JPH04264210A - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸の回転変位角を
非接触状態で検出する回転変位角検出装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】産業用ロボット等に用いられる回転軸の
回転変位角検出装置としては、従来より、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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成は、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、回路構成が複雑化して、高価なも
のとなってしまう問題があった。

【０００５】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。

【０００６】［発明の構成］

【０００７】

【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、この磁石
を取り巻くように配置された磁歪を有する環状磁性体と
、この環状磁性体の近傍に配置され磁気弾性波を発生さ
せる励磁手段と、前記環状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。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、励磁手段にそれぞれ励磁電
流を与えると、環状磁性体に磁気弾性波が生起される。 この磁気弾性波は前記励磁電流を受けた位置でピークと
なり、それと反対側の位置で最小となるような指数関数
的分布状態になる。

【０００９】そして、回転軸が回転すると、その外周の
磁石より発生した磁束が前記環状磁性体に作用して、そ
の作用位置における磁気弾性波を減衰させるように働く
。このため、検出手段により検出される磁気弾性波の大
きさ（検出電圧）は、回転軸の磁石の位置、つまり、回
転軸の回転変位角に応じて変化して行くので、この大き
さと励磁電流とを比較することにより、回転軸の変位角
度を検出するとができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図１ないし
図３を参照して説明する。まず、全体の構成を示す図１
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、この磁石２を取り巻くように第１、第
２の環状磁性体３、４が互いに対向して配置されている
。これら各環状磁性体３、４はそれぞれ磁歪を有する薄
板であり、例えばＦｅ系アモルファス等により形成され
ている。

【００１１】これら各環状磁性体３、４の周縁部の近傍
には、励磁手段たる励磁コイル５、６がそれぞれ配設さ
れており、その端末は交流電源７に接続されている。こ
の交流電源７によって、励磁コイル５、６が励磁される
と、前記環状磁性体３、４にはそれぞれ磁歪が生じ、こ
の磁歪がそれぞれ前記各環状磁性体３、４中を減衰しな
がら波のように進行して行く（これを磁気弾性波と言う
）。この場合、２個の励磁コイル５、６は軸方向から見
て例えば４５°程度ずれた位置に設置されており、前記
２個の環状磁性体３、４内には、互いに位相が例えば４
５゜程度ずれた磁気弾性波が生じるようになっている。

【００１２】また、これら各励磁コイル５、６の対向側
にはそれぞれ検出手段たる第１、第２の検出コイル８、
９が設置されている。これら各検出コイル８、９の設置
位置は、本構成から前記磁石２を取り除いたものにおい
て、前記各環状磁性体３、４から生起された磁気弾性波
の振幅が最小となる位置（励磁コイル５、６の１８０°
反対側の位置）に設定されている。更に、これら各検出
コイル８、９の検出のタイミングは前記交流電源７の周
波数に同期するように設定され、例えば、第１回目測定
時の交流電源７の位相をθ［ｒａｄ］とすると、ｎ回目
測定時の位相は、（２ｎπ＋θ）［ｒａｄ］である。 尚、図２は、上記構成を模式的に示したものであり、図
１を回転軸１の回りに帯状に展開したものである。

【００１３】次に、上記構成の作用について説明する。 回転軸１が回転すると、磁石２から生じる磁束は環状磁
性体３、４に沿って回転する。

【００１４】一方、励磁コイル５、６には交流電源７か
ら励磁電流が供給されて磁束が生じ、この磁束が対応す
る各環状磁性体３、４にそれぞれ作用する。すると、各
環状磁性体３、４には磁歪が生じ、この磁歪がそれぞれ
各環状磁性体３、４中を伝播して、磁気弾性波を生起さ
せる。これら磁気弾性波は、磁石２の影響がない場合に
は、各励磁コイル５、６の直近にてピークの振幅を示し
、それから遠ざかるに従って除々に減衰していき、それ
ぞれ対応する各検出コイル８、９の直近にて最小の振幅
値となる分布状態を示す。これら磁気弾性波は、回転軸
１の回転による磁石２の位置変化に応じて変化するので
、各検出コイル８、９に誘起される電圧も変化すること
になる。

【００１５】この変化の様子を示したものが図３である
。図３は、各検出コイル８、９の出力電圧の検出を、交
流電源７の周波数に同期させて一定のタイミングで行っ
た時に得られる電圧特性図であり、縦軸は各検出コイル
８、９による検出電圧値を示し、横軸は回転軸１の回転
変位角を示している。

【００１６】まず、図３の実線Ａで示すグラフは、第１
の環状磁性体３から生起された磁気弾性波を第１の検出
コイル８により検出したものであり、励磁コイル５の設
置位置を０°（３６０°）とした時の、回転軸１の回転
変位角と第１の検出コイル８の検出電圧との対応関係を
示したものである。この第１の検出コイル８の検出電圧
Ａは、１８０°を境にして指数関数的に変化している。

