JPS63118614A - 多回転アブソリユ−トエンコ−ダの多回転検出装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１回転位置を検出するロータリーエンコーダに
係り、特に多回転にわたる絶対位置を検出する多回転ア
ブソリュートエンコーダの多回転検出装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、アブソリュートエンコーダは、一回転内の絶対位
置しか検出できないことから、歯車列による減速機構を
介して被検回転軸に係合し、これによって多回転にわた
る絶対位置を検出するようにしていた。

〔発明が解決し、ようとする問題点〕

しかしながら、上記従来のものによれば、検出可能な最
大回転数に応じて減速比を定めなければならず、かなり
大きな減速比の歯車列が必要となり、減速機構が複雑で
大形なものになるという問題があった。

また、減速比は被検回転軸の回転角変位とアブソリュー
トエンコーダの回転角変位の比であるから、アブソリュ
ートエンコーダの検出値は被検回転軸の減速比分の１に
圧縮されることしどなり、分解能が悪いという問題があ
る。したがって、アブソリュートエンコーダの検出誤差
が拡大されてしまうことになり、高精度の減速歯車が要
求される反面、検出精度が悪く、シかも検出可能な最大
多回転数を大きくすることができないという問題があっ
た。

本発明の目的は、上記問題点を解決すること、言い換え
れば、検出精度を向上させて多回転数を大きくすること
ができ、かつ小形で簡単な構成の多回転アブソリュート
エンコーダの多回転検出装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するため、被検回転軸に順次
係合されてなる複数の歯車と、この各歯車の１回転内の
アブソリュート回転角をそれぞれ検出する検出手段とを
備え、検出された各歯車のアブソリュート回転角の組合
せに基づいて被検回転軸の多回転アブソリュート回転角
を検出する多回転アブソリュートエンコーダの多回転検
出装置において、前記各歯車の歯数はそれぞれ異なるも
のとし、係わり合う歯車相互の歯数を一方の歯へがｎの
とき他の歯数をｍ（ｎ＋ｋ）（但しｍは整数比、　ｎ　
（ｋ　＜　ｎ　ｒ　ｋ≠０とする）に設定したことを特
徴とする。

〔作用〕

ここで、本発明の多回転検出の原理について、図を用い
て説明する。それぞれ異なる歯数をｎＡ＋ｎＢ＋　ｎＱ
を有する第１図に示すような歯車ＩＡ。

ＩＢ、’ＩＣ：を順次噛合し、歯車ＩＡを被検回転軸に
同軸に取付けた場合を例にとって説明する。歯数ｎＡ＊
　ｎＥＩｙ　ｎＱには次式（１）に示す関係がある。

また、同式中ｍ、、ｍ、は正の整数（又はその逆数）。

ｋ□、に２は正又は負の整数とする。

いま、歯車ＩＡが図示初期位置から角度ＯＡ回転すると
歯車ＩＢとＩＣはそれぞれ角度θＢ、θＣ回転し、それ
らの回転角の間にはθえ≠θＢ≠θ。

なる関係がある。したがって、歯車ＩＡとＩＢが再び同
一位置で噛み合うとき、例えば同一の歯同志が再び噛み
合うときの歯車ＩＡの回転数ＮＡＢは次式（２）で表わ
される。

ｎ＾ 同様に歯車ＩＢを介し歯車ＩＡとＩＣが、再び同一位置
で係合されるときの歯車ＩＡの回転数ＮＡＣは１次式（
３）で表わされる。

ｎ＾ そして、式（２）と（３）から歯車ＩＡ、ＩＢ、ＩＣが
再び同一位置で係合されるときの歯車ＩＡの回転数が、
検出可能な最大多回転数Ｎｍａｘとなり、次式（４）で
表わされる。

