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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mehrfachrotations-Absolutcodierer
zum Erfassen der Absolutposition innerhalb einer einzelnen Umdrehung
einer Drehwelle eines Motors sowie der Anzahl von Umdrehungen (Mehrfachrotationsposition)
der Drehwelle des Motors ausgehend von einer vorbestimmten Ausgangsposition
zum Feststellen der Drehwinkelposition einer Ausgangswelle eines Aktuators,
der mit einem Motor und einer Untersetzungseinrichtung versehen
ist. Im Spezielleren befasst sich die vorliegende Erfindung mit
einem Mehrfachrotations-Absolutcodierer, der sich derart einstellen
lässt, dass es in einem Mehrfachrotationswert-Zähler
zum Zählen der Anzahl von Umdrehungen selbst dann zu keinem Überlaufen
kommt, wenn sich der Aktuator kontinuierlich in der gleichen Richtung
dreht.
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Ein
Mehrfachrotations-Absolutcodierer, wie z. B. ein magnetischer Mehrfachrotations-Absolutcodierer,
ist mit einer Magnettrommel oder mit einem Rotor mit multipolarer
Magnetisierung sowie mit einem Paar von Magnetismus detektierenden
Elementen versehen. Die Magnettrommel oder der Rotor mit multipolarer
Magnetisierung ist koaxial auf einer Drehwelle eines Motors angebracht,
wobei die Welle das zu detektierende Objekt bildet. Das Paar der
Magnetismus-Detektionselemente ist in Winkelpositionen mit einer
räumlichen Beabstandung von 90° angeordnet, so
dass Sinuswellensignale mit einer Phasendifferenz von 90° bei
der Rotation der Drehwelle des Motors abgegeben werden. Das Ausgangssignal des
Paares der Magnetismus-Deteketionselemente wird einem Rechenvorgang
unterzogen, und es werden die absolute Winkelposition innerhalb
einer einzelnen Umdrehung der Drehwelle (der Einzelrotations-Absolutwert)
des Motors sowie die Anzahl von Umdrehungen der Drehwelle des Motors
ausgehend von einer vorbestimmten Ausgangsposition (der Mehrfachrotationswert)
festgestellt. Mehrfachrotations-Absolutcodierer werden zum Erfassen
der rotationsmäßigen Position einer Ausgangswelle
eines Aktuators verwendet, der mit einem Motor und einem Wellgetriebe-Antrieb
oder einer anderen Untersetzungseinrichtung versehen ist.
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Eine Überlauf-Erfassungsschaltung
ist an dem Mehrfachrotations-Absolutcodierer angebracht, um ein Überlaufen
eines Mehrfachrotationswert-Zählers festzustellen. Ein Überlauf-Zustand
tritt dann auf, wenn der Zählwert des Mehrfachrotationswert-Zählers
einen vorab vorgegebenen Wert überschreitet, wie z. B.
dann, wenn der Aktuator seine Rotation für unbestimmte
Zeit in einer Richtung fortsetzt. In derartigen Fällen
stellt die Überlauf-Erfassungsschaltung den Überlauf-Zustand
fest, und sie generiert einen Alarm oder dergleichen und berichtet
den Überlauf-Zustand an ein übergeordnetes System.
Ein mit einer Überlauf-Erfassungsschaltung versehener Mehrfachrotations-Absolutcodierer
ist in der
JP-A 08-50034 offenbart.
