JP5449634B1 - サーボモータおよびエンコーダ - Google Patents

Abstract

エンコーダは、モータの回転軸の１回転分の回転を示す回転信号を用いて回転軸の回転数をカウントした多回転データと、回転軸の回転角度を示す角度信号用いて回転角度を累積し回転軸が１回転する毎に回転軸の回転数をカウントした累積多回転データと、を生成し、回転信号を用いて、第１の多回転データを生成する第１の多回転カウンタと、回転信号を用いて、第２の多回転データを生成する第２の多回転カウンタと、角度信号を用いて、第１の累積多回転データを算出する第１の累積数算出部と、角度信号を用いて、第２の累積多回転データを算出する第２の累積数算出部と、第１の多回転データと、第２の多回転データと、第１の累積多回転データと、第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、当該エンコーダが故障しているか否かを診断する第１の比較診断部と、を有する。

Description

本発明は、故障を検知しながら回転軸の回転角度および回転数を検出するサーボモータおよびエンコーダに関する。

回転軸の回転角度および回転数を検出しながらモータを制御するサーボシステムの分野では、安全性を確保することが重要となっている。このため、サーボシステムの構成部品であるエンコーダにおいても、故障検知率を向上させることによって信頼性を確保することが重要度となっている。

例えば、特許文献１〜４に記載のサーボシステムは、回転位置に関する複数の信号（回転軸の回転数など）を比較することによって、サーボシステムが備えるエンコーダの異常を検出している。

特開２００３−３１５０９９号公報 特開２００７−１１４０３２号公報 特開２０１０−１９５７５号公報 特開２００５−１２９９７号公報

しかしながら、上記第１〜第４の従来技術では、故障検知の信頼度が低いという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信頼度の高い故障検知を行うことができるサーボモータおよびエンコーダを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、回転軸を有するモータと、前記回転軸の１回転分の回転を示す回転信号を用いて前記回転軸の回転数をカウントした多回転データと、前記回転軸の回転角度を示す角度信号を用いて算出した１回転内の回転角度を示す１回転データと、前記角度信号を用いて前記回転角度を累積し前記回転軸が１回転する毎に前記回転軸の回転数をカウントした累積多回転データと、を生成するとともに、前記多回転データおよび前記累積多回転データの一方と、前記１回転データと、をモータ制御装置に送信するエンコーダと、を備え、前記エンコーダは、前記回転軸の回転位置を検出する回転検出部と、前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第１の多回転データを生成する第１の多回転カウンタと、前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第２の多回転データを生成する第２の多回転カウンタと、前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第１の累積多回転データを算出する第１の累積数算出部と、前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第２の累積多回転データを算出する第２の累積数算出部と、前記第１の多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、前記回転信号を用いて生成された回転数に関する少なくとも２つの値と、前記角度信号を用いて算出された回転数に関する少なくとも２つの値と、からなる少なくとも４つの値が同じ値であるかを比較し、比較結果に基づいて当該エンコーダが故障しているか否かを診断する第１の比較診断部と、を有することを特徴する。

本発明によれば、信頼度の高い故障検知を行うことが可能になるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。 図２は、故障判定の一例を説明するための図である。 図３は、実施の形態２に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。 図４は、実施の形態３に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るサーボモータおよびエンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。サーボシステム１Ａは、サーボモータ（モータ２およびエンコーダ３Ａ）と、モータ制御装置（サーボアンプ）４とを備えている。

本実施の形態のサーボシステム１Ａは、複数の多回転データと複数の累積多回転データとからなる複数のデータを比較することによってエンコーダ３Ａの故障箇所を診断（故障位置を特定）する。本実施の形態における多回転データは、回転軸の回転数がカウントされることによって得られたデータ（カウント値）であり、累積多回転データは、回転軸の１回転分の回転角度を累積して回転軸が１回転する毎にカウントされたデータ（カウント値）である。

モータ２は、回転軸５１を回転させることによって、エンコーダ３Ａ内のパルス円板５０を回転させる。回転軸５１は、一方の端部がパルス円板５０に接続され、他方の端部がロボットのアームなどに接続されている。モータ２は、モータ制御装置４によって電流制御される。

エンコーダ３Ａは、パルス円板５０と、発光部１１と、受光部１２と、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙと、演算部１０Ｘ，１０Ｙと、電源切替回路１６と、バッテリ電源２１と、制御電源２２とを有している。

発光部１１は、パルス円板５０の一方の主面側から光を照射する。受光部１２は、パルス円板５０の他方の主面側に配置されて、回転軸５１の回転位置を光学的に検出する回転検出部である。受光部１２は、発光部１１から照射された光のうちパルス円板５０を通過した光を光学信号として受光することによって、回転軸５１の回転状況（回転位置）を検出する。この構成により、発光部１１および受光部１２を有した光学系で、回転軸５１の回転位置が検出される。

