JP6363559B2 - 異物の侵入を検出可能な回転角度検出器 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の回転角度を検出する回転角度検出器に関する。

工作機械やロボットには、工具やハンドの実際の位置を検出するために、駆動モータの出力軸等に回転角度検出器が取り付けられる。回転角度検出器としては、光学式の検出器や磁気式の検出器が知られている。回転角度検出器は、回転体を備える。回転体は、周方向に沿ってスリットや磁性体が配置されたトラック部を有する。回転角度検出器は、トラック部により変化する信号を検知することにより、回転軸の回転角度を検出することができる。

従来の技術においては、回転角度検出器の故障を検出する装置が知られている。例えば、特開２０１０−２６６２６０号公報には、複数の信号の振幅が所定の閾値を下回った時に故障していると判別する異常監視装置が開示されている。また、特開２００５−１４７７３３号公報には、位相が互いに異なる信号の電圧値が同じであり、更に、電気角が予め記憶されている正常時の電気角と異なる場合に故障していると判別する異常検出装置が開示されている。

これらの公報に開示されている装置では、配線の断線等が生じて正常な動作が不可能になった後でないと異常を検出することができなかった。回転角度検出器が故障した後に修理のための部品を発注していると、回転角検出器の復旧に時間がかかるという問題がある。または、修理のための部品を予め保管しておくことが考えられる。しかしながら、部品の管理に多大な労力が必要であるという問題がある。または、修理のために多くの部品の保管場所が必要になるという問題がある。

一方で、特開平０６−６６５９４号公報には、複数の信号の振幅に対して複数の閾値を設けて異常を検出する位置検出器が開示されている。この位置検出器は、位置検出器が故障して正常な動作が行えなくなる前に、故障の可能性を予知できることが開示されている。

特開２０１０−２６６２６０号公報 特開２００５−１４７７３３号公報 特開平０６−６６５９４号公報

回転角度検出器の故障は早期に検出されることが好ましい。回転角度検出器の故障の原因には、ケーブルの断線、電気的なノイズ、および異物の侵入等が含まれる。

従来の技術においては、これらの故障の原因を特定することは困難である。このために、完全に故障した後に適切な修理を実施することが難しい。例えば、故障の原因を特定することが困難であるために、回転角度検出器の修理を行った後に故障が再発する場合がある。故障の原因を特定するためには、早い時期に故障の可能性を検出できることが好ましい。

特に、回転角度検出器に侵入する異物には、潤滑油、切削液などの液体の異物および切粉などの固体の異物が含まれる。回転角度検出器に異物が侵入する故障については、切削液による部品の腐食または切粉による部品の破損等の重大な故障になる可能性が有る。このために、回転角度検出器への異物の侵入については、早期に発見できることが好ましい。

本発明の回転角度検出器は、回転軸の回転角度を検出するための複数のトラック部を含む回転体と、トラック部に対応して配置された検知部と、検知部にて生成される信号に基づいて異常を検出する異常検出部とを備える。回転体は、第１のトラック部および第２のトラック部を含む。検知部は、それぞれのトラック部に対応して配置され、トラック部の回転により変化する光の強度を検出する複数の受光素子、または、それぞれのトラック部に対応して配置され、トラック部の回転により変化する磁束密度を検出する複数のセンサを含み、第１のトラック部に基づく第１の信号および第２のトラック部に基づく第２の信号を生成する。異常検出部は、第１の信号の変動幅および第２の信号の変動幅を算出する変動幅算出部を含む。異常検出部は、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が予め定められた変動幅判定値よりも大きくなっている場合に、回転角度検出器の内部への異物の侵入により異常が生じていると判定する判定部を含む。

上記発明においては、回転軸の１回転内の位相を検出する位相検出部を備えることができる。異常検出部は、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えている位相を検出し、判定部は、回転軸が複数回の回転をした場合に、同一の位相において第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えている場合に、回転角度検出器の内部への異物の侵入により異常が生じていると判定することができる。

上記発明においては、異常検出部は、検知部にて生成された信号を補正する補正部と、回転角度検出器が正常である場合に第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅とを同一にする補正値を予め記憶する記憶部とを含み、補正部は、第１の信号の変動幅および第２の信号のうち少なくとも一方の変動幅を補正値を用いて補正し、判定部は、補正された後の第１の信号および第２の信号に基づいて判定することができる。

