TW202122756A - 通用型旋轉編碼器 - Google Patents

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Abstract

提供一種使用磁阻感測器、通用性優異、且減輕對微電腦所要求的處理之低價的旋轉編碼器。 一種旋轉編碼器，具備機械角-電角度訊號轉換單元、及非揮發性記憶體，前述機械角-電角度訊號轉換單元具有：將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成直流馬達驅動訊號生成用之經增量化的訊號之功能；及將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之經絕對化的訊號之功能，前述非揮發性記憶體保有訊號轉換資料來作為初始設定資料，前述訊號轉換資料是用於將與裝設旋轉編碼器的前述直流馬達的類型相對應之前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成馬達驅動訊號生成用之訊號的資料，前述機械角-電角度訊號轉換單元依據前述訊號轉換資料，於前述直流馬達的運轉時，將從前述磁阻感測器單元所輸出的前述輸出資訊，轉換成前述馬達驅動訊號生成用之訊號來輸出。

Description

通用型旋轉編碼器
本發明是有關於一種旋轉編碼器，特別是有關於一種採用磁阻(MR)感測器(Magnetoresistive Sensor)，且適合使用於產業用機器之通用型的旋轉編碼器。
旋轉編碼器作為產業用的機器人等的編碼器，是為了測定以馬達所驅動的旋轉軸的絕對角度位置而使用。例如，作為無刷直流馬達的控制方法，已進行以下作法：使偵測Z相、U相、V相、及W相的相位的旋轉編碼器，和轉子的磁極位置同步，並將馬達作為伺服馬達來控制。
在專利文獻1中，揭示有一種旋轉編碼器，其具備多旋轉資訊檢測部及角度檢測部，且可以計算多旋轉資訊，並且偵測及通知裝置的異常狀態。角度檢測部具有絕對型ABS及增量型INC之光學式的編碼器。
在專利文獻2中，揭示有一種馬達控制裝置，前述馬達控制裝置構成為：具備偵測馬達的旋轉軸之旋轉相位的磁感測器(1組磁阻感測器單元)，且對A相、B相、Z相訊號、U相、V相、W相的驅動訊號及絕對原點位置之資訊賦與EEPROM(可電氣抹除可程式唯讀記憶體，Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory)的位址，而作為絕對訊號的資料來記錄於EEPROM。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2018-136147號公報 專利文獻2：日本特許第6339307號公報
發明欲解決之課題
在成為旋轉編碼器的裝設對象的直流馬達中，已知有以下類型的馬達：增量對應型的直流馬達(無刷直流馬達、有刷直流馬達)、及絕對對應型的直流馬達(無刷直流馬達、有刷直流馬達)。 又，成為旋轉編碼器的裝設對象的無刷直流馬達是以下類型的馬達：對於轉子的位置檢測不使用霍爾元件，又，也不進行向量控制。 通常，在增量對應的旋轉編碼器中，會因應於成為裝設對象的直流馬達的規格，而生成並輸出增量對應型直流馬達的驅動用的資料，例如無刷直流馬達驅動用的驅動訊號之資料，換言之，即經增量化的驅動訊號之資料(A、B、Z、U、V、W訊號)。在無刷直流馬達的馬達驅動器中，會依據此驅動訊號的資料等而生成用於驅動變流器(inverter)等的馬達之驅動訊號，例如PWM(脈寬調變，pulse width modulation)訊號。
另一方面，在絕對對應的旋轉編碼器中，會因應於成為裝設對象的直流馬達的規格，而生成並輸出用於生成絕對對應型直流馬達的驅動訊號之資料，換言之，即經絕對化的驅動訊號生成用之電角度(electrical angle)的資料。在無刷直流馬達的馬達驅動器中，會依據此經絕對化的電角度的資料而生成經絕對化的驅動訊號，並進一步生成用於驅動變流器等的馬達之訊號，例如PWM訊號。
如此，在以往的旋轉編碼器中，已知有增量對應的旋轉編碼器、或絕對對應的旋轉編碼器，前述旋轉編碼器構成為因應於成為裝設對象之直流馬達的規格而生成驅動訊號之資料並輸出到直流馬達，且通常個別地構成為適合於成為裝設對象的直流馬達的規格。
如專利文獻1所記載的光學式的旋轉編碼器為了確保高精度，大多是採用玻璃製的基板，且在其上形成有狹縫圖形。 但是，在這種高精度的光學式的旋轉編碼器中，狹縫圖形已對應於特定的馬達的規格，例如極數、每旋轉1圈的脈衝數來形成，對於其他規格的馬達，必須另外形成狹縫圖形。換言之，光學式的編碼器可以裝設的馬達的對象受到限定，而且，與磁感測器型的編碼器相比構造較複雜，因此是高價的。
另一方面，專利文獻2所記載的馬達控制裝置具有：控制單元，控制供給到無刷直流伺服馬達的U相、V相、W相之3相的各定子線圈之電力；及磁感測器，偵測具有多極的永久磁鐵的轉子之旋轉。 控制單元會對驅動被驅動構件的無刷直流伺服馬達的旋動位置進行運算，而生成有對無刷直流伺服馬達的U相、V相、W相的各線圈供給電流的變流器驅動訊號之資訊，以使被驅動構件在預定的各位置動作。 在通常的運轉時，微電腦會因應於運轉指令或負荷狀態等，進行用於生成此U相、V相、W相之3相的驅動訊號的運算處理。因此，微電腦必須具備有此3相的驅動訊號的運算處理所需要的能力。為了實現馬達控制裝置的成本降低，所期望的是將對此微電腦所要求的處理能力更加減輕。 又，控制單元因為通常會配合特定的馬達的規格來構成，所以對於其他規格的馬達，便有設置與該馬達相應的控制單元的需要。