受光部１２は、回転軸５１の回転状況を波形（正弦波および余弦波）として多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙおよび演算部１０Ｘ，１０Ｙに送る。受光部１２で生成された波形（回転位置を示す受光波）は、図示しないコンパレータに送られる。コンパレータは、正弦波から矩形波信号を生成するとともに、余弦波から矩形波信号を生成する。コンパレータは、生成した各矩形波信号を、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙに送る。また、受光部１２は、検出した光の波形をアナログ信号として演算部１０Ｘの累積数算出部１４Ｘと、演算部１０Ｙの累積数算出部１４Ｙに送る。

多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙは、矩形波信号に基づいて、回転軸の回転数をカウントする。正弦波から生成された矩形波信号と余弦波から生成された矩形波信号との組合せが、回転軸５１の１回転分の回転を示す信号（回転信号）である。したがって、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙは、回転軸５１の１回転分の回転を示す信号を用いて回転軸５１の回転数をカウントする。

多回転カウンタ１３Ｘは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｘ）として演算部１０Ｘの比較診断部１５Ｘに送る。多回転カウンタ１３Ｙは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｙ）として演算部１０Ｙの比較診断部１５Ｙに送る。

演算部１０Ｘは、累積数算出部１４Ｘと、比較診断部１５Ｘとを具備している。累積数算出部１４Ｘは、受光部１２から送られてくるアナログ信号を受信する。アナログ信号は、回転軸５１の回転角度（０度〜３６０度）を示す信号（角度信号）である。累積数算出部１４Ｘは、アナログ信号に基づいて回転軸５１の回転角度を算出する。

累積数算出部１４Ｘは、回転角度を累積し回転軸５１が１回転する毎に回転軸５１の回転数を１つカウントアップする。累積数算出部１４Ｘは、カウントした回転数（合計数）を累積多回転データ（Ａｘ）として比較診断部１５Ｘに送る。

比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と累積多回転データ（Ａｘ）とを比較することによって、多回転データ（Ｍｘ）と累積多回転データ（Ａｘ）とが同じであるか否かを判定する。比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と累積多回転データ（Ａｘ）とが同一であるかの判定結果（以下、判定結果ＭＡｘという）を保持しておく。

また、比較診断部１５Ｘは、演算部１０Ｙから送られてくる判定結果（後述する判定結果ＭＡｙ）、多回転データ（Ｍｙ）および後述する累積多回転データ（Ａｙ）を受信する。

比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と、多回転データ（Ｍｙ）と、判定結果ＭＡｘと、累積多回転データ（Ａｘ）と、累積多回転データ（Ａｙ）と、判定結果ＭＡｙとに基づいて、エンコーダ３Ａの故障診断を行う。

比較診断部１５Ｘが、エンコーダ３Ａに故障箇所が無いと判定した場合、累積数算出部１４Ｘは、回転軸５１の回転角度を示すデータを１回転データ（Ｏｘ）としてモータ制御装置４に送る。また、比較診断部１５Ｘは、エンコーダ３Ａに故障箇所が無いと判定した場合、多回転データ（Ｍｘ）をモータ制御装置４に送る。なお、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）の代わりに、多回転データ（Ｍｙ）、累積多回転データ（Ａｘ）および累積多回転データ（Ａｙ）の何れかをモータ制御装置４に送ってもよい。

演算部１０Ｙは、累積数算出部１４Ｙと、比較診断部１５Ｙとを具備している。累積数算出部１４Ｙは、受光部１２から送られてくるアナログ信号を受信する。累積数算出部１４Ｙは、アナログ信号に基づいて回転軸の回転角度（０度〜３６０度）を算出する。

累積数算出部１４Ｙは、回転角度を累積し回転軸５１が１回転する毎に回転軸５１の回転数を１つカウントアップする。換言すると、累積数算出部１４Ｙは、回転軸５１の回転角度を示す１回転データ（Ｏｘ）を用いて回転軸５１の回転数をカウントする。累積数算出部１４Ｙは、カウントした回転数（合計数）を累積多回転データ（Ａｙ）として比較診断部１５Ｙに送る。

比較診断部１５Ｙは、多回転データ（Ｍｙ）と累積多回転データ（Ａｙ）とを比較することによって、多回転データ（Ｍｙ）と累積多回転データ（Ａｙ）とが同じであるか否かを判定する。比較診断部１５Ｙは、多回転データ（Ｍｘ）と累積多回転データ（Ａｘ）とが同一であるかの判定結果ＭＡｙと、多回転データ（Ｍｙ）と、累積多回転データ（Ａｙ）とを演算部１０Ｘの比較診断部１５Ｘに送る。

電源切替回路１６は、バッテリ電源２１と、制御電源２２と、バッテリ４１と、電源供給部４２とに接続されている。バッテリ４１および電源供給部４２は、モータ制御装置４に配置されている。

