JP6611672B2 - Rotary encoder - Google Patents

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Description

本発明は、スケールの相対回転を検出してアブソリュート値を出力するロータリエンコーダに関する。   The present invention relates to a rotary encoder that detects the relative rotation of a scale and outputs an absolute value.

スケールに設けられたアブソリュートパターンを検出してアブソリュート値を出力するエンコーダは特許文献1に記載されている。特許文献1では、ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入して周期を2としたアブソリュートパターンを用いている。特許文献1において、スケールは直線状に延びる。 An encoder that detects an absolute pattern provided on a scale and outputs an absolute value is described in Patent Document 1. In Patent Document 1, an absolute pattern is used in which one 0 is inserted into a portion where n-1 zeros continue in an M-sequence pattern of n bits and the period is 2n . In Patent Document 1, the scale extends linearly.

特開平9−280892号公報JP-A-9-280892

ここで、特許文献1に開示されたアブソリュートパターンを備え、アブソリュート値を精度よく出力するローリエンコーダは提供されていないのが現状である。   Here, at present, there is no low encoder provided with the absolute pattern disclosed in Patent Document 1 and outputting an absolute value with high accuracy.

本発明の課題は、かかる点に鑑みて、スケールにM系列パターンに基づくアブソリュートパターンを備え、アブソリュート値を精度よく出力できるロータリエンコーダを提供することにある。   In view of this point, an object of the present invention is to provide a rotary encoder that includes an absolute pattern based on an M-sequence pattern in a scale and can output an absolute value with high accuracy.

上記課題を解決するために、本発明のロータリエンコーダは、ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入してM系列の周期を2としたアブソリュートパターンを有する環状のアブソリュートトラックを備えるスケールと、相対回転する前記スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部と、を有し、前記アブソリュートパターンの各ビットは、前記アブソリュートトラックに沿って一定のピッチで配列されており、前記ビット数nは360を2で除算したときに割り切れる数であり、前記アブソリュートパターンの各ビットは、着磁領域または無着磁領域であり、前記ピッチは、360°を2 で除算した角度であり、前記アブソリュートトラックは、前記アブソリュートパターンを有する第1トラックと、前記第1トラックと並列に相対回転方向に延びるとともに、前記第1トラックの内周側に位置する第2トラックと、を備え、前記第2トラックは、前記スケールの周方向に着磁領域および無着磁領域が前記第1トラックと同一のピッチで配列され、着磁領域および無着磁領域の配列が前記アブソリュートパターンとは逆の着磁パターンを備え、前記第1トラックの着磁領域と前記第2トラックの無着磁領域とが径方向で隣り合うとともに、前記第1トラックの無着磁領域と前記第2トラックの着磁領域とが径方向で隣り合うことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the rotary encoder of the present invention inserts one 0 into a portion where n-1 zeros are consecutive in an M-sequence pattern of n bits, and sets the period of the M sequence to 2 n . A scale having an annular absolute track having an absolute pattern, and an absolute value output unit that reads the absolute track of the scale that rotates relative to each other and outputs an absolute value, and each bit of the absolute pattern includes are arranged at a constant pitch along the track, the number of the bit n is Ri number der divisible when dividing 360 by 2 n, each bit of the absolute pattern is a Chaku磁領area or Muchaku magnetized zone There, the pitch is the angle obtained by dividing 360 ° by 2 n, said Absolue The track includes: a first track having the absolute pattern; and a second track extending in a relative rotational direction in parallel with the first track and positioned on an inner peripheral side of the first track, In the track, a magnetized area and a non-magnetized area are arranged at the same pitch as the first track in the circumferential direction of the scale, and the arrangement of the magnetized area and the non-magnetized area is opposite to that of the absolute pattern. A magnetic field of the first track and a non-magnetized region of the second track are adjacent to each other in the radial direction, and a non-magnetized region of the first track and a magnetized region of the second track Are adjacent in the radial direction .

本発明では、アブソリュートパターンとして、ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入して周期を2としたものを備える。かかるアブソリュートパターンは、その周期が2のべき乗なので、2進数で演算を行う演算回路を用いてアブソリュート値を出力するのに適する。また、本発明では、ビット数nは、360を2で除算したときに割り切れる数とされる。このようにすれば、スケールの周方向にM系列の各ビットを一定のピッチで配列したときに、1周期分のアブソリュートパターンを、環状のアブソリュートトラックに過不足なく設けることができる。これにより、スケールに1周期分のアブソリュートパターンを正確に設けることができるので、当該アブソリュートパターンを検出することによってアブソリュート値を精度よく出力できる。 In the present invention, as an absolute pattern, an M-sequence pattern of n bits is provided with a period of 2n by inserting one 0 into a portion where n-1 zeros are consecutive. Since such an absolute pattern has a period that is a power of 2, it is suitable for outputting an absolute value using an arithmetic circuit that performs an arithmetic operation using a binary number. In the present invention, the number of bits n is a number that is divisible when 360 is divided by 2n . In this way, when the M-sequence bits are arranged at a constant pitch in the circumferential direction of the scale, an absolute pattern for one period can be provided on the annular absolute track without excess or deficiency. As a result, an absolute pattern for one cycle can be accurately provided on the scale, and the absolute value can be accurately output by detecting the absolute pattern.

本発明において、前記ビット数nは、7とすることができる。   In the present invention, the number of bits n may be 7.

また、本発明において、前記アブソリュート値出力部は、前記第1トラックの前記アブソリュートパターンを読み取って第1信号を出力する第1信号出力部と、前記第2トラックの前記着磁パターンを読み取って第2信号を出力する第2信号出力部と、を備え、前記第1信号および前記第2信号の差動信号に基づいてアブソリュート値を出力することが望ましい。   In the present invention, the absolute value output unit reads the absolute pattern of the first track and outputs a first signal, and reads the magnetization pattern of the second track. A second signal output unit that outputs two signals, and outputs an absolute value based on a differential signal of the first signal and the second signal.

本発明によれば、アブソリュートトラックとして、アブソリュートパターンを備える第1トラックと、アブソリュートパターンと論理値が反対となる着磁パターンを備える第2トラックを備える。ここで、第1信号出力部により第1トラックを読み取った場合には、着磁領域と無着磁領域とが隣接する部分で、無着磁領域における着磁領域に近い部分で磁界が検出される。従って、第1信号出力部からは、無着磁領域においても信号が出力されることになる。この一方、第1信号出力部が第1トラックの無着磁領域を読み取っているときには、第2信号出力部は第2トラックの着磁領域を読み取っているので、第2信号出力部からは、第1信号よりも大きな第2信号が出力される。従って、第1信号出力部から出力される第1信号と第2信号出力部から出力される第2信号の差動信号では、アブソリュートパターンにおいて無着磁領域となっている部分において、無着磁領域における着磁領域に近い部分で発生している磁界の影響を除去できる。これにより、差動信号として、着磁領域と無着磁領域との境界部分で波形が反転することのない波形を得ることができるので、閾値を利用して、アブソリュート値を正確に取得できる。   According to the present invention, the absolute track includes a first track having an absolute pattern and a second track having a magnetized pattern having a logical value opposite to that of the absolute pattern. Here, when the first track is read by the first signal output unit, the magnetic field is detected in the portion where the magnetized region and the non-magnetized region are adjacent to each other and in the portion close to the magnetized region in the non-magnetized region. The Therefore, the first signal output unit outputs a signal even in the non-magnetized region. On the other hand, when the first signal output unit is reading the non-magnetized region of the first track, the second signal output unit is reading the magnetized region of the second track. A second signal larger than the first signal is output. Therefore, in the differential signal of the first signal output from the first signal output unit and the second signal output from the second signal output unit, the non-magnetization is performed in the non-magnetized region in the absolute pattern. It is possible to remove the influence of the magnetic field generated in the region near the magnetized region. As a result, as a differential signal, a waveform in which the waveform does not invert at the boundary between the magnetized region and the non-magnetized region can be obtained. Therefore, the absolute value can be accurately obtained using the threshold value.

