JP7372604B2 - エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置 - Google Patents
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Description
第4の態様によれば、移動物体と、その移動物体を移動させる第3の態様の駆動装置と、を備えるステージ装置が提供される。
第5の態様によれば、第3の態様の駆動装置と、その駆動装置によって相対移動するアームと、を備えるロボット装置が提供される。
第1の実施形態につき図1から図7を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す。図1において、エンコーダ装置ECは、モータM(動力供給部)の回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出する。回転軸SFは、例えばモータMのシャフト(回転子)であるが、モータMのシャフトに変速機などの動力伝達部を介して接続されるとともに負荷に接続される作用軸(出力軸)であってもよい。エンコーダ装置ECが検出した回転位置情報は、モータ制御部MCに供給される。モータ制御部MCは、エンコーダ装置ECから供給された回転位置情報を使って、モータMの回転(例えば、回転位置、回転速度など)を制御する。モータ制御部MCは、回転軸SFの回転を制御する。
図2(A)、(B)において、磁石11は、回転によって、回転軸SFの中心を通る直線(対称軸)に平行な方向である軸方向(又はアキシャル方向ともいう。)における磁界の向き及び強さが変化するように構成されている。磁石11は、例えば回転軸SFと同軸の円環状の部材である。一例として、磁石11は、回転軸SFを囲むように順に配置されたそれぞれ開き角が90°の扇型のN極16A、S極16B、N極16C、及びS極16Dよりなる第1の円環状磁石と、N極16A~S極16Dと同じ形状でN極16A~S極16Dの一面にそれぞれ貼り合わせて配置されたS極17A、N極17B、S極17C、及びN極17Dよりなる第2の円環状磁石とから構成されている。磁石11は、回転軸SFの回りの円周方向(又は周方向、回転方向ともいう。)に沿って4対の極性を持つように着磁されて磁力が発生する永久磁石である。磁石11の主たる面である表面(図1のモータMと反対側の面)及び裏面(モータMと同じ側の面)は、それぞれ、回転軸SFとほぼ垂直である。言い替えると、磁石11において、表面側のN極16A~S極16Dと、裏面側のS極17A~N極17Dとは角度(例、互いのN極とS極との位置)が90°(位相で180°)ずれており、N極16A~S極16DのN極とS極との境界と、S極17A~N極17DのS極とN極との境界とは、周方向の位置(角度位置)がほぼ一致している。なお、上記の第1の円環状磁石と第2の円環状磁石とは、移動方向(ここでは周方向、回転方向)又は軸方向に連続して一体化され複数の極性を有する1つの磁石であり、それら磁石の内側に空間を有する中空状の磁石であってもよい。
位置11aから反時計回りに90°の第1区間において、磁石11の表面側にN極が配置され、磁石11の裏面側にS極が配置されている。この第1区間において、磁石11の磁界の軸方向の向きは、概ね磁石11の表面側から裏面側へ向かう軸方向AD1(図3(C)参照)に平行である。第1区間において、磁界の強さは、位置11aと位置11bとの中間において最大となり、位置11a,11bの近傍で最小となる。
レギュレータ63の入力端子63bは、電源切替器38を介してバッテリ32に接続されている。レギュレータ63の出力端子63cは、電源線PL及びアンド回路72の第2入力部に接続されている。レギュレータ63の接地端子63gは、接地線GLに接続されている。レギュレータ63の入力端子63bと接地線GLとの間に入力側のコンデンサ69B(第2コンデンサ)が接続され、出力端子63cと接地線GLとの間に出力側のコンデンサ69C(第1コンデンサ)が接続されている。レギュレータ63の制御端子63aはイネーブル端子であり、レギュレータ63は、制御端子63aにバッファ回路74から閾値以上のイネーブル信号7B(電圧)が供給された状態で、出力端子63cの電位(電源線PLの電位)を所定電圧に維持する。レギュレータ63の出力電圧(上記の所定電圧)は、計数器67がCMOSなどで構成される場合に例えば3Vである。記憶部14の不揮発性メモリ68の動作電圧は、例えば、所定電圧と同じ電圧に設定される。なお、所定電圧は、電力供給に必要な電圧であり、一定の電圧値のことだけでなく、段階的に変化する電圧であってもよい。
