(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一回転以内の絶対値角度を検出するための絶対値エンコーダと、回転量を検出するための手段とを備えた多回転エンコーダにおいて、
前記絶対値エンコーダと同軸に軸支された円筒の外周に、隣り合う磁極が互いに異極となるように磁石が配置されたインナーロータと、
該インナーロータの外側に磁気的変調手段を介して該インナーロータと同軸に回転自在に支持され、磁性材料で構成された環状ヨークを有し、該環状ヨークの内周には隣り合う磁極が互いに異極となるように所定数の磁石が配置され、また前記環状ヨークの外周にＭ系列となるような着磁をした磁石が配置された複数のアウターロータと
を有し、
前記各アウターロータは、前記インナーロータの回転に対して所定の減速比で回転する磁気ギヤを構成し、
前記各アウターロータの外側に空隙を介して複数の磁気検出手段を有し、
前記複数の磁気検出手段は前記各アウターロータの外周の磁石とともにメモリホイールを構成し、
前記メモリホイールの信号より多回転量を検出する
ことを特徴とする多回転エンコーダ。
【請求項２】
請求項１の多回転エンコーダにおいて、前記各環状ヨークの外周に配置された磁石の代わりに、前記アウターロータの外周に磁性材料で構成された突起が設けられ、該突起の配列が前記Ｍ系列を構成していることを特徴とする多回転エンコーダ。
【請求項３】
請求項１の多回転エンコーダにおいて、前記アウターロータの外周に配置された磁石がリング磁石であることを特徴とする多回転エンコーダ。
【請求項４】
請求項３の多回転エンコーダにおいて、前記リング磁石がスパッタにより構成されることを特徴とする多回転エンコーダ。
【請求項５】
請求項１の多回転エンコーダにおいて、前記アウターロータの外周に配置された磁石が円弧状磁石であることを特徴とする多回転エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの多回転量を絶対角度で検出する検出装置に関するものであり、特に外部電源が不要なバッテリレス多回転エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の回転数検出器には、回転軸に減速ギヤを取り付け、減速後の回転角をエンコーダやポテンショメータで検出したり、エンコーダ信号から回転数を検出しカウンタでカウントするなどの方法が用いられている。また特開昭６２−２３８４１４号公報に示すように磁気バブル素子を用いて回転数を記憶する方式などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速ギヤを用いる方式では機械的な回転伝達部を有するため、ギヤによる騒音が発生し、バックラッシュなどの影響を受けて高精度の検出が困難で、構造も複雑となり信頼性が低下する。また、回転数をカウントする方式は電源が遮断された状態でもカウントできるように予備電源を必要とし、コントローラが大型化するとともに、予備電源の寿命により電源遮断期間に制限を受けるなどの問題がある。また磁気バブルを用いた方式は非常に高価であるという問題点があった。本発明の目的は、従来技術の上記欠点に鑑み、電源遮断時のバックアップ電源が不要であり、また軸受を除いて機械的な接触部がなく信頼性が高く、ギヤ音などの騒音がない、長寿命で安価な多回転エンコーダを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、一回転以内の絶対値角度を検出するための絶対値エンコーダと、回転量を検出するための手段とを備えた多回転エンコーダにおいて、前記絶対値エンコーダと同軸に軸支された円筒の外周に、隣り合う磁極が互いに異極となるように磁石が配置されたインナーロータと、該インナーロータの外側に磁気的変調手段を介して該インナーロータと同軸に回転自在に支持され、磁性材料で構成された環状ヨークを有し、該環状ヨークの内周には隣り合う磁極が互いに異極となるように所定数の磁石が配置され、また前記環状ヨークの外周にＭ系列となるような着磁をした磁石が配置された複数のアウターロータとを有し、前記各アウターロータは、前記インナーロータの回転に対して所定の減速比で回転する磁気ギヤを構成し、前記各アウターロータの外側に空隙を介して複数の磁気検出手段を有し、前記複数の磁気検出手段は前記各アウターロータの外周面の磁石とともにメモリホイールを構成し、前記メモリホイールの信号より多回転量を検出するものである。
【０００５】
上記構成により、回転軸と一体で回転する磁気ギヤのインナーロータにより所定の異なる減速比を以て複数のアウターロータが回転し、アウタロータの外周に備えられたメモリーホイールにより回転数が検出できるので、電源遮断時のバックアップ電源が不要となり、また軸受を除いて機械的な接触部がなく信頼性が高く、ギヤ音などの騒音がない、長寿命で安価な多回転エンコーダを実現できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
図１は本発明の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は実施例構成の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の点線における断面図である。
図１において、インナーロータ１は、両側を軸受４で支持された軟磁性円筒（ヨーク）１１の外周に２の整数倍である極数の磁石１２を隣り合う磁極が交互に異極となるように配置し、絶対値エンコーダ１０と直結して回転するようにしてある。
インナーロータ１の外方位置には空隙を介して軟磁性材料で構成された歯数λの磁気的変調手段であるインダクタ５が固定されている。インダクタ５の歯は、インナーロータ１の永久磁石１２とアウターロータの永久磁石３との間にあって、磁気的変調の役割を果たすものである。
【０００７】
