JP2023039053A

JP2023039053A - Multifunctional magnetic rotary encoder

Info

Publication number: JP2023039053A
Application number: JP2021146005A
Authority: JP
Inventors: 純一多田; Junichi Tada
Original assignee: Igarashi Electric Works Ltd
Current assignee: Igarashi Electric Works Ltd
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2023-03-20

Abstract

To provide an inexpensive and precise magnetic rotary encoder that has a less axial deviation and high axial center precision.SOLUTION: A magnetic rotary encoder includes: a rotary spindle configured so as to be connectable to a rotating shaft; a fixed side base for rotatably supporting the rotary spindle; a magnetic sensor; a magnetic sensor output processing circuit; and an encoder output signal generation part including an initial setting part. The encoder output signal generation part includes a function of generating an output signal by processing output of the magnetic sensor output processing circuit on the basis of information on a rotational angle of the rotating shaft of mounting equipment and a condition set by the initial setting part and generating an encoder output signal obtained by converting the output signal to a CAN signal.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、磁気式ロータリーエンコーダに係り、特に、製造者若しくはエンドユーザが種々の機器の回転軸に容易に装着して使用可能な、多機能の磁気式ロータリーエンコーダに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic rotary encoder, and more particularly to a multifunctional magnetic rotary encoder that can be easily mounted on rotary shafts of various devices by manufacturers or end users.

ロータリーエンコーダは、モータの回転軸や、モータで直接若しくは間接的に駆動される各種の機器の回転軸の、角度位置や回転数、及び回転の方向を測定するために使用される。 A rotary encoder is used to measure the angular position, the number of revolutions, and the direction of rotation of a rotating shaft of a motor or a rotating shaft of various devices driven directly or indirectly by a motor.

特許文献１には、円筒部を有する本体内に設けられ回転軸を介して被検体に連結された回転円盤の回転変位量を変位信号変換器で電気信号に変換するロータリーエンコーダが開示されている。
このロータリーエンコーダは、本体の円筒部内に同心的に配置され変位信号変換器の検出部を取付けた円筒部を有する保持体を設け、この保持体の円筒部を、周辺に設けられた複数の弾性体により本体の円筒部に変位可能に連結すると共に、この保持体の内周面に回転円盤を一対の軸受けにより両側から保持して、軸心に設けられた回転軸を介して被検体に回転可能に連結している。 Patent Literature 1 discloses a rotary encoder that converts the amount of rotational displacement of a rotating disc provided in a main body having a cylindrical portion and connected to a subject via a rotating shaft into an electrical signal with a displacement signal converter. .
This rotary encoder is provided with a holder having a cylindrical portion concentrically arranged within a cylindrical portion of a main body and having a detecting portion of a displacement signal transducer mounted thereon, and the cylindrical portion of the holder is attached to a plurality of peripherally provided elastic actuators. It is connected to the cylindrical portion of the main body by the body so as to be displaceable, and the rotating disk is held on both sides by a pair of bearings on the inner peripheral surface of this holding body, and rotates to the subject through a rotating shaft provided at the axis. connected as possible.

特許文献２には、磁石ユニットを保持する磁石ホルダーが、一対の軸受けを介して、円筒状の函体に回転可能に保持された、ロータリーエンコーダが開示されている。磁石ホルダーには、平板状の磁石が固定され、函体内に固定された基板には、一対のＭＲセンサ等が実装されている。函体は、その外周端にばね状の保持部を有し、中空部に、モータの回転軸等の回転体が挿入された状態で、ブラシレスＤＣモータのモータハウジング等に固定されるように構成されている。 Patent Document 2 discloses a rotary encoder in which a magnet holder holding a magnet unit is rotatably held in a cylindrical box via a pair of bearings. A plate-shaped magnet is fixed to the magnet holder, and a pair of MR sensors and the like are mounted on a substrate fixed in the box. The box body has a spring-like holding portion at its outer peripheral end, and is configured to be fixed to a motor housing or the like of a brushless DC motor in a state in which a rotating body such as a rotating shaft of a motor is inserted into the hollow portion. It is

特許文献３には、磁気式のロータリーエンコーダを備えた装置において、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の車両通信網を経由して、ロータリーエンコーダの出力信号を取得することが記載されている。
特許文献４には、車両ネットワークシステムを構成する通信システムとしての、ＣＡＮに関する発明が記載されている。 Patent Literature 3 describes acquisition of an output signal of a rotary encoder via a vehicle communication network such as a CAN (Controller Area Network) in a device provided with a magnetic rotary encoder.
Patent Document 4 describes an invention relating to CAN as a communication system that constitutes a vehicle network system.

特許第３０９４３４９号公報Japanese Patent No. 3094349 特許第６５７８４９９号公報Japanese Patent No. 6578499 特開２０１９－４４９１１号公報JP 2019-44911 A 特開２０１５－１６８３７６号公報JP 2015-168376 A

ロータリーエンコーダを使用して、各種の機器の駆動源であるモータを精度よく制御するためには、モータあるいはそれによって駆動される回転体の回転角度、回転数、回転方向等の正確な情報が必要である。
例えば、自動車に関して運転支援の技術が開発されつつある。そのため、ロータリーエンコーダに関しても、回転角度等の検出精度をより向上させるための、例えば高い耐ノイズ性等、様々な技術が必要とされている。 In order to use a rotary encoder to accurately control a motor, which is the driving source of various devices, accurate information such as the rotation angle, number of rotations, and rotation direction of the motor or the rotating body driven by it is required. is.
For example, driving support technology is being developed for automobiles. Therefore, rotary encoders are also required to have various techniques, such as high noise resistance, in order to further improve the detection accuracy of the rotation angle and the like.

特許文献１に記載の磁気式のロータリーエンコーダは、磁場間隙Ｇを常時均一に保持して適切な波形のパルス出力が得られるように構成すると共に、軸ブレを吸収して磁気円板の接触に基づく故障の発生を防止することを目的としている。しかし、軸方向に離間した２個のベアリングで支持された回転円板と、回転円板外周に配置された磁気抵抗素子の組み合わせでは、軸ブレを十分には解消できず、高い検出精度を確保するのは困難と考えられる。
また、特許文献２に記載のロータリーエンコーダによれば、マグネットが固定されたマグネットホルダーと基板上の一対のＭＲセンサとは、函体内に一体的設けられている。しかし、マグネットホルダーは離間した２個のベアリングで支持され、ＭＲセンサとマグネットとの軸方向の長さも長い。そのため、軸ブレの解消や、マグネットと一対のＭＲセンサの中心位置（軸心）を高精度に一致させる作業に困難を伴う。また、マグネットは函体内にあり、軸の原点位置を決定する作業が別途必要になる。これは、このロータリーエンコーダが、モータと一体に製造することを前提としてモータのハウジングカバー内に装着されるものであり、製造者若しくはエンドユーザが機器の回転軸にロータリーエンコーダを容易に装着できることは、意図されていないためである。 The magnetic rotary encoder described in Patent Document 1 is configured so that the magnetic field gap G is kept uniform at all times to obtain a pulse output with an appropriate waveform, and at the same time, it absorbs shaft shake to prevent contact with the magnetic disk. The purpose is to prevent the occurrence of failures based on However, the combination of a rotating disk supported by two axially spaced bearings and a magnetoresistive element placed on the outer periphery of the rotating disk cannot sufficiently eliminate axial vibration and ensure high detection accuracy. would be difficult to do.
Further, according to the rotary encoder described in Patent Document 2, the magnet holder to which the magnet is fixed and the pair of MR sensors on the substrate are integrally provided in the box. However, the magnet holder is supported by two spaced bearings, and the axial length of the MR sensor and magnet is long. For this reason, it is difficult to eliminate shaft deflection and to align the center positions (axis centers) of the magnet and the pair of MR sensors with high accuracy. Also, since the magnet is inside the box, it is necessary to determine the origin position of the shaft separately. This rotary encoder is mounted inside the housing cover of the motor on the premise that it is manufactured integrally with the motor. , because it is not intended.

ロータリーエンコーダには、回転軸の角度位置や回転数等に関する基本的な情報以外に、多種の特性を出力できる多機能化のニーズも高まっている。
また、磁気式のロータリーエンコーダは、光学式のロータリーエンコーダと比較して、精度は若干劣る半面、構造が簡単であり、安価に供給できる利点があるため、多くの分野で使用されている。
このような磁気式のロータリーエンコーダに関して、構造が小型かつ簡単で安価であるという利点を生かしたまま、より高精度で信頼性が高く、かつ、多機能の製品を供給することが望まれている。
特許文献１～４には、ロータリーエンコーダを多機能化することに関しては記載がない。 There is an increasing need for multifunctional rotary encoders capable of outputting various characteristics in addition to basic information about the angular position and rotation speed of the rotary shaft.
Magnetic rotary encoders are slightly inferior to optical rotary encoders in terms of accuracy, but have the advantages of being simple in structure and being inexpensive to supply, and are therefore used in many fields.
With respect to such magnetic rotary encoders, it is desired to supply products with higher accuracy, higher reliability, and multiple functions, while taking advantage of the advantages of compact, simple, and inexpensive structures. .
Patent Documents 1 to 4 do not describe multifunctionality of the rotary encoder.

本発明の目的は、高精度で信頼性が高く、かつ、用途に応じて多種多様の特性を選択的に出力できる、多機能の磁気式のロータリーエンコーダを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a multifunctional magnetic rotary encoder that is highly accurate and highly reliable and that can selectively output various characteristics according to the application.

本発明の一態様によれば、ロータリーエンコーダは、装着対象となる機器の回転軸の回転角度の情報を外部に出力するロータリーエンコーダであって、
前記回転軸に接続可能に構成された回転主軸と、
前記回転主軸を回転可能に支持する固定側ベースと、
磁気センサと、磁気センサ出力処理回路と、エンコーダ出力信号生成部とが設けられ、前記固定側ベースに固定された基板とを備え、
前記回転主軸は、第一の端部に前記機器の回転軸に接続するためのカップリング部を有し、第二の端部に、一対のＮ極とＳ極を有する円板状の磁石が固定され、
前記磁気センサは、前記回転主軸と共通の軸線上において所定の磁気ギャップを介して、前記磁石と対向しており、
前記基板及び前記磁石は、前記回転主軸、前記固定側ベース及びカバー部材で囲まれた磁気シールド空間内に配置されており、
前記磁気センサ出力処理回路は、前記磁気センサからの信号を基にアブソリュート信号を生成する、アブソリュート信号生成部と、ＳＰＩ通信を行うための第一のＳＰＩコントローラを備えており、
前記エンコーダ出力信号生成部は、初期設定部と、ＳＰＩ通信を行うための第二のＳＰＩコントローラと、ＣＡＮ通信を行うためのＣＡＮコントローラを備えており、
前記エンコーダ出力信号生成部は、
前記装着対象機器の回転軸の回転角度の情報と前記初期設定部で設定された条件に基づき、前記磁気センサ出力処理回路から出力された前記アブソリュート信号を処理して、インクリメンタル若しくはアブソリュートの位相情報を出力信号として生成し、前記出力信号をＣＡＮ信号に変換したエンコーダ出力信号を生成する機能を備えており、
前記初期設定部は、前記ＣＡＮ信号の生成条件として、前記位相情報の特性を決定するためのエンコーダ出力特性と、前記エンコーダ出力特性以外の参考情報を初期設定値として設定する機能を有しており、
前記ＣＡＮ信号には、前記位相情報及び前記参考情報に関するデータが含まれていることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, a rotary encoder is a rotary encoder that outputs information about a rotation angle of a rotation shaft of a device to be mounted to the outside,
a rotating main shaft configured to be connectable to the rotating shaft;
a stationary base that rotatably supports the rotating main shaft;
A substrate provided with a magnetic sensor, a magnetic sensor output processing circuit, and an encoder output signal generation unit and fixed to the fixed base,
The rotating main shaft has a coupling portion for connecting to the rotating shaft of the device at a first end, and a disc-shaped magnet having a pair of N and S poles at the second end. fixed,
The magnetic sensor is opposed to the magnet via a predetermined magnetic gap on an axis common to the rotation main shaft,
The substrate and the magnet are arranged in a magnetically shielded space surrounded by the rotation main shaft, the fixed base and the cover member,
The magnetic sensor output processing circuit includes an absolute signal generation unit that generates an absolute signal based on the signal from the magnetic sensor, and a first SPI controller for performing SPI communication,
The encoder output signal generation unit includes an initialization unit, a second SPI controller for performing SPI communication, and a CAN controller for performing CAN communication,
The encoder output signal generation unit
The absolute signal output from the magnetic sensor output processing circuit is processed based on the information on the rotation angle of the rotation shaft of the device to be worn and the conditions set by the initial setting unit to obtain incremental or absolute phase information. It has a function of generating an encoder output signal by generating an output signal and converting the output signal into a CAN signal,
The initial setting unit has a function of setting the encoder output characteristics for determining the characteristics of the phase information and reference information other than the encoder output characteristics as initial setting values as conditions for generating the CAN signal. ,
The CAN signal includes data regarding the phase information and the reference information.

