JP4731315B2 - Magnetic encoder - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、多関節ロボットの各関節の回転角検出や、自動車のステアリングホイールの位置検出や、ブラシレスDCモータの制御に使用される小型の磁気式エンコーダに関するものである。 The present invention relates to a small-sized magnetic encoder used for, for example, detecting the rotation angle of each joint of an articulated robot, detecting the position of a steering wheel of an automobile, and controlling a brushless DC motor.
従来の磁気式エンコーダとして、モータ本体の反出力側の端面に同軸状態に取り付けられたものがある。この磁気式エンコーダは、モータシャフトの基端部外周に固着された円盤状ボスに、磁性材からなる円盤状のバックヨークが固定され、このバックヨークの表面に円盤状のポールマグネットが取り付けられ、さらに、ポールマグネットからモータの軸方向に離れた位置に基板が固定されている。この基板にはポールマグネットと対向する位置にホール素子が装着されている。そして、これら部品を保護するためにモータ本体にカバーが固着されている(例えば、特許文献1参照)。
前述した従来の磁気式エンコーダは、カバーの側面にケーブルの引込部が設けられ、その引込部にケーブルそのものが挿入されて素線が基板に接続された構成となっているが、このように構成された磁気式エンコーダを外部磁界(モータからの磁気ノイズ除く)の影響を受けるような環境に置いた場合、カバーの引込部取付の側面の磁気シールド面積がその引込部によって小さくなり、ホール素子に対する十分なシールドを確保することが難しかった。 The conventional magnetic encoder described above has a structure in which a cable lead-in portion is provided on the side of the cover, and the cable itself is inserted into the lead-in portion so that the element wire is connected to the substrate. If the magnetic encoder is placed in an environment subject to the influence of an external magnetic field (excluding magnetic noise from the motor), the magnetic shield area on the side of the cover's retracting portion will be reduced by the retracting portion, and the It was difficult to secure a sufficient shield.
本発明は、前述のような課題を解決するためになされたもので、カバーの磁気シールド面積を極力大きくとって、ホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることのできる磁気式エンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a magnetic encoder capable of suppressing the influence of an external magnetic field on the Hall element by making the magnetic shield area of the cover as large as possible. Objective.
本発明に係る磁気式エンコーダは、シャフトの先端部に固着された磁石と、磁石の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子を有し、このホール素子の検出に基づいてシャフトの回転角を演算し、かつ、その回転角情報に基づいて各種の信号を生成する演算処理部と、演算処理部によって生成された各種の信号をそれぞれ外部に出力する複数の回路部と、演算処理部及び複数の回路部に電源を供給する電源回路部とを有する磁気式エンコーダにおいて、シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部にコントローラ側と接続するためのケーブルを接続し、ケーブルの途中に複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えてなり、エンコーダ本体部は、演算処理部が実装された基板と、磁石が基板上の演算処理部と対向するようにシャフトを回転自在に支持するハウジングと、基板を覆うようにハウジングに嵌合するカバーと、カバー及びハウジングにより狭持され、ケーブルの素線のみを挿通させる素線引込部と、基板の演算処理部実装面の反対面に装着され、素線引込部を通じて引き込まれたケーブルの素線が接続されたコネクタと、素線引込部及びケーブルを互いに接触させた状態で双方の外周部を覆って保持する保持部材とを備えたものである。 The magnetic encoder according to the present invention has a magnet fixed to the tip of the shaft and a Hall element that detects a magnetic field change accompanying the rotation of the magnet, and calculates the rotation angle of the shaft based on the detection of the Hall element. And an arithmetic processing unit that generates various signals based on the rotation angle information, a plurality of circuit units that output various signals generated by the arithmetic processing unit to the outside, an arithmetic processing unit, and a plurality of In a magnetic encoder having a power supply circuit section for supplying power to the circuit section, the shaft, magnet, and arithmetic processing section are used as an encoder body section, and a cable for connecting to the controller side is connected to the encoder body section. A relay unit having a plurality of circuit units and a power supply circuit unit is provided on the way, and the encoder main unit includes a substrate on which the arithmetic processing unit is mounted and a magnet that operates on the substrate. A housing that rotatably supports the shaft so as to face the control portion, a cover that fits into the housing so as to cover the substrate, and a wire lead-in portion that is sandwiched between the cover and the housing and allows only the wire of the cable to be inserted And a connector that is mounted on the opposite side of the processing unit mounting surface of the board and connected to the cable wire drawn through the wire lead-in portion, and in a state where the wire lead-in portion and the cable are in contact with each other. And a holding member that covers and holds the outer peripheral portion.
