JP6606384B2 - 樹脂軸受けを使用した回転位置検出用レゾルバ - Google Patents
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Description
本発明は、工作機械の送り軸等の回転角度検出に利用される位置検出器の改良に関し、特に樹脂軸受けを使用したレゾルバに関するものである。
減速機と複数のレゾルバにより回転を検出する検出器として特許文献１のレゾルバがある。
図４は、特許文献１で開示された従来のエンコーダにおける軸直角方向の断面図である。図５は図４に示すＢ−Ｂ部の断面図である。図６は図４に示すＡ−Ａ部の断面図である。ロータ６０は、入力軸１９に勘合され、入力軸１９が１回転するとロータ６０が１回転する。また、入力軸１９に勘合された、歯車２５は、歯車２６と噛み合い、軸２０と、歯車２７を駆動する。歯車２７は、真鍮歯車２８、３０と噛み合い、ロータ６２、６４を駆動する。このように歯車を組み合わせ、減速機構を構成することにより、入力軸１９が２４回転するとロータ６２が１回転し、入力軸１９が２５回転するとロータ６４が１回転するようになっている。図３は、図６の左側のレゾルバ部分を拡大し、天地を逆に表現したレゾルバの断面図である。真鍮歯車２８、３０は、中心部に金属軸受９３、９４を通す穴を有し、旋盤加工後に外径部にホブ加工を行い、製造される。また、金属軸受９３、９４の穴に固定軸１２、１３を挿入し、真鍮歯車２８、３０の穴に金属軸受９３、９４の外輪を挿入し、双方とも接着し組み立てることで、真鍮歯車２８、３０のラジアル方向とスラスト方向の動きが制限される。また、真鍮歯車２８、３０は、歯車２７にかみ合っており、入力軸に対して決まった減速比で回転する。固定軸１２、１３は、スチール等の金属材料で、アルミケーシング８１に圧入され、固定される。ロータコア６２、６４は、外径が偏芯形状でフェライトや電磁ステンレスや珪素鋼板等の軟磁性材料からできており、金属軸受９３、９４の外輪と真鍮歯車２８、３０に接着固定される。
ステータ部６６には、４つの突極１０１、１０２、１０３、１０４が配置されている。この４つの突極は、ロータコア６２の外周、かつ、ロータコア６２の回転中心と同心円上に配置されている。それぞれの突極に２相検出巻線１６と励磁巻線１７が配置され、ロータコア６２の回転により、ロータコア６２とステータ部６６の突極の先端のエアーギャップの変化によって磁気抵抗が変化する。この変化により２相検出巻線１６の誘起電圧が変化し、ロータコア６２の回転位置が検出できる。ロータコア６４についても同様にして回転位置が検出できる。
図６のレゾルバ回転軸に、ラジアル荷重とスラスト荷重を受けるためにボールベアリング等の軸受９３、９４を使用するとコストがアップする。また、真鍮歯車２８、３０およびハウジングを樹脂製とすれば、コストダウンができるとともに温度変化によるバックラッシの変動を小さく抑えることが可能となる。その一方で、スラスト軸受を樹脂製にすると、軸受の摩耗量が大きくなる問題があった。
前述の課題を解決するために、入力軸の回転量を減速器とレゾルバにより検出する回転位置検出器用レゾルバにおいて、中心部に固定軸を通す穴の開いた樹脂製歯車と、軟磁性体から成るとともに前記樹脂製歯車に接合されたロータコアと、を有するロータ部と、前記固定軸と、前記ロータコアに対して軸方向に対向配置される励磁巻線及び検出巻線と、前記励磁巻線及び検出巻線を挟んで前記ロータコアの反対側に配置される軟磁性体金属から成るバックコアと、前記バックコアおよび固定軸を支持する樹脂製ハウジングと、を有するステータ部と、を備え、前記励磁巻線及び検出巻線は、前記固定軸から一定距離離して前記固定軸の周囲に配置され、前記バックコアは、固定軸に近接又は接合し、前記樹脂製歯車は、中央がバックコアに接触するように突出した形状である、ことを特徴とする。
本発明によれば、樹脂製歯車のうち、バックコアに接触する突出部は、樹脂製歯車のスラスト方向の動きを規制しつつ樹脂製歯車の回転を許容するスラスト軸受としても機能する。すなわち、本発明によれば、樹脂製歯車と軸受が同じ材質で一体に成型可能なため樹脂金型で製作できるので安価な回転検出用レゾルバとなる。さらに、軟磁性体金属製のバックコアがスラスト方向の磁路の形成の役目とスラスト側の摩耗面を支える構造のため、樹脂製軸受の摩耗量が少なく高寿命で小型な回転用レゾルバとなる。
以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説明する。図１は本発明の回転検出用レゾルバの構成を示す図である。図２は、図１のレゾルバを上からみた図である。図３に示す従来のエンコーダと同様の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
回転検出用レゾルバは、樹脂ハウジング８を有しており、当該樹脂ハウジング８からは、固定軸２が起立している。固定軸２は、スチール等の金属材料で表面が滑らかになるように加工され、樹脂ハウジング８に圧入され、固定される。
固定軸２には、樹脂ハウジング８側から順に、バックコア５、樹脂歯車１、止め輪３が挿入される。樹脂歯車１は、中心部に固定軸２を通す穴を有し、射出成型等により一体成型して製造される。樹脂歯車１は、外周囲に歯車が形成された大径部と、大径部より小径でバックコア５側に突出する突出部とを備えた段付形状となっている。また、樹脂歯車１の中心には、穴が形成されており、この穴に固定軸２を挿入することにより、ラジアル方向の動きが制限される。ただし、樹脂歯車１の穴は、固定軸２より僅かに大きくなっており、樹脂歯車１は、固定軸２に対して回転可能となっている。そして、樹脂歯車１は、歯車２７にかみ合っており、入力軸に対して決まった減速比で回転する。
