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技術 回転角度検出器及びサーボモータシステム

出願人 日本精工株式会社
発明者 植田雄太三浦祥太桑原昌樹
出願日 2019年3月20日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-052135
公開日 2020年9月24日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-153800
状態 未査定
技術分野 感知要素の出力の伝達及び変換 測定値信号、等のための伝送方式
主要キーワード 動作停止温度 サーボモータシステム 通常稼動 レシーバ出力 磁気リング 回転角度検出器 電圧レール レシーブ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (9)

課題

センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器等を提供する。

解決手段

回転角度検出器は、円周方向にN極とS極が交互に並ぶ環状の磁石と、磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサ11と、磁気センサ11から参照可能に設けられて磁気センサ11の補正データを記憶する記憶回路と、磁気センサ11の出力データに基づいたシリアルデータを出力するバストランシーバ回路30と、回路の出力端子が接続されるインタフェースと、磁気センサ11、記憶回路、回路及びインタフェースが設けられる基板と、を備える。

概要

背景

センサに対する入力と出力とを択一的に切替可能な回路構成が知られている。

概要

センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器等を提供する。回転角度検出器は、円周方向にN極とS極が交互に並ぶ環状の磁石と、磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサ11と、磁気センサ11から参照可能に設けられて磁気センサ11の補正データを記憶する記憶回路と、磁気センサ11の出力データに基づいたシリアルデータを出力するバストランシーバ回路30と、回路の出力端子が接続されるインタフェースと、磁気センサ11、記憶回路、回路及びインタフェースが設けられる基板と、を備える。

目的

本発明は、センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器及びサーボモータシステムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

円周方向にN極とS極が交互に並ぶ環状の磁石と、前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサと、前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路と、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路と、前記回路の入出力端子が接続されるインタフェースと、前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板と、を備える回転角度検出器

請求項2

前記回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて、第1モード又は第2モードのいずれかの動作モードで動作し、前記第1モードは、前記磁気センサの補正データが前記記憶回路に書き込まれる動作モードであり、前記第2モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである請求項1に記載の回転角度検出器。

請求項3

前記回路は、前記第1モードの場合、前記入出力端子インピーダンスを前記第2モードよりも高くする請求項2に記載の回転角度検出器。

請求項4

前記回路は、前記インタフェースから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する請求項2又は3に記載の回転角度検出器。

請求項5

前記基板に設けられて前記磁気センサと前記回路との間に介在する演算回路を備え、前記演算回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する請求項2から4のいずれか一項に記載の回転角度検出器。

請求項6

前記演算回路は、前記磁気センサと前記インタフェースとの間に介在し、前記回路が前記第1モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路に書き込まれる請求項5に記載の回転角度検出器。

請求項7

前記演算回路は、電源投入後に前記インタフェースからの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路の動作モードを決定する請求項5又は6に記載の回転角度検出器。

請求項8

前記演算回路は、前記回路が前記第2モードで動作する場合、前記磁気センサの入出力に用いられる第1のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第2のプロトコルに変換する処理を行う請求項5から7のいずれか一項に記載の回転角度検出器。

請求項9

前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路を備え、前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路の動作を停止させる請求項1から8のいずれか一項に記載の回転角度検出器。

請求項10

請求項1から9のいずれか一項に記載の回転角度検出器が設けられた電動機と、前記インタフェースに接続されたサーボアンプと、を備えるサーボモータシステム

技術分野

0001

本発明は、回転角度検出器及びサーボモータシステムに関する。

背景技術

0002

センサに対する入力と出力とを択一的に切替可能な回路構成が知られている。

先行技術

0003

特許第6098513号公報

発明が解決しようとする課題

0004

センサの出力においてシリアル通信を採用したいという需要があった。

0005

本発明は、センサの出力においてシリアル通信可能な回転角度検出器及びサーボモータシステムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

上記の目的を達成するための本発明の回転角度検出器は、円周方向にN極とS極が交互に並ぶ環状の磁石と、前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサと、前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路と、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路と、前記回路の入出力端子が接続されるインタフェースと、前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板と、を備える。

0007

従って、回路によって磁気センサの出力がシリアルデータになることから、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

0008

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて、第1モード又は第2モードのいずれかの動作モードで動作し、前記第1モードは、前記磁気センサの補正データが前記記憶回路に書き込まれる動作モードであり、前記第2モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである。

0009

従って、センサに対する補正データの入力とセンサの出力を含む双方向の通信をインタフェースから行うことができる。すなわち、サーボアンプとの接続とセンサの補正を同一のコネクタで実施できる。

0010

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記第1モードの場合、前記入出力端子インピーダンスを前記第2モードよりも高くする。

0011

従って、第1モードの場合に出力端子のインピーダンスが高くなることで、データの出力を遮断することができると共にインタフェースに接続された外部の構成から当該遮断を認識可能になる。

0012

本発明の回転角度検出器では、前記回路は、前記インタフェースから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。

