JP2001074500A

JP2001074500A - 磁気式エンコーダ

Info

Publication number: JP2001074500A
Application number: JP25006599A
Authority: JP
Inventors: Yukihisa Hasegawa; 幸久長谷川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 1999-09-03
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】回転体の回転速度が極めて低い場合でも、位
置検出精度を高められるように補間を行うことができる
磁気式エンコーダを提供する。【解決手段】ＲＯＭテーブル９に、回転体１の回転に
伴って磁気抵抗素子２Ａより出力されるＡ相信号の振幅
レベルをアドレスとし、その振幅レベルに対応する位相
をデータとして記憶させておき、Ａ相信号の振幅レベル
をＡ／Ｄ変換してＲＯＭテーブル９にアドレスを与えて
データを読み出すことで、Ａ相信号のゼロクロス点の検
出に応じて得られる１８０°単位の位相データを補間す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多極着磁されて回
転体に取り付けられている磁性体に対抗して配置された
磁気抵抗素子の出力信号に基づいて、回転体の回転位置
を検出する磁気式エンコーダに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】このような磁気式エン
コーダは、例えばモータの回転軸のような回転体が回転
するのに伴って円板状の磁性体が回転すると、その回転
による磁界の変化を磁気抵抗素子が検出して交流的に変
化する信号を出力する。そして、磁気抵抗素子の出力信
号を基準レベルと比較することで矩形波信号を生成し、
その矩形波パルスの出力数をカウントすることで、モー
タの回転軸の回転位置を検出するようになっている。

【０００３】ところで、上記のような磁気式エンコーダ
を小形の装置に使用する場合には、スペースの都合上、
磁性体の径も小さくする必要がある。しかしながら、磁
性体の径が小さくなると、１パルス当たりの分解能が低
下することになり、位置検出の精度が劣化してしまうと
いう問題があった。

【０００４】このような問題を解決するために、矩形波
パルスが出力される間を補間して分解能を高めることが
考えられているが、従来の方式で補間を行うためには、
少なくとも２つ以上のパルスが出力される必要がある。
従って、例えばモータの回転速度が極めて低い領域では
実質的に補間を行うことができず、精度が向上しないと
いう問題があった。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、回転体の回転速度が極めて低い場合
でも、位置検出精度を高められるように補間を行うこと
ができる磁気式エンコーダを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の磁気式エンコーダは、多極着磁され
て回転体に取り付けられている磁性体に対向して配置さ
れた磁気抵抗素子の出力信号に基づいて、前記回転体の
回転位置を検出するものにおいて、前記磁気抵抗素子の
出力信号レベルが基準レベルと等しくなった時に基準パ
ルス信号を出力する基準パルス出力手段と、この基準パ
ルス出力手段によって出力される基準パルス信号に基づ
いて、前記回転体の回転位置データを出力する位置デー
タ出力手段と、前記磁気抵抗素子の出力信号レベルに対
応する前記回転体の位置データを予め記憶する記憶手段
と、前記記憶手段に記憶されている位置データに基づい
て、前記位置データ出力手段によって出力される回転位
置データの補間を行う位置データ補間手段とを備えたこ
とを特徴とする。

【０００７】即ち、磁気抵抗素子の出力信号レベルは、
回転体の回転位置に応じて略正弦波状に変化する。従っ
て、斯様に構成すれば、位置データ補間手段は、基準パ
ルス信号が出力されることで位置データ出力手段より得
られる回転体の回転位置よりも詳細な位置データを記憶
手段より得て、回転位置データの補間を行うことができ
る。そして、従来とは異なり、２つ以上のパルスの出力
を待たずとも補間を行うことができるので、回転体の回
転速度が比較的低い領域においても回転位置データを補
間することができる。

【０００８】この場合、請求項２に記載したように、位
置データ出力手段を、前記基準パルス出力手段によって
出力される基準パルス信号数をカウントし、そのカウン
ト値に応じた回転位置データを出力するように構成し、
位置データ補間手段を、記憶手段に記憶されている位置
データを磁気抵抗素子の出力信号レベルに応じて読み出
し、その位置データを前記位置データ出力手段より出力
される回転位置データに加算するように構成すると良
い。斯様に構成すれば、補間された回転位置データは位
相の即値として出力されるので、その出力結果を容易に
利用することができる。

【０００９】また、請求項３に記載したように、回転体
の回転速度が所定速度以上となった場合に、位置データ
補間手段による補間を禁止させる補間禁止手段を備える
のが好ましい。即ち、回転体が高速で回転する場合に
は、位置データ出力手段より得られる回転位置の出力間
隔が相対的に短くなるため、詳細な回転位置を得る必要
性が低下する。従って、斯様な場合に位置データ補間手
段による補間を禁止すれば、不要な処理を省くことがで
きる。

【００１０】請求項４記載の磁気式エンコーダは、多極
着磁されて回転体に取り付けられている磁性体に対向し
て配置された磁気抵抗素子の出力信号に基づいて、前記
回転体の回転位置を検出するものにおいて、前記磁気抵
抗素子を２つ備えて、位相が互いに異なる二相ベクトル
信号を出力し、これらの二相ベクトル信号を基に適宜演
算して合成を行うことにより、当該二相ベクトル信号の
何れか一方を基準とする位相差が前記二相ベクトル信号
の位相差よりも小さい新たなベクトル信号を生成して出
力するベクトル信号出力手段を備え、このベクトル信号
出力手段によって出力されるベクトル信号に基づいて、
前記回転体の回転位置を検出することを特徴とする。

