JP6522939B2 - 減速装置および駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、減速装置および駆動装置に関する。

従来より、モータおよび減速機を有する駆動装置において、減速機の出力軸に対してロータリーエンコーダを設けることにより、回転位置等の検出が行われる。また、回転位置等の情報をフィードバックして、モータの回転制御を行う技術も利用されている。

特開平６−３３１３８５号公報に開示される回転位置検出器は、トラクション減速機の出力軸に固定されるスリット円板と、一対の回転検出素子と、信号処理手段と、を備える。信号処理手段では、２つの回転検出素子にそれぞれ対応するとともに位相が互いに異なるクロックパルスが発生する。また、各回転検出素子からの検出パルスのハイレベルの出力期間中に、一つのクロックパルスが入力された期間だけハイレベルとなる出力信号である同期微分パルスが発生する。そして、２つの回転検出素子にそれぞれ対応する同期微分パルスを合成した合成パルスが発生する。回転位置検出器では、スリット円板がトラクション減速機の出力軸に対して偏芯して取り付けられている場合でも、合成パルスの数が、スリット円板の回転角度に対して直線的に増加する。
特開平６−３３１３８５号公報

ところで、特開平６−３３１３８５号公報における上記合成パルスは等間隔に発生するものではなく、合成パルスの数とスリット円板の回転角度との関係を示す線は、幅が変動する階段状となる。したがって、短い周期では、出力軸の回転位置を精度よく検出することができず、上記合成パルスを利用してモータの回転制御を行う際には、ある程度長い制御周期を設定する必要がある。

本発明は、減速機を含む減速装置において、出力軸の回転位置を短い周期にて精度よく検出することを目的としている。

本発明の例示的な減速装置は、入力軸および出力軸を有する減速機と、前記出力軸に対して設けられるエンコーダと、前記エンコーダの出力に基づいて前記出力軸の回転位置を取得する演算部と、を備え、前記エンコーダが、前記入力軸の回転により前記出力軸と共に回転するエンコーダホイールと、前記エンコーダホイールの外縁部に対向しつつ周方向に配置され、それぞれがパルス列を出力するＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のセンサと、を備え、前記演算部が、前記Ｎ個のセンサからそれぞれ入力されるＮ個のパルス列において互いに対応付けられたＮ個のパルスの集合をパルス群として、各パルス群に含まれるＮ個のパルスのうち最初のパルスの発生時刻から、前記Ｎ個のパルスの平均時刻である特定時刻までにカウントされる前記入力軸に対するエンコーダパルスの個数を、特定パルス数として取得する特定パルス数取得部と、前記各パルス群に対して遅れて発生する一の後続パルス群に含まれるＮ個のパルスのうち最初のパルスの発生時刻からカウントされる前記エンコーダパルスの個数が前記特定パルス数に到達する時刻を、前記後続パルス群の代表時刻として特定する代表時刻特定部と、を備える。

本発明によれば、出力軸の回転位置を短い周期にて精度よく検出することができる。

図１は、駆動装置の構成を示す図である。 図２は、トラクション減速機の断面図である。 図３は、トラクション減速機の断面図である。 図４は、エンコーダを示す図である。 図５は、駆動装置の動作時における制御部の処理の流れを示す図である。 図６は、駆動装置の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。 図７は、各センサを用いて検出される速度とエンコーダホイールの回転角との関係を示す図である。 図８は、エンコーダの他の例を示す図である。 図９は、駆動装置の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る駆動装置１の構成を示す図である。駆動装置１は、例えば、精密加工機または３Ｄ測定装置等において回転機構として利用される。駆動装置１は、トラクション減速機２と、モータ３と、制御部４と、を含む。

図２は、トラクション減速機２の断面図である。図２では、トラクション減速機２の中心軸Ｊ１に垂直な断面を示す。図３は、トラクション減速機２の断面図である。図３では、図２中の矢印Ａ−Ａの位置におけるトラクション減速機２の断面を示す。

トラクション減速機２は、入力軸２１と、出力軸２２と、複数の遊星ローラ２３と、インターナルリング２４と、を含む。入力軸２１は、中心軸Ｊ１上に配置され、後述するモータ３の回転軸３１に接続される。入力軸２１は、回転軸３１と一繋がりの部材である。入力軸２１は、回転軸３１自体であってもよい。複数の遊星ローラ２３は、太陽ローラである入力軸２１の周囲に配置される。入力軸２１の外周面は、複数の遊星ローラ２３の外周面と潤滑油の膜を介して接する。入力軸２１は、複数の遊星ローラ２３により挟まれる。図２では、３個の遊星ローラ２３が設けられる。各遊星ローラ２３は、遊星軸部２３１を中心として回転可能である。