本発明によれば、異物の侵入を検出可能な回転角度検出器を提供することができる。

実施の形態１における第１の回転角度検出器の概略図である。 実施の形態１における第１の回転角度検出器の回転板の概略平面図である。 実施の形態１における第１の回転角度検出器の検知部にて生成される信号のタイムチャートである。 実施の形態１における第１の回転角度検出器の制御のフローチャートである。 実施の形態１における第２の回転角度検出器の概略図である。 実施の形態１における第２の回転角度検出器の回転ドラムの概略斜視図である。 実施の形態２における第１の回転角度検出器の信号処理部のブロック図である。 実施の形態２における第１の回転角度検出器の検知部にて生成される信号のタイムチャートである。 実施の形態２における第２の回転角度検出器の回転板の概略平面図である。 実施の形態２における第２の回転角度検出器の検知部にて生成される信号のタイムチャートである。 実施の形態２における第２の回転角度検出器の検知部にて生成される信号の他のタイムチャートである。 実施の形態３における回転角度検出器の信号処理部のブロック図である。 実施の形態３における回転角度検出器の補正部にて補正される信号のタイムチャートである。

（実施の形態１）
図１から図６を参照して、実施の形態１における回転角度検出器について説明する。回転角度検出器は、任意の回転軸における回転角度を検出する検出器である。回転角度検出器は、モータの出力シャフトや回転力を伝達するシャフト等の回転軸に取り付けられる。本実施の形態では、所定の位置から回転した角度を検出するインクリメンタル方式の回転角度検出器を例示する。

図１に、本実施の形態における第１の回転角度検出器の概略図を示す。第１の回転角度検出器は、光学式である。回転角度検出器１は、回転シャフト１５に取付けられている。回転シャフト１５は、軸線１６を中心に回転する。

回転角度検出器１は、回転シャフト１５に固定された回転板１０を含む。回転板１０は、回転シャフト１５の回転角度を検出するための回転体として機能する。回転板１０は、平面形状が円形に形成されている。回転板１０は、回転シャフト１５の延びる方向に対して面積が最大の表面が垂直になるように回転シャフト１５に固定されている。回転板１０は、回転シャフト１５と共に回転する。

図２に、本実施の形態における第１の回転角度検出器の回転板の概略平面図を示す。図１および図２を参照して、回転板１０は、回転シャフト１５の回転角度を検出するための複数のトラック部を有する。回転板１０は、Ａ相の信号を生成するための第１のトラック部１１と、Ｂ相の信号を生成するための第２のトラック部１２とを含む。また、回転板１０は、Ｚ相の信号を生成するための第３のトラック部１３を有する。

第１のトラック部１１には、周方向において、一定間隔にて穴部である第１のスリット１１ａが形成されている。第２のトラック部１２には、周方向において、一定間隔にて穴部である第２のスリット１２ａが形成されている。第１のスリット１１ａおよび第２のスリット１２ａは、周方向において、互いにずれている。たとえば、第１のスリット１１ａおよび第２のスリット１２ａは、回転角度の位相が９０°異なるように形成されている。第３のトラック部１３には、周方向において１個の第３のスリット１３ａが形成されている。

回転角度検出器１は、回転板１０に向けて発光する発光素子１７を有する。回転角度検出器１は、トラック部に対応して配置された検知部を備える。本実施の形態の検知部は、複数のトラック部のそれぞれに対応して配置された複数の検知素子を含む。検知部は、回転板１０のスリット１１ａ，１２ａ，１３ａを通過したそれぞれの光を検出する第１の受光素子２１、第２の受光素子２２および第３の受光素子２３を含む。第１の受光素子２１は、第１のトラック部１１にて変化する光の強度を検出することにより、第１の信号としてのＡ相の信号を生成する。第２の受光素子２２は、第２のトラック部１２にて変化する光の強度を検出することにより、第２の信号としてのＢ相の信号を生成する。第３の受光素子２３は、第３のトラック部１３にて変化する光の強度を検出することにより、Ｚ相の信号を生成する。

本実施の形態においては、回転板１０にＡ相の信号を生成するためのトラック部、Ｂ相の信号を生成するためのトラック部、およびＺ相の信号を生成するためのトラック部が個別に生成されている。１つの信号に対応して１つのトラック部が回転板１０に形成されている。

回転角度検出器１は、受光素子２１，２２，２３にて生成された信号を処理する信号処理部５１を備える。信号処理部５１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を有する演算処理装置により構成されている。信号処理部５１には、Ａ相の信号、Ｂ相の信号、およびＺ相の信号が入力される。信号処理部５１は、回転角度を検出する角度検出部５２を含む。角度検出部５２は、第１の受光素子２１、第２の受光素子２２および第３の受光素子２３の出力信号を受信する。

