TW202101868A - 減速機構及絕對型編碼器 - Google Patents
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Abstract
提供一種適於小型化的絕對型編碼器。絕對型編碼器具備第1驅動齒輪、第1永久磁鐵、第1角度感測器、中心軸與第1驅動齒輪的中心軸正交且與第1驅動齒輪嚙合的第1從動齒輪、與第1從動齒輪設置在同軸上且隨第1從動齒輪的旋轉而旋轉的第2驅動齒輪、中心軸與第1從動齒輪的中心軸正交且與第2驅動齒輪嚙合的第2從動齒輪、設置在第2從動齒輪的前端側的第2永久磁鐵、及對與從第2永久磁鐵所產生的磁通的變化相對應的第2從動齒輪的旋轉角度進行檢測的第2角度感測器。第1驅動齒輪(蝸齒輪部(101c))和第1從動齒輪(蝸輪部(102a))的減速比被設定為,使以第1驅動齒輪和第1從動齒輪之間的齒隙作為誤差而對第2從動齒輪的旋轉角所產生的影響度較小的值。
Description
本發明涉及減速機構及絕對型編碼器。
先前已知一種在各種控制機械裝置中用於對可動要素的位置或角度進行檢測的旋轉編碼器。這樣的編碼器具有對相對位置或角度進行檢測的增量型編碼器和對絕對位置或角度進行檢測的絕對型編碼器。例如,專利文獻1中記載一種絕對型旋轉編碼器,具備利用磁性對主軸和副軸的角度位置進行檢測的多個磁性編碼器部,用以根據其檢測結果對主軸的絕對位置進行計測。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-24572號公報
[發明欲解決之課題]
專利文獻1記載的絕對型編碼器被構成為,使用齒輪機構將主軸的旋轉傳遞到副軸,藉磁檢測元件對副軸上設置的磁性產生元件的磁性進行檢測,由此可對角度位置進行檢測。在這樣構成的專利文獻1記載的絕對型編碼器中,例如存在有設置在齒輪機構上的齒隙(backlash)、軸和軸承間的間隙等會對在副軸上所檢測的角度位置產生不良影響的問題。
本發明係鑑於上述問題而提出者,其目的在於提供一種進一步提高旋轉檢測精度的用於進行旋轉檢測的減速機構和絕對型編碼器。
[用以解決課題之手段]
本發明的實施方式的減速機構是一種用於進行旋轉體的角度檢測且由多級所構成的減速機構,其中,使該多級的減速機構的總減速比中之用在後級的減速機構的減速比較大。
[發明之效果]
本發明的減速機構具有進一步提高旋轉檢測精度的效果。
以下,基於圖式對本發明的實施方式的絕對型編碼器的構成進行詳細說明。此外,本發明並不受該些實施方式所限定。
<實施方式1>
圖1是表示本發明的實施方式1的絕對型編碼器100-1被安裝在馬達200的狀態的斜視圖。以下,基於XYZ直角坐標系進行說明。X軸方向與水平的左右方向相對應,Y軸方向與水平的前後方向相對應,Z軸方向與鉛直的上下方向相對應。Y軸方向和Z軸方向分別與X軸方向正交。將X軸方向稱為左方向或右方向,將Y軸方向稱為前方向或後方向,並將Z軸方向稱為上方向或下方向。圖1中,將沿Z軸方向從上方觀察的狀態稱為平面視圖,將沿Y軸方向從前方觀察的狀態稱為正視圖,並將沿X軸方向從左右觀察的狀態稱為側視圖。這樣的方向的表示對絕對型編碼器100-1的使用姿勢並無限制,絕對型編碼器100-1可在任意姿勢下使用。此外,圖示中省略了齒部形狀。
圖2是表示從圖1所示的殼部115上卸下蓋部116的狀態的斜視圖。圖3是表示從圖2所示的絕對型編碼器100-1上卸下基板120和基板安裝螺絲122的狀態的斜視圖。圖4是基板120的底面圖。圖5是圖3所示的絕對型編碼器100-1的平面視圖。圖6是沿穿過馬達軸201的中心並與X-Z平面平行的面對絕對型編碼器100-1進行切割的狀態的剖面圖。這裡,顯示第2副軸齒輪138和磁性感測器90。圖7是對絕對型編碼器100-1沿與第1中間齒輪102的中心線垂直並穿過第1副軸齒輪105的中心的平面進行了切割的剖面圖。圖7中省略殼部115和蓋部116的記載。圖8是從大致右側觀察沿穿過第2副軸齒輪138的中心和第2中間齒輪133的中心並與Z軸方向平行的平面對絕對型編碼器100-1進行了切割的狀態的剖面圖。此外,圖8中省略殼部115和蓋部116的記載。
以下,參照圖1至圖8對絕對型編碼器100-1的構成進行詳細說明。絕對型編碼器100-1是對馬達200的主軸的多次旋轉的旋轉量進行特定和輸出的絕對型編碼器。作為一例,馬達200可為步進馬達或DC無刷馬達。作為一例,馬達200也可作為經由波動齒輪裝置等的減速機構對產業用等的機器人進行驅動的驅動源而被使用。馬達200的馬達軸201從馬達200的Z軸方向的兩側突出。絕對型編碼器100-1將馬達軸201的旋轉量作為數位信號進行輸出。此外,馬達軸201是主軸的一例。
絕對型編碼器100-1設置於馬達200的Z軸方向的端部。對絕對型編碼器100-1的形狀並無特別限定,實施方式中,絕對型編碼器100-1在平面視圖中具有大致矩形形狀,在正面視圖和側面視圖中具有沿主軸的延伸方向(以下稱軸方向。實施方式1中,軸方向為與Z軸方向平行的方向。)較薄且橫向上較長的矩形形狀。即,絕對型編碼器100-1具有沿Z軸方向扁平的長方體形狀。
絕對型編碼器100-1具備對其內部結構進行容納的中空矩形筒狀的殼部115。殼部115包括至少對主軸和中間旋轉體進行包圍的多個(例如,4個)外壁部115a、外壁部115b、外壁部115c及外壁部115d。殼部115的外壁部115a、外壁部115b、外壁部115c及外壁部115d的端部上固定有蓋部116。蓋部116是在平面視圖中具有大致矩形形狀且為沿軸方向較薄的板狀的構件。
外壁部115a、外壁部115b、外壁部115c及外壁部115d係依此順序分別進行連接。外壁部115a和外壁部115c互相平行設置。外壁部115b和外壁部115d架設在外壁部115a和外壁部115c的側端部上,且互相平行設置。該例中,外壁部115a和外壁部115c在平面視圖中沿X軸方向延伸,外壁部115b和外壁部115d在平面視圖中沿Y軸方向延伸。
絕對型編碼器100-1包括主基部110、殼部115、蓋部116、基板120、板彈簧111及多個螺絲164。主基部110是對各旋轉體和各齒輪進行軸支撐的基台。主基部110包括基部110a、多個(例如,4個)支柱141、軸106、軸134及軸139。
主基部110的基部110a是絕對型編碼器100-1的面對馬達200側的板狀的部分,並沿X軸方向和Y軸方向延伸。中空矩形筒狀的殼部115藉由多個(例如,3個)螺絲164被固定在主基部110的基部110a上。
主基部110上所配設的支柱141是從基部110a沿軸方向並沿遠離馬達200的方向進行突出的大致圓柱狀的部分,用於對基板120進行支撐。基板120藉由基板安裝螺絲122被固定在支柱141的突出端上。圖2中顯示基板120以覆蓋編碼器內部的方式而設置的情形。基板120在平面視圖中具有大致矩形形狀,是在軸方向上較薄的板狀的印刷配線基板。基板120上主要安裝有磁性感測器50、磁性感測器40、磁性感測器90及微電腦121。
另外,絕對型編碼器100-1包括主軸齒輪101、蝸齒輪(worm gear)部101c、蝸輪(worm wheel)部102a、第1中間齒輪102、第1蝸齒輪部102b、蝸輪部105a、第1副軸齒輪105、第2蝸齒輪部102h、及蝸輪部133a。此外,絕對型編碼器100-1包括第2中間齒輪133、第4驅動齒輪部133d、第4從動齒輪部138a、第2副軸齒輪138、永久磁鐵8、永久磁鐵9、永久磁鐵17、磁性感測器50、磁性感測器40、磁性感測器90、及微電腦121。
主軸齒輪101隨馬達軸201的旋轉而旋轉,並將馬達軸201的旋轉傳遞到蝸齒輪部101c。如圖6所示,主軸齒輪101包括與馬達軸201的外周進行嵌合的第1筒狀部101a、形成有蝸齒輪部101c的圓盤部101b、及對永久磁鐵9進行保持的磁鐵保持部101d。磁鐵保持部101d具有設置在圓盤部101b的中央部和第1筒狀部101a的上端面的圓筒狀的凹部形狀。第1筒狀部101a、圓盤部101b及磁鐵保持部101d採用其各中心軸大致一致的方式而被一體形成。主軸齒輪101可藉由樹脂材料、金屬材料等的各種材料形成。主軸齒輪101例如藉由聚縮醛(Polyacetal)樹脂所形成。
蝸齒輪部101c是對蝸輪部102a進行驅動的第1驅動齒輪的一例。特別地,蝸齒輪部101c是圓盤部101b的外周上所形成的條數=1的蝸齒輪。蝸齒輪部101c的旋轉軸線沿馬達軸201的軸方向延伸。
如圖5所示,第1中間齒輪102是將主軸齒輪101的旋轉傳遞到蝸輪部105a和第2中間齒輪133的齒輪部。第1中間齒輪102藉由軸104在與基部110a大致平行延伸的旋轉軸線La的周圍被進行軸支撐。第1中間齒輪102是沿其旋轉軸線La的方向而延伸的大致圓筒形狀的構件。第1中間齒輪102包括基部102c、形成了蝸輪部102a的第1筒部102d、形成有第1蝸齒輪部102b的第2筒部102e、及形成了第2蝸齒輪部102h的第3筒部102f,其內部形成有貫穿孔,軸104被插通於該貫穿孔。藉由將該軸104插入設置在主基部110的基部110a的支撐部110b和支撐部110c所形成的孔內,以對第1中間齒輪102進行軸支撐。此外,軸104的從支撐部110b和支撐部110c向外側突出的兩端附近分別設置了溝,該溝內嵌合有用於對軸104的脫出進行阻止的阻止環107和阻止環108,以防止軸104的脫落。
外壁部115a設置在第1中間齒輪102的與馬達軸201相反的一側。外壁部115c與外壁部115a平行地設置在第1中間齒輪102的配置有馬達軸201的一側。第1中間齒輪102可採用其旋轉軸線La朝向任意方向的方式而被配置。第1中間齒輪102的旋轉軸線La在平面視圖中可被設置為,相對於設置在第1中間齒輪102的與馬達軸201相反的一側的外壁部115a的延伸方向傾斜5°至30°的範圍。圖5的例中,第1中間齒輪102的旋轉軸線La相對於外壁部115a的延伸方向傾斜20°。換言之,殼部115包括了在平面視圖中沿相對於第1中間齒輪102的旋轉軸線La傾斜了5°至30°的範圍的方向而延伸的外壁部115a。圖5的例中,外壁部115a的延伸方向和第1中間齒輪102的旋轉軸線La之間的傾斜Ds被設定為20°。
實施方式1中,第1中間齒輪102的基部102c具有圓筒形狀,第1筒部102d、第2筒部102e、及第3筒部102f具有直徑比基部102c還大的圓筒形狀。此外,第1中間齒輪102的中央處形成貫穿孔。基部102c、第1筒部102d、第2筒部102e、第3筒部102f及貫穿孔採用其各中心軸大致一致的方式被一體形成。第2筒部102e、第1筒部102d及第3筒部102f依照該順序被配置在互相分離的位置處。第1中間齒輪102可由樹脂材料、金屬材料等的各種材料形成。實施方式1中,第1中間齒輪102由聚縮醛樹脂所形成。
支撐部110b和支撐部110c分別是藉由對主基部110的基部110a的一部分進行切割並使其升高而從基部110a沿Z軸正方向突出的突狀的構件,並形成有供第1中間齒輪102的軸104插入的孔。此外,軸104的從支撐部110b和支撐部110c伸出的兩端附近形成有溝,該溝內嵌合了用於對軸104的脫出進行阻止的阻止環107和阻止環108,以防止軸104的脫落。藉由這樣地構成,第1中間齒輪102在旋轉軸線La上被可旋轉地支撐。
對板彈簧111進行說明。就第1中間齒輪102而言,藉由第1蝸齒輪部102b和第2蝸齒輪部102h對各蝸輪進行驅動使反作用力作用於第1中間齒輪102的軸方向Td,會有軸方向Td的位置變動的情形。故,實施方式1中設置有向第1中間齒輪102賦予偏置力的板彈簧111。板彈簧111藉由將第1中間齒輪102的旋轉軸線La方向上的偏置力賦予第1中間齒輪102,以抑制軸方向Td的位置變動。板彈簧111包括安裝在主基部110的基部110a的安裝部111b和從安裝部111b延伸並與半球型突起102g接觸的滑動部111a。安裝部111b和滑動部111a由薄板狀彈簧材料形成,滑動部111a的根部在中途被進行相對於安裝部111b大致為直角的彎折。如此,藉由使板彈簧111與第1中間齒輪102的半球型突起102g直接抵接並按壓,以將第1中間齒輪102偏置於軸方向Td。此外,第1中間齒輪102的滑動部102i係與主基部110的支撐部110c抵接並滑動。據此,可抑制第1中間齒輪102的軸方向Td的位置的變動。
實施方式1中,第1中間齒輪102藉由與第1副軸齒輪105的蝸輪部105a嚙合的第1蝸齒輪部102b的旋轉而從第1副軸齒輪105的蝸輪部105a接受的反作用力的方向被設定為,與第1中間齒輪102藉由與第2中間齒輪133的蝸輪部133a嚙合的第2蝸齒輪部102h的旋轉而從第2中間齒輪133的蝸輪部133a接受的反作用力的方向相反。即,各蝸齒輪的齒的形狀被設定為,各反作用力的第1中間齒輪102的軸方向Td的成分互為相反方向。具體而言,各蝸齒輪中的齒的傾斜方向被設定為,分別與賦予到第1中間齒輪102的反作用力的軸方向Td的成分的方向互為相反方向。此情況下,與第1中間齒輪102從各蝸齒輪所接受的反作用力的軸方向Td的成分的方向相同的情況相比,軸方向Td的合成反作用力較小,所以可對應使板彈簧111的偏置力變小。據此,第1中間齒輪102的旋轉阻力減少而可順暢地旋轉。
