(57)【要約】【課題】動作開始時に余分な始動動作なしに負荷側の装置の原点位置を確立することのできるギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダを提案すること。【解決手段】モータ軸１２の回転を減速してギヤ軸１４から取り出して、ギヤ軸１４の２回転に対応する動作範囲で機械装置１５を駆動するギヤ付きモータ１０には、多回転絶対値エンコーダ２０が取り付けられている。このエンコーダ２０は、ギヤ軸１４の絶対位置を検出するギヤ軸絶対値エンコーダ３０と、磁気ギヤ４０を介してギヤ軸１４の回転数の１／２に減速された回転数で回転する２極マグネット５１と磁気センサ５２からなる負荷側絶対値エンコーダ５０とを備えている。機械装置１５の動作範囲が、２極マグネット５１の１回転に対応しているので、磁気センサ５２の出力から機械装置１５の絶対位置が求まる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して当該ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータに用いる多回転絶対値エンコーダにおいて、
ギヤ軸に取り付けた第１の２極マグネットと、この第１の２極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第１の磁気センサとを備えたギヤ軸絶対値エンコーダと、
前記ギヤ軸の回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の減速出力軸に取り付けた第２の２極マグネットと、この第２の２極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第２の磁気センサとを備えた負荷側絶対値エンコーダとを有し、
前記負荷側の装置の動作範囲において前記第２の２極マグネットが１回転以内の範囲で回転するように、前記減速機構の減速比が設定されていることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記減速機構は、前記第１の２極マグネットの回転に伴って回転する４極以上の多極マグネットからなる磁気ギヤであり、
この磁気ギヤの軸に前記第２の２極マグネットが取り付けられていることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。
【請求項３】
請求項２において、
前記モータの回転軸に取り付けたモータ軸エンコーダの検出信号と、前記負荷側絶対値エンコーダの検出信号とに基づき、前記負荷側の装置の機械原点までのモータ回転角を算出する処理部を有していることを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。
【請求項４】
請求項３において、
前記モータ軸エンコーダはインクリメンタルエンコーダであり、
前記処理部は、前記機械原点の確立時に、前記インクリメンタルエンコーダから原点信号が出力されるまで前記モータを回転させ、当該原点信号が出力された時点における前記負荷側絶対値エンコーダによって求まる前記負荷側の装置の動作位置に基づき、機械原点までのモータ回転角度を算出することを特徴とするギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ギヤ付きモータによって駆動される負荷側の装置の動作範囲がギヤ軸の多回転に対応する場合に用いるのに適したギヤ付きモータの多回転絶対値エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ギヤ付きモータは、図３に示すように、モータ１と、そのモータ軸２に連結された減速ギヤ３とを有し、このギヤ軸４によって機械装置５を駆動するようになっている。機械装置５を予め定めた動作範囲内において位置決め制御するために、モータドライバ６は、モータ軸エンコーダ７から信号処理回路８を介して得られるモータ回転位置情報と、機械装置５の動作基準となる機械原点を検出する原点センサ９から得られる原点信号とに基づき、モータ１を駆動制御するようになっている。
【０００３】
ここで、ギヤ付きモータ１を機械装置５に取り付けて位置決め制御を行う場合には、その始動時に、機械装置５が機械原点に位置した状態が確立されるように、モータドライバ６によりモータ１を駆動制御する必要がある。機械装置５が機械原点に位置する状態を確立するために、機械装置５の原点センサ９から得られる原点信号と、モータ軸エンコーダ７から得られるＺ相信号とが用いられる。
