JP2007101340A

JP2007101340A - バッテリレス形多回転式絶対値エンコーダ装置

Info

Publication number: JP2007101340A
Application number: JP2005291024A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yoshitomi; 史朗吉冨; Hironobu Yoshitake; 博信吉武
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2007-04-19

Abstract

【課題】角加速度が大きい場合にも安定して回転が追従するとともに、停止時の誤回転を防止し、正確に多回転の絶対角度を検出することができる多回転式絶対値エンコーダ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】被検出回転軸１１１に設けた第１のエンコーダと、前記被検出回転軸１１１に設けた永久磁石と、前記永久磁石の外周面が空隙を介して配置された第２の磁石ホイール１４２と、前記第２の磁石ホイール１４２のシャフト１２２に設けた第２のエンコーダとを備えた多回転の絶対角度を検出する多回転式絶対値エンコーダ装置において、前記永久磁石と前記磁石ホイール１４２に脱調防止ストッパ１５１，１５２を備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの多回転量を絶対角度で検出する検出装置に関するものであり、特に磁気減速機を備えたバッテリレス形多回転式絶対値エンコーダ装置に関する。

従来の多回転式絶対値エンコーダ装置は、１回転以内の絶対角度を検出する絶対値エンコーダと磁気減速機と多回転量を１回転以内の絶対値角度として検出する絶対値エンコーダから構成される。（例えば、特許文献１参照）。
図４において、１０１は第１の絶対値エンコーダ（１回転以内絶対値角度検出用）で、１１１はモータシャフトである。また、１０２は第２の絶対値エンコーダ（多回転量角度検出用）であり、１２２はそのシャフトである。１０４は、磁気減速機で、モータシャフト１１１に固定された永久磁石１４１と、第２の絶対値エンコーダ１０２のシャフト１２２に固定された磁石ホイール１４２とから構成される。また、１０６は制御回路で、１回転以内の絶対回転角度を検出した絶対値エンコーダ１０１からの検出信号Ａと多回転量を１回転以内の絶対値角度として検出した絶対値エンコーダ１０２からの検出信号Ｂとを合成する検出角度合成回路１６１、この角度合成回路１６１からの信号で制御信号を外部の対象機器へ伝送する出力制御回路１６２、これらの各回路に電気を供給する電源回路１６３で構成されている。
磁気減速機１０４の構成を図５に示す。図５において、１１１は第１のエンコーダのシャフト、１４１は第１のエンコーダのシャフト１１１に固定された永久磁石、１４２は第２のエンコーダのシャフト１２２に固定された磁石ホイールである。シャフト１１１が１回転すると永久磁石１４１も１回転し、磁気結合により磁石ホイール１４２は２／Ｎ回転する。絶対値エンコーダ１０２は１回転（３６０度）をＮ分割した絶対値エンコーダを使用しているので、シャフト１１１の多回転量の絶対値を１回転以内の絶対角度の値として検出する。絶対値エンコーダ１０２の回転角度をα度とすると、シャフト１１１の多回転量はα度／３６０度×Ｎ／２となる。したがって第２の絶対値エンコーダによりシャフト１１１のＮ／２回転量までの絶対値を１回転以内の絶対値角度の値として検出できる。また、シャフト１１１の１回転以内の回転角度θは絶対値エンコーダ１０１により検出する。したがって絶対値エンコーダ１０１、１０２により多回転の絶対角度を検出できる。
このように、従来の多回転式絶対値エンコーダ装置は、１回転以内の絶対角度を検出する絶対値エンコーダと、磁気減速機と、多回転量を１回転以内の絶対値角度として検出する絶対値エンコーダを使用して多回転の絶対角度を検出するのである。
特開２００２−１１６０５７号公報（第５頁、図５、図６）

