TW202206779A - 絕對型編碼器 - Google Patents

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齋藤勝典
崎枝健
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日商美倍亞三美股份有限公司
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Abstract

改善副軸之旋轉角度的檢測精度。 關於本發明實施形態的絕對型編碼器(2)係第二蝸輪部(41)作為第二從動齒輪，其中心軸和第一蝸輪部(21)的中心軸正交，且與第二蝸齒部(22)嚙合。支撐軸(42)係將第二蝸輪部(41)以可旋轉的方式支撐。磁鐵(Mq)係和支撐軸(42)一體地旋轉。角度感測器(Sq)係設於磁鐵(Mq)的附近，以檢測從磁鐵(Mq)產生的磁通的變化。第一軸承(43)係外圈(432)固定於第二蝸輪部(41)上，且內圈(431)固定於支撐軸(42)。第二軸承(44)係內圈(441)固定於支撐軸(42)。

Description

絕對型編碼器
本發明係關於一種絕對型編碼器。
以往在各種控制機械裝置中，在有關作為用於檢測可動元件的位置或角度的旋轉型編碼器方面，已知有檢測絕對位置或角度之絕對型的絕對編碼器(以下稱為「絕對型編碼器」)。
絕對型編碼器中，有基於副軸的旋轉角度而計測主軸的旋轉量的編碼器。這種絕對型編碼器，是基於磁鐵的磁場變化而檢測副軸的旋轉角度，該磁鐵是安裝於副軸或安裝於副軸的齒輪等旋轉體的前端。磁場的變化是由設於磁鐵對向的角度感測器所檢測。角度感測器的檢測精度是旋轉體的振動越少而越高。
然而，在絕對型編碼器方面，在副軸上的軸承未被賦予預壓的情況，有時候會在軸承的外圈產生因應於齒輪的旋轉而生的振動。軸承的外圈的振動，有時候會成為旋轉角度檢測誤差的原因。 [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]
附帶一提，為了對內圈施加預壓以抑制軸承的振動，絕對型編碼器被要求變更軸承的內圈與外圈的高度等複雜的構造。因此，在絕對型編碼器方面，被要求以簡易的構造抑制滾珠軸承的振動。
本發明是有鑑於上述課題而完成的，其目的在於提供一種可以改善副軸之旋轉角度的檢測精度的絕對型編碼器。 [用以解決課題之手段]
為了達成上述目的，關於本發明的絕對型編碼器具備：第一驅動齒輪，其隨著主軸的旋轉而旋轉；第一從動齒輪，其中心軸和前述第一驅動齒輪的中心軸正交，且與前述第一驅動齒輪嚙合；第二驅動齒輪，其和前述第一從動齒輪設於同軸上，且隨著前述第一從動齒輪的旋轉而旋轉；第二從動齒輪，其中心軸和前述第一從動齒輪的中心軸正交，且與前述第二驅動齒輪嚙合；支撐軸，其將前述第二從動齒輪以可旋轉的方式支撐；磁鐵，其和前述支撐軸一體地旋轉；角度感測器，其設於前述磁鐵的附近，以檢測從前述磁鐵產生的磁通的變化；第一軸承，其外圈固定於前述第二從動齒輪上，且內圈固定於前述支撐軸上；以及第二軸承，其內圈固定於前述支撐軸上。 [發明之效果]
藉由關於本發明的絕對型編碼器，可以改善副軸之旋轉角度的檢測精度。
[用以實施發明的形態]
在絕對型編碼器方面，本發明者們發現了藉由取得伴隨主軸旋轉而進行減速旋轉的旋轉體的旋轉角度，可以規定關於主軸旋轉複數次(以下也稱為複數旋轉)的旋轉量(以下也稱為主軸的旋轉量)。即，藉由以減速比乘以旋轉體的旋轉角度，可以規定主軸的旋轉量。此處，可以規定的主軸的旋轉量的範圍，是與減速比成比例而增加。例如，若是減速比為50，則可以規定主軸旋轉50份量的旋轉量。
一方面，必要的旋轉體的解析度，是與減速比成比例而變小。例如，若是減速比為100，則主軸每旋轉一次，旋轉體所需的解析度成為360°/100＝3.6°，可以求出±1.8°的檢測精度。另一方面，減速比為50的情況，主軸每旋轉一次，旋轉體所需的解析度成為360°/50＝7.2°，可以求出±3.6°的檢測精度。
以下，就本發明的實施形態，一面參照圖面一面進行說明。在以下說明的實施形態、變形例中，對相同或同等的構成元件、構件都附上相同的符號，重複的說明適當省略。此外，為了容易理解，各圖面中的構件的尺寸將被適當放大、縮小顯示。此外，在各圖面中，將在說明實施形態上不是重要的構件的一部分省略顯示。此外，在圖面中，齒輪是將齒部形狀省略而顯示。此外，包含第一、第二等序數的用語是為了說明各式各樣的構成元件所使用，但此用語只是從其他的構成元件區別一個構成元件的目的所使用，並不是以此用語限定構成元件。再者，本發明並不受本實施形態所限定。
圖1為概略地顯示關於本發明實施形態的絕對型編碼器2的構造的立體圖。圖2為在除去屏蔽板7的狀態下，概略地顯示絕對型編碼器2的構造的立體圖。在圖2中，係顯示成穿透絕對型編碼器2的殼體4以及角度感測器支撐基板5。圖3為在除去殼體4的狀態下，概略地顯示絕對型編碼器2的構造的立體圖。在圖3中，係顯示成穿透絕對型編碼器2的角度感測器支撐基板5。圖4為在除去角度感測器支撐基板5的狀態下，概略地顯示絕對型編碼器2的構造的俯視圖。圖5為從下側看角度感測器支撐基板5的圖。圖6為絕對型編碼器2的A-A剖面圖。圖7為絕對型編碼器2的B-B剖面圖。圖8為絕對型編碼器2的C-C剖面圖。圖9為絕對型編碼器2的D-D剖面圖。
