JP2015090288A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】バックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能なエンコーダを提供する。
【解決手段】エンコーダ１では、バックアップ用の電池１２から供給される電力によってマイコン８が動作するバックアップモードにおいて、マイコン８は、所定のサンプリング周期で起動、停止するマイコン８の動作時に、そのコンパレータ機能を利用して、第１センサ５が出力する第１出力信号と第１の閾値とを比較して矩形波状の第１検出信号を生成した後に、第２センサ６が出力する第２出力信号と第２の閾値とを比較して矩形波状の第２検出信号を生成するとともに、順次生成された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転角度を検出するエンコーダに関する。

従来、回転体の回転角度の絶対位置を検出するためのエンコーダとして、主電源とバックアップ用の電池とを有するエンコーダが知られている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のエンコーダは、サーボモータのロータの回転角度を検出するためのものであり、ロータを構成する回転軸等に固定されるセンサ磁石と、センサ磁石に対向配置される磁気抵抗素子および２個のホール素子とを備えている。また、このエンコーダは、２個のホール素子のそれぞれが電気的に接続される２個のコンパレータと、２個のコンパレータの出力側が接続されるＣＰＵとを備えている。このエンコーダでは、主電源から供給される電力によってエンコーダが動作する通常動作モードと、主電源からの電力の供給が停止されるとともにバックアップ用の電池から供給される電力によってエンコーダが動作するバックアップモードとに切り替え可能となっている。

特許文献１に記載のエンコーダでは、通常動作モードにおいて、２個のホール素子および２個のコンパレータに主電源から常時、電力が供給されている。また、このエンコーダでは、通常動作モードにおいて、一方のホール素子から出力される出力信号に基づいて第１検出信号が生成されるとともに、他方のホール素子から出力される出力信号に基づいて第２検出信号が生成される。第１検出信号および第２検出信号は、ロータの１回転を１周期とするとともに互いの位相が９０°ずれた矩形波状の信号である。そのため、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せとして４つの組合せが生じる。特許文献１に記載のエンコーダでは、この４つの組合せに基づいて、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置が検出される。また、このエンコーダでは、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せが順次、変遷していくことを検出することで、ロータが所定の原点位置から何回転したのかが検出される。

また、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で、一方のホール素子および一方のコンパレータにバックアップ用の電池から電力が供給されて、このホール素子およびコンパレータが起動、停止し、第１検出信号が生成される。また、バックアップモードにおいては、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転したときに、他方のホール素子および他方のコンパレータに電池から電力が供給されて、このホール素子およびコンパレータが起動、停止し、第２検出信号が生成される。

このように、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で、一方のホール素子およびコンパレータに電池から電力が供給されるが、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、他方のホール素子およびコンパレータに電池から電力が供給されない。そのため、このエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によってエンコーダが動作するバックアップモードにおいて、エンコーダの消費電力を低減することが可能になる。

特開２０１３−１３７２５５号公報

上述のように、特許文献１に記載のエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、他方のホール素子およびコンパレータに電力が供給されない。すなわち、このエンコーダでは、バックアップモードにおいて、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号のレベルが反転しなければ、第２検出信号が生成されない。そのため、このエンコーダでは、バックアップモードにおいて、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握できない状況が生じうる。第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握できない状況が生じると、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握することが困難になるとともに、ロータが所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが困難になる。

一方、バックアップモードにおいて、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとの組合せを正確に把握して、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握するとともにロータが所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握するためには、所定のサンプリング周期で、両方のホール素子およびコンパレータに電力を供給して、第１検出信号のレベルと第２検出信号とのレベルとを検出すれば良い。しかしながら、この場合には、バックアップモードにおいて、エンコーダの消費電力が増大する。

