JP4452962B2

JP4452962B2 - Multi-rotation type absolute value encoder and multi-rotation type absolute value encoder detection method

Info

Publication number: JP4452962B2
Application number: JP2000106496A
Authority: JP
Inventors: 吉田　　康
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2000-04-07
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2020-04-07
Also published as: JP2001289671A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの多回転量を絶対角度で検出する検出装置に関するものであり、特に外部電源が不要なバッテリレス形多回転式絶対値エンコーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多回転式絶対値エンコーダとして、絶対値角度を積算し多回転量を計算するものがあった。この多回転式絶対値エンコーダは、１回転以内の絶対値角度を検出する単体の絶対値エンコーダで構成され、主電源が供給されている間に積算された絶対値角度から多回転量を計算し、その多回転量を電源供給不要なフラッシュメモリなどの記憶装置に記録することで、電源停止時も多回転量を保持することができた。しかし、主電源停止時に外力により回転した回転量を検出するには、絶対値エンコーダに外部バッテリ（電池電源）から電源を供給しなければならなかった。
そこで、従来ロボットや工作機などに使用するサーボモータには、外部バッテリが不要なバッテリレスの多回転式絶対値エンコーダとして、第１の絶対値エンコーダと第２の絶対値エンコーダとを機械式ギアで結合することにより、１回転以内の絶対値角度を第１の絶対値エンコーダで検出し、多回転量を第２の絶対値エンコーダで検出し、２つの絶対値エンコーダから検出した絶対値角度と多回転量とを信号処理回路で合成して多回転絶対角度信号を検出する多回転式絶対値エンコーダを用いていた。
また、このような機械式ギアの代わりに磁気式ギアを用いた多回転式絶対値エンコーダ（例えば特開平１０−１８５６２３号公報）もあった。図９に、この磁気式ギアを用いた多回転式絶対値エンコーダの概略構成図を示す。
図９において、１は１回転以内の絶対値角度を検出する第１の絶対値エンコーダ、２は多回転量を検出する第２の絶対値エンコーダ、３０１は第１の絶対値エンコーダの回転軸１０に設けた磁性体の表面にＮ極、Ｓ極を螺旋状に着磁してなる磁気ウォーム、４０１は第２の絶対値エンコーダの回転軸２０に設けた磁気ウォームホイールである。磁気式第１の歯車３０１と磁気式第２の歯車４０１は、空隙を介して磁気的に高い歯数比で結合しており、第１の絶対値エンコーダの回転軸１０が１回転すると第２の絶対値エンコーダの回転軸２０は従動的にー定角度だけ回転する。第１の絶対値エンコーダと第２の絶対値エンコーダには、回転角度を機械的に記録できるものを用いているため、電源が供給されていない状態で回転軸１０および回転軸２０が回転しても、電源供給後に第１の絶対値エンコーダの回転角度から絶対値角度を検出するとともに、第２の絶対値エンコーダの回転角度から多回転量を検出し、信号処理回路で合成することにより多回転絶対角度信号を検出できる。そのため、多回転量の保持用の外部バッテリ（電池電源）が不要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術においては、次のような問題があった。
(1) 単体の絶対値エンコーダを用いた従来の多回転式絶対値エンコーダにおいては、電源停止時の多回転量を検出するのに、外部バッテリが必要である。そのため、消耗品である外部バッテリを用いることにより、多回転式絶対値エンコーダの信頼性が低下するとともに、外部バッテリを定期的に交換しなければならず面倒である。
(2) バッテリレスにするために複数の絶対値エンコーダを組み合わせた従来の多回転式絶対値エンコーダにおいては、常に機械式ギアまたは磁気式ギアが結合した状態であるため、第１の絶対値エンコーダの回転軸を回転させると第２の絶対値エンコーダの回転軸も回転する。そのため、従来の多回転式絶対値エンコーダをサーボモータに組み込んだ場合、第１のエンコーダと第２のエンコーダのイナーシャが加わるので、サーボモータのイナーシャが大きくなり、サーボモータの応答性が低下する。
(3) 機械式ギアまたは磁気式ギアのガタによりサーボモータの位置精度が悪くなる。
(4) 機械式ギアを用いたものは、ギア音が大きく、また、機械的な結合によりギアが摩耗して多回転式絶対値エンコーダの寿命が短くなる。
本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、外部バッテリを用いずに、電源停止時の多回転量を検出することができる多回転式絶対値エンコーダおよび多回転式絶対値エンコーダの多回転検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、
第１の絶対値エンコーダと、第２の絶対値エンコーダと、前記第２の絶対値エンコーダの回転軸に連結された第２の歯車と、前記第２の歯車に結合した第１の歯車と、前記第１の絶対値エンコーダの出力信号と前記第２の絶対値エンコーダの出力信号から多回転絶対角度信号を検出する信号処理回路とを備えた多回転式絶対値エンコーダにおいて、
前記第１の絶対値エンコーダの回転軸と前記第１の歯車とが、連結状態にも非連結状態にもなるように、前記第１の絶対値エンコーダの回転軸もしくは前記第１の歯車に可動機構を取り付けたものである。
また、多回転式絶対値エンコーダの多回転量検出方法として、
前記第１の絶対値エンコーダの前記回転軸と前記第１の歯車とが、非連結状態にある時は、前記第１の絶対値エンコーダの絶対値角度を前記信号処理回路で積算することにより被測定回転軸の多回転量を検出し、
前記第１の絶対値エンコーダの前記回転軸と前記第１の歯車とが連結状態にある時は、前記第２の絶対値エンコーダの絶対値回転角度により被測定回転軸の多回転量を検出するものである。
上記手段により、
(1) 外部バッテリを用いずに、電源停止時の被測定回転軸の多回転量を検出することができる。そのため消耗品である外部バッテリを用いないため多回転式絶対値エンコーダの信頼性が向上する。外部バッテリを定期的に交換する手間も省ける。