電源切替回路１６は、モータ制御装置４の電源がＯＮの間は、電源供給部４２から、バッテリ電源２１、制御電源２２およびバッテリ４１のそれぞれに電源が供給されるよう、回路を切替える。一方、電源切替回路１６は、モータ制御装置４の電源がＯＦＦの間は、バッテリ４１に蓄えられている電源がバッテリ電源２１に供給されるよう、回路を切替える。換言すると、モータ制御装置４の電源がＯＮの間に、制御電源２２がＯＮになり、モータ制御装置４の電源がＯＮおよびＯＦＦの間に、バッテリ電源２１がＯＮになる。

これにより、モータ制御装置４の電源がＯＮの間は、電源供給部４２からバッテリ電源２１、制御電源２２およびバッテリ４１に電源が供給される。また、モータ制御装置４の電源がＯＦＦの間は、バッテリ４１からバッテリ電源２１に電源が供給される。

エンコーダ３Ａ内では、制御電源２２が、演算部１０Ｘ，１０Ｙに接続されている。また、エンコーダ３Ａ内では、バッテリ電源２１が、発光部１１、受光部１２および多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙに接続されている。

この構成により、モータ制御装置４の電源がＯＮの間は、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙで多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）が生成されるとともに、累積数算出部１４Ｘ，１４Ｙで累積多回転データ（Ａｘ）および累積多回転データ（Ａｙ）が生成される。

一方、モータ制御装置４の電源がＯＦＦの間は、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙで多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）が生成され、累積数算出部１４Ｘ，１４Ｙでは累積多回転データ（Ａｘ）および累積多回転データ（Ａｙ）が生成されない。なお、ここではバッテリ電源２１を用いる場合について説明したが、バッテリ電源２１の代わりに制御電源２２を用いてもよい。

モータ制御装置４は、エンコーダ３Ａおよびモータ２に接続されている。モータ制御装置４は、エンコーダ３Ａから送られてくる１回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）に基づいて、モータ２を制御する。

つぎに、エンコーダ３Ａの故障診断処理について説明する。なお、比較診断部１５Ｘによる故障診断処理と、比較診断部１５Ｙによる故障診断処理は、同様の処理であるので、ここでは比較診断部１５Ｘによる故障診断処理について説明する。

（故障診断例１）
図２は、故障判定の一例を説明するための図である。比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と、多回転データ（Ｍｙ）と、判定結果ＭＡｘと、累積多回転データ（Ａｘ）と、累積多回転データ（Ａｙ）と、判定結果ＭＡｙとに基づいて、エンコーダ３Ａの故障診断を行う。

比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と多回転データ（Ｍｙ）とが同一であるかを判定する（比較診断１）。また、比較診断部１５Ｘは、判定結果ＭＡｘが同一判定（Ｍｘ＝Ａｘ）であるか否かと、判定結果ＭＡｙが同一判定（Ｍｙ＝Ａｙ）であるか否かと、を確認する（比較診断２）。ここでの比較診断１は、多回転データの比較診断であり、比較診断２は、累積多回転データの比較診断である。

比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ＝Ｍｙ）である場合に、判定結果ＭＡｘおよび判定結果ＭＡｙが同一判定であれば、（Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ａｘ＝Ａｙ）であり、エンコーダ３Ａには異常が無いと判定する。

また、比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ＝Ｍｙ）である場合に、判定結果ＭＡｘが非同一判定（Ｍｘ≠Ａｘ）であり、且つ判定結果ＭＡｙが同一判定（Ｍｙ＝Ａｙ）であれば、（Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ａｙ）であり、累積多回転データ（Ａｘ）が異常であると判定する。換言すると、累積多回転データ（Ａｘ）に関する箇所が故障箇所であると推定される。

また、比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ＝Ｍｙ）である場合に、判定結果ＭＡｙが非同一判定（Ｍｙ≠Ａｙ）であり、且つ判定結果ＭＡｘが同一判定（Ｍｘ＝Ａｘ）であれば、（Ｍｘ＝Ｍｙ＝Ａｘ）であり、累積多回転データ（Ａｙ）が異常であると判定する。換言すると、累積多回転データ（Ａｙ）に関する箇所が故障箇所であると推定される。

また、比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ≠Ｍｙ）である場合に、判定結果ＭＡｘが非同一判定（Ｍｘ≠Ａｘ）であり、且つ判定結果ＭＡｙが同一判定（Ｍｙ＝Ａｙ）であれば、（Ａｘ＝Ｍｙ＝Ａｙ）であり、多回転データ（Ｍｘ）が異常であると判定する。換言すると、多回転データ（Ｍｘ）に関する箇所が故障箇所であると推定される。

