专利名称：磁式绝对编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用了旋转检测器的磁式绝对编码器(absoluteencoder)，该旋 转检测器具有被固定于旋转轴且有规定个数的齿的齿轮和用于检测通过齿的磁通量来输 出与齿的位置相关的电信号的磁检测元件。
背景技术：
JP特开平11-237256号公报(专利文献1)中，揭示了磁式增量型编码器能利用的 旋转检测装置。另外，JP特开2008-180698号公报(专利文献2)等中，揭示了利用磁式增 量型编码器的基本构造的磁式绝对编码器。专利文献1 JP特开平11-237256号公报专利文献2 JP特开2008-180698号公报但是，在现有的磁式绝对编码器中，在使之小型化的情况下，存在着难以提高分辨 率的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种即使在使之小型化的情况下也能提高分辨率的磁式绝 对编码器。本发明的磁式绝对编码器具有第一至第三旋转检测器，该第一至第三旋转检测器 具有被固定在旋转轴且有规定个数的齿的齿轮以及用于检测通过规定个数的齿的磁通量 的磁检测元件，能检测出齿轮的旋转位置。具体而言，第一旋转检测器具有第一齿轮，其被 固定在旋转轴且由导磁性材料形成的具有附个齿；2个磁检测元件，其对出自于偏压用磁 体的且通过m个齿的磁通量进行检测，并输出电角度的相位差为90°的2个电信号。第二 旋转检测器也具有第二齿轮，其被固定在旋转轴且由导磁性材料形成的具有N2个齿；2个 磁检测元件，其对出自于偏压用磁体的且通过N2个齿的磁通量进行检测，并输出电角度的 相位差为90°的2个电信号。第三旋转检测器具有第三齿轮，其被固定在旋转轴且由导 磁性材料形成的具有N3个齿；2个磁检测元件，其对出自于偏压用磁体的且通过N3个齿的 磁通量进行检测，并输出电角度的相位差为90°的2个电信号。另外，本发明的磁式绝对编码器具有A/D转换部，其将第一至第三旋转检测器所 输出的电信号转换成数字值，并将以规定的数字值来表现1周期的与齿轮的齿个数相当的 周期数的第一至第三角度数据进行输出；和绝对位置运算部，其根据A/D转换部的输出，检 测出旋转轴的一周旋转中的绝对位置。具体而言，A/D转换部具有与第一至第三旋转检测器 对应的第一至第三A/D转换器。第一 A/D转换器将第一旋转检测器所输出的2个电信号转 换成M比特的数字值，M是2以上的整数，并且将在旋转轴旋转1周的期间，以0 2m-1的 数字值来表现1周期的W周期的第一角度数据进行输出。第二 A/D转换器将第二旋转检 测器所输出的2个电信号转换成M比特的数字值，并且将在旋转轴旋转1周的期间，以0 2M-1的数字值所表现的N2周期的第二角度数据进行输出。第三A/D转换器将第三旋转检测器所输出的2个电信号转换成M比特的数字值，并且将在旋转轴旋转1周的期间，1周期 以0 2m_1的数字值所表现的N3周期的第三角度数据进行输出。附是mXn的整数，m及η是2以上的整数，Ν2是附+1的整数，Ν3是mX (n-1)的 整数。在如上述地对齿的个数m N3的关系已确定的情况下，绝对位置运算部进行如下 动作。即，绝对位置运算部预先根据m周期的第一角度数据和N3周期的第三角度数据之 间的差，来求取在旋转轴旋转1周的期间，以规定的数字值来表现1周期的m周期的第四角 度数据，并且，绝对位置运算部预先根据m周期的第一角度数据和N2周期的第二角度数据 之间的差，通过运算来求取在旋转轴旋转1周的期间，以规定的数字值来表现1周期的1周 期的第五角度数据。绝对位置运算部将第四角度数据和第五角度数据作为保存数据进行保 存。接下来，绝对位置运算部在绝对位置的确定时进行如下动作。首先，对旋转轴进行旋转 而被新运算出的第五角度数据是在第四角度数据的m周期的哪个周期中发生进行确定并 将确定出的周期定为第一被确定周期，其次，绝对位置运算部对被新运算出的第五角度数 据是在第一被确定周期中所发生的η周期的第一角度数据的哪个周期中发生进行确定并 将确定出的周期定为第二被确定周期。接下来，绝对位置运算部基于第一被确定周期和第 二被确定周期，对新输出的第一角度数据是在第一角度数据的W周期的哪个周期中发生 进行确定并将确定出的周期定为第三被确定周期。最后，绝对位置运算部根据第三被确定 周期和新输出的第一角度数据的数字值来确定绝对位置。根据本发明，基于齿个数差一个的第一旋转检测器和第二旋转检测器的输出来形 成机械角360°和1周期一致的第五角度数据。