JP2012141217A

JP2012141217A - 回転センサ

Info

Publication number: JP2012141217A
Application number: JP2010294303A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Takasu; 茂高須
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26

Abstract

【課題】部品の寸法公差の累積に基づく寸法誤差や組付公差の影響、長年の使用による部品の変形による影響を受けることなく第１の回転体の回転数に対応する第２の回転体の回転角度を正確に検出する。
【解決手段】被測定回転体１１に取り付けられこの回転と共に回転する第１の回転体１０と、第１の回転体の回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第１の検出手段１００と、第１の回転体と機構的に連結しこれと連動して回転し、かつ第１の回転体の回転数よりも減速した回転数で回転する第２の回転体２０と、第２の回転体を所定の角度範囲ごとに検出する第２の検出手段２００と、を有し、第１の回転体の回転角度を検出するときに、第１の検出手段の出力値が初期値付近の値であるか、終端値付近の値であるかを判断し、第１の検出手段の出力値から第２の検出手段の出力値に判断結果に応じた所定の補正処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばロボットアームなどを回転させるシャフト等の回転体の絶対回転角度や回転数を検出する回転センサに関する。

従来から例えばロボットアームなどを回転させるシャフト等の回転体の絶対回転角度や回転数を検出する回転センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載された回転センサは、回転変位する円板状の第１のコード板と、この第１のコード板の回転角度を所定の回転変位ごとに読み取る第１のエンコーダと、第１のコード板が１回転するごとに所定の角度だけ変位するように駆動された円板状の第２のコード板と、この第２のコード板の回転角度を所定の回転変位ごとに読み取る第２のエンコーダと、第２のコード板が１回転するごとに所定の角度だけ変位するように駆動された円板状の第３のコード板と、この第３のコード板の回転角度を所定の回転変位ごとに読み取る第３のエンコーダと、・・・を備えている。

特開昭６１−２１２７２６号公報

このような従来型の回転センサは、各コード板がそれぞれ互いに離間した状態で独立して設けられており、前段のコード板が１回転した情報を後段のコード板に伝えるに際して、歯車等による直接的かつ機械的な伝達によらず、後段のコード板に備わったモーター等に電気信号を送ってこのモーターを駆動することで実現している。しかしながら、このような電気信号のみを介した情報の伝達によると、ノイズ等の影響を受け易く信頼性の点で好ましいものと言えなかった。

これに加えて、ギヤのような機械的接続による伝達の代わりに、特許文献１に記載された機械的接続のない互いに独立した複数のコード板を備えた回転センサでは、各段階のコード板ごとに磁気センサ及び最上段を除く次段目以降の磁気センサの回転駆動機構、及びこれらのアクチュエータや電気回路を接続する電線等の部品点数が増加し、部品コストの面においてコスト高になるばかりか各部品の電気的接続に多くの時間を要し、回転センサの製造工数低減に反してしまう点でも問題があった。

一方、このような回転センサの欠点を解決すべく、これとは異なる構成を有する回転センサも考えられている。

この回転センサは、第１のギヤと、第１のギヤに備わり、第１のギヤの回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第１のホール素子及び第１のエンコーダと、第１のギヤと連動して回転する第２のギヤであって第１のギヤよりも減速する回転数を有し、第２のギヤの回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第２のホール素子及び第１のエンコーダと、を備えている。そして、第１のホール素子及び第１のエンコーダの出力から、第１のギヤが１回転した際に、これと噛合した第２のギヤの回転角度を、第２のホール素子及び第２のエンコーダが検出して、この出力値から第１のギヤの回転数を判定するようになっている。

この構成をより具体的数値に基づき説明する。この回転センサは、例えば、第１のギヤに角度センサとしての第１のアブソリュート型エンコーダ（以下、単に「第１のエンコーダ」とする）が取り付けられ、第１のギヤの１回転中における所定の回転角度をエンコーダの分解能に応じて絶対値の出力として得られるようになっている。この第１のギヤが２０回転すると１回転するような減速比を有する第２のギヤを第１のギヤに噛合させ、第２のギヤに角度センサとしての第２のアブソリュート型エンコーダ（以下、単に「第２のエンコーダ」とする）を取り付け、第２のエンコーダで検出された出力値によって、第１のギヤの回転数を判別するようになっている。