本発明において、前記第1トラックにおいて、前記周方向で隣り合う着磁領域は互いに同一の極を対向させており、前記第2トラックにおいて、前記周方向で隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させていることが望ましい。このようにすれば、第1トラックで隣り合う着磁領域の間に自己減磁が働く。また、第2トラックで隣り合う着磁領域の間に自己減磁が働く。従って、各トラックの着磁領域と無着磁領域とが隣接する部分において、着磁領域の磁界のオーバーシュートに起因して無着磁領域における着磁領域に近い部分で磁界が検出される場合でも、自己減磁が働いていない場合と比較して、その磁界に起因する信号の出力が小さくなる。   In the present invention, in the first track, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction face the same pole, and in the second track, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction are the same. It is desirable that the poles face each other. In this way, self-demagnetization works between adjacent magnetized regions in the first track. In addition, self-demagnetization works between adjacent magnetized regions in the second track. Therefore, when a magnetic field is detected in a portion close to the magnetized region in the non-magnetized region due to an overshoot of the magnetic field in the magnetized region in the portion where the magnetized region and non-magnetized region of each track are adjacent to each other. However, compared with the case where self-demagnetization is not working, the output of the signal resulting from the magnetic field is small.

本発明のロータリエンコーダによれば、ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個
の0が連続した部分に0を1個挿入してM系列の周期を としたアブソリュートパター
ンを環状のアブソリュートトラックに採用したときに、アブソリュートトラックを読み取
ることによってアブソリュート値を正確に出力できる。
According to the rotary encoder of the present invention, an absolute pattern in which an M-sequence period is 2 n by inserting one 0 into a portion where n-1 zeros are consecutive in an M-sequence pattern of n bits is an annular absolute When used in a track, the absolute value can be accurately output by reading the absolute track.

本発明を適用したロータリエンコーダの説明図である。It is explanatory drawing of the rotary encoder to which this invention is applied. 磁気トラックおよび磁気抵抗素子の説明図である。It is explanatory drawing of a magnetic track and a magnetoresistive element. アブソリュートパターンの一例の説明図である。It is explanatory drawing of an example of an absolute pattern. ロータリエンコーダの制御系のブロック図である。It is a block diagram of the control system of a rotary encoder. 磁気センサ装置が出力する各信号の説明図である。It is explanatory drawing of each signal which a magnetic sensor apparatus outputs. 第1信号出力部から出力される第1信号、第2信号出力部から出力される第2信号および第1信号と第2信号の差動信号の説明図である。It is explanatory drawing of the 1st signal output from a 1st signal output part, the 2nd signal output from a 2nd signal output part, and the differential signal of a 1st signal and a 2nd signal. 着磁領域と無着磁領域の境界部分における磁界とその検出信号の説明である。It is description of the magnetic field and its detection signal in the boundary part of a magnetization area | region and a non-magnetization area | region. 変形例のロータリエンコーダの説明図である。It is explanatory drawing of the rotary encoder of a modification.

以下に、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態のロータリエンコーダを説明する。   A rotary encoder according to an embodiment to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings.

(全体構成)
図1は、本発明を適用したロータリエンコーダの説明図である。図1に示すように、本例のロータリエンコーダ1は、円盤形状の磁気スケール2と、磁気スケール2を読み取る磁気センサ装置3とを備える。磁気スケール2は、磁気スケール2の円形面に設けられた環状の磁気トラック4を備える。磁気トラック4は、磁気スケール2の軸線Lと同軸に形成されている。磁気センサ装置3は、磁気スケール2の磁気トラック4に軸線L方向で対向する位置に配置される。磁気センサ装置3は、磁気センサ装置3と磁気スケール2とが軸線L回りに相対回転する際に磁気スケール2の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール2または磁気センサ装置3の絶対角度位置を出力する。
(overall structure)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a rotary encoder to which the present invention is applied. As shown in FIG. 1, the rotary encoder 1 of this example includes a disk-shaped magnetic scale 2 and a magnetic sensor device 3 that reads the magnetic scale 2. The magnetic scale 2 includes an annular magnetic track 4 provided on a circular surface of the magnetic scale 2. The magnetic track 4 is formed coaxially with the axis L of the magnetic scale 2. The magnetic sensor device 3 is disposed at a position facing the magnetic track 4 of the magnetic scale 2 in the direction of the axis L. The magnetic sensor device 3 detects a change in the magnetic field formed on the surface of the magnetic scale 2 when the magnetic sensor device 3 and the magnetic scale 2 are relatively rotated about the axis L, and the magnetic scale device 2 or the magnetic sensor device 3 is detected. The absolute angular position of is output.

磁気センサ装置3は、シリコン基板やセラミックグレース基板などのセンサ基板12と、センサ基板12において磁気スケール2と対向する面に形成された複数の磁気抵抗素子(インクリメンタル信号検出用第1磁気抵抗素子37、インクリメンタル信号検出用第2磁気抵抗素子38、アブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45、アブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46)を備える。磁気抵抗素子37、38、45、46はパーマロイ膜を感磁膜として備える。磁気抵抗素子37、38、45、46と磁気スケール2は所定の隙間を介して対向する。   The magnetic sensor device 3 includes a sensor substrate 12 such as a silicon substrate or a ceramic grace substrate, and a plurality of magnetoresistive elements (first magnetoresistive elements 37 for detecting an incremental signal) formed on a surface of the sensor substrate 12 facing the magnetic scale 2. , A second magnetoresistive element 38 for detecting an incremental signal, a first magnetoresistive element 45 for detecting an absolute value, and a second magnetoresistive element 46 for detecting an absolute value. The magnetoresistive elements 37, 38, 45, and 46 include a permalloy film as a magnetosensitive film. The magnetoresistive elements 37, 38, 45, 46 and the magnetic scale 2 face each other with a predetermined gap.

ロータリエンコーダ1は、磁気スケール2および磁気センサ装置3の一方が固定体側に配置され、他方が回転体側に配置される。本例では、磁気スケール2が回転体側に配置され、磁気センサ装置3が固定体側に配置される。   In the rotary encoder 1, one of the magnetic scale 2 and the magnetic sensor device 3 is arranged on the fixed body side, and the other is arranged on the rotating body side. In this example, the magnetic scale 2 is disposed on the rotating body side, and the magnetic sensor device 3 is disposed on the fixed body side.

(磁気スケール)
図2は磁気スケール2に設けられた磁気トラック4および磁気抵抗素子37、38、45、46の説明図である。図2では図1において点線で囲んだT部分を拡大して示す。図1に示すように、磁気トラック4は、磁気スケール2の周方向X(磁気スケール2と磁気センサ装置3との相対回転方向)に延びる第1インクリメンタルトラック21、第2インクリメンタルトラック22、および、アブソリュートトラック23を有する。第1インクリメンタルトラック21は第2インクリメンタルトラック22の外周側に位置し、アブソリュートトラック23は第1インクリメンタルトラック21の外周側に位置する。
(Magnetic scale)
FIG. 2 is an explanatory view of the magnetic track 4 and the magnetoresistive elements 37, 38, 45, 46 provided on the magnetic scale 2. FIG. 2 is an enlarged view of a T portion surrounded by a dotted line in FIG. As shown in FIG. 1, the magnetic track 4 includes a first incremental track 21, a second incremental track 22 extending in the circumferential direction X of the magnetic scale 2 (the relative rotational direction of the magnetic scale 2 and the magnetic sensor device 3), and An absolute track 23 is provided. The first incremental track 21 is located on the outer peripheral side of the second incremental track 22, and the absolute track 23 is located on the outer peripheral side of the first incremental track 21.

アブソリュートトラック23は並列に配置されて周方向Xに延びる第1トラック24と第2トラック25を備える。第1トラック24は第2トラック25の外周側に位置する。第1トラック24と第2トラック25は径方向Yで隙間なく同軸に設けられている。第1インクリメンタルトラック21、第2インクリメンタルトラック22、アブソリュートトラック23の第1トラック24および第2トラック25は同軸である。なお、アブソリュートトラック23は第1インクリメンタルトラック21および第2インクリメンタルトラック22の内側に設けられていてもよい。   The absolute track 23 includes a first track 24 and a second track 25 that are arranged in parallel and extend in the circumferential direction X. The first track 24 is located on the outer peripheral side of the second track 25. The first track 24 and the second track 25 are provided coaxially with no gap in the radial direction Y. The first track 24 and the second track 25 of the first incremental track 21, the second incremental track 22, and the absolute track 23 are coaxial. Note that the absolute track 23 may be provided inside the first incremental track 21 and the second incremental track 22.

