編碼器及馬達的製作方法

2023-10-07 16:31:04

編碼器及馬達的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種編碼器及馬達，通過減少磁場檢測元件的個數，從而可實現小型化及低成本化。該編碼器具備：可旋轉的圓板狀圓盤（110）；磁性檢測機構，對圓盤（110）的旋轉進行磁性檢測；光學檢測機構，對圓盤（110）的旋轉進行光學檢測；A相脈衝生成部（141），根據磁性檢測機構的輸出生成A相脈衝信號（a）；B相脈衝生成部（142），根據光學檢測機構的輸出生成與A相脈衝信號（a）具有90度相位差的B相脈衝信號（b）；及計數器（143），根據A相脈衝信號（a）及B相脈衝信號（b）檢測圓盤（110）的多轉量。
【專利說明】編碼器及馬達
【技術領域】
[0001]所公開的實施方式涉及一種編碼器及馬達。
【背景技術】
[0002]已知有一種檢測旋轉體的多轉量的編碼器。例如，專利文獻I中記載有一種編碼器，其具備A相磁場檢測元件及B相磁場檢測元件，檢測出旋轉圓盤所具備的磁性體部的漏磁通，輸出相互90度相位不同的I個脈衝/轉的信號。
[0003]專利文獻1:日本國特許第4453037號公報
[0004]磁場檢測元件安裝在與旋轉圓盤對置的基板上。通常磁場檢測元件是安裝在基板上的元件中外形較大且成本較高的部件。在此，上述現有技術的編碼器具備2個磁場檢測元件。因此存在如下問題，為了確保2個磁場檢測元件的安裝面積而導致基板大型化，從而導致編碼器進而導致馬達大型化，同時成本增大。

【發明內容】

[0005]於是，本發明是鑑於上述問題而進行的，本發明的目的在於提供一種編碼器及馬達，通過減少磁場檢測元件的個數，從而可實現小型化及低成本化。
[0006]為了解決上述課題，根據本發明的一個觀點，提供一種編碼器，其特徵在於，具備:
[0007]可旋轉的圓板狀圓盤；
[0008]磁性檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行磁性檢測；
[0009]光學檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行光學檢測；
[0010]第I檢測信號生成部，根據所述磁性檢測機構的輸出生成第I檢測信號；
[0011]第2檢測信號生成部，根據所述光學檢測機構的輸出生成與所述第I檢測信號具有規定相位差的第2檢測信號；
[0012]及多轉檢測部，根據所述第I檢測信號及所述第2檢測信號檢測所述圓盤的多轉量。
[0013]另外，也可以還具備發光控制部，在對所述編碼器的電源供電切換至備用電源時，以所述第I檢測信號的電平變化為起點使所述光學檢測機構的發光元件進行規定時間點燈後使其滅燈。
[0014]另外，所述磁性檢測機構具有:
[0015]磁鐵，與所述圓盤一起旋轉；
[0016]及磁性檢測部，檢測所述磁鐵，
[0017]所述第I檢測信號生成部通過磁滯比較器比較所述磁性檢測部的電壓和固定電阻的電壓，生成所述第I檢測信號。
[0018]另外，所述磁鐵的磁通朝向在每大致180度的旋轉角度範圍而反向，反向的位置對應於所述圓盤的原點位置，[0019]所述第I檢測信號生成部根據所述磁性檢測機構的輸出，生成所述圓盤每旋轉I轉而產生I個脈衝的所述第I檢測信號。
[0020]另外，所述光學檢測機構具有:
[0021]所述發光元件；
[0022]圓弧狀狹縫，在大致180度的旋轉角度範圍內連續形成在所述圓盤上；
[0023]及受光元件，接收從所述發光元件照射並受到所述狹縫的作用的光，
[0024]所述第2檢測信號生成部根據所述受光元件的輸出，生成所述圓盤每旋轉I轉而產生I個脈衝的所述第2檢測信號。
[0025]另外，所述光學檢測機構具有:
[0026]狹縫陣列，形成在所述圓盤上且具有絕對圖案；
[0027]及受光陣列，接收從所述發光元件照射並受到所述狹縫陣列的作用的光，
[0028]所述編碼器還具備絕對位置信號生成部，其根據所述受光陣列的輸出生成表示所述圓盤的I轉內的絕對位置的絕對位置信號。
[0029]另外，所述發光元件形成為點光源，
[0030]所述受光元件及所述受光陣列分別接收從所述發光元件照射並被所述狹縫及所述狹縫陣列反射的光。
[0031]為了解決上述課題，根據本發明的另一個觀點，提供一種馬達，具備:馬達，使轉軸旋轉；及編碼器，檢測所述轉軸的位置，其特徵在於，所述編碼器具有:
[0032]圓板狀圓盤，連結於所述轉軸；
[0033]磁性檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行磁性檢測；
[0034]光學檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行光學檢測；
[0035]第I檢測信號生成部，根據所述磁性檢測機構的輸出生成第I檢測信號；