ここで、従来の回転センサにおいて、第１のエンコーダは第１のギヤに機械的に取り付けられると共に、第２のエンコーダは第２のギヤに機械的に取り付けられる。そのため、第１のエンコーダと第１のギヤ及び第２のエンコーダと第２のギヤそれぞれの原点を完全に一致させることは困難となる。また、第１のギヤ及び第２のギヤそれぞれにおける刃先円直径の加工精度や寸法公差によっては、ギヤ噛み合わせの際に遊びや誤差が生じる。

また、例えば回転センサをなす第１のエンコーダ及び第２のエンコーダの分解能が１２ビットである場合、エンコーダの出力は４０９６段階となる。従って、仮に第１のギヤと第２のギヤの減速比が１：２０であるとすると、第１のギヤが１回転することで第２のギヤが１／２０回転することになり、第１のギヤが１回転するごとに第２のエンコーダの出力は４０９６／２０＝２０４．８となる。このような第２のエンコーダの出力値によると、第１のギヤが１回転した場合に第２のエンコーダの出力が２０４なのか２０５なのか不確定になる。その結果、第１のギヤの回転数を正確に検出できないといった問題が発生することが考えられる。

以上説明したように、第１のエンコーダの原点と第２のエンコーダの原点同士は、機械的な取り付け上完全に一致させることはできないし、これに加えて第１のギヤと第２のギヤの噛み合わせに際して遊びや誤差が生じ、第１のエンコーダと第２のエンコーダごとに出力値を調整しなければならない。

また、第１のギヤが１回転、２回転と回転していった場合に第１のギヤが丁度１回転した位置において第２のギヤの読み値が小数桁の出力値となってしまうことが多く、この小数桁の出力値を整数桁の出力値に補正する必要があった。その結果、第２のエンコーダの出力に誤差が生じてしまうことになる。

本発明の目的は、部品の寸法公差の累積に基づく寸法誤差や組付公差の影響、長年の使用による部品の変形による影響を受けることなく第１の回転体の回転数に対応する第２の回転体の回転角度を正確に検出し、これによって第１の回転体の回転数を正確に算出する回転センサを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る回転センサは、
被測定回転体に取り付けられ当該被測定回転体の回転と共に回転する第１の回転体と、
前記第１の回転体の回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第１の検出手段と、
前記第１の回転体と機構的に連結し当該第１の回転体と連動して回転するようになっており、かつ前記第１の回転体の回転数よりも減速した回転数で回転する第２の回転体と、
前記第２の回転体の回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第２の検出手段と、を有する回転センサであって、
前記第１の回転体の回転角度を検出するときに、前記第１の検出手段の出力値が初期値付近の値であるか、終端値付近の値であるかを判断し、前記第１の検出手段の出力値から前記第２の検出手段の出力値に前記判断結果に応じた所定の補正処理を行うことにより、前記第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度を補正することを特徴としている。

本発明の請求項１に係る回転センサによると、第１の回転体の回転角度読み取り時における第１の検出手段の出力値が初期値付近の値であるか、終端値付近の値であるかを判断し、第２の検出手段の出力値にこの判断結果に応じた所定の補正処理を行うことにより、第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度を補正するようにしている。そして、この補正した第２の回転体の角度範囲に基づき、第１の回転体の回転数を正確に判定したり、第１の回転体の回転数に対応した回転角度に、第１の検出手段で得られた第１の回転体の１周中における回転角度を加えることで、第１の回転体の絶対回転角度を正確に算出したりするのに利用することができる。

また、本発明の請求項２に係る回転センサは、請求項１に記載の回転センサにおいて、
前記補正した第２の回転体の回転角度から前記第１の回転体の回転数を判定する第１の回転体の回転数判定手段を備えたことを特徴としている。

本発明の請求項２に係る回転センサによると、補正した第２の回転体の回転角度から第１の回転体の回転数を判定する第１の回転体の回転数判定手段を介して第１の回転体の回転数を正確に判定することができると共に、第１の回転体の回転数判定手段で判断した第１の回転体の正確な回転数を利用しこの回転数に対応した回転角度に、第１の検出手段で得られた第１の回転体の１周中における回転角度を加えることで、第１の回転体の絶対回転角度を正確に算出することが可能となる。

