JP7182993B2 - エンコーダシステム - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、エンコーダシステムに関する。
モータ制御では、モータの回転角度と回転回数を正確に計測することは大変重要である。モータの位置、速度を検出するためにモータの周囲（例えば、軸）にエンコーダが設けられている。エンコーダはロータリエンコーダとも呼称され、検出したモータのアナログ情報（位置情報、速度情報）をデジタル変換処理して、デジタル信号であるＡ相、Ｂ相、Ｚ相の信号を出力する。
エンコーダのＺ相信号の立ち上がり、或いは立ち下りを起点としてモータの回転角度と回転回数をカウントした場合、伝送経路のノイズ、起点付近でロータの停止した場合等ではモータの正確な回転角度と回転回数を計測することが困難であるという問題点がある。
このため、周囲環境に影響されずに、常にモータの回転角度と回転回数を正確に計測することが要求されている。
本発明は、モータの回転角度を正確に計測することができるエンコーダシステムを提供することにある。
一つの実施形態によれば、エンコーダシステムは、エンコーダとインターフェースを含む。エンコーダは、モータの位置、速度を検出し、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を生成する。インターフェースは、Ａ相信号とＢ相信号からＡＢ相の波形を認識するＡＢ波形認識回路と、Ｚ相信号からＺ相のイネーブル状態の期間を認識するＺ波形認識回路と、Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化するときのＡＢ相の値を記憶し、ＡＢ相変化パターンを記憶する起点記憶装置と、Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化してからＡＢ相変化パターン経過後にディセーブル状態からイネーブル状態に変化する割り込み信号を生成して出力する起点認識回路と、割り込み信号をきっかけとして、モータの回転角度のカウントをリセットして新たにモータの回転角度のカウントを開始する回転角度カウンタとを有する。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１はエンコーダシステムを示す図である。
まず、第１の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１はエンコーダシステムを示す図である。
第１の実施形態では、インターフェースは、エンコーダと演算処理部の間に設けられる。インターフェースは、Ａ相信号とＢ相信号からＡＢ相信号を生成し、Ｚ相信号の立ち上りを起点としてＡＢ相信号の情報を認識する。インターフェースは、予め記憶されているＡＢ相変化パターンを起点として回転角度カウンタの情報をリセットし、回転角度カウンタがカウントを新たに開始する。ＡＢ相変化パターンを起点としてモータの回転回数がインクリメントされる。
図１に示すように、エンコーダシステム１００は、モータ１、エンコーダ２、インターフェース３、演算処理部４を含む。 モータ１は、モータ家電や産業機器など種々の分野に適用される。演算処理部４には、マイクロコントローラ、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などが用いられる。マイクロコントローラは、マイコンとも呼称される。
エンコーダ２は、ロータリエンコーダとも呼称され、モータ１の位置、速度を検出するセンサである。エンコーダ２は、モータ１とインターフェース３の間に設けられ、検出したモータのアナログ情報（位置情報、速度情報）をデジタル変換処理して、デジタル信号であるＡ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、Ｚ相信号Ｓｚをインターフェース３に出力する。
