JP2012068049A - Magnetic type absolute encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転軸の1回転内の絶対位置および回転数を2組の磁気エンコーダーを用いて検出する磁気式アブソリュートエンコーダーに関する。さらに詳しくは、電磁ブレーキ付きモーターのモーター回転軸の回転位置を検出するために、モーター回転軸における電磁ブレーキに隣接した部位に組み付けられる磁気式アブソリュートエンコーダーに関する。 The present invention relates to a magnetic absolute encoder that detects the absolute position and the number of rotations within one rotation of a rotating shaft using two sets of magnetic encoders. More specifically, the present invention relates to a magnetic absolute encoder that is assembled to a portion of the motor rotation shaft adjacent to the electromagnetic brake in order to detect the rotation position of the motor rotation shaft of the motor with the electromagnetic brake.
回転軸の絶対位置を精度良く検出するための磁気式アブソリュートエンコーダーとしては、2組の磁気エンコーダーを用いたものが知られている。特許文献1には、2極の磁気エンコーダーと64極の磁気エンコーダーを用いた磁気式アブソリュートエンコーダーが提案されている。特許文献2には、2極の磁気エンコーダーと多極の磁気エンコーダーを用いて、2極の磁気エンコーダーの分解能および精度に影響されることなく高精度の絶対位置検出を行うことのできる磁気式アブソリュートエンコーダーが提案されている。一方、特許文献3には、通常動作時には高速かつ高精度で検出動作を行い、バックアップ時には低消費電力で検出動作を継続できる信頼性の高い磁気式アブソリュートエンコーダーが提案されている。
As a magnetic absolute encoder for accurately detecting the absolute position of the rotating shaft, one using two sets of magnetic encoders is known.
このような磁気式アブソリュートエンコーダーは位置決めシステムなどに用いられるモーターの回転軸の回転位置を検出するために用いられる。位置決めシステムなどに用いられるモーターとしては、目標回転位置に位置決めされたモーター回転軸を当該位置に保持するための電磁ブレーキを備えたものが使用される。電磁ブレーキ付きモーターに用いる磁気式アブソリュートエンコーダーは、電磁ブレーキによる洩れ磁束に影響され、検出精度が低下するおそれがある。また、磁気式アブソリュートエンコーダーの2組の磁気エンコーダーは、モーター内部における限られた設置スペースに配置されるので、一方の磁気エンコーダーのマグネットからの洩れ磁束によって他方の磁気エンコーダーの検出精度が低下するおそれがある。さらに、位置決めの信頼性を高めるためには、上記の特許文献3に開示されているようにバックアップ用の検出システムを備えると共にシステムエラーを検出できることが望ましい。
Such a magnetic absolute encoder is used to detect the rotational position of a rotating shaft of a motor used in a positioning system or the like. As a motor used in a positioning system or the like, a motor provided with an electromagnetic brake for holding a motor rotation shaft positioned at a target rotation position at the position is used. A magnetic absolute encoder used for a motor with an electromagnetic brake is affected by a leakage magnetic flux caused by the electromagnetic brake, and there is a possibility that the detection accuracy is lowered. In addition, since the two magnetic encoders of the magnetic absolute encoder are arranged in a limited installation space inside the motor, the detection accuracy of the other magnetic encoder may be reduced by the leakage magnetic flux from the magnet of one magnetic encoder. There is. Furthermore, in order to improve the positioning reliability, it is desirable that a backup detection system is provided and a system error can be detected as disclosed in
本発明の課題は、このような点に鑑みて、電磁ブレーキ付きモーターのモーター回転軸の回転位置を精度良く検出するために用いる信頼性の高い磁気式アブソリュートエンコーダーを提案することにある。 In view of the above, an object of the present invention is to propose a highly reliable magnetic absolute encoder used for accurately detecting the rotational position of the motor rotation shaft of a motor with an electromagnetic brake.
上記の課題を解決するために、本発明は、モーター回転軸の回転を拘束するための電磁ブレーキに隣接配置され、当該モーター回転軸の回転位置を検出するために用いる磁気式アブソリュートエンコーダーであって、
前記モーター回転軸に同軸状態に固定され、円形外周面に1組の磁極対が形成されている2極マグネットと、
前記2極マグネットの回転に伴って、1回転当たり1周期の2極側A相信号、2極側B相信号、前記2極側A相信号の反転信号である2極側A(−)相信号、および、前記2極側B相信号の反転信号である2極側B(−)相信号を得るために配置した4つの2極側磁気検出素子と、
前記モーター回転軸における前記2極マグネットの隣接位置に同軸状態に固定され、円形外周面にS組の磁極対(S:2以上の整数)が形成されている多極マグネットと、
前記多極マグネットの回転に伴って、1回転当たりS周期の一対の多極側A相信号および一対の多極側B相信号を得るために配置した少なくとも4つの多極側磁気検出素子と、
前記多極側磁気検出素子から得られる前記の各信号を合成して、多極側A相合成信号および多極側B相合成信号を生成する多極側信号合成回路と、
前記2極側磁気検出素子から得られる前記の各信号を合成して、2極側A相合成信号および2極側B相合成信号を生成する2極側信号合成回路とを有し、
前記2極側信号合成回路は、前記2極側A相信号と前記2極側A(−)相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記2極側B相信号と前記2極側B(−)相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、
前記多極側信号合成回路は、前記一対の多極側A相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側A相信号の一方に、他方の反転信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側B相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側B相信号の一方に、他方の反転信号を加算することにより、これらの信号に含まれる前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is a magnetic absolute encoder that is disposed adjacent to an electromagnetic brake for restraining rotation of a motor rotation shaft and used to detect the rotation position of the motor rotation shaft. ,
A two-pole magnet fixed coaxially to the motor rotating shaft and having a pair of magnetic pole pairs formed on a circular outer peripheral surface;
Along with the rotation of the two-pole magnet, one pole-side A-phase signal, two-pole-side B-phase signal, and two-pole-side A (−) phase that is an inverted signal of the two-pole-side A-phase signal per rotation. Four bipolar-side magnetic sensing elements arranged to obtain a signal and a two-pole B (-) phase signal that is an inverted signal of the two-pole B-phase signal;
A multipolar magnet fixed coaxially at a position adjacent to the two-pole magnet on the motor rotation shaft and having S pairs of magnetic pole pairs (S: an integer of 2 or more) formed on a circular outer peripheral surface;
