CN105452814A - 旋转角度检测系统、旋转角度检测方法、旋转角度检测单元及同步电动机控制系统 - Google Patents

旋转角度检测系统、旋转角度检测方法、旋转角度检测单元及同步电动机控制系统 Download PDF

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Abstract

简易地检测转子的绝对旋转角度。为了对包含转子和定子绕组的步进马达的转子的旋转角度进行检测，每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器(151)对转子的旋转角度进行检测。增量编码器(60)根据转子的旋转角度周期性地输出多个类别的信号。控制部(102)的旋转角度取得部(122)根据由第1磁传感器(151)检测出的转子的旋转角度、和由增量编码器(60)输出的信号的类别，来取得转子的绝对旋转角度。

Description

旋转角度检测系统、旋转角度检测方法、旋转角度检测单元及同步电动机控制系统
技术领域
本发明涉及一种旋转角度检测系统、旋转角度检测方法、旋转角度检测单元及同步电动机控制系统。
背景技术
在用于工业用机器人的执行器中，对马达的旋转轴的旋转角度进行检测，并且根据该旋转角度进一步对可动部的位置进行检测。一般地，旋转角度的检测使用绝对编码器及旋转变压器等。编码器中有绝对编码器和增量编码器。由于增量编码器虽然价格低廉但无法检测绝对位置，因而需要原点传感器及原点恢复动作等。又，绝对编码器有光学式及磁式等，虽然可以对旋转一圈期间的绝对角度进行检测，但结构复杂价格昂贵。例如，专利文献1的磁式绝对编码器在马达的旋转轴上具有用于对旋转角度进行检测的多个旋转检测器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本专利特开2011-107048号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，上述现有的磁式绝对编码器需要多个旋转检测器及模拟/数字(A/D)转换器，结构变得复杂。进一步，需要复杂的控制电路，且成本也将増加。
本发明正是鉴于问题点而进行的，以简易地检测转子的绝对旋转角度为目的。
用于解决课题的手段
为了达到目的，本发明的第1观点所涉及的旋转角度检测系统是一种对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测的旋转角度检测系统，其特征在于，包括：旋转角度检测单元，其对于所述转子的机械角度360°具有所述同步电动机的极对数以上的分解能，对所述转子的旋转角度进行检测；信号输出单元，其根据所述转子的旋转角度，周期性地输出多个类别的信号；以及绝对旋转角度取得单元，其根据由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度、和由所述信号输出单元输出的信号的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
所述分解能可以是所述同步电动机的极对数和在所述转子旋转与所述同步电动机的1极对对应的角度期间由所述信号输出单元输出的信号的类别的组合的周期次数相乘所得的数值以上。
所述旋转角度检测系统可以包括电流供给控制单元，其进行向所述定子绕组供给多个类别的电流的控制，所述绝对旋转角度取得单元根据由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度、和由所述信号输出单元输出的信号的类别、还有由所述电流供给控制单元所供给的电流的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
所述旋转角度检测系统可以包括：转数检测单元，其对所述转子的转数进行检测；以及移动体位置取得单元，其根据由所述绝对旋转角度取得单元取得的所述转子的旋转角度、和由所述转数检测单元检测出的所述转子的转数，来取得利用所述同步电动机的驱动在直线上移动的移动体的位置。
所述同步电动机可以是步进马达。
为了达到目的，本发明的第2观点所涉及的旋转角度检测方法是一种利用旋转角度检测系统的旋转角度检测方法，所述旋转角度检测系统对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测，所述旋转角度检测方法的特征在于，包括以下步骤：旋转角度检测步骤，对于所述转子的机械角度360°具有所述同步电动机的极对数以上的分解能，对所述转子的旋转角度进行检测；信号输出步骤，根据所述转子的旋转角度周期性地输出多个类别的信号；以及绝对旋转角度取得步骤，根据在所述旋转角度检测步骤中检测出的所述转子的旋转角度、和在所述信号输出步骤中输出的信号的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
所述分解能可以是所述同步电动机的极对数和在所述转子旋转与所述同步电动机的1极对对应的角度期间所述信号输出步骤所输出的信号的类别的组合的周期次数相乘所得的数值以上。
所述旋转角度检测方法可以包括电流供给控制步骤，进行向所述定子绕组供给多个类别的电流的控制，在所述绝对旋转角度取得步骤中，根据在所述旋转角度检测步骤中检测出的所述转子的旋转角度、在所述信号输出步骤中输出的信号的类别、还有在所述电流供给控制步骤中所供给的电流的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
所述旋转角度检测方法可以包括：转数检测步骤，对所述转子的转数进行检测；以及移动体位置取得步骤，根据在所述绝对旋转角度取得步骤中取得的所述转子的旋转角度、和在所述转数检测步骤中检测出的所述转子的转数，来取得利用所述同步电动机的驱动在直线上移动的移动体的位置。
