WO2020170343A1 - 汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータ - Google Patents

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純一 多田
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Definitions

  • the present invention relates to a general-purpose rotary encoder adopting a general-purpose sensor and a servomotor using the rotary encoder.
  • a rotary encoder is used as an encoder for electrical equipment to measure the absolute angular position of a rotating shaft driven by a motor.
  • a rotary encoder that detects a Z-phase, a U-phase, a V-phase, and a W-phase and a magnetic pole position of a rotor are synchronized with each other to control the motor as a completely closed-loop servo motor. Is being done.
  • Patent Document 1 includes a set of MR sensor units for detecting a rotation phase of a rotation shaft of a motor, and an A phase, a B phase, a Z phase signal, a U phase, a V phase, a W phase drive signal and an absolute origin position.
  • a motor control device configured to add an EEPROM address to the above information and record it in the EEPROM as multi-rotation/absolute signal data.
  • the MR sensor unit also includes an axis deviation correction processing unit.
  • Patent Document 2 among the light passing through the pattern, light that becomes stray light that enters a light receiving element arranged at a position displaced in the first direction with respect to a predetermined light receiving element is suppressed from being emitted from the diaphragm.
  • an optical rotary encoder including a suppressing unit that controls the rotation.
  • Patent Document 3 discloses a magnetic sensor that detects a magnetic field of a magnetic scale, a photosensor that detects reflected light from a position detection scale, and a relative position of the magnetic sensor with respect to a magnetic scale based on a detection result of the magnetic sensor.
  • An absolute encoder having a data control unit for obtaining an absolute position of a position detection target based on a detection result of a photo sensor, the position detection target in the data control unit based on a detection result of a photo sensor and a magnetic sensor.
  • An invention is disclosed that automatically calibrates data that represents the relationship between the and absolute position.
  • the information of the magnet origin position of the MR sensor with respect to the rotation axis is acquired, the Z-phase signal is set based on the absolute origin position, the address of the EEPROM is given, and the multi-rotation/absolute signal It generates data and has the function of a rotary encoder.
  • the MR sensor is used in the present invention, it is possible to provide an inexpensive rotary encoder with relatively high accuracy.
  • a mass-produced general-purpose GMR-based encoder is inexpensive, at a price of several thousand yen per unit.
  • this kind of general-purpose sensor that is inexpensive and has a predetermined accuracy is defined as a general-purpose sensor.
  • each general-purpose sensor has a different output characteristic due to the deviation of the magnetization of the magnet itself, the variation in the sensitivity of the magnetoresistive element sensor, the phase angle shift caused by the error when fixing the magnetoresistive element sensor to the motor, etc.
  • a function such as an axis deviation correction process is provided in order to correct variations and distortions peculiar to the sensor and ensure a predetermined accuracy.
  • optical rotary encoders such as those described in Patent Document 2 often employ a glass substrate in order to ensure high accuracy. Therefore, for example, in a high-resolution model having a resolution of more than 10,000 pulses, ⁇ 2 seconds is guaranteed as the scale accuracy. Even with a high-resolution model having a resolution (signal cycle/rotation) of 4096, the scale accuracy is guaranteed to be ⁇ 10 seconds.
  • the price of such a high-precision optical rotary encoder is considerably high, on the order of hundreds of thousands of yen or millions of yen, and the equipment that can be mounted is limited to expensive equipment. ..
  • a sensor of which absolute accuracy is 2 to 3 digits higher in accuracy and environmental resistance is inferior and expensive as compared with a general-purpose sensor of this type is defined as a high accuracy sensor.
  • the absolute encoder described in Patent Document 3 determines whether or not to calibrate the output from the photosensor at startup (S101 in FIG. 6), and when calibrating, a magnetic sensor (corresponding to a general-purpose sensor in the present invention).
  • the output from the photosensor is used to create a calibration table, and the output from the photosensor is calibrated (S102-109 in FIG. 6).
  • the output from the general-purpose sensor has the above problems. Therefore, it is difficult to realize an absolute encoder that can accurately correct the output from the photosensor with the output of the magnetic sensor.
  • One object of the present invention is to provide a rotary encoder that uses a general-purpose sensor, has a high accuracy comparable to that equipped with a high-precision sensor, is excellent in environmental resistance, and is inexpensive.
  • Another object of the present invention is to provide a servo motor which has a high precision comparable to that provided with a high precision sensor, is excellent in environmental resistance, and is inexpensive.
  • a universal rotary encoder comprises: A general-purpose sensor mounted on a motor for detecting a rotation angle of a rotation shaft of the motor, A rotation angle detection unit that outputs information on the rotation angle of the rotation shaft of the motor based on an output signal from the general-purpose sensor, A general-purpose rotary encoder including an encoder control unit that generates and outputs a multi-rotation absolute signal for driving the motor based on the information on the rotation angle,
  • the encoder control unit has a function of driving a motor for initial setting
  • a general-purpose rotary encoder mounted motor to be controlled is a normal operation data acquisition unit that acquires and generates data for normal operation used during normal operation,
  • An EEPROM holding calibration data for calibrating the initial setting data specific to the general-purpose sensor is provided, In the calibration data, a sensor whose absolute accuracy is as high as 2 digits or 3 digits higher than that of the general-purpose sensor is guaranteed as a
  • the encoder control unit outputs digital signals of A-phase and B-phase of at least one forward/reverse rotation of the rotation shaft obtained from the general-purpose sensor.
  • Multi-rotation absolute data for controlling the motor to be controlled by calibrating the data at each position with the calibration data based on the incremental value based on the information Z 0 , Zn representing the number of rotations of the rotary shaft. And is configured to be held in the EEPROM.
  • the general-purpose sensor in the general-purpose rotary encoder, the general-purpose sensor, A plate-shaped magnet that is rotatably held in a state of being connected to one end of the rotating shaft and has an N-pole region and an S-pole region, and a pair that can be fixed to the housing side of the motor at a position facing the magnet. And a magnet holder for holding the magnet has a hollow portion into which the rotation shaft of the initialization motor can be inserted.
  • a general-purpose rotary encoder can be easily and accurately mounted on the initial setting device and the motor to be mounted thereafter.
  • the magnet holder is rotatably held in a cylindrical box body via a bearing, and a holding portion for fixing the box body to the housing of the initialization motor and the rotation angle detection section. And an encoder board on which the encoder control unit is mounted.
  • a general-purpose rotary encoder can be easily and accurately mounted on the initial setting device and the motor to be mounted thereafter.
  • the encoder control unit includes an SSC-BUS converter and an SPI-BUS converter, and is configured to be compatible with a serial bus type EEPROM and a parallel EEPROM.
  • the general-purpose rotary encoder can be used for both serial bus type EEPROM and parallel EEPROM type.
  • a servomotor including a general-purpose rotary encoder and a controller, wherein the general-purpose rotary encoder includes each of the aspects of the present invention. Accordingly, it is possible to provide a servo motor which is suitable for controlling a motor to be controlled using a general-purpose sensor, has high accuracy, is excellent in environmental resistance, and is inexpensive.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1, showing a configuration example of a main part of a brushless DC motor for an initialization device. It is a block diagram which shows the example of the drive circuit of the brushless DC motor in a 1st Example.
  • FIG. 6 is a time chart showing an outline of processing of initial setting in the first embodiment. It is a figure which shows an example of the characteristic of the general purpose rotary encoder in a 1st Example. It is a figure which shows an example of the calibration method of the characteristic of the general purpose rotary encoder in a 1st Example. It is a figure which shows an example of the relationship of the table of a general-purpose rotary encoder, the table of an optical rotary encoder, and a calibration table in a 1st Example. It is a figure which shows the other example of the relationship of the table of a general-purpose rotary encoder, the table of an optical rotary encoder, and a calibration table in a 1st Example.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a process during normal operation of a brushless DC motor using a calibrated general-purpose rotary encoder in the first embodiment. It is a figure explaining the relationship of the signal of Z phase, A phase, B phase signal, and U phase, V phase, W phase at the time of multi-rotation in a 1st example. It is a figure which shows an example of the calibrated characteristic of the general purpose rotary encoder at the time of multiple rotations in a 1st Example. It is a figure which shows the effect of the calibration process in the normal operation mode using the general purpose rotary encoder based on 1st Example. It is a flowchart which shows the process of the initialization of a general purpose rotary encoder based on the 3rd Example of this invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the integrated value peak of the back electromotive force of each phase of the brushless DC motor and the positioning information (Sn) in the initialization processing of FIG. 11. It is a perspective view of a robot equipped with a general-purpose rotary encoder according to a fourth embodiment of the present invention. It is a figure which shows the outline
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration example of an initialization device for a general-purpose rotary encoder in a first embodiment of the present invention.
  • This initial setting device is configured by a brushless DC motor 200 dedicated to initial setting, an optical rotary encoder 300 dedicated to initial setting with high absolute accuracy fixed to one end of its rotation shaft, and an initial setting controller 800.
  • a general-purpose rotary encoder 100 which is a target of initial setting, is installed in the initial setting device.
  • a general-purpose rotary encoder is installed between the other end of the rotary shaft 203 of the brushless DC motor 200 and the substrate 118 fixed to the housing cover 250, and a memory for calibration for initial setting is installed in the memory. Data is recorded and retained.
  • initialization processing is sequentially performed on a large number of general-purpose rotary encoders 100.
  • the rotation state of the brushless DC motor 200 is simultaneously acquired by the general-purpose rotary encoder 100 and the optical rotary encoder 300.
  • two sets of data regarding the rotation of the same rotary shaft 203 are synchronously acquired, and those data are acquired.
  • the data is recorded in the general-purpose rotary encoder 100 and is also held in the initialization controller 800.
  • the general-purpose rotary encoder 100 includes a general-purpose sensor, for example, a magnetic sensor, which has a predetermined absolute accuracy but does not have strict high accuracy, but has excellent environmental resistance and is inexpensive.
  • a general-purpose sensor for example, a magnetic sensor, which has a predetermined absolute accuracy but does not have strict high accuracy, but has excellent environmental resistance and is inexpensive.
  • the magnetoresistive element sensor for example, an MR sensor such as GMR, TMR, or AMR can be used.
  • a capacitive sensor or an optical sensor may be used as the general-purpose sensor. Regardless of which type, if the predetermined absolute accuracy is not satisfied, for example, the absolute accuracy in one rotation of 360 degrees is ⁇ 3 degrees or more, it is excluded. Also, those with inferior environmental resistance and those with high price are not included.
  • the optical rotary encoder 300 of the initial setting device is a standard sensor dedicated to the initial setting and has an absolute accuracy of two to three digits higher than that of a general-purpose sensor, but it is inferior in environmental resistance and expensive. It is equipped with a sensor, for example an optical sensor.
  • the high-precision optical sensor according to the present invention has a high absolute accuracy, for example, ⁇ 10 seconds or less. A laser sensor that satisfies such conditions is also included in the high-precision optical sensor of the present invention.
  • a brushless DC motor will be described below as an example of the motor 200 dedicated to the initial setting.
  • the brushless DC motor 200 includes, as a stator fixed inside the motor housing 210, a field iron core 212 and a field coil 211 wound around the field iron core 212 via an insulating member 213.
  • the magnet formed integrally with the rotating shaft is an eight-pole rotor having a rotor yoke 221 and eight permanent magnets 222 fixed to the outer peripheral portion thereof.
  • the rotating shaft 203 is held by bearings 218 provided on the motor housing 210 and the end cover 214.
  • a motor controller 240, a motor driver 242, and the like are also mounted on the substrate 118, and a signal line 228 and a power supply line (not shown) are connected to these.
  • the motor dedicated to the initial setting has only to have a function of stably rotating at a constant speed in response to the command value, and is not limited to the brushless DC motor.
  • the control target of the general-purpose rotary encoder of the present invention is not limited to the brushless DC motor. That is, the motor dedicated to the initial setting may be a motor of a type different from the control target of the general-purpose rotary encoder 100, for example, a brush DC motor or an AC synchronous motor.
  • the general-purpose rotary encoder performs multiple rotations for brushless DC motor control.
  • An example having a function of generating absolute data (Z, U, V, W) will be described below.
  • the optical rotary encoder 300 that forms part of the initialization device is directly connected to the rotary shaft 203 of the brushless DC motor 200 that also forms part of the initialization device. That is, the rotary shaft of the optical rotary encoder 300 is integrated with the rotary shaft 203 of the motor, is held by the casing 304 via the bearing 305, and the rotary substrate 306 is fixed to one end of the rotary shaft. Note that the rotary shaft of the optical rotary encoder 300 may be connected to the rotary shaft 203 of the brushless DC motor 200 via a clutch as long as the condition for ensuring high accuracy can be satisfied.
