JPWO2008105217A1 - 絶対値エンコーダ装置および多回転検出方法 - Google Patents

Abstract

保守性が良くバッテリ電源供給中の消費電力の小さい絶対値エンコーダ装置および多回転検出方法を提供する。主電源（３）からバッテリ電源（４）へ切替わる場合、第１の多回転量算出部（１２）は主電源遮断直前のコンパレータ（９）によって矩形波となった多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態を取得する。第２の多回転量算出部（１３）はバッテリ電源供給直後の矩形波となった多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態を取得し、多回転量補正部（１４）はこれらの信号の状態の変化によってバッテリ電源開始時の多回転量を補正する。

Description

本発明は、ロボット、ＮＣ工作機械等に用いられるサーボモータの回転位置を検出する絶対値エンコーダに関し、特に電源遮断時の多回転量が検出でき、絶対位置を保持できる絶対値エンコーダ装置および多回転検出方法に関する。

従来ロボット等に使用されるエンコーダでは、多回転量を検出するとともに電源遮断時の絶対位置を保持するためにバッテリによるバックアップを行なっている（例えば、特許文献１参照）。

図８は従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置のブロック図である。

この多回転アブソリュートエンコーダ装置は、検出部２１と、この検出部２１からの検出信号を整形する波形整形部２２と、波形整形部２２から出力されるコード信号のうち、ＭＳＢ（最上位ビット）、及びＭＳＢ−１（最上位の次のビット）のビット信号を受けて多回転数を計数する多回転計数部２３と、検出部２１、波形整形部２２及び多回転計数部２３に電源を供給する主電源２４と、多回転計数部２３にバックアップ電源を供給するバックアップ電源２５を備えている。さらに、主電源遮断状態もバックアップ電源２５によってデータを保持する計数用信号記憶部２６を備え、計数用信号記憶部２６の状態と、主電源投入時の同じ信号の状態をもとに、多回転カウンタの計数値を補正する回転検知部２８とを備えている。

次に、動作について説明する。

図９は従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置の動作を説明するための図である。

多回転計数用の信号ＭＳＢとＭＳＢ−１は、１／４周期だけ位相がずれた信号になっており、１周期の中で２つの信号の「Ｈ」「Ｌ」の状態の組合せにより、４つの状態に分けることができる。主電源断時の微少な回転動作のみに対しての動作検知を行う場合、この４つの状態の違いを検知できれば、１回転以内の動きについては検知できることになる。

主電源断直前のＭＳＢとＭＳＢ−１の信号の「Ｈ」「Ｌ」の状態を記憶し、２つの信号の主電源断前後の状態の比較により、１／４回転以内の微少な動きにのみ、限定して多回転計数値の補正を行う。

主電源断直前のＭＳＢとＭＳＢ−１の信号の「Ｈ」「Ｌ」の状態を記憶素子で記憶しておき、例えば、主電源断時にエンコーダが微少な動きをし、状態Ａから状態Ｂに変化したとする。状態ＡではＭＳＢは「Ｈ」、ＭＳＢ−１は「Ｌ」であり、これが状態Ｂに変化することにより、ＭＳＢが「Ｌ」、ＭＢＳ−１は「Ｌ」の状態となり、主電源投入時にＡとＢの比較をすれば動きがあったことが検知できる。

図９に示すように、カウント切替が「1」の開始点、「4」の終了点で行われるとすると、ＭＢＳ−１が「Ｈ」の状態では回転数の切替がなかったことになる。ＭＳＢ−１が「Ｌ」で、ＭＳＢが「Ｈ」から「Ｌ」に変化した場合は、「4」から「5」へ移ったことになり、補正のため回転数の加算を行う。逆にＭＳＢ−１が「Ｌ」で、ＭＳＢが「Ｌ」から「Ｈ」に変化した場合は、「5」から「4」へ移ったことになり、補正のため回転数の減算を行う。

このように従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置では、主電源遮断前と主電源再投入時の多回転計数用信号の状態を監視して、主電源電遮断中の微妙な動きに限定して多回転計数値の補正を行なっていた。
特開平９−２１８０５４号公報

