多旋转编码器的制造方法
【专利摘要】在具有带有巴克豪森效应的检测线圈(112、113)的无电池多旋转编码器中，具有旋转检测机构(110)和信号处理电路(120)，各检测线圈产生正负不同符号的电压脉冲并向信号处理电路送出，信号处理电路具有：控制器(125)，其基于各电压脉冲的正负符号、以及未产生电压脉冲的情况，将检测线圈的状态设为高、低，并维持高或者低状态而存储至存储器(127)；以及加法器(126)，其与各检测线圈的状态变化相对应地更新转数，该无电池多旋转编码器在大约1/4旋转单位以内判定旋转轴的旋转角。
【专利说明】多旋转编码器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多旋转编码器，其无需接受来自外部的电力供给，就能够检测并保存电动机等中的旋转体的旋转方向以及转数。
【背景技术】
[0002]通常，例如用于检测电动机旋转轴的旋转角度的旋转编码器，由转盘和检测元件构成，该转盘与电动机旋转轴连结、且形成有光学图案或者磁性图案，该检测元件用于读取所述光学图案或者磁性图案。对于这种旋转编码器，已知如下方式，即，对由所述检测元件检测出的脉冲信号进行累计而检测旋转轴的旋转角度的增量式编码器，以及根据所述转盘上不同的多个图案检测转盘的绝对角度的绝对值式编码器。
[0003]另外，作为对旋转轴的大于或等于I圈的转数进行计数的方法，存在利用经由减速齿轮连接的所述绝对值式编码器的方法，以及利用所述增量式编码器对累计值进行计数，并以电气方式保存其值的方法。
[0004]对于后者的编码器，由于使转数的计数以及保存电子化，而具有能够简化编码器构造的优点，但因为即使在外部电源断开时，也需要以电气方式保存所得到的转数，因此需要搭载备用电池。由此，存在由于备用电池的定期更换而维护性不佳的课题。
[0005]另一方面，在前者的方式中，由于以机械方式对转数进行计数并保存，而具有能够与有无外部电源无关地保存转数的优点，但存在构造复杂化、成本上升以及难于实现高耐久化的课题。
[0006]因此，为了解决这些课题，提出有下述无电池式的多旋转编码器，其在以电气方式对转数进行计数并保存的同时，不使用备用电源。
[0007]作为该无电池式的多旋转编码器，提出有使用具有大巴克豪森效应的磁线的方式。该磁线通过在线内部使用硬磁体、在线外侧使用软磁体而构成。对于所述软磁体，磁化M相对于外部磁场H的关系如图13所不,表不在一定磁场中磁化M急剧反转的动作(大巴克豪森效应)。该反转速度与外部磁场H的施加方式无关而始终恒定。因此，利用这点，通过在与电动机旋转轴一起旋转的磁体周围设置内部包括所述磁线的线圈，从而能够不依赖于电动机的旋转速度而始终从线圈输出恒定的电压脉冲。
[0008]图14示出在所述无电池式的多旋转编码器中，电动机旋转轴的转数、从与旋转轴相对应的磁体向磁线施加的磁场、以及从线圈输出的电压脉冲。根据图14，可知根据电动机旋转轴的旋转方向CW(顺时针)、CCW(逆时针)，电压脉冲的产生位置以角度Φ错开，但在相同的旋转方向上，每进行一定旋转就产生正负的电压脉冲。由此，通过利用该电压脉冲的电力，能够进行无电池式下的多旋转的计数。
[0009]利用如上所述的无电池方式，例如在专利文献I中，提出有如下无电池式的多旋转编码器，即，在与电动机旋转轴一起旋转的2极磁化后的磁体的上方，以相位角成为90度的方式配置2个具有大巴克豪森效应的磁线，利用从分别在这2个磁线上卷绕的各线圈得到的正符号的电压脉冲的电力，驱动信号处理电路，利用所述电压脉冲进行旋转轴的转数检测。
[0010]专利文献1:日本特开2008-014799号公报
【发明内容】
[0011]然而，所述专利文献I的装置具有参照图15至图17而在下文中说明的问题。
[0012]在图15中，图示出在所述专利文献I的装置中，在电动机旋转轴旋转中向所述二个线圈A、B施加的磁场和电压脉冲之间的关系、和表示线圈A、B的状态的进行信号处理后的A相输出以及B相输出。如图15所不，线圈A、B伴随着所施加的磁场的反转，以90度的相位差输出正负不同符号的电压脉冲。信号处理电路仅提取正符号的电压脉冲，将产生电压脉冲的线圈的状态设为高，将未产生电压脉冲的线圈的状态设为低。图16的(a)示出与此时的电动机旋转轴的旋转相对应的A相输出以及B相输出。如图16的(a)所示，首先产生电压脉冲，此时在A相为高、B相为低的情况下，转数不变化。在下次产生电压脉冲，A相为低而B相为高时，以+ I对转数进行累加。