(2) 本発明の多回転式絶対値エンコーグをサーボモータに取り付けた場合、モータ運転時には第１の絶対値エンコーダのみがモータに連結しているため、第２のエンコーダのイナーシャはサーボモータに影響せず、サーボモータの応答性が向上する。
(3) モータ運転時には第１の歯車と第２の歯車からなるギア部は停止しているため、ギア部によるガタがサーボモータの位置精度に影響することはない。
(4) 第１の絶対値エンコーダの回転軸が高速で回転するモータ運転時には、ギア部は停止しているため、ギア音は発生しないし、ギア摩耗も生じない。モー夕停止時にはギア部が作動するが、第１の絶対値エンコーダの回転軸は低速でしか回転しないので、ギア音は小さくギア摩耗も少ない。そのため、ギア音の問題や、ギアが摩耗による寿命の問題が生じない。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
［第１の実施例］
図１は、本発明の第１の実施例を示す多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。この図１は、モータ１００に接続した例を示している。
図において、１はモータシャフトなどの被測定回転軸１０１の１回転以内の絶対値角度を検出する第１の絶対値エンコーダ、２は被測定回転軸１０１の多回転量を検出する第２の絶対値エンコーダ、３は中空回転軸３０上に形成された第１の歯車で、機械式のウォームを用いている。４は第２の絶対値エンコーダ２の回転軸２０に連結した第２の歯車で、機械式のウォームホイールを用いている。
可動機構としては、第１の歯車３の可動軸３１を軸方向に移動可能な構造にし、この可動軸３１に２方向の力が加わるような手段を設ければよい。軸方向に移動可能な第１の歯車３の構造のー例としては、中空回転軸３０の構造、つまり、第１の歯車３を中空構造にし、その中に可動軸３１を挿入するようにすればよい。第１の歯車３の中空回転軸３０と可動軸３１は、回転方向には従動する必要があるため、図２に示すように、中空回転軸３０の穴および可動軸３１の断面を多角形にしたり、図３に示すように、中空回転軸３０にレール溝３３ａを設けるとともに、可動軸３１にレール３３ｂを設けるようにしてもよい。また、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と、第１の歯車３の可動軸３１との軸心を合わせるために、図４のように第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０からの延長軸１１が、第１の歯車３の可動軸３１を貫くようにしてもよい。第１の実施例では、図４に示す可動機構を用いている。
３２は第１の絶対値エンコーダ１と反対側の可動軸３１に設けられた磁性体で、６は磁性体３２の近傍の電磁力発生手段として用いたソレノイドコイルである。７は中空回転軸３０と可動軸３１と間に接続した弾性体であり、スプリング状のバネを用いている。５は信号処理回路であり、第１の絶対値エンコーダ１および第２の絶対値エンコーダ２の出力信号を処理するとともに、ソレノイドコイル６への通電を制御する。なお、信号処理回路５は、バックアップ電源が不要な図示しないフラッシュメモリを内蔵している。
本発明は、複数の絶対値エンコーダ１、２を組み合わせ、被測定回転軸１０１の多回転量および絶対値角度を測定する多回転式絶対値エンコーダであり、第１の絶対値エンコーダ１を被測定回転軸１０１に連結し、第２の絶対値エンコーダ２に第２の歯車４を連結し、前記第２の歯車４には第１の歯車３を結合し、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３とが連結状態にも非連結状態にもなるような可動機構を第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０もしくは第１の歯車３に取り付けたものである。
第１の絶対値エンコーダ１は、被測定回転軸１０１の１回転以内の絶対値角度を検出する絶対値エンコーダであり、１回転以内の回転量の情報は機械的に保持するので、バッテリが必要ない。
第２の絶対値エンコーダ２は、被測定回転軸１０１の多回転量を検出するためであるが、構成は第１の絶対値エンコーダ１と同じで、回転軸２０の１回転以内の絶対値角度を検出する絶対値エンコーダであり、バッテリレスで１回転以内の回転量情報を機械的に保持できる。
第１の歯車３と第２の歯車４の歯数比を１：Ｎとすると、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３とが連結状態にあるとき、第１の絶対値エンコーダ１が１回転すれば第２の絶対値エンコーダ２は３６０／Ｎ度回転する。そこで、第２の絶対値エンコーダ２で、できるだけ多くの第１の絶対値エンコーダ１の回転量を検出するためには、歯数比１：Ｎをできるだけ大きくとる必要がある。そのためには、第１の歯車３と第２の歯車４を歯数比の大きな平歯車で形成してもかまわないが、好ましくは第１の歯車３をウォームに、第２の歯車４をウォームホイールにしたウォームギアを用いるとよい。第１の実施例において、第１の歯車３と、第２の歯車４は、１：１００の歯車比で形成している。また、図示はしていないが、第１の歯車３と第２の歯車４は、空隙を介して磁気的に結合した磁気式の歯車であってもかまわない。その場合の組み合わせのー例としては、磁気式ウォームと磁気式ウォームホイールがある。
また、第１の歯車３の可動軸３１を移動させる力の発生手段としては、ソレノイドコイル６などのような電気的に動作する電磁力発生手段と、第１の絶対値エンコーダ１に電源が供給されない状態でも力が生じるような弾性体７による弾性力や永久磁石による磁気力を用いればよい。電磁力発生手段のー例として、図１のようにソレノイドコイル６を第１の歯車３の可動軸３１の延長方向に設ければよく、ソレノイドコイル６を流れる電流を制御することにより電磁力の発生をオン・オフできる。この電磁力により、第１の歯車３の可動軸３１が移動するように、第１の歯車３の可動軸３１の少なくともー部に磁性体３３を設ける。弾性体７としては、スプリング状のバネおよび板バネのように弾力性のある機械部品や、天然ゴムおよび合成ゴムその他合成樹脂等の弾力性のある素材を用いたものでもかまわないが、図１ではスプリング状のバネを弾性体７として用いている。この弾性体７の一方端を軸方向に移動可能な第１の歯車３の可動軸３１に固定し、他方端を軸方向に移動しないもの、例えば第１の歯車３の中空構造物３１に固定する。
