JP6967341B2 - アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、アブソリュートエンコーダに関する。

回転装置のシャフトの回転位置（すなわち回転数および回転角）を特定するためのエンコーダが知られている。例えば特許文献１には、絶対的な回転位置を検出するアブソリュートエンコーダが提案されている。

実開平４−９６０１６号公報

アブソリュートエンコーダには、誤った回転位置を検出しない信頼性が要求される。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、誤った回転位置を検出しない信頼性の高いアブソリュートエンコーダを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のアブソリュートエンコーダは、入力軸が連続回転するとき間欠回転する、着磁された少なくとも１つの従動軸と、少なくとも１つの従動軸の回転を検出するための複数のホール検出器と、を備える。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、誤った回転位置を検出しない信頼性の高いアブソリュートエンコーダを提供できる。

実施の形態に係るアブソリュートエンコーダを示す模式図である。 図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図１の入力軸と、欠歯歯車と、第１従動軸〜第６従動軸と、を示す斜視図、上面図、下面図である。 図１の第３従動軸の回転角に対する、第４従動軸〜第６従動軸の間欠回転の一例を示す図である。 図１の各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係を示す展開図である。 図１の対応関係テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 図１の第３従動軸が０〜７回転するときの各ホール検出器が出力する信号の一例を示す図である。 実施の形態の変形例に係る各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係を示す展開図である。 変形例に係る対応関係テーブルのデータ構造の一例を示す図である。 変形例に係る第３従動軸が０〜７回転するときの各ホール検出器が出力する信号の一例を示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は、実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００を示す模式図である。アブソリュートエンコーダ１００は、入力軸８と、欠歯歯車１０と、第１従動軸１１〜第６従動軸１６と、第４ホール検出器２４〜第７ホール検出器２７と、第１角度センサ３１〜第２角度センサ３２と、制御部４０と、５つのマグネットＭと、を含む。

制御部４０は、回転数特定部４４と、対応関係テーブル４５と、出力部４６と、を含む。これら各ブロックは、ハードウエア的には、コンピュータのＣＰＵ（central processing unit）をはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウエア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウエア、ソフトウエアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、本明細書に触れた当業者には理解されるところである。

入力軸８は、モータ等の回転装置のシャフト（不図示）に連結され、シャフトと一体に回転する。なお、入力軸８は、回転装置のシャフトと一体に形成されてもよい。すなわち、入力軸８が回転装置のシャフトの一部であってもよい。アブソリュートエンコーダ１００は、入力軸８の回転数および回転角を特定することにより、回転装置のシャフトの回転数および回転角を特定する。

第１角度センサ３１と、マグネットＭとは、入力軸８の回転角を特定する回転角特定機構７０を構成する。マグネットＭは、円板形状を有し、その中心を入力軸８の中心軸が通るよう入力軸８に固着されている。なお、マグネットＭは、ディスク状、四角形などの多角形状、その他の形状であってもよい。マグネットＭには、１８０°の角度でＮ極とＳ極が着磁されている。第１角度センサ３１は、本実施の形態では磁気式の角度センサであり、マグネットＭと隙間を介して対向配置される。第１角度センサ３１は、マグネットＭの磁界の回転に基づいてマグネットＭひいては入力軸８の回転角を検出し、検出結果を制御部４０に出力する。第１角度センサ３１は、一例として、磁界を検出する検出素子と、この検出素子の出力に基づいて複数ビットのデジタル信号を出力する演算回路と、を含む。検出素子は、例えばホールエレメントやＧＭＲエレメントなどの磁界検出要素を複数（例えば４つ）含んでもよい。演算回路は、例えば複数の検出素子の出力の差や比をキーとしてルックアップテーブルを用いてテーブル処理によって回転角を求めるようにしてもよい。この検出素子と演算回路とはひとつのＩＣチップ上に集積されてもよい。このＩＣチップは薄型の直方体形状を有する樹脂中に埋め込まれてもよい。この樹脂から露出する複数の出力端子に検出回転角に対応した並列デジタル信号や、あるいはアナログ信号が出力されてもよい。

欠歯歯車１０と、第１従動軸１１〜第６従動軸１６と、第４ホール検出器２４〜第７ホール検出器２７と、第２角度センサ３２と、制御部４０の回転数特定部４４と、対応関係テーブル４５と、４つのマグネットＭとは、入力軸８の回転数を特定する回転数特定機構８０を構成する。