磁気センサ51の電源端子51pは、電源線PLに接続されている。磁気センサ51の接地端子51gは、接地線GLに接続されている。磁気センサ51の出力端子51cは、アナログコンパレータ65の入力端子65aに接続されている。本実施形態において、磁気センサ51の出力端子51cは、図2(C)に示した第2出力端子51bの電位と基準電位との差に相当する電圧を出力する。アナログコンパレータ65は、磁気センサ51から出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ65の電源端子65pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ65の接地端子65gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ65の出力端子65bは、計数器67の第1入力端子67aに接続されている。アナログコンパレータ65は、磁気センサ51の出力電圧が閾値以上である場合にHレベルとなりその出力電圧が閾値未満である場合にLレベルとなる信号を、出力端子65bから出力する。なお、アナログコンパレータ65を2つの入力端子を持つように構成し、その2つの入力端子に図2(C)の磁気センサ51の出力端子51a及び51bを接続し、アナログコンパレータ65では出力端子51a及び51bの電圧を比較してもよい。
なお、バッテリ32は、一次電池36と二次電池37の少なくとも一方を備えればよい。また、上述の実施形態においては、一次電池36または二次電池37から択一的に電力を供給するが、一次電池36及び二次電池37から並行して電力を供給してもよい。例えば、位置検出系1の各処理部(例えば磁気センサ51、計数器67、不揮発性メモリ68)の消費電力に応じて、一次電池36が電力を供給する処理部と、二次電池37が電力を供給する処理部とが定められてもよい。なお、二次電池37は、電源部MECから供給される電力と、電気信号発生ユニット31A,31Bで発生する電気信号の電力との少なくとも一方を用いて、充電されればよい。
まず、図6のステップ102において、図4の電気信号発生ユニット31A又は31BのWW出力7Aが発生し、バッファ回路74のイネーブル信号7B(図7(C)参照)がHレベルになる。WW出力7Aは、図7(A)に示すように間欠的に短周期で発生するが、以下では図7(B)~(E)に示すように、WW出力7Aの1周期内での動作につき説明する。また、電気信号発生ユニット31A,31Bで発生する信号は図5に示すようにパルス状であるが、出力端子61c,62cと接地線GLとの間にコンデンサ69Aが設けられているため、WW出力7Aは比較的緩やかに基準電位に低下する。そして、ステップ104において、イネーブル信号7Bに応じてレギュレータ63がオン(作動)になり、レギュレータ63の出力端子63cに接続された電源線PLの電位が点線の波形で示すように上昇する(図7(B)参照)。このときにアンド回路72の信号7EがHレベルになる。
また、本実施形態によれば、磁石11の側面に発生する磁力線を含む電気信号発生ユニット31Aにおけるパルス生成に不要な磁場成分は、感磁性部材47の長さ方向に直交しており、その不要な磁場成分は、磁石11の回転による交流磁界の反転による感磁性部材47の長さ方向の一端から他端に向かう磁壁の発生には悪影響を与えない。このため、感磁性部材47を磁石11の近傍に配置して、電気信号発生ユニット31Aを小型化しても、その不要な磁場成分に影響されることなく、磁石11の回転による軸方向の交流磁界の反転によって、電気信号発生ユニット31Aを用いて効率的に高い信頼性(安定した出力)で高出力のWW出力7A(パルス信号)を発生することができる。
