(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】2024-05-24
(45)【発行日】2024-06-03
(54)【発明の名称】ロータリーエンコーダ及びそれを含むサーボコントローラ
(51)【国際特許分類】
G01D 5/245 20060101AFI20240527BHJP
G01D 5/244 20060101ALI20240527BHJP
H02K 11/215 20160101ALI20240527BHJP
【ＦＩ】
G01D5/245 W
G01D5/244 E
H02K11/215
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2023145333
(22)【出願日】2023-09-07
【審査請求日】2023-09-22
【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】吉田 久
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－２１６８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－５９８７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－１３６５５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－５１８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－２４０３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３０４５０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１９１０９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２１１４８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２３／１５７６０１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０２１－２１６８２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／１２－５／２５２
Ｂ２５Ｊ １／００－２１／０２
Ｈ０２Ｋ １１／２１５
(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数、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、主電源と、大バルクハウゼン効果発電ユニットと、少なくとも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バックアップ電源を備えており、
前記磁気センサは、第１ＴＭＲセンサと第２ＴＭＲセンサを有しており、
前記磁気センサの出力であるサイン波、コサイン波のアナログ信号を、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、高分解能の１回転アブソリュート信号と高分解能の多回転アブソリュート信号の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、
前記磁気センサと前記磁気センサ信号の処理ユニットとが搭載されたプリント基板が、円筒状のエンコーダハウジングに保持されており、
前記マグネットは、一組のＮ極領域とＳ極領域が形成された、平な表面と裏面を有する１個の円板状のマグネットであり、
前記第１ＴＭＲセンサは、前記回転軸の軸心（ＯS－ＯS）方向に前記マグネットの前記表面と間隙Ｇ１を介して前記マグネットに面する位置において、前記プリント基板上に設置され、
前記第２ＴＭＲセンサは、前記回転軸の前記軸心方向において前記プリント基板の前記マグネットに面する側とは反対側の面に配置されており、
前記大バルクハウゼン効果発電ユニットは、前記プリント基板に対して前記マグネットと同じ側において、前記円筒状のエンコーダハウジングの一部を凹設した収納部内に保持された１つの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エンコーダハウジングの中空部に向けて、前記マグネットの前記平な表面を挟んで前記マグネットの両側面の外側まで、前記回転軸の前記軸心方向に直交する対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って伸びており、
前記強磁性ワイヤと前記発電用コイル、及び前記第１磁性板及び前記第２磁性板は、前記対称の軸（ＯｍｇR－ＯｍｇR）に沿って、前記回転軸の前記軸心方向において、前記マグネットと同じ高さに配置されており、
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、前記回転軸の前記軸心方向において、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】
請求項１において、前記磁気センサ信号の処理ユニットは、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット及び第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニットを備えており、
前記第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット及び前記第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニットは、各々、前記高分解能の１回転アブソリュート信号と前記高分解能の多回転アブソリュート信号の２系統の情報を生成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3】
請求項１又は２において、前記高分解能の１回転アブソリュート信号は、前記磁気センサの出力に基づく、原点位置（Ｚ０）を基準とした前記回転軸の、１回転内の前記回転数、前記回転角度及び前記回転方向の情報を含んでおり、
前記高分解能の多回転アブソリュート信号は、前記磁気センサの出力に基づく、前記原点位置（Ｚ０）を基準とした前記回転軸の、前記回転数、前記回転方向、前記回転角度の情報を含んで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において、前記高分解能の１回転アブソリュート信号と前記高分解能の多回転アブソリュート信号の２系統の情報は、それらの最大のビット数が同じビット数の前記デジタルデータであ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において、前記第１磁性板及び前記第２磁性板の前記マグネット側の端は、前記マグネットを挟んで、解放端となっており、
前記第１磁性板及び前記第２磁性板の各先端は、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6】
請求項２において、前記ロータリーエンコーダは、さらに、セーフティ制御ユニットを備えており、
前記セーフティ制御ユニットは、前記第１ＴＭＲセンサ、前記第２ＴＭＲセンサ、前記第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット、及び前記第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニットの出力状態を監視し、それらのいずれかが故障した場合には、前記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7】
