编码器及马达的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种编码器及马达，通过减少磁场检测元件的个数，从而可实现小型化及低成本化。该编码器具备：可旋转的圆板状圆盘（110）；磁性检测机构，对圆盘（110）的旋转进行磁性检测；光学检测机构，对圆盘（110）的旋转进行光学检测；A相脉冲生成部（141），根据磁性检测机构的输出生成A相脉冲信号（a）；B相脉冲生成部（142），根据光学检测机构的输出生成与A相脉冲信号（a）具有90度相位差的B相脉冲信号（b）；及计数器（143），根据A相脉冲信号（a）及B相脉冲信号（b）检测圆盘（110）的多转量。
【专利说明】编码器及马达
【技术领域】
[0001]所公开的实施方式涉及一种编码器及马达。
【背景技术】
[0002]已知有一种检测旋转体的多转量的编码器。例如，专利文献I中记载有一种编码器，其具备A相磁场检测元件及B相磁场检测元件，检测出旋转圆盘所具备的磁性体部的漏磁通，输出相互90度相位不同的I个脉冲/转的信号。
[0003]专利文献1:日本国特许第4453037号公报
[0004]磁场检测元件安装在与旋转圆盘对置的基板上。通常磁场检测元件是安装在基板上的元件中外形较大且成本较高的部件。在此，上述现有技术的编码器具备2个磁场检测元件。因此存在如下问题，为了确保2个磁场检测元件的安装面积而导致基板大型化，从而导致编码器进而导致马达大型化，同时成本增大。
【发明内容】
[0005]于是，本发明是鉴于上述问题而进行的，本发明的目的在于提供一种编码器及马达，通过减少磁场检测元件的个数，从而可实现小型化及低成本化。
[0006]为了解决上述课题，根据本发明的一个观点，提供一种编码器，其特征在于，具备:
[0007]可旋转的圆板状圆盘；
[0008]磁性检测机构，对所述圆盘的旋转进行磁性检测；
[0009]光学检测机构，对所述圆盘的旋转进行光学检测；
[0010]第I检测信号生成部，根据所述磁性检测机构的输出生成第I检测信号；
[0011]第2检测信号生成部，根据所述光学检测机构的输出生成与所述第I检测信号具有规定相位差的第2检测信号；
[0012]及多转检测部，根据所述第I检测信号及所述第2检测信号检测所述圆盘的多转量。
[0013]另外，也可以还具备发光控制部，在对所述编码器的电源供电切换至备用电源时，以所述第I检测信号的电平变化为起点使所述光学检测机构的发光元件进行规定时间点灯后使其灭灯。
[0014]另外，所述磁性检测机构具有:
[0015]磁铁，与所述圆盘一起旋转；
[0016]及磁性检测部，检测所述磁铁，
[0017]所述第I检测信号生成部通过磁滞比较器比较所述磁性检测部的电压和固定电阻的电压，生成所述第I检测信号。
[0018]另外，所述磁铁的磁通朝向在每大致180度的旋转角度范围而反向，反向的位置对应于所述圆盘的原点位置，[0019]所述第I检测信号生成部根据所述磁性检测机构的输出，生成所述圆盘每旋转I转而产生I个脉冲的所述第I检测信号。
[0020]另外，所述光学检测机构具有:
[0021]所述发光元件；
[0022]圆弧状狭缝，在大致180度的旋转角度范围内连续形成在所述圆盘上；
[0023]及受光元件，接收从所述发光元件照射并受到所述狭缝的作用的光，
[0024]所述第2检测信号生成部根据所述受光元件的输出，生成所述圆盘每旋转I转而产生I个脉冲的所述第2检测信号。
[0025]另外，所述光学检测机构具有:
[0026]狭缝阵列，形成在所述圆盘上且具有绝对图案；
[0027]及受光阵列，接收从所述发光元件照射并受到所述狭缝阵列的作用的光，
[0028]所述编码器还具备绝对位置信号生成部，其根据所述受光阵列的输出生成表示所述圆盘的I转内的绝对位置的绝对位置信号。
[0029]另外，所述发光元件形成为点光源，
[0030]所述受光元件及所述受光阵列分别接收从所述发光元件照射并被所述狭缝及所述狭缝阵列反射的光。
[0031]为了解决上述课题，根据本发明的另一个观点，提供一种马达，具备:马达，使转轴旋转；及编码器，检测所述转轴的位置，其特征在于，所述编码器具有:
[0032]圆板状圆盘，连结于所述转轴；
[0033]磁性检测机构，对所述圆盘的旋转进行磁性检测；
[0034]光学检测机构，对所述圆盘的旋转进行光学检测；
[0035]第I检测信号生成部，根据所述磁性检测机构的输出生成第I检测信号；
[0036]第2检测信号生成部，根据所述光学检测机构的输出生成与所述第I检测信号具有规定相位差的第2检测信号；
[0037]及多转检测部，根据所述第I检测信号及所述第2检测信号检测所述圆盘的多转量。