本発明によれば、ロータリーエンコーダは多種の対象機器に装着可能に構成され、それらの用途に応じて必要な初期設定を行うことで、このロータリーエンコーダの出力条件を変更し、多様な装着対象機器に対して適切な情報を選択的に提供し得る、多機能のロータリーエンコーダを提供することが容易である。 According to the present invention, the rotary encoder is configured to be attachable to a variety of target devices, and by performing the necessary initial settings according to their uses, the output conditions of this rotary encoder can be changed to enable a variety of target devices to be attached. It is easy to provide a multifunctional rotary encoder that can selectively provide information appropriate to the .

また、本発明によれば、前記位相情報に関する優先度が前記参考情報に関する優先度よりも高く設定されている。すなわち、ロータリーエンコーダで生成される複数種のデータフレームに、それらのデータの優先度に応じたＩＤを設定することで、多種の用途に各々最適のＣＡＮネットワークを構築するノードとして使用できる、多機能でかつ耐ノイズ性に優れた磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。 Further, according to the present invention, the priority regarding the phase information is set higher than the priority regarding the reference information. In other words, by setting IDs according to the priority of the data to multiple types of data frames generated by the rotary encoder, it can be used as a node that constructs an optimal CAN network for various purposes. Therefore, it is possible to provide a magnetic rotary encoder that is highly resistant to noise.

本発明の第一の実施例になるロータリーエンコーダの、正面図である。1 is a front view of a rotary encoder according to a first embodiment of the invention; FIG. 図１のＡ－Ａ断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1; 図１に示したロータリーエンコーダの、側面図である。2 is a side view of the rotary encoder shown in FIG. 1; FIG. 第一の実施例になるロータリーエンコーダの、回転主軸、固定側ベース、及びボールベアリングの関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between a rotating main shaft, a fixed base, and ball bearings of the rotary encoder according to the first embodiment; 磁石の一対のＮ極とＳ極の境界の１つの位置、Ｍ２を示す図である。FIG. 11 shows one position, M2, of the boundaries of a pair of north and south poles of a magnet; 第一の実施例になるロータリーエンコーダの、基板の正面図である。It is a front view of a substrate of the rotary encoder according to the first embodiment. 図５の基板上に配設された、ロータリーエンコーダの磁気センサユニット及び処理回路の機能ブロックを示す図である。6 is a diagram showing functional blocks of a magnetic sensor unit and a processing circuit of a rotary encoder arranged on the substrate of FIG. 5; FIG. 第一の実施例のロータリーエンコーダの、組立ての工程を示す図である。It is a figure which shows the process of assembly of the rotary encoder of a 1st Example. 図６に示した処理回路の基本的な動作の一例を示すフローチャートである。7 is a flow chart showing an example of the basic operation of the processing circuit shown in FIG. 6; 図６に示したロータリーエンコーダの機能を説明する図である。7A and 7B are diagrams for explaining the functions of the rotary encoder shown in FIG. 6; FIG. 図６に示した処理回路における、信号の処理の一例を示す図である。7 is a diagram showing an example of signal processing in the processing circuit shown in FIG. 6; FIG. 第一の実施例における、ＣＡＮ信号の構成例を示す図であるFIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a CAN signal in the first embodiment; 第一の実施例における、ＣＡＮネットワークの構成例を示す図である。1 is a diagram showing a configuration example of a CAN network in the first embodiment; FIG. 第二の実施例になる、ロータリーエンコーダが装着されたブラシレスＤＣモータの一例を示す縦断面図である。FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing an example of a brushless DC motor equipped with a rotary encoder according to a second embodiment; 図１２Ａに示した、ブラシレスＤＣモータとロータリーエンコーダとの、続状態を示す横断面図である。12B is a cross-sectional view showing the connection between the brushless DC motor and the rotary encoder shown in FIG. 12A; FIG. 図１２Ａに示した、ブラシレスＤＣモータとロータリーエンコーダとの、組立工程を示すフローチャートである。12B is a flow chart showing the assembly process of the brushless DC motor and the rotary encoder shown in FIG. 12A. 本発明の第三の実施例になる、ロータリーエンコーダがエスカレータの状態監視装置に組み込まれた構成を示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a configuration in which a rotary encoder is incorporated in an escalator condition monitoring device according to a third embodiment of the present invention;

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。 Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の第一の実施例になるロータリーエンコーダについて、図１～図１１Ｂを参照しながら説明する。
まず、図１～図３を参照して、第一の実施例になるロータリーエンコーダの全体的な構造について説明する。
ロータリーエンコーダ１００は、回転主軸１１０と、この回転主軸１１０を支持する固定側ベース１２０と、この固定側ベースの外周にねじ１４２で固定されたカバー部材１４０と、このカバー部材の内側に、基板固定ねじ１４４で固定された基板１５０と、固定側ベース１２０を装着対象機器、例えばモータに固定する支持部材としてのばね板１８０とを備えている。
回転主軸１１０は、その軸方向の中間部が、固定側ベース１２０の円筒部１２２に設けられた１個のボールベアリング１３０を介して、固定側ベース１２０に回転自在に支持されている。基板１５０には、磁気センサや磁気センサ出力処理回路等が設けられている。１９０はコネクタであり、基板１５０上の回路に電力を供給する電力ケーブルや、基板１５０上の回路と外部のＥＣＵ（Electronic Control Unit）３００等との通信を行う通信用バスや通信ケーブルの接続に使用される。なお、ケーブル等は図面上省略してある。 A rotary encoder according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11B.
First, the overall structure of the rotary encoder according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
The rotary encoder 100 includes a rotating main shaft 110, a fixed side base 120 that supports the rotating main shaft 110, a cover member 140 fixed to the outer periphery of the fixed side base with screws 142, and a substrate fixed inside the cover member. It comprises a substrate 150 fixed with a screw 144 and a spring plate 180 as a support member for fixing the fixed side base 120 to a device to be mounted, such as a motor.
The rotation main shaft 110 is rotatably supported by the stationary base 120 at its axially intermediate portion via one ball bearing 130 provided in the cylindrical portion 122 of the stationary base 120 . The substrate 150 is provided with a magnetic sensor, a magnetic sensor output processing circuit, and the like. Reference numeral 190 denotes a connector for connecting a power cable for supplying power to the circuit on the substrate 150, a communication bus for communicating between the circuit on the substrate 150 and an external ECU (Electronic Control Unit) 300 or the like, or a communication cable. used. Cables and the like are omitted from the drawing.

回転主軸１１０、固定側ベース１２０及びカバー部材１４０は、所定の機械的強度を有する磁性材料、例えばＳＵＳ４３０等のステンレス合金鋼で構成されている。基板１５０及び磁石１６０は、回転主軸１１０、固定側ベース１２０及びカバー部材１４０で囲まれた磁気シールド空間１４６内に配置され、外部から加わる磁界の影響を受けないようにシ磁気シールドされている。一方、回転主軸１１０の第一の端部１１４の側は、磁気シールド空間１４６の外に露出した露出部となっており、この露出部に、軸固定用六角ナット等でモータに連結するための、モータ連結用ねじ穴１１６が設けられている。 The rotation main shaft 110, the fixed side base 120 and the cover member 140 are made of a magnetic material having a predetermined mechanical strength, such as stainless alloy steel such as SUS430. The substrate 150 and the magnets 160 are arranged in a magnetically shielded space 146 surrounded by the rotary main shaft 110, the fixed base 120 and the cover member 140, and are magnetically shielded so as not to be affected by externally applied magnetic fields. On the other hand, the first end portion 114 side of the rotating main shaft 110 is an exposed portion exposed to the outside of the magnetic shield space 146, and this exposed portion is provided with a shaft fixing hexagonal nut or the like for connection to the motor. , a screw hole 116 for motor connection is provided.

また、回転主軸１１０は、その第一の端部１１４に、ロータリーエンコーダの装着対象機器の回転軸に接続するためのカップリング部、この例では、差込穴１１２を有している。このカップリング部の差込穴１１２は、その開口部がテーパ面１１３となっている。なお、カップリング部の構造として、上記の例とは逆に、第一の端部に径小の軸部を設け、この径小の軸部を装着対象機器の回転軸に設けたカップリング用の穴に差し込むように構成しても良い。
あるいはまた、市販の円筒状のカップリング機構を使用し、回転主軸１１０の円柱状の第一の端部１１４と装着対象機器の回転軸の円柱状の端部とを、このカップリング機構の円筒部に差し込み、これらを一体に固定して接続するようにしても良い。 Further, the rotary main shaft 110 has a coupling portion, in this example, an insertion hole 112 , for connecting to the rotary shaft of the equipment to which the rotary encoder is attached, at its first end portion 114 . The insertion hole 112 of this coupling portion has a tapered surface 113 at its opening. Contrary to the above example, the structure of the coupling portion is such that a small-diameter shaft portion is provided at the first end, and this small-diameter shaft portion is provided on the rotating shaft of the device to be attached. It may be configured to be inserted into a hole in the
Alternatively, a commercially available cylindrical coupling mechanism can be used and the cylindrical first end 114 of the rotating shaft 110 and the cylindrical end of the rotating shaft of the device to which it is attached can be connected to the cylindrical coupling mechanism. It is also possible to connect them by inserting them into the parts and fixing them integrally.