所述同步电动机可以是步进马达。
为了达到目的，本发明的第3观点所涉及的同步电动机控制系统，其特征在于，包括：上述任一旋转角度检测系统；和驱动控制单元，其根据表示由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度的信号，来对所述同步电动机的驱动进行控制。
为了达到目的，本发明的第4观点所涉及的同步电动机控制系统，其特征在于，包括：上述任一旋转角度检测系统；和驱动控制单元，其根据由所述信号输出单元输出的信号的类别，来对所述同步电动机的驱动进行控制。
为了达到目的，本发明的第5观点所涉及的旋转角度检测单元是一种对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测的旋转角度检测单元，其特征在于，包括：圆盘，其以与所述传动轴同轴的形态被安装在所述同步电动机的传动轴上；信号输出部，其根据所述圆盘的旋转角度周期性地输出多个类别的信号；第1磁铁，其以与所述传动轴相同的旋转角度进行旋转；以及第1磁传感器，其空开规定间隔地与所述第1磁铁相对配置，对磁通进行检测。
所述旋转角度检测单元可以包括：主动齿轮，其以与所述传动轴同轴的形态被安装在所述同步电动机的传动轴上；第1从动齿轮，其与所述主动齿轮联动地旋转，并具有与所述主动齿轮不同的齿数；第2从动齿轮，其与所述主动齿轮联动地旋转，并具有与所述主动齿轮及所述第1从动齿轮不同的齿数；第2磁铁，其以与所述第1从动齿轮的旋转轴相同的旋转角度进行旋转；第2磁传感器，其空开规定间隔地与所述第2磁铁相对配置，对磁通进行检测；第3磁铁，其以与所述第2从动齿轮的旋转轴相同的旋转角度进行旋转；第3磁传感器，其空开规定间隔地与所述第3磁铁相对配置，对磁通进行检测。
发明的效果
根据本发明，能够简易地检测出转子的绝对旋转角度。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的电动执行器系统的概略结构的图。
图2是实施方式所涉及的绝对单元(Absoluteunit)的立体图。
图3是实施方式所涉及的绝对单元的侧视图。
图4是示出实施方式所涉及的绝对单元内的基板上的结构的图。
图5是示出实施方式所涉及的定子和转子的电角度上的位置的一例的图。
图6是示出实施方式所涉及的绝对单元内的主动齿轮、第1从动齿轮及第2从动齿轮的旋转角度的变化的图。
图7是示出实施方式所涉及的第1转子的旋转角度取得处理的流程图。
图8是示出实施方式所涉及的第2转子的旋转角度取得处理的流程图。
图9是示出实施方式所涉及的杆的位置取得处理的流程图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边对本发明的实施方式进行详细地说明。
图1是示出实施方式所涉及的电动执行器系统100的概略结构的图。图1所示的电动执行器系统100包含外壳1、电机端盖3、步进马达5、连接构件7、轴承构件8、滚珠丝杠9、轴承构件10、球形螺母(ballnut)11、中空杆13、杆15、绝对单元21及步进马达控制装置23而构成。
外壳1上连结有电机端盖3。电机端盖3内容纳/配置有步进马达5。步进马达5为2相HB型(混合型(HybridType))步进马达。步进马达5包含圆柱形的转子6b、将转子6b隔开规定间隔容纳地配置的圆筒形的定子6a、以及连结于转子6b上的电机轴6c而构成。在本实施方式中，步进马达5为2相HB型步进马达，A相绕组及B相绕组(未图示)作为定子绕组被缠绕在定子6a上。
步进马达5的电机轴6c借助连接构件7与滚珠丝杠9连结。球形螺母11与滚珠丝杠9螺合，中空杆13紧固在球形螺母11上。又，中空杆13的顶端连结有杆15。又，连接构件7被轴承构件8、10可旋转地支持。
一旦步进马达5根据从步进马达控制装置23供给至A相绕组及B相绕组的电流而驱动的话，转子6b及电机轴6c就会旋转。而且，通过滚珠丝杠9旋转，利用滚珠丝杠9的旋转来限制其旋转的球形螺母11沿轴向移动。通过该球形螺母11的移动，中空杆13还有杆15将会沿轴向移动。
绝对单元21取得转子6b的旋转角度。又，绝对单元21取得转子6b的转数，且根据转子6b的旋转角度和转数，来取得轴向上移动的杆15的位置。关于绝对单元21的详细情况将在后面叙述。
又，步进马达5由步进马达控制装置23控制。步进马达控制装置23根据来自绝对单元21的检测信号及另行输入的指令信号，来控制步进马达5。又，步进马达控制装置23在步进马达5启动时，执行规定的启动控制，由此提供稳定的启动特性。
图2是绝对单元21的立体图。图3是绝对单元21的内部的侧视图。图2及图3所示的绝对单元21与步进马达5连结，包含单元盖50、增量编码器60、主动齿轮61、第1从动齿轮62、第2从动齿轮63、轴承64、65、齿轮保持用板66、67、磁铁71、72、73、基板101、第1磁传感器151、第2磁传感器152、以及第3磁传感器153而构成。
增量编码器60随着电机轴6c的旋转输出信号。增量编码器60例如为光学式的，包含光电元件3(未图示)、以规定角度的间距设有狭缝的栅极圆盘(未图示)、隔着栅极圆盘配置在与光电元件相对的位置上的光源(未图示)而构成。
栅极圆盘安装在电机轴6c上，栅极圆盘的旋转轴与电机轴6c的旋转轴为同轴。栅极圆盘随着电机轴6c的旋转而旋转。那时，来自光源的光反复处于通过狭缝并到达光电元件的状态、和被栅极圆盘遮住而未到达光电元件的状态。