しかしながら、ロボットへの適用を行なう場合について、従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置では、主電源遮断時にはモータはブレーキ等により動かないということを前提にしているため主電源遮断時の多回転量の検出を行なわず主電源が再投入された時の微妙な位置変化によるずれ分のみを補正するのみである。実際にはブレーキ不良の場合には重力によるアーム落下による位置変化がおこり多回転量が変化することがある。また、主電源断時に外力によりモータが回転し多回転量が変化することがある。さらに、動作中に瞬停が発生した場合、モータが高速で回転していれば補正可能な限界値を超えて多回転量が変化することがある。これらの場合、再度初期化作業が発生するため保守性に問題があった。

また、従来、主電源遮断時にバッテリ電源を用いて多回転量検出部に電源を供給し、多回転量を検出しているが、バッテリ電源の消費電力を極力小さくすることが求められている。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、保守性が良くバッテリ電源供給中の消費電力の小さい絶対値エンコーダ装置および多回転検出方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項１に記載の発明は、少なくとも２個の磁界検出素子を備え回転体の多回転量を検出する多回転検出用センサ部と、前記磁界検出素子を駆動する駆動部と、前記回転体の１回転内の位置を検出する１回転内位置検出用センサ部と、前記多回転検出用センサ部から出力される２相の多回転検出信号をコンパレータを通して矩形波に変換し、この矩形波に変換された多回転信号から多回転量を算出する多回転量算出部と、前記１回転内位置検出用センサ部から出力された１回転内位置検出信号をＡＤ変換器を通して取り込み１回転内絶対位置を算出する１回転内位置算出部と、主電源とバッテリ電源を切替え、主電源遮断時にバッテリ電源を供給する電源切替部と、前記１回転内絶対位置と前記多回転量を合成し絶対位置を生成する絶対位置生成部とを備えた絶対値エンコーダ装置において、前記多回転量算出部は、前記主電源供給時に多回転量を算出する第１の多回転量算出部と、バッテリ電源供給時に多回転量を算出する第２の多回転量算出部と、前記主電源供給時と前記バッテリ電源供給時の切替え時に電源切替え直前および電源切替え直後の前記多回転信号の状態を取得し電源切替え後の多回転量の初期値を補正する多回転量補正部と、を備えたことを特徴としている。

また請求項２に記載の発明は、前記駆動部は、バッテリ電源供給時に前記磁界検出素子へ一定周期のパルス状の電源を供給することを特徴としている。

また、請求項３に記載の発明は、前記駆動部は、バッテリ電源供給時に前記パルス状の電源のパルス周期を前記回転体の回転速度に応じて切替えることを特徴としている。

また、請求項４に記載の発明は、前記パルス状の電源のパルス幅は、バッテリ電源供給時の前記多回転信号の立上がりおよび立下がり特性に応じて設定できることを特徴としている。

また、請求項５に記載の発明は、少なくとも２個の磁界検出素子を備え回転体の多回転量を検出する多回転検出用センサ部と、前記磁界検出素子を駆動する駆動部と、前記回転体の１回転内の位置を検出する１回転内位置検出用センサ部と、前記多回転検出用センサ部から出力される２相の多回転検出信号をコンパレータを通して矩形波に変換し、この矩形波に変換された多回転信号から多回転量を算出する多回転量算出部と、前記１回転内位置検出用センサ部から出力された１回転内位置検出信号をＡＤ変換器を通して取り込み１回転内絶対位置を算出する１回転内位置算出部と、主電源とバッテリ電源を切替え、主電源遮断時にバッテリ電源を供給する電源切替部と、前記１回転内絶対位置と前記多回転量を合成し絶対位置を生成する絶対位置生成部とを備えた絶対値エンコーダ装置の多回転検出方法において、前記多回転量算出部は、主電源供給時に多回転量を算出する第１の多回転量算出部と、バッテリ電源供給時に多回転量を算出する第２の多回転量算出部を備え、前記第１の多回転量算出部で主電源供給時の多回転量を算出し、前記第２の多回転量算出部でバッテリ電源供給時の多回転量を算出し、主電源供給時とバッテリ電源供給時の切替え時に電源切替え直前および電源切替え直後の前記多回転信号の状態を取得し、電源切替え後の多回転量の初期値を補正することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、主電源遮断時においても多回転量算出し、電源切替え時に電源切替え前後の多回転信号の状態をもとに多回転量の補正を行なうため、電源切替え前後で多回転信号に変化が発生しても所定内であれば算出ミス無く多回転量算出ができ、保守性の良い絶対値エンコーダ装置が実現できる。