就上述方法而言,在主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所引起的滑動阻力較小,且藉由主軸齒輪101的旋轉而賦予到第1中間齒輪102的軸方向Td的力小於與第1中間齒輪102從第1副軸齒輪105的蝸輪部105a和第2中間齒輪133的蝸輪部133a所接受的反作用力的情況下,較為有效,然而,在主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所導致的滑動阻力較大的情況下,下述方法較為有效。
圖5中,在主軸齒輪101進行右旋轉的情況下,藉由主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所引起的滑動阻力,第1中間齒輪102上相對於軸方向Td向右的力發生作用,第1中間齒輪102欲向右方向進行移動。此時,在採用如上所述的手法進行使藉由第1中間齒輪102的兩端的蝸齒輪而產生的軸方向Td的力相互抵消的設定的情況下,如前所述的主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所引起的滑動阻力會導致作用於第1中間齒輪102的右方向的力相對變大。為了抵抗作用於該第1中間齒輪102的右方向的力,以阻止第1中間齒輪102沿右方向進行移動,需要增大板彈簧111的按壓力。據此,板彈簧111的滑動部111a和與滑動部111a抵接並被按壓的第1中間齒輪102的半球型突起102g之間的滑動阻力、以及、位於半球型突起102g的第1中間齒輪102的相反方向的端部的滑動部102i和支撐部110c之間的滑動阻力增加,第1中間齒輪102的旋轉阻力變大。
主軸齒輪101進行右旋轉時,將第1中間齒輪102藉由與第1副軸齒輪105的蝸輪部105a嚙合的第1蝸齒輪部102b的旋轉而從第1副軸齒輪105的蝸輪部105a接受的反作用力的方向和第1中間齒輪102藉由與第2中間齒輪133的蝸輪部133a嚙合的第2蝸齒輪部102h的旋轉而從第2中間齒輪133的蝸輪部133a接受的反作用力的方向這兩個方向都設定為欲使第1中間齒輪102相對於軸方向Td向左進行移動的方向的力,由此,藉由前述的主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所引起的滑動阻力,可使作用於第1中間齒輪102的右方向的力變小。據此可使藉由板彈簧111賦予第1中間齒輪102的偏置力變小。因此,第1中間齒輪102的旋轉阻力減少而可順暢地進行旋轉。
另一方面,在主軸齒輪101進行左旋轉的情況下,藉由主軸齒輪101的蝸齒輪部101c和第1中間齒輪102的蝸輪部102a的嚙合所導致的滑動阻力,第1中間齒輪102上相對於軸方向Td向左的力發生作用,第1中間齒輪102欲向左進行移動。此時,位於第1中間齒輪102的兩端的第1蝸齒輪部102b和第2蝸齒輪部102h所接受的反作用力都是欲使第1中間齒輪102向右移動的力。故,此情況下,也可使作用於第1中間齒輪102的左方向的力變小。板彈簧111賦予第1中間齒輪102的偏置力總是相對於軸方向Td為左方向的力,故基於上述3處齒輪的嚙合所致之作用於第1中間齒輪102的左方向的力變小,據此施加到第1中間齒輪102的左方向的總力也變小。因此,可使第1中間齒輪102的圖中左端的滑動部102i和主基部110的基部110a上所設置的支撐部110c之間的滑動所引起的旋轉阻力變小。
圖5中,蝸輪部102a是與主軸齒輪101的蝸齒輪部101c嚙合的第1從動齒輪的一例。蝸輪部102a是第1筒部102d的外周上所形成的齒數=20的蝸輪。蝸齒輪部101c和蝸輪部102a構成第1蝸輪變速機構。蝸輪部102a的旋轉軸線沿與馬達軸201的軸方向垂直的方向延伸。
在主軸齒輪101的蝸齒輪部101c的條數為1,且第1中間齒輪102的蝸輪部102a的齒數為20的情況下,減速比為20。即,若主軸齒輪101進行20次旋轉,則第1中間齒輪102進行20÷20=1次旋轉。
第1蝸齒輪部102b是對蝸輪部105a進行驅動的第2驅動齒輪的一例,且為第1中間齒輪102的齒輪部。特別地,第1蝸齒輪部102b為第2筒部102e的外周上所形成的條數=5的蝸齒輪。第1蝸齒輪部102b的旋轉軸線沿與馬達軸201的軸方向垂直的方向延伸。
圖5和圖7中,第1副軸齒輪105隨馬達軸201的旋轉而被減速並與永久磁鐵8成一體而旋轉。第1副軸齒輪105是在平面視圖中為大致圓形形狀的構件,其包括被從主基部110的基部110a大致垂直地突出的軸106進行軸支撐的圓筒形狀的軸承部105b、形成有蝸輪部105a的圓盤部105c、及對永久磁鐵8進行保持的保持部105d。
圖7中,圓盤部105c具有從軸承部105b的外周沿半徑方向伸出的圓板形狀。實施方式1中,圓盤部105c設置在靠近軸承部105b的遠離基部110a的端部的位置。保持部105d具有設置在圓盤部105c的沿軸方向遠離基部110a的端面的圓筒狀的凹部形狀。軸承部105b、圓盤部105c及保持部105d採用其各中心軸大致一致的方式而被一體形成。第1副軸齒輪105可由樹脂材料、金屬材料等的各種材料形成。實施方式1中,第1副軸齒輪105由聚縮醛樹脂所形成。
蝸輪部105a是第1蝸齒輪部102b進行嚙合的第2從動齒輪的一例。特別地,蝸輪部105a是圓盤部105c的外周上所形成的齒數=25的齒輪。第1蝸齒輪部102b和蝸輪部105a構成第2蝸輪變速機構。蝸輪部105a的旋轉軸線沿與馬達軸201的軸方向平行的方向延伸。
在第1中間齒輪102的第1蝸齒輪部102b的條數為5,且第1副軸齒輪105的蝸輪部105a的齒數為25的情況下,減速比為5。即,若第1中間齒輪102進行5次旋轉,則第1副軸齒輪105進行1次旋轉。故,若主軸齒輪101進行100次旋轉,則第1中間齒輪102進行100÷20=5次旋轉,第1副軸齒輪105進行5÷5=1次旋轉。第1副軸齒輪105與永久磁鐵8成一體而旋轉,故,若主軸齒輪101進行100次旋轉,則永久磁鐵8進行1次旋轉。即,磁性感測器50可特定主軸齒輪101的旋轉100次的旋轉量。
在這樣構成的絕對型編碼器100-1中,可特定主軸齒輪101的旋轉量。作為一例,當主軸齒輪101進行1次旋轉時,第1副軸齒輪105和永久磁鐵8進行1/100次旋轉,即旋轉3.6°。為此,如果第1副軸齒輪105的旋轉角度為3.6°以下,則可特定主軸齒輪101是1次旋轉以內的旋轉量。
圖5中,第2蝸齒輪部102h是對蝸輪部133a進行驅動的第3驅動齒輪的一例,且為第1中間齒輪102的齒輪部。特別地,第2蝸齒輪部102h是第3筒部102f的外周上所形成的條數=1的蝸齒輪。第2蝸齒輪部102h的旋轉軸線沿與馬達軸201的軸方向垂直的方向延伸。
圖5中,第2中間齒輪133是隨馬達軸201的旋轉而旋轉,並對馬達軸201的旋轉進行減速並將其傳遞到第2副軸齒輪138的圓盤狀的齒輪部。第2中間齒輪133設置在第2蝸齒輪部102h和第2副軸齒輪138上所設置的第4從動齒輪部138a之間。第4從動齒輪部138a與第4驅動齒輪部133d嚙合。第2中間齒輪133具有與第3驅動齒輪的第2蝸齒輪部102h嚙合的蝸輪部133a和對第4從動齒輪部138a進行驅動的第4驅動齒輪部133d。第2中間齒輪133例如由聚縮醛樹脂形成。第2中間齒輪133是在平面視圖中為大致圓形形狀的構件。第2中間齒輪133包括被主基部110的基部110a進行軸支撐的軸承部133b和形成有蝸輪部133a的伸出部133c。
圖5中,因為具備第2中間齒輪133,可將後述的第2副軸齒輪138配置在離第2蝸齒輪部102h較遠的位置,即,離開的距離為第2中間齒輪133,也就是第2副軸齒輪138和第2蝸齒輪部102h之間具有第2中間齒輪133。為此,藉由使永久磁鐵9和永久磁鐵17之間的距離變長,可降低互相之間的漏磁通的影響。此外,藉由具備第2中間齒輪133,還能藉由第2中間齒輪133來擴大可對減速比進行設定的範圍,以提高設計的自由度。
圖8中,伸出部133c具有從軸承部133b的外周沿半徑方向伸出的圓板形狀。實施方式1中,伸出部133c設置在靠近軸承部133b的遠離主基部110的基部110a的端部的位置。第4驅動齒輪部133d形成在軸承部133b的比伸出部133c還靠近基部110a側的區域的外周。軸承部133b和伸出部133c以其各中心軸大致一致的方式被一體形成。
蝸輪部133a是與第2蝸齒輪部102h嚙合的第2中間齒輪133的齒輪部。特別地,蝸輪部133a是伸出部133c的外周上所形成的齒數=30的蝸輪。第2蝸齒輪部102h和蝸輪部133a構成第3蝸輪變速機構。蝸輪部133a的旋轉軸線沿與馬達軸201的軸方向平行的方向延伸。
在第1中間齒輪102的第2蝸齒輪部102h的條數為1,且第2中間齒輪133的蝸輪部133a的齒數為30的情況下,減速比為30。即,若第1中間齒輪102進行30次旋轉,則第2中間齒輪133進行1次旋轉。故若主軸齒輪101進行600次旋轉,則第1中間齒輪102進行600÷20=30次旋轉,第2中間齒輪133進行30÷30=1次旋轉。
第4驅動齒輪部133d為對第4從動齒輪部138a進行驅動的傳遞要素。第4驅動齒輪部133d設置在主軸齒輪101的與第1副軸齒輪105側相反的一側,並隨蝸輪部133a的旋轉而旋轉。第4驅動齒輪部133d是軸承部133b的外周上所形成的齒數=24的正齒輪。
圖8中,第2副軸齒輪138是在平面視圖中為圓形形狀的齒輪部,其隨馬達軸201的旋轉而旋轉,並對馬達軸201的旋轉進行減速並將其傳遞到永久磁鐵17。第2副軸齒輪138在從主基部110的基部110a大致垂直地延伸的旋轉軸線的周圍被進行軸支撐。第2副軸齒輪138包括被主基部110的基部110a進行軸支撐的軸承部138b、形成有第4從動齒輪部138a的伸出部138c、及對永久磁鐵17進行保持的磁鐵保持部138d。軸承部138b具有對從主基部110的基部110a突出的軸139經由間隙進行環繞的圓筒形狀。
伸出部138c具有從軸承部138b的外周沿半徑方向伸出的圓板形狀。實施方式1中,伸出部138設置在靠近軸承部138b的主基部110的基部110a的位置。磁鐵保持部138d具有設置在軸承部138b的沿軸方向遠離基部110a的端面的圓筒狀的凹部形狀。軸承部138b、伸出部138c及磁鐵保持部138d採用其各中心軸大致一致的方式被一體形成。第2副軸齒輪138可由樹脂材料、金屬材料等的各種材料形成。實施方式1中,第2副軸齒輪138由聚縮醛樹脂所形成。
第4從動齒輪部138a是被第4驅動齒輪部133d驅動的傳遞要素。第4從動齒輪部138a和第4驅動齒輪部133d構成減速機構。特別是,第4從動齒輪部138a是伸出部138c的外周上所形成的齒數=40的正齒輪。
在第4驅動齒輪部133d的齒數為24,且第4從動齒輪部138a的齒數為40的情況下,減速比為40/24=5/3。若主軸齒輪101進行1000次旋轉,則第1中間齒輪102進行1000÷20=50次旋轉,第2中間齒輪133進行50÷30=5/3次旋轉。故第2副軸齒輪138進行5/3÷5/3=1次旋轉。第2副軸齒輪138與永久磁鐵17成一體而旋轉,故若主軸齒輪101進行1000次旋轉,則永久磁鐵17進行1次旋轉。即,磁性感測器90可特定主軸齒輪101的1000次旋轉的旋轉量。
圖5~圖8中,永久磁鐵9為第1永久磁鐵,永久磁鐵8為第2永久磁鐵,永久磁鐵17為第3永久磁鐵。永久磁鐵8、永久磁鐵9及永久磁鐵17分別(以下記為各永久磁鐵)具有在軸方向上扁平的大致圓柱形狀。各永久磁鐵例如由鐵素體系、Nd(釹)-Fe(鐵)-B(硼)類等的磁性材料形成。各永久磁鐵例如可為包含樹脂黏合劑的橡膠磁鐵或粘結磁鐵。各永久磁鐵上設置有磁極。對各永久磁鐵的磁化方向並特別無限定,實施方式1中,如圖31和圖32所示,2極的磁極設置在各永久磁鐵的與磁性感測器相對的端面上。各永久磁鐵的旋轉方向的磁通密度分布可為梯形波形,也可為正弦波狀或矩形波形狀。
各永久磁鐵的一部分或全部被收藏在各旋轉體的端部處所形成的凹部內,例如可藉由黏接、鍛造、壓入等方式進行固定。永久磁鐵8黏接固定在第1副軸齒輪105的保持部105d上。永久磁鐵9黏接固定在主軸齒輪101的磁鐵保持部101d上。永久磁鐵17黏接固定在第2副軸齒輪138的磁鐵保持部138d上。
若各永久磁鐵之間的距離較短,則互相毗鄰的磁鐵的漏磁通的影響會導致磁性感測器的檢測誤差變大。故,圖5的例中,永久磁鐵9和永久磁鐵8在平面視圖中互相隔離地配置在相對於殼部115的外壁部115a傾斜的視線Lm上。視線Lm是與對永久磁鐵8和永久磁鐵9進行連接的虛擬線相等。永久磁鐵9和永久磁鐵17在相對於殼部115的外壁部115a傾斜的視線Ln上互相分離地配置。視線Ln與對永久磁鐵17和永久磁鐵9進行連接的虛擬線相等。實施例1中,使視線Lm、Ln相對於外壁部115a傾斜地設置,故與視線Lm、Ln和外壁部115a平行的情況相比,可使各永久磁鐵之間的距離變長。
磁性感測器50、磁性感測器40及磁性感測器90(以下記為各磁性感測器)分別為,對各旋轉體的與1次旋轉相對應的0°~360°的範圍的絕對旋轉角進行檢測的感測器。各磁性感測器將基於所檢測的旋轉角的信號(例如,數位信號)輸出到微電腦121。各磁性感測器即使在暫時停止通電然後又進行通電的情況下也可輸出與停止通電前相同的旋轉角。為此也可為不具有備用電源的構成。