以第五角度数据为基础来确定绝对位置。第 五角度数据，如果使用的运算单元是M比特的运算单元，1周期以0 2m_1的数字值来进行 表现，这样则分辨力低。在此，对旋转轴进行旋转而新运算出的第五角度数据是在第四角度 数据的m周期的哪个周期中发生进行确定(将确定的周期定为第一被确定周期)。即，对第 五角度数据是在机械角360°之间发生m周期(1周期的机械角为机械角360° /m)的第四 角度周期数据的第几周期中发生进行确定。其次，绝对位置运算部，对被新运算出的第五角 度数据是在第一被确定周期中所发生的η周期(1周期的机械角为机械角360° /(mXn)) 的第一角度数据的哪个周期中发生进行确定(将确定的周期定为第二被确定周期)。接着， 绝对位置运算部根据第一被确定周期和第二被确定周期，对发生的第一角度数据是在第一 角度数据的W周期的哪个周期中发生进行确定(将确定的周期定为第三被确定周期)。在 一周旋转中发生W周期的第一角度数据的情况下，确定是哪个周期的角度数据。其结果， 绝对位置运算部，例如，确定的第三确定周期是第N周期，如果1周期的数字值为0 2m-1 的数字值，绝对位置就被确定为“((N-I) X 2m的数字值)+ (该时刻从第一旋转检测器所输 出的第一角度数据的数字值)”。其结果，根据本发明，通过使用被固定在旋转轴上的3个齿 轮，可提高分辨率。另外，本发明理论上也适用于使用4个以上的齿轮的情况。但是，在实 际应用上，仅限于如发明使用3个齿轮的程度，本申请中不包含使用4个以上齿轮的情况， 但并不意味本申请人放弃使用4个以上齿轮的情况。


图1是概略地表示本实施方式的构成的框图。图2是表示旋转轴和齿轮的组合的一个示例的图。
图3是表示具有由2个磁检测元件输出的其电角度的相位差为90°的2个电信号 的示例的图。图4是表示第一角度数据的一个示例的图。图5是表示第二角度数据的一个示例的图。图6是表示第三角度数据的一个示例的图。图7是表示用于列出并比较第一角度数据和第三角度数据的图。图8是表示第四角度数据的一个示例的图。图9是表示第五角度数据的一个示例的图。图中1-旋转轴，3-第一旋转检测器，5-第二旋转检测器，7-第三旋转检测器，9-第一 A/D 转换器，11-第二 A/D 转换器，13-第三A/D转换器，15-第一差分运算部，17-第二差分运算部，19-第一角度数据保存部，21-第五角度数据保存部，23-第四角度数据保存部，25-绝对位置运算部，27-第一周期确定部，29-第二周期确定部，31-第三周期确定部，33-绝对位置确定部。
具体实施例方式以下，参照附图来详细说明本发明的磁式绝对编码器的实施方式的一个示例。图 1是概略地表示本实施方式的构成的方框图。图2是表示旋转轴和齿轮的组合的一个示例 的图。在图1及图2中，以符号1表示的方框是由电动机等的驱动源使之进行旋转的旋转 轴。旋转轴1上固定了构成第一至第三旋转检测器3至7的一部分的第一至第三齿轮3A、 5A及7A。第一至第三齿轮3A、5A及7A由铁等的导磁性材料形成，在外周部，各自具有多个 齿。在以下的说明中，第一齿轮3A的齿个数为m，第二齿轮5A的齿个数为N2，第三齿轮7A 的齿个数为N3。在本实施方式中，m是mXn的整数(在此，m及η是2以上的整数)，N2 是m+1的整数，N3是mX(n-l)的整数。在以下具体例的说明中，为了易于理解，以附= 15、N2 = 16、N3 = 12、m = 3、n = 5 进行说明。第一至第三旋转检测器3至7，分别具备具有偏压用磁体、且分别对出自对应的 偏压用磁体并通过对应的Ni、N2、N3个齿的磁通量进行检测，并输出电角度的相位差为90
6度的2个电信号的2个磁检测元件:3B及3C、5B及5C、7B及7C。在图3中，表示了 2个磁检 测元件3B及3C、5B及5C、7B及7C所输出的电角度的相位差为90°的2个电信号的示例。 另外，作为第一至第三旋转检测器3至7可利用的旋转检测器的一个示例，其记载在上述专 利文献2等中，所以，作为第一至第三旋转检测器3至7，可直接利用公知构造的旋转检测
