JP2014044456A - Speed reducer - Google Patents

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智之 藤田
Mitsuaki Inagaki
光明 稲垣
Shigeaki Hirano
成明 平野
Kazunobu Sugiura
和伸 杉浦
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a speed reducer capable of rotating an output shaft with high precision and without performing high accuracy processing of a speed reduction mechanism.SOLUTION: Since a control part 17 controls a motor shaft 16 on teh basis of the detection value K of an encoder 20 for detecting the rotation of an output shaft 9, there is no influence of the angular transmission error of a speed reduction mechanism. Therefore, it is not necessary to process the speed reduction mechanism with high precision and inexpensive encoder 20 can be used, being advantageous in cost. No shift occurs between a command value S from the control part 17 and the actual rotation angle of the output shaft 9.

Description

本発明は原動機の回転を減速させる減速機、殊にヘリオスタット用の減速機に関するものである。   The present invention relates to a speed reducer for reducing the speed of a prime mover, and more particularly to a speed reducer for a heliostat.

太陽の動きを追尾して太陽光を常に一点に集光させるヘリオスタットが知られている。ヘリオスタットはミラーを方位方向（Azimuth）及び高度方向（Elevation）へ回転させる減速機を備えている。太陽の動きが非常に遅いため、原動機としてのモータの回転を減速機で減速させる必要があるからである。   A heliostat that tracks the movement of the sun and constantly concentrates sunlight at one point is known. The heliostat is equipped with a speed reducer that rotates the mirror in the azimuth and elevation directions. This is because the movement of the sun is very slow, and it is necessary to decelerate the rotation of the motor as a prime mover with a reduction gear.

一般に方位方向の減速機（方位減速機）の上に高度方向の減速機（高度減速機）が組み合わせられ、ミラーは高度減速機の出力軸に支持されている。方位減速機の出力軸には高度減速機が支持され、高度減速機自体をミラーとともに方位方向へ回転させる。方位減速機及び高度減速機の各出力軸の回転が合成されてミラーの姿勢が制御される。   In general, an altitude direction reducer (advanced reducer) is combined with an azimuth reducer (azimuth reducer), and the mirror is supported on the output shaft of the advanced reducer. An altitude reducer is supported on the output shaft of the azimuth reducer, and rotates the altitude reducer itself in the azimuth direction together with the mirror. The rotations of the output shafts of the azimuth reducer and the altitude reducer are combined to control the attitude of the mirror.

方位減速機及び高度減速機はそれぞれモータにより回転するモータ軸を備えている。このモータ軸は制御部から出力される指令値に基づいて回転する。指令値は予め設定された追尾プログラムに基づいており、反射された太陽光が常に一点へ指向するようにミラーの姿勢を制御する（例えば、特許文献１参照）。   Each of the azimuth reducer and the altitude reducer includes a motor shaft that is rotated by a motor. The motor shaft rotates based on a command value output from the control unit. The command value is based on a preset tracking program, and controls the attitude of the mirror so that the reflected sunlight is always directed to one point (for example, see Patent Document 1).

特開２０１２−１２２６３５号公報JP 2012-122635 A

しかしながら、このような関連技術にあっては、モータ軸の回転を追尾プログラムに基づいて制御し、そのモータ軸の回転を減速機構を介して出力軸に伝達するため、減速機構の角度伝達誤差が出力軸の回転精度に影響を与えるおそれがある。その影響を小さくするために減速機構を構成するギア等の部品を高精度で加工する必要があり、コスト的に大変不利であった。   However, in such a related technique, the rotation of the motor shaft is controlled based on the tracking program, and the rotation of the motor shaft is transmitted to the output shaft through the speed reduction mechanism. The rotation accuracy of the output shaft may be affected. In order to reduce the influence, it is necessary to machine parts such as a gear constituting the speed reduction mechanism with high accuracy, which is very disadvantageous in terms of cost.

