(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期電動機（１０）の各所定回転角度位置を検出し当該同期電動機の回転に伴い順次Ａ相出力を発生するＡ相検出手段（２０ｂ、５０ｄ）と、
前記同期電動機の前記各所定回転角度位置を前記Ａ相検出素子とは電気的に９０度異なる角度位置にて検出し前記同期電動機の回転に伴い順次Ｂ相出力を発生するＢ相検出手段（２０ｃ、５０ｅ）と、
前記同期電動機の第１基準回転角度位置を検出し第１Ｚ相出力を発生する第１Ｚ相検出手段（２０ｄ、５０ｆ）と、
前記同期電動機の前記第１基準回転角度位置とは異なる第２基準回転角度位置を検出し前記第１Ｚ相出力とは重ならない第２Ｚ相出力を発生する第２Ｚ相検出手段（２０ｅ、５０ｇ）とを備える同期電動機用エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期電動機用エンコーダに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、同期電動機用エンコーダは、同期電動機の１回転あたり、パルスをＡ相出力としてＮ回発生するとともにこれらパルスに対し電気角で９０度位相のずれたパルスをＢ相出力としてＮ回発生し、かつ、同期電動機の１回転あたりパルスを１回Ｚ相出力として発生するように構成して、Ｚ相出力により同期電動機の基準回転位置を検出し、この検出のもとＡ相出力及びＢ相出力により同期電動機の実際の回転位置を検出するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記エンコーダにおいてＺ相出力の出力故障が生ずると、同期電動機の基準回転角度位置を検出できず、その結果、同期電動機の相対角度は検出できるが、絶対角度が検出できなくなるという問題が生ずる。
【０００４】
そこで、本発明は、このようなことに対処するため、同期電動機の実際の回転角度位置の検出にあたり、当該同期電動機の互いに異なる両基準回転角度位置を両Ｚ相出力として検出するようにし、常に絶対角度を検出できるエンコーダを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明に係る同期電動機用エンコーダは、同期電動機（１０）の各所定回転角度位置を検出し当該同期電動機の回転に伴い順次Ａ相出力を発生するＡ相検出手段（２０ｂ、５０ｄ）と、
同期電動機の各所定回転角度位置をＡ相検出素子とは電気的に９０度異なる角度位置にて検出し同期電動機の回転に伴い順次Ｂ相出力を発生するＢ相検出手段（２０ｃ、５０ｅ）と、
同期電動機の第１基準回転角度位置を検出し第１Ｚ相出力を発生する第１Ｚ相検出手段（２０ｄ、５０ｆ）と、
同期電動機の第１基準回転角度位置とは異なる第２基準回転角度位置を検出し第１Ｚ相出力とは重ならない第２Ｚ相出力を発生する第２Ｚ相検出手段（２０ｅ、５０ｇ）とを備える。
【０００６】
これにより、同期電動機の回転に伴いエンコーダはＡ相出力、Ｂ相出力、第１及び第２のＺ相出力を発生する。って、第１及び第２のＺ相出力の一方がエンコーダから発生しないような故障がエンコーダに発生しても、残りのＺ相出力を用いてＡ相出力、Ｂ相出力により同期電動機の回転方向や回転角度位置の制御に要する処理を行うことができる。
【０００７】
よって、従来のようにＺ相出力が同期電動機の１回転あたりに１つしか発生しないようなエンコーダを用いる場合とは異なり、エンコーダが両Ｚ相出力を発生するように両検出手段を備えることで、同期電動機の実際の回転角度位置を精度よく検出できる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面により説明する。図１乃至図６は本発明が同期電動機制御装置に適用された例を示している。この同期電動機制御装置は同期電動機１０を制御するもので、当該同期電動機制御装置は、エンコーダ２０と、カウンタ３０と、制御回路４０とにより構成されている。
【００１２】
同期電動機１０は三相１２極の同期電動機であって、この同期電動機１０は、ステータ１０ａ内にロータ１０ｂを回転自在に同軸的に支持して構成されている（図１及び図２参照）。本実施形態では、ステータ１０ａは、図２にて示すごとく、界磁磁極１１を１２極備えており、これら各界磁磁極１１は、ステータ１０ａの内周面にて当該内周に沿い所定角度間隔にて突出形成されている。１２個の界磁巻線１２の各々は対応の各界磁磁極１１に巻装されている。
