JP2018004627A - Position detector - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size and cost of the position detector and allow arithmetic processing of an absolute position using a low-speed arithmetic processing unit.SOLUTION: An arithmetic processing unit 30 operates the absolute position of a rotating shaft 14 when a position detector 10 is activated, based on first to third analog signals according to first to third rotational angles detected by first to third rotational angle detectors 24 to 28. Meanwhile, a current position counter 54 detects the current absolute position of the rotating shaft 14 when the rotating shaft 14 is rotated, by counting the number of pulses of clockwise pulses or counterclockwise pulses according to the first rotational angle detected by the first rotational angle detector 24 based on a total pulse number TP according to the absolute position of the rotational shaft 14 at the activation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転体の回転軸に減速機が接続されている場合に、回転軸の回転角度と減速機の出力軸の回転角度とに基づいて、回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置に関する。   The present invention relates to a position detection device that detects the absolute position of a rotating shaft based on the rotation angle of the rotating shaft and the rotation angle of the output shaft of the speed reducer when a speed reducer is connected to the rotating shaft of the rotating body. About.

従来より、モータ等の回転体を備える電動アクチュエータ等には、回転体の回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置が搭載されている。このような位置検出装置は、例えば、特許文献1〜6に開示されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a position detection device that detects an absolute position of a rotating shaft of a rotating body is mounted on an electric actuator including a rotating body such as a motor. Such position detection devices are disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 6.

特許文献1〜3には、回転体の回転軸に接続される減速機に遊星歯車を使用した多回転角度検出型の位置検出装置が開示されている。特許文献4及び5には、回転体の回転軸にコード記録媒体を取り付けると共に、回転軸に接続された減速機の出力軸に多回転角度検出器を取り付けた位置検出装置が開示されている。特許文献6には、検出した回転軸の回転角度のデータを、直交座標から極座標に変換した後に絶対位置に変換する位置検出装置が開示されている。   Patent Documents 1 to 3 disclose a multi-rotation angle detection type position detection device using a planetary gear as a speed reducer connected to a rotation shaft of a rotating body. Patent Documents 4 and 5 disclose a position detection device in which a code recording medium is attached to a rotating shaft of a rotating body and a multi-rotation angle detector is attached to an output shaft of a speed reducer connected to the rotating shaft. Patent Document 6 discloses a position detection device that converts detected rotation angle data of an axis of rotation into an absolute position after converting from orthogonal coordinates to polar coordinates.

特開2013−164316号公報JP 2013-164316 A 特開2012−145380号公報JP 2012-145380 A 特開2007−78459号公報JP 2007-78459 A 特表2002−513923号公報JP-T-2002-513923 特開昭64−23107号公報JP-A-64-23107 特開2003−161641号公報JP 2003-161641 A

しかしながら、特許文献1〜3の位置検出装置では、複数個の従動歯車のシャフトに磁石を取り付け、相対した位置に複数組の回転角度検出器を取り付けるため、位置検出装置における回転軸の径方向のサイズが大きくなるという欠点がある。   However, in the position detection devices of Patent Documents 1 to 3, a magnet is attached to the shafts of a plurality of driven gears, and a plurality of sets of rotation angle detectors are attached to opposite positions. There is a disadvantage that the size is increased.

また、特許文献4及び5の位置検出装置において、回転軸に取り付けられるコード記録媒体は、走査可能な特殊なコードが蒸着等によって担持された絶対位置ディスクである。そのため、高い精度が要求され、位置検出装置が高価になる。   In the position detection devices of Patent Documents 4 and 5, the code recording medium attached to the rotating shaft is an absolute position disk on which a special code that can be scanned is carried by vapor deposition or the like. Therefore, high accuracy is required, and the position detection device becomes expensive.

さらに、特許文献6の位置検出装置では、絶対位置をリアルタイムで出力可能とするため、高速の演算処理装置が必要となる。   Furthermore, the position detection device of Patent Document 6 requires a high-speed arithmetic processing device in order to be able to output the absolute position in real time.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、小型及び低コストであると共に、低速の演算処理装置を用いて絶対位置の演算処理が可能な位置検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and provides a position detection device that is small in size and low in cost, and that can perform absolute position calculation processing using a low-speed calculation processing device. Objective.

本発明は、回転体の回転軸に減速機が接続され、前記回転軸の回転角度と前記減速機の出力軸の回転角度とに基づいて、前記回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置に関するものである。   The present invention relates to a position detection device in which a speed reducer is connected to a rotating shaft of a rotating body, and an absolute position of the rotating shaft is detected based on a rotating angle of the rotating shaft and a rotating angle of an output shaft of the reducer. Is.

そして、上記の目的を達成するため、本発明に係る位置検出装置は、第1〜第3回転角度検出器、演算処理部及び現在位置検出部を有する。   And in order to achieve said objective, the position detection apparatus which concerns on this invention has the 1st-3rd rotation angle detector, the arithmetic processing part, and the present position detection part.

前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた歯車のピッチ間の第1回転角度を検出する。前記第2回転角度検出器は、前記回転軸の1回転内の第2回転角度を検出する。前記第3回転角度検出器は、前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第3回転角度を検出する。   The first rotation angle detector detects a first rotation angle between pitches of gears attached substantially coaxially to the rotation shaft. The second rotation angle detector detects a second rotation angle within one rotation of the rotation shaft. The third rotation angle detector detects a third rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft.

前記演算処理部は、前記位置検出装置の起動時に前記第1〜第3回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1〜第3回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する。前記現在位置検出部は、前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する。   The arithmetic processing unit calculates an absolute position of the rotation shaft at the time of starting based on the first to third rotation angles detected by the first to third rotation angle detectors when the position detecting device is started. Calculate. The current position detection unit is based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body and the absolute position of the rotation shaft at the time of activation. Thus, the current absolute position of the rotating shaft is detected.

この構成によれば、前記回転軸の軸方向に沿って前記歯車、前記減速機及び前記出力軸を設け、前記回転軸及び前記出力軸の周囲に前記第1〜第3回転角度検出器を配置すれば、前記位置検出装置における前記回転軸の径方向のサイズを小さくすることができる。   According to this configuration, the gear, the speed reducer, and the output shaft are provided along the axial direction of the rotation shaft, and the first to third rotation angle detectors are disposed around the rotation shaft and the output shaft. Then, the radial size of the rotating shaft in the position detection device can be reduced.

また、前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に取り付けられた前記歯車のピッチ間の前記第1回転角度を検出するため、特許文献4及び5のような特殊コードを担持したコード記録媒体が不要となる。従って、前記位置検出装置の低コスト化を図ることができる。   In addition, the first rotation angle detector is a code recording medium carrying a special code as disclosed in Patent Documents 4 and 5 in order to detect the first rotation angle between the pitches of the gears attached to the rotation shaft. Is no longer necessary. Therefore, the cost of the position detection device can be reduced.

さらに、前記演算処理部は、前記起動時にのみ、前記第1〜第3回転角度に基づいて、該起動時における停止状態の前記回転軸の絶対位置を演算する。この結果、前記現在位置検出部は、前記回転軸の回転中、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を基準として、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度から、現在の前記回転軸の絶対位置を擬似的に求めることができる。   Furthermore, the calculation processing unit calculates the absolute position of the rotating shaft in a stopped state at the time of activation based on the first to third rotation angles only at the time of activation. As a result, the current position detection unit detects the current rotation angle from the first rotation angle detected by the first rotation angle detector based on the absolute position of the rotation shaft at the time of start-up while the rotation shaft is rotating. The absolute position of the rotating shaft can be obtained in a pseudo manner.

すなわち、前記位置検出装置は、前記起動時にのみアブソリュート方式のロータリーエンコーダとして機能し、その後は、インクリメンタル方式のロータリーエンコーダとして機能する。つまり、前記起動時には、停止状態の前記回転軸の絶対位置を検出し、その後の前記回転軸の回転中は、前記起動時の絶対位置に対する前記回転軸の移動量に相当する前記第1回転角度を検出し、前記起動時の絶対位置に対する前記第1回転角度の位置を、現在の前記回転軸の絶対位置として求めればよい。この結果、特許文献6のようにリアルタイムでの絶対位置の演算は不要となり、低速且つ低価格の演算処理装置(CPU)が使用可能となる。   That is, the position detecting device functions as an absolute rotary encoder only at the time of activation, and thereafter functions as an incremental rotary encoder. That is, at the time of starting, the absolute position of the rotating shaft in a stopped state is detected, and during the subsequent rotation of the rotating shaft, the first rotation angle corresponding to the amount of movement of the rotating shaft with respect to the absolute position at the time of starting. And the position of the first rotation angle with respect to the absolute position at the time of activation may be obtained as the current absolute position of the rotation axis. As a result, the calculation of the absolute position in real time is not required as in Patent Document 6, and a low-speed and low-cost arithmetic processing unit (CPU) can be used.

また、従来のインクリメンタル方式のロータリーエンコーダでは、電源のオン時及びオフ時には、磁極検出動作と原点復帰動作とを行う必要があった。これに対して、本発明では、前記起動時に停止状態の前記回転軸の絶対位置を検出するので、上記の各動作が不要となる。この結果、前記位置検出装置を電動アクチュエータ等に搭載すれば、タクトタイムの短縮を図ることができる。   Further, in the conventional incremental type rotary encoder, it is necessary to perform the magnetic pole detection operation and the origin return operation when the power is turned on and off. On the other hand, in the present invention, since the absolute position of the rotating shaft in the stopped state is detected at the time of starting, each operation described above is not necessary. As a result, if the position detection device is mounted on an electric actuator or the like, the tact time can be shortened.

このように、本発明によれば、前記位置検出装置の小型化及び低コスト化を実現できると共に、低速の演算処理装置を用いて前記絶対位置の演算処理を行うことが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to reduce the size and cost of the position detection device, and to perform the absolute position calculation processing using a low-speed calculation processing device.

ここで、前記第1〜第3回転角度検出器は、下記のように構成されていることが好ましい。   Here, it is preferable that the first to third rotation angle detectors are configured as follows.

先ず、前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた磁性体からなる平歯車と、該平歯車の歯先間を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記平歯車に対向配置された2個の第1磁気検出素子と、第1バイアス磁石とを備える。この場合、前記各第1磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第1アナログ信号をそれぞれ出力する。   First, the first rotation angle detector has a phase shift of 90 ° between the spur gear made of a magnetic material attached substantially coaxially to the rotation shaft and the tooth tip of the spur gear as one cycle. Two first magnetic detection elements disposed opposite to the spur gear and a first bias magnet are provided. In this case, each of the first magnetic detection elements outputs a first analog signal corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.

従って、前記第1バイアス磁石により前記各第1磁気検出素子を含む領域に発生した磁界が前記平歯車の回転によって変化した場合、前記各第1磁気検出素子は、前記磁界の変化を前記各第1アナログ信号としてそれぞれ出力する。前記各第1アナログ信号は、前記第1回転角度に応じた信号であるため、前記演算処理部は、前記各第1アナログ信号等に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置が、前記歯車の何番目の歯の位置に対応するのかを精度良く求めることができる。また、市販の前記平歯車を使用することが可能であるため、特許文献4及び5と比較して、前記位置検出装置のさらなる低コスト化を実現することができる。   Therefore, when the magnetic field generated in the region including the first magnetic detection elements by the first bias magnet is changed by the rotation of the spur gear, the first magnetic detection elements change the magnetic field. Each is output as one analog signal. Since each of the first analog signals is a signal corresponding to the first rotation angle, the arithmetic processing unit determines that the absolute position of the rotating shaft at the time of activation is based on the first analog signal or the like. It is possible to accurately determine the position of the tooth position of the gear. Moreover, since it is possible to use the commercially available spur gear, it is possible to realize further cost reduction of the position detection device as compared with Patent Documents 4 and 5.

次に、前記第2回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられたリング状の第2バイアス磁石と、前記回転軸の1回転を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記第2バイアス磁石に対向配置された2個の第2磁気検出素子とを備える。この場合、前記各第2磁気検出素子は、前記第2回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第2アナログ信号をそれぞれ出力する。   Next, the second rotation angle detector shifts the phase by 90 ° from each other when the ring-shaped second bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft and one rotation of the rotation shaft are defined as one cycle. And two second magnetic detection elements disposed opposite to the second bias magnet. In this case, each of the second magnetic detection elements outputs a second analog signal corresponding to the second rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.

従って、前記第2バイアス磁石の回転により前記各第2磁気検出素子を含む領域に発生した磁界が変化した場合、前記各第2磁気検出素子は、前記磁界の変化を前記各第2アナログ信号としてそれぞれ出力する。前記各第2アナログ信号は、前記第2回転角度に応じた信号であるため、前記演算処理部は、前記各第2アナログ信号等に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置が、前記回転軸の1回転内のどの角度に対応するのかを容易に求めることができる。   Therefore, when the magnetic field generated in the region including each second magnetic detection element is changed by the rotation of the second bias magnet, each second magnetic detection element uses the change in the magnetic field as each second analog signal. Output each. Since each of the second analog signals is a signal corresponding to the second rotation angle, the arithmetic processing unit determines that the absolute position of the rotating shaft at the time of activation is based on the second analog signal or the like. It is possible to easily determine which angle within one rotation of the rotating shaft corresponds.

また、前記第3回転角度検出器は、前記出力軸に略同軸に取り付けられたリング状の第3バイアス磁石と、前記出力軸の1回転を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記第3バイアス磁石に対向配置された2個の第3磁気検出素子とを備える。これにより、前記各第3磁気検出素子は、前記第3回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第3アナログ信号をそれぞれ出力する。   Further, the third rotation angle detector has a ring-shaped third bias magnet attached substantially coaxially to the output shaft and a phase shifted by 90 ° from each other when one rotation of the output shaft is defined as one cycle. And two third magnetic detection elements arranged opposite to the third bias magnet. Accordingly, each of the third magnetic detection elements outputs a third analog signal corresponding to the third rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.

従って、前記第3バイアス磁石の回転により前記各第3磁気検出素子を含む領域に発生した磁界が変化した場合、前記各第3磁気検出素子は、前記磁界の変化を前記各第3アナログ信号としてそれぞれ出力する。この場合、前記減速機は、前記回転体の回転速度を所定の減速比で減速して前記出力軸を回転させているので、前記演算処理部は、前記各第3アナログ信号等に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置が、前記回転軸の多回転内のどの角度に対応するのかを容易に求めることができる。   Therefore, when the magnetic field generated in the region including each third magnetic detection element is changed by the rotation of the third bias magnet, each third magnetic detection element uses the change in the magnetic field as each third analog signal. Output each. In this case, since the speed reducer decelerates the rotational speed of the rotating body at a predetermined speed reduction ratio and rotates the output shaft, the arithmetic processing unit is based on each third analog signal, etc. It can be easily determined which angle in the multiple rotations of the rotating shaft the absolute position of the rotating shaft at the time of activation corresponds to.

また、前記位置検出装置は、前記各第1磁気検出素子がそれぞれ出力した前記各第1アナログ信号を二相の第1パルス信号に変換するインタポレータをさらに有してもよい。この場合、前記演算処理部は、前記各第1〜第3磁気検出素子がそれぞれ出力した前記各第1〜第3アナログ信号に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算し、演算した前記絶対位置に応じた第2パルス信号を出力する。   The position detection device may further include an interpolator that converts each first analog signal output from each first magnetic detection element into a two-phase first pulse signal. In this case, the calculation processing unit calculates the absolute position of the rotating shaft at the time of starting based on the first to third analog signals output from the first to third magnetic detection elements, respectively. A second pulse signal corresponding to the calculated absolute position is output.

