(57)【要約】【課題】  回転位置を表すＡ、Ｂ相信号と、モータ磁極位置を表す３相のＵ、Ｖ、Ｗ相磁極信号を生成可能な３相ＡＣサーボモータ用の小型で軽量なエンコーダを提案すること。【解決手段】  ＡＣサーボモータ１の回転軸５に取り付けたエンコーダ２０は、２極着磁された単一の回転円盤２２と、その回転に伴って９０度位相の異なるＸ、Ｙ相信号を出力する磁気センサ２３Ｘ、２３Ｙと、信号処理部２５を有し、信号処理部２５では、Ｘ、Ｙ相信号に基づきモータ回転子８の回転角度θａを所定周期で演算し、モータ１の磁極数Ｍと、磁極基準角度θｏと、回転子角度θａに基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成し、回転子角度θａに基づき、９０度位相の異なる予め定めたパルス周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成する。１組の回転円盤と磁気センサを配置すればよいので、ＡＣサーボモータの小型化、軽量化に有利なエンコーダを実現できる。【選択図】  図４
2005172720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ回転軸に同軸状態に固定される２極着磁されている回転体と、
前記回転体の外周面に対向配置され、当該回転体の回転に伴って９０度位相の異なる正弦波状のＸ相信号およびＹ相信号を出力するＸ相磁気センサおよびＹ相磁気センサと、
前記Ｘ相信号および前記Ｙ相信号に基づきモータ回転子の回転角度を所定周期で演算する回転子角度演算回路と、
モータの磁極数Ｍおよび演算された前記回転子角度θａに基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する磁極信号生成回路と、
所定周期で演算される前記回転子角度θａに基づき、９０度位相の異なる予め定めた周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成するＡＢ相信号生成回路と
を有しているモータエンコーダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記回転体の磁極数をＮとすると、Ｍ＝ｋＮ（ｋ：２以上の整数）であるモータエンコーダ。
【請求項３】
モータ回転軸に同軸状態に固定される２極着磁されている回転体と、
前記回転体の外周面に対向配置され、当該回転体の回転に伴って９０度位相の異なる正弦波状のＸ相信号およびＹ相信号を出力するＸ相磁気センサおよびＹ相磁気センサと、
前記Ｘ相信号および前記Ｙ相信号に基づきモータ回転子の回転角度を所定周期で演算する回転子角度演算回路と、
モータの磁極数Ｍ、前記回転体の磁極位置に対するモータの磁極位置を表す磁極基準角度θｏおよび演算された前記回転子角度θａに基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する磁極信号生成回路と、
所定周期で演算される前記回転子角度θａに基づき、９０度位相の異なる予め定めた周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成するＡＢ相信号生成回路と
を有しているモータエンコーダ。
【請求項４】
請求項３において、
前記回転体の磁極数をＮとすると、Ｍ＝ｋＮ（ｋ：２以上の整数）であるモータエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの回転位置を検出するエンコーダに関し、モータ回転子の磁極位置を表す１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗも生成可能なモータエンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は一般的に知られている３相のＡＣサーボモータを示してある。ＡＣサーボモータ１００では、モータ回転子１０１が一体的に形成されているモータ回転軸１０２の後端部分に、回転子位置検出用のエンコーダ１１０とモータ磁極位置を検出するための磁極検出機構１２０が取り付けられている。エンコーダ１１０から出力される９０度位相の異なるＡ相信号およびＢ相信号と、磁極検出機構１２０から出力される１２０度位相の異なる磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗは、サーボドライバ１３０に供給される。サーボドライバ１３０は、これらの信号を受信する受信回路部１３１と、上位システム１４０からの指令および受信した信号に基づきＡＣサーボモータ１００を駆動制御する制御回路部１３２とを備えている。
