(57)【要約】      （修正有）【課題】断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータを提供する。【解決手段】インナステータ１０、インナロータ２０、アウタロータ３０、アウタステータ４０、固定軸５０を備え、インナロータ２０、前記アウタロータ３０およびアウタステータ４０はそれぞれ複数の永久磁石を備えている。インナステータ１０、インナロータ２０、アウタロータ３０およびアウタステータ４０は固定軸５０が同時に貫設されて同軸配置を構成している。これにより、アウタロータ３０およびアウタステータ４０の複数の永久磁石が互いに吸着するコギング現象により、断電時において、前記アクチュエータ１００を高いコギングトルク状態になるよう自動的に切り換えて、大きな制止力を発生させて、前記インナロータ２０の回転状態をロックする。【選択図】図１
2012050159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータであって、
鉄芯と、前記鉄芯に巻回されている巻線とを備えたインナステータと、
前記インナステータの外側に嵌設されており、複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなるインナロータと、
前記インナロータの外側に嵌設されており、複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなるアウタロータと、
前記インナロータの外側に嵌設されるとともに、前記アウタロータに重なって設けられており、複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなるアウタステータと、
前記インナステータ内に貫設されている固定軸と、を具備し、
これにより、前記アウタロータおよび前記アウタステータの前記複数の永久磁石が互いに吸着するコギング現象により、断電時において、前記アクチュエータを高いコギングトルク状態になるよう自動的に切り換えて、大きな制止力を発生させて、前記インナロータの回転状態をロックすることを特徴とする断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項２】
前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータが、
前記アウタロータを覆うとともに、上面にはＵ字状開口部が設けられているアウタロータ上部カバーと、
前記インナロータの一方の側を覆うとともに、上面には突出部が設けられているインナロータ上部カバーと、
前記インナロータの他方の側を覆っているインナロータ下部カバーと、
前記アウタステータを覆っているアウタステータ下部カバーと、を具備し、
前記インナロータ上部カバーにおける前記突出部は前記アウタロータ上部カバーの前記Ｕ字状開口部に貫設されるとともに、前記インナロータの回転により前記突出部を前記Ｕ字状開口部内で回転させることで、前記アクチュエータの回転ストロークを決定することを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項３】
前記インナロータ上部カバーには第１の中心開口部が設けられており、しかも前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータは、前記第１の中心開口部内に嵌設されている第１の軸受けをさらに備えており、しかも前記固定軸が前記第１の軸受け内に貫設されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項４】
前記インナロータ下部カバーには第２の中心開口部が設けられており、しかも前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータは、前記第２の中心開口部内に嵌設されている第２の軸受けをさらに備えており、しかも前記固定軸が前記第２の軸受け内に貫設されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項５】
前記インナステータが多極巻線ステータ構造となっていることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項６】
前記インナロータにおける交互配設とは、前記Ｎ極永久磁石の各々、前記鉄材料体の各々、前記Ｓ極永久磁石の各々および前記鉄材料体の各々の順で繰り返して配列されているものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項７】
前記アウタロータにおける交互配設とは、前記Ｎ極永久磁石の各々、前記鉄材料体の各々、前記Ｓ極永久磁石の各々および前記鉄材料体の各々の順で繰り返して配列されているものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項８】
前記アウタステータにおける交互配設とは、前記Ｎ極永久磁石の各々、前記鉄材料体の各々、前記Ｓ極永久磁石の各々および前記鉄材料体の各々の順で繰り返して配列されているものであることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項９】