図2に示すように、第1インクリメンタルトラック21は、第1ピッチP1で形成された第1インクリメンタルパターン21aを有する。第1インクリメンタルパターン21a
は、周方向XにN極とS極を第1ピッチP1で交互に着磁したものである。
As shown in FIG. 2, the first incremental track 21 has a first incremental pattern 21a formed with a first pitch P1. First incremental pattern 21a
Is one in which N poles and S poles are alternately magnetized in the circumferential direction X at the first pitch P1.

第2インクリメンタルトラック22は、第1ピッチP1よりもピッチ長が長い第2ピッチP2で形成された第2インクリメンタルパターン22aを有する。第2インクリメンタルパターン22aは、周方向XにN極とS極を第2ピッチP2で交互に着磁したものである。第1インクリメンタルトラック21は径方向Yで、アブソリュートトラック23と第2インクリメンタルトラック22の間に位置する。第1インクリメンタルパターン21aおよび第2インクリメンタルパターン22aは、磁気スケール2の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。   The second incremental track 22 has a second incremental pattern 22a formed at a second pitch P2 having a pitch length longer than the first pitch P1. The second incremental pattern 22a is obtained by alternately magnetizing N poles and S poles in the circumferential direction X at the second pitch P2. The first incremental track 21 is positioned between the absolute track 23 and the second incremental track 22 in the radial direction Y. The first incremental pattern 21 a and the second incremental pattern 22 a form a strong and weak magnetic field in which the strength of the magnetic field appears perpendicular to the surface of the magnetic scale 2.

アブソリュートトラック23の第1トラック24は、第1ピッチP1および第2ピッチP2よりもピッチ長が長い第3ピッチP3で形成されたアブソリュートパターン24aを有する。アブソリュートパターン24aは着磁した着磁領域と無着磁の無着磁領域を第3ピッチP3の擬似ランダムパターンで周方向Xに配列したものである。各着磁領域は周方向XにN極とS極を備える。また、第1トラック24において、周方向Xで隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させている。アブソリュートパターン24aは、磁気スケール2の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。   The first track 24 of the absolute track 23 has an absolute pattern 24a formed with a third pitch P3 having a pitch length longer than the first pitch P1 and the second pitch P2. The absolute pattern 24a is a pattern in which a magnetized magnetized region and a non-magnetized non-magnetized region are arranged in the circumferential direction X with a pseudo-random pattern with a third pitch P3. Each magnetized region has an N pole and an S pole in the circumferential direction X. In the first track 24, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction X have the same poles facing each other. The absolute pattern 24 a forms a strong and weak magnetic field in which the strength of the magnetic field appears perpendicular to the surface of the magnetic scale 2.

アブソリュートトラック23の第2トラック25は、着磁領域および無着磁領域が第3ピッチP3でアブソリュートパターン24aとは反対に配列された着磁パターン25aを備える。従って、アブソリュートトラック23では、径方向Yにおいて第1トラック24の着磁領域の隣に第2トラック25の無着磁領域が位置する。また、径方向Yにおいて第1トラック24の無着磁領域の隣に第2トラック25の着磁領域が位置する。着磁パターン25aは、磁気スケール2の表面と垂直に磁界の強弱が現れる強弱磁界を形成する。第2トラック25において、各着磁領域は周方向XにN極とS極を備える。また、第2トラック25において、周方向Xで隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させている。   The second track 25 of the absolute track 23 includes a magnetized pattern 25a in which a magnetized region and a non-magnetized region are arranged at the third pitch P3 and opposite to the absolute pattern 24a. Therefore, in the absolute track 23, the non-magnetized region of the second track 25 is positioned next to the magnetized region of the first track 24 in the radial direction Y. In addition, the magnetized region of the second track 25 is located next to the non-magnetized region of the first track 24 in the radial direction Y. The magnetized pattern 25 a forms a strong and weak magnetic field in which the strength of the magnetic field appears perpendicular to the surface of the magnetic scale 2. In the second track 25, each magnetized region has an N pole and an S pole in the circumferential direction X. In the second track 25, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction X have the same poles facing each other.

アブソリュートパターン24aおよび着磁パターン25aの形成ピッチである第3ピッチP3は、第1ピッチP1および第2ピッチP2の整数倍である。   The third pitch P3, which is the formation pitch of the absolute pattern 24a and the magnetized pattern 25a, is an integral multiple of the first pitch P1 and the second pitch P2.

(アブソリュートパターン)
本例のアブソリュートパターン24aは、7ビットのM系列パターンに基づく。すなわち、アブソリュートパターン24aは、連続する7つの領域における着磁領域と無着磁領域の配列により磁気スケール2の絶対角度位置を表現する。より具体的には、着磁領域を論理値の1とし、無着磁領域を論理値の0としたときに、連続する7つの領域における1と0との配列によって磁気スケール2上の絶対角度位置を7ビットの値で示す。
(Absolute pattern)
The absolute pattern 24a in this example is based on a 7-bit M-sequence pattern. That is, the absolute pattern 24a represents the absolute angular position of the magnetic scale 2 by the arrangement of the magnetized region and the non-magnetized region in seven consecutive regions. More specifically, the absolute angle on the magnetic scale 2 is determined by the arrangement of 1 and 0 in seven consecutive regions when the magnetized region has a logical value of 1 and the non-magnetized region has a logical value of 0. The position is indicated by a 7-bit value.

図3は第1トラック24が備えるアブソリュートパターン24aの一例の説明図である。まず、M系列は、以下の線形漸化式(1)で表される数列である。
Xn=Xn-p+Xn-q(p>q)・・(1)
nはビット数であり、各項の値は0か1であり、+記号は排他的論理輪(XOR)である。M系列をnビットで区切った数列がM系列パターンである。ここで、M系列パターンは擬似乱数となるので、M系列パターンを取得することにより磁気スケール2の絶対角度位置を特定できる。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an example of an absolute pattern 24 a provided in the first track 24. First, the M series is a numerical sequence represented by the following linear recurrence formula (1).
Xn = Xn-p + Xn-q (p> q) (1)
n is the number of bits, the value of each term is 0 or 1, and the + sign is an exclusive logical ring (XOR). A number sequence obtained by dividing the M sequence by n bits is the M sequence pattern. Here, since the M series pattern is a pseudo-random number, the absolute angular position of the magnetic scale 2 can be specified by acquiring the M series pattern.

ここで、本例では、7ビット(n=7)のM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入したものをアブソリュートパターン24aとしている。また、本例では、7ビットのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入することにより、次に同一のM系列パターンが現れるまでのM系列の周期を2としている。 Here, in this example, an absolute pattern 24a is obtained by inserting one zero into a portion where n-1 zeros are consecutive in a 7-bit (n = 7) M-sequence pattern. Further, in this example, by inserting one 0 into a portion where n-1 0s are consecutive in a 7-bit M-sequence pattern, the period of the M sequence until the same M-sequence pattern appears next is 2 n .

本例のアブソリュートパターン24aを作成する際には、まず、n=7、p=7、q=1とし、初期値を”1100001”(任意)として、M系列を作成する。次に、M系列を7ビットで区切ったM系列パターンに着目する。ここで、図3に示すように、M系列の第56番目のビットを先頭とするM系列パターンでは0が6個(n−1個)連続している。従って、M系列の第57番目に、新たなビットとして0を1個挿入し、これをアブソリュートパターン24aとする。   When creating the absolute pattern 24a of this example, first, an M series is created with n = 7, p = 7, q = 1, and an initial value of “1100001” (arbitrary). Next, attention is paid to an M sequence pattern obtained by dividing the M sequence by 7 bits. Here, as shown in FIG. 3, in the M sequence pattern starting from the 56th bit of the M sequence, there are 6 (n−1) 0s in succession. Accordingly, one 0 is inserted as a new bit at the 57th position of the M series, and this is used as the absolute pattern 24a.

