JPH0540805U - 多回転型絶対位置検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転軸の絶対位置を、複数回の回転に亘って検
出する多回転絶対位置検出器を提供すること。 【構成】被検出軸に結合された回転型絶対位置検出器
と、被検出軸の回転運動を直線運動に変換する回転・直
動変換機構と、その直線移動量を検出する直線型絶対位
置検出器と、前記両方の絶対位置検出器の信号から多回
転絶対位置の信号を合成する回路部とで構成される。 【効果】歯車減速機構を用いない簡潔な構造なので、小
型であるとともに、両方の位置検出器の関係を適切にす
ることにより、信頼度の高い多回転絶対位置検出器が実
現できる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は回転軸の絶対的な回転角度を、複数回の回転に亘って検出する為の、 多回転絶対位置検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、通常の回転型絶対位置検出器は、１回転内の絶対角度位置しか検出でき ないことから、複数回に亘る回転の絶対角度位置を検出するために、次の二つの 方法のいずれかが行なわれている。

【０００３】 ［第一の方法］ 複数個の回転型絶対位置検出器を歯車減速機構を介して連結 させ、被検出軸に取り付けた回転型絶対位置検出器によって回転角度を検出し、 さらに、歯車で減速した他の軸に取り付けた他の回転型絶対位置検出器の検出角 度と歯車の減速比とから回転数を検出し、それらのデータを合成して多回転の絶 対位置を検出する方法。

【０００４】 ［第二の方法］ 回転型絶対位置検出器と回転数検出器を組合せ、その回転数 検出器からの信号をカウンタに順次計数し、電源遮断時にも回転数を検出して計 数出来るように、回転数検出器とカウンタを電池等の補助電源によりバックアッ プし、その計数値と回転型絶対位置検出器の出力値を合成して、多回転の絶対位 置を検出する方法。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、第一の方法では、複数個の回転型絶対位置検出器と歯車減速機 構を組み合わせるために、装置全体が、特に径方向に大型化してしまい、また、 バックラッシュを含めた歯車の精度が検出精度に影響を与え、さらに複数個の回 転型絶対位置検出器を用いるために高価なものになっていた。

【０００６】 また第二の方法では、主電源遮断中に外力で検出軸が回転した場合でも、主電 源を再投入したときに正しい絶対位置を示すためには、主電源遮断時に回転数検 出器も補助電源によってバックアップする必要があり、大容量の補助電源が要求 され、装置が大型化してしまう。それだけでなく、補助電源の容量に限界がある ことから、長時間に亘って主電源が切れている場合は、主電源を再投入した時に 正しい絶対位置を示せなくなる恐れがあり、補助電源の保守が必要であった。少 容量の補助電源で長時間のバックアップが可能なように、消費電力を少なくする 目的で、回転数検出器を一定時間間隔でサンプリングして読み込む方式も提案さ れているが、軸が高速で回転した場合に位置を見失ってしまうという問題があっ た。

【０００７】 これらの課題を解決するため、本考案の目的は、歯車による減速機構や補助電 源によるバックアップを用いることなく、小型で、主電源投入時には常に絶対位 置を検出できる多回転絶対位置検出器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、本考案は、被検出軸に結合された回転型絶対位置 検出器と、ネジ等を用いて被検出軸の回転運動を直線運動に変換する回転・直動 変換機構と、その直線移動量を検出するためのリニアスケール等の直線型絶対位 置検出器と、前記両方の絶対位置検出器の信号から多回転絶対位置の信号を合成 する回路部とで構成される。

【０００９】

【作用】

回転型絶対位置検出器からは、被検出軸の回転角度が０〜３６０°の範囲で検 出される。 直線型絶対位置検出器からは、被検出軸の回転数が、回転・直動変換機構によ り、被検出軸の１回転当たりリード長さ分だけの直線移動量に変換され、検出さ れる。 これらの検出信号を合成することで、被検出軸の絶対的な回転角度を多回転に 亘って検出することが可能になる。

【００１０】

【実施例】

以下、図面により本考案による多回転型絶対位置検出器の実施例を説明する。 図１は本考案の実施例を示す多回転型絶対位置検出器の概略構成図である。図 １において、１１は検出対象である被検出軸、１２は被検出軸に結合された回転 型絶対位置検出器、１３は回転数を直線移動量に変換するためのネジを用いた回 転・直動変換機構部、１３ａは被検出軸１１に結合されたオネジ、１３ｂは１３ ａと組み合わされたメネジ、１３ｃはメネジ１３ｂの回転を規制して直線運動さ せるためのガイドレール、１３ｄはメネジ１３ｂがオネジ１３ａの端部に到達し たときに押戻すためのバネ、１４は被検出軸１１と回転・直動変換機構部１３を 結合する為のカップリング、１５はメネジ１３ｂがオネジ１３ａの端部に到達し たことを検出する異常検出器、１６はメネジ１３ｂの直線移動量を検出するため の直線型絶対位置検出器である。

