WO2017169604A1 - モータシステム - Google Patents

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WO2017169604A1
WO2017169604A1 PCT/JP2017/009350 JP2017009350W WO2017169604A1 WO 2017169604 A1 WO2017169604 A1 WO 2017169604A1 JP 2017009350 W JP2017009350 W JP 2017009350W WO 2017169604 A1 WO2017169604 A1 WO 2017169604A1
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absolute
encoder
motor
rotation
time
Prior art date
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PCT/JP2017/009350
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秀行 小田切
常田　晴弘
優 鮎澤
駿弥 矢沢
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日本電産サンキョー株式会社
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Priority to TW106108866A priority patent/TW201736803A/zh
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    • H02K5/173—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings

Definitions

  • the present invention relates to a motor system capable of detecting the rotational speed and absolute angle position of a rotating shaft of a motor.
  • a multi-rotation absolute encoder equipped with a drum with a magnetic scale, a magnetic sensor element, a counter, etc. should be provided for the purpose of eliminating the need to return to the origin at startup. There is.
  • the multi-rotation absolute encoder is backed up by a battery, and the multi-rotation position is detected even during the stop period, and the detection result is held (for example, see Patent Document 1).
  • an object of the present invention is to provide a motor system capable of detecting the multi-rotation position of the rotary shaft after startup even when the drive of the multi-rotation absolute encoder is stopped while the motor is stopped. It is to provide.
  • a motor system includes a motor and a multi-rotation absolute encoder that detects a rotation speed and an absolute angular position of a rotation shaft of the motor, and the multi-rotation absolute type
  • the encoder includes an absolute angle position detection device that detects an absolute angle position within one rotation period of the rotation shaft, and a storage element that stores the number of rotations of the motor, and the motor includes the rotation shaft.
  • a gear-type brake wheel that rotates integrally with the gear-type brake wheel, an engagement member that can be engaged with teeth of the gear-type brake wheel, and a brake mechanism that engages the teeth and the engagement member during braking It is characterized by.
  • the multi-rotation absolute encoder includes an absolute angle position detection device that detects an absolute angle position within one rotation cycle of the rotation shaft, and a storage element that stores the number of rotations of the motor. Based on the number of rotations of the motor stored in the storage element and the absolute angle position within one rotation period of the rotation shaft by the absolute angle position detection device, the multi-rotation position of the rotation shaft ) Can be detected. Further, since the rotational speed of the motor is stored in the storage element, the multi-rotation position of the rotating shaft when the motor is started can be detected without driving the absolute angular position detection device while the motor is stopped. it can.
  • the brake mechanism since the engaging member is engaged with the teeth of the gear-type brake wheel, the rotation of the rotating shaft is prevented during the stop. For this reason, the rotation speed of the motor does not vary from the rotation speed of the motor stored in the storage element after the stop. Therefore, the multi-rotation position of the rotating shaft when the motor is started can be detected without driving the absolute angular position detection device while the motor is stopped. Further, since the rotational speed of the rotary shaft only needs to be stored in the storage element while the motor is stopped, the life of the backup battery is long. Further, if the storage element is a non-volatile memory, a backup battery for the storage element is unnecessary.
  • the storage element is preferably a nonvolatile memory.
  • the absolute angular position detection device may employ an aspect having an incremental encoder and an absolute position encoder having a resolution lower than that of the incremental encoder. According to such a configuration, it is possible to configure an absolute angular position detection device that is inexpensive and has high resolution.
  • the absolute position encoder includes a permanent magnet having a magnetic pole disposed in the circumferential direction and a magnetic sensor element facing the permanent magnet, and the permanent magnet rotates integrally with the rotating shaft. Aspects can be employed. According to such a configuration, an absolute position encoder can be configured using a permanent magnet and a magnetic sensor element for generating a drive signal for driving a motor.
  • the permanent magnet may adopt a mode provided in the gear type brake wheel.
  • the magnetic sensor element may be a Hall element.
  • the incremental encoder may be an optical encoder, a magnetic encoder, or a resolver.
  • the multi-rotation absolute encoder is configured such that when the motor is started, the output value at the time of stop output from the absolute position encoder when the rotary shaft is stopped last time, and the motor when the motor is started
  • the motor when the motor is started
  • the output value at the time of start output from the absolute position encoder is compared, and the output value at the time of stop is equal to the output value at the time of start
  • the motor is started with the rotation speed read from the storage element.
  • the rotational speed of the rotating shaft at the time point is different and the output value at the time of stop is different from the output value at the time of starting
  • the motor is started with the rotational speed corrected from the rotational speed read from the storage element.
  • the multi-rotation absolute type encoder is configured such that, when the motor is started, when the output value at the time of stop is different from the output value at the time of start, the rotation speed read from the storage element, the rotation In each of the number of rotations obtained by subtracting 1 from the number of rotations and the number of rotations obtained by adding 1 time to the number of rotations, the output value at start-up is interpolated in the relationship between the output value from the absolute position encoder and the absolute angle position.
  • the three absolute angle positions obtained in the above are compared with the absolute angle position at the time of stopping, and the rotation number corresponding to the absolute angle position closest to the absolute angle position at the time of stopping among the three absolute angle positions is calculated as the motor. It is possible to adopt a mode in which the rotational speed of the rotary shaft at the time of starting is set.
  • the incremental encoder outputs an index signal at a period corresponding to the resolution of the absolute position encoder, and the multi-rotation absolute encoder corrects the detection result of the incremental encoder based on the index signal. It is possible to adopt a mode to do. According to such a configuration, even if the rotation axis is slightly deviated during the stop, the position of the rotation axis can be corrected to an accurate position with a simple process.
  • the gear type brake wheel in the gear type brake wheel, it is possible to adopt a mode in which the teeth coincide with a change point of an output from the absolute position encoder. According to such a configuration, the rotating shaft stops at an angular position that coincides with the change point of the output from the absolute position encoder, and it is possible to avoid stopping the motor at a place where the rotational speed varies. .
