JP2020134505A

JP2020134505A - 汎用型ロータリーエンコーダ

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Publication number: JP2020134505A
Application number: JP2019132407A
Authority: JP
Inventors: 純一多田; Junichi Tada
Original assignee: IGARASHI DENKI SEISAKUSHO KK; Igarashi Electric Works Ltd
Current assignee: IGARASHI DENKI SEISAKUSHO KK; Igarashi Electric Works Ltd
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2020-08-31

Abstract

【課題】汎用センサを使用して、高精度センサに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供する。【解決手段】汎用センサと、前記センサからの出力信号に基づいてブラシレスＤＣモータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、制御ユニットを備えたロータリーエンコーダであって、制御ユニットは、初期設定用のブラシレスＤＣモータを駆動する機能と、前記センサ固有の初期設定データを取得する機能と、前記ロータリーエンコーダが装着された制御対象のブラシレスＤＣモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する機能と、前記センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持しており、前記校正データは、前記センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを前記センサと同時に前記初期設定用のブラシレスＤＣモータに連結して得られる。【選択図】図１

Description

本発明は、汎用型のセンサを採用した汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータに関する。

ロータリーエンコーダは、電気機器用のエンコーダとして、モータで駆動される回転軸の絶対角度位置を測定するために使用される。例えば、ブラシレスＤＣモータの制御方法として、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の位相を検知するロータリーエンコーダと、ロータの磁極位置とを同期させて、モータを完全閉ループのサーボモータとして制御することが行われている。

特許文献１には、モータの回転軸の回転位相を検知する１組のＭＲセンサユニットを備え、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号及び絶対原点位置の情報にＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与し、多回転・アブソリュート信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録するように構成されたモータ制御装置が開示されている。ＭＲセンサユニットは、軸ずれ補正処理部も備
えている。

特許文献２には、パターンを介した光のうち所定の受光素子に対して第１方向にずれた位置に配置される受光素子に入射する迷光となる光が、絞りから射出されるのを抑制する抑制部を備える、光学式のロータリーエンコーダが開示されている。

特許文献３には、磁気スケールの磁場を検出する磁気センサと、位置検出用スケールからの反射光を検出するフォトセンサと、磁気センサの検出結果に基づいて磁気スケーに対する磁気センサの相対位置と、フォトセンサの検出結果に基づいて位置検出対象の絶対位置とを求めるデータ制御部とを備えたアブソリュートエンコーダであって、フォトセンサと磁気センサとの検出結果に基づいて、データ制御部内の位置検出対象と絶対位置との関係を表すデータを自動的に校正する発明が開示されている。

特許第６３３９３０７号公報特開２０１５―２２５００７号公報特開２００５−１７２６９６号公報

各被駆動部材を駆動するモータを、ロータリーエンコーダとして閉ループで制御するためには、モータの回転速度、回転数、回転方向等の正確な情報が必要である。そのため、ロータリーエンコーダを用いた回転角度の検出においては、その検出精度をより向上させるために、様々な技術が提案されている。

特許文献１に記載の発明では、回転軸に対するＭＲセンサのマグネット原点位置の情報を取得し、絶対原点位置を基にＺ相信号を設定し、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与し、多回転・アブソリュート信号のデータを生成し、ロータリーエンコーダとしての機能を持たせている。この発明では、ＭＲセンサを採用しているため、安価で比較的高精度のロータリーエンコーダを提供できる。一例として、量産される汎用的なＧＭＲを用いたエンコーダは、１台当たりの価格が数千円以内と安価である。
本発明では、この種の、安価でかつ所定の精度を有する汎用的なセンサを、汎用センサと定義する。

しかし、この種の汎用センサは、本来、自動車用の部品等として、大量かつ安価に供給することを前提として製造されている。そのため、個々の汎用センサの出力特性にはばらつきやひずみがある。すなわち、磁石自体の着磁ずれ、磁気抵抗素子センサの感度のばらつき、磁気抵抗素子センサのモータへの固定時の誤差に起因する位相角のズレ等により、個々の汎用センサは、その出力特性にセンサ固有のばらつきやひずみがあるという課題がある。そのため、汎用型のセンサをロータリーエンコーダのセンサとして用いる場合、このセンサ固有のばらつきやひずみを補正し所定の精度を確保するために、軸ずれ補正処理等の機能が設けられている。しかし、回転軸の絶対原点位置以外の中間の角度におけるばらつきやひずみを高精度に補正するのは困難である。そのため、回転角（機械角）で±１度〜数度の目盛精度しか得られない。このようなロータリーエンコーダを、μｍオーダーの精度が必要な機器、例えば、チップマウンタ等に採用することはできない。
また、ロータリーエンコーダのセンサとして用いられているレゾルバに関しても、比較的安価ではあるが、個々のセンサは、固有のばらつきやひずみがあるため、出力特性のばらつきが大きく、±１０度程度の目盛精度しか得られていない。
このように、汎用センサを用いて、回転速度や回転方向の判別を高精度に行うのに充分な絶対精度を有する、安価でばらつきのない高精度のロータリーエンコーダを実現するのは難しい。

一方、特許文献２に記載されたような、光学式のロータリーエンコーダは、高精度を確保するために、ガラス製の基板を採用しているものが多い。そのため、例えば、分解能が１万パルスを超える高分解能の機種では、目盛精度として、±２秒が保証されているものもある。また、分解能（信号周期／回転）が４０９６の高分解能の機種でも、目盛精度は、±１０秒が保証されている。しかし、このような高精度の光学式のロータリーエンコーダは、その価格が数十万円あるいは百万円オーダーとかなり高価格であり、装着しうる機器の対象が、高額な機器に限定されている。
本発明では、この種の、汎用センサと比較して、絶対精度が２桁乃至３桁高精度であり、耐環境性では劣りかつ高価格のセンサを、高精度センサと定義する。

特許文献３に記載のアブソリュートエンコーダは、起動時にフォトセンサからの出力を校正するか否かを判断し（図６のＳ１０１）、校正を行う場合は、磁気センサ（本発明における汎用センサに相当）からの出力を利用して、校正用のテーブルを作成し、フォトセンサからの出力を校正している（図６のＳ１０２−１０９）。しかしながら、汎用センサからの出力には上記のような問題がある。そのため、磁気センサの出力でフォトセンサからの出力を高精度に補正できる、アブソリュートエンコーダを実現するのは困難である。

本発明の１つの目的は、汎用センサを使用して、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することにある。

本発明の他の目的は、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れ、かつ安価なサーボモータを提供することにある。

