JP2008180698A - 磁気式アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】通常動作時には高速かつ高精度で検出動作を行い、バックアップ時には低電力消費で検出動作を継続できる信頼性の高い磁気式アブソリュートエンコーダを提案すること。
【解決手段】磁気式アブソリュートエンコーダ１では、通常時動作電源８から電力が供給される通常時には通常時動作回路５と通常時およびバックアップ時動作回路６が動作し、これらにより検出される１回転絶対値（１）と１回転絶対値（２）を異常診断回路１０において比較して異常の有無を自己診断する。通常時動作電源８が遮断されたバックアップ時には、低消費電力型の通常時およびバックアップ時動作回路６のみが動作して多回転値（２）を検出する。通常時動作に復帰した時点で多回転値設定回路１２は多回転値（２）を通常時動作回路５の多回転値（１）として設定する。これにより、当該多回転値（１）の算出動作が再開する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ回転軸などの回転軸の絶対回転角度および回転数を検出する磁気式アブソリュートエンコーダに関し、主電源が遮断されたバックアップ時に動作する低消費電力型のバックアップ手段を備えた磁気式アブソリュートエンコーダに関するものである。

磁気式アブソリュートエンコーダは、多極着磁された回転子あるいは磁気ドラムと、一対の磁気検出素子を備えている。多極着磁された回転子あるいは磁気ドラムは検出対象のモータ回転軸に同軸状態に取り付けられ、一対の磁気検出素子は、モータ回転軸の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波信号を出力するように、空間的に９０度離した角度位置に配置される。一対の磁気検出素子の出力を演算処理して、モータ回転軸の１回転内の絶対角度位置（１回転絶対値）、および、モータ回転軸の予め定めた原点からの回転カウント数（多回転値）を検出している。

また、電源遮断時などの非常時においても検出動作が中断しないように、主電源遮断時には内蔵あるいは外付けのバックアップ電源に切り替えて各部への給電を行うように構成されている。バックアップ電源は容量に限りがあるので、各部への給電を間欠的に行い、低消費電力で検出動作をバックアップしている。

ここで、高速で高精度な検出を行うために、演算回路には高速の演算能力が要求される。これに対して、バックアップ時には低電力消費が要求される。高速性と低消費電力とはトレードオフの関係にあり、１系統の検出システムではこれら双方の要求を満たすことが困難である。

このような観点から、特許文献１においては、２系統の検出システムを備え、バックアップ時には低電力消費の検出システムを動作させることにより長時間のバックアップを可能にしたエンコーダ装置が開示されている。
特開平５−２３３０６４号公報

しかしながら、従来の２系統の検出システムを備えた磁気式アブソリュートエンコーダでは、高速で高精度な検出を行う主系統の検出システムにおいて発生する検出エラーの対策については何ら考慮されていない。

本発明の課題は、この点に鑑みて、バックアップ用の検出システムを利用して主系統の検出システムにおける検出エラーを検出できるようにした信頼性の高い磁気式アブソリュートエンコーダを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の磁気式アブソリュートエンコーダは、
多極着磁された回転子の回転に伴って位相が９０度異なる少なくとも一対の正弦波信号を出力する磁気センサと、
当該磁気センサの出力を第１の検出周期で検出して、回転子１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（１）、および、回転子の予め設定した原点からの回転数を表す多回転値（１）を算出する主演算手段と、
前記磁気センサの出力を前記第１の検出周期よりも長い第２の検出周期で検出して、前記回転子１回転内の絶対値を表す１回転絶対値（２）および前記回転子の前記原点からの回転数を表す多回転値（２）を算出するバックアップ演算手段と、
主電源からの供給電力によって前記主演算手段および前記バックアップ演算手段を動作させ、主電源が遮断された場合には、バックアップ電源からの供給電力によって前記バックアップ演算手段のみを動作させる電源制御手段と、
前記主電源からの電力により動作している前記主演算手段および前記バックアップ演算手段のそれぞれが算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（２）を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態のまま所定回数連続した場合には異常が発生したと判断する異常診断手段とを有していることを特徴としている。

