JP2001183169A - 位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 適用モータの磁極検出するとともに、少ない
信号線数で位置制御、速度制御用として高い検出分解能
を得られ、かつ、コストを安価にする。 【解決手段】 この位置検出装置１は、ＮおよびＰが１
以上の整数のとき、１回転につき、Ｐ回周期的に変化す
る第１位置検出信号を出力する位置検出部１０と、Ｐ−
Ｎ回周期的に変化する第２位置検出信号を出力する位置
検出部２０とを、回転軸を共有して配設する。第１、第
２の位置検出信号を基に、第１、第２の演算部１４，２
４により、１回転につき、各々Ｐ周期およびＰ−Ｎ周期
ののこぎり波状の電気的角度信号を出力させ、第３の演
算部３４により、第１、第２の演算部１４，２４からの
前記両信号の差をとり、演算結果が正のときは、そのま
まの演算結果を使用し、演算結果が負のときは、電気角
３６０゜を該演算結果に加えることにより、機械的角度
１回転につき、Ｎ周期の位置検出信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、位置または角度の
計測や制御などに使用される位置検出装置、および位置
制御用のリニアモータを含むモータに使用される位置検
出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の位置検出装置としては、
角度検出信号(Ａ,Ｂ相)と磁極検出信号(Ｕ，Ｖ，Ｗ相)
および原点信号(Ｚ相)などをもつ光学式や磁気式のエン
コーダ、または軸倍角が１Ｘのレゾルバなどが、主に使
用されている。ここで、前記軸倍角とは、その検出装置
の実際の入力機械角に対する、出力電気角の比をいい、
通常、機械角θmは、出力電気角θeを、軸倍角で割算す
ることにより求められる。すなわち、ｎ×機械角θm＝
電気角θeのときを、軸倍角ｎとし、「ｎＸ」で表す。

【０００３】前記光学式エンコーダは、例えば発光ダイ
オードと、フォトダイオードなどの光電変換素子との間
に、スリットが設けられた円板を配設したものである。
インクリメンタル形は相対位置を検出するもので、構造
が簡単で、安価であるが、アブソリュート形は絶対位置
を検出するもので、構造が複雑で、高価である。磁気式
エンコーダは、軸とともに回転する小磁石を多数配置し
たドラムと磁気抵抗素子を用いて位置検出する磁気検出
形と、例えば回転子の外周に形成させた小歯と外部の永
久磁石とを対向配置させ、歯と溝で生ずる磁束変化を検
出するリラクタンス形がある。他方、前記レゾルバは、
固定子に９０°位相のずれた２相巻線を配置し、その軸
とともに回転する回転子巻線の電圧の位相により、位置
検出を行うものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光学式や磁気式のエンコーダにおいては、磁
極検出信号や原点信号を付加することで信号数が多くな
り、信号線数が増えるという欠点があった。また、磁極
検出信号からは回転子磁極の極性の判別はできるが、正
確な位置を検出することはできずに、制御装置に電源を
投入してから原点検出信号を検出するまでの間は、不正
確な磁極位置情報に基づいて制御しなければならないと
いう問題点があった。

【０００５】他方、軸倍角１Ｘのレゾルバにおいては、
１回転、１周期で９０°位相のずれた正弦波状に変化す
る２相の信号を、ＲＤ変換（レゾルバ／デジタル変換）
することによって、角度検出、磁極検出および原点検出
が同時にできるメリットがある。しかし、高分解能を得
ようとすると、ＲＤ変換部の分解能をあげなければなら
ずコストが高くなってしまう。また、該レゾルバの検出
精度をあげるには、アナログ信号の精度をあげる必要が
あるが、信号に含まれる高調波成分や巻線精度、機械的
精度の影響により、高精度の角度検出が難しいという問
題点があった。また、軸倍角５０Ｘ,１００Ｘなどのレ
ゾルバも実用化されており、信号精度が同じであれば、
５０倍、１００倍の精度が得られるというメリットがあ
るが、回転子磁極数が５０ないし１００などの多極モー
タ（ハイブリッドステッピングモータなど）に用途が限
定されていた。

【０００６】また、次のような問題点もある。極数の少
ないモータに使用するために、軸倍角の小さな位置検出
器と、軸倍角の大きな検出器とを組み合わせて、磁極検
出と高い角度検出を行う方法も考えられるが、一般的に
磁気や光を利用した位置検出装置において、細かいピッ
チで正弦波状の信号を得ることは比較的容易であるが、
大きなピッチについては、正弦波状に変化する信号を得
ることは非常に難しい。差動トランス形のレゾルバにお
いては、低い軸倍角は比較的容易であるが、軸倍角の大
きなものをつくるのは、巻線極数が増えてしまい、製作
が困難で形状も大きくなってしまう。。そして、異なる
検出原理に基づく検出器を組み合わせることは、全体の
形状が大きくなり、コスト的にも不利になる。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解決し、適用するモータの磁極
検出ができるとともに、少ない信号線数で位置制御、速
度制御用として高い検出分解能を得られ、かつ、コスト
が安価な位置検出装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、次のとおりである。

【０００９】ＮおよびＰが１以上の整数のとき、１回転
につき、Ｐ回周期的に変化する第１の位置検出信号を出
力する第１の位置検出部と、１回転につき、Ｐ−Ｎ回周
期的に変化する第２の位置検出信号を出力する第２の位
置検出部とを、回転軸を共有するように配設し、前記第
１の位置検出信号を基に、１回転につき、Ｐ周期でのこ
ぎり波状に変化する第１の電気的角度信号を出力する第
１の演算部と、前記第２の位置検出信号を基に、１回転
につき、Ｐ−Ｎ周期でのこぎり波状に変化する電気的角
度信号を出力する第２の演算部とを備え、前記第１の演
算部と前記第２の演算部から、それぞれ出力される前記
第１、第２の電気的角度信号の差を、第３の演算部を介
してとり、演算結果が正のときはそのままの演算結果を
使用し、演算結果が負のときは電気角３６０゜を該演算
結果に加えることにより、前記第３の演算部から、１回
転につき、Ｎ周期の位置検出信号が出力される位置検出
装置である。

