WO2017126338A1 - エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an encoder device, a driving device, a stage device, and a robot device.
  • a multi-rotation type encoder device that distinguishes the number of rotations of a shaft is mounted on various devices such as a robot device (for example, see Patent Document 1 below).
  • the encoder apparatus receives power supply from, for example, a main power supply of the robot apparatus, and includes rotational position information including multi-rotation information indicating the number of rotations and angular position information indicating an angular position of less than one rotation. Is detected.
  • the robot apparatus finishes the predetermined processing, its main power may be turned off. In this case, the power supply from the main power supply of the robot apparatus to the encoder apparatus is also stopped.
  • the robot apparatus may require information such as an initial posture when the main power source is turned on next time, that is, when the next operation is started. For this reason, the encoder device is required to retain the multi-rotation information even in a state where power is not supplied from the outside. Therefore, an encoder device that retains multi-rotation information with power supplied from a battery in a state where power supply from the main power source cannot be obtained is used.
  • the encoder apparatus as described above has no battery maintenance (eg, replacement) or the maintenance frequency is low.
  • a position detection system including a detection unit that detects position information of the moving unit, an electric signal generating unit that generates an electric signal by the movement of the moving unit, and an electric signal generating unit
  • an encoder device including a battery that supplies at least a part of power consumed by the position detection system in accordance with an electrical signal to be transmitted.
  • the apparatus includes a position detection unit that detects position information of the moving unit by supplying power, and a signal generation unit that outputs a signal by moving the moving unit, and is based on the output signal.
  • a position detection unit that detects position information of the moving unit by supplying power
  • a signal generation unit that outputs a signal by moving the moving unit, and is based on the output signal.
  • an encoder device is provided in which power is supplied to the position detector.
  • a drive device including the encoder device according to the first aspect or the second aspect, and a power supply unit that supplies power to the moving unit.
  • a stage device including a moving object and a driving device according to the third aspect for moving the moving object.
  • a robot apparatus including the driving device according to the third aspect, and a first arm and a second arm that are relatively moved by the driving device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the encoder device EC detects rotational position information of the rotation shaft SF (moving unit) of the motor M (power supply unit).
  • the rotating shaft SF is, for example, a shaft (rotor) of the motor M, and is a working shaft (output shaft) connected to the shaft of the motor M via a power transmission unit such as a transmission and to a load. May be.
  • the rotational position information detected by the encoder device EC is supplied to the motor control unit MC.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the motor M using the rotational position information supplied from the encoder device EC.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the rotation shaft SF.
  • Encoder device EC includes a position detection system 1 and a power supply system 2.
  • the position detection system 1 detects rotation position information of the rotation axis SF.
  • the encoder device EC is a so-called multi-rotation absolute encoder, and detects rotational position information including multi-rotation information indicating the number of rotations of the rotating shaft SF and angular position information indicating an angular position (rotation angle) of less than one rotation.
  • the encoder device EC includes a multi-rotation information detection unit 3 that detects multi-rotation information of the rotation axis SF, and an angle detection unit 4 that detects an angular position of the rotation axis SF.
  • At least a part of the position detection system 1 (for example, the angle detection unit 4) is, for example, in a state where the power of a device (for example, a drive device, a stage device, a robot device) on which the encoder device EC is mounted is turned on. It operates with power supplied from this device.
  • at least a part of the position detection system 1 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) supplies power from the power supply system 2 in a state in which the power of the device on which the encoder device EC is mounted is not turned on, for example. To work.
  • the power supply system 2 is intermittently connected to at least a part of the position detection system 1 (for example, the multi-rotation information detection unit 3) in a state where the power supply from the device on which the encoder device EC is mounted is cut off.
  • the position detection system 1 detects at least a part (for example, multi-rotation information) of the rotational position information of the rotation axis SF when power is supplied from the power supply system 2. .
  • the multi-rotation information detection unit 3 detects multi-rotation information by magnetism, for example.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes, for example, a magnet 11, a magnetic detection unit 12, a detection unit 13, and a storage unit 14.
  • the magnet 11 is provided on a disk 15 fixed to the rotation shaft SF. Since the disk 15 rotates with the rotation axis SF, the magnet 11 rotates in conjunction with the rotation axis SF.
  • the magnet 11 is fixed to the outside of the rotating shaft SF, and the relative positions of the magnet 11 and the magnetic detection unit 12 change according to the rotation of the rotating shaft SF.
  • the strength and direction of the magnetic field on the magnetic detection unit 12 formed by the magnet 11 changes according to the rotation of the rotation axis SF.
  • the magnetic detection unit 12 detects the magnetic field formed by the magnet 11, and the detection unit 13 detects the position information of the rotation axis SF based on the result of the magnetic detection unit 12 detecting the magnetic field formed by the magnet.
  • the storage unit 14 stores the position information detected by the detection unit 13.
  • the angle detection unit 4 is an optical or magnetic encoder, and detects position information (angle position information) within one rotation of the scale. For example, in the case of an optical encoder, the angular position within one rotation of the rotation axis SF is detected by reading patterning information of the scale with a light receiving element, for example.
  • the scale patterning information is, for example, bright and dark slits on the scale.
  • the angle detection unit 4 detects angular position information of the rotation axis SF that is the same as the detection target of the multi-rotation information detection unit 3.
  • the angle detection unit 4 includes a light emitting element 21, a scale S, a light receiving sensor 22, and a detection unit 23.
  • the scale S is provided on a disc fixed to the rotating shaft SF.
  • the scale S includes an incremental scale and an absolute scale.
  • the scale S may be provided on the disk 15 or may be a member integrated with the disk 15.
  • the scale S may be provided on the surface of the disc 15 opposite to the magnet 11.
  • the scale S may be provided on at least one of the inside and the outside of the magnet 11.
  • the light emitting element 21 irradiation unit, light emitting unit irradiates the scale S with light.
  • the light receiving sensor 22 (light detection unit) detects light emitted from the light emitting element 21 and passing through the scale S.
  • the angle detection unit 4 is a transmission type, and the light receiving sensor 22 detects light transmitted through the scale S.
  • the angle detector 4 may be a reflection type.
  • the light receiving sensor 22 supplies a signal indicating the detection result to the detection unit 23.
  • the detection unit 23 detects the angular position of the rotation axis SF using the detection result of the light receiving sensor 22.
  • the detection unit 23 detects the angular position of the first resolution using the result of detecting the light from the absolute scale.
  • the detection unit 23 detects an angular position of the second resolution higher than the first resolution by performing an interpolation operation on the angular position of the first resolution using the result of detecting the light from the incremental scale. .
  • the encoder device EC includes a signal processing unit 25.
  • the signal processing unit 25 processes the detection result by the position detection system 1.
  • the signal processing unit 25 includes a synthesis unit 26 and an external communication unit 27.
  • the synthesizing unit 26 acquires the angular position information of the second resolution detected by the detecting unit 23. Further, the synthesis unit 26 acquires the multi-rotation information of the rotation axis SF from the storage unit 14 of the multi-rotation information detection unit 3.
  • the synthesizer 26 synthesizes the angular position information from the detector 23 and the multi-rotation information from the multi-rotation information detector 3 to calculate rotational position information.
  • the synthesis unit 26 calculates (2 ⁇ ⁇ n + ⁇ ) as rotation position information.
  • the rotation position information may be information obtained by combining multi-rotation information and angular position information of less than one rotation.
  • the synthesizing unit 26 supplies the rotational position information to the external communication unit 27.
  • the external communication unit 27 is communicably connected to the communication unit MC1 of the motor control unit MC by wire or wireless.
  • the external communication unit 27 supplies digital rotational position information to the communication unit MC1 of the motor control unit MC.
  • the motor control unit MC appropriately decodes the rotational position information from the external communication unit 27 of the angle detection unit 4.
  • the motor control unit MC controls the rotation of the motor M by controlling the power (drive power) supplied to the motor M using the rotational position information.
  • the power supply system 2 includes an electric signal generation unit 31, a battery (battery) 32, and a switching unit 33.
  • the electric signal generating unit 31 generates an electric signal by the rotation of the rotating shaft SF.
  • This electric signal includes, for example, a waveform in which power (current, voltage) changes with time.
  • electric power is generated as an electric signal by a magnetic field that changes in accordance with the rotation of the rotating shaft SF.
  • electric power is generated in the electrical signal generation unit 31 by a change in the magnetic field formed by the magnet 11 used by the multi-rotation information detection unit 3 to detect the multi-rotation position of the rotation axis SF.
  • the electrical signal generation unit 31 is arranged such that the relative angular position with the magnet 11 changes as the rotation axis SF rotates. For example, when the relative position between the electrical signal generation unit 31 and the magnet 11 reaches a predetermined position, the electrical signal generation unit 31 generates a pulsed electrical signal.
  • the battery 32 supplies at least a part of the electric power consumed by the position detection system 1 according to the electric signal generated by the electric signal generating unit 31.
  • the battery 32 is a primary battery such as a button-type battery or a dry battery.
  • the battery 32 is a button-type battery, for example, and is held by the holding unit 35.
  • the holding unit 35 is, for example, a circuit board on which at least a part of the position detection system 1 is provided.
  • the holding unit 35 holds, for example, the detection unit 13, the switching unit 33, and the storage unit 14.
  • the holding unit 35 is provided with, for example, a battery case that can accommodate the battery 32, electrodes connected to the battery 32, wiring, and the like.
  • the switching unit 33 switches the presence / absence of power supply from the battery 32 to the position detection system 1 in accordance with the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31. For example, the switching unit 33 starts supplying power from the battery 32 to the position detection system 1 when the level of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 is equal to or higher than a threshold value. For example, the switching unit 33 starts the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the electric signal generation unit 31 generates power that is equal to or greater than the threshold value. Further, the switching unit 33 stops the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the level of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 is less than the threshold value.
  • the switching unit 33 stops the supply of power from the battery 32 to the position detection system 1 when the power generated by the electrical signal generation unit 31 becomes less than the threshold value. For example, when a pulsed electric signal is generated in the electric signal generating unit 31, the switching unit 33 causes the position detection system 1 from the battery 32 when the level (electric power) of the electric signal rises from a low level to a high level. The power supply from the battery 32 to the position detection system 1 is stopped after a predetermined time has elapsed since the level (power) of the electric signal has changed to a low level.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the magnet 11, the electric signal generation unit 31, and the magnetic detection unit 12 according to the present embodiment.
  • 2A shows a perspective view of the magnet 11, the electric signal generation unit 31, and the magnetic detection unit 12.
  • FIG. 2B shows the magnet 11 and the electric signal generation unit 31 viewed from the direction of the rotation axis SF. And a plan view of the magnetic detection unit 12 is shown.
  • FIG. 2C shows the circuit configuration of the magnetic sensor 51.
  • the magnet 11 is configured to change the direction and strength of the magnetic field in the radial direction (radial direction) with respect to the rotation axis SF by rotation.
  • the magnet 11 is, for example, an annular member that is coaxial with the rotation axis SF.
  • the main surface (front surface and back surface) of the magnet 11 is substantially perpendicular to the rotation axis SF.
  • the magnet 11 is a permanent magnet magnetized with four poles.
  • the magnet 11 has N poles and S poles arranged in the circumferential direction on the inner peripheral side and the outer peripheral side thereof, and the phase is shifted by 180 ° between the inner peripheral side and the outer peripheral side.
  • the boundary between the N pole and the S pole on the inner peripheral side substantially coincides with the boundary between the N pole and the S pole on the outer peripheral side in the circumferential direction (angular position).
  • the counterclockwise rotation when viewed from the front end side of the rotating shaft SF (the side opposite to the motor M in FIG. 1) is referred to as forward rotation, and the clockwise rotation is referred to as reverse rotation.
  • the forward rotation angle is represented by a positive value
  • the reverse rotation angle is represented by a negative value. Note that, when viewed from the base end side (the motor M side in FIG. 1) of the rotation shaft SF, counterclockwise rotation may be defined as forward rotation, and clockwise rotation as reverse rotation.
  • the angular position of one boundary between the N pole and the S pole in the circumferential direction is represented by a position 11a
  • the angular position rotated 90 ° from the position 11a is represented by a position 11b
  • An angular position rotated 90 ° from the position 11b is represented by a position 11c
  • a position rotated 90 ° from the position 11c is represented by a position 11d.
  • the position 11c is an angular position of another boundary between the N pole and the S pole in the circumferential direction.
  • the N pole is disposed on the outer peripheral side of the magnet 11, and the S pole is disposed on the inner peripheral side of the magnet 11.
  • the direction of the magnetic field in the radial direction is generally the direction from the outer peripheral side of the magnet 11 toward the inner peripheral side.
  • the strength of the magnetic field is maximum at the position 11b and is minimum near the position 11a and near the position 11c.
  • the N pole is disposed on the inner peripheral side of the magnet 11, and the S pole is disposed on the outer peripheral side of the magnet 11.
  • the direction of the magnetic field in the radial direction is a direction from the inner peripheral side of the magnet 11 toward the outer peripheral side.
  • the strength of the magnetic field is maximum at the position 11d and is minimum near the position 11a and near the position 11c.
  • the radial direction of the magnetic field formed by the magnet 11 is reversed at the position 11a and reversed at the position 11c.
  • the magnet 11 forms an alternating magnetic field in which the direction of the radial magnetic field is reversed with the rotation of the magnet 11 with respect to the coordinate system fixed outside the magnet 11.
  • the electric signal generation unit 31 is disposed at a position overlapping the magnet 11 when viewed from the normal direction of the main surface of the magnet 11.
  • a first electric signal generation unit 31a and a second electric signal generation unit 31b are provided as the electric signal generation unit 31 .
  • the first electric signal generation unit 31a and the second electric signal generation unit 31b are provided in non-contact with the magnet 11, respectively.
  • the first electric signal generation unit 31 a includes a first magnetic sensing unit 41 and a first power generation unit 42.
  • the first magnetic sensing unit 41 and the first power generation unit 42 are fixed to the outside of the magnet 11, and relative positions with respect to the respective positions on the magnet 11 change as the magnet 11 rotates.
  • the position 11b of the magnet 11 is disposed at a position of 45 ° counterclockwise from the first electric signal generating unit 31a, and the magnet 11 is moved forward (counterclockwise) from this state. ),
  • the position 11b, the position 11c, the position 11d, and the position 11a pass through the vicinity of the electric signal generating unit 31 in this order.
  • the first magnetic sensitive part 41 is a magnetic sensitive wire such as a Wiegand wire.
  • a large Barkhausen jump (Wiegand effect) occurs in the first magnetic sensing part 41 due to a change in the magnetic field accompanying the rotation of the magnet 11.
  • the first magnetic sensitive part 41 is a cylindrical member, and the axial direction thereof is set to the radial direction of the magnet 11. In the first magnetic sensing part 41, when an AC magnetic field is applied in the axial direction and the magnetic field is reversed, a domain wall is generated from one end to the other end in the axial direction.
  • the first power generation unit 42 is a high-density coil or the like that is wound around the first magnetic sensing unit 41.
  • electromagnetic induction occurs due to the occurrence of the domain wall in the first magnetic sensing unit 41, and an induced current flows.
  • a pulsed current (electric signal) is generated in the first power generation unit 42.
  • the direction of the current generated in the first power generation unit 42 changes according to the direction before and after the reversal of the magnetic field.
  • the direction of the current generated when reversing from the magnetic field facing the outside of the magnet 11 to the magnetic field facing the inside is opposite to the direction of the current generated when reversing from the magnetic field facing the inside of the magnet 11 to the magnetic field facing the outside.
  • the power (inductive current) generated in the first power generation unit 42 can be set by, for example, the number of turns of the high-density coil.
  • the first magnetic sensing part 41 and the first power generation part 42 are housed in a case 43.
  • the case 43 is provided with a terminal 43a and a terminal 43b.
  • One end of the high-density coil of the first power generation unit 42 is electrically connected to the terminal 43a, and the other end is electrically connected to the terminal 43b.