  • the rotating substrate 306 is made of, for example, a rigid material such as glass, metal, or ceramics that is not easily deformed by rotation, impact, vibration, or the like.
  • the light emitting element 311, the aperture 310 of the diaphragm 308, the lens 309, the light receiving element 314, the controller 316, and the like are arranged in the casing at positions facing each other with the rotary substrate 306 interposed therebetween.
  • a plurality of types of patterns such as a first slit pattern 312 and a second slit pattern 315 are formed on the rotary substrate 306 in the circumferential direction.
  • FIG. 2A is a functional block diagram showing a configuration example of a general-purpose rotary encoder based on the first embodiment.
  • the general-purpose rotary encoder 100 includes a magnet unit 110, a sensor output processing unit 120, an encoder control unit 130, an encoder memory 160, and a communication interface 170.
  • the general-purpose rotary encoder of the present invention functions as a rotary encoder of the brushless DC motor 200 at the time of initialization processing using the initialization processing device, and after initialization, is applied to motors and rotating bodies of various devices to be controlled. It becomes a mountable rotary encoder.
  • the magnet unit 110 of the general-purpose rotary encoder 100 is held by the rotating shaft of the motor, and the other components except the magnet unit 110 are fixed to the fixed side of the motor, for example, the motor housing.
  • the magnet unit 110 that constitutes a part of the general-purpose sensor includes a cylindrical magnet holder 111 made of a non-magnetic material, for example, a resin, and a hollow portion 112 for inserting a rotating body such as a rotating shaft of a motor into the holder. It has a plate-shaped magnet 113 fixed to the end surface of the magnet holder, and fixing means 114 for fixing the magnet holder to the rotating body.
  • a plate-shaped magnet 113 fixed to the end surface of the magnet holder, and fixing means 114 for fixing the magnet holder to the rotating body.
  • One of the boundaries between the N pole and the SN pole of the magnet 113, that is, the upper end of the magnet in the example of FIG. 1 is the origin position Z 0 of the rotation axis.
  • the sensor output processing unit 120 constitutes the rest of the general purpose sensor. This sensor output processing unit is separated at a position facing the magnet 113 and is fixed to a fixed side of the motor, for example, a motor housing, and a pair of MR sensors (magnetic resistance element sensors) 121, 122, a temperature sensor 123, and A sensor output processing circuit unit is provided.
  • MR sensors magnetic resistance element sensors
  • the magnet 113 When the magnet 113 rotates by the angle ⁇ (mechanical angle) and the direction of the magnetic field acting on each MR sensor rotates, the electric resistance value of the MR sensor, in other words, the voltage of the output signal of the general-purpose sensor changes correspondingly, For each rotation of the rotary shaft 13, a pulse signal of 360 degrees (mechanical angle) of one cycle and one cycle of each of the SIN wave and the COS wave is output.
  • the magnet 113 is composed of a Si or glass substrate and a thin film of an alloy having a ferromagnetic metal such as Ni or Fe as a main component formed thereon.
  • the sensor output processing circuit section of the sensor output processing unit 120 includes sensors such as an AD converter 124, a pulse counter 125, an arctangent calculation processing section 126, an axis deviation correction processing section 127, an A-phase/B-phase signal generating section 128, and a RAM.
  • the memory 129 has each function.
  • the sensor output processing circuit unit is realized, for example, by executing a program on a microcomputer with a memory.
  • the analog signals of the pair of MR sensors are quantized and multi-divided by interpolation processing of the electrical angle, and for example, each rotation of the rotation axis is, for example, 30000 pulses of A phase, It is converted into a B-phase digital signal.
  • the A-phase and B-phase signals obtained from the pair of MR sensors 121 and 122 may include an error (mainly an axis deviation error) due to manufacturing error of each sensor, installation error, influence of temperature, and the like. Therefore, the correction processing is performed in the axis deviation correction processing unit 127 and the like.
  • the digital signals of the A-phase and the B-phase are cumulatively added by the pulse counter 125, and the arctangent calculation processing unit 126 calculates the value thereof.
  • the value of this arctangent calculation becomes a right-angled triangular shape in which the cumulative addition value linearly increases and decreases in synchronization with the position of the angle 0 for each rotation of the rotary shaft 13.
  • the A-phase/B-phase signal generation unit 128 generates incremental pulse data of the A-phase signal and the B-phase signal (hereinafter referred to as the A-phase/B-phase signal) based on the cumulative addition value, and stores the data in the sensor memory 129. Retained.
  • the A-phase/B-phase signal generation unit 128 generates and outputs signals of the origin position Z 0 and the multi-rotation position (S) in synchronization with the position of the angle 0 which appears every rotation of the rotary shaft 13. ..
  • the signal at the multi-rotation position (S) is used to generate information Zn (Z1, Z2,-, Zn) representing the number of rotations of the rotary shaft 13.
  • the encoder control unit 130 drives a brushless DC motor for initialization to acquire necessary information for initial setting of the general-purpose rotary encoder 100, and records the information in the encoder memory 160, thereby the general-purpose rotary encoder 100.
  • a function as a high-precision rotary encoder comparable to an optical rotary encoder is added.
  • the encoder control unit 130 includes an initial setting drive signal generation unit 131, a general-purpose sensor-specific initial setting data acquisition unit 132, a standard sensor initial setting data acquisition unit 133, a Z-phase width setting unit 134, and calibration data generation.
  • the recording unit 135, the normal operation data acquisition unit 136 of the general-purpose sensor, the origin position setting unit 137 of the magnet, and the multi-rotation/absolute data generation/recording unit 138 are provided.
  • the initial setting drive signal generation unit 131 generates and outputs drive signals (iu, iv, iw) for driving the brushless DC motor dedicated for initial setting in the forward and reverse rotation directions.
  • the initial setting data acquisition unit 132 peculiar to the general-purpose sensor drives the brushless DC motor at a predetermined low speed, for example, in the range of 5 to 20 rpm, preferably about 10 rpm, at a constant speed by the drive signal (iu, iv, iw).
  • the data of the A-phase/B-phase signal at the time of initial setting, which is unique to the general-purpose sensor, is obtained.
  • the initial setting data acquisition unit 133 of the standard sensor is the initial setting of the standard sensor when the brushless DC motor is driven by the drive signal at a constant speed of, for example, 10 rpm in the state where the general-purpose rotary encoder 100 is mounted.
  • the data of the A-phase/B-phase signal at the time is acquired.
  • the Z-phase width setting unit 134 generates a Z-phase width signal based on the A-phase/B-phase signals.
  • the calibration data generation/recording unit 135 has a function of generating calibration data for initializing data specific to a general-purpose sensor with the data obtained when the standard sensor is initially acquired, which is acquired under the same conditions. .. The generation of the calibration data will be described later.
  • the normal operation data acquisition unit 136 of the general-purpose sensor is used when the brushless DC motor to which the general-purpose sensor is attached and to be controlled is normally operated by being controlled by the controller of the brushless DC motor, that is, Acquires/generates A-phase/B-phase signals, origin position Z 0, and multi-rotation position (S) data.
  • the origin position setting unit 137 of the magnet extracts the origin position Z 0 to determine the fixed position of the magnet. Have. It is not used when the origin position Z 0 of the rotation axis is known in advance.
  • the multi-rotation/absolute data generation/recording unit 138 calibrates the A-phase/B-phase signals and multi-rotation position (S) data acquired by the general-purpose sensor with calibration data, and includes the data of the origin position Z 0. Multi-rotation/absolute data is generated and recorded in the EEPROM of the encoder memory 160. This multi-turn/absolute data is used as an output of the general-purpose rotary encoder 100 for controlling the brushless DC motor to be controlled.
  • the encoder memory 160 includes a ROM 161, a RAM 162, an EPROM 163, and an EEPROM 164, and is connected to the encoder control unit via a bus or a memory controller.
  • the EPROM and the EEPROM sequentially hold the multi-rotation/absolute signals that have been calibrated with the calibration data and are related to the operation of the brushless DC motor.
  • FIG. 2B shows an example of a specific embodiment of the general-purpose rotary encoder 100 of the first example.
  • the magnet holder 111 holding the magnet unit 110 is rotatably held by a cylindrical box 115 via a bearing 116.
  • a flat magnet 113 is fixed to the magnet holder 111.
  • a pair of MR sensors 121 and 122, a temperature sensor 123, a sensor output processing unit 120, an encoder control unit 130, an encoder memory 160, and a communication interface 170 are mounted on a substrate 118 fixed to a space 117 inside a box 115. Has been done.
  • the encoder memory 160 holds the calibrated multi-rotation/absolute signal with calibration data.
  • the surface of the magnet 113 and the pair of MR sensors 121 and 122 have a predetermined minute interval, for example, 20 mm to 30 mm. It is set in the gap.
  • the box body 115 has a spring-shaped holding portion 119 on the outer peripheral end thereof, and in a state where the rotating body such as the rotating shaft 203 of the motor 200 is inserted in the hollow portion 112, the box body 115 is mounted on the motor housing of the brushless DC motor 200. It is configured to be fixed. According to this configuration example, the positional relationship between the magnet 113 and the pair of MR sensors 121 and 122 is set to an appropriate value in advance. Therefore, only by fixing the box 115 to the motor housing or the like, the general-purpose rotary encoder can be easily and accurately attached to the motor of the initial setting device or the motor to be controlled.
  • FIG. 2C shows another embodiment of the specific configuration of the general-purpose rotary encoder 100 according to the first embodiment.
  • the box is omitted.
  • the magnet holder 111 holding the magnet unit 110 is fixed to the rotation shaft 203 of the motor 200.
  • the substrate 118 on which the pair of MR sensors 121 and 122, the temperature sensor 123, the sensor output processing unit 120, the encoder control unit 130, the encoder memory 160, and the communication interface 170 are mounted is, for example, a housing as shown in FIG. It is fixed to the cover 250.
  • the DC servo motor is completed.
  • This example requires the work of positioning the MR sensors 121 and 122 with respect to the magnet 113 as compared with the example of FIG. 2B.
  • the degree of freedom in designing the brushless DC motor 200 as a whole is increased by, for example, collectively installing the motor controller 240 and the motor driver 242 on the substrate 118.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 showing a configuration example of a main part of the brushless DC motor for the initialization device in the first embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram showing a drive circuit of the brushless DC motor for the initial setting device. It should be noted that FIGS. 3A and 3B are also diagrams showing a configuration example of the brushless DC motor when the general-purpose rotary encoder having been initialized is mounted on the brushless DC motor.
  • the brushless DC motor 200 includes a rotor yoke 221 fixed to a rotary shaft 203, a rotor including eight permanent magnets 222 arranged on the outer circumference of the rotor yoke 221 at equal intervals in the circumferential direction, a field iron core 212, and a field iron core surrounding each. It is composed of a stator including a field coil 211 wound in an slot via an insulating member.
  • the field coils are U-phase field coils (211U1 to 211U3), V-phase field coils (211V1 to 211V3), and W-phase field coils depending on the phase of the voltage applied from the motor driver 242. (211W1 to 211W3).
  • the brushless DC motor 200 is controlled in a completely closed loop based on the outputs of the ECU 810 and the general-purpose rotary encoder 100.
  • the rotation information of the DC motor 200 is calibrated by the encoder control unit 130, input to the SSC-BUS converter 172 as a serial bus signal, and further passed through the SPI-BUS converter 174, and then serial signal (digital) and parallel signal ( Digital) and sent to the motor controller 240.
  • serial bus type and a parallel bus type in the external interface of the EEPROM 164 chips.
  • the operation method of the EEPROM differs greatly depending on this interface.
  • the number of signal lines of the bus standard adopted in the serial bus type EEPROM is one to four.
  • the parallel EEPROM chip generally has eight (8-bit) data terminals and address terminals corresponding to the storage capacity.
  • the rotary encoder 100 of the present embodiment is configured so as to be compatible with both the serial bus type and the parallel bus type.
  • the controller 240 generates a drive signal and sends it to the motor driver 242 such as an inverter. In this way, the brushless DC motor 200 is controlled based on the command from the host controller ECU 810.
  • the motor controller 240 is realized by, for example, a single chip microcomputer in which a CPU, a memory, an oscillation circuit, a timer, an I/O interface, a serial I/F, etc. are integrated in one LSI.
  • the functions of the BLCD controller 240 of the brushless DC motor are realized by executing the program stored in the memory on the CPU.
  • Memories such as ROM and RAM are connected to the CPU via a bus.
  • the ROM stores a program executed when the power is turned on or reset and constants that do not change during the program execution.
  • a flash memory may be adopted as the ROM.
  • the RAM holds variables of programs, command values from the outside, data of multi-rotation/absolute signals, and the like.