なお、0が挿入されていないM系列(通常のM系列)には、”0000000”というM系列パターンは存在しない。従って、次に同一のM系列パターンが現れるまでのM系列の周期は2−1(27−1)である。これに対して、第57番目に新たなビットとして0を挿入した本例のアブソリュートパターン24aは、”0000000”というM系列パターンを有するものとなる。これにより、次に同一のM系列パターンが現れるまでのM系列の周期は2(27)となる。 Note that there is no M sequence pattern of “0000000” in the M sequence (normal M sequence) in which 0 is not inserted. Therefore, the period of the M sequence until the next same M sequence pattern appears is 2 n −1 (2 7 −1). On the other hand, the absolute pattern 24a of this example in which 0 is inserted as the 57th new bit has an M-sequence pattern of “0000000”. Thereby, the period of the M sequence until the next same M sequence pattern appears is 2 n (2 7 ).

ここで、アブソリュートパターン24aの各領域(着磁領域または無着磁領域)の形成ピッチである第3ピッチP3は、360°を2で除算した角度(2.8125°)である。換言すれば、アブソリュートパターン24aの各ビットは、第1トラック24に沿って磁気スケール2の周方向Xに360°を2で除算した角度(第3ピッチP3)で配列されている。 Here, the third pitch P3 which is the formation pitch of each region (magnetized region or non-magnetized region) of the absolute pattern 24a is an angle (2.8125 °) obtained by dividing 360 ° by 2n . In other words, each bit of the absolute pattern 24a is arranged along the first track 24 in the circumferential direction X of the magnetic scale 2 at an angle (third pitch P3) obtained by dividing 360 ° by 2n .

(磁気センサ)
図4はロータリエンコーダ1の制御系を示す概略ブロック図である。図5は磁気スケール2の読み取りにより磁気センサ装置3が取得する各信号の説明図である。図5ではアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45およびアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46の配置を模式的に記載している。図6は第1信号出力部から出力される第1信号、第2信号出力部から出力される第2信号および第1信号と第2信号の差動信号の説明図である。図6(a)は、アブソリュートトラック23と第1信号出力部および第2信号出力部を模式的に示す説明図である。図6(b)は第1信号出力部から出力される第1信号のグラフであり、図6(c)は第2信号出力部から出力される第2信号のグラフであり、図6(d)は差動信号のグラフであり、図6(e)はアブソリュート値である。なお、図6(a)では、着磁領域の磁界を説明するために第1トラック24と第2トラック25の間に隙間を設けて示す。図7(a)はアブソリュートパターンにおける着磁領域と無着磁領域の境界部分における磁界の説明図であり、図7(b)は、着磁領域と無着磁領域の境界部分における第1信号のグラフである。
(Magnetic sensor)
FIG. 4 is a schematic block diagram showing a control system of the rotary encoder 1. FIG. 5 is an explanatory diagram of each signal acquired by the magnetic sensor device 3 by reading the magnetic scale 2. FIG. 5 schematically shows the arrangement of the absolute value detection first magnetoresistive element 45 and the absolute value detection second magnetoresistive element 46. FIG. 6 is an explanatory diagram of a first signal output from the first signal output unit, a second signal output from the second signal output unit, and a differential signal between the first signal and the second signal. FIG. 6A is an explanatory diagram schematically showing the absolute track 23, the first signal output unit, and the second signal output unit. 6B is a graph of the first signal output from the first signal output unit, FIG. 6C is a graph of the second signal output from the second signal output unit, and FIG. ) Is a graph of the differential signal, and FIG. 6E is an absolute value. In FIG. 6A, a gap is provided between the first track 24 and the second track 25 in order to explain the magnetic field in the magnetized region. FIG. 7A is an explanatory diagram of the magnetic field at the boundary portion between the magnetized region and the non-magnetized region in the absolute pattern, and FIG. 7B shows the first signal at the boundary portion between the magnetized region and the non-magnetized region. It is a graph of.

図4に示すように、磁気センサ装置3は、第1インクリメンタル信号出力部31、第2インクリメンタル信号出力部32、インクリメンタル信号算出部33、アブソリュート値出力部34、および、絶対位置取得部35を備える。   As shown in FIG. 4, the magnetic sensor device 3 includes a first incremental signal output unit 31, a second incremental signal output unit 32, an incremental signal calculation unit 33, an absolute value output unit 34, and an absolute position acquisition unit 35. .

第1インクリメンタル信号出力部31は、図2、図4に示すように、第1インクリメンタルトラック21に対向配置したインクリメンタル信号検出用第1磁気抵抗素子37を備える。インクリメンタル信号検出用第1磁気抵抗素子37は周方向Xに感磁方向を向けている。図5に示すように、第1インクリメンタル信号出力部31は、磁気スケール2の移動に伴って第1インクリメンタルパターン21aの第1ピッチP1に対応する長さの第1波長λ1の第1インクリメンタル信号θAを出力する。第1インクリメンタル信号θAは、磁気スケール2が第1ピッチP1回転する毎に、0から2πまで位相が変化する周期的な信号である。   As shown in FIG. 2 and FIG. 4, the first incremental signal output unit 31 includes a first magnetoresistive element 37 for detecting an incremental signal disposed opposite to the first incremental track 21. The first magnetoresistive element 37 for detecting an incremental signal has a magnetosensitive direction in the circumferential direction X. As shown in FIG. 5, the first incremental signal output unit 31 has a first incremental signal θA having a first wavelength λ1 having a length corresponding to the first pitch P1 of the first incremental pattern 21a as the magnetic scale 2 moves. Is output. The first incremental signal θA is a periodic signal whose phase changes from 0 to 2π every time the magnetic scale 2 rotates by the first pitch P1.

第2インクリメンタル信号出力部32は、図2、図4に示すように、第2インクリメン
タルトラック22に対向配置したインクリメンタル信号検出用第2磁気抵抗素子38を備える。インクリメンタル信号検出用第2磁気抵抗素子38は周方向Xに感磁方向を向けている。図5に示すように、第2インクリメンタル信号出力部32は、磁気スケール2の移動に伴って、第2インクリメンタルパターン22aの第2ピッチP2に対応する長さの第2波長λ2の第2インクリメンタル信号θBを出力する。第2インクリメンタル信号θBは、磁気スケール2が第2ピッチP2回転する毎に、0から2πまで位相が変化する周期的な信号である。
As shown in FIGS. 2 and 4, the second incremental signal output unit 32 includes a second magnetoresistive element 38 for detecting an incremental signal disposed opposite to the second incremental track 22. The second magnetoresistive element 38 for detecting the incremental signal has a magnetic sensitive direction in the circumferential direction X. As shown in FIG. 5, the second incremental signal output unit 32 generates a second incremental signal having a second wavelength λ <b> 2 having a length corresponding to the second pitch P <b> 2 of the second incremental pattern 22 a as the magnetic scale 2 moves. Output θB. The second incremental signal θB is a periodic signal whose phase changes from 0 to 2π every time the magnetic scale 2 rotates by the second pitch P2.

インクリメンタル信号算出部33は、第1インクリメンタル信号θAと第2インクリメンタル信号θBに基づいて、第3波長λ3の第3インクリメンタル信号θCを算出する。第3インクリメンタル信号θCは、第1インクリメンタル信号θAの位相から第2インクリメンタル信号θBの位相を減じて得られるバーニア信号である。   The incremental signal calculation unit 33 calculates the third incremental signal θC having the third wavelength λ3 based on the first incremental signal θA and the second incremental signal θB. The third incremental signal θC is a vernier signal obtained by subtracting the phase of the second incremental signal θB from the phase of the first incremental signal θA.

