JPS636416A - 回転位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光を利用して回転体の位置を回転角度の関
数として検出する検出装置の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置としては種々のものが提案されてお
り、例えば正弦または余弦関数で検出するものとして、
電磁結合を利用したレゾルバ等のシンクロ電機がある。

第２図はレゾルバの原理を示す原理構成図、第２Ａ図は
その動作を説明するための波形図である。

第２図に示す如く、レゾルバはそれぞれ巻線を持った固
定子１０と回転子１１とからなり、回転子１１は図示さ
れない回転体に取り付けられる。

したがって、回転体の回転に応じてこれら２つの巻線間
の結合の度合が変化するが、こ＼ではその結合係数と固
定子の基準軸から見た回転子の機械的な角度θ（回転体
の位置）に対し、以下の如く正弦または余弦関数となる
ようにしている。

いま、固定子巻線を第２Ａ図（イ）に示す如きＶＳ　（
−ＶＯｓｉｎωｔ）なる電圧で励磁すると、回転子巻線
には、 ＶＲ−ｖｏ　ｃｃｕθ５ｉｎａ＋ｔ の如き振幅変調された信号が出力される。こ＼で、ｄθ
／ｄｉ＜＜　　伽 とすると、上記Ｖａの波形は第２Ａ図（ロ）の如くなり
、　Ｖｓによって同期整流を行なうと第２Ａ図（ハ）の
如き信号が得られる。次いで、ローパスフィルタ等によ
りこの信号のω成分を除去すると、第２Ａ図（ニ）のよ
うに、θの余弦信号を得ることができる。なお１回転子
巻線の空間的な配置を９０”変えることにより正弦信号
として得ることができる。

しかしながら、このような方式には、 イ）固定子および回転子にそれぞれ巻線が必要となるた
め小型、軽量化に限度があり、比較的高価になる。

口）電礎結合金利用しているため、搬送波となる励磁信
号が必要であり、また位置の正弦、余弦信号を得るため
に復調回路が必要となるので、検出器の電気回路部分が
複雑になる。

ハ）回転子の位置信号全非接触で得る方法も数多く提案
されているが、そのためにはいくつかの部品を付加する
必要があってその分だけ大きくなり、コスト高となる。

等の難点がある。

そこで、出願人は光を利用して回転体の位置を回転角度
の関数として出力することにより、上記の如き難点を克
服する方式を提案している（以下、提案方式という。）
。

第３図はかかる提案方式のＷ、理を示す原理構成図、第
３Ａ図Ｖｉ第３図におけるじゃへい板の窓を通して観察
される受光部分（Ｎ元部）の推移″ｆ説明するための参
照口、第３Ｂ図はその受光部の出力を示す波形図である
。

第３図において、ｌは回転体（図示なし）の回転軸、２
は発光体、３はしやへい板、３１は光透過用窓、４は受
光体、４１は受光部である。すなわち、回転軸心を通る
所定の基準軸から回転角度にして１８０度分だけ光を透
過させる光透過用窓３１をもち、回転体の回転軸１に結
合されたじゃへい板３に対し、その−万態にはリング状
に形成されて平行光ｉｔ発するＬＥＤ（発光ダイオード
）の如き発光体２と、その他方側には例えば牛円形状の
受光部４１をもつ受光体４とを同軸上に配置する。こ＼
で、発光体２および受光体４は固定して設置されており
、回転するじゃへい板３と接触しないよう所定の間隔が
形成されている。

したがって、回転体が回転するとしやへい板３もこねに
伴って回転し、これによってしやへい板３の窓３１から
見える受光部４１０部分、すなわち露光部分も変化する
。この露光部分の推移を示すのが第３Ａ図である。

いま、第３Ａ図（イ）の如く、固定的に設置される受光
体４０基準軸をα、回転するじゃへい板３０基準軸をβ
と定め、このα軸から見たβ軸の角度をθとすると、θ
はしやへい板３の回転九伴って同図（イ）、（ロ）、（
ハ）の如く変化する。

つまり、しやへい板３のＣＣＷ（反時計回り）方向を正
とすると、これがθ−〇からＣＣＷの方向へ回転するに
つれて、露光される受光部４１０部積８がθに比例して
増加することがわかる。そして、θ＝πにおいてこの面
積Ｓは最大となり、θ〉πでは面積Ｓはθに比例して減
少し、θ＝２１−では零となる。

このθに対する面積Ｓの推移をグラフで示したのが第３
Ｂ図であり、同図の如く三角波となる。

こ−で、受光部４１として、例えばアモルファスシリコ
ンのように光量に比例した電圧を発生するような材料を
使用すれば、その発生電圧Ｙ。は露光される受光部４１
の面積Ｓに比例するので、同図の三角波はθと出力電圧
ｖ０との関係を示すこ　゛とにもなる。したがって、こ
の出力電圧Ｖ。を計測することにより回転体の位置を知
ることができる、と云うのが提案方式の原理である。

第４図は提案方式の変形列を示す概要図、第４Ａ図は第
４図の出力を示す波形図である。

これは、２つの受光部４２．４３を第３図と同じくしや
へい板３の窓３１から見た面積が角度θの正弦関数とな
るようにすると＼もＫ、互いに空間的に９０度ずらして
配置することにより、第４Ａ図の如く９０度の位相差を
もっ２相出カＶｘ　。

ｖ２を得るようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この提案方式では回転角度の１周期と出
力信号の１周期とが等しく、例えば多極レゾルバとして
既に実現されているような、機械的な回転角度に対して
１／ｎ　（ｎは２を最小とする正の整数）の周期をもつ
電気的信号を得ることができない、と云う問題がある。