[0036]第2檢測信號生成部，根據所述光學檢測機構的輸出生成與所述第I檢測信號具有規定相位差的第2檢測信號；
[0037]及多轉檢測部，根據所述第I檢測信號及所述第2檢測信號檢測所述圓盤的多轉量。
[0038]根據如上說明的本發明的編碼器及馬達，可以通過減少磁場檢測元件的個數而實現小型化及低成本化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是用於說明一個實施方式所涉及的伺服系統的說明圖。
[0040]圖2是用於說明該實施方式所涉及的編碼器的說明圖。
[0041]圖3是用於說明該實施方式所涉及的圓盤的說明圖。
[0042]圖4是用於說明該實施方式所涉及的位置數據生成部的說明圖。
[0043]圖5是用於說明該實施方式所涉及的A相脈衝生成部及B相脈衝生成部的電路例的說明圖。
[0044]圖6是用於說明該實施方式所涉及的外部電源供電時的A相脈衝信號及B相脈衝信號的波形的一個例子的說明圖。
[0045]圖7是用於說明該實施方式所涉及的備用電源供電時的A相脈衝信號、B相脈衝信號及電源控制脈衝信號的波形的一個例子的說明圖。
[0046]圖8是用於說明對比例和一個實施方式所涉及的A相脈衝信號、B相脈衝信號及電源控制脈衝信號的原點附近的波形的一個例子的說明圖。
[0047]符號說明
[0048]100-編碼器；110-圓盤；120_磁性檢測部(磁性檢測機構的一個例子)；131_光源(發光元件的一個例子、光學檢測機構的一個例子)；141-A相脈衝生成部(第I檢測信號生成部的一個例子);142-B相脈衝生成部(第2檢測信號生成部的一個例子)；143-計數器(多轉檢測部的一個例子)；144_脈衝發生電路(發光控制部的一個例子)；150_電源切換部；1411-比較器；MG-磁鐵(磁性檢測機構的一個例子)；PA-受光陣列；PD-受光元件(光學檢測機構的一個例子);R1、R2_固定電阻；S-狹縫(光學檢測機構的一個例子);SA-狹縫陣列；SH-轉軸；SM-伺服馬達(馬達的一個例子);a-A相脈衝信號(第I檢測信號的一個例子);b-B相脈衝信號(第2檢測信號的一個例子)。
【具體實施方式】
[0049]下面，參照附圖對實施方式詳細進行說明。
[0050]〈1.伺服系統〉
[0051]首先，參照圖1對本實施方式所涉及的伺服系統的構成進行說明。如圖1所示，本實施方式所涉及的伺服系統S具有伺服馬達SM和控制裝置CT。而且，伺服馬達SM具有編碼器100和馬達M。
[0052]馬達M是不包括編碼器100的動力產生源的一個例子。雖然也有將該馬達M單體稱為伺服馬達的情況，但是在本實施方式中，將包括編碼器100的構成稱為伺服馬達SM。該伺服馬達SM相當於馬達的一個例子。馬達M具有轉軸SH，通過使該轉軸SH繞旋轉軸心AX旋轉而輸出轉矩。
[0053]另外，馬達M只要是例如根據位置數據等這樣的編碼器100檢測出的數據而控制的馬達則不特別進行限定。而且，馬達M並不局限於作為動力源使用電力的電動式馬達的情況，例如也可以是液壓式馬達、氣動式馬達、蒸汽式馬達等使用其它動力源的馬達。但是，為了便於說明，以下對馬達M是電動式馬達的情況進行說明。
[0054]本實施方式所涉及的編碼器100連結在與馬達M的轉矩輸出側相反側的轉軸SH上。於是，編碼器100通過檢測出轉軸SH的位置(角度)，從而檢測出馬達M的位置(也稱為旋轉角度)，輸出表示該位置的位置數據。
[0055]編碼器100除馬達M的位置以外或代替馬達M的位置，也可以檢測馬達M的速度(也稱為轉速、角速度等)及馬達M的加速度(也稱為旋轉加速度、角加速度等)的至少一個。此時，馬達M的速度及加速度例如可以通過用時間對位置進行I或2階微分或者在規定時間的期間計數檢測信號(例如增量信號)等的處理來進行檢測。為了便於說明，以下以編碼器100檢測出的物理量為位置來進行說明。
[0056]控制裝置CT取得從編碼器100輸出的位置數據，並根據該位置數據控制馬達M的旋轉。因而，在作為馬達M使用電動式馬達的本實施方式中，控制裝置CT通過根據位置數據控制施加在馬達M上的電流或電壓等來控制馬達M的旋轉。而且，控制裝置CT也可以如下控制馬達M，從上位控制裝置(未圖示)取得上位控制信號，並從馬達M的轉軸SH輸出可實現由該上位控制信號所表示的位置等的轉矩。另外，在馬達M使用液壓式、氣動式、蒸汽式等其它動力源時，控制裝置CT通過控制這些動力源的供給，從而能夠控制馬達M的旋轉。
[0057]<2.編碼器〉
[0058]下面，參照圖2?圖7對本實施方式所涉及的編碼器100進行說明。如圖2所示，本實施方式所涉及的編碼器100是所謂的反射型編碼器，具有圓盤110、磁鐵MG、磁性檢測部120、光學模塊130及位置數據生成部140。