図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、入力軸８と、欠歯歯車１０と、第１従動軸１１〜第６従動軸１６と、を示す斜視図、上面図、下面図である。欠歯歯車１０は、入力軸８と実質的に同軸に一体に形成され、入力軸８と同時に回転する。欠歯歯車１０は、所定の角度範囲に、１つまたは複数の歯を有する。

第１従動軸１１、第２従動軸１２、第３従動軸１３、第４従動軸１４、第５従動軸１５、第６従動軸１６は、軸方向（すなわち、入力軸８の回転軸と平行な方向）から見て入力軸８を環囲するように、この順に螺旋状に並ぶように配置される。

第１従動軸１１は、第１平歯車１１ａと、第２平歯車１１ｂと、を含む。
第２従動軸１２は、第３平歯車１２ａと、第４平歯車１２ｂと、を含む。
第３従動軸１３は、第５平歯車１３ａと、第１ゼネバ原動車１３ｂと、を含む。
第４従動軸１４は、第１ゼネバ従動車１４ａと、第２ゼネバ原動車１４ｂと、を含む。
第５従動軸１５は、第２ゼネバ従動車１５ａと、第３ゼネバ原動車１５ｂと、を含む。
第６従動軸１６は、第３ゼネバ従動車１６ａを含む。

第１従動軸１１の第１平歯車１１ａと第２平歯車１１ｂとは実質的に同軸に一体に形成され、同時に回転する。第１平歯車１１ａは、欠歯歯車１０と間欠的に噛み合う。第２平歯車１１ｂは、第１平歯車１１ａよりもピッチ円直径が小さく形成され、第２従動軸１２の第３平歯車１２ａと噛み合う。

第２従動軸１２の第３平歯車１２ａと第４平歯車１２ｂとは実質的に同軸に一体に形成され、同時に回転する。第３平歯車１２ａは、第２平歯車１１ｂと噛み合う。第４平歯車１２ｂは、第３平歯車１２ａよりもピッチ円直径が小さく形成され、第３従動軸１３の第５平歯車１３ａと噛み合う。

欠歯歯車１０、第１従動軸１１の第１平歯車１１ａ、第２平歯車１１ｂ、第２従動軸１２の第３平歯車１２ａ、第４平歯車１２ｂ、および第３従動軸１３の第５平歯車１３ａは、減速機構を構成し、入力軸８の回転を減速して第３従動軸１３に伝達する。また、減速機構は、欠歯歯車１０を含むことから明らかなように、入力軸８の連続回転を間欠回転に変換して第３従動軸１３に伝達する。

第３従動軸１３の第１ゼネバ原動車１３ｂと第４従動軸１４の第１ゼネバ従動車１４ａ、第４従動軸１４の第２ゼネバ原動車１４ｂと第５従動軸１５の第２ゼネバ従動車１５ａ、第５従動軸１５の第３ゼネバ原動車１５ｂと第６従動軸１６の第３ゼネバ従動車１６ａは、それぞれゼネバ機構を構成する。

第１ゼネバ原動車１３ｂは、第５平歯車１３ａと一体に形成され、第５平歯車１３ａと同時に回転する。第１ゼネバ原動車１３ｂは、１８０°位相をずらした位置に配置された、軸方向に伸びる２つ（図２では１つのみ図示）のピン１３ｄを有する。

第１ゼネバ従動車１４ａと第２ゼネバ原動車１４ｂは、一体に形成され、同時に回転する。第１ゼネバ従動車１４ａは、４つのスロット（溝）１４ｃを有する。４つのスロット１４ｃは、径方向に延在するように、第１ゼネバ従動車１４ａの回転軸の周りに９０°間隔で設けられる。第１ゼネバ従動車１４ａは、このスロット１４ｃに第３従動軸１３の第１ゼネバ原動車１３ｂのピン１３ｄが入り込むことにより、第３従動軸１３とは反対方向に９０°ずつ間欠回転する。第２ゼネバ原動車１４ｂは、第１ゼネバ原動車１３ｂと同様に、１８０°位相をずらした位置に配置された、軸方向に伸びる２つ（図２では１つのみ図示）のピン１４ｄを有する。

