KR100797235B1 - Magnetic encoder - Google Patents
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Abstract
공간이 좁은 장소에도 사용할 수 있는 자기식 인코더를 제공한다.Provides a magnetic encoder that can be used even in tight spaces.
샤프트(11)의 선단부에 고착된 자석(12), 및 자석(12)의 회전에 따르는 자계 변화를 검출하는 홀 소자를 구비하고, 홀 소자의 검출에 따라서 샤프트(11)의 회전각을 연산하고, 또한 그 회전각에 따라서 각종 신호를 생성하는 IC 칩(14)을 인코더 본체부(10)로 하고, 인코더 본체부(10)에 컨트롤러측과 접속하기 위한 케이블(20, 21)을 접속하고, 케이블(20, 21)의 도중에 중계부(30)를 설치하여 구성되고, 중계부(30)에, IC 칩(14)에 의해서 생성된 각종 신호를 외부에 출력하는 복수의 회로부 및 전원 회로부가 실장된 기판(32)을 설치하고, 상기 기판(32)의 표면에 서로 대향하도록 제1 및 제2 커넥터(33, 34)를 설치하고, 기판(32)의 이면에 서로 대향하도록 제3 및 제4 커넥터(35, 36)를 설치하였다.A magnet 12 fixed to the distal end of the shaft 11, and a Hall element for detecting a magnetic field change due to the rotation of the magnet 12, and calculating the rotation angle of the shaft 11 in accordance with the detection of the Hall element. In addition, the IC chip 14 which generates various signals according to the rotation angle is used as the encoder main body 10, and cables 20 and 21 for connecting to the controller side are connected to the encoder main body 10, The relay part 30 is provided in the middle of the cables 20 and 21, and the circuit part and the power supply circuit part which output various signals produced | generated by the IC chip 14 to the relay part 30 are mounted externally. The first and second connectors 33 and 34 so as to face each other on the surface of the substrate 32, and the third and fourth sides so as to face each other on the back surface of the substrate 32. The connectors 35 and 36 were installed.
Description
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 자기식 인코더를 나타내는 일부 단면의 외관도.1 is an external view of a partial cross section showing a magnetic encoder according to an embodiment of the present invention.
도 2는 자기식 인코더의 중계부의 구성을 나타내는 측면도.2 is a side view showing the configuration of a relay unit of a magnetic encoder;
도 3은 중계부의 외관을 나타내는 사시도.3 is a perspective view showing an appearance of a relay unit;
(도면의 주요 부분의 부호의 설명)(Explanation of symbols of main part of drawing)
10: 인코더 본체부 11: 샤프트10: encoder main body 11: shaft
11a: 오목부 12: 자석11a: recess 12: magnet
13: 하우징(housing) 13a: 오목부13:
13b: 밀봉 베어링 14: IC 칩13b: sealed bearing 14: IC chip
15: 기판 16: 수커넥터15: Board 16: Male Connector
16a: 안내부 17: 암커넥터16a: guide 17: female connector
18: 커버(cover) 19: 밀봉 고무18: cover 19: sealing rubber
20, 21: 케이블 30: 중계부20, 21: cable 30: repeater
31: 수지 부재 32: 기판31: resin member 32: substrate
33: 제1 커넥터 34: 제2 커넥터33: first connector 34: second connector
35: 제3 커넥터 36: 제4 커넥터35: third connector 36: fourth connector
33a~36a: 커넥터의 단자33a to 36a: terminal of connector
본 발명은, 예를 들어, 다관절 로봇의 각각의 관절의 회전 각도 검출이나, 자동차의 운전 핸들의 위치 검출이나, 브러시리스(무브러시) DC 모터의 제어에 사용되는 소형의 자기식 인코더에 관한 것이다.The present invention relates to a compact magnetic encoder used for detecting the rotation angle of each joint of an articulated robot, detecting the position of a driving handle of an automobile, or controlling a brushless (motorless) DC motor, for example. will be.
