JP6196532B2

JP6196532B2 - Encoder

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Publication number: JP6196532B2
Application number: JP2013229584A
Authority: JP
Inventors: 友佑蔦川; 徹海老根; 秀行小田切; 常田　晴弘; 晴弘常田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: TWI530671B; KR20150051876A; KR101597906B1; CN104613989A; TW201518689A; CN104613989B; JP2015090288A

Description

本発明は、回転体の回転角度を検出するエンコーダに関する。 The present invention relates to an encoder that detects a rotation angle of a rotating body.

従来、回転体の回転角度の絶対位置を検出するためのエンコーダとして、主電源とバックアップ用の電池とを有するエンコーダが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のエンコーダは、サーボモータのロータの回転角度を検出するためのものであり、ロータを構成する回転軸等に固定されるセンサ磁石と、センサ磁石に対向配置される磁気抵抗素子および２個のホール素子とを備えている。また、このエンコーダは、２個のホール素子のそれぞれが電気的に接続される２個のコンパレータと、２個のコンパレータの出力側が接続されるＣＰＵとを備えている。このエンコーダでは、主電源から供給される電力によってエンコーダが動作する通常動作モードと、主電源からの電力の供給が停止されるとともにバックアップ用の電池から供給される電力によってエンコーダが動作するバックアップモードとに切り替え可能となっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, an encoder having a main power source and a backup battery is known as an encoder for detecting the absolute position of the rotation angle of a rotating body (for example, see Patent Document 1). An encoder described in Patent Document 1 is for detecting a rotation angle of a rotor of a servo motor, and includes a sensor magnet fixed to a rotating shaft or the like constituting the rotor, and a magnetoresistive element arranged to face the sensor magnet. And two Hall elements. The encoder also includes two comparators to which two Hall elements are electrically connected, and a CPU to which the output sides of the two comparators are connected. In this encoder, a normal operation mode in which the encoder operates with the power supplied from the main power source, and a backup mode in which the encoder operates with the power supplied from the backup battery while the power supply from the main power source is stopped. It is possible to switch to.

特許文献１に記載のエンコーダでは、通常動作モードにおいて、２個のホール素子および２個のコンパレータに主電源から常時、電力が供給されている。また、このエンコーダでは、通常動作モードにおいて、一方のホール素子から出力される出力信号に基づいて第１検出信号が生成されるとともに、他方のホール素子から出力される出力信号に基づいて第２検出信号が生成される。第１検出信号および第２検出信号は、ロータの１回転を１周期とするとともに互いの位相が９０°ずれた矩形波状の信号である。そのため、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せとして４つの組合せが生じる。特許文献１に記載のエンコーダでは、この４つの組合せに基づいて、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置が検出される。また、このエンコーダでは、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せが順次、変遷していくことを検出することで、ロータが所定の原点位置から何回転したのかが検出される。 In the encoder described in Patent Document 1, power is always supplied from the main power supply to the two Hall elements and the two comparators in the normal operation mode. In this encoder, in the normal operation mode, the first detection signal is generated based on the output signal output from one Hall element, and the second detection is performed based on the output signal output from the other Hall element. A signal is generated. The first detection signal and the second detection signal are rectangular wave signals in which one rotation of the rotor is defined as one cycle and their phases are shifted by 90 °. Therefore, four combinations occur as combinations of the level of the first detection signal and the level of the second detection signal. In the encoder described in Patent Document 1, the approximate rotational position of the rotor within the range of one rotation of the rotor is detected based on these four combinations. Further, this encoder detects how many times the rotor has rotated from a predetermined origin position by detecting that the combination of the level of the first detection signal and the level of the second detection signal changes sequentially. Is done.

また、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で、一方のホール素子および一方のコンパレータにバックアップ用の電池から電力が供給されて、このホール素子およびコンパレータが起動、停止し、第１検出信号が生成される。また、バックアップモードにおいては、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転したときに、他方のホール素子および他方のコンパレータに電池から電力が供給されて、このホール素子およびコンパレータが起動、停止し、第２検出信号が生成される。 In the encoder described in Patent Document 1, in the backup mode, power is supplied from the backup battery to one hall element and one comparator at a predetermined sampling period, and the hall element and comparator are started and stopped. Then, the first detection signal is generated. In the backup mode, when the level of the first detection signal generated at a predetermined sampling period is inverted, power is supplied from the battery to the other Hall element and the other comparator. Start and stop, and a second detection signal is generated.

このように、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で、一方のホール素子およびコンパレータに電池から電力が供給されるが、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、他方のホール素子およびコンパレータに電池から電力が供給されない。そのため、このエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によってエンコーダが動作するバックアップモードにおいて、エンコーダの消費電力を低減することが可能になる。 As described above, in the encoder described in Patent Document 1, in the backup mode, power is supplied from the battery to one Hall element and the comparator at a predetermined sampling period, but the first detection generated at the predetermined sampling period. If the signal level is not inverted, power is not supplied from the battery to the other Hall element and the comparator. Therefore, in this encoder, it is possible to reduce the power consumption of the encoder in the backup mode in which the encoder operates with the power supplied from the backup battery.

特開２０１３−１３７２５５号公報JP 2013-137255 A

上述のように、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、他方のホール素子およびコンパレータに電力が供給されない。すなわち、このエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、第２検出信号が生成されない。そのため、このエンコーダでは、バックアップモードにおいて、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握できない状況が生じうる。第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握できない状況が生じると、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握することが困難になるとともに、ロータが所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが困難になる。 As described above, in the encoder described in Patent Document 1, in the backup mode, unless the level of the first detection signal generated at a predetermined sampling period is inverted, power is not supplied to the other Hall element and the comparator. That is, in this encoder, in the backup mode, the second detection signal is not generated unless the level of the first detection signal generated at a predetermined sampling period is inverted. Therefore, in this encoder, in the backup mode, a situation may occur in which the combination of the level of the first detection signal and the level of the second detection signal cannot be accurately grasped. If a situation occurs in which the combination of the level of the first detection signal and the level of the second detection signal cannot be accurately grasped, it becomes difficult to accurately grasp the approximate rotational position of the rotor within the range of one rotation of the rotor. At the same time, it is difficult to accurately grasp how many times the rotor has rotated from the predetermined origin position.

一方、バックアップモードにおいて、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握して、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握するとともにロータが所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握するためには、所定のサンプリング周期で、両方のホール素子およびコンパレータに電力を供給して、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとを検出すれば良い。しかしながら、この場合には、バックアップモードにおいて、エンコーダの消費電力が増大する。 On the other hand, in the backup mode, the combination of the level of the first detection signal and the level of the second detection signal is accurately grasped to accurately grasp the approximate rotational position of the rotor within the range of one rotation of the rotor and the rotor. In order to accurately grasp how many rotations of the first origin position from the predetermined origin position, power is supplied to both the Hall elements and the comparator at a predetermined sampling period, and the level of the first detection signal, the second detection signal, It is sufficient to detect the level. However, in this case, the power consumption of the encoder increases in the backup mode.