  • the multi-rotation absolute encoder includes an absolute angle position detection device that detects an absolute angle position within one rotation cycle of the rotation shaft, and a storage element that stores the number of rotations of the motor. Based on the number of rotations of the motor stored in the storage element and the absolute angle position within one rotation period of the rotation shaft by the absolute angle position detection device, the multi-rotation position of the rotation shaft ) Can be detected. Further, since the rotational speed of the motor is stored in the storage element, the multi-rotation position of the rotating shaft when the motor is started can be detected without driving the absolute angular position detection device while the motor is stopped. it can.
  • the brake mechanism since the engaging member is engaged with the teeth of the gear-type brake wheel, the rotation of the rotating shaft is prevented during the stop. For this reason, the rotation speed of the motor does not vary from the rotation speed of the motor stored in the storage element after the stop. Therefore, the multi-rotation position of the rotating shaft when the motor is started can be detected without driving the absolute angular position detection device while the motor is stopped. Further, since the rotational speed of the rotary shaft only needs to be stored in the storage element while the motor is stopped, the life of the backup battery is long. Further, if the storage element is a non-volatile memory, a backup battery for the storage element is unnecessary.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor system to which the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a block diagram of the motor system shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a gear-type brake wheel used in the brake mechanism of the motor system shown in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of an absolute position encoder used in the motor system shown in FIG.
  • a motor system 1 to which the present invention is applied includes a motor 1a including a stator 21, a rotor 22, a bearing 23, a speed reducer 24, a case 25, and the like, and a rotating shaft of the motor 1a when the motor 1a is stopped.
  • the brake mechanism 3 that holds the motor 26 in a stopped state and the multi-rotation absolute encoder 4 that detects the rotational speed and the absolute angle position of the rotary shaft 26 are provided.
  • the multi-rotation absolute encoder 4 includes an absolute angular position detection device 5 that detects an absolute angular position within one rotation cycle of the rotation shaft 26, and the rotation shaft 26.
  • a storage element 8 for storing the number of rotations
  • a control unit 9 for calculating the multi-rotation position of the rotation shaft 26 based on the detection result of the absolute angular position detection device 5 and the rotation number of the rotation shaft 26 Have.
  • the control unit 9 includes a microcomputer that operates based on a program stored in a ROM, a RAM, or the like.
  • the control unit 9 calculates the multi-rotation position of the rotary shaft 26, controls the brake mechanism 3, and the like.
  • the encoder control unit 91 includes a counting unit 92 that performs counting and the like for calculating the multi-rotation position of the rotary shaft 26, and a first correction unit 93 and a second correction unit 94 that perform correction described later.
  • the memory element 8 is a nonvolatile memory.
  • the absolute angular position detection device 5 of the multi-rotation absolute encoder 4 has an incremental encoder 6 and an absolute position encoder 7 having a resolution lower than that of the incremental encoder 6.
  • the incremental encoder 6 is, for example, an optical encoder, and detailed illustration is omitted. However, when the disk 60 (see FIG. 1) on which an optical pattern is written rotates, a slit for an A phase and a slit for a B phase. The light passing through is blocked and transmitted, and is received by the light receiving element facing each slit. Incremental data is generated by such a light receiving element. Further, in the optical encoder, as the disk rotates, light passing through the Z-phase slit is blocked and transmitted, and received by the light-receiving element facing the Z-phase slit, thereby generating an index signal.
  • the absolute position encoder 7 is a magnetic encoder, as will be described later with reference to FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of the gear-type brake wheel 31 used in the brake mechanism 3 shown in FIG.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of the absolute position encoder 7 configured using the gear-type brake wheel 31 shown in FIG.
  • the brake mechanism 3 can be engaged with a gear-type brake wheel 31 formed of a disk having teeth 310 formed at equal angular intervals on the outer periphery and the teeth 310 of the gear-type brake wheel 31.
  • an actuator 33 that drives the engagement member 32.
  • the actuator 33 drives the engagement member 32 during braking of the rotary shaft 26 to engage the teeth 310 and the engagement member 32 to hold the rotary shaft 26 in a stopped state.
  • the engaging member 32 is retracted from the position where it engages with 310.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of the output obtained by the absolute position encoder 7 shown in FIG.
  • the absolute position encoder 7 includes a permanent magnet 70 in which the magnetic poles N and S are arranged in the circumferential direction, and a magnetic sensor element 75 facing the permanent magnet 70.
  • the magnet 70 rotates integrally with the rotating shaft 26.
  • the permanent magnet 70 is provided on the gear-type brake wheel 31 and thus rotates integrally with the rotary shaft 26.
  • the permanent magnet 70 is provided so as to extend in the circumferential direction at the outer peripheral portion of one end face in the axial direction of the gear-type brake wheel 31 (axial direction of the rotary shaft 26).
  • the permanent magnet 70 has a first track T1 positioned on the radially inner side and a second track T2 parallel to the first track T1 on the radially outer side.
  • the first track T1 a total of two poles are formed, one for each N pole and S pole in an equiangular range.
  • N poles and S poles are formed in four equiangular ranges, and a total of eight poles are formed at equiangular intervals.
  • the magnetic sensor element 75 is opposed to the permanent magnet 70 configured in this way on one side in the axial direction of the rotary shaft 26.
  • the magnetic sensor element 75 is formed on a common sensor substrate 79 (see FIG. 1), and the sensor substrate 79 is fixed to an end plate or the like of the motor 1a. Therefore, the magnetic sensor element 75 is fixed.
  • the magnetic sensor element 75 includes a first magnetic sensor element 76 that faces the first track T1, and a second magnetic sensor element 77 that faces the second track T2.
  • the first magnetic sensor element 76 includes a first Hall element HA and a second Hall element HB provided at a position that is 90 ° apart from the first Hall element HA by a mechanical angle.
  • the second magnetic sensor element 77 includes a U-phase hall element HU, a V-phase hall element HV provided at a position 30 ° apart from the U-phase hall element HU, and a V-phase hall element HV. And a W-phase hall element HW provided at a position separated by 30 ° in mechanical angle.
