TW201344159A - 多圈編碼器 - Google Patents

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Hajime Nakajima
Ryosuke Takeuchi
Tatsuya Ito
Takashi Hirai
Hiroshi Nagata
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

在具有檢測線圈112,113且該檢測線圈112,113具有巴克豪森效應之無電池多圈編碼器中，具備有旋轉檢測機構110及訊號處理電路120，各檢測線圈產生正負不同符號的電壓脈衝並送出至訊號處理電路，訊號處理電路具有：根據各電壓脈衝的正負符號、及電壓脈衝之未產生，而將檢測線圈的狀態設為高、低、及維持高或低並記憶於記憶體127中之控制器125；以及對應於各檢測線圈的狀態變化而更新旋轉圈數之加法器126，且以約1/4圈單位以內判定旋轉軸的旋轉角。

Description

多圈編碼器
本發明係關於不用接受來自外部的電力供給，就可檢測出馬達等中的旋轉體的旋轉方向及旋轉圈數並加以保持之多圈編碼器。
一般而言，用來檢測出例如馬達旋轉軸的旋轉角度之旋轉編碼器(rotary encoder)，係由：連結至馬達旋轉軸之形成有光學或磁性圖案(magnetic pattern)之旋轉盤、及用來讀取上述光學或磁性圖案之檢測元件所構成。此種旋轉編碼器已知的有：將上述檢測元件所檢測出的脈衝訊號(pulse signal)予以累加來檢測出旋轉軸的旋轉角度之增量式(incremental fashion)的編碼器、以及從上述旋轉盤上的不同的複數個圖案來檢測出旋轉盤的絕對角度之絕對式(absolute fashion)的編碼器。
再者，在用來計數旋轉軸之轉1圈以上的旋轉圈數之手段方面，則有：採用透過減速齒輪而連接上的上述絕對式的編碼器者、以及採用上述增量式的編碼器來計數累加值並電性地保持該值者。
後者之編碼器，雖然具有藉由電子化地計數及保持旋轉圈數而可使編碼器構造簡化之優點，但因為必須在外部電源 中斷時也電性地保持所得到的旋轉圈數，所以必須搭載備份(backup)用電池。因此，具有因為要定期更換備份用電池所以維護性不佳之課題。
另一方面，前者之編碼器，雖然具有因為機械式地計數及保持旋轉圈數而不管有無外部電源都可保持旋轉圈數之優點，但具有構造複雜化，成本上升及難以耐久化之課題。
因此，為了解決上述課題，而有雖然電性地計數及保持旋轉圈數但並不使用備份電源之無電池(battery-less)式的多圈編碼器曾經提出。
曾經提出的此種無電池式的多圈編碼器，係為採用具有大巴克豪森效應(Barkhausen effect)的磁性線(magnetic wire)之類型。該磁性線係在線的內部使用硬(hard)磁性體，在線的外側使用軟(soft)磁性體而構成者。關於上述軟磁性體，其磁化M與外部磁場H的關係，係如第13圖所示呈現磁化M會在某一磁場急遽反轉之形態(大巴克豪森效應)。該反轉速度係不管外部磁場的施加方式為何都恆為一定。因此利用此效應，在與馬達旋轉軸一起旋轉的磁鐵周圍設置內包有上述磁性線之線圈(coil)，就可不管馬達的旋轉速度為何都恆使一定的電壓脈衝從線圈輸出。
第14圖顯示在上述無電池式的多圈編碼器中，馬達旋轉軸的旋轉圈數、從對應於旋轉軸之磁鐵施加至磁性線之磁場、及從線圈輸出的電壓脈衝。根據第14圖，可知：馬達旋轉軸的旋轉方向為CW(順時針)、CCW(逆時針)，電壓脈衝的產生位置會相差角度ψ，但在相同的旋轉方向都是每轉一定角度都會產生正負電壓脈衝。因此，利用此電壓脈衝的電力，就可用無電池方 式進行多旋轉圈數之計數(counting)。
利用如此的無電池方式之先前技術，有例如專利文獻1中揭示之在與馬達旋轉軸一起旋轉之磁化為具有兩個磁極的磁鐵的上方，將兩個具有大巴克豪森效應之磁性線配置成相位角為90度，利用從分別捲繞在該兩個磁性線上之各線圈得到的正電壓脈衝之電力來驅動訊號處理電路，且利用上述電壓脈衝來進行旋轉軸的旋轉圈數檢測之無電池式的多圈編碼器。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
(專利文獻1)日本特開2008-014799號公報
然而，上述專利文獻1之裝置卻具有如將在下面參照第15至17圖說明之問題。