そこで、本発明の課題は、バックアップ用の電池から供給される電力によって動作するバックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能なエンコーダを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to accurately grasp the approximate rotational position of the rotating body within the range of one rotation of the rotating body in the backup mode operated by the power supplied from the backup battery, and It is an object of the present invention to provide an encoder capable of reducing power consumption even if it is possible to accurately grasp how many rotations have been made from a predetermined origin position.

上記の課題を解決するため、本発明のエンコーダは、主電源とバックアップ用の電池とを備えるエンコーダであって、回転体の回転角度を検出するための第１センサおよび第２センサと、第１センサが出力する第１出力信号および第２センサが出力する第２出力信号が入力されるマイコンとを備え、第１出力信号は、回転体の１回転を１周期とする正弦波信号であり、第２出力信号は、回転体の１回転を１周期とする余弦波信号であり、正弦波信号の位相と余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれており、主電源からの電力の供給が停止されるとともに電池から供給される電力によってマイコンが動作するときのエンコーダのモードをバックアップモードとし、１周期分の正弦波信号のレベルと余弦波信号のレベルとの組合せに基づいて特定される回転体の１回転内の４つの回転角度範囲を第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲および第４回転角度範囲とすると、回転体が一方向へ回転しているときには、回転体の回転角度範囲は、第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲および第４回転角度範囲の順番に変遷するとともに、回転体が１回転すると第４回転角度範囲から第１回転角度範囲に戻り、マイコンは、第１出力信号と所定の第１の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号を生成するとともに、第２出力信号と所定の第２の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号を生成するコンパレータ機能と、コンパレータ機能によって第１検出信号または第２検出信号のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能と、回転体の回転角度が第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲または第４回転角度範囲のいずれの範囲内にあるのかを示す概略回転位置データと回転体が所定の原点位置から何回転したのかを示す多回転データとを第１検出信号と第２検出信号とに基づいて生成するデータ生成機能と、概略回転位置データおよび多回転データを記憶するデータ記憶機能と、電池からマイコンに供給された電力を第１センサおよび第２センサに供給する電力供給機能とを備え、バックアップモードにおいて、マイコンは、所定のサンプリング周期で起動、停止し、マイコンの動作時に、コンパレータ機能および切替機能によって第１検出信号および第２検出信号を順次生成するとともに、順次生成された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶することを特徴とする。 In order to solve the above problems, an encoder of the present invention is an encoder including a main power source and a backup battery, and includes a first sensor and a second sensor for detecting a rotation angle of a rotating body, A microcomputer to which the first output signal output from the sensor and the second output signal output from the second sensor are input, the first output signal is a sine wave signal having one rotation of the rotating body as one cycle; The second output signal is a cosine wave signal with one rotation of the rotating body as one cycle, and the phase of the sine wave signal and the phase of the cosine wave signal are shifted from each other by 90 °, and power is supplied from the main power supply. The encoder mode when the microcomputer is operated by the power supplied from the battery while the power is stopped is set as the backup mode, and is based on the combination of the sine wave signal level and the cosine wave signal level for one cycle. When the four rotation angle ranges within one rotation of the rotating body are defined as the first rotation angle range, the second rotation angle range, the third rotation angle range, and the fourth rotation angle range, the rotation body rotates in one direction. The rotation angle range of the rotator changes in the order of the first rotation angle range, the second rotation angle range, the third rotation angle range, and the fourth rotation angle range. The microcomputer returns to the first rotation angle range from the angle range, the microcomputer compares the first output signal with a predetermined first threshold value, generates a rectangular wave-shaped first detection signal based on the comparison result, and outputs the second output. A comparator function that compares the signal with a predetermined second threshold and generates a rectangular wave-shaped second detection signal based on the comparison result, and generates either the first detection signal or the second detection signal by the comparator function. Switching And a rough rotation position indicating whether the rotation angle of the rotating body is within the first rotation angle range, the second rotation angle range, the third rotation angle range, or the fourth rotation angle range. A data generation function for generating data and multi-rotation data indicating how many times the rotating body has rotated from a predetermined origin position based on the first detection signal and the second detection signal; A data storage function for storing, and a power supply function for supplying power supplied from the battery to the microcomputer to the first sensor and the second sensor. In the backup mode, the microcomputer starts and stops at a predetermined sampling period, During the operation of the microcomputer, the first detection signal and the second detection signal are sequentially generated by the comparator function and the switching function, and the first detection signal sequentially generated Preliminary based on the second detection signal, and generating and storing summary rotational position data and the rotation data.

本発明のエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によってマイコンが動作するバックアップモードにおいて、マイコンは、所定のサンプリング周期で起動、停止するマイコンの動作時に、コンパレータ機能および切替機能によって第１検出信号および第２検出信号を順次生成し、順次生成された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。すなわち、本発明では、バックアップモードにおいても、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。そのため、本発明では、バックアップモードにおいても、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能になる。 In the encoder of the present invention, in the backup mode in which the microcomputer operates with the power supplied from the backup battery, the microcomputer detects the first detection by the comparator function and the switching function when the microcomputer starts and stops at a predetermined sampling period. The signal and the second detection signal are sequentially generated, and the approximate rotational position data and the multi-rotation data are generated and stored based on the sequentially generated first detection signal and second detection signal. That is, according to the present invention, even in the backup mode, the approximate rotational position data and the multi-rotation data are generated and stored based on the first detection signal and the second detection signal generated at a predetermined sampling period. Therefore, in the present invention, even in the backup mode, it is possible to accurately grasp the approximate rotational position of the rotating body within the range of one rotation of the rotating body and accurately how many times the rotating body has rotated from the predetermined origin position. It becomes possible to grasp.

また、本発明では、バックアップモードにおいて、１個のマイコンのコンパレータ機能を利用して、第１出力信号と第１の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号を生成した後に、第２出力信号と第２の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号を生成している。そのため、本発明では、２個のコンパレータを使用して第１検出信号および第２検出信号を生成する場合と比較して、バックアップモードにおける消費電力を低減することが可能になる。すなわち、本発明では、バックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能になる。 In the present invention, in the backup mode, the comparator function of one microcomputer is used to compare the first output signal with the first threshold value and generate a rectangular wave-shaped first detection signal based on the comparison result. After that, the second output signal is compared with the second threshold value, and a rectangular wave-shaped second detection signal is generated based on the comparison result. Therefore, in the present invention, it is possible to reduce power consumption in the backup mode as compared with the case where the first detection signal and the second detection signal are generated using two comparators. That is, in the present invention, in the backup mode, the approximate rotational position of the rotating body within the range of one rotation of the rotating body is accurately grasped, and the number of rotations of the rotating body from the predetermined origin position is accurately grasped. Even if it is possible, it becomes possible to reduce power consumption.

本発明において、エンコーダは、マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、主電源から供給される電力によってマイコンおよび第２のマイコンが動作するときのエンコーダのモードを通常動作モードとすると、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコンに記憶された概略回転位置データおよび多回転データが第２のマイコンに入力されることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードから通常動作モードに切り替わったときに入力される概略回転位置データおよび多回転データに基づいて、第２のマイコンで、回転体の絶対回転位置（回転角度の絶対位置）を算出することが可能になる。 In the present invention, the encoder includes a second microcomputer to which the microcomputer is electrically connected. When the microcomputer and the second microcomputer are operated by the power supplied from the main power source, the encoder mode is a normal operation mode. When the backup mode is switched to the normal operation mode, it is preferable that the approximate rotational position data and the multi-rotation data stored in the microcomputer are input to the second microcomputer. With this configuration, the absolute rotation position (the absolute position of the rotation angle) of the rotating body is determined by the second microcomputer based on the approximate rotation position data and the multi-rotation data input when the backup mode is switched to the normal operation mode. ) Can be calculated.

