JP5473953B2 - Multi-rotation absolute rotation angle detector - Google Patents

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JP5473953B2 JP2011002454A JP2011002454A JP5473953B2 JP 5473953 B2 JP5473953 B2 JP 5473953B2 JP 2011002454 A JP2011002454 A JP 2011002454A JP 2011002454 A JP2011002454 A JP 2011002454A JP 5473953 B2 JP5473953 B2 JP 5473953B2
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Description

本発明は、回転軸の回転角を検出する装置に関し、さらに詳しくは、バッテリのバックアップ等の手段を用いなくても、多回転にわたる回転軸のアブソリュート回転角を検出することのできる回転角検出装置に関する。   The present invention relates to a device for detecting a rotation angle of a rotation shaft, and more specifically, a rotation angle detection device capable of detecting an absolute rotation angle of a rotation shaft over multiple rotations without using a means such as a battery backup. About.

回転角検出装置は、例えば、モータ回転軸の回転角を検出し、その検出値に応答してそのモータにより駆動される工作機械等の移動体の位置を制御する。移動体の位置を広範囲かつ高精度に制御するために、回転角検出装置は、モータ回転軸を多回転かつ絶対回転角で検出できることが望ましい。   The rotation angle detection device detects, for example, the rotation angle of the motor rotation shaft, and controls the position of a moving body such as a machine tool driven by the motor in response to the detected value. In order to control the position of the moving body over a wide range and with high accuracy, it is desirable that the rotation angle detection device can detect the motor rotation shaft with multiple rotations and absolute rotation angles.

このような回転角検出装置として、特開２０１０−４４０５５号公報（米国特許出願番号第１２／１６８，１５１号に対応）は、誘導性マルチターン式エンコーダを開示する。この誘導性マルチターン式エンコーダ１０は、直列にかつ多段に接続されたギア付の円形ディスク４１−４６を具備し、それらの内のディスク４２，４４，４６の回転角を検出することにより多回転の角度検出を実現する。この先行技術文献における多回転の角度を検出することのできる範囲は、入力回転軸に対する最終段のディスク４６の減速比で決定される。入力回転軸である回転シャフト２０は、円形ディスク４１と１：４のギア減速比で機械的に接続され、後続のギア付の円形ディスク４１と４２、４２と４３、４３と４４、４４と４５、及び、４５と４６も、それぞれ１：４のギア減速比で機械的に接続される。このような１：４のギア減速を６段実行することにより、このマルチターン式エンコーダ１０は、４０９６回転の多回転の検出範囲を得ることができる。   As such a rotation angle detection device, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-44055 (corresponding to US Patent Application No. 12 / 168,151) discloses an inductive multi-turn encoder. The inductive multi-turn encoder 10 includes geared circular disks 41-46 connected in series and in multiple stages, and detects the rotation angle of the disks 42, 44, 46 among them to perform multiple rotations. Realize angle detection. The range in which the multi-rotation angle in this prior art document can be detected is determined by the reduction ratio of the final stage disk 46 with respect to the input rotation axis. The rotary shaft 20 as an input rotary shaft is mechanically connected to the circular disk 41 with a gear reduction ratio of 1: 4, and the subsequent circular disks 41 and 42, 42 and 43, 43 and 44, 44 and 45 with gears. , And 45 and 46 are also mechanically connected with a gear reduction ratio of 1: 4, respectively. By executing six stages of such 1: 4 gear reduction, the multi-turn encoder 10 can obtain a multi-rotation detection range of 4096 rotations.

特開２０１０−４４０５５号公報JP 2010-44055 A 特開２００２−１０７１７８号公報JP 2002-107178 A 特許第３９６７９６３号明細書Japanese Patent No. 3967963

林幸一、外４名、「バッテリレス多回転検出方式の超高分解能小型アブソリュート・エンコーダの開発」、精密工学会誌、２０００年、Ｖｏｌ．６６、Ｎｏ．８、ｐ１１７７−１１８０Koichi Hayashi and four others, “Development of a batteryless multi-rotation detection ultra-high resolution small absolute encoder”, Journal of Precision Engineering, 2000, Vol. 66, no. 8, p1177-1180

上述した誘導性マルチターン式エンコーダ１０は、減速された円形ディスクの回転角から多回転回転角を直接に求めるので、多回転検出範囲を広く設定するために、減速比を大きくする必要がある。その結果、このような誘導性マルチターン式エンコーダ１０は、その機構が複雑でかつ大きくなるとともに、コストが上昇するという課題を有する。   Since the inductive multi-turn encoder 10 described above directly determines the multi-rotation rotation angle from the rotation angle of the decelerated circular disc, it is necessary to increase the reduction ratio in order to set a wide multi-rotation detection range. As a result, the inductive multi-turn encoder 10 has a problem that the mechanism is complicated and large, and the cost is increased.

上記課題を改善するために、「バッテリレス多回転検出方式の超高分解能小型アブソリュート・エンコーダの開発」（精密工学会誌、２０００年、Ｖｏｌ．６６、Ｎｏ．８、ｐ１１７７−１１８０）に紹介されたエンコーダ、及び、特開２００２−１０７１７８号公報に開示されたレゾルバは、回転入力軸に対して並列に異なる変速比で接続された回転軸の回転角を検出するための角度検出器をそれぞれ設け、それらから得られる回転角情報を基に多回転絶対位置を検出する。   In order to improve the above problem, it was introduced in "Development of a battery-less multi-rotation detection ultra-high resolution small absolute encoder" (Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 66, No. 8, p1177-1180) The encoder and the resolver disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-107178 are each provided with an angle detector for detecting the rotation angle of the rotating shaft connected in parallel to the rotating input shaft at different speed ratios, The multi-rotation absolute position is detected based on the rotation angle information obtained from them.

しかしながら、並列的に異なる変速比で接続された複数軸の回転角の関係から多回転情報を求める方式では、多回転の角度検出範囲は、一般に各軸の角度検出信号を処理して得られる周期信号の最小公倍数で決まる。上記先行文献に記載されたような多回転アブソリュート回転角を検出する方式では、多回転の角度検出範囲を広く取るために、互いに素となる変速を選択する必要があり、その結果ギアの種類が多くなるという問題がある。また、互いに素となる数は限られているため、設計できる多回転の角度検出範囲の自由度が制約されるという問題もある。さらに、他のアプリケーションに適応する多回転の角度検出範囲は様々であるので、実際に実現できる多回転の角度検出範囲は、互いに素となる値の最小公倍数という特殊な値に限定されるという不便さが残る。さらにまた、上述の方式では、各軸の回転角情報から多回転絶対位置が求められるが、その演算が複雑であるという問題がある。   However, in the method of obtaining multi-rotation information from the relationship between the rotation angles of a plurality of axes connected in parallel at different gear ratios, the multi-rotation angle detection range is generally a period obtained by processing the angle detection signal of each axis. Determined by the least common multiple of the signal. In the method of detecting the multi-rotation absolute rotation angle as described in the above-mentioned prior document, it is necessary to select a gear shift that is relatively prime in order to widen the multi-rotation angle detection range. There is a problem of increasing. In addition, since the number of prime numbers is limited, there is a problem that the degree of freedom of the multi-rotation angle detection range that can be designed is limited. Furthermore, since the multi-rotation angle detection range that can be adapted to other applications varies, the multi-rotation angle detection range that can be actually realized is limited to a special value that is the least common multiple of prime values. Remains. Furthermore, in the above-described method, the absolute position of multiple rotation is obtained from the rotation angle information of each axis, but there is a problem that the calculation is complicated.

多回転絶対位置を求める演算が複雑となる上記問題に対処するために、特開２００２−１０７１７８号公報は、各回転軸の回転角から求められた値と主回転軸の回転数との関係を示すテーブル（図９）をメモリに予め記憶しておき、各回転軸の回転角から求められた値に対応する主回転軸の回転数をそのテーブルから選択する絶対位置検出方法を開示する。しかしながら、多回転検出範囲を広く取るためには、その多回転検出範囲（０から２０３５７）に対応する多くのメモリが消費されるという問題が存在する。   In order to cope with the above-mentioned problem that the calculation for obtaining the multi-rotation absolute position is complicated, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-107178 discloses the relationship between the value obtained from the rotation angle of each rotation axis and the rotation speed of the main rotation axis. An absolute position detection method is disclosed in which a table (FIG. 9) is stored in advance in a memory, and the number of rotations of the main rotation shaft corresponding to the value obtained from the rotation angle of each rotation shaft is selected from the table. However, in order to increase the multi-rotation detection range, there is a problem that a lot of memory corresponding to the multi-rotation detection range (0 to 20357) is consumed.

また、特許第３９６７９６３号公報は、２つの周期の内の一方のみの演算結果をメモリに記憶することにより、メモリの消費を節約する演算方法を開示する。しかしながら、この方法においても、メモリを使用することに関し、上述の検出方法と同じ問題を有する。   Japanese Patent No. 3967963 discloses a calculation method that saves memory consumption by storing the calculation result of only one of the two periods in the memory. However, this method also has the same problem as the above-described detection method regarding the use of the memory.

本発明は、上述した課題を解決するためになされ、第１回転軸から第ｎｍａｘ回転軸へ回転を伝達する伝達手段であって、第１回転軸の回転角θ１に対して、第ｎ回転軸の回転角θｎが

Figure 0005473953
の関係を満たす伝達手段を具備することを特徴とする。
ここで、ｎｍａｘ及びｍは３以上の整数であり、かつｎは１≦ｎ≦ｎｍａｘである。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and is a transmission means for transmitting rotation from the first rotation shaft to the n-th max rotation shaft, and the n-th rotation with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation shaft. The rotation angle θ n of the rotation axis is
Figure 0005473953
 It is characterized by comprising a transmission means that satisfies the above relationship.
Here, n max and m are integers of 3 or more, and n is 1 ≦ n ≦ n max .