本発明の１つの態様によれば、汎用型ロータリーエンコーダは、
モータに装着され前記モータの回転軸の回転角度を検出する汎用センサと、
前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記モータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、
前記回転角度の情報に基づき、前記モータの駆動のための多回転アブソリュート信号を生成して出力するエンコーダ制御ユニットを備えた汎用型ロータリーエンコーダであって、
前記エンコーダ制御ユニットは、初期設定用のモータを駆動する機能と、
前記汎用センサ固有の初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、
前記汎用型ロータリーエンコーダが装着された制御対象のモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する通常運転データ取得部と、
前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したＥＥＰＲＯＭを備えており、
前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた、前記回転軸の回転角度に関する校正データであることを特徴とする。

これにより、汎用センサを使用して、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することができる。

本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記エンコーダ制御ユニットは、前記汎用センサから得られた前記回転軸の少なくとも正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、前記回転軸の回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を基に前記校正データにより校正して、前記制御対象のモータを制御するための多回転アブソリュートデータとして、前記ＥＥＰＲＯＭに保持するように構成されていることを特徴とする。

これにより、汎用センサを使用して、制御対象のモータを制御するのに適した、高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することができる。

本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記汎用センサは、
前記回転軸の一端に連結した状態で回転可能に保持され、Ｎ極領域とＳ極領域とを有する平板状のマグネットと、前記マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定可能な１対のＭＲセンサとで構成され、前記マグネットを保持するマグネットホルダーは、前記初期設定用のモータの回転軸を挿入可能な中空部を有することを特徴とする。

これにより、汎用型ロータリーエンコーダを、初期設定装置及びその後の装着対象のモータに容易、かつ精度良く装着できる。

本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記マグネットホルダーは、軸受けを介して、円筒状の函体内に回転可能に保持されており、前記函体を前記初期設定用のモータのハウジングに固定するための保持部と、前記回転角度検出部及び前記エンコーダ制御ユニットを搭載したエンコーダ基板とを有することを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記エンコーダ制御ユニットは、ＳＳＣ−ＢＵＳ変換器とＳＰＩ−ＢＵＳ変換器とを備え、シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭ及びパラレルＥＥＰＲＯＭに対応しうるように構成されていることを特徴とする。

これにより、汎用型ロータリーエンコーダを、シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭ及びパラレルＥＥＰＲＯＭのいずれのタイプにも対応して使用することができる。

本発明の他の態様によれば、汎用型ロータリーエンコーダとコントローラとを備えたサーボモータであって、前記汎用型ロータリーエンコーダは、本発明の前記各態様を具備している。
これにより、汎用センサを使用して、制御対象のモータを制御するのに適した、高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、サーボモータを提供することができる。

本発明の第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのための初期設定装置のシステム構成例を示す図である。第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの構成例を示す機能ブロック図である。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの実施形態を示す、縦断面図である。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの他の実施形態を示す、縦断面図である。初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの主要部の構成例を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の例を示すブロック図である。第１の実施例における、初期設定の処理の概要を示すタイムチャートである。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの特性の一例を示す図である。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの特性の校正方法の一例を示す図である。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのテーブル、光学式ロータリーエンコーダのテーブル、及び、校正用テーブルの関係の一例を示す図である。第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのテーブル、光学式ロータリーエンコーダのテーブル、及び、校正用テーブルの関係の他の例を示す図である。第１の実施例における、校正処理済の汎用型ロータリーエンコーダを用いたブラシレスＤＣモータの通常運転時の処理を示すフローチャートである。第１の実施例における、多回転時の、Ｚ相と、Ａ相、Ｂ相信号、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の信号の関係を説明する図である。第１の実施例における、多回転時の、汎用型ロータリーエンコーダの校正済の特性の一例を示す図である。第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダを用いた通常運転モード時の校正処理の効果を示す図である。本発明の第３の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの初期設定の処理を示すフローチャートである。図１１の初期設定の処理における、ブラシレスＤＣモータの各相の逆起電力の積分値ピークと位置決め情報（Ｓn）の関係を示す図である。本発明の第４の実施例に係る、汎用型ロータリーエンコーダを装着したロボットの斜視図である。本発明の第５の実施例に係る、汎用型ロータリーエンコーダを装着用した自動車の電動パワーステアリングの概要を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのための初期設定装置のシステム構成例を示す図である。
この初期設定装置は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００と、その回転軸の一端に固定された絶対精度の高い、初期設定専用の光学式ロータリーエンコーダ３００と、初期設定コントローラ８００により、システムが構成される。この初期設定装置には、初期設定の対象となる汎用型ロータリーエンコーダ１００が設置される。図１の例では、ブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３の他端とハウジングカバー２５０に固定された基板１１８との間に、汎用型ロータリーエンコーダが設置され、そのメモリに、初期設定に伴う校正用のデータが記録・保持される。この初期設定装置を用いて、順次、多数の汎用型ロータリーエンコーダ１００に対する、初期設定の処理がなされる。

汎用型ロータリーエンコーダ１００の初期設定に必要な各種の情報は、初期設定コントローラ８００から取得される。ブラシレスＤＣモータ２００の回転の状態が、汎用型ロータリーエンコーダ１００と光学式ロータリーエンコーダ３００とにより同時に取得され、換言すると、同じ回転軸２０３の回転に関する２組のデータが同期して取得され、それらのデータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００に記録されるとともに、初期設定コントローラ８００にも保持される。

汎用型ロータリーエンコーダ１００は、所定の絶対精度を有するものの厳格に高い精度は有しないが耐環境性に優れ、価格も安い汎用センサ、例えば、磁気式センサを備えている。磁気抵抗素子センサとしては、例えば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ等のＭＲセンサを用いることができる。汎用センサとして、容量式センサや光学式センサを使用しても良い。いずれのタイプであっても、所定の絶対精度を満たさない、例えば、1回転３６０度における絶対精度が、±３度以上のものは、対象外である。また、耐環境性に劣るものや、高価格なものは対象外である。
一方、初期設定装置の光学式ロータリーエンコーダ３００は、初期設定専用の標準センサとして、汎用センサと比較して絶対精度が２桁乃至３桁高精度であるが、耐環境性では劣りかつ高価格のセンサ、例えば光学式センサを備えている。本発明における、高精度の光学式センサは、高い絶対精度、例えば±１０秒以下の絶対精度を有する。このような条件を満たす、レーザー式センサも、本発明における、高精度の光学式センサに含まれるものとする。

以下では、初期設定専用のモータ２００として、ブラシレスＤＣモータを例に挙げて説明する。ブラシレスＤＣモータ２００は、モータハウジング２１０の内部に固定されたステータとして、界磁鉄心２１２とこれに絶縁部材２１３を介して巻かれた界磁コイル２１１とを備えている。回転軸と一体に形成されマグネットは、ロータヨーク２２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石２２２を有する、８極のロータである。回転軸２０３は、モータハウジング２１０及びエンドカバー２１４に設けられた軸受け２１８により保持されている。基板１１８には、モータのコントローラ２４０やモータドライバー２４２等も装着され、これらに信号ライン２２８や電源ライン（図示略）が接続されている。