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Die
Winkelposition der Aktuator-Ausgangswelle kann nach einer Unterbrechung
oder einem Einschalten der Stromversorgung des Mehrfachrotations-Absolutcodierers
nicht mehr spezifiziert werden, wenn es zu einem Überlaufen
des Mehrfachrotationswert-Zählers kommt. Daher ist ein
Nachteil dahingehend vorhanden, dass der Aktuator nicht in kontinuierlicher
Weise verwendet werden kann.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Schaffung
eines Mehrfachrotations-Absolutcodierers, bei dem die Drehwinkelposition
innerhalb einer einzelnen Umdrehung einer Aktuator-Ausgangswelle
ohne Überlaufen des Mehrfachrotationswert-Zählers
spezifiziert werden kann, selbst wenn sich der Aktuator kontinuierlich
in einer Richtung dreht.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch einen Mehrfachrotations-Absolutcodierer,
wie er im Anspruch 1 angegeben ist.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Mehrfachrotations-Absolutcodierer
geschaffen, der an einem Aktuator angebracht ist, wobei der Aktuator
mit einem Motor und einer Untersetzungseinrichtung zum Untersetzen
der Rotation des Motors und zum Abgeben von dieser versehen ist,
wobei der Mehrfachrotations-Absolutcodierer Folgendes aufweist:
eine
Einzelrotations-Absolutwert-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer
Absolutposition innerhalb einer einzelnen Umdrehung einer Drehwelle
des Motors bei der Rotationsbewegung von dieser;
einen Mehrfachrotationswert-Zähler
zum Darstellen einer Anzahl von Umdrehungen der Drehwelle ausgehend
von einer vorbestimmten Ausgangsposition,
wobei der Mehrfachrotationswert-Zähler
einen Zählwert in Abhängigkeit von der Rotationsrichtung
der Drehwelle an einem vorbestimmten Schaltpunkt während
jeder der Rotationsbewegungen der Drehwelle auf der Basis der von
der Einzelrotations-Absolutwert-Erfassungseinrichtung erfassten
Position inkrementiert oder dekrementiert;
eine Speichereinrichtung
zum Speichern eines Untersetzungsverhältnisses R der Untersetzungseinrichtung;
und
eine Zähler-Steuereinrichtung zum Vorgeben eines Bereichs
des Zählwertes des Mehrfachrotationswert-Zählers
von null Umdrehungen bis (R – 1) Umdrehungen auf der Basis
des in der Speichereinrichtung gespeicherten und beibehaltenen Untersetzungsverhältnisses
sowie zum Zurücksetzen des Zählwertes auf null,
wenn die Drehwelle eine einzelne Umdrehung in Vorwärtsrichtung
ausgehend von einem Zustand ausführt, in dem der Zählwert
(R – 1) beträgt, und zum Setzen des Zählwertes
auf (R – 1), wenn die Drehwelle eine einzelne Umdrehung
in Rückwärtsrichtung ausgehend von einem Zustand ausführt,
in dem der Zählwert null ist.
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Vorzugsweise
weist die vorliegende Erfindung ferner eine Vorgabe-Eingabeeinrichtung
zum Vorgeben und Eingeben des Untersetzungsverhältnisses
R in die Speichereinrichtung auf. Durch Änderung des in
der Speichereinrichtung vorgegebenen Untersetzungsverhältnisses
kann Situationen Rechnung getragen werden, in denen sich das Untersetzungsverhältnis
der Untersetzungseinrichtung des Aktuators ändert.
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Weiterhin
vorzugsweise weist die vorliegende Erfindung eine Überlauf-Erfassungseinrichtung zum
Erfassen des Auftretens eines Überlauf-Zustands auf, in
dem der Zählwert des Mehrfachrotationswert-Zählers
einen vorbestimmten Wert überschreitet, wobei die Zähler-Steuereinrichtung
die Überlauf-Erfassungseinrichtung deaktiviert, wenn das
Untersetzungsverhältnis R in der Speichereinrichtung vorgegeben
worden ist.
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Die
Einzelrotations-Absolutwert-Erfassungseinrichtung weist vorzugsweise
eine Konfiguration auf, die eine Rotationserfassungseinrichtung
zum Abgeben von inkrementellen Signalen mit zwei um 90° voneinander
verschiedenen Phasen A, B bei der Rotation der Drehwelle des Motors
sowie einen Einzelrotations-Absolutwertzähler zum Abtasten
des Ausgangssignals der Rotationserfassungseinrichtung in einer
vorgeschriebenen Erfassungsperiode sowie zum Zählen der
Absolutposition innerhalb einer einzelnen Umdrehung der Drehwelle
auf.
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Vorzugsweise
besitzt die vorliegende Erfindung ferner eine Stromquellen-Steuereinrichtung zum
Unterstützen des Mehrfachrotationswert-Zählers,
der mit elektrischer Energie von einer Hilfsstromquelle arbeitet,
wenn der von einer Primärstromquelle zugeführte
elektrische Strom unterbrochen wird.
