WO2014185104A1 - 回転角度検出システム、回転角度検出方法、回転角度検出ユニット及び同期電動機制御システム - Google Patents

回転角度検出システム、回転角度検出方法、回転角度検出ユニット及び同期電動機制御システム Download PDF

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WO2014185104A1
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rotation angle
rotor
angle detection
synchronous motor
absolute
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PCT/JP2014/052733
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章良 岩本
学海 赤川
山田　晃広
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株式会社アイエイアイ
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    • H02K7/06—Means for converting reciprocating motion into rotary motion or vice versa

Definitions

  • the present invention relates to a rotation angle detection system, a rotation angle detection method, a rotation angle detection unit, and a synchronous motor control system.
  • a rotation angle of a rotation shaft of a motor is detected, and a position of a movable part is further detected based on the rotation angle.
  • an absolute encoder, a resolver, or the like is used to detect the rotation angle.
  • the encoder includes an absolute encoder and an incremental encoder. Incremental encoders are inexpensive but cannot detect the absolute position, so an origin sensor or origin return operation is required.
  • optical encoders and magnetic encoders that can detect an absolute angle during one rotation, but the structure is complicated and expensive.
  • the magnetic absolute encoder of Patent Document 1 includes a plurality of rotation detectors for detecting a rotation angle on a rotation shaft of a motor.
  • the above-described conventional magnetic absolute encoder requires a plurality of rotation detectors and analog / digital (A / D) converters, and the structure becomes complicated. Furthermore, a complicated control circuit is required and the cost increases.
  • the present invention has been made in view of the problems, and an object thereof is to easily detect the absolute rotation angle of the rotor.
  • a rotation angle detection system is a rotation angle detection system that detects a rotation angle of the rotor in a synchronous motor including a rotor and a stator winding.
  • a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotor, having a resolution equal to or greater than the number of pole pairs of the synchronous motor with respect to a mechanical angle of 360 ° of the rotor, and according to the rotation angle of the rotor Based on the signal output means for periodically outputting a plurality of types of signals, the rotation angle of the rotor detected by the rotation angle detection means, and the type of signal output by the signal output means, And an absolute rotation angle acquisition means for acquiring the absolute rotation angle of the rotor.
  • the resolution includes the number of pole pairs of the synchronous motor and the number of cycles of combinations of signal types output by the signal output means while the rotor rotates an angle corresponding to one pole pair of the synchronous motor. You may make it more than the number which multiplied.
  • Current supply control means for performing control to supply a plurality of types of current to the stator winding, the absolute rotation angle acquisition means, the rotation angle of the rotor detected by the rotation angle detection means, The absolute rotation angle of the rotor may be acquired based on the type of current supplied by the current supply control unit in addition to the type of signal output by the signal output unit.
  • a rotational speed detection means for detecting the rotational speed of the rotor; a rotational angle of the rotor acquired by the absolute rotational angle acquisition means; and a rotational speed of the rotor detected by the rotational speed detection means.
  • a moving body position acquisition unit that acquires a position of a moving body that moves on a straight line by driving the synchronous motor may be provided.
  • the synchronous motor may be a stepping motor.
  • a rotation angle detection method includes a rotation by a rotation angle detection system that detects a rotation angle of the rotor in a synchronous motor including a rotor and a stator winding.
  • An angle detection method comprising: a rotation angle detection step for detecting a rotation angle of the rotor having a resolution equal to or greater than the number of pole pairs of the synchronous motor with respect to a mechanical angle of 360 ° of the rotor; A signal output step for periodically outputting a plurality of types of signals according to the rotation angle, a rotation angle of the rotor detected in the rotation angle detection step, and a type of signal output in the signal output step And an absolute rotation angle acquisition step of acquiring an absolute rotation angle of the rotor based on the above.
  • the resolution includes the number of pole pairs of the synchronous motor and the number of cycles of combinations of signal types output in the signal output step while the rotor rotates an angle corresponding to one pole pair of the synchronous motor. You may make it more than the number which multiplied.
  • a current supply control step for performing control to supply a plurality of types of current to the stator winding, and in the absolute rotation angle acquisition step, the rotation angle of the rotor detected in the rotation angle detection step;
  • the absolute rotation angle of the rotor may be acquired based on the type of current supplied in the current supply control step.
  • the synchronous motor may be a stepping motor.
  • a synchronous motor control system shows one of the rotation angle detection systems described above and the rotation angle of the rotor detected by the rotation angle detection means.
  • Drive control means for controlling the drive of the synchronous motor based on the signal.
  • a synchronous motor control system is based on any one of the rotation angle detection systems described above and the type of signal output by the signal output means.
  • Drive control means for controlling the drive of the electric motor.
  • a rotation angle detection unit is a rotation angle detection unit that detects a rotation angle of the rotor in a synchronous motor including a rotor and a stator winding.
  • a disk attached to the shaft of the synchronous motor so as to be coaxial with the shaft, a signal output unit for periodically outputting a plurality of types of signals according to the rotation angle of the disk, and the same as the shaft
  • a first magnetic sensor that is disposed to face the first magnet at a predetermined interval and detects a magnetic flux.
  • the absolute rotation angle of the rotor can be easily detected.
  • FIG. 1 It is a figure showing a schematic structure of an electric actuator system concerning an embodiment. It is a perspective view of the absolute unit which concerns on embodiment. It is a side view of the absolute unit which concerns on embodiment. It is a figure which shows the structure on the board
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an electric actuator system 100 according to an embodiment.
  • An electric actuator system 100 shown in FIG. 1 includes a housing 1, a motor cover 3, a stepping motor 5, a joint member 7, a bearing member 8, a ball screw 9, a bearing member 10, a ball nut 11, a hollow rod 13, a rod 15, and an absolute unit. 21 and a stepping motor control device 23.
  • the motor cover 3 is connected to the housing 1.
  • a stepping motor 5 is accommodated and arranged in the motor cover 3.
  • the stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor.
  • the stepping motor 5 includes a columnar rotor 6b, a cylindrical stator 6a disposed so as to accommodate the rotor 6b at a predetermined interval, and a motor shaft 6c connected to the rotor 6b. Consists of including.
  • the stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor, and an A-phase winding and a B-phase winding (not shown) are wound around the stator 6a as a stator winding.
  • a ball screw 9 is connected to the motor shaft 6 c of the stepping motor 5 through a joint member 7.
  • a ball nut 11 is screwed to the ball screw 9, and a hollow rod 13 is fixed to the ball nut 11.
  • a rod 15 is connected to the tip of the hollow rod 13.
  • the joint member 7 is rotatably supported by bearing members 8 and 10.
  • the stepping motor 5 When the stepping motor 5 is driven according to the current supplied from the stepping motor control device 23 to the A-phase winding and the B-phase winding, the rotor 6b and the motor shaft 6c rotate. Further, when the ball screw 9 rotates, the ball nut 11 whose rotation is restricted by the rotation of the ball screw 9 moves in the axial direction. The movement of the ball nut 11 moves the hollow rod 13 and further the rod 15 in the axial direction.
  • the absolute unit 21 acquires the rotation angle of the rotor 6b. Moreover, the absolute unit 21 acquires the rotation speed of the rotor 6b, and acquires the position of the rod 15 that moves in the axial direction based on the rotation angle and the rotation speed of the rotor 6b. Details of the absolute unit 21 will be described later.
  • the stepping motor 5 is controlled by the stepping motor control device 23.
  • the stepping motor control device 23 controls the stepping motor 5 based on a detection signal from the absolute unit 21 and a command signal input separately. Further, the stepping motor control device 23 executes predetermined start control when the stepping motor 5 is started, thereby providing stable start characteristics.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the absolute unit 21.
  • FIG. 3 shows a side view of the inside of the absolute unit 21. 2 and 3 is connected to the stepping motor 5, and includes a unit cover 50, an incremental encoder 60, a main driving gear 61, a first driven gear 62, a second driven gear 63, bearings 64, 65, Gear holding plates 66 and 67, magnets 71, 72, and 73, a substrate 101, a first magnetic sensor 151, a second magnetic sensor 152, and a third magnetic sensor 153 are configured.
  • the incremental encoder 60 outputs a signal with the rotation of the motor shaft 6c.
  • the incremental encoder 60 is, for example, an optical type, and opposes the photoelectric element (not shown), a lattice disk (not shown) provided with slits at a predetermined angle pitch, and the photoelectric element across the lattice disk. And a light source (not shown) arranged at a position.
  • the lattice disk is attached to the motor shaft 6c, and the rotation axis of the lattice disk and the rotation axis of the motor shaft 6c are coaxial.
  • the lattice disk rotates with the rotation of the motor shaft 6c. At that time, light from the light source repeats a state of passing through the slit and reaching the photoelectric element and a state of being blocked by the lattice disk and not reaching the photoelectric element.
  • the photoelectric element outputs a combination of two signals (first signal and second signal) every time light from the light source arrives.
  • a combination of the first signal and the second signal is a combination in which the first signal is at a high level and the second signal is at a high level, a combination in which the first signal is at a low level and the second signal is at a high level, A combination in which one signal is at a low level and the second signal is at a low level, and a combination in which the first signal is at a high level and the second signal is at a low level.
  • the photoelectric element periodically outputs the four combinations of the first signal and the second signal.
  • the incremental encoder 60 only needs to periodically output four combinations of the first signal and the second signal as the motor shaft 6c rotates, and may be a magnetic type.
  • the main driving gear 61 is located at the center of the space in the unit cover 50 and is attached to the motor shaft 6c.
  • the rotation axis of the lattice disk and the rotation axis of the motor shaft 6c are coaxial.
  • the main driving gear 61 rotates with the rotation of the motor shaft 6c.
  • the gear holding plate 66 is attached to the side surface of the inner wall surface of the unit cover 50. Further, a bearing 64 is rotatably attached to the gear holding plate 66. The rotation axis of the bearing 64 is parallel to the rotation axis of the motor shaft 6c.
  • the first driven gear 62 is attached to the bearing 64. The first driven gear 62 is arranged so as to mesh with the main driving gear 61, and rotates with the rotation of the main driving gear 61.
  • the gear holding plate 67 is attached to the side surface of the inner wall surface of the unit cover 50.
  • a bearing 65 is rotatably attached to the gear holding plate 67.
  • the rotation axis of the bearing 65 is parallel to the rotation axis of the motor shaft 6c.
