JP2020153800A - 回転角度検出器及びサーボモータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器等を提供する。【解決手段】回転角度検出器は、円周方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶ環状の磁石と、磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサ１１と、磁気センサ１１から参照可能に設けられて磁気センサ１１の補正データを記憶する記憶回路と、磁気センサ１１の出力データに基づいたシリアルデータを出力するバストランシーバ回路３０と、回路の出力端子が接続されるインタフェースと、磁気センサ１１、記憶回路、回路及びインタフェースが設けられる基板と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、回転角度検出器及びサーボモータシステムに関する。

センサに対する入力と出力とを択一的に切替可能な回路構成が知られている。

特許第６０９８５１３号公報

センサの出力においてシリアル通信を採用したいという需要があった。

本発明は、センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器及びサーボモータシステムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の回転角度検出器は、円周方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶ環状の磁石と、前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサと、前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路と、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路と、前記回路の入出力端子が接続されるインタフェースと、前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板と、を備える。

従って、回路によって磁気センサの出力がシリアルデータになることから、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて、第１モード又は第２モードのいずれかの動作モードで動作し、前記第１モードは、前記磁気センサの補正データが前記記憶回路に書き込まれる動作モードであり、前記第２モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである。

従って、センサに対する補正データの入力とセンサの出力を含む双方向の通信をインタフェースから行うことができる。すなわち、サーボアンプとの接続とセンサの補正を同一のコネクタで実施できる。

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記第１モードの場合、前記入出力端子のインピーダンスを前記第２モードよりも高くする。

従って、第１モードの場合に出力端子のインピーダンスが高くなることで、データの出力を遮断することができると共にインタフェースに接続された外部の構成から当該遮断を認識可能になる。

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記インタフェースから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。

従って、信号の周波数に基づいて第１モードと第２モードを切替可能になる。

本発明の回転角度検出器では、前記基板に設けられて前記磁気センサと前記回路との間に介在する演算回路を備え、前記演算回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する。

従って、演算回路によって動作モードを切替可能になる。

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、前記磁気センサと前記インタフェースとの間に介在し、前記回路が前記第１モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路に書き込まれる。

従って、磁気センサの補正データの入力に採用されるプロトコルと、回路を介したシリアルデータの出力に採用されるプロトコルとを別のプロトコルにすることができる。また、磁気センサの補正データの入力に採用されるデータ伝送経路と、回路を介したシリアルデータの出力に採用されるデータ伝送経路とを別の経路にすることができる。

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、電源投入後に前記インタフェースからの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路の動作モードを決定する。

従って、動作モードの切替専用の識別データ等を設けることなく、動作モードを切替可能になる。

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、前記回路が前記第２モードで動作する場合、前記磁気センサの入出力に用いられる第１のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第２のプロトコルに変換する処理を行う。

従って、磁気センサで採用されるプロトコルと回路で採用されるプロトコルが異なっていてもセンサと回路が通信可能になる。

本発明の回転角度検出器では、前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路を備え、前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路の動作を停止させる。

従って、回転角度検出器がより確実に動作する温度である場合にシリアルデータが出力されるので、出力の精度をより高精度に維持することができる。

上記の目的を達成するための本発明のサーボモータシステムは、本発明の回転角度検出器が設けられた電動機と、前記インタフェースに接続されたサーボアンプと、を備える。

従って、回路によって磁気センサの出力がシリアルデータになることから、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

本発明によれば、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

図１は、第１実施形態のサーボモータシステムの主要構成を示す図である。 図２は、回転角度検出器の構成例を示す模式図である。 図３は、基板の構成例を示す概略構成図である。 図４は、磁気センサに対する２つの信号伝送経路で用いられるプロトコルの例を示す概略説明図である。 図５は、回転角度検出器の構成例を示す模式図である。 図６は、基板の構成例を示す概略構成図である。 図７は、基板の構成例を示す概略構成図である。 図８は、基板の構成例を示す概略構成図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のサーボモータシステム１００の主要構成を示す図である。サーボモータシステム１００は、電動機Ｍと、回転部材Ｒと、回転角度検出器１とを備える。サーボモータシステム１００は、サーボアンプ９０と接続される。

電動機Ｍは、電力の供給に応じて、サーボアンプ９０の動作制御下で出力軸ＭＳを回転又は回動させる。回転部材Ｒは、出力軸ＭＳに固定されて出力軸ＭＳの回転又は回動に応じて回転又は回動する部材である。回転部材Ｒは、例えば出力軸ＭＳの回転中心Ｘを径方向の中心とし、板面が出力軸ＭＳの延出方向と直交するよう設けられた円盤状の部材であるが、回転部材Ｒの具体的形状はこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。

図２は、回転角度検出器１の構成例を示す模式図である。回転角度検出器１は、リング磁石２と、基板３とを備える。リング磁石２は、回転部材Ｒの一面に固定される。リング磁石２は、回転中心Ｘを中心とする環状の磁性体である。

リング磁石２は、第１着磁列Ｃ１と第２着磁列Ｃ２を有する。第１着磁列Ｃ１及び第２着磁列Ｃ２はそれぞれ、円周方向に極性が交互に変化する着磁列である。第１着磁列Ｃ１は、第２着磁列Ｃ２よりも径が大きい。第１着磁列Ｃ１は、第２着磁列Ｃ２の外側に位置する。