【０００４】
例えば、次のようにして機械装置５をその原点に位置決めした状態が確立される。まず、機械装置５が原点に戻るまでモータ１を一方向に回転駆動する。原点センサ９によって原点に至ったことが検出された後はモータ１を低速回転させ、モータ軸エンコーダ７からＺ相信号が出力されるまで機械装置５を同一方向に駆動する。この後は、逆方向にモータ１を低速回転させ、機械装置５が機械原点に達した後は、モータ１を反転させて超低速で一定量だけ回転させて、機械装置５を機械原点に位置決めした状態を確立する。
【０００５】
このような位置決め動作においては、機械装置５の位置決め動作範囲がギヤ軸１回転に相当する場合には、最大で、減速ギヤ３の減速比分だけモータ軸２を回転させる必要がある。例えば、減速ギヤ３の減速比が１：５０の場合には、モータ軸２を最大で５０回転させる必要がある。
【０００６】
特に、機械装置５の位置決め動作範囲がギヤ軸の多回転に相当する場合には、より多くモータ軸２を回転させる必要がある。例えば、機械装置５の位置決め動作範囲がギヤ軸の２回転（７２０度）に対応しており、減速ギヤ３の減速比が１：５０の場合には、始動時における機械装置５の位置決め動作においては、最大で、５０×３６０度×２＝３６０００度もモータ軸２を回転させないと、原点センサ９から原点信号が得られない場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来のギヤ付きモータにおける負荷側の装置を原点に位置決めさせるための位置決め動作においてはモータ軸を多回転させる必要があり、時間が掛かり効率的でないという問題がある。
【０００８】
本発明の課題は、モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して、ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータにおいて、始動時などにおける原点位置の確立動作を、負荷側の装置に原点センサを取り付けることなく、短時間で行うのに適した多回転絶対値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】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、モータ軸の出力回転を減速してギヤ軸から取り出して当該ギヤ軸の多回転に対応する動作範囲で負荷側の装置を駆動するギヤ付きモータに用いる多回転絶対値エンコーダにおいて、
ギヤ軸に取り付けた第１の２極マグネットと、この第１の２極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第１の磁気センサとを備えたギヤ軸絶対値エンコーダと、
前記ギヤ軸の回転を減速する減速機構と、
前記減速機構の減速出力軸に取り付けた第２の２極マグネットと、この第２の２極マグネットによる回転磁界の変化を検出する第２の磁気センサとを備えた負荷側絶対値エンコーダとを有し、
前記負荷側の装置の動作範囲において前記第２の２極マグネットが１回転以内の範囲で回転するように、前記減速機構の減速比が設定されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、負荷側の装置の動作範囲が、第２の２極マグネットの１回転以内の範囲に対応するように、ギヤ軸の回転を減速して当該第２の２極マグネットを回転させるようにしている。したがって、当該第２の２極マグネットを回転磁界を検出する第２の磁気センサの出力から負荷側の装置の絶対動作位置が求まる。よって、モータ軸エンコーダから得られるモータ軸の絶対位置あるいはその原点位置に基づき、負荷側の装置の原点位置を求めることができる。
【００１１】
すなわち、モータ軸エンコーダが絶対値エンコーダの場合には始動時にモータ軸を回転させずに、負荷側の装置の原点位置までのモータ回転角を算出できる。また、モータ軸エンコーダがインクリメンタルエンコーダの場合には最大でモータ軸を１回転させればその原点位置を表すＺ相信号が得られ、当該位置から負荷側の装置の原点位置までのモータ回転角を算出できるので、始動時には最大でモータ軸を１回転させるだけでよい。
【００１２】