前記固定軸に対して前記アウタロータとの間に溝を設計することで、前記アウタステータと前記アウタロータとの切り換え角度を規制することができることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記インナロータと、前記アウタステータと、前記アウタロータとに溝を設計することにより、エアギャップの磁束密度を増加させて、前記アクチュエータの回転トルク能力を高めることを特徴とする請求項１に記載の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマニピュレートアーム関節のアクチュエータに関し、とりわけ断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９８４年、ＩＳＯ／ＴＣ１８４／ＳＣ２／ＷＧ１にてロボットについて「ロボットとはプログラミング可能な機械であって、自動制御により、操作または移動動作を含む課題を実行するものである」と定義されている。一般的な産業用ロボットはマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）および記憶装置を備えており、そして記憶装置は順序が可変である制御装置か、または順序が固定されている制御装置とすることができる。このように、ロボットは記憶装置から信号を送信することで、ロボットの操作において各種移動、旋回、または伸縮などの関連する動作を実行させることができる。また、１９９４年、ＩＳＯ８３７３の「産業用マニピュレーティングロボット−用語」において、ロボットはマニピュレータ（ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ）、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）、および、ソフト・ハードウェアと含む制御システムであると説明されている。
【０００３】
ロボットにおける核心技術の研究・開発はこれまでヨーロッパ、アメリカ、日本などの先進国における重要な発展方向となっていた。過去において、ロボットは産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｒｏｂｏｔ）およびマシン化制御システムを主に発展してきており、近年では、人工知能化および多様化の方向に発展してきている。従来の人型ロボットでは駆動機構の多くがモータを主体としており、現在では、ステッピングモータ、減速機とモータとの結合、そしてハイトルク型ブラシレスモータの三つが採用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ステッピングモータの種類は構造によって、永久磁石型（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ、ＰＭ）、可変リラクタンス型（ｖａｒｉａｂｌｅ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ、ＶＲ）およびハイブリッド型（ｈｙｂｒｉｄ）の三つに分けることができる。永久磁石型ステッピングモータのロータは永久磁石製であり、その特性としては、コイルを励起していないときには、ロータ自体が磁性を持っているため、トルクを維持するものである。可変リラクタンス型ステッピングモータのロータは、高透磁率材料を加工して製作されており、ステータコイルに吸着力を発生させてロータを回転させるため、コイルを励起していないときにトルクを維持することはできない。また、ロータは設計により効率を高めることができるので、可変リラクタンス型ステッピングモータでは比較的大きなトルクを提供することもできる。可変リラクタンス型ステッピングモータのステップ角は一般的に１５度であり、通常はより大きなトルクと位置決め精度が求められる工作機械に運用される。ハイブリッド型ステッピングモータは構造上、ロータの周囲にギヤ状の突出電極を複数設け、同時にその軸方向に永久磁石も設けており、永久磁石型および可変リラクタンス型の複合型と見なすことができるため、ハイブリッド型ステッピングモータと呼ばれる。ハイブリッド型ステッピングモータは同時に永久磁石型ステッピングモータと可変リラクタンス型ステッピングモータの両者の長所を備えているので、高精度で、高いトルクの特性を備えている。ハイブリッド型ステッピングモータのステップ角は小さめで、一般的には１．８度〜３．６度の間である。ステッピングモータを採用することで、システム構造を簡素化し、回転速度とデジタルパルスの周波数を正比例させることができ、制御がしやすく、位置フィードバックを必要とせず、廉価で（位置検出センサを必要としないため）、コンピュータおよびデジタル機器との統合しやすく、スリップリング、ブラシなどがなく、信頼性が高く、寿命は主に軸受けに左右されるという特長があるものの、効率が悪く、高速または高トルクにてミスステップが起こりやすく、特定周波数で共振が発生しやすく、高負荷では信頼性が落ちるという欠点がある。
【０００５】
減速機をモータに結合することは、ロボット応用における最も普遍的な構造である。一般的な減速機では、軸方向およびラジアル負荷がかなり大きいときに、バックラッシュを極めて小さくすることで、高速の入力回転を低速の出力回転に変換するととともに大きな出力トルクを伝達する必要がある。減速機はモータへ取り付けやすく、しかも位置を正確に維持でき、システムから生じる騒音および振動を最小にまで抑えることができる。一般的には、この減速機とモータとの結合構造が低速・高出力の場合に適用され、モータは高効率領域で設計でき、制御しやすく、簡易なフィードバック制御を採用しやすく、コンピュータおよびデジタル機器と統合しやすく、そしてブラシレスモータを応用することができ、信頼性が高く、寿命は主に軸受けに左右されるという特長があるものの、この構造を採用することによる欠点として、システム構造を薄くしにくく、位置決め性能も減速機構に左右され、しかも機構は常に保守が必要となり、システム構造が複雑で、減速機のコストが嵩み、そして海外の大手メーカがその鍵となる技術を握っているということが挙げられる。
【０００６】
ブラシレスではネオジム・鉄・ホウ素（ＮｄＦｅＢ）磁石を採用しており、小型で、高効率および高トルク密度特性を備え、さらにはカーボン・ブラシがない設計により、電磁干渉およびシステム保守を低減するなどの長所を備えている。しかしロボット応用において、特に高い回転トルク設計が前提となる場合、この構造を採用すると、必要なモータが大型化し、電流が流れやすく派生的に過熱も問題も生じやすくなり、モータの運転効率は低くなりがちなどの欠点がある。
