JP6032762B2 - Torque detector integrated motor system - Google Patents

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Description

本発明は、出力軸のトルク検出が可能なトルク検出部一体型モータシステムに関するものである。   The present invention relates to a torque detection unit integrated motor system capable of detecting torque of an output shaft.

従来では図5に示すように、モータ部3の動力を負荷装置に伝達しつつ回転トルクを検出してトルク制御回路する手段として、モータ部3の出力軸に減速機16を連結させて回転数を減少させると同時にトルクを増加させ、カップリング17等の軸継手を介してトルクが測定できるトルク検出部4を繋いで、このトルク検出部4の出力である回転軸5を負荷装置に繋ぐというものが一般的であった。そしてエンコーダ部2からはエンコーダコネクタ204、モータ部3からはモータコネクタ、トルク検知部4からはセンサコネクタ6というように独立して制御回路信号を扱うコネクタが存在していて、制御回路もそれぞれにあり複雑なものとなっていた。この構成であれば各ユニットが独立しており部品交換などメンテナンス等は有利であるが、軸方向の長さが長くなってしまうことからロボットなどに用いることが難しく適用用途に限定があった。   Conventionally, as shown in FIG. 5, as a means for detecting a rotational torque while transmitting the power of the motor unit 3 to a load device and performing a torque control circuit, a speed reducer 16 is connected to the output shaft of the motor unit 3 to rotate the motor. At the same time, the torque is increased and the torque detector 4 that can measure the torque is connected via a shaft coupling such as the coupling 17, and the rotary shaft 5 that is the output of the torque detector 4 is connected to the load device. Things were common. The encoder unit 204 has an encoder connector 204, the motor unit 3 has a motor connector, and the torque detection unit 4 has a sensor connector 6. There are independent connectors for handling control circuit signals. It was complicated. With this configuration, each unit is independent, and maintenance such as replacement of parts is advantageous. However, since the length in the axial direction becomes long, it is difficult to use for a robot or the like, and there is a limited application.

これを改善したものとして、モータ、減速機、トルク検出器を一体構造で構成する発明が開示されている。   As an improvement on this, an invention is disclosed in which a motor, a speed reducer, and a torque detector are configured in an integral structure.

特許文献1では、波動歯車減速機のフレックススプラインが、モータの固定子と回転子の隙間に配置されたアクチュエータが公開されていて、減速機の出力エンコーダとトルク検出の配線をまとめてシリアル変換器にてシリアル信号に変換して外部コントローラと繋ぐようになっている。
Patent Document 1 discloses an actuator in which a flex spline of a wave gear reducer is disposed in a gap between a stator and a rotor of a motor, and a serial converter that combines an output encoder and a torque detection wiring of the reducer together. Is converted to a serial signal and connected to an external controller.

特許第4581543号公報Japanese Patent No. 4581543

しかしながら特許文献1において、エンコーダおよびトルクセンサの検出信号は、各々、コネクタとケーブルにてシリアル変換器へ配線されており、これらの複数の配線が個々に行われていて組み立てが煩雑となる欠点があった。   However, in Patent Document 1, the detection signals of the encoder and the torque sensor are wired to the serial converter by a connector and a cable, respectively, and a plurality of these wirings are individually performed, so that the assembly is complicated. there were.

またモータ部の異常発熱の検知は、温度計をモータ部に直接取り付けるとそのために別途配線ケーブルが必要となるため、モータを駆動する外部コントロール部の制御回路部の温度を検知するかモータの巻線抵抗値を測定してこれから類推することが行われている。いずれにしても実際のモータの発熱を測っている訳では無いため、モータそれぞれに固有の演算式等を作る必要があった。   In addition, if a thermometer is directly attached to the motor unit, a separate wiring cable is required to detect abnormal heat generation in the motor unit. Therefore, it is necessary to detect the temperature of the control circuit unit of the external control unit that drives the motor or to wind the motor. The line resistance value is measured and estimated from this. In any case, since the actual heat generation of the motor is not measured, it is necessary to make an arithmetic expression unique to each motor.

本発明は、複数の配線の簡素化と、モータ部の温度を直接的に検知することができるトルク検出部一体型モータシステムの実現を図ることが目的である。   An object of the present invention is to simplify a plurality of wirings and realize a torque detection unit integrated motor system capable of directly detecting the temperature of a motor unit.

本発明に係るトルク検出部一体型モータシステムは
モータ部と、
モータ部の反負荷側にモータ部と繋がって、モータの回転角を検出するエンコーダ部と、
モータ部の負荷側に接続されて、負荷と繋がる出力軸の回転トルクを検出するトルク検出部と、
モータ部の筐体外側近傍に沿って設けられ、エンコーダ部とトルク検出部のそれぞれの制御を行う制御回路の少なくとも一部が一体化された制御回路一体基板と、
制御回路一体基板と外部コントローラとの電気的接続を行うコネクタと、
制御回路一体基板上で、モータ部の筐体外側に対面した近傍に設けられ、モータ部の温度を検出する温度検出部とで構成されている。

A torque detection unit integrated motor system according to the present invention includes a motor unit,
An encoder unit connected to the motor unit on the opposite side of the motor unit to detect the rotation angle of the motor;
A torque detector connected to the load side of the motor unit for detecting the rotational torque of the output shaft connected to the load;
A control circuit integrated substrate provided along the outside of the housing of the motor unit and integrated with at least a part of a control circuit for controlling each of the encoder unit and the torque detection unit;
A connector for electrical connection between the control circuit integrated substrate and the external controller;
On the control circuit integrated substrate, it is provided in the vicinity of the motor unit facing the outside of the casing, and is configured with a temperature detection unit that detects the temperature of the motor unit.