[0059]在此，為了便於說明編碼器100的結構，在本實施方式中，如下規定上下等方向。亦即，在圖2中，將圓盤110與光學模塊130相面對的方向，也就是Z軸正向表示為「上」，將相反的Z軸負向表示為「下」。但是，本實施方式所涉及的編碼器100的各構成的位置關係不特別限定於上下等的概念。另外，順便說明一下，為了便於說明，有時也對在此規定的方向進行其它的表述等，或者就除此以外的方向進行適當說明而使用。
[0060](2-1.圓盤)
[0061]如圖3所示，圓盤110形成為圓板狀，其配置為圓盤中心O與旋轉軸心AX大致一致。而且，圓盤Iio連結在馬達M的轉軸SH上，通過馬達M的旋轉也就是轉軸SH的旋轉而旋轉。在本實施方式中，雖然作為測定馬達M的旋轉的被測定對象的例子，以圓板狀的圓盤110為例進行說明，但是例如也可以將轉軸SH的端面等的其它構件作為被測定對象而使用。
[0062]圓盤110如圖3所示，具有磁鐵MG、狹縫陣列SA及狹縫S。圓盤110如上所述與馬達M的驅動一起旋轉，對此，磁性檢測部120和光學模塊130與圓盤110的一部分相對且被固定配置。換言之，磁鐵MG、狹縫陣列SA及狹縫S與磁性檢測部120及光學模塊130被配置為伴隨著馬達M的驅動，可相互在圓盤110的旋轉方向(圓周方向)上相對移動。
[0063]磁性檢測部120在圓盤110的上面側與磁鐵MG的一部分對置，與磁鐵MG —起構成後述的磁性檢測機構。光學模塊130在圓盤110的上面側與狹縫陣列SA及狹縫S的一部分對置，與狹縫陣列SA及狹縫S —起構成後述的光學檢測機構。對該磁性檢測機構及光學檢測機構詳細進行說明。
[0064](2-2.磁性檢測機構)
[0065]磁性檢測機構是對圓盤110的旋轉進行磁性檢測的機構，具有磁鐵MG和磁性檢測部120。如圖3所示，磁鐵MG形成為以圓盤中心O為中心的環狀，設置在圓盤110的上面且與圓盤110—起旋轉。另外，磁鐵MG不必一定是環狀，例如也可以為圓板狀。磁鐵MG上面的磁通朝向在圓盤110的每大致180°的旋轉角度範圍而反向。另外磁鐵MG被配置為，磁通反向的位置與用於圓盤110的絕對位置檢測的原點位置大致一致。
[0066]如圖2及圖3所示，磁性檢測部120被固定為與圓盤110平行，在圓盤110的原點位置上與磁鐵MG的一部分相對，檢測出磁鐵MG的上面的磁通朝向。雖然該磁性檢測部120安裝設置在未圖示的電路基板上，但是也可以將磁性檢測部120和光學模塊130安裝在同一電路基板上。如上所述，由於磁鐵MG的上面的磁通朝向每當圓盤110旋轉180°而反向，因此磁性檢測部120檢測出圓盤110旋轉I轉時則進行I個周期變化的磁通朝向。該檢測信號被輸出至位置數據生成部140，使用於表示圓盤110從基準位置旋轉了幾周的多轉量的檢測。上述多轉量的檢測例如在用於因電源關閉而導致備用電源供電時的位置檢測時尤其有效。[0067]磁性檢測部120隻要是能夠檢測出磁通朝向的構成，則不特別進行限定。作為磁性檢測部120的一個例子,可以使用如下磁阻元件,例如MR(磁阻效應:Magnetro Resistiveeffect)兀件、GMR (巨磁阻效應:Giant Magnetro Resistive effect)兀件、TMR (隧道磁阻效應:Tunnel Magneto Resistance effect)元件等。另外，也可以通過使用例如霍爾元件等的磁場檢測元件，檢測出相對於旋轉軸心AX垂直的2個軸向的磁場強度，根據該檢測信號計算出磁鐵MG的磁場朝向，從而檢測出圓盤110的旋轉。
[0068](2-3.光學檢測機構)
[0069]光學檢測機構是對圓盤110的旋轉進行光學檢測的機構，具有狹縫陣列SA及狹縫S和光學模塊130。狹縫陣列SA在圓盤110的上面形成為碼道，其配置為以圓盤中心O為中心的環狀。狹縫陣列沿碼道全周具有沿圓周方向排列的多個反射狹縫(省略圖示)。I個I個的反射狹縫反射從光源131照射的光。上述多個反射狹縫配置在圓盤110的全周上，在圓周方向上具有絕對圖案。
[0070]另外，絕對圖案是指如下圖案，後述的光學模塊130所具有的受光陣列所面對的角度內的反射狹縫的位置、比率等在圓盤110的I轉內確定為唯一。也就是說，馬達M位於某個位置X時，相對的受光陣列的多個受光元件各自的檢出或未檢出的組合(檢測的ON(I)/OFF (O)的比特圖案)唯一地表示該位置X的絕對值(絕對位置:absolute position)。絕對圖案的生成方法只要是能夠使馬達M的絕對位置通過受光陣列的受光元件數的比特而生成一維表示的圖案，則可使用各種算法。
[0071]如圖3所示，狹縫S是以圓盤中心O為中心形成在圓盤110的上面的圓弧狀狹縫。該狹縫S與多個反射狹縫沿圓周方向排列的上述狹縫陣列SA不同，形成為以原點位置為中心的在大致180度的旋轉角度範圍內連續的I個反射狹縫。而且,狹縫S形成為其兩端的位置是與圓盤110的原點位置(磁鐵MG的磁通反向的位置)各自偏置大致90度的位置。