請求項２に記載の発明によると、バッテリ電源供給時に多回転検出用磁界検出素子を間欠的に駆動するため、さらにバッテリ電源供給時の消費電力を低減することができる。

請求項３に記載の発明によると、バッテリ電源供給時の間欠駆動の周期をモータの使用回転速度にあわせて設定すれば、回転速度に応じた最適な間欠駆動ができ消費電力をさらに低減できる。

請求項４に記載の発明によると、バッテリ電源供給時の間欠駆動における電源供給時間を、多回転検出信号の大きさあるいはコンパレータ又はハード回路による立上り時間の固体差等のハード回路の特性を考慮した設定にすれば、多回転検出信号の特性に応じた電源供給ができ、更なる消費電力の低減ができる。

請求項５に記載の発明によると、主電源遮断時においても多回転量算出し、電源切替え時に電源切替え前後の多回転信号の状態をもとに多回転量の補正を行なうため、電源切替え前後で多回転信号に変化が発生しても所定内であれば算出ミス無く多回転量算出ができ、多回転量算出の信頼性が向上する。

本発明の第１実施例における絶対値エンコーダ装置の構成を示すブロック図 本発明の第１実施例における多回転信号と１回転内絶対位置との関係を示す図 本発明の第１実施例における多回転量補正の動作を示すフローチャート 本発明の第２実施例における絶対値エンコーダ装置の構成を示すブロック図 本発明の第２実施例における間欠駆動時の多回転信号の動作波形図 本発明の第２実施例における動作を示すタイムチャートで、バッテリ電源供給時が主電源供給時に比べてカウントアップ位置が進んでいる場合の例 本発明の第２実施例における動作を示すタイムチャートで、バッテリ電源供給時が主電源供給時に比べてカウントアップ位置が遅れている場合の例 従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置のブロック図 従来の多回転アブソリュートエンコーダ装置の動作を説明するための図

符号の説明

１ 多回転検出用センサ部
２ 駆動部
３ 主電源
４ バッテリ電源
５ 電源切替部
６ １回転内位置検出用センサ部
７ ＡＤ変換器
８ １回転内位置算出部
９ コンパレータ
１０ 多回転量算出部
１１ 絶対位置生成部
１２ 第１の多回転量算出部
１３ 第２の多回転量算出部
１４ 多回転量補正部
１５ 間欠動作駆動部
２１ 検出部
２２ 波形整形部
２３ 多回転計数部
２４ 主電源
２５ バックアップ電源
２６ 計数用信号記憶部
２８ 回転検知部

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例における絶対値エンコーダ装置の構成を示すブロック図である。

図において、１は多回転検出用センサ部で、図示しない回転体に固定された永久磁石と空隙を介して固定体に取り付けられた磁界検出素子から構成されている。２は磁界検出素子に電源を供給し駆動する駆動部、３は主電源、４はバッテリ電源、５は主電源とバッテリ電源を切替える電源切替部、６は１回転内位置検出用センサ部、７は１回転内位置検出用センサ部からの１回転内検出信号をとりこみデジタルデータへ変換するＡＤ変換器、８はＡＤ変換結果を取り込み１回転内絶対位置を算出する１回転内位置算出部、９は位相の異なる２個の磁界検出素子からの多回転検出信号を矩形波の多回転信号へ変換するコンパレータ、１０は多回転信号を取り込み多回転量を算出する多回転量算出部、１１は１回転内絶対位置と多回転量を合成し絶対位置とする絶対位置生成部である。

また多回転量算出部１０は、主電源供給時に多回転量の算出を行なう第１の多回転算出部１２、バッテリ電源供給時に多回転量の算出を行なう第２の多回転算出部１３、主電源供給時とバッテリ電源供給時の切替え時に電源切替え直前および電源切替え直後の多回転信号の状態を取得し電源切替え後の多回転量を補正する多回転量補正部１４から成る。