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Das
Untersetzungsverhältnis R einer Untersetzungseinrichtung
eines Aktuators wird dann in einer Speichereinrichtung eines Mehrfachrotations-Absolutcodierers
vorgegeben, wenn der Aktuator in einer Anwendung eingesetzt wird,
bei der es zu einem Überlaufen des Mehrfachrotationswert-Zählers kommt,
beispielsweise wenn der Aktuator zum Ausführen einer Rotationsbewegung
für eine unbestimmte Zeit in einer Richtung veranlasst
wird.
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Die
Zähler-Steuereinrichtung gibt den Zählwertbereich
des Mehrfachrotationswert-Zählers von null Umdrehungen
bis (R – 1) Umdrehungen auf der Basis des in der Speichereinrichtung
vorgegebenen Untersetzungsverhältnisses R vor. Der Zählwert
wird auf (R – 1) gesetzt, wenn die Drehwelle des Motors eine
einzelne Umdrehung in der Rückwärtsrichtung ausführt
und der Zählwert null beträgt, und der Zählwert
wird auf null zurückgesetzt, wenn die Drehwelle des Motors
eine einzelne Umdrehung in der Vorwärtsrichtung ausführt
und der Zählwert (R – 1) beträgt. Der
Mehrfachrotationswert-Zähler kann somit den Mehrfachrotationswert
ohne Überlaufen zählen, und die Winkelposition
innerhalb einer einzelnen Umdrehung der Aktuator-Ausgangswelle kann
in kontinuierlicher Weise spezifiziert werden.
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Die
Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden
anhand der zeichnerischen Darstellungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht unter Darstellung eines Aktuators, der mit
einem Magnetismus-Absolutcodierer versehen ist, bei dem die vorliegende
Erfindung angewendet wird;
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2 eine
schematische Darstellung, die die Korrespondenz-Beziehung zwischen
dem Mehrfachrotations-Zählwert und der Absolutposition
innerhalb einer einzelnen Umdrehung veranschaulicht; und
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3 eine
Darstellung zur Erläuterung des Zählvorgangs des
Mehrfachrotationswert-Zählers.
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Im
Folgenden werden Ausführungsbeispiele eines Mehrfachrotations-Absolutcodierers,
bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Aktuators, der mit einem Mehrfachrotations-Absolutcodierer
gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
versehen ist. Ein Aktuator 1 besitzt einen Motor 2 und
eine mit einer Drehwelle 3 des Motors 2 verbundene
Untersetzungseinrichtung, wie z. B. einen Wellgetriebe-Antrieb bzw.
Wellgetriebe-Trieb 4. Eine Aktuator-Ausgangswelle 5 ist
an einem eine reduzierte Drehzahl aufweisenden Ausgangselement des
Wellgetriebe-Antriebs 4 angebracht. Die absolute Winkelposition
innerhalb einer einzelnen Umdrehung der Drehwelle 3 des
Motors 2 und die Anzahl der Umdrehungen der Drehwelle 3 ausgehend
von einer vorbestimmten Ausgangsposition werden durch einen mit
Magnetismus arbeitenden Mehrfachrotations-Absolutcodierer 10 erfasst. Die
Rotationsposition der Aktuator-Ausgangswelle 5 wird in
einem übergeordneten System 100 auf der Basis
der Erfassungsresultate berechnet, und es wird z. B. eine Antriebssteuerung
für den Motor 2 des Aktuators 1 auf der
Basis dieser Berechnung ausgeführt.
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Der
Mehrfachrotations-Absolutcodierer 10 weist eine Rotationserfassungseinrichtung 11 zum Erfassen
des Rotationszustands der Drehwelle 3 des Motors 2 des
Aktuators 1 auf. Die Rotationserfassungseinrichtung 11 ist
gebildet aus einem Rotor 12 und einem Paar von Magnetismus-Erfassungselementen
S1, S2. Der Rotor 12 ist koaxial auf der Drehwelle 3 festgelegt
und als ringförmiger Permanentmagnet ausgebildet, der an
zwei Polen mit einer winkelmäßigen Beabstandung
von 180° entlang der Umfangsrichtung des Rotors magnetisiert
ist. Das Paar der Magnetismus-Erfassungselemente S1, S2 ist einander
gegenüber mit einem vorbestimmten Spalt relativ zu der
Außenumfangsfläche des Rotors 12 angeordnet
und mit einem winkelmäßigen Abstand von 90° in
der Umfangsrichtung von diesem positioniert. Die Magnetismus-Erfassungselemente
geben sinuswellenförmige Erfassungssignale a, b ab, die
sich in ihrer Phase um 90° entlang der Rotation des Rotors 12 unterscheiden.