なお、初期設定専用のモータは、指令値に応答して一定速度で安定して回転する機能があればよく、ブラシレスＤＣモータに限定されない。他方、本発明の汎用型ロータリーエンコーダの制御対象も、ブラシレスＤＣモータに限定されない。すなわち、初期設定専用のモータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００の制御対象とは異なるタイプのモータ、例えば、ブラシ付直流電動機、あるいは交流の同期電動機であってもよい。
本実施例では、初期設定を終了した汎用型ロータリーエンコーダ１００の装着対象、すなわち制御対象のモータが、ブラシレスＤＣモータである場合を想定して、汎用型ロータリーエンコーダがブラシレスＤＣモータ制御用の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成する機能も備えている例について、以下、説明する。

初期設定装置の一部を構成する光学式ロータリーエンコーダ３００は、同じく初期設定装置の一部を構成するブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に直結されている。すなわち、光学式ロータリーエンコーダ３００の回転軸はモータの回転軸２０３と一体であり、軸受３０５を介してケーシング３０４に保持され、回転軸の一端に回転基板３０６が固定されている。なお、高精度が確保される条件を満たせるのであれば、光学式ロータリーエンコーダ３００の回転軸を、ブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３にクラッチを介して接続するようにしても良い。

回転基板３０６は、例えば、ガラスや金属、セラミックスなど、回転や衝撃、振動等によって容易に変形しない剛性材料で作られている。回転基板３０６を挟んで対向する位置で、ケーシング内に、発光素子３１１、絞り３０８の開口３１０、レンズ３０９、受光素子３１４、及びコントローラ３１６等が配置されている。回転基板３０６には、円周方向に、第１のスリットパターン３１２、第２のスリットパターン３１５等の複数種類のパターンが形成されている。回転基板３０６が回転し、各スリットパターン３１２、３１５が発光素子３１１と受光素子３１４の間を通過することで、発光素子からの光が透過する状態と遮光された状態を交互に繰り返し、受光素子３１４の出力がコントローラ３１６でカウントされる。絞り３０８は、入射光の領域を規制して受光素子３１４に余計な光が入射しないように設けられている。この光学式ロータリーエンコーダの構成・作用の詳細は、特許文献２の記載の引用を以て代える。なお、初期設定装置の一部を構成する光学式ロータリーエンコーダは、高精度の光学式センサとして機能するものであれば良く、特許文献２の例に限定されないことは言うまでもない。

次に、図２Ａは、第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの構成例を示す機能ブロック図である。
汎用型ロータリーエンコーダ１００は、マグネットユニット１１０、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０を含んでいる。本発明の汎用型ロータリーエンコーダは、初期設定処理装置を用いた初期設定処理時に、ブラシレスＤＣモータ２００のロータリーエンコーダとして機能するとともに、初期設定後は、制御対象となる各種機器のモータや回転体に装着可能な、ロータリーエンコーダとなる。汎用型ロータリーエンコーダ１００のマグネットユニット１１０はモータの回転軸に保持され、マグネットユニット１１０を除く他の構成要素は、モータの固定側、例えばモータハウジングに固定される。

汎用センサの一部を構成するマグネットユニット１１０は、非磁性材料、例えば樹脂製の円筒状のマグネットホルダー１１１と、このホルダーにモータの回転軸等の回転体を挿入するための中空部１１２と、マグネットホルダーの端面に固定された平板状のマグネット１１３と、マグネットホルダーを回転体に固定するための固定手段１１４とを有している。マグネット１１３のＮ極とＳＮ極の境界の１つ、図１の例ではマグネットの上端が回転軸の原点位置Ｚ０となる。

センサ出力処理ユニット１２０は、汎用センサの残りの部分を構成する。このセンサ出力処理ユニットは、マグネット１１３に対向する位置で離間してモータの固定側、例えばモータハウジングに固定される、１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)１２１，１２２、温度センサ１２３、及びセンサ出力処理回路部を備えている。マグネット１１３が角度θ（機械角）だけ回転して各ＭＲセンサに作用する磁界の向きが回転すると、それに対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言すると汎用センサの出力信号の電圧が変動し、回転軸１３の１回転毎に、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度（機械角）、各々１周期分のパルス信号が出力される。
マグネット１１３は、Ｓｉもしくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅ等の強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されている。

センサ出力処理ユニット１２０のセンサ出力処理回路部は、ＡＤ変換器１２４、パルスカウンタ１２５、逆正接演算処理部１２６、軸ずれ補正処理部１２７、Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８、ＲＡＭなどのセンサメモリ１２９の各機能を有している。このセンサ出力処理回路部は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上でプログラムを実行することにより実現される。

センサ出力処理回路部では、１対のＭＲセンサのアナログ信号が、量子化され、電気角の内挿処理により多分割され、回転軸の１回転あたり、例えば、各々、３００００パルスの、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に変換される。１対のＭＲセンサ１２１、１２２から得られるＡ相、Ｂ相信号は、各センサ等の制作誤差、設置誤差、温度の影響等により、誤差（主に軸ずれ誤差）を含んでいる可能性があるので、軸ずれ補正処理部１２７等において、補正処理がなされる。

このＡ相、Ｂ相のデジタル信号は、パルスカウンタ１２５で累積加算され、その値が逆正接演算処理部１２６で逆正接演算される。この逆正接演算の値は、回転軸１３の１回転毎の角度０の位置に同期して、累積加算値が直線状に増減を繰り返す直角三角形状となる。
Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８では、この累積加算値を基に、インクリメンタルなＡ相信号及びＢ相信号（以下、Ａ相・Ｂ相信号）のパルスのデータが生成され、センサメモリ１２９に保持される。また、Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８では、回転軸１３の１回転毎に現われる角度０の位置に同期して、原点位置Ｚ０及び多回転位置（Ｓ）の信号を生成し、出力する。この、多回転位置（Ｓ）の信号は、回転軸１３の回転数を表す情報Ｚｎ（Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ）の生成に利用される。

エンコーダ制御ユニット１３０は、汎用型ロータリーエンコーダ１００の初期設定のために、初期設定用のブラシレスＤＣモータを駆動して必要な情報を取得し、エンコーダメモリ１６０に記録することで、汎用型ロータリーエンコーダ１００に、光学式ロータリーエンコーダに匹敵する高精度のロータリーエンコーダとしての機能を付与する。

