JP2002310725A - Rotational position detector - Google Patents

Rotational position detector

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JP2002310725A
JP2002310725A JP2001113199A JP2001113199A JP2002310725A JP 2002310725 A JP2002310725 A JP 2002310725A JP 2001113199 A JP2001113199 A JP 2001113199A JP 2001113199 A JP2001113199 A JP 2001113199A JP 2002310725 A JP2002310725 A JP 2002310725A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To decrease the number of components of a rotary body which has a train of teeth arranged repeatedly having unevenness at the outer periphery and a position detecting device which detects the rotational position of the rotary body by obtaining a signal corresponding to the shape of the unevenness and to make them small-sized and lightweight. SOLUTION: Tooth grooves of the train of teeth formed on the rotary body are tooth grooves 12 of normal depth and one deeper tooth groove 13 on the circumference. A range shallower than the tooth grooves 12 is included in a measurement range and for a deeper range, a 1st magnetic sensor 3a having characteristics outside the measurement range is provided. Further, a 2nd magnetic sensor 3b is provided which is characterized by that a range deeper than the depth of the tooth grooves 12 and shallower than the depth of the tooth groove 13 is within the measurement range. The 2nd magnetic sensor 3b has as a reference position the position where the deeper tooth groove 13 is detected and detects the angle of rotation from the reference position which is based upon the output of the 1st magnetic sensor 3a as a rotational position.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸ま
たはモータ等の回転体に装着され、回転体の回転位置を
検出する回転位置検出器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation position detector mounted on a rotating body such as a main shaft or a motor of a machine tool and detecting a rotating position of the rotating body.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の位置検出器の動作原理につい
て、図5を用いて説明する。位置検出用歯車101は、
モータ等の回転体の回転軸等に同軸に取り付けられ、一
般的に鋼などの磁性体で構成されている。第1の磁気セ
ンサ103aは、歯列近傍に配置された二つの磁気抵抗
素子およびバイアスマグネットから成る。この磁気抵抗
素子は、位置検出用歯車101の凸部(歯)の周方向長
の約1/4の間隔をあけて配置されている。位置検出用
歯車101が回転すると、その歯車の凹凸に応じて発生
する磁束変化が図6の波形Aのような電気信号xおよび
yとしてセンサ103aより出力される。
2. Description of the Related Art The operation principle of this type of position detector will be described with reference to FIG. The position detection gear 101 is
It is attached coaxially to a rotating shaft of a rotating body such as a motor, and is generally made of a magnetic material such as steel. The first magnetic sensor 103a includes two magneto-resistive elements and a bias magnet arranged near the tooth row. The magnetoresistive elements are arranged at intervals of about 1 / of the circumferential length of the convex portion (teeth) of the position detecting gear 101. When the position detection gear 101 rotates, a change in magnetic flux generated according to the unevenness of the gear is output from the sensor 103a as electric signals x and y as shown by a waveform A in FIG.

【0003】この電気信号は第1の磁気センサ103a
と位置検出用歯車101とのギャップにより大きさが異
なり、通常、安定した出力信号を確保するためにギャッ
プを0.1〜0.2mm程度に調整する必要がある。ま
た、これらの電気信号xおよびyは一般的に2相交流信
号であり、次式(1),(2)のように表わされる。
[0003] The electric signal is supplied to a first magnetic sensor 103a.
The size differs depending on the gap between the gear and the position detecting gear 101. Usually, it is necessary to adjust the gap to about 0.1 to 0.2 mm in order to secure a stable output signal. These electric signals x and y are generally two-phase AC signals, and are represented by the following equations (1) and (2).

【0004】[0004]

【数1】x=V・sinθ+Va ・・・(1) y=V・cosθ+Vb ・・・(2)X = V · sin θ + Va (1) y = V · cos θ + Vb (2)

【0005】ここで、Vは2相信号の振幅、Vaは信号
xに含まれる直流成分であり、Vbは信号yに含まれる
直流成分である。θは2相信号の位相であり、位置検出
用歯車101の回転角度をφ、歯数をnとすると、位相
θは次式(3)で表わされる。
Here, V is the amplitude of the two-phase signal, Va is the DC component included in the signal x, and Vb is the DC component included in the signal y. is the phase of the two-phase signal. If the rotation angle of the position detecting gear 101 is φ and the number of teeth is n, the phase θ is expressed by the following equation (3).

【0006】[0006]

【数2】θ=n・φ ・・・(3)(2) θ = n · φ (3)

【0007】これら2相信号xおよびyの振幅をADコ
ンバータ106aおよび106bによってサンプリング
し瞬時値(x,y)に変換される。前記ADコンバータ
106aおよび106bによって変換された瞬時値
(x,y)は、除算器107に入力される。一般的な回
転位置検出装置においては上記式(1),(2)に示し
た直流成分VaおよびVbを無視しており、このとき除算
器107の出力は次式(4)のように表わされる。
The amplitudes of these two-phase signals x and y are sampled by AD converters 106a and 106b and converted into instantaneous values (x, y). The instantaneous values (x, y) converted by the AD converters 106a and 106b are input to a divider 107. In a general rotational position detecting device, the DC components Va and Vb shown in the above equations (1) and (2) are ignored, and at this time, the output of the divider 107 is expressed by the following equation (4). .

