JP2011027537A

JP2011027537A - 回転位置検出器

Info

Publication number: JP2011027537A
Application number: JP2009173298A
Authority: JP
Inventors: Kanehiko Iguchi; 謙彦井口; Katsuyuki Naganuma; 克幸長沼
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】原点復帰を行うことなく簡単な構造で電力の再供給時における回転軸の回転角度及び回転数を検出することができる回転位置検出器を提供する。
【解決手段】回転位置検出器Ｓは、回転軸Ｎと一体回転する第１磁石１２と、回転軸Ｎの回転角度を検出する第１エンコーダチップ１５と、回転軸Ｎの回転に伴い回転する従動軸１７と、従動軸１７を減速させる減速機構Ｇとを備える。回転位置検出器Ｓは、従動軸１７と一体回転する第２磁石１９と、従動軸１７の回転角度を検出する第２エンコーダチップ２１とを備える。回転位置検出器Ｓは、電力供給時には、第１エンコーダチップ１５の検出結果に基づき回転軸Ｎの回転角度及び回転数を検出する一方で、電力の再供給時、第１エンコーダチップ１５の検出結果に基づき回転軸Ｎの回転角度を検出するとともに、第２エンコーダチップ２１の検出結果と減速機構Ｇの減速比に基づき回転軸Ｎの回転数を算出する制御部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、モータの回転軸の回転角度及び回転数を検出する回転位置検出器に関する。

上記のような回転位置検出器としては、例えば、特許文献１のアブソリュートエンコーダが挙げられる。特許文献１のアブソリュートエンコーダは、回転軸に直結する１回転検出用のレゾルバと、ギヤ機構を介して回転軸に連結する多回転検出用の回転量センサとを備えている。さらに、特許文献１のアブソリュートエンコーダは、レゾルバを介して検出する回転軸の回転角度、及び回転量センサを介して検出する回転軸の回転量（回転数）に基づき、シリアルデータ信号からなる出力信号を出力する信号出力手段とを備えてなる。回転量センサは、回転軸に直結されたプラスチック磁石と、このプラスチック磁石に対向配置された磁気センサとからなっている。

そして、回転軸が回転すると、レゾルバが回転角度に依存する電気信号を信号変換手段に出力し、信号変換手段は回転角度に係る信号を信号出力手段に送出する。また、回転軸が回転すると、磁気センサを介してプラスチック磁石上のアブソリュートエンコーダコードが読み取られ、コード解読手段によってアブソリュートエンコーダコードがコード解読される。そして、コード解読手段は回転量に係る信号を信号出力手段に送出する。また、特許文献１において、アブソリュートエンコーダは、電源からの電力供給が絶たれた後、電源から電力が再供給されたとき、原点復帰させることなく、レゾルバによって回転軸の回転角度が検出され、回転量センサによって回転数が検出される。

特開平９−２１８０５５号公報

しかし、特許文献１においては、電源から電力が再供給されたときの回転角度及び回転量の検出のために、レゾルバと、ギヤ機構と、このギヤ機構を介して回転軸に連結する回転量センサを必要としており、構造が複雑化しているとともに高価になっている。また、回転量の検出のために、エンコーダコードの生成手段、エンコーダコードの読み取りを行うコード解読手段を必要とし高価になっている。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、原点復帰を行うことなく簡単な構造で電力の再供給時における回転軸の回転角度及び回転数を検出することができる回転位置検出器を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と一体回転する第１被検出体と、前記第１被検出体を検出し前記回転軸の１回転内での回転角度を検出する第１回転センサと、前記回転軸の回転に伴い回転する従動軸と、前記従動軸の回転数を前記回転軸の１回転未満の回転数に変換する回転数変換機構と、前記従動軸と一体回転する第２被検出体と、前記第２被検出体を検出し前記従動軸の１回転内での回転角度を検出する第２回転センサと、電源からの電力供給時には、前記第１回転センサの検出結果に基づき前記回転軸の回転角度及び回転数を検出する一方で、電力の再供給時には、前記第１回転センサの検出結果に基づき前記回転軸の回転角度を検出するとともに、前記第２回転センサの検出結果と前記回転数変換機構の変速比に基づき前記回転軸の回転数を算出する制御部と、からなることを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転位置検出器において、前記第１被検出体及び第２被検出体は磁石であるとともに、前記第１回転センサ及び第２回転センサは磁気検出センサであることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の回転位置検出器において、前記回転数変換機構は、複数のギヤによって構成されることを要旨とする。