また、回転角検出器によって検出された第１回転軸から第ｎ回転軸の角度検出値をｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎｍａｘとし、かつ各回転軸の１周期の角度検出量をｕとする場合、第１回転軸の回転角計算値θｃは、θｃ＝ｍｏｄ（（ｋ１×ｐ１＋ｋ２×ｐ２＋・・・＋ｋｎ×ｐｎｍａｘ），ｕ）×ｍｎｍａｘ−１で求められることを特徴とする。ここで、ｍｏｄ（ｘ，ａ）は、ｘをａで除算したときの余りを求める剰余演算であり、かつ係数ｋ１，・・・，ｋｎｍａｘは、ゼロを含む正又は負の整数である。 Further, the detected angle values of the first to n-th rotation axes detected by the rotation angle detector are defined as p 1 , p 2 ,. When u is set, the rotation angle calculation value θ c of the first rotation axis is θ c = mod ((k 1 × p 1 + k 2 × p 2 +... + k n × p nmax ), u) × m nmax It is calculated | required by -1 . Here, mod (x, a) is a remainder operation for obtaining a remainder when x is divided by a, and coefficients k 1 ,..., K nmax are positive or negative integers including zero. .

さらに、係数ｋ１，・・・，ｋｎｍａｘは、数式（ｘ＋１）ｎｍａｘ−１を展開したときのｘの（ｎ−１）次項の係数にそれぞれ対応することを特徴とする。 Furthermore, the coefficients k 1 ,..., Kn max correspond to the coefficients of the (n−1) th order term of x when the mathematical formula (x + 1) nmax−1 is expanded.

さらに、第１回転軸から第ｎ回転軸へ回転を伝達する伝達手段は、隣接する回転軸間で（ｍ±１）／ｍの変速比で形成されることを特徴とする。   Further, the transmission means for transmitting the rotation from the first rotation shaft to the n-th rotation shaft is formed between the adjacent rotation shafts at a gear ratio of (m ± 1) / m.

さらに、伝達手段は、第１回転軸から第ｎ回転軸の各回転軸に固定されたギアが連続的に噛み合うように形成されるギア機構であって、連続する２つの回転軸間における回転速度の変速比が（ｍ±１）／ｍとなるように噛み合わされる複数のギア対からなるギア機構を具備することを特徴とする。   Further, the transmission means is a gear mechanism formed such that gears fixed to the respective rotation shafts from the first rotation shaft to the n-th rotation shaft are continuously engaged with each other, and the rotation speed between the two consecutive rotation shafts. Is provided with a gear mechanism composed of a plurality of gear pairs engaged with each other so that the transmission gear ratio becomes (m ± 1) / m.

本発明によれば、伝達手段は、隣接する回転軸間において、同一の変速比で形成されるので（例えば、ギアの歯数をｍ，ｍ±１の２種類で形成）、部品を共用化することが容易であり、またその部品を一体成型で製作すれば、１種類の部品で伝達手段を設計することが可能となる。   According to the present invention, since the transmission means is formed with the same gear ratio between adjacent rotating shafts (for example, the number of gear teeth is m, m ± 1), the parts are shared. If the parts are manufactured by integral molding, the transmission means can be designed with one kind of parts.

また、本発明は、多回転の検出範囲が複数の値の最小公倍数に限定されることがないので、その検出範囲を任意に設計できるという特徴を有する。例えば、本発明は、ｍｎ−１／Ｎの多回転の検出範囲を容易に実現できるので、２ｎ，１０ｎのような多回転の検出範囲や、他のアプリケーションに適合した多回転の検出範囲を容易に設計することが可能である。 In addition, the present invention has a feature that the detection range of multiple rotations is not limited to the least common multiple of a plurality of values, and therefore the detection range can be arbitrarily designed. For example, since the multi-rotation detection range of mn-1 / N can be easily realized in the present invention, the multi-rotation detection range such as 2 n and 10 n and multi-rotation detection suitable for other applications are possible. The range can be easily designed.

さらに、多回転の絶対位置を各検出値の積和演算のみで求めることができるので、計算処理を簡単かつ高速に実行できる。また、各回転軸の検出値と演算結果をテーブルに格納しておく必要がないので、メモリを消費しないで済むという利点もある。 Furthermore, since the absolute position of multiple rotations can be obtained only by the product-sum operation of each detected value, the calculation process can be executed easily and at high speed. Moreover, since it is not necessary to store the detection values and calculation results of the respective rotary axes in the table, there is an advantage that it is not necessary to consume memory.

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明するが、図面及びその図面に対応する説明は、あくまで本発明を実施するための例示的な記述であり、請求項に係る発明が本実施例に限定されることを意図するものではない。また、本発明は、請求項で定義された用語によってのみ解釈され、その用語は、その一般的な解釈に従うものである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the drawings and descriptions corresponding to the drawings are merely exemplary descriptions for carrying out the present invention, and the claimed invention is not limited to the present invention. It is not intended to be limited to the examples. In addition, the present invention is construed only by the terms defined in the claims, and the terms follow their general interpretation.

本発明の第１の実施例に係る多回転アブソリュート回転角を求める原理を説明するための回転角検出装置の伝達手段の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of the transmission means of the rotation angle detection device for explaining the principle of obtaining the multi-rotation absolute rotation angle according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第１の実施例である多回転アブソリュート回転角を検出するための回転角検出装置の構成図である。It is a block diagram of the rotation angle detection apparatus for detecting the multi-rotation absolute rotation angle which is the 1st Example of this invention. 本発明の第１の実施例において、モータ回転軸の多回転アブソリュート回転角を算出するための回転角検出装置のブロック図を示す。1 is a block diagram of a rotation angle detection device for calculating a multi-rotation absolute rotation angle of a motor rotation shaft in the first embodiment of the present invention. FIG. 本発明の第１の実施例において、第１回転軸の回転数と第１〜第４回転軸の回転角との関係を示すグラフである。In the 1st Example of this invention, it is a graph which shows the relationship between the rotation speed of a 1st rotating shaft, and the rotation angle of a 1st-4th rotating shaft . 本発明の第１の実施例において、第１回転軸の回転数と各軸の検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４との関係を示すグラフである。In a first embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the detection value p 1, p 2, p 3 , p 4 rpm and the axis of the first rotary shaft. 本発明の第１の実施例において、第１回転軸の回転数に対する周期信号の関係を示すグラフである。In the 1st Example of this invention, it is a graph which shows the relationship of the periodic signal with respect to the rotation speed of a 1st rotating shaft. 本発明の第２の実施例に係る多回転アブソリュート回転角を求める原理を説明するための回転角検出装置の伝達手段の構成ブロック図である。It is a block diagram of the transmission means of the rotation angle detecting device for explaining the principle for obtaining the multi-rotation absolute rotation angle according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第２の実施例において、モータ回転軸の多回転アブソリュート回転角を算出するための回転角検出装置のブロック図を示す。In the 2nd Example of this invention, the block diagram of the rotation angle detection apparatus for calculating the multi-rotation absolute rotation angle of a motor rotating shaft is shown. 本発明の第２の実施例において、第１回転軸の回転数と第１〜第３回転軸の回転角との関係を示すグラフである。In the 2nd example of the present invention, it is a graph which shows the relation between the number of rotations of the 1st axis of rotation, and the angle of rotation of the 1st- 3rd axis of rotation. 本発明の第２の実施例において、第１回転軸の回転数と各軸の検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３との関係を示すグラフである。In a second embodiment of the present invention, it is a graph showing the relationship between the detection value p 1, p 2, p 3 rpm and the axis of the first rotary shaft. 本発明の第２の実施例において、第１回転軸の回転数に対する周期信号の関係を示すグラフである。In the 2nd example of the present invention, it is a graph which shows the relation of the periodic signal to the number of rotations of the 1st axis of rotation.

図１を参照して、本発明の第１の実施例に係る多回転アブソリュート回転角を求める原理を説明する。図１に示される回転角検出装置の伝達手段１０の構成ブロック図において、モータ出力軸に結合された第１回転軸１１は、角度検出器Ｓ１に接続され、第１回転軸１１の１回転内の角度を示す回転角θ１に対応する角度検出値ｐ１を検出する。同様に、角度検出器Ｓ２−Ｓｎは、第２〜第ｎ回転軸１２〜１５の角度を示す回転角θ２〜θｎに対応する角度検出値ｐ２〜ｐｎをそれぞれ検出する。第１〜第ｎ回転軸１１〜１５には、歯数ｍ−１（あるいはｍ＋１）及び歯数ｍのギアがそれぞれ固定されており、第１回転軸１１のギア１１ａは、第２回転軸１２のギア１２ｂに噛み合わされる。さらに第２回転軸１２に固定されているギア１２ａは、第３回転軸１３のギア１３ｂに噛み合わされる。このように、伝達手段１０は、隣接する回転軸間において、歯数ｍ−１（あるいはｍ＋１）を有するギアが歯数ｍを有するギアに噛み合うギア機構を形成する。 With reference to FIG. 1, the principle of obtaining the multi-rotation absolute rotation angle according to the first embodiment of the present invention will be described. In the configuration block diagram of the transmission means 10 of the rotation angle detection device shown in FIG. 1, the first rotation shaft 11 coupled to the motor output shaft is connected to the angle detector S <b> 1 and within one rotation of the first rotation shaft 11. An angle detection value p 1 corresponding to the rotation angle θ 1 indicating the angle is detected. Similarly, the angle detector S2-Sn, the detected angle detected value corresponding to the rotation angle theta 2 through? N that indicates the angle of the second to n-th rotary shaft 12 to 15 p 2 ~p n, respectively. Gears with the number of teeth m−1 (or m + 1) and the number of teeth m are respectively fixed to the first to n-th rotation shafts 11 to 15, and the gear 11 a of the first rotation shaft 11 is a second rotation shaft 12. Is engaged with the gear 12b. Further, the gear 12 a fixed to the second rotating shaft 12 is engaged with the gear 13 b of the third rotating shaft 13. Thus, the transmission means 10 forms a gear mechanism in which a gear having the number of teeth m−1 (or m + 1) meshes with a gear having the number of teeth m between adjacent rotating shafts.

