(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ機構の可動部の位置を表す、２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を発生する信号発生手段を設け、可動部の運動の１周期において前記信号発生手段が発生する、各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号の波の数が、１または１を超えない範囲で相違するように前記２種類の周波数を設定し、前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号に基づいて、前記可動部の絶対位置を検出する位置検出方法において、
前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号から可動部の運動の１周期以上の所定周期を有する正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて絶対位置の概略値を検出し、ついでその検出時における前記正弦波電圧信号または余弦波電圧信号の電圧値を満足する修正絶対位置候補を選出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略値に一番近い候補を精確な絶対位置とする
ことを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
モータ機構の可動部の絶対位置を検出する位置検出装置であって、
信号生成手段と、演算処理手段とを備え、
前記信号生成手段が、可動部の運動の１周期における波の数が１または１を超えない範囲で相違する、２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を生成し、
前記演算処理手段が、前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号から可動部の運動の１周期以上の所定周期を有する正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて絶対位置の概略値を検出し、ついでその検出時における前記正弦波電圧信号または余弦波電圧信号の電圧値を満足する修正絶対位置候補を選出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略値に一番近い候補を精確な絶対位置とする
ことを特徴とする位置検出装置。
【請求項３】
信号生成手段が、可動部に装着された歯数が互いに１異なる各歯車と、この各歯車の歯にそれぞれ対向配置された各磁気ユニットとを含み、
前記各磁気ユニットが、対応する歯車の歯に磁極が対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記対応する歯車の歯との間に、同歯車の歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配設された２個の磁気抵抗素子とを有し、
前記各歯車の歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記各歯車が回転することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、
前記演算処理手段が、各磁気ユニットからの２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、可動部の運動の周期と同一周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて可動部の絶対位置を検出することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項４】
各歯車が、モータの回転軸に装着されてなることを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
【請求項５】
モータ機構が、ロータの回転を減速する減速機を備え、各歯車が、前記減速機の出力軸に装着されてなることを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記モータ機構が、回転軸または出力軸により駆動される被駆動部を含み、各歯車が前記被駆動部に装着されてなることを特徴とする請求項３記載の位置検出装置。
【請求項７】
被駆動部がモータの回転により所定範囲で直線的に駆動される直動部材とされ、信号生成手段が、前記直動部材に前記所定範囲に亘って歯数が互いに１異なるように設けられた各位置検出用ラックと、この各ラックの歯にそれぞれ対向配置された各磁気ユニットとを含み、前記各磁気ユニットが、対応するラックの歯に磁極が対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記対応するラックの歯との間に、同ラックの歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配設された２個の磁気抵抗素子とを有し、前記各ラックの歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記各ラックが移動することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、前記演算処理手段が、各磁気ユニットからの２種類の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記直動部材の運動の周期と同一周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記直動部材の概略の絶対位置を検出することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項８】