本發明的目的之一在於提供一種可以對應於增量對應型的直流馬達、及絕對對應型的直流馬達之各種規格的通用性優異的旋轉編碼器。
本發明的其他目的在於提供一種使用1組磁阻感測器，且減輕驅動訊號等的運算處理(換言之即對微電腦所要求的處理)之低價的旋轉編碼器。 用以解決課題之手段
依據本發明的1個態樣，旋轉編碼器具備有： 磁阻感測器單元，輸出直流馬達的旋轉軸的旋轉角度的機械角之資訊； 機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之資訊並輸出；及 非揮發性記憶體， 前述機械角-電角度訊號轉換單元具有： 增量對應的機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之經增量化的訊號；及 絕對對應的機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之經絕對化的訊號， 前述非揮發性記憶體保有訊號轉換資料來作為初始設定資料，前述訊號轉換資料是用於將與裝設前述旋轉編碼器之前述直流馬達的類型相對應之前述磁阻感測器單元的輸出資訊，轉換成馬達驅動訊號生成用之訊號的資料， 前述機械角-電角度訊號轉換單元構成為：依據前述訊號轉換資料，於前述直流馬達的運轉時，將從前述磁阻感測器單元所輸出的前述輸出資訊，轉換成前述馬達驅動訊號生成用之訊號來輸出。
依據本發明的上述態樣，可以提供一種使用磁阻感測器，且可以對應於各種的馬達規格之增量型或絕對型的通用性優異的旋轉編碼器。 例如，成為本發明之旋轉編碼器的裝設對象的直流馬達為增量對應型的直流馬達的情況下，在旋轉編碼器的初始設定時，會使用初始設定單元來對旋轉編碼器賦與以下功能：將磁阻感測器單元的輸出(A、B、Z訊號=機械角)轉換成驅動裝設對象的直流馬達所需要之經增量化的驅動用之訊號(例如A、B、Z、U、V、W訊號=電角度)來輸出。此旋轉編碼器可在成為裝設對象的直流馬達運轉時，將磁阻感測器單元的輸出訊號(機械角)轉換成經增量化的驅動用之訊號(電角度)來輸出。 又，成為本發明之旋轉編碼器的裝設對象的直流馬達為絕對型的直流馬達的情況下，在旋轉編碼器的初始設定時，會對旋轉編碼器賦與以下功能：將磁阻感測器單元的絕對輸出轉換成用於生成裝設對象的直流馬達的驅動訊號所需要之經絕對化的電角度的資料來輸出。因此，旋轉編碼器具有以下功能：在成為裝設對象的直流馬達運轉時，將磁阻感測器單元的輸出訊號(機械角)轉換成經絕對化的驅動訊號生成用之訊號(電角度)來輸出。
又，依據本發明之上述態樣，可以藉由利用旋轉編碼器，依據來自磁阻感測器單元的輸出訊號，使用訊號轉換資料來進行機械角-電角度訊號轉換的處理，來從非揮發性記憶體直接讀取初始設定完畢的馬達驅動訊號之資料。因此，可以提供一種減輕電角度訊號轉換的運算處理(換言之即對微電腦所要求的處理)之低價的旋轉編碼器。
用以實施發明之形態
以下，一邊參照圖式一邊詳細地說明本發明的實施形態。 [實施例1]
圖1是顯示本發明的第1實施例之旋轉編碼器的初始設定系統的構成例的圖。 此旋轉編碼器初始設定系統100是以旋轉編碼器110、與初始設定單元120及輸出設定/切換部130來構成，前述旋轉編碼器110在初始設定時及無刷直流馬達的運轉時使用，前述初始設定單元120及輸出設定/切換部130僅在初始設定時使用，這些構成是透過可裝卸的插座等來電連接。140是電源電路，且對旋轉編碼器110或初始設定單元120等提供預定之例如5V的直流電源。 旋轉編碼器110的輸出即驅動訊號生成用之資訊可透過馬達驅動器400來供給到旋轉編碼器110的裝設對象即直流馬達500。 於馬達驅動器400中具有與成為旋轉編碼器110的裝設對象之直流馬達500的種類相應之無刷直流馬達對應的驅動器(BLDC)或有刷直流馬達對應的驅動器(DC)。此馬達驅動器400可依據旋轉編碼器110的輸出、及運轉指令、馬達的負荷等，生成控制馬達的速度或位置等的驅動訊號(例如變流器驅動用的PWM訊號)，來驅動直流馬達。
旋轉編碼器110具備有：磁阻感測器單元111、機械角-電角度訊號轉換單元(增量)112、及機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)113，且更具備有：包含非揮發性記憶體的記憶體114、平行訊號發送單元115及串列訊號發送接收單元116。 作為編碼器的非揮發性記憶體114，有PROM(可程式唯讀記憶體，programmable ROM)、EPROM(可抹除可程式唯讀記憶體，erasable PROM)、EEPROM、快閃記憶體等。在此非揮發性記憶體中可記錄訊號轉換資料來作為初始設定資料。 機械角-電角度訊號轉換單元112、113具有以下功能：依據磁阻感測器單元111的輸出訊號與非揮發性記憶體的資料，來生成和裝設這些機械角-電角度訊號轉換單元的直流馬達的類型或規格相應之經增量化或經絕對化的編碼器的輸出訊號。