インターフェース３は、エンコーダ２と演算処理部４の間に設けられ、Ａ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、Ｚ相信号Ｓｚに基づいて、読み出し信号Ｓｒｏと割り込み信号Ｓｉｎｔを生成して演算処理部４に出力する。読み出し信号Ｓｒｏは、モータ１の回転角度を計測した回転角度情報である。割り込み信号Ｓｉｎｔは、モータ１の回転回数をインクリメントするための信号である。インターフェース３は、演算処理部４から設定信号Ｓｓｅｔ１を入力し、エンコーダシステム１００の外部（例えばエンコーダシステム１００を使用するユーザなど）から設定信号Ｓｓｅｔ２を入力する。設定信号Ｓｓｅｔ１、設定信号Ｓｓｅｔ２は、ＡＢ相変化パターンの情報が含まれる。
演算処理部４は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)６１を含む。演算処理部４は、インターフェース３から出力されるモータ１の回転角度を計測した回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏを入力して、格納する。ＣＰＵ６１は、割り込み信号Ｓｉｎｔを入力し、割り込み信号Ｓｉｎｔの立ち上がりを起点としてモータ１の回転回数をインクリメントする。
インターフェース３は、図２に示すように、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８を含む。
デジタルフィルタ３１は、エンコーダ２から出力されるＡ相信号Ｓａを入力する。デジタルフィルタ３１は、エンコーダ２、信号線などで発生したノイズを除去し、ノイズを除去したＡ相信号Ｓａ１をＡＢ波形認識回路３４に出力する。
デジタルフィルタ３２は、エンコーダ２から出力されるＢ相信号Ｓｂを入力する。デジタルフィルタ３２は、エンコーダ２、信号線路などで発生したノイズを除去し、ノイズを除去したＢ相信号Ｓｂ１をＡＢ波形認識回路３４に出力する。
デジタルフィルタ３３は、エンコーダ２から出力されるＺ相信号Ｓｚを入力する。デジタルフィルタ３３は、エンコーダ２、信号線路などで発生したノイズを除去し、ノイズを除去したＺ相信号Ｓｚ１をＺ波形認識回路３５に出力する。
ＡＢ波形認識回路３４は、Ａ相信号Ｓａ１とＢ相信号Ｓｂ１を入力して、ＡＢ相の変化を捉える。ＡＢ波形認識回路３４は、回転方向とカウントパルスを回転角度カウンタ３７に出力し、ＡＢ相信号Ｓａｂと回転方向を起点記憶装置３８に出力する。
Ｚ波形認識回路３５は、Ｚ相信号Ｓｚ１を入力してＺ相信号Ｓｚ１１を起点記憶装置３８に出力する。
起点記憶装置３８は、ＡＢ相信号ＳａｂとＺ相信号Ｓｚ１１を入力して、Ｚ相が変化したときのＡＢ相の状態を記憶する。起点記憶装置３８は、設定信号Ｓｓｅｔ１、設定信号Ｓｓｅｔ２を入力する。起点記憶装置３８は、起点である設定ポイントを示す設定ポイント信号Ｓｓｐを起点認識回路３６に出力する。起点記憶装置３８には、バッファメモリや不揮発性半導体記憶装置などが用いられる。
起点認識回路３６は、Ｚ相信号Ｓｚ１、ＡＢ相信号Ｓａｂ、設定ポイント信号Ｓｓｐを入力して、ＡＢ相信号Ｓａｂと設定ポイント信号Ｓｓｐの一致をもって一周の起点を認識する。起点認識回路３６は、起点としての割り込み信号Ｓｉｎｔを回転角度カウンタ３７とＣＰＵ６１に出力する。
回転角度カウンタ３７は、回転方向及びカウントパルス、起点としての割り込み信号Ｓｉｎｔを入力する。回転角度カウンタ３７は、割り込み信号Ｓｉｎｔの立ち上がりで回転角度のカウントをリセットし、新たにカウントを開始する。回転角度カウンタ３７は、モータ１の回転角度を計測した回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏを演算処理部４に出力する。
次に、インターフェース３に入力されるＡ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、Ｚ相信号Ｓｚの情報について図３を参照して説明する。ここでは、Ａ相信号ＳａとＢ相信号Ｓｂの位相差をＴａｂ、Ｚ相信号Ｓｚのイネーブル状態（ハイレベル）をＳｚパルス幅と表す。なお、Ｚ相信号Ｓｚのイネーブル状態がローレベルの場合であってもよい。
図３に示すように、Ｓｚパルス幅は、代表値（ｔｙｐ．）がＴａｂ×４と設定される。Ｓｚパルス幅は、最小値がＴａｂ×２と設定される。Ｓｚパルス幅は、最大値がＴａｂ×６と設定される。なお、Ｓｚパルス幅は、必ずしもこれに限定されず、代表値、最小値、最大値の値を適宜変更してもよい。