信号生成手段が、直動部材に設けられた伸縮自在なラックと、前記直動部材を移動方向に伸張させる伸張手段と、前記ラックの歯に対向配置された磁気ユニットとを含み、前記伸張手段が、前記直動部材を前記ラックの伸縮範囲内において同ラックの歯数が１または１を超えない所定数減少するよう前記直動部材を瞬時に伸張するものとされ、前記磁気ユニットが、磁極がラックの歯に対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記ラックの歯との間に、前記伸張手段による伸張前と伸張時の各状態における前記ラックの歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配置されるよう設けられる２個の磁気抵抗素子とを有し、前記ラックの歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記ラックが移動することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、演算処理手段が、前記伸張手段による前記直動部材の伸張前と伸張時の各状態で磁気ユニットから生成する２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記直動部材の運動の周期以上の所定周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記直動部材の絶対位置を概略的に演算することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記信号生成手段が、前記可動部に装着された歯車と、この歯車の歯形成部分を周方向に伸張する伸張手段と、前記歯車の歯に対向配置された磁気ユニットとを含み、前記歯車が、歯形成部分に周方向に対して斜めに切れ込みを有し、前記伸張手段が、前記歯車の歯数が１を超えない所定数減少するよう前記歯車の歯形成部分を周方向に瞬時に伸張するものとされ、前記磁気ユニットが、磁極が前記歯車の歯に対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記歯車の歯との間に、前記伸張手段による伸張前と伸張後の各状態における前記歯車の歯の各ピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配置されるように、前記伸張手段による前記歯車の伸張と連動するよう設けられる２個の磁気抵抗素子とを有し、前記磁気抵抗素子が、前記歯車が回転することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を前記正弦波信号および前記余弦波信号として得るように回路構成され、前記概略位置演算手段が、前記伸張手段による前記歯車の伸張前と伸張後の各状態における磁気ユニットからの２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記可動部の運動の周期以上の所定周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記可動部の絶対位置を概略的に演算することを特徴とする請求項２記載の位置検出装置。
【請求項１０】
伸張手段による直動部材の伸び量を検出する伸び量検出手段を備え、該伸び量検出手段の検出結果に応じてラックの歯が減少する所定数を補正することを特徴とする請求項８記載の位置検出装置。
【請求項１１】
伸張手段による歯車の伸び量を検出する伸び量検出手段を備え、該伸び量検出手段の検出結果に応じて前記歯車の歯が減少する所定数を補正することを特徴とする請求項９記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、位置検出方法および位置検出装置に関する。さらに詳しくは、モータのロータ、回転軸および出力軸などの可動部、ならびにこれらモータの可動部により駆動される被駆動部を含むモータ機構の可動部の絶対位置を検出するための位置検出方法および位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、サーボモータなどの制御モータの回転位置を検出する位置センサとして、ロータリ・エンコーダ、レゾルバおよびパルスジェネレータなどが広く用いられている。
【０００３】
ロータリ・エンコーダは、インクリメンタル式とアブソリュート式に分類される。前者のインクリメンタル式は、基準位置（原点）を検出し、この基準位置からのロータの回転量を計測することによって可動部の絶対位置を検出する方式であるため、センサの始動時直後から基準位置が検出されるまでの間は絶対位置が不明であるという欠点がある。一方、後者のアブソリュート式は、常に絶対位置を検出することは可能であるが、要求される分解能に応じた検出点数（通常８〜１２チャンネル）を用いる必要があり、機構が複雑化しコストアップの要因になるという問題がある。