エンコーダ制御ユニット１３０は、初期設定用駆動信号生成部１３１、汎用センサ固有の初期設定時データ取得部１３２、標準センサの初期設定時データ取得部１３３、Ｚ相の幅設定部１３４、校正用データ生成・記録部１３５、汎用センサの通常運転データ取得部１３６、マグネットの原点位置設定部１３７、及び、多回転・アブソリュートデータ生成・記録部１３８の各機能を有している。
初期設定用駆動信号生成部１３１は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータを正回転及び逆回転方向に駆動するための駆動信号（iu, iv, iw）を生成し、出力する。汎用センサ固有の初期設定時データ取得部１３２は、ブラシレスＤＣモータを駆動信号（iu, iv, iw）により所定の低速度、例えば５〜２０ｒｐｍの範囲、望ましくは１０ｒｐｍ程度の、一定速度で駆動することにより得られる、汎用センサ固有の初期設定時のＡ相・Ｂ相信号のデータを取得する。

標準センサの初期設定時データ取得部１３３は、汎用型ロータリーエンコーダ１００が装着された状態で、ブラシレスＤＣモータが前記駆動信号により、例えば１０ｒｐｍの一定速度で駆動される際の、標準センサの初期設定時のＡ相・Ｂ相信号のデータを取得する。Ｚ相の幅設定部１３４は、Ａ相・Ｂ相信号を基に、Ｚ相の幅の信号を生成する。校正用データ生成・記録部１３５は、汎用センサ固有の初期設定時のデータを、同じ条件で取得された、標準センサの初期設定時のデータで校正するための校正用データを生成する機能を有する。校正用データの生成については、後で説明する。

汎用センサの通常運転データ取得部１３６は、汎用センサが装着された、制御対象のブラシレスＤＣモータが、ブラシレスＤＣモータのコントローラにより制御され通常運転される際に使用される、通常運転データ、すなわち、Ａ相・Ｂ相信号、原点位置Ｚ０及び多回転位置（Ｓ）のデータを取得・生成する。
マグネットの原点位置設定部１３７は、汎用センサを制御対象のブラシレスＤＣモータに装着する際に、回転軸の原点位置が不明の場合、原点位置Ｚ０を抽出して、マグネットの固定位置を決める機能を有する。なお、回転軸の原点位置Ｚ０が予めわかっている場合には、使用されない。
多回転・アブソリュートデータ生成・記録部１３８は、汎用センサにより取得されたＡ相・Ｂ相信号及び多回転位置（Ｓ）のデータを、校正用データで校正し、原点位置Ｚ０のデータを含む多回転・アブソリュートデータを生成し、これをエンコーダメモリ１６０のＥＥＰＲＯＭに記録する。この多回転・アブソリュートデータが、汎用型ロータリーエンコーダ１００の出力として、制御対象のブラシレスＤＣモータの制御に使用される。

エンコーダメモリ１６０には、ＲＯＭ１６１、ＲＡＭ１６２、ＥＰＲＯＭ１６３及びＥＥＰＲＯＭ１６４が含まれており、バスやメモリコントローラを介してエンコーダ制御ユニットと接続されている。ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭには、ブラシレスＤＣモータの運転に関係する、校正用データで校正済の多回転・アブソリュート信号が、逐次、保持される。

図２Ｂに、第１の実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００の、具体的な実施形態の一例を示す。マグネットユニット１１０を保持するマグネットホルダー１１１は、軸受け１１６を介して、円筒状の函体１１５に回転可能に保持されている。マグネットホルダー１１１には、平板状のマグネット１１３が固定されている。函体１１５内の空間１１７に固定された基板１１８には、１対のＭＲセンサ１２１，１２２、温度センサ１２３、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０が実装されている。エンコーダメモリ１６０には、校正用データで校正済の多回転・アブソリュート信号が保持されている。１対のＭＲセンサ１２１，１２２が所定の磁気感度を確保できるようにするために、マグネット１１３の表面と１対のＭＲセンサ１２１，１２２との間は、所定の微小間隔、例えば２０ｍｍ〜３０ｍｍの間隙に設定されている。
函体１１５は、その外周端にばね状の保持部１１９を有し、中空部１１２に、モータ２００の回転軸２０３等の回転体が挿入された状態で、ブラシレスＤＣモータ２００のモータハウジング等に固定されるように構成されている。
この構成例によれば、マグネット１１３と１対のＭＲセンサ１２１，１２２の位置関係はあらかじめ適切な値に設定されている。そのため、函体１１５をモータハウジング等に固定するのみで、初期設定装置のモータや制御対象のモータに、汎用型ロータリーエンコーダを簡単、かつ精度良く装着することができる。

図２Ｃに、第１の実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００の、具体的な構成の他の実施形態を示す。この例では、図２Ｂの例とは異なり、函体が省略されている。マグネットユニット１１０を保持するマグネットホルダー１１１は、モータ２００の回転軸２０３に固定される。１対のＭＲセンサ１２１，１２２、温度センサ１２３、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０が搭載された基板１１８は、例えば、図１に示したようなハウジングカバー２５０に固定される。これにより、ＤＣサーボモータが完成する。
この例は、図２Ｂの例に比べて、マグネット１１３に対するＭＲセンサ１２１，１２２の位置決めの作業が必要になる。他方、基板１１８上に、モータのコントローラ２４０やモータドライバー２４２も纏めて設置するなど、ブラシレスＤＣモータ２００全体の設計の自由度は高くなる。

次に、図３Ａは、第１の実施例における初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの主要部の構成例を示す、図１のＡ−Ａ断面図である。また、図３Ｂは、初期設定装置用ブラシレスＤＣモータの駆動回路を示す図である。なお、図３Ａ、図３Ｂは、初期設定済の汎用型ロータリーエンコーダが、ブラシレスＤＣモータに搭載される場合には、そのブラシレスＤＣモータの構成例を示す図でもある。
ブラシレスＤＣモータ２００は、回転軸２０３に固定されたロータヨーク２２１と、その外周に周方向に等間隔に配置された８個の永久磁石２２２を含むロータと、界磁鉄心２１２と各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材を介して巻かれた界磁コイル２１１を含むステータとで構成されている。界磁コイルは、モータのドライバー２４２から印加される電圧の位相によって、Ｕ相の界磁コイル（２１１Ｕ１〜２１１Ｕ３）、Ｖ相の界磁コイル（２１１Ｖ１〜２１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（２１１Ｗ１〜２１１Ｗ３）に分類される。