第１着磁列Ｃ１の磁極対Ｗ１の数と第２着磁列Ｃ２の磁極対Ｗ２の数は異なる。図２では、磁極対Ｗ１の数が磁極対Ｗ２の数よりも多い場合を例示しているが、数の多少関係は変更可能である。例えば、第１着磁列Ｃ１の磁極対Ｗ１の数と第２着磁列Ｃ２の磁極対Ｗ２の数の大小関係は逆であってもよい。磁極対Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ、Ｎ極とＳ極を１つずつ含む。

基板３には、磁気センサ１１が設けられる。基板３は、リング磁石２の環と対向する位置で磁気センサ１１を支持する。磁気センサ１１は、リング磁石２の環と非接触の状態で支持され、電動機Ｍの動作に応じて回転するリング磁石２の回転角度に応じた磁場を検知し、検知された磁束密度（又は磁場の強さ）に応じた信号を出力する集積回路（ＩＣ：Integrated Circuit）である。当該出力は、磁気センサ１１のセンサ出力として扱われる。第１実施形態の磁気センサ１１は、第１着磁列Ｃ１からの磁束と第２着磁列Ｃ２からの磁束が合成された磁場を対象とする。

図１では、回転角度検出器１の各構成及び回転部材Ｒは、カバー部材Ｐで覆われている。基板３がカバー部材Ｐに支持されることで、基板３のリング磁石２に対する位置が保持されている。

図３は、基板３の構成例を示す概略構成図である。基板３は、磁気センサ１１、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）１５、レベルシフタＬＳ１、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）２０、レベルシフタＬＳ２、バストランシーバ回路３０、インタフェース（Ｉ／Ｆ）４０、発振器７１、温度監視ＩＣ７２、ＬＯＤ７３、コネクタ８０等を備える。

ＥＥＰＲＯＭ１５は、磁気センサ１１の補正データを記憶する。磁気センサ１１は、動作時にＥＥＰＲＯＭ１５の補正データに応じた出力の補正を行う。磁気センサ１１は、補正された信号をＦＰＧＡ２０に出力する。磁気センサ１１とＥＥＰＲＯＭ１５との接続は、例えばＩ２Ｃ（Inter Integrated Circuit）シリアルバスによるが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。

第１実施形態では、磁気センサ１１とＦＰＧＡ２０との間にレベルシフタＬＳ１が設けられている。レベルシフタＬＳ１は、磁気センサ１１の電圧系とＦＰＧＡ２０と電圧系との間で信号のレベル変換を行う。第１実施形態では、磁気センサ１１とＦＰＧＡ２０とが異なる電圧系の下で動作する。具体的には、磁気センサ１１が５Ｖ系であり、ＦＰＧＡ２０が３．３Ｖ系である。このため、レベルシフタＬＳ１によって、磁気センサ１１から出力される５Ｖ系の信号を３．３Ｖ系の信号に変換してＦＰＧＡ２０の端子２１に入力する。また、レベルシフタＬＳ１によって、端子２１から出力される３．３Ｖ系の信号を５Ｖ系の信号に変換して磁気センサ１１に入力する。

ＦＰＧＡ２０は、磁気センサ１１と、基板３に接続されるサーボアンプ９０との間でプロトコル変換を行う演算回路である。ＦＰＧＡ２０によって、磁気センサ１１のプロトコルとサーボアンプ９０のプロトコルの直接的な互換性に制限されることなく磁気センサ１１及びサーボアンプ９０を採用できる。

ＦＰＧＡ２０の端子２２は、レベルシフタＬＳ２を介してＩ／Ｆ４０と接続される。レベルシフタＬＳ２は、ＦＰＧＡ２０の電圧系とＩ／Ｆ４０と電圧系との間で信号のレベル変換を行う。第１実施形態では、ＦＰＧＡ２０とＩ／Ｆ４０とが異なる電圧系の下で動作する。具体的には、ＦＰＧＡ２０が３．３Ｖ系であり、Ｉ／Ｆ４０が５Ｖ系である。このため、レベルシフタＬＳ２によって、Ｉ／Ｆ４０から端子２２に入力される５Ｖ系の信号を３．３Ｖ系の信号に変換する。また、レベルシフタＬＳ２によって、端子２２から出力される３．３Ｖ系の信号を５Ｖ系の信号に変換してＩ／Ｆ４０に伝送する。レベルシフタＬＳ２は、サーボアンプ９０と接続する通常稼動時はレベルシフタＬＳ２のＯＥ（アウトプットイネーブル）端子３８にてレベルシフタＬＳ２のＩ／Ｆ４０側出力端子を高インピーダンス（ＨｉｇｈＺ）に設定する。これによりレベルシフタＬＳ２のＩ／Ｆ４０側出力を遮断し、バストランシーバ回路３０の出力端子３３、３４へ出入りする信号に干渉しないよう設定される。レベルシフタＬＳ２のＯＥ端子３８への信号は、後述する第２モード時にＦＰＧＡ２０の端子２９より出力される。

ＦＰＧＡ２０の端子２３及び端子群２４は、バストランシーバ回路３０と接続される。バストランシーバ回路３０は、基板３に接続されるサーボアンプ９０とシリアル通信可能な回路である。バストランシーバ回路３０は、ＦＰＧＡ２０とＩ／Ｆ４０との間に介在する。すなわち、ＦＰＧＡ２０とＩ／Ｆ４０との間の信号伝送経路は、レベルシフタＬＳ２を介する経路とバストランシーバ回路３０を介する経路の２つがある。

