(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な構成および方式によって、電源状態に依存しない、すなわち通電の有無に関わらず多回転を検出することのできる多回転検出角度センサを提供する。【解決手段】多回転検出角度センサ１０は、入力軸８ａの一回転内の回転角を検出する第一角度検出部１と、入力軸８ａの回転を軸８ｂを介して減速させる減速機構３と、減速機構３で減速され軸８ｃにより伝えられる回転角を検出する第二角度検出部２と、第一角度検出部１から出力される第一角度信号Ｓ１ならびに第二角度検出部２から出力される第二角度信号Ｓ２とが処理される信号処理部４と、および多回転情報を保存する不揮発性メモリ５とを有する構成である。【選択図】図２
2015184022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一回転内の回転角と多回転とを検出する角度センサであって、入力軸の一回転内の回転角を検出する第一角度検出部と、該入力軸の回転を減速させる減速機構と、該減速機構で減速した回転角を検出する第二角度検出部と、該第一角度検出部から出力される第一角度信号と第二角度検出部から出力される第二角度信号とが処理される信号処理部と、多回転情報を保存する不揮発性メモリとを有し、通電の有無に関わらず多回転を検出することのできる、多回転検出角度センサ。
【請求項２】
前記減速機構は通電の有無に関わらず動作することを特徴とする、請求項１に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項３】
前記信号処理部では、前記第一角度信号から一回転内の回転角が得られるとともに、該第一角度信号の累積により通電時における第一多回転情報が得られることを特徴とする、請求項１または２に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項４】
前記信号処理部では、前記第二角度信号から第二多回転情報が得られることを特徴とする、請求項３に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項５】
前記信号処理部は、通電から無通電に変化する時点において前記第一多回転情報および前記第二多回転情報を前記不揮発性メモリに書き込むように構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項６】
前記信号処理部では、無通電から通電に復帰した時点において、当該時点に得られる前記第二多回転情報と、不揮発性メモリに書き込み保存された各情報とに基づき前記第一多回転情報を変更する処理がなされることを特徴とする、請求項５に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項７】
前記変更する処理は、無通電前後の前記第二多回転情報比較から得られる無通電時における多回転数を、前記不揮発性メモリに保存された第一多回転情報に係る多回転数に加算する処理であることを特徴とする、請求項６に記載の多回転検出角度センサ。
【請求項８】
前記減速機構として、遊星歯車機構、不思議遊星歯車機構、またはその他の歯車機構が用いられることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
【請求項９】
前記第一角度検出部、第二角度検出部としてそれぞれ、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダまたはレゾルバ等の各種の角度センサのいずれかが用いられることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
【請求項１０】
停電用のバッテリが不要であることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多回転検出角度センサに係り、特に、一回転内の回転角と多回転とを検出する角度センサにおいて、電源状態に依存せず、すなわち通電の有無に関わらず多回転を検出することのできる、多回転検出角度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば従来のマルチターン型光学式エンコーダにおいては、一回転内の回転角検出に加えて、何回転したのか、すなわち多回転をも検出することができる。図５は、従来のマルチターン型光学式エンコーダの構成例を示す説明図である。図示するようにマルチターン型光学式エンコーダ４１０は、入力軸４８、角度検出部４１、信号処理部（信号処理回路）４４から構成されており、多回転の検出は、角度検出部４１により検出された一回転の情報４Ｓを信号処理回路４４で累積することによって得られる。
