JP2019015536A - アブソリュートエンコーダ - Google Patents
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Abstract
Description
また、第1、第2などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
図1を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は本発明の第1実施形態に係るエンコーダ100を説明するブロック図である。エンコーダ100は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ100は、主軸1aと、第1回転体20と、第1ウォーム歯車10と、第1ウォームホイール12と、中間回転体22と、第2ウォーム歯車14と、第2ウォームホイール16と、第2回転体24と、マグネットMpと、角度センサSpと、制御部40と、を含む。
図2を参照して本発明の第2実施形態に係るエンコーダ120について説明する。図2は本発明の第2実施形態に係るエンコーダ120を説明するブロック図である。エンコーダ120は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ120は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、角度センサSqと、マグネットMqと、をさらに含み、他の構成は同様である。第1実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
図3を参照して本発明の第3実施形態に係るエンコーダ140について説明する。図3は本発明の第3実施形態に係るエンコーダ140を説明するブロック図である。エンコーダ140は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ140は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、第3ウォーム歯車30と、第3ウォームホイール32と、接続回転体33、駆動歯車34と、従動歯車36と、第3回転体38と、マグネットMrと、角度センサSrと、をさらに含み、他の構成は同様である。第1実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
図4を参照して本発明の第4実施形態に係るエンコーダ160について説明する。図4は本発明の第4実施形態に係るエンコーダ160を説明するブロック図である。エンコーダ160は、モータ1の主軸1aの複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダである。エンコーダ160は、第1実施形態に係るエンコーダ100に対して、角度センサSqと、マグネットMqと、第3ウォーム歯車30と、第3ウォームホイール32と、接続回転体33と、駆動歯車34と、従動歯車36と、第3回転体38と、マグネットMrと、角度センサSrと、をさらに含み、他の構成は同様である。つまり、エンコーダ160は、第1実施形態に係るエンコーダ100、第2実施形態に係るエンコーダ120および第3実施形態に係るエンコーダ140の構成を併せて備える。第1〜第3実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
第1回転体20は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を第1ウォーム歯車10に伝える。第1回転体20は、主軸1aの外周に嵌合する連結部20bと、第1ウォーム歯車10が形成されるギア形成部20cと、マグネットMqを保持する保持部20dと、を含む。連結部20bは、主軸1aを環囲する円筒形状を有する。ギア形成部20cは、連結部20bの外周から半径方向に張出す円板形状を有する。保持部20dは、ギア形成部20cの軸方向で底部2bから遠い方の端面に設けられる円筒状の凹部形状を有する。連結部20bと、ギア形成部20cと、保持部20dと、は各中心軸が略一致するように一体に形成される。第1回転体20は、樹脂材料や金属材料など種々の材料から形成することができる。本例では、第1回転体20は、ポリアセタール樹脂から形成されている。
第1ウォーム歯車10は、第1ウォームホイール12を駆動する伝達要素である。特に、第1ウォーム歯車10は、ギア形成部20cの外周に形成される条数=1のねじ歯車である。第1ウォーム歯車10の回転軸線は主軸1aの軸方向に延伸している。
中間回転体22は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を第2回転体24および接続回転体33に伝える。中間回転体22は、底部2bに略平行に延びる回転軸線Laの周りに回転可能に支持されている。中間回転体22は、その回転軸線Laの方向に延伸する略円筒形状の部材である。中間回転体22は、基部22bと、第1ウォームホイール12が形成される第1筒部22cと、第2ウォーム歯車14が形成される第2筒部22dと、第3ウォーム歯車30が形成される第3筒部22eと、両端に設けられる被支持部22f、22gと、を含む。
付勢部62について説明する。中間回転体22は、第2ウォーム歯車14および第3ウォーム歯車30が各ウォームホイールを駆動することにより、中間回転体22の回転軸線方向に反力が作用し、回転軸線方向の位置が変動することがある。そこで、本例では、中間回転体22に付勢力を付与する付勢部62が設けられている。付勢部62は、反力と反対向きの付勢力を中間回転体22に付与することにより、回転軸線方向の位置変動を抑制する。付勢部62は、底部2bに取付けられる取付部62bと、取付部62bから延出し
て半球型突起22hに接触するスプリング部62cと、を含む。取付部62bと、スプリング部62cと、は薄板状のスプリング材から形成され、スプリング部62cの根元が途中で取付部62bに対して略直角に折曲げられている。このように付勢部62が半球型突起22hを付勢することで、中間回転体22の回転動作への影響を低減しつつ、中間回転体22の回転軸方向の位置の変動を抑えることが可能となる。
第1ウォームホイール12は、第1ウォーム歯車10に駆動される伝達要素である。特に、第1ウォームホイール12は、第1筒部22cの外周に形成される歯数=20のはす歯車である。第1ウォーム歯車10および第1ウォームホイール12は第1ウォーム変速機構11を構成する。第1ウォームホイール12の回転軸線は主軸1aの軸方向に垂直な方向に延伸している。
