JP4150992B2 - ステップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、監視カメラ、デイスコライテング装置、アンテナ駆動装置等の３次元に位置決めする、俗称「雲台」と言われる装置に適したアクチュエータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
監視カメラ、デイスコライテング装置、アンテナ駆動装置等の３次元に位置決めする雲台と言われる装置において、アクチュエータにより、立体的に位置決めするには、パン（水平方向回転）用モータとチルト（垂直方向回転）用モータを用いる。
通常パンモータでチルトモータを水平方向に回転させ、チルトモータにカメラやライトを取りつけ所望の３次元立体位置に位置決めしている。
【０００３】
従来の上述した３次元に位置決めする装置の構成は、チルト用モータの電力供給用リード線やカメラやライト用の電力供給線が駆動時、ツイストされ、また連続的に回転させることができず、例えば、精々３００度程度の有限角度しか移動回転できない。
【０００４】
そこで、本願発明者は、先に、特願平１０−２８４６９５号の翻訳文において開示しているように、「中空モータ軸にスリップリングを内蔵させたダイレクト駆動装置」という発明の名称で特許出願した。
この先行技術のダイレクト駆動装置について、図３を用いて説明する。
【０００５】
図３に示すテレビカメラ装置１０１は、監視装置において使用される周知のドーム状カメラエンクロージャ１０３であって、透明或いは半透明なドーム１０３Ａと、カメラエンクロジャ１０３の上部に固定された基板１０４と、基板１０４の表面に固定されたパンニング電動機１０２と、基板１０４の中心を通って延び基板１０４と直交する水平軸Ｈ（パン）を中心として回転可能にパンニング電動機１０２の回転子１１４に取り付けられたカメラ保持ブラケット１０７とを有している。
【０００６】
チルティング電動機１１０が、逆Ｕ字形のフォーク状ホルダーとして形成されたカメラ保持ブラケット１０７の一側面上に固定載置されている。
テレビカメラ１１２はチルティング電動機１１０の回転子１１６に取り付けられていて、カメラ１１２を垂直軸Ｖ（チルト）を中心として回転可能にする。
一方、反対側では、カメラ１１２は、Ｖ軸に沿って延びる周知のピボット回転ジョイント１１５を介してカメラ保持ブラケット１０７に載置されている。
【０００７】
Ｈ軸（パン）と直交するＶ軸（チルト）及びＶ軸（チルト）と直交するＬ軸（レンズ）及びＨ軸は、すべて、ドーム状のカバー部分１０３Ａの中心で交差しているので、ドーム球内での全周に亘る無制限なパンニング移動とチルティング移動を提供する。
【０００８】
パンニング電動機１０２は、その回転子１１４内部に回転接点あるいはスリップリング組立体１０６を組み込んでいる。
スリップリング組立体１０６それ自体は、回転式導電金属リングと、金属リングの回転中に金属リングを連続的な電流の流れに対して圧力を与える補完的に載置された導電金属ブラシュとからなる既知の組立体である。
【０００９】
電力と制御信号をカメラ１１２に供給し、カメラ１１２から映像信号、音声信号、データ信号を受信するための電線を含む接続電線１０５は、ドーム状カメラ エンクロージャ１０３およびスリップリング組立体１０６の回転リングを接続するための基板１０４の開口を通過する。
電力をパンニング電動機１０２に供給する電線１１３は、パンニング電動機１０２がインナー回転子形ならば、別の開口１１３Ａを介して直接接続してよく、パンニング電動機１０２がアウター回転子形ならば、接続電線１０５と一緒に接続しなければならない。
【００１０】
一端でスリップリング組立体１０６のブラシュに接続された電線１０８は、保持ブラケット１０７の開口１０８Ａを介し送られ、他端でチルティング電動機１１０の回転子１１６のシャフト内に載置されたスリップリング組立体１０９の回転リングに接続されている。
【００１１】
スリップリング組立体１０９のブラシュに接続された電線１１１は、他端で、更に、カメラ１１２と制御回路（図示せず）に接続されている。
図３から、この配置において、カメラ１１２は、そのパンニング軸Ｈ、あるいはそのチルティング軸Ｖを中心にして、捩れたり撓んだりしないで無限に回転できることが明白である。
更にまた、パンニング電動機１０２の回転子１１４上に直接載置されたカメラ保持ブラケット１０７が送電機構なしに駆動電動機によって直接駆動されることも明白である。
【００１２】
同様に、図３より、送電機構を使用せずに、チルティング電動機１１０の回転子１１６がカメラのチルティング位置を直接駆動できることも明白である。
送電装置と組立体の排除は、ドーム状カメラエンクロージャ１０３のサイズを減じ、構成を簡略化し、位置決め装置の信頼性や効率・精度をも向上させる。
【００１３】
なお、パンニング電動機１０２及びチルティング電動機１１０の具体的構成は、上述した先行技術に係る出願、特願平１０−２８４６９５号の翻訳文に詳細に示されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した先行技術を出願した後の検討で、モータを位置決めに適したステッピングモータとすると、減速体を使用しないダイレクト駆動の場合は、負荷のイナーシャが大きいと起動が困難で、大きなモータが必要となり、減速体が無くても価格が高く、その大きさではかえって大きくなるという問題が判明した。
【００１５】