【００１１】 モータなどに連結された被検出軸１１が回転すると、カップリング１４により 被検出軸１１に結合されたオネジ１３ａが回転し、ガイドレール１３ｃによって 回転が規制されたメネジ１３ｂは、軸方向の直線移動を行う。このメネジ１３ｂ はオネジ１３ａの１回転毎にオネジ１３ａのリード長さ分だけ移動するので、直 線型絶対位置検出器１６により、被検出軸１１の回転量を直線移動量として検出 できる。一方、１回転内の回転角は回転型絶対位置検出器１２から得られる。

【００１２】 被検出軸１１の回転数が検出範囲を越え、メネジ１３ｂがオネジ１３ａの端部 に達した場合に備えて、オネジ１３ａの両端部にはネジを切っていない部分を設 けてあり、メネジ１３ｂがオネジ１３ａの端部に達した場合、メネジ１３ｂは空 転状態になり、それ以上は移動しなくなる。その状態において、オネジ１３ａが 逆方向に回転すると、メネジ１３ｂはバネ１３ｄにより押し返されて、端部から オネジ１３ａの中央に戻る。

【００１３】 このように回転数が検出範囲を越えた後に復帰した場合は、被検出軸１１の実 際の回転数と、直線型絶対位置検出器１６により検出した位置から求めた回転数 が異なってしまうが、この様な異常を検出するために、異常検出器１５が設けら れている。すなわち、オネジ１３ａの端部に自己保持型のリードスイッチ１５ａ とリセット用コイル１５ｂを、メネジ１３ｂにはリードスイッチ駆動用の磁石１ ５ｃを設けることで、一度でもメネジ１３ｂがオネジ１３ａの端部に到達すると リードスイッチ１５ａが保持され、アラーム信号を出力して、正しい回転数を検 出していない状態であることが示される。この場合には、この検出器の機械装置 への取付を再度調整する必要があり、その際にリセットコイル１５ｂによりリー ドスイッチ１５ａの保持状態を解除する。予め被検出軸１１の最大回転量を考慮 して選択し、組み付けを行なえば、このような問題は起きないことは言うまでも ない。

【００１４】 ところで、回転型絶対位置検出器１２の出力を下位ビットとし、直線型絶対位 置検出器１６の出力を上位ビットとして結合するには、二つの出力の間に一定の 関係を持たせる必要がある。それには以下のような構成を取る。

【００１５】 被検出軸１１が１回転すると、メネジ１３ｂはオネジ１３ａのリード長さ分移 動するが、この移動量と直線型絶対位置検出器１６の最小分解能とを一致させた のでは、図２のように回転型絶対位置検出器１２の変化点と直線型絶対位置検出 器１６の変化点が、バックラッシュ等によりずれた場合、誤ったデータを得るこ ととなる。

【００１６】 そこで、図３のように直線型絶対位置検出器１６の分解能を２倍にし、最小ビ ットがオネジ１３ａのリード長さの１／２で変化するようにする。このような直 線型絶対位置検出器１６を用い、回転型絶対位置検出器１２の出力が最大値から ０へ、または０から最大値に変化する点を直線型絶対位置検出器１６の分解能の 中央部に合わせることで、回転型絶対位置検出器１２のデータの変化点では、直 線型絶対位置検出器１６の出力値は常に奇数または偶数のいずれかになる。この ことは、組み立て時に、回転型絶対位置検出器１２と直線型絶対位置検出器１６ の位相を、カップリング１４により調整することで選択が可能である。

【００１７】 図３に示すように、回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値から０ に変化する点で、直線型絶対位置検出器１６の絶対値データが奇数である場合に は、直線型絶対位置検出器１６のデータ値をｎとすれば、 ｎが偶数ならば、被検出軸１１は（ｎ−２）／２回転、 ｎが奇数でかつ回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値の半分 以上であれば、被検出軸１１は（ｎ−３）／２回転、 ｎが奇数でかつ回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値の半分 以下であれば、被検出軸１１は（ｎ−１）／２回転していると判断できる。