本発明では、通常時動作においては高速かつ高精度で検出動作を行うことのできる主演算手段を用いて１回転絶対値（１）および多回転値（１）を算出でき、バックアップ時には低消費電力のバックアップ演算手段を用いて少なくとも多回転値（２）を算出して、検出動作をバックアップできる。

また、通常時動作においては、バックアップ演算手段を用いて１回転絶対値（２）および多回転値（２）が算出される。異常診断手段において、主演算手段およびバックアップ演算手段によって算出された１回転絶対値（１）および１回転絶対値（２）が相互に比較され、双方の検出系統の整合性が確認される。したがって、故障などの異常が発生しているか否かを自己診断することができ、アブソリュート磁気エンコーダの信頼性を高めることができる。

ここで、前記異常診断手段は、前記主電源からの電力により動作している前記主演算手段および前記バックアップ演算手段のそれぞれが算出した前記多回転値（１）および前記多回転値（２）を比較することが望ましい。双方の検出系統の多回転値の整合性を確認することにより、故障などの異常が発生しているか否かを正確に診断できる。

次に、磁気センサの検出出力を、主演算手段およびバックアップ演算手段により共用する代わりに、それぞれに専用の磁気センサを割り当てることもできる。すなわち、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる一対の正弦波信号を出力する第１磁気センサと、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる一対の正弦波信号を出力する第２磁気センサを配置し、前記主演算手段は前記第１磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記１回転絶対値（１）および前記多回転値（１）の演算を行い、前記バックアップ演算手段は前記第２磁気センサの出力を前記第２の検出周期で検出して前記１回転絶対値（２）および前記多回転値（２）の演算を行うようにしてもよい。

この場合には、前記主演算手段は前記第２磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記回転子の１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（３）を算出し、前記異常診断手段は、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの出力に基づきそれぞれ算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（３）を比較してもよい。

この代わりに、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波信号を出力する第３磁気センサを配置し、前記主演算手段は、前記第３磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記回転子の１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（３）を算出し、前記異常診断手段は、前記第１磁気センサおよび前記第３磁気センサの出力に基づきそれぞれ算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（３）を比較してもよい。

次に、主電源による電力供給が再開された場合には、主演算手段においては、１回転絶対値（１）の算出は可能であるが、中断していた多回転値の算出は不可能である。したがって、バックアップ演算手段は、前記バックアップ電源からの供給電力によって動作する状態では、少なくとも前記多回転値（２）を算出して記憶保持すればよい。

また、主電源からの電力供給が再開されて前記主演算手段が動作状態に復帰した時点で、前記バックアップ演算手段によって算出されている前記多回転値（２）を当該主演算手段による当該時点での多回転値（１）として設定することが望ましい。主演算手段に多回転値を設定することにより主演算手段による多回転値の算出動作を直ちに再開することができる。

さらに、異常が検出された場合には上位のシステムにその旨の警報を出力するように構成することが望ましい。すなわち、前記異常診断手段によって異常が発生したと判断された場合に警報を出力する警報手段を有していることが望ましい。

本発明の磁気式アブソリュートエンコーダでは、通常時動作において主演算手段により１回転絶対値および多回転値を算出すると共にバックアップ演算手段によっても１回転絶対値および多回転値を算出するようにしている。したがって、双方の算出値を比較することにより、故障などが発生したか否かの自己診断を行うことができるので、エンコーダの信頼性を高めることができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気式アブソリュートエンコーダの実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係る磁気式アブソリュートエンコーダを示す概略構成図である。磁気式アブソリュートエンコーダ１は、モータ回転軸などの回転軸２に同軸状態に固定した円盤状の回転子３を備えている。この回転子３は円周方向に沿って１８０度の角度間隔で２極着磁された永久磁石である。回転子３の外周面には、一定のギャップで、一対の磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２と、一対の磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４が配置されている。一対の磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２は円周方向に９０度の角度間隔で配置されており、回転子３の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波状の検出信号ａ、ｂを出力する。同様に、他方の一対の磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４も９０度の角度間隔で配置されており、回転子３の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波状の検出信号ｃ、ｄを出力する。磁気検出素子としてはホール素子、ＭＲ素子などを用いることができる。２極着磁された回転子３と二対の磁気検出素子Ｓ１〜Ｓ４とによって、磁気センサが構成されている。