[0038]根据如上说明的本发明的编码器及马达，可以通过减少磁场检测元件的个数而实现小型化及低成本化。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是用于说明一个实施方式所涉及的伺服系统的说明图。
[0040]图2是用于说明该实施方式所涉及的编码器的说明图。
[0041]图3是用于说明该实施方式所涉及的圆盘的说明图。
[0042]图4是用于说明该实施方式所涉及的位置数据生成部的说明图。
[0043]图5是用于说明该实施方式所涉及的A相脉冲生成部及B相脉冲生成部的电路例的说明图。
[0044]图6是用于说明该实施方式所涉及的外部电源供电时的A相脉冲信号及B相脉冲信号的波形的一个例子的说明图。
[0045]图7是用于说明该实施方式所涉及的备用电源供电时的A相脉冲信号、B相脉冲信号及电源控制脉冲信号的波形的一个例子的说明图。
[0046]图8是用于说明对比例和一个实施方式所涉及的A相脉冲信号、B相脉冲信号及电源控制脉冲信号的原点附近的波形的一个例子的说明图。
[0047]符号说明
[0048]100-编码器；110-圆盘；120_磁性检测部(磁性检测机构的一个例子)；131_光源(发光元件的一个例子、光学检测机构的一个例子)；141-A相脉冲生成部(第I检测信号生成部的一个例子);142-B相脉冲生成部(第2检测信号生成部的一个例子)；143-计数器(多转检测部的一个例子)；144_脉冲发生电路(发光控制部的一个例子)；150_电源切换部；1411-比较器；MG-磁铁(磁性检测机构的一个例子)；PA-受光阵列；PD-受光元件(光学检测机构的一个例子);R1、R2_固定电阻；S-狭缝(光学检测机构的一个例子);SA-狭缝阵列；SH-转轴；SM-伺服马达(马达的一个例子);a-A相脉冲信号(第I检测信号的一个例子);b-B相脉冲信号(第2检测信号的一个例子)。
【具体实施方式】
[0049]下面，参照附图对实施方式详细进行说明。
[0050]〈1.伺服系统〉
[0051]首先，参照图1对本实施方式所涉及的伺服系统的构成进行说明。如图1所示，本实施方式所涉及的伺服系统S具有伺服马达SM和控制装置CT。而且，伺服马达SM具有编码器100和马达M。
[0052]马达M是不包括编码器100的动力产生源的一个例子。虽然也有将该马达M单体称为伺服马达的情况，但是在本实施方式中，将包括编码器100的构成称为伺服马达SM。该伺服马达SM相当于马达的一个例子。马达M具有转轴SH，通过使该转轴SH绕旋转轴心AX旋转而输出转矩。
[0053]另外，马达M只要是例如根据位置数据等这样的编码器100检测出的数据而控制的马达则不特别进行限定。而且，马达M并不局限于作为动力源使用电力的电动式马达的情况，例如也可以是液压式马达、气动式马达、蒸汽式马达等使用其它动力源的马达。但是，为了便于说明，以下对马达M是电动式马达的情况进行说明。
[0054]本实施方式所涉及的编码器100连结在与马达M的转矩输出侧相反侧的转轴SH上。于是，编码器100通过检测出转轴SH的位置(角度)，从而检测出马达M的位置(也称为旋转角度)，输出表示该位置的位置数据。
[0055]编码器100除马达M的位置以外或代替马达M的位置，也可以检测马达M的速度(也称为转速、角速度等)及马达M的加速度(也称为旋转加速度、角加速度等)的至少一个。此时，马达M的速度及加速度例如可以通过用时间对位置进行I或2阶微分或者在规定时间的期间计数检测信号(例如增量信号)等的处理来进行检测。为了便于说明，以下以编码器100检测出的物理量为位置来进行说明。
[0056]控制装置CT取得从编码器100输出的位置数据，并根据该位置数据控制马达M的旋转。因而，在作为马达M使用电动式马达的本实施方式中，控制装置CT通过根据位置数据控制施加在马达M上的电流或电压等来控制马达M的旋转。而且，控制装置CT也可以如下控制马达M，从上位控制装置(未图示)取得上位控制信号，并从马达M的转轴SH输出可实现由该上位控制信号所表示的位置等的转矩。另外，在马达M使用液压式、气动式、蒸汽式等其它动力源时，控制装置CT通过控制这些动力源的供给，从而能够控制马达M的旋转。
[0057]<2.编码器〉
[0058]下面，参照图2?图7对本实施方式所涉及的编码器100进行说明。如图2所示，本实施方式所涉及的编码器100是所谓的反射型编码器，具有圆盘110、磁铁MG、磁性检测部120、光学模块130及位置数据生成部140。
[0059]在此，为了便于说明编码器100的结构，在本实施方式中，如下规定上下等方向。亦即，在图2中，将圆盘110与光学模块130相面对的方向，也就是Z轴正向表示为“上”，将相反的Z轴负向表示为“下”。但是，本实施方式所涉及的编码器100的各构成的位置关系不特别限定于上下等的概念。另外，顺便说明一下，为了便于说明，有时也对在此规定的方向进行其它的表述等，或者就除此以外的方向进行适当说明而使用。
