JP2000201451A - 減速機付き電動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】部品点数を削減し、歯車のバックラッシュを少
なくして高い精度で出力軸の回転角度を検出することが
できる回転センサ付きの減速機付き電動機を提供する。 【解決手段】電動機１６の回転を減速して負荷に伝える
負荷駆動用減速機構１２の出力軸１３の側方に回転セン
サ１７を配置する。回転センサ１７の入力軸１７ｃを出
力軸１３と平行に配置し、入力軸１７ｃに取り付けた平
歯車２３Ａと出力軸１３の先端に設けたピニオンギア２
３Ｂとを噛み合わせて、出力軸１３の回転をピニオンギ
ア２３Ｂと平歯車２３Ａとからなるセンサ駆動用減速機
２３により減速して回転センサ１７に伝達する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出力軸の回転変位
を検出する回転センサを備えた減速機付き電動機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】回転センサを備えた減速機付き電動機
は、例えば種々の制御装置において操作部を操作するた
めに用いられる。例えば内燃機関用制御装置において
は、内燃機関への燃料の供給量を調節する手段（スロッ
トルバルブや燃料ポンプのコントロールラック）を操作
するアクチュエータとして、回転センサを備えた減速機
付き電動機が用いられる。

【０００３】また電動機により減速機を介して駆動され
る負荷において、負荷の位置を目標位置に一致させるよ
うに制御する必要がある場合には、負荷の位置を検出す
るために、減速機付き電動機の出力軸の回転角を検出す
る回転センサを設ける場合がある。

【０００４】図３は、出力軸の回転角を検出する回転セ
ンサを取り付けた従来の減速機付き電動機（実用新案登
録第３００１３２０号）を示したもので、同図において
１は第１のケース半部１Ａ及び第２のケース半部１Ｂに
２つ割にされたケース、２はケース１内に収納された負
荷駆動用の減速機構、３はケース１に支持されて減速機
構２の出力部に結合された出力軸であり、ケース１と、
減速機構２と、出力軸３とにより、負荷駆動用の減速機
４が構成されている。５は第２のケース半部１Ｂに取り
付けられた電動機で、その回転軸５ａはケース１内に導
入されている。

【０００５】負荷駆動用減速機構２は、電動機の回転を
歯車２ａ〜２ｈにより減速して出力軸３に伝達するもの
で、この減速機構の入力部を構成する歯車２ａは電動機
の回転軸５ａに設けられている。出力軸３は第２のケー
ス半部１Ｂに軸受を介して回転自在に支持され、該出力
軸３には減速機構２の出力部を構成する歯車２ｈが取り
付けられている。出力軸３の負荷に接続される一端３ａ
は第２のケース半部１Ｂから外部に導出されている。

【０００６】第１のケース半部１Ａに固定されたフレー
ム９Ａに回転センサ６が取り付けられている。回転セン
サ６は、センサ入力軸６Ａと該入力軸の回転角度の情報
を含む検出信号を出力する信号発生部６Ｂとを有するも
ので、例えば、ポテンショメータ、差動変圧器、ロータ
リーエンコーダ等からなっている。この例では、回転セ
ンサ６がエンドレス型に構成されていて、センサ入力軸
６Ａの３６０度の回転角に相応する検出信号を出力する
ようになっている。

【０００７】回転センサ６は、出力軸３に取り付けられ
た歯車２ｈの前段の歯車２ｇの回転軸２ｉの延長上に配
置されていて、そのセンサ入力軸６Ａと回転軸２ｉとの
間が遊星歯車機構からなるセンサ駆動用減速機７とカッ
プリング８とを介して結合されている。また減速機７と
カップリング８と回転センサ６とを覆う保護カバー９Ｂ
が第１のケース半部１Ａに取り付けられ、回転センサ６
の出力リード線は、保護カバー９Ｂを貫通させて設けら
れた孔に取り付けられたグロメット（図示せず。）を通
して外部に導出されている。

