(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸の回転角度の情報を出力するＭＲセンサユニットと、前記モータの主バッテリの電力が失われた状態において電力を生成し前記回転軸の回転角度の情報を不揮発性メモリに記録するバッテリレス対応ユニットと、前記ＭＲセンサユニットの出力及び前記バッテリレス対応ユニットの出力を、予め設定された条件に従って処理し出力するエンコーダ出力制御ユニットとを備え、
前記ＭＲセンサユニットは、ホルダーを介して前記回転軸に固定される1個の平板状磁石と、前記モータに固定される基板の一方の面側でかつ前記平板状磁石に対向する位置に設けられた１対のＭＲセンサとを備え、
前記平板状磁石は、外径が５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍのフェライト磁石であり、単発着磁された一対のＮＳの磁極を有しており、
前記ＭＲセンサユニットは、前記回転軸の回転角度に関してインクリメンタル信号とアブソリュート信号の２系統の信号を出力する機能を備えており、
前記バッテリレス対応ユニットは、前記基板上でかつ前記ＭＲセンサの背面の位置に配置された１つの大バルクハウゼン効果発電モジュールと、角度情報処理部とを備えており、前記角度情報処理部は、初期設定条件に従って、前記電力が失われた状態における前記回転軸の多回転に関する情報を生成し前記不揮発性メモリに記録する機能を備えており、
前記初期設定条件には、少なくとも、前記回転軸の多回転に関する情報を生成するために、前記アブソリュート信号又は前記インクリメンタル信号のいずれか１つの選択と、前記回転軸の多回転に関する情報を記録する期間の長さを含んでいることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダ。
【請求項２】
請求項１において、
前記初期設定条件には、さらに、前記大バルクハウゼン効果発電モジュールのコイル出力の選択の可否と、
前記インクリメンタル信号若しくは前記アブソリュート信号の出力条件として、前記回転軸のパルス数／回転を与えられた条件の中から選定することを含んでいることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダ。
【請求項３】
請求項１において、
前記大バルクハウゼン効果発電モジュールの複合磁性ワイヤと前記平板状磁石の表面との間の距離は１０ｍｍ以下であり、前記基板の厚みｄｐは、０．８０〜１．００ｍｍの範囲にあることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダ。
【請求項４】
請求項１において、
前記バッテリレス対応ユニットおよび前記エンコーダ出力制御ユニットはＦＰＧＡ若しくはＡＳＩＣにより、前記初期設定条件に対応する機能を実現するように構成されていることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダ。
【請求項５】
バッテリレス対応のロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置であって、
前記サーボ制御装置は、モータ駆動信号生成ユニットと、バッテリレスモード対応ユニットを含む、モータドライバを備えており、
前記モータ駆動信号生成ユニットは、請求項１に記載の前記ロータリーエンコーダの出力、及び、運転指令に基づきモータの駆動信号を生成する機能を備え、
前記バッテリレスモード対応ユニットは、前記主バッテリの電源が失われた時に、前記初期設定条件に従って、前記大バルクハウゼン効果発電モジュールで発生する電力に基づき、前記モータドライバの出力を制御する機能を備えていることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置。
【請求項６】
請求項１において、
前記エンコーダ出力制御ユニットは、
前記モータの主バッテリの電力が正常な状態では、前記ＭＲセンサユニットの出力に基づく前記アブソリュート信号及び前記インクリメンタル信号を前記ロータリーエンコーダの出力信号として出力し、
前記モータの主バッテリの電力が失われた状態では、前記初期設定条件に従って、前記大バルクハウゼン効果発電モジュールで発生する電力に基づき、前記ＭＲセンサユニットの出力に基づく前記アブソリュート信号、前記インクリメンタル信号、若しくは前記大バルクハウゼン効果発電モジュールのコイル出力に関する情報のいずれかを記録したバッテリレスモード情報を生成し、前記バッテリレスモード情報を前記不揮発性メモリに記録する、ことを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダ。
【請求項７】
バッテリレス対応のロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置であって、
モータ駆動信号生成ユニットと、バッテリレスモード対応ユニットを含む、モータドライバを備えており、
前記モータ駆動信号生成ユニットは、請求項６に記載の前記ロータリーエンコーダの出力、及び、運転指令に基づきモータの駆動信号を生成する機能を備え、
前記バッテリレスモード対応ユニットは、前記主バッテリの電源が失われた時に、前記初期設定条件に従って、前記大バルクハウゼン効果発電モジュールで発生する電力に基づき、前記モータドライバの出力を制御する機能を備えていることを特徴とするバッテリレス対応のロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボ制御装置に係り、特に、ＭＲセンサを有し、バッテリレス対応の機能を備え、産業用機器に使用するのに適した、汎用型のロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーエンコーダは、産業用のロボット等のエンコーダとして、モータで駆動される回転軸の絶対角度位置を測定するために使用される。例えば、ブラシレスＤＣモータの制御方法として、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の位相を検知するロータリーエンコーダと、ロータの磁極位置とを同期させて、モータをサーボモータとして制御することが行われている。【０００３】
特許文献１には、モータの回転軸の回転位相を検知する磁気センサ（１組のＭＲセンサユニット）を備え、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号及び絶対原点位置の情報にＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与し、アブソリュート信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録するように構成されたサーボ制御装置が開示されている。【０００４】
特許文献２には、大バルクハウゼンジャンプを利用した電力供給部を有する光学式若しくは磁気式のエンコーダ装置が開示されている。このエンコーダ装置は、磁石の回転に伴う磁界の変化によって大バルクハウゼンジャンプを生じる感磁性部と、この感磁性部における磁界の変化を利用した発電部と、発電部から出力の変化により回転軸の回転情報を検出する検出部と、発電部から出力された電力を所定電圧の電力に調整する電力調整部と、記憶部とを備えている。特許文献２には、さらに、バックアップ状態において記憶部に記憶されている回転情報が、次にモータが起動される際にモータ制御部などに読み出され、回転軸の初期位置などの算出に利用されることも記載されている。【０００５】