第15圖中顯示：在上述專利文獻1之裝置中，馬達旋轉軸旋轉中之施加於上述兩個線圈A、B之磁場與電壓脈衝的關係、以及表示線圈A、B的狀態之訊號處理後的A相輸出及B相輸出。如第15圖所示，線圈A、B會伴隨著施加的磁場之反轉而以90度的相位差輸出正、負不同符號的電壓脈衝。訊號處理電路係只抽出正符號的電壓脈衝，且將產生電壓脈衝之線圈的狀態設為H(high)，將未產生電壓脈衝之線圈的狀態設為L(low)。將此時之與馬達旋轉軸的旋轉相對之A相輸出及B相輸出顯示於第16圖(a)。如第16圖(a)所示，首先在電壓脈衝產生，此時A相為H，B 相為L之情況，旋轉圈數並未變化。其次在電壓脈衝產生，A相為L，B相為H之時，將旋轉圈數之計數值加1(count up)。
接著，針對馬達旋轉軸之旋轉在途中反轉了之情況進行說明。第17圖係顯示：在專利文獻1之裝置中，馬達旋轉軸的旋轉方向從CW反轉為CCW之情況之施加於上述兩個線圈A、B之磁場與電壓脈衝的關係、以及A相輸出及B相輸出。第17圖(a)顯示馬達旋轉軸轉到旋轉角為175+ψ/2°後，旋轉軸的旋轉方向從CW反轉為CCW之情況。第16圖(b)顯示與該時的馬達的旋轉圈數相對之A相輸出及B相輸出。反轉前之電壓脈衝產生時，A相輸出為L，B相輸出為H，反轉後最初的電壓脈衝產生時之A相輸出為L，B相輸出為H。
如此，當A相及B相的輸出狀態與前次之電壓脈衝產生時的輸出狀態相同時，就判斷為旋轉方向反轉了。反轉後，在下次A相輸出為L，B相輸出為H時，將旋轉圈數之計數值減1(countdown)。
再來，針對在其他的角度馬達旋轉軸之旋轉在途中反轉了之情況進行說明。第17圖(b)顯示馬達旋轉軸轉到旋轉角為175-ψ/2°後，旋轉軸的旋轉方向從CW反轉為CCW之情況。此時之與馬達旋轉軸的旋轉圈數相對之A相輸出及B相輸出顯示於第16圖(c)中。在此情況，A相輸出及B相輸出係與從CW到CCW之反轉無關，分別從H變為L及從L變為H。因此，無法檢測出馬達旋轉之反轉，無法將旋轉圈數之計數值減1。
如上所述，專利文獻1之裝置，係不管旋轉軸的旋轉方向為何，都是重複從A相輸出為H，B相輸出為L之狀態變 化到A相輸出為L，B相輸出為H之狀態，因此依馬達旋轉軸的旋轉角而定，會發生無法檢測出旋轉軸的旋轉方向逆轉時的訊號(signal)之情形。因此，專利文獻1之裝置具有無法正確地檢測出馬達的旋轉圈數之問題。
另外，磁性線在接受了略為超過閾值的施加磁場而磁性反轉時，若更進一步反轉時則會有所產生的電壓脈衝降低之情形，且其減少量若過大就會有訊號處理電路無法驅動，而可能發生遺漏掉電壓脈衝而未檢出的情形之問題。
本發明係為了解決如上述的問題點而完成者，其目的在提供可比以往更正確地檢測出旋轉軸的旋轉圈數之多圈編碼器。
為了達成上述目的，本發明形成為如下之構成。
亦即，本發明之一態樣之無電池多圈編碼器，係並不接受來自外部的電力供給，而檢測出旋轉軸的旋轉方向及旋轉圈數並加以保持之無電池多圈編碼器，具備有：具有隨著上述旋轉軸而旋轉之磁鐵、及由相對於該磁鐵的磁場具有巴克豪森效應之磁性線所構成且在上述磁鐵的旋轉圓周上錯開相位角而配置的L(≧2)個檢測線圈之旋轉檢測機構；以及與該旋轉檢測機構電性連接之訊號處理電路。各個上述檢測線圈係上述旋轉軸每轉一圈，就對應於上述磁鐵的磁極數N而以正、負或負、正之順序產生<N次正負不同符號的電壓脈衝並送出至上述訊號處理電路。上述訊號處理電路具有：根據各個檢測線圈所產生之各電壓脈衝的正、負雙方的符號、及電壓脈衝之未產生，以高(high)、低(low)來定義上述檢 測線圈的狀態或上述檢測線圈的狀態及之前的檢測線圈的狀態，以及在未產生電壓脈衝時維持高或低，並將該檢測線圈的狀態記憶在記憶體(memory)中之控制器(controller)；以及由控制器供給各檢測線圈的狀態，對應於該狀態的變化而更新上述旋轉軸的旋轉圈數之加法器(adder)，且以約1/(LN)圈單位以內判定上述旋轉軸的旋轉角。
根據本發明之一態樣之無電池多圈編碼器，訊號處理電路中之控制器係利用L個檢測線圈所送出的正、負雙方的電壓脈衝，根據電壓脈衝的正、負符號、及電壓脈衝之未產生，來定義各檢測線圈的狀態之高、低，以及在電壓脈衝未產生時維持高或低，並將檢測線圈的狀態記憶在記憶體中。因此，由於係根據該記憶的狀態來檢測出旋轉圈數，所以即使在旋轉途中旋轉軸逆轉了，也能夠不遺漏地計數出旋轉圈數。因此，在旋轉檢測機構所具備的磁鐵的磁極數為N時，可在約1/(LN)圈以內檢測出旋轉軸的旋轉角，而可比以往更正確地檢測出旋轉軸的旋轉圈數。
