JPH04138308A - 回転変位角検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、回転機の回転軸等の回転変位角度を非接触状
態で検出する回転変位角検出装置に関する。

（従来の技術） 産業用ロボットに用いられる駆動軸たる回転軸の回転変
位角検出装置としては、従来、回転軸に対して大きな負
荷とならず故障も少ない非接触形のものが主流となって
おり、例えば、光学的方式或は電磁気的方式により検出
するものがある。

即ち、光学的方式のものは、例えば、回転軸にスリット
を設けた円板を取付け、光源及び受光部をその円板を挟
んで対向するように配置し、回転軸の回転により光源か
らの光がスリットを通って受光部で受光されることによ
る検出信号を計数。

演算処理して回転軸の変位角を検出する構成である。

また、電磁気的方式のものは、例えば、回転軸に磁石を
取付け、これと対向する部分にホール素子或はコイルな
どを配置し、回転軸の回転により移動する磁石の磁界を
ホール素子或はコイルにより検出し、その検出信号を計
数、演算処理して回転軸の変位角を検出する構成である
。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述のような従来構成のものでは、光学
的方式、電磁気的方式の何れにおいても計数、演算回路
を設けているので、その精度を向上させようとすると、
これに比例してより複雑且つ高価なものとなってしまう
問題があった。また、耐振動性、耐環境性の点では電磁
気的方式が優れている一方、検出精度としては光学的方
式のほうが優れるという状況下にあり、これら両者の優
れた性能を兼ね備えたものが望まれていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、回路を複雑にすることなく、小形で安価な構成で回転
軸の回転変位角を高精度で検出できる回転変位角検出装
置を提供するにある。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） 本発明の回転変位角検出装置は、回転軸の外周面に配置
された磁石と、この磁石と対向状態で前記回転軸の外周
面を包囲するようにして螺旋状に巻回された磁歪を有す
る長尺状磁性体と、所定間隔を存して配置され隣合うも
の同志が夫々前記磁性体に対して位相が反転した磁気弾
性波を発生させる複数個の励磁手段と、前記磁性体を伝
播する磁気弾性波を検出する検出手段とを設け、前記検
出手段により検出される磁気弾性波に基づいて前記回転
軸の回転角度を検出するところに特徴を有する。

（作用） まず、回転軸に配置された磁石の磁界が作用していない
状態を想定する。各励磁手段は隣合うもの同志が互いに
逆位相の磁気弾性波を磁性体中に発生させる。これによ
り、磁気弾性波は、磁性体中を指数関数的に減衰しなが
ら伝播する。このとき、磁性体中の双方から伝播する磁
気弾性波の振幅が同じとなる位置では、互いに相殺しあ
って両者を合成した磁気弾性波の振幅がゼロとなり、例
えば、このような位置に検出手段を配設した場合には、
磁気弾性波は検出されない状態となる。

さて、実際には回転軸に配設された磁石による磁界が磁
性体に作用するので、磁性体中を伝播している磁気弾性
波はこの磁界を受けた位置で減衰されるようになる。従
って、検出手段においてはその両側から伝播してくる磁
気弾性波のうち何れか一方が減衰されると、そこで合成
される磁気弾性波は前述とは異なり、バランスが崩れる
ことになってその振幅はゼロとならず、減衰量の大きさ
に応じた振幅の磁気弾性波が検出されることになる。こ
の減衰量は磁石の位置に応じて異なるので、この磁気弾
性波を検出することにより磁石の位置即ち回転軸の回転
変位角が検出できるのである。

この場合、検出した磁気弾性波の振幅と位相とを検出し
て励磁電流との比較を行なうことにより、対応する回転
軸の回転変位角を検出する。また、このとき磁石の磁界
の作用を受けない側の磁性体は前述と同様の磁気弾性波
の分布状態を呈しているので、その側の磁性体に配置さ
れた検出手段は磁気弾性波を検出することはない。従っ
て、このような磁気弾性波の変化を検出手段により検出
すれば、これに基づいて回転軸の回転変位角を検出でき
る。