次に、インターフェースの動作について、図４を参照して説明する。図４は、インターフェースの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、Ｚ相はハイレベルがイネーブル状態であり右回りとする。起点はＺ相がイネーブルの期間内に設定される。例えば、Ｚ相信号のパルス幅がＴａｂ×４で、Ｚ相の立ち上がり時にA=0、B=0の場合、起点はAB10からAB11の変化点と設定される。
図４に示すように、初回のＺ相通過時に、Ｚ相の立ち上り時でのＡＢ相の状態を基にして、Ｚ相のハイレベル期間内にあるＡＢ相変化パターンを割り込み開始の起点と定めたパターン情報を起点記憶装置３８に記憶する。ここでは、ＡＢ相変化パターンが例えば、Ｔａｂ×２に設定される。
次回以降、ＡＢ相信号Ｓａｂと起点記憶から、ＡＢ１１⇒ＡＢ０１を照合し一致した時点に、割り込み信号Ｓｉｎｔがディセーブル状態であるローレベルからイネーブル状態であるハイレベルに変化する。回転角度カウンタ３７は、割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がりを起点としてカウント値をリセットして、新たに回転角度のカウントを開始する。
図４では、Ｚ相の立ち上りから起点までの間隔をＴａｂ×２に設定しているが、（Ｔａｂ×２）＋α（余裕時間）の範囲内であればよい。
ここでは、割り込み信号Ｓｉｎｔのディセーブル状態がローレベル、イネーブル状態がハイレベルとしているが、ディセーブル状態がハイレベル、イネーブル状態がローレベルであってもよい。また、割り込み信号Ｓｉｎｔがパルスであってもよい。
割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がり起点情報は、ＣＰＵ６１に送信される。ＣＰＵ６１は、起点情報を入力し、割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がりを起点としてモータの回転回数をインクリメントする。
なお、起点情報は、同一固体のエンコードでは物理的に変化しない。このため、演算処理部４からの設定信号Ｓｓｅｔ１或いは外部からの設定信号Ｓｓｅｔ２を起点記憶から割り込み開始の間隔（ＡＢ相変化パターン）として起点記憶装置３８に予め記憶させておいてもよい。
本実施形態では、回転角度カウンタ３７でのカウント値のリセット時期とモータの回転回数のインクリメントする時期が同期している。起点がＡＢ相の変化点と同期しているので、起点近傍でロータが停止した場合、微振動が発生してもＡＢ相が変化するので回転方向の情報を取得することができる。モータの回転回数をカウントミスすることがない。起点が回転角度カウンタ３７の変化点と同一なので、回転角度カウンタ３７のカウントミスが発生しない。起点近傍でロータが停止した場合以外、例えば伝送経路や信号線路のノイズが発生した場合でも、モータの回転角度と回転回数を正確に計測することができる。
次に、第１の変形例について、図５を参照して説明する。図５は、第１の変形例のインターフェースの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、Ｚ相はハイレベルがイネーブル状態であり右回りとする。Ｚ相信号のパルス幅がＴａｂ×２で、Ｚ相の立ち上り時にＡ＝０、Ｂ＝０の場合、起点はＡＢ１０からＡＢ１１の変化点と認識される。起点記憶から割り込み開始の間隔（ＡＢ相変化パターン）が、例えばＴａｂ＋αと設定される。
図５に示すように、Ｚ相のハイレベルの立ち上りでのＡＢ相信号Ｓａｂの値（ここでは“００”の情報）が起点記憶され、ＡＢ相信号Ｓａｂと起点記憶から（ＡＢ１０⇒ＡＢ１１）を照合し、一致した時点で割り込み信号Ｓｉｎｔがローレベルからハイレベルに変化する。回転角度カウンタ３７は、割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がりを起点としてカウント値をリセットして、新たに回転角度のカウントを開始する。
割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がり起点情報は、ＣＰＵ６１に送信される。ＣＰＵ６１は、起点情報を入力し、割り込み信号Ｓｉｎｔのハイレベルの立ち上がりを起点としてモータの回転回数をインクリメントする。
第１の変形例では、本実施形態と同様に、回転角度カウンタ３７でのカウント値のリセット時期とモータの回転回数のインクリメントする時期が同期している。