  • the second track T2 and the second magnetic sensor element 77 are used as part of the components of the absolute position encoder 7 and control the drive current for the U-phase, V-phase, and W-phase drive coils of the motor 1a. It is used as a signal generating magnetic circuit for generating a control signal for this purpose.
  • the magnetic sensor element 75 (the first magnetic sensor element 76 (the first Hall element HA and the second Hall element HB) and the second magnetic element).
  • the sensor element 77 (U-phase hall element HU, V-phase hall element HV, and W-phase hall element HW) provides the output shown in Fig. 5. Therefore, the absolute position encoder 7 has an angular range of 15 °.
  • the absolute angular position of the rotating shaft 26 can be detected with a resolution of a total of 24 sections.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a specific configuration of the absolute angle position determination method in the motor system 1 shown in FIG.
  • the output from the incremental encoder 6 is counted by an up / down counter in each of the absolute angular positions 1, 2,..., M ⁇ 1, m, m + 1 detected by the absolute position encoder 7. The state of clearing every cycle is shown.
  • the rotational speed of the rotary shaft 26 is stored in the storage element 8 in the multi-turn absolute encoder 4.
  • the counting unit 92 of the encoder control unit 91 shown in FIG. 2 is based on the output from the absolute position encoder 7 as shown in FIG.
  • the absolute angle position at the moment of the rotary shaft 26 is further improved based on the output from the incremental encoder 6. Detect with.
  • the rotational axis is determined based on the rotational speed of the rotational shaft 26 stored in the storage element 8 and the absolute angular position within one rotational period detected by the absolute angular position detection device 5. 26 multi-rotation positions can be detected.
  • the multi-rotation absolute encoder 4 uses the rotation speed of the rotary shaft 26 stored in the storage element 8 and the absolute value within one rotation cycle detected by the absolute angular position detection device 5. Based on the angular position, the multi-rotation position of the rotation shaft 26 can be detected.
  • the motor 1a since the rotational speed of the motor 1a is stored in the storage element 8, the motor 1a is started without driving the absolute angular position detection device 5 while the motor 1a is stopped. It is possible to detect the multi-rotation position of the rotating shaft 26 at the time. Further, in the brake mechanism 3, the engaging member 32 is engaged with the teeth 310 of the gear type brake wheel 31, so that the rotation of the rotating shaft 26 is prevented during the stop. For this reason, the rotation speed of the motor 1a does not fluctuate from the rotation speed of the motor 1a memorize
  • the multi-rotation position of the rotating shaft 26 can be detected when the motor 1a is started again without driving the absolute angular position detection device 5 while the motor 1a is stopped. Further, since the number of rotations of the rotating shaft may be stored in the storage element 8 while the motor 1a is stopped, the life of the backup battery is long. Further, if the storage element 8 is a nonvolatile memory as in this embodiment, a backup battery for the storage element 8 is not necessary.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between the teeth 310 of the gear-type brake wheel 31 and the output from the absolute position encoder 7 in the motor system 1 to which the present invention is applied.
  • the gear-type brake wheel 31 has teeth 310 corresponding to the common divisor of the resolution of the absolute position encoder 7. More specifically, the absolute position encoder 7 has a resolution of a total of 24 sections with an angle range of 15 °, and the gear-type brake wheel 31 has 12 teeth 310.
  • the tooth 310 of the gear-type brake wheel 31 is provided at an angular position that coincides with the changing point of the output from the absolute position encoder 7.
  • the place where the output from the absolute position encoder 7 changes is an uncertain region 7 a where the detection of the angular position of the rotary shaft 26 is uncertain. It can be avoided that the rotating shaft 26 stops in a state where the output is in the uncertain region 7a. That is, since the rotating shaft 26 does not stop when the engaging member 32 rides on the tooth 310, the tooth 310 of the gear-type brake wheel 31 is provided at a position corresponding to the uncertain region 7a of the absolute position encoder 7. In this case, it is possible to avoid the rotation shaft 26 from stopping in a state where the output from the absolute position encoder 7 is in the uncertain region 7a. Therefore, when the motor 1a is stopped and then restarted, it is possible to prevent the detection result of the absolute position encoder 7 from being shifted.
  • the incremental encoder 6 outputs an index signal
  • the first correction unit 93 of the encoder control unit 91 shown in FIG. Correction for synchronizing the output signal with the signal output from the absolute position encoder 7 is performed.
  • the index signal is output in one rotation cycle of the rotary shaft 26
  • the correction for synchronizing the signal output from the incremental encoder 6 with the signal output from the absolute position encoder 7 is delayed.
  • the incremental encoder 6 is configured to output an index signal at a cycle corresponding to the resolution of the absolute position encoder 7. More specifically, the incremental encoder 6 outputs an index signal at 24 times corresponding to the resolution of the absolute position encoder 7 in one rotation cycle of the rotating shaft 26. Therefore, correction for synchronizing the signal output from the incremental encoder 6 with the signal output from the absolute position encoder 7 can be performed at an appropriate timing. Therefore, even if the rotating shaft 26 is slightly deviated during the stop, the position of the rotating shaft 26 can be corrected to an accurate position with a simple process.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a correction method for the rotational speed at startup in the motor system 1 shown in FIG.
  • the second correction unit 94 of the encoder control unit 91 shown in FIG. 2 corrects the rotational speed stored in the storage element 8 as necessary when the motor 1a is started. More specifically, when the motor 1a is activated, the second correction unit 94 activates the output value (stop output value Da) of the absolute position encoder 7 when the rotating shaft 26 was previously stopped and the motor 1a. The absolute position encoder 7 output value (startup output value Db) is compared.
  • the second correction unit 94 uses the rotational speed read from the storage element 8 as the rotation axis 26 at the time of starting the motor 1a. The number of revolutions.
  • the second correction unit 94 starts the motor 1a with the rotation number corrected from the rotation number read from the storage element 8. It is set as the rotation speed of the rotating shaft 26 at the time.
  • the rotation speed n read from the storage element 8 the rotation speed n-1 obtained by subtracting one rotation from the rotation speed n, Three absolute angular positions PA, PB obtained by interpolating the output value Db at start-up in the relationship between the output value of the absolute position encoder 7 and the absolute angular position at each of the rotational speeds n + 1 obtained by adding one rotation from the rotational speed n.