【０００７】
したがって、永久磁石が互い吸着するコギング現象を利用して、前記アクチュエータが高いコギングトルク状態にあるとき、大きな制止力を発生させる一方で、断電時には、前記アクチュエータが高いコギングトルク状態になるよう自動的に切り替えて、大きな制止力を発生させて、インナロータの回転状態をロックする断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータをどのように設計するか、ということが、本願発明者が克服し解決すべき一大課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では断電時オートロック機能を備えた磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータを提供するものであって、前記アクチュエータはインナステータと、インナロータと、アウタロータと、アウタステータと、固定軸とを備えている。前記インナステータは鉄芯と、前記鉄芯に巻回されている巻線とを備えている。前記インナロータは前記インナステータの外側に嵌設されており、前記インナロータは複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなる。前記アウタロータは前記インナロータの外側に嵌設されており、前記アウタロータは複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなる。前記アウタステータは前記インナロータの外側に嵌設されるとともに、前記アウタロータに重なって設けられており、前記アウタステータは複数のＮ極永久磁石と、複数のＳ極永久磁石と、複数の鉄材料体とが交互に設けられてなる。前記固定軸は前記インナステータ内に貫設されている。
【０００９】
前記アクチュエータはアウタロータ上部カバーと、インナーローラ上部カバーと、インナーローラ下部カバーと、アウタステータ下部カバーとをさらに備えている。前記アウタロータ上部カバーは前記アウタロータを覆うとともに、前記アウタロータ上部カバーの上面にはＵ字状開口部が設けられている。前記インナロータ上部カバーは前記インナロータの一方の側を覆うとともに、前記インナロータ上部カバーの上面には突出部が設けられている。前記インナロータ下部カバーは前記インナロータの他方の側を覆っている。前記アウタステータ下部カバーは前記アウタステータを覆っている。このうち、前記インナロータ上部カバーにおける前記突出部は前記アウタロータ上部カバーの前記Ｕ字状開口部に貫設されるとともに、前記インナロータの回転により前記突出部を前記Ｕ字状開口部内で回転させることで、前記アクチュエータの回転ストロークを決定する。また、前記インナロータ上部カバーには第１の中心開口部が設けられており、前記インナロータ下部カバーには第２の中心開口部が設けられている。
【００１０】
前記アクチュエータは第１の軸受けと、第２の軸受けとをさらに備えている。前記第１の軸受けは前記第１の中心開口部内に嵌設されており、しかも前記固定軸が前記第１の軸受け内に貫設されている。前記第２の軸受けは前記第２の中心開口部内に嵌設されており、しかも前記固定軸が前記第２の軸受け内に貫設されている。
【発明の効果】
【００１１】
これにより、前記アウタロータおよび前記アウタステータの前記複数の永久磁石が互いに吸着するコギング現象により、断電時において、前記アクチュエータを高いコギングトルク状態になるよう自動的に切り換えて、大きな制止力を発生させて、前記インナロータの回転状態をロックする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの分解図である。
【図２】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの断面図である。
【図３Ａ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおけるアウタロータがアウタステータに対して回転運転する前の組付け図である。
【図３Ｂ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記アウタロータが前記アウタステータに対して回転角が７．５度となるように運転したときの組付け図である。
【図３Ｃ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記アウタロータが前記アウタステータに対して回転角が１５度となるように運転したときの組付け図である。
【図３Ｄ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記アウタロータが回転した後ロックトルクを発生したときの波形図である。
【図４】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの組付け図である。
【図５Ａ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記インナステータの鉄芯の形式および巻線方式の第１の実施例である。
【図５Ｂ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記インナステータの鉄芯の形式および巻線方式の第２の実施例である。
【図５Ｃ】本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記インナステータの鉄芯の形式および巻線方式の第３の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明が所定の目的を達成するために採用する技術、手法および効果がより詳しく理解できるようにするために、下記する本発明についての詳細な説明および図面を参照されたい。これにより本発明の目的、特徴および特長がより一層、しかも具体的に理解できるものと信じる。しかしながら図面は参考および説明用に過ぎず、本発明を限定するためのものではない。
