JPH04110704A

JPH04110704A - 角度検出装置

Info

Publication number: JPH04110704A
Application number: JP23126990A
Authority: JP
Inventors: Saburo Uemura; 植村　三良
Original assignee: Macome Corp
Current assignee: Macome Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1990-08-31
Publication date: 1992-04-13

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】［産業上の利用分野１本発明は、例えば、回転する関節部を有するロボット等
の工作機械あるいは自動車のアクセル装置に適用して好
適な角度検出装置に関する。

［発明の概要１本発明は、例えば、回転する関節部を有するロボット等
の工作機械あるいは自動車のアクセル装置に適用して好
適な角度検出装置において、Ｎ極とＳ極とが互いに対向
するように配置された一対の磁石を有する磁界発生部材
と、この一対の磁石によって形成される磁界の中に相対
的に回転可能に配置される磁気センサと、この磁気セン
サに接続されて、この磁気センサの相対的な回転に応じ
た出力信号を発生する検波回路とを備えることにより、
非接触で、例えば、磁気センサに対して回転する磁界発
生部材の回転角度を検出するようにしたものである。

［従来の技術１従来、工作ロボットのアームの回転角度、弁の開度等を
測定する角度検出装置としては、例えば・巻線抵抗体を
有し、この抵抗体の両端子に電圧が供給されるとともに
、この抵抗体に機械的に接触する摺動子により被測定体
の角度に応した電気信号を得るようにされた可変抵抗器
であるポテンショメータが用いられている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、このポテンショメータは抵抗体と接触子
とが互いに摺動する構造とされているので、ライフサイ
クルが比較的短時間であり、また振動環境下においては
接触不良等が発生しやすく、さらに石油プラント等にお
いては、上記抵抗体に電流が流れていることがら摺動等
を原因として火花を発生するおそれがあるためにそのま
ま採用することができないという欠点があった。さらに
、ポテンショメータの抵抗体に巻線が使用されているこ
とから分解能が比較的低いという欠点もあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、非接触
形で高信頼性を有しかつ高分解能の角度検出装置を提供
することを目的とする。

１課題を解決するための手段Ｊ本発明角度検出装置は、例えば、第１図〜第３図に示す
ように、Ｎ極とＳ極とが互いに対向するよう乙こ配置さ
れた一対の磁石（２４）　（２５）を有する磁界発生部
材（２１）と、この一対の磁石（２４）　（２５）によ
って形成される磁界の中に相対的に回転可能に配置され
る磁気センサ（２７）と、この磁気センサ（２７）に接
続されて、この磁気センサ（２７）の相対的な回転に応
じた出力信号を発生する検波回路（３２）とを備えるよ
うにしたものである。

［作用］上記のように構成される本発明によれば、磁界発生部材
（２１）の中に配置された磁気センサ（２７）がその磁
界中で相対的に回転すると鎖交磁束に応じた、言い換え
れば、回転角度に応じた電気的信号が得られ、この電気
的信号を検波回路（３２）で検波することにより、磁気
センサ（２７）の回転角度に応じた出力信号を得ること
ができる。したがって、非接触形で高信頼性を有しかつ
高分解能の角度検出装置が得られる。

［実施例］以下図面を参照して本発明角度検出装置の一実施例につ
いて説明する。

第１図において、（２０）は折り曲げ加工等で作られた
磁気シールド部材としても作用する鉄製のチャネル状体
で、側面部（２２）、（２３）と底面部（２４）とを有
している。このチャネル状体（２０）の両側面部（２２
）、（２３）の内側面側には、それぞれＮ極とＳ極とが
互い対向するように一対の磁石板（２４）　（２５）が
貼りつけられている。ここで、一対の磁石板（２４）（
２５）が貼りつけられたチャネル状体（２０）が磁界発
生部材（２１）として機能する。なお、チャンネル状体
（２０）の構成材料は磁性体に限らず非磁性体でもよい
。

