检测多旋转绝对旋转角的装置以及检测该旋转角的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高精度地计算与电动机输出轴相连的电动机转轴的多旋转绝对旋转角的方法。本发明专利技术的旋转角检测装置的特征在于，电动机转轴的旋转角θ1相对于第n转轴的旋转角θn满足θn=(-(m±1)/m)n-1×θ1的关系。作为实现满足该关系的机构的实施例，旋转角检测装置在第1转轴至第n转轴的相邻转轴之间，形成有使齿数为(m±1)的齿轮与齿数为m的齿轮相咬合的齿轮机构。将第1转轴的多旋转角度展开为第1转轴的旋转角度、即第1转轴的检测值p1及与第1转轴的旋转数相对应的R0×m0+R1×m1+…Rn-2×mn-2，并基于各轴的角度检测器的检测值来求出系数R0～Rn-2，计算出第1转轴的多旋转旋转角。从而能够有效地降低由第2转轴以后的角度检测器所生成的检测误差，由此能够计算出高精度的多旋转旋转角。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】检测多旋转绝对旋转角的装置以及检测该旋转角的方法
本专利技术涉及一种检测转轴的旋转角的装置，更具体而言，涉及一种旋转角检测装置，即使不使用备用电池等方法、也能检测出转轴在多个旋转内的绝对旋转角。
技术介绍
旋转角检测装置例如对电动机转轴的旋转角进行检测，并响应该检测值来控制由该电动机驱动的工作机器等移动体的位置。为了对移动体的位置进行范围较大、且精度较高的控制，优选旋转角检测装置能够以多次旋转、并以绝对旋转角来检测电动机转轴。作为这样的旋转角检测装置，日本专利特开2010-44055号公报(对应于美国专利申请第12/168,151号)中公开了一种电感型多匝式编码器。该电感型多匝式编码器10具备进行多级串联连接的带齿轮的圆盘41-46，通过检测出其中的盘片42、44、46的旋转角，从而实现多旋转的角度检测。该现有技术文献中公开的电感型多匝式编码器所能检测出的多旋转角度的范围由最后一级的盘片46相对于输入转轴的减速比决定。作为输入转轴的转轴20以1：4的齿轮减速比与圆盘41进行机械连接，而后级中，带齿轮的圆盘41”与42、42”与43、43”与44、44”与45、以及45”与46也分别以1：4的齿轮减速比进行机械连接。通过执行六级这样的1：4的齿轮减速，从而能够使该多匝式编码器10得到4096次旋转的多旋转检测范围。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2010-44055号公报专利文献2：日本专利特开2002-107178号公报专利文献3：日本专利第3967963号说明书专利文献4：日本专利特开平05-38243号公报非专利文献非专利文献1：林幸一、此外4人、“无电池多旋转检测方式的超高分辨率小型绝对编码器的开发”(日语：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)、精密工学会志、2000年、Vol.66、No.8、pp1177-1180
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题由于上述电感型多匝式编码器直接根据经减速后的圆盘的旋转角来求出多旋转旋转角，因此为了将多旋转检测范围设定得较大，需要增大减速比。其结果是，该电感型多匝式编码器的机构变得复杂且大型，并且将产生成本上升的问题。为了改善上述问题，“无电池多旋转检测方式的超高分辨率小型绝对编码器的开发”、精密工学会志、2000年、Vol.66、No.8、pp1177-1180)中介绍的编码器以及、日本专利特开2002-107178号公报中公开的一种旋转变压器分别设有用于检测转轴的旋转角的角度检测器，其中，该转轴以不同的变速比与旋转输入轴并联连接，并且该编码器以及该旋转变压器基于由此得到的旋转角信息来检测出多旋转绝对位置。