第２ゼネバ従動車１５ａと第３ゼネバ原動車１５ｂは、一体に形成され、同時に回転する。第２ゼネバ従動車１５ａは、第１ゼネバ従動車１４ａと同様に４つのスロット（溝）１５ｃを有し、このスロット１５ｃに第４従動軸１４の第２ゼネバ原動車１４ｂのピン１４ｄが入り込むことにより、第４従動軸１４とは反対方向に９０°ずつ間欠回転する。第３ゼネバ原動車１５ｂは、第１ゼネバ原動車１３ｂと同様に、１８０°位相をずらした位置に配置された、軸方向に伸びる２つ（図２では１つのみ図示）のピン１５ｄを有する。

第３ゼネバ従動車１６ａは、第１ゼネバ従動車１４ａと同様に４つのスロット（溝）１６ｃを有し、このスロット１６ｃに第５従動軸１５の第３ゼネバ原動車１５ｂのピン１５ｄが入り込むことにより、第５従動軸１５とは反対方向に９０°ずつ間欠回転する。

図３は、第３従動軸１３の回転角に対する、第４従動軸１４〜第６従動軸１６の間欠回転の一例を示す。図３において、横軸は第３従動軸１３の回転角を示す。図３に示すように、第４従動軸１４は第３従動軸１３に対して１／２の角度回転量で間欠回転し、第５従動軸１５は第４従動軸１４に対して１／２の角度回転量で間欠回転し、第６従動軸１６は第５従動軸１５に対して１／２の角度回転量で間欠回転する。各ゼネバ従動車の４つのスロットおよび各ゼネバ原動車の２つのピンを適確な位置に設けることにより、これが実現される。なお、スロットおよびピンの位置は、実験やシミュレーションに基づき定めればよい。

図４は、各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係を示す展開図である。ここでは、入力軸８の回転数および回転角がいずれも「０」のときを示す。

第３従動軸１３〜第６従動軸１６のそれぞれには、マグネットＭが固着されている。マグネットＭは、円板形状を有し、その中心を従動軸の中心軸が通るよう従動軸に固着されている。なお、マグネットＭは、ディスク状、四角形などの多角形状、その他の形状であってもよい。マグネットＭには、１８０°の角度でＮ極とＳ極が着磁されている。

第４ホール検出器２４は、第４従動軸１４の回転を検出するためのホール検出器である。第５ホール検出器２５は、第５従動軸１５の回転を検出するためのホール検出器である。第６ホール検出器２６および第７ホール検出器２７は、互いに異なる位置で第６従動軸１６の回転を検出するためのホール検出器である。

各ホール検出器は、対応するマグネットＭの磁極（すなわちＮ極かＳ極）を検出する。本実施の形態では、各ホール検出器は、Ｎ極を検出したときにハイレベル（Ｈレベル）の信号を制御部４０に出力し、Ｓ極を検出したときにローレベル（Ｌレベル）の信号を制御部４０に出力する。上述のように各従動軸には回転軸を中心に１８０°の角度でＳ極とＮ極が着磁されているため、各従動軸の回転に伴い、対応するホール検出器によって検出される信号がＨレベルからＬレベルにまたはＬレベルからＨレベルに切り替わる。

各ホール検出器は、第１ゼネバ原動車１３ｂのピン１３ｄが第１ゼネバ従動車１４ａのスロット１４ｃの外にあるとき、すなわち第３従動軸１３が第４従動軸１４に動力を伝達せず、したがって第４従動軸１４も第５従動軸１５に動力を伝達せず、第５従動軸１５も第６従動軸１６に動力を伝達していないとき（以下、このような状態を「動力非伝達状態」と呼ぶ）、対応するマグネットＭの磁極の境界およびその近傍（例えば±１５°の角度範囲）を避けた領域の磁極を検出するよう配置されている。これは、マグネットＭの磁極の境界およびその近傍の領域では、従動軸とホール検出器との位置関係が同じであっても、例えば周辺温度などの影響によりホール検出器によって検出される信号がそのときどきで異なることがあるためである。以降、マグネットＭの磁極の境界およびその近傍の領域を「不確定領域」と呼ぶ。

図４の例では、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあるときに、対応するマグネットＭの磁極の境界から周方向にスロット間隔の１／２の角度離れた領域、すなわち磁極の境界から周方向に４５°離れた領域であって不確定領域を避けた領域の磁極を検出するよう配置されている。ここで、本実施の形態では、第４従動軸１４〜第６従動軸１６はそれぞれ、ゼネバ従動車の４つのスロットが９０°間隔で設けられているため、９０°ずつ間欠回転する。また、ゼネバ従動車の４つのスロットのうちの周方向に１８０°離間した２つのスロットが対応するマグネットＭの磁極の境界上に位置する。したがって、各従動軸が動力非伝達状態にある所定のタイミングにおいてマグネットＭの磁極の境界から周方向に４５°（すなわちスロット間隔である９０°の１／２）離れた領域の磁極を検出するよう各ホール検出器が配置されることにより、各従動軸が動力非伝達状態にある他のタイミング（すなわち図４以外の動力非伝達状態）においても各ホール検出器はマグネットＭの磁極の境界から周方向に４５°離れた領域の磁極を検出する。すなわち、図４の例では、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあるときには、常に、磁極の境界から４５°周方向に離れた（すなわち境界から十分離れた）領域の磁極を検出する。