さらに、チャネル状体（２０）の内部空間溝部（２６）
には磁気センサとしての可飽和コイル（２７）が配置さ
れている。この可飽和コイル（２７）は、第２図に示す
ように、可飽和コイル（２７ａ）、（２７ｂ）を有し、
パーマロイの薄板（厚さ０．１ｍｍ）で中央部に長方形
状の切り大部を有するコア（２８）に巻線（２９）　（
３０）が施されたもので、コア（２８）の平面部分が第
１図中Ｙ−Ｚ平面に一致するように配置され、かつコア
（２８）の図中縞線部分がＺ方向に一致するように配置
されている。なお、第１図中、原点０は、深さｙｌ、長
さＸｌ、内幅ｚｌのそれぞれの中央点となる位置に選択
されている。また、可飽和コイル（２７）は、実際には
、図示しないヘッドホルダ内に固定された構成にされて
いる。そして、このヘッドホルダが図示しないフレーム
に取り付けられ、磁界発生部材（２１）が図示しない被
測定部材としての回転部材に取り付けられることで、磁
界発生部材（２１）が、例えば、Ｙ軸を回転中心として
可飽和コイル（２７）の周囲を矢印Ａ方向に回転するよ
うにされている。

可飽和コイル（２７ａ）、（２７ｂ）の出力端子は第３
図に示す検波回路（３２）に接続されている。この検波
回路（３２）は周期が約４０μｓ、パルス幅約１μｓ、
電圧振幅３０ｖのパルス状電圧発振器（３４）を有し、
可飽和コイル（２７）の出力電圧が供給される構成とさ
れている。第３図において、（３５）はトランス、（３
６）　（３６）は直列抵抗、（３７）　（３７）はダイ
オード、（３８）　（３８）は出力抵抗、（３９）　（
３９）　（４０）はコンデンサであり、出力端子（３３
ａ）　（３３ｂ）にアナログ電圧出力が発生するもので
ある。アナログ電圧出力が発生する過程について詳しく
説明すると、可飽和コイル（２７ａ）、（２７ｂ）は、
パルス状電圧発振器（３４）に基づきトランス（３５）
から供給されるパルス状電流により、互いに逆向きに略
磁気飽和した状態にされており、コア（２８）に直流磁
界が加わると、一方の可飽和コイル（例えば、可飽和コ
イル（２７ａ）　）のインダクタンスが増加し、他方の
可飽和コイル（したがって、可飽和コイル（２７ｂ）　
）のインダクタンスが減少するように変化する。このイ
ンダクタンスの変化に応じてダイオード（３７）、（３
７）のアノード側に供給されるパルス状電圧が変化し、
これに応じて出力抵抗（３８）、（３８）に発生する整
流電圧も変化する。この整流電圧の変化は相互に逆方向
に発生するので、この二つの整流電圧の差が検波回路（
３２）の出力になる。なお、検波回路（３２）は、可飽
和コイル（２７）のＸ方向に±５０ガウスの磁界が作用
したときに±６ボルトの電圧が発生するようにされてい
る。言い換えれば、Ｘ方向の磁界に対して可飽和コイル
（２７）はきわめて高感度である。

また、可飽和コイル（２７）はＸ方向あるいはＸ方向に
±５０００ガウスの磁界が作用したときに飽和するので
Ｘ方向およびＸ方向には可飽和コイルとして動作しない
（感度が低い）。可飽和コイル（２７）のＸ方向の磁界
に対応する検波回路（３２）の出力特性を第４図に示す
。第４図から分がるように、この出力特性は、出力電圧
が±６ｖになる±５０ガウスの磁界まで出力電圧は略直
線的に増加し、それ以上の磁界では除徐に飽和して±１
００ガウスの磁界で略±９ｖの電圧を出力する特性にな
る。