At least four multipole-side magnetic detection elements arranged to obtain a pair of multipole-side A-phase signals and a pair of multi-pole-side B-phase signals with an S period per rotation in accordance with the rotation of the multipole magnet;
A multipole-side signal synthesis circuit that synthesizes the signals obtained from the multipole-side magnetic detection element to generate a multipole-side A-phase synthesized signal and a multi-pole-side B-phase synthesized signal;
A two-pole-side signal combining circuit that combines the signals obtained from the two-pole-side magnetic detection element to generate a two-pole-side A-phase combined signal and a two-pole-side B-phase combined signal;
The two-pole-side signal synthesis circuit adds the two-pole-side A-phase signal and the two-pole-side A (−)-phase signal, thereby causing noise due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake included in these signals. By removing the component and adding the two-pole side B-phase signal and the two-pole side B (−) phase signal, the noise component caused by the leakage magnetic flux from the electromagnetic brake contained in these signals is removed. ,
The multipole-side signal synthesis circuit adds the pair of multipole-side A-phase signals to remove noise components due to leakage magnetic flux from the two-pole magnets included in these signals, and By adding the other inverted signal to one of the multipolar A phase signals, the noise component due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake contained in these signals is removed, and the pair of multipolar B phases By adding the signals, the noise component due to the leakage magnetic flux from the two-pole magnet contained in these signals is removed, and the other inverted signal is added to one of the pair of multipolar B-phase signals. Thus, a noise component due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake included in these signals is removed.
ここで、本発明の磁気式アブソリュートエンコーダーは、
前記多極側A相合成信号および前記多極側B相合成信号を第1の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す多極側1回転絶対値、および、前記モーター回転軸の予め定めた原点からの回転数を表す多極側多回転値を算出する主演算回路と、
前記2極側A相合成信号および前記2極側B相合成信号を前記第1の検出周期よりも長い第2の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す2極側1回転絶対位置、および、前記モーター回転軸の前記原点からの回転数を表す2極側多回転値を算出するバックアップ演算回路と、
主電源からの供給電力によって前記主演算回路および前記バックアップ演算回路を動作させ、前記主電源が遮断された場合には、バックアップ電源からの供給電力によって前記バックアップ演算回路のみを動作させる電源切替制御回路と、
前記主電源からの供給電力によって前記主演算回路および前記バックアップ演算回路が動作している場合に、前記第2の検出周期で、前記多極側1回転絶対値および前記2極側1回転絶対値を比較し、これらの値の差が予め定めた値以上の状態が予め定めた回数連続した場合には異常が発生したと判断する異常診断回路とを有していることを特徴としている。
Here, the magnetic absolute encoder of the present invention is
Sampling the multi-pole side A-phase composite signal and the multi-pole side B-phase composite signal in a first detection period, and a multi-pole side one-turn absolute value representing an absolute position within one turn of the motor rotation shaft, and A main arithmetic circuit that calculates a multi-pole multi-rotation value representing the number of rotations from a predetermined origin of the motor rotation shaft;
The two-pole side A-phase composite signal and the two-pole side B-phase composite signal are sampled at a second detection cycle longer than the first detection cycle, and 2 representing the absolute position within one rotation of the motor rotation shaft. A backup arithmetic circuit that calculates a pole-side one-turn absolute position and a two-pole-side multi-rotation value that represents the number of rotations from the origin of the motor rotation shaft;
A power supply switching control circuit that operates the main arithmetic circuit and the backup arithmetic circuit with power supplied from a main power source and operates only the backup arithmetic circuit with power supplied from the backup power source when the main power source is shut off When,
When the main arithmetic circuit and the backup arithmetic circuit are operating with power supplied from the main power source, the multi-pole one-turn absolute value and the two-pole one-turn absolute value in the second detection cycle And an abnormality diagnosis circuit that determines that an abnormality has occurred when a state where the difference between these values is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined number of times.
この構成によれば、主電源遮断時においても継続してモーター回転軸の回転位置を検出することができる。また、主電源からの供給電力によって動作している通常時においては、2極側の磁気エンコーダーから算出されるモーター回転軸の回転位置を定期的に、多極側の磁気エンコーダーから算出される回転位置と比較することにより、主演算回路のシステムエラーによる誤検出を監視できるので、信頼性の高い検出動作を実現できる。 According to this configuration, the rotational position of the motor rotation shaft can be detected continuously even when the main power supply is shut off. Also, during normal operation with power supplied from the main power supply, the rotational position of the motor rotation shaft calculated from the two-pole magnetic encoder is periodically calculated from the multi-pole magnetic encoder. By comparing with the position, erroneous detection due to a system error of the main arithmetic circuit can be monitored, so that a highly reliable detection operation can be realized.