また、各ホール検出器は、あるホール検出器が対応する従動軸の回転を検出する瞬間に、他のホール検出器が対応する従動軸の回転を検出しないように配置されている。言い換えると、各ホール検出器は、あるホール検出器がそのホール検出器に対応する回転している従動軸のマグネットＭの不確定領域の磁極を検出する瞬間に、他のホール検出器がそのホール検出器に対応する従動軸のマグネットＭの不確定領域の磁極を検出しないように（すなわち不確定領域を避けて非不確定領域の磁極を検出するように）配置されている。つまり、各ホール検出器は、２つ以上のホール検出器が実質的に同時に不確定領域の磁極を検出しないように、配置されている。

具体的には、各ホール検出器は、第４ホール検出器２４が第４従動軸１４の回転（すなわちＬレベルからＨレベルまたはＨレベルからＬレベルへの切り替わり）を検出する瞬間に、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７がそれぞれ、第５従動軸１５、第６従動軸１６、第６従動軸１６の回転（すなわちＨレベルからＬレベルまたはＬレベルからＨレベルへの切り替わり）を検出しないように配置されている。

また、各ホール検出器は、第５ホール検出器２５が第５従動軸１５の回転を検出する瞬間に、第４ホール検出器２４、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７がそれぞれ、第４従動軸１４、第６従動軸１６、第６従動軸１６の回転を検出しないように配置されている。

また、各ホール検出器は、第６ホール検出器２６が第６従動軸１６の回転を検出する瞬間に、第４ホール検出器２４、第５ホール検出器２５、第７ホール検出器２７がそれぞれ、第４従動軸１４、第５従動軸１５、第６従動軸１６の回転を検出しないように配置されている。

また、各ホール検出器は、第７ホール検出器２７が第６従動軸１６の回転を検出する瞬間に、第４ホール検出器２４、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６がそれぞれ、第４従動軸１４、第５従動軸１５、第６従動軸１６の回転を検出しないように配置されている。

なお、本実施の形態では、各ホール検出器は、あるホール検出器がそのホール検出器に対応する回転している従動軸のマグネットＭの不確定領域の磁極を検出する瞬間に、他のホール検出器がそのホール検出器に対応する従動軸のマグネットＭの磁極の境界から周方向に４５°離れた領域の磁極を検出するように配置されている。

図１に戻り、第２角度センサ３２は、第１角度センサ３１と同様に構成され、第３従動軸１３に固着されたマグネットＭの磁界の回転に基づいてマグネットＭひいては第３従動軸１３の回転角を検出し、検出結果を制御部４０に出力する。

図５は、対応関係テーブル４５のデータ構造の一例を示す。対応関係テーブル４５は、第３従動軸１３の回転角と、各ホール検出器から出力される信号の組み合わせと、そのときの第３従動軸１３の回転数と、を対応付けて記憶する。図５において、「Ｈ」の表示はホール検出器が出力した信号がＨレベルであることを示し、「Ｌ」の表示はホール検出器が出力した信号がＬレベルであることを示す。また、「−」の表示は、ホール検出器が出力した信号がＨレベルであるかＬレベルであるかを問わないことを示している。

図１に戻り、回転数特定部４４は、第２角度センサ３２が検出した第３従動軸１３の回転角と、各ホール検出器が出力した信号と、対応関係テーブル４５とに基づき、入力軸８の回転数を特定する。回転数特定部４４はまず、第３従動軸１３の回転数を特定する。そして、回転数特定部４４は、特定された第３従動軸１３の回転数と、第３従動軸１３の回転角とに基づき、入力軸８の回転数を特定する。