ここで、第3波長λ3は、第1インクリメンタル信号θAの第1波長λ1の整数倍であり、第2インクリメンタル信号θBの第2波長λ2の整数倍である。また、第3波長λ3はアブソリュートパターン24aのピッチ長である第3ピッチP3に対応する長さである。第3インクリメンタル信号θCは、第3ピッチP3毎に0から2πまで位相が変化する周期的な信号である。   Here, the third wavelength λ3 is an integral multiple of the first wavelength λ1 of the first incremental signal θA, and is an integral multiple of the second wavelength λ2 of the second incremental signal θB. The third wavelength λ3 is a length corresponding to the third pitch P3 that is the pitch length of the absolute pattern 24a. The third incremental signal θC is a periodic signal whose phase changes from 0 to 2π every third pitch P3.

次に、アブソリュート値出力部34は、図2および図4に示すように、第1トラック24(アブソリュートパターン24a)を読み取って第1信号E1を出力する第1信号出力部41と、第2トラック25(着磁パターン25a)を読み取って第2信号E2を出力する第2信号出力部42とを備える。アブソリュート値出力部34は第1信号E1と第2信号E2の差動信号Dに基づいてアブソリュート値ABSを出力する。   Next, as shown in FIGS. 2 and 4, the absolute value output unit 34 reads a first track 24 (absolute pattern 24a) and outputs a first signal E1, and a second track. 25 (magnetization pattern 25a) and a second signal output unit 42 that outputs a second signal E2. The absolute value output unit 34 outputs an absolute value ABS based on the differential signal D between the first signal E1 and the second signal E2.

ここで、図5に示すように、第1信号出力部41は、第3ピッチP3で第1トラック24に対向する複数のアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45を備える。複数のアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45のそれぞれは周方向Xに感磁方向を向けている。第1信号出力部41は、これら複数のアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45によって、周方向Xで連続するアブソリュートパターン24aの複数の領域のそれぞれの磁界を検出して第1信号E1を出力する。本例では、7ビットのアブソリュート値ABSを取得するために、第1信号出力部41は7つのアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45を備え、第1トラック24の連続する7つの領域の磁界を検出する。図6(b)は、第1トラック24の7つの領域の磁界を検出した場合に第1信号出力部41から出力される第1信号E1のグラフである。   Here, as shown in FIG. 5, the first signal output unit 41 includes a plurality of absolute value detection first magnetoresistive elements 45 facing the first track 24 at the third pitch P3. Each of the plurality of absolute value detecting first magnetoresistive elements 45 has a magnetic sensitive direction in the circumferential direction X. The first signal output unit 41 detects the respective magnetic fields of the plurality of regions of the absolute pattern 24a continuous in the circumferential direction X by the plurality of absolute value detection first magnetoresistive elements 45 and outputs the first signal E1. To do. In this example, in order to obtain a 7-bit absolute value ABS, the first signal output unit 41 includes seven absolute value detection first magnetoresistive elements 45, and magnetic fields in seven consecutive regions of the first track 24. Is detected. FIG. 6B is a graph of the first signal E1 output from the first signal output unit 41 when the magnetic fields of the seven regions of the first track 24 are detected.

第2信号出力部42は、第3ピッチP3で第2トラック25に対向する複数のアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46を備える。複数のアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46のそれぞれは周方向Xに感磁方向を向けている。第2信号出力部42は、これら複数のアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46によって、周方向Xで連続する着磁パターン25aの複数の領域のそれぞれの磁界を検出して第2信号E2を出力する。本例では、7ビットのアブソリュート値ABSを取得するために、第2信号出力部42は7つのアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46を備え、第2トラック25の連続する7つの領域の磁界を検出する。図6(c)は、第2トラック25の7つの領域の磁界を検出した場合に第2信号出力部42から出力される第2信号E2のグラフである。   The second signal output unit 42 includes a plurality of absolute value detecting second magnetoresistive elements 46 facing the second track 25 at the third pitch P3. Each of the plurality of absolute value detecting second magnetoresistive elements 46 has a magnetosensitive direction in the circumferential direction X. The second signal output unit 42 detects the magnetic field of each of the plurality of regions of the magnetization pattern 25a continuous in the circumferential direction X by the plurality of absolute value detection second magnetoresistive elements 46, and outputs the second signal E2. Output. In this example, in order to obtain a 7-bit absolute value ABS, the second signal output unit 42 includes seven absolute value detecting second magnetoresistive elements 46, and magnetic fields in seven consecutive regions of the second track 25. Is detected. FIG. 6C is a graph of the second signal E2 output from the second signal output unit 42 when the magnetic fields of the seven regions of the second track 25 are detected.

ここで、7つのアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45と7つのアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46は、周方向Xで同一の位置(径方向Yから見た場合に重なる位置)に配置されているアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45とアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46とが1組(一対)として構成される。また、各組のアブ
ソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45とアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46は、電圧入力端子Vccとグランド端子GNDとの間に直列に接続されて直列回路(第1直列回路)47を形成している。
Here, the seven absolute value detecting first magnetoresistive elements 45 and the seven absolute value detecting second magnetoresistive elements 46 are in the same position in the circumferential direction X (positions overlapping when viewed from the radial direction Y). The arranged absolute value detecting first magnetoresistive element 45 and absolute value detecting second magnetoresistive element 46 are configured as one set (a pair). Also, each set of absolute value detecting first magnetoresistive element 45 and absolute value detecting second magnetoresistive element 46 are connected in series between the voltage input terminal Vcc and the ground terminal GND to form a series circuit (first Series circuit) 47 is formed.

そして、アブソリュート値出力部34は、直列回路47におけるアブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45とアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46の間の中点48から出力される差動信号D(中点電圧)に基づいてアブソリュート値ABSを出力する。   The absolute value output unit 34 outputs a differential signal D (middle) output from a midpoint 48 between the absolute value detecting first magnetoresistive element 45 and the absolute value detecting second magnetoresistive element 46 in the series circuit 47. The absolute value ABS is output based on the point voltage.

図6(d)はアブソリュートトラック23の連続する7つの領域の磁界を検出した場合の差動信号D(中点電圧)のグラフである。図6(d)に示すように、直列回路47の中点48からは、第1信号E1と第2信号E2の差動が差動信号D(中点電圧)として出力される。従って、アブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45が着磁領域の磁界を検出し、アブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46が無着磁領域の磁界を検出している場合には、差動信号Dとして中点電位E0以上の電圧信号が出力される。一方、アブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45が無着磁領域の磁界を検出し、アブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46が着磁領域の磁界を検出している場合には、差動信号Dとして中点電位E0よりも低い電圧信号が出力される。   FIG. 6D is a graph of the differential signal D (midpoint voltage) when the magnetic field of seven consecutive areas of the absolute track 23 is detected. As shown in FIG. 6D, the differential between the first signal E1 and the second signal E2 is output as a differential signal D (midpoint voltage) from the middle point 48 of the series circuit 47. Therefore, when the absolute value detecting first magnetoresistive element 45 detects the magnetic field in the magnetized region and the absolute value detecting second magnetoresistive element 46 detects the magnetic field in the non-magnetized region, the differential A voltage signal having a midpoint potential E0 or higher is output as the signal D. On the other hand, when the absolute value detecting first magnetoresistive element 45 detects the magnetic field in the non-magnetized region and the absolute value detecting second magnetoresistive element 46 detects the magnetic field in the magnetized region, the differential A voltage signal lower than the midpoint potential E0 is output as the signal D.

従って、アブソリュート値出力部34は、中点電位E0を閾値として、差動信号Dが閾値以上の組からの出力を1、差動信号Dが閾値よりも低い組からの出力を0として、7ビットのアブソリュート値ABS(M系列パターン)を出力する。これにより、アブソリュート値ABSは図6(e)に示すものとなる。なお、中点電位E0とは、アブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45およびアブソリュート値検出用第2磁気抵抗素子46の双方が磁界を検出していない状態で中点48から出力される電圧信号である。   Therefore, the absolute value output unit 34 uses the midpoint potential E0 as a threshold value, sets 1 as an output from a group in which the differential signal D is greater than or equal to the threshold value, and 0 as an output from a group in which the differential signal D is lower than the threshold value The absolute value ABS (M series pattern) of the bit is output. As a result, the absolute value ABS is as shown in FIG. The midpoint potential E0 is a voltage signal output from the midpoint 48 in a state in which neither the absolute value detection first magnetoresistance element 45 nor the absolute value detection second magnetoresistance element 46 detects a magnetic field. It is.

