JP2007178291A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】カバーの磁気シールド面積を極力大きくとって、ホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることのできる磁気式エンコーダを提供する。
【解決手段】エンコーダ本体部１０は、ホール素子を有するＩＣチップ１４が実装された基板１５と、磁石１２が基板１５上のＩＣチップ１４と対向するようにシャフト１１を回転自在に支持するハウジング１３と、基板１５を覆うようにハウジング１３に嵌合するカバー１８と、カバー１８及びハウジング１３により狭持され、ケーブル２０の素線２０ａのみを挿通させる素線引込部１９と、基板１５のＩＣチップ実装面の反対面に装着され、素線引込部１９を通じて引き込まれたケーブル２０の素線２０ａが接続されたコネクタ１７と、素線引込部１９及びケーブル２０を互いに接触させた状態で双方の外周部を締め付け保持する熱収縮チューブ４０とを備えた。
【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装着されている。そして、これら部品を保護するためにモータ本体にカバーが固着されている（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は、カバーの側面にケーブルの引込部が設けられ、その引込部にケーブルそのものが挿入されて素線が基板に接続された構成となっているが、このように構成された磁気式エンコーダを外部磁界（モータからの磁気ノイズ除く）の影響を受けるような環境に置いた場合、カバーの引込部取付の側面の磁気シールド面積がその引込部によって小さくなり、ホール素子に対する十分なシールドを確保することが難しかった。

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、カバーの磁気シールド面積を極力大きくとって、ホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることのできる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、その回転角情報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、ケーブルの途中に複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えてなり、エンコーダ本体部は、演算処理部が実装された基板と、磁石が基板上の演算処理部と対向するようにシャフトを回転自在に支持するハウジングと、基板を覆うようにハウジングに嵌合するカバーと、カバー及びハウジングにより狭持され、ケーブルの素線のみを挿通させる素線引込部と、基板の演算処理部実装面の反対面に装着され、素線引込部を通じて引き込まれたケーブルの素線が接続されたコネクタと、素線引込部及びケーブルを互いに接触させた状態で双方の外周部を覆って保持する保持部材とを備えたものである。

本発明においては、カバー及びハウジングにより狭持された素線引込部にケーブルの素線のみを通すようにしたので、素線引込部の形状を小さくでき、このため、カバーの素線引込部の狭持面の面積（磁気シールド面積）を極力大きくとることが可能になり、その狭持面からのホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることができる。また、素線引込部とコネクタとの間が柔軟性のある素線のみとなるため、コネクタに過大な応力が加わらない。
また、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、ケーブルの途中に複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えたので、エンコーダ本体部の小型化が可能になる。

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は実施の形態におけるエンコーダ本体部を分解して示す斜視図である。
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に取り付けられたケーブル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（図示せず）に覆われた中継部３０と、中継部３０の他端に接続されたケーブル（図示せず）とで構成されている。このケーブルは、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、カバー１８及びハウジング１３により狭持された例えば防塵ゴムからなる素線引込部１９とで構成されている。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。

中継部３０は、図示していないが、基板、この基板のケーブル２０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のコネクタ、基板のケーブル２０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のコネクタ、基板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。前述した各コネクタは、例えばＬ型のボードインコネクタからなり、基板の幅方向（ケーブル２０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が挿入されて、半田付けにより固着されている。

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。

前述したカバー１８の一側面には、図２に示すように切欠部１８ａが形成され、また、ハウジング１３には、カバー１８の切欠部１８ａの下部部分と嵌合する突起部１３ｃが形成されている。素線引込部１９は、例えば図２に示すように、基部１９ａと、この基部１９ａから突出して形成された円筒部１９ｃとから構成されている。基部１９ａには、ケーブル２０の複数の素線２０ａを通すだけの径を有する穴（図示せず）が設けられ、外周部にカバー１８の切欠部１８ａ及びハウジング１３の突起部１３ｃが嵌入する溝１９ｂが設けられている。円筒部１９ｃは、基部１９ａに設けられた穴の中心軸を中心とする同一径の穴１９ｄを有している。この円筒部１９ｃの外径は、ケーブルの外径と同一である。

素線引込部１９は、基部１９ａに設けられた溝１９ｂにカバー１８の切欠部１８ａを嵌入させ、次いで、ハウジング１３をカバー１８に嵌合することで狭持される。この場合、ハウジング１３の突起部１３ｃが基部１９ａの下部部分の溝１９ｂに入り込む。この素線引込部１９をカバー１８とハウジング１３とで狭持する前に、まず、熱収縮チューブ４０にケーブル２０を通し、ケーブル２０の複数の素線２０ａを素線引込部１９の円筒部１９ｃの穴１９ｄ及び基部１９ａの穴に通す。そして、素線引込部１９の円筒部１９ｃの先端面とケーブル２０の素線２０ａを除く外周部の端面とを接触させて、先にケーブル２０に通した熱収縮チューブ４０でその部分を覆い、熱によってその熱収縮チューブを収縮させて円筒部１９ｃとケーブル２０を締め付ける。この熱収縮チューブ４０の収縮により、ケーブル２０が素線引込部１９に接続された状態となり保持される。

このように、素線引込部１９の円筒部１９ｃの外径をケーブル２０の外径と同じにしたため、ケーブル２０そのものを引込部に挿入させる従来と比べ、素線引込部１９を小形化でき、これにより、エンコーダ本体部１０そのものを小形に、しかもカバー１８の素線引込部１９の狭持面の面積（磁気シールド面積）を極力大きくとることが可能になり、その狭持面からのホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることができる。また、素線引込部１９とメス型コネクタ１７との間が柔軟性のある素線２０ａのみとなるため、オス及びメス型のコネクタ１６，１７に過大な応力が加わらない。

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。 実施の形態におけるエンコーダ本体部を分解して示す斜視図である。

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、１８ａ 切欠部、１９ 素線引込部、１９ａ 基部、１９ｂ 溝、１９ｃ 円筒部、１９ｄ 穴、２０ ケーブル、３０ 中継部、４０ 熱収縮チューブ。

Claims (3)

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前記複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えてなり、
   前記エンコーダ本体部は、
   前記演算処理部が実装された基板と、
   前記磁石が前記基板上の演算処理部と対向するように前記シャフトを回転自在に支持するハウジングと、
   前記基板を覆うように前記ハウジングに嵌合するカバーと、
   該カバー及び前記ハウジングにより狭持され、前記ケーブルの素線のみを挿通させる素線引込部と、
   前記基板の演算処理部実装面の反対面に装着され、前記素線引込部を通じて引き込まれた前記ケーブルの素線が接続されたコネクタと、
   前記素線引込部及びケーブルを互いに接触させた状態で双方の外周部を覆って保持する保持部材と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
2. 素線引込部は、
   前記ケーブルの素線を通すだけの径を有する穴が設けられ、外周部に前記カバー及びハウジングの側壁が嵌入する溝が形成された基部と、
   該基部から突出して形成され、前記穴の中心軸を中心とする同一径の穴を有する円筒部とから構成され、
   前記円筒部の外径が前記ケーブルの外径と同一であることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
3. 前記保持部材は、熱によって収縮する熱収縮チューブからなっていることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気式エンコーダ。
   

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