JP6057036B2 - Motor and encoder for motor - Google Patents
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Description
開示の実施形態は、モータ及びモータ用エンコーダに関する。 The disclosed embodiment relates to a motor and a motor encoder.
特許文献1には、モータ本体と、回転体と、大バルクハウゼン効果をもつ磁性体を有する磁界センサとを備えたモータが記載されている。
磁界センサは、モータ電磁部等からの漏れ磁束による影響を受ける可能性があるが、上記従来技術ではこの漏れ磁束について特に考慮された構成とはなっていなかった。 The magnetic field sensor may be affected by the leakage magnetic flux from the motor electromagnetic part or the like, but the above-described conventional technique has not been configured with special consideration for the leakage magnetic flux.
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータ電磁部や電磁ブレーキからの漏れ磁束による磁界センサへの影響を低減することができるモータ及びモータ用エンコーダを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a motor and a motor encoder that can reduce the influence on a magnetic field sensor due to leakage magnetic flux from a motor electromagnetic part or an electromagnetic brake. And
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、エンコーダを備えたモータであって、モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部と、前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキと、を有し、前記エンコーダは、前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、前記モータ電磁部及び前記電磁ブレーキの少なくとも一方から前記磁界センサへの漏れ磁束が前記磁界センサの長さ方向に直交する方向となるように前記漏れ磁束を誘導する磁束誘導部材と、を有する、モータが適用される。 In order to solve the above problems, according to one aspect of the present invention, a motor including an encoder, the motor electromagnetic unit configured to rotate the motor shaft, and the motor shaft are braked. An electromagnetic brake configured, and the encoder includes a magnet supported to rotate with the motor shaft and a magnetic body having a large Barkhausen effect, and configured to detect a magnetic field of the magnet And a magnetic flux induction member for inducing the leakage flux so that a leakage flux from at least one of the motor electromagnetic unit and the electromagnetic brake to the magnetic field sensor is in a direction perpendicular to the length direction of the magnetic field sensor. And a motor is applied.
また、本発明の別の観点によれば、エンコーダを備えたモータであって、モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部と、前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキと、を有し、前記エンコーダは、前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、前記モータシャフトと共に回転し、前記磁石の回転軌跡円の半径方向において前記磁界センサと対向するように配置された、磁性材料で構成されたエンコーダシャフトと、を有する、モータが適用される。 According to another aspect of the present invention, a motor including an encoder, a motor electromagnetic unit configured to rotate a motor shaft, and an electromagnetic brake configured to brake the motor shaft The encoder includes a magnet supported to rotate with the motor shaft, and a magnetic field sensor configured to detect a magnetic field of the magnet, the magnetic body having a large Barkhausen effect. A motor having an encoder shaft made of a magnetic material that rotates with the motor shaft and is arranged to face the magnetic field sensor in a radial direction of a rotation locus circle of the magnet is applied.
また、本発明の更に別の観点によれば、エンコーダを備えたモータであって、モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部と、前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキと、を有し、前記エンコーダは、前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、前記モータ電磁部又は前記電磁ブレーキと前記エンコーダとの間に配置され、前記モータシャフトの軸心上において前記エンコーダ側から前記モータ電磁部又は前記電磁ブレーキ側へ向かう磁束を発生させるように構成されたコイルと、を有する、モータが適用される。 According to still another aspect of the present invention, a motor including an encoder, the motor electromagnetic unit configured to rotate the motor shaft, and the electromagnetic configured to brake the motor shaft. And a magnetic field sensor configured to detect a magnetic field of the magnet, wherein the encoder includes a magnet supported to rotate together with the motor shaft, and a magnetic body having a large Barkhausen effect. And arranged between the motor electromagnetic part or the electromagnetic brake and the encoder, and configured to generate a magnetic flux from the encoder side toward the motor electromagnetic part or the electromagnetic brake side on the axis of the motor shaft. And a motor having a coil applied thereto.
また、本発明の更に別の観点によれば、モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部を有するモータに使用されるモータ用エンコーダであって、前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキ及び前記モータ電磁部の少なくとも一方から前記磁界センサへの漏れ磁束が前記磁界センサの長さ方向に直交する方向となるように前記漏れ磁束を誘導する磁束誘導部材と、を有する、モータ用エンコーダが適用される。 According to still another aspect of the present invention, there is provided a motor encoder for use in a motor having a motor electromagnetic unit configured to rotate a motor shaft, and is supported so as to rotate together with the motor shaft. And a magnetic field sensor configured to detect a magnetic field of the magnet, an electromagnetic brake configured to perform braking of the motor shaft, and the motor electromagnetic unit A motor encoder having a magnetic flux guide member that induces the leakage magnetic flux so that the leakage magnetic flux from at least one of the magnetic field sensor to the magnetic field sensor is in a direction orthogonal to the length direction of the magnetic field sensor is applied.
本発明のモータ等によれば、モータ電磁部や電磁ブレーキからの漏れ磁束による磁界センサへの影響を低減することができる。 According to the motor and the like of the present invention, it is possible to reduce the influence on the magnetic field sensor due to the leakage magnetic flux from the motor electromagnetic part and the electromagnetic brake.
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、原則として同一の符号で表し、これらの構成要素についての重複説明は、適宜省略する。 Hereinafter, an embodiment will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same function are represented by the same reference numerals in principle, and repeated description of these components will be omitted as appropriate.
<1.サーボシステム>
まず、図1を参照しつつ、本実施形態に係るサーボシステムの構成の概略の一例について説明する。図1は、本実施形態に係るサーボシステムの構成の概略の一例を表す模式図である。<1. Servo system>
First, an example of a schematic configuration of a servo system according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a schematic configuration of a servo system according to the present embodiment.
図1に示すように、サーボシステムSは、サーボモータSMと、制御装置CTとを有する。サーボモータSMは、モータ電磁部Mと、電磁ブレーキ200と、エンコーダ100とを有する。
As shown in FIG. 1, the servo system S includes a servo motor SM and a control device CT. The servo motor SM includes a motor electromagnetic unit M, an
ここで、モータ電磁部M単体、若しくはモータ電磁部M及び電磁ブレーキ200を含む構成、若しくはモータ電磁部M及びエンコーダ100を含む構成を、モータやサーボモータという場合がある。しかし、本明細書中では、モータ電磁部M、電磁ブレーキ200、及びエンコーダ100を含む構成を、サーボモータSMということにする。つまり、サーボモータSMは、モータの一例に相当し、該サーボモータSMに使用されるエンコーダ100は、モータ用エンコーダの一例に相当する。
Here, the configuration including the motor electromagnetic unit M alone, the motor electromagnetic unit M and the
また、説明の便宜上、以下では、モータが、位置や速度等の目標値に追従するように制御され、且つ電磁ブレーキ200を有するサーボモータSMである場合について説明するが、モータは、このようなサーボモータSMに限定されるものではない。例えば、モータは、位置や速度等の目標値に追従するように制御されるが、電磁ブレーキを有しないサーボモータであってもよい。更には、モータは、エンコーダの出力を表示のみに用いる場合等、エンコーダが付設さえされていれば、サーボシステム以外に用いられるモータであってもよい。
In addition, for convenience of explanation, a case will be described below where the motor is a servo motor SM that is controlled to follow a target value such as position and speed and has an
また、サーボモータSMでは、モータ電磁部M、電磁ブレーキ200、及びエンコーダ100の各々が別体(別々の製品)として備えられてもよいが、モータ電磁部Mが電磁ブレーキ200を一体的に備えたり、エンコーダ100が電磁ブレーキ200を一体的に備えてもよい。モータ電磁部Mが電磁ブレーキ200を一体的に備える場合、その構成(製品)を「ブレーキ付きモータ」という場合がある。一方、エンコーダ100が電磁ブレーキ200を一体的に備える場合、その構成(製品)を「ブレーキ付きエンコーダ」という場合がある。また、サーボモータSMでは、モータ電磁部Mが電磁ブレーキ200及びエンコーダ100を一体的に備えてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、モータ電磁部Mが電磁ブレーキ200を一体的に備える場合について説明する。
In the servo motor SM, the motor electromagnetic part M, the
モータ電磁部Mは、モータシャフトSH1をその軸心AX周りに回転させることで、回転力を出力する。本明細書中では、モータ電磁部Mの回転力出力側を「負荷側」といい、その反対側を「反負荷側」ということにする。 The motor electromagnetic unit M outputs a rotational force by rotating the motor shaft SH1 about its axis AX. In this specification, the rotational force output side of the motor electromagnetic unit M is referred to as “load side”, and the opposite side is referred to as “anti-load side”.
