(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024160509
(43)【公開日】2024-11-14
(54)【発明の名称】ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置
(51)【国際特許分類】
G01D 5/245 20060101AFI20241107BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 W
G01D5/245 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023075593
(22)【出願日】2023-05-01
(71)【出願人】
【識別番号】508069512
【氏名又は名称】デルタ電子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003292
【氏名又は名称】弁理士法人三栄国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】多田 純一
【テーマコード（参考）】
2F077
【Ｆターム（参考）】
2F077AA24
2F077NN04
2F077NN17
2F077PP13
2F077PP14
2F077TT25
(57)【要約】 （修正有）
【課題】回転軸の角度位置や回転数に関して高精度の信号を生成する機能を有し、バックアップ電源を備え、コンパクトな構成のロータリーエンコーダを提供する。
【解決手段】回転軸に固定されるマグネットと、マグネットに対向して配置された磁気センサの出力から回転軸の回転角度、回転方向に関する情報を生成する機能を有し、回転軸には、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットが固定され、大バルクハウゼン効果発電ユニットが、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、第１磁性板及び第２磁性板は、回転軸の軸心方向において、強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、かつ、マグネットの表面上において線対称の形状をなしており、さらに、円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、マグネットの表面上を横切っている。
【選択図】図２
【解決手段】回転軸に固定されるマグネットと、マグネットに対向して配置された磁気センサの出力から回転軸の回転角度、回転方向に関する情報を生成する機能を有し、回転軸には、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットが固定され、大バルクハウゼン効果発電ユニットが、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、第１磁性板及び第２磁性板は、回転軸の軸心方向において、強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、かつ、マグネットの表面上において線対称の形状をなしており、さらに、円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、マグネットの表面上を横切っている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転軸に固定されるマグネットと、
前記マグネットに対向して配置された磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度、回転方向に関する情報を生成する機能を有するロータリーエンコーダであって、
前記ロータリーエンコーダは、電源ユニットとして大バルクハウゼン効果発電ユニットを備えており、
前記回転軸に固定されるマグネットは、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットであり、その中心を通る境界線を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成しており、
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットは、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、前記強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記回転軸の軸心方向において、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記表面の上において線対称の形状をなしており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、前記マグネットの前記表面上を横切っていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記マグネットに対向して配置された磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度、回転方向に関する情報を生成する機能を有するロータリーエンコーダであって、
前記ロータリーエンコーダは、電源ユニットとして大バルクハウゼン効果発電ユニットを備えており、
前記回転軸に固定されるマグネットは、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットであり、その中心を通る境界線を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成しており、
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットは、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、前記強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記回転軸の軸心方向において、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記表面の上において線対称の形状をなしており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、前記マグネットの前記表面上を横切っていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項2】
請求項１において、
前記マグネットの前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域の前記境界線上の一方の端の位置が、原点位置（Ｚ０）であり、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記原点位置において前記境界線に直交する前記対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って伸びた板状もしくは棒状の部材であることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記マグネットの前記Ｎ極領域と前記Ｓ極領域の前記境界線上の一方の端の位置が、原点位置（Ｚ０）であり、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記原点位置において前記境界線に直交する前記対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って伸びた板状もしくは棒状の部材であることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項3】
請求項２において、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、それらの中間の前記対称の軸が、前記マグネットの前記一方の端から前記マグネットの中心付近を経て前記他方の端付近まで、前記マグネットの前記表面上を横切っており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記他方の端付近で解放端となっていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記他方の端付近で解放端となっていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項4】
請求項１において、
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットの前記強磁性ワイヤ及び前記発電用コイルは、中空部を有するエンコーダハウジングに保持されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットの前記強磁性ワイヤ及び前記発電用コイルは、中空部を有するエンコーダハウジングに保持されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項5】
請求項４において、
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットにより充電されるコンデンサを含む、バックアップ電源を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットにより充電されるコンデンサを含む、バックアップ電源を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項6】
請求項４において、
前記マグネットに対向して配置された前記磁気センサの出力であるアナログ信号を、ＡＤ変換し、前記回転軸の前記回転角度、前記回転方向に関する、アブソリュート信号とインクリメンタル信号の２系統の情報を含む、デジタルデータを生成する磁気センサ信号の処理ユニットを備え、
前記磁気センサ及び前記処理ユニットは、前記エンコーダハウジング内に保持されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記マグネットに対向して配置された前記磁気センサの出力であるアナログ信号を、ＡＤ変換し、前記回転軸の前記回転角度、前記回転方向に関する、アブソリュート信号とインクリメンタル信号の２系統の情報を含む、デジタルデータを生成する磁気センサ信号の処理ユニットを備え、
前記磁気センサ及び前記処理ユニットは、前記エンコーダハウジング内に保持されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項7】
請求項６において、
前記磁気センサは、ＴＭＲセンサであり、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上でかつ前記マグネット面する位置に設置されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記磁気センサは、ＴＭＲセンサであり、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上でかつ前記マグネット面する位置に設置されていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項8】
請求項６において、