上述のように減速機構により入力軸８の回転は減速して第３従動軸１３に伝達され、その減速比をＮとすると、入力軸８が１回転するとき第３従動軸１３は１／Ｎ回転（（３６０／Ｎ）°回転）する。したがって、第３従動軸１３の回転数および回転角が特定できれば、次の式１により入力軸８の回転数を特定できる。
（式１）入力軸８の回転数＝（第３従動軸１３の回転数×３６０°＋第３従動軸１３の回転角）÷（３６０／Ｎ）°

続いて回転数特定部４４による第３従動軸１３の回転数の特定方法について説明する。
図６は、各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係が図４のようになるよう構成された場合において、第３従動軸１３が０〜７回転するときの各ホール検出器が出力する信号を示す。

図６において、「Ｈ」の表示はホール検出器が出力する信号がＨレベルであることを示し、「Ｌ」の表示はホール検出器が出力する信号がＬレベルであることを示す。また、「？」の表示は、ホール検出器が出力する信号がＨレベルの場合もあれば、Ｌレベルの場合もあることを示している。このタイミングでは、ホール検出器が不確定領域の磁極を検出している場合があるためである。

回転数特定部４４は、図６のように出力される各ホール検出器からのＨレベルまたはＬレベルの信号の組み合わせと、対応関係テーブル４５とに基づいて、第３従動軸１３の回転数を特定する。ここで、各ホール検出器はＨレベルまたはＬレベルの信号を出力するため、第４ホール検出器２４〜第６ホール検出器２６の３つのホール検出器からの出力による８（＝２×２×２）通りの信号の組み合わせにより、第３従動軸１３が０〜７回転するときの第３従動軸１３の回転数が定まるようにも思われる。しかしながら、「？」が表示されているタイミングのホール検出器からの信号はそのときどきで異なることがあって回転数の特定に用いることができないため、３つのホール検出器からの出力による信号の組み合わせでは第３従動軸１３の回転数が定まらない場合がある。そこで本実施の形態では、回転数特定機構８０は、上述のように第４ホール検出器２４〜第７ホール検出器２７の４つのホール検出器を備える。そして各ホール検出器は、上述のように、あるホール検出器がそのホール検出器に対応する回転している従動軸のマグネットＭの不確定領域の磁極を検出する瞬間に、他のホール検出器がそのホール検出器に対応する従動軸のマグネットＭの不確定領域の磁極を検出しないように（すなわち不確定領域を避けて非不確定領域の磁極を検出するように）配置される。つまり、ホール検出器は、図６において同じタイミングに「？」が２つ以上表示されないように配置される。そして回転数特定部４４は、対応関係テーブル４５に基づいて、第３従動軸１３の回転数を特定する。

具体的には、回転数特定部４４は、対応関係テーブル４５を参照して、第３従動軸１３の回転角が２７０°未満の場合、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号に基づいて第３従動軸１３の回転数を特定する。例えば、回転数特定部４４は、第３従動軸１３の回転角が２７０°未満の場合、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号がＬレベル、Ｌレベル、Ｈレベルであれば、第３従動軸１３の回転数を０と特定する。また例えば、回転数特定部４４は、第３従動軸１３の回転角が２７０°未満の場合、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号がＬレベル、Ｈレベル、Ｈレベルであれば、第３従動軸１３の回転数を３と特定する。

また、回転数特定部４４は、対応関係テーブル４５を参照して、第３従動軸１３の回転角が２７０°以上で、かつ、第４ホール検出器２４からの出力信号がＨレベルであれば、第４ホール検出器２４、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号に基づいて第３従動軸１３の回転数を特定する。例えば、回転数特定部４４は、第３従動軸１３の回転角が２７０°以上で、かつ、第４ホール検出器２４からの出力信号がＨレベルの場合、第４ホール検出器２４、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号がＨレベル、Ｈレベル、Ｈレベルであれば、第３従動軸１３の回転数を２と特定する。

また、回転数特定部４４は、対応関係テーブル４５を参照して、第３従動軸１３の回転角が２７０°以上で、かつ、第４ホール検出器２４からの出力信号がＬレベルの場合、第５ホール検出器２５からの出力信号がＨレベルであれば、第４ホール検出器２４、第５ホール検出器２５、第７ホール検出器２７からの出力信号に基づいて第３従動軸１３の回転数を特定する。

また、回転数特定部４４は、対応関係テーブル４５を参照して、第３従動軸１３の回転角が２７０°以上で、かつ、第４ホール検出器２４からの出力信号がＬレベルの場合、第５ホール検出器２５からの出力信号がＬレベルであれば、第４ホール検出器２４、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６からの出力信号に基づいて第３従動軸１３の回転数を特定する。