多回転検出用センサ部１の磁界検出素子は、位相の異なる２素子からなり、コンパレータにより矩形波とされる１回転に１周期の多回転信号を出力できればよい。１回転内位置検出用センサ部は磁気式でも光学式でも１回転内絶対位置が検出できるものであれば良い。磁気式の場合、１回転内検出用と多回転検出用を切替え、１回転内検出と多回転検出を兼用としたものでも良い。

次に、本発明の第１実施例における絶対値エンコーダ装置の多回転検出の動作について説明する。

電源切替部５は、主電源が遮断されたことを検出すると、切替信号を多回転量算出部１０に出力すると共に電源を主電源からバッテリ電源に切替える。

動作は大きく３つに分けられる。すなわち、１回転内位置の算出および多回転量の算出が行なわれる主電源供給中動作、多回転量の算出のみが行なわれるバッテリ電源供給中動作および主電源とバッテリ電源の電源切替え時の動作である。

以下これらの動作について順に説明する。

（主電源供給中動作）
まず、主電源供給中の動作について説明する。

図２は本実施例における多回転信号と１回転内絶対位置との関係を示す図である。主電源供給時には、エンコーダ装置全体に電源が供給される。図においてＭ１およびＭ０は、コンパレータ９から出力される２相の多回転信号である。Ｍ１とＭ０の関係は９０度位相差をもちＨＩおよびＬＯのレベルが５０％デューティである矩形波となるよう多回転検出用センサ部１及びコンパレータ９が設計されている。また、多回転信号と１回転内絶対位置との関係が分かり易いように、１回転内絶対位置の原点でＭ１信号が変化するような構成が望まれるが、必ずしもこの構成でなく１回転内絶対位置とのずれ分を補正値として考えても良い。本実施例では、１回転内絶対位置の原点でＭ１信号が変化するような構成とした。

主電源供給時には第１の多回転量算出部１２に多回転信号Ｍ１，Ｍ０が取込まれる。正回転時には、Ｍ１信号の立上りエッジでかつＭ０信号がＬＯのときにカウントアップを行い、逆回転時にはＭ１信号の立ち下がりエッジでかつＭ０信号がＬＯのときにカウントダウンを行なう。

（バッテリ電源供給中動作）
次に、バッテリ電源供給中の動作について説明する。

バッテリ電源供給時には、多回転量を算出する部分、すなわち多回転検出用センサ部１、コンパレータ９および多回転量算出部１０のみに電源が供給される。

バッテリ電源供給時には第２の多回転量算出部１３に多回転信号Ｍ１，Ｍ０が取込まれる。正回転時には、Ｍ１信号の立上りエッジでかつＭ０信号がＬＯのときにカウントアップを行い、逆回転時にはＭ１信号の立ち下がりエッジでかつＭ０信号がＬＯのときにカウントダウンを行なう。

多回転量算出用としてスリープモード等の低消費電力機能を持ったマイコンを使用し、低消費電力動作時に信号のエッジによる割込み機能を利用して、すなわち信号のエッジにてカウントアップおよびダウンの判断を行なう。マイコンは割り込み時あるいは周期的にスリープモードから復帰し、算出終了とともにスリープモードへ移行する。

しかし、このような割り込み機能を持たない場合には、周期的にＭ１およびＭ０信号を監視し、正回転時には、Ｍ１信号がＬＯからＨＩへ変化しかつＭ０信号がＬＯの時にカウントアップを行い、逆回転時には、Ｍ１信号がＨＩからＬＯへ変化しかつＭ０信号がＬＯの時にカウントダウンすれば良い。

（電源切替え時動作）
次に、電源切替え時の動作について説明する。

主電源とバッテリ電源の切替え時には、主電源供給時とバッテリ電源供給時の電源条件の差異によって多回転信号に位置変化が発生しても正常な多回転量が得られるよう多回転量補正部１４により多回転量の補正を行なう。

電源切替え時には電源切替部５から多回転量補正部１４へ切替信号が出力される。主電源からバッテリ電源へ切替わる場合、第１の多回転量算出部１２は主電源遮断直前の多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態すなわち、Ｍ１ＬastおよびＭ０Ｌastを取得する。次に、第２の多回転量算出部１３はバッテリ電源供給直後の多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態すなわち、Ｍ１ＮowおよびＭ０Ｎowを取得し、多回転量補正部１４はこれらの信号の状態の変化によってバッテリ電源開始時の多回転量を補正する。