図３に、信号処理部が受信する信号のタイムチャートを示す。第１のトラック部１１において、発光素子１７から放出された光が第１のスリット１１ａを通ることにより第１の受光素子２１が検出する光量は大きくなる。この時、検出されるＡ相の信号は大きくなる。そして、第１のスリット１１ａ同士の間にて光が遮蔽されることにより、検出される信号は小さくなる。Ａ相の信号は、例えば、正弦波の曲線のように変動する。Ｂ相の信号も、Ａ相の信号と同様に正弦波の曲線のように変動する。図３に示す例では、Ａ相の信号から９０°遅れてＢ相の信号が検出されている。

図１および図３を参照して、角度検出部５２は、Ａ相が先に検出されるか、またはＢ相が先に検出されるかを検出することにより、回転シャフト１５の回転方向を特定することができる。また、角度検出部５２は、Ａ相の信号またはＢ相の信号が変動する回数を数えることにより、回転シャフト１５の回転角度を検出することができる。

第３のトラック部１３では、回転シャフト１５が１回転するごとに、発光素子１７から放出された光が第３のスリット１３ａを通過する。このために、回転シャフト１５が１回転するごとに、Ｚ相の信号の強度が強くなる。角度検出部５２は、Ｚ相の信号により回転板１０が１回転したことを検出することができる。または、角度検出部５２は、基準点の位置（原点）を検出することができる。

信号処理部５１は、検出した回転角度を外部装置７１に出力する。外部装置７１としては、回転角度検出器１が取り付けられている装置の制御装置を例示することができる。例えば、外部装置７１は、工作機械の制御装置やロボットの制御装置である。外部装置７１は、検出された回転シャフト１５の回転角度に基づいて所定の制御を実施することができる。

本実施の形態における信号処理部５１は、回転角度検出器１の異常を検出する異常検出部５３を含む。異常検出部５３は、受光素子２１，２２，２３にて生成される信号に基づいて異常を検出する。本実施の形態における異常検出部５３は、回転板１０に異常が生じていることを検出できる。特に、回転板１０に異物が付着したことを異常として検出することができる。

異常検出部５３は、第１のトラック部１１に基づく第１の信号としてのＡ相の信号を取得する。また、異常検出部５３は、第２のトラック部１２に基づく第２の信号としてのＢ相の信号を取得する。異常検出部５３は、Ａの信号の変動幅およびＢ相の信号の変動幅を算出する変動幅算出部５４を含む。

本実施の形態では、回転角度検出器１が正常の状態では、Ａ相の信号の最大値と最小値との差と、Ｂ相の信号の最大値と最小値との差が、ほぼ同じになる。たとえば、時刻ｔ１を始点とする１周期のＡ相の信号の変動幅ＤＡ１と時刻ｔ２を始点とする１周期のＢ相の信号の変動幅ＤＢ１とはほぼ等しくなる。本実施の形態の変動幅算出部５４は、それぞれの相ごとに変動幅を算出する。また、変動幅算出部５４は、１周期ごとに変動幅を算出する。なお、本実施の形態では、変動幅ＤＡ，ＤＢは信号の最大値と最小値との差であるが、この形態に限られず、たとえば、変動幅は、振幅等の信号の最大値および最小値に依存する変数を採用することができる。

ここで、回転角度検出器の内部に異物８１が侵入して、所定のトラック部に異物８１が付着すると信号の強度が小さくなる。たとえば、異物８１がスリット１１ａ，１２ａ，１３ａに付着すると、スリット１１ａ，１２ａ，１３ａを通過すべき光が屈折して光の強度が小さくなる。または、異物８１により光の一部が遮断されて光の強度が小さくなる。この結果、受光素子２１，２２，２３にて生成される信号の強度は小さくなる。

たとえば、第２のトラック部１２に異物８１が付着して第２のスリット１２ａの一部が閉塞されると、Ｂ相の信号の強度が小さくなる。図３を参照して、時刻ｔ４を始点とするＢ相の信号の変動幅ＤＢ２は、正常時の変動幅ＤＢ１よりも小さくなる。なお、回転角度検出器１に侵入する異物としては、例えば、工作機械の潤滑油や切削液などの液体の異物や工作機械において生じた切粉などの固体の異物が含まれる。