また、磁気式アブソリュートエンコーダ１は、磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２の検出信号に基づき１回転絶対値（１）および多回転値（１）を算出する通常時動作回路５（主演算手段）と、磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４の検出信号に基づき１回転絶対値（２）および多回転値（２）を算出する通常時・バックアップ時動作回路６（バックアップ演算手段）とを備えている。

通常時動作回路５は、磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２の検出信号ａ、ｂを増幅する増幅部５１と、増幅後の検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ５２と、デジタル化された検出信号を用いて角度演算を行って１回転絶対値（１）および多回転値（１）を算出するＤＳＰ５３と、算出された位置データ（１回転絶対値（１）および多回転値（１））をシリアル転送用データに変換するデータ変換部５４とを備えている。変換後のデータは上位システム７０に転送されるようになっている。上位システム７０では、これらの情報に基づき回転軸２の回転位置をアブソリュート形式で認識できる。

通常時・バックアップ時動作回路６も同様に構成されており、磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４の検出信号ｃ、ｄを増幅する増幅部６１と、増幅後の検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ６２と、デジタル化された検出信号を用いて角度演算を行って１回転絶対値（２）、原点位置、および多回転値（２）を算出するＣＰＵ６３とを備えている。

ここで、１回転絶対値（１）、（２）は角度演算により求まる回転軸２の１回転内の絶対値である。多回転値（１）、（２）は角度演算により求まる、予め定めた原点からの回転カウント数である。磁気検出素子Ｓ１〜Ｓ４の検出信号ａ〜ｄは次のように表され、角度演算によって１回転絶対値（１）、（２）が次のように絶対角度θ１、θ２として算出される。
ａ＝Ｖａｓｉｎ（θ−α）
ｂ＝Ｖｂｃｏｓ（θ−α）
ｃ＝Ｖｃｓｉｎ（θ−β）
ｄ＝Ｖｄｃｏｓ（θ−β）
θ１＝ｔａｎ^-1（（ｂ／Ｖｂ）／（ａ／Ｖａ））＋α
θ２＝ｔａｎ^-1（（ｄ／Ｖｄ）／（ｃ／Ｖｃ））＋β

また、通常時動作回路５は高速、高精度で演算処理を行うものであり、例えば、１１μｓの検出周期で磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２の検出信号ａ、ｂをサンプリングする。通常時・バックアップ時動作回路６は通常時動作回路５に比べて低消費電力で演算処理を行うものであり、通常時動作回路５に比べて低速であり精度も低い。例えば、２．２ｍｓの検出周期で磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４の検出信号ｃ、ｄをサンプリングする。

次に、磁気式アブソリュートエンコーダ１は電源制御回路７を備えている。電源制御回路７は、通常時動作においては上位システム７０の通常時動作電源（主電源）８からの供給電力を通常時動作回路５と、通常時・バックアップ時動作回路６の双方に供給して、これらを動作させる。通常時動作電源８からの電力供給が遮断された場合には、電力供給源をバックアップ電源（バックアップ用内部電源９ａあるいはバックアップ用外部電源９ｂ）に切り替え、バックアップ電源からの供給電力を通常時・バックアップ時動作回路６に対してのみ供給する。したがって、バックアップ時には、通常時・バックアップ時動作回路６のみが動作して多回転値（２）のみが算出される。

