JP2014044456A - 減速機 - Google Patents

Abstract

【課題】
減速機構を高精度加工せずに出力軸を高精度で回転させることができる減速機を提供する。
【解決手段】
制御部１７が出力軸９の回転を検出するエンコーダ２０の検出値Ｋに基づいてモータ軸１６を制御するため、減速機構の角度伝達誤差の影響を受けない。従って減速機構を高精度で加工する必要がなく且つ安価なエンコーダ２０が使用できるためコスト的に有利である。また時間が経っても制御部１７からの指令値Ｓと実際の出力軸９の回転角度との間にずれが発生しない。
【選択図】 図３

Description

本発明は原動機の回転を減速させる減速機、殊にヘリオスタット用の減速機に関するものである。

太陽の動きを追尾して太陽光を常に一点に集光させるヘリオスタットが知られている。ヘリオスタットはミラーを方位方向（Azimuth）及び高度方向（Elevation）へ回転させる減速機を備えている。太陽の動きが非常に遅いため、原動機としてのモータの回転を減速機で減速させる必要があるからである。

一般に方位方向の減速機（方位減速機）の上に高度方向の減速機（高度減速機）が組み合わせられ、ミラーは高度減速機の出力軸に支持されている。方位減速機の出力軸には高度減速機が支持され、高度減速機自体をミラーとともに方位方向へ回転させる。方位減速機及び高度減速機の各出力軸の回転が合成されてミラーの姿勢が制御される。

方位減速機及び高度減速機はそれぞれモータにより回転するモータ軸を備えている。このモータ軸は制御部から出力される指令値に基づいて回転する。指令値は予め設定された追尾プログラムに基づいており、反射された太陽光が常に一点へ指向するようにミラーの姿勢を制御する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１２２６３５号公報

しかしながら、このような関連技術にあっては、モータ軸の回転を追尾プログラムに基づいて制御し、そのモータ軸の回転を減速機構を介して出力軸に伝達するため、減速機構の角度伝達誤差が出力軸の回転精度に影響を与えるおそれがある。その影響を小さくするために減速機構を構成するギア等の部品を高精度で加工する必要があり、コスト的に大変不利であった。

また減速機構の高精度加工を行ったとしても、減速機構を多段ギアで構成する場合などは、角度伝達誤差の影響を無くすことができず、時間経過とともに指令値と実際の出力軸の回転角度との間にずれが生じていた。そのため一定時間ごとに原点復帰動作等の角度是正操作が必要となり、ヘリオスタットの稼働効率を低下させていた。

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、減速機構を高精度加工せずに出力軸を高精度で回転させることができるヘリオスタット用の減速機を提供することを課題とする。

請求項１記載の発明は、原動機の回転を減速させて出力軸に伝達する減速機であって、前記出力軸の回転角を検出するエンコーダと、前記検出された回転角に基づいて前記原動機の回転を制御するコントローラとを具備することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、出力軸が一体の出力ギアを有し、該出力ギアに噛合して出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを設け、該増速ピニオンを介して出力軸の回転角度をエンコーダにより検出することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、減速機構におけるモータ軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、前記いずれかの特徴を有する減速機がヘリオスタットにおけるミラーの回動軸と原動機の間に設けられることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、制御部が出力軸の回転を検出するエンコーダの検出値に基づいてモータ軸を制御するため、減速機構の角度伝達誤差の影響を受けない。従って減速機構を高精度で加工する必要がなく且つ安価なエンコーダを使用することができる。また時間が経過しても指令値と実際の出力軸の回転角度との間にずれが発生せず、常に出力軸（ミラー）を正しい角度で制御することができる。

請求項２記載の発明によれば、出力軸に一体形成された出力ギアの回転を該出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを介してエンコーダにより検出するため、出力軸の回転をより高い分解能で検出することができ、出力軸の回転制御をより高精度で行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、減速機構におけるモータ軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されているため、ウォームギヤやベベルギヤ等に比べて作動がスムーズで静かとなり、必要トルクに対するモータ容量も小さくて済む。

請求項４記載の発明によれば常に出力軸（ミラー）を正しい角度で制御することができるため、途中でミラーの角度是正操作を行う必要がなくヘリオスタットの稼働効率を向上させることができる。

ヘリオスタットを示す背面図。 ヘリオスタットを示す側面図。 ヘリオスタットの内部構造を示す図。 図３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。

図１〜図４は、本発明の好適な一実施形態を示す図である。

ヘリオスタット１のミラー２の裏側にはフレーム３が固定されている。フレーム３には水平方向に延びる回転軸４が設けられている。この回転軸４の中央部は高度方向での減速機（以下、高度減速機）５に接続されている。ミラー２は回転軸４を中心に高度方向Ｅへ回転自在に支持されている。

高度減速機５の下部には方位方向での減速機（以下、方位減速機）６が連結されている。そして方位減速機６は支柱７の上部に固定されている。

方位減速機６は上部に図示せぬ垂直方向での出力軸を有し、その出力軸に高度減速機５が連結されている。従って、高度減速機５は方位減速機６の出力軸を中心に方位方向Ａへ回転自在に支持されている。

高度減速機５が方位減速機６により方位方向Ａへ回転する場合はそれに支持されているミラー２も一緒に回転するため、ミラー２は方位方向Ａと高度方向Ｅの合成方向へ回転し、太陽光Ｌを常に目標へ向けて反射し続けることができる。 高度減速機５と方位減速機６は基本的に同一構造である。

以下、図３及び図４を用いて高度減速機５を例に説明する。尚、以下において、軸受やベアリング等の一般構造については図示及び説明を省略している。

高度減速機５の内部のケーシング８内には、出力軸９と、出力軸９に一体形成された出力ギア１０が収納されている。出力軸９にはぞれぞれ回転軸４が挿入され、出力軸９と回転軸４とはキー結合により一体的に回転する。