  • the electric power generated in the first power generation unit 42 can be taken out of the first electric signal generation unit 31a via the terminal 43a and the terminal 43b.
  • the second electric signal generating unit 31b is arranged at an angular position that forms an angle larger than 0 ° and smaller than 180 ° from the angular position where the first electric signal generating unit 31a is arranged.
  • the angle between the angular position of the first electrical signal generating unit 31a and the angular position of the second electrical signal generating unit 31b is selected from a range of 45 ° to 135 °, and is approximately 90 ° in FIG. 2B.
  • the second electric signal generation unit 31 b has the same configuration as the first electric signal generation unit 31.
  • the second electric signal generation unit 31 b includes a second magnetic sensitive unit 45 and a second power generation unit 46.
  • the second magnetic sensing unit 45 and the second power generation unit 46 are the same as the first magnetic sensing unit 41 and the first power generation unit 42, respectively, and description thereof is omitted.
  • the second magnetic sensing unit 45 and the second power generation unit 46 are housed in a case 47.
  • the case 47 is provided with a terminal 47a and a terminal 47b.
  • the electric power generated in the second power generation unit 46 can be taken out of the second electric signal generation unit 31a via the terminal 47a and the terminal 47b.
  • the magnetic detection unit 12 includes a magnetic sensor 51 and a magnetic sensor 52.
  • the magnetic sensor 51 is arranged at an angular position greater than 0 ° and less than 90 ° with respect to the first magnetic sensitive part 41 (first electric signal generation unit 31a) in the rotation direction of the rotation axis SF.
  • the magnetic sensor 52 is arranged at an angular position greater than 90 ° and less than 180 ° with respect to the first magnetic sensing part 41 (first electric signal generation unit 31a) in the rotation direction of the rotation axis SF.
  • the magnetic sensor 51 includes a magnetoresistive element 56, a bias magnet (not shown) that applies a magnetic field having a certain strength to the magnetoresistive element 56, and a waveform from the magnetoresistive element 56.
  • a waveform shaping circuit (not shown).
  • the magnetoresistive element 56 has a full bridge shape in which the element 56a, the element 56b, the element 56c, and the element 56d are connected in series.
  • a signal line between the element 56a and the element 56c is connected to the power supply terminal 51p.
  • a signal line between the element 56b and the element 56d is connected to the ground terminal 51g.
  • a signal line between the element 56a and the element 56b is connected to the first output terminal 51a.
  • a signal line between the element 56c and the element 56d is connected to the second output terminal 51b.
  • the magnetic sensor 52 has the same configuration as the magnetic sensor 51, and a description thereof is omitted.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of the power supply system 2 and the multi-rotation information detection unit 3 according to the present embodiment.
  • the power supply system 2 includes a first electric signal generation unit 31a, a rectification stack 61, a second electric signal generation unit 31b, a rectification stack 62, and a battery 32.
  • the power supply system 2 includes a regulator 63 as the switching unit 33 shown in FIG.
  • the rectification stack 61 is a rectifier that rectifies the current flowing from the first electric signal generation unit 31a.
  • the first input terminal 61a of the rectifying stack 61 is connected to the terminal 43a of the first electric signal generating unit 31a.
  • the second input terminal 61b of the rectifying stack 61 is connected to the terminal 43b of the first electric signal generating unit 31a.
  • the ground terminal 61g of the rectifying stack 61 is connected to a ground line GL to which the same potential as the signal ground SG is supplied. During the operation of the multi-rotation information detection unit 3, the potential of the ground line GL becomes the reference potential of the circuit.
  • the output terminal 61 c of the rectifying stack 61 is connected to the control terminal 63 a of the regulator 63.
  • the rectification stack 62 is a rectifier that rectifies the current flowing from the second electric signal generation unit 31b.
  • the first input terminal 62a of the rectifying stack 62 is connected to the terminal 47a of the second electric signal generating unit 31b.
  • the second input terminal 62b of the rectification stack 62 is connected to the terminal 47b of the second electric signal generation unit 31b.
  • the ground terminal 62g of the rectifying stack 62 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 62 c of the rectifying stack 62 is connected to the control terminal 63 a of the regulator 63.
  • the regulator 63 adjusts the electric power supplied from the battery 32 to the position detection system 1.
  • the regulator 63 may include a switch 64 provided in a power supply path between the battery 32 and the position detection system 1.
  • the regulator 63 controls the operation of the switch 64 based on the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • the input terminal 63 b of the regulator 63 is connected to the battery 32.
  • the output terminal 63c of the regulator 63 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 63g of the regulator 63 is connected to the ground line GL.
  • the control terminal 63a of the regulator 63 is an enable terminal, and the regulator 63 maintains the potential of the output terminal 63c at a predetermined voltage in a state where a voltage higher than the threshold is applied to the control terminal 63a.
  • the output voltage of the regulator 63 (the above-mentioned predetermined voltage) is, for example, 3V when the counter 67 is composed of CMOS or the like.
  • the operating voltage of the nonvolatile memory 68 of the storage unit 14 is set to the same voltage as a predetermined voltage, for example.
  • the predetermined voltage is a voltage necessary for power supply, and may be a voltage that changes stepwise as well as a constant voltage value.
  • the switch 64 has a first terminal 64a connected to the input terminal 63b and a second terminal 64b connected to the output terminal 63c.
  • the regulator 63 uses the electrical signal supplied from the electrical signal generation unit 31 to the control terminal 63a as a control signal (enable signal), and isolates the conduction state and insulation between the first terminal 64a and the second terminal 64b of the switch 64. Switch between states.
  • the switch 64 includes switching elements such as MOS and TFT, the first terminal 64a and the second terminal 64b are a source electrode and a drain electrode, and the gate electrode is connected to the control terminal 63a.
  • the switch 64 is in a state in which the gate electrode is charged by an electric signal (electric power) generated by the electric signal generating unit 31 and the source electrode and the drain electrode can conduct when the potential of the gate electrode becomes equal to or higher than a threshold value (ON state). )become.
  • the switch 64 may be provided outside the regulator 63, and may be externally attached, such as a relay.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes a magnetic sensor 51, an analog comparator 65, a magnetic sensor 52, and an analog comparator 66 as the magnetic detection unit 12.
  • the magnetic detection unit 12 detects the magnetic field formed by the magnet 11 using the power supplied from the battery 32.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes a counter 67 as the detection unit 13 illustrated in FIG. 1, and includes a nonvolatile memory 68 as the storage unit 14.
  • the power supply terminal 51p of the magnetic sensor 51 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 51g of the magnetic sensor 51 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 51 c of the magnetic sensor 51 is connected to the input terminal 65 a of the analog comparator 65.
  • the output terminal 51c of the magnetic sensor 51 outputs a voltage corresponding to the difference between the potential of the second output terminal 51b shown in FIG. 2C and the reference potential.
  • the analog comparator 65 is a comparator that compares the voltage output from the magnetic sensor 51 with a predetermined voltage.
  • the power supply terminal 65p of the analog comparator 65 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 65g of the analog comparator 65 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 65 b of the analog comparator 65 is connected to the first input terminal 67 a of the counter 67.
  • the analog comparator 65 outputs an H level signal from the output terminal when the output voltage of the magnetic sensor 51 is equal to or higher than the threshold, and outputs an L level signal from the output terminal when the output voltage is lower than the threshold.
  • the magnetic sensor 52 and the analog comparator 66 have the same configuration as the magnetic sensor 51 and the analog comparator 65.
  • the power supply terminal 52p of the magnetic sensor 52 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 52g of the magnetic sensor 52 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 52 c of the magnetic sensor 52 is connected to the input terminal 66 a of the analog comparator 66.
  • the power supply terminal 66p of the analog comparator 66 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 66g of the analog comparator 66 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 58 b of the analog comparator 66 is connected to the second input terminal 67 b of the counter 67.
  • the analog comparator 66 outputs an H level signal from the output terminal when the output voltage of the magnetic sensor 52 is equal to or higher than the threshold value, and outputs an L level signal from the output terminal 66b when the output voltage is lower than the threshold value.
  • the counter 67 counts the multi-rotation information of the rotation axis SF using the power supplied from the battery 32.
  • the counter 67 includes, for example, a CMOS logic circuit.
  • the counter 67 operates using electric power supplied via the power supply terminal 67p and the ground terminal 67g.
  • the power supply terminal 67p of the counter 67 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 67g of the counter 67 is connected to the ground line GL.
  • the counter 67 performs a counting process using the voltage supplied via the first input terminal 67a and the voltage supplied via the second input terminal 67b as control signals.
  • the non-volatile memory 68 stores at least a part (for example, multi-rotation information) of the rotational position information detected by the detection unit 13 using power supplied from the battery 32 (performs a writing operation).
  • the nonvolatile memory 68 stores the result of counting by the counter 67 (multi-rotation information) as the rotational position information detected by the detection unit 13.
  • the power supply terminal 68p of the nonvolatile memory 68 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 68g of the storage unit 14 is connected to the ground line GL.
  • the storage unit 14 includes, for example, a non-volatile memory, and can hold information written while power is supplied even in a state where power is not supplied.
  • a capacitor 69 is provided between the rectifying stack 61, the rectifying stack 62, and the regulator 63.
  • the first electrode 69 a of the capacitor 69 is connected to a signal line that connects the rectifying stack 61, the rectifying stack 62, and the control terminal 63 a of the regulator 63.
  • the second electrode 69b of the capacitor 69 is connected to the ground line GL.
  • This capacitor 69 is a so-called smoothing capacitor and reduces pulsation to reduce the load on the regulator.
  • the constant of the capacitor 69 is such that, for example, the power supply from the battery 32 to the detection unit 13 and the storage unit 14 is maintained during the period from the detection of the rotation position information by the detection unit 13 to the writing of the rotation position information in the storage unit 14. Is set to
  • FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the multi-rotation information detection unit 3 when the rotation axis SF rotates counterclockwise (forward rotation).
  • FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the multi-rotation information detection unit 3 when the rotation axis SF rotates counterclockwise (reverse rotation).
  • the solid line indicates the magnetic field at the position of the first electric signal generation unit 31a
  • the broken line indicates the magnetic field at the position of the second electric signal generation unit 31b.
  • the “first electric signal generation unit” and the “second electric signal generation unit” indicate the output of the first electric signal generation unit 31a and the output of the second electric signal generation unit 31b, respectively, and flow in one direction.
  • the output of the current was positive (+), and the output of the current flowing in the opposite direction was negative ( ⁇ ).
  • the “enable signal” indicates a potential applied to the control terminal 63a of the regulator 63 by an electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31, and a high level is represented by “H” and a low level is represented by “L”.
  • “Regulator” indicates the output of the regulator 63, the high level is represented by “H”, and the low level is represented by “L”.
  • the “magnetic field on the first magnetic sensor” and the “magnetic field on the second magnetic sensor” are a magnetic field formed on the magnetic sensor 51 and a magnetic field formed in the shape of the magnetic sensor 52.
  • the magnetic field formed by the magnet 11 is indicated by a long broken line
  • the magnetic field formed by the bias magnet is indicated by a short broken line
  • the combined magnetic field is indicated by a solid line.
  • First magnetic sensor” and “second magnetic sensor” indicate outputs when the magnetic sensor 51 and the magnetic sensor 52 are always driven, respectively, and the output from the first output terminal is indicated by a broken line, and the second output terminal.
  • the output from is represented by a solid line.
  • First analog comparator and “second analog comparator” indicate outputs from the analog comparator 65 and the analog comparator 66, respectively.
  • the output when the magnetic sensor and the analog comparator are always driven is shown as “always drive”, and the output when the magnetic sensor and the analog comparator are intermittently driven is shown as “intermittent drive”.
  • the first electric signal generation unit 31a outputs a current pulse flowing in the reverse direction (negative of the “first electric signal generation unit”) at an angular position of 135 °.
  • the first electric signal generation unit 31a outputs a current pulse that flows in the forward direction (positive of the “first electric signal generation unit”) at an angular position of 315 °.
  • the second electric signal generation unit 31b outputs a current pulse (positive of “second electric signal generation unit”) flowing in the forward direction at an angular position of 45 °.
  • the second electric signal generating unit 31b outputs a current pulse flowing in the opposite direction (negative of the “second electric signal generating unit”) at the angular position 225 °. Therefore, the enable signal switches to a high level at each of the angular position 45 °, the angular position 135 °, the angular position 225 °, and the angular position 315 °. Further, the regulator 63 corresponds to a state in which the enable signal is maintained at a high level, and a predetermined voltage is applied to the power supply line PL at each of the angular position 45 °, the angular position 135 °, the angular position 225 °, and the angular position 315 °. Supply.
  • the output of the magnetic sensor 51 and the output of the magnetic sensor 52 have a phase difference of 90 °, and the detection unit 13 detects rotational position information using this phase difference.
  • the output of the magnetic sensor 51 is a positive sine wave in the range from the angular position 0 ° to the angular position 180 °.
  • the regulator 63 outputs power at an angular position of 45 ° and an angular position of 135 °.
  • the magnetic sensor 51 and the analog comparator 65 are driven by electric power supplied at each of the angular position 45 ° and the angular position 135 °.
  • a signal output from the analog comparator 65 (hereinafter referred to as an A-phase signal) is maintained at the L level in a state where power is not supplied, and is at the H level at each of the angular position 45 ° and the angular position 135 °. .
  • the output of the magnetic sensor 52 is a positive sine wave in the range from the angular position 270 ° ( ⁇ 90 °) to the angular position 90 °.
  • the regulator 63 outputs power at the angular position 315 ° ( ⁇ 45 °) and the angular position 45 °.
  • the magnetic sensor 52 and the analog comparator 66 are driven by electric power supplied at each of the angular position 315 ° and the angular position 45 °.
  • a signal output from the analog comparator 66 (hereinafter referred to as a B-phase signal) is maintained at the L level in a state where power is not supplied, and is at the H level at each of the angular position 315 ° and the angular position 45 °. .
  • the set of these signal levels is expressed as (H, L ).
  • a set of signal levels is (L, H) at an angular position of 315 °
  • a set of signal levels is (H, H) at an angular position of 45 °
  • a set of signal levels is (H, H) at an angular position of 135 °. , L).
  • the counter 67 causes the storage unit 14 to store a set of signal levels when one or both of the detected A-phase signal and B-phase signal are at the H level. When one or both of the next detected A-phase signal and B-phase signal are at the H level, the counter 67 reads the previous level set from the storage unit 14 and sets the previous level set and the current level. The direction of rotation is determined by comparison with the set.
  • the angle position is 45 ° in the previous detection, and the angle in the current detection is Since it is 135 degrees, it turns out that it is counterclockwise (forward rotation).
  • the counter 67 outputs an up signal indicating that the counter is to be increased to the storage unit 14. Supply.
  • the storage unit 14 detects an up signal from the counter 67, the storage unit 14 updates the stored multi-rotation information to a value increased by one.
  • the first electric signal generation unit 31a outputs a current pulse flowing forward (positive of “first electric signal generation unit”) at an angular position of 135 °.
  • the first electric signal generation unit 31a outputs a current pulse flowing in the reverse direction (negative of the “first electric signal generation unit”) at the angular position 315 °.
  • the second electric signal generation unit 31b outputs a current pulse flowing in the reverse direction (negative of the “second electric signal generation unit”) at an angular position of 45 °.
  • the second electric signal generation unit 31b outputs a current pulse (positive of “second electric signal generation unit”) that flows in the forward direction at the angular position of 225 °.
  • the regulator 63 supplies a predetermined voltage to the power supply line PL at each of the angular position 45 °, the angular position 135 °, the angular position 225 °, and the angular position 315 °.
  • the counter 67 determines the rotation direction in the same manner as described for forward rotation. Further, when the set of the current signal level is (H, L) and the previous signal level is (L, H), the angle position is 315 ° ( ⁇ 45 °) in the previous detection, Since the angular position is 135 ° ( ⁇ 225 °) in this detection, it can be seen that the rotation is clockwise (reverse rotation).
