(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡＢ相のインクリメンタル信号を発生するインクリメンタル信号発生手段と、サーボモータ用のポールセンサ信号を発生するサーボモータ用ポールセンサ信号発生手段とを有するＡＣサーボモータ用エンコーダにおいて、
モータ１回転１周期で、前記１周期中に１回転１パルスの原点信号の中心位置以外で同一出力位置を持たない鋸歯状波形のアナログポールセンサ信号を有し、  前記アナログポールセンサ信号の切換わり点が前記原点信号と同期し、前記原点信号はモータＵ相誘起電圧ＥＭＦの電気角０度点と同期していることを特徴とするＡＣサーボモータ用エンコーダ。
【請求項２】
前記アナログポールセンサ信号を、Ａ／Ｄ変換してモータ１回転をＡ／Ｄコンバータの分解能に分割することにより停止位置検出を行うことを特徴とする請求項１記載のＡＣサーボモータ用エンコーダ。
【請求項３】
前記ポールサンサ信号発生用の回転ディスクは、ディスク外周部に１回転１パルスの原点信号を形成した原点信号トラックと、内周部に前記原点位置の中心位置を始点および終点位置として始点から終点に向け光透過量を直線的に変化させて鋸歯状波を発生させるポールセンサ用トラックを形成したアナログディスクであることを特徴とする請求項１記載のＡＣサーボモータ用エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡＣサーボモータ用エンコーダ、特にそれを小型化することができるＡＣサーボモータ用エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＡＣサーボモータ用エンコーダは、分解能パルスと呼ばれるＡ相、Ｂ相（例１０００Ｐ／Ｒ、２０００Ｐ／Ｒ等）と１回転に１パルスのＺ相の原点信号と、それぞれのモータの３相磁極Ｕ、Ｖ、Ｗに同期した３つのポールセンサ信号Ｕ、Ｖ、Ｗを有している。
インクリメンタル型では、例えば、回転ディジタルディスクの複数のスリットを光学手段等により読取って、９０度位相差のあるＡ、Ｂ相パルスを生成して相対的な回転角検出に用いている。
又、ポールセンサ信号Ｕ、Ｖ、Ｗも同様な回転ディスクのＵ、Ｖ、Ｗの信号が形成されたスリットを読取る光学式、又はホール素子等を用いる磁気式による生成信号によってモータの停止位置を検出してモータの起動に用いている。
図７は、従来のＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図であり、図７（ａ）はＵＶＷ相誘起電圧ＥＭＦとポールセンサ信号の同期状態を示す図で、図７（ｂ）はポールセンサ信号の分解能を示す図である。
ＡＣサーボコントローラ（図示していない）は、電源投入時に、エンコーダから出力されるポールセンサ信号Ｕ、Ｖ、Ｗにより、電気角１周期を、
（１）、０〜６０°
（２）、６０〜１２０°
（３）、１２０〜１８０°
（４）、１８０〜２４０°
（５）、２４０〜３００°
（６）、３００〜３６０°（０°）
の６分割で読取ることができる。
ＡＣサーボコントローラは６分割のそれぞれ中央値（３０、９０、１５０、２１０、２７０、３３０度）にモータ磁極があると判断することによって、少なくとも正しい位置の±３０度の範囲の位置を知ることができる。これによって大体の磁極位置を割り出してモータに流す電流の位相を決定してモータを回し始め、Ａ相、Ｂ相の進み、遅れから正転、逆転を判断して、正転ならば次にＵ相信号が立ち上がった時点で、逆転ならば立ち下がった時点で位相を０度にリセットして、そこからはＡ、Ｂ相をカウントすることによって正確な位相でモータに電流を流しモータを回していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近ではＡＣサーボモータが小型化されていくに従って、エンコーダも小型化を要求されてきているが、ポールセンサ信号はＡＣサーボモータをコントロールする上で必要不可欠な信号であり、それには回転ディスク上に専用のトラックと、検出用センサ等が円周方向に１相ずつ必要であって、その処理回路も必要なのでエンコーダの小型化の妨げとなっているという問題があった。