本発明によれば、原点復帰を行うことなく簡単な構造で電力の再供給時における回転軸の回転角度及び回転数を検出することができる。

実施形態の回転位置検出器を示す斜視図。実施形態の回転位置検出器を示す側面図。実施形態の回転位置検出器を示すブロック図。

以下、本発明の回転位置検出器をモータの回転軸の回転位置検出器に具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、モータＭにおける回転軸Ｎの回転角度及び回転数を検出する回転位置検出器Ｓは、モータＭの端面Ｍａ上に設けられている。モータＭの回転軸Ｎには、第１ギヤ１１が回転軸Ｎと一体回転可能に固定されている。回転軸Ｎの先端には、第１被検出体としての第１磁石１２が回転軸Ｎと一体回転可能に固定されている。モータＭの端面Ｍａには、支持板１３が複数立設されるとともに、それら支持板１３の先端には第１取付板１４がモータＭの端面Ｍａ及び第１磁石１２を覆うように取り付け支持されている。そして、第１取付板１４において、第１磁石１２と対向する面には、第１磁石１２に対向するように第１回転センサとしての第１エンコーダチップ１５が配設されている。

この第１エンコーダチップ１５は、複数（本実施形態では４つ）のホール素子を内蔵しており、第１磁石１２からの磁界の変化を電圧の変化として検出するとともに、その検出信号を出力する。そして、第１エンコーダチップ１５は、第１磁石１２を検出することで回転軸Ｎの１回転内での回転角度を検出する。

モータＭの端面Ｍａには、一対の軸受１６が間隔を空けて立設されるとともに、それら軸受１６には従動軸１７が回転可能に支持されている。従動軸１７には第２ギヤ１８が一体回転可能に固定されるとともに、第２ギヤ１８は第１ギヤ１１に噛合連結されている。第２ギヤ１８の歯数は、第１ギヤ１１の歯数より多く、変速比、具体的には減速比が１：１００となるように設定されている。そして、回転軸Ｎが１回転すると、第１ギヤ１１と第２ギヤ１８により従動軸１７が１／１００度回転するようになっており、言い換えると、回転軸Ｎが１００回転すると従動軸１７が１回転するようになっている。そして、第１ギヤ１１と第２ギヤ１８は、従動軸１７の回転数を回転軸Ｎの１回転未満の回転数に変換する回転数変換機構としての減速機構Ｇを構成している。

従動軸１７の先端には、従動軸１７と一体回転する第２被検出体としての第２磁石１９が固定されている。また、モータＭの端面Ｍａには、第２取付板２０が従動軸１７の端面と対向するように立設されるとともに、第２取付板２０において第２磁石１９と対向する面には、第２磁石１９と対向するように第２回転センサとしての第２エンコーダチップ２１が配設されている。この第２エンコーダチップ２１は、複数（本実施形態では４つ）のホール素子を内蔵しており、第２磁石１９からの磁界の変化を電圧の変化として検出するとともに、その検出信号を出力する。そして、第２エンコーダチップ２１は、第２磁石１９を検出することで従動軸１７の１回転内での回転角度を検出する。

図３のブロック図に示すように、回転位置検出器Ｓには、電源２４から電力が供給されている。また、第１エンコーダチップ１５及び第２エンコーダチップ２１それぞれは制御部２３に電気的に接続されている。

上記構成の回転位置検出器Ｓにおいて、電源２４からの電力供給時、回転軸Ｎの回転に伴って第１磁石１２が回転すると、第１エンコーダチップ１５の出力した検出信号に基づき、制御部２３は回転軸Ｎの１回転内での回転角度を検出するとともに、回転軸Ｎの回転数を検出する。