【０００４】
レゾルバは、通常モータの１回転が１周期に相当するアナログの正弦波状信号を生成し絶対位置を検出する構成であるため、検出精度が生成される正弦波状信号の精度に大きく依存し、したがって装置の製作精度を高精度にしないと精確な絶対位置検出を行うことができないという問題がある。
【０００５】
パルスジェネレータによる方式は、インクリメンタル式エンコーダと同様の欠点を有している。
【０００６】
このように、従来行われている各種位置検出方法や方式には、それぞれ長所および短所がある。
【０００７】
ここで、理想とされる位置検出方法や方式は、アブソリュート式エンコーダのような高精度性を有し、かつパルスジェネレータのような低コスト性を併せもつ位置検出方法や方式であるといえる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、モータ機構の絶対位置を常時高精度にかつ低コストな機構で検出することができる位置検出方法および位置検出装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置検出方法は、モータ機構の可動部の位置を表す、２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を発生する信号発生手段を設け、可動部の運動の１周期において前記信号発生手段が発生する、各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号の波の数が、１または１を超えない範囲で相違するように前記２種類の周波数を設定し、前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号に基づいて、前記可動部の絶対位置を検出する位置検出方法において、前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号から可動部の運動の１周期以上の所定周期を有する正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて絶対位置の概略値を検出し、ついでその検出時における前記正弦波電圧信号または余弦波電圧信号の電圧値を満足する修正絶対位置候補を選出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略値に一番近い候補を精確な絶対位置とすることを特徴とする。
【００１１】
本発明の位置検出装置は、モータ機構の可動部の絶対位置を検出する位置検出装置であって、信号生成手段と、演算処理手段とを備え、  前記信号生成手段が、可動部の運動の１周期における波の数が１または１を超えない範囲で相違する、２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を生成し、前記演算処理手段が、前記２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号から可動部の運動の１周期以上の所定周期を有する正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて絶対位置の概略値を検出し、ついでその検出時における前記正弦波電圧信号または余弦波電圧信号の電圧値を満足する修正絶対位置候補を選出し、しかる後前記修正絶対位置候補の中から前記概略値に一番近い候補を精確な絶対位置とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の位置検出装置においては、例えば、信号生成手段が、可動部に装着された歯数が互いに１異なる各歯車と、この各歯車の歯にそれぞれ対向配置された各磁気ユニットとを含み、前記各磁気ユニットが、対応する歯車の歯に磁極が対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記対応する歯車の歯との間に、同歯車の歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配設された２個の磁気抵抗素子とを有し、前記各歯車の歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記各歯車が回転することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、前記演算処理手段が、各磁気ユニットからの２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、可動部の運動の周期と同一周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて可動部の絶対位置を検出するものとされる。この場合、各歯車が、モータの回転軸に装着され、またモータ機構が、ロータの回転を減速する減速機を備え、各歯車が、前記減速機の出力軸に装着されてもよく、さらに前記モータ機構が、回転軸または出力軸により駆動される被駆動部を含み、各歯車が前記被駆動部に装着されてもよい。
【００１４】