２１〜２３は、インダクタ５の外周にインナーロータに対して同軸で軸受７１，７２，７３により独立に回転自在に支持され、軟磁性材料で構成された複数の環状ヨーク６１、６２、６３を有し、各ヨークの内周には２の整数倍である異なる所定数の磁石３を相隣り合う磁極が互いに異極となるよう配置したアウターロータである。これら各環状ヨーク６１〜６３は、磁気的結合を介してインナーロータ１の回転に対して所定の減速比で回転する複数の磁気ギヤを構成している。軟磁性ヨーク１１や各環状ヨーク６１〜６３を構成する軟磁性材料はソリッドの材料でも良いし、磁性鋼板を積層したものでも良い。
いま、アウターロータ２１〜２３の極対数をＰ0、インナーロータ１の極対数をＰｉ、磁気ギヤの減速比をχとすれば次式が成り立つ。
【０００８】
Ｐ0＝Ｐｉ・χ                                            （１）
λ＝Ｐ0−Ｐｉ＝Ｐｉ（χ−１）                            （２）
また、各環状ヨーク６１〜６３の外周には、磁気的な突起６４がＭ系列パターンとなるよう配置されている。さらに、各環状ヨーク６１〜６３の磁気的な突起を検出するために、空隙を介して複数の磁気検出手段８が設けられている。Ｍ系列（Ｍーsequence）とは、繰り返しが起こらないように数値を連続して並べるための計算手法で、代表的な乱数発生の一つである。ここで、磁気的な突起とは、磁性材に形成した物理的な突起、または磁石化した部分をいう。
つぎに、Ｍ系列について説明する。
図２は７ビットデータにＭ系列を適用した例を示す図である。図２に見られるように、各７ビットデータは上の７ビットデータに対して右に１ビットずらし、また新たな１ビットデータを左から足したものである。加えるデータを適切に繰り返すと、どの７ビットをとっても全て異なる数値パターンを作ることができる。このパターンと位置の関係をメモリーに記憶しておき、７ビットに相当する範囲でデータを検出することで絶対位置が分かる。このような検出手段をメモリーホイール方式と呼ぶことにする。
【０００９】
３つの磁気ギヤの減速比が２以上の任意の整数ｎに対して（ｎ−１）、ｎ、（ｎ＋１）と異なるように、インナーロータ１の極対数に対する環状ヨーク６１，６２，６３の極対数をそれぞれ設定しておく。例えばｎ＝３１、インナーロータ１の極対数：Ｐｉ＝１とすれば、式（１）より環状ヨーク６１，６２，６３の極対数はそれぞれ３０，３１，３２となる。また、これは３つの磁気ギヤの減速比でもある。減速比をこのように非常に近い整数としておけば、その最小公倍数は大きくできる。この例では最小公倍数は１４８８０となる。アウターロータの回転角度の組合せは最小公倍数に等しいから１４８８０回転まで回転数を検出できる。
また減速比（３２＝２5 ）からメモリーホイールにはそれぞれ５ビットのデータが必要であるからデータ検出手段としてホール素子８を環状ヨーク６１，６２，６３の外周に空隙を介して５個ずつ所定の間隔をあけて配置してある。ホール素子８の外周にはバイアス磁界を与えるための永久磁石９を配置しておく。
【００１０】
実施例における作用について説明する。
インナーロータ１の回転に伴って各環状ヨーク６１〜６３が回転し、各環状ヨーク６１〜６３の外周に設けた磁気的突起６４によるＭ系列パターンにより、ホール素子８にホール電圧が発生し、その組合せから５ビットの信号を得る。この信号を図示していないＲＯＭに記憶されたデータと参照して各アウターロータ２１〜２３の回転角を求める。
この回転角の組合せから図示していない演算器を用いてインナーロータ１の回転角を求める。インナーロータ１の回転角は図示していないＲＯＭに予めアウターロータ２１〜２３の回転角の組合せに対応するインナーロータ１の回転角を記憶しておき参照しても良い。
【００１１】
なお、本発明は、これまでの記載に限定されることなく、各環状ヨークの外周に磁極を設けることなく、磁性体に突起を形成し、この突起の配列によりＭ系列を構成するようにしてもよい。
また、各環状ヨークの外周に配置される磁石は、リング状、円弧状磁石でもよいし、また磁石の製法はスパッタによって形成された磁性体に着磁してもよいことは言うまでもない。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によればインナーロータの回転に対して所定の減速比で回転する複数の磁気ギヤを構成し、アウターロータの環状ヨーク外周面にリング状に磁石を配置し、この磁石がＭ系列となるような着磁を行い、前記アウターロータの外周に空隙を介して複数の磁気検出手段を設け、各磁気ギヤの外周にメモリホイールを構成し、メモリホイールの信号より多回転量を検出するようにしたので、停電などで電源が遮断された場合でもインナーロータが回転すればアウターロータも回転し、電源再投入時に現在の位置が正確にわかるのでバッテリーバックアップなどは不要となる。
ギヤが非接触なのでギヤ音やギヤの摩耗の心配がなく、長寿命となる。磁気ギヤを複数構成してもインナーロータは１つで良いので機械式のギヤに比ベ、構造が簡単となり、小型化できるなどの特徴を有する多回転形エンコーダを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示す図で、（Ａ）は実施例構成の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）の点線における断面図
【図２】７ビットデータにＭ系列を適用した例を示す図
【符号の説明】
１：インナーロータ
２１、２２、２３：アウターロータ
３：永久磁石
４：軸受
５：インダクタ
６１、６２、６３：環状ヨーク
６４：突起
７１、７２、７３：軸受
８：ホール素子
９：永久磁石
１０：絶対値エンコーダ
１１：軟磁性ヨーク
１２：永久磁石
【図１】
0003852502.tif 000002
【図２】
0003852502.tif 000003