また、比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ≠Ｍｙ）である場合に、判定結果ＭＡｙが非同一判定（Ｍｙ≠Ａｙ）であり、且つ判定結果ＭＡｘが同一判定（Ｍｘ＝Ａｘ）であれば、（Ｍｘ＝Ａｘ＝Ａｙ）であり、多回転データ（Ｍｙ）が異常であると判定する。換言すると、多回転データ（Ｍｙ）に関する箇所が故障箇所であると推定される。

比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｘ）に関する箇所が故障箇所であると推定した場合、受光部１２から累積数算出部１４Ｘまでの箇所に故障が発生していると判断する。例えば、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｘ）に関する箇所として、累積数算出部１４Ｘ自体に故障が発生していると判断する。

また、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｙ）に関する箇所が故障箇所であると推定した場合、受光部１２から累積数算出部１４Ｙまでの箇所に故障が発生していると判断する。例えば、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｙ）に関する箇所として、累積数算出部１４Ｙ自体に故障が発生していると判断する。

また、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）に関する箇所が故障箇所であると推定した場合、受光部１２から多回転カウンタ１３Ｘまでの箇所に故障が発生していると判断する。例えば、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）に関する箇所として、多回転カウンタ１３Ｘ自体に故障が発生していると判断する。

また、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｙ）に関する箇所が故障箇所であると推定した場合、受光部１２から多回転カウンタ１３Ｙまでの箇所に故障が発生していると判断する。例えば、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｙ）に関する箇所として、多回転カウンタ１３Ｙ自体に故障が発生していると判断する。

演算部１０Ｘは、比較診断部１５Ｘがエンコーダ３Ａには異常が無いと判定した場合、回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）のモータ制御装置４への送信を継続する。これにより、サーボシステム１Ａは、動作を継続する。

一方、演算部１０Ｘは、比較診断部１５Ｘがエンコーダ３Ａに異常がある判定した場合、回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）のモータ制御装置４へ送信を停止する。これにより、サーボシステム１Ａは、動作を停止する。換言すると、エンコーダ３Ａは、エンコーダ３Ａに異常があると判定された場合、エンコーダ３Ａの動作を停止させる。

（故障診断例２）
なお、比較診断部１５Ｘは、上述した故障診断手順に限らず、何れの手順で故障診断してもよい。例えば、比較診断部１５Ｙでの判定を省略し、比較診断部１５Ｘが、累積多回転データ（Ａｘ）、累積多回転データ（Ａｙ）、多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）を用いて、故障診断を行ってもよい。

（故障診断例３−１）
また、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｘ）、累積多回転データ（Ａｙ）、多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）のうちの３つのデータを用いて、故障診断を行ってもよい。例えば、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｘ）と、累積多回転データ（Ａｙ）と、多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）の一方と、からなる３つのデータを用いて、故障診断を行ってもよい。

（故障診断例３−２）
また、比較診断部１５Ｘは、累積多回転データ（Ａｘ）と、比較診断部１５Ｙでの判定結果ＭＡｙと、を用いて故障診断を行ってもよい。また、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と、比較診断部１５Ｙでの判定結果ＭＡｙと、を用いて故障診断を行ってもよい。

（故障診断例４）
また、比較診断部１５Ｙが、比較診断部１５Ｘと同様の処理によって故障診断を行ってもよい。この場合、比較診断部１５Ｘは、多回転データ（Ｍｘ）と累積多回転データ（Ａｘ）とが同一であるかの判定結果ＭＡｘと、多回転データ（Ｍｘ）と、累積多回転データ（Ａｘ）とを演算部１０Ｙの比較診断部１５Ｙに送る。

そして、比較診断部１５Ｙは、比較診断部１５Ｘと同様の処理によって故障診断を行う。その後、比較診断部１５Ｙは、比較診断結果を比較診断部１５Ｘに送る。これにより、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｘによる比較診断結果と、比較診断部１５Ｙによる比較診断結果と、を比較する。

この場合において、比較診断部１５Ｘによる比較診断結果と、比較診断部１５Ｙによる比較診断結果とが、異なる場合、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｘ,１５Ｙの何れか一方が故障していると判断する。

例えば、比較診断部１５Ｘによる比較診断結果でエンコーダ３Ａには異常があると判断された場合、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｘが故障していると判断する。また、比較診断部１５Ｙによる比較診断結果でエンコーダ３Ａには異常があると判断された場合、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｙが故障していると判断する。

比較診断部１５Ｘ，１５Ｙの両方でエンコーダ３Ａには異常が無いと判定されていれば、演算部１０Ｘは、回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）のモータ制御装置４への送信を継続する。これにより、サーボシステム１Ａは、動作を継続する。

一方、比較診断部１５Ｘ，１５Ｙの少なくとも一方でエンコーダ３Ａに異常がある判定されている場合、演算部１０Ｘは、回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）のモータ制御装置４へ送信を停止する。これにより、サーボシステム１Ａは、動作を停止する。