そこで、本発明の課題は、バックアップ用の電池から供給される電力によって動作するバックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能なエンコーダを提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のエンコーダは、主電源とバックアップ用の電池とを備えるエンコーダであって、回転体の回転角度を検出するための第１センサおよび第２センサと、第１センサが出力する第１出力信号および第２センサが出力する第２出力信号が入力されるマイコンとを備え、第１出力信号は、回転体の１回転を１周期とする正弦波信号であり、第２出力信号は、回転体の１回転を１周期とする余弦波信号であり、正弦波信号の位相と余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれており、主電源からの電力の供給が停止されるとともに電池から供給される電力によってマイコンが動作するときのエンコーダのモードをバックアップモードとし、１周期分の正弦波信号のレベルと余弦波信号のレベルとの組合せに基づいて特定される回転体の１回転内の４つの回転角度範囲を第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲および第４回転角度範囲とすると、回転体が一方向へ回転しているときには、回転体の回転角度範囲は、第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲および第４回転角度範囲の順番に変遷するとともに、回転体が１回転すると第４回転角度範囲から第１回転角度範囲に戻り、マイコンは、第１出力信号と所定の第１の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号を生成するとともに、第２出力信号と所定の第２の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号を生成するコンパレータ機能と、コンパレータ機能によって第１検出信号または第２検出信号のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能と、回転体の回転角度が第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲または第４回転角度範囲のいずれの範囲内にあるのかを示す概略回転位置データと回転体が所定の原点位置から何回転したのかを示す多回転データとを第１検出信号と第２検出信号とに基づいて生成するデータ生成機能と、概略回転位置データおよび多回転データを記憶するデータ記憶機能と、電池からマイコンに供給された電力を第１センサおよび第２センサに供給する電力供給機能とを備え、バックアップモードにおいて、マイコンは、所定のサンプリング周期で起動、停止し、マイコンの動作時に、コンパレータ機能および切替機能によって第１検出信号および第２検出信号を順次生成するとともに、順次生成された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶することを特徴とする。

本発明のエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によってマイコンが動作するバックアップモードにおいて、マイコンは、所定のサンプリング周期で起動、停止するマイコンの動作時に、コンパレータ機能および切替機能によって第１検出信号および第２検出信号を順次生成し、順次生成された第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。すなわち、本発明では、バックアップモードにおいても、所定のサンプリング周期で生成される第１検出信号および第２検出信号に基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。そのため、本発明では、バックアップモードにおいても、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能になる。

また、本発明では、バックアップモードにおいて、１個のマイコンのコンパレータ機能を利用して、第１出力信号と第１の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号を生成した後に、第２出力信号と第２の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号を生成している。そのため、本発明では、２個のコンパレータを使用して第１検出信号および第２検出信号を生成する場合と比較して、バックアップモードにおける消費電力を低減することが可能になる。すなわち、本発明では、バックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能になる。

本発明において、エンコーダは、マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、主電源から供給される電力によってマイコンおよび第２のマイコンが動作するときのエンコーダのモードを通常動作モードとすると、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコンに記憶された概略回転位置データおよび多回転データが第２のマイコンに入力されることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードから通常動作モードに切り替わったときに入力される概略回転位置データおよび多回転データに基づいて、第２のマイコンで、回転体の絶対回転位置（回転角度の絶対位置）を算出することが可能になる。

本発明において、切替機能は、バックアップモードにおいて、電池からの電力が第１センサまたは第２センサの一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能であることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードにおけるマイコンの動作時に第１センサおよび第２センサの両方に常時電力が供給されている場合と比較して、バックアップモードにおいて、消費電力をより低減することが可能になる。

本発明において、エンコーダは、マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、主電源から供給される電力によってマイコンおよび第２のマイコンが動作するときのエンコーダのモードを通常動作モードとするとともに、回転体の最高角加速度をａ（ｒａｄ／ｓｅｃ^２）とし、回転体の最高回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期は、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっており、
バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると、サンプリング周期は、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わることが好ましい。このように構成すると、バックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置をより正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかをより正確に把握することが可能になる。

以上のように、本発明のエンコーダでは、バックアップ用の電池から供給される電力によって動作するバックアップモードにおいて、回転体の１回転の範囲内における回転体の概略回転位置を正確に把握すること、および、回転体が所定の原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能であっても、消費電力を低減することが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるエンコーダの概略構成を説明するためのブロック図である。 図１に示すエンコーダの機械的な構成を説明するための概略図である。 図１に示すマイコンで生成される第１検出信号および第２検出信号と、磁気抵抗素子からの入力信号に基づいて第２のマイコンで算出される計算値とを説明するための図である。 図１に示すエンコーダの通常動作モードにおけるホール素子の駆動タイミングを説明するための図である。 図１に示すエンコーダのバックアップモードにおけるマイコンおよびホール素子の駆動タイミングを説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（エンコーダの構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるエンコーダ１の概略構成を説明するためのブロック図である。図２は、図１に示すエンコーダ１の機械的な構成を説明するための概略図である。図３は、図１に示すマイコン８で生成される第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２と、磁気抵抗素子７からの入力信号に基づいてマイコン９で算出される計算値とを説明するための図である。図４は、図１に示すエンコーダ１の通常動作モードにおけるホール素子５、６の駆動タイミングを説明するための図である。図５は、図１に示すエンコーダ１のバックアップモードにおけるマイコン８およびホール素子５、６の駆動タイミングを説明するための図である。