【００１０】また、ＮおよびＰが１以上の整数のとき、
単位移動量につき、Ｐ回周期的に変化する第１の位置検
出信号を出力する第１の位置検出部と、単位移動量につ
き、Ｐ−Ｎ回周期的に変化する第２の位置検出信号を出
力する第２の位置検出部とを、軸を共有するように配設
し、前記第１の位置検出信号を基に、移動量に対して、
Ｐ周期でのこぎり波状に変化する第１の電気的角度信号
を出力する第１の演算部と、前記第２の位置検出信号を
基に、移動量に対して直線的、かつＰ−Ｎ周期で変化す
る電気的角度信号を出力する第２の演算部とを備え、前
記第１の演算部と前記第２の演算部から、それぞれ出力
される前記第１、第２の電気的角度信号の差を、第３の
演算部を介してとり、演算結果が正のときはそのままの
演算結果を使用し、演算結果が負のときは電気角３６０
゜を該演算結果に加えることにより、前記第３の演算部
から、単位移動量につき、Ｎ周期の位置検出信号が出力
される位置検出装置である。

【００１１】さらに、ＮおよびＰが１以上の整数のと
き、半径が機械的角度の関数として、１回転につき、Ｐ
回周期的に変化する第１の回転子部と、該回転子部に対
向配置され、それぞれに巻線が巻回された４ａ（ここ
で、ａは、１以上の正の整数とする）個の固定子磁極を
有する第１の固定子とからなり、該第１の固定子の該巻
線からＰ周期で正弦波状に変化する、９０゜位相のずれ
た２相の電気信号が出力される第１の位置検出部と、半
径が機械的角度の関数として、１回転につき、Ｐ−Ｎ回
周期的に変化する第２の回転子部と、該回転子部に対向
配置され、それぞれに巻線が巻回された４ａ個の固定子
磁極を有する第２の固定子とからなり、該第２の固定子
の該巻線からＰ−Ｎ周期で正弦波状に変化する、９０゜
位相のずれた２相の電気信号が出力される第２の位置検
出部とを、回転軸を共有するように配設するとともに、
前記第１の位置検出部の前記２相の電気信号を基に、１
回転につき、Ｐ周期でのこぎり波状に変化する第１の電
気的角度信号を出力する第１の演算部と、前記第２の位
置検出部の前記２相の電気信号を基に、１回転につき、
Ｐ−Ｎ周期でのこぎり波状に変化する電気的角度信号を
出力する第２の演算部とを備え、前記第１の演算部と前
記第２の演算部から、それぞれ出力される前記第１、第
２の電気的角度信号の差を、第３の演算部を介してと
り、演算結果が正のときはそのままの演算結果を使用
し、演算結果が負のときは電気角３６０゜を該演算結果
に加えることにより、前記第３の演算部から、１回転に
つき、Ｎ周期の電気的角度信号が出力される位置検出装
置である。

【００１２】また、回転子の円周に沿って、Ｐ個の小歯
が等ピッチで配設された第１の回転子部と、該回転子部
の小歯との対向面には、小歯が配設されたＡ個の固定子
磁極が、等しい磁極ピッチで放射状に配設され、かつ該
磁極のそれぞれには巻線が巻回された第１の固定子とか
らなり、該第１の固定子の該巻線からＰ周期で変化する
第１の位置検出信号を出力する第１の位置検出部と、回
転子の円周に沿って、Ｙ個の小歯が等ピッチで配設され
た第２の回転子部と、該回転子部の小歯との対向面に
は、小歯が配設されたＡ個の固定子磁極が、等しい磁極
ピッチで放射状に配設され、かつ該磁極のそれぞれには
巻線が巻回された第２の固定子とからなり、該第２の固
定子の該巻線からＹ周期で変化する第２の位置検出信号
を出力する第２の位置検出部とを、回転軸を共有するよ
うに配設するとともに、前記固定子磁極数Ａ，第１の位
置検出部の回転子小歯数Ｐ，第２の位置検出部の回転子
小歯数Ｙを下記のように設定するとき、前記第１の位置
検出信号を基に、１回転につき、Ｐ周期でのこぎり波状
に変化する第１の電気的角度信号を出力する第１の演算
部と、前記第２の位置検出信号を基に、１回転につき、
Ｙ周期でのこぎり波状に変化する第２の電気的角度信号
を出力する第２の演算部を備え、前記第１の演算部と前
記第２の演算部から、それぞれ出力される前記第１、第
２の電気的角度信号の差を、第３の演算部を介してと
り、演算結果が正のときはそのままの演算結果を使用
し、演算結果が負のときは電気角３６０゜を該演算結果
に加えることにより、前記第３の演算部から、１回転に
つき、２ｍ周期の位置検出信号が出力される位置検出装
置である。すなわち、その設定としては、 Ａ＝４ｍ （ただし、ｍは、１以上の整数とする） Ｐ＝４ｍ・ｎ＋ｍ （ただし、ｎは、１以上の整数とす
る） Ｙ＝４ｍ・ｎ−ｍ である。

【００１３】前記第１および第２の位置検出部が、それ
ぞれ可変磁気抵抗型位置検出部である位置検出装置であ
る。

【００１４】本発明において、出力信号として９０°位
相のずれた正弦波信号から、角度や位置を求める位置検
出装置の検出部としては、例えば、差動トランス形レゾ
ルバ、磁気エンコーダ、可変磁気抵抗形レゾルバ、ホー
ル素子やＭＲ素子を使った磁気センサおよび光学式エン
コーダ(高分解能のもの)などが実用化されている。

