CN110023719B - 绝对编码器、确定旋转量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够在确保分辨率的同时抑制大型化的绝对编码器。本发明的编码器(100)包括：磁体(M3)，其与旋转体一体地旋转；及多个旋转传感器(38)，其用于检测磁体(M3)的磁极，并输出相位分别不同的正弦波状的检测信号。旋转体包含与主轴(1a)一体地旋转的第1旋转体(20)、及随着第1旋转体(20)的旋转而旋转的第3旋转体(26)，编码器(100)包括检测第1旋转体(20)的旋转角的角度传感器(AS1)，且磁体(M3)配置在第3旋转体(26)上。

Description

绝对编码器、确定旋转量的方法
技术领域
本发明涉及一种用来确定输入轴的旋转量的绝对编码器及确定旋转量的方法。
背景技术
以往，已知有用来在各种控制机械装置中检测可动元件的位置或角度的旋转编码器。这样的编码器中有检测相对位置或角度的增量型编码器、及检测绝对位置或角度的绝对型编码器。例如在专利文献1中，记载了一种绝对型旋转编码器，其用于对自动控制装置或机器人装置等的运动控制用旋转轴或用于阀开闭的动力传递用旋转轴等的旋转量进行数字测量，以作为绝对量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP实开平4-96019号公报
发明内容
发明要解决的课题
专利文献1所记载的绝对编码器具有在多级连接的各齿轮的旋转轴上安装有1比特的旋转传感器的构成。通过该齿轮分别依次减速并旋转，从而构成1比特的计数器。在这种编码器中，存在当减少计数器数量时分辨率会降低的问题，另一方面，存在如果为了确保分辨率而增加计数器数量，则编码器会大型化的问题。
本发明是鉴于这样的课题而被完成的发明，且目的在于提供一种能够在确保分辨率的同时抑制大型化的绝对编码器。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的一个方式的绝对编码器是对涉及主轴多圈旋转的旋转量进行确定的绝对编码器，所述绝对编码器包括：旋转体，其随着主轴的旋转而旋转；磁体，其与旋转体一体地旋转；及多个旋转传感器，它们检测磁体的磁极，并输出相位分别不同的正弦波状的检测信号。
根据该方式，在绝对编码器中，能够根据旋转传感器的不同相位的正弦波状的检测信号来确定涉及主轴多次旋转的旋转量。
本发明的另一方式也是一种绝对编码器。该绝对编码器对跨及主轴多圈旋转的旋转量进行确定的绝对编码器，所述绝对编码器包括：第1获取机构，其获取与主轴一体地旋转的第1旋转体的旋转角；第2获取机构，其获取相对于第1旋转体以第1减速比进行减速旋转的第2旋转体的旋转角；第3获取机构，其检测相对于第2旋转体以第2减速比进行减速旋转的磁体的磁极，并获取相位分别不同的多个正弦波状的检测信号；第1确定元件，其根据获取到的第2旋转体的旋转角与检测信号来确定第1旋转体的转数；及第2确定元件，其根据获取到的第1旋转体的旋转角与确定出的第1旋转体的转数来确定主轴的旋转量。
本发明的又一方式是一种确定旋转量的方法。该方法对跨及主轴多圈旋转的旋转量进行确定，所述方法包括：获取与主轴一体地旋转的第1旋转体的旋转角；获取相对于第1旋转体以第1减速比进行减速旋转的第2旋转体的旋转角；检测相对于第2旋转体以第2减速比进行减速旋转的磁体的磁极，并获取相位分别不同的多个正弦波状的检测信号；根据获取到的第2旋转体的旋转角与检测信号来确定第1旋转体的转数；及根据获取到的第1旋转体的旋转角与确定出的第1旋转体的转数来确定主轴的旋转量。
此外，以上构成元件的任意组合及将本发明的构成元件或表述在方法、装置、系统等之间相互置换所得的方式作为本发明的方式也是有效的。
发明效果
根据本发明，可提供一种能够在确保分辨率的同时抑制大型化的绝对编码器。
附图说明
图1是表示实施方式所涉及的编码器的立体图。
图2是说明图1的编码器的块图。
图3是说明图1的编码器的展开图。
图4是将图1的编码器的一部分放大表示的立体图。
图5是将图1的编码器的一部分放大表示的另一立体图。
图6是说明图1的编码器的对应关系表的动作的说明图。
图7是将图1的编码器的一部分放大表示的主视图。
图8是将图1的编码器的一部分放大表示的后视图。
图9是将图1的编码器的一部分放大表示的俯视图。
图10是表示第1旋转体与中间旋转体的周边的剖视图。
图11是表示第2旋转体的周边的剖视图。
图12是表示霍尔元件的周边的主视图。
图13是表示第1旋转体、中间旋转体、及第3旋转体的周边的剖视图。
图14是说明第1变形例的编码器的展开图。
图15是说明第1变形例的编码器的对应关系表的动作的说明图。
具体实施方式