特許文献３に記載の磁気センサは、回転軸の一端に固定される１個の永久磁石のＮ極からＳ極に走る磁力線の一部を、基板に固定された、垂直要素（コンポーネント）を持つ４つのホール素子を貫通させることにより、低磁気抵抗を有する強磁性偏向体によって偏向するように構成されている。さらに、基板には、発電機能を有するウィーガンドワイヤとその周囲に捲回されているコイルを含むウィーガンドモジュールが設けられている。
特許文献４に記載の絶対値エンコーダは、多回転検出器が、回転軸の先端に設けられた永久磁石と、大バルクハウゼン効果をもつ磁性ワイヤ及びコイルから構成され永久磁石の磁界を検出できる位置に設けられた発電装置を備え、外部電源遮断時に発電装置から発電された電圧によって、多回転検出器の電源をバックアップする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第６２９１１４９号公報
【特許文献２】特開２０１８−１０５８９４号公報
【特許文献３】特表２０１３−１５６２５５号公報
【特許文献４】特開２００８−０１４７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載のエンコーダは、そのＭＲセンサユニットが、モータの回転軸に固定されかつこの回転軸の直径にほぼ等しい外径を有する小型の平板状磁石を採用した構成であり、小型かつ安価に製造できるエンコーダである。しかし、主バッテリの電源が失われたバッテリレス時のバックアップ機能が必要である。
特許文献２の発明では、モータの直径に匹敵する径の大きな円板に固定された、４極に着磁された永久磁石が用いられている。大きなサイズの多極の永久磁石を採用しており、バックアップ状態でも十分な電力が得られる。そのため、エンコーダ装置は、高性能ではあるが、高価なものになると考えられる。
特許文献３の発明の磁気センサは、大バルクハウゼン効果発電モジュールを備えているために、外部電力の供給が失われた時に、測定値の保存のための電気エルネキーを供給できる。しかし、センサは、垂直要素（コンポーネント）を持つ４個のホール素子を対象としており、ホール素子と大バルクハウゼン効果発電モジュールの間に、全てのホール素子を完全に覆う偏向体が配置されている。そのため、複合磁性ワイヤは永久磁石軸から離れた位置にあり、軸方向の長さが長い大型の磁気センサとなっている。
特許文献４に記載の絶対値エンコーダは、永久磁石の直径が回転軸の直径に対してかなり大きく、この永久磁石の外周付近に発電装置が設置されており、全体として大型の光学式エンコーダとなっている。【０００８】
本発明の１つの課題は、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、バッテリレス時には、限られた電力を有効に活用し、次回モータが起動される際に必要な情報を適切に記録できる機能を備えた、小型で、安価、かつ、汎用性に富んだ、ロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、小型の平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、ユーザの種々のニーズに応えられる小型で汎用性に富んだ、バッテリレス時の対応機能を備えたロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様によれば、ロータリーエンコーダは、
モータの回転軸の回転角度の情報を出力するＭＲセンサユニットと、前記モータの主バッテリの電力が失われた状態において電力を生成し前記回転軸の回転角度の情報を不揮発性メモリに記録するバッテリレス対応ユニットと、前記ＭＲセンサユニットの出力及び前記バッテリレス対応ユニットの出力を、予め設定された条件に従って処理し出力するエンコーダ出力制御ユニットとを備え、
前記ＭＲセンサユニットは、ホルダーを介して前記回転軸に固定される1個の平板状磁石と、前記モータに固定される基板の一方の面側でかつ前記平板状磁石に対向する位置に設けられた１対のＭＲセンサとを備え、
前記平板状磁石は、外径が５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍのフェライト磁石であり、単発着磁された一対のＮＳの磁極を有しており、
前記ＭＲセンサユニットは、前記回転軸の回転角度に関してインクリメンタル信号とアブソリュート信号の２系統の信号を出力する機能を備えており、
前記バッテリレス対応ユニットは、前記基板上でかつ前記ＭＲセンサの背面の位置に配置された１つの大バルクハウゼン効果発電モジュールと、角度情報処理部とを備えており、前記角度情報処理部は、記録期間の長さを含む初期設定条件に従って、前記電力が失われた状態における前記回転軸の多回転に関する情報を生成し前記不揮発性メモリに記録する機能を備えており、
前記初期設定条件には、少なくとも、前記回転軸の多回転に関する情報を生成するために、前記アブソリュート信号又は前記インクリメンタル信号のいずれか１つを選択すること、及び、前記多回転に関する情報を記録する期間の長さを含んでいることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、バッテリレス時には、限られた電力を有効に活用し、次回モータが起動される際に必要な情報を適切に記録できる機能を備えた、小型で安価、かつ、汎用性に富んだ、ロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。【００１１】
本発明の他の態様によれば、前記平板状磁石は、前記大バルクハウゼン効果発電モジュールの前記複合磁性ワイヤと前記平板状磁石の表面との間の距離が１０ｍｍ以下であり、前記基板の厚みｄｐは、０．８０〜１．００ｍｍの範囲にある。
これにより、小型の平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、高性能で、かつ、小型で安価、かつ汎用型のロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。【００１２】
本発明の他の態様によれば、前記ロータリーエンコーダは、前記バッテリレス対応ユニットおよび前記エンコーダ出力制御ユニットがＦＰＧＡにより構成されており、前記初期設定条件に対応する機能を実現するように構成されている。これにより、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、ユーザの種々のニーズに応えられる小型で汎用性に富んだ、バッテリレス時の対応機能を備えたロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置の構成例を示す図である。
【図２Ａ】図１のロータリーエンコーダが装着された、ブラシレスＤＣモータの主要部の構成例を示す縦断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａのロータリーエンコーダの磁気回路の構成例を示す図である。
【図３Ａ】図１のロータリーエンコーダにおける、バッテリレス対応ユニットおよびＭＲセンサユニットの具体的な構成例を示す図である。