【００１５】今、該位置検出部として、可変磁気抵抗形
レゾルバの９０°位相のずれた２相の正弦波状の出力信
号をＶa，Ｖb、回転角θとすると、該出力信号をＶa，
Ｖbは、回転角θに応じて正弦波または余弦波に振幅変
調された、下記の信号をそれぞれ出力する。 Ｖａ＝Ｋ・Ｅｍ・ｓｉｎωｔ・ｃｏｓθ Ｖｂ＝Ｋ・Ｅｍ・ｓｉｎωｔ・ｓｉｎθ ただし、ＥｍおよびＫは定数、ωは電源角速度

【００１６】前記出力信号電圧Ｖａ，Ｖｂを回転角θに
変換するための原理を図１４を参照して説明する。原理
的には、Ｖｂ／Ｖａ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθで
あるから、回転角θは（Ｖｂ／Ｖａ）のアークタンジェ
ントを計算することにより求められる。しかし、実際に
は信号電圧Ｖａ，Ｖｂの瞬時値をそのまま計算に用いな
い。すなわち、前記信号電圧Ｖａ，Ｖｂを同期検波部１
０１で同期検波して励磁周波数成分を除去した信号電圧
Ｖａ’＝Ｋ’・ｃｏｓθ，Ｖｂ’＝Ｋ’・ｓｉｎθ（た
だし、Ｋ’は定数）に変換し、これらの信号電圧Ｖ
ａ’，Ｖｂ’をＡ／Ｄ変換部１０２を介して演算部１０
３に入力する。そして、該演算部１０３で（Ｖｂ’／Ｖ
ａ’）のアークタンジェントを求める計算を実行して電
気角θｅを得る。回転子の実際の回転角θｍは、電気角
θｅを軸倍角で割算することにより求められる。図１５
は、軸倍角が１Ｘにおける、実際の回転角θｍと電気角
θｅとの関係を示している。この場合、位置検出装置の
構造により決まり、軸倍角が１Ｘでは、θｍ＝θｅ、図
１６（ａ）は軸倍角が２Ｘで、２θｍ＝θｅ、図１６
（ｂ）は軸倍角が５０Ｘで、５０θｍ＝θｅである。

【００１７】本発明は、前述のように構成されているの
で、その基本原理については、位置検出装置から得られ
る軸倍角の大きな位置検出装置を２個用い、それぞれの
位置検出信号の軸倍角の差から軸倍角の小さい検出信号
を得る方法について述べる。一例として、軸倍角５０Ｘ
の位置検出信号と、軸倍角４９Ｘの検出信号より軸倍角
１Ｘの信号を得る方法を図１に示す。図１（ａ）は、軸
倍角５０Ｘの第１の位置検出部から得られる位置検出値
Ａ、図１（ｂ）は、軸倍角４９Ｘの第２位置検出部から
得られる位置検出値Ｂを示す。横軸θmは機械角で、縦
軸θeは電気角である。

【００１８】図１（ｃ）に、前記第１位置検出部の５０
周期の位置検出値Ａから、前記第２位置検出部の４９周
期の位置検出値Ｂを引いた値Ｃを示す。全体として、回
転角θmに比例して増加する信号が得られるが、ＡとＢ
の位相関係により、電気角θeは３６０°変化する。図
１（ｄ）に、前記Ｃの値に、以下の判別条件から得られ
る値Ｅを加えた値、Ｄを示す。すなわち、Ｃ≧０のと
き、Ｅ＝０を、Ｃ＜０のとき、Ｅ＝３６０゜を加えて、
Ｄ＝Ｃ＋Ｅとする。このように、Ｄの電気角値θeは、
回転角θmに比例する値となる。前記計算により、軸倍
角５０Ｘと軸倍角４９Ｘの前記位置検出値Ａ，Ｂから、
軸倍角１Ｘの位置検出値Ｄが求められる。

【００１９】なお、前記第１、第２の位置検出部におい
て、図１（ａ）および図１（ｂ）の機械的角度０゜が互
いに合うように、両者を調整しておけば、検出出力信号
から原点信号が、容易に検知できる。以上は、回転位置
の検出装置について説明したが、直動位置の検出装置に
ついても、同様である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の位
置検出装置の好適な発明の実施の形態を詳しく説明す
る。

【００２１】（第１実施例）図２は、本発明の位置検出
装置の第１実施例を示す、レゾルバとしての機能を有す
る可変磁気抵抗形位置検出装置の縦断面図を含む構成図
で、図３および図４は、それぞれ図２のＡ−ＡおよびＢ
−Ｂ線による断面図である。

【００２２】図２ないし図４において、本実施例におけ
る位置検出装置１は、第１の位置検出部１０と第２の位
置検出部２０とからなり、その中心に回動自在に回転子
３０が配設され、該回転子３０は、それぞれ第１の回転
子部である回転子鉄心１３と第２の回転子部である回転
子鉄心２３とを、回転軸４を共有する態様で軸方向に配
置している。

【００２３】ＮおよびＰを、１以上の整数とすると、前
記第１の位置検出部１０の出力信号は、前記回転子３０
の１回転につきＰ＝５０回周期的に変化するように、前
記回転子鉄心１３には、その円周上で軸方向に延びるよ
うに、回転子小歯６が、５０個、等ピッチで形成されて
いる。いま、所望の位置検出信号の軸倍角、すなわち該
検出信号の周期Ｎを１とすると、前記第２の位置検出部
２０の出力信号は、前記回転子３０の１回転につきＰ−
Ｎ＝５０−１＝４９回周期的に変化するように、前記回
転子鉄心２３に、その円周上で軸方向に延びるように、
回転子小歯６が、４９個、等ピッチで形成される。この
場合、それぞれの前記回転子小歯６の基準小歯の位置を
一致させている。