一方、回転主軸１１０の第二の端部１１７には、磁石固定穴１１８が設けられ、この磁石固定穴に、一対のＮ極とＳ極を有する小型の円板状の磁石１６０が、接着材で固定されている。回転主軸１１０は、第一の端部１１４と第二の端部１１７の中間の位置において、ボールベアリング１３０を介して、固定側ベース１２０に支持されている。
円板状の磁石としては、フェライト磁石でも良く、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を採用しても良い。
カップリング部の差込穴１１２の軸心及び磁石１６０の中心は、回転主軸１１０と共通の軸線Ｏ－Ｏ上に位置している。この共通の軸線Ｏ－Ｏに沿って、磁石１６０と空隙（磁気ギャップ）Ｇを介して、基板１５０上に１対の磁気センサが対向して設置されている。一例として、この磁気ギャップＧは、２．５ｍｍ±０．１ｍｍとなるように管理されている。 On the other hand, the second end 117 of the rotation main shaft 110 is provided with a magnet fixing hole 118, in which a small disk-shaped magnet 160 having a pair of N and S poles is attached. is fixed with The rotation main shaft 110 is supported by the fixed side base 120 via a ball bearing 130 at an intermediate position between the first end portion 114 and the second end portion 117 .
As the disc-shaped magnet, a ferrite magnet may be used, or a rare earth magnet such as a neodymium magnet or a samarium-cobalt magnet may be employed.
The axial center of the insertion hole 112 of the coupling portion and the center of the magnet 160 are located on the common axis OO with the rotation main shaft 110 . A pair of magnetic sensors are placed facing each other on the substrate 150 with a magnet 160 and an air gap (magnetic gap) G interposed therebetween along this common axis OO. As an example, this magnetic gap G is controlled to be 2.5 mm±0.1 mm.

本発明のロータリーエンコーダにおける回転主軸１１０に必要な機能は、その第二の端部で、基板に対して軸ブレ無しに所定の磁気ギャップＧを維持しながら磁石を保持する機能と、その第一の端部をロータリーエンコーダの装着対象機器の回転軸に接続可能とする機能である。
この実施例では、磁石１６０は回転主軸１１０の平坦な端面に接着により固定すれば良い。実用上、磁気センサとして必要な磁石１６０の直径は、７ｍｍ～１１ｍｍの範囲で足りる。 The functions necessary for the rotating main shaft 110 in the rotary encoder of the present invention are the function of holding the magnet while maintaining a predetermined magnetic gap G with respect to the substrate without axial vibration at its second end, and the function of holding the magnet at its second end. It is a function that allows the end of the rotary encoder to be connected to the rotating shaft of the equipment to which the rotary encoder is attached.
In this embodiment, the magnet 160 may be fixed to the flat end face of the rotary main shaft 110 by adhesion. Practically, the diameter of the magnet 160 required for the magnetic sensor is sufficient in the range of 7 mm to 11 mm.

上記の通り、本発明のロータリーエンコーダにおける回転主軸１１０に必要な機能は、小型の円板状の磁石を軸ブレ無しに保持する機能と、ロータリーエンコーダの装着対象機器の回転軸に接続可能とする機能のみである。従って、回転主軸１１０に必要なサイズは、小さなもので良い。そのため、この回転主軸１１０を支える固定側ベース１２０も小さなもので良い。従って、ボールベアリング１３０も１個で足りる。 As described above, the functions required for the rotary main shaft 110 in the rotary encoder of the present invention are the function of holding a small disk-shaped magnet without shaft shake, and the ability to connect to the rotating shaft of the device to which the rotary encoder is attached. Functional only. Therefore, the required size of the rotation main shaft 110 may be small. Therefore, the fixed side base 120 that supports the rotation main shaft 110 may also be small. Therefore, one ball bearing 130 is sufficient.

図１に示したように、回転主軸１１０の回転主軸１１０の第一の端部１１４の外周面には、マーキングＭ１が付与されている。
また、回転主軸１１０の第一の端部１１４の外周側に、プリロードナット１７０が設けられ、このプリロードナット１７０は、ねじ部１７４で回転主軸１１０に螺合し、ボールベアリング１３０に当接するように構成されている。１７５は、プリロードナットを工具で回転させるための切り欠き部である。
ばね板１８０のリング部１８２に、固定側ベース１２０がねじ１８４で固定される。また、ばね板１８０には、装着対象機器に固定するための固定用穴１８６が設けられている。 As shown in FIG. 1, a marking M1 is provided on the outer peripheral surface of the first end portion 114 of the rotation main shaft 110 of the rotation main shaft 110 .
A preload nut 170 is provided on the outer peripheral side of the first end portion 114 of the rotation main shaft 110 . The preload nut 170 is screwed onto the rotation main shaft 110 at a threaded portion 174 so as to abut on the ball bearing 130 . It is configured. 175 is a notch for rotating the preload nut with a tool.
The fixed side base 120 is fixed to the ring portion 182 of the spring plate 180 with screws 184 . In addition, the spring plate 180 is provided with a fixing hole 186 for fixing to the device to which it is attached.

ロータリーエンコーダの精度を高めるために、回転主軸１１０の軸心と磁石１６０の中心軸は共通の軸線Ｏ－Ｏ上において、完全に一致し、かつ、基板１５０の面が軸線Ｏ－Ｏに垂直であることが理想である。しかし、通常のボールベアリングを採用した製品では、軸線Ｏ－Ｏに対して磁石１６０の中心軸の微小なずれ（軸ずれ）は避けられない。そこで、この軸ずれを最小にするために、プリロードナット１７０が使用される。この点については、後で述べる。 In order to improve the accuracy of the rotary encoder, the axis of the rotary main shaft 110 and the central axis of the magnet 160 are perfectly aligned on the common axis OO, and the surface of the substrate 150 is perpendicular to the axis OO. Ideally there is. However, in a product that employs ordinary ball bearings, it is inevitable that the central axis of the magnet 160 is slightly misaligned (axial misalignment) with respect to the axis OO. Therefore, a preload nut 170 is used to minimize this misalignment. This point will be discussed later.

次に、図４Ａは、ロータリーエンコーダ１００における、回転主軸１１０、固定側ベース１２０、及びボールベアリング１３０の関係を詳細に示す図である。１個のボールベアリング（転がり軸受）１３０は、環状に１列に配設された複数のボール１３２と、これらのボールを受けるインナーレース１３４及びアウターレース１３６で構成されている。
このボールベアリング１３０は、プリロードナット１７０の凸部１７２で押圧されて、そのインナーレース１３４が回転主軸１１０の段部１１９に当接し、そのアウターレース１３６が固定側ベース１２０の段部１２４に当接するように構成されている。また、プリロードナット１７０は、嫌気性接着材で回転主軸１１０に固着されている。
図４Ａの例では、プリロードナット１７０でアウターレース１３６を押圧することにより、ボール１３２がＰａ、Ｐｂの点で、各々、アウターレース１３６及びインナーレース１３４に接して回転する。
回転主軸１１０の軸ずれを最小化するために、１個のボールベアリングのアウターレースやインナーレースを、プリロードナットで固定することで、回転主軸１１０の軸心を固定する。これにより、回転主軸の軸ずれを抑制できる。すなわち、円板状の磁石１６０と１対の磁気センサとが、回転主軸１１０と共通の軸線Ｏ－Ｏ上に配列された状態で、プリロードナット１７０が、嫌気性接着材で回転主軸１１０に固着されている。
円板状の磁石と１対の磁気センサの組み合わせの場合、回転主軸１１０の軸心と磁石１６０の中心の、共通の軸線Ｏ－Ｏに対する軸ずれを、±０．１ｍｍ以内に管理することで、高精度の磁気式のロータリーエンコーダを得ることができる。 Next, FIG. 4A is a diagram showing in detail the relationship between the rotating main shaft 110, the fixed side base 120, and the ball bearings 130 in the rotary encoder 100. As shown in FIG. A single ball bearing (rolling bearing) 130 is composed of a plurality of balls 132 arranged in a row in an annular shape, and an inner race 134 and an outer race 136 that receive these balls.
The ball bearing 130 is pressed by the convex portion 172 of the preload nut 170 , the inner race 134 contacts the stepped portion 119 of the rotating main shaft 110 , and the outer race 136 contacts the stepped portion 124 of the stationary base 120 . is configured as Also, the preload nut 170 is fixed to the rotation main shaft 110 with an anaerobic adhesive.
In the example of FIG. 4A, by pressing the outer race 136 with the preload nut 170, the ball 132 rotates in contact with the outer race 136 and the inner race 134 at points Pa and Pb, respectively.
In order to minimize axial misalignment of the rotation main shaft 110, the axial center of the rotation main shaft 110 is fixed by fixing the outer race and the inner race of one ball bearing with a preload nut. As a result, axial misalignment of the rotation main shaft can be suppressed. That is, the disk-shaped magnet 160 and the pair of magnetic sensors are arranged on the axis OO common to the rotation main shaft 110, and the preload nut 170 is fixed to the rotation main shaft 110 with an anaerobic adhesive. It is
In the case of the combination of a disk-shaped magnet and a pair of magnetic sensors, the axial deviation of the axis of the rotation main shaft 110 and the center of the magnet 160 with respect to the common axis OO can be controlled within ±0.1 mm. , a high-precision magnetic rotary encoder can be obtained.

図４Ｂに示したように、磁石１６０の一対のＮ極とＳ極の境界の１つの位置をＭ２とすると、このＭ２は、図１における、回転主軸１１０の第一の端部の外周面のマーキングＭ１と、同じ回転角度の位置を示している。Ｍ２の位置は、磁気シールド空間１４６内にあるため、磁気シールド空間の外に露出した回転主軸の第一の端部１１４に、マーキングＭ１を付与し、その位置を外部から容易に確認できるようにしている。 As shown in FIG. 4B, if one position of the boundary between the pair of N and S poles of the magnet 160 is M2, this M2 is the outer peripheral surface of the first end of the rotation main shaft 110 in FIG. It shows the position of the same rotation angle as the marking M1. Since the position of M2 is within the magnetic shield space 146, the first end 114 of the rotation main shaft exposed outside the magnetic shield space is provided with a marking M1 so that the position can be easily confirmed from the outside. ing.

図５は、ロータリーエンコーダ１００の、基板１５０の正面図である。１５０１Ａは第一のＭＲセンサ、１５０１Ｂは第二のＭＲセンサであり、これらは機械角度で９０度異なる角度位置に配置されている。１４４０は、基板１５０を基板固定ねじ１４４でカバー部材１４０に固定するための、基板固定用穴である。基板１５０は、電気絶縁性かつ非磁性の材料からなる片面基板若しくは両面基板である。基板１５０は、第一のＭＲセンサが、磁石１６０の境界位置Ｍ２と対向し、第二のＭＲセンサが、これと機械角度で９０度異なるＭ３の位置になるようにして、カバー部材１４０に固定される。なお、基板１５０は、カバー部材１４０の代わりに、ピンを介して、固定側ベース１２０に固定しても良い。
ＭＲセンサには、磁気抵抗効果素子（ＭＲ：ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ等）のいずれかを用いたセンサを採用することができる。また、磁気センサとして、ホール素子から出力された電圧（ホール電圧）を増幅し、ＩＣ内部の回路で信号処理するホールＩＣを採用しても良い。
基板１５０には、磁気センサユニット１５００とエンコーダ出力信号生成部１５１０（図６参照）も設けられている。基板１５０は、さらにコネクタ１９０にも接続されている（図示略）。 FIG. 5 is a front view of the substrate 150 of the rotary encoder 100. FIG. A first MR sensor 1501A and a second MR sensor 1501B are arranged at angular positions different by 90 mechanical degrees. 1440 is a board fixing hole for fixing the board 150 to the cover member 140 with the board fixing screw 144 . The substrate 150 is a single-sided or double-sided substrate made of electrically insulating and non-magnetic material. The substrate 150 is fixed to the cover member 140 so that the first MR sensor faces the boundary position M2 of the magnet 160, and the second MR sensor is positioned at M3, which is 90 degrees mechanically different from the boundary position M2. be done. Note that the substrate 150 may be fixed to the fixed base 120 via pins instead of the cover member 140 .
A sensor using any one of magnetoresistive elements (MR: AMR, GMR, TMR, etc.) can be adopted as the MR sensor. Further, as the magnetic sensor, a Hall IC that amplifies the voltage (Hall voltage) output from the Hall element and performs signal processing in a circuit inside the IC may be employed.
The substrate 150 is also provided with a magnetic sensor unit 1500 and an encoder output signal generator 1510 (see FIG. 6). The board 150 is also connected to a connector 190 (not shown).