Ｎ　ｗａｘ　＝　ＮＡＢＸ　ＮＡＯ−−・＝　・＝　（
４）つまり、Ｎｍａｘに至るまで°、歯車ＩＡ、ＩＢ。

ＩＣの噛合位置の組合わせが異なることになる。

したがって、各歯車の１回転内の絶対回転角θい。

θＢ、θａを検出し、これらの組合せに基づいて、歯車
ＩＡの多回転を検出することができ、これによって歯車
ＩＡの絶対多回転角を求めることができる。

なお、検出精度を向上させるには、歯車間の速度比（歯
数差）を小さくすることが望ましいことから、まず式（
１）におけるｍｌ、ｍ、はできるだけ１に近い整数（又
はその逆数）が望ましい、また、歯数差に１．に、につ
いても同様に±１に近い値が望ましい。そして１式（１
）におけるｎが十分に大きな値であれば、ＮＡＢ、ＮＡ
ｃは十分に大きな値となり、式（４）で示す最大多回転
数Ｍｍａｘは、通常の減速機構で得られるものより十分
に大きな値となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図に本発明にかかる多回転検出装置の一実施例の要
部構成図を示す６本実施例は３個の回転検知盤を用いて
被検回転軸の多回転を検出するものであり、第１の検知
盤２Ａは被検軸に同軸に取付けられ、第２と第３の検知
盤２Ｂ、２Ｇはそれぞれ回転自由に軸支されている。そ
れらの検知盤２Ａ、２Ｂ、２Ｇの外周側縁には全周にわ
たって歯車ＩＡ、ＩＢ、ＩＣがそれぞれ形成されており
、歯車ＩＡとＩＢ、歯車ＩＢとＩＣを噛合させた状態で
組付けられ・ている、各検知盤２Ａ〜２Ｃの表面に対向
させて、かつ径方向に延在させて磁気抵抗素子３Ａ〜３
Ｃが設けられており、それらの検出信号は演算回路４に
入力されている。

各検知盤２Ａ〜２Ｃの表面には、第２図に示すように、
前記磁気抵抗素子３Ａ〜３Ｃと協働して検知盤の絶対回
転角ＯＡ、θ日、θ０を検出するための被検出パターン
５が形成されている。被検出パターン５はバイナリ符号
化されたビット数に対応する同心状の複数の円環パター
ンからなっている１本実施例ではグレーコード化された
着磁パターンとされ、第３図（ａ）、　（ｂ）に示すよ
うに、各円環パターンは周方向に沿って、所定角度ごと
に分割され交互に配列された論理レベル“１″と“０″
の領域からなり、それらの領域は“１”　　ＩＩ　Ｑ　
Ｉｔに応じて径方向（即ち１円環の幅方向）の極性が相
互に逆極性とされた着磁体からなっている。分割数はビ
ット数とも関連して、所望とする分解能に応じて定めら
れる。例えば、ビット数を１３とすれば、最外円環パタ
ーンの分割数は２１３＝８１９２となる。

各歯車ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの歯数ｎＡｔ　ｎＢ＋　ｎＱは
、前記式（１）において、ｎ　日＝ｎ　Ｈｋ　１　”　
　１　＋に２＝１．ｍよ＝ｍ、＝１として設定されてい
る。

また、各検知盤２Ａ〜２Ｃのビット数ａ、ｂ。

Ｃは、歯数ｎＡｔ　ｎＢ＊　ｎＱとの間に次式（５）の
条件を満たして設定されている。

このように構成された実施例の動作について次に説明す
る。

まず１本実施例で検出できる最大多回転数Ｎｍａｘは、
前記式（３）　〜（４）から次式（６）又は、（７）に
より得られる。なお、ｎ日＝ｎが奇数と偶数で式が異な
るのは、最大公倍数の関係からである。

Ｎｍａｘ＝　ｎ　（ｎ　＋　１　）　、但しｎは奇数　
・・・川（６）さて、検知盤２Ａが被検回転軸によって
回転されると、これに応じて検知盤２Ｂ、２Ｇも回転さ
れ、その絶対回転角θ８．θａ、Ｏａｃなお、０≦θい
、θＢｙ　００≦２πラジアン）が磁気抵抗素子３Ａ〜
３Ｃによってそれぞれ検出され、演算回路。