また、ポールセンサ信号は絶対値的な信号であって、電気角３６０度内に同じ出力信号があってはならないものであり、検出信号を減らすことが難しいという問題があった。そこで、本発明は、ポールセンサ信号の検出用センサ、回転ディスクのトラックおよび処理回路を削減してエンコーダを小型化できるＡＣサーボモータ用エンコーダを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ＡＢ相のインクリメンタル信号を発生するインクリメンタル信号発生手段と、サーボモータ用のポールセンサ信号を発生するサーボモータ用ポールセンサ信号発生手段とを有するＡＣサーボモータ用エンコーダにおいて、モータ１回転１周期で、前記１周期中に１回転１パルスの原点信号の中心位置以外で同一出力位置を持たない鋸歯状波形のアナログポールセンサ信号を有し、前記アナログポールセンサ信号の切換わり点が前記原点信号と同期し、前記原点信号はモータＵ相誘起電圧ＥＭＦの電気角０度点と同期していることを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、前記アナログポールセンサ信号を、Ａ／Ｄ変換してモータ１回転をＡ／Ｄコンバータの分解能に分割することにより停止位置検出を行うことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、前記ポールセンサ信号発生用の回転ディスクは、ディスク外周部に１回転１パルスの原点信号を形成した原点信号用トラックと、内周部に前記原点位置の中心位置を始点および終点位置として始点から終点に向け光透過量を直線的に変化させて鋸歯状波を発生させるポールセンサ用トラックを形成したアナログディスクであることを特徴としている。
上記構成によれば、アナログディスクを用いて１本のトラックにより鋸歯状波形のポールセンサ信号を発生させるので、１本のポールセンサ信号だけで済み、センサ、回転ディスクのトラックおよび処理回路を２相分無くすことができるので、エンコーダを更に小型化できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図である。
図２は図１に示すポールセンサ信号による位置検出動作を示す図である。
図３は図１に示すエンコーダの動作ブロック図である。
図１において、図１（ａ）はＵ相誘起電圧ＥＭＦとポールセンサ信号の同期関係を示す図であり、図１（ｂ）はポールセンサ信号の位置検出分解能を示し、エンコーダＵ相１は、モータＵ相磁極つまりＵ相誘起電圧ＥＭＦに同期したＵ相ポールセンサ信号である。エンコーダＸ相２は、Ｖ相Ｗ相とは非同期でエンコーダＵ相１とは電気角で９０°位相のずれたＸ相信号である。
エンコーダＵ相１とエンコーダＸ相２は、例えば、回転ディスク上にＵ相１用のスリットと、９０°位相のずれたＸ相２用のディジタル信号用スリットを形成して、センサにより読取り、処理回路で整形して発生させる。
このような、Ｕ相ポールセンサ信号のエンコーダＵ相１と、Ｕ相１とは電気角で９０°位相がずれて、他のＶ相、Ｗ相とは非同期の信号のエンコーダＸ相２、２つの信号を出力することによって、図１（ｂ）に示すように、電気角で１周期３６０°を、９０°ずつ次のように４分割する。
（１）、０〜９０°
（２）、９０〜１８０°
（３）、１８０°〜２７０°
（４）、２７０〜３６０°（０°）
ちなみに、ここではポール数Ｐ＝２極の場合を示し、従来例のように信号ＵＶＷが３個の場合は３６０／６０の６分割となり、又、ポール数Ｐ＝４個ならポールセンサ信号は１回転２周期となり、分割数は増える。
図３はＡＣサーボモータ用エンコーダのブロック図であり、１０はサーボモータ用エンコーダで、回転ディジタルディスクによりインクリメンタル信号のＡ相パルス３、９０°位相がずれるＢ相パルス４、原点信号Ｚ相パルス５、の各信号と、ポールセンサ信号のエンコーダＵ相１、９０°位相のずれるエンコーダＸ相２、の各信号を発生させる。各信号はＡＣサーボコントローラ１１へ入力して、Ａ相３、Ｂ相４の信号パルスはカウンタ１２でカウントされて、マイコン１３で相対的な位置信号として処理される。