每当来自光源的光到达时，光电元件就输出2种信号(第1信号及第2信号)的组合。第1信号和第2信号的组合是，第1信号为高电平且第2信号为高电平之组合；第1信号为低电平且第2信号为高电平之组合；第1信号为低电平且第2信号为低电平之组合；第1信号为高电平且第2信号为低电平之组合。光电元件周期性地输出该第1信号及第2信号的4种组合。此外，增量编码器60只要是随着电机轴6c的旋转而周期性地输出第1信号和第2信号的4种组合的即可，也可以是磁式的。
主动齿轮61位于单元盖50内的空间的中央部，被安装在电机轴6c上，栅极圆盘的旋转轴与电机轴6c的旋转轴为同轴。主动齿轮61随着电机轴6c的旋转而旋转。
齿轮保持用板66安装在单元盖50的内壁面的侧面。而且，在齿轮保持用板66上可旋转地安装有轴承64。轴承64的旋转轴与电机轴6c的旋转轴平行。第1从动齿轮62安装在轴承64上。第1从动齿轮62配置成与主动齿轮61咬合，且随着主动齿轮61的旋转而旋转。
同样地，齿轮保持用板67安装在单元盖50的内壁面的侧面。而且，在齿轮保持用板67上可旋转地安装有轴承65。轴承65的旋转轴与电机轴6c的旋转轴平行。第2从动齿轮63安装在轴承65上。第2从动齿轮63被配置成在隔着主动齿轮61而与第1从动齿轮62相对的位置上，与主动齿轮61咬合，且随着主动齿轮61的旋转而旋转。
主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的齿数为了要取得后述的转子6b的转数、并且取得杆15的位置而不同，设定成互素。例如，主动齿轮61的齿数为25、第1从动齿轮62的齿数为24、第2从动齿轮63的齿数为23。
磁铁71安装在电机轴6c的顶端部。磁铁72安装在轴承64的顶端部。磁铁73安装在轴承65的顶端部。
基板101安装在单元盖50的内壁面的主面。而且，基板101上配置有第1磁传感器151、第2磁传感器152及第3磁传感器153。第1磁传感器151配置在空开规定的间隔地与磁铁71相对的位置上。第1磁传感器151通过未图示的磁检测元件来对安装在电机轴6c的顶端的磁铁71的微细磁通进行检测，并作为模拟信号输出。该模拟信号根据磁铁71的旋转而电压产生变化，若磁铁71旋转一圈就是1个周期的正弦波信号。由此，第1磁传感器151对电机轴6c的旋转角度进行检测。这里，电机轴6c与转子6b为同轴，并以相同的旋转速度旋转。因此，第1磁传感器151将对转子6b的旋转角度(第1旋转角度)进行检测。
第2磁传感器152配置在空开规定的间隔地与磁铁72相对的位置上。第2磁传感器152通过未图示的磁检测元件来对安装在轴承64顶端的磁铁72的微细磁通进行检测，并作为模拟信号输出。该模拟信号根据磁铁72的旋转而电压产生变化，若磁铁72旋转一圈就是1个周期的正弦波信号。由此，第2磁传感器152将对第1从动齿轮62的旋转角度进行检测。同样地，第3磁传感器153配置在空开规定的间隔地与磁铁73相对的位置上。第3磁传感器153通过磁检测元件对安装在轴承65顶端的磁铁73的微细磁通进行检测，并作为模拟信号输出。该模拟信号根据磁铁73的旋转而电压产生变化，若磁铁73旋转一圈就是1个周期的正弦波信号。由此，第3磁传感器153将对第2从动齿轮63的旋转角度进行检测。
基板101除了上述第1磁传感器151、第2磁传感器152及第3磁传感器153以外，还配置有用于取得转子6b的旋转角度及杆15的位置所需要的结构。
图4是示出基板101上的结构的图。如图4所示，基板101上配置有控制部102、存储器104、接口(I/F)部110。
控制部102例如由微型计算机构成。控制部102执行存储于存储器104中的程序，通过对存储于存储器104中的各种数据进行处理等，来对绝对单元21整体进行控制。控制部102具有作为绝对旋转角度取得单元的旋转角度取得部122、和作为移动体位置取得单元的位置取得部124的功能。控制部102与增量编码器60、以及基板101上的第1磁传感器151、第2磁传感器152、第3磁传感器153连接。存储器104是例如RAM(RandomAccessMemory)或ROM(ReadOnlyMemory)。存储器104存储各种信息。I/F部110通过控制部102的控制，在与步进马达控制装置23之间进行数据的发送和接收。
接着，对绝对单元21的控制进行说明。本实施方式的步进马达5为2相HB型(HybridType)步进马达，转子6b由在外周上设有50个未图示的小齿(齿的齿距为360°/50＝7.2°)的2个铁芯构成，N极侧的铁芯的小齿和S极侧的铁芯的小齿相互错开半个齿距而成50极对。即，对于机械角度360°(转子6b旋转一圈)存在50个周期的电角度360°(以下，称作电角度1周期。)。因此，电角度1周期为机械角度360°/50，与机械角度7.2°相对应。
增量编码器60的分解能以机械角度360°为800脉冲。即，由于步进马达5为50极对，所以每电角度1周期的增量编码器60的分解能为800脉冲/50，每电角度1周期的分解能为16。又，第1磁传感器151的每机械角度360°的分解能为200及50中的任一个。
在采用每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器151的情况下，第1磁传感器151能够以机械角度360°/200＝1.8°的精度对电机轴6c的旋转角度、还有步进马达5内的转子6b的旋转角度进行检测。另一方面，在采用每机械角度360°的分解能为50的第1磁传感器151的情况下，第1磁传感器151能够以机械角度360°/50＝7.2°的精度对步进马达5内的转子6b的旋转角度进行检测。这里，步进马达5为如上所述的50极对，每电角度1周期的机械角度为7.2°。即，如果每机械角度360°的第1磁传感器151的分解能为50以上的话，则第1磁传感器151通过检测转子6b的规定位置是否与定子6a的哪一个位置正对，能够检测出在机械角度360°存在50个周期的电角度1周期当中，是否位于与哪一个电角度1周期对应的位置。
