JPS6032138B2 - 角変位・角速度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、角変位・角速度検出装置に係り、回転体の角
変位或いは角速度を回転体と静止体との間で反射を繰り
返しながら一周させた光のパルス周期によって検出する
構成とし、これにより回転体と静止体の個々の光反射面
に製作精度のばらつきがあっても検出精度が影響を受け
ないようにした角変位・角速度検出装置を提供すること
を目的とする。

例えば回転軸や回転板等の回転体の角変位・角速度を検
出する回転検出装置として、従来磁気を利用したもの或
いは光を利用したもの等が種々知られている。

例えば光を利用した回転検出装置は、第１図に示す如く
、回転を検出しようとする回転軸１にスリット分割角度
△ａのスリット円板２を取付け、第２図に示す如くスリ
ット円板２のスリット２ａが穿設してある部分を挟んで
ホトカプラ３の発光部３ａと受光部３ｂを対向配置し、
発光部３ａからの光線をスリット板２が切ることにより
受光部３ｂに生ずる第３図に示す如きパルス間隔△８の
パルス信号から回転軸１の回転速度を検出する構成とさ
れている。しかるに、この種従来の角変位・角速度検出
装置の検出精度は、各スリット２ａの形状或いは寸法又
はスリット２ａどうしの間隔等の製作精度に負うところ
が大きく、例えばスリット２ａの形状・寸法にばらつき
があると、スリット円板２は一定の回転速度で回転して
いても受光部３ｂが受光するパルス光のパルス間隔が変
動してしまい、その結果正確な角変位・角速度の検出が
できない等の欠点があった。

本発明は上記欠点を除去したものであり、以下図面とと
もにその一実施例につき説明する。

第４図は本発明角変位・角速度検出装置の一実施例の概
略縦断面図、第５，６図は夫々回転リングと静止リング
の一実施例の斜視図、第７，８図は夫々上記両リング間
の光路を説明するための要部縦断展開図を示す。第４図
中、角変位・角速度検出装置１１は、本実施例の場合例
えばレコードプレーャ等のキャプスタン軸１２を回転駆
動するモーター３の回転検出用として用いられる。

キヤプスタン軸１２は、ステータ１４の略中央部に固定
した軸受１５に回転自在に支軸されており、その途中に
円板状のロータホルダ１６ａが固着してある。このロー
タホルダ１６ａにはリング状マグネット１６ｂがステー
タに対向する面に所定の着磁をして固着してあり、ステ
ータ１４に固定したコイル１７に所定の電流を通電する
ことによりロータ１６は一定の回転速度で回転する。こ
こで、ロータホルダ１６ａの下面最外周部とステー夕１
４の上面最外周部には夫々第５，６図に示す回転リング
１８と静止リング１９が固着してあり、両リング１８，
１９の端面どうしが互いに対向している。本実施例の場
合、リング１８，１９は互いに同一形状をなし、夫々端
面に両脚が４５度に傾斜する台形断面の凹部１ ８ｎ（
１８，〜１８４）、１９ｎ（１９，〜１９４）が所定個
数（実施例では４個）等間隔に穿設してある。凹部１８
ｎ，１９ｎの２個の傾斜面部１８Ｍ，１８ｎｂ及び１９
ｎａ， １９地はともに光をよく反射する反射面とされ
ている。さらに又、本実施例の場合、両リング１８，１
９の端面間で光を反射させつつ反射光を外に逃すことな
く一周させるため、各反射面部１８ｎａ， １８ｎｂ（
１９ｎａ，１９ｎｂ）はリング１８（１９）の中心に向
け所定角度傾斜させてある。又、凹部１８ｎ， １９ｎ
の傾斜面以外の箇所は光を反射しない非反射面とされて
いる。又、第７，８図に示す如く、静止リング１９の凹
部１９．の両側には発光路２０と受光路２１が穿談して
あり、発光部２川こ運通する発光部２２と受光部２１に
蓮適する受光部２３が夫々ステー夕１４上面所定位置に
埋設してある。

発光部２２から出射された光線は、発光路２０内の反射
面２０ａで反射され凹部１９４ の底面と略平行な光線
となって発光路２０から出射する。又、凹部１９２の底
面と略平行に受光路２１に入射した光線は受光路２１内
の反射面２１ａで反射され、受光部２３に入射する。こ
こで、回転リング１８と静止リング１９どうしが第７図
に示す如く完全に重なった状態において、発光路２０を
出射した光線は先ず凹部１９４の他方の反射面１９４ｂ
で反射され、次に回転リング１８に垂直に入射し、凹部
１８３の一方の反射面１８３ａで反射されて凹部１８３
の底面と平行な光線となる。

