JP2018100859A - Absolute encoder of geared motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ギヤ付きモータに関し、特に、その出力軸の絶対回転位置を検出するアブソリュートエンコーダに関する。 The present invention relates to a geared motor, and more particularly to an absolute encoder that detects an absolute rotational position of an output shaft thereof.
産業用ロボット、工作機械等における高い位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構成されたギヤ付きモータが用いられている。ギヤ付きモータは、モータと、そのモータ軸に連結された減速機とを備えている。減速機の出力軸によって負荷側の装置が回転駆動される。 A geared motor configured to output the output rotation of a motor via a reduction gear with high transmission accuracy is used in a drive portion that requires high positioning accuracy in an industrial robot, a machine tool, or the like. The geared motor includes a motor and a reduction gear connected to the motor shaft. The load side device is rotationally driven by the output shaft of the reduction gear.
ギヤ付きモータにおいて、負荷側の装置の位置決め等を精度良く行うためには、減速機の出力軸の回転位置を高い精度で制御する必要がある。そのために、モータ軸にはモータ軸エンコーダが取り付けられ、出力軸にも回転位置センサが取り付けられる。 In a geared motor, it is necessary to control the rotational position of the output shaft of the speed reducer with high accuracy in order to accurately position the load side device. For this purpose, a motor shaft encoder is attached to the motor shaft, and a rotational position sensor is also attached to the output shaft.
回転位置センサは、例えば、出力軸の先端部分(負荷側の軸端部)に配置される。回転位置センサを出力軸の先端部分に配置できない場合には、出力軸の後端部分を中空モータ軸の中空部を通してモータの後ろ側まで延ばし、モータの後ろ側に回転位置センサが配置される。また、バッテリレスの回転位置センサとしては、出力軸の原点位置を検出する原点センサ、あるいは、出力軸の絶対回転位置を検出するアブソリュートセンサが用いられる。アブソリュートセンサを用いる場合には、モータ起動時に出力軸の原点出しが不要である。 The rotational position sensor is disposed, for example, at the tip end portion (the shaft end portion on the load side) of the output shaft. When the rotational position sensor cannot be disposed at the tip portion of the output shaft, the rear end portion of the output shaft extends to the rear side of the motor through the hollow portion of the hollow motor shaft, and the rotational position sensor is disposed at the rear side of the motor. As the battery-less rotational position sensor, an origin sensor that detects the origin position of the output shaft or an absolute sensor that detects the absolute rotational position of the output shaft is used. When an absolute sensor is used, it is not necessary to find the origin of the output shaft when starting the motor.
特許文献1には、モータ軸の回転に基づき出力軸の絶対回転位置を検出する多回転アブソリュート回転角度検出装置が提案されている。この装置では、モータ軸の回転を複数枚の平歯車からなる減速機を介して減速して取り出すことにより、出力軸1回転内の絶対回転位置を検出できるようにしている。
モータ軸の回転に基づき出力軸の絶対回転位置を検出するために、複数枚の平歯車から構成される減速機構を用いる場合において、各平歯車を精度良く製造し、精度良く組み立てることが困難なことが多い。各平歯車の製造精度が低く、それらの組立精度が低い場合には、出力軸の絶対回転位置を精度良く検出できない。また、モータ軸の外周側において、その半径方向に平歯車からなる減速歯車列が配置されると、ギヤ付きモータにおけるアブソリュートセンサが組み込まれた部分の外径寸法が大きくなってしまう。 In order to detect the absolute rotational position of the output shaft based on the rotation of the motor shaft, it is difficult to accurately manufacture and assemble each spur gear accurately when using a reduction mechanism composed of a plurality of spur gears. There are many cases. If the production accuracy of each spur gear is low and the assembly accuracy thereof is low, the absolute rotational position of the output shaft cannot be detected with high accuracy. Further, if a reduction gear train made of spur gears is arranged in the radial direction on the outer peripheral side of the motor shaft, the outer diameter of the portion where the absolute sensor in the geared motor is incorporated becomes large.
本発明の目的は、このような点に鑑みて、ギヤ付きモータにおいて、その出力軸の絶対回転位置を、コンパクトな構成で、精度良く検出可能なアブソリュートエンコーダを提供することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to provide an absolute encoder capable of accurately detecting the absolute rotational position of an output shaft of a geared motor with a compact configuration.
