JP6062882B2 - 台座を備える回転角度検出器及び回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、検出体の位置調整用の台座を備える回転角度検出器及び回転機械に関する。

モータの回転軸やモータで駆動される回転機械の回転軸の回転数や回転位置、或いは回転角度を検出することは、モータやモータで駆動される回転機械を制御する上で重要である。このため、モータの回転軸や回転機械の回転軸に回転部材を取り付け、磁気を利用して回転部材の角度を検出する回転角度検出器が、磁気式エンコーダとして公知である。

このような回転角度検出器は、例えば、特許文献１に示されるように、回転角度を検出したい回転軸に取り付けられた磁性体製の検出器の回転体（検出リング）と、検出リングの周囲に配置された磁気検出部を備えた検出体とを備える。検出リングは、その周方向の面（周面）に、等間隔で凹凸形状が形成された被検出部を備えている。また、検出体は、検出リングの凹凸形状に対向する位置に配置された磁石と、磁石と凹凸形状が形成された周面との間に配置された磁気検出部とを備える。磁気検出部は、例えば、通過する磁束密度に応じて抵抗が変化する磁気抵抗素子が２つ直列に接続された直列回路に電圧を印加して形成され、２つの磁気抵抗素子の中点電圧が回転軸の回転位置で変化することにより、回転軸の回転角度をする。

一方、モータの回転軸や回転機械の回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器の設置位置は常に一定ではなく、検出リングの被検出部と検出体との距離は、磁気検出部から出力される検出信号の信号強度に応じて変更する必要がある。検出体は、台座に固定されて使用される。そこで、従来は、検出リングの被検出部と検出体との距離の調整を、検出リングの半径方向の線上（回転軸の軸線に直交する直線上）において、検出体を検出リングの半径方向に動かすことによって行っていた。

特開２００６−１０４３６号公報

しかし、検出リングの被検出部と検出体との距離の調整を、検出体を検出リングの半径方向に動かすことによって行う方法は、検出体を検出リングに衝突させて検出体内部の磁気抵抗素子を損傷させる虞があるため、作業が困難であるという課題があった。

本発明は、検出体の台座への設置時に検出体を検出リングに衝突させる虞がなく、検出リングの被検出部と検出体との距離の調整を簡単に行うことができる回転角度検出器及び回転機械を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために本発明では、モータの回転軸或いはモータに駆動される機械の回転軸の回転角度を検出する、台座を備える回転角度検出器であって、回転軸に取り付けられて回転し、外周部に被検出部を備える回転体と、回転軸の軸線に直交する直線上に設置され、前記被検出部に対向する検出体と、中央部に回転軸を挿通する開口部を備え、検出体を取り付ける台座とを備え、台座は、検出体を取り付ける凹部を備え、この凹部の周囲が、回転軸から遠い側の検出体の端面を突き当てる突き当て面として形成され、突き当て面の回転軸の軸線からの距離が、台座の周方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする回転角度検出器が提供される。更に、以上のような構成の回転角度検出器を備える回転機械も提供される。

本発明の台座を備える回転角度検出器及び回転機械によれば、検出体の調整作業が容易になり、検出素子を破損させる恐れがなくなるという効果がある。

（ａ）は従来の回転角度検出器の構造と検出体の位置調整方法を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施例の回転角度検出器の構造と検出体の位置調整方法を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は第１の実施例における検出体を背面側から見た斜視図である。 （ａ）は本発明の第２の実施例の回転角度検出器の構造と検出体の位置調整方法を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。 （ａ）は本発明の第３の実施例の回転角度検出器の構造と検出体の位置調整方法を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）の平面図、（ｃ）は第３の実施例の回転角度検出器に使用する台座の別の実施例を示す平面図、（ｄ）は第３の実施例の回転角度検出器の台座への検出体の取り付けを説明する斜視図である。 （ａ）は本発明の第４の実施例の回転角度検出器に使用する台座の構造を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した台座の表面側の構造を示す平面図、（ｃ）は（ａ）に示した台座の裏面側の構造を示す平面図である。 （ａ）は本発明の第５の実施例の回転角度検出器に使用する台座の構造を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した台座の表面側の構造を示す平面図、（ｃ）は（ａ）に示した台座の裏面側の構造を示す平面図である。 本発明の回転角検出器が取り付けられた回転機械の斜視図である。

以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を、具体的な実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明の実施例を説明する前に、比較技術として、図１を用いて従来の回転角度検出器１０の構造と台座５への検出体４の取り付け方法を説明する。