【０００３】
多回転の検出については従来、技術的提案も種々行われている。たとえば後掲特許文献１には、多回転量データの補正動作に関わらず多回転数リセット指令に対し確実にリセットできる多回転アブソリュートエンコーダが開示されている。すなわち、多回転量系回路ブロックのバックアップ系回転量保持・計数回路は、磁気式エンコーダが出力するインクリメンタル２相信号ａおよびｂに基づいて求めた多回転量データを多回転量データバスを介して多回転数補正回路に送出し、１回転内絶対番地系回路ブロックのデータ変換回路部は、光学式エンコーダが出力する１回転内絶対値データ信号ｃと、１回転内インクリメンタル２相信号ｄおよびｅとに基づいて求めた１回転内絶対番地データを１回転内絶対番地データバスを介してデータ出力回路に送出し、また、１回転内絶対番地系回路ブロックは、外部コントローラの主電源によって駆動され、電力供給停止時には動作が停止する、という構成である。
【０００４】
また特許文献２には、外部バッテリを用いずに多回転情報を得ることができるエンコーダシステムとして、第１軸の角度位置に応じた第１信号を出力する１回転アブソリュート型の光学式エンコーダ（第１エンコーダ）と、動力伝達装置により減速された第２軸の角度位置に応じた第２信号を出力する１回転アブソリュート型の磁気式エンコーダ（第２エンコーダ）と、光学式エンコーダ（第１エンコーダ）に係る第１位置データ検出回路と、磁気式エンコーダ（第２エンコーダ）に係る第２位置データ検出回路と、位置データ合成回路と、第１位置データおよび第２位置データを比較および照合する位置データ比較・照合回路とを備えた構成が開示されている。そしてこれにより、光学式、磁気式それぞれのメリットが相互に補完し合って、電界・磁界の外乱に対して堅牢なアブソリュート型エンコーダを実現できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−５００３３号公報「多回転アブソリュートエンコーダ」（特許第３４４８６６４号）
【特許文献２】ＷＯ２０１０／０２３８９６号公報「エンコーダシステム、信号処理方法、及び送信信号生成出力装置」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、図５で示した従来のマルチターン型光学式エンコーダ４１０の例では、信号処理回路４４が動作するためには電源４７が必要である。そこで一般的には、停電時など無通電状態が発生した場合でも多回転を検出できるようにするため、バッテリ（電池）４６の接続が必要である。
【０００７】
しかし、バッテリには寿命があるため交換の必要性があり、また交換できなかった場合には停電時における多回転の情報が失われてしまい、エンコーダが搭載された産業用ロボット等のシステムにおいて、暴走の発生するする危険性がある。暴走を回避するためには、再度ティーチングをする必要がある。バッテリ交換もティーチングもユーザにとって大きな負担となっており、簡易かつ有効な解決策が求められていた。なおかかる問題は、上記各文献開示技術によっても有効に解決されるものではない。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、かかる従来技術の問題点をなくし、より簡易な構成および方式によって、電源状態に依存しない、すなわち通電の有無に関わらず多回転を検出することのできる多回転検出角度センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明者は上記課題について検討した結果、入力軸の一回転内の回転角を検出する通常の角度検出部の他に、無通電時にも動作する減速機で減速した回転角を検出する角度検出部と、各角度検出部から出力される角度信号を合成する信号処理部と、多回転情報を書き込み、読み取り可能な不揮発性メモリを備えるという簡易な構成・方式によって、通電の有無に関わらず多回転検出が可能となることを見出し、これに基づいて本発明を完成するに至った。すなわち、上記課題を解決するための手段として本願で特許請求される発明、もしくは少なくとも開示される発明は、以下の通りである。
【００１０】
〔１〕  一回転内の回転角と多回転とを検出する角度センサであって、入力軸の一回転内の回転角を検出する第一角度検出部と、該入力軸の回転を減速させる減速機構と、該減速機構で減速した回転角を検出する第二角度検出部と、該第一角度検出部から出力される第一角度信号と第二角度検出部から出力される第二角度信号とが処理される信号処理部と、多回転情報を保存する不揮発性メモリとを有し、通電の有無に関わらず多回転を検出することのできる、多回転検出角度センサ。