図１に示すように、ソレノイドコイル６とバネからなる弾性体７とを組み合わた構成で、弾性体７の弾性力より大きな電磁吸引力を発生するようにソレノイドコイル６に電流を流すと、第１歯車３の可動軸３１が第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０から離れ、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３とが非連結状態になる。ソレノイドコイル６への通電を停止すると、図５に示すように、弾性体７の弾性力のみが第１歯車３の可動軸３１に働き、この弾性力により第１歯車３の可動軸３１が第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０に押しつけられ、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３とが連結状態になる。
以下、被測定回転軸１０１の多回転量の検出方法を説明する。
(1) 信号処理回路５に電源が供給されているときには、第１の絶対値エンコーダ１の絶対値角度を信号処理回路５内の積算回路で積算することにより被測定回転軸１０１の多回転量を検出する。第１の歯車３、第２の歯車４および第２の絶対値エンコーダ２によるイナーシャの増加や機械的ガタ等の影響をさけるために、ソレノイドコイル６に電流を流して、可動軸３１をソレノイドコイル６側に吸引し、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３と非連結状態にする。第１の絶対値エンコーダ１の絶対値角度から被測定回転軸１０１の絶対角度を検出し、さらに第１の絶対値エンコーダ１の絶対角度を積算することにより、被測定回転軸１０１の多回転量を検出することができる。また、検出した多回転量は、電源停止時に備え、逐次若しくは電源停止直前に、不揮発性メモリに書き込む。不揮発性メモリとしては、ＥＥＰＲＯＭ、磁気バブルメモリやハードディスク、フロッピーディスクなどの磁気記録装置やＭＯ、ＤＶＤ−ＲＡＭ等の光記録装置などがあるが、好ましくはフラッシュメモリを用いるとよい。
(2) 信号処理回路への電源供給が停止したときには、ソレノイドコイル６への電流も停止し、可動軸３１への磁気吸引力が消滅する。弾性体７による弾性力のために、可動軸３１は第１の絶対値エンコーダの回転軸１０へ押しつけられ、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸１０と第１の歯車３とを連結状態にする。外力により被測定回転軸が多回転すると、その多回転量は、被測定回転軸の多回転量→第１の絶対値エンコーダ１→第１の歯車３→（減速）→第２の歯車４→第２の絶対値エンコーダ２の絶対値角度として機械的に記録される。
(3) 信号処理回路５への電源が再び供給された直後は、信号処理回路５の電源供給停止時に第２の絶対値エンコーダ２の絶対値回転角度として機械的に記録した被測定回転軸の多回転量を電気的に検出し、電源停止前に不揮発性メモリに記録した多回転量と合成し、絶対的な多回転量を求める。と同時に、ソレノイドコイル６へ電流を流し、第１の絶対値エンコーダ１の回転軸と第１の歯車とが再び非連結状態になるように可動機構を動作させる。
なお、第２の絶対値エンコーダ２の絶対値回転角度を検出後は、節電のために第２の絶対値エンコーダ２への電源供給は停止してもかまわない。
【０００６】
［第２の実施例］
本発明の第２の実施例を図を用いて詳細に説明する。
図６は、本発明の第２の実施例を示した多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。第１の実施例との違いは、第１の歯車３の回転軸端に永久磁石３５を形成し、第１の絶対値エンコーダの回転軸１０は磁性体で構成した点である。そのため、モータの停止時つまり信号処理回路５の電源供給が停止したときには、ばね７ａによる弾性力だけでなく磁気的な力も加わり、回転軸３０と第１の絶対値エンコーダの回転軸１０とはより強力な連結状態になる。
【０００７】
［第３の実施例］
本発明の第３の実施例を図を用いて詳細に説明する。
図７、８は、本発明の第３の実施例を示した多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。第２の実施例との違いは、中空回転軸３０と可動軸３１間のスプリング状のバネ７ａを取り除いた点である。
モータの運転時つまり信号処理回路５に電源が供給されていときは、ソレノイドコイル６ａに流す電流を適当に選ぶことにより、可動軸３１と第１の絶対値エンコーダの回転軸１０とを非連結状態し、モータの停止時つまり信号処理回路５の電源供給が停止したときは、永久磁石３５の磁気的な力により回転軸３０と第１の絶対値エンコーダの回転軸１０とを連結状態にすることができる。
上記本発明の各実施例では、第１および第２の歯車にギアを用いているが、第１の絶対値エンコーダの回転軸が高速で回転するモータ運転時には、ギア部は停止しているため、ギア音は発生しないし、ギア摩耗も生じない。また、モータ停止時にはギア部が作動するが、第１の絶対値エンコーダの回転軸は低速でしか回転しないので、ギア音は小さくギア摩耗も少ない。そのため、ギア音の問題や、ギアの摩耗による寿命の問題は、生じない。
なお、本発明においては、第２の絶対値エンコーダ２と第２の歯車４は、１組とは限らず、歯車比の異なる複数組設けるようにしてもよい。複数組の第２の絶対値エンコーダを用いることにより、各第２の絶対値エンコーダの回転角度の相対関係からより多回転の回転量の検出が可能となる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、以下のような効果がある。
(1) 外部バッテリを用いずに、電源停止時の多回転量を検出することができる。
そのため消耗品である外部バッテリを用いないため多回転式絶対値エンコーダの信頼性が向上する。外部バッテリを定期的に交換する手間も省ける。
(2) 本発明の多回転式絶対値エンコーダをサーボモータに取り付けた場合、上記手段により、
▲１▼モータ運転時には第１の絶対値エンコーダのみがモータに連結しているため、
第２のエンコーダの重さはサーボモータのイナーシャに影響せず、サーボモータの応答性が向上する。
▲２▼モータ運転時には第１の歯車と第２の歯車からなるギア部は停止しているため、ギア部によるガタがサーボモータの位置精度に影響することはない。
