JPH0436613A

JPH0436613A - 磁気ロータリーエンコーダ

Info

Publication number: JPH0436613A
Application number: JP14373790A
Authority: JP
Inventors: Akihito Inoki; 猪木　昭仁; Yoshinori Hayashi; 好典林; Akira Miki; 晃三木
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1990-06-01
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1992-02-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野」この発明は、各種ＦＡ（ファクトリ・オートメーション
）機器の駆動源として用いられるＡＣサーボモータに適
用して好適な磁気ロータリーエンコーダに関するしので
ある。

「従来の技術」第４図は、従来の磁気ロータリーエンコーダの構成を示
す図である。この図において、■は円板状の磁気記録媒
体であり、この磁気記録媒体１にはシャフト２が取り付
けられ、このンヤフト２が図示せぬベアリング等によっ
て矢印Ｍ方向へ回転自在に支持されている。この磁気記
録媒体ｌの外周面には、その全周に亙って原点トラック
Ｔｚと、ピッチ信号トラックＴｐが平行に設けられてい
る。

そして、この原点トラックＴｚには、磁気記録媒体ｌの
原点となる箇所に、半周期分の正弦波状の磁気情報が原
点信号として記録されており、またピッチ信号トラック
Ｔｐには、一定波長λの正弦されている。４および５ａ
、５ｂは、ガラス基板上に磁気抵抗素子を形成してなる
磁気センサであり、磁気記録媒体！の外周囲と一定のギ
ャップを隔てて対向配置されている。上記磁気抵抗素子
は、磁界中に置かれた場合、その磁界の強さに応じて固
有抵抗力（変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果が生じ
る素子材料によって構成されており、この磁気抵抗効果
を利用して、原点トラックＴｚ上に記録された原点信号
と、ピッチ信号トラックＴｐ上に記録されたピッチ信号
が読み取られるようになっている。また磁気センサ５ａ
および５ｂは、磁気記録媒体１の移動方向Ｍに沿って互
いにＣｍ上１７４）λ（但し、ｍは整数）だけ離間して
状態で、ピッチ信号トラックＴｐに対向配置されている
。そして、磁気センサ５ａおよび５ｂの磁気抵抗素子パ
ターンは、ピッチ信号トラックＴｐから受ける磁界によ
って抵抗値が変化し、この結果、磁気センサ５ａおよび
５ｂからはピッチ信号トラックＴＩ）との位置関係に応
じたレベルの信号が得られるようになっている。すなわ
ち、ピッチ信号トラックＴＩ）上の正弦波状の磁気情報
１周期の区間をθ−〇〜２πとすると、磁気センサ５ａ
からはｓｉｎθ、磁気センサ５ｂからはＣＯＳθのレベ
ル信号が得られる。そして、ピッチ信号トラックＴｐか
磁気センサ５ａおよび５ｂに対して移動すると、それに
伴って磁気センサ５ａおよび５ｂから位相がπ／２ずれ
た２相の検出信号ｓｉｎθ（Ａ相）およびＣＯＳθ（Ｂ
相）が得られる。

また、６は角度検出回路であり、波形整形回路７．８お
よび９と、方向判別回路１０と、アップダウン・カウン
タ１１とから構成されている。波形整形回路７および８
では、各々Ａ相およびＢ相の検出信号が、波形整形され
て出力される。この場合、波形整形回路７および８から
各々出力されるＡ相パルスＰａおよびＢ相パルスＰｂは
、互いに位相がπ／２ずれた矩形波となり、磁気記録媒
体ｌの回転方向が正方向の場合は、Ａ相パルスＰａが進
み位相となり、負方向の場合は、Ｂ相パルスＰｂが進み
位相となる。そして、方向判別回路ｌＯにおいては、例
えば、Ａ相パルスＰａの立ち上がり時にＢ相パルスｐｂ
のレベルが“Ｈ”か“Ｌ”かによって回転方向か判別さ
れる。この方向判別回路ｌＯの出力信号Ｓ―は、カウン
タ１１のアップダウン切換端子Ｕ／ｆ）に供給される。

そして、カウンタ１１は、信号Ｓｖによってカウントモ
ートがアップもしくはダウンに切り換えられつつＡ相パ
ルスＰａがカウントされる。この場合、磁気記録媒体１
が正方向に回転している時にアップカウント、負方向に
回転している時にダウンカウントが行われるようになっ
ている。

