JP3335034B2 - Rotation transmission device - Google Patents
Rotation transmission deviceInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は回転伝達装置、特に、Ｏ
Ａ機器、医療機器又は工作機械等に使用される駆動用モ
ータとその速度検出用のエンコーダとを連結する回転伝
達装置（フレキシブルカップリング）に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation transmission device, and
The present invention relates to a rotation transmission device (flexible coupling) that connects a drive motor used for an A device, a medical device, a machine tool, or the like, and an encoder for detecting the speed thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】負荷をモータで直接駆動するダイレクト
ドライブ方式のものでは、モータから負荷への回転伝達
機構が存在しないため、モータの回転精度をそのまま負
荷に伝達出来る。2. Description of the Related Art In a direct drive system in which a load is directly driven by a motor, since there is no rotation transmission mechanism from the motor to the load, the rotation accuracy of the motor can be directly transmitted to the load.
【０００３】このようなダイレクトドライブ方式では、
歯車のような減速機構が存在しないため、モータを低速
で使用する場合が多く、低速で回転ムラの少ない高精度
の速度制御システムを構築するには、高分解能のエンコ
ーダを速度検出用としてモータ軸に連結し、速度制御の
サーボ系ループゲインを大きく設計する必要がある。In such a direct drive system,
Since there is no speed reduction mechanism such as a gear, the motor is often used at low speed, and in order to build a high-precision speed control system with low rotation speed and low rotation unevenness, a high-resolution encoder is used for speed detection and the motor shaft is used. It is necessary to design a large servo loop gain for speed control.
【０００４】図３は上記従来の速度制御システムを示
し、１はモータ部、２は負荷（図示せず）に結合される
モータ軸、３はエンコーダ、４はエンコーダ３の出力
軸、５は上記エンコーダ３内の格子ディスク、６は上記
出力軸４の軸受け、７はエンコーダ３の回転止め板であ
る。FIG. 3 shows the above-mentioned conventional speed control system, wherein 1 is a motor unit, 2 is a motor shaft coupled to a load (not shown), 3 is an encoder, 4 is an output shaft of the encoder 3, and 5 is the above-mentioned. A grating disk in the encoder 3, 6 is a bearing for the output shaft 4, and 7 is a rotation stop plate of the encoder 3.
【０００５】この種の速度制御システムでは、図３のよ
うにエンコーダ３の出力軸４に中空軸タイプのものを採
用し、延長したモータ軸２をこの中空出力軸４内に挿入
し、クランプ８で固定して使用する場合が多い。In this kind of speed control system, as shown in FIG. 3, a hollow shaft type is used for the output shaft 4 of the encoder 3, and the extended motor shaft 2 is inserted into the hollow output shaft 4, and a clamp 8 is provided. In many cases, it is fixed and used.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】然しながら、上記のよ
うな速度制御システムでは、ゲインの高い速度制御ルー
プに入り込むためにモータの微少な振動がエンコーダ内
部のディスク５に伝達され、エンコーダ分解能が数千Ｐ
ＰＲと高パルスになると、速度制御系に大きな機械共振
が発生し、高周波の異音を伴い、回転ムラが大きくなる
現象が散発的に発生する。However, in the above speed control system, a minute vibration of the motor is transmitted to the disk 5 inside the encoder to enter the speed control loop having a high gain, and the encoder resolution is several thousand. P
When the pulse has a high PR, a large mechanical resonance occurs in the speed control system, accompanied by high frequency noise and sporadic occurrence of rotation unevenness.
【０００７】この現象を改善するには、上記速度制御系
のゲインをさげるか、または制御回路中にローパスフィ
ルタを挿入する等の処置がとられるが、回転ムラが大き
くなってしまう場合が多い。To improve this phenomenon, measures such as lowering the gain of the speed control system or inserting a low-pass filter in the control circuit are taken. However, rotation unevenness often increases.
【０００８】従って、上記従来の構成では、モータ軸２
とエンコーダ３の出力軸４間をフレキシブルカップリン
グ（図示せず）にて連結する方法が考えられる。Accordingly, in the above-described conventional configuration, the motor shaft 2
And a method of connecting the output shaft 4 of the encoder 3 with a flexible coupling (not shown).