【図３Ｂ】ユーザインタフェースによる初期設定の入力画面の一例を示す図である。
【図４】図３ＡのＭＲセンサユニットおよびバッテリレス対応ユニットの機能を示す、タイムチャートである。
【図５】図１のロータリーエンコーダが装着された、ブラシレスＤＣモータの制御回路及び駆動回路の構成例を示す図である。
【図６】第１の実施例における、ロータリーエンコーダの処理のフローを示す図である。
【図７】図６の処理のフローにおける、Ａ，Ｂ，Ｚアブソリュート信号と、コイル出力パルスの関係の一例を示す図である。
【図８】第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータのドライバの処理フローを示す図である。
【図９】図８の処理フローにおける、前回の運転中に主バッテリの電源が失われていた場合の、ロボットの運転指令とロータリーエンコーダの出力の関係を示す図である。
【図１０】図８の処理フローにおける、主バッテリの電源が正常な状態から停電した場合の、電源とロータリーエンコーダの出力信号と、ブラシレスＤＣモータの駆動信号の関係の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施例に係る、ロータリーエンコーダの処理のフローを示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施例に係る、ロータリーエンコーダが装着された、ステッピングモータの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施例に係るロータリーエンコーダを備えたサーボ制御装置１０の構成例を示す図である。本発明は種々のタイプのモータに適用可能であるが、以下では、本発明をブラシレスＤＣモータに適用した例について、説明する。
このサーボ制御装置１０は、ロータリーエンコーダ１００、電源２００、モータドライバ４００、及び、モータ本体５００で構成されている。ロータリーエンコーダ１００はモータ本体５００に装着されている。
ロータリーエンコーダ１００は、ＭＲセンサユニット１１０、バッテリレス対応ユニット１２０、エンコーダ出力制御ユニット１３０、不揮発性メモリ１４０、シリアル／パラレル信号送受信ユニット１６０などを備えている。
バッテリレス対応ユニット１２０は、主バッテリの電源が失われた時に、電源２００として機能し、ロータリーエンコーダ１００に一時的に電力を供給すると共に、ユーザインタフェース３００を介して初期設定された条件に従って、モータ本体５００の回転に関する情報を生成し記録する機能を有する。
エンコーダ出力制御ユニット１３０は、ユーザインタフェース３００を介して初期設定された条件に従って、ＭＲセンサユニット１１０及びバッテリレス対応ユニット１２０の出力を合成処理して出力する機能を有する。なお、ユーザインタフェース３００は、スマートフォンやタブレット端末に、所定の機能を備えたプログラムを実行する、専用のアプリケーションをインストールすることで、実現できる。ユーザインタフェース３００とロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００とは、通信ネットワークを介して相互に通信可能に構成されている。
電源２００は、ロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００に、電源ライン２３０，２４０を介して、制御された所定の、例えば５Ｖの直流電源を提供する。電源２００は、主バッテリ２１０とサブバッテリ２２０で構成されている（図３Ａ参照）。サブバッテリ２２０は、大バルクハウゼン効果よる電力を蓄え、主バッテリ２１０の電源が失われた時に、ロータリーエンコーダ１００に電力を供給する。サブバッテリ２２０で、通常運転時にもロータリーエンコーダ１００に電力を供給するように構成しても良い。いずれの場合でも、主バッテリ２１０とサブバッテリ２２０の電源ラインは、電気的には独立した２系統のラインとして構成されている。【００１６】
本実施例において、ＭＲセンサユニット１１０は、その基本的な構成として、回転軸の回転角度情報に関して、所定のインクリメンタル信号（例えば、４Ｋパルス／回転）とアブソリュート信号（例えば、３２Ｋパルス／回転）の２系統の信号を出力する機能を備えている。
アブソリュート／インクリメンタル信号は、夫々、バッテリレス対応ユニット１２０とエンコーダ出力制御ユニット１３０に送信される。バッテリレス対応ユニット１２０では、このアブソリュート／インクリメンタル信号に、バッテリレス情報等が付加され、エンコーダ出力制御ユニット１３０に送信される。エンコーダ出力制御ユニット１３０では、ＭＲセンサユニット１１０からのデータとバッテリレス対応ユニット１２０からのデータを、初期設定条件に従って、合成処理してロータリーエンコーダの出力とし、不揮発性メモリ１４０に記録し、あるいは、モータドライバ４００へ出力する。【００１７】
シリアル／パラレル信号送受信ユニット１６０は、ロータリーエンコーダ１００とモータドライバ４００の間で、各種の情報を、パラレル信号もしくはシリアル信号に変換し、送受信する機能を有している。例えば、パラレル伝送処理により生成されたＡ相・Ｂ相信号、及び、Ｚ相信号が、シリアル伝送通信の規格に適合したシリアル伝送用の送信データ（ＢＵＳ）に変換され、このＢＵＳ信号が通信ケーブルを介してモータドライバ４００へ送信される。【００１８】
モータドライバ４００は、モータ駆動信号生成ユニット４１０、バッテリレスモード対応ユニット４２０、及び、運転指令４３０等を記録したメモリを備えており、運転指令４３０と、ロータリーエンコーダ１００の出力に基づいて、モータ本体５００の回転を制御する。すなわち、モータ駆動信号生成ユニット４１０は、ロータリーエンコーダ１００の出力、及び、運転指令４３０、モータの負荷等に基づき、モータの速度や位置等を制御する駆動信号、例えばインバータ駆動用のＰＷＭ信号を生成して、モータ５００を駆動する。モータドライバ４００は、例えば、マイクロコンピュータで実現しても良い。【００１９】
バッテリレスモード対応ユニット４２０は、ユーザインタフェース３００を介して初期設定された条件に従って、主バッテリ２１０の電源が失われた後の再起動時に、モータドライバ４００の出力を制御する機能を有する。
ユーザは、予め、モータ５００の種類や仕様に応じて、エンコーダ出力制御ユニット１３０から送られてくるどのデータを採用するかを決定し、ユーザインタフェース３００を介して、バッテリレスモード対応ユニット４２０のメモリに記録する。【００２０】
なお、図１に機能ブロックの形で示した、プログラムに基づいて動作する、バッテリレス対応ユニット１２０、エンコーダ出力制御ユニット１３０、シリアル／パラレル信号送受信ユニット１６０機能の一部又は全部は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により構成されている。このＦＰＧＡは、Ｉ／Ｏ部、内部配線、論理回路、クロックネットワーク、メモリ、乗算器等で構成されている。論理回路の基になるプログラム等は外部のＥＥＰＲＯＭに記録されている。