0013

従って、信号の周波数に基づいて第1モードと第2モードを切替可能になる。

0014

本発明の回転角度検出器では、前記基板に設けられて前記磁気センサと前記回路との間に介在する演算回路を備え、前記演算回路は、前記インタフェースからの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する。

0015

従って、演算回路によって動作モードを切替可能になる。

0016

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、前記磁気センサと前記インタフェースとの間に介在し、前記回路が前記第1モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路に書き込まれる。

0017

従って、磁気センサの補正データの入力に採用されるプロトコルと、回路を介したシリアルデータの出力に採用されるプロトコルとを別のプロトコルにすることができる。また、磁気センサの補正データの入力に採用されるデータ伝送経路と、回路を介したシリアルデータの出力に採用されるデータ伝送経路とを別の経路にすることができる。

0018

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、電源投入後に前記インタフェースからの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路の動作モードを決定する。

0019

従って、動作モードの切替専用の識別データ等を設けることなく、動作モードを切替可能になる。

0020

本発明の回転角度検出器では、前記演算回路は、前記回路が前記第2モードで動作する場合、前記磁気センサの入出力に用いられる第1のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第2のプロトコルに変換する処理を行う。

0021

従って、磁気センサで採用されるプロトコルと回路で採用されるプロトコルが異なっていてもセンサと回路が通信可能になる。

0022

本発明の回転角度検出器では、前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路を備え、前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路の動作を停止させる。

0023

従って、回転角度検出器がより確実に動作する温度である場合にシリアルデータが出力されるので、出力の精度をより高精度に維持することができる。

0024

上記の目的を達成するための本発明のサーボモータシステムは、本発明の回転角度検出器が設けられた電動機と、前記インタフェースに接続されたサーボアンプと、を備える。

0025

従って、回路によって磁気センサの出力がシリアルデータになることから、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

発明の効果

0026

本発明によれば、センサの出力においてシリアル通信可能を採用できる。

図面の簡単な説明

0027

図1は、第1実施形態のサーボモータシステムの主要構成を示す図である。
図2は、回転角度検出器の構成例を示す模式図である。
図3は、基板の構成例を示す概略構成図である。
図4は、磁気センサに対する2つの信号伝送経路で用いられるプロトコルの例を示す概略説明図である。
図5は、回転角度検出器の構成例を示す模式図である。
図6は、基板の構成例を示す概略構成図である。
図7は、基板の構成例を示す概略構成図である。
図8は、基板の構成例を示す概略構成図である。

実施例

0028

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

0029

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態のサーボモータシステム100の主要構成を示す図である。サーボモータシステム100は、電動機Mと、回転部材Rと、回転角度検出器1とを備える。サーボモータシステム100は、サーボアンプ90と接続される。

0030

電動機Mは、電力の供給に応じて、サーボアンプ90の動作制御下で出力軸MSを回転又は回動させる。回転部材Rは、出力軸MSに固定されて出力軸MSの回転又は回動に応じて回転又は回動する部材である。回転部材Rは、例えば出力軸MSの回転中心Xを径方向の中心とし、板面が出力軸MSの延出方向と直交するよう設けられた円盤状の部材であるが、回転部材Rの具体的形状はこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。

0031

図2は、回転角度検出器1の構成例を示す模式図である。回転角度検出器1は、リング磁石2と、基板3とを備える。リング磁石2は、回転部材Rの一面に固定される。リング磁石2は、回転中心Xを中心とする環状の磁性体である。

0032

リング磁石2は、第1着磁列C1と第2着磁列C2を有する。第1着磁列C1及び第2着磁列C2はそれぞれ、円周方向に極性が交互に変化する着磁列である。第1着磁列C1は、第2着磁列C2よりも径が大きい。第1着磁列C1は、第2着磁列C2の外側に位置する。

0033

第1着磁列C1の磁極対W1の数と第2着磁列C2の磁極対W2の数は異なる。図2では、磁極対W1の数が磁極対W2の数よりも多い場合を例示しているが、数の多少関係は変更可能である。例えば、第1着磁列C1の磁極対W1の数と第2着磁列C2の磁極対W2の数の大小関係は逆であってもよい。磁極対W1,W2はそれぞれ、N極とS極を1つずつ含む。

0034

基板3には、磁気センサ11が設けられる。基板3は、リング磁石2の環と対向する位置で磁気センサ11を支持する。磁気センサ11は、リング磁石2の環と非接触の状態で支持され、電動機Mの動作に応じて回転するリング磁石2の回転角度に応じた磁場を検知し、検知された磁束密度(又は磁場の強さ)に応じた信号を出力する集積回路(IC:IntegratedCircuit)である。当該出力は、磁気センサ11のセンサ出力として扱われる。第1実施形態の磁気センサ11は、第1着磁列C1からの磁束と第2着磁列C2からの磁束が合成された磁場を対象とする。

0035

図1では、回転角度検出器1の各構成及び回転部材Rは、カバー部材Pで覆われている。基板3がカバー部材Pに支持されることで、基板3のリング磁石2に対する位置が保持されている。

