JP2006271189A - ギヤ付きモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ギヤ付きモータの機械的起点の確立を速やかに行い得るようにすること。
【解決手段】ギヤ付きモータ１のモータ軸２ａにはモータエンコーダ６が取り付けられ、そのＺ相信号により原点位置が検出される。減速機３の出力軸４には、モータ軸回転数を認識可能な精度の絶対値エンコーダ７が取り付けられ、その絶対回転位置が検出される。始動時などにおいてモータ軸２ａの回転に伴って発生する最初のＺ相信号が得られる時点において、絶対値エンコーダ７から得られる減速機出力軸４の絶対回転位置に基づき、モータ軸２ａおよび出力軸４が共に原点に位置する機械的起点を求めることができる。モータ軸２ａを最大でも１回転させるだけで機械的起点が求まるので、従来に比べて機械的起点を求めるために必要な時間が短くて済み、余分な回転動作を回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明はギヤ付きモータに関するものであり、さらに詳しくは、モータ始動時などにおいて、減速機の出力軸の機械的起点を速やかに精度良く検出可能なギヤ付きモータに関するものである。

産業ロボット、工作機械等における高い位置決め精度が要求される駆動部分には、モータの出力回転を高い伝達精度の減速機を介して出力するように構成されたギヤ付きモータが用いられている。図１１に示すように、ギヤ付きモータ１０１は、モータ本体１０２と、このモータ本体１０２のモータ軸１０２ａに同軸状態に連結した減速機１０３と、この減速機１０３の出力側に同軸状態に連結された出力軸１０４とを有している。減速機１０３としては例えば波動歯車減速機が使用される。

ギヤ付きモータ１０１において、位置決め等を精度良く行うためには、減速機１０３の出力軸１０４の回転角を高い精度で制御する必要がある。そのために、モータ軸１０２ａにはモータエンコーダ１０６が取り付けられ、出力軸１０４には原点センサ１０７が取り付けられている。

信号処理回路１０８では、モータエンコーダ１０６から得られるＡ、Ｂ、Ｚ相の各信号と、原点センサ１０７から得られる１回転当り１パルスの原点信号Ｓとに基づき、出力軸１０４が所望の回転角度となるように、モータドライバ１０９に指令を出す。モータドライバ１０９は受け取った指令に従ってモータ軸１０２ａを回転駆動する。

ここで、ギヤ付きモータ１０１では、出力軸１０４の機械的起点に基づきその回転角度位置を制御している。したがって、始動時などにおいては、出力軸１０４を機械的起点（原点位置）に復帰させる必要がある。

しかしながら、従来のギヤ付きモータでは、かかる原点復帰動作に多大な時間を要するという問題がある。すなわち、図１２に示すように、出力軸１０４の原点復帰動作では、出力軸１０４に取り付けた原点センサ１０７から原点信号が出力されるまでモータ軸１０２ａを回転させ（第１動作）、次に、モータ軸１０２ａを逆回転させて原点信号が出力される直前の回転角度位置まで出力軸１０４を戻し（第２動作）、再びモータ軸１０２ａを正回転させ、原点信号が出力された後の最初のＺ相信号が出力される回転位置で止める（第３動作）必要がある。

かかる動作では、モータ軸１０２ａを最大で減速機の減速比に見合った回転角度分だけ回す必要がある。例えば、減速比が１：５０の場合には、モータ軸１０２ａを５０回転分、すなわち、１８０００度（５０×３６０度）も回転させる必要があり、時間を要する。

本発明の課題は、機械的起点の確立動作を速やかに、しかも精度良く行うことのできるギヤ付きモータを提案することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、モータ軸に減速機が連結された構成のギヤ付きモータにおいて、前記モータ軸の回転に伴いＡ、ＢおよびＺ相信号を出力するモータエンコーダと、前記減速機の出力軸の絶対回転位置を検出するための出力側絶対値エンコーダと、前記モータエンコーダおよび前記出力側エンコーダの検出値に基づき、前記モータ軸および前記出力軸の機械的起点を求める駆動制御回路とを有し、前記絶対値エンコーダは、前記モータ軸１回転当りの前記出力軸の回転角度を検出可能な精度を備えていることを特徴としている。

ここで、前記駆動制御回路は、モータ始動時などに前記モータエンコーダから得られる最初のＺ相信号の発生時点において、前記出力側絶対値エンコーダから得られる絶対回転位置に基づき前記機械的起点を算出することを特徴としている。