  • the counter 67 stores a down signal indicating that the counter is down when the current level set is (H, L) and the previous level set is (L, H). To supply. When the storage unit 14 detects a down signal from the counter 67, the storage unit 14 updates the stored multi-rotation information to a value reduced by one.
  • the multi-rotation information detection unit 3 can detect multi-rotation information while determining the rotation direction of the rotation axis SF.
  • the encoder device EC As described above, in the encoder device EC according to the present embodiment, power is supplied from the battery 32 to the multi-rotation information detection unit 3 within a short time after the electrical signal is generated in the electrical signal generation unit 31, and the multi-rotation is detected.
  • the information detection unit 3 performs dynamic driving (intermittent driving). After the end of detection and writing of the multi-rotation information, the power supply to the multi-rotation information detection unit 3 is cut off, but the count value is retained because it is stored in the storage unit 14. Such a sequence is repeated each time a predetermined position on the magnet 11 passes in the vicinity of the electric signal generating unit 31 even in a state where the external power supply is cut off.
  • the multi-rotation information stored in the storage unit 14 is read to the motor control unit MC and the like when the motor M is started next time, and is used for calculating the initial position of the rotation axis SF and the like.
  • the battery 32 supplies at least a part of the power consumed by the position detection system 1 in accordance with the electric signal generated by the first electric signal generating unit 31, so that the battery 32 has a long life. Can be. Maintenance (eg, replacement) of the battery 32 can be eliminated, or the frequency of maintenance can be reduced. For example, when the life of the battery 32 is longer than the life of other parts of the encoder device EC, the replacement of the battery 32 can be made unnecessary.
  • a pulse current output can be obtained from the electric signal generating unit 31 even if the rotation of the magnet 11 is extremely low. Therefore, for example, in the state where electric power is not supplied to the motor M, the output of the electric signal generation unit 31 can be used as an electric signal even when the rotation of the rotating shaft SF (magnet 11) is extremely low.
  • FIG. 6 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the battery 32 includes a primary battery 36 and a secondary battery 37.
  • the motor control unit MC includes a power supply unit MC2, and the secondary battery 37 is charged with electric power supplied from the power supply unit MC2.
  • the power supply unit MC2 is a power supply that supplies power used to drive the rotating shaft SF (moving unit), for example, and supplies power to the motor M.
  • the secondary battery 37 may be charged by receiving power supply from the power supply unit MC2 in a state where the power supply unit MC2 can supply power to the motor M (eg, the main power supply is on). In addition, in a state where the power supply unit MC2 does not supply power to the motor M (eg, a state where the main power supply is off), at least a part of the charge to the secondary battery 37 is an electric signal generation unit (electric signal generation unit) It may be performed using the electric power of the electric signal generated in 31). In this case, the secondary battery 37 can be charged even in a state where supply of electric power from the outside to the encoder device EC is cut off (eg, power failure).
  • an electric signal generation unit electric signal generation unit
  • the battery 32 can supply at least a part of the power consumed by the position detection system 1 from the primary battery 36 or can be supplied from the secondary battery 37.
  • the primary battery 36 and the secondary battery 37 are each electrically connected to the switching unit 33, and the switching unit 33 stores the power from the primary battery 36 or the power from the secondary battery 37 and the storage unit 13. Supply to each of the parts 14.
  • FIG. 7 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the secondary battery 37 is electrically connected to the power supply unit MC2 of the motor control unit MC. Power is supplied from the power supply unit MC2 to the secondary battery 37 in at least a part of a period during which the power supply unit MC2 of the motor control unit MC can supply power (eg, the main power supply is in an on state). 37 is charged. In a period during which the power supply unit MC2 of the motor control unit MC cannot supply power (eg, the main power supply is off), the power supply from the power supply unit MC2 to the secondary battery 37 is cut off.
  • the secondary battery 37 may be electrically connected to the transmission path of the electric signal from the electric signal generating unit 31.
  • the secondary battery 37 can be charged by the electric power of the electric signal from the electric signal generating unit 31.
  • the secondary battery 37 is electrically connected to a circuit between the rectifying stack 61 and the regulator 63.
  • the secondary battery 37 can be charged by the electric power of the electric signal generated by the electric signal generating unit 31 due to the rotation of the rotating shaft SF in a state where the supply of electric power from the power supply unit MC2 is cut off.
  • the secondary battery 37 may be charged with electric power of an electric signal generated by the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF is driven by the motor M to rotate.
  • the encoder device EC selects which of the primary battery 36 and the secondary battery 37 supplies power to the position detection system 1 in a state where power supply from the outside is cut off.
  • the power supply system 2 includes a power switch (power selection unit, selection unit) 38, and the power switch 38 supplies power from either the primary battery 36 or the secondary battery 37 to the position detection system 1. Switch (select).
  • the first input terminal of the power switch 38 is electrically connected to the positive electrode of the primary battery 36, and the second input terminal of the power switch 38 is electrically connected to the secondary battery 37.
  • the output terminal of the power switch 38 is electrically connected to the input terminal 63 b of the regulator 63.
  • the power switch 38 selects, for example, the primary battery 36 or the secondary battery 37 as a battery that supplies power to the position detection system 1 based on the remaining amount of the secondary battery 37. For example, when the remaining amount of the secondary battery 37 is greater than or equal to the threshold, the power switch 38 supplies power from the secondary battery 37 and does not supply power from the primary battery 36.
  • This threshold is set based on the power consumed by the position detection system 1, and is set to be equal to or higher than the power to be supplied to the position detection system 1, for example. For example, when the power consumed by the position detection system 1 can be supplied by the power from the secondary battery 37, the power switch 38 supplies power from the secondary battery 37 and supplies power from the primary battery 36. I won't let you.
  • the power switch 38 when the remaining amount of the secondary battery 37 is less than the threshold value, the power switch 38 does not supply power from the secondary battery 37 but supplies power from the primary battery 36.
  • the power switch 38 may also serve as, for example, a charger that controls charging of the secondary battery 37, and uses the information on the remaining amount of the secondary battery 37 that is used for charging control. It may be determined whether the remaining amount is greater than or equal to a threshold value.
  • the encoder device EC Since the encoder device EC according to the present embodiment uses the secondary battery 37 together, the consumption of the primary battery 36 can be delayed. Therefore, the encoder device EC has no maintenance (e.g., replacement) of the battery 32 or the maintenance frequency is low.
  • the battery 32 may include at least one of the primary battery 36 and the secondary battery 37.
  • power is alternatively supplied from the primary battery 36 or the secondary battery 37, but power may be supplied from the primary battery 36 and the secondary battery 37 in parallel.
  • the processing unit to which the primary battery 36 supplies power and the secondary battery 37 according to the power consumption of each processing unit (eg, magnetic sensor 51, counter 67, nonvolatile memory 69) of the position detection system 1 A processing unit that supplies power may be defined.
  • the secondary battery 37 may be charged using at least one of the power supplied from the power supply unit EC2 and the power of the electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31.
  • FIG. 8 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the multi-rotation information detection unit 3 detects rotational position information of the rotation axis SF (moving unit) magnetically in the first embodiment, but optically detects in the present embodiment.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes a scale S, a light emitting element 21 (irradiation unit), and a light receiving sensor 22 (light detection unit).
  • the scale S rotates in conjunction with the rotation axis SF.
  • the light emitting element 21 irradiates the scale S with light.
  • the light emitting element 21 irradiates the scale S with light using the power supplied from the battery 32 in a state where the power supply from the outside of the encoder device EC is cut off.
  • the power supply system 2 intermittently supplies power to the light emitting element 21 in accordance with an electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 in a state where power supply from the outside of the encoder device EC is cut off.
  • the light receiving sensor 22 detects light from the scale S.
  • the light emitting element 21 detects light from the scale S in a state where power supply from the outside of the encoder device EC is cut off.
  • the power supply system 2 intermittently supplies power to the light receiving sensor 22 in accordance with an electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31 in a state where power supply from the outside of the encoder device EC is cut off.
  • the detection unit 13 of the multi-rotation information detection unit 3 is communicably connected to the light receiving sensor 22 and acquires the detection result of the light receiving sensor 22.
  • the detection unit 13 detects at least a part (eg, multi-rotation information) of the rotational position information of the rotation axis SF based on the detection result of the light receiving sensor 22.
  • FIG. 9 is a diagram showing the magnet 11, the electric signal generating unit 31, the scale S, and the light receiving sensor 22 according to the present embodiment.
  • a portion used for detecting multi-rotation information is illustrated, and illustration of a portion used for detecting angular position information (an incremental scale, an absolute scale, and a light receiving unit corresponding thereto) is omitted.
  • the magnet 11 is, for example, a permanent magnet that is magnetized to 8 poles.
  • the magnet 11 has a shape in which two concentric circular magnets are combined. Each of the two annular magnets is magnetized to 4 poles, and N and S poles are alternately arranged in the circumferential direction.
  • the two annular magnets have N and S poles arranged in the radial direction (radial direction of the rotation axis SF).
  • the scale S includes a first scale Sa and a second scale Sb.
  • Each of the first scale Sa and the second scale Sb is an annular member centered on the rotation axis SF.
  • Each of the first scale Sa and the second scale Sb varies in optical characteristics (eg, transmittance, reflectance, light absorption rate) depending on the circumferential angular position.
  • the optical characteristics of the first scale Sa and the second scale Sb are switched in a binary manner in the circumferential direction with respect to the rotation axis SF.
  • the angular position at which the optical characteristics are switched in a binary manner is set to be different from the angular position of the boundary between the N pole and the S pole in the circumferential direction of the magnet 11.
  • the second scale Sb is the same as the first scale Sa, but has a different phase in which optical characteristics change in the circumferential direction as compared to the first scale Sa.
  • the phase difference between the optical characteristics of the first scale Sa and the second scale Sb is set in a range larger than 0 ° and smaller than 180 °, for example, 90 °.
  • the first scale Sa and the second scale Sb may be provided on a member different from the incremental scale and the absolute scale.
  • the first scale Sa and the second scale Sb may be provided on the same disk 15 as the magnet 11.
  • the light emitting element that irradiates light to the first scale Sa and the second scale Sb is provided separately from the light emitting element that irradiates light to the incremental scale and the absolute scale, for example.
  • the light receiving sensor 22 includes a first light receiving unit 71 and a second light receiving unit 72.
  • the first light receiving unit 71 is arranged at a position where light irradiated from the light emitting element 21 and passing through the first scale Sa (for example, transmitted) is incident.
  • the transmittance of the first scale Sa changes in the circumferential direction, and the amount of light emitted from the light emitting element 21 and transmitted through the first scale Sa depends on the angular position of the first scale Sa (rotation axis SF).
  • the amount of light that changes and enters the first light receiving unit 71 also changes according to the angular position of the first scale Sa (rotation axis SF).
  • the second light receiving unit 72 is disposed at a position where light irradiated from the light emitting element 21 and passing through the second scale Sb (for example, transmitted) is incident.
  • the second light receiving unit 72 is disposed at substantially the same angular position as the first light receiving unit 71 in the circumferential direction of the scale S.
  • the transmittance of the second scale Sb changes in the circumferential direction, and the amount of light emitted from the light emitting element 21 and transmitted through the second scale Sb depends on the angular position of the second scale Sb (rotation axis SF).
  • the amount of light that changes and enters the second light receiving unit 72 also changes according to the angular position of the second scale Sb (rotation axis SF).
  • the detection unit 13 uses, for example, the detection result of the first light receiving unit 71 as the A phase signal, and the second light receiving unit 72
  • the detection result can be used for the B phase signal.
  • the first scale Sa and the second scale Sb have different optical characteristics and the angular positions of the first light receiving portion 71 and the second light receiving portion 72 are substantially the same.
  • the scale Sa and the second scale Sb may have the same phase of change in optical characteristics, and the angular positions of the first light receiving unit 71 and the second light receiving unit 72 may be different.
  • the detection result of the first light receiving unit 71 can be used for the A phase signal
  • the detection result of the second light receiving unit 72 can be used for the B phase signal.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit configuration of the power supply system 2 and the multi-rotation information detection unit 3 according to the present embodiment.
  • the light emitting element 21 emits light by the power supplied from the power supply system 2.
  • the power supply terminal 21p of the light emitting element 21 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 21g of the light emitting element 21 is connected to the ground line GL.
  • the light emitting element 21 emits light by power supplied via the power supply terminal 21p and the ground terminal 21g.
  • the multi-rotation information detection unit 3 includes a light receiving sensor 22, an analog comparator 75, and an analog comparator 76 as the detection unit 13 illustrated in FIG.
  • the light receiving sensor 22 detects light by the power supplied from the power supply system 2.
  • the power terminal 22p of the light receiving sensor 22 is connected to the power line PL.
  • the ground terminal 22g of the light receiving sensor 22 is connected to the ground line GL.
  • the light emitting element 21 emits light by electric power supplied through the power supply terminal 22p and the ground terminal 22g.
  • the output terminal 22a of the light receiving sensor 22 outputs the detection result of the first light receiving unit 71 shown in FIG.
  • the output terminal 22a is connected to the input terminal 75a of the analog comparator 75.
  • the output terminal 22b of the light receiving sensor 22 outputs the detection result of the second light receiving unit 72 shown in FIG.
  • the output terminal 22b is connected to the input terminal 76a of the analog comparator 76.
  • the analog comparator 75 is a comparator that compares the voltage output from the first light receiving unit 71 of the light receiving sensor 22 with a predetermined voltage.
  • a power supply terminal 75p of the analog comparator 75 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 75g of the analog comparator 75 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 75 b of the analog comparator 75 is connected to the first input terminal 67 a of the counter 67.
  • the analog comparator 75 outputs an H level signal from the output terminal 75b when the output voltage of the first light receiving unit 71 is equal to or higher than the threshold value, and outputs an L level signal from the output terminal 75b when the output voltage is lower than the threshold value.
  • the analog comparator 76 is a comparator that compares the voltage output from the second light receiving unit 72 of the light receiving sensor 22 with a predetermined voltage.
  • a power supply terminal 76p of the analog comparator 76 is connected to the power supply line PL.
  • the ground terminal 76g of the analog comparator 76 is connected to the ground line GL.
  • the output terminal 76 b of the analog comparator 76 is connected to the second input terminal 67 b of the counter 67.
  • the analog comparator 76 outputs an H level signal from the output terminal 76b when the output voltage of the second light receiving unit 72 is equal to or higher than the threshold value, and outputs an L level signal from the output terminal 76b when the output voltage is less than the threshold value.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the operation of the multi-rotation information detection unit according to the present embodiment.
  • Magnetic in FIG. 11 is an angular position of the magnet according to the angular position of the rotation axis SF, and the N pole and the S pole are indicated by different hatching.
  • Electrical signal generating unit, light receiving element is an angular position of the electric signal generating unit 31 and the light receiving sensor 22, and is constant regardless of the angular position of the rotation axis SF.
  • the “electric signal generating unit” is an output of the electric signal generating unit 31, and an output of a current flowing in one direction is positive (+), and an output of a current flowing in the opposite direction is negative ( ⁇ ).
  • the output of the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF rotates counterclockwise is shown as “counterclockwise”, and the output of the electric signal generating unit 31 when the rotating shaft SF rotates clockwise is “ “Clockwise”.
  • the “enable signal” indicates a potential applied to the control terminal 63a of the regulator 63 by an electrical signal generated by the electrical signal generation unit 31, and a high level is represented by “H” and a low level is represented by “L”.
  • “Regulator” indicates the output of the regulator 63, the high level is represented by “H”, and the low level is represented by “L”.
  • first output of light receiving element and “second output of light receiving element” are the output of the first light receiving unit 71 and the output of the second light receiving unit 72, respectively.
  • First analog comparator and “second analog comparator” indicate outputs from the analog comparator 75 and the analog comparator 76, respectively. The output when the light receiving element and the analog comparator are always driven is shown as “always drive”, and the output when the magnetic sensor and the analog comparator are intermittently driven is shown as “intermittent drive”.