また、本発明の請求項３に係る回転センサは、請求項１又は請求項２に記載の回転センサにおいて、
前記第１の検出手段の出力値は、前記第１の回転体が原点から回転するに応じて小さい値の出力から大きい値の出力に増加していくようになっており、
第１の回転体の回転数判定手段は、前記第１の回転体の回転角度を検出するときに、前記第１の検出手段の出力値が初期値付近で検出出力が小さいときは、前記第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度に所定の補正値を加算し、前記第１の検出手段の出力値が終端値付近で検出出力は大きいときは、前記第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度から所定の補正値を減算する演算を行うことで、第１の回転体の回転数を判定することを特徴としている。

このように第１の検出手段の出力値の大きさに応じて、第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度に補正値を加算するか減算するかの何れかとすることで、第１の回転体の回転数を常に正確に判定することができる。

また、このようにして得られた正確な第１の回転体の回転数に基づき、第２のエンコーダの値に補正を加え、算出した第１のギヤの回転数に、第１のエンコーダで算出した第１ギヤの角度範囲を回転角度に変換することにより、第１の回転体の回転角度（移動距離）を検出可能となる。

なお、第２の回転体の回転角度を検出する第２のエンコーダの絶対値特定スケールの分解能を、第１の回転体の回転角度を検出する第１のエンコーダの分解能よりも粗くしても、第２の回転体の回転角度を特定する値に、所定の補正値を加算する場合であっても減算する場合であっても、共に正確な絶対回転角度を測定できるようになるため、第２のエンコーダのコスト低減を図ることで、回転センサ全体のコスト低減に貢献する。

本発明によると、部品の寸法公差の累積に基づく寸法誤差や組付公差の影響、長年の使用による部品の変形による影響を受けることなく第１の回転体の回転数に対応する第２の回転体の回転角度を正確に検出し、これによって第１の回転体の回転数を正確に算出する回転センサを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る回転センサの概略構成図である。図１に示した回転センサに関する第１のギヤの回転角度に対応する出力と第２のギヤの回転角度に対応する出力を第１及び第２の検出手段の検出誤差と共に比較した出力特性図である。図２に示した出力特性図の部分的拡大図である。第１のギヤの回転数と、この回転数に対応する第２のエンコーダの読み値と、第２のエンコーダの読み値に関する誤差を示す一覧表（図４（ａ））、及びこの回転数に対応する第２のエンコーダの補正後に関する値を示す一覧表（図４（ｂ））である。本発明の一実施形態に係る回転センサの変形例の概略構成図である。本発明の一実施形態に係る回転センサに用いるエンコーダの概略構成図である。

以下、本発明の一実施形態に係る回転センサを図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る回転センサの概略構成図である。本発明の一実施形態に係る回転センサ１は、図１に示すように、被測定回転体をなすシャフト１１に取り付けられ当該被測定回転体の回転と共に回転する第１のギヤ（第１の回転体）１０と、第１のギヤ１０の一周中の回転角度を所定の角度範囲ごとにカウントする第１のエンコーダ１００と、第１のギヤ１０と直接噛合しこの第１のギヤ１０と連動して回転すると共に、第１のギヤ１０の回転数よりも減速した回転数で回転する第２のギヤ（第２の回転体）２０と、第２のギヤ２０の一周中の回転角度を所定の角度範囲ごとにカウントする第２のエンコーダ２００と、を有している。

そして、本実施形態に係る回転センサ１は演算手段３００を有し、この演算手段３００において、第１のエンコーダ１００の出力から第１のギヤ１０の回転角度を特定する第１の回転体の回転角度特定手段３１０と、第２のエンコーダ２００の出力から第２のギヤ２０の回転角度を特定する第２の回転体の回転角度特定手段３２０と、第１のギヤ１０の回転数が変わる瞬間、即ち第１の回転体の回転角度特定手段３１０を介して第１のエンコーダ１００の出力が初期値付近の出力値（第１のギヤ１０の原点が第１の検出手段１００の固定検出点から遠ざかるときの第１のエンコーダ１００から得られる出力値）であるか、又は終端値付近の出力値（第１のギヤ１０の原点が第１の検出手段１００の固定検出点に近づいた時の第１のエンコーダ１００から得られる出力値）であるかを判断して、第２の回転体の回転角度特定手段３２０から得られた第２のギヤ２０の回転角度に対してこの判断結果に応じた所定の補正処理を行うことにより、第１のギヤ１０の回転数を判定する第１の回転体の回転数判定手段３３０、を備えている。なお、第１のギヤ１０にはこれと一体に回転する円板状のエンコーダ取付板１０Ａが備わっている。