これにより、前記現在位置検出部は、前記インタポレータから出力された前記各第1パルス信号と、前記演算処理部から出力された前記第2パルス信号とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を容易に検出することが可能となる。また、前記回転軸の正転又は逆転に関わりなく、前記減速機のバックラッシュの影響を無視することができる。   Thus, the current position detection unit is configured to detect the current absolute position of the rotation shaft based on each first pulse signal output from the interpolator and the second pulse signal output from the arithmetic processing unit. Can be easily detected. Further, the influence of the backlash of the speed reducer can be ignored regardless of whether the rotating shaft is rotated forward or backward.

この場合、前記演算処理部は、前記第2パルス信号を前記起動時における前記回転軸の絶対位置に応じたパルス数のシリアル信号として前記現在位置検出部に送信すればよい。これにより、比較的低速の演算処理装置を前記演算処理部として使用し、前記シリアル信号をシリアル通信により前記現在位置検出部に送信することで、前記位置検出装置の一層の低コスト化を実現できる。   In this case, the arithmetic processing unit may transmit the second pulse signal to the current position detection unit as a serial signal having the number of pulses corresponding to the absolute position of the rotating shaft at the time of activation. As a result, a relatively low-speed arithmetic processing device is used as the arithmetic processing unit, and the serial signal is transmitted to the current position detecting unit by serial communication, thereby further reducing the cost of the position detecting device. .

また、前記位置検出装置は、前記各第1パルス信号を逓倍した逓倍パルス信号を生成して前記現在位置検出部に出力する逓倍回路をさらに有してもよい。この場合、前記現在位置検出部は、前記起動時に前記シリアル信号に応じたパルス数をプリセットし、前記回転軸の回転中、プリセットした前記パルス数から前記逓倍パルス信号に応じたパルス数を計数することにより、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する現在位置カウンタであればよい。   The position detecting device may further include a multiplying circuit that generates a multiplied pulse signal obtained by multiplying the first pulse signals and outputs the multiplied pulse signal to the current position detecting unit. In this case, the current position detection unit presets the number of pulses according to the serial signal at the time of activation, and counts the number of pulses according to the multiplied pulse signal from the preset number of pulses during rotation of the rotating shaft. Thus, any current position counter that detects the current absolute position of the rotating shaft may be used.

このように、前記現在位置カウンタは、プリセットした前記パルス数を基準として、前記逓倍パルス信号に応じたパルス数を計数するので、現在の前記回転軸の絶対位置を容易に且つ効率よく求めることができる。また、前記逓倍回路から前記現在位置カウンタに前記逓倍パルス信号が供給されることにより、前記現在位置カウンタにおける現在の前記回転軸の絶対位置の分解能が向上し、該絶対位置を精度よく求めることができる。   In this way, the current position counter counts the number of pulses corresponding to the multiplied pulse signal based on the preset number of pulses, so that the current absolute position of the rotating shaft can be easily and efficiently obtained. it can. Further, by supplying the multiplied pulse signal from the multiplication circuit to the current position counter, the resolution of the current absolute position of the rotating shaft in the current position counter is improved, and the absolute position can be obtained with high accuracy. it can.

この場合、前記逓倍回路は、前記各第1パルス信号を比較することにより前記回転軸の正転又は逆転を判別し、判別した正転又は逆転の前記逓倍パルス信号を生成すればよい。これにより、前記現在位置カウンタは、現在の前記回転軸の絶対位置を正確に求めることができる。   In this case, the multiplication circuit may determine the normal rotation or reverse rotation of the rotation shaft by comparing the first pulse signals, and generate the determined normal rotation or reverse rotation pulse signal. Thus, the current position counter can accurately obtain the current absolute position of the rotating shaft.

また、前記位置検出装置は、前記現在位置カウンタに前記シリアル信号に応じたパルス数がプリセットされた場合、前記回転体を駆動させて前記回転軸を回転させる回転体駆動制御部をさらに有してもよい。これにより、プリセット後に前記回転体を動作させ、前記回転軸の回転中における該回転軸の絶対位置を確実に取得することができる。   The position detecting device further includes a rotating body drive control unit that drives the rotating body to rotate the rotating shaft when the number of pulses corresponding to the serial signal is preset in the current position counter. Also good. As a result, the rotating body can be operated after presetting, and the absolute position of the rotating shaft during the rotation of the rotating shaft can be reliably acquired.

また、本発明に係る位置検出装置は、上述の構成(以下、基本構成ともいう。)に代えて、下記の構成に変更することも可能である。   Further, the position detection device according to the present invention can be changed to the following configuration instead of the above configuration (hereinafter also referred to as a basic configuration).

すなわち、上記の目的を達成するため、本発明に係る位置検出装置は、他の第1の構成として、第1回転角度検出器、第2回転角度検出器、演算処理部及び現在位置検出部を有する。   That is, in order to achieve the above object, the position detection device according to the present invention includes, as another first configuration, a first rotation angle detector, a second rotation angle detector, an arithmetic processing unit, and a current position detection unit. Have.

前記第1回転角度検出器は、前記回転軸の1回転内の第1回転角度を検出する。前記第2回転角度検出器は、前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第2回転角度を検出する。前記演算処理部は、前記位置検出装置の起動時に、前記第1回転角度検出器及び前記第2回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1回転角度及び前記第2回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する。前記現在位置検出部は、前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する。   The first rotation angle detector detects a first rotation angle within one rotation of the rotation shaft. The second rotation angle detector detects a second rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft. The arithmetic processing unit is configured to start the position detection device based on the first rotation angle and the second rotation angle detected by the first rotation angle detector and the second rotation angle detector, respectively. The absolute position of the rotating shaft at the time is calculated. The current position detection unit is based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body and the absolute position of the rotation shaft at the time of activation. Thus, the current absolute position of the rotating shaft is detected.

この場合、前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた円柱状のバイアス磁石と、前記バイアス磁石に対向配置された磁気検出素子とを備える。前記磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応するシリアル信号を前記演算処理部に出力し、一方で、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた二相のパルス信号を前記現在位置検出部に出力する。   In this case, the first rotation angle detector includes a columnar bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft, and a magnetic detection element arranged to face the bias magnet. The magnetic detection element outputs a serial signal corresponding to the first rotation angle to the arithmetic processing unit, and on the other hand, a two-phase pulse signal corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other. Output to the current position detector.

この第1の構成では、前記シリアル信号を前記演算処理部に出力する機能と、前記二相のパルス信号を前記現在位置検出部に出力するインタポレータ処理の機能とを、前記磁気検出素子が兼ね備えている。また、前記演算処理部は、前記シリアル信号と、前記第2回転角度検出器が検出した前記第2回転角度とに基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する。従って、第1の構成によれば、前記位置検出装置の部品点数が削減されると共に、前記演算処理部での演算負荷が軽減されるので、該位置検出装置の低コスト化を図ることができる。また、前記円柱状のバイアス磁石を採用したことにより、前記第1回転角度の検出精度の向上を図ることができる。   In the first configuration, the magnetic detection element has the function of outputting the serial signal to the arithmetic processing unit and the function of interpolator processing of outputting the two-phase pulse signal to the current position detection unit. Yes. Further, the arithmetic processing unit calculates an absolute position of the rotating shaft at the start-up based on the serial signal and the second rotation angle detected by the second rotation angle detector. Therefore, according to the first configuration, the number of parts of the position detection device is reduced, and the calculation load on the calculation processing unit is reduced. Therefore, the cost of the position detection device can be reduced. . Further, by adopting the cylindrical bias magnet, it is possible to improve the detection accuracy of the first rotation angle.

また、第1の構成においても、前述した基本構成を有する位置検出装置の場合と同様に、下記の効果も得られる。   Also in the first configuration, the following effects can be obtained as in the case of the position detection device having the basic configuration described above.

すなわち、前記回転軸の軸方向に沿って前記減速機及び前記出力軸を設け、前記回転軸及び前記出力軸の周囲に前記第1回転角度検出器及び前記第2回転角度検出器を配置することにより、前記回転軸の径方向のサイズを小さくすることができる。   That is, the speed reducer and the output shaft are provided along the axial direction of the rotation shaft, and the first rotation angle detector and the second rotation angle detector are disposed around the rotation shaft and the output shaft. Thus, the radial size of the rotating shaft can be reduced.

また、前記演算処理部は、前記起動時にのみ、前記第1回転角度及び前記第2回転角度に基づいて、該起動時における停止状態の前記回転軸の絶対位置を演算する。これにより、前記現在位置検出部は、前記回転軸の回転中、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を基準として、前記二相のパルス信号から、現在の前記回転軸の絶対位置を擬似的且つ容易に求めることができる。また、前記回転軸の正転又は逆転に関わりなく、前記減速機のバックラッシュの影響を無視することができる。   In addition, the calculation processing unit calculates the absolute position of the rotating shaft in a stopped state at the time of activation based on the first rotation angle and the second rotation angle only at the time of activation. As a result, the current position detection unit simulates the current absolute position of the rotating shaft from the two-phase pulse signal based on the absolute position of the rotating shaft at the time of start-up while the rotating shaft is rotating. And it can obtain | require easily. Further, the influence of the backlash of the speed reducer can be ignored regardless of whether the rotating shaft is rotated forward or backward.

すなわち、前記位置検出装置は、前記起動時にのみアブソリュート方式のロータリーエンコーダとして機能し、その後は、インクリメンタル方式のロータリーエンコーダとして機能する。これにより、リアルタイムでの絶対位置の演算が不要となり、低速且つ低価格のCPUが使用可能となる。このような位置検出装置を電動アクチュエータ等に搭載すれば、タクトタイムの短縮を図ることができる。   That is, the position detecting device functions as an absolute rotary encoder only at the time of activation, and thereafter functions as an incremental rotary encoder. Thereby, the calculation of the absolute position in real time is unnecessary, and a low-speed and low-cost CPU can be used. If such a position detection device is mounted on an electric actuator or the like, the tact time can be shortened.

従って、第1の構成においても、前記位置検出装置の小型化及び低コスト化を実現できると共に、低速の演算処理装置を用いて前記絶対位置の演算処理を行うことが可能となる。   Therefore, also in the first configuration, the position detection device can be reduced in size and cost, and the absolute position calculation processing can be performed using a low-speed calculation processing device.

また、前記位置検出装置は、前記回転軸の回転力を前記減速機の入力軸に伝達する回転伝達機構をさらに有し、前記回転軸、前記入力軸及び前記出力軸は、略同軸に配置されていればよい。前記回転伝達機構によって、前記位置検出装置は、前記径方向に若干大きくなるが、インタポレータ機能を有する前記第1回転角度検出器を設けることにより、前記位置検出装置の部品点数が少なくなるので、装置全体の低コスト化を実現することができる。なお、前記回転伝達機構としては、例えば、減速比が1の他の減速機や、ベルトを用いた回転伝達手段のような、各種の回転伝達機構を好適に採用することができる。   The position detection device further includes a rotation transmission mechanism that transmits the rotational force of the rotation shaft to the input shaft of the speed reducer, and the rotation shaft, the input shaft, and the output shaft are arranged substantially coaxially. It only has to be. By the rotation transmission mechanism, the position detection device becomes slightly larger in the radial direction, but by providing the first rotation angle detector having an interpolator function, the number of parts of the position detection device is reduced. Overall cost reduction can be realized. As the rotation transmission mechanism, for example, various rotation transmission mechanisms such as other speed reducers having a reduction ratio of 1 and rotation transmission means using a belt can be suitably employed.

さらに、上記の目的を達成するため、本発明に係る位置検出装置は、他の第2の構成として、第1〜第3回転角度検出器、第1減速機、第2減速機、演算処理部及び現在位置検出部を有する。   Furthermore, in order to achieve the above object, the position detection device according to the present invention includes, as another second configuration, first to third rotation angle detectors, a first reducer, a second reducer, and an arithmetic processing unit. And a current position detector.

前記第1回転角度検出器は、前記回転軸の1回転内の第1回転角度を検出する。前記第1減速機は、前記回転軸の回転速度を減速して出力する。前記第2減速機は、入力軸が前記第1減速機に接続され、該第1減速機で減速された前記回転軸の回転速度をさらに減速して前記出力軸に出力する。前記第2回転角度検出器は、前記回転軸の多回転に応じた前記入力軸の1回転内の第2回転角度を検出する。前記第3回転角度検出器は、前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第3回転角度を検出する。   The first rotation angle detector detects a first rotation angle within one rotation of the rotation shaft. The first speed reducer decelerates and outputs the rotational speed of the rotating shaft. The second speed reducer has an input shaft connected to the first speed reducer, further reduces the rotational speed of the rotary shaft decelerated by the first speed reducer, and outputs it to the output shaft. The second rotation angle detector detects a second rotation angle within one rotation of the input shaft according to multiple rotations of the rotation shaft. The third rotation angle detector detects a third rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft.

前記演算処理部は、前記位置検出装置の起動時に前記第1〜第3回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1〜第3回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する。前記現在位置検出部は、前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する。   The arithmetic processing unit calculates an absolute position of the rotation shaft at the time of starting based on the first to third rotation angles detected by the first to third rotation angle detectors when the position detecting device is started. Calculate. The current position detection unit is based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body and the absolute position of the rotation shaft at the time of activation. Thus, the current absolute position of the rotating shaft is detected.

この場合、前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた円柱状のバイアス磁石と、前記バイアス磁石に対向配置された磁気検出素子とを備える。また、前記磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応するシリアル信号を前記演算処理部に出力し、一方で、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた二相のパルス信号を前記現在位置検出部に出力する。   In this case, the first rotation angle detector includes a columnar bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft, and a magnetic detection element arranged to face the bias magnet. The magnetic detection element outputs a serial signal corresponding to the first rotation angle to the arithmetic processing unit, and on the other hand, a two-phase pulse corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other. A signal is output to the current position detector.

この第2の構成では、前述の第1回転角度検出器及び第2回転角度検出器を備えた位置検出装置と比較して、3つの回転角度検出器(第1〜第3回転角度検出器)や2つの減速機(第1減速機、第2減速機)が備わっている。そのため、第1の構成と比較して、部品点数が多くなると共に、前記演算処理部での演算負荷が大きくなるので、コストがかかる。   In this 2nd structure, compared with the position detection apparatus provided with the above-mentioned 1st rotation angle detector and 2nd rotation angle detector, it is three rotation angle detectors (1st-3rd rotation angle detector). And two speed reducers (first speed reducer and second speed reducer). Therefore, as compared with the first configuration, the number of parts is increased, and the calculation load in the calculation processing unit is increased, so that the cost is increased.

しかしながら、前記第2回転角度検出器及び前記第3回転角度検出器が前記回転軸の多回転に応じた前記第2回転角度及び前記第3回転角度をそれぞれ検出し、検出された前記第2回転角度及び前記第3回転角度等を用いて前記演算処理部が前記起動時における前記回転軸の絶対位置を高精度に演算することができる。この結果、従来の位置検出装置と比較して、前記絶対位置を高精度に演算することができると共に、コストを削減することが可能となる。また、前記円柱状のバイアス磁石を採用したことにより、前記第1回転角度の検出精度の向上を図ることができる。   However, the second rotation angle detector and the third rotation angle detector respectively detect the second rotation angle and the third rotation angle corresponding to multiple rotations of the rotation shaft, and the detected second rotation. Using the angle, the third rotation angle, and the like, the calculation processing unit can calculate the absolute position of the rotation shaft at the time of starting with high accuracy. As a result, the absolute position can be calculated with high accuracy and cost can be reduced as compared with the conventional position detecting device. Further, by adopting the cylindrical bias magnet, it is possible to improve the detection accuracy of the first rotation angle.

また、第2の構成においても、前記第1〜第3回転角度検出器を備えることにより、前述した基本構成を有する位置検出装置と同様の効果が得られる。   Also in the second configuration, by providing the first to third rotation angle detectors, the same effect as the position detection device having the basic configuration described above can be obtained.