【００１３】
ここで、１２個の界磁巻線１２が同期電動機１０の三相を特定する３相界磁巻線を構成する。なお、ロータ１０ｂは、同期電動機１０の回転軸１０ｃに同軸的に支持されており、このロータ１０ｂの外周面には、８極の磁極１３が突出形成されている。
【００１４】
エンコーダ２０は、図１にて示すごとく、同期電動機１０の回転軸１０ｃに同軸的に支持されており、このエンコーダ２０は、図３にて示すごとく、円板２０ａと、４個のホール素子２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅとにより構成されている。円板２０ａは、同期電動機１０の回転軸１０ｃに同軸的に支持されており、この円板２０ａの外周部２１には、その外周方向に沿い、Ｎ極とＳ極が磁極として交互に複数着磁形成されている。ここで、円板２０ａの各磁極の回転角度位置は、ロータ１０ｂにおいてその１回転に亘り定めた各所定回転角度位置に対応する。なお、各磁極のうち三つの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２は、残りの磁極よりも円板２０ａの半径方向幅が図４にて示すことく広くなっている。
【００１５】
各ホール素子２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅは共に同一の構成及び機能を有する。両ホール素子２０ｂ、２０ｃは、図３にて示すごとく、電気角にて互いに９０度異なる角度位置に対応する機械角度位置にて、円板２０ａの外周部２１に対向するように、同一円周上において適宜な静止部材にそれぞれ支持されている。これにより、ホール素子２０ｂは、円板２０ａの回転角度位置を、当該円板２０ａの各磁極との対向時に磁気的に検出し、パルス信号をＡ相出力として順次発生する。また、ホール素子２０ｃは、円板２０ａの回転角度位置を、当該円板２０ａの各磁極との対向時に磁気的に検出し、パルス信号をＢ相出力として順次発生する。ここで、両ホール素子２０ｂ、２０ｃが同時期に検出する円板２０ａの各磁極に対応するＡ相出力及びＢ相出力は、互いに電気角で９０度位相を異にしている。
【００１６】
両ホール素子２０ｄ、２０ｅは、図３にて示すごとく、円板２０ａの中心に対し互いに対称的な回転角度位置にて、両ホール素子２０ｂ、２０ｃよりも円板２０ａの中心側寄りにて円板２０ａの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２に対向し得るように、同一円周上において適宜な静止部材にそれぞれ支持されている。
【００１７】
これにより、ホール素子２０ｄは、円板２０ａの第１基準回転角度位置を、当該円板２０ａの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２のいずれかとの対向時に磁気的に検出し、パルス信号を第１Ｚ相出力としてロータ１０ｂの１回転毎に発生する。また、ホール素子２０ｅは、円板２０ａの第２基準回転角度位置を、当該円板２０ａの磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｓ２のいずれかとの対向時に磁気的に検出し、パルス信号を第２Ｚ相出力としてロータ１０ｂの１回転毎に発生する。なお、第１及び第２の各Ｚ相出力の位相差は電気角度１８０度となっている。
【００１８】
カウンタ３０は、上記第１及び第２のＺ相出力のいずれかを基準にして上記Ａ相出力及びＢ相出力の各数をカウントアップしてこれら各カウントアップ値をロータ１０ｂの絶対回転角度位置に変換し、この絶対回転角度位置を互いに対応するＡ相及びＢ相の各出力の立ち上がり時期の先後と共に制御回路４０に出力する。
【００１９】
制御回路４０は、カウンタ３０の出力に応じた同期電動機１０の制御条件に基づき当該同期電動機１０の通電状態を切り換えて回転を制御する。
【００２０】
以上のように構成した本実施形態において、エンコーダ２０の各検出出力に基づくカウンタ３０の出力により制御回路４０が同期電動機１０を制御する場合、同期電動機１０が正転のときには、エンコーダ２０は、その各出力を、図５にて示すタイミングにて出力する。一方、同期電動機１０が逆転のときには、エンコーダ２０は、その各出力を、図６にて示すタイミングにて出力する。