  • the second driven gear 63 is attached to the bearing 65.
  • the second driven gear 63 is disposed at a position facing the first driven gear 62 across the main driving gear 61 so as to mesh with the main driving gear 61, and rotates with the rotation of the main driving gear 61.
  • the number of teeth of the main driving gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear 63 is different for obtaining the number of rotations of the rotor 6b, which will be described later, and further for obtaining the position of the rod 15. It is set to be.
  • the number of teeth of the main driving gear 61 is 25
  • the number of teeth of the first driven gear 62 is 24, and the number of teeth of the second driven gear 63 is 23.
  • the magnet 71 is attached to the tip of the motor shaft 6c.
  • the magnet 72 is attached to the tip of the bearing 64.
  • the magnet 73 is attached to the tip of the bearing 65.
  • the substrate 101 is attached to the main surface of the inner wall surface of the unit cover 50. Furthermore, a first magnetic sensor 151, a second magnetic sensor 152, and a third magnetic sensor 153 are disposed on the substrate 101.
  • the first magnetic sensor 151 is disposed at a position facing the magnet 71 with a predetermined interval.
  • the first magnetic sensor 151 detects the fine magnetic flux of the magnet 71 attached to the tip of the motor shaft 6c by a magnetic detection element (not shown) and outputs it as an analog signal.
  • This analog signal is a sine wave signal that changes in voltage according to the rotation of the magnet 71 and has one cycle when the magnet 71 rotates once.
  • the first magnetic sensor 151 detects the rotation angle of the motor shaft 6c.
  • the motor shaft 6c and the rotor 6b are coaxial and rotate at the same rotational speed. Accordingly, the first magnetic sensor 151 detects the rotation angle (first rotation angle) of the rotor 6b.
  • the second magnetic sensor 152 is disposed at a position facing the magnet 72 with a predetermined interval.
  • the second magnetic sensor 152 detects the fine magnetic flux of the magnet 72 attached to the tip of the bearing 64 by a magnetic detection element (not shown) and outputs it as an analog signal.
  • This analog signal is a sine wave signal that changes in voltage according to the rotation of the magnet 72 and that makes one cycle when the magnet 72 rotates once.
  • the second magnetic sensor 152 detects the rotation angle of the first driven gear 62.
  • the third magnetic sensor 153 is disposed at a position facing the magnet 73 at a predetermined interval.
  • the third magnetic sensor 153 detects the fine magnetic flux of the magnet 73 attached to the tip of the bearing 65 by a magnetic detection element and outputs it as an analog signal.
  • This analog signal is a sine wave signal that changes in voltage according to the rotation of the magnet 73 and that makes one cycle when the magnet 73 rotates once. As a result, the third magnetic sensor 153 detects the rotation angle of the second driven gear 63.
  • a configuration necessary for acquiring the rotation angle of the rotor 6 b and the position of the rod 15 is disposed on the substrate 101.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration on the substrate 101. As shown in FIG. 4, a control unit 102, a memory 104, and an interface (I / F) unit 110 are arranged on the substrate 101.
  • the control unit 102 is configured by a microcomputer, for example.
  • the control unit 102 controls the entire absolute unit 21 by executing a program stored in the memory 104 and processing various data stored in the memory 104.
  • the control unit 102 has a function of a rotation angle acquisition unit 122 as an absolute rotation angle acquisition unit and a position acquisition unit 124 as a moving body position acquisition unit.
  • the control unit 102 connects the incremental encoder 60 to the first magnetic sensor 151, the second magnetic sensor 152, and the third magnetic sensor 153 on the substrate 101.
  • the memory 104 is, for example, a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory).
  • the memory 104 stores various information.
  • the I / F unit 110 transmits and receives data to and from the stepping motor control device 23 under the control of the control unit 102.
  • the resolution of the incremental encoder 60 is 800 pulses at a mechanical angle of 360 °. That is, since the stepping motor 5 has 50 pole pairs, the resolution of the incremental encoder 60 per electrical angle cycle is 800 pulses / 50, and the resolution per electrical angle cycle is 16.
  • the resolution of the first magnetic sensor 151 per mechanical angle of 360 ° is either 200 or 50.
  • the stepping motor 5 is a 50-pole pair as described above, and the mechanical angle per cycle of the electrical angle is 7.2 °.
  • the first magnetic sensor 151 detects which position of the stator 6a the predetermined position of the rotor 6b is facing. By doing so, it is possible to detect which one electrical angle cycle is in a position corresponding to one electrical angle cycle out of one electrical angle cycle having a mechanical angle of 360 °.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the positions of the stator 6a and the rotor 6b in the stepping motor 5 on one cycle of the electrical angle.
  • the position of the stator 6a and the rotor 6b is divided into 16 in the circumferential direction according to the resolution of the incremental encoder 60 per electrical angle period being 16.
  • the stator 6a is assigned numbers for identifying the stator positions 1 to 16 in the clockwise direction from the position of the electrical angle 0 ° in the circumferential direction every 22.5 ° of electrical angle.
  • the first signal is at a high level and the second signal is at a high level.
  • Output level combinations When the rotor position P of the rotor 6b faces the stator positions 2, 6, 10, and 14 of the stator 6a, a combination in which the first signal is at a low level and the second signal is at a high level is output. .
  • the rotor position P of the rotor 6b faces the stator positions 3, 7, 11 and 15 of the stator 6a, a combination in which the first signal is at a low level and the second signal is at a low level is output.
  • the rotor position P of the rotor 6b is directly opposed to the stator positions 4, 8, 12, 16 of the stator 6a, a combination in which the first signal is high level and the second signal is low level is output. .
  • the rotor position P (see FIG. 5), which is a predetermined position of the rotor 6b, corresponds to one cycle of electrical angle according to the current supply state to the A-phase winding and the B-phase winding wound around the stator 6a. Is divided into one of the first quadrant, the second quadrant, the third quadrant, and the fourth quadrant.
  • the A phase winding and the B phase winding have a positive current in the A phase winding, a positive current in the B phase winding, a negative current in the A phase winding, or a negative current in the B phase winding.
  • the predetermined position of the rotor 6b can be made to face the specific stator position.
  • the rotor position P is located in the first quadrant and faces the stator position 1.
  • the rotor position P is located in the second quadrant and faces the stator position 5.
  • the rotor position P When a negative current is supplied to the A-phase winding, the rotor position P is located in the third quadrant and faces the stator position 9. When a negative current is supplied to the B-phase winding, the rotor position P is located in the fourth quadrant and faces the stator position 13.
  • the stator position P can be determined more finely by supplying current to the A-phase winding and the B-phase winding simultaneously.
  • the number of teeth of the main driving gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear 63 are different from each other, and are set to be prime.
  • the motor shaft 6c is rotated by the driving of the stepping motor 5.
  • the main driving gear 61 rotates.
  • the transition of the rotation angle of the main driving gear 61, the first driven gear 62 and the second driven gear 63 is shown in FIG. It will be a thing.
  • the horizontal axis indicates the rotation speed of the rotor 6b and the motor shaft 6c
  • the vertical axis indicates the rotation angle of the main driving gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear 63.
  • FIG. 6A shows the first part
  • FIG. 6B shows the last part.
  • the initial state indicates a state when the rod 15 is closest to the housing 1. The position at which the rod 15 is closest to the housing 1 is defined as the starting position.
  • the main driving gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear 63 rotate as the motor shaft 6c rotates.
  • the main driving gear 61 also makes one rotation.
  • the first driven gear 62 has fewer teeth than the main driving gear 61, it rotates once before the main driving gear 61 makes one rotation.
  • the second driven gear 63 has fewer teeth than the first driven gear 62, it rotates once before the first driven gear 62 makes one rotation. For this reason, as shown to FIG. 6 (A), the rotation angle of the 1st driven gear 62 and the 2nd driven gear 63 shifts
  • the rotational speed of the rotor 6b and the motor shaft 6c is between 0 and 552
  • the combination of the rotational angle of the first driven gear 62 and the rotational angle of the second driven gear 63 is determined.
  • the rotational speeds of the rotor 6b and the motor shaft 6c corresponding to the combination are uniquely determined. That is, based on the combination of the rotation angle (second rotation angle) of the first driven gear 62 and the rotation angle (third rotation angle) of the second driven gear 63, the rotation speed of the rotor 6b can be acquired. It is.
  • the control unit 102 determines the rotation angle (first rotation angle) of the rotor 6b detected by the first magnetic sensor 151 and the incremental encoder. Based on the combination of the first signal and the second signal output from 60, the absolute rotation angle of the rotor 6b can be acquired.
  • the control unit 102 determines the rotation angle (first rotation angle) of the rotor 6b detected by the first magnetic sensor 151, and Based on the quadrant specified by the current supply state to the A-phase winding and the B-phase winding wound around the stator 6a and the combination of the first signal and the second signal output from the incremental encoder 60, The absolute rotation angle of the rotor 6b can be acquired. Further, the control unit 102 determines the rotation of the rotor 6b from the combination of the rotation angle of the first driven gear 62 detected by the second magnetic sensor 152 and the rotation angle of the second driven gear 63 detected by the second magnetic sensor 152. The number of rotations can be acquired, and further the position of the rod 15 can be acquired.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 outputs the first rotation angle of the rotor 6b and a combination of the first signal and the second signal to the stepping motor control device 23 via the I / F unit 110.
  • the stepping motor control device 23 controls the driving of the stepping motor 5 based on the first rotation angle of the rotor 6b and the combination of the first signal and the second signal.
  • the rotor position P of the rotor 6b in FIG. 5 is directly facing based on the combination of the first rotation angle of the rotor 6b and the first signal and the second signal. Specify the stator position.
  • the stepping motor control device 23 requires the stator current necessary for directly facing the rotor position P of the rotor 6b to the desired stator position.
  • a vector current is supplied to at least one of the A-phase winding and the B-phase winding.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a process for acquiring the rotation angle of the rotor 6b by the control unit 102 when the first magnetic sensor 151 having a resolution of 200 per 360 mechanical angles is used.
  • the first magnetic sensor 151 detects the rotation angle of the motor shaft 6c, that is, the rotation angle (first rotation angle) of the rotor 6b, and outputs an analog signal indicating the first rotation angle to the control unit 102.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 acquires an analog signal indicating the first rotation angle (step S101).