本発明によれば、位置検出装置の小型化及び低コスト化を実現できると共に、低速の演算処理装置を用いて絶対位置の演算処理を行うことが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reduce the size and cost of the position detection device, and to perform an absolute position calculation process using a low-speed calculation processing device.

本実施形態に係る位置検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the position detection apparatus which concerns on this embodiment. 図1の回転角度検出機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the rotation angle detection mechanism of FIG. 図1及び図2の第1回転角度検出器の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st rotation angle detector of FIG.1 and FIG.2. 図4Aは、第1磁気検出素子から出力された出力電圧波形の波形図であり、図4Bは、インタポレータにより出力電圧波形から変換された二相の第1パルス信号の波形図である。4A is a waveform diagram of an output voltage waveform output from the first magnetic detection element, and FIG. 4B is a waveform diagram of a two-phase first pulse signal converted from the output voltage waveform by an interpolator. 図5Aは、第2及び第3磁気検出素子から出力された出力電圧波形の波形図であり、図5Bは、1回転内の位相の変化を示す図である。FIG. 5A is a waveform diagram of output voltage waveforms output from the second and third magnetic detection elements, and FIG. 5B is a diagram illustrating a phase change within one rotation. 第1パルス信号及び正転パルスの波形図である。It is a wave form diagram of a 1st pulse signal and a normal rotation pulse. 第1パルス信号及び逆転パルスの波形図である。It is a waveform diagram of a first pulse signal and a reverse pulse. 図1の位置検出装置の動作を説明するためのシーケンス図である。It is a sequence diagram for demonstrating operation | movement of the position detection apparatus of FIG. 図1の位置検出装置の動作を説明するためのシーケンス図である。It is a sequence diagram for demonstrating operation | movement of the position detection apparatus of FIG. 第1変形例に係る位置検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the position detection apparatus concerning the 1st modification. 図10の回転角度検出機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the rotation angle detection mechanism of FIG. 図12Aは、磁気検出素子から出力された二相の第1パルス信号の波形図であり、図12Bは、磁気検出素子から出力されたシリアル信号の波形図である。FIG. 12A is a waveform diagram of a two-phase first pulse signal output from the magnetic detection element, and FIG. 12B is a waveform diagram of a serial signal output from the magnetic detection element. 第2変形例に係る位置検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the position detection apparatus concerning the 2nd modification. 図13の回転角度検出機構の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the rotation angle detection mechanism of FIG.

本発明に係る位置検出装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら以下詳細に説明する。   A preferred embodiment of a position detection device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

[本実施形態の構成]
図1は、本実施形態に係る位置検出装置10のブロック図である。
[Configuration of this embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a position detection apparatus 10 according to the present embodiment.

位置検出装置10は、モータ等の回転体12の回転軸14の回転角度を検出する回転角度検出機構16と、回転体12を駆動制御するコントローラ18とを有する。   The position detection device 10 includes a rotation angle detection mechanism 16 that detects the rotation angle of the rotation shaft 14 of the rotating body 12 such as a motor, and a controller 18 that drives and controls the rotating body 12.

回転軸14には減速機20が接続されている。減速機20は、回転軸14の回転速度を1/Nに減速して、出力軸22を回転させる。なお、Nは、減速機20の減速比である。   A reduction gear 20 is connected to the rotary shaft 14. The speed reducer 20 reduces the rotational speed of the rotary shaft 14 to 1 / N and rotates the output shaft 22. N is a reduction ratio of the speed reducer 20.

回転角度検出機構16は、第1〜第3回転角度検出器24〜28、演算処理部30及びインタポレータ32を備える。   The rotation angle detection mechanism 16 includes first to third rotation angle detectors 24 to 28, an arithmetic processing unit 30, and an interpolator 32.

図1〜図3に示すように、第1回転角度検出器24は、回転軸14に略同軸に取り付けられた平歯車34と、平歯車34に対向配置された2個の第1磁気検出素子36a、36bと、各第1磁気検出素子36a、36bの背後(平歯車34の径方向外側)に配置された第1バイアス磁石38とから構成される平歯車用角度検出器である。   As shown in FIGS. 1 to 3, the first rotation angle detector 24 includes a spur gear 34 attached substantially coaxially to the rotating shaft 14, and two first magnetic detection elements disposed opposite to the spur gear 34. The spur gear angle detector includes 36a and 36b and a first bias magnet 38 disposed behind each first magnetic detection element 36a and 36b (outside in the radial direction of the spur gear 34).

平歯車34は、回転軸14に取り付け可能な市販の平歯車を用いることができる。2個の第1磁気検出素子36a、36bは、磁気抵抗素子であり、平歯車34の歯先間(ピッチ間)を1サイクル(360°)とした場合、平歯車34の周方向に、位相を互いに90°ずらした状態で平歯車34に対向配置されている。第1バイアス磁石38は、各第1磁気検出素子36a、36bの背後において、N極を平歯車34の径方向内側、S極を径方向外側とした状態で配置されている。   As the spur gear 34, a commercially available spur gear that can be attached to the rotating shaft 14 can be used. The two first magnetic detection elements 36a and 36b are magnetoresistive elements. When the interval between the tooth tips of the spur gear 34 (between the pitches) is one cycle (360 °), the phase in the circumferential direction of the spur gear 34 is increased. Are opposed to the spur gear 34 in a state of being shifted from each other by 90 °. The first bias magnet 38 is disposed behind the first magnetic detection elements 36a and 36b in a state where the N pole is radially inward of the spur gear 34 and the S pole is radially outward.

そして、第1回転角度検出器24では、第1バイアス磁石38により各第1磁気検出素子36a、36bを含む領域に磁界が発生しているときに、回転軸14の回転動作に伴って、磁性体である平歯車34が回転すると、該磁界が変化する。各第1磁気検出素子36a、36bは、この磁界の変化を電圧の変化として検出し、検出した電圧を第1アナログ信号として出力する。   In the first rotation angle detector 24, when the magnetic field is generated in the region including the first magnetic detection elements 36 a and 36 b by the first bias magnet 38, the magnetic force is increased along with the rotation operation of the rotary shaft 14. When the spur gear 34 as a body rotates, the magnetic field changes. Each of the first magnetic detection elements 36a and 36b detects the change in the magnetic field as a change in voltage, and outputs the detected voltage as a first analog signal.

図4Aは、第1磁気検出素子36a、36bから出力される第1アナログ信号(出力電圧波形)の波形図である。図4Aにおいて、A相は、一方の第1磁気検出素子36aから出力された第1アナログ信号(正弦波信号)を示し、B相は、他方の第1磁気検出素子36bから出力された第1アナログ信号(余弦波信号)を示す。また、図4Aにおいて、横軸は、時間変化に応じた平歯車34の回転角度である点に留意する。   FIG. 4A is a waveform diagram of the first analog signal (output voltage waveform) output from the first magnetic detection elements 36a and 36b. In FIG. 4A, the A phase indicates a first analog signal (sine wave signal) output from one first magnetic detection element 36a, and the B phase indicates a first analog signal output from the other first magnetic detection element 36b. Indicates an analog signal (cosine wave signal). In FIG. 4A, it should be noted that the horizontal axis represents the rotation angle of the spur gear 34 corresponding to a change with time.

前述のように、90°位相をずらして2個の第1磁気検出素子36a、36bが配置されているため、A相とB相との間には90°の位相差が発生する。また、A相及びB相において、360°の回転角度は平歯車34の歯先間の1サイクルに相当する。すなわち、1サイクルは360°の電気角に対応する。従って、第1回転角度検出器24は、平歯車34の歯先間を1サイクルとした場合に、1サイクル内の平歯車34の任意の位置(第1回転角度)を検出し、第1アナログ信号として演算処理部30及びインタポレータ32に出力する。   As described above, since the two first magnetic detection elements 36a and 36b are arranged with a 90 ° phase shift, a phase difference of 90 ° is generated between the A phase and the B phase. Further, in the A phase and the B phase, a rotation angle of 360 ° corresponds to one cycle between the tooth tips of the spur gear 34. That is, one cycle corresponds to an electrical angle of 360 °. Therefore, the first rotation angle detector 24 detects an arbitrary position (first rotation angle) of the spur gear 34 in one cycle when the interval between the tooth tips of the spur gear 34 is one cycle, and the first analog The signal is output to the arithmetic processor 30 and the interpolator 32 as a signal.

インタポレータ32は、抵抗回路網を利用したアナログ電圧比較方式の位相補間回路であり、図4Aの各第1アナログ信号について、所定の分割数Sで補間することにより、図4Bに示す90°の位相差を有する二相の第1パルス信号に変換して、コントローラ18に出力する。なお、後述する演算処理部30からコントローラ18へのシリアル通信による第2パルス信号の送信と比較して、インタポレータ32からコントローラ18への二相の第1パルス信号の送信は高速である。   The interpolator 32 is an analog voltage comparison type phase interpolation circuit using a resistor network, and the first analog signal shown in FIG. 4A is interpolated by a predetermined division number S to obtain a 90 ° position shown in FIG. 4B. The signal is converted into a two-phase first pulse signal having a phase difference and output to the controller 18. Note that the transmission of the two-phase first pulse signal from the interpolator 32 to the controller 18 is faster than the transmission of the second pulse signal by serial communication from the arithmetic processing unit 30 to the controller 18 described later.

図1及び図2に示すように、第2回転角度検出器26は、回転軸14に略同軸に取り付けられたリング状の第2バイアス磁石40と、第2バイアス磁石40に対向配置された2個の第2磁気検出素子42a、42bとから構成される1回転角度検出器である。   As shown in FIGS. 1 and 2, the second rotation angle detector 26 includes a ring-shaped second bias magnet 40 attached substantially coaxially to the rotation shaft 14, and 2 arranged opposite to the second bias magnet 40. It is a 1 rotation angle detector comprised from the piece of 2nd magnetic detection element 42a, 42b.

第2バイアス磁石40は、回転軸14における平歯車34と減速機20との間の箇所に取り付けられている。この場合、リング状の第2バイアス磁石40のうち、一方の半円部分がN極、他方の半円部分がS極に割り当てられている。2個の第2磁気検出素子42a、42bは、ホール素子であり、回転軸14及び第2バイアス磁石40の1回転を1サイクル(360°)とした場合、回転軸14及び第2バイアス磁石40の周方向に、位相を互いに90°ずらした状態で第2バイアス磁石40に対向配置されている。   The second bias magnet 40 is attached to a location between the spur gear 34 and the speed reducer 20 on the rotating shaft 14. In this case, in the ring-shaped second bias magnet 40, one semicircular portion is assigned to the N pole and the other semicircular portion is assigned to the S pole. The two second magnetic detection elements 42a and 42b are Hall elements. When one rotation of the rotating shaft 14 and the second bias magnet 40 is one cycle (360 °), the rotating shaft 14 and the second bias magnet 40 are used. Are arranged opposite to the second bias magnet 40 with their phases shifted by 90 ° from each other.

そして、第2回転角度検出器26では、第2バイアス磁石40により各第2磁気検出素子42a、42bを含む領域に磁界が発生しているときに、回転軸14の回転動作に伴って、第2バイアス磁石40が回転すると、該磁界が変化する。各第2磁気検出素子42a、42bは、この磁界の変化を電圧の変化として検出し、検出した電圧を第2アナログ信号として出力する。   In the second rotation angle detector 26, when the magnetic field is generated in the region including the second magnetic detection elements 42 a and 42 b by the second bias magnet 40, When the two-bias magnet 40 rotates, the magnetic field changes. Each of the second magnetic detection elements 42a and 42b detects the change in the magnetic field as a change in voltage, and outputs the detected voltage as a second analog signal.

図5Aは、第2磁気検出素子42a、42bから出力される第2アナログ信号の波形図である。図5Aにおいて、「A」は、一方の第2磁気検出素子42aから出力される第2アナログ信号(余弦波信号)を示し、「B」は、他方の第2磁気検出素子42bから出力される第2アナログ信号(正弦波信号)を示す。また、図5Aにおいて、横軸は、時間変化に応じた回転軸14及び第2バイアス磁石40の回転角度である。   FIG. 5A is a waveform diagram of a second analog signal output from the second magnetic detection elements 42a and 42b. In FIG. 5A, “A” indicates a second analog signal (cosine wave signal) output from one second magnetic detection element 42a, and “B” is output from the other second magnetic detection element 42b. A 2nd analog signal (sine wave signal) is shown. In FIG. 5A, the horizontal axis is the rotation angle of the rotation shaft 14 and the second bias magnet 40 according to the time change.

図5Bは、回転軸14及び第2バイアス磁石40の1回転内の回転角度の変化を示す。ここでは、0°に対して反時計回りの回転(Aの位相に対してBの位相が遅れている場合)を正転、時計回りの回転(Bの位相に対してAの位相が遅れている場合)を逆転と定義する。   FIG. 5B shows a change in the rotation angle within one rotation of the rotating shaft 14 and the second bias magnet 40. Here, a counterclockwise rotation with respect to 0 ° (when the phase of B is delayed with respect to the phase of A) is rotated forward, and a clockwise rotation (the phase of A is delayed with respect to the phase of B). Defined as reverse).

前述のように、90°位相をずらして2個の第2磁気検出素子42a、42bが配置されているので、AとBとの間には90°の位相差がある。また、A及びBにおいて、360°は回転軸14及び第2バイアス磁石40の1サイクルに相当する。つまり、1サイクルは360°の電気角に相当する。従って、第2回転角度検出器26は、回転軸14及び第2バイアス磁石40の1回転を1サイクルとした場合に、1サイクル内の回転軸14及び第2バイアス磁石40の任意の位置(第2回転角度)を検出し、第2アナログ信号として演算処理部30に出力する。   As described above, since the two second magnetic detection elements 42a and 42b are arranged with a 90 ° phase shift, there is a 90 ° phase difference between A and B. In A and B, 360 ° corresponds to one cycle of the rotating shaft 14 and the second bias magnet 40. That is, one cycle corresponds to an electrical angle of 360 °. Accordingly, the second rotation angle detector 26 assumes that the rotation shaft 14 and the second bias magnet 40 are in any one position (first position) when one rotation of the rotation shaft 14 and the second bias magnet 40 is one cycle. 2 rotation angles) is detected and output to the arithmetic processing unit 30 as a second analog signal.

図1及び図2に示すように、第3回転角度検出器28は、出力軸22に略同軸に取り付けられたリング状の第3バイアス磁石44と、第3バイアス磁石44に対向配置された2個の第3磁気検出素子46c、46dとから構成される多回転角度検出器である。リング状の第3バイアス磁石44において、一方の半円部分はN極、他方の半円部分はS極に割り当てられている。2個の第3磁気検出素子46c、46dは、ホール素子であり、出力軸22の1回転を1サイクル(360°)とした場合、出力軸22及び第3バイアス磁石44の周方向に、位相を互いに90°ずらした状態で第3バイアス磁石44に対向配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the third rotation angle detector 28 includes a ring-shaped third bias magnet 44 attached substantially coaxially to the output shaft 22, and 2 arranged opposite to the third bias magnet 44. This is a multi-rotation angle detector composed of the third magnetic detection elements 46c and 46d. In the ring-shaped third bias magnet 44, one semicircular portion is assigned to the N pole, and the other semicircular portion is assigned to the S pole. The two third magnetic detection elements 46c and 46d are Hall elements, and when one rotation of the output shaft 22 is set to one cycle (360 °), the phase is formed in the circumferential direction of the output shaft 22 and the third bias magnet 44. Are opposed to the third bias magnet 44 in a state where they are shifted from each other by 90 °.