機械角-電角度訊號轉換單元(增量)112具有以下功能：配合裝設旋轉編碼器110的直流馬達的類型或規格且以已進行初始設定的非揮發性記憶體的訊號轉換資料為依據，來將磁阻感測器單元111的輸出訊號即經增量化的A、B、Z訊號(機械角)轉換成直流馬達驅動用的訊號(電角度)並輸出。 例如，在直流馬達為無刷直流馬達的情況下，具有以下功能：以已進行初始設定的非揮發性記憶體的訊號轉換資料為依據，來將磁阻感測器單元111的輸出訊號轉換成無刷直流馬達驅動用的U、V、W訊號並輸出。 又，在裝設機械角-電角度訊號轉換單元112的直流馬達為有刷直流馬達的情況下，具有以下功能：以非揮發性記憶體的訊號轉換資料為依據，來將磁阻感測器單元111的輸出訊號轉換成有刷直流馬達驅動用的A、B、Z訊號並輸出。
機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)113具有以下功能：配合裝設旋轉編碼器110的直流馬達的規格且以已進行初始設定的非揮發性記憶體的訊號轉換資料為依據，來將磁阻感測器單元111的輸出訊號即經絕對化的訊號(機械角)轉換成直流馬達驅動用的電角度之資料並輸出。
平行訊號發送單元115、及串列訊號發送接收單元116具有以下功能：在旋轉編碼器110、初始設定單元120、及馬達驅動器400之間，將各種資訊轉換成平行訊號或串列訊號並進行發送接收。例如，將藉由平行傳送處理所生成的A相與B相訊號、及Z相訊號轉換成適合於串列傳送通訊的標準規範的串列傳送用之發送資料(BUS)，並透過通訊電纜來發送此BUS訊號。
初始設定單元120具備有：馬達驅動訊號生成功能121、訊號轉換資料生成功能(增量)122、訊號轉換資料生成功能(絕對)123、及初始設定與調整用記憶體124。 輸出設定/切換部130具備附顯示畫面的終端，並具有以下功能：因應於旋轉編碼器的裝設對象即馬達的種類或規格，來設定以初始設定單元120生成的初始設定訊號的條件。例如，在裝設對象即馬達為增量對應型的無刷直流馬達的情況下，可設定該馬達的極數、每旋轉1圈的脈衝數(P/R)、每旋轉1圈的U、V、W訊號的數量、輸出訊號的類型(增量)等。又，在為增量對應的有刷直流馬達的情況下，可設定每旋轉1圈的脈衝數(P/R)等。 另外，在裝設對象即馬達為絕對對應型的無刷直流馬達或有刷直流馬達的情況下，可設定解析度(位元(bit)數)、輸出條件(串列或平行)等。
馬達驅動訊號生成功能121具有以下功能：依照以輸出設定/切換部130所設定的條件，來生成馬達驅動用的訊號。例如，在裝設對象即馬達為增量對應型的無刷直流馬達的情況下，具有以下功能：在該馬達的初始設定時，以從磁阻感測器單元111所輸出的A、B、Z訊號為依據，因應於設定條件來生成驅動此無刷直流馬達所需要的驅動用的U、V、W訊號。 又，在裝設對象即馬達為絕對對應型直流馬達的情況下，具有以下功能：在該馬達的初始設定時，將從磁阻感測器單元111的輸出所得到的直流馬達的旋轉角度的絕對值(亦即絕對訊號)，因應於設定條件來生成為了初始設定而驅動此無刷直流馬達所需要的控制用絕對資料。 另外，在裝設機械角-電角度訊號轉換單元的直流馬達為有刷直流馬達的情況下，具有以下功能：在該馬達的初始設定時，依據從磁阻感測器單元111所輸出的訊號，因應於設定條件來生成為了初始設定而驅動該馬達所需要之經增量化或經絕對化的訊號。
訊號轉換資料生成功能(增量)122具有以下功能：生成訊號轉換資料，並記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定資料，前述訊號轉換資料是用於將磁阻感測器單元111的輸出轉換成驅動裝設對象的直流馬達所需要之經增量化的驅動用的訊號之資料。例如，在裝設對象即馬達為增量對應型的無刷直流馬達的情況下，訊號轉換資料生成功能122會生成無刷直流馬達驅動用的訊號轉換資料，並記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定資料，前述無刷直流馬達驅動用的訊號轉換資料會給出：從磁阻感測器單元111所輸出的A、B、Z訊號、與以馬達驅動訊號生成功能121所生成的U、V、W訊號的對應關係。在裝設對象即馬達為有刷直流馬達的情況下，會生成有刷直流馬達驅動用的訊號轉換資料，並記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定資料，前述有刷直流馬達驅動用的訊號轉換資料會給出：從磁阻感測器單元111所輸出的A、B、Z訊號、與以馬達驅動訊號生成功能121所生成的A、B、Z訊號的對應關係。
又，訊號轉換資料生成功能(絕對)123具有以下功能：生成絕對對應的直流馬達用的訊號轉換資料，並記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定資料。即，訊號轉換資料生成功能123會生成訊號轉換資料，並記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定資料，前述訊號轉換資料會給出：從磁阻感測器單元111從輸出得到的表示旋轉角度的絕對值之絕對訊號(機械角)、與以馬達驅動訊號生成功能121所生成的控制用絕對資料(電角度)的對應關係。
在初始設定與調整用記憶體124中，記錄有和初始設定所需要的馬達的驅動訊號之資料、及馬達的種類或規格等相關的資訊。