インターナルリング２４は、複数の遊星ローラ２３の周囲を囲む。インターナルリング２４の内周面は、複数の遊星ローラ２３の外周面と潤滑油の膜を介して接する。出力軸２２は、インターナルリング２４の内側にて中心軸Ｊ１上に配置される。出力軸２２は、軸受部により回転可能に支持される。複数の遊星ローラ２３の遊星軸部２３１は、出力軸２２の円板状の端部２２１に固定される。トラクション減速機２では、入力軸２１が回転すると、入力軸２１とインターナルリング２４との間に挟まれたの複数の遊星ローラ２３が摩擦伝動により回転し、出力軸２２が入力軸２１に対して所定の減速比にて回転する。

図１に示すように、トラクション減速機２は、エンコーダ２５をさらに含む。エンコーダ２５は、出力軸２２に対して設けられる。エンコーダ２５は、エンコーダホイール２５１と、複数のセンサ２５２と、を含む。エンコーダホイール２５１は、出力軸２２に固定される。エンコーダ２５は、出力軸２２に垂直かつ出力軸２２を中心とする円板部材である。エンコーダホイール２５１は、出力軸２２と共に回転する。エンコーダホイール２５１は、別の部材を介して出力軸２２に間接的に取り付けられてよい。

複数のセンサ２５２は、トラクション減速機２のケーシングに取り付けられ、エンコーダホイール２５１の外縁部に対向する。複数のセンサ２５２は、出力軸２２を中心とする周方向に等間隔に配置される。図４のエンコーダ２５では、２個のセンサ２５２が、周方向に１８０°の間隔で設けられる。エンコーダ２５は、好ましくは、光学式エンコーダである。エンコーダホイール２５１は、多数の開口を含むコードホイールである。各センサ２５２は、投光器と受光器とを含む。エンコーダ２５は、例えば、磁気式であってもよい。

実際には、出力軸２２を厳密にエンコーダホイール２５１の中心に取り付けることは容易ではない。すなわち、図４中に二点鎖線にて示すように、エンコーダホイール２５１は、出力軸２２に対して偏芯することがある。この場合、各センサ２５２の検出位置を通過するエンコーダホイール２５１の開口の速度が、エンコーダホイール２５１の回転位置に応じて変動する。エンコーダホイール２５１における回転位置は、出力軸２２を中心とする角度位置である。回転位置は、例えば、回転開始時における位置を基準とする角度位置である。以下の説明では、エンコーダから出力される信号を「パルス列」と呼ぶ。特に、図４中の２個のセンサ２５２から出力される信号をそれぞれ「第１パルス列」および「第２パルス列」と呼ぶ。第１および第２パルス列において、エンコーダホイール２５１の開口の検出を示す部分を「出力側パルス」と呼ぶ。第１および第２パルス列は、時間軸方向に並ぶ複数の出力側パルスの配列である。

図１のモータ３は、静止部、回転部および軸受部を含むサーボモータである。モータ３は、モータエンコーダ３２をさらに含む。モータエンコーダ３２は、回転部の回転軸３１に対して設けられる。モータエンコーダ３２は、エンコーダホイール３２１と、１個のセンサ３２２と、を含む。エンコーダホイール３２１は、回転軸３１に固定される。エンコーダホイール３２１は、回転軸３１に垂直かつ回転軸３１を中心とする円板部材である。エンコーダホイール３２１は、回転軸３１と共に回転する。エンコーダホイール３２１は、別の部材を介して回転軸３１に間接的に取り付けられてよい。センサ３２２は、モータ３のケーシングに取り付けられ、エンコーダホイール３２１の外縁部に対向する。モータエンコーダ３２は、好ましくは、光学式エンコーダである。エンコーダホイール３２１は、多数の開口を含むコードホイールである。センサ３２２は、投光器と受光器とを含む。モータエンコーダ３２は、例えば、磁気式であってもよい。

既述のように、トラクション減速機２の入力軸２１は、回転軸３１と一繋がりの部材、または、回転軸３１自体である。モータエンコーダ３２は、実質的に入力軸２１の回転を検出する。以下の説明では、センサ３２２からのパルス列において、エンコーダホイール３２１の開口の検出を示す部分、すなわち、モータエンコーダ３２のエンコーダパルスを「入力側パルス」と呼ぶ。入力側パルスは、入力軸２１に対する検出パルスである。