第2ウォーム歯車14は、第2ウォームホイール16を駆動する伝達要素である。特に、第2ウォーム歯車14は、第2筒部22dの外周に形成される条数=5のねじ歯車である。第2ウォーム歯車14の回転軸線は主軸1aの軸方向に垂直な方向に延伸している。
第2回転体24は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速してマグネットMpに伝える。第2回転体24は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。第2回転体24は、平面視で略円形状の部材である。底部2bに回転可能に支持される軸受部24bと、第2ウォームホイール16が形成される張出部24cと、マグネットMpを保持する保持部24dと、を含む。軸受部24bは、底部2bから突出する突出するシャフト24sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
第2ウォームホイール16は、第2ウォーム歯車14に駆動されるはす歯歯車である。特に、第2ウォームホイール16は、張出部24cの外周に形成される歯数=25のはす歯歯車である。第2ウォーム歯車14および第2ウォームホイール16は第2ウォーム変速機構15を構成する。第2ウォームホイール16の回転軸線は主軸1aの軸方向に平行な方向に延伸している。
接続回転体33は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速して第3回転体38に伝える。接続回転体33は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。接続回転体33は、平面視で略円形状の部材である。底部2bに回転可能に支持される軸受部33bと、第3ウォームホイール32が形成される張出部33cと、を含む。軸受部33bは、底部2bから突出する突出するシャフト33sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
第3ウォームホイール32は、第3ウォーム歯車30に駆動される伝達要素である。特に、第3ウォームホイール32は、張出部33cの外周に形成される歯数=30のはす歯歯車である。第3ウォーム歯車30および第3ウォームホイール32は第3ウォーム変速機構31を構成する。第3ウォームホイール32の回転軸線は主軸1aの軸方向に平行な方向に延伸している。
駆動歯車34は、従動歯車36を駆動する伝達要素である。特に、駆動歯車34は、軸受部33bの外周に形成される歯数=24の平歯車である。
第3回転体38は、主軸1aの回転に従って回転し、主軸1aの回転を減速してマグネットMrに伝える。第3回転体38は、底部2bから略垂直に延びる回転軸線周りに回転可能に支持されている。第3回転体38は、平面視で略円形状の部材である。第3回転体38は、底部2bに回転可能に支持される軸受部38bと、従動歯車36が形成される張出部38cと、マグネットMrを保持する保持部38dと、を含む。軸受部38bは、底部2bから突出するシャフト38sを隙間を介して環囲する円筒形状を有する。
従動歯車36は、駆動歯車34に駆動される伝達要素である。特に、従動歯車36は、張出部38cの外周に形成される歯数=60の平歯車である。駆動歯車34および従動歯車36は減速機構35を構成している。
マグネットMp、Mq、Mr(以下、各マグネットと表記する)は軸方向に偏平な略円筒形状を有する。各マグネットは、例えばフェライト系やNdFeB系の磁性材料から形成される。各マグネットは、例えば樹脂バインダを含むゴム磁石やボンド磁石であってもよい。各マグネットには磁極が設けられる。各マグネットの磁化方向に制限はないが、本例では、2極の磁極Up、Uq、Urが各マグネットの角度センサに対向する端面に設けられている。各マグネットの回転方向の磁束密度分布は台形波形状であってもよく、正弦波状や矩形波形状であってもよい。実施の形態では台形波状に着磁される。
角度センサSp、Sq、Sr(以下、各角度センサと表記する)は、各回転体の1回転に対応する0°〜360°の範囲の絶対的な回転角を検知するセンサである。各角度センサは検知した回転角に応じた信号(例えばデジタル信号)を制御部40に出力する。各角度センサは、一旦通電を停止して再通電をした場合にも、通電停止前と同じ回転角を出力する。このためバックアップ電源を備えない構成が可能である。
制御部40について説明する。図4に示す制御部40の各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのCPU(central processing unit)をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組み合わせによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。
図13、図14を参照して本発明の第5実施形態に係るエンコーダ200について説明する。図13は、第5実施形態に係るエンコーダ200の平面図である。図13は図9に対応する。図14は、エンコーダ200の正面図である。図14は図10に対応する。エンコーダ200は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、角度センサSqおよびマグネットMqを備えておらず、主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204の形状が異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204はそれぞれ主軸1a、第1回転体20、基板5、および蓋部4に対応し、同様の特徴を有する。主軸201aは、第1回転体220に設けられた開口220h、基板205に設けられた開口205h、および蓋部204に設けられた開口204hを貫通して、軸方向でモータ1から遠ざかる方向に突出している。本明細書において、エンコーダ200のように主軸がモータ1の両側に突出するものを両軸と表記し、エンコーダ160のように主軸がモータ1の片側にのみ突出するものを片軸と表記する。主軸201aは、断面が詰まっている中実のシャフトである。