また減速機構の高精度加工を行ったとしても、減速機構を多段ギアで構成する場合などは、角度伝達誤差の影響を無くすことができず、時間経過とともに指令値と実際の出力軸の回転角度との間にずれが生じていた。そのため一定時間ごとに原点復帰動作等の角度是正操作が必要となり、ヘリオスタットの稼働効率を低下させていた。   Even if high-precision machining of the speed reduction mechanism is performed, when the speed reduction mechanism is configured with multistage gears, the effect of angle transmission errors cannot be eliminated, and the command value and the actual rotation angle of the output shaft over time There was a gap between For this reason, angle correction operations such as return-to-origin operations are required at regular intervals, reducing the operating efficiency of the heliostat.

本発明は、このような従来の技術に着目してなされたものであり、減速機構を高精度加工せずに出力軸を高精度で回転させることができるヘリオスタット用の減速機を提供することを課題とする。   The present invention has been made paying attention to such a conventional technique, and provides a speed reducer for a heliostat capable of rotating an output shaft with high precision without processing the speed reduction mechanism with high precision. Is an issue.

請求項１記載の発明は、原動機の回転を減速させて出力軸に伝達する減速機であって、前記出力軸の回転角を検出するエンコーダと、前記検出された回転角に基づいて前記原動機の回転を制御するコントローラとを具備することを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a speed reducer that decelerates the rotation of the prime mover and transmits it to the output shaft, an encoder that detects the rotational angle of the output shaft, and the prime mover based on the detected rotational angle. And a controller for controlling rotation.

請求項２記載の発明は、出力軸が一体の出力ギアを有し、該出力ギアに噛合して出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを設け、該増速ピニオンを介して出力軸の回転角度をエンコーダにより検出することを特徴とする。   According to the second aspect of the present invention, the output shaft has an output gear with which the output shaft is integrated, a speed increasing pinion that meshes with the output gear and rotates faster than the output gear is provided, and the output shaft rotates through the speed increasing pinion. The angle is detected by an encoder.

請求項３記載の発明は、減速機構におけるモータ軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されていることを特徴とする。   The invention described in claim 3 is characterized in that the portion of the speed reduction mechanism that meshes with the motor shaft is constituted by a hypoid pinion and a hypoid gear.

請求項４記載の発明は、前記いずれかの特徴を有する減速機がヘリオスタットにおけるミラーの回動軸と原動機の間に設けられることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that the speed reducer having any one of the above features is provided between the rotating shaft of the mirror and the prime mover in the heliostat.

請求項１記載の発明によれば、制御部が出力軸の回転を検出するエンコーダの検出値に基づいてモータ軸を制御するため、減速機構の角度伝達誤差の影響を受けない。従って減速機構を高精度で加工する必要がなく且つ安価なエンコーダを使用することができる。また時間が経過しても指令値と実際の出力軸の回転角度との間にずれが発生せず、常に出力軸（ミラー）を正しい角度で制御することができる。   According to the first aspect of the present invention, since the control unit controls the motor shaft based on the detection value of the encoder that detects the rotation of the output shaft, it is not affected by the angle transmission error of the speed reduction mechanism. Therefore, it is not necessary to process the speed reduction mechanism with high accuracy, and an inexpensive encoder can be used. Further, even if time elapses, no deviation occurs between the command value and the actual rotation angle of the output shaft, and the output shaft (mirror) can always be controlled at the correct angle.

請求項２記載の発明によれば、出力軸に一体形成された出力ギアの回転を該出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを介してエンコーダにより検出するため、出力軸の回転をより高い分解能で検出することができ、出力軸の回転制御をより高精度で行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, since the rotation of the output gear integrally formed with the output shaft is detected by the encoder via the speed increasing pinion that rotates faster than the output gear, the rotation of the output shaft has a higher resolution. The rotation control of the output shaft can be performed with higher accuracy.