〔２〕  前記減速機構は通電の有無に関わらず動作することを特徴とする、〔１〕に記載の多回転検出角度センサ。
〔３〕  前記信号処理部では、前記第一角度信号から一回転内の回転角が得られるとともに、該第一角度信号の累積により通電時における第一多回転情報が得られることを特徴とする、〔１〕または〔２〕に記載の多回転検出角度センサ。
【００１１】
〔４〕  前記信号処理部では、前記第二角度信号から第二多回転情報が得られることを特徴とする、〔３〕に記載の多回転検出角度センサ。
〔５〕  前記信号処理部は、通電から無通電に変化する時点において前記第一多回転情報および前記第二多回転情報を前記不揮発性メモリに書き込むように構成されていることを特徴とする、〔４〕に記載の多回転検出角度センサ。
〔６〕  前記信号処理部では、無通電から通電に復帰した時点において、当該時点に得られる前記第二多回転情報と、不揮発性メモリに書き込み保存された各情報とに基づき前記第一多回転情報を変更する処理がなされることを特徴とする、〔５〕に記載の多回転検出角度センサ。
【００１２】
〔７〕  前記変更する処理は、無通電前後の前記第二多回転情報比較から得られる無通電時における多回転数を、前記不揮発性メモリに保存された第一多回転情報に係る多回転数に加算する処理であることを特徴とする、〔６〕に記載の多回転検出角度センサ。
〔８〕  前記減速機構として、遊星歯車機構、不思議遊星歯車機構、またはその他の歯車機構が用いられることを特徴とする、〔１〕ないし〔７〕のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
〔９〕  前記第一角度検出部、第二角度検出部としてそれぞれ、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダまたはレゾルバ等の各種の角度センサのいずれかが用いられることを特徴とする、〔１〕ないし〔８〕のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
〔１０〕  停電用のバッテリが不要であることを特徴とする、〔１〕ないし〔９〕のいずれかに記載の多回転検出角度センサ。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多回転検出角度センサは上述のように構成されるため、これによれば、より簡易な構成および方式によって、電源状態に依存しない、すなわち通電の有無に関わらず多回転を検出することができる。すなわち、バッテリの接続や交換が不要となる。
【００１４】
また、無通電状態発生に伴う多回転情報の喪失による暴走発生を有効に防止することができるため、産業用ロボット等の搭載対象システムにおける信頼性を高めることができる。もちろん、暴走回避のためのティーチングをする必要が発生することもなく、バッテリ交換不要となることとも併せ、ユーザの負担は大きく軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の多回転検出角度センサの基本構成を示す説明図である。
【図２】図１の多回転検出角度センサにおける作用を示す説明図である。
【図３】本発明の多回転検出角度センサによる多回転検出手順を示す説明図である。
【図４】本発明の多回転検出角度センサによる多回転検出例を示す説明図である。
【図５】従来のマルチターン型光学式エンコーダの構成例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の多回転検出角度センサの基本構成を示す説明図である。また、
図２は、図１の多回転検出角度センサにおける作用を示す説明図である。これらに示すように本多回転検出角度センサ１０は一回転内の回転角と多回転とを検出する角度センサであって、入力軸８ａの一回転内の回転角を検出する第一角度検出部１と、入力軸８ａの回転を軸８ｂを介して減速させる減速機構３と、減速機構３で減速され軸８ｃにより伝えられる回転角を検出する第二角度検出部２と、第一角度検出部１から出力される第一角度信号Ｓ１ならびに第二角度検出部２から出力される第二角度信号Ｓ２とが処理される信号処理部４と、および多回転情報を保存する不揮発性メモリ５とを有し、通電の有無に関わらず多回転を検出できることを、主たる構成とする。
【００１７】
