JPS5932340A

JPS5932340A - 位置検出器を備えた電動機

Info

Publication number: JPS5932340A
Application number: JP57139239A
Authority: JP
Inventors: Tokio Sekiguchi; 関口　時雄; Hideo Ikemoto; 池本　秀夫
Original assignee: Japan Servo Corp
Current assignee: Nidec Advanced Motor Corp
Priority date: 1982-08-12
Filing date: 1982-08-12
Publication date: 1984-02-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は位置検出器を備えた電動機、特に電動機の１回
転を細分した精密な位置を検出する検出器と、該電動機
で駆動される負荷軸の全ストロークについて、その位置
を検出する位置検出装置との両方を備えた電動機に関す
るものである。

本発明の位置検出器を備えた電動機は、電動機の出力軸
の一端に連結した該出力軸の１回転によシ複数のパルス
を発生せしめるようにしたパルスエンコーダより成る位
置検出器と、上記出力軸の回転を減速する減速機と、該
減速機の出力軸にその回転軸を結合した、上記減速機の
出力軸の回転角に比例した信号を発生する可変抵抗器と
よシ成る位置検出器とを有することを特徴とする。

以下図面に従い本発明の詳細な説明する。

第１図（ａ）は従来より実施されている工作機等のワー
クテーブルを水平に駆動するサーボ機構の説明図で、１
はサーボモータ、２はサーボモータ１の回転子軸に取付
けた小歯車、３は小歯車２に噛合する大歯車、４はこの
大歯車３の中心に固定し九ボールネジ、５はこのボール
ネジ４で駆動されるワークテーブル、６はワークテーブ
ル５の位置を検出するリニアスケール、７はサーボモー
タ１の駆動用増幅器、８はワークテーブル５の位置設定
装置を示す。

ｘｉ図（、）の構成のものに於ては位置設定装置８から
の入力（１号と、リニアスケール６の検出信号との偏差
と方向を駆動用増幅器７で増幅し、サーボモータ１を上
記偏差信号を減する方向に回転させ歯車２と３を介して
減速してボールネジ４を回転させてワークテーブル５を
指令方向に駆動し所定の位ａｔで移動させ指令と一致し
た位置で停止せしめるものであるが、ワークテーブル５
の位置は核テーブル５にリニアスケール６の検出器６−
１を固着して測定しているので該リニアスケール６の出
力は即ワークテーブル５の位置を示す信号となり、仮シ
にワークテーブル５を動かす一連の歯車２，３及びボー
ルネジ４０部分にバックラッシュがあったとしても、上
記バックラッシュに依る誤差は補正されるので精度の高
いサーボ機構を構成できる利点があるが、最終負荷に位
置検出装置を直接取付けることを要するので負荷の種類
によっては実施不可能の場合も生ずる。

第１図（ｂ）は関節形ロボット機構の一例を示し、１１
は機構全体を支える基台、１２は基台上で水平面内を旋
回できるコラム、１３はコラム１２の頂部に軸受１２−
１を介して支承されたｌＸ１のアーム、１４は第１のア
ーム１３の一端を上下に駆動するボールネジ、１５１ボ
ールネジ１４を回転させるサーボモータで、このサーボ
モータ１５には位置検出器が内装されている。

サーボモータ１５の基部はコラム１２の一部に回動可能
に結合されている。１６は１ｓ１のアーム１３の先端に
関節１３−１を介して設けた第２のアームで関節１３−
１を中心として回動できる構成となっている。

この第１のアーム↓３の先端を上下に移動させるには、
サーボモータ１５でボールネジ１４を回転させて第１の
アーム１３の後端に固着したボールネジ１４のナラｌ−
１４−１とコラム１２の基部１２−２との距離を変化さ
せて第１のアーム１３の後端を上下させて、第１のアー
ム１３の先端部を軸受１２−１を中心に上下させるよう
に動作させる。

第１図（ｂ）に示す機構では第１のアーム１３をコラム
１２の頂上の軸受１２−１を中心に上下に移動させ、更
に第１のアーム１３の先端に設けた関節１３−１を中心
に第２のアーム１６を（ロ）動させるようになっている
ので負荷端の移動量とサーボモータ１５で駆動したボー
ルネジ１４の回転角度との間に一義的に決まる比例関係
がないので、負荷端の位置を検出しその信号と設定信号
と直接比較する事は困難である。

第１図（ｃ）は第１図（ｂ）の第１のアーム１３を駆動
するサーボ機構の部分だけを示したもので、サーボモー
タ１５に取付けた小歯車１５−２とボールネジ１４に固
着した大歯車１５−３と噛合させ、サーボモータ１５に
は位置検出器１５−１を結合し、位置検出器１５−１の
出力信号と位置設定装置８の出力信号とを駆動用増幅器
７に加え、駆動用増幅器７の出力でサーボモータ１５を
駆動するように構成されている。