図６に、図５の基板１５０上に配設された、ロータリーエンコーダ１００の磁気センサユニット１５００及びエンコーダ出力信号生成部１５１０の機能ブロックを示す。
磁気センサユニット１５００は、第一のＭＲセンサ１５０１Ａ、第二のＭＲセンサ１５０１Ｂ、温度センサ１５０１Ｃ、及び、磁気センサ出力処理回路部を備えている。この磁気センサ出力処理回路部は、ＡＤ変換器１５０２、軸ずれ補正処理部１５０３、センサメモリ１５０４、逆正接演算処理部１５０５、アブソリュート信号生成部１５０６、インクリメンタル信号生成部１５０７、及び、第一のＳＰＩコントローラ１５０８を備えている。これらは、プログラムを有するマイクロコンピュータで実現することができる。 FIG. 6 shows functional blocks of the magnetic sensor unit 1500 and the encoder output signal generator 1510 of the rotary encoder 100, which are arranged on the substrate 150 of FIG.
The magnetic sensor unit 1500 includes a first MR sensor 1501A, a second MR sensor 1501B, a temperature sensor 1501C, and a magnetic sensor output processing circuit. This magnetic sensor output processing circuit section includes an AD converter 1502, an axis deviation correction processing section 1503, a sensor memory 1504, an arctangent calculation processing section 1505, an absolute signal generation section 1506, an incremental signal generation section 1507, and a first SPI. A controller 1508 is provided. These can be realized with a microcomputer having a program.

インクリメンタル信号生成部１５０７では、逆正接演算処理部１５０５からの出力に基づき、任意の、例えば４Ｋパルス／回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に回転方向の情報を付加して、４Ｋパルス／回転のインクリメンタル信号（機械角）のデータが生成される。これらの情報は、時系列データとして、センサメモリ１５０４等に記録される。
アブソリュート信号生成部１５０６の出力は、エンコーダ出力信号生成部１５１０へ送られる。
インクリメンタル信号生成部１５０７で生成されたインクリメンタルのデジタル信号は、磁気センサユニット１５００からロータリーエンコーダ１００の外部へ出力され、例えば４Ｋパルス／回転のインクリメンタルの制御信号として利用可能である。 Based on the output from the arctangent calculation processing unit 1505, the incremental signal generation unit 1507 adds rotation direction information to arbitrary digital signals of phase A and phase B of 4K pulses/rotation, for example, to generate 4K pulses/rotation. Rotational incremental signal (mechanical angle) data is generated. These pieces of information are recorded in the sensor memory 1504 or the like as time-series data.
The output of absolute signal generator 1506 is sent to encoder output signal generator 1510 .
The incremental digital signal generated by the incremental signal generator 1507 is output from the magnetic sensor unit 1500 to the outside of the rotary encoder 100, and can be used as an incremental control signal of 4K pulses/rotation, for example.

第一、第二のＳＰＩコントローラ１５０８、１５８０は、磁気センサユニット１５００のアブソリュート信号生成部１５０６と、エンコーダ出力信号生成部１５１０の信号処理部１５２０、及びロータリーエンコーダ１００の外部の制御回路（ＥＣＵ１、ＥＣＵ２、ＥＣＵＮ）等との間で、通信用バス（若しくは通信ケーブル）５００を介して、各種の情報を、パラレル信号若しくはシリアル信号に変換し、通信する機能を有している。例えば、パラレル伝送処理により生成されたＡ相・Ｂ相信号、及び、Ｚ相信号が、シリアル伝送通信の規格に適合したシリアル伝送用の送信データ（ＢＵＳ）に変換され、このＢＵＳ信号が通信ケーブルを介してロータリーエンコーダ１００の外部のモータドライバ（ＥＣＵ）へ送信される。
また、ロータリーエンコーダ１００には、通信用バス（若しくは通信ケーブル）５００を介して、複数の外部のセンサ６００，６０１からそれらの検出データが入力される。例えば、ロータリーエンコーダの雰囲気温度、ロータリーエンコーダが装着されたモータの電流値等である。 The first and second SPI controllers 1508 and 1580 include an absolute signal generator 1506 of the magnetic sensor unit 1500, a signal processor 1520 of the encoder output signal generator 1510, and external control circuits (ECU1, ECU2) of the rotary encoder 100. , ECUN), etc. via a communication bus (or communication cable) 500, various information is converted into a parallel signal or a serial signal and communicated. For example, the A-phase and B-phase signals and the Z-phase signal generated by parallel transmission processing are converted into transmission data (BUS) for serial transmission conforming to serial transmission communication standards, and this BUS signal is transmitted through a communication cable. to a motor driver (ECU) external to the rotary encoder 100 via.
The rotary encoder 100 also receives detection data from a plurality of external sensors 600 and 601 via a communication bus (or communication cable) 500 . For example, the ambient temperature of the rotary encoder, the current value of the motor to which the rotary encoder is attached, and the like.

エンコーダ出力信号生成部１５１０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、若しくはマイクロコンピュータ等により構成されている。このエンコーダ出力信号生成部１５１０は、信号処理部１５２０、初期設定部１５３０、インクリメンタル信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ））生成ユニット１５４０、アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）生成ユニット１５５０、アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ）生成ユニット１５６０、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）１５７０、第二のＳＰＩコントローラ１５８０、及びＣＡＮコントローラ１５９０を備えている。
信号処理部１５２０は、Ｉ／Ｏ部、マイクロプロセッサ、メモリ等で構成されている。信号処理部を構成するプログラム等は外部のＥＥＰＲＯＭに記録されている。 The encoder output signal generator 1510 is configured by an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), a microcomputer, or the like. The encoder output signal generation unit 1510 includes a signal processing unit 1520, an initial setting unit 1530, an incremental signal (A, B, Z, (U, V, W)) generation unit 1540, an absolute signal (A, B, Z, U , V, W) generation unit 1550 , an absolute signal (A, B, Z) generation unit 1560 , a non-volatile memory (EEPROM) 1570 , a second SPI controller 1580 and a CAN controller 1590 .
The signal processing section 1520 is composed of an I/O section, a microprocessor, a memory, and the like. Programs and the like constituting the signal processing section are recorded in an external EEPROM.

エンコーダ出力信号生成部１５１０の初期設定部１５３０は、出力特性設定部１５３２、参考情報設定部１５３４、通信特性設定部１５３６を備えている。初期設定部１５３０は、ユーザによる、ロータリーエンコーダ１００の出力条件等の初期設定値を、端末などのユーザインタフェースを介して受け付ける機能を有する。ユーザインタフェースには、例えば、ロータリーエンコーダ１００に接続されるＥＣＵの画面等を使用する。
出力特性設定部１５３２は、モータの種類・スロット数等を設定する機能や、エンコーダからのＡ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ等の位相情報の出力条件を設定する機能を備えている。ユーザは、予め、装着対象機器の駆動源であるモータの諸元（種類、極数、スロット数等）及び、用途に応じて、信号処理部１５２０のどの機能を採用するかを決定し、初期設定値を設定する。
参考情報設定部１５３４は、出力特性以外の参考情報、例えば、モータの電流波形やエンコーダの出力に関係した情報を取得し、これらを参考情報としてエンコーダから出力し、或いはネットワークに接続されたユーザインタフェースの画面に表示する等の機能を備えている。なお、参考情報は、位相情報に比べてより少ない頻度で出力可能なものが多い。
通信特性設定部１５３６は、ＳＰＩ／ＣＡＮ選択部１５３７と、ＣＡＮの詳細設定部１５３８を備えている。ＳＰＩ／ＣＡＮ選択部１５３７は、エンコーダの出力に、ＳＰＩとＣＡＮのいずれの出力を採用するか、選定する機能を備えている。ＣＡＮの詳細設定部１５３８は、ＣＡＮが選定された場合に、ロータリーエンコーダ１００が、ＣＡＮプロトコルに基づき他の複数のノードとの間で通信ネットワークを構成するために必要な条件・データを設定する。 The initial setting section 1530 of the encoder output signal generating section 1510 includes an output characteristic setting section 1532 , a reference information setting section 1534 and a communication characteristic setting section 1536 . The initial setting unit 1530 has a function of accepting initial setting values such as output conditions of the rotary encoder 100 by the user via a user interface such as a terminal. For example, a screen of an ECU connected to the rotary encoder 100 is used as the user interface.
The output characteristic setting unit 1532 has a function of setting the type of motor, the number of slots, etc., and a function of setting output conditions of phase information such as A, B, Z, U, V, and W from the encoder. The user determines in advance which function of the signal processing unit 1520 to adopt according to the specifications (type, number of poles, number of slots, etc.) of the motor that is the driving source of the device to be worn, and the application. Set the setting value.
The reference information setting unit 1534 acquires reference information other than the output characteristics, for example, information related to the current waveform of the motor and the output of the encoder, and outputs these as reference information from the encoder, or a user interface connected to the network It has functions such as displaying on the screen of It should be noted that most of the reference information can be output less frequently than the phase information.
The communication characteristic setting unit 1536 includes an SPI/CAN selection unit 1537 and a CAN detailed setting unit 1538 . The SPI/CAN selector 1537 has a function of selecting which of the SPI and CAN outputs should be used as the output of the encoder. The CAN detailed setting unit 1538 sets conditions and data necessary for the rotary encoder 100 to configure a communication network with a plurality of other nodes based on the CAN protocol when CAN is selected.

信号処理部１５２０において、インクリメンタル信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ））生成ユニット１５４０は、アブソリュート信号生成部１５０６で生成されたアブソリュート信号（機械角）と、初期設定の条件に基づき、モータの種類やスロット数、極数等に応じた、任意の、例えば３２Ｋパルス／回転の、１組のインクリメンタルのモータ制御信号（電気角）を生成する機能を有する。１つの例を挙げると、スロット数が６の場合電気角１２０度毎、スロット数が８の場合電気角９０度毎に繰り返される、インクリメンタルのモータ制御信号が生成される。このモータ制御信号は、モータのＥＣＵ内で、ブラシ付きモータやブラシレスＤＣモータを制御するための、インクリメンタルモータ駆動信号（Ａ，Ｂ，Ｚ、或いは、Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）を生成するのに使用される。 In the signal processing section 1520, the incremental signal (A, B, Z, (U, V, W)) generation unit 1540 generates the absolute signal (mechanical angle) generated by the absolute signal generation section 1506 and the initial setting conditions. Based on this, it has the function of generating a set of arbitrary incremental motor control signals (electrical angle) of, for example, 32K pulses/rotation according to the type of motor, the number of slots, the number of poles, and the like. As an example, incremental motor control signals are generated that repeat every 120 electrical degrees for six slots and every 90 electrical degrees for eight slots. The motor control signals are incremental motor drive signals (A, B, Z or A, B, Z, U, V, W) for controlling brushed or brushless DC motors in the motor ECU. used to generate the

また、アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）生成ユニット１５５０は、アブソリュート信号生成部１５０６で生成されたアブソリュート信号（機械角）と、初期設定の条件に基づき、モータ制御信号として、例えば３２Ｋパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ信号を含むアブソリュート信号（電気角）を生成する機能を有する。このモータ制御信号は、モータのＥＣＵ内で、ＰＷＭ等のモータ駆動信号を生成するのに使用される。 In addition, the absolute signal (A, B, Z, U, V, W) generation unit 1550 uses the absolute signal (mechanical angle) generated by the absolute signal generation unit 1506 and the initial setting conditions as the motor control signal. , for example, an absolute signal (electrical angle) including A, B, Z, U, V, and W signals of 32K pulses/revolution. This motor control signal is used within the motor's ECU to generate a motor drive signal such as PWM.

アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ）生成ユニット１５６０では、初期設定の条件がステッピングモータ等を対象とするものである。ここでは、アブソリュート信号生成部１５０６で生成されたアブソリュート信号（機械角）と、初期設定の条件に基づき、モータの種類、スロット数、極数等に応じた、例えば３２Ｋパルス／回転のアブソリュートのモータ制御信号（電気角）が生成される。ステッピングモータでは、このモータ駆動信号や運転指令等に基づいてモータ駆動信号が生成され、ＰＷＭ駆動回路を介して、ステッピングモータのＡ相用ステータコイル、Ｂ相用ステータコイルに電圧を印加し、これによってロータ磁石が回転する。 In the absolute signal (A, B, Z) generation unit 1560, initial setting conditions are intended for a stepping motor or the like. Here, based on the absolute signal (mechanical angle) generated by the absolute signal generator 1506 and the conditions of the initial settings, an absolute motor of, for example, 32K pulses/rotation according to the type of motor, the number of slots, the number of poles, etc. A control signal (electrical angle) is generated. In the stepping motor, a motor drive signal is generated based on the motor drive signal, the operation command, etc., and a voltage is applied to the A-phase stator coil and the B-phase stator coil of the stepping motor via the PWM drive circuit. rotates the rotor magnet.

ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等の内部構成は、プログラムの記述の変更等で柔軟に変更できる。そのため、ロータリーエンコーダの装着対象であるモータの種類や用途等に応じた、初期設定の内容を予め幅広く想定し、エンコーダ出力信号生成部１５１０が有する機能を豊富なものとすることで、モータの種類や用途の如何に拘わらず種々のニーズに応えることができる。特に、信号処理部１５２０の構成は、上記のインクリメンタル信号生成ユニット１５４０、アブソリュート信号生成ユニット１５５０、１５６０に限定されるものではなく、各種の回転体を駆動する駆動源の用の制御信号を生成する他の機能を追加しても良い。例えば、ロータリーエンコーダの装着対象が、永久磁石型の同期電動機等のＡＣモータであっても良い。 The internal configuration of FPGA, ASIC, etc. can be flexibly changed by changing the description of the program. Therefore, by assuming a wide range of initial setting contents in advance according to the type and application of the motor to which the rotary encoder is attached, and enriching the functions of the encoder output signal generation unit 1510, the motor type It can meet various needs regardless of the application. In particular, the configuration of the signal processing unit 1520 is not limited to the incremental signal generation unit 1540 and the absolute signal generation units 1550 and 1560 described above, and generates control signals for drive sources that drive various rotating bodies. Other functions may be added. For example, the rotary encoder may be attached to an AC motor such as a permanent magnet type synchronous motor.

図７は、第一の実施例になるロータリーエンコーダの、組立ての工程を示す図である。
Ｓ７０２では、回転主軸１１０を、１個のボールベアリング１３０を介して、固定側ベース１２０に保持する。Ｓ７０４では、プリロードナット１７０により、ボールベアリング１３０のアウターレース１３６を固定側ベース１２０の段部１２４に押し付けることにより、アウターレース１３６の固定側ベース１２０に対する軸方向移動を拘束し、その後、アウターレース１３６と固定側ベース１２０とを嫌気性接着剤で固着する。なお、インナーレース１３４を回転主軸１１０の段部１１９に当接させて、嫌気性接着剤で固着しても良い。
Ｓ７０６では、回転主軸１１０の第二の端部１１７の円形の穴１１８に、１対のＮ，Ｓ極を有する円板状の磁石１６０を固定する。Ｓ７０８では、磁石１６０の外周のＮ，Ｓ極の境界の１つの位置Ｍ２に対応するマーキングＭ１を、回転主軸１１０の第一の端部１１４の外周面に表示する。Ｓ７１０では、１組の磁気センサ１５０１Ａ、１５０１Ｂが配設された円板状の基板１５０を、円周方向における各磁気センサ１５０１Ａ、１５０１Ｂの位置が、固定側ベース１２０に対して所定の位置関係になるように管理して、固定側ベースに仮止めする。すなわち、図５に示した位置関係が確保されるようにして、基板１５０を、固定側ベース１２０に仮止めする。
Ｓ７１２では、磁石１６０と１組の磁気センサ１５０１Ａ、１５０１Ｂの軸芯、及び磁石１６０と１組の磁気センサ間の磁気ギャップＧを所定の公差以内に管理して、基板１５０を固定側ベース１２０に固定する。 FIG. 7 is a diagram showing the steps of assembling the rotary encoder according to the first embodiment.
In S702 , the rotating main shaft 110 is held by the stationary base 120 via one ball bearing 130 . In S704, the preload nut 170 presses the outer race 136 of the ball bearing 130 against the stepped portion 124 of the fixed base 120 to constrain axial movement of the outer race 136 with respect to the fixed base 120. and fixed side base 120 are fixed with an anaerobic adhesive. In addition, the inner race 134 may be brought into contact with the stepped portion 119 of the rotary main shaft 110 and fixed with an anaerobic adhesive.
In S706 , a disc-shaped magnet 160 having a pair of N and S poles is fixed in the circular hole 118 of the second end 117 of the rotation main shaft 110 . In S708 , a marking M1 corresponding to one position M2 of the boundary between the N and S poles on the outer circumference of the magnet 160 is displayed on the outer circumference of the first end 114 of the rotation main shaft 110 . In S710, the disc-shaped substrate 150 on which a pair of magnetic sensors 1501A and 1501B are arranged is arranged such that the positions of the magnetic sensors 1501A and 1501B in the circumferential direction are in a predetermined positional relationship with respect to the fixed base 120. Temporarily fix it to the fixed side base. That is, the board 150 is temporarily fixed to the stationary base 120 so that the positional relationship shown in FIG. 5 is ensured.
In S712, the substrate 150 is attached to the stationary base 120 by controlling the axial cores of the magnet 160 and the pair of magnetic sensors 1501A and 1501B and the magnetic gap G between the magnet 160 and the pair of magnetic sensors within a predetermined tolerance. fixed.

次に、第一の実施例になるロータリーエンコーダ１００の、全般的な動作について、図８～図１０を参照しながら説明する。図８は、図６に示したエンコーダ出力信号生成部１５１０の動作の一例を示すフローチャートであり、図９は、エンコーダ出力信号生成部１５１０の機能を説明する図である。図１０は、磁気センサユニット１５００及びエンコーダ出力信号生成部１５１０における信号の処理を示す図である。 Next, general operations of the rotary encoder 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. FIG. FIG. 8 is a flowchart showing an example of the operation of the encoder output signal generator 1510 shown in FIG. 6, and FIG. 9 is a diagram explaining the function of the encoder output signal generator 1510. FIG. 10 is a diagram showing signal processing in the magnetic sensor unit 1500 and the encoder output signal generator 1510. FIG.

磁気センサユニット１５００の第一、第二のＭＲセンサ１５０１Ａ、１５０１Ｂからは、モータの回転軸の回転に対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言するとセンサのアナログ出力信号の電圧がＳＩＮ波、ＣＯＳ波として出力される（図１０の（Ａ）を参照）。アブソリュート信号生成部１５０６では、逆正接演算処理部１５０５から出力される直線状の信号を基に、モータの回転・角度（機械角）の絶対値を示す例えば３２Ｋパルス／回転のアブソリュート信号のデータが生成される（図１０の（Ｂ）を参照）。なお、ＭＲセンサ１１２２の原点の位置（Ｚ_０）は、Ｍ２に対応する位置である。 From the first and second MR sensors 1501A and 1501B of the magnetic sensor unit 1500, the electric resistance value of the MR sensor corresponding to the rotation of the rotating shaft of the motor, in other words, the voltage of the analog output signal of the sensor is a sine wave, COS It is output as a wave (see (A) of FIG. 10). In the absolute signal generation unit 1506, based on the linear signal output from the arctangent calculation processing unit 1505, absolute signal data of, for example, 32K pulses/rotation indicating the absolute value of the rotation/angle (mechanical angle) of the motor is generated. (See FIG. 10B). The origin position (Z ₀ ) of the MR sensor 1122 is the position corresponding to M2.

エンコーダ出力信号生成部１５１０では、まず、初期設定の情報を取得する（Ｓ８０２）。初期設定の条件が、「インクリメンタル（Ａ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ））信号の生成」である場合には（Ｓ８０４）、第一、第二のＳＰＩコントローラ１５０８、１５８０を介して（図９参照）、アブソリュート信号生成部１５０６から出力される、３２Kパルス／回転のＡ相、Ｂ相、及びＺ相のアブソリュート信号を取得して、メモリに記録する（Ｓ８０５）。そして、インクリメンタル信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ））生成ユニット１５４０で、インクリメンタルの３２Kパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚ相の位相情報、及び回転方向の情報を生成して、不揮発性メモリに記録する（Ｓ８０６）。さらに、アブソリュート信号から、３２Kパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のインクリメンタルの位相情報、及び回転方向の情報を生成して不揮発性メモリに記録する（Ｓ８０７）。そして、指定された通信方式（ＳＰＩ／ＣＡＮ）のデーに変換し、不揮発性メモリに記録すると共に、外部へ出力する（Ｓ８０８）。
初期設定の条件が、例えばブラシレスＤＣモータの制御を前提とした、「アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）の生成」である場合には（Ｓ８１０）、第一、第二のＳＰＩコントローラ１５０８、１５８０を介して、アブソリュート信号生成部１５０６から出力される、３２Ｋパルス／回転のＡ相、Ｂ相、及びＺ相の、アブソリュート信号を取得して、メモリに記録する（Ｓ８１１）。 The encoder output signal generator 1510 first acquires initial setting information (S802). When the initial setting condition is "generation of incremental (A, B, Z, (U, V, W)) signal" (S804), through the first and second SPI controllers 1508, 1580 (See FIG. 9), 32K pulses/revolution A-phase, B-phase, and Z-phase absolute signals output from the absolute signal generator 1506 are obtained and recorded in the memory (S805). Then, the incremental signal (A, B, Z, (U, V, W)) generation unit 1540 generates incremental 32K pulses/rotation phase information of A, B and Z phases and rotation direction information. , is recorded in the non-volatile memory (S806). Further, from the absolute signal, incremental phase information of A, B, Z (U, V, W) of 32K pulses/revolution and rotation direction information are generated and recorded in the non-volatile memory (S807). Then, the data is converted into data of the specified communication method (SPI/CAN), recorded in the nonvolatile memory, and output to the outside (S808).
If the initial setting condition is, for example, "generation of absolute signals (A, B, Z, U, V, W)" assuming control of a brushless DC motor (S810), the first and second SPI controllers 1508 and 1580 of the SPI controller 1508, 1580 acquire the absolute signals of 32K pulses/rotation of A-phase, B-phase, and Z-phase output from the absolute signal generator 1506, and record them in the memory (S811). .