[0060](2-1.圆盘)
[0061]如图3所示，圆盘110形成为圆板状，其配置为圆盘中心O与旋转轴心AX大致一致。而且，圆盘Iio连结在马达M的转轴SH上，通过马达M的旋转也就是转轴SH的旋转而旋转。在本实施方式中，虽然作为测定马达M的旋转的被测定对象的例子，以圆板状的圆盘110为例进行说明，但是例如也可以将转轴SH的端面等的其它构件作为被测定对象而使用。
[0062]圆盘110如图3所示，具有磁铁MG、狭缝阵列SA及狭缝S。圆盘110如上所述与马达M的驱动一起旋转，对此，磁性检测部120和光学模块130与圆盘110的一部分相对且被固定配置。换言之，磁铁MG、狭缝阵列SA及狭缝S与磁性检测部120及光学模块130被配置为伴随着马达M的驱动，可相互在圆盘110的旋转方向(圆周方向)上相对移动。
[0063]磁性检测部120在圆盘110的上面侧与磁铁MG的一部分对置，与磁铁MG —起构成后述的磁性检测机构。光学模块130在圆盘110的上面侧与狭缝阵列SA及狭缝S的一部分对置，与狭缝阵列SA及狭缝S —起构成后述的光学检测机构。对该磁性检测机构及光学检测机构详细进行说明。
[0064](2-2.磁性检测机构)
[0065]磁性检测机构是对圆盘110的旋转进行磁性检测的机构，具有磁铁MG和磁性检测部120。如图3所示，磁铁MG形成为以圆盘中心O为中心的环状，设置在圆盘110的上面且与圆盘110—起旋转。另外，磁铁MG不必一定是环状，例如也可以为圆板状。磁铁MG上面的磁通朝向在圆盘110的每大致180°的旋转角度范围而反向。另外磁铁MG被配置为，磁通反向的位置与用于圆盘110的绝对位置检测的原点位置大致一致。
[0066]如图2及图3所示，磁性检测部120被固定为与圆盘110平行，在圆盘110的原点位置上与磁铁MG的一部分相对，检测出磁铁MG的上面的磁通朝向。虽然该磁性检测部120安装设置在未图示的电路基板上，但是也可以将磁性检测部120和光学模块130安装在同一电路基板上。如上所述，由于磁铁MG的上面的磁通朝向每当圆盘110旋转180°而反向，因此磁性检测部120检测出圆盘110旋转I转时则进行I个周期变化的磁通朝向。该检测信号被输出至位置数据生成部140，使用于表示圆盘110从基准位置旋转了几周的多转量的检测。上述多转量的检测例如在用于因电源关闭而导致备用电源供电时的位置检测时尤其有效。[0067]磁性检测部120只要是能够检测出磁通朝向的构成，则不特别进行限定。作为磁性检测部120的一个例子,可以使用如下磁阻元件,例如MR(磁阻效应:Magnetro Resistiveeffect)兀件、GMR (巨磁阻效应:Giant Magnetro Resistive effect)兀件、TMR (隧道磁阻效应:Tunnel Magneto Resistance effect)元件等。另外，也可以通过使用例如霍尔元件等的磁场检测元件，检测出相对于旋转轴心AX垂直的2个轴向的磁场强度，根据该检测信号计算出磁铁MG的磁场朝向，从而检测出圆盘110的旋转。
[0068](2-3.光学检测机构)
[0069]光学检测机构是对圆盘110的旋转进行光学检测的机构，具有狭缝阵列SA及狭缝S和光学模块130。狭缝阵列SA在圆盘110的上面形成为码道，其配置为以圆盘中心O为中心的环状。狭缝阵列沿码道全周具有沿圆周方向排列的多个反射狭缝(省略图示)。I个I个的反射狭缝反射从光源131照射的光。上述多个反射狭缝配置在圆盘110的全周上，在圆周方向上具有绝对图案。
[0070]另外，绝对图案是指如下图案，后述的光学模块130所具有的受光阵列所面对的角度内的反射狭缝的位置、比率等在圆盘110的I转内确定为唯一。也就是说，马达M位于某个位置X时，相对的受光阵列的多个受光元件各自的检出或未检出的组合(检测的ON(I)/OFF (O)的比特图案)唯一地表示该位置X的绝对值(绝对位置:absolute position)。绝对图案的生成方法只要是能够使马达M的绝对位置通过受光阵列的受光元件数的比特而生成一维表示的图案，则可使用各种算法。
[0071]如图3所示，狭缝S是以圆盘中心O为中心形成在圆盘110的上面的圆弧状狭缝。该狭缝S与多个反射狭缝沿圆周方向排列的上述狭缝阵列SA不同，形成为以原点位置为中心的在大致180度的旋转角度范围内连续的I个反射狭缝。而且,狭缝S形成为其两端的位置是与圆盘110的原点位置(磁铁MG的磁通反向的位置)各自偏置大致90度的位置。
[0072]圆盘110在本实施方式中例如由玻璃形成。而且，狭缝阵列所具有的反射狭缝可通过在玻璃圆盘Iio的面上涂覆反射光的材料而形成。另外，圆盘110的材质不限于玻璃，也可以使用金属、树脂等。另外，反射狭缝也可以如下形成，例如作为圆盘110使用反射率高的金属，利用溅射等使不使光反射的部分成为粗糙面或涂覆反射率低的材质，由此使反射率降低。但是，对于圆盘110的材质、制造方法等不特别进行限定。