４に入力される。前述したようにθい、θＢ、θＣの組
合わせは、Ｎ　ＩＩＩａｘまで同一の組合せが出現する
ことかない、したがって、演算回路４において、例えば
予め定められたそれらの組合せと、入力される検出信号
の組合せとを対照し、Ｎｍａｘ以下の多回転数を含めた
絶対多回転角が求められる。

第４図に、検知盤２Ａの回転と検知盤２Ｂと２Ｃの回転
との関係を示す。

上述したように、本実施例によれば、各検知盤にかかる
歯車の歯数を異なるものとし、その歯数差を最小の１と
したことがら、各検知盤の速度は略同−となり、かつ各
検知盤の絶対回転角の組合せに基づいて被検回転軸の絶
対多回転角を検出するようにしていることから、減速比
に影響されないので、分解能を十分に高めて検出精度を
向上させることができ、しかも検出可能な多回転数を極
めて大にすることができる。例えば、ｎＢ＝ｎ＝６５と
すると、Ｎｒｍａｘは２１４５回転となり、被検回転軸
によって駆動される物体の絶対変位の検出範囲を著るし
く拡げることが可能となる。

また、減速機構が不要となることから、装置を極めてコ
ンパクトかつ簡単なものとすることができる。

第５図に本発明の多回転検出装置を適用してなる多回転
アブソリュートエンコーダの一実施例を示す。同図（ａ
）は多回転アブソリュート・エンコーダの平面破断面図
、同図（ｂ）は図（ａ）の側面破断面図である。各図に
おいて、円形状からなる上蓋ステータＩＩＡと下蓋ステ
ータＩＩＢとがその周辺部で固着されてステータ１１が
構成されており。

このステータ１１は図示しないモータ等に固定されるよ
うになっている、前記ステータ１１にはその中央部にて
前記上蓋ステータ１１Ａ、下蓋ステータ１１Ｂを貫通す
るモータ軸挿入孔１２が形成されている。前記モータ軸
挿入孔１２における前記上蓋ステータ１１Ａおよび下蓋
ステータ１１Ｂの内壁面には軸受１３が配置されている
。この軸受１３は前記各ステータに直接固着されるアウ
ターレーサ１３Ａ、このアウターレーサ１３Ａと対向す
るインナーレーサ１３Ｇ、および前記アウターレーサ１
３Ａとインナーレーサ１３Ｃとの間に配置されるボール
１３Ｂとから構成されている。

前記モータ軸挿入孔１２にはそのモータ軸挿入孔１２と
同軸にロータ１４が配置され、このロータ１４の外側面
は前記軸受１３のインナーレーサ１３Ｃと固着されてい
る。前記ロータ１４は被検回転軸であるモータ軸との結
合がなされるもので。

その内側面にはスプライン１４Ａが形成されている。

前記上蓋ステータＩＩＡと下蓋ステータＩＩＢで囲まれ
る空間には、第１の検知盤２Ａが配置され、この検知盤
２４は前記ロータ１４に固定され。

ロータ１４の回転に伴って回転するようになっている。

また、ロータ１４の検知盤２Ａと上蓋ステータ１１Ａの
間に位置された外周面に歯車ＩＡが形成されている。

そして、この第１の検知盤２Ａに対向して磁気抵抗素子
３Ａが前記上蓋ステータＩＩＡの裏面に固定されて配置
されている。

さらに、前記第１の検知盤２人と上蓋ステータ１１Ａの
間隙部には前記第１の検知盤１１より小径な第２の検知
盤２Ｂ、および第３の検知盤２Ｃが配置されている。前
記第２の検知盤２Ｂは、その外周側面に歯車ＩＢが形成
されており、この歯車ＩＢを前記歯車ＩＡに噛合させた
状態で、前記上蓋ステータＩＩＡに設けられた軸体１５
に軸支されている。また、前記第３の検知盤２Ｃは、前
記第２の検知盤２Ｂと同一平面状に配置され、その外周
側面に歯車ＩＣが形成されており、この歯車ＩＣを前記
歯車ＩＢに噛合させた状態で、前記上蓋ステータＩＩＡ
に設けられた図示しない軸体に軸支されている。