また、上記回転位置検出器Ｓにおいて、電源２４からの電力供給が絶たれた状態から電力が再供給されたとき、制御部２３は、第１エンコーダチップ１５の出力した検出信号に基づき、電源投入後の回転軸Ｎの回転角度を検出する。さらに、第２エンコーダチップ２１は、非回転状態にある第２磁石１９を検出し、制御部２３は第２エンコーダチップ２１の検出信号に基づき従動軸１７の１回転内での回転角度を検出する。ここで、従動軸１７は、減速比１：１００となるように第２ギヤ１８によって回転軸Ｎに比して回転数が落とされている。このため、回転軸Ｎが１回転すると、第１ギヤ１１及び第２ギヤ１８を介して従動軸１７は１／１００度回転することとなる。そして、制御部２３は、第２エンコーダチップ２１からの検出信号に基づき従動軸１７の回転角度ｎ／１００度から回転軸Ｎの回転数ｎを算出する。よって、電源２４からの電力再供給時、回転位置検出器Ｓは原点復帰させることなく回転軸Ｎの回転角度及び回転数を検出する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転位置検出器Ｓにおいて、減速機構Ｇを介して回転軸Ｎに従動軸１７を連結するとともに、第２ギヤ１８に固定した第２磁石１９に対し第２エンコーダチップ２１を対向配置した。そして、回転位置検出器Ｓは、電源２４からの電力の再供給時、第２エンコーダチップ２１によって従動軸１７の回転角度を検出し、その検出結果に基づき、制御部２３は減速機構Ｇの減速比に基づいて回転軸Ｎの回転数を算出する。したがって、回転位置検出器Ｓは、電力再供給後の回転角度及び回転数の検出のために原点復帰させる必要がない。そして、回転位置検出器Ｓは、第１及び第２磁石１２，１９と、減速機構Ｇと、１回転内での回転角度だけを検出可能とする第１及び第２エンコーダチップ１５，２１とを用いて回転軸Ｎの回転角度及び回転数を検出しており、それら第１及び第２磁石１２，１９と、第１及び第２エンコーダチップ１５，２１は安価である。したがって、電力再供給時における回転軸Ｎの回転角度及び回転数検出のために、レゾルバと回転量センサといった構造の異なるセンサを２つ用い、しかも、回転数検出のために複数の磁石、エンコーダコード生成手段、及びコード解読手段を用いた背景技術と比較して回転位置検出器Ｓの構造を簡単にし、安価にすることができる。

（２）回転位置検出器Ｓは、電力再供給時は、第２磁石１９と第２エンコーダチップ２１とを用いて回転軸Ｎの回転数を検出している。よって、回転位置検出器Ｓは、電力供給が停止されたときの回転数を記憶する記憶手段、及び記憶手段用のバッテリを必要とせず、記憶手段及びバッテリを必要とする場合と比較して構造を簡単にし、安価にすることができる。さらに、回転位置検出器Ｓは記憶手段及びバッテリを必要としないため、それらの設置スペースが不要となり、さらには、バッテリ交換も不要となる。

（３）回転位置検出器Ｓは、第２エンコーダチップ２１によって従動軸１７の回転角度を検出し、その検出結果に基づき制御部２３は減速機構Ｇの減速比に基づいて回転軸Ｎの回転数を算出する。よって、回転数の検出において、第２エンコーダチップ２１は少なくとも従動軸１７の１／１００度の回転移動を検出可能であればよいため、回転位置検出器Ｓにおける回転数検出に要求される分解能は低精度でもよく、回転位置検出器Ｓを安価にすることができる。

（４）回転軸Ｎの回転角度及び回転数は、第１磁石１２及び第２磁石１９と、第１エンコーダチップ１５及び第２エンコーダチップ２１によって検出される。このため、磁気といった安定した要素を用いるため、回転位置検出器Ｓにより回転軸Ｎの回転角度及び回転数を安定して検出することができるとともに、耐久性に優れたものにすることができる。

（５）回転軸Ｎと従動軸１７とは、第１ギヤ１１と第２ギヤ１８とからなる減速機構Ｇによって連結されている。したがって、減速機構Ｇといった簡単な機械構成を組み合わせるだけで回転位置検出器Ｓを安価にしつつ、回転軸Ｎの回転数を検出することができる。

