JP2015132496A - 磁気式エンコーダー、電気機械装置、移動体およびロボット - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。この磁気式エンコーダー10は、磁気ドラム21と2つの磁気センサー28A,28Bと基準位置センサー27とを含む検出部20、および、信号処理回路31とコネクター32とを含む信号処理部30と、を備える。なお、図1は、磁気式エンコーダー10の磁気ドラム21を斜め方向から見た概略斜視状態を示している。
図10は、第2実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図10(A)は磁気式エンコーダー10Bの磁気ドラム21Bおよび磁気センサー28A,28Bを斜め方向から見た概略構成を示しており、図10(B)は磁気ドラム21Bの外周面部24Bを展開して示している。
図12は、第3実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図12(A)は磁気式エンコーダー10Cの磁気ドラム21Cを正面から見た概略正面図を示しており、図12(B)は磁気式エンコーダー10Cを側面から見た概略側面図を示している。
図14は、第4実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図14(A)は磁気式エンコーダー10Dの磁気ドラム21Dを正面から見た概略正面図を示しており、図14(B)は磁気式エンコーダー10Dを側面から見た概略側面図を示しており、図14(C)は円周中心線Jccに沿って磁極ギャップgmを介して周期的に形成されているN極歯25NDとS極歯25SDの一部を拡大し、円周中心線Jccを直線状に展開した状態で示している。
図16は、第5実施形態としての磁気式エンコーダーの概略構成を示す説明図である。図16(A)は磁気式エンコーダー10Eの磁気ドラム21Eを正面から見た概略正面図を示しており、図16(B)は磁気式エンコーダー10Eを側面から見た概略側面図を示しており、図16(C)は円周中心線Jccに沿って磁極ギャップgnを介して周期的に形成されているN極歯25NEの一部を拡大し、円周中心線Jccを直線状に展開した状態で示している。
F1.変形例1:
上記実施形態では、磁気式エンコーダーに、磁気センサーから出力されるセンサー信号に基づいて回転角(回転位置)を検出する信号処理回路を含む場合を例に説明したが、信号処理回路を含まず、磁気センサーから出力されるセンサー信号を外部の信号処理回路へ出力する構成としてもよい。信号処理回路を磁気式エンコーダーの回路基板上に実装した場合のほうがセンサー信号へのノイズ等の影響を低減して高精度な回転角の検出が可能である。これに対して、信号処理回路を外部に設けた場合には、種々の方式の信号処理によって回転角の検出を実行することが可能であり、汎用性が高い。
上記第1実施形態および第2実施形態では、1つの永久磁石に第1のドラム部分および第2のドラム部分を吸着させることにより、第1のドラム部分の磁極をN極とし、第2のドラム部分の磁極をS極とする場合を例に説明したが、逆であってもよい。また、第1のドラム部分を放射方向外向きあるいは内向きに着磁し、第2のドラム部分を第1のドラム部分とは反対向きに着磁することによっても、磁気ドラムを構成することができる。この場合には、永久磁石を省略することができる。
上記実施形態では、2つの磁気センサーを、電気角でπ/2の位相差に相当する位置にずらして配置する構成を例に説明したが、2つの磁気センサーを電気角でπ/3または2π/3の位相差に相当する位置にずらして配置する構成としてもよい。2つの磁気センサーを電気角でπ/2の位相差に相当する位置にずらして配置する構成とした場合には、2相式の回転電機(以下、「電気機械装置」とも呼ぶ)の回転状態を検出するエンコーダーとして適用して、2相式の電気機械装置の回転動作を高精度に制御することが可能である。また、2つの磁気センサーを電気角でπ/3または2π/3の位相差に相当する位置にずらして配置する構成として場合には、3相式の電気機械装置の回転状態を検出するエンコーダーとして適用して、3相式の電気機械装置の回転動作を高精度に制御することが可能である。なお、回転電機(電気機械装置)は、電動機モーターや発電機等である。
上記実施形態の磁気式エンコーダーは、種々の回転体のエンコーダーとして適用することが可能であり、電動移動体や電動移動ロボットあるいは医療機器の駆動装置におけるエンコーダーとして適用することが可能である。
10B…磁気式エンコーダー
10C…磁気式エンコーダー
20…検出部
21…磁気ドラム
21B…磁気ドラム
21C…磁気ドラム
22…側面部
22C…側面部
22h…基準穴
23…円盤部
23h…基準穴
24…外周面部
24B…外周面部
25N…N極歯
25S…S極歯
25NB…N極歯
25SB…S極歯
25Nm…N極歯
25Sm…S極歯
25ND…N極歯
25SD…S極歯
25NE…N極歯
25SE…S極歯
26…シャフト
26h…ネジ穴
27…基準位置センサー
27C…投光部
27R…受光部
28A…磁極センサー(A相センサー)
28B…磁気センサー(B相センサー)
30…信号処理部
31…信号処理回路
32…コネクター
40…筐体
42…筐体の穴
60…回路基板