上記の課題を解決するために、本発明による、モータ軸の回転が減速機を介して減速されて出力軸から出力されるギヤ付きモータにおける出力軸の絶対回転位置を検出するアブソリュートエンコーダは、モータ軸の回転を減速する波動歯車装置と、波動歯車装置の減速回転出力部材の絶対回転位置を検出する検出部とを有している。波動歯車装置の速比は、減速機の速比と同一または大きな値に設定される。 In order to solve the above problems, an absolute encoder for detecting an absolute rotation position of an output shaft in a geared motor in which rotation of a motor shaft is decelerated via a reduction gear and output from an output shaft according to the present invention is a motor. A wave gear device that decelerates the rotation of the shaft and a detection unit that detects the absolute rotation position of the reduced rotation output member of the wave gear device. The speed ratio of the wave gear device is set to the same or larger value as the speed ratio of the speed reducer.
波動歯車装置はバックラッシが無く回転伝達誤差が少ないので、平歯車等の歯車列からなる減速機構を用いてモータ軸を減速して出力軸の絶対回転位置を検出する場合に比べて、精度の高い検出が可能になる。また、波動歯車装置は内歯歯車、外歯歯車および波動発生器の3部品が同心状に配置されたコンパクトな構成の減速機構であるので、他の減速機構を用いる場合に比べて設置スペースが少なくて済む。 Since the wave gear device has no backlash and less rotation transmission error, it is more accurate than when the absolute rotation position of the output shaft is detected by decelerating the motor shaft using a speed reduction mechanism consisting of a gear train such as a spur gear. Detection is possible. Further, since the wave gear device is a reduction mechanism having a compact configuration in which three parts of an internal gear, an external gear, and a wave generator are arranged concentrically, the installation space is smaller than when other reduction mechanisms are used. Less is enough.
波動歯車装置としては軸長の短いフラット型波動歯車装置を用いることができる。フラット型波動歯車装置は、回転しないように固定された剛性の静止側内歯歯車、回転可能な剛性の駆動側内歯歯車、静止側内歯歯車および駆動側内歯歯車の双方にかみ合い可能な可撓性の外歯歯車、および外歯歯車を非円形に撓めて静止側内歯歯車および駆動側内歯歯車の双方に部分的にかみ合わせている波動発生器を備えている。波動発生器はモータ軸に固定される回転入力部材とされ、駆動側内歯歯車は減速回転出力部材とされる。 As the wave gear device, a flat wave gear device having a short axial length can be used. The flat type wave gear device can mesh with both a stationary stationary internal gear fixed so as not to rotate, a rotatable driving internal gear, a stationary internal gear, and a driving internal gear. A flexible external gear and a wave generator that flexes the external gear into a non-circular shape and partially meshes with both the stationary internal gear and the drive internal gear are provided. The wave generator is a rotation input member fixed to the motor shaft, and the drive-side internal gear is a reduction rotation output member.
例えば、波動歯車装置の速比を減速機の速比と同一に設定しておくと、駆動側内歯歯車は出力軸と同一回転数で回転する。駆動側内歯歯車の1回転内の各回転位置が、出力軸の1回転内の各回転位置に対応する。よって、検出部によって駆動側内歯歯車の1回転内の絶対回転位置を検出すれば、出力軸の1回転内の絶対回転位置が得られる。 For example, if the speed ratio of the wave gear device is set to be the same as the speed ratio of the speed reducer, the drive-side internal gear rotates at the same rotational speed as the output shaft. Each rotation position within one rotation of the drive-side internal gear corresponds to each rotation position within one rotation of the output shaft. Therefore, if the absolute rotation position within one rotation of the drive side internal gear is detected by the detection unit, the absolute rotation position within one rotation of the output shaft can be obtained.
例えば、検出部として磁気検出機構を用いることができる。この場合には、例えば、駆動側内歯歯車の円形外周面あるいは円環状端面において、その円周方向に沿って一定のピッチで磁極が形成された被検出面を形成する。あるいは、一定のピッチで凹凸部が形成された被検出面、例えば一定のピッチで外歯を形成する。被検出面に対して、円周方向における定まった位置、MR素子などから構成される磁気センサを配置すればよい。 For example, a magnetic detection mechanism can be used as the detection unit. In this case, for example, a detection surface in which magnetic poles are formed at a constant pitch along the circumferential direction is formed on the circular outer peripheral surface or the annular end surface of the drive-side internal gear. Or a to-be-detected surface in which the uneven | corrugated | grooved part was formed with a fixed pitch, for example, an external tooth is formed with a fixed pitch. What is necessary is just to arrange | position the magnetic sensor comprised from the position fixed in the circumferential direction, MR element, etc. with respect to a to-be-detected surface.