旋轉編碼器110在初始設定時，在與初始設定單元120一起裝設於裝設對象即馬達500的狀態下，依照從輸出設定/切換部130所輸入的條件，並藉由初始設定單元120的訊號轉換資料生成功能(增量)122或訊號轉換資料生成功能(絕對)123功能，來生成訊號轉換資料，並將該等的資料記錄於非揮發性記憶體來作為初始設定值。 之後，在裝設對象即馬達500的運轉時，旋轉編碼器110以磁阻感測器單元111的檢測值與已記錄於非揮發性記憶體的初始設定值為依據，而以機械角-電角度訊號轉換單元112、113來進行預定的訊號轉換之處理。馬達驅動器400會接受旋轉編碼器110的輸出，並生成預定的驅動訊號，來驅動馬達500。
旋轉編碼器110、初始設定單元120及輸出設定/切換部130各自以例如將CPU、ROM或RAM等的記憶體、振盪電路、計時器、I/O介面、串列I/F等集成為1個LSI(大型積體電路)的單晶片微電腦來實現。藉由在CPU上執行已保持於記憶體的程式，便可實現各功能。
接著，針對磁阻感測器單元111的構成例及功能，一邊參照圖2A、圖2B一邊說明。 磁阻感測器單元111亦可採用包含GMR(巨磁阻，Giant Magnetoresistance)在內的磁電阻效應元件(MR：AMR(異向性磁阻，anisotropic magnetoresistance) 、GMR、TMR(穿隧磁阻，tunnel magnetoresistance)等)的任一者來作為磁阻感測器。磁阻感測器單元111具有平板狀的磁鐵1110、與感測器輸出處理單元1120。 感測器輸出處理單元1120在相向於磁鐵1110的位置且隔有距離的馬達的固定側(例如馬達殼體)，具備有透過基板而被固定之1對磁阻感測器1122A、1122B、溫度感測器112C、及感測器輸出處理電路部。感測器輸出處理電路部具備有：AD轉換器11123、軸偏移補正處理部11124、RAM等的感測器記憶體11125、反正切運算處理部11126、絕對訊號生成部11127、及增量A相與B相訊號生成部11128。
若已固定於馬達的旋轉軸的磁鐵1110旋轉相當於角度θ(機械角)而讓作用於各磁阻感測器的磁場的方向旋轉時，如圖2B所示，磁阻感測器的電阻值(換言之即通用感測器的輸出訊號的電壓)會對應於此旋轉而變動，且於馬達500的旋轉軸的每旋轉1圈，以SIN波、COS波的每一種波來輸出360度(機械角)、各自1周期份的脈衝訊號。在感測器輸出處理電路部中，可將1對磁阻感測器的類比訊號量子化，且藉由電角度的內插處理來進行多分割，而分別轉換成A相、B相的數位訊號。將此A相、B相的數位訊號以脈衝計數器累積相加，並將該值藉由反正切運算處理部11126進行反正切運算。此反正切運算的結果，同步於旋轉軸的每旋轉1圈的角度0的位置，而生成使增量值反覆呈直線狀地增減的直角三角形狀的訊號。
在絕對訊號生成部11127，以從反正切運算處理部11126所輸出的直線狀的訊號為依據，來生成表示馬達的旋轉角度(機械角)的絕對值之絕對訊號的資料，並保持於感測器記憶體11125。 在增量A相與B相訊號生成部11128，以從反正切運算處理部11126所輸出的直線狀的訊號為依據，來生成經增量化的A相訊號及B相訊號的脈衝的資料，並保持於感測器記憶體11125。再者，Z訊號也可同步於旋轉軸的每旋轉1圈所出現的角度0(原點)的位置來生成(以下，A相、B相、Z相訊號)。 磁阻感測器111的原點的位置(Z0)是和已固定於馬達的旋轉軸的磁鐵1110上的特定的位置(例如圖2B的SIN波的類比輸出值為0的時間點)相對應的位置。
圖3是顯示裝設有圖1的旋轉編碼器110的無刷直流馬達500的主要部分的構成例的縱截面圖。在此例中，在無刷直流馬達500的旋轉軸510的一端的端面，透過保持組件(省略圖示)而固定有磁阻感測器單元111的圓板狀的磁鐵1110。 無刷直流馬達500具備有磁場鐵芯541、與隔著絕緣構件而捲繞於此磁場鐵芯541的磁場線圈542，來作為固定於馬達殼體520的內部的定子。與旋轉軸510一體地形成的磁鐵543是具有轉子軛、及固定於該轉子軛的外周部之例如8個永久磁鐵的8極轉子。旋轉軸510是被設置於馬達殼體210的軸承530所保持。 另一方面，在馬達端蓋522的內側固定有搭載了旋轉編碼器110的基板117。在此基板117上之相向於磁鐵的位置，設置有包含1對磁阻感測器1122A、1122B之磁阻感測器111的感測器輸出處理單元1120。
接著，一邊參照圖4、圖5，一邊針對圖1的旋轉編碼器的初始設定系統100之增量對應的初始設定系統的功能進行說明。亦即，針對在初始設定時，以旋轉編碼器110、初始設定單元120及輸出設定/切換部130所實現的增量對應的初始設定功能進行說明。 在初始設定時，透過連接器來將初始設定單元120及輸出設定/切換部130連接於直流馬達500的旋轉編碼器110。 本實施例之旋轉編碼器的初始設定系統100具備有：機械角-電角度訊號轉換單元(增量)1000，藉由初始設定單元120的訊號轉換資料生成功能(增量)122等生成增量訊號，來作為馬達驅動用的訊號；及機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)1200，藉由初始設定單元120的訊號轉換資料生成功能(絕對)123等生成絕對訊號，來作為馬達驅動用的訊號。