本発明では、絶対値エンコーダにより減速機出力軸の絶対回転位置が検出されている。よって、モータ始動時などにおいてモータ軸の回転に伴って発生する最初のＺ相信号が得られる時点における減速機出力軸の絶対回転位置に基づき、モータ軸および出力軸が共に原点に位置する機械的起点を求めることができる。すなわち、モータ軸を最大でも３６０度回転させるだけで（１回転させるだけで）機械的起点が求まるので、従来に比べて機械的起点を求めるために必要な時間が短くて済み、余分な回転動作を回避できる。

次に、本発明の前記駆動制御回路は、最初の前記Ｚ相信号が出力されるまで前記モータ軸を第１の速度で正転させる第１動作と、前記モータ軸を第２の速度で逆転させてＺ相信号が出力される直前の角度位置まで戻す第２動作と、前記モータ軸を第３の速度で正転させてＺ相信号が出力される時点で当該モータ軸を止める第３動作を含む原点復帰動作を行って、前記モータ軸を前記機械的起点に戻すことを特徴としている。

ここで、ギヤ付きモータでは、バックラッシやねじれにより、モータ軸（減速機入力軸）を固定した状態でも減速機の出力軸に負荷トルクがかかると微小角度回転する。出力側絶対値エンコーダには所定の検出誤差があり、これに微小角度を加えたものが、モータ軸の回転回数Ｎを決めるときに予想される誤差となる。したがって、出力軸に取り付けた出力側絶対値エンコーダの検出位置からモータ軸の回転回数を判定するときには、当該誤差を考慮しないと、正確にモータ軸の回転回数を求めることができない。すなわち、出力側絶対値エンコーダの検出値を、モータ軸１回転当たりの出力軸の回転角度で除算して、モータ軸の回転回数を算出した場合には、モータ軸の回転回数の切り替え点の前後においては、誤差の影響を受けて、算出されたモータ軸の回転回数が、実際のモータ軸の回転回数と相違する可能性がある。

そこで、本発明では、モータ軸の回転回数の切り替え点を含む出力軸の回転角度範囲に、上記の誤差より大きな非判定ゾーンを想定し、かかる回転角度範囲以外の出力軸の回転角度範囲において、モータ軸１回転毎にＺ相信号が発生するように予め定め、誤差に影響されずに、モータ軸の回転回数を算出できるようにしている。

すなわち、本発明では、前記モータ軸１回転当たりの前記出力軸の回転角度をθ、前記モータ軸の回転回数をＮ、Δを前記出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、前記Ｚ相信号が発生する時点における前記出力軸の回転位置Ｐが次の範囲内となるように予め定められている。
θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐ≦θＮ−Δ

この場合、前記駆動制御回路は、当該関係と、前記出力側絶対値エンコーダの検出角度とを用いて前記モータ軸の回転回数Ｎを求め、当該回転回数Ｎと、前記Ｚ相信号が発生する時点における前記モータ軸の回転角度ｐと、前記減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のように前記出力軸の位置Ｐｘを算出することができる。
Ｐｘ＝（Ｎ×３６０°＋ｐ）／Ｒ

本発明において、前記モータ軸の先端に同軸状態に前記減速機が連結され、前記モータ軸の後端部に前記モータエンコーダが配置されている場合には、前記出力軸から前記モータ軸を同軸状態に貫通してその後端側に延びている回転軸の後端部に、前記出力側絶対値エンコーダを配置することができる。勿論、当該出力軸の先端部に前記出力側絶対値エンコーダを配置することもできる。

次に、本発明のギヤ付きモータは、モータ軸の絶対回転位置を検出するための入力側絶対値エンコーダと、前記モータ軸に連結されている減速機の出力軸の絶対回転位置を検出するための出力側絶対値エンコーダと、前記入力側絶対値エンコーダおよび前記出力側絶対値エンコーダの検出値に基づき、前記モータ軸および前記出力軸の機械的起点を求める駆動制御回路とを有し、前記出力側絶対値エンコーダは、前記モータ軸１回転当りの前記出力軸の回転角度を検出可能な精度を備えていることを特徴としている。

この場合においても、出力軸に取り付けた出力側絶対値エンコーダの検出位置からモータ軸の回転回数を判定するときには、前述の誤差を考慮しないと、正確にモータ軸の回転回数を求めることができない。

そこで、本発明の駆動制御回路では、前記モータ軸１回転当たりの前記出力軸の回転角度をθ、前記モータ軸の回転回数をＮ、Δを前記出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、前記モータ軸の回転開始時点における前記出力側絶対値エンコーダの検出位置Ｐａ、および前記入力側絶対値エンコーダの検出位置ｐに応じて、次のようにして、当該回転開始時点における前記モータ軸の回転回数Ｎａを算出している。
（１）θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐａ≦θＮ−Δの場合
実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮと定める。
（２）θ（Ｎ−１）≦Ｐａ＜θ（Ｎ−１）＋Δの場合
ｐ＜ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
ｐ＞ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ−１）とする。
但し、ｐｎは予め定められた値である。
（３）θＮ−Δ＜Ｐａ≦θＮの場合
ｐ＞ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
ｐ＜ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ＋１）とする。