▲３▼第１の絶対値エンコーダの回転軸が高速で回転するモータ運転時には、ギア部は停止しているため、ギア音は発生しないし、ギア摩耗も生じない。モータ停止時にはギア部が作動するが、第１の絶対値エンコーダの回転軸は低速でしか回転しないので、ギア音は小さくギア摩耗も少ない。そのため、ギア音の問題や、ギアが摩耗による寿命の問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】モータ運転時の本発明の第１の実施例を示す多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。
【図２】第１の歯車の第１の例である。
【図３】第１の歯車の第２の例である。
【図４】第１の歯車の第３の例である。
【図５】モータ停止時の本発明の第１の実施例を示す多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。
【図６】本発明の第２の実施例を示す多回転式絶対値エンコーダの概略構図である。
【図７】モータ運転時の本発明の第３の実施例を示す多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。
【図８】モータ停止時の本発明の第３の実施例を示す多回転式絶対値エコーダの概略構成図である。
【図９】従来の多回転式絶対値エンコーダの概略構成図である。
【符号の説明】
１第１の絶対値エンコーダ、
１０第１の絶対値エンコーダの回転軸、
１１延長軸、
２第２の絶対値エンコーダ、
２０第２の絶対値エンコーダの回転軸、
３第１の歯車、
３０可動軸、
３１中空構造部、
３２磁性体、
３３ａレール溝、
３３ｂレール、
３４永久磁石、
４第２の歯車、
６ソレノイドコイル、
７弾性体、
１００モータ、
１０１被測定回転軸[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a detection device that detects the amount of multi-rotation of a servo motor used in a robot or machine tool by an absolute angle, and more particularly to a batteryless multi-rotation absolute value encoder device that does not require an external power source. is there.
[0002]
[Prior art]
As a conventional multi-rotation type absolute value encoder, there is an encoder that integrates absolute angle and calculates a multi-rotation amount. This multi-rotation absolute value encoder is composed of a single absolute value encoder that detects an absolute value angle within one rotation, and calculates the multi-rotation amount from the absolute value angle accumulated while the main power is supplied. By recording the multi-rotation amount in a storage device such as a flash memory that does not require power supply, the multi-rotation amount can be maintained even when the power is stopped. However, in order to detect the amount of rotation rotated by an external force when the main power supply is stopped, power must be supplied from an external battery (battery power supply) to the absolute value encoder.
Therefore, the servo motors used in conventional robots and machine tools have a first absolute value encoder and a second absolute value encoder as mechanical gears as a batteryless multi-rotation absolute value encoder that does not require an external battery. The absolute value angle within one rotation is detected by the first absolute value encoder, the multiple rotation amount is detected by the second absolute value encoder, and the absolute value angle detected by the two absolute value encoders A multi-rotation absolute value encoder that combines a multi-rotation amount with a signal processing circuit to detect a multi-rotation absolute angle signal has been used.
There is also a multi-rotation absolute value encoder (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-185623) using a magnetic gear instead of such a mechanical gear. FIG. 9 shows a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder using the magnetic gear.