ブラシレスＤＣモータ２００は、ＥＣＵ８１０及び汎用型ロータリーエンコーダ１００の出力に基づいて、完全閉ループで、制御される。ＤＣモータ２００の回転情報は、エンコーダ制御ユニット１３０において校正され、シリアルバス信号としてＳＳＣ−ＢＵＳ変換器１７２に入力され、さらに、ＳＰＩ−ＢＵＳ変換器１７４を経て、シリアル信号（デジタル）とパラレル信号（デジタル）となり、モータのコントローラ２４０へ送られる。ＥＥＰＲＯＭの１６４チップの外部インタフェースにはシリアルバス型とパラレルバス型がある。ＥＥＰＲＯＭの操作方法はこのインタフェースによって大きく異なる。シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭで採用しているバス規格の信号線は１本〜４本である。一方、パラレルＥＥＰＲＯＭチップは、一般に８個（８ビット）のデータ端子と記憶容量に対応した分のアドレス端子を持つ。本実施例のロータリーエンコーダ１００は、シリアルバス型とパラレルバス型のいずれにも対応しうるように構成されている。
コントローラ２４０では、駆動信号を生成し、インバータ等のモータドライバー２４２へ送信する。このようにして、ブラシレスＤＣモータ２００は、上位のコントローラＥＣＵ８１０からの指令に基づいて制御される。

モータのコントローラ２４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、発振回路、タイマー、Ｉ／Ｏインタフェース、シリアルＩ／Ｆ等を１つのＬＳＩに集積したシングルチップマイコンで実現される。メモリに保持されたプログラムをＣＰＵ上で実行することで、ブラシレスＤＣモータのＢＬＣＤコントローラ２４０の各機能が実現される。ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリはバスを介してＣＰＵと接続されている。ＲＯＭには、電源投入時やリセット時に実行するプログラムやプログラム実行中に変化しない定数が保存されている。ＲＯＭとしてフラッシュメモリを採用しても良い。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの指令値や、多回転・アブソリュート信号のデータ等が保持されている。また、ＲＡＭには、ブラシレスＤＣモータの目標速度（インバータ正弦波駆動信号、ＰＷＭ制御のduty比）も格納されている。

次に、第１の実施例における、初期設定処理の概要を、関係する機器の相互の位置関係を示す図１、及び図４のタイムチャートを参照しながら、説明する。
初期設定は、初期設定コントローラ８００から、汎用型ロータリーエンコーダ１００、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００、及び光学式ロータリーエンコーダ３００の初期設定に関係したプログラムを起動し、必要なパラメータを設定することにより、開始される。なお、初期設定時、汎用型ロータリーエンコーダ１００、ブラシレスＤＣモータ２００、及び、光学式ロータリーエンコーダ３００の環境温度は、常に常温（例えば２０℃）に維持される。必要に応じて、ブラシレスＤＣモータ２００、及び、光学式ロータリーエンコーダ３００の環境温度を変えた校正データを生成してもよい。

なお、この例では、初期設定装置を構成するブラシレスＤＣモータ２００のマグネット原点位置Ｚ０は、明確になっており、光学式ロータリーエンコーダ３００は初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００の出力軸に直結されているものとする(Ｓ４００)。
次に、汎用型ロータリーエンコーダ１００をブラシレスＤＣモータ２００に設置し、双方の回路の電気的な接続を行う(Ｓ４０１)。そして、マグネット１１３をブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に固定する(Ｓ４０２)。次に、エンコーダ制御ユニット１３０で生成された初期設定専用の所定の３相駆動信号で、ブラシレスＤＣモータ２００を定速駆動する(Ｓ４０３)。すなわち、ブラシレスＤＣモータ２００の３相のステータコイルに駆動電力を供給し、初期設定のためのデータを取得する間、ブラシレスＤＣモータ２００は、一定の低い回転速度、例えば１０ｒｐｍで、正回転及び逆回転を維持するように制御される。これに伴いブラシレスＤＣモータ２００ロータ及びＭＲセンサのマグネット１１３が回転し、ＭＲセンサにより、汎用型ロータリーエンコーダ固有の少なくとも正逆1回転分（機械角）の出力信号が生成される（Ｓ４０４)。通常は、正逆1回転分で十分であるが、用途によって特に必要な場合、に応じて、正逆方向の回転数を多回転、例えば２−３回転としてもよい。

また、ブラシレスＤＣモータ２００に直結された光学式ロータリーエンコーダ３００からも、同じ運転条件に基づく、少なくとも正逆1回転分の出力信号が生成される（Ｓ４０５)。次に、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダにおいて、夫々、少なくとも正逆1回転分の、絶対原点位置Ｚ０基準のＡ，Ｂの出力信号のインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、１回転分のＡ相・Ｂ相信号のインクリメンタルなデータが生成される（Ｓ４０６、Ｓ４０７)。なお、測定の精度を高めるために、少なくとも正逆1回転分の出力信号を複数回取得し、それらの平均値を求めるようにしてもよい。

汎用型ロータリーエンコーダのエンコーダ制御ユニット１３０では、光学式ロータリーエンコーダのＡ，Ｂの出力信号のデータを取得する（Ｓ４０８)。そして、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダの双方のＡ，Ｂ相信号のデータに基づき、汎用型ロータリーエンコーダの絶対原点位置Ｚ０基準のＡ，Ｂ相信号のデータを、光学式ロータリーエンコーダのＡ，Ｂ相信号の出力信号のデータで校正するテーブルを作成し、メモリに記録する（Ｓ４１０)。なお、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダの双方で、正逆1回転分のデータを複数回取得し、各々の回転位置における平均値を算出して、校正テーブルの精度を高めるようにしても良
い。

図５Ａは、汎用型ロータリーエンコーダで得られた特性の一例を示す図である。汎用センサの出力特性のばらつきやひずみの要因は種々ある。ここでは、ＭＲセンサのマグネット１１３がモータの回転軸２０３に対して偏って固定されている場合を想定している。この例では、マグネットのＳ極とＮ極の境界が、本来の位置Ｐ１Ａから角度Δθだけずれ、位置Ｐ１Ｓとなっている。この設置誤差に起因して、図５Ａ中の右側のグラフに示すように、実線で示したＭＲセンサの出力角θＳと破線で示した実際の軸の回転角θＡの間に位相角のズレが生ずる。

図５Ｂは、汎用型ロータリーエンコーダの特性を、光学式ロータリーエンコーダのデータで校正する一例を示す図である。本発明における光学式ロータリーエンコーダは、汎用センサと比較して、精度が２桁又は３桁高精であることが保証されたものを採用している。汎用型ロータリーエンコーダの、回転軸の正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、光学式ロータリーエンコーダの出力データに基づいて、校正する。校正の方法として、絶対原点位置Ｚ０基準の１回転分の全パルスについて、校正量を決定し、その校正データをテーブル化する。
例えば、光学式ロータリーエンコーダの分解能がＲＥ１、汎用型ロータリーエンコーダの分解能がＲＥ２であって、同じモータの回転軸のある時点の回転角のデータが、光学式ロータリーエンコーダでは、回転角４５．００度に対応するパルス数ＱＲ１であり、一方、汎用型ロータリーエンコーダではパルス数がＱＧ１（４６．５６度相当）であったとする。この場合、汎用型ロータリーエンコーダのＱＧ１パルスの位置の出力角を、光学式ロータリーエンコーダが示す４５．００度に校正する。

