JP2007113932A - ギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】動作開始時に余分な始動動作なしに負荷側の装置の原点位置を確立することのできるギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダを提案すること。
【解決手段】モータ軸12の回転を減速してギヤ軸14から取り出して、ギヤ軸14の2回転に対応する動作範囲で機械装置15を駆動するギヤ付きモータ10には、多回転絶対値エンコーダ20が取り付けられている。このエンコーダ20は、ギヤ軸14の絶対位置を検出するギヤ軸絶対値エンコーダ30と、磁気ギヤ40を介してギヤ軸14の回転数の1/2に減速された回転数で回転する2極マグネット51と磁気センサ52からなる負荷側絶対値エンコーダ50とを備えている。機械装置15の動作範囲が、2極マグネット51の1回転に対応しているので、磁気センサ52の出力から機械装置15の絶対位置が求まる。
【選択図】図1
【解決手段】モータ軸12の回転を減速してギヤ軸14から取り出して、ギヤ軸14の2回転に対応する動作範囲で機械装置15を駆動するギヤ付きモータ10には、多回転絶対値エンコーダ20が取り付けられている。このエンコーダ20は、ギヤ軸14の絶対位置を検出するギヤ軸絶対値エンコーダ30と、磁気ギヤ40を介してギヤ軸14の回転数の1/2に減速された回転数で回転する2極マグネット51と磁気センサ52からなる負荷側絶対値エンコーダ50とを備えている。機械装置15の動作範囲が、2極マグネット51の1回転に対応しているので、磁気センサ52の出力から機械装置15の絶対位置が求まる。
【選択図】図1
Description
本発明は、ギヤ付きモータによって駆動される負荷側の装置の動作範囲がギヤ軸の多回転に対応する場合に用いるのに適したギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダに関するものである。
ギヤ付きモータは、図3に示すように、モータ1と、そのモータ軸2に連結された減速ギヤ3とを有し、このギヤ軸4によって機械装置5を駆動するようになっている。機械装置5を予め定めた動作範囲内において位置決め制御するために、モータドライバ6は、モータ軸エンコーダ7から信号処理回路8を介して得られるモータ回転位置情報と、機械装置5の動作基準となる機械原点を検出する原点センサ9から得られる原点信号とに基づき、モータ1を駆動制御するようになっている。
ここで、ギヤ付きモータ1を機械装置5に取り付けて位置決め制御を行う場合には、その始動時に、機械装置5が機械原点に位置した状態が確立されるように、モータドライバ6によりモータ1を駆動制御する必要がある。機械装置5が機械原点に位置する状態を確立するために、機械装置5の原点センサ9から得られる原点信号と、モータ軸エンコーダ7から得られるZ相信号とが用いられる。
例えば、次のようにして機械装置5をその原点に位置決めした状態が確立される。まず、機械装置5が原点に戻るまでモータ1を一方向に回転駆動する。原点センサ9によって原点に至ったことが検出された後はモータ1を低速回転させ、モータ軸エンコーダ7からZ相信号が出力されるまで機械装置5を同一方向に駆動する。この後は、逆方向にモータ1を低速回転させ、機械装置5が機械原点に達した後は、モータ1を反転させて超低速で一定量だけ回転させて、機械装置5を機械原点に位置決めした状態を確立する。
このような位置決め動作においては、機械装置5の位置決め動作範囲がギヤ軸1回転に相当する場合には、最大で、減速ギヤ3の減速比分だけモータ軸2を回転させる必要がある。例えば、減速ギヤ3の減速比が1:50の場合には、モータ軸2を最大で50回転させる必要がある。
特に、機械装置5の位置決め動作範囲がギヤ軸の多回転に相当する場合には、より多くモータ軸2を回転させる必要がある。例えば、機械装置5の位置決め動作範囲がギヤ軸の2回転(720度)に対応しており、減速ギヤ3の減速比が1:50の場合には、始動時における機械装置5の位置決め動作においては、最大で、50×360度×2=36000度もモータ軸2を回転させないと、原点センサ9から原点信号が得られない場合がある。
このように、従来のギヤ付きモータにおける負荷側の装置を原点に位置決めさせるための位置決め動作においてはモータ軸を多回転させる必要があり、時間が掛かり効率的でないという問題がある。