一方、磁気記録媒体１の原点が磁気センサ４の設置箇所
を通過する毎に、この磁気センサ４によって、その原点
に記録された原点信号が検出され、これが波形整形回路
９を介して原点パルスＰｚとなり、カウンタ１１のリセ
ット端子Ｒに供給されるようになっている。この結果、
カウンタ１１は、磁気記録媒体ｌの原点が、磁気センサ
４の設置箇所に到達する毎にリセットされる。従って、
カウンタ１１のカウント値は、磁気記録媒体ｌの原点が
、磁気センサ４の設置箇所を通過してから、現在に至る
までの間において、磁気センサ５ａ、５ｂ上を通過した
ピッチ信号トラックＴｐの磁化区間の数に対応する値と
なる。すなわち、カウント値は、磁気記録媒体ｌの回転
角度に対応した値となる。そして、このカウンタＩＩの
カランに値か、シャフト２の回転角度に対応した検出角
度データＤとして出力される。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した磁気ロータリーエンコーダは、産業
用ロボットの各動作軸の角度検出などに用いられるが、
この場合、各動作軸を駆動するモータの回転軸に、上述
した磁気ロータリーエンコーダのシャフト２が直接連結
される。

一方、塗装工場などの爆発雰囲気中に設置される産業用
ロボットには防爆構造が要求され、また、半導体製造設
備などの極めてクリーン度の高い作業場所に設置される
産業用ロボットには、塵埃の発生を極力抑えることが要
求される。このため、この種の産業用ロボットの各動作
軸を駆動するモータとしては、ブラシレス構造であって
上記の要求に十分に対応し得るＡＣサーボモータが用い
られている。そして、このＡＣサーボモータの制御には
、その回転子の磁極の位置を検出するためのｆＭ磁極位
置検出器不可欠であり、この磁極位置検出器として、レ
ゾルバ等が組み込まれていた。この場合、上述した角度
検出用の磁気ロータリーエンコーダには、モータの回転
子の磁極位置に応じた信号を出力する機能を有していな
いため、モータの回転軸上に、上述した角度検出用の磁
気ロータリーエンコーダと、磁極位置検出器とを各々別
個に組み込まなければならず、この結果、大きな占有空
間を確保しなければならないとともに、保守点検が煩雑
であるという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ＡＣ
サーボモータの回転軸の回転角度を検出する角度検出機
能に加えて、このモータの回転子の磁極位置を検出する
磁極位置検出機能を設けた磁気ロータリーエンコーダを
提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」この発明は、回転自在に支持された磁気記録媒体に予め
記録されている磁気情報を読み取ることにより、前記磁
気記録媒体に連結されたＡＣサーボモータの回転軸の回
転角度を検出する磁気ロータリーエンコーダにおいて、
前記磁気記録媒体に設けられ、前記ＡＣサーボモータの
回転子の磁極位置に対応して磁気情報が記録された着磁
部と磁気情報が記録されていない未着磁部とからなる磁
極位置検出用トラックと、前記磁極位置検出用トラック
上の磁気情報の有無を検出し、この磁気情報の有無に基
づいて、前記ＡＣサーボモータの回転子の磁極位置に対
応した信号を出力する検出手段とを具備することを特徴
としている。

「作用」上記の構成によれば、ＡＣサーボモータの回転軸の回転
角度を検出するための磁気情報と、このモータの回転子
の磁極位置を検出するための磁気情報が、共通の磁気記
録媒体に記録されており、これにより磁気記録媒体の共
用化が図られる。

「実施例」以下、図面を参照し、この発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明の一実施例のｌｌＩ械的構成を示す図
である。この図において、磁気記録媒体ｌの外周面には
、その全周に亙って、ピッチ信号トラックＴｐと、原点
トラックＴｚと、Ｕ相トラックＴｕと、Ｖ相トラックＴ
ｖと、Ｗ相トラックＴｗとが設けられている。上記原点
トラックＴｚには、従来と同様に、磁気記録媒体ｌの原
点となる箇所に、半周期分の正弦波状の磁気情報が原点
信号として記録されており、また、ピッチ信号トラック
ＴＩ）には、従来と同様に、一定波長λの正弦波状の磁
気情報がピッチ信号として繰り返し記録されている。さ
らに、Ｕ相、■相、Ｗ相の各トラックＴｕ、Ｔｖ、Ｔｌ
には、シャフト２に連結された図示せぬＡＣサーボモー
タ回転子の磁極位置に対応して所定波長の磁気情報が記
録された着磁部Ｙと磁気情報が記録されていない未着磁
部Ｎとが各々設けられている。この場合、各トラックＴ
ｕ、Ｔｖ、Ｔｗには第３図（イ）、（ロ）、（ハ）に示
すように全周３６０゜を４等分した９０°毎に、着磁部
Ｙと未着磁部Ｎか交互に設けられており、またＵ相トラ
ックＴｕの着磁パターンに対してＶ相トラックＴｖの着
磁パターンは位相か６０°ずれ、このＶ相トラックＴｖ
の着磁パターンに対してＷ相トラックＴｗの着磁パター
ンは位相が６０°ずれている。