101至103‧‧‧無電池多圈編碼器
105‧‧‧多圈編碼器
110‧‧‧旋轉檢測機構
111‧‧‧磁鐵
112、113、114‧‧‧檢測線圈
115‧‧‧旋轉軸
120、131、132、140‧‧‧訊號處理電路
121‧‧‧全波整流電路
122‧‧‧定電壓電路
123‧‧‧啟動電路
124‧‧‧脈衝波形符號判定電路
125‧‧‧控制器
126‧‧‧加法器
127‧‧‧非揮發性記憶體
128‧‧‧外部電路介面
129‧‧‧電源切換器
141‧‧‧半波整流電路
142‧‧‧電池
143‧‧‧記憶體
第1圖係顯示本發明實施形態1之無電池多圈編碼器的構成之圖。
第2圖係顯示第1圖所示之無電池多圈編碼器所具備的各檢測線圈的配置之說明圖。
第3圖(a)及(b)係顯示施加於第1圖所示之無電池多圈編碼器所具備的各檢測線圈的磁性線之磁場與從各檢測線圈輸出的電壓 脈衝之關係、及各檢測線圈的狀態之說明圖。
第4圖(a)及(b)係顯示在第1圖所示之無電池多圈編碼器中之與旋轉軸的旋轉相對之各檢測線圈的狀態之說明圖。
第5圖(a)及(b)係顯示施加於第1圖所示之無電池多圈編碼器所具備的各檢測線圈的磁性線之磁場與從各檢測線圈輸出的電壓脈衝之磁滯現象(hysteresis)之說明圖。
第6圖係顯示在第1圖所示之無電池多圈編碼器中之旋轉軸的旋轉方向反轉時之各檢測線圈的狀態之說明圖。
第7圖係顯示判別第1圖所示之無電池多圈編碼器中之各檢測線圈的狀態及旋轉圈數之訊號處理表之說明圖。
第8圖係顯示本發明實施形態2之無電池多圈編碼器中的訊號處理IC的構成之圖。
第9圖係顯示本發明實施形態3之無電池多圈編碼器中的訊號處理IC的構成之圖。
第10圖係顯示本發明實施形態4之無電池多圈編碼器中的檢測線圈的配置之圖。
第11圖係顯示判別本發明實施形態4之無電池多圈編碼器中之檢測線圈的狀態及旋轉圈數之訊號處理表之圖。
第12圖係顯示本發明實施形態5之多圈編碼器的構成之圖。
第13圖係顯示巴克豪森跳變(Barkhausen jump)之磁性線的磁場H-磁化M曲線。
第14圖係顯示施加於磁性線之磁場與從檢測線圈輸出之電壓脈衝的關係之圖。
第15圖係顯示在以往的無電池多圈編碼器中之施加於磁性 線之磁場與從各檢測線圈輸出之電壓脈衝的關係、以及各檢測線圈的狀態之說明圖。
第16圖(a)至(c)係顯示在以往的無電池多圈編碼器中之與旋轉軸的旋轉相對之各檢測線圈的狀態之說明圖。
第17圖(a)及(b)係顯示在以往的無電池多圈編碼器中之旋轉軸的旋轉方向反轉時之施加於磁性線之磁場與從各檢測線圈輸出之電壓脈衝的關係、以及各檢測線圈的狀態之說明圖。
以下，參照圖式來說明本發明的實施形態之無電池多圈編碼器。各圖中，相同或同樣的構成部分都標以相同的符號。而且，以下的說明為了避免變得不必要的冗長，使業界的人士容易理解，有時會將已經為人所熟知之事項的詳細說明及實質上相同的構成之重複說明予以省略。
實施形態1
第1圖顯示本發明實施形態1之無電池多圈編碼器101的構成。本實施形態之無電池多圈編碼器101係不接受來自外部的電力供給，而檢測出旋轉軸的旋轉方向及旋轉圈數並加以保持之多圈編碼器，且大體區分的話係具備有旋轉檢測機構110、及與該旋轉檢測機構110電性連接之訊號處理電路120。
如第2圖所示，旋轉檢測機構110係具有磁鐵111、及檢測線圈112,113，用來檢測旋轉軸115的旋轉之機構。旋轉軸115係相當於例如馬達的輸出軸(旋轉軸)等，但不限於此，亦可相當於可在軸的圓周方向旋轉之旋轉體。
磁鐵111係為圓板狀，係安裝於與旋轉軸115相同的軸心上， 與旋轉軸115一起順時針(CW)及逆時針(CCW)旋轉。旋轉軸115與磁鐵111雖然在本實施形態中係配置成如此之同心狀，但只要是磁鐵111會對應於旋轉軸115的旋轉而旋轉之構成即可。另外，磁鐵111在本實施形態中係具有各佔半個圓周之兩個磁極，但亦可具有兩個以上的磁極數。
檢測線圈112,113係在磁鐵111的上方配置在磁鐵111的旋轉圓周上，係由具有大巴克豪森效應之磁性線所形成。本實施形態中雖設置兩個檢測線圈112,113，但亦可設置三個以上的檢測線圈。
在此，針對磁化為具有兩個磁極之磁鐵111、檢測線圈112與113的位置關係、以及旋轉軸115的旋轉圈數的檢測邏輯進行說明。