エンコーダ部およびトルク検出部が、それぞれの制御を行う制御回路の少なくとも一部を備えた回路基板をそれぞれ有することが好ましい。   It is preferable that the encoder unit and the torque detection unit each have a circuit board provided with at least a part of a control circuit that performs the respective controls.

本発明の第1の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの外観斜視図1 is an external perspective view of a torque detection unit-integrated motor system showing a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの構造斜視図Structural perspective view of the torque detection unit integrated motor system showing the first embodiment of the present invention 本発明の第1の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの構造断面図Cross-sectional view of the structure of the motor system integrated with a torque detector showing the first embodiment of the present invention 本発明の第2の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの構造斜視図Structural perspective view of a torque detection unit integrated motor system showing a second embodiment of the present invention 従来のトルク検出部と減速機とモータの構成を表した図A diagram showing the configuration of a conventional torque detector, reducer, and motor

以下、本発明による実施形態について、図面をもとに詳細な説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1および図2は本発明の第1の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの外観斜視図であって、図2では図1で示された外装部の一部を省略して内部構造を示している。   1 and 2 are external perspective views of the torque detection unit-integrated motor system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, a part of the exterior portion shown in FIG. 1 is omitted. The internal structure is shown.

図1において、トルク検出部一体型モータシステム1は、エンコーダ部2とモータ部3とトルク検出部4から構成されていて、トルク検出部4から出力軸5が出ていて負荷装置に繋がるようになっている。エンコーダ部2はモータ部3の反負荷側にあって、トルク検出部4はモータ部3の負荷側にあり、軸方向に並んで配置されている。エンコーダ部2とモータ部3とトルク検出部4には外装となる筐体がそれぞれあって、エンコーダ筐体201とモータ筐体301とトルク検出部筐体401とがそれぞれボルトによって連結されている。なおこの実施形態においては、トルク検出部4は波動歯車減速機と一体となってトルク検出部筐体401に収められている。   In FIG. 1, the torque detection unit-integrated motor system 1 includes an encoder unit 2, a motor unit 3, and a torque detection unit 4. It has become. The encoder unit 2 is on the opposite load side of the motor unit 3, and the torque detection unit 4 is on the load side of the motor unit 3, and is arranged side by side in the axial direction. The encoder unit 2, the motor unit 3, and the torque detection unit 4 each have a casing serving as an exterior, and the encoder casing 201, the motor casing 301, and the torque detection unit casing 401 are respectively connected by bolts. In this embodiment, the torque detector 4 is housed in the torque detector housing 401 integrally with the wave gear reducer.

またモータ部3およびトルク検出部4と不図示の外部コントローラとの電気的接続のための、モータコネクタ302とセンサコネクタ6がそれぞれ、モータ筐体301、トルク検出部筐体401に設けられている。   Further, a motor connector 302 and a sensor connector 6 are provided in the motor casing 301 and the torque detecting section casing 401 for electrical connection between the motor section 3 and the torque detecting section 4 and an external controller (not shown), respectively. .

基板筐体枠7aおよび基板筐体蓋7bは、エンコーダ部2とモータ部3とトルク検出部4の軸方向に渡って設けられていて、エンコーダ部2とトルク検出部4の内部とはそれぞれ開口部をもって繋がっているが、モータ部3とは開口部は無く隔離されている。従って、基板筐体枠7aおよび基板筐体蓋7bは、エンコーダ部2とトルク検出部4の一部を引き伸ばしたものに取り付けられて、実質エンコーダ部2とトルク検出部4の共通の筐体という構造になっている。   The substrate casing frame 7a and the substrate casing lid 7b are provided in the axial direction of the encoder unit 2, the motor unit 3, and the torque detecting unit 4, and the encoder unit 2 and the inside of the torque detecting unit 4 are opened. Although connected with each other, the motor unit 3 is isolated without any opening. Accordingly, the substrate casing frame 7a and the substrate casing lid 7b are attached to a part of the encoder unit 2 and the torque detection unit 4 that are extended, and are substantially the same casing of the encoder unit 2 and the torque detection unit 4. It has a structure.

次いで図2を参照して本発明による実施形態を説明する。図2では図1の基板筐体枠7a、基板筐体蓋7b、およびエンコーダ筐体201を省略して表したものである。   Next, an embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the substrate casing frame 7a, the substrate casing lid 7b, and the encoder casing 201 in FIG. 1 are omitted.