（実施例） 以下、本発明を、回転機の回転軸に適用した場合の一実
施例について図面を参照しながら説明する。

まず、全体の構成を模式的に示す第１図において、回転
軸１にはその外周面の一部に永久磁石２が配置固定され
ている。筒状の支持体３はこの回転軸１の外周面と所定
間隔を存して配置固定されているもので、その外周面に
は磁歪を有する長尺状の磁性体４が上述の磁石２と対向
する位置で螺旋状に巻回されている。この磁性体４は、
例えばＦｅ系アモルファスワイヤを用いており、支持体
３の外周面を１回転半程度巻回されている。この磁性体
４の両端部及び中央部には夫々励磁手段たる励磁コイル
５，６．７が配置され、夫々、隣り合うもの同志で互い
に励磁方向が逆となるようにして交流電源８に直列に接
続されている。つまり、交流電源８から励磁電流が与え
られると、励磁コイル５及び７は同位相、励磁コイル６
は励磁コイル５，７に対して逆位相となる磁気弾性波を
磁性体４に発生させる。検出手段たる検出コイル９及び
１０は、磁性体４に発生している磁気弾性波を検出する
ように配置されているもので、夫々、励磁手段５と６、
励磁手段６と７との中央位置に設けられている。

このような構成を回転軸１を周方向に展開した状態で示
すと第２図のようになる。これは、磁性体４の一端側を
起点として回転軸１の一回転分（３６０°）を永久磁石
２の回転位置に対応させて示している。尚、磁性体４は
それ以上の範囲をカバーしていることになり、実際には
Ｏ０近傍の回転変位角で重複している。そして、回転軸
１の回転に伴ない永久磁石２か移動すると、磁性体４に
対して対応する位置で磁界を作用させることになり、後
述するように、磁性体４に励起されている磁気弾性波を
減衰させる。

次に、本実施例の作用について第３図をも参照しながら
述べる。

まず、簡単のために回転軸１に配置された永久磁石２に
よる磁界の作用を考慮しないで、磁性体４に励起される
磁気弾性波について説明する。即ち、交流電源８から励
磁コイル５乃至７に給電すると、夫々の励磁コイル５乃
至７は直列に接続されているので同じ電流が流れ、従っ
て、磁性体４に対して同一振幅の磁気弾性波を励起させ
る。この場合、磁気弾性波は励磁コイル５乃至７の位置
する点から指数関数的に減衰しながら伝播するが、隣合
う励磁コイル５と６、励磁コイル６と７は、夫々位相が
反転した磁気弾性波を磁性体４に発生させているので、
それらの中央点つまり検出コイル９及び１０の配置され
た点では両方から伝播してくる磁気弾性波が互いに相殺
して振幅がゼロとなる。これにより、磁性体４中に励起
されている磁気弾性波の合成波は、各励磁コイル５，６
．７において振幅の最大値を示すと共にこの順番で位相
が反転しており、且つ、検出コイル９，１０の位置で振
幅がゼロとなる分布状態を示している。

従って、永久磁石２の作用を考慮しいていないこの状態
においては、検出コイル９及び１０には出力電圧は検出
され・ない。

さて、回転軸１が回転することにより、永久磁石２が磁
性体４に対向しながら移動すると、その磁界が磁性体４
に作用する。これにより、磁性体４中を伝播している磁
気弾性波は減衰作用を受けて上述した分布状態が崩れる
。つまり、これにより検出コイル９或は１０に到達する
磁気弾性波の振幅に変化が発生し、検出コイル９或は１
０に電圧が誘起されるようになる。