  • the incremental encoder 60 outputs a combination of the first signal and the second signal corresponding to the stator position where the predetermined position (rotor position P) of the rotor 6b is directly opposed to the control unit 102.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 acquires a combination of the first signal and the second signal. Further, the rotation angle acquisition unit 122 identifies a combination of the first signal and the second signal (step S102).
  • the rotation angle acquisition unit 122 determines that the rotor position P of the rotor 6b is the stator positions 1, 5, and 5 of the stator 6a in FIG. 9 and 13 can be identified as facing directly. Further, when the first signal is at a low level and the second signal is at a high level, the rotation angle acquisition unit 122 determines that the rotor position P of the rotor 6b is the stator position 2 of the stator 6a in FIG. , 6, 10, and 14 can be identified. In addition, when both the first signal and the second signal are at a low level, the rotation angle acquisition unit 122 sets the rotor position P of the rotor 6b in FIG.
  • the rotation angle acquisition unit 122 sets the rotor position P of the rotor 6b in FIG. 5 to the stator position 4 of the stator 6a.
  • 8, 12, and 16 can be identified as facing each other.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies the angle corresponding to the combination of the first signal and the second signal within the range of the first rotation angle of the rotor 6b as the absolute rotation angle of the rotor 6b (step). S103).
  • the first magnetic sensor 151 Since the stepping motor 5 is a 50-pole pair, the first magnetic sensor 151 having a resolution of 200 per 360 mechanical angles has a resolution of 4 per electrical angle cycle. Therefore, the first magnetic sensor 151 detects whether the predetermined position of the rotor 6b is facing the stator 6a, so that the predetermined position of the rotor 6b is 50 cycles at a mechanical angle of 360 °. It is possible to detect which electrical angle is located in one electrical angle cycle and which is located in the first to fourth quadrants corresponding to the electrical angle one cycle. . For this reason, in step S103, the rotation angle acquisition unit 122 first corresponds to any one electrical angle cycle out of 50 electrical angle cycles based on the first rotation angle acquired in step S101. Among the first quadrant to the fourth quadrant, the quadrant where the predetermined position of the rotor 6b is located is specified.
  • the predetermined position of the rotor 6b is located at one of the positions obtained by dividing one quadrant into four (four divided positions). Can be detected.
  • the rotation angle acquisition unit 122 is divided into four in which the predetermined position of the rotor 6b is located in the specified quadrant based on the combination of the first signal and the second signal specified in step S102. Any of the positions can be specified.
  • the rotation angle corresponding to the specified four-divided position can be specified as the absolute rotation angle of the rotor 6b.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the process of acquiring the rotation angle of the rotor 6b by the control unit 102 when the first magnetic sensor 151 having a resolution per mechanical angle of 360 ° is used.
  • the stepping motor control device 23 supplies current to the A-phase winding and the B-phase winding wound around the stator 6a of the stepping motor 5.
  • the rotor position P does not face the desired stator position depending on a predetermined position of the rotor 6 b in one current supply. Therefore, it is preferable to change the current supply state of the A-phase winding and the B-phase winding a plurality of times.
  • a method of facing the desired stator position a method described in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-261023 invented by the present applicant can be considered.
  • the first magnetic sensor 151 detects the rotation angle of the motor shaft 6 c, that is, the rotation angle (first rotation angle) of the rotor 6 b, and outputs an analog signal indicating the first rotation angle to the control unit 102. To do.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 acquires an analog signal indicating the first rotation angle (step S201).
  • the incremental encoder 60 outputs a combination of the first signal and the second signal corresponding to the stator position where the predetermined position (rotor position P) of the rotor 6b is directly opposed to the control unit 102.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 acquires a combination of the first signal and the second signal. Furthermore, the rotation angle acquisition unit 122 identifies the combination of the first signal and the second signal (step S202). A specific method for specifying the combination of the first signal and the second signal is the same as that in step S102 of FIG.
  • the stepping motor control device 23 outputs the current supply state to the control unit 102 for the A-phase winding and the B-phase winding wound around the stator 6 a of the stepping motor 5.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 receives the A-phase winding and the B-phase winding from the stepping motor control device 23.
  • the current supply state for the line is acquired (step S203).
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 determines the quadrant where the predetermined position (rotor position P) of the rotor 6b is located based on the current supply state to the A-phase winding and the B-phase winding. Specify (step S204). As described above, the quadrant where the predetermined position of the rotor 6b is located can be uniquely specified by the current supply state to the A-phase winding and the B-phase winding. When a positive current is supplied to the A-phase winding, the rotation angle acquisition unit 122 specifies that the predetermined position of the rotor 6b is located in the first quadrant.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies that the predetermined position of the rotor 6b is located in the second quadrant.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies that the predetermined position of the rotor 6b is located in the third quadrant.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies that the predetermined position of the rotor 6b is located in the fourth quadrant.
  • the rotation angle acquisition unit 122 determines the angle corresponding to the combination of the first signal and the second signal within the range of the first rotation angle of the rotor 6b and within the specified quadrant.
  • the absolute rotation angle is specified (step S205).
  • the first magnetic sensor 151 Since the stepping motor 5 is a 50-pole pair, the first magnetic sensor 151 having a resolution of 50 per mechanical angle of 360 ° has a resolution of 1 per electrical angle cycle. For this reason, the first magnetic sensor 151 detects which one of the electrical angle periods of 50 electrical angles exists at a mechanical angle of 360 ° by detecting which position of the stator 6a is directly facing the predetermined position of the rotor 6b. Can be detected. For this reason, in step S205, the rotation angle acquisition unit 122 is first positioned in any one electrical angle period among the one electrical angle period that exists in 50 periods based on the first rotation angle acquired in step S201. Detect whether or not
  • the quadrant specified in step S204 is that the predetermined position of the rotor 6b is the first quadrant to the fourth quadrant corresponding to one electrical angle cycle specified that the predetermined position of the rotor 6b is located. Indicates the quadrant that is located. For this reason, in step S205, the rotation angle acquisition unit 122 locates a predetermined position of the rotor 6b in the first quadrant to the fourth quadrant corresponding to one cycle of the specified electrical angle based on the current supply state. Identify the quadrant you are in.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the process of acquiring the position of the rod 15 by the control unit 102.
  • the position acquisition unit 124 in the control unit 102 acquires the rotational speed of the rotor 6b (step S301). Specifically, the stepping motor 5 is driven from an initial state when the rod 15 is closest to the housing 1, and the main driving gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear are driven along with the rotation of the motor shaft 6c. When the gear 63 rotates, the position acquisition unit 124 detects the rotation angle (first rotation angle) of the main driving gear 61 detected by the first magnetic sensor 151 and the first driven gear 62 detected by the second magnetic sensor 152. The rotation angle (second rotation angle) and the rotation angle (third rotation angle) of the second driven gear 63 detected by the second magnetic sensor 153 are acquired.
  • the position acquisition unit 124 acquires the rotation number of the rotor 6b that is uniquely determined by the combination of the rotation angle of the main driving gear 61, the rotation angle of the first driven gear 62, and the rotation angle of the second driven gear 63. .
  • the value after the decimal point of the rotational speed of the rotor 6b acquired here is rounded down.
  • the position acquisition unit 124 acquires the absolute rotation angle of the rotor 6b acquired by the rotation angle acquisition unit 122 by the processing of FIG. 7 or FIG. 8 (step S302).
  • the position acquisition unit 124 calculates the movement distance (first movement distance) of the rod 15 with respect to the rotation speed of the rotor 6b (step S303).
  • the memory 104 stores the movement distance of the rod 15 per rotation of the rotor 6b.
  • the position acquisition unit 124 calculates the first movement distance of the rod 15 by multiplying the movement distance of the rod 15 per rotation of the rotor 6b by the rotation number of the rotor 6b acquired in step S301.
  • the position acquisition unit 124 calculates the movement distance (second movement distance) of the rod 15 with respect to the absolute rotation angle of the rotor 6b (step S304).
  • the absolute unit 21 can detect the absolute rotation angle of the rotor 6b with an accuracy of 0.45 °.
  • the memory 104 stores the moving distance of the rod 15 when the rotor 6b rotates 0.45 °.
  • the position acquisition unit 124 multiplies the moving distance of the rod 15 when the rotor 6b rotates 0.45 ° by the absolute rotation angle of the rotor 6b acquired in step S302, and further divides by 0.45.
  • the second moving distance of the rod 15 is calculated.
  • the position acquisition unit 124 adds the first movement distance calculated in step S303 and the second movement distance calculated in step S304 to the starting point position (position in the initial state) of the rod 15 to obtain the rod 15 Is identified (step S305).
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 includes the first magnetic sensor 151.
  • the first rotation angle of the rotor 6b detected by the above is acquired, and the combination of the first signal and the second signal detected by the incremental encoder 60 is acquired.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies an angle corresponding to the combination of the first signal and the second signal within the range of the first rotation angle of the rotor 6b as the absolute rotation angle of the rotor 6b.
  • the absolute rotation angle of the rotor 6b can be detected with an accuracy of 0.45 °.
  • the rotation angle acquisition unit 122 in the control unit 102 is detected by the first magnetic sensor 151.
  • the first rotation angle of the rotor 6b is acquired, and the combination of the first signal and the second signal detected by the incremental encoder 60 is acquired.
  • the rotation angle acquisition unit 122 specifies a quadrant where the predetermined position of the rotor 6b is located based on the current supply state to the A-phase winding and the B-phase winding, and the range of the first rotation angle of the rotor 6b.
  • the angle corresponding to the combination of the first signal and the second signal within the specified quadrant is specified as the absolute rotation angle of the rotor 6b.
  • the inexpensive first magnetic sensor 151 with the incremental encoder 60, it is possible to easily detect the absolute rotation angle of the rotor 6b, and a plurality of rotation detectors as in a conventional magnetic absolute encoder. No A / D converter is required. Furthermore, since a complicated control circuit is not required, the cost can be reduced.
  • the position acquisition unit 124 in the control unit 102 acquires the rotation speed of the rotor 6b, calculates the first movement distance of the rod 15 with respect to this rotation speed, and also calculates the first rotation distance of the rod 15 with respect to the absolute rotation angle of the rotor 6b. A second movement distance is calculated. Then, the position acquisition unit 124 can specify the current position of the rod 15 by adding the first movement distance and the second movement distance to the position of the rod 15 in the initial state. Furthermore, by using the above-described calculation method, it is not necessary to hold the information on the rotational speed, so that no power supply means for holding such information, for example, a battery is required.