图5是示出步进马达5内的定子6a和转子6b的电角度1周期上的位置的一例的图。如上所述，按照增量编码器60的每电角度1周期的分解能为16，定子6a及转子6b的位置沿圆周方向进行16分割。又，对于定子6a沿圆周方向从电角度0°的位置起顺序朝右每旋转电角度22.5°则赋予确定定子位置的1～16编号。
又，增量编码器60在转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置1、5、9、13正对的情况下，输出第1信号为高电平且第2信号为高电平的组合；在转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置2、6、10、14正对的情况下，输出第1信号为低电平且第2信号为高电平的组合；在转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置3、7、11、15正对的情况下，输出第1信号为低电平且第2信号为低电平的组合；在转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置4、8、12、16正对的情况下，输出第1信号为高电平且第2信号为低电平的组合。
即，第1信号和第2信号的组合为4种模式，这4种模式与图5的1个象限的4个分解能对应。因为增量编码器60的每电角度1周期的分解能为16，所以电角度1周期被4等分成第1象限、第2象限、第3象限、第4象限。
又，根据向缠绕在定子6a上的A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态，作为转子6b的规定位置的转子位置P(参见图5)位于将电角度1周期4等分了的第1象限、第2象限、第3象限及第4象限中的一个。
具体地，对于A相绕组及B相绕组，通过供给A相绕组正的电流、供给B相绕组正的电流、供给A相绕组负的电流或供给B相绕组负的电流，可以使转子6b的规定位置与确定的定子位置正对。在供给A相绕组正的电流的情况下，转子位置P位于第1象限，与定子位置1正对。在供给B相绕组正的电流的情况下，转子位置P位于第2象限，与定子位置5正对。在供给A相绕组负的电流的情况下，转子位置P位于第3象限，与定子位置9正对。在供给B相绕组负的电流的情况下，转子位置P位于第4象限，与定子位置13正对。此外，通过向A相绕组、B相绕组同时供给电流，能够更详细地决定定子位置P。
又，如上所述，主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的齿数各不相同，设定成互素。例如，在主动齿轮61的齿数为25、第1从动齿轮62的齿数为24、第2从动齿轮63的齿数为23的情况下，通过步进马达5的驱动，电机轴6c将旋转，随着该电机轴6c的旋转而主动齿轮61将旋转。而且，如果随着主动齿轮61的旋转而第1从动齿轮62及第2从动齿轮63旋转的话，主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度的变化如图6所示。
在图6的(A)及(B)中，横轴表示转子6b、电机轴6c的转数，纵轴表示主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度。又，图6的(A)示出最初的部分，图6的(B)示出最后的部分。如图6的(A)所示，在初始状态下，设主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度为一致的。这里所谓初始状态是表示杆15最靠近外壳1时的状态。此外，设杆15最靠近外壳1时的位置为起始点位置。
一旦步进马达5从该初始状态被驱动，则随着电机轴6c的旋转，主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63就将旋转。这里，转子6b及电机轴6c旋转一圈的话，主动齿轮61也同样地旋转一圈。另一方面，由于第1从动齿轮62比主动齿轮61齿数少，所以在主动齿轮61旋转一圈前旋转一圈。又，由于第2从动齿轮63比第1从动齿轮62齿数更少，所以在第1从动齿轮62的旋转一圈前旋转一圈。为此，如图6的(A)所示，第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度慢慢错开。
而且，如果主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63继续旋转的话，不久如图6的(B)所示，就有主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度一致的时候。此时的主动齿轮61的转数、即转子6b及电机轴6c的转数n为n＝24×23＝552。由图6显而易见，转子6b及电机轴6c的转数在0～552之间，第1从动齿轮62的旋转角度和第2从动齿轮63的旋转角度的组合确定的话，则与该组合对应的转子6b及电机轴6c的转数就确定为单值。即，根据第1从动齿轮62的旋转角度(第2旋转角度)和第2从动齿轮63的旋转角度(第3旋转角度)的组合，能够取得转子6b的转数。
在采用每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器151的情况下，控制部102能够根据由第1磁传感器151检测出的转子6b的旋转角度(第1旋转角度)、和由增量编码器60输出的第1信号及第2信号的组合，来取得转子6b的绝对旋转角度。又，在采用每机械角度360°的分解能为50的第1磁传感器151的情况下，控制部102能够根据由第1磁传感器151检测出的转子6b的旋转角度(第1旋转角度)、和由向缠绕在定子6a上的A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态所确定的象限、以及由增量编码器60输出的第1信号及第2信号的组合，来取得转子6b的绝对旋转角度。又，控制部102能够根据由第2磁传感器152检测出的第1从动齿轮62的旋转角度和由第2磁传感器152检测出的第2从动齿轮63的旋转角度的组合来取得转子6b的转数，进而取得杆15的位置。