[0072]圓盤110在本實施方式中例如由玻璃形成。而且，狹縫陣列所具有的反射狹縫可通過在玻璃圓盤Iio的面上塗覆反射光的材料而形成。另外，圓盤110的材質不限於玻璃，也可以使用金屬、樹脂等。另外，反射狹縫也可以如下形成，例如作為圓盤110使用反射率高的金屬，利用濺射等使不使光反射的部分成為粗糙面或塗覆反射率低的材質，由此使反射率降低。但是，對於圓盤110的材質、製造方法等不特別進行限定。
[0073]如圖2及圖3所不,光學模塊130形成為一張基板BA,與圓盤110平行地固定,可與圓盤110的狹縫陣列SA及狹縫S的一部分相對。因而，伴隨著圓盤110的旋轉，光學模塊130可以在圓周方向上相對於狹縫陣列SA及狹縫S相對移動。另外，在本實施方式中，雖然對使光學模塊130構成為基板，以便能使編碼器100薄型化或使製造變得容易的情況進行說明，但是不必一定構成為基板狀。
[0074]另一方面，如圖2?圖4所示，光學模塊130在基板BA的下面(Z軸負向的面)即與圓盤Iio相對一側的面上具有光源131、受光陣列PA及受光元件H)。光源131向經過相對位置的狹縫陣列SA及狹縫S的一部分照射光。
[0075]作為該光源131，只要是能向照射區域照射光的光源則不特別進行限定，例如可以使用LED(Light Emitting Diode:發光二極體)。而且，該光源131形成為未特別配置光學透鏡等的點光源，從發光部照射漫射光。另外，點光源所指的情況，並不需要是嚴格的點，只要是在設計上、動作原理上視為從大致點狀的位置發出漫射光的光源，則不用說也可以是從有限的面發出光。如此通過使用點光源，光源131即使多少存在因從光軸偏離所引起的光量變化、光程差而導致的衰減等的影響，也由於可以向經過相對位置的狹縫陣列SA及狹縫S各自的部分照射漫射光，因此可以向這些部分大致均等地照射光。而且，由於不進行光學元件的聚光、漫射，因此不容易產生光學元件所引起的誤差等，可以提高朝向狹縫陣列SA及狹縫S的照射光的直進性。另外，光源131相當於發光元件的一個例子。
[0076]受光陣列PA配置在光源131的周圍，接收受到相對的狹縫陣列SA的作用的光(在該例中為反射光)。因此，受光陣列PA具有多個受光元件(省略圖示)。另外，受光元件ro同樣配置在光源131的周圍，在圓盤110位於形成有狹縫S的旋轉角度範圍內時接收受到相對的狹縫S的作用的光(在該例中為反射光)，在除此以外的旋轉角度範圍內不接收光。該受光兀件F1D與具有多個受光兀件的受光陣列PA不同，構成為I個受光兀件。
[0077]作為I個I個的受光元件例如可以使用ro (Photodiode:光電二極體)。但是，作為受光元件並不限於ro，只要是接收從光源131發出的光且能變換為電信號的元件，則不特別進行限定。
[0078](2-4.位置數據生成部)
[0079]如圖4所示，位置數據生成部140具有A相脈衝生成部141、B相脈衝生成部142、計數器143、脈衝發生電路144、供電控制部145及絕對位置信號生成部146。
[0080]A相脈衝生成部141檢測出來自磁性檢測機構所具有的磁性檢測部120的信號，將該信號變換為矩形波狀的信號，生成A相脈衝信號a。如前所述，由於磁鐵MG的磁通朝向在每大致180度的旋轉角度範圍而反向，因此A相脈衝信號a是佔空比50%、圓盤每旋轉I轉產生I個脈衝的信號。另外如前所述，由於磁鐵MG的磁通反向的位置與圓盤110的原點位置大致一致，因此A相脈衝信號的邊沿與通過絕對位置信號生成部146根據受光陣列PA的輸出而生成的絕對位置信號的光學O號地址大致一致。另外，A相脈衝生成部141相當於第I檢測信號生成部的一個例子，A相脈衝信號a相當於第I檢測信號的一個例子。
[0081]B相脈衝生成部142檢測出來自光學檢測機構所具有的受光元件H)的信號，將該信號變換為矩形波狀的信號，生成B相脈衝信號b。如前所述，由於狹縫S在大致180度的旋轉角度範圍內連續地形成在圓盤110上，因此B相脈衝信號b是佔空比50%、圓盤每旋轉I轉產生I個脈衝的信號。另外如前所述，由於狹縫S形成為其兩端的位置是與圓盤110的原點位置(磁鐵MG的磁通反向的位置)各自偏置大致90度的位置，因此上述A相脈衝信號a和B相脈衝信號b是相互相位90度不同的2相信號。另外，B相脈衝生成部142相當於第2檢測信號生成部的一個例子，B相脈衝信號b相當於第2檢測信號的一個例子。
[0082]計數器143根據A相脈衝信號a及B相脈衝信號b計數圓盤110的多轉量，並作為多轉信號c而輸出。具體的計數方法在後面進行說明。另外，計數器143相當於多轉檢測部的一個例子。
[0083]脈衝發生電路144在利用電源切換部150從外部電源切換至備用電源從而由備用電源進行電源供電時，當A相脈衝信號a的電平發生變化時，以其邊沿為起點生成規定脈衝寬度的電源控制脈衝信號d，並輸出至供電控制部145。供電控制部145根據來自脈衝發生電路144的電源控制脈衝信號d進行接通/斷開，使備用電源對光源131脈衝供電。由此，光源131以A相脈衝信號a的邊沿為起點僅在對應於上述脈衝寬度的規定時間內點燈，其後滅燈。規定時間只要是計數器143能檢測出B相脈衝信號b的電平的時間寬度即可。另夕卜，脈衝發生電路144相當於發光控制部的一個例子。