本発明の課題は、モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して、ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータにおいて、始動時などにおける原点位置の確立動作を、負荷側の装置に原点センサを取り付けることなく、短時間で行うのに適した多回転絶対値エンコーダを提案することにある。
上記の課題を解決するために、本発明は、モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して当該ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータに用いる多回転絶対値エンコーダにおいて、
ギヤ軸に取り付けた第1の2極マグネットと、この第1の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第1の磁気センサとを備えたギヤ軸絶対値エンコーダと、
前記ギヤ軸の回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の減速出力軸に取り付けた第2の2極マグネットと、この第2の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第2の磁気センサとを備えた負荷側絶対値エンコーダとを有し、
前記負荷側の装置の動作範囲において前記第2の2極マグネットが1回転以内の範囲で回転するように、前記減速機構の減速比が設定されていることを特徴としている。
ギヤ軸に取り付けた第1の2極マグネットと、この第1の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第1の磁気センサとを備えたギヤ軸絶対値エンコーダと、
前記ギヤ軸の回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の減速出力軸に取り付けた第2の2極マグネットと、この第2の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第2の磁気センサとを備えた負荷側絶対値エンコーダとを有し、
前記負荷側の装置の動作範囲において前記第2の2極マグネットが1回転以内の範囲で回転するように、前記減速機構の減速比が設定されていることを特徴としている。
本発明においては、負荷側の装置の動作範囲が、第2の2極マグネットの1回転以内の範囲に対応するように、ギヤ軸の回転を減速して当該第2の2極マグネットを回転させるようにしている。したがって、当該第2の2極マグネットを回転磁界を検出する第2の磁気センサの出力から負荷側の装置の絶対動作位置が求まる。よって、モータ軸エンコーダから得られるモータ軸の絶対位置あるいはその原点位置に基づき、負荷側の装置の原点位置を求めることができる。
すなわち、モータ軸エンコーダが絶対値エンコーダの場合には始動時にモータ軸を回転させずに、負荷側の装置の原点位置までのモータ回転角を算出できる。また、モータ軸エンコーダがインクリメンタルエンコーダの場合には最大でモータ軸を1回転させればその原点位置を表すZ相信号が得られ、当該位置から負荷側の装置の原点位置までのモータ回転角を算出できるので、始動時には最大でモータ軸を1回転させるだけでよい。
ここで、前記減速機構として、前記第1の2極マグネットの回転に伴って回転する4極以上の多極マグネットからなる磁気ギヤを採用し、この磁気ギヤの軸に前記第2の2極マグネットを取り付けた構成とすることが望ましい。磁気ギヤを用いることにより、非接触状態でギヤ軸の回転を減速できるので不要は負荷がギヤ軸に作用することがない。また、部品を追加することなく磁気ギヤの着磁極数を増やすだけで、負荷側の装置の動作範囲が第2の2極マグネットの1回転以内の角度範囲となるように設定できる。したがって、極めて簡単な構成により、負荷側の動作範囲に対応できる。
本発明の多回転絶対値エンコーダを用いれば、ギヤ付きモータの動作開始時に余分な始動動作を行うことなく、負荷側の装置の機械原点を求めることができるので、始動時間の短縮化を達成できる。
以下に、図面を参照して、本発明を適用した多回転絶対値エンコーダを備えたギヤ付きモータの実施の形態を説明する。
図1(a)は本例のギヤ付きモータを示す概略構成図であり、図1(b)はその部分構成図である。ギヤ付きモータ10は、モータ本体11と、このモータ軸12に連結されたギヤ減速機13とを有し、ギヤ減速機13の出力軸であるギヤ軸14が負荷側の機械装置15に連結され、当該機械装置15が所定の動作範囲内で位置決め制御されるようになっている。本例では、機械装置15の動作範囲がギヤ軸14の多回転に対応している。例えば、機械装置15の動作範囲がギヤ軸14の2回転(720度)に対応している。また、ギヤ減速機13の減速比は例えば1:50に設定されている。この場合には、モータ軸12の100回転が機械装置15の動作範囲に対応する。