【００１１】即ち、磁気抵抗素子の出力信号は、振幅及
び位相からなるベクトル信号として扱うことが可能であ
るから、位相が互いに異なる二相ベクトル信号に基づき
演算を行ってベクトル合成することで、基準ベクトル信
号に対する位相差が二相ベクトル信号の位相差よりも小
さい新たなベクトル信号を得ることができる。そして、
合成された新たなベクトル信号に基づいて回転体の回転
位置を検出すれば、元の二相ベクトル信号のみから得ら
れる回転位置よりも詳細な位置情報を得ることができ
る。

【００１２】この場合、請求項５に記載したように、ベ
クトル信号出力手段を、二相ベクトル信号の何れか一方
を基準として、±φ／２^ｎ（φは二相ベクトル信号の位
相差，ｎは自然数）を単位とする分解能の位相差を有す
る新たなベクトル信号を生成出力するように構成すると
良い。

【００１３】即ち、二相ベクトル信号の大きさが等しけ
れば、両者を加算，減算すれば±φ／２の位相差を有す
る新たなベクトル信号が生成される。そして、これらの
新たなベクトル信号と二相ベクトル信号との大きさが等
しくなるように調整しそれらを加減算することで、±φ
／４，±３φ／４の位相差を有する新たなベクトル信号
が生成される。以上のようなベクトル演算を必要に応じ
て繰り返すことで、±φ／２^ｎを単位とする分解能の位
相差を有する新たなベクトル信号を、必要な精度に応じ
て生成することができる。

【００１４】また、この場合、請求項６に記載したよう
に、二相ベクトル信号の位相差を９０°に設定するのが
好ましい。即ち、一般的な二相エンコーダにおける二相
信号の位相差は、回転体の回転方向の判別を容易にする
ため（両信号の位相関係が９０°毎に変化するように）
９０°に設定されている。従って、斯様に構成すれば、
一般的な二相エンコーダより得られる二相信号と同じ９
０°位相差の信号に基づいて回転方向の判別を容易に行
うことができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施例につい
て、図１乃至図３を参照して説明する。電気的構成を示
す図１において、回転体１は、例えば永久磁石モータの
ロータなどである。その回転体１の近傍には、磁気抵抗
素子２Ａ，２Ｂによって構成される位置センサ２が配置
されている。これら２つの磁気抵抗素子２Ａ，２Ｂは、
回転体１の径に合わせて、両者が出力する信号の位相差
φが９０°異なるように一括してパターン化されてい
る。

【００１６】磁気抵抗素子２Ａ，２Ｂの出力信号たるＡ
相，Ｂ相信号は、ゼロクロス検出部・方向判定部（以
下、検出・判定部と称す）３に与えられている。検出・
判定部（基準パルス出力手段）３は、コンパレータによ
ってＡ相，Ｂ相信号のゼロクロス点を検出し、その検出
タイミングでパルス信号（基準パルス信号）を発生させ
てアップダウンカウンタなどで構成されるカウンタ・デ
ータ出力部（位置データ出力手段）４に出力するように
なっている（図２（ａ），（ｂ）参照）。尚、カウンタ
・データ出力部４に出力されるのは、Ａ相信号に関する
パルス信号のみである。

【００１７】各コンパレータからは矩形波状のＡ相，Ｂ
相信号が得られる。ここで、位相差９０°のＡ相，Ｂ相
信号にあっては、周知のように、例えば、回転体１の回
転方向が正転の場合においてＡ相信号がハイレベルの期
間にＢ相信号の立上がりエッジが出力されるとすれば、
逆転の場合は、Ａ相信号がロウレベルの期間にＢ相信号
の立上がりエッジが出力される。従って、検出・判定部
３は、Ａ相，Ｂ相信号の上記位相関係によって回転体１
の回転方向を判定し、例えば正転の場合はハイレベル，
逆転の場合はロウレベルとなる判定信号DIR をカウンタ
・データ出力部４及び図示しない外部の装置に出力する
ようになっている。

【００１８】カウンタ・データ出力部４は、検出・判定
部３より出力されるパルス信号（基準パルス信号）と判
定信号DIR とに基づいてカウント動作を行うようになっ
ている。即ち、判定信号DIR がハイレベルである場合
は、入力されるパルス信号に応じてデータ値ＤZ として
“０”，“１８０”を交互に出力する。その状態におい
て判定信号DIR がロウレベルに切り替わると、その時の
データ値が“０”であれば、次にパルス信号が入力され
た場合も“０”を出力する。また、その時のデータ値が
“１８０”であれば、次のパルス信号で“０”，その次
のパルス信号でも“０”を出力する。

【００１９】即ち、回転方向が切り替わった場合は、デ
ータ値“０”を２回連続で出力し、それ以降に入力され
るパルス信号に応じて、再びデータ値“０”，“１８
０”を交互に出力するようになっている。出力されるデ
ータ値ＤZ は、加算器５に与えられる。また、カウンタ
・データ出力部４は、回転方向が切り替わった場合にお
ける２回目のデータ値“０”の出力タイミングにおい
て、クリア信号ＣZ を後述する減算器１１に出力するよ
うになっている。

【００２０】また、磁気抵抗素子２Ａが出力するＡ相信
号は、オフセット部６を介してサンプルホールド回路
（Ｓ／Ｈ）７に与えられている。オフセット部６は交流
信号として出力されるＡ相信号を全て正側のレベルで取
り扱うためにオフセットを与えて、Ａ相信号の負の最大
値が“０”となるようにレベルシフトするようになって
いる。そして、サンプルホールド回路７は、オフセット
部６より与えられる信号をサンプルホールドしてＡ／Ｄ
変換器８に出力するようになっている。