【００１４】
ここに本発明の技術内容および詳細な説明について、図面を合わせて以下のとおり説明する。
【００１５】
それぞれ本発明の磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの分解図および断面図である図１および図２を参照されたい。前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００は主にインナステータ１０と、インナロータ２０と、アウタロータ３０と、アウタステータ４０と、固定軸５０とを備えている。
【００１６】
前記インナステータ１０は鉄芯１０２と、前記鉄芯上に巻回されている巻線１０４とを備えている。しかも、前記インナステータ１０は多極巻線ステータ構造となっている。前記インナロータ２０は前記インナステータ１０の外側に嵌設されており、前記インナロータ２０は複数のＮ極永久磁石（図示しない）と、複数のＳ極永久磁石（図示しない）と、複数の鉄材料体（図示しない）とが交互に設けられてなる。このうち、前記インナロータ２０における交互配設とは、前記Ｎ極永久磁石の各々、前記鉄材料体の各々、前記Ｓ極永久磁石の各々および前記鉄材料体の各々の順で繰り返して配列されており、つまり、前記Ｎ極永久磁石の各々と、前記Ｓ極永久磁石の各々が前記鉄材料体に隣接して、前記複数のＮ極永久磁石と、前記複数のＳ極永久磁石と、前記複数の鉄材料体とでリング状を形成し順に繰り返している配列を意味する。
【００１７】
前記アウタロータ３０は前記インナロータ２０の外側に嵌設されており、前記アウタロータ３０は複数のＮ極永久磁石（図示しない）と、複数のＳ極永久磁石（図示しない）と、複数の鉄材料体（図示しない）とが交互に設けられてなる。同様に、前記アウタロータ３０の交互配設も、前記Ｎ極永久磁石の各々と、前記Ｓ極永久磁石の各々が前記鉄材料体に隣接して、前記複数のＮ極永久磁石と、前記複数のＳ極永久磁石と、前記複数の鉄材料体とでリング状を形成し順に繰り返している配列を意味する。前記アウタステータ４０は前記インナロータ２０の外側に嵌設されるとともに、前記アウタロータ３０に重ねて設けられており、前記アウタステータ４０はＮ極永久磁石（図示しない）と、複数のＳ極永久磁石（図示しない）と、複数の鉄材料体（図示しない）とが交互に設けられてなる。同様に、前記アウタステータ４０の交互配設も、前記Ｎ極永久磁石の各々と、前記Ｓ極永久磁石の各々が前記鉄材料体に隣接して、前記複数のＮ極永久磁石と、前記複数のＳ極永久磁石と、前記複数の鉄材料体とでリング状を形成し順に繰り返している配列を意味する。前記固定軸５０は前記インナステータ１０内に貫設されている。したがって、図２における前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの断面図から明確なように、前記インナステータ１０、前記インナロータ２０、前記アウタロータ３０、前記アウタステータ４０は前記固定軸５０が同時に貫設されて同軸配置を構成している。
【００１８】
本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータの組付け図である図４を合わせて参照する。前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００はアウタロータ上部カバー３０２と、インナロータ上部カバー２０２と、インナロータ下部カバー２０４と、アウタステータ下部カバー４０２とをさらに備えている。前記アウタロータ上部カバー３０２は前記アウタロータ３０を覆うとともに、前記アウタロータ上部カバー３０２の上面にはＵ字状開口部３０２２が設けられている。前記インナロータ上部カバー２０２は前記インナロータ２０の一方の側を覆うとともに（本実施例については、前記インナロータ上部カバー２０２は前記インナロータ２０の軸方向上半部を覆っている）、前記インナロータ上部カバー２０２の上面には突出部２０２２が設けられている。前記インナロータ下部カバー２０４は前記インナロータ２０の他方の側を覆うとともに（本実施例については、前記インナロータ下部カバー２０４は前記インナロータ２０の軸方向下半部を覆っている）。前記アウタステータ下部カバー４０２は前記アウタステータ４０を覆っている。このうち、前記インナロータ上部カバー２０２の前記突出部２０２２は前記アウタロータ上部カバー３０２の前記Ｕ字状開口部３０２２に貫設されるとともに、前記インナロータ２０の回転により前記突出部２０２２を前記Ｕ字状開口部３０２２内で回転させることで、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００の回転ストロークを決定する。しかも、前記インナロータ上部カバー２０２の前記突出部２０２２が前記Ｕ字状開口部３０２２内で回転することで、磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００の実際の動力出力を提供している。また、前記アクチュエータ１００の回転ストロークの多寡は、動力補助器具の要求に応じて柔軟に調整できる。しかも、前記固定軸５０に対して前記アウタロータ３０との間に溝を設計することで、前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との切り換え角度を規制することができる。
【００１９】
また、前記インナロータ上部カバー２０２には第１の中心開口部（図示しない）が設けられており、前記インナロータ下部カバー２０４には第２の中心開口部（図示しない）が設けられている。
【００２０】
