(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-28
(45)【発行日】2023-12-06
(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 20060101AFI20231129BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 110A
G01D5/245 W
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2023086807
(22)【出願日】2023-05-26
【審査請求日】2023-07-13
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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
【審査官】細見 斉子
(56)【参考文献】
【文献】特許第６９６６１４３（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】国際公開第２０１９／１８８８５９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／００－５／６２
(57)【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とを備えた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、その中心を通る境界線を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域が形成された１個の円板状のマグネットであり、一組の前記Ｎ極領域と前記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、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットを挟んで前記マグネットの両側面の外側まで伸びており、
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両側面に沿って離間して伸びており、
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、前記マグネットを挟んで、線対称の形状をなし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】
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とを備えた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、その中心を通る境界線を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域が形成された１個の円板状のマグネットであり、一組の前記Ｎ極領域と前記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、前記強磁性ワイヤの両端から、前記回転軸の軸心方向において前記マグネットと前記磁気センサの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、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットの前記表面の上において前記マグネットの両側面付近まで伸びており、
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で離間して伸びており、
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い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１又は２おいて、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、主に前記マグネットの前記表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線を受け入れ、前記磁気センサに対する磁場干渉による影響を抑制するように構成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4】
請求項１又は２おいて、前記第１磁性板及び前記第２磁性板の、前記強磁性ワイヤとは反対側の各他端は、前記マグネットを挟んで、解放端となっており、前記各解放端は、先細り状に突出し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１又は２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対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って伸びた、板状若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6】
請求項１又は２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。
【請求項7】
請求項６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。
【請求項8】
請求項１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、中空部を有するエンコーダハウジングに保持されており、
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に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１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、中空部を有する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に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又は２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ユニット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機能を備えたもの、例えば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機能を備えたもの、例えば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】
【文献】ＷＯ２０１６／１７０６４８Ａ１
【文献】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】
磁気式エンコーダを備えたロータリーエンコーダの高精度化、コンパクト化を図るうえで考慮すべき事項の１つに、磁気センサの出力が磁場干渉を受けないようにすることが挙げられる。
また、ロータリーエンコーダの用途によっては、光学式の高精度のエンコーダと発電装置とを備え、さらに、角度位置や回転数に関する信号を生成する磁気式エンコーダを備えた２系統のロータリーエンコーダも知られている。このようなロータリーエンコーダにおいて、磁気式エンコーダには、光学式のエンコーダに匹敵する高い精度が要求される場合もあれば、補助的に使用されるため高い精度が要求されない場合もある。
また、ロータリーエンコーダの用途によっては、光学式の高精度のエンコーダと発電装置とを備え、さらに、角度位置や回転数に関する信号を生成する磁気式エンコーダを備えた２系統のロータリーエンコーダも知られている。このようなロータリーエンコーダにおいて、磁気式エンコーダには、光学式のエンコーダに匹敵する高い精度が要求される場合もあれば、補助的に使用されるため高い精度が要求されない場合もある。