Ｉ／Ｆ４０には、コネクタ５１又はコネクタ６１が接続可能に設けられている。Ｉ／Ｆ４０は、例えば４ピンの雌コネクタであるが、これに限られるものでない。Ｉ／Ｆ４０の具体的態様は適宜変更可能である。コネクタ５１及びコネクタ６１は、Ｉ／Ｆ４０の具体的態様に対応した態様（例えば、４ピンの雄コネクタ）である。当該４ピンに接続される線のうちのうち２本は電力線（例えば、５Ｖ及びＧＮＤ）であり、他の２本は差動信号を伝送するための信号線である。

ＦＰＧＡ２０は、図示しない外部の正規化処理装置が接続された場合に磁気センサ１１の補正を可能にする。当該正規化処理装置は、補正Ｉ／Ｆ５０に接続される。補正Ｉ／Ｆ５０は、正規化処理装置に設けられているＩ／Ｆとコネクタ５１との間でデータ伝送を可能にする相互変換Ｉ／Ｆである。正規化処理装置に設けられているＩ／Ｆの具体的態様例として、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）Ｉ／Ｆが挙げられるが、これに限られるものでない。正規化処理装置は、例えば、ＵＳＢＩ／Ｆを備え、当該ＵＳＢＩ／Ｆから磁気センサ１１等の磁気センサの補正データを出力可能に設けられたコンピュータであるが、これに限られるものでなく、適宜変更可能である。

コネクタ６１は、サーボアンプ９０に接続されているサーボアンプＩ／Ｆ６０と接続される。磁気センサ１１のセンサ出力は、磁気センサ１１−レベルシフタＬＳ１−ＦＰＧＡ２０−バストランシーバ回路３０−Ｉ／Ｆ４０−コネクタ６１−サーボアンプＩ／Ｆ６０を介してサーボアンプ９０に伝送される。サーボアンプ９０は、磁気センサ１１のセンサ出力が示すリング磁石２の回動角度に基づいて、電動機Ｍの動作を制御する。

図４は、磁気センサ１１に対する２つの信号伝送経路で用いられるプロトコルの例を示す概略説明図である。図４では、磁気センサ１１に採用されているシリアル通信のプロトコルがＢｉＳＳ（Bidirectional Serial Synchronous）、特にＢｉｓｓ Ｃであり、バストランシーバ回路３０及びサーボアンプ９０に採用されているシリアル通信のプロトコルがＲＳ−４８５である場合を例示している。

第１実施形態で採用されているＢｉｓｓ Ｃ及びＲＳ−４８５は、差動信号を利用する半２重のプロトコルである。従って、レベルシフタＬＳ１が介在する磁気センサ１１−ＦＰＧＡ２０間の信号線の数は、Ｂｉｓｓ Ｃで採用される差動信号を伝送するため、２本である。また、レベルシフタＬＳ２が介在するバストランシーバ回路３０−補正Ｉ／Ｆ５０間の信号線の数は、ＲＳ−４８５で採用される差動信号を伝送するため、２本である。図２では、レベルシフタＬＳ１−端子２１間を接続する矢印及びレベルシフタＬＳ２−端子２２間を接続する矢印に斜線と「２」の記載を付して、当該２本の信号線を示している。

また、磁気センサ１１のセンサ出力をＦＰＧＡ２０及びバストランシーバ回路３０が仲介してＩ／Ｆ４０に接続されたサーボアンプ９０に伝送するための経路の一部として利用されるＦＰＧＡ２０−バストランシーバ回路３０間の信号線の数は、ＤＥ（ドライバイネーブル）端子３２ａ及びＤ（ドライバ入力）端子３２ｂの各々に接続される信号線を含む２本である。図３では、係る２つの信号線に対応するＤＥ端子３２ａ及びＤ端子３２ｂならびに後述するＴＥ（ターミネーションイネーブル）端子３２ｃを含む端子群に符号３２を付している。また、図３に示すＦＰＧＡ２０は、ＤＥ端子３２ａに対する出力信号を伝送する端子２４ａ及びＤ端子３２ｂに対する出力信号を伝送する端子２４ｂを有する。端子群２４は、端子２４ａ及びＤ端子３２ｂならびに後述する端子２４ｃを含むさらに、第１実施形態では、基板３のＩ／Ｆ４０に接続された構成がコネクタ５１かコネクタ６１のいずれであるかを識別するための信号伝送経路を結ぶ信号線として、バストランシーバ回路３０のレシーバ出力（Ｒ）端子３１とＦＰＧＡ２０の入力端子２３を接続する信号線が別途設けられている。この信号線の数（＋１）が上記のＤＥ端子３２ａ及びＤ端子３２ｂに接続される信号線の数（２）に加えられることから、図３に示すＦＰＧＡ２０−バストランシーバ回路３０間のＲＳ−４８５の信号線の数は、（２＋１）本である。