本发明者关于绝对编码器(以下简称为编码器)获得了如下见解。作为编码器，例如可以考虑通过组合多个角度传感器来构成，所述角度传感器检测主轴在1圈旋转内的绝对旋转角并作为数字信号输出。作为组合多个角度传感器的编码器的一例，可以考虑在主轴、以不同的减速比进行旋转的第1从轴和第2从轴这3个轴上分别设置单独的角度传感器的构成。在该构成中，基于从主轴、第1从轴及第2从轴这3个轴检测到的旋转角，进行数字运算而求出主轴多圈旋转的旋转量。数字运算例如可列举以转换成N进制法的量进行运算等。在该构成中，由于根据旋转角来算出旋转量，所以有如下课题，即，当利用多个角度传感器检测到的旋转角(以下称为检测旋转角)中的任一个的分辨率低时，运算所求出的旋转量的精度会降低。为了改善该精度，也可以想到在该3个轴上全部安装高分辨率的角度传感器，但在该情况下有因包括3个昂贵的角度传感器而不利于降低成本的课题。
另外，在该构成中，利用CPU(central processing unit，中央处理单元)并使用复杂的算法，来对这3个角度传感器分别检测到的旋转角(数字信号)进行运算而求出旋转量。因此，有可能当使用运算能力低的CPU时运算会跟不上而产生误动作。由此，发明者认识到，在并行地处理多个旋转角来确定旋转量的构成中，从抑制成本上升的同时提高精度的观点考虑，有改善的余地。
基于这些情况，发明者发现：可基于主轴在1圈旋转内的旋转角、及主轴旋转次数即转数，并通过式1来确定跨及主轴多圈旋转(以下称为多圈旋转)的旋转量。
(式1)主轴的旋转量＝主轴的旋转角+主轴的转数×360°
通过以此方式确定主轴的旋转量，从而可提供一种能够在抑制成本上升的同时维持精度的绝对编码器。
实施方式是基于这样的思路而被提出的，以下说明具体构成。
以下，以优选实施方式为基础，参照各附图来对本发明进行说明。在实施方式、变形例中，对相同或等同的构成元件、构件标注相同符号，并适当省略重复的说明。另外，为了容易理解，而适当放大、缩小地显示各附图中的构件的尺寸。另外，在各附图中，以省略在说明实施方式中不重要的构件的一部分的方式进行表示。
另外，虽然包含第1、第2等序数的用语是用来说明各种各样的构成元件的，但该用语只用于使一个构成元件区别于其它构成元件的目的，构成元件并不被该用语所限定。
[实施方式]
对本发明的实施方式所涉及的编码器100进行说明。图1是表示实施方式所涉及的编码器100的立体图。以下，基于XYZ正交坐标系进行说明。X轴方向对应于水平的前后方向，Y轴方向对应于水平的左右方向，Z轴方向对应于铅直的上下方向。Y轴方向及Z轴方向分别与X轴方向正交。有时X轴方向表述为前方向或者后方向，Y轴方向表述为左方向或者右方向，Z轴方向表述为上方向或者下方向。这种方向的表述并不限制编码器100的使用姿态，编码器100能够以任意的姿态被使用。
编码器100是对跨及电机1的主轴1a多圈旋转的旋转量进行确定并进行输出的绝对型编码器。作为一例，电机1可以是步进电机或者DC无刷电机。作为一例，电机1可以用作经由波动齿轮装置等减速机构来驱动工业用等的机器人的驱动源。编码器100将确定出的主轴1a的旋转量作为数字信号输出。图2是说明编码器100的块图。图3是说明编码器100的展开图。图4是将编码器100的一部分放大表示的立体图。图5是将编码器100的一部分放大表示的另一立体图。
如图2所示，编码器100包含主轴1a、第1旋转体20、中间旋转体22、第2旋转体24、第3旋转体26、角度传感器AS1、角度传感器AS2、磁体M1、磁体M2、磁体M3、多个旋转传感器38、及控制部40。
主轴1a是电机1的输出轴，且是将旋转输入到编码器100的输入轴。第1旋转体20固定在主轴1a上，并与主轴1a一体地以可旋转的方式被电机1的轴承构件支承。中间旋转体22、第2旋转体24及第3旋转体26以可旋转的方式被下述轴支承。中间旋转体22经由第1减速机构21而被第1旋转体20驱动，并相对于第1旋转体20以减速比R1进行减速旋转。第2旋转体24经由蜗轮蜗杆机构15而被中间旋转体22驱动，并相对于中间旋转体22以减速比R2进行减速旋转。当将减速比R1与减速比R2的积设为减速比R12时，第2旋转体24相对于第1旋转体20以减速比R12进行减速旋转。作为一例，减速比R1可为1/2，减速比R2可为1/50，减速比R12可为1/100。可以根据编码器100的分辨率来适当设定这些减速比。当第1旋转体20旋转100圈时，第2旋转体24旋转1圈。
第3旋转体26经由第2减速机构25而被第2旋转体24驱动，并相对于第2旋转体24以减速比R23进行减速旋转。作为一例，减速比R23可为1/4。当第2旋转体24旋转4圈时，第3旋转体26旋转1圈。第3旋转体26相对于第1旋转体20，以减速比R12乘以减速比R23所得的减速比(＝1/400)进行减速旋转。当第1旋转体20旋转400圈时，第3旋转体26旋转1圈。即，通过确定第3旋转体26在1圈旋转中的旋转位置，从而能够确定第1旋转体20在400圈旋转(±200圈旋转)的绝对旋转量。