制御対象のモータを備えたサーボコントローラであって、前記モータは、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コントローラ。
【請求項8】
請求項７において、複数の前記サーボコントローラが、これらの複数のサーボコントローラ（Ａ～Ｎ）を制御する共通の上位制御システムに接続されており、
前記高分解能の１回転アブソリュート信号と前記高分解能の多回転アブソリュート信号の２系統の情報は、それらの最大のビット数が同じビット数の前記デジタルデータであり、
前記各サーボコントローラ（Ａ～Ｎ）は、各々の対応する前記モータに関して、前記同じビット数の前記デジタルデータにより、前記主電源が正常な状態における通常運転、前記主電源が失われた電源停止時における、運転停止、再起動の処理を行うことを特徴とするサーボコントローラ。
【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含むサーボコントローラに係り、特に、大バルクハウゼン効果発電ユニットを備えた磁気式アブソリュートエンコーダ及びそれを含むサーボコントローラに関する。
【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。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コントローラのサーボモータとして制御するのに用いられている。
一般に、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、例えば大バルクハウゼン効果を利用した発電装置やウイガントワイヤーを用いた発電装置が知られている。
一般に、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、例えば大バルクハウゼン効果を利用した発電装置やウイガントワイヤーを用いた発電装置が知られている。
【0003】
特許文献１には、磁気センサと、演算手段と、主電源及び、主電源が遮断された場合に動作させるバックアップ電源を備え、通常時動作には高速・高精度で検出動作を行うことのできる主演算手段を用いて第１の１回転絶対値および第１の多回転値を算出でき、バックアップ時には低消費電力のバックアップ演算手段を用いて少なくとも第２の多回転値を算出し、検出動作をバックアップできるようにした、磁気式アブソリュートエンコーダが開示されている。
【0004】
特許文献２には、外部電源における停電を検出したときに所定の動作をロボットに行わせるための予備電源としてコンデンサやバッテリーを備えるときに、予備電源での電力消費量を少なくすることができ、電源復帰時の再起動や通常動作の再開が容易であるロボットの停止方法と、そのような停止方法が開示されている。
【0005】
特許文献３には、制動時に工具マガジンの伝動機構に作用する負荷を抑制することができる制御装置であって、停電の有無を判定する停電判定部と、前記停電判定部にて停電していると判定した場合、停電していない時の時定数よりも短い時定数で前記工具マガジンの減速を実行する減速部とを備えた制御装置が開示されている。この制御装置は、エンコーダを備えたマガジンモータを制御し、停電後、コンデンサ等の蓄電部に蓄積した電力が無くなるまでの間、例えば２００ｍｓの間に、工具マガジンの減速処理を完了できるように構成されている。
【0006】
特許文献４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】
【0007】
【文献】特開２００８－１８０６９８号公報
【文献】特開２０２１－０２４０３８号公報
【文献】特開２０２３－０９５２３３号公報
【文献】ＷＯ２０１９／１８８８５９Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献１に記載された磁気式アブソリュートエンコーダは、主電源からの電力供給が遮断された停電時には、電力供給源をバックアップ電源に切り替え、このバックアップ電源の電力消費を抑制するために、通常時動作時よりも精度の低い第２の多回転値のみが算出される。すなわち、停電時には、精度を落とした多回転値を制御に使用している。
【0009】
特許文献２の発明は、停電発生時に予備電源からの電力の消費量を低減しつつロボットのＺ軸を安全に停止できるように構成されている。しかし、予備電源の電力量を、停電時にも増やすことについての記載はない。
特許文献３の発明は、停電用の蓄電部として、コンデンサ又は蓄電池を有する。この蓄電部は、停電時に所定時間、例えば少なくとも２００ｍｓ、工作機械の駆動及び制御が可能な電力を蓄積する。蓄電部の電力量を、停電時にも増やすことについての記載はない。
特許文献３の発明は、停電用の蓄電部として、コンデンサ又は蓄電池を有する。この蓄電部は、停電時に所定時間、例えば少なくとも２００ｍｓ、工作機械の駆動及び制御が可能な電力を蓄積する。蓄電部の電力量を、停電時にも増やすことについての記載はない。
【0010】
特許文献４に記載されたエンコーダの発電装置は、大バルクハウゼン効果を利用した発電部を備えているので、停電時にも、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。その半面、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。
【0011】
また、モータで駆動される被駆動体の速度が速やかに変化し、かつ、ゆっくり停止できるような、自在で滑らかな速度制御を可能にするためには、例えば２７ビット等の高い分解能の位置・角度データ、すなわち、１回転アブソリュートデータと多回転アブソリュートデータが必要である。
しかし、市販されている多くのアブソリュートタイプのロータリーエンコーダでは、１回転アブソリュートデータの最大値のビット数が、多回転アブソリュートデータの最大値のビット数よりも大きくなっている。例えば、１回転アブソリュートデータが１７ｂｉｔ、多回転アブソリュートデータが１６ｂｉｔのロータリーエンコーダが市販されている。また、１回転アブソリュートデータが２４ｂｉｔ、多回転アブソリュートデータが１６ｂｉｔのロータリーエンコーダも市販されている。これは、多回転アブソリュートデータの生成に、消費電力量の多い、光学式のエンコーダが使用されていることと大きな関係があると考えられる。
しかし、市販されている多くのアブソリュートタイプのロータリーエンコーダでは、１回転アブソリュートデータの最大値のビット数が、多回転アブソリュートデータの最大値のビット数よりも大きくなっている。例えば、１回転アブソリュートデータが１７ｂｉｔ、多回転アブソリュートデータが１６ｂｉｔのロータリーエンコーダが市販されている。また、１回転アブソリュートデータが２４ｂｉｔ、多回転アブソリュートデータが１６ｂｉｔのロータリーエンコーダも市販されている。これは、多回転アブソリュートデータの生成に、消費電力量の多い、光学式のエンコーダが使用されていることと大きな関係があると考えられる。
【0012】
一方、ロボット等の産業用機械においては、多数のサーボモータが使用されており、これらのサーボモータを制御する複数のサーボコントローラは、上位のコントローラにより管理されるように構成されている。多数のサーボモータを一元的に、かつ、円滑に制御するためには、１回転アブソリュートデータの最大値のビット数と、多回転アブソリュートデータの最大値のビット数とが等しいのが望ましい。
【0013】
本発明の１つの課題は、磁気センサを使用して高精度のアブソリュートデジタル信号を生成すると共に、主電源からの電力供給が遮断された停電時に、モータ等の停止処理を円滑に行える電力を確保できる発電装置を備えた、ロータリーエンコーダを提供することにある。