首先，針對檢測線圈112與檢測線圈113的位置關係進行說明。具有大巴克豪森效應之磁性線，係如參照第14圖所說明過的，會產生達旋轉圈數ψ之磁滯(hysteresis)，所以為了不管旋轉軸115的旋轉方向為何，都能避免檢測線圈112,113的輸出相重疊(overlap)，而將檢測線圈113之相位角設置成相對於檢測線圈112之相位角會比ψ大且比180-ψ小。
一般而言，假設磁鐵111的磁極數為N時，係根據磁滯角度ψ，而相對於一個第一檢測線圈(例如檢測線圈112)，將一個或複數個第二檢測線圈(例如檢測線圈113)配置成第一檢測線圈與第二檢測線圈的相位角會在比磁滯角度ψ大，比(360/N)-ψ小之角度範圍內。
以下，為了簡化說明，針對上述相位角為90°之例進行說明。
第3圖顯示：從磁鐵111施加至檢測線圈112,113之磁場與從檢測線圈112,113得到之電壓脈衝的關係、以及將檢測線圈112的輸出予以數位化而得到之A相輸出、將檢測線圈113的輸出予以數位化而得到之B相輸出、檢測線圈112的A狀態、檢測線圈113的B狀態。第3圖(a)係旋轉方向為CW方向之圖，第3圖(b)係旋轉方向為CCW方向之圖。
A相輸出，係在檢測線圈112的輸出為正電壓脈衝之情況為H(high)、在檢測線圈112的輸出為負電壓脈衝之情況為L(low)、在檢測線圈112未產生電壓脈衝之情況為無(zero)之輸出。B相輸出，係在檢測線圈113的輸出為正電壓脈衝之情況為H(high)、在檢測線圈113的輸出為負電壓脈衝之情況為L(low)、在檢測線圈113未產生電壓脈衝之情況為無(zero)之輸出。
A狀態，係在A相輸出為H之情況使狀態為H，在A相輸出為L之情況使狀態為L，在A相輸出為無(zero)之情況則不變更狀態者。B狀態，係在B相輸出為H之情況使狀態為H，在B相輸出為L之情況使狀態為L，在B相輸出為無(zero)之情況則不變更狀態者。此A狀態及B狀態之相對於旋轉圈數的變化情形係顯示於第4圖中。第4圖(a)顯示旋轉軸115的旋轉方向為CW之情況，第4圖(b)顯示旋轉方向為CCW之情況。從圖可知：根據A狀態及B狀態各自的H、L狀態，就可在從90°或ψ°到180°-ψ°之範圍內區別旋轉軸115的旋轉角。因此，藉由在A狀態從L變為H，B狀態為L且無變更時將計數值加1，在A狀態從H變為L，B狀態為L且無變更時將計數值減1，就不管旋轉方向為何都可檢測出旋轉圈數。
接著，將旋轉軸115的旋轉方向在途中反轉了之情況之相對於旋轉角之A狀態、B狀態、及計數值顯示於第6圖中。依據伴隨著旋轉軸115的旋轉之檢測線圈112,113所分別產生的電壓脈衝，來區分一圈之內的各個區域，可如第5圖(a)及(b)所示分類為區域A至區域H之八個區域(第5圖(a)顯示在CW方向旋轉之情況，第5圖(b)顯示在CCW方向旋轉之情況)。因此，第6圖係針對在各區域旋轉方向從CW反轉到CCW之各種情況進行顯示。參照第6圖中之計數值的項目，可知不管在哪個區域旋轉軸115反轉了，計數值都不會發生偏差。
另外，使檢測線圈為三個以上，或磁鐵111的磁化的磁極數為三個以上，而使一圈之內的解析度比90°或從ψ°到180°-ψ°之範圍小亦不會有問題。
接著，針對檢測脈衝112,113分別產生出電壓脈衝時之訊號處理IC(與上述之訊號處理電路相同)120的動作進行說明。
訊號處理IC 120在本實施形態中係如第1圖所示，具有：全波整流電路121、定電壓電路122、啟動(enable)電路123、脈衝波形符號判定電路124、控制器125、加法器(adder)126、非揮發性記憶體127、外部電路介面(interface)128、及電源切換器129。控制器125及加法器126係相當於訊號處理IC 120的基本的構成部分。
在如此的構成中，檢測脈衝112,113所分別產生的電壓脈衝，係分別在全波整流電路121,121接受整流之後，由定電壓電路122使之成為一定的電壓。此一定的電壓係作為電力而供給至啟動電路123、脈衝波形符號判定電路124、控制器125、 加法器126、及非揮發性記憶體127。另外，電源切換器129係具有切換定電壓電路122及來自外部的電力供給而予以輸出之功能，一定的電壓係經由電源切換器129而供給至控制器125及非揮發性記憶體127。外部電源並不相當於備份電源而是主電源，所以設置電源切換器129並不違反無電池多圈編碼器的構成。
啟動電路123係在確認來自定電壓電路122的電壓為十分穩定的電壓之後，將動作開始觸發訊號(trigger)發送至脈衝波形符號判定電路124、控制器125、加法器126、及非揮發性記憶體127。