【００２１】Ａ／Ｄ変換器８によってデジタル値に変換
されたＡ相信号は、ＲＯＭテーブル（記憶手段）９にア
ドレスとして出力されるようになっている。図３に示す
ように、ＲＯＭテーブル９には、Ａ相信号の波形に応じ
た回転体１の回転位置、即ち、位相のデータが記憶され
ている。図２に示したように、検出・判定部３からは、
回転体１の回転位相１８０°毎にパルス信号が出力され
る。そして、ＲＯＭテーブル９には、そのパルス信号に
よって得られる回転体１の回転位置情報を補間するため
のデータが記憶されている。即ち、回転位相０°〜１８
０°の間，また、回転位相１８０°〜３６０°の間にお
いて回転位置情報を補間する。

【００２２】ところで、Ａ相信号のレベル値は、正半波
期間，負半波期間の夫々において重複する値を取るた
め、ＲＯＭテーブル９に記憶させるデータは、図３に示
すように波形のａ〜ｂ区間（回転位相０°〜９０°）及
びｃ〜ｄ区間（回転位相１８０°〜２７０°）に相当す
るデータのみとする。そして、各区間のデータは、夫々
位相０°，１８０°を基準とする位相の相対値であるか
ら、何れも、０°〜９０°を示すデータとなる。

【００２３】ＲＯＭテーブル９より読み出されて出力さ
れたデータは、シフトレジスタ（ＳＲ）１０及び減算器
１１に与えられており、シフトレジスタ１０は、ＲＯＭ
テーブル９よりｎ番目のデータＤn が与えられるとその
データを保持すると共に、その１つ前のデータ出力周期
において与えられ保持していた（ｎ−１）番目のデータ
Ｄn-1 を外部に出力するようになっている。

【００２４】シフトレジスタ１０より出力されたデータ
Ｄn-1 は、マグニチュードコンパレータ１２及び１３に
与えられている。コンパレータ１２は、データＤn-1 を
ＲＯＭテーブル９が出力するデータの最小値“０”と比
較して、両者が一致すると減算器１１に信号Ｓ１（ハイ
レベル）を出力するようになっている。また、コンパレ
ータ１３は、データＤn-1 をＲＯＭテーブル９が出力す
るデータの最大値“９０”と比較して、両者が一致する
と減算器１１に信号Ｓ２（ハイレベル）を出力するよう
になっている。

【００２５】また、減算器１１には、被減算データ値Ｄ
S として“１８０”が与えられていると共に、検出・判
定部３からの判定信号DIR が与えられている。そして、
減算器１１は、信号DIR ，Ｓ１，Ｓ２に応じて、以下の
ように選択的に動作するようになっている。 DIR Ｓ１Ｓ２出力データＤC ＨＨＬＤn ＨＬＨＤS −Ｄn ＬＨＬＤS −Ｄn ＬＬＨＤn 尚、減算器１１は、出力信号Ｓ１，Ｓ２の何れかが
“Ｈ”になると、次に何れかが“Ｈ”になるまで選択さ
れた動作を実行し続けるようになっている。そして、加
算器５は、カウンタ・データ出力部４の出力データと減
算器１１の出力データＤC とを加算してデータＤE を外
部に出力するようになっている。以上において、加算
器５，オフセット部６，サンプルホールド回路７，Ａ／
Ｄ変換器８，ＲＯＭテーブル９，シフトレジスタ１０，
減算器１１，コンパレータ１２及び１３は、位置データ
補間手段１４を構成している。

【００２６】次に、本実施例の作用について説明する。
尚、位置センサ２に基づいて検出される電気角３６０°
が回転体１の機械角３６０°に対応するものとする。回
転体１が例えば正転方向に回転すると、位置センサ２よ
り正弦波状のＡ相，Ｂ相信号が出力される。そして、Ａ
相信号のゼロクロス点が検出・判定部３において検出さ
れ、その出力パルス数がカウンタ・データ出力部４にお
いてカウントされ、カウント毎にデータＤZ が出力され
る。

【００２７】一方、位置センサ２より出力されるＡ相信
号は、測定周期毎にサンプルホールドされＡ／Ｄ変換器
８によりＡ／Ｄ変換されると、ＲＯＭテーブル９に読み
出しアドレスとして与えられる。そして、ＲＯＭテーブ
ル９からは、位置データＤnが出力され、そのデータＤn
は、減算器１１を経てデータＤC となり、そのデータ
ＤC は、更に、データＤZ に加算される。以下、位相区
間を分けて詳細に説明する。

【００２８】（１）位相０°〜９０° この場合、検出・判定部３は、最初のゼロクロスパルス
の出力によってクリアされており、データＤZ は“０”
である。そして、ポイントａにおいて条件が成立する
ため、減算器１１は、ＲＯＭテーブル９より読み出され
る区間ａ−ｂのデータＤn をそのままＤC として出力
し、そのデータＤC は、そのまま加算器５よりデータＤ
E として外部に出力される。

【００２９】（２）位相９０°〜１８０° 図３において、この区間ｂ−ｃにＲＯＭテーブル９より
出力されるデータＤnは、区間ａ−ｂにおいて出力され
るデータの逆順となり、そのデータ値は順次減少して行
く。そして、ポイントｂを経過した次の検出タイミング
においては、シフトレジスタ１０の出力データＤn-1 ＝
９０となるので、コンパレータ１３は、信号Ｓ２をハイ
レベルにする。すると、条件が成立するため、減算器
１１より出力されるデータＤC はＤS （１８０）−Ｄn
となり、そのまま加算器５よりデータＤE として外部に
出力される。