  • the output of the electric signal generating unit 31 is inverted depending on the rotation direction of the rotating shaft SF.
  • the enable signal is rotated counterclockwise by the rotating shaft SF. It is the same when rotating clockwise and when rotating clockwise.
  • the enable signal rises to a high level (H) at the angular positions of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 °.
  • the output of the regulator 63 becomes high level (H) in response to the rise of the enable signal.
  • the set of the output of the analog comparator 75 and the output of the analog comparator 76 is expressed as (0, 1), where H is “1” and L is “0”.
  • the set of the output of the analog comparator 75 and the output of the analog comparator 76 are (1, 1), (1, 0), (0, 0), at the angular positions of 45 °, 135 °, 225 °, and 315 °, respectively. (0.1).
  • the four angular positions can be distinguished from the set of the output of the analog comparator 75 and the output of the analog comparator 76.
  • the counter 67 uses the output of the analog comparator 75 and the output of the analog comparator 76 to detect multi-rotation information of the rotation axis SF, for example, as in the first embodiment.
  • the storage unit 14 stores the multi-rotation information detected by the counter 67.
  • FIG. 12 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the battery 32 includes a primary battery 36 and a secondary battery 37.
  • the motor control unit MC includes a power supply unit MC2, and the secondary battery 37 is charged with electric power supplied from the power supply unit MC2.
  • the battery 32 and the power supply unit MC2 may be the same as those described in the second embodiment, for example.
  • the battery 32 can supply at least a part of the power consumed by the position detection system 1 from the primary battery 36 or can be supplied from the secondary battery 37.
  • FIG. 13 is a diagram showing an encoder device EC according to the present embodiment.
  • the secondary battery 37 is supplied with power from the power supply unit MC2 and charged by this power in at least a part of a period during which the power supply unit MC2 of the motor control unit MC can supply power (eg, the main power supply is in an on state).
  • the power supply from the power supply unit MC2 to the secondary battery 37 is cut off.
  • the secondary battery 37 may be chargeable by the electric power of the electric signal from the electric signal generating unit 31.
  • the encoder device EC selects which of the primary battery 36 and the secondary battery 37 supplies power to the position detection system 1 in a state where power supply from the outside is cut off. Since the encoder device EC according to the present embodiment uses the secondary battery 37 together, the consumption of the primary battery 36 can be delayed. Therefore, the encoder device EC has no maintenance (e.g., replacement) of the battery 32 or the maintenance frequency is low.
  • FIGS. 14A to 14D are diagrams each showing a part of a modified encoder device.
  • the magnet 11 generates an alternating magnetic field using a ring-shaped magnet (see FIG. 2), but the magnet 11 shown in FIG. 14A generates an alternating magnetic field using a bar magnet.
  • the magnet 11 includes bar magnets 81a to 81f provided on a disk-shaped plate 80.
  • the plate 80 is fixed to the rotating shaft SF and rotates integrally with the rotating shaft SF.
  • the bar magnets 81a to 81f are fixed to the plate 80, and rotate integrally with the plate 80 and the rotation shaft SF.
  • Each of the bar magnets 81a to 81f is disposed substantially parallel to the radial direction of the plate 80.
  • the bar magnets 81a to 81c are arranged with the south pole facing the center (rotation axis SF) of the plate 80 and the north pole facing the radial direction (outside the plate 80) with respect to the rotation axis SF.
  • the bar magnet 81a is disposed in the vicinity of the position 11d of the plate 80.
  • the bar magnet 81 b is disposed at the position 11 a of the plate 80.
  • the bar magnet 81 c is disposed in the vicinity of the position 11 b of the plate 80.
  • the bar magnets 81d to 81f are arranged with the north pole facing the center of the plate 80 (rotation axis SF) and the south pole facing the radial direction with respect to the rotation axis SF (outside the plate 80).
  • the bar magnet 81d is disposed near the position 11b of the plate 80 and adjacent to the bar magnet 81c.
  • the bar magnet 81e is disposed at the position 11c of the plate 80.
  • the bar magnet 81f is disposed near the position 11d of the plate 80 and adjacent to the bar magnet 81a.
  • an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31c are provided as the electric signal generation unit 31.
  • the electrical signal generation unit 31 c is arranged with a phase difference of 180 ° from the electrical signal generation unit 31 in the circumferential direction of the magnet 11.
  • the electric signal generation unit 31a and the electric signal generation unit 31c generate electric power almost simultaneously, and the electric power (electric signal level) generated in the electric signal generation unit 31 can be increased.
  • an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31d are provided as the electric signal generation unit 31.
  • the electrical signal generation unit 31 c is provided on the opposite side of the electrical signal generation unit 31 a with respect to the magnet 11.
  • the electrical signal generation unit 31 c is provided at the same angular position as the electrical signal generation unit 31 in the circumferential direction of the magnet 11.
  • the electric signal generating unit 31 and the electric signal generating unit 31c generate electric power almost simultaneously, and it becomes easy to cover the electric power consumed by the detection system or the like.
  • a magnet 82 and a magnet 83 are provided as the magnet 11. Further, as the electric signal generation unit 31, an electric signal generation unit 31a and an electric signal generation unit 31e are provided.
  • the magnet 82 is disposed on the front surface of the disk 15 shown in FIG. 1 and the like, and the magnet 83 is disposed on the back surface.
  • the electric signal generating unit 31a is disposed in the vicinity of the magnet 82 and generates power by changing the magnetic field formed by the magnet 82.
  • the electric signal generation unit 31e is disposed in the vicinity of the magnet 83, and generates electric power by changing the magnetic field formed by the magnet 83.
  • the power output from the electrical signal generation unit 31c may be used as a detection signal for detecting multi-rotation information.
  • the number of electrical signal generation units provided in the encoder device EC may be three or more.
  • the electric signal generating unit is provided with a magnetic sensitive part and a power generating part on each of the one surface side and the other surface side of the magnet 11, and the magnetic sensitive part and the power generating part are accommodated in one housing. It may be.
  • the magnet 11 is a quadrupole magnet having two poles in the circumferential direction and two poles in the radial direction, but is not limited to such a configuration and can be changed as appropriate.
  • the number of poles in the circumferential direction may be four or more, or the magnet 11 may be an eight-pole magnet having four poles in the circumferential direction and two poles in the radial direction.
  • the position detection system 1 detects rotational position information of the rotation axis SF (moving unit) as position information, but detects at least one of a position, speed, and acceleration in a predetermined direction as position information. May be.
  • the encoder device EC may include a rotary encoder or a linear encoder.
  • the power generation unit and the detection unit are provided on the rotation shaft SF, and the magnet 11 is provided outside the moving body (eg, the rotation shaft SF), so that the relative position between the magnet and the detection unit moves. It may change as the part moves.
  • the position detection system 1 may not detect the multi-rotation information of the rotation axis SF, and may detect the multi-rotation information by a processing unit outside the position detection system 1.
  • the electric signal generating unit 31 generates electric power (electrical signal) when it has a predetermined positional relationship with the magnet 11.
  • the position detection system 1 may detect position information of the moving unit (for example, the rotation axis SF) using a change in electric power generated in the electric signal generation unit 31 as a detection signal.
  • the electric signal generation unit 31 may be used as a sensor, and the position detection system 1 detects the position information of the moving unit by the electric signal generation unit 31 and one or more sensors (eg, magnetic sensor, light receiving sensor). May be.
  • the position detection system 1 may detect position information using two or more electrical signal generation units as sensors.
  • the position detection system 1 may use two or more electric signal generation units as sensors, detect position information of the moving unit without using a magnetic sensor, or position of the moving unit without using a light receiving sensor. Information may be detected.
  • the electric signal generation unit 31 may supply at least a part of the power consumed by the position detection system 1.
  • the electrical signal generation unit 31 may supply power to a processing unit that consumes relatively little power in the position detection system 1.
  • the power supply system 2 may not supply power to a part of the position detection system 1.
  • the power supply system 2 may intermittently supply power to the detection unit 13 and may not supply power to the storage unit 14. In this case, power may be intermittently or continuously supplied to the storage unit 14 from a power supply, a battery, or the like provided outside the power supply system 2.
  • the power generation unit may generate electric power due to a phenomenon other than a large Barkhausen jump.
  • the power generation unit may generate electric power by electromagnetic induction accompanying a change in a magnetic field accompanying movement of a moving unit (eg, rotation axis SF).
  • the storage unit that stores the detection result of the detection unit may be provided outside the position detection system 1 or may be provided outside the encoder device EC.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the driving device MTR.
  • the drive device MTR is a motor device including an electric motor.
  • the drive device MTR includes a rotary shaft SF, a main body (drive unit) BD that rotationally drives the rotary shaft SF, and an encoder device EC that detects rotational position information of the rotary shaft SF.
  • the rotary shaft SF has a load side end SFa and an anti-load side end SFb.
  • the load side end portion SFa is connected to another power transmission mechanism such as a speed reducer.
  • the scale S is fixed to the non-load side end portion SFb through a fixing portion.
  • an encoder device EC is attached.
  • the encoder device EC is an encoder device according to the above-described embodiment, modification, or combination thereof.
  • the motor control unit MC shown in FIG. 1 and the like controls the main body BD using the detection result of the encoder device EC. Since the drive device MTR has no or low need for battery replacement of the encoder device EC, the maintenance cost can be reduced.
  • the drive device MTR is not limited to a motor device, and may be another drive device having a shaft portion that rotates using hydraulic pressure or pneumatic pressure.
  • FIG. 16 is a diagram showing a stage apparatus STG.
  • This stage device STG has a configuration in which a rotary table (moving object) TB is attached to the load side end portion SFa of the rotation shaft SF of the drive device MTR shown in FIG.
  • components that are the same as or equivalent to those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.
  • the stage device STG rotates the rotating shaft SF by driving the driving device MTR, this rotation is transmitted to the rotary table TB.
  • the encoder device EC detects the angular position and the like of the rotating shaft SF. Therefore, the angular position of the rotary table TB can be detected by using the output from the encoder device EC.
  • a reduction gear or the like may be disposed between the load side end SFa of the drive device MTR and the rotary table TB.
  • the stage apparatus STG can reduce the maintenance cost because the necessity of replacing the battery of the encoder apparatus EC is low or absent.
  • the stage apparatus STG can be applied to a rotary table provided in a machine tool such as a lathe.
  • FIG. 17 is a perspective view showing the robot apparatus RBT.
  • FIG. 17 schematically shows a part (joint part) of the robot apparatus RBT.
  • the robot apparatus RBT includes a first arm AR1, a second arm AR2, and a joint portion JT.
  • the first arm AR1 is connected to the second arm AR2 via the joint portion JT.
  • the first arm AR1 includes an arm portion 101, a bearing 101a, and a bearing 101b.
  • the second arm AR2 has an arm portion 102 and a connection portion 102a.
  • the connecting portion 102a is disposed between the bearing 101a and the bearing 101b in the joint portion JT.
  • the connecting portion 102a is provided integrally with the rotation shaft SF2.
  • the rotation shaft SF2 is inserted into both the bearing 101a and the bearing 101b in the joint portion JT.
  • the end of the rotary shaft SF2 on the side inserted into the bearing 101b passes through the bearing 101b and is connected to the speed reducer RG.
  • the reduction gear RG is connected to the drive device MTR, and decelerates the rotation of the drive device MTR to, for example, 1/100 and transmits it to the rotary shaft SF2.
  • the load side end portion SFa of the rotation shaft SF of the drive device MTR is connected to the speed reducer RG.
  • the scale S of the encoder device EC is attached to the non-load-side end portion SFb of the rotation shaft SF of the drive device MTR.
  • the robot apparatus RBT drives the drive apparatus MTR to rotate the rotation axis SF
  • the rotation is transmitted to the rotation axis SF2 via the reduction gear RG.
  • the connecting portion 102a rotates integrally, whereby the second arm AR2 rotates relative to the first arm AR1.
  • the encoder device EC detects the angular position and the like of the rotating shaft SF. Therefore, the angular position of the second arm AR2 can be detected by using the output from the encoder device EC.
  • the robot apparatus RBT does not require or is low in battery replacement of the encoder apparatus EC, the maintenance cost can be reduced.
  • the robot apparatus RBT is not limited to the above configuration, and the drive apparatus MTR can be applied to various robot apparatuses having joints.
