JP5329683B2 - Contactless potentiometer - Google Patents

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Description

本発明は無接触式ポテンショメータに関し、特に減速機構を用いた多回転型の無接触式ポテンショメータに係るものである。   The present invention relates to a contactless potentiometer, and more particularly to a multi-rotation contactless potentiometer using a speed reduction mechanism.

従来、磁石と磁気検出素子を用いた無接触式ポテンショメータであって、シャフトと磁石の間にギヤを用いた減速機構を介在させる多回転型の無接触式ポテンショメータが知られている(特許文献1参照)。この多回転型の無接触式ポテンショメータは、例えば減速比10のギヤを使えば、シャフト10回転で磁石が1回転することになるため、360°×10回転=3600°の電気的回転角度の検出が可能となる。
特開2006−329748号公報
Conventionally, there is known a non-contact type potentiometer using a magnet and a magnetic detection element, and a multi-rotation non-contact type potentiometer in which a speed reduction mechanism using a gear is interposed between a shaft and a magnet (Patent Document 1). reference). In this multi-rotation type non-contact potentiometer, for example, if a gear with a reduction ratio of 10 is used, the magnet rotates once with 10 rotations of the shaft, and therefore, an electrical rotation angle of 360 ° × 10 rotations = 3600 ° is detected. Is possible.
JP 2006-329748 A

しかしながら、従来の多回転型の無接触式ポテンショメータでは、シャフトがギヤの減速比に応じた分の回転を行うとシャフトの位置が元に戻るため、通電がされていない場合には、シャフトの現在位置を正確に判別することができないという問題がある。このため、ストッパ部材等を接触させてシャフトの回転を止めることも考えられるが、ストッパ部材を接触させた後にさらにシャフトが回転すると、過剰な負荷が発生し、減速機構に使用されているギヤ等が破損されてしまうおそれがある。   However, in the conventional multi-rotation non-contact type potentiometer, the shaft returns to its original position when the shaft rotates according to the gear reduction ratio. There is a problem that the position cannot be accurately determined. For this reason, it is conceivable to stop the rotation of the shaft by contacting a stopper member or the like. However, if the shaft further rotates after contacting the stopper member, an excessive load is generated, and the gear used for the speed reduction mechanism. May be damaged.

本発明は、このような状況を考慮してなされたものであり、過剰な負荷が発生した場合であっても、減速機構のギヤ等が破損されない無接触式ポテンショメータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such a situation, and an object of the present invention is to provide a contactless potentiometer in which a gear of a reduction mechanism is not damaged even when an excessive load is generated. .

上記の目的を達成するため、本発明の無接触式ポテンショメータは、回転可能なシャフトと、シャフトの回転により回転する磁石と、シャフトの回転を減速させて磁石を回転させる、ギヤを有する減速機構と、シャフトの回転を停止するストッパ機構と、を備える。そして、ストッパ機構に過剰な負荷がかけられた場合には、この負荷を解除する解除機構を設けたものである。   To achieve the above object, a contactless potentiometer according to the present invention includes a rotatable shaft, a magnet that rotates by rotation of the shaft, and a speed reduction mechanism that has a gear that rotates the magnet by decelerating the rotation of the shaft. And a stopper mechanism for stopping the rotation of the shaft. Then, when an excessive load is applied to the stopper mechanism, a release mechanism for releasing the load is provided.

本発明のポテンショメータでは、過剰な負荷が発生した場合であっても、減速機構のギヤ等が破損されることを防止できる。   In the potentiometer of the present invention, it is possible to prevent the gears of the speed reduction mechanism from being damaged even when an excessive load is generated.