発明者らの実験によれば、ＭＲセンサの出力の位相角のズレは、機械角３６０度ごとに同じパターンで繰り返されることが多い。そのため、多回転の機器を対象とする場合でも、１回転（機械角３６０度）分の精度の高い角度データが得られれば、実用上、かなり信頼度の高い制御が可能になる。
また、ＭＲセンサの出力特性は、環境温度に応じて変化する。しかし、発明者らの実験によれば、常温において得られた、例えば図５Ｂに破線と実線で示した磁気抵抗素子センサと光学式ロータリーエンコーダの出力特性の関係は、環境温度が変化しても同様な関係が維持される。従って、汎用型ロータリーエンコーダ１００の温度センサ１２３の出力と校正データとに基づいて、ＭＲセンサの出力特性を補正することで、環境温度が変化しても、汎用型ロータリーエンコーダから校正済の精度の高い角度データが得られる。

次に、エンコーダ制御ユニット１３０において、メモリから駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数を取得し、さらに、Ｚ相の幅の信号や多回転位置（Ｓ）のデータを取得し、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、汎用型ロータリーエンコーダが装着される制御対象のモータの多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成する（Ｓ４１２）。

次に、汎用型ロータリーエンコーダ基準の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を、光学式ロータリーエンコーダの基準の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換する（Ｓ４１６）。

図６Ａは、汎用型ロータリーエンコーダ（以下、単に、磁気エンコーダ）のテーブル１４０、光学式ロータリーエンコーダのテーブル１４２、及び、校正用テーブル１４４の関係の一例を示す図である。光学式ロータリーエンコーダのデータに一致するように、磁気エンコーダのデータを校正するための校正用テーブル１４４が作成される。この例では、校正用テーブル１４４が、磁気エンコーダの各検知角度の値を、光学式ロータリーエンコーダのデータに置き換えた検知角度値のテーブルとなっている。
図６Ｂの例では、校正用テーブル１４４が、磁気エンコーダの各検知角度の値に対して、光学式ロータリーエンコーダのデータに基づく校正／補正置を与えるテーブルとなっている。
なお、図６Ａ、図６Ｂの校正用テーブル１４４において、検知角度の代わりに、回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を、光学式ロータリーエンコーダの角度データに置き換えてもよい。すなわち、角度値の代わりに、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ単位で繰り返される汎用型ロータリーエンコーダの累積加算値と光学式ロータリーエンコーダの累積加算値との関係を利用して、磁気エンコーダの各検知角度の値を校正・補間するようにしてもよい。

以上のようにして得られた、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各層のアブソリュートデータを、エンコーダメモリ１６０に記録する（Ｓ４１８）。
以上の処理を経て、１個の磁気エンコーダの初期設定が終了する（Ｓ４２０)。
その後、この磁気エンコーダ１００は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータから、分離される（Ｓ４２２)。

その後、初期設定専用のブラシレスＤＣモータには、次の、新たな磁気エンコーダが装着され、上記したのと同様に、この新たな磁気エンコーダの初期設定の処理がなされる。
初期設定装置を構成する光学式ロータリーエンコーダやブラシレスＤＣモータは、１個の磁気エンコーダの初期設定の処理のために、低速回転でかつ短時間だけ使用される。そのため、初期設定装置を構成するブラシレスＤＣモータや光学式ロータリーエンコーダを、繰り返し、例えば、１万回〜１０万回、使用することは可能である。すなわち、本発明における初期設定装置は、高精度、高価格の光学式ロータリーエンコーダを使用するが、この装置を用いて多数の磁気エンコーダの校正を行うことが可能なので、磁気エンコーダの１個当たりの製造コストを安価なものにできる。

次に、図７〜図１０を参照しながら、第１の実施例に基づいて初期設定がなされた汎用型ロータリーエンコーダによる、制御対象のブラシレスＤＣモータに対する、通常運転時の処理を説明する。図２Ｂや図２Ｃに示したような構成の汎用型ロータリーエンコーダが、制御対象のモータに固定される。なお、ここでは、制御対象のモータはブラシレスＤＣモータであり、その駆動回路は、図３Ｂに示した初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの駆動回路と同等のものとする。他のタイプのモータを対象とする場合には、そのタイプのモータに必要な駆動回路で同様な処理がなされることは言うまでもない。
制御対象のブラシレスＤＣモータのＢＬＣＤコントローラ２４０は、初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、通常運転モードＤＣサーボ制御部、通常運転モードモータ制御信号（iu, iv, iw）生成部、及びインバータ駆動信号生成部等の機能を備えている。インバータ駆動信号生成部は、通常運転モードモータ制御信号生成部及びＤＣサーボ制御部の出力を受けて、ブラシレスＤＣモータの回転を制御するためのインバータ駆動信号を生成し、モータドライバーのインバータを駆動・制御する。

ＢＬＣＤコントローラ２４０は、正規の運転処理モードにおいては、ＥＣＵ等からの外部指令や磁気エンコーダ１００の校正処理済のメモリ１６０の情報に基づき、ブラシレスＤＣモータを、サーボモータとして機能させる。
すなわち、ＢＬＣＤコントローラ２４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号を生成し（Ｓ８０１）、ブラシレスＤＣモータを駆動する。磁気エンコーダの初期設定で校正処理済のメモリ１６０から、駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数／回転を取得し（Ｓ８０２）、さらに、Ｚ相の幅の信号を取得し（Ｓ８０３）、これにより、図８に示したＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）のデータ、すなわち、多回転のデータを取得する（Ｓ８０４）。また、図８に示したように、Ｕ相の立ち上がりを絶対原点位置（Ｚ０）に同期させる（Ｓ８０５）。そして、磁気エンコーダからの校正処理済のＡ相・Ｂ相信号を、ＲＡＭを経由して取得し（Ｓ８０６）、そのインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、ＲＡＭに記録する。

ＢＬＣＤコントローラ２４０は、校正用テーブル１４４を用いて、磁気エンコーダのインクリメンタルなデータの校正を行う（Ｓ８０７）。
この校正済みのデータを用いて、１回転毎のＡ相・Ｂ相信号、Ｚ相信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート化を行い、ＲＡＭに記録する（Ｓ８０８）。
さらに、Ｚ相信号とＡ相・Ｂ相信号とから、ブラシレスＤＣモータの回転速度と回転角の情報を含む多回転のアブソリュート信号を生成し（Ｓ８０９）、ＲＡＭを介してＥＥＰＲＯＭに、多回転・アブソリュートとして記録する（Ｓ８１０）。
すなわち、図９に示したように、汎用型ロータリーエンコーダの磁気エンコーダから得られた出力が、校正用テーブル１４４を用いて、高精度の多回転・アブソリュートデータに変換される。この多回転・アブソリュートデータは、正逆方向に、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ単位で繰り返されるデータである。

