JP2000046585A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 配線数を減らすことができるインクリメンタ
ルエンコーダを提供することを目的とする。 【解決手段】 エンコーダの原信号を出力する原信号出
力部１０１と、エンコーダおよび装着するモータのパラ
メータ記憶回路１０３、およびモデム部１０４による双
方向のシリアル通信により、位置の情報とパラメータの
書き換えを行なうことができる。モータ制御装置側での
モータとモータ制御装置の一対一の組み合わせを任意で
組み合わせることができ、パラメータ設定の不要、また
配線数を削減することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は回転体の回転位置を
検出するエンコーダの省線に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】各種機械の駆動用に使われるサーボモー
タにはブラシ付きのＤＣサーボモータとブラシのないＡ
Ｃサーボモータ（ＤＣブラシレスサーボモータ）があ
り、近年モータ保守の容易さからＡＣサーボモータの需
要が増している。

【０００３】サーボ系の位置検出器にもさまざまな種類
があるが、近年サーボモータに組み込まれて使用される
エンコーダが普及している。ＡＣサーボモータに組み込
まれるエンコーダはインクリメンタルエンコーダとアブ
ソリュートエンコーダに大別される。インクリメンタル
エンコーダは、回転方向が判別できるように互いに９０
度位相差を有するＡ，Ｂ２相の信号と、１回転１パルス
の基準Ｚ信号と、ＡＣサーボモータの通電相Ｕ，Ｖ，Ｗ
相の切り替えのためのコミュテーション信号を備えたも
のが一般的である。また、アブソリュートエンコーダは
電源投入後直ちに１回転内の絶対位置が認識できるエン
コーダで、インクリメンタルエンコーダを用いた制御シ
ステムにおいて必要とされる電源投入直後に行う機械位
置とコントローラとの位置合わせ動作である原点復帰動
作が不要であることから、多関節ロボットをはじめとす
る大型のロボット用サーボモータなどに普及している。

【０００４】以下、従来のインクリメンタルエンコーダ
の構成について説明する。図４において、４０１は発光
素子、４０２は受光素子、４０３は回転スリット板、４
０４は固定スリット板、４０５は受光素子の各セグメン
トにより光信号を電気信号に変換されたアナログ出力信
号をデジタル出力信号に整形する波形整形回路、４０６
はバッファ回路である。

【０００５】ＡＣサーボモータに組み込まれるエンコー
ダは、上記のように９０度位相差を有するＡ，Ｂ２相の
信号と、１回転１パルスの基準Ｚ信号と、ＡＣサーボモ
ータの通電相切り替えのためのコミュテーション信号
Ｕ，Ｖ，Ｗ相を備えたものが一般的である。それぞれの
信号を差動出力する場合、１信号あたり２本の配線とな
ることから信号線の配線数は６信号×２本＝１２本とな
り、また電源用の配線２本を加えると全体で１４本の配
線数となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、エンコーダのパルス数や極数、装着するモ
ータの出力や誘起電圧定数，トルク定数などのパラメー
タを受信側のモータ制御装置で手動にて設定しなければ
ならず、またモータとモータ制御装置が一対一となるた
め製品機種数が多くなるという問題点を有していた。

【０００７】また、配線数が１４本と多く特に複数台の
設置の場合、配線材料、配線工数、信頼性、メンテナン
スなどの点で問題点を有していた。

【０００８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、配線数を減らすことができるインクリメンタルエン
コーダを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明のエンコーダは、 １、互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ相のインクリメ
ンタル信号と１回転に１回発生する基準信号のＺ相信号
とモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしく
は磁気により検出する原信号出力部と、 ２、前記Ａ，Ｂ相のインクリメンタル信号と基準信号の
Ｚ相信号とをそれぞれ外部に出力するためのバッファ回
路と、 ３、モータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のぞれぞれ３
つの信号の状態を保持するためのラッチ回路と、 ４、外部から与えられるＡ，Ｂ相の分解能や付加するモ
ータのトルク定数や慣性係数などのパラメータ値を記憶
するためのパラメータ記憶回路と、 ５、前記ラッチ回路出力のパラレル情報もしくは前記パ
ラメータ記憶回路のパラレル情報のどちらを出力するか
を外部から与えられる時分割のシリアルデータによって
選択する出力切換スイッチと、 ６、その選択したパラレルデータを時分割なシリアルデ
ータに変換するパラレル−シリアル変換回路と、 ７、そのシリアル信号を外部に送信したり外部から与え
られる時分割のシリアルデータを受信するための双方向
のバッファ回路と、 ８、パラメータ値を記憶するために外部から与えられる
時分割なシリアルデータをパラレル変換するシリアル−
パラレル変換回路と、 ９、そのシリアル−パラレル変換回路の出力データによ
って出力切換スイッチや入力切換スイッチや双方向バッ
ファ回路の入出力方向を切り換えを判断する切換判定回
路とを備えた構成を有している。