本発明は、上記課題（問題点）を解決し、監視カメラ、デスコライチング、アンテナ等の立体位置決め装置に最適で実用的なアクチュエータであるスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機は、請求項１に記載したものでは、固定子と該固定子の中心部分を貫通する中空の回転軸を備える回転子とを有する内転型回転電機と、前記回転軸の中空部内に配置されて前記回転軸と同軸的に回転する中空軸を有し、前記内転型回転電機の出力速度を減速し、前記中空軸により出力を取り出す減速体と、スリップリング組立体とを備え、前記スリップリング組立体の一方は、前記中空軸の中空部分に設けられ、リード線は上記中空軸の中空部分を介して導かれるようにし、前記スリップリング組立体の他方は、非回転部分に固着するように構成した。
【００１７】
請求項２に記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機では、中心に中空部分を有する固定子と中空の回転軸を備える回転子とを有する外転型回転電機と、前記回転軸及び前記固定子の中空部内に配置されて前記回転軸と同軸的に回転する中空軸を有し、前記外転型回転電機の出力速度を減速し、前記中空軸により出力を取り出す減速体と、スリップリング組立体とを備え、前記スリップリング組立体の一方は、前記中空軸の中空部分に設けられ、前記スリップリング組立体の他方は、非回転部分に固着するようにし、リード線は上記中空軸の中空部分を介して導かれるように構成した。
【００１８】
請求項３に記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機では、請求項１又は２に記載の回転電機を、ステッピングモータとするように構成した。
【００１９】
請求項４に記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機では、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、上記減速体の中空部内又は出力部に位置センサと速度センサのいずれか、或いは、その両方を前記スリップリング組立体に沿って備えるように構成した。
【００２０】
さらに、請求項５に記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機では、前記減速体を、減速ギヤで構成するようにした。
【００２１】
上述の如き構成においては、モータ回転軸に換算した負荷イナーシャＪは減速比をＮ、換算前の負荷イナーシャＪＬとすると、
Ｊ＝ＪＬ／Ｎ₂
だけ、軽減できる。
また、減速体が同心型であるため、モータの中空の回転軸と同心で中空部を減速体の中心に設けられるため、スリップリングを減速された最終出力部に内蔵すると、モータの非出力側のセンタ穴等の静止側から電力を供給でき、スリップリングの出力は減速体出力部と等速運動が出来、前述したチルトモータ等のリード線の捩れが無くなり、有限の動きが出き連続回転や連続反転が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１及び図２を用いて、本発明のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機（以下簡単に「回転電機」という場合がある。）の第１及び第２の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態：
先ず、図１を用いて本発明の回転電機の第１の実施の形態を説明する。
図１は本発明の回転電機として内転（インナーロータ）型モータ１５による第１の実施の形態を示す図で、同図（Ａ）は一部縦断側面図、同図（Ｂ）は径方向断面図である。
図１（Ａ）に示すように、本実施の形態の内転型モータ１５は、モータ固定子１、出力側ブラケット２、後側ブラケット３、モータのコイル４、回転子５、軸受け６、中空のモータ回転軸７及びこの中空のモータ回転軸７と同軸的に中空軸で出力を取り出す減速体１６を備えている。
図１（Ｂ）では減速体１６は減速比の大きく取れるハーモニック減速体１６の例で示した。
本発明の内転型モータ１５に必要な減速後の出力がモータ回転子５と同心位置から取り出せ、バックラッシュが小さい等のメリットが、本減速体１６にはある。
【００２３】
本実施の形態の減速体１６を構成する遊星ギヤも同様である。
図１（Ｂ）で、８はサーキュラスプラインと呼ばれる出力ギヤ、９はフレクススプラインとも呼ばれる、フレクシブルな材料で作られた内部ギヤである。
これをウエーブジエネレータと呼ばれるローラー１０で内側からしごくことで、出力ギヤ８と内部ギヤ９のわずかな歯数の差で大きな減速が取れるハーモニック減速体１６である。
【００２４】
１２はスリップリングのハウジングであり、出力ギヤ８の中空内径に固定されている。
１４は導電性金属等で構成されたスリップリングであり、１３は、導電性金属等でできたブラシュであり、ブラシュ１３とスリップリング１４は滑りながら接触回転し、電流を流すことが出きる。なお、これらブラシュ１３とスリップリング１４とでスリップリング組立体を構成する。
スリップリング１４は、図１（Ａ）に示すように、減速体１６の中空部内に取り付けられている。
この場合、出力ギヤ８とスリップリング１４は等速運動をするので、出力ギヤ８にチルトモータを取り付け、そのリード線（図示せず）をスリップリング１４と連結すれば、連続回転が出来、リード線の捩れも起きない。
【００２５】
第２の実施の形態：
次に、図２を用いて本発明の回転電機の第２の実施の形態を説明する。
図２は外転（アウターロータ）型モータによる第２の実施の形態を示す図で、同図（Ａ）は一部縦断側面図、同図（Ｂ）は径方向断面図である。
図２（Ａ）において、２１は、内部構成の図示を省略した外転型モータである。２２は、モータ出力を減速体２６に入力する伝達軸である。
減速体２６は、外転型モータ２１の出力を減速し、伝達軸２２と同軸的に中空軸で出力を取り出す。
【００２６】
図２（Ｂ）は、減速体２６を遊星ギヤ減速体の例で示したものである。