また、回転センサ１は、この構成に加えて演算手段３００において、第１の回転体の回転数判定手段３３０から得られた第１のギヤ１０の回転数と、第１の回転体の回転角度特定手段３１０とから第１のギヤ１０の絶対回転角度を第１のエンコーダ１００が有する分解能の範囲で算出する第１の回転体の絶対回転角度算出手段３４０を備えている。

図６は、本発明の一実施形態に係る回転センサに用いるエンコーダの概略構成図である。本実施形態に係る回転センサ１の第１のエンコーダ１００は、例えば磁気式の場合、第１のホール素子１１０及び磁界発生器１２０から構成されている。第１のホール素子１１０には、一般的に知られたＭＲ素子が使用されている。また、磁界発生器１２０は、Ｎ極とＳ極からなる磁石を第１のギヤ１０と同芯となるように配置して構成されている。ＭＲ素子は磁界の向きと大きさを検出し、エンコーダはそこから回転角度を求めて出力する。光学式の場合には、第１のギヤ１０と同心円状に記録された位置コードを、光の反射や透過によって読み取り、出力するようになっている。なお、図１に示す第２のギヤ２０に備わる第１のホール素子２１０及び磁界発生器２２０についても、上述した第１のホール素子１１０及び磁界発生器１２０と同等の構成を有している。

なお、本実施形態の場合、第１のエンコーダ１００の分解能は１２ビットであるので、第１のエンコーダ１００によって得られる第１のギヤ１０の原点から１周するまでの所定角度ごとの出力の段数は４０９６段階となる。即ち、第１のギヤ１０及びこの第１のギヤ１０に連結された被測定回転体であるシャフト１１が１回転する間に、３６０度／４０９６の角度範囲ごとに第１のエンコーダ１００が異なる値を階段状に出力するようになっている。また、第２のエンコーダ２００は第１のエンコーダ１００と同様の構成となっている。

また、第１の回転体の回転角度特定手段３１０は、第１のエンコーダ１００から得られた出力に基づいて第１のエンコーダ１００の分解能で第１のギヤ１０の１周中の回転角度を特定するようになっている。

また、第２の回転体の回転角度特定手段３２０は、第２のエンコーダ２００から得られた出力基づいて第２のエンコーダ２００の分解能で第２のギヤ２０の１周中の回転角度を特定するようになっている。

また、上述したように第２のギヤ２０は第１のギヤ１０と直接噛合しており、この第１のギヤ１０と連動して回転するようになっているが、両者のギヤの回転比は異なっており、第２のギヤ２０は第１のギヤ１０の回転数よりも小さい回転数で減速して回転するようになっている。これによって、本実施形態に係る回転センサ１の場合、第１のギヤ１０の回転角度を検出する第１のエンコーダ１００の分解能が、第２のギヤ２０の回転角度を検出する第２のエンコーダ２００の分解能よりも結果的に大きくなっている。

また、第１の回転体の回転数判定手段３３０は、第１の回転体の回転角度特定手段３１０によって得られた出力結果が初期値付近のときは、第２の回転体の回転角度特定手段３２０の読み取り時の出力結果に所定の補正値を加算する。

その一方、第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力結果が終端値に近いときは、第２の回転体回転角度特定手段３２０の読み取り時の出力結果から所定の補正値を減算する演算を行う。

そして、第１の回転体の回転数判定手段３３０は、この第２の回転体の回転角度特定手段３２０によって特定された第２の回転体の回転角度の補正後の出力から、第１のギヤ１０の回転数を判定する。

また、第１の回転体の絶対回転角度算出手段３４０は、第１の回転体の回転数判定手段３３０によって判定された第１のギヤ１０の回転数と、第１の回転体の回転角度特定手段３１０によって特定された第１のギヤ１０が１回転中どの回転角度にあるかの出力とから、第１のギヤ１０及びこの第１のギヤ１０と一体に回転する被測定回転体であるシャフト１１の絶対回転角度を第１のエンコーダ１００の分解能で算出する。

なお、第１の回転体の絶対回転角度算出手段３４０は、被測定回転体の絶対回転角度のみならず、被測定回転体の回転を直線運動に変換して、直線移動量を算出することも可能である。

続いて、上述した本実施形態に係る回転センサ１による第１のギヤ１０、即ちこの第１のギヤ１０に接続された被測定回転体であるシャフト１１の回転数を判定する具体的手順、及び第１のギヤ１０の絶対回転角度を第１のエンコーダ１００の分解能で算出する具体的手順を実施例として具体的な数値に基づいて分かり易く説明する。