一方、第１図に示す符号Ｉ５は、ガラス基板上に６個に
磁気抵抗素子を形成してなる磁気センサユニットであり
、磁気記録媒体ｌの外周面と一定のギャップを隔てて対
向配置されている。この磁気センサユニット１５には、
第４図に示した従来の磁気センサ４および５　ａ、　５
　ｂに対応する磁気抵抗素子以外に、Ｕ相、■相、Ｗ相
の各トラックＴｕ。

Ｔｖ、Ｔｗと各々対向するように配置された磁気抵抗素
子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｖが設けられている。

次に、第２図を参照し、この発明の一実施例の電気的構
成について説明する。第２図において、磁気抵抗素子Ｒ
ｕ、Ｒｖ、Ｒｗは直列接続されており、磁気抵抗素子Ｒ
ｕの一端は電源電圧＋Ｖｃｃに接続され、その他端は磁
気抵抗素子Ｒｖを介して磁気抵抗素子Ｒｗの一端に接続
され、この磁気抵抗素子Ｒｗの他端は接地されている。

Ｒ１，Ｒｙ、Ｒｆｆは直列接続されたバランス用抵抗で
あり、抵抗Ｒ１の一端は電源電圧＋Ｖｃｃに接続され、
その他端は抵抗Ｒ７を介して磁気Ｒ５の一端に接続され
、この抵抗Ｒ３の他端は接地されている。これら磁気抵
抗素子Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗとバランス用抵抗Ｒ５，Ｒ＊　
、　Ｒ３の抵抗値は、外部からの磁界の影響を受けない
状態において、略同じ値となるように適宜設定され、一
種のブリッジ回路が構成されている。また、２０は抵抗
Ｒ，とＲ２の接続点において得られる一定電圧信号と、
磁気抵抗素子ＲｕとＲｖの接続点において得られる電圧
信号Ｓｌとの差を非反転増幅し、信号Ｓ、として出力す
る差動アンプ、２１は抵抗Ｒ，とＲ１の接続点において
得られる一定電圧信号と、磁気抵抗素子ＲｖとＲｗの接
続点において得られる電圧信号Ｓ、との差を反転増幅し
、信号Ｓ４として出力する差動アンプである。これら信
号Ｓ。

と８４は、直列接続された抵抗Ｒ４とＲ６によって合成
され、抵抗Ｒ４とＲ６の接続点において得られる電圧信
号と、電源電圧＋Ｖｃｃを抵抗Ｒ、、Ｒ、によって分圧
することによって得られる一定電圧信号との差が、差動
アンプ２２によって反転増幅され、信号Ｓ、として出力
される。これらは、信号Ｓ３と６４を加算して反転する
加算器として機能する。２３，２４．２５はコンパレー
タてあり、電源電圧＋Ｖｃｃを抵抗Ｒｓ　、　Ｒａによ
って分圧することによって得られる一定電圧のスレッシ
ョルドレベルＳＬと、信号Ｓ　３．Ｓ　％、Ｓ　、の電
圧とを各々比較し、その比較結果をＵ相信号Ｓｕ、Ｖ相
信号Ｓｖ、Ｗ相信号Ｓｗとして出力する。この場合、各
コンパレータ２３，２４．２５は、信号ｓ　ａ、ｓ　、
、ｓ　、の電圧がスレッショルドレベルＳＬの値よりも
大となったとき、Ｕ相信号Ｓｕ、Ｖ相信号Ｓｖ、Ｗ相信
号Ｓｗを各々“Ｈ”レベルとし、小となったとき、Ｕ相
信号Ｓｕ、Ｖ相信号Ｓ　ｖ、Ｗ相信号Ｓｖを各々“し”
レベルとする。