【００１７】ところが、第１の検出コイル８の検出電圧
Ａは、回転変位角が０°（３６０°）と１８０°の時は
、いずれも０Ｖである。従って、第１の検出コイル８の
みでは、その検出電圧Ａが０Ｖのとき、回転軸１の回転
変位角が０°か１８０°であるのかを判別することがで
きない。

【００１８】そこで、この場合には、図３の点線Ｂで示
すグラフを用いる。この点線Ｂは、第２の環状磁性体４
から生起された磁気弾性波を第２の検出コイル９により
検出したものであり、励磁コイル６の位置を０°（３６
０°）とした時の、回転軸１の回転変位角と第２の検出
コイル９の検出電圧との対応関係を示したものである。 この図から明らかなように、回転軸１の回転変位角が０
°（３６０°）の時には、第２の検出コイル９の検出電
圧Ｂが−Ｖ２　となり、１８０°の時には、検出電圧Ｂ
が＋Ｖ１　となる。従って、第１の検出コイル８の検出
電圧Ａが０Ｖの時には、第２の検出コイル９の検出電圧
Ｂが＋Ｖ１　か−Ｖ２　かを判断することにより、回転
軸１の回転変位角が０°か１８０°かを判別することに
なる。

【００１９】一般的に言えば、図３に示すように、第１
の検出コイル８の検出電圧Ａが例えば＋Ｖａ　になる回
転変位角は、θ１　とθ２　の２通りある。この場合も
、第２の検出コイル９の検出電圧Ｂが＋Ｖ３　か−Ｖ４
　かを判断することにより、回転軸１の回転変位角がθ
１　かθ２　かを判別することになる。この場合の判別
方法は、例えば、予めマイクロコンピュータのＲＯＭ（
図示せず）に、実線Ａと点線Ｂのグラフのデータをテー
ブル化して記憶させておき、実際に測定された第１、第
２の検出コイル８、９の検出電圧を、上記記憶データと
比較することで回転軸１の回転変位角を判別すれば良い
。

【００２０】この様に、第２の検出コイル９の検出電圧
Ｂを参考にすることにより、第１の検出コイル８の検出
電圧Ａと回転軸１の回転変位角との関係が０〜３６０°
の全周にわたって一義的に定まり、各検出コイル８、９
の検出電圧Ａ、Ｂから直ちに回転軸１の回転変位角を０
〜３６０°の全周にわたって正確に求めることができる
。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
が可能になり、回路構成を簡単化できて、コスト安にな
し得る。

【００２１】尚、上記実施例においては、環状磁性体３
、４としてＦｅ系アモルファスからなる薄板を用いたが
、これに限らず、磁歪を有する磁性体であれば導線等の
ワイヤーを用いても良い。

【００２２】また、上記実施例においては、励磁手段と
して励磁コイル５、６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８、９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。

【００２３】更に、上記実施例では、第１の検出コイル
８の検出電圧が０Ｖであった時、第２の検出コイル９の
検出電圧によって回転変位角を判別する構成としたが、
逆に、第２の検出コイル９の検出電圧を主として、第２
の検出コイル９の検出電圧が０であった時、第１の検出
コイル８の検出電圧によって回転変位角を求める構成と
しても良い。

【００２４】また、上記実施例では、第１、第２の検出
コイル８、９の検出電圧Ａ、Ｂの位相のずれを４５°程
度に設定したが、このずれ角は１８０°以外であればい
ずれの角度であっても良い等、本発明は種々の変形が可
能である。

【００２５】

【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、回転軸の外周に固定され
た磁石を取り巻くように、環状磁性体を設けると共に、
この環状磁性体の近傍に励磁手段を配置して、前記環状
磁性体中に磁気弾性波を発生させるよう構成したので、
この磁気弾性波の検出により回転変位角を精度良く測定
できると共に、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１】本発明の一実施例を概略的に示す回転変位角検
出装置の斜視図

【図２】図１を回転方向に展開した模式図

【図３】検出
コイルの検出電圧の変化特性図

【符号の説明】

１は回転軸、２は磁石、３、４は第１、第２の環状磁性
体、５、６は励磁コイル（励磁手段）、７は交流電源、
８は第１の検出コイル（検出手段）、９は第２の検出コ
イル（検出手段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転軸の外周面に固定された磁石と、
   この磁石を取り巻くように配置された磁歪を有する環状
   磁性体と、この環状磁性体の近傍に配置され磁気弾性波
   を発生させる励磁手段と、前記環状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。