ＦＰＧＡの内部構成、換言すると、バッテリレス対応ユニット１２０及びエンコーダ出力制御ユニット１３０の具体的な構成は、プログラムの記述の変更等で柔軟に変更できる。そのため、モータの種類や用途などに応じた、初期設定の内容を予め幅広く想定し、バッテリレス対応ユニット１２０及びエンコーダ出力制御ユニット１３０が有する機能を豊富なものとすることで、ユーザの種々のニーズに応えることができる。
なお、ロータリーエンコーダ１００機能をさらに豊富する必要がある場合には、バッテリレス対応ユニット１２０及びエンコーダ出力制御ユニット１３０を、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）で構成しても良い。【００２１】
図２Ａは、図１のロータリーエンコーダ１００が装着されたブラシレスＤＣモータ本体５００の主要部の構成例を示す、縦断面図である。この例では、ブラシレスＤＣモータ５００の回転軸５１０の一方の端面に、ＭＲセンサユニット１１０の円形の平板状磁石１１１０が磁石ホルダー１１１５を介して固定されている。
ブラシレスＤＣモータ５００は、モータハウジング５２０の内部に固定されたステータとして、界磁鉄心５４１とこれに絶縁部材を介して巻かれた界磁コイル５４２とを備えている。回転軸５１０と一体に形成されたロータ５４３は、ロータヨークと、その外周部に固定された例えば８個の永久磁石を有する、８極のロータである。回転軸５１０は、モータハウジング５２０に設けられた１対の軸受け５３０により保持されている。
一方、磁性体からなるカップ状カバ−５２２の内側において、ロータリーエンコーダ１００を搭載した絶縁材料からなる基板１７０が、支持ピン１７２を介してモータハウジング５２０に固定されている。この基板１７０上の、磁石１１１０に対向する位置には、１対のＭＲセンサ１１２２（１１２２Ａ，１１２２Ｂ）を含む、ＭＲセンサユニット１１０が設置されている。１５７は、磁気シールド用の磁性体の円板である。【００２２】
図２Ｂは、ロータリーエンコーダ１００の構成例を示す図である。
回転軸５１０の軸芯を通る軸線Ｏ−Ｏを中心として、回転軸５１０の端面にＭＲセンサユニット１１０の円形の平板状磁石１１１０が固定されている。円形の平板状磁石１１１０は、その直径が５．０ｍｍ〜１０．０ｍｍのフェライト磁石であり、単発着磁された一対のＮＳの磁極を有している。市販のフェライト磁石は、酸化鉄を主原料にしてバリウム、ストロンチウム、コバルトなどを微量加えて焼き固めて作られたものであり、比較的強い磁性を持ちながら安価である。なお、ネオジム磁石を用いれば、より強力な磁力を得ることができ、バッテリレス時により多くの電力を確保できるが、高価である。本実施例は、安価なフェライト磁石を採用することが、特徴の１つである。
一方、電気絶縁性かつ非磁性の材料からなるプリント基板１７０は両面基板であり、その一方の面上でかつ磁石１１１０に対向する位置に、１対のＭＲセンサ１１２２が固定されている。プリント基板１７０の他方の面上で、かつＭＲセンサの背面となる位置に、複合磁性ワイヤ１５２及びコイル１５４を有する大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０が固定されている。複合磁性ワイヤ１５２は、軸線Ｏ−Ｏを中心とし、かつ、この軸線に直交する方向に配置されている。大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０の具体的な例として、例えば、ウィーガンドワイヤとコイルの組み合わせからなる、ウィーガンドモジュールがある。【００２３】
１対のＭＲセンサ１１２２Ａ，１１２２Ｂは、回転軸５１０の回転に伴い平板状磁石１１１０の磁束Φａを感知してサイン波、コサイン波を出力する。
大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０は、回転軸５１０の回転に伴い平板状磁石１１１０の磁束Φｂに伴い大バルクハウゼン効果よる電力を生成する機能と、大バルクハウゼン効果発電モジュールのコイル１５４で発生するパルス電流（以下、単に、コイルのパルス出力）に基づき、回転軸５１０の回転数と回転方向に関する、多回転情報を生成する機能を備えている。
ロータリーエンコーダ１００は、磁気シールド１８０、すなわち、磁性体からなるカップ状カバ−５２２と、磁性体の円板１５７とで完全に囲まれており、外部から加わる磁界の影響を受けないようにシールドされている。【００２４】
１対のＭＲセンサ１１２２は、平板状磁石１１１０の水平磁場の角度を検知するように構成されている。大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０は、ＭＲセンサに近接して平行に配置されているので、平板状磁石１１１０の回転に伴い磁束Φｂにより電力を発生させる。平板状磁石１１１０と１対のＭＲセンサ１１２２との間の空隙は、モータの変形や振動の影響を考慮して、ある程度の長さ、例えば２．０ｍｍ〜４．０ｍｍ程度を確保する必要がある。また、モータの回転等に伴う振動に耐える剛性を持たせるために、基板１７０の厚みｄｐは、例えば、０．８０ｍｍ〜１．００ｍｍ程度が必要である。【００２５】
本願の発明者は、図２Ｂに示したロータリーエンコーダ１００として、ウィーガンドモジュールと市販の安価なフェライト磁石を組み合わせたロータリーエンコーダを製作した。そして、実験により、軸線Ｏ−Ｏ方向における、ウィーガンドワイヤと平板状磁石の表面との距離を１０ｍｍ以下とすることにより、所定の期間、１０Ｖ以上の電力、適切な条件では１５Ｖの電力が得られることを確認した。なお、実験した他の条件の具体例をあげると、磁石は、材料がストロンチウムフェライト、直径が８．０ｍｍ、厚さが、２．５ｍｍであり、ウィーガンドモジュールのコイルの直径は５ｍｍであった。【００２６】
図３Ａは、図１のロータリーエンコーダ１００における、ＭＲセンサユニット１１０、バッテリレス対応ユニット１２０、およびエンコーダ出力制御ユニット１３０の具体的な構成例を示す図である。
ＭＲセンサユニット１１０は、磁石１１１０に対向する位置で離間してモータの固定側、例えばモータハウジング５２０に、基板１７０を介して固定される、１対のＭＲセンサ１１２２Ａ，１１２２Ｂ、温度センサ１１２２Ｃ、及び、センサ出力処理回路部１１２０を備えている。ＭＲセンサユニット１１０では、モータの回転軸に固定された磁石１１１０が角度θ（機械角）だけ回転して各ＭＲセンサに作用する磁界の向きが回転すると、この回転に対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言するとセンサの出力信号の電圧がＳＩＮ波、ＣＯＳ波として変動し、回転軸の１回転毎に、各々１周期分のパルス信号が出力される。センサ出力処理回路部１１２０は、ＡＤ変換器１１１２３、軸ずれ補正処理部１１２４、ＲＡＭなどのセンサメモリ１１２５、逆正接演算処理部１１２６、アブソリュート信号生成部１１２７、インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部１１２８、及び、回転方向判定部１１２９を備えている。センサ出力処理回路部１１２０では、ＭＲセンサ１１２２ＡからのＳＩＮ波、ＭＲセンサ１１２２ＢからのＣＯＳ波のアナログ信号を量子化し、電気角の内挿処理により、例えば４Ｋパルス／回転に、多分割し、各々、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に変換する。ＭＲセンサユニット１１０は、マイクロコンピュータで実現しても良い。【００２７】