さらに、磁気式アブソリュートエンコーダ１は、通常時動作の際に、通常時動作回路５で算出される１回転絶対値（１）と、通常時・バックアップ時動作回路６で算出される１回転絶対値（２）とを比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数連続した場合に異常が発生したものと判断する異常診断回路１０と、この異常診断回路１０によって異常が発生したと判断された場合に警報を出力する警報出力回路１１とを備えている。異常診断回路１０では、例えば、２．２ｍｓの周期で、双方の算出値を比較し、双方の算出値の差が制御上問題となるような不整合状態であることが連続して１０回検出された場合には、異常が発生したと判断する。この場合には、警報出力回路１１から上位システム７０に警報が出力される。なお、異常が発生したか否かの判定は、本例では不整合状態が１０回連続した場合としているが、１０回に限定されるものではない。予め設定した設定時間を超える時間に亘って不整合状態が継続した場合に異常が発生したものと判断すればよい。

これに加えて、磁気式アブソリュートエンコーダ１は、多回転値設定回路１２を備えている。多回転値設定回路１２は、通常時動作電源８からの電力供給が再開され、バックアップ状態から通常時の動作状態に復帰した時点において、通常時・バックアップ時動作回路６においてバックアップされている多回転値（２）を通常時動作回路５に転送して、当該時点での多回転値（１）として設定する機能を備えている。通常時動作回路５はバックアップ時には動作しないので、多回転値（１）はバックアップ時から通常動作時に復帰した時点では消失している。通常動作時に復帰した時点で多回転値（２）を設定することにより、それ以後の多回転値（１）の算出を再開することができる。

次に、図２は磁気式アブソリュートエンコーダ１における電源制御回路７による電源制御動作を示すタイミングチャートである。この図に従って電源切り替え動作を説明する。まず、通常時動作電源８がオンすると（時点ｔ１）、供給電圧が立ち上がり、例えば、バックアップ動作電圧の下限値である３．０Ｖを超えると（時点ｔ２）、通常時およびバックアップ時動作回路６の各部６１〜６３への電力供給が開始され、供給電圧が例えば通常時動作電圧の下限値である４．２Ｖを超えると（時点ｔ３）、通常時動作回路５への電力供給が開始され、双方の回路５、６において１回転絶対値（１）、（２）および多回転値（１）、（２）の算出が開始される。

ここで、通常時動作電源８からの電力供給が遮断されると（時点ｔ４）、電源がバックアップ電源（９ａあるいは９ｂ）に切り替わる。供給電圧が動作電圧の５．０Ｖからその下限値の４．２Ｖを下回ると（時点ｔ５）、通常時動作時状態からバックアップ時動作状態Ａ１に切り替わり、通常時動作回路５への給電が停止され、通常時・バックアップ時動作回路６の各部６１〜６３に対して間欠給電される低消費電力モードになる。

バックアップ時動作状態Ａ１では次の動作が繰り返し行われる。まず、磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４および増幅回路６１、ＡＤコンバータ６２、ＣＰＵ６３に通電され、検出信号がＡＤ変換された後は磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４、増幅回路６１、ＡＤコンバータ６２への通電を停止する。次に、角度演算が終了した後は、算出された多回転値（２）を内蔵のメモリ（図示せず）に格納し、しかる後に、ＣＰＵ６３への通電を停止する。この後は、各部への通電を一定時間だけ停止状態に保持する。

次に、通常時動作電源８からの電力供給が再開された場合には（時点ｔ６）、供給電圧が４．２Ｖを上回った時点（時点ｔ７）において、バックアップ時動作状態から通常時動作状態に切り替え、通常時動作回路５と、通常時・バックアップ時動作回路６への連続給電を再開する。

この時に、通常時・バックアップ時動作回路６において算出されている多回転値（２）が多回転値設定回路１２によって通常時動作回路５に転送され、当該通常時動作回路５の多回転値（１）として再設定される。この結果、通常時動作回路５は多回転値（１）の算出を再開することができる。

一方、通常時動作電源８からの電力供給が遮断して通常時動作状態からバックアップ時動作状態に切り替わった後（例えば、時点ｔ１１）において、バックアップ時動作状態Ａ２が継続して、バックアップ電源電圧がバックアップ時動作電圧の下限値である３．０Ｖを下回ると（時点ｔ１２）、シャットダウン状態Ｂになり、各部の動作が停止する。この後に、通常時動作電源８からの電力供給が再開すると、エラー情報が上位システム１００に送信される。