そして、第3回転角度検出器28では、第3バイアス磁石44により各第3磁気検出素子46c、46dを含む領域に磁界が発生しているときに、出力軸22の回転動作に伴って、第3バイアス磁石44が回転すると、該磁界が変化する。各第3磁気検出素子46c、46dは、この磁界の変化を電圧の変化として検出し、検出した電圧を第3アナログ信号として出力する。   In the third rotation angle detector 28, when the magnetic field is generated in the region including the third magnetic detection elements 46 c and 46 d by the third bias magnet 44, When the three-bias magnet 44 rotates, the magnetic field changes. Each of the third magnetic detection elements 46c and 46d detects this change in magnetic field as a change in voltage, and outputs the detected voltage as a third analog signal.

従って、第3磁気検出素子46c、46dから出力される第3アナログ信号の波形は、図5Aに示すように、第2アナログ信号と同様の波形になる。なお、図5Aにおいて、「C」は、一方の第3磁気検出素子46cから出力される第3アナログ信号(余弦波信号)を示し、「D」は、他方の第3磁気検出素子46dから出力される第3アナログ信号(正弦波信号)を示す。また、90°位相をずらして2個の第3磁気検出素子46c、46dが配置されているので、CとDとの間には90°の位相差が発生する。さらに、C及びDにおいて、360°の電気角は出力軸22及び第3バイアス磁石44の1サイクルに相当する。   Accordingly, the waveform of the third analog signal output from the third magnetic detection elements 46c and 46d is the same as that of the second analog signal, as shown in FIG. 5A. In FIG. 5A, “C” indicates a third analog signal (cosine wave signal) output from one third magnetic detection element 46c, and “D” indicates an output from the other third magnetic detection element 46d. The 3rd analog signal (sine wave signal) to be performed is shown. Further, since the two third magnetic detection elements 46c and 46d are arranged with the phase shifted by 90 °, a phase difference of 90 ° is generated between C and D. Further, in C and D, an electrical angle of 360 ° corresponds to one cycle of the output shaft 22 and the third bias magnet 44.

但し、減速機20は、回転軸14の回転速度を1/Nに減速して出力軸22を回転させている。従って、第3回転角度検出器28は、出力軸22及び第3バイアス磁石44の1回転を1サイクルとした場合に、多回転の回転軸14に応じた出力軸22及び第3バイアス磁石44の任意の位置(第3回転角度)を検出し、第3アナログ信号として演算処理部30に出力する。従って、回転軸14の最大回転量は、出力軸22の1回転以内に対応する。   However, the speed reducer 20 reduces the rotational speed of the rotary shaft 14 to 1 / N and rotates the output shaft 22. Therefore, the third rotation angle detector 28 has the output shaft 22 and the third bias magnet 44 corresponding to the multi-rotation rotation shaft 14 when one rotation of the output shaft 22 and the third bias magnet 44 is one cycle. An arbitrary position (third rotation angle) is detected and output to the arithmetic processing unit 30 as a third analog signal. Therefore, the maximum amount of rotation of the rotating shaft 14 corresponds to within one rotation of the output shaft 22.

演算処理部30は、比較的低速且つ小型の演算処理装置(CPU)から構成される。演算処理部30は、位置検出装置10の起動時に、第1〜第3回転角度検出器24〜28からの第1〜第3アナログ信号に基づいて、起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置を演算する。そして、コントローラ18から絶対位置の転送要求があった場合、演算処理部30は、シリアル通信により、該絶対位置に応じたシリアル信号をコントローラ18に転送する。   The arithmetic processing unit 30 is composed of a comparatively low speed and small arithmetic processing unit (CPU). When the position detection device 10 is activated, the arithmetic processing unit 30 is based on the first to third analog signals from the first to third rotation angle detectors 24 to 28, and the absolute value of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of activation. Calculate the position. When the absolute position transfer request is received from the controller 18, the arithmetic processing unit 30 transfers a serial signal corresponding to the absolute position to the controller 18 by serial communication.

ここで、演算処理部30の処理を具体的に説明する。先ず、演算処理部30は、第1〜第3アナログ信号の出力電圧を直交座標から極座標に変換する。   Here, the processing of the arithmetic processing unit 30 will be specifically described. First, the arithmetic processing unit 30 converts the output voltages of the first to third analog signals from orthogonal coordinates to polar coordinates.

この場合、第1アナログ信号については、平歯車34の歯先間を1サイクル(360°)とし、1サイクルをS個に分割する。また、第2アナログ信号については、回転軸14及び第2バイアス磁石40の1回転を1サイクル(360°)とし、1サイクルをT個に分割する。第3アナログ信号については、出力軸22の1回転を1サイクル(360°)とし、1サイクルをN個に分割する。さらに、回転軸14の最大回転量を、出力軸22の1サイクル以内に対応させる。なお、直交座標から極座標への変換処理(分割処理)は、例えば、特許文献4に開示されている公知の補間方法を適用すればよい。   In this case, for the first analog signal, the interval between the tooth tips of the spur gear 34 is one cycle (360 °), and one cycle is divided into S pieces. For the second analog signal, one rotation of the rotating shaft 14 and the second bias magnet 40 is one cycle (360 °), and one cycle is divided into T pieces. For the third analog signal, one rotation of the output shaft 22 is defined as one cycle (360 °), and one cycle is divided into N. Further, the maximum rotation amount of the rotary shaft 14 is made to correspond within one cycle of the output shaft 22. In addition, what is necessary is just to apply the well-known interpolation method currently disclosed by patent document 4, for the conversion process (division | segmentation process) from a rectangular coordinate to a polar coordinate, for example.

ここで、平歯車34の位置をP1(第1回転角度)、平歯車34での分割数をS、第2バイアス磁石40の位置をP2(第2回転角度)、第2バイアス磁石40での分割数をT、第3バイアス磁石44の位置をP3(第3回転角度)、第3バイアス磁石44での分割数をNとした場合、回転軸14の回転量TAは、下記の(1)式で表わすことができる。
TA=(P1÷T)+INT(P2×T÷360)
×(360÷T)+(P3×N) (1)
Here, the position of the spur gear 34 is P1 (first rotation angle), the number of divisions in the spur gear 34 is S, the position of the second bias magnet 40 is P2 (second rotation angle), and the second bias magnet 40 When the number of divisions is T, the position of the third bias magnet 44 is P3 (third rotation angle), and the number of divisions in the third bias magnet 44 is N, the rotation amount TA of the rotating shaft 14 is as follows (1) It can be expressed by an expression.
TA = (P1 ÷ T) + INT (P2 × T ÷ 360)
× (360 ÷ T) + (P3 × N) (1)

なお、INT(P2×T÷360)は、P2×T÷360の算出結果の小数点以下を切り捨てて整数化することを意味する。また、分割数Tは、平歯車34の歯数Tであり、分割数Nは、減速比Nである。   Note that INT (P2 × T ÷ 360) means that the calculation result of P2 × T ÷ 360 is rounded down to a whole number. The division number T is the number T of teeth of the spur gear 34, and the division number N is the reduction ratio N.

そして、演算処理部30からコントローラ18に絶対位置をシリアル通信で転送する場合、回転軸14を1回転させたときのパルス数をPPとすれば、回転量TAに応じたパルス数(トータルパルス数)TPは、下記の(2)式となる。
TP=TA÷(360÷PP) (2)
When the absolute position is transferred from the arithmetic processing unit 30 to the controller 18 by serial communication, if the number of pulses when the rotation shaft 14 is rotated once is PP, the number of pulses corresponding to the rotation amount TA (total number of pulses) ) TP is represented by the following equation (2).
TP = TA ÷ (360 ÷ PP) (2)

従って、トータルパルス数TPの算出結果について、小数点以下を切り捨てて整数化する場合には、下記の(3)式となる。
TP=INT(TA×PP÷360) (3)
演算処理部30は、(1)及び(3)式を用いて、起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置に応じたトータルパルス数TPを算出し、算出後のトータルパルス数TPに応じたシリアル信号(第2パルス信号)をコントローラ18に転送する。
Therefore, when the calculation result of the total pulse number TP is rounded down to an integer, the following equation (3) is obtained.
TP = INT (TA × PP ÷ 360) (3)
The arithmetic processing unit 30 calculates the total pulse number TP according to the absolute position of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of start using the equations (1) and (3), and according to the calculated total pulse number TP. The serial signal (second pulse signal) is transferred to the controller 18.

ここで、例えば、T=25、N=150、P1=55°、P2=175°、P3=156°、PP=200、S=8の場合、TA=23575°、TP=13097となる。   Here, for example, when T = 25, N = 150, P1 = 55 °, P2 = 175 °, P3 = 156 °, PP = 200, S = 8, TA = 23575 ° and TP = 13097.

コントローラ18は、シリアル通信部50、逓倍回路52、現在位置カウンタ(現在位置検出部)54及び回転体駆動制御部56を有する。   The controller 18 includes a serial communication unit 50, a multiplication circuit 52, a current position counter (current position detection unit) 54, and a rotating body drive control unit 56.

シリアル通信部50は、演算処理部30との間でシリアル通信を行う。例えば、演算処理部30に対してトータルパルス数TPの転送要求を送信し、転送要求に応じたシリアル信号(トータルパルス数TPの第2パルス信号)を受信する。   The serial communication unit 50 performs serial communication with the arithmetic processing unit 30. For example, a transfer request for the total number of pulses TP is transmitted to the arithmetic processing unit 30, and a serial signal corresponding to the transfer request (second pulse signal with the total number of pulses TP) is received.

逓倍回路52は、インタポレータ32から受信した第1パルス信号を逓倍し、逓倍後の第1パルス信号(逓倍パルス信号)を現在位置カウンタ54に出力する。この場合、逓倍回路52は、図6及び図7に示すように、例えば、A相の立ち上がり時におけるB相の電圧レベルを調べることにより、二相の第1パルス信号(に応じた回転軸14)の正転又は逆転を判別し、判別した正転又は逆転の逓倍パルス信号を生成する。   The multiplication circuit 52 multiplies the first pulse signal received from the interpolator 32 and outputs the first pulse signal after multiplication (multiplication pulse signal) to the current position counter 54. In this case, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the multiplication circuit 52 examines the voltage level of the B phase at the time of rising of the A phase, for example, so as to ) Forward rotation or reverse rotation is determined, and the determined forward or reverse multiplied pulse signal is generated.

図6の場合、A相の立ち上がり時にB相の電圧レベルが低レベル(Lレベル)であるため、逓倍回路52は、二相の第1パルス信号は正転であると判別し、正転で4逓倍の逓倍パルス信号(正転パルス信号)を生成する。図7の場合、A相の立ち上がり時にB相の電圧レベルが高レベル(Hレベル)であるため、逓倍回路52は、二相の第1パルス信号は逆転であると判別し、逆転で4逓倍の逓倍パルス信号(逆転パルス信号)を生成する。   In the case of FIG. 6, since the voltage level of the B phase is low (L level) when the A phase rises, the multiplication circuit 52 determines that the two-phase first pulse signal is normal rotation, A quadruple multiplied pulse signal (forward pulse signal) is generated. In the case of FIG. 7, since the voltage level of the B phase is high (H level) when the A phase rises, the multiplication circuit 52 determines that the two-phase first pulse signal is reverse, and quadruples by reverse rotation. A multiplied pulse signal (reverse pulse signal) is generated.

なお、図6及び図7は、一例であり、逓倍回路52は、二相の第1パルス信号から1逓倍(×1)、2逓倍(×2)又は4逓倍(×4)の逓倍パルス信号を生成することが可能である。また、逓倍回路52は、高倍率の逓倍パルス信号から低倍率の逓倍パルス信号に変更して出力することも可能である(4逓倍→2逓倍→1逓倍)。   FIGS. 6 and 7 are examples, and the multiplying circuit 52 is configured to multiply the double-phase first pulse signal by 1 (× 1), 2 (× 2), or 4 (× 4) multiplied pulse signals. Can be generated. Further, the multiplication circuit 52 can change the high-frequency multiplication pulse signal to the low-frequency multiplication pulse signal and output it (4 multiplication → 2 multiplication → 1 multiplication).

現在位置カウンタ54は、位置検出装置10の起動時に、シリアル通信部50が取得したトータルパルス数TPをプリセットする。また、現在位置カウンタ54には、回転軸14の回転中、逓倍回路52から逓倍パルス信号が入力される。そこで、現在位置カウンタ54は、プリセットしたトータルパルス数TPを基準として、逓倍パルス信号に応じたパルス数を計数することにより、現在の回転軸14の絶対位置を擬似的に検出する。   The current position counter 54 presets the total pulse number TP acquired by the serial communication unit 50 when the position detection device 10 is activated. Further, the current position counter 54 receives a multiplied pulse signal from the multiplication circuit 52 while the rotary shaft 14 is rotating. Therefore, the current position counter 54 detects the current absolute position of the rotating shaft 14 in a pseudo manner by counting the number of pulses corresponding to the multiplied pulse signal with the preset total number of pulses TP as a reference.

回転体駆動制御部56は、現在位置カウンタ54にトータルパルス数TPがプリセットされた場合、回転体12に回転体動作信号を供給することにより、回転体12を駆動させて回転軸14を回転させる。   When the total pulse number TP is preset in the current position counter 54, the rotating body drive control unit 56 drives the rotating body 12 to rotate the rotating shaft 14 by supplying a rotating body operation signal to the rotating body 12. .

[本実施形態の動作]
次に、本実施形態に係る位置検出装置10の動作について、図8及び図9のシーケンス図を参照しながら説明する。なお、この動作説明では、必要に応じて、図1〜図7も参照しながら説明する。
[Operation of this embodiment]
Next, the operation of the position detection apparatus 10 according to the present embodiment will be described with reference to the sequence diagrams of FIGS. In the description of the operation, the description will be given with reference to FIGS.

先ず、ステップS1において、作業者は、位置検出装置10のコントローラ18の電源をオンにする。これにより、ステップS2において、コントローラ18は、回転角度検出機構16に対する電力供給を開始する。この結果、ステップS3において、回転角度検出機構16は、コントローラ18からの電力供給を受けて起動する。この場合、回転角度検出機構16は、第1〜第3回転角度検出器24〜28及び演算処理部30のみ起動させる。   First, in step S <b> 1, the worker turns on the controller 18 of the position detection device 10. Thereby, in step S <b> 2, the controller 18 starts power supply to the rotation angle detection mechanism 16. As a result, in step S <b> 3, the rotation angle detection mechanism 16 is activated upon receiving power supply from the controller 18. In this case, the rotation angle detection mechanism 16 activates only the first to third rotation angle detectors 24 to 28 and the arithmetic processing unit 30.

次のステップS4において、第1〜第3回転角度検出器24〜28は、現時点(位置検出装置10の起動時)における第1〜第3回転角度を検出し、第1〜第3回転角度に応じた第1〜第3アナログ信号を演算処理部30に出力する。   In the next step S4, the first to third rotation angle detectors 24 to 28 detect the first to third rotation angles at the present time (when the position detection device 10 is activated), and set the first to third rotation angles. The corresponding first to third analog signals are output to the arithmetic processing unit 30.

次のステップS5において、演算処理部30は、入力された第1〜第3アナログ信号に基づいて、上記の(1)式及び(3)式から、位置検出装置10の起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置に応じたトータルパルス数TPを算出する。ステップS6において、演算処理部30は、トータルパルス数TPをシリアル信号(第2パルス信号)に変換する。   In the next step S5, the arithmetic processing unit 30 determines the stop state at the time of starting the position detecting device 10 from the above formulas (1) and (3) based on the input first to third analog signals. A total pulse number TP corresponding to the absolute position of the rotating shaft 14 is calculated. In step S6, the arithmetic processing unit 30 converts the total pulse number TP into a serial signal (second pulse signal).