なお、ＦＰＧＡ２０−バストランシーバ回路３０間には、さらに、バストランシーバ回路３０のＴＥ端子３２ｃに対する入力をＦＰＧＡ２０の端子２４ｃから行うための信号線が別途設けられているが、この信号線で伝送される信号は、正規化処理装置及びサーボアンプ９０に伝送される信号ではないため、図３におけるＲＳ−４８５の信号線の数（（２＋１）本）に含まない。この信号線で伝送される信号は、バストランシーバ回路３０が第１モードで動作するか第２モードで動作するかを決定する。第１モードは、正規化入力装置からコネクタ５１を介して入力される磁気センサ１１の補正データがＥＥＰＲＯＭ１５に書き込まれる際の動作モードである。第２モードは、バストランシーバ回路３０が磁気センサ１１の出力データに基づいたシリアルデータをプラス（＋）端子３３及びマイナス（−）端子３４から出力する動作モードである。

バストランシーバ回路３０は、基板３の電源ＯＮ時にＩ／Ｆ４０に接続されている構成がコネクタ５１又はコネクタ６１のいずれであるかによって、第１モード又は第２モードのいずれかに切り替わる。第１実施形態では、ＦＰＧＡ２０は、基板３の電源投入後にＩ／Ｆ４０からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいてバストランシーバ回路３０の動作モードを決定する。これは、電源投入後に基板３上に実装されたＦＰＧＡ２０が動作するまでの時間（第１時間）よりも、電源投入後にサーボアンプ９０からの信号入力が開始されるまでの時間（第２時間）が長いことを利用している。具体例を挙げると、第１時間は、例えば百［ｍｓ］である。一方、第２時間は、例えば数百［ｍｓ］である。従って、電源投入後に当該第２時間が経過する前にＩ／Ｆ４０を介した信号の入力があった場合、当該信号は、サーボアンプ９０からの信号ではなく、正規化処理装置からの信号であると判別することができる。なお、磁気センサ１１の補正データの入力が行われる場合、正規化処理装置は基板３の電源投入時に予め動作しているものとする。

第１実施形態のＦＰＧＡ２０は、バストランシーバ回路３０の動作モードの切り替えに関する処理を行う切替検出部２０ａを含む。電源投入後にＩ／Ｆ４０を介して入力された信号は、バストランシーバ回路３０に入力される。当該信号は、Ｒ端子３１から端子２３に入力される。ＦＰＧＡ２０は、第１時間経過後に動作する。従って、切替検出部２０ａは、動作開始から（第２時間−第１時間）経過後に信号が入力された場合にサーボアンプ９０からの信号であると判定し、（第２時間−第１時間）経過前に信号が入力された場合に正規化処理装置からの信号であると判定する。

電源投入時に正規化処理装置が接続されていることで（第２時間−第１時間）経過前に信号が入力された場合、切替検出部２０ａは、端子２４ｃからターミネーションイネーブル信号を出力する。ターミネーションイネーブル信号は、ＴＥ端子３２ｃを介してバストランシーバ回路３０に入力される。ターミネーションイネーブル信号が入力されたバストランシーバ回路３０は、＋端子３３及び−端子３４の出力インピーダンスを出力遮断時の高インピーダンス（ＨｉｇｈＺ）にするように動作し、終端抵抗を切断する。これによって、バストランシーバ回路３０を介したＦＰＧＡ２０−Ｉ／Ｆ４０間の信号伝送経路が遮断される。このように、バストランシーバ回路３０は第１モードで動作する。これに伴い、レベルシフタＬＳ２を介したＦＰＧＡ２０−Ｉ／Ｆ４０間の信号伝送経路をＯＮにするよう、レベルシフタＬＳ２が動作する。これによって、磁気センサ１１−レベルシフタＬＳ１−ＦＰＧＡ２０−レベルシフタＬＳ２−Ｉ／Ｆ４０−コネクタ５１−補正Ｉ／Ｆ５０間のＢｉＳＳ Ｃプロトコルによる通信が成立し、補正Ｉ／Ｆ５０から補正データが磁気センサ１１に入力される。磁気センサ１１に入力された補正データは、ＥＥＰＲＯＭ１５に記憶される。

一方、電源投入時にサーボアンプ９０が接続されていることで（第２時間−第１時間）経過後に信号が入力された場合、切替検出部２０ａは、上記のターミネーションイネーブル信号の出力を行わない。これによって、＋端子３３及び−端子３４を介したバストランシーバ回路３０からの信号出力が有効になる。このように、バストランシーバ回路３０は第２モードで動作する。また、この場合、レベルシフタＬＳ２は動作しない。これによって、磁気センサ１１−レベルシフタＬＳ１−ＦＰＧＡ２０−バストランシーバ回路３０−Ｉ／Ｆ４０−コネクタ６１−サーボアンプＩ／Ｆ６０間のプロトコル変換を含む通信が成立し、磁気センサ１１からセンサ出力がサーボアンプ９０に伝送される。ＦＰＧＡ２０は、第２モードで動作する場合、磁気センサ１１の入出力に用いられる第１のプロトコル（ＢｉＳＳ Ｃ）をバストランシーバ回路３０の入出力に用いられる第２のプロトコル（ＲＳ−４８５）に変換する処理を行う。

発振器７１は、クロック信号（ＣＬＫ）を出力する。ＦＰＧＡ２０は、端子２５から入力される当該クロック信号に同期して動作する。

温度監視ＩＣ７２は、基板３の温度を監視する温度センサである。温度監視ＩＣ７２は、所定の動作停止温度以上の温度を検出した場合、ＦＰＧＡ２０の動作を停止させる信号（回路遮断信号）を出力する。ＦＰＧＡ２０は、回路遮断信号が端子２６から入力された場合、動作を停止する。この場合、磁気センサ１１−Ｉ／Ｆ４０間の信号伝送経路が遮断され、正規化処理装置、サーボアンプ９０から基板３の動作停止を検出可能な状態になる。動作停止温度は、例えば１００［℃］、１２０［℃］、１５０［℃］のいずれかに設定可能であるが、例示した温度に限られることなく任意の温度を設定可能である。