このため、起点近傍でロータが停止した場合、微振動が発生してもＡＢ相が変化するので回転方向の情報を取得することができる。モータの回転回数をカウントミスすることがない。起点が回転角度カウンタ３７の変化点と同一なので、回転角度カウンタ３７のカウントミスが発生しない。
次に、第１の比較例について、図６を参照して説明する。図６は、第１の比較例のインターフェースの動作を示すタイミングチャートである。
図６に示すように、Ｚ相のハイレベルの立ち上がりで割り込み信号Ｓｉｎｔがローレベルからハイレベルに変化する。割り込み信号Ｓｉｎｔの信号レベルの変化を起点として、モータの回転回数がインクリメントされる。
回転角度カウンタは、割り込み信号Ｓｉｎｔの信号レベルの変化を起点として、モータの回転角度の値をリセットし、ＡＢ相信号Ｓａｂの値が“００”から“０１”に変化するときに、新たに回転角度のカウントを開始する。
回転角度カウンタでのカウント値のリセット時期とモータの回転回数のインクリメントする時期が同期していない。このため、伝送経路のノイズ、起点付近でロータの停止した場合等ではモータの正確な回転角度と回転回数を計測することが困難である。
上述したように、本実施形態のエンコーダシステム１００では、エンコーダ２と演算処理部４の間にインターフェース３が設けられる。インターフェース３は、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８を含む。インターフェース３は、Ａ相信号ＳａとＢ相信号ＳｂからＡＢ相信号Ｓａｂを生成し、Ｚ相信号Ｓｂの立ち上りをきっかけとしてＡＢ相信号Ｓａｂの情報を認識する。インターフェース３は、予め記憶されているＡＢ相変化パターンを起点として回転角度カウンタ３７の情報をリセットし、回転角度カウンタがカウントを新たに開始する。ＡＢ相変化パターンを起点としてモータの回転回数がインクリメントされる。回転角度カウンタ３７でのカウント値のリセット時期とモータの回転回数のインクリメントする時期が同期している。
このため、伝送経路のノイズ、起点付近でロータの停止した場合等を含め、モータの正確な回転角度と回転回数を計測することができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図７はインターフェースの内部構成を示す図である。
次に、第２の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図７はインターフェースの内部構成を示す図である。
第２の実施形態では、インターフェースは、エンコーダと演算処理部の間に設けられる。インターフェースは、Ａ相信号とＢ相信号からＡＢ相信号を生成し、Ｚ相信号の立ち上りをきっかけとしてとしてＡＢ相信号の情報を認識する。インターフェースは、予め記憶されているＡＢ相変化パターンを起点として回転角度カウンタの情報をリセットし、回転角度カウンタがカウントを新たに開始する。インターフェースは、ＡＢ相変化パターンを起点としてモータの回転回数をインクリメントする。
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図７に示すように、インターフェース３ａは、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８、回転回数カウンタ３９、バッファメモリ４０を含む。
回転回数カウンタ３９は、起点認識回路３６から出力される割り込み信号Ｓｉｎｔを入力する。回転回数カウンタ３９は、割り込み信号Ｓｉｎｔの信号レベルの変化（例えば、ローレベルからハイレベルへ変化）をきっかけとして、モータの回転回数をインクリメントメント/デクリメントする。回転回数カウンタ３９は、モータの回転回数を計測した回転回数情報を読み出し信号Ｓｒｏａとしてバッファメモリ４０に出力する。
バッファメモリ４０は、回転角度カウンタ３７から出力されるモータの回転角度を計測した回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏと回転回数カウンタ３９から出力されるモータの回転回数を計測した回転回数情報である読み出し信号Ｓｒｏａを入力し、格納する。バッファメモリ４０は、記憶しているモータの回転角度情報と回転回数情報を演算処理部や外部に出力する。