ここで、アブソリュートトラック23が第1トラック24のみを備えるものである場合には、第1信号出力部41が第1トラック24を読み取ったときに、図7(b)に示すように、着磁領域R1と無着磁領域R0とが隣接する部分で、無着磁領域R0における着磁領域R1に近い部分で第1信号E1が出力される。すなわち、図7(a)に示すように、着磁領域R1と無着磁領域R0の境界位置Rでは、着磁領域R1から無着磁領域R0にオーバーシュートして着磁領域R1に戻る磁界Fが発生しているので、アブソリュート値検出用第1磁気抵抗素子45はこの磁界Fを検出して第1信号E1を出力する。従って、アブソリュート値ABSを取得するための閾値を適切に設定しなければ、無着磁領域R0においても出力が閾値を超える場合が発生してしまい、アブソリュート値ABSを正確に取得できない場合が発生する。   Here, when the absolute track 23 includes only the first track 24, when the first signal output unit 41 reads the first track 24, as shown in FIG. The first signal E1 is output at a portion where the region R1 and the non-magnetized region R0 are adjacent to each other and at a portion near the magnetized region R1 in the non-magnetized region R0. That is, as shown in FIG. 7A, at the boundary position R between the magnetized region R1 and the non-magnetized region R0, a magnetic field overshoots from the magnetized region R1 to the non-magnetized region R0 and returns to the magnetized region R1. Since F is generated, the absolute value detecting first magnetoresistive element 45 detects the magnetic field F and outputs the first signal E1. Therefore, if the threshold value for obtaining the absolute value ABS is not set appropriately, the output may exceed the threshold value even in the non-magnetized region R0, and the absolute value ABS may not be obtained accurately. .

これに対して、本例では、図6(b)および図6(c)に示すように、第1信号出力部41が第1トラック24の無着磁領域を読み取っているときには、第2信号出力部42は第2トラック25の着磁領域を読み取っているので、第2信号出力部42からは第1信号出力部41よりも大きな信号が出力される。また、図7(b)に示すように、着磁領域R1と無着磁領域R0の境界位置Rでは、着磁領域R1の磁束密度の方が、無着磁領域R0の側の磁束密度(オーバーシュート部分の磁束密度)よりも大きいので、第1信号出力部41から出力される第1信号E1において境界位置Rを境に着磁領域R1側の信号の傾斜角度θ1は、境界位置Rよりも無着磁領域R0側の信号の傾斜角度θ2と比較して、大きな角度となる。従って、第1信号出力部41からの第1信号E1と第2信号出力部42からの第2信号E2との差動を取得すれば、着磁領域R1と無着磁領域R0の境界位置Rにおいて、反転する部分を有することがない波形の信号を得ることができる。すなわち、無着磁領域R0における着磁領域R1に近い部分で発生している磁界の影響を除去できる。   On the other hand, in this example, as shown in FIGS. 6B and 6C, when the first signal output unit 41 reads the non-magnetized region of the first track 24, the second signal Since the output unit 42 reads the magnetized region of the second track 25, a signal larger than the first signal output unit 41 is output from the second signal output unit 42. Further, as shown in FIG. 7B, at the boundary position R between the magnetized region R1 and the non-magnetized region R0, the magnetic flux density of the magnetized region R1 is greater than the magnetic flux density (on the non-magnetized region R0 side). Therefore, the inclination angle θ1 of the signal on the magnetization region R1 side with respect to the boundary position R in the first signal E1 output from the first signal output unit 41 is greater than the boundary position R. Also, the angle is larger than the inclination angle θ2 of the signal on the non-magnetized region R0 side. Therefore, if the differential between the first signal E1 from the first signal output unit 41 and the second signal E2 from the second signal output unit 42 is obtained, the boundary position R between the magnetized region R1 and the non-magnetized region R0. , A signal having a waveform that does not have an inversion portion can be obtained. That is, the influence of the magnetic field generated in the non-magnetized region R0 near the magnetized region R1 can be removed.

また、中点電位E0を閾値として、閾値以上を論理値の1、閾値よりも小さい場合を論
理値の0とすれば、第3ピッチP3に対応する第3波長λ3で、7ビットのアブソリュート値ABSを正確に取得できる。すなわち、差動出力において、プラスとマイナスに振れている信号の振幅の中心(中点電位E0)を閾値とするので、正確に、第3波長λ3の符号長の論理値を取得できる。これにより、各論理値の符号長は、着磁領域と無着磁領域の配列のピッチと同一となり、一定となる。よって、アブソリュート値出力部34から出力されるアブソリュート値ABSの周期と第3インクリメンタル信号θCの周期がずれることがない。
Further, if the midpoint potential E0 is a threshold value, a logical value of 1 is greater than or equal to the threshold value, and a logical value of 0 is smaller than the threshold value, a 7-bit absolute value at the third wavelength λ3 corresponding to the third pitch P3. ABS can be acquired accurately. In other words, in the differential output, the center of the amplitude (midpoint potential E0) of the signal oscillating in the plus and minus directions is used as the threshold value, so that the logical value of the code length of the third wavelength λ3 can be obtained accurately. Thereby, the code length of each logical value is the same as the pitch of the arrangement of the magnetized region and the non-magnetized region, and is constant. Therefore, the cycle of the absolute value ABS output from the absolute value output unit 34 does not deviate from the cycle of the third incremental signal θC.

なお、アブソリュートトラック23において着磁領域と無着磁領域を一定のピッチで配列しておけば、各ピッチ内の周方向Xにおける着磁部分の長さは一定でなくても第3ピッチP3に対応する第3波長λ3で、7ビットのアブソリュート値ABSを正確に取得できる。従って、着磁領域に対する着磁の自由度が増加する。   In addition, if the magnetized region and the non-magnetized region are arranged at a constant pitch in the absolute track 23, the length of the magnetized portion in the circumferential direction X within each pitch is set to the third pitch P3. A 7-bit absolute value ABS can be accurately obtained at the corresponding third wavelength λ3. Therefore, the degree of freedom of magnetization with respect to the magnetization region increases.

次に、絶対位置取得部35は、アブソリュート値ABS、第3インクリメンタル信号θCの位相、および、第1インクリメンタル信号θAの位相に基づいて、磁気スケール2の絶対角度位置を取得する。絶対位置取得部35は、絶対角度位置を取得する際にアブソリュート値ABSを2進数として演算する演算回路を備える。   Next, the absolute position acquisition unit 35 acquires the absolute angular position of the magnetic scale 2 based on the absolute value ABS, the phase of the third incremental signal θC, and the phase of the first incremental signal θA. The absolute position acquisition unit 35 includes an arithmetic circuit that calculates the absolute value ABS as a binary number when acquiring the absolute angular position.

(絶対角度位置検出動作)
回転体側に配置された磁気スケール2が回転すると、図5に示すように、第1インクリメンタル信号出力部31は第1波長λ1の第1インクリメンタル信号θAを出力し、第2インクリメンタル信号出力部32は第1波長λ1よりも長い第2波長λ2の第2インクリメンタル信号θBを出力する。これに並行して、インクリメンタル信号算出部33は、第1インクリメンタル信号θAおよび第2インクリメンタル信号θBに基づいて第3波長λ3の第3インクリメンタル信号θCを取得する。
(Absolute angular position detection operation)
When the magnetic scale 2 arranged on the rotating body side rotates, as shown in FIG. 5, the first incremental signal output unit 31 outputs the first incremental signal θA having the first wavelength λ1, and the second incremental signal output unit 32 A second incremental signal θB having a second wavelength λ2 longer than the first wavelength λ1 is output. In parallel with this, the incremental signal calculation unit 33 acquires the third incremental signal θC of the third wavelength λ3 based on the first incremental signal θA and the second incremental signal θB.