本発明においては、カバー及びハウジングにより狭持された素線引込部にケーブルの素線のみを通すようにしたので、素線引込部の形状を小さくでき、このため、カバーの素線引込部の狭持面の面積(磁気シールド面積)を極力大きくとることが可能になり、その狭持面からのホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることができる。また、素線引込部とコネクタとの間が柔軟性のある素線のみとなるため、コネクタに過大な応力が加わらない。
また、シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部にコントローラ側と接続するためのケーブルを接続し、ケーブルの途中に複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えたので、エンコーダ本体部の小型化が可能になる。
In the present invention, since only the wire of the cable is passed through the wire lead-in portion sandwiched between the cover and the housing, the shape of the wire lead-in portion can be reduced. The area of the holding surface (magnetic shield area) can be made as large as possible, and the influence of the external magnetic field on the Hall element from the holding surface can be suppressed. In addition, since only the flexible wire is provided between the wire lead-in portion and the connector, excessive stress is not applied to the connector.
In addition, a shaft, a magnet, and an arithmetic processing unit are used as an encoder main unit, a cable for connecting to the controller side is connected to the encoder main unit, and a relay unit having a plurality of circuit units and a power circuit unit is provided in the middle of the cable. Therefore, the encoder main body can be miniaturized.
図1は本発明の実施の形態に係る磁気式エンコーダを示す一部断面の外観図、図2は実施の形態におけるエンコーダ本体部を分解して示す斜視図である。
本実施の形態の磁気式エンコーダは、エンコーダ本体部10と、エンコーダ本体部10に取り付けられたケーブル20と、一端がそのケーブル20と接続され、ホットメルト工法により成形された樹脂部材(図示せず)に覆われた中継部30と、中継部30の他端に接続されたケーブル(図示せず)とで構成されている。このケーブルは、図示せぬコントローラに接続される。
FIG. 1 is an external view of a partial cross section showing a magnetic encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view showing an encoder main body in the embodiment.
The magnetic encoder of the present embodiment includes an
エンコーダ本体部10は、先端部に凹部11aが形成されたシャフト11と、シャフト11の凹部11aに嵌入された例えば12kGsの磁束密度を有する磁石12と、上部に凹部13aが形成され、内周部に周方向にシールベアリング13bが配列され、シャフト11の先端部を凹部13aにて回転自在に支持するハウジング13と、磁石12の上方に配置され、下面に磁石12と対向するICチップ14(演算処理部)が実装された基板15と、基板15の上面に装着された例えばオス型コネクタ16と、ケーブル20の複数の素線20aが接続され、オス型コネクタ16に着脱可能に接続されたメス型コネクタ17と、ハウジング13に嵌合した磁性材質のカバー18と、カバー18及びハウジング13により狭持された例えば防塵ゴムからなる素線引込部19とで構成されている。この構成により、エンコーダ本体部10の外形寸法が15mm×15mm×22mmとなっている。
The
前述したICチップ14は、中心がシャフト11の中心軸上にあり、その中心を軸としてその周りに、磁石12の回転に伴う磁界変化を検出するホール素子(図示せず)が90度間隔で配置されている。このICチップ14は、ホール素子の検出に基づいてシャフト11の回転角を演算し、かつ、そのアブソリュートデータ(回転角情報)をPWM信号及びデジタル信号(シリアル通信用)の形で出力すると共に、インクリメンタル信号を生成する。このインクリメンタル信号としては、A相・B相信号、ブラシレスDCモータのコミュテーション信号(U相・V相・W相信号)などがあり、これら信号の切替は、信号モード設定によって行われるようになっている。
The above-described