いま、例えば永久磁石２が、第２図に示す位置つまり検
出コイル９と励磁コイル６との間にあるとすると、検出
コイル９に到達する磁気弾性波のうち励磁コイル５によ
って磁性体４に励起された成分は永久磁石２により減衰
されることがないが、励磁コイル６によって磁性体４に
励起された磁気弾性波は検出コイル９に到達する前に永
久磁石２により減衰される。この結果として、検出コイ
ル９の位置において検出される磁気弾性波は永久磁石２
によって減衰された分だけ変化することになる。一方、
検出コイル１０においては、永久磁石２による磁気弾性
波の減衰作用がないので、前述同様電圧は誘起されず出
力はゼロのままである。

一方、永久磁石２が励磁コイル６と検出コイル１０との
間にあるときには、上述とは逆に、同様の原理により、
検出コイル９の出力はゼロとなり、検出コイル１０の出
力はその位置に応じた電圧が誘起されるようになる。

さらに、永久磁石２が磁性体４の重複して巻回された位
置つまり回転変位角θ°付近にあるときには、検出コイ
ル９及び１０の両者に伝播する磁気弾性波に減衰作用を
！ｊえることになり、この結果、検出コイル９及び１０
の両者に電圧が誘起されるようになる。

以上のような、永久磁石２の位置すなわち回転軸１の回
転変位角θに応じて検出コイル９及び１０に誘起される
電圧は、第３図に示すような分布として表わされる。こ
の場合、検出電圧の極性は励磁電流の極性に対応して示
しており、従って、検出コイル９及び１０に誘起される
電圧の極性（位相）と振幅を検出して比較することによ
り、永久磁石２の移動位置即ち回転軸１の回転角度θを
０８から３６０°まで精度良く検出することができるの
である。

このような本実施例によれば、検出コイル９及び１０に
誘起される電圧の位相及び振幅を検出して励磁電流と比
較することにより、対応する回転軸１の回転変位角θが
ｏｏがら３６ｏ０まで精度良く検出できるので、簡単な
構成でしがも安価に成し得ると共に、検出コイル９及び
１ｏを回転軸１に設ける構成と異なり、信号検出及びそ
の処理が簡単になる。

尚、上記実施例においては、励磁手段として３個の励磁
コイル５乃至７を用いる構成としたが、これに限らず、
４個以上設ける構成としても良い。

また、上記実施例においては、回転軸１に永久磁石２を
配置する構成としたが、これに限らず、例えば電磁石を
設ける構成としても良い。

さらに、上記実施例においては、励磁手段として励磁コ
イル５乃至７を設ける構成としたが、これに限らず、例
えば、磁気ヘッドを設ける構成としても良いし、加えて
、検出手段として用いた検出コイル９及び１０もこれに
限らず、ホール素子或は磁気ヘッド等を用いる構成とし
ても良い等、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の
変形が可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の回転変位角検出装置によ
れば、磁性体に励磁手段により磁気弾性波を励起させ、
その磁気弾性波が回転軸に配置した磁石により減衰され
るのを検出コイルにより検出して回転軸の回転変位角を
検出するようにしたので、簡単かつ安価な構成で回転軸
の回転変位角を精度良く検出できると共に、検出手段を
回転軸に設ける構成と異なり、信号の検出及びその処理
が簡単に行なえるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は要部を破断し
て示す全体構成の斜視図、第２図は電気的構成の概略図
、第３図は検出電圧と回転角度との相関を示す作用説明
図である。 図面中、１は回転軸、２は永久磁石（磁石）、３は支持
体、４は磁性体、５乃至７は励磁コイル（励磁手段）、
８は電源、９及び１０は検出コイル （検出手段） である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転軸の外周面に配置された磁石と、この磁石と対
   向状態で前記回転軸の外周面を包囲するようにして螺旋
   状に巻回された磁歪を有する長尺状磁性体と、所定間隔
   を存して配置され隣合うもの同志が夫々前記磁性体に対
   して位相が反転した磁気弾性波を発生させる複数個の励
   磁手段と、前記磁性体を伝播する磁気弾性波を検出する
   検出手段とを具備し、前記検出手段により検出される磁
   気弾性波に基づいて前記回転軸の回転角度を検出するこ
   とを特徴とする回転変位角検出装置。