【0008】[0008]

【数3】x/y=sinθ/cosθ=tanθ ・・・(4)X / y = sinθ / cosθ = tanθ (4)

【0009】除算器107の出力は変換器108によっ
てtan関数の逆関数により、次のように回転位置θが
検出される。
The rotational position θ of the output of the divider 107 is detected by the converter 108 by the inverse function of the tan function as follows.

【0010】[0010]

【数4】θ=tan-1(x/y) ・・・(5)## EQU4 ## θ = tan -1 (x / y) (5)

【0011】以上のように検出された回転位置θは、位
置検出用歯車101の凸部(歯)の1個分を1単位とす
る微小な位置である。また一方、2相信号xおよびyは
コンパレータ104aおよび104bによってパルス信
号化されてカウンタ回路105に入力される。このカウ
ンタ回路105では、前記パルス信号をカウントするこ
とによって上記回転位置θの1周期を超える範囲の回転
位置上位桁が検出される。この回転位置上位桁と上記の
回転位置θは加算器109において加算され、検出歯車
101の全周にわたる回転位置検出値φが得られる。
The rotational position θ detected as described above is a minute position in which one unit of the convex portion (teeth) of the position detecting gear 101 is defined as one unit. On the other hand, the two-phase signals x and y are converted into pulse signals by the comparators 104a and 104b and input to the counter circuit 105. The counter circuit 105 counts the pulse signal to detect the upper digit of the rotational position in a range exceeding one cycle of the rotational position θ. The upper digit of the rotational position and the above rotational position θ are added in the adder 109, and a rotational position detection value φ over the entire circumference of the detection gear 101 is obtained.

【0012】上述した位置はインクリメンタル(一方的
に増加するのみ)であるため、通常、図5に示される構
造のように円周の1ケ所にのみ凹部(歯溝)111を有
した円板102を位置検出用歯車101と同軸に密着固
定して回転体に取り付ける。この円板近傍に磁気抵抗素
子およびバイアスマグネットから成る第2の磁気センサ
103bが配置される。この第2の磁気センサ103b
により、図6の波形Bのような円板102の凹部111
での磁界の変動に応じた電気信号zを検出することがで
きる。前述のように歯溝111は、位置検出用歯車10
1の1周に1ヶ所形成されているので、電気信号Zは1
回転内の基準位置を示す信号となる。この基準位置を検
出する信号は、センサ103bの出力をコンパレータ1
04cでパルス化しカウンタ回路105に入力する。前
記センサ103bの出力信号であるパルス化信号は、前
記カウンタ回路をリセットし基準位置からのインクリメ
ンタル量をもって1回転内のアブソリュート位置(絶対
位置)としている。
Since the above-described position is incremental (only increases unilaterally), usually, the disk 102 having the concave portion (tooth groove) 111 only at one place on the circumference as shown in FIG. Is coaxially fixed to the position detecting gear 101 and attached to the rotating body. A second magnetic sensor 103b including a magnetoresistive element and a bias magnet is arranged near the disk. This second magnetic sensor 103b
As a result, the concave portion 111 of the disk 102 like the waveform B in FIG.
The electric signal z corresponding to the fluctuation of the magnetic field at the time can be detected. As described above, the tooth groove 111 is provided in the position detecting gear 10.
Since one point is formed in one round of one, the electric signal Z
The signal indicates the reference position in the rotation. The signal for detecting the reference position is obtained by comparing the output of the sensor 103b with the comparator 1
The signal is pulsed at 04c and input to the counter circuit 105. The pulse signal, which is the output signal of the sensor 103b, resets the counter circuit and uses the incremental amount from the reference position as the absolute position (absolute position) within one rotation.

【0013】図7及び8に、図5中の従来の位置検出器
の位置検出用回転体(歯車101、円板102)の構成
図を示す。図7は、多数の歯110を有する歯車であ
り、図5中の歯車101である。図8は、1個の凹部1
11を有する歯車とは別体の円板であり、図5中の円板
102である。前記歯車101と前記円板102を同心
上で接合させ、前記円板102の凹部を1回転内の基準
位置としている。
FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the configuration of the position detecting rotating body (gear 101, disk 102) of the conventional position detector shown in FIG. FIG. 7 shows a gear having a large number of teeth 110, which is the gear 101 in FIG. FIG. 8 shows one recess 1
11 is a disk separate from the gear having the gear 11, and is the disk 102 in FIG. The gear 101 and the disk 102 are concentrically joined, and the concave portion of the disk 102 is set as a reference position within one rotation.