【００１０】

【発明の実施の形態】上記の課題を解決するために本発
明は、互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ相のインクリ
メンタル信号と１回転に１回発生する基準信号のＺ相信
号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するモータ励磁
位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしくは磁気により
検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相のインクリメン
タル信号と基準信号のＺ相信号とをそれぞれ外部に出力
するためのバッファ回路と、前記モータ励磁位置信号Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれ３つの状態を保持するための
ラッチ回路と、外部から与えられるＡ，Ｂ相の分解能や
付加するモータのトルク定数や慣性係数などのパラメー
タ値を記憶するためのパラメータ記憶回路と、前記ラッ
チ回路出力のパラレル情報もしくは前記パラメータ記憶
回路出力のパラレル情報のどちらを出力するかを外部か
ら与えられる時分割のシリアルデータによって選択する
出力切換スイッチと、その選択したパラレルデータを時
分割なシリアルデータに変換するパラレル−シリアル変
換回路と、そのシリアル信号を外部に送信したり、外部
から与えられる時分割のシリアルデータを受信するため
の双方向バッファ回路と、パラメータ値を記憶するため
に外部から与えられる時分割なシリアルデータをパラレ
ル変換するシリアル−パラレル変換回路と、そのシリア
ル−パラレル変換回路の出力データによって出力切換ス
イッチや入力切換スイッチや双方向バッファ回路の入出
力方向を切り換えを判断する切換判定回路とを具備した
エンコーダである。

【００１１】また、互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ
相のインクリメンタル信号と１回転に１回発生する基準
信号のＺ相信号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応す
るモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしく
は磁気により検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相の
インクリメンタル信号と基準信号のＺ相信号とモータ励
磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれ６つの信号を保
持するためのラッチ回路と、外部から与えられるＡ，Ｂ
相の分解能や付加するモータのトルク定数や慣性係数な
どのパラメータ値を記憶するためのパラメータ記憶回路
と、前記ラッチ回路出力のパラレル情報もしくは前記パ
ラメータ記憶回路のパラレル情報のどちらを出力するか
を外部から与えられる時分割のシリアルデータによって
選択する出力切換スイッチと、その選択したパラレルデ
ータを時分割なシリアルデータに変換するパラレル−シ
リアル変換回路と、そのシリアル信号を外部に送信した
り、外部から与えられる時分割のシリアルデータを受信
するための双方向バッファ回路と、パラメータ値を記憶
するために外部から与えられる時分割なシリアルデータ
をパラレル変換するシリアル−パラレル変換回路と、そ
のシリアル−パラレル変換回路の出力データによって出
力切換スイッチや入力切換スイッチや双方向バッファ回
路の入出力方向を切り換えを判断する切換判定回路とを
具備したエンコーダである。

【００１２】さらに、互いに９０度位相差を有するＡ，
Ｂ相のインクリメンタル信号と１回転に１回発生する基
準信号のＺ相信号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応
するモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もし
くは磁気により検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相
のインクリメンタル信号をカウントするカウンタ回路
と、前記基準信号のＺ相信号とモータ励磁位置信号Ｕ
相，Ｖ相，Ｗ相のぞれぞれ４つの信号を保持するための
ラッチ回路と、外部から与えられるＡ，Ｂ相の分解能や
付加するモータのトルク定数や慣性係数などのパラメー
タ値を記憶するためのパラメータ記憶回路と、前記ラッ
チ回路出力のパラレル情報もしくは前記パラメータ記憶
回路のパラレル情報のどちらを出力するかを外部から与
えられる時分割のシリアルデータによって選択する出力
切換スイッチと、その選択したパラレルデータを時分割
なシリアルデータに変換するパラレル−シリアル変換回
路と、そのシリアル信号を外部に送信したり、外部から
与えられる時分割のシリアルデータを受信するための双
方向バッファ回路と、パラメータ値を記憶するために外
部から与えられる時分割なシリアルデータをパラレル変
換するシリアル−パラレル変換回路と、そのシリアル−
パラレル変換回路の出力データによって出力切換スイッ
チや入力切換スイッチや双方向バッファ回路の入出力方
向を切り換えを判断する切換判定回路とを具備したエン
コーダである。