本発明に係る実施例は、伝達手段としてギア機構を用いて説明するが、本発明に係る伝達手段は、ギアに限定されるものではなく、回転軸の回転力を伝達することができるあらゆる要素を含む。上述ように配置されたギア機構において、第１回転軸１１の多回転アブソリュート回転角は、角度検出器Ｓ２−Ｓｎによって検出された第１〜第ｎ回転軸１１〜１５の角度検出値ｐ1〜ｐｎから以下の計算式を実行することにより算出される。 Although the embodiment according to the present invention will be described using a gear mechanism as a transmission means, the transmission means according to the present invention is not limited to a gear, and any element capable of transmitting the rotational force of a rotating shaft. including. In the gear mechanism arranged as described above, the multi-rotation absolute rotation angle of the first rotation shaft 11 is the angle detection value p 1 to the first to n-th rotation shafts 11 to 15 detected by the angle detectors S2 to Sn. It is calculated by executing the following calculation formula from pn .

図１において、第１〜第ｎ回転軸１１〜１５に、歯数ｍ−１及び歯数ｍのギアがそれぞれ噛み合わされているので、ギア減速比は、（ｍ−１）／ｍで表される。第１回転軸１１から第ｎ回転軸１５へ直列に配置されるギア機構において、噛み合わされるギア対が同一のギア減速比（ｍ−１）／ｍを有するので、第１回転軸１１の回転角をθ１とすると、第ｎ回転軸１５の回転角θｎは、式（１）で表される。 In FIG. 1, the gears having the number of teeth m-1 and the number m of teeth are meshed with the first to n-th rotation shafts 11 to 15, respectively, so that the gear reduction ratio is represented by (m-1) / m. The In the gear mechanism arranged in series from the first rotating shaft 11 to the n-th rotating shaft 15, the meshed gear pairs have the same gear reduction ratio (m−1) / m. When the angle is θ 1 , the rotation angle θ n of the n-th rotation shaft 15 is expressed by Expression (1).

Figure 0005473953
なお、式（１）において（ｍ−１）／ｍの前のマイナス記号は、第１回転軸１１の回転方向をプラス（正）で表現し、その回転と逆の回転方向をマイナス（負）で表現する。
Figure 0005473953
 In Equation (1), the minus sign before (m−1) / m expresses the rotation direction of the first rotating shaft 11 as positive (positive), and the rotation direction opposite to the rotation is negative (negative). Express with

図１に示す伝達手段が第１回転軸から第４回転軸によって形成されるギア機構で、モータ出力軸に結合された第１回転軸の回転角をθ１と仮定すると、第２回転軸の回転角θ２、第３回転軸の回転角θ３、及び、第４回転軸の回転角θ４は、式（１）からそれぞれ次のように求められる。 If the transmission means shown in FIG. 1 is a gear mechanism formed by the first to fourth rotating shafts and the rotation angle of the first rotating shaft coupled to the motor output shaft is assumed to be θ 1 , The rotation angle θ 2 , the rotation angle θ 3 of the third rotation axis, and the rotation angle θ 4 of the fourth rotation axis are obtained from the equation (1) as follows.

Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953

さて、角度検出器Ｓ１〜Ｓｎは、第１〜第ｎ回転軸１１〜１５の回転角度（例えば、０（°）から３６０（°）を表す検出値）を検出する検出器であるから、第ｎ回転軸がθｎだけ回転すると、角度検出器Ｓｎの検出値ｐｎは、式（６）で表現することができる。

Figure 0005473953
ここで、式y = mod(x, a)は、一般にｘをａで割ったときの余りｙを算出する剰余演算と定義される。すなわち、ある回転軸の回転角の単位を度（°）とし、１周期の回転角を表す数値（単位量）であるｕを３６０（°）とする場合、検出値ｐｎは、回転角に応じて０から３６０（°）の値を示す。たとえば、回転角θｎが９０（°），５１０（°）である場合、検出値ｐｎは、それぞれ９０（°），１５０（°）となる。なお、回転角θ＝−１（°）とする場合は、検出値ｐは−１（°）ではなく、３５９（°）として扱う。回転角θｎとｕは、単位が一致してればどのような単位を採用してもよい。たとえば、単位量を１（回転）とすると、検出値ｐｎは、回転角に応じて０から１の値を示す。 The angle detectors S1 to Sn are detectors that detect the rotation angles of the first to nth rotation shafts 11 to 15 (for example, detection values representing 0 (°) to 360 (°)). When n rotary shaft rotates by theta n, the detection value p n of an angle detector Sn can be expressed by equation (6).
Figure 0005473953
 Here, the equation y = mod (x, a) is generally defined as a remainder operation for calculating the remainder y when x is divided by a. That is, when the unit of the rotation angle of a certain rotation axis is degrees (°) and u that is a numerical value (unit amount) representing the rotation angle of one cycle is 360 (°), the detected value pn is the rotation angle. Accordingly, a value of 0 to 360 (°) is indicated. For example, if the rotation angle theta n is 90 (°), 510 (° ), the detection value p n, respectively 90 (°), the 150 (°). When the rotation angle θ = −1 (°), the detected value p is handled as 359 (°) instead of −1 (°). Any unit may be adopted for the rotation angles θ n and u as long as the units match. For example, if the unit weight and 1 (rotation), the detection value p n denotes a value from 0 to 1 in accordance with the rotation angle.

角度検出器の検出値についてさらに敷衍すると、第１回転軸１１から第ｎ回転軸１５の回転角を検出する角度検出器Ｓ１〜Ｓｎは、回転軸が１回転すると１周期の検出値を出力する。例えば、角度検出器Ｓ１〜Ｓｎは、１周期の単位量をｕとすると、回転軸の回転角に応じて検出値０から検出値ｕまで単調に増加し、回転軸が１回転すると検出値０に戻るのこぎり歯状の検出信号を出力する。単位量ｕの単位は、１周期当たりの回転角を表す数値であり、回転角の単位と同じであれば、どのような単位であってもよいことは上述したとおりである。   If the detection value of the angle detector is further extended, the angle detectors S1 to Sn for detecting the rotation angle of the first rotation shaft 11 to the n-th rotation shaft 15 output a detection value for one cycle when the rotation shaft makes one rotation. . For example, the angle detectors S1 to Sn monotonically increase from the detection value 0 to the detection value u according to the rotation angle of the rotation shaft, where u is the unit amount of one cycle, and the detection value 0 when the rotation shaft makes one rotation. A sawtooth detection signal is output. The unit amount u is a numerical value representing the rotation angle per cycle, and as described above, any unit may be used as long as it is the same as the rotation angle unit.

次に、式（２）から（５）で表される回転角θ１からθ４を式（６）に代入すると、角度検出器Ｓ１〜Ｓ４の角度検出値ｐ１〜ｐ４は、第１回転軸の回転角θ１から式（７）〜（１０）によって算出される。 Then, substituting theta 4 from the rotation angle theta 1 which is represented by the formula (2) (5) into equation (6), the angle detection value p 1 ~p 4 angle detector Sl to S 4 are the It is calculated by the equations (7) to (10) from the rotation angle θ1 of one rotation axis.

Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953

さて、第１回転軸のｍ回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 0005473953
と表現できるので、mod(a+b, u) = mod(mod(a, u) + mod(b, u), u)の関係から、第１回転軸の検出値ｐ１、及び、第２回転軸の検出値ｐ２を用いて、上記周期信号を表す剰余式を式（１１）のように変形することができる。
Figure 0005473953
 Now, assuming a periodic signal with one cycle of m rotation of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal is:
Figure 0005473953
 From the relationship mod (a + b, u) = mod (mod (a, u) + mod (b, u), u), the detected value p 1 of the first rotation axis and the second using the detection value p 2 of the rotary shaft, the remainder equation representing the periodic signal can be transformed into the equation (11).
Figure 0005473953

また、第１回転軸のｍ２回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 0005473953
と表現できるので、第１〜３回転軸の検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３を用いて上記周期信号を表す剰余式を式（１２）のように変形することができる。
Figure 0005473953
 Further, assuming a periodic signal to m 2 rotates one cycle of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal,
Figure 0005473953
 Therefore, the remainder equation representing the periodic signal using the detected values p 1 , p 2 , and p 3 of the first to third rotation axes can be modified as shown in Expression (12).
Figure 0005473953

さらに、第１回転軸のｍ３回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 0005473953
と表現できるので、第１〜４回転軸の検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を用いて上記周期信号を表す剰余式を式（１３）のように変形することができる。
Figure 0005473953
 Furthermore, assuming a periodic signal to m 3 rotates one cycle of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal,
Figure 0005473953
 Therefore, the remainder equation representing the periodic signal can be modified as shown in Equation (13) using the detected values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of the first to fourth rotation axes.
Figure 0005473953

一般に、第１回転軸のｍｎ−１回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 0005473953
と表現できるので、式（１１）から式（１３）を演繹すると、式（１４）のように表すことができる。ここで、ｎは、回転軸の数である。
Figure 0005473953
 ただし、ｋ１，ｋ２，・・・，ｋｎは、（ｘ＋１）ｎ−１の展開式の係数に対応する。すなわち、二項定理から、（ｘ＋１）ｎ−１は、ｋ１×ｘ０＋ｋ２×ｘ１＋・・・＋ｋｎ×ｘｎ−１に展開される。 In general, assuming a periodic signal having one cycle of mn-1 rotations of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal is
Figure 0005473953
 Therefore, when formula (11) to formula (13) are deduced, formula (14) can be expressed. Here, n is the number of rotation axes.
Figure 0005473953
 However, k 1, k 2, ··· , k n corresponds to the coefficients of expansion formula of (x + 1) n-1 . That is, from the binomial theorem, (x + 1) n−1 is expanded to k 1 × x 0 + k 2 × x 1 +... + K n × x n−1 .