  • switch 67 ... counter, EC ... encoder device, SF ... rotary shaft , AR1 ... first arm, AR2 ... second arm, MTR ... drive device, RBT ... robot device, S ... su Lumpur, STG ⁇ stage device

Abstract

【課題】バッテリーのメンテナンスの頻度を減らすことが可能なエンコーダ装置を提供する。 【解決手段】エンコーダ装置(EC)は、移動部(SF)の位置情報を検出する検出部(13、23)を含む位置検出系(1)と、移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部(31)と、電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、位置検出系で消費される電力の少なくとも一部を供給するバッテリー(32)と、を備える。

Description

エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置
 本発明は、エンコーダ装置、駆動装置、ステージ装置、及びロボット装置に関する。
 軸の回転の数を区別する多回転型のエンコーダ装置は、ロボット装置などの各種装置に搭載されている(例えば、下記の特許文献1参照)。ロボット装置の動作中において、エンコーダ装置は、例えばロボット装置の主電源から電力供給を受けて、回転の数を示す多回転情報、および1回転未満の角度位置を示す角度位置情報を含む回転位置情報を検出する。
 ところで、ロボット装置が所定の処理を終了すると、その主電源がオフにされることがある。この場合に、ロボット装置の主電源からエンコーダ装置への電力供給も停止される。ロボット装置には、主電源が次にオンに切り替えられた際に、つまり次回の動作を開始する際に、初期の姿勢などの情報が必要とされることがある。そのため、エンコーダ装置には、外部から電力が供給されない状態においても、多回転情報を保持することが求められる。そこで、エンコーダ装置として、主電源からの電力供給が得られない状態において、バッテリーから供給される電力によって多回転情報を保持するものが用いられる。
特開平8-50034号公報
 上述のようなエンコーダ装置は、バッテリーのメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低いことが望まれる。
 本発明の第1の態様に従えば、移動部の位置情報を検出する検出部を含む位置検出系と、移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部と、電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、位置検出系で消費される電力の少なくとも一部を供給するバッテリーと、を備えるエンコーダ装置が提供される。
 本発明の第2の態様に従えば、電力供給によって移動部の位置情報を検出する位置検出部と、移動部の移動によって信号を出力する信号発生部と、を備え、出力される信号に基づいて位置検出部に電力が供給される、エンコーダ装置が提供される。
 本発明の第3の態様に従えば、第1の態様または第2の態様のエンコーダ装置と、移動部に動力を供給する動力供給部と、を備える駆動装置が提供される。
 本発明の第4の態様に従えば、移動物体と、移動物体を移動させる第3の態様の駆動装置と、を備えるステージ装置が提供される。
 本発明の第5の態様に従えば、第3の態様の駆動装置と、駆動装置によって相対移動する第1アームおよび第2アームと、を備えるロボット装置が提供される。
第1実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 第1実施形態に係る磁石、電気信号発生ユニット、及び磁気センサを示す図である。 第1実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の回路構成を示す図である。 第1実施形態に係る順回転時のエンコーダ装置の動作を示す図である。 第1実施形態に係る逆回転時のエンコーダ装置の動作を示す図である。 第2実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 第2実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の回路構成を示す図である。 第3実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 第3実施形態に係る磁石、電気信号発生ユニット、スケール、及び受光素子を示す図である。 第3実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の回路構成を示す図である。 第3実施形態に係るエンコーダ装置の動作を示す図である。 第4実施形態に係るエンコーダ装置を示す図である。 第4実施形態に係る電力供給系および多回転情報検出部の回路構成を示す図である。 変形例を示す図である。 本実施形態に係る駆動装置を示す図である。 本実施形態に係るステージ装置を示す図である。 本実施形態に係るロボット装置を示す図である。
[第1実施形態]
 第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。このエンコーダ装置ECは、モータM(動力供給部)の回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出する。回転軸SFは、例えばモータMのシャフト(回転子)であるが、モータMのシャフトに変速機などの動力伝達部を介して接続されるとともに負荷に接続される作用軸(出力軸)であってもよい。エンコーダ装置ECが検出した回転位置情報は、モータ制御部MCに供給される。モータ制御部MCは、エンコーダ装置ECから供給された回転位置情報を使って、モータMの回転を制御する。モータ制御部MCは、回転軸SFの回転を制御する。
 エンコーダ装置ECは、位置検出系1および電力供給系2を備える。位置検出系1は、回転軸SFの回転位置情報を検出する。エンコーダ装置ECは、いわゆる多回転アブソリュートエンコーダであり、回転軸SFの回転の数を示す多回転情報、および1回転未満の角度位置(回転角)を示す角度位置情報を含む回転位置情報を検出する。エンコーダ装置ECは、回転軸SFの多回転情報を検出する多回転情報検出部3、及び回転軸SFの角度位置を検出する角度検出部4を備える。
 位置検出系1の少なくとも一部(例、角度検出部4)は、例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置(例、駆動装置、ステージ装置、ロボット装置)の電源が投入されている状態で、この装置から電力の供給を受けて動作する。また、位置検出系1の少なくとも一部(例、多回転情報検出部3)は、例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置の電源が投入されていない状態で、電力供給系2から電力の供給を受けて動作する。例えば、エンコーダ装置ECが搭載される装置からの電力の供給が断たれた状態において、電力供給系2は、位置検出系1の少なくとも一部(例、多回転情報検出部3)に対して断続的(間欠的)に電力を供給し、位置検出系1は、電力供給系2から電力が供給された際に回転軸SFの回転位置情報の少なくとも一部(例、多回転情報)を検出する。
 多回転情報検出部3は、例えば、磁気によって多回転情報を検出する。多回転情報検出部3は、例えば、磁石11、磁気検出部12、検出部13、及び記憶部14を備える。磁石11は、回転軸SFに固定された円板15に設けられる。円板15は回転軸SFとともに回転するため、磁石11は回転軸SFと連動して回転する。磁石11は回転軸SFの外部に固定され、磁石11および磁気検出部12は、回転軸SFの回転によって互いの相対位置が変化する。磁石11が形成する磁気検出部12上の磁界の強さおよび向きは、回転軸SFの回転によって変化する。磁気検出部12は、磁石11が形成する磁界を検出し、検出部13は、磁石が形成する磁界を磁気検出部12が検出した結果に基づいて、回転軸SFの位置情報を検出する。記憶部14は、検出部13が検出した位置情報を記憶する。多回転情報検出部3の構成については、後に図2、図3などを参照しつつ詳しく説明する。
 角度検出部4は、光学式または磁気式のエンコーダであり、スケールの一回転内の位置情報(角度位置情報)を検出する。例えば光学式エンコーダであるとき、例えばスケールのパターンニング情報を受光素子で読み取ることにより、回転軸SFの1回転以内の角度位置を検出する。スケールのパターンニング情報とは、例えばスケール上の明暗のスリットである。角度検出部4は、多回転情報検出部3の検出対象と同じ回転軸SFの角度位置情報を検出する。角度検出部4は、発光素子21、スケールS、受光センサ22、及び検出部23を備える。
 スケールSは、回転軸SFに固定された円板に設けられている。スケールSは、インクリメンタルスケール及びアブソリュートスケールを含む。スケールSは、円板15に設けられてもよいし、円板15と一体化された部材であってもよい。例えば、スケールSは、円板15において磁石11と反対側の面に設けられていてもよい。スケールSは、磁石11の内側と外側の少なくとも一方に設けられていてもよい。
 発光素子21(照射部、発光部)は、スケールSに光を照射する。受光センサ22(光検出部)は、発光素子21から照射されスケールSを経由した光を検出する。図1において、角度検出部4は透過型であり、受光センサ22は、スケールSを透過した光を検出する。角度検出部4は反射型であってもよい。受光センサ22は、検出結果を示す信号を検出部23へ供給する。検出部23は、受光センサ22の検出結果を使って、回転軸SFの角度位置を検出する。例えば、検出部23は、アブソリュートスケールからの光を検出した結果を使って第1分解能の角度位置を検出する。また、検出部23は、インクリメンタルスケールからの光を検出した結果を使って、第1分解能の角度位置に内挿演算を行うことにより、第1分解能よりも高い第2分解能の角度位置を検出する。
 本実施形態において、エンコーダ装置ECは、信号処理部25を備える。信号処理部25は、位置検出系1による検出結果を処理する。信号処理部25は、合成部26および外部通信部27を備える。合成部26は、検出部23が検出した第2分解能の角度位置情報を取得する。また、合成部26は、多回転情報検出部3の記憶部14から回転軸SFの多回転情報を取得する。合成部26は、検出部23からの角度位置情報、及び多回転情報検出部3からの多回転情報を合成し、回転位置情報を算出する。例えば、検出部23の検出結果がθ[rad]であり、多回転情報検出部3の検出結果がn回転である場合に、合成部26は、回転位置情報として(2π×n+θ)を算出する。回転位置情報は、多回転情報と、1回転未満の角度位置情報とを組にした情報でもよい。
 合成部26は、回転位置情報を外部通信部27に供給する。外部通信部27は、有線または無線によって、モータ制御部MCの通信部MC1と通信可能に接続されている。外部通信部27は、デジタル形式の回転位置情報を、モータ制御部MCの通信部MC1に供給する。モータ制御部MCは、角度検出部4の外部通信部27からの回転位置情報を適宜復号する。モータ制御部MCは、回転位置情報を使ってモータMへ供給される電力(駆動電力)を制御することにより、モータMの回転を制御する。
 電力供給系2は、電気信号発生ユニット31、バッテリー(電池)32、及び切替部33を備える。電気信号発生ユニット31は、回転軸SFの回転によって電気信号が発生する。この電気信号は、例えば、電力(電流、電圧)が時間変化する波形を含む。電気信号発生ユニット31には、例えば、回転軸SFの回転に応じて変化する磁界によって、電気信号として電力が発生する。例えば、電気信号発生ユニット31には、多回転情報検出部3が回転軸SFの多回転位置の検出に用いる磁石11が形成する磁界の変化によって、電力が発生する。電気信号発生ユニット31は、回転軸SFの回転によって、磁石11との相対的な角度位置が変化するように、配置される。電気信号発生ユニット31には、例えば、電気信号発生ユニット31と磁石11との相対位置が所定の位置になった際に、パルス状の電気信号が発生する。
 バッテリー32は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を供給する。バッテリー32は、例えばボタン型電池、乾電池などの一次電池である。バッテリー32は、例えばボタン型電池であり、保持部35に保持される。保持部35は、例えば、位置検出系1の少なくとも一部が設けられる回路基板などである。保持部35は、例えば、検出部13、切替部33、及び記憶部14を保持する。保持部35には、例えば、バッテリー32を収容可能な電池ケース、及びバッテリー32と接続される電極、配線などが設けられる。
 切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給の有無を切り替える。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号のレベルが閾値以上になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させる。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で閾値以上の電力が発生することでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させる。また、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号のレベルが閾値未満になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。例えば、切替部33は、電気信号発生ユニット31で発生する電力が閾値未満になることでバッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。例えば、電気信号発生ユニット31にパルス状の電気信号が発生する場合、切替部33は、この電気信号のレベル(電力)がローレベルからハイレベルに立ち上がった際に、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給を開始させ、この電気信号のレベル(電力)がローレベルへ変化してから所定の時間経過後に、バッテリー32から位置検出系1への電力の供給を停止させる。
 図2は、本実施形態に係る磁石11、電気信号発生ユニット31、及び磁気検出部12を示す図である。図2(A)には磁石11、電気信号発生ユニット31、及び磁気検出部12の斜視図を示し、図2(B)には回転軸SFの方向から見た磁石11、電気信号発生ユニット31、及び磁気検出部12の平面図を示した。また、図2(C)には、磁気センサ51の回路構成を示した。
 磁石11は、回転によって回転軸SFに対する放射方向(径方向)における磁界の向きおよび強さが変化するように構成される。磁石11は、例えば回転軸SFと同軸の円環状の部材である。磁石11の主面(表面および裏面)は、それぞれ、回転軸SFとほぼ垂直である。図2(B)に示すように、磁石11は、4極に着磁した永久磁石である。磁石11は、その内周側と外周側のそれぞれにおいて周方向にN極とS極が並んでおり、内周側と外周側とで位相が180°ずれている。磁石11において、内周側におけるN極とS極との境界は、外周側におけるN極とS極との境界と、周方向の位置(角度位置)がほぼ一致している。
 ここでは説明の便宜上、回転軸SFの先端側(図1のモータMと反対側)から見た場合の、反時計回りの回転を順回転、時計回りの回転を逆回転という。また、順回転の角度を正の値で表し、逆回転の角度を負の値で表す。なお、回転軸SFの基端側(図1のモータM側)から見た場合の、反時計回りの回転を順回転、時計回りの回転を逆回転と定義してもよい。
 ここで、磁石11に固定した座標系において、周方向におけるN極とS極との1つの境界の角度位置を位置11aで表し、位置11aから90°回転した角度位置を位置11bで表す。また、位置11bから90°回転した角度位置を位置11cで表し、位置11cから90°回転した位置を位置11dで表す。位置11cは、周方向におけるN極とS極とのもう一つの境界の角度位置である。
 位置11aから反時計回りに180°の第1区間において、磁石11の外周側にN極が配置されており、磁石11の内周側にS極が配置されている。この第1区間において、磁界の径方向の向きは、概ね磁石11の外周側から内周側へ向かう向きである。第1区間において、磁界の強さは、位置11bにおいて最大となり、位置11aの近傍および位置11cの近傍で最小となる。
 位置11cから反時計回りに180°の第2区間において、磁石11の内周側にN極が配置されており、磁石11の外周側にS極が配置されている。この第2区間において、磁界の径方向の向きは、磁石11の内周側から外周側へ向かう向きである。第2区間において、磁界の強さは、位置11dにおいて最大となり、位置11aの近傍および位置11cの近傍で最小となる。
 このように、磁石11が形成する磁界の径方向の向きは、位置11aにおいて反転し、位置11cにおいて反転する。磁石11は、磁石11の外部に固定された座標系に対し、磁石11の回転に伴って径方向の磁界の向きが反転する交流磁界を形成する。電気信号発生ユニット31は、磁石11の主面の法線方向から見て磁石11と重なる位置に配置されている。
 本実施形態において、電気信号発生ユニット31として、第1電気信号発生ユニット31aおよび第2電気信号発生ユニット31bが設けられる。第1電気信号発生ユニット31aおよび第2電気信号発生ユニット31bは、それぞれ、磁石11と非接触に設けられている。第1電気信号発生ユニット31aは、第1感磁性部41および第1発電部42を備える。第1感磁性部41および第1発電部42は、磁石11の外部に固定されており、磁石11の回転に伴って磁石11上の各位置との相対位置が変化する。例えば、図2(B)では、第1電気信号発生ユニット31aから反時計回りに45°の位置に、磁石11の位置11bが配置されており、この状態から磁石11が順方向(反時計回り)に1回転すると、電気信号発生ユニット31の近傍を位置11b、位置11c、位置11d、位置11aが、この順に通過する。
 第1感磁性部41は、ウィーガントワイヤなどの感磁性ワイヤである。第1感磁性部41には、磁石11の回転に伴う磁界の変化によって大バルクハウゼンジャンプ(ウィーガンド効果)が生じる。第1感磁性部41は、円柱状の部材であり、その軸方向が磁石11の径方向に設定されている。第1感磁性部41は、その軸方向に交流磁界が印加され磁界が反転する際に、軸方向の一端から他端に向かう磁壁が発生する。
 第1発電部42は、第1感磁性部41に巻き付けられて配置される高密度コイルなどである。第1発電部42には、第1感磁性部41における磁壁の発生に伴って電磁誘導が生じ、誘導電流が流れる。図2(B)に示した磁石11の位置11aまたは位置11cが電気信号発生ユニット31の近傍を通過する際に、第1発電部42にパルス状の電流(電気信号)が発生する。
 第1発電部42に発生する電流の向きは、磁界の反転前後の向きに応じて変化する。例えば、磁石11の外側を向く磁界から内側を向く磁界へ反転時に発生する電流の向きは、磁石11の内側を向く磁界から外側を向く磁界へ反転時に発生する電流の向きの反対になる。第1発電部42に発生する電力(誘導電流)は、例えば高密度コイルの巻き数により設定できる。
 図2(A)に示すように、第1感磁性部41および第1発電部42は、ケース43に収納されている。ケース43には端子43aおよび端子43bが設けられている。第1発電部42の高密度コイルは、その一端が端子43aと電気的に接続され、その他端が端子43bと電気的に接続されている。第1発電部42で発生した電力は、端子43aおよび端子43bを介して、第1電気信号発生ユニット31aの外部へ取り出し可能である。