制御部４は、演算部４１と、位置制御部４２と、速度制御部４３と、モータ駆動回路４４と、を含む。演算部４１は、エンコーダ２５の出力に基づいて出力軸２２の回転位置を取得する。演算部４１は、特定パルス数取得部４１１と、代表時刻特定部４１２と、を含む。演算部４１には、エンコーダ２５からの第１および第２パルス列と、モータエンコーダ３２からのパルス列とが入力される。モータエンコーダ３２からのパルス列は、位置制御部４２および速度制御部４３にも入力される。

特定パルス数取得部４１１、代表時刻特定部４１２および位置制御部４２は、モータエンコーダ３２からの入力側パルスをカウントするカウンタを含む。以下、特定パルス数取得部４１１のカウンタを「第１カウンタ」、代表時刻特定部４１２のカウンタを「第２カウンタ」、位置制御部４２のカウンタを「第３カウンタ」と呼ぶ。位置制御部４２には、演算部４１から出力軸２２の回転位置を示す信号が入力される。駆動装置１では、エンコーダ２５を含むトラクション減速機２、および、演算部４１により、減速装置１０が構築される。

次に、駆動装置１の動作時における制御部４の処理について図５を参照しつつ説明する。制御部４では、駆動装置１の動作中、エンコーダホイール２５１の偏芯を考慮した回転制御が継続して行われる。以下の説明では、エンコーダホイール２５１が出力軸２２に対して偏芯しているものとする。

図６は、駆動装置１の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。図６の最上段は、第１パルス列を示す。上から二段目は、第２パルス列を示す。上から三段目は、特定パルス数取得部４１１の第１カウンタのカウント数を示す。上から四段目は、代表時刻特定部４１２の第２カウンタのカウント数を示す。最下段は、位置制御部４２の第３カウンタのカウント数を示す。

駆動装置１では、モータ３による入力軸２１の回転により、出力軸２２が回転する。これにより、２個のセンサ２５２の一方から第１パルス列が出力され、他方から第２パルス列が出力される。特定パルス数取得部４１１では、第１パルス列において最初に検出される出力側パルスと、第２パルス列において最初に検出される出力側パルスとの集合が、互いに対応付けられる。同様に、同じ順番で検出される第１および第２パルス列の２個の出力側パルスの集合が、互いに対応付けられる。以下の説明では、複数のセンサ２５２から特定パルス数取得部４１１にそれぞれ入力される複数のパルス列において、互いに対応付けられた複数の出力側パルスの集合をパルス群と呼ぶ。図６の例では、２個の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１がパルス群ＰＧ１に含まれる。２個の出力側パルスＰ１２，Ｐ２２がパルス群ＰＧ２に含まれ、２個の出力側パルスＰ１３，Ｐ２３がパルス群ＰＧ３に含まれる。図６では、入力軸２１が一定速度で回転する際の第１および第２パルス列を示す。

最初のパルス群は、第１および第２パルス列のうち予め定められたパルス列において最初に検出される出力側パルスと、他方のパルス列において当該出力側パルスの次に検出される出力側パルスとの集合であってもよい。また、最初のパルス群は、予め定められたパルス列において最初に検出される出力側パルスと、他方のパルス列において当該出力側パルスから遅れて検出される２番目や３番目等の出力側パルスとの集合であってもよい。いずれの場合も、最初のパルス群の後に同じ順番で検出される第１および第２パルス列の２個の出力側パルスの集合が、パルス群として互いに対応付けられる。各パルス群に含まれる第１および第２パルス列の２個の出力側パルスの組合せは、任意に決定されてよい。

第１カウンタでは、一のパルス群ＰＧ１に含まれる２個の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１のうち最初の出力側パルスＰ１１の立ち上がり時刻、すなわち、出力側パルスＰ１１の発生時刻から、入力側パルスのカウントが開始される。入力側パルスのカウントは、他方の出力側パルスＰ２１の発生時刻まで継続される。よって、出力側パルスＰ１１の発生時刻から出力側パルスＰ２１の発生時刻までの期間Ｄ１において、入力側パルスがカウントされる。そして、期間Ｄ１における入力側パルスの個数の半分が特定パルス数として取得される（ステップＳ１）。例えば、期間Ｄ１における入力側パルスの個数が１０００である場合、特定パルス数は５００となる。