基板14の上面に装着されたオス型コネクタ16は、一端面に前方に突出した複数の接続ピン(図示せず)が配列されており、また、その接続ピンを四方から囲むように同一端面から前方に突出した四角形の案内部16aが設けられている。カバー18及びハウジング13のシャフト突出面を除く外面には、図示していないが、樹脂のシール材が施されている。このシール材は、エンコーダ本体部10のカバー18側から金型に挿入し、金型との間隙に液状のシール材を流し込むことにより成形されるホットメルト工法によるものである。
The
中継部30は、図示していないが、基板、この基板のケーブル20の中心軸方向の表面に互いに対向するように装着された第1及び第2のコネクタ、基板のケーブル20の中心軸方向の裏面に互いに対向するように装着された第3及び第4のコネクタ、基板に実装された電源回路部、ローパスフィルタ部、通信インターフェース部、出力回路部などから構成されている。前記の電源回路部、ローパスフィルタ部、通信インターフェース部、出力回路部などは、ICチップ14と同じ基板上に実装されていた周辺回路で、その基板から分離されたものである。前述した各コネクタは、例えばL型のボードインコネクタからなり、基板の幅方向(ケーブル20の中心軸と直交する方向)に配列されたスルーホール(図示せず)に、それぞれ複数の端子が挿入されて、半田付けにより固着されている。
Although not shown in the figure, the
電源回路部は、コントローラからの電源5Vを定電圧化し、エンコーダ本体部10のICチップ14などに供給する回路であり、ローパスフィルタ部は、PWM信号をアナログ信号に変換するものである。通信インターフェース部は、回転角のデジタルデータの要求をコントローラから受けたとき、その旨をICチップ14に通知し、この通知に応答してICチップ14からのデジタル信号(アブソリュート)が受信されるとコントローラに転送(シリアル)する。出力回路部は、ICチップ14からのインクリメンタル信号をコントローラに出力する回路である。
The power supply circuit unit is a circuit that converts the power supply 5V from the controller to a constant voltage and supplies it to the
前述したカバー18の一側面には、図2に示すように切欠部18aが形成され、また、ハウジング13には、カバー18の切欠部18aの下部部分と嵌合する突起部13cが形成されている。素線引込部19は、例えば図2に示すように、基部19aと、この基部19aから突出して形成された円筒部19cとから構成されている。基部19aには、ケーブル20の複数の素線20aを通すだけの径を有する穴(図示せず)が設けられ、外周部にカバー18の切欠部18a及びハウジング13の突起部13cが嵌入する溝19bが設けられている。円筒部19cは、基部19aに設けられた穴の中心軸を中心とする同一径の穴19dを有している。この円筒部19cの外径は、ケーブルの外径と同一である。
As shown in FIG. 2, a
素線引込部19は、基部19aに設けられた溝19bにカバー18の切欠部18aを嵌入させ、次いで、ハウジング13をカバー18に嵌合することで狭持される。この場合、ハウジング13の突起部13cが基部19aの下部部分の溝19bに入り込む。この素線引込部19をカバー18とハウジング13とで狭持する前に、まず、熱収縮チューブ40にケーブル20を通し、ケーブル20の複数の素線20aを素線引込部19の円筒部19cの穴19d及び基部19aの穴に通す。そして、素線引込部19の円筒部19cの先端面とケーブル20の素線20aを除く外周部の端面とを接触させて、先にケーブル20に通した熱収縮チューブ40でその部分を覆い、熱によってその熱収縮チューブを収縮させて円筒部19cとケーブル20を締め付ける。この熱収縮チューブ40の収縮により、ケーブル20が素線引込部19に接続された状態となり保持される。
The wire lead-in
このように、素線引込部19の円筒部19cの外径をケーブル20の外径と同じにしたため、ケーブル20そのものを引込部に挿入させる従来と比べ、素線引込部19を小形化でき、これにより、エンコーダ本体部10そのものを小形に、しかもカバー18の素線引込部19の狭持面の面積(磁気シールド面積)を極力大きくとることが可能になり、その狭持面からのホール素子に対する外部磁界の影響を抑えることができる。また、素線引込部19とメス型コネクタ17との間が柔軟性のある素線20aのみとなるため、オス及びメス型のコネクタ16,17に過大な応力が加わらない。
Thus, since the outer diameter of the
10 エンコーダ本体部、11 シャフト、11a 凹部、12 磁石、13 ハウジング、13a 凹部、13b シールベアリング、14 ICチップ、15 基板、16 オス型コネクタ、16a 案内部、17 メス型コネクタ、18 カバー、18a 切欠部、19 素線引込部、19a 基部、19b 溝、19c 円筒部、19d 穴、20 ケーブル、30 中継部、40 熱収縮チューブ。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記シャフト及び磁石、演算処理部をエンコーダ本体部とし、このエンコーダ本体部にコントローラ側と接続するためのケーブルを接続し、前記ケーブルの途中に前記複数の回路部及び電源回路部を有する中継部を備えてなり、
前記エンコーダ本体部は、
前記演算処理部が実装された基板と、
前記磁石が前記基板上の演算処理部と対向するように前記シャフトを回転自在に支持するハウジングと、
前記基板を覆うように前記ハウジングに嵌合するカバーと、
該カバー及び前記ハウジングにより狭持され、前記ケーブルの素線のみを挿通させる素線引込部と、
前記基板の演算処理部実装面の反対面に装着され、前記素線引込部を通じて引き込まれた前記ケーブルの素線が接続されたコネクタと、