【００２４】前記第１、第２の位置検出部１０，２０の
それぞれの第１の固定子１１、第２の固定子２１は、そ
れぞれ環状の固定子ヨーク部７と、このヨーク部７の内
側に向って、４５°間隔で放射状に突出した４個の固定
子磁極Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４と、該各固定子
磁極にそれぞれ巻回された検出巻線Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ
１３，Ｗ１４と、前記同様に、環状の固定子ヨーク部７
と、このヨーク部７の内側に向って、９０°間隔で放射
状に突出した４個の固定子磁極Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２
３，Ｐ２４と、該各固定子磁極にそれぞれ巻回された検
出巻線Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４とを備えてい
る。前記固定子１１，２１の磁極数は、前記４ａ（ここ
で、ａは、１以上の整数とする）において、ａ＝１に設
定すると、それぞれ４個の固定子磁極Ｐ１１，Ｐ１２，
Ｐ１３，Ｐ１４と、Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４と
なる。

【００２５】図３において、４個の固定子磁極Ｐ１１，
Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４は、４５°間隔で配置されてい
るので、その間隔は、３６０°に対して磁極が８個、等
分に配置された間隔と同じである。したがって、前記回
転子小歯６の数は５０であるので、前記磁極間隔は、５
０／８＝６．２５個の回転子小歯数となる。このため、
各固定子磁極Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４の固定子
小歯８と、回転子小歯６の位置関係および回転子小歯６
との相対的なずれは、磁極Ｐ１１の中心の小歯８と正対
している回転子小歯６を基準とすると、それぞれ下記の
ようになる。なお、回転子小歯６との相対的なずれは、
括弧内に示す。

【００２６】すなわち、 磁極Ｐ１１：基準位置からの回転子小歯数０（回転子小
歯の０／４ピッチ）； 磁極Ｐ１２：基準位置からの回転子小歯数６．２５（回
転子小歯の１／４ピッチ）； 磁極Ｐ１３：基準位置からの回転子小歯数１２．５（回
転子小歯の２／４ピッチ）； 磁極Ｐ１４：基準位置からの回転子小歯数１８．７５
（回転子小歯の３／４ピッチ）である。 各固定子磁極は回転子小歯６に対して１／４ピッチずつ
ずれた位置となる。

【００２７】また、図４において、４個の固定子磁極Ｐ
２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４は、９０゜（３６０゜／
４）間隔で配置されており、回転子小歯６の数は４９で
あるので、前記磁極間隔は、４９／４＝１２．２５個の
回転子小歯数となる。このため、各固定子磁極Ｐ２１，
Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４の固定子小歯８と、回転子小歯
６の位置関係および回転子小歯６との相対的なずれは、
磁極Ｐ２１の中心の小歯８と正対している回転子小歯６
を基準とすると、それぞれ下記のようになる。なお、回
転子小歯６との相対的なずれは、括弧内に示す。

【００２８】すなわち、 磁極Ｐ２１：基準位置からの回転子小歯数０（回転子小
歯の０／４ピッチ）； 磁極Ｐ２２：基準位置からの回転子小歯数１２．２５
（回転子小歯の１／４ピッチ）； 磁極Ｐ２３：基準位置からの回転子小歯数２４．５（回
転子小歯の２／４ピッチ）； 磁極Ｐ２４：基準位置からの回転子小歯数３６．７５
（回転子小歯の３／４ピッチ）である。 各固定子磁極は回転子小歯６に対して１／４ピッチずつ
ずれた位置となる。

【００２９】前記固定子１１，２１は、それぞれ回転子
鉄心１３，２３の周囲に空隙を介して対向配置され、該
回転子鉄心１３，２３とともに、それぞれ軸倍角５０Ｘ
の第１の位置検出部１０と、軸倍角４９Ｘの第２の位置
検出部２０とを構成する。なお、前記固定子１１，２１
にそれぞれ設けられた前記各固定子磁極および検出巻線
は、図１に示すそれぞれの固定子磁極部１２，２２を構
成している。

【００３０】次いで、前記第１の固定子１１の巻線Ｗ１
１，Ｗ１２，Ｗ１３，Ｗ１４からＰ＝５０周期で正弦波
状に変化する、９０゜位相のずれた２相の電気信号が、
そして、前記第２の固定子２１の巻線Ｗ２１，Ｗ２２，
Ｗ２３，Ｗ２４からＰ−Ｎ＝５０−１＝４９周期で正弦
波状に変化する、９０゜位相のずれた２相の電気信号
が、それぞれ出力されるように接続する。すなわち、前
記第１の位置検出部１０の固定子１１について、その巻
線Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３，Ｗ１４を、図５のように接
続して、例えば１００ｋＨｚの２個、同一の正弦波高周
波電源Ｖ0により、前記巻線を励磁すると、前記回転子
鉄心１３の外周に形成させた小歯６と前記固定子磁極と
の間で、小歯６と溝で生ずる磁束変化によるインダクタ
ンスの変化により、９０゜位相のずれた２相の電気信号
ＶａおよびＶｂが得られる。前記第２の固定子２１の巻
線Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４においても、同様で
ある。

【００３１】前記第１、第２の固定子１１，２１の、そ
れぞれの巻線から出力される９０゜位相のずれた２相の
電気信号ＶａおよびＶｂは、それぞれの巻線に接続され
た第１、第２の演算部１４，２４を介して、図１（ａ）
および図１（ｂ）に示すように、１回転の機械的角度に
つき、Ｐ＝５０およびＰ−Ｎ＝５０−１＝４９周期で、
のこぎり波状に変化する第１、第２の電気的角度信号
Ａ，Ｂとして、それぞれ出力される。