次のステップS7において、演算処理部30は、コントローラ18からシリアル信号の転送要求があったか否かを確認する。転送要求がない場合、ステップS4に戻り、ステップS4〜S7の処理が再度実行される。従って、コントローラ18からの転送要求の通知を受けるまで、回転角度検出機構16は、停止状態の回転軸14の絶対位置の検出処理を逐次実行する。   In the next step S <b> 7, the arithmetic processing unit 30 confirms whether or not there is a serial signal transfer request from the controller 18. If there is no transfer request, the process returns to step S4, and the processes of steps S4 to S7 are executed again. Accordingly, the rotation angle detection mechanism 16 sequentially executes the absolute position detection process of the rotating shaft 14 in a stopped state until receiving a transfer request notification from the controller 18.

一方、ステップS8においてコントローラ18のシリアル通信部50が演算処理部30に対してシリアル信号の転送要求を行った場合、演算処理部30は、転送要求の通知を受け取ると(ステップS7:YES)、シリアル通信部50へのシリアル信号の送信を開始する(ステップS9)。演算処理部30は、シリアル通信部50からシリアル信号の受信完了の通知を受けるまで、シリアル信号の送信処理を継続する(ステップS9、ステップS10:NO)。   On the other hand, when the serial communication unit 50 of the controller 18 requests the arithmetic processing unit 30 to transfer a serial signal in step S8, the arithmetic processing unit 30 receives a transfer request notification (step S7: YES). Transmission of a serial signal to the serial communication unit 50 is started (step S9). The arithmetic processing unit 30 continues the serial signal transmission process until the serial communication unit 50 receives a notification of completion of serial signal reception (step S9, step S10: NO).

シリアル通信部50は、シリアル信号の受信を開始すると、ステップS11において、シリアル信号の受信を完了したか否かの判定処理を行う。シリアル信号の受信が完了していない場合(ステップS11:NO)には、ステップS8を再度実行し、演算処理部30に対してシリアル信号の転送要求を行う。   When the serial communication unit 50 starts receiving the serial signal, the serial communication unit 50 determines whether or not the reception of the serial signal is completed in step S11. If the reception of the serial signal is not completed (step S11: NO), step S8 is executed again, and a serial signal transfer request is sent to the arithmetic processing unit 30.

一方、シリアル信号の受信が完了した場合(ステップS11:YES)、シリアル通信部50は、シリアル信号を現在位置カウンタ54に出力し、ステップS12において、現在位置カウンタ54は、入力されたシリアル信号に応じたトータルパルス数TPをプリセットする。   On the other hand, when the reception of the serial signal is completed (step S11: YES), the serial communication unit 50 outputs the serial signal to the current position counter 54. In step S12, the current position counter 54 converts the input serial signal into the input serial signal. Preset the total number of pulses TP.

ステップS13において、シリアル通信部50は、トータルパルス数TPのプリセットを確認すると、受信完了通知を演算処理部30に送信する。演算処理部30は、受信完了通知を受信すると、シリアル信号の送信が完了したと判断し(ステップS10:YES)、回転体12を回転駆動させる動作モードに移行する(図9のステップS14)。なお、動作モードにおいて、回転角度検出機構16は、第1回転角度検出器24及びインタポレータ32のみ動作させる。   In step S <b> 13, when the serial communication unit 50 confirms the preset of the total pulse number TP, the serial communication unit 50 transmits a reception completion notification to the arithmetic processing unit 30. When receiving the reception completion notification, the arithmetic processing unit 30 determines that the transmission of the serial signal is completed (step S10: YES), and shifts to an operation mode in which the rotating body 12 is driven to rotate (step S14 in FIG. 9). In the operation mode, the rotation angle detection mechanism 16 operates only the first rotation angle detector 24 and the interpolator 32.

ステップS15において、回転体駆動制御部56は、トータルパルス数TPのプリセットを確認すると、回転体12を回転駆動させるための回転体動作信号を回転体12に供給する。回転体12は、回転体動作信号の供給に基づき駆動し、回転軸14を回転させる(ステップS16)。   In step S15, when the rotary body drive control unit 56 confirms the preset of the total number of pulses TP, the rotary body drive signal is supplied to the rotary body 12 to rotate the rotary body 12. The rotating body 12 is driven based on the supply of the rotating body operation signal to rotate the rotating shaft 14 (step S16).

ステップS17において、第1回転角度検出器24の第1磁気検出素子36a、36bは、回転中の回転軸14の第1回転角度に応じた第1アナログ信号をインタポレータ32にそれぞれ出力する。なお、この第1回転角度は、停止状態の回転軸14の絶対位置に対する回転軸14の移動量(回転量)を示す回転角度であり、各第1アナログ信号は、当該移動量に応じたアナログ信号である。インタポレータ32は、各第1アナログ信号を二相の第1パルス信号に変換し、変換した各第1パルス信号をコントローラ18の逓倍回路52に出力する。   In step S <b> 17, the first magnetic detection elements 36 a and 36 b of the first rotation angle detector 24 output a first analog signal corresponding to the first rotation angle of the rotating rotating shaft 14 to the interpolator 32. The first rotation angle is a rotation angle indicating the movement amount (rotation amount) of the rotation shaft 14 with respect to the absolute position of the rotation shaft 14 in a stopped state, and each first analog signal is an analog corresponding to the movement amount. Signal. The interpolator 32 converts each first analog signal into a two-phase first pulse signal, and outputs the converted first pulse signal to the multiplication circuit 52 of the controller 18.

次のステップS18において、回転角度検出機構16は、コントローラ18からの電力供給が停止したか否かを判定する。電力供給が停止していない場合(ステップS18:NO)には、ステップS16〜S18の処理が再度実行される。すなわち、回転角度検出機構16は、コントローラ18からの電力供給が停止するまで(ステップS18:YES)、第1回転角度の検出動作と、二相の第1パルス信号の出力動作とを、繰り返し実行する。   In the next step S18, the rotation angle detection mechanism 16 determines whether or not the power supply from the controller 18 is stopped. When the power supply is not stopped (step S18: NO), the processes of steps S16 to S18 are executed again. That is, the rotation angle detection mechanism 16 repeatedly performs the first rotation angle detection operation and the two-phase first pulse signal output operation until the power supply from the controller 18 is stopped (step S18: YES). To do.

一方、ステップS19において、逓倍回路52に各第1パルス信号が入力された場合、逓倍回路52は、二相の第1パルス信号を比較して、二相の第1パルス信号が正転又は逆転のどちらであるのかを判定する。逓倍回路52は、判定結果に基づいて、第1パルス信号を逓倍した正転の逓倍パルス信号(正転パルス)又は逆転の逓倍パルス信号(逆転パルス)を生成し、生成した正転パルス又は逆転パルスを現在位置カウンタ54に出力する。   On the other hand, when each first pulse signal is input to the multiplier circuit 52 in step S19, the multiplier circuit 52 compares the two-phase first pulse signals so that the two-phase first pulse signals are forward or reverse. It is determined which is. The multiplication circuit 52 generates a forward multiplied pulse signal (forward rotation pulse) or a reverse multiplied pulse signal (reverse rotation pulse) obtained by multiplying the first pulse signal based on the determination result, and the generated forward rotation pulse or reverse rotation. The pulse is output to the current position counter 54.

現在位置カウンタ54は、プリセットされたトータルパルス数TPを基準として、トータルパルス数TPからの正転パルス又は逆転パルスのパルス数を計数する。すなわち、現在位置カウンタ54は、トータルパルス数TPに応じた起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置を原点として、回転中の回転軸14の回転角度(移動量、回転量)に応じた絶対位置を擬似的に検出する。   The current position counter 54 counts the number of forward or reverse pulses from the total pulse number TP with reference to the preset total pulse number TP. That is, the current position counter 54 corresponds to the rotation angle (movement amount, rotation amount) of the rotating rotating shaft 14 with the absolute position of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of starting according to the total number of pulses TP as the origin. The absolute position is detected in a pseudo manner.

次のステップS20において、コントローラ18は、該コントローラ18の電源がオフされたか否かを確認する。電源がオフされていない場合(ステップS20:NO)、コントローラ18は、ステップS15、S19、S20の処理を再度実行する。すなわち、位置検出装置10では、コントローラ18の電源がオフになるまで、回転軸14の絶対位置の検出処理が逐次実行される。   In the next step S20, the controller 18 checks whether or not the controller 18 is powered off. If the power is not turned off (step S20: NO), the controller 18 executes the processes of steps S15, S19, and S20 again. That is, in the position detection device 10, the absolute position detection process of the rotating shaft 14 is sequentially executed until the controller 18 is turned off.

ステップS20において、作業者がコントローラ18の電源をオフにすると(ステップS20:YES)、コントローラ18内の各部が停止する(ステップS21)と共に、回転角度検出機構16への電力供給も停止する(ステップS18:YES)。この結果、回転角度検出機構16内の各部も停止する(ステップS22)。   In step S20, when the operator turns off the controller 18 (step S20: YES), each part in the controller 18 is stopped (step S21), and power supply to the rotation angle detection mechanism 16 is also stopped (step S21). S18: YES). As a result, each part in the rotation angle detection mechanism 16 is also stopped (step S22).

[本実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態に係る位置検出装置10によれば、回転軸14の軸方向に沿って平歯車34、減速機20及び出力軸22を設け、回転軸14及び出力軸22の周囲に第1〜第3回転角度検出器24〜28を配置することにより、位置検出装置10における回転軸14の径方向のサイズを小さくすることができる。
[Effect of this embodiment]
As described above, according to the position detection device 10 according to the present embodiment, the spur gear 34, the speed reducer 20, and the output shaft 22 are provided along the axial direction of the rotary shaft 14. By arranging the first to third rotation angle detectors 24 to 28 around the periphery, the radial size of the rotation shaft 14 in the position detection device 10 can be reduced.

また、第1回転角度検出器24は、回転軸14に取り付けられた平歯車34のピッチ間の第1回転角度を検出するため、特許文献4及び5のような特殊コードを担持したコード記録媒体が不要となる。従って、位置検出装置10の低コスト化を図ることができる。   In addition, the first rotation angle detector 24 detects a first rotation angle between the pitches of the spur gears 34 attached to the rotation shaft 14, and thus a code recording medium carrying a special code as in Patent Documents 4 and 5. Is no longer necessary. Therefore, the cost of the position detection device 10 can be reduced.

さらに、演算処理部30は、位置検出装置10の起動時にのみ、第1〜第3回転角度に基づいて、該起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置を演算する。この結果、現在位置カウンタ54は、回転軸14の回転中、起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置を基準として、第1回転角度検出器24が検出した第1回転角度から、現在の回転軸14の絶対位置を擬似的に求めることができる。   Furthermore, the arithmetic processing unit 30 calculates the absolute position of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of activation based on the first to third rotation angles only when the position detection device 10 is activated. As a result, the current position counter 54 determines the current position counter 54 from the first rotation angle detected by the first rotation angle detector 24 based on the absolute position of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of starting while the rotating shaft 14 is rotating. The absolute position of the rotating shaft 14 can be obtained in a pseudo manner.

すなわち、位置検出装置10は、起動時にのみアブソリュート方式のロータリーエンコーダとして機能し、その後は、インクリメンタル方式のロータリーエンコーダとして機能する。つまり、位置検出装置10では、起動時には、停止状態の回転軸14の絶対位置を検出し、その後の回転軸14の回転中は、起動時の絶対位置に対する回転軸14の移動量(回転量)に相当する第1回転角度を検出し、起動時の絶対位置に対する第1回転角度の位置を、現在の回転軸14の絶対位置として求める。この結果、特許文献6のようにリアルタイムでの絶対位置の演算は不要となり、低速且つ低価格の演算処理装置(CPU)を演算処理部30として使用可能となる。   That is, the position detection device 10 functions as an absolute rotary encoder only at the time of activation, and thereafter functions as an incremental rotary encoder. That is, the position detection device 10 detects the absolute position of the rotating shaft 14 in a stopped state at the time of activation, and during the subsequent rotation of the rotating shaft 14, the movement amount (rotation amount) of the rotation shaft 14 with respect to the absolute position at the time of activation. Is detected, and the position of the first rotation angle with respect to the absolute position at the time of activation is obtained as the current absolute position of the rotary shaft 14. As a result, it is not necessary to calculate the absolute position in real time as in Patent Document 6, and a low-speed and low-price arithmetic processing unit (CPU) can be used as the arithmetic processing unit 30.

また、従来のインクリメンタル方式のロータリーエンコーダでは、電源のオン時及びオフ時には、磁極検出動作と原点復帰動作とを行う必要があった。これに対して、位置検出装置10では、起動時に回転軸14の絶対位置を検出することができるので、これらの動作が不要となる。この結果、位置検出装置10を電動アクチュエータ等に搭載すれば、タクトタイムの短縮を図ることができる。   Further, in the conventional incremental type rotary encoder, it is necessary to perform the magnetic pole detection operation and the origin return operation when the power is turned on and off. On the other hand, since the position detection device 10 can detect the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation, these operations are unnecessary. As a result, if the position detecting device 10 is mounted on an electric actuator or the like, the tact time can be shortened.

このように、本実施形態に係る位置検出装置10によれば、位置検出装置10の小型化及び低コスト化を実現できると共に、低速の演算処理装置を用いて絶対位置の演算処理を行うことが可能となる。   As described above, according to the position detection device 10 according to the present embodiment, the position detection device 10 can be reduced in size and cost, and an absolute position calculation process can be performed using a low-speed calculation processing device. It becomes possible.

また、第1回転角度検出器24において、第1バイアス磁石38により各第1磁気検出素子36a、36bを含む領域に発生した磁界が平歯車34の回転によって変化した場合、各第1磁気検出素子36a、36bは、磁界の変化を各第1アナログ信号としてそれぞれ出力する。各第1アナログ信号は、第1回転角度に応じた信号であるため、演算処理部30は、各第1アナログ信号等に基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置が、平歯車34の何番目の歯の位置に対応するのかを精度良く求めることができる。また、市販の平歯車34を使用することが可能であるため、特許文献4及び5と比較して、位置検出装置10のさらなる低コスト化を実現することができる。   Further, in the first rotation angle detector 24, when the magnetic field generated in the region including the first magnetic detection elements 36a and 36b by the first bias magnet 38 is changed by the rotation of the spur gear 34, the first magnetic detection elements. 36a and 36b each output the change of a magnetic field as each 1st analog signal. Since each first analog signal is a signal corresponding to the first rotation angle, the arithmetic processing unit 30 determines that the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation is that of the spur gear 34 based on each first analog signal or the like. It is possible to accurately determine which tooth position corresponds to the tooth position. In addition, since a commercially available spur gear 34 can be used, the cost of the position detection device 10 can be further reduced as compared with Patent Documents 4 and 5.

さらに、第2回転角度検出器26において、第2バイアス磁石40の回転により各第2磁気検出素子42a、42bを含む領域に発生した磁界が変化した場合、各第2磁気検出素子42a、42bは、磁界の変化を各第2アナログ信号としてそれぞれ出力する。各第2アナログ信号は、第2回転角度に応じた信号であるため、演算処理部30は、各第2アナログ信号等に基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置が、回転軸14の1回転内のどの角度に対応するのかを容易に求めることができる。   Further, in the second rotation angle detector 26, when the magnetic field generated in the region including the second magnetic detection elements 42a and 42b is changed by the rotation of the second bias magnet 40, the second magnetic detection elements 42a and 42b are The change in the magnetic field is output as each second analog signal. Since each second analog signal is a signal corresponding to the second rotation angle, the arithmetic processing unit 30 determines that the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation is based on each second analog signal and the like. It is possible to easily determine which angle within one rotation corresponds to.