止め輪３は、表面が滑らかな板金を打ち抜きで金型にて加工される。止め輪３は、固定軸２に圧入され、固定軸２に対して固定される。止め輪３は、樹脂歯車１が当該止め輪３に対して周方向に滑って軽く動く程度に当該樹脂歯車１の上面を押さえ、樹脂歯車１のスラスト方向位置を固定する。
また、樹脂歯車１の突出部の底面は、バックコア５に接触している。換言すれば、樹脂歯車１は、バックコア５と止め輪３とで挟まれている。その結果、樹脂歯車１は、止め輪３とバックコア５によりスラスト方向の動きを制限されつつも、歯車の固定軸２回りの回転を許容するスラスト軸受の機能も有する。
バックコア５は、電磁ステンレスや珪素鋼板等の表面が滑らかな軟磁性材料のスチール製板金からできており、バックコア５は、２相検出巻線６の外径と同じか又は囲む大きさの円形に、打ち抜き金型にて加工される。また、バックコア５は、固定軸２に近接又は接合した状態で樹脂ハウジング８に接着等により固定される。
ロータコア４は、フェライトや電磁ステンレスや珪素鋼板等の軟磁性材料からできている。ロータコア４は、固定軸２および樹脂歯車１の突出部が通る穴を持つ。ロータコア４は、その穴を中心とする最大外径が２相検出巻線６の外径以上となるように、かつ、その穴を中心とする最小外径が励磁巻線７の外径と同じになるような偏芯形状、凸極形状に加工され、樹脂歯車１に接着等で固定される。
バックコア５の表面には、プリント基板９が載置されている。プリント基板９には、２相検出巻線６と励磁巻線７が導体パターンにて形成されている。また、プリント基板９は、樹脂歯車１の中央の突出部が通る穴を持ち、バックコア等に接着等で固定される。
プリント基板９には、ロータコア４の回転中心と同心円上に、励磁巻線７および２相検出巻線６が形成されている。２相検出巻線６は、それぞれ、９０度間隔で、4つ設けられている。励磁巻線７は、その外径が、２相検出巻線６の内径より小さく、その内径が、樹脂歯車１の中央の突出部よりも大きな内径を持つように、固定軸２の周囲にプリント基板９の導体パターンにて渦巻き状に形成される。２相検出巻線６は、その内径が励磁巻線７の外径よりも大きく、その外径がバックコア５の外径以下となるように、プリント基板９の導体パターンにて半月状に形成される。
２相検出巻線６と励磁巻線７は、図示しないレゾルバ信号位置検出回路に接続され、励磁巻線７が発する磁束がロータコア４を回り２相検出巻線６を通りバックコア５を回る。その結果、ロータコア４の回転位置に応じた電圧が２相検出巻線に発生し、レゾルバ信号検出回路が回転位置を検出することができる。なお、従来技術で示すように、このようなレゾルバを複数配置してもよい。すなわち、本実施形態のレゾルバを複数、減速器を介して接続して、回転位置検出器を構成してもよい。
以上のような構成とすることで、安価で高寿命で小型な回転検出用レゾルバを提供できる。
１ 樹脂歯車、２，１２ 固定軸、３ 止め輪、４，６２ ロータコア、５ バックコア、６ ２相検出巻線、７ 励磁巻線、８ 樹脂ハウジング、９ プリント基板、２７ 歯車、２８，３０ 真鍮歯車、９３ 金属軸受、８１ アルミケーシング、６６ ステータ部、１６Ａ ２相検出巻線の一部、１０１，１０２，１０３，１０４ 突極。
Claims (4)
- 入力軸の回転量を減速器とレゾルバにより検出する回転位置検出器用レゾルバにおいて、
中心部に固定軸を通す穴の開いた樹脂製歯車と、軟磁性体から成るとともに前記樹脂製歯車に接合されたロータコアと、を有するロータ部と、
前記固定軸と、前記ロータコアに対して軸方向に対向配置される励磁巻線及び検出巻線と、前記励磁巻線及び検出巻線を挟んで前記ロータコアの反対側に配置される軟磁性体金属から成るバックコアと、前記バックコア及び固定軸を支持する樹脂製ハウジングと、を有するステータ部と、
を備え、
前記励磁巻線及び検出巻線は、前記固定軸から一定距離離して前記固定軸の周囲に配置され、
前記バックコアは、固定軸に近接又は接合し、
前記樹脂製歯車は、中央がバックコアに接触するように突出した形状である、
ことを特徴とする回転位置検出用レゾルバ。 - 前記励磁巻線及び検出巻線は、同一のプリント基板上の導体パターンで形成される、ことを特徴とする請求項１記載の回転位置検出器用レゾルバ。
- 前記ステータ部は、さらに、前記固定軸に挿入されて固定され、前記バックコアと協働して前記樹脂製歯車を回転可能に挟持する止め輪を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転位置検出器用レゾルバ
- 前記固定軸は、前記樹脂製ハウジングから前記ロータ側に延びており、
前記樹脂製歯車は、大径部と、大径部より小径で前記バックコア側に突出する突出部と、を有した段付き形状であり、
前記ロータコアは、前記大径部のうち前記バックコア側の端面に接合されている、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転位置検出用レゾルバ。
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