請求項３記載の発明によれば、減速機構におけるモータ軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されているため、ウォームギヤやベベルギヤ等に比べて作動がスムーズで静かとなり、必要トルクに対するモータ容量も小さくて済む。   According to the third aspect of the present invention, the portion of the speed reduction mechanism that meshes with the motor shaft is constituted by the hypoid pinion and the hypoid gear, so that the operation is smoother and quieter than the worm gear, the bevel gear, etc. The capacity is small.

請求項４記載の発明によれば常に出力軸（ミラー）を正しい角度で制御することができるため、途中でミラーの角度是正操作を行う必要がなくヘリオスタットの稼働効率を向上させることができる。   According to the fourth aspect of the invention, since the output shaft (mirror) can always be controlled at the correct angle, it is not necessary to perform the mirror angle correction operation on the way, and the operating efficiency of the heliostat can be improved.

ヘリオスタットを示す背面図。The rear view which shows a heliostat. ヘリオスタットを示す側面図。The side view which shows a heliostat. ヘリオスタットの内部構造を示す図。The figure which shows the internal structure of a heliostat. 図３中矢示ＳＡ−ＳＡ線に沿う断面図。Sectional drawing which follows the arrow SA-SA line in FIG.

図１〜図４は、本発明の好適な一実施形態を示す図である。   1 to 4 are diagrams showing a preferred embodiment of the present invention.

ヘリオスタット１のミラー２の裏側にはフレーム３が固定されている。フレーム３には水平方向に延びる回転軸４が設けられている。この回転軸４の中央部は高度方向での減速機（以下、高度減速機）５に接続されている。ミラー２は回転軸４を中心に高度方向Ｅへ回転自在に支持されている。   A frame 3 is fixed to the back side of the mirror 2 of the heliostat 1. The frame 3 is provided with a rotating shaft 4 extending in the horizontal direction. The central portion of the rotating shaft 4 is connected to a speed reducer (hereinafter referred to as an advanced speed reducer) 5 in the altitude direction. The mirror 2 is supported so as to be rotatable in the altitude direction E around the rotation axis 4.

高度減速機５の下部には方位方向での減速機（以下、方位減速機）６が連結されている。そして方位減速機６は支柱７の上部に固定されている。   A directional reducer (hereinafter referred to as an azimuth reducer) 6 is connected to the lower part of the altitude reducer 5. The azimuth reducer 6 is fixed to the upper part of the column 7.

方位減速機６は上部に図示せぬ垂直方向での出力軸を有し、その出力軸に高度減速機５が連結されている。従って、高度減速機５は方位減速機６の出力軸を中心に方位方向Ａへ回転自在に支持されている。   The azimuth reducer 6 has an output shaft in the vertical direction (not shown) at the top, and the altitude reducer 5 is connected to the output shaft. Accordingly, the altitude reducer 5 is supported so as to be rotatable in the azimuth direction A around the output shaft of the azimuth reducer 6.

高度減速機５が方位減速機６により方位方向Ａへ回転する場合はそれに支持されているミラー２も一緒に回転するため、ミラー２は方位方向Ａと高度方向Ｅの合成方向へ回転し、太陽光Ｌを常に目標へ向けて反射し続けることができる。 高度減速機５と方位減速機６は基本的に同一構造である。   When the altitude reducer 5 is rotated in the azimuth direction A by the azimuth reducer 6, the mirror 2 supported by the altitude reducer 5 is also rotated together. Therefore, the mirror 2 is rotated in the combined direction of the azimuth direction A and the altitude direction E. The light L can always be reflected toward the target. The altitude reducer 5 and the azimuth reducer 6 have basically the same structure.

以下、図３及び図４を用いて高度減速機５を例に説明する。尚、以下において、軸受やベアリング等の一般構造については図示及び説明を省略している。   Hereinafter, the altitude reduction gear 5 will be described as an example with reference to FIGS. 3 and 4. In the following, the illustration and description of a general structure such as a bearing and a bearing are omitted.