【0009】
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備え、バックアップ電源を有し、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、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備え、バックアップ電源を有し、かつ、磁気式エンコーダの磁場干渉に配慮した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。
本発明のさらに他の課題は、磁気式エンコーダを含む独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、安価で、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、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備え、バックアップ電源を有し、かつ、磁気式エンコーダの磁場干渉に配慮した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。
本発明のさらに他の課題は、磁気式エンコーダを含む独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、安価で、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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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、その中心を通る境界線を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域が形成された１個の円板状のマグネットであり、一組の前記Ｎ極領域と前記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、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットを挟んで前記マグネットの両側面の外側まで伸びており、
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両側面に沿って離間して伸びており、
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、前記マグネットを挟んで、線対称の形状をなしていることを特徴とする。
本発明によれば、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、及びそれを用いたサーボ制御装置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、その中心を通る境界線を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域が形成された１個の円板状のマグネットであり、一組の前記Ｎ極領域と前記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、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットを挟んで前記マグネットの両側面の外側まで伸びており、
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両側面に沿って離間して伸びており、
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、前記マグネットを挟んで、線対称の形状をなしていることを特徴とする。
本発明によれば、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、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。
【0011】
本発明の他の態様によれば、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、主に前記マグネットの前記表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線を受け入れ、前記磁気センサに対する磁場干渉による影響を抑制するように構成されている。
これにより、１個のマグネットを、磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、磁気センサの精度を確保できる。そのため、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備え、バックアップ電源を有し、かつ、磁気式エンコーダの磁場干渉に配慮した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ができる。
これにより、１個のマグネットを、磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、磁気センサの精度を確保できる。そのため、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備え、バックアップ電源を有し、かつ、磁気式エンコーダの磁場干渉に配慮した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ができる。
【0012】
本発明の他の態様によれば、前記第１磁性板及び前記第２磁性板の、前記強磁性ワイヤとは反対側の各他端は、前記マグネットを挟んで、解放端となっており、前記各解放端は、先細り状に突出していることを特徴とする。
これにより、１個の円板状のマグネットを磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、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、１個の円板状のマグネットを磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、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。
【0013】
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に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。
【0014】
本発明の他の態様によれば、前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記強磁性ワイヤの両端から前記マグネットの前記表面の上において前記マグネットの両側面付近まで伸びており、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で離間して伸びており、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いる。
これにより、１個のマグネットを、磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、磁気式エンコーダを含む独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、安価で、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ができる。