ここで、通常時動作状態においては、異常診断回路１０において、通常時動作回路５において算出される１回転絶対値（１）と、通常時・バックアップ時動作回路６において算出される１回転絶対値（２）とが、例えば、１回転絶対値（２）の算出タイミングである２．２ｍｓ毎に比較されている。これらの差が制御上問題となるような大きなものとなった状態が連続して例えば１０回発生した場合には異常が発生したものと判断する。そして、異常が発生した旨を表す警報が警報出力回路１１からは上位システム１００に出力される。この警報により、磁気式アブソリュートエンコーダ１に異常が発生したことを知ることができる。なお、双方の絶対値の差が所定値以上の状態が１０回連続した場合に異常が発生したと判定しているが、この回数は１０回に限定されるものではない。

以上説明したように、磁気式アブソリュートエンコーダ１においては、二対の磁気検出素子Ｓ１〜Ｓ４を用いて回転軸絶対値検出器を構成し、磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２の検出出力を用いた通常時動作回路５により高速かつ高精度に検出を行う通常時動作を担当させ、磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４の検出出力を用いた通常時・バックアップ時動作回路６により低消費電力で通常時動作およびバックアップ時動作を担当させている。これにより、通常時動作の高速性と、バックアップ時の低消費電力化を実現できる。

また、通常時動作においては、異常診断回路１０において、１回転絶対値（１）と１回転絶対値（２）を比較して、それらの整合性を確認するようにしている。したがって、エンコーダ自身による異常検出が可能となり、エンコーダの信頼性の向上に有利である。

なお、本例では二対の磁気検出素子を用いているが、一対の磁気検出素子のみを配置し、これらの検出出力を、通常時動作回路５と、通常時・バックアップ時動作回路６に供給することも可能である。

（実施の形態２）
図３は、本発明を適用した実施の形態２に係る磁気式アブソリュートエンコーダを示す概略構成図である。磁気式アブソリュートエンコーダ１００は、モータ回転軸などの回転軸１０２に同軸状態に固定した円盤状の回転子１０３を備えている。この回転子１０３は円周方向に沿って１８０度の角度間隔で２極着磁された永久磁石である。回転子１０３の外周面には、一定のギャップで、一対の磁気検出素子Ｓ１１、Ｓ１２と、一対の磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４が配置されている。一対の磁気検出素子Ｓ１１、Ｓ１２は円周方向に９０度の角度間隔で配置されており、回転子１０３の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波状の検出信号ａ１、ｂ１を出力する。同様に、他方の一対の磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４も９０度の角度間隔で配置されており、回転子３の回転に伴って位相が９０度異なる正弦波状の検出信号ｃ１、ｄ１を出力する。磁気検出素子としてはホール素子、ＭＲ素子などを用いることができる。２極着着磁された回転子１０３と二対の磁気検出素子Ｓ１１〜Ｓ１４とによって、磁気センサが構成されている。

また、磁気式アブソリュートエンコーダ１００は、通常時動作回路１０５（主演算回路）と通常時・バックアップ時動作回路１０６（バックアップ演算手段）を備えている。通常時動作回路１０５は、磁気検出素子Ｓ１１、Ｓ１２の検出信号に基づき１回転絶対値（１）および多回転値（１）を算出する。また、磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４の検出信号に基づき１回転絶対値（３）を算出する。これに対して、通常時・バックアップ時動作回路１０６は、磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４の検出信号に基づき１回転絶対値（２）および多回転値（２）を算出する。

通常時動作回路１０５は、磁気検出素子Ｓ１１〜Ｓ１４の検出信号ａ１〜ｄ１を増幅する増幅部１５１と、増幅後の検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１５２と、デジタル化された検出信号を用いて角度演算を行って１回転絶対値（１）および多回転値（１）を算出するＤＳＰ１５３と、算出された位置データ（１回転絶対値（１）および多回転値（１））をシリアル転送用データに変換するデータ変換部１５４とを備えている。変換後のデータは上位システム１７０に転送されるようになっている。上位システム１７０では、これらの情報に基づき回転軸１０２の回転位置をアブソリュート形式で認識できる。