したがって、この発明は光音用いて回転体（しやへい板
）の位置を回転角度の関数として検出する装置において
、出力電圧の関数が回転角度のｎ倍の関数、すなわちし
やへい板の１回転に対して１／ｎ周期のｎ個の信号が得
られるようにすること金目的とする。

〔問題点を屏決するための手段〕

しやへい板には発光体からの光を透過する同一形状の複
数の光透過用窓を設ける一方、受光板には所定の角度に
わたって受光部を形成する。

〔作用〕

工 しゃへい板に同一形状で空間的に□・３６０ｎ 度異なるようにｎ個の光透過用窓とりつけ、受光板には
１つの受光部を空間的な角度で−−３６０”ｎ にわたって配置することによって、しやへい板の１回転
に対して１　／　ｎ周期のｎ個の角度信号が得られるよ
うにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実ＩＭｆＲを示す構成図、第１Ａ図
はｗＥ１図のしゃへい板の室を通して観測される受光部
分の推移ｔ−説明するための説明図、搏ｌＢ図はその受
光部の出力を示す波形図である。

第１図からも明らかなように、その基本的な構成は＃！
３図と同様であるが、こ＼では、しやへい板３に空間的
な角度で−・３６０度−９０度（ｎｎ −２）Ｋわたって同一形状の窓３１ａ、３１ｂ’ｉ２個
設ける一方、受光部４１は９０”にわたって１個形成し
た点が特徴であり、これけしやへい板３０１回転に対し
ｌ／２周期の２個の信号を得る例と云うことになる。

したがって、この場合も受光体４の基準軸をα、回転す
るじゃへい板３０基準軸をβと定め、このα軸から見た
β軸の角度をθとすると、θはしやへい板３００回転伴
って第１Ａ図の（イ）、（ロ）。

（戸）の如く変化する。第１Ａ図（イ）、（１−）に示
す受光部４１　．４１　　は窓３１　．３１を通過した
光を受光しており、同図（戸）の受光部４１″′は窓３
２　を通過した光を受光している。このとき、窓３１．
３２を通して見える受光部の面積Ｓおよび出力電圧Ｖ。

を第１Ｂ図に示すが、こ＼では回転角度θに対して２倍
のθの３１数（周期はｌ／２）となっていることがわか
る。

以上では、−相で関数として三角波の場合について説明
したが第４図に示されるように受光部の形状をかえるこ
とによって出力電圧の関数をかえることができ、さらに
は空間的な角度と電気信号の角度の換算を行ない、それ
に従って複数の受光部を互いに配置をずらせて取り付け
ることＫよって、出力電圧の多相化も可能であることは
云う迄もない。また、この発明は出願人がすでに提案し
ている光の方向をラジアル方向とする方式（特願昭６０
−２７２５７４号）にも、同様の考えで適用することが
できる。さらに、この発明は出願人がすでに提案してい
る受光部ｔ−２個１組にし、その出力電圧を差動で用い
ることによって出力電圧に含まれるオフセット電圧を除
去する方式にも同様の考えで適用することができ、この
場合２個の受先部は互いに空間的に−・３６０度ずつず
らせてｎ 配置されることになる。

〔発明の効果〕

この発明によれは、固足的に設置された発光体と受光体
との間に回転体とともに回転するしやへい板を所定の間
隔をもって配置し、このしやへい板にはこれを空間的角
度で２ｎ等分したその１つおきにｎ個の同一形状の光透
過用窓を設ける一方、受光板には光量に比例する電気信
号を発する受光部を空間的角度で−・３６０°にわたっ
て配置するｎ ことによって、たとえば多極レゾルバのように空間的角
度のｎ倍の電気的角度をもつ位置信号全得ることかでき
る利点がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第１Ａ図は第
１図におけるじゃへい板の窓を通して観察される受光部
分の推移全説明するための説明図、嬉ＩＢ図はその受光
部の出力を示す波形図、笥２図はレゾルバの原理を示す
原理構成図、第２Ａ図はその動作を説明するための波形
図、第３図は提案方式の原理を示す原理構成図、第３Ａ
図は第３図におけるじゃへい板の窓を通して観測される
受光部分の推移を説明するための説明図、第３Ｂ図はそ
の受光部の出力を示す波形図、第４図は提案方式の変形
例を示す概要図、第４Ａ図はその出力を示す波形図であ
る。 符号説明 １・・・・・・回転軸、２・・・・・・発光体、３・・
・・・・しやへい板、３１，３２．３１〜３１　．３２
〜３２”・・・・・・光透過用窓、４・・・・・・受光
体、４１．４１〜４１　．４２．４３・・・・・・受光
部、１０・・・・・・固定子、１１・・・・・・回転子
、Ｔｏ・・・・・・回転位置検出々力。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第１Ａ図 第２図　　　　　第２Ａ図 （ロ） 第３Ｂ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 固定的に設置された発光体と受光板との間に回転体とゝ
   もに回転するしやへい板を同軸的に配置し、該しやへい
   板にはこれを空間的角度で２ｎ（ｎは２を最小とする正
   の整数）等分したその１つおきにｎ個の同一形状の光透
   過用窓を設ける一方、前記受光板には光量に比例する所
   定関数の電気信号を発する受光部を空間的角度で３６０
   度／２ｎにわたつて形成し、前記しやへい板の１回転に
   対して１／ｎ周期のｎ個の角度関数信号を得ることを特
   徴とする回転位置検出装置。