本発明において、切替機能は、バックアップモードにおいて、電池からの電力が第１センサまたは第２センサの一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能であることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードにおけるマイコンの動作時に第１センサおよび第２センサの両方に常時電力が供給されている場合と比較して、バックアップモードにおいて、消費電力をより低減することが可能になる。 In the present invention, the switching function is preferably a function for switching the power supply path so that power from the battery is supplied to only one of the first sensor and the second sensor in the backup mode. If comprised in this way, compared with the case where electric power is always supplied to both the 1st sensor and the 2nd sensor at the time of operation | movement of the microcomputer in backup mode, it becomes possible to reduce power consumption more in backup mode Become.

本発明において、エンコーダは、マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、主電源から供給される電力によってマイコンおよび第２のマイコンが動作するときのエンコーダのモードを通常動作モードとするとともに、回転体の最高角加速度をａ（ｒａｄ／ｓｅｃ^２）とし、回転体の最高回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期は、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっており、
バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると、サンプリング周期は、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置をより正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかをより正確に把握することが可能になる。 In the present invention, the encoder includes a second microcomputer to which the microcomputer is electrically connected, and the mode of the encoder when the microcomputer and the second microcomputer are operated by the power supplied from the main power supply is set to the normal operation mode. At the same time, when the maximum angular acceleration of the rotating body is a (rad / sec ² ) and the maximum rotational speed of the rotating body is N (rpm), the sampling period when the normal operation mode is switched to the backup mode is
t1 <(√ (π / {(1/2) × a}) − √ ({π / 2} / {(1/2) × a}))
T1 (sec) satisfying the relationship of
When there is a change in the approximate rotational position data in the backup mode, the sampling period is
t2 <1 / {(N / 60) / (90/360)}
It is preferable to switch to t2 (sec) that satisfies the above relationship. With this configuration, in the backup mode, it is possible to more accurately grasp the approximate rotational position of the rotating body within the range of one rotation of the rotating body, and more accurately how many times the rotating body has rotated from the predetermined origin position. It becomes possible to grasp.

以上のように、本発明のエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によって動作するバックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能になる。 As described above, in the encoder of the present invention, in the backup mode that operates with the power supplied from the backup battery, the approximate rotational position of the rotating body within the range of one rotation of the rotating body is accurately grasped, and Even if it is possible to accurately grasp how many times the rotating body has rotated from the predetermined origin position, it is possible to reduce power consumption.

本発明の実施の形態にかかるエンコーダの概略構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating schematic structure of the encoder concerning embodiment of this invention. 図１に示すエンコーダの機械的な構成を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the mechanical structure of the encoder shown in FIG. 図１に示すマイコンで生成される第１検出信号および第２検出信号と、磁気抵抗素子からの入力信号に基づいて第２のマイコンで算出される計算値とを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st detection signal and 2nd detection signal which are produced | generated by the microcomputer shown in FIG. 1, and the calculated value calculated by the 2nd microcomputer based on the input signal from a magnetoresistive element. 図１に示すエンコーダの通常動作モードにおけるホール素子の駆動タイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive timing of a Hall element in the normal operation mode of the encoder shown in FIG. 図１に示すエンコーダのバックアップモードにおけるマイコンおよびホール素子の駆動タイミングを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the drive timing of the microcomputer and Hall element in the backup mode of the encoder shown in FIG.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

（エンコーダの構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるエンコーダ１の概略構成を説明するためのブロック図である。図２は、図１に示すエンコーダ１の機械的な構成を説明するための概略図である。図３は、図１に示すマイコン８で生成される第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２と、磁気抵抗素子７からの入力信号に基づいてマイコン９で算出される計算値とを説明するための図である。図４は、図１に示すエンコーダ１の通常動作モードにおけるホール素子５、６の駆動タイミングを説明するための図である。図５は、図１に示すエンコーダ１のバックアップモードにおけるマイコン８およびホール素子５、６の駆動タイミングを説明するための図である。 (Encoder configuration)
FIG. 1 is a block diagram for explaining a schematic configuration of an encoder 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the mechanical configuration of the encoder 1 shown in FIG. FIG. 3 illustrates the first detection signal S1 and the second detection signal S2 generated by the microcomputer 8 shown in FIG. 1 and the calculated value calculated by the microcomputer 9 based on the input signal from the magnetoresistive element 7. FIG. FIG. 4 is a diagram for explaining the drive timing of the Hall elements 5 and 6 in the normal operation mode of the encoder 1 shown in FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining the drive timing of microcomputer 8 and hall elements 5 and 6 in the backup mode of encoder 1 shown in FIG.

本形態のエンコーダ１は、回転体の回転角度（回転位置）を検出するための装置である。具体的には、エンコーダ１は、回転体としてのサーボモータのロータの回転角度を検出するための装置であり、サーボモータに取り付けられている。このエンコーダ１は、サーボモータを駆動および制御するモータ駆動装置（モータドライバ）に電気的に接続されている。また、エンコーダ１は、ロータの回転角度の絶対位置を検出するためのアブソリュートエンコーダ（絶対値エンコーダ）である。 The encoder 1 of this embodiment is a device for detecting the rotation angle (rotation position) of a rotating body. Specifically, the encoder 1 is a device for detecting a rotation angle of a rotor of a servo motor as a rotating body, and is attached to the servo motor. The encoder 1 is electrically connected to a motor driving device (motor driver) that drives and controls a servo motor. The encoder 1 is an absolute encoder (absolute value encoder) for detecting the absolute position of the rotation angle of the rotor.

また、本形態のエンコーダ１は、磁気式のロータリーエンコーダである。このエンコーダ１は、サーボモータのロータを構成する回転軸３に固定される検出用磁石４と、ロータの回転角度を検出するための２個のホール素子５、６および磁気抵抗素子７と、ホール素子５が出力する第１出力信号およびホール素子６が出力する第２出力信号が入力されるマイコン（マイクロコントローラ）８と、磁気抵抗素子７が出力する出力信号が入力されるとともにマイコン８が電気的に接続されるマイコン（マイクロコントローラ）９とを備えている。本形態のホール素子５は第１センサであり、ホール素子６は第２センサであり、マイコン９は第２のマイコンである。 The encoder 1 of the present embodiment is a magnetic rotary encoder. The encoder 1 includes a detection magnet 4 fixed to a rotating shaft 3 constituting a rotor of a servo motor, two Hall elements 5 and 6 and a magnetoresistive element 7 for detecting a rotation angle of the rotor, a Hall The microcomputer (microcontroller) 8 to which the first output signal output from the element 5 and the second output signal output from the hall element 6 are input, and the output signal output from the magnetoresistive element 7 is input and the microcomputer 8 is electrically And a microcomputer (microcontroller) 9 connected to each other. In this embodiment, the Hall element 5 is a first sensor, the Hall element 6 is a second sensor, and the microcomputer 9 is a second microcomputer.