 第2電気信号発生ユニット31bは、第1電気信号発生ユニット31aが配置される角度位置から0°より大きく180°よりも小さい角度をなす角度位置に、配置される。第1電気信号発生ユニット31aの角度位置と第2電気信号発生ユニット31bの角度位置との角度は、45°以上135°以下の範囲から選択され、図2(B)では約90°である。第2電気信号発生ユニット31bは、第1電気信号発生ユニット31と同様の構成である。第2電気信号発生ユニット31bは、第2感磁性部45および第2発電部46を備える。第2感磁性部45および第2発電部46は、それぞれ、第1感磁性部41および第1発電部42と同様であり、その説明を省略する。第2感磁性部45および第2発電部46は、ケース47に収納されている。ケース47には端子47aおよび端子47bが設けられている。第2発電部46で発生した電力は、端子47aおよび端子47bを介して、第2電気信号発生ユニット31aの外部へ取り出し可能である。
 磁気検出部12は、磁気センサ51および磁気センサ52を含む。磁気センサ51は、回転軸SFの回転方向において、第1感磁性部41(第1電気信号発生ユニット31a)に対して0°より大きく90°未満の角度位置で配置される。磁気センサ52は、回転軸SFの回転方向において、第1感磁性部41(第1電気信号発生ユニット31a)に対して90°より大きく180°未満の角度位置で配置される。
 図2(C)に示すように、磁気センサ51は、磁気抵抗素子56と、磁気抵抗素子56に一定の強さの磁界を与えるバイアス磁石(図示せず)と、磁気抵抗素子56からの波形を整形する波形整形回路(図示せず)とを備える。磁気抵抗素子56は、エレメント56a、エレメント56b、エレメント56c、及びエレメント56dを直列に結線したフルブリッジ形状である。エレメント56aとエレメント56cとの間の信号線は、電源端子51pに接続されている。エレメント56bとエレメント56dとの間の信号線は、接地端子51gに接続されている。エレメント56aとエレメント56bとの間の信号線は、第1出力端子51aに接続されている。エレメント56cとエレメント56dとの間の信号線は、第2出力端子51bに接続されている。磁気センサ52は、磁気センサ51と同様の構成であり、その説明を省略する。
 図3は、本実施形態に係る電力供給系2および多回転情報検出部3の回路構成を示す図である。電力供給系2は、第1電気信号発生ユニット31a、整流スタック61、第2電気信号発生ユニット31b、整流スタック62、及びバッテリー32を備える。また、電力供給系2は、図1に示した切替部33として、レギュレータ63を備える。
 整流スタック61は、第1電気信号発生ユニット31aから流れる電流を整流する整流器である。整流スタック61の第1入力端子61aは、第1電気信号発生ユニット31aの端子43aと接続されている。整流スタック61の第2入力端子61bは、第1電気信号発生ユニット31aの端子43bと接続されている。整流スタック61の接地端子61gは、シグナルグランドSGと同電位が供給される接地線GLに接続されている。多回転情報検出部3の動作時に、接地線GLの電位は、回路の基準電位になる。整流スタック61の出力端子61cは、レギュレータ63の制御端子63aに接続されている。
 整流スタック62は、第2電気信号発生ユニット31bから流れる電流を整流する整流器である。整流スタック62の第1入力端子62aは、第2電気信号発生ユニット31bの端子47aと接続されている。整流スタック62の第2入力端子62bは、第2電気信号発生ユニット31bの端子47bと接続されている。整流スタック62の接地端子62gは、接地線GLに接続されている。整流スタック62の出力端子62cは、レギュレータ63の制御端子63aに接続されている。
 レギュレータ63は、バッテリー32から位置検出系1へ供給される電力を調整する。レギュレータ63は、バッテリー32と位置検出系1との間の電力の供給経路に設けられるスイッチ64を含んでもよい。レギュレータ63は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号をもとにスイッチ64の動作を制御する。
 レギュレータ63の入力端子63bは、バッテリー32に接続されている。レギュレータ63の出力端子63cは、電源線PLに接続されている。レギュレータ63の接地端子63gは、接地線GLに接続されている。レギュレータ63の制御端子63aはイネーブル端子であり、レギュレータ63は、制御端子63aに閾値以上の電圧が印加された状態で、出力端子63cの電位を所定電圧に維持する。レギュレータ63の出力電圧(上記の所定電圧)は、計数器67がCMOSなどで構成される場合に例えば3Vである。記憶部14の不揮発性メモリ68の動作電圧は、例えば、所定電圧と同じ電圧に設定される。なお、所定電圧は、電力供給に必要な電圧であり、一定の電圧値のことだけでなく、段階的に変化する電圧であってもよい。
 スイッチ64は、第1端子64aが入力端子63bと接続され、第2端子64bが出力端子63cと接続される。レギュレータ63は、電気信号発生ユニット31から制御端子63aに供給される電気信号を制御信号(イネーブル信号)に用いて、スイッチ64の第1端子64aと第2端子64bとの間の導通状態と絶縁状態とを切り替える。例えば、スイッチ64は、MOS、TFTなどのスイッチング素子を含み、第1端子64aと第2端子64bとはソース電極とドレイン電極であり、ゲート電極が制御端子63aと接続される。スイッチ64は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号(電力)によってゲート電極が充電され、ゲート電極の電位が閾値以上になると、ソース電極とドレイン電極との間が導通可能な状態(オン状態)になる。なお、スイッチ64はレギュレータ63の外部に設けられてもよく、例えばリレー等の外付けであってもよい。
 多回転情報検出部3は、磁気検出部12として、磁気センサ51、アナログコンパレータ65、磁気センサ52、及びアナログコンパレータ66を含む。磁気検出部12は、磁石11が形成する磁界を、バッテリー32から供給される電力を用いて検出する。また、多回転情報検出部3は、図1に示した検出部13として計数器67を含み、記憶部14として不揮発性メモリ68を含む。
 磁気センサ51の電源端子51pは、電源線PLに接続されている。磁気センサ51の接地端子51gは、接地線GLに接続されている。磁気センサ51の出力端子51cは、アナログコンパレータ65の入力端子65aに接続されている。本実施形態において、磁気センサ51の出力端子51cは、図2(C)に示した第2出力端子51bの電位と基準電位との差に相当する電圧を出力する。アナログコンパレータ65は、磁気センサ51から出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ65の電源端子65pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ65の接地端子65gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ65の出力端子65bは、計数器67の第1入力端子67aに接続されている。アナログコンパレータ65は、磁気センサ51の出力電圧が閾値以上である場合に出力端子からHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子からLレベルの信号を出力する。
 磁気センサ52およびアナログコンパレータ66は、磁気センサ51およびアナログコンパレータ65と同様の構成である。磁気センサ52の電源端子52pは、電源線PLに接続されている。磁気センサ52の接地端子52gは、接地線GLに接続されている。磁気センサ52の出力端子52cは、アナログコンパレータ66の入力端子66aに接続されている。アナログコンパレータ66の電源端子66pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ66の接地端子66gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ66の出力端子58bは、計数器67の第2入力端子67bに接続されている。アナログコンパレータ66は、磁気センサ52の出力電圧が閾値以上である場合に出力端子からHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子66bからLレベルの信号を出力する。
 計数器67は、回転軸SFの多回転情報を、バッテリー32から供給される電力を用いて計数する。計数器67は、例えばCMOS論理回路などを含む。計数器67は、電源端子67pおよび接地端子67gを介して供給される電力を用いて動作する。計数器67の電源端子67pは、電源線PLに接続されている。計数器67の接地端子67gは、接地線GLに接続されている。計数器67は、第1入力端子67aを介して供給される電圧、及び第2入力端子67bを介して供給される電圧を制御信号として、計数処理を行う。
 不揮発性メモリ68は、検出部13が検出した回転位置情報の少なくとも一部(例、多回転情報)を、バッテリー32から供給される電力を用いて記憶する(書き込み動作を行う)。不揮発性メモリ68は、検出部13が検出した回転位置情報として、計数器67による計数の結果(多回転情報)を記憶する。不揮発性メモリ68の電源端子68pは、電源線PLに接続されている。記憶部14の接地端子68gは、接地線GLに接続されている。記憶部14は、例えば不揮発性メモリを含み、電力が供給されている間に書き込まれた情報を、電力が供給されない状態においても保持可能である。
 本実施形態において、整流スタック61、整流スタック62とレギュレータ63との間には、コンデンサ69が設けられている。コンデンサ69の第1電極69aは、整流スタック61、整流スタック62とレギュレータ63の制御端子63aとを接続する信号線に接続されている。コンデンサ69の第2電極69bは、接地線GLに接続されている。このコンデンサ69は、いわゆる平滑コンデンサであり、脈動を低減してレギュレータの負荷を低減する。コンデンサ69の定数は、例えば、検出部13により回転位置情報を検出して記憶部14に回転位置情報を書き込むまでの期間に、バッテリー32から検出部13および記憶部14への電力供給が維持されるように設定される。
 次に、電力供給系2および多回転情報検出部3の動作について説明する。図4は、回転軸SFが反時計回りに回転(順回転)するときの多回転情報検出部3の動作を示すタイミングチャートである。図5は、回転軸SFが反時計回りに回転(逆回転)するときの多回転情報検出部3の動作を示すタイミングチャートである。
 図4および図5の「磁界」において、実線は第1電気信号発生ユニット31aの位置での磁界を示し、破線は第2電気信号発生ユニット31bの位置での磁界を示す。「第1電気信号発生ユニット」、「第2電気信号発生ユニット」は、ぞれぞれ、第1電気信号発生ユニット31aの出力、第2電気信号発生ユニット31bの出力を示し、1方向に流れる電流の出力を正(+)とし、その逆方向に流れる電流の出力を負(-)とした。「イネーブル信号」は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号によりレギュレータ63の制御端子63aに印加される電位を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。「レギュレータ」は、レギュレータ63の出力を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。
 図4および図5の「第1磁気センサ上の磁界」、「第2磁気センサ上の磁界」は、磁気センサ51上に形成される磁界、磁気センサ52状に形成される磁界である。磁石11が形成する磁界を長破線で示し、バイアス磁石が形成する磁界を短破線で示し、これらの合成磁界を実線で示した。「第1磁気センサ」、「第2磁気センサ」は、それぞれ、磁気センサ51、磁気センサ52を常時駆動したときの出力を示し、第1出力端子からの出力を破線で表し、第2出力端子からの出力を実線で表した。「第1アナログコンパレータ」、「第2アナログコンパレータ」は、それぞれ、アナログコンパレータ65、アナログコンパレータ66からの出力を示す。磁気センサおよびアナログコンパレータが常時駆動された場合の出力を「常時駆動」に示し、磁気センサおよびアナログコンパレータが間欠駆動された場合の出力を「間欠駆動」に示した。
 まず、図4を参照しつつ、回転軸SFが反時計回りに回転する際の動作を説明する。第1電気信号発生ユニット31aは、角度位置135°において、逆方向に流れる電流パルス(「第1電気信号発生ユニット」の負)を出力する。また、第1電気信号発生ユニット31aは、角度位置315°において、順方向に流れる電流パルス(「第1電気信号発生ユニット」の正)を出力する。第2電気信号発生ユニット31bは、角度位置45°において、順方向に流れる電流パルス(「第2電気信号発生ユニット」の正)を出力する。また、第2電気信号発生ユニット31bは、角度位置225°において、逆方向に流れる電流パルス(「第2電気信号発生ユニット」の負)を出力する。そのため、イネーブル信号は、角度位置45°、角度位置135°、角度位置225°、角度位置315°のそれぞれにおいて、ハイレベルに切り替わる。また、レギュレータ63は、イネーブル信号がハイレベルに維持された状態に対応して、角度位置45°、角度位置135°、角度位置225°、角度位置315°のそれぞれにおいて、電源線PLに所定電圧を供給する。
 本実施形態において、磁気センサ51の出力と磁気センサ52の出力は、90°の位相差を有しており、検出部13は、この位相差を利用して回転位置情報を検出する。磁気センサ51の出力は、角度位置0°から角度位置180°の範囲において、正のサイン波状である。この角度範囲において、レギュレータ63は角度位置45°、角度位置135°において電力を出力する。磁気センサ51およびアナログコンパレータ65は、角度位置45°と角度位置135°のそれぞれにおいて供給される電力により駆動される。アナログコンパレータ65から出力される信号(以下、A相信号という)は、電力供給を受けていない状態でLレベルに維持されており、角度位置45°と角度位置135°のそれぞれにおいてHレベルになる。
 また、磁気センサ52の出力は、角度位置270°(-90°)から角度位置90°の範囲において、正のサイン波状である。この角度範囲において、レギュレータ63は、角度位置315°(-45°)、角度位置45°において電力を出力する。磁気センサ52およびアナログコンパレータ66は、角度位置315°と角度位置45°のそれぞれにおいて供給される電力により駆動される。アナログコンパレータ66から出力される信号(以下、B相信号という)は、電力供給を受けていない状態でLレベルに維持されており、角度位置315°と角度位置45°のそれぞれにおいてHレベルになる。
 ここで、計数器67に供給されるA相信号がHレベル(H)であり、計数器67に供給されるB相信号がLレベルである場合に、これら信号レベルの組を(H,L)のように表す。図4では、角度位置315°において信号レベルの組が(L,H)であり、角度位置45°において信号レベルの組が(H,H)、角度位置135°において信号レベルの組が(H,L)である。
 計数器67は、検出したA相信号とB相信号の一方または双方がHレベルである場合に、記憶部14に信号レベルの組を記憶させる。計数器67は、次に検出したA相信号とB相信号の一方または双方がHレベルである場合に、前回のレベルの組を記憶部14から読み出し、前回のレベルの組と今回のレベルの組と比較して回転方向を判定する。
 例えば、前回の信号レベルの組が(H,H)であって、今回の信号レベルが(H,L)である場合には、前回の検出において角度位置45°であり、今回の検出において角度位置135°であるので、反時計回り(順回転)であることがわかる。計数器67は、今回のレベルの組が(H,L)であって、かつ前回のレベルの組が(H,H)である場合、カウンタをアップすることを示すアップ信号を記憶部14に供給する。記憶部14は、計数器67からのアップ信号を検出した場合に、記憶している多回転情報を1増加した値に更新する。
 次に、図5を参照しつつ、回転軸SFが時計回りに回転する際の動作を説明する。第1電気信号発生ユニット31aは、角度位置135°において、順方向に流れる電流パルス(「第1電気信号発生ユニット」の正)を出力する。また、第1電気信号発生ユニット31aは、角度位置315°において、逆方向に流れる電流パルス(「第1電気信号発生ユニット」の負)を出力する。第2電気信号発生ユニット31bは、角度位置45°において、逆方向に流れる電流パルス(「第2電気信号発生ユニット」の負)を出力する。また、第2電気信号発生ユニット31bは、角度位置225°において、順方向に流れる電流パルス(「第2電気信号発生ユニット」の正)を出力する。このように、回転軸SFの回転方向が逆転すると、第1電気信号発生ユニット31aから出力される電流の向き、第2電気信号発生ユニット31bから出力される電流の向きが逆転する。
 整流スタック61および整流スタック62は、各電気信号発生ユニットから出力される電流を整流するので、イネーブル信号は、各電気信号発生ユニットから出力される電流の向きに依存しない。そのため、レギュレータ63は、順回転と同様に、角度位置45°、角度位置135°、角度位置225°、角度位置315°のそれぞれにおいて、電源線PLに所定電圧を供給する。
 計数器67は、順回転について説明したのと同様に、回転方向を判定する。また、今回の信号レベルの組が(H,L)であって、前回の信号レベルが(L,H)である場合には、前回の検出において角度位置315°(-45°)であり、今回の検出において角度位置135°(-225°)であるので、時計回り(逆回転)であることがわかる。計数器67は、今回のレベルの組が(H,L)であって、かつ前回のレベルの組が(L,H)である場合に、カウンタをダウンすることを示すダウン信号を記憶部14に供給する。記憶部14は、計数器67からのダウン信号を検出した場合に、記憶している多回転情報を1減少した値に更新する。このように、本実施形態に係る多回転情報検出部3は、回転軸SFの回転方向を判定しながら、多回転情報を検出できる。
 このように、本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、電気信号発生ユニット31に電気信号が発生してから短時間のうちに、バッテリー32から多回転情報検出部3に電力が供給され、多回転情報検出部3がダイナミック駆動(間欠駆動)する。多回転情報の検出および書き込みの終了後は、多回転情報検出部3への電源供給は絶たれるが、計数値は、記憶部14に格納されているので保持される。このようなシーケンスは、外部からの電力供給が絶たれた状態においても、磁石11上の所定位置が電気信号発生ユニット31の近傍を通過するたびに繰り返される。また、記憶部14に記憶されている多回転情報は、次にモータMが起動される際にモータ制御部MCなどに読み出され、回転軸SFの初期位置などの算出に利用される。このようなエンコーダ装置ECは、第1電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部をバッテリー32が供給するので、バッテリー32を長寿命にすることができる。バッテリー32のメンテナンス(例、交換)をなくしたり、メンテナンスの頻度を減らしたりすることができる。例えば、バッテリー32の寿命がエンコーダ装置ECの他の部分の寿命よりも長い場合、バッテリー32の交換を不要にすることもできる。
 ところで、ウィーガントワイヤ等の感磁性ワイヤを利用すると、磁石11の回転が極めて低速であっても、電気信号発生ユニット31からパルス電流出力が得られる。そのため、例えばモータMへ電力供給がなされていない状態などにおいて、回転軸SF(磁石11)の回転が極めて低速な場合にも、電気信号発生ユニット31の出力を電気信号として利用できる。
[第2実施形態]