バッテリ電源から主電源へ切替わる場合は逆に、バッテリ電源遮断直前の多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態をＭ１ＬastおよびＭ０Ｌastとして取得する。次に、主電源供給直後の多回転信号Ｍ１およびＭ０の状態をＭ１ＮowおよびＭ０Ｎowとして取得し、これらの信号の状態の変化によって主電源開始時の多回転量を補正する。

図３は本発明の第１実施例における多回転量補正の動作を示すフローチャートである。

主電源からバッテリ電源へ切替わる場合を例にして説明する。

主電源が所定の電圧より降下し、電源切替部５から多回転量算出部１０に切替信号が出力されると、
ステップ１において、第１の多回転量算出部１２はＭ１ＬastおよびＭ０Ｌastを取り込み、
直後にステップ２で、電源切替部５は主電源からバッテリ電源へ切替える。

電源が切り替わると、ステップ３で第２の多回転量算出部１３は、電源切替直後のＭ１ＮowおよびＭ０Ｎowを取り込む。

次に、ステップ４で、多回転補正部１４はＭ０Ｎow＝ＬＯであるか否かを判断する。

ＹＥＳの場合は、ステップ５で、さらにＭ１Ｌast=ＬＯかつＭ１Ｎow=ＨＩであるか否かを判断し、ＹＥＳの場合、すなわちステップ４およびステップ５でＹＥＳの場合、Ｍ０Ｎow=ＬＯでＭ１Ｌast=ＬＯかつＭ１Ｎow=ＨＩの場合、正回転でカウントアップ位置を横切ったことになるため多回転量を+１し（ステップ６）、その後リミット処理（ステップ９）を行い終了する。

ステップ５においてＮＯの場合は、さらにステップ７においてＭ１Ｌast=ＨＩかつＭ１Ｎow=ＬＯであるか否かを判断する。ＹＥＳの場合逆回転でカウントダウン位置を横切ったことになるため多回転量を-１し（ステップ８）、その後リミット処理（ステップ９）を行い終了する。

また、ステップ４及びステップ７においてＮＯの場合もリミット処理（ステップ９）を行い終了する。

なお、リミット処理は多回転量がカウンタのリミット値を上回か又は０を下回る場合にオーバフローに対する処理を行なうものである。

なお、主電源が復帰して、バッテリ電源から主電源へ切替わる場合、第２の多回転量算出部１３がＭ１ＬastおよびＭ１Ｌastを取り込み、第１の多回転量算出部１２がＭ１ＮowおよびＭ０Ｎowを取り込むことになるが、補正の動作については同じであるのでその説明を省略する。

電源切替えにより主電源供給状態となった時は、第１の多回転量算出部１２から得られた補正された多回転量を初期値とし、絶対値生成部１１にて１回転内絶対位置算出部８から得られた１回転内絶対位置を合成し絶対位置を出力する。この後の主電源供給中の多回転量のアップダウンは１回転内絶対位置の原点通過によるカウントでも良いし、第１の多回転量算出部１２でのカウントでも良い。

このように、本実施例では、主電源とバッテリ電源の切替え時に、切替え直前および直後の多回転信号を検出し、直前および直後の多回転信号の状態から多回転量の補正をしているので、電源条件又は回路条件による多回転信号の差やマイコンの動作モード切替処理による多回転信号の取込遅れが発生しても所定の誤差内であれば多回転量カウントミスをなくすことができ、正確な絶対位置データを検出できる。

また、マイコンをスリープモードで動作させる等により、バッテリ電源の省電力化が実現できる。例えば、主電源供給時は高速回転における多回転量を検出する必要がありＭ１信号のエッジを検出し多回転量を算出しているが、バッテリ電源時は多回転量算出部の消費電力を抑えるためこの回路に用いられているマイコンをスリープモードで動作させ、一定周期でＭ１信号およびＭ０信号の状態を検出することによって多回転量を算出することが一般的に行なわれている。この場合、回路条件の違いやマイコンの動作モード切替処理による検出信号のタイムラグが発生するが所定の範囲内であれば多回転量カウントミスをなくすことができる。