本発明の他の課題は、１回転アブソリュート信号と前記多回転アブソリュート信号の２系統の情報を生成する機能を有するロータリーエンコーダを備えたサーボコントローラにおいて、主電源から電力が供給される通常運転時のみならす、主電源からの電力供給が遮断された停電時にも、制御を円滑に行えるサーボコントローラを提供することにある。
本発明の他の課題は、１回転アブソリュート信号と前記多回転アブソリュート信号の２系統の情報を生成する機能を有するロータリーエンコーダを備えたサーボコントローラにおいて、主電源から電力が供給される通常運転時のみならす、主電源からの電力供給が遮断された停電時にも、制御を円滑に行えるサーボコントローラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
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、主電源と、大バルクハウゼン効果発電ユニットと、少なくとも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バックアップ電源を備えており、前記磁気センサは、ＴＭＲセンサであり、
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、１回転アブソリュート信号と多回転アブソリュート信号の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、エンコーダハウジングに保持されており、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かつ前記マグネットに面する位置に設置され、前記マグネットは、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、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。
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、１回転アブソリュート信号と多回転アブソリュート信号の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、エンコーダハウジングに保持されており、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かつ前記マグネットに面する位置に設置され、前記マグネットは、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、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。
【0015】
本発明によれば、１個のＴＭＲセンサを使用して高精度のアブソリュートデジタル信号を生成すると共に、主電源からの電力供給が遮断された停電時に、モータ等の停止処理を円滑に行える電力を確保できる発電装置を備えた、ロータリーエンコーダを提供することができる。
【0016】
本発明の他の態様によれば、複数の前記サーボコントローラが、複数のサーボコントローラ（Ａ～Ｎ）を制御する共通の上位制御システムに接続されている。
前記１回転アブソリュート信号と前記多回転アブソリュート信号の２系統の情報は、それらの最大のビット数が同じビット数のデジタルデータである。
本発明によれば、主電源から電力が供給される通常運転時のみならす、主電源からの電力供給が遮断された停電時にも、制御を円滑に行えるサーボコントローラを提供することができる。
前記１回転アブソリュート信号と前記多回転アブソリュート信号の２系統の情報は、それらの最大のビット数が同じビット数のデジタルデータである。
本発明によれば、主電源から電力が供給される通常運転時のみならす、主電源からの電力供給が遮断された停電時にも、制御を円滑に行えるサーボコントローラを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【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】本発明の第１の実施例に係るサーボコントローラの構成例を示す、ブロック図である。
【図3】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4】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6】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7】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8A】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8B】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8C】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8D】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8E】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8F】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9】第１の実施例における、電源ユニットの回路の構成例を示す図である。
【図10】第１の実施例における、マグネットの回転と、ＴＭＲセンサの出力の関係を示す図である。
【図11】第１の実施例における、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニットの信号処理を示す、フローチャートである。
【図12】第１の実施例における、マグネットの回転に伴う第１ＴＭＲセンサの出力、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13】第１の実施例における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14】前記電源ユニット等の動作を示すタイムチャートであり、主電源が正常な状態から停電し、電源復帰するまでの、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15】本発明の第２の実施例に係る、電源ユニットの回路の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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５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、機能ブロック図、図２は、サーボコントローラの構成例、図３～図５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。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１１０は、その中心を通る境界線１１０１（図４参照）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３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、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。