前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００は第１の軸受け２０６と、第２の軸受け２０８とをさらに備えている。前記第１の軸受け２０６は前記インナロータ上部カバー２０２の前記第１の中心開口部内に嵌設されており、しかも前記固定軸５０が前記第１の軸受け２０６内に貫設されている。また、前記第２の軸受け２０８は前記インナロータ下部カバー２０４の第２の中心開口部内に嵌設されており、しかも前記固定軸５０が前記第２の軸受け２０８内に貫設されている。
【００２１】
磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００の詳細な動作の説明は、下記を参照されたい。前記インナステータ１０に巻回された前記巻線１０４が通電されて励起されると、前記インナロータ２０にて交互に設けられている前記複数のＮ極、Ｓ極永久磁石が発生した磁場と、前記インナステータ１０の巻線１０４が通電されて励起されて発生した磁場とが互いに横切る形になり、前記インナロータ２０が回転し前記突出部２０２２が前記Ｕ字状開口部３０２２内で回転して、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が移動することで、動力出力を提供する。
【００２２】
それぞれ本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおけるアウタロータがアウタステータに対して回転運転する前、回転角が７．５度となるように運転したとき、および回転角が１５度となるように運転したときの組付け図である図３Ａないし図３Ｃを参照されたい。本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおけるロック動作原理は、前記アウタロータ３０で交互に設けられている前記複数のＮ極、Ｓ極永久磁石と、前記アウタステータ４０で交互に設けられている前記複数のＮ極、Ｓ極永久磁石が発生した磁場とが互いに横切る形となり、前記アウタロータ３０は静止している前記アウタステータ４０に対して回転角θが発生する。本実施例については、図３Ｃでは前記アウタロータ３０が逆時計回り方向で１５度（この回転角θ＝１５°）回転しており、図３Ｂでは前記アウタロータ３０が逆時計回り方向で７.５度（この回転角θ＝７.５°）回転しており、そして図３Ａでは前記アウタロータ３０が回転していない（この回転角θ＝０°）ものを表している。
【００２３】
また、前記アウタロータ上部カバー３０２が前記アウタロータ３０を覆うのは複数の位置決めピン（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｐｉｎ）で互いに緊着固定するものである。前記アウタステータ下部カバー４０２が前記アウタステータ４０を覆うのも複数の位置決めピンで緊着固定するものである。前記アウタロータ上部カバー３０２および前記アウタステータ下部カバー４０２のこれら位置決めピンは目印として用いることもでき、つまりアウタロータ３０が回転していないときには、前記アウタロータ上部カバー３０２のこれら位置決めピンと前記アウタステータ下部カバー４０２のこれら位置決めピンとが揃っている。しかしながら、前記アウタロータ３０が回転すると、これら位置決めピンはずれた状態となる。
【００２４】
前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との磁場の位置が同じとき、前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０とが発生した磁路は閉じ状態となって、大きなコギング（ｄｏｇｇｉｎｇ）現象が発生する。この特性により、前記インナステータ１０は高いコギングトルク状態となり、大きな制止力が発生して、前記インナロータ２０の回転状態をロックするので、断電していても大きな負荷に耐えることができる。前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０の磁極位置が電気角で１８０度ずれると、（つまり、２４極構造の前記アウタステータ４０および前記アウタロータ３０については、１５度空間角）、前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との磁路は半閉じ状態となり、小さなコギング現象が発生して、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が低いコギングトルク状態となり、移動制御可能な状態となる。この運転状態では、前記インナステータ１０に巻回されている巻線１０４が通電されて励起されると、前記インナロータ２０が回転して前記突出部２０２２が前記Ｕ字状開口部３０２２内で回転することで、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００がずれて、動力出力を提供する。
【００２５】
本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記アウタロータが回転した後ロックトルクを発生したときの波形図である図３Ｄを合わせて参照されたい。図上の横座標は前記インナロータ２０の回転角を表し、一方縦座標は前記アウタロータにより発生したロックトルクの大きさを表しており、しかも、図上に示す三本の曲線は、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が回転する前（第１の曲線Ｃｖ１）、回転角が７．５度となるよう運転したとき（第２の曲線Ｃｖ２）および回転角が１５度となるよう運転したとき（第３の曲線Ｃｖ３）といったロックトルク変化図をそれぞれ表している。図３Ｄから明確なように、前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との磁極の位置が同じとき（つまり前記アウタロータ３０が前記アウタステータ４０に対して回転する前）、前記第１の曲線Ｃｖ１からは、磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が高いコギングトルク状態にあるとともに、最大回転トルクが約３０Ｎ−ｍにまで達していることが判る。