本発明による無接触式ポテンショメータの外観を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance of the non-contact-type potentiometer by this invention. 図1のA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line of FIG. 本発明による無接触式ポテンショメータの分解図である。1 is an exploded view of a contactless potentiometer according to the present invention. FIG. 本発明による無接触式ポテンショメータのギヤユニット部の分解図である。It is an exploded view of the gear unit part of the non-contact type potentiometer by this invention. 本発明による無接触式ポテンショメータのストッパ機構の要部斜視図である。It is a principal part perspective view of the stopper mechanism of the non-contact-type potentiometer by this invention. 図5のB−B線断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line B-B in FIG. 5. 本発明による無接触式ポテンショメータの出力特性図である。It is an output characteristic figure of the non-contact type potentiometer by the present invention.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は本発明による無接触式ポテンショメータの外観を示す側面図、図2は図1のA−A線断面図、図3はポテンショメータの分解図、図4はギヤユニットの分解図、図5はストッパ機構の要部斜視図、図6は図5のB−B線断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a side view showing the external appearance of a contactless potentiometer according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1, FIG. 3 is an exploded view of the potentiometer, FIG. 4 is an exploded view of a gear unit, and FIG. FIG. 6 is a sectional view taken along the line BB in FIG. 5.

本実施形態のポテンショメータ1は、筐体2に対しシャフト6を回転自在に軸支して構成される。筐体2は、ハウジングケース3と、このハウジングケース3に嵌合する基板ケース4と、この基板ケース4裏側開放面に嵌め込み固定される裏蓋5とによりなり、ハウジングケース3に軸受部7を介してシャフト6が回転自在に軸支されている。   The potentiometer 1 of this embodiment is configured by rotatably supporting a shaft 6 with respect to a housing 2. The housing 2 includes a housing case 3, a substrate case 4 that fits into the housing case 3, and a back cover 5 that is fitted into and fixed to the open side of the back side of the substrate case 4. The shaft 6 is rotatably supported via the shaft.

図2〜図6に示すように、筐体2の内部においてシャフト6には、磁気回路部8が構成されている。この磁気回路部8は、シャフト6と減速機構であるギヤユニット20を介して連結した、磁石10を有する磁石ホルダ9とを備えており、磁場を発生させている。   As shown in FIGS. 2 to 6, a magnetic circuit portion 8 is configured on the shaft 6 inside the housing 2. The magnetic circuit unit 8 includes a magnet holder 9 having a magnet 10 connected to the shaft 6 via a gear unit 20 that is a reduction mechanism, and generates a magnetic field.

一方、この磁気回路部8と対応する位置には、磁気検出部11が設けられている。この磁気検出部11は、磁石10に対向する位置にホールIC12を備えた回路基板13により構成されている。   On the other hand, a magnetic detection unit 11 is provided at a position corresponding to the magnetic circuit unit 8. The magnetic detection unit 11 is constituted by a circuit board 13 having a Hall IC 12 at a position facing the magnet 10.

ここで磁気検出部11は、磁石10の磁束をホールIC12で検出し、図示しないコードを通じて、シャフト6の回転に応じた電圧を出力するものである。   Here, the magnetic detection unit 11 detects the magnetic flux of the magnet 10 with the Hall IC 12 and outputs a voltage corresponding to the rotation of the shaft 6 through a code (not shown).

ギヤユニット20は、シャフト6に取り付けられたピニオンギヤ21を介して、シャフト6の回転駆動が伝達される円盤状の中間ギヤ22と、中間ギヤ22のピニオンギヤ22aを介して中間ギヤ22の回転駆動が伝達される円盤状の駆動ギヤ23を備えている。駆動ギヤ23には、磁石10を保持する磁石ホルダ9が連結されており、シャフト6の回転駆動を、磁石10の回転力として伝達する。ここで、例えばシャフトに対してギヤの減速比を10に設定することにより、シャフトが10回転するのに対して、磁石が1回転するように設定することができる。これにより、シャフトにおける360°×10回転=3600°の電気的回転角度の検出が可能となる。なお、ギヤの減速比及び電気的回転角度は、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定することができる。   The gear unit 20 has a disk-shaped intermediate gear 22 to which the rotational drive of the shaft 6 is transmitted via a pinion gear 21 attached to the shaft 6, and a rotational drive of the intermediate gear 22 via a pinion gear 22 a of the intermediate gear 22. A disk-shaped drive gear 23 is provided. A magnet holder 9 that holds the magnet 10 is connected to the drive gear 23, and the rotational drive of the shaft 6 is transmitted as the rotational force of the magnet 10. Here, for example, by setting the gear reduction ratio to 10 with respect to the shaft, the shaft can be set to rotate once while the shaft rotates 10 times. Thereby, it is possible to detect an electrical rotation angle of 360 ° × 10 rotations = 3600 ° in the shaft. The gear reduction ratio and the electrical rotation angle can be appropriately set according to the specifications of the potentiometer.