また、このように定めた回転回数Ｎａと、前記入力側絶対値エンコーダの検出位置ｐと、前記減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のように前記出力軸の位置Ｐｘを算出することができる。
Ｐｘ＝（Ｎａ×３６０°＋ｐ）／Ｒ

このように回転回数Ｎａを算出する代わりに、前記モータ軸の回転開始時点における前記出力側絶対値エンコーダの検出位置Ｐａが上記の（１）の範囲内にあるか否かを判別し、範囲内の場合には、実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮであると定め、範囲外の場合には、前記検出位置Ｐａが当該範囲内となる位置まで前記モータ軸を回転した後に、実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮであると定めることもできる。

ここで、前記モータ軸の先端に同軸状態に前記減速機が連結され、前記モータ軸の後端部に前記入力側絶対値エンコーダが配置されている場合には、前記出力軸から前記モータ軸を同軸状態に貫通してその後端側に延びている回転軸の後端部に、前記出力側絶対値エンコーダを配置することができる。勿論、当該出力軸の先端部に前記出力側絶対値エンコーダを配置することもできる。

本発明のギヤ付きモータにおいては、減速機の出力軸の絶対回転角度位置を検出するようにしている。したがって、モータ軸の原点位置に基づき出力軸の機械的起点を求めることができる。よって、双方の軸の原点位置を実際に検出して機械的起点を確立していた従来の場合に比べて、速やかに機械的起点を求めることができ、無駄な回転動作を省略できる。また、出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差を考慮して、モータ軸の回転回数を算出しているので、精度良く、機械的起点を求めることができる。

次に、本発明のギヤ付きモータでは、減速機の出力軸およびモータ軸の双方の絶対回転角度位置を検出するようにしているので、それらの軸の機械的起点を求めるための回転動作が不要になるという利点がある。また、出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差を考慮して、モータ軸の回転回数を算出しているので、精度良く、機械的起点を求めることができる。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明を適用したギヤ付きモータを示す概略構成図である。ギヤ付きモータ１は、モータ本体２と、このモータ本体２の先端から延びるモータ軸２ａに同軸状に連結した波動歯車減速機３と、この波動歯車減速機３の先端に同軸状に連結された出力軸４とを備えている。

波動歯車減速機３は、例えば、カップ型の波動歯車減速機であり、環状の剛性内歯歯車と、その内側に配置されたカップ型の可撓性外歯歯車と、その内側に嵌め込まれている楕円形輪郭の波動発生器（図示せず）とを有しており、波動発生器を回転することにより、剛性内歯歯車に対する可撓性外歯歯車の噛み合い位置が周方向に移動して、これらの内歯および外歯の歯数差に応じた相対回転が発生する。通常は、剛性内歯歯車が固定側とされ、カップ型の可撓性外歯歯車が減速回転して、そのカップの底面に形成した肉厚のボスの部分に連結した出力軸４から減速回転が出力される。なお、減速機としては、波動歯車減速機以外の形式のもの、例えば、遊星歯車減速機、サイクロ減速機（登録商標）を用いた場合も同様に適用できることは勿論である。

出力軸４には当該出力軸４と一体回転する回転軸５が同軸状に連結されている。この回転軸５は、波動歯車減速機３およびモータ軸２ａの内部を同心状態で貫通して後端側に延び、モータ軸２ａの後端開口部から後方に突出している。

モータ軸２ａの後端部にはモータエンコーダ６が取り付けられている。モータエンコーダ６からは、モータ軸２ａの回転に伴って、９０度位相の異なるＡ相およびＢ相信号が出力され、また、１回転毎に原点位置を表すＺ相信号が１パルス分だけ出力される。出力軸４と一体回転する回転軸５の後端部には、出力側絶対値エンコーダ７が取り付けられている。出力側絶対値エンコーダ７は出力軸４の１回転内における絶対回転角度位置を検出可能である。

また、出力側絶対値エンコーダ７の分解能は、出力軸４の回転数を検出可能な値に設定されている。本例では、モータ軸１回転当りの出力軸４の回転角度と同一の値に設定されている。例えば、波動歯車減速機３の減速比が１：５０の場合には、分解能が３６０度／５０＝７．２度に設定されている。この絶対値エンコーダ７からは、出力軸４の絶対回転位置を表す絶対位置信号７Ｓが出力される。