さらに、本発明の位置検出装置においては、例えば、被駆動部がモータの回転により所定範囲で直線的に駆動される直動部材とされ、信号生成手段が、前記直動部材に前記所定範囲に亘って歯数が互いに１異なるように設けられた各位置検出用ラックと、この各ラックの歯にそれぞれ対向配置された各磁気ユニットとを含み、前記各磁気ユニットが、対応するラックの歯に磁極が対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記対応するラックの歯との間に、同ラックの歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配設された２個の磁気抵抗素子とを有し、前記各ラックの歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記各ラックが移動することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、前記演算処理手段が、各磁気ユニットからの２種類の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記直動部材の運動の周期と同一周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記直動部材の概略の絶対位置を検出するようにされてもよい。
【００１５】
さらに、本発明の位置検出装置においては、例えば、信号生成手段が、直動部材に設けられた伸縮自在なラックと、前記直動部材を移動方向に伸張させる伸張手段と、前記ラックの歯に対向配置された磁気ユニットとを含み、前記伸張手段が、前記直動部材を前記ラックの伸縮範囲内において同ラックの歯数が１または１を超えない所定数減少するよう前記直動部材を瞬時に伸張するものとされ、前記磁気ユニットが、磁極がラックの歯に対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記ラックの歯との間に、前記伸張手段による伸張前と伸張時の各状態における前記ラックの歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配置されるよう設けられる２個の磁気抵抗素子とを有し、前記ラックの歯形が、電圧信号として正弦波状の電圧波形が出力されるように形成され、前記磁気抵抗素子が、前記ラックが移動することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を正弦波信号および余弦波信号として得るように回路構成され、演算処理手段が、前記伸張手段による前記直動部材の伸張前と伸張時の各状態で磁気ユニットから生成する２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記直動部材の運動の周期以上の所定周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記直動部材の絶対位置を概略的に演算するようにされてもよい。この場合、伸張手段による直動部材の伸び量を検出する伸び量検出手段を備え、該伸び量検出手段の検出結果に応じてラックの歯が減少する所定数を補正するようにされるのが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明の位置検出装置においては、例えば、前記信号生成手段が、前記可動部に装着された歯車と、この歯車の歯形成部分を周方向に伸張する伸張手段と、前記歯車の歯に対向配置された磁気ユニットとを含み、前記歯車が、歯形成部分に周方向に対して斜めに切れ込みを有し、前記伸張手段が、前記歯車の歯数が１を超えない所定数減少するよう前記歯車の歯形成部分を周方向に瞬時に伸張するものとされ、前記磁気ユニットが、磁極が前記歯車の歯に対向させて配設された磁石と、前記磁石と前記歯車の歯との間に、前記伸張手段による伸張前と伸張後の各状態における前記歯車の歯の各ピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配置されるように、前記伸張手段による前記歯車の伸張と連動するよう設けられる２個の磁気抵抗素子とを有し、前記磁気抵抗素子が、前記歯車が回転することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を前記正弦波信号および前記余弦波信号として得るように回路構成され、前記概略位置演算手段が、前記伸張手段による前記歯車の伸張前と伸張後の各状態における磁気ユニットからの２種類の周波数の各正弦波電圧信号および各余弦波電圧信号を用いて、前記可動部の運動の周期以上の所定周期の正弦波電圧信号および余弦波電圧信号を生成し、この正弦波電圧信号および余弦波電圧信号に基づいて前記可動部の絶対位置を概略的に演算するようにされてもよい。この場合、伸張手段による歯車の伸び量を検出する伸び量検出手段を備え、該伸び量検出手段の検出結果に応じて前記歯車の歯が減少する所定数を補正するようにされるのが好ましい。
【００１７】
【作用】
本発明は前記の如く構成されているので、２種類の周波数の各正弦波信号および各余弦波信号に基づいてモータ機構の可動部の絶対位置を常時精確に検出することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００１９】