モータ軸12は例えば中空軸であり、その後端部にはモータ軸エンコーダ16が取り付けられている。モータ軸エンコーダ16は例えばインクリメンタルエンコーダであり、A相、B相およびZ相信号が出力される。ギヤ軸14はモータ軸12の中空部を通ってモータ後側に引き出されており、その後端部には多回転絶対値エンコーダ20が取り付けられている。多回転絶対値エンコーダ20からは、ギヤ軸14の絶対位置を表す信号および負荷側の機械装置15の絶対位置を表す信号が出力される。モータ軸エンコーダ16および多回転絶対値エンコーダ20の出力は信号処理部17において処理された後にモータドライバ18に供給される。モータドライバ18は、供給された各部の位置情報に基づき、モータ本体11を駆動制御して、機械装置15を目標位置に位置決めする位置決め動作を行う。
多回転絶対値エンコーダ20は、ギヤ軸14の絶対値を検出するためのギヤ軸絶対値エンコーダ30を備えている。ギヤ軸絶対値エンコーダ30は、ギヤ軸14の後端部に同軸状に固定した円盤状の2極マグネット31と、この2極マグネット31の外周面に一定のギャップで対峙している2個の磁気センサ32とを備えている。図1(b)に示すように、磁気センサ32は90度オフセットした位置に配置されており、ギヤ軸14に伴って2極マグネット31が回転すると、これより発生する回転磁界の変化に対応する1回転1周期の90度位相のずれた正弦波状の検出信号を出力する。
この構成のギヤ軸絶対値エンコーダ30は、モータ軸12の回転数(モータ軸が何回転目であるのか)を認識できる精度をもっている。例えば、ギヤ減速機13の減速比が1:50の場合には、当該エンコーダ30の角度精度は7.2度(=360度/50)である。このギヤ軸絶対値エンコーダ30の検出信号に基づきギヤ軸14の1回転内の絶対位置を知ることができる。
また、多回転絶対値エンコーダ20は、ギヤ軸14の回転を減速して取り出すための減速機構として機能する磁気ギヤを備えている。図1(b)に示すように、本例の磁気ギヤは円盤状の4極マグネット40であり、この4極マグネット40は、ギヤ軸14に取り付けた2極マグネット31の回転中心軸線と平行な回転中心軸線を中心に回転するように配置され、その外周面が一定のギャップで2極マグネット31の外周面に対峙している。このように2極マグネット31と4極マグネット40が磁気的に結合されているので、ギヤ軸14と共に2極マグネット31が回転すると、これに伴って4極マグネット40も回転する。また、2極マグネット31が1回転する間に、4極マグネット40は1/2回転するので、ギヤ軸14の回転が1/2に減速される。
多回転絶対値エンコーダ20は、さらに、ギヤ軸回転数の1/2に減速された回転数で回転する円盤状の2極マグネット51と、この2極マグネット51の外周面に一定のギャップで対峙している磁気センサ52とを備えた負荷側絶対値エンコーダ50を備えている。2極マグネット51は、4極マグネット40の回転軸41に同軸状態に固定されており、4極マグネット40と一体回転する。磁気センサ52は、例えば、2極マグネット51の外周面に対峙する90度オフセットした位置にそれぞれ配置されている。4極マグネット51が回転すると、これより発生する回転磁界の変化に対応する1回転1周期の90度位相のずれた正弦波状の検出信号が出力される。この検出信号に基づき2極マグネット51の1回転内の絶対位置を知ることができる。
ここで、ギヤ軸14が2回転すると、磁気ギヤを介して2極マグネット51が1回転する。すなわち、2極マグネット51の1回転は、負荷側の機械装置15の動作範囲に対応している。よって、磁気センサ52の検出信号に基づき、機械装置15の絶対位置を知ることができる。
このように構成した本例のギヤ付きモータ10では、その動作開始時に、余分な始動動作なしに機械装置15の正確な位置を認識できるので、始動時間を短縮化できるという効果を奏する。すなわち、動作開始時には、モータドライバ18によってモータ本体11を駆動して、モータ軸エンコーダ16から最初のZ相信号が出力されるまでモータ軸12を回転させる。信号処理部17では、Z相信号が出力された時点における負荷側絶対値エンコーダ50の検出信号から、機械装置15の絶対位置を知ることができる。また、この絶対位置から機械装置15の機械原点までのモータ回転角を算出することができる。この結果、機械装置15を実際にその機械原点に復帰させる必要がない。このため、動作開始時においては、最大でモータ軸12を1回転(360度)回転させるだけで済む。