ところが、従来の多回転式絶対値エンコーダ装置は、磁気減速機の伝達トルクが、第１のエンコーダのシャフトに固定された永久磁石と第２のエンコーダのシャフトに固定された磁石ホイールとの磁気結合力によって決定されるため、角加速度が大きくなり磁気結合力以上のトルクが発生すると、第１のエンコーダのシャフトに固定された永久磁石の回転に、第２のエンコーダのシャフトに固定された磁石ホイールの回転が追従できなくなり、脱調して多回転量を誤検出するという問題が生じていた。
また、第１のエンコーダのシャフトに固定された永久磁石が停止している状態でも、第２のエンコーダのシャフトに固定された磁石ホイールが機械の振動等で回転してしまい、多回転量を誤検出するというような問題が生じていた。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、角加速度が大きい場合にも安定して回転が追従するとともに、停止時の誤回転を防止し、正確に多回転の絶対角度を検出することができる多回転式絶対値エンコーダ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、被検出回転軸に設けた第１のエンコーダと、前記被検出回転軸に設けた永久磁石と、前記永久磁石の外周面が空隙を介して配置された第２の磁石ホイールと、前記第２の磁石ホイールのシャフトに設けた第２のエンコーダとを備えた多回転の絶対角度を検出する多回転式絶対値エンコーダ装置において、前記永久磁石と前記磁石ホイールに脱調防止ストッパを備えたものである。
請求項２に記載の発明は、前記脱調防止ストッパは、前記永久磁石または、前記磁石ホイールのどちらか一方に少なくとも１つの凸型を形成し、他方に前記凸型の回転角度に相当する形状を円周上に形成したものである。
請求項３に記載の発明は、被検出回転軸に設けた第１のエンコーダと、前記被検出回転軸に設けた永久磁石と、前記永久磁石の外周面が空隙を介して配置された少なくとも２つ以上の磁石ホイールを備え、前記磁石ホイールのシャフトに各々のエンコーダを設けたものである。

請求項１および２に記載の発明によれば、角加速度が大きい場合でも、磁気減速機の脱調を防止することができ、多回転量の誤検出を防止することができる。また、振動等が大きい機械に組込まれた場合でも、多回転量の誤検出を防止することができ、正確に多回転の絶対角度を検出することができる。
請求項３に記載の発明によれば、多段にエンコーダを配置した構成にすることで、より多くの多回転量を検出することが可能となり、かつ、正確な多回転の絶対角度を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の多回転式絶対値エンコーダ装置の磁気減速機部分を示す正面図、図２は側面図である。図において、１１１は第１のエンコーダのシャフト、１４１は第１のエンコーダのシャフト１１１に固定された永久磁石、１５１は第１のエンコーダのシャフト１１１または永久磁石１４１に固定されたストッパＡ、１２２は第２のエンコーダのシャフト、１４２は第２のエンコーダのシャフト１２２に固定された磁石ホイール、１５２は第２のエンコーダのシャフト１２２または磁石ホイール１４２に固定されたストッパＢである。その他の多回転式絶対値エンコーダ装置の構造は、従来技術で述べた構造と同様であるので説明を省略する。
本発明が特許文献１と異なる部分は、シャフト１１１または永久磁石１４１と、シャフト１２２または磁石ホイール１４２にそれぞれストッパＡ１５１とストッパＢ１５２を備えた部分である。

その動作は、角加速度が小さく、回転トルクが永久磁石１４１と磁石ホイール１４２の磁気結合力によって決定される伝達トルク以下の場合は、ストッパＡ１５１とストッパＢ１５２は非接触状態のまま回転し、接触音や磨耗などによる寿命低下などの問題点は発生せず、磁気減速機の効果を最大限発揮できる。

図３に、角加速度が大きく、回転トルクが永久磁石１４１と磁気ホイール１４２の磁気結合力によって決定される伝達トルク以上になった場合を示す。第１のエンコーダのシャフト１１１に固定された永久磁石１４１の回転に対して第２のエンコーダのシャフト１２２に固定された磁石ホイール１４２の回転が追従できないと、第１のエンコーダのシャフト１１１または永久磁石１４１に固定されたストッパＡ１５１が、第２のエンコーダのシャフト１２２または磁石ホイール１４２に固定されたストッパＢ１５２に接触し、強制的にストッパＢ１５２を回転させる。ストッパＢ１５２は第２のエンコーダのシャフト１２２または磁石ホイール１４２に固定されているので、第２のエンコーダの脱調を防止し、多回転量の誤検出を防止することができる。