  • the RAM also stores the target speed of the brushless DC motor (inverter sine wave drive signal, duty ratio of PWM control).
  • the initial setting is performed by starting a program related to the initial setting of the general-purpose rotary encoder 100, the brushless DC motor 200 dedicated to the initial setting, and the optical rotary encoder 300 from the initial setting controller 800, and setting necessary parameters. , Started.
  • the environmental temperatures of the general-purpose rotary encoder 100, the brushless DC motor 200, and the optical rotary encoder 300 are always maintained at room temperature (for example, 20° C.). If necessary, calibration data may be generated by changing the environmental temperature of the brushless DC motor 200 and the optical rotary encoder 300.
  • the magnet origin position Z 0 of the brushless DC motor 200 that constitutes the initial setting device is clear, and the optical rotary encoder 300 is directly connected to the output shaft of the brushless DC motor 200 dedicated to the initial setting. (S400).
  • the general-purpose rotary encoder 100 is installed in the brushless DC motor 200, and both circuits are electrically connected (S401).
  • the magnet 113 is fixed to the rotating shaft 203 of the brushless DC motor 200 (S402).
  • the brushless DC motor 200 is driven at a constant speed by the predetermined three-phase drive signal for exclusive use for initial setting generated by the encoder control unit 130 (S403).
  • the brushless DC motor 200 rotates at a constant low rotation speed, for example, 10 rpm, in forward rotation and reverse rotation. Controlled to maintain rotation.
  • the brushless DC motor 200 rotor and the magnet 113 of the MR sensor rotate, and the MR sensor generates an output signal for at least one rotation (mechanical angle) unique to the general-purpose rotary encoder (mechanical angle) (S404).
  • mechanical angle mechanical angle unique to the general-purpose rotary encoder (mechanical angle) (S404).
  • one forward/reverse rotation is sufficient, but the number of rotations in the forward/reverse directions may be set to multiple rotations, for example, 2-3 rotations, depending on the application, if necessary.
  • the optical rotary encoder 300 directly connected to the brushless DC motor 200 also generates an output signal for at least one forward and reverse rotation based on the same operating condition (S405).
  • the address of the EEPROM is Is added to generate incremental data of A-phase/B-phase signals for one rotation (S406, S407).
  • the encoder control unit 130 of the general-purpose rotary encoder acquires the data of the output signals A and B of the optical rotary encoder (S408). Then, based on the data of the A and B phase signals of both the general-purpose rotary encoder and the optical rotary encoder, the data of the A and B phase signals based on the absolute origin position Z 0 of the general-purpose rotary encoder is converted into the optical rotary encoder data. A table to be calibrated with the output signal data of the A and B phase signals is created and recorded in the memory (S410). It should be noted that both the general-purpose rotary encoder and the optical rotary encoder acquire the data for one forward/reverse rotation a plurality of times, calculate the average value at each rotational position, and improve the accuracy of the calibration table. good.
  • FIG. 5A is a diagram showing an example of characteristics obtained by a general-purpose rotary encoder.
  • the magnet 113 of the MR sensor is biasedly fixed to the rotating shaft 203 of the motor.
  • the boundary between the S pole and the N pole of the magnet is displaced from the original position P 1A by the angle ⁇ to be the position P 1S . Due to this installation error, as shown in the graph on the right side of FIG. 5A, the phase angle between the output angle ⁇ S of the MR sensor shown by the solid line and the actual rotation angle ⁇ A of the shaft shown by the broken line is Misalignment occurs.
  • FIG. 5B is a diagram showing an example of calibrating the characteristics of the general-purpose rotary encoder with the data of the optical rotary encoder.
  • the optical rotary encoder according to the present invention employs an encoder that is guaranteed to have a precision of two digits or three digits as compared with a general-purpose sensor.
  • the data at each position of the A-phase and B-phase digital signals of one rotation of the rotation axis of the general-purpose rotary encoder is calibrated based on the output data of the optical rotary encoder.
  • the calibration amount is determined for all pulses for one rotation based on the absolute origin position Z 0 , and the calibration data is tabulated.
  • the resolution of the optical rotary encoder is RE1
  • the resolution of the general-purpose rotary encoder is RE2
  • the rotation angle data of the rotary shaft of the same motor at a certain time is 45.00 degrees in the rotation angle of the optical rotary encoder.
  • the pulse number is QR1 corresponding to
  • the pulse number is QG1 (corresponding to 46.56 degrees) in the general-purpose rotary encoder.
  • the output angle at the position of the QG1 pulse of the general-purpose rotary encoder is calibrated to 45.00 degrees indicated by the optical rotary encoder.
  • the deviation of the phase angle of the output of the MR sensor is often repeated in the same pattern every mechanical angle of 360 degrees. Therefore, even in the case of a multi-rotation device, if highly accurate angle data for one rotation (mechanical angle of 360 degrees) can be obtained, practically highly reliable control is possible. Further, the output characteristics of the MR sensor change according to the environmental temperature. However, according to the experiments performed by the inventors, the relationship between the output characteristics of the magnetoresistive element sensor and the optical rotary encoder, which are obtained at room temperature, for example, shown by the broken line and the solid line in FIG. Similar relationships are maintained.
  • the encoder control unit 130 the number of U-phase, V-phase, and W-phase pulses corresponding to the drive signal is acquired from the memory, and further, the Z-phase width signal and the multi-rotation position (S) data are acquired. Then, the address of the EEPROM is given to generate multi-rotation absolute data (Z, U, V, W) of the motor to be controlled to which the general-purpose rotary encoder is attached (S412).
  • FIG. 6A is a diagram showing an example of the relationship among a general-purpose rotary encoder (hereinafter, simply magnetic encoder) table 140, an optical rotary encoder table 142, and a calibration table 144.
  • a calibration table 144 for calibrating the data of the magnetic encoder is created so as to match the data of the optical rotary encoder.
  • the calibration table 144 is a table of detected angle values in which the values of the detected angles of the magnetic encoder are replaced with the data of the optical rotary encoder.
  • the calibration table 144 is a table that gives the calibration/correction position based on the data of the optical rotary encoder to the value of each detection angle of the magnetic encoder.
  • the incremental value based on the information Z 0 , Zn representing the number of rotations may be replaced with the angle data of the optical rotary encoder instead of the detection angle. That is, instead of the angle value, the relationship between the cumulative addition value of the general-purpose rotary encoder and the cumulative addition value of the optical rotary encoder, which is repeated in units of Z 0 , Z1, Z2,-, Zn, is used to utilize the relationship of the magnetic encoder.
  • the value of each detected angle may be calibrated/interpolated.
  • the absolute data of each layer of A, B, Z, U, V and W obtained as described above is recorded in the encoder memory 160 (S418).
  • the initialization of one magnetic encoder is completed (S420).
  • the magnetic encoder 100 is separated from the brushless DC motor dedicated to the initial setting (S422).
  • the brushless DC motor dedicated to the initial setting is attached with the next new magnetic encoder, and the initialization processing of the new magnetic encoder is performed in the same manner as described above.
  • the optical rotary encoder and the brushless DC motor that constitute the initialization device are used at low speed for a short time only for the initialization processing of one magnetic encoder. Therefore, it is possible to repeatedly use the brushless DC motor and the optical rotary encoder that constitute the initial setting device, for example, 10,000 to 100,000 times. That is, the initial setting device in the present invention uses a high-precision and high-priced optical rotary encoder, but since a large number of magnetic encoders can be calibrated using this device, one magnetic encoder per magnetic encoder can be calibrated. Manufacturing cost can be reduced.
  • the general-purpose rotary encoder having the configuration shown in FIGS. 2B and 2C is fixed to the motor to be controlled.
  • the motor to be controlled is a brushless DC motor, and its drive circuit is equivalent to the drive circuit of the brushless DC motor for the initialization device shown in FIG. 3B.
  • the same processing is performed by a drive circuit required for the motor of that type.
  • the BLCD controller 240 of the brushless DC motor to be controlled includes an initialization data acquisition unit that acquires initialization data, a normal operation mode DC servo control unit, a normal operation mode motor control signal (iu, iv, iw) generation unit, and It has functions such as an inverter drive signal generator.
  • the inverter drive signal generation unit receives the outputs of the normal operation mode motor control signal generation unit and the DC servo control unit, generates an inverter drive signal for controlling the rotation of the brushless DC motor, and drives the inverter of the motor driver. Control.
  • the BLCD controller 240 causes the brushless DC motor to function as a servo motor based on an external command from the ECU or the like and information in the memory 160 that has undergone the calibration processing of the magnetic encoder 100. That is, the BLCD controller 240 generates U-phase, V-phase, and W-phase drive signals (S801) to drive the brushless DC motor.
  • the pulse number/rotation of the U phase, V phase, and W phase corresponding to the drive signal is acquired from the memory 160 that has been calibrated by the initial setting of the magnetic encoder (S802), and further the signal of the width of the Z phase is acquired.
  • the BLCD controller 240 uses the calibration table 144 to calibrate the incremental data of the magnetic encoder (S807). Using this calibrated data, the A-phase/B-phase signal, Z-phase signal, U-, V-, and W-phase signals for each rotation are made absolute and recorded in the RAM (S808). Further, from the Z-phase signal and the A-phase/B-phase signals, a multi-rotation absolute signal including information on the rotation speed and the rotation angle of the brushless DC motor is generated (S809), and the multi-rotation/multi-rotation is stored in the EEPROM via the RAM. It is recorded as absolute (S810). That is, as shown in FIG.
  • the output obtained from the magnetic encoder of the general-purpose rotary encoder is converted into high-precision multi-rotation/absolute data using the calibration table 144.
  • the multi-rotation/absolute data is data that is repeated in the forward and reverse directions in units of Z 0 , Z1, Z2,-, Zn.
  • information on the rotation angle of the rotation axis of the motor is sequentially calibrated based on the calibration table 144 according to the forward rotation and the reverse rotation of the rotation axis of the brushless DC motor, and based on the calibrated angle data.
  • A, B, Z, U, V, W signals are incremented and decremented, and are sequentially recorded/updated in the EEPROM via the RAM as information representing the current position of the rotation axis of the brushless DC motor with high accuracy.
  • the brushless DC motor is continuously servo-controlled (S806) to (S810). This process is repeated to end the operation (S811).
  • the brushless DC motor adopting the magnetic encoder of the present embodiment operates as a servo motor having a highly accurate rotary encoder function during normal operation.
  • FIG. 10 is a diagram showing the effect of the calibration process in the normal operation mode using the general-purpose rotary encoder.
  • the brushless DC motor changes its rotation direction and speed in accordance with the command value.
  • the position other than the origin corresponds to the absolute origin position (Z 0 ) of the axis and the Z-phase signal (Z1, Z2,-, -, Zn).
  • the absolute accuracy of the position other than the position is not high. Therefore, the absolute accuracy of moving from the first position other than the origin to the second position other than the origin is not high. For example, in FIG.
  • the magnetic encoder is at the first position (the original rotation angle is ⁇ A1 , and the shaft rotation angle is ⁇ S1 in a general-purpose rotary encoder that does not have strict absolute accuracy).
  • the axis is rotated from the rotation angle ⁇ S1. Rotate to ⁇ S2 .
  • the brushless DC motor adopting the magnetic encoder of the present embodiment positioning with high absolute accuracy is performed from ⁇ A1 to ⁇ A2 without accumulating such an error.
  • the general-purpose rotary encoder 100 of the present embodiment is applied to the motor or the rotating body of various devices as a product after the initial setting process, the general-purpose sensor has a high performance comparable to the standard sensor. Used as a precision sensor.
  • the multi-turn absolute data generated by the normal operation data acquisition unit 136 of the general-purpose sensor of the general-purpose rotary encoder 100 and held in the memory (EEPROM) is the control target of the general-purpose rotary encoder 100. It is data regarding a drive signal of a motor.
  • the normal operation data acquisition unit of the general-purpose sensor, excluded from the generic type rotary encoder 100, A-phase retained calibrated data to the memory (EEPROM), B-phase, Z 0 Based on the signal, the general-purpose rotary encoder may acquire necessary data at the time of initial setting of the motor to be controlled and generate a control signal for the motor.
  • the general-purpose rotary encoder 100 detects the angle of the rotation axis detected by the general-purpose sensor, calibrates it with high accuracy, and can output it as multi-rotation absolute data.
  • a calibration table memory (EEPROM) may be provided.
  • FIG. 11 is a flow chart showing a process of initial setting of a general-purpose rotary encoder of a brushless DC motor according to the third embodiment of the present invention.
  • the magnet 113 of the MR sensor is temporarily fixed to the rotary shaft 203 of the brushless DC motor 200 dedicated to the initial setting at a temporary position (T 0 ) (S1002), and the optical encoder is also directly connected to the rotary shaft 203. Yes (S1004).