図２は、出力特性図に検出誤差及び補正値を加味した出力値の関係を示す出力特性図である。また、図３は、図２に示した出力特性図の部分的拡大図である。また、図４は、第１のギヤの回転数とこの回転数に対応する第２のエンコーダの読み値と、第２のエンコーダの読み値に関する誤差を示す一覧表（図４（ａ））と、第１のギヤの回転数に対応する第２のエンコーダの補正後に関する値を示す一覧表（図４（ｂ））である。

本実施例においては、第１のギヤ１０と第２のギヤ２０との減速比を１：８とする。即ち、第１のギヤ１０が１回転すると、第２のギヤ２０が３６０度／８＝４５度だけ回転するようになっている。言い換えれば、第１のギヤ１０が８回転すると、第２のギヤ２０が１回転するようになっている。なお、第１のギヤ１０には、例えばＸＹ直交座標型ロボットや極座標型ロボットの各軸を駆動するのに使用されるアクチュエータに備わるシャフト１１や、電動シートを駆動するのに使用されるアクチュエータに備わるシャフト１１が連結され、本実施例における回転センサ１によって回転角度３６０度×８＝２８８０度の絶対回転角度に亘ってシャフト１１の絶対回転角度を正確に求めることが可能となっている。

ここで、本実施例においては、第１のエンコーダ１００の分解能は１２ビットであり４０９６段階となる。従って、第１のギヤの１回転（３６０度）における第１のギヤ１０の回転角度を（３６０／４０９６）度ごとに検出する。

また、本実施例においては、第２のエンコーダ２００の分解能は１０ビットであり１０２４段階となる。従って、第２のギヤ２０の１回転（３６０度）における第２のギヤ２０の回転角度を（３６０／１０２４）度ごとに検出する。

また、本実施例においては第１のギヤ１０と第２のギヤ２０のギヤ比を１：８としたので、上述した第１及び第２のエンコーダの分解能を勘案すると、第１のギヤの１回転ごとに第２のエンコーダの出力値は、１０２４÷８＝１２８となる。即ち、第２のエンコーダ２００によって得られた出力値が１２８の何倍であるかによって累積回転数を求めることができる。

なお、上述の説明において、実際には、第１のエンコーダ１００の分解能は１２ビット（出力値：０〜４０９５）、第２のエンコーダ２００の分解能は１０ビット（出力値：０〜１０２３）としたので、第１のエンコーダ１００が１回転すると第２のエンコーダ２００は１／８回転し、読み値は１０２４／８−１＝１２７となる。ここで、１２ビットは４０９６のレベルであるが、データ的には０から始まるので、０を含めると最大４０９５になる。同様に１０２４の１／８は１２８であるが、データ的には０〜１２７になる。

しかしながら、回転角度特定に対して考慮しなければならない点として、第１のギヤ１０と第２のギヤ２０との間には、バックラッシュの影響や各ギヤの歯先円直径同士の寸法公差や組付公差のずれ、各エンコーダ１００，２００とこれに対応する各ギヤ１０，２０の原点に関する読み取り位置のずれが累積し、第１のギヤ１０が例えば図１中右回りなどの一方向に１回転し、図２に示す第１のエンコーダ１００の出力が図２中左から右に移動して第１のエンコーダ１００の出力が４０９５から０になった時点（例えば１回転目の右端の３６０°で示す時点参照）で読み取った第２のエンコーダ２００の出力値は計算上１２８とはならず、その結果、この第２のエンコーダ２００の出力値から第２の回転体の回転角度特定手段３２０によっては第１のギヤ１０が２回転目に入ったと判断できず、第２のギヤ２０と第２のエンコーダ２００との組合せから第１のギヤ１０が未だ１回転目であると誤判断する場合がある。

図４（ａ）は、このような誤判断が想定される場合を説明する説明図である。図４（ａ）は、第１のギヤ１０の回転数と、第１のギヤ１０の回転数ごとに対応する第２のエンコーダ２００に関する出力値の範囲と、第２のエンコーダ２００の誤差範囲を示している。この±２の誤差範囲は、上述したバックラッシュの影響や各ギヤの歯先円直径同士の寸法公差や組付公差のずれ、各エンコーダ１００，２００とこれに対応する各ギヤ１０，２０の原点に関する読み取り位置のずれが累積したものに起因する。