[0013]下面，对电动机旋转轴的旋转在中途反转的情况进行叙述。图17图示出在专利文献I的装置中，电动机旋转轴的旋转方向从CW反转为CCW的情况下的向所述二个线圈A、B施加的磁场和电压脉冲之间的关系、和A相输出以及B相输出。图17的(a)不出在电动机旋转轴的旋转角旋转了 175+Φ/2。以后，旋转轴从CW方向反转为CCW方向的情况。另外，图17的(b)示出与此时的电动机的转数相对应的A相输出以及B相输出。在产生了反转前的电压脉冲时，A相输出为低，B相输出为高,在反转后最初产生电压脉冲时，A相输出仍为低，B相输出仍为高。
[0014]这样，在A相以及B相的输出状态与产生前一次的电压脉冲时相同的情况下，判定为旋转方向发生了反转。反转后，在下一次A相输出变为低、B相输出变为高时，以-1对转数进行累加。
[0015]再从另一角度对电动机旋转轴的旋转在中途反转的情况进行叙述。图17的(b)示出在电动机旋转轴的旋转角旋转175 — Φ/2°后，旋转轴从CW方向反转为CCW方向后的情况。图16的(c)中示出与此时的电动机的转数相对应的A相输出以及B相输出。在该情况下，A相输出以及B相输出与从CW向CCW的反转无关地，A相输出从高变为低，B相输出从低变为高。由此，无法检测电动机旋转的反转，无法对转数进行累加。
[0016]如上所述，对于专利文献I的装置，由于与旋转轴的旋转方向无关地，仅为反复地从A相输出为高、B相输出为低的状态变化为A相输出为低、B相输出为高的状态，因此，产生根据电动机旋转轴的旋转角，无法检测旋转轴的旋转方向逆转时的信号的情况。由此，对于专利文献I的装置，存在无法准确地检测电动机转数的问题。
[0017]另外，存在如下问题，即，在磁线被施加略微超过阈值的磁场而进行磁化反转时，有时在磁线再次反转的情况下产生的电压脉冲下降，在其减少量较大的情况下，信号处理电路无法被驱动，有可能产生电压脉冲的检测遗漏。
[0018]本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供与现有技术相比能够更准确地检测旋转轴的转数的多旋转编码器。
[0019]为了实现所述目的，本发明以如下方式构成。
[0020]S卩，本发明的一个方式的无电池多旋转编码器，其无需接受来自外部的电力供给，对旋转轴的旋转方向以及转数进行检测及保存，该无电池多旋转编码器的特征在于，具有:旋转检测机构，其具有:磁体，其与所述旋转轴一起旋转，位于旋转轴圆周方向上磁极数为N个；以及L( > 2)个检测线圈，它们由相对于该磁体的磁场具有巴克豪森效应的磁线构成，在所述磁体的旋转圆周上错开相位角而配置；以及信号处理电路，其与该旋转检测机构电气连接。各个所述检测线圈在所述旋转轴每旋转I圈中，与所述磁体的磁极数N相对应，以正、负或者负、正的顺序产生LN次正、负不同符号的电压脉冲，并将该电压脉冲向所述信号处理电路送出。所述信号处理电路具有:控制器，其基于由各个检测线圈产生的各电压脉冲的正、负两种符号以及未产生电压脉冲的情况，以高、低对所述检测线圈的状态或者对所述检测线圈的状态和其前一次的检测线圈的状态进行定义，并在未产生电压脉冲时维持高或低，将该检测线圈的状态存储于存储器；以及加法器，其被从控制器供给各检测线圈的状态，与该状态的变化相对应地对所述旋转轴的转数进行更新，在大于1/(LN)旋转单位以内判定所述旋转轴的旋转角。
[0021]发明的效果
[0022]根据本发明的一个方式的无电池多旋转编码器，信号处理电路的控制器利用L个检测线圈送出的正、负两种电压脉冲，基于电压脉冲的正负符号以及未产生电压脉冲的情况，将各检测线圈的状态维持为高、低，以及在未产生电压脉冲时，维持为高或低，并将检测线圈的状态存储于存储器。并且，基于该所存储的状态检测转数，由此即使旋转轴在旋转中途逆转，也能够不发生遗漏地对转数进行计数。由此，在将旋转检测机构所具有的磁体的磁极数置为N时，能够在大约1/(LN)旋转以内检测旋转轴的旋转角，与现有技术相比能够更准确地检测旋转轴的转数。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是表示本发明的实施方式I的无电池多旋转编码器的结构的图。