In FIG. 9, 1 is a first absolute value encoder that detects an absolute value angle within one rotation, 2 is a second absolute value encoder that detects a multi-rotation amount, and 301 is a rotary shaft 10 of the first absolute value encoder. Reference numeral 401 denotes a magnetic worm wheel provided on the rotary shaft 20 of the second absolute value encoder. The magnetic first gear 301 and the magnetic second gear 401 are coupled at a magnetically high gear ratio through a gap, and the second absolute shaft rotates once when the rotary shaft 10 of the first absolute encoder rotates once. The rotary shaft 20 of the absolute value encoder is rotated by a constant angle. Since the first absolute value encoder and the second absolute value encoder are capable of mechanically recording the rotation angle, the rotary shaft 10 and the rotary shaft 20 are rotated without power being supplied. In addition, the absolute value angle is detected from the rotation angle of the first absolute value encoder after the power is supplied, and the multiple rotation amount is detected from the rotation angle of the second absolute value encoder and synthesized by the signal processing circuit. An absolute angle signal can be detected. Therefore, an external battery (battery power source) for holding a multi-rotation amount is unnecessary.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the prior art has the following problems.
(1) In a conventional multi-rotation type absolute value encoder using a single absolute value encoder, an external battery is required to detect the multi-rotation amount when the power is stopped. For this reason, using an external battery that is a consumable item reduces the reliability of the multi-rotation absolute value encoder, and the external battery must be periodically replaced.
(2) In the conventional multi-rotation type absolute value encoder in which a plurality of absolute value encoders are combined to be battery-less, the first absolute value encoder is in a state where the mechanical gear or the magnetic gear is always coupled. When the rotary shaft is rotated, the rotary shaft of the second absolute value encoder is also rotated. For this reason, when the conventional multi-rotation absolute value encoder is incorporated in the servo motor, the inertia of the first encoder and the second encoder is added, so that the inertia of the servo motor is increased and the response of the servo motor is lowered.
(3) The position accuracy of the servo motor will deteriorate due to the backlash of the mechanical gear or magnetic gear.
(4) Gears with mechanical gears produce loud gear noise, and the gears wear due to mechanical coupling, shortening the life of the multi-turn absolute encoder.
The present invention has been made to solve such a problem, and a multi-rotation absolute value encoder and a multi-rotation absolute value that can detect a multi-rotation amount when the power is stopped without using an external battery. An object of the present invention is to provide a multi-rotation detection method for an encoder.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention provides:
A first absolute value encoder, a second absolute value encoder, a second gear coupled to the rotation shaft of the second absolute value encoder, and a first gear coupled to the second gear; In a multi-turn absolute value encoder comprising a signal processing circuit for detecting a multi-turn absolute angle signal from the output signal of the first absolute value encoder and the output signal of the second absolute value encoder,
The rotary shaft of the first absolute encoder and the first gear are movable on the rotary shaft of the first absolute encoder or the first gear so that the first gear and the first gear are both connected and disconnected. A mechanism is attached.
In addition, as a multi-rotation amount detection method of the multi-rotation type absolute value encoder,
When the rotating shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a disconnected state, the absolute value angle of the first absolute value encoder is integrated by the signal processing circuit. Detects the amount of multi-rotation of the measurement rotation axis,
When the rotation shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a connected state, the multi-rotation amount of the rotation shaft to be measured is detected from the absolute value rotation angle of the second absolute value encoder. Is.
By the above means
(1) Without using an external battery, it is possible to detect the amount of multiple rotations of the rotating shaft under measurement when the power is stopped. Therefore, since an external battery which is a consumable item is not used, the reliability of the multi-rotation absolute value encoder is improved. This saves you from having to replace the external battery regularly.
(2) When the multi-rotation absolute value encoding of the present invention is attached to a servo motor, only the first absolute value encoder is connected to the motor during motor operation, so the inertia of the second encoder affects the servo motor. Without increasing the responsiveness of the servo motor.
(3) Since the gear portion composed of the first gear and the second gear is stopped when the motor is operating, backlash caused by the gear portion does not affect the position accuracy of the servo motor.
(4) During the motor operation in which the rotary shaft of the first absolute value encoder rotates at high speed, the gear portion is stopped, so no gear noise is generated and no gear wear occurs. When the motor stops, the gear unit operates. However, since the rotation shaft of the first absolute value encoder rotates only at a low speed, the gear sound is small and the gear wear is small. Therefore, the problem of gear noise and the problem of life due to wear of the gear do not occur.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows an example in which the motor 100 is connected.
In the figure, 1 is a first absolute value encoder that detects an absolute value angle within one rotation of a rotating shaft 101 to be measured such as a motor shaft, and 2 is a second absolute value that detects a multi-rotation amount of the rotating shaft 101 to be measured. The value encoder 3 is a first gear formed on the hollow rotary shaft 30 and uses a mechanical worm. Reference numeral 4 denotes a second gear connected to the rotary shaft 20 of the second absolute value encoder 2, which uses a mechanical worm wheel.
As the movable mechanism, it is only necessary to provide a structure in which the movable shaft 31 of the first gear 3 is movable in the axial direction, and means for applying a force in two directions to the movable shaft 31 may be provided. As an example of the structure of the first gear 3 that is movable in the axial direction, the structure of the hollow rotary shaft 30, that is, the first gear 3 is formed into a hollow structure, and the movable shaft 31 is inserted therein. That's fine. Since the hollow rotating shaft 30 and the movable shaft 31 of the first gear 3 need to be driven in the rotational direction, the hole of the hollow rotating shaft 30 and the cross section of the movable shaft 31 are polygonal as shown in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 3, a rail groove 33 a may be provided on the hollow rotary shaft 30, and a rail 33 b may be provided on the movable shaft 31. Further, in order to align the axis of the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1 and the movable shaft 31 of the first gear 3, from the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1 as shown in FIG. The extension shaft 11 may pass through the movable shaft 31 of the first gear 3. In the first embodiment, the movable mechanism shown in FIG. 4 is used.