  • the PC is compared with the absolute angular position P0 at the time of stop.
  • the rotational speed corresponding to the absolute angular position closest to the absolute angular position P0 at the stop is the rotational speed of the rotary shaft 26 when the motor 1a is started.
  • the rotational speed n + 1 corresponding to the absolute angular position PA closest to the absolute angular position P0 at the time of stopping is set to the rotational axis at the time when the motor 1a is started. The number of revolutions.
  • the motor 1a is started even if the rotating shaft 26 is slightly rotated due to a delay or the like when the brake mechanism 3 is operated.
  • the rotational speed of the rotating shaft 26 can be corrected. Therefore, the multi-rotation position of the rotating shaft 26 after activation can be detected.
  • the incremental encoder 6 is an optical encoder.
  • a magnetic encoder or a resolver may be used for the incremental encoder 6.
  • the absolute position encoder 7 is a magnetic encoder.
  • an optical encoder may be used for the absolute position encoder 7.
  • the Hall element is used as the magnetic sensor element, but a magnetoresistive element may be used.
  • the absolute angular position detection device 5 is constituted by the incremental encoder 6 and the absolute position encoder 7 having a resolution lower than that of the incremental encoder 6, but the absolute angular position detection device 5 is an absolute encoder. You may comprise only.
  • the absolute angular position detection device 5 may be configured only by a one-rotation absolute type encoder in which the magnetoresistive element faces the end face of a magnet in which N poles and S poles are each in an equiangular range and a total of two poles are formed. Good.
  • SYMBOLS 1 ... Motor system, 1a ... Motor, 3 ... Brake mechanism, 4 ... Multi-rotation absolute type encoder, 5 ... Absolute angle position detector, 6 ... Incremental type encoder, 7 ... Absolute position encoder, 7a ... Uncertain area, 8 ... Storage element, 9 ... control unit, 26 ... rotating shaft, 31 ... gear-type brake wheel, 32 ... engaging member, 33 ... actuator, 60 ... disk, 70 ... permanent magnet, 75 ... magnetic sensor element, 76 ... first magnetism Sensor element 77...

Abstract

本モータシステム１は、たとえば、モータ１ａと、モータ１ａの回転軸の回転数および絶対角度位置を検出する多回転アブソリュート形エンコーダ４とを有している。多回転アブソリュート形エンコーダ４は、回転軸の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置５と、モータ１ａの回転数を記憶しておく記憶素子８を有している。したがって、多回転アブソリュート形エンコーダ４は、モータの停止中、多回転アブソリュート形エンコーダの駆動を停止しても、起動後、回転軸の多回転位置を検出することができる。また、モータ１ａは、回転軸と一体に回転する歯車型ブレーキホイール、歯車型ブレーキホイールの歯と係合可能な係合部材、および制動時に歯と前記係合部材とを係合させるアクチュエータを備えたブレーキ機構３を有している。

Description

モータシステム
　本発明は、モータの回転軸の回転数および絶対角度位置を検出可能なモータシステムに関するものである。
　ロボットの関節等に用いられるモータでは、起動時の原点復帰を不要とすることを目的に、磁気スケールが形成されたドラム、磁気センサ素子、およびカウンタ等を備えた多回転アブソリュート形エンコーダを設けることがある。この場合、電池によって多回転アブソリュート形エンコーダをバックアップして、停止期間中も多回転位置を検出するとともに、検出結果を保持する（例えば、特許文献１参照）。
特開平６－２５８０９９号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の構成のように、電池によって多回転アブソリュート形エンコーダをバックアップする構成では、電池の消費電流が大きいため、電池を定期的に交換する必要がある。