【０００８】この例では、電動機５の出力軸の回転を回
転軸２ｉに伝達する歯車伝達機構と、回転軸２ｉと回転
センサ６の入力軸との間に設けられたセンサ駆動用減速
機７とにより、出力軸３の回転数に比例した回転数で回
転センサのセンサ入力軸６Ａを回転させるように電動機
５の回転をセンサ入力軸６Ａに伝達するセンサ駆動機構
が構成されている。

【０００９】上記の減速機付き電動機においては、電動
機５の回転が減速機構２を介して出力軸３に伝達され、
該出力軸３の回転により図示しない負荷が駆動される。
電動機５の回転はまた負荷駆動用減速機構２の一部を構
成する歯車とセンサ駆動用減速機７とを介して回転セン
サ６の入力軸に伝達され、センサの入力軸６Ａは、出力
軸３の回転に対して１０対１の減速比で減速されて回転
させられる。この時、信号発生部６Ｂは、出力軸３の１
０回転に亘る回転角度（３６００度）を検出することが
できる。このように出力軸の回転を所定の減速比で減速
した回転数でセンサ入力軸を回転させるように、電動機
の回転をセンサ入力軸６Ａに伝達するようにすると、そ
の減速比を適宜に選択することにより検出可能な回転角
度範囲を任意に設定することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の減速機付き電動
機では、該減速機の出力軸３が減速機構２の一部を構成
する歯車２ｈ、２ｇ、２ｆと遊星歯車機構からなるセン
サ駆動用減速機７とカップリング８とを介して、回転セ
ンサ６の入力軸６Ａに連結されていた。遊星歯車を用い
た減速機構は、多くの歯車により構成されていて、該遊
星歯車機構で生じる歯車のバックラッシュが非常に大き
くなるため、負荷駆動用減速機構の回転軸２ｉと回転セ
ンサの入力軸６Ａとの間に遊星歯車機構が介在している
と、出力軸の回転変位と回転センサの入力軸の回転変位
とが正確に対応しなくなり、検出誤差が大きくなるとい
う問題があった。例えば、負荷駆動用減速機構の回転軸
２ｉの回転に対して２５対１の減速比で回転センサの入
力軸を回転させるように遊星歯車機構からなるセンサ駆
動用減速機７を構成した場合、約３０度ものバックラッ
シュが生じることが明らかになっている。

【００１１】また負荷駆動用減速機構の回転を遊星歯車
機構を用いた減速機を介して回転センサの入力軸に伝達
するようにした場合、遊星歯車機構で生じる歯車のバッ
クラッシュのために、回転センサの出力と減速機の出力
軸の回転角度との間の関係を与えるセンサの出力特性に
大きなヒステリシスが生じるという問題があった。

【００１２】図４は、回転センサ６の出力特性にヒステ
リシスが生じた状態を示したもので、同図において横軸
は減速機の出力軸３の回転角を示しており、縦軸は回転
センサ６から得られる出力電圧を示している。なお、こ
の例では、回転センサ６がポテンショメータからなって
いるものとし、ポテンショメータの抵抗体の両端に一定
の電圧を印加した際にポテンショメータの出力端子間に
得られる電圧を回転センサ６の出力電圧としている。

【００１３】図４の直線ａ、ｂ及びｃは、回転センサ６
の出力電圧と出力軸３の回転角との間の関係を与える特
性直線で、減速機の出力軸３を一方向に回転させると回
転センサ６の出力電圧は、図４の原点Ｏから直線ａに沿
って上昇し、出力軸３の回転角が３６０度に達すると、
出力電圧はＶ1 に達する。出力軸３を一方向に３６０度
回転させた後、逆方向に回転させると、最初歯車のバッ
クラッシュのために出力軸３の回転が回転センサ６の入
力軸に伝達されないため出力軸３が逆方向にΔθ回転す
る間は、回転センサ６の出力電圧が、図４の直線ｂのよ
うに一定に保たれる。