然而，对于根据以不同的变速比进行并联连接的多个轴的旋转角的关系来求出多旋转信息的方法，其多旋转的角度检测范围一般由对各轴的角度检测信号进行处理后得到的周期信号的最小公倍数决定。在上述现有文献中所记载的检测多旋转绝对旋转角的方法中，为了获取到较大的多旋转角度检测范围，需要选择互为质数的变速比，其结果是，产生齿轮的种类变多的问题。另外，由于互为质数的数是有限的，因此将产生所能设计出的多旋转角度检测范围的自由度受到限制的问题。另外，由于适用于其它应用的多旋转的角度检测范围是各种各样的，因此会存在以下不便，即实际所能实现的多旋转的角度检测范围被限定于互为质数的值的最小公倍数这样特殊的值。另外，在上述方法中，根据各轴的旋转角信息来求出多旋转绝对位置，但存在该运算较为复杂的问题。为了解决上述求得多旋转绝对位置的运算较为复杂的问题，日本专利特开2002-107178号公报中公开了一种绝对位置检测方法，预先将表示根据各转轴的旋转角所求出的值与主转轴的旋转数的关系的表格(图9)存储在存储器中，并从该表格中选出与根据各转轴的旋转角所求出的值相对应的主转轴的旋转数。然而，存在着以下问题：即，为了获取到较大的多旋转检测范围，会随着该多旋转检测范围(0至20357)的增大而相应地消耗大量的存储器。另外，日本专利第3967963号公报中公开了一种运算方法，通过每2个周期内仅保存其中一次的运算结果到存储器中，来节省存储器的消耗。然而，在该方法中，也涉及存储器的使用，因而也存在与上述检测方法相同的问题。此外，关于求得多旋转绝对旋转角的运算方法，在日本专利特开平05-38243号公报中，建立来自多个角度检测器的检测值与轴的旋转角的关系式，并使用程序、以将同时满足各轴的检测值的轴的旋转角逐个代入其中并进行判别，从而得到多旋转绝对旋转角。存在如下问题：即，若多旋转检测范围变大，则所得到的组合变多，使得计算所需的时间变长。解决技术问题所采用的技术方案本申请的一个方面所涉及的专利技术为了解决上述问题而得以完成，适用于多旋转绝对旋转角检测装置，其特征在于，该多旋转绝对旋转角检测装置包括：传递机构，该传递机构将旋转从第1转轴传递到第nmax转轴，并且相对于第1转轴的旋转角θ1，第n转轴的旋转角θn满足数学式1中的关系；以及旋转角检测器，该旋转角检测器检测所述第1转轴至所述第n转轴各自的旋转角。[数学式1]这里，nmax及m是3以上的整数，且满足1≦n≦nmax。另一方面所涉及的专利技术的特征在于，将由角度检测器检测出的第1转轴至第n转轴的角度检测值设为p1、p2、···、pnmax，并将各转轴在一个周期内的角度检测量设为u，在该情况下，第1转轴的旋转角计算值θc通过θc＝mod((k1×p1+k2×p2+···+kn×pnmax)，u)×mnmax-1求得。这里，mod(x，a)是求出将x除以a后得到的余数的余数运算，并且系数k1、···、knmax是包含0的正整数或负整数。另一方面所涉及的专利技术的特征在于，系数k1、···、knmax分别对应于将数学式(x+1)nmax-1展开后得到的x的(n-1)次项的系数。另一方面所涉及的专利技术的特征在于，将旋转从第1转轴传递到第n转轴的传递机构形成为相邻转轴间的变速比为(m±1)/m。另一方面所涉及的专利技术的特征在于，传递机构包括齿轮机构，该齿轮机构使得固体在第1转轴至第n转轴上的齿轮连续地相咬合，并且该齿轮机构由相咬合的多个齿轮对组成，且相邻2个转轴间的旋转速度的变速比为(m±1)/m。另一方面所涉及的专利技术的特征在于，利用安装在各转轴上的角度检测器来检测第n转轴旋转一周内的角度检测值pn，并基于所检测出的角度检测值pn来确定系数Rn-2，将该确定出的系数Rn-2代入下一个旋转角计算式中，求出旋转角计算值θ1(mn-1)'。旋转角计算值θ1(mn-1)'表示第1转轴的多旋转旋转角，旋转角的检测范围为旋转0～mn-1周。[数学式2]通过将上述旋转角计算式的数值n从2一直重复到nmax，从而依次确定系数R0至系数Rnmax-2的值，并求得第1转轴的多旋转绝对旋转角计算值θc＝θ1(mnmax-1)'。