２３は内歯車、２４は遊星歯車、２５は太陽歯車であり、伝達軸２２と連結している。
内歯車２３の出力部は中空とし、図１に示したものと同様に、スリップリング１４とブラシュ１３より成るスリップリング組立体が内臓される。
なお、遊星歯車２４は、図示のように３個を１２０度位置で使用するのが一般的である。
【００２７】
本発明のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、本発明の回転電機に適用する減速体は、図１、図２に示したものに限られず、減速体の出力が回転軸と同心であれば良く、アキシャル方向に差動的に噛み合う減速体としても良い。
【００２８】
位置決めには、ステッピングモータがオープンループで使用でき、経済的である。
しかし、イナーシャ負荷が大きいと起動できなかったり、脱調したりしやすい欠点がある。
そこで、従来では、ダイレクト駆動する場合はブラシュレスＤＣモータにエンコーダをつけてクローズドループで使用したり、大型のステッピングモータにしたりしていた。
【００２９】
これを本発明の外転型モータでは、小さなステッピングモータと簡単な同心型中空軸減速体とで可能となった。
通常の回転子の回転を２番ギヤ、２番ピニオン、３番ギヤ、出力ギヤ等の構成では、減速出力部がモータセンターと偏心するため、モータ部と減速部に共通の貫通穴がもうけられず、スリップリングを内蔵しても本発明の機能を得られない。
【００３０】
なお、ステッピングモータを使用する場合は、一般にオープンループ制御するので、特に、脱調したときの現在位置を知る必要が生じる場合がある。
また、減速した低速で駆動する場合、回転速度変動をモニターする必要がある場合がある。
その時は、段落番号［００１９］で述べたように、適宜ポテンショメータやエンコーダーを位置センサとして、また、タコジェネレーター等を速度モニター（速度センサ）として使用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機は、上記のように構成したために、次のような長所を有する。
（１）中空軸を有する減速体にスリップリングを内蔵したので減速後の２次モータのリード線とスリップリングの出力が等速になり、２次モータ等の線の捩れが回避でき連続回転や反転が容易に出来、信頼性が増し、ロングライフになる。
（２）減速体を使用したので、モータ軸に換算した負荷イナーシャを小さくでき、モータも小形で良く、位置決めに最適なステッピングモータが使用できる。
（３）モータと同心で中空軸減速体を使用したので、減速体付でもスリップリングで２次モータに電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内転型モータによる第１の実施の形態を示す図で、同図（Ａ）は一部縦断側面図、同図（Ｂ）は径方向断面図である。
【図２】本発明の外転型モータによる第２の実施の形態を示す図で、同図（Ａ）は一部縦断側面図、同図（Ｂ）は径方向断面図である。
【図３】本発明及び従来の回転電機を備えたテレビカメラ装置の外観構成を示す、一部を切り欠いて示した斜視図である。
【符号の説明】
６：軸受け
７：モータ回転軸
８：出力ギヤ
１４：スリップリング
１５：内転型モータ
１６、２６：減速体
２１：外転型モータ
２２：伝達軸

Claims (5)

1. 固定子と該固定子の中心部分を貫通する中空の回転軸を備える回転子とを有する内転型回転電機と、
   前記回転軸の中空部内に配置されて前記回転軸と同軸的に回転する中空軸を有し、前記内転型回転電機の出力速度を減速し、前記中空軸により出力を取り出す減速体と、
   スリップリング組立体とを備え、
   前記スリップリング組立体の一方は、前記中空軸の中空部分に設けられ、
   リード線は上記中空軸の中空部分を介して導かれるようにし、
   前記スリップリング組立体の他方は、非回転部分に固着するようにしたことを特徴とするスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機。
2. 中心に中空部分を有する固定子と中空の回転軸を備える回転子とを有する外転型回転電機と、
   前記回転軸及び前記固定子の中空部内に配置されて前記回転軸と同軸的に回転する中空軸を有し、前記外転型回転電機の出力速度を減速し、前記中空軸により出力を取り出す減速体と、
   スリップリング組立体とを備え、
   前記スリップリング組立体の一方は、前記中空軸の中空部分に設けられ、
   前記スリップリング組立体の他方は、非回転部分に固着するようにし、
   リード線は上記中空軸の中空部分を介して導かれるようにしたことを特徴とするスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機。
3. 上記回転電機が、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１又は２に記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機において、
   上記減速体の中空部内又は出力部に位置センサと速度センサのいずれか、或いは、その両方を前記スリップリング組立体に沿って備えるようにしたことを特徴とするスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機。
5. 前記減速体を、減速ギヤで構成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスリップリング付同軸出力中空軸減速体を有する回転電機。

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