【００３２】そして、図１（ｃ）に示すように、前記第
１、第２の演算部１４，２４から、それぞれ出力される
前記第１、第２の電気的角度信号Ａ，Ｂの差Ｃを、第３
の演算部３４を介してとるとともに、図１（ｄ）に、前
記Ｃの値に、以下の判別条件から得られる値Ｅを加えた
値、Ｄを示す。すなわち、Ｃ≧０のとき、Ｅ＝０を、Ｃ
＜０のとき、Ｅ＝３６０゜を加えて、Ｄ＝Ｃ＋Ｅとす
る。Ｄの値は、回転角（機械角）θmに比例する値とな
り、１回転につき、Ｎ＝１周期の、のこぎり波状の電気
的角度信号が出力される。

【００３３】（第２実施例）次に、図面に基づいて、本
発明の位置検出装置の第２実施例を説明する。図７は、
本発明の位置検出装置の第２実施例を示す、レゾルバと
しての機能を有する可変磁気抵抗型位置検出装置の縦断
面図を含む構成図で、図８および図９は、それぞれ図７
のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ線による断面図である。図７ない
し図９において、第１実施例の図１ないし図３と同一ま
たはそれに相当する部材には、便宜上、同一符号を付し
て、その説明を省略する。

【００３４】図７ないし図９において、本実施例におけ
る位置検出装置５１は、第１の位置検出部６０と第２の
位置検出部７０とからなり、その中心に回動自在に回転
子３０が配設され、該回転子３０は、それぞれ第１の回
転子部である回転子鉄心１３と第２の回転子部である回
転子鉄心２３とを、回転軸４を共有する態様で軸方向に
配置されている。

【００３５】前記第１、第２の位置検出部６０，７０の
それぞれの第１の固定子１１、第２の固定子２１は、そ
れぞれ環状の固定子ヨーク部７と、このヨーク部７の内
側に向って、等ピッチで放射状に突出した下記の８個の
固定子磁極Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，‥‥‥，Ｐ１８
と、該各固定子磁極にそれぞれ巻回された検出巻線Ｗ１
１，Ｗ１２，Ｗ１３，‥‥‥，Ｗ１８と、同様に、環状
の固定子ヨーク部７と、このヨーク部７の内側に向っ
て、等ピッチで放射状に突出した８個の固定子磁極Ｐ２
１，Ｐ２２，Ｐ２３，‥‥‥，Ｐ２８と、該各固定子磁
極にそれぞれ巻回された検出巻線Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２
３，‥‥‥，Ｗ２８とを備えている。そして、一方の固
定子磁極のそれぞれは、他方の固定子磁極のそれぞれの
中間位置になるように、互いにずれて配置されている。
前記固定子１１の磁極数Ａは、前記式Ａ＝４ｍ（ただ
し、ｍは、１以上の整数とする）において、ｍ＝２に設
定すると、８個の前記固定子磁極Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１
３，‥‥‥，Ｐ１８となる。

【００３６】前記固定子１１，２１のそれぞれの磁極Ｐ
１１，Ｐ１２，Ｐ１３，‥‥‥，Ｐ１８とＰ２１，Ｐ２
２，Ｐ２３，‥‥‥，Ｐ２８の内周面（前記それぞれの
回転子部の対向面）には、固定子小歯８（小歯数が３で
あるが、任意の数でよい）が形成されている。この場
合、固定子小歯８の基準小歯の位置は、一致させてい
る。

【００３７】前記第１の位置検出部６０の前記回転子鉄
心１３には、その円周に沿って軸方向に延びるように、
回転子小歯６が、下記のＰ＝５０個、等ピッチで形成さ
れている。すなわち、回転子小歯数Ｐは、前記式Ｐ＝４
ｍ・ｎ＋ｍにおいて、前記ｎ＝６とし、前記ｍ＝２を代
入すると、Ｐ＝４×２×６＋２＝５０個となる。前記第
２の位置検出部７０の前記回転子鉄心２３には、その円
周に沿って軸方向に延びるように、回転子小歯が、下記
のＹ＝４６個、等ピッチで形成されている。すなわち、
回転子小歯数Ｙは、前記式Ｙ＝４ｍ・ｎ−ｍにおいて、
前記ｎ，ｍを代入すると、Ｙ＝４×２×６−２＝４６個
となる。この場合、それぞれの前記回転子小歯６の基準
小歯の位置を一致させている。

【００３８】前記固定子１１，２１は、それぞれ回転子
鉄心１３，２３の周囲に空隙を介して対向配置され、該
回転子鉄心１３，２３とともに、それぞれ、軸倍角５０
Ｘの第１の位置検出部６０と、軸倍角４６Ｘの第２の位
置検出部７０とを構成することになる。なお、前記固定
子１１，２１にそれぞれ設けられた前記各固定子磁極お
よび検出巻線は、図７に示すそれぞれの固定子磁極部１
２，２２を構成している。

【００３９】次いで、前記第１の固定子１１の、図１０
（図５と同一部材には、同一符号を付して、その説明を
省略する。）のように接続された巻線Ｗ１１，Ｗ１２，
Ｗ１３，‥‥‥，Ｗ１８からＰ周期、すなわちＰ＝５０
周期で正弦波状に変化する、９０゜位相のずれた２相の
電気信号ＶａおよびＶｂが、それぞれ出力される。そし
て、前記第２の固定子２１の、同様に接続された巻線Ｗ
２１，Ｗ２２，Ｗ２３，‥‥‥，Ｗ２８からＹ周期、す
なわちＹ＝４６周期で正弦波状に変化する、９０゜位相
のずれた２相の電気信号ＶａおよびＶｂが、それぞれ出
力される。

【００４０】前記第１、第２の固定子１１，２１の、そ
れぞれの巻線から出力される９０゜位相のずれた２相の
電気信号ＶａおよびＶｂは、それぞれに配設された第
１、第２の演算部１４，２４を介して、図６（ａ）およ
び図６（ｂ）のように、１回転の機械的角度につき、Ｐ
＝５０およびＹ＝４６周期でのこぎり波状に変化する第
１、第２の電気的角度信号Ａ，Ｂとして、それぞれ出力
される。