ここで、図１に示されるギア機構において、例えば、回転軸の数を４、歯数ｍを３２、単位量ｕを１３１０７２（ｕは、角度検出器Ｓ１の検出値ｐ１が１７ビット（＝２１７）の分解能を有することに対応する。）と仮定すると、

Figure 0005473953
となり、第１回転軸の回転角計算値θｃは、式（１５）により求められる。
Figure 0005473953
 Here, in the gear mechanism shown in FIG. 1, for example, the number of rotating shafts is 4, the number of teeth m is 32, the unit amount u is 131072 (u is the detected value p 1 of the angle detector S1 is 17 bits (= Corresponds to having a resolution of 2 17 )))
Figure 0005473953
 Thus, the rotation angle calculated value θc of the first rotation shaft is obtained by Expression (15).
Figure 0005473953

したがって、第１〜第４回転軸の回転角を示す回転検出値ｐ１〜ｐ４を検出することにより、上記式（１５）から、３２７６８（＝３２３）回転で１周期となる第１回転軸の多回転角度検出を１３１０７２の分解能で実行することが可能となる。 Accordingly, by detecting the rotation detection values p 1 to p 4 indicating the rotation angles of the first to fourth rotating shafts, the first rotation that makes one cycle in 32768 (= 32 3 ) rotations from the above equation (15). It is possible to execute multi-rotation angle detection of the shaft with a resolution of 131072.

上述した原理に基づいて、多回転アブソリュート回転角を検出する実施例について、以下詳細に述べる。   An embodiment for detecting the multi-rotation absolute rotation angle based on the above-described principle will be described in detail below.

図２は、本発明の第１の実施例である多回転アブソリュート回転角を検出するための回転角検出装置２０の構成図である。サーボモータ２１の出力回転軸（図示せず）の反対側に設けられた第１回転軸２３には、光学式アブソリュート・エンコーダ２２が連結されると共に、歯数３１を有するギア２３ａが固定される。ギア２３ａは、第２回転軸２４に固定された歯数３２を有するギア２４ｂと噛み合わされる。また、第２回転軸２４に固定された歯数３１を有するギア２４ａは、第３回転軸２５に固定された歯数３２を有するギア２５ｂと噛み合わされる。さらに、第３回転軸２５に固定された歯数３１を有するギア２５ａは、第４回転軸２６に固定された歯数３２を有するギア２６ｂと噛み合わされる。ギア２４ａとギア２４ｂ、ギア２５ａとギア２５ｂ、及び、ギア２６ａとギア２６ｂは、一体成型された同一形状の樹脂製ギアであり、回転軸とともに一体成型されてもよい。このように、回転角検出装置２０は、サーボモータ２１の回転が直列に接続されたギア機構を介して第１回転軸２３から第４回転軸２６に伝達される構造を有する。   FIG. 2 is a configuration diagram of a rotation angle detection device 20 for detecting a multi-rotation absolute rotation angle according to the first embodiment of the present invention. An optical absolute encoder 22 is connected to a first rotating shaft 23 provided on the opposite side of an output rotating shaft (not shown) of the servo motor 21 and a gear 23a having 31 teeth is fixed. . The gear 23 a is meshed with a gear 24 b having the number of teeth 32 fixed to the second rotating shaft 24. Further, the gear 24 a having the number of teeth 31 fixed to the second rotating shaft 24 is engaged with the gear 25 b having the number of teeth 32 fixed to the third rotating shaft 25. Further, the gear 25 a having 31 teeth fixed to the third rotating shaft 25 is meshed with a gear 26 b having 32 teeth fixed to the fourth rotating shaft 26. The gear 24a and the gear 24b, the gear 25a and the gear 25b, and the gear 26a and the gear 26b are integrally formed resin gears having the same shape, and may be integrally formed with the rotating shaft. As described above, the rotation angle detection device 20 has a structure in which the rotation of the servo motor 21 is transmitted from the first rotation shaft 23 to the fourth rotation shaft 26 via the gear mechanism connected in series.

光学式アブソリュート・エンコーダ２２は、第１回転軸２３の１回転内の絶対角度θ１を１７ビットの分解能（２１７＝１３１０７２Ｐ／Ｒｅｖ）で検出する。光学式アブソリュート・エンコーダ２２は、プリント基板２７に実装された信号処理回路２８と電気的に接続されており、光学式アブソリュート・エンコーダ２２によって検出された第１回転軸２３の回転角情報である角度検出値ｐ１は、信号処理回路２８に送られる。 The optical absolute encoder 22 detects the absolute angle θ 1 within one rotation of the first rotating shaft 23 with a resolution of 17 bits (2 17 = 131072P / Rev). The optical absolute encoder 22 is electrically connected to a signal processing circuit 28 mounted on the printed circuit board 27, and is an angle that is rotation angle information of the first rotating shaft 23 detected by the optical absolute encoder 22. The detection value p 1 is sent to the signal processing circuit 28.

また、第２〜第４回転軸２４，２５，２６の軸端には、ギア２４ａ，２５ａ，２６ａの径方向と同一方向に２極の着磁された磁石２９ａ，２９ｂ，２９ｃがそれぞれ取り付けられ、軸の回転とともに回転する。磁石２９ａ，２９ｂ，２９ｃと対向する位置にＭＲ素子を使ったＭＲ回転角センサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃが基板２７上に実装される。ＭＲセンサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、磁石２９ａ，２９ｂ，２９ｃが１回転すると、９０°位相のずれた２つの正弦波状の電圧が１周期出力する。ＭＲセンサ３０ａ，３０ｂ，３０ｃで検出された検出電圧は、それぞれ信号処理回路２８に送られる。   In addition, magnets 29a, 29b, 29c having two poles magnetized in the same direction as the radial direction of the gears 24a, 25a, 26a are attached to the shaft ends of the second to fourth rotating shafts 24, 25, 26, respectively. Rotate with shaft rotation. MR rotation angle sensors 30a, 30b, 30c using MR elements are mounted on the substrate 27 at positions facing the magnets 29a, 29b, 29c. When the magnets 29a, 29b, and 29c rotate once, the MR sensors 30a, 30b, and 30c output two sinusoidal voltages that are 90 ° out of phase for one period. The detection voltages detected by the MR sensors 30a, 30b, and 30c are sent to the signal processing circuit 28, respectively.

スペーサ３１を用いて形成された樹脂製の構造体３２は、上述した第２〜第４回転軸２４〜２６を保持する。図２に示される第１〜第４回転軸２３〜２６は、説明を簡易にするために、構造体３２内に直線状に保持されているが、構造体３２内の空間を有効に利用するために、第１〜第４回転軸２３〜２６の中心軸が曲線上に配置されてもよい。   The resin structure 32 formed using the spacer 31 holds the second to fourth rotating shafts 24 to 26 described above. The first to fourth rotating shafts 23 to 26 shown in FIG. 2 are linearly held in the structure 32 for the sake of simplicity of explanation, but the space in the structure 32 is effectively used. Therefore, the central axes of the first to fourth rotating shafts 23 to 26 may be arranged on a curve.

次に、図３は、サーボモータ２１の多回転アブソリュート回転角θｃを算出するための回転角検出装置２０のブロック図を示す。図３において、図２に示される要素と同一又は類似の要素は、同一の参照番号が付される。   Next, FIG. 3 shows a block diagram of the rotation angle detection device 20 for calculating the multi-rotation absolute rotation angle θc of the servo motor 21. 3, elements that are the same as or similar to the elements shown in FIG. 2 are given the same reference numerals.

図３において、サーボモータ２１の回転軸である第１回転軸２３の１周期の回転角を示す検出値ｐ１がエンコーダ２２によって検出され、信号線３３を経由して信号処理回路２８内の通信ポート３４に送られる。エンコーダ２２から出力される検出値ｐ１は、１７ビットの分解能を有する。通信ポート３４によって受信された検出値ｐ１は、第１回転軸２３の絶対角度を算出するためにさらに多回転演算回路３５に送られる。 In FIG. 3, a detection value p 1 indicating the rotation angle of one cycle of the first rotation shaft 23 that is the rotation shaft of the servo motor 21 is detected by the encoder 22, and communication within the signal processing circuit 28 is performed via the signal line 33. Sent to port 34. The detection value p 1 output from the encoder 22 has a resolution of 17 bits. The detection value p 1 received by the communication port 34 is further sent to the multi-rotation arithmetic circuit 35 in order to calculate the absolute angle of the first rotation shaft 23.

第１回転軸２３の回転は、ギア機構によって第２〜第４回転軸２４〜２６に伝達される。第１〜第４回転軸２３〜２６の回転角θ１〜θ４は、例えばｍを３２とし、また回転角を回転数で表すと仮定すると、第１回転軸の回転数と第１〜第４回転軸の回転角θ１〜θ４との関係は、図４に示されるとおりとなる。ここで、図４の横軸は、第１回転軸の回転数を示し、縦軸は、各軸の回転角θ１〜θ４を表す。横軸のマイナスは、軸の回転方向が第１回転軸と逆向きであることを示す。例えば、第１回転軸の回転数が３２であるすると、第２回転軸は、θ２＝−３１となり、第１回転軸とは逆に３１回転することが分かる。これらの関係は、式（２）から（５）に示されるとおりである。 The rotation of the first rotating shaft 23 is transmitted to the second to fourth rotating shafts 24 to 26 by a gear mechanism. Rotation angle theta 1 through? 4 of the first to fourth rotating shafts 23 to 26, for example, m is 32, and assuming to represent the rotation angle in the rotational speed, the first to the rotational speed of the first rotary shaft relationship between the rotational angle theta 1 through? 4 of the fourth rotary shaft is a as shown in FIG. Here, the horizontal axis of FIG. 4 represents the rotation speed of the first rotation axis, and the vertical axis represents the rotation angles θ 1 to θ 4 of each axis. A minus on the horizontal axis indicates that the rotation direction of the shaft is opposite to the first rotation axis. For example, if the number of rotations of the first rotation axis is 32, the second rotation axis is θ 2 = −31, and it can be seen that 31 rotations are performed opposite to the first rotation axis. These relationships are as shown in equations (2) to (5).