図１は、ロータリーエンコーダの構成例、機能ブロック図、図２は、サーボコントローラの構成例、図３～図５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。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１１０は、その中心を通る境界線１１０１（図４参照）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３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、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。
【0019】
システムコントロールユニット１４は、初期設定部１４１、電源監視・制御ユニット１４３、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１４６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原点、出力条件に従って、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。
【0020】
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１４６は、各ロータリーエンコーダ１０（Ａ～Ｎ）と対応のサーボコントローラ６０（Ａ～Ｎ）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（図２参照）。これらの情報には、１回転アブソリュートデータ５０、および多回転アブソリュートデータ５２が含まれている。この１回転アブソリュートデータ５０と、多回転アブソリュートデータ５２は、それらの最大のビット数が同じビット数のデジタルデータである。
シリアル／パラレル信号送受信ユニット１４６は、各ロータリーエンコーダ１０（Ａ～Ｎ）と対応のサーボコントローラ６０（Ａ～Ｎ）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（図２参照）。これらの情報には、１回転アブソリュートデータ５０、および多回転アブソリュートデータ５２が含まれている。この１回転アブソリュートデータ５０と、多回転アブソリュートデータ５２は、それらの最大のビット数が同じビット数のデジタルデータである。
【0021】
図２に示すように、各サーボコントローラ６０（Ａ～Ｎ）は、１つの上位制御システム７０に接続されており、この上位制御システム７０が、各サーボコントローラを介して、制御対象のモータ８０（Ａ～Ｎ）を制御する。上位制御システム７０は、全てのモータ８０（Ａ～Ｎ）に関して、主電源が正常な状態における通常運転の制御、主電源が失われた電源停止時における、運転停止、再起動の処理を行う。ロータリーエンコーダが装着される回転軸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８２等を介して間接的に、駆動される。
上位制御システム７０及び各サーボコントローラ（Ａ～Ｎ）は、各々の対応するモータに関して、前記同じ高ビット数のデジタルデータにより、主電源が正常な状態における通常運転、主電源が失われた電源停止時における、運転停止、再起動の処理を行う。
上位制御システム７０及び各サーボコントローラ（Ａ～Ｎ）は、各々の対応するモータに関して、前記同じ高ビット数のデジタルデータにより、主電源が正常な状態における通常運転、主電源が失われた電源停止時における、運転停止、再起動の処理を行う。
【0022】
ＴＭＲセンサユニット１１は、プリント基板１９（図３参照）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。（以下の説明では、特に必要がある場合を除き、第１ＴＭＲセンサ１１１関係のみ説明し、第２ＴＭＲセンサ１１２関係の説明は省略する。）
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８０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。
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８０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。
【0023】
図１に戻って、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、１回転アブソリュート信号生成ユニット１５２と、多回転アブソリュート信号生成ユニット１５３を備えている。第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、第１ＴＭＲセンサ１１１の出力であるアナログ信号を、ＡＤ変換し、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号の２系統の情報を、第１のデジタルデータとして生成する機能を備えている。
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。
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。
【0024】
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、６４ビットのＡＤ変換器（ＳＩＮ）１５１１、ＡＤ変換器（ＣＯＳ）１５１２によりデジタル値に変換し、それらの変換値が回転軸の回転数Ｎｘ、温度センサ１３及び１１３のデータと関係づけて、時系列データとしてメモリ１５１３に記録される。
【0025】
１回転アブソリュート信号生成ユニット１５２は、メモリ１５１３の時系列データを基に、原点位置（Ｚ０）を基準として、１回転内の回転角度及び回転方向の情報を含む、１回アブソリュートデータを生成し、メモリに記録する。
多回転アブソリュート信号生成ユニット１５３は、回転数、回転方向検出部１５３１と、１回転アブソリュート信号生成部１５３２と、多回転アブソリュート信号生成部１５３３とを有する。メモリ１５１３の時系列データを基に、原点位置（Ｚ０）を基準として、回転数、回転方向、回転角度の情報を含む、多回転アブソリュート信号を生成し、メモリに記録する。
多回転アブソリュート信号生成ユニット１５３は、回転数、回転方向検出部１５３１と、１回転アブソリュート信号生成部１５３２と、多回転アブソリュート信号生成部１５３３とを有する。メモリ１５１３の時系列データを基に、原点位置（Ｚ０）を基準として、回転数、回転方向、回転角度の情報を含む、多回転アブソリュート信号を生成し、メモリに記録する。
【0026】
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は、第２ＴＭＲセンサ１１２の出力である第２のアナログ信号をＡＤ変換し、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号の情報を、第２のデジタルデータとして生成する。第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６の信号の処理は、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の信号の処理と同じなので、説明を省略する。
なお、用途によっては、第２ＴＭＲセンサ１１２を省略し、ＴＭＲセンサ１１１とそれ対応する信号の処理ユニットで、ロータリーエンコーダを構成しても良い。
第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６は、第２ＴＭＲセンサ１１２の出力である第２のアナログ信号をＡＤ変換し、高分解能（例えば、２７ｂｉｔ／回転）のアブソリュート信号の情報を、第２のデジタルデータとして生成する。第２ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１６の信号の処理は、第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５の信号の処理と同じなので、説明を省略する。