【００１３】このように、パラメータ記憶回路にパラメ
ータを事前に記憶させ、受信側であるモータ制御装置側
でエンコーダおよび装着するモータの情報を電源投入時
や必要な時に読み出すことができ、エンコーダおよび装
着するモータのパラメータをモータ制御装置で手動で入
力していたパラメータ設定が不要となる。また、双方向
のシリアル通信を用いることで、信号線を１系統のシリ
アル通信で送信、切り替えでき必要な時に任意にパラメ
ータの記憶・読み出しをすることができる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら説明する。

【００１５】（実施例１）図１において、１０１は原信
号出力部、１０２はラッチ回路、１０３はパラメータ記
憶回路、１０４はモデム部で、パラレル−シリアル変換
回路１０５、シリアル−パラレル変換回路１０６、切換
判定回路１０７、入力切換スイッチ１０８、出力切換ス
イッチ１０９から構成される。１１０は双方向バッファ
回路、１１１はバッファ回路である。

【００１６】原信号出力部１０１の構成は、従来インク
リメンタルエンコーダと同様で図４に示す発光素子４０
１、受光素子４０２、回転スリット板４０３、固定スリ
ット板４０４、波形整形回路４０５により光学的な構成
である。

【００１７】次にエンコーダの動作を大別すると、位置
情報を出力するモード、パラメータを記憶するモード、
そしてパラメータを送信するモードがあり、まず位置情
報を出力するモードでは、原信号出力部１０１はエンコ
ーダのＡ，Ｂ，Ｚ相およびモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ
相，Ｗ相を光学的に検出してディジタル処理が可能な論
理信号を生成する。そして、この出力信号のうちＡ，
Ｂ，Ｚ相の信号は、バッファ回路１１１を介して外部に
送信する。また、モータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相
はラッチ回路１０２で状態を保持し、モデム部１０４の
出力切換スイッチ１０９を経てパラレル−シリアル変換
回路１０５で時分割なシリアル信号に変換し、双方向バ
ッファ回路１１０を介して外部に送信する。

【００１８】一方、エンコーダにパラメータを記憶する
モードでは、外部からパラメータデータを時分割なシリ
アル信号で入力し、双方向バッファ回路１１０とモデム
部１０４のシリアル−パラレル変換回路１０６と入力切
換スイッチ１０８を介して不揮発性メモリのＲＡＭであ
るパラメータ記憶回路１０３にモータの機種，極数，誘
起電圧定数，トルク定数，温度係数，慣性係数などのデ
ータを記憶させる。

【００１９】逆に、エンコーダにパラメータを出力する
モードでは、上記モータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相
の出力と同様に、パラメータ記憶回路１０３に記憶した
データをモデム部１０４の出力切換スイッチ１０９を経
てパラレル−シリアル変換回路１０５で時分割なシリア
ル信号に変換し、双方向バッファ回路１１０を介して外
部に送信する。

【００２０】また、これらのモード切替は、外部からコ
マンドを時分割なシリアル信号で入力することにより、
双方向バッファ回路１１０とモデム部１０４のシリアル
−パラレル変換回路１０６を介し、切換判定回路１０７
でモード切替の判定をし、入力切換スイッチ１０８と出
力切換スイッチ１０９と双方向バッファ回路１１０の送
受信の信号方向を切り換えている。

【００２１】これにより、モータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ
相，Ｗ相の出力線を６本から２本にでき、全１４本線を
１０本線にできる。

【００２２】（実施例２）図２において、１０１は原信
号出力部、１０２はラッチ回路、１０３はパラメータ記
憶回路、１０４はモデム部、１０５はパラレル−シリア
ル変換回路、１０６はシリアル−パラレル変換回路、１
０７は切換判定回路、１０８は入力切換スイッチ、１０
９は出力切換スイッチ、１１０は双方向バッファ回路で
ある。

【００２３】この実施例２では、ラッチ回路１０２は原
信号出力部１０１の６つの出力信号を扱うので、バッフ
ァ回路が不要になっており、実施例１と同様にエンコー
ダの動作は、位置情報を出力するモード、パラメータを
記憶するモード、そしてパラメータを送信するモードが
ある。