また、エンコーダ１は、主電源１１と、バックアップ用の電池１２とを備えている。主電源１１は、マイコン８、９に接続され、電池１２は、マイコン８に接続されている。エンコーダ１では、通常、主電源１１からマイコン８、９に電力が供給されており、マイコン８、９は、主電源１１から供給される電力によって動作している。また、何らかの原因で、主電源１１からの電力の供給が停止されると、電池１２からマイコン８に電力が供給され、マイコン８は、電池１２から供給される電力によって動作する。すなわち、エンコーダ１は、主電源１１から供給される電力によってマイコン８、９が動作するときのエンコーダ１のモードである通常動作モードと、電池１２から供給される電力によってマイコン８が動作するときのエンコーダ１のモードであるバックアップモードとに切替可能となっている。バックアップモードにおいては、マイコン９には電力が供給されず、マイコン９は停止している。 The encoder 1 includes a main power supply 11 and a backup battery 12. The main power supply 11 is connected to the microcomputers 8 and 9, and the battery 12 is connected to the microcomputer 8. In the encoder 1, power is normally supplied from the main power supply 11 to the microcomputers 8 and 9, and the microcomputers 8 and 9 are operated by the power supplied from the main power supply 11. Further, when the supply of power from the main power supply 11 is stopped for some reason, power is supplied from the battery 12 to the microcomputer 8, and the microcomputer 8 operates with the power supplied from the battery 12. That is, the encoder 1 has a normal operation mode that is a mode of the encoder 1 when the microcomputers 8 and 9 are operated by the power supplied from the main power supply 11 and a case where the microcomputer 8 is operated by the power supplied from the battery 12. The mode can be switched to the backup mode which is the mode of the encoder 1. In the backup mode, no power is supplied to the microcomputer 9 and the microcomputer 9 is stopped.

ホール素子５、６および磁気抵抗素子７は、検出用磁石４に対向配置されている。検出用磁石４は、円板状に形成された永久磁石である。検出用磁石４の、ホール素子５、６および磁気抵抗素子７との対向面には、ロータの周方向において、Ｎ極とＳ極とが１極ずつ形成されている。検出用磁石４は、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心と検出用磁石４の中心とが一致するように回転軸３に固定されている。 The Hall elements 5 and 6 and the magnetoresistive element 7 are disposed to face the detection magnet 4. The detection magnet 4 is a permanent magnet formed in a disk shape. On the surface of the detection magnet 4 facing the Hall elements 5 and 6 and the magnetoresistive element 7, one N pole and one S pole are formed in the circumferential direction of the rotor. The detection magnet 4 is fixed to the rotary shaft 3 so that the rotation center of the rotor coincides with the center of the detection magnet 4 when viewed from the axial direction of the rotary shaft 3.

ホール素子５とホール素子６とは、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心に対して（すなわち、検出用磁石４の中心に対して）互いに９０°ずれた位置に配置されている。ホール素子５は、第１出力信号として、ロータの１回転を１周期とする正弦波信号を出力し、ホール素子６は、第２出力信号として、ロータの１回転を１周期とする余弦波信号を出力する。すなわち、ホール素子５、６は、ロータの回転角度に応じて周期的にそのレベルが変動する正弦波信号および余弦波信号を出力する。ホール素子５が出力する正弦波信号の位相と、ホール素子６が出力する余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれている。 The Hall element 5 and the Hall element 6 are arranged at positions shifted from each other by 90 ° with respect to the rotation center of the rotor (that is, with respect to the center of the detection magnet 4) when viewed from the axial direction of the rotary shaft 3. Has been. The Hall element 5 outputs a sine wave signal with one rotation of the rotor as one cycle as the first output signal, and the Hall element 6 has a cosine wave signal with one rotation of the rotor as one cycle as the second output signal. Is output. That is, the Hall elements 5 and 6 output a sine wave signal and a cosine wave signal whose levels periodically change according to the rotation angle of the rotor. The phase of the sine wave signal output from the hall element 5 and the phase of the cosine wave signal output from the hall element 6 are shifted from each other by 90 °.

磁気抵抗素子７は、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心と磁気抵抗素子７の中心とが略一致するように配置されている。磁気抵抗素子７には、互いに略直交する方向に配置される磁気抵抗パターンが形成されている。磁気抵抗素子７は、ロータの半回転を１周期とする正弦波信号および余弦波信号を出力する。すなわち、磁気抵抗素子７は、ホール素子５、６が出力する正弦波信号および余弦波信号の半分の周期を有するとともに、ロータの回転角度に応じて周期的にそのレベルが変動する正弦波信号および余弦波信号を出力する。磁気抵抗素子７が出力する正弦波信号の位相と、磁気抵抗素子７が出力する余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれている。 The magnetoresistive element 7 is arranged so that the rotation center of the rotor and the center of the magnetoresistive element 7 substantially coincide with each other when viewed from the axial direction of the rotary shaft 3. The magnetoresistive element 7 is formed with a magnetoresistive pattern arranged in a direction substantially orthogonal to each other. The magnetoresistive element 7 outputs a sine wave signal and a cosine wave signal with a half rotation of the rotor as one cycle. That is, the magnetoresistive element 7 has a half period of the sine wave signal and cosine wave signal output from the Hall elements 5 and 6, and a sine wave signal whose level periodically varies according to the rotation angle of the rotor. Output cosine wave signal. The phase of the sine wave signal output from the magnetoresistive element 7 and the phase of the cosine wave signal output from the magnetoresistive element 7 are shifted from each other by 90 °.

マイコン８は、ホール素子５が出力する正弦波信号と所定の第１の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するとともに、ホール素子６が出力する余弦波信号と所定の第２の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するコンパレータ機能を備えている。すなわち、マイコン８では、そのコンパレータ機能によって、ホール素子５が出力する正弦波信号に基づいて、ロータの１回転を１周期とする矩形波状の第１検出信号Ｓ１が生成され、ホール素子６が出力する余弦波信号に基づいて、ロータの１回転を１周期とする矩形波状の第２検出信号Ｓ２が生成される。たとえば、ロータが一定速度で回転している場合であって、かつ、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２が連続で生成されている場合には、図３に示すような第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２がマイコン８で生成される。なお、本形態では、後述のように、実際には、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２は、間欠的に生成される。 The microcomputer 8 compares the sine wave signal output from the Hall element 5 with a predetermined first threshold value, generates a rectangular wave-shaped first detection signal (A phase signal) S1 based on the comparison result, and A cosine wave signal output from the element 6 is compared with a predetermined second threshold value, and a comparator function for generating a rectangular wave-shaped second detection signal (B-phase signal) S2 based on the comparison result is provided. That is, the microcomputer 8 generates a rectangular wave-shaped first detection signal S1 with one rotation of the rotor as one cycle based on the sine wave signal output from the hall element 5 by the comparator function, and the hall element 6 outputs the first detection signal S1. Based on the cosine wave signal to be generated, a second detection signal S2 having a rectangular wave shape with one rotation of the rotor as one cycle is generated. For example, when the rotor is rotating at a constant speed and the first detection signal S1 and the second detection signal S2 are generated continuously, the first detection signal as shown in FIG. S1 and the second detection signal S2 are generated by the microcomputer 8. In this embodiment, as will be described later, actually, the first detection signal S1 and the second detection signal S2 are generated intermittently.