前記素線引込部及びケーブルを互いに接触させた状態で双方の外周部を覆って保持する保持部材と
を備えたことを特徴とする請求項1記載の磁気式エンコーダ。 A magnet fixed to the tip of the shaft and a Hall element that detects a magnetic field change accompanying the rotation of the magnet, calculates the rotation angle of the shaft based on the detection of the Hall element, and information about the rotation angle An arithmetic processing unit that generates various signals based on the signal, a plurality of circuit units that output various signals generated by the arithmetic processing unit to the outside, and supplies power to the arithmetic processing unit and the plurality of circuit units In a magnetic encoder having a power supply circuit unit
The shaft, the magnet, and the arithmetic processing unit are used as an encoder main unit, a cable for connecting to the controller main unit is connected to the encoder main unit, and a relay unit including the plurality of circuit units and the power supply circuit unit in the middle of the cable. Prepared
The encoder body is
A substrate on which the arithmetic processing unit is mounted;
A housing that rotatably supports the shaft so that the magnet faces an arithmetic processing unit on the substrate;
A cover fitted to the housing so as to cover the substrate;
A wire lead-in part that is sandwiched between the cover and the housing and allows only the wire of the cable to pass through;
A connector that is attached to the surface opposite to the arithmetic processing unit mounting surface of the substrate and connected to the cable strand drawn through the wire lead-in portion,
The magnetic encoder according to claim 1, further comprising a holding member that covers and holds the outer peripheral portion of the wire drawing portion and the cable in contact with each other.
前記ケーブルの素線を通すだけの径を有する穴が設けられ、外周部に前記カバー及びハウジングの側壁が嵌入する溝が形成された基部と、
該基部から突出して形成され、前記穴の中心軸を中心とする同一径の穴を有する円筒部とから構成され、
前記円筒部の外径が前記ケーブルの外径と同一であることを特徴とする請求項1記載の磁気式エンコーダ。 The wire lead-in part
A base provided with a hole having a diameter sufficient to pass through the strands of the cable, and a groove formed in the outer peripheral portion into which the side wall of the cover and the housing is fitted;
A cylindrical portion having a hole of the same diameter centered on the central axis of the hole, formed to protrude from the base,
The magnetic encoder according to claim 1, wherein an outer diameter of the cylindrical portion is the same as an outer diameter of the cable.
The magnetic encoder according to claim 1, wherein the holding member is a heat shrinkable tube that shrinks by heat.
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