磁体M1在第1旋转体20的旋转轴方向上，在与角度传感器AS1对置的端面上具有2极磁极P1。磁体M1与第1旋转20一体地旋转。角度传感器AS1根据从磁极P1接收到的磁通密度来检测第1旋转体20的旋转角(＝主轴1a的旋转角)。
磁体M2在第2旋转体24的旋转轴方向上，在与角度传感器AS2对置的端面上具有2极磁极P2。磁体M2与第2旋转体24一体地旋转。角度传感器AS2根据从磁极P2接收到的磁通密度来检测第2旋转体24的旋转角。
多个旋转传感器38包含霍尔元件H1、H2(以下，有时称为各霍尔元件)。各霍尔元件可以包含砷化镓(GaAs)或锑化铟(InSb)等化合物半导体或者硅(Si)等单元素半导体的薄膜。磁体M3在第3旋转体26的轴向上，在与各霍尔元件对置的端面上具有2极磁极P3。霍尔元件H1、H2配置在相隔电角π/2的位置上。当磁体M3与第3旋转体26一体地旋转时，霍尔元件H1与霍尔元件H2输出相位差为90°的正弦波状的检测信号。另外，正弦波状的信号与其称呼无关，是指振幅随时间经过而缓缓变化的波状的信号，不包括振幅急剧或不连续地变化的矩形波状的信号。在正弦波状的信号中，包括例如被称为三角波的信号等含有不对编码器的精度造成实质影响的程度的高次谐波的信号。
控制部40获取角度传感器AS1所检测到的第1旋转体20的旋转角、角度传感器AS2所检测到的第2旋转体24的旋转角、及来自霍尔元件H1、H2的检测信号。控制部40根据获取到的来自霍尔元件H1、H2的检测信号并参照对应关系表44，来确定第2旋转体24的转数。控制部40根据获取到的第2旋转体24的旋转角、及确定出的第2旋转体24的转数来确定第1旋转体20的转数。第1旋转体20的转数例如可通过式2来确定。
(式2)第1旋转体20的转数＝第2旋转体24的旋转角/(R12×360)+第2旋转体24的转数/R12
控制部40根据确定出的第1旋转体20的转数及获取到的第1旋转体20的旋转角来确定第1旋转体20的旋转量。第1旋转体20的旋转量例如可通过式3来确定。
(式3)第1旋转体20的旋转量＝第1旋转体20的旋转角+第1旋转体20的转数×360°
由于主轴1a的旋转量等于第1旋转体20的旋转量，所以主轴1a的旋转量例如可通过式4来确定。
(式4)主轴1a的旋转量＝第1旋转体20的旋转角+第1旋转体20的转数×360°
接下来，对编码器100的各元件进行说明。
(控制部)
如图2所示，控制部40包含第1旋转角获取部41、第2旋转角获取部42、霍尔信号获取部43、对应关系表44、转数确定部45、及输出部46。虽然这些各块在硬件上可由以计算机的CPU(central processing unit)为代表的元件或机械装置来实现，在软件上可由计算机程序等来实现，但这里画出通过它们的协作从而被实现的功能块。因此，对接触到本说明书的本领域技术人员来说，应理解这些功能块可以通过硬件、软件的组合而以各种形态实现。
第1旋转角获取部41获取角度传感器AS1所检测到的第1旋转体20的旋转角。第2旋转角获取部42获取角度传感器AS2所检测到的第2旋转体24的旋转角。霍尔信号获取部43获取来自霍尔元件H1、H2的正弦波状的检测信号。霍尔信号获取部43例如包含AD转换器，将作为模拟信号的来自霍尔元件H1、H2的检测信号转换为数字检测信号并获取。
(对应关系表)
图6是说明对应关系表44的动作的一例的说明图。对应关系表44以表形式存储了例如具有90°相位差的2个正弦波状的信号Ha、Hb的振幅的信息、与这2个信号的振幅对应的角度θ、及与该角度θ对应的第2旋转体24的转数N2。对应关系表44对应于获取到的数字检测信号的振幅，在0°～360°的范围内确定角度θ。对应关系表44对应于确定出的角度θ，在0～3圈旋转的范围内确定第2旋转体24的转数N2。如图6所示，在角度θ为0°以上且小于90°的范围内，确定为N2＝0圈旋转，在角度θ为90°以上且小于180°的范围内，确定为N2＝1圈旋转，在角度θ为180°以上且小于270°的范围内，确定为N2＝2圈旋转，在角度θ为270°以上且小于360°的范围内，确定为N2＝3圈旋转。
例如，假设角度θ未知，信号Ha的振幅为0.87，信号Hb的振幅为-0.5的情况。信号Ha的振幅为0.87的角度θ存在60°(A1)及120°(A2)这2个。其中，信号Hb的振幅为-0.5的角度θ确定仅为120°(B2)，否定了振幅为0.5的角度θ＝60°(B1)。由于确定出的角度θ＝120°属于90°以上且小于180°的范围，所以第2旋转体24的转数N2被确定为1圈旋转。通过像这样将多个相位的正弦波状的信号的角度及振幅的信息图表化并使用，从而能够根据振幅的信息来确定角度。另外，能够根据该角度来确定第2旋转体24的转数N2。