如圖1至圖9所示，關於本發明實施形態的絕對型編碼器2係具備第一蝸齒部11、第一蝸輪部21、第二蝸齒部22、第二蝸輪部41、支撐軸42、磁鐵Mq、角度感測器Sq、第一軸承43、以及第二軸承44。第一蝸齒部11係作為第一驅動齒輪，其隨著主軸1a的旋轉而旋轉。第一蝸輪部21係作為第一從動齒輪，其中心軸和第一蝸齒部11的中心軸正交，且與第一蝸齒部11嚙合。第二蝸齒部22係作為第二驅動齒輪，其和第一蝸輪部21設於同軸上，且隨著第一蝸輪部21的旋轉而旋轉。第二蝸輪部41係作為第二從動齒輪，其中心軸和第一蝸輪部21的中心軸正交，且與第二蝸齒部22嚙合。支撐軸42係將第二蝸輪部41以可旋轉的方式支撐。磁鐵Mq係作為永久磁鐵，其在第二蝸輪部41設於支撐軸42的軸線A上。角度感測器Sq係設於可檢測磁鐵Mq的磁通之變化的範圍即磁鐵Mq的附近，例如軸線A上或其附近，且作為角度感測器以檢測與從磁鐵Mq產生的磁通變化對應的第二蝸輪部41的旋轉角度。第一軸承43係透過將外圈432壓入於第二蝸輪部41而固定，且內圈431壓入於支撐軸42而固定。第二軸承44係透過將內圈441壓入於支撐軸42固定。以下，具體地說明絕對型編碼器2的構造。
在本實施形態中，為方便說明起見，針對絕對型編碼器2，依據XYZ直角座標系進行說明。X軸方向是對應於水平的左右方向，Y軸方向是對應於水平的前後方向，Z軸方向是對應於垂直的上下方向。Y軸方向以及Z軸方向分別和X軸方向正交。在本說明中，也稱X軸方向為左側或右側、稱Y軸方向為前側或後側、稱Z軸方向為上側或下側。在圖1、2所示的絕對型編碼器2的姿勢方面，X軸方向的左側為左側，X軸方向的右側為右側。此外，在圖1、2所示的絕對型編碼器2的姿勢方面，Y軸方向的面前側為前側，Y軸方向的後面側為後側。此外，在圖1、2所示的絕對型編碼器2的姿勢方面，Z軸方向的上側為上側，Z軸方向的下側為下側。將在Z軸方向從上側看的狀態稱為俯視，將在Y軸方向從前側看的狀態稱為前視，將在X軸方向從左側看的狀態稱為側視。這種方向的記載並不是要限制絕對型編碼器2的使用姿勢，而是絕對型編碼器2可以用任意的姿勢使用。
如圖1、2所示，如上所述，絕對型編碼器2是將關於馬達1的主軸1a旋轉複數次的旋轉量規定並輸出的絕對型編碼器。在本發明的實施形態中，絕對型編碼器2係設於馬達1的Z軸方向的上側的端部。在本發明的實施形態中，絕對型編碼器2係俯視具有略矩形狀，前視以及側視中，在主軸1a的延伸方向即上下方向具有薄的側面較長的矩形狀。即，絕對型編碼器2具有水平方向比上下方向長的扁平的長方體形狀。
絕對型編碼器2具備收容內部構造的中空方形筒狀的殼體4。殼體4含有：複數個(例如4個)外壁部4a，其等包圍至少馬達1的主軸1a的一部分、主軸齒輪10、第一中間齒輪20、第二中間齒輪30、第一副軸齒輪40、以及第二副軸齒輪50等；其上側的端部可以打開蓋子。殼體4係在可以打開蓋子的4個外壁部4a上側的端部，將屬於矩形板狀構件的作為磁通屏蔽構件的屏蔽板7，以基板安裝螺釘8a固定於殼體4以及齒輪基座部3上。
屏蔽板7是板狀構件，該板狀構件係在軸線方向(Z軸方向)設於角度感測器Sp、Sq、Sr與絕對型編碼器2的外部之間。屏蔽板7用磁性體形成，以防止設於殼體4內部的角度感測器Sp、Sq、Sr受到在絕對型編碼器2外部產生的磁通造成的磁性所干擾。
作為一例，馬達1也可以是步進馬達或DC無刷馬達。作為一例，馬達1也可以是適用為驅動源的馬達，該馬達係經由波動齒輪裝置等減速機構而驅動產業用等的機器人。馬達1的主軸1a係上下方向的兩側從馬達的殼體突出。絕對型編碼器2將馬達1的主軸1a的旋轉量以數位訊號輸出。
馬達1的形狀係俯視具有略矩形狀，在上下方向也具有略矩形狀。即，馬達1具有略立方體形狀。在俯視中，構成馬達1外形的4個外壁部各自的長度為例如25mm，即馬達1的外形俯視為25mm方形。此外，設於馬達1上的絕對型編碼器2，例如配合馬達1的外形形狀而為25mm方形。
在圖1、2中，角度感測器支撐基板5設置成和殼體4以及屏蔽板7一起覆蓋絕對型編碼器2的內部。
如圖5所示，角度感測器支撐基板5係在俯視中具有略矩形狀，且在上下方向呈細薄的板狀的印刷配線基板。此外，連接器6係連接於角度感測器支撐基板5，且為用於連接絕對型編碼器2與外部裝置(未圖示)者。
如圖2、3、4所示，絕對型編碼器2含有：主軸齒輪10，其具有第一蝸齒部11(第一驅動齒輪)；以及第一中間齒輪20，其具有第一蝸輪部21(第一從動齒輪)、第二蝸齒部22(第二驅動齒輪)以及第三蝸齒部28(第三驅動齒輪)。此外，絕對型編碼器2含有：第二中間齒輪30，其具有第三蝸輪部31(第三從動齒輪)以及第一正齒輪部32(第四驅動齒輪)；第一副軸齒輪40，其具有第二蝸輪部41(第二從動齒輪)以及支撐軸42(參照圖9)；以及第二副軸齒輪50，其具有第二正齒輪部51(第三從動齒輪)。此外，絕對型編碼器2含有：磁鐵Mp、對應於磁鐵Mp的角度感測器Sp、磁鐵Mq、對應於磁鐵Mq的角度感測器Sq、磁鐵Mr、對應於磁鐵Mr的角度感測器Sr、以及微電腦121。