就各磁性感測器而言,如圖4所示,在基板120的主基部110的基部110a側的表面上,藉由焊接、黏接等的方法被固定在同一平面上。磁性感測器40以位於與設置在主軸齒輪101的永久磁鐵9的端面相隔一定間隙而面對的位置的方式被固定在基板120上。磁性感測器40是對與從永久磁鐵9產生的磁通的變化相對應的主軸齒輪101的旋轉角度進行檢測的第1角度感測器。磁性感測器50以位於與設置在第1副軸齒輪105的永久磁鐵8的端面相隔一定間隙而面對的位置的方式被固定在基板120上。磁性感測器50是對與從永久磁鐵8產生的磁通的變化相對應的第1副軸齒輪105的旋轉角度進行檢測的第2角度感測器。磁性感測器90以位於與設置在第2副軸齒輪138的永久磁鐵17的端面相隔一定間隙而進行面對的位置的方式被固定在基板120上。磁性感測器90是對與從永久磁鐵17產生的磁通的變化相對應的第2副軸齒輪138的旋轉角度進行檢測的第3角度感測器。
各磁性感測器可使用分辨率比較高的磁性角度感測器。磁性角度感測器以在各自的旋轉體的軸方向上與各永久磁鐵的包含磁極的端面相隔一定間隙的方式相對配置,根據該些磁極的旋轉,特定相對的旋轉體的旋轉角並輸出數位信號。作為一例,磁性角度感測器包括對磁極進行檢測的檢測元件和基於該檢測元件的輸出對數位信號進行輸出的演算電路。檢測元件例如也可包括多個(例如,4個)霍爾元件、GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻效應)元件等的磁場感應元件。
演算電路例如也可被構成為,將多個檢測元件的輸出之差或比作為關鍵字(Key)並使用查詢表,藉由表處理來特定旋轉角。該檢測元件和演算電路也可積體在一個IC晶片上。該IC晶片也可埋入具有較薄的長方體形狀的外形的樹脂中。各磁性感測器可經由圖中未顯示的配線構件將與所檢測的各旋轉體的旋轉角相對應的數位信號即角度信號輸出到微電腦121。例如,各磁性感測器將各旋轉體的旋轉角以多個位元(例如,7位元)的數位信號輸出。
圖9是表示本發明實施方式1的絕對型編碼器100-1所具備的微電腦121的功能構成的圖。微電腦121藉由焊接、黏接等的方法而被固定在基板120的主基部110的基部110a側的表面。微電腦121係由CPU所構成,獲取分別從磁性感測器40、磁性感測器50及磁性感測器90輸出的表示旋轉角度的數位信號,以演算主軸齒輪101的旋轉量。圖9所示的微電腦121的各個塊表示作為微電腦121的CPU藉由執行程式(Program)而實現的功能(Function)。就微電腦121的各個塊而言,從硬體的角度來說,可藉由以電腦的CPU(central processing unit,中央處理單元)為首的元件或機械裝置來實現,從軟體的角度來說,可藉由電腦程式等來實現,這裡,繪出藉由硬體和軟體的協作而實現的功能塊。因此,經閱讀本說明書的本領域的技術人員可理解到,該些功能塊可藉由硬體和軟體的組合並以各種各樣的方式來實現。
微電腦121具備旋轉角獲取部121p、旋轉角獲取部121q、旋轉角獲取部121r、表處理部121b、旋轉量特定部121c、及輸出部121e。旋轉角獲取部121q根據從磁性感測器40輸出的信號獲取作為對主軸齒輪101的旋轉角度進行表示的角度資訊的旋轉角度Aq。旋轉角獲取部121p根據從磁性感測器50輸出的信號獲取作為對第1副軸齒輪105的旋轉角度進行表示的角度資訊的旋轉角度Ap。旋轉角獲取部121r獲取作為對磁性感測器90所檢測的第2副軸齒輪138的旋轉角度進行表示的角度資訊的旋轉角度Ar。
表處理部121b係參照儲存有旋轉角度Ap和與旋轉角度Ap相對應的主軸齒輪101的旋轉數的第1對應關係表,特定與所獲取的旋轉角度Ap相對應的主軸齒輪101的旋轉數。此外,表處理部121b係參照儲存有旋轉角度Ar和與旋轉角度Ar相對應的主軸齒輪101的旋轉數的第2對應關係表,特定與所獲取的旋轉角度Ar相對應的主軸齒輪101的旋轉數。
旋轉量特定部121c係根據表處理部121b所特定的主軸齒輪101的旋轉數和所獲取的旋轉角度Aq,特定主軸齒輪101的多次旋轉的第1旋轉量。輸出部121e將旋轉量特定部121c所特定的主軸齒輪101的多次旋轉的旋轉量變換為表示該旋轉量的資訊,並進行輸出。
以下對這樣地被構成的實施方式1的絕對型編碼器100-1的作用・效果進行說明。
實施方式1的絕對型編碼器100-1是特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量的絕對型編碼器,並具備隨馬達軸201的旋轉而旋轉的蝸齒輪部101c、與蝸齒輪部101c嚙合的蝸輪部102a、隨蝸輪部102a的旋轉而旋轉的第1蝸齒輪部102b、與第1蝸齒輪部102b嚙合的蝸輪部105a、隨蝸輪部105a的旋轉而旋轉的第1副軸齒輪105、與第1副軸齒輪105一體旋轉的永久磁鐵8、及對永久磁鐵8的旋轉角進行檢測的磁性感測器50。根據該構成,因應磁性感測器50的檢測結果,可特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量。此外,由於具備包括蝸齒輪部101c和與蝸齒輪部101c嚙合的蝸輪部102a的第1蝸輪變速機構以及包括第1蝸齒輪部102b和與第1蝸齒輪部102b嚙合的蝸輪部105a的第2蝸輪變速機構,故藉由構成彎曲的傳遞路徑而可將絕對型編碼器100-1薄型化。
實施方式1的絕對型編碼器100-1是特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量的絕對型編碼器,並具備隨馬達軸201的旋轉而以第1減速比進行旋轉的第1中間齒輪102、隨第1中間齒輪102的旋轉而以第2減速比進行旋轉的第1副軸齒輪105、與第1副軸齒輪105一體旋轉的永久磁鐵8、及對永久磁鐵8的旋轉角進行檢測的磁性感測器50,馬達軸201的旋轉軸線位於相對於第1中間齒輪102的旋轉軸線歪斜的位置,並被設定為與第1副軸齒輪105的旋轉軸線平行。根據該構成,因應磁性感測器50的檢測結果,可特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量。由於第1中間齒輪102的旋轉軸線位於相對於馬達軸201和第1副軸齒輪105的旋轉軸線歪斜的位置,且在正面視圖中進行正交,故藉由構成彎曲的傳遞路徑而可將絕對型編碼器100-1薄型化。
實施方式1的絕對型編碼器100-1是特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量的絕對型編碼器,並具備包括第1蝸輪變速機構且隨馬達軸201的旋轉而使永久磁鐵8旋轉的減速機構以及根據永久磁鐵8的磁極對永久磁鐵8的旋轉角進行檢測的磁性感測器50,馬達軸201的旋轉軸線被設定為與永久磁鐵8的旋轉軸線平行。根據該構成,因應磁性感測器50的檢測結果,可特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量。由於包括第1蝸輪變速機構,且馬達軸201的旋轉軸線和永久磁鐵8的旋轉軸線被設定成平行,故藉由構成彎曲的傳遞路徑而可將絕對型編碼器100-1薄型化。
實施方式1的絕對型編碼器100-1具備對馬達軸201的旋轉角進行檢測的磁性感測器40。根據該構成,因應磁性感測器40的檢測結果,可特定馬達軸201的旋轉角。與不具備磁性感測器40的情況相比,絕對型編碼器100-1可提高能特定的馬達軸201的旋轉角的分辨率(resolution)。
實施方式1的絕對型編碼器100-1中,具備隨蝸輪部102a的旋轉而旋轉的第2蝸齒輪部102h、與第2蝸齒輪部102h嚙合的蝸輪部133a、隨蝸輪部133a的旋轉而旋轉的第2副軸齒輪138、與第2副軸齒輪138一體旋轉的永久磁鐵17、及對永久磁鐵17的旋轉角進行檢測的磁性感測器90。根據該構成,因應磁性感測器90的檢測結果,可特定馬達軸201的多次旋轉的旋轉量。與不具備磁性感測器90的情況相比,絕對型編碼器100-1可增大能特定的馬達軸201的旋轉量的範圍。
實施方式1的絕對型編碼器100-1中,具備設置有第1蝸齒輪部102b和第2蝸齒輪部102h的第1中間齒輪102,第1中間齒輪102藉由第1蝸齒輪部102b的旋轉而接受的反作用力的方向被設定為,與第1中間齒輪102藉由第2蝸齒輪部102h的旋轉而接受的反作用力的方向相反。根據該構成,與反作用力的方向相同的情況相比,可減小兩個反作用力的合成反作用力。
實施方式1的絕對型編碼器100-1中,蝸輪部102a的外徑被設定為小於蝸齒輪部101c的外徑。藉由該構成,與蝸輪部102a的外徑較大的情況相比,容易進行薄型化。
這裡,例如在主軸齒輪101和第1副軸齒輪105為互相毗鄰配置的情況下,永久磁鐵8和永久磁鐵9各自產生的磁通的一部分會對沒有與永久磁鐵8和永久磁鐵9相對應的磁性感測器產生影響,即,所謂的磁性干擾,以下對其進行說明。
圖28是表示藉由磁性感測器40對主軸齒輪101(主軸齒輪1)上所設置的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器50對第1副軸齒輪105(副軸齒輪5)上所設置的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器40對永久磁鐵8的一部分磁通作為漏磁通而與永久磁鐵9的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形的概念的圖。縱軸表示磁通,橫軸表示主軸齒輪101的旋轉角度。如此,在磁性感測器40中,期望檢測(A)的波形,但在發生磁性干擾的情況下,卻變為如(C)所示的波形,無法檢測到正確的波形。
同樣,圖29是表示藉由磁性感測器50對第1副軸齒輪105(副軸齒輪5)上所設置的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器40對主軸齒輪101(主軸齒輪1)上所設置的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器50對永久磁鐵9的一部分磁通作為漏磁通而與永久磁鐵8的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形(C)的概念的圖。縱軸表示磁通,橫軸表示第1副軸齒輪105的旋轉角度。如此,在磁性感測器50中,期望檢測(A)的波形,但在發生磁性干擾的情況下,卻變為如(C)所示的波形,不能檢測到正確的波形。此外,主軸齒輪101和第2副軸齒輪138也與圖29(C)同樣地存在發生磁性干擾的可能性。
實施方式1的絕對型編碼器100-1具備包括配置在第1中間齒輪102的與馬達軸201相反的一側的外壁部115a的殼部115,平面視圖中,第1中間齒輪102的旋轉軸線La相對於外壁部115a的延伸方向傾斜20°。藉由該構成,與第1中間齒輪102的旋轉軸線La未傾斜的情況相比,可增大各永久磁鐵的配置直線的相對於外壁部115a的傾斜。為此,可增大各永久磁鐵間的距離。如此,藉由增大各永久磁鐵間的距離,可降低發生永久磁鐵8、永久磁鐵9及永久磁鐵17各自所生成的磁通的一部分對不與永久磁鐵8、永久磁鐵9及永久磁鐵17各自相對應的磁性感測器產生影響的磁性干擾。例如,可降低設置在主軸齒輪101的永久磁鐵9所產生的磁通的一部分作為漏磁通而對本來的目的是對設置在第1副軸齒輪105的永久磁鐵8所產生的磁通的變化進行檢測而設置的磁性感測器50所產生的干擾。此外,還可降低設置在第1副軸齒輪105的永久磁鐵8所產生的磁通的一部作為漏磁通而對本來的目的是對永久磁鐵9所產生的磁通的變化進行檢測而設置的磁性感測器40所產生的干擾。為此,可降低毗鄰的磁鐵的漏磁通的影響。
另外,實施方式1的變形例的絕對型編碼器100-1中,在第2角度感測器和馬達200之間、或、第3角度感測器和馬達200之間,設置有由鐵等的磁性體構成的板狀的部材即主基部110的基部110a。即,相對於從馬達200漏出的磁通,基部110a可發揮作為磁性屏蔽部的功能。因此,從馬達200漏出的磁通難以到達磁性感測器40等。其結果為,與基部110a例如由透磁率較低的、鋁等的非磁性體構成的情況相比,可減低利用磁性感測器檢測齒輪的旋轉角度或旋轉量的檢測精度降低。
<實施方式2>
圖10是表示本發明實施方式2的絕對型編碼器100-2被安裝在馬達200的狀態的斜視圖。以下,與實施方式1同樣地,基於XYZ直角坐標系進行說明。X軸方向與水平的左右方向相對應,Y軸方向與水平的前後方向相對應,Z軸方向與鉛直的上下方向相對應。Y軸方向和Z軸方向分別與X軸方向正交。將X軸方向稱為左方向或右方向,將Y軸方向稱為前方向或後方向,並將Z軸方向稱為上方向或下方向。圖10中,將沿Z軸方向從上方觀察的狀態稱為平面視圖,將沿Y軸方向從前方觀察的狀態稱為正視圖,並將沿X軸方向從左右觀察的狀態稱為側視圖。這樣的方向的表示對絕對型編碼器100-2的使用姿勢並無限制,絕對型編碼器100-2可在任意姿勢下被使用。圖10中,對絕對型編碼器100-2的殼部15的內側所設置的零件以透視方式顯示。此外,圖示中省略了齒部形狀。