转数确定部45根据第2旋转角获取部42获取到的第2旋转体24的旋转角、及参照对应关系表44确定出的第2旋转体24的转数N2，通过上述式2来确定第1旋转体20的转数。输出部46根据第1旋转角获取部41获取到的第1旋转体20的旋转角、及由转数确定部45确定出的第1旋转体20的转数，通过上述式4来确定主轴1a的旋转量并进行输出。
(磁体)
磁体M1～M3(以下，有时表述为各磁体)具有大致圆筒形状。各磁体例如由铁氧体系或NdFeB系的磁铁材料形成。各磁体例如可为包含树脂粘合剂的橡胶磁铁或粘结磁铁。在各磁体的与各角度传感器对置的对置面上设置有多个(例如2极)磁极。各磁体的磁化方向可以是与各磁体的对置面正交的方向，也可以是与对置面平行的方向。在各磁体的内部也可以为与对置面平行的方向，在对置面附近也可以为与对置面正交的方向。在实施方式中，在各磁体的与各角度传感器对置的端部上设置有2极磁极。
各磁体收纳于在各转子的端部上朝向各角度传感器设置的磁体支座上所形成的凹部中，例如可以通过粘接或铆接等来固定。各磁体通过磁化形成磁极。各磁体的旋转方向的磁通密度分布可以是梯形波形状，也可以是正弦波状或矩形波形状。在实施方式中磁化成梯形波状。通过调整从各磁体至角度传感器AS1、AS2及多个旋转传感器38(以下，称为各检测元件)的距离，从而能够使各检测元件接收到的磁通密度的分布发生变化。在实施方式中，以各检测元件接收到的磁通密度的分布成为正弦波状的方式，设定各磁体的位置。例如，当使磁体M3连续旋转时，多个旋转传感器38输出变化为正弦波状的检测信号。
(角度传感器)
角度传感器AS1、AS2(以下，有时表述为各角度传感器)是检测与各转子的1圈旋转对应的0°～360°的范围的绝对旋转角的传感器。各角度传感器将与检测到的旋转角相应的信号(例如数字信号)输出到控制部40。各角度传感器即便在暂时停止通电后再次通电的情况下，也会输出与停止通电前相同的旋转角。因此，可以是不包括备用电源的构成。如图4所示，角度传感器AS1在与设置在第1旋转体20的轴向端面上的磁体M1的磁极隔着间隙对置的位置上，固定在传感器支承部上。角度传感器AS2在与设置在第2旋转体24的轴向端面上的磁体M2的磁极隔着间隙对置的位置上，固定在传感器支承部上。
在各角度传感器中可以使用分辨率较高的磁性角度传感器。磁性角度传感器在各旋转体的轴向上，例如与磁体的2极磁极隔着间隙对置配置，基于这些磁极的旋转来确定转子的旋转角并输出数字信号。作为一例，磁性角度传感器包含检测磁极的检测元件、及基于该检测元件的输出而输出数字信号的运算电路。检测元件例如可以包含多个(例如4个)霍尔元件或GMR(Giant Magneto Resistive，巨磁阻)元件等磁场检测元件。运算电路例如可以将多个检测元件的输出的差或比作为关键字，使用查找表，通过表处理来确定旋转角。该检测元件和运算电路可以集成在一个IC芯片上。该IC芯片可以埋入到具有薄型的长方体形状的外形的树脂中。各角度传感器经由未图示的布线构件而将与检测到的各转子的旋转角对应的作为数字信号的角度信号输出到控制部40。
特别是，角度传感器AS1检测设置在第1旋转体20上的磁体M1的磁极，并将第1旋转体20的旋转角作为多比特(例如7比特)的数字信号输出。角度传感器AS2检测设置在第2旋转体24上的磁体M2的磁极，并将第2旋转体24的旋转角作为多比特(例如7比特)的数字信号输出。
接下来，参照图7～13，对编码器100的第1旋转体20、中间旋转体22、第2旋转体24及第3旋转体26(以下，称为各旋转体)以及其周边的构成进行说明。图7是编码器100的主视图。图8是编码器100的后视图。图9是编码器100的俯视图。图9省略了下述托架10及角度传感器AS1等构件的图示。图10是表示第1旋转体20与中间旋转体22的周边的局部剖视图。图11是表示第2旋转体24的周边的局部剖视图。图12是表示霍尔元件H1、H2的周边的主视图。图12从图7中省略了下述托架18与托架7等构件的图示。图13是表示第1旋转体20、中间旋转体22、及第3旋转体26的周边的局部剖视图。各旋转体及其周边的构件被固定在电机1的上侧的圆盘状的基座2支承。
第1旋转体20包含圆形构件3及磁体M1。圆形构件3在Z轴方向上延伸，从靠近角度传感器AS1的一侧起依次具有磁体支座3h及驱动齿轮3d(特别是参照图10)。在磁体支座3h的与角度传感器AS1对置的端面上形成了凹部3k。该凹部3k具有向第1旋转体20的旋转轴方向凹陷成圆形的形状。磁体支座3h的凹部3k收纳并固定磁体M1。驱动齿轮3d是在将其外周24等分的位置上具有24个齿轮齿的直齿轮。在圆形构件3的电机1侧的端部上形成了供主轴1a插入固定的孔3j。