エンコーダ部2にはエンコーダ制御回路基板8cがあって、エンコーダ板203にてモータの回転角を読み取って電気信号に変換している。エンコーダ制御回路基板8cからの出力はエンコーダ制御回路基板8c上に設けられたコネクタ14、ケーブル13によって取り出される。   The encoder unit 2 has an encoder control circuit board 8c, and the encoder plate 203 reads the rotation angle of the motor and converts it into an electrical signal. The output from the encoder control circuit board 8c is taken out by the connector 14 and the cable 13 provided on the encoder control circuit board 8c.

基板筐体枠7a、基板筐体蓋7bの部分には制御回路一体基板8aが、 基板筐体枠7aによって囲まれるように取り付けられている。制御回路一体基板8aは、エンコーダ部2からモータ部3を経てトルク検出部4まで、軸方向に伸びて設けられ、軸方向でモータ部3のエリアはモータ筐体301の外側に位置した構造となっている。   A control circuit integrated substrate 8a is attached to the substrate housing frame 7a and the substrate housing lid 7b so as to be surrounded by the substrate housing frame 7a. The control circuit integrated substrate 8a is provided to extend in the axial direction from the encoder unit 2 through the motor unit 3 to the torque detection unit 4, and the area of the motor unit 3 is positioned outside the motor housing 301 in the axial direction. It has become.

また制御回路一体基板8aと平行に対向して、トルク検出部4の領域には、トルク検出制御回路基板8bがあって、制御回路一体基板8aとトルク検出制御回路基板8bは基板間コネクタ15によって電気的に接続されている。また制御回路一体基板8a上にはコネクタ10があって、ケーブル11によってセンサコネクタ6と接続されて、外部コントローラと繋がるようになっている。制御回路一体基板8aとトルク検出制御回路基板8bの詳細については後述する。   Further, the torque detection control circuit board 8b is located in the region of the torque detector 4 so as to face the control circuit integrated board 8a in parallel. The control circuit integrated board 8a and the torque detection control circuit board 8b are connected by the inter-board connector 15. Electrically connected. A connector 10 is provided on the control circuit integrated substrate 8a, and is connected to the sensor connector 6 by a cable 11 so as to be connected to an external controller. Details of the control circuit integrated board 8a and the torque detection control circuit board 8b will be described later.

次いで図3を参照して各構成の詳細を説明する。図3は本発明の第1の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの構造断面図であって、エンコーダ部2とモータ部3とトルク検出部4の詳細を示している。   Next, details of each component will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a structural sectional view of the torque detection unit integrated motor system showing the first embodiment of the present invention, and shows details of the encoder unit 2, the motor unit 3, and the torque detection unit 4.

モータ部3は、モータ軸305が回転自在にベアリング306によって回転軸方向2箇所で支持されており、モータ軸305に回転子304が取り付けられている。本実施形態ではモータ部3は表面磁石型永久磁石同期モータであって、回転子304の永久磁石はモータ軸305を囲むようにして接着されている。この回転子304の周囲には巻線からなる固定子303が全周設けられ、その配線はモータコネクタ302(図2参照)へ電気的に接続されている。さらに固定子303の外周はモータ筐体301で囲まれており、電磁波ノイズのシールドと剛性の確保および軽量化を考慮してアルミ合金を用いている。   In the motor unit 3, a motor shaft 305 is rotatably supported by bearings 306 at two locations in the rotation axis direction, and a rotor 304 is attached to the motor shaft 305. In this embodiment, the motor unit 3 is a surface magnet type permanent magnet synchronous motor, and the permanent magnet of the rotor 304 is bonded so as to surround the motor shaft 305. A stator 303 made of a winding is provided around the rotor 304 and its wiring is electrically connected to the motor connector 302 (see FIG. 2). Further, the outer periphery of the stator 303 is surrounded by a motor casing 301, and an aluminum alloy is used in consideration of shielding of electromagnetic noise and securing of rigidity and weight reduction.

モータ軸305の反負荷側にはモータ軸305の回転位置検出のためエンコーダ部2が機械的に接続されている。本実施形態では光学式エンコーダを用いており、モータ軸305に直結して反射パターンを有するエンコーダ板203が取り付けられている。このエンコーダ板203への発光を行い、反射光を受光して位置検出を行う発光受光素子を有したエンコーダ制御回路基板8cがエンコーダ板203と所定の間隔をもってエンコーダ板203を囲って設置されている。さらにエンコーダ制御回路基板8cはエンコーダ筐体201によって覆われている。(図1参照)   The encoder unit 2 is mechanically connected to the non-load side of the motor shaft 305 for detecting the rotational position of the motor shaft 305. In this embodiment, an optical encoder is used, and an encoder plate 203 that is directly connected to the motor shaft 305 and has a reflection pattern is attached. An encoder control circuit board 8c having a light-emitting / receiving element that emits light to the encoder plate 203 and receives reflected light to detect the position is disposed around the encoder plate 203 with a predetermined distance from the encoder plate 203. . Furthermore, the encoder control circuit board 8c is covered with an encoder housing 201. (See Figure 1)

モータ軸305の負荷側には波動歯車減速機が機械的に接続されている。波動歯車減速機は、薄肉カップの形状をして開口部外周にギア歯がもうけられたフレックススプライン422と、このフレックススプライン422の外周ギア歯に対応して内周面にギア歯を持つサーキュラスプライン421と、フレックススプライン422の開口した内周部に位置してモータ軸305と結合したウエーブジェネレータ420から構成されている。   A wave gear reducer is mechanically connected to the load side of the motor shaft 305. The wave gear reducer includes a flex spline 422 having a thin cup shape and gear teeth provided on the outer periphery of the opening, and a circular spline having gear teeth on the inner peripheral surface corresponding to the outer peripheral gear teeth of the flex spline 422. 421 and a wave generator 420 coupled to the motor shaft 305 located at the opened inner periphery of the flex spline 422.

