JPH04198805A - 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） 例えば、産業用ロボット等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、ロータリエンコーダ等の光学
的方式或いはレゾルバ等の電磁気的方式により検出する
ものがある。

（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では、光学的方式
、電磁気的方式のいずれも、検出器から出力されるパル
ス信号を計数、演算することにより回転軸の回転変位角
を求める構成となっている。そのため必然的にパルス信
号計数回路、演算回路が必要となり装置が複雑化して、
高価なものとなってしまう問題があった。

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、複雑な回路を用いることなく回転変位角を精度良
く検出でき、簡単で安価な構成の回転変位角検出装置を
提供することにある。

［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、回転軸の外周面に固定
された磁石と、前記回転軸の外周面に前記磁石の磁束を
通す環状の磁路を構成するように設けられ１箇所にギャ
ップが形成されたヨークと、前記回転軸の周囲に前記ヨ
ークを取り巻くようにそれと同心状に配置され磁歪を有
する線状磁性体と、この線状磁性体に沿って複数箇所に
配置され隣り合う、ものどうしが夫々位相が反転した磁
気弾性波を前記線状磁性体に発生させる複数個の励磁手
段と、これら各励磁手段の間に配置され前記線状磁性体
を伝播する磁気弾性波を検出する検出手段とを具備し、
その検出手段は前記回転軸の回転に伴う前記ヨークのギ
ャップの漏れ磁束による前記磁気弾性波のレベル変化を
検出することによって、前記回転軸の回転変位角を検出
するように構成したものである。

（作用） 本発明の回転変位角検出装置によれば、複数個の励磁手
段に励磁電流を与えると、この励磁手段に沿って配置さ
れた磁歪を有する線状磁性体には磁気弾性波が生起され
る。このとき、隣り合う励磁手段の間に生ずる磁気弾性
波は互いに位相が反転していて干渉し合うので、例えば
両者の振幅が同じであれば、合成された磁気磁性波は、
励磁手段のちょうど中央部で振幅がゼロとなり、且つ励
磁手段を設けた位置でピークとなるような分布状態とな
る。そして、回転軸の外周面に固定された磁石より発生
した磁束は、回転軸の外周面のヨークを通り、そのヨー
クのギャップから漏れ田だ漏れ磁束が線状磁性体に鎖交
するようになる。この漏れ磁束が鎖交する位置では、磁
気弾性波が減衰されるので、検出手段により検出される
磁気弾性波の大きさ（即ち検出手段に誘起される電圧レ
ベル）は、回転軸の回転に伴なう漏れ磁束（ギャップ）
の回転変位角に応じて変化する。従って、二の変化を検
出することにより、回転軸の回転変位角が検出される。

（実施例） 以下本発明の一実施例につき図面を参照して説明する。

全体の構成を示す第１図において、回転軸１の外周面に
は磁石２が接着等により固定されており、更に、この磁
石２から発生した磁束を前記回転軸１の外周面を環状に
通敵且っ外部に漏らさないようにするために、第２図に
示すように回転軸１より十分透磁率が高い円筒状のヨー
ク３が磁石２を挾むように回転軸１に嵌着されている。

そして、このヨニク３には磁石２と反対側の部位に幅狭
なギャップ４が形成され、このギャップ４から磁束が漏
れ出るようになっている。一方、ヨーク３の外周囲には
、非磁性材料（例えばプラスチック）製の薄肉の円筒５
が遊嵌されており、この円筒５の外周面のヨーク３上に
あたる部分に、例えばＦｅ系アモルファスワイヤー等の
磁歪を有する線状磁性体６が前記ヨーク３に対して同心
状且つ螺旋状に１回転半程度巻回されている。そして、
この線状磁性体６に沿って励磁手段たる３つの励磁コイ
ル７ａ、７ｂ、７ｃが等間隔で配置され、その端末には
励磁源たる交流電源８が接続されている。