中间旋转体22是在第1旋转体20与第2旋转体24之间将旋转减速并传递的元件。通过设置中间旋转体22，从而能够增大第1旋转体20与第2旋转体24之间的减速比R12。中间旋转体22的旋转轴以与第1旋转体20的旋转轴平行地在Z轴方向上延伸的方式设置。中间旋转体22包含外周面上形成有从动齿轮5e与蜗杆部5w的圆形构件5(特别是参照图10)。圆形构件5在Z轴方向上延伸。圆形构件5具有收纳被螺母5n固定在基座2上的轴5s的孔5j，并以可旋转的方式被轴5s支承。从动齿轮5e与驱动齿轮3d啮合，并被驱动齿轮3d驱动。从动齿轮5e与驱动齿轮3d构成第1减速机构21(特别是参照图9)。从动齿轮5e是在将其外周48等分的位置上具有48个齿轮齿的直齿轮。蜗杆部5w是从从动齿轮5e向上延伸的圆筒蜗杆。在蜗杆部5w的外周面上例如设置有1条螺纹状的槽。另外，螺纹状的槽也可以是多条。
在蜗杆部5w旋转时，存在因蜗杆的作用而在圆形构件5上作用有向上的力的情况。于是，在实施方式中，包括对设置在圆形构件5的上端的半球型突起5c进行推压的蜗杆推压部19a(特别是参照图7)。蜗杆推压部19a通过抵接于半球型突起5c并向下按压，从而抑制圆形构件5的移动。蜗杆推压部19a设置在一端固定在托架10上的折角状的板簧19的另一端侧。板簧19例如通过铆钉或螺钉而被固定在托架10上。关于托架10，将在下文叙述。作为一例，板簧19可以由板厚为0.1mm～0.2mm左右的不锈钢板形成。
第2旋转体24包含圆形构件6及磁体M2。圆形构件6在Y轴方向上延伸(特别是参照图11)。圆形构件6从靠近角度传感器AS2一侧起依次形成有磁体支座6h、蜗轮部6w、及驱动齿轮6d。磁体支座6h在与角度传感器AS2对置的端面上形成了凹部6k。该凹部6k具有向第2旋转体24的旋转轴方向凹陷成圆形的形状。磁体支座6h的凹部6k收纳并固定磁体M2。圆形构件6具有收纳轴6s的孔6j，并以可旋转的方式被轴6s支承。轴6s被螺母6n固定在托架7的从基座2向上延伸的部分上。托架7是将基座2的一部分向上折弯而形成的。托架7也可以与基座2分开地形成。托架7例如可以是一端固定在基座2上的折角状的构件。轴6s在与基座2平行的Y轴方向上延伸。
蜗轮部6w与中间旋转体22的蜗杆部5w啮合，并被蜗杆部5w驱动。蜗轮部6w在将其外周50等分的位置上具有50个齿轮齿。蜗轮部6w的齿轮齿可以是斜齿齿轮。蜗杆部5w与蜗轮部6w构成蜗轮蜗杆机构15(特别是参照图9)。驱动齿轮6d是在将其外周15等分的位置上具有15个齿轮齿的直齿轮。第2旋转体24的旋转轴以从第1旋转体20及中间旋转体22的旋转轴倾斜90°的方式设置。
第3旋转体26包含圆形构件8及磁体M3(特别是参照图13)。圆形构件8在Y轴方向上延伸。在圆形构件8上，从靠近霍尔元件H1、H2的一侧起依次形成有磁体支座8h及从动齿轮8e。在磁体支座8h上，在与霍尔元件H1、H2对置的端面上形成了凹部8k。该凹部8k具有向第3旋转体26的旋转轴方向凹陷成圆形的形状。磁体支座8h的凹部8k收纳并固定磁体M3。圆形构件8具有收纳轴8s的孔8j，并以可旋转的方式被轴8s支承。轴8s通过铆接等而被固定在托架9的从基座2向上延伸的部分上。托架9是将基座2的一部分向上折弯而形成的。托架9也可以与基座2分开地形成。托架9例如可以是一端固定在基座2上的折角状的构件。轴8s在与基座2平行的Y轴方向上延伸。从动齿轮8e是在将其外周60等分的位置上具有60个齿轮齿的直齿轮。从动齿轮8e与驱动齿轮6d啮合，并被驱动齿轮6d驱动。从动齿轮8e与驱动齿轮6d构成第2减速机构25(特别是参照图9)。第3旋转体26的旋转轴与第2旋转体24的旋转轴平行地设置。
接下来，对第1传感器支承部11、第2传感器支承部14、及霍尔元件支承部17进行说明(特别是参照图4、图5、图7及图13)。第1传感器支承部11包含托架10及传感器支座13。第2传感器支承部14包含托架12及传感器支座16。霍尔元件支承部17包含托架18。托架10、12、18是折角状的构件，一端侧被例如铆钉或螺钉固定在基座2上。传感器支座13、16具有与形成在托架10、12的另一端侧的支承孔嵌合的突起部、及收纳角度传感器AS1、AS2的收纳部。
霍尔元件H1、H2被支承在托架18的另一端侧。霍尔元件H1、H2以其中心位于磁体M3的轮廓线附近的方式配置(特别是参照图5、图8及图12)。作为一例，霍尔元件H1配置在12点钟的位置，霍尔元件H2配置在9点钟的位置。
圆形构件3、5、6、8例如可由聚缩醛(Polyacetal)等树脂材料通过模塑成型来形成。轴5s、6s、8s例如也可以由不锈钢制的棒材通过切削或磨削或者轧制或锻造来形成。基座2及托架7、9、10、12、18例如可由厚度1mm左右的不锈钢板通过冲压加工来形成。各齿轮部的润滑虽然也可以使用涂布润滑脂等的湿式润滑方式，但在实施方式中，采用干式润滑方式。
接下来，对编码器100的特征进行说明。
期望编码器能够用廉价的构成来提高分辨率。于是，实施方式的编码器100包括：磁体M3，其与旋转体一体地旋转；及多个旋转传感器38，用于检测磁体M3的磁极P3，并输出相位分别不同的正弦波状的检测信号。根据该构成，由于编码器100使用多个旋转传感器38的不同相位的正弦波状的检测信号来确定主轴1a的旋转量，所以能够利用廉价的构成来提高分辨率。