接收到動作開始觸發訊號之脈衝波形符號判定電路124，係從來自檢測線圈112,113之各電壓脈衝來判定出A相輸出及B相輸出，並將之發送至控制器125。
控制器125，係從非揮發性記憶體127讀取前次電壓脈衝產生時之旋轉軸115的旋轉圈數、及A狀態與B狀態，並將之發送至加法器126。
加法器126係根據接收到的資訊(旋轉圈數、A相輸出、B相輸出、A狀態、B狀態之值)，使用第7圖之變換表(conversion table)來進行狀態A、狀態B及旋轉圈數之更新，並將最新的A狀態、B狀態、及旋轉圈數發送至控制器125。
控制器125係再度進行非揮發性記憶體127之存取而將來自加法器126之資訊寫入非揮發性記憶體127。
訊號處理IC 120係只利用來自檢測線圈112,113之各電壓脈衝而在全波整流電路121及定電壓電路122所產生之電力而進行上述之一連串的動作，且在下個電壓脈衝產生之前結束 動作。
在要從該無電池多圈編碼器101的外部讀取旋轉軸115的旋轉圈數之情況，係依序透過外部電路介面128、控制器125而存取非揮發性記憶體127，來進行旋轉圈數之讀取。此時控制器125限制外部對於非揮發性記憶體127之存取，以使旋轉圈數檢測之一連串的動作、與來自外部之讀取動作不會相競爭(butting)。又，從外部要存取時，係進行直接從外部將電力供給至外部電路介面128，然後透過電源切換器129而從外部供給至控制器125、非揮發性記憶體127，因此不用依靠來自檢測線圈112,113的電壓脈衝之電力就可讀取旋轉圈數。
如以上所說明的，無電池多圈編碼器101係藉由利用從兩個檢測線圈112,113所產生的電壓脈衝的正、負雙方的符號，將檢測線圈112,113的狀態定義成A狀態、B狀態並將之保持在非揮發性記憶體127中，而可在即使途中旋轉軸115逆向旋轉了的情況，也能夠不遺漏地檢測出旋轉圈數，且上述之動作，可只使用來自檢測線圈112,113之電壓脈衝的電力而進行。
又，在無電池多圈編碼器101之組裝時，或分解後再組裝起來時，從非揮發性記憶體127中之前次電壓脈衝產生時的狀態A及狀態B推測出之磁鐵111與檢測線圈112,113的位置關係、與實際之磁鐵111與檢測線圈112,113的位置關係並非一定一致。因此，在初始設定模式中，在非揮發性記憶體127中之前次電壓脈衝產生時的狀態A及狀態B能反映實際的磁鐵111與檢測線圈112,113的位置關係之電壓脈衝產生達兩次以上之前，控制器125、及加法器126係進行不更新旋轉圈數，只持續更新非 揮發性記憶體127中的狀態A及狀態B之動作。
實施形態2
以下，參照第8圖來說明本實施形態2之無電池多圈編碼器102。
本實施形態之無電池多圈編碼器102也與上述的無電池多圈編碼器101一樣，具備有旋轉檢測機構110、及與該旋轉檢測機構110電性連接之訊號處理電路。本實施形態之無電池多圈編碼器102係在具有訊號處理電路131來取代訊號處理電路120之點，與上述的無電池多圈編碼器101不同。訊號處理電路120與訊號處理電路131之不同在於將非揮發性記憶體127配置在訊號處理電路的外部之點。訊號處理電路131中之其他的構成，都與訊號處理電路120相同。
藉由形成為如此之構成，根據無電池多圈編碼器102，就不僅可得到與無電池多圈編碼器101相同的效果，而且還具有在訊號處理IC之製造時不需要非揮發性記憶體127用的製程(process flow)之效果。因此，根據無電池多圈編碼器102，與無電池多圈編碼器101相比可減低訊號處理IC的成本，增加能夠供貨的製造廠商，以及因可使用泛用品來作為非揮發性記憶體207，所以可改善零件取得的容易性、及成本。
實施形態3
以下，參照第9圖來說明本實施形態3之無電池多圈編碼器103。
本實施形態之無電池多圈編碼器103也與上述的無電池多圈編碼器101一樣，具備有旋轉檢測機構110、及與該旋轉檢測機構 110電性連接之訊號處理電路。本實施形態之無電池多圈編碼器103係在具有訊號處理電路132來取代訊號處理電路120之點，與上述的無電池多圈編碼器101不同。訊號處理電路120與訊號處理電路132之不同在於將全波整流電路121及定電壓電路122配置在訊號處理電路的外部，且為旋轉檢測機構110與訊號處理電路132之間之點。訊號處理電路132中之其他的構成，都與訊號處理電路120相同。
藉由形成為如此之構成，根據無電池多圈編碼器103，就不僅可得到與無電池多圈編碼器101相同的效果，而且還具有可限制輸入至訊號處理電路132的電壓值之效果。因此，根據無電池多圈編碼器103，與無電池多圈編碼器101相比可減低訊號處理電路132的輸入電壓耐性，可謀求成本之降低。