0036

図3は、基板3の構成例を示す概略構成図である。基板3は、磁気センサ11、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)15、レベルシフタLS1、FPGA(Field Programmable Gate Array)20、レベルシフタLS2、バストランシーバ回路30、インタフェース(I/F)40、発振器71、温度監視IC72、LOD73、コネクタ80等を備える。

0037

EEPROM15は、磁気センサ11の補正データを記憶する。磁気センサ11は、動作時にEEPROM15の補正データに応じた出力の補正を行う。磁気センサ11は、補正された信号をFPGA20に出力する。磁気センサ11とEEPROM15との接続は、例えばI2C(Inter IntegratedCircuit)シリアルバスによるが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。

0038

第1実施形態では、磁気センサ11とFPGA20との間にレベルシフタLS1が設けられている。レベルシフタLS1は、磁気センサ11の電圧系とFPGA20と電圧系との間で信号のレベル変換を行う。第1実施形態では、磁気センサ11とFPGA20とが異なる電圧系の下で動作する。具体的には、磁気センサ11が5V系であり、FPGA20が3.3V系である。このため、レベルシフタLS1によって、磁気センサ11から出力される5V系の信号を3.3V系の信号に変換してFPGA20の端子21に入力する。また、レベルシフタLS1によって、端子21から出力される3.3V系の信号を5V系の信号に変換して磁気センサ11に入力する。

0039

FPGA20は、磁気センサ11と、基板3に接続されるサーボアンプ90との間でプロトコル変換を行う演算回路である。FPGA20によって、磁気センサ11のプロトコルとサーボアンプ90のプロトコルの直接的な互換性に制限されることなく磁気センサ11及びサーボアンプ90を採用できる。

0040

FPGA20の端子22は、レベルシフタLS2を介してI/F40と接続される。レベルシフタLS2は、FPGA20の電圧系とI/F40と電圧系との間で信号のレベル変換を行う。第1実施形態では、FPGA20とI/F40とが異なる電圧系の下で動作する。具体的には、FPGA20が3.3V系であり、I/F40が5V系である。このため、レベルシフタLS2によって、I/F40から端子22に入力される5V系の信号を3.3V系の信号に変換する。また、レベルシフタLS2によって、端子22から出力される3.3V系の信号を5V系の信号に変換してI/F40に伝送する。レベルシフタLS2は、サーボアンプ90と接続する通常稼動時はレベルシフタLS2のOE(アウトプットイネーブル)端子38にてレベルシフタLS2のI/F40側出力端子高インピーダンス(HighZ)に設定する。これによりレベルシフタLS2のI/F40側出力を遮断し、バストランシーバ回路30の出力端子33、34へ出入りする信号に干渉しないよう設定される。レベルシフタLS2のOE端子38への信号は、後述する第2モード時にFPGA20の端子29より出力される。

0041

FPGA20の端子23及び端子群24は、バストランシーバ回路30と接続される。バストランシーバ回路30は、基板3に接続されるサーボアンプ90とシリアル通信可能な回路である。バストランシーバ回路30は、FPGA20とI/F40との間に介在する。すなわち、FPGA20とI/F40との間の信号伝送経路は、レベルシフタLS2を介する経路とバストランシーバ回路30を介する経路の2つがある。

0042

I/F40には、コネクタ51又はコネクタ61が接続可能に設けられている。I/F40は、例えば4ピン雌コネクタであるが、これに限られるものでない。I/F40の具体的態様は適宜変更可能である。コネクタ51及びコネクタ61は、I/F40の具体的態様に対応した態様(例えば、4ピンの雄コネクタ)である。当該4ピンに接続される線のうちのうち2本は電力線(例えば、5V及びGND)であり、他の2本は差動信号を伝送するための信号線である。

0043

FPGA20は、図示しない外部の正規化処理装置が接続された場合に磁気センサ11の補正を可能にする。当該正規化処理装置は、補正I/F50に接続される。補正I/F50は、正規化処理装置に設けられているI/Fとコネクタ51との間でデータ伝送を可能にする相互変換I/Fである。正規化処理装置に設けられているI/Fの具体的態様例として、例えばUSB(Universal Serial Bus)I/Fが挙げられるが、これに限られるものでない。正規化処理装置は、例えば、USBI/Fを備え、当該USBI/Fから磁気センサ11等の磁気センサの補正データを出力可能に設けられたコンピュータであるが、これに限られるものでなく、適宜変更可能である。

0044

コネクタ61は、サーボアンプ90に接続されているサーボアンプI/F60と接続される。磁気センサ11のセンサ出力は、磁気センサ11−レベルシフタLS1−FPGA20−バストランシーバ回路30−I/F40−コネクタ61−サーボアンプI/F60を介してサーボアンプ90に伝送される。サーボアンプ90は、磁気センサ11のセンサ出力が示すリング磁石2の回動角度に基づいて、電動機Mの動作を制御する。