32 is a magnetic body provided on the movable shaft 31 opposite to the first absolute value encoder 1, and 6 is a solenoid coil used as electromagnetic force generating means in the vicinity of the magnetic body 32. Reference numeral 7 denotes an elastic body connected between the hollow rotary shaft 30 and the movable shaft 31, and uses a spring-like spring. A signal processing circuit 5 processes output signals of the first absolute value encoder 1 and the second absolute value encoder 2 and controls energization to the solenoid coil 6. The signal processing circuit 5 includes a flash memory (not shown) that does not require a backup power source.
The present invention is a multi-rotation type absolute value encoder that combines a plurality of absolute value encoders 1 and 2 to measure a multi-rotation amount and an absolute value angle of a rotating shaft 101 to be measured, and the first absolute value encoder 1 is measured. The second gear 4 is connected to the rotary shaft 101, the second gear 4 is connected to the second absolute value encoder 2, the first gear 3 is connected to the second gear 4, and the first absolute value encoder 1 is rotated. A movable mechanism in which the shaft 10 and the first gear 3 are connected or disconnected is attached to the rotary shaft 10 or the first gear 3 of the first absolute value encoder 1.
The first absolute value encoder 1 is an absolute value encoder that detects an absolute value angle within one rotation of the rotating shaft 101 to be measured. Since information on the amount of rotation within one rotation is mechanically held, a battery is required. Absent.
The second absolute value encoder 2 is for detecting the multi-rotation amount of the rotating shaft 101 to be measured, but the configuration is the same as the first absolute value encoder 1 and the absolute value angle within one rotation of the rotating shaft 20. Is an absolute value encoder that can detect the rotation amount within one rotation without a battery and can mechanically hold the rotation amount information.
Assuming that the gear ratio of the first gear 3 and the second gear 4 is 1: N, the first shaft 3 of the first absolute value encoder 1 and the first gear 3 are in a connected state. If the absolute value encoder 1 rotates once, the second absolute value encoder 2 rotates 360 / N degrees. Therefore, in order for the second absolute value encoder 2 to detect as much rotation amount of the first absolute value encoder 1 as possible, it is necessary to make the gear ratio 1: N as large as possible. For this purpose, the first gear 3 and the second gear 4 may be formed by a spur gear having a large gear ratio, but preferably the first gear 3 is a worm and the second gear 4 is a worm. Use a worm gear in the form of a wheel. In the first embodiment, the first gear 3 and the second gear 4 are formed with a gear ratio of 1: 100. Although not shown, the first gear 3 and the second gear 4 may be magnetic gears that are magnetically coupled via a gap. An example of such a combination is a magnetic worm and a magnetic worm wheel.
The force generating means for moving the movable shaft 31 of the first gear 3 is an electromagnetic force generating means such as a solenoid coil 6 or the like, and power is supplied to the first absolute value encoder 1. What is necessary is just to use the elastic force by the elastic body 7 and the magnetic force by a permanent magnet which produce a force even if it is not performed. As an example of the electromagnetic force generating means, the solenoid coil 6 may be provided in the extending direction of the movable shaft 31 of the first gear 3 as shown in FIG. 1, and the electromagnetic force is controlled by controlling the current flowing through the solenoid coil 6. Generation can be turned on and off. A magnetic body 33 is provided on at least a portion of the movable shaft 31 of the first gear 3 so that the movable shaft 31 of the first gear 3 is moved by this electromagnetic force. The elastic body 7 may be an elastic mechanical part such as a spring-like spring or a leaf spring, or may be made of an elastic material such as natural rubber, synthetic rubber or other synthetic resin. In this case, a spring-like spring is used as the elastic body 7. One end of the elastic body 7 is fixed to the movable shaft 31 of the first gear 3 that can move in the axial direction, and the other end is fixed to the hollow structure 31 of the first gear 3 that does not move in the axial direction. To do.
As shown in FIG. 1, when a current is passed through the solenoid coil 6 so as to generate an electromagnetic attraction force larger than the elastic force of the elastic body 7 in a configuration in which the solenoid coil 6 and the elastic body 7 made of a spring are combined, The movable shaft 31 of the first gear 3 is separated from the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1, and the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1 and the first gear 3 are disconnected. When the energization of the solenoid coil 6 is stopped, as shown in FIG. 5, only the elastic force of the elastic body 7 acts on the movable shaft 31 of the first gear 3, and the movable shaft 31 of the first gear 3 is moved by the elastic force. The rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1 is pressed against the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1, and the first gear 3 is connected.
Hereinafter, a method for detecting the multi-rotation amount of the rotation shaft 101 to be measured will be described.