通常時・バックアップ時動作回路１０６も同様に構成されており、磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４の検出信号ｃ１、ｄ１を増幅する増幅部１６１と、増幅後の検出信号をデジタル信号に変換するＡＤコンバータ１６２と、デジタル化された検出信号を用いて角度演算を行って１回転絶対値（２）、原点位置、および多回転値（２）を算出するＣＰＵ１６３とを備えている。

ここで、１回転絶対値（１）、（２）、（３）は角度演算により求まる回転軸１０２の１回転内の絶対値である。多回転値（１）、（２）は角度演算により求まる、予め定めた原点からの回転カウント数である。磁気検出素子Ｓ１１〜Ｓ１４の検出信号ａ１〜ｄ１は次のように表され、角度演算によって１回転絶対値（１）、（２）、（３）が次のように絶対角度θ１、θ２として算出される。
ａ１＝Ｖａｓｉｎ（θ−α）
ｂ１＝Ｖｂｃｏｓ（θ−α）
ｃ１＝Ｖｃｓｉｎ（θ−β）
ｄ１＝Ｖｄｃｏｓ（θ−β）
θ１＝ｔａｎ^-1（（ｂ１／Ｖｂ）／（ａ１／Ｖａ））＋α
θ２＝ｔａｎ^-1（（ｄ１／Ｖｄ）／（ｃ１／Ｖｃ））＋β

また、通常時動作回路１０５は高速、高精度で演算処理を行うものであり、例えば、１１μｓの検出周期で磁気検出素子Ｓ１１〜Ｓ１４の検出信号ａ１〜ｄ１をサンプリングする。通常時・バックアップ時動作回路１０６は通常時動作回路１０５に比べて低消費電力で演算処理を行うものである。例えば、２．２ｍｓの検出周期で磁気検出素子Ｓ１３、Ｓ１４の検出信号ｃ１、ｄ１をサンプリングする。

次に、磁気式アブソリュートエンコーダ１００は電源制御回路１０７を備えている。電源制御回路１０７は、通常時動作においては上位システム１７０の通常時動作電源（主電源）１０８からの供給電力を通常時動作回路１０５と、通常時・バックアップ時動作回路１０６の双方に供給して、これらを動作させる。通常時動作電源１０８からの電力供給が遮断された場合には、電力供給源をバックアップ電源（バックアップ用内部電源１０９ａあるいはバックアップ用外部電源１０９ｂ）に切り替え、バックアップ電源からの供給電力を通常時・バックアップ時動作回路１０６に対してのみ供給する。したがって、バックアップ時には、通常時・バックアップ時動作回路１０６のみが動作して多回転値（２）のみが算出される。

さらに、磁気式アブソリュートエンコーダ１００は、通常時動作において検出エラーが発生したか否かを自己診断する異常診断回路１１０と、異常が発生した旨の警報を出力する警報出力回路１１１を備えている。警報は上位システム１７０に送信される。

異常診断回路１１０は、通常時動作回路１０５で算出される１回転絶対値（１）と１回転絶対値（３）を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数（例えば１０回）連続した場合に異常が発生したものと判断する第１異常診断部１１０Ａを備えている。また、通常時動作回路１０５で算出される１回転絶対情報（１）と通常時・バックアップ時動作回路１０６で算出される１回転絶対値（２）とを比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数（例えば１０回）連続した場合に異常が発生したものと判断する第２異常診断回路１１０Ｂを備えている。さらに、通常時動作回路１０５で算出される多回転値（１）と通常時・バックアップ時動作回路１０６で算出される多回転値（２）を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態が所定回数（例えば１０）連続した場合に異常が発生したものと判断する第３異常診断回路１１０Ｃを備えている。

