KR100804361B1

KR100804361B1 - Magnetic encoder

Info

Publication number: KR100804361B1
Application number: KR1020060020894A
Authority: KR
Inventors: 가츠히로 하시모토; 사토시 야나가와; 유죠 우라사키
Original assignee: 고요덴시고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2008-02-15
Also published as: CN1963397A; TW200718921A; TWI298098B; KR20070050748A; CN100485319C; JP2007132862A

Abstract

공간이 좁은 장소에도 설치할 수 있는 소형 고분해능(예를 들어, 10 bit) 자기식 인코더를 제공한다.It offers a compact high resolution (eg 10 bit) magnetic encoder that can be installed in tight spaces.

샤프트(11)의 선단(先端)에 고착된 자석(12)과, 자석(12)의 회전에 따르는 자계 변화를 검출하는 홀 소자(13)를 구비하고, 이 홀 소자(13)의 검출에 따라서 샤프트(11)의 회전각을 연산하고, 또한 그 회전각 정보에 따라서 복수의 신호를 생성하는 IC 칩(14)과, IC 칩(14)에 의해서 생성된 복수의 신호를 각각 외부에 출력하는 복수의 회로부를 구비한 자기식 인코더에 있어서, 샤프트(11)를 포함하는 자석(12) 및 IC 칩(14)을 인코더 본체부(10)로서 구비하고, 이 인코더 본체부(10)에 리드 케이블(20)을 접속하고, 또한, 리드 케이블(20, 21)상에, 복수의 회로부(32~34), 및 인코더 본체부(10)에 전원을 공급하는 전원 회로부(31)를 포함하는 중계부(30)를 구비하였다.And a magnet 12 fixed to the tip of the shaft 11, and a Hall element 13 for detecting a change in magnetic field due to the rotation of the magnet 12, in accordance with the detection of the Hall element 13; The IC chip 14 which calculates the rotation angle of the shaft 11, and produces | generates several signals according to the rotation angle information, and the multiple which outputs the some signal produced by the IC chip 14 to the exterior, respectively. In the magnetic encoder provided with a circuit portion of the present invention, a magnet 12 including an shaft 11 and an IC chip 14 are provided as the encoder body portion 10, and a lead cable (to the encoder body portion 10). A relay section including a plurality of circuit sections 32 to 34 and a power supply circuit section 31 for supplying power to the encoder main body section 10 on the lead cables 20 and 21. 30).

Description

Magnetic Encoder {MAGNETIC ENCODER}

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 자기식 인코더의 외관도.1 is an external view of a magnetic encoder showing an embodiment of the present invention.

도 2는 자기식 인코더의 개략적인 구성을 나타내는 블록도.2 is a block diagram showing a schematic configuration of a magnetic encoder;

(도면의 주요 부분의 부호의 설명)(Explanation of symbols of main part of drawing)

10: 인코더 본체부 11: 샤프트 10: encoder main body 11: shaft

12: 자석 13: 홀 소자 12: magnet 13: Hall element

14: IC 칩 15: 커버(cover) 14: IC chip 15: cover

20, 21: 리드 케이블 30: 중계부 20, 21: lead cable 30: repeater

31: 전원 회로부 32: 저역통과 필터부 31: power supply circuit portion 32: low pass filter portion

33: 통신 인터페이스부 34: 출력 회로부33: communication interface 34: output circuit

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, 예를 들어 스테핑 모터(stepping motor)에 설치된 것이 있다. 이것은 스테핑 모터의 회전축에 설치된 로터 요크(yoke)의 외주면에 부착된 자석과, 자석의 외주면에 부착된 제1트랙과, 이 제1트랙에 직교하는 단면에 설치된 제2트랙과, 제1트랙에 설치된 다극(多極) 착자부(着磁部)와, 제2트랙에 설치된 단극(單極) 착자부와, 다극 착자부 및 단극 착자부에 각각 대향하도록 설치된 2개의 자기 검출 소자와, 이 2개의 자기 검출 소자의 출력 신호를 처리하기 위한 회로 부품이 장착(mounting)된 회로기판으로 구성되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).As a conventional magnetic encoder, there is installed in a stepping motor, for example. This includes a magnet attached to the outer circumferential surface of the rotor yoke provided on the rotating shaft of the stepping motor, a first track attached to the outer circumferential surface of the magnet, a second track provided on a cross section perpendicular to the first track, and a first track. Two magnetic detection elements provided so as to oppose each of the provided multi-pole magnetized parts, the single-pole magnetized parts provided on the second track, the multi-pole magnetized parts and the single-pole magnetized parts, respectively; It consists of a circuit board with which the circuit component for processing the output signal of the two magnetic detection elements was mounted (for example, refer patent document 1).