次に、本発明の磁気式アブソリュートエンコーダーにおいては、
前記主演算回路は、前記2極側A相合成信号および前記2極側B相合成信号を前記第1の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す第2の2極側1回転絶対位置を算出し、
前記異常診断回路は、前記多極側1回転絶対位置と前記第2の2極側1回転絶対位置を比較し、これらの値の差が予め定めた値以上の状態が予め定めた回数連続した場合には異常が発生したと判断することを特徴としている。
Next, in the magnetic absolute encoder of the present invention,
The main arithmetic circuit samples the two-pole-side A-phase combined signal and the two-pole-side B-phase combined signal at the first detection cycle, and represents a second absolute position within one rotation of the motor rotation shaft. Calculate the absolute position of 1 pole on the 2 pole side,
The abnormality diagnosis circuit compares the multi-pole side one-turn absolute position with the second two-pole side one-turn absolute position, and a state in which a difference between these values is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined number of times. In some cases, it is determined that an abnormality has occurred.
この構成によれば、主演算回路内において、多極側の磁気エンコーダーから算出した回転位置と2極側の磁気エンコーダーから算出した回転位置を定期的に比較することにより、主演算回路内のアンプ系、検出部(検出素子、マグネット)などの異常発生に基づく誤検出を高速に監視できるので、検出動作の信頼性を更に高めることができる。 According to this configuration, the amplifier in the main arithmetic circuit is periodically compared in the main arithmetic circuit with the rotational position calculated from the multipole magnetic encoder and the rotational position calculated from the two magnetic encoder. Since the erroneous detection based on the occurrence of an abnormality in the system, detection unit (detection element, magnet), etc. can be monitored at high speed, the reliability of the detection operation can be further improved.
本発明の磁気式アブソリュートエンコーダーでは、検出信号から、モーター内蔵の電磁ブレーキの洩れ磁束による影響、および、磁気式アブソリュートエンコーダー内における2組の磁気エンコーダーの洩れ磁束による影響を除去することができるので、検出精度を高めることができる。 In the magnetic absolute encoder of the present invention, the influence of leakage magnetic flux of the electromagnetic brake built in the motor and the influence of leakage magnetic flux of the two sets of magnetic encoders in the magnetic absolute encoder can be removed from the detection signal. Detection accuracy can be increased.
また、多極側の磁気エンコーダーの検出信号に基づき主演算回路で算出される回転位置を、2極側の磁気エンコーダーの検出信号に基づき主演算回路およびバックアップ演算回路でそれぞれ算出される回転位置と比較している。よって、検出動作の信頼性を高めることができる。 In addition, the rotational position calculated by the main arithmetic circuit based on the detection signal of the multi-pole magnetic encoder, the rotational position calculated by the main arithmetic circuit and the backup arithmetic circuit based on the detection signal of the two-pole magnetic encoder, Comparing. Therefore, the reliability of the detection operation can be increased.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気式アブソリュートエンコーダーが組み込まれている電磁ブレーキ付きモーターを説明する。 Hereinafter, a motor with an electromagnetic brake incorporating a magnetic absolute encoder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[電磁ブレーキ付きモーター]
図1(a)および(b)は、それぞれ、本発明を適用した磁気式アブソリュートエンコーダーが組み込まれているモーターを示す概略縦断面図およびその後端面を示す端面図である。モーター1は円筒状のモーターケースアセンブリ2を備えており、当該モーターケースアセンブリ2の前端部分は大径の取付用フランジ3となっている。モーターケースアセンブリ2の内部には、その中心を貫通して延びている中空のモーター回転軸4が配置されている。モーター回転軸4はモーター回転中心軸線1aの方向の前後の部分において、前側軸受け5および後側軸受け6を介して、モーターケースアセンブリ2によって回転自在の状態で支持されている。
[Motor with electromagnetic brake]
FIGS. 1A and 1B are a schematic longitudinal sectional view showing a motor incorporating a magnetic absolute encoder to which the present invention is applied and an end view showing a rear end face thereof, respectively. The
モーター回転軸4には、前側軸受け5の後側に隣接した部位にモーターローター7が取り付けられており、このモーターローター7を同心状に取り囲む状態にモーターステーター8がモーターケースアセンブリ2の側に取り付けられている。モーター回転軸4におけるモーターローター7の後側の部位には電磁ブレーキ9が配置されている。
A
電磁ブレーキ9は例えば無励磁作動形のものであり、非励磁状態においては不図示のばね力によってモーター回転軸4にブレーキ力が作用しており、励磁状態においては電磁力によってばね力が打ち消されてモーター回転軸4のブレーキ力が解除される。この電磁ブレーキ9は電磁石12を備えており、この電磁石12は、モーターケースアセンブリ2の側に固定された円環状のヨーク10と、この中に配置された電磁コイル11とを備えている。ヨーク10の内周面には後側軸受け6が同心状態に装着され、この後側軸受け6によってモーター回転軸4の後側の部分が回転自在の状態で支持されている。