【０００９】上記フレキシブルカップリングとしてはね
じり剛性が低いと、フレキシブルカップリングに存在す
る２次遅れ系伝達関数の応答周波数が制御ループ系の応
答周波数に近いかまたはそれ以下となり、制御系のハン
チングが発生するため、一般的に高精度の制御系を構成
するためにはフレキシブルカップリングのねじり剛性を
５，０００（Ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）以上のものを使用
する必要がある。If the flexible coupling has low torsional rigidity, the response frequency of the transfer function of the second-order lag system existing in the flexible coupling is close to or less than the response frequency of the control loop system, and hunting of the control system is reduced. Therefore, in general, it is necessary to use a flexible coupling having a torsional rigidity of 5,000 (Kgf · cm / rad) or more in order to constitute a high-precision control system.
【００１０】然しながら、ねじり剛性が大きくなること
は、上記中空出力軸での連結と同様、モータの振動も速
度制御ループに伝達されてしまい、完全に機械共振を除
去することは出来ない。However, when the torsional rigidity is increased, the vibration of the motor is transmitted to the speed control loop as in the case of the connection with the hollow output shaft, and the mechanical resonance cannot be completely eliminated.
【００１１】また、デジタル制御により、機械共振を除
去する方法が実用化されているが、システムが複雑にな
りコストアップになる。Although a method of removing mechanical resonance by digital control has been put to practical use, the system becomes complicated and costs increase.
【００１２】本発明は高回転精度制御システムにおい
て、複雑な制御技術を使用することなく、簡潔な方法で
制御系の機械共振を押さえて、システムの全長を長くす
ることなく、ゲインの高い制御系を構成し回転ムラ特性
を安定にするようモータ軸と高分解能出力エンコーダ軸
間を連結する薄型の回転伝達装置を提供することを目的
とする。The present invention provides a high-rotation-precision control system capable of suppressing a mechanical resonance of a control system by a simple method without using a complicated control technique and increasing a total gain of the control system without increasing the overall length of the system. It is an object of the present invention to provide a thin rotation transmission device that connects between a motor shaft and a high-resolution output encoder shaft so as to stabilize rotation unevenness characteristics.
【００１３】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の回転伝達装置
は、負荷を直接駆動するモータの出力軸に固定したモー
タ軸リングと、上記モータを速度制御する高分解能エン
コーダの出力軸に固定した慣性モーメントの大きいエン
コーダ軸リングと、上記モータ軸リングとエンコーダ軸
リングとを連結する弾性体とより成り、弾性体のねじれ
剛性とエンコーダとエンコーダ軸リングの慣性モーメン
ト和から、回転伝達装置のねじれ固有周波数を算出し、
ねじれ振動固有周波数が速度制御系応答周波数と機械的
共振周波数の間になるよう上記エンコーダ側の慣性モー
メントの値を設定したことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION A rotation transmitting device according to the present invention comprises a motor shaft ring fixed to an output shaft of a motor for directly driving a load, and an inertia fixed to an output shaft of a high-resolution encoder for controlling the speed of the motor. An encoder shaft ring having a large moment, and an elastic body connecting the motor shaft ring and the encoder shaft ring, and the elastic body is twisted.
Rigidity and inertia moment of encoder and encoder shaft ring
From the sum, calculate the torsional natural frequency of the rotation transmission device ,
The value of the encoder-side inertia moment is set so that the natural frequency of the torsional vibration is between the response frequency of the speed control system and the mechanical resonance frequency.
【００１４】[0014]
【実施例】以下図面によって本発明の実施例を説明す
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１５】本発明の回転伝達装置９は図１に示すよう
に、負荷を直接駆動するモータのモータ軸２と２，５０
０ＰＰＲ以上の高分解能エンコーダ３の出力軸４間をフ
レキシブルに連結するために用いる。As shown in FIG. 1, the rotation transmission device 9 according to the present invention comprises motor shafts 2 and 2, 50 of a motor for directly driving a load.
It is used to flexibly connect between the output shafts 4 of the high-resolution encoder 3 of 0 PPR or more.
【００１６】本発明の回転伝達装置９は、上記モータ軸
２に固定したモータ軸リング１０と、上記出力軸４に固
定した、上記モータ軸リング１０より十分大径なエンコ
ーダ軸リング１１と、上記モータ軸リング１０の中心部
から一方に偏心する位置に形成したカラー１２と上記エ
ンコーダ軸リング１１の中心部から他方に偏心する位置
に形成したカラー１３に夫々取付ネジ１４により固定し
たねじり剛性が５，０００（ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）以
上のフレキシブルカップリング用板バネ１５とにより構
成する。The rotation transmitting device 9 of the present invention includes a motor shaft ring 10 fixed to the motor shaft 2, an encoder shaft ring 11 fixed to the output shaft 4 and having a diameter sufficiently larger than the motor shaft ring 10, The torsional rigidity fixed to the collar 12 formed at a position eccentric to one side from the center portion of the motor shaft ring 10 and the collar 13 formed at a position eccentric to the other side from the center portion of the encoder shaft ring 11 by mounting screws 14 is 5. 5,000 (kgf · cm / rad) or more.
