JP4733338B2 - 多回転コードシャフトエンコーダ - Google Patents

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    • G01D5/3473Circular or rotary encoders

Description

【0001】
多くの場合、回転部内の回転軸の位置及び回転数を絶対的に掲出することが必要である。例えば、国際公開第99/57522号明細書、ドイツ連邦共和国特許発明第28 17 172号明細書及びドイツ連邦共和国特許出願公開第195 34 995号明細書中に記されているように、多回転コードシャフトエンコーダが、この目的のために使用される。
【0002】
このような多回転コードシャフトエンコーダは、一方ではコンパクトに構成されなければならず、他方では高い測定精度を有さなければならない。ドイツ連邦共和国特許発明第 28 17 172号明細書の多回転コードシャフトエンコーダによれば、減速ギアによって駆動されるコード板が、この入力コード板の包囲領域内に配置されている。この入力コード板とこの入力コード板に対して減速駆動される複数のコード板とを走査するための複数の検出素子が、異なる回路基板上に配置されている。
【0003】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第 195 34 995 号明細書中に記載の多回転コードシャフトエンコーダでは、入力コード板とこの入力コード板に対して減速駆動される複数のコード板とを走査するための複数の検出素子が、共通の1枚の回路基板の片面上に配置されている。このことを実現するため、減速駆動されるこれらのコード板が、入力コード板の隣に間隔をあけて配置されている。このことは、構造の大きさを増大させ、かつ構造的に難しい。何故なら、モジュール構造が不可能だからである。
【0004】
本発明の課題は、コンパクトに構成されていて、モジュール構造を可能にし、そして高い角度分解能を呈する多回転コードシャフトエンコーダを提供することにある。
【0005】
この課題は、第1のコードキャリア3を有し、この第1のコードキャリア3は、入力軸2に連結されていて、この入力軸2の角度位置を検出するために検出装置8によって走査可能であり、前記入力軸2の回転数を測定する複数の別のコードキャリア10,1 1,12を有し、各別のコードキャリア10,11,12が、減速ギア20によって前記第1のコードキャリア3に対して減速して駆動されていて、検出装置30が、各別のコードキャリア10,11,12を走査するために設けられていて、前記複数の別のコードキャリア10,11,12は、前記第1のコードキャリア3の円周領域の内側に配置されている、多回転コードシャフトエンコーダにおいて、前記第1のコードキャリア3に対する前記検出装置8及び前記別のコードキャリア10,11,12に対する前記検出装置30は、回路基板4の共通の面40上に配置されていること、及び、前記回路基板4は、前記第1のコードキャリア3と前記別のコードキャリア10,11,12との間に間隔をあけて配置されていることによって解決される。
【0006】
本発明の利点は、入力コードキャリアとこの入力コードキャリアに対して減速駆動されるコードキャリアの複数の検出装置が、公知の接触法にしたがって共通の方法ステップで1つの回路基板の片面上だけに取付けられ得る点にある。
【0007】
回路基板に対向する面は、信号を処理するための別の構成要素用に任意に使用され、別の方法に応じて装着され得る。さらに、多回転コードシャフトエンコーダの円周の全体が、入力コードキャリアのコード部用に少なくとも十分に使用され得る。これによって、角度の最大分解能が、多回転コードシャフトエンコーダの円周の全体に依存して可能になる。
【0008】
本発明の好適な構成は、従属請求項中に記載されている。
【0009】
本発明の実施の形態は、図中に示されている。
【0010】
多回転コードシャフトエンコーダは、モジュール式に構成されていて、支持部1、固定された入力コード板を有する入力軸2、回路基板4及び多回転部5をから構成される。入力軸2の回転中に絶対位置を検出するため、コード部6がこの入力軸2に支承されている。このコード部6が、光源7によって照射され、そして検出装置8によって走査される。このコード部6は、多重トラックコード、一般にグレイコードである。この場合、最も細いトラックが、高分解能のインクリメンタルトラックである。可能な限り多くの目盛周期をその円周にわたって配置できるようにするため、このインクリメンタルトラックは、コード板3の円周に沿って可能な限り外側に配置されている。目盛周期がその円周の全体にわたって多く配置されているほど、当該多回転コードシャフトエンコーダの検出すべき角度分解能は高い。
【0011】
入力軸2は、支持部1内に回転可能に軸支されていて、別のコードキャリア10,11,12を減速駆動させる。この目的のために、減速ギア20が多回転部5内に配置されている。図1中では、歯車21,22が断面で示されている。これらの別のコードキャリア10,11,12は、入力軸2の回転数を測定するために使用される。この場合、各コード板10,11,12は、減速ギア20を介して前方に連結されたそれぞれのコードキャリア10,11,12によって減速駆動される。また、検出装置30が、各コードキャリア10,11,12を走査するために設けられている。図中では、これらの検出装置30のうちの1つだけが見て取れる。スペースを節約した構造にするため、これらのコードキャリア10,11,12は、少なくともほぼ完全に入力コード板3の円周領域の内側に配置されている。
【0012】