【００１４】出力軸３の逆方向への回転角がΔθを越え
る範囲では、出力軸３の回転に伴って回転センサの出力
電圧が直線ｃに沿って低下していき、出力軸３の回転角
度位置が原点を越えて図示のＯ´点に達したときに回転
変位センサ６の出力電圧が０になる。このように減速機
の出力軸と回転センサの入力軸との間に多くの歯車が存
在すると、歯車のバックラッシュのために、大きなヒス
テリシスが生じるため、出力軸を一方向に回転させた場
合と他方向に回転させた場合とで、回転センサの出力に
差が生じることになり、出力軸の回転変位を適確に検出
することができないという問題があった。

【００１５】さらに従来は、回転センサ６とセンサ駆動
用減速機７との間にカップリング８を必要としたため、
回転センサ及びセンサ駆動用減速機が設けられる部分の
軸線方向寸法が長くなって回転センサ部が大形化する上
に、部品点数が多くなってコストが高くなるのを避けら
れなかった。

【００１６】本発明の目的は、部品点数を削減し、歯車
のバックラッシュを少なくすることができ、従来よりも
更に高い精度で出力軸の角度を検出することができる減
速機付き電動機を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、回転センサの出力電
圧と負荷駆動用出力軸の回転角との間に生じるヒステリ
シスを低減することができる減速機付き電動機を提供す
ることにある。

【００１８】本発明の更に他の目的は、部品点数を削減
し、組み立てコストの低減を図ることができる減速機付
き電動機を提供することにある。

【００１９】また本発明の更に他の目的は、回転センサ
とセンサ駆動用減速機とが設けられる部分が大型化する
のを防止した減速機付き電動機を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、出力軸の一端
が負荷に接続される負荷駆動用減速機構をケース内に収
容してなる負荷駆動用減速機と、ケースに取り付けられ
て回転軸が負荷駆動用減速機構の入力部に結合された電
動機と、回転変位が与えられるセンサ入力軸を有して該
センサ入力軸の回転角に相応した検出信号を発生する回
転センサと、出力軸の回転数に比例した回転数で回転セ
ンサのセンサ入力軸を回転させるように電動機の回転を
センサ入力軸に伝達するセンサ駆動機構とを備えて、回
転センサから負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角に相
応した検出信号を得る減速機付き電動機に係わるもので
ある。

【００２１】本発明においては、回転センサが、センサ
入力軸を負荷駆動用減速機構の出力軸と平行に配置した
状態でケースに対して固定されている。

【００２２】またセンサ駆動機構は、負荷駆動用減速機
構の出力軸または該出力軸よりも前段側に位置する前記
負荷駆動用減速機構の回転軸に設けられたピニオンギア
と、回転センサに取り付けられた平歯車とを備えてい
て、該平歯車とピニオンギアとが直接または他の歯車を
介して噛み合わされている。

【００２３】回転センサは、入力軸の回転速度に相応し
た検出信号を出力するもので、この種のセンサとして
は、ポテンショメータのように抵抗値の変化を利用した
ものや、差動変圧器のようにインダクタンスの変化を利
用したもの等のアナログ式のセンサと、微小回転角度毎
にパルスを発生するロータリーエンコーダ等のデジタル
式のセンサとがあるが、本発明で用いる回転センサは、
これらいずれの形式でもよい。いずれの形式の回転セン
サを用いるかは、アクチュエータの用途及びその出力信
号を入力する制御装置の構成に応じて決定する。回転セ
ンサが出力する検出信号は、電気信号（電圧、電流、抵
抗値、リアクタンス値等）であってよく、光信号であっ
てもよい。

【００２４】上記のように、負荷駆動用減速機構の回転
軸にピニオンギアを設けるとともに、回転センサの入力
軸に平歯車を取り付けて、ピニオンギアと平歯車とを直
接または他の歯車を介してかみ合わせるようにすると、
遊星歯車機構を用いる場合のように多くのバックラッシ
ュが生じることがないため、高い精度で出力軸の角度を
検出することができる。

【００２５】また上記のように構成すると、出力軸と回
転センサの入力軸との間に存在する歯車伝達系で生じる
歯車のバックラッシュを少なくすることができるため、
回転センサの出力と負荷駆動用減速機構の出力軸の回転
角との間に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回
転角の検出精度を高めることができる。

