(57)【要約】【課題】伝送ラインの本数を削減すると共に、モータ回転制御で生じる信号切り替えタイミングのばらつきにも正確に対応させることにある。【解決手段】ＡＣモータに取り付けられ、電源投入により前記ＡＣモータの磁極位置検出用のＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を出力し、そのＡＣモータが回転開始するとそれ以降、ＡＣモータの回転数制御及び位置決め用のＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を出力する信号ライン１３を具備したインクリメンタルエンコーダであって、回転開始時における前記ＡＣモータの回転により前記Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを検出する位相変化検出回路１５を備え、その位相変化検出回路１５の出力に基づいて信号ライン１３に伝送されていたＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号をＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号に切り替え、その信号ラインでＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を伝送する。【選択図】    図１
2004348562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＣモータに取り付けられ、電源投入により前記ＡＣモータの磁極位置検出用のＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を出力し、そのＡＣモータが回転開始するとそれ以降、ＡＣモータの回転数制御及び位置決め用のＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を出力する信号ラインを具備したインクリメンタルエンコーダであって、
回転開始時における前記ＡＣモータの回転により前記Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを検出する位相変化検出回路を備え、その位相変化検出回路の出力に基づいて信号ラインに伝送されていたＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号をＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号に切り替え、その信号ラインでＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を伝送することを特徴とするインクリメンタルエンコーダ。
【請求項２】
前記Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号およびＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号をそれぞれ出力する二つのラインドライバユニットを備え、これら二つのラインドライバユニットの信号ラインを共通接続した請求項１に記載のインクリメンタルエンコーダ。
【請求項３】
前記Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号またはＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のいずれか一方を出力する単一のラインドライバユニットを備えた請求項１に記載のインクリメンタルエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば三相ＡＣサーボモータ等のブラシレスモータに組み込まれて使用されるインクリメンタルエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業用ロボット等の各種機械の回転駆動用に使用されるサーボモータには、ブラシ付きのＤＣサーボモータとブラシなしのＡＣサーボモータ（ＤＣブラシレスサーボモータ）があり、近年はモータ保守の容易さからＡＣサーボモータの需要が増している。
【０００３】
サーボ系の位置検出器としてＡＣサーボモータに組み込まれるロータリエンコーダは、インクリメンタル形とアブソリュート形とに大別される。前者のアブソリュート形は、原点復帰動作が不要なことから各種のロボット用サーボモータ等に普及している。一方、後者のインクリメンタル形は、低コストであるので広く使用されており、ＡＣサーボ用ロータリエンコーダとして主流を占めている。
【０００４】
図３は一般的なインクリメンタルエンコーダの出力段を示す。このインクリメンタルエンコーダでは、ロータの回転方向が判別できるように互いに９０°位相差を有するＡ相信号およびＢ相信号と、ロータ１回転で１パルスを発生させて原点基準を示すＺ相信号と、ＡＣサーボモータの通電相を切り替えるためにロータの磁極位置を示すＵ相信号、Ｖ相信号およびＷ相信号を検出信号として備えている。
【０００５】
ここで、インクリメンタルエンコーダでは、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号と、Ｓ／Ｎ比を向上させるためにそれぞれ１８０°位相を持つ信号（以下、図中に示す表記を、便宜上、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号と表記する）とを検出信号として出力するようにしている。
【０００６】
インクリメンタルエンコーダは、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号をそれぞれ出力するラインドライバ１ｕ，１ｖ，１ｗからなるラインドライバユニット１と、Ａ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号をそれぞれ出力するラインドライバ２ａ，２ｂ，２ｚからなるラインドライバユニット２とを備え、それらＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号と、Ａ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号の信号ライン３に加えて、内部電源を供給するためのＶｃｃとＧＮＤの電源ライン４からなる合計１４本の伝送ラインを有する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−１５７５８１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したインクリメンタルエンコーダでは、１２本の信号ライン３と２本の電源ライン４からなる合計１４本の伝送ラインを必要とする。このように多数の伝送ラインを必要とすることから、製品の量産性が悪く、機器への誤配線や伝送ラインの断線が発生する可能性が高くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、前述した特許文献１では、電源投入から一定の設定時間内にＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号を信号ライン３に出力し、その設定時間の経過後にＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号を前述と同一の信号ライン３に送出することにより、伝送ラインの本数を削減するようにしている。この特許文献１では、電源投入から一定の設定時間後に信号ラインに出力する信号を切り替える電源ＯＮタイマ５を設けている（図４参照）。