また、第3回転角度検出器28において、第3バイアス磁石44の回転により各第3磁気検出素子46c、46dを含む領域に発生した磁界が変化した場合、各第3磁気検出素子46c、46dは、磁界の変化を各第3アナログ信号としてそれぞれ出力する。この場合、減速機20は、回転体12の回転速度を所定の減速比Nで減速して出力軸22を回転させているので、演算処理部30は、各第3アナログ信号等に基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置が、回転軸14の多回転内のどの角度に対応するのかを容易に求めることができる。   In the third rotation angle detector 28, when the magnetic field generated in the region including the third magnetic detection elements 46c and 46d is changed by the rotation of the third bias magnet 44, the third magnetic detection elements 46c and 46d are The change in the magnetic field is output as each third analog signal. In this case, the speed reducer 20 decelerates the rotational speed of the rotating body 12 by a predetermined reduction ratio N and rotates the output shaft 22, so that the arithmetic processing unit 30 is based on each third analog signal, etc. It can be easily determined which angle in the multi-rotation of the rotating shaft 14 corresponds to the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation.

なお、第2バイアス磁石40に回転軸14が貫通し、第3バイアス磁石44に出力軸22が貫通しているため、第2回転角度検出器26及び第3回転角度検出器28における第2回転角度及び第3回転角度の検出精度が低下する可能性がある。しかしながら、位置検出装置10では、第1回転角度検出器24で平歯車34を用いて第1回転角度を高精度に検出している。この結果、第2回転角度及び第3回転角度の検出精度の低下は、第1回転角度の検出精度によって補償されるので、演算処理部30での絶対位置の演算処理に及ぼす影響を抑えることができる。   Since the rotary shaft 14 passes through the second bias magnet 40 and the output shaft 22 passes through the third bias magnet 44, the second rotation in the second rotation angle detector 26 and the third rotation angle detector 28 is performed. There is a possibility that the detection accuracy of the angle and the third rotation angle is lowered. However, in the position detection device 10, the first rotation angle detector 24 uses the spur gear 34 to detect the first rotation angle with high accuracy. As a result, the decrease in the detection accuracy of the second rotation angle and the third rotation angle is compensated by the detection accuracy of the first rotation angle, so that the influence on the calculation processing of the absolute position in the calculation processing unit 30 can be suppressed. it can.

また、インタポレータ32は、各第1アナログ信号を二相の第1パルス信号に変換し、演算処理部30は、各第1〜第3アナログ信号に基づいて起動時における回転軸14の絶対位置を演算し、演算した絶対位置に応じた第2パルス信号を出力する。これにより、現在位置カウンタ54は、インタポレータ32から出力された各第1パルス信号と、演算処理部30から出力された第2パルス信号とに基づいて、現在の回転軸14の絶対位置を容易に検出することが可能となる。また、回転軸14の正転又は逆転に関わりなく、減速機20のバックラッシュの影響を無視することができる。   In addition, the interpolator 32 converts each first analog signal into a two-phase first pulse signal, and the arithmetic processing unit 30 determines the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation based on each first to third analog signal. The second pulse signal corresponding to the calculated absolute position is output. As a result, the current position counter 54 easily determines the absolute position of the current rotating shaft 14 based on each first pulse signal output from the interpolator 32 and the second pulse signal output from the arithmetic processing unit 30. It becomes possible to detect. Further, the influence of the backlash of the speed reducer 20 can be ignored regardless of whether the rotating shaft 14 is rotating forward or backward.

なお、減速機20のバックラッシュは、360°/(2×N)以内に収めることが好ましい。また、バックラッシュの補正は、上記のように、インタポレータ32及び現在位置カウンタ54等によるソフトウェア処理によって可能である。本実施形態では、減速機20の出力軸22に対して一定方向にトルクがかかるようなゼンマイバネ等の機構を設けることにより、ソフトウェアによる補正処理を不要にすることができる。   The backlash of the speed reducer 20 is preferably within 360 ° / (2 × N). Further, as described above, the backlash can be corrected by software processing using the interpolator 32, the current position counter 54, and the like. In the present embodiment, by providing a mechanism such as a spring that applies torque to the output shaft 22 of the speed reducer 20 in a certain direction, correction processing by software can be made unnecessary.

また、位置検出装置10において、演算処理部30は、第2パルス信号を起動時における回転軸14の絶対位置に応じたトータルパルス数TPのシリアル信号として、シリアル通信部50を介して現在位置カウンタ54に送信するので、位置検出装置10の一層の低コスト化を実現できる。   In the position detection device 10, the arithmetic processing unit 30 converts the second pulse signal as a serial signal having a total number of pulses TP corresponding to the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation via the serial communication unit 50. 54, the cost of the position detection device 10 can be further reduced.

さらに、現在位置カウンタ54は、位置検出装置10の起動時にトータルパルス数TPをプリセットする。また、回転軸14の回転中、逓倍回路52は、第1パルス信号に基づいて逓倍パルス信号を生成する。現在位置カウンタ54は、プリセットしたトータルパルス数TPを基準として、逓倍パルス信号に応じたパルス数を計数することにより、現在の回転軸14の絶対位置を検出する。この結果、現在の回転軸14の絶対位置を容易に且つ効率よく求めることができる。また、逓倍回路52から現在位置カウンタ54に逓倍パルス信号が供給されることにより、現在位置カウンタ54における現在の回転軸14の絶対位置の分解能が向上し、該絶対位置を精度よく求めることができる。   Further, the current position counter 54 presets the total number of pulses TP when the position detection device 10 is activated. Further, during the rotation of the rotating shaft 14, the multiplication circuit 52 generates a multiplied pulse signal based on the first pulse signal. The current position counter 54 detects the current absolute position of the rotating shaft 14 by counting the number of pulses corresponding to the multiplied pulse signal with the preset total number of pulses TP as a reference. As a result, the current absolute position of the rotating shaft 14 can be obtained easily and efficiently. Further, by supplying a multiplied pulse signal from the multiplication circuit 52 to the current position counter 54, the resolution of the absolute position of the current rotating shaft 14 in the current position counter 54 is improved, and the absolute position can be obtained with high accuracy. .

また、逓倍回路52は、二相の第1パルス信号を比較することにより回転軸14の正転又は逆転を判別し、判別した正転又は逆転の逓倍パルス信号を生成するので、現在位置カウンタ54は、現在の回転軸14の絶対位置を正確に求めることができる。   Further, the multiplication circuit 52 compares the two-phase first pulse signals to determine the normal rotation or reverse rotation of the rotating shaft 14 and generates the determined normal rotation or reverse rotation pulse signal. Can accurately determine the absolute position of the current rotating shaft 14.

さらに、回転体駆動制御部56は、現在位置カウンタ54にトータルパルス数TPがプリセットされた場合、回転体12を駆動させて回転軸14を回転させるので、回転中の回転軸14の絶対位置を確実に取得することができる。   Further, when the total pulse number TP is preset in the current position counter 54, the rotating body drive control unit 56 drives the rotating body 12 to rotate the rotating shaft 14, so that the absolute position of the rotating rotating shaft 14 is determined. It can be acquired with certainty.

[本実施形態の変形例]
次に、本実施形態に係る位置検出装置10の変形例(第1変形例に係る位置検出装置10A、第2変形例に係る位置検出装置10B)について、図10〜図14を参照しながら説明する。なお、位置検出装置10A、10Bにおいて、図1〜図9で説明した位置検出装置10と同じ構成要素については、同じ参照符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
[Modification of this embodiment]
Next, modifications of the position detection device 10 according to the present embodiment (the position detection device 10A according to the first modification, the position detection device 10B according to the second modification) will be described with reference to FIGS. To do. In the position detection devices 10A and 10B, the same components as those of the position detection device 10 described in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

<第1変形例>
先ず、第1の構成としての第1変形例に係る位置検出装置10Aについて、図10〜図12Bを参照しながら説明する。
<First Modification>
First, a position detection apparatus 10A according to a first modification as the first configuration will be described with reference to FIGS. 10 to 12B.

位置検出装置10Aは、回転角度検出機構16が第1減速機60、第2減速機62、第1回転角度検出器64及び第2回転角度検出器66を有する点で、図1〜図9に示す基本構成としての位置検出装置10とは異なる。   The position detection device 10A is shown in FIGS. 1 to 9 in that the rotation angle detection mechanism 16 includes a first reduction device 60, a second reduction device 62, a first rotation angle detector 64, and a second rotation angle detector 66. It is different from the position detection device 10 as the basic configuration shown.

第1減速機60は、回転体12の回転軸14の回転速度を減速させ、減速後の回転速度を第1減速機60の出力軸である第2減速機62の入力軸68に伝達可能な回転伝達機構である。なお、第1変形例では、第1減速機60の減速比は1であり、回転軸14の回転速度(回転力)が入力軸68にそのまま出力されることに留意する。   The first speed reducer 60 can reduce the rotational speed of the rotating shaft 14 of the rotating body 12 and transmit the rotational speed after the deceleration to the input shaft 68 of the second speed reducer 62 that is the output shaft of the first speed reducer 60. It is a rotation transmission mechanism. Note that in the first modification, the reduction ratio of the first reduction gear 60 is 1, and the rotational speed (rotational force) of the rotary shaft 14 is output to the input shaft 68 as it is.

第1減速機60は、回転軸14側に設けられた第1減速部60aと、回転軸14、入力軸68及び出力軸22に対して略平行に延び、一端が第1減速部60aに連結される中間軸60bと、入力軸68側に設けられ且つ中間軸60bの他端に連結される第2減速部60cとを備える。   The first speed reducer 60 extends substantially parallel to the first speed reducer 60a provided on the rotary shaft 14 side, the rotary shaft 14, the input shaft 68, and the output shaft 22, and one end is connected to the first speed reducer 60a. An intermediate shaft 60b, and a second reduction portion 60c provided on the input shaft 68 side and connected to the other end of the intermediate shaft 60b.

第1減速部60aは、回転軸14に略同軸に取り付けられた入力側の第1歯車70aと、中間軸60bの一端側に略同軸に取り付けられ且つ第1歯車70aに噛み合う出力側の第2歯車72aとから構成される。第2減速部60cは、中間軸60bの他端側に略同軸に取り付けられた入力側の第3歯車70bと、入力軸68に略同軸に取り付けられ且つ第3歯車70bに噛み合う出力側の第4歯車72bとから構成される。なお、前述のように、第1減速機60の減速比が1であるため、第1減速部60a及び第2減速部60cの各減速比nは、n=1に設定されている。   The first reduction gear 60a includes an input-side first gear 70a attached substantially coaxially to the rotary shaft 14 and an output-side second gear attached substantially coaxially to one end of the intermediate shaft 60b and meshing with the first gear 70a. And a gear 72a. The second speed reducing portion 60c includes an input side third gear 70b attached substantially coaxially to the other end side of the intermediate shaft 60b, and an output side first gear attached to the input shaft 68 substantially coaxially and meshing with the third gear 70b. 4 gears 72b. As described above, since the reduction ratio of the first reduction gear 60 is 1, each reduction ratio n of the first reduction part 60a and the second reduction part 60c is set to n = 1.

第2減速機62は、位置検出装置10の減速機20と略同じ構成であり、回転軸14と略同軸に配置され、且つ、回転軸14の回転力が第1減速機60を介して伝達される入力軸68と、回転軸14及び入力軸68と略同軸に配置され、且つ、入力軸68の回転速度から減速比Nで減速された回転速度で回転する出力軸22とを備える。従って、第1変形例において、第1減速機60及び第2減速機62全体の減速比は、N(=1×N)となる。   The second speed reducer 62 has substantially the same configuration as the speed reducer 20 of the position detection device 10, is disposed substantially coaxially with the rotary shaft 14, and the rotational force of the rotary shaft 14 is transmitted via the first speed reducer 60. And an output shaft 22 that is disposed substantially coaxially with the rotation shaft 14 and the input shaft 68 and that rotates at a rotational speed reduced by a reduction ratio N from the rotational speed of the input shaft 68. Therefore, in the first modification, the reduction ratio of the entire first reduction gear 60 and the second reduction gear 62 is N (= 1 × N).

第1回転角度検出器64は、回転軸14の先端側に略同軸に取り付けられた円柱状のバイアス磁石74と、バイアス磁石74の中心に対向して配置された磁気検出素子76とから構成される。バイアス磁石74は、一方の半円部分がN極、他方の半円部分がS極に割り当てられている。従って、第1回転角度検出器64は、回転軸14の1回転内の第1回転角度を検出する1回転角度検出器である。磁気検出素子76は、第1回転角度に対応するシリアル信号(図12Bに示す回転角度データの信号)をシリアル通信により演算処理部30に出力し、一方で、第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた二相のデジタルパルス信号(図12Aに示すA相及びB相の第1パルス信号)を逓倍回路52に出力する。   The first rotation angle detector 64 includes a columnar bias magnet 74 attached substantially coaxially to the tip end side of the rotation shaft 14 and a magnetic detection element 76 disposed to face the center of the bias magnet 74. The In the bias magnet 74, one semicircular portion is assigned to the N pole and the other semicircular portion is assigned to the S pole. Therefore, the first rotation angle detector 64 is a one rotation angle detector that detects the first rotation angle within one rotation of the rotating shaft 14. The magnetic detection element 76 outputs a serial signal corresponding to the first rotation angle (the rotation angle data signal shown in FIG. 12B) to the arithmetic processing unit 30 by serial communication, while corresponding to the first rotation angle and the phase. Output two-phase digital pulse signals (A-phase and B-phase first pulse signals shown in FIG. 12A) to the multiplier circuit 52.

すなわち、第1変形例では、磁気検出素子76が、シリアル信号を演算処理部30に出力する機能と、二相の第1パルス信号を逓倍回路52に出力するインタポレータ処理の機能とを兼ね備えている。つまり、第1変形例に係る位置検出装置10Aでは、位置検出装置10の第1回転角度検出器24及び第2回転角度検出器26を、第1回転角度検出器64に置き換えている。なお、図12Bでは、所定の期間(シリアル転送期間)において、磁気検出素子76から演算処理部30にシリアル信号を送信する場合を図示している。   That is, in the first modified example, the magnetic detection element 76 has a function of outputting a serial signal to the arithmetic processing unit 30 and a function of an interpolator process of outputting a two-phase first pulse signal to the multiplication circuit 52. . That is, in the position detection device 10A according to the first modification, the first rotation angle detector 24 and the second rotation angle detector 26 of the position detection device 10 are replaced with the first rotation angle detector 64. 12B illustrates a case where a serial signal is transmitted from the magnetic detection element 76 to the arithmetic processing unit 30 during a predetermined period (serial transfer period).

第2回転角度検出器66は、位置検出装置10の第3回転角度検出器28(図1及び図2参照)と同様の構成を有し、回転軸14の多回転に応じた出力軸22の1回転内の第2回転角度を第3磁気検出素子46c、46dで検出し、検出した第2回転角度に応じたアナログ信号(第3アナログ信号と同様の信号)を演算処理部30に出力する。   The second rotation angle detector 66 has the same configuration as the third rotation angle detector 28 (see FIGS. 1 and 2) of the position detection device 10, and the output shaft 22 corresponding to the multiple rotations of the rotation shaft 14. The second rotation angle within one rotation is detected by the third magnetic detection elements 46c and 46d, and an analog signal corresponding to the detected second rotation angle (a signal similar to the third analog signal) is output to the arithmetic processing unit 30. .

演算処理部30は、磁気検出素子76からのシリアル信号を図12Bに示す所定のサンプリング間隔でサンプリングする。また、演算処理部30は、第3磁気検出素子46c、46dからのアナログ信号の出力電圧を直交座標から極座標に変換する。そして、演算処理部30は、サンプリング後のシリアル信号と、極座標に変換された出力電圧とに基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置を演算する。   The arithmetic processing unit 30 samples the serial signal from the magnetic detection element 76 at a predetermined sampling interval shown in FIG. 12B. Further, the arithmetic processing unit 30 converts the output voltage of the analog signal from the third magnetic detection elements 46c and 46d from orthogonal coordinates to polar coordinates. And the arithmetic processing part 30 calculates the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of starting based on the serial signal after sampling, and the output voltage converted into the polar coordinate.