さらに、アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）生成ユニット１５５０において、Ｚ相の信号を基準として、Ａ相若しくはＢ相の出力信号の立ち上がり位相に同期する、原点位置Ｚ_０を基準とする、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相情報、及び回転方向の情報を、アブソリュートの情報として生成してメモリに記録する（Ｓ８１２）。さらに、初期設定の情報から、モータの極数やスロット数に応じた、３２Ｋパルス／回転のアブソリュート（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）信号を生成して不揮発性メモリに記録する（Ｓ８１３、図１０の（Ｃ）参照）。そして、指定された通信方式（ＳＰＩ／ＣＡＮ）のデーに変換し、不揮発性メモリに記録すると共に、外部へ出力する（Ｓ８１４）。 Furthermore, in the absolute signal (A, B, Z, U, V, W) generation unit 1550, the origin position _Z0 is set in synchronization with the rising phase of the A-phase or B-phase output signal with reference to the Z-phase signal. Phase information of each of the U phase, V phase, and W phase and rotation direction information, which are used as references, are generated as absolute information and recorded in the memory (S812). Furthermore, based on the initial setting information, 32K pulses/revolution absolute (A, B, Z, U, V, W) signals are generated according to the number of poles and slots of the motor and recorded in the nonvolatile memory ( (S813, see (C) of FIG. 10). Then, the data is converted into data of the designated communication method (SPI/CAN), recorded in the nonvolatile memory, and output to the outside (S814).

もし、初期設定の条件が、「アブソリュート（Ａ，Ｂ，Ｚ）信号」の生成である場合には（Ｓ８２０）、第一、第二のＳＰＩコントローラ１５０８、１５８０を介して、アブソリュート信号生成部１５０６から出力される、３２Ｋパルス／回転のＡ、Ｂ、Ｚ相の、アブソリュート信号を取得して、メモリに記録する（Ｓ８２１）。さらに、アブソリュート信号生成ユニット１５６０において、Ｚ相の信号を基準として、Ａ相若しくはＢ相の出力信号の立ち上がり位相に同期する、各位相情報、及び回転方向の情報を、アブソリュートの情報として生成してメモリに記録する（Ｓ８２２）。さらに、初期設定の情報から、モータの極数やスロット数に応じた、３２Ｋパルス／回転のアブソリュート（Ａ，Ｂ，Ｚ）信号を生成して不揮発性メモリに記録する（Ｓ８２３）。そして、指定された通信方式（ＳＰＩ／ＣＡＮ）のデーに変換し、不揮発性メモリに記録すると共に、外部へ出力する（Ｓ８２４）。 If the initial setting condition is to generate "absolute (A, B, Z) signals" (S820), the absolute signal generator 1506 A, B, and Z phase absolute signals of 32K pulses/rotation output from are acquired and recorded in the memory (S821). Furthermore, in the absolute signal generation unit 1560, each phase information and rotation direction information synchronized with the rising phase of the A-phase or B-phase output signal are generated as absolute information with reference to the Z-phase signal. Record in memory (S822). Further, from the initial setting information, an absolute (A, B, Z) signal of 32K pulses/revolution is generated according to the number of poles and slots of the motor and recorded in the nonvolatile memory (S823). Then, the data is converted into data of the designated communication method (SPI/CAN), recorded in the nonvolatile memory, and output to the outside (S824).

ロータリーエンコーダと外部のＥＣＵ等の機器とのＣＡＮバスを介した通信は、ＣＡＮプロトコルにおける通信フレームの単位で実施される。
図１１Ａは、ＣＡＮプロトコルで規定されるデータフレームのフォーマットを示す図である。また、図１１Ｂは、ＣＡＮネットワークの構成例を示す図である。ＣＡＮプロトコルではＣＡＮバス１９０として、２線式通信ラインが使用される。ＣＡＮバス１９０は、ＣＡＮ－Ｈ線とＣＡＮ－Ｌ線の２つの信号線で構成されている。
図１１Ａにおいて、車載ネットワークシステムこのデータフレームは、ＣＡＮプロトコルで規定される標準ＩＤフォーマットを示している。データフレームは、ＳＯＦ、ＩＤフィールド、ＲＴＲ、ＩＤＥ、ｒ、ＤＬＣ、データフィールド、ＣＲＣ、ＤＥＬ、ＡＣＫ、ＤＥＬ、及び、ＥＯＦの各フィールドで構成される。
ＩＤフィールドは、データの種類を示す値であるＩＤ（メッセージＩＤ）を格納するフィールドである。複数のノードが同時に送信を開始した場合、ＩＤが小さい値を持つフレームを優先させて通信調停が行われる。
データフィールドは、フレームで送信されるデータの内容を含み、長さは８ｂｉｔ単位で可変である。
基板１５０は磁気シールド空間１４６内に配置されているため、ロータリーエンコーダ内で生成されるＣＡＮ信号は、電磁波ノイズの影響を受けないので、通信エラーの発生を低減できる。なお、ＣＡＮ通信では、通信エラーに関する制御は重要な要素であるが、この具体的な構成は本発明の特徴ではないので、説明を省略する。 Communication between the rotary encoder and an external device such as an ECU via the CAN bus is performed in units of communication frames in the CAN protocol.
FIG. 11A is a diagram showing the format of a data frame defined by the CAN protocol. FIG. 11B is a diagram showing a configuration example of a CAN network. A two-wire communication line is used as the CAN bus 190 in the CAN protocol. The CAN bus 190 is composed of two signal lines, a CAN-H line and a CAN-L line.
In FIG. 11A, this data frame of the in-vehicle network system shows the standard ID format defined by the CAN protocol. A data frame is composed of SOF, ID field, RTR, IDE, r, DLC, data field, CRC, DEL, ACK, DEL, and EOF fields.
The ID field is a field that stores an ID (message ID), which is a value indicating the type of data. When a plurality of nodes start transmission at the same time, priority is given to frames with small ID values, and communication arbitration is performed.
The data field contains the contents of data transmitted in the frame, and its length is variable in 8-bit units.
Since the substrate 150 is arranged within the magnetically shielded space 146, the CAN signal generated within the rotary encoder is not affected by electromagnetic wave noise, so that the occurrence of communication errors can be reduced. It should be noted that in CAN communication, control regarding communication errors is an important element, but since this specific configuration is not a feature of the present invention, the description thereof will be omitted.

図１１Ｂに示したＣＡＮネットワークは、ノードの１つであるロータリーエンコーダ１００の基板１５０に設けられたＣＡＮコントローラ１５９０と、他のードの１つであるＥＣＵ２５０のＣＡＮコントローラ２５９０を含んでいる。ＣＡＮ通信では、情報を"０"と"１"で構成されたデジタル信号に変換して送信する。ＣＡＮプロトコルではデジタル信号の“０”がドミナント（優勢）レベルであり、デジタル信号の“１”はレセッシブレベルである。すなわち、複数の異なるノードからドミナントとレセシブが同時に送信された場合はドミナントが優先される。レセッシブレベルはドミナントレベルによって上書きされる。
例えば、複数のノードの１つであるＣＡＮコントローラ１５９０において、データフレーム７００で、ＣＡＮ信号として、３２Ｋパルス／回転の（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）の位相情報（図１０の（Ｃ）参照）に基づくデータを生成・送信し、データフレーム７０２で、ロータリーエンコーダの回転方向ＣＷ／ＣＣＷ等のデータを生成・送信し、データフレーム７０４で、ロータリーエンコーダの雰囲気温度Ｔｅやモータで駆動される回転体の回転数Ｍｒｐｍ等のデータを生成し、ＣＡＮ通信を行うように構成することができる。
この場合、データフレーム７００の位相情報データの優先度が高いので、初期設定において、ＩＤフィールドのＩＤを小さい値とし、他方、データフレーム７０２、データフレーム７０４データの優先度は相対的に低いので、ＩＤフィールドのＩＤを大きな値に設定する。これにより、３２Ｋパルス／回転の（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）の位相情報データは、ＣＡＮネットワークの複数のノード間で、優先的に通信される。このように、ＣＡＮコントローラ１５９０で生成される複数種のデータフレームのＩＤを、それらのデータの優先度に応じた値に設定することで、このロータリーエンコーダのノードを含む複数のノード間における、ＣＡＮ通信を適切に行うことができる。 The CAN network shown in FIG. 11B includes a CAN controller 1590 provided on the board 150 of the rotary encoder 100, which is one of the nodes, and a CAN controller 2590 of the ECU 250, which is one of the other nodes. In CAN communication, information is converted into a digital signal composed of "0" and "1" and transmitted. In the CAN protocol, a digital signal of "0" is the dominant level and a digital signal of "1" is the recessive level. That is, when dominant and recessive are transmitted from different nodes at the same time, dominant is given priority. The recessive level is overridden by the dominant level.
For example, in the CAN controller 1590, which is one of the plurality of nodes, the phase information of (A, B, Z, U, V, W) of 32K pulses/rotation (( C) Generates and transmits data based on the reference), generates and transmits data such as the rotation direction CW/CCW of the rotary encoder in the data frame 702, and generates and transmits the ambient temperature Te of the rotary encoder and the motor drive in the data frame 704. It is possible to generate data such as the number of revolutions Mrpm of the rotating body to be processed, and perform CAN communication.
In this case, since the priority of the phase information data of the data frame 700 is high, the ID of the ID field is set to a small value in the initial setting. Set the ID in the ID field to a large value. This allows the (A, B, Z, U, V, W) phase information data of 32K pulses/revolution to be preferentially communicated between the nodes of the CAN network. In this way, by setting the IDs of multiple types of data frames generated by the CAN controller 1590 to values corresponding to the priority of the data, CAN Able to communicate properly.

本発明によれば、ロータリーエンコーダの磁石と磁気センサとを回転主軸と共通の軸線上に配列すると共に、回転主軸を固定側ベースに保持する構成としたため、磁石と磁気センサの軸芯、及び磁石と磁気センサ間の磁気ギャップＧを所定の公差以内に管理することが容易である。そのため、高精度で信頼性の高い、かつ小型で構造が簡単な磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。
また、磁石の位置を示すマーキングが磁気シールド空間の外の軸上に表示されているため、ブラシレスＤＣモータの場合、軸の原点位置を決定する作業が不要である。
さらに、ロータリーエンコーダは、初期設定機能を有しており、装着対象機器に応じた初期設定の条件により、多種の特性を選択的に出力できる、多機能の磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。
また、ＣＡＮ通信機能も備えているので、耐ノイズ性の高い、多機能の磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。例えば、ロータリーエンコーダで生成される位相情報データと、モータの電流波形やエンコーダの出力に関係した参考情報とに関する、複数種のデータフレームを生成し、各データフレームにそれらのデータの優先度に応じたＩＤを設定し、他のノードとの間でＣＡＮ通信することができる。そのため、多種の情報を選択的に出力できる、耐ノイズ性の高い、多機能の磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。 According to the present invention, since the magnet and the magnetic sensor of the rotary encoder are arranged on the same axis as the rotation main shaft, and the rotation main shaft is held by the fixed base, the shaft cores of the magnet and the magnetic sensor and the magnet It is easy to manage the magnetic gap G between and the magnetic sensor within a predetermined tolerance. Therefore, it is possible to provide a highly accurate, highly reliable magnetic rotary encoder that is compact and simple in structure.
In addition, since the marking indicating the position of the magnet is displayed on the shaft outside the magnetic shield space, in the case of the brushless DC motor, there is no need to determine the origin position of the shaft.
Furthermore, the rotary encoder has an initial setting function, and it is possible to provide a multi-functional magnetic rotary encoder that can selectively output various characteristics according to the initial setting conditions according to the equipment to be mounted. can.
Moreover, since it also has a CAN communication function, it is possible to provide a multifunctional magnetic rotary encoder with high noise resistance. For example, multiple types of data frames are generated for phase information data generated by a rotary encoder and reference information related to motor current waveforms and encoder outputs, and each data frame is assigned a priority according to the priority of the data. ID can be set and CAN communication can be performed with other nodes. Therefore, it is possible to provide a multifunctional magnetic rotary encoder capable of selectively outputting various types of information and having high noise resistance.

