JPH04138309A - 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か主流となって
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
を設けた円盤を取トｊけ、光源及び受光部をその円盤を
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回転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等
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
、演算処理を行なって回転軸の回転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においては、光学
的方式、電磁気的方式の何れにおいても、検出精度を向
上させようとすると、これに比例して計数、演算回路が
複雑化し、高価なものとなってしまう問題があった。ま
た、耐振動、耐環境性では電磁気的方式のものが優れる
一方、検出精度や寸法的には光学的方式のものが勝ると
いう状況下にあり、両方式の利点を兼ね備えるものが実
現されておらず、使用環境や検出精度等に応じて何れか
の方式のものを選択せざるをえない状況であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その
目的は、高精度で回転軸の回転変位角を検出できて、し
かもその場合でも回路を複雑化することなく小形で簡単
且つ安価に構成し得る回転変位角検出装置を提供するに
ある。

［発明の構成］ （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、この磁石の回転軌跡の回りにその回転方
向に分割した状態で配置された磁歪を有する複数の長尺
状磁性体と、これら各磁性体の両端部に互いに位相が反
転した磁気弾性波を発生させる励磁手段と、前記各磁性
体中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変位角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
状態を想定すると、夫々各磁性体の両端部から位相が反
転した磁気弾性波が励磁手段により発生され、その磁気
づり１性波は各励磁手段の位置で最大の振幅値を示し指
数関数的に減衰しながら磁性体中を伝播してゆく。いま
、例えば各磁性体に発生される磁気弾性波の最大振幅値
が同じであるとすると、ちょうど各磁性体の中央位置で
は、両側から伝播する磁気弾性波の位相が反転している
ことにより相殺しあうため、そこで合成される磁気弾性
波の振幅はゼロとなる。従って、例えばこのような位置
に検出手段を配置した場合には、磁性体に外部からの磁
界が作用していないときに、検出手段には磁気弾性波が
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、
複数個の磁性体のうち磁石が作用した磁性体において、
磁気弾性波が変化するの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が検出できるのであ
る。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図乃至第３図を参
照しながら説明する。

まず、全体構成を模式的に示す第１図において、回転軸
１には外周面の所定位置に永久磁石２が配置固定されて
おり、その回転軌跡上には回転軸１と所定間隔を存して
ドーナツ状をなす支持板３が回転軸１に挿通された状態
で図示しない本体部に固定設置されている。この支持板
３には磁歪を有する２本の長尺状の磁性体４及び５が夫
々永久磁石２の回転軌跡を２分するようにしてその回転
軌跡と一定間隔を存した状態で配置固定されている。

磁性体４及び５は、例えばＦｅ系アモルファスワイヤ等
によりなるもので、各両端部には励磁手段たる励磁コイ
ル６乃至９が配設され、後述するように磁気弾性波が励
起されようになっている。この場合、磁性体４の両端部
に配設された励磁コイル６及び７は、互いに逆位相とな
る磁気弾性波を磁性体４に発生させるようになっており
、同様にして磁性体５の両端部に配設された励磁コイル
８及び９も、互いに逆位相となる磁気弾性波を磁性体５
に発生させるようになっている。励磁コイル６乃至９は
直列にして接続され、所定周波数の交流電源１０により
励磁電流か供給される。検出手段たる２個の検出コイル
１１及び１２は、夫々磁性体４及び５の中央点に位置し
て配設され、夫々磁性体４及び５に伝播している磁気弾
性波を電圧として検出するようになっている。

第２図は、上述の構成を回転軸１を展開して回転軸１の
回転変位角に対応させて示した図で、永久磁石２の移動
位置に応じて回転変位角θをＯ。

から３６００までに対応させており、磁性体４は、回転
変位角Ｏ０から１８００までの範囲を、磁性体５は回転
変位角１８０°から３６０°までの範囲をカバーしてい
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
説明する。

まず、はじめに、磁性体４及び５が回転軸１の永久磁石
２による磁界の作用を受けていない状態を想定して、夫
々の磁性体４及び５に発生する磁気弾性波の分布状態に
ついて述べる。