(특허문헌 1) 일본국 특개2004-144497호 공보(제6~7페이지, 도 1)(Patent Document 1) Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-144497 (pages 6-7, FIG. 1)

상기한 특허문헌 1에 기재된 것은, 자석의 원주면과 그것에 직교하는 단면을 효과적으로 이용하여, 자기식 인코더의 축 방향의 두께를 얇게 한 것이지만, 콤팩트화를 실현하기 위해서는 한계가 있었다.The above-described Patent Document 1 uses the circumferential surface of the magnet and the cross section orthogonal to it effectively to reduce the thickness in the axial direction of the magnetic encoder, but there is a limit to achieving compactness.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 크기가 작고, 공간이 좁은 장소에서도 설치할 수 있는 소형 고분해능(예를 들어, 10 bit) 자기식 인코더를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a small high resolution (for example, 10 bit) magnetic encoder that is small in size and can be installed in a small space.

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 본체부로서 구비하고, 이 인코더 본체부에 리드 케이블을 접속하고, 또한, 리드 케이블상에, 복수의 회로부와, 인코더 본체부에 전원을 공급하는 전원 회로부를 포함하는 중계부를 구비한 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. And a magnet and an arithmetic processing unit as 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 for supplying power to the encoder main body unit. It is provided with a relay unit.

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 자기식 인코더의 외관도, 도 2는 자기식 인코더의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.1 is an external view of a magnetic encoder showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration 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. 그 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, 도 2에 나타내는 바와 같이, 샤프트(11)와, 샤프트(11)의 선단부에 부착된, 예를 들어 12 kGs의 자속 밀도를 갖는 자석(12)과, 자석(12)의 회전에 따르는 자계 변화를 검출하는 홀 소자(13)가 포함된 IC 칩(14)(연산 처리부)을 구비하고 있다. 이 IC 칩(14)은, 도시되어 있지 않지만 기판에 장착(mounting)되어 있고, 인코더 본체부(10) 그 자체는, 자성 재질의 커버(cover)(15)에 의해서 피복되어 있다. 이 커버(15)에 의해서 외부로부터의 자계의 영향이 차폐된다.As shown in FIG. 2, the encoder main body 10 includes a shaft 11, a magnet 12 having a magnetic flux density of 12 kGs, and a magnet 12 attached to the tip of the shaft 11. And an IC chip 14 (operation processing section) including a Hall element 13 for detecting a change in magnetic field due to rotation of the " Although not shown, the IC chip 14 is mounted on a substrate, and the encoder main body 10 itself is covered with a cover 15 made of a magnetic material. The cover 15 shields the influence of the magnetic field from the outside.

상기 홀 소자(13)는, IC 칩(14)의 중심을 축으로 하여 그 주변에 90도 간격으로 배치되어 있다. IC 칩(14)은, 홀 소자(13)로부터의 신호에 따라서 샤프트(11)의 회전각을 연산하고, 또한, 그 절대(absolute) 데이터(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 스위칭은 신호 모드 설정에 의해서 실행된다.The Hall elements 13 are arranged at intervals of 90 degrees around the center of the IC chip 14. The IC chip 14 calculates the rotation angle of the shaft 11 in accordance with the signal from the Hall element 13, and also converts the absolute data (rotation angle information) into a PWM signal and a digital signal (for serial communication). ) And at the same time generates an incremental signal. Examples of this incremental signal include an A phase B phase signal and a current commutation signal (U phase V phase W signal) of a brushless DC motor. Switching is performed by setting the signal mode.