0045

図4は、磁気センサ11に対する2つの信号伝送経路で用いられるプロトコルの例を示す概略説明図である。図4では、磁気センサ11に採用されているシリアル通信のプロトコルがBiSS(Bidirectional Serial Synchronous)、特にBiss Cであり、バストランシーバ回路30及びサーボアンプ90に採用されているシリアル通信のプロトコルがRS−485である場合を例示している。

0046

第1実施形態で採用されているBiss C及びRS−485は、差動信号を利用する半2重のプロトコルである。従って、レベルシフタLS1が介在する磁気センサ11−FPGA20間の信号線の数は、Biss Cで採用される差動信号を伝送するため、2本である。また、レベルシフタLS2が介在するバストランシーバ回路30−補正I/F50間の信号線の数は、RS−485で採用される差動信号を伝送するため、2本である。図2では、レベルシフタLS1−端子21間を接続する矢印及びレベルシフタLS2−端子22間を接続する矢印に斜線と「2」の記載を付して、当該2本の信号線を示している。

0047

また、磁気センサ11のセンサ出力をFPGA20及びバストランシーバ回路30が仲介してI/F40に接続されたサーボアンプ90に伝送するための経路の一部として利用されるFPGA20−バストランシーバ回路30間の信号線の数は、DE(ドライバイネーブル)端子32a及びD(ドライバ入力)端子32bの各々に接続される信号線を含む2本である。図3では、係る2つの信号線に対応するDE端子32a及びD端子32bならびに後述するTE(ターミネーションイネーブル)端子32cを含む端子群に符号32を付している。また、図3に示すFPGA20は、DE端子32aに対する出力信号を伝送する端子24a及びD端子32bに対する出力信号を伝送する端子24bを有する。端子群24は、端子24a及びD端子32bならびに後述する端子24cを含むさらに、第1実施形態では、基板3のI/F40に接続された構成がコネクタ51かコネクタ61のいずれであるかを識別するための信号伝送経路を結ぶ信号線として、バストランシーバ回路30のレシーバ出力(R)端子31とFPGA20の入力端子23を接続する信号線が別途設けられている。この信号線の数(+1)が上記のDE端子32a及びD端子32bに接続される信号線の数(2)に加えられることから、図3に示すFPGA20−バストランシーバ回路30間のRS−485の信号線の数は、(2+1)本である。

0048

なお、FPGA20−バストランシーバ回路30間には、さらに、バストランシーバ回路30のTE端子32cに対する入力をFPGA20の端子24cから行うための信号線が別途設けられているが、この信号線で伝送される信号は、正規化処理装置及びサーボアンプ90に伝送される信号ではないため、図3におけるRS−485の信号線の数((2+1)本)に含まない。この信号線で伝送される信号は、バストランシーバ回路30が第1モードで動作するか第2モードで動作するかを決定する。第1モードは、正規化入力装置からコネクタ51を介して入力される磁気センサ11の補正データがEEPROM15に書き込まれる際の動作モードである。第2モードは、バストランシーバ回路30が磁気センサ11の出力データに基づいたシリアルデータをプラス(+)端子33及びマイナス(−)端子34から出力する動作モードである。

0049

バストランシーバ回路30は、基板3の電源ON時にI/F40に接続されている構成がコネクタ51又はコネクタ61のいずれであるかによって、第1モード又は第2モードのいずれかに切り替わる。第1実施形態では、FPGA20は、基板3の電源投入後にI/F40からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいてバストランシーバ回路30の動作モードを決定する。これは、電源投入後に基板3上に実装されたFPGA20が動作するまでの時間(第1時間)よりも、電源投入後にサーボアンプ90からの信号入力が開始されるまでの時間(第2時間)が長いことを利用している。具体例を挙げると、第1時間は、例えば百[ms]である。一方、第2時間は、例えば数百[ms]である。従って、電源投入後に当該第2時間が経過する前にI/F40を介した信号の入力があった場合、当該信号は、サーボアンプ90からの信号ではなく、正規化処理装置からの信号であると判別することができる。なお、磁気センサ11の補正データの入力が行われる場合、正規化処理装置は基板3の電源投入時に予め動作しているものとする。

0050

第1実施形態のFPGA20は、バストランシーバ回路30の動作モードの切り替えに関する処理を行う切替検出部20aを含む。電源投入後にI/F40を介して入力された信号は、バストランシーバ回路30に入力される。当該信号は、R端子31から端子23に入力される。FPGA20は、第1時間経過後に動作する。従って、切替検出部20aは、動作開始から(第2時間−第1時間)経過後に信号が入力された場合にサーボアンプ90からの信号であると判定し、(第2時間−第1時間)経過前に信号が入力された場合に正規化処理装置からの信号であると判定する。