これにより、１個のマグネットを、磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、磁気式エンコーダを含む独立した２系統のロータリーエンコーダの機能を備え、かつ、安価で、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ができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【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ユニットの構成例を示す、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、マグネットの回転と、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、第１磁性板及び第２磁性板との位置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ユニットの機能を、概念的に説明する図である。
【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】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】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磁性板との関係の他の例を示す図である。
【図7E】マグネットと、第１磁性板及び第２磁性板との関係の他の例を示す図である。
【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の実施例における、大バルクハウゼン効果発電ユニットの構成例を示す、エンコーダハウジングの平面図である。
【図15】本発明の第３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16】第３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17】第４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18】第４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構成例を示す、エンコーダハウジングの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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のデータ等を必要とする各種の回転電機に適用できる。以下、本発明の各実施例について説明する。
【0017】
最初に、本発明の第１の実施例に係るロータリーエンコーダについて説明する。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２組の処理ユニット（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。すなわち、ロータリーエンコーダ１０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。
ロータリーエンコーダ１０は、さらに、Ｎ極性，Ｓ極性、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）を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域とが形成され、平な表面と裏面、及び側面とを有している。このマグネット１１０は、例えばネオジム磁石であり、図２に示したように、回転軸５１０の一端面に、非磁性の保持部材１１０２や接着剤等により固定される。なお、ネオジム磁石の代わりに、サマリウムコバルト磁石やフェライト磁石を採用しても良い。回転軸５１０は、ロータリーエンコーダの出力や運転指令などが入力されるサーボ制御装置により駆動される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。
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２組の処理ユニット（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。すなわち、ロータリーエンコーダ１０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。
ロータリーエンコーダ１０は、さらに、Ｎ極性，Ｓ極性、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）を境にして半径方向に一組のＮ極領域とＳ極領域とが形成され、平な表面と裏面、及び側面とを有している。このマグネット１１０は、例えばネオジム磁石であり、図２に示したように、回転軸５１０の一端面に、非磁性の保持部材１１０２や接着剤等により固定される。なお、ネオジム磁石の代わりに、サマリウムコバルト磁石やフェライト磁石を採用しても良い。回転軸５１０は、ロータリーエンコーダの出力や運転指令などが入力されるサーボ制御装置により駆動される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。
【0018】
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、従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、例えば非磁性のアルミニウムやその他の材料製であり、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、従って、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に対向する下側の面に配置され、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、例えば非磁性のアルミニウムやその他の材料製であり、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、従って、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に対向する下側の面に配置され、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。
【0019】
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と共に、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。
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、ウィーガント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。
これらの磁性板１１５６、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と同じ位置（高さ）に配置されており、円板状のマグネット１１０の両側面の外側まで伸びており、これらの磁性板は、マグネットの両側面に沿って離間して伸びている。すなわち、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８の厚さ（軸方向長さ）の中間点は、マグネット１１０の厚さ（軸方向長さ）の中間点と、強磁性ワイヤ１１５２の中心を結ぶ直線ＯｍｇR－ＯｍｇR上にある。ただし、これは、理想的な場合である。実用的には、第１磁性板及び第２磁性板が、同等の高さにある、すなわち、主に前記マグネットの前記表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線を受け入れ、磁気センサに対する磁場干渉による影響を抑制するように構成されていればよい。そのため、これらの磁性板の厚さの中間点は、マグネットの表面と裏面の範囲内もしくはその近傍にあればよい。本発明では、このような範囲を含めて、第１磁性板及び第２磁性板が、マグネットと同じ位置（高さ）にあると定義する。