なお、用途によっては、第２ＴＭＲセンサ１１２を省略し、ＴＭＲセンサ１１１とそれ対応する信号の処理ユニットで、ロータリーエンコーダを構成しても良い。
【0027】
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の出力に基づき、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、例えば、第１のデジタルデータが、アブソリュート信号として、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１４６から通信ケーブルを介して、サーボコントローラ６０へ送信される。
【0028】
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。
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を有する大バルクハウゼン効果電源１２２、及び、コンデンサを有するバックアップ電源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。
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。
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を有する大バルクハウゼン効果電源１２２、及び、コンデンサを有するバックアップ電源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。
【0029】
図３に示すように、ロータリーエンコーダ１０の、円板状のマグネット１１０と大バルクハウゼン効果発電ユニット１１５を除く部分、すなわち、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が、１枚のプリント基板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。
【0030】
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。
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。
【0031】
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、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。
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、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。
【0032】
図４に示すように、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。
【0033】
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３参照）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。
図４に示したように、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、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。
図４に示したように、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、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。
【0034】
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。
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。
【0035】
図５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。
【0036】
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、マグネットのさらに外側、及びマグネットの側面から、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Ｓ極領域外側やマグネットの側面へと外回りで向かう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、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、マグネットのさらに外側、及びマグネットの側面から、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Ｓ極領域外側やマグネットの側面へと外回りで向かう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、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。
【0037】
次に、図６、図７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６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、斜線で示している。この対向している領域の面積大小は、マグネット１１０から第１、第２磁性板１１５６、１１５８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方向と関係する。なお、実際には、マグネットの回転に伴う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が、大凡の傾向を知るのに参考になるものである。
図６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。
図６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、斜線で示している。この対向している領域の面積大小は、マグネット１１０から第１、第２磁性板１１５６、１１５８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方向と関係する。なお、実際には、マグネットの回転に伴う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が、大凡の傾向を知るのに参考になるものである。
図６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。
【0038】
この状態から、マグネット１１０が４５度回転した（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（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（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６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。
【0039】