0051

電源投入時に正規化処理装置が接続されていることで(第2時間−第1時間)経過前に信号が入力された場合、切替検出部20aは、端子24cからターミネーションイネーブル信号を出力する。ターミネーションイネーブル信号は、TE端子32cを介してバストランシーバ回路30に入力される。ターミネーションイネーブル信号が入力されたバストランシーバ回路30は、+端子33及び−端子34の出力インピーダンスを出力遮断時の高インピーダンス(HighZ)にするように動作し、終端抵抗を切断する。これによって、バストランシーバ回路30を介したFPGA20−I/F40間の信号伝送経路が遮断される。このように、バストランシーバ回路30は第1モードで動作する。これに伴い、レベルシフタLS2を介したFPGA20−I/F40間の信号伝送経路をONにするよう、レベルシフタLS2が動作する。これによって、磁気センサ11−レベルシフタLS1−FPGA20−レベルシフタLS2−I/F40−コネクタ51−補正I/F50間のBiSSCプロトコルによる通信が成立し、補正I/F50から補正データが磁気センサ11に入力される。磁気センサ11に入力された補正データは、EEPROM15に記憶される。

0052

一方、電源投入時にサーボアンプ90が接続されていることで(第2時間−第1時間)経過後に信号が入力された場合、切替検出部20aは、上記のターミネーションイネーブル信号の出力を行わない。これによって、+端子33及び−端子34を介したバストランシーバ回路30からの信号出力が有効になる。このように、バストランシーバ回路30は第2モードで動作する。また、この場合、レベルシフタLS2は動作しない。これによって、磁気センサ11−レベルシフタLS1−FPGA20−バストランシーバ回路30−I/F40−コネクタ61−サーボアンプI/F60間のプロトコル変換を含む通信が成立し、磁気センサ11からセンサ出力がサーボアンプ90に伝送される。FPGA20は、第2モードで動作する場合、磁気センサ11の入出力に用いられる第1のプロトコル(BiSSC)をバストランシーバ回路30の入出力に用いられる第2のプロトコル(RS−485)に変換する処理を行う。

0053

発振器71は、クロック信号(CLK)を出力する。FPGA20は、端子25から入力される当該クロック信号に同期して動作する。

0054

温度監視IC72は、基板3の温度を監視する温度センサである。温度監視IC72は、所定の動作停止温度以上の温度を検出した場合、FPGA20の動作を停止させる信号(回路遮断信号)を出力する。FPGA20は、回路遮断信号が端子26から入力された場合、動作を停止する。この場合、磁気センサ11−I/F40間の信号伝送経路が遮断され、正規化処理装置、サーボアンプ90から基板3の動作停止を検出可能な状態になる。動作停止温度は、例えば100[℃]、120[℃]、150[℃]のいずれかに設定可能であるが、例示した温度に限られることなく任意の温度を設定可能である。

0055

LOD73は、FPGA20の電圧レギュレータである。FPGA20は、LOD73に対応した電圧レール仕様で設計されている。コネクタ80は、FPGA20と直接通信可能に設けられたコネクタである。

0056

なお、第1モードと第2モードの切替方法は、上記の電源投入後の経過時間によるものに限られない。例えば、正規化処理装置とFPGA20との通信フレーム時間と、サーボアンプ90とFPGA20との通信フレーム時間が異なるように予め設定されていてもよい。この場合、FPGA20が行う通信と、当該通信中に刻まれるクロック信号(CLK)との関係に基づいて、切替検出部20aがターミネーションイネーブル信号を出力するか否かを切り替える。

0057

以上、第1実施形態によれば、回転角度検出器1は、円周方向にN極とS極が交互に並ぶリング磁石2と、リング磁石2と非接触の状態で対向配置される磁気センサ11と、磁気センサ11から参照可能に設けられて磁気センサ11の補正データを記憶するEEPROM15と、磁気センサ11の出力データに基づいたシリアルデータを出力するバストランシーバ回路30と、バストランシーバ回路30の+端子33、−端子34が接続されるI/F40と、磁気センサ11、EEPROM15、バストランシーバ回路30及びI/F40が設けられる基板3と、を備える。従って、バストランシーバ回路30によって磁気センサ11の出力がシリアルデータになることから、磁気センサ11の出力においてシリアル通信可能を採用できる。

0058

また、バストランシーバ回路30は、I/F40からの入力に基づいて、第1モード又は第2モードのいずれかの動作モードで動作する。第1モードは、磁気センサ11の補正データがEEPROM15に書き込まれる動作モードである。第2モードは、磁気センサ11の出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである。従って、磁気センサ11に対する補正データの入力と磁気センサ11の出力を含む双方向の通信をI/F40から行うことができる。このため、図1に示すように、回転角度検出器1がカバー部材P内に収められている状態であっても磁気センサ11の補正を行うことができる。すなわち、補正のためにカバー部材Pを開けて補正専用のコネクタを用いてEEPROM15に補正データの書き込みを行うような作業が必要ない。このように、サーボアンプ90との接続と磁気センサ11の補正を同一のI/F40で実施できる。