[0024]图2是表示图1所示的无电池多旋转编码器所具有的各检测线圈的配置的说明图。
[0025]图3是表示向图1所示的无电池多旋转编码器所具有的各检测线圈的磁线施加的磁场和从各检测线圈输出的电压脉冲之间的关系、以及各检测线圈的状态的说明图。
[0026]图4是表示在图1所示的无电池多旋转编码器中，各检测线圈相对于旋转轴的旋转的状态的说明图。
[0027]图5是表示向图1所示的无电池多旋转编码器所具有的各检测线圈的磁线施加的磁场和从各检测线圈输出的电压脉冲之间的迟滞的说明图。
[0028]图6是表示在图1所示的无电池多旋转编码器中，旋转轴的旋转方向反转时的各检测线圈的状态的说明图。
[0029]图7是表示判别图1所示的无电池多旋转编码器的角检测线圈的状态和转数的信号处理表的图。
[0030]图8是表示本发明的实施方式2的无电池多旋转编码器的信号处理IC的结构的图。
[0031]图9是表示本发明的实施方式3的无电池多旋转编码器的信号处理IC的结构的图。
[0032]图10是表示本发明的实施方式4的无电池多旋转编码器的检测线圈的配置的图。
[0033]图11是表示判别本发明的实施方式4的无电池多旋转编码器的检测线圈的状态和转数的信号处理表的图。
[0034]图12是表示本发明的实施方式5的多旋转编码器的结构的图。
[0035]图13是表示巴克豪森跳变的磁线的磁场H-磁化M曲线。
[0036]图14是表示向磁线施加的磁场和从检测线圈输出的电压脉冲之间的关系的图。
[0037]图15是表示在现有的无电池多旋转编码器中，向磁线施加的磁场和从各检测线圈输出的电压脉冲之间的关系、以及各检测线圈的状态的说明图。
[0038]图16是表示在现有的无电池多旋转编码器中，各检测线圈相对于旋转轴的旋转的状态的说明图。
[0039]图17是表示在现有的无电池多旋转编码器中，在旋转轴的旋转方向反转时向磁线施加的磁场和从各检测线圈输出的电压脉冲之间的关系、以及各检测线圈的状态的说明图。
【具体实施方式】
[0040]对于作为本发明的实施方式的无电池多旋转编码器，参照附图在下文中进行说明。此外，在各图中，对相同或同样的结构部分标注相同标号。另外，为了避免以下的说明变得冗长，且为了便于本领域技术人员理解，有时省略对已知事项的详细说明以及对实质上为相同结构的重复说明。
[0041]实施方式1.
[0042]图1中示出本发明的实施方式I所涉及的无电池多旋转编码器101的结构。本实施方式的无电池多旋转编码器101是无需接受来自外部的电力供给，检测并保存旋转轴的旋转方向以及转数的多旋转编码器，大体分类为，具有:旋转检测机构110 ;以及信号处理电路120，其与该旋转检测机构110电气连接。
[0043]如图2所示，旋转检测机构110具有磁体111、检测线圈112、113，是检测旋转轴115的旋转的结构。而且，旋转轴115例如与电动机的输出轴(旋转轴)等相当，但并不限定于此，也可以与能够绕轴向旋转的旋转体相当。
[0044]磁体111为圆板状，与旋转轴115呈同心状地安装，与旋转轴115—起向CW(顺时针)以及CCW(逆时针)旋转。旋转轴115和磁体111在本实施方式中按照上述方式呈同心状地配置，但只要构成为磁体111与旋转轴115的转动对应地转动的结构即可。另外，磁体111在本实施方式中以半圆周为单位而具有2个磁极，但也可以具有大于或等于2个的磁极数。
[0045]检测线圈112、113在磁体111的上方配置在磁体111的旋转圆周上，由具有大巴克豪森效应的磁线形成。在本实施方式中，设置2个检测线圈112、113，但也可以设置大于或等于3个检测线圈。
[0046]此处，对磁化为2极的磁体111和检测线圈112、113之间的位置关系、以及旋转轴115的转数的检测逻辑进行说明。
[0047]首先，对检测线圈112和检测线圈113之间的位置关系进行说明。具有大巴克豪森效应的磁线设置为，检测线圈113相对于检测线圈112，相位角大于Φ且小于180 - Φ，以避免如参照图14进行说明所示那样，由于与转数Φ对应地产生迟滞，而与旋转轴115的旋转方向无关地，检测线圈112、113的输出发生重叠。
[0048]通常，在将磁体111的磁极数设为N时，基于迟滞角度Φ，相对于一个第I检测线圈(例如，检测线圈112)，以如下方式配置一个或者多个第2检测线圈(例如，检测线圈113)，S卩，第I检测线圈和第2检测线圈的相位角处于大于迟滞角度Φ而小于(360/N) —Φ的角度范围。