【0014】他の従来の位置検出用回転体を図9、図1
0、図11に示す。図9のように位置検出用歯車を切削
して形成するときに、位置検出用歯車の歯の1つのみ、
歯車の全幅に亘って残すように加工し、この歯112を
一回転内の基準位置として検出する方法もとられてい
る。図9に示す位置検出用回転体を用いた場合、図9の
凸部112での磁界の変動に応じた電気信号zを検出す
ることにより1回転内の基準位置を検出する。図9の位
置検出用回転体を用いたときの磁気センサが出力する電
気信号を図12に示す。
FIGS. 9 and 1 show another conventional rotating body for position detection.
0, shown in FIG. When the position detecting gear is formed by cutting as shown in FIG. 9, only one of the teeth of the position detecting gear,
There is a method in which the gear 112 is processed so as to remain over the entire width of the gear, and the tooth 112 is detected as a reference position within one rotation. In the case where the position detecting rotator shown in FIG. 9 is used, a reference position within one rotation is detected by detecting an electric signal z corresponding to a change in the magnetic field at the convex 112 in FIG. FIG. 12 shows an electric signal output by the magnetic sensor when the position detecting rotator of FIG. 9 is used.

【0015】また、図10のように位置検出歯車凸部の
一部分を削り取るように加工し、この歯116を一回転
内の基準位置として検出する方法もとられている。図1
0に示す位置検出用回転体を用いた場合、図10の検出
歯車凸部の一部分を削り取るように加工された凹部11
5での磁界の変動に応じた電気信号zを検出することに
より1回転内の基準位置を検出する。図10の位置検出
用回転体を用いたときの磁気センサが出力する電気信号
を図13に示す。波形Aの電気信号yと波形Bの電気信
号zの差である電気信号波形B’を任意の基準信号Vre
fと前記図5のコンパレータ104cで比較し、カウン
タ回路105へ入力するパルスか信号を生成する。
Further, as shown in FIG. 10, there is a method in which a portion of the position detecting gear convex portion is machined so as to be cut off, and the tooth 116 is detected as a reference position within one rotation. FIG.
In the case where the rotating body for position detection shown in FIG. 10 is used, the concave portion 11 is formed by cutting off a part of the convex portion of the detection gear of FIG.
The reference position within one rotation is detected by detecting the electric signal z corresponding to the fluctuation of the magnetic field at 5. FIG. 13 shows an electric signal output from the magnetic sensor when the position detecting rotator of FIG. 10 is used. An electric signal waveform B ′ which is a difference between the electric signal y of the waveform A and the electric signal z of the waveform B is converted to an arbitrary reference signal Vre.
The signal f is compared with the signal f in the comparator 104c shown in FIG.

【0016】また、図11に示すように位置検出歯車凸
部の一部分のみ他の凸部より高くするように加工し、こ
の歯116を一回転内の基準位置として検出する方法も
とられている。図11に示す位置検出用回転体を用いた
とき、図11の凸部116での磁界の変動に応じた電気
信号zを検出することにより1回転内の基準位置を検出
する。図11に示す位置検出用回転体を用いたときの磁
気センサが出力する電気信号を図14に示す。波形Bを
任意の基準信号Vrefと前記図5のコンパレータ104
cで比較し、カウンタ回路5へ入力するパルス化信号を
生成する。
Further, as shown in FIG. 11, there is also a method in which only a portion of the position detecting gear convex portion is processed to be higher than the other convex portions, and this tooth 116 is detected as a reference position within one rotation. . When the rotating body for position detection shown in FIG. 11 is used, a reference position within one rotation is detected by detecting an electric signal z corresponding to a change in the magnetic field at the convex portion 116 in FIG. FIG. 14 shows an electric signal output from the magnetic sensor when the position detecting rotator shown in FIG. 11 is used. The waveform B is compared with an arbitrary reference signal Vref and the comparator 104 shown in FIG.
The comparison is made by c, and a pulse signal to be input to the counter circuit 5 is generated.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】図5、図7及び図8に
示す従来の位置検出用回転体の構造は、上述のように構
成されていたため、凹部111を有する円板102を装
着する必要があり、部品点数が増加して、コストがかか
るという問題がある。また凹部を有する円板の取付け位
置がずれると、基準位置が変わってしまい、位置精度が
低下するという問題があった。
Since the structure of the conventional rotary body for position detection shown in FIGS. 5, 7 and 8 is constructed as described above, it is necessary to mount the disk 102 having the concave portion 111. However, there is a problem that the number of parts increases and costs increase. Further, when the mounting position of the disk having the concave portion is shifted, the reference position is changed, and there is a problem that the positional accuracy is reduced.