図１に本発明の一実施形態に係る位置検出方法が適用される位置検出装置の概略構成を示し、この位置検出装置Ａは、モータ機構の可動部の位置に応じた信号を出力するセンサ部（信号生成手段）１０と、このセンサ部１０からの信号に所定の演算処理を行うことによってモータ機構の可動部の絶対位置を検出する演算処理部（演算処理手段）２０と、演算処理部２０により検出された絶対位置を出力する出力部３０とを主要構成要素として備えてなる。
【００２０】
センサ部１０は、サーボモータなどの制御モータＲの回転軸１の後端に軸心を一致させて装着された第１および第２の歯車２、３と、各歯車２、３にそれぞれ対向させて配設されている第１および第２の磁気ユニット１１、１２とを備えてなるものとされる。ここで、各歯車２、３の歯形は、後述する磁気抵抗素子ブロック１３の各磁気抵抗素子１４（図３参照）により得られる電圧波形が近似的に正弦波となるように形成されている。
【００２１】
各歯車２、３の歯数は、第１歯車２の歯数Ｍと第２歯車３の歯数Ｎとが１だけ相違するものとされ（例えば、Ｍ＝５０，Ｎ＝５１）、第１歯車２の歯数Ｍは、この実施形態１では、回転軸１回転当たりのモータＲの電気的サイクル数の整数分の１とされていればよい。例えば、モータＲの電気的サイクル数が５０であれば、歯数Ｍが５０（５０／１）、２５（５０／２）または１０（５０／５）とされ、歯数Ｎが５１もしくは４９、２６もしくは２４または１１もしくは９とされていればよい。
【００２２】
また、各歯車２、３は、図２に示すように、１つの歯面がピッチ点Ｐで回転軸１の回転方向に並ぶよう回転軸１に装着される。
【００２３】
図３に、各磁気ユニット１１、１２の詳細構成を示す。なお、各磁気ユニット１１、１２は同様構成であるため、第１磁気ユニット１１を主として説明し、第２磁気ユニット１２の各構成要素は符号に（）付して付帯的に説明する。
【００２４】
磁気ユニット１１（１２）は、歯車２（３）の歯面に磁極を向けて配設されている永久磁石４と、この永久磁石４の磁極の前方、つまり永久磁石４と歯車２（３）との間に並列的に配設されている磁気抵抗素子ブロック１３を構成している２個の磁気抵抗素子（以下、単に素子という）１４、すなわち第１素子１４Ａ（１４Ｃ）および第２素子１４Ｂ（１４Ｄ）とを備えてなるものとされる。
【００２５】
ここで、この素子１４は、よく知られているように透過する磁束の変化に応じて電気抵抗が変化する特性を有する素子とされる。そして、この第１素子１４Ａ（１４Ｃ）および第２素子１４Ｂ（１４Ｄ）は、互いに歯車２（３）の１／４ピッチずれた位置に相対するように配設され、歯車２（３）が回転することにより生ずる透過磁束の変化に応じて、位相が１／４波長ずれた２つの正弦波状の電圧信号を得るよう回路構成されている（このような回路構成として、例えば特許第３０５８４０６号公報参照）。
【００２６】
例えば、歯車２（３）の矢印５の方向への回転を考えたときに、第１素子１４Ａ（１４Ｃ）の出力信号が正弦波信号となり、第２素子１４Ｂ（１４Ｄ）の出力信号が余弦波信号となるよう回路構成されている。
【００２７】
なお、磁気抵抗素子ブロック１３の素子数は２である必要はなく、検出精度を上げるために、例えば各素子１４Ａ（１４Ｃ）、１４Ｂ（１４Ｄ）の各々に対し、歯車２（３）の歯の半周期ずらした位置に各磁気抵抗素子を配置し、それら各磁気抵抗素子が各素子１４Ａ（１４Ｃ）、１４Ｂ（１４Ｄ）の出力信号を倍増するよう回路構成してもよい。
【００２８】
演算処理部２０は、ＣＰＵを中心としてＡ／Ｄ変換器、ＲＡＭ、ＲＯＭ、クロック、入出力インタフェースなどを備えてなるものとされる。このＲＯＭには後述するセンサ部１０により検出された電圧波形から回転位置を算出するためのプログラムなどが格納されている。また、ＲＡＭにはセンサ部１０からの検出値が一時的に格納される。そして、この演算処理部２０とセンサ部１０との信号のやりとりは、入出力インタフェースによりなされる。
【００２９】
図４に演算処理部２０の機能ブロック図を示す。
【００３０】
演算処理部２０は、センサ部１０からの信号に基づいて絶対位置を概略的に演算する概略位置演算部２１と、概略位置演算部２１により概略的に演算された絶対位置情報により精確な絶対位置を演算する修正絶対位置演算部２２とから構成される。
【００３１】
出力部３０は、例えばデジタル表示装置などの出力装置３１とされる。
【００３２】
しかして、かかる構成の位置検出装置Ａは、以下に述べるようにして回転軸１の絶対位置を検出するための概略位置演算処理および修正絶対位置演算処理を行う。
【００３３】
概略位置演算処理
図２に示すように、各歯車２、３の１つの歯面がピッチ点Ｐで回転軸１の回転方向に並ぶポイントをＰ0とし、このポイントＰ0が、第１素子１４Ａに相対するときの回転軸１の位置を基準位置（原点）Ｏ（図５参照）として設定する。
【００３４】
基準位置Ｏからの回転軸１の回転角をθとすると、第１磁気ユニット１１の第１素子１４Ａの出力信号値Ｖ1は下記式（１）で表すことができる。
【００３５】
Ｖ1＝αsin（Ｍθ）＋β                                      （１）
【００３６】
但し、αおよびβは、素子１４の出力特性や各素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの回路構成などに応じて決まる係数である。以下、説明の簡単化のためにα＝１、β＝０として説明する。すなわち、