本実施例によれば、ブラシレスＤＣモータの回転軸の正回転、逆回転に応じて、モータの回転軸の回転角度の情報を逐次校正用テーブル１４４に基づき校正し、校正済の角度データに基づき、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各信号がインクリメント、デクリメントされ、ブラシレスＤＣモータの回転軸の現在位置を高精度に表す情報として、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録・更新される。これらの更新情報に基づき、ブラシレスＤＣモータは、連続的にサーボ制御される（Ｓ８０６）〜（Ｓ８１０）。
この処理を繰り返して、運転を終了する（Ｓ８１１）。
このように、本実施例の磁気エンコーダを採用したブラシレスＤＣモータは、通常運転時、高精度のロータリーエンコーダの機能を備えたサーボモータとして動作する。

図１０は、汎用型ロータリーエンコーダを用いた通常運転モード時の校正処理の効果を示す図である。
通常運転時、ブラシレスＤＣモータは、指令値応じて、回転の方向や速度が変化する。校正処理を行っていない、換言すると、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダの場合、軸の絶対原点位置（Ｚ０）及びＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）に相当する位置以外の位置（以下、原点以外の位置）の絶対精度は高くない。そのため、原点以外の第１の位置から原点以外の第２の位置へ移動の絶対精度は高くない。例えば、図１０において、磁気エンコーダが第１の位置（本来の回転角はθＡ１、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダでは軸回転角がθＳ１）にあると仮定する。この状態から第２の位置（本来の回転角はθＡ２）へ回転するように指令が出されると、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダを用いた場合、軸が回転角θＳ１からθＳ２へ回転する。本実施例の磁気エンコーダを採用したブラシレスＤＣモータによれば、このような誤差が累積されることなく、θＡ１からθＡ２へ、絶対精度の高い位置決めがなされる。
このように、本実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００は、初期設定処理を経た後、製品として、各種機器のモータや回転体に適用される際には、汎用センサが、標準センサに匹敵する高精度センサとして使用される。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例において、汎用型ロータリーエンコーダ１００の汎用センサの通常運転データ取得部１３６により生成され、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に保持される多回転アブソリュートデータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００の制御対象となるモータの駆動信号に関するデータである。
本発明の第２の実施例として、汎用センサの通常運転データ取得部を、汎用型ロータリーエンコーダ１００から除外し、校正済のデータがメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に保持されたＡ相、Ｂ相、Ｚ０信号を基に、汎用型ロータリーエンコーダが、制御対象のモータの初期設定時に、必要なデータを取得し、そのモータの制御信号を生成するようにしてもよい。この場合、汎用型ロータリーエンコーダ１００は、少なくとも、装着されたモータにおいて、汎用センサで検知された回転軸の角度を検知し、高精度に校正して、多回転アブソリュートデータとして出力し得るための、校正用テーブルのメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を備えていればよい。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。
第１の実施例では、軸の絶対原点位置（Ｚ０）が予めわかっている場合について説明したが、初期設定専用のブラシレスＤＣモータの回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合もある。あるいは、汎用型ロータリーエンコーダが装着されるブラシレスＤＣモータの軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合もある。第３の実施例は、第１の実施例に、ブラシレスＤＣモータの軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める工程を追加した例である。なお、以下の説明において、絶対原点位置（Ｚ０）の求め方の詳細については、特許文献１の記載の引用により、詳細な説明に代える。

図１１は、本発明の第３の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの汎用型ロータリーエンコーダの初期設定の処理を示す、フローチャートである。
初期設定処理では、まず、ＭＲセンサのマグネット１１３を、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に対し暫定位置（Ｔ０）で仮固定し（Ｓ１００２）、光学エンコーダも回転軸２０３に直結する（Ｓ１００４）。次に、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ１００６）、初期設定のための初期設定駆動信号、例えば、ブラシレスＤＣモータを、零回転を挟んで正、逆方向に各々１〜数回転だけ駆動する信号を、ＢＬＣＤコントローラ２４０へ出力し（Ｓ１００８）、ロータリーエンコーダ１００からＭＲセンサのＡ、Ｂ信号を取得し（Ｓ１０１０）、さらに、光学エンコーダからもインクリメンタルなＡ、Ｂ信号を取得する（Ｓ１０１２）。次に、ブラシレスＤＣモータやＭＲセンサの応答状態が正常であるのか、否かが判定される（Ｓ１０１４）。異常有りと判定された場合には、別途、出力補正の処理が行われる（Ｓ１０１６）。

次に、ＭＲセンサのＡ相、Ｂ相信号と光学エンコーダのＡ、Ｂ信号とを基に、ＭＲセンサのＡ、Ｂ信号のデータを校正する校正用テーブルを作成し（Ｓ１０２０）、校正用テーブルをＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ１０２２）。そして、校正用テーブルを利用してＭＲセンサから取得したＡ相、Ｂ相信号を校正し（Ｓ１０２４）、その後、ＥＥＰＲＯＭへの記録のために、アブソリュート化を行う（Ｓ１０２６）。このようにして、暫定的なアブソリュート信号のデータを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する。

次に、ＢＬＣＤコントローラ２４０で、ステータコイルへの駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力の検出を行い、逆起電力の積分値ピークＰzを検出し（Ｓ１０２８)、ステータの各界磁コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗへ供給されるＵ，Ｖ，Ｗ相信号を生成し（Ｓ１０３０)、位置決め情報（Ｓn）を求める。
図１１は、各界磁コイル１１Ｕ〜１１Ｗの逆起電力Ｖｂｕ、Ｖｂｖ、Ｖｂｗ、その積分値ピーク、及び、位置決め情報（Ｓn）の関係を示す図である。積分値ピークは、各積分値のピークが所定の閾値を超えた時点に対応するもので、これを位置決め情報（Ｓn）として抽出する（Ｓ１０３２)。次に、各相コイルの信号の幅を設定する（Ｓ１０３４）。

Ｚ相信号が得られた、次に、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を特定し（Ｓ１０３６）、マグネットを回転軸２０３上の絶対原点位置（Ｚ０）に固定する（Ｓ１０３８）。次に、各相信号の立ち上がり位置（Ｓn）を、絶対原点位置（Ｚ０）で補正する（Ｓ１０４０）。
次に、Ａ相、Ｂ相信号、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のデータに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、多回転・アブソリュート信号に変換される（Ｓ１０４２）。このＺ０基準の多回転のアブソリュートデータを、ＥＥＰＲＯＭ３３３に記録する（Ｓ１０４４)。そして、汎用型ロータリーエンコーを、ブラシレスＤＣモータから分離する（Ｓ１０４６)。
このようにして、ブラシレスＤＣモータの回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合における、汎用型ロータリーエンコーダの初期設定が終了する。
本実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００は、初期設定処理を経た後、製品として、各種機器のモータや回転体に適用される際には、汎用センサが、標準センサに匹敵する高精度センサとして使用される。