(1) When power is supplied to the signal processing circuit 5, the absolute value angle of the first absolute value encoder 1 is integrated by the integrating circuit in the signal processing circuit 5, so that the amount of multiple rotations of the rotating shaft 101 to be measured Is detected. In order to avoid the influence of an increase in inertia and mechanical play due to the first gear 3, the second gear 4 and the second absolute value encoder 2, an electric current is passed through the solenoid coil 6 to move the movable shaft 31 to the solenoid coil. 6 is sucked into the first absolute value encoder 1 so that the rotary shaft 10 and the first gear 3 are not connected to each other. By detecting the absolute angle of the rotational axis 101 to be measured from the absolute value angle of the first absolute value encoder 1 and further integrating the absolute angle of the first absolute value encoder 1, the amount of multiple rotations of the rotational axis 101 to be measured Can be detected. Further, the detected multi-rotation amount is written in the non-volatile memory sequentially or immediately before the power is stopped in preparation for when the power is stopped. Non-volatile memories include magnetic recording devices such as EEPROM, magnetic bubble memory, hard disk, and floppy disk, and optical recording devices such as MO and DVD-RAM. A flash memory is preferably used.
(2) When the power supply to the signal processing circuit is stopped, the current to the solenoid coil 6 is also stopped, and the magnetic attractive force to the movable shaft 31 disappears. Due to the elastic force of the elastic body 7, the movable shaft 31 is pressed against the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder, and the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder 1 and the first gear 3 are connected. To do. When the rotation shaft to be measured makes multiple rotations due to external force, the rotation amount of the rotation shaft to be measured is the multiple rotation amount of the rotation shaft to be measured → first absolute value encoder 1 → first gear 3 → (deceleration) → second gear 4 → It is mechanically recorded as the absolute value angle of the second absolute value encoder 2.
(3) Immediately after the power supply to the signal processing circuit 5 is supplied again, when the power supply to the signal processing circuit 5 is stopped, the rotation axis of the measured rotating shaft mechanically recorded as the absolute value rotation angle of the second absolute value encoder 2 is used. The multi-rotation amount is electrically detected and combined with the multi-rotation amount recorded in the non-volatile memory before the power supply is stopped to obtain the absolute multi-rotation amount. At the same time, a current is passed through the solenoid coil 6 to operate the movable mechanism so that the rotating shaft of the first absolute value encoder 1 and the first gear are again disconnected.
Note that after the absolute value rotation angle of the second absolute value encoder 2 is detected, the power supply to the second absolute value encoder 2 may be stopped to save power.
[0006]
[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder showing a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that a permanent magnet 35 is formed at the end of the rotating shaft of the first gear 3, and the rotating shaft 10 of the first absolute value encoder is made of a magnetic material. Therefore, when the motor is stopped, that is, when the power supply of the signal processing circuit 5 is stopped, not only the elastic force by the spring 7a but also magnetic force is applied, and the rotary shaft 30 and the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder are more It becomes a strong connected state.
[0007]
[Third embodiment]
A third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIGS. 7 and 8 are schematic configuration diagrams of a multi-rotation absolute value encoder showing a third embodiment of the present invention. The difference from the second embodiment is that the spring-like spring 7a between the hollow rotary shaft 30 and the movable shaft 31 is removed.
During operation of the motor, that is, when power is supplied to the signal processing circuit 5, the movable shaft 31 and the rotary shaft 10 of the first absolute value encoder are disconnected from each other by appropriately selecting the current to be passed through the solenoid coil 6a. When the motor is stopped, that is, when the power supply of the signal processing circuit 5 is stopped, the rotary shaft 30 and the rotary shaft 10 of the first absolute encoder are connected by the magnetic force of the permanent magnet 35. Can do.
In each of the above embodiments of the present invention, gears are used for the first and second gears. However, the gear portion is stopped during motor operation in which the rotation shaft of the first absolute encoder rotates at high speed. No gear noise and no gear wear. Further, although the gear portion operates when the motor is stopped, the rotation shaft of the first absolute encoder rotates only at a low speed, so that the gear sound is small and the gear wear is small. Therefore, the problem of gear noise and the problem of life due to gear wear do not occur.
In the present invention, the second absolute value encoder 2 and the second gear 4 are not limited to one set, and a plurality of sets having different gear ratios may be provided. By using a plurality of sets of second absolute value encoders, it is possible to detect the amount of rotation of multiple rotations from the relative relationship of the rotation angles of the second absolute value encoders.
[0008]
【The invention's effect】
As described above, the present invention has the following effects.
(1) The amount of multi-rotation when the power is stopped can be detected without using an external battery.
Therefore, since an external battery which is a consumable item is not used, the reliability of the multi-rotation absolute value encoder is improved. This saves you from having to replace the external battery regularly.
(2) When the multi-turn absolute encoder of the present invention is attached to a servo motor,
(1) Since only the first absolute encoder is connected to the motor during motor operation,
The weight of the second encoder does not affect the inertia of the servo motor, and the response of the servo motor is improved.
{Circle around (2)} Since the gear portion composed of the first gear and the second gear is stopped during motor operation, backlash caused by the gear portion does not affect the position accuracy of the servo motor.
(3) During motor operation in which the rotation shaft of the first absolute value encoder rotates at a high speed, the gear portion is stopped, so that no gear noise is generated and no gear wear occurs. Although the gear unit operates when the motor is stopped, the rotating shaft of the first absolute encoder rotates only at a low speed, so the gear noise is small and the gear wear is small. Therefore, the problem of gear noise and the problem of life due to wear of the gear do not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder showing a first embodiment of the present invention during motor operation.