圖11是表示從圖10所示的絕對型編碼器100-2上卸下殼部15和安裝螺絲16後的狀態的斜視圖。圖11中,對基板20的下表面20-1上所設置的多個零件以透視方式顯示。圖12是表示從圖11所示的絕對型編碼器100-2上卸下基板20和基板安裝螺絲13後的狀態的斜視圖。圖13是對從表示圖12所示的絕對型編碼器100-2被安裝在馬達200的狀態的斜視圖中卸下馬達200和螺絲14後的狀態進行表示的斜視圖。圖14是對圖13所示的主基部10、中間齒輪2等在平面視圖中的狀態進行表示的圖。圖14顯示絕對型編碼器100-2所具備的多個零件中的主要零件的配置。圖15是沿穿過中間齒輪2的中心並與X-Y平面平行的平面對圖14所示的絕對型編碼器100-2進行截斷的剖面圖。
圖16是對圖15所示的軸承3從中間齒輪2上被卸下後的狀態進行表示的局部放大剖面圖。圖16中,為了易於對軸承3和中間齒輪2上所形成的壓入部2d之間的配置關係進行理解,軸承3從中間齒輪2的壓入部2d分離。此外,圖16中,為了易於理解軸承3和主基部10的基部60上所設置的壁部80之間的配置關係,軸承3從壁部80分離。
圖17是沿穿過圖14所示的主軸齒輪1的中心並與中間齒輪2的中心線垂直的平面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行切斷的剖面圖。這裡,未剖切基板20和磁性感測器40。圖17中顯示永久磁鐵9對主軸齒輪1的安裝狀態和主軸齒輪1對馬達軸201的安裝狀態。此外,圖17顯示主軸齒輪1的蝸齒輪部1d和中間齒輪2的蝸輪部2a進行嚙合的狀態。根據圖17,主軸齒輪1上所設置的永久磁鐵9的上表面9a存在於從磁性感測器40沿Z軸方向離開一定距離的位置處。
圖18是沿穿過圖15所示的副軸齒輪5的中心並與中間齒輪2的中心線垂直的平面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行了切斷的剖面圖。這裡,未剖切基板20和磁性感測器50。圖18顯示蝸輪部5a和蝸齒輪部2b進行嚙合的狀態。此外,圖18顯示磁鐵座6的軸部6b被2個軸承7進行保持的狀態、及永久磁鐵8對磁鐵座6的保持狀態。另外,圖18顯示磁鐵座6上所設置的頭部6c的徑向外側的表面從蝸齒輪部2b的齒尖圓進行分離的狀態。此外,根據圖18,磁鐵座6上所設置的永久磁鐵8的表面8a存在於從磁性感測器50沿Z軸方向分離一定距離的位置處。另外,圖18顯示主基部10的軸承座部10d的剖面形狀。
圖19是表示圖12所示的多個零件中的中間齒輪2被卸下後的狀態的斜視圖。圖20是表示從圖19所示的壁部70上卸下了螺絲12的狀態、卸下螺絲12後的板彈簧11的狀態、以及設置與板彈簧11相對的板彈簧安裝面10e的壁部70的斜視圖。這裡,未顯示馬達200和主軸齒輪1。
圖21是沿穿過圖14所示的基板定位銷10g的中心和基板定位銷10j的中心並與Z軸方向平行的平面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行切斷的剖面圖。這裡,未剖切磁性感測器40。
圖22是對圖11所示的基板20從下表面20-1側進行觀察的圖。圖23是從圖10的狀態除去馬達200並從主基部10的下表面10-2側進行觀察的圖。主基部10的下表面10-2是圖20所示的主基部10的上表面側的相反側的表面。主基部10的下表面10-2也是面對馬達200的表面。圖24是圖10所示的殼部15的斜視圖。
圖25是沿穿過圖12所示的基板定位銷10g的中心和基板定位銷10j的中心並與Z軸方向平行的表面對圖10所示的絕對型編碼器100-2進行了切斷的剖面圖。這裡,未剖切馬達200、主軸齒輪1、及磁性感測器40。圖25顯示殼部15上所設置的爪部15a與主基部10上所設置的凹部10aa互相卡合的狀態、及殼部15上所設置的爪部15b與主基部10上所設置的凹部10ab互相卡合的狀態。圖26是圖18所示的永久磁鐵8、磁鐵座6、副軸齒輪5及軸承7的分解斜視圖。圖27是圖17所示的永久磁鐵9、主軸齒輪1及馬達軸201的分解斜視圖。
以下參照圖10至圖27對絕對型編碼器100-2的構成進行詳細說明。絕對型編碼器100-2具備主軸齒輪1、中間齒輪2、軸承3、軸4、副軸齒輪5、磁鐵座6、軸承7、永久磁鐵8、永久磁鐵9、主基部10、板彈簧11、螺絲12、基板安裝螺絲13、及螺絲14、殼部15、安裝螺絲16、基板20、微電腦21、雙方向性驅動器22、線驅動器23、連接器24、磁性感測器40、及磁性感測器50。
馬達200例如為步進馬達、DC無刷馬達等。馬達200例如係作為經由波動齒輪裝置等的減速機構對產業用等的機器人進行驅動的驅動源而被使用。馬達200具備馬達軸201。如圖17所示,馬達軸201的一端從馬達200的框體202沿Z軸正方向進行突出。此外,如圖10所示,馬達軸201的另一端從馬達200的框體202沿Z軸負方向進行突出。此外,馬達軸201是主軸的一例。
平面視圖中的馬達200的外形形狀例如為正方形狀。構成馬達200的外形的4個邊的每一者的長度例如為25mm。構成馬達200的外形的4個邊中,第1邊和與第1邊平行的第2邊互相與Y軸平行。此外,4個邊中,與第1邊相鄰的第3邊和與第3邊平行的第4邊互相與X軸平行。此外,就馬達200所設置的絕對型編碼器100-2而言,在平面視圖中,與25mm見方的馬達200的外形形狀相配合,為25mm見方。
接下來,對絕對型編碼器100-2所具備的多個零件的每一者進行說明。
如圖17所示,主軸齒輪1是與馬達軸201同軸地設置的筒狀構件。主軸齒輪1具備筒狀的第1筒狀部1a、及與第1筒狀部1a同軸地設置在第1筒狀部1a的Z軸正方向側的筒狀的第2筒狀部1b。此外,主軸齒輪1具備對第2筒狀部1b的徑向內側所設置的第1筒狀部1a和第2筒狀部1b進行連接的連通部1c、以及第2筒狀部1b的徑向外側所設置的蝸齒輪部1d。藉由這樣地形成連通部1c,連通部1c在將主軸齒輪1壓入於馬達軸201時發揮空氣逃逸路徑的功能。連通部1c的內徑小於第1筒狀部1a的內徑和第2筒狀部1b的內徑。由連通部1c的Z軸負方向的端面即底面1e和第1筒狀部1a的內周面所圍成的空間為用於將主軸齒輪1固定在馬達軸201的端部的壓入部1f。壓入部1f為從第1筒狀部1a的Z軸負方向側的端部朝向Z軸正方向側凹陷的凹陷部。壓入部1f內壓入有馬達軸201,主軸齒輪1與馬達軸201成一體而旋轉。蝸齒輪部1d是主軸齒輪1的齒輪部。
由連通部1c的Z軸正方向的端面即底面1g和第2筒狀部1b的內周面所圍成的空間是用於對永久磁鐵9進行固定的磁鐵保持部1h。磁鐵保持部1h為從第2筒狀部1b的Z軸正方向側的端部朝向Z軸負方向側凹陷的凹陷部。永久磁鐵9被壓入磁鐵保持部1h。就被壓入磁鐵保持部1h的永久磁鐵9而言,其外周面與第2筒狀部1b的內周面相接,其下表面9b與底面1g相接。據此,可進行永久磁鐵9的軸方向的定位,同時進行與軸方向正交的方向的定位。永久磁鐵9的軸方向與馬達軸201的中心軸方向相同。
如圖13至圖15及圖17所示,蝸齒輪部1d由被形成為螺旋狀的齒部所構成,並與中間齒輪2的蝸輪部2a嚙合。蝸輪部2a為中間齒輪2的齒輪部。圖17中省略齒部的形狀的圖示。蝸齒輪部1d例如由聚縮醛樹脂形成。蝸齒輪部1d是第1驅動齒輪的一例。
如圖13至圖16等所示,中間齒輪2在主基部10的上表面被軸4進行軸支撐。中間齒輪2的中心軸與X-Y平面平行。此外,中間齒輪2的中心軸在平面視圖中與X軸和Y軸的每一者都不平行。即,中間齒輪2的中心軸方向對X軸和Y軸的每一者的延伸方向傾斜。中間齒輪2的中心軸方向對X軸和Y軸的每一者的延伸方向傾斜是指,中間齒輪2的中心軸相對於主基部10的四邊傾斜地延伸。如圖13和圖14所示,主基部10的四邊由與Y-Z平面平行的第1邊301、與第1邊301平行的第2邊302、與X-Z平面平行且與第1邊301相鄰的第3邊303、及與第3邊303平行的第4邊304所構成。第1邊301是主基部10的X軸正方向側所設置的邊。第2邊302是主基部10的X軸負方向側所設置的邊。第3邊303是主基部10的Y軸正方向側所設置的邊。第4邊304是主基部10的Y軸負方向側所設置的邊。
就絕對型編碼器100-2在平面視圖中的尺寸而言,作為一例,與25mm見方的馬達200的尺寸相配合。為此,藉由使在X-Y平面內平行配置的中間齒輪2以相對於主基部10的四邊傾斜地延伸的方式進行設置,可減小朝向水平方向的絕對型編碼器100-2的尺寸。水平方向等於與馬達軸201的中心軸正交的方向,還等於與X-Y平面平行的方向。
如圖12至圖16等所示,中間齒輪2具有蝸輪部2a、蝸齒輪部2b、軸承部2c、壓入部2d、滑動部2e、底面2f及貫穿孔2g。中間齒輪2是軸4插通於沿中心軸貫穿的貫穿孔2g的內部的圓筒狀的構件。貫穿孔2g是被中間齒輪2的內周面所圍成的空間。中間齒輪2是由金屬、樹脂等一體成型的構件,此處,作為一例,係由聚縮醛樹脂所形成。
蝸輪部2a是主軸齒輪1的蝸齒輪部1d進行嚙合的齒輪。蝸輪部2a為第1從動齒輪的一例,並且是中間齒輪2的齒輪部。蝸輪部2a在中間齒輪2的軸方向上被設置在中間齒輪2的軸方向的靠近中央的位置。此外,蝸輪部2a由中間齒輪2的圓筒部的外周部上所設置的多個齒構成。
蝸輪部2a的外徑小於蝸齒輪部1d的外徑。蝸輪部2a的中心軸與主基部10的上表面平行,故藉由使蝸輪部2a的外徑變小,可進行絕對型編碼器100-2的Z軸方向(高度方向)的小型化。
蝸齒輪部2b由被形成為螺旋狀的齒部所構成,並與蝸輪部2a同軸且相鄰地進行設置。此外,蝸齒輪部2b設置在中間齒輪2的圓筒部的外周部上。藉由蝸齒輪部2b與設置在副軸齒輪5的蝸輪部5a進行嚙合,中間齒輪2的旋轉力被傳遞到副軸齒輪5。蝸齒輪部2b是第2驅動齒輪的一例,並且是中間齒輪2的齒輪部。蝸輪部5a為副軸齒輪5的齒輪部。就蝸輪部5a的中心線和蝸齒輪部2b的中心線而言,與蝸輪部5a的中心線垂直,並且沿與蝸齒輪部2b的中心線垂直的方向進行觀察時彼此正交。
為了可進行絕對型編碼器100-2的Z軸方向(高度方向)的小型化,蝸齒輪部2b的外徑被設定為在可能的範圍內的較小的值。
如圖15所示,軸承部2c在中間齒輪2的與壓入部2d側相反的一側、即、中間齒輪2的滑動部2e側被設置在中間齒輪2的徑向內側的內周面上。軸4可滑動地插通於軸承部2c,中間齒輪2被軸4支撐成可旋轉。
壓入部2d為在蝸齒輪部2b的內側從中間齒輪2的端面朝向中間齒輪2的軸方向Td的中央凹陷的凹陷部,並與貫穿孔2g進行連通。壓入部2d也可被解釋成是使貫穿孔2g的端部的開口徑變大的部分。軸承3的外圈3a被壓入於壓入部2d並被進行固定。
如圖13至圖15、圖19、圖20等所示,中間齒輪2的滑動部2e設置在中間齒輪2的一端側、即、中間齒輪2的軸方向Td的與蝸齒輪部2b側相反的一側。中間齒輪2的滑動部2e抵接於板彈簧11的滑動部11a。板彈簧11是彈性構件的一例,例如為金屬製。板彈簧11的滑動部11a由從板彈簧11的基部11d分叉的2個分支體所構成。板彈簧11的基部11d是板彈簧11的整體中的在安裝部11b和滑動部11a之間所設置的板狀的構件。
構成板彈簧11的滑動部11a的2個分支體之間形成有大於軸4的直徑的間隙。為此,以2個分支體跨過軸4且不與軸4接觸的方式,板彈簧11的安裝部11b藉由螺絲12而被固定於主基部10的壁部72上所配設的板彈簧安裝面10e。
板彈簧11的滑動部11a在中間齒輪2被安裝後設置在面對中間齒輪2的滑動部2e的位置。中間齒輪2的滑動部2e係藉由抵接於板彈簧11的滑動部11a並被按壓,而沿軸4的中心軸被偏置於從軸4的一端4a側朝向軸4的另一端4b側的方向。該狀態下中間齒輪2進行旋轉時,中間齒輪2的滑動部2e一邊與板彈簧11的滑動部11a進行抵接一邊進行滑動。
中間齒輪2的底面2f位於壓入部2d的旁邊,並與軸承3的外圈3a的側面3c相接。外圈3a被壓入於壓入部2d內直到外圈3a的側面3c與底面2f相接為止。
中間齒輪2的貫穿孔2g從軸承部2c朝向壓入部2d並沿中間齒輪2的中心軸貫穿,且與軸4配置在同軸上。貫穿孔2g的內徑大於軸4的外徑,故在貫穿孔2g和軸4的外周面之間確保有空間。
如圖15和圖16所示,軸承3具有外圈3a、內圈3b、側面3c及側面3d。軸承3的側面3c為圖15中箭頭所示的軸4的軸方向Td上外圈3a的側面,軸承3的側面3d為該方向上的內圈3b的側面。此外,本發明的實施方式中,將中間齒輪2或軸4的(中心)軸方向記為Td。
軸承3的外圈3a被壓入於壓入部2d並被進行固定,側面3c與底面2f相接並被進行固定。軸4被插入內圈3b的內側。如圖15所示,內圈3b的側面3d抵接於主基部10的壁部80的抵接面10c。抵接面10c對中間齒輪2的軸方向Td的位置進行了限定。如前所述,中間齒輪2係藉由板彈簧11而被偏置於從軸4的一端4a朝向軸4的另一端4b側的軸方向Td,故與中間齒輪2的底面2f相接的軸承3的外圈3a的側面3c也被偏置於相同方向。據此,軸承3的內圈3b也被偏置於相同方向,這樣,使軸承3的內圈3b的側面3d抵接於壁部80的抵接面10c。其結果為,偏置力被傳遞到壁部80的抵接面10c,中間齒輪2係在軸4的軸方向Td被穩定地支撐。關於偏置力的細節,將在後面進行敘述。
軸承3的外圈3a被設置為可對內圈3b旋轉自如。為此,中間齒輪2在圖15所示的中間齒輪2的軸承部2c和軸承3的2個位置處被軸4支撐為旋轉自如。此外,軸4例如由不鏽鋼所形成。