コードキャリア10,11,12の回転軸D10,D11,D12、入力軸2に対して同心円状にかつ平行に配置されている。そしてこれらのコードキャリア10,11,12は、同一平面上に配置されている。これらのコードキャリアの各々は、円周方向に沿って交互に配列された磁極(N−S)を有する磁石10,11,12である。最も簡単な場合では、これらの磁石10,11,12がそれぞれ、N極とS極を1つだけ有する棒磁石として構成されている。このような磁石10が、図3中に正面図で示されている。この磁石10の磁場が、磁場を感知する検出装置30によって検出される。この検出装置30は、磁極NとSの角度位置に応じて電気信号を生成して出力する。この測定信号は、角度位置に依存した特に1つのデジタル式のシリアルコード語にすぎない。さらに、検出装置30の各々は好ましくは、ホール抵抗素子又は磁気抵抗素子の形態をした複数の磁場感知センサ素子を、間隔をあけて集積配置した半導体基板である。そして、複数のビットから成るデジタル式の1つのコード語を検出装置30の出力部でそれぞれ出力するため、これらの検出装置30には、増幅器とアナログ・デジタル変換器を有する評価回路がある。このコード語は、敷設された磁石10,11,12の絶対角度位置を示す。
【0013】
入力コード板3を光電式に走査する検出装置8と磁石10,11,12の磁場を検出する検出装置30は、半導体素子であり、かつ共通の面40つまり回路基板4の面上に取付けられていて電気的に接触されている。回路基板4のこの面40は、入力コード板3に直接対向して配置されている。磁石10,11,12を有する多回転部5は、回路基板4の別の面41に対向している。回路基板4の一方の面40は、好ましくは第1の方法によって装着されている。そして反対側の面41は、この第1の方法とは異なる第2の方法によって装着されている。光電式の検出装置8と磁場感知式の検出装置30は、ワイヤボンディングによって面40上に接触されている。そして検出装置8,30の走査信号を信号処理する電気的な構成要素は、SMD構成要素であり、かつ反対側の面41上に面搭載されている。
【0014】
回路基板4は、この回路基板4が光電式の検出装置8を支持し、かつこの回路基板4が支持部1に固定されている領域内では少なくとも厚く形成されていて、それと同時に堅牢に形成されている。磁場を感知する検出装置30が配置されていて、磁石10,11,12の磁場を検出する走査領域内では、回路基板4の厚さが低減されているか又は複数の穿孔を有する。図1では、この一方の薄く形成された領域が袋孔50の形態で示されている。図2中には、磁石10,11,12用の袋孔50,51,52がそれぞれ概略的に示されている。この手段には、磁場を感知する検出装置30と磁石10,11,12との間の間隔が回路基板4の厚さにほぼ等しくか又はそれよりも薄く選択され得るという利点がある。これによって、特性、特に走査信号の振幅が大きくなる。
【0015】
多回転部5、コード板3及び回路基板4が、共通のカバー9によって環境の影響から保護されている。
【0016】
図1,2による実施の形態では、コード板3が通過光で走査される。しかし、光源7も面40側の回路基板4上に配置されていて、そこで特に接触もされていることによって、本発明は、照射光で走査可能であるコード板のときでも適用可能である。
【0017】
第1のコード板3が回路基板4と磁石10,11,12との間に配置されているならば、コンパクトな構造も実現可能である。この第1のコード板3は、同様に検出装置8によって通過光走査法(Durchlicht−Abtastverfahren)又は照射光走査法(Auflicht−Abtastverfahren)で走査され得る。当該両案が、図4中に示されている。照射光走査法では、光源7が回路基板4上で検出装置8の隣にある。通過光走査法では、光源7が入力コード板3の別の面上にある。全ての検出装置8,30が、このコード板に対向している回路基板4の面上に取付けられている。磁石10,11,12の磁場が、コード板3を通過して回路基板4上の磁場を感知する検出装置30に到達する。それ故に、このコード板3は、強磁性でない物質から作られる。
【0018】
図5中には、第3の実施の形態が概略的に示されている。同様に作用する部分は、先の例と同じ符号で示されている。入力軸2によって直接駆動される入力コード板3は、回路基板4の反対側の面41に対向して配置されている。回路基板4の別の面40は、多回転部5のコードキャリア10,11,12を走査する検出装置8を支持する。コード部6が光電式に走査可能なコード部であるときは、回路基板4の領域が走査照射中に透過性に構成される必要がある。これに対して、例えば穿孔60が設けられている。検出装置8は、ここでは特にフリップチップ技術(chip−on−glass)で回路基板4の導線上の光を感知する面に電気的に接触されている。図示しなかった光源は、同様にコード部6が通過光走査法で走査されるのか又は照射光走査法で走査されるのかに応じて配置される。コード部6が磁気的に走査可能なコード部であるときは、回路基板4の領域60が強磁性でない。特にこのときでも、穿孔が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【図1】 多回転コードシャフトエンコーダの横断面方向の構造を概略的に示す。
【図2】 展開した多回転コードシャフトエンコーダの透視図である。
【図3】 多回転部の磁気的なコードキャリアの正面図である。
【図4】 第2の多回転コードシャフトエンコーダの概略的な横断面図である。
【図5】 第3の多回転コードシャフトエンコーダの概略的な横断面図である。
【符号の説明】
1 支持部
2 入力軸
3 入力コード板
4 回路基板
5 多回転部
6 コード部
7 光源
8 検出装置
9 カバー
10 コードキャリア
11 コードキャリア
12 コードキャリア
D10 回転軸
D11 回転軸
D12 回転軸
20 減速ギア
30 検出装置
40 共通の面
41 反対側の、別の面
50 袋孔
51 袋孔
52 袋孔
60 穿孔