ＬＯＤ７３は、ＦＰＧＡ２０の電圧レギュレータである。ＦＰＧＡ２０は、ＬＯＤ７３に対応した電圧レールの仕様で設計されている。コネクタ８０は、ＦＰＧＡ２０と直接通信可能に設けられたコネクタである。

なお、第１モードと第２モードの切替方法は、上記の電源投入後の経過時間によるものに限られない。例えば、正規化処理装置とＦＰＧＡ２０との通信フレーム時間と、サーボアンプ９０とＦＰＧＡ２０との通信フレーム時間が異なるように予め設定されていてもよい。この場合、ＦＰＧＡ２０が行う通信と、当該通信中に刻まれるクロック信号（ＣＬＫ）との関係に基づいて、切替検出部２０ａがターミネーションイネーブル信号を出力するか否かを切り替える。

以上、第１実施形態によれば、回転角度検出器１は、円周方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶリング磁石２と、リング磁石２と非接触の状態で対向配置される磁気センサ１１と、磁気センサ１１から参照可能に設けられて磁気センサ１１の補正データを記憶するＥＥＰＲＯＭ１５と、磁気センサ１１の出力データに基づいたシリアルデータを出力するバストランシーバ回路３０と、バストランシーバ回路３０の＋端子３３、−端子３４が接続されるＩ／Ｆ４０と、磁気センサ１１、ＥＥＰＲＯＭ１５、バストランシーバ回路３０及びＩ／Ｆ４０が設けられる基板３と、を備える。従って、バストランシーバ回路３０によって磁気センサ１１の出力がシリアルデータになることから、磁気センサ１１の出力においてシリアル通信可能を採用できる。

また、バストランシーバ回路３０は、Ｉ／Ｆ４０からの入力に基づいて、第１モード又は第２モードのいずれかの動作モードで動作する。第１モードは、磁気センサ１１の補正データがＥＥＰＲＯＭ１５に書き込まれる動作モードである。第２モードは、磁気センサ１１の出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである。従って、磁気センサ１１に対する補正データの入力と磁気センサ１１の出力を含む双方向の通信をＩ／Ｆ４０から行うことができる。このため、図１に示すように、回転角度検出器１がカバー部材Ｐ内に収められている状態であっても磁気センサ１１の補正を行うことができる。すなわち、補正のためにカバー部材Ｐを開けて補正専用のコネクタを用いてＥＥＰＲＯＭ１５に補正データの書き込みを行うような作業が必要ない。このように、サーボアンプ９０との接続と磁気センサ１１の補正を同一のＩ／Ｆ４０で実施できる。

また、バストランシーバ回路３０は、第１モードの場合、＋端子３３、−端子３４のインピーダンスを第２モードよりも高い高インピーダンス（ＨｉｇｈＺ）にする。従って、第１モードの場合に＋端子３３、−端子３４のインピーダンスが高くなることで、データの出力を遮断することができると共にＩ／Ｆ４０に接続された外部の構成から当該遮断を認識可能になる。

また、基板３に設けられて磁気センサ１１とバストランシーバ回路３０との間に介在するＦＰＧＡ２０を備える。ＦＰＧＡ２０は、Ｉ／Ｆ４０からの入力に基づいてバストランシーバ回路３０の動作モードを決定する。従って、ＦＰＧＡ２０によって動作モードを切替可能になる。

また、ＦＰＧＡ２０は、磁気センサ１１とＩ／Ｆ４０との間に介在する。バストランシーバ回路３０が第１モードで動作する場合、磁気センサ１１の補正データは、Ｉ／Ｆ４０からＦＰＧＡ２０及び磁気センサ１１を介して記憶回路に書き込まれる。従って、磁気センサ１１の補正データの入力に採用されるプロトコルと、バストランシーバ回路３０を介したシリアルデータの出力に採用されるプロトコルとを別のプロトコルにすることができる。また、磁気センサ１１の補正データの入力に採用されるデータ伝送経路と、バストランシーバ回路３０を介したシリアルデータの出力に採用されるデータ伝送経路とを別の経路にすることができる。

また、ＦＰＧＡ２０は、電源投入後にＩ／Ｆ４０からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいてバストランシーバ回路３０の動作モードを決定する。従って、動作モードの切替専用の識別データ等を設けることなく、動作モードを切替可能になる。

また、ＦＰＧＡ２０は、バストランシーバ回路３０が第２モードで動作する場合、磁気センサ１１の入出力に用いられる第１のプロトコルをバストランシーバ回路３０の入出力に用いられる第２のプロトコルに変換する処理を行う。従って、磁気センサ１１で採用されるプロトコルとバストランシーバ回路３０で採用されるプロトコルが異なっていても磁気センサ１１とバストランシーバ回路３０が通信可能になる。

また、基板３に設けられて温度を検出する温度監視ＩＣ７２を備える。温度監視ＩＣ７２は、動作停止温度以上の温度を検出した場合、ＦＰＧＡ２０の動作を停止させる。従って、回転角度検出器１がより確実に動作する温度である場合にシリアルデータが出力されるので、出力の精度をより高精度に維持することができる。