第１図（、）の構成では位置検出器１５−１はサーボモ
ータ１５の回転子の位置を検出して駆動用増幅器７に帰
還信号を送るように構成され、サーボモータ１５に結合
した歯車１５−２と１５−３及びボールネジ１４等のバ
ックラッシュはサーボループの外に置かれているのでバ
ックラッシュに依る誤差はサーボシステムによす補正さ
れないので第１図（＆）の構成より精度は低下するが、
位置検出器１５−１をサーボモータ１５と一体的に構成
できるので負荷装置によって結合の制限を受けない利点
がある。

本発明のｌｆｔ動機１よ第１図（、）に示すセミクロー
ズドサーボ機構に開用するものでその実施例を第２図（
ａ）　、　（ｂ）に示す。

本発明に於ては電動機１７（サーボモータ）の回転子軸
１８の反負萌１ｌｌｌｌ（後部軸受側）にシャフトエン
コーダと摺動抵抗器とを一体的に設ける。即ち上記エン
コーダのスリット円板２゜をボス２１を介して同転子軸
１８に一体的に固着し、上記摺動抵抗器の摺動刷子３３
を一体的に固着した回転アーム３４を中空アーム軸４５
に固着し、この軸４５を軸受４６を介して基板４７によ
り回転自在に支承せしめ、回転子軸１８の先端に固着し
た小歯車１９と大歯車４１、この大歯車４１と同軸の歯
車４３、上記軸４５に固定され上記歯車４３と噛合する
歯車４４を介して回転子軸１８の回転を減速して回転ア
ーム３４に伝達せしめる。

尚、２２．２３は上記スリット円板２０のスリットを挾
んで配置したエンコーダの発光器及び光電変換器、２４
は光電変換器２３の出力を所定のパルスに変換するパル
ス変換回路、３゜は摺動抵抗器の抵抗体保持板（サブス
トレート）、３１．３２は保持板３０の外周に夫々設け
た抵抗体及び導電体、３５は変換器部の外被、４２は大
歯車４１を支承する軸、４８は基板４７の外被である。

本発明電動機は上記のような構成であるから電動機１７
の回転子軸１８に直結されたスリット円板２０に設けら
れたスリットの数をＲとするとエンコーダの出力は回転
子軸１８が１回転する時にＲ個のパルスを発生し、回転
子軸１８と回転アーム３４との間の減速比ｔｎとすると
摺動抵抗器の摺動刷子３３は回転子軸１８がｎ回転する
時に摺動抵抗器の抵抗体３１の一端から他端までの間約
３６０度回転する。即ちエンコーダは回転子軸１８の１
回転をＲ個のパルスで分解して微細に位置を検出する位
置検出器となり、一方摺動抵抗器は回転子細と減速装置
（歯車やネジ等）を介して駆動される負荷装置の移動量
を直接電気量に変換するロングストロークの位置検出器
となシ、負荷装置を駆動する減速装置の減速比と小歯車
１９と中空アーム軸４５の歯車４４との減速比をはソ等
しくｎとすると回転子軸１８がｎ回転した時に負荷装置
が全ストローク移動すると共に摺動抵抗器の摺動刷子３
３も抵抗体３１の全ストロークを移動するように構成さ
れるから、負荷装置の全ストロークと摺動抵抗全ストロ
ークとが一致し負荷装置の移動体の現在位置に比例した
出力信号が得られる利点がある。

本発明に基く電動機には上記のよりな２＄１類の位置検
出器が一体的に固着されているので、第１図（ａ）に示
したようなワークテーブル５にリニアスケール６を設け
る必要はなく、Ｗ、１図（ｂ）に示す関節形ロボット機
構の駆動に適する電動機（サーボモータ）を構成できる
。本発明に基く電動機を使用したサーボ機構の構成例を
第３図に示す。

第３図に於て４９杖負荷を駆動するボールネジ、５０は
エンコーダ５１と摺動抵抗器５２とを備えている本発明
に基く電動機、６０は制御装置、６１は位置指令装置ｔ
、６２は電動機駆動装置を示し、この例に於ては電動機
５００回転子細をボールネジ４９に直接結合し、負荷装
置の駆動端４９−１をフルストロークＬだけ移動するの
に必要なボールネジ４９の回転数をＮとし、摺動抵抗器
５２の摺動刷子を取付けたアームの減速比ｎをＮとはゾ
等しく構成する。