【００２１】
このような状態においては、エンコーダ２０は、同期電動機１０の回転に伴い、Ａ相出力、Ｂ相出力、第１及び第２のＺ相出力を発生する。ここで、カウンタ３０によりエンコーダ２０の出力をロータ１０ｂの絶対回転角度位置に変換するにあたり、第１及び第２のＺ相出力の一方に基づきＡ相出力、Ｂ相出力により同期電動機１０の回転方向を判定した上でＡ相出力、Ｂ相出力をカウントアップすることとなる。
【００２２】
従って、第１及び第２のＺ相出力の一方がエンコーダ２０から発生しないような故障がエンコーダ２０に発生しても、残りのＺ相出力を用いてＡ相出力、Ｂ相出力により同期電動機１０の回転方向を判定した上でＡ相出力、Ｂ相出力をカウントアップすることができる。よって、従来のようにＺ相出力が同期電動機の１回転あたりに１つしか発生しないようなエンコーダを用いる場合とは異なり、エンコーダ２０が両Ｚ相出力を発生するように両ホール素子２０ｄ、２０ｅを備えることで、ロータ１０ｂの絶対回転角度位置、ひいては同期電動機の実際の回転角度位置を精度よく検出でき、同期電動機１０の回転角度位置制御を精度よく行える。
【００２３】
また、上述のように、両ホール素子２０ｄ、２０ｅの間の角度位置の差は電気角にて１８０度となっている。このため、第１及び第２のＺ相出力のいずれかを基準とするＡ相出力及びＢ相出力のカウントアップ値が、外部からのノイズに起因して実際のロータ１０ｂの回転角度位置とずれるようなことがあっても、第１及び第２のＺ相出力の双方を用いることで、上記回転角度位置のずれを補正する間隔が、１８０度毎、即ち、ロータ１０ｂの１回転あたり２回となる。従って、ノイズが多い環境でも、ノイズの影響によるカウンタ３０のカウントアップ値のずれに起因する同期電動機の回転角度位置の制御性の低下や脱調による制御不能を招くことが少ない。
【００２４】
なお、同期電動機１０の回転方向は、３相の界磁巻線への三相の印加電圧の印加方向で決まる。従って、エンコーダ２０がＡ相出力及びＢ相出力の一方を発生できないような故障を起こしても、両Ｚ相出力の一方が少なくとも有効であれば、エンコーダ２０のＡ相出力及びＢ相出力のうち有効な出力及びＺ相出力を用いることで、カウンタ３０による同期電動機の絶対回転角度位置への変換を行うことができる。
【００２５】
また、上記実施形態において、両ホール素子２０ｄ、２０ｅの回転角度位置の差を電気角度にて１８０度とした例について説明したが、これに限ることなく、両ホール素子２０ｄ、２０ｅの回転角度位置の差を、電気角にて｛（３６０度×同期電動機の相数）／同期電動機の極数｝の整数倍としてもよく、例えば、零としても、上記実施形態と実質的に同様の作用効果を達成できる。
【００２６】
図７は、上記実施形態の変形例を示している。この変形例では、上記実施形態にて述べたエンコーダ２０に代えて、図７にて示すごとく、エンコーダ５０が採用されている。このエンコーダ５０は、同期電動機１０の回転軸１０ｃに同軸的に支持した円板５０ａと、両スリット板５０ｂ、５０ｃと、４個のフォトカプラ５０ｄ乃至５０ｇとを備えている。
【００２７】
円板５０ａは、上記実施形態にて述べた円板２０ａに対応するもので、この円板５０ａは、円板２０ａの外周部に対応する外周部にて、環状パターン部５１を備えている。ここで、当該環状パターン部５１は、円板２０ａの各Ｎ極に対応する白パターン部（光を透過しない）及び各Ｓ極に対応する黒パターン部（光を透過する）が形成されている。
【００２８】
また、円板５０ａは、スリット５２を備えており、このスリット５２は、ホール素子２０ｄに対応する回転角度位置にて、円板５０ａに形成されている（図７参照）。
【００２９】
両スリット板５０ｂ、５０ｃは、円板５０ａの裏面側にて当該円板の外周部の上下各一部にそれぞれ対向する位置において、図示しない適宜な静止部材に支持されている。スリット板５０ｂは、三つのスリット５３、５４、５５を形成してなるもので、両スリット５３、５４は、円板５０ａの環状パターン部５１のうち上記両ホール素子２０ｂ、２０ｃの各回転角度位置に相当する位置にて、スリット板５０ｂに形成されている。また、スリット５５は、円板５０ａのスリット５２に対向する回転角度位置にてスリット板５０ｂに形成されている。スリット板５０ｃはスリット５６を備えており、このスリット５６は、円板５０ａのスリット５２に対向する回転角度位置にてスリット板５０ｃに形成されている。
