JP2006163816A - 無接触信号伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部と固定部との間で信号を伝達する装置において、無接触でかつ正確な信号伝達を可能とする。
【解決手段】回転部側の回転シャフト２と固定部側のケース１の何れか一方側に、回転シャフト２の回転軸芯ａと同心に電磁コイル４を設けると共に、他方側に、回転シャフト２の回転軸芯ａと対応する位置で電磁コイル４と所定間隔をおいて向き合う磁気センサ(ホール素子)６を設けて構成され、電磁コイル４に信号を入力し、この電磁コイル４で発生する磁束を上記磁気センサ６で検出して、入力信号に応じた出力を取り出すようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転部と固定部との間で無接触に信号を伝達する装置に関する。

例えば、ロボットのアームの関節部分においては、その構造上、回転部と固定部との間で信号を伝達する手段が必要となる。このような信号伝達手段としては、二つの部位間に機械的な接点を設けたスリップリングが一般的に用いられている。

しかし、この方式では、スリップリングの接点における接触ノイズの発生や、接触不良による信号劣化等の問題があるため、近年では回転部と固定部の間での信号伝達を無接触で電磁的に行なう方式が採用されている。

従来、このような無接触型の信号伝達手段としては、例えば下記の特許文献１に記載される装置のように、回転部側に電磁コイルを設けると共に、この電磁コイルに対応して固定部側に磁気センサを設け、電磁コイルに入力された信号による磁束を磁気センサで検出して、入力信号に応じた出力を取り出すようにしたものがある。
特開２００４−２６５３３６号公報

しかしながら、この特許文献１に記載される装置は、電磁コイルの周面に対向して磁気センサを配置した構成であるため、電磁コイルの巻き状態によっては回転部の回転時に電磁コイルと磁気センサの位置関係が微妙に変化し、その場合は電磁コイルの磁束を磁気センサで安定して検出することができず、回転部と固定部との間で正確に信号を伝達することができないという問題点があった。
本発明は、このような問題点を解消することを目的としてなされたものである。

上記の目的を達成するため本発明は、回転部と固定部との間で無接触に信号を伝達する装置において、回転部と固定部の何れか一方側に、回転部の回転軸芯と同心に電磁コイルを設けると共に、他方側に、回転部の回転軸芯と対応する位置で電磁コイルと所定間隔をおいて向き合う磁気センサを設けて構成され、電磁コイルに信号を入力し、この電磁コイルで発生する磁束を上記磁気センサで検出して、入力信号に応じた出力を取り出すようにしたものである。

この装置において磁気センサとしては、ホール素子が好適に用いられ、またこのホール素子は、電磁コイルの断面積に比べて充分に小さい面積に形成されているものとする。
さらにこの装置では、電磁コイルと磁気センサを収容する固定部のケースに磁性材金属を用い、磁気遮蔽する構造とすることが望ましい。

上記の如く構成される本発明の無接触信号伝達装置では、電磁コイルは回転部の回転軸芯と同心に設けられているため、電磁コイルより発生する磁束は回転軸芯を中心にして一定となる。そして磁気センサは、回転部の回転軸芯と対応する位置で電磁コイルと向き合うように配置されているため、電磁コイルとの位置関係が常に一定に保たれるので、回転部が回転しても上記磁束を安定して検出し、その結果、回転部と固定部との間で正確に信号を伝達することができる。

またこの装置においては、磁気センサとしてホール素子が好適に用いられ、このホール素子は、電磁コイルの断面積に比べて充分に小さい面積に形成されていることにより、電磁コイルに対する配置位置の許容範囲が広く、容易に位置調整が可能である。
さらにこの装置では、電磁コイルと磁気センサを収容する固定部のケースに磁性材金属を用い、磁気遮蔽する構造としたことにより、外部からの信号への影響を小さくすることができ、より正確な信号の伝達が可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施例について詳細に説明する。
図１は本発明による無接触信号伝達装置の外観を示す斜視図、図２は同、内部構造を示す縦断側面図、図３は同、主要部品の配置構成の説明図である。

本例の無接触信号伝達装置では、固定部側のケース１に、回転部側の回転シャフト２が軸受３を介して回転自在に軸支されている。
図２で明らかな如く、ケース１の内部において回転シャフト２には、その先端部の鉄心に電磁コイル４を巻いた電磁石５が設けられている。ここで電磁コイル４は、回転シャフト２の回転軸芯ａと同心に設けられており、この電磁コイル４に、回転側に設けられたアンプ段から回転シャフト２の中空部を通る導線４ａを介してアナログ信号またはデジタル信号が入力される。

一方、この電磁コイル４と対応してケース１の内部には、磁気センサとしてホール素子６を内蔵したホールＩＣ部品７が設けられている。ここでホールＩＣ部品７は、ホール素子６が回転シャフト２の回転軸芯ａと対応する位置で電磁コイル４と所定間隔をおいて向き合うようにケース１の底部基板１ａに実装される。