ここで、例えば第１のギヤ１０が殆ど１回転し終えて２回転目に入ろうとする場合について考えてみる。第１のギヤ１０がぎりぎりで１回転の角度範囲内にある場合、第２のエンコーダ２００の出力値は１２７で、第２のエンコーダ２００の誤差は、図４（ａ）から±２であるので、この時点における第２のエンコーダ２００の出力値は１２５から１２９の範囲内にあると言える（図２及び図３の範囲（Ｙ−１）参照）。

一方、第１のギヤ１０が２回転目に入った瞬間、第２のエンコーダ２００の出力値は１２８で、第２のエンコーダ２００の誤差は、図４（ａ）から±２であるので、この時点における第２のエンコーダ２００の出力値は１２６から１３０の範囲内にあると言える（図２及び図３の範囲（Ｘ−１）参照）。

従って、第１のギヤ１０が図２中左から右に移動するように回転し、第１のエンコーダ１００の出力値が４０９５から０に減少し、第１のギヤ１０の回転数が変化した瞬間における第２のエンコーダ２００の出力値を読み取った場合であっても、第１のギヤ１０が図２中右から左に移動するように回転し、第１のエンコーダ１００の出力値が０から４０９５に増加し、第１のギヤ１０の回転数が変化した瞬間における第２のエンコーダ２００の出力値を読み取った場合であっても、この第２のエンコーダ２００の出力値が例えば１２６から１２９の範囲内にあると、この出力値の情報のみからでは、第２の回転体の回転角度特定手段３２０のみを介して第１のギヤ１０が１回転目にあるのか２回転目にあるのかを判断することができない。

そのため、本実施例では第１のギヤ１０の回転数が変化した直後に第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力値を確認して第２の回転体の回転角度特定手段３２０によって得られた第２のギヤ２０の回転角度を補正する。

具体的には、第２の回転体の回転角度特定手段３２０の出力が１２７の場合に対する誤差±２の割合は、１．５６２５％であり、第１のエンコーダ１００にとっては４０９６×０．０１５６２５＝６４という値になる。従って、第１のエンコーダ１００の出力値が６４未満の時は第２のエンコーダ２００の出力から読む回転数を間違える可能性があるので、第１の回転体の回転数判定手段３３０が第２の回転体の回転角度特定手段３２０を介して読み取った第２のエンコーダ２００の読み値に例えば１０を加算する。同様に第１のエンコーダ１００の出力値が４０９５−６４＝４０６１以上の時は、第１の回転体の回転数判定手段３３０が第２の回転体の回転角度特定手段３２０を介して読み取った第２のエンコーダ２００の読み値から例えば１０を減算する。

これを図３の１回転目と２回転目の境目を一例として説明すると、６４という値に余裕を持たせて１００とし、０〜１００（図２及び図３の範囲Ｐ参照）で補正値として１０を加算すると共に、３９９５〜４０９５（図２及び図３の範囲Ｑ参照）で、補正値として１０を減算している。

より詳しく説明すると、第１の回転体の回転角度特定手段３１０を介した第１のエンコーダ１００の読み値が図２及び図３に示すような範囲Ｑ（３９９５〜４００９５）の場合、第１の回転体の回転数判定手段３３０が、第２のエンコーダ２００の読み値を１０だけ減算補正する。即ち、図３に示すように、第１のエンコーダ１００の出力が４０９５の際に第２のエンコーダ２００の読み値はエラーを含めると１２５〜１２９（範囲：Ｙ−１）となるので、第１の回転体の回転数判定手段３３０が、第２のエンコーダ２００の読み値を１０だけ減算補正して１１５〜１１９（範囲：Ｙ−２）とする。これによって、第１の回転体の回転数判定手段３３０は、第２のエンコーダ２００の読み値が１回転中であると判断する。

また、第１の回転体の回転角度特定手段３１０を介した第１のエンコーダ１００の読み値が図２及び図３に示すような範囲Ｐ（０〜１００）の場合、第１の回転体の回転数判定手段３３０が、第２のエンコーダ２００の読み値を１０だけ加算補正する。即ち、図３に示すように、第１のエンコーダ１００の出力が０の際に第２のエンコーダ２００の読み値が１２６〜１３０（範囲：Ｘ−１）であった場合、第１の回転体の回転数判定手段３３０が、第２のエンコーダ２００の読み値を１０だけ加算補正して１３６〜１４０（範囲：Ｘ−２）とする。これによって、第１の回転体の回転数判定手段３３０は、第２のエンコーダ２００の読み値が２回転中であると判断する。

