JPH0743268B2 - 磁気式ロータリエンコーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転速度や回転角の検出に適用される磁気
式ロータリエンコーダに関するものである。

［従来の技術］ 従来、サーボモータ等の回転速度や回転角度を検出する
磁気式ロータリエンコーダは、外周面に所望のピッチで
N,S極を着磁した着磁ドラムと、この着磁ドラムの外周
面に近接して配置され、その外部漏洩磁束を検出する磁
気抵抗素子とを備え、磁気抵抗素子は、電気的に90゜の
位相差を有する２つの出力が得られるように配列した抵
抗線から構成されている。

また、磁気抵抗素子には、これに直列に接続したトラン
ジスタ等のスイッチング素子をオン，オフすることによ
ってパルス電圧を供給し、この時の着磁ドラムの磁界に
よる磁気抵抗素子の抵抗値変化を着磁ドラムの回転に対
応した信号として出力するようになっている。

このようなパルス電圧を供給する理由は、電池駆動され
る磁気式ロータリエンコーダの消費電流を低減し、電池
寿命を向上させるためである。

磁気抵抗素子にパルス電圧を供給する方法としては、パ
ルス発生器から発生する所定周波数のパルス信号をデュ
ーティ比設定回路により所望のデューティ比に設定し、
この信号によりスイッチング素子をスイッチング動作さ
せて、磁気抵抗素子にパルス電圧を供給する。この時の
磁気抵抗素子の出力信号は着磁ドラムの着磁ピッチに対
応した出力とならないので、Ｄフリップフロップなどに
より着磁ピッチに対応したパルス出力に変換し、この出
力パルスの立上がりまたは立下がりを計数することで、
回転速度や回転角度を認知したり、あるいは両出力の位
相のいずれかが進んでいるかで回転方向と認知するよう
にしている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のような従来の磁気式ロータリエンコーダは、磁気
抵抗素子にパルス電圧を供給するスイッチング素子のス
イッチング周波数より高い周波数で着磁ドラムの磁極が
移動すると（回転数が大きくなる）、１極に１回も磁気
抵抗素子がオンせずに通過して、着磁ピッチに対応した
出力信号を取り出すことができない。このため、ロータ
リエンコーダの適用回転数に制限があり、従って、何ら
かの原因により回転体が短時間でもロータリエンコーダ
の適用限度をオーバする回転数になると、ロータリエン
コーダから出力される信号は信頼のできないものとなっ
てしまう問題があった。

この発明は、上述のような問題を解消するためになされ
たもので、適用限度をオーバする回転数になっても信頼
できる出力信号を得ることができる磁気式ロータリエン
コーダを得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の磁気式ロータリエンコーダは、着磁ドラム
と、その外部漏洩磁束を検出する磁気抵抗素子と、この
磁気抵抗素子をスイッチングするスイッチング素子と、
パルス発生器からのパルス波形を所定のデューティ比に
変換して前記スイッチング素子のスイッチング用信号を
発生するデューティ比設定回路と、前記磁気抵抗素子の
出力を波形整形して着磁ピッチに対応した波形に変換し
て出力する波形変換回路を備えたものであって、波形変
換回路からの出力信号の周波数を検出し、その検出周波
数に応じてデューティ比設定回路からスイッチング素子
への信号の通過を制御する周波数検出回路、及び周波数
検出回路からの信号に基づいて波形整形された磁気抵抗
素子からの信号を出力端及び波形変換回路へ選択出力す
る信号切換ゲート回路を付加してなるものである。

［作 用］ この発明においては、周波数検出回路が設定値以上の周
波数であることを検出するとデューティ比設定回路から
スイッチング素子へ供給されるスイッチング信号をスト
ップしてスイッチング素子を導通状態に保持し、これに
伴い信号切換ゲート回路は磁気抵抗素子から着磁ピッチ
に対応して出力される信号を波形整形して直接出力端へ
送出するようになっている。

従って、本発明にあっては、適用限度をオーバする回転
数になっても回転数や回転角を認知できる信頼のある出
力信号を得ることが可能になる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、この発明による磁気式ロータリエンコーダの
一例を示す構成図であり、第２図は着磁ドラムの断面
図、第３図は着磁ドラムの正面図、第４図は磁気抵抗素
子の平面図である。

図において、１は外周面に、その円周方向に沿ってN,S
極を交互に等ピッチで着磁した着磁ドラムであり、この
着磁ドラム１は、第２図及び第３図に示すようにサーボ
モータ等の回転体（図示せず）に直結される回転軸２に
固定されている。３は着磁ドラム１の外周に対向して配
置された磁気抵抗素子で、着磁ドラム１の外部漏洩磁束
により抵抗値が変化する４本の抵抗線3a〜3dをブリッジ
に接続したものから構成され、そして、抵抗線3aと3cの
接続点は電源端子Ｔに接続されていると共に、抵抗線3b
と3dの接続点は、トランジスタからなるスイッチング素
子４を介して接地されている。