ここで、前記減速機構として、前記第１の２極マグネットの回転に伴って回転する４極以上の多極マグネットからなる磁気ギヤを採用し、この磁気ギヤの軸に前記第２の２極マグネットを取り付けた構成とすることが望ましい。磁気ギヤを用いることにより、非接触状態でギヤ軸の回転を減速できるので不要は負荷がギヤ軸に作用することがない。また、部品を追加することなく磁気ギヤの着磁極数を増やすだけで、負荷側の装置の動作範囲が第２の２極マグネットの１回転以内の角度範囲となるように設定できる。したがって、極めて簡単な構成により、負荷側の動作範囲に対応できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の多回転絶対値エンコーダを用いれば、ギヤ付きモータの動作開始時に余分な始動動作を行うことなく、負荷側の装置の機械原点を求めることができるので、始動時間の短縮化を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した多回転絶対値エンコーダを備えたギヤ付きモータの実施の形態を説明する。
【００１５】
図１（ａ）は本例のギヤ付きモータを示す概略構成図であり、図１（ｂ）はその部分構成図である。ギヤ付きモータ１０は、モータ本体１１と、このモータ軸１２に連結されたギヤ減速機１３とを有し、ギヤ減速機１３の出力軸であるギヤ軸１４が負荷側の機械装置１５に連結され、当該機械装置１５が所定の動作範囲内で位置決め制御されるようになっている。本例では、機械装置１５の動作範囲がギヤ軸１４の多回転に対応している。例えば、機械装置１５の動作範囲がギヤ軸１４の２回転（７２０度）に対応している。また、ギヤ減速機１３の減速比は例えば１：５０に設定されている。この場合には、モータ軸１２の１００回転が機械装置１５の動作範囲に対応する。
【００１６】
モータ軸１２は例えば中空軸であり、その後端部にはモータ軸エンコーダ１６が取り付けられている。モータ軸エンコーダ１６は例えばインクリメンタルエンコーダであり、Ａ相、Ｂ相およびＺ相信号が出力される。ギヤ軸１４はモータ軸１２の中空部を通ってモータ後側に引き出されており、その後端部には多回転絶対値エンコーダ２０が取り付けられている。多回転絶対値エンコーダ２０からは、ギヤ軸１４の絶対位置を表す信号および負荷側の機械装置１５の絶対位置を表す信号が出力される。モータ軸エンコーダ１６および多回転絶対値エンコーダ２０の出力は信号処理部１７において処理された後にモータドライバ１８に供給される。モータドライバ１８は、供給された各部の位置情報に基づき、モータ本体１１を駆動制御して、機械装置１５を目標位置に位置決めする位置決め動作を行う。
【００１７】
多回転絶対値エンコーダ２０は、ギヤ軸１４の絶対値を検出するためのギヤ軸絶対値エンコーダ３０を備えている。ギヤ軸絶対値エンコーダ３０は、ギヤ軸１４の後端部に同軸状に固定した円盤状の２極マグネット３１と、この２極マグネット３１の外周面に一定のギャップで対峙している２個の磁気センサ３２とを備えている。図１（ｂ）に示すように、磁気センサ３２は９０度オフセットした位置に配置されており、ギヤ軸１４に伴って２極マグネット３１が回転すると、これより発生する回転磁界の変化に対応する１回転１周期の９０度位相のずれた正弦波状の検出信号を出力する。
【００１８】
この構成のギヤ軸絶対値エンコーダ３０は、モータ軸１２の回転数（モータ軸が何回転目であるのか）を認識できる精度をもっている。例えば、ギヤ減速機１３の減速比が１：５０の場合には、当該エンコーダ３０の角度精度は７．２度（＝３６０度／５０）である。このギヤ軸絶対値エンコーダ３０の検出信号に基づきギヤ軸１４の１回転内の絶対位置を知ることができる。
【００１９】
また、多回転絶対値エンコーダ２０は、ギヤ軸１４の回転を減速して取り出すための減速機構として機能する磁気ギヤを備えている。図１（ｂ）に示すように、本例の磁気ギヤは円盤状の４極マグネット４０であり、この４極マグネット４０は、ギヤ軸１４に取り付けた２極マグネット３１の回転中心軸線と平行な回転中心軸線を中心に回転するように配置され、その外周面が一定のギャップで２極マグネット３１の外周面に対峙している。このように２極マグネット３１と４極マグネット４０が磁気的に結合されているので、ギヤ軸１４と共に２極マグネット３１が回転すると、これに伴って４極マグネット４０も回転する。また、２極マグネット３１が１回転する間に、４極マグネット４０は１／２回転するので、ギヤ軸１４の回転が１／２に減速される。
【００２０】