モータエンコーダ６および出力側絶対値エンコーダ７の検出信号は、それぞれ、駆動制御回路８に供給される。駆動制御回路８は、これらの検出信号に基づき、モータドライバ９に位置指令を出す。モータドライバ９は、出力軸４が位置指令に対応した目標回転角度位置となるように、モータ本体２を駆動する。

図２Ａは、ギヤ付きモータ１の始動の際などにおける機械的起点の確立動作を示す動作説明図である。ギヤ付きモータ１は、電源が投入されると、モータドライバ９を介してモータ２を駆動してそのモータ軸２ａを原点位置に復帰させる。すなわち、モータエンコーダから最初にＺ相信号が得られる回転位置（原点位置）にモータ軸２ａを復帰させる。この原点復帰動作は、例えば、最初のＺ相信号が出力されるまでモータ軸２ａを第１の速度で回転させ（第１動作）、次に、モータ軸２ａを第２の速度で逆転させてＺ相信号が出力される直前の角度位置まで戻し（第２動作）、しかる後に、再びモータ軸２ａを第３の速度で正転させてＺ相信号が出力される時点でモータ軸２ａを止める（第３動作）という動作手順で行われる。第１の速度に比べて、第３の速度は極めて遅い速度とされる。

ここで、最初のＺ相信号が出力される時点において、出力側絶対値エンコーダ７から得られる出力軸４の絶対回転角度位置が読み込まれる。モータ軸１回転当りの出力軸４の回転角度が分かっているので、当該絶対回転位置から、出力軸４の原点位置が求まる。例えば、検出された絶対回転位置が７２度の場合には、モータ軸２ａを１０回転戻してＺ相信号が得られた時点が出力軸４の原点位置である。

このように、本例では、モータ軸２ａおよび出力軸４がそれぞれ原点位置に復帰した機械的起点を、出力軸４に取り付けた出力側絶対値エンコーダ７を利用して求めている。したがって、出力軸４を原点位置に復帰させる動作が不要になり、その分、機械的起点の確立に要する時間を短縮でき、余分な回転動作を省略できる。なお、図２Ｂに示すように、第３動作のみを行って機械的起点を求めることも可能である。

また、例えば、出力軸４にガルバノミラーを取り付けて、ガルバノミラーを所定の振り角で往復回転させるような場合、従来は出力軸４にエンドリミットセンサを搭載する必要があった。本発明を適用すれば、エンドリミットセンサを搭載する必要がないので、装置をコンパクトに構成できるという利点もある。

なお、図３に示すように、絶対値エンコーダ７を出力軸４の先端部に取り付けることも可能である。

ここで、本例の駆動制御回路８では、次のようにして、モータ軸２ａの回転回数を算出するようにしている。一般に、ギヤ付きモータでは、バックラッシやねじれの発生のために、モータ軸（減速機への入力軸）を固定した状態でも、減速機出力軸が微小角度回転してしまう。これにより、出力軸に取り付けられている絶対値エンコーダ（２極エンコーダ）の検出値のみから、モータ軸の回転回数を判別することができない場合がある。すなわち、モータ軸の回転回数の切り替え点を含む出力軸の所定の回転角度範囲では、出力軸に取り付けた絶対値エンコーダの検出値のみからモータ軸の回転回数を判別できない。

すなわち、ギヤ付きモータ１では、バックラッシやねじれにより、モータ軸２ａ（減速機入力軸）を固定した状態でも減速機３の出力軸４に負荷トルクがかかると微小角度回転する。出力側絶対値エンコーダ７には所定の検出誤差があり、これに微小角度を加えたものが、モータ軸の回転回数Ｎを決めるときに予想される誤差Δとなる。したがって、出力軸に取り付けた出力側絶対値エンコーダ７の検出位置からモータ軸２ａの回転回数Ｎを判定するときには、当該誤差を考慮しないと、正確にモータ軸の回転回数Ｎを求めることができない。換言すると、出力側絶対値エンコーダ７の検出値を、モータ軸１回転当たりの出力軸の回転角度θで除算して、モータ軸２ａの回転回数Ｎを算出した場合には、モータ軸２ａの回転回数の切り替え点の前後においては、誤差の影響を受けて、算出されたモータ軸の回転回数Ｎが、実際のモータ軸２ａの回転回数と相違する可能性がある。

そこで、本例では、図４に示すように、モータ軸２ａの回転回数の切り替え点を含む出力軸４の回転角度範囲に、上記の誤差より大きな非判定ゾーンＡ１、Ａ３を想定し、かかる回転角度範囲以外の出力軸４の回転角度範囲Ａ２（判定ゾーン）において、モータ軸１回転毎にＺ相信号が発生するように予め定め、誤差に影響されずに、モータ軸２ａの回転回数Ｎを算出できるようにしている。