出力ギア１０には出力軸９と平行なピニオン１１が噛合している。このピニオン１１にはハイポイドギア１２が一体形成されている。ハイポイドギア１２にはケーシング８内に突出したハイポイドピニオン１３が噛合している。

ハイポイドピニオン１３にはギア１４が一体形成されている。ケーシング８にはモータ（原動機）１５が直結されており、そのモータ軸１６の先端に形成されたピニオンが前記ギア１４に噛合してモータ１５から出力される動力を伝達している。

この実施形態では、出力ギア１０、ピニオン１１、ハイポイドギア１２、ハイポイドピニオン１３、ギア１４により「減速機」が形成されている。

モータ１５の回転は制御部（コントローラ）１７により制御されており、内蔵された追尾プログラムに基づいた指令値Ｓをモータ１５のドライバに出力している。

モータ軸（出力軸）１６が回転すると、減速された回転数でハイポイドピニオン１３が回転し、その回転がハイポイドギア１２、ピニオン１１、出力ギア１０を介して更に減速された状態で出力軸９に伝達される。このように出力軸９が回転することにより、ミラー２の高度方向での角度が変化する。

一方、ケーシング８内には出力軸９と平行な検出軸１８が設けられている。この検出軸１８には小歯数の増速ピニオン１９が一体形成され、この増速ピニオン１９が出力ギア１０に噛合している。従って、この増速ピニオン１９は歯数の比率より出力ギア１０よりも高回転する。

検出軸１８はケーシング８の外部に設置されたエンコーダ２０に接続されており、増速ピニオン１９の回転方向及び回転角度を検出することができる。従って、この増速ピニオン１９を介在させることにより、出力軸９の回転角度をより高い分解能でエンコーダ２０により検出することが可能となる。

エンコーダ２０により検出された検出値Ｋは制御部１７へフィードバックされる。制御部１７ではこのフィードバックされた検出値Ｋに基づいて指令値Ｓをモータ１５へ出力している。つまり制御部１７はモータ軸１６の回転角度でなく、ミラー２を最終的に回転させる出力軸９の回転角度を直接モニターしながらモータ１５を制御しているため、モータ軸１６と出力軸９の途中に存在する減速機構（出力ギア１０、ピニオン１１、ハイポイドギア１２、ハイポイドピニオン１３、ギア１４）に角度伝達誤差があったとしても、その影響を受けず、出力軸９の回転を追尾プログラムに基づいて正確に制御することができる。

しかも増速ピニオン１９によりパルス数の少ない安価なエンコーダを使用しても出力軸９の回転を高い分解能で検出できるため、高い精度で制御することができる。

この実施形態によれば、減速機構の角度伝達誤差の影響を受けないため、減速機構を高精度で加工する必要がなく且つ安価なエンコーダ２０を使用することができるためコスト的に有利である。

また時間が経過しても指令値Ｓと実際の出力軸９の回転角度との間にずれが発生せず、常に出力軸９（ミラー２）を正しい角度で制御することができる。そのため途中でミラー２の角度是正操作を行う必要がなくヘリオスタット１の稼働効率を向上させることができる。

尚、以上の実施形態では、減速機構の一部を、ハイポイドピニオン１３と、それに噛合するハイポイドギア１２で形成する例を示したが、ウォームギヤやベベルギヤ等を用いることもできる。但し、少なくともモータ軸１６と最初に噛合する部分をハイポイドピニオン１３及びハイポイドギア１２によって形成すれば、ウォームギヤやベベルギヤ等に比べて、作動がスムーズで騒音もなく、必要トルクに対するモータ容量も小さくて済むという好ましい作用が得られる。

また、以上の実施形態では、高度減速機５と方位減速機６を別体にした例を示したが、一つのケーシング内に収納して一体化しても良い。その場合は方位減速機の出力軸は下に突出して、支柱に対して全体を回転させる。

また、以上の実施形態ではヘリオスタット用の減速機を例示したが本発明の技術的思想はこれに限定されるものではなく、ロボット、搬送機、ターンテーブルなどの精密な位置決めを要する機器の減速機として利用できるものである。すなわち、これらの機器においてモータ等の原動機の出力軸と所定の回転移動する部位の間に本発明の減速機を設けることにより、高精度かつ低コストで位置決めをすることができる。

１ ヘリオスタット
２ ミラー
５ 高度減速機（減速機）
６ 方位減速機（減速機）
９ 出力軸
１０ 出力ギア（減速機構）
１１ ピニオン（減速機）
１２ ハイポイドギア（減速機）
１３ ハイポイドピニオン（減速機）
１４ ギア（減速機構）
１５ モータ（原動機）
１６ モータ軸（出力軸）
１７ 制御部（コントローラ）
１９ 増速ピニオン
２０ エンコーダ
Ａ 高度方向
Ｅ 方位方向
Ｌ 太陽光
Ｓ 指令値
Ｋ 検出値

Claims (4)

1. 原動機の回転を減速させて出力軸に伝達する減速機であって、
   前記出力軸の回転角を検出するエンコーダと、
   前記検出された回転角に基づいて前記原動機の回転を制御するコントローラと
   を具備することを特徴とする減速機。
2. 出力軸が一体の出力ギアを有し、該出力ギアに噛合して出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを設け、該増速ピニオンを介して出力軸の回転角度をエンコーダにより検出することを特徴とする請求項１記載の減速機。
3. 減速機構における前記原動機の出力軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の減速機。
4. ヘリオスタットにおけるミラーの回動軸と原動機の間に設けられる請求項１乃至３のいずれか１項記載の減速機。

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