如圖15所示,壁部70和壁部80是藉由軸4將中間齒輪2旋轉自如地保持的保持部的一例。壁部80以與壁部70成對的方式而被一體地設置在基部60的上表面,並從基部60的上表面沿Z軸正方向進行延伸。壁部80在平面視圖中設置在基部60的整個上表面中的比X軸方向的中央處還接近第2邊302的一側且比Y軸方向的中央處還接近第3邊303的一側的區域。此外,壁部80還設置在該區域中的靠近第2邊302的位置且靠近Y軸方向的中央處。壁部70、壁部80及軸4發揮作為將中間齒輪2旋轉自如地保持的保持部的功能。軸4是圓柱狀的構件,具有一端4a和另一端4b。軸4的另一端4b被壓入於形成在主基部10的壁部80的孔10b內,在此基礎上被進行固定。另一方面,軸4的一端4a只要被插入形成在壁部70的孔10a內之後被定位即可,不需要將軸4的一端4a壓入於孔10a內。如此,藉由軸4的一端4a被插入而不是被壓入於孔10a內,與軸4的一端4a被壓入於孔10a內的情況相比,軸4的安裝可容易進行。
如圖14等所示,在絕對型編碼器100-2中,副軸齒輪5設置在中間齒輪2的與主軸齒輪1側相反的一側。例如,副軸齒輪5配置在由主基部10的四邊所圍成的區域中的靠近主基部10的角部的區域。該角部例如為圖17所示的第2邊302和第3邊303相交的部分。如此,就副軸齒輪5和主軸齒輪1而言,係以利用主基部10上的有限的區域且夾著中間齒輪2之方式配置。據此,與副軸齒輪5和主軸齒輪1被配置為彼此相鄰而不夾著中間齒輪2的情況相比,可擴大從副軸齒輪5到主軸齒輪1的距離。
磁性感測器40係藉由檢測因與主軸齒輪1一起旋轉的永久磁鐵9的旋轉所致之永久磁鐵9所產生的磁通之變化,而可檢測出所對應的主軸齒輪1的旋轉角度。另一方面,磁性感測器50係藉由檢測因與副軸齒輪5一起旋轉的永磁鐵8的旋轉所致之永久磁鐵8所產生的磁通的變化,而可檢測出所對應的副軸齒輪5的旋轉角度。
這裡,例如在主軸齒輪1和副軸齒輪5進行彼此相鄰的配置的情況下,永久磁鐵8和永久磁鐵9各自所產生的磁通的一部分會對不與永久磁鐵8和永久磁鐵9相對應的磁性感測器產生影響,即所謂的磁性干擾,以下對其進行說明。
圖28是主軸齒輪1旋轉時藉由磁性感測器40對主軸齒輪1上所設置的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器50對副軸齒輪5上所設置的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器40對永久磁鐵8的一部分磁通作為漏磁通與永久磁鐵9的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形(C)的概念的圖。縱軸表示磁通,橫軸表示主軸齒輪1的旋轉角度。如此,在磁性感測器40中,期待檢測(A)的波形,但在發生磁性干擾的情況下,卻變為如(C)所示的波形,故無法對正確的波形進行檢測。
同樣,圖29是主軸齒輪1旋轉時藉由磁性感測器50對副軸齒輪5上所設置的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器40對主軸齒輪1上所設置的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器50對永久磁鐵9的一部分磁通作為漏磁通與永久磁鐵8的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形(C)的概念的圖。縱軸表示磁通,橫軸表示副軸齒輪5的旋轉角度。如此,在磁性感測器50中,期待檢測(A)的波形,但在發生磁性干擾的情況下,卻變為如(C)所示的波形,故不能進行正確的波形的檢測。
因此,根據實施方式2的絕對型編碼器100-2,由於主軸齒輪1和永久磁鐵9以及副軸齒輪5和永久磁鐵8被配置為夾著中間齒輪2而互相之間留有距離,故可降低發生永久磁鐵8和永久磁鐵9各自所生成的磁通的一部分對不與永久磁鐵8和永久磁鐵9相對應的磁性感測器產生影響的磁性干擾。例如,可降低來自主軸齒輪1上所設置的永久磁鐵9的磁通的一部分作為漏磁通而對本來的目的是為了對來自副軸齒輪5上所設置的永久磁鐵8的磁通的變化進行檢測而設置的磁性感測器50所產生的干擾。此外,還可降低來自副軸齒輪5上所設置的永久磁鐵8的磁通的一部作為漏磁通而對本來的目的是為了對來自永久磁鐵9的磁通的變化進行檢測而設置的磁性感測器40所產生的干擾。
如此,根據實施方式2的絕對型編碼器100-2,可相對地減小絕對型編碼器100-2在平面視圖中的尺寸,且可防止磁性感測器50所引起的副軸齒輪5的旋轉角度或旋轉量的檢測精度的下降。此外,根據絕對型編碼器100-2,可相對地減小絕對型編碼器100-2在平面視圖中的尺寸,且可防止磁性感測器40所引起的主軸齒輪1的旋轉角度或旋轉量的檢測精度的下降。
如圖18所示,副軸齒輪5是藉由被壓入於磁鐵座6的軸部6b從而被固定的圓筒狀的構件。副軸齒輪5具有蝸輪部5a和貫穿孔5b。副軸齒輪5是利用金屬或樹脂一體成型的構件,這裡,作為一例,由聚縮醛樹脂所形成。
蝸輪部5a是蝸齒輪部2b進行嚙合的齒輪。蝸輪部5a是第2從動齒輪的一例。蝸輪部5a由副軸齒輪5的圓筒部的外周部上所設置的多個齒構成。圖13中,藉由中間齒輪2的旋轉,中間齒輪2的旋轉力係經由蝸齒輪部2b和蝸輪部5a被傳遞到副軸齒輪5。
貫穿孔5b是沿圓筒狀的副軸齒輪5的中心軸而進行貫穿的孔。貫穿孔5b中被壓入有磁鐵座6的軸部6b,副軸齒輪5係與磁鐵座6成一體而旋轉。
如圖18和圖26所示,磁鐵座6具有磁鐵保持部6a、軸部6b及頭部6c。磁鐵座6是由金屬或樹脂進行一體成型的構件,這裡,作為一例,由非磁性不鏽鋼所形成。
形成在主基部10的軸承座部10d的內周面10dc上壓入2個軸承7的外圈7a。此外,2個軸承7分別具有外圈7a和內圈7b。
磁鐵座6的軸部6b是圓柱狀的構件,被壓入於副軸齒輪5的貫穿孔5b內,軸部6b的下部被插入於2個軸承7的內圈7b。因此,磁鐵座6係藉由2個軸承7對主基部10進行軸支撐,而和副軸齒輪5成一體而旋轉。
此外,磁鐵座6的上端設置有頭部6c。頭部6c是有底圓筒狀的構件。在頭部6c形成有磁鐵保持部6a。磁鐵保持部6a為從頭部6c的上端面朝向下方向側凹陷的凹陷部。磁鐵保持部6a所配置的永久磁鐵8的外周面與頭部6c的內周面相接。據此,使永久磁鐵8被固定在頭部6c的磁鐵保持部6a。
磁鐵座6的軸部6b係藉由配設在主基部10上所形成的軸承座部10d的2個軸承7而被軸支撐,可防止磁鐵座6的傾斜。故,如果將2個軸承7在軸部6b的軸方向上配置成盡可能地相互遠離,則可期待進一步防止磁鐵座6的傾斜的效果。
如圖18所示,軸承座部10d的上部10db為軸承座部10d整體中的Z軸方向上的軸承座部10d的上側區域。軸承座部10d的上部10db的內側設置有1個軸承7。此外,軸承座部10d的下部10da為軸承座部10d整體中的Z軸方向上的軸承座部10d的下側區域。軸承座部10d的下部10da的內側設置有1個軸承7。
如圖18所示,馬達200的框體202的一部分上設置有切口部202a。切口部202a是朝向Z軸負方向側凹陷的凹陷部。主基部10上,軸承座部10d的下部10da進行突出設置,故,藉由在馬達200的框體202上設置切口部202a以防止互相干擾。軸承座部10d的下部10da為軸承座部10d整體中的Z軸方向上的軸承座部10d的下側區域。軸承座部10d的下部10da的內側設置有1個軸承7。如此,藉由在馬達200的框體202上設置切口部202a,與不設置切口部202a的情況相比,可使2個軸承7的Z軸方向上的距離分離地進行設置。此外,軸承座部10d的上部10db為軸承座部10d整體中的Z軸方向上的軸承座部10d的上側區域。
如果在磁鐵座6的軸部6b的軸方向上的更靠近磁鐵保持部6a和永久磁鐵8的位置設置軸承7,則可降低磁鐵座6和永久磁鐵8的旋轉時的軸振動。另一方面,軸承座部10d的上部10db的外徑接近中間齒輪2,故藉由在軸承座部10d的上部10db形成斜面,可避免與中間齒輪2的齒頂圓之間的干擾,並可將軸承7設置在更靠近磁鐵保持部6a和永久磁鐵8的位置處。
磁性感測器40藉由對永久磁鐵9因與主軸齒輪1一起旋轉的永久磁鐵9的旋轉而產生的磁通的變化進行檢測,可檢測出所對應的主軸齒輪1的旋轉角度。另一方面,磁性感測器50藉由對永久磁鐵8因與副軸齒輪5一起旋轉的永久磁鐵8的旋轉而產生的磁通的變化進行檢測,可檢測出所對應的副軸齒輪5的旋轉角度。
如圖18和圖26所示,永久磁鐵8具有表面8a。永久磁鐵8大致為圓柱狀,永久磁鐵8的中心軸MC1(表示永久磁鐵8的中心的軸或穿過磁極的邊界的中心的軸)係與磁鐵座6的中心軸HC1、副軸齒輪5的中心軸GC1、及軸承7的中心軸BC一致。永久磁鐵8的表面8a係與磁性感測器50的表面50a相隔一定的距離並相面對。如此,藉由使各中心軸保持一致,可更高精度地檢測旋轉角或旋轉量。
此外,本實施形態中,如圖26所示,永久磁鐵8的2個磁極(N/S)以在與永久磁鐵8的中心軸MC1垂直的平面(X-Y平面)內毗鄰之方式形成。即,最理想為在中心軸MC1上永久磁鐵8的旋轉中心和磁極的邊界的中心保持一致。據此,進一步提高旋轉角或旋轉量的檢測精度。
如圖17和圖27所示,永久磁鐵9是被壓入於主軸齒輪1的磁鐵保持部1h的內部的大致圓柱狀的永久磁鐵,並具有上表面9a和下表面9b。上表面9a係與磁性感測器40的表面40a相隔一定距離並相面對。下表面9b係與主軸齒輪1的磁鐵保持部1h的底面1g相接,並對主軸齒輪1的中心軸GC2方向上的位置(Z軸方向上的位置)進行限定。永久磁鐵9的中心軸MC2(表示永久磁鐵9的中心的軸或穿過磁極的邊界的中心的軸)與主軸齒輪1的中心軸GC2和馬達軸201的中心軸RC一致。如此,藉由使各中心軸保持一致,可更高精度地對旋轉角或旋轉量進行檢測。
此外,本實施形態中,如圖27所示,永久磁鐵9的2個磁極(N/S)最理想為以在與永久磁鐵9的中心軸MC2垂直的平面(X-Y平面)內毗鄰之方式形成。據此,進一步提高旋轉角或旋轉量的檢測精度。
此外,永久磁鐵8和永久磁鐵9例如分別由鐵素體系、Nd(釹)-Fe(鐵)-B(硼)系等的磁性材料所形成。永久磁鐵8和永久磁鐵9例如分別亦可為包含樹脂黏合劑的橡膠磁鐵、粘結磁鐵等。
圖22顯示形成於基板20的多個貫穿孔、即、定位孔20a、定位孔20b、孔20c、孔20d、及孔20e。形成定位孔20a的壁面的形狀例如為圓形。形成定位孔20b的壁面的形狀例如為橢圓形。孔20c、孔20d、及孔20e分別是用於藉由圖11所示的基板安裝螺絲13將基板20朝主基部10的貫穿孔固定。形成孔20c、孔20d及孔20e之每一者的壁面的形狀例如為圓形。形成孔20c、孔20d及孔20e之每一者的壁面的直徑大於基板安裝螺絲13的陽螺紋部的直徑且小於基板安裝螺絲13的頭部的直徑。
如圖12至圖15、圖19至圖21等所示,主基部10具有孔10a、孔10b、抵接面10c、軸承座部10d、板彈簧安裝面10e、基部60、壁部70、壁部80、開口部10-1、及螺絲孔10f。主基部10具有基板定位銷10g、基板定位銷10j、前端部10h、前端部10k、柱10m、柱10q、柱10s、螺絲孔10u、螺絲孔10v、及螺絲孔10w。基板定位銷10g、基板定位銷10j、柱10m、柱10q、及柱10s是柱狀構件的一例。從主基部10沿Z軸方向延伸的基板定位銷10g的前端部10h和基板定位銷10g的基部10g1之間形成有階差部10i。當基板定位銷10g的前端部10h被插入基板20上所形成的定位孔20a內時,基板20的下表面20-1和階差部10i之間形成有間隙。同樣,從主基部10沿Z軸方向延伸的基板定位銷10j的前端部10k和基板定位銷10j的基部10j1之間形成有階差部10l。當基板定位銷10j的前端部10k被插入基板20所形成的定位孔20b內時,基板20的下表面20-1和階差部10l之間形成有間隙。如此,在使用2個基板定位銷10g、10j的情況下,基板20的與Z軸方向正交的方向上的位置被限定。但是,由於從階差部10i和階差部10l之每一者到基板20之間形成有間隙,故藉由2個基板定位銷10g、10j不會對基板20的Z軸方向上的位置進行限定。
主基部10的基部60例如是一體成型的鋁壓鑄構件,在平面視圖中為大致正方形的板狀構件。基部60是板部的一例。基部60安裝在馬達200的上表面。
圖12所示的開口部10-1沿厚度方向(Z軸方向)貫穿基部60。主軸齒輪1插通於開口部10-1。開口部10-1是第1貫穿孔的一例。
如圖13、圖14、圖19、圖20等所示,壁部70具有壁部71和壁部72。壁部70具有對軸4進行支撐且對板彈簧11進行固定的功能。壁部71一體地設置在基部60的上表面,並從基部60沿Z軸正方向進行延伸。壁部70在平面視圖中設置在基部60的整個上表面中的、比X軸方向的中央還靠近第1邊301側且比Y軸方向的中央還靠近第4邊304側的區域。壁部71具有位於X軸正方向側的安裝面10ad和沿X軸方向進行貫穿的螺絲孔10ae。如圖10、圖23及圖24所示,藉由將安裝螺絲16插通於殼部15的孔15d,並擰緊於螺絲孔10ae,使殼部15的內表面抵接於壁部71的安裝面10ad並被固定。
如圖14所示,壁部72在平面視圖中設置在基部60的整個上表面中的、比X軸方向的中央還靠近第1邊301側且比Y軸方向的中央還靠近第3邊303側的區域。壁部72與壁部71連接並從壁部71朝向第3邊303的中央附近進行延伸。壁部72的第3邊303側的端部與柱10s連接。與壁部72連接的柱10s設置在主基部10的靠近X軸方向的中央的位置,並設置在主基部10的靠近第3邊303的位置。如此,壁部72從壁部71朝向柱10s進行延伸。即,壁部72在平面視圖中沿相對於X軸和Y軸的每一者傾斜的方向延伸。