从小型化的观点考虑，期望角度传感器的数量少。于是，在实施方式的编码器100中，旋转体包含与主轴1a一体地旋转的第1旋转体20、及随着第1旋转体20的旋转而旋转的第3旋转体26，编码器100包括检测第1旋转体20的旋转角的角度传感器AS1，且磁体M3配置在第3旋转体26上。根据该构成，由于能够使用角度传感器AS1所检测到的第1旋转体20的旋转角、及旋转传感器38的检测信号来确定主轴1a的旋转量，所以即便减少角度传感器的数量，也能够容易地获得期望的分辨率。
期望编码器小。于是，在实施方式的编码器100中，旋转体包含配置在第1旋转体20与第3旋转体26之间的第2旋转体24，编码器100包括检测第2旋转体24的旋转角的角度传感器AS2，第2旋转体24相对于第1旋转体20以减速比R12进行减速旋转，且第3旋转体26相对于第2旋转体24以减速比R23进行减速旋转。根据该构成，由于能够减少旋转体的数量及角度传感器的数量，所以有利于编码器100的小型化。编码器100能够构成为，将编码器100向Z轴方向投影得到的投影范围落在将电机1向Z轴方向投影得到的范围内。作为一例，可以使编码器100的Z轴方向上的投影范围落在一边为42mm的正方形或直径为42mm的圆的内侧。
在使用大量角度传感器并通过高水平的计算来求出旋转量的编码器中，有可能在高速旋转的情况下运算速度会跟不上而产生误动作。于是，在实施方式的编码器100中，根据角度传感器AS1的检测结果来确定第1旋转体20的旋转角，根据角度传感器AS2的检测结果及来自多个旋转传感器38的检测信号来确定第1旋转体20的转数，并根据确定出的第1旋转体20的旋转角及第1旋转体20的转数来确定第1旋转体20的旋转量。根据该构成，由于确定旋转量的处理的处理量少，所以能够减少高速旋转的情况下的误动作。由于该处理量少，所以控制装置能够采用速度较低的CPU，并能够抑制消耗电力的增大。由于能够减少昂贵的角度传感器的数量，所以有利于降低成本。
在旋转方向反转时，认为因传递机构的齿轮的齿隙而导致检测到的旋转角的误差有所增加。于是，在实施方式的编码器100中，将第1旋转体20的旋转传递到第2旋转体24的机构包含由蜗杆部5w与蜗轮部6w构成的蜗轮蜗杆机构15。根据该构成，能够抑制齿隙从而减少旋转角的误差。尤其是即便将第1旋转体20与第2旋转体24之间的减速比R12设定得高，也能够抑制误差的产生。
在第1旋转体20上设置蜗杆的构成中，期望推压第1旋转体20的端部，在该情况下，难以在第1旋转体20的端部附近配置角度传感器AS1。于是，在实施方式的编码器100中，将第1旋转体20的旋转传递到第2旋转体24的机构包含相对于第1旋转体20以减速比R1(例如1/2)进行减速旋转的中间旋转体22，第2旋转体24相对于中间旋转体22以减速比R2(例如1/50)进行减速旋转。根据该构成，由于在中间旋转体22上形成蜗杆部5w，且能够使蜗杆推压部19a抵接于其端部，所以容易在第1旋转体20的端部附近配置角度传感器AS1。
当使蜗轮蜗杆机构高速旋转时，耐久性有可能降低。于是，在实施方式的编码器100中，蜗杆部5w设置在中间旋转体22上。根据该构成，由于将蜗杆部5w形成在以低于第1旋转体20的速度旋转的中间旋转体22上，所以能够减小蜗轮蜗杆机构15的旋转速度而改善耐久性。
当蜗杆部5w旋转，存在旋转轴方向的力会作用在中间旋转体22上，且中间旋转体22向旋转轴方向移动的情况。于是，在实施方式的编码器100中，包括蜗杆推压部19a，该蜗杆推压部19a是以将中间旋转体22向该中间旋转体22的旋转轴方向推压的方式施力的施力构件。根据该构成，能够抑制中间旋转体22的移动。
期望编码器小。于是，在实施方式的编码器100中，第2旋转体24的旋转轴与第3旋转体26的旋转轴平行地设置，且第1旋转体20以夹在第2旋转体24的旋转轴与第3旋转体26的旋转轴之间的方式设置。根据该构成，由于能够将第2旋转体24与第3旋转体26以包围第1旋转体20的方式进行配置，所以与不是这样的构成相比，能够使编码器变紧凑。
存在因多个磁场发生干扰而导致传感器的检测精度降低的可能性。例如，当磁体M3的磁场与磁体M2的磁场发生干扰时，角度传感器AS2的检测精度有可能会降低。于是，在实施方式的编码器100中，第2旋转体24包含与该第2旋转体24一体地旋转的另一磁体M2，且在由与第2旋转体24的旋转轴正交并且包含第1旋转体20的旋转轴的平面将空间分成2个区域时，另一磁体M2配置在2个区域中没有配置磁体M3的区域中。根据该构成，由于磁体M3配置在一个区域，磁体M2配置在另一个区域，所以这些磁体分离而能够抑制角度传感器AS2的检测精度的降低。