高度減速機５の内部のケーシング８内には、出力軸９と、出力軸９に一体形成された出力ギア１０が収納されている。出力軸９にはぞれぞれ回転軸４が挿入され、出力軸９と回転軸４とはキー結合により一体的に回転する。   An output shaft 9 and an output gear 10 formed integrally with the output shaft 9 are housed in a casing 8 inside the altitude reducer 5. A rotary shaft 4 is inserted into each of the output shafts 9, and the output shaft 9 and the rotary shaft 4 rotate integrally by key coupling.

出力ギア１０には出力軸９と平行なピニオン１１が噛合している。このピニオン１１にはハイポイドギア１２が一体形成されている。ハイポイドギア１２にはケーシング８内に突出したハイポイドピニオン１３が噛合している。   A pinion 11 parallel to the output shaft 9 is engaged with the output gear 10. The pinion 11 is integrally formed with a hypoid gear 12. The hypoid gear 12 is engaged with a hypoid pinion 13 protruding into the casing 8.

ハイポイドピニオン１３にはギア１４が一体形成されている。ケーシング８にはモータ（原動機）１５が直結されており、そのモータ軸１６の先端に形成されたピニオンが前記ギア１４に噛合してモータ１５から出力される動力を伝達している。   A gear 14 is integrally formed with the hypoid pinion 13. A motor (prime mover) 15 is directly connected to the casing 8, and a pinion formed at the tip of the motor shaft 16 meshes with the gear 14 to transmit power output from the motor 15.

この実施形態では、出力ギア１０、ピニオン１１、ハイポイドギア１２、ハイポイドピニオン１３、ギア１４により「減速機」が形成されている。   In this embodiment, the output gear 10, the pinion 11, the hypoid gear 12, the hypoid pinion 13, and the gear 14 form a “reduction gear”.

モータ１５の回転は制御部（コントローラ）１７により制御されており、内蔵された追尾プログラムに基づいた指令値Ｓをモータ１５のドライバに出力している。   The rotation of the motor 15 is controlled by a controller (controller) 17 and outputs a command value S based on a built-in tracking program to the driver of the motor 15.

モータ軸（出力軸）１６が回転すると、減速された回転数でハイポイドピニオン１３が回転し、その回転がハイポイドギア１２、ピニオン１１、出力ギア１０を介して更に減速された状態で出力軸９に伝達される。このように出力軸９が回転することにより、ミラー２の高度方向での角度が変化する。   When the motor shaft (output shaft) 16 rotates, the hypoid pinion 13 rotates at a decelerated rotational speed, and the rotation is further decelerated via the hypoid gear 12, the pinion 11, and the output gear 10 and transmitted to the output shaft 9. Is done. As the output shaft 9 rotates in this way, the angle of the mirror 2 in the altitude direction changes.

一方、ケーシング８内には出力軸９と平行な検出軸１８が設けられている。この検出軸１８には小歯数の増速ピニオン１９が一体形成され、この増速ピニオン１９が出力ギア１０に噛合している。従って、この増速ピニオン１９は歯数の比率より出力ギア１０よりも高回転する。   On the other hand, a detection shaft 18 parallel to the output shaft 9 is provided in the casing 8. A speed increasing pinion 19 having a small number of teeth is integrally formed on the detection shaft 18, and the speed increasing pinion 19 meshes with the output gear 10. Accordingly, the speed increasing pinion 19 rotates faster than the output gear 10 by the ratio of the number of teeth.

検出軸１８はケーシング８の外部に設置されたエンコーダ２０に接続されており、増速ピニオン１９の回転方向及び回転角度を検出することができる。従って、この増速ピニオン１９を介在させることにより、出力軸９の回転角度をより高い分解能でエンコーダ２０により検出することが可能となる。   The detection shaft 18 is connected to an encoder 20 installed outside the casing 8, and can detect the rotation direction and rotation angle of the speed increasing pinion 19. Therefore, by interposing the speed increasing pinion 19, the rotation angle of the output shaft 9 can be detected by the encoder 20 with higher resolution.