第２検出信号Ｓ２の位相は、第１検出信号Ｓ１の位相に対して９０°ずれている。そのため、図３に示すように、１周期分の第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、第１検出信号Ｓ１のレベルおよび第２検出信号Ｓ２のレベルがともに「ロー」であるときのロータの回転角度範囲（第１回転角度範囲）Ａ１と、第１検出信号Ｓ１のレベルが「ロー」で第２検出信号Ｓ２のレベルが「ハイ」であるときのロータの回転角度範囲（第２回転角度範囲）Ａ２と、第１検出信号Ｓ１のレベルおよび第２検出信号Ｓ２のレベルがともに「ハイ」であるときのロータの回転角度範囲（第３回転角度範囲）Ａ３と、第１検出信号Ｓ１のレベルが「ハイ」で第２検出信号Ｓ２のレベルが「ロー」であるときのロータの回転角度範囲（第４回転角度範囲）Ａ４とのロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。すなわち、１周期分の第１検出信号Ｓ１のレベルと第２検出信号Ｓ２のレベルとの組合せに基づいて、ロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。すなわち、ホール素子５が出力する１周期分の正弦波信号のレベルとホール素子６が出力する１周期分の余弦波信号のレベルとの組合せに基づいて、ロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。 The phase of the second detection signal S2 is shifted by 90 ° with respect to the phase of the first detection signal S1. Therefore, as shown in FIG. 3, the level of the first detection signal S1 and the level of the second detection signal S2 are both “low” based on the first detection signal S1 and the second detection signal S2 for one cycle. Rotor rotation angle range (first rotation angle range) A1, and the rotation angle range of the rotor when the level of the first detection signal S1 is “low” and the level of the second detection signal S2 is “high” ( The second rotation angle range) A2, the rotation angle range (third rotation angle range) A3 of the rotor when the level of the first detection signal S1 and the level of the second detection signal S2 are both "high", and the first Four rotation angles within one rotation of the rotor with respect to the rotation angle range (fourth rotation angle range) A4 of the rotor when the level of the detection signal S1 is “high” and the level of the second detection signal S2 is “low” Range can be specifiedThat is, based on the combination of the level of the first detection signal S1 and the level of the second detection signal S2 for one cycle, the four rotation angle ranges within one rotation of the rotor can be specified. That is, based on the combination of the level of the sine wave signal for one cycle output from the Hall element 5 and the level of the cosine wave signal for one cycle output from the Hall element 6, the four rotation angles within one rotation of the rotor A range can be specified.

たとえば、所定の原点位置にロータがあるときのロータの回転角度を０°とすると、ロータの回転角度が０°〜９０°の間であるときに、ロータは第１回転角度範囲Ａ１内にあり、ロータの回転角度が９０°〜１８０°であるときに、ロータは第２回転角度範囲Ａ２内にあり、ロータの回転角度が１８０°〜２７０°であるときに、ロータは第３回転角度Ａ３内にあり、ロータの回転角度が２７０°〜３６０°であるときに、ロータは第４回転角度Ａ４内にある。 For example, when the rotation angle of the rotor when the rotor is at a predetermined origin position is 0 °, the rotor is within the first rotation angle range A1 when the rotation angle of the rotor is between 0 ° and 90 °. When the rotor rotation angle is 90 ° to 180 °, the rotor is in the second rotation angle range A2, and when the rotor rotation angle is 180 ° to 270 °, the rotor is the third rotation angle A3. The rotor is within the fourth rotation angle A4 when the rotation angle of the rotor is between 270 ° and 360 °.

また、マイコン８は、所定のサンプリングタイムで第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２のレベルを取得して、ロータの回転角度が、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれの範囲内にあるのかを示す概略回転位置データを生成する。また、ロータが一方向へ回転しているときに、ロータの１回転内の回転角度範囲は、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３および第４回転角度範囲Ａ４の順番に変遷するとともに、ロータが１回転すると第４回転角度範囲Ａ４から第１回転角度範囲Ａ１に戻る。そのため、マイコン８は、ロータの回転角度範囲の変遷に基づいて、ロータが所定の原点位置から何回転したのかを示す多回転データを生成する。 Further, the microcomputer 8 acquires the levels of the first detection signal S1 and the second detection signal S2 at a predetermined sampling time, and the rotation angles of the rotor are the first rotation angle range A1, the second rotation angle range A2, the first Approximate rotation position data indicating whether the rotation angle range is within the third rotation angle range A3 or the fourth rotation angle range A4 is generated. When the rotor rotates in one direction, the rotation angle range within one rotation of the rotor is the first rotation angle range A1, the second rotation angle range A2, the third rotation angle range A3, and the fourth rotation angle. In addition to the transition in the order of the range A4, when the rotor makes one rotation, the fourth rotation angle range A4 returns to the first rotation angle range A1. Therefore, the microcomputer 8 generates multi-rotation data indicating how many times the rotor has rotated from a predetermined origin position based on the transition of the rotation angle range of the rotor.

このように、マイコン８は、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とに基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成するデータ生成機能を備えている。また、マイコン８は、生成された概略回転位置データおよび多回転データを記憶するデータ記憶機能も備えている。マイコン８は、生成した概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９へ出力する。また、マイコン８は、通常動作モードにおいて、主電源１１からマイコン８に供給された電力をホール素子５、６に供給するとともに、バックアップモードにおいて、電池１２からマイコン８に供給された電力をホール素子５、６に供給する電力供給機能を備えている。 As described above, the microcomputer 8 has a data generation function for generating the approximate rotation position data and the multi-rotation data based on the first detection signal S1 and the second detection signal S2. The microcomputer 8 also has a data storage function for storing the generated approximate rotational position data and multi-rotation data. The microcomputer 8 outputs the generated approximate rotation position data and multi-rotation data to the microcomputer 9. Further, the microcomputer 8 supplies power supplied from the main power supply 11 to the microcomputer 8 to the Hall elements 5 and 6 in the normal operation mode, and supplies power supplied from the battery 12 to the microcomputer 8 in the backup mode. A power supply function for supplying power to 5 and 6 is provided.

マイコン９は、磁気抵抗素子７から入力される正弦波信号および余弦波信号を用いた所定の演算を行って、この正弦波信号および余弦波信号の１周期ごとに所定値から所定値まで増加する計算値を算出する。具体的には、マイコン９は、磁気抵抗素子７から入力される正弦波信号の値と余弦波信号の値との比のＡＴＡＮ（アークタンジェント）を算出する。たとえば、マイコン９は、ロータが一定速度で回転している場合に、図３に示すのこぎり刃状の直線をなす計算値を算出する。また、マイコン９は、この計算値と、マイコン８から入力される概略回転位置データとに基づいて、ロータの１回転内の回転角度の詳細位置を算出するとともに、このロータの１回転内の回転角度の詳細位置と、多回転データとに基づいて、所定の原点位置からのロータの回転角度の絶対位置を算出する。 The microcomputer 9 performs a predetermined calculation using the sine wave signal and the cosine wave signal input from the magnetoresistive element 7, and increases from a predetermined value to a predetermined value for each cycle of the sine wave signal and the cosine wave signal. Calculate the calculated value. Specifically, the microcomputer 9 calculates an Atan (arc tangent) of the ratio between the value of the sine wave signal input from the magnetoresistive element 7 and the value of the cosine wave signal. For example, the microcomputer 9 calculates a calculated value that forms a sawtooth-shaped straight line shown in FIG. 3 when the rotor rotates at a constant speed. Further, the microcomputer 9 calculates the detailed position of the rotation angle within one rotation of the rotor based on this calculated value and the approximate rotation position data input from the microcomputer 8, and the rotation within one rotation of the rotor. Based on the detailed position of the angle and the multi-rotation data, the absolute position of the rotation angle of the rotor from a predetermined origin position is calculated.