[0084]絕對位置信號生成部146根據受光陣列PA的輸出而生成絕對位置信號f，其表示圓盤Iio的I轉內的絕對位置。具體為，在受光陣列PA所具有的多個受光元件中，I個I個的受光或未受光作為比特而被處理，表示多個比特的絕對位置X。因而，多個受光元件各自輸出的受光信號在絕對位置信號生成部146中相互獨立地被處理，根據這些輸出信號的組合對加密(編碼)為串行的比特圖案的絕對位置X進行解碼，生成絕對位置信號f。對該絕對位置信號f和從上述計數器143輸出的多轉信號c進行合成，從而位置數據生成部140輸出位置數據。
[0085]電源切換部150在該例中構成為根據來自未圖示的檢測電路的電源切換信號e進行切換的開關元件。電源切換部150位於外部電源側時，外部電源向A相脈衝生成部141、B相脈衝生成部142、計數器143、脈衝發生電路144及絕對位置信號生成部146供電。另一方面，由於電源斷開、停電等導致外部電源的供電被切斷時，電源切換部150根據電源切換信號e而切換至備用電源側。由此，雖然對絕對位置信號生成部146的電源供電被切斷，但是備用電源向A相脈衝生成部141、B相脈衝生成部142、計數器143及脈衝發生電路144供電。
[0086]在圖5 Ca)中表示A相脈衝生成部141的電路的一個例子。在該例中，磁性檢測部120構成為磁阻元件。磁性檢測部120的2個電阻線121a、121b的連接點的電壓和2個固定電阻Rl、R2的連接點的電壓被輸入至A相脈衝生成部141所具有的比較器1411。比較器1411構成為具備利用電阻R3產生的負反饋的磁滯比較器。該比較器1411比較上述2個電壓，輸出A相脈衝信號a。
[0087]在圖5(b)中表示光源131的驅動電路和B相脈衝生成部142的電路的一個例子。在該例中，光源131的驅動電路具有電阻R4和構成為電晶體的供電控制部145。供電控制部145的開關通過來自脈衝發生電路144的選通信號來進行控制。受光元件H)的輸出電路具有電阻R5，其輸出電壓和比較基準電壓Vref被輸入至B相脈衝生成部142所具有的比較器1421。比較器1421比較上述2個電壓,輸出B相脈衝信號b。
[0088](2-5.編碼器的動作)
[0089]下面，對編碼器100的動作進行說明。首先，對外部電源供電時的動作進行說明。在圖4中，圓盤110旋轉時，磁鐵MG與圓盤110 —起旋轉。磁性檢測部120檢測出磁鐵MG的磁通朝向，將檢測信號輸出至A相脈衝生成部141。另一方面,夕卜部電源供電時供電控制部145始終接通，外部電源始終對光源131進行供電。受光元件H)根據有無因光源131的照射所引起的來自狹縫S的反射光，將受光信號輸出至B相脈衝生成部142。A相脈衝生成部141及B相脈衝生成部142在使所輸入的信號放大的同時分別變換為矩形波信號，將所生成的具有90度相位差的A相脈衝信號a及B相脈衝信號b輸出至計數器143。
[0090]在圖6中表示此時的A相脈衝信號a及B相脈衝信號b的波形的一個例子。圖6(a)是正轉時的波形，圖6 (b)是反轉時的波形。另外，在該例中，A相脈衝信號a在磁鐵MG的磁極為N時變為「H (高)」電平，在磁極為S時變為「L (低)」，圓盤110的旋轉方向如圖4所示，使順時針方向為正轉，使逆時針方向為反轉。正轉時如圖6 (a)所示，圓盤110的原點位置經過磁性檢測部120及受光元件H)的位置時，A相脈衝信號a變為上升沿，同時B相脈衝信號b變為「H」電平。此時，計數器143在多轉量數據上加I從而對多轉量進行遞增計數。另一方面，由於在B相脈衝信號b變為「L」電平的A相脈衝信號a的下降沿，不是圓盤110的原點位置，因此不進行計數。
[0091]反轉時如圖6 (b)所示，圓盤110的原點位置經過磁性檢測部120及受光元件H)的位置時，A相脈衝信號a變為下降沿，同時B相脈衝信號b變為「H」電平。此時，計數器143從多轉量數據減I從而對多轉量進行遞減計數。另一方面，由於在B相脈衝信號b變為「L」電平的A相脈衝信號a的上升沿，不是圓盤110的原點位置，因此不進行計數。計數器143將如此計數的多轉量數據作為多轉信號c而輸出。
[0092]另外，上述計數器的方法是本實施方式的構成方式的情況下的一個例子，並不限定於此。例如，磁鐵MG的磁極(N極、S極)的位置變為與圖3及圖4所示的位置相反(偏置180度的位置)時，或將磁性檢測部120配置在與原點位置偏置180度的位置上時，正轉、反轉的對應關係與上述相反，圖6 (b)成為正轉時的波形，圖6 (a)成為反轉時的波形。另夕卜，例如使狹縫S形成在與圓盤110的原點位置相反的一側時，或使受光元件H)配置在與原點位置偏置180度的位置上時，圓盤110的原點位置經過磁性檢測部120及受光元件ro的位置時，B相脈衝信號b變為「L」電平。如此，計數器143的多轉量的計數方法根據磁鐵MG的磁極位置或狹縫S的形成位置、磁性檢測部120或受光元件H)的配置位置等的構成方式而進行適當變更。