エンコーダ２０により検出された検出値Ｋは制御部１７へフィードバックされる。制御部１７ではこのフィードバックされた検出値Ｋに基づいて指令値Ｓをモータ１５へ出力している。つまり制御部１７はモータ軸１６の回転角度でなく、ミラー２を最終的に回転させる出力軸９の回転角度を直接モニターしながらモータ１５を制御しているため、モータ軸１６と出力軸９の途中に存在する減速機構（出力ギア１０、ピニオン１１、ハイポイドギア１２、ハイポイドピニオン１３、ギア１４）に角度伝達誤差があったとしても、その影響を受けず、出力軸９の回転を追尾プログラムに基づいて正確に制御することができる。   The detection value K detected by the encoder 20 is fed back to the control unit 17. The control unit 17 outputs a command value S to the motor 15 based on the feedback detection value K. That is, the control unit 17 controls the motor 15 while directly monitoring the rotation angle of the output shaft 9 that finally rotates the mirror 2, not the rotation angle of the motor shaft 16. Even if there is an angle transmission error in the deceleration mechanism (output gear 10, pinion 11, hypoid gear 12, hypoid pinion 13, gear 14) existing in the middle, the rotation of the output shaft 9 is determined based on the tracking program. Can be controlled accurately.

しかも増速ピニオン１９によりパルス数の少ない安価なエンコーダを使用しても出力軸９の回転を高い分解能で検出できるため、高い精度で制御することができる。   In addition, the rotation of the output shaft 9 can be detected with high resolution even when an inexpensive encoder with a small number of pulses is used by the speed increasing pinion 19, so that it can be controlled with high accuracy.

この実施形態によれば、減速機構の角度伝達誤差の影響を受けないため、減速機構を高精度で加工する必要がなく且つ安価なエンコーダ２０を使用することができるためコスト的に有利である。   According to this embodiment, since it is not affected by the angle transmission error of the speed reduction mechanism, it is not necessary to process the speed reduction mechanism with high accuracy, and an inexpensive encoder 20 can be used, which is advantageous in terms of cost.

また時間が経過しても指令値Ｓと実際の出力軸９の回転角度との間にずれが発生せず、常に出力軸９（ミラー２）を正しい角度で制御することができる。そのため途中でミラー２の角度是正操作を行う必要がなくヘリオスタット１の稼働効率を向上させることができる。   Further, even if time elapses, no deviation occurs between the command value S and the actual rotation angle of the output shaft 9, and the output shaft 9 (mirror 2) can always be controlled at the correct angle. Therefore, it is not necessary to correct the angle of the mirror 2 on the way, and the operating efficiency of the heliostat 1 can be improved.

尚、以上の実施形態では、減速機構の一部を、ハイポイドピニオン１３と、それに噛合するハイポイドギア１２で形成する例を示したが、ウォームギヤやベベルギヤ等を用いることもできる。但し、少なくともモータ軸１６と最初に噛合する部分をハイポイドピニオン１３及びハイポイドギア１２によって形成すれば、ウォームギヤやベベルギヤ等に比べて、作動がスムーズで騒音もなく、必要トルクに対するモータ容量も小さくて済むという好ましい作用が得られる。   In the above embodiment, an example in which a part of the speed reduction mechanism is formed by the hypoid pinion 13 and the hypoid gear 12 meshing with the hypoid pinion 13 is shown, but a worm gear, a bevel gear, or the like can also be used. However, if at least the portion that first meshes with the motor shaft 16 is formed by the hypoid pinion 13 and the hypoid gear 12, the operation is smoother, no noise, and the motor capacity for the required torque can be reduced compared to a worm gear or bevel gear. A preferable effect is obtained.