【００１０】
しかしながら、特許文献１のように電源ＯＮタイマ５により電源投入からの経過時間を監視し、一定の設定時間が経過した時点で、信号ライン３に出力する信号を切り替えていたのでは、その信号切り替えを正確に行なうことが困難となる可能性がある。
【００１１】
つまり、ＡＣサーボモータを回転制御する上で前述の信号切り替えタイミングに時間的なばらつきがあることから、電源ＯＮタイマ５による一定の設定時間に基づく監視では、信号切り替えを正確に行なうことが困難で、また、信号切り替えタイミングに合わせて電源ＯＮタイマ５による設定時間を調整しなければならず、その信号切り替えタイミングのばらつきに対応することも困難である。
【００１２】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、伝送ラインの本数を削減すると共に、モータ回転制御で生じる信号切り替えタイミングのばらつきにも正確に対応し得るインクリメンタルエンコーダを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、ＡＣモータに取り付けられ、電源投入により前記ＡＣモータの磁極位置検出用のＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を出力し、そのＡＣモータが回転開始するとそれ以降、ＡＣモータの回転数制御及び位置決め用のＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を出力する信号ラインを具備したインクリメンタルエンコーダであって、回転開始時における前記ＡＣモータの回転により前記Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを検出する位相変化検出回路を備え、その位相変化検出回路の出力に基づいて信号ラインに伝送されていたＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号をＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号に切り替え、その信号ラインでＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を伝送することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係るインクリメンタルエンコーダでは、電源投入によりＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を信号ラインに出力し、回転開始時における前記ＡＣモータの回転により前記Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化した時点でその相信号の変化を位相変化検出回路で検出し、その検出結果に基づいて信号ラインに伝送されていたＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号をＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号に切り替える。
【００１５】
このようにＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号の変化に基づいて信号ラインで伝送する信号をＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号からＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号へ切り替えるようにすれば、ＡＣモータを回転制御する上で生じる信号切り替えタイミングのばらつきにも正確に対応することができる。
【００１６】
なお、前述の位相変化検出回路による信号切り替えを行うに際しては、前記Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号およびＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号をそれぞれ出力する二つのラインドライバユニットを備え、これら二つのラインドライバユニットの信号ラインを共通接続した回路構成とすればよい。また、前記Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号またはＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のいずれか一方を出力する単一のラインドライバユニットを備えた回路構成とすれば、Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号とＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号とで必要であった二つのラインドライバユニットに代えて、単一のラインドライバユニットで兼用することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係るインクリメンタルエンコーダの実施形態を以下に詳述する。
【００１８】
図１に示す実施形態のインクリメンタルエンコーダは、発光素子１７と、モータのロータの回転が伝達されるシャフトに取り付けられ、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ａ，Ｂ，Ｚ相の光学スリット（回転スリット）を有する回転板１８と、その回転板１８を通過した光をより高精度に分離するために設けられ、Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ａ，Ｂ，Ｚ相の光学スリット（固定スリット）を有する固定板１９と、それぞれの相の光信号を電気信号に変換する受光素子２０とからなる主要部で構成されている。
【００１９】
このインクリメンタルエンコーダでは、電源投入によりＡＣモータにおけるロータの磁極位置を検出するためのＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号と、そのＡＣモータの回転数を制御したり、ロータを位置決めしたりするためのＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を備えている。モータを駆動させるためには、ロータの磁極位置を検出する必要があることから、Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を必要とする。