【００２６】さらに上記のように構成すると、回転セン
サの入力軸と負荷駆動用減速機構の回転軸との間にカッ
プリングを介在させる必要がないため、回転センサ部の
軸線方向寸法が大きくなるのを防いで、回転センサ部の
小形化を図ることができる上に、部品点数の削減と組立
て工数の削減とを図って、コストの低減を図ることがで
きる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の−実施形態を示し
たもので、同図において、１１は第１のケース半部１１
Ａ及び第２のケース半部１１Ｂに２つ割にされたケース
であり、第１及び第２のケース半部１１Ａ及び１１Ｂ
は、それぞれの開口部を突き合わせた状態で通しボルト
１１Ｃにより相互に締結されている。

【００２８】ケース１１には歯車１２ａ〜１２ｈを備え
た歯車減速機構からなる負荷駆動用の減速機構１２が収
容されている。減速機構１２の出力軸１３は、第１のケ
ース半部１１Ａ及び第２のケース半部１１Ｂにそれぞれ
軸受１４及び１４´を介して支持され、該出力軸１３の
負荷に接続される一端１３ａは、第２のケース半部１１
Ｂの底壁部１１B1に設けられた孔１１B2を通して外部に
導出されている。ケース１１と、歯車減速機構１２と、
出力軸１３とにより、負荷駆動用減速機１５が構成され
ている。

【００２９】電動機１６は第１のケース半部１１Ａに取
り付けられ、ケース１１内に挿入された電動機１６の回
転軸１６ａの先端部に減速機構１２の入力部を構成する
歯車１２Ａが直接刻まれている。ケース半部１１Ａに
は、筒状の突出部１１A1が一体に形成されており、突出
部１１A1の内側に形成された空所内に減速機構１２の出
力軸１３の他端が導入されている。

【００３０】筒状突出部１１A1の内側の空所内には回転
センサ１７が配置されている。回転センサ１７は、円形
のパターンを有する抵抗体を保持した基板と、抵抗体上
を摺動する摺動接点とを円筒状のケース内に収容したも
のからなるセンサ本体１７ａとセンサ本体１７ａの一端
に突設された管状の首部１７ｂの内側を回転自在に貫通
した状態で支持されて本体１７ａ内で上記摺動接点に連
結された入力軸１７ｃとを備えたエンドレス形のポテン
ショメータからなっている。回転センサ１７の回転軸は
双方向に３６０度回転し得るようになっていて、入力軸
１７ｃが１回転すると接点と抵抗体の一端との間の抵抗
値が零に戻るようになっている。

【００３１】図示の例では、回転センサ１７を保持する
ために、有底の浅い円筒部１８ａと、該円筒部１８ａの
外周部から径方向の外側に突出したつば板部１８ｂとを
一体に有するセンサプレート１８が設けられている。回
転センサ１７は、その首部１７ｂをセンサプレート１８
の円筒部１８ａの底部中央に形成された孔に嵌合させた
状態で配置されていて、円筒部１８ａ内で首部１７ｂの
外周に設けられたネジに螺合されたナット１８ｃによ
り、センサプレート１８が回転センサ１７の本体１７ａ
に締結されている。

【００３２】回転センサ１７を保持したセンサプレート
１８は、第１のケース半部１１Ａに設けられた突出部１
１A1の内側に挿入されて、そのつば板部１８ｂが突出部
１１A1の内側に設けられたセンサ取り付け部１９に当接
されてネジ２０により該センサ取り付け部１９に締結さ
れている。このようにしてセンサプレート１８をセンサ
取り付け部１９に固定した状態で、回転センサ１７の入
力軸１７ｃが負荷駆動用減速機の出力軸１３と平行に配
置されるようになっている。センサプレート１８のつば
板部には軸貫通孔１８ａが形成され、負荷駆動用減速機
の出力軸１３の他端が軸貫通孔１８ａを緩く貫通した状
態で回転センサ１７の入力軸１７ｃの側方に配置されて
いる。