如圖4、6所示，馬達1的主軸1a為馬達1的輸出軸，是傳送旋轉力到絕對型編碼器2的輸入軸。主軸齒輪10係固定於馬達1的主軸1a上，和主軸1a一體地被馬達1的軸承構件以可旋轉的方式支撐。第一蝸齒部11係以隨著馬達1的主軸1a的旋轉而旋轉的方式，設於主軸齒輪10的外周。在主軸齒輪10方面，第一蝸齒部11係設置成其中心軸與主軸1a的中心軸一致或者略一致。主軸齒輪10可由樹脂材料或金屬材料等各種材料形成。主軸齒輪10係由例如聚縮醛樹脂所形成。
如圖3、4所示，第一中間齒輪20係為將主軸齒輪10的旋轉傳送到第一副軸齒輪40以及第二中間齒輪30的齒輪部。第一中間齒輪20係被軸23支撐於與基部3b略平行地延伸的旋轉軸線的周圍。第一中間齒輪20是延伸於其旋轉軸線方向的略圓筒形狀的構件。第一中間齒輪20含有第一蝸輪部21、第二蝸齒部22、以及第三蝸齒部28，在內部形成有貫穿孔，該貫穿孔供軸23插通。藉由將此軸23插通於設於齒輪基座部3的基部3b上的第一中間齒輪軸支撐部3g，使第一中間齒輪20被軸所支撐。第一蝸輪部21、第二蝸齒部22、以及第三蝸齒部28係依此順序配置於互相分離的位置。第一中間齒輪20可由樹脂材料或金屬材料等各種材料形成。第一中間齒輪20係由聚縮醛樹脂所形成。
如圖4、7所示，第一蝸輪部21係設於第一中間齒輪20的外周。第一蝸輪部21係與第一蝸齒部11嚙合，設置成隨著第一蝸齒部11的旋轉而旋轉。第一蝸輪部21與第一蝸齒部11的軸角設定成90°或者略90°。
對第一蝸輪部21的外徑沒有特別的限制，但在圖示例中，第一蝸輪部21的外徑係設定小於第一蝸齒部11的外徑，第一蝸輪部21的外徑較小。藉此，在絕對型編碼器2方面，可以謀求上下方向的尺寸的小型化。
第二蝸齒部22係設於第一中間齒輪20的外周。第二蝸齒部22係伴隨第一蝸輪部21的旋轉而旋轉。第二蝸齒部22係與第一副軸齒輪40的第二蝸輪部41嚙合而使第一副軸齒輪40旋轉。在第一中間齒輪20方面，第二蝸齒部22係設置成其中心軸與第一蝸輪部21的中心軸一致或者略一致。
如圖4、8所示，第三蝸齒部28係設於第一中間齒輪20的外周。第三蝸齒部28係伴隨第一蝸輪部21的旋轉而旋轉。第三蝸齒部28係與第二中間齒輪30的第三蝸輪部31嚙合而使第二中間齒輪30旋轉。在第一中間齒輪20方面，第三蝸齒部28係設置成其中心軸與第一蝸輪部21的中心軸一致或者略一致。
如圖4、9所示，第一副軸齒輪40係隨著主軸1a的旋轉而被減速，並且和磁鐵Mq成為一體而旋轉。第一副軸齒輪40含有第二蝸輪部41、支撐軸42、第一軸承43、第二軸承44、以及第一間隔件45。在第一副軸齒輪40方面，第二蝸輪部41係被支撐軸42所支撐。
圖10為絕對型編碼器2的第一副軸齒輪40的剖面圖。
如圖10所示，第二蝸輪部41是俯視下呈略圓形狀的構件。第二蝸輪部41可由樹脂材料或金屬材料等各種材料形成。第二蝸輪部41係由例如聚縮醛樹脂所形成。第二蝸輪部41具備軸承收容部411、磁鐵保持部412、以及階差部413。
第二蝸輪部41係設於第一副軸齒輪40的外周，且與第二蝸齒部22嚙合，設置成隨著第二蝸齒部22的旋轉而旋轉。第二蝸輪部41與第二蝸齒部22的軸角設定成90°或者略90°。第二蝸輪部41的旋轉軸線係設置成與第一蝸齒部11的旋轉軸線平行或者略平行。
軸承收容部411是圓筒狀的空洞部分，該圓筒狀的空洞部分係設於以第二蝸輪部41的軸線A為中心的位置。軸承收容部411係軸線A方向的一側，具體而言，在圖9、10中，Z軸方向下側被開放。軸承收容部411的內周部4111的徑向(相對於軸線A垂直的方向、X軸方向、Y軸方向)的尺寸，係可將第一軸承43以及第二軸承44的外圈432、442壓入嵌合般的尺寸。軸承收容部411的軸線A方向(Z軸方向)的尺寸，係可在軸線A方向收容第一軸承43的外圈432以及第二軸承44的外圈442般的尺寸。此外，軸承收容部411係在軸線A方向另一側，在圖9、10中，Z軸方向上側，以與X軸以及Y軸平行的軸線A為中心而設有階差部413，該階差部413為環狀之面。再者，例如，在磁鐵Mq的直徑與第一軸承43以及第二軸承44的直徑相同的情況，第一副軸齒輪40的第二蝸輪部41也可以不具備階差部413。
和軸承收容部411同樣，磁鐵保持部412是環狀的空洞部分，該環狀的空洞部分係設於以第二蝸輪部41的軸線A為中心的位置。磁鐵保持部412係形成為可收容磁鐵Mq。磁鐵保持部412係設於比階差部413更靠軸線A方向另一側，為在圖9、10中的Z軸方向上側。磁鐵保持部412係在上述的空洞部分保持磁鐵Mq。
支撐軸42係藉由第一軸承43以及第二軸承44而將第二蝸輪部41以可旋轉的方式支撐。支撐軸42係從齒輪基座部3的基部3b略垂直地突出。
