JP5329683B2

JP5329683B2 - Contactless potentiometer

Info

Publication number: JP5329683B2
Application number: JP2012002773A
Authority: JP
Inventors: 達郎下田; 正二丸山
Original assignee: 栄通信工業株式会社
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2032-01-11
Also published as: JP2013142603A

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４２ｂ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

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 .

The contactless potentiometer according to claim 1 , wherein a taper is formed in the concave portion of the locking member.