機械角-電角度訊號轉換單元(增量)1000具有：編碼器的解析度設定功能1001、設定馬達的規格(例如馬達的種類、極數、槽數等)的規格設定功能1002、從磁阻感測器輸出取得增量A、B、Z訊號的功能1003、以A、B、Z訊號為依據之U、V、W訊號生成功能1004、訊號轉換資料生成功能1005、及訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能1007。
機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)1200也同樣地具有：編碼器的解析度設定功能1201、從磁阻感測器輸出取得絕對資料的功能1202、串列/平行轉換功能1203、絕對驅動訊號用資料生成功能1204、訊號轉換資料生成功能1205、及訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能12006。
接著，一邊參照圖5，一邊針對使用了初始設定系統100的機械角-電角度訊號轉換單元(增量)1000之初始設定的處理的程序進行說明。 在初始設定的開始(S500)時，透過連接器將初始設定系統100的初始設定單元120及輸出設定/切換部130連接到已裝設於控制對象的馬達500內之旋轉編碼器110(S501)。接著，初始設定單元120會受理以輸出設定/切換部130所設定的輸出條件(S502)。在例如裝設對象即馬達為增量對應型直流馬達的情況下，可選擇增量訊號的生成來作為輸出的類型。又，設定編碼器的解析度。此外，設定與馬達的種類、極數、槽數等相關之資料。例如，可設定馬達的每旋轉1圈的A、B、Z訊號的數量NA/R、或每旋轉1圈的U、V、W訊號的重複次數Pn/R。此外，可設定電壓輸出、開路集極輸出、線路驅動器輸出、匯流排輸出等的條件。
接著，初始設定單元120藉由馬達驅動訊號生成功能121，使用已記錄於初始設定與調整用記憶體124的初始設定用驅動訊號，來驅動對象的馬達500(S503)。然後，藉由從磁阻感測器輸出取得增量A、B、Z訊號的功能1003，而取得伴隨於馬達500的旋轉之磁阻感測器單元111的輸出即增量A、B、Z訊號(機械角)等，並保持於緩衝記憶體(S504)。此外，藉由編碼器的解析度設定功能1001，將已取得的訊號因應於所設定的解析度來分割(S505)。接著，確認藉由規格設定功能1002所設定的控制對象的馬達的種類(S506)，在為無刷直流馬達的情況下，藉由以A、B、Z訊號為依據之U、V、W訊號生成功能1004，依據已分割的A、B、Z訊號，來生成因應於輸出條件之A、B、Z訊號及U、V、W訊號的資料(=電角度)(S507)。在控制對象的馬達為有刷直流馬達的情況下，則生成因應於輸出條件之A、B、Z訊號的資料(電角度)(S508)。
接著，判定所生成的訊號，例如增量對應型的無刷直流馬達用的A、B、Z，U、V、W訊號、或有刷直流馬達用的A、B、Z訊號是否滿足藉由規格設定功能1002所設定出的設定條件(S509)。如果在未滿足設定條件的情況下，則進行訊號的調整處理以滿足設定條件(S510)。在已滿足設定條件時，藉由訊號轉換資料生成功能1005，生成經增量化的資料(電角度)來作為訊號轉換資料(S511)，並藉由訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能1007將此訊號轉換資料記錄於非揮發性記憶體1300(S512)，而作為增量型的旋轉編碼器110A。
圖6是顯示使用了訊號轉換資料的增量對應型直流馬達用的A、B、Z-U、V、W訊號的生成過程的一例的圖。如圖6所示，使用訊號轉換資料，來將從旋轉編碼器110的磁阻感測器單元111所得到之以Z訊號為基準之經增量化的A、B訊號(機械角)，轉換成同步於A、B、Z訊號的U相、V相、W相之訊號。例如，在正旋轉的情況下，同步於和Z訊號的上升同步之A訊號來決定U相的上升，並因應於馬達的極數來生成對應於此U相的U訊號之資料。同樣地進行，來生成電角度每120度相位不同的V、W訊號的資料(電角度)。此資料是馬達的旋轉一圈即以Z訊號單位來重複的驅動用之訊號的資料。
回到圖5，將初始設定單元120及輸出設定/切換部130從初始設定對象的編碼器110A移除(S513)，結束初始設定(S514)。
圖7是顯示以圖5的處理所生成並記錄於非揮發性記憶體之訊號轉換資料之一例的示意的圖。 在此例中，訊號轉換資料將以下資料表格化：以從旋轉編碼器110A的磁阻感測器單元所輸出的Z訊號作為基準而給出對應於經增量化的A、B訊號之U、V、W訊號之值的資料。例如，相對於從旋轉編碼器110A所輸出之增量值0000001(非揮發性記憶體位址00001200)的A相的訊號，U相會成為H、V相與W相會成為L，相對於增量值0000176(非揮發性記憶體位址00001550)的A相的訊號，U相會成為L、V相會成為H、W相會成為L。 如此，只要可得知從磁阻感測器單元所輸出的A、B訊號的非揮發性記憶體的位址，旋轉編碼器110A即可以藉由訊號轉換資料，從非揮發性記憶體取得增量對應型直流馬達用的U、V、W相的訊號之資料。
回到圖5，接著，將初始設定單元120及輸出設定/切換部130從初始設定對象的編碼器110A移除(S513)，結束初始設定(S514)。