電磁ブレーキ200は、モータシャフトSH1の制動を行う。「モータシャフトSH1の制動」とは、慣性回転しているモータシャフトSH1を静止させること、又は、静止しているモータシャフトSH1に対し外部から回転しようとする力(トルク)が加えられた際にモータシャフトSH1を保持してモータシャフトSH1の静止状態を維持することである。この電磁ブレーキ200は、モータ電磁部Mの反負荷側に隣接して配置されている。
The
なお、電磁ブレーキ200は、必ずしもモータ電磁部Mに隣接して配置されなくてもよく、モータ電磁部Mに例えば減速機や回転方向変換機、エンコーダ等の他の構成を介して配置されてもよい。また、電磁ブレーキ200は、必ずしもモータ電磁部Mの反負荷側に配置されなくてもよく、モータ電磁部Mの負荷側に配置されてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、電磁ブレーキ200がモータ電磁部Mの反負荷側に隣接して配置される場合について説明する。
The
エンコーダ100は、モータシャフトSH1と共に回転し、且つモータシャフトSH1と同一軸心となるように支持されたエンコーダシャフトSH2を有する。そして、エンコーダ100は、エンコーダシャフトSH2の位置を検出することで、モータ電磁部Mの位置(「回転位置」や「回転角度」等ともいう。)を検出し、その位置を表す位置データを出力する。このエンコーダ100は、モータ電磁部Mの反負荷側に配置されている。従って、電磁ブレーキ200がモータ電磁部Mの反負荷側に隣接して配置される本実施形態では、エンコーダ100は、電磁ブレーキ200の反負荷側に配置されている。
The
なお、エンコーダ100は、モータ電磁部Mの位置に加えて又は代えて、モータ電磁部Mの速度(「回転速度」や「角速度」等ともいう。)及び加速度(「回転加速度」や「角加速度」等ともいう。)の少なくとも一方を検出してもよい。この場合、速度及び加速度は、例えば位置を時間で1又は2階微分したり検出信号を所定時間カウントする等の処理により検出可能である。但し、説明の便宜上、以下では、エンコーダ100が検出する物理量が位置である場合について説明する。
In addition to or in place of the position of the motor electromagnetic unit M, the
また、エンコーダ100は、必ずしも電磁ブレーキ200の反負荷側に配置されなくてもよい。つまり、電磁ブレーキ200をモータ電磁部Mの反負荷側に隣接して配置しなくてもよい場合には、エンコーダ100は、モータ電磁部Mの反負荷側において、モータ電磁部Mと電磁ブレーキ200との間に配置されてもよい。更には、エンコーダ100は、必ずしもモータ電磁部Mの反負荷側に配置されなくてもよく、モータ電磁部Mの負荷側に配置されてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、エンコーダ100が、モータ電磁部Mの反負荷側に隣接して配置された電磁ブレーキ200の反負荷側に配置される場合について説明する。
In addition, the
制御装置CTは、エンコーダ100から位置データを取得し、該位置データに基づいてモータ電磁部Mの動作を制御する。具体的には、制御装置CTは、位置データに基づいてモータ電磁部Mに印加する電流又は電圧等を制御することで、モータ電磁部Mの動作を制御する。更に、制御装置CTは、上位制御装置(図示省略)から上位制御信号を取得し、該上位制御信号に表された位置等を実現可能な回転力がモータシャフトSH1から出力されるように、モータ電磁部Mの動作を制御することも可能である。
The control device CT acquires position data from the
また、制御装置CTは、電磁ブレーキ200の動作を制御する。具体的には、制御装置CTは、電磁ブレーキ200に対する通電を制御することで、電磁ブレーキ200の動作を制御する。
Further, the control device CT controls the operation of the
<2.サーボモータ>
次に、図2、図3、図4、及び図5を参照しつつ、サーボモータSMの構成の一例について説明する。図2は、サーボモータSMの軸心AX方向に沿う断面図である。図3は、図2中のB−B断面による断面図である。図4は、図2中のC−C断面による断面図である。図5は、図2中のA−A断面による断面図である。なお、図2及び図4中では、漏れ磁束の一例を太実線矢印により概念的に図示している。<2. Servo motor>
Next, an example of the configuration of the servo motor SM will be described with reference to FIGS. 2, 3, 4, and 5. FIG. 2 is a sectional view taken along the axis AX direction of the servo motor SM. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line CC in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIG. 2 and FIG. 4, an example of the leakage magnetic flux is conceptually illustrated by a thick solid arrow.
図2に示すように、サーボモータSMは、上記モータ電磁部Mと、上記電磁ブレーキ200と、上記エンコーダ100とを有する。
As shown in FIG. 2, the servo motor SM includes the motor electromagnetic unit M, the
ここで、サーボモータSMの各構成の構造の説明の便宜上、以下では、左右等の方向を次のように定めて適宜使用する。すなわち、図2〜図5において、反負荷側方向、つまりZ軸正の方向を「右」と定め、逆の負荷側方向、つまりZ軸負の方向を「左」と定める。但し、左右等の方向は、サーボモータSMの設置態様により変動するものであり、サーボモータSMの各構成の位置関係を限定するものではない。また、説明の便宜に応じて、ここで定めた方向について他の表現をしたり、ここで定めた方向以外の方向については適宜説明しつつ使用する場合もある。 Here, for convenience of description of the structure of each component of the servo motor SM, in the following, directions such as left and right are determined as follows and used appropriately. That is, in FIGS. 2 to 5, the anti-load side direction, that is, the Z-axis positive direction is defined as “right”, and the reverse load side direction, that is, the Z-axis negative direction is defined as “left”. However, the directions such as left and right vary depending on the installation mode of the servo motor SM and do not limit the positional relationship of each component of the servo motor SM. In addition, depending on the convenience of explanation, other directions may be used for the direction defined here, or directions other than the direction defined here may be used while being described as appropriate.
(2−1.モータ電磁部)
図2に示すように、モータ電磁部Mは、固定子20と、固定子20の内周側に配置された回転子10とを有する。つまり、モータ電磁部Mは、固定子20の内周側に回転子10を配置した、いわゆる「インナーロータ型」として構成されている。(2-1. Motor electromagnetic part)
As shown in FIG. 2, the motor electromagnetic unit M includes a
回転子10は、モータシャフトSH1と同一軸心となるように、モータシャフトSH1の外周に固定されている。この回転子10は、例えば永久磁石である磁石(図示せず)を有する。つまり、回転子10は、界磁として構成されている。
The
モータシャフトSH1は、例えば磁性材料で構成され、外輪がブラケット40,45の内周に嵌合された軸受30,35により、軸心AX周りに回転可能に支持されている。
The motor shaft SH1 is made of, for example, a magnetic material, and is supported rotatably around the axis AX by
固定子20は、回転子10の外周と半径方向に磁気的空隙を介して対向するように、その左側及び右側に配置された上記ブラケット40,45により支持されている。この固定子20は、固定子鉄心22と、固定子鉄心22に装着されたボビン(「インシュレータ」ともいう。)24と、ボビン24に巻き回されたコイル線26と、コイル線26の端部を結線処理する結線基板28とを有し、樹脂モールド部50により一体成形されている。つまり、固定子20は、電機子として構成されている。ボビン24は、絶縁材料(例えば樹脂)で構成され、固定子鉄心22とコイル線26とを電気的に絶縁する。
The
上記構成のモータ電磁部Mでは、コイル線26に通電することで、固定子20の内側に磁界が発生する。そして、この固定子20の内側の磁界と回転子10の磁石による磁界との相互作用により、回転子10が固定子20に対し軸心AX周りに回転することで、モータシャフトSH1を軸心AX周りに回転させる。
In the motor electromagnetic part M having the above configuration, a magnetic field is generated inside the
なお、上記で説明したモータ電磁部Mの構成は、あくまで一例であり、上記以外の構成であってもよい。例えば、モータ電磁部Mは、回転子10が界磁、固定子20が電機子として構成される場合に限定されるものではなく、回転子10が電機子、固定子20が界磁として構成されてもよい。また例えば、モータ電磁部Mは、インナーロータ型として構成される場合に限定されるものではなく、固定子の外周側に回転子を配置した、いわゆる「アウターロータ型」として構成されてもよい。
The configuration of the motor electromagnetic unit M described above is merely an example, and a configuration other than the above may be used. For example, the motor electromagnetic unit M is not limited to the case where the
(2−2.電磁ブレーキ)