ο具有A/D转换器10，其将从第一至第三旋转检测器3至7所输出的电信号转换成 数字值，并以规定的数字值表现ι周期且将与齿的个数(m N;B)相当的周期数的第一至 第三角度数据进行输出。A/D转换器10具有与第一至第三旋转检测器3至7对应的第一至 第三A/D转换器9至13。第一 A/D转换器9将第一旋转检测器3所输出的2个电信号转 换成M比特(M是2以上的整数)的数字值，并将在旋转轴1进行一周旋转的期间，以0 2M-1的数字值来表现1周期的m周期的第一角度数据进行输出。另外，第二 A/D转换器11 将第二旋转检测器5所输出的2个电信号转换成M比特的数字值，并将在旋转轴1进行一 周旋转的期间，以0 2m-1的数字值来表现1周期的N2周期的第二角度数据进行输出。进 而，第三A/D转换器13将第三旋转检测器7所输出的2个电信号转换成M比特的数字值， 并将在旋转轴1进行一周旋转的期间，以0 2m-1的数字值来表现1周期的N3周期的第 三角度数据进行输出。在此，设附为15、N2为16、N3为12、M = 10时，对所得到的第一至第三角度数据 的情况进行说明。首先，图3所示的2个电信号V A、V B如下所示。V A = k · sin( θ )V B = k · cos ( θ )其中，θ = 0度-360度旋转轴的旋转角度根据2个值，通过计算来求出θ时，结果如下述。θ = arc tan (V A/V B)= arc tan (k · sin ( θ )/k · cos ( θ ))= arc tan (sin ( θ )/cos ( θ ))构成A/D转换器10的第一至第三的A/D转换器9 13具体将从第一至第三的旋 转检测器3至7所输出的电信号V A、V B转换为数字值(10比特、0-1023)。利用该数值， 通过运算装置(CPU等)计算θ。旋转轴1进行一周旋转的期间的角度数据PS取PS = 0-1023、10 比特的值。在此，PS= θ/360X1024。从第一至第三A/D转换器9 13可取得第一至第三角度数据PS15 PS12。第一 角度数据PS15、第二角度数据PS16及第三角度数据PS12，各自1周期分别取0-1023的数 字值。即，第一角度数据PS15在齿轮旋转一周即机械角360度中出现m周期(在具体例 中，为15周期)。如果用图来表示则如图4所示。第二角度数据PS16在齿轮旋转一周即 机械角360度中出现N2周期(在具体例中，为16周期)。如果用图来表示则如图5所示。 第三角度数据PS12在齿轮旋转一周即机械角360度中出现N3周期(在具体例中，为12周 期)。如果用图来表示则如图6所示。其次，就绝对位置运算部14进行说明。绝对位置运算部14所含的第一差分运算 部15，根据m周期(在具体例中，为15周期)的第一角度数据和N2周期(在具体例中，为16周期)的第二角度数据之间的差，通过运算求取在旋转轴进行一周旋转的期间，以规 定的数字值(在具体例中，为21°)来表现1周期的1周期的第五角度数据。另外，第二差分 运算部17，根据m周期(在具体例中，为15周期)的第一角度数据和N3周期(在具体例 中，为12周期)的第三角度数据之间的差，求取在旋转轴1进行一周旋转的期间，以规定的 数字值(在具体例中，为21°)来表现1周期的m周期(在具体例中，为3周期)的第四角度 数据。预先至少使旋转轴1进行一周旋转而求取的第四及第五角度数据被分别保存在第四 角度数据保存部23和第五角度数据保存部21。另外，这时求取的第一角度数据也被保存在 第一角度数据保存部19。这些数据在确定绝对位置时使用。以下，具体说明第二差分运算部17的动作、第一角度数据PS15和第三角度数据 PS12的关系。比较如图4所示的第一角度数据PS15和如图6所示的第三角度数据PS12。如图 4所示，第一角度数据PS15在齿轮进行一周旋转的期间，反复15次0-1023的变化。另一方 面，如图6所示，第三角度数据PS 12在齿轮进行一周旋转的期间，反复12次0-1023的变 化。在此以“15”和“12”的公约数来计算，因为15 = 3X5、12 = 3X4，其公约数为3。由 此，第一角度数据PS15反复5次，第三角度数据PS 12就反复4次时，其角度相同，为360 度/3 = 120度(机械角)。图7表示了第一角度数据PS15和第三角度数据PS12每到120 度就为一致的状态。这种一致在齿轮每一周旋转就重复3次。利用这种状况，第二差分运算部17为了对第一角度数据PS15中的5个齿进行判 别，对第二角度数据PS12和第一角度数据PS15的差分进行计算。在此，将旋转轴的旋转角 度θ以ee:电角度、Θ m:机械角来表示。第一齿轮3A(齿个数15)的电角度9e 15可表示为9e 15 = 15 X θ m。同样，第 三齿轮7A(齿个数12)的电角度ee 12可表示为9e 12 = 12X θ m。