なお、後に詳述するように、検波回路（３２）の出力に
内挿回路およびカウンタを直列に接続することにより、
アナログ出力以外にディジタル出力を得ることもできる
。

次に上記実施例の動作について説明する。

第１図において、原点０の近くにおいては磁束がＸ方向
に平行に発生するのでＸＹ平面に鎖交する磁束の磁束密
度は略一定の値になることがら、原点０の近くのＸＹＺ
Ｙ軸上の座標点における磁界は同し大きさの磁界になる
（Ｘ軸上の座標点における磁界とＹ軸上の座標点におけ
る磁界の大きさは等しく、これらＸ、Ｙ軸上の座標点の
磁界とＺ軸上の座標点の磁界は異なる）。したがって、
第１図に示すように、可飽和コイル（２７）がＺ軸方向
に平行に配置された状態において、可飽和コイル（２７
）を構成するコア（２８）を通過する磁束の量が最大に
なるので検波回路（３２）の出力端子（３３ａ）　（３
３ｂ）間には正弦波のピーク電圧が発生する。そして磁
界発生部材（２１）がＹ軸を中心に回転したときに、出
力端子（３３ａ）　（３３ｂ）には正弦波上の電圧信号
が発生することになる。すなわち、磁界発生部材（２１
）の回転角度をθとすると、検波回路（３２）から出力
される信号はｓｉｎθになる。

この場合、本実施例によれば、磁界発生部材（２１）を
工作ロボット（図示せず）の回転する関節部、あるいは
自動車（図示せず）のアクセル装置等に取り付けること
により、検波回路（３２）から工作ロボットのアームの
回転角度、アクセルの弁の開度等に応した出力信号を非
接触の状態で得ることができる。したがって、従来の可
変抵抗器であるポテンショメータに比較して高信頼性か
つ高分解能の角度検出装置を構成することが可能である
。

また、磁界発生部材（２１）がＸＹＺの各軸方向に移動
しても磁界の大きさが変わらないことから検波出力値は
変動せず、振動環境下においても安定に動作するという
利益がある。

第５図は本発明角度検出装置の他の実施例の構成を示す
ものである。第５図において、（６０）は磁界発生部材
であり、ケース（６１）は、磁気シールド部材としても
作用するため鉄または高透磁率の材料より作られ、外径
は約２０ｍｍ、長さは約２５ｍｍの円筒形状をしている
。この磁界発生部（４０）はφ９の孔部（４１）を有し
、この孔部（４１）にヘッドホルダ（４２）に一体的に
固定された検出ヘッド（４３）が挿入される。また、ヘ
ッドホルダ（４２）にはこのヘッドホルダ固定用の孔部
（４４）　（４４）が設けられ、第６図に示すように、
ネジ（４５）が通されてフレーム（４６）にネジ締め固
定される。

第６図およびこの第６図のＥ−Ｅ線断面を示す第７図−
から理解されるように、孔部（４１）はフランジ部（４
７ａ）を有する筒部材（４７）の内周面によって形成さ
れている。この筒部材（４７）は非磁性材料の、例えば
、プラスチック成形体である。この筒部材（４７）の外
周面に相互にＮ極とＳ極とが対向するように直方体状の
一対のフェライト磁石（４８）　（４９）が貼りつけ固
定されている。磁石（４８）　（４９）の幅は２ＩＩＩ
Ｉ、厚さはｌｌ１ｌＩ＋、長さは１４ｍｍである。筒部
材（４７）は磁界発生部材（６０）の内壁に接着剤等に
より固定されている。また、磁界発生部材（６０）には
φ５の孔部（５０）およびネジ溝（５１）が形成されて
おり、この孔部（５０）に被測定回転体（５２）の回転
軸（５２ａ）が挿し通されてネジ（５３）により固定さ
れることで、被測定回転体（５２）と磁界発生部材（６
０）とが一体的に矢印Ｂ方向に回転することになる。な
お、磁気センサとしての可飽和コイルは第２図に示した
可飽和コイル（２７）と同一のものであり可飽和コイル
（２７）の出力端子は多心シールド線（５４）を介して
検波回路（３２）　（第３図）に接続されている。

この例においても、磁界発生部材（６０）が矢印Ｂ方向
（Ｙ軸の回り）に回転したとき検波回路（３２）から正
弦波状の出力信号が得られる。回転角度θに対する検波
回路（３２）の出力特性は第８図に示すように表され、
Ｚ方向の磁界が５０ガウスを超えない範囲では回転角度
θが±３０”以内で出力電圧は直線的に発生する。した
がって、±３０”以内では正確な正弦波に対応する出力
が得られることになる。