第一軸承43具有內圈431、外圈432以及轉動體433。內圈431是具有可安裝於支撐軸42的外周部421上的內周部4311的環狀構件。外圈432係設於內圈431的外周側。外圈432係和內圈431同軸，且是比內圈431大徑的環狀構件。轉動體433是複數個配置於內圈431與外圈432之間的球狀構件。第一軸承43係內圈431被壓入支撐軸42的外周部421。第一軸承43係外圈432的圓筒部4322被壓入第二蝸輪部41的軸承收容部411的內周部4111。第一軸承43係外圈432的軸線A方向(Z軸方向)上側的圓盤部4321抵接於第一間隔件45。如此，在軸線A方向以及徑向，第一軸承43被精度良好地固定於第二蝸輪部41以及支撐軸42。
第二軸承44具有內圈441、外圈442以及轉動體443。內圈441是具有可安裝於支撐軸42的外周部421上的內周部4411的環狀構件。外圈442係設於內圈441的外周側。外圈442係和內圈441同軸，且是比內圈441大徑的環狀構件。轉動體443是複數個配置於內圈441與外圈442之間的球狀構件。第二軸承44係內圈441被壓入支撐軸42的外周部421。第二軸承44係外圈442的軸線A方向(Z軸方向)上側的圓盤部4421抵接於第一軸承43的外圈432下側的圓盤部4321。此外，第二軸承44係外圈442的圓筒部4422被壓入第二蝸輪部41的軸承收容部411的內周部4111。
第一間隔件45是圓盤狀的構件，該圓盤狀的構件係具有以軸線A為中心的環狀圓盤部451與圓筒狀圓筒部452。在徑向，第一間隔件45與軸承收容部411的內周部4111嵌合。在軸線A方向，第一間隔件45係一側(Z軸方向下側)抵接於第一軸承43的外圈432的圓盤部4321。此外，在軸線A方向，第一間隔件45係另一側(Z軸方向上側)隔介磁鐵Mq而抵接於第二蝸輪部41的磁鐵保持部412。
藉由如上構成，在絕對型編碼器2方面，藉由第一副軸齒輪40所具有的複數個軸承(第一軸承43以及第二軸承44)被壓入固定於軸承收容部411，使得第一副軸齒輪40在軸線A方向以及徑向上，被精度良好地固定於支撐軸42。
磁鐵Mq是永久磁鐵，該永久磁鐵係在第二蝸輪部41的前端側(Z軸方向上側)，設於支撐軸42的軸線A上。磁鐵Mq在徑向上與軸承收容部411的內周部4111嵌合。磁鐵Mq藉由抵碰第一間隔件45，在軸承收容部411的軸線A方向，被固定於上側。角度感測器Sq和磁鐵Mq同樣，設於軸線A上。角度感測器Sq係檢測從磁鐵Mq產生的磁通的變化。
在圖4、8中，第二中間齒輪30是圓盤狀的齒輪部，該圓盤狀的齒輪部係隨著主軸1a的旋轉而旋轉，將主軸1a的旋轉減速並傳送到第二副軸齒輪50。第二中間齒輪30係設於第二蝸齒部22、以及設於第二副軸齒輪50上的第二正齒輪部51之間。第二正齒輪部51與第一正齒輪部32嚙合。第二中間齒輪30具有：第三蝸輪部31，其與第一中間齒輪20的第三蝸齒部28嚙合；以及第一正齒輪部32，其驅動第二正齒輪部51。第二中間齒輪30係以例如聚縮醛樹脂形成。第二中間齒輪30是俯視呈略圓形狀的構件。第二中間齒輪30係為齒輪基座部3的基部3b所軸支撐。
藉由具備第二中間齒輪30，該份量可以將後述的第二副軸齒輪50配置於遠離第三蝸齒部28的位置。因此，可以加長和磁鐵Mp、Mq之間的距離，減少彼此的漏磁通的影響。此外，藉由具備第二中間齒輪30，該份量使得可以設定減速比的範圍擴大，設計的自由度提高。
第三蝸輪部31係設於第二中間齒輪30的外周，且與第三蝸齒部28嚙合，設置成隨著第三蝸齒部28的旋轉而旋轉。第一正齒輪部32係在第二中間齒輪30的外周，設置成其中心軸與第三蝸輪部31的中心軸一致或者略一致。第一正齒輪部32係與第二正齒輪部51嚙合，設置成隨著第三蝸輪部31的旋轉而旋轉。第三蝸輪部31以及第一正齒輪部32的旋轉軸線係設置成與第一蝸齒部11的旋轉軸線平行或者略平行。
在圖8中，第二副軸齒輪50是俯視下呈圓形狀的齒輪部，該俯視圓形狀的齒輪部係隨著主軸1a的旋轉而旋轉，且將主軸1a的旋轉減速並傳送到磁鐵Mr。第二副軸齒輪50係被軸支撐於從齒輪基座部3的基部3b略垂直延伸的旋轉軸線周圍。第二副軸齒輪50含有第二正齒輪部51、以及保持磁鐵Mr的磁鐵保持部。
第二正齒輪部51係在第二副軸齒輪50的外周，設置成其中心軸與第一正齒輪部32的中心軸一致或者略一致。第二正齒輪部51係與第一正齒輪部32嚙合，設置成隨著第三蝸輪部31的旋轉而旋轉。第二正齒輪部51的旋轉軸線係設置成與第一正齒輪部32的旋轉軸線平行或者略平行。第二副軸齒輪50可由樹脂材料或金屬材料等各種材料形成。第二副軸齒輪50係由聚縮醛樹脂所形成。
此處，由於第一蝸輪部21與第一蝸齒部11嚙合，所以將第一蝸輪部21朝向第一蝸齒部11的方向設為第一嚙合方向P1(圖4的箭頭P1方向)。同樣地，由於第二蝸齒部22與第二蝸輪部41嚙合，所以將第二蝸齒部22朝向第二蝸輪部41的方向設為第二嚙合方向P2(圖4的箭頭P2方向)。再者，由於第三蝸齒部28與第三蝸輪部31嚙合，所以將第三蝸齒部28朝向第三蝸輪部31的方向設為第三嚙合方向P3(圖4的箭頭P3方向)。在本實施形態中，第一嚙合方向P1、第二嚙合方向P2、以及第三嚙合方向P3都是沿著水平面(XY平面)的方向。