因此，第一角度数据 PS15及第三角度数据PS12分别表示为PS15 = θ e 15/360X1024= 15 X θ m/360 X 1024，PS12 = θ e 12/360X1024= 12 X θ m/360 X 1024，若以上述2个来计算差，第四角度数据APS1512如下所示。APS1512 = PS15-PS12= 15 X θ m/360 X 1024-12 X θ m/360 X 1024= 3X θ m/360X 1024= 6m/120X1024S卩，第一角度数据PS15和第三角度数据PS12之间的差，即，第四角度数据 Δ PS1512在齿轮每旋转120度就变化0-1023，如果齿轮进行一周旋转而旋转360度时，这 种变化就被反复3次。如果以图来表示时，如图8所示。第四角度数据APS1512被保存在 第四角度数据保存部23。其次，就第一差分运算部15的动作进行说明。具有15个齿的齿轮3A的电角度θ e 15可表示为Qe 15 = 15 X θ m。因此，第一角度数据 PS15 为 PS15 = θ e 15/360X1024 = 15 X θ m/360 X 1024o同样，具有16个齿的第二齿轮5A的电角度θ e 16可表示为0e 16 = 16X θ m。因此，第 二角度数据 PS16= θ e 16/360X10M = 16X em/360Xl(^4。第一差分运算部15计算第一角度数据PS15和第二角度数据PS16的差 PS16-PS15。艮P，PS16_PS15= 16 X θ m/360 X 1024-15 X θ m/360 X 1024= IX θ m/360 X 1024= θ m/360 X 1024第二角度数据PS16和第一角度数据PS15之间的差，即，第五角度数据 Δ PS1615 (PS16-PS15)，齿轮每旋转360度，数字值变化为0-1023，齿轮每旋转一周的360 度，这种变化就被重复。如果以图来表示，如图9所示。第五角度数据APS1615被保存在 第五角度数据保存部21。绝对位置运算部14具有确定单元25。确定单元25具有第一周期确定部27、第二 周期确定部四、第三周期确定部31以及绝对位置确定部33。第一周期确定部27，对旋转轴 1进行旋转而被新运算的第五角度数据APS1615’(该时刻的数据)是在第四角度数据保 存部23所保存的第四角度数据的m周期的哪个周期中发生进行确定，并将其定为第一被确 定周期。因为图9所示的表示第五角度数据APS1615的一个三角波的起点以及终点和图8 所示的表示第四角度数据APS1512的三个三角波的最初的三角波的起点以及最后的三角 波的终点一致，这些起点和终点之间的角度为机械角360度。因此，第一周期确定部27基 于将第五角度数据APS1615的值进行三等分的数字值，可判断第四角度APS1512的三个 三角波分别为第几个三角波。即，第四角度APS1512的一个三角波以数字值表示为10M/3 =341. 3，如果从第五角度数据APS1615得到的数字值为从0到341，那么可判断第四角 度数据APS1512为第一个三角波(第一周期)。如果从第五角度数据APS1615得到的数 字值为从342到682，那么可判断第四角度数据APS1512为第二个三角波(第二周期)。 如果从第五角度数据APS1615得到的数字值为从683到1023，那么可判断第四角度数据 APS1512为第三个三角波(第三周期)。第一周期确定部27，对于被新运算出的第五角度 数据APS1615’(该时刻的数据)是在第五角度数据APS 1615的1周期中发生的m个三 角波或m周期(具体为图8所示的3周期)的第四角度数据APS1512的第几个周期中发 生进行确定，并将确定的周期定为第一被确定周期。第二周期确定部四对图7、图8所示的波形进行对比可知，图8所示的第四角度数 据APS1512的一个三角波(第一周期)的起点和终点、和图7所示的第一角度数据PS15的 五个三角波(与第五周期或第五齿对应)的最初的三角波的起点以及最后的三角波的终点 一致。这些起点和终点之间的角度为机械角120度。因此，通过将第四角度数据APS1512 的一个三角波(周期)的数字值进行5等分，可确定第一角度数据PS15的五个三角波(5 周期)为第几周期。即，因为10M/5 = 204. 8，所以如果第四角度数据APS1512的数字值 从0到204，可知第一角度数据PS15为第一个三角波(与第一周期或第一齿对应)。