【００３０】（３）位相１８０°〜２７０° 図３において、この区間ｃ−ｄにＲＯＭテーブル９より
出力されるデータＤnは、区間ａ−ｂにおいて出力され
るデータと同順となる。そして、ポイントｃを経過した
次の検出タイミングにおいては、シフトレジスタ１０の
出力データＤn-1 ＝０となるので、コンパレータ１２
は、信号Ｓ１をハイレベルにする。すると、条件が成
立し、減算器１１は、（１）と同様にＲＯＭテーブル９
より読み出されるデータＤn をそのままＤC として出力
する。

【００３１】一方、ポイントｃにおいては、検出・判定
部３においてゼロクロスパルスが発生し、カウンタ・デ
ータ出力部４におけるカウント値は“１”となり、デー
タＤZ ＝１８０が加算器５に出力される。従って、加算
器５の出力データＤE は、ＤE ＝ＤZ ＋ＤC ＝１８０＋
Ｄn となる。

【００３２】（４）位相２７０°〜３６０°（０°）この区間ｄ−ｅにＲＯＭテーブル９より出力されるデー
タＤn は、区間ｃ−ｄにおいて出力されるデータの逆順
であり、（２）の場合と同様にデータ値は順次減少す
る。そして、ポイントｄを経過した次の検出タイミング
においては、シフトレジスタ１０の出力データＤn-1 ＝
９０となり、コンパレータ１３は信号Ｓ２をハイレベル
にする。すると、条件が成立するため、減算器１１よ
り出力されるデータＤC はＤS （１８０）−Ｄn とな
る。

【００３３】そして、カウンタ・データ出力部４より、
データＤZ ＝１８０が加算器５に出力されているので、
加算器５の出力データＤE は、ＤE ＝ＤZ ＋ＤC ＝１８
０＋１８０−Ｄn ＝３６０−Ｄn となる。

【００３４】一方、回転体２が逆転する場合は、減算器
１１の動作条件，に示したように、シフトレジスタ
１０の出力データＤn-1 が“０”となり、信号Ｓ２が
“Ｈ”になると、減算器１１は、ＲＯＭテーブル９より
出力されるデータＤn をそのまま出力し、シフトレジス
タ１０の出力データＤn-1 が“９０”となり、信号Ｓ１
が“Ｈ”になると、減算器１１は、出力データＤC をＤ
S （１８０）−Ｄn とする。但し、カウンタ・データ出
力部４よりクリア信号ＣZ が与えられると、上記動作条
件〜は、以下に示す〜に切り替わる。 DIR Ｓ１Ｓ２出力データＤC ＬＨＬＤn ＬＬＨＤS −Ｄn ＨＨＬＤS −Ｄn ＨＬＨＤn

【００３５】尚、回転体１における回転位置の原点を決
定するには、相対的に決定しても問題ない場合は、上述
のように検出・判定部３よりカウンタ・データ出力部４
へ最初のパルスが出力された時にカウンタ・データ出力
部４のカウンタをゼロクリアすれば良い。また、絶対的
な原点を決定する必要がある場合には、原点検出用の位
置センサを回転体１に別途配置すれば良い。

【００３６】以上のように本実施例によれば、ＲＯＭテ
ーブル９に、回転体１の回転に伴って磁気抵抗素子２Ａ
より出力されるＡ相信号の振幅レベルをアドレスとし、
その振幅レベルに対応する位相をデータとして記憶させ
ておき、Ａ相信号の振幅レベルをＡ／Ｄ変換してＲＯＭ
テーブル９にアドレスを与えてデータを読み出すこと
で、Ａ相信号のゼロクロス点の検出に応じて得られる１
８０°単位の位相データを補間するようにした。

【００３７】即ち、基準パルス信号に基づいてカウンタ
・データ出力部４より得られる回転体１の回転位置ＤZ
よりも詳細な位置データＤC をＲＯＭテーブル９より得
ることにより、回転体１の回転速度が低く、基準パルス
信号が出力されない期間においても回転位置データＤZ
の補間することができるので、回転位置の検出精度を向
上させることができる。また、補間された回転位置デー
タＤE は位相の即値として出力されるので、その出力結
果を容易に利用することができる。そして、従来とは異
なり、位置データ補間手段１４は２つ以上のパルスの出
力を待たずとも補間を行うことができるので、回転体１
の回転速度が比較的低い領域においても補間を行うこと
ができる。

【００３８】図４は本発明の第２実施例を示すものであ
り、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を
省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実
施例では、回転体１の回転数を検出する回転数検出部
（補間禁止手段）１５が設けられている。その回転数検
出部１５は、検出・判定部３より出力されるパルス信号
数を単位時間内（例えば、１分間）にカウントすること
で回転数（ｒｐｍ）を検出するようになっている。

【００３９】そして、検出した回転数が所定値（例え
ば、１５００ｒｐｍ）以上になると、加算器５に補間禁
止信号を出力することで加算器５による（ＤE ＝ＤZ ＋
ＤC ）の演算を禁止して（ＤE ＝ＤZ ）として出力させ
るようにする。

【００４０】即ち、回転体１が高速で回転する場合に
は、カウンタ・データ出力部４より得られる回転位置の
出力間隔が相対的に短くなるため、詳細な回転位置を得
る必要性が低下する。従って、以上のように構成した第
２実施例によれば、斯様な場合に位置データ補間手段１
４による補間を禁止することで、不要な処理を省くこと
ができる。