次に、本発明の汎用型ロータリーエンコーダを６軸の多関節型ロボットに適用した第４の実施例について、図１３を参照しながら説明する。
多関節型ロボット６００は、ベース部６１０及びリンクを構成する複数のアーム部（６１３、６１８等）を備えている。ベース部６１０内には、多関節型ロボット６００の全体を制御する制御部が設けられている。各関節部はリンクを互いに回動可能に連結されている。ベース部とアーム部は、６つの軸、すなわち回転軸６１１、６１２、６１６、６２０、６２２、６２６を中心にして各々回転させるアクチュエータによって駆動される。これらのアクチュエータは、本発明の汎用型ロータリーエンコーダ１００（１００Ａ〜１００Ｆ）を備えたブラシレスＤＣモータ２００（２００Ａ〜２００Ｆ）と、各モータの出力軸に接続された減速機構とで構成されている。アーム部の先端には、操作ユニット６２４が設けられている。操作ユニット６２４としては、工具、カメラ、その他を設置することができる。制御部は、図３Ｂに示したブラシレスＤＣモータの駆動回路に相当する機能を含んでおり、指令値と各ロータリーエンコーダの出力に基づいて、各アーム部を駆動する。
本実施例のロータリーエンコーダを採用したブラシレスＤＣモータを６つの軸の駆動源とすることで、誤差が累積されることなく、６軸の多関節型ロボット、例えば半導体製造装置に使用されるチップマウンタにおいて、絶対精度の高い位置決めを行うことができる。

次に、本発明のロータリーエンコーダを自動車の電動パワーステアリング装置に適用した第５の実施例について、図１４を参照しながら説明する。
電動パワーステアリング装置７００は、運転者によるステアリングホイール７１０の操作に基づき車輪３を転舵させる操舵機構７２０と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構７０２と、ステアリングホイール７１０の回転軸となるステアリング軸７０６と、このシャフトの下端部に操舵機構７２０を介して連結されたラックシャフト７２１を備えている。運転者によるステアリングホイール７１０の操作に伴いステアリング軸７０６が回転すると、その回転運動がラックシャフト７２１の軸方向の往復直線運動に変換され、この往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド７２２を介して車輪７３０伝達され、これにより車輪７３０の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
アシスト機構７０２は、ステアリング軸７０６にアシストトルクを付与するブラシレスＤＣモータ２００を備えており、このモータ２００の回転力が減速ギヤ２６０，２７０を介してステアリング軸７０６に伝達されることで、ステアリング操作が補助される。

ステアリング軸７０６には、運転者のステアリング操作に際して付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ７０４が設けられており、車両には、車速センサ２８０、及びヨーレートγを検出するヨーレートセンサ２９０が設けられている。モータ２００には、その回転軸の回転角を検出するロータリーエンコーダ１００が設けられている。これらのセンサの出力はコントローラ２４０に入力される。コントローラ２４０は、各センサの出力に基づいてモータ２００の駆動信号を生成し、モータドライバー２４２へ送信し、ブラシレスＤＣモータ２００を制御することで、モータ２００により運転者のステアリング操作を補助するアシスト力を発生させる。
本実施例のロータリーエンコーダを採用したブラシレスＤＣモータを電動パワーステアリング装置の駆動源とすることで、絶対精度の高い操舵機構を実現することができる。

１００汎用型ロータリーエンコーダ
１１０マグネットユニット
１１１マグネットホルダー
１１２中空部
１１３マグネット
１１４固定手段
１１５函体
１１６軸受け
１１８エンコーダ基板
１１９保持部
１２０センサ出力処理ユニット
１２１，１２２１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)
１２３温度センサ
１３０エンコーダ制御ユニット
１６０エンコーダメモリ
１７０通信インタフェース
２００初期設定専用のブラシレスＤＣモータ
２０３回転軸
２１０モータハウジング
２１１界磁コイル
２１２界磁鉄心
２１３絶縁部材
２１４エンドカバー
２２１ロータヨーク
２２２永久磁石
２２８信号ライン
２４０モータのコントローラ
２４２モータドライバー
２５０ハウジングカバー
３００初期設定専用の光学式ロータリーエンコーダ
３０４ケーシング
３０５軸受
３０６回転基板
３１１発光素子
３０８絞り
３０９レンズ
３１４受光素子
３１２第１のスリットパターン
３１５第２のスリットパターン
３１６コントローラ
８００初期設定コントローラ

Claims

ブラシレスＤＣモータに装着され前記ブラシレスＤＣモータの回転軸の回転角度を検出する汎用センサと、
前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記ブラシレスＤＣモータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、
前記回転角度の情報に基づき、前記ブラシレスＤＣモータの駆動のための信号を生成して出力するエンコーダ制御ユニットを備えた汎用型ロータリーエンコーダであって、
前記エンコーダ制御ユニットは、初期設定用のブラシレスＤＣモータを駆動する機能と、
前記汎用センサ固有の初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、
前記汎用型ロータリーエンコーダが装着された制御対象のブラシレスＤＣモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する通常運転データ取得部と、
前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したエンコーダメモリを備えており、
前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のブラシレスＤＣモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた、前記回転軸の回転角度に関する校正データであることを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
請求項１に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記エンコーダ制御ユニットは、前記汎用センサから得られた前記回転軸の少なくとも正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、前記回転軸の回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を基に前記校正データにより校正して、前記制御対象のブラシレスＤＣモータを制御するためのデータとして、前記エンコーダメモリに保持するように構成されていることを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
請求項１に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記汎用センサは、
前記回転軸の一端に連結した状態で回転可能に保持され、Ｎ極領域とＳ極領域とを有する平板状のマグネットと、
前記マグネットに対向する位置で前記ブラシレスＤＣモータのハウジング側に固定可能な１対の磁気式センサとで構成され、
前記マグネットを保持するマグネットホルダーは、前記初期設定用のブラシレスＤＣモータの回転軸を挿入可能な中空部を有することを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
請求項３に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
前記マグネットホルダーは、軸受けを介して、円筒状の函体内に回転可能に保持されており、前記函体を前記初期設定用のブラシレスＤＣモータのハウジングに固定するための保持部と、前記回転角度検出部及び前記エンコーダ制御ユニットを搭載したエンコーダ基板とを有する、ことを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。