大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０の複合磁性ワイヤ１５２は、その中心線Ｘ−Ｘが、平板状磁石１１１０のＮＳの境界（＝原点の位置Ｚ０）を通る線Ｙ−Ｙに対して、直交する関係になるようにして、基板１７０に固定される。
なお、ＭＲセンサ１１２２としては、ＧＭＲを含む磁気抵抗効果素子（ＭＲ：ＡＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ等）のいずれの素子を採用しても良い。【００２８】
アブソリュート信号生成部１１２７では、逆正接演算処理部１１２６から出力される直線状の信号（図４参照）を基に、モータの回転角度（機械角）の絶対値を示すアブソリュート信号のデータが生成され、センサメモリ１１２５に保持される。インクリメンタルＡ相・Ｂ相信号生成部１１２８では、逆正接演算処理部１１２６から出力される直線状の信号を基に、インクリメンタル化されたＡ相信号及びＢ相信号のパルスのデータが生成され、センサメモリ１１２５に保持される。回転軸の１回転毎に現われる角度０（原点）の位置に同期して、Ｚ信号も生成される（以下、Ａ相・Ｂ相・Ｚ相信号）。なお、ＭＲセンサ１１２２の原点の位置（Ｚ０）は、モータの回転軸に固定された磁石１１１０上の特定の位置、例えば、図４のＳＩＮ波のアナログ出力値が０の時点に対応する位置である。回転方向判定部１１２９では、Ａ相とＢ相の位相の関係から、回転軸の回転方向を判定する。これらの情報は、時系列データとして、不揮発性メモリ１４０のＭＲセンサデータ記録部に記録される。【００２９】
バッテリレス対応ユニット１２０は、コイル出力の電流検知部１２１０、コイル出力の整流・電圧制御・蓄電部１２２０、及び、角度情報処理部１２３０を有する。角度情報処理部１２３０は、軸の回転数・回転方向検出部１２３２、初期設定部１２３４、多回転信号生成処理部１２３５、バッテリレスモード判定部１２３６、及び、バッテリレスモード情報生成部１２３８を有する。【００３０】
コイル出力の電流検知部１２１０は、磁石１１１０の回転に伴い１８０度毎に１回だけ、大バルクハウゼン効果発電モジュールで発生するパルス電流（コイルのパルス）を検知する機能を有し、軸の回転数・回転方向検出部１２３２で、軸の回転数及び回転方向のデータを生成し、これを受けて、多回転信号生成処理部１２３５において、軸の多回転情報を生成する機能を備えている。コイル出力の整流・電圧制御・蓄電部１２２０は、パルス電流を全波整流し、電圧を所定の基準電圧Ｖｃｃ、例えば５Ｖに制御し、サブバッテリ２２０に蓄電する機能を有している。【００３１】
バッテリレスモード判定部１２３６は、主バッテリ２１０及びサブバッテリ２２０の電圧を検知し、主バッテリ２１０の電圧が基準電圧Ｖｃｃよりも低下した場合、バッテリレスモードと判定する。バッテリレスモード情報生成部１２３８は、バッテリレスモードの判定に基づき、サブバッテリ２２０から電力の供給を受けて、バッテリレスモード時におけるロータリーエンコーダ１００の出力に関する所定の情報を生成し、不揮発性メモリ１４０に記録する。【００３２】
エンコーダ出力制御ユニット１３０は、バッテリレス時初期設定部１３１０、電源状態判定部１３２０、バッテリレス時合成出力生成部１３３０、及び、通常／バッテリレス出力切り替部１３４０を備えている。
バッテリレス時初期設定部１３１０は、ユーザインタフェース３００を介して、ユーザによる、バッテリレスモード時におけるロータリーエンコーダ１００の出力条件の設定を受け付ける機能を有する。【００３３】
電源状態判定部１３２０は、電源２００が正常かバッテリレスモード時かを判定する機能を有する。バッテリレス時合成出力生成部１３３０は、初期設定条件に従って、ＭＲセンサユニット１１０の出力とバッテリレス対応ユニット１２０の出力を合成して出力する機能を有する。通常／バッテリレス出力切り替部１３４０は、電源状態判定部１３２０の判定結果に基づき、ロータリーエンコーダからの出力を、通常モード、すなわち、ＭＲセンサユニット１１０の出力に基づく回転軸の回転角度のアブソリュート信号若しくはインクリメンタル信号を生成し、不揮発性メモリ１４０に記録し出力する機能と、バッテリレスモード、すなわち、バッテリレスモードに関する所定の情報を生成し不揮発性メモリ１４０に記録し出力する機能とを、切り替える。
【００３４】
本実施例のサーボ制御装置１０は、小型で安価なフェライト製の平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、バッテリレス時において限られた電力を有効に活用できる、汎用性に富んだ機能を具備している。これらの機能を有効に活用できるようにするために、サーボ制御装置１０は、ユーザインタフェース３００により、ロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００に対して、初期設定を行う機能を備えている。
図３Ｂは、ユーザインタフェース３００による初期設定の入力画面の一例を示す図である。ユーザは、ユーザインタフェース３００を介して、バッテリレス対応ユニット１２０の初期設定部１２３４、エンコーダ出力制御ユニット１３０のバッテリレス時初期設定部１３１０、及びモータドライバ４００に、通常運転時におけるロータリーエンコーダの出力条件や、バッテリレスモード時において、記録すべき情報、処理あるいは実行すべき条件を設定できる。【００３５】
例えば、通常運転モードに関して、初期設定画面３００１により、以下のようなものを選択して、ロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００に設定する。
ロータリーエンコーダの出力信号として、
（１）アブソリュート信号、インクリメンタル信号、ウィーガンドモジュールのいずれの出力を記録するか。
（２）それらの信号は、どのような条件（パルス／回転、回転方向）で出力すべきか。
インクリメンタル信号の場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の有無とそのパルス数等。
モータドライバの機能として、
（１）駆動対象となるモータのタイプや仕様等。
また、バッテリ通常運転モードに関して、初期設定画面３００２により、以下のようなものを選択して、ロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００に設定する。
ロータリーエンコーダの出力信号の記録タイプとして、
（１）アブソリュート信号、インクリメンタル信号、ウィーガンドモジュールのいずれの出力を記録するか。
（２）それらの信号は、どのような条件（パルス／回転、回転方向）で記録し・出力すべきか。
例えば、１Ｋパルス／回転、４Ｋパルス／回転、３２４Ｋパルス／回転等。
インクリメンタル信号の場合には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の有無とそのパルス数等。
（３）回転軸の角度情報を記録すべき記録期間の長さ、すなわち、バッテリレスモード開始時点から回転軸が何回転（計測回転数Ｃｎｓ）するまで、この回転軸の角度情報を記録する必要があるか。
（４）再起動の条件はどのようにするか。
なお、必要に応じて、アブソリュート信号とインクリメンタル信号のいずれかに、参考情報としてウィーガンドモジュールのコイル出力の選択を組み合わせて、記録し出力するようにしても良い。