磁鐵Mp係在主軸齒輪10的上面，被固定成雙方的中心軸一致或者略一致。磁鐵Mp為磁鐵支撐部17所支撐，該磁鐵支撐部17係經由座部16而設於主軸齒輪10的中心軸上。座部16係由鋁合金等非磁性體所形成。為了與磁鐵Mp徑向的外周面相接並保持該外周面，座部16的內周面係對應於磁鐵Mp的外徑或外周面的形狀，例如形成為環狀。此外，磁鐵支撐部17的內周面係以與座部16的外周面相接之方式，對應於座部16的外徑或外周面的形狀，例如形成為環狀。磁鐵Mp具有雙極的磁極，該雙極的磁極係排列在相對於主軸齒輪10的旋轉軸線垂直的方向。為了檢測主軸齒輪10的旋轉角度，角度感測器Sp以其下面隔介間隙而在磁鐵Mp的上面於上下方向呈對向的方式，設於角度感測器支撐基板5的下面5a。
作為一例，角度感測器Sp被固定於角度感測器支撐基板5上，該角度感測器支撐基板5為基板支柱110所支撐，該基板支柱110係配設於絕對型編碼器2的後述齒輪基座部3上。角度感測器Sp係檢測磁鐵Mp的磁極，將檢測資訊輸出到微電腦121。微電腦121係藉由基於所輸入的關於磁極的檢測資訊而規定磁鐵Mp的旋轉角度，以規定主軸齒輪10的旋轉角度，即主軸1a的旋轉角度。主軸1a的旋轉角度的解析度係對應於角度感測器Sp的解析度。如後述，微電腦121係基於所規定的第一副軸齒輪40的旋轉角度以及所規定的主軸1a的旋轉角度而規定主軸1a的旋轉量，並將此輸出。作為一例，微電腦121也可以將馬達1的主軸1a的旋轉量以數位訊號輸出。
角度感測器Sq係檢測第二蝸輪部41的旋轉角度，即第一副軸齒輪40的旋轉角度。磁鐵Mq係在第一副軸齒輪40的上面，被固定成雙方的中心軸一致或者略一致。磁鐵Mq具有雙極的磁極，該雙極的磁極係排列在相對於第一副軸齒輪40的旋轉軸線垂直的方向。如圖3所示，為了檢測第一副軸齒輪40的旋轉角度，角度感測器Sq設置成其下面隔介間隙而在磁鐵Mq的上面於上下方向呈對向。
作為一例，角度感測器Sq係在和固定角度感測器Sp的面相同的面，被固定於固定有角度感測器Sp的角度感測器支撐基板5上。角度感測器Sq係檢測磁鐵Mq的磁極，將檢測資訊輸出到微電腦121。微電腦121係基於所輸入的關於磁極的檢測資訊而規定磁鐵Mq的旋轉角度，即第一副軸齒輪40的旋轉角度。
角度感測器Sr係檢測第二正齒輪部51的旋轉角度，即第二副軸齒輪50的旋轉角度。磁鐵Mr係在第二副軸齒輪50的上面，被固定成雙方的中心軸一致或者略一致。磁鐵Mr具有雙極的磁極，該雙極的磁極係排列在相對於第二副軸齒輪50的旋轉軸線垂直的方向。如圖3所示，為了檢測第二副軸齒輪50的旋轉角度，角度感測器Sr設置成其下面隔介間隙而在磁鐵Mr的上面於上下方向呈對向。
作為一例，角度感測器Sr被固定於角度感測器支撐基板5上，該角度感測器支撐基板5為基板支柱110所支撐，該基板支柱110係配設於絕對型編碼器2的後述齒輪基座部3上。角度感測器Sr係檢測磁鐵Mr的磁極，將檢測資訊輸出到微電腦121。微電腦121係基於所輸入的關於磁極的檢測資訊而規定磁鐵Mr的旋轉角度，即第二副軸齒輪50的旋轉角度。
關於各磁性感測器，也可以使用解析度比較高的磁性式角度感測器。磁性式角度感測器係在各旋轉體的軸向，一定的間隙而與包含各永久磁鐵的磁極的端面對向配置，基於此等磁極的旋轉而規定對向的旋轉體的旋轉角度並輸出數位訊號。作為一例，磁性式角度感測器含有：檢測元件，其檢測磁極；以及運算電路，其基於此檢測元件的輸出而輸出數位訊號。檢測元件也可以含有複數個(例如4個)例如霍爾元件(Hall element)或GMR(Giant Magneto Resistive；巨大磁阻)元件等磁場檢測元件。
運算電路也可以例如以複數個檢測元件輸出的差或比為關鍵(key)，使用查找表(lookup table)，藉由表處理來規定旋轉角度。此檢測元件與運算電路也可以集聚於一個IC晶片上。此IC晶片也可以被埋入具有薄型長方體形狀的外形的樹脂中。各磁性感測器將角度訊號輸出到微電腦121，該角度訊號是對應於藉由未圖示的配線構件所檢測到的各旋轉體的旋轉角度的數位訊號。例如，各磁性感測器將各旋轉體的旋轉角度以複數位元(例如7位元)的數位訊號輸出。
圖11為概略地顯示絕對型編碼器的功能性構造的方塊圖。如圖11所示，微電腦121係以焊接或黏接等方法固定於角度感測器支撐基板5的齒輪基座部3的基部3b側的面上。微電腦121係以CPU構成，取得表示旋轉角度的數位訊號，運算主軸齒輪10的旋轉量，該旋轉角度係從各個角度感測器Sp、Sq、Sr所輸出。圖11所示的微電腦121的各個方塊是表示功能(機能)的方塊，該功能(機能)係藉由作為微電腦121的CPU執行程式而實現。微電腦121的各個方塊，在硬體上，可用以電腦的CPU(Central Processing Unit；中央處理單元)或RAM(Random Access Memory；隨機存取記憶體)為首的元件或機械裝置實現，在軟體上，可用電腦程式等實現，此處描繪了藉由此等合作而實現的功能方塊。因此，此等功能方塊可以藉由硬體、軟體的組合以各種形式實現，對於理解本說明書的精通本技術者而言，是可理解的。