以上説明した内容から明らかなように、本実施形態に係る回転センサ１は以下の作用を有している。本実施形態に係る回転センサ１によると、第１のギヤ１０の検出手段１００を介して第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力が初期値付近の値であるか、終端値付近の値であるかを判断し、第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力が初期値付近の値の場合は、第２の回転体の回転角度特定手段３２０によって得られた出力値から所定の補正値を加算する演算を行う一方、第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力が終端値付近の値である場合は、第２の回転体の回転角度特定手段３２０によって得られた結果に所定の補正値を減算する演算を行うことで、この補正後の第１の回転体の回転角度特定手段３１０の出力に基づき第１の回転体の回転数判定手段３３０が、第１のギヤ１０、即ち被測定回転体であるシャフト１１の回転数を正確に判定したり、この正確な回転数と第１の回転体の絶対回転角度算出手段３４０が第１のギヤ１０の絶対回転角度を正確に算出したりすることが可能になる。

また、本実施形態に係る回転センサ１によると、第２のギヤ２０の回転角度を特定する分解能が、第１のギヤ１０、即ち被測定回転体であるシャフト１１の回転角度を特定する分解能より粗くしても、第２の回転体の回転角度を特定する値に、第２の回転体の補正値を加算する場合、減算する場合、共に正確な絶対回転角度を測定できるようになるため、第２のエンコーダのコスト低減を図ることで、回転センサ全体のコスト低減に貢献する。

また、本実施形態に係る回転センサ１によると、第１のギヤの原点位置において、第２のギヤの誤差を生じる領域を避けて読む、若しくは誤差を生じない範囲に所定の補正処理を行うため、絶対回転角度を算出するときに誤差が生じにくい。また、第２のエンコーダの分解能に低いものを使用することができ、回転センサのコスト低減を図ることができる。また、回転角度の限定されたエンコーダ（例えば１回転３６０°しか読み取ることができないエンコーダ）を使用して、それ以上の絶対回転角度又は長さ（変位）を検出することができる。また、回転センサを構成するにあたり、寸法精度の高い精密なギヤ等を必要とせず、コスト低減を図ることができる。

続いて、上述した実施形態に係る回転センサの変形例について説明する。図５は、本発明の一実施形態に係る回転センサの変形例の概略構成図である。なお、本変形例において上述した実施形態と同等の構成については、対応する符号を付して示している。

この変形例では、第１のギヤ１０’に歯車を多数備える代わりに図５に示すようにいわゆるゼネバ歯車のような「間欠歯車」と呼ばれる単一の歯を備えた構成となっている。これによって、この単一の歯を備えた間欠歯車をなす第１のギヤ１０’が１回転する毎に、第２のギヤ２０が僅かに回転するように減速比を大きくすることができる。その結果、第１のギヤ１０’、即ちこれに連結されたシャフト１１の絶対回転角度の検出範囲を広げることができる。なお、本変形例においては、第１のギヤ１０’ が円板状のエンコーダ取付板１０Ａ’ の役目を果たしており、部品点数が削減されている。

なお、本発明は、上述した実施形態における具体的な歯車数や、減速比の大きさに限定されるものでなく、本発明の作用を発揮し得る範囲内でこれらの具体的数値を適宜変更すことは可能である。また、上述した互いに噛合する第１のギヤと第２のギヤを組み合わせて用いる代わりにチェーンとスプロケットを組み合わせたり、プーリとベルト間に滑りが生じないようにしてベルトを介して回転する２つのプーリ（回転体）を用いたりしても良い。また、第１の回転体と第２の回転体の回転中心軸線が直交したり或る角度をなしたりする場合、例えば立体カム機構などの特殊なカム機構を採用しても良い。

また、本発明は、第１の実施形態及びその変形例に係るギヤの結合構成に限定されることは無い。即ち、第１のギヤがＮ回転（Ｎは１より大きい任意の値）すると、第２のギヤが１回転するよう減速比で第２のギヤを第１のギヤに連結させることに限定されず、本発明の第１の実施形態及びその変形例に対応する構成として、第１のギヤと第２のギヤの間には複数段のギヤを介在させていても構わない。