[0093]另一方面，受光陣列PA接收從光源131照射並被狹縫陣列SA反射的光，將受光信號輸出至絕對位置信號生成部146。絕對位置信號生成部146根據所輸入的信號而生成絕對位置信號f，其表示圓盤110的I轉內的絕對位置。如此，外部電源向編碼器100供電時，電源向位置數據生成部140的所有電路供電，使從上述計數器143輸出的多轉信號c和從絕對位置信號生成部146輸出的絕對位置信號f合成，從而位置數據生成部140連續地輸出位置數據。
[0094]下面，對外部電源被切斷而從備用電源供電時的動作進行說明。在圖4中，因電源斷開、停電等導致外部電源變為規定電壓以下時，利用來自未圖示的檢測電路的電源切換信號e，電源切換部150切換至備用電源側。切換至備用電源時，未向絕對位置信號生成部146供電，備用電源向A相脈衝生成部141、B相脈衝生成部142、計數器143及脈衝發生電路144供電。另外，脈衝發生電路144檢測出A相脈衝信號a的邊沿時，生成以該邊沿為起點而生成的規定脈衝寬度的電源控制脈衝信號d，介由供電控制部145使電源向光源131脈衝供電。
[0095]在圖7中表不此時的A相脈衝信號a、B相脈衝信號b及電源控制脈衝信號d的波形的一個例子。圖7 (a)是正轉時的波形，圖7 (b)是反轉時的波形。電源控制脈衝信號d為「H」電平的Ton期間是備用電源向光源131供電的期間，電源控制脈衝信號d為「L」電平的Toff期間是備用電源未供電的期間。因而，B相脈衝信號b僅在圖7中由實線表示的Ton期間內由B相脈衝生成部142生成。
[0096]計數器143檢測出A相脈衝信號a的邊沿時，在Ton期間內檢測出B相脈衝信號b的電平，計數多轉量。計數方法與上述外部電源供電時一樣，正轉時如圖7 (a)所示，在A相脈衝信號a為上升沿時B相脈衝信號b為「H」電平的情況下，計數器143在多轉量數據上加I從而對多轉量進行遞增計數。另一方面，反轉時如圖7 (b)所示，在A相脈衝信號a為下降沿時B相脈衝信號b為「H」電平的情況下，計數器143從多轉量數據減I從而對多轉量進行遞減計數。另外，Ton期間是為了節省備用電源的消耗電力，而在計數器143能檢測出B相脈衝信號b (圖7中由實線表示的部分)的電平的範圍內被設定為最短的時間寬度。
[0097]另一方面，由於備用電源未向絕對位置信號生成部146供電，因此未生成絕對位置信號f。因而，位置數據生成部140作為位置數據而輸出從上述計數器143輸出的多轉信號C。另外，也可以在備用電源供電時預先將多轉量數據儲存在未圖示的存儲器等中，從備用電源切換至外部電源時，位置數據生成部140從該存儲器讀取多轉量數據，與絕對位置信號f合成從而輸出位置數據。
[0098]
[0099]以上，對一個實施方式所涉及的編碼器100等進行了說明。下面，對該編碼器100的效果例進行說明。
[0100]如上所述，編碼器100具有對圓盤110的旋轉進行磁性檢測的磁性檢測機構及進行光學檢測的光學檢測機構。根據它們的輸出，A相脈衝生成部141和B相脈衝生成部142伴隨著圓盤110的旋轉而生成相互相位90度不同的A相脈衝信號a和B相脈衝信號b。而且，計數器143根據A相脈衝信號a和B相脈衝信號b檢測出圓盤110的多轉量。
[0101]通過這種構成，不需要為了得到2相信號而設置2個磁性檢測部120，只要設置I個即可。由此，可以減少外形大且成本高的部件即磁性檢測部120的個數。其結果，可以使安裝磁性檢測部120的電路基板(省略圖示)小型化，因此，可以使編碼器100進而使伺服馬達SM小型化。而且，由於可以削減部件成本，因此可以使編碼器100及伺服馬達SM變得便且。
[0102]另外，在本實施方式中，尤其在備用電源進行電源供電時圓盤110進行旋轉，A相脈衝信號a的電平發生變化時，脈衝發生電路144以其邊沿為起點生成規定脈衝寬度的電源控制脈衝信號d，由此，使備用電源對光源131脈衝供電。由此，光源131以A相脈衝信號a的邊沿為起點而進行規定時間點燈，其後滅燈。此時的規定時間只要是計數器143能檢測出B相脈衝信號b的電平的時間寬度即可，因此，可以大幅度縮短針對消耗電流大的光源131的通電時間。因而，可以延長備用電源的壽命。
[0103]另外，在本實施方式中，尤其是A相脈衝生成部141通過磁滯比較器1411比較磁性檢測部120的電壓和固定電阻R1、R2的電壓，輸出A相脈衝信號a。由此，可以防止A相脈衝信號a的邊沿上的振蕩(脈衝反覆開/關)，因此，可以防止光源131頻繁進行點燈，從而節省消耗電力。而且，由於可以防止因噪聲等微小的電壓差而導致比較器1411進行動作從而變得不穩定，因此還有可以防止由A相脈衝生成部141生成的A相脈衝信號a的脈衝分裂的效果。