  • the EEPROM data is initialized (S1006), and an initial setting drive signal for initial setting, for example, a signal for driving the brushless DC motor by 1 to several rotations in the forward and reverse directions with zero rotation in between.
  • the A and B signals of the MR sensor are acquired from the rotary encoder 100 (S1010), and the incremental A and B signals are also acquired from the optical encoder (S1012).
  • S1014 it is determined whether or not the response state of the brushless DC motor or the MR sensor is normal (S1014). If it is determined that there is an abnormality, output correction processing is performed separately (S1016).
  • a calibration table for calibrating the data of the A and B signals of the MR sensor is created (S1020), and the calibration table Is recorded in the EEPROM (S1022).
  • the A-phase and B-phase signals acquired from the MR sensor are calibrated by using the calibration table (S1024), and thereafter, absolute recording is performed for recording in the EEPROM (S1026). In this way, the temporary absolute signal data is recorded in the EEPROM via the RAM.
  • the BLCD controller 240 detects the back electromotive force of each phase accompanying the supply of the drive power to the stator coil, and detects the integrated value peak Pz of the back electromotive force (S1028), and each field coil 11U of the stator.
  • U, V, and W phase signals supplied to 11V, 11V, and 11W are generated (S1030), and positioning information (Sn) is obtained.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship among the counter electromotive forces Vbu, Vbv, Vbw of the field coils 11U to 11W, their integrated value peaks, and the positioning information (Sn).
  • the integrated value peak corresponds to the time when the peak of each integrated value exceeds a predetermined threshold value, and this is extracted as positioning information (Sn) (S1032).
  • the width of the signal of each phase coil is set (S1034).
  • the absolute origin position (Z 0 ) of the rotary shaft with respect to the drive signal is specified (S1036), and the magnet is fixed to the absolute origin position (Z 0 ) on the rotary shaft 203 (S1038). ).
  • the rising position (Sn) of each phase signal is corrected with the absolute origin position (Z 0 ) (S1040).
  • an EEPROM address is added to the phase information data of the A-phase and B-phase signals and the U-phase, V-phase, and W-phase signals, and the data is converted into a multi-rotation/absolute signal (S1042).
  • the multi-rotation absolute data based on Z 0 is recorded in the EEPROM 333 (S1044).
  • the general-purpose rotary encoder is separated from the brushless DC motor (S1046). In this way, the initialization of the general-purpose rotary encoder is completed when the absolute origin position (Z 0 ) of the rotary shaft of the brushless DC motor is unknown.
  • the general-purpose rotary encoder 100 of the present embodiment is applied as a product to a motor or a rotating body of various devices after the initial setting process, the general-purpose sensor is used as a high-precision sensor comparable to a standard sensor. To be done.
  • the articulated robot 600 includes a base unit 610 and a plurality of arm units (613, 618, etc.) that form a link.
  • a control unit that controls the entire articulated robot 600 is provided in the base unit 610.
  • Links are rotatably connected to each joint.
  • the base portion and the arm portion are driven by actuators that respectively rotate about six axes, that is, rotation axes 611, 612, 616, 620, 622, 626.
  • actuators are composed of a brushless DC motor 200 (200A to 200F) equipped with the general-purpose rotary encoder 100 (100A to 100F) of the present invention, and a speed reduction mechanism connected to the output shaft of each motor.
  • An operation unit 624 is provided at the tip of the arm portion. As the operation unit 624, tools, cameras, etc. can be installed.
  • the control unit includes a function corresponding to the drive circuit of the brushless DC motor shown in FIG. 3B, and drives each arm unit based on the command value and the output of each rotary encoder.
  • a brushless DC motor adopting the rotary encoder of the present embodiment as a drive source for six axes, a six-axis articulated robot, for example, a chip mounter used in a semiconductor manufacturing apparatus, without accumulating errors. In, it is possible to perform positioning with high absolute accuracy.
  • the electric power steering device 700 includes a steering mechanism 720 that steers the wheels 3 based on an operation of a steering wheel 710 by a driver, an assist mechanism 702 that assists the driver's steering operation, and a steering wheel that serves as a rotation axis of the steering wheel 710.
  • a shaft 706 and a rack shaft 721 connected to a lower end portion of the shaft 706 via a steering mechanism 720 are provided.
  • the assist mechanism 702 includes a brushless DC motor 200 that applies an assist torque to the steering shaft 706, and the rotational force of the motor 200 is transmitted to the steering shaft 706 via the reduction gears 260 and 270, whereby steering operation is performed. Will be assisted.
  • the steering shaft 706 is provided with a torque sensor 704 that detects a torque (steering torque) Th applied when the driver operates the steering wheel.
  • the vehicle has a vehicle speed sensor 280 and a yaw rate sensor 290 that detects a yaw rate ⁇ . Is provided.
  • the motor 200 is provided with a rotary encoder 100 that detects a rotation angle of its rotation shaft. The outputs of these sensors are input to the controller 240.
  • the controller 240 generates a drive signal for the motor 200 based on the output of each sensor, transmits the drive signal to the motor driver 242, and controls the brushless DC motor 200 to assist the motor 200 in assisting the driver's steering operation. Generate.
  • the brushless DC motor adopting the rotary encoder of this embodiment as the drive source of the electric power steering device, a steering mechanism with high absolute accuracy can be realized.

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Abstract

汎用センサを使用して、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供する。　汎用センサと、前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記モータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、エンコーダ制御ユニットを備えた汎用型ロータリーエンコーダであって、前記エンコーダ制御ユニットは、初期設定用のモータを駆動する機能と、前記汎用センサ固有の初期設定データを取得する機能と、前記汎用型ロータリーエンコーダが装着された制御対象のモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する機能と、前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したＥＥＰＲＯＭを備えており、前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた校正データである。

Description

汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータ
　本発明は、汎用型のセンサを採用した汎用型ロータリーエンコーダ及びそれを用いたサーボモータに関する。
　ロータリーエンコーダは、電気機器用のエンコーダとして、モータで駆動される回転軸の絶対角度位置を測定するために使用される。例えば、ブラシレスＤＣモータの制御方法として、Ｚ相、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の位相を検知するロータリーエンコーダと、ロータの磁極位置とを同期させて、モータを完全閉ループのサーボモータとして制御することが行われている。