ギヤユニット20の中間ギヤ22及び駆動ギヤ23は、3本の支柱24を介して、円板状の上板25及び底板26によって回転可能に軸支されている。上板25の中心部には貫通孔25aが形成されており、貫通孔25aには調整ワッシャ27を介して磁石ホルダ9が挿通されている。底板26の中心部にも貫通孔26aが形成され、ピニオンギヤ21が取り付けられたシャフト6が挿通される。また、上板25及び底板26には、ギヤユニット20を組み立てる際に使用されるねじ28が貫通するための孔が複数形成されている。   The intermediate gear 22 and the drive gear 23 of the gear unit 20 are rotatably supported by a disc-shaped upper plate 25 and a bottom plate 26 via three columns 24. A through hole 25 a is formed at the center of the upper plate 25, and the magnet holder 9 is inserted through the through hole 25 a via an adjustment washer 27. A through hole 26a is also formed in the center of the bottom plate 26, and the shaft 6 to which the pinion gear 21 is attached is inserted. The upper plate 25 and the bottom plate 26 are formed with a plurality of holes through which screws 28 used when the gear unit 20 is assembled.

駆動ギヤ23の下面には、シャフト軸の下方に延びるように、ストッパ機構の一部を構成するストッパピン30が取り付けられている。ストッパピン30は、駆動ギヤ23の回転に伴って、駆動ギヤ23の周方向に移動する。   A stopper pin 30 constituting a part of the stopper mechanism is attached to the lower surface of the drive gear 23 so as to extend below the shaft axis. The stopper pin 30 moves in the circumferential direction of the drive gear 23 as the drive gear 23 rotates.

また、上板25の下面には、シャフト軸方向に延びる軸部41と、軸部41の中央に取り付けられたシャフト軸と垂直の方向に延びる複数の突起42aを有するコマ部42とからなる係止部材40が取り付けられている。コマ部42は、後述する固定ピン48と係合するための複数の凹部42bが形成されている。凹部42bは、コマ部42の周方向に等間隔で形成されており、隣り合う凹部42bの間に突起42aが形成されている。凹部42bの形状は、後述する固定ピン48の先端形状と合致するように形成されており、凹部42bの周囲には、固定ピン48の係合を容易にするためのテーパ42cが形成されている。このテーパ42cを設けることにより、隣り合う凹部42cを移動する際の固定ピン48の動きを円滑にすることができる。   Further, the lower surface of the upper plate 25 includes a shaft portion 41 extending in the shaft axial direction and a top portion 42 having a plurality of protrusions 42a extending in a direction perpendicular to the shaft shaft attached to the center of the shaft portion 41. A stop member 40 is attached. The top portion 42 is formed with a plurality of recesses 42b for engaging with a fixing pin 48 described later. The recesses 42b are formed at equal intervals in the circumferential direction of the top part 42, and protrusions 42a are formed between adjacent recesses 42b. The shape of the recess 42b is formed to match the shape of the distal end of the fixing pin 48 described later, and a taper 42c for facilitating the engagement of the fixing pin 48 is formed around the recess 42b. . By providing the taper 42c, the movement of the fixing pin 48 when moving between the adjacent recesses 42c can be made smooth.