以上のように、パルス群ＰＧ１に含まれる出力側パルスＰ１１，Ｐ２１のうち最初の出力側パルスＰ１１の発生時刻から、期間Ｄ１の中央に相当する特定時刻までにカウントされる入力側パルスの個数が、特定パルス数として取得される。特定時刻は、出力側パルスＰ１１，Ｐ２１の発生時刻の平均である。特定パルス数は、代表時刻特定部４１２に入力され、第２カウンタに記憶および設定される。図５では、ステップＳ１にて取得された特定パルス数に着目した処理の流れを示している。実際には、特定パルス数は繰り返し取得され、ステップＳ１〜Ｓ４の処理は、部分的に並行して実行される。

図７は、各センサ２５２の検出位置を通過するエンコーダホイール２５１の開口の速度と、エンコーダホイール２５１の回転角との関係を示す図である。図７では、２個のセンサ２５２の検出位置における開口の速度を示す線に符号Ｌ１，Ｌ２を付している。既述のように、２個のセンサ２５２は、周方向において１８０°離れて配置される。したがって、２個のセンサ２５２を用いて検出される開口の速度を示す線Ｌ１，Ｌ２では、１８０°の回転角に相当するずれが生じる。

ここで、仮にエンコーダホイール２５１が偏芯していない場合、第１パルス列および第２パルス列は一致する。以下、エンコーダホイール２５１が偏芯していない場合における出力側パルスを「理想パルス」と呼ぶ。理想パルスに基づいて得られる開口の速度は、図７中に線Ｌ３にて示すように、線Ｌ１，Ｌ２の中央にて一定となる。したがって、図６では、出力側パルスＰ１１は、理想パルスよりもある時間だけ先行しており、出力側パルスＰ２１は、理想パルスよりも同じ時間だけ遅延していると捉えることができる。すなわち、図６中の期間Ｄ１の中央に相当する時刻が、パルス群ＰＧ１に対する理想パルスの発生時刻であると捉えることができる。

パルス群ＰＧ１の次のパルス群ＰＧ２に含まれる２個の出力側パルスＰ１２，Ｐ２２のうち最初の出力側パルスＰ１２が発生すると、第２カウンタでは、当該出力側パルスＰ１２の発生時刻から、入力側パルスの特定パルス数からのカウントダウンが行われる。具体的には、出力側パルスＰ１２の発生時刻を始点として、入力側パルスが入力される毎に、第２カウンタのカウント数が特定パルス数から１ずつ減少する。そして、第２カウンタのカウント数が０になると、代表時刻特定部４１２から位置制御部４２に到達信号が出力される。すなわち、後述の代表時刻が特定される（ステップＳ２）。

パルス群ＰＧ２に対する理想パルスの発生時刻は、パルス群ＰＧ２に含まれる最初の出力側パルスＰ１２の発生時刻から、次の出力側パルスＰ２２の発生時刻までの期間Ｄ２の中央に相当する時刻である。しかしながら、パルス群ＰＧ２は、パルス群ＰＧ１に対して遅れて発生する１番目のパルス群であるため、両パルス群ＰＧ１，ＰＧ２に対する期間Ｄ１，Ｄ２の相違は極僅かである。よって、代表時刻特定部４１２から到達信号が出力される時刻は、パルス群ＰＧ２に対する理想パルスの発生時刻とほぼ等価である。以下の説明では、代表時刻特定部４１２から到達信号が出力される時刻を、「代表時刻」という。上記到達信号は、パルス群ＰＧ２の代表時刻Ｔ２への到達を示す。実際には、パルス群ＰＧ１の発生の際に、パルス群ＰＧ１の代表時刻Ｔ１への到達を示す到達信号が、代表時刻特定部４１２から出力されている。

第２カウンタでは、パルス群ＰＧ２に含まれる最初の出力側パルスＰ１２の発生時刻から、入力側パルスをカウントアップしてもよい。この場合、入力側パルスの個数が特定パルス数に到達した時に、到達信号が出力される。このように、パルス群の代表時刻の特定は、当該パルス群に含まれる複数の出力側パルスのうち最初の出力側パルスの発生時刻からカウントされる入力側パルスの個数が特定パルス数に到達する時刻を検出するものであれば、様々な態様にて実現可能である。

位置制御部４２の第３カウンタでは、直前の到達信号の入力、すなわち、パルス群ＰＧ１の代表時刻Ｔ１への到達を示す到達信号の入力から、上記代表時刻Ｔ２への到達を示す到達信号の入力までの期間Ｅ１において、入力側パルスがカウントされる。また、位置制御部４２では、トラクション減速機２における所定の減速比に応じて、一の理想パルスの発生時刻から次の理想パルスの発生時刻までの期間における入力側パルスの目標数が予め決定されている。例えば、減速比を１／Ｇ、モータ３のエンコーダホイール３２１の開口数をｎ１、トラクション減速機２のエンコーダホイール２５１の開口数をｎ２として、上記期間における入力側パルスの目標数Ｎｔは、数１により求められる。