次に、インターフェースの動作について、図８を参照して説明する。図８は、インターフェースの動作を示すタイミングチャートである。ここでは、第１の実施形態の図４で示すインターフェースの動作と同じ部分の説明は省略し、異なる部分のみ説明する。
図８に示すように、起点記憶から割り込み開始の間隔が、例えば（Ｔａｂ×２）＋α後（ＡＢ１１⇒ＡＢ０１）に、割り込み信号Ｓｉｎｔがローレベルからハイレベルに変化する。回転回数カウンタ３９は、割り込み信号Ｓｉｎｔの信号レベルの変化（例えば、ローレベルからハイレベルへ変化）を起点として、モータの回転回数をインクリメントする。回転回数カウンタ３９は、モータの回転回数情報をバッファメモリ４０に出力する。
上述したように、本実施形態のエンコーダシステムでは、インターフェース３ａは、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８、回転回数カウンタ３９、バッファメモリ４０を含む。回転角度カウンタ３７でのカウント値のリセット時期とモータの回転回数のインクリメントする時期が同期している。
回転角度カウンタと回転回数カウンタをＣＰＵ６１が2回あるいはそれ以上に分けて読み出す場合に、バッファメモリ４０を経由することで回転角度カウンタ内容と回転回数カウンタ内容の同時性が確保される。
このため、伝送経路のノイズ、起点付近でロータの停止した場合等を含め、モータの正確な回転角度と回転回数を計測することができる。
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図９はインターフェースの内部構成を示す図である。
次に、第３の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図９はインターフェースの内部構成を示す図である。
第３の実施形態では、インターフェースは、エンコーダと演算処理部の間に設けられる。インターフェースは、Ａ相信号とＢ相信号からＡＢ相信号を生成し、Ｚ相信号の立ち上りを起点としてＡＢ相信号の情報を認識する。インターフェースは、予め記憶されているＡＢ相変化パターンを起点として回転角度カウンタの情報をリセットし、回転角度カウンタがカウントを新たに開始する。ＡＢ相変化パターンを起点としてモータの回転回数がインクリメントされる。エラー検出回路は、回転角度カウンタから出力されるモータの回転角度情報のエラーの有無を判定する。
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図９に示すように、インターフェース３ｂは、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８、エラー検出回路４１を含む。
エラー検出回路４１は、起点認識回路３６から出力される割り込み信号Ｓｉｎｔと回転角度カウンタ３７から出力されるモータの回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏを入力する。エラー検出回路４１は、エンコーダ２で規定されているカウントの最大値での回転角度カウンタの桁上がり或いは桁下がりがＺ相による起点と異なった場合、エラー検出信号Ｓｅｄを演算処理部や外部に出力する。エラー検出回路４１は、Ｚ相による起点と異ならない場合、モータの回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏを演算処理部に出力する。
上述したように、本実施形態のエンコーダシステムでは、インターフェース３ｂは、デジタルフィルタ３１、デジタルフィルタ３２、デジタルフィルタ３３、ＡＢ波形認識回路３４、Ｚ波形認識回路３５、起点認識回路３６、回転角度カウンタ３７、起点記憶装置３８、エラー検出回路４１を含む。エラー検出回路４１は、カウントの最大値での回転角度カウンタの桁上がり或いは桁下がりとＺ相による起点を比較し、異なった場合にエラー検出信号Ｓｅｄを出力する。
このため、正確に計測され、正しいモータ回転角度情報だけを出力することができる。
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１０はエンコーダシステムを示す図である。