實施形態4
以下，參照第10及11圖來說明本實施形態4之無電池多圈編碼器104。
本實施形態之無電池多圈編碼器104也與上述的無電池多圈編碼器101一樣，具備有旋轉檢測機構、及與該旋轉檢測機構電性連接之訊號處理電路120。本實施形態之無電池多圈編碼器104係在具有旋轉檢測機構110-4來取代旋轉檢測機構110之點，與上述的無電池多圈編碼器101不同。第10圖顯示旋轉檢測機構110-4的構成。
本實施形態之無電池多圈編碼器104，係將三個以上的檢測線圈112,113,114相錯開一個相位角而配置在磁鐵111的旋轉圓周上，且訊號處理電路120中的非揮發性記憶體127，係 保持伴隨著磁鐵111的旋轉而設定之上述檢測線圈的前次及前前次的狀態，而且訊號處理電路120，在上述檢測線圈的任一個產生了電壓脈衝，並與依據前次產生的電壓脈衝而設定的線圈狀態做比較，結果推測的從前次的線圈狀態所指定之磁鐵111的旋轉位置移動之後應產生之電壓脈衝與上述產生的電壓脈衝並不相同之狀態，係根據上述前次及前前次的脈衝狀態及上述產生的電壓脈衝，來修正旋轉軸的旋轉圈數之值，或者產生表示有錯誤之輸出。
根據如此構成之無電池多圈編碼器104，就可利用三個以上的檢測線圈及前前次的檢測線圈的狀態的資訊來弄清有遺漏掉脈衝而未檢出的情況之訂正位置，所以即使在旋轉途中旋轉軸逆轉了，也不只能夠不遺漏地計數出旋轉圈數，而且能夠做到允許一次脈衝遺漏之可靠性高的旋轉圈數之檢出。
接著，針對本實施形態之無電池多圈編碼器104的構成及動作進行更詳細的說明。
具有巴克豪森效應之磁性線，係如利用第13圖而在前面說明過的，其磁化會在特定的磁場急遽反轉，且從線圈產生一定的電壓脈衝。然而，在施加的磁場並沒有比磁化反轉的閾值大很多之情況，亦即在施加的磁場僅略大於上述閾值且剛使電壓脈衝產生，磁鐵111之旋轉就反轉這樣的情況，會有因為磁鐵111之旋轉而產生之與使上述電壓脈衝產生之施加磁場相反方向的施加磁場方向，使得即使在例如施加的磁場比閾值大之時，產生的電壓脈衝的強度也會變小之現象。此產生的電壓脈衝降低之現象若很激烈，就會發生訊號處理電路120無法動作，旋轉的磁鐵111的 實際的位置、與由保持於檢測出的電壓脈衝中之狀態所指定之磁鐵111的推測位置不同之現象。
因此本實施形態之無電池多圈編碼器104的旋轉檢測機構110-4，係如第10圖所示，相對於旋轉的磁鐵111而在相差預定的相位之位置，配置A相的檢測線圈112、B相的檢測線圈113、C相的檢測線圈114之三個檢測線圈。各檢測線圈之配置，在本實施形態中，係在磁鐵111的中心角，相對於檢測線圈113分別在CW方向及CCW方向60度的位置配置檢測線圈112,114。然而，各檢測線圈的配置位置並不限於此。此外，檢測線圈的數目也可為三個以上。
又，由各檢測線圈112,113,114分割出從「原點位置」算起之六個角度區域，從原點位置往CW方向看分別將之稱為「區域1」至「區域6」。另外，將在CW方向從S變化到N之旋轉磁鐵111的角度位置稱為「磁鐵基準」。
在此，假設將B相的檢測線圈113配置於原點位置，且從磁鐵基準在原點位置之狀況，磁鐵基準往CW方向從區域6側移動到區域1，因此在B相的檢測線圈113超過磁化反轉之閾值。此時，從B相檢測線圈113產生出電壓脈衝。此處，若從該電壓脈衝產生的位置，磁鐵111的旋轉開始反轉，然後磁鐵基準從區域1回到區域6時，則無電池多圈編碼器104的訊號處理電路120進行如下的動作。亦即，如上所述，由於磁鐵111往CCW方向旋轉，所以在相反側的磁場方向磁鐵111發出的磁場會超過閾值且作用於B相檢測線圈113。然而，在B相檢測線圈113產生之電壓脈衝很小，訊號處理電路120並不動作，所以訊號處理 電路120維持指示磁鐵111的磁鐵基準的位置在區域1之B相檢測線圈113的狀態。然後當旋轉磁鐵111進一步往CCW方向旋轉時，會超過A相檢測線圈112的閾值因而會有電壓脈衝產生。然而，訊號處理電路120係保持著磁鐵基準的位置在區域1之狀態，從區域1移動到區域6或區域2，會產生電壓脈衝的只有B相檢測線圈113或C相檢測線圈114，所以可檢知發生了誤動作。以下為了便於說明，將此動作稱為「前例」。