如圖20所示,螺絲12插通於板彈簧11的安裝部11b上所形成的孔11c,並被擰緊至主基部10的壁部72所形成的螺絲孔10f。據此,使板彈簧11的安裝部11b係抵接於壁部72上所形成的板彈簧安裝面10e,使板彈簧11被固定於壁部72。壁部72發揮作為供固定板彈簧11的固定部的功能。此時,如圖14和圖15所示,板彈簧11的滑動部11a與插入了軸4的中間齒輪2的滑動部2e抵接。
對圖15所示的安裝角度θ進行說明。主軸齒輪1的蝸齒輪部1d與蝸輪部2a嚙合,故隨著主軸齒輪1的蝸齒輪部1d的旋轉,在中間齒輪2,沿從軸4的另一端4b朝向軸4的一端4a的方向或從軸4的一端4a朝向軸4的另一端4b的方向會產生第1推力。此外,藉由蝸齒輪部2b嚙合於副軸齒輪5的蝸輪部5a,在中間齒輪2,沿從軸4的另一端4b朝向軸4的一端4a的方向或從軸4的一端4a朝向軸4的另一端4b的方向會產生第2推力。如此,即使在產生第1推力和第2推力的情況下,為了將主軸齒輪1的蝸齒輪部1d的旋轉量正確地傳遞給副軸齒輪5的蝸輪部5a,也需要對中間齒輪2朝向軸4的軸方向Td移動進行抑制。板彈簧11係沿從軸4的一端4a朝向軸4的另一端4b的方向對中間齒輪2賦予偏置力。板彈簧11所生成的偏置力的值被設定為,高於從軸4的另一端4b朝向軸4的一端4a的方向之第1推力和第2推力合計的力。
圖15中,就安裝角度θ而言,在中間齒輪2沒有被插入軸4的狀態下,是與朝主基部10的壁部72固定的板彈簧11的基部11d和形成有供軸4的一端4a插入的壁部72的孔10a的面的中間齒輪2側的側面73所成角度相等。此外,本實施方式中的側面73和軸4為正交的角度,但亦可不受此所限定。就該安裝角度θ而言,被設定為當將中間齒輪2安裝於軸4時,藉由板彈簧11的滑動部11a與中間齒輪2的滑動部2e抵接使板彈簧11彎曲預定量而適當地向中間齒輪2賦予朝向軸4的軸方向Td的偏置力那樣的角度。故,藉由板彈簧11將中間齒輪2偏置於從軸4的一端4a側朝向軸4的另一端4b側的方向,可抑制由從軸4的另一端4b朝向軸4的一端4a的方向之第1推力和第2推力合計的力所引起的中間齒輪2的移動。其結果為,可防止副軸齒輪5的旋轉精度的下降。此外,偏置力的值越大,圖15所示的中間齒輪2進行旋轉時的滑動阻力就越大。為此,最理想為採用將中間齒輪2進行旋轉時的滑動阻力設為必要的最小限度且產生能抑制推力所引起的中間齒輪2的移動那樣足夠的偏置力的方式將安裝角度θ設定為適當的值。如此,為了將安裝角度θ設定為適當的值,需要提高用於安裝板彈簧11的板彈簧安裝面10e的表面精度,且需要減小壁部70對基部60的安裝角度的誤差。
在實施方式2的絕對型編碼器100-2中,主基部10藉由鋁壓鑄而形成,故,例如與藉由板金使個別製作的基部60和壁部70相互組合的情況相比,可使壁部70對基部60的安裝角度的誤差變小,彈簧安裝面10e的表面精度會變高。其結果為,板彈簧11對壁部72的安裝角度θ的誤差變小,容易管理偏置力。
如圖19所示,主基部10藉由將3個螺絲14插通於主基部10上所形成的3個位置的孔並擰緊於馬達200所形成的螺絲孔而被固定。在從主基部10沿Z軸正方向延伸的柱10q、柱10m及柱10s的Z軸正方向前端側,分別形成有螺絲孔10v、螺絲孔10u及螺絲孔10w。插通於圖11所示的基板20所形成的孔20c、孔20e及孔20d的基板安裝螺絲13分別被擰緊於螺絲孔10v、螺絲孔10u及螺絲孔10w。據此,柱10q、柱10m及柱10s各自的上端面10r、上端面10p及上端面10t係與圖21所示的基板20的下表面20-1相接。基板20的下表面20-1為基板20所具有的Z軸方向的2個基板面中的朝向主基部10的表面。其結果為,基板20的Z軸方向的位置被限定。
如圖10、圖23至圖25等所示,殼部15係具備上表面部15-1、第1側面部15A、第2側面部15B、第3側面部15C、及第4側面部15D,且其一面設有開口的箱形構件。殼部15例如為樹脂製,是一體成型的構件。上表面部15-1相當於箱形構件的底部。上表面部15-1為面對圖14所示的基板20的上表面20-2的表面。基板20的上表面20-2是基板20的與下表面20-1側相反的一側的基板面。第1側面部15A是從上表面部15-1的X軸正方向側的邊部沿Z軸負方向進行延伸的板狀構件。第2側面部15B是從上表面部15-1的X軸負方向側的邊部沿Z軸負方向進行延伸的板狀構件。第3側面部15C是從上表面部15-1的Y軸負方向側的邊部沿Z軸負方向延伸的板狀構件。第4側面部15D是從上表面部15-1的Y軸正方向側的邊部沿Z軸負方向進行延伸的板狀構件。殼部15在平面視圖中的形狀為與馬達200在平面視圖中形狀相對應的矩形形狀。在殼部15的內側的空間,容納絕對型編碼器100-2所具備的多個零件。
如圖24所示,殼部15具有爪部15a、爪部15b、爪部15c、孔15d、凹部15e、凹部15f、凹部15g、連接器殼部15h、及開口部15i。爪部15a設置在第4側面部15D的Z軸負方向的端部附近。爪部15a以面對第3側面部15C的方式從第4側面部15D沿Y軸負方向進行延伸。爪部15a與圖23所示的主基部10所設置的凹部10aa互相卡合。爪部15b設置在第3側面部15C的Z軸負方向的端部附近。爪部15b以面對第4側面部15D的方式從第3側面部15C沿Y軸正方向進行延伸。爪部15b與圖23所示的主基部10上所設置的凹部10ab互相卡合。爪部15c設置在第2側面部15B的Z軸負方向的端部附近。爪部15c以面對第1側面部15A的方式從第2側面部15B沿X軸負方向進行延伸。爪部15c與圖23所示的主基部10所設置的凹部10ac互相卡合。
圖24所示的凹部15e、凹部15f及凹部15g是為了避免與圖11所示的3個基板安裝螺絲13各自的頭部干擾而以殼部15的上表面5-1的一部分朝向Z軸正方向凹陷的方式所形成的凹陷部。
連接器殼部15h是為了對圖11所示的連接器24進行覆蓋而以殼部15的上表面5-1的一部分朝向Z軸正方向凹陷的方式所形成的凹陷部。平面視圖中的連接器殼部15h的底面的形狀為長方形。連接器殼部15h設置在上表面5-1中的比X軸方向的中央還靠近第1側面部15A側且為Y軸方向的中央附近的區域。此外,連接器殼部15h設置在該區域中的靠近第1側面部15A的部分。
開口部15i形成在連接器殼部15h的底面和第1側面部15A之間。以面對連接器殼部15h的底面的方式,配置圖11所示的連接器24。連接器24例如為母型連接器,連接器24中插入有外部配線的一端上所設置的公型連接器。該公型連接器經由圖24所示的開口部15i被插入連接器殼部15h所配置的連接器24。據此,設置在外部配線的一端的公型連接器的導電性端子係與連接器24所設置的導電性端子電連接。其結果為,與外部配線的另一端連接的外部裝置和連接器24係進行電連接,可在絕對型編碼器100-2和外部裝置之間進行信號的傳送。
此外,藉由使連接器殼部15h設置於靠近第1側面部15A的位置,如圖11所示,連接器24在平面視圖中時的位置與馬達200在平面視圖中時的連接器400的位置相等。藉由這樣地構成絕對型編碼器100-2,可使與連接器24所設置的導電性銷電連接的外部配線被拉出的位置接近與連接器400所設置的導電性銷電連接的外部配線被拉出的位置。故,可將該些外部配線在絕對型編碼器100-2和馬達200附近集成1束,藉此,容易將被這樣地集束的配線群拉繞到外部機器。
如圖22所示,在基板20的下表面20-1,設置有磁性感測器40、磁性感測器50、微電腦21、雙方向性驅動器22、及線驅動器23。基板20的下表面20-1為磁性感測器40和磁性感測器50的安裝面。如前所述,柱10q的上端面10r、柱10m的上端面10p、及柱10s的上端面10t與基板20的下表面20-1相接。此外,如圖13所示,柱10q、柱10m及柱10s採用主基部10在平面視圖中的相互之間的間隔之差較小的方式被設置在主基部10。例如,柱10q設置在主基部10的Y軸方向的中央附近且靠近第2邊302的位置。柱10q與壁部80進行一體化。柱10m被設置在第1邊301和第4邊304相交的角部附近。柱10s被設置在主基部10的X軸方向的中央附近且靠近第3邊303的位置。柱10s係與壁部70和基板定位銷10g一體化。如此,藉由設置柱10q、柱10m及柱10s,可正確地限定基板20所設置的磁性感測器40和磁性感測器50各自的Z軸方向的位置。此外,如果柱10q、柱10m及柱10s分別形成在主基部10的沿X-Y平面方向盡可能地分離的位置時,則可更穩定地保持基板20的位置。
在實施方式2的絕對型編碼器100-2中,主基部10係藉由壓鑄而形成。為此,例如與藉由板金製作主基部10的基部60並與將柱10q、柱10m、柱10s、基板定位銷10g、基板定位銷10j、壁部70、壁部80等個別製作並組裝的情況相比,提高各零件間的位置精度。此外,藉由使製作時的零件數量變少,可簡化絕對型編碼器100-2的結構,組裝變容易而可縮短製造時間,可提高絕對型編碼器100-2的可靠性。
磁性感測器40是主軸角度感測器的一例。磁性感測器40以相隔預定間隔的方式被配置在永久磁鐵9的正上方。磁性感測器40藉由對與主軸齒輪1一起旋轉的永久磁鐵9的旋轉所引起的來自永久磁鐵9的磁通的變化進行檢測,以檢測並特定所對應的主軸齒輪1的旋轉角度,且將表示所特定的旋轉角度的角度資訊以數位信號輸出。
磁性感測器50是角度感測器的一例。此外,副軸齒輪5是隨第2從動齒輪即蝸輪部5a的旋轉而旋轉的旋轉體。磁性感測器50以相隔預定間隔的方式被配置在永久磁鐵8的正上方。磁性感測器50藉由對與副軸齒輪5一起旋轉的永久磁鐵8的旋轉所引起的來自永久磁鐵8的磁通的變化進行檢測,以檢測出和特定所對應的副軸齒輪5的旋轉角度,將表示所特定的旋轉角度的角度資訊以數位信號輸出。
磁性感測器40和磁性感測器50例如分別具備對磁通的變化進行檢測的檢測元件和根據該檢測元件的輸出對表示旋轉角度的數位信號進行輸出的演算電路。檢測元件例如亦可為將霍爾元件、GMR(Giant Magneto Resistive,巨磁阻效應)元件等的磁場感應元件組合多個而成者。磁場感應元件的數量例如為4個。
在主軸齒輪1的蝸齒輪部1d的條數為4,且中間齒輪2的蝸輪部2a的齒數為20的情況下,減速比為5。即,若主軸齒輪1進行5次旋轉,則中間齒輪2進行1次旋轉。此外,在中間齒輪2的蝸齒輪部2b的條數為1,且副軸齒輪5的蝸輪部5a的齒數為18的情況下,減速比為18。即,若中間齒輪2進行18次旋轉,則副軸齒輪5進行1次旋轉。故,如果主軸齒輪1進行90次旋轉,則中間齒輪2進行90÷5=18次旋轉,副軸齒輪5進行18÷18=1次旋轉。
在主軸齒輪1和副軸齒輪5分別設置有形成一體並旋轉的永久磁鐵9和永久磁鐵8。為此,藉由分別與其對應的磁性感測器40和磁性感測器50來檢測主軸齒輪1和副軸齒輪5的旋轉角度,可特定馬達軸201的旋轉量。如果主軸齒輪1進行1次旋轉,則副軸齒輪5進行1/90次旋轉,即進行4°的旋轉。為此,在副軸齒輪5的旋轉角度小於4度的情況下,主軸齒輪1的旋轉量小於1次旋轉,當副軸齒輪5的旋轉角度為4度以上且小於8度時,主軸齒輪1的旋轉量為1次旋轉以上且小於2次旋轉。如此,在絕對型編碼器100-2中,可根據副軸齒輪5的旋轉角度來特定主軸齒輪1的旋轉數。尤其是,在絕對型編碼器100-2中,藉由利用蝸齒輪部1d和蝸輪部2a的減速比以及蝸齒輪部2b和蝸輪部5a的減速比,即使主軸齒輪1的旋轉為多次旋轉,也可特定主軸齒輪1的旋轉數。
微電腦21、雙方向性驅動器22、線驅動器23、及連接器24安裝在基板20。微電腦21、雙方向性驅動器22、線驅動器23、及連接器24係藉由基板20上的圖案配線而被電連接。
微電腦21係由CPU(Central Processing Unit:中央演算處理裝置)所構成,獲取從磁性感測器40和磁性感測器50的每一者輸出的表示旋轉角度的數位信號,以計算主軸齒輪1的旋轉量。
雙方向性驅動器22係在與連接器24所連接的外部裝置之間進行雙方向的通信。雙方向性驅動器22係將操作信號等的資料轉換為差分信號,並在與外部裝置之間進行通信。線驅動器23係將表示旋轉量的資料變換為差分信號,並實時地將差分信號輸出至與連接器24連接的外部裝置。在連接器24連接有外部裝置的連接器。
圖30是表示本發明的實施方式2的絕對型編碼器100-2所具備的微電腦21的功能構成的圖。圖30所示的微電腦21的各個塊表示作為微電腦21的CPU藉由執行程式而實現的功能(Function)。
微電腦21具備旋轉角獲取部21p、旋轉角獲取部21q、表處理部21b、旋轉量特定部21c、及輸出部21e。旋轉角獲取部21q基於從磁性感測器40輸出的信號獲取主軸齒輪1的旋轉角度Aq。旋轉角度Aq是表示主軸齒輪1的旋轉角度的角度資訊。旋轉角獲取部21p基於從磁性感測器50輸出的信號獲取副軸齒輪5的旋轉角度Ap。旋轉角度Ap是表示副軸齒輪5的旋轉角度的角度資訊。表處理部21b係參照儲存有旋轉角度Ap和與旋轉角度Ap相對應的主軸齒輪1的旋轉數的對應關係表,來特定與所獲取的旋轉角度Ap相對應的主軸齒輪1的旋轉數。旋轉量特定部21c根據由表處理部21b所特定的主軸齒輪1的旋轉數和所獲取的旋轉角度Aq來特定主軸齒輪1的多次旋轉的旋轉量。輸出部21e將所特定的主軸齒輪1的多次旋轉的旋轉量變換為表示該旋轉量的資訊並輸出。