[0104]另外，在本實施方式中，尤其是利用來自同一光源131的照射光，進行多轉量的檢測和絕對位置的檢測。由此，可以將光源131及其驅動電路等兼用在絕對位置檢測和多轉量檢測中，因此，與個別設置光源、驅動電路等時相比，可以實現小型化及成本削減。
[0105]另外，在本實施方式中，尤其是將磁鐵MG配置為，其磁通朝向反向的位置與用於圓盤Iio的絕對位置檢測的原點位置相對應。由此，由A相脈衝生成部141生成的A相脈衝信號a的脈衝邊沿對應於原點位置。以下利用對比例說明由此得到的效果。
[0106]例如，作為利用磁性檢測的A相信號和光學檢測的B相信號來檢測圓盤110的多轉量的構成，可以考慮如下構成(對比例)。即，在圓盤Iio的大致180度的旋轉角範圍內形成圓弧狀的狹縫S，使邊沿與原點一致，同時在原點附近的規定的旋轉角度範圍內設置磁性體。磁性檢測部120和受光元件ro被配置在圓盤110的原點位置上。此時，由B相脈衝生成部142生成的B相脈衝信號b的脈衝邊沿對應於原點位置。
[0107]在圖8中表不備用電源供電時的A相脈衝信號a、B相脈衝信號b及電源控制脈衝信號d的波形的一個例子。圖8 (a)是上述對比例的波形，圖8 (b)是本實施方式的波形。另外，都是正轉時的波形。正轉時，磁性檢測部120檢測出磁性體的一個邊沿時，如圖8(a)所示，檢測出A相脈衝信號a變為上升沿，與前述一樣，光源131進行規定時間點燈，B相脈衝信號b處於「H」電平。其後，圓盤110的原點位置經過磁性檢測部120及受光元件H)的位置，磁性檢測部120檢測出磁性體的另一個邊沿時，檢測出A相脈衝信號a變為下降沿，B相脈衝信號b處於「L」電平。如此，計數器143在檢測出B相信號的電平從「H」變化為「L」時，則當作因圓盤正轉而經過原點位置，使多轉量的計數增加I。雖然省略圖示，但是反轉時也一樣，計數器143在檢測出A相脈衝信號a兩端的邊沿時的B相信號的電平從「L」變化為「H」時，則當作因圓盤反轉而經過原點位置，使多轉量的計數減少I。即在該對比例中，在正轉及反轉的任意一個中，在經過原點位置的檢測中都需要光源131發光2次。
[0108]另一方面，在本實施方式中，如圖8 (b)所示，A相脈衝信號a的脈衝邊沿對應於原點位置。因而，計數器143在檢測出A相脈衝信號a為上升沿時B相脈衝信號b處於「H」電平的情況下，則當作因圓盤正轉而經過原點位置，使多轉量的計數增加I。雖然省略圖示，但是反轉時也一樣，計數器143在檢測出A相脈衝信號a為下降沿時B相脈衝信號b處於「H」電平的情況下，則當作因圓盤反轉而經過原點位置，使多轉量的計數減少I。如此，在本實施方式中，經過原點位置的檢測在正轉及反轉的任意一個中都是利用光源131的I次發光來進行的。
[0109]因而，例如在因圓盤110的搖動等導致磁性檢測部120和受光元件ro在圓盤的原點位置附近(在比對比例中的設有磁性體的旋轉角度範圍大的範圍內)往復時，在本實施方式中與上述對比例相比可以使光源131的發光次數變為1/2。由此，可使消耗電力大幅度減少，可以延長備用電源的壽命。
[0110]〈4.變形例等〉
[0111]以上，參照附圖對一個實施方式詳細進行了說明。但是，不用說技術思想範圍不限定於在此說明的實施方式。如果是實施方式所屬【技術領域】中的具有通常知識的技術人員，則顯然可想到在技術要求範圍所記載的技術思想範圍內進行各種變更或修正、組合等。因而，上述變更或修正、組合等之後的技術也當然屬於技術思想範圍。以下，依次說明這種變形例。另外，在以下的說明中，對與前述的實施方式相同的部分標註相同符號，適當省略說明。
[0112]例如，以上雖然以受光陣列PA、受光兀件F1D相對於圓盤110配置在與光源131相同側的所謂反射型編碼器的情況為例進行了說明，但是不限定於此。即，也可以使用受光陣列PA、受光元件H)相對於圓盤110配置在與光源131相反側的所謂透射型編碼器。此時，也可以是在旋轉圓盤110中使狹縫陣列SA、狹縫S形成為透射孔，或者，通過利用濺射等使狹縫以外的部分成為粗糙面，或塗覆透射率低的材質來形成。
[0113]但是，使用上述透射型編碼器時，與反射型相比在如下方面較為不利。首先，由於夾著圓盤110在其兩側配置光源131和受光元件ro等，因此軸向尺寸變大。而且，需要分別支撐用於生成平行光的光學透鏡、分離配置的光源131及受光元件ro等的支撐架等等，部件數量增大從而結構複雜化。另外，在光源131和受光陣列PA及受光元件ro之間要求非常高的位置精度，但是由於它們被分離配置而導致位置精度下降，有可能會影響編碼器的性能。反射型編碼器則不產生上述問題。另外，由於可以將要求高位置精度的光源131、受光陣列PA、受光元件ro及磁性檢測部120等全部相對於圓盤110配置在相同側，因此可以將它們例如安裝在同一電路基板上從而進行組裝。此時，可以容易地確保各部件的位置精度，同時因為可以成為一個部件而能得到小型化及結構簡潔化、提高組裝性等的效果。據此，如上述實施方式那樣優選為反射型編碼器。