図３に戻り、第１〜第４回転軸２３〜２６の回転角は、ＭＲ素子角度検出器３０ａ，３０ｂ，３０ｃによってそれぞれ検出され、９０°位相のずれた２つの正弦波状の検出電圧（ｓｉｎ成分，ｃｏｓｉｎ成分）が信号線３３ａ，３３ｂ，３３ｃを経由してＡＤ変換器３７にそれぞれ送られる。２つの検出電圧は、ＡＤ変換器３７でアナログ値から例えば１２ビットのデジタル値へ変換され、それぞれＲＤ変換演算回路３８へ送られる。ＲＤ変換演算回路３８は、受信した２つのデジタル値（ｓｉｎ成分，ｃｏｓｉｎ成分）から角度が算出される。この角度は、１２ビットの分解能を有するが、エンコーダ２２の角度検出値ｐ１の分解能に合わせるために１７ビットに拡張された角度検出値ｐ２，ｐ３，ｐ４が求められる。具体的には、１２ビットの下位に５ビットに０を加え、１７ビットの角度検出値とする。なお、ＭＲ素子角度検出器３０ａ，３０ｂ，３０ｃの検出電圧は、ＭＲ素子自体のばらつきや、磁気・回路・機械精度などの様々な要因で誤差を含むため、検出電圧をそのまま角度に変換するのではなく、電圧信号のオフセット補正、振幅補正を施し、実際の回転角に対する誤差補正や、各回転軸の検出値に関連する補正など様々な精度補正が施される。このような処理が施された角度検出値ｐ２，ｐ３，ｐ４は、多回転演算回路３５に送られる。図５に、上述のようにして求められた角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４の第１回転軸の回転数に対する変化を示す。なお、多回転演算回路３５が受け取る角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４は、１７ビットの分解能を有するので、図５の縦軸に示されるように、各軸の検出値は、各軸が１回転する毎に、０と１３１０７２との間を変化する。 Returning to FIG. 3, the rotation angles of the first to fourth rotation shafts 23 to 26 are detected by the MR element angle detectors 30a, 30b, and 30c, respectively, and are detected by two sinusoidal detection voltages (sin). Component, cosin component) are sent to the AD converter 37 via signal lines 33a, 33b, 33c, respectively. The two detection voltages are converted from analog values into, for example, 12-bit digital values by the AD converter 37 and sent to the RD conversion arithmetic circuit 38, respectively. The RD conversion arithmetic circuit 38 calculates an angle from the two received digital values (sin component and cosin component). This angle has a resolution of 12 bits, but angle detection values p 2 , p 3 , and p 4 extended to 17 bits to match the resolution of the angle detection value p 1 of the encoder 22 are obtained. Specifically, 0 is added to 5 bits in the lower order of 12 bits to obtain a 17-bit angle detection value. The detection voltages of the MR element angle detectors 30a, 30b, and 30c include errors due to various factors such as variations in the MR element itself and magnetic / circuit / mechanical accuracy. Therefore, the detection voltage is directly converted into an angle. Instead, offset correction and amplitude correction of the voltage signal are performed, and various accuracy corrections such as error correction with respect to the actual rotation angle and correction related to the detection value of each rotation axis are performed. The detected angle values p 2 , p 3 and p 4 subjected to such processing are sent to the multi-rotation arithmetic circuit 35. FIG. 5 shows changes in the detected angle values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 obtained as described above with respect to the rotation speed of the first rotation shaft. Note that the angle detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 received by the multi-rotation arithmetic circuit 35 have a resolution of 17 bits. Therefore, as shown by the vertical axis in FIG. Each time one rotation of each axis changes between 0 and 131072.

多回転演算回路３５は、通信ポート３４及びＲＤ変換演算回路３８から角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を受け取り、それらの値を式（１５）に代入することにより、ｍが３２、分解能が１７ビット（２１７＝１３１０７２）、及び、多回転範囲が１５ビット（２１５＝３２７６８）とする場合の多回転アブソリュート回転角θｃを算出し、出力することができる。 The multi-rotation arithmetic circuit 35 receives the angle detection values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 from the communication port 34 and the RD conversion arithmetic circuit 38 and substitutes these values into the equation (15), so that m becomes 32, the multi-rotation absolute rotation angle θc when the resolution is 17 bits (2 17 = 131072) and the multi-rotation range is 15 bits (2 15 = 32768) can be calculated and output.

図６は、式（１１）〜（１３）によって求められるそれぞれの周期信号を表すグラフである。ここで、横軸は、第１回転軸２３の回転数を表し、回転数０から３２７６８に亘るが、簡略にするため途中を一部省略している。図６下段のグラフは、式（１１）に対応し、３２回転を１周期とする周期信号である。第１，２回転軸２３，２４の検出値ｐ１，ｐ２を式（１１）に代入して求められる周期信号は、第１回転軸２３の回転数が０から３２までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。また、図６中段のグラフは、式（１２）に対応し、１０２４回転を１周期とする周期信号である。第１〜３回転軸２３〜２５の角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３を式（１２）に代入して求められる周期信号は、第１回転軸２３の回転数が０から１０２４までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。さらに、図６上段のグラフは、式（１３）に対応し、３２７６８回転を１周期とする周期信号である。第１〜４回転軸２３〜２６の角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を式（１３）に代入して求められる周期信号は、第１回転軸２３の回転数が０から３２７６８までのアブソリュート回転角を検出することができることを示す。 FIG. 6 is a graph showing each periodic signal obtained by the equations (11) to (13). Here, the horizontal axis represents the number of rotations of the first rotation shaft 23 and ranges from the number of rotations 0 to 32768, but a part of the middle is omitted for simplicity. The lower graph in FIG. 6 corresponds to the equation (11), and is a periodic signal having 32 cycles as one cycle. The periodic signal obtained by substituting the detected values p 1 and p 2 of the first and second rotary shafts 23 and 24 into the equation (11) indicates the absolute rotation angle from 0 to 32 of the first rotary shaft 23. Indicates that it can be detected. The graph in the middle of FIG. 6 corresponds to Expression (12), and is a periodic signal with 1024 rotations as one cycle. The periodic signal obtained by substituting the detected angle values p 1 , p 2 , and p 3 of the first to third rotating shafts 23 to 25 into the equation (12) indicates that the rotation speed of the first rotating shaft 23 is from 0 to 1024. Indicates that the absolute rotation angle can be detected. Further, the upper graph in FIG. 6 corresponds to the equation (13), and is a periodic signal having 32768 rotations as one cycle. The periodic signal obtained by substituting the detected angle values p 1 , p 2 , p 3 , and p 4 of the first to fourth rotating shafts 23 to 26 into the equation (13) indicates that the rotational speed of the first rotating shaft 23 is 0. It shows that an absolute rotation angle up to 32768 can be detected.

次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。図７は、モータ７１の出力回転軸７２の多回転アブソリュート回転角を検出する角度検出装置７０のブロック図を示す。出力回転軸７２の多回転アブソリュート回転角を求める原理は、基本的に第１の実施例と同じであるが、その原理を説明する前に、角度検出装置７０の構成を説明する。   Next, a second embodiment according to the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram of an angle detection device 70 that detects the multi-rotation absolute rotation angle of the output rotation shaft 72 of the motor 71. The principle for obtaining the multi-rotation absolute rotation angle of the output rotation shaft 72 is basically the same as that of the first embodiment, but before describing the principle, the configuration of the angle detection device 70 will be described.

図７において、モータ７１の出力回転軸７２の反対側に結合された第１回転軸７３に歯数２１を有するギア７３ａが固定されると共に、４倍角のレゾルバＳ１が取り付けられ、第１回転軸７３の回転角θ１を検出する。４倍角のレゾルバＳ１は、第１回転軸７３の回転角度に対応した正弦波電圧を出力し、第１回転軸７３の１回転当たり４周期の正弦波電圧を出力する。 In FIG. 7, a gear 73a having 21 teeth is fixed to a first rotating shaft 73 coupled to the opposite side of the output rotating shaft 72 of the motor 71, and a quadruple resolver S1 is attached to the first rotating shaft 73. The rotation angle θ 1 of 73 is detected. The quadruple resolver S <b> 1 outputs a sine wave voltage corresponding to the rotation angle of the first rotation shaft 73, and outputs a four-cycle sine wave voltage per one rotation of the first rotation shaft 73.

ギア７３ａは、第２回転軸７４に固定された歯数２０を有するギア７４ａと噛み合わされる。第２回転軸７４には、１倍角のレゾルバＳ２が取り付けられ、第２回転軸７４の回転角θ２を検出する。第２回転軸７４にはさらに歯数２１を有するギア７４ｂが固定され、第３回転軸７５に固定された歯数２０を有するギア７５ａと噛み合わされる。第３回転軸７５には、１倍角のレゾルバＳ３が取り付けられ、第３回転軸７５の回転角θ３を検出する。第２回転軸７４に固定されたギア７４ａ，７４ｂは、一体成型された樹脂製ギアであり、回転軸とともに一体成型されてもよい。 The gear 73 a is meshed with a gear 74 a having 20 teeth fixed to the second rotating shaft 74. The second rotation shaft 74 is provided with a 1 × -resolver S2 and detects the rotation angle θ 2 of the second rotation shaft 74. A gear 74 b having 21 teeth is further fixed to the second rotating shaft 74, and meshed with a gear 75 a having 20 teeth fixed to the third rotating shaft 75. The third rotation shaft 75 is attached with a 1 × -resolver S3 and detects the rotation angle θ 3 of the third rotation shaft 75. The gears 74a and 74b fixed to the second rotating shaft 74 are integrally formed resin gears, and may be integrally formed with the rotating shaft.