以上のように構成されたエンコーダ１では、通常動作モードにおいては、マイコン８に常時、電力が供給されている。一方で、通常動作モードでは、マイコン８からホール素子５とホール素子６とに交互に電力が供給されている。また、通常動作モードでは、ホール素子５およびホール素子６の両方に電力が供給されない時間も設定されている。すなわち、図４に示すように、通常動作モードでは、第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するための正弦波信号を出力するホール素子５と、第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するための余弦波信号を出力するホール素子６とが交互に起動、停止するとともに、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間がある。マイコン８は、そのコンパレータ機能によって、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを交互に生成する。すなわち、本形態では、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２が間欠的に生成される。また、通常動作モードにおいて、マイコン８は、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成し、生成された概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９に向かって出力する。 In the encoder 1 configured as described above, power is always supplied to the microcomputer 8 in the normal operation mode. On the other hand, in the normal operation mode, power is alternately supplied from the microcomputer 8 to the Hall element 5 and the Hall element 6. In the normal operation mode, a time during which power is not supplied to both the hall element 5 and the hall element 6 is also set. That is, as shown in FIG. 4, in the normal operation mode, the Hall element 5 that outputs a sine wave signal for generating the first detection signal (A-phase signal) S1 and the second detection signal (B-phase signal) S2 There is a time during which both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped while the Hall element 6 that outputs the cosine wave signal for generating the signal is alternately started and stopped. The microcomputer 8 alternately generates the first detection signal S1 and the second detection signal S2 by the comparator function. That is, in this embodiment, the first detection signal S1 and the second detection signal S2 are generated intermittently. Further, in the normal operation mode, the microcomputer 8 determines the approximate rotational position data and the time when both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped based on the generated first detection signal S1 and second detection signal S2. Multi-rotation data is generated, and the generated approximate rotation position data and multi-rotation data are output to the microcomputer 9.

バックアップモードにおいては、図５に示すように、所定のサンプリング周期Ｔで、マイコン８に電力が供給され、マイコン８は、サンプリング周期Ｔで起動、停止する。また、バックアップモードでは、マイコン８の動作時間ΔＴ内に、ホール素子５とホール素子６に電力が順次、供給される。また、バックアップモードでは、動作時間ΔＴ内に、ホール素子５およびホール素子６の両方に電力が供給されない時間も設定されている。すなわち、バックアップモードでは、動作時間ΔＴ内に、第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するための正弦波信号を出力するホール素子５と、第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するための余弦波信号を出力するホール素子６とが順番に１回ずつ起動、停止するとともに、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間がある。たとえば、マイコン８が起動するのとほぼ同時にホール素子５が起動し、ホール素子５が停止するのとほぼ同時にホール素子６が起動する。また、ホール素子６が停止してから所定時間経過後にマイコン８が停止する。マイコン８は、そのコンパレータ機能によって、動作時間ΔＴ内に、ホール素子５が出力した正弦波信号に基づいて第１検出信号Ｓ１を生成した後、ホール素子６が出力した余弦波信号に基づいて第２検出信号Ｓ２を生成する。また、バックアップモードにおいて、マイコン８は、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶する。 In the backup mode, as shown in FIG. 5, power is supplied to the microcomputer 8 at a predetermined sampling period T, and the microcomputer 8 starts and stops at the sampling period T. In the backup mode, power is sequentially supplied to the Hall element 5 and the Hall element 6 within the operation time ΔT of the microcomputer 8. In the backup mode, a time during which power is not supplied to both the Hall element 5 and the Hall element 6 is set within the operation time ΔT. That is, in the backup mode, the Hall element 5 that outputs a sine wave signal for generating the first detection signal (A-phase signal) S1 and the second detection signal (B-phase signal) S2 are generated within the operation time ΔT. There is a time during which both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped while the Hall element 6 that outputs the cosine wave signal for starting and stopping is sequentially turned on and off once. For example, the Hall element 5 is started almost simultaneously with the start of the microcomputer 8, and the Hall element 6 is started almost simultaneously with the stop of the Hall element 5. Further, the microcomputer 8 stops after a predetermined time has elapsed since the hall element 6 stopped. With the comparator function, the microcomputer 8 generates the first detection signal S1 based on the sine wave signal output from the Hall element 5 within the operation time ΔT, and then generates the first detection signal S1 based on the cosine wave signal output from the Hall element 6. 2 detection signal S2 is generated. Further, in the backup mode, the microcomputer 8 determines the approximate rotational position data and the multi-value at the time when both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped based on the generated first detection signal S1 and second detection signal S2. Generate and store rotation data.

このように、マイコン８は、コンパレータ機能によって第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能を備えている。この切替機能は、通常動作モードにおいては、主電源１１からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能であり、バックアップモードにおいては、電池１２からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能である。この切替機能およびコンパレータ機能によって、マイコン８は、バックアップモードにおいて、その動作時に、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２を順次生成する。 As described above, the microcomputer 8 has a switching function for switching which of the first detection signal S1 and the second detection signal S2 is generated by the comparator function. This switching function is a function for switching the power supply path so that the power from the main power supply 11 is supplied to only one of the Hall element 5 or the Hall element 6 in the normal operation mode, and in the backup mode, This is a function for switching the power supply path so that power from the battery 12 is supplied to only one of the Hall element 5 and the Hall element 6. With the switching function and the comparator function, the microcomputer 8 sequentially generates the first detection signal S1 and the second detection signal S2 during the operation in the backup mode.

ここで、ロータの最高角加速度をａ（ｒａｄ／ｓｅｃ^２（ラジアン／秒^２））とし、ロータの最高回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、ロータの１回転内の回転角度範囲が、９０°ごとに区切られる第１回転角度範囲Ａ１〜第４回転角度範囲Ａ４に順次、変遷していくことをマイコン８が検出して、適切な概略回転位置データおよび多回転データを生成できるように、サンプリング周期Ｔは以下のように設定されている。 Here, assuming that the maximum angular acceleration of the rotor is a (rad / sec ² (radians / second ² )) and the maximum rotation speed of the rotor is N (rpm), the rotation angle range within one rotation of the rotor is 90 °. Sampling is performed so that the microcomputer 8 can detect the transition to the first rotation angle range A1 to the fourth rotation angle range A4 divided every time and can generate appropriate approximate rotation position data and multi-rotation data. The period T is set as follows.