  • the stepping motor control device 23 can appropriately control the driving of the stepping motor 5 based on the first rotation angle of the rotor 6b and the combination of the first signal and the second signal.
  • the present invention is not limited to this.
  • the resolution per mechanical angle 360 ° of the first magnetic sensor 151 exceeds 200, the absolute rotation angle of the rotor 6b can be acquired by the process shown in FIG. .
  • the resolution per mechanical angle 360 ° of the first magnetic sensor 151 is greater than 50, the absolute rotation angle of the rotor 6b can be acquired by the process shown in FIG. .
  • the first magnetic sensor 151, the second magnetic sensor 152, and the third magnetic sensor 153 are used, the magnet 71 is at the tip of the motor shaft 6c, the magnet 72 is at the tip of the bearing 64, and the magnet 73.
  • the present invention can be similarly applied when using means for detecting the rotation angle of the main driven gear 61, the first driven gear 62, and the second driven gear 63.
  • the magnet 71 is attached to the tip of the motor shaft 6c.
  • the magnet 71 may be configured to rotate at the same rotation angle as the motor shaft 6c.
  • a third driven gear that rotates in conjunction with the main driving gear 61 and has the same number of teeth as the main driving gear 61 is attached.
  • the third driven gear may mesh with the main drive gear 61 or may rotate in conjunction with the main drive gear 61 via another driven gear.
  • the magnet 71 is attached to the tip of the bearing of the third driven gear, and the first magnetic sensor 151 is disposed at a position facing the magnet 71 with a predetermined interval.
  • first driven gear 62 and the second driven gear 63 are engaged with the main driving gear 61, but may be configured to rotate in conjunction with the main driving gear 61.
  • first driven gear 62 and the second driven gear 63 may rotate in conjunction with the main driving gear 61 via other driven gears.
  • the magnet 72 is attached to the tip of the bearing 64 and the magnet 73 is attached to the tip of the bearing 65.
  • the magnet 72 rotates at the same rotation angle as the bearing 64, and the magnet 73 is the bearing. What is necessary is just to be comprised so that it may rotate with the same rotation angle as 65.
  • a fourth driven gear that rotates in conjunction with the first driven gear 62 and has the same number of teeth as the first driven gear 62 is attached.
  • the fourth driven gear may mesh with the first driven gear 62 or may rotate in conjunction with the first driven gear 62 via another driven gear.
  • a magnet 72 is attached to the tip of the bearing of the fourth driven gear, and the second magnetic sensor 152 is disposed at a position facing the magnet 72 with a predetermined interval.
  • a fifth driven gear that rotates in conjunction with the second driven gear 63 and has the same number of teeth as the second driven gear 63 is attached.
  • the fifth driven gear may mesh with the second driven gear 63, or may rotate in conjunction with the second driven gear 63 via another driven gear.
  • a magnet 73 is attached to the tip of the bearing of the fifth driven gear, and the third magnetic sensor 153 is disposed at a position facing the magnet 73 with a predetermined gap.
  • the substrate 101 is disposed in the absolute unit 21 and the control unit 102 and the like are configured on the substrate.
  • the substrate 101 and the control unit 102 are external to the absolute unit 21, for example, stepping. You may comprise in the motor control apparatus 23.
  • the stepping motor 5 is a two-phase HB type stepping motor, the present invention is also applicable to a variable reluctance type (Variable Reluctance Type) stepping motor, a PM type (Permanent Magnet Type) stepping motor, and the like. is there.
  • the number of phases of the stepping motor 5 is not limited, and the present invention can be applied to various configurations such as single phase, two phase, three phase, four phase, and five phase.

Landscapes

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Abstract

　簡易に回転子の絶対回転角度を検出する。回転子と固定子巻線とを含むステッピングモータの回転子の回転角度を検出するために、機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ（１５１）は、回転子の回転角度を検出する。インクリメンタルエンコーダ（６０）は、回転子の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する。制御部（１０２）の回転角度取得部（１２２）は、第１磁気センサ（１５１）により検出された回転子の回転角度と、インクリメンタルエンコーダ（６０）により出力された信号の種別とに基づいて、回転子の絶対回転角度を取得する。

Description

回転角度検出システム、回転角度検出方法、回転角度検出ユニット及び同期電動機制御システム
　本発明は、回転角度検出システム、回転角度検出方法、回転角度検出ユニット及び同期電動機制御システムに関する。
　産業用ロボットに用いられるアクチュエータにおいては、モータの回転軸の回転角度を検出し、この回転角度に基づいて更に可動部の位置を検出することが行われている。一般的に回転角度の検出にはアブソリュートエンコーダやレゾルバなどが使用される。エンコーダには、アブソリュートエンコーダとインクリメンタルエンコーダがある。インクリメンタルエンコーダは安価であるが絶対位置を検出することができないため、原点センサや原点復帰動作などが必要になる。また、アブソリュートエンコーダは光学式や磁気式などが存在し、１回転中の絶対角度を検出することができるが、構造が複雑で高価である。例えば、特許文献１の磁気式アブソリュートエンコーダは、モータの回転軸に、回転角度を検出するための複数の回転検出器が備えられている。
特開２０１１－１０７０４８号公報
　しかし、上述した従来の磁気式アブソリュートエンコーダは、複数の回転検出器やアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器が必要であり、構造が複雑になる。更には、複雑な制御回路が必要になるとともにコストが増加する。
　本発明は、問題点に鑑みてなされたものであり、簡易に回転子の絶対回転角度を検出することを目的とする。
　目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る回転角度検出システムは、回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出システムであって、前記回転子の機械角３６０°に対して前記同期電動機の極対数以上の分解能を有し、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出手段と、前記回転子の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力手段と、前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力手段により出力された信号の種別とに基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得する絶対回転角度取得手段と、を備えることを特徴とする。
　前記分解能は、前記同期電動機の極対数と、前記回転子が前記同期電動機の１極対に対応する角度を回転する間に前記信号出力手段によって出力される信号の種別の組み合わせの周期の回数とを乗じた数以上であるようにしてもよい。
　前記固定子巻線に複数の種別の電流を供給する制御を行う電流供給制御手段を備え、前記絶対回転角度取得手段は、前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力手段により出力された信号の種別とに加え、前記電流供給制御手段により供給される電流の種別に基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得するようにしてもよい。