かかる構成により本発明多回転検出角度センサ１０では、第一角度検出部１において入力軸８ａの一回転内の回転角が検出され、入力軸８ａの回転は軸８ｂを介して減速機構３に伝えられてここで減速され、減速された回転は軸８ｃにより第二角度検出部２に伝えられて回転角が検出されるが、第一角度検出部１において検出されここから出力される第一角度信号Ｓ１、ならびに第二角度検出部２において検出されここから出力される第二角度信号Ｓ２は、信号処理部４に送られてここで所定の処理がなされ、それにより得られる所定の多回転情報は所定の手順にしたがって不揮発性メモリ５に書き込み保存され、また必要な場合には信号処理部４によって読みだされる。かかる作用に基づき本多回転検出角度センサ１０は、通電の有無に関わらず多回転を検出でき、したがって停電用のバッテリが不要であるが、構成および作用についてさらに詳しく説明する。
【００１８】
まず入力軸８ａ、軸８ｂ、８ｃには、中空軸でも中実軸でも使用することができるが、その他の軸でもよい。なお軸８ｂおよび８ｃは、減速機構３の入力軸および出力軸を形成しているといえる。
【００１９】
また第一角度検出部１としては、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ、レゾルバ、その他各種の角度センサのいずれでも用いることができる。さらに、第二角度検出部２としても、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダ、レゾルバ、その他各種の角度センサのいずれでも用いることができる。つまり、上記特許文献２開示技術のように一方が光学式エンコーダ、他方が磁気式エンコーダとすることに拘束されず、角度センサである限りあらゆる方式のものを自由に用いることができる。
【００２０】
また減速機構３としては、遊星歯車機構、不思議遊星歯車機構、もしくはその他の歯車機構、またはその他の減速機構を適宜事由に用いることができる。また、減速機構３の減速比は特に限定されず、いかなる値でもよい。たとえば減速比が１／１２０であれば、本角度センサ１０の入力軸８ａの１２０回転は減速機構３の１回転に減速されるので、後述する第二多回転情報Ｍ２としては１２０回転まで検出できる。
【００２１】
また減速機構３は動作するために電力を必要とせず、機械的な入力により動作するものであるため、通電時でも無通電時でも関係なく動作し、多回転に応じた回転角を第二角度検出部２に与える。
【００２２】
第一角度検出部１は通電時に動作し、一回転内の回転角を第一角度信号Ｓ１として信号処理部４へ出力する。信号処理部４もまた通電時に動作し、受信した第一角度信号Ｓ１から一回転内の回転角が得られるとともに、当該第一角度信号Ｓ１の累積によって、通電時の第一多回転情報Ｍ１が得られる。なお信号処理部４としては、ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等の信号処理用ＩＣ等を適宜使用することができる。
【００２３】
第二角度検出部２は通電時、無通電時に関わらず動作するため、通電時には減速機構３の回転角を第二角度信号Ｓ２として信号処理部４へ出力する。信号処理部４においては、第二角度信号Ｓ２から第二多回転情報Ｍ２が得られる。
【００２４】
通電から無通電状態に変化する時点で、信号処理部４においては、第一多回転情報Ｍ１および第二多回転情報Ｍ２を不揮発性メモリ５に書き込み保存する処理がなされる。なお、これら不揮発性メモリ５に保存された各情報を、第一多回転情報Ｍ３、第二多回転情報Ｍ４という。
【００２５】
無通電から通電に復帰した時点において、信号処理部４では、不揮発性メモリ５に書き込み保存されている第一多回転情報Ｍ３および第一多回転情報Ｍ４と、当該復帰時点に得られる第二多回転情報Ｍ２とに基づき、当該復帰時点における第一多回転情報Ｍ１を変更（更新）するための合成処理がなされる。これにより本多回転検出角度センサ１０は、通電あるいは無通電に関わらず、多回転を検出することができる。
【００２６】
当該変更する処理とは、無通電状態前後の各第二多回転情報、すなわち、不揮発性メモリ５に保存された第二多回転情報Ｍ４と、通電復帰時点に得られる第二多回転情報Ｍ２との比較から得られる無通電時における多回転数、具体的にはそれらの差として得られる多回転数を、前記不揮発性メモリに保存された第一多回転情報Ｍ３に係る多回転数に加算する処理であり、これによって更新された第一多回転情報Ｍ１が得られる。つまり、下式により更新された情報が得られる。
Ｍ３＋（Ｍ２−Ｍ４）＝更新されたＭ１
【００２７】
図３は、本発明の多回転検出角度センサによる多回転検出手順を示す説明図である。また、