另外， 如果第四角度数据APS1512的数字值从205到409，可知第一角度数据PS15为第二个三 角波(与第二周期或第二齿对应)。如果第四角度数据APS1512的数字值从410到614，可知第一角度数据PS15为第三个三角波(与第三周期或第三齿对应)。如果第四角度数 据APS1512的数字值从615到819，可知第一角度数据PS15为第四个三角波(与第四周 期或第四齿对应)。如果第四角度数据APS1512的数字值从820到1023，可知第一角度数 据PS15为第五个三角波(与第五周期或第五齿)。如此类推，第二周期确定部四对被新 运算出的第五角度数据APS1615’(该时刻的数据)是在第一确定周期(图8的三个三角 波(第一到第三周期)的任意一个三角波(周期))中所发生的η个三角波或η周期(具 体为图7所示的第一到第五周期)的第一角度数据PS15的哪个周期中发生进行确定，并将 确定的周期定为第二被确定周期。第三周期确定部31根据第一周期确定部27确定的第一确定周期和第二周期确定 部四确定的第二确定周期，对于从第一 A/D转换器9新输出的第一角度数据PS15’是在第 一角度数据PS15的m周期(第一到第十五周期)的哪个周期中发生进行确定，并将其定 为第三被确定周期。最后，绝对位置确定部33，根据第三被确定周期(m周期(第一到第 十五周期)的第几周期的信息)和该时从第一 A/D转换器9所输出的第一角度数据PS15’ 的数字值来确定一周旋转内的绝对位置。如果就本实施方式的动作进行一般说明，第一差分运算部15根据用第一及第二 A/D转换器9、11将齿个数差一个的第一旋转检测器3和第二旋转检测器5的输出进行A/D 转换后的值，制成机械角360°与1周期一致的第五角度数据。以该第五角度数据为基础来 确定绝对位置。如果使用的运算单元为M比特的运算单元，第五角度数据则以0 2m-1的 数字值来表现1周期。第一周期确定部27利用保存在第四角度数据保存部23的数据，对 于旋转轴1进行旋转而被新运算出的第五角度数据是发生在第四角度数据的m周期的哪个 周期中进行确定(将确定的周期定为第一被确定周期)。即，对第五角度数据是发生在第四 角度数据的第几周期中进行确定，其中，第四角度数据在机械角360°之间发生m周期(1周 期的机械角为机械角360° /m)。其次，第二周期确定部四对于被新运算出的第五角度数 据是发生在第一角度数据的哪个周期中进行确定(将确定的周期定为第二被确定周期)， 其中，第一角度数据在第一被确定周期中发生的η周期(1周期的机械角为机械角360° / (mXn)。并且，第三周期确定部31根据第一被确定周期和第二被确定周期，对该时刻所发 生的第一角度数据是发生在第一角度数据的W周期中的哪个周期进行确定(将确定的周 期定为第三被确定周期)。最后，绝对位置确定部33，例如，将确定的第三确定周期设为第 N个的周期，1周期的数字值为0 2m-1的数字值，则绝对位置被确定为((N-I) X2m的数字 值)+ (该时刻从第一旋转检测器所输出的第一角度数据的数字值)。上述的具体例子的齿个数是为了理解容易而设定的，实际上可利用例如m = 384、N2 = 385、N3 = 368等齿个数的组合来作为第一到第三齿轮的齿个数。384和385仅 差一齿，为互质的关系，通过计算2个的差分，即可得知384的齿的区别。另一方面，因为 384 = 24X16,368 = 23X 16，在2个值间，存在公约数16。即，在第一齿轮的移动了对个 齿个数时所发生的第M个三角波的终点、和第三齿轮移动了 23个齿轮数时所发生的第23 个三角波的终点零点一致。另外，零点意味着三角波的振幅成为0的点。。齿轮进行一周旋 转的期间，该一致反复16次。因此，通过计算第一齿和第三齿的输出值的差分，能够区别 (确定) 个齿。其次，对是否反复发生16次进行的判断是通过第一齿和第二齿的差分的 一个三角波，与第一齿和第三齿的差分的16个三角波的比较来进行计算的。