　前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、前記絶対回転角度取得手段により取得された前記回転子の回転角度と、前記回転数検出手段により検出された前記回転子の回転数とに基づいて、前記同期電動機の駆動によって直線上を移動する移動体の位置を取得する移動体位置取得手段と、を備えるようにしてもよい。
　前記同期電動機は、ステッピングモータであるようにしてもよい。
　目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る回転角度検出方法は、回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出システムによる回転角度検出方法であって、前記回転子の機械角３６０°に対して前記同期電動機の極対数以上の分解能を有し、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出ステップと、前記回転子の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力ステップと、前記回転角度検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力ステップにおいて出力された信号の種別とに基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得する絶対回転角度取得ステップと、を含むことを特徴とする。
　前記分解能は、前記同期電動機の極対数と、前記回転子が前記同期電動機の１極対に対応する角度を回転する間に前記信号出力ステップにおいて出力される信号の種別の組み合わせの周期の回数とを乗じた数以上であるようにしてもよい。
　前記固定子巻線に複数の種別の電流を供給する制御を行う電流供給制御ステップを含み、前記絶対回転角度取得ステップでは、前記回転角度検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力ステップにおいて出力された信号の種別とに加え、前記電流供給制御ステップにおいて供給される電流の種別に基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得するようにしてもよい。
　前記回転子の回転数を検出する回転数検出ステップと、前記絶対回転角度取得ステップにおいて取得された前記回転子の回転角度と、前記回転数検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転数とに基づいて、前記同期電動機の駆動によって直線上を移動する移動体の位置を取得する移動体位置取得ステップと、を含むようにしてもよい。
　前記同期電動機は、ステッピングモータであるようにしてもよい。
　目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る同期電動機制御システムは、上述した何れかの回転角度検出システムと、前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度を示す信号に基づいて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
　目的を達成するために、本発明の第４の観点に係る同期電動機制御システムは、上述した何れかの回転角度検出システムと、前記信号出力手段により出力された信号の種別に基づいて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。
　目的を達成するために、本発明の第５の観点に係る回転角度検出ユニットは、回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出ユニットであって、前記同期電動機のシャフトに前記シャフトと同軸となるように取り付けられた円盤と、前記円盤の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力部と、前記シャフトと同一の回転角度で回転する第１の磁石と、前記第１の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第１の磁気センサと、を備えることを特徴とする。
　前記同期電動機のシャフトに前記シャフトと同軸となるように取り付けられた主動歯車と、前記主動歯車と連動して回転し、前記主動歯車とは異なる歯数を有する第１の従動歯車と、前記主動歯車と連動して回転し、前記主動歯車及び前記第１の従動歯車とは異なる歯数を有する第２の従動歯車と、前記第１の従動歯車の回転軸と同一の回転角度で回転する第２の磁石と、前記第２の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第２の磁気センサと、前記第２の従動歯車の回転軸と同一の回転角度で回転する第３の磁石と、前記第３の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第３の磁気センサと、を備えるようにしてもよい。
　本発明によれば、簡易に回転子の絶対回転角度を検出することができる。
実施形態に係る電動アクチュエータシステムの概略構成を示す図である。 実施形態に係るアブソリュートユニットの斜視図である。 実施形態に係るアブソリュートユニットの側面図である。 実施形態に係るアブソリュートユニット内の基板上の構成を示す図である。 実施形態に係る固定子と回転子の電気角上での位置の一例を示す図である。 実施形態に係るアブソリュートユニット内の主動歯車、第１従動歯車及び第２従動歯車の回転角度の遷移を示す図である。 実施形態に係る第１の回転子の回転角度取得処理を示すフローチャートである。 実施形態に係る第２の回転子の回転角度取得処理を示すフローチャートである。 実施形態に係るロッドの位置取得処理を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、実施形態に係る電動アクチュエータシステム１００の概略構成を示す図である。図１に示す電動アクチュエータシステム１００は、ハウジング１、モータカバー３、ステッピングモータ５、ジョイント部材７、軸受部材８、ボールねじ９、軸受部材１０、ボールナット１１、中空ロッド１３、ロッド１５、アブソリュートユニット２１及びステッピングモータ制御装置２３を含んで構成される。
　ハウジング１にはモータカバー３が連結されている。モータカバー３内にはステッピングモータ５が収容・配置されている。ステッピングモータ５は、２相ＨＢ型（Hybrid Type）ステッピングモータである。ステッピングモータ５は、円柱形の回転子６ｂと、回転子６ｂを所定間隔を隔てて収容するように配置される円筒形の固定子６ａと、回転子６ｂに連結されたモータシャフト６ｃと、を含んで構成される。本実施形態において、ステッピングモータ５は２相ＨＢ型ステッピングモータであり、固定子巻線としてＡ相巻線及びＢ相巻線（図示せず）が固定子６ａに巻き付けられている。
　ステッピングモータ５のモータシャフト６ｃには、ジョイント部材７を介してボールネジ９が連結されている。ボールネジ９にはボールナット１１が螺合しており、ボールナット１１には中空ロッド１３が固着されている。また、中空ロッド１３の先端にはロッド１５が連結されている。また、ジョイント部材７は、軸受部材８、１０によって回転可能に支持されている。
　ステッピングモータ５がステッピングモータ制御装置２３からＡ相巻線及びＢ相巻線に供給される電流に応じて駆動すると、回転子６ｂ及びモータシャフト６ｃが回転する。更に、ボールネジ９が回転することにより、ボールネジ９の回転によってその回転を規制されているボールナット１１が軸方向に移動する。このボールナット１１の移動によって、中空ロッド１３、更にはロッド１５が軸方向に移動することになる。
　アブソリュートユニット２１は、回転子６ｂの回転角度を取得する。また、アブソリュートユニット２１は、回転子６ｂの回転数を取得し、回転子６ｂの回転角度と回転数とに基づいて、軸方向に移動するロッド１５の位置を取得する。アブソリュートユニット２１の詳細については後述する。
　また、ステッピングモータ５は、ステッピングモータ制御装置２３によって制御される。ステッピングモータ制御装置２３は、アブソリュートユニット２１からの検出信号及び別途入力される指令信号に基づいて、ステッピングモータ５を制御する。また、ステッピングモータ制御装置２３は、ステッピングモータ５の起動時において、所定の起動制御を実行し、それによって、安定した起動特性を提供する。
　図２は、アブソリュートユニット２１の斜視図を示す。図３は、アブソリュートユニット２１の内部の側面図を示す。図２及び図３に示すアブソリュートユニット２１は、ステッピングモータ５に連結されており、ユニットカバー５０、インクリメンタルエンコーダ６０、主動歯車６１、第１従動歯車６２、第２従動歯車６３、軸受６４、６５、歯車保持用プレート６６、６７、磁石７１、７２、７３、基板１０１、第１磁気センサ１５１、第２磁気センサ１５２、第３磁気センサ１５３を含んで構成される。
　インクリメンタルエンコーダ６０は、モータシャフト６ｃの回転に伴って信号を出力する。インクリメンタルエンコーダ６０は、例えば光学式であり、光電素子（図示せず）と、所定の角度のピッチでスリットが設けられた格子円盤（図示せず）と、格子円盤を挟んで光電素子に対向する位置に配置される光源（図示せず）とを含んで構成される。
　格子円盤はモータシャフト６ｃに取り付けられており、格子円盤の回転軸とモータシャフト６ｃの回転軸とは同軸になっている。格子円盤はモータシャフト６ｃの回転に伴って回転する。その際、光源からの光は、スリットを通過して光電素子まで到達する状態と、格子円盤に遮られて光電素子まで到達しない状態とを繰り返す。
　光電素子は、光源からの光が到達する毎に、２つの信号（第１信号及び第２信号）の組み合わせを出力する。第１信号と第２信号の組み合わせは、第１信号がハイレベルであり、第２信号がハイレベルとなる組み合わせ、第１信号がローレベルであり、第２信号がハイレベルとなる組み合わせ、第１信号がローレベルであり、第２信号がローレベルとなる組み合わせ、第１信号がハイレベルであり、第２信号がローレベルとなる組み合わせである。光電素子は、この第１信号及び第２信号の４つの組み合わせを周期的に出力する。なお、インクリメンタルエンコーダ６０は、モータシャフト６ｃの回転に伴って第１信号と第２信号の４つの組み合わせを周期的に出力するものであればよく、磁気式でもよい。
　主動歯車６１は、ユニットカバー５０内の空間の中央部に位置し、モータシャフト６ｃに取り付けられており、格子円盤の回転軸とモータシャフト６ｃの回転軸とは同軸になっている。主動歯車６１は、モータシャフト６ｃの回転に伴って回転する。
　歯車保持用プレート６６は、ユニットカバー５０の内壁面の側面に取り付けられている。更に歯車保持用プレート６６には、軸受６４が回転可能に取り付けられている。軸受６４の回転軸はモータシャフト６ｃの回転軸と平行となっている。第１従動歯車６２は、軸受６４に取り付けられている。第１従動歯車６２は、主動歯車６１と噛み合うように配置されており、主動歯車６１の回転に伴って回転する。
　同様に、歯車保持用プレート６７は、ユニットカバー５０の内壁面の側面に取り付けられている。更に歯車保持用プレート６７には、軸受６５が回転可能に取り付けられている。軸受６５の回転軸はモータシャフト６ｃの回転軸と平行となっている。第２従動歯車６３は、軸受６５に取り付けられている。第２従動歯車６３は、主動歯車６１を挟んで第１従動歯車６２と対向する位置に、主動歯車６１と噛み合うように配置されており、主動歯車６１の回転に伴って回転する。
　主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の歯数は、後述する回転子６ｂの回転数の取得、更には、ロッド１５の位置の取得のために異なっており、互いに素となるように設定されている。例えば、主動歯車６１の歯数は２５、第１従動歯車６２の歯数は２４、第２従動歯車６３の歯数は２３である。
　磁石７１は、モータシャフト６ｃの先端部に取り付けられている。磁石７２は、軸受６４の先端部に取り付けられている。磁石７３は、軸受６５の先端部に取り付けられている。
　基板１０１は、ユニットカバー５０の内壁面の主面に取り付けられている。更に基板１０１には、第１磁気センサ１５１、第２磁気センサ１５２、第３磁気センサ１５３が配置されている。第１磁気センサ１５１は、磁石７１と所定の間隔を空けて対向する位置に配置されている。第１磁気センサ１５１は、モータシャフト６ｃの先端に取り付けられている磁石７１の微細磁束を図示しない磁気検出素子によって検出し、アナログ信号として出力する。このアナログ信号は、磁石７１の回転に応じて電圧が変化し、磁石７１が１回転すると１周期になる正弦波信号である。これにより、第１磁気センサ１５１は、モータシャフト６ｃの回転角度を検出することになる。ここで、モータシャフト６ｃと回転子６ｂとは同軸であり、同一の回転速度で回転する。従って、第１磁気センサ１５１は、回転子６ｂの回転角度（第１回転角度）を検出することになる。