図2に示すように、電磁ブレーキ200は、ブレーキディスク202と、励磁コイル210及びばね(図示せず)を収容したフィールドコア204と、アーマチュア206とを有する。そして、これらブレーキディスク202やフィールドコア204、アーマチュア206等の電磁ブレーキ200を構成する各部品は、ハウジング220に収容されている。(2-2. Electromagnetic brake)
As shown in FIG. 2, the
ハウジング220は、その内部にモータシャフトSH1が挿通され、上記モータ電磁部Mのブラケット45の右端に固定されている。
The
ブレーキディスク202は、その回転中心が軸心AXと一致するように、モータシャフトSH1の外周に固定されている。
The
アーマチュア206は、磁性材料で構成され、フィールドコア204と左右方向に対向するように、ブレーキディスク202とフィールドコア204との間に左右方向にのみ移動可能に配置されている。
The
ばねは、アーマチュア206に対し左側へ押圧する付勢力を作用させる。
The spring exerts a biasing force that presses the
また、ブレーキディスク202のアーマチュア206と対向する面には、摩擦材214が取り付けられている。
A
そして、電磁ブレーキ200は、励磁コイル210に通電していない非通電状態(無励磁状態)ではモータシャフトSH1の制動を行うように作動し、励磁コイル210に通電している通電状態(励磁状態)ではモータシャフトSH1の制動を行わない、「無励磁作動型」の電磁ブレーキとして構成されている。
The
以下、上記構成の電磁ブレーキ200の動作の一例について説明する。
Hereinafter, an example of the operation of the
すなわち、無励磁状態では、アーマチュア206が、ばねにより左側に押圧されることで左側に移動し、摩擦材214に接触する。この結果、ブレーキディスク202が制動され、モータシャフトSH1が制動される。
That is, in the non-excited state, the
一方、励磁状態では、励磁コイル210が、アーマチュア206に対し右側への磁気吸引力を与える。これにより、アーマチュア206が、ばねの付勢力に抗して右側に移動し、摩擦材214から離間する。この結果、ブレーキディスク202が制動されず、モータシャフトSH1が制動されない。
On the other hand, in the excited state, the
なお、上記で説明した電磁ブレーキ200の構成及び動作は、あくまで一例であり、上記以外の構成及び動作であってもよい。例えば、電磁ブレーキ200は、無励磁作動型の電磁ブレーキに限定されるものではない。つまり、電磁ブレーキ200は、励磁状態ではモータシャフトSH1の制動を行うように作動し、非励磁状態ではモータシャフトSH1の制動を行わない、「励磁作動型」の電磁ブレーキ等、モータシャフトSH1の制動を行うことが可能な電磁ブレーキであれば、他のタイプの電磁ブレーキであってもよい。
Note that the configuration and operation of the
(2−3.エンコーダ)
図2〜図5に示すように、エンコーダ100は、上記エンコーダシャフトSH2と、磁気検出機構と、光学検出機構と、制御部150(後述の図6参照)とを有する。そして、これら磁気検出機構や光学検出機構、制御部150等のエンコーダ100を構成する各部品は、例えば有蓋円筒状のエンコーダカバー102に収容されている。(2-3. Encoder)
As shown in FIGS. 2 to 5, the
エンコーダカバー102は、磁性材料で構成され、上記電磁ブレーキ200のハウジング220の右端に固定されている。
The
なお、エンコーダカバー102は、必ずしも磁性材料で構成されなくてもよく、非磁性材料で構成されてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、エンコーダカバー102が磁性材料で構成される場合について説明する。
The
(2−3−1.エンコーダシャフト)
エンコーダシャフトSH2は、外輪がブラケット108の内周に嵌合された軸受104,106により、モータシャフトSH1と共に軸心AX周りに回転可能に支持されている。このエンコーダシャフトSH2は、モータシャフトSH1とは別体であり、モータシャフトSH1の右端部1R(端部の一例に相当)に連結されている。具体的には、モータシャフトSH1の右端部1Rは、例えば切削加工によりそれ以外の部分よりも小径に成形され、エンコーダシャフトSH2の左端部2R1には、右側に凹んだ凹部2R1aが形成されている。そして、右端部1Rと凹部2R1aとが嵌合されることで、エンコーダシャフトSH2がモータシャフトSH1の右端部1Rに連結されている。(2-3-1. Encoder shaft)
The encoder shaft SH2 is rotatably supported around the axis AX together with the motor shaft SH1 by
ブラケット108は、支持部材(図示せず)を介して上記電磁ブレーキ200のハウジング220に連結されている。
The
また、エンコーダシャフトSH2は、磁性材料で構成され、後述の磁石111a,111b,111c,111dの回転軌跡円Ra,Rb,Rc,Rdの半径方向において後述の磁界センサ120a,120b,120cと対向するように配置されている。具体的には、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2は、磁界センサ120a〜120cよりも右側に突出している。これにより、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方からエンコーダ100側に向かう漏れ磁束をエンコーダシャフトSH2に集約し、該漏れ磁束の一部の磁路を、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2から磁界センサ120a〜120cを迂回するように形成することが可能である。
Further, the encoder shaft SH2 is made of a magnetic material, and opposes
なお、モータシャフトSH1の右端部1RとエンコーダシャフトSH2との連結態様は、上記のような右端部1Rと凹部2R1aとの嵌合による連結に限定されるものではなく、他の態様であってもよい。また、エンコーダシャフトSH2は、モータシャフトSH1と別体である場合に限定されるものではなく、モータシャフトSH1と一体であってもよい。但し、説明の便宜上、以下では、エンコーダシャフトSH2がモータシャフトSH1と別体である場合について説明する。また、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2は、必ずしも磁界センサ120a〜120cよりも右側に突出しなくてもよく、磁界センサ120a〜120cと左右方向においてほぼ同じ位置に位置してもよい。
Note that the connection mode between the
(2−3−2.磁気検出機構)
磁気検出機構は、上記モータ電磁部Mの回転状態(例えば回転数や回転方向等)を磁気的に検出するための機構である。この磁気検出機構は、4つの永久磁石である磁石111a,111b,111c,111d(以下適宜「磁石111」と総称する。)と、3つの磁界センサ120a,120b,120c(以下適宜「磁界センサ120」と総称する。)とを有する。(2-3-2. Magnetic detection mechanism)
The magnetic detection mechanism is a mechanism for magnetically detecting the rotation state (for example, the rotation speed and the rotation direction) of the motor electromagnetic unit M. This magnetic detection mechanism includes four
磁石111a〜111dは、モータシャフトSH1と共に回転するように支持されている。具体的には、エンコーダ100は、モータシャフトSH1と同一軸心となり、且つ板面方向が左右方向に垂直な方向となるようにエンコーダシャフトSH2の右端部2R2の外周に固定された、例えば円環板状の磁石固定部材112を有する。磁石固定部材112は、例えば非磁性材料で構成されているが、磁性材料で構成されてもよい。そして、磁石111a〜111dは、平板状磁石であり、磁石固定部材112の左面(左右方向において磁界センサ120a〜120cと対向する側の面)に固定され、磁石固定部材112と共に軸心AX周りに回転する。より具体的には、磁石111a,111b,111c,111dは、各々の回転軌跡円Ra,Rb,Rc,Rd(以下適宜「回転軌跡円R」と総称する。)の半径・円周が互いに一致するように、固定されている。更に具体的には、磁石111a〜111dは、磁石固定部材112の左面に対し、回転軌跡円Rの円周方向(以下適宜、単に「円周方向」という。)に例えば等間隔(90°間隔)で離間するように、固定されている。
そして、磁石111a〜111dは、左右方向に磁化されており、左側の磁極が円周方向に交互になるように、配置されている。例えば、磁石111a,111b,111c,111dは、各々の左側の磁極がN極、S極、N極、S極となるように、配置されている。なお、図1中では、磁石111a〜111dの磁極の図示を省略し、図3中では、磁石111a〜111dの左側の磁極のみを図示している。
The
なお、磁石111の数は、4つに限定されるものではなく、他の数であってもよい。磁石111の数を4つ以外の他の数にする場合には、磁界センサ120等の数や配置等も適宜変更され得る。但し、説明の便宜上、以下では、磁石111の数が4つである場合について説明する。また、磁石111は、永久磁石である場合に限定されるものではなく、他の磁石(例えば電磁石等)であってもよい。また、磁石111は、平板状磁石である場合に限定されるものではなく、他の磁石(例えばリング磁石(多極磁石)や円弧状磁石等)であってもよい。但し、説明の便宜上、以下では、磁石111が、永久磁石であり、且つ平板状磁石である場合について説明する。
Note that the number of magnets 111 is not limited to four, and may be other numbers. When the number of the magnets 111 is other than four, the number and arrangement of the
また、磁石111は、磁石固定部材112に固定される場合に限定されるものではなく、エンコーダシャフトSH2や後述のディスク130、ハブ131等に固定されてもよい。磁石111をエンコーダシャフトSH2やディスク130、ハブ131等に固定する場合には、磁石固定部材112を省略することが可能である。但し、説明の便宜上、以下では、磁石111が磁石固定部材112に固定される場合について説明する。
The magnet 111 is not limited to being fixed to the
また、磁石111は、磁界センサ120と左右方向に対向するように、磁界センサ120の右側に配置される場合に限定されるものではなく、磁界センサ120の左側に配置されてもよい。あるいは、磁石111は、磁界センサ120と半径方向に対向するように、磁界センサ120の半径方向内側又は外側に配置されてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、磁石111が磁界センサ120と左右方向に対向するように磁界センサ120の右側に配置される場合について説明する。