Für die Magnetismus-Erfassungselemente können
Hallelemente, MR-Elemente oder dergleichen verwendet werden.
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Die
Erfassungssignale der Magnetismus-Erfassungselemente S1, S2 werden
nach Verstärkung durch einen Verstärker 13 mittels
eines A/D-Wandlers 14 in digitale Signale umgewandelt.
Die Signale werden dann einem Einzelrotations-Absolutwertzähler 15 zugeführt.
Der Absolutwert der Position innerhalb einer einzelnen Umdrehung
des Rotors 12 wird in dem Einzelrotations-Absolutwertzähler 15 auf
der Basis dieser Erfassungssignale gezählt. Der Absolutwert
der Position innerhalb einer einzelnen Umdrehung des Rotors 12 wird
bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der Basis
der zwei Phasen aufweisenden Erfassungssignale a, b erfasst, wobei
jedoch jedes beliebige System zum Erfassen des Absolutwerts der
Position innerhalb einer einzelnen Umdrehung verwendet werden kann.
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Der
Zählwert wird dann in einem Mehrfachrotationswert-Zähler 16 auf
des Basis des Signals von dem Einzelrotations-Absolutwertzähler 15 in
Abhängigkeit von der Rotationsrichtung an einem vorbestimmten
Schaltpunkt während jeder Rotation des Rotors 12 inkrementiert
oder dekrementiert. Auf diese Weise wird die Anzahl der Umdrehungen
des Rotors 12 ausgehend von der vorbestimmten Ausgangsposition
gezählt. Die Korespondenz-Beziehung zwischen dem Mehrfachrotations-Zählwert
und der Absolutposition innerhalb einer einzelnen Um drehung ist
in 2 veranschaulicht. Die Zählwerte der Zähler 15, 16 werden
dann nach Umwandlung in serielle Daten mittels einer Datenumwandlungseinrichtung 17 an
das übergeordnete System 100 abgegeben.
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Der
Zählwert des Mehrfachrotationswert-Zählers 16 wird
durch eine Überlauf-Erfassungseinrichtung 18 überwacht.
Wenn ein Überlauf-Zustand erreicht wird, in dem der Zählwert
einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein diese
Information anzeigendes Erfassungssignal von der Überlauf-Erfassungseinrichtung 18 abgegeben
und dem übergeordneten System 100 zugeführt.
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Der
Betrieb des Mehrfachrotationswert-Zählers 16 wird
durch eine Zähler-Steuereinrichtung 19 gesteuert.
Wenn ein Untersetzungsverhältnis R des Wellgetriebe-Antriebs 4 des
Aktuators 1 in einer Speichereinrichtung 20 vorgegeben
ist, gibt die Zähler-Steuereinrichtung 19 den
Bereich des Zählwerts des Mehrfachrotationswert-Zählers 16 von
null Umdrehungen bis (R – 1) Umdrehungen vor.
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Die
Zähler-Steuereinrichtung 19 steuert auch den Zählvorgang,
wie dies in 3 gezeigt ist. Mit anderen Worten
wird der Zählwert auf null zurückgesetzt, wenn
die Drehwelle 3 ausgehend von einem Zustand, in dem der
Zählwert (R – 1) beträgt, eine einzelne
Umdrehung in Vorwärtsrichtung ausführt, während
der Zählwert auf (R – 1) gesetzt wird, wenn die
Drehwelle 3 ausgehend von einem Zustand, in der der Zählwert
null beträgt, eine einzelne Umdrehung in Rückwärtsrichtung
ausführt.
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Die
Eingabe und Vorgabe des Untersetzungsverhältnisses R in
der Speichereinrichtung 20 sowie die Aktualisierung des
vorgegebenen Untersetzungsverhältnisses R können
unter Verwendung einer Eingabeeinrichtung 21 ausgeführt
werden. Die Eingabeeinrichtung 21 kann auch weggelassen
werden, und das Untersetzungsverhältnis R kann vorab in
der Speichereinrichtung 20 vorgegeben werden.
