KR100797236B1 - Magnetic encoder - Google Patents

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KR100797236B1
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사토시 야나가와
유죠 우라사키
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고요덴시고교 가부시키가이샤
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Abstract

외형 치수를 더욱 작게 하고, 오링을 사용하지 않아도 방수성을 확보할 수 있고, 비용을 삭감할 수 있는 자기식 인코더를 제공한다.It provides a magnetic encoder that can be made smaller in appearance, waterproof without using an O-ring, and can reduce costs.

인코더 본체부(10)를, 선단부(先端部)에 오목부(11a)가 형성된 샤프트(11)와, 샤프트(11)의 오목부(11a)에 끼워 넣어진 자석(12)과, 샤프트(11)의 선단부가 오목부(13a)에 삽입되어 샤프트(11)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(housing)(13)과, 자석(12)의 위쪽에 배치되고, 하면에 자석(12)과 대향하는 IC 칩(14)이 실장된 기판(14)과, 기판(14)의 상면에 장착된 수커넥터(16)와, 리드 케이블(20)의 소선(素線)(20a)이 접속되고, 수커넥터(16)에 착탈 가능하게 접속된 암커넥터(17)와, 하우징(13)에 끼워 맞추어진 커버(cover)(18)로 구성하고, 그 인코더 본체부(10)의 커버(18)[밀봉 고무(19)의 노출부분 제외] 및 하우징(13)(샤프트가 돌출한 면을 제외)의 외면에 밀봉재(40)를 피복하였다.The encoder main body 10 includes a shaft 11 having a recessed portion 11a formed at a distal end portion, a magnet 12 fitted into the recessed portion 11a of the shaft 11, and a shaft 11. ) Is inserted into the recess 13a, the housing 13 for rotatably supporting the shaft 11, and disposed above the magnet 12, the lower surface of which faces the magnet 12. The board 14 on which the IC chip 14 is mounted, the male connector 16 mounted on the upper surface of the board 14, and the element wire 20a of the lead cable 20 are connected, and the male connector is connected. A female connector 17 detachably connected to the 16 and a cover 18 fitted to the housing 13, and the cover 18 of the encoder main body 10 (sealing rubber). Except for the exposed portion of (19)] and the sealing material 40 was coated on the outer surface of the housing 13 (except the surface protruding shaft).

Description

자기식 인코더{MAGNETIC ENCODER}Magnetic Encoder {MAGNETIC ENCODER}

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 인코더 본체부에 피복된 밀봉재를 나타내는 외관도.2 is an external view showing a sealing material coated on an encoder main body of a magnetic encoder;

(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 13a: 오목부 13: housing 13a: recess

13b: 밀봉 베어링 14: IC 칩 13b: sealed bearing 14: IC chip

15: 기판 16: 수커넥터 15: Board 16: Male Connector

16a: 안내부 17: 암커넥터 16a: guide 17: female connector

18: 커버 19: 밀봉 고무 18: cover 19: sealing rubber

20, 21: 리드 케이블 20a: 소선 20, 21: lead cable 20a: element wire

30: 중계부30: relay

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 (DC) motor. .

인코더에는, 광학식과 자기식이 있고, 특히 광학식의 것은, 단부(端部)에 회전 슬릿(slit)이 장착된 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 하우징(housing)을 구비하고, 이 하우징의 외주면에 홈이 형성되어 있어서, 오링(O-ring)이 끼워 넣어져 있다. 그리고, 그 하우징을 회전 슬릿측으로부터 커버(cover)에 끼워 넣어서 기밀성이 유지되도록 하고 있다(이 종래기술이 기재된 간행물은 찾을 수 없었다).The encoder has an optical type and a magnetic type. In particular, the optical type has a housing that rotatably supports a shaft having a rotary slit mounted at an end thereof, and a groove is provided on an outer circumferential surface of the housing. It is formed, and O-ring is inserted. Then, the housing is fitted into the cover from the rotating slit side to maintain airtightness (the publication described in this prior art has not been found).