本发明为利用3个齿轮的情况，理论上也可利用4个齿轮。在这种情况下，第一至 第四齿轮的齿个数W至N4定为以下齿个数。第一齿轮的齿个数m(Nl = mlXm2Xn)其中，ml是2以上的整数m2是2以上的整数η是2以上的整数第二齿轮的齿个数Ν2 (Ν2 = Ν1+1)第三齿轮的齿个数N3(N3 = mlXm2X (n_l))第四齿轮的齿个数N4(N4 = ml X ((m2 Xn) _1))Nl和N2仅差一个齿，为互质的关系，通过计算2个的差分，可区别(确定)m个 齿。但是，第一齿轮的1个齿的节距需要360/m (电角度)，机械加工变得困难，信号处理的 电气电路的负担很大。另一方面，Nl = mlXm2Xn，N3 = mlXm2X (n-1)，二者之间存在公约数(ml Xm2)。S卩，第一齿轮移动了 η个齿时所发生的第η个三角波的终点、和第三齿轮移动 了(n-1)个齿时的第(n-1)个三角波的终点一致。在齿轮旋转1周的期间，该一致反复 (mlXm2)次。因此，通过计算第一齿轮和第三齿轮的输出值的差分，可区分(确定)n个齿。这 时需要的精度为360/(n)(电角度)。另夕卜，Nl = mlXm2Xn，N4 = mlX ((m2Xn)-l)二者之间存在公约数(ml)。S卩，第一齿轮移动了(m2Xn)个齿时所发生的第(m2Xn)个三角波的终点、和第四 齿轮移动了(m2Xn-l)个齿时所发生的第(m2Xn-l)个三角波的终点一致。在齿轮旋转1 周的期间，该一致反复ml次。因此，通过比较计算出的第一齿轮和第四齿轮的输出值的差分(ml个三角波)和 计算出的第一齿轮和第三齿轮的输出值的差分(mlXm2个三角波)，可区分(确定)ml个三 角波内的m2(2、3、、、m2)个三角波的区别。这时需要的精度为360/(m2)(电角度)。而且，对ml次反复的判别是通过对计算第一齿轮的齿和第二齿轮的齿的差分的 一个三角波、和第一齿轮的齿和第四齿轮的齿的差分的ml个三角波的比较来进行计算的。 这时需要的精度为360/(ml)(电角度)。其次，就一般化的情况进行说明。在此具有S个齿轮。第一齿轮的齿个数m按以下表示。Nl = mlXm2X......Xm(s_2) Xn(ml是2以上的整数)(m2是2以上的整数)· · ·(m(s_2)是2以上的整数)
(η是2以上的整数)第二齿轮的齿个数Ν2 :N2 = m+1第三齿轮的齿个数N3按以下表示N3 = mlXm2X......Xm(s_2) X (n_l)第四齿轮的齿个数N4按以下表示N4 = mlXm2X......Xm(s_3) X ((m(s_2) Xn)_l)··第k齿轮的齿个数Nk按以下表示Nk = ml X m2 X......X m (s-k+1) X (m (s-k + 2) X m (s-k + 3) X......
Xm(s-3) Xm(s-2) Xn_l)··第s的齿个数Ns按以下表示Ns = mix (m2Xm3X......Xm(s_3) Xm(s_2) Xn_l)。Nl和N2仅差一个齿，为互质的关系，通过计算2个的差分，可得知附个的齿的区别。另一方面，Nl = mlXm2X......Xm(s_2) Xn，N3 = ml Xm2 X......Xm(s_2) X (n_l)，二者之间存在公约数(mlXm2 · · ·Χι (8-2))。S卩，第一齿轮移动η个齿时所发生的三角波的终点、和第三齿轮移动了 (η-1)个齿时所发生的三角波的终点一致。在齿轮旋转1周的期间，该一致反复 (mlXm2X · · · Xm(s_2))次。因此，通过计算第一齿轮和第三齿轮的输出值的差分，可区别(确定)(η)齿。这 时需要的精度为360/(n)(电角度)。另夕卜，Nl = mlXm2X · · · Xm(s_3) Xm(s_2) Xn，N4 = mlXm2X· · · Xm(s_3) X ((m(s_2) Xn)_1)二者之间存在公约数(mlXm2X......Xm(s_3))。即第一齿轮移动(m(s-2) Xη)个齿时所发生的三角波的终点、和第四齿轮移动 了(m(s-2)Xn)个齿时所发生的三角波的终点一致。在齿轮旋转1周的期间，该一致反复 (mlXm2X......Xm(s_3))次。因此，通过比较计算出的第一齿轮和第四齿轮的输出值的差分(有
mlXm2X.....Xm(s-3)个三角波)和计算出的第一齿轮和第三齿轮的输出值的
差分(有mlXm2X.....Xm(s-3) Xm(s-2)个三角波)的计算值，可区分(确定)
(mlXm2X.....Xm(s_3))个三角波内的 m(s_2) (2、3、、、(m(s_2))个三角波。这时
需要的精度为360/(m(s-2))(电角度)。更进一步，Nl= mlXm2X.....Xm(s_3) Xm(s_2) Xn 禾口Nk = ml X m2 X......X m (s-k+1) X (m (s-k + 2) X m (s-k + 3) X......