さらに、レベルシフタＬＳ１を採用することで、磁気センサ１１の電圧系と、ＦＰＧＡ２０の電圧系とが異なっていても動作可能になる。さらに、レベルシフタＬＳ２を採用することで、ＦＰＧＡ２０の電圧系と、Ｉ／Ｆ４０の電圧系とが異なっていても動作可能になる。

（第２実施形態）
次に、図５及び図６を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態の説明に係り、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図５は、回転角度検出器１Ａの構成例を示す模式図である。第２実施形態では、第１実施形態の回転角度検出器１に代えて、回転角度検出器１Ａを備える。回転角度検出器１Ａは、磁気リング２Ａと、基板３Ａとを備える。磁気リング２Ａは、リング磁石２と同様、回転部材Ｒの一面に固定される。磁気リング２Ａは、回転中心Ｘを径方向の中心とする環状の磁性体である。

磁気リング２Ａは、リング磁石２の第１着磁列Ｃ１と第２着磁列Ｃ２に加えて、第３着磁列Ｃ３を有する。第３着磁列Ｃ３は、円周方向に極性が交互に変化する着磁列である。第３着磁列Ｃ３は、第２着磁列Ｃ２よりも径が大きく、第１着磁列Ｃ１よりも径が小さい。第３着磁列Ｃ３は、第１着磁列Ｃ１と第２着磁列Ｃ２の中間に位置する。

第３着磁列Ｃ３の磁極対Ｗ３の数は、第１着磁列Ｃ１の磁極対Ｗ１の数及び第２着磁列Ｃ２の磁極対Ｗ２の数と異なる。例えば、第３着磁列Ｃ３の磁極対Ｗ３の数が２^ｍ＋ｎ（ｍ，ｎは自然数）であるとすると、第１着磁列Ｃ１の磁極対Ｗ１の数と第２着磁列Ｃ２の磁極対Ｗ２の数のうちいずれか一方が２^ｍ＋ｎ−１、他方が２^ｍ（２^ｎ−１）である。ｍ＝２，ｎ＝３である場合を例とすると、第３着磁列Ｃ３の磁極対Ｗ３の数が２^{（３＋２）}＝２^５＝３２であり、第１着磁列Ｃ１の磁極対Ｗ１の数が２^{（３＋２）}−１＝２^５−１＝３１であり、第２着磁列Ｃ２の磁極対Ｗ２の数が２^２（２^３−１）＝４×（８−１）＝２８である。ここでは、磁極対Ｗ３の数が磁極対Ｗ１の数及び磁極対Ｗ２の数よりも多い場合を例示しているが、数の多少関係は変更可能である。磁極対Ｗ３は、Ｎ極とＳ極を１つずつ含む。

基板３Ａには、磁気センサ１１Ａと磁気センサ１２が設けられる。基板３は、磁気リング２Ａの環と対向する位置で磁気センサ１１Ａ，１２を支持する。磁気センサ１１Ａは、第２着磁列Ｃ２からの磁束と第３着磁列Ｃ３からの磁束が合成された磁場を対象とする。磁気センサ１２は、第１着磁列Ｃ１からの磁束と第３着磁列Ｃ３からの磁束が合成された磁場を対象とする。磁気センサ１１Ａ及び磁気センサ１１は、対象とする磁場が磁気センサ１１と異なる点を除いて磁気センサ１１と同様の機能を奏する構成である。

図６は、基板３Ａの構成例を示す概略構成図である。基板３Ａは、第１実施形態の基板３が備える磁気センサ１１に代えて、磁気センサ１１Ａを備える。また、基板３Ａは、さらに、磁気センサ１２と、ＥＥＰＲＯＭ１６とを備える。

ＥＥＰＲＯＭ１６は、磁気センサ１２の補正データを記憶する。磁気センサ１２は、動作時にＥＥＰＲＯＭ１６の補正データに応じた出力の補正を行う。磁気センサ１２は、磁気センサ１１Ａを介してレベルシフタＬＳ１と接続される。磁気センサ１２と磁気センサ１１Ａとの間の信号線の数は、磁気センサ１１Ａ及び磁気センサ１２に採用されているシリアル通信のプロトコルに対応する。当該プロトコルは、例えば、第１実施形態の磁気センサ１１に採用されているシリアル通信のプロトコルと同様、ＢｉＳＳ Ｃである。磁気センサ１２は、補正された信号を、磁気センサ１１Ａ及びレベルシフタＬＳ１を介してＦＰＧＡ２０に出力する。

磁気センサ１１Ａを介したＥＥＰＲＯＭ１５に対する補正データの入力は、第１実施形態の磁気センサ１１の場合と同様である。磁気センサ１２を介したＥＥＰＲＯＭ１６に対する補正データの入力についても同様である。ただし、第２実施形態では、入力される補正データが磁気センサ１１Ａを対象としたデータであるか磁気センサ１２を対象としたデータであるかを識別するための仕組みが加えられる。当該仕組みの例として、補正データのヘッダに識別のための情報を含める方法が挙げられるが、これに限られるものでなく、識別が可能であれば他の方法であってもよい。以上、特筆した点を除いて、第２実施形態は第１実施形態と同様である。