図４は、本発明の第２実施例における絶対値エンコーダ装置の構成を示すブロック図である。

図において、１５はバッテリ電源供給時に多回転検出用センサ部１へパルス状の電源を供給する間欠動作駆動部である。第１の実施例の構成との違いは間欠動作駆動部を備えている点である。本実施例ではバッテリ電源供給中は、多回転検出用センサ部への電源供給は間欠動作となる。

次に、本実施例における絶対値エンコーダ装置の多回転検出の動作について説明する。

第１実施例と同様に動作は大きく３つに分けられる。すなわち、１回転内絶対位置の算出および多回転量の算出が行なわれる主電源供給中動作、多回転量の算出のみが行なわれるバックアップ電源供給中動作および主電源とバックアップ電源の電源切替え時の動作である。

以下これらの動作について順に説明する。

（主電源供給中動作）
主電源供給中の動作については、実施例１と同じであるためその説明を省略する。

（バッテリ電源供給中動作）
次に、バッテリ電源供給中の動作について説明する。

バッテリ電源供給時には、第１実施例と同様に多回転量を算出する部分のみに電源が供給されるが、本実施例ではさらに多回転用の磁界検出素子は、電源切替部５からの信号を受けて間欠動作駆動部１５により一定周期毎に一定時間だけ駆動される。

すなわち、タイマで一定周期カウント時に多回転検出用センサ部１の磁界検出素子（図示せず）へ電源の供給が開始される。電源供給から一定時間経過後、第２の多回転量算出部１３に多回転信号Ｍ１，Ｍ０が取込まれ、電源供給が停止する。

多回転量算出用としてスリープモード等の低消費電力機能を持ったマイコンを使用する。電源供給開始時にスリープモードから復帰するが、信号取り込み、電源供給停止後、算出動作を行い、終了するとともにスリープモードへ移行する。

ここで、間欠駆動時における多回転信号Ｍ１，Ｍ０の動作波形について説明する。

間欠駆動時には、コンパレータの出力が立ち上がり、矩形波として出力される多回転信号Ｍ１，Ｍ０が定常状態になるまである程度の時間が必要となる。

図５は本実施例における間欠駆動時の多回転信号の動作波形図で、図５（ａ）は電源供給開始後、多回転信号Ｍ１，Ｍ０を取り込むまでの時間が長い場合である。この場合十分時間が経過しているため多回転信号は定常状態となっており多回転信号Ｍ１，Ｍ０のＨＩおよびＬＯの区間の比が５０％：５０％となる。

図５（ｂ）および（ｃ）は取り込むまでの時間が短い場合である。多回転検出用センサ部１への電源供給前はコンパレータからの出力は不定状態にある。取り込みまでの時間を短くした場合、電源供給前のコンパレータ出力がＨＩであるかＬＯであるかによって取り込んだ多回転信号Ｍ１，Ｍ０のＨＩおよびＬＯの区間の比が５０％：５０％とは異なってくる。（ｂ）はＭ１，Ｍ０ともに電源供給前はＨＩの状態にあった場合であり、ＨＩおよびＬＯ区間の比はＨＩ＞ＬＯとなり、（ｃ）はＭ１，Ｍ０ともに電源供給前はＬＯの状態にあった場合であり、ＨＩおよびＬＯ区間の比はＨＩ＜ＬＯとなっている。

このため、信号の立上がりおよび立下り位置がずれるためカウントアップやカウントダウン位置もずれてくる。

しかしながら、立上がりおよび立下り位置がずれても、(Ｍ１,Ｍ０)が１回転に１回、正回転時には(ＨＩ,ＬＯ)→(ＨＩ,ＨＩ)→(ＬＯ,ＨＩ)→(ＬＯ,ＬＯ)、逆回転時には(ＬＯ,ＬＯ)→(ＬＯ,ＨＩ)→(ＨＩ,ＨＩ)→(ＨＩ,ＬＯ)の４つの状態を連続して有し、回転に応じて４つの状態を繰り返し出力すれば、正回転時には、Ｍ１信号がＬＯからＨＩへ変化しかつＭ０信号がＬＯの時にカウントアップし、逆回転時には、Ｍ１信号がＨＩからＬＯへ変化しかつＭ０信号がＬＯの時にカウントダウンする。すなわち、１回転に一度カウントアップまたはカウントダウンが行なわれ正常にカウントされる。電源供給時間を、この条件を満たす時間で設定することによって大幅な消費電流の低減が実現できる。