【0018】また、図9に示す従来の位置検出器の回転
体の構造は、図5等に示した構造に対して、回転内の基
準位置がずれる問題を解消することはできる。しかし、
基準位置112を形成するために円板の厚み全体にわた
って歯切りを行い、その後不要な凸部を切削加工するた
め、多大な時間とコストがかかるという問題があった。
Further, the structure of the rotating body of the conventional position detector shown in FIG. 9 can solve the problem that the reference position in rotation is shifted from the structure shown in FIG. But,
In order to form the reference position 112, gear cutting is performed over the entire thickness of the disk, and then unnecessary cutting portions are cut, so that there is a problem in that much time and cost are required.

【0019】さらに、図10に示す従来の位置検出器の
回転体の構造においても、図5等に示した構造に対し
て、回転内の基準位置がずれるという問題は解決できる
が、一回転基準位置を検出する部分においてもほぼ全周
にわたって歯切りを行う必要があるため、多大な時間と
コストがかかるという問題があった。
Further, in the structure of the rotating body of the conventional position detector shown in FIG. 10, the problem that the reference position in rotation is shifted from the structure shown in FIG. Since it is necessary to perform gear cutting over almost the entire circumference also in the portion for detecting the position, there is a problem that it takes a lot of time and cost.

【0020】さらに、近年、モータの小型化によりイナ
ーシャの低いものが作られているが、このようなモータ
に上述した従来例のような厚みのある回転体を取り付け
ると、この回転体のイナーシャの影響が大きくなってし
まいモータの加減速性能が劣化するという問題があっ
た。
Further, in recent years, a motor having a low inertia has been manufactured due to a reduction in the size of the motor. There is a problem that the influence is increased and the acceleration / deceleration performance of the motor is deteriorated.

【0021】さらに、位置検出用歯車の凹凸に応じて変
化する磁束変化を検出する前記磁気センサ103aと円
板の凹部または凸部の磁束変化を検出する前記磁気セン
サ103bを位置検出用歯車および基準位置検出用円板
の円周方向にそれぞれ並べる必要があった。そのため、
センサの配列が2列となるため、センサの幅を狭くでき
ないという問題があった。
Further, the magnetic sensor 103a for detecting a magnetic flux change that changes in accordance with the unevenness of the position detecting gear and the magnetic sensor 103b for detecting a magnetic flux change in a concave or convex portion of the disk are provided with a position detecting gear and a reference. It was necessary to arrange the position detecting disks in the circumferential direction. for that reason,
Since the sensor array is two rows, there is a problem that the width of the sensor cannot be reduced.

【0022】次に、図11に示す従来の位置検出用回転
体の構造は、位置検出用歯車のみを有し、基準位置検出
用円板が不要である。よって、上述したイナーシャに関
する課題およびセンサの幅を狭くするという課題は解決
できる。しかし、図11に示す基準位置検出用凸部11
6において、図14に示すように波形Aの電気信号x,
yの信号に大きな歪が生じる。この歪部分における回転
位置θの検出制度が著しく悪化する。よって図11に示
す歯車は、高精度位置検出器の検出用歯車として使用す
ることができない。
Next, the structure of the conventional rotary body for position detection shown in FIG. 11 has only a gear for position detection and does not require a disk for reference position detection. Therefore, the problem relating to the inertia and the problem of reducing the width of the sensor can be solved. However, the reference position detecting projection 11 shown in FIG.
6, the electric signals x,
A large distortion occurs in the signal of y. The detection accuracy of the rotational position θ in this distorted portion is significantly deteriorated. Therefore, the gear shown in FIG. 11 cannot be used as a detection gear of the high-precision position detector.

【0023】本発明は上記実情に鑑みて為されたもの
で、位置検出用回転体のモータに対するイナーシャの影
響を軽減するとともに、位置検出用歯車の加工時間を増
やすことなく、高精度にでき、さらに安価にできる位置
検出器を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can reduce the influence of inertia on the motor of the position detecting rotating body, and can achieve high accuracy without increasing the processing time of the position detecting gear. It is another object of the present invention to provide a position detector which can be manufactured at a lower cost.

【0024】[0024]

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる位置検出装置は、異なる特性を有
する2種のセンサを有している。また、これらのセンサ
は、歯列の凹凸形状の表面までの距離に対応した信号を
出力できるセンサであり、好ましくは、距離に応じた磁
界の変化に基づき信号を生成するセンサである。第1の
センサは、例えば、比較的センサ近傍を測定範囲とし、
より遠方に測定対象物が位置する場合は、その出力に影
響が現れない特性を有している。すなわち、測定対象物
までの距離が短い間は、距離の増加に応じて減少する信
号を出力するが、ある程度以上の距離となると、それ以
上は、信号が変化しない特性を有している。一方、第2
のセンサは、比較的遠方までを測定範囲としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a position detecting device according to the present invention has two types of sensors having different characteristics. Further, these sensors are sensors that can output a signal corresponding to the distance to the uneven surface of the tooth row, and are preferably sensors that generate a signal based on a change in a magnetic field according to the distance. The first sensor is, for example, a measurement range relatively near the sensor,
When the object to be measured is located further away, the output has no characteristic. That is, while the distance to the measurement target is short, a signal that decreases as the distance increases is output, but when the distance exceeds a certain level, the signal does not change any more. On the other hand, the second
Has a measurement range relatively far away.

