変調ギヤ装置３０の内極磁石３１ａとが互いに独立した磁極を形成することとした。しかし、モータ２０Ａの界磁極と磁気変調ギヤ装置３０の高速ロータ３１の磁極とが共通化されていてもよい。

【0063】

また、各駆動装置１，１Ａ，１Ｂでは、いずれも、ケーシング３４，３４Ａ内に高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６の両方を配置しているが、少なくとも高速軸回転角度センサ３５と低速軸回転角度センサ３６の一方をケーシング３４，３４Ａ内に配置する構成としても良い。その場合でも、内部に配置されたいずれかのセンサ３５又は３６は保護され、検出の安定性、装置の信頼性を向上させることが可能である。

【0064】

また、モータ２０，２０Ａは、ブラシレスモータを例示したが、その形式・構造は特に限定されず、例えば、同期機でも誘導機でもよい。
また、上記各実施形態の磁気変調ギヤ装置３０では、外極磁石３３を固定子とし、磁極片３２ａを有する低速ロータ３２から出力を取り出す構成としているが、磁極片３２ａを固定し、外極磁石３３を回転可能な低速ロータに連結して、当該低速ロータから出力を取り出す構成としてもよい。

【0065】

また、上記各実施形態では、変速機としての磁気変調ギヤ装置３０が減速機である場合を例示したが、変速機としての磁気変調ギヤ装置３０を増速機としてもよい。
その場合は、外極磁石３３の極対数、内極磁石３１ａの極対数、磁極片３２ａの磁極数を適宜変更することで実現可能である。
或いは、出力軸３２ｂ側からモータ２０のトルクを入力し、シャフト２３側から高速回転を取り出してもよい。この場合、シャフト２３側の位相差を求めてシャフト２３側の出力トルクを検出又は制御することができる。

【0066】

また、上記駆動装置１Ｂでは、制御装置４０Ｂがトルク推定部（位相差算出部４２及び
トルク取得部４１Ｂ）としての機能と、モータ２０Ａの入力トルクの制御を行う機能とを備えているが、これら二つの機能はそれぞれ別の制御装置で実行する構成としても良い。
その場合、トルク推定部としての機能を実行するチップ等からなる制御素子を磁気変調ギヤ装置３０（又はモータ２０Ａと一体化された磁気変調ギヤ装置３０）に設け、磁気変調ギヤ装置３０単独で出力トルクを検出可能としても良い。

【0067】

その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0068】

１，１Ａ，１Ｂ 駆動装置
２０，２０Ａ モータ（駆動源）
２３ シャフト（入力軸）
３０ 磁気変調ギヤ装置
３１，３１Ａ 高速ロータ
３１ａ 内極磁石
３１ｂ ロータヨーク
３２ 低速ロータ
３２ａ 磁極片（ポールピース）
３２ｂ 出力軸
３３ 外極磁石
３３ａ ヨーク部
３４，３４Ａ ケーシング
３５ 高速軸回転角度センサ（入力軸側センサ）
３６ 低速軸回転角度センサ（出力軸側センサ）
３７ 温度センサ
４０，４０Ｂ 制御装置
４１ 位相差出力部
４１Ｂ トルク取得部
４２ 位相差算出部
４３，４３Ｂ 減算器
１００ ロボット
１０３ 関節
Ａｘ 中心軸
Ｔ^＊ トルク指令
Ｔ_fb 出力トルク
Ｔ_cmd 出力トルクの偏差
θ^＊ 位相差
θ_fb 位相差
θ_cmdθ 偏差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】