第１異常診断回路１１０Ａでは、通常動作回路１０５と同一の動作速度、例えば、１１μｓの周期で、双方の算出値を比較する。双方の算出値の差が制御上問題となるような不整合状態であることが連続して１０回検出された場合に異常が発生したと判断する。第２異常診断回路１１０Ｂおよび第３異常診断回路１１０Ｃでは、それぞれ、通常時・バックアップ時動作回路１０６の動作速度と同一の周期、例えば２．２ｍｓの周期で、双方の算出値を比較する。双方の算出値の差が制御上問題となるような不整合状態であることが連続して１０回検出された場合に異常が発生した判断する。いずれか一つの異常診断回路において異常が検出された場合に警報出力回路１１１から警報が出力される。

なお、第３異常診断回路１１０Ｃは、電源投入後における通常動作時には常に比較処理（異常検出処理）を行う。

次に、磁気式アブソリュートエンコーダ１００は多回転値設定回路１１２を備えている。多回転値設定回路１１２は、通常時動作電源１０８からの電力供給が再開され、バックアップ状態から通常時の動作状態に復帰した時点において、通常時・バックアップ時動作回路１０６においてバックアップされている多回転値（２）を通常時動作回路５に転送して、当該時点での多回転値（１）として設定する機能を備えている。通常時動作回路１０５はバックアップ時には動作しないので、多回転値（１）はバックアップ時から通常動作時に復帰した時点では消失している。通常動作時に復帰した時点で多回転値（２）を設定することにより、それ以後の多回転値（１）の算出を再開することができる。

この構成の磁気式アブソリュートエンコーダ１００における電源制御回路１０７による電源の切換制御動作は、図２に示す実施の形態１に係る磁気式アブソリュートエンコーダ１の場合と同様であるので、その説明は省略する。

以上説明したように、磁気式アブソリュートエンコーダ１００においては、二対の磁気検出素子Ｓ１〜Ｓ４を用いて回転軸絶対値検出器を構成し、磁気検出素子Ｓ１、Ｓ２の検出出力を用いた通常時動作回路５により高速かつ高精度に検出を行う通常時動作を担当させている。また、磁気検出素子Ｓ３、Ｓ４の検出出力を用いた通常時・バックアップ時動作回路６により低消費電力で通常時動作およびバックアップ時動作を担当させている。これにより、通常時動作の高速性と、バックアップ時の低消費電力化を実現できる。

また、通常時動作においては、異常診断回路１１０Ａにおいて、高速かつ高精度に１回転絶対値（１）および１回転絶対値（３）を算出し、これらを比較して整合性を確認している。したがって、瞬時に誤りを検出することができ、小さな回転角度での信頼性を得ることができる。ＡＣサーボモータの場合には、理想の位相励磁からのズレ量が大きくなると、トルクを発生できなくなる問題があるが、本例によれば、瞬時に誤りを検出できるので、トルクを発生できなくなる前に異常を検出でき、安全性も高まる。

さらに、通常時動作においては、異常診断回路１１０Ｂおよび異常診断回路１１０Ｃでは、低速ではあるが、異なる角度演算系統によって算出された１回転絶対値（１）と１回転絶対値（２）の比較、および、多回転値（１）と多回転値（２）の比較を行って、整合性を確認している。したがって、誤り検出を冗長化でき、信頼性および安全性を高めることができる。

なお、本例では二対の磁気検出素子を用いているが、１回転絶対値（３）を算出するための専用の一対の磁気検出素子を配置して、合計で三対の磁気検出素子を用いることもできる。

本発明を適用した実施の形態１に係る磁気式アブソリュートエンコーダの概略構成図である。 図１の磁気式アブソリュートエンコーダの電源切り替え動作を示すタイミングチャートである。 本発明を適用した実施の形態２に係る磁気式アブソリュートエンコーダの概略構成図である。