上述之保持的是區域1之狀態而電壓脈衝卻在A相的檢測線圈112產生之狀況，也一樣會發生於：在磁鐵基準於CCW方向從區域2移動到區域1，然後，旋轉方向反轉而變為從區域1往區域2(此時之電壓脈衝會遺漏掉)，然後進一步往CW方向旋轉移動到區域3之情況。在此情況也與「前例」一樣由於並不存在從區域1移動前往的區域是會在A相檢測線圈112產生電壓脈衝之區域，所以可檢知發生了誤動作。為了便於說明，將此動作稱為「後例」。
前例與後例，其由檢測線圈的前次的狀態加以指定之磁鐵111的磁鐵基準的位置都是區域1，如此雖然可檢知誤動作但並無法進行修正。另一方面，由訊號處理電路120所保持之檢測線圈的前前次的狀態加以指定之磁鐵111的磁鐵基準的位置在前例係為區域6，在後例係為區域2，所以兩者不同而可相區別。在前例中，從區域1移動到區域6之際之電壓脈衝雖會遺漏掉但從區域6移動到區域5之際之A相檢測線圈產生的電壓脈衝卻可檢出，而可將訊號處理電路120的保持狀態從區域1修正為跳過一個區域之區域5以及對旋轉圈數的值做減1之修正。在後例中也可做同樣 的修正。如此，根據前次及前前次的脈衝狀態與上述產生的電壓脈衝，就可修正脈衝狀態的保持狀態及旋轉軸的旋轉圈數之值。
然後，訊號處理電路120將如上述之檢測脈衝的狀態保持在訊號處理電路120的非揮發性記憶體127中。第11圖係以表格方式表示上述的狀態的變化而作成之圖。第11圖中，符合上述的狀態者有6號(相當於上述「前例」)及4號(相當於上述「後例」)。根據前次的檢測線圈狀態來決定現在的區域，根據前前次的檢測線圈狀態來決定前次的區域。在上述第11圖的狀態變化表中未表示的狀態變化出現之情況，表示有與推測的脈衝遺漏不同之事情發生，訊號處理電路120輸出表示有錯誤之輸出。
又，由於前區域可藉由具有是否相對於現在區域而從前一區域往CW或CCW的任一方向遷移之資訊來唯一決定，因此可使用該遷移方向資訊來削減所要記憶的資訊量。
又，在第11圖的表中之「前一區域」中所用之「或(or)」的字眼係表示在正確地進行區域的判定之情況，不論作為前一區域的是與現在區域鄰接的任一區域，遷移到下一區域的結果都相同。例如，1號之情況，不管作為前一區域的是「1或3」的任一區域，下一區域都一樣是「3」。
又，在實施形態4之無電池多圈編碼器104中，也可採用實施形態2或3中說明過之構成。
以及，可採用將上述的各實施形態予以適當組合而成之構成。採用如此之構成，可得到所組合之實施形態所具有的各效果。
實施形態5
以下，參照第12圖來說明本實施形態5之多圈編碼器 105。
本實施形態之多圈編碼器105也與上述的無電池多圈編碼器101至103一樣，具備有旋轉檢測機構110、及與該旋轉檢測機構110電性連接之訊號處理電路。本實施形態之多圈編碼器105係在具有訊號處理電路140來取代訊號處理電路120,131,132之點，與上述的無電池多圈編碼器101至103不同。訊號處理電路140與訊號處理電路120之不同點在於：設置半波整流電路141，內設有電池142，以及將記憶體143配置在訊號處理電路內。如此之本實施形態5之多圈編碼器105由於內設有電池142，因此並非無電池的類型，此點與實施形態1至4之多圈編碼器不同。
本實施形態5之多圈編碼器105的訊號處理電路140中，半波整流電路141係對於檢測線圈112產生的電壓脈衝與檢測線圈113產生的電壓脈衝的半週期份進行整流，然後將之輸出至脈衝波形符號判定電路124。電池142係連接至電源切換器129，定電壓電路122只將定電壓供給至啟動電路123。其他的加法器126、脈衝波形符號判定電路124、控制器125、外部電路介面128、及記憶體143都透過電源切換器129而從外部或電池142接受電力供給。因而，記憶體143並不一定要是非揮發性記憶體，亦可為揮發性記憶體。本實施形態係採用揮發性記憶體。
訊號處理電路140的其他構成，都與訊號處理電路120相同。
形成為如此之構成，因為訊號處理電路140一直從電池142接受電力供給，所以根據多圈編碼器105除了可得到與多圈編碼器101相同的效果，還具有在製造以積體電路構成之訊號處理電路140時，不需要非揮發性記憶體207用的製程，且訊 號處理電路140不需要以低消耗電力加以驅動之效果。因此，根據本實施形態5之多圈編碼器105，與無電池多圈編碼器101相比可減低訊號處理電路140的製造成本，能夠增加供貨的製造廠商，以及因可使用泛用品來作為記憶體143，所以可改善零件取得的容易性、及成本。
在本實施形態5之多圈編碼器105中，亦可採用實施形態2、3或4中說明過之構成。
又，藉由將上述各種的實施形態之中的任一的實施形態予以組合，可得到所組合之實施形態所具有的效果。