【００３７】
Ｖ1＝sin（Ｍθ）                                            （２）
とする。
【００３８】
このとき、第１磁気ユニット１１の第２素子１４Ｂの出力信号値Ｖ2は下記式（３）で表すことができる。
【００３９】
Ｖ2＝cos（Ｍθ）                                            （３）
【００４０】
また、第２磁気ユニット１２の第１素子１４Ｃおよび第２素子１４Ｄの出力信号値Ｖ3およびＶ4はそれぞれ下記式（４）および式（５）で表すことができる。
【００４１】
Ｖ3＝sin（Ｎθ）                                            （４）
【００４２】
Ｖ4＝cos（Ｎθ）                                            （５）
【００４３】
式（２）〜式（４）によく知られている三角関数の公式を適用して、
【００４４】
sinθ＝sin（Ｎ−Ｍ）θ＝sin（Ｎθ）cos（Ｍθ）−cos（Ｎθ）sin（Ｍθ）＝Ｖ3・Ｖ2−Ｖ4・Ｖ1                                        （６）
【００４５】
cosθ＝cos（Ｎ−Ｍ）θ＝cos（Ｎθ）cos（Ｍθ）＋sin（Ｎθ）sin（Ｍθ）＝Ｖ4・Ｖ2＋Ｖ3・Ｖ1                                        （７）
【００４６】
式（６）および式（７）より、
【００４７】
0004660718.tif 000002
【００４８】
したがって、式（８）に三角関数の逆変換を適用して回転軸１の絶対位置を検出することができる。
【００４９】
すなわち、概略位置演算部２１は、各素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの出力信号値Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4から例えば位置検出装置Ａの始動直後にも回転軸１の絶対位置を概略的に演算することができる。
【００５０】
図５に、第１歯車２の歯数Ｍを５とし、第２歯車３の歯数Ｎを６とした場合の、各磁気ユニット１１，１２の第１素子１４Ａ，１４Ｃの出力信号Ｖ1，Ｖ3と、各素子１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄの出力信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4から合成される正弦波信号sinθおよび余弦波信号cosθとを示す。
【００５１】
次に、修正絶対位置演算部２２が行う修正絶対位置演算処理を説明する。
【００５２】
修正絶対位置演算処理
概略位置演算処理により概略的な絶対位置情報が取得されると、それにより、例えば第１磁気ユニット１１の第１素子１４Ａの出力信号Ｖ1を用いて精確な回転軸１の絶対位置を演算することが可能となる。
【００５３】
例えば、概略位置演算処理により演算された絶対位置をθ1（以下、概略絶対位置という、図５参照）とし、このときの第１素子１４Ａの出力信号Ｖ1の信号値をＶ1Aとすると、下記式（９）の方程式を解くことにより修正絶対位置候補θA1，θA2，…が取得される。
【００５４】
Ｖ1A＝sin（Ｍθ）  （θ：０≦θ≦２π）                    （９）
【００５５】
こうして取得される各修正絶対位置候補θA1，θA2，…の中で、概略絶対位置θ1に一番近いものを精確な絶対位置（以下、修正絶対位置という）θAとして選択する。
【００５６】
このようにして、一旦修正絶対位置θAが同定されると、後は第１磁気ユニット１１の第１素子１４Ａの出力信号を用いてインクリメンタル式に回転軸１の絶対位置を検出することが可能となる。
【００５７】
これにより、レゾルバのように回転軸１の１回転を１周期の正弦波信号および余弦波信号で見渡して絶対位置を概略的に検出することができるとともに、回転軸１の１回転を細分化して表す正弦波状信号Ｖ1に基づきアブソリュート式エンコーダを用いた場合と同等以上の精度で絶対位置を検出することが可能となる。
【００５８】
例えば、正弦波状信号Ｖ1の１波長を８ビットのディジタル信号で表し得るだけの精度があれば、歯数Ｍを５０として１／（５０×２５６）＝１／１２８００の分解能を備えさせることができる。
【００５９】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施形態においては回転軸１の絶対位置を検出するものとしたが、回転軸１の回転を減速する減速機（不図示である）を備えたモータ機構において、その減速機の出力軸に実施形態の歯車２，３を装着して、当該出力軸の絶対位置を検出するよう構成することも可能である。
【００６０】
同様に、前記出力軸により駆動される被駆動部を備えたモータ機構において、その被駆動部に実施形態の歯車２，３を装着して、当該被駆動部の絶対位置を検出するよう構成することも可能である。
【００６１】