本形態のエンコーダ１は、回転体の回転角度（回転位置）を検出するための装置である。具体的には、エンコーダ１は、回転体としてのサーボモータのロータの回転角度を検出するための装置であり、サーボモータに取り付けられている。このエンコーダ１は、サーボモータを駆動および制御するモータ駆動装置（モータドライバ）に電気的に接続されている。また、エンコーダ１は、ロータの回転角度の絶対位置を検出するためのアブソリュートエンコーダ（絶対値エンコーダ）である。

また、本形態のエンコーダ１は、磁気式のロータリーエンコーダである。このエンコーダ１は、サーボモータのロータを構成する回転軸３に固定される検出用磁石４と、ロータの回転角度を検出するための２個のホール素子５、６および磁気抵抗素子７と、ホール素子５が出力する第１出力信号およびホール素子６が出力する第２出力信号が入力されるマイコン（マイクロコントローラ）８と、磁気抵抗素子７が出力する出力信号が入力されるとともにマイコン８が電気的に接続されるマイコン（マイクロコントローラ）９とを備えている。本形態のホール素子５は第１センサであり、ホール素子６は第２センサであり、マイコン９は第２のマイコンである。

また、エンコーダ１は、主電源１１と、バックアップ用の電池１２とを備えている。主電源１１は、マイコン８、９に接続され、電池１２は、マイコン８に接続されている。エンコーダ１では、通常、主電源１１からマイコン８、９に電力が供給されており、マイコン８、９は、主電源１１から供給される電力によって動作している。また、何らかの原因で、主電源１１からの電力の供給が停止されると、電池１２からマイコン８に電力が供給され、マイコン８は、電池１２から供給される電力によって動作する。すなわち、エンコーダ１は、主電源１１から供給される電力によってマイコン８、９が動作するときのエンコーダ１のモードである通常動作モードと、電池１２から供給される電力によってマイコン８が動作するときのエンコーダ１のモードであるバックアップモードとに切替可能となっている。バックアップモードにおいては、マイコン９には電力が供給されず、マイコン９は停止している。

ホール素子５、６および磁気抵抗素子７は、検出用磁石４に対向配置されている。検出用磁石４は、円板状に形成された永久磁石である。検出用磁石４の、ホール素子５、６および磁気抵抗素子７との対向面には、ロータの周方向において、Ｎ極とＳ極とが１極ずつ形成されている。検出用磁石４は、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心と検出用磁石４の中心とが一致するように回転軸３に固定されている。

ホール素子５とホール素子６とは、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心に対して（すなわち、検出用磁石４の中心に対して）互いに９０°ずれた位置に配置されている。ホール素子５は、第１出力信号として、ロータの１回転を１周期とする正弦波信号を出力し、ホール素子６は、第２出力信号として、ロータの１回転を１周期とする余弦波信号を出力する。すなわち、ホール素子５、６は、ロータの回転角度に応じて周期的にそのレベルが変動する正弦波信号および余弦波信号を出力する。ホール素子５が出力する正弦波信号の位相と、ホール素子６が出力する余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれている。

磁気抵抗素子７は、回転軸３の軸方向から見たときに、ロータの回転中心と磁気抵抗素子７の中心とが略一致するように配置されている。磁気抵抗素子７には、互いに略直交する方向に配置される磁気抵抗パターンが形成されている。磁気抵抗素子７は、ロータの半回転を１周期とする正弦波信号および余弦波信号を出力する。すなわち、磁気抵抗素子７は、ホール素子５、６が出力する正弦波信号および余弦波信号の半分の周期を有するとともに、ロータの回転角度に応じて周期的にそのレベルが変動する正弦波信号および余弦波信号を出力する。磁気抵抗素子７が出力する正弦波信号の位相と、磁気抵抗素子７が出力する余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれている。