図１（ａ）は、は従来の回転角度検出器１０の構造を示している。回転角度検出器１０は、回転軸１に取り付けられた回転体２、台座５及び台座５の上に設置された検出体４を備える。図１（ｂ）は図１（ａ）に示される回転軸１に取り付けられた回転角度検出器１０を軸線Ｘの方向から見た平面図である。回転軸１は、モータ等の回転軸そのもの、モータ等の回転軸に取り付けられた部品で回転軸に同期して回転する部品、或いはモータによって回転駆動される回転機械の回転軸又は回転機械の回転軸に取り付けられる部品の何れかである。

回転軸１に取り付けられた回転体２は、磁性体製の検出リングであり、外周部に、等間隔で凹凸形状が形成された被検出部３を備えている。また、検出体４は、回転軸１が挿通される貫通孔７を備える台座５の載置面６の上に、回転体２の被検出部３に対向して載置される。検出体４には、被検出部３に対向する位置に配置された磁石と、磁石と被検出部３との間に配置された磁気検出部とがあるが、検出体４の構造及び機能は公知であるので、これ以上の説明を省略する。

回転体２の被検出部３と検出体４との距離は、磁気検出部から出力される検出信号の信号強度に応じて変更する必要がある。そこで、従来の回転角度検出器１０では、検出体４を台座５の載置面６の上で、回転軸１の軸線Ｘに直交する線上を矢印Ａで示す方向に移動させて、被検出部３と検出体４の距離の調整を行っていた。しかし、この調整方法では、調整時に検出体４を被検出部３に衝突させて検出体４の内部にある磁気抵抗素子を損傷させる虞があるため、作業が困難であった。

本発明は、従来の回転角度検出器１０における被検出部３と検出体４との距離の調整作業を改善するものであり、検出体４を載置する台座５の構造に特徴がある。以下に本発明の台座を備えた回転角度検出器の実施の形態を、幾つかの実施例に基づいて説明するが、本発明の回転角度検出器の構造はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下に説明する実施例における回転軸１、回転体２、被検出部３及び検出体４については、図１（ａ）、（ｂ）で説明した部材と同じものが使用できるので、同じ部材には同じ符号を付してその説明を省略する。

図２（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施例の回転角度検出器１１の構造を示すものであり、図２（ａ）が回転角度検出器１１の斜視図、図２（ｂ）が回転角度検出器１１を軸線Ｘ方向から見た平面図である。回転角度検出器１１は、回転軸１に取り付けられた回転体２、回転体２の被検出部３に対向する検出体４及び台座２１を備える。台座２１の載置面６には、台座２１の中央部に設けられた開口部である貫通孔７の周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８が設けられている。そして、凹部８の外周部が、検出体４の回転軸１から遠い側の端面を突き当てる突き当て面１９として形成されている。なお、本発明の実施例では、貫通孔７の内径が回転体２の外径よりも大きく形成されているが、回転体２は台座２１の上面に位置しても良いので、貫通孔７の内径は、少なくとも回転軸１を挿通できる大きさであれば良い。

第１の実施例の回転角度検出器１１では、回転軸１の軸線Ｘからの突き当て面１９の距離が、台座２１の周方向に沿って滑らかに変化して、徐々に増大するように形成されている。そして、検出体４は、回転軸１から遠い側の端面が、この突き当て面１９に突き当てられた状態で、凹部８の中に固定されて回転体２の被検出部３に対向する。ここで、突き当て面１９の回転軸１の軸線Ｘからの距離が最も短い点１９ｍと、突き当て面１９の回転軸１の軸線Ｘからの距離が最も長い点１９Ｍとの差をＤとする。すると、検出体４の端面を突き当て面１９に突き当て、突き当て面１９の周方向に沿って検出体４を動かすことにより、回転体２の被検出部３と検出体４の距離を距離Ｄの範囲で調整することができる。

この結果、回転体２の被検出部３と検出体４の距離の調整において、検出体４を回転軸１の軸線Ｘに直交する線の方向に、回転軸１に向かって動かす必要がなくなり、検出体４を回転体２に衝突させずに調整作業を行なうことが可能となった。

なお、第１の実施例の回転角度検出器１１における検出体４の、回転軸１から遠い側の端面は平坦面でも良いが、図２（ｃ）に示すように、回転軸１から遠い側の端面４Ｂを湾曲面とすることができる。湾曲面は円周面でも良い。また、本実施例では、回転軸１の軸線Ｘからの突き当て面１９の距離を、台座２１の周方向に沿って右回りに滑らかに増大させているが、台座２１の周方向に沿って左回りに滑らかに増大させても良い。