また、逆に第１のエンコーダのシャフト１１１が停止している場合に、機械の振動等で第２のエンコーダのシャフト１２２が動いた時は、第２のエンコーダのシャフト１２２または磁石ホイール１４２に固定されたストッパＢ１５２が、第１のエンコーダのシャフト１１１または永久磁石１４１に固定されたストッパＡ１５１に接触する。その接触力は、モータシャフトに結合された第１のエンコーダのイナーシャに比較して十分小さいため、回転が停止し多回転量の誤検出を防止できる。

ここで、ストッパは図示した形状にこだわる必要はなく、永久磁石または、磁石ホイールのどちらか一方に少なくとも１つの凸型を形成し、他方に凸型の回転角度に相当する形状を円周上に形成すればよく、構造に合わせて設計変更することが可能である。
また、第２のエンコーダが第１のエンコーダの円周上に複数個配設された場合について述べる。この場合も上記したストッパと同様に、ストッパを各エンコーダ間に配設することで、各エンコーダ間は脱調および振動による多回転量の誤検出を防止できる。さらには、複数個のエンコーダで構成することで、より多くの多回転量を検出することが可能となり、かつ、正確な多回転量を検出することができる。

このように、ストッパＡとストッパＢは、通常回転時には非接触となるようなギヤ状の構造をしているので、接触音や磨耗などによる寿命低下などの問題点は発生せず、磁気減速機の効果を最大限発揮できる。角加速度が大きい場合や、振動等が大きい場合にはストッパＡとストッパＢが互いに接触することで、脱調および誤回転を停止し、多回転量の誤検出を防止するので、正確な多回転の角度を検出することができる。

電源停止時に絶対位置を監視しておく必要があるロボットや工作機械の絶対値エンコーダに有用である。

本発明の第１実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ装置のストッパの正面図本発明の第１実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ装置の磁気減速機部分の側面図本発明の第１実施例を示す多回転式絶対値エンコーダ装置のストッパの正面図従来の多回転式絶対値エンコーダ装置の形態を示す図図４の磁気減速機部の正面図および側面図

符号の説明

１０１絶対値エンコーダ（１回転以内絶対値角度検出用）
１１１シャフト
１０２絶対値エンコーダ（多回転量角度検出用）
１２２シャフト
１０４磁気減速機部
１４１永久磁石
１４２磁石ホイール
１５１ストッパＡ
１５２ストッパＢ
１０６制御回路
１６１角度合成回路
１６２出力制御回路
１６３電源回路

Claims

被検出回転軸に設けた第１のエンコーダと、前記被検出回転軸に設けた永久磁石と、前記永久磁石の外周面が空隙を介して配置された第２の磁石ホイールと、前記第２の磁石ホイールのシャフトに設けた第２のエンコーダとを備えた多回転の絶対角度を検出する多回転式絶対値エンコーダ装置において、
前記永久磁石と前記磁石ホイールに脱調防止ストッパを備えたことを特徴とする多回転式絶対値エンコーダ装置。
前記脱調防止ストッパは、前記永久磁石または、前記磁石ホイールのどちらか一方に少なくとも１つの凸型を形成し、他方に前記凸型の回転角度に相当する形状を円周上に形成したことを特徴とする請求項１記載の多回転式絶対値エンコーダ装置。
被検出回転軸に設けた第１のエンコーダと、前記被検出回転軸に設けた永久磁石と、前記永久磁石の外周面が空隙を介して配置された少なくとも２つ以上の磁石ホイールを備え、前記磁石ホイールのシャフトに各々のエンコーダを配設したことを特徴とする請求項１記載の多回転式絶対値エンコーダ装置。