[0073]如图2及图3所不,光学模块130形成为一张基板BA,与圆盘110平行地固定,可与圆盘110的狭缝阵列SA及狭缝S的一部分相对。因而，伴随着圆盘110的旋转，光学模块130可以在圆周方向上相对于狭缝阵列SA及狭缝S相对移动。另外，在本实施方式中，虽然对使光学模块130构成为基板，以便能使编码器100薄型化或使制造变得容易的情况进行说明，但是不必一定构成为基板状。
[0074]另一方面，如图2?图4所示，光学模块130在基板BA的下面(Z轴负向的面)即与圆盘Iio相对一侧的面上具有光源131、受光阵列PA及受光元件H)。光源131向经过相对位置的狭缝阵列SA及狭缝S的一部分照射光。
[0075]作为该光源131，只要是能向照射区域照射光的光源则不特别进行限定，例如可以使用LED(Light Emitting Diode:发光二极管)。而且，该光源131形成为未特别配置光学透镜等的点光源，从发光部照射漫射光。另外，点光源所指的情况，并不需要是严格的点，只要是在设计上、动作原理上视为从大致点状的位置发出漫射光的光源，则不用说也可以是从有限的面发出光。如此通过使用点光源，光源131即使多少存在因从光轴偏离所引起的光量变化、光程差而导致的衰减等的影响，也由于可以向经过相对位置的狭缝阵列SA及狭缝S各自的部分照射漫射光，因此可以向这些部分大致均等地照射光。而且，由于不进行光学元件的聚光、漫射，因此不容易产生光学元件所引起的误差等，可以提高朝向狭缝阵列SA及狭缝S的照射光的直进性。另外，光源131相当于发光元件的一个例子。
[0076]受光阵列PA配置在光源131的周围，接收受到相对的狭缝阵列SA的作用的光(在该例中为反射光)。因此，受光阵列PA具有多个受光元件(省略图示)。另外，受光元件ro同样配置在光源131的周围，在圆盘110位于形成有狭缝S的旋转角度范围内时接收受到相对的狭缝S的作用的光(在该例中为反射光)，在除此以外的旋转角度范围内不接收光。该受光兀件F1D与具有多个受光兀件的受光阵列PA不同，构成为I个受光兀件。
[0077]作为I个I个的受光元件例如可以使用ro (Photodiode:光电二极管)。但是，作为受光元件并不限于ro，只要是接收从光源131发出的光且能变换为电信号的元件，则不特别进行限定。
[0078](2-4.位置数据生成部)
[0079]如图4所示，位置数据生成部140具有A相脉冲生成部141、B相脉冲生成部142、计数器143、脉冲发生电路144、供电控制部145及绝对位置信号生成部146。
[0080]A相脉冲生成部141检测出来自磁性检测机构所具有的磁性检测部120的信号，将该信号变换为矩形波状的信号，生成A相脉冲信号a。如前所述，由于磁铁MG的磁通朝向在每大致180度的旋转角度范围而反向，因此A相脉冲信号a是占空比50%、圆盘每旋转I转产生I个脉冲的信号。另外如前所述，由于磁铁MG的磁通反向的位置与圆盘110的原点位置大致一致，因此A相脉冲信号的边沿与通过绝对位置信号生成部146根据受光阵列PA的输出而生成的绝对位置信号的光学O号地址大致一致。另外，A相脉冲生成部141相当于第I检测信号生成部的一个例子，A相脉冲信号a相当于第I检测信号的一个例子。
[0081]B相脉冲生成部142检测出来自光学检测机构所具有的受光元件H)的信号，将该信号变换为矩形波状的信号，生成B相脉冲信号b。如前所述，由于狭缝S在大致180度的旋转角度范围内连续地形成在圆盘110上，因此B相脉冲信号b是占空比50%、圆盘每旋转I转产生I个脉冲的信号。另外如前所述，由于狭缝S形成为其两端的位置是与圆盘110的原点位置(磁铁MG的磁通反向的位置)各自偏置大致90度的位置，因此上述A相脉冲信号a和B相脉冲信号b是相互相位90度不同的2相信号。另外，B相脉冲生成部142相当于第2检测信号生成部的一个例子，B相脉冲信号b相当于第2检测信号的一个例子。
[0082]计数器143根据A相脉冲信号a及B相脉冲信号b计数圆盘110的多转量，并作为多转信号c而输出。具体的计数方法在后面进行说明。另外，计数器143相当于多转检测部的一个例子。
[0083]脉冲发生电路144在利用电源切换部150从外部电源切换至备用电源从而由备用电源进行电源供电时，当A相脉冲信号a的电平发生变化时，以其边沿为起点生成规定脉冲宽度的电源控制脉冲信号d，并输出至供电控制部145。供电控制部145根据来自脉冲发生电路144的电源控制脉冲信号d进行接通/断开，使备用电源对光源131脉冲供电。由此，光源131以A相脉冲信号a的边沿为起点仅在对应于上述脉冲宽度的规定时间内点灯，其后灭灯。规定时间只要是计数器143能检测出B相脉冲信号b的电平的时间宽度即可。另夕卜，脉冲发生电路144相当于发光控制部的一个例子。