【００２４】まずエンコーダの位置情報を出力するモー
ドの動作は、原信号出力部１０１はＡ，Ｂ，Ｚ相および
モータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の６信号を検出し
てディジタル処理が可能な論理信号を生成する。そして
６つの出力信号を、ラッチ回路１０２で状態を保持し、
モデム部１０４の出力切換スイッチ１０９を経てパラレ
ル−シリアル変換回路１０５で時分割なシリアル信号に
変換し、双方向バッファ回路１１０を介して外部に送信
する。

【００２５】また、エンコーダにパラメータを記憶する
モード、パラメータを出力するモードでは、実施例１と
同様にモデム部１０４と双方向バッファ回路１１０を介
して外部とデータを送受信できる。

【００２６】このように、Ａ，Ｂ，Ｚ相信号およびＵ，
Ｖ，Ｗ相信号の出力線を１２本から２本にでき、電源用
の２本と合わせて４本線に削減できる。

【００２７】（実施例３）図３において、１０１は原信
号出力部、３０１はカウンタ回路、１０２はラッチ回
路、１０３はパラメータ記憶回路、１０４はモデム部、
１０５はパラレル−シリアル変換回路、１０６はシリア
ル−パラレル変換回路、１０７は切換判定回路、１０８
は入力切換スイッチ、１０９は出力切換スイッチ、１１
０は双方向バッファ回路である。

【００２８】実施例３では、実施例１のバッファ回路に
替えてＡ，Ｂ相信号をカウンタ回路３０１に、Ｚ相信号
およびモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相は、ラッチ
回路１０２で状態を保持し、モデム部１０４の出力切換
スイッチ１０９を経てパラレル−シリアル変換回路１０
５で時分割なシリアル信号に変換し、双方向バッファ回
路１１０を介して外部に送信する。エンコーダの動作は
同様に位置情報を出力するモード、パラメータを記憶す
るモード、そしてパラメータを送信するモードがあり、
位置情報を出力するモードでは、原信号出力部１０１は
実施例１と同様にＡ，Ｂ，Ｚ相信号およびモータ励磁位
置信号Ｕ，Ｖ，Ｗ相を検出してディジタル処理が可能な
論理信号を生成する。そして、この出力信号Ａ，Ｂ相は
カウンタ回路３０１で計数されパラレルデータとなる。

【００２９】なお、このカウンタはパラメータ記憶回路
に事前に記憶した値を加算もしくは減算するプリロード
機能を有しても可能である。

【００３０】さらに、エンコーダにパラメータを記憶す
るモード、パラメータを出力するモードでは実施例１と
同様にモデム部１０４と双方向バッファ回路１１０を介
して外部とデータを送受信する。

【００３１】同様に、Ａ，Ｂ，Ｚ相信号およびＵ，Ｖ，
Ｗ相信号の出力線を１２本から２本にでき、全１４本線
から４本線に削減できる。

【００３２】実施例１，実施例２，実施例３から明らか
なように、エンコーダおよび装着するモータのパラメー
タが書き込まれた記憶手段とシリアル通信によって、そ
れぞれ出力線の数を減らすことができる。

【００３３】

【発明の効果】上記の実施例から明らかなように本発明
は、エンコーダにパラメータが書き込まれた記憶回路と
双方向のシリアル通信を用いることにより、次の効果が
期待できる。 １．モータ制御装置側でのパラメータ設定を不要とし、
任意の組み合わせを可能とする。 ２．製品機種の減少が可能である。 ３．配線数が減少することから、製造コストの削減、配
線材料と配線工数の削減と信頼性が向上しメンテナンス
の点で有利となる。 ４．特に、請求項２，３によれば、大幅な配線数の削減
が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるエンコーダの構成図

【図２】本発明の実施例２におけるエンコーダの構成図

【図３】本発明の実施例３におけるエンコーダの構成図

【図４】従来のエンコーダの構成図

【符号の説明】

１０１ 原信号出力部 １０２ ラッチ回路 １０３ パラメータ記憶回路 １０５ パラレル−シリアル変換回路 １０６ シリアル−パラレル変換回路 １０７ 切換判定回路 １０８ 入力切換スイッチ １０９ 出力切換スイッチ １１０ 双方向バッファ回路 １１１ バッファ回路 ３０１ カウンタ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古米 賢次 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 2F077 AA46 JJ07 PP11 PP19