すなわち、モータ軸１回転当たりの出力軸４の回転角度をθ、モータ軸の回転回数をＮ、Δを出力側絶対値エンコーダ７の検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、Ｚ相信号が発生する時点における出力軸４の回転位置Ｐａが次の範囲内となるように予め定められている。
θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐａ≦θＮ−Δ

したがって、駆動制御回路８は、誤差に影響されることなく、出力側絶対値エンコーダ７の検出値Ｐａからモータ軸２ａの回転回数Ｎを求めることができる。また、算出した回転回数Ｎと、Ｚ相信号が発生する時点におけるモータ軸２ａの回転角度ｐと、減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のように出力軸４の位置Ｐｘを算出することができる。
Ｐｘ＝（Ｎ×３６０°＋ｐ）／Ｒ

（実施の形態２）
次に、図５は本発明を適用したギヤ付きモータの別の例を示す概略構成図である。この図に示すギヤ付きモータ１Ａの基本的構成は図１の場合と同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。

本例のギヤ付きモータ１Ａでは、モータ軸２ａに入力側絶対値エンコーダ１０が取り付けられた点が異なっている。双方の軸２ａ、４に絶対値エンコーダ７、１０を配置すると、電源が投入された時点で、２台の絶対値エンコーダ７、１０から得られる各軸２ａ、４の絶対回転角度位置（信号１０Ｓ、７Ｓ）から、直ちに、機械的起点が求まる。よって、始動時などにおいて機械的起点を確立させるための回転動作が不要になる。

ここで、本例の場合においても、出力軸４に取り付けた出力側絶対値エンコーダ７の検出位置からモータ軸２ａの回転回数を判定するときには、前述の誤差を考慮しないと、正確にモータ軸２ａの回転回数を求めることができない。

そこで、本例の駆動制御回路８では、モータ軸１回転当たりの出力軸４の回転角度をθ、モータ軸２ａの回転回数をＮ、Δを出力側絶対値エンコーダ７の検出角度に含まれる誤差よりも大きな値とすると、モータ軸２ａの回転開始時点における出力側絶対値エンコーダ７の検出位置Ｐａ、および入力側絶対値エンコーダ１０の検出位置ｐに応じて、次のようにして、当該回転開始時点におけるモータ軸２ａの回転回数Ｎａを算出している。
（１）θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐａ≦θＮ−Δの場合
実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮと定める。
（２）θ（Ｎ−１）≦Ｐａ＜θ（Ｎ−１）＋Δの場合
ｐ＜ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
ｐ＞ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ−１）とする。
但し、ｐｎは後述のように予め定められた値である。
（３）θＮ−Δ＜Ｐａ≦θＮの場合
ｐ＞ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
ｐ＜ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ＋１）とする。

そして、このように定めた回転回数Ｎａと、入力側絶対値エンコーダ１０の検出位置ｐと、減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のようにして、出力軸４の位置Ｐｘを算出して、本駆動を開始するようにしている。
Ｐｘ＝（Ｎａ×３６０°＋ｐ）／Ｒ

図４を参照してかかる判定方法を具体的に説明する。出力側絶対値エンコーダ７には前述のように誤差が含まれているので、図４において実線Ｌ１で示す誤差の無い場合における検出値を中心として、誤差の分だけ検出値が増減する。したがって、検出値Ｐａは、実線Ｌ１の上下に描いた点線Ｌ２、Ｌ３の範囲内で変動する。

このため、出力側絶対値エンコーダ７の検出値Ｐａから算出した回転回数Ｎが、実際のモータ軸２ａの回転回数Ｎａに一致しない場合がある。すなわち、図４において斜線Ｂ１で示す領域では、モータ軸２ａの回転回数が１回転少ない（Ｎ−１）であると算出されてしまう。逆に、斜線Ｂ３で示す領域では、１回転多い（Ｎ＋１）であると算出されてしまう。これ以外の領域では実際の回転回数を算出可能である。

ここで、斜線Ｂ１の領域においては入力側絶対値エンコーダ１０の検出値ｐが小さく、
逆に、斜線Ｂ３の領域においてはその最大値ｐｍに近い値となる。そこで、本例では、斜線Ｂ１を含む領域Ａ１、すなわち、上記の（２）の場合には、入力側絶対値エンコーダ１０の検出値ｐが予め定めた値ｐｎより小さい場合には、モータ軸２ａの回転回数ＮａをＮであると定め、そうでない場合には、１回転少ない（Ｎ−１）として、誤差による回転回数の誤検出を防止している。同様に、斜線Ｂ３を含む領域Ａ３、すなわち、上記の（３）の場合には、逆に、入力側絶対値エンコーダ１０の検出値ｐが予め定めた値ｐｎより大きい場合には、モータ軸２ａの回転回数ＮａをＮであると定め、そうでない場合には、１回転多い（Ｎ＋１）として、誤差による回転回数の誤検出を防止している。そして、これらの間の領域Ａ２、すなわち、上記の（１）の場合には、誤差による誤検出のおそれがないので、そのまま回転回数をＮと定めるようにしている。