　第２磁気センサ１５２は、磁石７２と所定の間隔を空けて対向する位置に配置されている。第２磁気センサ１５２は、軸受６４の先端に取り付けられている磁石７２の微細磁束を図示しない磁気検出素子によって検出し、アナログ信号として出力する。このアナログ信号は、磁石７２の回転に応じて電圧が変化し、磁石７２が１回転すると１周期になる正弦波信号である。これにより、第２磁気センサ１５２は、第１従動歯車６２の回転角度を検出することになる。同様に、第３磁気センサ１５３は磁石７３と所定の間隔を空けて対向する位置に配置されている。第３磁気センサ１５３は、軸受６５の先端に取り付けられている磁石７３の微細磁束を磁気検出素子によって検出し、アナログ信号として出力する。このアナログ信号は、磁石７３の回転に応じて電圧が変化し、磁石７３が１回転すると１周期になる正弦波信号である。これにより、第３磁気センサ１５３は、第２従動歯車６３の回転角度を検出することになる。
　基板１０１には、上述した第１磁気センサ１５１、第２磁気センサ１５２、第３磁気センサ１５３の他に、回転子６ｂの回転角度やロッド１５の位置を取得するために必要な構成が配置される。
　図４は、基板１０１上の構成を示す図である。図４に示すように、基板１０１上には、制御部１０２、メモリ１０４、インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１１０が配置されている。
　制御部１０２は、例えばマイクロコンピュータにより構成される。制御部１０２は、メモリ１０４に記憶されたプログラムを実行し、メモリ１０４に記憶された各種データを処理することなどにより、アブソリュートユニット２１の全体を制御する。制御部１０２は、絶対回転角度取得手段としての回転角度取得部１２２と、移動体位置取得手段としての位置取得部１２４との機能を有する。制御部１０２は、インクリメンタルエンコーダ６０と、基板１０１上の第１磁気センサ１５１、第２磁気センサ１５２、第３磁気センサ１５３とを接続する。メモリ１０４は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）である。メモリ１０４は、各種情報を記憶する。Ｉ／Ｆ部１１０は、制御部１０２の制御により、ステッピングモータ制御装置２３との間でデータの送信及び受信を行う。
　次に、アブソリュートユニット２１の制御を説明する。本実施形態のステッピングモータ５は、２相ＨＢ型（Hybrid Type）ステッピングモータであり、回転子６ｂは、外周に図示しない小歯を５０個（歯のピッチは３６０°／５０＝７．２°）設けた２個の鉄心からなり、Ｎ極側の鉄心の小歯とＳ極側の鉄心の小歯とは互いに半ピッチずれて５０極対となっている。すなわち、機械角３６０°（回転子６ｂの１回転分）に電気角３６０°（以下、電気角１周期という。）は５０周期存在する。従って、電気角１周期は、機械角３６０°／５０となり、機械角７．２°に対応する。
　インクリメンタルエンコーダ６０の分解能は、機械角３６０°で８００パルスである。すなわち、ステッピングモータ５は５０極対であるため、電気角１周期当りのインクリメンタルエンコーダ６０の分解能は、８００パルス／５０となり、電気角１周期当りの分解能は１６となる。また、第１磁気センサ１５１の機械角３６０°当りの分解能は、２００及び５０の何れかである。
　機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ１５１が用いられる場合、第１磁気センサ１５１は、モータシャフト６ｃの回転角度、更には、ステッピングモータ５内の回転子６ｂの回転角度を機械角３６０°／２００＝１．８°の精度で検出することができる。一方、機械角３６０°当りの分解能が５０の第１磁気センサ１５１が用いられる場合、第１磁気センサ１５１は、ステッピングモータ５内の回転子６ｂの回転角度を機械角３６０°／５０＝７．２°の精度で検出することができる。ここで、ステッピングモータ５は、上述したように５０極対であり、電気角１周期あたりの機械角は７．２°である。すなわち、機械角３６０°当りの第１磁気センサ１５１の分解能が５０以上であれば、第１磁気センサ１５１は、回転子６ｂの所定位置が固定子６ａの何れの位置と正対しているかを検出することにより、機械角３６０°で５０周期存在する電気角１周期のうち、何れの電気角１周期に対応する位置にいるかを検出可能である。
　図５は、ステッピングモータ５内の固定子６ａと回転子６ｂの電気角１周期上での位置の一例を示す図である。上述した通り、インクリメンタルエンコーダ６０の電気角１周期当りの分解能が１６であることに応じて、固定子６ａ及び回転子６ｂの位置は円周方向に１６分割されている。また、固定子６ａには円周方向に電気角０°の位置から順に右回りに電気角２２．５°毎に１～１６の固定子位置を特定する番号が付与されている。
　また、インクリメンタルエンコーダ６０は、回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置１、５、９、１３と正対する場合には第１信号がハイレベルであり、第２信号がハイレベルとなる組み合わせを出力する。回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置２、６、１０、１４と正対する場合には第１信号がローレベルであり、第２信号がハイレベルとなる組み合わせを出力する。回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置３、７、１１、１５と正対する場合には第１信号がローレベルであり、第２信号がローレベルとなる組み合わせを出力する。回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置４、８、１２、１６と正対する場合には第１信号がハイレベルであり、第２信号がローレベルとなる組み合わせを出力する。
　すなわち、第１信号と第２信号との組み合わせは４パターンであり、この４パターンが図５の１つの象限の４つの分解能に対応する。インクリメンタルエンコーダ６０の電気角１周期当たりの分解能が１６であるから、電気角１周期は第１象限、第２象限、第３象限、第４象限に４等分される。
　また、固定子６ａに巻き付けられたＡ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態に応じて、回転子６ｂの所定位置である回転子位置Ｐ（図５参照）は、電気角１周期を４等分した第１象限、第２象限、第３象限及び第４象限の何れかに位置する。
　具体的には、Ａ相巻線及びＢ相巻線には、Ａ相巻線にプラスの電流、Ｂ相巻線にプラスの電流、Ａ相巻線にマイナスの電流又はＢ相巻線にマイナスの電流を供給することで回転子６ｂの所定位置を特定の固定子位置に正対させることができる。Ａ相巻線にプラスの電流が供給される場合、回転子位置Ｐは第１象限に位置し、固定子位置１と正対する。Ｂ相巻線にプラスの電流が供給される場合、回転子位置Ｐは第２象限に位置し、固定子位置５と正対する。Ａ相巻線にマイナスの電流が供給される場合、回転子位置Ｐは第３象限に位置し、固定子位置９と正対する。Ｂ相巻線にマイナスの電流が供給される場合、回転子位置Ｐは第４象限に位置し、固定子位置１３と正対する。なお、Ａ相巻線、Ｂ相巻線に同時に電流を供給することにより、更に細かく固定子位置Ｐを定めることができる。
　また、上述したように、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の歯数はそれぞれ異なっており、互いに素となるように設定されている。例えば、主動歯車６１の歯数が２５、第１従動歯車６２の歯数が２４、第２従動歯車６３の歯数が２３である場合、ステッピングモータ５の駆動によってモータシャフト６ｃが回転し、このモータシャフト６ｃの回転に伴って主動歯車６１が回転する。更に、主動歯車６１の回転に伴って第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３が回転すると、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度の遷移は図６に示すものとなる。
　図６（Ａ）及び（Ｂ）において横軸は回転子６ｂ、モータシャフト６ｃの回転数を示し、縦軸は主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度を示す。また、図６（Ａ）は最初の部分を示しており、図６（Ｂ）は最後の部分を示す。図６（Ａ）に示すように、初期状態においては、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度は一致しているものとする。ここで初期状態とは、ロッド１５が最もハウジング１に接近したときの状態を示す。なお、ロッド１５が最もハウジング１に接近したときの位置を始点位置とする。
　この初期状態からステッピングモータ５が駆動されると、モータシャフト６ｃの回転に伴って主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３が回転する。ここで、回転子６ｂ及びモータシャフト６ｃが１回転すると主動歯車６１も同様に１回転する。一方、第１従動歯車６２は主動歯車６１よりも歯数が少ないため、主動歯車６１が１回転するよりも前に１回転する。また、第２従動歯車６３は第１従動歯車６２よりも更に歯数が少ないため、第１従動歯車６２が１回転するよりも前に１回転する。このため、図６（Ａ）に示すように、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度は徐々にずれる。
　更に、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転が継続すると、やがて図６（Ｂ）に示すように、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度が一致するときがある。このときの主動歯車６１の回転数、すなわち、回転子６ｂ及びモータシャフト６ｃの回転数ｎは、ｎ＝２４×２３＝５５２となる。図６から明らかなように、回転子６ｂ及びモータシャフト６ｃの回転数が０～５５２の間においては、第１従動歯車６２の回転角度と第２従動歯車６３の回転角度との組み合わせが定まれば、その組み合わせに対応する回転子６ｂ及びモータシャフト６ｃの回転数は一意に定まる。すなわち、第１従動歯車６２の回転角度（第２回転角度）と第２従動歯車６３の回転角度（第３回転角度）との組み合わせに基づいて、回転子６ｂの回転数を取得することが可能である。
　機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ１５１が用いられる場合、制御部１０２は、第１磁気センサ１５１によって検出される回転子６ｂの回転角度（第１回転角度）と、インクリメンタルエンコーダ６０から出力される第１信号及び第２信号の組み合わせとに基づいて、回転子６ｂの絶対回転角度を取得することができる。また、機械角３６０°当りの分解能が５０の第１磁気センサ１５１が用いられる場合、制御部１０２は、第１磁気センサ１５１によって検出される回転子６ｂの回転角度（第１回転角度）と、固定子６ａに巻き付けられたＡ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態により特定される象限と、インクリメンタルエンコーダ６０から出力される第１信号及び第２信号の組み合わせと、に基づいて、回転子６ｂの絶対回転角度を取得することができる。また、制御部１０２は、第２磁気センサ１５２により検出される第１従動歯車６２の回転角度と第２磁気センサ１５２により検出される第２従動歯車６３の回転角度との組み合わせから回転子６ｂの回転数を取得し、更に、ロッド１５の位置を取得することができる。
　また、制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、Ｉ／Ｆ部１１０を介して、ステッピングモータ制御装置２３へ回転子６ｂの第１回転角度や第１信号及び第２信号の組み合わせを出力する。ステッピングモータ制御装置２３は、回転子６ｂの第１回転角度や第１信号及び第２信号の組み合わせに基づいて、ステッピングモータ５の駆動を制御する。具体的には、ステッピングモータ制御装置２３は、回転子６ｂの第１回転角度及び第１信号及び第２信号の組み合わせに基づいて、図５における回転子６ｂの回転子位置Ｐが正対している固定子位置を特定する。更に、特定した固定子位置が所望の固定子位置と異なる場合、ステッピングモータ制御装置２３は、回転子６ｂの回転子位置Ｐを所望の固定子位置に正対させるために、必要な固定子電流ベクトルの電流をＡ相巻線及びＢ相巻線の少なくとも何れかに供給する。
　以下、フローチャートを参照しつつ、アブソリュートユニット２１内の制御部１０２による回転子６ｂの絶対回転角度、及び、ロッド１５の位置取得の詳細を説明する。
　図７は、機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ１５１が用いられる場合における、制御部１０２による回転子６ｂの回転角度の取得処理を示すフローチャートである。
　第１磁気センサ１５１は、モータシャフト６ｃの回転角度、すなわち、回転子６ｂの回転角度（第１回転角度）を検出し、その第１回転角度を示すアナログ信号を制御部１０２へ出力する。制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１回転角度を示すアナログ信号を取得する（ステップＳ１０１）。
　また、インクリメンタルエンコーダ６０は、回転子６ｂの所定位置（回転子位置Ｐ）が正対する固定子位置に対応した第１信号及び第２信号の組み合わせを制御部１０２へ出力する。制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号の組み合わせを取得する。更に、回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号の組み合わせを特定する（ステップＳ１０２）。