0059

また、バストランシーバ回路30は、第1モードの場合、+端子33、−端子34のインピーダンスを第2モードよりも高い高インピーダンス(HighZ)にする。従って、第1モードの場合に+端子33、−端子34のインピーダンスが高くなることで、データの出力を遮断することができると共にI/F40に接続された外部の構成から当該遮断を認識可能になる。

0060

また、基板3に設けられて磁気センサ11とバストランシーバ回路30との間に介在するFPGA20を備える。FPGA20は、I/F40からの入力に基づいてバストランシーバ回路30の動作モードを決定する。従って、FPGA20によって動作モードを切替可能になる。

0061

また、FPGA20は、磁気センサ11とI/F40との間に介在する。バストランシーバ回路30が第1モードで動作する場合、磁気センサ11の補正データは、I/F40からFPGA20及び磁気センサ11を介して記憶回路に書き込まれる。従って、磁気センサ11の補正データの入力に採用されるプロトコルと、バストランシーバ回路30を介したシリアルデータの出力に採用されるプロトコルとを別のプロトコルにすることができる。また、磁気センサ11の補正データの入力に採用されるデータ伝送経路と、バストランシーバ回路30を介したシリアルデータの出力に採用されるデータ伝送経路とを別の経路にすることができる。

0062

また、FPGA20は、電源投入後にI/F40からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいてバストランシーバ回路30の動作モードを決定する。従って、動作モードの切替専用の識別データ等を設けることなく、動作モードを切替可能になる。

0063

また、FPGA20は、バストランシーバ回路30が第2モードで動作する場合、磁気センサ11の入出力に用いられる第1のプロトコルをバストランシーバ回路30の入出力に用いられる第2のプロトコルに変換する処理を行う。従って、磁気センサ11で採用されるプロトコルとバストランシーバ回路30で採用されるプロトコルが異なっていても磁気センサ11とバストランシーバ回路30が通信可能になる。

0064

また、基板3に設けられて温度を検出する温度監視IC72を備える。温度監視IC72は、動作停止温度以上の温度を検出した場合、FPGA20の動作を停止させる。従って、回転角度検出器1がより確実に動作する温度である場合にシリアルデータが出力されるので、出力の精度をより高精度に維持することができる。

0065

さらに、レベルシフタLS1を採用することで、磁気センサ11の電圧系と、FPGA20の電圧系とが異なっていても動作可能になる。さらに、レベルシフタLS2を採用することで、FPGA20の電圧系と、I/F40の電圧系とが異なっていても動作可能になる。

0066

(第2実施形態)
次に、図5及び図6を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態の説明に係り、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

0067

図5は、回転角度検出器1Aの構成例を示す模式図である。第2実施形態では、第1実施形態の回転角度検出器1に代えて、回転角度検出器1Aを備える。回転角度検出器1Aは、磁気リング2Aと、基板3Aとを備える。磁気リング2Aは、リング磁石2と同様、回転部材Rの一面に固定される。磁気リング2Aは、回転中心Xを径方向の中心とする環状の磁性体である。

0068

磁気リング2Aは、リング磁石2の第1着磁列C1と第2着磁列C2に加えて、第3着磁列C3を有する。第3着磁列C3は、円周方向に極性が交互に変化する着磁列である。第3着磁列C3は、第2着磁列C2よりも径が大きく、第1着磁列C1よりも径が小さい。第3着磁列C3は、第1着磁列C1と第2着磁列C2の中間に位置する。

0069

第3着磁列C3の磁極対W3の数は、第1着磁列C1の磁極対W1の数及び第2着磁列C2の磁極対W2の数と異なる。例えば、第3着磁列C3の磁極対W3の数が2m+n(m,nは自然数)であるとすると、第1着磁列C1の磁極対W1の数と第2着磁列C2の磁極対W2の数のうちいずれか一方が2m+n−1、他方が2m(2n−1)である。m=2,n=3である場合を例とすると、第3着磁列C3の磁極対W3の数が2(3+2)=25=32であり、第1着磁列C1の磁極対W1の数が2(3+2)−1=25−1=31であり、第2着磁列C2の磁極対W2の数が22(23−1)=4×(8−1)=28である。ここでは、磁極対W3の数が磁極対W1の数及び磁極対W2の数よりも多い場合を例示しているが、数の多少関係は変更可能である。磁極対W3は、N極とS極を1つずつ含む。

0070

基板3Aには、磁気センサ11Aと磁気センサ12が設けられる。基板3は、磁気リング2Aの環と対向する位置で磁気センサ11A,12を支持する。磁気センサ11Aは、第2着磁列C2からの磁束と第3着磁列C3からの磁束が合成された磁場を対象とする。磁気センサ12は、第1着磁列C1からの磁束と第3着磁列C3からの磁束が合成された磁場を対象とする。磁気センサ11A及び磁気センサ11は、対象とする磁場が磁気センサ11と異なる点を除いて磁気センサ11と同様の機能を奏する構成である。