[0049]此外，在下文，为了简化说明，以所述相位角为90°进行说明。
[0050]图3中图示出从磁体111向检测线圈112、113施加的磁场和从检测线圈112、113得到的电压脉冲之间的关系、以及对来自检测线圈112的输出进行数字化后的A相输出、对来自检测线圈113的输出进行数字化后的B相输出、检测线圈112的A状态、检测线圈113的B状态。图3的(a)是旋转方向为CW方向的图，图3的(b)是旋转方向为CCW方向的图。
[0051]A相输出以及B相输出在来自检测线圈112、113的输出为正符号的电压脉冲的情况下，输出为高，在来自检测线圈112、113的输出为负符号的电压脉冲的情况下，输出为低，在不产生电压脉冲的情况下不进行输出(为零)。
[0052]A状态以及B状态各自在A相输出、B相输出为高的情况下，将各状态设为高，在为低的情况下，将各状态设为低，并且，在不进行输出(为零)的情况下，不对状态进行变更。在图4中示出该A状态以及B状态的与转数相对应的变化。图4的(a)表示旋转轴115的旋转方向为CW的情况，图4的(b)表示旋转方向为CCW的情况。可知能够根据A状态以及B状态各自的高、低的状态，区分旋转轴115的旋转角是90°还是在从Φ°至180° — Φ°的范围。因此，在A状态从低至高、且B状态为低而无变更时，以+ I进行累加，在A状态从高至低、且B状态为低而无变更时，以-1进行递减，由此能够与旋转方向无关地检测转数。
[0053]然后，图6中示出旋转轴115的旋转方向在中途反转的情况下的与旋转角相对应的A状态、B状态以及计数值。如果与旋转轴115的旋转相伴，根据从检测线圈112、113产生的各个电压脉冲，对I圈内进行区域划分，则如图5的(a)、(b)所示，能够分类为从区域A至区域H为止的8个区域(图5的(a)表示沿CW方向旋转的情况，图5的(b)表示沿CCW方向旋转的情况)。由此，在图6中，示出在各区域中，旋转方向从CW反转为CCW的全部情况。如果参照图6中的计数值的项目，则可知无论在哪个区域中，在旋转轴115反转后的情况下，计数值均未产生偏差。
[0054]此外，即使检测线圈为大于或等于3个，或者磁体111的磁化数大于或等于3个，只要使I圈内的分辨率小于90°或者小于从Φ°至180° — Φ°的范围，就没有问题。
[0055]下面，对在从检测线圈112、113分别产生电压脉冲时的信号处理IC(与所述的信号处理电路相同)120的动作进行说明。
[0056]信号处理IC120在本实施方式中如图1所示，具有全波整流电路121、定电压电路122、使能电路123、脉冲波形符号判定电路124、控制器125、加法器126、非易失性存储器127、外部电路接口 128以及电源切换部129。控制器125以及加法器126相当于信号处理IC120的基本结构部分。
[0057]在这样的结构中，由检测线圈112、113所产生的各个电压脉冲被全波整流电路121、121分别整流后，利用定电压电路122而形成恒定电压。该恒定电压作为电力而供给至使能电路123、脉冲波形符号判定电路124、控制器125、加法器126以及非易失性存储器127。此外，电源切换部129具有对来自定电压电路122和外部的电力供给进行切换并输出的功能，向控制器125、非易失性存储器127，经由电源切换部129供给恒定电压。另外，由于外部电源不是备用电源而是主电源，因此在设置有电源切换部129这一点上，与无电池多旋转编码器的结构不矛盾。
[0058]然后，使能电路123在确认来自定电压电路122的电压充分稳定后，向脉冲波形符号判定电路124、控制器125、加法器126以及非易失性存储器127发送动作开始触发。
[0059]接收到动作开始触发的脉冲波形符号判定电路124，根据来自检测线圈112、113的各电压脉冲，判定A相输出以及B相输出，并向控制器125发送。
[0060]控制器125从非易失性存储器127读取在前一次产生电压脉冲时的旋转轴115的转数、和A状态以及B状态，将其发送至加法器126。
[0061]加法器126根据接收到的信息(转数、A相输出B相输出、A状态、B状态的值)，利用图7的变换表，进行状态A、状态B以及转数的更新，将最新的A状态、B状态以及转数发送至控制器125。