Further, the magnet 111 is not limited to the case where the magnet 111 is disposed on the right side of the
磁界センサ120a〜120cは、大バルクハウゼン効果を有する磁性体(「磁性素子」ともいう。)121と、磁性体121に巻回されたコイル122とを備える。
The
これら磁界センサ120a〜120cは、各々の長さ方向(詳細には磁性体121の長さ方向)が回転軌跡円Rの接線方向に平行となり、且つ左右方向において磁石111a〜111dと(後述の第1磁性部材及び第2磁性部材を介して)対向可能に、ブラケット108に固定されている。具体的には、磁界センサ120a〜120cは、磁性体121の長さ方向一端部と軸心AXとの間の最短距離と、磁性体121の長さ方向他端部と軸心AXとの間の最短距離とが、等しくなるように、配置されている。より具体的には、磁界センサ120a〜120cは、各々の磁性体121の長さ方向中央部と軸心AXとの最短距離が互いに等しくなり、且つ円周方向に例えば等間隔(120°間隔)で離間するように、エンコーダシャフトSH2の周囲に配置されている。すなわち、磁界センサ120a〜120cは、エンコーダシャフトSH2の周囲に左右方向から見て略三角形状となるように配置されている。
Each of the
そして、磁界センサ120a〜120cは、磁石111a〜111dによる磁界を検出可能である。
And the
ここで、「大バルクハウゼン効果」とは、磁性体121の磁化方向が、付与される外部磁界の強度がある強度を超えた時点で急激に反転する現象であり、大バルクハウゼンジャンプとも呼ばれる。
Here, the “large Barkhausen effect” is a phenomenon in which the magnetization direction of the
磁性体121としては、大バルクハウゼン効果を有する磁性体であれば特に限定されるものではなく、例えばワイヤ状の磁性体(例えば複合磁気ワイヤ、ウィーガントワイヤ、アモルファスワイヤ等)、棒状の磁性体、板状の磁性体等が使用可能である。但し、説明の便宜上、以下では、磁性体121が複合磁気ワイヤである場合について説明する。
The
複合磁気ワイヤは、その外周部は比較的小さな外部磁界の付与により磁化方向が変化するが、その中心部は比較的大きな外部磁界を付与しなければ磁化方向が変化しないという磁気特性を有する、一軸異方性の複合磁性体である。 The composite magnetic wire has a magnetic property that its outer peripheral part changes its magnetization direction by applying a relatively small external magnetic field, but its central part has a magnetic characteristic that the magnetization direction does not change unless a relatively large external magnetic field is applied. An anisotropic composite magnetic material.
すなわち、複合磁気ワイヤの長さ方向と平行な一方向に、複合磁気ワイヤの中心部の磁化方向を反転させるのに十分な比較的大きな外部磁界を付与すると、複合磁気ワイヤの中心部の磁化方向と外周部の磁化方向とが同じ方向に揃う。その後、上記一方向と反対の他方向に、複合磁気ワイヤの外周部の磁化方向のみを反転させることができる程度の比較的小さな外部磁界を付与すると、複合磁気ワイヤの中心部の磁化方向は変化せず、外周部の磁化方向のみが反転する。この結果、複合磁気ワイヤは、その中心部と外周部とで磁化方向が異なる状態となり、この状態は外部磁界を取り除いても維持される。 That is, when a relatively large external magnetic field sufficient to reverse the magnetization direction of the center portion of the composite magnetic wire is applied in one direction parallel to the length direction of the composite magnetic wire, the magnetization direction of the center portion of the composite magnetic wire And the magnetization direction of the outer peripheral portion are aligned in the same direction. After that, when a relatively small external magnetic field that can reverse only the magnetization direction of the outer peripheral portion of the composite magnetic wire is applied in another direction opposite to the one direction, the magnetization direction of the center portion of the composite magnetic wire changes. Without reversing, only the magnetization direction of the outer periphery is reversed. As a result, the magnetic direction of the composite magnetic wire is different between the central portion and the outer peripheral portion, and this state is maintained even when the external magnetic field is removed.
ここで例えば、中心部が上記一方向に磁化され、外周部が上記他方向に磁化された状態の複合磁気ワイヤに、上記一方向に外部磁界を付与する。この際、外部磁界の強度を始めは小さくし、その後徐々に増加させる。すると、外部磁界の強度がある強度を超えたときに、大バルクハウゼン効果が生じ、複合磁気ワイヤの外周部の磁化方向が上記他方向から上記一方向へ急激に反転する。そして、複合磁気ワイヤの磁化方向の急激な反転により生じる起電力によって、例えば正の方向に鋭く立ち上がるパルス信号が、複合磁気ワイヤに巻回されたコイルから出力される。 Here, for example, an external magnetic field is applied to the composite magnetic wire in a state where the central portion is magnetized in the one direction and the outer peripheral portion is magnetized in the other direction. At this time, the strength of the external magnetic field is initially reduced and then gradually increased. Then, when the intensity of the external magnetic field exceeds a certain intensity, a large Barkhausen effect occurs, and the magnetization direction of the outer peripheral portion of the composite magnetic wire is rapidly reversed from the other direction to the one direction. Then, a pulse signal that rises sharply in the positive direction, for example, is output from the coil wound around the composite magnetic wire by the electromotive force generated by the rapid reversal of the magnetization direction of the composite magnetic wire.
また例えば、中心部及び外周部がいずれも上記一方向に磁化された状態の複合磁気ワイヤに、上記他方向に外部磁界を付与する。この際も、外部磁界の強度を始めは小さくし、その後徐々に増加させる。すると、外部磁界の強度がある程度を越えたときに、大バルクハウゼン効果が生じ、複合磁気ワイヤの外周部の磁化方向が上記一方向から上記他方向へ急激に反転する。そして、複合磁気ワイヤの磁化方向の急激な反転により生じる起電力によって、例えば負の方向に鋭く立ち上がるパルス信号が、複合磁気ワイヤに巻回されたコイルから出力される。 Further, for example, an external magnetic field is applied in the other direction to the composite magnetic wire in which both the central portion and the outer peripheral portion are magnetized in the one direction. Also at this time, the strength of the external magnetic field is initially reduced and then gradually increased. Then, when the intensity of the external magnetic field exceeds a certain level, a large Barkhausen effect occurs, and the magnetization direction of the outer peripheral portion of the composite magnetic wire is rapidly reversed from the one direction to the other direction. Then, a pulse signal that rises sharply in the negative direction, for example, is output from the coil wound around the composite magnetic wire by the electromotive force generated by the rapid reversal of the magnetization direction of the composite magnetic wire.