多回転絶対値エンコーダ２０は、さらに、ギヤ軸回転数の１／２に減速された回転数で回転する円盤状の２極マグネット５１と、この２極マグネット５１の外周面に一定のギャップで対峙している磁気センサ５２とを備えた負荷側絶対値エンコーダ５０を備えている。２極マグネット５１は、４極マグネット４０の回転軸４１に同軸状態に固定されており、４極マグネット４０と一体回転する。磁気センサ５２は、例えば、２極マグネット５１の外周面に対峙する９０度オフセットした位置にそれぞれ配置されている。４極マグネット５１が回転すると、これより発生する回転磁界の変化に対応する１回転１周期の９０度位相のずれた正弦波状の検出信号が出力される。この検出信号に基づき２極マグネット５１の１回転内の絶対位置を知ることができる。
【００２１】
ここで、ギヤ軸１４が２回転すると、磁気ギヤを介して２極マグネット５１が１回転する。すなわち、２極マグネット５１の１回転は、負荷側の機械装置１５の動作範囲に対応している。よって、磁気センサ５２の検出信号に基づき、機械装置１５の絶対位置を知ることができる。
【００２２】
このように構成した本例のギヤ付きモータ１０では、その動作開始時に、余分な始動動作なしに機械装置１５の正確な位置を認識できるので、始動時間を短縮化できるという効果を奏する。すなわち、動作開始時には、モータドライバ１８によってモータ本体１１を駆動して、モータ軸エンコーダ１６から最初のＺ相信号が出力されるまでモータ軸１２を回転させる。信号処理部１７では、Ｚ相信号が出力された時点における負荷側絶対値エンコーダ５０の検出信号から、機械装置１５の絶対位置を知ることができる。また、この絶対位置から機械装置１５の機械原点までのモータ回転角を算出することができる。この結果、機械装置１５を実際にその機械原点に復帰させる必要がない。このため、動作開始時においては、最大でモータ軸１２を１回転（３６０度）回転させるだけで済む。
【００２３】
なお、モータ軸エンコーダ１６が絶対値エンコーダの場合には、始動動作を行うことなく、すなわち、モータ軸１２を回転させることなく、機械装置１５の原点位置を認識できる。
【００２４】
次に、機械装置１５の動作範囲が、ギヤ軸１４の２回転より多い多回転に対応している場合には、磁気ギヤの着磁極数を増加すればよい。例えば、機械装置１５の動作範囲がギヤ軸１４の４回転（１４４０度）に対応している場合には、磁気ギヤの減速比を１：４にすればよい。すなわち、図２に示すように、磁気ギヤとして用いる円盤状マグネットを、４極マグネット４０の代わりに、８極マグネット４０Ａを用いればよい。この場合には、負荷側絶対値エンコーダ５０の角度精度が９０度（＝３６０度／４）とされる。
【００２５】
なお、ギヤ減速機１３としては、遊星歯車減速機などの各種の機構のものを用いることができ、例えば、部品点数が少なく高減速比を得ることのできる波動歯車減速機を用いることができる。
【００２６】
また、本例ではギヤ軸１４の回転数を減速して取り出すための減速機構として磁気ギヤを用いているが、ギヤ減速機を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明を適用したギヤ付きモータを示す概略構成図であり、（ｂ）はその磁気ギヤおよびギヤ軸絶対値エンコーダを示す構成図である。
【図２】磁気ギヤの別の例を示す構成図である。
【図３】一般的なギヤ付きモータを示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ギヤ付きモータ
１１  モータ本体
１２  モータ軸
１３  ギヤ減速機
１４  ギヤ軸
１５  機械装置
１６  モータ軸エンコーダ
１７  信号処理部
１８  モータドライバ
２０  多回転絶対値エンコーダ
３０  ギヤ軸絶対値エンコーダ
３１  ２極マグネット
３２  磁気センサ
４０、４０Ａ  磁気ギヤ
４１  回転軸
５０  負荷側絶対値エンコーダ
５１  ２極マグネット
５２  磁気センサ
【図１】
2007113932.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007113932.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年8月8日(2006.8.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007113932.tif 000006