JP4899952B2 - 磁気式絶対値エンコーダ装置 - Google Patents
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Description
従来、回転体の回転軸に対して垂直方向の一方向に磁化され回転体に固定された永久磁石の磁界を磁界検出素子で検出し、1回転内の角度を検出する磁気式エンコーダ装置が開示されている。(例えば、特許文献1参照)。
図7は、従来の磁気式エンコーダの装置の構成図である。
図において、1は回転体、2は回転体1の端部に固定された円板状の発磁体を構成する永久磁石で、永久磁石2は回転体1の軸方向に対して垂直な一方向に磁化されている。3は永久磁石2の外周側に設けられたリング状の固定体、4は回転体1の回転中心に対し同心円状にして設けられ、且つ、固定体3の周方向に等間隔に設置された磁界検出素子であって、4個の磁界検出素子41、42、43、44から構成されている。これらの磁界検出素子4は、永久磁石2の外周面に対して空隙を介して対向し、且つ、互いに電気角で90度位相をずらしてA1相検出素子41とB1相検出素子42を設け、さらにA1相検出素子41に対して電気角で180度位相をずらしてA2相検出素子43を、B1相検出素子42に対して電気角で180度位相をずらしてB2相検出素子44を設けている。また、6’は信号処理回路である。
図8は信号処理回路6’のブロック図である。
信号処理回路6は差動増幅器611、612および角度演算回路615から構成されている。
回転体1が回転すると、回転体1に固定された永久磁石2が回転する。磁界検出素子4は、永久磁石2の発生する磁界を検出し、回転角に対して1回転に1周期の正弦波状の信号を出力する。なお、このように1回転に1周期の信号を出力するエンコーダを1X型磁気式エンコーダと呼ぶ。
このように、従来の1X型エンコーダは、一方向に磁化された永久磁石が発する磁界を磁界検出素子により検出して信号処理回路により角度演算を行い、1回転内角度を検出していた。
また、バックアップ用の電池を内蔵し、停電時のシャフトの回転量を検出できるマルチターン方式のアブソリュート方式エンコーダが開示されている(例えば特許文献4参照)。
このエンコーダでは、アブソリュートデータの内、下位の所定ビット数のデータについて、原点位置と最大値との間を境として、原点位置から所定の値までを第1のデータ領域とし、最大値から所定の値減少した値までを第2のデータ領域とし、入力された下位の所定ビット数のアブソリュートデータが第1のデータ領域又は第2のデータ領域に属するかどうかを判断して、そして、第1のデータ領域の出力、第2のデータ領域の出力及び境目近傍のパルスに基づいて原点位置の回転方向を検出して、カウンタに加算信号又は減算信号を出力している。
また、イグニッションスイッチがOFFされたことを検出しマイクロコンピュータをスタンバイモードにするように構成し、バッテリの消費電流を低減する電子制御装置が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
図9に従来例3の電子制御装置の構成を示す。
電子制御装置200は車両のバッテリBTから電圧を所定の電源電圧VSに変換して常時出力する第1電源回路400と、バッテリBTからの電圧をイグニッションスイッチIGSがONされたときのみ所定の電源電圧VMに変換して出力する第2電源回路600と、第1電源回路400からの電力供給を受けて作動すると共に、上述した各種センサ(図示せず)からの検出信号に基づいて所定の制御プログラムを実行し、その処理結果に応じて制御信号を出力する制御手段としてのマイクロコンピュータ80と、第2電源回路600からの電力供給を受けて作動すると共に、マイクロコンピュータ80から出力された各制御信号を入力し、その各信号を夫々電流増幅して駆動信号として出力する出力用IC(半導体集積回路)100と、出力用IC100から出力された各駆動信号に応じて、燃料噴射弁やイグナイタ等の各種アクチュエータ120a,120b,120c,…を駆動する駆動用トランジスタ140a,140b,140c,…と、を備えている。
イグニッションスイッチIGSがOFFされると、第2電源回路600からの電源電圧VMがほぼ0Vにまで低下するため、マイクロコンピュータ80においては、スタンバイ制御部32が、電源電圧VMが2.5Vよりも小さくなったことを検出し、全てのトランジスタ18a,18bをOFFさせて全出力ポート16a,16b,16c,…をハイインピーダンスの状態にすると共に、クロック発生部26に発振回路24の発振動作を停止させる。これによってバッテリの消費電流を低減している。