（６）回転位置検出器Ｓは、電源２４からの電力供給時は、回転軸Ｎに固定された第１磁石１２を第１エンコーダチップ１５が検出することによって回転軸Ｎの回転角度及び回転数を直接検出している。よって、電力供給時における回転軸Ｎの回転角度及び回転数の検出のために、高精度な回転軸Ｎの組付け等を必要とせず、回転位置検出器Ｓの製造コストを抑えることに寄与することができる。

（７）回転位置検出器Ｓは、電力の再供給時に、第２エンコーダチップ２１によって従動軸１７の回転角度を検出し、その検出結果に基づき、制御部２３が減速機構Ｇの減速比に基づいて回転軸Ｎの回転数を算出する。したがって、電源２４からの電力供給時、制御部２３は第２エンコーダチップ２１からの検出結果と減速比とから回転軸Ｎの回転数を算出する必要がなく、電力供給時の制御部２３の制御負担を軽減することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・回転数変換機構は、回転軸Ｎの１回転を従動軸１７の１回転未満の回転数に落とすことができればよく、減速機構Ｇに代えてベルトや磁気ねじによって構成されていてもよい。

・実施形態において、第１エンコーダチップ１５及び第２エンコーダチップ２１を磁気検出センサとしたが、光学検出センサ、容量検出センサ、渦電流検出センサ等の他のセンサに変更し、センサの変更に応じて第１及び第２被検出体を変更してもよい。

・実施形態において、減速機構Ｇの減速比は任意に変更してもよい。
・回転位置検出器Ｓは、モータ以外の回転体、例えば、コンプレッサや電磁弁等の回転軸等に設けてもよい。

・減速機構Ｇにおけるギヤの数は減速比に応じて任意に変更してもよい。
・回転位置検出器Ｓは、モータＭのハウジング内に内蔵されていてもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。

（イ）前記回転数変換機構は、前記回転軸と一体回転する第１ギヤと、該第１ギヤに噛合されるとともに前記従動軸と一体回転し、かつ前記第１ギヤより歯数の多い第２ギヤとからなる請求項３に記載の位置検出器。

（ロ）前記回転軸はモータの回転軸である請求項１〜請求項３、及び技術的思想前記（イ）のうちいずれか一項に記載の位置検出器。

Ｇ…回転数変換機構としての減速機構、Ｎ…回転軸、Ｓ…回転位置検出器、１１…回転数変換機構を構成する第１ギヤ、１２…第１被検出体としての第１磁石、１５…第１回転センサとしての第１エンコーダチップ、１７…従動軸、１８…回転数変換機構を構成する第２ギヤ、１９…第２被検出体としての第２磁石、２１…第２回転センサとしての第２エンコーダチップ、２３…制御部、２４…電源。

Claims

回転軸と一体回転する第１被検出体と、
前記第１被検出体を検出し前記回転軸の１回転内での回転角度を検出する第１回転センサと、
前記回転軸の回転に伴い回転する従動軸と、
前記従動軸の回転数を前記回転軸の１回転未満の回転数に変換する回転数変換機構と、
前記従動軸と一体回転する第２被検出体と、
前記第２被検出体を検出し前記従動軸の１回転内での回転角度を検出する第２回転センサと、
電源からの電力供給時には、前記第１回転センサの検出結果に基づき前記回転軸の回転角度及び回転数を検出する一方で、電力の再供給時には、前記第１回転センサの検出結果に基づき前記回転軸の回転角度を検出するとともに、前記第２回転センサの検出結果と前記回転数変換機構の変速比に基づき前記回転軸の回転数を算出する制御部と、
からなることを特徴とする回転位置検出器。
前記第１被検出体及び第２被検出体は磁石であるとともに、前記第１回転センサ及び第２回転センサは磁気検出センサである請求項１に記載の回転位置検出器。
前記回転数変換機構は、複数のギヤによって構成される請求項１又は請求項２に記載の回転位置検出器。