ロータリーエンコーダ１００やモータドライバ４００に、このような、初期設定機能を付与することで、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しつつ、バッテリレス時には、限られた電力を有効に活用し、次回モータが起動される際に必要・十分な情報を適切に記録できる。【００３６】
図４は、図３ＡのＭＲセンサユニット１１０およびバッテリレス対応ユニット１２０の機能の関係を示す、タイムチャートである。なお、図４では、分かり易くするために、回転軸の回転速度が一定の例を示している。
ＭＲセンサユニット１１０では、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号から、逆正接演算の結果、回転軸の１回転毎の角度０（＝３６０度）の位置に同期して、インクリメンタル値が直線状に増減を繰り返す直角三角形状の信号が生成される。そして、各Ａ相・Ｂ相信号の累積加算値は、次に、回転軸の１回転毎（３６０度毎）の累積加算値に変換され、さらにＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与されて、（Ａ）のインクリメンタル信号となる。
さらに、３２Ｋパルス／回転に、多分割され、回転軸の原点Ｚ０を基準にしたＺ相信号の組み合わせに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与された、（Ｂ）の多回転アブソリュート信号のデータとなる。【００３７】
また、バッテリレス対応ユニット１２０では、（Ａ）のインクリメンタル信号を基に、初期設定に基づき、例えば、１Ｋパルス／回転〜４Ｋパルス／回転のいずれかのインクリメンタル信号（ａ１）〜（ａ４）が生成される。
また、（Ｂ）の多回転アブソリュート信号を基に、初期設定に基づき、例えば、１６Ｋパルス／回転と３２Ｋパルス／回転のいずれかのインクリメンタル信号（ｂ１）、（ｂ２）が生成される。
さらに、（Ｃ）として示した、大バルクハウゼンジャンプを利用したコイルのパルス出力が、回転軸の１回転毎に、１８０度間隔で正負のパルス状の波形として出力される。【００３８】
バッテリレス時合成出力生成部１３３０では、サブバッテリ２２０の電力が正常な範囲内で、初期設定条件に従って、ＭＲセンサユニット１１０からの例えば（ａ１）の４Ｋパルス／回転のインクリメンタル値の出力と、（Ｃ）の大バルクハウゼン効果発電モジュールで発生する２パルス／回転のパルス電流の出力を、不揮発性メモリ１４０に記録する。【００３９】
図５は、第１の実施例における、ブラシレスＤＣサーボモータの駆動回路の構成例を示す図である。
ブラシレスＤＣモータ５００のステータにおいて、各相の界磁コイル５１１Ｕ〜５１１Ｗは、Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３の界磁コイルが直列に、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の界磁コイルが直列に、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３のコイルが直列に、各々結線されている。これらの３つの界磁コイル群は、各々の一端が中性点で接続されている。【００４０】
ブラシレスＤＣサーボモータのモータ駆動信号生成ユニット４１０は、通常運転モードにおいて、運転指令４３０と、モータ制御信号（iu, iv, iw）を基に生成された制御信号と、ロータリーエンコーダ１００からのＡ相・Ｂ相・Ｚ相に関するシリアル／パラレル信号に基づいて、インバータ４５０を駆動し、ブラシレスＤＣモータ５００の運転、例えば正弦波駆動を継続する。インバータ４５０は、ＦＥＴトランジスタから成る６つのスイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６と、１つの平滑化用の電解コンデンサ４７０、抵抗素子等で構成されている。各スイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６は、一端がブラシレスＤＣモータ５００の、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれかの界磁コイル５１１Ｕ〜５１１Ｗに接続され、他端が直流電源（主バッテリ）２１０に接続されている。各スイッチング素子ＦＥＴ１〜ＦＥＴ６のゲート・ソース間に電圧、すなわち、インバータ駆動制御部４４０で生成されたインバータ駆動信号を加える。４６０は位相検知部、４８０は電流検出／制御部、４９０は電流制御部である。
【００４１】
図６は、第１の実施例における、ロータリーエンコーダ１００の処理のフローを示す図である。
最初に、ユーザインタフェース３００により設定された、ロータリーエンコーダ１００の機能に関する、初期設定条件を取得する（Ｓ６００）。ここでは、ロータリーエンコーダの通常モードでは、パルス電流に基づく信号も生成・記録し、バッテリレスモードでは、記録期間の長さＣｎｓ＝５０回転まで、ロータリーエンコーダの動作状態を、４Ｋパルス／回転のインクリメンタル信号を記録するように、初期設定されたものと仮定する。
次に、主バッテリ２１０の電圧値を取得し（Ｓ６０２）、主バッテリの電圧値が正常の場合（Ｓ６０４でＹＥＳ）、初期設定条件に基づき、ＭＲセンサユニットから４Ｋパルス／回転のインクリメンタルＡ，Ｂ信号を取得し（Ｓ６０６）、これらの信号に、Ｚ信号、モータの軸の回転方向信号のデータを付加して、インクリメンタル駆動信号を生成し、不揮発性メモリに記録する（Ｓ６０８）。【００４２】
さらに、ＭＲセンサユニットから、３２Ｋパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚアブソリュート信号を取得し（Ｓ６１０）、このアブソリュート信号に、軸の回転数、回転方向信号のデータを付加して、アブソリュート駆動信号を生成し、不揮発性メモリに記録する（Ｓ６１２）。さらに、バッテリレス対応ユニット１２０から、パルス電流に基づく軸の回転数、回転方向のデータを取得して、不揮発性メモリ１４０に記録する（Ｓ６１４）。
図７は、回転軸が正方向に回転している場合の、図６の（Ｓ６０８）〜（Ｓ６１４）に対応する、Ａ，Ｂ，Ｚアブソリュート信号と、コイル出力パルスの関係の一例を示す図である。
主バッテリ２１０の電圧値が正常の場合、これらの処理を、運転終了まで繰り返す（Ｓ６１６）。【００４３】
主バッテリの電圧値が異常である場合（Ｓ６０２でＮＯ）は、バッテリレスモードを開始する（Ｓ６２０）。まず、初期設定された所定の計測回転数Ｃｎｓを取得する（Ｓ６２２）。次に、ＭＲセンサユニット１１０から、４Ｋパルス／回転のインクリメンタル信号を取得する（Ｓ６２４）。そして、この信号を不揮発性メモリ１４０に記録する（Ｓ６２６）。さらに、コイルの出力電流の有無により、軸５１０の回転停止を判定する（Ｓ６２８）。軸５１０が回転を停止していない場合には、回転数の計測回転数Ｃｎを取得し、このＣｎを所定の計測回転数Ｃｎｓと比較する（Ｓ６３２）。計測回転数Ｃｎが所定の計測回転数Ｃｎｓ＝５０回転に達していたら、バッテリレスモード情報を作成し（Ｓ６３４）、その情報を不揮発性メモリ１４０に記録し（Ｓ６３６）、処理を終了する。軸５１０が回転停止していた場合（Ｓ６３０でＹＥＳ）も、バッテリレスモード情報の作成（Ｓ６３４）に進む。軸５１０の回転数が所定の計測回転数Ｃｎｓに達していない場合（Ｓ６３２でＮＯ）には、Ｓ６２４に戻る。【００４４】