前記磁気センサは、第１ＴＭＲセンサと第２ＴＭＲセンサを備えており、
前記第１ＴＭＲセンサは、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上でかつ前記マグネット面する位置に設置され、前記第２ＴＭＲセンサは、前記プリント基板上の前記第１ＴＭＲセンサの裏面側に設置され、
前記ロータリーエンコーダは、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記磁気センサは、第１ＴＭＲセンサと第２ＴＭＲセンサを備えており、
前記第１ＴＭＲセンサは、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上でかつ前記マグネット面する位置に設置され、前記第２ＴＭＲセンサは、前記プリント基板上の前記第１ＴＭＲセンサの裏面側に設置され、
前記ロータリーエンコーダは、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項9】
請求項４において、
前記磁気センサとしてのＴＭＲセンサと、光学センサとを備えており、
前記ＴＭＲセンサは、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上で前記マグネット面する位置に設置され、
前記光学センサのインクリメンタルスケール及びアブソリュートスケールが前記回転軸に固定されたディスク上に形成されており、
前記光学センサの発光素子及び受光素子が前記エンコーダハウジングに保持され、
前記ロータリーエンコーダは、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
前記磁気センサとしてのＴＭＲセンサと、光学センサとを備えており、
前記ＴＭＲセンサは、前記エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上で前記マグネット面する位置に設置され、
前記光学センサのインクリメンタルスケール及びアブソリュートスケールが前記回転軸に固定されたディスク上に形成されており、
前記光学センサの発光素子及び受光素子が前記エンコーダハウジングに保持され、
前記ロータリーエンコーダは、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備えていることを特徴とするロータリーエンコーダ。
【請求項10】
回転電気機器を用いたサーボ制御装置であって、
前記回転電気機器は、請求項１に記載の前記ロータリーエンコーダを備えていることを特徴とするサーボ制御装置。
前記回転電気機器は、請求項１に記載の前記ロータリーエンコーダを備えていることを特徴とするサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置に係り、特に、大バルクハウゼン効果発電装置を備えたロータリーエンコーダ及びこれを用いたサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ロータリーエンコーダは、回転電気機器で駆動される回転軸の角度位置や回転数に関する情報を生成するために使用される。ロータリーエンコーダで検知された回転軸の角度位置や回転数に基づき、角度位置に関する高精度のアブソリュートデジタル信号やインクリメンタルデジタル信号を生成して出力し、これらの信号が、例えばエンコーダ付きのモータをサーボ制御装置のサーボモータとして制御するのに用いられている。
システムの冗長性が重視される産業用ロボットなどの機器を制御するサーボ制御装置に用いられるロータリーエンコーダには、独立した２系統のロータリーエンコーダを備えた、セーフティエンコーダと称されるものもある。
ロータリーエンコーダでは、主電源の供給が絶たれた場合において、位置データ情報を失うことが無いようにバックアップ電源を備えている。このバックアップ電源には、大バルクハウゼン効果を利用した発電装置が用いられ、これによりアブソリュートエンコーダの多回転情報などの検出を行っている。
システムの冗長性が重視される産業用ロボットなどの機器を制御するサーボ制御装置に用いられるロータリーエンコーダには、独立した２系統のロータリーエンコーダを備えた、セーフティエンコーダと称されるものもある。
ロータリーエンコーダでは、主電源の供給が絶たれた場合において、位置データ情報を失うことが無いようにバックアップ電源を備えている。このバックアップ電源には、大バルクハウゼン効果を利用した発電装置が用いられ、これによりアブソリュートエンコーダの多回転情報などの検出を行っている。
【0003】
特許文献１には、複合磁気ワイヤとピックアップコイルを用いた自己発電による回転検出装置が開示されている。この装置は、回転軸に取り付けられた１個の検出用磁石と、この検出用磁石に対向して配置され、回転軸の回転を検出する検出部とを備えている。検出部は、回転軸の延長線上に中心を有し回転軸に直交するようにして回路基板内に設けられた大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤと、この複合磁気ワイヤを囲むピックアップコイルとで構成されている。
【0004】
特許文献２には、電気信号発生部に、大バルクハウゼン効果を有する複合磁気ワイヤを採用した、光学式または磁気式の角度検出部を備えたエンコーダが開示されている。このエンコーダは、移動部の位置を検出する位置検出部と、前記移動部の移動方向に沿って複数の極性を持つ磁石と、前記移動部の移動に伴う磁界の変化によって磁気特性が変化する感磁性部と、前記磁石の磁束線を前記感磁性部に導くための第１磁性体と、前記感磁性部の磁気特性に基づいて電気信号を発生する電気信号発生部と、前記磁石と前記感磁性部との間に配置され、前記磁石の一つの極性の部分の磁束線を前記磁石の他の極性の部分に導くための第２磁性体とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】ＷＯ２０１６／１７０６４８Ａ１
【特許文献2】ＷＯ２０１９／１８８８５９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された回転検出装置は、大バルクハウゼン効果を利用した発電装置を備え、複合磁気ワイヤのパルス信号を検知して回転方向や回転数を検知している。しかし、高精度のアブソリュートデジタル信号やインクリメンタルデジタル信号を生成して出力することの開示はない。
【0007】
特許文献２に記載されたエンコーダの発電装置は、高精度のアブソリュートデジタル信号やインクリメンタルデジタル信号を生成し、かつ、十分な電力を確保する機能を有する半面、電気信号発生部に回転軸の周囲に配置された複数個の永久磁石を使用し、各永久磁石はＮ極とＳ極が軸方向に重ねて構成されている。そのため、装置が複雑で大型になっている。
【0008】
本発明の１つの課題は、回転軸の角度位置や回転数に関して高精度の信号を生成する機能を有し、バックアップ電源を備え、かつ、コンパクトな構成のロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、独立した２系統のロータリーエンコーダを備え、かつ、コンパクトな構成の、セーフティエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、独立した２系統のロータリーエンコーダを備え、かつ、コンパクトな構成の、セーフティエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の１つの態様によれば、回転軸に固定されるマグネットと、前記マグネットに対向して配置された磁気センサの出力から前記回転軸の回転角度、回転方向に関する情報を生成する機能を有するロータリーエンコーダであって、前記ロータリーエンコーダは、電源ユニットとして大バルクハウゼン効果発電ユニットを備えており、
前記回転軸に固定されるマグネットは、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットであり、その中心を通る境界線を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成しており、前記大バルクハウゼン効果発電ユニットは、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、前記強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記回転軸の軸心方向において、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記表面の上において線対称の形状をなしており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、前記マグネットの前記表面の上を横切っていることを特徴とする。
これにより、磁気センサが、回転軸の角度位置や回転数に関して高精度の信号を生成する機能を有し、さらにバックアップ電源を備え、かつ、コンパクトな構成のロータリーエンコーダを提供することができる。
前記回転軸に固定されるマグネットは、一組の極性Ｎ，Ｓを有する１個の円板状のマグネットであり、その中心を通る境界線を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成しており、前記大バルクハウゼン効果発電ユニットは、強磁性ワイヤ及び発電用コイルと、前記強磁性ワイヤの両端に接続された第１磁性板及び第２磁性板を備えており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記回転軸の軸心方向において、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットと前記磁気センサの中間の位置まで伸びており、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記マグネットの前記表面の上において線対称の形状をなしており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記円板状のマグネットの一方の端から他方の端付近まで、前記マグネットの前記表面の上を横切っていることを特徴とする。
これにより、磁気センサが、回転軸の角度位置や回転数に関して高精度の信号を生成する機能を有し、さらにバックアップ電源を備え、かつ、コンパクトな構成のロータリーエンコーダを提供することができる。
【0010】
本発明の他の態様によれば、前記ロータリーエンコーダにおいて、前記マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線上の一方の端の位置が、原点位置（Ｚ０）であり、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記原点位置において前記境界線に直交する対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って線対称に伸びた板状もしくは棒状の部材であることを特徴とする。
これにより、バックアップ電源としての大バルクハウゼン効果を利用した発電装置を、コンパクトな構成ながら高出力にすることができる。
これにより、バックアップ電源としての大バルクハウゼン効果を利用した発電装置を、コンパクトな構成ながら高出力にすることができる。
【0011】
本発明のロータリーエンコーダは、回転軸に固定される１つのマグネットを前提とした１個の磁気センサを具備するエンコーダを基本構成としている。本発明の態様の１つとして、１個のＴＭＲセンサもしくは１個のＧＭＲセンサのみを備え、かつ、バックアップ電源を備えた磁気式ロータリーエンコーダとして構成することもできる。