Claims (8)

  1. 第1のコードキャリア(3)を有し、この第1のコードキャリア(3)は、入力軸(2)に連結されていて、この入力軸(2)の角度位置を検出するために検出装置(8)によって走査可能であり
    前記入力軸(2)の回転数を測定する複数の別のコードキャリア(10,1 1,12)を有し各別のコードキャリア(10,11,12)が、減速ギア(20)によって前記第1のコードキャリア(3)に対して減速して駆動されていて、検出装置(30)が、各別のコードキャリア(10,11,12)を走査するために設けられていて
    前記複数の別のコードキャリア(10,11,12)は、前記第1のコードキャリア(3)の円周領域の内側に配置されている多回転コードシャフトエンコーダにおいて、
    前記第1のコードキャリア(3)に対する前記検出装置(8)及び前記別のコードキャリア(10,11,12)に対する前記検出装置(30)は、回路基板(4)の共通の面(40)上に配置されていること、及び
    前記回路基板(4)は、前記第1のコードキャリア(3)と前記別のコードキャリア(10,11,12)との間に間隔をあけて配置されていることを特徴とする多回転コードシャフトエンコーダ。
  2. 前記別のコードキャリア(10,11,12)は、前記入力軸(2)に対して平行に延在している回転軸(D10,D11,D12)の周りで回転可能に軸支された磁石(10,11,12)であり、これらの磁石は、回転方向に沿って交互に異なって磁化されていて、磁場を感知する検出装置(30)が、これらの磁石(10,11,12)に1つずつ割当てられていることを特徴とする請求項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  3. 前記第1のコードキャリア(3)は、前記検出装置(8,30)が配置されている前記回路基板(4)の前記面(40)に対向して配置されていて、前記検出装置(8,30)が、前記面(40)上に配置されていて、前記別のコードキャリア(10,11,12)は、前記回路基板(4)の反対側の面(41)に面して配置されていることを特徴とする請求項又はに記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  4. 前記回路基板(4)は、前記磁場を感知する検出装置(30)の領域内に穿孔又は袋孔(50)を有することを特徴とする請求項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  5. 前記磁石(10,11,12)は、前記穿孔又は袋孔(50)内に係入されることを特徴とする請求項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  6. 前記別のコードキャリア(10,11,12)は、前記検出装置(8,30)が配置されている前記回路基板(4)の前記面(40)に対向して配置されていて、前記検出装置(8,30)、この面(40)上に配置されていて、前記第1のコードキャリア(3)は、前記回路基板(4)の別の面(41)に面して配置されていることを特徴とする請求項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  7. 前記回路基板(4)は、前記第1のコードキャリア(3)に対する前記検出装置(8)の領域内に穿孔(60)を有することを特徴とする請求項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
  8. 前記第1のコードキャリアは、光電式に走査可能なコード板(3)であり、前記回路基板(4)上の光電式の検出装置(8)が、この光電式に走査可能なコード板(3)に割当てられていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の多回転コードシャフトエンコーダ。
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