異常検出部５３は、異常が生じているか否かを判定する判定部５５を含む。判定部５５は、第１の信号の変動幅ＤＡと第２の信号の変動幅ＤＢとの差が予め定められた変動幅判定値よりも大きくなっている場合に異常が生じていると判定する。異常検出部５３は、記憶部５６を含む。記憶部５６には、変動幅判定値が予め記憶されている。

図３に示す例では、判定部５５は、互いに対応するＡ相の信号およびＢ相の信号について、変動幅の差を算出する。すなわち、９０°ずれた信号の変動幅を比較する。判定部５５は、時刻ｔ１におけて最大になるＡ相の信号の変動幅ＤＡ１と時刻ｔ２において最大になるＢ相の信号の変動幅ＤＢ１との差を算出する。この場合に、判定部５５は、変動幅の差が小さいために正常であると判別する。一方で、判定部５５は、時刻ｔ３におけて最大になるＡ相の信号の変動幅ＤＡ２と時刻ｔ４において最大になるＢ相の信号の変動幅ＤＢ２との差を算出する。この場合に、算出した差が大きくなり、算出した差が変動幅判定値を超えている。このために、判定部５５は、回転角度検出器１に異常が生じていると判定する。

異常検出部５３は、判定部５５が異常が生じていると判別した場合に、外部装置７１に異常を伝達する警告信号を送信する。外部装置７１は、警告信号に基づいて表示装置の画面に異常が生じたことを表示したり、回転角度検出器１が備え付けられている装置を停止したりすることができる。

図４に、本実施の形態における回転角度検出器の制御を説明するフローチャートを示す。図４に示す制御は、例えば第１のトラック部１１の１個の第１のスリット１１ａを通過するごとに実施することができる。または、所定の受光素子にて生成される正弦波の信号の１周期ごとに行うことができる。

ステップ１０１において、異常検出部５３は、第１の受光素子２１および第２の受光素子２２にて生成されたＡ相の信号およびＢ相の信号を検出する。ステップ１０２において、異常検出部５３の変動幅算出部５４は、Ａ相の信号の変動幅ＤＡおよびＢ相の信号の変動幅ＤＢを算出する。

次に、ステップ１０３において、判定部５５は、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差（絶対値）を算出する。判定部５５は、算出した差が変動幅判定値よりも大きいか否かを判別する。Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差が、予め定められた変動幅判定値以下である場合には、異常が生じていないと判別することができる。この場合には制御を終了する。

ステップ１０３において、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差が、変動幅判定値を超えている場合には、ステップ１０４に移行する。図１および図３の例では、第２のトラック部１２に異物８１が付着しているために、時刻ｔ４を始点とするＢ相の信号の変動幅が小さくなり、異常が生じていると判別される。

ステップ１０４において、異常検出部５３は、異常が生じていることを伝達する警告信号を外部装置７１に送出する。

このように、異常検出部５３は、２つのトラック部により検出される２つの信号の変動幅の差に基づいて異常が生じたと判別することができる。本実施の形態の回転角度検出器１は、回転体に異常が生じたことを早期に検出することができる。特に、回転角度検出器１は、異物が侵入した場合に、早期に異物の付着を検出することができる。このために、切削液による部品の腐食や、切粉による部品の破損等の重大な故障の可能性が有ることを早期に検出することができる。使用者は、回転角度検出器が完全に故障する前に適切な保守を実施することができる。

上記の実施の形態では、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差（絶対値）を算出している。異常検出部５３は、この制御に加えて、Ａ相の信号の変動幅およびＢ相の信号の変動幅のうち信号の強度が減少した相を特定する制御を行っても構わない。この制御を行うことにより、異常が生じているトラック部を特定することができる。例えば、Ａ相の信号の変動幅がＢ相の信号の変動幅よりも小さくなっている場合には、第１のトラック部に異常が生じていると判別することができる。

上記の実施の形態では、変動幅算出部は、連続するＡ相の信号とＢ相の信号との変動幅の差を算出しているが、この形態に限られず、予め定められた位相差のＡ相の信号とＢ相の信号の変動幅の差を算出しても構わない。または、変動幅算出部は、複数のＡ相の信号の変動幅と複数のＢ相の信号の変動幅とに基づいて、変動幅の差を算出しても構わない。たとえば、変動幅算出部は、複数の周期のＡ相の信号の変動幅の平均値と、複数の周期のＢ相の信号の変動幅の平均値との差を算出しても構わない。