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ相の
   インクリメンタル信号と１回転に１回発生する基準信号
   のＺ相信号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するモ
   ータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしくは磁
   気により検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相のイン
   クリメンタル信号と基準信号のＺ相信号とをそれぞれ外
   部に出力するためのバッファ回路と、前記モータ励磁位
   置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれ３つの状態を保持す
   るためのラッチ回路と、外部から与えられるＡ，Ｂ相の
   分解能や付加するモータのトルク定数や慣性係数などの
   パラメータ値を記憶するためのパラメータ記憶回路と、
   前記ラッチ回路出力のパラレル情報もしくは前記パラメ
   ータ記憶回路出力のパラレル情報のどちらを出力するか
   を外部から与えられる時分割のシリアルデータによって
   選択する出力切換スイッチと、その選択したパラレルデ
   ータを時分割なシリアルデータに変換するパラレル−シ
   リアル変換回路と、そのシリアル信号を外部に送信した
   り、外部から与えられる時分割のシリアルデータを受信
   するための双方向バッファ回路と、パラメータ値を記憶
   するために外部から与えられる時分割なシリアルデータ
   をパラレル変換するシリアル−パラレル変換回路と、そ
   のシリアル−パラレル変換回路の出力データによって出
   力切換スイッチや入力切換スイッチや双方向バッファ回
   路の入出力方向を切り換えを判断する切換判定回路とを
   具備したエンコ−ダ。
2. 【請求項２】 互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ相の
   インクリメンタル信号と１回転に１回発生する基準信号
   のＺ相信号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するモ
   ータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしくは磁
   気により検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相のイン
   クリメンタル信号と基準信号のＺ相信号とモータ励磁位
   置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれ６つの信号を保持す
   るためのラッチ回路と、外部から与えられるＡ，Ｂ相の
   分解能や付加するモータのトルク定数や慣性係数などの
   パラメータ値を記憶するためのパラメータ記憶回路と、
   前記ラッチ回路出力のパラレル情報もしくは前記パラメ
   ータ記憶回路のパラレル情報のどちらを出力するかを外
   部から与えられる時分割のシリアルデータによって選択
   する出力切換スイッチと、その選択したパラレルデータ
   を時分割なシリアルデータに変換するパラレル−シリア
   ル変換回路と、そのシリアル信号を外部に送信したり、
   外部から与えられる時分割のシリアルデータを受信する
   ための双方向バッファ回路と、パラメータ値を記憶する
   ために外部から与えられる時分割なシリアルデータをパ
   ラレル変換するシリアル−パラレル変換回路と、そのシ
   リアル−パラレル変換回路の出力データによって出力切
   換スイッチや入力切換スイッチや双方向バッファ回路の
   入出力方向を切り換えを判断する切換判定回路とを具備
   したエンコーダ。
3. 【請求項３】 互いに９０度位相差を有するＡ，Ｂ相の
   インクリメンタル信号と１回転に１回発生する基準信号
   のＺ相信号とモータ巻線Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応するモ
   ータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相とを光学もしくは磁
   気により検出する原信号出力部と、前記Ａ，Ｂ相のイン
   クリメンタル信号をカウントするカウンタ回路と、前記
   基準信号のＺ相信号とモータ励磁位置信号Ｕ相，Ｖ相，
   Ｗ相のぞれぞれ４つの信号を保持するためのラッチ回路
   と、外部から与えられるＡ，Ｂ相の分解能や付加するモ
   ータのトルク定数や慣性係数などのパラメータ値を記憶
   するためのパラメータ記憶回路と、前記ラッチ回路出力
   のパラレル情報もしくは前記パラメータ記憶回路のパラ
   レル情報のどちらを出力するかを外部から与えられる時
   分割のシリアルデータによって選択する出力切換スイッ
   チと、その選択したパラレルデータを時分割なシリアル
   データに変換するパラレル−シリアル変換回路と、その
   シリアル信号を外部に送信したり、外部から与えられる
   時分割のシリアルデータを受信するための双方向バッフ
   ァ回路と、パラメータ値を記憶するために外部から与え
   られる時分割なシリアルデータをパラレル変換するシリ
   アル−パラレル変換回路と、そのシリアル−パラレル変
   換回路の出力データによって出力切換スイッチや入力切
   換スイッチや双方向バッファ回路の入出力方向を切り換
   えを判断する切換判定回路とを具備したエンコーダ。