図15、図16を参照して本発明の第6実施形態に係るエンコーダ300について説明する。図15は、第6実施形態に係るエンコーダ300の平面図である。図15は図9に対応する。図16は、エンコーダ300の正面図である。図16は図10に対応する。エンコーダ300は、第5実施形態に係るエンコーダ200に対して、主軸301a、第1回転体320、基板305、および蓋部304の形状が異なり、他の構成は同様である。第5実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。主軸301a、第1回転体320、基板305、および蓋部304はそれぞれ主軸201a、第1回転体220、基板205、および蓋部204に対応し、同様の特徴を有する。主軸201aが中実のシャフトであったのに対して、主軸301aは、中空のシャフトであり、主軸201aより大径に設定されている。主軸301aは、第1回転体320に設けられた開口320h、基板305に設けられた開口305h、および蓋部304に設けられた開口304hを貫通している。開口320h、開口305h、および開口304hは、主軸301aの大径化に対応して、開口220h、開口205h、および開口204hよりそれぞれ拡径されている。
図17、図18を参照して本発明の第7実施形態に係るエンコーダ400について説明する。図17は、第7実施形態に係るエンコーダ400の平面図である。図17は図9に対応する。図18は、エンコーダ400の正面図である。図18は図10に対応する。エンコーダ400は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、主軸401aおよび第1回転体420の形状が異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。
図19を参照して本発明の第8実施形態に係るエンコーダ500について説明する。図19は、第8実施形態に係るエンコーダ500の平面図である。図19では、理解を容易にするため、重要でない部材や部分の図示を省いている。エンコーダ500は、第4実施形態に係るエンコーダ160に対して、中間回転体22の回転軸線Lbが外壁部3bの延在方向(X軸方向)に平行に設けられ、その分各マグネットの配置直線Lnの外壁部3bの延在方向に対する傾斜が小さく設定されている点で異なり、他の構成は同様である。第4実施形態と重複する説明を省き、相違する構成について説明する。図19の例では、各マグネットの配置直線Lnの外壁部3bの延伸方向に対する傾斜は20°に設定されている。
各実施形態の説明では、各マグネットがそれぞれ一体の部材である例について説明したがこれに限られない。マグネットMp、Mq、Mrは、それぞれ複数のピースを組み合わせて構成されてもよい。
各実施形態の説明では、各歯車や各回転体が樹脂材料から形成される例について説明したがこれに限られない。これらの各歯車や各回転体の全部または一部は金属材料やその他の材料から形成されてもよい。
Claims (10)
- 主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、
前記主軸の回転に従って回転する第1駆動歯車と、
前記第1駆動歯車と噛合う第1従動歯車と、
前記第1従動歯車の回転に従って回転する第2駆動歯車と、
前記第2駆動歯車と噛合う第2従動歯車と、
前記第2従動歯車の回転に従って回転する第2回転体の回転角を検知する角度センサと、
を備えることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 - 前記主軸の回転角を検知する別の角度センサをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記第1従動歯車の回転に従って回転する第3駆動歯車と、
前記第3駆動歯車と噛合う第3従動歯車と、
前記第3従動歯車の回転に従って回転する第3回転体の回転角を検知する別個の角度センサと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載のアブソリュートエンコーダ。 - 前記第2駆動歯車および前記第3駆動歯車が設けられる中間回転体を備え、
前記第2駆動歯車および前記第3駆動歯車はウォーム歯車であり、
前記第2従動歯車および前記第3従動歯車はウォームホイールであり、
前記中間回転体の回転軸線方向において、前記第2駆動歯車が回転することによって前記中間回転体が受ける反力の向きは、前記第3駆動歯車が回転することによって前記中間回転体が受ける反力の向きとは逆に設定されることを特徴とする請求項3に記載のアブソリュートエンコーダ。 - 前記第1駆動歯車はウォーム歯車であり、
前記第1従動歯車はウォームホイールであり、
前記第1従動歯車の外径は前記第1駆動歯車の外径より小さく設定されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。 - 主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、
前記主軸の回転に伴い第1減速比で回転する中間回転体と、
前記中間回転体の回転に伴い第2減速比で回転する第2回転体と、
前記第2回転体の回転角を検知する角度センサと、
を備え、
前記主軸の回転軸線は、前記中間回転体の回転軸線に対してねじれの位置にあり、前記第2回転体の回転軸線と平行に設けられることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。 - 前記主軸の回転角を検知する別の角度センサを備えることを特徴とする請求項6に記載のアブソリュートエンコーダ。
- 前記主軸の回転軸線と平行な回転軸線を有する回転体であって、前記中間回転体の回転に伴い第3減速比で回転する第3回転体と、
前記第3回転体の回転角を検知する別個の角度センサと、
をさらに備えることを特徴とする請求項6または7に記載のアブソリュートエンコーダ。 - 前記中間回転体の前記主軸とは反対側に配置される外壁部を含む筐体を備え、
平面視において、前記中間回転体の回転軸線は、前記外壁部の延在方向に対して5°から30°の範囲で傾斜していることを特徴とする請求項6から8のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。 - 主軸の複数回の回転にわたる回転量を特定するアブソリュートエンコーダであって、
ウォーム変速機構を含み、前記主軸の回転に伴いマグネットを回転させる減速機構と、
前記マグネットの磁極に応じて前記マグネットの回転角を検知する角度センサと、
を備え、
前記主軸の回転軸線は、前記マグネットの回転軸線と平行であることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
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