図７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６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７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、マグネットから第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８を経てＳ極領域へ向かう磁束線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する。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６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７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、マグネットから第１磁性板１１５６、第２磁性板１１５８を経てＳ極領域へ向かう磁束線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する。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。
【0040】
さらに、マグネット１１０が図６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７の（Ｄ）に示すように、パルス状の発電出力が得られる。
【0041】
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。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る。これにより、１個のマグネットが回転するのに伴い、図６、図７に示したように、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１１５８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。
【0042】
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８Ａ～図８Ｅ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ことが必要である。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８Ａに示すように、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しい。
図８Ａ～図８Ｅ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ことが必要である。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８Ａに示すように、Ｌｍ１は、Ｄｍにほぼ等しい。
【0043】
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６、図７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８Ｂに示したように、長さＬｍ２が、Ｄｍより若干短くてもよい。また、図８Ｃ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、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８Ｄに示したように、長さＬｓ１が、Ｄｍの半分の場合でも良い。なお、図８Ｅに示したように、第１磁性板と第２磁性板の先端が、半径方向の内側を向いていても良い。
【0044】
次に、図８Ｆ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７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。
【0045】
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９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を経て出力部１２４の出力端子１２５に電力を供給する。
大バルクハウゼン効果電源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１２２４を介して、出力端子１２５に直流電力を供給する。
バックアップ電源１２３は、大バルクハウゼン効果電源１２２の出力端にダイオード１２３１を介して並列接続された、コンデンサ１２３２、１２３３を含んでいる。これらのコンデンサの端子はダイオード１２３１を介して出力端子１２５に接続されている。バックアップ電源１２３は、ロータリーエンコーダ１０に、主電源の停電時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１２３２、１２３３に蓄積され、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。バックアップ電源１２３は、主電源１２１と大バルクハウゼン効果電源１２２の双方から、個別に、電力を供給されるように構成しても良い。
出力部１２４は、電流／電圧制限回路１２４１を有しており、電源監視・制御ユニット１４３の制御を受けて、出力部１２４の出力電圧が所定の電圧Ｖｃｃに端子１２５になるように制御する。
なお、本発明の大バルクハウゼン効果電源１２２は、コンパクトな構成でも大きな電力を発生する。そのため、バックアップ電源１２３に、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、あるいは、全固体電池を採用し、主電源の停電後も長期間、十分な電力の供給ができるようにしても良い。
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を経て出力部１２４の出力端子１２５に電力を供給する。
大バルクハウゼン効果電源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１２２４を介して、出力端子１２５に直流電力を供給する。
バックアップ電源１２３は、大バルクハウゼン効果電源１２２の出力端にダイオード１２３１を介して並列接続された、コンデンサ１２３２、１２３３を含んでいる。これらのコンデンサの端子はダイオード１２３１を介して出力端子１２５に接続されている。バックアップ電源１２３は、ロータリーエンコーダ１０に、主電源の停電時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１２３２、１２３３に蓄積され、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。バックアップ電源１２３は、主電源１２１と大バルクハウゼン効果電源１２２の双方から、個別に、電力を供給されるように構成しても良い。
出力部１２４は、電流／電圧制限回路１２４１を有しており、電源監視・制御ユニット１４３の制御を受けて、出力部１２４の出力電圧が所定の電圧Ｖｃｃに端子１２５になるように制御する。
なお、本発明の大バルクハウゼン効果電源１２２は、コンパクトな構成でも大きな電力を発生する。そのため、バックアップ電源１２３に、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、あるいは、全固体電池を採用し、主電源の停電後も長期間、十分な電力の供給ができるようにしても良い。
【0046】