これら３つの励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃは、前記線状
磁性体６に対して磁界を加えることにより機械的な歪（
磁歪）を生じさせ、この磁歪は線状磁性体６を媒体とし
て波のように減衰しながら伝播する磁気弾性波を生起す
る。この場合、励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃは、磁気弾
性波の位相を隣り合うものどうしが反転するように逆接
続状態で直列に接続されている。また、各励磁コイル７
ａ。

７ｂ、７ｃ間の中央には検出手段たる検出コイル９．１
０が配置されている。尚、この検出コイル９．１０の位
置は、本構成から磁石２を取り除いたものにおいて、各
励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃより生起された磁気弾性波
が互いに打ち消し合ってその振幅がゼロになる位置に設
定されている。

更に、検出コイル９．１０の検出のタイミングは、交流
電源８の周波数に同期するように設定され、例えば、第
１回目の測定時の交流電源８の位相をθ。［ｒａｄｌと
すると、ｎ回目の測定時の位相は、（２ｎπ＋θ。）　
　［ｒａｄｌである。

次に、本実施例の作用について説明する。回転軸１が回
転すると、ギャップ４から生じる漏れ磁束は線状磁性体
６に沿って回転する。第３図は、この様子を模式的に示
したものであり、第１図を中心軸まわりに帯状に展開し
たものである。一方、回転軸１の回転変位角の検出時に
は、励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃに交流電源８から励磁
電流Ｉ。

が供給されて磁束が生じ、この磁束が線状磁性体６に鎖
交する。この磁束によって、線状磁性体６の内部には、
前記励磁電流Ｉ０に応じた機械的な歪（磁歪）が生じ、
この磁歪が線状磁性体６を伝播し、磁気弾性波が生ずる
。この磁気弾性波は励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃの直上
にてピークの振幅を示し、それから遠ざかるに従って、
徐々に減衰していく。しかし、本実施例のように、隣り
合った３つの励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃを逆接続状態
で直列に配置し、互いに位相の反転した磁気弾性波を隣
り合わせて発生させれば、各励磁コイル７ａ、７ｂ、７
ｃにより発生した磁気弾性波を合成し、各励磁コイル７
ａ、７ｂ、７ｃの中間点で強制的にゼロにすると共に、
漏れ磁束（ギャップ４）の回転変位量に対する振幅の変
化を大きくすることができる。また、この磁気弾性波は
、ギャップ４から発生する漏れ磁束の位置に応して変化
するので、この磁気弾性波によって検出コイル９．１０
に誘起される電圧も第４図に示すように変化することに
なる。この第４図は、検出コイル９．１０の出力電圧の
検出を、交流電源８の周波数に同期させて一定のタイミ
ングで行ったときに得られる電圧特性図であり、縦軸は
、検出電圧の振幅を示し、横軸は、中央の励磁コイル７
ｂの位置を１８０°とした回転角度を示す。この第４図
によれば０〜１８０°の範囲にギャップ４がある時は、
検出コイル１０に電圧が発生し、逆に１８０°〜３６０
°の範囲にギャップ４があるときは、検出コイル９に電
圧が発生する。尚、線状磁性体６が重なって巻回されて
いる範囲Ａでは、検出コイル９，１０に発生する電圧の
大きさは等しくとも、その極性が反対になっている。こ
のように、検出電圧値は０〜１８０°、１８０°〜３６
０゜の各々の区間で変化する２本の曲線から成り、第４
図にて明らかなように回転変位角と検出電圧は常に一対
一の対応を示す。従って、この検出電圧を測定すること
により容易に回転軸１の回転変位角を検出することがで
きる。