次に、第二の実施例として、第一の実施例のロータリーエンコーダを、ブラシレスＤＣモータに装着した例について、説明する。
図１２Ａは、ロータリーエンコーダが装着された第二の実施例のブラシレスＤＣモータの一例を示す縦断面図である。また、図１２Ｂは、図１２ＡのブラシレスＤＣモータの横断面図であり、かつ、ロータリーエンコーダとの接続状態を示す図である。
ブラシレスＤＣモータ２００は、カップ状のモータハウジング２１０の内部に６個の界磁鉄心２２０を備え、これらに絶縁部材を介して３相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の界磁コイル２２２が巻かれている。各界磁鉄心の間には、スロット２２４がある。各界磁コイル２２２には、インバータから、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電力が印加される。
一方、４極の永久磁石２３０を有するロータ２３２が、回転軸２１４と一体に形成され、これらが、モータハウジング２１０及びエンドカバー２１２に設けられた１対の軸受２１１，２１３により、回転自在に保持されている。回転軸２１４の左端側は、出力軸であり、例えば、減速機構を介して、被駆動部材に連結される。一方、回転軸２１４の右端には、ロータリーエンコーダ１００の回転主軸１１０が軸固定用六角ナット２４０によって固定されている。固定のために、六角ナットの代わりに他種のねじやキーを用いても良い。さらに、ロータリーエンコーダ１００の固定側ベース１２０が、ばね板１８０を介して、モータハウジング２１０に固定されている。ばね板１８０は、モータの偏荷重による回転軸２１４の微小な傾きを吸収する機能がある。
図１２Ｂに示したように、ロータリーエンコーダ１００回転主軸１１０は、そのマーキングＭ１の位置が、ブラシレスＤＣモータのいずれか１つのスロット２２４の中央の位置に一致するようにして、回転軸２１４に連結されている。 Next, as a second embodiment, an example in which the rotary encoder of the first embodiment is attached to a brushless DC motor will be described.
FIG. 12A is a vertical cross-sectional view showing an example of a brushless DC motor of the second embodiment equipped with a rotary encoder. FIG. 12B is a cross-sectional view of the brushless DC motor of FIG. 12A and a diagram showing a connection state with a rotary encoder.
A brushless DC motor 200 has six field cores 220 inside a cup-shaped motor housing 210, and three-phase (U, V, W) field coils 222 are wound around these via insulating members. there is Between each field core is a slot 224 . Each of the field coils 222 is supplied with U-phase, V-phase, and W-phase electric power from the inverter.
On the other hand, a rotor 232 having four poles of permanent magnets 230 is integrally formed with the rotary shaft 214, and these are rotatably held by a pair of bearings 211 and 213 provided on the motor housing 210 and the end cover 212. It is The left end side of the rotary shaft 214 is an output shaft, which is connected to a driven member via, for example, a speed reduction mechanism. On the other hand, the rotary main shaft 110 of the rotary encoder 100 is fixed to the right end of the rotary shaft 214 by a shaft fixing hexagonal nut 240 . Other types of screws and keys may be used instead of hex nuts for fixing. Furthermore, the fixed side base 120 of the rotary encoder 100 is fixed to the motor housing 210 via the spring plate 180 . The spring plate 180 has a function of absorbing a slight tilt of the rotary shaft 214 due to the motor's offset load.
As shown in FIG. 12B, the rotary encoder 100 rotary main shaft 110 is coupled to the rotary shaft 214 such that the position of the marking M1 coincides with the center position of any one slot 224 of the brushless DC motor. ing.

図１３は、エンコーダ出力信号生成部１５１０の動作を示すフローチャートである。
最初に、ユーザにより設定された、モータに関する、初期設定条件を取得する（Ｓ１３００）。
次に、ロータリーエンコーダの回転主軸１１０のカップリング部の差込穴１１２に、モータの回転軸２１４の一端（出力軸側と反対の側）を差し込み、仮止めする（Ｓ１３０２）。
ブラシレスＤＣモータ２００を駆動し、参考情報の電流測定値から、ロータのいずれか１つの、スロット２２４の位置を確認する（Ｓ１３０４）。そして、この確認した１つのスロットの位置と、ロータリーエンコーダの回転主軸１１０上のマーキングＭ１の位置とを合わせる（Ｓ１３０６）。その後、ロータリーエンコーダの回転主軸１１０のモータ連結用ねじ穴１１６に、軸固定用六角ナット２４０をねじ込み、回転主軸１１０をモータの回転軸２１４に固定する（Ｓ１３０８）。
さらに、ロータリーエンコーダの固定側ベース１２０を、ばね板１８０を介して、モータ００のモータハウジング２１０（又はエンドカバー２１２）に固定する（Ｓ１３１０）
そして、ブラシレスＤＣモータ２００を駆動し、初期設定部１５３０で得られる参考情報（１５３４）から、ロータリーエンコーダ１００の出力が正常か否かを、確認する（Ｓ１３１２）。正常であれば、図１０の（Ｃ）に示したような出力が得られる。異常有の場合、その原因を把握し、必要な対策を行って出力の正常化を図る（Ｓ１３１４）。 FIG. 13 is a flow chart showing the operation of the encoder output signal generator 1510. FIG.
First, the initial setting conditions regarding the motor set by the user are acquired (S1300).
Next, one end of the rotary shaft 214 of the motor (the side opposite to the output shaft side) is inserted into the insertion hole 112 of the coupling portion of the rotary main shaft 110 of the rotary encoder and temporarily fixed (S1302).
The brushless DC motor 200 is driven, and the position of the slot 224 of any one of the rotors is confirmed from the current measurement value of the reference information (S1304). Then, the position of the confirmed one slot is aligned with the position of the marking M1 on the rotary main shaft 110 of the rotary encoder (S1306). After that, the shaft fixing hexagonal nut 240 is screwed into the motor connecting screw hole 116 of the rotating main shaft 110 of the rotary encoder to fix the rotating main shaft 110 to the rotating shaft 214 of the motor (S1308).
Further, the fixed side base 120 of the rotary encoder is fixed to the motor housing 210 (or the end cover 212) of the motor 00 via the spring plate 180 (S1310).
Then, the brushless DC motor 200 is driven, and it is confirmed whether or not the output of the rotary encoder 100 is normal from the reference information (1534) obtained by the initial setting section 1530 (S1312). If normal, an output as shown in FIG. 10C is obtained. If there is an abnormality, the cause is identified, and necessary countermeasures are taken to normalize the output (S1314).

本実施例によれば、製造者若しくはエンドユーザが、ブラシレスＤＣモータの回転軸の一端とロータリーエンコーダの回転主軸とを連結することで、ロータリーエンコーダの磁石と磁気センサとが、モータの回転軸と共通の軸線上に高精度に配列される。これにより、高精度で信頼性の高い、かつ小型で構造が簡単な磁気式のロータリーエンコーダを備えた、ブラシレスＤＣモータ提供することができる。
また、ロータリーエンコーダは、初期設定機能を有しており、かつ、ＣＡＮ通信機能も備えているので、ブラシレスＤＣモータに対して、種々のニーズに応えて出力を選択可能でかつ耐ノイズ性の高い、多機能の磁気式のロータリーエンコーダを容易に装着することができる。また、モータドライバでは、ロータリーエンコーダからのモータ制御信号を基に、モータ駆動信号を生成できるため、モータドライバの構成が簡略化される。 According to this embodiment, the manufacturer or the end user connects one end of the rotary shaft of the brushless DC motor and the rotary main shaft of the rotary encoder so that the magnet and the magnetic sensor of the rotary encoder are connected to the rotary shaft of the motor. Accurately aligned on a common axis. As a result, it is possible to provide a brushless DC motor equipped with a highly accurate, highly reliable, compact, and simple-structured magnetic rotary encoder.
In addition, since the rotary encoder has an initial setting function and also has a CAN communication function, it is possible to select the output to meet various needs and has high noise resistance for brushless DC motors. , a multifunctional magnetic rotary encoder can be easily installed. In addition, since the motor driver can generate a motor drive signal based on the motor control signal from the rotary encoder, the configuration of the motor driver is simplified.