FIG. 2 is a first example of a first gear.
FIG. 3 is a second example of the first gear.
FIG. 4 is a third example of the first gear.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder showing a first embodiment of the present invention when the motor is stopped.
FIG. 6 is a schematic composition of a multi-rotation absolute value encoder showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value encoder showing a third embodiment of the present invention during motor operation.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a multi-rotation absolute value echoer showing a third embodiment of the present invention when the motor is stopped.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram of a conventional multi-rotation absolute value encoder.
[Explanation of symbols]
1 first absolute encoder,
10 Rotating shaft of the first absolute value encoder,
11 Extension shaft,
2 second absolute value encoder,
20 Rotary axis of the second absolute encoder,
3 first gear,
30 movable shaft,
31 hollow structure part,
32 Magnetic material,
33a Rail groove,
33b rail,
34 Permanent magnet,
4 Second gear,
6 Solenoid coil,
7 Elastic body,
100 motor,
101 Rotating shaft to be measured

Claims

A first absolute value encoder, a second absolute value encoder, a second gear coupled to the rotation shaft of the second absolute value encoder, and a first gear coupled to the second gear; In a multi-turn absolute value encoder comprising a signal processing circuit for detecting a multi-turn absolute angle signal from the output signal of the first absolute value encoder and the output signal of the second absolute value encoder,
The rotary shaft of the first absolute value encoder or the first gear is arranged so that the rotary shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a connected state or a non-connected state. A multi-rotation absolute value encoder characterized in that a movable mechanism is attached.

2. The first gear and the second gear are magnetic gears, and the first gear and the second gear are magnetically coupled through a gap. Multi-turn absolute encoder.

The multi-rotation absolute value encoder according to claim 1, wherein the first gear is a worm and the second gear is a worm wheel.

3. The multi-rotation absolute value encoder according to claim 1, wherein the first gear is a magnetic worm and the second gear is a magnetic worm wheel.

The movable mechanism is attached to a rotary shaft movable in the axial direction of the first gear, electromagnetic force generating means provided in the vicinity of the first gear, and the rotary shaft of the first gear. The multi-rotation absolute value encoder according to any one of claims 1 to 4, characterized by comprising an elastic body.

The movable mechanism is attached to a rotary shaft that is movable in the axial direction of the first gear, and / or either the rotary shaft of the first gear and the rotary shaft of the first absolute value encoder. 5. The multi-rotation absolute value encoder according to claim 1, comprising: a permanent magnet; and electromagnetic force generation means provided in the vicinity of the first gear.

The movable mechanism is attached to a rotary shaft that is movable in the axial direction of the first gear and / or the rotary shaft of the first gear and / or the rotary shaft of the first absolute encoder. 5. A permanent magnet, electromagnetic force generating means provided in the vicinity of the first gear, and an elastic body attached to the rotary shaft of the first gear. The multi-turn absolute encoder according to any one of the above.

A first absolute value encoder, a second absolute value encoder, a second gear coupled to the rotation shaft of the second absolute value encoder, and a first gear coupled to the second gear; A signal processing circuit for detecting a multi-rotation absolute angle signal from an output signal of the first absolute value encoder and an output signal of the second absolute value encoder, and a rotation shaft of the first absolute value encoder; A movable mechanism is attached to the rotary shaft or the first gear of the first absolute value encoder so that the first gear is in a connected state or a non-connected state, and the first absolute value encoder When the rotation shaft and the first gear are in a disconnected state, the absolute value angle of the first absolute value encoder is integrated by the signal processing circuit, whereby the amount of rotation of the rotation shaft to be measured is increased. Detect
When the rotation shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a connected state, the multi-rotation amount of the rotation shaft to be measured is detected from the absolute rotation angle of the second absolute value encoder. A multi-rotation detection method for a multi-rotation absolute value encoder.

A first absolute value encoder, a second absolute value encoder, a second gear coupled to the rotation shaft of the second absolute value encoder, and a first gear coupled to the second gear; A signal processing circuit for detecting a multi-rotation absolute angle signal from an output signal of the first absolute value encoder and an output signal of the second absolute value encoder, and a rotation shaft of the first absolute value encoder; A movable mechanism is attached to the rotary shaft or the first gear of the first absolute value encoder so that the first gear is in a connected state or a non-connected state, and the first absolute value encoder When the power is supplied to the first absolute value encoder, the movable mechanism is operated so that the rotary shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a disconnected state. Absolute angle Detecting multiple rotation amount of the rotating shaft to be measured by integrating with the serial signal processing circuit,
When the power supply to the signal processing circuit is stopped, the movable mechanism is operated so that the rotation shaft of the first absolute encoder and the first gear are connected, and the rotation shaft to be measured Is mechanically recorded as an absolute value rotation angle of the second absolute value encoder,
Immediately after the power to the signal processing circuit is supplied again, the absolute value rotation angle of the second absolute value encoder is electrically detected and processed, and the multi-rotation amount of the rotating shaft to be measured during the power supply stoppage is calculated. Seeking
Thereafter, the movable mechanism is operated so that the rotation shaft of the first absolute value encoder and the first gear are in a non-connected state. .