次に、図８は、第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータ５００のドライバ４００の処理フローを示す図である。
最初に、バッテリレスモードにおける、モータドライバ４００に関する初期設定条件を取得する（Ｓ８００）。ロータリーエンコーダ１００からは、モータ駆動信号用に、アブソリュート信号とインクリメンタル信号が出力される。ここでは、電源が正常な通常の運転時は、３２Ｋパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚアブソリュート信号を取得するものとする。また、前回の運転の途中で主バッテリの電力が失われていた場合には、バッテリレスモードの情報に基づいて、モータの回転軸の初期状態を、失われた時点の状態に復帰するように、初期設定されたものと仮定する。
次に、運転指令を取得し（Ｓ８０２）、さらに、不揮発性メモリから、バッテリレスモード情報を取得する（Ｓ８０４）。もし、前回の運転中に主バッテリ２１０の電源が失われるバッテリレスモードが発生し、その結果、モータの軸５１０の回転が生じていれば（Ｓ８０６でＹＥＳ）、バッテリレスモード情報から軸の回転のデータを取得する（Ｓ８０８）。そして、運転指令又は軸の初期データを、バッテリレスモード情報で補正する（Ｓ８１０）。【００４５】
図９は、ロボット８００のある１つの軸８１０を駆動するモータ５００の運転指令とロータリーエンコーダ１００の出力の関係の一例を示す図である。運転指令は、ロボットで第１の作業と第２作業を行うために、６軸の中の１つの軸を駆動するモータの運転パターンとして、予め、所定の、時間軸（＝軸の回転角度）とモータの速度値の関係のデータが与えられている。この例では、前回の運転中に時刻Ｔ７で主バッテリの電源が失われており、バッテリレスモード情報として、計測回転数Ｃｎｓ、換言すると所定の期間（時刻Ｔ７−Ｔ８）、軸の回転角度のデータが記録されている。この時刻Ｔ７−Ｔ８におけるバッテリレスモード情報と運転指令の運転パターンの情報とにより、モータ５００の運転指令又は回転軸の初期データを、この例では、時刻Ｔ７の状態に、正確に補正することができる。
なお、記録すべきバッテリレスモード情報は、６軸の各々を駆動する各モータの運転パターンに応じて、個別に設定できる。
このように、本実施例によれば、ロータリーエンコーダ１００が初期設定機能を有しているので、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しているにも拘わらず、バッテリレス時には、限られた電力を有効に活用して、次回ロボットの各モータが起動される際に必要な情報を適切に記録できる。【００４６】
図８に戻り、バッテリレスモード時に、モータの軸の回転がなければ（Ｓ８０６でＮＯ）、不揮発性メモリ１４０から、ＭＲセンサユニット１１０の出力に基づく３２Ｋパルス／回転のアブソリュートの駆動信号を取得し（Ｓ８１２）、運転指令と駆動信号に基づき、Ｕ，Ｖ，Ｗ相のモータ駆動信号を生成し、モータドライバ４００へ出力し（Ｓ８１４）、この駆動信号に基づき、モータドライバでモータ５００を駆動する（Ｓ８１６）。この処理を、運転終了まで繰り返す（Ｓ８１８）。【００４７】
次に、図１０は、図８の処理フローにおける、主バッテリの電源が正常な駆動状態（Ｓ８１６）から停電した場合の、電源２００とロータリーエンコーダ１００の出力信号と、ブラシレスＤＣモータ５００の駆動信号の関係の一例を示す図である。
図１０の（ｂ）エンコーダで力は、ＭＲセンサユニット１１０から出力される３２Ｋパルス／回転のＡ，Ｂ，Ｚアブソリュート信号と、これらの信号に基づいて生成される「（ｂ１）モータ駆動信号」、すなわち、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の関係を示している。この例では、最初のＵ相信号の立ち上がりと、最初のＡ相信号の立ち上がりが、マグネット原点位置（Ｚ０）に同期しており、さらに、回転軸１３の１回転３６０°（機械角）毎に、Ｚ相信号が設定されている。
一方、「（ｂ２）パルスカウント／ＭＲセンサ」として示すように、停電が発生した場合、多回転アブソリュート信号の出力は停止され、バッテリレスモードに移行し、初期設定条件に基づき、コイル出力からのパルス数と回転方向、ＭＲセンサユニットのアブソリュート／インクリメンタル信号のいずれかの信号が出力される。そして、計測回転数Ｃｎが所定の計測回転数Ｃｎｓに達したら、パルスカウント／ＭＲセンサの機能が停止する。
この、停電が発生した場合のバッテリレスモード情報は、不揮発性メモリに記録され、次回の運転開始度に取得される（Ｓ８０４）。【００４８】
本実施例によれば、ユーザが、初期設定機能を付与することで、次回モータが起動される際に必要・十分な情報を適切に記録できる。
例えば、ロータリーエンコーダが装着されるモータが、アブソリュートタイプのモータであり、かつ、高精度の位置決め精度が要求されるものである場合には、初期設定として、アブソリュート信号と、３２Ｋパルス／回転と、５０回転、再起動の条件は停電時、の条件を設定することで、バッテリレス時に得られる電力に限りがあっても、次回モータが起動される際に必要な情報を有効に得ることができる。
また、ロータリーエンコーダが装着されるモータが、インクリメンタルタイプのモータであり、かつ、中程度の位置決め精度が要求されるものである場合には、初期設定として、インクリメンタル信号と、２Ｋパルス／回転と、１００回転、再起動の条件は停電時、の条件を設定することで、バッテリレス時に得られる電力に限りがあっても、次回モータが起動される際に必要な情報を有効に得ることができる。なお、インクリメンタル信号には、Ａ相、Ｂ相の信号も含まれているので、記録された期間におけるモータの正逆回転の追跡も可能である。
あるいはまた、停電位置から正逆どちらに何回転したかの情報が最優先される場合には、単に、ウィーガンドモジュールのコイルのパルス数と方向の記録をバッテリレス情報として設定することで、バッテリレス時に得られる電力に限りがあっても、ユーザの要求に応えることができる。
このように、本実施例によれば、小型で安価な平板状磁石を有する汎用型のＭＲセンサユニットを採用しているにも拘わらず、バッテリレス時の対応機能を備え、モータの種類や用途などに対処し、ユーザの種々のニーズに応えられる、小型で、安価、かつ汎用型のロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。
【実施例２】
【００４９】
本発明の第２の実施例を、図１１を参照しながら説明する。図１１は、本発明の第２の実施例に係る、ロータリーエンコーダ１００の処理のフローを示す図である。
この例は、バッテリレスモードの初期設定条件として、第１の実施例と同じ計測回転数Ｃｎｓの設定に加えて、インクリメンタル信号の出力条件として、例えば、１Ｋパルス／回転を設定した場合である。ロータリーエンコーダ１００は、設定された出力条件を取得し（Ｓ６２３）、対応する、１Ｋパルス／回転のインクリメンタル信号を取得し（Ｓ６２５）、このインクリメンタル信号を不揮発性メモリに記録する（Ｓ６２７）。