【0012】
本発明の態様として、前記ロータリーエンコーダは、セーフティエンコーダとして構成されるのがより好ましい。例えば、磁気センサとして、第１ＴＭＲセンサと第２ＴＭＲセンサを備え、前記第１ＴＭＲセンサは、エンコーダハウジングに保持されたプリント基板上でかつ前記マグネット面する位置に設置され、前記第２ＴＭＲセンサは、前記基板上の前記第１ＴＭＲセンサの裏面側に設置されている。
これにより、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、コンパクトな構成の、セーフティエンコーダを提供することができる。
なお、セーフティエンコーダとして用いる場合、一対のＴＭＲセンサの組み合わせの他、ＴＭＲセンサとＧＭＲセンサ、一対のＧＭＲセンサ、あるいは、ＴＭＲセンサと光学式センサとの組み合わせなど、多種のセンサの組み合わせが可能であり、用途に応じた、適切なセーフティエンコーダを提供することができる。
これにより、独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、コンパクトな構成の、セーフティエンコーダを提供することができる。
なお、セーフティエンコーダとして用いる場合、一対のＴＭＲセンサの組み合わせの他、ＴＭＲセンサとＧＭＲセンサ、一対のＧＭＲセンサ、あるいは、ＴＭＲセンサと光学式センサとの組み合わせなど、多種のセンサの組み合わせが可能であり、用途に応じた、適切なセーフティエンコーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１の実施例に係るロータリーエンコーダの構成例を示す、機能ブロック図である。
【図2】第１の実施例における、磁気センサ及び電源ユニットの構成例を示す縦断面図である。
【図3】第１の実施例における、大バルクハウゼン効果発電装置の構成例を示す、エンコーダハウジングの平面図である。
【図5】第１の実施例における、大バルクハウゼン効果発電装置の、マグネットの回転と、第１磁性板及び第２磁性板との関係を示す図である。
【図6】第１の実施例における、大バルクハウゼン効果発電装置の、機能を説明する図である。
【図7A】第１の実施例における、マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の一例を示す図である。
【図7B】第１の実施例における、マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の他の例を示す図である。
【図7C】第１の実施例における、マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の他の例を示す図である。
【図7D】マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の比較例を示す図である。
【図7E】マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の比較例を示す図である。
【図7F】第１の実施例における、第１磁性板及び第２磁性板の特性の一例を示す図である。
【図8A】第１の実施例における、電源ユニットの回路の１つの構成例を示す図である。
【図8B】第１の実施例における、電源ユニットの回路の他の構成例を示す図である。
【図9】前記電源ユニットの動作を示すタイムチャートであり、主電源の電源が正常な状態から停電した場合の、電源とロータリーエンコーダの出力信号の関係の一例を示す図である。
【図10】第１の実施例における、マグネットの回転と、磁気センサ（ＴＭＲセンサ）の出力の関係を示す図である。
【図11】第１、第２ＴＭＲセンサ信号のデジタル化、アブソリュート化の処理を示す図である。
【図12】第１の実施例における、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニットにおける信号処理を示す、フローチャートである。
【図14】本発明の第２の実施例に係るロータリーエンコーダの構成例を示す、機能ブロック図である。
【図15】第２の実施例における、ＴＭＲセンサ、光学センサ及び電源ユニットの構成例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明のロータリーエンコーダは、回転軸の角度位置や回転数に関する情報を生成する手段として、回転軸に固定される１個の円板状のマグネットと、前記マグネットに対向して配置された少なくとも１つの磁気センサとを備えている。すなわち、本発明のロータリーエンコーダは、少なくとも１つの磁気センサを備えており、アブソリュートデータ及びインクリメンタルＡ，Ｂ，Ｚのデータを必要とする各種の回転電機に適用できる。以下では、磁気センサとして一対のＴＭＲセンサを採用した本発明の構成について、より具体的に説明する。
【0015】
以下、本発明の第１の実施例について説明する。まず、図１～図４を参照しながら、本発明の第１の実施例に係るロータリーエンコーダの、全体の構成及び機能について説明する。図１は、ロータリーエンコーダの構成例を示す、機能ブロック図であり、図２は、ＴＭＲセンサ及び電源ユニットの構成例を示す図である。
ロータリーエンコーダ１０は、ＴＭＲセンサユニット１１、電源ユニット１２、温度センサ１３、システムコントロールユニット１４、磁気センサ信号の処理ユニット（第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６）を備えている。ロータリーエンコーダ１０は、さらに、Ｎ，Ｓ各１極着磁された、すなわち、一組の極性Ｎ，Ｓだけを有する、１個の平らな円板状のマグネット１１０を備えている。この１個の円板状のマグネットは、その中心を通る境界線１１０１（図３参照）を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成している。マグネット１１０は、例えばフェライト磁石であり、図２に示したように、回転軸５１０の一端面に、保持部材１１０２や接着剤等により固定される。なお、フェライト磁石の代わりに、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を採用しても良い。回転軸５１０は、モータなどの回転電機により直接あるいは変速機構等を介して間接的に、駆動される。
ロータリーエンコーダ１０は、ＴＭＲセンサユニット１１、電源ユニット１２、温度センサ１３、システムコントロールユニット１４、磁気センサ信号の処理ユニット（第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６）を備えている。ロータリーエンコーダ１０は、さらに、Ｎ，Ｓ各１極着磁された、すなわち、一組の極性Ｎ，Ｓだけを有する、１個の平らな円板状のマグネット１１０を備えている。この１個の円板状のマグネットは、その中心を通る境界線１１０１（図３参照）を境にして接するＮ極領域とＳ極領域とが、１つの平な表面を形成している。マグネット１１０は、例えばフェライト磁石であり、図２に示したように、回転軸５１０の一端面に、保持部材１１０２や接着剤等により固定される。なお、フェライト磁石の代わりに、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を採用しても良い。回転軸５１０は、モータなどの回転電機により直接あるいは変速機構等を介して間接的に、駆動される。
【0016】
ＴＭＲセンサユニット１１は、プリント基板１９上に配置された第１ＴＭＲセンサ１１１と第２ＴＭＲセンサ１１２、及び温度センサ１１３を有している。第１ＴＭＲセンサ１１１と第２ＴＭＲセンサ１１２は、同一仕様を有し、したがって同一の出力特性を有する、２組のＴＭＲセンサである。
プリント基板１９は、円筒状のエンコーダハウジング４０の上端に固定されている。エンコーダハウジング４０は、例えばアルミニウム製であり、エンコーダの装着対象である回転機器、例えばモータのエンドカバーに固定される。あるいはまた、エンコーダハウジング４０に相当するものが、回転機器のエンドカバーや収納容器等を構成する部材と一体に形成されても良い。本発明では、便宜上、このようなハウジングも、エンコーダハウジングと定義する。このエンコーダハウジング４０の中空部４１に、回転機器の回転軸５１０が位置し、この回転軸の端に、マグネット１１０が固定される。エンコーダハウジング４０は、磁性材料からなるカバー４６で覆われており、さらにモータのエンドカバー側も磁性材料で覆われ、したがって、エンコーダハウジング４０内部は磁気シールドされる。
第１ＴＭＲセンサ１１１は、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯSに対応する位置において、プリント基板１９の下側、すなわち、１個のマグネット１１０に対向する面の側に配置され、第２ＴＭＲセンサ１１２は、軸心ＯS－ＯSに対応する位置でプリント基板１９の上側の面に配置されている。第１、第２ＴＭＲセンサ１１１、１１２は、マグネット１１０の回転に伴い、Ｓｉｎ波，Ｃｏｓ波のアナログ信号を出力する。
プリント基板１９は、円筒状のエンコーダハウジング４０の上端に固定されている。エンコーダハウジング４０は、例えばアルミニウム製であり、エンコーダの装着対象である回転機器、例えばモータのエンドカバーに固定される。あるいはまた、エンコーダハウジング４０に相当するものが、回転機器のエンドカバーや収納容器等を構成する部材と一体に形成されても良い。本発明では、便宜上、このようなハウジングも、エンコーダハウジングと定義する。このエンコーダハウジング４０の中空部４１に、回転機器の回転軸５１０が位置し、この回転軸の端に、マグネット１１０が固定される。エンコーダハウジング４０は、磁性材料からなるカバー４６で覆われており、さらにモータのエンドカバー側も磁性材料で覆われ、したがって、エンコーダハウジング４０内部は磁気シールドされる。
第１ＴＭＲセンサ１１１は、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯSに対応する位置において、プリント基板１９の下側、すなわち、１個のマグネット１１０に対向する面の側に配置され、第２ＴＭＲセンサ１１２は、軸心ＯS－ＯSに対応する位置でプリント基板１９の上側の面に配置されている。第１、第２ＴＭＲセンサ１１１、１１２は、マグネット１１０の回転に伴い、Ｓｉｎ波，Ｃｏｓ波のアナログ信号を出力する。
【0017】
電源ユニット１２は、主電源１２１、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５により充電される大バルクハウゼン効果発電電源１２２、及びバックアップ電源１２３を含んでおり、これらは、主電源１２１とともに、ロータリーエンコーダ１０に電力を供給する電源として機能する。
【0018】
大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５は、その本体がエンコーダハウジング４０の一部を凹設した収納部４２内に設置されている。この大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５は、ウィーガンドワイヤ等の強磁性ワイヤ（若しくは複合磁性ワイヤ）１１５２と、その周囲に設けられた発電用コイル１１５４と、強磁性ワイヤ１１５２の両端に接続された第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８とを備えている。これら第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８は、同じ磁性材料からなり、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯS方向において、マグネット１１０と第１ＴＭＲセンサ１１１の中間の位置に配置されており、各磁性板の先端はマグネット１１０の外周付近まで伸びている。