マイコン８は、ホール素子５が出力する正弦波信号と所定の第１の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するとともに、ホール素子６が出力する余弦波信号と所定の第２の閾値とを比較し、この比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するコンパレータ機能を備えている。すなわち、マイコン８では、そのコンパレータ機能によって、ホール素子５が出力する正弦波信号に基づいて、ロータの１回転を１周期とする矩形波状の第１検出信号Ｓ１が生成され、ホール素子６が出力する余弦波信号に基づいて、ロータの１回転を１周期とする矩形波状の第２検出信号Ｓ２が生成される。たとえば、ロータが一定速度で回転している場合であって、かつ、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２が連続で生成されている場合には、図３に示すような第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２がマイコン８で生成される。なお、本形態では、後述のように、実際には、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２は、間欠的に生成される。

第２検出信号Ｓ２の位相は、第１検出信号Ｓ１の位相に対して９０°ずれている。そのため、図３に示すように、１周期分の第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、第１検出信号Ｓ１のレベルおよび第２検出信号Ｓ２のレベルがともに「ロー」であるときのロータの回転角度範囲（第１回転角度範囲）Ａ１と、第１検出信号Ｓ１のレベルが「ロー」で第２検出信号Ｓ２のレベルが「ハイ」であるときのロータの回転角度範囲（第２回転角度範囲）Ａ２と、第１検出信号Ｓ１のレベルおよび第２検出信号Ｓ２のレベルがともに「ハイ」であるときのロータの回転角度範囲（第３回転角度範囲）Ａ３と、第１検出信号Ｓ１のレベルが「ハイ」で第２検出信号Ｓ２のレベルが「ロー」であるときのロータの回転角度範囲（第４回転角度範囲）Ａ４とのロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。すなわち、１周期分の第１検出信号Ｓ１のレベルと第２検出信号Ｓ２のレベルとの組合せに基づいて、ロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。すなわち、ホール素子５が出力する１周期分の正弦波信号のレベルとホール素子６が出力する１周期分の余弦波信号のレベルとの組合せに基づいて、ロータの１回転内の４つの回転角度範囲を特定することができる。

たとえば、所定の原点位置にロータがあるときのロータの回転角度を０°とすると、ロータの回転角度が０°〜９０°の間であるときに、ロータは第１回転角度範囲Ａ１内にあり、ロータの回転角度が９０°〜１８０°であるときに、ロータは第２回転角度範囲Ａ２内にあり、ロータの回転角度が１８０°〜２７０°であるときに、ロータは第３回転角度Ａ３内にあり、ロータの回転角度が２７０°〜３６０°であるときに、ロータは第４回転角度Ａ４内にある。

また、マイコン８は、所定のサンプリングタイムで第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２のレベルを取得して、ロータの回転角度が、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれの範囲内にあるのかを示す概略回転位置データを生成する。また、ロータが一方向へ回転しているときに、ロータの１回転内の回転角度範囲は、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３および第４回転角度範囲Ａ４の順番に変遷するとともに、ロータが１回転すると第４回転角度範囲Ａ４から第１回転角度範囲Ａ１に戻る。そのため、マイコン８は、ロータの回転角度範囲の変遷に基づいて、ロータが所定の原点位置から何回転したのかを示す多回転データを生成する。

このように、マイコン８は、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とに基づいて、概略回転位置データおよび多回転データを生成するデータ生成機能を備えている。また、マイコン８は、生成された概略回転位置データおよび多回転データを記憶するデータ記憶機能も備えている。マイコン８は、生成した概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９へ出力する。また、マイコン８は、通常動作モードにおいて、主電源１１からマイコン８に供給された電力をホール素子５、６に供給するとともに、バックアップモードにおいて、電池１２からマイコン８に供給された電力をホール素子５、６に供給する電力供給機能を備えている。

マイコン９は、磁気抵抗素子７から入力される正弦波信号および余弦波信号を用いた所定の演算を行って、この正弦波信号および余弦波信号の１周期ごとに所定値から所定値まで増加する計算値を算出する。具体的には、マイコン９は、磁気抵抗素子７から入力される正弦波信号の値と余弦波信号の値との比のＡＴＡＮ（アークタンジェント）を算出する。たとえば、マイコン９は、ロータが一定速度で回転している場合に、図３に示すのこぎり刃状の直線をなす計算値を算出する。また、マイコン９は、この計算値と、マイコン８から入力される概略回転位置データとに基づいて、ロータの１回転内の回転角度の詳細位置を算出するとともに、このロータの１回転内の回転角度の詳細位置と、多回転データとに基づいて、所定の原点位置からのロータの回転角度の絶対位置を算出する。