図３（ａ）、（ｂ）は本発明の第２の実施例の回転角度検出器１２の構造を示すものであり、図３（ａ）が回転角度検出器１２の斜視図、図３（ｂ）が回転角度検出器１２を軸線Ｘ方向から見た平面図である。回転角度検出器１２は、回転軸１に取り付けられた回転体２、回転体２の被検出部３に対向する検出体４及び台座２２を備える。台座２２の載置面６には、台座２２の中央部に設けられた開口部である貫通孔７の周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８が設けられている。そして、凹部８の外周部が、検出体４の回転軸１から遠い側の端面を突き当てる突き当て面２９として形成されている。

第２の実施例の回転角度検出器１２では、回転軸１の軸線Ｘからの突き当て面２９の距離が、台座２２の周方向に沿って複数の突き当て面２９によって段階的に変化して、徐々に増大するように形成されている。そして、検出体４は、回転軸１から遠い側の端面が、この突き当て面２９に突き当てられた状態で、凹部８の中に固定されて回転体２の被検出部３に対向する。第２の実施例では、図３（ｂ）に示すように、凹部８が軸線Ｘの回りに放射状に８分割されており、８つの突き当て面２９を備えている。各突き当て面２９は回転軸１の軸線Ｘに直交する直線に対して直交する平坦面である。

従って、第２の実施例の回転角度検出器１２における検出体４の、回転軸１から遠い側の端面は平坦面で良く、検出体４は８つの突き当て面２９の何れかに突き当てて凹部８の中に設置される。ここで、軸線Ｘからの距離が最も短い突き当て面２９ｍと、軸線Ｘからの距離が最も長い突き当て面２９Ｍとの距離の差をＤとする。すると、検出体４の端面を８つの突き当て面２９の何れかに突き当てることにより、回転体２の被検出部３と検出体４の距離を距離Ｄの範囲で８段階に調整することができる。

この結果、回転体２の被検出部３と検出体４の距離の調整において、検出体４の端面を８つの突き当て面２９の何れかに突き当てれば良いので、検出体４を回転体２に衝突させずに調整作業を行なうことが可能となった。

図４（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施例の回転角度検出器１３の構造を示すものであり、図４（ａ）が回転角度検出器１３の斜視図、図４（ｂ）が回転角度検出器１３を軸線Ｘ方向から見た平面図である。回転角度検出器１３は、回転軸１に取り付けられた回転体２、回転体２の被検出部３に対向する検出体４及び台座２３を備える。台座２３の載置面６には、台座２３の中央部に設けられた開口部である貫通孔７の周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８が設けられている。そして、凹部８の外周部が、検出体４の回転軸１から遠い側の端面を突き当てる突き当て面３９として形成されている。

第３の実施例の回転角度検出器１３では、回転軸１の軸線Ｘからの突き当て面３９の距離が、台座２３の周方向に沿って複数の突き当て面３９によって段階的に変化して、徐々に増大するように形成されている。そして、検出体４は、回転軸１から遠い側の端面が、この突き当て面３９に突き当てられた状態で、凹部８の中に固定されて回転体２の被検出部３に対向する。第３の実施例では、図４（ｂ）に示すように、凹部８が軸線Ｘの回りに放射状に８分割されており、８つの突き当て面３９ａ〜３９ｈを備えている。

各突き当て面３９ａ〜３９ｈは同一半径を備えた円周面であるが、軸線Ｘから各突き当て面３９ａ〜３９ｈに降ろした垂線の長さが異なる。そして、第３の実施例では、各突き当て面３９ａ〜３９ｈの各円周面の中心点Ｃａ〜Ｃｈは、図４（ｂ）に示すように、次第に軸線Ｘに近づいて行き、突き当て面３９ｈの中心点Ｃｈが軸線Ｘに重なる。

第３の実施例では、各突き当て面３９ａ〜３９ｈは同一半径を備えた円周面であるので、図４（ｄ）に示すように、検出体４の回転軸１から遠い側の端面４Ｂも同一半径を備えた円周面とすれば、検出体４はどの突き当て面３９ａ〜３９ｈでも隙間なく付き当たる。ここで、軸線Ｘからの距離が最も短い突き当て面３９ａと、軸線Ｘからの距離が最も長い突き当て面３９ｈとの距離の差をＤとする。すると、検出体４の端面を８つの突き当て面３９ａ〜３９ｈの何れかに突き当てることにより、回転体２の被検出部３と検出体４の距離を、距離Ｄの範囲で８段階に調整することができる。