第2の実施形態につき図8から図10を参照して説明する。なお、図8、図9、図10において図4、図6、図7に対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。図8は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECAを示す。図8において、図4のバッファ回路74の代わりに3個の入力部を有するオア回路71が設けられている。そして、電気信号発生ユニット31A,31Bに接続された整流スタック61,62の出力端子61c,62cに生じるWW出力7Aがオア回路71の第1入力部に供給されている。また、モータ制御部MCの電源部MCEから、通常動作とバックアップ動作との切り替えを示す切り替え信号7NDがオア回路71の第2入力部及び計数器67の切り替え信号入力部に供給されている。さらに、計数器67から計数動作が終了したことを示すための処理完了信号7TCがオア回路71の第3入力部に供給されている。WW出力7A、切り替え信号7ND、及び処理完了信号7TCの少なくとも一つがHレベル(ハイレベル)になると、オア回路71の出力はHレベルになり、WW出力7A、切り替え信号7ND、及び処理完了信号7TCの全部がLレベル(ローレベル)になると、オア回路71の出力はLレベルになる。オア回路71の出力はイネーブル信号7Bとしてアンド回路72の第1入力部及びレギュレータ63の制御端子63aに供給されている。アンド回路72の出力信号7Eは遅延回路73を介してリセット信号7Rとして計数器67及び不揮発性メモリ68に供給される。オア回路71、アンド回路72、及び遅延回路73から信号リレー回路75Aが構成されている。
本実施形態によれば、回転軸SFが高速回転中に電源部MCEがオフになった場合でも、例えば計数器67の処理完了信号7TCによってレギュレータ63がオンになって位置検出系1の磁気検出部12等に電力が供給され、回転軸SFの回転情報が求められて記憶される。そのため、電源部MCEがオフになっても、そのときの回転軸SFの回転情報を正確に求めて記憶した後、電気信号発生ユニット31AのWW出力7Aを用いてレギュレータ63の動作を制御する間欠動作シーケンスに円滑に移行できる。
また、電気信号発生ユニット31Aは、磁石11の回転に伴う磁界の変化によって磁気特性が変化する感磁性部41Aを有し、感磁性部41Aの磁気特性に基づいてWW出力7Aを発生しており、信号リレー回路75A(信号出力部)を備え、電源部MCEがオフになったときに、レギュレータ63を作動させて、バッテリ32の出力を平滑化して位置検出系1に供給している(ステップ120,122,104)。その感磁性部41A及び信号リレー回路75Aによる効果等は第1の実施形態と同様である。
また、上述の各実施形態においては、図3(A)に示すように、電気信号発生ユニット31Aの第1、第2磁性体45A,46Aの先端部が、磁石11の表面(N極16A~S極16D)及び裏面(S極17A~N極17D)の同じ角度位置で互いに異なる極性の部分の近傍に配置されているため、電気信号発生ユニット31Aをさらに小型化できる。なお、図3(D)及び(E)に示す変形例の電気信号発生ユニット31Cのように、感磁性部材47の一端側の第1磁性体45Cの先端部を磁石11の表面のある極性の部分(例えばN極16A又はS極16B等)の近傍に配置し、感磁性部材47の他端側の第2磁性体46Cの先端部を磁石11の表面の異なる極性の部分(例えばS極16D又はN極16A等)の近傍に配置してもよい。この場合、第1、第2磁性体45C,46Cは、回転方向において異なる位置にある磁石11の互いに異なる極性の2つの部分(例えばN極16A及びS極16D)からの磁力線を感磁性部材47の長さ方向に導いている。電気信号発生ユニット31Cにおいても、磁石11から第1磁性体45C、感磁性部材47、及び第2磁性体46Cを通るように磁気回路MC2が形成されるため、磁石11の側面の不要な磁界に影響されることなく、磁石11の回転による交流磁界の反転によって、感磁性部材47が効率的に安定したパルスを出力できる。なお、磁石11の構成は任意であり、電気信号発生ユニット31A,31Bの構成も任意である。
なお、上述の実施形態のように、複数の電気信号発生ユニットが設けられる場合に、電気信号発生ユニット31Aから出力される電力は、多回転情報を検出するための検出信号として利用されてもよいし、検出系などへの供給に利用されてもよい。
なお、上述の実施形態において、位置検出系1は、位置情報として回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出するが、位置情報として所定方向の位置、速度、加速度の少なくとも一つを検出してもよい。エンコーダ装置EC,ECAは、ロータリーエンコーダを含んでもよいし、リニアエンコーダを含んでもよい。また、エンコーダ装置EC,ECAは、発電部及び検出部が回転軸SFに設けられ、磁石11が移動体(例えば回転軸SF)の外部に設けられることで、磁石と検出部との相対位置が移動部の移動に伴って変化するものでもよい。また、位置検出系1は回転軸SFの多回転情報を検出しなくてもよく位置検出系1の外部の処理部により多回転情報を検出してもよい。