【００３３】回転センサ１７の入力軸１７ｃには、平歯
車２３Ａが取り付けられている。図示の平歯車２３Ａ
は、ボス部２３A1を有していて、該ボス部の内側に断面
がＤ字形を呈する孔が形成され、回転センサ１７の入力
軸１７ｃに形成された断面Ｄ字形の部分がボス部２３A1
の内側の孔に嵌合されて、平歯車２３Ａと入力軸１７ｃ
とが、両者間に相対的な回転が生じない状態で結合され
ている。平歯車２３Ａのボス部にはまた該ボス部を径方
向に貫通したネジ孔が設けられていて、該ネジ孔に螺合
されたネジ２４により平歯車２３Ａが回転センサの入力
軸１７ｃに固定されている。

【００３４】センサプレート１８のつば板部に設けられ
た軸貫通孔を緩く貫通した出力軸１３の他端の外周に
は、センサ駆動用減速機の入力部を構成するピニオンギ
ア２３Ｂが刻設され、該ピニオンギア２３Ｂが平歯車２
３Ａに噛み合わされている。ピニオンギア２３Ｂと平歯
車２３Ａとによりセンサ駆動用減速機２３が構成され、
負荷駆動用減速機構１２と、センサ駆動用減速機２３と
により、出力軸１３の回転数に比例した回転数で回転セ
ンサ１７のセンサ入力軸１７ｃを回転させるように電動
機１６の回転をセンサ入力軸１７ｃに伝達するセンサ駆
動機構が構成されている。突出部１１A1の開口部は、ネ
ジ２５により該突出部１１A1の開口端部に固定された蓋
板２６により閉鎖されている。

【００３５】図１に示した例では、センサ駆動用減速機
２３と回転センサ１７とにより、回転変位検出器２７が
構成されている。

【００３６】上記のように構成すると、負荷駆動用減速
機の出力軸１３と回転センサ１７との間に多くの部品を
配置する必要がないため、部品点数を削減することがで
きる。また出力軸１３と回転センサ１７との間に介在す
る歯車の数を少なくすることができるため、歯車のバッ
クラッシュを少なくして、高い精度で出力軸の角度を検
出することができる。

【００３７】また上記のように構成すると、歯車のバッ
クラッシュを少なくすることができるため、回転センサ
１７の出力と負荷駆動用減速機の出力軸１３の回転角と
の間に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回転角
の検出精度を高めることができる。

【００３８】さらに上記のように構成すると、図３に示
した従来の減速機部品点数を削減し、組み立て工数を削
減することができるため、コストの低減を図ることがで
きる。

【００３９】また上記のように構成すると、センサ駆動
用減速機を直接回転センサに結合することができるた
め、回転センサとセンサ駆動用減速機との間にカップリ
ングを設ける必要がない。従って回転センサ及びセンサ
駆動用減速機が設けられる部分が大形化するのを防ぐこ
とができる。

【００４０】図２は、本発明に関わる減速機付き電動機
の他の構成例の要部を示したもので、図２において、図
１の各部と同等の部分にはそれぞれ同一の符号を付して
ある。図２に示した例では、負荷駆動用減速機構の出力
軸１３（図２には図示せず。）よりも１つだけ前段の負
荷駆動用減速機構１５の回転軸１２ｇの先端が回転セン
サ側に導出されて、該回転軸１２ｇの先端にピニオンギ
ア２３Ｂが設けられている。この例ではまた、センサ１
７の入力軸１７ｃに取り付けられる平歯車２３Ａとし
て、図１の例で用いたものと同じものが用いられて、該
平歯車２３Ａのボス部２３A1がセンサ１７側に向けられ
ている。また図２に示した例では、ピニオンギア２３Ｂ
と平歯車２３Ａとの間を回転センサの入力軸１７ｃと平
行に延びる軸３０がセンサプレート１８に固定されてい
て、該軸３０に中間歯車２３Ｃが取り付けられている。
中間歯車２３Ｃは、大歯車２３C1と小歯車２３C2とを一
体に有していて、大歯車２３C1を回転センサ１７側に位
置させた状態で軸３０に取り付けられ、大歯車２３C1が
ピニオンギア２３Ｂに、小歯車２３C2が平歯車２３Ａに
それぞれ噛み合わされている。