次に、本発明のギヤ付きモータは、上記構成のアブソリュートエンコーダを備えていることを特徴としている。例えば、アブソリュートエンコーダは、モータにおける減速機とは反対側(反出力側)の位置において、モータ軸の回転位置を検出するモータ軸エンコーダの隣に配置される。 Next, the geared motor of the present invention is characterized by including the absolute encoder having the above-described configuration. For example, the absolute encoder is arranged next to the motor shaft encoder that detects the rotational position of the motor shaft at a position opposite to the speed reducer (opposite output side) in the motor.
本発明のギヤ付きモータでは、出力軸の絶対回転位置を検出するためにモータ軸の回転を減速するための減速機構として波動歯車装置を用いている。波動歯車装置は平歯車等からなる減速歯車列を用いる場合に比べて精度良く回転を伝達できる。よって、精度良く出力軸の絶対回転位置を検出でき、これに基づき、ギヤ付きモータの位置決め制御を精度良く行うことができる。 In the geared motor of the present invention, a wave gear device is used as a reduction mechanism for reducing the rotation of the motor shaft in order to detect the absolute rotation position of the output shaft. The wave gear device can transmit rotation with higher accuracy than when a reduction gear train made of a spur gear or the like is used. Therefore, the absolute rotational position of the output shaft can be detected with high accuracy, and based on this, positioning control of the geared motor can be performed with high accuracy.
以下に、図1を参照して、本発明を適用したアブソリュートエンコーダを備えたギヤ付きモータの一例を説明する。 Hereinafter, an example of a geared motor including an absolute encoder to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
アブソリュートエンコーダを備えたギヤ付きモータ1(以下、単に、「ギヤ付きモータ1」と呼ぶ。)は、モータ2と、そのモータ軸3の出力側に連結された減速機4とを備えている。減速機4の出力軸5には負荷側の装置6が連結されており、出力軸5によって回転駆動される。例えば、出力軸5の1回転が負荷側の装置6の動作範囲として設置されている。
A geared
負荷側の装置6の位置決め制御、すなわち、減速機4の出力軸5の1回転内の位置決め制御を精度良く行うために、モータ軸3の回転位置を検出するモータ軸エンコーダ7と、出力軸5の1回転内の絶対位置を検出するためのアブソリュートエンコーダ8とが配置されている。
In order to perform positioning control of the
モータ軸エンコーダ7およびアブソリュートエンコーダ8は、モータ軸3の後側(反出力側)の軸端部3aの外周部分に配置されている。また、アブソリュートエンコーダ8は、モータ軸エンコーダ7の後ろ側に隣接配置されている。
The motor shaft encoder 7 and the absolute encoder 8 are arranged on the outer peripheral portion of the
モータ軸エンコーダ7の検出信号およびアブソリュートエンコーダ8の検出信号は、制御部10における共通の信号処理回路11において波形成形等の信号処理が施され、処理後の信号波形に基づき、モータ軸3の回転位置および出力軸5の1回転内の絶対回転位置が演算される。演算結果に基づき制御部10はモータドライバ12を介してモータ2を駆動して、負荷側の装置6の位置決め制御を行う。
The detection signal of the motor shaft encoder 7 and the detection signal of the absolute encoder 8 are subjected to signal processing such as waveform shaping in a common
例えば、モータ軸エンコーダ7は磁気式のエンコーダであり、その検出部は、モータ軸3の軸端部3aに同軸に固定した多極着磁された回転円盤7a、2極着磁された回転円盤7b、および、それぞれの回転円盤の外周面に対峙させたホール素子、MR素子などから構成される磁気センサ7c、7dを備えている。モータ軸エンコーダ7として、例えば、磁気式あるいは光学式のロータリエンコーダを用いることができる。
For example, the motor shaft encoder 7 is a magnetic encoder, and the detection unit thereof is a multipolar magnetized rotating
アブソリュートエンコーダ8は、モータ軸3の回転を減速する波動歯車装置13と、波動歯車装置13の減速回転出力部材の絶対回転位置を検出する検出部14とを備えている。波動歯車装置13の速比R(13)は、本例では、減速機4の速比R(4)と同一となるように設定されている。
The absolute encoder 8 includes a