また、アブソリュート値出力部34は、磁気スケール2が第3ピッチP3回転する毎にアブソリュート値ABSを出力する。すなわち、アブソリュート値出力部34は、第3インクリメンタル信号θCの1周期毎にアブソリュート値ABSを付与する。従って、絶対位置取得部35は、アブソリュート値ABSのアブソリュート値ABS、第3インクリメンタル信号θCの位相、および、第1インクリメンタル信号θAの位相に基づいて、磁気スケール2の絶対角度位置を取得できる。   The absolute value output unit 34 outputs the absolute value ABS every time the magnetic scale 2 rotates by the third pitch P3. That is, the absolute value output unit 34 gives the absolute value ABS for each cycle of the third incremental signal θC. Therefore, the absolute position acquisition unit 35 can acquire the absolute angular position of the magnetic scale 2 based on the absolute value ABS of the absolute value ABS, the phase of the third incremental signal θC, and the phase of the first incremental signal θA.

本例では、第1信号出力部41からの第1信号E1と第2信号出力部42からの第2信号E2の差動信号Dに基づいてアブソリュート値ABSを取得する。差動信号Dは、アブソリュートパターン24aの着磁領域と無着磁領域との境界部分で波形が反転することのない波形を備えるので、閾値(中点電位E0)に基づいてアブソリュート値ABSを正確に取得できる。また、差動信号Dにおいて、プラスとマイナスに振れている信号の振幅の中心(中点電位E0)を閾値とするので、アブソリュート値ABSとして、正確に、第3波長λ3の符号長の論理値を取得できる。   In this example, the absolute value ABS is acquired based on the differential signal D of the first signal E1 from the first signal output unit 41 and the second signal E2 from the second signal output unit 42. Since the differential signal D has a waveform that does not invert at the boundary between the magnetized region and the non-magnetized region of the absolute pattern 24a, the absolute value ABS is accurately determined based on the threshold value (midpoint potential E0). Can be obtained. In addition, since the center of the amplitude (midpoint potential E0) of the differential signal D that swings between plus and minus is used as a threshold value, the absolute value ABS is accurately the logical value of the code length of the third wavelength λ3. Can be obtained.

また、本例では、アブソリュートパターン24aとして、ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入して周期を2としたものを備える。ここで、アブソリュートパターン24aは、その周期が2のべき乗となる。従って、2進数で演算を行う絶対位置取得部35の演算回路において、アブソリュート値ABSを演算するのに適する。 Further, in this example, the absolute pattern 24a is provided with a cycle of 2n by inserting one 0 into a portion where n-1 zeros continue in the M-sequence pattern of n bits. Here, the period of the absolute pattern 24a is a power of two. Therefore, it is suitable for calculating the absolute value ABS in the calculation circuit of the absolute position acquisition unit 35 that performs calculation in binary numbers.

さらに、本例では、ビット数nは、360を2で除算したときに割り切れる数とされる。従って、360°を2で除算した角度をアブソリュートパターン24aの各ビットを配列するピッチ(第3ピッチP3)としたときに、1周期分のアブソリュートパターン
24aを環状の第1トラック24に過不足なく設けることができる。これにより、磁気スケール2に1周期分のアブソリュートパターン24aを正確に設けることができるので、当該アブソリュートパターン24aを検出することによりアブソリュート値ABSを精度よく出力できる。
Further, in this example, the number of bits n is a number that is divisible when 360 is divided by 2n . Accordingly, when the angle obtained by dividing 360 ° by 2n is the pitch for arranging the bits of the absolute pattern 24a (the third pitch P3), the absolute pattern 24a for one cycle is excessively or insufficient in the annular first track 24. Can be provided. As a result, the absolute pattern 24a for one cycle can be accurately provided on the magnetic scale 2, so that the absolute value ABS can be accurately output by detecting the absolute pattern 24a.

(その他の実施の形態)
上記の例では、アブソリュートトラック23は、7ビットで絶対角度位置を表すアブソ
リュートパターン24aを備えるが、ビット数nは7に限られるものではない。例えば、
アブソリュートトラックは3ビットで絶対角度位置を表すアブソリュートパターン24a
を備えるものとすることができる。この場合にも、アブソリュートパターンは、ビット数
3のM系列パターンにおいて2個(n−1個)の0が連続した部分に0を1個挿入して周
期を2としたものとすることができる。また、この場合には、アブソリュートトラック
に沿って各ビットを配列する第3ピッチP3は、360°を (n=3)で除算した角
度(45°)となる。
(Other embodiments)
In the above example, the absolute track 23 includes the absolute pattern 24a representing the absolute angular position with 7 bits, but the number of bits n is not limited to 7. For example,
The absolute track is an absolute pattern 24a representing an absolute angular position with 3 bits.
Can be provided. In this case as well, the absolute pattern may be set to a cycle of 2 n by inserting one 0 into a portion where two (n−1) zeros are consecutive in the M-sequence pattern of 3 bits. it can. In this case, the third pitch P3 for arranging each bit along the absolute track is an angle (45 °) obtained by dividing 360 ° by 2 n (n = 3).

また、上記の例では、インクリメンタルトラックとして第1インクリメンタルトラック21と第2インクリメンタルトラック22とを備え、第1インクリメンタルトラック21を読み取って出力される第1インクリメンタル信号θAと第2インクリメンタルトラック22を読み取って出力される第2インクリメンタル信号θBとに基づいて第3波長λ3の第3インクリメンタル信号θCを算出しているが、インクリメンタルトラックは一本でもよい。この場合には、インクリメンタルトラックは、当該インクリメンタルトラックを読み取ったときに、第3波長λ3のインクリメンタル信号を出力できる着磁のパターンを備えるものとすることができる。また、絶対位置取得部35は、アブソリュート値ABSおよび第3波長λ3のインクリメンタル信号に基づいて磁気スケール2の絶対角度位置を取得するものとすることができる。   In the above example, the first incremental track 21 and the second incremental track 22 are provided as the incremental tracks, and the first incremental signal θA and the second incremental track 22 output by reading the first incremental track 21 are read. Although the third incremental signal θC having the third wavelength λ3 is calculated based on the output second incremental signal θB, the number of incremental tracks may be one. In this case, the incremental track may be provided with a magnetized pattern that can output an incremental signal of the third wavelength λ3 when the incremental track is read. Further, the absolute position acquisition unit 35 can acquire the absolute angular position of the magnetic scale 2 based on the absolute value ABS and the incremental signal of the third wavelength λ3.

なお、上記のロータリエンコーダ1では、円盤形状の磁気スケール2の円形面に周方向Xに延びる磁気トラック4が設けられているが、円盤形状の磁気スケール2の環状外周面に磁気トラック4を設けてもよい。図8は変形例のロータリエンコーダの説明図である。本例のロータリエンコーダ1Aでは、円盤形状の磁気スケール2の環状外周面に周方向X(磁気スケール2と磁気センサ装置3との相対回転方向)に延びる磁気トラック4を設けている。
In the rotary encoder 1, the magnetic track 4 extending in the circumferential direction X is provided on the circular surface of the disk-shaped magnetic scale 2, but the magnetic track 4 is provided on the annular outer peripheral surface of the disk-shaped magnetic scale 2. May be. FIG. 8 is an explanatory diagram of a rotary encoder according to a modification. In the rotary encoder 1A of this example, a magnetic track 4 extending in the circumferential direction X (the relative rotational direction of the magnetic scale 2 and the magnetic sensor device 3) is provided on the annular outer peripheral surface of the disk-shaped magnetic scale 2.