このように接続した磁気抵抗素子３の抵抗線3a,3bから
はＡ相用、また、抵抗線3c,3dからはＢ相の互いに位相
のずれた２つの電圧が正弦波状に出力されるように配列
されていると共に、これらＡ相およびＢ相の出力電圧
は、抵抗線3aと3bの接続点P₁及び抵抗線3cと3dの接続点
P₂からそれぞれ出力されるようになっている。

また、第１図において、５はＡ相用抵抗線3aと3bの接続
点P₁及びＢ相用抵抗線3cと3dの接続点P₂に発生する出力
電圧f,gを矩形波に整形する波形整形回路であり、この
波形整形回路５の出力信号ｈは信号切換ゲート回路６に
入力されると共に、該信号切換ゲート回路６は波形整形
回路５の出力信号ｈをＤフリップフロップからなる波形
変換回路７又は出力端子８に選択的に出力するようにな
っている。

波形変換回路７は、波形整形回路５からの出力信号を着
磁ドラム１の着磁ピッチに対応した出力波形に変換する
ものであり、この変換された出力は出力端子８に出力さ
れるようになっている。また、９は波形変換回路７から
出力される信号ｉの周波数を検出する周波数検出回路
で、波形変換回路７からの出力信号ｉをトリガ入力とす
る単安定マルチバイブレータ9aと、この単安定マルチバ
イブレータ9aの出力を入力とし、波形変換回路７の出力
信号をクロックとするＤフリップフロップ9bとから構成
され、Ｄフリップフロップ9bの出力信号ｄは信号切換ゲ
ート回路６に入力される。

10は所定周波数のパルスを発生するパルス発生器、11は
パルス発生器10から出力されるパルスのデューティ比を
設定するデューティ比設定回路であり、このデューティ
比設定回路11は、抵抗11a,11bと、コンデンサ11cと、シ
ュミットインバータ11d及び該シュミットインバータ11d
の出力信号ｂとパルス発生器10の出力パルスａとを２入
力とするNANDゲート11eとから構成されている。12は前
記デューティ比設定回路11からの出力信号ｃと前記周波
数検出回路９からの出力信号ｄとを２入力とするNANDゲ
ートであり、このNANDゲート12の出力信号ｅはスイッチ
ング素子４に入力される。また、デューティ比設定回路
11の出力信号ｃはクロックとして前記波形変換回路７に
加えられている。

次に、上記のように構成された本実施例の動作を第５図
に示すタイムチャートを参照して説明する。

電源を投入すると、パルス発生器10から第５図（Ａ）に
示すパルスａが発生する。このパルスａは、デューティ
比設定回路11の抵抗11aとコンデンサ11cで設定される時
定数で遅延され、さらにシュミットインバータ11dによ
り第５図（Ｂ）に示すパルスｂに整形される。そして、
このパルスｂと前記パルス発生器10からのパルスａがNA
NDゲート11eに入力されると、該NANDゲート11eからは第
５図（Ｃ）に示すように「Ｈ」の時間が長いデューティ
比のパルスｃが出力される。

ここで、着磁ドラム１が低速で一定回転し、かつ周波数
検出回路９の出力信号ｄが第５図（Ｄ）のように「Ｈ」
に設定されているとすると、NANDゲート12の出力には第
５図（Ｅ）に示す信号ｅが送出され、この信号ｅによっ
てスイッチング素子４がスイッチング動作される。これ
に伴い磁気抵抗素子３のＡ相用抵抗線3aと3bとの接続点
P₁には、第５図（Ｆ）に示す波形の出力信号ｆが現わ
れ、また、Ｂ相用抵抗線3cと3dとの接続点P₂には、第５
図（Ｇ）に示す波形出力信号ｇが現われる。

なお、この時のＢ相用はＡ相用と位相が90度ずれるだけ
で、その作用は同一であるので、Ａ相用についてのみ述
べる。

着磁ドラム１が低速で回転している時の出力信号ｆは、
矩形波ではなく、正弦波を包絡線とするパルス状の電源
波形となっている。この出力信号ｆは波形整形回路５に
より、第５図（Ｈ）に示すような矩形波の信号ｈに変換
される。この時、周波数検出回路９の出力信号ｄは第５
図（Ｄ）に示すように「Ｈ」となっているので、信号切
換ゲート回路６は波形整形回路５からの出力信号ｈを波
形変換回路７へ選択出力する。波形変換回路７では、デ
ューティ比設定回路11からの出力信号ｃがクロックとし
て加えられることにより、着磁ドラム１のN,S磁極の時
間的変化と同一周波数の矩形波信号ｉを出力端子８へ出
力する。この信号ｉを利用して回転数や回転角を認知す
る。

