JPS63121448A

JPS63121448A - 回転電機

Info

Publication number: JPS63121448A
Application number: JP61266564A
Authority: JP
Inventors: Masashi Sahashi; 政司佐橋; Tadahiko Kobayashi; 忠彦小林; Koichiro Inomata; 浩一郎猪俣
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-11-11
Filing date: 1986-11-11
Publication date: 1988-05-25

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）本考案は、出力軸のトルク検出機能を内蔵した回転電機
に関する。

（従来の技術）近年における所謂ファクトリ−・オートメーシ冒ンの充
実には目覚ましいものがあるが、特に自動工作機械にお
ける主軸駆動用等の回転電機にあっては、軸トルクの検
出を行なうことが、その駆動系システムの制御或は老朽
化の程度の自己診断等を行なう上で必要になる。

このため、従来よシ、回転電機内にトルク検出機能を内
蔵することが行なわれており、斯様な機能を内蔵した回
転電機としては、例えば第７図に示すように位相差検出
式トルクメータを組込んだ構成のものが知られている。

即ち、第７図において、１．２は軸受ブラケット、３は
フレーム、４ａ。

４ｂは軸受プラタン）１．２に固定された軸受、５は出
力軸、６は内部に出力軸５が挿通された状態で一端部（
図中左端部）がその出力軸５に焼嵌め等により強固に連
結された中空軸であり、これら出力軸５及び中空軸６の
一体物は前記軸受４ａ　、　４ｂによシ支持されている
。尚、中空軸６における前記焼嵌め部分と反対側の端部
及び出力軸５間にはガイド用軸受７が設けられる。また
、８は中空軸６の外周に同着された回転子、９はフレー
ム３の内周に固着された固定子である。１０は中空軸６
における前記ガイド用軸受７側の端部外周に固定された
検出板たる例えば磁性体製の第１の歯車、１１は出力軸
５の外周にｍｌの歯車１０と隣接するように固定された
同じく検出板たる磁性体製の第２の歯車で、これら各歯
車１０．１１の歯数は等しく設定されている。１２は軸
受ブラケット１の内側に突設されたアーム状支持板、１
３及び１４は夫々第１及び第２の歯車１０．１１に対向
するようにして上記支持板１２に固定された電磁式ピッ
クアップである。これらピックアップ１３及び１４は、
各歯車１０及び１１の歯先が対向される毎に検出信号を
出力するものであり、斯かるピックアップ１３．１４か
らの各検出信号の位相差Δθ　が図示しない位相差検出
回路によって検出されるようになっている。しかして、
出力軸５に加わるトルクＴは、　Ｔ、、−に・Δθ（但
し、には第１．第２の歯車１０．１１の歯数、出力軸５
及び中空軸６の長さ、ねじシ剛性等によって決まる定数
）にて得られるものであり、従って、前記位相差検出回
路によシ検出した位相差△θに基づいて出力軸５０トル
クＴを検出することができる。

（発明が解決しようとした問題点）しかしながら、上記従来構成の回転電機では、中空軸６
及びガイド用軸受７を別途に設けねばならない等部品点
数が多くなるため、その分構造の複雑化を来たすと共に
、これに伴い組立作業性の悪化を招くという問題点があ
った。また、第１及び第２の歯車１０及び１１が夫々別
部材である中空軸６及び出力軸５に設けられる関係上、
その位置精度の管理を厳しく行なう必要があり、しかも
中空軸６の内径と出力軸５の外径との間の同軸度並びに
出力軸５の真直度にも厳しい寸法管理が必要であって、
この面からも組立作業性が悪化するものであった。さら
に、これらのトルク検出に用いられる各部材は全て回転
電機本体内に収容されている為、固定子巻線からの漏れ
磁束の影響を受は易いという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて表されたものであり。

その目的は、出力軸のトルク測定機能を内蔵した構成で
あシながら、部品点数の少ない簡単な構造で済んで組立
作業性の向上を図シ得る上に、固定子巻線からの漏れ磁
束による影響を少なくでき、トルク測定精度並びに信頼
性の向上をも実現できる回転電機を提供するにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するだめの手段）本考案による回転電機は、回転電機本体の出力軸の外周
面に固定された磁歪を有する磁性金属薄帯と；前記磁性金属薄帯を包囲するように取付けられた非磁性
体製の磁心ホルダと；前記磁性金属薄帯を励磁するように巻装される励磁コイ
ル及び前記磁性金属薄帯の磁気特性の変化に応じた検出
信号を発生するように巻装される検出コイルを備え、前
記磁性金属薄帯の磁気特性の変化を検出できるように、
前起磁性ホルダ内に固定された検出磁心と；前記磁性ホルダ内に固定された検出磁心によシ得られる
検出信号の増幅、合成等の処理する信号処理回路からな
る信号処理部と、を具備することを特徴とした回転電機であシ、前記検出
磁心、前記励磁コイル、前記検出コイル及び前記信号処
理部の前記磁心ホルダ内への固定は例えばモールド部材
により行なう。