また、従来例2の磁気式エンコーダ装置は、小規模な回路構成で多回転量を検出し、消費電流を抑える効果を有していたが、停電時においてもアブソリュートデータを生成する必要があり、そのため磁界検出素子の駆動電流が大きく、充分に消費電流を低減できないという問題を有していた。
また、従来例3の電子制御装置では、出力用ICを、絶縁体分離法によって形成して、
寄生ダイオードによる破壊を防止しているが、半導体を製造するものであるため非常にコストがかかるという問題があった。
本発明の一の観点による磁気式絶対値エンコーダ装置は、回転体の回転軸に対して垂直方向の一方向に磁化され前記回転体に固定された永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子を駆動する駆動回路と、前記磁界検出素子からの信号を処理し1回転内信号を生成する1回転内信号生成部と、前記磁界検出素子からの信号を処理し多回転信号を生成する多回転信号生成部と、外部電源の供給を検知し、外部電源が供給されているときは外部電源に、外部電源が切れているときはバッテリ電源に切り替える電圧モニタ付電源回路を備え、前記1回転内信号生成部は電圧モニタ付電源回路からの外部電源供給または遮断を示すモニタ信号に応じて、前記磁気検出素子と前記1回転内信号生成部間を接続又は切断するスイッチを備えたことを特徴としている。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置は、前記駆動回路は、外部電源遮断時に前記磁界検出素子にパルス状の定電圧または定電流を供給してもよい。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置は、前記パルス状電源のパルス周期は、前記回転体の最高回転速度における回転周期の1/4以下で、パルス幅は、前記回転体の回転数のカウント処理に必要な時間以上としてもよい。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置は、前記磁界検出素子としてホール素子を用い、前記ホール素子の出力信号のうち、前記回転軸に対して180度対向位置にある組のホール素子の出力を逆並列に接続してもよい。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置は、前記ホール素子の駆動入力端子を並列に接続してもよい。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置によると、外部電源遮断時に前記磁界検出素子にパルス状の定電圧または定電流を供給すれば、さらに消費電流を低減できる。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置によると、パルス状電源のパルス周期を回転体の最高回転速度以下とし、パルス幅を回転回数をカウントする処理時間以上とすれば、回転体の運転条件に応じてパルス周期およびパルス幅を設定できるのでさらに消費電流を低減できる。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置によると、対向したホール素子の出力を並列に接続すれば、少ない配線数でホール素子のオフセット温度ドリフトを平均化することにより減少させることができる。従って、信号処理回路の負担が小さく、高精度の磁気式絶対値エンコーダ装置を実現できる。
また、この磁気式絶対値エンコーダ装置によると、ホール素子の駆動入力端子をパラレル接続すれば、出力信号のDCレベルがほぼ同じレベルとなり、信号調整範囲を小さくすることができる。従って、微小な調整が可能となり調整精度が上げられるため、検出精度を上げることができる。
図において、1は回転体、2は回転体1に固定された永久磁石、3は固定体、4は永久磁石2に空隙を介して対向し、固定体3に取り付けられた4つの磁界検出素子、6は磁界検出素子4の出力信号から位置信号を生成する信号処理回路である。
図において、611、612は磁界検出素子4からの信号を増幅する差動増幅器、613は差動増幅器の出力をデジタル信号に変換するADコンバータ、614はADコンバータ613の出力から1回転内角度を演算する角度演算器である。
図において、621、622は磁界検出素子からの検出信号を矩形波信号に変換するコンパレータ、623は多回転信号を生成するカウンタである。