上述のように構成された角度検出装置７０は、一例として３つの回転軸に固定されたギアによってモータの回転を伝達し、各回転軸の回転角からモータ回転軸の絶対回転角を算出する。噛み合わされたギアの変速比を（ｍ±１）／ｍとなるように各ギアの歯数を選択することにより、以下の演算式でモータ回転軸のアブソリュート回転角が算出される。   As an example, the angle detection device 70 configured as described above transmits the rotation of the motor by gears fixed to three rotation shafts, and calculates the absolute rotation angle of the motor rotation shaft from the rotation angle of each rotation shaft. By selecting the number of teeth of each gear so that the gear ratio of the meshed gear becomes (m ± 1) / m, the absolute rotation angle of the motor rotation shaft is calculated by the following arithmetic expression.

隣接する回転軸間の変速比を（ｍ＋１）／ｍとすると、各回転軸の回転角θｎは、

Figure 0005473953
で求められる。 Assuming that the gear ratio between adjacent rotating shafts is (m + 1) / m, the rotational angle θ n of each rotating shaft is
Figure 0005473953
 Is required.

さて、角度検出器Ｓ１〜Ｓ３は、第１〜第３回転軸７３〜７５の回転角を検出するから、第１の実施例で用いられた式（６）に示されるように、角度検出器Ｓ１〜Ｓ３の検出値ｐ１〜ｐ３は、式（１７）〜（１９）で表現することができる。なお、角度検出器Ｓ１は、回転軸が１回転する間に４周期の検出値を出力する４倍角の検出器であるから、第１回転軸７３の１周期当たりの検出量ｕ１は、０．２５として設定される。また、角度検出器Ｓ２，Ｓ３は、１倍角の検出器であるから、１周期当たりの検出量ｕ２，ｕ３は、１として設定される。

Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953
 Since the angle detectors S1 to S3 detect the rotation angles of the first to third rotating shafts 73 to 75, as shown in the equation (6) used in the first embodiment, the angle detectors The detection values p 1 to p 3 of S1 to S3 can be expressed by equations (17) to (19). Note that the angle detector S1 is a quadruple-angle detector that outputs a detection value of four periods during one rotation of the rotating shaft, and therefore the detected amount u 1 per cycle of the first rotating shaft 73 is 0. .25. Further, since the angle detectors S2 and S3 are single-angle detectors, the detection amounts u 2 and u 3 per cycle are set to 1.
Figure 0005473953
Figure 0005473953
Figure 0005473953

さて、第１回転軸７３のアブソリュート回転角を計算するためには、各回転軸の周期当たりの検出量ｕを一致させる必要があるので、第２，３回転軸７４，７５の検出値を式（２０），（２１）のように４倍角に換算する。

Figure 0005473953
Figure 0005473953
 Now, in order to calculate the absolute rotation angle of the first rotation shaft 73, it is necessary to match the detection amount u per cycle of each rotation shaft, so the detection values of the second and third rotation shafts 74 and 75 are expressed by the equation. Convert to quadruple as shown in (20) and (21).
Figure 0005473953
Figure 0005473953

次に、ｕが０．２５であるので、第１回転軸のｍ／４回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、

Figure 0005473953
と表現できるので、第１，２回転軸７３，７４の検出値ｐ１，ｐ２’を用いて式（２２）のように変形することができる。
Figure 0005473953
 さらに、第１回転軸のｍ２／４回転を１周期とする周期信号を想定すると、その周期信号を表す剰余式は、
Figure 0005473953
 と表現できるので、第１〜３回転軸７３〜７５の検出値ｐ１，ｐ２’，ｐ３’を用いて式（２３）のように変形することができる。
Figure 0005473953
 Next, since u is 0.25, assuming a periodic signal with m / 4 rotation of the first rotation axis as one period, the remainder expression representing the periodic signal is:
Figure 0005473953
 Therefore, the detection values p 1 and p 2 ′ of the first and second rotating shafts 73 and 74 can be used to be transformed as shown in Expression (22).
Figure 0005473953
 Furthermore, assuming a periodic signal to m 2/4 rotates one cycle of the first rotating shaft, the remainder equation representing the periodic signal,
Figure 0005473953
 Therefore, the detection values p 1 , p 2 ′, and p 3 ′ of the first to third rotating shafts 73 to 75 can be used to modify the equation (23).
Figure 0005473953

式（２３）のｍ＝２０を代入すると、式（２４）のように表される。

Figure 0005473953
さらに、両辺に４００を掛けると、式（２５）となる。
Figure 0005473953
 Substituting m = 20 in Equation (23), it is expressed as Equation (24).
Figure 0005473953
 Furthermore, when both sides are multiplied by 400, Expression (25) is obtained.
Figure 0005473953

式（２５）から、第１回転軸７３が１００回転すると１周期の信号が得られ、１００回転のアブソリュート回転角の検出を実行することが可能である。図７に示されているように、モータ７１の出力回転軸７２の回転数を１００分の１に減速するギア７６が接続されている。その結果、ギア減速比と角度検出装置７０の多回転検出範囲が一致するので、角度検出装置７０は、ギア出力軸７７の１回転のアブソリュート回転角を検出することが可能となる。   From the equation (25), when the first rotation shaft 73 rotates 100 times, a signal of one cycle is obtained, and it is possible to detect the absolute rotation angle of 100 rotations. As shown in FIG. 7, a gear 76 that reduces the rotational speed of the output rotation shaft 72 of the motor 71 to 1/100 is connected. As a result, the gear reduction ratio and the multi-rotation detection range of the angle detection device 70 match, so that the angle detection device 70 can detect the absolute rotation angle of one rotation of the gear output shaft 77.

図７に示される実施例は、上述のように式（２５）に示す関係が得られるので、１００回転のアブソリュート回転角の検出することができる。一般的には、Ｎ倍角の角度検出器を使用する場合、ｍｎ−１／Ｎで表される多回転検出範囲が得られる。 In the embodiment shown in FIG. 7, since the relationship shown in the equation (25) is obtained as described above, the absolute rotation angle of 100 rotations can be detected. In general, when an N-fold angle detector is used, a multi-rotation detection range represented by m n−1 / N is obtained.

また、１倍角検出値からＮ倍角検出値を計算によって求めることが可能であるため、実際にはＮ倍角の角度検出器を用いなくても、多回転検出範囲を１／Ｎに縮小し、回転角検出装置を使用するアプリケーションが必要とする多回転検出範囲に合わせることも可能である。   In addition, since it is possible to calculate the N double angle detection value from the 1 double angle detection value, the multi-rotation detection range is actually reduced to 1 / N and rotated without using an N double angle detector. It is also possible to match the multi-rotation detection range required by the application using the angle detection device.

また、変速比（ｍ±１）／ｍの取り方によっては、

Figure 0005473953
の計算を二項式（ｘ＋１）ｎ−１の展開式の係数ｋ１〜ｋｎによらないで実行することも可能である。 Also, depending on how to set the gear ratio (m ± 1) / m,
Figure 0005473953
 It is also possible to make the calculation execution without following the binomial (x + 1) coefficients of expansions of n-1 k 1 ~k n.

一例として、ｍ＝３、ｍ−１＝２とした場合に、第４回転軸の検出信号を使用して、ｍ３＝２７回転まで回転角を検出する場合、
θｃ＝ｍｏｄ（ｐ１＋３ｐ２＋３ｐ３＋ｐ４，１）×ｍ３だけでなく、
θｃ＝ｍｏｄ（ｐ１＋ｐ２＋ｐ４，１）×ｍ３でも計算することが可能である。 As an example, when m = 3 and m−1 = 2, and using the detection signal of the fourth rotation axis to detect the rotation angle up to m 3 = 27 rotations,
not only θc = mod (p 1 + 3p 2 + 3p 3 + p 4 , 1) × m 3 ,
It is also possible to calculate with θc = mod (p 1 + p 2 + p 4 , 1) × m 3 .

なお、各回転軸の検出値ｐｎは、検出器からの信号を直接処理した値だけではなく、周期の異なる信号へ換算した値も含む。上述の実施例では、第２、３回転軸検出値に関して、周期の長い信号（１倍角信号）から周期の短い信号（４倍角信号）に換算する処理を行うが、上記特許文献３（特許第３９６７９６３号明細書）に記述されているように、第１軸のｎ倍角検出器と、変速比の異なる第２軸の１倍角検出器との組み合わせから、第１軸の１倍角の信号を生成する方法を本発明に適用することも可能である。また、上述の説明は、奇数番目の回転軸の回転角を正として、偶数番目の回転軸の回転角を負として取り扱い、和算で処理しているが、回転角を正として扱い、回転方向に従って和算と減算で処理しても、その結果は同じである。 The detection value p n of each rotating shaft, not only the signal directly processed value from the detector, including the value converted to the periodic signals of different. In the above-described embodiment, the second and third rotation axis detection values are converted from a signal with a long period (single-angle signal) to a signal with a short period (quadrature signal). As described in Japanese Patent No. 3967963), the first-axis single-angle signal is generated from the combination of the first-axis n-fold angle detector and the second-axis single-angle detector with a different transmission ratio. It is also possible to apply this method to the present invention. In the above description, the rotation angle of the odd-numbered rotation shaft is treated as positive, the rotation angle of the even-numbered rotation shaft is treated as negative, and the sum is processed. However, the rotation angle is treated as positive and the rotation direction. The result is the same even if it is processed by addition and subtraction according to.

次に、図８は、図７に示される第２の実施例に基づいて、モータ７１の多回転アブソリュート回転角θｃを算出するための回転角検出装置８０のブロック図を示す。図８において、図７に示される要素と同一又は類似の要素は、同一の参照番号が付される。   Next, FIG. 8 shows a block diagram of a rotation angle detector 80 for calculating the multi-rotation absolute rotation angle θc of the motor 71 based on the second embodiment shown in FIG. 8, elements that are the same as or similar to the elements shown in FIG. 7 are given the same reference numerals.