上記の実施の形態では、判定部は、変動幅の差を直接的に算出しているが、この形態に限られず、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との大きさの比較により異常が生じているか否かを判定することができる。たとえば、判定部は、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との比率を算出し、この比率が所定の判定値を超えたときに、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値よりも大きくなっていると判定しても構わない。

上記の実施の形態では、Ａ相の信号を第１の信号とし、Ｂ相の信号を第２の信号としているが、この形態に限られず、互いに異なるトラック部に基づく信号を第１の信号および第２の信号に採用することができる。たとえば、第１の信号としてＢ相の信号を採用し、第２の信号としてＺ相の信号を採用しても構わない。

ところで、上記の実施の形態では、光学式の回転角度検出器を例示しているが、本発明は、同様の制御を磁気式の回転角度検出器にも適用することができる。

図５に、本実施の形態における第２の回転角度検出器の概略図を示す。第２の回転角度検出器２は、磁気式の回転角度検出器である。第２の回転角度検出器２は、複数のトラック部が形成された回転体としての回転ドラム３０を備える。回転ドラム３０には、周方向の側面に、第１の信号を生成するための第１のトラック部３１、第２の信号を生成するための第２のトラック部３２、および第３のトラック部３３が形成されている。

図６に、第２の回転角度検出器の回転ドラムの概略斜視図を示す。回転ドラム３０は、円柱状に形成されている。回転ドラム３０は、第１のトラック部３１を構成する第１の回転板３４と、第２のトラック部３２を構成する第２の回転板３５と、第３のトラック部３３を構成する第３の回転板３６とを含む。第１の回転板３４と第２の回転板３５の周方向の表面には、歯車の歯部のような凹凸が形成されている。第１の回転板３４の凹凸と第２の回転板３５の凹凸とは、互いに周方向にずれて形成されている。たとえば、第１の回転板３４の凹凸と第２の回転板３５の凹凸とは、位相が９０°ずれて形成されている。第３の回転板３６の周方向には、１個のスリット３６ａが形成されている。

図５および図６を参照して、トラック部に対応して配置された検知部は、第１のセンサ４１、第２のセンサ４２、および第３のセンサ４３を含む。第１のセンサ４１は、第１のトラック部３１に対向するように配置されている。第２のセンサ４２は、第２のトラック部３２に対向するように配置されている。第３のセンサ４３は、第３のトラック部３３に対向するように配置されている。第１のセンサ４１、第２のセンサ４２および第３のセンサ４３の側方のうち、回転ドラム３０と反対側には磁石４４が配置されている。センサ４１，４２，４３は、トラック部の形状に応じた磁束密度の変化を検出することができるように形成されている。センサは、例えば、磁束密度によって抵抗値が変わる磁気抵抗素子を用いて、磁束密度に対応した電圧を出力することができる。

第１のセンサ４１からはＡ相の信号が出力され、第２のセンサ４２からはＢ相の信号が出力される。また、第３のセンサ４３からはＺ相の信号が出力される。磁気式の回転角度検出器においても、光学式の回転角度検出器と同様に、Ａ相の信号、Ｂ相の信号およびＺ相の信号が検出される（図３参照）。たとえば、Ａ相の信号に対してＢ相の信号の位相が９０°ずれて検出される。

磁気式の回転角度検出器２についても、光学式の回転角度検出器１と同様の信号を取得することができる。回転角度検出器２の信号処理部５１の構成は、第１の回転角度検出器１の信号処理の構成と同様である（図１参照）。第１の回転角度検出器１と同様の制御を実施して、Ａ相の信号、Ｂ相の信号およびＺ相の信号を信号処理部５１において処理することができる。そして、異常検出部５３は、回転角度検出器２に異常が生じたことを検出することができる。

なお、磁気式の回転角度検出器としては、上記の形態に限らず、回転体を有する任意の磁気式の回転角度検出器に適用することができる。たとえば、回転体のそれぞれのトラック部に磁性体が取り付けられる。それぞれのトラック部には、周方向に沿って一定間隔でＳ極およびＮ極が形成されている。そして、それぞれのトラック部に対向するように複数のセンサが配置されていても構わない。

（実施の形態２）
図７から図１１を参照して、実施の形態２における回転角度検出器について説明する。本実施の形態では光学式の回転角度検出器を取り上げて説明するが、磁気式の回転角度検出器にも適用することができる。本実施の形態における第１の回転角度検出器の回転体および検知部の構成は、実施の形態１における第１の回転角度検出器の構成と同様である（図１および図２参照）。本実施の形態の回転角度検出器は、回転体に付着する異物の位相を検出して制御する。