係止部材40の軸部41の下方には、係止部材40を上板25側へ付勢するための付勢部材としてスプリング43が設けられている。スプリング43の中心部には、係止部材40の下側の軸部41が挿通されており、図6に示すように、スプリング43の上側はコマ部42に当接し、スプリング43の下側は、底板26に当接している。これにより、係止部材40は、上板25とスプリング43との間で、シャフト6の軸方向に移動可能であって、かつ回転可能に保持されている。   A spring 43 is provided below the shaft 41 of the locking member 40 as a biasing member for biasing the locking member 40 toward the upper plate 25 side. The lower shaft portion 41 of the locking member 40 is inserted through the center of the spring 43. As shown in FIG. 6, the upper side of the spring 43 abuts on the top portion 42, and the lower side of the spring 43 is In contact with the bottom plate 26. Thus, the locking member 40 is movable between the upper plate 25 and the spring 43 in the axial direction of the shaft 6 and is rotatably held.

さらに、上板25の下面には、シャフト軸方向に延びた先端部がR形状の固定ピン(ディテントピン)48が取り付けられている。固定ピン48は、先端のR形状部分が、コマ部42のいずれかの凹部42bと係合する状態で、上板25に取り付けられている。これにより、固定ピン48によってコマ部42が下側に付勢されて、コマ部42と接触しているスプリング43が圧縮される。結果として、圧縮されたスプリング43の弾性によって、係止部材40は常に上側に付勢されている状態となり、係止部材40は、常に安定した状態を保つことができる。なお、スプリングの弾性力等は、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定することができる。   Further, a fixed pin (detent pin) 48 having a tip shape extending in the shaft axial direction and having an R shape is attached to the lower surface of the upper plate 25. The fixing pin 48 is attached to the upper plate 25 in a state in which the R-shaped portion at the tip engages with any one of the concave portions 42b of the top portion 42. Thereby, the top part 42 is urged downward by the fixing pin 48, and the spring 43 in contact with the top part 42 is compressed. As a result, due to the elasticity of the compressed spring 43, the locking member 40 is always biased upward, and the locking member 40 can always maintain a stable state. In addition, the elastic force of a spring, etc. can be suitably set according to the specification of a potentiometer.

本実施形態によれば、図5及び図6に示すように、ストッパピン30をコマ部42の突起42aに当接させた状態で、シャフト6の回転を停止させる。このようにシャフト6の回転を停止させた状態で、さらにシャフト6を回転させるような力(過負荷)が加わったような場合には、ストッパピン30の回動により突起42aが押され、コマ部42は回転する。このとき、コマ部42は、固定ピン48によってスプリング43の付勢力に打ち勝って、下方に押し下げられる。すなわち、コマ部42は常に固定ピン48側へ付勢されながら移動するため、固定ピン48は、隣の凹部42と確実に係合することができる。また、係止部材40が回転することによって、ストッパピン30と突起42aとの係止が解除されるため、駆動ギヤ等が破損されることを防止することができる。 According to the present embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the rotation of the shaft 6 is stopped while the stopper pin 30 is in contact with the protrusion 42 a of the top part 42. When the rotation of the shaft 6 is stopped and a force (overload) that further rotates the shaft 6 is applied, the protrusion 42a is pushed by the rotation of the stopper pin 30, and the top The part 42 rotates. At this time, the top part 42 is pushed down by overcoming the biasing force of the spring 43 by the fixing pin 48. That is, to move with the frame portion 42 is always urged toward the fixing pin 48 side, the fixed pin 48 can be securely engaged with the recess 42 b of the next. Further, since the locking of the stopper pin 30 and the protrusion 42a is released by the rotation of the locking member 40, it is possible to prevent the drive gear and the like from being damaged.

なお、ストッパピン30と係止部材40との係止が解除された場合でも、固定ピン48は、隣接する凹部42bと再び係合し、係止部材40は、スプリング43によって常に上側に付勢されている状態となるので、係止部材40を常に安定した状態に保つことができる。   Even when the stopper pin 30 and the locking member 40 are unlocked, the fixing pin 48 is reengaged with the adjacent recess 42b, and the locking member 40 is always biased upward by the spring 43. Therefore, the locking member 40 can always be kept stable.