【００４１】図５乃至図８は本発明の第３実施例を示す
ものである。第３実施例は、回転体１の回転位置を得る
ために、第１及び第２実施例と同様に位置センサ２を用
いるが、詳細な回転位置を求めるための方式が異なって
いる。即ち、図５に示すように、磁気抵抗素子２Ａ，２
Ｂが出力するＡ相，Ｂ相信号は、検出・判定部１６に与
えられていると共に、信号合成部（ベクトル信号出力手
段）１７にも与えられている。

【００４２】信号合成部１７は、Ａ相，Ｂ相信号を後述
するようにベクトル演算することによってＣ〜Ｈ相信号
を生成し、検出・判定部１６に出力するようになってい
る。検出・判定部１６は、Ａ〜Ｈ相信号のゼロクロス点
を夫々検出して、ゼロクロス検出パルスを８入力ＯＲゲ
ート１８を介してカウンタ・データ出力部１９に出力す
るようになっている。また、検出・判定部１６は、第１
実施例における検出・判定部３と同様に、Ａ相，Ｂ相信
号の位相関係に基づいて判定信号DIR をカウンタ・デー
タ出力部１９に出力する。

【００４３】カウンタ・データ出力部１９は、ＯＲゲー
ト１８より与えられるパルス入力数を判定信号DIR に応
じてアップ／ダウンカウントし、そのカウント値に応じ
た位相データＤZ を外部に出力するようになっている。

【００４４】ここで、信号合成部１７におけるベクトル
演算について説明する。磁気抵抗素子２Ａ，２Ｂが出力
するＡ相，Ｂ相信号をＶａ，Ｖｂとすると、これらは、
位相差が（φ＝）９０°（π／２）異なるベクトルとし
て扱うことができる。図７に、ベクトルＶａを基準とす
るベクトルダイヤグラムを示す。この図７において、Ｖａ＋Ｖｂ＝Ｖｃ …（１）として得られるベクトルＶｃは、ベクトルＶａに対して
位相が＋π／４の関係にある。また、Ｖａ−Ｖｂ＝Ｖｄ …（２）として得られるベクトルＶｄは、ベクトルＶａに対して
位相が−π／４の関係にある。

【００４５】即ち、Ｖａ＝ＡｓｉｎωｔＶｂ＝Ｂｓｉｎωｔとすると、Ｖａ＋Ｖｂ＝Ａｓｉｎωｔ＋Ｂｓｉｎωｔ＝（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２・ｓｉｎ（ωｔ＋ｓｉｎ^−１（Ｂ／（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２））となる。

【００４６】ここで、ｓｉｎ^−１（Ｂ／（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２）＝ｔａｎ^−１（Ｂ／（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２）／（１−（Ｂ^２／（Ａ^２＋Ｂ^２）））^１／２）＝ｔａｎ^−１（Ｂ／（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２）／（Ａ／（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２）であるから、Ｖｃ＝Ｖａ＋Ｖｂ＝（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２・ｓｉｎ（ωｔ＋ｔａｎ^−１（Ｂ／Ａ）） …（３）となる。同様に、Ｖｄ＝Ｖａ−Ｖｂ＝（Ａ^２＋Ｂ^２）^１／２・ｓｉｎ（ωｔ−ｔａｎ^−１（Ｂ／Ａ）） …（４）となる。ここで、Ａ＝Ｂであれば、ｔａｎ^−１（Ｂ／
Ａ）＝π／４となる。

【００４７】同様にして、２^１／２Ｖａ＋Ｖｃ＝Ｖｅ …（５）として得られるベクトルＶｅは、ベクトルＶａに対して
位相が＋π／８の関係にあり、２^１／２Ｖａ＋Ｖｄ＝Ｖｆ …（６）として得られるベクトルＶｆは、ベクトルＶａに対して
位相が−π／８の関係にある。

【００４８】また、２^１／２Ｖｂ＋Ｖｃ＝Ｖｇ …（７）として得られるベクトルＶｇは、ベクトルＶａに対して
位相が＋３π／８の関係にあり、Ｖｄ−２^１／２Ｖｂ＝Ｖｆ …（８）として得られるベクトルＶｆは、ベクトルＶａに対して
位相が−３π／８の関係にある。

【００４９】図６は、以上のようにベクトル演算を行う
信号合成部１７の詳細な構成を示すものである。この図
６において、ベクトルＶａ，Ｖｂは加算器２０及び減算
器２１に与えられている。加算器２０からは、ベクトル
Ｖｃが合成されて出力されると共に、その出力端子は、
加算器２２及び２３の一方の入力端子に接続されてい
る。また、減算器２１からは、ベクトルＶｄが合成され
て出力されると共に、その出力端子は、加算器２４及び
減算器２５一方の入力端子に接続されている。

【００５０】また、ベクトルＶａは係数２^１／２を乗じ
る係数乗算器２６を介して、加算器２２及び２４の他方
の入力端子に与えられており、ベクトルＶｂは係数２
^１／２を乗じる係数乗算器２７を介して、加算器２３及
び減算器２５の他方の入力端子に与えられている。そし
て、加算器２２，２４，２３並びに減算器２５からは、
ベクトルＶｅ，Ｖｆ，Ｖｇ並びにＶｈが夫々合成されて
出力されるようになっている。

【００５１】図８は、Ａ相〜Ｇ相信号の波形に基づいて
出力されるゼロクロスパルスの位相関係を示すものであ
る。尚、各信号の振幅レベルは、図示の都合上等しくし
ている。図８（ａ）において、Ｂ相信号はＡ相信号に対
して位相がπ／２進んでおり、両者の波形に基づくゼロ
クロスパルスは、π／２毎に出力される。そして、図８
（ｂ）において、Ｃ相信号はＡ相信号に対して位相がπ
／４進みであり、Ｄ相信号はＡ相信号に対して位相がπ
／４遅れであるから、両者の波形に基づくゼロクロスパ
ルスは、Ａ相信号を基準としてπ／４ずれた位相でπ／
２毎に出力される。