なお、モータ軸エンコーダ16が絶対値エンコーダの場合には、始動動作を行うことなく、すなわち、モータ軸12を回転させることなく、機械装置15の原点位置を認識できる。
次に、機械装置15の動作範囲が、ギヤ軸14の2回転より多い多回転に対応している場合には、磁気ギヤの着磁極数を増加すればよい。例えば、機械装置15の動作範囲がギヤ軸14の4回転(1440度)に対応している場合には、磁気ギヤの減速比を1:4にすればよい。すなわち、図2に示すように、磁気ギヤとして用いる円盤状マグネットを、4極マグネット40の代わりに、8極マグネット40Aを用いればよい。この場合には、負荷側絶対値エンコーダ50の角度精度が90度(=360度/4)とされる。
なお、ギヤ減速機13としては、遊星歯車減速機などの各種の機構のものを用いることができ、例えば、部品点数が少なく高減速比を得ることのできる波動歯車減速機を用いることができる。
また、本例ではギヤ軸14の回転数を減速して取り出すための減速機構として磁気ギヤを用いているが、ギヤ減速機を用いることも可能である。
10 ギヤ付きモータ
11 モータ本体
12 モータ軸
13 ギヤ減速機
14 ギヤ軸
15 機械装置
16 モータ軸エンコーダ
17 信号処理部
18 モータドライバ
20 多回転絶対値エンコーダ
30 ギヤ軸絶対値エンコーダ
31 2極マグネット
32 磁気センサ
40、40A 磁気ギヤ
41 回転軸
50 負荷側絶対値エンコーダ
51 2極マグネット
52 磁気センサ
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13 ギヤ減速機
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18 モータドライバ
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30 ギヤ軸絶対値エンコーダ
31 2極マグネット
32 磁気センサ
40、40A 磁気ギヤ
41 回転軸
50 負荷側絶対値エンコーダ
51 2極マグネット
52 磁気センサ
Claims (4)
- モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して当該ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータに用いる多回転絶対値エンコーダにおいて、
ギヤ軸に取り付けた第1の2極マグネットと、この第1の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第1の磁気センサとを備えたギヤ軸絶対値エンコーダと、
前記ギヤ軸の回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の減速出力軸に取り付けた第2の2極マグネットと、この第2の2極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第2の磁気センサとを備えた負荷側絶対値エンコーダとを有し、
前記負荷側の装置の動作範囲において前記第2の2極マグネットが1回転以内の範囲で回転するように、前記減速機構の減速比が設定されていることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。 - 請求項1において、
前記減速機構は、前記第1の2極マグネットの回転に伴って回転する4極以上の多極マグネットからなる磁気ギヤであり、
この磁気ギヤの軸に前記第2の2極マグネットが取り付けられていることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。 - 請求項2において、
前記モータの回転軸に取り付けたモータ軸エンコーダの検出信号と、前記負荷側絶対値エンコーダの検出信号とに基づき、前記負荷側の装置の機械原点までのモータ回転角を算出する処理部を有していることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。 - 請求項3において、
前記モータ軸エンコーダはインクリメンタルエンコーダであり、
前記処理部は、前記機械原点の確立時に、前記インクリメンタルエンコーダから原点信号が出力されるまで前記モータを回転させ、当該原点信号が出力された時点における前記負荷側絶対値エンコーダによって求まる前記負荷側の装置の動作位置に基づき、機械原点までのモータ回転角度を算出することを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。
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