ウエーブジェネレータ420は楕円状カムの外周に薄肉のボール・ベアリングを組み合わせた部品であり、ベアリングの内輪はカムに固定され、外輪はボールを介して弾性変形する。フレックススプライン422は薄肉カップ状の金属弾性体であり、このフレックススプライン422の薄肉カップの底はダイヤフラムと呼ばれ減速機出力部として機能する。サーキュラスプライン421は剛体リング状の部品で、フレックススプライン422より歯数が2枚多い内歯構造となっている。   The wave generator 420 is a part in which a thin ball bearing is combined on the outer periphery of an elliptical cam. The inner ring of the bearing is fixed to the cam, and the outer ring is elastically deformed via the ball. The flex spline 422 is a thin cup-shaped metal elastic body, and the bottom of the thin cup of the flex spline 422 is called a diaphragm and functions as a reduction gear output. The circular spline 421 is a rigid ring-shaped part, and has an internal tooth structure having two more teeth than the flex spline 422.

フレックススプライン422はウエーブジェネレータ420により楕円状に撓み、楕円の長軸の箇所でサーキュラスプライン421と歯が噛み合い、短軸の箇所では歯は噛み合わない状態になる。サーキュラスプライン421を固定し、ウエーブジェネレータ420を時計方向へ回すと、フレックススプライン422は弾性変形し、サーキュラスプライン421との歯の噛み合い位置が順次移動する。ウエーブジェネレータ420が1回転すると、歯数差2枚分だけフレックススプライン422は反時計方向へ移動する。従って、波動歯車減速機のフレックススプライン422のダイヤフラムが出力部となって、この波動歯車減速機の減速比だけ減速することになる。   The flex spline 422 is bent into an elliptical shape by the wave generator 420, and the teeth of the circular spline 421 mesh with each other at the major axis of the ellipse, and the teeth do not mesh at the minor axis. When the circular spline 421 is fixed and the wave generator 420 is rotated clockwise, the flex spline 422 is elastically deformed, and the meshing position of the teeth with the circular spline 421 sequentially moves. When the wave generator 420 makes one rotation, the flex spline 422 moves counterclockwise by two teeth difference. Therefore, the diaphragm of the flex spline 422 of the wave gear reducer serves as an output unit, and the speed is reduced by the reduction ratio of the wave gear reducer.

波動歯車減速機のフレックススプライン422のダイヤフラム部すなわち減速機出力部には出力軸5がボルトにより接続されている。また出力軸5は、深溝玉軸受けであるベアリング416およびベアリング415にて回転自在に設けられ、ベアリング416およびベアリング415は外装部を兼ねるカバーにてその外輪側がそれぞれ固定されている。   The output shaft 5 is connected to the diaphragm portion of the flex spline 422 of the wave gear reducer, that is, the reducer output portion by bolts. The output shaft 5 is rotatably provided by a bearing 416 and a bearing 415 that are deep groove ball bearings, and the outer ring side of the bearing 416 and the bearing 415 is fixed by a cover that also serves as an exterior part.

出力軸5は、回転自在に支持され、減速機で減速した動力を伝達するとともに、回転トルクを検出するために起歪部5aを備えている。起歪部5aは、出力軸5の軸方向の中央部でその外径が小さく設けられており、出力軸5の軸方向には強度を有して変形せず、ねじれ方向には変形するため、この表面に歪みゲージ(不図示)を貼付し、この起歪部5aに生じるねじれを歪みゲージの抵抗体の抵抗値の変化から感知して、回転トルクを検知するものである。この起歪部5aの形状は円柱形に限らず、測定する回転トルク量によって最適なものが選択される。出力軸5の負荷側においては不図示の負荷装置と機械的に接続され、負荷装置と一緒に回転しつつ回転トルクを検出することになる。   The output shaft 5 is rotatably supported, and transmits the power decelerated by the speed reducer and includes a strain generating portion 5a for detecting rotational torque. The strain generating portion 5a has a small outer diameter at the central portion in the axial direction of the output shaft 5, and is not deformed with strength in the axial direction of the output shaft 5, but deforms in the torsional direction. A strain gauge (not shown) is affixed to the surface, and a torsion occurring in the strain generating portion 5a is detected from a change in the resistance value of the strain gauge resistor to detect a rotational torque. The shape of the strain generating portion 5a is not limited to a cylindrical shape, and an optimal one is selected depending on the amount of rotational torque to be measured. On the load side of the output shaft 5, it is mechanically connected to a load device (not shown), and rotational torque is detected while rotating together with the load device.