　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、モータの停止中、多回転アブソリュート形エンコーダの駆動を停止しても、起動後、回転軸の多回転位置を検出することのできるモータシステムを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明に係るモータシステムは、モータと、前記モータの回転軸の回転数および絶対角度位置を検出する多回転アブソリュート形エンコーダと、を有し、前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記回転軸の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置と、前記モータの回転数を記憶しておく記憶素子と、を有し、前記モータは、前記回転軸と一体に回転する歯車型ブレーキホイール、前記歯車型ブレーキホイールの歯と係合可能な係合部材、および制動時に前記歯と前記係合部材とを係合させるアクチュエータを備えたブレーキ機構を有していることを特徴とする。
　本発明において、多回転アブソリュート形エンコーダは、回転軸の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置と、モータの回転数を記憶しておく記憶素子とを備えているため、記憶素子によって記憶されているモータの回転数、および絶対角度位置検出装置による回転軸の１回転周期内における絶対角度位置に基づいて、回転軸の多回転位置（回転軸の回転数および絶対角度位置）を検出することができる。また、記憶素子によってモータの回転数が記憶されているため、モータの停止中、絶対角度位置検出装置を駆動しなくても、モータを起動した際の回転軸の多回転位置を検出することができる。さらに、ブレーキ機構では、歯車型ブレーキホイールの歯に係合部材が係合するため、停止中、回転軸の回転が阻止される。このため、モータの回転数が、停止以降、記憶素子によって記憶されているモータの回転数から変動しない。したがって、モータの停止中、絶対角度位置検出装置を駆動しなくても、モータを起動した際の回転軸の多回転位置を検出することができる。また、モータの停止中、記憶素子に回転軸の回転数を記憶させておけばよいので、バックアップ用電池の寿命が長い。また、記憶素子が不揮発性メモリであれば、記憶素子のバックアップ用電池が不要である。
　本発明において、前記記憶素子は、不揮発性メモリであることが好ましい。
　本発明において、前記絶対角度位置検出装置は、インクリメンタル形エンコーダと、前記インクリメンタル形エンコーダより分解能が低い絶対位置エンコーダと、を有している態様を採用することができる。かかる構成によれば、安価な構成で分解能が高い絶対角度位置検出装置を構成することができる。
　本発明において、前記絶対位置エンコーダは、磁極が周方向に配置された永久磁石と、前記永久磁石と対向する磁気センサ素子と、を有し、前記永久磁石は、前記回転軸と一体に回転する態様を採用することができる。かかる構成によれば、モータを駆動するための駆動信号を生成するための永久磁石および磁気センサ素子を利用して、絶対位置エンコーダを構成することができる。
　本発明において、前記永久磁石は、前記歯車型ブレーキホイールに設けられている態様を採用することができる。
　本発明において、前記磁気センサ素子は、ホール素子である態様を採用することができる。
　本発明において、前記インクリメンタル形エンコーダは、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダまたはレゾルバである態様を採用することができる。
　本発明において、前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記モータを起動した際、前記回転軸が前回停止した際に前記絶対位置エンコーダから出力された停止時出力値と、前記モータを起動した際に前記絶対位置エンコーダから出力された起動時出力値とを比較し、前記停止時出力値と前記起動時出力値とが等しい場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とし、前記停止時出力値と前記起動時出力値とが相違する場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数を補正した回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とする態様を採用することができる。かかる構成によれば、回転数が切り替わる付近で回転軸が停止しようとした際に、回転軸が多少回転した場合でも、モータを起動した際の回転軸の多回転位置を検出することができる。
　本発明において、前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記モータを起動した際に前記停止時出力値と前記起動時出力値とが相違する場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数、前記回転数から１回を減じた回転数、および前記回転数に１回を加えた回転数の各々において、前記絶対位置エンコーダでの出力値と絶対角度位置との関係に前記起動時出力値を内挿して得た３つの絶対角度位置を停止時の絶対角度位置と比較し、前記３つの絶対角度位置のうち、前記停止時の絶対角度位置に最も近い絶対角度位置に対応する回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とする態様を採用することができる。
　本発明において、前記インクリメンタル形エンコーダは、前記絶対位置エンコーダの分解能に対応する周期でインデックス信号を出力し、前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記インデックス信号に基づいて前記インクリメンタル形エンコーダの検出結果を補正する態様を採用することができる。かかる構成によれば、停止中に回転軸が多少ずれても、簡単な処理で回転軸の位置を正確な位置に補正することができる。
　本発明において、前記歯車型ブレーキホイールにおいて、前記歯は、前記絶対位置エンコーダからの出力の変化点と一致している態様を採用することができる。かかる構成によれば、絶対位置エンコーダからの出力の変化点と一致する角度位置で回転軸が停止することになり、回転数が変動するような個所でモータが停止することを回避することができる。
　本発明において、多回転アブソリュート形エンコーダは、回転軸の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置と、モータの回転数を記憶しておく記憶素子とを備えているため、記憶素子によって記憶されているモータの回転数、および絶対角度位置検出装置による回転軸の１回転周期内における絶対角度位置に基づいて、回転軸の多回転位置（回転軸の回転数および絶対角度位置）を検出することができる。また、記憶素子によってモータの回転数が記憶されているため、モータの停止中、絶対角度位置検出装置を駆動しなくても、モータを起動した際の回転軸の多回転位置を検出することができる。さらに、ブレーキ機構では、歯車型ブレーキホイールの歯に係合部材が係合するため、停止中、回転軸の回転が阻止される。このため、モータの回転数が、停止以降、記憶素子によって記憶されているモータの回転数から変動しない。したがって、モータの停止中、絶対角度位置検出装置を駆動しなくても、モータを起動した際の回転軸の多回転位置を検出することができる。また、モータの停止中、記憶素子に回転軸の回転数を記憶させておけばよいので、バックアップ用電池の寿命が長い。また、記憶素子が不揮発性メモリであれば、記憶素子のバックアップ用電池が不要である。