微電腦121具備：旋轉角度取得部121p、旋轉角度取得部121q、旋轉角度取得部121r、表處理部121b、旋轉量規定部121c、以及輸出部121e。旋轉角度取得部121p係依據從角度感測器Sp輸出的信號而取得旋轉角度Ap，該旋轉角度Ap是顯示主軸齒輪10，即主軸1a的旋轉角度的角度資訊。旋轉角度取得部121q係依據從角度感測器Sq輸出的信號而取得旋轉角度Aq，該旋轉角度Aq是顯示第一副軸齒輪40的旋轉角度的角度資訊。旋轉角度取得部121r係取得旋轉角度Ar，該旋轉角度Ar是顯示以角度感測器Sr檢測到的第二副軸齒輪50的旋轉角度的角度資訊。
表處理部121b係參照第一對應關係表，規定對應於取得的旋轉角度Ap的主軸齒輪10的旋轉次數，該第一對應關係表係儲存有旋轉角度Ap、以及對應於旋轉角度Ap的主軸齒輪10的旋轉次數。此外，表處理部121b係參照第二對應關係表，規定對應於取得的旋轉角度Ar的主軸齒輪10的旋轉次數，該第二對應關係表係儲存有旋轉角度Ar、以及對應於旋轉角度Ar的主軸齒輪10的旋轉次數。
旋轉量規定部121c係按照由表處理部121b所規定的主軸齒輪10的旋轉次數、以及取得的旋轉角度Aq，規定關於主軸齒輪10的複數旋轉的第一旋轉量。輸出部121e係將由旋轉量規定部121c所規定的關於主軸齒輪10的複數旋轉的旋轉量轉換成顯示該旋轉量的資訊並輸出。
再者，表處理部121b、旋轉量規定部121c、以及輸出部121e也起作用作為角度位置資訊輸出部，該角度位置資訊輸出部係進行對後述的第一蝸齒部11的角度位置資訊的外部控制裝置(控制器)的輸出。此外，表處理部121b、旋轉量規定部121c、以及輸出部121e也進行對修正同後述的第一蝸齒部11的角度位置資訊用的角度誤差資訊的外部控制裝置的輸出。
如此構成的絕對型編碼器2可以按照基於角度感測器Sq、Sr的檢測資訊而規定的第一副軸齒輪40以及第二副軸齒輪50的旋轉角度，規定主軸1a的旋轉次數，並且可以基於角度感測器Sp的檢測資訊而規定主軸1a的旋轉角度。然後，微電腦121基於所規定的主軸1a的旋轉次數以及主軸1a的旋轉角度，規定關於主軸1a的旋轉複數次的旋轉量。
設於主軸1a上的主軸齒輪10的第一蝸齒部11的條數例如為1條，第一蝸輪部21的齒數例如為20齒。即，第一蝸齒部11與第一蝸輪部21構成減速比為20/1＝20的第一變速機構(參照圖4)。第一蝸齒部11旋轉20次時，第一蝸輪部21旋轉1次。第一蝸輪部21與第二蝸齒部22係設於同軸上，構成第一中間齒輪20，成為一體而旋轉，所以第一蝸齒部11旋轉20次時，即主軸1a以及主軸齒輪10旋轉20次時，第一中間齒輪20旋轉1次，第二蝸齒部22旋轉1次。
第二蝸齒部22的條數例如為5條，第二蝸輪部41的齒數例如為25齒。即，第二蝸齒部22與第二蝸輪部41構成減速比為25/5＝5的第二變速機構(參照圖4)。第二蝸齒部22旋轉5次時，第二蝸輪部41旋轉1次。形成有第二蝸輪部41的第一副軸齒輪40如後述，係和磁鐵座35以及磁鐵Mq成為一體而旋轉，因此，構成第一中間齒輪20的第二蝸齒部22旋轉5次時，磁鐵Mq旋轉1次。由以上，若是主軸1a旋轉100次，則第一中間齒輪20旋轉5次，第一副軸齒輪40以及磁鐵Mq旋轉1次。即，依據關於角度感測器Sq的第一副軸齒輪40的旋轉角度的檢測資訊，可以規定主軸1a旋轉50次份量的旋轉次數。
第三蝸齒部28的條數例如為1條，第三蝸輪部31的齒數例如為30齒。即，第三蝸齒部28與第三蝸輪部31構成減速比為30/1＝30的第三變速機構(參照圖4)。第三蝸齒部28旋轉30次時，第三蝸輪部31旋轉1次。形成有第三蝸輪部31的第二中間齒輪30設有第一正齒輪部32，該第一正齒輪部32具有與第三蝸輪部31的中心軸一致或者略一致的中心軸。因此，第三蝸輪部31旋轉時，第一正齒輪部32也旋轉。第一正齒輪部32係與設於第二副軸齒輪50上的第二正齒輪部51嚙合，因此，第二中間齒輪30旋轉時，第二副軸齒輪50也旋轉。
第二正齒輪部51的齒數例如為40齒，第一正齒輪部32的齒數例如為24齒。即，第一正齒輪部32與第二正齒輪部51構成減速比為40/24＝5/3的第四變速機構(參照圖4)。第一正齒輪部32旋轉5次時，第二正齒輪部51旋轉3次。形成有第二正齒輪部51的第二副軸齒輪50如後述，係和磁鐵Mr成為一體而旋轉，因此，構成第一中間齒輪20的第三蝸齒部28旋轉5次時，磁鐵Mr旋轉1次。由以上，若是主軸1a旋轉1000次，則第一中間齒輪20旋轉50次，第二中間齒輪30旋轉5/3次，第二副軸齒輪50以及磁鐵Mr旋轉1次。即，依據關於角度感測器Sr的第二副軸齒輪50的旋轉角度的檢測資訊，可以規定主軸1a旋轉1000次份量的旋轉次數。
[絕對型編碼器的作用] 以下，就絕對型編碼器2的作用，進行說明。
如上述(參照圖1～11)，絕對型編碼器2的第一副軸齒輪40含有作為第二從動齒輪的第二蝸輪部41、支撐軸42、第一軸承43、第二軸承44、以及第一間隔件45。第一軸承43以及第二軸承44被壓入軸承收容部411，該軸承收容部411是外圈432、442形成於以第二蝸輪部41的軸線A為中心的位置的圓筒狀的空洞部分。此外，第一軸承43以及第二軸承44係內圈431、441被壓入支撐軸42。