なお、信号処理部は回転電機からの信号伝送において支
障を生じない程度までの信号処理を行なう回路を備えて
いれば良い。

（作　用）励磁コイルによシ磁性金属薄帯が励磁された状態では、
検出コイルからその磁性金属薄帯の磁気性性に応じた検
出電圧が発生される。一方、出力軸が回転されると、そ
の出力軸がトルクに応じた量だけねじれ変位するように
なシ、これに応じて出力軸の外表面に固定された磁性金
属薄帯の磁気特性が変化する。このため、検出コイルに
よる検出電圧も上記トルクに応じた量だけ変化するよう
になシ、斯様な検出電圧の変化量に基づいて出力軸のト
ルクを測定することができる。このとき。

信号処理部及び検出磁心を非磁性ホルダ内に固定するこ
とによシ回転゛酩機の漏れ磁束の影響は受けないので精
度良い検出ができる。

（実施例）以下１本発明の一実施例について第１図乃至第７図を参
照しながら説明する。

第１図において、１５は回転電機本体で、これは円筒状
フレーム１６の両端を夫々軸受プラケッ）　１７及び１
８によシ閉鎖して成る。また、１９及び２０は軸受ブラ
ケット１７及び１８に夫々支持された軸受、２１は軸受
１９及び２０に支持された出力軸、２２は出力軸２１の
外周に固着され丸目転子、２３はフレーム１６の内周に
固着された固定子である。

さて、第２図（ａ）　（ｂ）　（ｃ）及び第３図にも示
すように、出力軸２１の外周面における前記軸受１９の
外側に位置した部分には、例えばアモルファス磁性合金
のような磁歪を有する材料から成る一対の磁性金属薄帯
２４及び２５が接着等によシ固定されている。この場合
、上記磁性金属薄帯２４及び２５には、トルク検出原理
をモデル的に表した８４図に示すように、予め出力軸２
１０周方向Ａに対して角度θの傾き方向に誘導磁気異方
性Ｋｕが付与されている。一方、軸受ブラケット１８の
外面中央部には、扁平円筒状をなす支持筒体２６が、出
力軸２１と同心状をなし且つ上記磁性金属薄帯２４゜２
５を囲繞するようにして突出形成されている。

２７は斯かる支持筒体２６内に嵌め込まれた非磁性体製
の磁心ホルダで、この磁心ホルダ２７の内部には、コ字
状をなす一対の検出磁心２８及び２９が夫々磁性金属薄
帯２４及び２５の回転軌跡に対して微少ギャップを存し
た状態で非接触状に設けられている。そして、上記検出
磁心２８及び２９には、対応する磁性金属薄帯２４及び
２５を励磁するための励磁コイル２８ａ及び２９ａが夫
々巻装されていると共に、対応する磁性金属薄帯２４及
び２５の磁気特性変化に応じた検出電圧を発生するだめ
の検出励磁コイル２８ｂ及び２９ｂ　（２９ｂのみ第３
図に図示）が夫々巻装されている。このとさ、上記検出
磁心２８，２９、励磁コイル２８ａ　、２９ａ及び検出
コイル２８ｂ　、　２９ｂおよび信号処理部３１は、磁
心ホルダ２７内に充填されたモールド部材３０によって
モールドされることによシその配置状態が固定されるよ
うになっている。

しかして、以下においては、上記磁性金属薄帯２４．２
５、検出磁心２８，２９．励磁コイル２８ａ。

２９ａ及び検出コイル２８ｂ　、　２９ｂを利用したト
ルク検出原理について第４図及び第５図も参照しながら
説明する。但し、ここでは説明を情単にするために、磁
性金属薄帯２４及び２５に付与された誘導磁気異方性の
傾き方向の角度θ並びに飽和磁歪定数λ６を、θ〉４５
°、λｓ　＞　Ｏとした。今、固定子２３によシ回転子
２２が回転されると、そのトルクに応じた量だけ出力軸
２１がねじれ変位するようになる。このため、出力軸２
１に発生した歪み応力が磁性金属薄帯２４．２５に伝達
され、各磁性金属薄帯２４．２５には出力軸２１の周方
向Ａに対して＋４５°の方向に張力中〇が、−４５°の
方向に圧縮応力−〇が夫々発生する。これに伴い、磁性
金属薄帯２４，２５には磁気歪み効果によ、り　＋４５
’の方向に誘導磁気異方性Ｋｕ（＝３λＳ・σ）が誘導
される。