符号の説明

１，１００ 磁気式アブソリュートエンコーダ
２，１０２ 回転軸
３，１０３ 回転子
５，１０５ 通常時動作回路
６，１０６ 通常時・バックアップ時動作回路
７，１０７ 電源制御回路
８，１０８ 通常時動作電源
９ａ，１０９ａ バックアップ用内部電源
９ｂ，１０９ｂ バックアップ用外部電源
１０，１１０ 異常診断回路
１１０Ａ 第１異常診断回路
１１０Ｂ 第２異常診断回路
１１０Ｃ 第３異常診断回路
１１，１１１警報出力回路
１２，１１２ 多回転値設定回路
５１，６１，１５１，１６１ 増幅回路
５２，６２，１５２，１６２ ＡＤコンバータ
５３，１５３ ＤＳＰ
６３，１６３ ＣＰＵ
５４，１５４ データ変換部

Claims (8)

1. 多極着磁された回転子の回転に伴って位相が９０度異なる少なくとも一対の正弦波信号を出力する磁気センサと、
   当該磁気センサの出力を第１の検出周期で検出して、回転子１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（１）、および、回転子の予め設定した原点からの回転数を表す多回転値（１）を算出する主演算手段と、
   前記磁気センサの出力を前記第１の検出周期よりも長い第２の検出周期で検出して、前記回転子１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（２）および前記回転子の前記原点からの回転数を表す多回転値（２）を算出するバックアップ演算手段と、
   主電源からの供給電力によって前記主演算手段および前記バックアップ演算手段を動作させ、主電源が遮断された場合には、バックアップ電源からの供給電力によって前記バックアップ演算手段のみを動作させる電源制御手段と、
   前記主電源からの電力により動作している前記主演算手段および前記バックアップ演算手段のそれぞれが算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（２）を比較し、これらの値の差が予め定めた差以上の状態が所定回数連続した場合には異常が発生したと判断する異常診断手段とを有していることを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
2. 請求項１に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記異常診断手段は、前記主電源からの電力により動作している前記主演算手段および前記バックアップ演算手段のそれぞれが算出した前記多回転値（１）および前記多回転値（２）を比較し、これらの値の差が、予め定めた差以上の状態のまま所定回数連続した場合には異常が発生したと判断することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
3. 請求項１に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記磁気センサは、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる一対の正弦波信号を出力する第１磁気センサと、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる一対の正弦波信号を出力する第２磁気センサを備えており、
   前記主演算手段は前記第１磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記１回転絶対値（１）および前記多回転値（１）の演算を行い、
   前記バックアップ演算手段は前記第２磁気センサの出力を前記第２の検出周期で検出して前記１回転絶対値（２）および前記多回転値（２）の演算を行うことを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
4. 請求項３に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記主演算手段は前記第２磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記回転子の１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（３）を算出し、
   前記異常診断手段は、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの出力に基づきそれぞれ算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（３）を比較し、これらの値の差が予め定めた差以上の状態のまま所定回数連続した場合に異常が発生したと判断することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
5. 請求項３に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記磁気センサは、前記回転子の回転に伴って位相が９０度異なる一対の正弦波信号を出力する第３磁気センサを備えており、
   前記主演算手段は、前記第３磁気センサの出力を前記第１の検出周期で検出して前記回転子の１回転内の絶対位置を表す１回転絶対値（３）を算出し、
   前記異常診断手段は、前記第１磁気センサおよび前記第３磁気センサの出力に基づきそれぞれ算出した前記１回転絶対値（１）および前記１回転絶対値（３）を比較し、これらの値の差が予め定めた差以上の状態のまま所定回数連続した場合に異常が発生したと判断することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記バックアップ演算手段は、前記バックアップ電源からの供給電力によって動作する状態では、前記多回転値（２）のみを算出して記憶保持することを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
7. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記主電源からの電力供給が再開されて前記主演算手段が動作状態に復帰した時点で、前記バックアップ演算手段によって算出されている前記多回転値（２）を当該主演算手段による当該時点での多回転値（１）として設定する多回転値設定手段を有していることを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。
8. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項に記載の磁気式アブソリュートエンコーダにおいて、
   前記異常診断手段によって異常が発生したと判断された場合に警報を出力する警報手段を有していることを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。

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