そして、さらに他方の反射面１８３ｂで反射され、凹部
１９４の隣りの凹部１９３ に入射する。こうして、凹
部１９４ ，１８３，１９３，１８２…・・・の各反射
面で瓶次反射された光は、回転リング１８と静止リング
１９との間の環状の空間内を一周し、最後に受光路２１
を通って受光部２３に入射する。このように、両リング
１８，１９が第７図に示す位置関係にあるときには、発
光部２２から出射した光線が両リング１８と１９との間
の空間を一周して受光部２３に入射するが、受光部２３
は両リング１８，１９の反射面１９脚 ｉ８ｎｂどうし
或いは１９柵 １８Ｍどうしが僅かでも対向している間
は発光部２２からの光を受光する。

次に、両リング１８，１９の位置関係が第７図に示す状
態から第８図に示す状態、即ち反射面１９Ｍと１８Ｍ或
いは１９ｎｂと１８ｎｂが互いに対向する状態に移行す
ると、発光路２０を通った光線は反射面１９４ｂで反射
されたのち回転リング１８の反射面１８４ｂによって光
の周回方向とは逆方向に反射されることになる。

このため、発光部２２から出射された光線は凹部１９４
と凹部１８４との間に閉じ込められ、受光部２３には到
達しない。このように、回転リング１８の回転位置に応
じて受光部２３が受光する光線は断続され、本実施例の
如く４個の凹部１８ｎ，１９ｎが設けられた構成の場合
には、ロータ１６が１回転する間に第９図に示す如く４
個のパルス光が受光部２３によって受光される。

こうして、受光部２３で受光された光は、リング１８と
１９の間の空間を１周してきた光線であるから、個々の
反射面のピッチ或いは反射角度にばらつきがあったとし
ても、各パルスは程度の差異なくばらつきの影響を一様
に受けることになる。このため、受光パルスのパルス幅
或いはパルス間隔から得られるロータ１６の回転速度に
関する情報が、反射面の形状或いは寸法等の僅かな製作
誤差によって大きく歪められることはなく、従って例え
ば前記従来の検出装置の如く、スリット円板２の各スリ
ット２ａのスリット幅のばらつきによって検出精度が低
下するといったことはなく、常に高精度の回転検出が可
能である。

又、回転リング１８と静止リング１９は、例えばダィカ
スト成形等により精度よく、かつ安価に製造することが
でき、しかも互いに同形状であるから共通の鋳型を用い
ることが可能である。

尚、上記実施例において、リング１８，１９はロータホ
ルダ１６ａの下面とステータ１４の上面に夫々１個設け
る構成としたが、第１０、１１図に示す如く、リング１
８，１９と相似な形状でかつ各リング１８，１９の内周
に接合するりング１８′，１９′を設け、リング１８と
１９によって構成される光学系と、リング１８′，１９
′によって構成される２個の光学系によってロータ１６
の回転を２相で検出する構成とすることもできる。本実
施例の場合、互いに鉄合するりング１８と１８′（１９
，１９′）は凹部１８ｎと１８′ｎ（１９ｎと１９′ｎ
）を約半ピッチずらせて絹付けてあるので、両方の受光
部（図示せず）から得られるパルスはこのピッチ差分だ
け位相がずれている。従って、両パルスの位相ずれの大
きさからロー夕１６の回転方向を簡単に知ることができ
る。又、本実施例の場合、２個の光学系が互いに干渉し
合わないようにすることが望ましく、干渉を確実に防ぐ
必要がある場合には、リング１８と１８′の間及びリン
グ１９と１９′の間に遮光板（図示せず）を設けるとよ
い。又、上言己各実施例では、リング１８，１９或いは
リング１８′，１９′の端面どうしを対向させて配置し
たが、例えば第１２図に示す角変位・角速度検出装置３
１の如く、回転リング３８をロータ１６の外周部に固着
し、この回転リング３８の外側に大型の静止リング３９
を遊鼓させ、この静止リング３９をステータ１４に保持
させる構成としてもよい。

本実施例の場合、第１３，１４図に示す如く回転リング
３８の内周面と静止リング３９の外周面に、夫々所定数
（８個）の断面台形状凹部３８ｎ，３９ｎが形成してあ
る。これらのリング３８，３９は、型抜き或いはターー
ィカスト成形等により簡単に製造することができ、形状
或いは寸法等の精度の極めて高いリング３８，３９を得
ることができる。

又、この実施例のように互いに遊鼓するリング３８，３
９を用いた場合も、例えば第１５，１６図に示す如く、
リング３８と３９と同一形状のリング３８′，３９′を
夫々リング３８，３９に対して相互に半ピッチずつずら
せて一体的に粗付けた構成とすることにより、ロータ１
６の回転速度を２相で検出することができる。

尚、上記両実施例では回転リング３８，３８′を静止リ
ング３９，３９′よりも小径としたが、回転リング３８
，３８′を静止リング３９，３９′よりも大径として、
回転リング３８，３８′を静止リング３９，３９′の外
側に遊隊させる構成としてもよい。