この実施例に於ては今位置指令装置６１から新しい指令
が発信されると、制御装ｒＭ６０で摺動抵抗器５２の出
力信号と比較され、偏差値と方向が判別されて電動機駆
動装置６２に信号が送られ、制御装置６０の信号に従っ
た速度で電動機５０が駆動されボールネジ４９が回転し
て駆動端４９−１が指令に従って移動し、駆動端の移動
と対応した動作をする摺動抵抗器５２の出力信号が指令
信号と一致する方向に変化し、偏差値が減少し、偏差値
があるレベルまで低下すると制御装置６０内で位置指令
装置６１からの指令信号と比較される位置検出信号が摺
動抵抗器５２からエンコーダ５１に切り換えられ、制御
績［６０に設けられたアップダウンカウンタにエンコー
ダ５１のパルスが加えられ切換時にカウンタに入力した
上記偏差値に対応するパルス数をカウントダウンし、カ
ウント零で電動機５０を停止させるように電動機駆動装
置１６２を制御する。

上記に示す本発明に基く２種類の位置検出器を備えた電
動機に於てはエンコーダ５１によって１回転中を更にｇ
ｋ＃ｌに分解して微小長の変位を検出できると共に摺動
抵抗器５２によって全ストロークの開駆動端の現在位置
も検出できるようになっているので制御装置６０の中に
備えるアップダウンカウンタの桁数はエンコーダ５１の
分解能の数倍で良く、全ストロークをエンコーダのみで
検出する形式に比してアップダウンカウンタの桁数が少
数で良く、又、摺動抵抗器５２の出力はアナログの電圧
値であるから、仮りに停電した場合でも摺動刷子の位置
が現在値を記憶しているので再送電後直ちに現在位置の
出力信号が再現できる利点がある。

尚、第２図（ａ）に示した摺動抵抗器の抵抗体３１は導
電性樹脂、特に熱硬化性の導電性樹脂を使用すると抵抗
値が安定で、刷子が摺動する摺動面が平坦で硬く鏡面の
様に仕上げることができるので刷子のジャンプが無く、
シかも長寿命である０又、摺動抵抗器の保持板３０を環状に構成し、その外周
に抵抗体３１と導電体３２とを設ける構成とし保持板３
０の内側にエンコーダのパルス変換回路２４を設けると
位置検出器全体を短かく構成できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）は従来のサーボ機構の説明図、第１図（ｂ
）は関節形ロボット機構の説明図、第１図（、）はその
サーボ機構の説明図、第２図（、）は本発明装置の説明
用断面図、第２図（ｂ）はその摺動抵抗器部分の側面図
、第３図は本発明電動機を使用したサーボ機構の説明図
である。１・・・サーボモータ、２ｔ１５−２．１９・・・小歯
車、３．１５−３．４１・・・大歯車、４，１４゜４９
・・・ボールネジ、５・・・ワークテーブル、６・・・
リニアスケール、６−１・・・検出器、７・・・駆動用
増幅器、８・・・位置指令装置、１１・・・基台、１２
・・・コラム、１２−１１４６・・・軸受、１２−２・
・・基部、１３・・・第１のアーム、１３−１・・・関
節、１４−１・・・ナツト、１５・・・サーボモータ、
１５−１・・・位置検出器、１６・・・第２のアーム、
１７．５０・・・電動機、１８・・・回転子軸、２０・
・・スリット円板、２１・・・ボス、２２・・・発光器
、２３・・・光電変換器、２４・・・パルス変換回路、
８０・・・保持板、３１・・・抵抗体、３２・・・導電
体、Ｂ８・・・！ｆｉ動刷子、３４・・・回転アーム、
３５．４８・・・外被、４２．４５・・・軸、４３．４
４・・・歯車、４７・・・基板、４９−１・・・駆動端
、５１・・・エンコーダ、５２・・・摺動抵抗器、６０
・・・制御装置、６１・・・位置指令装置、６２・・・
電動機駆動装置、Ｒ・・・スリットの数、ｎ・・・減速
比、Ｎ・・・回転数、Ｌ・・・フルストローク。

Claims

【特許請求の範囲】（１）電動機の出力軸の一端に連結した該出力軸の１回
転により複数のパルスを発生せしめるようにしたパルス
エンコーダより成る位置検出器と、上記出力軸の回転を
減速する減速機と、該減速機の出力軸にその回転軸を結
合した、上記減速機の出力軸の回転角に比例した信号を
発生する可変抵抗器とよシ成る位置検出器とを有するこ
とを特徴とする位置検出器を備えた電動機。（２１上記パルスエンコーダが出力軸に結合した、一定
の間隔で設けたスリットを有する回転円板と、上記スリ
ットを挾んで配置した発光器と光電変換器とよシ成り、
上記出力軸の回転に比例したパルスを発生する光学式エ
ンコーダである特許請求の範囲第１項記載の位置検出器
を備えた電動機。（３）　　上記可変抵抗器が上記減速機の出力軸によっ
て回転される回転アームと、この回転アームに設けた摺
動接点と、との摺動接点と摺動するよう上記電動機の出
力軸の外周に形成した摺動抵抗体とより成る特許請求の
範囲第１項記載の位置検出器を備えた電動機。