【０００３】
エンコーダ１１０は、モータ回転軸１０１に同軸状態に固定した回転体１１１と、この回転体１１１の外周面に対して一定のギャップを介して対峙している一対の磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂと、信号処理回路１１３を備えている。図６に示すように、回転体１１１は円形外周面に沿って一定のピッチで磁極Ｎ、Ｓが形成されている。一対の磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂは、回転体１１１の回転に伴って、９０度位相の異なる正弦波状のＡ相用検出信号およびＢ相用検出信号が得られるように、相対位置が定められている。信号処理回路１１３は、磁気センサ１１２Ａ、１１２Ｂから供給される信号から、図７に示す一定のパルス周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成し、これらをサーボドライバ１３０に供給する。
【０００４】
磁極検出機構１２０は、モータ回転軸１０１に同軸状に固定した磁極用回転体１２１と、この回転体１２１の外周面に対して一定のギャップを介して対峙している３個の磁気センサ１２２Ｕ、１２２Ｖ、１２２Ｗと、信号処理回路１２３を備えている。図８に示すように、磁極用回転体１２１はモータ回転子１００と同様に着磁されており、図示の例では４極磁石となっている。３固の磁気センサ１２２Ｕ、１２２Ｖ、１２２Ｗは、磁極用回転体１２１の回転に伴って、図９に示すような、１２０度位相が異なる正弦波状のＵ相検出信号、Ｖ相検出信号およびＷ相検出信号が得られるように、それらの相対位置が定められている。信号処理回路１２３は、磁気センサ１２２Ｕ、１２２Ｖ、１２２Ｗから供給される信号から、図１０に示すＵ、Ｖ、Ｗ相の各信号を生成し、これらをサーボドライバ１３０に供給する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように従来の３相ＡＣサーボモータにおいては、エンコーダおよび磁極検出機構をそれぞれ必要とし、これらが、モータ回転軸の後端部分に配置されている。したがって、これらを小型でコンパクトに構成できれば、ＡＣサーボモータの小型化、軽量化に極めて有利である。
【０００６】
本発明の課題は、この点に鑑みて、モータ回転子位置を表すＡ相、Ｂ相信号と共に、モータ磁極位置を表す３相の磁極信号も発生可能なモータエンコーダを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明のモータエンコーダは、
モータ回転軸に同軸状態に固定される２極着磁されている回転体と、
前記回転体の外周面に対向配置され、当該回転体の回転に伴って９０度位相の異なる正弦波状のＸ相信号およびＹ相信号を出力するＸ相磁気センサおよびＹ相磁気センサと、
前記Ｘ相信号および前記Ｙ相信号に基づきモータ回転子の回転角度を所定周期で演算する回転子角度演算回路と、
モータの磁極数Ｍおよび演算された前記回転子角度θａに基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する磁極信号生成回路と、
所定周期で演算される前記回転子角度θａに基づき、９０度位相の異なる予め定めた周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成するＡＢ相信号生成回路とを有していることを特徴としている。ここで、前記回転体の磁極数をＮとすると、一般にモータの磁極数はＭ＝ｋＮ（ｋ：２以上の整数）とされる。
【０００８】
次に、本発明のモータエンコーダは、
モータ回転軸に同軸状態に固定される２極着磁されている回転体と、
前記回転体の外周面に対向配置され、当該回転体の回転に伴って９０度位相の異なる正弦波状のＸ相信号およびＹ相信号を出力するＸ相磁気センサおよびＹ相磁気センサと、
前記Ｘ相信号および前記Ｙ相信号に基づきモータ回転子の回転角度を所定周期で演算する回転子角度演算回路と、
モータの磁極数Ｍ、前記回転体の磁極位置に対するモータの磁極位置を表す磁極基準角度θｏおよび演算された前記回転子角度θａに基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する磁極信号生成回路と、