【0019】
図３は、大バルクハウゼン効果発電ユニットの構成例を示す図である。回転軸５１０が、モータの原点位置に対応する位置にあるとき、マグネットのＮ極領域とＳ極領域の境界線１１０１は、マグネットの平な表面の中心を通る。すなわち、境界線１１０１は、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯSを通る直線ＯｍｇV－ＯｍｇV上にある。ここに示した第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８は、帯板状の角部材であり、マグネット１１０の表面の上では、それらの中心線ＯＧ１、ＯＧ２は、直線ＯｍｇR－ＯｍｇR（対称の軸）に沿ってその両側に平行に伸びている。すなわち、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８の間の直線ＯｍｇR－ＯｍｇRは、直線ＯｍｇV－ＯｍｇVに直交し、円板状のマグネット１１０の中心を通っている。製造上の許容誤差を考慮して、実用上は、第１磁性板及び第２磁性板の中心線ＯＧ１、ＯＧ２の中間の対称の軸が、円板状のマグネット１１０の中心もしくはその近傍（以下、マグネットの中心付近）を通っていればよい。
このように、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、少なくともマグネット１１０の表面の上において線対称の形状をなしており、マグネットの中間の直線に対して、線対称の形状になっている。すなわち、図３に示したように、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、対称の軸に対して、線対称の形状になっている。したがって、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、１個のマグネット１１０に対して、磁気特性として同じ条件で、対面している。
このように、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、少なくともマグネット１１０の表面の上において線対称の形状をなしており、マグネットの中間の直線に対して、線対称の形状になっている。すなわち、図３に示したように、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、対称の軸に対して、線対称の形状になっている。したがって、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、１個のマグネット１１０に対して、磁気特性として同じ条件で、対面している。
【0020】
なお、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８の線対称の条件を満たす限りにおいて、その断面形状は、矩形、円、楕円、台形など任意の板状もしくは棒状の形状を選定できる。また、線対称の条件を満たす限りにおいて、非平行の部分があってもよい。さらに、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、マグネット１１０の内側（一方）の端と強磁性ワイヤ１１５２との間の区間では、線対称の形状が望ましいが、他の構造上の制約がある場合には両者の形状が異なっていても良い。ただし、磁束線を導く磁気特性としては同じ条件であることが望ましい。
【0021】
第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、マグネット１１０の回転に伴う回転磁場により、Ｎ極領域からの磁束線とＳ極領域からの磁束線とが、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８に適切に導かれるように、所定の間隙Ｇａを有している。間隙Ｇａが狭いと、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８が、Ｎ極、Ｓ極の両領域からの磁束線の影響を受けることになり、他方、間隙が広すぎると、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８が、Ｎ極、Ｓ極の両領域からの磁束線を十分に得られなくなる。これらのことを考慮して、間隙Ｇａを適宜設定すればよい。また、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８のマグネットの端は、解放端となっている。
【0022】
図４に、マグネット、ＴＭＲセンサ及び電源ユニットの位置関係、及び磁束線の関係を示している。回転磁場により、磁束線Φ１が第１ＴＭＲセンサ１１１、磁束線Φ２が第２ＴＭＲセンサ１１２、磁束線Φ３が第１、第２磁性板１１５６１１５８を通過する。ロータリーエンコーダ１０において、磁束線Φ１～Φ３の大きさを、最適化することが重要である。ここで、プリント基板の厚みは１．０～１．２ｍｍ程度なので、プリント基板の両側に設けられた第１、第２ＴＭＲセンサ１１１、１１２へ至る磁束線Φ１と磁束線Φ２の差異はあまりない。そのため、大バルクハウゼン効果発電ユニットは、Φ１、Φ２と、Φ３との関係が最適になるように、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８を構成する必要がある。なお、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は固定されているため、これらが、第１、第２ＴＭＲセンサ１１１、１１２の特性に影響を及ぼすことはない。
これらのことを踏まえて、軸心ＯS－ＯS方向における、マグネットと第１、第２磁性板との間隔Ｇ１と、第１、第２磁性板と第１ＴＭＲセンサとの間隔Ｇ２は、マグネット１１０のサイズ（回転軸の直径）やマグネットにより供給される磁界の強さH、磁束密度B、ＴＭＲセンサの特性や、大バルクハウゼン効果発電ユニットに要求される出力などに応じて、適宜設定すればよい。また、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８の形状材料の透磁率なども、考慮する必要がある。例えば、回転軸５１０の直径が６．０～８．０ｍｍ程度、マグネットの直径が５．０～１０．０ｍｍ程度の場合、Ｇ１、Ｇ２は、１．０～３．０ｍｍ程度である。
これらのことを踏まえて、軸心ＯS－ＯS方向における、マグネットと第１、第２磁性板との間隔Ｇ１と、第１、第２磁性板と第１ＴＭＲセンサとの間隔Ｇ２は、マグネット１１０のサイズ（回転軸の直径）やマグネットにより供給される磁界の強さH、磁束密度B、ＴＭＲセンサの特性や、大バルクハウゼン効果発電ユニットに要求される出力などに応じて、適宜設定すればよい。また、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８の形状材料の透磁率なども、考慮する必要がある。例えば、回転軸５１０の直径が６．０～８．０ｍｍ程度、マグネットの直径が５．０～１０．０ｍｍ程度の場合、Ｇ１、Ｇ２は、１．０～３．０ｍｍ程度である。
【0023】
図１に戻り、システムコントロールユニット１４は、初期設定部１４１、エンコーダ入出力制御ユニット１４４、セーフティ制御ユニット１４５、シリアル／パラレル信号送受信ユニット１４７などを備えている。初期設定部１４１は、ユーザインタフェース１４２を介して入力された条件に従って、モータの種類、極数、原点位置、ロータリーエンコーダの出力条件等を設定する機能を有する。エンコーダ入出力制御ユニット１４４は、初期設定された条件に従って、ロータリーエンコーダ１０の入出力を制御する機能を有する。
【0024】
セーフティ制御ユニット１４５は、第１ＴＭＲセンサ１１１、第２ＴＭＲセンサ１１２、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６の出力状態を監視し、いずれかが故障した場合には、ロータリーエンコーダの動作を安全に停止させるために必要な処理を行う。これにより、ロータリーエンコーダをセーフティエンコーダとして機能させる。シリアル／パラレル信号送受信ユニット１４７は、ロータリーエンコーダ１０とサーボ制御装置の間で、各種の情報を、パラレル信号もしくはシリアル信号に変換し、送受信する機能を有している。
【0025】
第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、第１のアナログ信号の処理を行うアナログ信号処理部１５１と、ＡＤ変換器１５２と、デジタル信号処理部１５３を備えており、マグネット１１０に対向して配置された第１ＴＭＲセンサの出力である第１のアナログ信号を、ＡＤ変換し、このＡＤ変換データに基づき、回転軸の回転角度、回転方向に関する第１のデジタルデータを生成する。すなわち、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、回転軸の回転角度情報に関して、第１ＴＭＲセンサ１１１のアナログ出力が所定の条件で量子化された、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号とインクリメンタル信号の２系統の情報を、第１のデジタルデータとして、高精度に生成する機能を備えている。
【0026】
アナログ信号処理部１５１は、第１ＴＭＲセンサ１１１の、第１のアナログ信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）のサンプリングデータを時系列データとして受け取り、回転軸の回転数Ｎｘ、温度センサ１３及び１１３のデータと関係づけてメモリに記録する。すなわち、第１ＴＭＲセンサ１１１のアナログ信号のサンプリングデータは、６４ビットのＡＤ変換器１５２（ＡＤＣ－１（ｓｉｎ）１５２１、ＡＤＣ－２（ｃｏｓ）１５２２）に入力されてデジタル値に変換され、それらの変換値が時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－１（１５２３）に記録される。
【0027】
デジタル信号処理部１５３の第１ＴＭＲセンサのインクリメンタルＡ，Ｂ，Ｚ,（Ｕ，Ｖ，Ｗ）信号生成ユニット１５３１は、ＥＥＰＲＯＭ－１から、第１のデジタルデータである回転軸の回転角度のアブソリュート信号のデジタル値を取得し、インクリメンタルＡ，Ｂ，Ｚ，（Ｕ，Ｖ，Ｗ）信号を生成し、時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－２に記録する。第１ＴＭＲセンサの１回転アブソリュート信号生成ユニット１５３２は、ＥＥＰＲＯＭ－１から、回転軸のＡＤ変換のデータを取得し、１回転アブソリュート信号を生成し、ＥＥＰＲＯＭ－２に記録する。また、第１ＴＭＲセンサの多回転アブソリュート信号生成ユニット１５３３は、多回転アブソリュート信号を生成し、ＥＥＰＲＯＭ－２に記録する。
【0028】
また、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、アナログ信号処理部１６１、ＡＤ変換器１６２、及び、デジタル信号処理部１６３を備えている。