先ず、位置信号の生成動作について説明する。
図1において、回転体1が回転すると、回転体1に固定された永久磁石2が回転する。磁界検出素子4は、永久磁石2の発生する磁界を検出し、回転角に対して1回転に1周期の正弦波状の信号を出力する。
図2において、差動増幅器611は、磁界検出素子4のA1相検出素子41からの検出信号であるA1信号(Va1)とA2相検出素子43からの検出信号であるA2信号(Va2)の入力を受けて両信号の差動信号Vaを出力する。また、差動増幅器63は、B1相検出素子42からの検出信号であるB1信号(Vb1)とB2相検出素子44からの検出信号であるB2信号(Vb2)の入力を受けて両信号の差動信号Vbを出力する。差動信号VaとVbはお互いに90度位相の異なる信号となる。差動信号VaとVbはADコンバータ613に入力され、デジタル信号に変換される。角度演算器614は、デジタル変換された差動信号VaとVbからarctan(Va/Vb)の演算を行って1回転内角度信号を演算し出力する。
図1に示す位置信号生成部63において、1回転内角度信号と多回転信号を合成することにより、多回転量の情報を有する多回転位置信号を生成している。
外部電源が供給されている場合、電圧モニタ付電源回路65は外部電源からバックアップ付電源、バックアップ無し電源を生成して供給する。
従って、バッテリ電源の消費電流が小さく信頼性が高い磁気式絶対値エンコーダ装置が実現できる。
図において、67は駆動パルス発生器である。
本実施例が第1実施例と異なる点は、電圧モニタ付電源回路65から外部電源が遮断されたことを示すモニタ信号を受信した場合に駆動回路64にパルス信号を送信する駆動パルス発生器67を備えたことである。
2 永久磁石
3 固定体
4 磁界検出素子(ホール素子)
41 A1相検出素子、42 B1相検出素子、43 A2相検出素子、44 B2相検出素子
5 駆動回路
6、6’ 信号処理回路
61 1回転内信号生成部
611、612 差動増幅器
613 ADコンバータ
614 角度演算器
62 多回転信号生成部
621、622 コンパレータ
623 カウンタ
63 位置信号生成部
64 駆動回路
65 電圧モニタ付電源回路
66 スイッチ
67 駆動パルス発生器
Claims (4)
- 回転体の回転軸に対して垂直方向の一方向に磁化され前記回転体に固定された永久磁石と、
前記永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた磁界検出素子と、
前記磁界検出素子を駆動する駆動回路と、
前記磁界検出素子からの信号を処理し、1回転内信号を生成する1回転内信号生成部と、
前記磁界検出素子からの信号を処理し、多回転信号を生成する多回転信号生成部と、
外部電源の供給を検知し、外部電源が供給されているときは外部電源に、外部電源が切れているときはバッテリ電源に切り替える電圧モニタ付電源回路と、
前記電圧モニタ付電源回路からの前記外部電源が供給されているか、または、遮断されているかを示すモニタ信号に応じて、前記磁気検出素子と前記1回転内信号生成部との間を接続又は切断するスイッチと、
を備え、
前記スイッチは、
前記モニタ信号が前記外部電源が供給されていることを示す場合には、前記磁気検出素子と前記1回転内信号生成部との間を接続して、前記磁界検出素子からの信号を前記1回転内信号生成部に伝達する一方、
前記モニタ信号が前記外部電源が遮断されていることを示す場合には、前記磁気検出素子と前記1回転内信号生成部との間を切断して、前記磁界検出素子からの信号を前記1回転内信号生成部に伝達しない、磁気式絶対値エンコーダ装置。 - 前記駆動回路は、前記外部電源が遮断されている場合には、前記磁界検出素子に対して、パルス周期が前記回転体の最高回転速度における回転周期の1/4以下であり、かつ、パルス幅が前記回転体の回転数のカウント処理に必要な時間以上であるパルス状の定電圧または定電流を供給する、請求項1記載の磁気式絶対値エンコーダ装置。
- 前記磁界検出素子としてホール素子を用い、
前記ホール素子の出力信号のうち、前記回転軸に対して180度対向位置にある組のホール素子の出力を逆並列に接続した、請求項1又は2に記載の磁気式絶対値エンコーダ装置。 - 前記ホール素子の駆動入力端子を並列に接続したことを特徴とする請求項3記載の磁気式絶対値エンコーダ装置。
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