【0025】そして、この2種の特性の異なるセンサに
対応して、回転体の歯列の凹凸形状が決定され、回転体
の凹部の深さは複数種設けられている。これらの凹部
は、好ましくは共通の深さである第1の深さを有する多
くの第1の歯溝と、これより深い第2の深さを有する少
数の第2の歯溝から形成される。さらに好ましくは、第
2の歯溝は、円周上に1箇所設ける。
The unevenness of the tooth row of the rotating body is determined corresponding to the two kinds of sensors having different characteristics, and the rotating body is provided with a plurality of recesses having different depths. These recesses are formed from a number of first tooth spaces having a first depth, preferably a common depth, and a small number of second tooth spaces having a second depth greater than this. . More preferably, the second tooth space is provided at one place on the circumference.

【0026】また、第1のセンサにとって、第1の深さ
より浅い範囲が検出可能範囲内となり、第1の深さより
深く、第2の深さより浅い範囲については検出可能範囲
外となっている。第2のセンサにとっては、少なくとも
第1の深さより深く、第2の深さより浅い範囲が検出可
能範囲となっている。
For the first sensor, a range shallower than the first depth falls within the detectable range, and a range deeper than the first depth and shallower than the second depth falls outside the detectable range. For the second sensor, a range that is at least deeper than the first depth and shallower than the second depth is a detectable range.

【0027】前述のように、第1のセンサにとって、第
1の深さより深く、第2の深さより浅い範囲が測定可能
な範囲外にあるので、その出力には、これより深い第2
の歯溝の影響が現れない。したがって、深い歯溝部分に
おいても、他の部分とほぼ同様の周期、振幅の波形を出
力することができる。また、第2のセンサは、第2の歯
溝の深さを検出することができ、例えば、1周に付き1
個設けられた深い歯溝を検出することができる。第2の
センサで検出された深い歯溝の位置を基準位置とし、こ
の位置からの第1のセンサで検出した回転角度を回転体
の回転位置とする。
As described above, for the first sensor, since the range deeper than the first depth and shallower than the second depth is outside the measurable range, the output of the first sensor is the second deeper.
The effect of the tooth space does not appear. Therefore, even in the deep tooth space portion, it is possible to output a waveform having substantially the same cycle and amplitude as the other portions. Further, the second sensor can detect the depth of the second tooth space.
It is possible to detect the provided deep tooth spaces. The position of the deep tooth space detected by the second sensor is set as a reference position, and the rotation angle detected by the first sensor from this position is set as the rotation position of the rotating body.

【0028】以上のように、一つの歯列の中で、歯溝深
さを変えることにより、基準位置を設けることができ、
回転体を小型または薄くすることができる。また、歯溝
深さを一部のみ深くする加工は比較的容易である。
As described above, the reference position can be provided by changing the tooth space depth in one tooth row.
The rotating body can be small or thin. In addition, it is relatively easy to perform processing to partially increase the depth of the tooth space.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照しながら説明する。図1および図2は、実施の形
態の概略構成を示す図である。位置検出用回転体14
は、略円板状の外周部に凹凸が形成され、歯車形状を有
する。また、この回転体14の歯溝の1個が、他の歯溝
12より深い歯溝13となっている。この位置検出用回
転体14の外周部に隣接して第1の磁気センサ3aが配
置されている。第1の磁気センサ3aは、二つの磁気抵
抗素子と、バイアスマグネットを含む。二つの磁気抵抗
素子は、位置検出用回転体14の周方向に、この回転体
の凸部(歯)の周方向ピッチの1/4の間隔をもって配
置されている。位置検出用回転体14が回転すると、こ
れの外周の凹凸によって発生する磁束の変化が、第1の
磁気センサ3aの二つの磁気抵抗素子により検出され
る。この検出信号は、図3のAに示す2相交流信号であ
る電気信号x,yとなる。電気信号x,yは、次式
(6),(7)で表される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 and FIG. 2 are diagrams showing a schematic configuration of the embodiment. Rotating body 14 for position detection
Has a gear shape in which irregularities are formed on the outer periphery of a substantially disk shape. One of the tooth spaces of the rotating body 14 is a tooth space 13 deeper than the other tooth spaces 12. A first magnetic sensor 3a is arranged adjacent to the outer periphery of the position detecting rotator 14. The first magnetic sensor 3a includes two magnetic resistance elements and a bias magnet. The two magnetoresistive elements are arranged in the circumferential direction of the position detecting rotator 14 at an interval of 1 / of the circumferential pitch of the projections (teeth) of the rotator. When the position detecting rotator 14 rotates, a change in magnetic flux generated by unevenness on the outer periphery of the rotator 14 is detected by the two magnetic resistance elements of the first magnetic sensor 3a. The detection signals are electric signals x and y, which are two-phase AC signals shown in FIG. The electric signals x and y are represented by the following equations (6) and (7).