　特許文献１には、モータの回転軸の回転位相を検知する１組のＭＲセンサユニットを備え、Ａ相、Ｂ相、Ｚ相信号、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号及び絶対原点位置の情報にＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与し、多回転・アブソリュート信号のデータとしてＥＥＰＲＯＭに記録するように構成されたモータ制御装置が開示されている。ＭＲセンサユニットは、軸ずれ補正処理部も備えている。
　特許文献２には、パターンを介した光のうち所定の受光素子に対して第１方向にずれた位置に配置される受光素子に入射する迷光となる光が、絞りから射出されるのを抑制する抑制部を備える、光学式のロータリーエンコーダが開示されている。
　特許文献３には、磁気スケールの磁場を検出する磁気センサと、位置検出用スケールからの反射光を検出するフォトセンサと、磁気センサの検出結果に基づいて磁気スケーに対する磁気センサの相対位置と、フォトセンサの検出結果に基づいて位置検出対象の絶対位置とを求めるデータ制御部とを備えたアブソリュートエンコーダであって、フォトセンサと磁気センサとの検出結果に基づいて、データ制御部内の位置検出対象と絶対位置との関係を表すデータを自動的に校正する発明が開示されている。
特許第６３３９３０７号公報 特開２０１５―２２５００７号公報 特開２００５－１７２６９６号公報
　各被駆動部材を駆動するモータを、ロータリーエンコーダとして閉ループで制御するためには、モータの回転速度、回転数、回転方向等の正確な情報が必要である。そのため、ロータリーエンコーダを用いた回転角度の検出においては、その検出精度をより向上させるために、様々な技術が提案されている。
　特許文献１に記載の発明では、回転軸に対するＭＲセンサのマグネット原点位置の情報を取得し、絶対原点位置を基にＺ相信号を設定し、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与し、多回転・アブソリュート信号のデータを生成し、ロータリーエンコーダとしての機能を持たせている。この発明では、ＭＲセンサを採用しているため、安価で比較的高精度のロータリーエンコーダを提供できる。一例として、量産される汎用的なＧＭＲを用いたエンコーダは、１台当たりの価格が数千円以内と安価である。
　本発明では、この種の、安価でかつ所定の精度を有する汎用的なセンサを、汎用センサと定義する。
　しかし、この種の汎用センサは、本来、自動車用の部品等として、大量かつ安価に供給することを前提として製造されている。そのため、個々の汎用センサの出力特性にはばらつきやひずみがある。すなわち、磁石自体の着磁ずれ、磁気抵抗素子センサの感度のばらつき、磁気抵抗素子センサのモータへの固定時の誤差に起因する位相角のズレ等により、個々の汎用センサは、その出力特性にセンサ固有のばらつきやひずみがあるという課題がある。そのため、汎用型のセンサをロータリーエンコーダのセンサとして用いる場合、このセンサ固有のばらつきやひずみを補正し所定の精度を確保するために、軸ずれ補正処理等の機能が設けられている。しかし、回転軸の絶対原点位置以外の中間の角度におけるばらつきやひずみを高精度に補正するのは困難である。そのため、回転角（機械角）で±１度～数度の目盛精度しか得られない。このようなロータリーエンコーダを、μｍオーダーの精度が必要な機器、例えば、チップマウンタ等に採用することはできない。
　また、ロータリーエンコーダのセンサとして用いられているレゾルバに関しても、比較的安価ではあるが、個々のセンサは、固有のばらつきやひずみがあるため、出力特性のばらつきが大きく、±１０度程度の目盛精度しか得られていない。
　このように、汎用センサを用いて、回転速度や回転方向の判別を高精度に行うのに充分な絶対精度を有する、安価でばらつきのない高精度のロータリーエンコーダを実現するのは難しい。
　一方、特許文献２に記載されたような、光学式のロータリーエンコーダは、高精度を確保するために、ガラス製の基板を採用しているものが多い。そのため、例えば、分解能が１万パルスを超える高分解能の機種では、目盛精度として、±２秒が保証されているものもある。また、分解能（信号周期／回転）が４０９６の高分解能の機種でも、目盛精度は、±１０秒が保証されている。しかし、このような高精度の光学式のロータリーエンコーダは、その価格が数十万円あるいは百万円オーダーとかなり高価格であり、装着しうる機器の対象が、高額な機器に限定されている。
　本発明では、この種の、汎用センサと比較して、絶対精度が２桁乃至３桁高精度であり、耐環境性では劣りかつ高価格のセンサを、高精度センサと定義する。
　特許文献３に記載のアブソリュートエンコーダは、起動時にフォトセンサからの出力を校正するか否かを判断し（図６のＳ１０１）、校正を行う場合は、磁気センサ（本発明における汎用センサに相当）からの出力を利用して、校正用のテーブルを作成し、フォトセンサからの出力を校正している（図６のＳ１０２－１０９）。しかしながら、汎用センサからの出力には上記のような問題がある。そのため、磁気センサの出力でフォトセンサからの出力を高精度に補正できる、アブソリュートエンコーダを実現するのは困難である。
　本発明の１つの目的は、汎用センサを使用して、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することにある。
　本発明の他の目的は、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れ、かつ安価なサーボモータを提供することにある。
　本発明の１つの態様によれば、汎用型ロータリーエンコーダは、
　モータに装着され前記モータの回転軸の回転角度を検出する汎用センサと、
　前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記モータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、
　前記回転角度の情報に基づき、前記モータの駆動のための多回転アブソリュート信号を生成して出力するエンコーダ制御ユニットを備えた汎用型ロータリーエンコーダであって、
　前記エンコーダ制御ユニットは、初期設定用のモータを駆動する機能と、
　前記汎用センサ固有の初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、
　前記汎用型ロータリーエンコーダが装着された制御対象のモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する通常運転データ取得部と、
　前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したＥＥＰＲＯＭを備えており、
　前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた、前記回転軸の回転角度に関する校正データであることを特徴とする。
　これにより、汎用センサを使用して、高精度センサを具備したのに匹敵する高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することができる。
　本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、前記エンコーダ制御ユニットは、前記汎用センサから得られた前記回転軸の少なくとも正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、前記回転軸の回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を基に前記校正データにより校正して、前記制御対象のモータを制御するための多回転アブソリュートデータとして、前記ＥＥＰＲＯＭに保持するように構成されていることを特徴とする。
　これにより、汎用センサを使用して、制御対象のモータを制御するのに適した、高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、ロータリーエンコーダを提供することができる。
　本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、前記汎用センサは、
　前記回転軸の一端に連結した状態で回転可能に保持され、Ｎ極領域とＳ極領域とを有する平板状のマグネットと、前記マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定可能な１対のＭＲセンサとで構成され、前記マグネットを保持するマグネットホルダーは、前記初期設定用のモータの回転軸を挿入可能な中空部を有することを特徴とする。
　これにより、汎用型ロータリーエンコーダを、初期設定装置及びその後の装着対象のモータに容易、かつ精度良く装着できる。
　本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
　前記マグネットホルダーは、軸受けを介して、円筒状の函体内に回転可能に保持されており、前記函体を前記初期設定用のモータのハウジングに固定するための保持部と、前記回転角度検出部及び前記エンコーダ制御ユニットを搭載したエンコーダ基板とを有することを特徴とする。
　これにより、汎用型ロータリーエンコーダを、初期設定装置及びその後の装着対象のモータに容易、かつ精度良く装着できる。
　本発明の他の態様によれば、前記汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
　前記エンコーダ制御ユニットは、ＳＳＣ－ＢＵＳ変換器とＳＰＩ－ＢＵＳ変換器とを備え、シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭ及びパラレルＥＥＰＲＯＭに対応しうるように構成されていることを特徴とする。
　これにより、汎用型ロータリーエンコーダを、シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭ及びパラレルＥＥＰＲＯＭのいずれのタイプにも対応して使用することができる。
　本発明の他の態様によれば、汎用型ロータリーエンコーダとコントローラとを備えたサーボモータであって、前記汎用型ロータリーエンコーダは、本発明の前記各態様を具備している。
　これにより、汎用センサを使用して、制御対象のモータを制御するのに適した、高精度で、耐環境性に優れかつ安価な、サーボモータを提供することができる。
本発明の第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのための初期設定装置のシステム構成例を示す図である。 第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの構成例を示す機能ブロック図である。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの実施形態を示す、縦断面図である。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの他の実施形態を示す、縦断面図である。 初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの主要部の構成例を示す、図１のＡ－Ａ断面図である。 第１の実施例における、ブラシレスＤＣモータの駆動回路の例を示すブロック図である。 第１の実施例における、初期設定の処理の概要を示すタイムチャートである。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの特性の一例を示す図である。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダの特性の校正方法の一例を示す図である。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのテーブル、光学式ロータリーエンコーダのテーブル、及び、校正用テーブルの関係の一例を示す図である。 第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのテーブル、光学式ロータリーエンコーダのテーブル、及び、校正用テーブルの関係の他の例を示す図である。 第１の実施例における、校正処理済の汎用型ロータリーエンコーダを用いたブラシレスＤＣモータの通常運転時の処理を示すフローチャートである。 第１の実施例における、多回転時の、Ｚ相と、Ａ相、Ｂ相信号、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の信号の関係を説明する図である。 第１の実施例における、多回転時の、汎用型ロータリーエンコーダの校正済の特性の一例を示す図である。 第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダを用いた通常運転モード時の校正処理の効果を示す図である。 本発明の第３の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの初期設定の処理を示すフローチャートである。 図１１の初期設定の処理における、ブラシレスＤＣモータの各相の逆起電力の積分値ピークと位置決め情報（Ｓn）の関係を示す図である。 本発明の第４の実施例に係る、汎用型ロータリーエンコーダを装着したロボットの斜視図である。 本発明の第５の実施例に係る、汎用型ロータリーエンコーダを装着用した自動車の電動パワーステアリングの概要を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら、詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施例における、汎用型ロータリーエンコーダのための初期設定装置のシステム構成例を示す図である。
　この初期設定装置は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００と、その回転軸の一端に固定された絶対精度の高い、初期設定専用の光学式ロータリーエンコーダ３００と、初期設定コントローラ８００により、システムが構成される。この初期設定装置には、初期設定の対象となる汎用型ロータリーエンコーダ１００が設置される。図１の例では、ブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３の他端とハウジングカバー２５０に固定された基板１１８との間に、汎用型ロータリーエンコーダが設置され、そのメモリに、初期設定に伴う校正用のデータが記録・保持される。この初期設定装置を用いて、順次、多数の汎用型ロータリーエンコーダ１００に対する、初期設定の処理がなされる。
　汎用型ロータリーエンコーダ１００の初期設定に必要な各種の情報は、初期設定コントローラ８００から取得される。ブラシレスＤＣモータ２００の回転の状態が、汎用型ロータリーエンコーダ１００と光学式ロータリーエンコーダ３００とにより同時に取得され、換言すると、同じ回転軸２０３の回転に関する２組のデータが同期して取得され、それらのデータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００に記録されるとともに、初期設定コントローラ８００にも保持される。
　汎用型ロータリーエンコーダ１００は、所定の絶対精度を有するものの厳格に高い精度は有しないが耐環境性に優れ、価格も安い汎用センサ、例えば、磁気式センサを備えている。磁気抵抗素子センサとしては、例えば、ＧＭＲ、ＴＭＲ、ＡＭＲ等のＭＲセンサを用いることができる。汎用センサとして、容量式センサや光学式センサを使用しても良い。いずれのタイプであっても、所定の絶対精度を満たさない、例えば、1回転３６０度における絶対精度が、±３度以上のものは、対象外である。また、耐環境性に劣るものや、高価格なものは対象外である。
　一方、初期設定装置の光学式ロータリーエンコーダ３００は、初期設定専用の標準センサとして、汎用センサと比較して絶対精度が２桁乃至３桁高精度であるが、耐環境性では劣りかつ高価格のセンサ、例えば光学式センサを備えている。本発明における、高精度の光学式センサは、高い絶対精度、例えば±１０秒以下の絶対精度を有する。このような条件を満たす、レーザー式センサも、本発明における、高精度の光学式センサに含まれるものとする。