この構成においてホール素子６は、電磁コイル４の断面積に比べて充分に小さい面積に形成されている。具体的な寸法例を挙げると、電磁コイル４の断面積が直径３ｍｍほどであるのに対し、ホール素子６の対向面積は０．２ｍｍ^２程度である。またこの場合、電磁コイル４とホール素子６の間隔は０．５〜２ｍｍ程度である。

上記の如く構成される本例の信号伝達装置において、電磁コイル４に入力信号(アナログ信号またはデジタル信号)が入力されると、この電磁コイル４に磁極が発生し、その磁力は入力信号に応じた磁束となる。そしてこの電磁コイル４の磁束を磁気センサであるホール素子６で検出し、入力信号に応じた出力をホールＩＣ部品７から取り出すことにより、回転部側から固定部側に無接触で信号を伝達することができる。

この信号伝達において特に本例の信号伝達装置では、電磁コイル４は回転シャフト２の回転軸芯ａと同心に設けられているため、電磁コイル４より発生する磁束は回転軸芯ａを中心にして一定となる。そして磁気センサであるホール素子６は、回転シャフト２の回転軸芯ａと対応する位置で電磁コイル４と向き合うように配置されているため、電磁コイル４との位置関係が常に一定に保たれるので、回転シャフト２が回転しても上記磁束を安定して検出し、その結果、回転部側から固定部側に正確に信号を伝達することができる。

本例の信号伝達装置において実際に信号伝達の実験を行なった結果を図４及び図５に示す。図４はアナログ信号の場合、図５はデジタル信号の場合であり、何れもＡは回転シャフトが静止している状態、Ｂは回転シャフトが回転している状態(約３４００ｒｐｍ)での実験データである。

この実験では、電磁コイルに約２００ｍＶｐｐの入力信号を加えて、ホールＩＣ部品から約１．１Ｖｐｐの出力信号が取り出されるようになっており、この実験結果から明らかな如く、アナログ信号とデジタル信号の何れの場合にも、入力信号に対し出力信号が正確に応答した波形となっている。そしてこの波形は、回転シャフトの回転時と静止時とで同様の波形となっており、この結果から、回転シャフトの回転の影響を受けることなく、回転部側から固定部側に正確な信号の伝達が行なわれていることが確認された。

また本例の信号伝達装置においては、磁気センサとしてホール素子が用いられ、このホール素子６は、電磁コイル４の断面積に比べて充分に小さい面積に形成されていることにより、電磁コイル４に対する配置位置が多少ずれても素子全体で有効に磁束を検出できるので、ホールＩＣ部品７の実装位置の許容範囲は広く、容易に位置調整が可能である。

さらにこの信号伝達装置では、電磁コイル４とホールＩＣ部品７を収容する固定部のケース１に鉄などの磁性材金属を用い、磁気遮蔽する構造とすることが望ましい。このように磁性材金属で磁気遮蔽することにより、外部からの信号への影響を小さくすることができ、より正確な信号の伝達が可能となる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。例えば、上記の実施例では回転部(回転シャフト)側に電磁コイルを設け、固定部(ケース)側に磁気センサであるホール素子を設けて、回転部側から固定部側に信号を伝達するようにした構成を示してあるが、これを逆の構成、即ち固定部(ケース)側に電磁コイルを設け、回転部(回転シャフト)側に磁気センサとしてホール素子を設けて、固定部側から回転部側に信号を伝達する構成とすることもできる。

さらにその他の各部においても、上記の実施例に示した構成に限定されることなく、他にも種々の実施形態を採り得るものであることは言うまでもない。

本発明は、例えばロボットのアームの関節部分の他、回転可動部分を有する各種工作機械や測定機械などの様々な機械装置における回転部と固定部の間の信号伝達に幅広く適用することができるものである。

本発明による無接触信号伝達装置の実施例の構成を示す外観斜視図である。 同、内部構造を示す縦断側面図である。 同、主要部品の配置構成の説明図である。 実施例の無接触信号伝達装置における信号伝達の実験結果を示す図で、アナログ信号の場合である。 同、デジタル信号の場合である。

符号の説明

１…ケース（固定部）、２…回転シャフト（回転部）、３…軸受、４…電磁コイル、５…電磁石、６…ホール素子（磁気センサ）、７…ホールＩＣ部品、ａ…回転軸芯

Claims (4)

1. 回転部と固定部との間で無接触に信号を伝達する装置であって、
   上記回転部と上記固定部の何れか一方側に、上記回転部の回転軸芯と同心に電磁コイルを設けると共に、
   他方側に、上記回転部の回転軸芯と対応する位置で上記電磁コイルと所定間隔をおいて向き合う磁気センサを設けて構成され、
   上記電磁コイルに信号を入力し、この電磁コイルで発生する磁束を上記磁気センサで検出して、入力信号に応じた出力を取り出すようにしたことを特徴とする無接触信号伝達装置。
2. 上記磁気センサは、ホール素子によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の無接触信号伝達装置。
3. 上記磁気センサは、上記電磁コイルの断面積に比べて充分に小さい面積に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の無接触信号伝達装置。
4. 上記電磁コイルと上記磁気センサを収容する固定部のケースに磁性材金属を用い、磁気遮蔽する構造としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の無接触信号伝達装置。
   

Images