The
モーター回転軸4におけるヨーク10の後側に隣接した部位に、磁気式アブソリュートエンコーダー20が配置されている。モーターケースアセンブリ2の後端は円盤状のエンコーダーカバー17によって封鎖されている。エンコーダーカバー17には、モーター回転軸4の中空部4aに連通する中心開口17aが形成されている。また、エンコーダーカバー17の外周側の部位には、円周方向に隣接した位置にモーターコネクタ18およびエンコーダーコネクタ19が取り付けられている。
A magnetic
[磁気式アブソリュートエンコーダー]
図2は磁気式アブソリュートエンコーダー20の制御系を中心に示す概略ブロック図である。磁気式アブソリュートエンコーダー20の検出部は、2組の磁気エンコーダーから構成されており、一方は多極磁気エンコーダー21であり、他方は2極磁気エンコーダー22である。
[Magnetic absolute encoder]
FIG. 2 is a schematic block diagram showing mainly the control system of the magnetic
多極磁気エンコーダー21は、多極リングマグネット30と、複数対の磁気検出素子、本例では2対のホール素子31〜34とを備えている。多極リングマグネット30は、その円形外周面が多極着磁されて、当該円形外周面に沿って等角度間隔でS組の磁極対(S:2以上の整数)が形成されている。ホール素子31(M1)および33(M2)からはA相の検出信号(多極側A相信号)が得られ、ホール素子32(M3)、34(M4)からはA相とは位相が90度異なるB相の検出信号(多極側B相信号)が得られるように、これらの配置位置が設定されており、本例ではほぼ90度の角度間隔に配置されている。
The multipole
他方の2極磁気エンコーダー22は、2極リングマグネット40と、複数個の磁気検出素子、本例では2対のホール素子41〜44とを備えている。2極リングマグネット40はその円形外周面が2極着磁されて、1対の磁極対が形成されている。ホール素子41〜44は、2極リングマグネット40の円形外周面に沿って90度の角度間隔に配置されており、ホール素子41(T1)からはA相の検出信号(2極側A相信号)が得られ、ホール素子42(T2)からは90度位相の異なるB相の信号(2極側B相信号)が得られる。また、ホール素子43(T3)からはA相の逆相の検出信号(2極側A(−)相信号)が得られ、ホール素子44(T4)からはB相の逆相の検出信号(2極側B(−)相信号)が得られる。
The other two-pole
各ホール素子31〜34、41〜44からの検出信号はIF配線基板23に実装されている結線部(信号合成回路)を介して合成されて、多極側A相合成信号MA、多極側B相合成信号MB、2極側A相合成信号TAおよび2極側B相合成信号TBが生成される。これらの信号が後述の信号処理用の演算回路に供給され、当該演算回路においてモーター回転軸4の1回転内における絶対回転位置、および、当該モーター回転軸4の原点位置からの回転数が算出される。
The detection signals from the
ここで、磁気式アブソリュートエンコーダー20の検出部には電磁ブレーキ9が隣接配置されているので、多極側および2極側の磁気エンコーダー21、22の検出信号には、電磁ブレーキ9の洩れ磁束によるノイズ成分が含まれ、これに起因して検出精度が低下してしまう。また、多極側の磁気エンコーダー21においては、隣接配置されている2極側の磁気エンコーダー22からの洩れ磁束によるノイズ成分によって検出精度が低下してしまう。
Here, since the
本例では、2極側の磁気エンコーダー22において、ホール素子41から得られるA相信号と、ホール素子43から得られるA相の逆相信号である2極側A(−)相信号とを加算することにより、これらの信号に含まれている電磁ブレーキ9からの洩れ磁束によるノイズ成分を除去して、2極側A相合成信号TAを生成している。同様に、ホール素子42、44から得られる2極側B相信号および2極側B(−)相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去して、2極側B相合成信号TBを生成している。
In this example, in the
また、多極側の磁気エンコーダー21においては、ホール素子31、32から得られる同相の多極側A相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去している。また、これら一対の多極側A相信号が得られる信号線を逆相接続することにより、これらの信号に含まれている電磁ブレーキ9からの洩れ磁束によるノイズ成分を除去している。同様に、ホール素子33、34から得られる同相の多極側B相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、これらの多極側B相信号が得られる信号線を逆相接続することにより、これらの信号に含まれる電磁ブレーキ9からの洩れ磁束によるノイズ成分を除去している。これによって、洩れ磁束によるノイズ成分が除去された多極側A相合成信号MAおよび多極側B相合成信号MBが得られる。したがって、これらの信号を用いることにより、磁気式アブソリュートエンコーダー20の検出精度を高めることができる。
Further, in the
次に、磁気式アブソリュートエンコーダー20は、多極側A相合成信号MA、多極側B相合成信号MB、2極側A相合成信号TAおよび2極側B相合成信号TBに基づき、モーター回転軸4の1回転絶対値θ1、多回転値N、および速度を算出する主演算回路70を備えている。また、2極側A相合成信号TA、2極側B相合成信号TBに基づき、モーター回転軸4の1回転絶対値である2極側1回転絶対値θ(2)、その多回転値である2極側多回転値N(2)、および速度を算出するバックアップ演算回路80を備えている。
Next, the magnetic
ここで、多極側A相合成信号MA、多極側B相合成信号MBは、増幅回路71aを介して増幅される。増幅後の検出信号A1、B1はADコンバーター72aによってデジタル信号に変換され、得られたデジタル信号が主演算回路70の信号処理部73に供給される。また、2極側A相合成信号TA、2極側B相合成信号TBは、増幅回路71c、71dを介して増幅され、増幅後の検出信号A3、B3はADコンバーター72bを介してデジタル信号に変換された後に、信号処理部73に供給される。
Here, the multipolar side A-phase combined signal MA and the multipolar side B-phase combined signal MB are amplified via the
信号処理部73では、信号A1、B1を用いて角度演算を行って多極角度θ(MP)を算出し、信号A3、B3を用いて角度演算を行って2極側1回転絶対値θ(2P)を算出する。算出した値θ(2P)と、メモリ73aに記憶保持されている磁極位置補正情報とに基づき、多極角度θ(MP)に補正を施して1回転絶対値θ1を求める。この補正方法は、特許文献2に開示の絶対回転位置検出方法に基づき行うことができる。
In the signal processing unit 73, an angle calculation is performed using the signals A1 and B1 to calculate a multipolar angle θ (MP), an angle calculation is performed using the signals A3 and B3, and a two-pole one-turn absolute value θ ( 2P). Based on the calculated value θ (2P) and the magnetic pole position correction information stored and held in the
また、信号処理部73は、1回転絶対値θ1に基づき多回転値Nおよび速度を算出する。算出された位置データ(θ1、N、速度)は、データ変換部74においてシリアル転送用データに変換された後に、送受信インターフェース75から上位システム(図示せず)に転送されるようになっている。上位システムでは、これらの情報に基づきモーター回転軸4の回転位置をアブソリュート形式で認識できる。