また、本実施形態では、ストッパピン30と係止部材40を、ギヤユニット20の上板25と底板26の間に一体になるように設けているので、ポテンショメータの組み立て作業が簡単になるともに、ポテンショメータを小型にすることができる。   Further, in this embodiment, the stopper pin 30 and the locking member 40 are provided so as to be integrated between the upper plate 25 and the bottom plate 26 of the gear unit 20, so that the assembly work of the potentiometer is simplified. The potentiometer can be reduced in size.

本実施形態では、シャフト6の回転に対して、ギヤの減速比を11.56に設定されている。これにより、シャフト6の10回転分に相当する電気的回転角度3600°に対する磁石10の回転角度を311.4°に設定する。この磁石10の回転角度に、出力電圧の10%〜90%を割り当てることにより、約48.6°のオーバーラン角度を設定している。ここで、オーバーラン角度とは、電気的回転角度の範囲外となる角度をいう。本実施形態では、ストッパ機構がこのオーバーラン角度の範囲内で作用するように設定している。   In this embodiment, the gear reduction ratio is set to 11.56 with respect to the rotation of the shaft 6. Thereby, the rotation angle of the magnet 10 with respect to the electrical rotation angle 3600 ° corresponding to 10 rotations of the shaft 6 is set to 311.4 °. By assigning 10% to 90% of the output voltage to the rotation angle of the magnet 10, an overrun angle of about 48.6 ° is set. Here, the overrun angle refers to an angle that is outside the range of the electrical rotation angle. In the present embodiment, the stopper mechanism is set to operate within the range of the overrun angle.

図7は、本実施形態のポテンショメータの出力特性図であって、横軸はシャフト6の回転角度を表し、縦軸は出力電圧を表す。
図7に示すように、本実施形態では、シャフト6の回転角度の中で、オーバーラン角度に該当する領域にストッパ機構が作用する領域Sを設定している。なお、本実施形態では、アナログ電圧の出力を採用しているが、PMWなどのデジタル出力を採用してもよい。また、出力レベルを10〜90%の範囲に設定しているが、ポテンショメータの仕様に応じて適宜設定してもよい。
FIG. 7 is an output characteristic diagram of the potentiometer of the present embodiment, in which the horizontal axis represents the rotation angle of the shaft 6 and the vertical axis represents the output voltage.
As shown in FIG. 7, in this embodiment, a region S where the stopper mechanism acts is set in a region corresponding to the overrun angle in the rotation angle of the shaft 6. In this embodiment, an analog voltage output is adopted, but a digital output such as PMW may be adopted. Further, although the output level is set in the range of 10 to 90%, it may be set as appropriate according to the specification of the potentiometer.

なお、本発明の無接触ポテンショメータは、上述の各形態に限定されるものではなく、例えば、インダクタンス式のポテンショメータや接触式のポテンショメータであってもよく、本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。   The contactless potentiometer of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be, for example, an inductance type potentiometer or a contact type potentiometer. Needless to say, modifications and changes are possible.