[0062]控制器125再次访问非易失性存储器127，将来自加法器126的信息写入。
[0063]信号处理IC120利用来自检测线圈112、113的各电压脉冲，仅通过由全波整流电路121以及定电压电路122产生的电力，进行这一系列的动作，并且，在产生下一个电压脉冲之前结束动作。
[0064]在从该无电池多旋转编码器101的外部读取旋转轴115的转数的情况下，按照外部电路接口 128、控制器125的顺序，经由它们访问非易失性存储器127，进行转数的读取。此时，为了使检测转数的一系列动作和从外部的读取动作不同时进行，控制器125限制从外部向非易失性存储器127的访问。另外，在从外部进行访问时，由于经由电源切换部129而从外部向控制器125、非易失性存储器127进行电力供给，且从外部向外部电路接口 128直接进行电力供给，因此，能够不利用来自检测线圈112、113的电压脉冲的电力而进行转数的读取。
[0065]如以上说明所示，在无电池多旋转编码器101中，利用从二个检测线圈112、113产生的电压脉冲的正、负两种符号，将检测线圈112、113的状态以A状态、B状态的方式保存在非易失性存储器127中，由此，即使在旋转轴115中途逆旋转的情况下，也能够不发生遗漏地检测转数，并且能够仅利用来自检测线圈112、113的电压脉冲的电力，执行以上动作。
[0066]此外，在组装无电池多旋转编码器101时，或者在一度被分解后再次组装时，根据存储于非易失性存储器127中的在产生前一次电压脉冲时的状态A以及状态B所推定的磁体111和检测线圈112、113之间的位置关系与实际的磁体111和检测线圈112、113之间的位置关系，不一定一致。因此，在初始设定模式中，直至存储于非易失性存储器127中的在产生前一次电压脉冲时的状态A以及状态B能够反映实际的磁体111和检测线圈112、113之间的位置关系的电压脉冲至少产生大于或等于2次为止，控制器125以及加法器126不进行转数的更新，而进行持续更新存储于非易失性存储器127中的状态A以及状态B的动作。
[0067]实施方式2.
[0068]参照图8对本发明的实施方式2的无电池多旋转编码器102进行说明。
[0069]本实施方式的无电池多旋转编码器102也与所述的无电池多旋转编码器101相同地，具有:旋转检测机构110 ;以及信号处理电路，其与该旋转检测机构110电气连接。在本实施方式的无电池多旋转编码器102中，在取代信号处理电路120而具有信号处理电路131这一点上，与所述的无电池多旋转编码器101不同。另外，信号处理电路120和信号处理电路131的区别点在于，将非易失性存储器127配置在信号处理电路的外部。信号处理电路131的其他结构与信号处理电路120相同。
[0070]通过按照上述方式构成，根据无电池多旋转编码器102，能够获得与无电池多旋转编码器101相同的效果，并且，在制造信号处理IC时，无需用于非易失性存储器127的工序。由此，根据无电池多旋转编码器102，与无电池多旋转编码器101相比，能够降低信号处理IC的成本，能够增加制造商，另外，能够使用通用品作为非易失性存储器127，因此能够改善实用性、成本。
[0071]实施方式3.
[0072]参照图9对本发明的实施方式3的无电池多旋转编码器103进行说明。
[0073]本实施方式的无电池多旋转编码器103也与所述的无电池多旋转编码器101相同地，具有:旋转检测机构110 ;以及信号处理电路，其与该旋转检测机构110电气连接。在本实施方式的无电池多旋转编码器103中，在取代信号处理电路120而具有信号处理电路132这一点上，与所述的无电池多旋转编码器101不同。另外，信号处理电路120和信号处理电路132的区别点在于，在信号处理电路的外部，将全波整流电路121以及定电压电路122配置在旋转检测机构110和信号处理电路132之间。信号处理电路132的其他结构与信号处理电路120相同。
[0074]通过按照上述方式构成，根据无电池多旋转编码器103，能够获得与无电池多旋转编码器101相同的效果，并且，还能够限制输入至信号处理电路132的电压值。由此，根据无电池多旋转编码器103，与无电池多旋转编码器101相比，能够降低信号处理电路132的输入电压耐受性，能够实现成本降低。
[0075]实施方式4.