【００５２】また、図８（ｃ）において、Ｅ相信号はＡ
相信号に対して位相がπ／８進みであり、Ｆ相信号はＡ
相信号に対して位相がπ／８遅れであるから、Ｆ相信号
はＥ相信号に対してπ／４遅れとなり、Ｆ相信号パルス
の次に出力されるＥ相信号パルスは、３π／４後に出力
される。そして、図８（ｄ）において、Ｇ相信号はＡ相
信号に対して位相が３π／８進みであり、Ｈ相信号はＡ
相信号に対して位相が３π／８遅れであるから、両者の
波形に基づくパルスの出力パターンは、Ｅ相，Ｆ相信号
波形に基づくパルスの出力パターンに対してπ／４ずれ
た位相となる。

【００５３】以上の各相信号波形に基づくセロクロスパ
ルスの出力パターンをＯＲゲート１８によって足し合わ
せると図８（ｅ）に示すようになり、パルスは、電気角
２２．５°間隔で出力される。そして、カウンタ・デー
タ出力部１９は、例えばＡ相信号を基準として、パルス
が入力される毎に２２．５°ずつ加減算したデータ値を
ＤZ として出力する。

【００５４】以上のように第３実施例によれば、磁気抵
抗素子２Ａ，２Ｂにより、位相が互いにπ／２異なる二
相ベクトル信号を出力し、これらの二相ベクトル信号を
基に信号合成部１７によりベクトル演算して合成を行う
ことにより、当該二相ベクトル信号を基準として位相差
が±π／４，±π／８，±３π／８となる新たなベクト
ル信号を生成して出力するようにし、これらのベクトル
信号に基づいて、回転体１の回転位置を検出するように
した。従って、元の二相（Ａ，Ｂ）ベクトル信号のみか
ら得られる回転位置よりも詳細な位置情報を得ることが
できる。

【００５５】そして、二相ベクトル信号と新たに生成し
たベクトル信号の大きさが等しくなるように調整しなが
らこれらの加減算を行うことで、二相ベクトル信号の何
れか一方を基準として、±φ／２^ｎ（ｎは自然数）を単
位とする分解能の位相差を有する新たなベクトル信号を
必要な精度に応じて生成することができる。

【００５６】また、位相差φを９０°（π／２）に設定
することで、一般的な二相エンコーダより得られる二相
信号と同じ９０°位相差の信号に基づいて回転方向の判
別を容易に行うことができる。

【００５７】図９及び図１０は本発明の第４実施例を示
すものである。第４実施例では、第３実施例における信
号合成部１７に代わって信号合成部（ベクトル信号出力
手段）１７Ａを用いるものである。その他の構成は第３
実施例と同様であり、信号合成部１７Ａについてのみ説
明する。

【００５８】図９において、信号合成部１７Ａは、信号
合成部１７より係数乗算器２６，２７を削除し、加算器
２０，減算器２１の出力側に正規化部２８，２９を配置
したものである。即ち、第３実施例においては、ベクト
ルＶｃ，Ｖｄを合成するために（３），（４）式の演算
を行うと、それらの振幅は、ベクトルＶａ，Ｖｂの振幅
の２^１／２倍になっている。従って、ベクトルＶｃ，Ｖ
ｄとベクトルＶａ，Ｖｂとを用いてベクトルＶｅ〜Ｖｈ
を合成する場合には、ベクトルＶａ，Ｖｂに係数２
^１／２を乗じて演算を行っていた。

【００５９】これに対して、第４実施例においては、加
算器２０，減算器２１によりベクトルＶｃ，Ｖｄを得る
と、そのベクトルＶｃ，Ｖｄの振幅レベルを正規化部２
８，２９によって正規化する。即ち、この場合、正規化
部２８，２９において係数２ ^−１／２を乗じる。する
と、正規化されたベクトルＶcn，Ｖdnの振幅レベルは
“１”となるので、ベクトルＶａ，ＶｂとベクトルＶc
n，Ｖdnとを直接加減算することによってベクトルＶ
ｅ′〜Ｖｈ′を合成することができる（図１０参照）。

【００６０】以上のように構成された第４実施例によっ
ても、第３実施例と同様の効果を得ることができる。

【００６１】図１１乃至図１３は本発明の第５実施例を
示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を
付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明
する。電気的構成を示す図１１において、第１実施例の
検出・判定部３に代えて、Ａ相信号のゼロクロス検出の
みを行うゼロクロス検出部（基準パルス出力手段）３０
が配置されている。

【００６２】また、磁気抵抗素子２Ａ，２Ｂより出力さ
れるＡ相，Ｂ相信号は、第１実施例と同様のオフセット
部６Ａ，６Ｂ，サンプルホールド回路７Ａ，７Ｂ，Ａ／
Ｄ変換器８Ａ，８Ｂを介してラッチ３１Ａ，３１Ｂに夫
々与えられている。そして、ラッチ３１Ａ，３１Ｂの出
力データは、マイクロコンピュータ（マイコン）３２の
データバスに出力されるようになっている。