本發明已參照隨附的圖式而與較佳的實施形態相關聯而充分說明如上，經過此說明，各種變形及修正對於熟習本技術的人士而言都將變得顯而易知。如此之各種變形及修正，只要未脫離隨附之申請專利範圍所請求之本發明的範圍，都應將之理解成是包含在申請專利範圍之中。
101‧‧‧無電池多圈編碼器
110‧‧‧旋轉檢測機構
111‧‧‧磁鐵
112、113‧‧‧檢測線圈
115‧‧‧旋轉軸
120‧‧‧訊號處理電路
121‧‧‧全波整流電路
122‧‧‧定電壓電路
123‧‧‧啟動電路
124‧‧‧脈衝波形符號判定電路
125‧‧‧控制器
126‧‧‧加法器
127‧‧‧非揮發性記憶體
128‧‧‧外部電路介面
129‧‧‧電源切換器

Claims (6)

  1. 一種無電池多圈編碼器，係並不接受來自外部的電力供給，而檢測出旋轉軸的旋轉方向及旋轉圈數並加以保持之無電池多圈編碼器，具備有：具有隨著上述旋轉軸而旋轉之旋轉軸圓周方向的磁極數為N個之磁鐵、及由相對於該磁鐵的磁場具有巴克豪森效應之磁性線所構成且在上述磁鐵的旋轉圓周上錯開相位角而配置的L個檢測線圈之旋轉檢測機構，其中，L為2以上；以及與旋轉檢測機構電性連接之訊號處理電路，上述訊號處理電路係具備有：保持各個檢測線圈的狀態及旋轉軸的旋轉圈數之非揮發性記憶體電路；以及從來自各個檢測線圈的電壓脈衝之有無及電壓脈衝波高的正負符號這四個要素、及上述保持的狀態及旋轉圈數，來判定此次的狀態及旋轉軸的旋轉方向、旋轉圈數，並將新的各個檢測線圈的狀態及旋轉圈數寫入上述非揮發性記憶體電路之電路，並且還具備有：從在各個上述檢測線圈產生的電壓脈衝來產生用來驅動上述訊號處理電路的電壓之電壓電路，且係以1/(LN)圈單位內判定上述旋轉軸的旋轉角。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無電池多圈編碼器，其中，上述檢測線圈為兩個，且兩個檢測線圈錯開90°之相位角而配置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無電池多圈編碼器，其中， 上述非揮發性記憶體，係與上述訊號處理電路分別設置者。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述之無電池多圈編碼器，其中，在上述旋轉檢測機構中，根據因為上述旋轉軸的旋轉方向之不同而在上述磁性線中因巴克豪森效應產生之旋轉角度之磁滯角度θ，而相對於一個第一檢測線圈將一個或複數個第二檢測線圈配置在第一檢測線圈與第二檢測線圈的相位角會比磁滯角度θ大，比(360/N)-θ小之角度範圍內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無電池多圈編碼器，其中，在上述磁鐵的旋轉圓周上錯開相位角而配置三個以上的上述檢測線圈，且上述訊號處理電路中的上述非揮發性記憶體，係保持伴隨著上述磁鐵的旋轉而設定之上述檢測線圈的前次及前前次的狀態，而且上述訊號處理電路，在上述檢測線圈的任一個產生了電壓脈衝時，與依據前次產生的電壓脈衝而設定的線圈狀態做比較，且在被推測為從前次的線圈狀態所指定之磁鐵的旋轉位置之移動之電壓脈衝與上述產生的電壓脈衝並不相同之狀態下，係根據上述前次及前前次的脈衝狀態及上述產生的電壓脈衝，來修正上述旋轉圈數之值，或者產生表示有錯誤之輸出。
  6. 一種多圈編碼器，係檢測出旋轉軸的旋轉方向及旋轉圈數並加以保持之多圈編碼器，具備有：具有隨著上述旋轉軸而旋轉之旋轉軸圓周方向的磁極數為N個之磁鐵、及由相對於該磁鐵的磁場具有巴克豪森效應 之磁性線所構成且在上述磁鐵的旋轉圓周上錯開相位角而配置的L個檢測線圈之旋轉檢測機構，其中，L為2以上；以及與旋轉檢測機構電性連接之訊號處理電路，上述訊號處理電路係具備有：保持各個檢測線圈的狀態及旋轉軸的旋轉圈數之記憶體；以及從各個檢測線圈的電壓脈衝輸出之有無及電壓脈衝波高的正負符號這四個要素、及上述保持的狀態及旋轉圈數，來判定此次的狀態及旋轉軸的旋轉方向、旋轉圈數，並將新的各個檢測線圈的狀態及旋轉圈數寫入上述記憶體之電路，並且還具備有：從在各個上述檢測線圈產生的電壓脈衝來產生用來驅動上述訊號處理電路的電壓之電壓電路，且係以1/(LN)圈單位內判定上述旋轉軸的旋轉角。
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