本発明のロータリーエンコーダは、装着対象機器の前記回転軸が他の部材、例えば、ベルトで駆動される従動型の回転軸に対しても、適用可能である。
図１４は、本発明の第三の実施例として、本発明のロータリーエンコーダが、エスカレータの状態監視装置に組み込まれて使用される例を示す概念図である。
図１４において、４０１はトラス構造、４０２は一対の欄干、４０３は複数のステップ（踏段）、４０４は無端状の移動手摺である。４１０はエスカレータ制御装置であり、駆動源としてのモータ４２０の回転を制御する。モータ４２０の駆動力は主駆動軸用チェーン４２２によって、モータから主駆動軸４０６に伝えられる。モータ４２０の回転軸には、駆動側エンコーダが装着されている（図示略）。この駆動側エンコーダは、例えば、本発明の第一の実施例に示したようなロータリーエンコーダでも良い。４２４は主駆動用スプロケット、４２６は主手摺駆動用スプロケットである。モータ４２０からの駆動力は、主手摺駆動用スプロケット４２６から第一手摺駆動用チェーン４３０を介して手摺駆動軸（図示略）に伝わる。第一手摺駆動機構４４２は、第一手摺駆動用スプロケット４４０、複数の第一手摺駆動ローラ４４３、第一ローラ駆動用チェーン４４４等を有している。第二手摺駆動機構４６０は、第二手摺駆動用スプロケット４５０、複数の第二手摺駆動ローラ４６２等を有している。モータ４２０で駆動される第一手摺駆動機構４４２及び第二手摺駆動機構４６０により、移動手摺４０４が走行し、モータ４２０の駆動力によって、ステップ４０３及び移動手摺４０４が互いに同期して走行する。
第一手摺駆動用スプロケット４４０の駆動軸には、従動側のエンコーダ１００が取り付けられている。この従動側のエンコーダ１００としては、本発明の第一の実施例に示したようなロータリーエンコーダを使用する。すなわち、ロータリーエンコーダ１００の回転主軸１１０を、第一手摺駆動用スプロケット４４０の駆動軸に固定する。第一手摺駆動用スプロケット４４０の駆動軸の原点位置は、磁石の位置を示すマーキングＭ１の位置である。
エンコーダが一旦エスカレータに組み込まれると、回転軸、ここでは第一手摺駆動用スプロケットのゼロ位置が定まり、ロータリーエンコーダから、常にゼロ位置を座標原点にした回転角度のデジタルデータが出力される。 The rotary encoder of the present invention can also be applied to a driven-type rotary shaft in which the rotary shaft of the equipment to be attached is driven by another member, for example, a belt.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing, as a third embodiment of the present invention, an example in which the rotary encoder of the present invention is used by being incorporated in an escalator condition monitoring device.
In FIG. 14, 401 is a truss structure, 402 is a pair of handrails, 403 is a plurality of steps (steps), and 404 is an endless moving handrail. An escalator control device 410 controls rotation of a motor 420 as a drive source. The driving force of the motor 420 is transmitted from the motor to the main drive shaft 406 by the main drive shaft chain 422 . A drive-side encoder is attached to the rotating shaft of the motor 420 (not shown). This drive side encoder may be, for example, a rotary encoder as shown in the first embodiment of the present invention. 424 is a main driving sprocket, and 426 is a main handrail driving sprocket. The driving force from the motor 420 is transmitted from the main handrail driving sprocket 426 to the handrail driving shaft (not shown) via the first handrail driving chain 430 . The first handrail drive mechanism 442 has a first handrail drive sprocket 440, a plurality of first handrail drive rollers 443, a first roller drive chain 444, and the like. The second handrail drive mechanism 460 has a second handrail drive sprocket 450, a plurality of second handrail drive rollers 462, and the like. The moving handrail 404 runs by the first handrail driving mechanism 442 and the second handrail driving mechanism 460 driven by the motor 420 , and the step 403 and the moving handrail 404 run in synchronization with each other by the driving force of the motor 420 .
A driven-side encoder 100 is attached to the drive shaft of the first handrail drive sprocket 440 . As the encoder 100 on the driven side, a rotary encoder as shown in the first embodiment of the present invention is used. That is, the rotary main shaft 110 of the rotary encoder 100 is fixed to the drive shaft of the first handrail drive sprocket 440 . The origin position of the drive shaft of the first handrail drive sprocket 440 is the position of the marking M1 indicating the position of the magnet.
Once the encoder is installed in the escalator, the zero position of the rotating shaft, here the first handrail driving sprocket, is determined, and the rotary encoder always outputs digital data of the rotation angle with the zero position as the coordinate origin.

この従動側のロータリーエンコーダ１００に、初期設定機能を利用して、エスカレータ制御装置４１０へ出力すべき条件等を設定する。
エスカレータ制御装置４１０は、モータ４２０の回転軸に連結された駆動側エンコーダの出力、すなわち駆動源の回転軸の回転数や回転方向に関する機械角のデータと、第一手摺駆動用スプロケット４４０の駆動軸に連結された従動側エンコーダの出力、すなわち従動型の駆動軸（回転軸）の回転数や回転方向に関する機械角のデータとの比較結果を利用して、主駆動軸用チェーン４２２、第一手摺駆動用チェーン４３０及び第一ローラ駆動用チェーン４４４の弛み量をそれぞれ算出し、各チェーンの弛み量が弛み許容値を超えた場合、弛み量異常を検知して、所定の制御を行う。 The conditions to be output to the escalator control device 410 and the like are set in the rotary encoder 100 on the driven side by using the initial setting function.
The escalator control device 410 receives the output of the drive-side encoder connected to the rotary shaft of the motor 420, that is, the mechanical angle data related to the rotation speed and rotation direction of the rotary shaft of the drive source, and the drive shaft of the first handrail drive sprocket 440. Using the output of the driven-side encoder connected to , that is, the result of comparison with mechanical angle data regarding the rotation speed and rotation direction of the driven-type drive shaft (rotating shaft), the main drive shaft chain 422, the first handrail The amount of slackness of the drive chain 430 and the first roller drive chain 444 is calculated, and when the amount of slackness of each chain exceeds the allowable slackness value, an abnormal slackness amount is detected and predetermined control is performed.

本実施例によれば、製造者若しくはエンドユーザは、エスカレータの状態監視装置における、従動型の回転軸の一端とロータリーエンコーダの回転主軸とを連結することで、容易に、高精度で信頼性の高い磁気式のロータリーエンコーダを使用することが可能になる。また、磁石の位置を示すマーキングが磁気シールド空間の外の軸上に表示されているため、製造者若しくはエンドユーザは、従動型回転軸の原点位置を決定する作業が不要である。
また、本実施例のロータリーエンコーダは、ロータリーエンコーダで生成される位相情報データと、エスカレータの駆動システムに関係した参考情報とに関する、複数種のデータフレームを生成し、各データフレームにそれらのデータの優先度に応じたＩＤを設定し、他のノードとの間でＣＡＮ通信することができる。そのため、エスカレータの制御システムに組み込み、エスカレータの制御に最適の出力を設定してＣＡＮネットワークを構築するノードとして使用できる、多機能で耐ノイズ性の高い磁気式のロータリーエンコーダを提供することができる。 According to this embodiment, the manufacturer or the end user can easily achieve high accuracy and reliability by connecting one end of the driven rotary shaft and the rotary main shaft of the rotary encoder in the escalator condition monitoring device. It becomes possible to use highly magnetic rotary encoders. Also, since the marking indicating the position of the magnet is displayed on the axis outside the magnetic shield space, the manufacturer or end user does not need to determine the origin position of the driven rotary shaft.
Also, the rotary encoder of this embodiment generates a plurality of types of data frames relating to the phase information data generated by the rotary encoder and the reference information related to the escalator drive system, and stores these data in each data frame. An ID according to priority can be set and CAN communication can be performed with other nodes. Therefore, it is possible to provide a multi-functional, highly noise-resistant magnetic rotary encoder that can be incorporated into an escalator control system and used as a node that sets the optimum output for escalator control and constructs a CAN network.

なお、本発明のロータリーエンコーダを従動型の回転軸と組み合わせる方式は、電子機器の製造ラインのベルトコンベアの状態監視等に使用することもできる。すなわち、本発明のロータリーエンコーダは、従動型の回転軸を有する各種の機器に装着して使用することも可能である。 The method of combining the rotary encoder of the present invention with a driven rotary shaft can also be used for monitoring the state of belt conveyors in electronic device manufacturing lines. That is, the rotary encoder of the present invention can be used by being attached to various devices having a driven rotary shaft.

１００ロータリーエンコーダ
１１０回転主軸
１１２カップリング部（差込穴）
１１４回転主軸の第一の端部
１１７回転主軸の第二の端部
１２０固定側ベース
１３０ボールベアリング
１４０カバー部材
１４６磁気シールド空間
１５０基板
１６０磁石
１７０プリロードナット
１９０コネクタ（電源・信号ケーブル用）
２００モータ
３００ＥＣＵ
４１０エスカレータ制御装置
５００通信用バス（若しくは通信ケーブル）
１５００磁気センサユニット
１５０６アブソリュート信号生成部
１５０８第一のＳＰＩコントローラ
１５１０エンコーダ出力信号生成部
１５２０信号処理部
１５３０初期設定部
１５４０インクリメンタル信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ））生成ユニット
１５５０アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ，Ｕ，Ｖ，Ｗ）生成ユニット
１５６０アブソリュート信号（Ａ，Ｂ，Ｚ）生成ユニット
１５７０不揮発性メモリ
１５８０第二のＳＰＩコントローラ
１５９０ＣＡＮコントローラ 100 rotary encoder 110 rotating main shaft 112 coupling portion (insertion hole)
114 first end 117 of rotation main shaft second end 120 fixed side base 130 ball bearing 140 cover member 146 magnetic shield space 150 substrate 160 magnet 170 preload nut 190 connector (for power supply/signal cable)
200 motor 300 ECU
410 escalator control device 500 communication bus (or communication cable)
1500 Magnetic sensor unit 1506 Absolute signal generation unit 1508 First SPI controller 1510 Encoder output signal generation unit 1520 Signal processing unit 1530 Initial setting unit 1540 Incremental signal (A, B, Z, (U, V, W)) generation unit 1550 Absolute signal (A, B, Z, U, V, W) generation unit 1560 Absolute signal (A, B, Z) generation unit 1570 Non-volatile memory 1580 Second SPI controller 1590 CAN controller

Claims

A rotary encoder that outputs information on the rotation angle of the rotation shaft of a device to be mounted to the outside,
a rotating main shaft configured to be connectable to the rotating shaft;
a stationary base that rotatably supports the rotating main shaft;
A substrate provided with a magnetic sensor, a magnetic sensor output processing circuit, and an encoder output signal generation unit and fixed to the fixed base,
The rotating main shaft has a coupling portion for connecting to the rotating shaft of the device at a first end, and a disc-shaped magnet having a pair of N and S poles at the second end. fixed,
The magnetic sensor is opposed to the magnet via a predetermined magnetic gap on an axis common to the rotation main shaft,
The substrate and the magnet are arranged in a magnetically shielded space surrounded by the rotation main shaft, the fixed base and the cover member,
The magnetic sensor output processing circuit includes an absolute signal generation unit that generates an absolute signal based on the signal from the magnetic sensor, and a first SPI controller for performing SPI communication,
The encoder output signal generation unit includes an initialization unit, a second SPI controller for performing SPI communication, and a CAN controller for performing CAN communication,
The encoder output signal generation unit
The absolute signal output from the magnetic sensor output processing circuit is processed based on the information about the rotation angle of the rotation shaft of the device to be worn and the conditions set by the initial setting unit to obtain incremental or absolute phase information. It has a function of generating an encoder output signal by generating an output signal and converting the output signal into a CAN signal,
The initial setting unit has a function of setting the encoder output characteristics for determining the characteristics of the phase information and reference information other than the encoder output characteristics as initial setting values as conditions for generating the CAN signal. ,
A rotary encoder, wherein the CAN signal includes data relating to the phase information and the reference information.

In claim 1,
A rotary encoder, wherein the CAN controller of the encoder output signal generating section sets a priority for the phase information higher than a priority for the reference information.

In claim 2,
The first end of the rotation main shaft is exposed outside the magnetic shield space, and the first end of the rotation main shaft is located at the boundary between the pair of N and S poles of the magnet. A rotary encoder, wherein a marking indicating one position is displayed, the marking being used to determine the origin of the rotation axis of the equipment to be worn.

In claim 2,
The initial setting unit has a function of setting information about the rotating shaft of the mounting target device and output conditions of the encoder output signal generating unit as the initial setting values,
The encoder output signal generation unit has a function of processing the mechanical angle signal output from the magnetic sensor output processing circuit based on the initial setting value, and generating and outputting the CAN signal related to the rotation of the rotary shaft. A rotary encoder, comprising:

In claim 4,
The device to be worn is a motor,
The initial setting unit has a function of setting the type of the motor and the output conditions of the encoder output signal generation unit related to the motor as the initial setting values,
The encoder output signal generation unit has a function of processing the mechanical angle signal based on the initial setting value, and generating and outputting the CAN signal including the electrical angle signal for motor control. A rotary encoder characterized by:

In claim 4,
The rotating shaft of the device to be worn is a driven rotating shaft driven by another member,
The initial setting unit has a function of setting the type of the driven type rotating shaft and the output conditions of the encoder output signal generating unit as the initial setting values,
The encoder output signal generation unit has a function of processing the signal of the mechanical angle based on the initial setting value, and generating and outputting the CAN signal related to the rotation of the rotary shaft of the driven type. and rotary encoder.