【００６３】マイコン３２は、ラッチ３１Ａ，３１Ｂに
ラッチ信号ＳL を出力するようになっている。また、マ
イコン３２は、内部にＲＯＭテーブル３２ａを有してお
り、ラッチ３１Ａ，３１Ｂより与えられるＡ相，Ｂ相信
号のＡ／Ｄ変換値と、ＲＯＭテーブル（記憶手段）３２
ａに記憶されているテーブルデータとに応じて補間デー
タＤC 及び判定信号DIR を決定し、加算器５及びカウン
タ・データ出力部４に出力するようになっている。

【００６４】尚、オフセット部６Ａ，６Ｂ，サンプルホ
ールド回路７Ａ，７Ｂ，Ａ／Ｄ変換器８Ａ，８Ｂ，ラッ
チ３１Ａ，３１Ｂ並びにマイコン３２は、位置データ補
間手段３３を構成している。

【００６５】次に、第５実施例の作用について図１２及
び図１３をも参照して説明する。図１２は、マイコン３
２が行うデータ補間処理の制御内容を示すフローチャー
トであり、一定のサンプリング周期毎に実行されるもの
である。図１２において、マイコン３２は、ラッチ信号
ＳL を出力してＡ相，Ｂ相信号のＡ／Ｄ変換値をラッチ
する（ステップＳ１）。そして、ラッチ３１Ａのみにイ
ネーブル信号（図示せず）を与えてＡ相信号のデータの
みをデータバスに出力させて読み込む（ステップＳ
２）。

【００６６】それから、マイコン３２は、読み込んだＡ
相信号のデータ値が、機械角３０°単位に相当する値か
否かを判断する（ステップＳ３）。ここで、図１３に示
すように、ＲＯＭテーブル３２ａには、回転体１の機械
角３０°毎においてＡ相，Ｂ相信号が示す信号レベルの
組合わせがテーブルデータとして記憶されている。尚、
図１３においては、各信号レベルのデータ値は交流振幅
レベルで示しており、ラッチ３１Ａ，３１Ｂより与えら
れるＡ／Ｄ変換値そのものではない。

【００６７】即ち、マイコン３２は、ステップＳ３にお
いて、ステップＳ２で読み込んだＡ相信号のデータ値
が、０，０．５，０．８７，１，−０．５，−０．８
７，−１の何れかであるか否かを判断し、「ＹＥＳ」で
あればステップＳ４に移行し、「ＮＯ」であれば処理を
終了する。

【００６８】ステップＳ４において、マイコン３２は、
今度はラッチ３１Ｂのみにイネーブル信号を与えてＢ相
信号のデータのみをデータバスに出力させて読み込む
と、ステップＳ２で読み込んだＡ相信号のデータと併せ
て回転体１の回転位相を判定すると（ステップＳ５）補
間データＤC を出力する（ステップＳ６）。但し、回転
位相が“１８０”である場合は、補間データＤC は
“０”を出力する。例えば、Ａ相が“０．５”であり、
Ｂ相が“０．８７”である場合、回転位相は一意に３０
°と判定される。

【００６９】続いて、マイコン３２は、内部のＲＡＭ
（図示せず）に記憶させた前回の回転位相を読み出して
回転体１の回転方向を判定する（ステップＳ７，Ｓ
８）。即ち、前回の回転位相が０°であれば回転方向は
正転と判定され、前回の回転位相が６０°であれば回転
方向は逆転と判定される。そして、判定した回転方向に
応じて判定信号DIR のレベルを設定する（ステップＳ
９）。それから、今回の回転位相をＲＡＭに記憶させる
と、処理を終了する。

【００７０】以上のように第５実施例によれば、マイコ
ン３２のＲＯＭテーブル３２ａに、回転体１の機械角３
０°毎にＡ相，Ｂ相信号が示す信号レベルの組合わせを
テーブルデータとして記憶させ、Ａ相信号のゼロクロス
点の検出に応じて得られる１８０°単位の位相データを
補間するようにした。従って、マイコン３２の処理速度
に応じて、補間データの分解能を設定することができ
る。

【００７１】本発明は上記し且つ図面に記載した実施例
にのみ限定されるものではなく、次のような変形または
拡張が可能である。位置センサ２から出力される二相信
号の波形は略正弦波であるとしたが、磁気回路の構成に
よっては、波形に歪みが生じて対称とならない場合もあ
る。そのような場合であっても、その歪んだ波形に対応
する回転位置データをＲＯＭテーブル９に記憶させれば
良い。カウンタ・データ出力回路４においてＢ相信号の
パルスも同時にカウントするようにしても良い。カウン
タ・データ出力回路４に代えて、カウント値をそのまま
出力するカウンタを配置し、減算器１１からの出力デー
タは、前記カウンタ値の下位ビットとして出力するよう
にしても良い。その場合、データを利用する側で、上位
のカウント値をデコードすれば良い。

【００７２】回転体１の回転方向を判別する必要がない
場合には、磁気抵抗素子は例えば２Ａのみでも良い。回
転体１の機械角と電気角とが一致するものに限らず、例
えば、２（電気角）＝（機械角）のような極数の回転体
に適用しても良い。第２実施例において、回転数検出部
１５が出力する補間禁止信号を減算器１１に与えて、Ｄ
C ＝０を出力させても良い。第４実施例において、ベク
トルＶｅ′〜Ｖｈ′を用いて更に合成を行う場合には、
ベクトルＶｅ′〜Ｖｈ′の振幅レベルも正規化してベク
トルＶen〜Ｖhnを用いれば良い。この場合、係数として
は、１／（２・ｃｏｓ（２２．５°））を乗じれば良
い。