また、以上の実施形態では、高度減速機５と方位減速機６を別体にした例を示したが、一つのケーシング内に収納して一体化しても良い。その場合は方位減速機の出力軸は下に突出して、支柱に対して全体を回転させる。   Moreover, although the example which made the altitude reduction gear 5 and the azimuth | direction reduction gear 6 separate in the above embodiment was shown, you may accommodate in a casing and integrate. In that case, the output shaft of the azimuth reducer protrudes downward and rotates the whole with respect to the support column.

また、以上の実施形態ではヘリオスタット用の減速機を例示したが本発明の技術的思想はこれに限定されるものではなく、ロボット、搬送機、ターンテーブルなどの精密な位置決めを要する機器の減速機として利用できるものである。すなわち、これらの機器においてモータ等の原動機の出力軸と所定の回転移動する部位の間に本発明の減速機を設けることにより、高精度かつ低コストで位置決めをすることができる。   In the above embodiment, the heliostat speed reducer has been exemplified. However, the technical idea of the present invention is not limited to this, and the speed reduction of a device that requires precise positioning, such as a robot, a transporter, or a turntable. It can be used as a machine. That is, by providing the reduction gear of the present invention between the output shaft of a prime mover such as a motor and a predetermined rotationally moving part in these devices, positioning can be performed with high accuracy and low cost.

１ ヘリオスタット
２ ミラー
５ 高度減速機（減速機）
６ 方位減速機（減速機）
９ 出力軸
１０ 出力ギア（減速機構）
１１ ピニオン（減速機）
１２ ハイポイドギア（減速機）
１３ ハイポイドピニオン（減速機）
１４ ギア（減速機構）
１５ モータ（原動機）
１６ モータ軸（出力軸）
１７ 制御部（コントローラ）
１９ 増速ピニオン
２０ エンコーダ
Ａ 高度方向
Ｅ 方位方向
Ｌ 太陽光
Ｓ 指令値
Ｋ 検出値 1 Heliostat 2 Mirror 5 Advanced reduction gear (reduction gear)
6 Directional reducer (reduction gear)
9 Output shaft 10 Output gear (deceleration mechanism)
11 Pinion (reduction gear)
12 Hypoid gear (reduction gear)
13 Hypoid pinion (reduction gear)
14 Gear (Deceleration mechanism)
15 Motor (motor)
16 Motor shaft (output shaft)
17 Controller (Controller)
19 Speed increasing pinion 20 Encoder A Altitude direction E Direction direction L Sunlight S Command value K Detected value

Claims (4)

原動機の回転を減速させて出力軸に伝達する減速機であって、
前記出力軸の回転角を検出するエンコーダと、
前記検出された回転角に基づいて前記原動機の回転を制御するコントローラと
を具備することを特徴とする減速機。 A speed reducer that decelerates the rotation of the prime mover and transmits it to the output shaft,
An encoder for detecting a rotation angle of the output shaft;
And a controller that controls rotation of the prime mover based on the detected rotation angle. 出力軸が一体の出力ギアを有し、該出力ギアに噛合して出力ギアよりも高回転する増速ピニオンを設け、該増速ピニオンを介して出力軸の回転角度をエンコーダにより検出することを特徴とする請求項１記載の減速機。   The output shaft has an integrated output gear, and is provided with a speed-up pinion that meshes with the output gear and rotates faster than the output gear, and the rotation angle of the output shaft is detected by the encoder through the speed-up pinion. The speed reducer according to claim 1, wherein: 減速機構における前記原動機の出力軸と噛合する部分が、ハイポイドピニオン及びハイポイドギアにより構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の減速機。   The speed reducer according to claim 1 or 2, wherein a portion of the speed reduction mechanism that meshes with the output shaft of the prime mover is constituted by a hypoid pinion and a hypoid gear. ヘリオスタットにおけるミラーの回動軸と原動機の間に設けられる請求項１乃至３のいずれか１項記載の減速機。   The speed reducer according to any one of claims 1 to 3, wherein the speed reducer is provided between a rotating shaft of a mirror and a prime mover in the heliostat.
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