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、ウィーガント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。
これらの磁性板１１５６、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と同じ位置（高さ）に配置されており、円板状のマグネット１１０の両側面の外側まで伸びており、これらの磁性板は、マグネットの両側面に沿って離間して伸びている。すなわち、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８の厚さ（軸方向長さ）の中間点は、マグネット１１０の厚さ（軸方向長さ）の中間点と、強磁性ワイヤ１１５２の中心を結ぶ直線ＯｍｇR－ＯｍｇR上にある。ただし、これは、理想的な場合である。実用的には、第１磁性板及び第２磁性板が、同等の高さにある、すなわち、主に前記マグネットの前記表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線を受け入れ、磁気センサに対する磁場干渉による影響を抑制するように構成されていればよい。そのため、これらの磁性板の厚さの中間点は、マグネットの表面と裏面の範囲内もしくはその近傍にあればよい。本発明では、このような範囲を含めて、第１磁性板及び第２磁性板が、マグネットと同じ位置（高さ）にあると定義する。
【0020】
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、マグネット１１０の両側面との間に所定の間隙Ｇａを有している。すなわち、これらの磁性板は、対称の軸に平行な円板状のマグネットの両側面の接線１１０ａ，１１０ｂに沿って、この接線から間隙Ｇａだけ離間して伸びている。間隙Ｇａが狭いと、これらの磁性板が、ＴＭＲセンサユニット１１の出力への影響を及ぼす磁場干渉が発生し易くなる。他方、間隙が広すぎると、これらの磁性板が、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、これらの磁性板のマグネット側の端は、マグネット１１０を挟んで、解放端となっている。
【0021】
図３は、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５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（図２参照）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の側面上では、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、これらの磁性板の対称の軸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、対称の軸が、円板状のマグネット１１０の中心若しくはその近傍（以下、マグネットの中心付近）を通っていればよい。また、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８は、軸心ＯS－ＯS方向に厚みを有しているので、この厚みの各位置の平面で、対称の軸に対して、線対称の形状になっていることは言うまでもない。
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の側面付近において、マグネットを挟んで線対称の形状をなしている。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。従って、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、１個のマグネット１１０の側面に対して、同じ条件の磁気特性で、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の側面付近において、マグネットを挟んで線対称の形状をなしている。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。従って、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、１個のマグネット１１０の側面に対して、同じ条件の磁気特性で、対面している。
【0022】
なお、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８は、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若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から離れた、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５に近い区間では、構造上の制約がある場合等には両者の形状が若干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。
また、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８の解放端、すなわち各先端１１５６ａ、１１５８ａは、先細り状、例えば四角錐状や円錐形状のように、突出しているのが望ましい。これにより、磁束線を集磁しやすくなる。なお、各解放端の先端の突出方向は、マグネット１１０の方向、すなわち、マグネット１１０の中心方向、あるいは、対称の軸に直角な方向を向いていても良い。これにより、１個の円板状のマグネットを磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、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。
また、第１磁性板１１５６と第２磁性板１１５８の解放端、すなわち各先端１１５６ａ、１１５８ａは、先細り状、例えば四角錐状や円錐形状のように、突出しているのが望ましい。これにより、磁束線を集磁しやすくなる。なお、各解放端の先端の突出方向は、マグネット１１０の方向、すなわち、マグネット１１０の中心方向、あるいは、対称の軸に直角な方向を向いていても良い。これにより、１個の円板状のマグネットを磁気センサ用のマグネットと、大バルクハウゼン効果発電ユニットのマグネットに兼用しながら、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。
【0023】
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１１５６、１１５８を通過する。そのため、マグネットのＮ極からＳ極に向かう磁束線φ１、磁束線φ２により、第１、第２ＴＭＲセンサ１１１、１１２を適切に動作可能な状態に保持しつつ、大バルクハウゼン効果発電ユニットの出力に影響する、磁束線φ３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。すなわち、φ１～φ３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、これらの磁性板の形状材料の透磁率なども考慮する必要がある。
【0024】
本発明において、第１ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ１は、主に、マグネットの境界線１１０１に近いＮ極領域の内側から軸方向上向き（マグネットの表面に垂直な方向）へ、さらにＳ極領域の内側へと向かう磁束線で構成され、第２ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ２は、主に、境界線１１０１から離れたＮ極領域の外側から軸方向上向き、さらにＳ極領域の外側へと向かう磁束線で構成される。