この結果、回転体２の被検出部３と検出体４の距離の調整において、検出体４の端面を８つの突き当て面３９ａ〜３９ｈの何れかに突き当てれば良いので、検出体４を回転体２に衝突させずに調整作業を行なうことが可能となった。また、円周面である突き当て面３９ａ〜３９ｈの半径が全て同じであるので、検出体４との突き当てが容易である。

図４（ｃ）は第３の実施例の回転角度検出器１３に使用する台座２３の別の実施例を示すものである。図４（ａ）、（ｂ）に示した実施例では、凹部８が放射状に８等分されていたが、図４（ｃ）に示す実施例では、凹部８が放射状に４等分されている。４つの突き当て面３９は、全て半径Ｒ１の円周面である。また、図４（ｂ）に示す台座２３では、軸線Ｘから各突き当て面３９ａ〜３９ｈに降ろした垂線の長さが、軸線Ｘに対して右回りに次第に大きくなっていた。一方、図４（ｃ）に示す実施例では、４つの突き当て面３９の軸線Ｘからの距離が、左回りに次第に大きくなっている。図４（ｃ）に示す実施例では、検出体４の端面を４つの突き当て面３９の何れかに突き当てることにより、回転体２の被検出部３と検出体４の距離を４段階に調整することができる。このように、突き当て面３９の分割数と、軸線からの距離が小さくなる方向は特に限定されるものではない。

図５（ａ）は本発明の第４の実施例の回転角度検出器１４の構造を示すものである。回転角度検出器１４は、回転軸１に取り付けられた回転体２及び台座２４を備える。回転体２の外周部には被検出部３が設けられている。なお、図５（ａ）には検出体４の図示は省略してある。台座２４の載置面６には、中央部に回転軸１を挿通する貫通孔７が設けられており、貫通孔７の内径は、回転軸１に取り付けられた回転体２の被検出部３の外径よりも大きい。従って、台座２４は、回転軸１に回転体２が取り付けられている状態で、回転軸１から取り外すことができ、回転軸１に対して裏返して取り付けることが可能である。

そこで、第４の実施例では、図５（ｂ）に示すように、台座２４の表面側には、貫通孔７の周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８を設け、凹部８の外周部には、第２の実施例と同様の突き当て面２９を設けている。一方、台座２４の裏面側には、貫通孔７の周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８を設けると共に、凹部８の外周部には、第３の実施例と同様の突き当て面３９ａ〜３９ｈを設けている。前述のように、突き当て面２９は平坦面であり、突き当て面３９ａ〜３９ｈは半径が同一の円周面である。

従って、台座２４を備える第４の実施例の回転角度検出器１４は、検出体４の端面が平坦面であっても、円周面であっても対応が可能である。なお、台座２４の表面側と裏面側にどのような突き当て面を設けるかは限定されるものではない。隣接する突き当て面の軸線Ｘからの距離の差を一層小さくして表面側と裏面側に振り分けて形成すれば、回転体２の被検出部３と検出体４の距離をより多段階に調整することができ、調整範囲が広がる。また、台座２４は１枚ではなく、複数枚用意しておくことも可能である。

更に、以上説明した実施例では、台座は全て中央部に貫通孔を備えたドーナツ状の形状を説明したが、台座はＵ字状に形成して回転軸に対して横から差し込んだり、取り外したりすることも可能であり、台座の形状は特に限定されるものではない。次に、台座がＵ字状の実施例を一例として説明する。

図６（ａ）は本発明の第５の実施例の回転角度検出器１５の構造を示すものである。回転角度検出器１５は、回転軸１に取り付けられた回転体２及び台座２４Ａを備える。回転体２の外周部には被検出部３が設けられている。なお、図６（ａ）には検出体４の図示は省略してある。第５の実施例の台座２４Ａは、開口部の形状が第４の実施例の台座２４と異なる。第５の実施例の台座２４Ａは、内径が回転軸１の外径よりも大きい半円部７Ａと、半円部７Ａに連続し、半円部７Ａの半円の直径と同じ幅で台座２４Ａの外周部まで切り欠かれた切欠部７Ｂとを備えており、Ｕ字状の形状をしている。従って、台座２４Ａは、切欠部７Ｂを利用して、回転軸１に対して横方向から取り付けることが可能である。

また、台座２４Ａには、その両面に凹部８と突き当て面２９が設けられており、その一例を図６（ｂ）、（ｃ）に示す。第５の実施例では、図６（ｂ）に示すように、台座２４Ａ表面側には、半円部７Ａの周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８を設け、凹部８の外周部には、第４の実施例と同様の平坦な突き当て面２９を設けている。第５の実施例では、突き当て面２９の数は、半円部７Ａの半円の中心点からの距離が最も短い突き当て面２９ｍから、半円部７Ａの半円の中心点からの距離が最も長い突き当て面２９Ｍまでの５つであり、回転体２の被検出部３からの検出体４の距離を５段階に調節することができる。