このように、本実施例によれば、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しているにも拘わらず、バッテリレス時の対応機能を備え、モータの種類や用途などに対処し、ユーザの種々のニーズに応えられる、小型で、安価、かつ汎用型のロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。
【実施例３】
【００５０】
図１２は、本発明の第３の実施例に係る、ロータリーエンコーダが装着された、ステッピングモータの構成例を示す図である。
ロータリーエンコーダ１００は、実施例１のロータリーエンコーダ１００と同様に、ＭＲセンサユニット１１０、バッテリレス対応ユニット１２０、エンコーダ出力制御ユニット１３０、不揮発性メモリ１４０、信号送受信ユニット１６０を備えている。
モータ５５０は、例えば、ロータ磁石５５２が２極、ステータが９０度間隔で４個のステータコイルを有している。すなわち、モータ５５０のステータ５５８は、Ａ相用コイルの５５８１の両端に発生する磁場を集中して放出する機能を有するステータコイルＡ＋５５８３と、ステータコイルＡ−５５８４、Ｂ相用コイル５５８２の両端に発生する磁場を集中して放出する機能を有するステータコイルＢ＋５５８５と、ステータコイルＢ−５５８６とを備えている。
モータ５５０のロータ磁石５５２の回転軸５５４の一端に、1個の平板状磁石５５６が固定されている。この平板状磁石５５６は、ＭＲセンサユニット１１０の一部を構成するものであり、モータハウジングに固定された基板上の対向する位置に、１対のＭＲセンサ１１２２Ａ，１１２２Ｂや、1個の大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０が固定されている。この平板状磁石５５６や大バルクハウゼン効果発電モジュール１５０の具体的な構成は、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａで説明した、実施例１の平板状磁石や大バルクハウゼン効果発電モジュールと同じである。【００５１】
モータドライバ４００は、ステータコイル駆動信号生成ユニット４１００、バッテリレスモード対応ユニット４２００、運転指令４３００等を記録したメモリ、及び、ＰＷＭ駆動回路４４００を備えており、ユーザインタフェース３００を介して初期条件が設定され、運転指令４３００と、ロータリーエンコーダ１００の出力に基づいて、モータ５５０のロータ磁石５５２の回転を制御する。【００５２】
ロータリーエンコーダ１００の出力は、モータに対する駆動用波形を生成するドライバ４００のステータコイル駆動信号生成ユニット４１００に送られる。ステータコイル駆動信号生成ユニット４１００は、ステータのＡ相用コイル５５８１、Ｂ相用コイル５５８２に印可する駆動波形の位相カウント情報を決定し、ＰＷＭ駆動回路４４００に位相カウント情報に対応するＰＷＭ指令値を送る。ＰＷＭ駆動回路４４００はこのＰＷＭ指令値に応じて、ステッピングモータ５５０のＡ相用コイル５５８１、Ｂ相用コイル５５８２に電圧を印加し、これによってロータ磁石５５２が回転する。
バッテリレスモード対応ユニット４２００は、実施例１のバッテリレスモード対応ユニットと同様の構成を有している。【００５３】
本実施例によれば、小型で安価な平板状磁石を有するＭＲセンサユニットを採用しているにも拘わらず、バッテリレス時の対応機能を備え、ステッピングモータの機能や用途などに対処し、ユーザの種々のニーズに応えられる、小型で、安価なロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。
【実施例４】
【００５４】
本発明のＭＲセンサユニットの小型の平板状磁石として、フェライト磁石の代わりに、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石を採用しても良い。平板状磁石の材料以外は、前記実施例と同じ構成である。なお、平板状磁石が高価になる分、ロータリーエンコーダの価格の上昇要因となるが、バッテリレス対応ユニットおよびエンコーダ出力制御ユニットを構成するＦＰＧＡ若しくはＡＳＩＣを工夫することにより、全体として、価格の上昇を抑え、小型で安価なロータリーエンコーダ、及びそれを用いたサーボ制御装置を提供することができる。【００５５】
本発明は、上記実施例で述べた種類のモータ以外の、種々のモータにも適用できる。例えば、ブラシ付き直流モータや、同期型モータ、誘導モータ等、種々のモータに広く適用できる。また、これらのモータを用いたサーボ制御装置にも適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０    サーボ制御装置
１００    ロータリーエンコーダ
１１０    ＭＲセンサユニット
１１１０    平板状磁石
１１２２  一対のＭＲセンサ
１２０    バッテリレス対応ユニット
１２１０    コイル出力の電流検知部
１２２０    コイル出力の整流・電圧制御・蓄電部
１２３０    角度情報処理部
１２３２    軸の回転数・回転方向検出部
１２３４    初期設定部
１２３５    多回転信号生成処理部
１２３６    バッテリレスモード判定部
１２３８    バッテリレスモード情報生成部
１３０    エンコーダ出力制御ユニット
１３１０    バッテリレス時初期設定部
１３２０    電源状態判定部
１３３０    バッテリレス時合成出力生成部
１３４０    通常／バッテリレス出力切り替部
１４０    不揮発性メモリ
１５０    大バルクハウゼン効果発電モジュール
１５２    複合磁性ワイヤ
１５４    コイル
１５７    磁性体円板
１７０    基板
２００    電源
２１０    主バッテリ
２２０    サブバッテリ
３００    ユーザインタフェース
４００    モータドライバ
４１０    モータ駆動信号生成ユニット
４２０    バッテリレスモード対応ユニット
４３０    運転指令
５００    モータ本体
５１０    モータの回転軸
５２０    モータハウジング
５２２    モータエンドカバ−
５３０    軸受け
【要約】
バッテリレス時の対応機能を備え、高性能でかつ、小型で安価な、ロータリーエンコーダを提供する。
ロータリーエンコーダは、ＭＲセンサユニットと、モータの主バッテリの電力が失われた状態において電力を生成し回転軸の回転角度の情報を不揮発性メモリに記録するバッテリレス対応ユニットと、前記ＭＲセンサユニットの出力及び前記バッテリレス対応ユニットの出力を、予め設定された条件に従って処理し出力するエンコーダ出力制御ユニットとを備えており、ＭＲセンサユニットは、基板上で前記回転軸に固定された小型の平板状磁石に対向する位置に設けられたＭＲセンサを有し、バッテリレス対応ユニットは、前記基板上でかつ前記ＭＲセンサの背面の位置に配置された大バルクハウゼン効果発電モジュールと、角度情報処理部とを備えており、前記角度情報処理部は、記録期間の長さを含む初期設定条件に従って、前記電力が失われた状態における前記回転軸の多回転に関する情報を生成し記録する機能を備えている。【図１】
0006966143.tif 000002
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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