すなわち、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期Ｔは、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっている。本形態では、たとえば、ロータの最高角加速度は、８００００（ｒａｄ／ｓｅｃ^２）であり、ｔ１は、２．６（ｍｓｅｃ（ミリ秒））となっている。 That is, the sampling period T when the normal operation mode is switched to the backup mode is
t1 <(√ (π / {(1/2) × a}) − √ ({π / 2} / {(1/2) × a}))
T1 (sec) satisfying the above relationship. In this embodiment, for example, the maximum angular acceleration of the rotor is 80000 (rad / sec ² ), and t1 is 2.6 (msec (milliseconds)).

また、バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると（すなわち、ロータの回転角度範囲が、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれかから第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれかに変遷すると）、サンプリング周期Ｔは、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わる。本形態では、ｔ２は、たとえば、０．５（ｍｓｅｃ）となっている。 Further, when there is a change in the approximate rotational position data in the backup mode (that is, the rotational angle range of the rotor is the first rotational angle range A1, the second rotational angle range A2, the third rotational angle range A3, or the fourth rotational angle range). A transition from any one of A4 to any one of the first rotation angle range A1, the second rotation angle range A2, the third rotation angle range A3, or the fourth rotation angle range A4), the sampling period T is
t2 <1 / {(N / 60) / (90/360)}
It switches to t2 (sec) which satisfies the relationship. In this embodiment, t2 is, for example, 0.5 (msec).

また、その後、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、複数回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合には、サンプリング周期Ｔは、ｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わる。たとえば、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、８回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合に、サンプリング周期Ｔは、ｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わる。 After that, even if sampling is performed a plurality of times at the sampling period T of t2 (sec), if there is no change in the approximate rotational position data, the sampling period T is switched from t2 (sec) to t1 (sec). . For example, the sampling period T is switched from t2 (sec) to t1 (sec) when there is no change in the approximate rotational position data even if sampling is performed 8 times at the sampling period T of t2 (sec).

また、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコン８は、記憶している概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９に向かって出力する。すなわち、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコン８に記憶された概略回転位置データおよび多回転データがマイコン９に入力される。そのため、バックアップモードにおいて、マイコン９が停止していても、通常動作モードに切り替わったときに、マイコン９は、所定の原点位置からのロータの回転角度の絶対位置を算出することが可能になる。 When the backup mode is switched to the normal operation mode, the microcomputer 8 outputs the stored general rotational position data and multi-rotation data to the microcomputer 9. That is, when the backup mode is switched to the normal operation mode, the approximate rotational position data and multi-rotation data stored in the microcomputer 8 are input to the microcomputer 9. Therefore, even if the microcomputer 9 is stopped in the backup mode, the microcomputer 9 can calculate the absolute position of the rotation angle of the rotor from the predetermined origin position when the microcomputer 9 is switched to the normal operation mode.

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、マイコン８は、バックアップモードにおいて、サンプリング周期Ｔで起動、停止するマイコン８の動作時間内ΔＴ内に、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを順番に生成するとともに、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。すなわち、本形態では、バックアップモードにおいても、サンプリング周期Ｔで生成される第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。そのため、本形態では、バックアップモードにおいても、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握すること、および、ロータが原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能になる。 (Main effects of this form)
As described above, in this embodiment, the microcomputer 8 sequentially turns the first detection signal S1 and the second detection signal S2 within the operating time ΔT of the microcomputer 8 that starts and stops at the sampling period T in the backup mode. , And based on the first detection signal S1 and the second detection signal S2 that are generated, the rotational position data and the multi-rotation data are generated at the time when both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped. I remember. That is, in the present embodiment, even in the backup mode, the time when both the Hall element 5 and the Hall element 6 are stopped is based on the first detection signal S1 and the second detection signal S2 generated at the sampling period T. Rotation position data and multi-rotation data are generated and stored. Therefore, in this embodiment, even in the backup mode, it is possible to accurately grasp the approximate rotational position of the rotor within the range of one rotation of the rotor, and it is possible to accurately grasp how many times the rotor has rotated from the origin position. become.

本形態では、マイコン８は、バックアップモードにおいて、マイコン８の動作時間内ΔＴ内にホール素子５とホール素子６とに順次電力を供給して、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを順番に生成している。すなわち、本形態では、バックアップモードにおいて、１個のマイコン８のコンパレータ機能を利用して、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に第１検出信号Ｓ１を生成した後に第２検出信号Ｓ２を生成している。そのため、本形態では、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に２個のコンパレータを使用して第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２を生成する場合と比較して、バックアップモードにおける消費電力を低減することが可能になる。 In this embodiment, the microcomputer 8 sequentially supplies power to the hall element 5 and the hall element 6 within the operating time ΔT of the microcomputer 8 in the backup mode, and outputs the first detection signal S1 and the second detection signal S2. Generate in order. That is, in this embodiment, in the backup mode, the comparator function of one microcomputer 8 is used to generate the second detection signal S2 after generating the first detection signal S1 within the operating time ΔT of the microcomputer 8. Yes. Therefore, in this embodiment, the power consumption in the backup mode is reduced compared to the case where the first detection signal S1 and the second detection signal S2 are generated using two comparators within the operating time ΔT of the microcomputer 8. It becomes possible to do.

特に本形態では、バックアップモードにおいて、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に、ホール素子５とホール素子６とが順番に１回ずつ起動、停止しているため、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に、ホール素子５およびホール素子６の両方に常時電力が供給されている場合と比較して、バックアップモードにおいて、消費電力をより低減することが可能になる。 In particular, in the present embodiment, in the backup mode, the hall element 5 and the hall element 6 are started and stopped one by one in order within the operating time ΔT of the microcomputer 8, and therefore within the operating time ΔT of the microcomputer 8. Compared with the case where power is always supplied to both the Hall element 5 and the Hall element 6, it is possible to further reduce power consumption in the backup mode.

本形態では、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期Ｔは、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっており、また、バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると、サンプリング周期Ｔは、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わる。そのため、上述のように、ロータの１回転内の回転角度範囲が、９０°ごとに区切られる第１回転角度範囲Ａ１〜第４回転角度範囲Ａ４に順次、変遷していくことをマイコン８が検出して、適切な概略回転位置データおよび多回転データを生成することが可能になる。したがって、本形態では、バックアップモードにおいて、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置をより正確に把握すること、および、ロータが原点位置から何回転したのかをより正確に把握することが可能になる。また、本形態では、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、複数回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合に、サンプリング周期Ｔがｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わるため、バックアップモードにおいて、消費電力を効果的に低減することが可能になる。 In this embodiment, the sampling period T when the normal operation mode is switched to the backup mode is
t1 <(√ (π / {(1/2) × a}) − √ ({π / 2} / {(1/2) × a}))
When t1 (sec) satisfying the above relationship is satisfied and there is a change in the approximate rotational position data in the backup mode, the sampling period T is
t2 <1 / {(N / 60) / (90/360)}
It switches to t2 (sec) which satisfies the relationship. Therefore, as described above, the microcomputer 8 detects that the rotation angle range within one rotation of the rotor sequentially changes from the first rotation angle range A1 to the fourth rotation angle range A4 divided every 90 °. Thus, it is possible to generate appropriate approximate rotational position data and multi-rotation data. Therefore, in this embodiment, in the backup mode, it is possible to more accurately grasp the approximate rotational position of the rotor within the range of one rotation of the rotor, and more accurately grasp how many times the rotor has rotated from the origin position. It becomes possible. In this embodiment, the sampling period T is switched from t2 (sec) to t1 (sec) when there is no change in the approximate rotational position data even if sampling is performed a plurality of times at the sampling period T of t2 (sec). Therefore, power consumption can be effectively reduced in the backup mode.