所定周期で演算される前記回転子角度θａに基づき、９０度位相の異なる予め定めた周期のＡ相信号およびＢ相信号を生成するＡＢ相信号生成回路と
を有していることを特徴としている。この場合においても、前記回転体の磁極数をＮとすると、モータ磁極数は一般にＭ＝ｋＮ（ｋ：２以上の整数）とされる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のモータエンコーダは、モータ回転軸に固定した単一の回転体の外周面に対向配置した一対の磁気センサからの検出信号を用いて、Ａ、Ｂ各相の信号と、磁極位置を表すＵ、V、Wの３相の信号を生成するようにしている。したがって、本発明のモータエンコーダを用いれば、モータ回転軸の後端部分にエンコーダ回転体および磁気センサ、並びに磁極検出用回転体および磁気センサを配置していた従来のＡＣサーボモータに比べて、その小型化および軽量化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、図面を参照して、本発明を適用したモータエンコーダを備えた３相ＡＣサーボモータの一例を説明する。
【００１１】
図１は本発明による３相ＡＣサーボモータを示す概略構成図である。ＡＣサーボモータ１の基本的構成は一般的なものと同様であり、筒状のモータハウジング２の両端がエンドブラケット３、４によって封鎖され、これらエンドブラケット３、４の中心部分を貫通した状態にモータ回転軸５が配置されている。モータ回転軸５は、軸受け６、７を介して、エンドブラケット３、４によって回転自在の状態で支持されている。モータハウジング２内のモータ回転軸５の部分には同軸状態でモータ回転子８が一体的に形成されており、このモータ回転子８の外周を一定のギャップで取り囲む状態にモータ固定子９がモータハウジング２の内周面に固定されている。モータ固定子９にはモータ巻線１０が取り付けられている。
【００１２】
モータ回転軸５の先端部分５ａは前側のエンドブラケット３から前方に突出しており、減速機などを介して負荷側に連結される。モータ回転軸５の後端部分５ｂは後側のエンドブラケット４から後方に突出しており、この後端部分５ｂにはエンコーダ２０が配置されている。エンコーダ２０の取り付け部分は、モータハウジング２の後端部分に取り付けたエンコーダカバー２１によって覆われている。
【００１３】
エンコーダ２０は、モータ回転軸５の後端部分５ｂに同軸状態に固定した回転円盤２２と、この回転円盤２２の外周面に一定のギャップで対峙させた一対の磁気センサ（Ｘ相センサおよびＹ相センサ）２３Ｘ、２３Ｙと、エンコーダ基板２４上に実装された信号処理部２５を備えている。磁気センサとしてはホール素子などが用いられる。エンコーダ２０からはモータ回転子８の回転位置を表す９０度位相の異なるＡ相およびＢ相信号が出力されると共に、モータ磁極位置を表す１２０度位相の異なるＵ、Ｖ、Ｗ相の各磁極信号が出力される。これらの検出信号に基づき、サーボドライバ４０は、上位システム５０からの指令に従って、ＡＣサーボモータ１を駆動制御する。サーボドライバ４０は、エンコーダ２０からの信号を受信する受信回路部４１および、制御演算回路、パワードライブ回路などを含む制御回路部４２を備えている。
【００１４】
図２はエンコーダ２０の検出部を示す説明図である。エンコーダ２０の回転円盤２２は２極着磁されており、その外周面に対峙しているＸ相センサ２３ＸとＹ相センサ２３Ｙは９０度の角度間隔で配置されている。したがって、各センサからは回転円盤２２の１回転で１周期の正弦波状の検出信号が得られ、これらの信号の位相は相互に９０度ずれている。図３はセンサ出力信号の一例を示す信号波形図であり、太線の曲線がＸ相センサ２３Ｘからの出力信号波形を示し、細線の曲線がＹ相センサ２３Ｙからの出力信号波形を示している。
【００１５】
図４はエンコーダ２０の信号処理部２５の概略ブロック図である。信号処理回路２５は、各センサ２３Ｘ、２３Ｙから得られるＸ相信号に波形整形を施す波形整形回路３１およびＹ相信号に波形整形を施す波形整形回路３２を備えている。波形整形後のＸ相信号およびＹ相信号は、回転子角度演算回路３３に供給される。回転子角度演算回路３３は、所定の周期でＸ相信号およびＹ相信号をサンプリングして、モータ回転子８の回転角度を演算する。算出された回転角度θａ（ｔ）はＡＢ相信号生成回路３４および磁極信号生成回路３５に供給される。
【００１６】
ＡＢ相信号生成回路３４では、回転角度演算回路３３から所定の周期で順次に供給される回転角度θａ（ｔ）に基づき、予め定めた一定のパルス周期のＡ相信号および９０度位相のずれたＢ相信号を生成する。生成されたＡ相およびＢ相の信号は、出力回路３６を介して、サーボドライバ４０の信号受信回路４１に向けて出力される。