一方、1次側コア410および1次側コア411と、2次側コア413および2次側コイル412は、非接触で電力を給電する回転型変圧器構造を成している。出力軸5には出力軸5と共に回転する回転側基板418があり、回転側基板418には起歪部5aの円筒表面に貼付された歪みゲージを含んで構成するホイートストンブリッジ回路が搭載されており、この回路に非接触にて電力を供給している。   On the other hand, the primary side core 410 and the primary side core 411, the secondary side core 413, and the secondary side coil 412 form a rotary transformer structure that supplies power without contact. The output shaft 5 has a rotation side substrate 418 that rotates together with the output shaft 5, and the rotation side substrate 418 is equipped with a Wheatstone bridge circuit configured to include a strain gauge attached to the cylindrical surface of the strain generating portion 5a. The power is supplied to the circuit in a non-contact manner.

以下、トルク検知部4の制御回路における電力および電気信号の流れについて説明する。トルク検出制御回路基板8bには、外部コントローラより制御回路一体基板8aを経由して電力が供給されると共に、この直流を交流に変換して、出力軸5に設けられて一緒に回転する電気回路へ電力を供給するためのスイッチング回路が設けられている。   Hereinafter, the flow of electric power and electric signals in the control circuit of the torque detector 4 will be described. Electric power is supplied to the torque detection control circuit board 8b from the external controller via the control circuit integrated board 8a, and this direct current is converted into alternating current and provided on the output shaft 5 to rotate together. A switching circuit is provided for supplying power to the power source.

1次側コア410は、両端に突部を設けた断面コの字型の形状をしたフェライトであり、1次側コアホルダ417を介してトルク検出制御回路基板8bに取り付けられている。1次側コア410の両突部間には銅線を巻回してなる1次側コア411が設けられている。この1次側コア411はトルク検出制御回路基板8bと電気的に接続されており、トルク検出制御回路基板8b内のスイッチング回路から電力が供給される。   The primary core 410 is a ferrite having a U-shaped cross section with protrusions at both ends, and is attached to the torque detection control circuit board 8b via the primary core holder 417. A primary core 411 formed by winding a copper wire is provided between both protrusions of the primary core 410. The primary core 411 is electrically connected to the torque detection control circuit board 8b, and power is supplied from a switching circuit in the torque detection control circuit board 8b.

一方出力軸5側には、1次側コア410および1次側コア411と所定間隔をおいて対向するように、変圧器の受電側すなわち2次側が構成されている。すなわち出力軸5の円筒外周面上に円筒形の2次側コアベース419が固定されてその外周円筒面上に2次側コア413が設けられ、この2次側コア413の外周には銅線を巻回してなる2次側コイル412が設けられている。2次側コア413は短冊状のフェライトシートにて2次側コアベース419の外周円筒面に巻回接着されている。また2次側コイル412から引き出された電線は回転側基板418に電気的に接続されている。   On the other hand, the power receiving side of the transformer, that is, the secondary side is configured on the output shaft 5 side so as to face the primary side core 410 and the primary side core 411 at a predetermined interval. That is, a cylindrical secondary core base 419 is fixed on the cylindrical outer peripheral surface of the output shaft 5, and a secondary core 413 is provided on the outer peripheral cylindrical surface, and a copper wire is provided on the outer periphery of the secondary core 413. A secondary coil 412 is provided. The secondary core 413 is wound and bonded to the outer peripheral cylindrical surface of the secondary core base 419 with a strip-shaped ferrite sheet. Further, the electric wire drawn out from the secondary coil 412 is electrically connected to the rotation side substrate 418.

従って、外部コントローラから制御回路一体基板8aおよびトルク検出制御回路基板8bへ電力が供給され、トルク検出制御回路基板8b上にあるスイッチング回路にて交流に変換された電流を1次側コア411に通電すると交流磁界が発生し、この交流磁界が出力軸5側の2次側コア413に透過することで、2次側コイル412に電流が誘起される。誘起された電流は、回転側基板418内の整流化回路および安定化回路を経て、ホイートストンブリッジ回路を成す歪みゲージに供給される。歪みゲージは回転側基板418と電気的に接続されている。   Accordingly, electric power is supplied from the external controller to the control circuit integrated board 8a and the torque detection control circuit board 8b, and the primary core 411 is energized with the current converted into alternating current by the switching circuit on the torque detection control circuit board 8b. Then, an alternating magnetic field is generated, and this alternating magnetic field passes through the secondary side core 413 on the output shaft 5 side, so that a current is induced in the secondary side coil 412. The induced current is supplied to a strain gauge that forms a Wheatstone bridge circuit through a rectification circuit and a stabilization circuit in the rotation side substrate 418. The strain gauge is electrically connected to the rotation side substrate 418.

回転側基板418は、出力軸5に取り付けられていて、円環状であって、回転時のバランスを保つように電子部品の配置位置が基板上で考慮されている。   The rotation-side substrate 418 is attached to the output shaft 5 and has an annular shape, and the arrangement position of the electronic components is considered on the substrate so as to maintain a balance during rotation.