　以下では、初期設定専用のモータ２００として、ブラシレスＤＣモータを例に挙げて説明する。ブラシレスＤＣモータ２００は、モータハウジング２１０の内部に固定されたステータとして、界磁鉄心２１２とこれに絶縁部材２１３を介して巻かれた界磁コイル２１１とを備えている。回転軸と一体に形成されマグネットは、ロータヨーク２２１と、その外周部に固定された８個の永久磁石２２２を有する、８極のロータである。回転軸２０３は、モータハウジング２１０及びエンドカバー２１４に設けられた軸受け２１８により保持されている。基板１１８には、モータのコントローラ２４０やモータドライバー２４２等も装着され、これらに信号ライン２２８や電源ライン（図示略）が接続されている。
　なお、初期設定専用のモータは、指令値に応答して一定速度で安定して回転する機能があればよく、ブラシレスＤＣモータに限定されない。他方、本発明の汎用型ロータリーエンコーダの制御対象も、ブラシレスＤＣモータに限定されない。すなわち、初期設定専用のモータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００の制御対象とは異なるタイプのモータ、例えば、ブラシ付直流電動機、あるいは交流の同期電動機であってもよい。
　本実施例では、初期設定を終了した汎用型ロータリーエンコーダ１００の装着対象、すなわち制御対象のモータが、ブラシレスＤＣモータである場合を想定して、汎用型ロータリーエンコーダがブラシレスＤＣモータ制御用の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成する機能も備えている例について、以下、説明する。
　初期設定装置の一部を構成する光学式ロータリーエンコーダ３００は、同じく初期設定装置の一部を構成するブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に直結されている。すなわち、光学式ロータリーエンコーダ３００の回転軸はモータの回転軸２０３と一体であり、軸受３０５を介してケーシング３０４に保持され、回転軸の一端に回転基板３０６が固定されている。なお、高精度が確保される条件を満たせるのであれば、光学式ロータリーエンコーダ３００の回転軸を、ブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３にクラッチを介して接続するようにしても良い。
　回転基板３０６は、例えば、ガラスや金属、セラミックスなど、回転や衝撃、振動等によって容易に変形しない剛性材料で作られている。回転基板３０６を挟んで対向する位置で、ケーシング内に、発光素子３１１、絞り３０８の開口３１０、レンズ３０９、受光素子３１４、及びコントローラ３１６等が配置されている。回転基板３０６には、円周方向に、第１のスリットパターン３１２、第２のスリットパターン３１５等の複数種類のパターンが形成されている。回転基板３０６が回転し、各スリットパターン３１２、３１５が発光素子３１１と受光素子３１４の間を通過することで、発光素子からの光が透過する状態と遮光された状態を交互に繰り返し、受光素子３１４の出力がコントローラ３１６でカウントされる。絞り３０８は、入射光の領域を規制して受光素子３１４に余計な光が入射しないように設けられている。この光学式ロータリーエンコーダの構成・作用の詳細は、特許文献２の記載の引用を以て代える。なお、初期設定装置の一部を構成する光学式ロータリーエンコーダは、高精度の光学式センサとして機能するものであれば良く、特許文献２の例に限定されないことは言うまでもない。
　次に、図２Ａは、第１の実施例に基づく、汎用型ロータリーエンコーダの構成例を示す機能ブロック図である。
　汎用型ロータリーエンコーダ１００は、マグネットユニット１１０、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０を含んでいる。本発明の汎用型ロータリーエンコーダは、初期設定処理装置を用いた初期設定処理時に、ブラシレスＤＣモータ２００のロータリーエンコーダとして機能するとともに、初期設定後は、制御対象となる各種機器のモータや回転体に装着可能な、ロータリーエンコーダとなる。汎用型ロータリーエンコーダ１００のマグネットユニット１１０はモータの回転軸に保持され、マグネットユニット１１０を除く他の構成要素は、モータの固定側、例えばモータハウジングに固定される。
　汎用センサの一部を構成するマグネットユニット１１０は、非磁性材料、例えば樹脂製の円筒状のマグネットホルダー１１１と、このホルダーにモータの回転軸等の回転体を挿入するための中空部１１２と、マグネットホルダーの端面に固定された平板状のマグネット１１３と、マグネットホルダーを回転体に固定するための固定手段１１４とを有している。マグネット１１３のＮ極とＳＮ極の境界の１つ、図１の例ではマグネットの上端が回転軸の原点位置Ｚ０となる。
　センサ出力処理ユニット１２０は、汎用センサの残りの部分を構成する。このセンサ出力処理ユニットは、マグネット１１３に対向する位置で離間してモータの固定側、例えばモータハウジングに固定される、１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)１２１，１２２、温度センサ１２３、及びセンサ出力処理回路部を備えている。マグネット１１３が角度θ（機械角）だけ回転して各ＭＲセンサに作用する磁界の向きが回転すると、それに対応してＭＲセンサの電気抵抗値、換言すると汎用センサの出力信号の電圧が変動し、回転軸１３の１回転毎に、ＳＩＮ波、ＣＯＳ波の各々で３６０度（機械角）、各々１周期分のパルス信号が出力される。
　マグネット１１３は、Ｓｉもしくはガラス基板と、その上に形成されたＮｉ，Ｆｅ等の強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成されている。
　センサ出力処理ユニット１２０のセンサ出力処理回路部は、ＡＤ変換器１２４、パルスカウンタ１２５、逆正接演算処理部１２６、軸ずれ補正処理部１２７、Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８、ＲＡＭなどのセンサメモリ１２９の各機能を有している。このセンサ出力処理回路部は、例えば、メモリ付きのマイクロコンピュータ上でプログラムを実行することにより実現される。
　センサ出力処理回路部では、１対のＭＲセンサのアナログ信号が、量子化され、電気角の内挿処理により多分割され、回転軸の１回転あたり、例えば、各々、３００００パルスの、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号に変換される。１対のＭＲセンサ１２１、１２２から得られるＡ相、Ｂ相信号は、各センサ等の制作誤差、設置誤差、温度の影響等により、誤差（主に軸ずれ誤差）を含んでいる可能性があるので、軸ずれ補正処理部１２７等において、補正処理がなされる。
　このＡ相、Ｂ相のデジタル信号は、パルスカウンタ１２５で累積加算され、その値が逆正接演算処理部１２６で逆正接演算される。この逆正接演算の値は、回転軸１３の１回転毎の角度０の位置に同期して、累積加算値が直線状に増減を繰り返す直角三角形状となる。
　Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８では、この累積加算値を基に、インクリメンタルなＡ相信号及びＢ相信号（以下、Ａ相・Ｂ相信号）のパルスのデータが生成され、センサメモリ１２９に保持される。また、Ａ相・Ｂ相信号生成部１２８では、回転軸１３の１回転毎に現われる角度０の位置に同期して、原点位置Ｚ０及び多回転位置（Ｓ）の信号を生成し、出力する。この、多回転位置（Ｓ）の信号は、回転軸１３の回転数を表す情報Ｚｎ（Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ）の生成に利用される。
　エンコーダ制御ユニット１３０は、汎用型ロータリーエンコーダ１００の初期設定のために、初期設定用のブラシレスＤＣモータを駆動して必要な情報を取得し、エンコーダメモリ１６０に記録することで、汎用型ロータリーエンコーダ１００に、光学式ロータリーエンコーダに匹敵する高精度のロータリーエンコーダとしての機能を付与する。
　エンコーダ制御ユニット１３０は、初期設定用駆動信号生成部１３１、汎用センサ固有の初期設定時データ取得部１３２、標準センサの初期設定時データ取得部１３３、Ｚ相の幅設定部１３４、校正用データ生成・記録部１３５、汎用センサの通常運転データ取得部１３６、マグネットの原点位置設定部１３７、及び、多回転・アブソリュートデータ生成・記録部１３８の各機能を有している。
　初期設定用駆動信号生成部１３１は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータを正回転及び逆回転方向に駆動するための駆動信号（iu, iv, iw）を生成し、出力する。汎用センサ固有の初期設定時データ取得部１３２は、ブラシレスＤＣモータを駆動信号（iu, iv, iw）により所定の低速度、例えば５～２０ｒｐｍの範囲、望ましくは１０ｒｐｍ程度の、一定速度で駆動することにより得られる、汎用センサ固有の初期設定時のＡ相・Ｂ相信号のデータを取得する。
　標準センサの初期設定時データ取得部１３３は、汎用型ロータリーエンコーダ１００が装着された状態で、ブラシレスＤＣモータが前記駆動信号により、例えば１０ｒｐｍの一定速度で駆動される際の、標準センサの初期設定時のＡ相・Ｂ相信号のデータを取得する。Ｚ相の幅設定部１３４は、Ａ相・Ｂ相信号を基に、Ｚ相の幅の信号を生成する。校正用データ生成・記録部１３５は、汎用センサ固有の初期設定時のデータを、同じ条件で取得された、標準センサの初期設定時のデータで校正するための校正用データを生成する機能を有する。校正用データの生成については、後で説明する。
　汎用センサの通常運転データ取得部１３６は、汎用センサが装着された、制御対象のブラシレスＤＣモータが、ブラシレスＤＣモータのコントローラにより制御され通常運転される際に使用される、通常運転データ、すなわち、Ａ相・Ｂ相信号、原点位置Ｚ０及び多回転位置（Ｓ）のデータを取得・生成する。
　マグネットの原点位置設定部１３７は、汎用センサを制御対象のブラシレスＤＣモータに装着する際に、回転軸の原点位置が不明の場合、原点位置Ｚ０を抽出して、マグネットの固定位置を決める機能を有する。なお、回転軸の原点位置Ｚ０が予めわかっている場合には、使用されない。
　多回転・アブソリュートデータ生成・記録部１３８は、汎用センサにより取得されたＡ相・Ｂ相信号及び多回転位置（Ｓ）のデータを、校正用データで校正し、原点位置Ｚ０のデータを含む多回転・アブソリュートデータを生成し、これをエンコーダメモリ１６０のＥＥＰＲＯＭに記録する。この多回転・アブソリュートデータが、汎用型ロータリーエンコーダ１００の出力として、制御対象のブラシレスＤＣモータの制御に使用される。
　エンコーダメモリ１６０には、ＲＯＭ１６１、ＲＡＭ１６２、ＥＰＲＯＭ１６３及びＥＥＰＲＯＭ１６４が含まれており、バスやメモリコントローラを介してエンコーダ制御ユニットと接続されている。ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭには、ブラシレスＤＣモータの運転に関係する、校正用データで校正済の多回転・アブソリュート信号が、逐次、保持される。
　図２Ｂに、第１の実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００の、具体的な実施形態の一例を示す。マグネットユニット１１０を保持するマグネットホルダー１１１は、軸受け１１６を介して、円筒状の函体１１５に回転可能に保持されている。マグネットホルダー１１１には、平板状のマグネット１１３が固定されている。函体１１５内の空間１１７に固定された基板１１８には、１対のＭＲセンサ１２１，１２２、温度センサ１２３、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０が実装されている。エンコーダメモリ１６０には、校正用データで校正済の多回転・アブソリュート信号が保持されている。１対のＭＲセンサ１２１，１２２が所定の磁気感度を確保できるようにするために、マグネット１１３の表面と１対のＭＲセンサ１２１，１２２との間は、所定の微小間隔、例えば２０ｍｍ～３０ｍｍの間隙に設定されている。
　函体１１５は、その外周端にばね状の保持部１１９を有し、中空部１１２に、モータ２００の回転軸２０３等の回転体が挿入された状態で、ブラシレスＤＣモータ２００のモータハウジング等に固定されるように構成されている。
　この構成例によれば、マグネット１１３と１対のＭＲセンサ１２１，１２２の位置関係はあらかじめ適切な値に設定されている。そのため、函体１１５をモータハウジング等に固定するのみで、初期設定装置のモータや制御対象のモータに、汎用型ロータリーエンコーダを簡単、かつ精度良く装着することができる。
　図２Ｃに、第１の実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００の、具体的な構成の他の実施形態を示す。この例では、図２Ｂの例とは異なり、函体が省略されている。マグネットユニット１１０を保持するマグネットホルダー１１１は、モータ２００の回転軸２０３に固定される。１対のＭＲセンサ１２１，１２２、温度センサ１２３、センサ出力処理ユニット１２０、エンコーダ制御ユニット１３０、エンコーダメモリ１６０、及び通信インタフェース１７０が搭載された基板１１８は、例えば、図１に示したようなハウジングカバー２５０に固定される。これにより、ＤＣサーボモータが完成する。
　この例は、図２Ｂの例に比べて、マグネット１１３に対するＭＲセンサ１２１，１２２の位置決めの作業が必要になる。他方、基板１１８上に、モータのコントローラ２４０やモータドライバー２４２も纏めて設置するなど、ブラシレスＤＣモータ２００全体の設計の自由度は高くなる。
　次に、図３Ａは、第１の実施例における初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの主要部の構成例を示す、図１のＡ－Ａ断面図である。また、図３Ｂは、初期設定装置用ブラシレスＤＣモータの駆動回路を示す図である。なお、図３Ａ、図３Ｂは、初期設定済の汎用型ロータリーエンコーダが、ブラシレスＤＣモータに搭載される場合には、そのブラシレスＤＣモータの構成例を示す図でもある。
　ブラシレスＤＣモータ２００は、回転軸２０３に固定されたロータヨーク２２１と、その外周に周方向に等間隔に配置された８個の永久磁石２２２を含むロータと、界磁鉄心２１２と各界磁鉄心周りのスロット内に絶縁部材を介して巻かれた界磁コイル２１１を含むステータとで構成されている。界磁コイルは、モータのドライバー２４２から印加される電圧の位相によって、Ｕ相の界磁コイル（２１１Ｕ１～２１１Ｕ３）、Ｖ相の界磁コイル（２１１Ｖ１～２１１Ｖ３）、及び、Ｗ相の界磁コイル（２１１Ｗ１～２１１Ｗ３）に分類される。
　ブラシレスＤＣモータ２００は、ＥＣＵ８１０及び汎用型ロータリーエンコーダ１００の出力に基づいて、完全閉ループで、制御される。ＤＣモータ２００の回転情報は、エンコーダ制御ユニット１３０において校正され、シリアルバス信号としてＳＳＣ－ＢＵＳ変換器１７２に入力され、さらに、ＳＰＩ－ＢＵＳ変換器１７４を経て、シリアル信号（デジタル）とパラレル信号（デジタル）となり、モータのコントローラ２４０へ送られる。ＥＥＰＲＯＭの１６４チップの外部インタフェースにはシリアルバス型とパラレルバス型がある。ＥＥＰＲＯＭの操作方法はこのインタフェースによって大きく異なる。シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭで採用しているバス規格の信号線は１本～４本である。一方、パラレルＥＥＰＲＯＭチップは、一般に８個（８ビット）のデータ端子と記憶容量に対応した分のアドレス端子を持つ。本実施例のロータリーエンコーダ１００は、シリアルバス型とパラレルバス型のいずれにも対応しうるように構成されている。
　コントローラ２４０では、駆動信号を生成し、インバータ等のモータドライバー２４２へ送信する。このようにして、ブラシレスＤＣモータ２００は、上位のコントローラＥＣＵ８１０からの指令に基づいて制御される。