第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６では、アナログ信号のサンプリングデータが、６４ビットのＡＤ変換器１６２（ＡＤＣ－１（ｓｉｎ）１６２１、ＡＤＣ－２（ｃｏｓ）１６２２）に入力されてデジタル値に変換され、それらの変換値が時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－３（１６２３）に記録される。
第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６では、アナログ信号のサンプリングデータが、６４ビットのＡＤ変換器１６２（ＡＤＣ－１（ｓｉｎ）１６２１、ＡＤＣ－２（ｃｏｓ）１６２２）に入力されてデジタル値に変換され、それらの変換値が時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－３（１６２３）に記録される。
【0029】
デジタル信号処理部１６３の第２ＴＭＲセンサのインクリメンタルＡ，Ｂ，Ｚ,（Ｕ，Ｖ，Ｗ）信号生成ユニット１６３１は、ＥＥＰＲＯＭ－３から、デジタル値を取得し、その周波数を算出し、それを回転方向のデータと共に、ＥＥＰＲＯＭ－４に記録する。第２ＴＭＲセンサのアブソリュート信号生成ユニット１６３２は、ＥＥＰＲＯＭ－３から、回転軸のＡＤ変換のデータを取得し、１回転アブソリュート信号を生成し、時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－４に記録する。また、第２ＴＭＲセンサの多回転アブソリュート信号生成ユニット１６３３は、多回転アブソリュート信号を生成し、ＥＥＰＲＯＭ－４に記録する。
すなわち、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、第２ＴＭＲセンサの出力である第２のアナログ信号をＡＤ変換し、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５と同じ条件で、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号とインクリメンタル信号の２系統の情報を、第２のデジタルデータとして生成する。
すなわち、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、第２ＴＭＲセンサの出力である第２のアナログ信号をＡＤ変換し、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５と同じ条件で、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号とインクリメンタル信号の２系統の情報を、第２のデジタルデータとして生成する。
【0030】
ロータリーエンコーダ１０からは、エンコーダ入出力制御ユニット１４４の出力にもとづき、第１のデジタルデータまたは第２のデジタルデータの一方が、例えば、アブソリュート信号とインクリメンタル信号として、シリアル伝送用の送信データ（ＢＵＳ）に変換され、シリアル／パラレル信号送受信ユニット１４７から通信ケーブルを介してロータリーエンコーダ１０の外部の機器、例えば、サーボ制御装置へ送信される。
【0031】
なお、図１に示した各機能ブロックは、一例として表示したものである。各機能ブロックの区分は任意であり、上記複数の機能ブロックを共通のプログラムで実現しても良く、或いは、特定の上記機能ブロックを異なる複数のプログラムやＩＣ回路で実現しても良いことは言うまでもない。
あるいはまた、ＣＰＵやメモリを備えたマイクロコンピュータに、上記各機能を実行するためのプログラムを実装することで、上記各機能を実現することも可能である。
あるいはまた、ＣＰＵやメモリを備えたマイクロコンピュータに、上記各機能を実行するためのプログラムを実装することで、上記各機能を実現することも可能である。
【0032】
図２に示したように、ロータリーエンコーダ１０の殆ど、すなわち、ＴＭＲセンサユニット１１の円板状のマグネット１１０を除く部分と、電源ユニット１２、温度センサ１３、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、及び、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、プリント基板１９上に形成、もしくは実装される。
特に、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、専用のＦＰＧＡ１８（Field Programmable Gate Array）として、あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、あるいは、汎用のシングルチップマイコンを用いたＩＣ回路のチップとして実現され、プリント基板１９上に実装される。また、ＡＤ変換器１５２やＡＤ変換器１６２も、ＡＳＩＣ（もしくはＦＰＧＡ）としてプリント基板１９上に実装される。また、バックアップ電源１２３を構成するコンデンサもプリント基板１９上に実装される。
特に、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、専用のＦＰＧＡ１８（Field Programmable Gate Array）として、あるいは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）として、あるいは、汎用のシングルチップマイコンを用いたＩＣ回路のチップとして実現され、プリント基板１９上に実装される。また、ＡＤ変換器１５２やＡＤ変換器１６２も、ＡＳＩＣ（もしくはＦＰＧＡ）としてプリント基板１９上に実装される。また、バックアップ電源１２３を構成するコンデンサもプリント基板１９上に実装される。
【0033】
なお、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、及び第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、機能的に分割されたブロックであり、これらの機能は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣの、デジタル信号処理ユニット、ＳＳＣインターフェース、インクリメンタルインターフェース等における、プログラムの記述により、実現される。
また、ＦＰＧＡには、ＲＯＭＲＡＭ、及び、少なくとも１つの書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリが含まれており、バスを介してＣＰＵと接続されている。また、書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリとして、ＥＥＰＲＯＭやＦＲＡＭ（登録商標）、（Ferroelectric Random Access Memory）などを採用すればよい。以下の説明では、このようなメモリを、単にＥＥＰＲＯＭとして記載する。
また、ＦＰＧＡには、ＲＯＭＲＡＭ、及び、少なくとも１つの書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリが含まれており、バスを介してＣＰＵと接続されている。また、書き換え（重ね書き）可能な不揮発性のメモリとして、ＥＥＰＲＯＭやＦＲＡＭ（登録商標）、（Ferroelectric Random Access Memory）などを採用すればよい。以下の説明では、このようなメモリを、単にＥＥＰＲＯＭとして記載する。
【0034】
なお、マグネット１１０の、Ｎ極領域とＳ極領域の境界線１１０１上の一方の端の位置が、回転軸上の周方向上の特定の位置、すなわち、Ａ相のパルスの立ち上がり時点に相当する原点位置（Ｚ０）である。
【0035】
次に、図５、図６を参照しながら、第１の実施例における、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、マグネットの回転磁場すなわち回転軸の回転角度と、第１磁性板及び第２磁性板との関係について、説明する。
図５は、マグネット１１０が各回転位置（Ａ）～（Ｉ）にあるときの、マグネット１１０と第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８とが、それぞれ対向している領域を、斜線で示している。図６は、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、機能を説明する図である。
図５の（Ａ）は、マグネット１１０が原点位置（Ｚ０）、すなわち回転角度０度の位置の状態を示している。この状態では、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８とが、マグネット１１０のＮ極領域とＳ極領域に同じ条件で対向している。すなわち、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、同じ条件で、Ｎ極領域とＳ極領域から磁束線Φを受けている。
この状態から、マグネット１１０が４５度回転した図５の（Ｂ）では、第１磁性板１１５６はＮ極領域により広く対向し、第２磁性板１１５８はＳ極領域により広く対向している。さらに、マグネット１１０が９０度回転した図５の（Ｃ）では、第１磁性板１１５６はＮ極のみに対向し、Ｓ極のみに対向している。このように、マグネット１１０が０度から９０度まで回転するにつれ、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８の間のＮ極領域とＳ極領域の差が増加する。
図５は、マグネット１１０が各回転位置（Ａ）～（Ｉ）にあるときの、マグネット１１０と第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８とが、それぞれ対向している領域を、斜線で示している。図６は、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、機能を説明する図である。
図５の（Ａ）は、マグネット１１０が原点位置（Ｚ０）、すなわち回転角度０度の位置の状態を示している。この状態では、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８とが、マグネット１１０のＮ極領域とＳ極領域に同じ条件で対向している。すなわち、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、同じ条件で、Ｎ極領域とＳ極領域から磁束線Φを受けている。
この状態から、マグネット１１０が４５度回転した図５の（Ｂ）では、第１磁性板１１５６はＮ極領域により広く対向し、第２磁性板１１５８はＳ極領域により広く対向している。さらに、マグネット１１０が９０度回転した図５の（Ｃ）では、第１磁性板１１５６はＮ極のみに対向し、Ｓ極のみに対向している。このように、マグネット１１０が０度から９０度まで回転するにつれ、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８の間のＮ極領域とＳ極領域の差が増加する。
【0036】
このことは、図６の（Ａ）、（Ｂ）に示すように、マグネット１１０が０度から９０度まで回転するにつれ、Ｎ極からＳ極へ、すなわち、第１磁性板１１５６から第２磁性板１１５８へ、向かう磁束線Φ３の密度が増加することを意味する。第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８の各一端は大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の強磁性ワイヤ１１５２に接続され、各他端は解放端となっている。そのため、マグネット１１０が回転するにつれ、図６の（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第１磁性板１１５６から第２磁性板１１５８へと向かう方向の磁束線Φ３の密度が増加する。