[0114]另外，由於使用反射型編碼器時可使用照射漫射光的點光源，因此與透射型編碼器相比在如下方面較為有利。即，由於在透射型編碼器中使用平行光，因此照射面積被限定，為了向絕對位置檢測用狹縫陣列SA及多轉量檢測用狹縫S各自的部分照射光而有可能需要在2個位置上設置光源。此時，除需要2個光源以外，光學模塊的電路基板和光源的連接部件(例如撓性連接器)、光源的支撐架等的部件數量也增大，因此，在結構複雜化的同時，需要2個光源用的發光電路，因此，導致電路基板的面積增大。另一方面，由於如上述實施方式那樣通過使用點光源，而利用漫射光來增大照射面積，因此可以用I個光源向狹縫陣列SA及狹縫S各自的部分大致均等地照射光。因而，由於使用I個光源即可，因此與上述透射型編碼器的情況相比，可以減少部件數量並能夠減小電路基板的面積，可以得到小型化及結構簡潔化、降低成本等的效果。
[0115]另外，雖然在上述實施方式中並未設置，但是也可以在圓盤110上設置多個反射狹縫，其在圓周方向上具有增量圖案。增量圖案是以規定的節距規則地重複的圖案。該增量圖案與將多個受光元件各自有無檢出作為比特來表示絕對位置X的絕對值圖案不同，而是通過至少I個以上的受光元件的檢測信號的和，來表示每I個節距或I個節距內的馬達M的位置。因而，雖然增量圖案並未表示馬達M的絕對位置X，但是與絕對值圖案相比時，可以非常高精度地表示位置。
【權利要求】
1.一種編碼器，其特徵在於，具備: 可旋轉的圓板狀圓盤； 磁性檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行磁性檢測； 光學檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行光學檢測； 第I檢測信號生成部，根據所述磁性檢測機構的輸出生成第I檢測信號； 第2檢測信號生成部，根據所述光學檢測機構的輸出生成與所述第I檢測信號具有規定相位差的第2檢測信號； 及多轉檢測部，根據所述第I檢測信號及所述第2檢測信號檢測所述圓盤的多轉量。
2.根據權利要求1所述的編碼器，其特徵在於， 還具備發光控制部，在對所述編碼器的電源供電切換至備用電源時，以所述第I檢測信號的電平變化為起點使所述光學檢測機構的發光元件進行規定時間點燈後使其滅燈。
3.根據權利要求1或2所述的編碼器，其特徵在於，所述磁性檢測機構具有: 磁鐵，與所述 圓盤一起旋轉； 及磁性檢測部，檢測所述磁鐵， 所述第I檢測信號生成部通過磁滯比較器比較所述磁性檢測部的電壓和固定電阻的電壓，生成所述第I檢測信號。
4.根據權利要求3所述的編碼器，其特徵在於， 所述磁鐵的磁通朝向在每大致180度的旋轉角度範圍而反向，反向的位置對應於所述圓盤的原點位置， 所述第I檢測信號生成部根據所述磁性檢測機構的輸出，生成所述圓盤每旋轉I轉而產生I個脈衝的所述第I檢測信號。
5.根據權利要求4所述的編碼器，其特徵在於，所述光學檢測機構具有: 所述發光元件； 圓弧狀狹縫，在大致180度的旋轉角度範圍內連續形成在所述圓盤上； 及受光元件，接收從所述發光元件照射並受到所述狹縫的作用的光， 所述第2檢測信號生成部根據所述受光元件的輸出，生成所述圓盤每旋轉I轉而產生I個脈衝的所述第2檢測信號。
6.根據權利要求5所述的編碼器，其特徵在於，所述光學檢測機構具有: 狹縫陣列，形成在所述圓盤上且具有絕對圖案； 及受光陣列，接收從所述發光元件照射並受到所述狹縫陣列的作用的光， 所述編碼器還具備絕對位置信號生成部，其根據所述受光陣列的輸出生成表示所述圓盤的I轉內的絕對位置的絕對位置信號。
7.根據權利要求6所述的編碼器，其特徵在於， 所述發光元件形成為點光源， 所述受光元件及所述受光陣列分別接收從所述發光元件照射並被所述狹縫及所述狹縫陣列反射的光。
8.—種馬達，具備:馬達，使轉軸旋轉；及編碼器，檢測所述轉軸的位置，其特徵在於，所述編碼器具有: 圓板狀圓盤，連結於所述轉軸；磁性檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行磁性檢測； 光學檢測機構，對所述圓盤的旋轉進行光學檢測； 第I檢測信號生成部，根據所述磁性檢測機構的輸出生成第I檢測信號； 第2檢測信號生成部，根據所述光學檢測機構的輸出生成與所述第I檢測信號具有規定相位差的第2檢測信號； 及多轉檢測部，根據所`述第I檢測信號及所述第2檢測信號檢測所述圓盤的多轉量。
【文檔編號】G01D5/347GK103528611SQ201310232823
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年6月13日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】渡邉敦文 申請人:株式會社安川電機