【００４１】そして、図６（ｃ）に示すように、前記第
１、第２の演算部１４，２４から、それぞれ出力される
前記第１、第２の電気的角度信号Ａ，Ｂの差を、第３の
演算部３４を介してとるとともに、図６（ｄ）に、前記
Ｃの値に、以下の判別条件から得られる値Ｅを加えた
値、Ｄを示す。すなわち、Ｃ≧０のとき、Ｅ＝０を、Ｃ
＜０のとき、Ｅ＝３６０゜を加えて、Ｄ＝Ｃ＋Ｅとす
る。Ｄの値は、回転角（機械角）θmに比例する値とな
り、１回転につき、４ｍ周期、すなわち４×１＝４周期
の、のこぎり波状で、軸倍角４Ｘの電気的角度信号が出
力される。

【００４２】本実施例における前記位置検出装置５１
は、固定子磁極数が４の倍数のモータの制御にも使用で
きる。本実施例で、前記第１の位置検出部６０の前記固
定子磁極Ｐ１１，‥‥，Ｐ１８の８個の磁極の中心と、
前記第１の位置検出部６０の５０個の回転子小歯６との
位置関係は、 ５０／８＝６．２５ により、各磁極毎の位置関係が１／４ピッチずれてい
る。また前記第２の位置検出部７０の固定子磁極Ｐ１
１，‥‥，Ｐ１８の８個の磁極の中心と、前記第２の位
置検出部７０の４６個の回転子小歯６との位置関係は、 ４６／８＝５．７５ により、各磁極毎の位置関係が１／４ピッチずれてい
る。

【００４３】このように、１つの固定子磁極数に対し
て、各磁極の中心と回転子小歯の位置関係が、１／４ピ
ッチずれるような２種類の回転子小歯数を設定すること
により、２つの位置検出器６０，７０の固定子形状を同
じにすることができ、その金型費用を節約できる。さら
に、前記２個の位置検出部６０，７０の固定子１１，２
１を１／１６回転ずらして配置することにより、互いの
巻き線が重ならなくなり、スペースの節約になってい
る。

【００４４】固定子形状を同一にするためには、固定子
磁極数Ａ、第１の検出器の回転子小歯数Ｐ，第２の検出
器の回転子小歯数Ｙの関係を以下のように保てばよい。 Ａ＝４ｍ （ただし、ｍは、１以上の整数とする） Ｐ＝４ｍ・ｎ＋ｍ （ただし、ｎは、１以上の整数とす
る） Ｙ＝４ｍ・ｎ−ｍ

【００４５】本実施例は、前記関係式において、ｍ＝
２，ｎ＝６の場合であり、図８および図９に示すよう
に、Ａ＝８，Ｐ＝５０，Ｙ＝４６で、Ｐ／Ａ＝６．２
５，Ｙ／Ａ＝５．７５になっている。なお、本実施例を
含めて、前記関係式において、ｍ＝１，２，３，‥‥，
１２、ｎ＝１，２，３，４，５，６，‥‥，２５のそれ
ぞれ場合が好適であり、この場合の前記Ａ，Ｐ，Ｙ，Ｐ
／Ａ，Ｙ／Ａのそれぞれの値は、前記ｍおよびｎの値
を、それぞれ前記関係式に代入して算出することができ
る。

【００４６】（第３実施例）本発明の位置検出装置の第
３実施例として、光学式エンコーダへの実施について、
説明する。

【００４７】一般的な２極（磁極数４）の３相モータ用
の光学式エンコーダへ応用した場合、位置を検出する
Ａ，Ｂ相と、モータ磁極を検出するＵ，Ｖ，Ｗ相と、原
点を検出するＺ相との６種の信号が用いられ、図１１
（ａ）に示すように、エンコーダ円板１０６上にＡ，Ｂ
相用のスリット１０７と、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相用のスリッ
ト１０８と、Ｚ相用スリット１０９との５組のスリット
が、設けられている。また、図１１（ｂ）に示すよう
に、前記Ａ相、Ｂ相の信号は、前記スリット１０７に対
して９０°位相のずれた位置に、受光素子１１０，１１
１を設け、発光素子１１２からの光が、前記円板１０６
のスリット１０７と、固定スリット板１１３を通って前
記受光素子１１０，１１１で受光し、出力信号を送出す
る。この場合、最低６個の受光素子を必要とする。

【００４８】これに対して、本発明の位置検出装置によ
れば、前記図１１（ａ）に対応する図１２に示すよう
に、光学式エンコーダの円板８０上に、基準スリットを
一致させ、Ｐ周期のスリット８１とＰ−Ｎ周期のスリッ
ト８２の２つ群のスリットを同心円上に設けて、それぞ
れ９０°位相の異なる位置に受光素子を配置し、前記第
１実施例に示すようにすれば、軸倍数ＮＸの信号が得ら
れるとともに、該Ｎを、Ｎ＝１に設定すると、軸倍角１
Ｘの信号から、モータ回転子の磁極位置や原点(Ｚ相)が
演算で得られるので、前記従来のＵ，Ｖ，Ｗの各相、Ｚ
相の信号は不要になる。この場合、前記Ｐ周期のスリッ
ト８１と前記Ｐ−Ｎ周期のスリット８２とを介し、それ
ぞれの受光素子から得られる、互いに９０°位相の異な
るＡ，Ｂ相の出力信号は、図１３に示すとおりである。
このため、受光素子の数を、従来の６個から４個に減ら
すことができる。