又，控制部102内的旋转角度取得部122借助I/F部110，将转子6b的第1旋转角度、第1信号及第2信号的组合输出至步进马达控制装置23。步进马达控制装置23根据转子6b的第1旋转角度、第1信号及第2信号的组合来对步进马达5的驱动进行控制。具体地，步进马达控制装置23根据转子6b的第1旋转角度及第1信号及第2信号的组合，来确定图5中的转子6b的转子位置P所正对的定子位置。而且，所确定的定子位置与想要的定子位置不同的情况下，步进马达控制装置23为了使转子6b的转子位置P与想要的定子位置正对，而将必要的定子电流向量的电流供给A相绕组及B相绕组中的至少一个。
下面，一边参照流程图，一边对利用绝对单元21内的控制部102来取得转子6b的绝对旋转角度、及杆15的位置进行详细地说明。
图7是示出采用每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器151时的、利用控制部102来进行转子6b的旋转角度的取得处理的流程图。
第1磁传感器151对电机轴6c的旋转角度、即转子6b的旋转角度(第1旋转角度)进行检测，且将表示该第1旋转角度的模拟信号输出至控制部102。控制部102内的旋转角度取得部122取得表示第1旋转角度的模拟信号(步骤S101)。
又，增量编码器60将与转子6b的规定位置(转子位置P)所正对的定子位置对应的第1信号及第2信号的组合输出至控制部102。控制部102内的旋转角度取得部122取得第1信号及第2信号的组合。而且，旋转角度取得部122对第1信号及第2信号的组合进行确定(步骤S102)。
这里，旋转角度取得部122在第1信号及第2信号均为高电平的情况下，能够对图5中转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置1、5、9、13中的哪一个正对进行确定。又，旋转角度取得部122在第1信号为低电平且第2信号为高电平的情况下，能够对图5中转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置2、6、10、14中的哪一个正对进行确定。又，旋转角度取得部122在第1信号及第2信号均为低电平的情况下，能够对图5中转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置3、7、11、15中的哪一个正对进行确定。又，旋转角度取得部122在第1信号为高电平且第2信号为低电平的情况下，能够对图5中转子6b的转子位置P与定子6a的定子位置4、8、12、16中的哪一个正对进行确定。
接着，旋转角度取得部122将转子6b的第1旋转角度的范围内的、与第1信号及第2信号的组合对应的角度确定为转子6b的绝对旋转角度(步骤S103)。
由于步进马达5是50极对，所以每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器151的每电角度1周期的分解能为4。为此，第1磁传感器151通过检测转子6b的规定位置与定子6a的哪一个位置正对，能够检测出转子6b的规定位置在机械角度360°中存在50个周期的电角度1周期当中位于哪一个电角度1周期，且位于与该电角度1周期对应的第1象限～第4象限当中的哪一个。为此，在步骤S103中，旋转角度取得部122首先根据在步骤S101中取得的第1旋转角度，来确定与存在50个周期的电角度1周期中的哪一个电角度1周期对应的第1象限～第4象限当中，转子6b的规定位置所位于的象限。
又，如上所述，由于增量编码器60的每1个象限的分解能为4，所以能够检测出转子6b的规定位置位于将1个象限进行4分割的位置(4个分割的位置)中的哪一个。为此，在步骤S103中，旋转角度取得部122根据在步骤S102中确定的第1信号及第2信号的组合，在确定的象限内，能够对转子6b的规定位置位于4分割位置中的哪一个进行确定。而且，还能够将与该确定的4分割位置对应的旋转角度确定为转子6b的绝对旋转角度。由此，绝对单元21能够以机械角度360°/200/4＝0.45°的精度对转子6b的绝对旋转角度进行检测。
另一方面，图8是示出采用每机械角度360°的分解能为50的第1磁传感器151时的、利用控制部102来进行转子6b的旋转角度的取得处理的流程图。
首先，步进马达控制装置23向缠绕在步进马达5的定子6a上的A相绕组及B相绕组供给电流。此外，从步进马达5的特性上可以考虑以1次的电流供给的情况下因转子6b的规定位置而转子位置P无法与想要的定子位置正对的情形。因此，优选使A相绕组及B相绕组的电流的供给状态多次变化。此外，关于使与想要的定子位置正对的方法，可以考虑本申请人发明的日本特开2005-261023号中记载的方法等。
接着，第1磁传感器151检测出电机轴6c的旋转角度、即转子6b的旋转角度(第1旋转角度)，且将表示该第1旋转角度的模拟信号输出至控制部102。控制部102内的旋转角度取得部122取得表示第1旋转角度的模拟信号(步骤S201)。
又，增量编码器60将与转子6b的规定位置(转子位置P)所正对的定子位置对应的第1信号及第2信号的组合输出至控制部102。控制部102内的旋转角度取得部122取得第1信号及第2信号的组合。而且，旋转角度取得部122对第1信号及第2信号的组合进行确定(步骤S202)。具体的第1信号及第2信号的组合的确定方法与图7的步骤S102相同。