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。 (Other embodiments)
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

上述した形態では、マイコン８は、主電源１１または電池１２からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う切替機能を備えている。この他にもたとえば、主電源１１または電池１２からの電力がホール素子５およびホール素子６の両方に供給されるとともに、ホール素子５が出力する正弦波信号またはホール素子６が出力する余弦波信号の一方のみを閾値と比較して第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれかを生成するように信号経路の切替を行う切替機能を、マイコン８が備えていても良い。すなわち、コンパレータ機能によって第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能は、ホール素子５、６が出力する正弦波信号および余弦波信号の信号経路の切替を行う機能であっても良い。 In the embodiment described above, the microcomputer 8 has a switching function for switching the power supply path so that the power from the main power supply 11 or the battery 12 is supplied to only one of the Hall element 5 and the Hall element 6. In addition to this, for example, power from the main power supply 11 or the battery 12 is supplied to both the Hall element 5 and the Hall element 6, and a sine wave signal output from the Hall element 5 or a cosine wave signal output from the Hall element 6. The microcomputer 8 may be provided with a switching function for switching the signal path so as to generate only the first detection signal S1 or the second detection signal S2 by comparing only one of them with the threshold value. That is, the switching function for switching whether the first detection signal S1 or the second detection signal S2 is generated by the comparator function is a signal of the sine wave signal and the cosine wave signal output from the Hall elements 5 and 6. A function of switching the route may be used.

上述した形態では、エンコーダ１は、ロータの回転角度を検出するための第１センサおよび第２センサとして、ホール素子５、６を備えているが、エンコーダ１は、第１センサおよび第２センサとして、たとえば、発光素子および受光素子を有する光学式のセンサを備えていても良い。また、エンコーダ１は、第１センサおよび第２センサとして、磁気式のセンサおよび光学式のセンサ以外のセンサを備えていても良い。また、上述した形態では、エンコーダ１は、アブソリュートエンコーダであるが、エンコーダ１は、インクリメンタルエンコーダであっても良い。 In the embodiment described above, the encoder 1 includes the hall elements 5 and 6 as the first sensor and the second sensor for detecting the rotation angle of the rotor, but the encoder 1 serves as the first sensor and the second sensor. For example, an optical sensor having a light emitting element and a light receiving element may be provided. The encoder 1 may include a sensor other than the magnetic sensor and the optical sensor as the first sensor and the second sensor. In the above-described embodiment, the encoder 1 is an absolute encoder, but the encoder 1 may be an incremental encoder.

１エンコーダ
５ホール素子（第１センサ）
６ホール素子（第２センサ）
８マイコン
９マイコン（第２のマイコン）
１１主電源
１２電池
Ａ１第１回転角度範囲
Ａ２第２回転角度範囲
Ａ３第３回転角度範囲
Ａ４第４回転角度範囲
Ｓ１第１検出信号
Ｓ２第２検出信号
Ｔサンプリング周期 1 Encoder 5 Hall element (first sensor)
6 Hall element (second sensor)
8 Microcomputer 9 Microcomputer (second microcomputer)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Main power supply 12 Battery A1 1st rotation angle range A2 2nd rotation angle range A3 3rd rotation angle range A4 4th rotation angle range S1 1st detection signal S2 2nd detection signal T Sampling period

Claims

An encoder comprising a main power source and a backup battery,
A first sensor and a second sensor for detecting a rotation angle of a rotating body, and a microcomputer to which a first output signal output from the first sensor and a second output signal output from the second sensor are input. ,
The first output signal is a sine wave signal with one rotation of the rotating body as one cycle, and the second output signal is a cosine wave signal with one rotation of the rotating body as one cycle,
The phase of the sine wave signal and the phase of the cosine wave signal are shifted from each other by 90 °,
When the supply of power from the main power supply is stopped and the microcomputer is operated by the power supplied from the battery, the encoder mode is set to the backup mode, and the level of the sine wave signal for one cycle and the cosine Four rotation angle ranges within one rotation of the rotating body specified based on the combination with the wave signal level are a first rotation angle range, a second rotation angle range, a third rotation angle range, and a fourth rotation angle range. Then,
When the rotating body is rotating in one direction, the rotation angle range of the rotating body is the first rotation angle range, the second rotation angle range, the third rotation angle range, and the fourth rotation angle range. In addition to the transition in order, when the rotating body makes one rotation, it returns from the fourth rotation angle range to the first rotation angle range,
The microcomputer compares the first output signal with a predetermined first threshold value and generates a rectangular wave-shaped first detection signal based on the comparison result, and the second output signal and a predetermined second threshold value. The comparator function for generating a rectangular wave-shaped second detection signal based on the comparison result, and switching between generation of the first detection signal and the second detection signal by the comparator function is performed. Switching function and whether the rotation angle of the rotating body is within the first rotation angle range, the second rotation angle range, the third rotation angle range, or the fourth rotation angle range A data generation function for generating rough rotation position data and multi-rotation data indicating how many times the rotating body has rotated from a predetermined origin position based on the first detection signal and the second detection signal; A data storage function of storing substantial rotation position data and the rotation data, and a power supply function of supplying power supplied to the microcomputer to the first sensor and the second sensor from the battery,
In the backup mode, the microcomputer starts and stops at a predetermined sampling period, and sequentially generates the first detection signal and the second detection signal by the comparator function and the switching function when the microcomputer operates. An encoder that generates and stores the approximate rotational position data and the multi-rotation data based on the first detection signal and the second detection signal that are sequentially generated.

A second microcomputer to which the microcomputer is electrically connected;
When the mode of the encoder when the microcomputer and the second microcomputer are operated by power supplied from the main power supply is a normal operation mode,
2. The encoder according to claim 1, wherein when the backup mode is switched to the normal operation mode, the approximate rotational position data and the multi-rotation data stored in the microcomputer are input to the second microcomputer.

The switching function is a function of switching a power supply path so that power from the battery is supplied to only one of the first sensor and the second sensor in the backup mode. Item 3. The encoder according to item 1 or 2.

A second microcomputer to which the microcomputer is electrically connected;
The encoder mode when the microcomputer and the second microcomputer are operated by the power supplied from the main power supply is set to a normal operation mode, and the maximum angular acceleration of the rotating body is set to a (rad / sec ² ). When the maximum rotational speed of the rotating body is N (rpm),
The sampling period when switching from the normal operation mode to the backup mode is:
t1 <(√ (π / {(1/2) × a}) − √ ({π / 2} / {(1/2) × a}))
T1 (sec) satisfying the relationship of
When there is a change in the approximate rotational position data in the backup mode, the sampling period is
t2 <1 / {(N / 60) / (90/360)}
The encoder according to any one of claims 1 to 3, wherein the encoder is switched to t2 (sec) that satisfies the above relationship.