【００３０】
フォトカプラ５０ｄは、円板５０ａの環状パターン部５１及びスリット板５０ｂのスリット５３を介し互いに対向する発光ダイオードｄ１及びフォトトランジスタｈ１を備えており、フォトトランジスタｈ１は、発光ダイオードｄ１からの光を円板５０ａの環状パターン部５１及びスリット板５０ｂのスリット５３を通して受光して、円板５０ａの所定回転角度位置を検出し、パルス信号をＡ相出力として順次発生する。
【００３１】
フォトカプラ５０ｅは、円板５０ａの環状パターン部５１及びスリット板５０ｂのスリット５４を介し互いに対向する発光ダイオードｄ２及びフォトトランジスタｈ２を備えており、フォトトランジスタｈ２は、発光ダイオードｄ２からの光を円板５０ａの環状パターン部５１及びスリット板５０ｂのスリット５４を通して受光して、円板５０ａの所定回転角度位置を検出し、パルス信号をＢ相出力として順次発生する。
【００３２】
フォトカプラ５０ｆは、円板５０ａのスリット５２及びスリット板５０ｂのスリット５５を介し互いに対向する発光ダイオードｄ３及びフォトトランジスタｈ３を備えており、フォトトランジスタｈ３は、発光ダイオードｄ３からの光を円板５０ａのスリット５２及びスリット板５０ｂのスリット５５を通して受光して、円板５０ａの第１基準回転角度位置を検出し、パルス信号を第１Ｚ相出力として発生する。
【００３３】
フォトカプラ５０ｇは、円板５０ａのスリット５２及びスリット板５０ｃのスリット５６を介し互いに対向する発光ダイオードｄ４及びフォトトランジスタｈ４を備えており、フォトトランジスタｈ４は、発光ダイオードｄ４からの光を円板５０ａのスリット５２及びスリット板５０ｂのスリット５６を通して受光して、円板５０ａの第２基準回転角度位置を検出し、パルス信号を第２Ｚ相出力として発生する。その他の構成は上記実施形態と同様である。
【００３４】
このように構成した本変形例では、エンコーダ５０が、上記実施形態にて述べたエンコーダ２０と同様に、同期電動機１０の回転に応じて、Ａ相出力、Ｂ相出力、第１及び第２のＺ相出力を発生する。そして、このエンコーダ５０の出力をエンコーダ２０の出力に代えてカウンタ３０に付与することで、エンコーダ５０が第１及び第２のＺ相出力の一方を発生しない故障を生じても、これに影響されることなく、カウンタ３０による絶対回転角度位置への変換が上記実施形態と同様に行える。その結果、本変形例でも、上記実施形態と同様の作用効果を達成できる。
【００３５】
なお、本発明の実施にあたり、同期電動機の相数及び極数は必要に応じて適宜変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の同期電動機の模式的端面図である。
【図３】図１のエンコーダの端面図である。
【図４】図３のエンコーダの円板の端面図である。
【図５】図１のエンコーダのＡ相出力、Ｂ相出力、第１及び第２のＺ相出力の同期電動機の正転におけるタイミングチャートである。
【図６】図１のエンコーダのＡ相出力、Ｂ相出力、第１及び第２のＺ相出力の同期電動機の逆転におけるタイミングチャートである。
【図７】上記実施形態の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…同期電動機、２０、５０…エンコーダ、２０ａ、５０ａ…円板、
２０ｂ乃至２０ｅ…ホール素子、５０ｂ、５０ｃ…スリット板、
５０ｄ乃至５０ｇ…フォトカプラ、５２乃至５６…スリット。
【図１】
0003551131.tif 000002
【図２】
0003551131.tif 000003
【図３】
0003551131.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003551131.tif 000006
【図６】
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【図７】
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