又，步进马达控制装置23将向缠绕在步进马达5的定子6a上的A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态输出至控制部102。如上所述，为了向A相绕组、B相绕组供给电流，控制部102内的旋转角度取得部122取得从步进马达控制装置23向A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态(步骤S203)。
接着，控制部102内的旋转角度取得部122根据向A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态，来对转子6b的规定位置(转子位置P)位于的象限进行确定(步骤S204)。如上所述，根据向A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态，转子6b的规定位置所位于的象限能够单值地确定。在A相绕组供给有正的电流时，旋转角度取得部122确定转子6b的规定位置位于第1象限。在B相绕组供给有正的电流时，旋转角度取得部122确定转子6b的规定位置位于第2象限。在A相绕组供给有负的电流时，旋转角度取得部122确定转子6b的规定位置位于第3象限。在B相绕组供给有负的电流时，旋转角度取得部122确定转子6b的规定位置位于第4象限。
接着，旋转角度取得部122将转子6b的第1旋转角度的范围内、且在确定的象限内的、与第1信号及第2信号的组合对应的角度确定为转子6b的绝对旋转角度(步骤S205)。
由于步进马达5是50极对，所以每机械角度360°的分解能为50的第1磁传感器151的每电角度1周期的分解能为1。为此，第1磁传感器151通过检测出转子6b的规定位置与定子6a的哪一个位置正对，可以检测出位于机械角度360°中存在50个周期的哪一个电角度1周期。为此，在步骤S205中，旋转角度取得部122首先根据在步骤S201中取得的第1旋转角度，来检测存在50个周期的电角度1周期当中、位于哪一个电角度1周期。
又，步骤S204中所确定的象限表示与被确定为转子6b的规定位置所位于的电角度1周期对应的第1象限～第4象限当中、转子6b的规定位置所位于的象限。为此，在步骤S205中，旋转角度取得部122根据电流的供给状态，对与所确定的电角度1周期对应的第1象限～第4象限当中、转子6b的规定位置所位于的象限进行确定。
又，如上所述，增量编码器60的每个象限的分解能为4，能够检测出转子6b的规定位置位于将一个象限进行了4分割的位置(4分割位置)中的哪一个。为此，在步骤S205中，旋转角度取得部122根据步骤S202中所确定的第1信号及第2信号的组合，可以在确定的象限内，对转子6b的规定位置所位于的4分割位置中的哪一个进行确定。而且，可以将与该确定的4分割位置对应的旋转角度确定为转子6b的绝对旋转角度。由此，绝对单元21能够以机械角度360°/50/4/4＝0.45°的精度来对转子6b的绝对旋转角度进行检测。
利用图7及图8的处理，可以取得转子6b的绝对旋转角度，且取得杆15的位置。图9是示出利用控制部102进行杆15的位置的取得处理的流程图。
控制部102内的位置取得部124取得转子6b的转数(步骤S301)。具体地，从杆15最靠近外壳1时的状态即初始状态，驱动步进马达5，随着电机轴6c的旋转而主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63旋转的话，位置取得部124取得由第1磁传感器151检测出的主动齿轮61的旋转角度(第1旋转角度)、由第2磁传感器152检测出的第1从动齿轮62的旋转角度(第2旋转角度)、以及由第2磁传感器153检测出的第2从动齿轮63的旋转角度(第3旋转角度)。而且，位置取得部124通过主动齿轮61的旋转角度、第1从动齿轮62的旋转角度以及第2从动齿轮63的旋转角度的组合，来取得单值确定的转子6b的转数。这里，所取得的转子6b的转数的小数点以后的值被舍去。
接着，位置取得部124通过旋转角度取得部122来取得由图7或图8的处理所取得的转子6b的绝对旋转角度(步骤S302)。
接着，位置取得部124计算出相对于转子6b的转数的杆15的移动距离(第1移动距离)(步骤S303)。例如，存储器104中存储有转子6b的每旋转一圈的杆15的移动距离。位置取得部124通过将转子6b每旋转一圈的杆15的移动距离乘以步骤S301中所取得的转子6b的转数，来计算出杆15的第1移动距离。
接着，位置取得部124计算出转子6b相对于绝对旋转角度的杆15的移动距离(第2移动距离)(步骤S304)。如上所述，绝对单元21能够以0.45°的精度检测出转子6b的绝对旋转角度。与此相应地，例如，存储器104中存储有转子6b旋转0.45°时的杆15的移动距离。位置取得部124通过将转子6b旋转0.45°时的杆15的移动距离乘以步骤S302中所取得的转子6b的绝对旋转角度，再除以0.45，从而计算出杆15的第2移动距离。
接着，位置取得部124在杆15的起始点位置(初始状态的位置)上加上步骤S303中计算出的第1移动距离和步骤S304中计算出的第2移动距离，来对杆15的当前位置进行确定(步骤S305)。
如以上说明的那样，在绝对单元21中采用每机械角度360°的分解能为200的第1磁传感器151的情况下，控制部102内的旋转角度取得部122取得由第1磁传感器151检测出的、转子6b的第1旋转角度，且取得由增量编码器60检测出的第1信号及第2信号的组合。而且，旋转角度取得部122将转子6b的第1旋转角度范围内的、与第1信号及第2信号的组合对应的角度确定为转子6b的绝对旋转角度。由此，能够以0.45°的精度检测出转子6b的绝对旋转角度。