電源監視・制御ユニット１４３は、主電源１２１、大バルクハウゼン効果電源１２２、及びバックアップ電源１２３の各電源を制御し、それらが正常に機能しているか否かを監視し、異常がある場合はその旨の異常表示を行うとともに、電源の切り替えや、ロータリーエンコーダの停止などの制御も行う。
電源ユニット１２の出力端子１２５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１２５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。
【0047】
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。
【0048】
次に、図１１、図１２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、回転軸の原点の情報、生成する高ビット数を取得する（Ｓ１０１）。
次に、メモリから、第１ＴＭＲセンサ信号（Sin, Cos波）のＡＤ変換のデータを取得する（Ｓ１０２）。すなわち、図１２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（Ａ相信号）、ＣＯＳ波（B相信号）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。
さらに、Ａ相信号(Asinθ)、B相信号(Cosθ)を基に、逆正接関数演算により、θを算出して、メモリに記録する（Ｓ１０３）。
第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、初期設定値から、回転軸の原点の情報、生成する高ビット数を取得する（Ｓ１０１）。
次に、メモリから、第１ＴＭＲセンサ信号（Sin, Cos波）のＡＤ変換のデータを取得する（Ｓ１０２）。すなわち、図１２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（Ａ相信号）、ＣＯＳ波（B相信号）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。
さらに、Ａ相信号(Asinθ)、B相信号(Cosθ)を基に、逆正接関数演算により、θを算出して、メモリに記録する（Ｓ１０３）。
【0049】
すなわち、図１２の（Ｂ）、（Ｃ）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、メモリに記録される。
【0050】
第１ＴＭＲセンサ信号の処理ユニット１５は、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、アブソリュート値にメモリの番地付けを行い、１回転アブソリュートデータとして、メモリに記録する（Ｓ１０４）。
さらに、原点情報、Ａ相信号、Ｂ相信号の値から、回転方向、回転数を含む多回転情報を生成してメモリに記録すると共に（Ｓ１０６）、算出されたθ を基に、高ビットの１回転アブソリュート情報を生成し（Ｓ１０７）、これらのデータに基づき、１回転アブソリュート情報と多回転情報を基に、高ビットの多回転アブソリュートデータを生成し、メモリに記録する（Ｓ１０８）。
このようにして、１回転アブソリュート信号と多回転アブソリュート信号が生成され、メモリに記録される。
さらに、原点情報、Ａ相信号、Ｂ相信号の値から、回転方向、回転数を含む多回転情報を生成してメモリに記録すると共に（Ｓ１０６）、算出されたθ を基に、高ビットの１回転アブソリュート情報を生成し（Ｓ１０７）、これらのデータに基づき、１回転アブソリュート情報と多回転情報を基に、高ビットの多回転アブソリュートデータを生成し、メモリに記録する（Ｓ１０８）。
このようにして、１回転アブソリュート信号と多回転アブソリュート信号が生成され、メモリに記録される。
【0051】
ロータリーエンコーダ１０には、起動時、主電源から電力が供給される。起動後は、主電源、もしくは、大バルクハウゼン効果電源１２２からロータリーエンコーダに電力が供給される。
図１３は、電源ユニット１２の動作を示すタイムチャートである。すなわち、主電源が正常な状態から停電した場合の、電源の切り替え状態の一例を示す図である。この例では、電源の電源が正常な状態では、主電源からロータリーエンコーダ１０に、電力が供給される。
まず、初期設定部から、各電源の正常判定に関する情報を取得する（Ｓ１２０１）。そして、電源監視・制御ユニット１４３による電源ユニット１２の各電源（１２１、１１２、１２３）の電源監視のデータをモニタする（Ｓ１２０２）。もし、主電源１２１の電圧が正常な場合には（Ｓ１２０３でＮＯ）、第１、第２TMRセンサの出力を基に、同じ高ビット数の１回転モード＆多回転モードでアブソリュート信号を生成する（１２０４）。この処理を通常運転終了まで継続する（Ｓ１２０５、Ｓ１２０６）。Ｓ１２０２で主電源１２１の電圧が低下している場合には（Ｓ１２０３でＹＥＳ）、大バルクハウゼン効果電源１２２の状態を確認し（Ｓ１２１０）、正常な場合には、電源を大バルクハウゼン効果電源に切り替える（Ｓ１２１１）。そして、第１、第２TMRセンサの出力を基に、各々、同じ高ビット数の１回転モード及び多回転モードでアブソリュート信号を生成する（１２１２）。この処理を停止処理終了まで継続する（Ｓ１２１３、Ｓ１２１４）。もし、大バルクハウゼン効果電源１２２の発電出力が無いか低下している場合には（Ｓ１２１０でＮＯ）、バックアップ電源１２３の状態を確認する（Ｓ１２２０）。バックアップ電源１２３の電圧が正常な場合には、電源をバックアップ電源に切り替える（Ｓ１２２１）。そして、第１TMRセンサの出力を基に、同じ高ビット数の１回転モード＆ 多回転モードでアブソリュート信号を生成する。一方、第２TMRセンサの処理は停止する（Ｓ１２２２）。この処理を停止処理終了まで継続する（Ｓ１２２３、Ｓ１２２４）。もし、バックアップ電源１２３の電圧が低下している場合には（Ｓ１２２０でＮＯ）、電源のエラー表示を行い（Ｓ１２３０）、エンコーダの運転終了の処理を行う（Ｓ１２３１）。
主電源部１２１１が、例えば主電源の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電源１２２、さらには、バックアップ電源１２３から、引き続き、ロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。
図１３は、電源ユニット１２の動作を示すタイムチャートである。すなわち、主電源が正常な状態から停電した場合の、電源の切り替え状態の一例を示す図である。この例では、電源の電源が正常な状態では、主電源からロータリーエンコーダ１０に、電力が供給される。
まず、初期設定部から、各電源の正常判定に関する情報を取得する（Ｓ１２０１）。そして、電源監視・制御ユニット１４３による電源ユニット１２の各電源（１２１、１１２、１２３）の電源監視のデータをモニタする（Ｓ１２０２）。もし、主電源１２１の電圧が正常な場合には（Ｓ１２０３でＮＯ）、第１、第２TMRセンサの出力を基に、同じ高ビット数の１回転モード＆多回転モードでアブソリュート信号を生成する（１２０４）。この処理を通常運転終了まで継続する（Ｓ１２０５、Ｓ１２０６）。Ｓ１２０２で主電源１２１の電圧が低下している場合には（Ｓ１２０３でＹＥＳ）、大バルクハウゼン効果電源１２２の状態を確認し（Ｓ１２１０）、正常な場合には、電源を大バルクハウゼン効果電源に切り替える（Ｓ１２１１）。そして、第１、第２TMRセンサの出力を基に、各々、同じ高ビット数の１回転モード及び多回転モードでアブソリュート信号を生成する（１２１２）。この処理を停止処理終了まで継続する（Ｓ１２１３、Ｓ１２１４）。もし、大バルクハウゼン効果電源１２２の発電出力が無いか低下している場合には（Ｓ１２１０でＮＯ）、バックアップ電源１２３の状態を確認する（Ｓ１２２０）。バックアップ電源１２３の電圧が正常な場合には、電源をバックアップ電源に切り替える（Ｓ１２２１）。そして、第１TMRセンサの出力を基に、同じ高ビット数の１回転モード＆ 多回転モードでアブソリュート信号を生成する。一方、第２TMRセンサの処理は停止する（Ｓ１２２２）。この処理を停止処理終了まで継続する（Ｓ１２２３、Ｓ１２２４）。もし、バックアップ電源１２３の電圧が低下している場合には（Ｓ１２２０でＮＯ）、電源のエラー表示を行い（Ｓ１２３０）、エンコーダの運転終了の処理を行う（Ｓ１２３１）。