図７に、本実施の形態における第１の回転角度検出器の信号処理部のブロック図を示す。本実施の形態の角度検出部５２は、位相を検出する位相検出部として機能する。角度検出部５２は、Ａ相の信号およびＢ相の信号に加えて、Ｚ相の信号が入力されている。

角度検出部５２は、Ｚ相の信号に基づいて回転シャフト１５の基準となる位置（原点）を検出する。そして、角度検出部５２は、Ａ相の信号またはＢ相の信号の周期の個数を数えることにより、回転シャフト１５の１回転内における位置を検出する。すなわち、角度検出部５２は、回転シャフト１５の１回転内の位相を検出する。角度検出部５２にて検出された位相は、異常検出部５３に送出される。

本実施の形態の判定部５５は、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えている場合に、変動幅判定値を超えている位相を記憶部５６に送出する。記憶部５６は、この位相を記憶する。判定部５５は、回転シャフト１５が複数回の回転をした場合に、同一の位相において第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えているか否かを判別する。そして、判定部５５は、同一の位相にて変動幅判定値を超えている場合に、回転角度検出器１に異常が生じていると判別する。

図８に、本実施の形態における第１の回転角度検出器にて検出される信号のタイムチャートを示す。本実施の形態では、判定部５５は、Ａ相の信号の１周期およびＢ相の信号の１周期ごとに、変動幅の差が変動幅判定値を超えているか否かを判定する。判定部５５は、変動幅判定値を超える場合に位相を角度検出部５２から取得する。判定部５５は、過去に変動幅判定値を超える位相が記憶部５６に記憶されているか否かを判別する。判定部５５は、過去に変動幅判定値を超える位相が記憶されている場合に、今回の位相が前回の記憶部５６に記憶された位相と同一か否かを判別する。そして、位相が同一である場合には異常が生じていると判別する。

図８に示す例では、今回の回転シャフト１５の回転（ｎ回転目）では時刻ｔ５において、Ｚ相の信号が検出されて基準点が設定される。判定部５５は、時刻ｔ６において、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えていることを検出する。そして、記憶部５６は、時刻ｔ６における位相θｎを記憶する。

次回の回転シャフト１５の回転（（ｎ＋１）回転目）では、時刻ｔ７において、Ｚ相の信号が検出されて基準点が設定される。判定部５５は、時刻ｔ８において、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えていることを検出する。判定部５５は、時刻ｔ６における位相θｎと時刻ｔ８における位相θ（ｎ＋１）とが同一であるか否かを判別する。たとえば、判定部５５は、位相θｎと位相θ（ｎ＋１）との差が予め定められた位相差よりも小さい場合には、同一の位相であると判定する。そして、判定部５５は、位相θｎと位相θ（ｎ＋１）とが同一の位相である場合には、回転角度検出器に異常が生じていると判定する。

このように、本実施の形態の回転角度検出器は、今回の回転において、変動幅判定値を超える位相と、次回の回転において変動幅判定値を超える位相とが同一の場合に、回転角度検出器に異常が生じていると判別する。すなわち、判定部５５は、回転シャフト１５の連続する２回転において、同一の位相で変動幅判定値を超えた場合に異常と判定している。

なお、判定部５５の制御としては、この形態に限られず、３回転以上の所定の回転数で、連続して同一の位相にて変動幅の差が変動幅判定値を超えた場合に異常と判定しても構わない。

本実施の形態の回転角度検出器は、検出される信号の誤差に依存して正常な状態にも関わらず異常と誤って判断されることを抑制できる。すなわち、本実施の形態の回転角度検出器は、誤判定を抑制することができる。たとえば、一時的に異物が付着したが直ぐに除去される場合がある。このような場合には、一時的に第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が変動幅判定値を超えるが、直ぐに正常な状態に戻る。このような場合に、回転角度検出器が異常であるとの判断を回避することができる。

本実施の形態の回転角度検出器は、回転軸の位相を検出する必要がある。回転軸の位相を検出する構成としては、図１の装置に限られず、位相を検出可能な任意の構成を採用することができる。