【0037】
以下、同様に、マグネット１１０が図５の（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）に示すように１８０度を超えて回転するのに伴い、第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８が、Ｎ極領域とＳ極領域に対向する領域の面積が周期的に大きく増減し、これに伴って、図６の（Ｃ）に示すように、第１磁性板１１５６から第２磁性板１１５８へと向かう方向の磁束線Φ３の密度が減少し、さらに、第２磁性板１１５８から第１磁性板１１５６へ向かう方向に、すなわち、逆方向に、磁束線Φ３の密度が増加する。さらに、マグネット１１０が図５の（Ｈ）、（Ｉ）と、３６０度まで回転するのに伴い、第２磁性板１１５８から第１磁性板１１５６へ向かう磁束線Φ３の密度が減少する。
このような、マグネット１１０の１回転毎の磁束線Φ３の向きの反転に伴い、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の強磁性ワイヤ１１５２を流れる磁束線の向きが反転し、発電用コイル１１５４に、図６の（Ｄ）に示すように、パルス状の発電出力が得られる。
このような、マグネット１１０の１回転毎の磁束線Φ３の向きの反転に伴い、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の強磁性ワイヤ１１５２を流れる磁束線の向きが反転し、発電用コイル１１５４に、図６の（Ｄ）に示すように、パルス状の発電出力が得られる。
【0038】
本発明の特徴の１つは、一組の極性Ｎ，Ｓだけを有し回転軸５１０に固定される１個の円板状のマグネット１１０を、磁気センサのアナログ信号源と、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の発電装置として利用することにある。１個のマグネットが回転するのに伴い、図５、図６に示したように、大バルクハウゼン効果発電ユニットの第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８における磁束線Φ３方向との密度が周期的に大きく増減し、これに伴って、第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８が受ける磁束線Φの極性と密度も変化する。回転軸５１０の端面に固定される１個のマグネットと第１磁性板１１５６、第２磁性板１１１０の組み合わせにより、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５をコンパクトな構成としながら、大きな発電出力を得ることができる。
【0039】
次に、第１磁性板及び第２磁性板の構成について、説明する。
図７Ａは、第１の実施例における、マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の一例を示す図である。先にも述べたとおり、第１磁性板及び第２磁性板は、前記マグネットの表面の上において対称の軸に対して線対称の形状になっていることが必要であり、かつ、円板状のマグネットの一方の端から他方の端まで、表面上を横切っていることが望ましい。図７Ａに示すように、マグネットの直径をＤｍとし、第１磁性板及び第２磁性板が、マグネットの表面上に伸びている長さをＬｍ１とすると、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しいことが望ましい。これにより、図５、図６に示したような、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側に同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。
ただ、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５から所定の出力を得るために、図５、図６に示した特性が、正負の両側で完全に一致している必要はなく、若干、差異があってもよい。そのため、図７Ｂに示したように、第１磁性板及び第２磁性板がマグネットの表面上に伸びている長さＬｍ２が、Ｄｍより若干短くてもよい。あるいはまた、図７ＡのＬｍ１がＤｍより若干長くても、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側に同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。
しかし、第１磁性板及び第２磁性板の長さが長くなると、これらの磁性板の強度を確保するためにそれらの板材を厚肉にするなどの対策が必要になってくるので、あまり長くすることは、実用的ではない。
また、図７Ｃに示したように、第１磁性板と第２磁性板とが非平行であっても、それらの間の傾斜角度Θが小さく（例えば１０度以内）、かつ、線対称の条件を満たしていれば、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側にほぼ同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。同様の理由で、第１磁性板と第２磁性板とが互いに内側あるいは外側へ、若干湾曲していても良い。
図７Ａ－図７Ｃに示した状態では、第１磁性板及び第２磁性板が、１個の円板状のマグネットの一方の端からマグネットの中心付近を経て他方の端まで、マグネットの表面上を横切っている状態といえる。
図７Ａは、第１の実施例における、マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の一例を示す図である。先にも述べたとおり、第１磁性板及び第２磁性板は、前記マグネットの表面の上において対称の軸に対して線対称の形状になっていることが必要であり、かつ、円板状のマグネットの一方の端から他方の端まで、表面上を横切っていることが望ましい。図７Ａに示すように、マグネットの直径をＤｍとし、第１磁性板及び第２磁性板が、マグネットの表面上に伸びている長さをＬｍ１とすると、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しいことが望ましい。これにより、図５、図６に示したような、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側に同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。
ただ、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５から所定の出力を得るために、図５、図６に示した特性が、正負の両側で完全に一致している必要はなく、若干、差異があってもよい。そのため、図７Ｂに示したように、第１磁性板及び第２磁性板がマグネットの表面上に伸びている長さＬｍ２が、Ｄｍより若干短くてもよい。あるいはまた、図７ＡのＬｍ１がＤｍより若干長くても、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側に同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。
しかし、第１磁性板及び第２磁性板の長さが長くなると、これらの磁性板の強度を確保するためにそれらの板材を厚肉にするなどの対策が必要になってくるので、あまり長くすることは、実用的ではない。
また、図７Ｃに示したように、第１磁性板と第２磁性板とが非平行であっても、それらの間の傾斜角度Θが小さく（例えば１０度以内）、かつ、線対称の条件を満たしていれば、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側にほぼ同じ大きさで周期的に変化する特性が得られる。同様の理由で、第１磁性板と第２磁性板とが互いに内側あるいは外側へ、若干湾曲していても良い。
図７Ａ－図７Ｃに示した状態では、第１磁性板及び第２磁性板が、１個の円板状のマグネットの一方の端からマグネットの中心付近を経て他方の端まで、マグネットの表面上を横切っている状態といえる。
【0040】
一方、図７Ｄに示したような、マグネットの表面上に伸びている長さＬｓ１が、Ｄｍの半分の場合でも、マグネットの１回転３６０度において、正負の両側に同じ大きさの周期的な特性が得られる。ただし、第１磁性板及び第２磁性板がマグネットに対向する領域の面積が半分になるため、磁束線の強度の変動幅は、図５、図６に示したものに比べると大幅に低下する。そのため、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の出力もかなり小さくなる。
また、図７Ｅに示したように、マグネットの表面上に伸びている長さＬｓ２が、Ｄｍの３／４の場合、周期的に変化する特性が得られなくなる。これは、図５を参照すれば、図７Ｅの構成では、０度と１８０度（図５の（Ａ）と（Ｅ））において、Ｎ極領域とＳ極領域に対向する領域の面積が異なるのに対し、９０度と２７０度（図５の（Ｃ）と（Ｇ））では、２つの領域の面積が同じであることからも、明らかである。マグネットの回転に伴う対向面積の差異を小さくして、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の出力の変動幅を小さくするために、第１磁性板及び第２磁性板がマグネットの表面上に伸びている長さは、一方がＤｍの場合、他方は、少なくとも、０．９Ｄｍ程度必要である。
また、図７Ｅに示したように、マグネットの表面上に伸びている長さＬｓ２が、Ｄｍの３／４の場合、周期的に変化する特性が得られなくなる。これは、図５を参照すれば、図７Ｅの構成では、０度と１８０度（図５の（Ａ）と（Ｅ））において、Ｎ極領域とＳ極領域に対向する領域の面積が異なるのに対し、９０度と２７０度（図５の（Ｃ）と（Ｇ））では、２つの領域の面積が同じであることからも、明らかである。マグネットの回転に伴う対向面積の差異を小さくして、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の出力の変動幅を小さくするために、第１磁性板及び第２磁性板がマグネットの表面上に伸びている長さは、一方がＤｍの場合、他方は、少なくとも、０．９Ｄｍ程度必要である。
【0041】
次に、図７Ｆは、第１の実施例における、第１磁性板及び第２磁性板の特性を示す図である。大バルクハウゼン効果発電は、マグネットの回転に伴う磁束密度の正から負へ、あるいは負から正への急激な変化によって、パルス出力が得られるものである。逆に、磁束密度が同じ極性にある状態での大きな磁束密度、例えば図６に示した９０度や２７０度前後の位置における大きな磁束密度は、大バルクハウゼン効果発電の出力に寄与しない。そのため、９０度前後や２７０度の位置では、第１磁性板及び第２磁性板の磁束密度が飽和するように構成するのが望ましい。
【0042】
次に、第１の実施例における、電源ユニットの回路の構成例について、図８Ａを参照しながら説明する。
電源ユニット１２の主電源１２１は、例えば商用電源から供給された電力が直流電源に変換され、所定の直流電圧Ｖｃｃ、例えば５Ｖに制御される主電源部１２１１を備えている。この主電源部１２１１は、ダイオード１２２１を経て出力端子１２４に電力を供給する。