即ち、交流電源１０により励磁電流が与えられると、励
磁コイル６乃至９には同じ大きさの励磁電流が流れるこ
とにより、振幅が同じで逆位相の磁気弾性波を各磁性体
４及び５に発生させる。この場合、磁性体４及び５の各
両端部には、互いに逆位相で同じ振幅となる磁気弾性波
が励起されて夫々の磁性体４或は５中を伝播するので、
ちょうど検出コイル１１及び１２の位置に達すると互い
の磁気弾性波が相殺し合って、検出コイル１１及び１２
には電圧が誘起されない状態となる。

続いて、上述の状態において、回転軸１の永久磁石２に
よる磁界め作用を考慮すると、磁性体４或は５に発生さ
れている磁気弾性波はこの永久磁石２の磁界の影響を受
けて減衰することにより、次のようにしてその位置即ち
回転軸１の回転変位角が検出される。

いま、回転軸１の回転変位角θが例えば６００であると
すると、永久磁石２は第２図において左端から６０°の
位置にある状態である。この状態では、磁性体４に励磁
コイル６により発生された磁気弾性波が検出コイル１１
に達する前に減衰され、励磁コイル７により磁性体４に
発生された磁気弾性波は減衰されていないので、検出コ
イル１１の位置では両方から伝播する磁気弾性波の位相
が逆になっていても、検出コイル１］においてはその振
幅の差に応じた大きさの磁気弾性波が検出される。そし
て、その磁気弾性波の振幅と位相の大きさは、第３図に
０°から１８０°の範囲で示すように、永久磁石２が磁
性体４に作用した位置に応じて変化した値として得られ
る。また、同様にして、磁性体５に永久磁石が作用した
場合っまり回転軸ｌの回転変異角が１８００から３６０
０までの範囲にあるときには、検出コイル１２に検出さ
れる磁気弾性波の振幅及び位相が同図相当角度において
変化するように得られる。

このような本実施例によれば、回転軸１に配置した永久
磁石２により磁性体４或は５に発生されている磁気弾性
波を減衰させ、これにより、検出コイル１１或は１２に
検出される磁気弾性波の振幅及び位相を永久磁石２の位
置に応じて変化させるようにしたので、その値に応じて
回転軸１の回転変位角を粘度良く且つ回転軸１の全周に
渡って検出することができる。

また、本実施例によれば、回転軸１の回転変位角を２つ
の磁性体４及び５により分担して検出するようにしたの
で、検出コイル１１及び１２に発生させる出力電圧の大
きさを回転変位角に対して大きく変化させることができ
、従って、その検出精度を向上させることができる。

尚、上記実施例においては、２個の磁性体４及び５を用
いる構成としたが、これに限らす、例えば３個以上でも
良い。そして、この場合には、第４図にも示すように、
磁性体の個数を殖やすに従って、回転変位角に応じて変
化する検出出力の人きさをより大きくすることができ、
検出精度を向上させることができる利点がある。

また、上記実施例においては、回転軸１に配置する磁石
として永久磁石２を設ける構成としたが、これに限らず
、電磁石を用いても良い。

［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、複数の長尺上磁性体を磁石の回転軌跡の回りにそ
の回転方向に分割した状態で配置し、励磁手段によりこ
の磁性体に発生された磁気弾性波を回転軸に配置された
磁石により減衰させて検出手段に検出される磁気弾性波
を変化させ、これにより回転軸の回転変位角を検出する
構成としたので、簡単且つ安価に製作できて、しかも回
転軸の回転変位角を精度良く検出できるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は
全体構成を模式的に示す斜視図、第２図は回転軸回りに
展開して示した作用説明図、第３図は検出コイルの出力
特性を示す作用説明図であり、第４図は磁性体の分割個
数に対する検出精度を示す相関図である。 図面中、１は回転軸、２は永久磁石（磁石）、３は支持
板、４，５は磁性体、６乃至９は励磁コイル（励磁手段
）、１０は電源、１１．１２は検出コイル（検出手段）
である。 代理人　　弁理士　　佐　藤　　強

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、この磁石の回
   転軌跡の回りにその回転方向に分割した状態で配置され
   た磁歪を有する複数の長尺状磁性体と、これら各磁性体
   の両端部に互いに位相が反転した磁気弾性波を発生させ
   る励磁手段と、前記各磁性体中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変位角を
   検出することを特徴とする回転変位角検出装置。