圖8是顯示將已結束初始設定的增量型的旋轉編碼器110A搭載於裝設對象即增量對應型的無刷直流馬達500來使用之狀態的圖。 此旋轉編碼器在非揮發性記憶體1300保有如圖7所示之訊號轉換資料。在旋轉編碼器110A中，可以依據來自磁阻感測器單元111的輸出訊號即A、B、Z相的訊號(機械角)，並藉由訊號轉換資料生成功能(增量)122，而使用訊號轉換資料，來從非揮發性記憶體1300直接讀取初始設定完畢的U、V、W訊號之資料(電角度)。然後，將經增量化的A、B、Z訊號及U、V、W訊號透過訊號發送單元115、116輸出到無刷直流馬達的驅動器400。
如此，依據本實施例，由於可以在初始設定時，使用旋轉編碼器110的機械角-電角度訊號轉換單元(增量)112、與初始設定單元120及輸出設定/切換部130，來將旋轉編碼器110設定為對應於裝設對象的馬達之增量型的旋轉編碼器110A，因此可以提供一種可以對應於各種的增量型的直流馬達的規格之通用性優異的旋轉編碼器。
又，依據本實施例之旋轉編碼器110A，由於可以依據磁阻感測器單元的輸出訊號，取得直流馬達驅動用的訊號，並將其輸出到直流馬達的驅動器400，因此可以提供一種將用於生成直流馬達的驅動訊號的處理簡化並減輕微電腦的負荷之低價的旋轉編碼器110A。
接著，一邊參照圖9一邊針對使用了初始設定系統100的機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)1200的絕對對應的初始設定的處理程序的例子進行說明。 在初始設定的開始(S900)時，將初始設定系統100的初始設定單元120及輸出設定/切換部130，透過連接器來連接於已裝設在控制對象即馬達500內的旋轉編碼器110(S901)。接著，初始設定單元120會受理以輸出設定/切換部130所設定的輸出條件(S902)。在此例中，選擇絕對訊號來作為輸出。又，藉由編碼器的解析度設定功能1201來設定編碼器的解析度。
接著，初始設定單元120藉由馬達驅動訊號生成功能121，以已記錄於初始設定與調整用記憶體124的初始設定用驅動訊號，來驅動對象的馬達(S903)。然後，藉由從磁阻感測器輸出取得絕對資料的資料取得功能1202，從伴隨於馬達500的旋轉之磁阻感測器單元的輸出取得絕對資料(機械角)，並保持於緩衝記憶體(S904)。此外，將此絕對資料因應於設定解析度來進行分割處理(S905)，並藉由串列/平行轉換功能1203，將經分割的絕對資料轉換成串列、平行訊號，並藉由絕對驅動訊號用資料生成功能1204，來生成因應於輸出條件之驅動訊號生成用的控制用絕對資料(電角度)(S906)。
接著，判定所生成的驅動訊號生成用的資料是否滿足設定條件(S907)。如果在未滿足設定條件的情況下，則進行訊號的調整處理以滿足設定條件(S908)。在已滿足設定條件的情況下，藉由訊號轉換資料生成功能1205來生成作為訊號轉換資料(S909)。
圖10是顯示絕對對應型直流馬達用的驅動訊號生成用之資訊的生成過程之一例的示意圖。從旋轉編碼器110的磁阻感測器單元111可得到如圖10(A)所示之絕對訊號(機械角)。圖10(B)的訊號轉換資料是給出絕對訊號(機械角)與絕對訊號(電角度)的位址之對應關係的資料。例如，在磁阻感測器單元111的輸出值(位址)為N-Mx(機械角)的情況下，以訊號轉換資料為依據，旋轉編碼器的輸出值(即驅動訊號生成用的資料(位址))會成為N-Ex(電角度)。
回到圖9，藉由訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能12006，讓此訊號轉換資料記錄於旋轉編碼器110的非揮發性記憶體1300(S910)，而完成絕對型的旋轉編碼器110B。 接著，將初始設定單元120及輸出設定/切換部130從初始設定對象的編碼器110B移除(S911)，結束初始設定(S912)。
圖11是顯示將已結束初始設定的旋轉編碼器110B搭載於絕對對應型直流馬達來使用之狀態的圖。在此例中，是將在非揮發性記憶體1300保有訊號轉換資料的絕對型的旋轉編碼器110B搭載於無刷直流馬達500來使用。 在旋轉編碼器110B中，可以依據來自磁阻感測器單元111的絕對訊號(機械角)，而在訊號轉換資料生成功能(絕對)123中使用訊號轉換資料，來從非揮發性記憶體1300直接讀取初始設定完畢的驅動訊號生成用之資料(電角度)。可透過訊號發送接收單元115、116來將此驅動訊號生成用之資料輸出到無刷直流馬達的驅動器400。
如此，依據本實施例之旋轉編碼器110B，可以依據來自磁阻感測器單元111的輸出訊號，而從非揮發性記憶體1300直接讀取初始設定完畢之驅動訊號生成用的絕對訊號之資料。換言之，可以提供一種將用於生成直流馬達的驅動訊號生成用的資料之處理簡化並減輕微電腦的負荷之低價的旋轉編碼器。
又，依據本實施例，由於可以在初始設定時，使用旋轉編碼器110的機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)113、與初始設定單元120及輸出設定/切換部130，來將旋轉編碼器110設定成絕對型的旋轉編碼器110B，因此可以提供一種可以對應於各種的馬達規格之通用性優異的旋轉編碼器。 [實施例2]