一方、台座２４Ａの裏面側には、図６（ｃ）に示すように、半円部７Ａの周囲に、載置面６よりも一段低くなった凹部８を設け、凹部８の外周部には、５つの突き当て面３９ａ〜３９ｅを設けている。突き当て面３９ａ〜３９ｅは、第３の実施例と同様に、半径が同一の円周面で良く、半円部７Ａの半円の中心点から突き当て面３９ａ〜３９ｅまでの距離を５段階に変化させてある。このように、第５の実施例の台座２４Ａは、検出体４の端面を表側の５つの突き当て面２９の何れかに突き当てることにより、回転体２の被検出部３からの検出体４の距離を５段階に調整することができる。同様に、検出体４の端面を台座２４Ａの裏側の５つの突き当て面３９ａ〜３９ｅの何れかに突き当てることにより、回転体２の被検出部３からの検出体４の距離を５段階に調整することができる。

従って、台座２４Ａを備える第５の実施例の回転角度検出器１５は、検出体４の端面が平坦面であっても、円周面であっても対応が可能である。台座２４Ａの表面側と裏面側にどのような突き当て面を設けるかは限定されるものではない。台座２４Ａは交換が容易であるので、異なる種類の突き当て面を有する台座を複数枚用意しておけば、回転体２の被検出部３からの検出体４の距離をより多段階に調整することができ、調整範囲が広がる。

図７は、本発明の第２の実施例の回転角検出器１２が取り付けられた回転機械９を示すものであり、回転機械９の台座取付用部品２０が示されている。台座取付用部品２０に取り付ける回転角度検出器１２は第２の実施例の回転角検出器１２に限定されるものではなく、他の実施例の回転角度検出器を取り付けることもできる。このように、台座を具備する回転角度検出器を使用することによって、回転機械９の他部品を変更せずに、台座の取り扱いが可能となる。

１ 回転軸
２ 回転体
３ 被検出部
４ 検出体
５、２１，２２，２３，２４，２４Ａ 台座
６ 載置面
７ 貫通孔
７Ａ 半円部
７Ｂ 切欠部
８ 凹部
９ 回転機械
１０、１１、１２、１３、１４、１５ 回転角度検出器
１９，２９，２９ｍ、２９Ｍ，３９ａ〜３９ｈ 突き当て面
Ｘ 軸線

Claims (9)

1. モータの回転軸或いはモータに駆動される機械の回転軸の回転角度を検出する、台座を備える回転角度検出器であって、
   前記回転軸に取り付けられて回転し、外周部に被検出部を備える回転体と、
   前記回転軸の軸線に直交する直線上に設置され、前記被検出部に対向する検出体と、
   中央部に前記回転軸を挿通する開口部を備え、前記検出体を取り付ける台座とを備え、
   前記台座は、前記検出体を取り付ける凹部を備え、この凹部の周囲が、前記回転軸から遠い側の前記検出体の端面を突き当てる突き当て面として形成され、
   前記突き当て面の前記回転軸の軸線からの距離が、前記台座の周方向に沿って変化するように形成されていることを特徴とする回転角度検出器。
2. 前記突き当て面の、周方向に沿って変化する前記回転軸の軸線からの距離が段階的に変化するように、前記突き当て面は複数の突き当て面から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出器。
3. 前記複数の突き当て面が同一半径の円周面であることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出器。
4. 前記複数の突き当て面が、前記回転軸の軸線に直交する直線に対して直交する平坦面であることを特徴とする請求項２に記載の回転角度検出器。
5. 前記検出体の前記回転軸から遠い側の前記検出体の端面の形状が、前記複数の突き当て面に隙間なく取り付けられる形状である請求項３又は４に記載の回転角度検出器。
6. 前記台座は、前記回転軸に対して裏返して取り付けることが可能であり、前記台座の裏面側には、前記台座の表側に形成された前記突き当て面とは異なる形状の突き当て面が形成されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の回転角度検出器。
7. 前記開口部は、内径が前記回転軸の外径よりも大きい円孔であることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の回転角度検出器。
8. 前記開口部は、内径が前記回転軸の外径よりも大きい半円部と、前記半円部に連続し、前記半円の直径と同じ幅で前記台座の外周部まで切り欠かれた切欠部とを有することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の回転角度検出器。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載の回転角度検出器を備える回転機械。

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