図９に、本実施の形態における第２の回転角度検出器の回転板の概略平面図を示す。回転板６０は、Ａ相の信号を生成する第１のトラック部１１を含む。また、回転板６０は、位相を検出するための複数のトラック部６２〜６６を含む。このような複数のトラック部６２〜６６には、互いにパターンが異なるスリット６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａが形成されている。また、回転角度検出器は、複数のトラック部に対応して複数の受光素子が配置されている。このような、回転シャフト１５の位相を検出可能な回転角度検出器の方式は、アブソリュート方式とも称される。本実施の形態では、トラック部６２〜６６のスリット６２ａ，６３ａ，６４ａ，６５ａ，６６ａのパターンに基づいて、受光素子にて生成される信号をアブソリュート相の信号と称する。

図１０に、本実施の形態における第２の回転角度検出器にて検出される信号のタイムチャートを示す。図９および図１０を参照して、アブソリュート相の信号を生成するための所定のトラック部では、周方向に沿って長いスリットが形成されている。例えば、トラック部６３では、第１のスリット１１ａよりも周方向に長いスリット６３ａが形成されている。所定のアブソリュート相の信号は、正弦波の形状にならずに、信号の最大値が維持される区間および信号の最小値が維持される区間を有する形状になる。

アブソリュート相の信号を生成するためのトラック部６２〜６６のいずれかに異物が付着すると、最大値が維持される区間において信号の強度が減少する部分が生じる。この場合に、変動幅算出部５４は、強度が減少した時の信号の強度に基づいて、所定のアブソリュート相の信号の変動幅ＤＡＰ３を算出することができる。

図１０に示す例では、変動幅算出部５４は、時刻ｔ９を始点として減少するＡ相の信号の変動幅ＤＡ３と、時刻ｔ１０を始点として減少する所定のアブソリュート相の信号の変動幅ＤＡＰ３を算出する。そして、判定部５５は、２つのトラックの変動幅の差に基づいて異常の発生を判別することができる。

図１０には、第１のトラック部１１に異物が付着した場合も示されている。時刻ｔ１１を始点として減少するＡ相の信号の変動幅ＤＡ４が正常な変動幅よりも小さくなっている。判定部５５は、変動幅ＤＡ４と、時刻ｔ１２を始点として減少する所定のアブソリュート相の信号の変動幅ＤＡＰ４との差に基づいて、異常の発生を検出することができる。

図１１に、本実施の形態における第２の回転角度検出器にて検出される所定のアブソリュート相の信号のタイムチャートを示す。図１１に示す様に、変動幅算出部５４は、所定のアブソリュート相の信号が低下した場合の変動幅として、信号の最大値からの減少幅を変動幅ＤＡＰ４として検出しても構わない。

このように、Ａ相の信号の変動幅と、所定のアブソリュート相の信号の変動幅とに基づいて、回転体の異常を検出することができる。または、アブソリュート相の信号を生成するために複数のトラック部６２〜６６が形成されている。これらのトラック部６２〜６６から任意の２個のトラック部を選択して、選択したトラック部に対応する信号を用いて回転角度検出器の異常を検出しても構わない。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

（実施の形態３）
図１２および図１３を参照して、実施の形態３における回転角度検出器について説明する。本実施の形態では光学式の回転角度検出器を取り上げて説明するが、磁気式の回転角度検出器にも適用することができる。本実施の形態の回転角度検出器の回転体および検知部の構成は、実施の形態１における第１の回転角度検出器の構成と同様である（図１および図２参照）。本実施の形態の回転角度検出器は、検出された信号を補正する。

図１２に、本実施の形態における回転角度検出器の信号処理部のブロック図を示す。異常検出部５３は、検知部にて生成された信号を補正する補正部５７を備える。本実施の形態の補正部５７は、第１の受光素子２１にて生成された信号および第２の受光素子２２にて生成されたＢ相の信号を補正する。

図１３に、本実施の形態の回転角度検出器にて検出される信号のタイムチャートを示す。回転角度検出器が正常な場合でも、複数のトラック部１１〜１３に基づく信号において信号の変動幅が互いに異なる場合がある。図１３に示す例では、回転角度検出器が正常な場合において、Ａ相の信号の変動幅よりもＢ相の信号の変動値の方が大きくなっている。例えば、時刻ｔ１３を始点とするＡ相の信号の変動幅ＤＡ１よりも、時刻ｔ１４を始点とするＢ相の信号の変動幅ＤＢ１の方が大きい。元々の変動幅の差があるために、判定部５５はＡ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅との差を変動幅判定値と比較するときに、正確に判定できない場合がある。