これに対し、大バルクハウゼン効果発電ユニットで利用する磁束線φ３は、主に、マグネットのＮ極領域の外側や側面から、マグネットの表面に対して水平方向もしくはそれに近い外回りの方向、さらには磁性板を経て、Ｓ極領域の外側や側面へと外回りで戻る磁束線を利用するものである。このように、第１ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ１や第２ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ２に対して、磁場干渉による影響を抑制するために、第１磁性板及び第２磁性板は、主に、マグネットの表面に対して水平方向もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線φ３を受け入れるように構成されている。
一例として、回転軸５１０の直径が６．０～８．０ｍｍ程度、プリント基板の厚みが１．０～１．２ｍｍ程度、マグネットの直径が５．０～１０．０ｍｍ程度、マグネットの厚みが３ｍｍ程度の場合、間隙Ｇ１は、０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。また、間隙Ｇａも０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。
これに対し、大バルクハウゼン効果発電ユニットで利用する磁束線φ３は、主に、マグネットのＮ極領域の外側や側面から、マグネットの表面に対して水平方向もしくはそれに近い外回りの方向、さらには磁性板を経て、Ｓ極領域の外側や側面へと外回りで戻る磁束線を利用するものである。このように、第１ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ１や第２ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ２に対して、磁場干渉による影響を抑制するために、第１磁性板及び第２磁性板は、主に、マグネットの表面に対して水平方向もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線φ３を受け入れるように構成されている。
一例として、回転軸５１０の直径が６．０～８．０ｍｍ程度、プリント基板の厚みが１．０～１．２ｍｍ程度、マグネットの直径が５．０～１０．０ｍｍ程度、マグネットの厚みが３ｍｍ程度の場合、間隙Ｇ１は、０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。また、間隙Ｇａも０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。
【0025】
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。
【0026】
本実施例のエンコーダは、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おり、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、２系統のロータリーエンコーダの機能の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、パラレル信号若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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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、若しくは実装される。
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（若しくは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（若しくは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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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、マグネットの回転に伴う、その磁場のＮ極領域とＳ極領域の回転と、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、第１磁性板及び第２磁性板との位置関係を示す図である。すなわち、マグネット１１０が、（Ａ）～（Ｉ）の各回転位置にあるときの、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Ｎ極領域及びＳ極領域と対向している領域を、１つの矩形内の斜線で示している。この対向している領域の面積の大小は、マグネット１１０のＮ極領域から第１、第２磁性板１１５６、１１５８を経てＳ極領域へ向かう磁束線φ３の密度と関係する。すなわち、第１、第２磁性板１１５６、１１５８における磁束線φ３の方向と関係する。
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は広い面積でＮ極領域に対向し、第２磁性板１１５８は広い面積でＳ極領域に対向している。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極領域のみに対向し、第２磁性板１１５８はＳ極領域のみに対向している。このように、０度から９０度まで回転するにつれ、第１磁性板１１５６はＮ極領域に、第２磁性板１１５８はＳ極領域により広い面積で対向するようになる。さらに、１３５度回転した図５の（Ｄ）では、第１磁性板１１５６はＮ極領域への対向面積が減少し、第２磁性板１１５８はＳ極領域への対向面積が減少する。
このように、マグネット１１０が回転するにつれ、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８と、Ｎ極領域及びＳ極領域との対向面積が変化する。以下、同様に、マグネット１１０が図５の（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する。このことは、マグネット１１０の回転に伴い、これららの磁性板における磁束線φ３の密度や方向が変化することを意味している。
なお、実際には、図５に示した矩形の面積の大小関係だけで、磁束線φ３方向や密度が決まるわけではないことは勿論である。例えば、矩形の右側にも第１、第２磁性板が伸びており、その部分にも集磁効果がある。また、第１、第２磁性板の解放端が先細りとなっている場合には、その集磁効果を考慮する必要がある。ただ、図５から、マグネットの回転に伴う磁束線φ３の密度の変化について、大凡の傾向を知るのことはできる。
図５は、マグネットの回転に伴う、その磁場のＮ極領域とＳ極領域の回転と、大バルクハウゼン効果発電ユニットの、第１磁性板及び第２磁性板との位置関係を示す図である。すなわち、マグネット１１０が、（Ａ）～（Ｉ）の各回転位置にあるときの、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Ｎ極領域及びＳ極領域と対向している領域を、１つの矩形内の斜線で示している。この対向している領域の面積の大小は、マグネット１１０のＮ極領域から第１、第２磁性板１１５６、１１５８を経てＳ極領域へ向かう磁束線φ３の密度と関係する。すなわち、第１、第２磁性板１１５６、１１５８における磁束線φ３の方向と関係する。
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は広い面積でＮ極領域に対向し、第２磁性板１１５８は広い面積でＳ極領域に対向している。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極領域のみに対向し、第２磁性板１１５８はＳ極領域のみに対向している。このように、０度から９０度まで回転するにつれ、第１磁性板１１５６はＮ極領域に、第２磁性板１１５８はＳ極領域により広い面積で対向するようになる。さらに、１３５度回転した図５の（Ｄ）では、第１磁性板１１５６はＮ極領域への対向面積が減少し、第２磁性板１１５８はＳ極領域への対向面積が減少する。