[0084]绝对位置信号生成部146根据受光阵列PA的输出而生成绝对位置信号f，其表示圆盘Iio的I转内的绝对位置。具体为，在受光阵列PA所具有的多个受光元件中，I个I个的受光或未受光作为比特而被处理，表示多个比特的绝对位置X。因而，多个受光元件各自输出的受光信号在绝对位置信号生成部146中相互独立地被处理，根据这些输出信号的组合对加密(编码)为串行的比特图案的绝对位置X进行译码，生成绝对位置信号f。对该绝对位置信号f和从上述计数器143输出的多转信号c进行合成，从而位置数据生成部140输出位置数据。
[0085]电源切换部150在该例中构成为根据来自未图示的检测电路的电源切换信号e进行切换的开关元件。电源切换部150位于外部电源侧时，外部电源向A相脉冲生成部141、B相脉冲生成部142、计数器143、脉冲发生电路144及绝对位置信号生成部146供电。另一方面，由于电源断开、停电等导致外部电源的供电被切断时，电源切换部150根据电源切换信号e而切换至备用电源侧。由此，虽然对绝对位置信号生成部146的电源供电被切断，但是备用电源向A相脉冲生成部141、B相脉冲生成部142、计数器143及脉冲发生电路144供电。
[0086]在图5 Ca)中表示A相脉冲生成部141的电路的一个例子。在该例中，磁性检测部120构成为磁阻元件。磁性检测部120的2个电阻线121a、121b的连接点的电压和2个固定电阻Rl、R2的连接点的电压被输入至A相脉冲生成部141所具有的比较器1411。比较器1411构成为具备利用电阻R3产生的负反馈的磁滞比较器。该比较器1411比较上述2个电压，输出A相脉冲信号a。
[0087]在图5(b)中表示光源131的驱动电路和B相脉冲生成部142的电路的一个例子。在该例中，光源131的驱动电路具有电阻R4和构成为晶体管的供电控制部145。供电控制部145的开关通过来自脉冲发生电路144的选通信号来进行控制。受光元件H)的输出电路具有电阻R5，其输出电压和比较基准电压Vref被输入至B相脉冲生成部142所具有的比较器1421。比较器1421比较上述2个电压,输出B相脉冲信号b。
[0088](2-5.编码器的动作)
[0089]下面，对编码器100的动作进行说明。首先，对外部电源供电时的动作进行说明。在图4中，圆盘110旋转时，磁铁MG与圆盘110 —起旋转。磁性检测部120检测出磁铁MG的磁通朝向，将检测信号输出至A相脉冲生成部141。另一方面,夕卜部电源供电时供电控制部145始终接通，外部电源始终对光源131进行供电。受光元件H)根据有无因光源131的照射所引起的来自狭缝S的反射光，将受光信号输出至B相脉冲生成部142。A相脉冲生成部141及B相脉冲生成部142在使所输入的信号放大的同时分别变换为矩形波信号，将所生成的具有90度相位差的A相脉冲信号a及B相脉冲信号b输出至计数器143。
[0090]在图6中表示此时的A相脉冲信号a及B相脉冲信号b的波形的一个例子。图6(a)是正转时的波形，图6 (b)是反转时的波形。另外，在该例中，A相脉冲信号a在磁铁MG的磁极为N时变为“H (高)”电平，在磁极为S时变为“L (低)”，圆盘110的旋转方向如图4所示，使顺时针方向为正转，使逆时针方向为反转。正转时如图6 (a)所示，圆盘110的原点位置经过磁性检测部120及受光元件H)的位置时，A相脉冲信号a变为上升沿，同时B相脉冲信号b变为“H”电平。此时，计数器143在多转量数据上加I从而对多转量进行递增计数。另一方面，由于在B相脉冲信号b变为“L”电平的A相脉冲信号a的下降沿，不是圆盘110的原点位置，因此不进行计数。
[0091]反转时如图6 (b)所示，圆盘110的原点位置经过磁性检测部120及受光元件H)的位置时，A相脉冲信号a变为下降沿，同时B相脉冲信号b变为“H”电平。此时，计数器143从多转量数据减I从而对多转量进行递减计数。另一方面，由于在B相脉冲信号b变为“L”电平的A相脉冲信号a的上升沿，不是圆盘110的原点位置，因此不进行计数。计数器143将如此计数的多转量数据作为多转信号c而输出。
[0092]另外，上述计数器的方法是本实施方式的构成方式的情况下的一个例子，并不限定于此。例如，磁铁MG的磁极(N极、S极)的位置变为与图3及图4所示的位置相反(偏置180度的位置)时，或将磁性检测部120配置在与原点位置偏置180度的位置上时，正转、反转的对应关系与上述相反，图6 (b)成为正转时的波形，图6 (a)成为反转时的波形。另夕卜，例如使狭缝S形成在与圆盘110的原点位置相反的一侧时，或使受光元件H)配置在与原点位置偏置180度的位置上时，圆盘110的原点位置经过磁性检测部120及受光元件ro的位置时，B相脉冲信号b变为“L”电平。如此，计数器143的多转量的计数方法根据磁铁MG的磁极位置或狭缝S的形成位置、磁性检测部120或受光元件H)的配置位置等的构成方式而进行适当变更。