 第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図6は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。本実施形態において、バッテリー32は、一次電池36および二次電池37を含む。モータ制御部MCは電源部MC2を備え、二次電池37は、電源部MC2から供給される電力により充電される。電源部MC2は、例えば、回転軸SF(移動部)の駆動に使われる電力を供給する電源であり、モータMに対して電力を供給する。二次電池37は、電源部MC2がモータMに対して電力を供給可能な状態(例、主電源がオンの状態)において、電源部MC2から電力の供給を受けて充電されてもよい。また、電源部MC2がモータMに対して電力を供給しない状態(例、主電源がオフの状態)において、二次電池37への充電の少なくとも一部は、電気信号発生部(電気信号発生ユニット31)で発生する電気信号の電力を用いて行われてもよい。この場合、エンコーダ装置ECに対して外部からの電力の供給が絶たれた状態(例、停電)などにおいても、二次電池37を充電することができる。
 バッテリー32は、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を、一次電池36から供給することもできるし、二次電池37から供給することもできる。例えば、一次電池36および二次電池37は、それぞれ、切替部33と電気的に接続され、切替部33は、一次電池36からの電力または二次電池37からの電力を、検出部13および記憶部14のそれぞれへ供給する。
 図7は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。二次電池37は、モータ制御部MCの電源部MC2と電気的に接続されている。モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給可能な期間(例、主電源のオン状態)の少なくとも一部において、電源部MC2から二次電池37へ電力が供給され、この電力によって二次電池37が充電される。モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給不能な期間(例、主電源のオフ状態)において、電源部MC2から二次電池37への電力の供給は絶たれる。
 また、二次電池37は、電気信号発生ユニット31からの電気信号の伝達経路にも電気的に接続されてもよい。この場合、二次電池37は、電気信号発生ユニット31からの電気信号の電力により充電可能である。例えば、二次電池37は、整流スタック61とレギュレータ63との間の回路と電気的に接続される。二次電池37は、電源部MC2からの電力の供給が絶たれた状態において、回転軸SFの回転により電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力によって、充電することが可能となる。なお、二次電池37は、モータMに駆動されて回転軸SFが回転することにより電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力によって、充電されてもよい。
 本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、外部からの電力の供給が絶たれた状態において、一次電池36と二次電池37とのいずれから位置検出系1へ電力を供給するかを選択する。電力供給系2は、電源切替器(電源選択部、選択部)38を備え、電源切替器38は、位置検出系1に対して一次電池36と二次電池37とのいずれから電力を供給するかを切り替える(選択する)。電源切替器38の第1入力端子は、一次電池36の正極と電気的に接続され、電源切替器38の第2入力端子は、二次電池37と電気的に接続される。電源切替器38の出力端子は、レギュレータ63の入力端子63bと電気的に接続される。
 電源切替器38は、例えば、二次電池37の残量に基づいて、位置検出系1に対して電力を供給する電池を、一次電池36または二次電池37に選択する。例えば、二次電池37の残量が閾値以上である場合、電源切替器38は、二次電池37から電力を供給させ、一次電池36から電力を供給させない。この閾値は、位置検出系1で消費される電力に基づいて設定され、例えば、位置検出系1へ対して供給すべき電力以上に設定される。例えば、電源切替器38は、位置検出系1で消費される電力を二次電池37からの電力でまかなうことが可能な場合、二次電池37から電力を供給させ、一次電池36から電力を供給させない。また、二次電池37の残量が閾値未満である場合、電源切替器38は、二次電池37から電力を供給させず、一次電池36から電力を供給させる。電源切替器38は、例えば、二次電池37の充電を制御する充電器を兼ねていてもよく、充電の制御に使われる二次電池37の残量の情報を用いて、二次電池37の残量が閾値以上であるか否かを判定してもよい。
 本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、二次電池37を併用するので、一次電池36の消耗を遅らせることができる。したがって、エンコーダ装置ECは、バッテリー32のメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低い。
 なお、バッテリー32は、一次電池36と二次電池37の少なくとも一方を備えればよい。また、上述の実施形態においては、一次電池36または二次電池37から択一的に電力を供給するが、一次電池36および二次電池37から並行して電力を供給してもよい。例えば、位置検出系1の各処理部(例、磁気センサ51、計数器67、不揮発性メモリ69)の消費電力に応じて、一次電池36が電力を供給する処理部と、二次電池37が電力を供給する処理部とが定められてもよい。なお、二次電池37は、電源部EC2から供給される電力と、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号の電力との少なくとも一方を用いて、充電されればよい。
[第3実施形態]
 第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図8は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。多回転情報検出部3は、回転軸SF(移動部)の回転位置情報を、第1実施形態では磁気的に検出するが、本実施形態では光学的に検出する。
 多回転情報検出部3は、スケールS、発光素子21(照射部)、及び受光センサ22(光検出部)を備える。
 スケールSは、回転軸SFと連動して回転する。発光素子21は、スケールSに光を照射する。発光素子21は、エンコーダ装置ECの外部からの電力の供給が断たれた状態で、バッテリー32から供給される電力を用いてスケールSに光を照射する。電力供給系2は、エンコーダ装置ECの外部からの電力の供給が断たれた状態で、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、発光素子21へ間欠的に電力を供給する。受光センサ22は、スケールSからの光を検出する。発光素子21は、エンコーダ装置ECの外部からの電力の供給が断たれた状態で、スケールSからの光を検出する。電力供給系2は、エンコーダ装置ECの外部からの電力の供給が断たれた状態で、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号に応じて、受光センサ22へ間欠的に電力を供給する。多回転情報検出部3の検出部13は、受光センサ22と通信可能に接続され、受光センサ22の検出結果を取得する。検出部13は、受光センサ22の検出結果に基づいて、回転軸SFの回転位置情報の少なくとも一部(例、多回転情報)を検出する。
 図9は、本実施形態に係る磁石11、電気信号発生ユニット31、スケールS、及び受光センサ22を示す図である。なお、図2には、多回転情報の検出に用いる部分を図示し、角度位置情報の検出に用いる部分(インクリメンタルスケール、アブソリュートスケール、及びこれらに対応する受光部)の図示を省略した。磁石11は、例えば、8極に着磁された永久磁石である。磁石11は、同心円状の2つの環状の磁石を組み合わせた形状である。2つの環状の磁石は、それぞれ、4極に着磁されており、その周方向にN極、S極が交互に配置される。2つの環状の磁石は、その径方向(回転軸SFの放射方向)において、N極とS極が並んでいる。
 スケールSは、第1スケールSaおよび第2スケールSbを含む。第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、回転軸SFを中心とする環状の部材である。第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、その周方向の角度位置によって光学特性(例、透過率、反射率、光吸収率)が変化する。例えば、第1スケールSaおよび第2スケールSbは、それぞれ、回転軸SFに対する周方向において光学特性が2値的に切替わる。第1スケールSaおよび第2スケールSbのそれぞれにおいて、光学特性が2値的に切替わる角度位置は、磁石11の周方向においてN極とS極との境界の角度位置と異なるように設定される。第2スケールSbは、第1スケールSaと同様であるが、第1スケールSaと比較して、周方向で光学特性が変化する位相が異なる。第1スケールSaと第2スケールSbとの光学特性の位相差は、0°より大きく180°よりも小さい範囲に設定され、例えば、90°に設定される。なお、第1スケールSaおよび第2スケールSbは、インクリメンタルスケール、アブソリュートスケールと別の部材に設けられてもよく、例えば、磁石11と同じ円板15に設けられてもよい。この場合、第1スケールSaおよび第2スケールSbに光を照射する発光素子は、例えば、インクリメンタルスケール、アブソリュートスケールに光を照射する発光素子と別に設けられる。
 受光センサ22は、第1受光部71および第2受光部72を含む。第1受光部71は、発光素子21から照射されて第1スケールSaを経由(例、透過)した光が入射する位置に配置される。例えば、第1スケールSaは周方向で透過率が変化し、発光素子21から照射されて第1スケールSaを透過する光の光量は、第1スケールSa(回転軸SF)の角度位置に応じて変化し、第1受光部71に入射する光の光量も第1スケールSa(回転軸SF)の角度位置に応じて変化する。
 第2受光部72は、発光素子21から照射されて第2スケールSbを経由(例、透過)した光が入射する位置に配置される。第2受光部72は、例えば、スケールSの周方向において第1受光部71とほぼ同じ角度位置に配置される。例えば、第2スケールSbは周方向で透過率が変化し、発光素子21から照射されて第2スケールSbを透過する光の光量は、第2スケールSb(回転軸SF)の角度位置に応じて変化し、第2受光部72に入射する光の光量も第2スケールSb(回転軸SF)の角度位置に応じて変化する。
 第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の位相差があることから、検出部13は、例えば、第1受光部71の検出結果をA相信号に利用し、第2受光部72の検出結果をB相信号に利用することができる。なお、図9においては、第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の変化の位相が異なり、第1受光部71および第2受光部72の角度位置がほぼ同じであるが、第1スケールSaと第2スケールSbとで光学特性の変化の位相が同じであり、第1受光部71および第2受光部72の角度位置が異なっていてもよい。この場合にも、第1受光部71の検出結果をA相信号に利用し、第2受光部72の検出結果をB相信号に利用することができる。
 図10は、本実施形態に係る電力供給系2および多回転情報検出部3の回路構成を示す図である。発光素子21は、電力供給系2から供給される電力により光を発する。発光素子21の電源端子21pは、電源線PLに接続されている。発光素子21の接地端子21gは、接地線GLに接続されている。発光素子21は、電源端子21pおよび接地端子21gを介して供給される電力によって、光を発する。
 多回転情報検出部3は、図6に示した検出部13として、受光センサ22およびアナログコンパレータ75およびアナログコンパレータ76を備える。受光センサ22は、電力供給系2から供給される電力により光を検出するする。受光センサ22の電源端子22pは、電源線PLに接続されている。受光センサ22の接地端子22gは、接地線GLに接続されている。発光素子21は、電源端子22pおよび接地端子22gを介して供給される電力によって、光を発する。受光センサ22の出力端子22aは、図9に示した第1受光部71の検出結果を出力する。出力端子22aは、アナログコンパレータ75の入力端子75aに接続されている。受光センサ22の出力端子22bは、図9に示した第2受光部72の検出結果を出力する。出力端子22bは、アナログコンパレータ76の入力端子76aに接続されている。
 アナログコンパレータ75は、受光センサ22の第1受光部71から出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ75の電源端子75pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ75の接地端子75gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ75の出力端子75bは、計数器67の第1入力端子67aに接続されている。アナログコンパレータ75は、第1受光部71の出力電圧が閾値以上である場合に出力端子75bからHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子75bからLレベルの信号を出力する。
 アナログコンパレータ76は、受光センサ22の第2受光部72から出力される電圧を所定電圧と比較する比較器である。アナログコンパレータ76の電源端子76pは、電源線PLに接続されている。アナログコンパレータ76の接地端子76gは、接地線GLに接続されている。アナログコンパレータ76の出力端子76bは、計数器67の第2入力端子67bに接続されている。アナログコンパレータ76は、第2受光部72の出力電圧が閾値以上である場合に出力端子76bからHレベルの信号を出力し、閾値未満である場合に出力端子76bからLレベルの信号を出力する。
 図11は、本実施形態に係る多回転情報検出部の動作を示す図である。図11の「磁石」は、回転軸SFの角度位置に応じた磁石の角度位置であり、N極とS極とを異なるハッチングで示した。「電気信号発生ユニット、受光素子」は、電気信号発生ユニット31および受光センサ22の角度位置であり、回転軸SFの角度位置に依らずに一定である。「電気信号発生ユニット」は、電気信号発生ユニット31の出力であり、1方向に流れる電流の出力を正(+)とし、その逆方向に流れる電流の出力を負(-)とした。また、回転軸SFが反時計回りに回転する際の電気信号発生ユニット31の出力を「反時計回り」に示し、回転軸SFが時計回りに回転する際の電気信号発生ユニット31の出力を「時計回り」に示した。「イネーブル信号」は、電気信号発生ユニット31で発生する電気信号によりレギュレータ63の制御端子63aに印加される電位を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。「レギュレータ」は、レギュレータ63の出力を示し、ハイレベルを「H」で表し、ローレベルを「L」で表した。
 図11の「受光素子の第1出力」、「受光素子の第2出力」は、それぞれ、第1受光部71の出力、第2受光部72の出力である。「第1アナログコンパレータ」、「第2アナログコンパレータ」は、それぞれ、アナログコンパレータ75、アナログコンパレータ76からの出力を示す。受光素子およびアナログコンパレータが常時駆動された場合の出力を「常時駆動」に示し、磁気センサおよびアナログコンパレータが間欠駆動された場合の出力を「間欠駆動」に示した。
 電気信号発生ユニット31の出力は、回転軸SFの回転方向によって正負が反転するが、整流スタック61が電気信号発生ユニット31からの電流を整流するので、イネーブル信号は、回転軸SFが反時計回りに回転する場合と時計回りに回転する場合とで同じになる。イネーブル信号は、角度位置45°、135°、225°、315°においてハイレベル(H)に立ち上がる。レギュレータ63の出力は、イネーブル信号の立ち上がりに応じてハイレベル(H)になる。レギュレータ63の出力がハイレベルになると、発光素子21および受光センサ22に電力が供給され、発光素子21は光をスケールSに照射し、受光センサ22は、発光素子21から照射されてスケールSを経由した光を検出する。ここで、アナログコンパレータ75の出力およびアナログコンパレータ76の出力の組を、Hを「1」とし、Lを「0」として(0,1)のように表す。アナログコンパレータ75の出力およびアナログコンパレータ76の出力の組は、角度位置45°、135°、225°、315°において、それぞれ、(1,1)、(1,0)、(0,0)、(0.1)となる。従って、アナログコンパレータ75の出力およびアナログコンパレータ76の出力の組から、4つの角度位置を区別することができる。計数器67は、アナログコンパレータ75の出力およびアナログコンパレータ76の出力を用いて、例えば第1実施形態と同様に、回転軸SFの多回転情報を検出する。記憶部14は、計数器67が検出した多回転情報を記憶する。
[第4実施形態]
 第4実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。図12は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。本実施形態において、バッテリー32は、一次電池36および二次電池37を含む。モータ制御部MCは電源部MC2を備え、二次電池37は、電源部MC2から供給される電力により充電される。バッテリー32、電源部MC2は、例えば第2実施形態で説明したものと同様でよい。バッテリー32は、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を、一次電池36から供給することもできるし、二次電池37から供給することもできる。
 図13は、本実施形態に係るエンコーダ装置ECを示す図である。二次電池37は、モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給可能な期間(例、主電源のオン状態)の少なくとも一部において、電源部MC2から電力が供給され、この電力によって充電される。モータ制御部MCの電源部MC2が電力を供給不能な期間(例、主電源のオフ状態)において、電源部MC2から二次電池37への電力の供給は絶たれる。二次電池37は、電気信号発生ユニット31からの電気信号の電力により充電可能であってもよい。
 本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、外部からの電力の供給が絶たれた状態において、一次電池36と二次電池37とのいずれから位置検出系1へ電力を供給するかを選択する。本実施形態に係るエンコーダ装置ECは、二次電池37を併用するので、一次電池36の消耗を遅らせることができる。したがって、エンコーダ装置ECは、バッテリー32のメンテナンス(例、交換)がない、あるいはメンテナンスの頻度が低い。
 次に、変形例について説明する。図14(A)~図14(D)は、それぞれ、変形例のエンコーダ装置の一部を示す図である。上述の各実施形態において、磁石11は、リング状の磁石(図2参照)により交流磁場を発生するが、図14(A)の磁石11は棒磁石により交流磁場を発生する。本変形例において磁石11は、円盤状のプレート80上に設けられた棒磁石81a~81fを含む。
 プレート80は、回転軸SFに固定されており、回転軸SFと一体的に回転する。棒磁石81a~81fは、プレート80と固定されており、プレート80および回転軸SFと一体的に回転する。棒磁石81a~81fは、それぞれ、プレート80の径方向とほぼ平行に配置されている。
 棒磁石81a~81cは、プレート80の中心(回転軸SF)にS極を向けて、かつN極を回転軸SFに対する放射方向(プレート80の外側)を向けて、配置されている。棒磁石81aは、プレート80の位置11dの付近に配置されている。棒磁石81bは、プレート80の位置11aに配置されている。棒磁石81cは、プレート80の位置11bの付近に配置されている。