（数１）
Ｎｔ＝Ｇ・ｎ１／ｎ２

期間Ｅ１における入力側パルスの個数と入力側パルスの上記目標数との差は、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量を示す。目標位置は、期間Ｅ１においてカウントされた個数の入力側パルスが入力された際に、出力軸２２があるべき回転位置である。期間Ｅ１における入力側パルスの個数から上記目標数を引いて得た値が正である場合には、当該値に相当する角度だけ出力軸２２の回転位置が目標位置よりも遅れていることを示す。例えば、トラクション減速機２においてローラ間の滑りが生じる場合には、当該値が正となる。当該値が負である場合には、当該値に相当する角度だけ出力軸２２の回転位置が目標位置よりも進んでいることを示す。このようにして、期間Ｅ１にカウントされる入力側パルスの個数と、当該期間Ｅ１における入力側パルスの目標数との差に基づいて、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量が検出される（ステップＳ３）。位置制御部４２は、上記ずれ量を検出する位置ずれ量検出部となる。出力軸２２の回転位置のずれ量は、速度制御部４３に出力される。

速度制御部４３は、当該ずれ量に基づいてモータ駆動回路４４を介してモータ３の回転速度を修正する（ステップＳ４）。例えば、出力軸２２の回転位置が目標位置よりも遅れている場合には、モータ３の回転速度を僅かに増大させる。出力軸２２の回転位置が目標位置よりも進んでいる場合には、モータ３の回転速度を僅かに減少させる。このように、速度制御部４３では、出力軸２２の回転位置に基づくモータ３のフィードバック制御が行われる。速度制御部４３によるモータ３の回転速度の制御は、様々な手法にて行われてよい。

実際には、上記ステップＳ２〜Ｓ４に並行して、第１カウンタでは、パルス群ＰＧ２に含まれる最初の出力側パルスＰ１２の発生時刻から、次の出力側パルスＰ２２の発生時刻までの期間Ｄ２において、入力側パルスがカウントされる。これにより、期間Ｄ２における入力側パルスの個数の半分が特定パルス数として取得され、第２カウンタに設定される（ステップＳ１）。例えば、期間Ｄ２における入力側パルスの個数が９００である場合、特定パルス数は４５０となる。

第２カウンタでは、パルス群ＰＧ２の次のパルス群ＰＧ３に含まれる最初の出力側パルスＰ１３の発生時刻を始点として、特定パルス数からの入力側パルスのカウントダウンが行われる。第２カウンタのカウント数が０になると、パルス群ＰＧ３の代表時刻Ｔ３への到達を示す到達信号が位置制御部４２に出力される（ステップＳ２）。

第３カウンタでは、期間Ｅ１の終点、すなわち、代表時刻Ｔ２から入力側パルスのカウントが開始されており、代表時刻Ｔ３への到達を示す到達信号が入力されると、入力側パルスのカウントが停止される。すなわち、代表時刻Ｔ２から代表時刻Ｔ３までの期間Ｅ２にカウントされる入力側パルスの個数が取得される。なお、代表時刻Ｔ３は、期間Ｅ２の次の期間の始点でもある。

位置制御部４２では、期間Ｅ２における入力側パルスの個数と、当該期間Ｅ２における入力側パルスの目標数との差に基づいて、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量が検出される（ステップＳ３）。そして、速度制御部４３により、当該ずれ量に基づいてモータ３の回転速度が必要に応じて修正される（ステップＳ４）。駆動装置１では、上記処理を繰り返すことにより、出力軸２２の回転位置の補正が、出力側パルスの１周期毎に行われる。

以上に説明したように、駆動装置１の減速装置１０では、トラクション減速機２に設けられるエンコーダ２５が複数のセンサ２５２を含み、当該複数のセンサ２５２が複数のパルス列を出力する。特定パルス数取得部４１１は、複数のパルス列における各パルス群の最初の出力側パルスの発生時刻から、当該パルス群に含まれる複数の出力側パルスに基づく特定時刻までにカウントされる入力側パルスの個数を、特定パルス数として取得する。そして、代表時刻特定部４１２は、当該パルス群の後続のパルス群に含まれる複数の出力側パルスのうち最初の出力側パルスの発生時刻からカウントされる入力側パルスの個数が特定パルス数に到達する時刻を、当該後続のパルス群の代表時刻として特定する。これにより、エンコーダホイール２５１が出力軸２２に対して偏芯している場合でも、偏芯の影響を除去しつつ、出力軸２２の回転位置を短い周期にて精度よく検出することができる。その結果、出力軸２２の回転位置および回転速度を短い周期にて精度よく補正することができる。