各磁体可以配置成使磁场的方向分别朝着不同的方向。由此，能够抑制角度传感器的检测精度的降低。虽然在实施方式的编码器100中，将磁体M1、M2、M3配置成磁场的朝向分别朝着不同的方向，但也可以仅将磁场有可能发生干扰的靠近的磁体配置成磁场的朝向分别朝着不同的方向。
当编码器的构成变得复杂时，有可能导致可靠性降低。于是，实施方式的编码器100包括：第1获取机构(包含磁体M1、角度传感器AS1及第1旋转角获取部41)，其获取与主轴1a一体地旋转的第1旋转体20的旋转角；第2获取机构(包含磁体M2、角度传感器AS2及第2旋转角获取部42)，其获取相对于第1旋转体20以减速比R12(例如1/100)进行减速旋转的第2旋转体24的旋转角；第3获取机构(包含霍尔元件H1、H2及霍尔信号获取部43)，其检测相对于第2旋转体24以减速比R23(例如1/4)进行减速旋转的磁体M3的磁极P3，并获取相位分别不同的2个正弦波状的检测信号；第1确定元件(包含对应关系表44及转数确定部45)，其根据获取到的第2旋转体24的旋转角与检测信号来确定第1旋转体20的转数；及第2确定元件(包含输出部46)，其根据获取到的第1旋转体20的旋转角与确定出的第1旋转体20的转数来确定主轴1a的旋转量。根据该构成，由于获取旋转体的旋转角的元件的数量少，所以编码器的构成变简洁，并能够抑制可靠性的降低。
在通过高水平的计算来确定旋转量的方法中，有CPU的处理变得高速且消耗电力有所增加的情况。于是，实施方式的编码器100所应用的确定旋转量的方法包括：获取与主轴1a一体地旋转的第1旋转体20的旋转角；获取相对于第1旋转体20以减速比R12进行减速旋转的第2旋转体24的旋转角；检测相对于第2旋转体24以减速比R23进行减速旋转的磁体M3的磁极P3，并获取相位分别不同的多个正弦波状的检测信号；根据获取到的第2旋转体的旋转角与检测信号来确定第1旋转体20的转数；及根据获取到的第1旋转体20的旋转角与确定出的第1旋转体20的转数来确定主轴1a的旋转量。由于能够减少确定旋转量的处理的处理量，所以控制装置能够采用低速的CPU，并能够抑制消耗电力的增大。
以上，以本发明的实施方式为基础进行了说明。本领域技术人员应理解，这些实施方式为例示，可在本发明的权利要求的范围内进行各种改变及变更，且这种改变及变更也在本发明的权利要求的范围内。因此，应认为本说明书中的记述及附图不是限定性的，而是例证性的。
以下，对变形例进行说明。在变形例的附图及说明中，对与实施方式相同或等同的构成元件、构件标注相同符号。适当省略与实施方式重复的说明，并对与实施方式不同的构成进行重点说明。
(第1变形例)
虽然在实施方式中，对多个旋转传感器38包括2个霍尔元件的例子进行了说明，但不限于此。例如，多个旋转传感器38也可以包括3个以上的霍尔元件。
虽然在实施方式中，对包括中间旋转体22且在中间旋转体22上形成蜗杆部5w的例子进行了说明，但不限于此。例如，也可以去掉中间旋转体22，将蜗杆部形成在第1旋转体20上。编码器的构成进一步变简洁而有利于小型化。
图14是说明第1变形例所涉及的编码器200的展开图，对应于图3。编码器200在下述部分与实施方式的编码器100不同，而其他构成相同。编码器200去掉了中间旋转体，将蜗杆部3w形成在第1旋转体20上。蜗杆部3w与蜗轮部6w构成蜗轮蜗杆机构15。在编码器200中，包括3个霍尔元件H3、H4、H5以代替霍尔元件H1、H2。霍尔元件H3、H4、H5配置在相隔电角2π/3的位置上。霍尔元件H3、H4、H5分别输出具有120°的相位差的3个正弦波状的检测信号。霍尔信号获取部43将作为模拟信号的来自霍尔元件H3、H4、H5的检测信号转换成数字检测信号来获取。第3旋转体26相对于第2旋转体24的减速比R23被设定为1/6。在以此方式形成的编码器200中，在第2旋转体24旋转6圈时，第3旋转体26旋转1圈，所以在第1旋转体20旋转600圈时，第3旋转体26旋转1圈。
图15是说明编码器200中的对应关系表44的动作的一例的说明图。图15对应于图6。在该对应关系表44中，以表形式存储了具有120°的相位差的3个正弦波状的信号的振幅、与这3个信号的振幅对应的角度θ、及与该角度θ对应的第2旋转体24的转数N2。对应关系表44对应于由霍尔信号获取部43获取到的数字检测信号的振幅，并在0°～360°的范围内确定角度θ的信息。对应关系表44对应于确定出的角度θ，并在0～5圈旋转的范围内确定第2旋转体24的转数N2。如图15所示，在角度θ为0°以上且小于60°的范围内，确定为N2＝0圈旋转，在角度θ为60°以上且小于120°的范围内，确定为N2＝1圈旋转，在角度θ为120°以上且小于180°的范围内，确定为N2＝2圈旋转，在角度θ为180°以上且小于240°的范围内，确定为N2＝3圈旋转，在角度θ为240°以上且小于300°的范围内，确定为N2＝4圈旋转，在角度θ为300°以上且小于360°的范围内，确定为N2＝5圈旋转。通过以此方式将第3旋转体26的1圈旋转进行6分割并进行确定，从而能够分别确定第2旋转体24在6圈内的旋转量。以此方式构成的编码器200能够确定第1旋转体20在600圈旋转(±300圈旋转)内的绝对旋转量。