以上のように構成されたエンコーダ１では、通常動作モードにおいては、マイコン８に常時、電力が供給されている。一方で、通常動作モードでは、マイコン８からホール素子５とホール素子６とに交互に電力が供給されている。また、通常動作モードでは、ホール素子５およびホール素子６の両方に電力が供給されない時間も設定されている。すなわち、図４に示すように、通常動作モードでは、第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するための正弦波信号を出力するホール素子５と、第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するための余弦波信号を出力するホール素子６とが交互に起動、停止するとともに、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間がある。マイコン８は、そのコンパレータ機能によって、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを交互に生成する。すなわち、本形態では、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２が間欠的に生成される。また、通常動作モードにおいて、マイコン８は、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成し、生成された概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９に向かって出力する。

バックアップモードにおいては、図５に示すように、所定のサンプリング周期Ｔで、マイコン８に電力が供給され、マイコン８は、サンプリング周期Ｔで起動、停止する。また、バックアップモードでは、マイコン８の動作時間ΔＴ内に、ホール素子５とホール素子６に電力が順次、供給される。また、バックアップモードでは、動作時間ΔＴ内に、ホール素子５およびホール素子６の両方に電力が供給されない時間も設定されている。すなわち、バックアップモードでは、動作時間ΔＴ内に、第１検出信号（Ａ相信号）Ｓ１を生成するための正弦波信号を出力するホール素子５と、第２検出信号（Ｂ相信号）Ｓ２を生成するための余弦波信号を出力するホール素子６とが順番に１回ずつ起動、停止するとともに、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間がある。たとえば、マイコン８が起動するのとほぼ同時にホール素子５が起動し、ホール素子５が停止するのとほぼ同時にホール素子６が起動する。また、ホール素子６が停止してから所定時間経過後にマイコン８が停止する。マイコン８は、そのコンパレータ機能によって、動作時間ΔＴ内に、ホール素子５が出力した正弦波信号に基づいて第１検出信号Ｓ１を生成した後、ホール素子６が出力した余弦波信号に基づいて第２検出信号Ｓ２を生成する。また、バックアップモードにおいて、マイコン８は、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶する。

このように、マイコン８は、コンパレータ機能によって第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能を備えている。この切替機能は、通常動作モードにおいては、主電源１１からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能であり、バックアップモードにおいては、電池１２からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能である。この切替機能およびコンパレータ機能によって、マイコン８は、バックアップモードにおいて、その動作時に、第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２を順次生成する。

ここで、ロータの最高角加速度をａ（ｒａｄ／ｓｅｃ^２（ラジアン／秒^２））とし、ロータの最高回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、ロータの１回転内の回転角度範囲が、９０°ごとに区切られる第１回転角度範囲Ａ１〜第４回転角度範囲Ａ４に順次、変遷していくことをマイコン８が検出して、適切な概略回転位置データおよび多回転データを生成できるように、サンプリング周期Ｔは以下のように設定されている。

すなわち、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期Ｔは、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっている。本形態では、たとえば、ロータの最高角加速度は、８００００（ｒａｄ／ｓｅｃ^２）であり、ｔ１は、２．６（ｍｓｅｃ（ミリ秒））となっている。

また、バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると（すなわち、ロータの回転角度範囲が、第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれかから第１回転角度範囲Ａ１、第２回転角度範囲Ａ２、第３回転角度範囲Ａ３または第４回転角度範囲Ａ４のいずれかに変遷すると）、サンプリング周期Ｔは、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わる。本形態では、ｔ２は、たとえば、０．５（ｍｓｅｃ）となっている。

また、その後、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、複数回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合には、サンプリング周期Ｔは、ｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わる。たとえば、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、８回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合に、サンプリング周期Ｔは、ｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わる。