駆動装置の一例について説明する。図11は、駆動装置MTRの一例を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転軸SFと、回転軸SFを回転駆動する本体部(駆動部)BDと、回転軸SFの回転位置情報を検出するエンコーダ装置ECとを有している。なお、エンコーダ装置ECの代わりにエンコーダ装置ECAを備えていてもよい。
ステージ装置の一例について説明する。図12は、ステージ装置STGを示す。このステージ装置STGは、図11に示した駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaに、回転テーブル(移動物体)TBを取り付けた構成である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
[ロボット装置]
ロボット装置の一例について説明する。図13は、ロボット装置RBTを示す斜視図である。なお、図13には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を模式的に示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
Claims (12)
- 移動部の位置情報を検出する位置検出部と、
前記移動部の移動によって移動する磁石と、
前記磁石の移動による磁界の変化によって電気信号を発生する電気信号発生部と、
前記位置検出部からの制御信号によって変化する前記電気信号発生部の出力を前記位置検出部へ出力する回路部と
を備えるエンコーダ装置。 - 前記電気信号発生部から出力された電荷を蓄積する蓄積部を有し、
前記電気信号発生部の出力は、前記制御信号によって前記蓄積部の電荷を放電すると変化する請求項1に記載のエンコーダ装置。 - 前記回路部は、前記電気信号発生部の出力によって前記位置検出部の電位が低下した後の前記電気信号を前記位置検出部へ出力し、
前記位置検出部は、前記位置検出部の電位が低下した後の前記電気信号により初期化される請求項1または2に記載のエンコーダ装置。 - 前記電気信号により、前記位置検出部に電力を供給する電力供給部を備え、
前記回路部は、前記電力供給部の電位が基準値以上であると、前記位置検出部の電位が低下した後の前記電気信号を前記位置検出部へ出力する請求項3に記載のエンコーダ装置。 - 前記回路部は、前記電力供給部の電位が上昇して所定時間経過すると前記位置検出部の電位が低下した後の前記電気信号を前記位置検出部に出力する遅延部を含む請求項4に記載のエンコーダ装置。
- 前記位置検出部は、前記移動部の位置情報の検出処理が終わると、前記制御信号を出力して前記電気信号発生部の出力を変化させる請求項1から4のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記電気信号は、前記移動部の移動によって間欠的に繰り返して出力される請求項1から6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
- 前記移動部は回転軸を含み、
前記磁石は輪帯状又は扇形の部分を含み、
前記電気信号発生部は、前記磁石に沿って複数個配置される請求項1から7のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。 - 前記位置検出部は、前記回転軸の1回転以内の角度位置情報を検出する角度検出部と、
前記位置情報として前記回転軸の多回転情報を検出する多回転情報検出部と、を備える請求項8に記載のエンコーダ装置。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
前記移動部に動力を供給する動力供給部と、を備える駆動装置。 - 移動物体と、
前記移動物体を移動させる請求項10に記載の駆動装置と、を備えるステージ装置。 - 請求項10に記載の駆動装置と、
前記駆動装置によって相対移動するアームと、を備えるロボット装置。
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