次に何らかの原因により着磁ドラム１と直結された回転
体（図示せず）の回転数が高くなると、出力信号ｉの周
波数も高くなる。この時、出力信号ｉの周期が周波数検
出回路９における単安定マルチバイブレータ9aの外付け
コンデンサ及び抵抗（いずれも図示せず）からなる時定
数で設定された値より短くなると、単安定マルチバイブ
レータ9aの出力は「Ｈ」状態を継続する。このため、出
力信号ｉをクロックとするＤフリップフロップ9bの出力
信号ｄは第５図（Ｄ）のように「Ｌ」となる。すると、
NANDゲート12の出力ｅは第５図（Ｅ）に示すように出力
信号ｄが「Ｌ」に反転した時点から「Ｈ」状態を継続す
る信号となり、スイッチング素子４はON状態に保持され
る。従って、Ａ相用抵抗線3aと3bの接続点P₁の出力信号
ｆは、第５図（Ｆ）に示すように着磁ドラムのN,S磁極
の時間的変化と同一周波数の正弦波となる。この正弦波
の出力信号ｆは波形整形回路５により、第５図（Ｈ）に
示すように矩形波の信号ｈに変換される。この時、信号
切換ゲート回路６に加えられるゲート信号ｄは「Ｌ」で
あるため、信号切換ゲート回路６は波形整形回路５から
の出力信号ｈを出力ライン6aを通して直接出力端子８に
出力することになる。

上述のような本実施例にあっては、波形変換回路７から
の出力信号ｉの周波数を周波数検出回路９により検出
し、この検出周波数、即ち着磁ドラム１の回転数が設定
値をオーバした時パルス発生器10からのパルスを基準に
して出力される信号ｃがスイッチング素子４に加わるの
をストップさせ、スイッチング素子４を常時オンする状
態に保持するようにしたので、パルス発生器のパルス周
波数を越える回転数に対しても、その出力信号ｉを回転
数や回転角の認知に必要な信頼できる信号とすることが
可能になる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、波形変換回路の出力
信号の周波数が設定値を越えた時、磁気抵抗素子のスイ
ッチング素子を導通状態にして磁気抵抗素子を常時オン
状態にし、そして磁気抵抗素子からの出力を波形整形し
た信号を直接出力側へ送出するよう構成したので、回転
体の設定回転数以上になっても、回転体の回転数や回転
角を認知するのに供される信号を信頼できるものにでき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による磁気式ロータリエンコーダの一
例を示す構成図、第２図は本実施例における着磁ドラム
の断面図、第３図はその正面図、第４図は磁気抵抗素子
の平面図、第５図は本実施例における動作説明用のタイ
ムチャートである。 １……着磁ドラム、３……磁気抵抗素子、４……スイッ
チング素子、５……波形整形回路、６……信号切換ゲー
ト回路、７……波形変換回路、８……出力端子、９……
周波数検出回路、10……パルス発生器、11……デューテ
ィ比設定回路、12……NANDゲート。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転体により回転され外周面に円周方向に
   沿って等ピッチでN,S極が着磁された着磁ドラム、この
   着磁ドラムの外部漏洩磁束を検出する磁気抵抗素子、所
   定周波数のパルスを発生するパルス発生器、このパルス
   発生器から出力されるパルスのデューティ比を設定する
   デューティ比設定回路、このデューティ比設定回路から
   の出力信号により前記磁気抵抗素子をスイッチングする
   スイッチング素子、このスイッチング素子のスイッチン
   グ動作により前記磁気抵抗素子から得られる出力信号の
   波形を整形する波形整形回路、この波形整形回路の出力
   信号を前記着磁ドラムのN,S着磁ピッチに対応した波形
   出力に変換して出力する波形変換回路、この波形変換回
   路からの出力信号の周波数を検出する周波数検出回路、
   この周波数検出回路の出力信号によって前記デューティ
   比設定回路から前記スイッチング素子への信号の通過を
   制御するゲート手段、前記周波数検出回路が設定値以上
   の周波数を検出した時前記波形整形回路の出力信号を直
   接出力端へ選択送出すると共に設定値以下の時前記波形
   整形回路の出力信号を前記波形変換回路へ選択送出する
   信号切換ゲート回路とを備えてなる磁気式ロータリエン
   コーダ。