【００１７】本発明の回転伝達装置９に存在するねじれ
振動の伝達関数はＧ（ｓ）は、式１と表すことができ
る。The transfer function G (s) of the torsional vibration present in the rotation transmission device 9 of the present invention can be expressed by the following equation (1).
【００１８】[0018]
【式１】 (Equation 1)
【００１９】ここで、ωはＫ／Ｊｅ、Ｋはねじり剛性
（Ｋｇｆ・ｃｍ／ｒａｄ）、Ｊｅはエンコーダの慣性モ
ーメントとエンコーダ軸リングの慣性モーメントの合計
値（ｇ・ｃｍ・ｓ2 ）、２ζωはＤｅ／Ｊ、ζは減衰係
数、Ｄｅはエンコーダの粘性抵抗（ｇ・ｃｍ・ｓ）を示
す。Here, ω is K / Je, K is torsional rigidity (Kgf · cm / rad), and Je is the total value of the inertia moment of the encoder and the inertia moment of the encoder shaft ring (g · cm · s 2 ), 2ζω Indicates De / J, ζ indicates an attenuation coefficient, and De indicates viscous resistance (g · cm · s) of the encoder.
【００２０】従って、ねじれ振動固有周波数ｆｎは式２
となる。Accordingly, the torsional vibration natural frequency fn is given by
It becomes.
【００２１】[0021]
【式２】 [Equation 2]
【００２２】上記回転伝達装置９に存在するねじれ振動
固有周波数ｆｎは、エンコーダの慣性モーメントとエン
コーダ軸リングの慣性モーメントの合計値Ｊｅを変化さ
せることにより可変とすることができ、速度制御系の応
答周波数ｆｃともとの系に存在した機械的共振周波数ｆ
ｍの間に上記ねじれ振動固有周波数ｆｎを設計すれば、
制御系のハンチングを防止し、機械共振の影響を受けに
くい速度制御系を構成することができる。The torsional vibration natural frequency fn present in the rotation transmitting device 9 can be made variable by changing the total value Je of the inertia moment of the encoder and the inertia moment of the encoder shaft ring, and the response of the speed control system is changed. Frequency fc and mechanical resonance frequency f existing in the original system
If the torsional vibration natural frequency fn is designed during m,
Hunting of the control system can be prevented, and a speed control system that is not easily affected by mechanical resonance can be configured.
【００２３】図２は、上記速度制御系の閉ループボード
を示す。一般に速度制御系の応答周波数ｆｃは、１０〜
２００Ｈｚ、ｆｍは、１〜３ｋＨｚとなることが多いた
め、上記エンコーダの慣性モーメントとエンコーダ軸リ
ングの慣性モーメントの剛性値Ｊｅを０．１〜０．５ｇ
・ｃｍ・ｓ2 とすることにより振動固有周波数ｆｎを、
上記速度制御系の応答周波数ｆｃと機械的共振周波数ｆ
ｍの間の、例えば２００〜１０００Ｈｚに設定する。FIG. 2 shows a closed loop board of the speed control system. Generally, the response frequency fc of the speed control system is 10 to
Since 200 Hz and fm are often 1 to 3 kHz, the rigidity value Je of the inertia moment of the encoder and the inertia moment of the encoder shaft ring is set to 0.1 to 0.5 g.
By setting cm · s 2 , the vibration natural frequency fn is
Response frequency fc and mechanical resonance frequency f of the above speed control system
m, for example, 200 to 1000 Hz.
