JP4845255B2 - アブソリュートセンサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転軸の絶対回転角度位置を検出するためのアブソリュートセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転軸の絶対回転角度位置を検出するためのアブソリュートセンサとしては、平歯車からなる減速機構を備えたものが知られている。このセンサは、一般に、平歯車を組み合わせた減速機構と、この減速機構に高速回転を入力する高速回転軸と、減速機構を介して得られる低速回転が伝達される低速回転軸と、これら高速回転軸および低速回転軸の回転角度あるいは回転速度を検出するためのエンコーダとを備えた構成となっている。各エンコーダの出力に基づき、例えば、低速回転軸の絶対回転角度位置を、減速機構の減速比に対応する分解能で求めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種のアブソリュートセンサにおいては、次のような解決すべき課題がある。第１に、平歯車を組み合わせた場合には、入力側の高速回転軸と減速回転出力側の低速回転軸とを同軸状に配列できない。また、平歯車を組み合わせた減速機構では高減速比を得ることが困難であるので、高分解能のセンサを得ることができない。さらには、多数枚の歯車を連結して所望の減速比を実現する必要があるので、センサの小型化に不利である。
【０００４】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、入力側および出力側の回転軸を同軸状に配列可能なアブソリュートセンサを提案することにある。
【０００５】
また、本発明の課題は、小型で高分解能のアブソリュートセンサを提案することにある。
【０００６】
さらに、本発明の課題は、減速比を２の乗数にして、各エンコーダの出力信号のコンピュータ処理を簡単に行なうことのできるアブソリュートセンサを提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明のアブソリュートセンサ（１）は、
高速回転軸（６）と、
この高速回転軸（６）を介して伝達される高速回転を減速する遊星歯車機構（１０）と、
前記高速回転軸（６）に対して同軸状態に配列されていると共に前記遊星歯車機構（１０）から出力される減速回転が伝達される低速回転軸（１１）と、
前記高速回転軸（６）の回転速度あるいは回転角度を検出する高速側エンコーダ（１３）と、
前記低速回転軸（１１）の回転速度あるいは回転角度を検出する低速側エンコーダ（１２）とを有し、
前記遊星歯車機構（１０）は、固定太陽内歯車（ａ）と、この固定太陽内歯車（ａ）に噛み合っている前段遊星歯車（ｂ）と、この前段遊星歯車（ｂ）と一体回転する後段遊星歯車（ｃ）と、この後段遊星歯車（ｃ）に噛み合っている出力太陽内歯車（ｄ）とを備え、前記前段遊星歯車（ｂ）および後段遊星歯車（ｃ）は前記高速回転軸（６）に形成した偏心軸部分（２３）によって回転自在に支持されると共に前記固定太陽内歯車（ａ）および前記出力太陽内歯車（ｄ）との噛み合いを維持させられ、前記出力太陽内歯車（ｄ）は前記低速回転軸（１１）に連結されており、
前記遊星歯車機構（１０）の減速比は２の乗数となるように設定されており、
前記高速側エンコーダ（１３）の出力と前記低速側エンコーダ（１２）の出力に基づき、前記低速回転軸（１１）あるいは前記高速回転軸（６）の絶対回転角度が検出されることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明のアブソリュートセンサ（１）は、上記構成に加えて、
円筒状の胴部（３）および当該胴部の両端に締結した第１端板（４）および第２端板（５）からなるハウジング（２）を有し、
前記高速回転軸（６）は、前記ハウジング（２）の中心を貫通して延び、前記第１端板（４）および前記第２端板（５）にそれぞれ取り付けたベアリング（７、８）を介して回転自在の状態で前記ハウジング（２）によって支持されており、
前記低速回転軸（１１）は、前記高速回転軸（６）の外周面部分を同軸状態に取り囲むように配置された中空低速回転軸であり、
前記遊星歯車機構（１０）は前記ハウジング（２）の内部に組み込まれており、
前記固定太陽内歯車（ａ）は前記ハウジング（２）の前記胴部（３）の内周面に固定されており、
前記出力太陽内歯車（ｄ）は、前記固定太陽内歯車（ａ）に対して前記第２端板（５）の側の位置において、前記ハウジング（２）の前記胴部（３）の内周面に対してベアリング（２１）を介して回転自在の状態で支持されており、