また、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコン８は、記憶している概略回転位置データおよび多回転データをマイコン９に向かって出力する。すなわち、バックアップモードから通常動作モードに切り替わると、マイコン８に記憶された概略回転位置データおよび多回転データがマイコン９に入力される。そのため、バックアップモードにおいて、マイコン９が停止していても、通常動作モードに切り替わったときに、マイコン９は、所定の原点位置からのロータの回転角度の絶対位置を算出することが可能になる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、マイコン８は、バックアップモードにおいて、サンプリング周期Ｔで起動、停止するマイコン８の動作時間内ΔＴ内に、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを順番に生成するとともに、生成された第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。すなわち、本形態では、バックアップモードにおいても、サンプリング周期Ｔで生成される第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２に基づいて、ホール素子５およびホール素子６の両方が停止している時間に概略回転位置データおよび多回転データを生成して記憶している。そのため、本形態では、バックアップモードにおいても、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置を正確に把握すること、および、ロータが原点位置から何回転したのかを正確に把握することが可能になる。

本形態では、マイコン８は、バックアップモードにおいて、マイコン８の動作時間内ΔＴ内にホール素子５とホール素子６とに順次電力を供給して、第１検出信号Ｓ１と第２検出信号Ｓ２とを順番に生成している。すなわち、本形態では、バックアップモードにおいて、１個のマイコン８のコンパレータ機能を利用して、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に第１検出信号Ｓ１を生成した後に第２検出信号Ｓ２を生成している。そのため、本形態では、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に２個のコンパレータを使用して第１検出信号Ｓ１および第２検出信号Ｓ２を生成する場合と比較して、バックアップモードにおける消費電力を低減することが可能になる。

特に本形態では、バックアップモードにおいて、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に、ホール素子５とホール素子６とが順番に１回ずつ起動、停止しているため、マイコン８の動作時間内ΔＴ内に、ホール素子５およびホール素子６の両方に常時電力が供給されている場合と比較して、バックアップモードにおいて、消費電力をより低減することが可能になる。

本形態では、通常動作モードからバックアップモードに切り替わったときのサンプリング周期Ｔは、
ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっており、また、バックアップモードにおいて概略回転位置データに変化があると、サンプリング周期Ｔは、
ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わる。そのため、上述のように、ロータの１回転内の回転角度範囲が、９０°ごとに区切られる第１回転角度範囲Ａ１〜第４回転角度範囲Ａ４に順次、変遷していくことをマイコン８が検出して、適切な概略回転位置データおよび多回転データを生成することが可能になる。したがって、本形態では、バックアップモードにおいて、ロータの１回転の範囲内におけるロータの概略回転位置をより正確に把握すること、および、ロータが原点位置から何回転したのかをより正確に把握することが可能になる。また、本形態では、ｔ２（ｓｅｃ）のサンプリング周期Ｔで、複数回サンプリングを行っても、概略回転位置データに変化がない場合に、サンプリング周期Ｔがｔ２（ｓｅｃ）からｔ１（ｓｅｃ）へ切り替わるため、バックアップモードにおいて、消費電力を効果的に低減することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、マイコン８は、主電源１１または電池１２からの電力がホール素子５またはホール素子６の一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う切替機能を備えている。この他にもたとえば、主電源１１または電池１２からの電力がホール素子５およびホール素子６の両方に供給されるとともに、ホール素子５が出力する正弦波信号またはホール素子６が出力する余弦波信号の一方のみを閾値と比較して第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれかを生成するように信号経路の切替を行う切替機能を、マイコン８が備えていても良い。すなわち、コンパレータ機能によって第１検出信号Ｓ１または第２検出信号Ｓ２のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能は、ホール素子５、６が出力する正弦波信号および余弦波信号の信号経路の切替を行う機能であっても良い。

上述した形態では、エンコーダ１は、ロータの回転角度を検出するための第１センサおよび第２センサとして、ホール素子５、６を備えているが、エンコーダ１は、第１センサおよび第２センサとして、たとえば、発光素子および受光素子を有する光学式のセンサを備えていても良い。また、エンコーダ１は、第１センサおよび第２センサとして、磁気式のセンサおよび光学式のセンサ以外のセンサを備えていても良い。また、上述した形態では、エンコーダ１は、アブソリュートエンコーダであるが、エンコーダ１は、インクリメンタルエンコーダであっても良い。

１ エンコーダ
５ ホール素子（第１センサ）
６ ホール素子（第２センサ）
８ マイコン
９ マイコン（第２のマイコン）
１１ 主電源
１２ 電池
Ａ１ 第１回転角度範囲
Ａ２ 第２回転角度範囲
Ａ３ 第３回転角度範囲
Ａ４ 第４回転角度範囲
Ｓ１ 第１検出信号
Ｓ２ 第２検出信号
Ｔ サンプリング周期