[0093]另一方面，受光阵列PA接收从光源131照射并被狭缝阵列SA反射的光，将受光信号输出至绝对位置信号生成部146。绝对位置信号生成部146根据所输入的信号而生成绝对位置信号f，其表示圆盘110的I转内的绝对位置。如此，外部电源向编码器100供电时，电源向位置数据生成部140的所有电路供电，使从上述计数器143输出的多转信号c和从绝对位置信号生成部146输出的绝对位置信号f合成，从而位置数据生成部140连续地输出位置数据。
[0094]下面，对外部电源被切断而从备用电源供电时的动作进行说明。在图4中，因电源断开、停电等导致外部电源变为规定电压以下时，利用来自未图示的检测电路的电源切换信号e，电源切换部150切换至备用电源侧。切换至备用电源时，未向绝对位置信号生成部146供电，备用电源向A相脉冲生成部141、B相脉冲生成部142、计数器143及脉冲发生电路144供电。另外，脉冲发生电路144检测出A相脉冲信号a的边沿时，生成以该边沿为起点而生成的规定脉冲宽度的电源控制脉冲信号d，介由供电控制部145使电源向光源131脉冲供电。
[0095]在图7中表不此时的A相脉冲信号a、B相脉冲信号b及电源控制脉冲信号d的波形的一个例子。图7 (a)是正转时的波形，图7 (b)是反转时的波形。电源控制脉冲信号d为“H”电平的Ton期间是备用电源向光源131供电的期间，电源控制脉冲信号d为“L”电平的Toff期间是备用电源未供电的期间。因而，B相脉冲信号b仅在图7中由实线表示的Ton期间内由B相脉冲生成部142生成。
[0096]计数器143检测出A相脉冲信号a的边沿时，在Ton期间内检测出B相脉冲信号b的电平，计数多转量。计数方法与上述外部电源供电时一样，正转时如图7 (a)所示，在A相脉冲信号a为上升沿时B相脉冲信号b为“H”电平的情况下，计数器143在多转量数据上加I从而对多转量进行递增计数。另一方面，反转时如图7 (b)所示，在A相脉冲信号a为下降沿时B相脉冲信号b为“H”电平的情况下，计数器143从多转量数据减I从而对多转量进行递减计数。另外，Ton期间是为了节省备用电源的消耗电力，而在计数器143能检测出B相脉冲信号b (图7中由实线表示的部分)的电平的范围内被设定为最短的时间宽度。
[0097]另一方面，由于备用电源未向绝对位置信号生成部146供电，因此未生成绝对位置信号f。因而，位置数据生成部140作为位置数据而输出从上述计数器143输出的多转信号C。另外，也可以在备用电源供电时预先将多转量数据储存在未图示的存储器等中，从备用电源切换至外部电源时，位置数据生成部140从该存储器读取多转量数据，与绝对位置信号f合成从而输出位置数据。
[0098]<3.本实施方式的效果例>
[0099]以上，对一个实施方式所涉及的编码器100等进行了说明。下面，对该编码器100的效果例进行说明。
[0100]如上所述，编码器100具有对圆盘110的旋转进行磁性检测的磁性检测机构及进行光学检测的光学检测机构。根据它们的输出，A相脉冲生成部141和B相脉冲生成部142伴随着圆盘110的旋转而生成相互相位90度不同的A相脉冲信号a和B相脉冲信号b。而且，计数器143根据A相脉冲信号a和B相脉冲信号b检测出圆盘110的多转量。
[0101]通过这种构成，不需要为了得到2相信号而设置2个磁性检测部120，只要设置I个即可。由此，可以减少外形大且成本高的部件即磁性检测部120的个数。其结果，可以使安装磁性检测部120的电路基板(省略图示)小型化，因此，可以使编码器100进而使伺服马达SM小型化。而且，由于可以削减部件成本，因此可以使编码器100及伺服马达SM变得便且。
[0102]另外，在本实施方式中，尤其在备用电源进行电源供电时圆盘110进行旋转，A相脉冲信号a的电平发生变化时，脉冲发生电路144以其边沿为起点生成规定脉冲宽度的电源控制脉冲信号d，由此，使备用电源对光源131脉冲供电。由此，光源131以A相脉冲信号a的边沿为起点而进行规定时间点灯，其后灭灯。此时的规定时间只要是计数器143能检测出B相脉冲信号b的电平的时间宽度即可，因此，可以大幅度缩短针对消耗电流大的光源131的通电时间。因而，可以延长备用电源的寿命。
[0103]另外，在本实施方式中，尤其是A相脉冲生成部141通过磁滞比较器1411比较磁性检测部120的电压和固定电阻R1、R2的电压，输出A相脉冲信号a。由此，可以防止A相脉冲信号a的边沿上的振荡(脉冲反复开/关)，因此，可以防止光源131频繁进行点灯，从而节省消耗电力。而且，由于可以防止因噪声等微小的电压差而导致比较器1411进行动作从而变得不稳定，因此还有可以防止由A相脉冲生成部141生成的A相脉冲信号a的脉冲分裂的效果。