主電源部１２１１が、例えば主電源の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電源１２２、さらには、バックアップ電源１２３から、引き続き、ロータリーエンコーダ１０に電力が供給される。
【0052】
図１４は、電源ユニット等の動作を示すタイムチャートであり、主電源が正常な状態から停電し、電源復帰するまでの、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。
時刻ｔ１で停電が発生すると、サーボコントローラは、ロボットなどの動作中だった機器を、安全に停止させ、さらに円滑に運転の再開がきるようにするための、停止処理を開始する。本発明の大バルクハウゼン効果電源１２２は、コンパクトな構成でも大きな電力を発生する。そのため停止処理時に、モータの回転が減速する過程でも、大バルクハウゼン効果電源１２２により、バックアップ電源１２３に、十分な電力を充電することができる。
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はその出力が小さくなり、１回転未満になると、発電出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、停電後も比較的長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止した時刻ｔ２の後も、回転軸の回転角度の情報を生成し、円滑な停止処理を実行することができる。
時刻ｔ１で停電が発生すると、サーボコントローラは、ロボットなどの動作中だった機器を、安全に停止させ、さらに円滑に運転の再開がきるようにするための、停止処理を開始する。本発明の大バルクハウゼン効果電源１２２は、コンパクトな構成でも大きな電力を発生する。そのため停止処理時に、モータの回転が減速する過程でも、大バルクハウゼン効果電源１２２により、バックアップ電源１２３に、十分な電力を充電することができる。
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はその出力が小さくなり、１回転未満になると、発電出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、停電後も比較的長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止した時刻ｔ２の後も、回転軸の回転角度の情報を生成し、円滑な停止処理を実行することができる。
【0053】
次に、本発明の第２の実施例について、図１５を参照しながら説明する。図１５は、本発明の電源ユニット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の出力電圧が長時間Ｖｃｃに維持されるように制御される。
本実施例によれば、ロータリーエンコーダ１０は、停電後も比較的長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止した時刻ｔ２の後も、より長い時間、回転軸の回転角度の情報を生成し、円滑な停止処理を実行することができる。
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の出力電圧が長時間Ｖｃｃに維持されるように制御される。
本実施例によれば、ロータリーエンコーダ１０は、停電後も比較的長時間、例えば、回転軸の回転が完全に停止した時刻ｔ２の後も、より長い時間、回転軸の回転角度の情報を生成し、円滑な停止処理を実行することができる。
【0054】
本発明のロータリーエンコーは、例えば、ブラシレスモータ、ステッピングモータ等各種のモータに採用できる。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コントローラにも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【0055】
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
１２ 電源ユニット
１２１ 主電源
１２２ 大バルクハウゼン効果電源
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
１４３ 電源監視・制御ユニット
１４４ エンコーダ入出力制御ユニット
１４６ 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
１５１１ ＡＤ変換器（ＳＩＮ）
１５１２ ＡＤ変換器（ＣＯＳ）
１５２ １回転アブソリュート信号生成ユニット
１５３ 多回転アブソリュート信号生成ユニット
１６ 第２ＴＭＲ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
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
１２ 電源ユニット
１２１ 主電源
１２２ 大バルクハウゼン効果電源
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
１４３ 電源監視・制御ユニット
１４４ エンコーダ入出力制御ユニット
１４６ 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
１５１１ ＡＤ変換器（ＳＩＮ）
１５１２ ＡＤ変換器（ＣＯＳ）
１５２ １回転アブソリュート信号生成ユニット
１５３ 多回転アブソリュート信号生成ユニット
１６ 第２ＴＭＲ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】
【課題】磁気センサを使用して高精度のアブソリュートデジタル信号を生成すると共に、主電源からの電力供給が遮断された停電時に、モータ等の停止処理を円滑に行える電力を確保できる発電装置を備えた、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、前記マグネットに対向して配置されたＴＭＲ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、主電源と、大バルクハウゼン効果発電ユニットと、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バックアップ電源を備えており、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いる。
【選択図】図１
【解決手段】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ＴＭＲ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、主電源と、大バルクハウゼン効果発電ユニットと、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バックアップ電源を備えており、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いる。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図8E】
【図8F】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】