前記第２の検知盤２Ｂおよび第３の検知盤２Ｃにあって
もこれに対向してそれぞれ磁気抵抗素子３Ｂ、３Ｃが前
記上記上蓋ステータＩＩＡの裏面に固定されて配置され
ている。また、各検知盤２Ａ〜２Ｃの表面には、前記実
施例と同様、第２図に示した被検出パターン５が形成さ
れている。

本実施例、における歯車ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの歯数は、そ
れぞれｎＡ＝１２８ｙｎＢ＝６３．ｎ□＝６５に設定さ
れている。すなわち、式（１）において。

ｍ１＝２　、　ｍ２＝１　、　ｋ、＝　１　、　ｋ、＝
　２としたものとされている。しかして、検出可能な最
大絶対多回転数は、Ｎｍａｘ＝１２８Ｘ６３Ｘ６５／１
２８＝４０９５となり、大きな減速機構を用いなくても
、極めて大きな多回転を検出することができる。

また、本実施例によれば、前記第１図実施例の効果に加
え、検知盤を円板状のものとし、その円板面に所要ビッ
ト数の円環パターンを同心状に配列し、各円環パターン
の論理レベルを構成する着磁体の対向磁極を円板の径方
向（即ち、円環の幅方向）に着磁したものとしているこ
とから、円筒ドラム面に被検出パターンを形成してなる
アブソリュートエンコーダに比べ、極めてコンパクト化
することができる。したがって、被検対象のモータなど
に一体的に組み付けることができ、多回転アブソリュー
トエンコーダが用いられるロボットや送り装置等を小形
化できるという効果がある。

なお第１図、第５図実施例において、歯車は機械的に噛
合するものを用いて説明したが、電磁力にて係合するマ
グネット歯車を用いてもよい。

また、第１図、第５図実施例では、３枚の検知盤を用い
て構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、
所望に応じて２枚又は４枚以上のものにも適用すること
ができる。光スリツト方式のものにも適用することが可
能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の多回転検出装置によれば
、高い検出精度で大きな多回転を検出することができ、
しかも小形で軽量かつ簡単な構成のものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例多回転検出装置の要部構成図
、第２図と第３図（ａ）、（ｂ）は第１図実施例の検知
盤の着磁パターンを示す部分詳細図、第４図は第１図実
施例の動作を説明する図、第５図（ａ）　、　（ｂ）は
それぞれ本発明を適用してなる一実施例の多回転アブソ
リュートエンコーダの平面破断面図と側面破断面図であ
る。 ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ・・・歯車、 ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ・・・検知盤、 ３Ａ、３Ｂ、３Ｇ・・・磁気抵抗素子、４・・・演算回
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検回転軸に順次係合されてなる複数の歯車と、
   この各歯車の１回転内のアブソリュート回転角をそれぞ
   れ検出する検出手段とを備え、検出された各歯車のアブ
   ソリュート回転角の組合せに基づいて被検回転軸の多回
   転アブソリュート回転角を検出する多回転アブソリュー
   トエンコーダの多回転検出装置において、前記各歯車の
   歯数はそれぞれ異なるものとし、係わり合う歯車相互の
   歯数を一方の歯数がｎのとき他の歯数をｍ（ｎ±ｋ）（
   但しｍは正の整数又はその逆数、−ｎ＜ｋ＜ｎ、ｋ≠０
   とする）に設定したことを特徴とする多回転アブソリュ
   ートエンコーダの多回転検出装置。