次に、第４の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１０はエンコーダシステムを示す図である。
第４の実施形態では、エンコーダはインターフェースを内蔵する。
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図１０に示すように、エンコーダシステム２００は、モータ１、エンコーダ２ａ、演算処理部４ａを含む。
エンコーダ２ａは、アナログ処理部（センサ部）２１、デジタル処理部２２、インターフェース３ａを含む。エンコーダ２ａは、ロータリエンコーダとも呼称される。演算処理部４ａには、マイクロコントローラ、ＭＰＵなどが用いられる。
アナログ処理部（センサ部）２１は、モータ１の位置、速度を検出する。デジタル処理部２２は、アナログ処理部（センサ部）２１で検出したモータ１の位置、速度情報（アナログ情報）を入力し、デジタル変換処理したＡ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、Ｚ相信号をインターフェース３ａに出力する。
インターフェース３ａは、演算処理部４ａから出力される設定信号Ｓｓｅｔ１と外部から出力される設定信号Ｓｓｅｔ２を入力する。インターフェース３ａは、モータの回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏとモータの回転回数情報である読み出し信号Ｓｒｏａを演算処理部４ａに出力する。
インターフェース３ａは、第２の実施形態のインターフェース３ａと同じ内部構成を有しているので、詳細な説明は省略する。
上述したように、本実施形態のエンコーダシステム２００では、エンコーダ２ａはインターフェース３ａを内蔵する。
このため、伝送線路や信号線路の長さを短縮することでき、発生するノイズを低減することができる。エンコーダ２ａからモータ１の正確な回転角度情報と回転回数情報を演算処理部４ａに送信することができる。
（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１１はエンコーダシステムを示す図である。
次に、第５の実施形態に係るエンコーダシステムについて、図面を参照して説明する。図１１はエンコーダシステムを示す図である。
第５の実施形態では、マイクロコントローラはインターフェースを内蔵する。
以下、第１の実施形態と同一構成部分には、同一符号を付してその部分の説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
図１１に示すように、エンコーダシステム３００は、モータ１、エンコーダ２、マイクロコントローラ５を含む。
マイクロコントローラ５は、インターフェース３ｃ、制御部５１、記憶部５２を含む。
インターフェース３ｃは、エンコーダ２から出力されるＡ相信号Ｓａ、Ｂ相信号Ｓｂ、Ｚ相信号Ｓｚ、記憶部５２に格納されている設定信号Ｓｓｅｔ１、外部から設定信号Ｓｓｅｔ２、制御部５１から制御信号Ｓｓｇを入力する。インターフェース３ｃは、割り込み信号Ｓｉｎｔを制御部５１に出力する。インターフェース３ｃは、回転角度算出部５３、回転回数算出部５４を含む。
記憶部５２は、インターフェース３ｃで実行される回転角度算出処理、回転回数算出処理に必要なソフトウエア、プログラムを情報信号Ｓｉｎｆとして入力し、格納する。記憶部５２には、不揮発性半導体記憶装置や揮発性半導体記憶装置などが用いられる。
制御部５１は、マイクロコントローラ５内部を統括制御する。制御部５１には、プロセッサやＣＰＵが用いられる。制御部５１は、インターフェース３ｃから出力される割り込み信号Ｓｉｎｔを入力する。制御部５１は、記憶部５１に対して書き込み、読み出し、転送、コピー等の制御を実行する。
インターフェース３ｃで実行される回転角度算出処理、回転回数算出処理のときに、制御部５１は回転角度算出部５３、回転回数算出部５４に対してハードウエア制御する。ハードウエア制御とは、回転角度算出部５３、回転回数算出部５４を構成する部分に対して統括制御することを含む。
インターフェース３ｃで実行される回転角度算出処理、回転回数算出処理のときに、制御部５１は記憶部５２の格納されているソフトウエア、プログラムを読み出して、このソフトウエア、プログラムを用いて回転角度算出部５３、回転回数算出部５４に対してソフトウエア制御する。