 棒磁石81d~81fは、プレート80の中心(回転軸SF)にN極を向けて、かつS極を回転軸SFに対する放射方向(プレート80の外側)を向けて、配置されている。棒磁石81dは、プレート80の位置11bの付近に、棒磁石81cと隣接して配置されている。棒磁石81eは、プレート80の位置11cに配置されている。棒磁石81fは、プレート80の位置11dの付近に、棒磁石81aと隣接して配置されている。
 このような磁石11によれば、プレート80の位置11bまたは位置11dが電気信号発生ユニット31の近傍を通過する際に、電気信号発生ユニット31における磁界の向きが反転し、電気信号発生ユニット31から電力が出力される。
 図14(B)の変形例において、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31cが設けられる。電気信号発生ユニット31cは、磁石11の周方向において、電気信号発生ユニット31と180°の位相差で配置されている。磁石11の位置11aが電気信号発生ユニット31の近傍を通過する際に、磁石11の位置11cは、電気信号発生ユニット31cの近傍を通過する。このように、電気信号発生ユニット31aと電気信号発生ユニット31cとがほぼ同時に電力を発生することになり、電気信号発生ユニット31で発生する電力(電気信号のレベル)を増加させることができる。
 図14(C)の変形例において、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31dが設けられる。電気信号発生ユニット31cは、磁石11に対して電気信号発生ユニット31aの反対側に設けられている。電気信号発生ユニット31cは、例えば、磁石11の周方向において電気信号発生ユニット31と同じ角度位置に設けられる。このエンコーダ装置ECは、電気信号発生ユニット31と電気信号発生ユニット31cとがほぼ同時に電力を発生することになり、検出系などで消費される電力をまかないやすくなる。
 図14(D)の変形例において、磁石11として、磁石82および磁石83が設けられる。また、電気信号発生ユニット31として、電気信号発生ユニット31aおよび電気信号発生ユニット31eが設けられる。磁石82は、図1などに示した円板15の表面に配置されており、磁石83は裏面に配置されている。電気信号発生ユニット31aは、磁石82の近傍に配置され、磁石82が形成する磁界の変化によって発電する。電気信号発生ユニット31eは、磁石83の近傍に配置され、磁石83が形成する磁界の変化によって発電する。このように複数の電気信号発生ユニットが設けられる場合に、電気信号発生ユニット31aと対になる磁石82と、電気信号発生ユニット31eと対になる磁石83とが異なる別の部材であってもよい。
 なお、上述の変形例のように、複数の電気信号発生ユニットが設けられる場合に、電気信号発生ユニット31cから出力される電力は、多回転情報を検出するための検出信号として利用されてもよいし、検出系などへの供給に利用されてもよい。また、エンコーダ装置ECに設けられる電気信号発生ユニットの数は、3つ以上であってもよい。また、電気信号発生ユニットは、磁石11の一面側と他面側のそれぞれに感磁性部および発電部が設けられており、これら感磁性部および発電部が1つの筐体に収容されている態様であってもよい。
 なお、上述の第1実施形態において、磁石11は、周方向に2極と径方向に2極とを有する4極の磁石であるが、このような構成に限定されず適宜変更できる。例えば、磁石11は、周方向の極の数が4極以上であってもよく、周方向に4極と径方向に2極とを有する8極の磁石であってもよい。
 なお、上述の実施形態において、位置検出系1は、位置情報として回転軸SF(移動部)の回転位置情報を検出するが、位置情報として所定方向の位置、速度、加速度の少なくとも一つを検出してもよい。エンコーダ装置ECは、ロータリーエンコーダを含んでもよいし、リニアエンコーダを含んでもよい。また、エンコーダ装置ECは、発電部および検出部が回転軸SFに設けられ、磁石11が移動体(例、回転軸SF)の外部に設けられることで、磁石と検出部との相対位置が移動部の移動に伴って変化するものでもよい。また、位置検出系1は、回転軸SFの多回転情報を検出しなくてもよく、位置検出系1の外部の処理部により多回転情報を検出してもよい。
 上述の実施形態において、電気信号発生ユニット31は、磁石11と所定の位置関係となった際に電力(電気信号)を発生する。位置検出系1は、電気信号発生ユニット31に発生する電力の変化を検出信号に用いて、移動部(例、回転軸SF)の位置情報を検出してもよい。例えば、電気信号発生ユニット31をセンサとして用いてもよく、位置検出系1は、電気信号発生ユニット31および1つ以上のセンサ(例、磁気センサ、受光センサ)により、移動部の位置情報を検出してもよい。また、電気信号発生ユニットの数が2つ以上である場合、位置検出系1は、2つ以上の電気信号発生ユニットをセンサと用いて位置情報を検出してもよい。例えば、位置検出系1は、2つ以上の電気信号発生ユニットをセンサと用い、磁気センサを用いないで移動部の位置情報を検出してもよいし、受光センサを用いないで移動部の位置情報を検出してもよい。
 また、電気信号発生ユニット31は、位置検出系1で消費される電力の少なくとも一部を供給してもよい。例えば、電気信号発生ユニット31は、位置検出系1のうち消費電力が相対的に小さい処理部に対して、電力を供給してもよい。また、電力供給系2は、位置検出系1の一部に対して電力を供給しなくてもよい。例えば、電力供給系2は、検出部13に間欠的に電力を供給し、記憶部14へ電力を供給しなくてもよい。この場合、電力供給系2の外部に設けられる電源、バッテリーなどから記憶部14に対して、間欠的または連続的に電力が供給されてもよい。発電部は、大バルクハウゼンジャンプ以外の現象により電力が発生するものでもよく、例えば移動部(例、回転軸SF)の移動に伴う磁界の変化に伴う電磁誘導により、電力を発生するものでもよい。検出部の検出結果を記憶する記憶部は、位置検出系1の外部に設けられてもよく、エンコーダ装置ECの外部に設けられてもよい。
[駆動装置]
 次に、駆動装置について説明する。図15は、駆動装置MTRの一例を示す図である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。この駆動装置MTRは、電動モータを含むモータ装置である。駆動装置MTRは、回転軸SFと、回転軸SFを回転駆動する本体部(駆動部)BDと、回転軸SFの回転位置情報を検出するエンコーダ装置ECとを有している。
 回転軸SFは、負荷側端部SFaと、反負荷側端部SFbとを有している。負荷側端部SFaは、減速機など他の動力伝達機構に接続される。反負荷側端部SFbには、固定部を介してスケールSが固定される。このスケールSの固定とともに、エンコーダ装置ECが取り付けられている。エンコーダ装置ECは、上述した実施形態、変形例、あるいはその組み合わせに係るエンコーダ装置である。
 この駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECの検出結果を使って、図1などに示したモータ制御部MCが本体部BDを制御する。駆動装置MTRは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が無いもしくは低いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、駆動装置MTRは、モータ装置に限定されず、油圧や空圧を利用して回転する軸部を有する他の駆動装置であってもよい。
[ステージ装置]
 次に、ステージ装置について説明する。図16は、ステージ装置STGを示す図である。このステージ装置STGは、図15に示した駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaに、回転テーブル(移動物体)TBを取り付けた構成である。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。
 ステージ装置STGは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が回転テーブルTBに伝達される。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力を用いることにより、回転テーブルTBの角度位置を検出することができる。なお、駆動装置MTRの負荷側端部SFaと回転テーブルTBとの間に減速機等が配置されてもよい。
 このようにステージ装置STGは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が低い又は無いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、ステージ装置STGは、例えば、旋盤等の工作機械に備える回転テーブル等に適用できる。
[ロボット装置]
 次に、ロボット装置について説明する。図17は、ロボット装置RBTを示す斜視図である。なお、図17には、ロボット装置RBTの一部(関節部分)を模式的に示した。以下の説明において、上記した実施形態と同一または同等の構成部分については同一符号を付けて説明を省略または簡略化する。このロボット装置RBTは、第1アームAR1と、第2アームAR2と、関節部JTとを有している。第1アームAR1は、関節部JTを介して、第2アームAR2と接続されている。
 第1アームAR1は、腕部101、軸受101a、及び軸受101bを備えている。第2アームAR2は、腕部102および接続部102aを有する。接続部102aは、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの間に配置されている。接続部102aは、回転軸SF2と一体的に設けられている。回転軸SF2は、関節部JTにおいて、軸受101aと軸受101bの両方に挿入されている。回転軸SF2のうち軸受101bに挿入される側の端部は、軸受101bを貫通して減速機RGに接続されている。
 減速機RGは、駆動装置MTRに接続されており、駆動装置MTRの回転を例えば100分の1等に減速して回転軸SF2に伝達する。図17に図示しないが、駆動装置MTRの回転軸SFのうち負荷側端部SFaは、減速機RGに接続されている。また、駆動装置MTRの回転軸SFのうち反負荷側端部SFbには、エンコーダ装置ECのスケールSが取り付けられている。
 ロボット装置RBTは、駆動装置MTRを駆動して回転軸SFを回転させると、この回転が減速機RGを介して回転軸SF2に伝達される。回転軸SF2の回転により接続部102aが一体的に回転し、これにより第2アームAR2が、第1アームAR1に対して回転する。その際、エンコーダ装置ECは、回転軸SFの角度位置等を検出する。従って、エンコーダ装置ECからの出力を用いることにより、第2アームAR2の角度位置を検出することができる。
 このようにロボット装置RBTは、エンコーダ装置ECのバッテリー交換の必要性が無いもしくは低いので、メンテナンスコストを減らすことができる。なお、ロボット装置RBTは、上記の構成に限定されず、駆動装置MTRは、関節を備える各種ロボット装置に適用できる。
 なお、本発明の技術範囲は、上述の実施形態などで説明した態様に限定されるものではない。上述の実施形態などで説明した要件の1つ以上は、省略されることがある。また、上述の実施形態などで説明した要件は、適宜組み合わせることができる。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態などで引用した全ての文献の開示を援用して本文の記載の一部とする。
1・・・位置検出系、3・・・多回転情報検出部、4・・・角度検出部、11・・・磁石、12・・・磁気検出部、13・・・検出部、14・・・記憶部、21・・・発光素子(照射部)、22・・・受光センサ(光検出部)、31・・・電気信号発生ユニット、32・・・バッテリー、33・・・切替部、35・・・保持部、36・・・一次電池、37・・・二次電池、41・・・第1感磁性部、42・・・第1発電部、45・・・第2感磁性部、46・・・第2発電部、51、52・・・磁気センサ、63・・・レギュレータ、64・・・スイッチ、67・・・計数器、EC・・・エンコーダ装置、SF・・・回転軸、AR1・・・第1アーム、AR2・・・第2アーム、MTR・・・駆動装置、RBT・・・ロボット装置、S・・・スケール、STG・・・ステージ装置

Claims (29)

  1.  移動部の位置情報を検出する検出部を含む位置検出系と、
     前記移動部の移動によって電気信号が発生する電気信号発生部と、
     前記電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、前記位置検出系で消費される電力の少なくとも一部を供給するバッテリーと、を備えるエンコーダ装置。
  2.  前記電気信号発生部で発生する電気信号に応じて、前記バッテリーから前記位置検出系への電力の供給の有無を切り替える切替部を備える、請求項1に記載のエンコーダ装置。
  3.  前記切替部は、
     前記電気信号発生部で発生する電気信号のレベルが閾値以上になることで前記バッテリーから前記位置検出系への電力の供給を開始させ、
     前記電気信号発生部で発生する電気信号のレベルが閾値未満になることで前記バッテリーから前記位置検出系への電力の供給を停止させる、請求項2に記載のエンコーダ装置。
  4.  前記電気信号発生部は、前記移動部の移動によってパルス状の電力を発生する、請求項3に記載のエンコーダ装置。
  5.  前記切替部は、前記バッテリーと前記位置検出系との間の電力の供給経路に設けられるスイッチを含み、
     前記電気信号発生部で発生する電気信号をもとに前記スイッチの動作を制御する、請求項2から請求項4のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  6.  前記切替部は、前記バッテリーから前記位置検出系へ供給される電力を調整するレギュレータを備え、
     前記レギュレータは、前記スイッチを含み、
     前記電気信号発生部で発生する電気信号を前記レギュレータに対する制御信号に用いる、請求項5に記載のエンコーダ装置。
  7.  前記バッテリーは、一次電池を含む、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  8.  前記バッテリーは、二次電池を含む、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  9.  前記二次電池への充電の少なくとも一部は、電気信号発生部で発生する電気信号の電力を用いて行われる、請求項8に記載のエンコーダ装置。
  10.  前記バッテリーは、一次電池を含み、
     前記一次電池と前記二次電池とのいずれから前記位置検出系へ電力を供給するかを選択する選択部を備える、請求項8または請求項9に記載のエンコーダ装置。
  11.  前記選択は、前記二次電池の残量に基づいて行われる、請求項10に記載のエンコーダ装置。
  12.  前記位置検出系の少なくとも一部と前記バッテリーとを保持する保持部を備える、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  13.  前記検出部は、前記バッテリーから供給される電力を用いて前記位置情報を検出する、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  14.  前記検出部は、前記移動部の移動によって互いの相対位置が変化する磁石および磁気検出部を含み、前記磁石が形成する磁界に基づいて前記位置情報を検出し、
     前記磁気検出部は、前記磁石が形成する磁界を前記バッテリーから供給される電力を用いて検出する、請求項13に記載のエンコーダ装置。
  15.  前記検出部は、
     前記移動部と連動して移動するスケールと、
     前記バッテリーから供給される電力を用いて前記スケールに光を照射する照射部と、
     前記バッテリーから供給される電力を用いて前記スケールからの光を検出する光検出部と、を含む、請求項13または請求項14に記載のエンコーダ装置。
  16.  前記移動部は回転軸を含み、
     前記検出部は、前記回転軸の1回転以内の角度位置情報を検出する角度検出部と、
     前記位置情報として前記回転軸の多回転情報を検出する多回転情報検出部と、を備える請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  17.  前記多回転情報検出部は、前記回転軸の多回転情報を前記バッテリーから供給される電力を用いて計数する計数部を含む、請求項16に記載のエンコーダ装置。
  18.  前記位置検出系は、前記検出部が検出した前記位置情報を、前記バッテリーから供給される電力を用いて記憶する記憶部を含む、請求項1から請求項17のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  19.  前記電気信号発生部は、
     前記移動部と連動して移動する磁石と、
     前記磁石の移動に伴う磁界の変化によって大バルクハウゼンジャンプを生じる感磁性部と、を含む、請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  20.  前記検出部は、前記磁石が形成する磁界を前記バッテリーから供給される電力を用いて検出する磁気検出部を含み、前記磁気検出部により前記移動部の位置情報を検出する、請求項19に記載のエンコーダ装置。
  21.  前記移動部は、回転軸を含み、
     前記感磁性部は、前記磁石が形成する磁界を感じる第1感磁性部および第2感磁性部を含み、
     前記磁気検出部は、前記回転軸の回転方向に配置される第1磁気センサおよび第2磁気センサを含み、
     前記第2感磁性部は、前記回転軸の回転方向において、前記第1感磁性部に対して0°より大きく180°未満の角度位置で配置され、
     前記第1磁気センサは、前記回転軸の回転方向において、前記第1感磁性部に対して0°より大きく90°未満の角度位置で配置され、
     前記第2磁気センサは、前記回転軸の回転方向において、前記第1感磁性部に対して90°より大きく180°未満の角度位置で配置される、請求項20に記載のエンコーダ装置。
  22.  電力供給によって移動部の位置情報を検出する位置検出部と、
     前記移動部の移動によって信号を出力する信号発生部と、を備え、
     出力される前記信号に基づいて前記位置検出部に電力が供給される、エンコーダ装置。
  23.  前記信号に基づいて、バッテリーから前記位置検出部への電力供給の有無を切り替える切替部を備える、請求項22に記載のエンコーダ装置。
  24.  前記位置検出部に電力を供給する前記バッテリーを備える、請求項23に記載のエンコーダ装置。
  25.  前記信号発生部とは異なる電力供給部から前記位置検出部に電力が供給される、請求項22から請求項24のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  26.  前記信号発生部とは異なる位置に配置され、前記位置検出部に電力を供給する電力供給部を備える、請求項22から請求項25のいずれか一項に記載のエンコーダ装置。
  27.  請求項1から請求項26のいずれか一項に記載のエンコーダ装置と、
     前記移動部に動力を供給する動力供給部と、
     を備える駆動装置。
  28.  移動物体と、
     前記移動物体を移動させる請求項27に記載の駆動装置と、を備えるステージ装置。
  29.  請求項27に記載の駆動装置と、
     前記駆動装置によって相対移動する第1アームおよび第2アームと、を備えるロボット装置。
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