Further, the signal processing unit 73 calculates the multi-rotation value N and the speed based on the one-rotation absolute value θ1. The calculated position data (θ1, N, speed) is converted into data for serial transfer by the
次に、バックアップ演算回路80には、2極側A相合成信号TA、2極側B相合成信号TBが増幅部81aを介して増幅され、増幅後の検出信号A2、B2として供給される。バックアップ演算回路80では、これらの信号A2、B2をADコンバーター82を介してデジタル化し、デジタル化した検出信号を用いて角度演算を行って2極側1回転絶対値θ2、2極側多回転値N(2)、および速度を算出する。
Next, the two-pole A-phase combined signal TA and the two-pole B-phase combined signal TB are amplified via the
ここで、1回転絶対値θ1、2極側1回転絶対値θ(2P)および2極側1回転絶対値θ2は角度演算により求まるモーター回転軸4の1回転内の絶対値である。多回転値N、2極側多回転値N(2)は角度演算により求まる、予め定めた原点からの回転カウント数である。検出信号A1、B1、A2、B2は次のように表され、角度演算によって多極角度θ(MP)およびθ(2P)が次のように算出され、これに基づき1回転絶対位置θ1が算出される。2極側1回転絶対値θ2もθ1と同様に算出される。
A1=Vasin(θ−α)
B1=Vbcos(θ−α)
A2=Vcsin(θ−β)
B2=Vdcos(θ−β)
θ(MP)=tan-1((b/Vb)/(a/Va))+α
θ(2P)=tan-1((d/Vd)/(c/Vc))+β
主電源投入時に、多極角度θ(MP)、値θ(2P)および磁極位置補正情報を用いて1回転絶対位置θ1が計算される。ここで、磁極位置補正情報(磁極位置)をPsとし、磁極対の数をSとすると、θ1=θ(MP)+Ps(360°/S)である。その後は、θ1にθ(MP)を加算することによりθ1が更新される。
Here, the 1-rotation absolute value θ1, the 2-pole-side 1-rotation absolute value θ (2P), and the 2-pole-side 1-rotation absolute value θ2 are absolute values within one rotation of the
A1 = Vasin (θ−α)
B1 = Vbcos (θ−α)
A2 = Vcsin (θ−β)
B2 = Vdcos (θ−β)
θ (MP) = tan −1 ((b / Vb) / (a / Va)) + α
θ (2P) = tan −1 ((d / Vd) / (c / Vc)) + β
When the main power is turned on, the absolute one-rotation position θ1 is calculated using the multipolar angle θ (MP), the value θ (2P), and the magnetic pole position correction information. Here, assuming that the magnetic pole position correction information (magnetic pole position) is Ps and the number of magnetic pole pairs is S, θ1 = θ (MP) + Ps (360 ° / S). Thereafter, θ1 is updated by adding θ (MP) to θ1.
また、主演算回路70は高速、高精度で演算処理を行うものであり、例えば、11μsの検出周期で検出信号A、B1をサンプリングする。バックアップ演算回路80は主演算回路70に比べて低消費電力で演算処理を行うものであり、主演算回路70に比べて低速であり精度も低い。例えば、2.2msの検出周期で検出信号A2、B2をサンプリングする。
The main
ここで、磁気式アブソリュートエンコーダー20は電源切替制御回路90を備えている。電源切替制御回路90は、通常時動作においては上位システムの通常時動作電源(主電源)91からの供給電力を主演算回路70と、バックアップ演算回路80の双方に供給して、これらを動作させる。通常時動作電源91からの電力供給が遮断された場合には、電力供給源をバックアップ電源92に切り替え、バックアップ電源92からの供給電力をバックアップ演算回路80に対してのみ供給する。したがって、バックアップ時には、バックアップ演算回路80のみが動作して2極側1回転絶対値θ2、2極側多回転値N(2)のみが算出される。
Here, the magnetic
また、主演算回路70には、通常時動作において検出エラーが発生したか否かを自己診断する異常診断回路100が付設されており、異常が発生したと判断された場合には、その旨の警報信号が上位システムに送信されるようになっている。
The main
異常診断回路100は、通常時動作の際に、主演算回路70で算出される多極側1回転絶対値θ1と、バックアップ演算回路80で算出される2極側1回転絶対値θ2とを比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数連続した場合に異常が発生したものと判断する。異常診断回路100では、例えば、2.2msの周期で、双方の算出値を比較し、双方の算出値の差が制御上問題となるような不整合状態であることが連続して10回検出された場合には、異常が発生したと判断する。
The
また、異常診断回路100では、主演算回路70で算出される多回転値Nとバックアップ演算回路80で算出される2極側多回転値N(2)を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数(例えば10)連続した場合に異常が発生したものと判断する。この異常検出処理は、電源投入後における通常動作時には常に行なわれる。
Further, the
さらに、異常診断回路100は、主演算回路70で算出される多極側1回転絶対値θ1と、同じく主演算回路70で算出される2極側1回転絶対値θ(2P)を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数(例えば10回)連続した場合に異常が発生したものと判断している。この異常診断は、主演算回路70の動作速度と同一の動作速度、例えば、11μsの周期で、双方の算出値を比較することにより行われる。
Further, the
なお、磁気式アブソリュートエンコーダー20は多回転値設定機能を備えている。多回転値設定機能は、通常時動作電源からの電力供給が再開され、バックアップ状態から通常時の動作状態に復帰した時点において、バックアップ演算回路80においてバックアップされている2極側多回転値N(2)を主演算回路70に転送して、当該時点での多回転値Nとして設定する機能である。主演算回路70はバックアップ時には動作しないので、多回転値Nはバックアップ時から通常動作時に復帰した時点では消失している。通常動作時に復帰した時点で多回転値N(2)を設定することにより、それ以後の多回転値Nの算出動作を再開することができる。
The magnetic
(検出部の機械的構成)
次に、磁気式アブソリュートエンコーダー20の検出部の機械的構成を詳細に説明する。まず、図1に示すように、磁気式アブソリュートエンコーダー20の機構部は、モーター回転軸4の後端部分の外周面に同心状に固定した円環状のボス24を備えており、このボス24の円形外周面に多極リングマグネット30および2極リングマグネット40が同軸状態に隣接した位置に固定されている。
(Mechanical structure of the detector)
Next, the mechanical configuration of the detection unit of the magnetic
また、これらのマグネット30、40を取り囲む状態に基板保持アセンブリ50が配置されている。基板保持アセンブリ50によって、多極リングマグネット30および2極リングマグネット40を取り囲むように、一定幅のフレキシブルプリント配線基板60がループ状に曲げられた状態に保持されている。フレキシブルプリント配線基板60には多極側のホール素子31〜34および2極側のホール素子41〜44が実装されている。また、各ホール素子から引き出される配線パターンが印刷されている。基板保持アセンブリ50の外側には、所定の角度を張る一定幅の円弧状のIF配線基板23が配置されている。