上記のような複合磁気ワイヤを磁性体121として使用する磁界センサ120a〜120cでは、磁性体121に外部磁界が付与され、磁性体121の外周部の磁化方向が反転した場合に、コイル122からパルス信号が出力される。
In the
そして、エンコーダ100では、磁性体121に付与される外部磁界に相当する磁界は、上記4つの磁石111a〜111dのうち、円周方向に隣り合う2つの磁石111,111による磁界、つまり磁石111a,111bによる磁界、磁石111b,111cによる磁界、磁石111c,111dによる磁界、磁石111d,111aによる磁界である。これら4つの磁界は、磁性体121の中心部及び外周部の双方の磁化方向を変化させることができるような大きな磁界ではなく、磁性体121の外周部の磁化方向のみを変化させることができる程度の磁界である。
In the
すなわち、モータシャフトSH1と共に磁石111a〜111dが回転すると、磁界センサ120a〜120cの磁性体121に付与される磁界(磁界の向き)が変化する。これにより、磁界センサ120a〜120cでは、磁性体121の外周部の磁化方向が反転し、コイル122からパルス信号が出力される。この際、磁界センサ120a〜120cは、各々の長さ方向成分の磁場エネルギーにより動作するという特性を有し、長さ方向に直交する方向の磁場は、磁場強度に関係なく磁界センサ120a〜120cへの影響はほとんどない。
That is, when the
また、エンコーダ100では、上述のように、磁石111a〜111dは、円周方向に90°間隔で配置され、磁界センサ120a〜120cは、円周方向に120°間隔で配置されている。従って、モータシャフトSH1が回転する間に、磁界センサ120a〜120cの各々のコイル122からパルス信号が出力されるタイミングが重複することがない。そして、制御部150は、磁界センサ120a〜120cの各々のコイル122から異なるタイミングで出力されるパルス信号を用いて所定の処理を行うことで、モータ電磁部Mの回転状態を検出可能である(詳細は後述)。
In the
なお、上記で説明した磁界センサ120の構成及び動作は、あくまで一例であり、上記以外の構成及び動作であってもよい。例えば、磁界センサ120a〜120cの配置形状は、左右方向から見て略三角形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。また、磁界センサ120の数は、3つに限定されるものではなく、他の個数であってもよい。磁界センサ120の数を3つ以外の他の数にする場合には、磁石111等の数や配置等も適宜変更され得る。但し、説明の便宜上、以下では、磁界センサ120の数が3つである場合について説明する。
Note that the configuration and operation of the
また、磁界センサ120a〜120cの各々の、長さ方向一方側の磁石111a〜111dに対向する部分、及び、長さ方向他方側の磁石111a〜111dに対向する部分は、第1磁性部材及び第2磁性部材(いずれも図示せず)により覆われている。磁界センサ120a〜120cの各々に対応する第1及び第2磁性部材は、対応する磁界センサ120の長さ方向中央部において間隙を介して配置され、ブラケット108に固定されている。そして、磁界センサ120a〜120cの各々に対応する第1及び第2磁性部材は、磁石111a〜111dにより対応する磁界センサ120に付与される磁界を誘導し、所定の磁路を形成することが可能である。
In addition, each of the
なお、例えば第1及び第2磁性部材の磁界誘導機能を用いなくても磁界センサ120の磁性体121の磁化方向の予測困難な変化を防止できる場合には、第1及び第2磁性部材を省略することが可能である。
Note that the first and second magnetic members are omitted when it is possible to prevent a difficult change in the magnetization direction of the
(2−3−3.光学検出機構、基板固定部材、支柱部材)
光学検出機構は、上記モータ電磁部Mの位置を光学的に検出するための機構である。この光学検出機構は、エンコーダシャフトSH2の位置を光学的に測定する被測定対象の一例であるディスク130と、光学モジュール135とを有する。(2-3-3. Optical detection mechanism, substrate fixing member, support member)
The optical detection mechanism is a mechanism for optically detecting the position of the motor electromagnetic unit M. The optical detection mechanism includes a
ディスク130は、その回転中心が軸心AXと一致するように、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2の上記磁石固定部材112よりも右側の部分にハブ131を介して連結されている。
The
ハブ131は、エンコーダシャフトSH2の右端に例えばボルト132により固定されている。なお、ハブ131は、磁性材料で構成されることが好ましい。
The
ディスク130の右面(左右方向において光学モジュール135と対向する側の面)には、その円周方向に沿って複数の反射スリット(図示せず)が配列されたトラック(図示せず)が1つ以上形成されている。反射スリットは、後述の光源136から出射された光を反射する。トラックにおける反射スリットの配列パターンとしては、例えば、反射スリットが所定のピッチで規則的に繰り返される「インクリメンタルパターン」や、反射スリットの位置や割合等がディスク130の1回転内で一義に定まる「アブソリュートパターン」等が挙げられ、特に限定されるものではない。
On the right surface of the disk 130 (the surface on the side facing the
また、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2の右側(左右方向においてモータシャフトSH1とは反対側)、つまりディスク130の右側には、電子部品(図示せず)を備えた例えば円板状の基板140と、例えば円板状の基板固定部材145とが配置されている。
Further, on the right side of the right end 2R2 of the encoder shaft SH2 (on the side opposite to the motor shaft SH1 in the left-right direction), that is, on the right side of the
基板固定部材145は、磁性材料で構成され、その板面方向が左右方向に垂直な方向となるように、配置されている。つまり、基板固定部材145は、磁性板部材の一例に相当する。この基板固定部材145は、基板140の左側(左右方向においてエンコーダシャフトSH2側)に配置されるように、その右面に基板140が例えばボルト142により固定されている。
The
ボルト142は、基板140の円周方向に例えば等間隔で複数箇所(例えば3箇所)配置されている。
The
具体的には、基板固定部材145は、例えば該基板固定部材145の中心を中心とする略円形の孔である開口部145aを有し、基板140の一方の面には、上記光学モジュール135が設置されている。そして、基板固定部材145の右面に、基板140が、光学モジュール135が設置された面が左面(ディスク130側の面)となり、且つ光学モジュール135(詳細には、少なくとも後述の光源136及び受光アレイ)が開口部145aに位置するように、固定されている。このように基板固定部材145の右面に基板140を固定することで、基板140に設置された光学モジュール135が左側(ディスク130側)に露出される。
Specifically, the
光学モジュール135は、ディスク130と平行となり、且つ上記トラックの一部と対向可能に、基板140の左面に設置されている。この光学モジュール135の左面には、光源136が設けられると共に、ディスク130の円周方向に沿って複数の受光素子が配列された受光アレイ(図示せず)が1つ以上設けられている。光源136は、例えばLED等で構成され、対向する位置を通過する上記トラックの一部に光を出射する。受光素子は、例えばフォトダイオード等で構成され、光源136から出射され対向する位置を通過する上記トラックの反射スリットで反射された光を受光し、受光信号を出力する。制御部150は、受光アレイの受光素子から出力された受光信号を用いて所定の処理を行うことで、モータ電磁部Mの位置を検出可能である(詳細は後述)。
The
また、基板固定部材145は、円柱状の3つの支柱部材147a,147b,147c(以下適宜「支柱部材147」と総称する。)により支持されつつ、ブラケット108に固定されている。
The
支柱部材147a〜147cは、基板固定部材145とブラケット108との間に立設されるように、例えばボルト149により固定されている。これら支柱部材147a〜147cは、半径方向において磁界センサ120a〜120cの外周側に、円周方向に例えば等間隔(120°間隔)で配置されている。具体的には、支柱部材147a,147b,147cは、磁性材料で構成され、半径方向において磁界センサ120a,120b,120cの各々の長さ方向中央部の外周側に配置されている。そして、支柱部材147a〜147cは、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方から磁界センサ120a〜120cへの漏れ磁束が、磁界センサ120a〜120cの長さ方向に直交する方向となるように、該漏れ磁束を誘導することが可能である。つまり、支柱部材147a〜147cは、磁性部材の一例に相当すると共に、磁束誘導部材の一例にも相当する。
The
なお、ディスク130は、ハブ131を介してエンコーダシャフトSH2に連結される場合に限定されるものではなく、ハブ131を介さずにエンコーダシャフトSH2に直接固定されてもよい。また、被測定対象としては、ディスク130に限定されるものではなく、例えばエンコーダシャフトSH2の右端面等の他の部材であってもよい。但し、説明の便宜上、以下では、被測定対象がディスク130である場合について説明する。また、エンコーダ100は、いわゆる「反射型」の光学検出機構を備える場合に限定されるものではなく、いわゆる「透過型」の光学検出機構を備えてもよい。また、エンコーダ100は、必ずしも光学検出機構を備えていなくてもよい。但し、説明の便宜上、以下では、エンコーダ100が反射型の光学検出機構を備える場合について説明する。
The
また、上記では、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2は、基板140の左側に位置する場合に限定されるものではなく、エンコーダシャフトSH2が基板140を貫通することで基板140の右側に位置してもよい。但し、説明の便宜上、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2が基板140の左側に位置する場合について説明する。
In the above, the right end portion 2R2 of the encoder shaft SH2 is not limited to the case where the encoder shaft SH2 is positioned on the left side of the
また、基板固定部材145は、その中心を中心とする略円形の孔である開口部145aを備える場合に限定されるものではなく、他の形状の開口部を備えてもよい。例えば、基板固定部材145は、その縁部から中心部に向けて略矩形状に切り欠くように形成された開口部を備えてもよい。また、基板固定部材145は、基板140の左側に配置される場合に限定されるものではなく、基板140の右側に配置されてもよい。基板固定部材145が基板140の右側に配置される場合には、開口部がない基板固定部材145を使用することが可能である。また、磁性板部材としては、基板固定部材145に限定されるものではなく、エンコーダシャフトSH2の右側に配置され左右方向に垂直な方向を板面方向とする磁性板部材であれば、基板固定部材145以外の磁性板部材が使用されてもよい。また、例えばディスク130の右側に基板固定部材145とは別に磁性板部材を設置する場合には、基板固定部材145は、非磁性材料で構成されてもよい。また、例えば基板固定部材145を設置しない場合には、ディスク130の右側に磁性板部材を設置すればよい。更には、磁性板部材は、必ずしも設置されなくてもよい。
The
また、支柱部材147の数は、3つに限定されるものではなく、磁界センサ120の数に応じて適宜変更され得る。また、支柱部材147の形状は、円柱状に限定されるものではなく、他の形状(例えば四角柱状等)であってもよい。また、磁性部材としては、支柱部材147に限定されるものではなく、半径方向において磁界センサ120の長さ方向中央部の外周側に配置される磁性部材であれば、支柱部材147以外の磁性部材が使用されてもよい。また、例えば半径方向において磁界センサ120の長さ方向中央部の外周側に支柱部材147とは別に磁性部材を設置する場合には、支柱部材147は、非磁性材料で構成されてもよい。また、例えば支柱部材147を設置しない場合には、半径方向において磁界センサ120の長さ方向中央部の外周側に磁性部材を設置すればよい。また、磁束誘導部材としては、磁性板部材に限定されるものではなく、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方から磁界センサ120への漏れ磁束が磁界センサ120の長さ方向に直交する方向となるように該漏れ磁束を誘導することが可能な部材であれば、磁性板部材以外の部材が使用されてもよい。