この場合、演算処理部30は、下記の(4)式に基づいて、回転軸14の回転量TAを算出する。
TA=P1+(P3×N) (4)
In this case, the arithmetic processing unit 30 calculates the rotation amount TA of the rotating shaft 14 based on the following equation (4).
TA = P1 + (P3 × N) (4)

なお、第1変形例では、平歯車34が存在しないため、(4)式において、P1は、回転軸14の角度(第1回転角度)であることに留意する。   Note that in the first modified example, since the spur gear 34 does not exist, P1 is an angle of the rotation shaft 14 (first rotation angle) in the equation (4).

また、第1変形例において、トータルパルス数TPは、下記の(5)式で算出される。
TP=INT(TA×PP÷360) (5)
In the first modification, the total pulse number TP is calculated by the following equation (5).
TP = INT (TA × PP ÷ 360) (5)

なお、第1変形例に係る位置検出装置10Aにおいても、図8及び図9のシーケンス図に従って動作することが可能である。この場合、ステップS4、S5、S17に関して、磁気検出素子76から逓倍回路52に二相の第1パルス信号が直接出力され、磁気検出素子76から演算処理部30にシリアル信号が出力され、第3磁気検出素子46c、46dから演算処理部30にアナログ信号が出力され、演算処理部30において(4)式及び(5)式に基づきトータルパルス数TPを算出する点以外は、位置検出装置10と同様の動作である。従って、詳細な動作については、説明を省略する。   Note that the position detection apparatus 10A according to the first modification can also operate according to the sequence diagrams of FIGS. In this case, with regard to steps S4, S5, and S17, the two-phase first pulse signal is directly output from the magnetic detection element 76 to the multiplication circuit 52, the serial signal is output from the magnetic detection element 76 to the arithmetic processing unit 30, and the third An analog signal is output from the magnetic detection elements 46c and 46d to the arithmetic processing unit 30, and the arithmetic processing unit 30 calculates the total pulse number TP based on the equations (4) and (5). It is the same operation. Therefore, the detailed operation will not be described.

以上説明したように、第1変形例に係る位置検出装置10Aでは、シリアル信号を演算処理部30に出力する機能と、二相の第1パルス信号をコントローラ18の逓倍回路52に出力するインタポレータ処理の機能とを、第1回転角度検出器64の磁気検出素子76が兼ね備えている。また、演算処理部30は、シリアル信号と、第2回転角度検出器66(の第3磁気検出素子46c、46d)が検出した第2回転角度とに基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置を演算する。従って、第1変形例では、位置検出装置10Aの部品点数が削減されると共に、演算処理部30での演算負荷が軽減されるので、該位置検出装置10Aの低コスト化を図ることができる。また、円柱状のバイアス磁石74を採用したことにより、リング状の磁石と比較して、磁束密度の低下が抑えられ、第1回転角度の検出精度の向上を図ることができる。   As described above, in the position detection device 10 </ b> A according to the first modification, the function of outputting the serial signal to the arithmetic processing unit 30 and the interpolator process of outputting the two-phase first pulse signal to the multiplication circuit 52 of the controller 18. The magnetic detection element 76 of the first rotation angle detector 64 also has the above function. Further, the arithmetic processing unit 30 calculates the absolute value of the rotary shaft 14 at the time of activation based on the serial signal and the second rotation angle detected by the second rotation angle detector 66 (the third magnetic detection elements 46c and 46d). Calculate the position. Therefore, in the first modified example, the number of parts of the position detection device 10A is reduced and the calculation load on the calculation processing unit 30 is reduced. Therefore, the cost of the position detection device 10A can be reduced. Further, by adopting the cylindrical bias magnet 74, a decrease in the magnetic flux density can be suppressed as compared with the ring-shaped magnet, and the detection accuracy of the first rotation angle can be improved.

また、第1変形例に係る位置検出装置10Aにおいても、位置検出装置10の場合と同様に、下記の効果も得られる。   Also in the position detection device 10A according to the first modification, the following effects can be obtained as in the case of the position detection device 10.

すなわち、回転軸14の軸方向に沿って第2減速機62及び出力軸22を設け、回転軸14及び出力軸22の周囲に第1回転角度検出器64及び第2回転角度検出器66を配置することにより、回転軸14の径方向のサイズを小さくすることができる。   That is, the second speed reducer 62 and the output shaft 22 are provided along the axial direction of the rotation shaft 14, and the first rotation angle detector 64 and the second rotation angle detector 66 are arranged around the rotation shaft 14 and the output shaft 22. By doing so, the size of the rotating shaft 14 in the radial direction can be reduced.

また、演算処理部30は、起動時にのみ、第1回転角度及び第2回転角度に基づいて、該起動時における停止状態の回転軸14の絶対位置を演算する。これにより、コントローラ18(の現在位置カウンタ54)は、回転軸14の回転中、起動時における回転軸14の絶対位置を基準として、二相の第1パルス信号から、現在の回転軸14の絶対位置を擬似的且つ容易に求めることができる。   In addition, the calculation processing unit 30 calculates the absolute position of the rotating shaft 14 in the stopped state at the time of activation based on the first rotation angle and the second rotation angle only at the time of activation. As a result, the controller 18 (current position counter 54) detects the absolute value of the current rotating shaft 14 from the two-phase first pulse signal based on the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of startup while the rotating shaft 14 is rotating. The position can be determined in a pseudo and easy manner.

すなわち、位置検出装置10Aは、起動時にのみアブソリュート方式のロータリーエンコーダとして機能し、その後は、インクリメンタル方式のロータリーエンコーダとして機能する。これにより、リアルタイムでの絶対位置の演算が不要となり、低速且つ低価格のCPUが使用可能となる。このような位置検出装置10Aを電動アクチュエータ等に搭載すれば、タクトタイムの短縮を図ることができる。   That is, the position detection device 10A functions as an absolute rotary encoder only at the time of activation, and thereafter functions as an incremental rotary encoder. Thereby, the calculation of the absolute position in real time is unnecessary, and a low-speed and low-cost CPU can be used. If such a position detection device 10A is mounted on an electric actuator or the like, the tact time can be shortened.

従って、第1変形例においても、位置検出装置10Aの小型化及び低コスト化を実現できると共に、低速の演算処理装置を用いて絶対位置の演算処理を行うことが可能となる。   Therefore, also in the first modified example, it is possible to reduce the size and cost of the position detection device 10A, and to perform an absolute position calculation process using a low-speed calculation processing device.

また、第1変形例においても、回転軸14の正転又は逆転に関わりなく、第1減速機60及び第2減速機62のバックラッシュの影響を無視することができる。この場合、第1減速機60のバックラッシュは、360°/(4×n×n)以内に収めることが好ましい。なお、第1変形例では、n=1であるため、バックラッシュは、90°以内に収めることが好ましい。   Also in the first modification, the influence of backlash of the first reduction gear 60 and the second reduction gear 62 can be ignored regardless of whether the rotating shaft 14 rotates forward or backward. In this case, it is preferable that the backlash of the first reduction gear 60 be within 360 ° / (4 × n × n). In the first modified example, since n = 1, the backlash is preferably within 90 °.

また、位置検出装置10Aでは、回転軸14の回転力を第2減速機62の入力軸68に伝達する第1減速機60をさらに有し、回転軸14、入力軸68及び出力軸22は、略同軸に配置されている。第1減速機60によって、位置検出装置10Aは、径方向に若干大きくなるが、インタポレータ機能を有する第1回転角度検出器64を設けることにより、位置検出装置10Aの部品点数が少なくなるので、装置全体の低コスト化を実現することができる。なお、上記の説明では、減速比が1の第1減速機60を用いた場合について説明したが、第1減速機60に代えて、ベルトを用いた回転伝達手段のような各種の回転伝達機構を好適に採用することができる。   Further, the position detection apparatus 10A further includes a first reduction gear 60 that transmits the rotational force of the rotation shaft 14 to the input shaft 68 of the second reduction gear 62, and the rotation shaft 14, the input shaft 68, and the output shaft 22 are It is arranged substantially coaxially. The first speed reducer 60 makes the position detection device 10A slightly larger in the radial direction, but by providing the first rotation angle detector 64 having an interpolator function, the number of parts of the position detection device 10A is reduced. Overall cost reduction can be realized. In the above description, the case of using the first speed reducer 60 having a reduction ratio of 1 has been described. However, instead of the first speed reducer 60, various rotation transmission mechanisms such as a rotation transmission means using a belt. Can be suitably employed.

<第2変形例>
次に、第2の構成としての第2変形例に係る位置検出装置10Bについて、図13及び図14を参照しながら説明する。
<Second Modification>
Next, a position detection device 10B according to a second modification as the second configuration will be described with reference to FIGS.

位置検出装置10Bは、回転角度検出機構16が第1〜第3回転角度検出器64、78、80を有すると共に、第1減速機60の第1減速部60a及び第2減速部60cの各減速比nが1より大きい点で、第1変形例に係る位置検出装置10Aの構成(図10及び図11参照)とは異なる。従って、第1減速機60及び第2減速機62全体の減速比は、n×n×N(第1減速部60a:n、第2減速部60c:n、第2減速機62:N)となり、出力軸22の回転速度は、回転軸14の回転速度を(1/n)×(1/n)×(1/N)倍だけ減速させた回転速度となる。   In the position detection device 10B, the rotation angle detection mechanism 16 includes first to third rotation angle detectors 64, 78, and 80, and each deceleration of the first reduction unit 60a and the second reduction unit 60c of the first reduction device 60. It differs from the configuration of the position detection apparatus 10A according to the first modification (see FIGS. 10 and 11) in that the ratio n is larger than 1. Accordingly, the overall reduction ratio of the first reduction gear 60 and the second reduction gear 62 is n × n × N (first reduction gear 60a: n, second reduction gear 60c: n, second reduction gear 62: N). The rotation speed of the output shaft 22 is a rotation speed obtained by reducing the rotation speed of the rotation shaft 14 by (1 / n) × (1 / n) × (1 / N) times.

第2回転角度検出器78は、位置検出装置10の第2回転角度検出器26(図1及び図2参照)と略同様の構成を有する。但し、第2回転角度検出器78は、回転軸14ではなく、入力軸68に設けられている。すなわち、第2変形例では、n×nの減速比の第1減速機60を、回転軸14と入力軸68との間に設けることにより、第2回転角度検出器78の第2磁気検出素子42a、42bは、回転軸14の多回転に応じた入力軸68の1回転内の第2回転角度を検出することができる。   The second rotation angle detector 78 has substantially the same configuration as the second rotation angle detector 26 of the position detection device 10 (see FIGS. 1 and 2). However, the second rotation angle detector 78 is provided not on the rotating shaft 14 but on the input shaft 68. In other words, in the second modification, the first magnetic reduction element 60 of the second rotation angle detector 78 is provided by providing the first reduction gear 60 having a reduction ratio of n × n between the rotation shaft 14 and the input shaft 68. 42 a and 42 b can detect the second rotation angle within one rotation of the input shaft 68 according to the multiple rotations of the rotation shaft 14.

第3回転角度検出器80は、位置検出装置10Aの第2回転角度検出器66(図10及び図11参照)と同様の構成を有しており、第3回転角度検出器80の第3磁気検出素子46c、46dは、回転軸14の多回転に応じた出力軸22の1回転内の第3回転角度を検出する。   The third rotation angle detector 80 has the same configuration as the second rotation angle detector 66 (see FIGS. 10 and 11) of the position detection device 10A, and the third magnetic angle of the third rotation angle detector 80 is the same. The detection elements 46 c and 46 d detect the third rotation angle within one rotation of the output shaft 22 in accordance with the multiple rotations of the rotation shaft 14.

演算処理部30は、磁気検出素子76からのシリアル信号を図12Bに示す所定のサンプリング間隔でサンプリングする。また、演算処理部30は、第2磁気検出素子42a、42bからの第2回転角度に応じたアナログ信号(第2アナログ信号と同様の信号)と、第3磁気検出素子46c、46dからの第3回転角度に応じたアナログ信号(第3アナログ信号と同様の信号)とについて、各アナログ信号の出力電圧を直交座標から極座標に変換する。そして、演算処理部30は、サンプリング後のシリアル信号と、極座標に変換された各出力電圧とに基づいて、起動時における回転軸14の絶対位置を演算する。   The arithmetic processing unit 30 samples the serial signal from the magnetic detection element 76 at a predetermined sampling interval shown in FIG. 12B. In addition, the arithmetic processing unit 30 outputs an analog signal corresponding to the second rotation angle from the second magnetic detection elements 42a and 42b (a signal similar to the second analog signal) and the third magnetic detection elements 46c and 46d. For the analog signal corresponding to the three rotation angles (the same signal as the third analog signal), the output voltage of each analog signal is converted from orthogonal coordinates to polar coordinates. And the arithmetic processing part 30 calculates the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of starting based on the serial signal after sampling, and each output voltage converted into the polar coordinate.

この場合、演算処理部30は、下記の(6)式に基づいて、回転軸14の回転量TAを算出する。
TA=P1+(P2×n×n)+(P3×N×n×n) (6)
In this case, the arithmetic processing unit 30 calculates the rotation amount TA of the rotating shaft 14 based on the following equation (6).
TA = P1 + (P2 × n × n) + (P3 × N × n × n) (6)

なお、第2変形例では、平歯車34が存在せず、且つ、入力軸68に第2回転角度検出器78が配置されているので、(6)式において、P1は、回転軸14の角度(第1回転角度)であり、P2は、入力軸68の角度(第2回転角度)であることに留意する。また、第2変形例において、トータルパルス数TPは、前述の(5)式で算出される。   In the second modification, the spur gear 34 is not present, and the second rotation angle detector 78 is disposed on the input shaft 68. Therefore, in the equation (6), P1 is the angle of the rotation shaft 14. Note that (first rotation angle), and P2 is the angle of the input shaft 68 (second rotation angle). In the second modification, the total pulse number TP is calculated by the above-described equation (5).

なお、第2変形例に係る位置検出装置10Bにおいても、位置検出装置10Aと同様に、図8及び図9のシーケンス図に従って動作することが可能である。この場合も、ステップS4、S5、S17に関して、磁気検出素子76から逓倍回路52に二相の第1パルス信号が直接出力され、磁気検出素子76から演算処理部30にシリアル信号が出力され、第2磁気検出素子42a、42b及び第3磁気検出素子46c、46dから演算処理部30にアナログ信号がそれぞれ出力され、演算処理部30において(5)式及び(6)式に基づきトータルパルス数TPを算出する点以外は、位置検出装置10と同様の動作である。従って、詳細な動作については、説明を省略する。   Note that the position detection device 10B according to the second modification can also operate according to the sequence diagrams of FIGS. 8 and 9, similarly to the position detection device 10A. Also in this case, with regard to steps S4, S5, and S17, the two-phase first pulse signal is directly output from the magnetic detection element 76 to the multiplication circuit 52, and the serial signal is output from the magnetic detection element 76 to the arithmetic processing unit 30. Analog signals are respectively output from the 2 magnetic detection elements 42a and 42b and the third magnetic detection elements 46c and 46d to the arithmetic processing unit 30, and the arithmetic processing unit 30 calculates the total number of pulses TP based on the equations (5) and (6). Except for the calculation point, the operation is the same as that of the position detection device 10. Therefore, the detailed operation will not be described.