这里，系数R0～Rnmax-2是包含0及m-1的0至m-1的整数，u是基本单位量，而旋转角计算值θ1(m0)'是第1转轴的角度检测值p1。另一方面所涉及的专利技术中，确定上述系数Rn-2，使得在转轴数为n的情况下，求出第1转轴的旋转角计算值θ1(mn-1)'的旋转角计算式的计算结果近似于如下所示的第1转轴的旋转角计算值θ1(m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.07 JP 2011-002454;2011.05.11 JP 2011-106361.一种旋转角检测装置，对第1转轴的绝对旋转角进行检测，包括：传递机构，该传递机构将旋转从所述第1转轴向第nmax转轴传递，相对于所述第1转轴的旋转角θ1，若设nmax及m为3以上的整数，且n满足1≦n≦nmax，则第n转轴的旋转角θn满足数学式120的关系；以及[数学式120]角度检测器，该角度检测器对所述第1转轴至所述第n转轴各自的旋转角进行检测。2.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，将由所述角度检测器检测出的所述第1转轴至所述第n转轴的角度检测值设为p1、p2、···、pn，并将各转轴的一个周期的角度检测量设为u，在该情况下，若mod(x，a)为求出将x除以a后得到的余数的余数运算，且系数k1、···、kn为包含0的正整数或负整数，则所述第1转轴的旋转角计算值θc可由下式求出θc＝mod((k1×p1+k2×p2+···+kn×pn)，u)×mn-1。3.如权利要求2所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述系数k1、···、kn分别对应于将数学式(x+1)n-1展开后得到的x的(n-1)次项的系数。4.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述传递机构以(m±1)/m的变速比在相邻转轴之间传递旋转。5.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述传递机构中，在相邻转轴之间，齿数为m的齿轮与齿数为(m±1)的齿轮相咬合。6.如权利要求5所述的旋转角检测装置，其特征在于，固定在同一转轴上的所述齿数为m的齿轮与所述齿数为(m±1)的齿轮为一体成型。7.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述第1转轴的旋转角由光学绝对编码器检测，第2转轴至所述第n转轴的旋转角由磁角检测器检测。8.如权利要求1所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述第1转轴至所述第n转轴的旋转角由旋转变压器检测。9.如权利要求8所述的旋转角检测装置，其特征在于，检测所述第1转轴的旋转角的旋转变压器是4倍角的旋转变压器。10.一种旋转角检测装置，对与电动机相连的第1转轴的多旋转绝对旋转角进行检测，包括：齿轮机构，该齿轮机构使得固定在所述第1转轴至第n转轴的各转轴上的齿轮连续地相咬合，并且该齿轮机构由相咬合的多个齿轮对组成，且连续的两个旋转间的转轴速度的变速比为(m±1)/m；以及角度检测器，该角度检测器分别对所述第1转轴至所述第n转轴的旋转角进行检测。11.如权利要求10所述的旋转角检测装置，其特征在于，将由所述角度检测器检测出的所述第1转轴至所述第n转轴的角度检测值设为p1、p2、···、pn，并将各转轴的一个周期的角度检测量设为u，在该情况下，若mod(x，a)为求出将x除以a后得到的余数的余数运算，且系数k1、···、kn为包含0的正整数或负整数，则所述第1转轴的旋转角计算值θc可由下式求出θc＝mod((k1×p1+k2×p2+···+kn×pn)，u)×mn-1。