JP2007178290A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】スペースの狭い場所でも使用が可能な磁気式エンコーダを提供する。
【解決手段】シャフト１１の先端部に固着された磁石１２、及び磁石１２の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子を有し、ホール素子の検出に基づいてシャフト１１の回転角を演算し、かつその回転角情報に基づいて各種信号を生成するＩＣチップ１４をエンコーダ本体部１０とし、エンコーダ本体部１０にコントローラ側と接続するためのケーブル２０，２１を接続し、ケーブル２０，２１の途中に中継部３０を設けてなり、中継部３０に、ＩＣチップ１４により生成された各種信号を外部に出力する複数の回路部及び電源回路部が実装された基板３２を設け、基板３２のケーブル２０，２１の中心軸方向の表面に第１及び第２コネクタ３３，３４を設け、基板３２のケーブル２０，２１の中心軸方向の裏面に第３及び第４コネクタ３５，３６を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、多関節ロボットの各関節の回転角検出や、自動車のステアリングホイールの位置検出や、ブラシレスＤＣモータの制御に使用される小型の磁気式エンコーダに関するものである。

従来の磁気式エンコーダとして、モータ本体の反出力側の端面に同軸状態に取り付けられたものがある。この磁気式エンコーダは、モータシャフトの基端部外周に固着された円盤状ボスに、磁性材からなる円盤状のバックヨークが固定され、このバックヨークの表面に円盤状のポールマグネットが取り付けられ、さらに、ポールマグネットからモータの軸方向に離れた位置に基板が固定されている。この基板にはポールマグネットと対向する位置にホール素子が固定されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−３０８１７１号公報（第３頁、図１）

前述した従来の磁気式エンコーダの基板には、ホール素子の検出信号に基づいてモータの回転位置などを演算する信号処理回路の他に、信号処理回路の演算処理に基づく信号を出力する回路やこれら回路に電源を供給する電源回路などが実装されている。このため、基板の形状を小さくするのに限度があり、エンコーダ本体そのものの小型化が困難であった。

本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、スペースの狭い場所でも使用が可能な磁気式エンコーダを提供することを目的とする。

本発明に係る磁気式エンコーダは、シャフトの先端部に固着された磁石と、磁石の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子を有し、このホール素子の検出に基づいてシャフトの回転角を演算し、かつ、その回転角に基づいて各種の信号を生成する演算処理部と、演算処理部によって生成された各種の信号をそれぞれ外部に出力する複数の回路部と、演算処理部及び複数の回路部に電源を供給する電源回路部とを有する磁気式エンコーダにおいて、シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部にコントローラ側と接続するためのケーブルを接続し、前記ケーブルの途中に中継部を設けてなり、この中継部は、複数の回路部及び電源回路部が実装された基板と、基板のケーブルの中心軸方向の表面に互いに対向するように装着され、一方がエンコーダ本体部側のケーブルに、他方がコントロール側と接続されるケーブルに接続された第１及び第２コネクタと、基板のケーブルの中心軸方向の裏面に互いに対向するように装着され、一方がエンコーダ本体部側のケーブルに、他方がコントローラ側と接続されるケーブルに接続された第３及び第４コネクタとを備えたものである。

本発明においては、シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部に接続されたケーブルの途中に基板を有する中継部を設け、その基板のケーブルの中心軸方向の表面に互いに対向する第１及び第２コネクタを、基板のケーブルの中心軸方向の裏面に互いに対向する第３及び第４コネクタをそれぞれ装着したので、エンコーダ本体部を小形化、及び中継部のケーブルの中心軸と直交する幅方向の寸法を短くでき、このため、ユーザ側の設計自由度が広がり、スペースの狭い場所でも配線が容易にできる。

図１は本発明の実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す一部断面の外観図、図２は磁気式エンコーダの中継部の構成を示す側面図、図３は中継部の外観を示す斜視図である。
本実施の形態の磁気式エンコーダは、エンコーダ本体部１０と、エンコーダ本体部１０に接続されたケーブル２０と、一端がそのケーブル２０と接続され、ホットメルト工法により成形された樹脂部材３１に覆われた中継部３０と、この中継部３０の他端に接続されたケーブル２１とで構成されている。このケーブル２１は、図示せぬコントローラに接続される。

エンコーダ本体部１０は、先端部に凹部１１ａが形成されたシャフト１１と、シャフト１１の凹部１１ａに嵌入された例えば１２ｋＧｓの磁束密度を有する磁石１２と、上部に凹部１３ａが形成され、内周部に周方向にシールベアリング１３ｂが配列され、シャフト１１の先端部を凹部１３ａにて回転自在に支持するハウジング１３と、磁石１２の上方に配置され、下面に磁石１２と対向するＩＣチップ１４（演算処理部）が実装された基板１５と、基板１５の上面に装着された例えばオス型コネクタ１６と、ケーブル２０の複数の素線２０ａが接続され、オス型コネクタ１６に着脱可能に接続されたメス型コネクタ１７と、ハウジング１３に嵌合した磁性材質のカバー１８とで構成されている。カバー１８から引き出されているケーブル２０は、封止ゴム１９によって封止されている。この構成により、エンコーダ本体部１０の外形寸法が１５mm×１５mm×２２mmとなっている。

前述したＩＣチップ１４は、中心がシャフト１１の中心軸上にあり、その中心を軸としてその周りに、磁石１２の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子（図示せず）が９０度間隔で配置されている。このＩＣチップ１４は、ホール素子の検出に基づいてシャフト１１の回転角を演算し、かつ、そのアブソリュートデータ（回転角情報）をＰＷＭ信号及びデジタル信号（シリアル通信用）の形で出力すると共に、インクリメンタル信号を生成する。このインクリメンタル信号としては、Ａ相・Ｂ相信号、ブラシレスＤＣモータのコミュテーション信号（Ｕ相・Ｖ相・Ｗ相信号）などがあり、これら信号の切替は、信号モード設定によって行われるようになっている。