　モータのコントローラ２４０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、発振回路、タイマー、Ｉ／Ｏインタフェース、シリアルＩ／Ｆ等を１つのＬＳＩに集積したシングルチップマイコンで実現される。メモリに保持されたプログラムをＣＰＵ上で実行することで、ブラシレスＤＣモータのＢＬＣＤコントローラ２４０の各機能が実現される。ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリはバスを介してＣＰＵと接続されている。ＲＯＭには、電源投入時やリセット時に実行するプログラムやプログラム実行中に変化しない定数が保存されている。ＲＯＭとしてフラッシュメモリを採用しても良い。ＲＡＭにはプログラムの変数や、外部からの指令値や、多回転・アブソリュート信号のデータ等が保持されている。また、ＲＡＭには、ブラシレスＤＣモータの目標速度（インバータ正弦波駆動信号、ＰＷＭ制御のduty比）も格納されている。
　次に、第１の実施例における、初期設定処理の概要を、関係する機器の相互の位置関係を示す図１、及び図４のタイムチャートを参照しながら、説明する。
　初期設定は、初期設定コントローラ８００から、汎用型ロータリーエンコーダ１００、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００、及び光学式ロータリーエンコーダ３００の初期設定に関係したプログラムを起動し、必要なパラメータを設定することにより、開始される。なお、初期設定時、汎用型ロータリーエンコーダ１００、ブラシレスＤＣモータ２００、及び、光学式ロータリーエンコーダ３００の環境温度は、常に常温（例えば２０℃）に維持される。必要に応じて、ブラシレスＤＣモータ２００、及び、光学式ロータリーエンコーダ３００の環境温度を変えた校正データを生成してもよい。
　なお、この例では、初期設定装置を構成するブラシレスＤＣモータ２００のマグネット原点位置Ｚ０は、明確になっており、光学式ロータリーエンコーダ３００は初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００の出力軸に直結されているものとする(Ｓ４００)。
　次に、汎用型ロータリーエンコーダ１００をブラシレスＤＣモータ２００に設置し、双方の回路の電気的な接続を行う(Ｓ４０１)。そして、マグネット１１３をブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に固定する(Ｓ４０２)。次に、エンコーダ制御ユニット１３０で生成された初期設定専用の所定の３相駆動信号で、ブラシレスＤＣモータ２００を定速駆動する(Ｓ４０３)。すなわち、ブラシレスＤＣモータ２００の３相のステータコイルに駆動電力を供給し、初期設定のためのデータを取得する間、ブラシレスＤＣモータ２００は、一定の低い回転速度、例えば１０ｒｐｍで、正回転及び逆回転を維持するように制御される。これに伴いブラシレスＤＣモータ２００ロータ及びＭＲセンサのマグネット１１３が回転し、ＭＲセンサにより、汎用型ロータリーエンコーダ固有の少なくとも正逆1回転分（機械角）の出力信号が生成される（Ｓ４０４)。通常は、正逆1回転分で十分であるが、用途によって特に必要な場合、に応じて、正逆方向の回転数を多回転、例えば２－３回転としてもよい。
　また、ブラシレスＤＣモータ２００に直結された光学式ロータリーエンコーダ３００からも、同じ運転条件に基づく、少なくとも正逆1回転分の出力信号が生成される（Ｓ４０５)。次に、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダにおいて、夫々、少なくとも正逆1回転分の、絶対原点位置Ｚ０基準のＡ，Ｂの出力信号のインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、１回転分のＡ相・Ｂ相信号のインクリメンタルなデータが生成される（Ｓ４０６、Ｓ４０７)。なお、測定の精度を高めるために、少なくとも正逆1回転分の出力信号を複数回取得し、それらの平均値を求めるようにしてもよい。
　汎用型ロータリーエンコーダのエンコーダ制御ユニット１３０では、光学式ロータリーエンコーダのＡ，Ｂの出力信号のデータを取得する（Ｓ４０８)。そして、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダの双方のＡ，Ｂ相信号のデータに基づき、汎用型ロータリーエンコーダの絶対原点位置Ｚ０基準のＡ，Ｂ相信号のデータを、光学式ロータリーエンコーダのＡ，Ｂ相信号の出力信号のデータで校正するテーブルを作成し、メモリに記録する（Ｓ４１０)。なお、汎用型ロータリーエンコーダ及び光学式ロータリーエンコーダの双方で、正逆1回転分のデータを複数回取得し、各々の回転位置における平均値を算出して、校正テーブルの精度を高めるようにしても良い。
　図５Ａは、汎用型ロータリーエンコーダで得られた特性の一例を示す図である。汎用センサの出力特性のばらつきやひずみの要因は種々ある。ここでは、ＭＲセンサのマグネット１１３がモータの回転軸２０３に対して偏って固定されている場合を想定している。この例では、マグネットのＳ極とＮ極の境界が、本来の位置Ｐ１Ａから角度Δθだけずれ、位置Ｐ１Ｓとなっている。この設置誤差に起因して、図５Ａ中の右側のグラフに示すように、実線で示したＭＲセンサの出力角θＳと破線で示した実際の軸の回転角θＡの間に位相角のズレが生ずる。
　図５Ｂは、汎用型ロータリーエンコーダの特性を、光学式ロータリーエンコーダのデータで校正する一例を示す図である。本発明における光学式ロータリーエンコーダは、汎用センサと比較して、精度が２桁又は３桁高精であることが保証されたものを採用している。汎用型ロータリーエンコーダの、回転軸の正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、光学式ロータリーエンコーダの出力データに基づいて、校正する。校正の方法として、絶対原点位置Ｚ０基準の１回転分の全パルスについて、校正量を決定し、その校正データをテーブル化する。
　例えば、光学式ロータリーエンコーダの分解能がＲＥ１、汎用型ロータリーエンコーダの分解能がＲＥ２であって、同じモータの回転軸のある時点の回転角のデータが、光学式ロータリーエンコーダでは、回転角４５．００度に対応するパルス数ＱＲ１であり、一方、汎用型ロータリーエンコーダではパルス数がＱＧ１（４６．５６度相当）であったとする。この場合、汎用型ロータリーエンコーダのＱＧ１パルスの位置の出力角を、光学式ロータリーエンコーダが示す４５．００度に校正する。
　発明者らの実験によれば、ＭＲセンサの出力の位相角のズレは、機械角３６０度ごとに同じパターンで繰り返されることが多い。そのため、多回転の機器を対象とする場合でも、１回転（機械角３６０度）分の精度の高い角度データが得られれば、実用上、かなり信頼度の高い制御が可能になる。
　また、ＭＲセンサの出力特性は、環境温度に応じて変化する。しかし、発明者らの実験によれば、常温において得られた、例えば図５Ｂに破線と実線で示した磁気抵抗素子センサと光学式ロータリーエンコーダの出力特性の関係は、環境温度が変化しても同様な関係が維持される。従って、汎用型ロータリーエンコーダ１００の温度センサ１２３の出力と校正データとに基づいて、ＭＲセンサの出力特性を補正することで、環境温度が変化しても、汎用型ロータリーエンコーダから校正済の精度の高い角度データが得られる。
　次に、エンコーダ制御ユニット１３０において、メモリから駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数を取得し、さらに、Ｚ相の幅の信号や多回転位置（Ｓ）のデータを取得し、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、汎用型ロータリーエンコーダが装着される制御対象のモータの多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を生成する（Ｓ４１２）。
　次に、汎用型ロータリーエンコーダ基準の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）を、光学式ロータリーエンコーダの基準の多回転アブソリュートデータ（Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗ）に変換する（Ｓ４１６）。
　図６Ａは、汎用型ロータリーエンコーダ（以下、単に、磁気エンコーダ）のテーブル１４０、光学式ロータリーエンコーダのテーブル１４２、及び、校正用テーブル１４４の関係の一例を示す図である。光学式ロータリーエンコーダのデータに一致するように、磁気エンコーダのデータを校正するための校正用テーブル１４４が作成される。この例では、校正用テーブル１４４が、磁気エンコーダの各検知角度の値を、光学式ロータリーエンコーダのデータに置き換えた検知角度値のテーブルとなっている。
　図６Ｂの例では、校正用テーブル１４４が、磁気エンコーダの各検知角度の値に対して、光学式ロータリーエンコーダのデータに基づく校正／補正置を与えるテーブルとなっている。
　なお、図６Ａ、図６Ｂの校正用テーブル１４４において、検知角度の代わりに、回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を、光学式ロータリーエンコーダの角度データに置き換えてもよい。すなわち、角度値の代わりに、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ単位で繰り返される汎用型ロータリーエンコーダの累積加算値と光学式ロータリーエンコーダの累積加算値との関係を利用して、磁気エンコーダの各検知角度の値を校正・補間するようにしてもよい。
　以上のようにして得られた、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各層のアブソリュートデータを、エンコーダメモリ１６０に記録する（Ｓ４１８）。
　以上の処理を経て、１個の磁気エンコーダの初期設定が終了する（Ｓ４２０)。
　その後、この磁気エンコーダ１００は、初期設定専用のブラシレスＤＣモータから、分離される（Ｓ４２２)。
　その後、初期設定専用のブラシレスＤＣモータには、次の、新たな磁気エンコーダが装着され、上記したのと同様に、この新たな磁気エンコーダの初期設定の処理がなされる。
　初期設定装置を構成する光学式ロータリーエンコーダやブラシレスＤＣモータは、１個の磁気エンコーダの初期設定の処理のために、低速回転でかつ短時間だけ使用される。そのため、初期設定装置を構成するブラシレスＤＣモータや光学式ロータリーエンコーダを、繰り返し、例えば、１万回～１０万回、使用することは可能である。すなわち、本発明における初期設定装置は、高精度、高価格の光学式ロータリーエンコーダを使用するが、この装置を用いて多数の磁気エンコーダの校正を行うことが可能なので、磁気エンコーダの１個当たりの製造コストを安価なものにできる。
　次に、図７～図１０を参照しながら、第１の実施例に基づいて初期設定がなされた汎用型ロータリーエンコーダによる、制御対象のブラシレスＤＣモータに対する、通常運転時の処理を説明する。図２Ｂや図２Ｃに示したような構成の汎用型ロータリーエンコーダが、制御対象のモータに固定される。なお、ここでは、制御対象のモータはブラシレスＤＣモータであり、その駆動回路は、図３Ｂに示した初期設定装置用のブラシレスＤＣモータの駆動回路と同等のものとする。他のタイプのモータを対象とする場合には、そのタイプのモータに必要な駆動回路で同様な処理がなされることは言うまでもない。
　制御対象のブラシレスＤＣモータのＢＬＣＤコントローラ２４０は、初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、通常運転モードＤＣサーボ制御部、通常運転モードモータ制御信号（iu, iv, iw）生成部、及びインバータ駆動信号生成部等の機能を備えている。インバータ駆動信号生成部は、通常運転モードモータ制御信号生成部及びＤＣサーボ制御部の出力を受けて、ブラシレスＤＣモータの回転を制御するためのインバータ駆動信号を生成し、モータドライバーのインバータを駆動・制御する。
　ＢＬＣＤコントローラ２４０は、正規の運転処理モードにおいては、ＥＣＵ等からの外部指令や磁気エンコーダ１００の校正処理済のメモリ１６０の情報に基づき、ブラシレスＤＣモータを、サーボモータとして機能させる。
　すなわち、ＢＬＣＤコントローラ２４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の駆動信号を生成し（Ｓ８０１）、ブラシレスＤＣモータを駆動する。磁気エンコーダの初期設定で校正処理済のメモリ１６０から、駆動信号に対応するＵ相、Ｖ相、Ｗ相のパルス数／回転を取得し（Ｓ８０２）、さらに、Ｚ相の幅の信号を取得し（Ｓ８０３）、これにより、図８に示したＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）のデータ、すなわち、多回転のデータを取得する（Ｓ８０４）。また、図８に示したように、Ｕ相の立ち上がりを絶対原点位置（Ｚ０）に同期させる（Ｓ８０５）。そして、磁気エンコーダからの校正処理済のＡ相・Ｂ相信号を、ＲＡＭを経由して取得し（Ｓ８０６）、そのインクリメンタルな累積加算値を基に、ＥＥＰＲＯＭのアドレスを付与して、ＲＡＭに記録する。
　ＢＬＣＤコントローラ２４０は、校正用テーブル１４４を用いて、磁気エンコーダのインクリメンタルなデータの校正を行う（Ｓ８０７）。
　この校正済みのデータを用いて、１回転毎のＡ相・Ｂ相信号、Ｚ相信号、Ｕ、Ｖ、Ｗ相信号のアブソリュート化を行い、ＲＡＭに記録する（Ｓ８０８）。
　さらに、Ｚ相信号とＡ相・Ｂ相信号とから、ブラシレスＤＣモータの回転速度と回転角の情報を含む多回転のアブソリュート信号を生成し（Ｓ８０９）、ＲＡＭを介してＥＥＰＲＯＭに、多回転・アブソリュートとして記録する（Ｓ８１０）。
　すなわち、図９に示したように、汎用型ロータリーエンコーダの磁気エンコーダから得れらた出力が、校正用テーブル１４４を用いて、高精度の多回転・アブソリュートデータに変換される。この多回転・アブソリュートデータは、正逆方向に、Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，―，Ｚｎ単位で繰り返されるデータである。
　本実施例によれば、ブラシレスＤＣモータの回転軸の正回転、逆回転に応じて、モータの回転軸の回転角度の情報を逐次校正用テーブル１４４に基づき校正し、校正済の角度データに基づき、Ａ、Ｂ、Ｚ、Ｕ、Ｖ、Ｗの各信号がインクリメント、デクリメントされ、ブラシレスＤＣモータの回転軸の現在位置を高精度に表す情報として、逐次、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録・更新される。これらの更新情報に基づき、ブラシレスＤＣモータは、連続的にサーボ制御される（Ｓ８０６）～（Ｓ８１０）。
　この処理を繰り返して、運転を終了する（Ｓ８１１）。
　このように、本実施例の磁気エンコーダを採用したブラシレスＤＣモータは、通常運転時、高精度のロータリーエンコーダの機能を備えたサーボモータとして動作する。
　図１０は、汎用型ロータリーエンコーダを用いた通常運転モード時の校正処理の効果を示す図である。
　通常運転時、ブラシレスＤＣモータは、指令値応じて、回転の方向や速度が変化する。校正処理を行っていない、換言すると、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダの場合、軸の絶対原点位置（Ｚ０）及びＺ相信号（Ｚ１，Ｚ２，―，―，Ｚｎ）に相当する位置以外の位置（以下、原点以外の位置）の絶対精度は高くない。そのため、原点以外の第１の位置から原点以外の第２の位置へ移動の絶対精度は高くない。例えば、図１０において、磁気エンコーダが第１の位置（本来の回転角はθＡ１、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダでは軸回転角がθＳ１）にあると仮定する。この状態から第２の位置（本来の回転角はθＡ２）へ回転するように指令が出されると、絶対精度を厳格に有しない汎用型ロータリーエンコーダを用いた場合、軸が回転角θＳ１からθＳ２へ回転する。本実施例の磁気エンコーダを採用したブラシレスＤＣモータによれば、このような誤差が累積されることなく、θＡ１からθＡ２へ、絶対精度の高い位置決めがなされる。