그러나, 상기한 종래의 인코더에서는, 하우징에 홈을 가공해야만 하고, 이 때문에, 홈 가공에 시간이 필요하고, 또한 오링의 삽입 공수도 필요하므로, 그만큼, 비용이 높아졌다. 또한, 하우징의 외주면이 커버에 의해서 피복되므로, 오링이 홈에 조립되어 있는지 아닌지를 확인할 수 없었다. 또한, 상기한 바와 같이 하우징에 홈을 필요로 하므로, 그만큼, 하우징의 높이 치수가 길어지고, 이에 따라서 커버의 치수도 길어져서, 인코더로서의 높이 치수가 길어졌다.However, in the conventional encoder described above, the grooves must be machined in the housing, and therefore, the time is required for the groove processing and the number of insertions of the O-rings is also required, thereby increasing the cost. In addition, since the outer circumferential surface of the housing was covered by the cover, it was not possible to confirm whether or not the O-ring was assembled in the groove. In addition, since the housing requires a groove as described above, the height dimension of the housing is increased by that amount, and the dimension of the cover is lengthened accordingly, so that the height dimension as the encoder is long.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 외형 치수를 더욱 작게 하고, 오링을 사용하지 않아도 방수성을 확보할 수 있고, 비용의 삭감이 가능한 자기식 인코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic encoder capable of making the outer dimensions smaller, ensuring waterproofness without using an O-ring, and reducing costs.

본 발명에 의한 자기식 인코더는, 샤프트의 선단(先端)에 고착된 자석과, 자석의 회전에 따르는 자계(磁界) 변화를 검출하는 홀 소자를 구비하고, 이 홀 소자의 검출에 따라서 샤프트의 회전각을 연산하고, 또한 그 회전각 정보에 따라서 복수의 신호를 생성하는 연산 처리부와, 연산 처리부에 의해서 생성된 복수의 신호를 각각 외부에 출력하는 복수의 회로부를 구비한 자기식 인코더에 있어서, 샤프트를 포함하는 자석 및 연산 처리부를 인코더 본체부로 하고, 이 인코더 본체부에 리드 케이블을 접속하고, 또한, 리드 케이블상에, 복수의 회로부, 및 인코더 본체부에 전원을 공급하는 전원 회로부를 포함하는 중계부를 구비하고, 상기 샤프트가 돌출하는 면을 제외한 상기 인코더 본체부의 외면에 밀봉재를 피복한 것이다.The magnetic encoder according to the present invention includes a magnet fixed to the tip of the shaft, and a Hall element that detects a change in magnetic field due to the rotation of the magnet, and the shaft rotates in accordance with the detection of the Hall element. A magnetic encoder comprising: an arithmetic processing unit for calculating angles and generating a plurality of signals in accordance with the rotation angle information; and a plurality of circuit units for outputting a plurality of signals generated by the arithmetic processing units to the outside, respectively. A relay including a magnet and an arithmetic processing unit including an encoder main body unit, a lead cable connected to the encoder main body unit, and a plurality of circuit units on the lead cable, and a power supply circuit unit supplying power to the encoder main body unit. And a sealant on the outer surface of the encoder body, except for the surface on which the shaft protrudes.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 자기식 인코더를 나타내는 일부 단면의 외관도이고, 도 2는 자기식 인코더의 인코더 본체부에 피복된 밀봉재를 나타내는 외관도이다.1 is an external view of a partial cross section showing a magnetic encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an external view showing a sealing material coated on an encoder main body of a magnetic encoder.

본 실시형태의 자기식 인코더는, 인코더 본체부(10)와, 인코더 본체부(10)에 접속된 리드 케이블(20)과, 일단(一端)이 그 리드 케이블(20)과 접속된 중계부(30)와, 이 중계부(30)의 타단(他端)에 접속된 리드 케이블(21)로 구성되어 있다. 리드 케이블(21)은, 도시되어 있지 않은 컨트롤러에 접속된다.The magnetic encoder of the present embodiment includes an encoder main body 10, a lead cable 20 connected to the encoder main body 10, and one end portion of the magnetic encoder connected to the lead cable 20 ( 30 and a lead cable 21 connected to the other end of the relay section 30. The lead cable 21 is connected to the controller which is not shown in figure.