これに対して、前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との磁極の位置が電気角で１８０度ずれると（つまり前記アウタロータ３０が前記アウタステータ４０に対して回転角が１５度となるよう運転したとき）、前記第３の曲線Ｃｖ３からは、磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が低いコギングトルク状態にあり、最大回転トルクはわずかに約５Ｎ−ｍであることが判る。また、もし前記アウタステータ４０と前記アウタロータ３０との磁極の位置が電気角で０度から１８０度まで間で偏移したとき、本例においては、前記アウタロータ３０が前記アウタステータ４０に対して回転角が７．５度となるよう運転したとき、前記第２の曲線Ｃｖ２からは、磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００が高いコギングトルク状態と低いコギングトルク状態との間にあって、しかも最大回転トルクは約２０Ｎ−ｍであることが判る。
【００２６】
それぞれ本発明の前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータにおける前記インナステータの鉄芯の形式および巻線方式の三種類の実施例である図５Ａないし図５Ｃを参照されたい。前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００の前記インナステータ１０を異なる形式に設計することで、実行可能な鉄芯形式および巻線方式を提供する。磁路構造を変更することで、モータの磁路と構造上における元より存在する欠陥を補い、モータにて作動させやすく、しかも高い保持トルク（ｈｏｌｄｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ）を得るという要求を同時に満たすことができる。
【００２７】
簡単に言えば、本発明で提供する磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００は機構に統合するのに、モジュール化設計を採用するとともに、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００に断電時のオートロック（ａｕｔｏ−ｌｏｃｋｉｎｇ）機能を持たせている。断電時には、前記磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００内の磁石が互いに吸着するコギング（ｃｏｇｇｉｎｇ）現象により、負荷の影響で位置ずれすることがないようにマニピュレートアーム関節を保持状態（ｈｏｌｄｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ）として、磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ１００全体を小型・軽量化し、かつ高いオートロックトルクの要求を持たすことができる。
【００２８】
上記をまとめるに、本発明は以下のような特長を備えている。
１．前記アクチュエータは低速で驚異的に高いトルク能力を備えており、高／低コギングトルクを切り換え可能である。断電時には、高いコギングトルクで前記アクチュエータを固定状態として、電力を節約する効果を持つ。
【００２９】
２．前記アクチュエータを薄型設計でき、減速機構は一切必要とせず、従来のアクチュエータの大きさおよびコストを効果的に改善するとともに、減速機構がないため、保守費用も抑えられる。
【００３０】
３．システムが断電したとき、前記アクチュエータは高いロックトルクモード、つまりオートロックに自動的に切り替わることで、システムの安全性および信頼性を高めることができる。
【００３１】
４．簡易なフィードバック制御だけで、前記アクチュエータに対する簡便な制御が実現できる。
【００３２】
上記したように、本発明の好ましい具体的な実施例の詳細な説明および図面は、本発明の特徴はこれに限定されないうえ、本発明を限定するためのものではなく、本発明の全ての範囲は別紙の特許請求の範囲を基準とするものであって、本発明の特許請求の範囲の技術的思想およびその類似変化に適合する実施例は、いずれも本発明の範囲に含まれるべきであり、当業者が本発明の範囲内で、容易に想到する変化または付加はいずれも本願の特許請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３３】
１００            磁気制御式マニピュレートアーム関節のアクチュエータ
１０            インナステータ
１０２            鉄芯
１０４            巻線
２０            インナロータ
２０２            インナロータ上部カバー
２０２２          突出部
２０４            インナロータ下部カバー
２０６            第１の軸受け
２０８            第２の軸受け
３０            アウタロータ
３０２            アウタロータ上部カバー
３０２２          Ｕ字状開口部
４０            アウタステータ
４０２            アウタステータ下部カバー
５０            固定軸
θ            回転角
Ｃｖ１            第１の曲線
Ｃｖ２            第２の曲線
Ｃｖ３            第３の曲線
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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