【0030】[0030]

【数5】x=V・sinθ+Va ・・・(6) y=V・cosθ+Vb ・・・(7)X = V · sin θ + Va (6) y = V · cos θ + Vb (7)

【0031】ここで、Vは2相信号の振幅、Va,Vbは
それぞれ信号x,yに含まれる直流成分である。また、
θは2相信号の位相である。位置検出用歯車14の回転
角度をφ、歯数をnとすると、位相θは、次式(8)で
表される。
Here, V is the amplitude of the two-phase signal, and Va and Vb are the DC components included in the signals x and y, respectively. Also,
θ is the phase of the two-phase signal. Assuming that the rotation angle of the position detection gear 14 is φ and the number of teeth is n, the phase θ is expressed by the following equation (8).

【0032】[0032]

【数6】θ=n・φ ・・・(8)(6) θ = n · φ (8)

【0033】これらの2相信号x,yの振幅をADコン
バータ6a,6bによってサンプリングし、瞬時のx,
yの値に変換する。この瞬時値(x,y)は、除算器7
に入力される。直流成分Va,Vbを無視すれば、除算器
7の出力は次式(9)により表され、さらに変換器8に
て位相θ、すなわち回転体14の凹凸のピッチ内の回転
位置θに変換される。これが、式(10)に示される。
The amplitudes of these two-phase signals x and y are sampled by AD converters 6a and 6b, and instantaneous x and y are
Convert to y value. This instantaneous value (x, y) is calculated by the divider 7
Is input to If the DC components Va and Vb are neglected, the output of the divider 7 is expressed by the following equation (9), and further converted by the converter 8 into the phase θ, that is, the rotational position θ within the pitch of the unevenness of the rotating body 14. You. This is shown in equation (10).

【0034】[0034]

【数7】x/y=sinθ/cosθ=tanθ ・・・(9) θ=tan-1(x/y) ・・・(10)X / y = sin θ / cos θ = tan θ (9) θ = tan −1 (x / y) (10)

【0035】第2のセンサ3bは、第1のセンサ3aに
対して、歯溝の深い部分を検出できるセンサであり、セ
ンサ3aに対して磁束検出範囲の広いセンサを用いる。
図14にセンサ3a,3bのセンサ面と磁性体とのギャ
ップ−センサ出力特性を示す。図14において、特性曲
線aは前記センサ3aの特性を示し、特性曲線bは前記
センサ3bの特性を示す。センサ3aの特性は、センサ
面と磁性体のギャップが1mm以上の場合出力特性の変
化は殆ど見られない。一方センサ3bの特性は、ギャッ
プが1mm以上でも出力特性に変化が見られる。
The second sensor 3b is a sensor capable of detecting a deep portion of the tooth space with respect to the first sensor 3a, and uses a sensor having a wider magnetic flux detection range than the sensor 3a.
FIG. 14 shows the gap-sensor output characteristics between the sensor surfaces of the sensors 3a and 3b and the magnetic material. In FIG. 14, a characteristic curve a indicates the characteristic of the sensor 3a, and a characteristic curve b indicates the characteristic of the sensor 3b. Regarding the characteristics of the sensor 3a, when the gap between the sensor surface and the magnetic body is 1 mm or more, almost no change in output characteristics is observed. On the other hand, the characteristics of the sensor 3b show changes in output characteristics even when the gap is 1 mm or more.