実際のトルクの検出は、出力軸5にトルクが加わると、出力軸5の起歪部5aがトルクの大きさに応じて歪み、この歪みの大きさが歪みゲージの抵抗体の抵抗値の変化の大きさとして検出される。検出は回転側基板418内に設けられた制御回路により行われ、この検出アナログ信号はA/D変換でデジタル化および変調される。   In actual torque detection, when torque is applied to the output shaft 5, the strain generating portion 5a of the output shaft 5 is distorted according to the magnitude of the torque, and the magnitude of this distortion changes the resistance value of the resistor of the strain gauge. Is detected as the size of. The detection is performed by a control circuit provided in the rotation side substrate 418, and the detected analog signal is digitized and modulated by A / D conversion.

このデジタル化された信号は、回転側基板418に設けられた赤外線通信を行うLEDにより送信され、トルク検出制御回路基板8b上に設けられた受光素子でこれを受信して、トルク値に対応したデジタル信号を得ることができる。制御回路一体基板8aもしくはトルク検出制御回路基板8bの両方もしくはいずれかには復調回路が設けられており、検出したトルク値に対応する電圧信号を出力できるようになっている。そして、この出力された電圧信号は、基板間コネクタ15を経由して制御回路一体基板8aへ送られ、コネクタ10、ケーブル11そしてセンサコネクタ6を経て外部コントローラと繋がり、モータの制御回路に使用される。   This digitized signal is transmitted by the LED for infrared communication provided on the rotation side substrate 418, and is received by the light receiving element provided on the torque detection control circuit board 8b, and corresponds to the torque value. A digital signal can be obtained. A demodulating circuit is provided on both or either of the control circuit integrated board 8a and the torque detection control circuit board 8b so that a voltage signal corresponding to the detected torque value can be output. The output voltage signal is sent to the control circuit integrated board 8a via the board-to-board connector 15 and connected to the external controller via the connector 10, the cable 11 and the sensor connector 6, and used for the motor control circuit. The

制御回路一体基板8aは、エンコーダ制御回路基板8cおよびトルク検出制御回路基板8bと信号のやりとりを処理する回路と、それぞれに電源を供給する回路を含んでいる。制御回路一体基板8aのモータ部3側には、基板筐体枠7bに接するようにして温度検出部20が設けられている。モータ部3での発熱は、モータ筐体301、基板筐体枠7bを経て温度検出部20に伝導し、モータ部3の温度を検知することが出来る。モータ筐体301、基板筐体枠7bの材質はいずれもアルミ合金であるため、熱の伝導は良好であって実際のモータコイルの温度に近いものを測定できる。   The control circuit integrated board 8a includes a circuit that processes exchange of signals with the encoder control circuit board 8c and the torque detection control circuit board 8b, and a circuit that supplies power to each of them. On the motor unit 3 side of the control circuit integrated substrate 8a, a temperature detection unit 20 is provided so as to be in contact with the substrate housing frame 7b. Heat generated in the motor unit 3 is conducted to the temperature detection unit 20 through the motor housing 301 and the substrate housing frame 7b, and the temperature of the motor unit 3 can be detected. Since the motor casing 301 and the substrate casing frame 7b are both made of an aluminum alloy, the heat conduction is good and a temperature close to the actual motor coil temperature can be measured.

エンコーダ制御回路基板8c、トルク検出制御回路基板8b、および温度検出部20からの信号はいずれもシリアル信号である。従ってこれを制御回路一体基板8a上に設けたSerDesによって複数のシリアル信号をまとめ、トルク検出部一体型モータシステム1と外部コントローラとのパラレルI/F間をシリアル接続出来るようにしている。もちろんパラレルI/Fにて接続して構わないが、配線本数が増えることになるため、トルク検出部一体型モータシステムの要求仕様によって適宜選択が可能である。   The signals from the encoder control circuit board 8c, the torque detection control circuit board 8b, and the temperature detection unit 20 are all serial signals. Therefore, a plurality of serial signals are collected by SerDes provided on the control circuit integrated board 8a so that the parallel interface between the torque detection unit integrated motor system 1 and the external controller can be serially connected. Of course, a parallel I / F may be used. However, since the number of wires increases, the selection can be made as appropriate according to the required specifications of the torque detection unit-integrated motor system.

さらに制御回路一体基板8aは、モータ筐体301の外に配置され、基板筐体枠7aにてその外周を囲われ、基板筐体7bにて覆われている。従って組み立ての際には、まずトルク検出制御回路基板8bをトルク検出部筐体401に固定して、その上に基板間コネクタ15介して制御回路一体基板8aを接続した後、予めエンコーダ制御回路基板8cに繋いであったケーブル13をコネクタ12に挿入、同様にセンサコネクタ6に予め繋いであったケーブル11をコネクタ10へ挿入することで接続が完了する。   Furthermore, the control circuit integrated substrate 8a is disposed outside the motor housing 301, is surrounded by the substrate housing frame 7a, and is covered by the substrate housing 7b. Therefore, at the time of assembly, first, the torque detection control circuit board 8b is fixed to the torque detection unit housing 401, and the control circuit integrated board 8a is connected to the torque detection control circuit board 8b via the board-to-board connector 15, and then the encoder control circuit board is pre- The connection is completed by inserting the cable 13 connected to 8c into the connector 12, and similarly inserting the cable 11 previously connected to the sensor connector 6 into the connector 10.