磁気トラック4は、磁気スケール2の周方向Xに延びる第1インクリメンタルトラック21、第2インクリメンタルトラック22、および、アブソリュートトラック23を有する。軸線L方向において第1インクリメンタルトラック21は第2インクリメンタルトラック22の隣に位置する。また、アブソリュートトラック23は、軸線L方向において、第1インクリメンタルトラック21を間に挟んで第2インクリメンタルトラック22とは反対側に位置する。アブソリュートトラック23は並列に配置されて周方向Xに延びる第1トラック24と第2トラック25を備える。第1トラック24と第2トラック25とは、軸線L方向で隣り合う位置に設けられている。第2トラック25は、軸線L方向において、第1インクリメンタルトラック21の隣に位置する。なお、磁気トラック4を構成する各トラック21,22,23の配列はこれに限られるものではない。   The magnetic track 4 includes a first incremental track 21, a second incremental track 22, and an absolute track 23 that extend in the circumferential direction X of the magnetic scale 2. The first incremental track 21 is positioned next to the second incremental track 22 in the direction of the axis L. Further, the absolute track 23 is located on the opposite side of the second incremental track 22 with the first incremental track 21 in between in the axis L direction. The absolute track 23 includes a first track 24 and a second track 25 that are arranged in parallel and extend in the circumferential direction X. The first track 24 and the second track 25 are provided at positions adjacent to each other in the axis L direction. The second track 25 is located next to the first incremental track 21 in the axis L direction. Note that the arrangement of the tracks 21, 22, and 23 constituting the magnetic track 4 is not limited to this.

磁気センサ装置3は磁気スケール2に対して軸線Lと直交する方向(径方向Y)から対向する。磁気センサ装置3は、磁気センサ装置3と磁気スケール2とが軸線L回りに相対回転する際に磁気スケール2の表面に形成された磁界の変化を検出して、磁気スケール2または磁気センサ装置3の絶対角度位置を出力する。なお、本例のロータリエンコーダ1Aは上記のロータリエンコーダ1と対応する構成を備えるので、対応する部分に同一の符
号を付して、その説明を省略する。
The magnetic sensor device 3 faces the magnetic scale 2 from a direction (radial direction Y) orthogonal to the axis L. The magnetic sensor device 3 detects a change in the magnetic field formed on the surface of the magnetic scale 2 when the magnetic sensor device 3 and the magnetic scale 2 are relatively rotated about the axis L, and the magnetic scale device 2 or the magnetic sensor device 3 is detected. The absolute angular position of is output. Since the rotary encoder 1A of the present example has a configuration corresponding to that of the rotary encoder 1, the same reference numerals are given to the corresponding portions, and description thereof is omitted.

また、本例のアブソリュートパターン24aを備えるロータリエンコーダを光学式としてもよい。この場合には、アブソリュートトラック23として第1トラック24のみを備え。アブソリュートパターン24aは、円盤形状のスケール2に遮光部と透光部をアブソリュートトラック23に沿って第3ピッチP3で配列したものとする。或いは、アブソリュートパターン24aは、円盤形状のスケール2に反射部と非反射部をアブソリュートトラック23に沿って第3ピッチP3で配列したものとする。また、この場合には、磁気センサ装置3に替えて、アブソリュートパターン24aの7つの領域を光学的に読み取る読取装置を備えるものとする。読取装置は射光部と受光部とを備えるものを用いることができる。   Further, the rotary encoder provided with the absolute pattern 24a of this example may be an optical type. In this case, only the first track 24 is provided as the absolute track 23. In the absolute pattern 24a, it is assumed that a light-shielding portion and a light-transmitting portion are arranged on the disk-shaped scale 2 along the absolute track 23 at the third pitch P3. Alternatively, in the absolute pattern 24a, it is assumed that a reflective portion and a non-reflective portion are arranged on the disk-shaped scale 2 along the absolute track 23 at the third pitch P3. In this case, instead of the magnetic sensor device 3, a reading device that optically reads seven regions of the absolute pattern 24a is provided. As the reading device, one having a light emitting part and a light receiving part can be used.

1・1A…ロータリエンコーダ
2…磁気スケール(スケール)
23…アブソリュートトラック
24…第1トラック
24a…アブソリュートパターン
25…第2トラック
25a…着磁パターン
34…アブソリュート値出力部
41…第1信号出力部
42…第2信号出力部
P3…第3ピッチ(一定のピッチ)
D…差動信号
ABS…アブソリュート値
X…周方向
1.1A ... Rotary encoder 2 ... Magnetic scale (scale)
23 ... Absolute track 24 ... First track 24a ... Absolute pattern 25 ... Second track 25a ... Magnetized pattern 34 ... Absolute value output unit 41 ... First signal output unit 42 ... Second signal output unit P3 ... Third pitch (constant) Pitch)
D ... Differential signal ABS ... Absolute value X ... Circumferential direction

Claims (4)

ビット数nのM系列パターンにおいてn−1個の0が連続した部分に0を1個挿入してM系列の周期を2としたアブソリュートパターンを有する環状のアブソリュートトラックを備えるスケールと、
相対回転する前記スケールの前記アブソリュートトラックを読み取ってアブソリュート値を出力するアブソリュート値出力部と、を有し、
前記アブソリュートパターンの各ビットは、前記アブソリュートトラックに沿って一定のピッチで配列されており、
前記ビット数nは360を2で除算したときに割り切れる数であり、
前記アブソリュートパターンの各ビットは、着磁領域または無着磁領域であり、
前記ピッチは、360°を2 で除算した角度であり、
前記アブソリュートトラックは、前記アブソリュートパターンを有する第1トラックと、前記第1トラックと並列に相対回転方向に延びるとともに、前記第1トラックの内周側に位置する第2トラックと、を備え、
前記第2トラックは、前記スケールの周方向に着磁領域および無着磁領域が前記第1トラックと同一のピッチで配列され、着磁領域および無着磁領域の配列が前記アブソリュートパターンとは逆の着磁パターンを備え、
前記第1トラックの着磁領域と前記第2トラックの無着磁領域とが径方向で隣り合うとともに、前記第1トラックの無着磁領域と前記第2トラックの着磁領域とが径方向で隣り合うことを特徴とするロータリエンコーダ。
A scale provided with an annular absolute track having an absolute pattern in which an M-sequence period is 2 n by inserting one 0 into a portion where n-1 zeros continue in an M-sequence pattern of n bits;
An absolute value output unit that reads the absolute track of the scale that rotates relative to each other and outputs an absolute value;
Each bit of the absolute pattern is arranged at a constant pitch along the absolute track,
It said number of bits n is Ri number der divisible when dividing 360 by 2 n,
Each bit of the absolute pattern is a magnetized region or a non-magnetized region,
The pitch is an angle obtained by dividing 360 ° by 2 n ,
The absolute track includes a first track having the absolute pattern, and a second track extending in a relative rotational direction in parallel with the first track and positioned on an inner peripheral side of the first track,
In the second track, a magnetized region and a non-magnetized region are arranged at the same pitch as the first track in the circumferential direction of the scale, and the arrangement of the magnetized region and the non-magnetized region is opposite to the absolute pattern. With a magnetized pattern of
The magnetized region of the first track and the non-magnetized region of the second track are adjacent in the radial direction, and the non-magnetized region of the first track and the magnetized region of the second track are in the radial direction. A rotary encoder characterized by being adjacent to each other .
請求項において、
前記ビット数nは、7であることを特徴とするロータリエンコーダ。
In claim 1 ,
The rotary encoder is characterized in that the number of bits n is 7.
請求項において、
前記アブソリュート値出力部は、前記第1トラックの前記アブソリュートパターンを読み取って第1信号を出力する第1信号出力部と、前記第2トラックの前記着磁パターンを読み取って第2信号を出力する第2信号出力部と、を備え、前記第1信号および前記第2信号の差動信号に基づいてアブソリュート値を出力することを特徴とするロータリエンコーダ。
In claim 1 ,
The absolute value output unit reads the absolute pattern of the first track and outputs a first signal, and reads the magnetization pattern of the second track and outputs a second signal. A rotary encoder that outputs an absolute value based on a differential signal of the first signal and the second signal.
請求項1または3において、
前記第1トラックにおいて、前記周方向で隣り合う着磁領域は互いに同一の極を対向させており、
前記第2トラックにおいて、前記周方向で隣り合う着磁領域は、互いに同一の極を対向させていることを特徴とするロータリエンコーダ。
In claim 1 or 3 ,
In the first track, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction have the same poles facing each other,
In the second track, the magnetized regions adjacent in the circumferential direction have the same poles opposed to each other.
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