【００７３】第３または第４実施例において、ベクトル
信号出力手段によって生成出力する新たなベクトル信号
は、元の二相ベクトル信号の位相差φに対し、何れか一
方を基準として±φ／２，±φ／４，±φ／８，±３φ
／８の位相差を有するものに限らず、±φ／３，±φ／
５，±φ／６等、適宜ベクトル演算して生成すれば良
い。第５実施例における回転位相３０°単位の補間はあ
くまでも一例であり、補間データの分解能は適宜設定す
れば良い。また、第５実施例において、マイコン３２が
第２実施例のように回転体１の回転数を検出し、その回
転数が所定値以上になると補間を禁止するように構成し
ても良い。回転体は、モータのロータに限ることなく回
転することにより磁界の変化が比較的滑らかに検出され
るものであれば良い。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気エン
コーダによれば、位置データ補間手段は、基準パルス信
号が出力されることで位置データ出力手段より得られる
回転体の回転位置よりも詳細な位置データを記憶手段よ
り得て、回転位置データの補間を行うことができ、位置
検出の分解能を向上させることができる。そして、従来
とは異なり、２つ以上のパルスの出力を待たずとも補間
を行うことができるので、回転体の回転速度が比較的低
い領域においても回転位置データを補間することができ
る。

【００７５】また、位相が互いに異なる二相ベクトル信
号を得て演算によりベクトル合成を行うことで、基準ベ
クトル信号に対する位相差が二相ベクトル信号の位相差
よりも小さい新たなベクトル信号を得ることができる。
そして、合成された新たなベクトル信号に基づいて回転
体の回転位置を検出すれば、元の二相ベクトル信号のみ
から得られる回転位置よりも詳細な位置情報を得ること
ができるので、位置検出の分解能を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例であり、電気的構成を示す
機能ブロック図

【図２】（ａ）は磁気抵抗素子の出力信号波形、（ｂ）
は（ａ）のゼロクロス点において出力されるパルス信号
を示す

【図３】磁気抵抗素子の出力信号波形とＲＯＭテーブル
に記憶されている回転位置データとの関係を示す図

【図４】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図５】本発明の第３実施例を示す図１相当図

【図６】信号合成部の詳細な構成を示す図

【図７】ベクトルダイヤグラム

【図８】Ａ相〜Ｈ相信号波形と、各波形のゼロクロス点
で出力されるパルス信号との関係を示す図

【図９】本発明の第４実施例を示す図６相当図

【図１０】図７相当図

【図１１】本発明の第５実施例を示す図１相当図

【図１２】マイクロコンピュータが実行するデータ補間
処理のフローチャート

【図１３】マイクロコンピュータのＲＯＭテーブルに記
憶されるデータの一例を示す図

【符号の説明】

１は回転体、２は位置センサ、２Ａ，２Ｂは磁気抵抗素
子、３はゼロクロス検出部・方向判定部（基準パルス出
力手段）、９はＲＯＭテーブル（記憶手段）、４は位置
データ補間手段、１５は回転数検出部（補間禁止手
段）、１７，１７Ａは信号合成部（ベクトル信号出力手
段）、３０はゼロクロス検出部（基準パルス出力手
段）、３２ａはＲＯＭテーブル（記憶手段）、３３は位
置データ補間手段を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多極着磁されて回転体に取り付けられて
いる磁性体に対向して配置された磁気抵抗素子の出力信
号に基づいて、前記回転体の回転位置を検出する磁気式
エンコーダにおいて、前記磁気抵抗素子の出力信号レベルが基準レベルと等し
くなった時に基準パルス信号を出力する基準パルス出力
手段と、この基準パルス出力手段によって出力される基準パルス
信号に基づいて前記回転体の回転位置データを出力する
位置データ出力手段と、前記磁気抵抗素子の出力信号レベルに対応する前記回転
体の位置データを予め記憶する記憶手段と、この記憶手段に記憶されている位置データに基づいて、
前記位置データ出力手段によって出力される回転位置デ
ータの補間を行う位置データ補間手段とを備えたことを
特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】位置データ出力手段は、基準パルス出力
手段によって出力される基準パルス信号のパルス数をカ
ウントし、そのカウント値に応じた回転位置データを出
力するように構成され、位置データ補間手段は、記憶手段に記憶されている位置
データを磁気抵抗素子の出力信号レベルに応じて読み出
し、その位置データを前記位置データ出力手段より出力
される回転位置データに加算するように構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
【請求項３】回転体の回転速度が所定速度以上となっ
た場合に、位置データ補間手段による補間を禁止させる
補間禁止手段を備えたことを特徴とする請求項１または
２記載の磁気式エンコーダ。
【請求項４】多極着磁されて回転体に取り付けられて
いる磁性体に対向して配置された磁気抵抗素子の出力信
号に基づいて、前記回転体の回転位置を検出する磁気式
エンコーダにおいて、前記磁気抵抗素子を２つ備えて、位相が互いに異なる二
相ベクトル信号を出力し、これらの二相ベクトル信号を基に適宜演算して合成を行
うことにより、当該二相ベクトル信号の何れか一方を基
準とする位相差が、前記二相ベクトル信号の位相差より
も小さい新たなベクトル信号を生成して出力するベクト
ル信号出力手段を備え、このベクトル信号出力手段によって出力されるベクトル
信号に基づいて、前記回転体の回転位置を検出すること
を特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項５】ベクトル信号出力手段は、二相ベクトル
信号の何れか一方を基準として、φ／２^ｎ（φは二相ベ
クトル信号の位相差，ｎは自然数）を単位とする分解能
の位相差を有する新たなベクトル信号を生成出力するこ
とを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ。
【請求項６】二相ベクトル信号の位相差が、９０°に
設定されていることを特徴とする請求項３乃至５の何れ
かに記載の磁気式エンコーダ。