第５図〜第７図に示す角度検出装置において、被測定回
転体（５２）、したがって、磁界発生部材（６０）がＹ
方向あるいはＺ方向に±１ｍｍずれても出力電圧の変化
が認められなかった。Ｘ方向に±１ｍｍずれても磁石（
４Ｂ）　（４９）の長さが１４ｍｍあることから出力電
圧の変化は認められなかった。すなわち、本実施例にか
かる角度検出装置は振動環境下においても高安定に動作
する。

第９図はさらに他の実施例の構成を示すものであり、検
出ヘッドとヘッドホルダと検波回路とが一体的に製作さ
れた角度検出装置（５５）を示すものである。この角度
検出装置（５５）は、第１０図に示すように、互いに９
０°異なるように配置された２個の可飽和コイル（２７
）　（２７）と、この可飽和コイル（２７）　（２７）
にそれぞれ接続される２回路の検波回路（３２）（３２
）　（第１１図）を収容する検波回路収容部材（５６）
とを有している。この例では検波回路（３２）（３２）
から、第１１図に示すように、正弦波と余弦波信号が発
生することになるので、図示しない磁界発生部材の矢印
Ｃ方向（第９図）の３６０°全回転角度をカバーするア
ナログ出力信号が得られることになる。そして、第１１
図に示すように、検波回路（３２）　（３２）に内挿回
路（５７）とカウンタ（５８）とを接続し、内挿回路（
５７）から出力する内挿パルスの数をカウンタ（５８）
で計数することにより回転角度に対応したデジタル出力
を得ることができる。

このように上述の実施例によれば磁界発生部材と磁気セ
ンサである可飽和コイルとを分離形で構成することがで
きるので、磁界発生部材を被測定部材の、例えば、回転
軸に容易に取り付けることができるという効果を有する
。

また、一対の磁石の回りを磁性体で実質的に囲んだ場合
にはその磁性体が磁気シールド部材として動作するので
、漏洩磁束が比較的少なくなる。

しかも、磁気センサとして可飽和コイルを使用した場合
には磁気の検出感度が比較的高くなることから磁界の小
さい磁石を採用することが可能になるので、−層漏洩磁
束を少なくすることができる。

さらに、磁気センサを２個組み込んだ角度検出装置はレ
ゾルバとして使用することも可能である。

さらにまた、例えば、第６図に示した被測定回転体（５
２）の偏心あるいは軸ずれ量が大きい場合には磁界発生
部材（６０）の構成部材を相似的に拡大することで、検
波回路（３２）の出力特性を変えることなく検出ヘッド
（４３）の外周面との間のクリアランスを大きくするこ
とができる。

なお、本発明は上述の実施例に限らず本発明の要旨を逸
脱することなく種々の構成をとり得ることはもちろんで
ある。

［発明の効果］本発明角度検出装置によれば、磁界発生部材の中に置か
れた磁気センサがその磁界中で相対的に回転すると、回
転角度に応じた電気的信号が得られ、この電気的信号を
検波回路で検波することにより、磁気センサの回転角度
に応じた出力信号を得ることができるため、非接触形で
高信頼性を有し、かつ高分解能であるという効果が得ら
れる。

図に示す角度検出装置に適用される回路ブロック図であ
る。

（２１）は磁界発生部材、（２４）　（２５）は磁石、
（２７）は可飽和コイル、（３２）は検波回路である。

【図面の簡単な説明】

Claims

【特許請求の範囲】

　Ｎ極とＳ極とが互いに対向するように配置された一対
の磁石を有する磁界発生部材と、この一対の磁石によっ
て形成される磁界の中に相対的に回転可能に配置される
磁気センサと、この磁気センサに接続されて、この磁気
センサの相対的な回転に応じた出力信号を発生する検波
回路とを備えることを特徴とする角度検出装置。