[0076]利用图10以及图11对实施方式4的无电池多旋转编码器104进行说明。
[0077]对于本实施方式的无电池多旋转编码器104，也与所述的无电池多旋转编码器101相同地，具有:旋转检测机构；以及信号处理电路120，其与该旋转检测机构电气连接。在本实施方式的无电池多旋转编码器104中，在取代旋转检测机构110而具有旋转检测机构110-4这一点上，与所述的无电池多旋转编码器101不同。在图10中对旋转检测机构110-4的结构进行图示。
[0078]本实施方式的无电池多旋转编码器104使大于或等于3个的检测线圈112、113、114在磁体111的旋转圆周上错开相位角而配置，信号处理电路120中的非易失性存储器127保存与磁体111的旋转相伴而设定出的所述检测线圈的前一次和前前次的状态，信号处理电路120在由所述检测线圈的某一个产生电压脉冲时，与根据前一次产生的电压脉冲所设定出的线圈状态进行比较，在下述电压脉冲和所述产生的电压脉冲不同的状态下，根据所述前一次以及前前次的脉冲状态和所述产生的电压脉冲，校正旋转轴的转数的值，或者产生错误输出，前述电压脉冲是假定从由前一次的线圈状态指定的磁体111的旋转位置开始进行移动而产生的电压脉冲。
[0079]根据按照上述方式构成的无电池多旋转编码器104，能够利用大于或等于3个的检测线圈和前前次的检测线圈的状态的信息而确定脉冲检测被遗漏的情况下的修正位置，由此，即使旋转轴在旋转中途逆转，也不仅能够不发生遗漏地对转数进行计数，还能够容许一次脉冲遗漏而实现可靠性高的转数的检测。
[0080]下面，对本实施方式的无电池多旋转编码器104的结构以及动作进行更详细地说明。
[0081]具有巴克豪森效应的磁线，如利用图13在前文所说明的那样，磁化由于特定的磁场而急剧地反转，从线圈产生一定的电压脉冲。然而，存在如下现象，即，在施加的磁场与磁化反转的阈值相比不足够大的情况下，即，在施加磁场略微超过所述阈值而刚产生电压脉冲之后、磁体111的旋转就反转的情况下，在利用磁体111的旋转而产生所述电压脉冲的施加磁场相反方向的施加磁场方向上，即使所施加的磁场超过阈值，产生的电压脉冲的强度也变小。在该产生的电压脉冲的下降较大的情况下，产生信号处理电路120无法动作，旋转的磁体111的实际位置和由针对检测出的电压脉冲而保存的状态所指定的磁体111的假定位置不同的现象。
[0082]因此，在本实施方式的无电池多旋转编码器104的旋转检测机构110-4中，如图10所示，针对旋转的磁体111，在错开规定相位的位置处，配置A相检测线圈112、B相检测线圈113、C相检测线圈114这3个检测线圈。在本实施方式中，磁体111的配置各检测线圈的中心角为，相对于检测线圈113，在CW方向以及CCW方向各自60度的位置处，配置检测线圈112、114。然而，各检测线圈的配置位置并不限定于此。另外，检测线圈的数量也可以大于或等于3个。
[0083]另外，利用各检测线圈112、113、114，从“原点位置”分割为6个角度区域，该各个角度区域是指从原点位置沿CW方向设置的“区域I”至“区域6”。另外，将沿CW方向从S变化为N的旋转磁体111的角度位置作为“磁体基准”。
[0084]当前，在原点位置配置B相检测线圈113，从磁体基准位于原点位置的状况开始，磁体基准向CW方向从区域6侧移动至区域1，由此在B相检测线圈113中超过磁化反转的阈值。此时，从B相检测线圈113产生电压脉冲。此处，在磁体111的旋转从产生该电压脉冲的位置反转，在磁体基准从区域I返回到区域6的情况下，无电池多旋转编码器104的信号处理电路120以如下方式动作。即，如上述所示，磁体111沿CCW方向旋转，由此，在相对于B相检测线圈113相反侧的磁场方向上,来自磁体111的磁场超过阈值而发生作用。然而，由B相检测线圈113产生的电压脉冲较小，信号处理电路120不动作，因此，信号处理电路120维持表示磁体111的磁体基准的位置为区域I的B相检测线圈113的状态。进而，在旋转磁体111沿CCW方向前进时，超过A相检测线圈112的阈值而产生电压脉冲。然而，信号处理电路120保存磁体基准的位置为区域I这一状态，由于从区域I向区域6或者区域2的移动中产生电压脉冲的仅为B相检测线圈113或者C相检测线圈114，因此能够检测误动作的产生。此外，为了便于以下的说明，将该动作记为“前例”。
[0085]所述的保存区域I的状态而在A相检测线圈112中产生电压脉冲的状况，在如下情况下也同样产生，即，磁体基准在CCW方向上从区域2移动至区域1，而后，通过旋转的反转而从区域I向区域2切换，电压脉冲消失，进而在CW方向上旋转而移动至区域3。在该情况下，也与前例相同地，由于不存在始于区域I的、在A相检测线圈112中产生电压脉冲的区域移动，因此能够检测误动作的产生。此外，为了便于说明，将该动作记为“后例”。