電源投入時にその磁極位置を読み取ることによりモータを回転開始させることが可能である。
【００２０】
Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号は、ＡＣサーボモータの通電相を切り替えるためにロータの磁極位置を示し、一般的にロータ１回転あたり２パルスや４パルスである。Ａ相信号およびＢ相信号は、互いに９０°位相差を有し、ロータの回転方向が判別できるようにするためのもので、ロータ１回転あたり５００〜４０００パルス程度である。Ｚ相信号は、ロータ１回転で１パルスを発生させて原点基準を示す。従って、前述のＡ相信号、Ｂ相信号は非常に細かい分解能を有する。
【００２１】
例えば、モータが４極の場合、Ｕ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号は、ロータ１回転で２パルス出力し、各相信号では３０°ごとに位相をずらしている。一方、Ａ相信号、Ｂ相信号は、ロータ１回転あたり３６０パルスとした場合、モータの回転開始後はＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号を監視しなくても、Ａ相信号、Ｂ相信号を監視することによりそのＡ相信号、Ｂ相信号が３０パルスずつでＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号が変化すると予想できる。但し、この場合、最大３０°のずれが発生していることになる。
【００２２】
そこで、Ｚ相信号をＵ相信号の始まりと一致させておけば、Ｚ相信号が入力された時に前述した最大３０°のずれを補正することが可能である。従って、ロータ１回転で最大３０°のずれを持ちながらモータを駆動させることになるが、電源投入時のみＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号でモータ制御し、モータが回転開始するとそれ以降、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のみでモータを制御することが可能である。
【００２３】
ここで、インクリメンタルエンコーダでは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相およびＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号と、Ｓ／Ｎ比を向上させるためにそれぞれ１８０°位相を持つ信号（以下、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相およびＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号と表記する）とを検出信号として出力するようにしている。
【００２４】
このインクリメンタルエンコーダの出力段は、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号をそれぞれ出力するラインドライバ１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを内蔵したラインドライバユニット１１と、Ａ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号をそれぞれ出力するラインドライバ１２ａ，１２ｂ，１２ｚを内蔵したラインドライバユニット１２と、回転開始時におけるＡＣモータの回転によりＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを検出し、その検出結果に基づいてラインドライバユニット１１からラインドライバユニット１２へ出力を切り替える位相変化検出回路１５とを具備する。
【００２５】
二つのラインドライバユニット１１，１２の各ラインドライバ１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ，１２ａ，１２ｂ，１２ｚは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相信号およびＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号を入力として、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号およびＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号を出力する。また、位相変化検出回路１５は、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号を入力として、そのＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号の変化に基づいてラインドライバユニット１１からラインドライバユニット１２へ切り替えるための制御信号を各ラインドライバ１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ，１２ａ，１２ｂ，１２ｚに出力する。
【００２６】
このインクリメンタルエンコーダでは、その出力段で、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号およびＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号をそれぞれ出力する二つのラインドライバユニット１１，１２の信号ライン１３を共通接続する回路構成としたことにより、Ｕ相、Ｕ相信号とＡ相、Ａ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号とＢ、Ｂ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号とＺ相、Ｚ相信号でそれぞれ共用する６本の信号ライン１３に加えて、内部電源を供給するためのＶｃｃとＧＮＤの電源ライン１４からなる合計８本の伝送ラインを有する。
【００２７】
このインクリメンタルエンコーダでは、電源投入によりＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号をラインドライバユニット１１の各ラインドライバ１１ｕ，１１ｖ，１１ｗから信号ライン１３に出力し、そのＡＣモータが回転開始するとそれ以降、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を出力するが、回転開始時におけるＡＣモータの回転によりＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを位相変化検出回路１５で検出し、その相信号の変化を検出したことに基づいて位相変化検出回路１５により、ラインドライバユニット１１の出力を無効にし、ラインドライバユニット１２の出力を有効にすることで、信号ライン１３に伝送されていたＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号をＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号に切り替える。