（故障診断例５）
なお、比較診断部１５Ｙで行われる多回転データ（Ｍｙ）と累積多回転データ（Ａｙ）との比較処理を、比較診断部１５Ｙおよび比較診断部１５Ｘの両方が実行してもよい。この場合、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｘによる判定結果ＭＡｙと、比較診断部１５Ｙによる判定結果ＭＡｙとを、さらに比較する。この場合において、比較診断部１５Ｘによる判定結果ＭＡｙと、比較診断部１５Ｙによる判定結果ＭＡｙとが、異なる場合、比較診断部１５Ｘは、比較診断部１５Ｘおよび比較診断部１５Ｙの何れか一方が故障していると判断する。

この場合、比較診断部１５Ｘは、回転データ（Ｏｘ）および多回転データ（Ｍｘ）のモータ制御装置４へ送信を停止する。これにより、サーボシステム１Ａは、動作を停止する。

（故障診断例６）
また、エンコーダ３Ａは、上述した（故障診断例１）〜（故障診断例５）の少なくとも２つを組み合わせることによって、エンコーダ３Ａの故障診断を行ってもよい。この場合において、エンコーダ３Ａは、（故障診断例１）〜（故障診断例５）の少なくとも１つでエンコーダ３Ａには異常があると判断された場合、エンコーダ３Ａの動作を停止させる。

（故障箇所の特定を省略）
なお、比較診断部１５Ｘは、判定結果ＭＡｘ，ＭＡｙの少なくとも一方が非同一判定である場合に、故障箇所が何れの箇所であるかを特定する処理を省略してエンコーダ３Ａの動作を停止させてもよい。この場合、多回転データ（Ｍｘ）と多回転データ（Ｍｙ）とが同一であるかの判定処理などが省略されることとなる。また、比較診断部１５Ｘは、（Ｍｘ≠Ｍｙ）である場合に、故障箇所が何れの箇所であるかを特定する処理を省略してエンコーダ３Ａの動作を停止させてもよい。

（正常箇所を用いて動作継続）
なお、演算部１０Ｘは、比較診断部１５Ｘ，１５Ｙの少なくとも一方でエンコーダ３Ａに異常がある判定されている場合であっても、異常でないと判定された箇所で検出されたデータを用いてサーボシステム１Ａの動作を継続させてもよい。

例えば、比較診断部１５Ｘで推定した故障箇所と、比較診断部１５Ｘで推定した故障箇所とが同じである場合、演算部１０Ｘは、推定された故障箇所以外のデータを用いてサーボシステム１Ａの動作を継続させる。この場合において、推定された故障箇所でのデータ生成を停止させてもよい。

例えば、比較診断部１５Ｘ，１５Ｙが、累積多回転データ（Ａｘ）に関する箇所が故障箇所であると推定した場合、演算部１０Ｘは、累積数算出部１４Ｙで生成された１回転データ（Ｏｘ）をモータ制御装置４に送る。このとき、比較診断部１５Ｘは、多回転カウンタ１３Ｘで生成された多回転データ（Ｍｘ）、多回転カウンタ１３Ｙで生成された多回転データ（Ｍｙ）および累積数算出部１４Ｙで生成された累積多回転データ（Ａｙ）の何れかをモータ制御装置４に送る。

このように、本実施の形態のエンコーダ３Ａは、多回転データ（Ｍｘ）と、多回転データ（Ｍｙ）と、累積多回転データ（Ａｘ）と、累積多回転データ（Ａｙ）と、が同じ値であるかを比較している。これにより、エンコーダ３Ａは、回転軸５１の１回転分の回転を示す信号を用いて算出された回転数に関する少なくとも２つの値と、回転軸５１の回転角度を示す信号を用いて生成された回転数に関する少なくとも２つの値と、からなる少なくとも４つの値が同じ値であるかを比較している。そして、エンコーダ３Ａは、比較結果に基づいてエンコーダ３Ａが故障しているか否かを診断している。

なお、本実施の形態では、サーボシステム１Ａが、２つの演算部と、２つの多回転カウンタを備える場合について説明したが、演算部および多回転カウンタの少なくとも一方は３つ以上であってもよい。

このように、実施の形態１によれば、累積多回転データ（Ａｘ）、累積多回転データ（Ａｙ）、多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）の４つのデータを用いてエンコーダ３Ａの故障診断を行うので、信頼度の高い故障検知を行うことが可能となる。

また、累積多回転データ（Ａｘ）、累積多回転データ（Ａｙ）、多回転データ（Ｍｘ）および多回転データ（Ｍｙ）の４つのデータを用いてエンコーダ３Ａの故障診断を行うので、故障箇所を診断(推定)することが可能となる。