Claims (4)

1. 主電源とバックアップ用の電池とを備えるエンコーダであって、
   回転体の回転角度を検出するための第１センサおよび第２センサと、前記第１センサが出力する第１出力信号および前記第２センサが出力する第２出力信号が入力されるマイコンとを備え、
   前記第１出力信号は、前記回転体の１回転を１周期とする正弦波信号であり、前記第２出力信号は、前記回転体の１回転を１周期とする余弦波信号であり、
   前記正弦波信号の位相と前記余弦波信号の位相とは、互いに９０°ずれており、
   前記主電源からの電力の供給が停止されるとともに前記電池から供給される電力によって前記マイコンが動作するときの前記エンコーダのモードをバックアップモードとし、１周期分の前記正弦波信号のレベルと前記余弦波信号のレベルとの組合せに基づいて特定される前記回転体の１回転内の４つの回転角度範囲を第１回転角度範囲、第２回転角度範囲、第３回転角度範囲および第４回転角度範囲とすると、
   前記回転体が一方向へ回転しているときには、前記回転体の回転角度範囲は、前記第１回転角度範囲、前記第２回転角度範囲、前記第３回転角度範囲および前記第４回転角度範囲の順番に変遷するとともに、前記回転体が１回転すると前記第４回転角度範囲から前記第１回転角度範囲に戻り、
   前記マイコンは、前記第１出力信号と所定の第１の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第１検出信号を生成するとともに、前記第２出力信号と所定の第２の閾値とを比較しこの比較結果に基づいて矩形波状の第２検出信号を生成するコンパレータ機能と、前記コンパレータ機能によって前記第１検出信号または前記第２検出信号のいずれの生成を行うかの切替を行うための切替機能と、前記回転体の回転角度が前記第１回転角度範囲、前記第２回転角度範囲、前記第３回転角度範囲または前記第４回転角度範囲のいずれの範囲内にあるのかを示す概略回転位置データと前記回転体が所定の原点位置から何回転したのかを示す多回転データとを前記第１検出信号と前記第２検出信号とに基づいて生成するデータ生成機能と、前記概略回転位置データおよび前記多回転データを記憶するデータ記憶機能と、前記電池から前記マイコンに供給された電力を前記第１センサおよび前記第２センサに供給する電力供給機能とを備え、
   前記バックアップモードにおいて、前記マイコンは、所定のサンプリング周期で起動、停止し、前記マイコンの動作時に、前記コンパレータ機能および前記切替機能によって前記第１検出信号および前記第２検出信号を順次生成するとともに、順次生成された前記第１検出信号および前記第２検出信号に基づいて、前記概略回転位置データおよび前記多回転データを生成して記憶することを特徴とするエンコーダ。
2. 前記マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、
   前記主電源から供給される電力によって前記マイコンおよび前記第２のマイコンが動作するときの前記エンコーダのモードを通常動作モードとすると、
   前記バックアップモードから前記通常動作モードに切り替わると、前記マイコンに記憶された前記概略回転位置データおよび前記多回転データが前記第２のマイコンに入力されることを特徴とする請求項１記載のエンコーダ。
3. 前記切替機能は、前記バックアップモードにおいて、前記電池からの電力が前記第１センサまたは前記第２センサの一方のみに供給されるように電力供給経路の切替を行う機能であることを特徴とする請求項１または２記載のエンコーダ。
4. 前記マイコンが電気的に接続される第２のマイコンを備え、
   前記主電源から供給される電力によって前記マイコンおよび前記第２のマイコンが動作するときの前記エンコーダのモードを通常動作モードとするとともに、前記回転体の最高角加速度をａ（ｒａｄ／ｓｅｃ^２）とし、前記回転体の最高回転数をＮ（ｒｐｍ）とすると、
   前記通常動作モードから前記バックアップモードに切り替わったときの前記サンプリング周期は、
   ｔ１＜（√（π／｛（１／２）×ａ｝）−√（｛π／２｝／｛（１／２）×ａ｝））
   の関係を満足するｔ１（ｓｅｃ）となっており、
   前記バックアップモードにおいて前記概略回転位置データに変化があると、前記サンプリング周期は、
   ｔ２＜１／｛（Ｎ／６０）／（９０／３６０）｝
   の関係を満足するｔ２（ｓｅｃ）に切り替わることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンコーダ。

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