このように、マグネット１１０が回転するにつれ、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８と、Ｎ極領域及びＳ極領域との対向面積が変化する。以下、同様に、マグネット１１０が図５の（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する。このことは、マグネット１１０の回転に伴い、これららの磁性板における磁束線φ３の密度や方向が変化することを意味している。
なお、実際には、図５に示した矩形の面積の大小関係だけで、磁束線φ３方向や密度が決まるわけではないことは勿論である。例えば、矩形の右側にも第１、第２磁性板が伸びており、その部分にも集磁効果がある。また、第１、第２磁性板の解放端が先細りとなっている場合には、その集磁効果を考慮する必要がある。ただ、図５から、マグネットの回転に伴う磁束線φ３の密度の変化について、大凡の傾向を知るのことはできる。
【0038】
図６は、大バルクハウゼン効果発電ユニットの機能を、概念的に説明する図である。
第１磁性板１５６、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、これとは反対側の各他端は、マグネット１１０を挟んで、解放端となっている。
図５から明らかなとおり、マグネット１１０が０度から９０度まで回転するにつれ、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、マグネットのＮ極領域からＳ極領域へ、すなわち、マグネットのＮ極領域から出て第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８を経てＳ極領域へ戻る磁束線φ３の密度が増加する。すなわち、９０度までは、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の発電用コイル１１５４に供給される磁束が増大し、その後、９０度を超えると、マグネットのＮ極領域から第１磁性板１１５６を経て第２磁性板１１５８、Ｓ極領域へと向かう方向の磁束線φ３の密度が減少し、さらに、マグネットが回転すると、第２磁性板１１５８から第１磁性板１１５６へ向かう方向に逆方向に、すなわち、マグネットのＮ極領域から第２磁性板１１５８、第１磁性板１１５６を経てＳ極領域へ向かう、磁束線φ３の密度が増加する。
第１磁性板１５６、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、これとは反対側の各他端は、マグネット１１０を挟んで、解放端となっている。
図５から明らかなとおり、マグネット１１０が０度から９０度まで回転するにつれ、図６の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、マグネットのＮ極領域からＳ極領域へ、すなわち、マグネットのＮ極領域から出て第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８を経てＳ極領域へ戻る磁束線φ３の密度が増加する。すなわち、９０度までは、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の発電用コイル１１５４に供給される磁束が増大し、その後、９０度を超えると、マグネットのＮ極領域から第１磁性板１１５６を経て第２磁性板１１５８、Ｓ極領域へと向かう方向の磁束線φ３の密度が減少し、さらに、マグネットが回転すると、第２磁性板１１５８から第１磁性板１１５６へ向かう方向に逆方向に、すなわち、マグネットのＮ極領域から第２磁性板１１５８、第１磁性板１１５６を経てＳ極領域へ向かう、磁束線φ３の密度が増加する。
【0039】
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。
【0040】
本発明の特徴の１つは、半径方向に着磁された一組の極性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。大バルクハウゼン効果発電ユニットの第１磁性板及び第２磁性板は、第１ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ１や第２ＴＭＲセンサに向かう磁束線φ２に対して、磁場干渉による影響を抑制するために、主にマグネットの表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線φ３を利用し、磁気センサに対する磁場干渉による影響を抑制するように構成されている。これにより、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、第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８が受ける磁束線φ３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、その両側面の外側に伸びた第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１１０と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。
【0041】
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～図７Ｅは、第１の実施例における、円板状のマグネットと、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８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１１５６及び第２磁性板１１５８は、マグネット１１０の側面において、このマグネットを挟んで、対称の軸に対して線対称の形状になっており、かつ、マグネットの両側面の外側まで伸びており、第１磁性板及び第２磁性板は、マグネットの両側面に沿って離間して伸びている。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、マグネットの両側面の外側に離間して伸びている長さをＬｍ１とすると、一例として、図７Ａに示すように、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しい。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、正負の両側に周期的に変化する特性が得られる。
図７Ａ～図７Ｅは、第１の実施例における、円板状のマグネットと、第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８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１１５６及び第２磁性板１１５８は、マグネット１１０の側面において、このマグネットを挟んで、対称の軸に対して線対称の形状になっており、かつ、マグネットの両側面の外側まで伸びており、第１磁性板及び第２磁性板は、マグネットの両側面に沿って離間して伸びている。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、マグネットの両側面の外側に離間して伸びている長さをＬｍ１とすると、一例として、図７Ａに示すように、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しい。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、正負の両側に周期的に変化する特性が得られる。
【0042】