【0036】本実施の形態の出力信号を図3に示す。信
号x,yは前述したとおり、第1の磁気センサ3aから
得られる信号である。信号zは、第2の磁気センサ3b
から得られる信号である。第1の磁気センサ3aは、ギ
ャップが0.1〜0.2mmで、線形特性の出力が得ら
れるものが用いられており、よって本実施の形態におい
ても、この範囲の値の0.2mmのギャップで配置され
ている。また、前述したように、この第1の磁気センサ
3aの出力は、ギャップが1mm以上となるとほとんど
変化しない。位置検出用歯車14の歯溝の深さは、通常
のもの(歯溝12)が0.8mmであり、深い歯溝13
は1.3mmである。よって、第1の磁気センサ3aの
歯底に対するギャップは、通常の歯底に対しては1m
m、深い歯溝13の歯底に対しては1.5mmとなる。
この値は、前述のように、第1の磁気センサ3aの不感
帯であり、第1の磁気センサ3aの出力は、深い歯溝1
3の影響を受けることがない。
FIG. 3 shows an output signal of the present embodiment. The signals x and y are signals obtained from the first magnetic sensor 3a as described above. The signal z is the second magnetic sensor 3b
This is the signal obtained from As the first magnetic sensor 3a, one having a gap of 0.1 to 0.2 mm and capable of obtaining an output of linear characteristics is used. Therefore, in the present embodiment, the first magnetic sensor 3a has a value of 0.2 mm in this range. It is arranged with a gap. Further, as described above, the output of the first magnetic sensor 3a hardly changes when the gap becomes 1 mm or more. The depth of the tooth space of the position detecting gear 14 is 0.8 mm for a normal tooth space (tooth space 12),
Is 1.3 mm. Therefore, the gap of the first magnetic sensor 3a with respect to the tooth bottom is 1 m with respect to the normal tooth bottom.
m, 1.5 mm for the tooth bottom of the deep tooth space 13.
This value is, as described above, the dead zone of the first magnetic sensor 3a, and the output of the first magnetic sensor 3a is
3 is not affected.

【0037】一方、第2の磁気センサ3bは、ギャップ
が1mm以上、2mm程度まで出力変化があり、したが
って、位置検出用回転体14の歯先10とのギャップ
0.2mmを考慮しても、歯溝深さ1mmおよび1.5
mmも十分に検出可能範囲となる。したがって、第2の
磁気センサ3bの出力は、図3のBに示すように、深い
歯溝13に対向したときに、より低い値を示す波形とな
る。このときの位置検出用回転体14の回転位置を基準
位置とし、凹凸の数および式(10)から求められる位
相から回転体14の回転位置が求められる。
On the other hand, the output of the second magnetic sensor 3b varies from a gap of 1 mm or more to about 2 mm. Therefore, even if a gap of 0.2 mm between the position detecting rotator 14 and the tooth tip 10 is considered, Tooth groove depth 1mm and 1.5
mm is also a sufficiently detectable range. Therefore, as shown in FIG. 3B, the output of the second magnetic sensor 3b has a lower value when facing the deep tooth space 13. The rotational position of the position detecting rotator 14 at this time is set as a reference position, and the rotational position of the rotator 14 is obtained from the number of irregularities and the phase obtained from Expression (10).

【0038】位置検出用回転体14の1回転内の位置の
算出は次のように行われる。2相信号x,yは、コンパ
レータ4a,4bにも入力され、ここでパルス信号化さ
れて更にカウンタ回路5に送られる。このカウンタ回路
5では、前記パルス信号をカウントすることによって、
前記回転位置θの1周期を超える範囲の回転位置上位桁
が検出される。この回転位置上位桁と前記回転位置θ
は、加算器9により加算され、位置検出用回転体14の
回転位置が検出される。また、信号zは、コンパレータ
4cを介してカウンタ回路5に送られ、このパルス信号
zによりカウンタ回路5がリセットされる。したがっ
て、深い歯溝13が検出されるたび、すなわち回転体1
4が1回転するたびにカウント値がリセットされ、この
位置(基準位置)からの回転位置が算出される。
The calculation of the position within one rotation of the position detecting rotator 14 is performed as follows. The two-phase signals x and y are also input to the comparators 4a and 4b, where they are converted into pulse signals and sent to the counter circuit 5. In this counter circuit 5, by counting the pulse signal,
The upper digits of the rotational position in a range exceeding one cycle of the rotational position θ are detected. This rotational position upper digit and the rotational position θ
Are added by the adder 9, and the rotational position of the position detecting rotator 14 is detected. The signal z is sent to the counter circuit 5 via the comparator 4c, and the pulse signal z resets the counter circuit 5. Therefore, each time the deep tooth space 13 is detected, that is, the rotating body 1
The count value is reset each time the motor 4 rotates once, and the rotation position from this position (reference position) is calculated.

【0039】図1、図2に示すように本発明において特
徴的なことは、図1、図2に示す位置検出用回転体の外
周に所定の間隔で一体に形成された凹部(歯溝)のう
ち、1個の凹部のみ他の凹部に対して溝の深い凹部13
を設けたことである。
As shown in FIGS. 1 and 2, a feature of the present invention is that concave portions (tooth grooves) integrally formed at predetermined intervals on the outer periphery of the position detecting rotating body shown in FIGS. Of the recesses, only one recess 13 has a groove deeper than other recesses.
That is,

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本実施の形態の位置検出器の概略構成を示す
図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a position detector according to the present embodiment.

【図2】 本実施の形態の回転位置検出用回転体を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing a rotating body for detecting a rotational position according to the embodiment;

【図3】 本実施の形態の磁気センサの出力波形を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing an output waveform of the magnetic sensor according to the embodiment.