回転角度算出部５３は、制御部５１によるハードウエア制御とソフトウエア制御に基づいて、ＡＢ相信号Ｓａｂ、Ｚ相信号Ｓｚ、ＡＢ相変化パターン、割り込み信号Ｓｉｎｔからモータの回転角度を計測した回転角度情報である読み出し信号Ｓｒｏを生成する。回転角度算出部５３は、読み出し信号Ｓｒｏを記憶部５２に出力する。読み出し信号Ｓｒｏは、記憶部５２に格納される。
回転回数算出部５４は、制御部５１によるハードウエア制御とソフトウエア制御に基づいて、ＡＢ相信号Ｓａｂ、Ｚ相信号Ｓｚ、ＡＢ相変化パターン、割り込み信号Ｓｉｎｔからモータの回転回数を計測した回転回数情報である読み出し信号Ｓｒｏａを生成する。回転回数算出部５４は、読み出し信号Ｓｒｏａを記憶部５２に出力する。読み出し信号Ｓｒｏａは、記憶部５２に格納される。
制御部５１によるソフトウエア制御を用いた場合、第２の実施形態のインターフェース３ａや第１の実施形態のインターフェース３と比較してインターフェース３ｃの回路規模を大幅に削減することができる。例えば、カウンタやレジスタなどを大幅に削減することができる。
上述したように、本実施形態のエンコーダシステム３００では、マイクロコントローラ５は、インターフェース３ｃ、制御部５１、記憶部５２を含む。インターフェース３ｃは、回転角度算出部５３、回転回数算出部５４を含む。インターフェース３ｃで実行される回転角度算出処理、回転回数算出処理のときに、制御部５１は回転角度算出部５３、回転回数算出部５４に対してハードウエア制御及びソフトウエア制御する。ソフトウエア制御は、記憶部５２に格納されているフトウエア、プログラムを読み出して用いる。
このため、モータの正確な回転角度と回転回数を計測することができ、インターフェース３ｃの回路規模を大幅に削減することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１ モータ
２、２ａ エンコーダ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ インターフェース
４、４ａ 演算処理部
５ マイクロコントローラ
２１ アナログ処理部（センサ部）
２２ デジタル処理部
３１～３３ デジタルフィルタ
３４ ＡＢ波形認識回路
３５ Ｚ波形認識回路
３６ 起点認識回路
３７ 回転角度カウンタ
３８ 起点記憶装置
３９ 回転回数カウンタ
４０ バッファメモリ
４１ エラー検出回路
５１ 制御部
５２ 記憶部
５３ 回転角度算出部
５４ 回転回数算出部
６１ ＣＰＵ
１００、２００、３００ エンコーダシステム
Ｓａ、Ｓａ１ Ａ相信号
Ｓａｂ ＡＢ相信号
Ｓａ、ｂ Ａ、Ｂ信号
Ｓｂ、Ｓｂ１ Ｂ相信号
Ｓｉｎｆ 情報信号
Ｓｉｎｔ 割り込み信号
Ｓｒｏ、Ｓｒｏａ 読み出し信号
Ｓｓｅｔ１、Ｓｓｅｔ２ 設定信号
Ｓｓｇ 制御信号
Ｓｓｐ 設定ポイント信号
Ｓｚ、Ｓｚ１、Ｓｚ１１ Ｚ相信号
Ｔａｂ Ｓａ／Ｓｂ位相差
２、２ａ エンコーダ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ インターフェース
４、４ａ 演算処理部
５ マイクロコントローラ
２１ アナログ処理部（センサ部）
２２ デジタル処理部
３１～３３ デジタルフィルタ
３４ ＡＢ波形認識回路
３５ Ｚ波形認識回路
３６ 起点認識回路
３７ 回転角度カウンタ
３８ 起点記憶装置
３９ 回転回数カウンタ
４０ バッファメモリ
４１ エラー検出回路
５１ 制御部
５２ 記憶部
５３ 回転角度算出部
５４ 回転回数算出部
６１ ＣＰＵ
１００、２００、３００ エンコーダシステム
Ｓａ、Ｓａ１ Ａ相信号
Ｓａｂ ＡＢ相信号
Ｓａ、ｂ Ａ、Ｂ信号
Ｓｂ、Ｓｂ１ Ｂ相信号
Ｓｉｎｆ 情報信号
Ｓｉｎｔ 割り込み信号
Ｓｒｏ、Ｓｒｏａ 読み出し信号
Ｓｓｅｔ１、Ｓｓｅｔ２ 設定信号
Ｓｓｇ 制御信号
Ｓｓｐ 設定ポイント信号
Ｓｚ、Ｓｚ１、Ｓｚ１１ Ｚ相信号
Ｔａｂ Ｓａ／Ｓｂ位相差
Claims (6)
- モータの位置、速度を検出し、Ａ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を生成するエンコーダと、