12.如权利要求11所述的旋转角检测装置，其特征在于，所述系数k1、···、kn分别对应于将数学式(x+1)n-1展开后得到的x的(n-1)次项的系数。13.如权利要求10所述的旋转角检测装置，其特征在于，对于所述齿轮对，在同一转轴上并排设置有齿数为m的齿轮以及齿数为(m±1)的齿轮，并使齿数为(m±1)的齿轮与相邻转轴上的齿数为m的齿轮相咬合。14.如权利要求13所述的旋转角检测装置，其特征在于，固定在同一转轴上的所述齿数为m的齿轮与所述齿数为(m±1)的齿轮为一体成型。15.一种计算多旋转绝对旋转角的方法，是在多旋转绝对旋转角检测装置中计算第1转轴的多旋转绝对旋转角的方法，该多旋转绝对旋转角检测装置具有：传递机构，该传递机构将旋转从所述第1转轴向第nmax转轴传递，相对于所述第1转轴的旋转角θ1，若设数值nmax及m为3以上的整数，且数值n满足1≦n≦nmax，则第n转轴的旋转角θn满足数学式121的关系；以及角度检测器，该角度检测器对所述第1转轴至所述第nmax转轴旋转一周内的角度检测值p1～pnmax进行检测，其中，计算第1转轴的多旋转绝对旋转角的方法具备如下步骤：[数学式121](1)利用所述角度检测器检测出第n转轴旋转一周内的所述角度检测值pn的步骤；(2)根据旋转角计算值θ1(mn-2)'以及所述角度检测值pn来确定系数Rn-2的步骤；(3)将确定出的所述系数Rn-2代入到旋转角计算式、即数学式122中，来求出旋转角计算值θ1(mn-1)'的步骤；以及[数学式122]通过重复执行上述计算旋转角的步骤、即步骤(1)、(2)、(3)，直到所述数值n从2变为nmax为止，从而依次确定系数R0至系数Rnmax-2的值，并求得第1转轴的多旋转绝对旋转角计算值θ1(mnmax-1)'的步骤，这里，系数R0～Rnmax-2是包含0及m-1的0至m-1的整数，u是基本单位量，而旋转角计算值θ1(m0)'是第1转轴的角度检测值p1。16.如权利要求15所述的计算多旋转绝对旋转角的方法，其特征在于：确定所述系数Rn-2的步骤具备：利用数学式123求出根据n轴的检测值求得的周期信号S(mn-1)的步骤，其中，k1、k2、···kn是(x+1)n-1的展开式k1×x0+k2×x1+k3×x2+···+knxn-1中的x的n-1次项的系数，mod(x，a)是求出将x除以a后得到的余数的余数运算，而对于符号调整项J，在相邻转轴间的变速比为-(m-1)/m时，J＝1，在所述变速比为-(m+1)/m时，J＝-1；[数学式123]S(mn-1)＝mod((k1×p1+k2×p2'+k3×p3'+…+kn-1×pn-1'+kn×pn)×Jn-1,u)将mn-1乘以所述周期信号S(mn-1)来求出旋转角计算值θ1(mn-1)的步骤；以及确定系数Rn-2的步骤，该系数Rn-2使得求出第1转轴的旋转角计算值θ1(mn-1)'的所述旋转角计算式的计算结果近似于所述旋转角计算值θ1(mn-1)，将确定出的所述系数Rn-2代入所述旋转角计算式来求出所述第1转轴的旋转角计算值θ1(mn-1)'，另外，将求出的所述旋转角计算值θ1(mn-1)'代入数学式124中来求出角度修正值pn'[数学式124]17.如权利要求15所述的计算多旋转绝对旋转角的方法，其特征在于：确定所述系数Rn-2的步骤包含确定最近似于数学式125的计算结果的整数的步骤[数学式125]18.如权利要求16所述的计算多旋转绝对旋转角的方法，其特征在于：确定所述系数Rn-2的步骤包含对数学式126进行运算的步骤，INT(x)是舍去数值x的小数部分的运算[数学式126]19.如权利要求15所述的方法，其特征在于：进一步包含与所述传递机构并排设置的多个传递机构，并且还进一步包括如下步骤；该步骤基于由所述传递机构的角度检测器所检测出的角度检测值以及所述多个传递机构的...

【专利技术属性】
技术研发人员：宝田明彦，
申请(专利权)人：东方马达股份有限公司，
类型：
国别省市：