又，在绝对单元21中采用每机械角度360°的分解能为50的第1磁传感器151的情况下，控制部102内的旋转角度取得部122取得由第1磁传感器151检测出的、转子6b的第1旋转角度，且取得由增量编码器60检测出的第1信号及第2信号的组合。而且，旋转角度取得部122根据向A相绕组及B相绕组供给电流的供给状态，来对转子6b的规定位置所位于的象限进行确定，将在转子6b的第1旋转角度的范围内、且在确定的象限内的、与第1信号及第2信号的组合对应的角度确定为转子6b的绝对旋转角度。由此，能够以0.45°的精度对转子6b的绝对旋转角度进行检测。
这样，通过将低价的第1磁传感器151与增量编码器60进行组合，能够简易地检测出转子6b的绝对旋转角度，不需要如现有的磁式绝对编码器那样的多个旋转检测器及A/D转换器。并且，因为也不需要复杂的控制电路，所以能够削减成本。
又，控制部102内的位置取得部124在取得转子6b的转数，计算出杆15相对于该转数的第1移动距离，且计算出杆15相对于转子6b的绝对旋转角度的第2移动距离。并且，位置取得部124在杆15的初始状态的位置加上第1移动距离和第2移动距离，能够对杆15的当前位置进行确定。并且，由于通过采用上述计算方法，无需保持转数的信息，因此无需该保持用的电源供给的单元，例如电池。
又，步进马达控制装置23能够根据转子6b的第1旋转角度和第1信号及第2信号的组合，来适当地对步进马达5的驱动进行控制。
以上，虽然对实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。
在上述实施方式中，虽然对第1磁传感器151的每机械角度360°的分解能为200时和50时进行了说明，但并不限于此。例如，对于第1磁传感器151的每机械角度360°的分解能超过200时，可以与分解能为200时同样地，通过图7所示的处理来取得转子6b的绝对旋转角度。又，第1磁传感器151的每机械角度360°的分解能超过50时，可以与分解能为50时同样地，通过图8所示的处理来取得转子6b的绝对旋转角度。
又，在实施方式中，采用第1磁传感器151、第2磁传感器152、第3磁传感器153，并分别将磁铁71安装在电机轴6c的顶端部、将磁铁72安装在轴承64的顶端部、将磁铁73安装在轴承65的顶端部，但并不限于此。例如，代之以采用对主动齿轮61、第1从动齿轮62及第2从动齿轮63的旋转角度进行检测的单元，也同样地适用于本发明。
又，在实施方式中，虽然磁铁71被安装在电机轴6c的顶端部，但磁铁71只要是构成为以与电机轴6c相同的旋转角度进行旋转即可。例如，安装有与主动齿轮61联动地旋转、且具有与主动齿轮61相同齿数的第3从动齿轮。第3从动齿轮既可以与主动齿轮61咬合，也可以借助别的从动齿轮与主动齿轮61联动地旋转。而且，第3从动齿轮的轴承的顶端部安装有磁铁71，且第1磁传感器151配置在空开规定的间隔地与磁铁71相对的位置。
又，在实施方式中，虽然第1从动齿轮62及第2从动齿轮63与主动齿轮61咬合，但只要构成为与主动齿轮61联动地旋转即可。例如，第1从动齿轮62及第2从动齿轮63也可以借助别的从动齿轮与主动齿轮61联动地旋转。
又，在实施方式中，虽然分别将磁铁72安装在轴承64的顶端部，将磁铁73安装在轴承65的顶端部，但只要构成为磁铁72以与轴承64相同的旋转角度进行旋转，磁铁73以与轴承65相同的旋转角度旋转即可。例如，安装有与第1从动齿轮62联动地旋转、且具有与第1从动齿轮62相同的齿数的第4从动齿轮。第4从动齿轮既可以与第1从动齿轮62咬合，也可以借助别的从动齿轮与第1从动齿轮62联动地旋转。而且，第4从动齿轮的轴承的顶端部安装有磁铁72，且第2磁传感器152配置在空开规定的间隔地与磁铁72相对的位置。又，安装有与第2从动齿轮63联动地旋转、且具有与第2从动齿轮63相同齿数的第5从动齿轮。第5从动齿轮既可以与第2从动齿轮63咬合，也可以借助别的从动齿轮与第2从动齿轮63联动地旋转。而且，第5从动齿轮的轴承的顶端部安装有磁铁73，且第3磁传感器153配置在空开规定的间隔地与磁铁73相对的位置。
又，在实施方式中，虽然绝对单元21内配置了基板101，基板上构成有控制部102等，但基板101及控制部102等也可以构成于绝对单元21的外部，例如在步进马达控制装置23内。又，虽然步进马达5假设为2相HB型步进马达，但可变磁阻型(VariableReluctanceType)步进马达、PM型(永磁型、PermanentMagnetType)步进马达等，也同样可以适用于本发明。又，关于步进马达5的相数也不作限定，单相、2相、3相、4相、5相等各种各样的结构也可以适用于本发明。
本发明在不脱离本发明的广义的精神及范围的情况下可以进行各种实施方式及变形。上述实施方式是用于对本发明进行说明，并不是对本发明的范围进行限定。
本发明是基于2013年5月15日所申请的日本国专利申请2013-103283号。将日本国专利申请2013-103283号的说明书、权利要求书、附图整体作为参照而引入本说明书中的。符号说明
1外壳
3电机端盖
5步进马达
6a定子
6b转子
6c电机轴
7连接构件
8轴承构件
9滚珠丝杠
10轴承构件
11球形螺母
13中空杆
15杆
21绝对单元
23步进马达控制装置
50单元盖
60增量编码器
61主动齿轮
62第1从动齿轮
63第2从动齿轮
64、65轴承
66、67齿轮保持用板
71、72、73磁铁
100电动执行器系统
101基板
102控制部
104存储器
110I/F部
122旋转角度取得部
124位置取得部
151第1磁传感器
152第2磁传感器
153第3磁传感器。

Claims (14)