なお、出力軸２２の回転位置の検出における一定の分解能を確保するには、エンコーダ２５からの各パルス列において出力側パルスの１周期の間に発生する入力側パルスの個数は、５００個以上であることが好ましく、１０００個以上であることがより好ましい。

トラクション減速機２では、太陽ローラ、遊星ローラ２３およびインターナルリング２４の間で微小な滑りが生じることがある。このような滑りが生じると、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量が比較的大きくなる。このような場合に、仮に、比較的長い制御周期の設定が必要なときには、出力軸２２の回転位置や回転速度のずれが増大する虞がある。

これに対し、出力軸２２の回転位置を短い周期にて精度よく検出する減速装置１０では、出力軸２２の回転位置のずれを直ぐに補正することができ、出力軸２２の回転位置や回転速度のずれが増大することが防止される。また、トラクション減速機２を用いる減速装置１０では、歯車減速機等に比べて振動や騒音を低減することができ、バックラッシュの発生も防止することができる。減速装置１０では、出力軸の回転位置を短い周期にて精度よく検出することが可能となるため、加工および組立の許容誤差を比較的大きくすることが可能である。その結果、回転位置精度が高い減速装置１０の製造コストを削減することができる。

各パルス群から取得される特定パルス数は、当該パルス群に対して任意の個数のパルス群だけ遅れて発生する後続パルス群の代表時刻の特定に利用されてよい。好ましくは、各パルス群の代表時刻と、当該パルス群から取得される特定パルス数が利用される後続パルス群の代表時刻との間の期間に、出力軸２２が回転する角度は、５°以下である。第２カウンタでは、複数の特定パルス数をそれぞれ記憶する複数の記憶領域が、必要に応じて設けられる。より好ましくは、各パルス群から取得される特定パルス数は、当該パルス群に対して１または２個のパルス群だけ遅れて発生する後続パルス群の代表時刻の特定に利用される。すなわち、各パルス群に対応する後続パルス群は、当該パルス群に対して遅れて発生する１番目または２番目のパルス群である。これにより、出力軸２２の回転位置をより精度よく検出することができる。

位置制御部４２では、各パルス群の代表時刻から後続パルス群の代表時刻までの期間にカウントされる入力側パルスの個数と、当該期間における入力側パルスの目標数との差に基づいて、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量が検出される。このように、位置制御部４２が位置ずれ量検出部として上記処理を行うことにより、回転位置のずれを精度よく検出することが実現される。また、速度制御部４３が、当該ずれ量に基づいてモータ３の回転速度を制御することにより、出力側パルスの１周期毎での回転制御を実現することができる。その結果、駆動装置１では、モータ３の回転を精度よく減速することができる。

図８は、エンコーダの他の例を示す図である。図８のエンコーダ２５は、１個のエンコーダホイール２５１と、３個のセンサ２５２と、を含む。３個のセンサ２５２は、エンコーダホイール２５１の外縁部に対向しつつ、周方向に等間隔、すなわち１２０°の角度間隔にて配置される。以下、図８中の３個のセンサ２５２から出力される信号をそれぞれ「第１パルス列」、「第２パルス列」および「第３パルス列」と呼ぶ。

図９は、駆動装置１の動作時における各信号を示すタイミングチャートである。図９の最上段は、第１パルス列を示す。上から二段目は、第２パルス列を示す。上から三段目は、第３パルス列を示す。上から四段目は、第１カウンタのカウント数を示す。上から五段目は、第２カウンタのカウント数を示す。最下段は、第３カウンタのカウント数を示す。図８のエンコーダ２５を用いる駆動装置１では、図６を参照して説明した処理例と同様に、第１ないし第３パルス列においてそれぞれ最初に検出される３個の出力側パルスの集合が、パルス群として互いに対応付けられる。同様に、同じ順番で検出される第１ないし第３パルス列の３個の出力側パルスの集合が、パルス群として互いに対応付けられる。

第１カウンタでは、一のパルス群ＰＧ１に含まれる３個の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１のうち最初の出力側パルスＰ１１の発生時刻から、最後の出力側パルスＰ２１の発生時刻までの期間Ｄ１において、入力側パルスがカウントされる。また、特定パルス数取得部４１１では、最初の出力側パルスＰ１１と最後の出力側パルスＰ２１との間に位置する出力側パルスＰ３１の発生時刻における第１カウンタのカウント数が取得される。実質的に、パルス群ＰＧ１に含まれる複数の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１の発生時刻における複数のカウント数が取得される。