【図4】 本実施の形態の2種の磁気センサの特性図で
ある。
FIG. 4 is a characteristic diagram of two types of magnetic sensors of the present embodiment.

【図5】 従来の位置検出器の構成の一例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional position detector.

【図6】 図5の位置検出器の磁気センサの出力波形を
示す図である。
6 is a diagram showing an output waveform of a magnetic sensor of the position detector of FIG.

【図7】 図5の位置検出器の回転位置検出用回転体を
図7と共に示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a rotating body for detecting a rotational position of the position detector of FIG. 5 together with FIG. 7;

【図8】 図5の位置検出器の回転位置検出用回転体を
図8と共に示す図である。
8 is a diagram showing a rotating body for detecting a rotational position of the position detector of FIG. 5 together with FIG. 8;

【図9】 他の従来例の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of another conventional example.

【図10】 さらに他の従来例の構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of still another conventional example.

【図11】 さらに他の従来例の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a configuration of still another conventional example.

【図12】 図9の位置検出器の磁気センサの出力波形
を示す図である。
12 is a diagram showing an output waveform of a magnetic sensor of the position detector of FIG.

【図13】 図10の位置検出器の磁気センサの出力波
形を示す図である。
13 is a diagram showing an output waveform of a magnetic sensor of the position detector in FIG.

【図14】 図11の位置検出器の磁気センサの出力波
形を示す図である。
14 is a diagram showing an output waveform of a magnetic sensor of the position detector of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3a 磁気センサ(第1のセンサ)、3b 磁気センサ
(第2のセンサ)、10 歯先(回転体凸部先端)、1
2 一般の歯溝(回転体凹部)、13 深い歯溝(回転
体の深い凹部)、14 位置検出用回転体。
3a Magnetic sensor (first sensor), 3b Magnetic sensor (second sensor), 10 tooth tip (tip of rotating body convex portion), 1
2 General tooth groove (rotary body concave part), 13 deep tooth groove (deep concave part of rotary body), 14 position detecting rotary body.

フロントページの続き Fターム(参考) 2F063 AA35 CA40 DD08 EA03 GA32 GA69 KA02 KA04 2F077 AA38 CC02 CC08 NN22 PP14 QQ11 VV01 Continued on the front page F term (reference) 2F063 AA35 CA40 DD08 EA03 GA32 GA69 KA02 KA04 2F077 AA38 CC02 CC08 NN22 PP14 QQ11 VV01

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円周上に第1の深さの歯溝を繰り返し凹
凸を配置した歯列を有し、前記歯列の中心を回転軸とす
る回転体と、 前記歯列の近傍に配置され、歯列の表面までの距離に応
じた信号を出力するセンサと、 前記歯列表面までの距離の変化に基づき、前記回転体の
回転位置を算出する回転位置算出手段と、を有する回転
位置検出装置において、 前記回転体の歯列は、円周上の所定箇所に、第1の深さ
より深い第2の深さの歯溝を有し、 前記センサは、 前記第1の深さより浅い位置が検出可能範囲となり、か
つ前記第1の深さより深く前記第2の深さより浅い位置
が検出可能範囲外となる特性を有する第1のセンサと、 少なくとも前記第1の深さより深く、前記第2の深さよ
り浅い位置が検出可能範囲内となる特性を有する第2の
センサと、を有し、 前記回転位置算出手段は、前記第1のセンサの出力に基
づき前記回転体の回転角度の相対値を算出し、前記第2
のセンサの出力に基づき前記回転体の回転の基準となる
基準位置を算出する、回転位置検出装置。
1. A rotator having a tooth row in which tooth grooves of a first depth are repeatedly arranged on a circumference and irregularities are arranged, and a rotating body having a center of the tooth row as a rotation axis; and a rotating body disposed near the tooth row. A rotation position calculation unit configured to calculate a rotation position of the rotating body based on a change in the distance to the dentition surface, based on a change in the distance to the dentition surface; In the detecting device, the tooth row of the rotating body has a tooth groove having a second depth deeper than a first depth at a predetermined position on a circumference, and the sensor is located at a position shallower than the first depth. Is a detectable range, and a first sensor having a characteristic in which a position deeper than the first depth and shallower than the second depth is out of the detectable range, at least deeper than the first depth and the second sensor Sensor having a characteristic in which a position shallower than the depth of the sensor is within a detectable range The rotation position calculation means calculates a relative value of a rotation angle of the rotating body based on an output of the first sensor, and
A rotation position detection device that calculates a reference position serving as a reference for rotation of the rotating body based on an output of the sensor.
【請求項2】 請求項1に記載の回転位置検出装置にお
いて、前記回転体の、前記第2の深さの歯溝は、円周上
に1箇所設けられている、回転体位置検出装置。
2. The rotating body position detecting device according to claim 1, wherein the tooth groove having the second depth of the rotating body is provided at one place on a circumference.
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