接著，針對將本發明之通用型的旋轉編碼器適用於6軸的多關節型機器人的第2實施例，一邊參照圖12一邊進行說明。 多關節型機器人600具備有：基部602、本體部610及構成連桿(link)的複數個臂部(613、618等)。在本體部610內設置有控制多關節型機器人600的整體的控制部。各關節部將連桿連結成可互相旋動。基部與臂部是藉由以6個軸(即S(旋繞)軸611、L(下腕)軸612、U(上腕)軸616、R(手腕旋繞)軸620、T(手腕旋轉)軸622、B(手腕彎曲)軸626)為中心來使其各自旋轉的致動器而進行驅動。這些致動器是以具備有本發明之旋轉編碼器110的無刷直流馬達500、與連接於各馬達的輸出軸的減速機構來構成。在臂部的前端設置有操作單元624。作為操作單元624，可以設置工具、相機、其他。
對於S軸611、L軸612、及U軸616的驅動，採用的是具備有旋轉編碼器110A之增量對應的無刷直流馬達500，前述旋轉編碼器110A具有本發明之機械角-電角度訊號轉換單元(增量)112。又，對於R軸620、T軸622、及B軸626的驅動，採用的是具備有旋轉編碼器110B之絕對對應的無刷直流馬達500，前述旋轉編碼器110B具有本發明之增量機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)113。 控制部包含有相當於圖8或圖11所示之旋轉編碼器110A、110B與無刷直流馬達的驅動器400的功能，並以指令值與負荷及旋轉編碼器的輸出為依據，來驅動各臂部。
藉由將採用了本實施例之旋轉編碼器110A、110B的2種類的無刷直流馬達，作為6軸的驅動源來分別靈活運用，變得可更適當地控制旋轉範圍較廣的基部、與要求較高的定位精度的臂部。例如，可以對裝配線或晶片貼片機，提供控制特性優異且低價的馬達。 又，由於2種類的無刷直流馬達採用磁阻感測器，且採用將用於生成直流馬達的驅動用的訊號之處理簡化並減輕微電腦的負荷之低價的通用型的旋轉編碼器，因此整體上可以提供低價的裝置。
又，依據本實施例，由於可以使用前述旋轉編碼器初始設定系統，在初始設定時設定成增量型的旋轉編碼器或絕對型的旋轉編碼器，因此可以提供一種可以在系統彈性地對應於各種的馬達規格之通用性優異的旋轉編碼器。
再者，藉由使用實施例1中所述的初始設定單元及輸出設定/切換部，即使作為6軸的驅動源的直流馬達，因應於各軸所要求的個別的驅動條件等，來設成讓6個的旋轉編碼器乃至6個馬達的規格全部不同之構成也是容易的。
在上述各實施例中，雖然針對藉由電腦執行記錄於記憶體的程式來進行處理之情況作了說明，但本發明並非限定於此。例如，也可以將依據程式而動作的運算部的一部分或全部的功能以ASIC(特殊應用積體電路，Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(現場可程式邏輯閘陣列，Field-Programmable Gate Array)等的專用LSI來構成。
依據本發明，可以提供一種藉由使用前述旋轉編碼器初始設定系統，而適合於使用在各種的產業用機器之作為驅動源的直流馬達上之低價的通用型的旋轉編碼器。
100:旋轉編碼器初始設定系統 1000:機械角-電角度訊號轉換單元(增量) 1001:解析度設定功能 1002:規格設定功能 1003:從磁阻感測器輸出取得增量A、B、Z訊號的功能 1004:以A、B、Z訊號為依據之U、V、W訊號生成功能 1005:訊號轉換資料生成功能 1006:訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能 110:旋轉編碼器 110A:旋轉編碼器(增量型) 110B:旋轉編碼器(絕對型) 111:磁阻感測器單元 1110:磁鐵 1120:感測器輸出處理單元 1122A:第1磁阻感測器 1122B:第2磁阻感測器 1122C:溫度感測器 11123:AD轉換器 11124:軸偏移補正處理部 11125:感測器記憶體 11126:反正切運算處理部 11127:絕對訊號生成部 11128:增量A相與B相訊號生成部 112:機械角-電角度訊號轉換單元(增量) 113,1200:機械角-電角度訊號轉換單元(絕對) 114:編碼器的記憶體 115:平行訊號發送單元 116:串列訊號發送接收單元 117:基板 120:初始設定單元 1201:解析度設定功能 1202:從磁阻感測器輸出取得絕對資料的功能 1203:串列/平行轉換功能 1204:絕對驅動訊號用資料生成功能 1205:訊號轉換資料生成功能 1206:訊號轉換資料的記錄(讀/寫)功能 121:馬達驅動訊號生成功能 122:訊號轉換資料生成功能(增量) 123:訊號轉換資料生成功能(絕對) 124:初始設定與調整用記憶體 130:輸出設定/切換部 140:電源電路 400:馬達驅動器 500:直流馬達 510:旋轉軸 520:馬達殼體 522:馬達端蓋 530:軸承 541:磁場鐵芯 542:磁場線圈 543:磁鐵 600:多關節型機器人 602:基部 610:本體部 611:S(旋繞)軸 612:L(下腕)軸 613,618:臂部 616:U(上腕)軸 620:R(手腕旋繞)軸 622:T(手腕旋轉)軸 624:操作單元 626:B(手腕彎曲)軸 1300:非揮發性記憶體 X,Y,Z:方向