藉由如以上構成，絕對型編碼器2係固定於第一副軸齒輪40的支撐軸42的複數軸承，即第一軸承43的外圈432以及第二軸承44的外圈442固定於軸承收容部411的內周部4111。因此，藉由絕對型編碼器2，可以抑制第一軸承43的外圈432以及第二軸承44的外圈442對支撐軸42的傾斜。即，藉由絕對型編碼器2，可以抑制第一軸承43以及第二軸承44在軸承收容部411內部的移動，可以抑制隨著第二蝸輪部41的旋轉而產生的第一軸承43以及第二軸承44的外圈432、442的振動。因此，藉由絕對型編碼器2，可以抑制旋轉角度的檢測誤差。
此外，絕對型編碼器2係第一間隔件45收容於軸承收容部411。第一間隔件45係軸線A方向上側的圓盤部451抵接於被磁鐵保持部412所保持的磁鐵Mq。此外，第一間隔件45係從軸線A方向抵接於第一軸承43的外圈432的圓盤部4321。藉由具備第一間隔件45，絕對型編碼器2係第一軸承43的外圈432在軸線A方向上側抵接(碰到)第一間隔件45，所以可以抑制外圈432對支撐軸42(軸線A)的傾斜。此外，絕對型編碼器2藉由第二軸承44的外圈432的圓盤部4421和抵接於第一間隔件45的第一軸承43的外圈432的圓盤部4321在軸線A方向抵接，可以抑制外圈442對支撐軸42(軸線A)的傾斜。
即，絕對型編碼器2藉由將複數軸承(第一軸承43以及第二軸承44)壓入軸承收容部411而嵌合固定，可在軸線A方向以及徑向，將第一副軸齒輪40以良好精度支撐於支撐軸42。
因此，藉由絕對型編碼器2，可以抑制第一軸承43以及第二軸承44在軸承收容部411內部的移動，可以抑制隨著第二蝸輪部41的旋轉而產生的第一軸承43以及第二軸承44的外圈432、442的振動。因此，藉由絕對型編碼器2，可以抑制旋轉角度的檢測誤差。
藉由以上說明的絕對型編碼器2，可以改善副軸之旋轉角度的檢測精度。
[第一副軸齒輪的變形例] 其次，就以上說明的絕對型編碼器2的第一副軸齒輪40的變形例，進行說明。
圖12為絕對型編碼器2的變形例的第一副軸齒輪40B的放大剖面圖。
如圖12所示，變形例的第一副軸齒輪40B係軸承收容部411B的形狀和先前說明的軸承收容部411不同，該軸承收容部411B是設於以第二蝸輪部41的軸線A為中心的位置的圓筒狀的空洞部分。此外，第一副軸齒輪40B係第二間隔件46設於第一軸承43與第二軸承44之間，此點和先前說明的第一副軸齒輪40不同。以下，具體地說明絕對型編碼器2的變形例的第一副軸齒輪40B的構造。
軸承收容部411B係擴徑部4112設於Z軸方向下側的開放端附近，該擴徑部4112係徑向(X軸方向、Y軸方向)的尺寸比內周部4111B，即第一軸承43以及第二軸承44的外圈432、442的直徑還更擴大。藉由設置擴徑部4112，第二軸承44的外圈432的圓筒部4422未被壓入第二蝸輪部41B的軸承收容部411B。
如上述，第二間隔件46係在軸線A方向，設於第一軸承43與第二軸承44之間。第二間隔件46係從軸線A方向抵接於第一軸承43的外圈432下側的圓盤部4321、以及第二軸承44的外圈442上側的圓盤部4421。第二間隔件46最好如同橡膠薄板或者O形環，是由彈性體所形成的環狀構件。
藉由如以上構成，具備第一副軸齒輪40B的絕對型編碼器2係第一軸承43的外圈432固定於軸承收容部411B的內周部4111B。因此，藉由絕對型編碼器2，和具備上述第一副軸齒輪40的絕對型編碼器2同樣，可以抑制第一軸承43的外圈432傾斜。
此外，在軸承收容部411B方面，具備第一副軸齒輪40B的絕對型編碼器2係第二間隔件46收容於第一軸承43與第二軸承44之間。第二間隔件46係從軸線A方向抵接於第一軸承43的外圈432下側的圓盤部4321、以及第二軸承44的外圈442上側的圓盤部4421，對於圓盤部4321、4421發揮彈力。藉由具備第二間隔件46，絕對型編碼器2係第二軸承44的外圈442可從軸線A方向上側受到預壓，所以可以抑制外圈442的傾斜。
即，藉由具備第一副軸齒輪40B的絕對型編碼器2，可以抑制第一軸承43以及第二軸承44在軸承收容部411內部的移動，可以抑制隨著第二蝸輪部41的旋轉而產生的第一軸承43以及第二軸承44的外圈432、442的振動。因此，藉由絕對型編碼器2，可以抑制旋轉角度的檢測誤差。
藉由具備以上說明的變形例的第一副軸齒輪40B的絕對型編碼器2，和具備先前說明的第一副軸齒輪40的絕對型編碼器2同樣，可以改善副軸之旋轉角度的檢測精度。
以上，就本發明的實施形態進行了說明，但本發明並不受關於上述本發明實施形態的絕對型編碼器2所限定，且包含本發明的概念以及申請專利範圍所含的所有態樣。此外，為了取得上述課題以及效果的至少一部分，可以適當選擇性地組合各構造，也可以和眾所周知的技術組合。例如，上述實施形態中的各構成元件的形狀、材料、配置、尺寸等，可以依據本發明的具體使用態樣而進行適當變更。
例如，在絕對型編碼器2方面，也可以將以上說明的第一副軸齒輪40、40B的構造與第二副軸齒輪50組合，以抑制第二副軸齒輪50的振動而改善副軸之旋轉角度的檢測精度。
例如，在絕對型編碼器2方面，以上說明的第一副軸齒輪40、40B具備的軸承也可以不受兩個第一軸承43以及第二軸承44所限定，亦可為三個以上的複數。在此情況，壓入外圈的軸承係至少一個軸承的外圈被壓入第一副軸齒輪40、40B即可。