そして、当該複数のカウント数の平均値が、特定パルス数として取得される（図５：ステップＳ１）。例えば、複数の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１の発生時刻における複数のカウント数が、それぞれ０、１０００、８００である場合、特定パルス数は６００となる。特定パルス数は、パルス群ＰＧ１に含まれる複数の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１のうち最初のパルスＰ１１の発生時刻から、複数の出力側パルスＰ１１，Ｐ２１，Ｐ３１の発生時刻の平均である特定時刻までにカウントされる入力側パルスの個数を示す。

特定パルス数は、代表時刻特定部４１２に入力され、第２カウンタに設定される。第２カウンタでは、パルス群ＰＧ１の次のパルス群ＰＧ２に含まれる複数の出力側パルスＰ１２，Ｐ２２，Ｐ３２のうち最初の出力側パルスＰ１２の発生時刻を始点として、特定パルス数からの入力側パルスのカウントダウンが行われる。第２カウンタのカウント数が０になると、パルス群ＰＧ２の代表時刻Ｔ２への到達を示す到達信号が位置制御部４２に出力される（ステップＳ２）。

第３カウンタでは、パルス群ＰＧ１の代表時刻Ｔ１からパルス群ＰＧ２の代表時刻Ｔ２までの期間Ｅ１にカウントされる入力側パルスの個数が取得される。位置制御部４２では、期間Ｅ１における入力側パルスの個数と、当該期間Ｅ１における入力側パルスの目標数との差に基づいて、出力軸２２の回転位置の目標位置からのずれ量が検出される（ステップＳ３）。そして、速度制御部４３により、当該ずれ量に基づいてモータ駆動回路４４を介してモータ３の回転速度が修正される（ステップＳ４）。駆動装置１では、上記処理を繰り返すことにより、出力軸２２の回転位置の補正が、出力側パルスの１周期毎に行われる。

以上のように、減速装置１０では、３個のセンサ２５２を含むエンコーダ２５を用いる場合でも、出力軸２２の回転位置を短い周期にて精度よく検出することができる。

上記駆動装置１および減速装置１０では、様々な変形が可能である。

エンコーダ２５では、４個以上のセンサ２５２が用いられてもよい。３個以上のセンサ２５２を用いる減速装置１０では、２個のセンサ２５２を用いる場合に比べて、回転位置の検出において、エンコーダ２５の出力の高調波成分の影響も抑制することが可能となる。一方、エンコーダ２５において２個のセンサ２５２のみを用いる場合には、減速装置１０の製造コストの削減、および、特定パルス数の演算の簡略化を図ることができる。以上のように、エンコーダ２５では、それぞれがパルス列を出力するＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のセンサ２５２が設けられる。

減速装置１０において求められる回転位置の検出精度によっては、Ｎ個のセンサ２５２は、周方向に厳密に等間隔に配置される必要はない。Ｎ個のセンサ２５２が、周方向にある程度分散して配置されることにより、減速装置１０では、出力軸２２の回転位置をある程度精度よく検出することが可能である。例えば、エンコーダ２５において２個のセンサ２５２が設けられる場合には、当該２個のセンサ２５２は、周方向に１５０°以上離れることが好ましい。出力軸２２の回転位置をより精度よく検出するという観点では、Ｎ個のセンサ２５２は、周方向に等間隔に配置されることが好ましい。

特定パルス数は、例えば、各パルス群に含まれるＮ個の出力側パルスにおいて、最初のパルスの発生時刻から、Ｎ個の出力側パルスの消滅時刻の平均である特定時刻までにカウントされる入力側パルスの個数であってもよい。ここで、出力側パルスの消滅時刻は、出力側パルスの立ち下がり時刻である。特定パルス数の取得に利用される特定時刻は、当該Ｎ個の出力側パルスに基づく時刻、すなわち、当該Ｎ個の出力側パルスにおいて互いに対応する時刻を用いて所定の演算により求められる時刻であればよい。以上のように、特定パルス数取得部４１１では、各パルス群に含まれるＮ個の出力側パルスのうち最初の出力側パルスの発生時刻から、当該Ｎ個の出力側パルスに基づく特定時刻までにカウントされる入力側パルスの個数が、特定パルス数として取得される。特定時刻の典型例は、上述のように、Ｎ個の出力側パルスの発生時刻の平均やＮ個の出力側パルスの消滅時刻の平均等、すなわち、Ｎ個の出力側パルスの平均時刻である。