本発明を適用したモータシステムの断面図である。 図１に示すモータシステムのブロック図である。 図１に示すモータシステムのブレーキ機構に用いた歯車型ブレーキホイールの説明図である。 図１に示すモータシステムに用いた絶対位置エンコーダの説明図である。 図４に示す絶対位置エンコーダで得られる出力の説明図である。 図１に示すモータシステムでの絶対角度位置の決定方法の具体的構成を示す説明図である。 本発明を適用したモータシステムにおける歯車型ブレーキホイールの歯と絶対位置エンコーダからの出力との関係を示す説明図である。 図１に示すモータシステムにおける起動時の回転数に対する補正方法を示す説明図である。
（全体構成）
　図１は、本発明を適用したモータシステムの断面図である。図２は、図１に示すモータシステムのブロック図である。図３は、図１に示すモータシステムのブレーキ機構に用いた歯車型ブレーキホイールの説明図である。図４は、図１に示すモータシステムに用いた絶対位置エンコーダの説明図である。
　図１に示すように、本発明を適用したモータシステム１は、ステータ２１、ロータ２２、軸受２３、減速機２４およびケース２５等を備えたモータ１ａと、モータ１ａの停止時にモータ１ａの回転軸２６を停止した状態に保持するブレーキ機構３と、回転軸２６の回転数および絶対角度位置を検出する多回転アブソリュート形エンコーダ４とを有している。
　図２に示すように、本形態のモータシステム１において、多回転アブソリュート形エンコーダ４は、回転軸２６の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置５と、回転軸２６の回転数を記憶しておく記憶素子８と、絶対角度位置検出装置５での検出結果および回転軸２６の回転数に基づいて、回転軸２６の多回転位置の算出等を行う制御部９とを有している。制御部９は、ＲＯＭやＲＡＭ等に格納されているプログラムに基づいて動作するマイクロコンピュータを備えており、回転軸２６の多回転位置の算出等を行うエンコーダ制御部９１、ブレーキ機構３の制御等を行うブレーキ制御部９７、およびモータ１ａの制御等を行うモータ制御部９８等を備えている。エンコーダ制御部９１は、回転軸２６の多回転位置の算出を行うための計数等を行う計数部９２や、後述する補正を行う第１補正部９３および第２補正部９４を有している。本形態において、記憶素子８は不揮発性メモリである。
　本形態において、多回転アブソリュート形エンコーダ４の絶対角度位置検出装置５は、インクリメンタル形エンコーダ６と、インクリメンタル形エンコーダ６より分解能が低い絶対位置エンコーダ７とを有している。
　インクリメンタル形エンコーダ６は、例えば、光学式エンコーダであり、詳細な図示は省略するが、光学パターンが書き込まれたディスク６０（図１参照）が回転すると、Ａ相用のスリットおよびＢ相用のスリットを通る光が遮断、透過し、各々のスリットに対向する受光素子で受光される。かかる受光素子によって、インクリメンタルデータが生成される。また、光学式エンコーダでは、ディスクの回転に伴って、Ｚ相用のスリットを通る光が遮断、透過し、Ｚ相用のスリットに対向する受光素子で受光され、インデックス信号が生成される。絶対位置エンコーダ７は、図４を参照して後述するように、磁気式のエンコーダである。
（ブレーキ機構３の構成）
　図３は、図１に示すブレーキ機構３に用いた歯車型ブレーキホイール３１の説明図である。図４は、図３に示す歯車型ブレーキホイール３１を利用して構成した絶対位置エンコーダ７の説明図である。
　図３および図４に示すように、ブレーキ機構３は、外周部に歯３１０が等角度間隔に形成された円盤からなる歯車型ブレーキホイール３１と、歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０と係合可能な係合部材３２と、係合部材３２を駆動するアクチュエータ３３とを備えている。アクチュエータ３３は、回転軸２６の制動時に係合部材３２を駆動して歯３１０と係合部材３２とを係合させて回転軸２６を停止した状態に保持し、回転軸２６の回転時には、歯３１０と係合する位置から係合部材３２を退避させる。
（絶対位置エンコーダ７の構成）
　図５は、図４に示す絶対位置エンコーダ７で得られる出力の説明図である。図３および図４に示すように、絶対位置エンコーダ７は、磁極Ｎ、Ｓが周方向に配置された永久磁石７０と、永久磁石７０と対向する磁気センサ素子７５とを有しており、永久磁石７０は、回転軸２６と一体に回転する。本形態において、永久磁石７０は、歯車型ブレーキホイール３１に設けられていることにより、回転軸２６と一体に回転する。
　永久磁石７０は、歯車型ブレーキホイール３１の軸線方向（回転軸２６の軸線方向）の一方の端面の外周部分で周方向に延在するように設けられている。ここで、永久磁石７０は、径方向内側に位置する第１トラックＴ１と、径方向外側で第１トラックＴ１と並列する第２トラックＴ２とを有している。第１トラックＴ１では、Ｎ極およびＳ極が等角度範囲に１極ずつ、計２極形成されている。第２トラックＴ２では、Ｎ極およびＳ極が等角度範囲に４極ずつ、計８極が等角度間隔に形成されている。
　このように構成した永久磁石７０に対しては、回転軸２６の軸線方向の一方側で磁気センサ素子７５が対向している。本形態において、磁気センサ素子７５は、共通のセンサ基板７９（図１参照）に形成されており、センサ基板７９は、モータ１ａの端板等に固定されている。したがって、磁気センサ素子７５は固定されている。
　磁気センサ素子７５は、第１トラックＴ１に対向する第１磁気センサ素子７６と、第２トラックＴ２に対向する第２磁気センサ素子７７とからなる。第１磁気センサ素子７６は、第１ホール素子ＨＡと、第１ホール素子ＨＡから機械角で９０°離間する位置に設けられた第２ホール素子ＨＢとからなる。第２磁気センサ素子７７は、Ｕ相用ホール素子ＨＵと、Ｕ相用ホール素子ＨＵから機械角で３０°離間する位置に設けられたＶ相用ホール素子ＨＶと、Ｖ相用ホール素子ＨＶから機械角で３０°離間する位置に設けられたＷ相用ホール素子ＨＷとからなる。第２トラックＴ２および第２磁気センサ素子７７は、絶対位置エンコーダ７の構成要素の一部として用いられているとともに、モータ１ａのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動コイルに対する駆動電流を制御するための制御信号を生成するための信号生成用磁気回路として用いられている。
　このように構成した絶対位置エンコーダ７において、回転軸２６が１回転する際、上記磁気センサ素子７５（第１磁気センサ素子７６（第１ホール素子ＨＡおよび第２ホール素子ＨＢ）、および第２磁気センサ素子７７（Ｕ相用ホール素子ＨＵ、Ｖ相用ホール素子ＨＶおよびＷ相用ホール素子ＨＷ）からは、図５に示す出力が得られる。したがって、絶対位置エンコーダ７は、角度範囲が１５°の計２４区間の分解能をもって、回転軸２６の絶対角度位置を検出することができる。