第２実施形態によれば、３つの着磁列を含む磁気リング２Ａ及び２つの磁気センサ１１Ａ，１２を備える回転角度検出器１Ａであっても、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３実施形態）
次に、図１、図２及び図７を参照して、第３実施形態について説明する。第３実施形態の説明に係り、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図７は、基板３Ｂの構成例を示す概略構成図である。第３実施形態では、第１実施形態の基板３に代えて、基板３Ｂを備える。基板３Ｂは、磁気センサ１１、ＥＥＰＲＯＭ１５、バストランシーバ回路３０Ａ、Ｉ／Ｆ４０Ａ、温度監視ＩＣ７２等を備える。磁気センサ１１、ＥＥＰＲＯＭ１５及び温度監視ＩＣ７２は、第１実施形態のものと同様である。

第３実施形態では、バストランシーバ回路３０Ａが第１プロトコル（例えば、Ｂｉｓｓ Ｃプロトコル）で磁気センサ１１と通信し、第２プロトコル（例えば、ＲＳ−４２２）でサーボアンプ９０と通信する。バストランシーバ回路３０Ａは、ＭＡ（マスター）端子３５ａと接続された信号線で磁気センサ１１に対する入力を行い、ＳＬ（スレーブ）端子３５ｂと接続された信号線で磁気センサ１１からの出力を受け付ける。

第３実施形態のＩ／Ｆ４０Ａは、例えば６ピンの雌コネクタであるが、これに限られるものでない。Ｉ／Ｆ４０Ａの具体的態様は適宜変更可能である。第３実施形態で補正Ｉ／Ｆ５０と接続されるコネクタ５１Ａ及びサーボアンプＩ／Ｆ６０と接続されるコネクタ６１Ａは、Ｉ／Ｆ４０の具体的態様に対応した態様（例えば、６ピンの雄コネクタ）である。当該６ピンに接続される線のうちのうち２本は電力線（例えば、５Ｖ及びＧＮＤ）であり、他の４本は、バストランシーバ回路３０ＡのＭＡ±（マスター）端子３７ａが含む２つの端子（ＭＡ＋とＭＡ−）及びＳＬ±（スレーブ）端子３７Ｂが含む２つの端子（ＳＬ＋とＳＬ−）の各々に接続される信号線である。

第３実施形態では、バストランシーバ回路３０Ａは、Ｉ／Ｆ４０Ａから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。すなわち、第３実施形態では、補正Ｉ／Ｆ５０及びコネクタ５１を介して正規化処理装置から入力される信号の周波数と、サーボアンプＩ／Ｆ６０及びコネクタ６１を介してサーボアンプ９０から入力される信号の周波数とが異なるように予め設定されている。これによって、共通のＩ／Ｆ４０Ａから磁気センサ１１の補正データの入力と磁気センサ１１のセンサ出力とを可能にしている。

第３実施形態では、温度監視ＩＣ７２からの信号がバストランシーバ回路３０Ａのレシーブ（／ＲＥ）端子３６を介して入力される。バストランシーバ回路３０Ａは、回路遮断信号が端子２６から入力された場合、動作を停止する。

第３実施形態によれば、バストランシーバ回路３０は、Ｉ／Ｆ４０から入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。従って、信号の周波数に基づいて第１モードと第２モードを切替可能になる。また、より簡易な構成で電動機Ｍの回転角度を検出することができる。

（第４実施形態）
次に、図１、図５及び図８を参照して、第４実施形態について説明する。第４実施形態の説明に係り、第２実施形態、第３実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

図８は、基板３Ｃの構成例を示す概略構成図である。第４実施形態では、第２実施形態の基板３Ａに代えて、基板３Ｃを備える。基板３Ｃは、磁気センサ１１Ａ、磁気センサ１２、ＥＥＰＲＯＭ１５、ＥＥＰＲＯＭ１６、バストランシーバ回路３０Ａ、Ｉ／Ｆ４０Ａ、温度監視ＩＣ７２等を備える。磁気センサ１１Ａ、ＥＥＰＲＯＭ１５、磁気センサ１２及びＥＥＰＲＯＭ１６は、第２実施形態のものと同様である。バストランシーバ回路３０Ａ及びＩ／Ｆ４０Ａは、第３実施形態のものと同様である。

第４実施形態は、磁気センサ１１に代えて磁気センサ１１Ａが設けられ、さらに磁気センサ１２及びＥＥＰＲＯＭ１６が追加されたことを除いて、第３実施形態と同様である。

第４実施形態によれば、３つの着磁列を含む磁気リング２Ａ及び２つの磁気センサ１１Ａ，１２を備える場合であっても、より簡易な構成で電動機Ｍの回転角度を検出することができる。

なお、上記の実施形態では、リング磁石２及び磁気リング２Ａが環状であり、内側に孔が設けられているが、孔は必須でない。リング磁石２及び磁気リング２Ａは、円周方向にＮ極とＳ極が交互に着磁される構成であればよく、例えば円盤状であってもよい。また、上記の実施形態では、リング磁石２及び磁気リング２Ａに着磁列が複数設けられているが、着磁列は１列であってもよい。

また、ＦＰＧＡ２０と磁気センサ１１（又は磁気センサ１１Ａ，１２）の電圧系が同一である場合、レベルシフタＬＳ１は省略可能である。また、ＦＰＧＡ２０とＩ／Ｆ４０の電圧系が同一である場合、レベルシフタＬＳ２は省略可能である。