波動歯車装置13は、フラット型波動歯車装置であり、回転しないように固定された剛性の静止側内歯歯車16および回転可能な剛性のリング状の駆動側内歯歯車17と、静止側内歯歯車16および駆動側内歯歯車17にかみ合い可能な円筒形状をした可撓性の外歯歯車18と、外歯歯車18を非円形、例えば楕円状に撓めて静止側内歯歯車16および駆動側内歯歯車17の双方に部分的にかみ合わせている波動発生器19とを備えている。駆動側内歯歯車17と外歯歯車18とは歯数が同一であり、静止側内歯歯車16の歯数はこれらの歯車よりも多い。例えば、外歯歯車18が楕円状に撓められて、円周方向の2か所で双方の内歯歯車にかみ合う場合には、歯数差は2n枚(n=1,2,3・・・)とされる。
The
静止側内歯歯車16は、モータケース2aに固定したエンコーダカバー21に固定されている。波動発生器19はモータ軸3に固定されており、モータ軸3と一体回転する回転入力部材である。駆動側内歯歯車17は減速回転出力部材であり、軸受22を介して、エンコーダカバー21によって回転自在に支持されている。
The stationary
アブソリュートエンコーダ8は、例えば、磁気式のエンコーダである。その検出部14は、波動歯車装置13の駆動側内歯歯車17の円形外周面において円周方向の全周に亘って一定のピッチで形成した外歯23と、外歯23に対して、その外周側における定まった位置において対峙している1つ、あるいは複数の磁気センサ24とを備えている。磁気センサ24はホール素子、MRなどの磁気検出素子から構成されている。
The absolute encoder 8 is, for example, a magnetic encoder. The
磁性材料からなる駆動側内歯歯車17の円形外周面に外歯23を形成する代わりに、その円環状の端面17aに外歯23を形成することもできる。また、外歯23の代わりに、円周方向に沿って一定ピッチで磁極が形成されているマグネットリングを用いることもできる。着磁面を駆動側内歯歯車17の円形外周面あるいは円環状の端面に形成することもできる。なお、光学式のロータリエンコーダを用いることもできる。
Instead of forming the
アブソリュートエンコーダ8において、モータ軸3の回転を減速する波動歯車装置13の速比R(13)は、モータ軸3の回転を減速して出力軸5から負荷側の装置6に伝達する減速機4の速比R(4)と同一である。波動歯車装置13の駆動側内歯歯車17は、出力軸5(負荷側の装置6)と同一速度で1回転の範囲内を回転する。よって、駆動側内歯歯車17の1回転内の絶対位置を検出することで、出力軸5の1回転内の絶対位置が検出される。アブソリュートエンコーダ8は、出力軸1回転バッテリレスアブソリュートエンコーダとして機能する。
In the absolute encoder 8, the speed ratio R (13) of the
ここで、本例のアブソリュートエンコーダ8において、波動歯車装置13はグリースを使用しない構成とすることが望ましい。波動歯車装置13には負荷が掛からず、また、トルク伝達を行わない。このため、波動歯車装置13の構成部品を、無潤滑駆動に適した材質に変更することにより、容易に無潤滑駆動型の波動歯車装置を得ることができる。このようにすれば、波動歯車装置13の噛み合い部分、摺動部分に供給されるグリースが磁気センサ24の側あるいは外部に漏れ出ることを防止するためのシール機構が不要になる等の利点がある。
Here, in the absolute encoder 8 of this example, it is desirable that the
(その他の実施の形態)
なお、負荷側の装置6の動作範囲が出力軸の数回転分の場合に、動作範囲内における出力軸の絶対位置を検出するためには、通常は、内部のカウンタを用いて出力軸回転量をカウントし、また、カウントデータを保存する必要がある。本発明のアブソリュートエンコーダ8では、例えば、負荷側の装置6の動作範囲が出力軸2回転分の場合には、出力軸2回転につき、波動歯車装置13の駆動側内歯歯車17が1回転するように、波動歯車装置13の速比R(13)を減速機4の速比R(4)の2倍に設定すればよい。すなわち、負荷側の動作範囲に応じて、速比R(13)を速比R(4)よりも大きな値に設定して、負荷側の動作範囲に対応する出力軸5の回転角度が、駆動側内歯歯車17の1回転となるようにすればよい。よって、本発明によれば、出力軸の回転量(回転数)をカウントするための内部カウンタを必要とせず、カウントミスも起きず、さらに、カウンタデータの保存も必要とせずに、出力軸の数回転分の範囲内の絶対位置を検出可能なバッテリレスアブソリュートエンコーダを得ることができる。
(Other embodiments)
In order to detect the absolute position of the output shaft within the operating range when the operating range of the load-
上記の例では、波動歯車装置13としてフラット型波動歯車装置を用いている。フラット型波動歯車装置は、軸長が短く、ギヤ付きモータの軸長の増加を抑制できる。軸長の増加が問題にならない場合などにおいては、これ以外の形式の波動歯車装置を用いることも可能である。カップ型波動歯車装置、シルクハット型波動歯車装置を用いることができる。
In the above example, a flat wave gear device is used as the
減速機4としては各種の形式の減速機を用いることができる。例えば、減速機4として波動歯車装置を用いることができる。この場合においても、フラット型、カップ型、シルクハット型の波動歯車装置を用いることができる。一般的な遊星歯車装置などの減速機を用いることができることは勿論である。 As the speed reducer 4, various types of speed reducers can be used. For example, a wave gear device can be used as the speed reducer 4. In this case as well, a flat type, cup type, and top hat type wave gear device can be used. Of course, a reduction gear such as a general planetary gear device can be used.