종래의 자기식 인코더로서, 모터 본체의 반출력측의 단면(端面)에 동축(同軸) 상태로 부착된 것이 있다. 이 자기식 인코더는, 모터 샤프트의 기단부(基端部) 외주에 고착된 원반상(圓盤狀) 보스(boss)에, 자성재로 이루어지는 원반상의 백 요크(back yoke)가 고정되고, 이 백 요크의 표면에 원반상의 막대 자석이 부착되고, 또한, 막대 자석으로부터 모터의 축 방향으로 거리를 둔 위치에 기판이 고정되어 있다. 이 기판에는 막대 자석과 대향하는 위치에 홀 소자가 고정되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).As a conventional magnetic encoder, there is one that is coaxially attached to a cross section of the half output side of the motor main body. This magnetic encoder has a disk-shaped back yoke made of a magnetic material fixed to a disk boss fixed to the outer periphery of the base end of the motor shaft. A disk-shaped bar magnet is attached to the surface of the yoke, and the substrate is fixed at a position spaced from the bar magnet in the axial direction of the motor. The hall element is fixed to this board | substrate at the position which opposes a bar magnet (for example, refer patent document 1).
(특허문헌 1) 일본국 특개평9-308171호 공보(제3페이지, 도 1)(Patent Document 1) Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-308171 (Page 3, Fig. 1)
상기한 종래의 자기식 인코더의 기판에는, 홀 소자의 검출 신호에 따라서 모터의 회전 위치 등을 연산하는 신호 처리 회로 이외에, 신호 처리 회로의 연산 처리에 의한 신호를 출력하는 회로나 이들 회로에 전원을 공급하는 전원 회로 등이 실장(實裝: mounting)되어 있다. 따라서, 기판의 형상을 작게 하는데에 한도가 있고, 인코더 본체 그 자체의 소형화가 곤란하였다.The substrate of the conventional magnetic encoder is provided with a power supply to a circuit for outputting a signal by arithmetic processing of a signal processing circuit, in addition to a signal processing circuit for calculating a rotational position of a motor and the like in accordance with a detection signal of a Hall element. The power supply circuit etc. to be supplied are mounted. Therefore, there is a limit to reducing the shape of the substrate, and miniaturization of the encoder main body itself is difficult.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 공간이 좁은 장소에도 사용할 수 있는 자기식 인코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a magnetic encoder that can be used even in a narrow space.
본 발명에 의한 자기식 인코더는, 샤프트의 선단부(先端部)에 고착된 자석과, 자석의 회전에 따르는 자계(磁界) 변화를 검출하는 홀 소자를 구비하고, 이 홀 소자의 검출에 따라서 샤프트의 회전각을 연산하고, 또한 그 회전각에 따라서 각종 신호를 생성하는 연산 처리부와, 연산 처리부에 의해서 생성된 각종 신호를 각각 외부에 출력하는 복수의 회로부와, 연산 처리부 및 복수의 회로부에 전원을 공급하는 전원 회로부를 구비한 자기식 인코더에 있어서, 샤프트 및 자석, 연산 처리부를 인코더 본체부로 하고, 이 인코더 본체부에 컨트롤러측과 접속하기 위한 케이블을 접속하고, 상기 케이블의 도중에 중계부를 설치하여 구성되고, 이 중계부는, 복수의 회로부 및 전원 회로부가 실장되고, 상기 케이블의 중심축 상에 위치하는 기판과, 상기 기판의 표면에 서로 대향하도록 장착되어, 한쪽이 인코더 본체부측의 케이블에, 다른 쪽이 컨트롤러측과 접속되는 케이블에 접속된 제1 및 제2 커넥터와, 상기 기판의 이면에 서로 대향하도록 장착되어, 한쪽이 인코더 본체부측의 케이블에, 다른 쪽이 컨트롤러측과 접속되는 케이블에 접속된 제3 및 제4 커넥터를 구비한 것이다.The magnetic encoder according to the present invention includes a magnet fixed to a tip end of a shaft, and a Hall element that detects a change in magnetic field due to the rotation of the magnet. Supplying power to an arithmetic processing unit for calculating a rotation angle and generating various signals according to the rotation angle, a plurality of circuit units for outputting various signals generated by the arithmetic processing unit to the outside, arithmetic processing unit and a plurality of circuit units, respectively A magnetic encoder having a power supply circuit section, comprising: a shaft, a magnet, and an arithmetic processing section as an encoder main section, a cable for connecting to the controller side, and a relay section in the middle of the cable. The relay portion includes a substrate on which a plurality of circuit portions and a power supply circuit portion are mounted, positioned on a central axis of the cable, and a surface of the substrate. Are mounted so as to face each other on the back side of the substrate, and the first and second connectors connected to the cable on the encoder main body side, and the other on the cable connected to the controller side, The cable on the main body side is provided with third and fourth connectors connected to the cable connected to the controller side on the other side.