基板１４の上面に装着されたオス型コネクタ１６は、一端面に前方に突出した複数の接続ピン（図示せず）が配列されており、また、その接続ピンを四方から囲むように同一端面から前方に突出した四角形の案内部１６ａが設けられている。カバー１８及びハウジング１３のシャフト突出面を除く外面には、図示していないが、樹脂のシール材が施されている。このシール材は、エンコーダ本体部１０のカバー１８側から金型に挿入し、金型との間隙に液状のシール材を流し込むことにより成形されるホットメルト工法によるものである。なお、カバー１８から引き出されているケーブル２０は、封止ゴム１９によって封止されているので、シール材が内部に流れるようなことはない。

中継部３０は、図２に示すように、基板３２、この基板３２のケーブル２０，２１の中心軸方向の表面に互いに対向するように装着された第１及び第２コネクタ３３，３４、基板３２のケーブル２０，２１の中心軸方向の裏面に互いに対向するように装着された第３及び第４コネクタ３５，３６、図示していないが、基板３２に実装された電源回路部、ローパスフィルタ部、通信インターフェース部、出力回路部などから構成されている。前記の電源回路部、ローパスフィルタ部、通信インターフェース部、出力回路部などは、ＩＣチップ１４と同じ基板上に実装されていた周辺回路で、その基板から分離されたものである。

電源回路部は、コントローラからの電源５Ｖを定電圧化し、エンコーダ本体部１０のＩＣチップ１４などに供給する回路であり、ローパスフィルタ部は、ＰＷＭ信号をアナログ信号に変換するものである。通信インターフェース部は、回転角のデジタルデータの要求をコントローラから受けたとき、その旨をＩＣチップ１４に通知し、この通知に応答してＩＣチップ１４からのデジタル信号（アブソリュート）が受信されるとコントローラに転送（シリアル）する。出力回路部は、ＩＣチップ１４からのインクリメンタル信号をコントローラに出力する回路である。

第１及び第２コネクタ３３，３４と第３及び第４コネクタ３５，３６は、例えばＬ型のボードインコネクタからなり、基板３２の幅方向（ケーブル２０，２１の中心軸と直交する方向）に配列されたスルーホール（図示せず）に、それぞれ複数の端子３３ａ〜３６ａが挿入されて、半田付けにより固着されている。第１及び第２コネクタ３３，３４を基板３２の表面に、第３及び第４コネクタ３５，３６を基板３２の裏面に配置するのは、図３に示すように基板３２の幅方向の長さ寸法を短くするためである。第１及び第２コネクタ３３，３４は、基板３２上のプリント配線や各回路部を通じて互いに接続されており、第３及び第４コネクタ３５，３６は、前記と同様に基板３２上のプリント配線や各回路部を通じて互いに接続されている。

本実施の形態においては、シャフト１１及び磁石１２、ＩＣチップ１４をエンコーダ本体部１０とし、このエンコーダ本体部１０に接続されたケーブル２０，２１の途中に基板３２を有する中継部３０を設け、その基板３０のケーブル２０，２１の中心軸方向の表面に互いに対向する第１及び第２コネクタ３３，３４を、基板３２のケーブル２０，２１の中心軸方向の裏面に互いに対向する第３及び第４コネクタ３５，３６をそれぞれ装着したので、エンコーダ本体部１０を小形化、及び中継部３０のケーブル２０，２１の中心軸と直交する幅方向の寸法を短くでき、このため、ユーザ側の設計自由度が広がり、スペースの狭い場所でも配線が容易にできる。

本発明の実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す一部断面の外観図である。 磁気式エンコーダの中継部の構成を示す側面図である。 中継部の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１０ エンコーダ本体部、１１ シャフト、１１ａ 凹部、１２ 磁石、１３ ハウジング、１３ａ 凹部、１３ｂ シールベアリング、１４ ＩＣチップ、１５ 基板、１６ オス型コネクタ、１６ａ 案内部、１７ メス型コネクタ、１８ カバー、１９ 封止ゴム、２０，２１ ケーブル、３０ 中継部、３１ 樹脂部材、３２ 基板、３３ 第１コネクタ、３４ 第２コネクタ、３５ 第３コネクタ、３６ 第４コネクタ、３３ａ〜３６ａ コネクタの端子。

Claims (2)

1. シャフトの先端部に固着された磁石と、該磁石の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子を有し、このホール素子の検出に基づいてシャフトの回転角を演算し、かつ、その回転角情報に基づいて各種の信号を生成する演算処理部と、該演算処理部によって生成された各種の信号をそれぞれ外部に出力する複数の回路部と、前記演算処理部及び複数の回路部に電源を供給する電源回路部とを有する磁気式エンコーダにおいて、
   前記シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部にコントローラ側と接続するためのケーブルを接続し、前記ケーブルの途中に中継部を設けてなり、
   前記中継部は、
   前記複数の回路部及び電源回路部が実装された基板と、
   該基板の前記ケーブルの中心軸方向の表面に互いに対向するように装着され、一方が前記エンコーダ本体部側のケーブルに、他方がコントロール側と接続されるケーブルに接続された第１及び第２コネクタと、
   前記基板の前記ケーブルの中心軸方向の裏面に互いに対向するように装着され、一方が前記エンコーダ本体部側のケーブルに、他方がコントローラ側と接続されるケーブルに接続された第３及び第４コネクタと
   を備えていることを特徴とする磁気式エンコーダ。
2. 前記中継部は、ホットメルト工法により成形された樹脂部材で覆われていることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
   

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