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Wenn
das Untersetzungsverhältnis R in der Speichereinrichtung 20 vorgegeben
ist, deaktiviert die Zähler-Steuereinrichtung 19 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels den Erfassungsvorgang
der Überlauf-Erfassungseinrichtung 18 und steuert
den Zählvorgang des Mehrfachrotationswert-Zählers 16, wie
dies in 3 gezeigt ist, so dass der Mehrfachrotationswert-Zähler 16 nicht
in einen Überlauf-Zustand gelangt. Wenn das Untersetzungsverhältnis
R nicht vorgegeben worden ist, ist die Überlauf-Erfassungseinrichtung 18 in
Betrieb. Die Überlauf-Erfassungseinrichtung stellt den Überlauf-Zustand
fest, wenn der Zählwert des Mehrfachrotations-Zählers 16 einen vorbestimmten
Wert überschreitet und diese Tatsache dem übergeordneten
System 100 mitteilt.
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Die
Steuerung der elektrischen Stromversorgung für die verschiedenen
vorstehend genannten Einrichtungen wird von einer Stromquellen-Steuereinrichtung 22 ausgeführt.
Die Stromquellen-Steuereinrichtung 22 führt elektrischen
Strom, der von einer externen Stromquelle geliefert wird, den verschiedenen
anderen Einrichtungen zu. Wenn die externe Stromversorgung unterbrochen
wird, erfolgt ein Umschaltvorgang auf eine externe Hilfsstromquelle (nicht
gezeigt) oder auf eine Hilfsstromquelle 23, die eine Stromversorgungsquelle
aufweist, und elektrischer Strom wird zumindest dem Mehrfachrotationswert-Zähler 16 zugeführt
und der Mehrfachrotationswert wird gesichert. Auf diese Weise kann
der Mehrfachrotationswert auch nach einer Unterbrechung der Stromversorgung
aufrecht erhalten werden.
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Wenn
der mit einem Magnetismus-Absolutcodierer mit der vorliegenden Konfiguration
versehene Aktuator 1 für eine unbestimmte Rotationsbewegung
in einer Richtung verwendet wird, wird das Untersetzungsverhältnis
R des Wellgetriebe-Antriebs 4 in der Speichereinrichtung 20 vorgegeben.
Der Mehrfachrotationswert-Zähler 16 gelangt somit
in keinen Überlauf-Zustand, und er zählt wiederholt
die Anzahl von Umdrehungen R der Drehwelle 3 unter der
Steuerung der Zähler-Steuereinrichtung 19. Der
Mehrfachrotationswert-Zähler 16 gelangt somit
selbst dann nicht in einem Überlauf-Zustand, wenn der Aktuator 1 zur
Ausführung einer unbestimmten Rotationsbewegung in einer
Richtung verwendet wird, und die Rotationsposition der Aktuator-Ausgangswelle 5 innerhalb
von einer einzelnen Umdrehung kann in kontinuierlicher Weise spezifiziert
werden. Die Vorgabe für das Untersetzungsverhältnis
R in der Speichereinrichtung 20 wird für den normalen
Gebrauch, bei dem Vorwärts-Rotation und Rückwärts-Rotation
wiederholt ausgeführt werden, gelöscht, so dass
die Überlauf-Erfassungseinrichtung 18 aktiviert
wird und diese feststellen kann, wenn der Zählwert des
Mehrfachrotationswert-Zählers 16 einen vorbestimmten Wert überschritten
hat und in einer Überlauf-Zustand gelangt ist.
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Weitere Ausführungsbeispiele
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Das
vorstehend beschriebene Beispiel betrifft einen Aktuator, der mit
einem Wellgetriebe-Antrieb als Untersetzungseinrichtung ausgestattet
ist, jedoch kann auch ein anderer Typ einer Untersetzungseinrichtung
verwendet werden. Ein anderer Sensor-Typ als ein Magnet-Sensor kann
als Rotationserfassungseinrichtung zum Erfassen der Rotationsinformation
der Drehwelle eines Motors verwendet werden; beispielsweise kann
ein optischer Codierer mit einer Schlitzplatte verwendet werden,
bei dem inkrementelle Signale mit zwei um einen anderen Wert als
90° voneinander verschiedenen Phasen generiert werden und
die Rotationsposition auf der Basis dieser Signale festgestellt
wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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