また、モータ制御装置４の電源ＯＦＦ（バッテリバックアップ）時にも多回転データを複数もつことができるので、信頼度の高い故障検知を行うことが可能となる。また、エンコーダ３Ａが、複数の比較診断部（演算部）を備えているので、比較診断部自体の異常時にも信頼性を確保することが可能となる。

また、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙは、共通の受光部１２から矩形波信号を受信しているので、エンコーダ３Ａが簡易な構成となる。換言すると、共通検出系（光学系）を用いることでシステム構成の簡略化が可能となる。

実施の形態２．
つぎに、図３を用いてこの発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２では、磁気センサを用いて検出したパルス信号を多回転カウンタに送信する。そして、多回転カウンタは、パルス信号に基づいて、多回転データを生成する。

図３は、実施の形態２に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。図３の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のサーボシステム１Ａと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

サーボシステム１Ｂは、サーボモータ（モータ２およびエンコーダ３Ｂ）と、モータ制御装置４とを備えている。エンコーダ３Ｂは、エンコーダ３Ａと比較して、多回転カウンタ１３Ｘ，１３Ｙの代わりに多回転カウンタ３３Ｘ，３３Ｙを有している。また、エンコーダ３Ｂは、エンコーダ３Ａと比較して、パルス円板５０の代わりにパルス円板３０と、磁気センサ３２と、を有している。

そして、エンコーダ３Ｂでは、多回転カウンタ３３Ｘが比較診断部１５Ｘに接続され、多回転カウンタ３３Ｙが比較診断部１５Ｙに接続されている。また、エンコーダ３Ｂでは、受光部１２が、累積数算出部１４Ｘ，１４Ｙに接続されている。本実施の形態の受光部１２は、アナログ信号を累積数算出部１４Ｘ，１４Ｙに送る。

パルス円板３０は、円板状部材の中心部近傍に磁石３１を備えている。磁気センサ３２は、パルス円板３０の他方の主面側に配置されて、回転軸５１の回転位置を磁気的に検出する回転検出部である。磁気センサ３２は、磁石３１の磁力を検出する。

回転軸５１が回転すると、パルス円板３０が回転し、これにより磁石３１が回転する。磁気センサ３２は、磁石３１が回転することによって変化する磁力を検出し、検出結果をパルス信号に変換する。磁気センサ３２は、パルス信号を多回転カウンタ３３Ｘ，３３Ｙに送る。

本実施の形態の多回転カウンタ３３Ｘ，３３Ｙは、パルス信号に基づいて、回転軸の回転数をカウントする。ここでのパルス信号は、回転軸５１の１回転分の回転を示す信号（回転信号）である。したがって、多回転カウンタ３３Ｘ，３３Ｙは、回転軸５１の１回転分の回転を示す信号を用いて回転軸５１の回転数をカウントする。

多回転カウンタ３３Ｘは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｘ）として演算部１０Ｘの比較診断部１５Ｘに送る。多回転カウンタ３３Ｙは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｙ）として演算部１０Ｙの比較診断部１５Ｙに送る。なお、エンコーダ３Ｂは、エンコーダ３Ａと同様の処理によって故障診断、故障個所の特定および正常個所を用いた動作継続などを行うので、その説明は省略する。

このように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に信頼度の高い故障検知および故障箇所の診断を行うことが可能となる。また、光学的な回転検出によって累積多回転データ（Ａｘ），（Ａｙ）が生成され、磁気的な回転検出によって多回転データ（Ｍｘ），（Ｍｙ）が生成されるので、回転軸５１の回転位置を非共通検出系で検出することができる。したがって、さらに信頼度の高い故障検知を行うことが可能となる。

実施の形態３．
つぎに、図４を用いてこの発明の実施の形態３について説明する。実施の形態３では、磁気センサを用いて検出したパルス信号を一方の多回転カウンタに送信する。また、受光部１２を用いて検出したアナログ信号を他方の多回転カウンタに送信する。これにより、一方の多回転カウンタは、パルス信号に基づいて多回転データを生成し、他方の多回転カウンタは、アナログ信号に基づいて多回転データを生成する。

図４は、実施の形態３に係るエンコーダを備えたサーボシステムの構成を示す図である。図４の各構成要素のうち図１に示す実施の形態１のサーボシステム１Ａおよび図３に示す実施の形態１のサーボシステム１Ｂと同一機能を達成する構成要素については同一番号を付しており、重複する説明は省略する。

サーボシステム１Ｃは、サーボモータ（モータ２およびエンコーダ３Ｃ）と、モータ制御装置４とを備えている。エンコーダ３Ｃは、エンコーダ３Ｂと比較して、多回転カウンタ３３Ｘの代わりに多回転カウンタ１３Ｘを有している。