【００２４】[0024]
【発明の効果】本発明の回転伝達装置によれば、高ゲイ
ンを持った低速のダイレクトドライブでの速度制御シス
テムに於いて、使用する板バネのねじり剛性とエンコー
ダの慣性モーメントを調査し、ねじれ振動固有周波数が
目的の値になるように出来るので複雑な制御理論を用い
ることなく制御系のハンチング、機械共振を制御し、回
転ムラ特性を安定に保ち、外乱となるモータ振動成分を
遮断し、必要な回転成分のみを伝達できるようになる。According to the rotation transmission device of the present invention, in a speed control system in a low-speed direct drive having a high gain, the torsional rigidity of a leaf spring used and the moment of inertia of an encoder are investigated, and the torsion is investigated. Since the natural frequency of vibration can be set to the target value, hunting and mechanical resonance of the control system are controlled without using complicated control theory, the rotation unevenness characteristics are kept stable, and the motor vibration component that becomes disturbance is cut off. Only necessary rotation components can be transmitted.
【００２５】また、エンコーダ軸リング１１を大径と
し、適度の慣性モーメントを持たせる構成としモータと
エンコーダのユニット全長を伸ばすことが無い等大きな
利益がある。Further, the encoder shaft ring 11 has a large diameter and has a configuration having an appropriate moment of inertia, so that there is a great advantage that the entire length of the motor and encoder unit is not increased.
【図１】本発明の回転伝達装置の説明用縦断側面図であ
る。FIG. 1 is an explanatory vertical sectional side view of a rotation transmission device of the present invention.
【図２】速度制御系の閉ループボードの説明用線図であ
る。FIG. 2 is an explanatory diagram of a closed loop board of a speed control system.
【図３】従来の回転伝達装置の説明用縦断側面図であ
る。FIG. 3 is an explanatory vertical sectional side view of a conventional rotation transmission device.
１ モータ部 ２ モータ軸 ３ エンコーダ ４ 出力軸 ５ 格子ディスク ６ 軸受け ７ 回転止め板 ８ クランプ ９ 回転伝達装置 １０ モータ軸リング １１ エンコーダ軸リング １２ カラー １３ カラー １４ 取付ネジ １５ フレキシブルカップリング用板バネ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor part 2 Motor shaft 3 Encoder 4 Output shaft 5 Lattice disk 6 Bearing 7 Rotation stop plate 8 Clamp 9 Rotation transmission device 10 Motor shaft ring 11 Encoder shaft ring 12 Collar 13 Collar 14 Mounting screw 15 Leaf spring for flexible coupling
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０５Ｄ 13/62 Ｇ０５Ｄ 13/62 Ｃ (56)参考文献 特開 平３−186543（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−332289（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−98838（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−31093（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−57257（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 5/00 H02K 7/00 H02K 11/00 F16F 15/20 G01D 5/245 G01P 1/04 G01P 3/44 G05D 13/62 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI G05D 13/62 G05D 13/62 C (56) References JP-A-3-186543 (JP, A) JP-A-6-332289 ( JP, A) JP-A-60-98838 (JP, A) JP-A-7-31093 (JP, A) JP-A-2-57257 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , (DB name) H02P 5/00 H02K 7/00 H02K 11/00 F16F 15/20 G01D 5/245 G01P 1/04 G01P 3/44 G05D 13/62
Claims (1)
定したモータ軸リングと、上記モータを速度制御する高
分解能エンコーダの出力軸に固定した慣性モーメントの
大きいエンコーダ軸リングと、上記モータ軸リングとエ
ンコーダ軸リングとを連結する弾性体とより成り、弾性
体のねじれ剛性とエンコーダとエンコーダ軸リングの慣
性モーメント和から、回転伝達装置のねじれ固有周波数
を算出し、ねじれ振動固有周波数が速度制御系応答周波
数と機械的共振周波数の間になるよう上記エンコーダ側
の慣性モーメントの値を設定したことを特徴とする回転
伝達装置。A motor shaft ring fixed to an output shaft of a motor that directly drives a load; an encoder shaft ring having a large moment of inertia fixed to an output shaft of a high-resolution encoder that speed-controls the motor; and the motor shaft ring. more become elastic and elastic body connecting the encoder shaft ring and
Torsional stiffness of the body and the
Of the torsional natural frequency of the rotation transmission device
Calculating a rotation transmitting device, wherein a torsional vibration natural frequency set the value of the moment of inertia of the encoder side so that during the speed control system response frequency and the mechanical resonance frequency.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07039295A JP3335034B2 (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Rotation transmission device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP07039295A JP3335034B2 (en) | 1995-03-06 | 1995-03-06 | Rotation transmission device |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH08251965A JPH08251965A (en) | 1996-09-27 |
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Family
ID=13430137
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|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3335034B2 (en) |
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1995
- 1995-03-06 JP JP07039295A patent/JP3335034B2/en not_active Expired - Fee Related
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