このようなエンコーダ１０はＵ相、Ｘ相信号により、モータが４分割領域のどの位置に今いるかをＡＣサーボコントローラ１１に知らせて、サーボコントローラ１１は４分割のそれぞれの領域の中央値（４５、１３５、２２５、３１５°）に、モータが停止していると判断することによって、少なくとも正しい位置の±４５度の範囲の位置を知ることができる。
【０００６】
つぎに動作について説明する。
図２に示すように、モータが現在位置（電気角２４０°の位置）に停止しているとする。
１．電源が投入され、サーボコントローラ１１がエンコーダ１０からポールセンサ信号Ｕ相１、Ｘ相２を読取ると、Ｕ相１とＸ相２の、“Ｈｉ”、“Ｌｏｗ”によって現在位置▲３▼の領域にいると判断する。この時、ＡＣサーボコントローラ１１は疑似的に領域▲３▼の中心、電気角２２５°の位置にセットし、これを基準にモータをコントロールする。
２．その後は、Ａ相、Ｂ相の進み、遅れから正転、逆転を判断し、正転ならば次のＵ相信号１が立ち上がるまで、逆転ならば立ち下がるまで、この位相でコントロールする。
３．次のＵ相信号１が立ち上がると、又は、立ち下がると、電気角を０度にリセットする。
４．あとは通常のＡ相パルス３、Ｂ相パルス４をカウントすることによって、正しい位相でモータをコントロールできる。
以上、Ｕ相信号１とＸ相信号２の電気角を９０°に設定した例について説明したが、他の実施の形態として、２相信号の電気角は任意に設定することも可能である。
但し、図１（ａ）において、Ｕ相信号１とＸ相信号２の電気角を任意角に設定するとすれば、図１（ｂ）に示す、電気角１周期の分割は、そのままでは等分割にならないので演算量は増加する。
このように、本実施の形態によれば、ポールセンサ信号をＵ相ポールセンサ信号と、これと９０°又は一定角度位相のずれたＸ相信号の２相信号で構成できるので、１相分の信号数、装置、回路の削減が可能となり、小型化を図ることができる。
【０００７】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。
図４は本発明の第２の実施の形態に係るＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図である。
図５は図４に示すエンコーダの回転アナログディスクを示す図である。
図６は図４に示すエンコーダの動作ブロック図である。
図４において、第２の実施の形態では、ポールセンサ信号６は１回転（３６０度）毎に切替わる鋸歯状波形のアナログ信号となる。原点パルス７は鋸歯状波形６の切替わり点に同期し、モータＵ相ＥＭＦ（ここでは磁極数＝６Ｐの例を示している）の電気角０度点に同期している。
このポールセンサ信号６と、原点パルス７は、例えば、図５のようなアナログディスクにより発生する。回転アナログディスク２０は外周部に原点信号用トラック２２を描き、原点パルス７の位置は２２ａの透過点となる。その内周部には始点から終点に向けて遮光幅が狭く透過光量が増加するような、パターンのポールセンサ用トラック２１が描かれている。このアナログディスク２０の回転をセンサで読取り、図１に示すような１回転で１鋸歯状波形となるアナログポールセンサ信号６と、原点パルス７を発生させる。
図６は動作ブロック図であり、エンコーダ３０からはインクリメンタル信号ＡＢ相等の各パルスと、アナログ・ポールセンサ信号６が出力され、インクリメンタル信号はサーボコントローラ３１のカウンタ３２へ、鋸歯状波形のポールセンサ信号６は、ＡＣサーボコントローラ３２のＡ／Ｄコンバータ３４でＡ／Ｄ変換されてマイコン３３により判断される。
【０００８】
つぎに動作について説明する。
電源投入時、図６のように、アナログポールセンサ信号６をサーボコントローラ３１側でＡ／Ｄコンバータ３４によりＡ／Ｄ変換してマイコン３３により処理する。この時、モータ１回転のポールセンサ信号６をＡ／Ｄコンバータ３４の分解能分に分割して（分解能毎一定レベルの分割領域により）位置検出できる。