なお、値ｐｎとしては、一般には、検出値ｐの最大値ｐｍの半分の値を採用することができる。また、（２）および（３）の場合において、判別基準となるｐｎの値として異なる値を採用することも可能である。

次に、上記の回転回数の算出制御は、例えば、図６に示すように予め作成した対応テーブルを参照して行うことができる。対応テーブルは、出力軸４の各位置に予め割り当てられたエリア判別表である。図７に示すように、奇数番目のエリアが、モータ軸２ａの回転回数の切り替え点を含む出力軸４の回転角度範囲に対応しており、これらのエリアは、上記の誤差より大きな非判定ゾーンであり、上記の（２）および（３）の場合に対応している。また、偶数番目のエリアは判定ゾーンであり、上記の（１）の場合に対応している。

図８には、対応テーブルを参照して行う回転回数の算出制御のフローを示してある。判定ゾーンにある場合には、対応するエリア番号を「２」で除した値が回転回数である（ステップＳＴ１→ＳＴ２、３→ＳＴ４→ＳＴ５）。非判定ゾーンにある場合には、入力側絶対値エンコーダ１０の検出値ｐを参照して、その値がｐｍ／２より大きい場合にはエリア番号から「１」を引いた値を「２」で除して得られる値を回転回数としている（ステップＳＴ１→ＳＴ２、３→ＳＴ４→ＳＴ６、７→ＳＴ８）。逆に、検出値ｐがｐｍ／２より小さい場合には、エリア番号に「１」を足した値を「２」で除して得られる値を回転回数としている（ステップＳＴ１→ＳＴ２、３→Ｓ４→ＳＴ６、７→ＳＴ９）。

ここで、モータ軸２ａの回転開始時点における出力側絶対値エンコーダ７の検出値Ｐａが非判定ゾーン内にある場合に、モータ軸２ａを回転して、検出値Ｐａを判定ゾーン内の値となるように駆動制御するようにしてもよい。

次に、上記のように回転回数Ｎａを算出する場合には、出力側絶対値エンコーダ７の角度再現性は、減速機３のギヤ比をＲとすると、±３６０／（Ｒ×４）［°］必要である。しかるに、以下の方法を採用すれば、出力側絶対値エンコーダ７の角度再現性が半分の値、すなわち、±３６０／（Ｒ×２）［°］でも、回転回数Ｎａを正確に算出可能である。
以下の説明における各符号の意味は次の通りである。
Ｒｉ：入力側絶対値エンコーダ１０の分解能
Ｒｏ：出力側絶対値エンコーダ７の分解能
Ａｉｒ：入力側絶対値エンコーダ１０の実際の絶対値（０〜（Ｒｉ−１））
Ａｉｔ：入力側絶対値エンコーダ１０の仮の絶対値（０〜（Ｒｉ−１））
Ａｏ：出力側絶対値エンコーダ７の絶対値（０〜（Ｒｏ−１））
Ｒｇ：減速機の減速比
Ｎａ：実際の回転回数（０〜（Ｒｇ−１））
Ｎｔ：仮の回転回数（０〜（Ｒｇ−１））

図９および図１０を参照して説明する。まず、ギヤ付きモータ１Ａにおいて、既知の温度、トルク、速度での出力側絶対値エンコーダ７の絶対値Ａｏに対する入力側絶対値エンコーダ１０の仮の絶対値Ａｉｔを測定する。その後、出力側絶対値エンコーダ７の各絶対値に対して、仮の回転回数Ｎｔを割り当てる（図１０のステップＳＴ１１）。

これらの情報を駆動制御回路８の不揮発性メモリに記憶することにより、出力側絶対値エンコーダ７の一つの絶対値Ａｏに対して、一つの入力側絶対値エンコーダ１０の仮の絶対値Ａｉｔと、一つの仮の回転回数Ｎｔとを得ることができる。しかし、出力側絶対値エンコーダ７の絶対値Ａｏに対する入力側絶対値エンコーダ１０の実際の絶対値Ａｉｒは、温度、トルク、速度などの動作状況により変化し、不変は関係ではない。