そして、多回転カウンタ１３Ｘが受光部１２に接続され、多回転カウンタ３３Ｙが磁気センサ３２に接続されている。また、エンコーダ３Ｃでは、多回転カウンタ１３Ｘが比較診断部１５Ｘに接続され、多回転カウンタ３３Ｙが比較診断部１５Ｙに接続されている。

本実施の形態の磁気センサ３２は、パルス信号を多回転カウンタ３３Ｙに送る。そして、多回転カウンタ３３Ｙは、パルス信号に基づいて、回転軸の回転数をカウントする。多回転カウンタ３３Ｙは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｙ）として演算部１０Ｙの累積数算出部１４Ｙに送る。

また、多回転カウンタ１３Ｘは、カウントした回転数を多回転データ（Ｍｙ）として演算部１０Ｙの比較診断部１５Ｙに送る。なお、エンコーダ３Ｃは、エンコーダ３Ａと同様の処理によって故障診断、故障個所の特定および正常個所を用いた動作継続などを行うので、その説明は省略する。

なお、エンコーダ３Ｃにおいて、多回転カウンタ１３Ｘおよび多回転カウンタ３３Ｙの代わりに多回転カウンタ１３Ｙおよび多回転カウンタ３３Ｘを用いてもよい。この場合、受光部１２に多回転カウンタ３３Ｘが接続され、多回転カウンタ３３Ｘに比較診断部１５Ｘが接続される。また、磁気センサ３２に多回転カウンタ１３Ｙが接続され、多回転カウンタ１３Ｙに比較診断部１５Ｙが接続される。

このように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に信頼度の高い故障検知および故障箇所の診断を行うことが可能となる。また、光学的な回転検出によって累積多回転データ（Ａｘ），（Ａｙ）および多回転データ（Ｍｘ）が生成され、磁気的な回転検出によって多回転データ（Ｍｙ）が生成されるので、簡易な構成で信頼度の高い故障検知を行うことが可能となる。

以上のように、本発明に係るサーボモータおよびエンコーダは、エンコーダの故障検知に適している。

１Ａ〜１Ｃ サーボシステム、２ モータ、３Ａ〜３Ｃ エンコーダ、４ モータ制御装置、１０Ｘ，１０Ｙ 演算部、１２ 受光部、１３Ｘ，１３Ｙ，３３Ｘ，３３Ｙ 多回転カウンタ、１４Ｘ，１４Ｙ 累積数算出部、１５Ｘ，１５Ｙ 比較診断部、１６ 電源切替回路、２１ バッテリ電源、２２ 制御電源、３０，５０ パルス円板、３２ 磁気センサ、４１ バッテリ、４２ 電源供給部、５１ 回転軸。

Claims (12)