[0086]对于前例和后例，在由检测线圈的前一次状态所指定的磁体111的磁体基准的位置均是区域I这一点上，二者是相同的，在这种状态下，能够检测误动作但无法进行校正。另一方面，由于由信号处理电路120保存的检测线圈的前前次的状态所指定的磁体111的磁体基准的位置，在前例中为区域6，在后例中为区域2，因此两者不同，能够进行区别。在前面的实施例中，能够确定出从区域I向区域6移动时的电压脉冲消失、从区域6向区域5移动时A相检测线圈产生电压脉冲，能够将信号处理电路120的保存状态通过跳过I个区域而从区域I校正为区域5，并且，能够通过-1对转数的值进行计数校正。另外，在后例中也能够同样地进行校正。这样，通过前一次以及前前次的脉冲状态和所述产生的电压脉冲，能够对脉冲状态的保存状态和旋转轴的转数的值进行校正。
[0087]并且，信号处理电路120如所述那样将检测脉冲的状态保存至信号处理电路120的非易失性存储器127中。图11以表的形式表示所述状态的变化。在图11中，符合所述状态的是N0.6(相当于所述“前例”)以及N0.4 (相当于所述“后例”)。根据前一次的检测线圈状态而决定当前区域，根据前前次的检测线圈状态而决定前一区域。在出现在所述图11的状态变化表中未示出的状态变化的情况下，产生与假定的脉冲消失不同的现象，在信号处理电路120中输出错误。
[0088]此外，由于具有相对于当前区域是从前一区域沿CW、还是沿CCW中的哪个方向变化的信息，所以前一区域能够唯一地确定，因此也可以利用该变化方向信息而削减所存储的信息量。
[0089]另外，在图11的表中的“前一区域”中由“or”所记载的内容，是指在准确地进行了区域判定的情况下，作为前一区域，无论是与当前区域相邻的哪一个区域，向下一区域的变化均是相同的。例如，在N0.1的情况下，作为前一区域，无论是“I或3”中的哪一个区域，下一区域均同为“3”。
[0090]此外，在实施方式4的无电池多旋转编码器104中，也能够采用在实施方式2或者3中说明的结构。
[0091]另外，也能够采用适当地组合所述各实施方式的结构。对于这样的结构，能够获得组合的实施方式所实现的各效果。
[0092]实施方式5.
[0093]参照图12对本发明的实施方式5的多旋转编码器105进行说明。
[0094]本实施方式的多旋转编码器105也与所述无电池多旋转编码器101?103相同地，具有:旋转检测机构110 ;以及信号处理电路，其与该旋转检测机构110电气连接。在本实施方式的多旋转编码器105中，在取代信号处理电路120、131、132而具有信号处理电路140这一点上，与所述无电池多旋转编码器101?103不同。另外，信号处理电路120和信号处理电路140的区别点在于，设置半波整流电路141，内置电池142，将存储器143配置在信号处理电路内。这样，本实施方式5的多旋转编码器105在由于内置电池142而不是无电池型这一点，与实施方式I?4的多旋转编码器不同。
[0095]另外，在本实施方式5的多旋转编码器105的信号处理电路140中，半波整流电路141以由检测线圈112、113产生的各个电压脉冲的半个周期为单位进行整流，并将其向脉冲波形符号判定电路124输出。另外，电池142与电源切换部129连接，定电压电路122仅向使能电路123供给定电压。除此以外，加法器121、脉冲波形符号判定电路124、控制器125、外部电路接口 128、存储器143经由电源切换部129从外部或者电池142接受电力供给。与其相伴，存储器143无需是非易失性存储器，也可以是易失性存储器。在本实施方式中，采用易失性存储器。
[0096]此外,信号处理电路140中的其他结构与信号处理电路120相同。
[0097]通过按照以上方式构成，信号处理电路140始终从电池142接受电力供给，因此根据多旋转编码器105，能够获得与多旋转编码器101相同的效果，并且还能够在制造由集成电路构成的信号处理电路140时，无需用于非易失性存储器127的工序，并且无需信号处理电路140的以低消耗电力进行的驱动。由此，根据本实施方式5的多旋转编码器105，与无电池多旋转编码器101相比，能够降低信号处理电路140的制造成本，能够增加制造商，并且，由于能够使用通用品作为存储器143，因此能够改善其实用性、成本。
[0098]此外，对于实施方式5的多旋转编码器105，也可以采用在实施方式2、3或者4中说明的结构。
[0099]此外，通过适当组合所述各种实施方式中的任意实施方式，能够发挥各自具有的效果。