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 선단부가 오목부(13a)에 삽입되어 샤프트(1)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(13)과, 자석(12)의 위쪽에 배치되고, 하면에 자석(12)과 대향하는 IC 칩(14)(연산 처리부)이 실장(實裝: mounting)된 기판(15)과, 기판(15)의 상면에 장착된, 예를 들어 수커넥터(16)(제1커넥터)와, 리드 케이블(20)의 복수의 소선(素線)(20a)이 접속되고, 수커넥터(16)에 착탈 가능하게 접속된 암커넥터(17)(제2커넥터)와, 하우징(13)에 끼워 맞추어진 자성 재질의 커버(18)로 구성되어 있다. 이 커버(18)로써 외부로부터의 자계의 영향을 차폐한다. 또한, 커버(18)로부터 인출되어 있는 리드 케이블(20)은, 밀봉 고무(19)에 의해서 밀봉되어 있다.The encoder main body 10 has a magnetic flux density of, for example, 12 kGs sandwiched between a shaft 11 having a recessed portion 11a formed at its tip and a recessed portion 11a of the shaft 11. A magnet 12 having a recessed portion and a recessed portion 13a formed at an upper portion thereof, and a sealing bearing 13b arranged in the circumferential direction at an inner circumferential portion thereof, so that the tip end portion of the shaft 11 is inserted into the recessed portion 13a and the shaft A housing 13 rotatably supporting (1) and an IC chip 14 (computation processing unit) disposed above the magnet 12 and facing the magnet 12 are mounted on a lower surface thereof. The substrate 15, the male connector 16 (first connector) mounted on the upper surface of the substrate 15, and a plurality of element wires 20a of the lead cable 20 are A female connector 17 (second connector) connected to and detachably connected to the male connector 16 and a cover 18 made of a magnetic material fitted to the housing 13 are formed. This cover 18 shields the influence of the magnetic field from the outside. In addition, the lead cable 20 drawn out from the cover 18 is sealed by the sealing rubber 19.

상기한 IC 칩(14)은, 중심이 샤프트(11)의 중심축상에 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·B상 신호, 브러시리스(무브러시) DC 모터의 전류(轉流; commutation) 신호(U상·V상·W상 신호) 등이 있고, 이들 신호의 스위칭은, 신호 모드 설정에 의해서 실행된다.The above-described IC chip 14 has a hall element (not shown) which detects a magnetic field change caused by rotation of the magnet 12 around the center of the shaft 11 and around the center of the shaft 11. Are arranged at 90 degree intervals. The IC chip 14 calculates the rotation angle of the shaft 11 in accordance with the detection of the Hall element, and converts the absolute data (rotation angle information) into the form of a PWM signal and a digital signal (for serial communication). And incremental signal at the same time. Examples of this incremental signal include an A-phase B signal, a commutation signal (U-phase V-phase W signal), and the like of a brushless (brushless) DC motor. It is executed by setting the signal mode.

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. 이 안내부(16a)에 의해서 암커넥터(17)를 삽입하기 쉽게 되어 있다. 커버(18) 및 하우징(13)에는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 밀봉 고무(19)의 노출 부분을 제외한 커버(18)의 외면 및 샤프트(11)가 돌출하는 면을 제외한 하우징(13)의 외면에, 수지 밀봉재(40)가 피복되어 있다. 이 밀봉재(40)는, 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 리드 케이블(20)은, 밀봉 고무(19)에 의해서 밀봉되어 있으므로, 밀봉재가 내부에 흐르는 일은 없다.The male connector 16 mounted on the upper surface of the substrate 14 has a plurality of connecting pins (not shown) projecting forward on one surface thereof, and the same so as to surround the connecting pins from all directions. A quadrilateral guide portion 16a protruding forward from the cross section is formed. This guide portion 16a makes it easy to insert the female connector 17. In the cover 18 and the housing 13, as shown in FIG. 2, the outer surface of the cover 18 except the exposed portion of the sealing rubber 19 and the surface of the housing 13 except the surface from which the shaft 11 protrudes. The resin sealing material 40 is coat | covered on the outer surface. The sealing material 40 is inserted into a mold from the cover 18 side of the encoder main body 10 by a hot melt method formed by pouring a liquid sealing material into a gap with the mold. will be. In addition, since the lead cable 20 drawn out from the cover 18 is sealed by the sealing rubber 19, the sealing material does not flow inside.