図４は、本発明の多回転検出角度センサによる多回転検出例を示す説明図である。図３に示すように、第一多回転情報Ｍ１と第二多回転情報Ｍ２は、初期状態において同一である必要はない。第二多回転情報Ｍ２からは停電等の無通電状態前後での情報の差、すなわち無通電状態の間における多回転数が得られればよいからである。
【００２８】
なお、第二多回転情報Ｍ２に係る回転数が、第一多回転情報Ｍ１に係る回転数と同数で変化する理由は、次のとおりである。
たとえば減速比が１／１２０の場合、入力軸８ａが１回転（＝３６０°回転）すると、減速機構３の出力軸は３°回転する。第二角度検出部２が３°の回転を検出すると、それを受信した信号処理部４においては、入力軸８ａが１回転したとの判定結果を得る処理がなされ、第二多回転情報Ｍ２としての１回転が検出される。したがって、両多回転情報Ｍ１、Ｍ２はいずれも同数で変化する。
【００２９】
通電時には、第一多回転情報Ｍ１および第二多回転情報Ｍ２が入力軸８ａの回転にしたがって、つまり時間経過にしたがって変化していく。通電から無通電状態に変化した時点で、信号処理部４は第一多回転情報Ｍ１（ｎ）、および第二多回転情報Ｍ２（ａ＋ｎ）を不揮発性メモリ５に書き込み保存する（それぞれ、第一多回転情報Ｍ３、第二多回転情報Ｍ４）。
【００３０】
無通電時には第一角度検出部１が停止するため、第一多回転情報Ｍ１は０のままとなるが、一方、第二角度検出部２においては回転の検出が継続されるため、第二多回転情報Ｍ２は、ａ＋ｎ＋１、ａ＋ｎ＋２、・・・のように更新されていく。
【００３１】
無通電から通電に復帰した時点において、信号処理部４では、不揮発性メモリ５に書き込み保存されている第一多回転情報Ｍ３および第一多回転情報Ｍ４と、当該復帰時点に得られる第二多回転情報Ｍ２とに基づき、当該復帰時点における第一多回転情報Ｍ１を変更（更新）するための合成処理がなされる。つまり、上述の式；
Ｍ３＋（Ｍ２−Ｍ４）＝更新されたＭ１  により、
ｎ＋｛（ａ＋ｎ＋ｋ）−（ａ＋ｎ）｝＝ｎ＋ｋ  （＝更新されたＭ１）
このようにして、通電状態の如何に関わらず、多回転が検出される。
【００３２】
図４に示す例では、第一多回転情報Ｍ１の１００５回転と第二多回転情報Ｍ２の２０回転が、不揮発性メモリ５に書き込まれる（それぞれ、第一多回転情報Ｍ３、第二多回転情報Ｍ４となる）。無通電時には第一多回転情報Ｍ１は０のままとなり、第二多回転情報Ｍ２においては回転の検出が継続され、無通電状態の間に４回転して、２４回転となる。
【００３３】
つまり、無通電から通電状態に復帰した時点での第二多回転情報Ｍ２は２４回転であり、不揮発性メモリ５から第一多回転情報Ｍ３の１００５回転と、第二多回転情報Ｍ４の２０回転とが信号処理部４によって読み取られ、
１００５＋（２４−２０）＝１００９  の演算（合成処理）がなされ、第一多回転情報Ｍ１が１００９回転に変更（更新）される。すなわちこの１００９回転は、通電から無通電状態に変化した時点での第一多回転情報Ｍ１の１００５回転が、無通電時の４回転を含めて更新されたものである。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の多回転検出角度センサによれば、より簡易な構成および方式によって、電源状態に依存せず多回転を検出することができ、バッテリの接続や交換が不要となる。また、暴走発生を有効に防止でき、産業用ロボット等の搭載対象システムにおける信頼性を高めることができる。したがって、当該分野および関連する全分野において、産業上利用性が高い発明である。
【符号の説明】
【００３５】
１…第一角度検出部
２…第二角度検出部
３…減速機構
４…信号処理部
５…不揮発性メモリ
７…電源
８ａ…入力軸
８ｂ、８ｃ…軸
９…角度センサ信号出力部
１０…多回転検出角度センサ
Ｓ１…第一角度信号
Ｓ２…第二角度信号
Ｍ１…第一多回転情報
Ｍ２…第二多回転情報
Ｍ３…第一多回転情報（不揮発性メモリに保存された）
Ｍ４…第二多回転情報（不揮発性メモリに保存された）
Ｐ…電源からの電力
４１…角度検出部
４４…信号処理部（信号処理回路）
４６…バッテリ（電池）
４７…電源
４８…入力軸
４９…出力部
４１０…マルチターン型光学式エンコーダ
４Ｐ…電源からの電力
４Ｑ…バッテリからの電力
４Ｓ…検出された一回転の情報
【図１】
2015184022.tif 000003
【図２】
2015184022.tif 000004
【図３】
2015184022.tif 000005
【図４】
2015184022.tif 000006
【図５】
2015184022.tif 000007