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両側面の外側に離間して伸びている長さＬｍ２が、Ｄｍより若干短くてもよい。あるいはまた、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、正負の両側に周期的に変化する特性が得られる。しかし、長さが長くなると強度を確保する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、良い。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。
さらに、図７Ｄに示したように、マグネットの両側面の外側に伸びている長さ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。なお、図７Ｅに示したように、長さＬｓ２が、Ｄｍの３／４の場合、周期的に変化する特性は得られ難くなるが、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ことは可能である。
さらに、図７Ｄに示したように、マグネットの両側面の外側に伸びている長さ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。なお、図７Ｅに示したように、長さＬｓ２が、Ｄｍの３／４の場合、周期的に変化する特性は得られ難くなるが、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ことは可能である。
【0043】
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あまり寄与しない。そのため、９０度や２７０度の前後の位置では、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。
【0044】
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。
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
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に蓄積される。このバックアップ電源１２３の電力は、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。
【0048】
停電後、時間の経過と共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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
なお、２系統のロータリーエンコーダの機能のいずれかが故障した場合に、故障していないロータリーエンコーダの機能を、安全その他所定の条件を満たす範囲で継続して使用するように構成しても良い。
なお、２系統のロータリーエンコーダの機能のいずれかが故障した場合に、故障していないロータリーエンコーダの機能を、安全その他所定の条件を満たす範囲で継続して使用するように構成しても良い。
【0055】
次に、本発明の第２の実施例について、図１４を参照しながら説明する。この実施例では、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８がマグネット１１０の両側面の外側において離間して、リング状に伸びており、マグネット１１０の側面と第１磁性板１１５６及び第２磁性板１１５８との間隙Ｇａが、一定である。この構成により、第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８と、グネット１１０のＮ極領域、Ｓ極領域との対向面積の変化が、緩やかになり、大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５の出力の変動がより規則的になる。リング状の部分の円周方向の長さは、図７Ａ～図７Ｅに示したように、適宜、選定可能である。また、各解放端の先端の突出方向は、マグネット１１０の中心方向を向いていても良い。
【0056】
次に、本発明の第３の実施例について、図１５、図１６を参照しながら説明する。
第３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１５は、ロータリーエンコーダの機能ブロック図であり、図１６は、第３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１５において、ＴＭＲセンサ１１１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３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１５は、ロータリーエンコーダの機能ブロック図であり、図１６は、第３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１５において、ＴＭＲセンサ１１１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。
【0057】
図１６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。
【0058】
図１５に戻り、光学センサ信号の処理ユニット１７の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。
【0059】
第３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φ３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。
【0060】
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個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、種々の組み合わせにも、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。
また、本発明のロータリーエンコーダを、１個のマグネットを前提とした磁気センサを利用した１系統のロータリーエンコーダの機能と、大バルクハウゼン効果発電ユニットとを備えた構成としても良い。
また、本発明のロータリーエンコーダを、１個のマグネットを前提とした磁気センサを利用した１系統のロータリーエンコーダの機能と、大バルクハウゼン効果発電ユニットとを備えた構成としても良い。
【0061】
以下では、ＧＭＲセンサと光学式センサとの組み合わせになる、本発明の第４の実施例のエンコーダについて、図１７、図１８を参照しながら説明する。
図１７は、第４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り、図１８は、エンコーダハウジングの平面図である。
この実施例の大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５では、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が、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯS方向において、マグネット１１０とＧＭＲセンサ１１１０の中間の位置まで伸びており、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。
各磁性板の先端は、図７Ａ～図７Ｅに示したのと同様な関係で、マグネット１１０の表面上で外周付近まで伸びている。すなわち、これらの磁性板は、マグネット１１０の表面の上では、それらの中心線ＯＧ１、ＯＧ２が、対称の軸に沿って平行に伸びており、これらの磁性板は、マグネットの両側面付近の表面の上において線対称の形状をなしている。