본 발명에서는, 샤프트 및 자석, 연산 처리부를 인코더 본체부로 하고, 이 인코더 본체부에 접속된 케이블의 도중에 기판을 포함하는 중계부를 설치하고, 그 기판의 표면에 서로 대향하는 제1 및 제2 커넥터를, 기판의 이면에 서로 대향하는 제3 및 제4 커넥터를 각각 장착했으므로, 인코더 본체부를 소형화할 수 있고, 중계부의 케이블의 중심축과 직교하는 폭 방향의 치수를 짧게 할 수 있으며, 이에 따라서, 사용자측의 설계 자유도가 확장되고, 공간이 좁은 장소에도 배선을 용이하게 할 수 있다.In the present invention, a shaft, a magnet, and an arithmetic processing unit are used as the encoder main body, a relay unit including a substrate is provided in the middle of a cable connected to the encoder main body, and the first and second connectors facing each other on the surface of the substrate are provided. Since the third and fourth connectors facing each other are mounted on the back surface of the substrate, the encoder main body can be miniaturized, and the dimension in the width direction perpendicular to the central axis of the cable of the relay can be shortened. The design freedom of the expansion is extended, and wiring can be made easy even in a place where space is narrow.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 자기식 인코더를 나타내는 일부 단면의 외관도, 도 2는 자기식 인코더의 중계부의 구성을 나타내는 측면도, 도 3은 중계부의 외관을 나타내는 사시도이다.1 is an external view of a partial cross section showing a magnetic encoder according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view showing the configuration of a relay section of the magnetic encoder, and FIG. 3 is a perspective view showing an external view of the relay section.
본 실시형태의 자기식 인코더는, 인코더 본체부(10)와, 인코더 본체부(10)에 접속된 케이블(20)과, 일단(一端)이 그 케이블(20)과 접속되고, 핫멜트(hot melt) 공법에 의해서 성형된 수지 부재(31)에 의해서 피복된 중계부(30)와, 이 중계부(30)의 타단(他端)에 접속된 케이블(21)로 구성되어 있다. 이 케이블(21)은, 도시되어 있지 않은 컨트롤러에 접속된다.In the magnetic encoder of the present embodiment, the encoder
인코더 본체부(10)는, 선단부(先端部)에 오목부(11a)가 형성된 샤프트(11)와, 샤프트(11)의 오목부(11a)에 끼워 넣어진, 예를 들어 12 kGs의 자속 밀도를 갖는 자석(12)과, 상부에 오목부(13a)가 형성되고, 내주부에 원주 방향으로 밀봉 베어링(13b)이 배열되어서, 샤프트(11)의 선단부를 오목부(13a)로써 회전 가능하게 지지하는 하우징(housing)(13)과, 자석(12)의 위쪽에 배치되고, 하면에 자석(12)과 대향하는 IC 칩(14)(연산 처리부)이 실장된 기판(15)과, 기판(15)의 상면에 장착된, 예를 들어 수커넥터(16)와, 케이블(20)의 복수의 소선(素線)(20a)이 접속되고, 수커넥터(16)에 착탈 가능하게 접속된 암커넥터(17)와, 하우징(13)에 끼워 맞추어진 자성 재질의 커버(cover)(18)로 구성되어 있다. 커버(18)로부터 인출되어 있는 케이블(20)은, 밀봉 고무(19)에 의해서 밀봉되어 있다. 이 구성에 의해서 인코더 본체부(10)의 외형 치수가 15 mm×15m×22 mm로 된다.The encoder
상기한 IC 칩(14)은, 중심이 샤프트(11)의 중심축 상에 있고, 그 중심을 축으로 하여 그 주변에, 자석(12)의 회전에 따르는 자계 변화를 검출하는 홀 소자(도시되어 있지 않음)가 90도 간격으로 배치되어 있다. 이 IC 칩(14)은, 홀 소자의 검출에 따라서 샤프트(11)의 회전각을 연산하고, 또한 그 절대 데이터(absolute data)(회전각 정보)를 PWM 신호 및 디지털 신호(직렬 통신용)의 형태로 출력하는 동시에, 증분(增分; incremental) 신호를 생성한다. 이 증분 신호로서는, A상(相)·B상 신호, 브러시리스(무브러시) DC 모터의 전류(轉流; commutation) 신호(U상·V상·W상 신호) 등이 있고, 이들 신호의 절환은, 신호 모드 설정에 의해서 실행된다.The above-described