圖1是顯示本發明的第1實施例之旋轉編碼器的初始設定系統的構成例的圖。 圖2A是顯示圖1的旋轉編碼器中的磁阻感測器單元的構成例的圖。 圖2B是顯示圖2A的磁阻感測器單元中的訊號的處理方法的概念的圖。 圖3是顯示裝設有圖1的旋轉編碼器之無刷直流馬達的主要部分的構成例的縱截面圖。 圖4是顯示圖1的旋轉編碼器的初始設定系統之功能的方塊圖。 圖5是顯示藉由圖1的旋轉編碼器的初始設定系統所進行之增量對應的初始設定的處理之一例的流程圖。 圖6是顯示圖5的初始設定的處理中的使用了訊號轉換資料之A、B、Z-U、V、W訊號的生成過程之一例的圖。 圖7是顯示以圖5的處理所生成且記錄於非揮發性記憶體之訊號轉換資料之一例的示意的圖。 圖8是顯示將已結束圖5的初始設定之旋轉編碼器搭載於無刷直流馬達來使用之狀態的圖。 圖9是顯示藉由圖1的旋轉編碼器初始設定系統所進行之絕對對應的初始設定的處理之一例的流程圖。 圖10是顯示以圖9的處理所生成且記錄於非揮發性記憶體之絕對對應型直流馬達用的驅動訊號生成用之資訊的生成過程之一例的示意圖。 圖11是顯示將已結束圖9的初始設定之旋轉編碼器搭載於無刷直流馬達來使用之狀態的圖。 圖12是裝設有本發明的第2實施例之旋轉編碼器的機器人的立體圖。
100:旋轉編碼器初始設定系統
110:旋轉編碼器
111:磁阻感測器單元
112:機械角-電角度訊號轉換單元(增量)
113:機械角-電角度訊號轉換單元(絕對)
114:記憶體(非揮發性記憶體)
115:平行訊號發送單元
116:串列訊號發送接收單元
120:初始設定單元
121:馬達驅動訊號生成功能
122:訊號轉換資料生成功能(增量)
123:訊號轉換資料生成功能(絕對)
124:初始設定與調整用記憶體
130:輸出設定/切換部
140:電源電路
400:直流/無刷直流馬達驅動器
500:馬達

Claims (5)

  1. 一種通用型旋轉編碼器，其特徵在於具備有： 磁阻感測器單元，輸出直流馬達的旋轉軸的旋轉角度的機械角之資訊； 機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之資訊並輸出；及 非揮發性記憶體， 前述機械角-電角度訊號轉換單元具有： 增量對應的機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之經增量化的訊號；及 絕對對應的機械角-電角度訊號轉換單元，將前述磁阻感測器單元的輸出資訊轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之經絕對化的訊號， 前述非揮發性記憶體保有訊號轉換資料來作為初始設定資料，前述訊號轉換資料是用於將與裝設前述旋轉編碼器之前述直流馬達的類型相對應之前述磁阻感測器單元的輸出資訊，轉換成直流馬達驅動訊號生成用之訊號的資料， 前述機械角-電角度訊號轉換單元構成為：依據前述訊號轉換資料，於前述直流馬達的運轉時，將從前述磁阻感測器單元所輸出的前述輸出資訊，轉換成前述直流馬達驅動訊號生成用之訊號來輸出。
  2. 如請求項1之通用型旋轉編碼器，其中前述增量對應的機械角-電角度訊號轉換單元是構成為： 將增量型的無刷直流馬達設為對象，來作為裝設前述旋轉編碼器的前述直流馬達， 並取得對應於前述無刷直流馬達的旋轉角度之A、B、Z訊號，來作為前述磁阻感測器單元的輸出資訊， 且構成為： 將給出前述馬達驅動訊號生成用的訊號即U、V、W訊號之值的資料保有為前述初始設定資料，來作為前述訊號轉換資料，且前述馬達驅動訊號生成用的訊號是以前述磁阻感測器單元的輸出資訊即前述Z訊號作為基準，而相對於前述A、B訊號之訊號， 進一步利用前述訊號轉換資料，將已取得的前述A、B、Z訊號，轉換成前述U、V、W訊號並輸出。
  3. 如請求項1之通用型旋轉編碼器，其中前述絕對對應的機械角-電角度訊號轉換單元是構成為： 將絕對型的無刷直流馬達作為對象，來作為裝設前述旋轉編碼器的前述直流馬達， 並取得對應於前述無刷直流馬達的原點位置及旋轉角度之絕對訊號，來作為前述磁阻感測器單元的輸出資訊， 且構成為： 將給出前述馬達驅動訊號生成用的訊號即絕對訊號的電角度之值的資料，保有作為前述初始設定資料，來作為前述訊號轉換資料，且前述馬達驅動訊號生成用的訊號是相對於以前述原點位置作為基準之前述磁阻感測器單元的輸出資訊即前述絕對訊號的機械角之訊號， 進一步利用前述訊號轉換資料，將前述絕對對應的機械角的訊號，轉換成以前述原點位置作為基準之前述電角度的絕對訊號的資料並輸出。
  4. 如請求項1至3中任一項之通用型旋轉編碼器，其中前述訊號轉換資料是在前述直流馬達的初始設定時，使用包含連接於前述旋轉編碼器的初始設定單元與前述磁阻感測器單元的初始設定系統，而作為對應於前述直流馬達的構成的資料來生成，且記錄於前述非揮發性記憶體的前述初始設定資料， 前述初始設定單元具備有輸出設定/切換部，前述輸出設定/切換部是用於輸入有關於前述直流馬達的構成之資料，並選擇前述旋轉編碼器的資料的輸出形式， 前述初始設定單元是構成為隨著前述直流馬達的初始設定結束，而從前述旋轉編碼器被移除。
  5. 如請求項4之通用型旋轉編碼器，其中前述初始設定單元具有以下功能： 在裝設前述旋轉編碼器的前述直流馬達為增量型的無刷直流馬達的情況下， 依據來自前述輸出設定/切換部的輸入資訊，生成前述訊號轉換資料來作為前述初始設定資料，並記錄於前述非揮發性記憶體，前述訊號轉換資料會給出用於驅動裝設前述旋轉編碼器的前述無刷直流馬達之前述U、V、W訊號之值。
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