大バルクハウゼン効果発電電源１２２は、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５から、回転軸の１回転毎に、１８０度間隔で正負のパルス状の波形として出力される。この電力を、全波波形回路１２２２、平滑回路１２２３、ダイオード１２３１を介して、出力端子１２４に、所定の電圧Ｖｃｃの直流電力を供給する。
バックアップ電源１２３は、電流制限回路１２３２、コンデンサ１２３３、電圧制限回路１２３４を備え、出力端子１２４に、所定の電圧Ｖｃｃの直流電力を供給する。コンデンサ１２３３は、主電源１２１と大バルクハウゼン効果発電電源１２２の双方から、個別に、電力を供給される。バックアップ電源１２３は、主電源の代わりに電力を供給し、さらに、停電状態にも、ロータリーエンコーダ１０に電力を供給する電源として機能する。電流制限回路１２３２は、モータの回転数が高く、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５により発電される電力量が多い場合に、コンデンサ１２３３に供給される電流を制限することで、コンデンサ１２３３に許容範囲の電荷が蓄積されるように制御するものである。コンデンサ１２３３には、例えば、電気二重層キャパシタを採用しても良い。コンデンサ１２３３は、電圧低下を緩やかにするために、複数のコンデンサを並列接続して構成しても良い。
電源ユニット１２の出力端子１２４に接続された電源ラインは、電気的には独立した３系統のラインとして構成され、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、及び、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６に電力が供給される。
電源ユニット１２の主電源１２１は、例えば商用電源から供給された電力が直流電源に変換され、所定の直流電圧Ｖｃｃ、例えば５Ｖに制御される主電源部１２１１を備えている。この主電源部１２１１は、ダイオード１２２１を経て出力端子１２４に電力を供給する。
大バルクハウゼン効果発電電源１２２は、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５から、回転軸の１回転毎に、１８０度間隔で正負のパルス状の波形として出力される。この電力を、全波波形回路１２２２、平滑回路１２２３、ダイオード１２３１を介して、出力端子１２４に、所定の電圧Ｖｃｃの直流電力を供給する。
バックアップ電源１２３は、電流制限回路１２３２、コンデンサ１２３３、電圧制限回路１２３４を備え、出力端子１２４に、所定の電圧Ｖｃｃの直流電力を供給する。コンデンサ１２３３は、主電源１２１と大バルクハウゼン効果発電電源１２２の双方から、個別に、電力を供給される。バックアップ電源１２３は、主電源の代わりに電力を供給し、さらに、停電状態にも、ロータリーエンコーダ１０に電力を供給する電源として機能する。電流制限回路１２３２は、モータの回転数が高く、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５により発電される電力量が多い場合に、コンデンサ１２３３に供給される電流を制限することで、コンデンサ１２３３に許容範囲の電荷が蓄積されるように制御するものである。コンデンサ１２３３には、例えば、電気二重層キャパシタを採用しても良い。コンデンサ１２３３は、電圧低下を緩やかにするために、複数のコンデンサを並列接続して構成しても良い。
電源ユニット１２の出力端子１２４に接続された電源ラインは、電気的には独立した３系統のラインとして構成され、システムコントロールユニット１４、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５、及び、第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６に電力が供給される。
【0043】
図８Ｂは、電源ユニット１２の回路の他の構成例を示す図である。
この電源ユニットでは、バックアップ電源１２３のコンデンサ１２３３が、複数のコンデンサＣ１（１２３３１），Ｃ２（１２３３２），Ｃ３（１２３３３），Ｃ４（１２３３４）を並列接続して構成されている。コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４は、平滑コンデンサＣ０に対して、ツェナー電圧（Ｖｚ）の異なる複数のツェナーダイオードＺ２，Ｚ３，Ｚ４を介して接続され、コンデンサの電圧の上昇に伴い、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４は、順次、Ｖｃｃより若干高い電圧に、充電されるように構成されている。コンデンサＣ１、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の間には、トランジスタスイッチＳＷ１（１２３６），ＳＷ２（１２３７），ＳＷ３（１２３８）が設けられ、制御回路（図示略）により、コンデンサＣ１の出力電圧がＶｃｃに維持されるように制御される。
この電源ユニットでは、バックアップ電源１２３のコンデンサ１２３３が、複数のコンデンサＣ１（１２３３１），Ｃ２（１２３３２），Ｃ３（１２３３３），Ｃ４（１２３３４）を並列接続して構成されている。コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４は、平滑コンデンサＣ０に対して、ツェナー電圧（Ｖｚ）の異なる複数のツェナーダイオードＺ２，Ｚ３，Ｚ４を介して接続され、コンデンサの電圧の上昇に伴い、コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４は、順次、Ｖｃｃより若干高い電圧に、充電されるように構成されている。コンデンサＣ１、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の間には、トランジスタスイッチＳＷ１（１２３６），ＳＷ２（１２３７），ＳＷ３（１２３８）が設けられ、制御回路（図示略）により、コンデンサＣ１の出力電圧がＶｃｃに維持されるように制御される。
【0044】
大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５により得られる電力は、バックアップ電源１２３を構成するコンデンサ１２３３に蓄積し、このバックアップ電源１２３の電力を、主電源の代わりに、さらには、主電源の停電後も長期間、ロータリーエンコーダの電源として使用することができる。
図９は、電源ユニットの動作を示すタイムチャートであり、主電源の電源が正常な状態から停電した場合の、バックアップ電源とロータリーエンコーダの出力信号の関係の一例を示す図である。
ロータリーエンコーダには、起動時のみ、主電源から電力が供給される。起動後は、大バルクハウゼン効果発電電源１２２によりバックアップ電源１２３からロータリーエンコーダに電力が供給される。
主電源部１２１１が、時刻ｔ１で、例えば停電や故障により電力を供給できなくなった時にも、回転軸の回転に伴い発電される大バルクハウゼン効果発電電源１２２からロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。
図９は、電源ユニットの動作を示すタイムチャートであり、主電源の電源が正常な状態から停電した場合の、バックアップ電源とロータリーエンコーダの出力信号の関係の一例を示す図である。
ロータリーエンコーダには、起動時のみ、主電源から電力が供給される。起動後は、大バルクハウゼン効果発電電源１２２によりバックアップ電源１２３からロータリーエンコーダに電力が供給される。
主電源部１２１１が、時刻ｔ１で、例えば停電や故障により電力を供給できなくなった時にも、回転軸の回転に伴い発電される大バルクハウゼン効果発電電源１２２からロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。
【0045】
停電後、時間の経過とともに回転軸の回転数が低下すると、大バルクハウゼン効果発電の出力は小さくなり、時刻ｔ２で、バックアップ電源に所定の電圧Ｖｃｃの直流電力を供給できなくなる。この状態になるとバックアップ電源１２３のコンデンサに１２３３に蓄積されていた電荷により、ロータリーエンコーダ１０に電圧Ｖｃｃの電力が供給される。
これにより、ロータリーエンコーダ１０は、長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止する時刻ｔ３で、まで、回転軸の回転角度の情報を生成し、記録することができる。
さらに、停電により回転軸が停止した後も、外力、例えば、人の力により、ロボットアームを介して回転軸が強制的に回転された場合には、大バルクハウゼン効果発電の出力とコンデンサに１２３３に蓄積されていた電荷により、時刻ｔ４～ｔ６の間、ロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。そのため、停電等により回転軸が停止した後に、外力で回転軸が回転した状態でも、回転軸の回転角度の情報が記録される。
これにより、ロータリーエンコーダ１０は、長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止する時刻ｔ３で、まで、回転軸の回転角度の情報を生成し、記録することができる。
さらに、停電により回転軸が停止した後も、外力、例えば、人の力により、ロボットアームを介して回転軸が強制的に回転された場合には、大バルクハウゼン効果発電の出力とコンデンサに１２３３に蓄積されていた電荷により、時刻ｔ４～ｔ６の間、ロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。そのため、停電等により回転軸が停止した後に、外力で回転軸が回転した状態でも、回転軸の回転角度の情報が記録される。
【0046】
図１０は、第１の実施例における、マグネットの回転と、ＴＭＲセンサの出力の関係を示す図である。マグネットの回転に伴い、そのＮ極、Ｓ極と対向する関係の変化に伴い、ＴＭＲセンサのフリー層とピン層の各磁化の向きが、変化する。これに伴い、ＴＭＲセンサから、サイン波、コサイン波の信号が出力される。
【0047】
次に、図１１、図１２、図１３を参照しながら、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５における、第一のＴＭＲセンサ信号のデジタル化、アブソリュート化の処理について、説明する。
第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、初期設定値から、モータの極数、回転軸の原点の情報を取得する（Ｓ１２０１）。
図１１の（Ａ）に示すように、第１ＴＭＲセンサ（ＴＭＲセンサ）１１１からは、回転軸の１回転に対応して、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度（機械角）、各々１周期分の第１のアナログ信号が出力される。これら第１のアナログ信号の回転角（機械角）と振幅、及び、回転数Ｎｘのデータは、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５のアナログ信号処理部１５１により、温度センサ１３の温度Ｔａ等と関係づけてられて、メモリに記録される。
第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、初期設定値から、モータの極数、回転軸の原点の情報を取得する（Ｓ１２０１）。