また、そのような被駆動部は回転駆動されるものに限られる必要はなく、回転軸ないしは出力軸に設けられるピニオンにより直線的に駆動される直動部材とすることも可能である。この場合、直動部材に移動範囲に亘って歯数が１相違する位置検出用の各ラックを形成し、各磁気ユニット１１，１２を実施形態と同様にして各ラックの歯面にそれぞれ対向させて設けるとともに、各ラックの歯形を、電圧信号として正弦波状の波形が各磁気ユニット１１，１２から出力されるように形成する。こうして、各磁気ユニット１１，１２から出力される２種類の周波数の各正弦波信号および各余弦波信号に対して実施形態と同様の処理を行い、直動部材の移動範囲内における絶対位置を検出することが可能となる。
【００６２】
さらに、位置検出用ラックおよび磁気ユニットを１つのみ設けるよう構成することも可能である。例えば、図６に示すように、直動部材６の移動範囲に亘って伸縮自在な素材で構成した１つの位置検出用ラック７を伸縮可能に設けるとともに、この位置検出用ラック７を移動方向ｘに引っ張って伸張する、マグネットプランジャや圧電素子から構成される伸張手段８を設けるようにする。この伸張手段８が位置検出用ラック７を伸張させる長さは、位置検出用ラック７の歯数が移動範囲内で１を超えない所定数（１および小数を含む）ａだけ瞬時かつ瞬間的に減少するように設定される。
【００６３】
さらにまた、実施形態の各磁気ユニット１１，１２と同様の構成を有する磁気ユニット１１´の各素子１４Ａ´、１４Ｂ´が、伸張手段８による直動部材６の伸張前および伸張時の各状態において、ラック７の歯のピッチに対して１／４ピッチの間隔を設けて配設されるように、例えば各素子１４Ａ´、１４Ｂ´を直動部材６により支持して設けて、直動部材６の伸張と連動して各素子１４Ａ´、１４Ｂ´が移動するように構成する。
【００６４】
これにより、直動部材６の伸張前の各素子１４Ａ´、１４Ｂ´からの信号をそれぞれ正弦波信号Ｖ1および余弦波信号Ｖ2とし、直動部材６の伸張時の各素子１４Ａ´、１４Ｂ´からの信号をそれぞれ正弦波信号Ｖ3および余弦波信号Ｖ4として実施形態と同様の処理を実施することにより、直動部材６の絶対位置を検出することが可能となる。すなわち、各信号Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4から直動部材６の運動の１周期Ｔ以上の所定周期Ｔ／ａの正弦波信号sin（ａθ）および余弦波信号cos（ａθ）が生成され、これに基づき概略の絶対位置を演算するとともに、この概略の絶対位置情報により例えば信号Ｖ1を用いて精確な絶対位置を検出することが可能となる。
【００６５】
この場合、例えば伸張手段８近傍の所定位置に直動部材６の伸び量を検出する公知のポテンショメータを設けて、その出力信号により前記所定数ａを補正するようにすれば、絶対位置を概略的に把握する際の誤差を小さくすることも可能となる。
【００６６】
また、伸張手段８は歯車に設けるようにすることも可能である。例えば、歯車２を歯形成部分のみが周方向に伸張可能なように形成するとともに、歯形成部分に伸張方向に対して斜めに切れ込みを入れ、伸張手段８により歯形成部分が伸張されたときに、歯が１を超えない所定数ａ重なり合うように構成する。これにより、直動部材６の場合と同様にして絶対位置を検出することが可能となる。
【００６７】
さらには、実施形態および前記各変形例におけるセンサ部１０は、前記特許公報にあるように、歯車またはラックに代えてリング状磁石等を用いて構成することももちろん可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、モータ機構の可動部の位置を表す、２種類の周波数の各正弦波信号および各余弦波信号を用いて可動部の運動の１周期以上の所定周期を有する正弦波信号および余弦波信号を生成し、この正弦波信号および余弦波信号に基づいて絶対位置を概略的に検出するとともに、該概略的に把握された絶対位置情報に依り前記２種類の周波数の各正弦波信号および各余弦波信号の中の少なくとも１つの信号に基づき精確な絶対位置を検出算するようにしているので、安価な機構により常時精確にモータ機構の可動部の絶対位置を検出することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る位置検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】各歯車の構成を示す模式図である。
【図３】磁気ユニットの詳細構成を示す模式図である。
【図４】演算処理部の詳細構成を示すブロック図である。
【図５】絶対位置検出の原理を説明するための模式図である。
【図６】実施形態の変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ    位置検出装置
Ｏ    基準位置（原点）
Ｐ    ピッチ点
Ｒ    モータ
１          回転軸
２、３      歯車
４          磁石
８          伸張手段
１０        センサ部
１１、１２  磁気ユニット
１４        磁気抵抗素子
２０        演算処理部
２１        概略位置演算部
２２        修正絶対位置演算部
３０        出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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