0071

図6は、基板3Aの構成例を示す概略構成図である。基板3Aは、第1実施形態の基板3が備える磁気センサ11に代えて、磁気センサ11Aを備える。また、基板3Aは、さらに、磁気センサ12と、EEPROM16とを備える。

0072

EEPROM16は、磁気センサ12の補正データを記憶する。磁気センサ12は、動作時にEEPROM16の補正データに応じた出力の補正を行う。磁気センサ12は、磁気センサ11Aを介してレベルシフタLS1と接続される。磁気センサ12と磁気センサ11Aとの間の信号線の数は、磁気センサ11A及び磁気センサ12に採用されているシリアル通信のプロトコルに対応する。当該プロトコルは、例えば、第1実施形態の磁気センサ11に採用されているシリアル通信のプロトコルと同様、BiSSCである。磁気センサ12は、補正された信号を、磁気センサ11A及びレベルシフタLS1を介してFPGA20に出力する。

0073

磁気センサ11Aを介したEEPROM15に対する補正データの入力は、第1実施形態の磁気センサ11の場合と同様である。磁気センサ12を介したEEPROM16に対する補正データの入力についても同様である。ただし、第2実施形態では、入力される補正データが磁気センサ11Aを対象としたデータであるか磁気センサ12を対象としたデータであるかを識別するための仕組みが加えられる。当該仕組みの例として、補正データのヘッダに識別のための情報を含める方法が挙げられるが、これに限られるものでなく、識別が可能であれば他の方法であってもよい。以上、特した点を除いて、第2実施形態は第1実施形態と同様である。

0074

第2実施形態によれば、3つの着磁列を含む磁気リング2A及び2つの磁気センサ11A,12を備える回転角度検出器1Aであっても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。

0075

(第3実施形態)
次に、図1図2及び図7を参照して、第3実施形態について説明する。第3実施形態の説明に係り、第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

0076

図7は、基板3Bの構成例を示す概略構成図である。第3実施形態では、第1実施形態の基板3に代えて、基板3Bを備える。基板3Bは、磁気センサ11、EEPROM15、バストランシーバ回路30A、I/F40A、温度監視IC72等を備える。磁気センサ11、EEPROM15及び温度監視IC72は、第1実施形態のものと同様である。

0077

第3実施形態では、バストランシーバ回路30Aが第1プロトコル(例えば、Biss Cプロトコル)で磁気センサ11と通信し、第2プロトコル(例えば、RS−422)でサーボアンプ90と通信する。バストランシーバ回路30Aは、MA(マスター)端子35aと接続された信号線で磁気センサ11に対する入力を行い、SL(スレーブ)端子35bと接続された信号線で磁気センサ11からの出力を受け付ける。

0078

第3実施形態のI/F40Aは、例えば6ピンの雌コネクタであるが、これに限られるものでない。I/F40Aの具体的態様は適宜変更可能である。第3実施形態で補正I/F50と接続されるコネクタ51A及びサーボアンプI/F60と接続されるコネクタ61Aは、I/F40の具体的態様に対応した態様(例えば、6ピンの雄コネクタ)である。当該6ピンに接続される線のうちのうち2本は電力線(例えば、5V及びGND)であり、他の4本は、バストランシーバ回路30AのMA±(マスター)端子37aが含む2つの端子(MA+とMA−)及びSL±(スレーブ)端子37Bが含む2つの端子(SL+とSL−)の各々に接続される信号線である。

0079

第3実施形態では、バストランシーバ回路30Aは、I/F40Aから入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。すなわち、第3実施形態では、補正I/F50及びコネクタ51を介して正規化処理装置から入力される信号の周波数と、サーボアンプI/F60及びコネクタ61を介してサーボアンプ90から入力される信号の周波数とが異なるように予め設定されている。これによって、共通のI/F40Aから磁気センサ11の補正データの入力と磁気センサ11のセンサ出力とを可能にしている。

0080

第3実施形態では、温度監視IC72からの信号がバストランシーバ回路30Aのレシーブ(/RE)端子36を介して入力される。バストランシーバ回路30Aは、回路遮断信号が端子26から入力された場合、動作を停止する。

0081

第3実施形態によれば、バストランシーバ回路30は、I/F40から入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する。従って、信号の周波数に基づいて第1モードと第2モードを切替可能になる。また、より簡易な構成で電動機Mの回転角度を検出することができる。

0082

(第4実施形態)
次に、図1図5及び図8を参照して、第4実施形態について説明する。第4実施形態の説明に係り、第2実施形態、第3実施形態と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

0083

図8は、基板3Cの構成例を示す概略構成図である。第4実施形態では、第2実施形態の基板3Aに代えて、基板3Cを備える。基板3Cは、磁気センサ11A、磁気センサ12、EEPROM15、EEPROM16、バストランシーバ回路30A、I/F40A、温度監視IC72等を備える。磁気センサ11A、EEPROM15、磁気センサ12及びEEPROM16は、第2実施形態のものと同様である。バストランシーバ回路30A及びI/F40Aは、第3実施形態のものと同様である。