図4は本発明の第2の実施形態を示したトルク検出部一体型モータシステムの構造斜視図であって、図2同様に外装部の一部を省略して内部構造を示している。 第2の実施形態では、制御回路一体基板8aとエンコーダ制御回路基板8cが一体の基板となっている。すなわち制御回路一体基板8aとエンコーダ制御回路基板8cはリジッドな基板であってその配線層に繋がった配線部19はフレキシブルベースの基板であり、いわゆるリジッドフレキシブル基板を用いている。これによれば、各基板の電子部品のマウント工程が1度で済み、コネクタの挿入も不要で、ケーブルハーネスの製作も不要であり、総合的に鑑みてコスト低減をすることが出来る。また制御回路一体基板8aとトルク検出制御回路基板8bとにおいても同様の構成が可能である。   FIG. 4 is a structural perspective view of a motor system integrated with a torque detector showing a second embodiment of the present invention, and shows the internal structure with a part of the exterior part omitted as in FIG. In the second embodiment, the control circuit integrated board 8a and the encoder control circuit board 8c are integrated boards. That is, the control circuit integrated substrate 8a and the encoder control circuit substrate 8c are rigid substrates, and the wiring portion 19 connected to the wiring layer is a flexible base substrate, and a so-called rigid flexible substrate is used. According to this, the mounting process of the electronic component of each board | substrate is only one time, the insertion of a connector is unnecessary, and manufacture of a cable harness is also unnecessary, and it can reduce cost in comprehensive view. The same configuration is possible for the control circuit integrated board 8a and the torque detection control circuit board 8b.

上述したように、センシング系信号の外部コントローラとの繋ぎを制御回路一体基板8aにまとめセンサコネクタ6に集約することで、配線の簡素化ができる。特にセンサコネクタ6をトルク検出部筐体401側に設けることで、トルク検出部一体型モータシステム1の軸方向の長さを短縮できると共に、制御回路基板8上のコネクタ10とセンサコネクタ6配線を行うケーブル11のケーブル長の短縮が出来る。   As described above, the connection of the sensing system signals to the external controller is collected on the control circuit integrated board 8a and concentrated on the sensor connector 6, thereby simplifying the wiring. In particular, by providing the sensor connector 6 on the torque detection unit housing 401 side, the axial length of the torque detection unit integrated motor system 1 can be shortened, and the connector 10 and the sensor connector 6 wiring on the control circuit board 8 can be connected. The cable length of the cable 11 to be performed can be shortened.

また制御回路一体基板8aには温度検出部20が設けられて、直接モータ部3の温度を検知できるため、外部コントローラの制御回路部の温度検知からモータ部の温度を推測する換算演算が不要となる。そして直接温度検知していることから、トルク検出部一体型モータシステム1の置かれている環境温度や取り付けられている装置等による差異の影響を受けないという利点がある。   Further, since the temperature detector 20 is provided on the control circuit integrated substrate 8a and the temperature of the motor unit 3 can be directly detected, a conversion calculation for estimating the temperature of the motor unit from the temperature detection of the control circuit unit of the external controller is unnecessary. Become. Since the temperature is directly detected, there is an advantage that it is not affected by a difference due to an environmental temperature where the torque detection unit-integrated motor system 1 is placed, an attached device, or the like.

さらにトルク検出部の制御回路とエンコーダ制御回路と温度検出部20の制御回路を一つの基板、すなわち制御回路一体基板8aに一体化させて配線の省力化を行って、ノイズ源であるモータ部3に近い部分では、シールドがなされているモータ筐体301の外側に配置している。従って制御回路基板8、エンコーダ制御回路基板202、ケーブル13は、モータ部3からのノイズの影響を受けにくい構成となっている。   Further, the control circuit of the torque detection unit, the encoder control circuit, and the control circuit of the temperature detection unit 20 are integrated on one substrate, that is, the control circuit integrated substrate 8a to reduce the wiring, and the motor unit 3 which is a noise source. In a portion close to, the motor casing 301 is placed outside the shielded shield. Therefore, the control circuit board 8, the encoder control circuit board 202, and the cable 13 are configured not to be affected by noise from the motor unit 3.

