(57)【要約】【課題】絶対位置検出装置において、構造を簡素化し、小型化およびコストの低減を図る。【解決手段】複数の磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の出力信号に基づいて、モータの回転角の絶対角を検出する絶対位置検出装置において、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車１に歯数の異なる２つの歯車２，３を噛み合わせ、その２つの歯車２，３の回転角度を検出したそれぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出する。【選択図】図１
2015129660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気センサの出力信号に基づいて、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出する絶対位置検出装置であって、
モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、
その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車と第２歯車の角度差を算出し、
第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、モータの回転軸の歯数、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数と、から、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出することを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項２】
ラックに形成された歯に噛み合う歯車に設置された複数の磁気センサの出力信号に基づいて、ラックの絶対位置を検出する絶対位置検出装置であって、
ラックの歯に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、
その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車，第２歯車の角度差を算出し、
第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、ラックの歯数と、から、ラックの絶対位置を検出することを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項３】
歯車に１２０°間隔で磁気センサを配置し、磁気センサから出力された１２０°位相の異なる３相のセンサ出力信号を用いて、互いに異なる２つのセンサ出力信号の差をとることにより、高調波歪みを除去した３相の正弦波信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち２相の正弦波信号を加算または減算して合成信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち、合成信号の生成に用いなかった正弦波信号を用いて位相差信号を生成し、
前記合成信号と前記位相差信号を、前記２つの９０°位相差の検出信号とすることを特徴とする請求項１または２記載の絶対位置検出装置。
【請求項４】
前記２つの歯車は、着磁可能な部材から成ることを特徴とする請求項１〜３のうち何れかに記載の絶対位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁気センサの出力信号に基づいてモータの回転軸，減速機の出力軸の絶対角、または、ラックの位置を検出する絶対位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１にリラクタンスレソルバを用いた絶対位置検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７０４４６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示すような、リラクタンスレゾルバを用いた絶対位置検出装置は、構造が複雑で、かつ、小型化に不向きであった。
【０００５】
以上示したようなことから、絶対位置検出装置において、構造を簡素化し、小型化およびコストの低減を図ることが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、複数の磁気センサの出力信号に基づいて、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出する絶対位置検出装置であって、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車と第２歯車の角度差を算出し、第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、モータの回転軸の歯数、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数と、から、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、その他の態様として、ラックに形成された歯に噛み合う歯車に設置された複数の磁気センサの出力信号に基づいて、ラックの絶対位置を検出する絶対位置検出装置であって、ラックの歯に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車，第２歯車の角度差を算出し、第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、ラックの歯数と、から、ラックの絶対位置を検出することを特徴とする。
【０００８】
また、その一態様として、歯車に１２０°間隔で磁気センサを配置し、磁気センサから出力された１２０°位相の異なる３相のセンサ出力信号を用いて、互いに異なる２つのセンサ出力信号の差をとることにより、高調波歪みを除去した３相の正弦波信号を生成し、前記３相の正弦波信号のうち２相の正弦波信号を加算または減算して合成信号を生成し、前記３相の正弦波信号のうち、合成信号の生成に用いなかった正弦波信号を用いて位相差信号を生成し、前記合成信号と前記位相差信号を、前記２つの９０°位相差の検出信号とすることを特徴とする。
【０００９】
また、前記２つの歯車は、着磁可能な部材で形成してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、絶対位置検出装置において、構造を簡素化し、小型化およびコストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１における絶対位置検出装置を示す平面図。
【図２】実施形態１における絶対位置検出装置を示す側面図。
【図３】実施形態１における歯車と磁石を示す側面図。
【図４】実施形態２における歯車を示す平面図および側面図。
【図５】実施形態３における歯車を示す概略図。
【図６】実施形態４における磁気センサの位置を示す概略図。
【図７】歪んだセンサ出力信号を示すタイムチャート。
【図８】合成信号および位相差信号を示すタイムチャート。