又、上記各実施例においては、各リング１８，１８′，
３８，３８′及び１９，１９′，３９，３９′に形成す
る反射面を傾斜させる構成としたが、反射面を煩斜させ
るかわりに、例えば第１７図に示す如く、発光路２０′
と受光路２１′を夫々４５度ずつ懐斜させる構成と，す
れば、前記各実施例のような凹部を形成しなくてもよい
。

即ち、以下に示す実施例では回転リング４８と静止リン
グ４９の相対向する面に例えば部分的に銀〆ッキ等を施
し、反射面４８ｎ，４９ｎと非反射面４８ｎ，４９ｎを
交互に形成する構成としてある。このように発光路２０
と受光路２１の懐きを変える構成の実施例についても、
第１８図以下に示す如く回転リング４８、静止リング４
９として種種の形状が考えられる。

そこで、光路の構成が似ているものについては、前記各
実施例で説明したりングの符号を添字として付し、説明
を省略してある。これらのリング４８，８，４８，８′
，４８斑，４８斑′，４９，９，４９，９′，４９３９
，４９３９′はいずれも凹部の加工が不要であり、単に
反射面４８ｎ，４９ｎと非反射面４８ｎ，４９ｎを区別
して形成すればよいだけであるから製造が極めて簡単で
ある。尚、上記各実施例において、回転体としてはモー
タのロータ１６に限らず、例えば回転軸等の回転体でも
よい。

又、リングに形成する反射面の数は実施例に限定されず
、他の適宜数としてもよい。上述の如く、本発明角変位
・角速度検出装置は、回転体に対し所定の間隔を有して
静止体を対向配置し、該回転体と該静止体の相対向する
面に、夫々複数の光学的反射面を夫々所定の幅をもって
略等間隔に配設し、該回転体又は該静止体の一方から他
方の反射面に光を入射し、該他方の反射面で反射された
光を該一方の反射面で反射させることにより光を該回転
体と該静止体との間で繰り返し反射させながら一周させ
、該一周した光を受光することにより得られるパルスの
周期から該回転体の角変位或いは角速度を検出するよう
構成しているため、個々の反射面の幅や反射面と反射面
の間隔或いは反射角度等のばらつきや受光パルス１個１
個に異なった影響を与えるのではなく、どの受光パルス
も光が一周してくる間に受ける上記ばらつきの影響を一
様に受けることになるから、受光パルスから得られる回
転体の回転速度に関する情報が反射面の形状或いは寸法
等の製作精度によって歪められることはなく、従って従
来のスリット板とホトカプラを絹合せた検出装置の如く
スリット板の各スリット幅のばらつきによって検出精度
が低下することはなく、常に高精度の回転検出が可能で
あり、特にロータ板とステータ板を用いるモータ等にお
いてロータ板の回転速度を磁気の影響を受けずに検出す
るような場合に好適である等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は夫々従来の角変位・角速度検出装置の一例
の姿部斜視図及び要部側面図、第３図はその受光部の受
光パルスの波形図、第４図は本発明角変位・角速度検出
装置の一実施例の概略縦断面図、第５，６図は夫々回転
リングと静止リングの一実施例の斜視図、第７，８図は
夫々上記両リング間の光路を説明するための要部縦断展
開図、第９図は本発明角変位・角速度検出装置の受光部
が受光する受光パルスの波形図、第１０，１１図、第１
３，１４図、第１５，１６図、第１８，１９図、第２０
，２１図、第２２，２３図、第２４，２５図は夫々回転
リングと固定リングの各変形例の斜視図、第１２図は本
発明角変位・角速度検出装置の他の実施例の概略縦断面
図、第１７図は第１８，１９図に示した変形例の両リン
グ間の光路を説明するための要部縦断展開図である。 １１，３１……角変位・角速度検出装置、１８，１ ８
′，３８，３８′４８，４８，８，４８，８′，４８斑
，４８３８′……回転リング、１９，１９′，３９，３
９′４９，，４９，９，４９，９′，４９３９，４９３
９′……静止リング、１８Ｍ，１８ｎｂ，１９ｎａ，１
９ｎｂ，４８ｎ…・・・反射面、２２……発光部、２３
・・・・・・受光部。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１４図 第１５図 第１６図 第１７図 第１８図 第１９図 第２０図 第２１図 第２２図 第２３図 第２４図 第２５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転体に対し所定の間隔を有して静止体を対向配置
   し、該回転体と該静止体の相対向する面に、夫々複数の
   光学的反射面を各々所定の幅をもつて略等間隔に配設し
   、該回転体と該静止体のいずれか一方から他方の反射面
   に光を入射し、該他方の反射面で反射された光を該一方
   の反射面で反射させることにより、光を該回転体と該静
   止体との間で繰り返し反射させながら一周させ、該一周
   した光を受光することにより得られるパルスの周期から
   該回転体の角変位或いは角速度を検出するようにした角
   変位・角速度検出装置。