The number of support members 147 is not limited to three, and can be changed as appropriate according to the number of
また、本実施形態では、エンコーダ100に磁束誘導部材(上記の例では支柱部材147)を設ける手法(以下適宜「第1の手法」という。)と、エンコーダシャフトSH2を磁性材料で構成し、且つ半径方向において磁界センサ120と対向するように配置する手法(以下適宜「第2の手法」という。)とを併用し、以下で説明するような漏れ磁束による磁界センサ120への影響を低減するという効果を得る場合について説明している。しかし、上記第1の手法及び第2の手法は、必ずしも併用されなくてもよく、第1の手法及び第2の手法のどちらか一方の手法を採用すれば、漏れ磁束による磁界センサ120への影響を低減するという効果を得ることが可能である。
In this embodiment, the
(2−3−4.制御部)
制御部150は、位置データを生成するタイミングにおいて、少なくとも受光アレイの受光素子からの受光信号に基づいて、位置データを生成し、制御装置CTに出力する。(2-3-4. Control unit)
The
以下、図6を参照しつつ、制御部150の構成の一例を、より具体的に機能ブロックで実装した例について説明する。図6は、制御部150の構成の一例を表す機能ブロック図である。
Hereinafter, an example in which an example of the configuration of the
図6に示すように、制御部150は、回転状態検出部151と、位置検出部156と、位置データ生成部157とを有する。これら制御部150の各機能部は、エンコーダ100に備えられたCPU(図示せず)が実行するプログラム、又は、エンコーダ100に備えられた制御装置(図示せず)により実装可能である。制御装置は、例えばASICやFPGA等の特定の用途向けに構築された専用集積回路やその他の電気回路等で構成される。
As illustrated in FIG. 6, the
回転状態検出部151は、外部電源から電源電圧が供給されない場合であっても、磁界センサ120a〜120cから出力されたパルス信号を用いて生成した電圧に基づいて、エンコーダシャフトSH2の回転状態を検出することが可能である。この回転状態検出部151は、電源切替部152と、波形整形部153と、多回転検出部154と、多回転記録部155とを備える。
The rotation
電源切替部152は、外部電源から電源電圧が供給される場合、波形整形部153、多回転検出部154、及び多回転記録部155に電源電圧を供給する。一方、電源切替部152は、外部電源から電源電圧が供給されない場合、磁界センサ120a〜120cから出力されたパルス信号を用いて生成した電圧を、波形整形部153、多回転検出部154、及び多回転記録部155に供給する。
When a power supply voltage is supplied from an external power supply, the power
ここで、磁界センサ120a〜120cから出力されるパルス信号には、正の方向に立ち上がるパルス信号と、負の方向に立ち上がるパルス信号がある。電源切替部152は、これらパルス信号のうち、正の方向に立ち上がるパルス信号を用いて電圧を生成し、この電圧を波形整形部153、多回転検出部154、及び多回転記録部155に供給する。なお、全波整流器等を用いる場合には、磁界センサ120a〜120cから出力される、負の方向に立ち上がるパルス信号を電圧生成に利用することもできる。
Here, the pulse signals output from the
波形整形部153は、磁界センサ120a〜120cから出力されたパルス信号のうち、正の方向に立ち上がるパルス信号を選択し、選択したパルス信号の波形を矩形波となるように整形して、整形したパルス信号を多回転検出部154に出力する。
The
多回転検出部154は、波形整形部153から出力されたパルス信号に基づいて、エンコーダシャフトSH2の回転を検出する。具体的には、多回転検出部154は、波形整形部153から出力された検出パルスが、磁界センサ120a〜120cのうちのいずれの磁界センサ120に対応するパルス信号かを判定し、その結果を多回転記録部155に記録する。例えば、多回転検出部154は、磁界センサ120aに対応するパルス信号の場合には「00」のデータを、磁界センサ120bに対応するパルス信号の場合には「01」のデータを、磁界センサ120cに対応するパルス信号の場合には「10」のデータを、多回転記録部155に記録する。そして、多回転検出部154は、多回転記録部155に記録されたデータに基づいて、エンコーダシャフトSH2の回転を検出し、多回転信号を位置データ生成部157に出力する。
The
以上のように、回転状態検出部151では、外部電源から電源電圧が供給されない場合であっても、消費電力を自己発電できるため、バックアップ用電源(例えばバッテリ等)を省略することが可能である。
As described above, since the rotation
位置検出部156は、受光アレイの受光素子から出力された受光信号に基づいて、モータ電磁部Mの位置を検出し、位置信号を位置データ生成部157に出力する。
The
位置データ生成部157は、位置検出部156から出力された位置信号と、多回転検出部154から出力された多回転信号とを取得する。そして、位置データ生成部157は、取得した位置信号及び多回転信号に基づいて、位置データを生成し、生成した位置データを制御装置CTに出力する。
The position
この際、位置データ生成部157は、外部電源から電源電圧が供給されている場合には、位置検出部156から出力される位置信号のみに基づいて、位置データを生成することも可能である。一方、位置データ生成部157は、外部電源からの電源電圧が停止した後、外部電源からの電源電圧の供給が開始された場合には、位置検出部156から出力される位置信号と、多回転検出部154から出力された多回転信号とに基づいて、位置データを生成する。
At this time, the position
なお、以上説明した図6に示す制御部150の各構成の切り分けは、あくまで一例であり、上記以外の切り分けであってもよい。
Note that the above-described separation of the components of the
なお、上記で説明したエンコーダ100の構成及び動作は、あくまで一例であり、上記以外の構成及び動作であってもよい。
Note that the configuration and operation of the
<3.本実施形態による効果の例>
以上説明した本実施形態に係るエンコーダ100は、磁石111a〜111cと、磁界センサ120a〜120cと、磁束誘導部材(上記の例では支柱部材147a〜147c)を有する。磁界センサ120a〜120cは、長さ方向成分の磁場エネルギーにより動作し、長さ方向に直交する方向の磁場は、磁場強度に関係なく磁界センサ120a〜120cへの影響はほとんどない。磁束誘導部材(上記の例では支柱部材147a〜147c)は、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方から磁界センサ120a〜120cへの漏れ磁束が磁界センサ120a〜120cの長さ方向に直交する方向となるように漏れ磁束を誘導する。これにより、モータ電磁部Mや電磁ブレーキ200からの漏れ磁束による磁界センサ120a〜120cへの影響を低減することができる。その結果、エンコーダ100の検出精度を高め、モータ特性を向上できる。<3. Examples of effects according to this embodiment>
The
また例えば、漏れ磁束が中心(モータシャフトSH1や軸受104,106)から半径方向外側に向けて放射状に拡がる場合、漏れ磁束の長さ方向成分は、磁界センサ120a〜120cの長さ方向一方側と他方側とで反対方向となり、磁界センサ120a〜120cに作用する磁場強度が長さ方向でアンバランスとなる。この場合、大バルクハウゼン効果の発現メカニズムが変化するので、出力波形に乱れが発生する可能性がある。従って、本実施形態において、磁束誘導部材としての磁性部材(上記の例では支柱部材147a〜147c)を磁界センサ120a〜120cの長さ方向中央部の外周側に配置した場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、漏れ磁束が中心から半径方向外側に向けて拡がる際に、磁界センサ120a〜120cの中央部を通過するように誘導することができる。これにより、漏れ磁束を磁界センサ120a〜120cの長さ方向にほぼ直交する方向とすることができるので、上記磁場強度のアンバランスを防止し、漏れ磁束による影響を低減できる。
In addition, for example, when the leakage flux spreads radially outward from the center (motor shaft SH1 or
また、本実施形態において、エンコーダシャフトSH2を磁性材料で構成し、半径方向において磁界センサ120a〜120cと対向するように配置した場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方からエンコーダ100側に向かう漏れ磁束をエンコーダシャフトSH2に集約し、該漏れ磁束の磁路を、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2から磁界センサ120a〜120cを迂回するように形成することが可能となる。これにより、漏れ磁束による磁界センサ120a〜120cへの影響を低減できる。また、エンコーダ100側への漏れ磁束を低減するためにモータシャフトSH1を非磁性材料(例えばSUS)で構成したり、磁性材料(例えば鉄)と非磁性材料による圧接シャフトとする必要がなくなるので、コストを大幅に削減できる。
Moreover, in this embodiment, when the encoder shaft SH2 is made of a magnetic material and arranged so as to face the
また、本実施形態において、エンコーダシャフトSH2をモータシャフトSH1とは別体とした場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、エンコーダ100をユニット化できる。また、既存のブレーキ付きモータにユニット化したエンコーダ100を取り付けることで、漏れ磁束の影響を低減可能なエンコーダ付きモータを容易に実現できる。
In the present embodiment, when the encoder shaft SH2 is separated from the motor shaft SH1, the following effects are obtained. That is, the
また、本実施形態において、エンコーダシャフトSH2の右側に、左右方向に垂直な方向を板面方向とする磁性板部材(上記の例では基板固定部材145)を設けた場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、モータ電磁部Mや電磁ブレーキ200からの漏れ磁束を、エンコーダシャフトSH2の右端部2R2から磁性板部材(上記の例では基板固定部材145)を介して半径方向外側に向けて放射状に導くことができる。その結果、漏れ磁束の磁路を磁界センサ120a〜120cを迂回するように形成する確実性を向上できる。
Further, in this embodiment, when a magnetic plate member (
また、本実施形態において、磁性板部材を基板固定部材145とした場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、磁性板部材と基板固定部材とを兼用できるので、部品点数を低減できる。従って、サーボモータSMを小型化し、コストを低減できる。また、基板固定部材145を基板140の左側に配置した場合には、電子部品を漏れ磁束等から保護することができ、電子部品に対する外乱ノイズを低減できる。
In the present embodiment, when the magnetic plate member is the
また、本実施形態において、磁束誘導部材を支柱部材147a〜147cとした場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、磁束誘導部材と支柱部材とを兼用できるので、部品点数を低減できる。従って、サーボモータSMを小型化し、コストを低減できる。
Moreover, in this embodiment, when the magnetic flux induction member is the