【図９】ラックとピニオンを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本願発明における絶対位置検出装置の実施形態１〜５を図１〜図９に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
［実施形態１］
図１〜図３に示すように、本実施形態１における絶対位置検出装置は、被検出側のモータの回転軸またはモータの回転軸に接続された減速機の出力軸に歯数Ｌの歯車１が設けられている。この歯車１に噛み合うように歯数Ｍの歯車２が軸２ａに回転自在に軸支されており、歯車１に噛み合うように、歯数Ｍと異なる歯数Ｎの歯車３が軸３ａに回転自在に軸支されている。
【００１４】
歯車２，３にそれぞれ一対の磁極（Ｓ，Ｎ）の磁石４が重ねられるように配置される。また、モータの固定側に、歯車２，歯車３のそれぞれの回転角を検出し、電気角で９０°の位相差の検出信号が得られるように、ホール素子，磁気抵抗効果素子等の磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を配置する。これにより、磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のセンサ出力信号（電圧信号）の位相差からモータの回転軸、または、減速機の出力軸の回転角を多回転に亘って検出する。
【００１５】
モータの回転軸の回転角をαとすると、以下の（１）式に示すように、磁気センサＳ１からＸｓ，磁気センサＳ２からＸｃ，磁気センサＳ３からはＹｓ，磁気センサＳ４からはＹｃのセンサ出力信号が得られる。
【００１６】
【数１】
2015129660.tif 000003
【００１７】
ここで、ｓｉｎθを以下の（２）式とすると、三角関数の加法定理から、以下の（３）式が得られる。また、（４）式から歯車２と歯車３の角度差θが算出できる。
【００１８】
【数２】
2015129660.tif 000004
【００１９】
一方、以下の（５）式から、以下の（６）を導くことができ、（６）式から歯車２と歯車３の角度差θとαの関係が解る。
【００２０】
【数３】
2015129660.tif 000005
【００２１】
これにより、モータの回転軸の回転角αが１回転以上でも回転角度を検出することが可能となる。
【００２２】
以上示したように、本実施形態１によれば、極めて簡素化された構造でモータの回転軸の機械的位置（絶対角）を絶対値として検出できる。その結果、機器のコストダウン、また小型化を図ることが可能となる。
【００２３】
また、本実施形態１によれば、２つの歯車２，３の回転角度に基づいて絶対角を演算するため、装置の電源をＯＦＦにする場合でも、絶対角を記憶する必要がない。さらに、電源を切った後、外力によりモータの回転軸が回転しても電源投入後にその回転角度を検出することが可能となる。
【００２４】
［実施形態２］
図４は、本実施形態２における歯車２，３を示す平面図および側面図である。図４に示すように、本実施形態２では、歯車２，３をプラスチックマグネット等の着磁可能な材料で作成し、その歯車２，３に直接Ｎ極，Ｓ極を着磁したものである。このように、歯車２，３と磁石とを一部品とし、一体化することにより、別途、磁石４を設けることが不要となる。
【００２５】
また、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００２６】
［実施形態３］
図５は、本実施形態３における歯車１，２，３を示す概略図である。実施形態１では、歯車１に対して歯車２，３を噛み合わせるように配置していた。本実施形態３では、歯車１に対して歯車２を噛み合わせ、歯車２に対して歯車３を噛み合わせるように配置している。このように、必ずしも歯車１に歯車２，３を噛み合わせなくてもよい。
【００２７】
本実施形態３によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【００２８】
［実施形態４］
ホール素子や磁気抵抗効果素子等の磁気センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４から得られるｓｉｎ信号，ｃｏｓ信号は、第３次高調波を多く含み歪んだ波形となる場合が多く、このような場合、検出誤差が大きくなる。
【００２９】
そのため、本実施形態４では、図６に示すように、それぞれ１２０°の間隔で磁気センサＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３を配置する。そして、それぞれ１２０°位相差のアナログの３相のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から９０°位相差の２相の正確な正弦波を演算し、モータの回転軸の絶対角を検出するものである。
【００３０】
以下、１２０°位相差の３相のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から２相の正確な正弦波を演算する方法を説明する。
【００３１】
図７に示すように、３相のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０は、略台形状に歪み正確な正弦波にはならない。
【００３２】
この３相のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０の中から、互いに異なる２相の信号の差（Ｕ０−Ｖ０，Ｖ０−Ｗ０，Ｗ０−Ｕ０）である正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１を算出する。この３相の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１は、高調波歪みが除去された正確な正弦波となる。
【００３３】
更に、３相の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１のうちの２相を加算あるいは減算し、合成信号Ｒｘを生成する。また、正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の中から、合成信号Ｒｘの生成に用いなかった正弦波信号を位相差信号Ｒｙとする。
【００３４】
図８に示すように、この合成信号Ｒｘは位相差信号Ｒｙ（正弦波信号Ｗ１）から９０°位相差の信号となる。この２相の合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙを実施形態１における磁気センサＳ１，Ｓ２またはＳ３，Ｓ４から出力されたセンサ出力信号Ｘｓ，ＸｃまたはＹｓ，Ｙｃの代わりに用いる。また、高調波歪みが除去された３相の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１をモータの整流信号とすることも可能であり、従来の３相のセンサ出力信号を用いた駆動回路にも容易に適用することができる。
【００３５】
次に、センサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙを算出する方法の一例を説明する。
【００３６】
まず、図７に示すような、略台形状に歪んだセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０を以下の（７）式とする。
【００３７】