前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号からＡＢ相の波形を認識するＡＢ波形認識回路と、前記Ｚ相信号からＺ相のイネーブル状態の期間を認識するＺ波形認識回路と、前記Ｚ層がディセーブル状態からイネーブル状態に変化するときの前記ＡＢ相の状態を基にして、前記Ｚ層のイネーブル期間内にあるＡＢ相変化パターンを割り込み開始の起点と定めた前記ＡＢ相変化パターンとして記憶する起点記憶装置と、前記Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化してから前記ＡＢ相変化パターン経過後にディセーブル状態からイネーブル状態に変化する割り込み信号を生成して出力する起点認識回路と、前記割り込み信号がディセーブル状態からイネーブル状態に変化したときをきっかけとして、モータの回転角度のカウントをリセットして新たにモータの回転角度のカウントを開始する回転角度カウンタとを有するインターフェースを具備し、
前記起点と前記ＡＢ相の変化点が同期することを特徴とするエンコーダシステム。 - 前記割り込み信号がディセーブル状態からイネーブル状態したときをきっかけとして、モータの回転回数をインクリメントしてモータの回転回数を計測する演算処理部を更に具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダシステム。 - 前記インターフェースは回転回数カウンタを更に具備し、
前記回転回数カウンタは、前記割り込み信号がディセーブル状態からイネーブル状態に変化したときをきっかけとして、モータの回転回数をインクリメントまたはデクリメントしてモータの回転回数を計測する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダシステム。 - 前記インターフェースはエラー検出回路を更に具備し、
前記エラー検出回路は、前記エンコーダで規定されているカウント情報がＺ相による起点と異なる場合にエラー検出信号を出力する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダシステム。 - モータと、
モータに隣接配置され、アナログ処理部と、デジタル処理部と、インターフェースとを
有するエンコーダと、
を具備し、
前記アナログ処理部は、前記モータの位置、速度を検出し、
前記デジタル処理部は、前記アナログ処理部で検出した前記モータの位置情報、速度情
報からデジタル信号であるＡ相信号、Ｂ相信号、Ｚ相信号を生成し、
前記インターフェースは、前記Ａ相信号と前記Ｂ相信号からＡＢ相の波形を認識するＡＢ波形認識回路と、前記Ｚ相信号からＺ相のイネーブル状態の期間を認識するＺ波形認識回路と、
前記Ｚ層がディセーブル状態からイネーブル状態に変化するときの前記ＡＢ相の状態を基にして、前記Ｚ層のイネーブル期間内にあるＡＢ相変化パターンを割り込み開始の起点と定めた前記ＡＢ相変化パターンとして記憶する起点記憶装置と、
Ｚ相がディセーブル状態からイネーブル状態に変化してから前記ＡＢ相変化パターン経過後にディセーブル状態からイネーブル状態に変化する割り込み信号を生成して出力する起点認識回路と、前記割り込み信号がローレベルからハイレベルに変化したときを起点として、モータの回転角度のカウントをリセットして新たにモータの回転角度のカウントを開始する回転角度カウンタと、前記割り込み信号がローレベルからハイレベルに変化したときを起点として、回転回数をインクリメントする回転回数カウンタと有し、
前記起点と前記ＡＢ相の変化点が同期することを特徴とするエンコーダシステム。 - 前記割り込み信号、前記回転角度カウンタで計測されたモータの回転角度情報、前記回転回数カウンタで計測された回転回数情報を入力する演算処理部を更に具備する
ことを特徴とする請求項５に記載のエンコーダシステム。
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| JP5945973B2 (ja) * | 2013-11-05 | 2016-07-05 | 株式会社安川電機 | エンコーダ、エンコーダ付きモータ、サーボシステム、エンコーダの信号処理方法 |
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