【００４１】図２に示すように、平歯車２３Ａとピニオ
ンギア２３Ｂとの間に中間歯車２３Ｃを介在させると、
出力軸１３の回転に対する回転センサ１７の入力軸１７
ｃの減速比を大きくすることができるため、回転センサ
１７により検出できる回転角度範囲を拡大することがで
きる。

【００４２】また上記のように、必要に応じて平歯車２
３Ａの向きを反転させて用いるようにすると、センサ駆
動用減速機を２つの歯車２３Ａ，２３Ｂにより構成する
場合と、３つの歯車２３Ａ〜２３Ｃにより構成する場合
とに、同じ平歯車を共用することができるため、用意し
ておく歯車の種類を少なくしてコストの低減を図ること
ができる。

【００４３】図２に示した例において、他の部分の構成
は図１に示した例と同様に構成されている。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、負荷駆動
用減速機構の回転軸にピニオンギアを設けるとともに、
回転センサの入力軸に平歯車を取り付けて、ピニオンギ
アと平歯車とを直接または他の歯車を介して噛み合わせ
るようにしたので、遊星歯車機構を用いる場合のように
多くのバックラッシュが生じるのを防いで、高い精度で
出力軸の角度を検出することができる。

【００４５】また本発明によれば、出力軸と回転センサ
の入力軸との間に存在する歯車伝達系で生じる歯車のバ
ックラッシュを少なくすることができるため、回転セン
サの出力と負荷駆動用減速機構の出力軸の回転角との間
に生じるヒステリシスを低減して、出力軸の回転角の検
出精度を高めることができる。

【００４６】さらに本発明によれば、回転センサの入力
軸と負荷駆動用減速機構の回転軸との間にカップリング
を介在させる必要がないため、回転センサ部の軸線方向
寸法が大きくなるのを防いで、回転センサ部の小形化を
図るとともに、部品点数の削減と組立て工数の削減とを
図って、コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる減速機付き電動機の構成例を示
した縦断面図である。

【図２】本発明に関わる減速機付き電動機の他の構成例
の要部のみを示した縦断面図である。

【図３】従来例を示した縦断面図である。

【図４】従来の減速機付き電動機において回転センサの
出力電圧と負荷駆動用出力軸の回転角との間に生じてい
たヒステリシスを説明するための線図である。

【符号の説明】

１３ 出力軸 １７ 回転センサ １７ｃ 入力軸 １８ センサプレート ２３Ａ 平歯車 ２３Ｂ ピニオンギア ２３Ｃ 中間歯車

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力軸の一端が負荷に接続される負荷駆
   動用減速機構をケース内に収容してなる負荷駆動用減速
   機と、前記ケースに取り付けられて回転軸が前記負荷駆
   動用減速機構の入力部に結合された電動機と、回転変位
   が与えられるセンサ入力軸を有して該センサ入力軸の回
   転角に相応した検出信号を発生する回転センサと、前記
   出力軸の回転数に比例した回転数で前記回転センサのセ
   ンサ入力軸を回転させるように前記電動機の回転を前記
   センサ入力軸に伝達するセンサ駆動機構とを備えて、前
   記回転センサから前記負荷駆動用減速機構の出力軸の回
   転角に相応した検出信号を得る減速機付き電動機におい
   て、 前記回転センサは、前記センサ入力軸を前記負荷駆動用
   減速機構の出力軸と平行に配置した状態で前記ケースに
   対して固定され、 前記センサ駆動機構は、前記負荷駆動用減速機構の出力
   軸または該出力軸よりも前段側に位置する前記負荷駆動
   用減速機構の回転軸に設けられたピニオンギアと、前記
   回転センサに取り付けられた平歯車とを備えていて、該
   平歯車と前記ピニオンギアとが直接または他の歯車を介
   して噛み合わされていることを特徴とする減速機付き電
   動機。
2. 【請求項２】 前記回転センサは、前記センサ入力軸の
   ３６０度の回転範囲に亘って回転角度に相応した検出信
   号を出力するエンドレス形のセンサからなっている請求
   項１に記載の減速機付き電動機。