0084

第4実施形態は、磁気センサ11に代えて磁気センサ11Aが設けられ、さらに磁気センサ12及びEEPROM16が追加されたことを除いて、第3実施形態と同様である。

0085

第4実施形態によれば、3つの着磁列を含む磁気リング2A及び2つの磁気センサ11A,12を備える場合であっても、より簡易な構成で電動機Mの回転角度を検出することができる。

0086

なお、上記の実施形態では、リング磁石2及び磁気リング2Aが環状であり、内側に孔が設けられているが、孔は必須でない。リング磁石2及び磁気リング2Aは、円周方向にN極とS極が交互に着磁される構成であればよく、例えば円盤状であってもよい。また、上記の実施形態では、リング磁石2及び磁気リング2Aに着磁列が複数設けられているが、着磁列は1列であってもよい。

0087

また、FPGA20と磁気センサ11(又は磁気センサ11A,12)の電圧系が同一である場合、レベルシフタLS1は省略可能である。また、FPGA20とI/F40の電圧系が同一である場合、レベルシフタLS2は省略可能である。

0088

特許請求の範囲と実施形態の各構成との対応関係は、例えば以下の通りである。
(請求項1)
円周方向にN極とS極が交互に並ぶ環状の磁石(2,2A)と、
前記磁石と非接触の状態で対向配置される磁気センサ(11,11A,12)と、
前記磁気センサから参照可能に設けられて前記磁気センサの補正データを記憶する記憶回路(EEPROM15,16)と、
前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する回路(バストランシーバ回路30,30A)と、
前記回路の入出力端子(プラス(+)端子33、マイナス(-)端子34)が接続されるインタフェース(I/F40,40A)と、
前記磁気センサ、前記記憶回路、前記回路及び前記インタフェースが設けられる基板(3,3A,3B,3C)と、
を備える回転角度検出器(1,1A)。
(請求項2)
前記回路(バストランシーバ回路30,30A)は、前記インタフェース(I/F40,40A)からの入力に基づいて、第1モード又は第2モードのいずれかの動作モードで動作し、
前記第1モードは、前記磁気センサ(11,11A,12)の補正データが前記記憶回路(EEPROM15,16)に書き込まれる動作モードであり、
前記第2モードは、前記磁気センサの出力データに基づいたシリアルデータを出力する動作モードである
請求項1に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項3)
前記回路(バストランシーバ回路30,30A)は、前記第1モードの場合、前記入出力端子(プラス(+)端子33、マイナス(-)端子34)のインピーダンスを前記第2モードよりも高くする
請求項2に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項4)
前記回路(バストランシーバ回路30,30A)は、前記インタフェース(I/F40,40A)から入力される信号の周波数に基づいて動作モードを決定する
請求項2又は3に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項5)
前記基板(3,3A)に設けられて前記磁気センサ(11,11A,12)と前記回路(バストランシーバ回路30)との間に介在する演算回路(FPGA20)を備え、
前記演算回路は、前記インタフェース(I/F 40,40A)からの入力に基づいて前記回路の動作モードを決定する
請求項2から4のいずれか一項に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項6)
前記演算回路(FPGA20)は、前記磁気センサ(11,11A,12)と前記インタフェース(I/F 40)との間に介在し、
前記回路(バストランシーバ回路30)が前記第1モードで動作する場合、前記磁気センサの補正データは、前記インタフェースから前記演算回路及び前記磁気センサを介して前記記憶回路(EEPROM 15,16)に書き込まれる
請求項5に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項7)
前記演算回路(FPGA20)は、電源投入後に前記インタフェース(I/F 40)からの入力が行われるまでの待ち時間に基づいて前記回路(バストランシーバ回路30)の動作モードを決定する
請求項5又は6に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項8)
前記演算回路(FPGA20)は、前記回路(バストランシーバ回路30)が前記第2モードで動作する場合、前記磁気センサ(11,11A,12)の入出力に用いられる第1のプロトコルを前記回路の入出力に用いられる第2のプロトコルに変換する処理を行う
請求項5から7のいずれか一項に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項9)
前記基板に設けられて温度を検出する温度検出回路(温度監視IC72)を備え、
前記温度検出回路は、所定以上の温度を検出した場合、前記回路(バストランシーバ回路30A)の動作を停止させる
請求項1から8のいずれか一項に記載の回転角度検出器(1,1A)。
(請求項10)
請求項1から9のいずれか一項に記載の回転角度検出器(1,1A)が設けられた電動機(M)と、
前記インタフェース(I/F 40,40A)に接続されたサーボアンプ(90)と、
を備えるサーボモータシステム(100)。

0089

1,1A回転角度検出器
2,2Aリング磁石
3,3A,3B,3C基板
11,11A,12磁気センサ
15,16 EEPROM
20FPGA
30,30Aバストランシーバ回路
40,40A I/F
72温度監視IC
90サーボアンプ
100 サーボモータシステム

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