特許請求の範囲と実施形態の各構成との対応関係は、例えば以下の通りである。
（請求項１）
円周方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶ環状の磁石（２，２Ａ）と、
前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサ（１１，１１Ａ，１２）と、
前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ１５，１６）と、
前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路（バストランシーバ回路３０，３０Ａ）と、
前記回路の入出力端子（プラス（+）端子３３、マイナス（-）端子３４）が接続されるインタフェース（Ｉ／Ｆ４０，４０Ａ）と、
前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板（３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）と、
を備える回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項２）
前記回路（バストランシーバ回路３０，３０Ａ）は、前記インタフェース（Ｉ／Ｆ４０，４０Ａ）からの入力に基づいて、第１モード又は第２モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記第１モードは、前記磁気センサ（１１，１１Ａ，１２）の補正データが前記記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ１５，１６）に書き込まれる動作モードであり、
前記第２モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである
請求項１に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項３）
前記回路（バストランシーバ回路３０，３０Ａ）は、前記第１モードの場合、前記入出力端子（プラス（+）端子３３、マイナス（-）端子３４）のインピーダンスを前記第２モードよりも高くする
請求項２に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項４）
前記回路（バストランシーバ回路３０，３０Ａ）は、前記インタフェース（Ｉ／Ｆ４０，４０Ａ）から入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する
請求項２又は３に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項５）
前記基板（３，３Ａ）に設けられて前記磁気センサ（１１，１１Ａ，１２）と前記回路（バストランシーバ回路３０）との間に介在する演算回路（ＦＰＧＡ２０）を備え、
前記演算回路は、前記インタフェース（Ｉ／Ｆ ４０，４０Ａ）からの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する
請求項２から４のいずれか一項に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項６）
前記演算回路（ＦＰＧＡ２０）は、前記磁気センサ（１１，１１Ａ，１２）と前記インタフェース（Ｉ／Ｆ ４０）との間に介在し、
前記回路（バストランシーバ回路３０）が前記第１モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路（ＥＥＰＲＯＭ １５，１６）に書き込まれる
請求項５に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項７）
前記演算回路（ＦＰＧＡ２０）は、電源投入後に前記インタフェース（Ｉ／Ｆ ４０）からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路（バストランシーバ回路３０）の動作モードを決定する
請求項５又は６に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項８）
前記演算回路（ＦＰＧＡ２０）は、前記回路（バストランシーバ回路３０）が前記第２モードで動作する場合、前記磁気センサ（１１，１１Ａ，１２）の入出力に用いられる第１のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第２のプロトコルに変換する処理を行う
請求項５から７のいずれか一項に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項９）
前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路（温度監視ＩＣ７２）を備え、
前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路（バストランシーバ回路３０Ａ）の動作を停止させる
請求項１から８のいずれか一項に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）。
（請求項１０）
請求項１から９のいずれか一項に記載の回転角度検出器（１，１Ａ）が設けられた電動機（Ｍ）と、
前記インタフェース（Ｉ／Ｆ ４０，４０Ａ）に接続されたサーボアンプ（９０）と、
を備えるサーボモータシステム（１００）。

１，１Ａ 回転角度検出器
２，２Ａ リング磁石
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 基板
１１，１１Ａ，１２ 磁気センサ
１５，１６ ＥＥＰＲＯＭ
２０ ＦＰＧＡ
３０，３０Ａ バストランシーバ回路
４０，４０Ａ Ｉ／Ｆ
７２ 温度監視ＩＣ
９０ サーボアンプ
１００ サーボモータシステム

Claims (10)

1. 円周方向にＮ極とＳ極が交互に並ぶ環状の磁石と、
   前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサと、
   前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路と、
   前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路と、
   前記回路の入出力端子が接続されるインタフェースと、
   前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板と、
   を備える回転角度検出器。
2. 前記回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて、第１モード又は第２モードのいずれかの動作モードで動作し、
   前記第１モードは、前記磁気センサの補正データが前記記憶回路に書き込まれる動作モードであり、
   前記第２モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである
   請求項１に記載の回転角度検出器。
3. 前記回路は、前記第１モードの場合、前記入出力端子のインピーダンスを前記第２モードよりも高くする
   請求項２に記載の回転角度検出器。
4. 前記回路は、前記インタフェースから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する
   請求項２又は３に記載の回転角度検出器。
5. 前記基板に設けられて前記磁気センサと前記回路との間に介在する演算回路を備え、
   前記演算回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する
   請求項２から４のいずれか一項に記載の回転角度検出器。
6. 前記演算回路は、前記磁気センサと前記インタフェースとの間に介在し、
   前記回路が前記第１モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路に書き込まれる
   請求項５に記載の回転角度検出器。
7. 前記演算回路は、電源投入後に前記インタフェースからの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路の動作モードを決定する
   請求項５又は６に記載の回転角度検出器。
8. 前記演算回路は、前記回路が前記第２モードで動作する場合、前記磁気センサの入出力に用いられる第１のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第２のプロトコルに変換する処理を行う
   請求項５から７のいずれか一項に記載の回転角度検出器。
9. 前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路を備え、
   前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路の動作を停止させる
   請求項１から８のいずれか一項に記載の回転角度検出器。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の回転角度検出器が設けられた電動機と、
    前記インタフェースに接続されたサーボアンプと、
    を備えるサーボモータシステム。

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