回転数特定部４４は、このようにして特定した第３従動軸１３の回転数と、第２角度センサ３２が検出した第３従動軸１３の回転角とに基づき、上述の式１により入力軸８の回転数を特定する。

出力部４６は、回転数特定機構８０により特定された入力軸８の回転数と、回転角特定機構７０により特定された入力軸８の回転角とを、所定の形式で出力する。

以上説明した本実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によると、入力軸８が連続回転するとき第４従動軸１４〜第６従動軸１６は間欠回転する。したがって、ホール検出器が不確定領域の磁極を検出している可能性があるタイミングを明確に区別することが可能となる。このように、第４ホール検出器２４〜第７ホール検出器２７の特性にバラつきがあったとしても、その影響を受けずに回転数を特定することができる。

また、本実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によると、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあるときに、その従動軸に対応するマグネットＭの不確定領域を避けた領域の磁極を検出するように、好ましくは磁極の境界から周方向にスロット間隔の１／２の角度離れた（すなわち本実施の形態では４５°離れた）領域の磁極を検出するように配置されている。これにより、入力軸８の回転数および回転角を適確に特定できる。

また、本実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によると、回転数特定機構８０は、それぞれが第４従動軸１４〜第６従動軸１６の回転を検出する第４ホール検出器２４〜第６ホール検出器２６と、第６ホール検出器２６とは異なる位置で第６従動軸１６の回転を検出する第７ホール検出器２７と、を含む。これにより、いずれかのホール検出器が不確定領域の磁極を検出している可能性があるタイミングであっても、入力軸８の回転数および回転角を適確に特定できる。

また、本実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によると、あるホール検出器が対応する従動軸の回転を検出する瞬間に、他のホール検出器が対応する従動軸の回転を検出しないように配置されている。つまり、各ホール検出器は、２つ以上のホール検出器が実質的に同時に不確定領域の磁極を検出しないように、配置されている。これにより、入力軸８の回転数および回転角を確実に特定できる。

また、実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によると、第１従動軸１１〜第６従動軸１６は、螺旋状に配置される。これにより、軸方向に直交する方向におけるアブソリュートエンコーダ１００の幅を小さくできる。

以上、実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。

（変形例１）
実施の形態では、アブソリュートエンコーダ１００が、第１従動軸１１〜第６従動軸１６の６つの従動軸を備える場合について説明したが、これに限られない。

例えば、欠歯歯車１０と第３従動軸１３との間の従動軸の数は２つに限られず、１つであっても、３つ以上であってもよい。なお、欠歯歯車１０と第３従動軸１３との間に従動軸がない構成、すなわち欠歯歯車１０と第３従動軸１３とが噛み合う構成も考えられる。

また例えば、欠歯歯車１０、第１従動軸１１〜第３従動軸１３および第１角度センサ３１がない構成も考えられる。この場合、第１ゼネバ原動車１３ｂに相当するゼネバ原動車が入力軸８と実質的に同軸に一体に形成され、このゼネバ原動車が第１ゼネバ従動車１４ａひいては第４従動軸１４を間欠回転させてもよい。この場合、回転数特定機構８０は、入力軸８の回転数を特定する。

また例えば、第３従動軸１３の回転数を特定するための従動軸は、第４従動軸１４〜第６従動軸１６の３つに限らず、１つであっても、２つであっても、４つ以上であってもよい。いずれの場合も、アブソリュートエンコーダ１００は、第３従動軸１３の回転数を特定するための従動軸の数よりも１つ多い数のホール検出器を備える。例えば、アブソリュートエンコーダ１００は、第３従動軸１３の回転数を特定するための従動軸を５つ備える場合、６つのホール検出器を備えていればよい。具体的には、アブソリュートエンコーダ１００は、第４従動軸１４〜第６従動軸１６に加えて、第６従動軸１６の後段に接続される第７従動軸と第７従動軸の後段に接続される第８従動軸とを備える場合、第８従動軸の回転を検出する２つのホール検出器と、それぞれ第４従動軸１４〜第７従動軸の回転を検出する４つのホール検出器の合わせて６つのホール検出器を備えていればよい。

（変形例２）
実施の形態では、第４従動軸１４、第５従動軸１５、第６従動軸１６がゼネバ歯車である場合について説明したが、これに限られない。これらは、前段の従動軸に対して間欠動作するよう構成されていればよい。したがって、これらは、例えば１８０°だけ歯車がある間欠歯車であってもよい。