【００１７】
一方、磁極信号生成回路３５では、ＡＣサーボモータ１の磁極数Ｍと、回転円盤２２の磁極位置に対するモータ回転子８の磁極位置を表す磁極基準角度θｏと、演算された回転子角度θａ（ｔ）に基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する。磁極数Ｍおよび磁極基準角度θｏは書き換え可能なメモリ３７に予め記憶保持されており、エンコーダ２０が取り付けられるＡＣサーボモータ毎に、それらの値が当該メモリ３６に設定されるようになっている。回転円盤２２の磁極数Ｎ（＝２）とモータ磁極数Ｍの関係は、Ｍ＝ｋＮ（ｋ：１以上の整数）とされる。モータ磁極数Ｍが２、４、６、８・・・と変化しても１つのハードウエアで対応できる。Ｍ＝４以上がモータとして一般的である。
【００１８】
このように、本例のエンコーダ２０は、単一の回転円盤２２と、一対の磁気センサ２３Ｘ、２３Ｙとを用いて、回転位置を表すＡ相およびＢ相信号と、磁極位置を表すＵ、Ｖ、Ｗの各磁気信号とを生成できる。よって、従来のように、回転位置検出用のエンコーダと、磁極位置検出用の磁極検出機構をＡＣサーボモータに取り付ける場合に比べて、ＡＣサーボモータの小型化、軽量化に有利である。また、メモリ３７に設定する磁極数および磁極基準角度を変更するのみで、磁極数の異なる３相ＡＣサーボモータに組み込むことができ、また、既存のサーボドライバをそのまま用いることができる。
【００１９】
なお、回転円盤２２をモータ回転軸にセッティングするときに、予め定められた角度位置に装着することにより、常にθｏは一定として演算できる。この場合には、メモリ３７に磁極基準角度θｏをセットする必要がなく、磁気信号生成回路３５では、ＡＣサーボモータ１の磁極数Ｍと、演算された回転子角度θａ（ｔ）に基づき、１２０度位相の異なる３相の磁極信号Ｕ、Ｖ、Ｗを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を適用したＡＣサーボモータの概略構成図である。
【図２】図１のエンコーダの検出部を示す説明図である。
【図３】図１のエンコーダの磁気センサから出力される検出信号を示す信号波形図である。
【図４】図１のエンコーダの信号処理回路の概略ブロック図である。
【図５】一般的なＡＣサーボモータを示す概略構成図である。
【図６】図５のＡＣサーボモータに取り付けられているエンコーダの検出部を示す説明図である。
【図７】図６のエンコーダの検出部から得られる検出信号を処理することにより得られるＡ、Ｂ相信号を示す信号波形図である。
【図８】図６の磁極検出機構の検出部を示す説明図である。
【図９】図６の磁極検出機構の検出部から得られる３相の検出信号を示す信号波形図である。
【図１０】図９の検出信号に基づき生成される３相のＵ、Ｖ、Ｗの各信号を示す信号波形図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    ＡＣサーボモータ
２    モータハウジング
３、４  エンドブラケット
５    モータ回転軸
５ａ  回転軸の先端部分
５ｂ  回転軸の後端部分
６、７  軸受け
８    モータ回転子
９    モータ固定子
１０  モータ巻き線
２０  エンコーダ
２１  エンコーダカバー
２２  回転円盤
２３Ｘ、２３Ｙ  磁気センサ
２４  エンコーダ基板
２５  信号処理部
３１、３２  波形整形回路
３３  回転子角度演算回路
３４  ＡＢ相信号生成回路
３５  磁極信号生成回路
３６  出力回路
３７  メモリ
４０  サーボドライバ
４１  信号受信部
４２  制御回路部
５０  上位システム
【図１】
2005172720.tif 000003
【図２】
2005172720.tif 000004
【図３】
2005172720.tif 000005
【図４】
2005172720.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005172720.tif 000008
【図７】
2005172720.tif 000009
【図８】
2005172720.tif 000010
【図９】
2005172720.tif 000011
【図１０】
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