중계부(30)는, 예를 들어, 전원 회로부, 저역통과 필터부, 통신 인터페이스부, 출력 회로 등이 실장된 기판(도시되어 있지 않음)이 설치되고, 커버에 의해서 그 기판이 보호되도록 되어 있다. 전원 회로부는, 컨트롤러로부터의 전원 5V를 정전압화(定電壓化)하여, 인코더 본체부(10)의 기판(15)에 공급한다. 저역통과 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 따라서 IC 칩(14)으로부터의 디지털 신호(절대 신호)가 수신되면 컨트롤러에 전송(직렬로)한다. 출력 회로부는, IC 칩(14)으로부터의 증분 신호를 컨트롤러에 출력하는 것이다.The relay unit 30 is provided with, for example, a substrate (not shown) on which a power supply circuit unit, a low pass filter unit, a communication interface unit, an output circuit, and the like are mounted, and the substrate is protected by a cover. . The power supply circuit unit constant voltages 5V from the controller and supplies it to the substrate 15 of the encoder main body unit 10. The low pass filter unit converts a PWM signal into an analog signal. When the communication interface unit receives the request for the digital data of the rotation angle from the controller, it notifies the IC chip 14 of the fact, and when the digital signal (absolute signal) from the IC chip 14 is received according to the notification. Send to the controller (serial). The output circuit unit outputs the incremental signal from the IC chip 14 to the controller.

이상과 같이, 인코더 본체부(10)를, 선단부에 오목부(11a)가 형성된 샤프트(11)와, 샤프트(11)의 오목부(11a)에 끼워 넣어진 자석(12)과, 샤프트(11)의 선단부가 오목부(13a)에 삽입되어 샤프트(11)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(13)과, 자석(12)의 위쪽에 배치되고, 하면에 자석(12)과 대향하는 IC 칩(14)이 실장된 기판(15)과, 기판(15)의 상면에 장착된 수커넥터(16)와, 리드 케이블(20)의 복수의 소선(20a)이 접속되고, 수커넥터(16)에 착탈 가능하게 접속된 암커넥터(17)와, 하우징(13)에 끼워 맞추어진 자성 재질의 커버(18)로 구성하였으므로, 외형 치수가 15 mm×15 mm×22 mm인 소형의 인코더 본체부(10)를 실현할 수 있고, 또한, 그 인코더 본체부(10)의 커버(18)[밀봉 고무(19)의 노출부분을 제외] 및 하우징(13)(샤프트가 돌출하는 면을 제외)의 외면에 밀봉재(40)를 피복하였으므로, 홈 가공이나 오링의 삽입 작업이 불필요하게 되고, 이 때문에, 방수성을 확보할 수 있는 이외에 비용을 삭감할 수 있고, 또한, 홈만큼의 높이 치수가 불필요하게 되므로, 인코더 본체부(10)의 높이 치수를 더욱 짧게 할 수 있다.As described above, the encoder main body 10 includes a shaft 11 having a recessed portion 11a formed at its tip, a magnet 12 fitted into the recessed portion 11a of the shaft 11, and a shaft 11. ) Is inserted into the recess 13a, the housing 13 for rotatably supporting the shaft 11, and the IC chip disposed above the magnet 12 and facing the magnet 12 on the lower surface ( The board 15 on which the 14 is mounted, the male connector 16 mounted on the upper surface of the board 15, and the plurality of element wires 20a of the lead cable 20 are connected to and detached from the male connector 16. The compact encoder main body 10 having an external dimension of 15 mm x 15 mm x 22 mm since the female connector 17 connected to the housing 17 and the cover 18 made of a magnetic material fitted to the housing 13 is configured. It is also possible to realize a sealant on the outer surface of the cover 18 (except the exposed portion of the sealing rubber 19) and the housing 13 (except the surface where the shaft protrudes) of the encoder body 10. 40), Grooving and inserting the O-rings are unnecessary, so that the cost can be reduced, as well as the waterproofness can be secured, and the height dimension of the grooves is no longer needed. Can be made shorter.