　このように、本実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００は、初期設定処理を経た後、製品として、各種機器のモータや回転体に適用される際には、汎用センサが、標準センサに匹敵する高精度センサとして使用される。
　次に、本発明の第２の実施例について説明する。第１の実施例において、汎用型ロータリーエンコーダ１００の汎用センサの通常運転データ取得部１３６により生成され、メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に保持される多回転アブソリュートデータは、汎用型ロータリーエンコーダ１００の制御対象となるモータの駆動信号に関するデータである。
　本発明の第２の実施例として、汎用センサの通常運転データ取得部を、汎用型ロータリーエンコーダ１００から除外し、校正済のデータがメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に保持されたＡ相、Ｂ相、Ｚ０信号を基に、汎用型ロータリーエンコーダが、制御対象のモータの初期設定時に、必要なデータを取得し、そのモータの制御信号を生成するようにしてもよい。この場合、汎用型ロータリーエンコーダ１００は、少なくとも、装着されたモータにおいて、汎用センサで検知された回転軸の角度を検知し、高精度に校正して、多回転アブソリュートデータとして出力し得るための、校正用テーブルのメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を備えていればよい。
　次に、本発明の第３の実施例について説明する。
　第１の実施例では、軸の絶対原点位置（Ｚ０）が予めわかっている場合について説明したが、初期設定専用のブラシレスＤＣモータの回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合もある。あるいは、汎用型ロータリーエンコーダが装着されるブラシレスＤＣモータの軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合もある。第３の実施例は、第１の実施例に、ブラシレスＤＣモータの軸の絶対原点位置（Ｚ０）を求める工程を追加した例である。なお、以下の説明において、絶対原点位置（Ｚ０）の求め方の詳細については、特許文献１の記載の引用により、詳細な説明に代える。
　図１１は、本発明の第３の実施例に基づく、ブラシレスＤＣモータの汎用型ロータリーエンコーダの初期設定の処理を示す、フローチャートである。
　初期設定処理では、まず、ＭＲセンサのマグネット１１３を、初期設定専用のブラシレスＤＣモータ２００の回転軸２０３に対し暫定位置（Ｔ０）で仮固定し（Ｓ１００２）、光学エンコーダも回転軸２０３に直結する（Ｓ１００４）。次に、ＥＥＰＲＯＭデータの初期化を行い（Ｓ１００６）、初期設定のための初期設定駆動信号、例えば、ブラシレスＤＣモータを、零回転を挟んで正、逆方向に各々１～数回転だけ駆動する信号を、ＢＬＣＤコントローラ２４０へ出力し（Ｓ１００８）、ロータリーエンコーダ１００からＭＲセンサのＡ、Ｂ信号を取得し（Ｓ１０１０）、さらに、光学エンコーダからもインクリメンタルなＡ、Ｂ信号を取得する（Ｓ１０１２）。次に、ブラシレスＤＣモータやＭＲセンサの応答状態が正常であるのか、否かが判定される（Ｓ１０１４）。異常有りと判定された場合には、別途、出力補正の処理が行われる（Ｓ１０１６）。
　次に、ＭＲセンサのＡ相、Ｂ相信号と光学エンコーダのＡ、Ｂ信号とを基に、ＭＲセンサのＡ、Ｂ信号のデータを校正する校正用テーブルを作成し（Ｓ１０２０）、校正用テーブルをＥＥＰＲＯＭに記録する（Ｓ１０２２）。そして、校正用テーブルを利用してＭＲセンサから取得したＡ相、Ｂ相信号を校正し（Ｓ１０２４）、その後、ＥＥＰＲＯＭへの記録のために、アブソリュート化を行う（Ｓ１０２６）。このようにして、暫定的なアブソリュート信号のデータを、ＲＡＭを経由してＥＥＰＲＯＭに記録する。
　次に、ＢＬＣＤコントローラ２４０で、ステータコイルへの駆動電力の供給に伴う各相の逆起電力の検出を行い、逆起電力の積分値ピークＰzを検出し（Ｓ１０２８)、ステータの各界磁コイル１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗへ供給されるＵ，Ｖ，Ｗ相信号を生成し（Ｓ１０３０)、位置決め情報（Ｓn）を求める。
　図１１は、各界磁コイル１１Ｕ～１１Ｗの逆起電力Ｖｂｕ、Ｖｂｖ、Ｖｂｗ、その積分値ピーク、及び、位置決め情報（Ｓn）の関係を示す図である。積分値ピークは、各積分値のピークが所定の閾値を超えた時点に対応するもので、これを位置決め情報（Ｓn）として抽出する（Ｓ１０３２)。次に、各相コイルの信号の幅を設定する（Ｓ１０３４）。
　Ｚ相信号が得られた、次に、駆動信号に対する回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）を特定し（Ｓ１０３６）、マグネットを回転軸２０３上の絶対原点位置（Ｚ０）に固定する（Ｓ１０３８）。次に、各相信号の立ち上がり位置（Ｓn）を、絶対原点位置（Ｚ０）で補正する（Ｓ１０４０）。
　次に、Ａ相、Ｂ相信号、及び、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各信号の位相情報のデータに、ＥＥＰＲＯＭのアドレスが付与され、多回転・アブソリュート信号に変換される（Ｓ１０４２）。このＺ０基準の多回転のアブソリュートデータを、ＥＥＰＲＯＭ３３３に記録する（Ｓ１０４４)。そして、汎用型ロータリーエンコーを、ブラシレスＤＣモータから分離する（Ｓ１０４６)。
　このようにして、ブラシレスＤＣモータの回転軸の絶対原点位置（Ｚ０）が不明な場合における、汎用型ロータリーエンコーダの初期設定が終了する。
　本実施例の汎用型ロータリーエンコーダ１００は、初期設定処理を経た後、製品として、各種機器のモータや回転体に適用される際には、汎用センサが、標準センサに匹敵する高精度センサとして使用される。
　次に、本発明の汎用型ロータリーエンコーダを６軸の多関節型ロボットに適用した第４の実施例について、図１３を参照しながら説明する。
　多関節型ロボット６００は、ベース部６１０及びリンクを構成する複数のアーム部（６１３、６１８等）を備えている。ベース部６１０内には、多関節型ロボット６００の全体を制御する制御部が設けられている。各関節部はリンクを互いに回動可能に連結されている。ベース部とアーム部は、６つの軸、すなわち回転軸６１１、６１２、６１６、６２０、６２２、６２６を中心にして各々回転させるアクチュエータによって駆動される。これらのアクチュエータは、本発明の汎用型ロータリーエンコーダ１００（１００Ａ～１００Ｆ）を備えたブラシレスＤＣモータ２００（２００Ａ～２００Ｆ）と、各モータの出力軸に接続された減速機構とで構成されている。アーム部の先端には、操作ユニット６２４が設けられている。操作ユニット６２４としては、工具、カメラ、その他を設置することができる。制御部は、図３Ｂに示したブラシレスＤＣモータの駆動回路に相当する機能を含んでおり、指令値と各ロータリーエンコーダの出力に基づいて、各アーム部を駆動する。
　本実施例のロータリーエンコーダを採用したブラシレスＤＣモータを６つの軸の駆動源とすることで、誤差が累積されることなく、６軸の多関節型ロボット、例えば半導体製造装置に使用されるチップマウンタにおいて、絶対精度の高い位置決めを行うことができる。
　次に、本発明のロータリーエンコーダを自動車の電動パワーステアリング装置に適用した第５の実施例について、図１４を参照しながら説明する。
　電動パワーステアリング装置７００は、運転者によるステアリングホイール７１０の操作に基づき車輪３を転舵させる操舵機構７２０と、運転者のステアリング操作を補助するアシスト機構７０２と、ステアリングホイール７１０の回転軸となるステアリング軸７０６と、このシャフトの下端部に操舵機構７２０を介して連結されたラックシャフト７２１を備えている。運転者によるステアリングホイール７１０の操作に伴いステアリング軸７０６が回転すると、その回転運動がラックシャフト７２１の軸方向の往復直線運動に変換され、この往復直線運動がその両端に連結されたタイロッド７２２を介して車輪７３０伝達され、これにより車輪７３０の転舵角が変化し、車両の進行方向が変更される。
　アシスト機構７０２は、ステアリング軸７０６にアシストトルクを付与するブラシレスＤＣモータ２００を備えており、このモータ２００の回転力が減速ギヤ２６０，２７０を介してステアリング軸７０６に伝達されることで、ステアリング操作が補助される。
　ステアリング軸７０６には、運転者のステアリング操作に際して付与されるトルク（操舵トルク）Ｔｈを検出するトルクセンサ７０４が設けられており、車両には、車速センサ２８０、及びヨーレートγを検出するヨーレートセンサ２９０が設けられている。モータ２００には、その回転軸の回転角を検出するロータリーエンコーダ１００が設けられている。これらのセンサの出力はコントローラ２４０に入力される。コントローラ２４０は、各センサの出力に基づいてモータ２００の駆動信号を生成し、モータドライバー２４２へ送信し、ブラシレスＤＣモータ２００を制御することで、モータ２００により運転者のステアリング操作を補助するアシスト力を発生させる。
　本実施例のロータリーエンコーダを採用したブラシレスＤＣモータを電動パワーステアリング装置の駆動源とすることで、絶対精度の高い操舵機構を実現することができる。
１００　　汎用型ロータリーエンコーダ
１１０　　マグネットユニット
１１１　　マグネットホルダー
１１２　　中空部
１１３　　マグネット
１１４　　固定手段
１１５　　函体
１１６　　軸受け
１１８　　エンコーダ基板
１１９　　保持部
１２０　　センサ出力処理ユニット
１２１，１２２　　１対のＭＲセンサ(磁気抵抗素子センサ)
１２３　　温度センサ
１３０　　エンコーダ制御ユニット
１６０　　エンコーダメモリ
１７０　　通信インタフェース
２００　　初期設定専用のブラシレスＤＣモータ
２０３　　回転軸
２１０　　モータハウジング
２１１　　界磁コイル
２１２　　界磁鉄心
２１３　　絶縁部材
２１４　　ンドカバー
２２１　　ロータヨーク
２２２　　永久磁石
２２８　　信号ライン
２４０　　モータのコントローラ
２４２　　モータドライバー
２５０　　ハウジングカバー
３００　　初期設定専用の光学式ロータリーエンコーダ
３０４　　ケーシング
３０５　　軸受
３０６　　回転基板
３１１　　発光素子
３０８　　絞り
３０９　　レンズ
３１４　　受光素子
３１２　　第１のスリットパターン
３１５　　第２のスリットパターン
３１６　　コントローラ
８００　　初期設定コントローラ

Claims (6)

  1. 　モータに装着され前記モータの回転軸の回転角度を検出する汎用センサと、
    　前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記モータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、
    　前記回転角度の情報に基づき、前記モータの駆動のための多回転アブソリュート信号を生成して出力するエンコーダ制御ユニットを備えた汎用型ロータリーエンコーダであって、
    　前記エンコーダ制御ユニットは、初期設定用のモータを駆動する機能と、
    　前記汎用センサ固有の初期設定データを取得する初期設定データ取得部と、
    　前記汎用型ロータリーエンコーダが装着された制御対象のモータが、通常運転される際に使用される通常運転用のデータを取得・生成する通常運転データ取得部と、
    　前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したＥＥＰＲＯＭを備えており、
    　前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた、前記回転軸の回転角度に関する校正データであることを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
  2. 　請求項１に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
    　前記エンコーダ制御ユニットは、前記汎用センサから得られた前記回転軸の少なくとも正逆１回転の、Ａ相、Ｂ相のデジタル信号の各位置のデータを、前記回転軸の回転数を表す情報Ｚ０，Ｚｎを基準としたインクリメンタル値を基に前記校正データにより校正して、前記制御対象のモータを制御するための多回転アブソリュートデータとして、前記ＥＥＰＲＯＭに保持するように構成されていることを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
  3. 　請求項１に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
    　前記汎用センサは、
    　前記回転軸の一端に連結した状態で回転可能に保持され、Ｎ極領域とＳ極領域とを有する平板状のマグネットと、
    　前記マグネットに対向する位置で前記モータのハウジング側に固定可能な１対のＭＲセンサとで構成され、
    　前記マグネットを保持するマグネットホルダーは、前記初期設定用のモータの回転軸を挿入可能な中空部を有することを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
  4. 　請求項３に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
    　前記マグネットホルダーは、軸受けを介して、円筒状の函体内に回転可能に保持されており、前記函体を前記初期設定用のモータのハウジングに固定するための保持部と、前記回転角度検出部及び前記エンコーダ制御ユニットを搭載したエンコーダ基板とを有する、ことを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
  5. 　請求項１に記載の汎用型ロータリーエンコーダにおいて、
    　前記エンコーダ制御ユニットは、ＳＳＣ－ＢＵＳ変換器とＳＰＩ－ＢＵＳ変換器とを備え、シリアルバス型のＥＥＰＲＯＭ及びパラレルＥＥＰＲＯＭに対応しうるように構成されている、ことを特徴とする汎用型ロータリーエンコーダ。
  6. 　汎用型ロータリーエンコーダとコントローラとを備えたサーボモータであって、
    　前記汎用型ロータリーエンコーダは、前記モータの回転軸の回転角度を検出する汎用センサと、前記汎用センサからの出力信号に基づいて前記モータの回転軸の回転角度の情報を出力する回転角度検出部と、前記汎用センサ固有の初期設定データを校正するための校正データを保持したＥＥＰＲＯＭと、前記校正データにより構成された前記回転角度の情報に基づき、前記モータの駆動のための多回転アブソリュート信号を生成して出力するエンコーダ制御ユニットを備えており、
    　前記コントローラは、初期設定データ取得部と、通常運転モードＤＣサーボ制御部、通常運転モードモータ制御信号（iu, iv, iw）生成部、インバータ駆動信号生成部の機能を備えており、
    　前記校正データは、前記汎用センサに対して絶対精度が２桁若しくは３桁高い高精度が保証されたセンサを標準センサとし、前記汎用センサと前記標準センサを前記初期設定用のモータに同時に連結して少なくとも正逆１回転だけ駆動することにより得られた、前記回転軸の回転角度に関する校正データであり、
    　前記コントローラは、外部指令や前記汎用型ロータリーエンコーダからの情報に基づき、前記モータを、サーボモータとして機能させるように構成されている、ことを特徴とするサーボモータ。
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