如以上所說明的那樣,在實施方式2的絕對型編碼器100-2中,如圖14等所示,副軸齒輪5設置在中間齒輪2的與主軸齒輪1側相反的一側,故可降低對沒有與永久磁鐵8和永久磁鐵9之每一者相對應的磁性感測器產生影響的磁性干擾的發生。如此,就絕對型編碼器100-2而言,藉由採用可降低磁性干擾的發生的結構,可使絕對型編碼器100-2在平面視圖中的尺寸相對較小。因此,可實現絕對型編碼器100-2的小型化,並可防止磁性感測器40和磁性感測器50各自的磁通所引起的檢測精度的下降。
此外,在實施方式2的絕對型編碼器100-2中,與主基部10的上表面平行配置的中間齒輪2係相對於主基部10的四邊傾斜地延伸,另外,主軸齒輪1和副軸齒輪5係相對於中間齒輪2,相互地設置在中間齒輪2的相反側。為此,在主基部10的上表面的整個區域中的一部分較窄的區域內,可配置主軸齒輪1、中間齒輪2、及副軸齒輪5,可減小相對於水平方向的絕對型編碼器100-2的尺寸。
另外,實施方式2的絕對型編碼器100-2中,蝸輪部2a的外徑和蝸齒輪部2b的外徑係在可能的範圍內被設定為較小值。據此,可減小絕對型編碼器100-2的Z軸方向(高度方向)上的尺寸。
如此,根據實施方式2的絕對型編碼器100-2,具有可防止主軸齒輪1的旋轉量的檢測精度的下降且可減小Z軸方向的尺寸和與Z軸方向正交的方向的尺寸之效果。
此外,在實施方式2的絕對型編碼器100-2中,中間齒輪2相對於分別固定或插入於壁部80和壁部72之每一者的軸4被進行軸支撐,即,可旋轉地被進行了支撐,但只要可對中間齒輪2進行軸支撐即可,中間齒輪2的支撐方法並不受此所限定。
例如,絕對型編碼器100-2被構成為,軸4的一端4a插入壁部72所形成的孔10a內,軸4的另一端4b藉壓入方式固定在壁部80所形成的孔10b內。另外,絕對型編碼器100-2也可被構成為,軸承3的外圈3a藉壓入方式固定於中間齒輪2上所形成的壓入部2d,軸4藉壓入方式固定於軸承3的內圈3b。據此,使固定於軸4的中間齒輪2朝向軸方向Td的移動受限制。即使在這樣地構成絕對型編碼器100-2的情況下,中間齒輪2亦被軸4進行軸支撐。此外,藉由壁部72和壁部80,朝向軸4的軸方向Td的移動被限制,並且,藉由固定於軸4的軸承3的內圈3b,朝向中間齒輪2的軸方向的移動也被進行限制。故,不需要設置板彈簧11。
除此之外,絕對型編碼器100-2例如還可被構成為,不使用圖15所示的軸承3,而是在軸4固定有中間齒輪2的狀態下,藉由壁部72和壁部80至少一者上所設置的圖中未顯示的軸承來對軸4進行軸支撐。
在圖中未顯示的軸承的外圈固定於壁部72或壁部80,且軸4的一端4a或另一端4b插入內圈的情況下,軸4上固定有中間齒輪2,軸4被圖中未顯示的軸承進行軸支撐,故軸4和中間齒輪2成一體而可旋轉。此情況下,軸4不固定於軸承的內圈,僅插入內圈,故軸4可與中間齒輪2一起朝向軸方向Td移動。為此,變得需要設置用以將中間齒輪2偏置於軸方向Td且限定位置的板彈簧11。
或者,亦可為圖中未顯示的軸承的外圈固定於壁部72或壁部80,軸4的一端4a或另一端4b被壓入圖中未顯示的內圈內。此時,軸4上所固定的中間齒輪2朝向軸方向Td的移動受限制。為此,藉由圖中未顯示的軸承,不僅可對軸4上所固定的中間齒輪2可旋轉地進行支撐,而且亦限制軸4朝向軸方向Td移動,故中間齒輪2朝向軸方向Td的移動亦受限制。因此,變得不需要板彈簧11。
如圖17所示,磁性感測器40本來是藉由對來自與主軸齒輪1一起旋轉的永久磁鐵9的磁通的變化進行檢測而對主軸齒輪1的旋轉角度進行檢測和特定。此外,如圖18所示,磁性感測器50對與副軸齒輪5一起旋轉的永久磁鐵8的磁通的變化進行檢測,對副軸齒輪5的旋轉角度進行檢測和特定。實施方式2的絕對型編碼器100-2如至此所述的那樣藉由採用可降低發生磁性干擾的結構,可降低來自永久磁鐵8的磁通對磁性感測器40的影響。此外,還可降低來自永久磁鐵9的磁通對磁性感測器50的影響。即,可防止因主軸齒輪1和副軸齒輪5的相互的磁性干擾所引起的旋轉的檢測精度的下降。
圖10所顯示的是絕對型編碼器100-2被安裝在馬達200的狀態,惟在馬達200的內部,內置有永久磁鐵和驅動用的線圈。故,馬達200即使在馬達軸201不旋轉的情況下也會產生磁通。此外,在從外部向馬達200賦予驅動信號從而使馬達軸201旋轉的情況下,所產生的磁通還會進一步增加。為此,會有該馬達200所產生的磁通對絕對型編碼器100-2的內部所設置的磁性感測器40和磁性感測器50產生較壞的影響,進而導致檢測精度的降低的情況。在有這樣的來自馬達200的不需要的磁通的影響的情況下,如果使用鐵等的強磁體構成主基部10,則可降低來自上述的馬達200的磁通的影響。
圖31是表示可應用於實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2的永久磁鐵9A的圖。圖32是表示可應用於實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2的永久磁鐵9B的圖。圖31顯示第1構成例的永久磁鐵9A。永久磁鐵9A中,第1極性的第1磁極部分N和與第1極性不同的第2極性的第2磁極部分S沿永久磁鐵9A的徑向D1進行了排列。圖32顯示第2構成例的永久磁鐵9B。永久磁鐵9B中,以永久磁鐵9B的中央為界,在圖中的左半部分內,第1磁極部分N和第2磁極部分S沿永久磁鐵9B的圖中軸方向D2進行排列,另一方面,在圖中的右半部分內,沿與左半部上下相反的方向,第1磁極部分N和第2磁極部分S在永久磁鐵9的圖中軸方向D2上進行排列。圖31和圖32中所示的箭頭「DM」表示磁化方向。
永久磁鐵9A和永久磁鐵9B都可作為實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2的永久磁鐵9而被使用。然而,永久磁鐵9B中,由多個磁力線所形成的磁場與永久磁鐵9A所產生的磁場相比,沿軸方向D2更廣地進行分布。相對於此,永久磁鐵9A中,由多個磁力線所形成的磁場與永久磁鐵9B所生成的磁場相比,沿徑向D1更廣地進行分布。為此,當在實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2中使用永久磁鐵9A的情況下,藉由永久磁鐵9A的在徑向外側較廣地生成的磁場,容易發生如上所述的磁通對其他磁性感測器產生影響的磁性干擾。
就實施方式1、2的各變形例的絕對型編碼器100-1、100-2而言,在永久磁鐵9B作為永久磁鐵9而被使用的情況下,與永久磁鐵9A被使用的情況相比,從永久磁鐵9所產生的漏磁通流入磁性感測器50的情形變少。此外,在永久磁鐵9B作為永久磁鐵8而被使用的情況下,與永久磁鐵9A被使用的情況相比,從永久磁鐵8所產生的漏磁通流入磁性感測器40的情形也會變少。其結果為,可減小副軸齒輪5或主軸齒輪1的旋轉角度或旋轉量的檢測精度的下降。此外,按減小旋轉角度或旋轉量的檢測精度的下降之程度,可實現絕對型編碼器100-1、100-2的進一步的小型化。
此外,實施方式1的絕對型編碼器100-1被構成為,永久磁鐵8和磁鐵座6之每一者的中心軸與圖26所示的永久磁鐵8和磁鐵座6同樣地互相一致。此外,實施方式1的絕對型編碼器100-1被構成為,永久磁鐵17和第2副軸齒輪138之每一者的中心軸與圖29所示的永久磁鐵8和磁鐵座6同樣地互相保持一致。另外,實施方式1的絕對型編碼器100-1還被構成為,永久磁鐵9和主軸齒輪1之每一者中心軸與圖27所示的永久磁鐵9和主軸齒輪1同樣地互相一致。藉由該構成,實施方式1的絕對型編碼器100-1可進行更高精度的旋轉角或旋轉量的檢測。
這裡,對實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2中使用的減速機構進行說明。實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2中,為了將主軸(主軸齒輪1,101)的旋轉傳遞至旋轉數檢測用的第1副軸(第1副軸齒輪105(副軸齒輪5))和第2副軸(第2副軸齒輪138),具有多級的減速機構。此時,主軸齒輪1、101的蝸齒輪部1d、101c和中間齒輪2(第1中間齒輪102)之間的減速比、即、作為前級的減速比的第1減速比越大,第1副軸齒輪105的一次旋轉的主軸齒輪1、101的轉數的計數越多。反之,就對主軸齒輪1、101的轉數進行判定的副軸的旋轉角的分辨率而言,第1減速比越大,其越小,另外機械上所需的以蝸齒輪部1d、101c和蝸輪部2a、102a之間的齒隙作為誤差而對上述旋轉角所產生的影響度也越大。即,蝸齒輪部1d、101c和蝸輪部2a、102a之間的齒隙會導致上述旋轉角的檢測精度降低。鑑於這樣的問題,實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2最理想為構成如下。
圖33A是用以說明實施方式1的絕對型編碼器100-1中的減速比之圖。首先對圖33A的上層所示的減速比進行說明,之後對圖33A的下層所示的減速比進行說明。
圖33A的上層中顯示蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比、第1蝸齒輪部102b和蝸輪部105a的減速比、及蝸齒輪部101c和蝸輪部105a的減速比。
圖33A的上層中,第1例的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比(第1減速比)為20。第1例的後級的減速機構即第1蝸齒輪部102b和蝸輪部105a的減速比(第2減速比)為5。因此,第1例的蝸齒輪部101c和蝸輪部105a的減速比(總減速比)為100。第1例的減速比是上述旋轉角的檢測精度改善之前的減速比。根據第1例,在供設置蝸齒輪部101c的主軸齒輪101旋轉一次時,供設置蝸輪部105a的第1副軸齒輪105的旋轉角成為3.6°。
圖33A的上層中,第2例的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比(第1減速比)為10。第2例的第1蝸齒輪部102b和蝸輪部105a的減速比(第2減速比)為5。因此,第2例的蝸齒輪部101c和蝸輪部105a的減速比(總減速比)為50。第2例的減速比是上述旋轉角的檢測精度改善之後的減速比。第2例中,當供設置蝸齒輪部101c的主軸齒輪101旋轉一次時,供設置蝸輪部105a的第1副軸齒輪105的旋轉角為7.2°。
如第2例那樣使第1減速比變小後,主軸齒輪101的一次旋轉時的第1副軸齒輪105的旋轉角變大,故而使蝸齒輪部101c和蝸輪部102a之間的齒隙對檢測精度所產生的影響變小。為此,可使以齒隙作為誤差而對該旋轉角所產生的影響度變小。
此外,上層的第2例的第1蝸齒輪部102b和蝸輪部105a的減速比(第2減速比)並不限定為5,也可為10。據此,第1例和第2例的總減速比都變成相等。即使在此情況下,藉由加大減速機構整體的減速比即總減速比中的後級的第2減速比,就第一級的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的嚙合之間所設置的齒隙和/或主軸和其軸承之間的間隙而言,當主軸齒輪101的旋轉經由後級被傳遞到第1副軸齒輪105時,因為其大小減少了相當於第2減速比的量,故,第1例與第2例相比,可降低因齒隙和/或間隙所致之不良影響。
此外,在這樣於旋轉檢測機構中使用減速機構的情況等之不以驅動力和/或轉矩的傳遞為主要目的的機器中使用本減速機構的情況下,可較自由地設定相對於總減速比之多級的減速比。
此外,取決於裝置整體的尺寸和/或齒輪等,亦存在有第一級的減速比大於後級的減速比的情況,然而,即使在此情況下,藉由使後級的減速比變大,可在角度檢測位置減低在第一級所產生的齒隙和/或間隙這樣的對檢測精度具有不良影響的因素。
接下來,對圖33A的下層所顯示的減速比進行說明。圖33A的下層中顯示出了蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比、第2蝸齒輪部102h和蝸輪部133a的減速比、第4驅動齒輪部133d和第4從動齒輪部138a的減速比、及蝸齒輪部101c和第4從動齒輪部138a的減速比。
圖33A的下層中,第1例的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比(第1減速比)為20。第1例的第2蝸齒輪部102h和蝸輪部133a的減速比(第2減速比)為30。第1例的第4驅動齒輪部133d和第4從動齒輪部138a的減速比(第3減速比)為1.667。第1例的蝸齒輪部101c和第4從動齒輪部138a的減速比(總減速比)為1000。
圖33A的下層中,第2例的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的減速比(第1減速比)為10。第2例的第2蝸齒輪部102h和蝸輪部133a的減速比(第2減速比)為40。第2例的第4驅動齒輪部133d和第4從動齒輪部138a的減速比(第3減速比)為2.5。第2例的蝸齒輪部101c和第4從動齒輪部138a的減速比(總減速比)為1000。
下層的第2例中,與上層的第2例同樣地,第1減速比被設定為小於第1例。此外,下層的第2例中,第2減速比和第3減速比都被設定為大於第1例。