駆動装置１および減速装置１０では、トラクション減速機２に代えて、歯車減速機、または、ベルトもしくはチェーン等を含む減速機が用いられてよい。この場合も、減速機の出力軸に対して設けられるエンコーダホイールの偏芯の影響を除去しつつ、出力軸の回転位置を短い周期にて精度よく検出することが可能である。

駆動装置１において、制御部４の構成要素は互いに分離して配置されてよい。例えば、演算部４１が、位置制御部４２、速度制御部４３およびモータ駆動回路４４とは異なるケースに配置されてよい。もちろん、制御部４の全ての構成要素が１つのケースに設けられてもよい。

制御部４において所定の基準パルスを発生する場合、演算部４１の特定パルス数取得部４１１および代表時刻特定部４１２では、入力側パルスに代えて、基準パルスがカウントされてもよい。この場合、モータ３の駆動制御が、基準パルスおよび入力側パルスに基づいて行われる限り、演算部４１における基準パルスのカウントは、実質的に入力側パルスのカウントと等価であると捉えることができる。

エンコーダ２５が、トラクション減速機２のケーシングの外部に設けられてよい。モータエンコーダ３２も、モータ３のケーシングの外部に設けられてよい。

上記実施の形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明に係る減速装置は、精密加工機や３Ｄ測定装置等に用いられる駆動装置において利用可能である。本発明に係る減速装置は、また、他の用途に利用することもできる。

１ 駆動装置
２ トラクション減速機
３ モータ
１０ 減速装置
２１ 入力軸
２２ 出力軸
２５ エンコーダ
３２ モータエンコーダ
４１ 演算部
４２ 位置制御部
４３ 速度制御部
２５１ エンコーダホイール
２５２ センサ
４１１ 特定パルス数取得部
４１２ 代表時刻特定部
Ｐ１１〜Ｐ１３，Ｐ２１〜Ｐ２３，Ｐ３１，Ｐ３２ 出力側パルス
ＰＧ１〜ＰＧ３ パルス群
Ｔ１〜Ｔ３ 代表時刻

Claims (8)

1. 入力軸および出力軸を有する減速機と、
   前記出力軸に対して設けられるエンコーダと、
   前記エンコーダの出力に基づいて前記出力軸の回転位置を取得する演算部と、
   を備え、
   前記エンコーダが、
   前記入力軸の回転により前記出力軸と共に回転するエンコーダホイールと、
   前記エンコーダホイールの外縁部に対向しつつ周方向に配置され、それぞれがパルス列を出力するＮ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のセンサと、
   を備え、
   前記演算部が、
   前記Ｎ個のセンサからそれぞれ入力されるＮ個のパルス列において互いに対応付けられたＮ個のパルスの集合をパルス群として、各パルス群に含まれるＮ個のパルスのうち最初のパルスの発生時刻から、前記Ｎ個のパルスの平均時刻である特定時刻までにカウントされる前記入力軸に対するエンコーダパルスの個数を、特定パルス数として取得する特定パルス数取得部と、
   前記各パルス群に対して遅れて発生する一の後続パルス群に含まれるＮ個のパルスのうち最初のパルスの発生時刻からカウントされる前記エンコーダパルスの個数が前記特定パルス数に到達する時刻を、前記後続パルス群の代表時刻として特定する代表時刻特定部と、
   を備える、減速装置。
2. 前記Ｎ個のセンサが、周方向に等間隔に配置される、請求項１に記載の減速装置。
3. 前記Ｎ個のセンサが、２個のセンサである、請求項１または２に記載の減速装置。
4. 前記後続パルス群が、前記各パルス群に対して遅れて発生する１番目または２番目のパルス群である、請求項１ないし３のいずれかに記載の減速装置。
5. 前記減速機がトラクション減速機である、請求項１ないし４のいずれかに記載の減速装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の減速装置と、
   前記減速装置における前記減速機の前記入力軸を回転するモータと、
   前記モータに設けられ、前記入力軸に対する前記エンコーダパルスを出力するモータエンコーダと、
   を備える、駆動装置。
7. 前記各パルス群の代表時刻から前記後続パルス群の代表時刻までの期間にカウントされる前記エンコーダパルスの個数と、前記期間における前記エンコーダパルスの目標数との差に基づいて、前記出力軸の回転位置の目標位置からのずれ量を検出する位置ずれ量検出部をさらに備える、請求項６に記載の駆動装置。
8. 前記ずれ量に基づいて前記モータの回転速度を制御する速度制御部をさらに備える、請求項７に記載の駆動装置。

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