【００４９】従来、実際は、Ａ，Ｂ，Ｚ相は、信号精度
を上げるためそれぞれ２個ずつ使用しているので、９個
使用しているが、同様に、本発明の前記エンコーダにも
それぞれ２個ずつの受光素子を使うと、８個必要とな
る。また、該エンコーダは、一回転のアブソリュート信
号をとれるので、従来のアブソリュートエンコーダと比
較すると、大幅に受光素子数を減らすことができる。以
上は、回転位置の検出装置について説明したが、直動位
置の検出装置についても、同様である。

【００５０】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他
の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記
構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位置検出装置によれば、ＮおよびＰが１以上の整数の
とき、１回転につき、Ｐ回周期的に変化する第１の位置
検出信号を出力する第１の位置検出部と、１回転につ
き、Ｐ−Ｎ回周期的に変化する第２の位置検出信号を出
力する第２の位置検出部とを、回転軸を共有するように
配設し、前記第１、第２の位置検出信号を基に、第１、
第２の演算部により、１回転につき、それぞれＰ周期、
およびＰ−Ｎ周期ののこぎり波状の電気的角度信号を出
力させ、第３の演算部により、前記両電気的角度信号の
差をとり、１回転につき、Ｎ周期の位置検出信号が出力
されるので、適用するモータの磁極検出ができるととも
に、少ない信号線数で位置制御、速度制御用として高い
検出分解能を得られる。さらに、装置全体のコストを安
価にすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置検出装置の基本原理と、図２の第
１実施例に示す位置検出装置の動作を説明する図で、図
１（ａ）は、軸倍角５０の第１位置検出部から得られる
位置検出値Ａの機械角に対する電気角の波形を示す図、
図１（ｂ）に軸倍角４９の第２位置検出部から得られる
位置検出値Ｂの機械角に対する電気角の波形を示す図、
図１（ｃ）は、第１位置検出部の位置検出値Ａから、第
２位置検出部の位置検出値Ｂを引いた値Ｃを示す波形
図、図１（ｄ）は、図１（ｃ）のＣの値に、判別条件か
ら得られる値Ｅを加えた位置検出値Ｄで、軸倍角１Ｘを
示す波形図である。

【図２】本発明の位置検出装置の第１実施例を示す、レ
ゾルバとしての機能を有する可変磁気抵抗形位置検出装
置の縦断面図を含む構成図である。

【図３】図１のＡ−Ａ線による断面図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ線による断面図である。

【図５】図３の第１の位置検出部１０から、互いに９０
゜位相のずれた２相の電気信号を得るための接続図であ
る。

【図６】図７の第２実施例に示す位置検出装置の動作位
置検出装置の動作を説明する図で、図６（ａ）は、５０
周期で変化する第１の演算部から得られる位置検出値Ａ
の機械角に対する電気角の波形を示す図、図６（ｂ）
は、４６周期で変化する第１の演算部から得られる位置
検出値Ｂの機械角に対する電気角の波形を示す図、図６
（ｃ）は、第１の演算部からの位置検出値Ａから、第２
の演算部からの位置検出値Ｂを引いた値Ｃを示す波形
図、図６（ｄ）は、図６（ｃ）のＣの値に、判別条件か
ら得られる値Ｅを加えた位置検出値Ｄで、４周期の検出
値を示す波形図である。

【図７】本発明の位置検出装置の第２実施例を示す、レ
ゾルバとしての機能を有する可変磁気抵抗形位置検出装
置の縦断面図を含む構成図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線による断面図である。

【図９】図７のＢ−Ｂ線による断面図である。

【図１０】図８の第１の位置検出部６０から、互いに９
０゜位相のずれた２相の電気信号を得るための接続図で
ある。

【図１１】一般的な光学式エンコーダを示す図で、図１
１（ａ）は、各種のスリットが設けられた円板を示す
図、図１１（ｂ）は、位置検出の説明図である。

【図１２】本発明の位置検出装置の第３実施例を示す、
光学式エンコーダの位置検出スリットが設けられた円板
を示す図である。

【図１３】図１２の光学式エンコーダから、それぞれ出
力される互いに９０°位相の異なるＡ，Ｂ相の電気信号
を示す波形図である。

【図１４】位置検出部からの出力信号電圧を回転角に変
換するための原理ブロック図である。

【図１５】軸倍角が１Ｘにおける回転角θｍと電気角θ
ｅとの関係を示す図である。

【図１６】回転角θｍと電気角θｅとの関係を示す図
で、図１６（ａ）は軸倍角が２Ｘの場合、図１６（ｂ）
は軸倍角が５０Ｘの場合をそれぞれ示す図である。

【符号の説明】

１，５１ 位置検出装置 ４ 回転軸 ６ 回転子小歯 ８ 固定子小歯 １０，６０ 第１の位置検出部 １１ 第１の固定子 １２，２２ 固定子磁極部 １３，２３ 回転子鉄心 １４ 第１の演算部 ２０，７０ 第２の位置検出部 ２１ 第２の固定子 ２４ 第２の演算部 ３０ 回転子 ３４ 第３の演算部 ８０ 光学式エンコーダの円板 ８１，８２ スリット Ｐ１１，Ｐ１２，‥‥，Ｐ１８，Ｐ２１，Ｐ２２，‥
‥，Ｐ２８ 固定子磁極 Ｗ１１，Ｗ１２，‥‥，Ｗ１８，Ｗ２１，Ｗ２２，‥
‥，Ｗ２８ 検出巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA35 CA09 DA06 DD07 EA03 GA07 GA22 GA34 GA47 GA52 GA68 GA69 JA04 KA02 LA03 LA23 NA02 2F077 AA25 AA43 FF03 FF34 JJ02 JJ09 NN04 NN21 PP14 PP26 QQ05 QQ10 TT21 TT38 TT42 TT81 TT83 WW08