Xm(s-3) Xm(s-2) Xn-1)之间存在公约数(mlXm2X......Xm(s_k+1))。
即，第一齿轮移动(m(s-k+2) Xm(s-k+3) X......Xm(s_3) Xm(s_2) Xn)
个齿时所发生的三角波的终点、和第k齿轮移动了(m(s-k+2) Xm(s-k+3) X…… Xm(s-3) Xm(s-2) Xn)个齿时所发生的三角波的终点一致。在齿轮旋转1周的期间，该一 致反复(mlXm2X......Xm(s_k+1))次。因此，计算第一齿轮和第k齿轮的输出值的差分(有mlXm2X......Xm(s-k+l)
个三角波)，通过比较第一齿轮和第(k-Ι)齿轮的输出值的差分(有
mlXm2X......Xm(s_k+1) Xm(s_k+2)个三角波)的计算值，可区别(确定)
(mlXm2X......Xm(s_k+1))个三角波内的 m(s_k+2) (2,3,……(m(s_k+2))个三角波。
这时需要的精度为360/m(s-k+2)(电角度)。最后，ml次的一致的反复的判断，是通过对第一齿轮的三角波和第二齿轮的三角 波的差分的一个三角波以及第一齿轮的三角波和第S齿轮的三角波的差分的ml个三角波 的比较来进行计算的。这时需要的精度为360/(ml)(电角度)。根据本实施方式，可构成通过无电池可利用的一周旋转绝对编码器。产业上的可利用性根据本发明，即使是在小型化的情况下也可提供能提高分辨率的磁式绝对编码 器，产业上的利用可能性高。
权利要求
1.一种磁式绝对编码器，其特征在于， 具有第一至第三旋转检测器，其具有被固定在旋转轴且有规定个数的齿的齿轮、以及用于 检测通过上述规定个数的齿的磁通量的磁检测元件，并检测上述齿轮的旋转位置；A/D转换部，其将上述第一至第三旋转检测器所输出的电信号转换成数字值，并将以规 定的数字值来表现1周期的与上述齿轮的齿个数相当的周期数的第一至第三角度数据进 行输出；和绝对位置运算部，其根据上述A/D转换部的输出，检测上述旋转轴的一周旋转中的绝 对位置，上述第一至第三的旋转检测器分别具有Ni、N2、N3个齿， 上述附是mXn的整数，其中，m及η是2以上的整数， 上述Ν2是m+i的整数， 上述N3是mX (n-1)的整数， 其中，上述绝对位置运算部进行如下处理预先地，根据W周期的上述第一角度数据和N3周期的上述第三角度数据之间的差，来 求取在上述旋转轴旋转1周的期间，以规定的数字值来表现1周期的m周期的第四角度数 据，并且，根据m周期的上述第一角度数据和N2周期的上述第二角度数据之间的差，通过 运算来求取在上述旋转轴旋转1周的期间，以规定的数字值来表现1周期的1周期的第五 角度数据，并进行保存；对被新运算出的上述第五角度数据是在上述第四角度数据的上述m周期的哪个周期 中发生的进行确定，并将确定出的周期定为第一被确定周期，对上述被新运算出的第五角 度数据是在上述第一被确定周期中所发生的η周期的上述第一角度数据的哪个周期中发 生的进行确定，并将确定出的周期定为第二被确定周期；基于上述第一被确定周期和上述第二被确定周期，对新输出的上述第一角度数据是在 上述第一角度数据的上述W周期的哪个周期中发生的进行确定，并将确定出的周期定为 第三被确定周期；以及根据上述第三被确定周期和上述新输出的第一角度数据的上述数字值，来确定上述绝 对位置。
2.根据权利要求1所述的磁式绝对编码器，其特征在于， 上述旋转检测器具有由导磁性材料形成且有规定个数的齿的上述齿轮； 偏压用磁体；和上述2个磁检测元件，其对出自于上述偏压用磁体、且通过上述m个齿的磁通量进行 检测，并输出电角度的相位差为90°的2个电信号。