なお、本実施形態ではトルク検出制御回路基板8bがトルク制御回路の一部、エンコーダ制御回路基板8cがエンコーダ制御回路を有し、制御回路一体基板8aがトルク制御回路の一部と温度検出部20の制御回路と外部コントローラとのI/F回路すなわちSerDesを有するという形態を取っている。その他には、エンコーダ制御回路基板8c部分を検出素子とその周辺回路という最小限の構成にして制御回路一体基板8aにエンコーダ制御回路の主要部を搭載、トルク検出制御回路基板8bを赤外線受光素子や変圧器とその周辺回路という最小限の構成にして制御回路一体基板8aにトルク検出制御回路の主要部を搭載するなど、本発明の趣旨と範囲を逸脱すること無く種々の変形が可能である。
In this embodiment, the torque detection control circuit board 8b has a part of the torque control circuit, the encoder control circuit board 8c has an encoder control circuit, and the control circuit integrated board 8a has a part of the torque control circuit and the temperature detection unit 20. The control circuit and the external controller have an I / F circuit, that is, SerDes. In addition, the encoder control circuit board 8c is configured to have a minimum configuration of a detection element and its peripheral circuit, and the main part of the encoder control circuit is mounted on the control circuit integrated board 8a. Various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention, such as mounting the main part of the torque detection control circuit on the control circuit integrated substrate 8a with a minimum configuration of a transformer and its peripheral circuits.

本発明の活用例として、トルクを制御回路しつつ動力を発生するアクチュエータとしてロボット等への適用が可能である。   As an application example of the present invention, the present invention can be applied to a robot or the like as an actuator that generates power while controlling a torque.

1 トルク検出部一体型モータシステム
2 エンコーダ部
201 エンコーダ部筐体
202 基板ベース
203 エンコーダ板
204 エンコーダコネクタ
3 モータ部
301 モータカバー
302 モータコネクタ
303 固定子
304 回転子
305 モータ軸
306 ベアリング
4 トルク検出部
401 トルク検出部筐体
410 1次側コア
411 1次側コイル
412 2次側コイル
413 2次側コア
414 2次側コアホルダ
415 ベアリング
416 ベアリング
417 1次側コアホルダ
418 回転側基板
419 2次側コアベース
420 ウエーブジェネレータ
421 サーキュラスプライン
422 フレックススプライン
5 出力軸
5a 起歪部
6 センサコネクタ
7a 基板筐体蓋
7b 基板筐体枠
8a 制御回路一体基板
8b トルク検出制御回路基板
8c エンコーダ制御回路基板
10 コネクタ
11 ケーブル
12 コネクタ
13 ケーブル
14 コネクタ
15 基板間コネクタ
16 減速機
17 カップリング
18 固定側基板
19 配線部
20 温度検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque detection part integrated motor system 2 Encoder part 201 Encoder part housing | casing 202 Substrate base 203 Encoder board 204 Encoder connector 3 Motor part 301 Motor cover 302 Motor connector 303 Stator 304 Rotor 305 Motor shaft 306 Bearing 4 Torque detection part 401 Torque detector housing 410 Primary side core 411 Primary side coil 412 Secondary side coil 413 Secondary side core 414 Secondary side core holder 415 Bearing 416 Bearing 417 Primary side core holder 418 Rotation side substrate 419 Secondary side core base 420 Wave generator 421 Circular spline 422 Flex spline 5 Output shaft 5a Strain portion 6 Sensor connector 7a Substrate casing lid 7b Substrate casing frame 8a Control circuit integrated substrate 8b Torque detection The control circuit board 8c encoder control circuit board 10 Connector 11 cable 12 connector 13 cable 14 connector 15 board between the connectors 16 reducer 17 coupling 18 fixed base 19 wiring unit 20 temperature detector

Claims (2)

モータ部と、
前記モータ部の反負荷側に前記モータ部と繋がって、前記モータの回転角を検出するエンコーダ部と、
前記モータ部の負荷側に接続されて、負荷と繋がる出力軸の回転トルクを検出するトルク検出部と、
前記モータ部の筐体外側近傍に沿って設けられ、前記エンコーダ部と前記トルク検出部のそれぞれの制御を行う制御回路の少なくとも一部が一体化された制御回路一体基板と、
前記制御回路一体基板と外部コントローラとの電気的接続を行うコネクタと、
前記制御回路一体基板上で、前記モータ部の筐体外側に対面した近傍に設けられ、前記モータ部の温度を検出する温度検出部と、
を有することを特徴とするトルク検出部一体型モータシステム。
A motor section;
An encoder unit connected to the motor unit on the non-load side of the motor unit to detect a rotation angle of the motor;
A torque detector connected to the load side of the motor unit for detecting the rotational torque of the output shaft connected to the load;
A control circuit integrated board provided along the outside of the casing of the motor unit and integrated with at least a part of a control circuit for controlling each of the encoder unit and the torque detection unit;
A connector for electrical connection between the control circuit integrated substrate and an external controller;
On the control circuit integrated substrate, provided in the vicinity facing the outside of the housing of the motor unit, a temperature detection unit for detecting the temperature of the motor unit,
A motor system integrated with a torque detector.
前記エンコーダ部および前記トルク検出部が、それぞれの制御を行う制御回路の少なくとも一部を備えた回路基板をそれぞれ有することを特徴とする請求項1に記載のトルク検出部一体型モータシステム。
2. The torque detection unit-integrated motor system according to claim 1, wherein the encoder unit and the torque detection unit each include a circuit board including at least a part of a control circuit that performs control of each of the encoder unit and the torque detection unit.
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