前記出力太陽内歯車（ｄ）の円環状端面からは円盤状連結部（２２）が延びており、当該円盤状連結部（２２）の内周端部分に前記中空低速回転軸（１１）が連続しており、
前記低速側エンコーダ（１２）は、前記出力太陽内歯車（ｄ）と前記第２端板（５）の間に配置されており、
前記高速側エンコーダ（１３）は、前記第２端板（５）から前記ハウジング（２）の外方に突出している前記高速回転軸（６）の端部分（６１）に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したアブソリュートセンサの実施例を説明する。
【００１１】
図１は本例のアブソリュートセンサを示す半断面図である。この図を参照して説明すると、アブソリュートセンサ１は、全体として円筒状のハウジング２を備えており、このハウジング２は円筒状の胴部３と、この胴部両端に締結した端板４、５から構成されている。このハウジング２の中心を貫通して高速回転軸６が延びており、この高速回転軸６は、各端板４、５の中心孔内周面に取り付けたベアリング７、８を介して回転自在の状態でハウジング２によって支持されている。
【００１２】
ハウジング２の内部には、高速回転軸６の回転を減速する減速機構として、遊星歯車の一種である内公転型遊星歯車機構１０が組み込まれている。この遊星歯車機構１０の減速回転が出力される低速回転軸は、本例では、高速回転軸６の外周面部分を同軸状態に取り囲むように配置した中空低速回転軸１１とされている。この中空低速回転軸１１の回転速度あるいは回転角度が、ハウジング２の内部に組み込まれた低速側エンコーダ１２によって検出される。
【００１３】
ハウジング２の端板５から外部に突出している高速回転軸６の端部分６１には、当該高速回転軸６の回転速度あるいは回転角度を検出するための高速側エンコーダ１３が配置されている。この高速側エンコーダ１３は、コップ状のエンコーダケース１４によって覆われており、当該エンコーダケース１４はハウジング２の側に固定されている。
【００１４】
次に、図２はハウジング２の内部に組み込まれている遊星歯車機構１０のスケルトン図であり、この図も参照して本遊星歯車機構１０の構造を説明する。遊星歯車機構１０は、固定太陽内歯車ａ（歯数Ｚ_a）と、前段遊星歯車ｂ（歯数Ｚ_b）と、後段遊星歯車ｃ（歯数Ｚ_c）と、出力太陽内歯車ｄ（歯数Ｚ_d）とを備えている。本例では遊星歯車ｃ、ｄはそれぞれシザースギヤとされている。固定太陽内歯車ａはハウジング胴部３の内周面に固定されており、この内側には、当該固定太陽内歯車ａに噛み合っている前段遊星歯車ｂが配置されている。前段遊星歯車ｂの隣接位置には後段遊星歯車ｃが配置されており、これらは一体回転する。この後段遊星歯車ｃの外周側には、当該後段遊星歯車ｃが噛み合っている出力太陽内歯車ｄが配置されている。この出力太陽内歯車ｄは、ハウジング胴部３の内周面に対してベアリング２１を介して回転自在の状態で支持されている。この出力太陽内歯車ｄの円環状端面からは円盤状連結部２２が延びており、当該連結部の内周端部分には上記の中空低速回転軸１１が連続している。
【００１５】
ここで、高速回転軸６には偏心軸部分２３が形成されており、この偏心軸部分２３によって前段遊星歯車ｂおよび後段遊星歯車ｃが回転自在の状態で支持されている。従って、高速回転軸６の回転に伴って、各遊星歯車ｂ、ｃはその中心軸線６ａの回りを公転する。
【００１６】
この構成の遊星歯車機構１０における減速比ｉは図２に示す式により求めることができる。本例では、各歯車の歯数が、表１の第１行目に記載されているように設定さており、前段側の歯数差および後段側の歯数差が共に４とされている。この場合には、減速比ｉは２５６であり、２の乗数となる。同様に、表１の第２、第３行目に記載されているように、歯数差が２の場合、１の場合にも、減速比ｉはそれぞれ１０２４、４０９６となり、共に、２の乗数となる。
【００１７】
また、表２に示すように、歯数差が８および９の場合には、減速比が５１２となり、歯数差が２５および１８の場合には減速比が２０４８となり、いずれの場合にも２の乗数となる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
次に、本例の低速側エンコーダ１２および高速側エンコーダ１３としては、各種の検出形式のものを採用することができる。例えば、ポテンショメータ、光学式エンコーダ、レゾルバ等を用いることができる。あるいは、特開平９−５３９０９号に開示されているような磁気誘導式位置センサを用いることもできる。
【００２１】