（電源切替え時動作）
本実施例では間欠動作駆動部１５は電源切替部５からの信号により一定周期毎に一定時間多回転用の磁界検出素子を駆動（パルス状の電源を供給）している。このように電源供給時間が短い場合、多回転信号の立上がりおよび立下り位置がずれ易い。電源切替え時の処理動作については第１実施例と同じであり、第１実施例の説明に用いた図３のフローチャートで表されるが、ここではさらに理解を助けるために、多回転信号の立上がりおよび立下り位置がずれ場合の電源切替え時の動作をタイムチャート用いて、より詳細に説明する。

図６は本実施例における動作を示すタイムチャートで、バッテリ電源供給時が主電源供給時に比べてカウントアップ位置が進んでいる場合の例である。

図６（ａ）は主電源からバッテリ電源へ切り替わる時のタイムチャートで、電源切替え直前の時刻ｔ_−１においてＭ１Ｌast=ＬＯ、Ｍ０ Ｌast =ＬＯが検出され、電源切替え直後の時刻ｔ_＋１にＭ１Ｎow=ＨＩが検出された場合である。この場合＋１補正される。また、図６（ｂ）はバッテリ電源から主電源へ切り替わる時のタイムチャートで、電源切替え直前の時刻ｔ_−１においてＭ１Ｌast= ＨＩ、Ｍ０ Ｌast =ＬＯが検出され、電源切替え直後の時刻ｔ_＋１にＭ１Ｎow= ＬＯが検出された場合である。この場合−１補正される。その後、Ｍ１がＬＯからＨＩに変化した時点（ｔ_＋１’）で＋１カウントされる。

図７は図６とは逆に、バッテリ電源供給時が主電源供給時に比べてカウントアップ位置が遅れている場合の例である。

図７（ａ）は主電源からバッテリ電源へ切り替わる時のタイムチャートで、電源切替え直前の時刻ｔ_−１においてＭ１Ｌast= ＨＩ、Ｍ０ Ｌast =ＬＯが検出され、電源切替え直後の時刻ｔ_＋１にＭ１Ｎow= ＬＯが検出された場合である。この場合−１補正される。その後、Ｍ１がＬＯからＨＩに変化した時点（ｔ_＋１’）で＋１カウントされる。

また、図７（ｂ）はバッテリ電源から主電源へ切り替わる時のタイムチャートで、電源切替え直前の時刻ｔ_−１においてＭ１Ｌast= ＬＯ、Ｍ０ Ｌast =ＬＯが検出され、電源切替え直後の時刻ｔ_＋１にＭ１Ｎow= ＨＩが検出された場合である。この場合＋１補正される。

なお、バッテリ電源供給時における間欠駆動の周期および電源供給時間は、多回転量検出可能な回転速度と関係がある。周期によって１回転分のサンプリング数が決まる。多回転信号Ｍ１,Ｍ０の関係(Ｍ１,Ｍ０)が (ＨＩ,ＬＯ),(ＨＩ,ＨＩ),(ＬＯ,ＨＩ),(ＬＯ,ＬＯ)となる４パターンを認識するためには１回転に最低４サンプリング取れる周期の設定を行う。また、電源供給時間によってＭ１,Ｍ０のＨＩおよびＬＯ区間の比が決まるため、多回転信号Ｍ１,Ｍ０の関係(Ｍ１,Ｍ０)が (ＨＩ,ＬＯ),(ＨＩ,ＨＩ),(ＬＯ,ＨＩ),(ＬＯ,ＬＯ)となる４パターンを認識できる電源供給の時間を設定する。上記の間欠駆動の周期および電源供給時間はパラメータとして設定できるようにしておく。

また、タイマを用いて多回転信号の周期から簡易的に回転速度を算出し、この回転速度に比例して間欠駆動の周期を切替えればさらに消費電力の低減化が可能となる。また、電源供給時間を可変として、多回転信号のコンパレータ出力特性に応じて電源供給時間を最適値に切替えることにより更なる消費電力の低減化が可能となる。