In addition, a
図3(a)は基板保持アセンブリ50およびフレキシブルプリント配線基板60を示す正面図であり、図3(b)はその断面図である。これらの図に示すように、基板保持アセンブリ50は、一定幅の円環状のベース板55と、このベース板55の一方の円環状端面56に固定した同一形状の4個の第1〜第4基板取付台51〜54とを備えている。ベース板55は、円周方向に沿って複数本のボルト穴が形成されており、締結ボルトによってヨーク10に固定されている。
3A is a front view showing the
基板取付台51〜54は、一定厚さの長方形の金属板から形成されており、ベース板51の円環状端面52において、その円周方向に沿って90度の角度間隔で垂直に取り付けられている。各基板取付台51〜54において、ベース板55の中心側を向いている内側平面が基板取付面51a〜54aであり、ここに、ループ状に曲げたフレキシブルプリント配線基板60が固定されている。
The
各基板取付台51〜54は、それらの基板取付面51a〜54aに内接する円57の接線方向に僅かに移動可能な状態でビス止め可能であり、最終的には接着剤によって円環状端面56に固着される。
Each of the
ここで、図1から分かるように、本例では、基板保持アセンブリ50のベース板55は、その内周縁部分の端面部分が後側軸受け6の外輪6aの端面に当接しており、外輪押えとして機能している。外輪6aの反対側の端面はヨーク10の内周側端面に当接している。なお、後側軸受け6の内輪6bは、ボス24の端面と、モーター回転軸4に形成した段面との間に保持されている。このように、ベース板55およびボス24が軸受け押えを兼用しているので、部品点数を減らすことができ、小型コンパクト化、低コスト化に有利である。
Here, as can be seen from FIG. 1, in this example, the
次に、図4は基板保持アセンブリ50に保持されているフレキシブルプリント配線基板60を平面上に展開した状態で示す展開図である。フレキシブルプリント配線基板60は、全体として、一定幅の細長い直線状の基板本体部分65と、この基板本体部分65の長さ方向の中程の部位の一方の側縁部分から斜め方向に一定幅で引き出されている引き出し部分66とを備えており、引き出し部分66の先端は、IF配線基板23の側に接続するための端子部67となっている。また、引き出し部分66の根元部分が繋がっている基板本体部分65の側縁部分には一定幅で根元部分を包含する長さの補強層68が形成された補強部分となっている。
Next, FIG. 4 is a development view showing the flexible printed
基板本体部分65には、両端部と、両端間におけるほぼ同一の間隔の2か所の部位に、長方形の第1〜第4素子実装部61〜64が形成されており、これらの第1〜第4素子実装部61〜64の裏面には長方形の補強板69が積層されている。補強板69は、基板取付台51〜54の基板取付面51a〜54aに接着固定される接着面を規定しており、当該素子実装部61〜64の平面度を確保している。基板本体部分65および引き出し部分66には多数本の配線からなる配線パターンが印刷されている。
The substrate
第1素子実装部61には、多極側のホール素子31(M1)および2極側のホール素子41(T1)が幅方向に間隔を開けて実装されている。第2素子実装部62の表面には、多極側のホール素子32(M3)と2極側のホール素子42(T2)が実装されており、第3素子実装部63には、多極側のホール素子33(M2)と2極側のホール素子43(T3)が実装されており、第4素子実装部64には、多極側のホール素子34(M4)と2極側のホール素子44(T4)が実装されている。第1〜第4素子実装部61〜64は、それぞれ、基板保持アセンブリ50における第1〜第4基板取付面51a〜54aにそれぞれネジおよび接着剤によって固定される。
On the first
この構成のフレキシブルプリント配線基板60は、図3から分かるように、その表面が内側を向くようにループ状に曲げられて、基板取付面51a〜54aに固定されている。また、基板取付面51a、52aの間の部分、基板取付面52a、53aの間の部分、および基板取付面53a、54aの間の部分においては、外方に膨らむ状態(弛みのある状態)で架け渡されている。なお、フレキシブルプリント配線基板60が外周側の部分と干渉しないように、ベース板55の外径寸法以内の部位に収まるように配置されている。
As can be seen from FIG. 3, the flexible printed
ホール素子の位置決め作業においては、フレキシブルプリント配線基板60を基板保持アセンブリ50に固定し、モーター回転軸4に取り付けた多極、2極リングマグネット30、40に対峙するように装着する。また、フレキシブルプリント配線基板60の引き出し部分66を、その根本部分を中心にしてほぼ直角に折り曲げて、その先端の端子部67を外周側に位置しているIF配線基板23のコネクタ部に接続する。
In the positioning operation of the Hall element, the flexible printed
この状態で、多極側の第1〜第4ホール素子31〜34の検出信号に基づき、これらの位置を調整する。すなわち、各基板取付台51〜54を移動させながら、適切な検出信号が得られるようにする。
In this state, these positions are adjusted based on the detection signals of the first to
ここで、フレキシブルプリント配線基板60の第1〜第4素子実装部61〜64においては、多極側のホール素子と2極側のホール素子が所定の位置関係となるように実装されている。したがって、多極側リングマグネット30と2極側リングマグネット40が精度良くモーター回転軸4に組み付けられていれば、多極側のホール素子31〜34の位置決めを行うことによって、2極側のホール素子41〜44の位置決めが同時に行われることになる。したがって、ホール素子の位置決め作業が簡単になる。位置決め後は、各基板取付台51〜54が調整位置に接着剤によって固定される。
Here, in the 1st-4th element mounting parts 61-64 of the flexible printed
また、フレキシブルプリント配線基板60にホール素子が実装されていると共に各ホール素子からの配線パターンも印刷されているので、各ホール素子が実装されているプリント配線基板に複数本のリード線を接続し、これらのリード線をIF配線基板23まで引き出す配線作業が不要である。
In addition, since the Hall elements are mounted on the flexible printed
さらに、フレキシブルプリント配線基板60が保持されている基板保持アセンブリ50は簡単に取り外すことができるので、保守点検作業が簡単になる。ホール素子が実装されているフレキシブルプリント配線基板60の交換作業も、基板保持アセンブリ50を取り外した状態で簡単に行うことができる。
Further, since the
また、フレキシブルプリント配線基板60の引き出し部分66は面外方向に折り曲げ易くなっているので、この部分を折り曲げて半径方向の外側に位置しているIF配線基板23に接続する作業を簡単に行うことができる。また、引き出し部分66の根元部分が繋がっている基板本体部分65の側縁部分には一定幅の補強層68が形成されている。したがって、引き出し部分66の折り曲げに起因して、側縁部分に無理な力が作用しても、当該部分が損傷することがないので、断線などの不具合の発生を防止できる。
Further, since the lead-out
1 モーター
1a 回転中心軸線
2 モーターケースアセンブリ
3 取付用フランジ
4 モーター回転軸
4a 中空部
5 前側軸受け
6 後側軸受け
7 モーターローター
8 モーターステーター
9 電磁ブレーキ
10 ヨーク
11 電磁コイル
12 電磁石
17 エンコーダーカバー
17a 中心開口
18 モーターコネクタ
19 エンコーダーコネクタ
20 磁気式アブソリュートエンコーダー
21 多極側磁気エンコーダー
22 2極側磁気エンコーダー
23 IF配線基板
30 多極リングマグネット
31〜34 多極側のホール素子
40 2極リングマグネット
41〜44 2極側のホール素子
50 基板保持アセンブリ
51〜54 基板取付台
51a〜54a 基板取付面
55 ベース板
56 円環状端面