（基本動作）
　図６は、図１に示すモータシステム１での絶対角度位置の決定方法の具体的構成を示す説明図である。なお、図６には、絶対位置エンコーダ７によって検出した絶対角度位置１、２・・ｍ－１、ｍ、ｍ＋１の各周期において、インクリメンタル形エンコーダ６からの出力をアップダウンカウンタでカウントするとともに、各周期毎にクリアする様子を示してある。
　本形態では、回転軸２６が回転すると、多回転アブソリュート形エンコーダ４では、回転軸２６の回転数が記憶素子８に記憶される。また、多回転アブソリュート形エンコーダ４の絶対角度位置検出装置５では、図６に示すように、図２に示すエンコーダ制御部９１の計数部９２が絶対位置エンコーダ７からの出力に基づいて回転軸２６の瞬間時の絶対角度位置１、２・・ｍ－１、ｍ、ｍ＋１を検出するとともに、インクリメンタル形エンコーダ６からの出力に基づいて、回転軸２６の瞬間時の絶対角度位置を、さらに高い分解能で検出する。したがって、多回転アブソリュート形エンコーダ４では、記憶素子８に記憶されている回転軸２６の回転数と、絶対角度位置検出装置５で検出した１回転周期内における絶対角度位置とに基づいて、回転軸２６の多回転位置を検出することができる。
　また、記憶素子８は、モータ１ａが停止してブレーキ機構３によって回転軸２６が保持された以降、それまでの回転軸２６の回転数を保持している。したがって、モータ１ａを再度、起動した際、多回転アブソリュート形エンコーダ４では、記憶素子８に記憶されている回転軸２６の回転数と、絶対角度位置検出装置５で検出した１回転周期内における絶対角度位置とに基づいて、回転軸２６の多回転位置を検出することができる。
（本形態の主な効果）
　このように本形態のモータシステム１では、記憶素子８によってモータ１ａの回転数が記憶されているため、モータ１ａの停止中、絶対角度位置検出装置５を駆動しなくても、モータ１ａを起動した際の回転軸２６の多回転位置を検出することができる。さらに、ブレーキ機構３では、歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０に係合部材３２が係合するため、停止中、回転軸２６の回転が阻止される。このため、モータ１ａの回転数が、停止以降、記憶素子８によって記憶されているモータ１ａの回転数から変動しない。したがって、モータ１ａの停止中、絶対角度位置検出装置５を駆動しなくても、モータ１ａを再び起動した際、回転軸２６の多回転位置を検出することができる。また、モータ１ａの停止中、記憶素子８に回転軸の回転数を記憶させておけばよいので、バックアップ用電池の寿命が長い。また、本形態のように、記憶素子８が不揮発性メモリであれば、記憶素子８のバックアップ用電池が不要である。
（歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０と絶対位置エンコーダ７との関係）
　図７は、本発明を適用したモータシステム１における歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０と絶対位置エンコーダ７からの出力との関係を示す説明図である。本発明を適用したモータシステム１において、歯車型ブレーキホイール３１は、絶対位置エンコーダ７の分解能の公約数に相当する歯３１０が形成されている。より具体的には、絶対位置エンコーダ７は、角度範囲が１５°の計２４区間の分解能を有しており、歯車型ブレーキホイール３１は、１２個の歯３１０を有している。ここで、歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０は、絶対位置エンコーダ７からの出力の変化点と一致する角度位置に設けられている。
　このため、図７に示すように、絶対位置エンコーダ７からの出力が変化する個所は、回転軸２６の角度位置の検出が不確実になる不確実領域７ａであるが、絶対位置エンコーダ７からの出力が不確実領域７ａにある状態で回転軸２６が停止することを回避することができる。すなわち、係合部材３２が歯３１０に乗り上げた状態で回転軸２６が停止するということがないので、歯車型ブレーキホイール３１の歯３１０を絶対位置エンコーダ７の不確実領域７ａに対応する位置に設けておけば、絶対位置エンコーダ７からの出力が不確実領域７ａにある状態で回転軸２６が停止することを回避することができる。それゆえ、モータ１ａが停止した後、再度起動した際、絶対位置エンコーダ７の検出結果にずれが発生することを抑制することができる。
（インデックス信号の構成）
　本形態のモータシステム１において、インクリメンタル形エンコーダ６は、インデックス信号を出力し、図２に示すエンコーダ制御部９１の第１補正部９３は、インデックス信号が出力されるタイミングで、インクリメンタル形エンコーダ６から出力される信号を絶対位置エンコーダ７から出力される信号と同期させる補正を行う。その際、インデックス信号が回転軸２６の１回転周期で出力される場合、インクリメンタル形エンコーダ６から出力される信号を絶対位置エンコーダ７から出力される信号と同期させる補正が遅れてしまう。
　そこで、本形態では、インクリメンタル形エンコーダ６が絶対位置エンコーダ７の分解能に対応する周期でインデックス信号を出力するように構成されている。より具体的には、インクリメンタル形エンコーダ６は、回転軸２６の１回転周期において、絶対位置エンコーダ７の分解能に対応する２４回のタイミングでインデックス信号を出力する。したがって、インクリメンタル形エンコーダ６から出力される信号を絶対位置エンコーダ７から出力される信号と同期させる補正を適正なタイミングで行うことができる。それゆえ、停止中に回転軸２６が多少ずれても、簡単な処理で回転軸２６の位置を正確な位置に補正することができる。
（起動時の回転軸２６の回転数の補正）
　図８は、図１に示すモータシステム１における起動時の回転数に対する補正方法を示す説明図である。本形態のモータシステム１において、図２に示すエンコーダ制御部９１の第２補正部９４は、モータ１ａを起動した際、記憶素子８に記憶されている回転数を必要に応じて、補正する。より具体的には、第２補正部９４は、モータ１ａを起動した際、回転軸２６が前回停止した際の絶対位置エンコーダ７の出力値（停止時出力値Ｄａ）と、モータ１ａを起動した際の絶対位置エンコーダ７の出力値（起動時出力値Ｄｂ）とを比較する。
　その結果において、停止時出力値Ｄａと起動時出力値Ｄｂとが等しい場合には、第２補正部９４は、記憶素子８から読み出した回転数を、モータ１ａを起動した時点での回転軸２６の回転数とする。これに対して、停止時出力値Ｄａと起動時出力値Ｄｂとが相違する場合には、第２補正部９４は、記憶素子８から読み出した回転数を補正した回転数を、モータ１ａを起動した時点での回転軸２６の回転数とする。