【００２８】
このように位相変化検出回路１５でＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号の変化から、信号ライン１３で伝送する信号をＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号から、Ａ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号へ切り替えるようにすれば、ＡＣモータを回転制御する上で生じる信号切り替えがＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号の変化に基づいていることから、そのＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号の変化を監視しておれば、信号切り替えタイミングのばらつきに迅速かつ正確に対応することができる。
【００２９】
なお、前述の実施形態では、Ｕ相、Ｕ相信号とＡ相、Ａ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号とＢ、Ｂ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号とＺ相、Ｚ相信号のそれぞれで信号ライン１３を共用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば図２に示す回路構成とすることも可能である。
【００３０】
この実施形態のインクリメンタルエンコーダは、前述の実施形態における二つのラインドライバユニット１１，１２に代えて、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号またはＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号のいずれかを出力するラインドライバ２１ｕａ，２１ｖｂ，２１ｗｚを内蔵した単一のラインドライバユニット２１を具備する。
【００３１】
すなわち、前述の実施形態で説明した位相変化検出回路１５とラインドライバユニット２１との間に切り替え回路１６を介挿する。この切り替え回路１６は、複数のスイッチング素子１６ａ，１６ｂ，１６ｚ，１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ，１６ｐからなり、前記位相変化検出回路１５の出力に基づいてラインドライバユニット２１の各ラインドライバ２１ｕａ，２１ｖｂ，２１ｗｚに入力される信号を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相信号またはＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号のいずれかに切り替える。
【００３２】
この実施形態のインクリメンタルエンコーダでは、電源投入によりＵ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号をラインドライバユニット２１の各ラインドライバ２１ｕａ，２１ｖｂ，２１ｗｚから信号ライン１３に出力し、回転開始時におけるＡＣモータの回転によりＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを位相変化検出回路１５で検出する。
【００３３】
この位相変化検出回路１５の検出結果に基づいて切り替え回路１６の各スイッチング素子１６ａ，１６ｂ，１６ｚ，１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ，１６ｐによる切り替えでもって、ラインドライバユニット２１の各ラインドライバ２１ｕａ，２１ｖｂ，２１ｗｚに入力される信号をＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号からＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号へ切り替え、この切り替えにより各ラインドライバ２１ｕａ，２１ｖｂ，２１ｗｚから信号ライン１３にＡ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号を出力する。
【００３４】
このように位相変化検出回路１５とラインドライバユニット２１との間に、スイッチング素子１６ａ，１６ｂ，１６ｚ，１６ｕ，１６ｖ，１６ｗ，１６ｐからなる切り替え回路１６を介挿したことにより、Ｕ相、Ｕ相信号、Ｖ相、Ｖ相信号、Ｗ相、Ｗ相信号を出力する単一のラインドライバユニット２１でもって、Ａ相、Ａ相信号、Ｂ相、Ｂ相信号、Ｚ相、Ｚ相信号を出力することができ、前述した実施形態の二つのラインドライバユニット１１，１２に代えて、単一のラインドライバユニット２１で兼用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、回転開始時における前記ＡＣモータの回転により前記Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号のうちいずれかの相信号が変化したことを検出する位相変化検出回路を備え、その位相変化検出回路の出力に基づいて信号ラインに伝送されていたＵ相信号、Ｖ相信号、Ｗ相信号をＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号に切り替え、その信号ラインでＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を伝送することにより、伝送ラインの本数を削減すると共に、モータ回転制御で生じる信号切り替えタイミングのばらつきにも正確に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るインクリメンタルエンコーダの実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の他の実施形態を示す回路図である。
【図３】インクリメンタルエンコーダの一般例を示す回路図である。
【図４】インクリメンタルエンコーダの従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１１  ラインドライバユニット
１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ  ラインドライバ
１２  ラインドライバユニット
１２ａ，１２ｂ，１２ｚ  ラインドライバ
１３  信号ライン
１４  電源ライン
１５  位相判定回路
【図１】
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【図２】
2004348562.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004348562.tif 000006