このように本実施例では、バッテリ電源供給時に間欠駆動により多回転検出用センサ部へ電源供給しているので消費電力をさらに低減できる。また、主電源とバッテリ電源の切替え時に、切替え直前および直後の多回転信号を検出し、直前および直後の多回転信号の状態から多回転量の補正をしているので、バッテリ電源供給時の間欠駆動による主電源供給時とで多回転信号の差が発生しても所定の誤差内であれば多回転量のカウントミスをなくすことができ、モータ回転中の電源切替えに対しても正確な絶対値位置データを検出できる。

本発明は、ロボット、ＮＣ工作機械等に用いられるサーボモータの回転位置を検出する絶対値エンコーダに適用できる。

Claims (5)

1. 少なくとも２個の磁界検出素子を備え回転体の多回転量を検出する多回転検出用センサ部と、前記磁界検出素子を駆動する駆動部と、前記回転体の１回転内の位置を検出する１回転内位置検出用センサ部と、前記多回転検出用センサ部から出力される２相の多回転検出信号をコンパレータを通して矩形波に変換し、この矩形波に変換された多回転信号から多回転量を算出する多回転量算出部と、前記１回転内位置検出用センサ部から出力された１回転内位置検出信号をＡＤ変換器を通して取り込み１回転内絶対位置を算出する１回転内位置算出部と、主電源とバッテリ電源を切替え、主電源遮断時にバッテリ電源を供給する電源切替部と、前記１回転内絶対位置と前記多回転量を合成し絶対位置を生成する絶対位置生成部とを備えた絶対値エンコーダ装置において、
   前記多回転量算出部は、主電源供給時に多回転量を算出する第１の多回転量算出部と、バッテリ電源供給時に多回転量を算出する第２の多回転量算出部と、前記主電源供給時と前記バッテリ電源供給時の切替え時に、電源切替え直前および電源切替え直後の前記多回転信号の状態を取得し電源切替え後の多回転量の初期値を補正する多回転量補正部と、を備えたことを特徴とする絶対値エンコーダ装置。
2. 前記駆動部は、バッテリ電源供給時に前記磁界検出素子へ一定周期のパルス状の電源を供給することを特徴とする請求項１記載の絶対値エンコーダ装置。
3. 前記パルス状の電源のパルス周期を前記回転体の回転速度に応じて切替えることを特徴とする請求項２記載の絶対値エンコーダ装置。
4. 前記パルス状の電源のパルス幅は、バッテリ電源供給時の前記多回転信号の立上がりおよび立下がり特性に応じて設定できることを特徴とする請求項２記載の絶対値エンコーダ装置。
5. 少なくとも２個の磁界検出素子を備え回転体の多回転量を検出する多回転検出用センサ部と、前記磁界検出素子を駆動する駆動部と、前記回転体の１回転内の位置を検出する１回転内位置検出用センサ部と、前記多回転検出用センサ部から出力される２相の多回転検出信号をコンパレータを通して矩形波に変換し、この矩形波に変換された多回転信号から多回転量を算出する多回転量算出部と、前記１回転内位置検出用センサ部から出力された１回転内位置検出信号をＡＤ変換器を通して取り込み１回転内絶対位置を算出する１回転内位置算出部と、主電源とバッテリ電源を切替え、主電源遮断時にバッテリ電源を供給する電源切替部と、前記１回転内絶対位置と前記多回転量を合成し絶対位置を生成する絶対位置生成部とを備えた絶対値エンコーダ装置の多回転検出方法において、
   前記多回転量算出部は、主電源供給時に多回転量を算出する第１の多回転量算出部と、バッテリ電源供給時に多回転量を算出する第２の多回転量算出部を備え、
   前記第１の多回転量算出部で主電源供給時の多回転量を算出し、前記第２の多回転量算出部でバッテリ電源供給時の多回転量を算出し、主電源供給時とバッテリ電源供給時の切替え時に電源切替え直前および電源切替え直後の前記多回転信号の状態を取得し、電源切替え後の多回転量の初期値を補正することを特徴とする絶対値エンコーダ装置の多回転検出方法。

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