60 フレキシブルプリント配線基板
61〜64 素子実装部
65 基板本体部分
66 引き出し部分
67 端子部
68 補強層
69 補強板
70 主演算回路
71a、71b、71c、71d、81a、81b 増幅回路
72a、72b、82 ADコンバーター
73 信号処理部
73a メモリ
74 データ変換部
75 送受信インターフェース
80 バックアップ演算回路
90 電源切替制御回路
91 通常時動作電源
92 バックアップ電源
100 異常診断回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記モーター回転軸に同軸状態に固定され、円形外周面に1組の磁極対が形成されている2極マグネットと、
前記2極マグネットの回転に伴って、1回転当たり1周期の2極側A相信号、2極側B相信号、前記2極側A相信号の反転信号である2極側A(−)相信号、および、前記2極側B相信号の反転信号である2極側B(−)相信号を得るために配置した4つの2極側磁気検出素子と、
前記モーター回転軸における前記2極マグネットの隣接位置に同軸状態に固定され、円形外周面にS組の磁極対(S:2以上の整数)が形成されている多極マグネットと、
前記多極マグネットの回転に伴って、1回転当たりS周期の一対の多極側A相信号および一対の多極側B相信号を得るために配置した少なくとも4つの多極側磁気検出素子と、
前記多極側磁気検出素子から得られる前記の各信号を合成して、多極側A相合成信号および多極側B相合成信号を生成する多極側信号合成回路と、
前記2極側磁気検出素子から得られる前記の各信号を合成して、2極側A相合成信号および2極側B相合成信号を生成する2極側信号合成回路とを有し、
前記2極側信号合成回路は、前記2極側A相信号と前記2極側A(−)相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記2極側B相信号と前記2極側B(−)相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、
前記多極側信号合成回路は、前記一対の多極側A相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側A相信号の一方に、他方の反転信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側B相信号を加算することにより、これらの信号に含まれている前記2極マグネットからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去し、前記一対の多極側B相信号の一方に、他方の反転信号を加算することにより、これらの信号に含まれる前記電磁ブレーキからの洩れ磁束によるノイズ成分を除去することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダー。 A magnetic absolute encoder that is arranged adjacent to an electromagnetic brake for restraining rotation of a motor rotation shaft and is used for detecting a rotation position of the motor rotation shaft,
A two-pole magnet fixed coaxially to the motor rotating shaft and having a pair of magnetic pole pairs formed on a circular outer peripheral surface;
Along with the rotation of the two-pole magnet, one pole-side A-phase signal, two-pole-side B-phase signal, and two-pole-side A (−) phase that is an inverted signal of the two-pole-side A-phase signal per rotation. Four bipolar-side magnetic sensing elements arranged to obtain a signal and a two-pole B (-) phase signal that is an inverted signal of the two-pole B-phase signal;
A multipolar magnet fixed coaxially at a position adjacent to the two-pole magnet on the motor rotation shaft and having S pairs of magnetic pole pairs (S: an integer of 2 or more) formed on a circular outer peripheral surface;
At least four multipole-side magnetic detection elements arranged to obtain a pair of multipole-side A-phase signals and a pair of multi-pole-side B-phase signals with an S period per rotation in accordance with the rotation of the multipole magnet;
A multipole-side signal synthesis circuit that synthesizes the signals obtained from the multipole-side magnetic detection element to generate a multipole-side A-phase synthesized signal and a multi-pole-side B-phase synthesized signal;
A two-pole-side signal combining circuit that combines the signals obtained from the two-pole-side magnetic detection element to generate a two-pole-side A-phase combined signal and a two-pole-side B-phase combined signal;
The two-pole-side signal synthesis circuit adds the two-pole-side A-phase signal and the two-pole-side A (−)-phase signal, thereby causing noise due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake included in these signals. By removing the component and adding the two-pole side B-phase signal and the two-pole side B (−) phase signal, the noise component caused by the leakage magnetic flux from the electromagnetic brake contained in these signals is removed. ,