図１１の（Ａ）に示すように、第１ＴＭＲセンサ（ＴＭＲセンサ）１１１からは、回転軸の１回転に対応して、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度（機械角）、各々１周期分の第１のアナログ信号が出力される。これら第１のアナログ信号の回転角（機械角）と振幅、及び、回転数Ｎｘのデータは、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５のアナログ信号処理部１５１により、温度センサ１３の温度Ｔａ等と関係づけてられて、メモリに記録される。
【0048】
図１１の（Ｂ）に示すように、アナログ信号（ｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号）は、ＡＤ変換器１５２に入力されて、量子化され内挿処理により多分割されたデジタル信号に変換され、Ａ相、Ｂ相の情報を含むデジタル値に変換され、それらの変換値が、回転数Ｎｘ、回転方向、温度Ｔａ等と関係づけてられて、ＥＥＰＲＯＭ－１に記録される。
【0049】
図１２のフローチャートに示すように、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、まず、初期設定値から、回転軸の原点の情報を取得する（Ｓ１２０１）。さらに、ＥＥＰＲＯＭ－１から、第１ＴＭＲセンサ信号（Sin, Cos波）のＡＤ変換のデータを取得する（Ｓ１２０２）。第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、処理がアブソリュート化の場合（Ｓ１２０３でＹＥＳ）、さらに、AD変換データと原点情報に基づき、回転方向、回転角度のアブソリュート値を算出し（Ｓ１２０４）、アブソリュート値にメモリの番地付けを行い、メモリに記録する（Ｓ１２０５）。そして、１回転アブソリュート情報を生成し、１回転アブソリュートデータとして、ＥＥＰＲＯＭ２に記録する（Ｓ１２０６）。さらに、多回転アブソリュート情報を生成し、多回転アブソリュートデータとして、ＥＥＰＲＯＭ２に記録する（Ｓ１２０７）。
このようにして、図１１の（Ｃ）に示すように、正逆１回転毎のアブソリュート値が生成され、回転数Ｎｘ、温度Ｔａ及び回転方向のデータと共に、ＥＥＰＲＯＭ－２に記録される。
このようにして、図１１の（Ｃ）に示すように、正逆１回転毎のアブソリュート値が生成され、回転数Ｎｘ、温度Ｔａ及び回転方向のデータと共に、ＥＥＰＲＯＭ－２に記録される。
【0050】
一方、処理がインクリメンタル化の場合（Ｓ１２０３でＮＯ）、AD変換データから、AD変換データから、図１１の（Ｂ）に示したA相、B相の情報に基づき、A相、B相の立ち上がりに同期するZ相の幅のデータを算出し（Ｓ１２１２）、A相、B相、Z相の幅のデータを基にＵ，Ｖ，Ｗ相のデータを生成する（Ｓ１２１３）。さらに、図１３に示すような、A相、B相、Z相、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のデータに番地付けを行い、インクリメンタルデータとして、ＥＥＰＲＯＭ２に記録する（Ｓ１２１４）。この処理を、運転終了まで、継続する。
【0051】
第１の実施例におけるロータリーエンコーダは、セーフティ制御ユニット１４５が、２系統のロータリーエンコーダ機能の出力状態を監視し、いずれ一方のロータリーエンコーダ機能が故障した場合には、ロータリーエンコーダの動作を停止させるために必要な処理を行う。このように、第１の実施例におけるロータリーエンコーダは、２系統のロータリーエンコーダ機能と、主電源のほかにバックアップ電源を備えた、セーフティエンコーダである。
【0052】
次に、本発明の第２の実施例について、図１４、図１５を参照しながら説明する。
第２の実施例では、第１の実施例の第２ＴＭＲセンサに代えて、光学センサを採用している。
図１４は、ロータリーエンコーダの機能ブロック図であり、図１５は、第２の実施例における、ＴＭＲセンサ、光学センサ及び電源ユニットの構成例を示す縦断面図である。
図１４において、ＴＭＲセンサの信号を処理する、ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の構成・機能は、第１の実施例の第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の構成・機能と同じである。光学センサ１１８の信号を処理する、光学センサ信号の処理ユニット１７は、受光センサ（インクリメンタル信号及びアブソリュート信号）の検出処理部１７１と、ＡＤ変換器１７２と、デジタル信号処理部１７３を備えている。
第２の実施例では、第１の実施例の第２ＴＭＲセンサに代えて、光学センサを採用している。
図１４は、ロータリーエンコーダの機能ブロック図であり、図１５は、第２の実施例における、ＴＭＲセンサ、光学センサ及び電源ユニットの構成例を示す縦断面図である。
図１４において、ＴＭＲセンサの信号を処理する、ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の構成・機能は、第１の実施例の第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の構成・機能と同じである。光学センサ１１８の信号を処理する、光学センサ信号の処理ユニット１７は、受光センサ（インクリメンタル信号及びアブソリュート信号）の検出処理部１７１と、ＡＤ変換器１７２と、デジタル信号処理部１７３を備えている。
【0053】
図１５に示すように、マグネット１１０の下方において、回転軸５１０に保持部１１０４を介して樹脂材料製のディスク１１９が固定されており、このディスク１１９上には、ディスク１１９の円周方向の角度を検出するためのアブソリュートスケール１１６及びインクリメンタルスケール１１７が形成されている。一方、プリント基板１９には光学センサ１１８が設けられ、この光学センサ１１８は、アブソリュートスケール１１６及びインクリメンタルスケール１１７の各パターンを検知するために、パターンに検出光を照射する発光素子及びパターンからの反射光を受光する受光素子（受光センサ）を備えている。なお、光学センサとして、透過型の光学センサを使用してもよい。
【0054】
図１４に戻り、ＡＤ変換器１７２では、ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５と同様に、アナログ信号のサンプリングデータが、６４ビットのＡＤ変換器１７２（ＡＤＣ－１（インクリメンタル）１７２１、ＡＤＣ－２（アブソリュート）１７２２）に入力されてデジタル値に変換され、それらの変換値が時系列データとしてＥＥＰＲＯＭ－３（１７２３）に記録される。
【0055】
第２の実施例のロータリーエンコーダでも、第１の実施例のロータリーエンコーダと同様に、一組の極性Ｎ，Ｓだけを有する１個の円板状のマグネット１１０を、磁気センサのアナログ信号源と、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の発電装置として利用することができる。１個のマグネットが回転するのに伴い、図５、図６に示したように、大バルクハウゼン効果発電ユニットの第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８における磁束線Φ３方向との密度が周期的に大きく増減し、これに伴って、第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８が受ける磁束線Φの極性と密度も変化する。この１個のマグネット１１０は、回転軸５１０の端面に固定されるものであり、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５をコンパクトに構成しながら、大きな発電出力を得ることができる。
【0056】
本発明のロータリーエンコーダは、回転軸に固定される１つのマグネットを前提としたセーフティエンコーダとして、実施例で述べた、一対のＴＭＲセンサの組み合わせや、ＴＭＲセンサと光学式センサとの組み合わせ以外の種々の組み合わせも、採用できる。例えば、ＴＭＲセンサとＧＭＲセンサ、ＡＭＲセンサとＴＭＲセンサ、一対のＡＭＲセンサ、一対のＧＭＲセンサ、一対のホール素子センサ、あるいは、ＴＭＲセンサとホール素子センサとの組み合わせでも良い。
本発明のロータリーエンコーは、他の種類のモータ、例えば、ステッピングモータにも採用できる。また、同期型モータ、誘導モータ等、種々の回転電気機器に広く適用できる。また、これらの回転電気機器を用いたサーボ制御装置にも本発明を適用できる。
本発明のロータリーエンコーは、他の種類のモータ、例えば、ステッピングモータにも採用できる。また、同期型モータ、誘導モータ等、種々の回転電気機器に広く適用できる。また、これらの回転電気機器を用いたサーボ制御装置にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【0057】
１０ ロータリーエンコーダ
１１ ＴＭＲセンサユニット
１１０ マグネット
１１１ 第１ＴＭＲセンサ
１１２ 第２ＴＭＲセンサ
１１５ 大バルクハウゼン効果発電ユニット
１１５６ 第１磁性板
１１５８ 第２磁性板
１１６ アブソリュートスケール
１１７ インクリメンタルスケール
１１８ 光学センサ
１２ 電源ユニット
１２１ 主電源
１２２ 大バルクハウゼン効果発電電源
１２３ バックアップ電源
１３ 温度センサ
１４ システムコントロールユニット
１４１ 初期設定部
１４４ エンコーダ入出力制御ユニット
１４５ セーフティ制御ユニット
１４７ シリアル／パラレル信号送受信ユニット
１５ 第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット
１５１ 第１ＴＭＲセンサのアナログ信号処理部
１５２ ＡＤ変換器
１５３ デジタル信号処理部
１６ 第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット
１６１ 第２ＴＭＲセンサのアナログ信号処理部
１６２ ＡＤ変換器
１６３ デジタル信号処理部
１７ 光学センサ信号の処理ユニット
１８ ＦＰＧＡあるいは、ＡＳＩＣ
１９ プリント基板
５１０ 回転軸
１１ ＴＭＲセンサユニット
１１０ マグネット
１１１ 第１ＴＭＲセンサ
１１２ 第２ＴＭＲセンサ
１１５ 大バルクハウゼン効果発電ユニット
１１５６ 第１磁性板
１１５８ 第２磁性板
１１６ アブソリュートスケール
１１７ インクリメンタルスケール
１１８ 光学センサ
１２ 電源ユニット
１２１ 主電源
１２２ 大バルクハウゼン効果発電電源
１２３ バックアップ電源
１３ 温度センサ
１４ システムコントロールユニット
１４１ 初期設定部
１４４ エンコーダ入出力制御ユニット
１４５ セーフティ制御ユニット
１４７ シリアル／パラレル信号送受信ユニット
１５ 第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット
１５１ 第１ＴＭＲセンサのアナログ信号処理部
１５２ ＡＤ変換器
１５３ デジタル信号処理部
１６ 第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット
１６１ 第２ＴＭＲセンサのアナログ信号処理部
１６２ ＡＤ変換器
１６３ デジタル信号処理部
１７ 光学センサ信号の処理ユニット
１８ ＦＰＧＡあるいは、ＡＳＩＣ
１９ プリント基板
５１０ 回転軸
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】