本例のアブソリュートセンサ１では、その遊星歯車機構１０の減速比が２５６であるので、高速回転軸６の２５６回転毎に低速回転軸１１が１回転する。各エンコーダ１３、１２の検出信号に基づき、各回転軸６、１１の回転角度位置を検出できる。また、双方の検出信号に基づけば、回転軸１１の絶対回転位置を精度良く検出できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のアブソリュートセンサは、減速機構として入出力軸を同軸状に配列できると共に減速比が２の乗数となる遊星歯車からなる内公転型遊星歯車機構を備えている。
【００２３】
従って、従来の平歯車からなる減速機構を備えたアブソリュートセンサに比べて、少ない歯車数で減速比を大きくとることができるので、センサを小型化でき、精度良く回転軸の絶対回転角度位置を検出できる。また、減速比が２の乗数となっているので、コンピュータ処理によるエンコーダ出力信号の演算処理を簡単に行なうことができるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したアブソリュートセンサの半断面図である。
【図２】図１のアブソリュートセンサに組み込まれている遊星歯車機構のスケルトン図である。
【符号の説明】
１ アブソリュートセンサ
２ ハウジング
３ 胴部
４、５ 端板
６ 高速回転軸
７、８ ベアリング
１０ 遊星歯車機構
１１ 低速回転軸
１２ 低速側エンコーダ
１３ 高速側エンコーダ
２３ 偏心軸部分

Claims (1)

1. 高速回転軸（６）と、
   この高速回転軸（６）を介して伝達される高速回転を減速する遊星歯車機構（１０）と、
   前記高速回転軸（６）に対して同軸状態に配列されていると共に前記遊星歯車機構（１０）から出力される減速回転が伝達される低速回転軸（１１）と、
   前記高速回転軸（６）の回転速度あるいは回転角度を検出する高速側エンコーダ（１３）と、
   前記低速回転軸（１１）の回転速度あるいは回転角度を検出する低速側エンコーダ（１２）とを有し、
   前記遊星歯車機構（１０）は、固定太陽内歯車（ａ）と、この固定太陽内歯車（ａ）に噛み合っている前段遊星歯車（ｂ）と、この前段遊星歯車（ｂ）と一体回転する後段遊星歯車（ｃ）と、この後段遊星歯車（ｃ）に噛み合っている出力太陽内歯車（ｄ）とを備え、前記前段遊星歯車（ｂ）および後段遊星歯車（ｃ）は前記高速回転軸（６）に形成した偏心軸部分（２３）によって回転自在に支持されると共に前記固定太陽内歯車（ａ）および前記出力太陽内歯車（ｄ）との噛み合いを維持させられ、前記出力太陽内歯車（ｄ）は前記低速回転軸（１１）に連結されており、
   前記遊星歯車機構（１０）の減速比は２の乗数となるように設定されており、
   前記高速側エンコーダ（１３）の出力と前記低速側エンコーダ（１２）の出力に基づき、前記低速回転軸（１１）あるいは前記高速回転軸（６）の絶対回転角度が検出されるようになっており、
   円筒状の胴部（３）および当該胴部の両端に締結した第１端板（４）および第２端板（５）からなるハウジング（２）を有し、
   前記高速回転軸（６）は、前記ハウジング（２）の中心を貫通して延び、前記第１端板（４）および前記第２端板（５）にそれぞれ取り付けたベアリング（７、８）を介して回転自在の状態で前記ハウジング（２）によって支持されており、
   前記低速回転軸（１１）は、前記高速回転軸（６）の外周面部分を同軸状態に取り囲むように配置されている中空低速回転軸であり、
   前記遊星歯車機構（１０）は前記ハウジング（２）の内部に組み込まれており、
   前記固定太陽内歯車（ａ）は前記ハウジング（２）の前記胴部（３）の内周面に固定されており、
   前記出力太陽内歯車（ｄ）は、前記固定太陽内歯車（ａ）に対して前記第２端板（５）の側の位置において、前記ハウジング（２）の前記胴部（３）の内周面に対してベアリング（２１）を介して回転自在の状態で支持されており、
   前記出力太陽内歯車（ｄ）の円環状端面からは円盤状連結部（２２）が延びており、当該円盤状連結部（２２）の内周端部分に前記低速回転軸（１１）が連続しており、
   前記低速側エンコーダ（１２）は、前記出力太陽内歯車（ｄ）と前記第２端板（５）の間に配置されており、
   前記高速側エンコーダ（１３）は、前記第２端板（５）から前記ハウジング（２）の外方に突出している前記高速回転軸（６）の端部分（６１）に配置されていることを特徴とするアブソリュートセンサ（１）。

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