1.一种旋转角度检测系统，其对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测，其特征在于，包括：
旋转角度检测单元，其对于所述转子的机械角度360°具有所述同步电动机的极对数以上的分解能，对所述转子的旋转角度进行检测；
信号输出单元，其根据所述转子的旋转角度，周期性地输出多个类别的信号；以及
绝对旋转角度取得单元，其根据由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度、和由所述信号输出单元输出的信号的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
2.根据权利要求1所述的旋转角度检测系统，其特征在于，
所述分解能是所述同步电动机的极对数和在所述转子旋转与所述同步电动机的1极对对应的角度期间由所述信号输出单元输出的信号的类别的组合的周期次数相乘所得的数值以上。
3.根据权利要求1所述的旋转角度检测系统，其特征在于，
包括电流供给控制单元，其进行向所述定子绕组供给多个类别的电流的控制，
所述绝对旋转角度取得单元根据由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度、和由所述信号输出单元输出的信号的类别、还有由所述电流供给控制单元所供给的电流的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的旋转角度检测系统，其特征在于，包括：
转数检测单元，其对所述转子的转数进行检测；以及
移动体位置取得单元，其根据由所述绝对旋转角度取得单元取得的所述转子的旋转角度、和由所述转数检测单元检测出的所述转子的转数，来取得利用所述同步电动机的驱动在直线上移动的移动体的位置。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的旋转角度检测系统，其特征在于，
所述同步电动机为步进马达。
6.一种利用旋转角度检测系统的旋转角度检测方法，所述旋转角度检测系统对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测，所述旋转角度检测方法的特征在于，包括以下步骤：
旋转角度检测步骤，对于所述转子的机械角度360°具有所述同步电动机的极对数以上的分解能，对所述转子的旋转角度进行检测；
信号输出步骤，根据所述转子的旋转角度周期性地输出多个类别的信号；以及
绝对旋转角度取得步骤，根据在所述旋转角度检测步骤中检测出的所述转子的旋转角度、和在所述信号输出步骤中输出的信号的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
7.根据权利要求6所述的旋转角度检测方法，其特征在于，
所述分解能是所述同步电动机的极对数和在所述转子旋转与所述同步电动机的1极对对应的角度期间所述信号输出步骤所输出的信号的类别的组合的周期次数相乘所得的数值以上。
8.根据权利要求6所述的旋转角度检测方法，其特征在于，
包括电流供给控制步骤，进行向所述定子绕组供给多个类别的电流的控制，
在所述绝对旋转角度取得步骤中，根据在所述旋转角度检测步骤中检测出的所述转子的旋转角度、在所述信号输出步骤中输出的信号的类别、还有在所述电流供给控制步骤中所供给的电流的类别，来取得所述转子的绝对旋转角度。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的旋转角度检测方法，其特征在于，包括：
转数检测步骤，对所述转子的转数进行检测；以及
移动体位置取得步骤，根据在所述绝对旋转角度取得步骤中取得的所述转子的旋转角度、和在所述转数检测步骤中检测出的所述转子的转数，来取得利用所述同步电动机的驱动在直线上移动的移动体的位置。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的旋转角度检测方法，其特征在于，
所述同步电动机为步进马达。
11.一种同步电动机控制系统，其特征在于，包括：
权利要求1至5中的任一项所述的旋转角度检测系统；和
驱动控制单元，其根据表示由所述旋转角度检测单元检测出的所述转子的旋转角度的信号，来对所述同步电动机的驱动进行控制。
12.一种同步电动机控制系统，其特征在于，包括：
权利要求1至5中的任一项所述的旋转角度检测系统；和
驱动控制单元，其根据由所述信号输出单元输出的信号的类别，来对所述同步电动机的驱动进行控制。
13.一种旋转角度检测单元，其对包含转子和定子绕组的同步电动机中的所述转子的旋转角度进行检测，其特征在于，包括：
圆盘，其以与所述传动轴同轴的形态被安装在所述同步电动机的传动轴上；
信号输出部，其根据所述圆盘的旋转角度周期性地输出多个类别的信号；
第1磁铁，其以与所述传动轴相同的旋转角度进行旋转；以及
第1磁传感器，其空开规定间隔地与所述第1磁铁相对配置，对磁通进行检测。
14.根据权利要求13所述的旋转角度检测单元，其特征在于，包括：
主动齿轮，其以与所述传动轴同轴的形态被安装在所述同步电动机的传动轴上；
第1从动齿轮，其与所述主动齿轮联动地旋转，并具有与所述主动齿轮不同的齿数；
第2从动齿轮，其与所述主动齿轮联动地旋转，并具有与所述主动齿轮及所述第1从动齿轮不同的齿数；
第2磁铁，其以与所述第1从动齿轮的旋转轴相同的旋转角度进行旋转；
第2磁传感器，其空开规定间隔地与所述第2磁铁相对配置，对磁通进行检测；
第3磁铁，其以与所述第2从动齿轮的旋转轴相同的旋转角度进行旋转；
第3磁传感器，其空开规定间隔地与所述第3磁铁相对配置，对磁通进行检测。
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