如此,藉由使第1減速比變小且使第2減速比和第3減速比變大,第1例和第2例的總減速比係都變為相等。即使在此情況下,藉由使減速機構整體的減速比、即總減速比中的後級的第3減速比變大,就第一級的蝸齒輪部101c和蝸輪部102a的嚙合之間所設置的齒隙和/或主軸和其軸承之間的間隙、及、構成相對於後級的第3減速比的前級的第2減速比的第2蝸齒輪部102h和蝸輪部133a的齒隙和/或間隙的影響而言,當主軸齒輪101的旋轉經由後級被傳遞到第2副軸齒輪時,其大小減少了相當於第2減速比和第3減速比的量,故而第1例與第2例相比,可降低因齒隙和/或間隙所致之不良影響。
圖33B是用於說明實施方式2的絕對型編碼器100-2中的減速比之圖。圖33B顯示蝸齒輪部1d和蝸輪部2a的減速比、蝸齒輪部2b和蝸輪部5a的減速比、及蝸齒輪部1d和蝸輪部5a的減速比。
第1例的蝸齒輪部1d和蝸輪部2a的減速比(第1減速比)為20。第1例的蝸齒輪部2b和蝸輪部5a的減速比(第2減速比)為5。因此,第1例的蝸齒輪部1d和蝸輪部5a的減速比(總減速比)為100。第1例的減速比是改善上述旋轉角的檢測精度之前的減速比。根據第1例,在供設置蝸齒輪部1d的主軸齒輪1旋轉一次時,供設置蝸輪部5a的副軸齒輪5的旋轉角成為3.6°。
第2例的蝸齒輪部1d和蝸輪部2a的減速比(第1減速比)為10。第2例的蝸齒輪部2b和蝸輪部5a的減速比(第2減速比)為5。因此,第2例的蝸齒輪部1d和蝸輪部5a的減速比(總減速比)為50。第2例的減速比是改善上述旋轉角的檢測精度後的減速比。第2例中,供設置蝸齒輪部1d的主軸齒輪1旋轉一次時,供設置蝸輪部5a的副軸齒輪5的旋轉角為7.2°。
如第2例那樣使第1減速比變小後,用於進行主軸齒輪1的轉數的判定的旋轉角變大,可使以蝸齒輪部1d和蝸輪部2a之間的齒隙作為誤差而對該旋轉角所產生的影響變小。
此外,第2例的蝸齒輪部2b和蝸輪部5a的減速比(第2減速比)並不限定為5,也可為10。據此,第1例和第2例的總減速比都變為相等。即使在此情況下,藉由使減速機構整體的減速比即總減速比中的後級的第2減速比變大,就第一級的蝸齒輪部1d和蝸輪部2a的嚙合之間所設置的齒隙和/或主軸和其軸承之間的間隙而言,當主軸齒輪1的旋轉經由後級被傳遞到第1副軸齒輪105時,其大小減少了相當於第2減速比的量,故而第1例與第2例相比,可降低因齒隙和/或間隙所致之不良影響。
此外,就以上所述的減速比的構成而言,雖然用於旋轉檢測機構,然而,僅是表示本發明的內容的一例,並不限定於旋轉檢測機構,係為亦可使用在不以驅動力的傳遞為主要目的的所有減速機構的減速比的構成。
此外,就以上的實施方式中所述的構成而言,係表示本發明的內容的一例者,也可與其他公知技術組合,在不脫離本發明的主旨的範圍內,亦可省略和變更該構成的一部分。
此外,本申請案主張基於2019年3月29日申請的日本國專利申請第2019-069043號的優先權,並將該日本國專利申請的內容以引用的方式全部援引於本申請案。
1:主軸齒輪
1a:第1筒狀部
1b:第2筒狀部
1c:連通部
1d:蝸齒輪部
1e:底面
1f:壓入部
1g:底面
1h:磁鐵保持部
2:中間齒輪
2a:蝸輪部
2b:蝸齒輪部
2c:軸承部
2d:壓入部
2e:滑動部
2f:底面
2g:貫穿孔
3:軸承
3a:外圈
3b:內圈
3c:側面
3d:側面
4:軸
4a:一端
4b:另一端
5:副軸齒輪
5-1:上表面
5a:蝸輪部
5b:貫穿孔
6:磁鐵座
6a:磁鐵保持部
6b:軸部
6c:頭部
7:軸承
7a:外圈
7b:內圈
8:永久磁鐵
8a:表面
9:永久磁鐵
9A:永久磁鐵
9B:永久磁鐵
9a:上表面
9b:下表面
10:主基部
10-1:開口部
10-2:下表面
10a:孔
10aa:凹部
10ab:凹部
10ac:凹部
10ad:安裝面
10ae:螺絲孔
10b:孔
10c:抵接面
10d:軸承座部
10da:下部
10db:上部
10dc:內周面
10e:板彈簧安裝面
10f:螺絲孔
10g:基板定位銷
10g1:基部
10h:前端部
10i:階差部
10j:基板定位銷
10j1:基部
10k:前端部
10l:階差部
10m:柱
10p:上端面
10q:柱
10r:上端面
10s:柱
10t:上端面
10u:螺絲孔
10v:螺絲孔
10w:螺絲孔
11:板彈簧
11a:滑動部
11b:安裝部
11c:孔
11d:基部
12:螺絲
13:基板安裝螺絲
14:螺絲
15:殼部
15-1:上表面部
15A:第1側面部
15B:第2側面部
15C:第3側面部
15D:第4側面部
15a:爪部
15b:爪部
15c:爪部
15d:孔
15e:凹部
15f:凹部
15g:凹部
15h:連接器殼部
15i:開口部
16:安裝螺絲
17:永久磁鐵
20:基板
20-1:下表面
20-2:上表面
20a:定位孔
20b:定位孔
20c:孔
20d:孔
20e:孔
21:微電腦
21b:表處理部
21c:旋轉量特定部
21e:輸出部
21p:旋轉角獲取部
21q:旋轉角獲取部
22:雙方向性驅動器
23:線驅動器
24:連接器
40:磁性感測器
40a:表面
50:磁性感測器
50a:表面
60:基部
70:壁部
71:壁部
72:壁部
73:側面
80:壁部
90:磁性感測器
100-1:絕對型編碼器
100-2:絕對型編碼器
101:主軸齒輪
101a:第1筒狀部
101b:圓盤部
101c:蝸齒輪部
101d:磁鐵保持部
102:第1中間齒輪
102a:蝸輪部
102b:第1蝸齒輪部
102c:基部
102d:第1筒部
102e:第2筒部
102f:第3筒部
102g:半球型突起
102h:第2蝸齒輪部
102i:滑動部
104:軸
105:第1副軸齒輪
105a:蝸輪部
105b:軸承部
105c:圓盤部
105d:保持部
106:軸
107:阻止環
108:阻止環
110:主基部
110a:基部
110b:支撐部
110c:支撐部
111:板彈簧
111a:滑動部
111b:安裝部
115:殼部
115a:外壁部
115b:外壁部
115c:外壁部
115d:外壁部
116:蓋部
120:基板
121:微電腦
121b:表處理部
121c:旋轉量特定部
121e:輸出部
121p:旋轉角獲取部
121q:旋轉角獲取部
121r:旋轉角獲取部
122:基板安裝螺絲
133:第2中間齒輪
133a:蝸輪部
133b:軸承部
133c:伸出部
133d:第4驅動齒輪部
134:軸
138:第2副軸齒輪
138a:第4從動齒輪部
138b:軸承部
138c:伸出部
138d:磁鐵保持部
139:軸
141:支柱
164:螺絲
200:馬達
201:馬達軸
202:框體
202a:切口部
301:第1邊
302:第2邊
303:第3邊
304:第4邊
400:連接器
圖1係表示本發明的實施方式1的絕對型編碼器100-1被安裝在馬達200的狀態的斜視圖。
圖2係表示從圖1所示的殼部115上卸下蓋部116的狀態的斜視圖。
圖3係表示從圖2所示的絕對型編碼器100-1上卸下基板120和基板安裝螺絲122的狀態的斜視圖。
圖4係基板120的底面圖。
圖5係圖3所示的絕對型編碼器100-1的平面視圖。
圖6係沿穿過馬達軸201的中心並與X-Z平面平行的面對絕對型編碼器100-1進行了切割的狀態的剖面圖。這裡,顯示了第2副軸齒輪138和磁性感測器90。
圖7係沿與第1中間齒輪102的中心線垂直並穿過第1副軸齒輪105的中心的平面對絕對型編碼器100-1進行了切割的剖面圖。
圖8係從大致右側觀察沿穿過第2副軸齒輪138的中心和第2中間齒輪133的中心並與Z軸方向平行的平面對絕對型編碼器100-1進行切割的狀態的剖面圖。
圖9係表示本發明的實施方式1的絕對型編碼器100-1所具備的微電腦121的功能構成的圖。
圖10係表示本發明的實施方式2的絕對型編碼器100-2被安裝在馬達200的狀態的斜視圖。
圖11係表示從圖10所示的絕對型編碼器100-2上卸下殼部15和安裝螺絲16後的狀態的斜視圖。
圖12係表示從圖11所示的絕對型編碼器100-2上卸下基板20和基板安裝螺絲13後的狀態的斜視圖。
圖13係對從表示圖12所示的絕對型編碼器100-2被安裝在馬達200的狀態的斜視圖中卸下馬達200和螺絲14後的狀態進行表示的斜視圖。
圖14係對圖13所示的主基部10、中間齒輪2等在平面視圖中的狀態進行表示的圖。
圖15係沿穿過中間齒輪2的中心並與X-Y平面平行的面對圖14所示的絕對型編碼器100-2進行了切割的剖面圖。
圖16係對圖15所示的軸承3從中間齒輪2上被卸下後的狀態進行表示的局部放大剖面圖。
圖17係沿穿過圖14所示的主軸齒輪1的中心並與中間齒輪2的中心線垂直的平面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行了切割的剖面圖。這裡,未剖切基板20和磁性感測器40。
圖18係沿穿過圖15所示的副軸齒輪5的中心並與中間齒輪2的中心線垂直的平面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行切割的剖面圖。這裡,未剖切基板20和磁性感測器50。
圖19係對圖12所示的多個零件中的中間齒輪2被除去後的狀態進行表示的斜視圖。
圖20係對從圖19所示的壁部70上卸下螺絲12後的狀態、螺絲12被卸下後的板彈簧11的狀態、及設置有面對板彈簧11的板彈簧安裝面10e的壁部70進行表示的斜視圖。這裡,未顯示馬達200和主軸齒輪1。
圖21係沿穿過圖14所示的基板定位銷10g的中心和基板定位銷10j的中心並與Z軸方向平行的面對圖11所示的絕對型編碼器100-2進行了切割的剖面圖。這裡,未剖切磁性感測器40。
圖22係從下表面20-1側對圖11所示的基板20進行觀察時的圖。
圖23係表示從圖10的狀態卸下馬達200並從主基部10的下表面10-2側進行觀察時的圖。
圖24係圖10所示的殼部15的斜視圖。
圖25係沿穿過圖12所示的基板定位銷10g的中心和基板定位銷10j的中心並與Z軸方向平行的面對圖10所示的絕對型編碼器100-2進行切割的剖面圖。這裡,未剖切馬達200和主軸齒輪1。
圖26係圖18所示的永久磁鐵8、磁鐵座6、副軸齒輪5及軸承7的分解斜視圖。
圖27係圖17所示的永久磁鐵9、主軸齒輪1及馬達軸201的分解斜視圖。
圖28係藉由磁性感測器40對設置在主軸齒輪101(主軸齒輪1)的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器50對設置在第1副軸齒輪105(副軸齒輪5)的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器40對永久磁鐵8的一部分磁通作為漏磁通而與永久磁鐵9的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形(C)的概念的圖。
圖29係表示藉由磁性感測器50對設置在第1副軸齒輪105(副軸齒輪5)的永久磁鐵8的磁通進行檢測而得的波形(A)、藉由磁性感測器40對設置在主軸齒輪101(主軸齒輪1)的永久磁鐵9的磁通進行檢測而得的波形(B)、及藉由磁性感測器50對永久磁鐵9的一部分磁通作為漏磁通而與永久磁鐵8的磁通重疊的狀態進行檢測而得的磁性干擾波形(C)的概念圖。
圖30係本發明的實施方式2的絕對型編碼器100-2所具備的微電腦21的功能構成圖。
圖31係可應用於實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2的永久磁鐵9A的圖。
圖32係可應用於實施方式1、2的絕對型編碼器100-1、100-2的永久磁鐵9B的圖。
圖33A係用於說明實施方式1的絕對型編碼器100-1中的減速比之圖。
圖33B係用於說明實施方式2的絕對型編碼器100-2中的減速比之圖。
Claims (4)
- 一種減速機構,係為用於進行旋轉體的角度檢測且由多級所構成的減速機構,其中, 使該多級的減速機構的總減速比中之用在後級的減速機構的減速比較大。
- 如請求項1之減速機構,其中, 與構成該減速機構的第一級或相對於上述後級的前級的減速機構的減速比相比,上述後級的減速機構的減速比被設定為使減小角度檢測的誤差因素的值較小的值。
- 一種絕對型編碼器,具備: 第1驅動齒輪,隨主軸的旋轉而旋轉; 第1永久磁鐵,設置在上述第1驅動齒輪的前端部側; 第1角度感測器,對與從上述第1永久磁鐵所產生的磁通的變化相對應的上述第1驅動齒輪的旋轉角度進行檢測; 第1從動齒輪,與上述第1驅動齒輪嚙合且中心軸與上述第1驅動齒輪的中心軸正交; 第2驅動齒輪,與上述第1從動齒輪設置在同軸上,並隨上述第1從動齒輪的旋轉而旋轉; 第2從動齒輪,與上述第2驅動齒輪嚙合且中心軸與上述第1從動齒輪的中心軸正交; 第2永久磁鐵,設置在上述第2從動齒輪的前端側;及 第2角度感測器,對與從上述第2永久磁鐵所產生的磁通的變化相對應的上述第2從動齒輪的旋轉角度進行檢測, 其中, 上述第1驅動齒輪和上述第1從動齒輪的減速比被設定為,使以上述第1驅動齒輪和上述第1從動齒輪之間的齒隙作為誤差而對上述第2從動齒輪的旋轉角所產生的影響度較小的值。
- 如請求項3之絕對型編碼器,其中, 上述第2驅動齒輪和上述第2從動齒輪的減速比被設定為,抑制判定上述第1驅動齒輪的轉數的上述第2從動齒輪的旋轉角的分辨率的減小的值。
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