そこで、不揮発性メモリから絶対値Ａｏに対応する絶対値Ａｉｔと回転回数Ｎｔを読み出した後に（図１０のステップＳＴ１２）、絶対値ＡｉｔとＲｉ／２を比較する（図１０のステップＳＴ１３）。絶対値ＡｉｔがＲｉ／２より小さい場合には、（Ａｉｔ＋Ｒｉ／２）と実際の絶対値Ａｉｒを比較する（図１０のステップＳＴ１４）。（Ａｉｔ＋Ｒｉ／２）の値が絶対値Ａｉｒ以下の場合には回転回数Ｎａを（Ｎｔ−１）とする（図１０のステップＳＴ１５）。そうでない場合には、回転回数ＮａをＮｔとする（図１０のステップＳＴ１６）。

一方、絶対値ＡｉｔがＲｉ／２の値以上の場合には、（Ａｉｔ−Ｒｉ／２）の値と絶対値Ａｉｒを比較する（図１０のステップＳＴ１７）。（Ａｉｔ−Ｒｉ／２）の値が絶対値Ａｉｒ以下の場合には回転回数ＮａをＮｔとする（図１０のステップＳＴ１８）。そうでない場合には、回転回数Ｎａを（Ｎｔ＋１）とする（図１０のステップＳＴ１９）。

このようにすることにより、出力側絶対値エンコーダ７の絶対値Ａｏに対する入力側絶対値エンコーダ１０の実際の絶対値Ａｉｒが仮の絶対値Ａｉｔから、
±（（Ｒｉ／２）−（Ｒｉ／（Ｒｏ／Ｒｇ）））
だけ変化しても、実際の回転回数Ｎａを正確に算出することができる。

本発明を適用した実施の形態１に係るギヤ付きモータの概略構成図である。 図１のギヤ付きモータにおける機械的起点を求める動作を示す動作説明図である。 図１のギヤ付きモータにおける機械的起点を求める動作を示す動作説明図である。 ギヤ付きモータの別の構成例を示す概略構成図である。 モータ軸の回転回数を算出するための方法を示す説明図である。 本発明を適用した実施の形態２に係るギヤ付きモータの構成例を示す概略構成図である。 図５のギヤ付きモータにおけるモータ軸の回転回数を算出するためのエリア判定を示す説明図である。 図５のギヤ付きモータにおけるモータ軸の回転回数を算出するための方法を示す説明図である。 図５のギヤ付きモータにおけるモータ軸の回転回数の算出フローを示す説明図である。 図５のギヤ付きモータにおけるモータ軸の回転回数を算出するための別の方法を示す説明図である。 図９のモータ軸の回転回数を算出するための方法の算出フローを示す説明図である。 従来のギヤ付きモータの概略構成図である。 従来のギヤ付きモータの機械的起点の確立動作を示す動作説明図である。

符号の説明

１ ギヤ付きモータ
２ モータ本体
２ａ モータ軸
３ 波動歯車減速機
４ 出力軸
６ モータエンコーダ
７、１０ 絶対値エンコーダ
８ 駆動制御回路
９ モータドライバ

Claims (13)