（変形例３）
第１従動軸１１、第２従動軸１２、第３従動軸１３、第４従動軸１４、第５従動軸１５、第６従動軸１６は、軸方向から見て入力軸８を環囲するように、この順に螺旋状に並ぶように配置される場合について説明したが、これに限られない。

例えば、これらは、円弧状に並ぶよう配置されてもよい。すなわち、実施の形態では、第１従動軸１１から第６従動軸１６に向かうにつれて軸方向における位置が第１従動軸１１から遠くなるよう配置されたが、各従動軸の軸方向における位置が略同一となるよう配置されてもよい。この場合、軸方向におけるアブソリュートエンコーダの厚みを比較的薄くできる。

また例えば、各従動軸は、直線状に並ぶよう配置されてもよい。この場合、２つのピン１４ｄは、軸方向においてスロット１４ｃと重なるように配置される。また、２つのピン１５ｄは、軸方向においてスロット１５ｃと重なるように配置される。なお、各従動軸は、例えば、第１従動軸１１から第６従動軸１６に向かうにつれて第１従動軸１１から遠くなるよう配置される。

（変形例４）
実施の形態では、第４従動軸１４〜第６従動軸１６のそれぞれには、１８０°の角度でＮ極とＳ極が着磁されたマグネットＭが固着されている場合について説明したが、これに限られない。第４従動軸１４〜第６従動軸１６には、例えば半円板形状のマグネットが固着されてもよい。すなわち、第４従動軸１４〜第６従動軸１６は、中心軸に対して半分の領域はマグネットが固着された着磁領域とされ、残りの半分の領域はマグネットの無い非着磁領域とされてもよい。この場合、各ホール検出器は、Ｎ極またはＳ極を検出したときにＨレベル（またはＬレベル）の信号を出力し、Ｎ極またはＳ極を検出しないときにＬレベル（またはＨレベル）の信号を出力してもよい。

（変形例５）
実施の形態では、第４従動軸１４〜第６従動軸１６の各ゼネバ従動車はそれぞれ、９０°間隔で設けられた４つのスロットを有し（すなわち、第４従動軸１４〜第６従動軸１６はそれぞれ、９０°ずつ間欠回転し）、それら４つのスロットのうちの周方向に１８０°離間した２つのスロットが対応するマグネットＭの磁極の境界上に位置し、各ホール検出器が、各従動軸が動力非伝達状態にあるときに、対応するマグネットＭの磁極の境界から周方向に４５°離れた領域の磁極を検出するよう配置されている場合について説明した。しかしながら、各ゼネバ従動車のスロットの数は複数であればよく、４つに限定されない。より具体的には、各ゼネバ従動車のスロットの数は、周方向に等間隔に配置される複数のスロットのうちの周方向に１８０°離間した２つのスロットがマグネットＭの磁極の境界上に配置できるように、２の倍数であればよい。

例えば、各ゼネバ従動車はそれぞれ、６０°間隔で設けられた６つのスロットを有してもよい。すなわち、第４従動軸１４〜第６従動軸１６はそれぞれ、６０°ずつ間欠回転するよう構成されてもよい。この場合、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあり、かつ、対応する従動軸のマグネットＭの磁極の境界との距離が最も近いときに、マグネットＭの磁極の境界から周方向にスロット間隔の１／２の角度（すなわち３０°）離れた領域の磁極を検出するよう各ホール検出器が配置されてもよい。これにより、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあるときには、常に、磁極の境界から少なくとも周方向に３０°離れた（すなわち境界から十分離れた）領域の磁極を検出できる。

（変形例６）
実施の形態では、ゼネバ従動車のスロットが対応するマグネットＭの磁極の境界上に位置する場合について説明したが、これに限られず、スロットが対応するマグネットＭの磁極の境界上に位置しない構成も考えられる。

図７は、実施の形態の変形例に係る各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係を示す展開図である。図７は、図４に対応する。本変形例では、各従動軸は、ゼネバ従動車のスロットから周方向に４５°（すなわちスロット間隔である９０°の１／２）離れた位置にマグネットＭの磁極の境界が位置する。また、各ホール検出器は、各従動軸が動力非伝達状態にあるときに、対応するマグネットＭの磁極の境界から周方向に４５°（すなわちスロット間隔の１／２の角度）離れた領域であって不確定領域を避けた領域の磁極を検出するよう配置されている。

図８は、各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係が図７のようになるよう構成された場合の対応関係テーブル４５のデータ構造の一例を示す。図８は、図５に対応する。

