JP3181765U

JP3181765U - 電動機

Info

Publication number: JP3181765U
Application number: JP2012007417U
Authority: JP
Inventors: 喬美吉本
Original assignee: ユニパルス株式会社
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2022-12-07

Abstract

【課題】歪ゲージを用いた非接触方式で回転軸のトルクを高精度に検出し、この検出信号を出力する電動機を提供する。
【課題の解決手段】電動機は、歪ゲージ７を設けてなる回転軸３と、この回転軸３に固定して回転軸３とともに回転する回転板８と、この回転板８上に設けて歪ゲージ７と接続し、歪ゲージ７からの電気信号を処理してデジタル信号に変換し、検出信号として無線通信、赤外線通信などの非接触伝送手段で送信する検出回路２１と、電動機の非回転部分に固定した固定板９と、この固定板９上に設け検出回路２１からの検出信号を受信しこれを処理して外部に出力する出力回路２２と、同じく固定板９上に設け外部から供給された電力を出力回路２２に供給する電源回路２３と、この電源回路２３から給電されて検出回路２１に非接触で給電する回転トランス１０，１１を備えてなる。
【選択図】図１

Description

本考案は、電動機に関し、特に、回転軸のトルクを検出して、この検出信号を出力する電動機に関する。

電動機の回転軸のトルクの測定は、間接的に行なう測定手段と直接的に行なう測定手段とがある。間接的測定手段としては、電動機の電流値から推定する測定手段や、電動機の固定子に掛かる力を測定する手段があるが、いずれも精度的に劣るものである。間接的測定において、高精度の軸トルクの測定が必要な場合には、電動機の回転軸と負荷との間に、トルク変換器をカップリングを介して締結して測定しているが、カップリングを挿入することによる軸剛性の低下や、電動機の回転軸とトルク変換器と負荷の軸が同一軸心上に位置するよう精密に調整する必要があり、煩雑な作業が必要となる、という不都合がある。さらに、減速機を用いる場合には、減速前のトルクと減速後のトルクは、減速機の摩擦の影響で正確には対応しないという不都合が生じる。

これに対して、回転軸のねじれを直接的に測定する手段は、間接的測定手段より測定精度に勝れるもので、回転軸の磁歪を測定する手段（例えば特許文献１）、光学的に回転軸のねじれを測定する手段、歪ゲージを用いて回転軸のトルクを測定する手段が知られ、歪ゲージを用いた手段には、スリップリングのような接触体を用いる接触方式と接触体を用いない非接触方式があり、非接触方式としては、回転軸を起歪体として、この起歪体に貼付したストレンゲージの抵抗値の変化を検出し、検出信号を、回転トランスからコネクタを経由してコードで連結した表示装置に送る方式（例えば特許文献２）がある。

特開平１０−２８３５４号公報実開平７−１５２７４号公報

しかしながら、従来の直接的測定手段としての回転軸の磁歪を測定する手段は、電動機の回転軸のように、軸に継続的な負荷が掛かる場合には、軸自体が時間に伴うクリープ変形を起こしてしまい、高精度な測定は困難であるという不都合がある。また、光学的な測定手段では、軸のクリープ変形分が出力に現れてしまい、誤差の原因となるという不都合がある。

一方、歪ゲージを用いて回転軸のトルクを測定すると、温度変化とクリープ変形に対する自己補償特性を付与することができるため、別段の補償手段を講ずることなく、温度変化や回転軸のクリープ変形に対する補償ができるため、高精度かつ高安定なトルク測定が可能となる。しかしながら、従来の歪ゲージを用いた接触方式による軸トルクの測定は、回転軸に設けられた歪ゲージの抵抗値を測定するために、スリップリングを使用する必要があり、スリップリングの摩擦に起因する無負荷トルクが発生するだけでなく、スリップリングのブラシの磨耗が発生し、メンテナンス上の問題があって、継続的に使用することは困難であるという不都合がある。

また、回転軸に設けられた歪ゲージに交流電流を供給して、歪ゲージブリッジからの交流電圧を回転トランスを介して検出する非接触方式においては、上述の接触方式における不都合はないが、検出回路に直流アンプを使用する構成と比較して、回路規模が大きくなるとともに交流信号の周波数で応答速度が制限されるため、高速な応答性を得ることが困難であるという不都合がある。加えて、検出系統の回転トランスを高周波雑音が大きい電動機の中や近傍で使用する場合は、検出信号に回転トランス及びそれに付随する配線から高いレベルの雑音が侵入してしまい、高精度な測定が困難となるという不都合がある。さらに従来は、歪ゲージの微小な信号を測定するアンプと歪ゲージとが離れて配置されているため、配線に電動機を駆動するための雑音が重畳し、著しく制度が悪化してしまうという不都合もある。
本考案は、これらの不都合を解消し、歪ゲージを用いた非接触方式で回転軸のトルク信号を出力する電動機を提供することを目的とする。

この目的を達成するため本考案に係る電動機は、歪ゲージを設けてなる回転軸と、この回転軸に固定した回転軸とともに回転する回転板と、この回転板上に設けて前記歪ゲージと接続し、前記歪ゲージからの電気信号を処理してデジタル信号に変換し、検出信号として無線通信、赤外線通信などの非接触伝送手段で送信する検出回路と、電動機の非回転部分に固定した固定板と、この固定板上に設け前記検出回路からの検出信号を受信しこれを処理して外部に出力する出力回路と、同じく固定板上に設け外部から供給された電力を前記出力回路に供給する電源回路と、この電源回路から給電されて前記検出回路に非接触で給電する回転トランスを備えてなるものである。