본 발명에 있어서는, 샤프트의 선단부에 고착된 자석 및 연산 처리부로써 인코더 본체부를 구성하고, 그 인코더 본체부의 외면에 밀봉재를 피복하였으므로, 홈 가공이나 오링의 삽입 작업이 불필요하게 되고, 이 때문에, 방수성을 확보할 수 있는 이외에 비용을 삭감할 수 있고, 또한, 홈만큼의 높이 치수가 불필요하게 되므로, 인코더 본체부의 높이 치수를 더욱 짧게 할 수 있다.In the present invention, since the encoder main body is constituted by a magnet and an arithmetic processing unit fixed to the tip of the shaft, and the sealing material is coated on the outer surface of the encoder main body, the groove processing and the insertion of the O-ring are not necessary. In addition to securing it, the cost can be reduced, and since the height dimension as much as the groove is unnecessary, the height dimension of the encoder main body can be further shortened.

Claims (3)

샤프트의 선단부에 고착된 자석과, A magnet fixed to the tip of the shaft, 상기 자석의 회전에 따르는 자계 변화를 검출하는 홀 소자를 구비하고, 상기 홀 소자의 검출에 따라서 샤프트의 회전각을 연산하고, 또한 상기 회전각 정보에 따라서 복수의 신호를 생성하는 연산 처리부와,An arithmetic processing unit including a hall element for detecting a magnetic field change due to the rotation of the magnet, calculating a rotation angle of the shaft in accordance with the detection of the hall element, and generating a plurality of signals in accordance with the rotation angle information; 상기 연산 처리부에 의해서 생성된 복수의 신호를 각각 외부에 출력하는 복수의 회로부를 구비하는 자기식 인코더에 있어서,In the magnetic encoder having a plurality of circuit units for outputting a plurality of signals generated by the operation processing unit to the outside, respectively, 상기 샤프트를 포함하는 자석 및 연산 처리부를 인코더 본체부로 하고, 상기 인코더 본체부에 리드 케이블을 접속하고, 또한 상기 리드 케이블상에, 상기 복수의 회로부와 상기 인코더 본체부에 전원을 공급하는 전원 회로부를 포함하는 중계부를 구비하고,A power supply circuit section comprising a magnet and an arithmetic processing section including the shaft as an encoder body section, connecting a lead cable to the encoder body section, and supplying power to the plurality of circuit sections and the encoder body section on the lead cable. With a relay unit to include, 상기 샤프트가 돌출하는 면을 제외한 상기 인코더 본체부의 외면에 밀봉재를 피복한 것을 특징으로 하는 자기식 인코더.Magnetic encoder characterized in that the sealing material is coated on the outer surface of the encoder body portion except the surface protruding the shaft. 제1항에 있어서, 상기 인코더 본체부는, The method of claim 1, wherein the encoder body portion, 상기 연산 처리부가 실장된 기판과, A substrate on which the arithmetic processing unit is mounted; 상기 자석이 상기 기판상의 연산 처리부와 대향하도록 상기 샤프트를 회전 가능하게 지지하는 하우징(housing)과, A housing rotatably supporting the shaft such that the magnet faces the arithmetic processing portion on the substrate; 상기 기판의 연산 처리부 실장면(實裝面)의 반대면에 장착된 제1커넥터와, A first connector mounted on a surface opposite to the mounting surface of the processing unit of the substrate; 상기 리드 케이블이 접속되고, 상기 제1커넥터에 착탈 가능하게 접속된 제2커넥터와, A second connector connected to the lead cable and detachably connected to the first connector; 상기 제1 및 제2커넥터, 상기 기판을 피복하도록 상기 하우징에 끼워 맞추는 커버(cover)를 구비한 것을 특징으로 하는 자기식 인코더.And a cover for fitting the first and second connectors to the housing to cover the substrate. 제2항에 있어서, 상기 샤프트가 돌출하는 면을 제외한 상기 하우징의 외면 및 커버의 외면에 밀봉재를 피복한 것을 특징으로 하는 자기식 인코더.The magnetic encoder according to claim 2, wherein a sealing material is coated on an outer surface of the housing and an outer surface of the cover except for the surface on which the shaft protrudes.
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