また、光学式エンコーダにおいても、漏れ磁束により例えば電子回路に誘導起電力が生じ検出精度の低下を招く等の影響が生じる可能性がある。従って、本実施形態において、エンコーダ100を光学式エンコーダとし、基板固定部材145が受光素子を左側に露出させる開口部145aを有する場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、光学式エンコーダとしての機能を阻害することがない。更に、開口部145aにより漏れ磁束の磁路を電子回路を避けるように形成することが可能となる。従って、上記影響を低減し、エンコーダ100の検出精度を高めることができる。
Also in the optical encoder, there is a possibility that an induced electromotive force is generated in the electronic circuit due to the leakage magnetic flux and the detection accuracy is lowered. Therefore, in the present embodiment, when the
また、本実施形態において、エンコーダカバー102を磁性材料で構成した場合には、次のような効果を得る。つまり、上記構成により、磁束誘導部材(上記の例では支柱部材147a〜147c)で誘導した漏れ磁束の磁路をエンコーダ100の外周に形成することができる。また、エンコーダカバー102が外部からの外乱磁場に対するシールドとなり、磁界センサ120a〜120cに対する外乱磁場の影響を低減できる。更に、外部の電子部品への影響を低減できる。
In this embodiment, when the
また、本実施形態において、エンコーダ100が電磁ブレーキ200を一体に有する構成とした場合には、電磁ブレーキ200を一体的に備えたブレーキ付きエンコーダを構成できる。また、ブレーキ付きエンコーダでは、電磁ブレーキ200と磁界センサ120a〜120cがより近接して配置されるので、磁界センサ120a〜120cは、電磁ブレーキ200からの漏れ磁束による影響をより一層受け易くなる。従って、該構成を適用することがより有効となる。
Further, in the present embodiment, when the
<4.変形例等>
以上、添付図面を参照しながら一実施形態について詳細に説明した。しかし、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、上記で説明した一実施形態に限定されるものではない。一実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。以下、そのような変形例等について順次説明する。<4. Modified example>
The embodiment has been described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the scope of the technical idea described in the claims is not limited to the embodiment described above. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the embodiment belongs can make various changes, corrections, combinations, and the like within the scope of the technical idea. Accordingly, the technology after these changes, corrections, combinations, and the like are naturally within the scope of the technical idea. Hereinafter, such modifications will be sequentially described.
(4−1.電磁ブレーキとエンコーダとの間にシールド部材を配置する場合)
以下、図7を参照しつつ、本変形例に係るサーボモータSMの構成の一例について説明する。図7は、図2に対応する図である。(4-1. When a shield member is placed between the electromagnetic brake and encoder)
Hereinafter, an example of the configuration of the servo motor SM according to the present modification will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG.
図7に示すように、本変形例に係るサーボモータSMでは、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間、つまり電磁ブレーキ200のハウジング220Aとエンコーダ100のブラケット108との間に、磁性材料で構成された例えば円環状のシールド部材300が配置されている。シールド部材300には、挿通孔301が形成されている。そして、シールド部材300は、挿通孔301にエンコーダシャフトSH2を挿通しつつ、支持部材(図示せず)を介してハウジング220A及びブラケット108の少なくとも一方に固定されている。上記のようにシールド部材300を配置することで、電磁ブレーキ200からモータシャフトSH1やエンコーダシャフトSH2を介さずにエンコーダ100側に漏れる漏れ磁束の磁路を、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間に形成することが可能である。
As shown in FIG. 7, the servo motor SM according to this modification is configured with a magnetic material between the
なお、シールド部材300の挿通孔301には、モータシャフトSH1が挿通されてもよい。また、例えばエンコーダ100がモータ電磁部Mに隣接して配置される場合には、シールド部材300をモータ電磁部Mとエンコーダ100との間に配置すればよい。
Note that the motor shaft SH <b> 1 may be inserted through the insertion hole 301 of the
以上説明した本変形例では、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、本変形例では、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間にシールド部材300を配置することにより、該シールド部材300によって、電磁ブレーキ200からモータシャフトSH1やエンコーダシャフトSH2を介さずにエンコーダ100側に漏れる漏れ磁束を遮断することができる。従って、電磁ブレーキ200からの漏れ磁束による磁界センサ120a〜120cへの影響を更に低減できる。
In the modification described above, the same effects as those of the above embodiment can be obtained. Furthermore, in this modification, by arranging the
(4−2.電磁ブレーキとエンコーダとの間にコイルを配置する場合)
以下、図8を参照しつつ、本変形例に係るサーボモータSMの構成の一例について説明する。図8は、図2に対応する図である。なお、図8中では、漏れ磁束の一例を太実線矢印、コイルで発生された磁束を太破線矢印により概念的に図示している。(4-2. When placing a coil between the electromagnetic brake and encoder)
Hereinafter, an example of the configuration of the servo motor SM according to the present modification will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. In FIG. 8, an example of the leakage magnetic flux is conceptually illustrated by a thick solid arrow, and the magnetic flux generated by the coil is conceptually illustrated by a thick broken arrow.
図8に示すように、本変形例に係るサーボモータSMでは、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間、つまり電磁ブレーキ200のハウジング220Aとエンコーダ100のブラケット108との間に、コイル400が配置されている。コイル400は、モータシャフトSH1の軸心AX上においてエンコーダ100側から電磁ブレーキ200側へ向かう磁束、つまりモータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方からエンコーダ100側へ向かう漏れ磁束と逆方向の磁束を発生させる。上記のようにコイル400を配置することで、コイル400で発生させた磁束と、モータ電磁部M及び電磁ブレーキ200の少なくとも一方からエンコーダ100側へ向かう漏れ磁束とを打ち消しあわせることが可能である。
As shown in FIG. 8, in the servo motor SM according to this modification, the
なお、例えばエンコーダ100がモータ電磁部Mに隣接して配置される場合には、コイル400をモータ電磁部Mとエンコーダ100との間に配置すればよい。コイル400をモータ電磁部Mとエンコーダ100との間に配置する場合には、コイル400は、モータシャフトSH1の軸心AX上においてエンコーダ100側からモータ電磁部M側へ向かう磁束を発生させる。
For example, when the
また、本変形例では、上記実施形態で説明した第1の手法と第2の手法とに加えて、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間にコイル400を配置する手法(以下適宜「第3の手法」という。)を併用し、以下で説明するような漏れ磁束による磁界センサ120への影響を更に低減するという効果を得る場合について説明している。しかし、上記第3の手法は、上記第1の手法及び第2の手法と必ずしも併用されなくてもよく、単独で採用されたり、第1の手法及び第2の手法のどちらか一方と併用されてもよい。これらの場合でも、漏れ磁束による磁界センサ120への影響を低減するという効果を得ることが可能である。
In this modification, in addition to the first method and the second method described in the above embodiment, a method of arranging the
以上説明した本変形例では、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。更に、本変形例では、電磁ブレーキ200とエンコーダ100との間にコイル400を配置することにより、該コイル400で発生させた磁束と、モータ電磁部Mや電磁ブレーキ200からエンコーダ100側へ向かう漏れ磁束とが打ち消しあい、漏れ磁束による磁界センサ120a〜120cへの影響を更に低減できる。
In the modification described above, the same effects as those of the above embodiment can be obtained. Furthermore, in this modification, by disposing the
(4−3.その他)
以上では、電磁ブレーキ200を備えたサーボモータSMを例に挙げて説明したが、電磁ブレーキ200を備えないサーボモータに対しても、前述の第1の手法や第2の手法、第3の手法を適用可能であり、上記実施形態や各変形例と同様の効果を得ることが可能である。(4-3. Others)
In the above, the servo motor SM provided with the
なお、以上の説明において、「垂直」「直交」「平行」「中央」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「垂直」「直交」「平行」「中央」等とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に直交」「実質的に平行」「実質的に中央」等という意味である。 In the above description, when there is a description such as “vertical”, “orthogonal”, “parallel”, “center”, etc., the description is not strict. That is, “vertical”, “orthogonal”, “parallel”, “center”, and the like allow tolerances and errors in design, and “substantially vertical” “substantially orthogonal” “substantially parallel”. It means “substantially central” or the like.