また、上述の実施形態において紹介した回転センサのエンコーダは、ホール素子及びＮ極とＳ極からなる磁石をギヤと同芯となるように配置して構成されている磁界発生器から構成され、ホール素子に一般的に使用されているＭＲ素子が磁界の向きと大きさを検出し、エンコーダはそこから回転角度を求めて出力する構成であったが、このような構成の代わりに光学式のエンコーダを用いても構わない。

また、本発明に係る回転センサを用いて、このシャフト等の回転運動をこのシャフトで駆動される被駆動体の直線運動に変換した場合の移動距離を求める場合などにおいては、第２のエンコーダから不確定な出力が得られた時点において第１のエンコーダの出力値を読み取り、上述した補正処理、即ちこの出力値が第１のエンコーダの出力が終端値に近い場合に（例えば４０９６段階の３９９６−４０９６段階の範囲）、第２のエンコーダから得られた出力の読み値から所定の補正値（例えば１０）を減算した値を第２のエンコーダの出力値とし、図４（ｂ）の出力範囲を勘案して第１のギヤの回転数を判定する。

一方、この出力値が第１のエンコーダの出力値が初期値に近い場合に（例えば４０９６段階の１−１０段階の範囲）、第２のエンコーダから得られた出力の読み値から所定の補正値（例えば１０）を加算した値を第２のエンコーダの出力値とし、図４（ｂ）の出力範囲を勘案して第１のギヤの回転数を判定する。

そして、第１のギヤに連結している軸（シャフト）が何回転したかを判定できれば、「第１のギヤ１回転で移動する距離×第１のギヤの回転数＋現在における第１のギヤの回転角比×第１のギヤ１回転で移動する距離」により原点から移動した変位（移動距離）を算出することができる。

このように、第１のギヤ及びこれに連結している軸の回転数の検出を第２のエンコーダで行い、第１のギヤ及びこれに連結している軸の回転が絶対回転角度で原点（ゼロ点）に近いところでは、第２のエンコーダから得られる出力値をそのまま用いないようにすれば、第１のギヤ及びこれに連結している軸（シャフト）の回転数を間違えることは無い。

１回転センサ
１０，１０’ 第１のギヤ（第１の回転体）
１１（第１のギヤと一体に回転する）シャフト
２０第２のギヤ（第２の回転体）
１００第１のエンコーダ（第１の検出手段）
１１０第１のホール素子
１２０磁界発生器
２００第２のエンコーダ（第２の検出手段）
２１０第２のホール素子
２２０磁界発生器
３００演算手段
３１０第１の回転体の回転角度特定手段
３２０第２の回転体の回転角度特定手段
３３０第１の回転体の回転数判定手段
３４０第１の回転体の絶対回転角度算出手段

Claims

被測定回転体に取り付けられ当該被測定回転体の回転と共に回転する第１の回転体と、
前記第１の回転体の回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第１の検出手段と、
前記第１の回転体と機構的に連結し当該第１の回転体と連動して回転するようになっており、かつ前記第１の回転体の回転数よりも減速した回転数で回転する第２の回転体と、
前記第２の回転体の回転角度を所定の角度範囲ごとに検出する第２の検出手段と、を有する回転センサであって、
前記第１の回転体の回転角度を検出するときに、前記第１の検出手段の出力値が初期値付近の値であるか、終端値付近の値であるかを判断し、前記第１の検出手段の出力値から前記第２の検出手段の出力値に前記判断結果に応じた所定の補正処理を行うことにより、前記第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度を補正することを特徴とする回転センサ。
前記補正した第２の回転体の回転角度から前記第１の回転体の回転数を判定する第１の回転体の回転数判定手段を備えたことを特徴とする、請求項１に記載の回転センサ。
前記第１の検出手段の出力値は、前記第１の回転体が原点から回転するに応じて１回転中小さい値の出力から大きい値の出力に増加していくようになっており、
前記第１の回転体の回転数判定手段は、前記第１の回転体の回転角度を検出するときに、前記第１の検出手段の出力値が初期値付近で検出出力が小さいときは、前記第２の検出手段によって得られる出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度に所定の補正値を加算し、前記第１の検出手段の出力値が終端値付近で検出出力が大きいときは、前記第２の検出手段の出力値によって得られた出力に基づいて特定された第２の回転体の回転角度から所定の補正値を減算する演算を行うことで、前記第１の回転体の回転数を判断することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の回転センサ。