図８に示される第２の実施例は、回転軸の軸数が３であること、回転角検出器がレゾルバであること、モータ７１の出力軸に１／１００ギアが結合されている点を除いて、図３に示される第１の実施例と基本的に同じである。 The second embodiment shown in FIG. 8 is that the number of rotation shafts is 3, the rotation angle detector is a resolver, and the 1/100 gear is coupled to the output shaft of the motor 71. except for, it is basically the same as the first embodiment shown in FIG.

図８において、モータ７１の出力軸７２の反対側に結合された第１回転軸７３に歯数２１のギア７３ａが固定されると共に４倍角のレゾルバＳ１が取り付けられる。ギア７３ａは、第２回転軸７４に固定された歯数２０のギア７４ａと噛み合わされる。ギア７３ａとギア７４ａの変速比は、２１／２０である。さらに、第２回転軸７４には、歯数２１のギア７４ｂが固定され、ギア７４ｂは、第３回転軸７５に固定された歯数２０のギア７４ａと噛み合わされる。第２，３回転軸には、１倍角レゾルバＳ２，Ｓ３がそれぞれ取り付けられる。 In FIG. 8, a gear 73a having 21 teeth is fixed to a first rotating shaft 73 coupled to the opposite side of the output shaft 72 of the motor 71, and a quadruple resolver S1 is attached. The gear 73 a is meshed with a gear 74 a having 20 teeth fixed to the second rotating shaft 74. The gear ratio between the gear 73a and the gear 74a is 21/20. Further, a gear 74 b having 21 teeth is fixed to the second rotating shaft 74, and the gear 74 b is engaged with a gear 74 a having 20 teeth fixed to the third rotating shaft 75. Single-double angle resolvers S2 and S3 are attached to the second and third rotation shafts, respectively.

図９は、第１回転軸の回転角と他の回転軸の回転角の関係を示す。図９に示されるように、ギア７３ａとギア７４ａ、及び、ギア７４ｂとギア７５ａの変速比は、それぞれ２１／２０であるので、第１回転軸の回転角に対して第２，３回転軸の回転角は、増加する。   FIG. 9 shows the relationship between the rotation angle of the first rotation shaft and the rotation angle of the other rotation shaft. As shown in FIG. 9, the gear ratios of the gear 73a and the gear 74a, and the gear 74b and the gear 75a are 21/20, respectively. Therefore, the second and third rotation shafts with respect to the rotation angle of the first rotation shaft. The rotation angle of increases.

図８に戻って、レゾルバＳ１〜Ｓ３からの２つの正弦波状の検出電圧（ｓｉｎ成分，ｃｏｓｉｎ成分）は、信号線８１ａ，８１ｂ，８１ｃを経由してそれぞれ信号処理回路８２のＡＤ変換器８３へ送られる。ＡＤ変換器８３は、各検出電圧をデジタル値へ変換し、ＲＤ変換演算回路８４へ送られる。ＲＤ変換演算回路８４は、受信した２つのデジタル値（ｓｉｎ成分，ｃｏｓｉｎ成分）から角度を算出すると共に、第１の実施例におけるＲＤ変換演算回路３８と同様に、検出電圧に対する様々な精度補正が施される。このような処理を施した角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３は、多回転演算回路３５に送られ、式（２５）により多回転アブリュート回転角θｃが算出される。 Returning to FIG. 8, the two sinusoidal detection voltages (sin component and cosin component) from the resolvers S1 to S3 are respectively sent to the AD converter 83 of the signal processing circuit 82 via the signal lines 81a, 81b and 81c. Sent. The AD converter 83 converts each detected voltage into a digital value and sends it to the RD conversion arithmetic circuit 84. The RD conversion arithmetic circuit 84 calculates an angle from two received digital values (sin component and cosin component), and performs various accuracy corrections on the detected voltage in the same manner as the RD conversion arithmetic circuit 38 in the first embodiment. Applied. The detected angle values p 1 , p 2 , and p 3 subjected to such processing are sent to the multi-rotation calculation circuit 35, and the multi-rotation absolute rotation angle θc is calculated by the equation (25).

図１０は、第１回転軸の回転数に対するＲＤ変換演算回路８４で求められた第１〜３回転軸の角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３をそれぞれ示す。図１０の下段は、４倍角レゾルバによる第１回転軸の回転角の検出値を示す。４倍角レゾルバは、回転軸が１回転すると４周期の検出電圧が出力されるので、第１回転軸が１回転すると４波ののこぎり波状の検出電圧が出力される。図１０の中段、及び、上段は、第２，３回転軸の回転角を示すレゾルバＳ２，Ｓ３からの検出電圧をそれぞれ示す。レゾルバＳ２，Ｓ３は１倍角レゾルバであるので、回転軸が１回転すると、各レゾルバは、１周期の検出電圧を出力する。 FIG. 10 shows the detected angle values p 1 , p 2 , and p 3 of the first to third rotation shafts obtained by the RD conversion arithmetic circuit 84 for the rotation speed of the first rotation shaft. The lower part of FIG. 10 shows the detected value of the rotation angle of the first rotation axis by the quadruple-size resolver. 4 double angle resolver, the detection voltage of the four cycles the rotary shaft makes one rotation is output, the first rotary shaft is an output detection voltage of sawtooth 4 wave rotates 1. The middle stage and the upper stage of FIG. 10 show the detected voltages from the resolvers S2 and S3 indicating the rotation angles of the second and third rotation axes, respectively. Since the resolvers S2 and S3 are single angle resolvers, each resolver outputs a detection voltage of one cycle when the rotation shaft rotates once.

図１１は、第１回転軸の回転数に対する式（２２）及び（２３）で求められる周期信号を示す。図１１下段の信号波は、第１回転軸の５回転を１周期とする式（２２）で求められる周期信号を示す。すなわち、この周期信号は、レゾルバＳ１，Ｓ２によって検出された角度検出値ｐ１，ｐ２を基礎として計算される。また、図１１上段の信号波は、第１回転軸の１００回転を１周期とする式（２３）で求められる周期信号を示す。すなわち、この周期信号は、レゾルバＳ１，Ｓ２，Ｓ３によって検出された角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３を基礎として計算される。このように、レゾルバＳ１，Ｓ２，Ｓ３によってそれぞれ検出された角度検出値ｐ１，ｐ２，ｐ３から式（２５）によって、第１回転軸の多回転アブソリュート回転角θｃを求めることができる。 FIG. 11 shows the periodic signal obtained by the equations (22) and (23) with respect to the rotation speed of the first rotation shaft. The signal wave in the lower part of FIG. 11 indicates a periodic signal obtained by Expression (22) in which 5 rotations of the first rotation shaft are one period. That is, this periodic signal is calculated based on the detected angle values p 1 and p 2 detected by the resolvers S1 and S2. Further, the signal wave in the upper part of FIG. 11 shows a periodic signal obtained by Expression (23) in which 100 rotations of the first rotating shaft are one period. That is, this periodic signal is calculated based on the detected angle values p 1 , p 2 , and p 3 detected by the resolvers S1, S2, and S3. As described above, the multi-rotation absolute rotation angle θc of the first rotation shaft can be obtained from the detected angle values p 1 , p 2 , and p 3 detected by the resolvers S1, S2, and S3 according to the equation (25).

上記実施例１では、第１回転軸の回転角検出器として光学式エンコーダが、第２回転軸から第４回転軸の回転角検出器としてＭＲ素子を使ったＭＲ回転角センサが、また実施例２では、レゾルバが使用されているが、本発明を実施するためには、回転角検出器のタイプに制限されるものではない。また、伝達手段として、ギアが使用されているが、回転角を変速する手段は、ギアに限定されるものではなく、ベルト、チェーン、トラクションドライブなどの変速機を含む。さらに、上述した（ｍ±１）／ｍは、変速比を意味しており、実施例では伝達手段としてギアを用いて説明しているので、ｍ，ｍ±１はギアの歯数に対応しているが、必ずしもギアの歯数に限定されるものではない。   In the first embodiment, an optical encoder is used as a rotation angle detector for the first rotation shaft, and an MR rotation angle sensor using an MR element as a rotation angle detector for the second to fourth rotation shafts. In 2, a resolver is used, but in order to implement the present invention, the type of the rotation angle detector is not limited. Further, although a gear is used as the transmission means, the means for changing the rotation angle is not limited to the gear, and includes a transmission such as a belt, a chain, and a traction drive. Further, (m ± 1) / m mentioned above means a gear ratio, and in the embodiment, the gear is used as the transmission means, so m and m ± 1 correspond to the number of gear teeth. However, the number of gear teeth is not necessarily limited.

１１〜１５，２３〜２６，７３〜７５ 回転軸
１１ａ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ，２３ａ，２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ，２６ａ，２６ｂ，７３ａ，７４ａ，７４ｂ，７５ａ ギア
２１，７１ モータ
２２ 光学式アブソリュート・エンコーダ
２８，８２ 信号処理回路
２９ａ，２９ｂ，２９ｃ 磁石
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ ＭＲ回転角センサ
Ｓ１〜Ｓｎ 回転角検出器

11-15, 23-26, 73-75 Rotating shaft 11a, 12a, 12b, 13a, 13b, 14a, 14b, 23a, 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b, 73a, 74a, 74b, 75a Gear 21 , 71 Motor 22 Optical absolute encoder 28, 82 Signal processing circuits 29a, 29b, 29c Magnets 30a, 30b, 30c MR rotation angle sensors S1 to Sn rotation angle detectors

Claims (14)