[0100]本发明参照附图、且与优选的实施方式相关地进行了充分记载，但对于熟知该技术的人员而言，各种变形、修改是显而易见的。这样的变形、修改在不脱离权利要求书的本发明的范围的情况下，应当理解为包含在该范围中。
[0101]另外，对于在2012年4月17日申请的日本专利申请N0.特愿2012-94088号、以及在2012年9月11日申请的日本专利申请N0.特愿2012-199164号中的各自的说明书、附图、权利要求书以及说明书摘要所公开的全部内容，作为参考而编入本说明书中。
[0102]标号的说明
[0103]101?103无电池多旋转编码器，
[0104]105多旋转编码器
[0105]110旋转检测机构，111磁体，112、113检测线圈，
[0106]115旋转轴，120信号处理电路，121全波整流电路，
[0107]122定电压电路，124脉冲波形符号判定电路，125控制器，
[0108]126加法器，127非易失性存储器，131、132、140信号处理电路，
[0109]142 电池。
【权利要求】
1.一种无电池多旋转编码器，其无需接受来自外部的电力供给，对旋转轴的旋转方向以及转数进行检测并保存， 该无电池多旋转编码器的特征在于， 具有: 旋转检测机构，其具有:磁体，其与所述旋转轴一起旋转，位于旋转轴圆周方向上磁极数为N个；以及L个检测线圈，它们由相对于该磁体的磁场具有巴克豪森效应的磁线构成，在所述磁体的旋转圆周上错开相位角而配置，其中，L大于或等于2 ;以及信号处理电路，其与旋转检测机构电气连接， 所述信号处理电路具有: 非易失性存储器电路，其用于保存各个检测线圈的状态和旋转轴的转数；以及电路，其根据来自各个检测线圈的电压脉冲的有无、以及电压脉冲高度的正负符号这4要素、和所述保存的状态以及转数，判别本次的状态和旋转轴的旋转方向、转数，将新的各个检测线圈的状态和转数写入所述非易失性存储器， 还具有电压电路，该电压电路根据由各个所述检测线圈产生的电压脉冲，产生用于驱动所述信号处理电路的电压， 在1/(LN)旋转单位以内判定所述旋转轴的旋转角。
2.根据权利要求1所述的无电池多旋转编码器，其中， 所述检测线圈以相位角90°配置2个。
3.根据权利要求1所述的无电池多旋转编码器，其中， 所述非易失性存储器独立于所述信号处理电路而设置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的无电池多旋转编码器，其中， 在所述旋转检测机构中，基于由于所述旋转轴的旋转方向不同而在所述磁线中产生巴克豪森效应的旋转角度的迟滞角度Θ，相对于一个第I检测线圈，以如下方式配置一个或多个第2检测线圈，S卩，第I检测线圈和第2检测线圈之间的相位角处于大于迟滞角度Θ而小于(360/N) - Θ的角度范围。
5.根据权利要求1所述的无电池多旋转编码器，其中， 使大于或等于3个的所述检测线圈在所述磁体的旋转圆周上错开相位角而配置，所述信号处理电路中的所述非易失性存储器用于保存与所述磁体的旋转相伴而设定的所述检测线圈的前一次和前前次的状态，所述信号处理电路在由所述检测线圈的某一个产生电压脉冲时，与根据前一次产生的电压脉冲所设定出的线圈状态进行比较，在假定从由前一次的线圈状态所指定的磁体的旋转位置开始进行移动而产生的电压脉冲和所述产生的电压脉冲不同的状态下，根据所述前一次以及前前次的脉冲状态和所述产生的电压脉冲，校正所述转数的值，或者产生错误输出。
6.一种多旋转编码器，其对旋转轴的旋转方向以及转数进行检测并保存， 该多旋转编码器的特征在于， 具有: 旋转检测机构，其具有:磁体，其与所述旋转轴一起旋转，位于旋转轴圆周方向上磁极数为N个的；以及L个检测线圈，它们由相对于该磁体的磁场具有巴克豪森效应的磁线构成，在所述磁体的旋转圆周上错开相位角而配置，其中，L大于或等于2 ;以及 信号处理电路，其与旋转检测机构电气连接， 所述信号处理电路具有: 存储器，其用于保存各个检测线圈的状态和旋转轴的转数；以及电路，其根据来自各个检测线圈的电压脉冲的有无、以及电压脉冲高度的正负符号这4要素、和所述保存的状态以及转数，判别本次的状态和旋转轴的旋转方向、转数，将新的各个检测线圈的状态和转数写入所述非易失性存储器， 还具有电压电路，该电压电路根据由各个所述检测线圈产生的电压脉冲，产生用于驱动所述信号处理电路的电压， 在1/(LN)旋转单位以内判定所述旋转轴的旋转角。
【文档编号】G01D5/244GK104246444SQ201380020384
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年1月8日 优先权日:2012年4月17日
【发明者】井上甚, 武舍武史, 西泽博志, 仲岛一, 武内良祐, 井藤达也, 平位隆史, 永田启史 申请人:三菱电机株式会社