60C…回路基板
61…回路基板
62…回路基板
63…導体パターン
64…ハンダ
65…実装端子
70…モーター
72…シャフト
72h…ネジ穴
72S…スペーサ
74…ホルダー構造
74a…ホルダー部
74b…締結部材
76…断熱材
78…固定ネジ
79…空気層
80…カップリング
210…ドラム部分
210C…ドラム部分
210D…ドラム部分
210E…ドラム部分
211…円盤部
212…シャフト穴
212C…シャフト穴
213…歯
213N…歯
213S…歯
213ND…歯
213SD…歯
213NE…歯
213SE…歯
214…基準穴
220…ドラム部分
220Ca…ドラム部分
220Cb…ドラム部分
220D…ドラム部分
220E…ドラム部分
221…円盤部
221C…円盤部
222…シャフト穴
222C…シャフト穴
223…歯
223C…円筒部
223S…歯
224…基準穴
224C…側面
230…永久磁石部
231…永久磁石
232…シャフト
233…側面
234…側面
3300…自転車
3310…動力発生装置
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第1のアーム
3420…第2のアーム
3430…動力発生装置
3450…双腕7軸ロボット
3460…関節モーター
3470…把持部モーター
3480…アーム
3490…把持部
3500…鉄道車両
3510…動力発生装置
3520…車輪
3640…垂直多関節ロボット
3641…本体部
3642…アーム部
3642a…第1フレーム
3642b…第2フレーム
3642c…第3フレーム
3642d…第4フレーム
3642e…第5フレーム
3643…ハンド接続部
3645…ロボットハンド
3645a…基部
3645b…指部
3762…双腕キャスター付ロボット
3763…車体部
3763a…車体本体
3763b…車輪
3764…制御部
3765…本体回転部
3766…本体部
3767…撮像装置
3768…左腕部
3769…右腕部
3770…上腕部
3771…下腕部
3772…ハンド部
3772a…ハンド本体
3772b…把持部
3773…回転機構
3774…直動機構
Claims (8)
- 磁気ドラムと磁気センサーとを有する磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムは、
前記磁気ドラムの回転軸と平行に磁化された永久磁石と、
前記永久磁石を挟むように設けられた第1のドラム部分と第2のドラム部分であって、前記永久磁石によってN極に磁化される前記第1のドラム部分及びS極に磁化される前記第2のドラム部分と、または前記永久磁石によってS極に磁化される前記第1のドラム部分及びN極に磁化される第2のドラム部分と、のいずれか
を備え、
前記磁気ドラムの回転方向の前記第1のドラム部分と前記第2のドラム部分との間には、磁気ギャップが形成され、
前記第1のドラム部分と前記第2のドラム部分のうちの少なくとも一方が前記磁気ドラムの回転方向に周期性の極歯形状を有することにより、前記磁気ギャップの形状が周期を有して形成され、
複数の前記磁気センサーは、前記極歯形状が通過する位置に設けられている、磁気式エンコーダー。 - 請求項1に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムの円筒状の外周面において、前記第1のドラム部分にN極の極歯及び前記第2のドラム部分にS極の極歯を有する、或いは前記第1のドラム部分にS極の極歯及び前記第2のドラム部分にN極の極歯を有する、磁気式エンコーダー。 - 請求項1に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気ドラムは、
前記回転軸に垂直な円盤状の第1のドラム部分と、
前記第1のドラム部分の外周に配置されるリング状の第2のドラム部分と、
を備え、
前記第1のドラム部分および前記第2のドラム部分の面内において、前記磁気ドラムの回転方向に周期性の極歯形状を有している、磁気式エンコーダー。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記周期性の極歯形状は、前記磁気センサーで検出される磁気変化の波形が、前記回転方向における電気角に応じて周期的に変化する波形であって、平坦部を有さずに、最大値と最小値の間の中心値を基準として対称的に変化する波形となる外形形状を有していることを特徴とする磁気式エンコーダー。 - 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーであって、
前記磁気センサーは回路基板上に実装されており、
前記回路基板には、さらに、前記磁気センサーから出力される信号を処理する信号処理回路が実装されていることを特徴とする磁気式エンコーダー。 - 回転軸を有する電気機械装置であって、
前記回転軸の回転状態を検出する請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の磁気式エンコーダーを備えることを特徴とする電気機械装置。 - 請求項6に記載の電気機械装置を備えるロボット。
- 請求項6に記載の電気機械装置を備える移動体。
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