例如，在絕對型編碼器2方面，第一副軸齒輪40、40B具備的第一間隔件45的形狀，係只要第一間隔件45抵接於第一軸承43的外圈432即可。換言之，第一間隔件45的形狀若是內圈431以及支撐軸42不接觸磁鐵Mq或第一間隔件45的構造即可。因此，第一間隔件45的形狀不受上述的環狀所限定，例如也可以形成為圓盤狀而在一部分具有凹部。
1:馬達 1a:主軸 1b:壓入部 2:絕對型編碼器 3:齒輪基座部 4:殼體 4a:外壁部 5:角度感測器支撐基板 5a:下面 6:連接器 7:屏蔽板 8a:基板安裝螺釘 10:主軸齒輪 11:第一蝸齒部 16:座部 17:磁鐵支撐部 20:第一中間齒輪 21:第一蝸輪部 22:第二蝸齒部 23:軸 28:第三蝸齒部 30:第二中間齒輪 31:第三蝸輪部 32:第一正齒輪部 35:磁鐵座 40,40B:第一副軸齒輪 41,41B:第二蝸輪部 42:支撐軸 43:第一軸承 44:第二軸承 45:第一間隔件 46:第二間隔件 50:第二副軸齒輪 51:第二正齒輪部 121:微電腦 121b:表處理部 121c:旋轉量規定部 121e:輸出部 121p:旋轉角度取得部 121q:旋轉角度取得部 121r:旋轉角度取得部 411,411B:軸承收容部 412:磁鐵保持部 413:階差部 421:外周部 431:內圈 432:外圈 433:轉動體 441:內圈 442:外圈 443:轉動體 451:圓盤部 452:圓筒部 4111,4311,4411,4111B:內周部 4112:擴徑部 4321,4421:圓盤部 4322,4422:圓筒部 Mp,Mq,Mr:磁鐵 Sp,Sq,Sr:角度感測器
圖1為概略地顯示關於本發明實施形態的絕對型編碼器的構造的立體圖。 圖2為在除去屏蔽板的狀態下，概略地顯示圖1所示的絕對型編碼器的構造的立體圖。 圖3為在除去殼體的狀態下，概略地顯示圖2所示的絕對型編碼器的構造的立體圖。 圖4為在除去基板的狀態下，概略地顯示圖3所示的絕對型編碼器的構造的俯視圖。 圖5為從下面側看圖3所示的角度感測器支撐基板的圖。 圖6為圖4所示的絕對型編碼器的A-A剖面圖。 圖7為圖4所示的絕對型編碼器的B-B剖面圖。 圖8為圖4所示的絕對型編碼器的C-C剖面圖。 圖9為圖4所示的絕對型編碼器的D-D剖面圖。 圖10為圖9所示的絕對型編碼器的第一副軸齒輪的剖面圖。 圖11為概略地顯示圖1所示的絕對型編碼器的功能性構造的方塊圖。 圖12為圖9所示的絕對型編碼器的變形例的第一副軸齒輪的剖面圖。
40:第一副軸齒輪
41:第二蝸輪部
42:支撐軸
43:內圈
44:第二軸承
45:第一間隔件
411:軸承收容部
412:磁鐵保持部
413:階差部
421:外周部
431:內圈
432:外圈
433:轉動體
441:內圈
442:外圈
443:轉動體
451:圓盤部
452:圓筒部
4111:內周部
4311:內周部
4321:圓盤部
4322:圓筒部
4411:內周部
4421:圓盤部
Mq:磁鐵

Claims (7)

  1. 一種絕對型編碼器，其具備： 第一驅動齒輪，其隨著主軸的旋轉而旋轉； 第一從動齒輪，其中心軸和前述第一驅動齒輪的中心軸正交，且與前述第一驅動齒輪嚙合； 第二驅動齒輪，其和前述第一從動齒輪設於同軸上，且隨著前述第一從動齒輪的旋轉而旋轉； 第二從動齒輪，其中心軸和前述第一從動齒輪的中心軸正交，且與前述第二驅動齒輪嚙合； 支撐軸，其將前述第二從動齒輪以可旋轉的方式支撐； 磁鐵，其和前述支撐軸一體地旋轉； 角度感測器，其設於前述磁鐵的附近，以檢測從前述磁鐵產生的磁通的變化； 第一軸承，其外圈固定於前述第二從動齒輪上，且內圈固定於前述支撐軸上；以及 第二軸承，其內圈固定於前述支撐軸上。
  2. 如請求項1之絕對型編碼器，其中， 前述第二從動齒輪係在以軸線為中心的位置上，具有軸承收容部，該軸承收容部是圓筒狀的空洞部分， 前述第一軸承的外圈固定於前述軸承收容部上。
  3. 如請求項2之絕對型編碼器，其中， 具備：第一間隔件，其收容於前述軸承收容部，且從軸線方向抵接於前述第一軸承的外圈。
  4. 如請求項3之絕對型編碼器，其中， 前述軸承收容部係軸線方向的一側開放， 前述第一間隔件係在徑向上抵接於前述軸承收容部的內周部，且在軸線方向上抵接於前述第一軸承的外圈。
  5. 如請求項2至4中任一項之絕對型編碼器，其中， 前述第二軸承的外圈係在軸線方向上抵接於前述第一軸承的外圈。
  6. 如請求項2至5中任一項之絕對型編碼器，其中， 前述第二軸承的外圈係固定於前述軸承收容部。
  7. 如請求項1至4中任一項之絕對型編碼器，其中， 具備：第二間隔件，其設於前述第一軸承與前述第二軸承之間，且從軸線方向抵接於前述第一軸承以及前述第二軸承各自的外圈。
TW110111311A 2020-03-31 2021-03-29 絕對型編碼器 TW202206779A (zh)

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