The multipole-side signal synthesis circuit adds the pair of multipole-side A-phase signals to remove noise components due to leakage magnetic flux from the two-pole magnets included in these signals, and By adding the other inverted signal to one of the multipolar A phase signals, the noise component due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake contained in these signals is removed, and the pair of multipolar B phases By adding the signals, the noise component due to the leakage magnetic flux from the two-pole magnet contained in these signals is removed, and the other inverted signal is added to one of the pair of multipolar B-phase signals. Thus, a noise absolute encoder included in these signals due to leakage magnetic flux from the electromagnetic brake is removed.
前記多極側A相合成信号および前記多極側B相合成信号を第1の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す多極側1回転絶対値、および、前記モーター回転軸の予め定めた原点からの回転数を表す多極側多回転値を算出する主演算回路と、
前記2極側A相合成信号および前記2極側B相合成信号を前記第1の検出周期よりも長い第2の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す2極側1回転絶対位置、および、前記モーター回転軸の前記原点からの回転数を表す2極側多回転値を算出するバックアップ演算回路と、
主電源からの供給電力によって前記主演算回路および前記バックアップ演算回路を動作させ、前記主電源が遮断された場合には、バックアップ電源からの供給電力によって前記バックアップ演算回路のみを動作させる電源切替制御回路とを有していることを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダー。 In claim 1,
Sampling the multi-pole side A-phase composite signal and the multi-pole side B-phase composite signal in a first detection period, and a multi-pole side one-turn absolute value representing an absolute position within one turn of the motor rotation shaft, and A main arithmetic circuit that calculates a multi-pole multi-rotation value representing the number of rotations from a predetermined origin of the motor rotation shaft;
The two-pole side A-phase composite signal and the two-pole side B-phase composite signal are sampled at a second detection cycle longer than the first detection cycle, and 2 representing the absolute position within one rotation of the motor rotation shaft. A backup arithmetic circuit that calculates a pole-side one-turn absolute position and a two-pole-side multi-rotation value that represents the number of rotations from the origin of the motor rotation shaft;
A power supply switching control circuit that operates the main arithmetic circuit and the backup arithmetic circuit with power supplied from a main power source and operates only the backup arithmetic circuit with power supplied from the backup power source when the main power source is shut off And a magnetic absolute encoder.
前記主電源からの供給電力によって前記主演算回路および前記バックアップ演算回路が動作している場合に、前記第2の検出周期で、前記多極側1回転絶対値および前記2極側1回転絶対値を比較し、これらの値の差が予め定めた値以上の状態が予め定めた回数連続した場合には異常が発生したと判断する異常診断回路を有していることを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダー。 In claim 2,
When the main arithmetic circuit and the backup arithmetic circuit are operating with power supplied from the main power source, the multi-pole one-turn absolute value and the two-pole one-turn absolute value in the second detection cycle A magnetic absolute characterized by having an abnormality diagnosis circuit that determines that an abnormality has occurred when a difference between these values exceeds a predetermined value for a predetermined number of times. encoder.
前記主演算回路は、前記2極側A相合成信号および前記2極側B相合成信号を前記第1の検出周期でサンプリングして、前記モーター回転軸1回転内の絶対位置を表す第2の2極側1回転絶対位置を算出し、
前記異常診断回路は、前記多極側1回転絶対位置と前記第2の2極側1回転絶対位置を比較し、これらの値の差が予め定めた値以上の状態が予め定めた回数連続した場合には異常が発生したと判断することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダー。 In claim 3,
The main arithmetic circuit samples the two-pole-side A-phase combined signal and the two-pole-side B-phase combined signal at the first detection cycle, and represents a second absolute position within one rotation of the motor rotation shaft. Calculate the absolute position of 1 pole on the 2 pole side,
The abnormality diagnosis circuit compares the multi-pole side one-turn absolute position with the second two-pole side one-turn absolute position, and a state in which a difference between these values is equal to or greater than a predetermined value continues for a predetermined number of times. A magnetic absolute encoder characterized by determining that an abnormality has occurred.
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