この結果、　ＫｕとＫｕとの合成として誘導磁気異方性
はＫｕへと変化する。このとき一般に、ａ柱体の透磁方
向に対する誘導磁気異方性の方向によって変化する。従
って、第５図に示したように励磁コイル２８ａ、２９ａ
によシ磁性金域薄帯２４．２５を励磁すると、その磁性
金属薄帯２４，２５の誘導磁気異方性の方向の変化に伴
う透磁率の変化を検出コイル２８ｂ　、　２９ｂによる
検出電圧の変化として測定することができ、その検出電
圧から出力軸２１に加えられたトルクを正負を含めて測
定することができる。

なお第６図に回路例を示すが、第２図に示したように検
出磁心を出力軸上の１８０°の位置関係に配置し、第６
図の如くの差動接続を行なうことにより、外乱ノイズは
位相が１８００反転したものであシ、ノイズをキャンセ
ルし、かつ出力を倍増することができる。第７図には、
回転電機として３．７蹟のものを採用した場合の動トル
ク検出特性図を示す。

本実施例によれば、第８図に示す従来構成のような中空
軸６及びガイド用軸受７のような部品を別途に設ける必
要がなく、従って構造の簡単化及びこれに伴う組立作業
性の向上を図シ得るものである。しかも、上記従来構成
のように、出力軸５及び中空軸６間で位置精度の管理を
厳密に行なう必要がないから、この面からも組立作業性
が向上するようになる。また、検出磁心２８，２９等の
トルク検出要素は、回転′１機本体１５の外面に取付け
られた非磁性体性の磁心ホルダ２７内に設けられる構成
であって、回転電機本体１内の巻線からの漏れ磁束の影
響が小さくなるから、トルク検出精度が向上するように
なる。さらに、上記トルク検出要素は、モールド部材３
０によりモールドされているから、回転電機本体ｌの内
外からの塵埃油等が付着する虞がなく、これにより耐環
境性ひいては信頼性が向上するようになる。なお実施例
に限らず、１個又は複数の検出磁心を用いても良く、ま
た、配置も使用する回転電機に応じて適宜設定可能であ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば以上の説明によって明らかなように、出
力軸のトルク検出要素は回転電機本体の外側に取付けら
れる非磁性体性の磁心ホルダ内にモールド部材によりモ
ールドされて設けられる構成としたので、回転電機本体
内の巻線からの漏れ磁束による影響が少なくなり、検出
精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第署−は本発明の一実施例を示すも１　　　
　　　゛、第４図及び第５図はトルク検出原理を示す図、第６図は信号処理
回路図、第７図は動トルク検出特性図である。また、第
８図は従来例を示す縦断側面図である。図中、１５は回転電機本体、１６はフレーム、１７及び
１８は軸受ブラケット、２１は出力軸。２４及び２５は感性金属薄帯、２６は支持筒体、２７は
磁心ホルダ、２８及び２９は検出磁心、２８ａ及び２９
ａは励磁コイル、２８ｂ及び２９ｂは検出コイル、３０
はモールド部材を示す。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　竹　花　喜久男１５圓軸亀瞳本体第　　１　　図ＩＣ）第２＠第３図第　　４　　図第　　５　　図２３−２七石在）σ　　　２８°−ｌ七石でに心イノＰ
、ｉこ５３ジｌ巳ｐｉ−イ列第　　６　　図トル７（にゴｍ）第　　７　　図第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転電機本体の出力軸の外周面に固定された磁歪
を有する磁性金属薄帯と；前記磁性金属薄帯を包囲するように取付けられた非磁性
体製の磁心ホルダと；前記磁性金属薄帯を励磁するように巻装される励磁コイ
ル及び前記磁性金属薄帯の磁気特性の変化に応じた検出
信号を発生するように巻装される検出コイルを備え、前
記磁性金属薄帯の磁気特性の変化を検出できるように前
記磁性ホルダ内に固定された検出磁心と；前記磁性ホルダ内に固定された検出磁心により得られる
検出信号を処理する信号処理部と；を具備することを特
徴とした回転電機。
（２）前記検出磁心、前記励磁コイル、前記検出コイル
及び前記信号処理部を前記磁心ホルダ内にモールドする
ように充填されたモールド部材を具備することを特徴と
した特許請求の範囲第１項記載の回転電機。