なお、本実施例では、図１５に示した第３の実施例のロータリーエンコーダの機能ブロック図における、ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５に代えて、ＧＭＲセンサ信号の処理ユニットを設けると共に、第３の実施例の光学センサ信号の処理ユニット１７と同じ機能を備えている。ＧＭＲセンサからは、サイン波、コサイン波の信号が出力される。このＧＭＲセンサ信号の処理ユニットも、第３の実施例における，ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５と同様な機能を備え、アナログ信号のサンプリングデータが、ＡＤ変換器（ＡＤＣ－１（インクリメンタル）、ＡＤＣ－２（アブソリュート））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に記録される。
図１７は、第４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り、図１８は、エンコーダハウジングの平面図である。
この実施例の大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５では、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が、回転軸５１０の軸心ＯS－ＯS方向において、マグネット１１０とＧＭＲセンサ１１１０の中間の位置まで伸びており、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。
各磁性板の先端は、図７Ａ～図７Ｅに示したのと同様な関係で、マグネット１１０の表面上で外周付近まで伸びている。すなわち、これらの磁性板は、マグネット１１０の表面の上では、それらの中心線ＯＧ１、ＯＧ２が、対称の軸に沿って平行に伸びており、これらの磁性板は、マグネットの両側面付近の表面の上において線対称の形状をなしている。
なお、本実施例では、図１５に示した第３の実施例のロータリーエンコーダの機能ブロック図における、ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５に代えて、ＧＭＲセンサ信号の処理ユニットを設けると共に、第３の実施例の光学センサ信号の処理ユニット１７と同じ機能を備えている。ＧＭＲセンサからは、サイン波、コサイン波の信号が出力される。このＧＭＲセンサ信号の処理ユニットも、第３の実施例における，ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５と同様な機能を備え、アナログ信号のサンプリングデータが、ＡＤ変換器（ＡＤＣ－１（インクリメンタル）、ＡＤＣ－２（アブソリュート））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に記録される。
【0062】
本実施例では、ロータリーエンコーダの磁気センサとしてＧＭＲセンサを採用し、さらに、第１磁性板及び第２磁性板を、マグネット１１０の表面上でかつその外周付近まで伸ばす構成としている。これにより、大バルクハウゼン効果発電ユニットに必要な磁束線φ３の変動を確保すると共に、主にマグネットの表面に対して平行もしくはそれに近い外回りの方向の磁束線φ３を受け入れることで、ＧＭＲセンサ１１１０に対する磁場干渉による影響を抑制できる。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エンコーダとすることができる。
軸心方向における、マグネット１１０の表面と各磁性板との間隙をＧ２、各磁性板とＧＭＲセンサ１１１０との間隙をＧ３とした場合、一例として、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、Ｇ２、Ｇ３は、各々、０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。
本実施例は、第１～第３の実施例に比べて、第１磁性板及び第２磁性板による磁場干渉による影響を受けやすい。そのため、予め、ＧＭＲセンサの回転位置毎の出力に対する第１磁性板及び第２磁性板による磁場干渉の影響を測定し、この影響を補正するための回転位置毎の補正データを生成し、システムコントロールユニット１４の初期設定部１４１に保持しておくように構成してもよい。
本実施例によれば、高い精度が要求される、あるいは補助的に使用される、磁気式エンコーダを含む２系統のロータリーエンコーダを備え、かつ、安価で、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ができる。
軸心方向における、マグネット１１０の表面と各磁性板との間隙をＧ２、各磁性板とＧＭＲセンサ１１１０との間隙をＧ３とした場合、一例として、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、Ｇ２、Ｇ３は、各々、０．５～３．０ｍｍ程度が望ましい。
本実施例は、第１～第３の実施例に比べて、第１磁性板及び第２磁性板による磁場干渉による影響を受けやすい。そのため、予め、ＧＭＲセンサの回転位置毎の出力に対する第１磁性板及び第２磁性板による磁場干渉の影響を測定し、この影響を補正するための回転位置毎の補正データを生成し、システムコントロールユニット１４の初期設定部１４１に保持しておくように構成してもよい。
本実施例によれば、高い精度が要求される、あるいは補助的に使用される、磁気式エンコーダを含む２系統のロータリーエンコーダを備え、かつ、安価で、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ができる。
【0063】
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】
【0064】
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
１１１０ ＧＭＲ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
ＯｍｇR－ＯｍｇR 対称の軸
１１ ＴＭＲセンサユニット
１１０ マグネット
１１１ 第１ＴＭＲセンサ
１１１０ ＧＭＲ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
ＯｍｇR－ＯｍｇR 対称の軸
【要約】 （修正有）
【課題】回転軸の角度位置や回転数に関し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配置された磁気センサ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備え、マグネットはその中心を通る境界線を境にし半径方向に一組のＮとＳ極領域が形成された１個の円板状であり、一組のＮとＳ極領域とが１つの平な表面を形成し、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強磁性ワイヤ両端に接続された第１及び第２磁性板を備え、第１及び第２磁性板は強磁性ワイヤ両端からマグネットを挟んでマグネットの両側面の外側まで伸び、第１及び第２磁性板はマグネットの両側面に沿って離間し伸び、記第１及び第２磁性板は回転軸の軸心方向においてマグネットを挟み線対称形状をなす。
【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配置された磁気センサ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備え、マグネットはその中心を通る境界線を境にし半径方向に一組のＮとＳ極領域が形成された１個の円板状であり、一組のＮとＳ極領域とが１つの平な表面を形成し、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強磁性ワイヤ両端に接続された第１及び第２磁性板を備え、第１及び第２磁性板は強磁性ワイヤ両端からマグネットを挟んでマグネットの両側面の外側まで伸び、第１及び第２磁性板はマグネットの両側面に沿って離間し伸び、記第１及び第２磁性板は回転軸の軸心方向においてマグネットを挟み線対称形状をなす。
【選択図】図２
【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】
【図16】
【図17】
【図18】