このように、本実施例によれば、巻回された線状磁性体
６に沿って励磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃを設け、この励
磁コイル７ａ、７ｂ、７ｃを互いに位相が反転する磁気
弾性波を発生させるように配置し、更に、前記励磁コイ
ル７ａ、７ｂ、７ｏ間に検出コイル９，１０を設けると
共に、回転軸１上に、磁石２及びギャップ４を有するヨ
ーク３を設け、ギャップ４から発生する漏れ磁束が線状
磁性体６に鎖交するようにしたので、第４図に示すよう
に、検出コイル９．１０の検出電圧と回転変位角との関
係が一義的に定まり、この検出コイル９．１０の検出電
圧から直ちに回転変位角を求めることかできる。このた
め、従来のようなパルス信号計数回路や演算回路を用い
ずとも、回転変位角を精度良く検出することが可能とな
り、回路構成を簡単化できて、コスト安になし得る。

しかも、回転軸１に嵌着したヨーク３に形成した幅狭な
ギャップ４から生じる漏れ磁束を線状磁性体６に作用さ
せるようにしたので、例えば磁石２の磁束をヨーク４を
介さずに直に線状磁性体６に作用させる場合に比して、
線状磁性体６の微小範囲に集中的に強い磁束を作用させ
ることができて、回転角度の微小変位も検出可能となり
、検出精度を向上できる。

尚、上記実施例においては、線状磁性体６としてＦｅ系
のアモルファスワイヤーを用いたが、これに限らず、磁
歪を有する磁性体であれば他の材料であっても良い。

また、上記実施例においては、励磁手段として励磁コイ
ル７ａ、７ｂ、７ｃを用いたが、これに限らず、磁気ヘ
ッド等を用いても良い。更に、検出手段としても、検出
コイル９，１ｏに限らず、ホール素子、磁気ヘッド等を
用いる構成としても良い。

その他、上記実施例においては、励磁手段を３個用いる
構成としたが、勿論、２個又は４個以上用いる構成とし
ても良く、それに応じて検出手段も１個又は３個以上設
ける構成としても良い。

［発明の効果］ 以上の説明にて明らかなように、本発明の回転変位角検
出装置によれば、複数個の励磁手段を線状磁性体に沿っ
て設けると共に、その隣り合うものどうしを各々位相が
反転した磁気弾性波を発生するようにし、且つ前記各励
磁手段間に検出手段を設けたので、回転軸の回転角度の
変化に対して検出電圧の振幅を大きくとることができる
と共に、ギャップから漏れ出た強い磁束を線状磁性体の
微１小な部分に集中的に作用させることができて、回転
変位置を精度良く検出でき、しかも、回路構成を簡単化
できて、コスト安になし得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示したもので、２第１図は回転
変位角検出装置の全体構成の概略的を示す斜視図、第２
図は回転軸を軸方向から見た図、第３図は第１図を回転
方向に展開した模式図、第４図は検出コイルの検ｆ［圧
の変化特性図である。 図面中、１は回転軸、２は磁石、３はヨーク、４はギャ
ップ、６は線状磁性体、７ａ、７ｂ、及び７ｃは励磁コ
イル（励磁手段）、９及び１０は検出コイル（検出手段
）である。 代理人　　弁理士　佐　　藤　　　強 艶　１　図 第　２　図 す 第３図 ｊＰ、４　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．回転軸の外周面に固定された磁石と、前記回転軸の
   外周面に前記磁石の磁束を通す環状の磁路を構成するよ
   うに設けられ１箇所にギャップが形成されたヨークと、
   前記回転軸の周囲に前記ヨークを取り巻くようにそれと
   同心状に配置され磁歪を有する線状磁性体と、この線状
   磁性体に沿って複数箇所に配置され隣り合うものどうし
   が夫々位相が反転した磁気弾性波を前記線状磁性体に発
   生させる複数個の励磁手段と、これら各励磁手段の間に
   配置され前記線状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、前記検出手段は前記回転軸の回
   転に伴う前記ヨークのギャップの漏れ磁束による前記磁
   気弾性波のレベル変化を検出することによって、前記回
   転軸の回転変位角を検出するように構成したことを特徴
   とする回転変位角検出装置。