　ここで、回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号がともにハイレベルである場合には、図５において回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置１、５、９、１３の何れかと正対していると特定することができる。また、回転角度取得部１２２は、第１信号がローレベルであり、第２信号がハイレベルである場合には、図５において回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置２、６、１０、１４の何れかと正対していると特定することができる。また、回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号がともにローレベルである場合には、図５において回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置３、７、１１、１５の何れかと正対していると特定することができる。また、回転角度取得部１２２は、第１信号がハイレベルであり、第２信号がローレベルである場合には、図５において回転子６ｂの回転子位置Ｐが固定子６ａの固定子位置４、８、１２、１６の何れかと正対していると特定することができる。
　次に、回転角度取得部１２２は、回転子６ｂの第１回転角度の範囲内における、第１信号及び第２信号の組み合わせに対応する角度を、回転子６ｂの絶対回転角度として特定する（ステップＳ１０３）。
　ステッピングモータ５は５０極対であるため、機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ１５１の電気角１周期当りの分解能は４である。このため、第１磁気センサ１５１は、回転子６ｂの所定位置が固定子６ａの何れの位置と正対しているかを検出することにより、回転子６ｂの所定位置が、機械角３６０°で５０周期存在する電気角１周期のうち、何れの電気角１周期に位置し、且つ、その電気角１周期に対応する第１象限～第４象限のうち、何れに位置しているかを検出可能である。このため、ステップＳ１０３において、回転角度取得部１２２は、まず、ステップＳ１０１において取得した第１回転角度に基づいて、５０周期存在する電気角１周期のうちの何れかの電気角１周期に対応する第１象限～第４象限のうち、回転子６ｂの所定位置が位置している象限を特定する。
　また、上述したように、インクリメンタルエンコーダ６０の１つの象限当りの分解能は４であるため、回転子６ｂの所定位置が１つの象限を４分割した位置（４分割位置）の何れに位置しているかを検出可能である。このため、ステップＳ１０３において、回転角度取得部１２２は、ステップＳ１０２において特定した第１信号及び第２信号の組み合わせに基づいて、特定した象限内において回転子６ｂの所定位置が位置している４分割位置の何れかを特定することができる。更に、その特定した４分割位置に対応する回転角度を回転子６ｂの絶対回転角度として特定することができる。これにより、アブソリュートユニット２１は、回転子６ｂの絶対回転角度を、機械角３６０°／２００／４＝０．４５°の精度で検出することができる。
　一方、図８は、機械角３６０°当りの分解能が５０の第１磁気センサ１５１が用いられる場合における、制御部１０２による回転子６ｂの回転角度の取得処理を示すフローチャートである。
　まず、ステッピングモータ制御装置２３は、ステッピングモータ５の固定子６ａに巻き付けられたＡ相巻線及びＢ相巻線に電流を供給する。なお、ステッピングモータ５の特性上、１回の電流供給では回転子６ｂの所定位置によっては回転子位置Ｐが所望の固定子位置と正対しない場合が考えられる。そこで、Ａ相巻線及びＢ相巻線の電流の供給状態を複数回変化させることが好ましい。なお、所望の固定子位置と正対させる方法については、当出願人が発明した特開２００５－２６１０２３号に記載の方法などが考えられる。
　次に、第１磁気センサ１５１は、モータシャフト６ｃの回転角度、すなわち、回転子６ｂの回転角度（第１回転角度）を検出し、その第１回転角度を示すアナログ信号を制御部１０２へ出力する。制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１回転角度を示すアナログ信号を取得する（ステップＳ２０１）。
　また、インクリメンタルエンコーダ６０は、回転子６ｂの所定位置（回転子位置Ｐ）が正対する固定子位置に対応した第１信号及び第２信号の組み合わせを制御部１０２へ出力する。制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号の組み合わせを取得する。更に、回転角度取得部１２２は、第１信号及び第２信号の組み合わせを特定する（ステップＳ２０２）。具体的な第１信号及び第２信号の組み合わせの特定方法は、図７のステップＳ１０２と同様である。
　また、ステッピングモータ制御装置２３は、ステッピングモータ５の固定子６ａに巻き付けられたＡ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態を制御部１０２へ出力する。上述したように、Ａ相巻線、Ｂ相巻線に電流が供給されているため、制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、ステッピングモータ制御装置２３からのＡ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態を取得する（ステップＳ２０３）。
　次に、制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、Ａ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態に基づいて、回転子６ｂの所定位置（回転子位置Ｐ）が位置する象限を特定する（ステップＳ２０４）。上述したように、Ａ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態により、回転子６ｂの所定位置が位置する象限は一意に特定可能である。回転角度取得部１２２は、Ａ相巻線にプラスの電流が供給される場合、回転子６ｂの所定位置は第１象限に位置すると特定する。回転角度取得部１２２は、Ｂ相巻線にプラスの電流が供給される場合、回転子６ｂの所定位置は第２象限に位置すると特定する。回転角度取得部１２２は、Ａ相巻線にマイナスの電流が供給される場合、回転子６ｂの所定位置は第３象限に位置すると特定する。回転角度取得部１２２は、Ｂ相巻線にマイナスの電流が供給される場合、回転子６ｂの所定位置は第４象限に位置すると特定する。
　次に、回転角度取得部１２２は、回転子６ｂの第１回転角度の範囲内であって、特定した象限内における、第１信号及び第２信号の組み合わせに対応する角度を、回転子６ｂの絶対回転角度として特定する（ステップＳ２０５）。
　ステッピングモータ５は５０極対であるため、機械角３６０°当りの分解能が５０の第１磁気センサ１５１の電気角１周期当りの分解能は１である。このため、第１磁気センサ１５１は、回転子６ｂの所定位置が固定子６ａの何れの位置と正対しているかを検出することにより、機械角３６０°で５０周期存在する電気角１周期の何れに位置しているかを検出可能である。このため、ステップＳ２０５において、回転角度取得部１２２は、まず、ステップＳ２０１において取得した第１回転角度に基づいて、５０周期存在する電気角１周期のうち、何れの電気角１周期に位置しているかを検出する。
　また、ステップＳ２０４において特定された象限は、回転子６ｂの所定位置が位置していると特定された電気角１周期に対応する第１象限～第４象限のうち、回転子６ｂの所定位置が位置している象限を示す。このため、ステップＳ２０５において、回転角度取得部１２２は、電流の供給状態に基づいて、特定した電気角１周期に対応する第１象限～第４象限のうち、回転子６ｂの所定位置が位置している象限を特定する。
　また、上述したように、インクリメンタルエンコーダ６０の１つの象限当りの分解能は４であり、回転子６ｂの所定位置が１つの象限を４分割した位置（４分割位置）の何れに位置しているかを検出可能である。このため、ステップＳ２０５において、回転角度取得部１２２は、ステップＳ２０２において特定した第１信号及び第２信号の組み合わせに基づいて、特定した象限内において回転子６ｂの所定位置が位置している４分割位置の何れかを特定することができる。更に、その特定した４分割位置に対応する回転角度を回転子６ｂの絶対回転角度として特定することができる。これにより、アブソリュートユニット２１は、回転子６ｂの絶対回転角度を、機械角３６０°／５０／４／４＝０．４５°の精度で検出することができる。
　図７及び図８の処理により回転子６ｂの絶対回転角度が取得されるとともに、ロッド１５の位置取得が行われる。図９は、制御部１０２によるロッド１５の位置の取得処理を示すフローチャートである。
　制御部１０２内の位置取得部１２４は、回転子６ｂの回転数を取得する（ステップＳ３０１）。具体的には、ロッド１５が最もハウジング１に接近したときの状態である初期状態からステッピングモータ５が駆動され、モータシャフト６ｃの回転に伴って主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３が回転すると、位置取得部１２４は、第１磁気センサ１５１によって検出される主動歯車６１の回転角度（第１回転角度）と、第２磁気センサ１５２によって検出される第１従動歯車６２の回転角度（第２回転角度）と、第２磁気センサ１５３によって検出される第２従動歯車６３の回転角度（第３回転角度）と、を取得する。更に、位置取得部１２４は、主動歯車６１の回転角度と、第１従動歯車６２の回転角度と、第２従動歯車６３の回転角度との組み合わせにより一意に定まる回転子６ｂの回転数を取得する。ここで取得される回転子６ｂの回転数の小数点以下の値は切り捨てられる。
　次に、位置取得部１２４は、回転角度取得部１２２により図７又は図８の処理によって取得された回転子６ｂの絶対回転角度を取得する（ステップＳ３０２）。
　次に、位置取得部１２４は、回転子６ｂの回転数に対するロッド１５の移動距離（第１移動距離）を算出する（ステップＳ３０３）。例えば、メモリ１０４には、回転子６ｂの１回転当りのロッド１５の移動距離が記憶されている。位置取得部１２４は、回転子６ｂの１回転当りのロッド１５の移動距離にステップＳ３０１において取得した回転子６ｂの回転数を乗じることにより、ロッド１５の第１移動距離を算出する。
　次に、位置取得部１２４は、回転子６ｂの絶対回転角度に対するロッド１５の移動距離（第２移動距離）を算出する（ステップＳ３０４）。上述したように、アブソリュートユニット２１は、回転子６ｂの絶対回転角度を０．４５°の精度で検出することができる。これに応じて、例えば、メモリ１０４には、回転子６ｂが０．４５°回転するときのロッド１５の移動距離が記憶されている。位置取得部１２４は、回転子６ｂが０．４５°回転するときのロッド１５の移動距離に、ステップＳ３０２において取得した回転子６ｂの絶対回転角度を乗じ、更に、０．４５で除することにより、ロッド１５の第２移動距離を算出する。
　次に、位置取得部１２４は、ロッド１５の始点位置（初期状態の位置）に、ステップＳ３０３において算出した第１移動距離と、ステップＳ３０４において算出した第２移動距離とを加算して、ロッド１５の現在位置を特定する（ステップＳ３０５）。
　以上説明したように、アブソリュートユニット２１では、機械角３６０°当りの分解能が２００の第１磁気センサ１５１が用いられる場合には、制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１磁気センサ１５１により検出される、回転子６ｂの第１回転角度を取得するとともに、インクリメンタルエンコーダ６０により検出される第１信号及び第２信号の組み合わせを取得する。更に、回転角度取得部１２２は、回転子６ｂの第１回転角度の範囲内における、第１信号及び第２信号の組み合わせに対応する角度を、回転子６ｂの絶対回転角度として特定する。これにより、回転子６ｂの絶対回転角度を０．４５°の精度で検出することができる。
　また、アブソリュートユニット２１では、機械角３６０°当りの分解能が５０の第１磁気センサ１５１が用いられる場合には、制御部１０２内の回転角度取得部１２２は、第１磁気センサ１５１により検出される、回転子６ｂの第１回転角度を取得するとともに、インクリメンタルエンコーダ６０により検出される第１信号及び第２信号の組み合わせを取得する。更に、回転角度取得部１２２は、Ａ相巻線及びＢ相巻線に対する電流の供給状態に基づいて回転子６ｂの所定位置が位置する象限を特定し、回転子６ｂの第１回転角度の範囲内であって、特定した象限内における、第１信号及び第２信号の組み合わせに対応する角度を、回転子６ｂの絶対回転角度として特定する。これにより、回転子６ｂの絶対回転角度を０．４５°の精度で検出することができる。
　このように、インクリメンタルエンコーダ６０に安価な第１磁気センサ１５１を組み合わせることによって、簡易に回転子６ｂの絶対回転角度が検出可能であり、従来の磁気式アブソリュートエンコーダのように、複数の回転検出器やＡ／Ｄ変換器は不要である。更には、複雑な制御回路も不要であるので、コストを削減することができる。