1 ギヤ付きモータ
2 モータ
2a モータケース
3 モータ軸
3a 軸端部
4 減速機
5 出力軸
6 負荷側の装置
7 モータ軸エンコーダ
7a、7b 回転円盤
7c、7d 磁気センサ
8 アブソリュートエンコーダ
10 制御部
11 信号処理回路
12 モータドライバ
13 波動歯車装置
14 検出部
16 静止側内歯歯車
17 駆動側内歯歯車
17a 端面
18 外歯歯車
19 波動発生器
21 エンコーダカバー
22 軸受
23 外歯
24 磁気センサ
R(4) 速比
R(13) 速比
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記モータ軸の回転を減速する波動歯車装置と、
前記波動歯車装置の減速回転出力部材の絶対回転位置を検出する検出部と
を有しており、
前記波動歯車装置の速比は、前記減速機の速比と同一または大きいことを特徴とするギヤ付きモータのアブソリュートエンコーダ。 An absolute encoder that detects the absolute rotational position of the output shaft in a geared motor in which the rotation of the motor shaft is decelerated via a reduction gear and output from the output shaft,
A wave gear device that decelerates rotation of the motor shaft;
A detection unit that detects an absolute rotation position of the reduction rotation output member of the wave gear device;
An absolute encoder for a geared motor, wherein a speed ratio of the wave gear device is equal to or greater than a speed ratio of the speed reducer.
前記波動歯車装置は、
回転しないように固定された剛性の静止側内歯歯車と、
回転可能な剛性の駆動側内歯歯車と、
前記静止側内歯歯車および前記駆動側内歯歯車にかみ合い可能な可撓性の外歯歯車と、
前記外歯歯車を非円形に撓めて前記静止側内歯歯車および前記駆動側内歯歯車の双方に部分的にかみ合わせている波動発生器と
を備えており、
前記波動発生器は前記モータ軸に固定されており、
前記駆動側内歯歯車は前記減速回転出力部材であるギヤ付きモータのアブソリュートエンコーダ。 In claim 1,
The wave gear device is
A rigid stationary internal gear fixed so as not to rotate;
A drive-side internal gear with rotatable rigidity,
A flexible external gear that can mesh with the stationary-side internal gear and the drive-side internal gear;
A wave generator that bends the external gear into a non-circular shape and partially meshes with both the stationary-side internal gear and the drive-side internal gear;
The wave generator is fixed to the motor shaft;
The drive-side internal gear is an absolute encoder of a geared motor, which is the reduction rotation output member.
前記波動歯車装置は無潤滑駆動型の波動歯車装置であるギヤ付きモータのアブソリュートエンコーダ。 In claim 1,
The wave gear device is a gearless motor absolute encoder which is a non-lubricated drive type wave gear device.
前記検出部は、
前記駆動側内歯歯車の円形外周面あるいは円環状端面において、その円周方向に沿って一定のピッチで磁極が形成された被検出面、あるいは、一定のピッチで凹凸部が形成された被検出面と、
前記被検出面に対して、前記円周方向における定まった位置において対峙する磁気センサと
を備えているギヤ付きモータのアブソリュートエンコーダ。 In claim 2,
The detector is
On the circular outer peripheral surface or annular end surface of the drive-side internal gear, a detected surface in which magnetic poles are formed at a constant pitch along the circumferential direction, or a detected surface on which irregularities are formed at a constant pitch. Surface,
An absolute encoder of a geared motor, comprising: a magnetic sensor facing the detected surface at a fixed position in the circumferential direction.
前記モータのモータ軸における一方の第1軸端部に同軸に連結した減速機と、
前記モータ軸における他方の第2軸端部の側に配置され、前記減速機の減速回転出力部材の絶対回転位置を検出する請求項1ないし4のうちのいずれか一つの項に記載の前記アブソリュートエンコーダと
を有しているギヤ付きモータ。 A motor,
A reduction gear connected coaxially to one first shaft end of the motor shaft of the motor;
5. The absolute device according to claim 1, wherein the absolute rotation position of the reduction rotation output member of the reduction gear is detected on the other second shaft end side of the motor shaft. A geared motor having an encoder.
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