[0104]另外，在本实施方式中，尤其是利用来自同一光源131的照射光，进行多转量的检测和绝对位置的检测。由此，可以将光源131及其驱动电路等兼用在绝对位置检测和多转量检测中，因此，与个别设置光源、驱动电路等时相比，可以实现小型化及成本削减。
[0105]另外，在本实施方式中，尤其是将磁铁MG配置为，其磁通朝向反向的位置与用于圆盘Iio的绝对位置检测的原点位置相对应。由此，由A相脉冲生成部141生成的A相脉冲信号a的脉冲边沿对应于原点位置。以下利用对比例说明由此得到的效果。
[0106]例如，作为利用磁性检测的A相信号和光学检测的B相信号来检测圆盘110的多转量的构成，可以考虑如下构成(对比例)。即，在圆盘Iio的大致180度的旋转角范围内形成圆弧状的狭缝S，使边沿与原点一致，同时在原点附近的规定的旋转角度范围内设置磁性体。磁性检测部120和受光元件ro被配置在圆盘110的原点位置上。此时，由B相脉冲生成部142生成的B相脉冲信号b的脉冲边沿对应于原点位置。
[0107]在图8中表不备用电源供电时的A相脉冲信号a、B相脉冲信号b及电源控制脉冲信号d的波形的一个例子。图8 (a)是上述对比例的波形，图8 (b)是本实施方式的波形。另外，都是正转时的波形。正转时，磁性检测部120检测出磁性体的一个边沿时，如图8(a)所示，检测出A相脉冲信号a变为上升沿，与前述一样，光源131进行规定时间点灯，B相脉冲信号b处于“H”电平。其后，圆盘110的原点位置经过磁性检测部120及受光元件H)的位置，磁性检测部120检测出磁性体的另一个边沿时，检测出A相脉冲信号a变为下降沿，B相脉冲信号b处于“L”电平。如此，计数器143在检测出B相信号的电平从“H”变化为“L”时，则当作因圆盘正转而经过原点位置，使多转量的计数增加I。虽然省略图示，但是反转时也一样，计数器143在检测出A相脉冲信号a两端的边沿时的B相信号的电平从“L”变化为“H”时，则当作因圆盘反转而经过原点位置，使多转量的计数减少I。即在该对比例中，在正转及反转的任意一个中，在经过原点位置的检测中都需要光源131发光2次。
[0108]另一方面，在本实施方式中，如图8 (b)所示，A相脉冲信号a的脉冲边沿对应于原点位置。因而，计数器143在检测出A相脉冲信号a为上升沿时B相脉冲信号b处于“H”电平的情况下，则当作因圆盘正转而经过原点位置，使多转量的计数增加I。虽然省略图示，但是反转时也一样，计数器143在检测出A相脉冲信号a为下降沿时B相脉冲信号b处于“H”电平的情况下，则当作因圆盘反转而经过原点位置，使多转量的计数减少I。如此，在本实施方式中，经过原点位置的检测在正转及反转的任意一个中都是利用光源131的I次发光来进行的。
[0109]因而，例如在因圆盘110的摇动等导致磁性检测部120和受光元件ro在圆盘的原点位置附近(在比对比例中的设有磁性体的旋转角度范围大的范围内)往复时，在本实施方式中与上述对比例相比可以使光源131的发光次数变为1/2。由此，可使消耗电力大幅度减少，可以延长备用电源的寿命。
[0110]〈4.变形例等〉
[0111]以上，参照附图对一个实施方式详细进行了说明。但是，不用说技术思想范围不限定于在此说明的实施方式。如果是实施方式所属【技术领域】中的具有通常知识的技术人员，则显然可想到在技术要求范围所记载的技术思想范围内进行各种变更或修正、组合等。因而，上述变更或修正、组合等之后的技术也当然属于技术思想范围。以下，依次说明这种变形例。另外，在以下的说明中，对与前述的实施方式相同的部分标注相同符号，适当省略说明。
[0112]例如，以上虽然以受光阵列PA、受光兀件F1D相对于圆盘110配置在与光源131相同侧的所谓反射型编码器的情况为例进行了说明，但是不限定于此。即，也可以使用受光阵列PA、受光元件H)相对于圆盘110配置在与光源131相反侧的所谓透射型编码器。此时，也可以是在旋转圆盘110中使狭缝阵列SA、狭缝S形成为透射孔，或者，通过利用溅射等使狭缝以外的部分成为粗糙面，或涂覆透射率低的材质来形成。
[0113]但是，使用上述透射型编码器时，与反射型相比在如下方面较为不利。首先，由于夹着圆盘110在其两侧配置光源131和受光元件ro等，因此轴向尺寸变大。而且，需要分别支撑用于生成平行光的光学透镜、分离配置的光源131及受光元件ro等的支撑架等等，部件数量增大从而结构复杂化。另外，在光源131和受光阵列PA及受光元件ro之间要求非常高的位置精度，但是由于它们被分离配置而导致位置精度下降，有可能会影响编码器的性能。反射型编码器则不产生上述问题。另外，由于可以将要求高位置精度的光源131、受光阵列PA、受光元件ro及磁性检测部120等全部相对于圆盘110配置在相同侧，因此可以将它们例如安装在同一电路基板上从而进行组装。此时，可以容易地确保各部件的位置精度，同时因为可以成为一个部件而能得到小型化及结构简洁化、提高组装性等的效果。据此，如上述实施方式那样优选为反射型编码器。