중계부(30)는, 전원 회로부(31)와, 저역통과 필터부(32)와, 통신 인터페이스부(33)와, 출력 회로(34)가 기판(도시되어 있지 않음)에 장착되어서, 커버(35)에 의해서 피복되어서 구성되어 있다. 전원 회로부(31)는, 컨트롤러로부터의 전원 5V를 정전압화(定電壓化)하여, 인코더 본체부(10)에 공급한다. 저역통과 필터부(32)는 PWM 신호를 아날로그 신호로 변환하는 것이다. 이 저역통과 필터부(32)가 중계부(30)에 설치되어 있지 않은 경우는, PWM 신호가 컨트롤러에 전송된다. 통신 인터페이스부(33)는, 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 회로부(34)는, IC 칩(14)으로부터의 증분 신호를 컨트롤러에 출력하는 것이다.The relay unit 30 includes a power supply circuit unit 31, a low pass filter unit 32, a communication interface unit 33, and an output circuit 34 mounted on a substrate (not shown). It is comprised by 35). The power supply circuit unit 31 constant-voltages the power supply 5V from the controller and supplies it to the encoder main body unit 10. The low pass filter 32 converts a PWM signal into an analog signal. When this low pass filter part 32 is not provided in the relay part 30, a PWM signal is transmitted to a controller. When the communication interface 33 receives the request for the digital data of the rotation angle from the controller, the communication interface 33 notifies the IC chip 14 of the fact, and in accordance with this notification, the digital signal (absolute signal) from the IC chip 14. ) Is sent to the controller (in series). The output circuit unit 34 outputs the incremental signal from the IC chip 14 to the controller.

이와 같이, 샤프트(11)를 포함하는 자석(12) 및 IC 칩(14)을 인코더 본체부(10)로서 구비하고, 이 인코더 본체부(10)에 접속된 리드 케이블(20)과 컨트롤러와 접속되는 리드 케이블(21)과의 사이에, 전원 회로부(31), 저역통과 필터부(32), 통신 인터페이스부(33) 및 출력 회로(34)를 포함하는 중계부(30)를 설치하였으므로, 외형 크기가 15 mm×15 mm×22 mm인 인코더 본체부(10)를 제공할 수 있고, 따라서, 공간이 좁은 장소에도 설치할 수 있는 효과가 있다.In this manner, the magnet 12 including the shaft 11 and the IC chip 14 are provided as the encoder main body 10 and connected to the lead cable 20 and the controller connected to the encoder main body 10. Since the relay section 30 including the power supply circuit section 31, the low pass filter section 32, the communication interface section 33, and the output circuit 34 is provided between the lead cables 21 to be used, The encoder main body 10 having a size of 15 mm x 15 mm x 22 mm can be provided, and therefore, there is an effect that it can be installed even in a narrow space.

본 발명에 있어서는, 샤프트를 포함하는 자석 및 연산 처리부를 인코더 본체부로서 구비하고, 이 인코더 본체부에 접속된 리드 케이블상에, 복수의 회로부 및 전원 회로부를 포함하는 중계부를 구비하였으므로, 인코더 본체부의 형상을 더 작게 할 수 있어서, 공간이 좁은 장소에서도 설치할 수 있는 효과가 있다.In the present invention, a magnet including a shaft and an arithmetic processing unit are provided as an encoder body portion, and a relay portion including a plurality of circuit portions and a power supply circuit portion is provided on a lead cable connected to the encoder body portion. Since the shape can be made smaller, there is an effect that it can be installed even in a narrow space.

Claims

A magnet fixed to the tip of the shaft,

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;

In the magnetic encoder having a plurality of circuits for outputting a plurality of signals generated by the operation processing unit to the outside,

A power source for providing a magnet including a shaft and an arithmetic processing unit as an encoder body unit, connecting a lead cable to the encoder body unit, and supplying power to the plurality of circuit units and the encoder body unit on the lead cable. Magnetic encoder having a relay unit including a circuit unit.