また、図９は、各従動軸のマグネットＭの磁極、各ホール検出器、および各ゼネバ従動車のスロットの位置関係が図７のようになるよう構成された場合において、第３従動軸１３が０〜７回転するときの各ホール検出器が出力する信号を示す。図９は、図６に対応する。

回転数特定部４４は、図９のように出力される各ホール検出器からのＨレベルまたはＬレベルの信号の組み合わせと、対応関係テーブル４５とに基づいて、第３従動軸１３の回転数を特定する。例えば、回転数特定部４４は、第３従動軸１３の回転角が１８０°以上の場合、第５ホール検出器２５、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号がＬレベル、Ｈレベル、Ｈレベルであれば、第３従動軸１３の回転数を０と特定する。また例えば、回転数特定部４４は、第３従動軸１３の回転角が１８０°未満で、かつ、第４ホール検出器２４からの出力信号がＨレベルの場合、第４ホール検出器２４、第６ホール検出器２６、第７ホール検出器２７からの出力信号がＨレベル、Ｈレベル、Ｌレベルであれば、第３従動軸１３の回転数を２と特定する。

本変形例によれば、実施の形態に係るアブソリュートエンコーダ１００によって奏される作用効果と同様の作用効果が奏される。

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

８ 入力軸、 １４ 第４従動軸、 ２４ 第４ホール検出器、 １００ アブソリュートエンコーダ。

Claims (10)

1. 入力軸が連続回転するとき間欠回転する、着磁された少なくとも１つの従動軸と、
   前記少なくとも１つの従動軸の回転を検出するための複数のホール検出器と、を備え、
   前記少なくとも１つの従動軸は、前記入力軸の回転が順次伝達される、それぞれが着磁された第１〜第Ｎ従動軸（Ｎは２以上の整数）を含み、
   前記複数のホール検出器は、それぞれが第１〜第Ｎ従動軸の回転を検出する第１〜第Ｎホール検出器と、第Ｎホール検出器とは異なる位置で第Ｎ従動軸の回転を検出する第（Ｎ＋１）ホール検出器と、を含み、
   前記第ｉホール検出器（ｉは１以上Ｎ以下の任意の整数）が第ｉ従動軸の回転を検出する瞬間に第ｊホール検出器（ｊは１以上Ｎ以下でｉと異なる任意の整数）が第ｊ従動軸の回転を検出しないように、前記第ｉホール検出器および前記第ｊホール検出器が配置されていることを特徴とするアブソリュートエンコーダ。
2. 前記複数のホール検出器は、一のホール検出器が磁極の境界を検出するとき、他のホール検出器が磁極の境界を避けた領域の磁極を検出するよう配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。
3. 前記複数のホール検出器は、一のホール検出器が磁極の境界を検出するとき、他のホール検出器が磁極の境界から４５°離れた領域の磁極を検出するよう配置されていることを特徴とする請求項２に記載のアブソリュートエンコーダ。
4. 前記少なくとも１つの従動軸は１／２の角度回転量が伝達されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
5. 当該アブソリュートエンコーダは複数の従動軸を備え、当該複数の従動軸がゼネバ機構を構成することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
6. 前記複数のホール検出器は、前記複数の従動軸のそれぞれの回転を検出することを特徴とする請求項５に記載のアブソリュートエンコーダ。
7. 前記複数の従動軸はそれぞれ、周方向に等間隔に配置される複数のスロットを有するゼネバ従動車と他の従動軸のゼネバ従動車を駆動するためのピンを有するゼネバ原動車とを含み、かつ、回転軸を中心にそれぞれ１８０度の角度でＳ極とＮ極が着磁され、
   前記複数のホール検出器はそれぞれ、各従動軸が動力非伝達状態にあり、かつ、対応する従動軸の磁極の境界との距離が最も近いときに、磁極の境界からスロット間隔の１／２の角度離れた領域の磁極を検出するよう配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載のアブソリュートエンコーダ。
8. 前記入力軸の回転角を検出する角度センサを備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
9. 前記複数の従動軸は螺旋状または円弧状に配置されることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のアブソリュートエンコーダ。
10. 第Ｎ従動軸は回転軸を中心にそれぞれ１８０度の角度でＳ極とＮ極が着磁され、第Ｎホール検出器と第（Ｎ＋１）ホール検出器は９０°離して配置されることを特徴とする請求項１に記載のアブソリュートエンコーダ。

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