[0114]另外，由于使用反射型编码器时可使用照射漫射光的点光源，因此与透射型编码器相比在如下方面较为有利。即，由于在透射型编码器中使用平行光，因此照射面积被限定，为了向绝对位置检测用狭缝阵列SA及多转量检测用狭缝S各自的部分照射光而有可能需要在2个位置上设置光源。此时，除需要2个光源以外，光学模块的电路基板和光源的连接部件(例如挠性连接器)、光源的支撑架等的部件数量也增大，因此，在结构复杂化的同时，需要2个光源用的发光电路，因此，导致电路基板的面积增大。另一方面，由于如上述实施方式那样通过使用点光源，而利用漫射光来增大照射面积，因此可以用I个光源向狭缝阵列SA及狭缝S各自的部分大致均等地照射光。因而，由于使用I个光源即可，因此与上述透射型编码器的情况相比，可以减少部件数量并能够减小电路基板的面积，可以得到小型化及结构简洁化、降低成本等的效果。
[0115]另外，虽然在上述实施方式中并未设置，但是也可以在圆盘110上设置多个反射狭缝，其在圆周方向上具有增量图案。增量图案是以规定的节距规则地重复的图案。该增量图案与将多个受光元件各自有无检出作为比特来表示绝对位置X的绝对值图案不同，而是通过至少I个以上的受光元件的检测信号的和，来表示每I个节距或I个节距内的马达M的位置。因而，虽然增量图案并未表示马达M的绝对位置X，但是与绝对值图案相比时，可以非常高精度地表示位置。
【权利要求】
1.一种编码器，其特征在于，具备: 可旋转的圆板状圆盘； 磁性检测机构，对所述圆盘的旋转进行磁性检测； 光学检测机构，对所述圆盘的旋转进行光学检测； 第I检测信号生成部，根据所述磁性检测机构的输出生成第I检测信号； 第2检测信号生成部，根据所述光学检测机构的输出生成与所述第I检测信号具有规定相位差的第2检测信号； 及多转检测部，根据所述第I检测信号及所述第2检测信号检测所述圆盘的多转量。
2.根据权利要求1所述的编码器，其特征在于， 还具备发光控制部，在对所述编码器的电源供电切换至备用电源时，以所述第I检测信号的电平变化为起点使所述光学检测机构的发光元件进行规定时间点灯后使其灭灯。
3.根据权利要求1或2所述的编码器，其特征在于，所述磁性检测机构具有: 磁铁，与所述 圆盘一起旋转； 及磁性检测部，检测所述磁铁， 所述第I检测信号生成部通过磁滞比较器比较所述磁性检测部的电压和固定电阻的电压，生成所述第I检测信号。
4.根据权利要求3所述的编码器，其特征在于， 所述磁铁的磁通朝向在每大致180度的旋转角度范围而反向，反向的位置对应于所述圆盘的原点位置， 所述第I检测信号生成部根据所述磁性检测机构的输出，生成所述圆盘每旋转I转而产生I个脉冲的所述第I检测信号。
5.根据权利要求4所述的编码器，其特征在于，所述光学检测机构具有: 所述发光元件； 圆弧状狭缝，在大致180度的旋转角度范围内连续形成在所述圆盘上； 及受光元件，接收从所述发光元件照射并受到所述狭缝的作用的光， 所述第2检测信号生成部根据所述受光元件的输出，生成所述圆盘每旋转I转而产生I个脉冲的所述第2检测信号。
6.根据权利要求5所述的编码器，其特征在于，所述光学检测机构具有: 狭缝阵列，形成在所述圆盘上且具有绝对图案； 及受光阵列，接收从所述发光元件照射并受到所述狭缝阵列的作用的光， 所述编码器还具备绝对位置信号生成部，其根据所述受光阵列的输出生成表示所述圆盘的I转内的绝对位置的绝对位置信号。
7.根据权利要求6所述的编码器，其特征在于， 所述发光元件形成为点光源， 所述受光元件及所述受光阵列分别接收从所述发光元件照射并被所述狭缝及所述狭缝阵列反射的光。
8.—种马达，具备:马达，使转轴旋转；及编码器，检测所述转轴的位置，其特征在于，所述编码器具有: 圆板状圆盘，连结于所述转轴；磁性检测机构，对所述圆盘的旋转进行磁性检测； 光学检测机构，对所述圆盘的旋转进行光学检测； 第I检测信号生成部，根据所述磁性检测机构的输出生成第I检测信号； 第2检测信号生成部，根据所述光学检测机构的输出生成与所述第I检测信号具有规定相位差的第2检测信号； 及多转检测部，根据所`述第I检测信号及所述第2检测信号检测所述圆盘的多转量。
【文档编号】G01D5/347GK103528611SQ201310232823
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2012年7月4日
【发明者】渡邉敦文 申请人:株式会社安川电机