また、以上の説明において、外観上の寸法や大きさが「同一」「等しい」「一致」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。すなわち、それら「同一」「等しい」「一致」「異なる」等とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に等しい」「実質的に一致」「実質的に異なる」等という意味である。 In addition, in the above description, when there are descriptions such as “same”, “equal”, “match”, “different”, etc., the dimensions and size in appearance are not strict meanings. That is, these “identical”, “equal”, “match”, “different”, etc., allow tolerances and errors in design, and “substantially the same” “substantially equal” “substantially coincide” It means “substantially different”.
100 エンコーダ(モータ用エンコーダの一例)
102 エンコーダカバー
111a〜111c 磁石
120a〜120c 磁界センサ
121 磁性体
130 ディスク
136 光源
140 基板
145 基板固定部材(磁性板部材の一例)
145a 開口部
147a〜147c 支柱部材(磁性部材の一例、磁束誘導部材の一例)
1R 右端部(端部の一例)
200 電磁ブレーキ
300 シールド部材
301 挿通孔
400 コイル
AX 軸心
M モータ電磁部
Ra〜Rd 回転軌跡円
SH1 モータシャフト
SH2 エンコーダシャフト
SM サーボモータ(モータの一例)100 Encoder (Example of motor encoder)
102
145a opening 147a-147c support | pillar member (an example of a magnetic member, an example of a magnetic flux guide member)
1R right end (example of end)
DESCRIPTION OF
Claims (14)
モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部と、
前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキと、を有し、
前記エンコーダは、
前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、
大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、
前記モータ電磁部及び前記電磁ブレーキの少なくとも一方から前記磁界センサへの漏れ磁束が前記磁界センサの長さ方向に直交する方向となるように前記漏れ磁束を誘導する磁束誘導部材と、を有する、
モータ。 A motor with an encoder,
A motor electromagnetic section configured to rotate the motor shaft;
An electromagnetic brake configured to brake the motor shaft,
The encoder is
A magnet supported to rotate with the motor shaft;
A magnetic field sensor comprising a magnetic body having a large Barkhausen effect and configured to detect a magnetic field of the magnet;
A magnetic flux guiding member that induces the leakage flux so that the leakage flux from at least one of the motor electromagnetic part and the electromagnetic brake to the magnetic field sensor is in a direction orthogonal to the length direction of the magnetic field sensor,
motor.
前記長さ方向が前記磁石の回転軌跡円の接線方向と平行となるように配置され、
前記磁束誘導部材は、
前記回転軌跡円の半径方向において前記磁界センサの前記長さ方向中央部の外周側に配置された磁性部材である、請求項1に記載のモータ。 The magnetic field sensor is
The length direction is arranged so as to be parallel to the tangential direction of the rotation locus circle of the magnet,
The magnetic flux induction member is
The motor according to claim 1, wherein the motor is a magnetic member disposed on an outer peripheral side of the central portion in the length direction of the magnetic field sensor in a radial direction of the rotation locus circle.
前記モータシャフトと共に回転し、前記半径方向において前記磁界センサと対向するように配置された、磁性材料で構成されたエンコーダシャフトを有する、請求項2に記載のモータ。 The encoder is
3. The motor according to claim 2, further comprising an encoder shaft made of a magnetic material that rotates with the motor shaft and is arranged to face the magnetic field sensor in the radial direction.
前記モータシャフトとは別体であり、前記モータシャフトの端部に同一軸心となるように連結される、請求項3に記載のモータ。 The encoder shaft is
The motor according to claim 3, wherein the motor is separate from the motor shaft and is connected to the end of the motor shaft so as to have the same axis.
前記軸心方向において前記エンコーダシャフトの前記モータシャフトとは反対側に配置され、前記軸心方向に垂直な方向を板面方向とする磁性板部材を有する、請求項4に記載のモータ。 The encoder is
5. The motor according to claim 4, further comprising a magnetic plate member disposed on a side opposite to the motor shaft of the encoder shaft in the axial direction and having a direction perpendicular to the axial direction as a plate surface direction.
電子部品を備えた基板を有し、
前記磁性板部材は、
前記軸心方向において前記基板の前記エンコーダシャフト側に配置され、前記基板を固定する基板固定部材である、請求項5に記載のモータ。 The encoder is
Having a substrate with electronic components,
The magnetic plate member is
The motor according to claim 5, wherein the motor is a board fixing member that is arranged on the encoder shaft side of the board in the axial direction and fixes the board.
磁性材料で構成され、前記基板固定部材を支持する支柱部材である、
請求項6に記載のモータ。 The magnetic flux induction member is
A strut member made of a magnetic material and supporting the substrate fixing member,
The motor according to claim 6.
前記エンコーダシャフトに連結されたディスクと、
前記ディスクに光を出射するように構成された光源と、
前記基板に設置され、前記ディスクからの光を受光するように構成された受光素子と、を有し、
前記基板固定部材は、
少なくとも前記受光素子を前記ディスク側に露出させる開口部を有する、請求項6又は7に記載のモータ。 The encoder is
A disk coupled to the encoder shaft;
A light source configured to emit light to the disk;
A light receiving element installed on the substrate and configured to receive light from the disk;
The substrate fixing member is
The motor according to claim 6, further comprising an opening that exposes at least the light receiving element to the disk side.
磁性材料で構成され、前記磁石、前記磁界センサ及び前記磁束誘導部材を収容するエンコーダカバーを有する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のモータ。 The encoder is
The motor according to any one of claims 1 to 8, comprising an encoder cover made of a magnetic material and accommodating the magnet, the magnetic field sensor, and the magnetic flux guiding member.
モータシャフトを回転するように構成されたモータ電磁部と、
前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキと、を有し、
前記エンコーダは、
前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、
大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、
前記モータシャフトと共に回転し、前記磁石の回転軌跡円の半径方向において前記磁界センサと対向するように配置された、磁性材料で構成されたエンコーダシャフトと、を有する、モータ。 A motor with an encoder,
A motor electromagnetic section configured to rotate the motor shaft;
An electromagnetic brake configured to brake the motor shaft,
The encoder is
A magnet supported to rotate with the motor shaft;
A magnetic field sensor comprising a magnetic body having a large Barkhausen effect and configured to detect a magnetic field of the magnet;
A motor that rotates together with the motor shaft and that is arranged to face the magnetic field sensor in a radial direction of a rotation locus circle of the magnet, and is made of a magnetic material.
前記モータシャフトと共に回転するように支持された磁石と、
大バルクハウゼン効果を有する磁性体を備え、前記磁石の磁界を検出するように構成された磁界センサと、
前記モータシャフトの制動を行うように構成された電磁ブレーキ及び前記モータ電磁部の少なくとも一方から前記磁界センサへの漏れ磁束が前記磁界センサの長さ方向に直交する方向となるように前記漏れ磁束を誘導する磁束誘導部材と、を有する、
モータ用エンコーダ。 A motor encoder used in a motor having a motor electromagnetic unit configured to rotate a motor shaft,
A magnet supported to rotate with the motor shaft;
A magnetic field sensor comprising a magnetic body having a large Barkhausen effect and configured to detect a magnetic field of the magnet;
The leakage flux is set so that the leakage flux from at least one of the electromagnetic brake configured to brake the motor shaft and the motor electromagnetic unit to the magnetic field sensor is in a direction perpendicular to the length direction of the magnetic field sensor. A magnetic flux guiding member for guiding,
Encoder for motor.
The motor encoder according to claim 13 , wherein the electromagnetic brake is integrally provided.
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