　本形態では、停止時出力値Ｄａと起動時出力値Ｄｂとが相違する場合には、まず、記憶素子８から読み出した回転数ｎ、回転数ｎから１回を減じた回転数ｎ－１、回転数ｎから１回を加えた回転数ｎ＋１の各々において、絶対位置エンコーダ７の出力値と絶対角度位置との関係に起動時出力値Ｄｂを内挿して得た３つの絶対角度位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣを停止時の絶対角度位置Ｐ０と比較する。そして、３つの絶対角度位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣのうち、停止時の絶対角度位置Ｐ０に最も近い絶対角度位置に対応する回転数を、モータ１ａを起動した時点での回転軸２６の回転数とする。図８に示す例では、絶対角度位置ＰＡ、ＰＢ、ＰＣのうち、停止時の絶対角度位置Ｐ０に最も近い絶対角度位置ＰＡに対応する回転数ｎ＋１を、モータ１ａを起動した時点での回転軸の回転数とする。
　したがって、回転軸２６の回転数が切り替わる付近で回転軸２６が停止しようとした際に、ブレーキ機構３が作動するときの遅れ等によって、回転軸２６が多少回転した場合でも、モータ１ａを起動した際の回転軸２６の回転数を補正することができる。したがって、起動後の回転軸２６の多回転位置を検出することができる。
（他の実施の形態）
　上記実施形態では、インクリメンタル形エンコーダ６が光学式エンコーダであったが、インクリメンタル形エンコーダ６に磁気式エンコーダやレゾルバを用いてもよい。また、上記実施形態では、絶対位置エンコーダ７が磁気式エンコーダであったが、絶対位置エンコーダ７に光学式エンコーダを用いてもよい。上記実施形態では、磁気センサ素子としてホール素子を用いたが、磁気抵抗素子を用いてもよい。
　上記実施の形態では、絶対角度位置検出装置５が、インクリメンタル形エンコーダ６と、インクリメンタル形エンコーダ６より分解能が低い絶対位置エンコーダ７とによって構成されていたが、絶対角度位置検出装置５をアブソリュート形エンコーダのみによって構成してもよい。例えば、Ｎ極およびＳ極が等角度範囲に１極ずつ、計２極形成された磁石の端面に磁気抵抗素子が対向する１回転アブソリュート形エンコーダのみによって絶対角度位置検出装置５を構成してもよい。
１…モータシステム、１ａ…モータ、３…ブレーキ機構、４…多回転アブソリュート形エンコーダ、５…絶対角度位置検出装置、６…インクリメンタル形エンコーダ、７…絶対位置エンコーダ、７ａ…不確実領域、８…記憶素子、９…制御部、２６…回転軸、３１…歯車型ブレーキホイール、３２…係合部材、３３…アクチュエータ、６０…ディスク、７０…永久磁石、７５…磁気センサ素子、７６…第１磁気センサ素子、７７…第２磁気センサ素子、７９…センサ基板、９１…エンコーダ制御部、９２…計数部、９３…第１補正部、９４…第２補正部、９７…ブレーキ制御部、９８…モータ制御部、３１０…歯、Ｎ、Ｓ…磁極、Ｐ０…停止時の絶対角度位置、ＨＡ…第１ホール素子、ＨＢ…第２ホール素子、ＨＵ…Ｕ相用ホール素子、ＨＶ…Ｖ相用ホール素子、ＨＷ…Ｗ相用ホール素子、Ｔ１…第１トラック、Ｔ２…第２トラック、ＰＡ、ＰＢ、ＰＣ…絶対角度位置、Ｄａ…停止時出力値、Ｄｂ…起動時出力値

Claims (11)

  1. 　モータと、
    　前記モータの回転軸の回転数および絶対角度位置を検出する多回転アブソリュート形エンコーダと、を有し、
    　前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記回転軸の１回転周期内における絶対角度位置を検出する絶対角度位置検出装置と、前記モータの回転数を記憶しておく記憶素子と、を有し、
    　前記モータは、前記回転軸と一体に回転する歯車型ブレーキホイール、前記歯車型ブレーキホイールの歯と係合可能な係合部材、および制動時に前記歯と前記係合部材とを係合させるアクチュエータを備えたブレーキ機構を有していることを特徴とするモータシステム。
  2. 　前記記憶素子は、不揮発性メモリであることを特徴とする請求項１に記載のモータシステム。
  3. 　前記絶対角度位置検出装置は、インクリメンタル形エンコーダと、前記インクリメンタル形エンコーダより分解能が低い絶対位置エンコーダと、を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のモータシステム。
  4. 　前記絶対位置エンコーダは、磁極が周方向に配置された永久磁石と、前記永久磁石と対向する磁気センサ素子と、を有し、
    　前記永久磁石は、前記回転軸と一体に回転することを特徴とする請求項３に記載のモータシステム。
  5. 　前記永久磁石は、前記歯車型ブレーキホイールに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のモータシステム。
  6. 　前記磁気センサ素子は、ホール素子であることを特徴とする請求項５に記載のモータシステム。
  7. 　前記インクリメンタル形エンコーダは、光学式エンコーダ、磁気式エンコーダまたはレゾルバであることを特徴とする請求項３乃至６の何れか一項に記載のモータシステム。
  8. 　前記多回転アブソリュート形エンコーダは、
    　前記モータを起動した際、前記回転軸が前回停止した際に前記絶対位置エンコーダから出力された停止時出力値と、前記モータを起動した際に前記絶対位置エンコーダから出力された起動時出力値とを比較し、
    　前記停止時出力値と前記起動時出力値とが等しい場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とし、
    　前記停止時出力値と前記起動時出力値とが相違する場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数を補正した回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とすることを特徴とする請求項３乃至７の何れか一項に記載のモータシステム。
  9. 　前記多回転アブソリュート形エンコーダは、
    　前記モータを起動した際に前記停止時出力値と前記起動時出力値とが相違する場合には、前記記憶素子から読み出した前記回転数、前記回転数から１回を減じた回転数、前記回転数に１回を加えた回転数の各々において、前記絶対位置エンコーダでの出力値と絶対角度位置との関係に前記起動時出力値を内挿して得た３つの絶対角度位置を停止時の絶対角度位置と比較し、
    　前記３つの絶対角度位置のうち、前記停止時の絶対角度位置に最も近い絶対角度位置に対応する回転数を、前記モータを起動した時点での前記回転軸の回転数とすることを特徴とする請求項８に記載のモータシステム。
  10. 　前記インクリメンタル形エンコーダは、前記絶対位置エンコーダの分解能に対応する周期でインデックス信号を出力し、
    　前記多回転アブソリュート形エンコーダは、前記インデックス信号に基づいて前記インクリメンタル形エンコーダの検出結果を補正することを特徴とする請求項３乃至９の何れか一項に記載のモータシステム。
  11. 　前記歯車型ブレーキホイールにおいて、前記歯は、前記絶対位置エンコーダからの出力の変化点と一致していることを特徴とする請求項３乃至１０の何れか一項に記載のモータシステム。
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