(第2变形例)
虽然在实施方式的说明中，对磁体M1～M3分别为一体构件的例子进行了说明，但不限于此。各个磁体M1～M3也可以组合多片来构成。
(第3变形例)
虽然在实施方式的说明中，对多个旋转传感器38为霍尔元件的例子进行了说明，但不限于此。多个旋转传感器只要检测磁体的磁极并输出正弦波状的检测信号即可，也可以是基于其它检测原理的传感器。
(第4变形例)
虽然在实施方式的说明中，对形成各齿轮的圆形构件3、5、6、8由树脂材料形成的例子进行了说明，但不限于此。这些圆形构件中的几个也可以由金属材料或其他材料形成。
根据上述变形例，发挥与由实施方式所涉及的编码器100所发挥的作用效果相同的作用效果。
上述实施方式与变形例的任意组合作为本发明的实施方式也是有用的。通过组合而产生的新的实施方式兼具被组合的实施方式及变形例各自的效果。
符号说明
100 编码器
1 电机
1a 主轴
20 第1旋转体
22 中间旋转体
24 第2旋转体
26 第3旋转体
38 旋转传感器
40 控制部
200 编码器
AS1 角度传感器
AS2 角度传感器
H1 霍尔元件
H2 霍尔元件
H3 霍尔元件
M1 磁体
M2 磁体
M3 磁体

Claims (10)

1.一种绝对编码器，其对主轴多圈旋转的旋转量进行确定，所述绝对编码器的特征在于，包括：
旋转体，其随着所述主轴的旋转而旋转；
磁体，其与所述旋转体一体地旋转；及
多个旋转传感器，它们检测所述磁体的磁极，并输出相位分别不同的正弦波状的检测信号，
所述旋转体包含与所述主轴一体地旋转的第1旋转体、及随着所述第1旋转体的旋转而旋转的第3旋转体，
所述绝对编码器包括检测所述第1旋转体的旋转角的第1角度传感器，且
所述磁体配置在所述第3旋转体上，
所述旋转体包含配置在所述第1旋转体与所述第3旋转体之间的第2旋转体，
所述绝对编码器包括检测所述第2旋转体的旋转角的第2角度传感器，
所述第2旋转体相对于所述第1旋转体以第1减速比进行减速旋转，且
所述第3旋转体相对于所述第2旋转体以第2减速比进行减速旋转，
将所述第1旋转体的旋转传递到所述第2旋转体的机构包含相对于所述第1旋转体以第3减速比进行减速旋转的中间旋转体，且
所述第2旋转体相对于所述中间旋转体以第4减速比进行减速旋转。
2.根据权利要求1所述的绝对编码器，其特征在于，
根据所述第1角度传感器的检测结果来确定所述第1旋转体的旋转角，
根据所述第2角度传感器的检测结果及来自所述多个旋转传感器的所述检测信号来确定所述第1旋转体的转数，且
根据确定出的所述第1旋转体的旋转角及所述第1旋转体的转数来确定所述第1旋转体的旋转量。
3.根据权利要求1或2所述的绝对编码器，其特征在于：
将所述第1旋转体的旋转传递到所述第2旋转体的机构包含由蜗杆部与蜗轮部构成的蜗轮蜗杆机构。
4.根据权利要求3所述的绝对编码器，其特征在于，
所述蜗杆部设置在所述中间旋转体上。
5.根据权利要求4所述的绝对编码器，其特征在于，包括：
施力构件，其以将所述中间旋转体向该中间旋转体的旋转轴方向推压的方式施力。
6.根据权利要求1、2、4、5中任一项所述的绝对编码器，其特征在于，
所述第2旋转体的旋转轴与所述第3旋转体的旋转轴平行地设置，且
所述第1旋转体以夹在所述第2旋转体的旋转轴与所述第3旋转体的旋转轴之间的方式设置。
7.根据权利要求3所述的绝对编码器，其特征在于，
所述第2旋转体的旋转轴与所述第3旋转体的旋转轴平行地设置，且
所述第1旋转体以夹在所述第2旋转体的旋转轴与所述第3旋转体的旋转轴之间的方式设置。
8.根据权利要求1、2、4、5、7中任一项所述的绝对编码器，其特征在于，
所述第2旋转体包含与该第2旋转体一体地旋转的另一磁体，且
在通过与所述第2旋转体的旋转轴正交并且包含所述第1旋转体的旋转轴的平面从而将空间分成2个区域时，
所述另一磁体配置在所述2个区域中没有配置所述磁体的区域中。
9.根据权利要求3所述的绝对编码器，其特征在于，
所述第2旋转体包含与该第2旋转体一体地旋转的另一磁体，且
在通过与所述第2旋转体的旋转轴正交并且包含所述第1旋转体的旋转轴的平面从而将空间分成2个区域时，
所述另一磁体配置在所述2个区域中没有配置所述磁体的区域中。
10.根据权利要求6所述的绝对编码器，其特征在于，
所述第2旋转体包含与该第2旋转体一体地旋转的另一磁体，且
在通过与所述第2旋转体的旋转轴正交并且包含所述第1旋转体的旋转轴的平面从而将空间分成2个区域时，
所述另一磁体配置在所述2个区域中没有配置所述磁体的区域中。
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