以上説明したように、第2変形例に係る位置検出装置10Bでは、第1変形例に係る位置検出装置10Aと比較して、3つの回転角度検出器(第1〜第3回転角度検出器64、78、80)や、減速比n、Nが1を超える2つの減速機(第1減速機60、第2減速機62)が備わっている。そのため、位置検出装置10Aと比較して、部品点数が多くなると共に、演算処理部30での演算負荷が大きくなるので、コストがかかる。   As described above, in the position detection device 10B according to the second modification, compared with the position detection device 10A according to the first modification, there are three rotation angle detectors (first to third rotation angle detectors 64). , 78, 80) and two reduction gears (first reduction gear 60 and second reduction gear 62) having reduction ratios n and N exceeding 1. Therefore, as compared with the position detection apparatus 10A, the number of parts is increased, and the calculation load on the calculation processing unit 30 is increased.

しかしながら、第2変形例では、第2回転角度検出器78及び第3回転角度検出器80が回転軸14の多回転に応じた第2回転角度及び第3回転角度をそれぞれ検出し、検出された第2回転角度及び第3回転角度等を用いて演算処理部30が起動時における回転軸14の絶対位置を高精度に演算することができる。この結果、従来の位置検出装置と比較して、絶対位置を高精度に演算することができると共に、コストを削減することが可能となる。また、第2変形例でも、円柱状のバイアス磁石74を採用しているので、リング状の磁石と比較して、磁束密度の低下が抑えられ、第1回転角度の検出精度の向上を図ることができる。   However, in the second modification, the second rotation angle detector 78 and the third rotation angle detector 80 detect and detect the second rotation angle and the third rotation angle corresponding to the multiple rotations of the rotation shaft 14, respectively. Using the second rotation angle, the third rotation angle, and the like, the calculation processing unit 30 can calculate the absolute position of the rotating shaft 14 at the time of activation with high accuracy. As a result, the absolute position can be calculated with high accuracy and the cost can be reduced as compared with the conventional position detecting device. Also, in the second modified example, since the cylindrical bias magnet 74 is employed, a decrease in magnetic flux density can be suppressed as compared with a ring magnet, and the detection accuracy of the first rotation angle can be improved. Can do.

また、第2変形例に係る位置検出装置10Bにおいても、第1〜第3回転角度検出器64、78、80を備えることにより、位置検出装置10と同様の効果が得られる。   In addition, the position detection device 10B according to the second modification also has the same effects as those of the position detection device 10 by including the first to third rotation angle detectors 64, 78, and 80.

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.

10、10A、10B…位置検出装置 12…回転体
14…回転軸 16…回転角度検出機構
18…コントローラ 20…減速機
22…出力軸 24、64…第1回転角度検出器
26、66、78…第2回転角度検出器 28、80…第3回転角度検出器
30…演算処理部 32…インタポレータ
34…平歯車 36a、36b…第1磁気検出素子
38…第1バイアス磁石 40…第2バイアス磁石
42a、42b…第2磁気検出素子 44…第3バイアス磁石
46c、46d…第3磁気検出素子 50…シリアル通信部
52…逓倍回路 54…現在位置カウンタ
56…回転体駆動制御部 60…第1減速機
60a…第1減速部 60b…中間軸
60c…第2減速部 62…第2減速機
68…入力軸 74…バイアス磁石
76…磁気検出素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A, 10B ... Position detection device 12 ... Rotating body 14 ... Rotating shaft 16 ... Rotation angle detection mechanism 18 ... Controller 20 ... Reduction gear 22 ... Output shaft 24, 64 ... 1st rotation angle detector 26, 66, 78 ... Second rotation angle detector 28, 80 ... Third rotation angle detector 30 ... Arithmetic processing unit 32 ... Interpolator 34 ... Spur gears 36a, 36b ... First magnetic detection element 38 ... First bias magnet 40 ... Second bias magnet 42a , 42b ... second magnetic detection element 44 ... third bias magnet 46c, 46d ... third magnetic detection element 50 ... serial communication unit 52 ... multiplication circuit 54 ... current position counter 56 ... rotating body drive control unit 60 ... first reduction gear 60a ... 1st reduction part 60b ... Intermediate shaft 60c ... 2nd reduction part 62 ... 2nd reduction device 68 ... Input shaft 74 ... Bias magnet 76 ... Magnetic detection element

Claims (12)

回転体の回転軸に減速機が接続され、前記回転軸の回転角度と前記減速機の出力軸の回転角度とに基づいて、前記回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置において、
前記回転軸に略同軸に取り付けられた歯車のピッチ間の第1回転角度を検出する第1回転角度検出器と、
前記回転軸の1回転内の第2回転角度を検出する第2回転角度検出器と、
前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第3回転角度を検出する第3回転角度検出器と、
前記位置検出装置の起動時に前記第1〜第3回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1〜第3回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する演算処理部と、
前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する現在位置検出部と、
を有することを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device in which a speed reducer is connected to a rotating shaft of a rotating body, and an absolute position of the rotating shaft is detected based on a rotating angle of the rotating shaft and a rotating angle of an output shaft of the reducer.
A first rotation angle detector for detecting a first rotation angle between the pitches of gears attached substantially coaxially to the rotation shaft;
A second rotation angle detector for detecting a second rotation angle within one rotation of the rotation shaft;
A third rotation angle detector for detecting a third rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft;
An arithmetic processing unit that calculates an absolute position of the rotating shaft at the time of starting based on the first to third rotational angles detected by the first to third rotational angle detectors at the time of starting the position detecting device; ,
Based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector and the absolute position of the rotation shaft at the time of start-up during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body, the current rotation shaft A current position detector for detecting the absolute position of
A position detecting device comprising:
請求項1記載の位置検出装置において、
前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた磁性体からなる平歯車と、該平歯車の歯先間を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記平歯車に対向配置された2個の第1磁気検出素子と、第1バイアス磁石とを備え、
前記各第1磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第1アナログ信号をそれぞれ出力することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 1,
The first rotation angle detector is configured such that when a spur gear made of a magnetic material attached substantially coaxially to the rotation shaft and the tooth tip of the spur gear are set to one cycle, the phases are shifted by 90 ° from each other. Two first magnetic sensing elements arranged opposite to the gear, and a first bias magnet,
Each of the first magnetic detection elements outputs a first analog signal corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.
請求項2記載の位置検出装置において、
前記第2回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられたリング状の第2バイアス磁石と、前記回転軸の1回転を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記第2バイアス磁石に対向配置された2個の第2磁気検出素子とを備え、
前記各第2磁気検出素子は、前記第2回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第2アナログ信号をそれぞれ出力することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 2,
The second rotation angle detector includes a ring-shaped second bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft and the first rotation angle of the second rotation magnet when the rotation of the rotation shaft is one cycle. Two second magnetic sensing elements disposed opposite to the two-bias magnet,
Each of the second magnetic detection elements outputs a second analog signal corresponding to the second rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.
請求項3記載の位置検出装置において、
前記第3回転角度検出器は、前記出力軸に略同軸に取り付けられたリング状の第3バイアス磁石と、前記出力軸の1回転を1サイクルとした場合、位相を互いに90°ずらして前記第3バイアス磁石に対向配置された2個の第3磁気検出素子とを備え、
前記各第3磁気検出素子は、前記第3回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた第3アナログ信号をそれぞれ出力することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 3, wherein
The third rotation angle detector includes a ring-shaped third bias magnet attached substantially coaxially to the output shaft, and the first rotation of the output shaft in one cycle, the phases being shifted by 90 ° from each other. Two third magnetic sensing elements arranged opposite to a three-bias magnet,
Each of the third magnetic detection elements outputs a third analog signal corresponding to the third rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other.
請求項4記載の位置検出装置において、
前記各第1磁気検出素子がそれぞれ出力した前記各第1アナログ信号を二相の第1パルス信号に変換するインタポレータをさらに有し、
前記演算処理部は、前記各第1〜第3磁気検出素子がそれぞれ出力した前記各第1〜第3アナログ信号に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算し、演算した前記絶対位置に応じた第2パルス信号を出力し、
前記現在位置検出部は、前記インタポレータから出力された前記各第1パルス信号と、前記演算処理部から出力された前記第2パルス信号とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 4, wherein
An interpolator for converting each first analog signal output from each first magnetic detection element into a two-phase first pulse signal;
The arithmetic processing unit calculates the absolute position of the rotating shaft at the time of activation based on the first to third analog signals output from the first to third magnetic detection elements, respectively. Output a second pulse signal according to the absolute position,
The current position detection unit detects the current absolute position of the rotating shaft based on each first pulse signal output from the interpolator and the second pulse signal output from the arithmetic processing unit. A position detecting device characterized by that.
請求項5記載の位置検出装置において、
前記演算処理部は、前記第2パルス信号を前記起動時における前記回転軸の絶対位置に応じたパルス数のシリアル信号として前記現在位置検出部に送信することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 5, wherein
The position detection device, wherein the arithmetic processing unit transmits the second pulse signal to the current position detection unit as a serial signal having a pulse number corresponding to the absolute position of the rotating shaft at the time of activation.
請求項6記載の位置検出装置において、
前記各第1パルス信号を逓倍した逓倍パルス信号を生成して前記現在位置検出部に出力する逓倍回路をさらに有し、
前記現在位置検出部は、前記起動時に前記シリアル信号に応じたパルス数をプリセットし、前記回転軸の回転中、プリセットした前記パルス数から前記逓倍パルス信号に応じたパルス数を計数することにより、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する現在位置カウンタであることを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 6, wherein
A multiplier circuit that generates a multiplied pulse signal obtained by multiplying each of the first pulse signals and outputs the multiplied pulse signal to the current position detector;
The current position detection unit presets the number of pulses according to the serial signal at the time of starting, and counts the number of pulses according to the multiplied pulse signal from the preset number of pulses during rotation of the rotating shaft, A position detection device comprising a current position counter for detecting a current absolute position of the rotating shaft.
請求項7記載の位置検出装置において、
前記逓倍回路は、前記各第1パルス信号を比較することにより前記回転軸の正転又は逆転を判別し、判別した正転又は逆転の前記逓倍パルス信号を生成することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 7,
The multiplication circuit compares the first pulse signals to determine normal rotation or reverse rotation of the rotating shaft, and generates the determined normal rotation or reverse rotation pulse signal. .
請求項7又は8記載の位置検出装置において、
前記現在位置カウンタに前記シリアル信号に応じたパルス数がプリセットされた場合、前記回転体を駆動させて前記回転軸を回転させる回転体駆動制御部をさらに有することを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 7 or 8,
The position detection device further comprising: a rotating body drive control unit that drives the rotating body to rotate the rotating shaft when the number of pulses corresponding to the serial signal is preset in the current position counter.
回転体の回転軸に減速機が接続され、前記回転軸の回転角度と前記減速機の出力軸の回転角度とに基づいて、前記回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置において、
前記回転軸の1回転内の第1回転角度を検出する第1回転角度検出器と、
前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第2回転角度を検出する第2回転角度検出器と、
前記位置検出装置の起動時に、前記第1回転角度検出器及び前記第2回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1回転角度及び前記第2回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する演算処理部と、
前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する現在位置検出部と、
を有し、
前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた円柱状のバイアス磁石と、前記バイアス磁石に対向配置された磁気検出素子とを備え、
前記磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応するシリアル信号を前記演算処理部に出力し、一方で、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた二相のパルス信号を前記現在位置検出部に出力することを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device in which a speed reducer is connected to a rotating shaft of a rotating body, and an absolute position of the rotating shaft is detected based on a rotating angle of the rotating shaft and a rotating angle of an output shaft of the reducer.
A first rotation angle detector for detecting a first rotation angle within one rotation of the rotation shaft;
A second rotation angle detector for detecting a second rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft;
Based on the first rotation angle and the second rotation angle detected by the first rotation angle detector and the second rotation angle detector, respectively, at the time of starting the position detection device, An arithmetic processing unit for calculating an absolute position;
Based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector and the absolute position of the rotation shaft at the time of start-up during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body, the current rotation shaft A current position detector for detecting the absolute position of
Have
The first rotation angle detector includes a columnar bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft, and a magnetic detection element disposed opposite to the bias magnet,
The magnetic detection element outputs a serial signal corresponding to the first rotation angle to the arithmetic processing unit, and on the other hand, a two-phase pulse signal corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other. A position detection apparatus that outputs to the current position detection unit.
請求項10記載の位置検出装置において、
前記回転軸の回転力を前記減速機の入力軸に伝達する回転伝達機構をさらに有し、
前記回転軸、前記入力軸及び前記出力軸は、略同軸に配置されていることを特徴とする位置検出装置。
The position detection device according to claim 10.
A rotation transmission mechanism for transmitting the rotational force of the rotation shaft to the input shaft of the speed reducer;
The position detection device, wherein the rotation shaft, the input shaft, and the output shaft are arranged substantially coaxially.
回転体の回転軸に減速機が接続され、前記回転軸の回転角度と前記減速機の出力軸の回転角度とに基づいて、前記回転軸の絶対位置を検出する位置検出装置において、
前記回転軸の1回転内の第1回転角度を検出する第1回転角度検出器と、
前記回転軸の回転速度を減速して出力する第1減速機と、
入力軸が前記第1減速機に接続され、該第1減速機で減速された前記回転軸の回転速度をさらに減速して前記出力軸に出力する第2減速機と、
前記回転軸の多回転に応じた前記入力軸の1回転内の第2回転角度を検出する第2回転角度検出器と、
前記回転軸の多回転に応じた前記出力軸の1回転内の第3回転角度を検出する第3回転角度検出器と、
前記位置検出装置の起動時に、前記第1〜第3回転角度検出器がそれぞれ検出した前記第1〜第3回転角度に基づいて、前記起動時における前記回転軸の絶対位置を演算する演算処理部と、
前記回転体の駆動による前記回転軸の回転中、前記第1回転角度検出器が検出した前記第1回転角度と、前記起動時における前記回転軸の絶対位置とに基づいて、現在の前記回転軸の絶対位置を検出する現在位置検出部と、
を有し、
前記第1回転角度検出器は、前記回転軸に略同軸に取り付けられた円柱状のバイアス磁石と、前記バイアス磁石に対向配置された磁気検出素子とを備え、
前記磁気検出素子は、前記第1回転角度に対応するシリアル信号を前記演算処理部に出力し、一方で、前記第1回転角度に対応し且つ位相が互いに90°ずれた二相のパルス信号を前記現在位置検出部に出力することを特徴とする位置検出装置。
In a position detection device in which a speed reducer is connected to a rotating shaft of a rotating body, and an absolute position of the rotating shaft is detected based on a rotating angle of the rotating shaft and a rotating angle of an output shaft of the reducer.
A first rotation angle detector for detecting a first rotation angle within one rotation of the rotation shaft;
A first speed reducer that decelerates and outputs the rotational speed of the rotating shaft;
An input shaft connected to the first speed reducer, a second speed reducer that further reduces the rotational speed of the rotary shaft decelerated by the first speed reducer and outputs it to the output shaft;
A second rotation angle detector for detecting a second rotation angle within one rotation of the input shaft according to multiple rotations of the rotation shaft;
A third rotation angle detector for detecting a third rotation angle within one rotation of the output shaft according to multiple rotations of the rotation shaft;
An arithmetic processing unit that calculates the absolute position of the rotating shaft at the time of starting based on the first to third rotating angles detected by the first to third rotating angle detectors at the time of starting the position detecting device. When,
Based on the first rotation angle detected by the first rotation angle detector and the absolute position of the rotation shaft at the time of start-up during rotation of the rotation shaft by driving the rotating body, the current rotation shaft A current position detector for detecting the absolute position of
Have
The first rotation angle detector includes a columnar bias magnet attached substantially coaxially to the rotation shaft, and a magnetic detection element disposed opposite to the bias magnet,
The magnetic detection element outputs a serial signal corresponding to the first rotation angle to the arithmetic processing unit, and on the other hand, a two-phase pulse signal corresponding to the first rotation angle and having a phase shifted by 90 ° from each other. A position detection apparatus that outputs to the current position detection unit.
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