　また、制御部１０２内の位置取得部１２４は、回転子６ｂの回転数を取得し、この回転数に対するロッド１５の第１移動距離を算出するとともに、回転子６ｂの絶対回転角度に対するロッド１５の第２移動距離を算出する。そして、位置取得部１２４は、ロッド１５の初期状態の位置に、第１移動距離と第２移動距離とを加算して、ロッド１５の現在位置を特定することができる。更には、上述した算出手法を用いることにより、回転数の情報を保持しておく必要はないため、その保持のための電源供給の手段、例えばバッテリは不要である。
　また、ステッピングモータ制御装置２３は、回転子６ｂの第１回転角度や第１信号及び第２信号の組み合わせに基づいて、ステッピングモータ５の駆動を適切に制御することができる。
　以上、実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
　上述した実施形態では、第１磁気センサ１５１の機械角３６０°当りの分解能が２００の場合と５０の場合とについて説明したが、これに限られない。例えば、第１磁気センサ１５１の機械角３６０°当りの分解能が２００超の場合には、分解能が２００の場合と同様、図７に示す処理により回転子６ｂの絶対回転角度を取得することができる。また、第１磁気センサ１５１の機械角３６０°当りの分解能が５０超の場合には、分解能が５０の場合と同様、図８に示す処理により回転子６ｂの絶対回転角度を取得することができる。
　また、実施形態では、第１磁気センサ１５１、第２磁気センサ１５２、第３磁気センサ１５３を用いるとともに、磁石７１がモータシャフト６ｃの先端部に、磁石７２が軸受６４の先端部に、磁石７３が軸受６５の先端部にそれぞれ取り付けられているが、これに限られない。例えば、これらに代えて、主動歯車６１、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３の回転角度を検出する手段を用いる場合にも、同様に本発明を適用することができる。
　また、実施形態では、磁石７１がモータシャフト６ｃの先端部に取り付けられるようにしたが、磁石７１は、モータシャフト６ｃと同一の回転角度で回転するように構成されていればよい。例えば、主動歯車６１と連動して回転し、主動歯車６１と同一の歯数を有する第３従動歯車が取り付けられる。第３従動歯車は主動歯車６１と噛み合っていてもよいし、他の従動歯車を介して主動歯車６１と連動して回転してもよい。更に、第３従動歯車の軸受の先端部に磁石７１が取り付けられるとともに、第１磁気センサ１５１が、磁石７１と所定の間隔を空けて対向する位置に配置される。
　また、実施形態では、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３が主動歯車６１と噛み合うようにしたが、主動歯車６１と連動して回転するように構成されていればよい。例えば、第１従動歯車６２及び第２従動歯車６３が他の従動歯車を介して主動歯車６１と連動して回転してもよい。
　また、実施形態では、磁石７２が軸受６４の先端部に、磁石７３が軸受６５の先端部にそれぞれ取り付けられているが、磁石７２は軸受６４と同一の回転角度で回転し、磁石７３は軸受６５と同一の回転角度で回転するように構成されていればよい。例えば、第１従動歯車６２と連動して回転し、第１従動歯車６２と同一の歯数を有する第４従動歯車が取り付けられる。第４従動歯車は第１従動歯車６２と噛み合っていてもよいし、他の従動歯車を介して第１従動歯車６２と連動して回転してもよい。更に、第４従動歯車の軸受の先端部に磁石７２が取り付けられるとともに、第２磁気センサ１５２が、磁石７２と所定の間隔を空けて対向する位置に配置される。また、第２従動歯車６３と連動して回転し、第２従動歯車６３と同一の歯数を有する第５従動歯車が取り付けられる。第５従動歯車は第２従動歯車６３と噛み合っていてもよいし、他の従動歯車を介して第２従動歯車６３と連動して回転してもよい。更に、第５従動歯車の軸受の先端部に磁石７３が取り付けられるとともに、第３磁気センサ１５３が、磁石７３と所定の間隔を空けて対向する位置に配置される。
　また、実施形態では、アブソリュートユニット２１内に基板１０１を配置し、基板上に制御部１０２等が構成されるようにしたが、基板１０１及び制御部１０２等はアブソリュートユニット２１の外部、例えば、ステッピングモータ制御装置２３内に構成されてもよい。また、ステッピングモータ５は、２相ＨＢ型ステッピングモータとしたが、可変リラクタンス型（Variable Reluctance Type）ステッピングモータ、ＰＭ型（Permanent Magnet Type）ステッピングモータ等に対しても同様に本発明を適用可能である。また、ステッピングモータ５の相数に関しても限定されるものではなく、単相、２相、３相、４相、５相等の様々な構成にも本発明を適用可能である。
　本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。
　本発明は、２０１３年５月１５日に出願された日本国特許出願２０１３－１０３２８３号に基づく。本明細書中に日本国特許出願２０１３－１０３２８３号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。
　１　ハウジング
　３　モータカバー
　５　ステッピングモータ
　６ａ　固定子
　６ｂ　回転子
　６ｃ　モータシャフト
　７　ジョイント部材
　８　軸受部材
　９　ボールねじ
　１０　軸受部材
　１１　ボールナット
　１３　中空ロッド
　１５　ロッド
　２１　アブソリュートユニット
　２３　ステッピングモータ制御装置
　５０　ユニットカバー
　６０　インクリメンタルエンコーダ
　６１　主動歯車
　６２　第１従動歯車
　６３　第２従動歯車
　６４、６５　軸受
　６６、６７　歯車保持用プレート
　７１、７２、７３　磁石
　１００　電動アクチュエータシステム
　１０１　基板
　１０２　制御部
　１０４　メモリ
　１１０　Ｉ／Ｆ部
　１２２　回転角度取得部
　１２４　位置取得部
　１５１　第１磁気センサ
　１５２　第２磁気センサ
　１５３　第３磁気センサ

Claims (14)

  1. 　回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出システムであって、
    　前記回転子の機械角３６０°に対して前記同期電動機の極対数以上の分解能を有し、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
    　前記回転子の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力手段と、
    　前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力手段により出力された信号の種別とに基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得する絶対回転角度取得手段と、
    　を備えることを特徴とする回転角度検出システム。
  2. 　前記分解能は、前記同期電動機の極対数と、前記回転子が前記同期電動機の１極対に対応する角度を回転する間に前記信号出力手段によって出力される信号の種別の組み合わせの周期の回数とを乗じた数以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出システム。
  3. 　前記固定子巻線に複数の種別の電流を供給する制御を行う電流供給制御手段を備え、
    　前記絶対回転角度取得手段は、前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力手段により出力された信号の種別とに加え、前記電流供給制御手段により供給される電流の種別に基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得することを特徴とする請求項１に記載の回転角度検出システム。
  4. 　前記回転子の回転数を検出する回転数検出手段と、
    　前記絶対回転角度取得手段により取得された前記回転子の回転角度と、前記回転数検出手段により検出された前記回転子の回転数とに基づいて、前記同期電動機の駆動によって直線上を移動する移動体の位置を取得する移動体位置取得手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転角度検出システム。
  5. 　前記同期電動機は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の回転角度検出システム。
  6. 　回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出システムによる回転角度検出方法であって、
    　前記回転子の機械角３６０°に対して前記同期電動機の極対数以上の分解能を有し、前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出ステップと、
    　前記回転子の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力ステップと、
    　前記回転角度検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力ステップにおいて出力された信号の種別とに基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得する絶対回転角度取得ステップと、
    　を含むことを特徴とする回転角度検出方法。
  7. 　前記分解能は、前記同期電動機の極対数と、前記回転子が前記同期電動機の１極対に対応する角度を回転する間に前記信号出力ステップにおいて出力される信号の種別の組み合わせの周期の回数とを乗じた数以上であることを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出方法。
  8. 　前記固定子巻線に複数の種別の電流を供給する制御を行う電流供給制御ステップを含み、
    　前記絶対回転角度取得ステップでは、前記回転角度検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転角度と、前記信号出力ステップにおいて出力された信号の種別とに加え、前記電流供給制御ステップにおいて供給される電流の種別に基づいて、前記回転子の絶対回転角度を取得することを特徴とする請求項６に記載の回転角度検出方法。
  9. 　前記回転子の回転数を検出する回転数検出ステップと、
    　前記絶対回転角度取得ステップにおいて取得された前記回転子の回転角度と、前記回転数検出ステップにおいて検出された前記回転子の回転数とに基づいて、前記同期電動機の駆動によって直線上を移動する移動体の位置を取得する移動体位置取得ステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項６乃至８の何れか１項に記載の回転角度検出方法。
  10. 　前記同期電動機は、ステッピングモータであることを特徴とする請求項６乃至９の何れか１項に記載の回転角度検出方法。
  11. 　請求項１乃至５の何れか１項に記載の回転角度検出システムと、
    　前記回転角度検出手段により検出された前記回転子の回転角度を示す信号に基づいて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と、
    　を備えることを特徴とする同期電動機制御システム。
  12. 　請求項１乃至５の何れか１項に記載の回転角度検出システムと、
    　前記信号出力手段により出力された信号の種別に基づいて、前記同期電動機の駆動を制御する駆動制御手段と、
    　を備えることを特徴とする同期電動機制御システム。
  13. 　回転子と固定子巻線とを含む同期電動機における前記回転子の回転角度を検出する回転角度検出ユニットであって、
    　前記同期電動機のシャフトに前記シャフトと同軸となるように取り付けられた円盤と、
    　前記円盤の回転角度に応じて複数の種別の信号を周期的に出力する信号出力部と、
    　前記シャフトと同一の回転角度で回転する第１の磁石と、
    　前記第１の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第１の磁気センサと、
    　を備えることを特徴とする回転角度検出ユニット。
  14. 　前記同期電動機のシャフトに前記シャフトと同軸となるように取り付けられた主動歯車と、
    　前記主動歯車と連動して回転し、前記主動歯車とは異なる歯数を有する第１の従動歯車と、
    　前記主動歯車と連動して回転し、前記主動歯車及び前記第１の従動歯車とは異なる歯数を有する第２の従動歯車と、
    　前記第１の従動歯車の回転軸と同一の回転角度で回転する第２の磁石と、
    　前記第２の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第２の磁気センサと、
    　前記第２の従動歯車の回転軸と同一の回転角度で回転する第３の磁石と、
    　前記第３の磁石に対して所定間隔を空けて対向して配置され、磁束を検出する第３の磁気センサと、
    　を備えることを特徴とする請求項１３に記載の回転角度検出ユニット。
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