また、もしモータが切替わり点に停止して出力が不安定な場合であっても、原点パルス７と切替わり点は同期しているので、常に２信号間のＡＮＤをとることによって正しいモータの停止位置を知ることができる。
今、図４に示すように、モータが磁極数６Ｐのモータで、図４に示す停止位置（機械角２７０°の位置）に停止しているとする。
１．電源が投入されるとマイコン３３は、ＡＣサーボコントローラ３１がエンコーダ３０から入力したポールセンサ信号６を読み込み、原点パルス７がＨｉレベルか、Ｌｏｗレベルかを確認する（Ｈｉならば電気角を０にセットするが、Ｌｏｗなので次へ進む）。
２．モータ位置検出は、予めポールセンサ信号６のアナログ出力上限値とアナログ出力下限値を調整しておいて、停止位置に対応する鋸歯状波形６の出力下限値と上限値の間（鋸歯状波の斜線上のレベル値）のレベル値を、Ａ／Ｄコンバータの変換値より読取って、モータの停止位置が機械角２７０°の位置であると同定検出できる。又、同時にモータ極数が６Ｐであることから、電気角は４５°と検出できる。
３．その後は、原点パルス７が来るまでこの位相と、この位置からのＡ、Ｂ相パルスをカウントすることによってコントロールする。
４．原点パルス７が来たら電気角を０度にリセットし、その後は定常のＡ、Ｂ相パルスのカウントにより正しい位相でモータをコントロールできる。
このように、第２の実施の形態によれば、モータのＵ相ＥＭＦの電気角０°点と、０点が同期したアナログ・ポールセンサ信号と、更に、これと原点パルスが同期するように構成したので、停止位置の読取りが正確になり、同時に３本必要だったポールセンサ信号数が１本で済み、回路、部品数も削減できる。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モータのＵ相磁極と同期したＵ相ポールセンサ信号と、Ｕ相ポールセンサ信号と９０°または一定角度位相がずれたＸ相信号との２相信号によってポールセンサ信号を構成しモータの磁極位置が検出できるように構成したので、１相分の回転ディスクのトラック、検出用センサおよび処理回路の削減が可能になり、エンコーダを小型化できる。
更に、モータのＵ相ＥＭＦの電気角０°の点と、０点が同期したアナログポールセンサ信号と、アナログポールセンサ信号の切替わり点と同期した原点信号を持つことで読み違えることなく、正しくモータの磁極位置を知ることができるように構成したので、２相分の回転ディスクのトラック、検出用センサおよび処理回路を省略することが可能になり、エンコーダを小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図である。
【図２】図１に示すポールセンサ信号による位置検出動作を示す図である。
【図３】図１に示すエナコーダの動作ブロック図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図である。
【図５】図４に示すエンコーダのアナログディスクを示す図である。
【図６】図４に示すエンコーダの動作ブロック図である。
【図７】従来のＡＣサーボモータ用エンコーダのポールセンサ信号を示す図である。
【符号の説明】
１  エンコーダＵ相信号
２  エンコーダＸ相信号
３  Ａ相パルス
４  Ｂ相パルス
５  Ｚ相パルス
６  アナログ・ポールセンサ信号
７  原点パルス
１０、３０  エンコーダ
１１、３１  ＡＣサーボコントローラ
１２、３２  カウンタ
１３、３３  マイコン
２０  アナログディスク
２１  ポールセンサ信号トラック
２２  原点信号用トラック
３４  Ａ／Ｄコンバータ
【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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【図７】
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