1・・・ポテンショメータ、2・・・筐体、3・・・ハウジングケース、4・・・基板ケース、5・・・裏蓋、6・・・シャフト、7・・・軸受部、8・・・磁気回路部、9・・・磁石ホルダ、10・・・磁石、11・・・磁気検出部、12・・・ホールIC、13・・・回路基板、20・・・ギヤユニット、21・・・ピニオンギヤ(シャフト)、22・・・中間ギヤ、22a・・・ピニオンギヤ(中間ギヤ)、23・・・駆動ギヤ、24・・・支柱、25・・・上板、25a・・・貫通孔、26・・・底板、26a・・・貫通孔、27・・・調整ワッシャ、28・・・ねじ、30・・・ストッパピン、40・・・係止部材、41・・・軸部材、42・・・コマ部、42a・・・突起、42b・・・凹部、42c・・・テーパ部、43・・・スプリング、48・・・固定ピン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Potentiometer, 2 ... Housing, 3 ... Housing case, 4 ... Substrate case, 5 ... Back cover, 6 ... Shaft, 7 ... Bearing part, 8 ... Magnetic circuit part 9 ... Magnet holder 10 ... Magnet 11 ... Magnetic detection part 12 ... Hall IC 13 ... Circuit board 20 ... Gear unit 21 ... Pinion gear (shaft), 22 ... intermediate gear, 22a ... pinion gear (intermediate gear), 23 ... drive gear, 24 ... support, 25 ... upper plate, 25a ... through hole, 26 ... Bottom plate, 26a ... Through hole, 27 ... Adjustment washer, 28 ... Screw, 30 ... Stopper pin, 40 ... Locking member, 41 ... Shaft member, 42- ..Frame part, 42a ... protrusion, 42b ... recess, 42c ... taper part, 43 Spring, 48 ... fixed pin

Claims (2)

回転可能なシャフトと、
前記シャフトの回転により回転する磁石と、
前記シャフトの回転を減速させて前記磁石を回転させる、ギヤを有する減速機構と、を備えた無接触式ポテンショメータにおいて、
前記減速機構のギヤに、前記シャフトの軸方向に延設された前記シャフトの回転に伴い前記ギヤの周方向に移動するストッパピンと、前記ストッパピンを係止するための係止部材と、を備え前記シャフトの回転を停止するストッパ機構と、
前記ストッパ機構に過剰な負荷がかけられた場合に、この負荷を解除する解除機構と、が設けられ、
前記ストッパ機構の前記係止部材は、回転可能に支持されるとともに、前記ストッパピンと係止するための前記シャフトの軸方向と垂直方向に延設された複数の突起、を備え、
前記解除機構は、前記シャフトの軸方向に移動可能に保持された前記係止部材と、
前記シャフトの軸方向に延設された凸部を有する固定ピンと、
前記係止部材に設けられた前記固定ピンの凸部と係合するための複数の凹部と、
前記係止部材を前記固定ピン側に付勢する付勢部材と、を備え、
前記ストッパ機構の前記係止部材に前記ストッパピンが係止した後に過剰な負荷がかけられた場合に、前記係止部材の前記突起が前記ストッパピンに押されて前記係止部材が回転し、前記固定ピンの凸部が前記係止部材の回転前の凹部の隣に位置する凹部と係合する
ことを特徴とする無接触式ポテンショメータ。
A rotatable shaft,
A magnet that rotates by rotation of the shaft;
A non-contact potentiometer comprising a reduction mechanism having a gear for reducing the rotation of the shaft and rotating the magnet.
The gear of the speed reduction mechanism includes a stopper pin that moves in the circumferential direction of the gear as the shaft extends in the axial direction of the shaft, and a locking member for locking the stopper pin. A stopper mechanism for stopping rotation of the shaft;
A release mechanism for releasing the load when an excessive load is applied to the stopper mechanism, and
The locking member of the stopper mechanism includes a plurality of protrusions that are rotatably supported and extend in a direction perpendicular to the axial direction of the shaft for locking with the stopper pin,
The release mechanism includes the locking member held movably in the axial direction of the shaft;
A fixing pin having a convex portion extending in the axial direction of the shaft;
A plurality of recesses for engaging with the protrusions of the fixing pin provided on the locking member;
A biasing member that biases the locking member toward the fixing pin,
When an excessive load is applied after the stopper pin is locked to the locking member of the stopper mechanism, the protrusion of the locking member is pushed by the stopper pin and the locking member rotates, The contactless potentiometer, wherein the convex portion of the fixing pin is engaged with a concave portion located next to the concave portion before rotation of the locking member .
前記係止部材の凹部には、テーパが形成されていること
を特徴とする請求項に記載の無接触式ポテンショメータ。
The contactless potentiometer according to claim 1 , wherein a taper is formed in the concave portion of the locking member.
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