以上のように構成された一実施例において、その動作を
、第３図（イ）〜（ル）を参照して説明する。

まず、磁気記録媒体ｌのＵ相、■相、Ｗ相の各トラック
Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗには第３図（イ）、（ロ）、（ハ）＋
：示すように、９０°毎に、着磁部Ｙと未着磁部Ｎが交
互に設けられ、かつ位相か順次６０°ずつずらして設け
られている。そして、この磁気記録媒体１の回転に伴っ
て、磁気抵抗素子ＲｕとＲｖの接続点において得られる
電圧信号Ｓ　＋−は第３図（ニ）に示すように変化し、
磁気抵抗素子ＲｖとＲＷの接続点において得られる電圧
信号Ｓ２は第３図（ホ）に示すように変化する。そして
、電圧信号Ｓ、か差動アンプ２０によって非反転増幅さ
れて第３図（へ）に示す信号Ｓ、となり、電圧信号Ｓ、
が差動アンプ２１によって反転増幅されて第３図（ト）
に示す信号Ｓ４となる。また、信号Ｓ、と６４が抵抗Ｒ
４Ｒ＠および差動アンプ２２によって加算され、さらに
反転されて第３図（チ）に示す信号Ｓ５となる。

これら信号Ｓ　ｓ、　Ｓ　ｓ、　Ｓ　４と、電源電圧＋
Ｖｃｃを抵抗Ｒ＊　、　Ｒ＊によって分圧して得られた
スレッショルドレベルＳＬとが、コンパレータ２３．２
４．２５によって各々比較され、その比較結果がＵ相信
号Ｓｕ、Ｖ相信号Ｓ　ｖ、Ｗ相信号Ｓｖとして出力され
る。ここでＵ相、■相、Ｗ相の各信号Ｓｕ、Ｓｖ、Ｓｖ
は、磁気記録媒体ｌの各トラックＴｕ、Ｔｖ、Ｔｗの着
磁の有無に対応しており、したかって、シャフト２に連
結された図示せＣすＡＣサーボモータ回転子の磁極位置
に対応していることになる。

上述した一実施例において、Ｕ相、■相、Ｗ相の各トラ
ックＴｕ、Ｔｖ、Ｔｗの着磁部Ｙと未着磁部Ｎの範囲を
適宜変えることによって、磁極数の異なるＡＣＣサーモ
ータに対して自由に対応することができる。

「発明の効果」以上説明したように、この発明によれば、ＡＣサーボモ
ータの回転軸の回転角度を検出するための磁気情報と、
このモータの回転子の磁極位置を検出するための磁気情
報が、共通の磁気記録媒体に記録されており、このよう
に磁気記録媒体の共用化を図ることにより、従来のよう
に、角度検出用の磁気ロータリーエンコーダと、磁極位
置検出器を各々別個に設けていた場合と比較して、占有
空間が少なくて済み、保守点検も同時にかつ容易に行う
ことができるという効果が得られ、さらに、慣性モーメ
ントを小さくすることができるという効果ら得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の機械的構成を示す斜視図
、第２図は同実施例の電気的構成を示すブロック図、第
３図は同実施例の動作を説明するための波形図、第４図
は従来の磁気ロータリーエンコーダの構成を示すブロッ
ク図である。１・・・・・・磁気記録媒体、１５・・・・・・磁気センサユニット、Ｔｕ・・・・・
・Ｕ相トラック（磁極検出用トラック）、Ｔｖ・・・・
・・Ｖ相トラック（磁極検出用トラック）、Ｔｗ・・・
・・・Ｗ相トラック（磁極検出用トラック）、Ｒｕ、Ｒ
ｖ、Ｒｗ・・・・・・磁気抵抗素子、Ｒ１〜Ｒ０・・・
・・・抵抗、２０．２１．２２・・・・・・差動アンプ、２３．２４
．２５・・・・・・コンパレータ。

Claims

【特許請求の範囲】回転自在に支持された磁気記録媒体に予め記録されてい
る磁気情報を読み取ることにより、前記磁気記録媒体に
連結されたＡＣサーボモータの回転軸の回転角度を検出
する磁気ロータリーエンコーダにおいて、前記磁気記録媒体に設けられ、前記ＡＣサーボモータの
回転子の磁極位置に対応して磁気情報が記録された着磁
部と磁気情報が記録されていない未着磁部とからなる磁
極位置検出用トラックと、前記磁極位置検出用トラック
上の磁気情報の有無を検出し、この磁気情報の有無に基
づいて、前記ＡＣサーボモータの回転子の磁極位置に対
応した信号を出力する検出手段と、を具備することを特徴とする磁気ロータリーエンコーダ
。