第１回転軸のアブソリュート回転角を検出する回転角検出装置において、
前記第１回転軸から第ｎｍａｘ回転軸へ回転を伝達する伝達手段であって、前記第１回転軸の回転角θ１に対して、ｎｍａｘ及びｍは３以上の整数であり、かつｎが１≦ｎ≦ｎｍａｘであるとすると、第ｎ回転軸の回転角θｎは、
Figure 0005473953
 の関係を満たす、伝達手段と、
前記第１回転軸から前記第ｎ回転軸のそれぞれの回転角を検出する回転角検出器と、
から構成されることを特徴とする回転角検出装置。 In the rotation angle detection device for detecting the absolute rotation angle of the first rotation shaft,
Transmission means for transmitting rotation from the first rotation axis to the n max rotation axis, wherein n max and m are integers of 3 or more with respect to the rotation angle θ 1 of the first rotation axis, and n Is 1 ≦ n ≦ n max , the rotation angle θ n of the n-th rotation axis is
Figure 0005473953
 A communication means that satisfies the relationship
A rotation angle detector for detecting each rotation angle of the n-th rotation axis from the first rotation axis;
A rotation angle detection device comprising: 前記回転角検出器によって検出された前記第１回転軸から前記第ｎ回転軸の角度検出値をｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎとし、かつ各回転軸の１周期の角度検出量をｕとする場合、ｍｏｄ（ｘ，ａ）は、ｘをａで除算したときの余りを求める剰余演算であり、かつ係数ｋ１，・・・，ｋｎは、ゼロを含む正又は負の整数であるとすると、前記第１回転軸の回転角計算値θｃは、
θｃ＝ｍｏｄ（（ｋ１×ｐ１＋ｋ２×ｐ２＋・・・＋ｋｎ×ｐｎ），ｕ）×ｍｎ−１
で求められることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。 The detected angle values of the first to the n-th rotation shafts detected by the rotation angle detector are p 1 , p 2 ,..., Pn , and the angle detection amount for one cycle of each rotation shaft. , U is mod (x, a) is a remainder operation for obtaining the remainder when x is divided by a, and the coefficients k 1 ,..., K n are positive or negative including zero. If it is an integer, the calculated rotation angle θ c of the first rotation axis is
θ c = mod ((k 1 × p 1 + k 2 × p 2 +... + k n × p n ), u) × m n−1
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the rotation angle detection device is obtained by: 前記係数ｋ１，・・・，ｋｎは、数式（ｘ＋１）ｎ−１を展開したときのｘの（ｎ−１）次項の係数にそれぞれ対応することを特徴とする請求項２記載の回転角検出装置。 The coefficient k 1, · · ·, k n, the rotation of Claim 2, wherein the respectively corresponding to the coefficients of the (n-1) order term of x when deployed the formula (x + 1) n-1 Angle detection device. 前記伝達手段は、隣接する回転軸間で（ｍ±１）／ｍの変速比で、回転を伝達することを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。   2. The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the transmission means transmits rotation at a gear ratio of (m ± 1) / m between adjacent rotating shafts. 前記伝達手段は、隣接する回転軸間で歯数ｍのギアが歯数（ｍ±１）のギアに噛み合わされることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。   2. The rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the transmission means is configured such that a gear having a number m of teeth is engaged with a gear having a number of teeth (m ± 1) between adjacent rotating shafts. 同一の回転軸に固定された前記歯数ｍのギア及び前記歯数（ｍ±１）のギアは、樹脂で一体成型されることを特徴とする請求項５記載の回転角検出装置。   6. The rotation angle detecting device according to claim 5, wherein the gear having the number of teeth m and the gear having the number of teeth (m ± 1) fixed to the same rotating shaft are integrally formed of resin. 前記第１回転軸の回転角は、光学式アブソリュート・エンコーダによって検出され、第２回転軸から前記第ｎ回転軸の回転角は、磁気角度検出器によって検出されることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。   The rotation angle of the first rotation shaft is detected by an optical absolute encoder, and the rotation angle of the second to n-th rotation shafts is detected by a magnetic angle detector. The rotation angle detection device described. 前記第１回転軸から前記第ｎ回転軸の回転角は、レゾルバによって検出されることを特徴とする請求項１記載の回転角検出装置。   The rotation angle detection device according to claim 1, wherein a rotation angle from the first rotation axis to the nth rotation axis is detected by a resolver. 前記第１回転軸の回転角を検出するレゾルバは、４倍角のレゾルバであることを特徴とする請求項８記載の回転角検出装置。   9. The rotation angle detection device according to claim 8, wherein the resolver for detecting the rotation angle of the first rotation shaft is a quadruple resolver. モータに連結された第１回転軸の多回転アブソリュート回転角を検出する回転角検出装置において、
前記第１回転軸から第ｎ回転軸の各回転軸に固定されたギアが連続的に噛み合うように形成されるギア機構であって、連続する２つの回転軸間における回転速度の変速比が（ｍ±１）／ｍとなるように噛み合わされる複数のギア対からなるギア機構と、
前記第１回転軸から前記第ｎ回転軸までの回転角をそれぞれ検出する回転角検出器と、
から構成され、
前記ｎおよびｍは、３以上の整数である、
ことを特徴とする回転角検出装置。 In a rotation angle detection device for detecting a multi-rotation absolute rotation angle of a first rotation shaft connected to a motor,
A gear mechanism formed so that gears fixed to the respective rotation shafts from the first rotation shaft to the n-th rotation shaft are continuously engaged with each other, and a gear ratio of a rotation speed between two continuous rotation shafts is ( a gear mechanism composed of a plurality of gear pairs meshed so as to be m ± 1) / m;
A rotation angle detector for respectively detecting a rotation angle from the first rotation axis to the n-th rotation axis;
Consisting of
N and m are integers of 3 or more,
A rotation angle detection device characterized by that. 前記回転角検出器によって検出された前記第１回転軸から前記第ｎ回転軸の角度検出値をｐ１，ｐ２，・・・，ｐｎとし、かつ各回転軸の１周期の角度検出量をｕとする場合、ｍｏｄ（ｘ，ａ）は、ｘをａで除算したときの余りを求める剰余演算であり、かつ係数ｋ１，・・・，ｋｎは、ゼロを含む正又は負の整数であるとすると、前記第１回転軸の回転角計算値θｃは、
θｃ＝ｍｏｄ（（ｋ１×ｐ１＋ｋ２×ｐ２＋・・・＋ｋｎ×ｐｎ），ｕ）×ｍｎ−１
で求められることを特徴とする請求項１０記載の回転角検出装置。 The detected angle values of the first to the n-th rotation shafts detected by the rotation angle detector are p 1 , p 2 ,..., Pn , and the angle detection amount for one cycle of each rotation shaft. , U is mod (x, a) is a remainder operation for obtaining the remainder when x is divided by a, and the coefficients k 1 ,..., K n are positive or negative including zero. If it is an integer, the calculated rotation angle θ c of the first rotation axis is
θ c = mod ((k 1 × p 1 + k 2 × p 2 +... + k n × p n ), u) × m n−1
The rotation angle detection device according to claim 10, wherein the rotation angle detection device is obtained by: 前記係数ｋ１，・・・，ｋｎは、それぞれ（ｘ＋１）ｎ−１を展開したときのｘの（ｎ−１）次項の係数であることを特徴とする請求項１１記載の回転角検出装置。 The coefficient k 1, · · ·, k n are each (x + 1) n-1 of x when deployed (n-1), characterized in that the coefficients of the order term claim 11 rotation angle detection according apparatus. 前記ギア対は、歯数ｍのギア及び歯数（ｍ±１）のギアを同一の回転軸に併設し、歯数（ｍ±１）のギアを連続する回転軸の歯数ｍのギアと噛み合わせることを特徴とする請求項１０記載の回転角検出装置。   The gear pair includes a gear having a number of teeth m and a gear having a number of teeth (m ± 1) provided on the same rotating shaft, and a gear having a number m of teeth on the rotating shaft continuous with the gear having the number of teeth (m ± 1) The rotation angle detection device according to claim 10, wherein the rotation angle detection device engages with each other. 同一の回転軸に固定された前記歯数ｍのギア及び前記歯数（ｍ±１）のギアは、樹脂で一体成型されることを特徴とする請求項１３記載の回転角検出装置。

14. The rotation angle detection device according to claim 13, wherein the gear having the number of teeth m and the gear having the number of teeth (m ± 1) fixed to the same rotation shaft are integrally formed of resin.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106091918B (en) * 2016-06-22 2019-07-02 清华大学 A kind of device and method of dynamic measurement mechanical transmission clutch collar angular displacement
US10613113B2 (en) 2016-06-27 2020-04-07 Smc Corporation Position detecting device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58106691A (en) * 1981-12-21 1983-06-25 株式会社エスジ− Multi-rotation type rotary encoder
JPS59190612A (en) * 1983-04-13 1984-10-29 Fanuc Ltd Absolute position detecting method
JPS60239618A (en) * 1984-05-15 1985-11-28 Toshiba Mach Co Ltd Detection of magnitude of rotation of rotating body by absolute value and apparatus thereof
JPS62194416A (en) * 1986-02-21 1987-08-26 Toshiba Mach Co Ltd Detection of absolute position and instrument therefor
JPS63118614A (en) * 1986-11-07 1988-05-23 Toyota Motor Corp Multirotation detector for multirotational absolute encoder
JPS6435211A (en) * 1987-07-30 1989-02-06 Asmo Co Ltd Rotary position detector
JPS6445591A (en) * 1987-08-11 1989-02-20 Agency Ind Science Techn Absolute position detector for robot joint
JPH0371009A (en) * 1989-08-10 1991-03-26 Mitsubishi Kasei Corp Position signal corrector
JPH03255313A (en) * 1990-03-05 1991-11-14 Seiko Epson Corp Device and method for detecting rotation angle
JPH0620095Y2 (en) * 1991-11-26 1994-05-25 日本ギア工業株式会社 Rotary encoder
US5457371A (en) * 1993-08-17 1995-10-10 Hewlett Packard Company Binary locally-initializing incremental encoder
JP3921687B2 (en) * 2002-12-20 2007-05-30 日本ギア工業株式会社 Rotary encoder
JP2006090982A (en) * 2004-09-27 2006-04-06 Hitachi Cable Ltd Rotation angle detector
JP2007010461A (en) * 2005-06-30 2007-01-18 Yaskawa Electric Corp Rotational frequency detection device, motor with absolute value encoder, and rotation driving device
JP2009251349A (en) * 2008-04-08 2009-10-29 Ricoh Co Ltd Drive device and image forming apparatus

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