기판(14)의 상면에 장착된 수커넥터(16)는, 일단의 면에 전방으로 돌출한 복수의 접속 핀(도시되어 있지 않음)이 배열되어 있고, 또한, 그 접속 핀을 사방에서 둘러싸도록 동일 단면으로부터 전방으로 돌출한 4각형의 안내부(16a)가 형성되어 있다. 커버(18) 및 하우징(13)의 샤프트 돌출면을 제외한 외면에는, 도면에 나타내지 않았지만, 수지 밀봉재가 피복되어 있다. 이 밀봉재는, 인코더 본체부(10)의 커버(18)측으로부터 금형에 삽입하여, 금형과의 간극(間隙)에 액상의 밀봉재를 흘려 넣음으로써 성형되는 핫멜트(hot melt) 공법에 의한 것이다. 또한, 커버(18)로부터 인출되어 있는 케이블(20)은, 밀봉 고무(19)에 의해서 밀봉되어 있으므로, 밀봉재 가 내부에 흐르는 일은 없다.The
중계부(30)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 케이블(20, 21)의 중심축 상에 위치하는 기판(32), 이 기판(32)의 표면에 서로 대향하도록 장착된 제1 및 제2 커넥터(33, 34), 이 기판(32)의 이면(裏面)에 서로 대향하도록 장착된 제3 및 제4 커넥터(35, 36), 도시되어 있지 않지만, 기판(32)에 실장된 전원 회로부, 저역 통과 필터부, 통신 인터페이스부, 출력 회로부 등으로 구성되어 있다. 상기 전원 회로부, 저역 통과 필터부, 통신 인터페이스부, 출력 회로부 등은, IC 칩(14)과 동일한 기판상에 실장되어 있던 주변 회로이고, 그 기판으로부터 분리된 것이다.As shown in FIG. 2, the
전원 회로부는, 컨트롤러로부터의 전원 5 V를 정전압화(定電壓化)하여, 인코더 본체부(10)의 IC 칩(14) 등에 공급하는 회로이고, 저역 통과 필터부는 PWM 신호를 아날로그 신호로 변환하는 것이다. 통신 인터페이스부는, 회전각의 디지털 데이터의 요구를 컨트롤러로부터 수신하였을 때, 그 취지를 IC 칩(14)에 통지하고, 이 통지에 응답하여 IC 칩(14)으로부터의 디지털 신호(절대 신호)가 수신되면 컨트롤러에 전송(직렬로)한다. 출력 회로부는, IC 칩(14)으로부터의 증분 신호를 컨트롤러에 출력하는 회로이다.The power supply circuit unit is a circuit for supplying a constant voltage of 5 V from the controller and supplying it to the
제1 및 제2 커넥터(33, 34)와 제3 및 제4 커넥터(35, 36)는, 예를 들어 L형의 보드 인(board-in) 커넥터로 되어 있고, 기판(32)의 폭 방향(케이블(20, 21)의 중심축과 직교하는 방향)으로 배열된 스루홀(through hole)(도시되어 있지 않음)에, 각각 복수의 단자(33a~36a)가 삽입되어서, 남땜에 의하여 고착되어 있다. 제1 및 제2 커넥터(33, 34)를 기판(32)의 표면에, 제3 및 제4 커넥터(35, 36)를 기판(32)의 이면에 배치하는 것은, 도 3에 나타내는 바와 같이 기판(32)의 폭 방향의 길이 치수를 짧게 하기 위한 것이다. 제1 및 제2 커넥터(33, 34)는, 기판(32)상의 인쇄 배선이나 각 회로부를 통하여 서로 접속되어 있고, 제3 및 제4 커넥터(35, 36)는, 상기와 마찬가지로 기판(32)상의 인쇄 배선이나 각 회로부를 통하여 서로 접속되어 있다.The first and
본 실시형태에서는, 샤프트(11) 및 자석(12), IC 칩(14)을 인코더 본체부(10)로 하고, 이 인코더 본체부(10)에 접속된 케이블(20, 21)의 도중에 기판(32)을 포함하는 중계부(30)를 설치하고, 그 기판(32)의 표면에 서로 대향하는 제1 및 제2 커넥터(33, 34)를, 그 기판(32)의 이면에 서로 대향하는 제3 및 제4 커넥터(35, 36)를 각각 장착했으므로, 인코더 본체부(10)를 소형화, 및 중계부(30)의 케이블(20, 21)의 중심축과 직교하는 폭 방향의 치수를 짧게 할 수 있고, 이에 따라서, 사용자측의 설계 자유도가 확장되고, 공간이 좁은 장소에도 배선을 용이하게 할 수 있다.In this embodiment, the
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- 2006-03-06 KR KR1020060020896A patent/KR100797235B1/en not_active IP Right Cessation
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