3.根据权利要求1所述的磁式绝对编码器，其特征在于， 上述第一旋转检测器具有第一齿轮，其被固定在旋转轴，由导磁性材料形成且具有m个齿；及 2个磁检测元件，其对出自于偏压用磁体、且通过上述m个齿的磁通量进行检测，并输出电角度的相位差为90°的2个电信号， 上述第二旋转检测器具有第二齿轮，其被固定在上述旋转轴，由导磁性材料形成且具有N2个齿；及 2个磁检测元件，其对出自于偏压用磁体、且通过上述N2个齿的磁通量进行检测，并输 出电角度的相位差为90°的2个电信号， 上述第三旋转检测器具有第三齿轮，其被固定在上述旋转轴，由导磁性材料形成且具有N3个齿；及 2个磁检测元件，其对出自于偏压用磁体、且通过上述N3个齿的磁通量进行检测，并输 出电角度的相位差为90°的2个电信号，上述A/D转换部具有第一 A/D转换器、第二 A/D转换器以及第三A/D转换器， 上述第一 A/D转换器将上述第一旋转检测器所输出的上述2个电信号转换成M比特的 数字值，并且在上述旋转轴旋转1周的期间，将以0 2m-1的数字值来表现1周期的m周 期的第一角度数据进行输出，其中M是2以上的整数；上述第二 A/D转换器将上述第二旋转检测器所输出的上述2个电信号转换成M比特的 数字值，并且在上述旋转轴旋转1周的期间，将以0 2m-1的数字值来表现1周期的N2周 期的第二角度数据进行输出；上述第三A/D转换器将上述第三旋转检测器所输出的上述2个电信号转换成M比特的 数字值，并将以0 2m-1的数字值来表现1周期的N3周期的第三角度数据进行输出； 上述绝对位置运算部进行如下处理预先地，根据W周期的上述第一角度数据和N3周期的上述第三角度数据之间的差，来 求取在上述旋转轴旋转1周的期间，以0 2m-1的数字值来表现1周期的m周期的第四角 度数据，而且，根据m周期的上述第一角度数据和N2周期的上述第二角度数据之间的差， 通过运算来求取在上述旋转轴旋转1周的期间，以0 2m-1的数字值来表现1周期的1周 期的第五角度数据，并作为保存数据进行保存；利用上述保存数据来对被新运算出的上述第五角度数据是在上述第四角度数据的上 述m周期的哪个周期中发生的进行确定，并将确定出的周期定为第一被确定周期，利用上 述保存数据来对上述被新运算出的第五角度数据是在上述第一被确定周期中发生的η周 期的上述第一角度数据的哪个周期中发生的进行确定，并将确定出的周期定为第二被确定 周期；根据上述第一被确定周期和上述第二被确定周期，对新输出的上述第一角度数据是在 上述第一角度数据的上述W周期的哪个周期中发生的进行确定，并将确定出的周期定为 第三被确定周期；以及根据上述第三被确定周期和上述新输出的第一角度数据的上述数字值来确定上述绝 对位置。
全文摘要
本发明提供一种能提高分辨率的磁式绝对编码器。第一周期确定部(27)利用被保存在第四角度数据保存部(23)的数据，并且对旋转轴(1)进行旋转而被新运算出的第五角度数据是在第四角度数据的m周期的哪个周期中发生进行确定。第二周期确定部(29)，其对被新运算出的第五角度数据是在第一被确定周期中所发生的n周期的第一角度数据的哪个周期中发生进行确定。第三周期确定部(31)根据第一被确定周期和第二被确定周期，对该时刻发生的第一角度数据是在第一角度数据的N1周期的哪个周期中发生进行确定。绝对位置确定部(33)根据第三被确定周期和第一角度数据的数字值来确定绝对位置。
文档编号G01D5/245GK102087121SQ20101055778
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月19日 优先权日2009年11月19日
发明者伊藤昭二, 加藤茂春, 宫岛徹, 山崎智仁, 松田正人, 牧内一浩, 鲇泽利明 申请人:山洋电气株式会社