【数４】
2015129660.tif 000006
【００３８】
次に、正弦波信号Ｕ１は以下の（８）式となる。
【００３９】
【数５】
2015129660.tif 000007
【００４０】
同様に、正弦波信号Ｖ１，Ｗ２は以下の（９）式となる。
【００４１】
【数６】
2015129660.tif 000008
【００４２】
上記（８），（９）式は、正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１が、元のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から各々３０°位相シフトして互いに１２０°位相が異なり、かつ、第３次高調波を除去した基本波のみの正弦波が得られることを示している。
【００４３】
また、以下の（１０）式により、１２０°位相差の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１から９０°位相差の合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙを生成する。
【００４４】
【数７】
2015129660.tif 000009
【００４５】
位相差信号Ｒｙは正弦波信号Ｗ１を√３倍したものである。位相差信号Ｒｙは合成信号Ｒｘと波高値が同じで９０°位相差の正弦波となる。
【００４６】
このようにして、３相の高調波を含んだ略台形波状のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から、３相の整流用の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１と位相差９０度の合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙが得られることが分かる。
【００４７】
以上示したように、本実施形態４におけるモータ回転角検出装置によれば、電気角１２０°位相差の３相のセンサ出力信号Ｕ０，Ｖ０，Ｗ０から、高調波を除去した９０°位相差の２相の合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙを生成することが可能となる。その結果、その９０°位相差の２相の合成信号Ｒｘ，位相差信号Ｒｙを用いて、正確なモータの回転軸における絶対角または角度制御が可能となる。
【００４８】
また、３相の正弦波信号Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１をモータの整流信号として使用することも可能なため、従来方式の駆動回路にも簡単に接続可能となる。
【００４９】
また、高価なエンコーダやレゾルバを使用する必要がないため、コストの低減を図ることが可能となる。
【００５０】
［実施形態５］
図９は、本実施形態５における絶対位置検出装置を示す概略図である。図９に示すように、本実施形態５における絶対位置検出装置は、直線状に平行移動するラック５と、検出部としてのピニオン（歯車）２，３と、を備えている。本実施形態５における絶対位置検出装置は、ラック５の平行移動に伴いピニオン（歯車）２，３が回転するようになっている。また、ピニオン（歯車）２，３には、磁気センサＳ１〜Ｓ４が設けられている。この磁気センサＳ１〜Ｓ４のセンサ出力信号Ｘｓ，Ｘｃ，Ｙｓ，Ｙｃにより、実施形態１〜４と同様に、ラックの絶対位置を検出することが可能となる。
【００５１】
本実施形態５に示すように、モータの回転軸の絶対角に限らず、ラックの絶対位置も検出することが可能となる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｓ１〜Ｓ４…磁気センサ
ＳＸ１，ＳＸ２，ＳＸ３…磁気センサ
１〜３…歯車
２ａ，３ａ…軸
４…磁石
５…ラック
【図１】
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【図２】
2015129660.tif 000011
【図３】
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【図４】
2015129660.tif 000013
【図５】
2015129660.tif 000014
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月31日(2014.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気センサの出力信号に基づいて、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出する絶対位置検出装置であって、
モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、
第１歯車および第２歯車に１２０°間隔で磁気センサを配置し、磁気センサから出力された１２０°位相の異なる３相のセンサ出力信号を用いて、互いに異なる２つのセンサ出力信号の差をとることにより、高調波歪みを除去した３相の正弦波信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち２相の正弦波信号を加算または減算して合成信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち、合成信号の生成に用いなかった正弦波信号を用いて位相差信号を生成し、
前記合成信号と前記位相差信号を、前記２つの９０°位相差の検出信号とし、
その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車と第２歯車の角度差を算出し、
第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、モータの回転軸の歯数、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の歯車に歯数と、から、モータの回転軸、または、モータの回転軸に接続された減速機の出力軸の絶対角を検出することを特徴とする絶対位置検出装置。
【請求項２】
ラックに形成された歯に噛み合う歯車に設置された複数の磁気センサの出力信号に基づいて、ラックの絶対位置を検出する絶対位置検出装置であって、
ラックの歯に歯数の異なる第１歯車，第２歯車を噛み合わせ、
前記第１歯車および第２歯車に１２０°間隔で磁気センサを配置し、磁気センサから出力された１２０°位相の異なる３相のセンサ出力信号を用いて、互いに異なる２つのセンサ出力信号の差をとることにより、高調波歪みを除去した３相の正弦波信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち２相の正弦波信号を加算または減算して合成信号を生成し、
前記３相の正弦波信号のうち、合成信号の生成に用いなかった正弦波信号を用いて位相差信号を生成し、
前記合成信号と前記位相差信号を、前記２つの９０°位相差の検出信号とし、
その第１歯車，第２歯車の回転角度を検出した各歯車それぞれ２つの９０°位相差の検出信号に基づいて、第１歯車，第２歯車の角度差を算出し、
第１歯車と第２歯車の角度差と、第１歯車の歯数と、第２歯車の歯数と、ラックの歯数と、から、ラックの絶対位置を検出することを特徴とする絶対位置検出装置。