【００１８】 一方、回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値から０に変化する点 で、直線型絶対位置検出器１６の絶対値データが偶数である場合には、図３にて 直線型絶対位置検出器１６のデータ値ｎが１、２、３、・・・であるのを、例え ば０、１、２、・・・と置き換えて考えれば、 ’ｎが奇数ならば、被検出軸１１は（ｎ−１）／２回転、 ’ｎが偶数でかつ回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値の半分 以上であれば、被検出軸１１は（ｎ−２）／２回転、 ’ｎが偶数でかつ回転型絶対位置検出器１２の絶対値データが最大値の半分 以下であれば、被検出軸１１はｎ／２回転していると判断できることが分かる。

【００１９】 このように、直線型絶対位置検出器１６の分解能を回転型絶対位置検出器１２ の１回転の１／２に設定し、上述の処理をすることにより、回転型絶対位置検出 器１２のデータが最大値から０へ、または０から最大値に変化する点と、対応す る直線型絶対位置検出器１６のデータの中央がずれることがあっても、ずれが直 線型絶対位置検出器１６の分解能の２分の１以下なら、誤りなく被検出軸１１の 回転数と回転角度を検出できる。これによって、回転・直動変換機構部１３が持 つバックラッシュの影響を除去することが可能になる。この多回転絶対位置検出 器の位置検出の分解能は、回転型絶対位置検出器１２に依存し、回転数の検出範 囲はオネジ１３ａのリード長さと全長によって決定される。

【００２０】 また、この実施例の構成とは逆に、メネジが回転しオネジが直線運動をする構 造にしてもよいし、回転・直動変換機構として、ラックとピニオン等、別の機構 を用いても、多回転絶対位置検出器が実現可能なことは言うまでもない。

【００２１】 図４は本考案の信号処理の概念を示すブロック図である。図において１７は、 回転型絶対位置検出器１２と直線型絶対位置検出器１６の出力を、連続した多回 転絶対位置データとするための合成回路を示す。上記の実施例では、回転型絶対 位置検出器１２および直線型絶対位置検出器１６として、直接デジタル出力が得 られるセンサで説明をしてきたが、図５に示すように、回転型絶対位置検出器１ ２として、レゾルバとレゾルバ／デジタル（Ｒ／Ｄ）変換器の組合せでもよく、 また、直線型絶対位置検出器１６としては、電気マイクロや、ポテンショメータ の様なアナログ出力のセンサとＡ／Ｄ変換器の組合せでも、全く同様に多回転絶 対位置検出器を構成することが出来る。

【００２２】

【考案の効果】

本考案による多回転絶対位置検出器は、角度検出部に回転型絶対位置検出器、 回転数検出部に、ネジ構造と直線型絶対位置検出器を用いているので、簡単な構 造で多回転位置検出が可能である。使用する直線型絶対位置検出器は、回転数を 検出するためにだけ用いるのであるから、高分解能である必要はない。また、歯 車減速機構を用いていないので装置の径方向の増加がなく、小型化が可能になる 。さらに、カウンタによる回転数の計数を行なっていないので、補助電源による 電力供給の必要がなく、補助電源組み込みのためのスペースの確保や配線及び保 守の必要がない。また、主電源が切れている間に軸が回転した場合にも、角度検 出部に回転型絶対位置検出器を用い、回転数検出に直線型絶対位置検出器を用い ているので、主電源投入時には常に絶対位置を検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案による多回転型絶対位置検出器の実施例
を示す概略構成図である。

【図２】回転型絶対位置検出器のデータと直線型絶対位
置検出器のデータの関係を示す図である。

【図３】回転型絶対位置検出器のデータと直線型絶対位
置検出器のデータの関係を示す図である。

【図４】本考案の信号処理の概念を示すブロック図であ
る。

【図５】本考案の信号処理の概念を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１１ 被検出軸 １２ 回転型絶対位置検出器 １３ 回転・直動変換機構 １４ カップリング １５ 異常検出器 １６ 直線型絶対位置検出器 １７ 合成回路

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出軸に結合された回転型絶対位置検
   出器と、被検出軸の回転運動を直線運動に変換する回転
   ・直動変換機構と、その直線移動量を検出するための直
   線型絶対位置検出器と、前記両方の絶対位置検出器の信
   号により多回転絶対位置の信号を合成する回路とで構成
   される多回転絶対位置検出器。
2. 【請求項２】 直線型絶対位置検出器の分解能を回転・
   直動変換機構による１回転相当の直線移動量の１／２以
   下にしたことを特徴とする請求項１に記載の多回転絶対
   位置検出器。
3. 【請求項３】 回転・直動変換機構の両端に、直動する
   部材を押戻すバネを設けたことを特徴とする請求項１に
   記載の多回転絶対位置検出器。
4. 【請求項４】 回転・直動変換機構の両端に、端部に到
   達したことを検出する検出部を設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の多回転絶対位置検出器。