図１２および図１３を参照して、本実施の形態の補正部５７は、回転角度検出器が正常な時にＡ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅とが同じになるように信号を補正する。補正部５７は、Ａ相の信号の変動幅およびＢ相の信号の変動幅の少なくとも一方を補正する。記憶部５６には、回転角度検出器が正常である場合に、Ａ相の信号の変動幅とＢ相の信号の変動幅とを同一にする補正値が予め記憶されている。補正値としては、Ａ相の信号の変動幅に対するＢ相の信号の変動幅の比率や、Ａ相の信号の変動幅に対するＢ相の信号の変動幅の差を例示することができる。

補正部５７は、補正値を用いて検知部により実際に検出された信号を補正する。本実施の形態では、Ｂ相の信号の変動幅ＤＢを補正する。補正部５７による補正により、回転角度検出器が正常な場合に、Ｂ相の信号の変動幅ＤＢ１Ｘを、Ａ相の信号の変動幅ＤＡ１と同じにすることができる。

判定部５５は、補正部５７により補正された後のＡ相の信号の変動幅およびＢ相の信号の変動幅に基づいて判定を実施する。図１３に示す例では、補正部５７は、時刻ｔ１６を始点とするＢ相の信号の変動幅を補正する。そして、判定部５５は、補正後の変動幅と時刻ｔ１５を始点とするＡ相の信号の変動幅との差に基づいて異常の発生を判定することができる。

本実施の形態の回転角度検出器は、補正部において検出される信号を補正するために、正確な判定を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、第２の信号としてのＢ相の信号を補正しているが、この形態に限られず、第１の信号としてのＡ相の信号を補正しても構わない。または、Ａ相の信号およびＢ相の信号の両方を補正しても構わない。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１および２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。

上述のそれぞれの制御においては、機能および作用が変更されない範囲において適宜ステップの順序を変更することができる。また、上記の実施の形態は、組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される実施の形態の変更が含まれている。

１，２ 回転角度検出器
１０ 回転板
１１ 第１のトラック部
１２ 第２のトラック部
１３ 第３のトラック部
２１ 第１の受光素子
２２ 第２の受光素子
２３ 第３の受光素子
３０ 回転ドラム
３１ 第１のトラック部
３２ 第２のトラック部
３３ 第３のトラック部
４１ 第１のセンサ
４２ 第２のセンサ
４３ 第３のセンサ
５２ 角度検出部
５３ 異常検出部
５４ 変動幅算出部
５５ 判定部
５６ 記憶部
５７ 補正部
６０ 回転板
６２〜６６ トラック部
８１ 異物

Claims (3)

1. 回転軸の回転角度を検出するための複数のトラック部を含む回転体と、
   前記トラック部に対応して配置された検知部と、
   前記検知部にて生成される信号に基づいて異常を検出する異常検出部とを備え、
   前記回転体は、第１のトラック部および第２のトラック部を含み、
   前記検知部は、それぞれの前記トラック部に対応して配置され、前記トラック部の回転により変化する光の強度を検出する複数の受光素子、または、それぞれの前記トラック部に対応して配置され、前記トラック部の回転により変化する磁束密度を検出する複数のセンサを含み、第１のトラック部に基づく第１の信号および第２のトラック部に基づく第２の信号を生成し、
   前記異常検出部は、第１の信号の変動幅および第２の信号の変動幅を算出する変動幅算出部と、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が予め定められた変動幅判定値よりも大きくなっている場合に、回転角度検出器の内部への異物の侵入により異常が生じていると判定する判定部とを含む、回転角度検出器。
2. 回転軸の１回転内の位相を検出する位相検出部を備え、
   前記異常検出部は、第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が前記変動幅判定値を超えている位相を検出し、
   前記判定部は、回転軸が複数回の回転をした場合に、同一の位相において第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅との差が前記変動幅判定値を超えている場合に、回転角度検出器の内部への異物の侵入により異常が生じていると判定する、請求項１に記載の回転角度検出器。
3. 前記異常検出部は、前記検知部にて生成された信号を補正する補正部と、回転角度検出器が正常である場合に第１の信号の変動幅と第２の信号の変動幅とを同一にする補正値を予め記憶する記憶部とを含み、
   前記補正部は、第１の信号の変動幅および第２の信号のうち少なくとも一方の変動幅を前記補正値を用いて補正し、
   前記判定部は、補正された後の第１の信号および第２の信号に基づいて判定する、請求項１または２に記載の回転角度検出器。

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