1. 回転軸を有するモータと、
   前記回転軸の１回転分の回転を示す回転信号を用いて前記回転軸の回転数をカウントした多回転データと、前記回転軸の回転角度を示す角度信号を用いて算出した１回転内の回転角度を示す１回転データと、前記角度信号を用いて前記回転角度を累積し前記回転軸が１回転する毎に前記回転軸の回転数をカウントした累積多回転データと、を生成するとともに、前記多回転データおよび前記累積多回転データの一方と、前記１回転データと、をモータ制御装置に送信するエンコーダと、
   を備え、
   前記エンコーダは、
   前記回転軸の回転位置を検出する回転検出部と、
   前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第１の多回転データを生成する第１の多回転カウンタと、
   前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第２の多回転データを生成する第２の多回転カウンタと、
   前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第１の累積多回転データを算出する第１の累積数算出部と、
   前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第２の累積多回転データを算出する第２の累積数算出部と、
   前記第１の多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、前記回転信号を用いて生成された回転数に関する少なくとも２つの値と、前記角度信号を用いて算出された回転数に関する少なくとも２つの値と、からなる少なくとも４つの値が同じ値であるかを比較し、比較結果に基づいて当該エンコーダが故障しているか否かを診断する第１の比較診断部と、
   を有することを特徴するサーボモータ。
2. 前記第１の比較診断部は、前記第１の多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、のうち何れのデータが他と異なる値であるかに基づいて、当該エンコーダ内での故障箇所を推定することを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ。
3. 前記回転検出部は、前記エンコーダ内に１つ配置されるとともに、前記回転軸の回転位置を光学的に検出する第１の検出部であり、
   前記回転信号および前記角度信号は、前記第１の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成されることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボモータ。
4. 前記回転検出部は、
   前記回転軸の回転位置を光学的に検出する第１の検出部と、
   前記回転軸の回転位置を磁気的に検出する第２の検出部と、
   を具備し、
   前記角度信号は、前記第１の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成され、
   前記回転信号は、前記第２の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成されることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボモータ。
5. 前記回転検出部は、
   前記回転軸の回転位置を光学的に検出する第１の検出部と、
   前記回転軸の回転位置を磁気的に検出する第２の検出部と、
   を具備し、
   前記角度信号は、前記第１の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成され、
   前記回転信号のうち一方の回転信号は、前記第１の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成され、前記回転信号のうち他方の回転信号は、前記第２の回転検出部で検出された回転位置に基づいて生成されることを特徴とする請求項１または２に記載のサーボモータ。
6. 前記エンコーダは、
   前記第１の多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、当該エンコーダが故障しているか否かを診断する第２の比較診断部をさらに有し、
   前記第１または第２の比較診断部は、前記第１の比較診断部による故障診断の診断結果と、前記第２の比較診断部による故障診断の診断結果と、を比較することによって、前記第１および第２の比較診断部が故障しているか否かを診断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のサーボモータ。
7. 前記エンコーダは、
   前記第２の多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較する第２の比較診断部をさらに有し、
   前記第２の比較診断部は、比較結果を前記第１の比較診断部に送り、
   前記第１の比較診断部は、前記比較結果を用いて、当該エンコーダが故障しているか否かを診断することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のサーボモータ。
8. 前記エンコーダは、
   前記モータ制御装置の電源がＯＮの間に、電源を供給する制御電源と、
   前記モータ制御装置の電源がＯＮおよびＯＦＦの間に、電源を供給するバッテリ電源と、
   をさらに有し、
   前記第１の累積数算出部、前記第２の累積数算出部および前記第１の比較診断部は、前記制御電源に接続され、
   前記回転検出部、前記第１および第２の多回転カウンタは、前記バッテリ電源に接続されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のサーボモータ。
9. 前記エンコーダは、
   前記第１の比較診断部が、当該エンコーダは故障していると判定した場合、当該エンコーダの動作を停止させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のサーボモータ。
10. 前記エンコーダは、
    前記第１の比較診断部が、当該エンコーダは故障していると判定した場合、前記第１の多回転データ、前記第２の多回転データ、前記第１の累積多回転データおよび前記第２の累積多回転データのうちの正常なデータを前記モータ制御装置に送信することによって、当該エンコーダの動作を継続させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のサーボモータ。
11. 回転軸を有するモータと、
    前記回転軸の１回転分の回転を示す回転信号を用いて前記回転軸の回転数をカウントした多回転データと、前記回転軸の回転角度を示す角度信号を用いて算出した１回転内の回転角度を示す１回転データと、前記角度信号を用いて前記回転角度を累積し前記回転軸が１回転する毎に前記回転軸の回転数をカウントした累積多回転データと、を生成するとともに、前記多回転データおよび前記累積多回転データの一方と、前記１回転データと、をモータ制御装置に送信するエンコーダと、
    を備え、
    前記エンコーダは、
    前記回転軸の回転位置を検出する回転検出部と、
    前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、前記多回転データを生成する多回転カウンタと、
    前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第１の累積多回転データを算出する第１の累積数算出部と、
    前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第２の累積多回転データを算出する第２の累積数算出部と、
    前記多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、前記回転信号を用いて生成された回転数に関する少なくとも１つの値と、前記角度信号を用いて算出された回転数に関する少なくとも２つの値と、からなる少なくとも３つの値が同じ値であるかを比較し、比較結果に基づいて当該エンコーダが故障しているか否かを診断する比較診断部と、
    を有することを特徴するサーボモータ。
12. 回転軸を有するモータの前記回転軸の１回転分の回転を示す回転信号を用いて前記回転軸の回転数をカウントした多回転データと、前記回転軸の回転角度を示す角度信号を用いて算出した１回転内の回転角度を示す１回転データと、前記角度信号を用いて前記回転角度を累積し前記回転軸が１回転する毎に前記回転軸の回転数をカウントした累積多回転データと、を生成するとともに、前記多回転データおよび前記累積多回転データの一方と、前記１回転データと、をモータ制御装置に送信し、
    前記回転軸の回転位置を検出する回転検出部と、
    前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第１の多回転データを生成する第１の多回転カウンタと、
    前記回転位置に基づいて生成された前記回転信号を用いて、第２の多回転データを生成する第２の多回転カウンタと、
    前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第１の累積多回転データを算出する第１の累積数算出部と、
    前記回転位置に基づいて生成された前記角度信号を用いて、第２の累積多回転データを算出する第２の累積数算出部と、
    前記第１の多回転データと、前記第２の多回転データと、前記第１の累積多回転データと、前記第２の累積多回転データと、が同じ値であるかを比較することによって、前記回転信号を用いて生成された回転数に関する少なくとも２つの値と、前記角度信号を用いて算出された回転数に関する少なくとも２つの値と、からなる少なくとも４つの値が同じ値であるかを比較し、比較結果に基づいて当該エンコーダが故障しているか否かを診断する第１の比較診断部と、
    を有することを特徴するエンコーダ。

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