1. モータ軸の回転に伴いＡ、ＢおよびＺ相信号を出力するモータエンコーダと、
   前記モータ軸に連結されている減速機の出力軸の絶対回転位置を検出するための出力側絶対値エンコーダと、
   前記モータエンコーダおよび前記出力側絶対値エンコーダの検出値に基づき、前記モータ軸および前記出力軸の機械的起点を求める駆動制御回路とを有し、
   前記出力側絶対値エンコーダは、前記モータ軸１回転当りの前記出力軸の回転角度を検出可能な精度を備えていることを特徴とするギヤ付きモータ。
2. 請求項１において、
   前記駆動制御回路は、前記モータ軸の回転開始後に前記モータエンコーダから得られる最初のＺ相信号の発生時点における前記出力側絶対値エンコーダの検出角度に基づき、前記機械的起点を算出することを特徴とするギヤ付きモータ。
3. 請求項２において、
   前記駆動制御回路は、最初の前記Ｚ相信号が出力されるまで前記モータ軸を第１の速度で正転させる第１動作と、前記モータ軸を第２の速度で逆転させてＺ相信号が出力される直前の角度位置まで戻す第２動作と、前記モータ軸を第３の速度で正転させてＺ相信号が出力される時点で当該モータ軸を止める第３動作を含む原点復帰動作を行って、前記モータ軸を前記機械的起点に戻すことを特徴とするギヤ付きモータ。
4. 請求項２において、
   前記モータ軸１回転当たりの前記出力軸の回転角度をθ、前記モータ軸の回転回数をＮ、Δを前記出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、前記Ｚ相信号が発生する時点における前記出力軸の回転位置Ｐが次の範囲内となるように予め定められていることを特徴とするギヤ付きモータ。
   θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐ≦θＮ−Δ
5. 請求項４において、
   前記駆動制御回路は、前記出力側絶対値エンコーダの検出角度から前記モータ軸の回転回数Ｎを求め、
   当該回転回数Ｎと、前記Ｚ相信号が発生する時点における前記モータ軸の回転角度ｐと、前記減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のように前記出力軸の位置Ｐｘを算出することを特徴とするギヤ付きモータ。
   Ｐｘ＝（Ｎ×３６０°＋ｐ）／Ｒ
6. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記モータ軸の先端に同軸状態に前記減速機が連結されており、
   前記モータ軸の後端部に前記モータエンコーダが配置されており、
   前記出力軸から前記モータ軸を同軸状態に貫通してその後端側に延びている回転軸の後端部に、前記出力側絶対値エンコーダが配置されていることを特徴とするギヤ付きモータ。
7. 請求項１ないし５のうちのいずれかの項において、
   前記モータ軸の先端には同軸状態に前記減速機が連結されており、
   前記モータ軸の後端部に前記モータエンコーダが配置されており、
   出力軸の先端部に前記出力側絶対値エンコーダが配置されていることを特徴とするギヤ付きモータ。
8. モータ軸の絶対回転位置を検出するための入力側絶対値エンコーダと、
   前記モータ軸に連結されている減速機の出力軸の絶対回転位置を検出するための出力側絶対値エンコーダと、
   前記入力側絶対値エンコーダおよび前記出力側絶対値エンコーダの検出値に基づき、前記モータ軸および前記出力軸の機械的起点を求める駆動制御回路とを有し、
   前記出力側絶対値エンコーダは、前記モータ軸１回転当りの前記出力軸の回転角度を検出可能な精度を備えていることを特徴とするギヤ付きモータ。
9. 請求項８において、
   前記駆動制御回路では、
   前記モータ軸１回転当たりの前記出力軸の回転角度をθ、前記モータ軸の回転回数をＮ、Δを前記出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、
   前記モータ軸の回転開始時点における前記出力側絶対値エンコーダの検出位置Ｐａ、および前記入力側絶対値エンコーダの検出位置ｐに応じて、次のようにして、当該回転開始時点における前記モータ軸の回転回数Ｎａを算出することを特徴とするギヤ付きモータ。
   （１）θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐａ≦θＮ−Δの場合
   実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮと定める。
   （２）θ（Ｎ−１）≦Ｐａ＜θ（Ｎ−１）＋Δの場合
   ｐ＜ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
   ｐ＞ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ−１）とする。
   但し、ｐｎは予め定められた値である。
   （３）θＮ−Δ＜Ｐａ≦θＮの場合
   ｐ＞ｐｎならば、回転回数ＮａをＮとし、
   ｐ＜ｐｎならば、回転回数Ｎａを（Ｎ＋１）とする。
10. 請求項９において、
    前記駆動制御回路は、前記のように求めた回転回数Ｎａと、前記入力側絶対値エンコーダの検出位置ｐと、前記減速機のギヤ比Ｒを用いて、次のように前記出力軸の位置Ｐｘを算出することを特徴とするギヤ付きモータ。
    Ｐｘ＝（Ｎａ×３６０°＋ｐ）／Ｒ
11. 請求項７において、
    前記駆動制御回路では、
    前記モータ軸１回転当たりの前記出力軸の回転角度をθ、前記モータ軸の回転回数をＮ、Δを前記出力側絶対値エンコーダの検出値に含まれる誤差より大きな値とすると、前記モータ軸の回転開始時点における前記出力側絶対値エンコーダの検出位置Ｐａが次の範囲内にあるか否かを判別し、
    θ（Ｎ−１）＋Δ≦Ｐａ≦θＮ−Δ
    範囲内の場合には、実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮであると定め、
    範囲外の場合には、前記検出位置Ｐａが当該範囲内となる位置まで前記モータ軸を回転した後に、実際の前記モータ軸の回転回数ＮａをＮであると定めることを特徴とするギヤ付きモータ。
12. 請求項８ないし１１のうちのいずれかの項において、
    前記モータ軸の先端に同軸状態に前記減速機が連結されており、
    前記モータ軸の後端部に前記入力側絶対値エンコーダが配置されており、
    前記出力軸から前記モータ軸を同軸状態に貫通してその後端側に延びている回転軸の後端部に、前記出力側絶対値エンコーダが配置されていることを特徴とするギヤ付きモータ。
13. 請求項８ないし１１のうちのいずれかの項において、
    前記モータ軸の先端には同軸状態に前記減速機が連結されており、
    前記モータ軸の後端部に前記入力側絶対値エンコーダが配置されており、
    出力軸の先端部に前記出力側絶対値エンコーダが配置されていることを特徴とするギヤ付きモータ。

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