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮおよびＰが１以上の整数のとき、１回
   転につき、Ｐ回周期的に変化する第１の位置検出信号を
   出力する第１の位置検出部と、１回転につき、Ｐ−Ｎ回
   周期的に変化する第２の位置検出信号を出力する第２の
   位置検出部とを、回転軸を共有するように配設し、 前記第１の位置検出信号を基に、１回転につき、Ｐ周期
   でのこぎり波状に変化する第１の電気的角度信号を出力
   する第１の演算部と、 前記第２の位置検出信号を基に、１回転につき、Ｐ−Ｎ
   周期でのこぎり波状に変化する電気的角度信号を出力す
   る第２の演算部とを備え、 前記第１の演算部と前記第２の演算部から、それぞれ出
   力される前記第１、第２の電気的角度信号の差を、第３
   の演算部を介してとり、該第３の演算部から、１回転に
   つき、Ｎ周期の位置検出信号が出力されることを特徴と
   する位置検出装置。
2. 【請求項２】 ＮおよびＰが１以上の整数のとき、単位
   移動量につき、Ｐ回周期的に変化する第１の位置検出信
   号を出力する第１の位置検出部と、単位移動量につき、
   Ｐ−Ｎ回周期的に変化する第２の位置検出信号を出力す
   る第２の位置検出部とを、軸を共有するように配設し、 前記第１の位置検出信号を基に、移動量に対して、Ｐ周
   期でのこぎり波状に変化する第１の電気的角度信号を出
   力する第１の演算部と、 前記第２の位置検出信号を基に、移動量に対して直線
   的、かつＰ−Ｎ周期で変化する電気的角度信号を出力す
   る第２の演算部とを備え、 前記第１の演算部と前記第２の演算部から、それぞれ出
   力される前記第１、第２の電気的角度信号の差を、第３
   の演算部を介してとり、該第３の演算部から、単位移動
   量につき、Ｎ周期の位置検出信号が出力されることを特
   徴とする位置検出装置。
3. 【請求項３】 ＮおよびＰが１以上の整数のとき、半径
   が機械的角度の関数として、１回転につき、Ｐ回周期的
   に変化する第１の回転子部と、該回転子部に対向配置さ
   れ、それぞれに巻線が巻回された４ａ（ここで、ａは、
   １以上の正の整数とする）個の固定子磁極を有する第１
   の固定子とからなり、該第１の固定子の該巻線からＰ周
   期で正弦波状に変化する、９０゜位相のずれた２相の電
   気信号が出力される第１の位置検出部と、 半径が機械的角度の関数として、１回転につき、Ｐ−Ｎ
   回周期的に変化する第２の回転子部と、該回転子部に対
   向配置され、それぞれに巻線が巻回された４ａ個の固定
   子磁極を有する第２の固定子とからなり、該第２の固定
   子の該巻線からＰ−Ｎ周期で正弦波状に変化する、９０
   ゜位相のずれた２相の電気信号が出力される第２の位置
   検出部とを、回転軸を共有するように配設するととも
   に、 前記第１の位置検出部の前記２相の電気信号を基に、１
   回転につき、Ｐ周期でのこぎり波状に変化する第１の電
   気的角度信号を出力する第１の演算部と、 前記第２の位置検出部の前記２相の電気信号を基に、１
   回転につき、Ｐ−Ｎ周期でのこぎり波状に変化する電気
   的角度信号を出力する第２の演算部とを備え、 前記第１の演算部と前記第２の演算部から、それぞれ出
   力される前記第１、第２の電気的角度信号の差を、第３
   の演算部を介してとり、該第３の演算部から、１回転に
   つき、Ｎ周期の電気的角度信号が出力されることを特徴
   とする位置検出装置。
4. 【請求項４】 回転子の円周に沿って、Ｐ個の小歯が等
   ピッチで配設された第１の回転子部と、該回転子部の小
   歯との対向面には、小歯が配設されたＡ個の固定子磁極
   が、等しい磁極ピッチで放射状に配設され、かつ該磁極
   のそれぞれには巻線が巻回された第１の固定子とからな
   り、該第１の固定子の該巻線からＰ周期で変化する第１
   の位置検出信号を出力する第１の位置検出部と、 回転子の円周に沿って、Ｙ個の小歯が等ピッチで配設さ
   れた第２の回転子部と、該回転子部の小歯との対向面に
   は、小歯が配設されたＡ個の固定子磁極が、等しい磁極
   ピッチで放射状に配設され、かつ該磁極のそれぞれには
   巻線が巻回された第２の固定子とからなり、該第２の固
   定子の該巻線からＹ周期で変化する第２の位置検出信号
   を出力する第２の位置検出部とを、回転軸を共有するよ
   うに配設するとともに、 前記固定子磁極数Ａ，第１の位置検出部の回転子小歯数
   Ｐ，第２の位置検出部の回転子小歯数Ｙを下記のように
   設定するとき、 前記第１の位置検出信号を基に、１回転につき、Ｐ周期
   でのこぎり波状に変化する第１の電気的角度信号を出力
   する第１の演算部と、 前記第２の位置検出信号を基に、１回転につき、Ｙ周期
   でのこぎり波状に変化する第２の電気的角度信号を出力
   する第２の演算部を備え、 前記第１の演算部と前記第２の演算部から、それぞれ出
   力される前記第１、第２の電気的角度信号の差を、第３
   の演算部を介してとり、該第３の演算部から、１回転に
   つき、２ｍ周期の位置検出信号が出力されることを特徴
   とする位置検出装置。 Ａ＝４ｍ （ただし、ｍは、１以上の整数とする） Ｐ＝４ｍ・ｎ＋ｍ （ただし、ｎは、１以上の整数とす
   る） Ｙ＝４ｍ・ｎ−ｍ
5. 【請求項５】 前記第１および第２の位置検出部が、そ
   れぞれ可変磁気抵抗型位置検出部であることを特徴とす
   る請求項３または請求項４に記載の位置検出装置。