上述の出力回路と電源回路は、同一の固定板に設けると小型化できるが、これを各別の固定板上に設けることも可能である。

本考案に係る電動機によれば、回転軸に設けた歪ゲージに回転側に設けた検出回路を接続して、この検出回路により直接歪ゲージの微小信号の処理が可能となって、トルクの高精度な計測と電動機の小型化の両立が可能になり、また、検出回路と出力回路とは非接触方式で検出信号の送受信を行い、同じく非接触方式で前記検出回路に対する給電を行なうので、トルクの計測精度はより一層向上する。

本考案の一実施形態における電動機内部を示す断面図。

以下、本考案の好適な一実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。
電動機の筐体１に設けた軸受け２ａ，２ｂ，２ｃに回転軸３が回転可能に支持されている。この回転軸３には回転子４と減速機用歯車５が固定されるとともに、歪ゲージ７が貼付され、また、前記回転子４と所定間隔をおいて対向するように固定子巻線６が設けられている。

回転軸３には回転板８が固定され、この回転板８上には検出回路２１が設けられている。この検出回路２１は、図示してはいないが、歪ゲージ７に結線されてこの歪ゲージ７とともにホイートストンブリッジ回路を形成する抵抗と、前記歪ゲージ７の抵抗値変化を微小な電圧信号に変換した前記ホイートストンブリッジ回路のアナログ出力を増幅する増幅回路と、増幅したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路と、このデジタル信号を処理するＣＰＵと、この処理した信号をデジタル化した検出信号としてＩｒＤＡなどの赤外線通信で送信する非接触伝送手段である送信回路とからなる。

一方、筐体１には固定板９が固定され、この固定板９上には、出力回路２２が設けられている。この出力回路２２は、検出回路２１の送信回路から送信された検出信号を受信する受信回路と、受信した検出信号を処理するＣＰＵと、処理した検出信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換回路とからなり、アナログ変換してなる電圧信号を外部に出力するものである。

また、固定板９上には、出力回路２２に電力を供給する電源回路２３が設けられ、この電源回路２３には、図示していない外部接続用コネクタを介して外部から電力が供給される。また、前記固定板９には、回転トランスの一次側を構成する、コ字状フェライトに銅線を捲回してなる固定側コイル１０が設けられている。この固定側コイル１０には、前記電源回路２３から電力が供給される。

一方、回転軸３には、固定側コイル１０と所定間隔をおいて対向するように、回転トランスの二次側を構成する、円筒状フェライトコアの外周に銅線を捲回してなる軸側コイル１１が設けられている。

本実施形態は以上のように構成したので、外部から電源回路２３に供給された交流電圧を固定側コイル１０に通電すると、交流磁界が発生し、この交流磁界が軸側のフェライトコアに透過することで、軸側コイル１１に電流が誘起される。これによって、検出回路２１に非接触で給電がなされる。また、出力回路２２にも前記電源回路２３から電力が供給される。

ここで、回転軸３が回転してトルクが加わると、前記回転軸３は前記トルクの大きさに応じて歪み、この歪みの大きさは、歪ゲージ７の抵抗値の変化の大きさとして検出回路２１により検出され、出力回路２２に赤外線通信される。すなわち、検出回路２１は、前記抵抗値の変化で生じたアナログ信号をＡＤ変換回路でデジタル化し、デジタル化したデータはＣＰＵで数値化し、さらに、雑音抑制のためにフィルタ処理をして、この数値化処理したデータ（検出信号）を検出回路２１の送信回路から出力回路２２の受信回路に送信するのである。

この数値化処理したデータ（検出信号）を受信した出力回路２２は、ＣＰＵによって数値化処理データをデジタル化し、ＤＡ変換器でアナログ信号に変換し、検出したトルクに対応する電圧信号として出力する。そして、この出力された電圧信号は、公知の手段によって図示していない表示器に表示される。

なお、本考案は上述の実施形態に限定されるものではなく、例えば、検出回路２１の送信回路から出力回路３２の受信回路に対する検出信号であるデータを送信する非接触伝送手段は、無線通信手段によることもできる。しかし、回路規模の小型化や微小な電気信号を扱う検出回路２１への電気的な影響を考慮すると、非接触伝送手段としては赤外線通信が最も望ましいものである。また、出力回路２２からの出力は、受信した検出信号をＤＡ変換せずに、シリアル通信のデジタルデータとして出力してもよい。さらに、電動機としては、一般的なものに加え、サーボ式のものにも適用可能である。

１筐体
２ａ，２ｂ，２ｃ軸受け
３回転軸
４回転子
５減速機用歯車
６固定子巻線
７歪ゲージ
８回転板
９固定板
１０固定側コイル
１１軸側コイル
２１検出回路
２２出力回路
２３電源回路

Claims

歪ゲージを設けてなる回転軸と、この回転軸に固定して回転軸とともに回転する回転板と、この回転板上に設けて前記歪ゲージと接続し、前記歪ゲージからの電気信号を処理してデジタル信号に変換し、検出信号として無線通信、赤外線通信などの非接触伝送手段で送信する検出回路と、電動機の非回転部分に固定した固定板と、この固定板上に設け前記検出回路からの検出信号を受信しこれを処理して外部に出力する出力回路と、同じく固定板上に設け外部から供給された電力を前記出力回路に供給する電源回路と、この電源回路から給電されて前記検出回路に非接触で給電する回転トランスを備えてなる電動機。