JP2004028894A - パルスエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】電池電源から電源供給するパルスエンコーダの消費電流を大幅に低減させること。
【解決手段】回転体１２が回転している時はマグネット１３によりリードスイッチ１６が作動し、起動回路１５によりトランジスタＴｒがオンされ、バッテリ１１からの電源はトランジスタＴｒを介してホール素子１４に供給される。回転体１２が回転を停止するとリードスイッチ１６の作動が停止し、起動回路１５もオフとなる。そして、トランジスタＴｒもオフとなってホール素子１４への電源が遮断される。また、ＣＭＯＳデバイスからなるラッチ回路１７はホール素子１４の電源が遮断された時の出力を保持する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転数および回転角を検出するロータリエンコーダなどに用いられるパルスエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車の電動開閉式のスライドドアの位置を検出してドア位置制御を行ったり、ドアミラーの角度を調節する装置などでは、回転駆動部の回転数や回転角を検出するロータリエンコーダが用いられている。そのようなロータリエンコーダには、回転体の所定回転角度ごとにパルスを発生する光学式、磁気式などの非接触式のセンサが用いられている。この種の非接触式のセンサは、通常、主電源をオフにしたときに待ち受け状態を維持するため、バックアップ用電池で電源を供給する必要があるが、そのときの消費電流（暗電流）が大きい。そのため、バックアップ用電池の消費電流を低減して電池の寿命を向上させるべく、種々の提案がなされている。
【０００３】
たとえば、特開平５−７９８５３号公報には、回路全体の主電源がオフされたときに、消費電力が大きい発光素子に対しては回転ディスクが原点位置近辺にあるときのみ通電し、消費電力が少ない磁気抵抗検出素子およびカウンタ回路を含む回転数計数用の電気回路には、バッテリ電源により連続通電を行なう技術が開示されている。これにより、電源停止後の電池等によるバックアップ作動時に多くの消費電流を費やすことなくバックアップ電池の寿命が長くなる。
【０００４】
また、特開平７−３５５７４号公報においては、Ａ・Ｂ相磁気抵抗効果素子の電源を外部電源と電池の２系統を切り換えて供給するダイオードを用いた電源回路にし、また、Ｚ相磁気抵抗効果素子の電源を外部電源のみから供給する電源回路にした構成が開示されている。このものは、停電時の電池駆動の場合には、Ａ・Ｂ相磁気抵抗効果素子のみへ電源が供給されるので、バックアップ用電池の消費電流が低減する。
【０００５】
さらに、特開平１０−７３４５８号公報に開示されているロータリエンコーダでは、主電源のオン時は、全体の回路と、発光体と、１回転検出素子及び多回転検出素子に主電源から電源が供給され、停電等による主電源のオフ時は、バックアップ用電池から発光体制御回路、発光体、および受光体の一方の多回転検出用素子及び多回転データ検出回路へ電源を供給するようにしている。これにより、主電源オフ時における消費電流を低減させてバックアップ用電池の寿命が長くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらかかる従来例においては、電源の停電や主電源のオフ時においてバックアップ電源の電池から特定の回路や素子のみに電源を供給して消費電流の低減化を図っているものの、回転体が停止していて検出用パルスが発生していない時（パルス停止時）でも特定の回路や素子に電源を供給し続けている。すなわち、非接触式センサを用いたパルスエンコーダにおいては、バックアップ用の電池から特定の回路や素子にだけ電源を供給するようにしても、消費電流が数ｍＡ〜数１０ｍＡと大きく、自動車のようにバッテリを用いた機器では、バッテリ上がりが懸念されるという問題がある。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであって、回転体が停止しているときの非接触式のセンサの暗電流を大幅に低減させることができるパルスエンコーダを提供することを目的としている。さらに本発明は、回転体の正確な回転状態と共に、大まかな回転状態をも同時に検出しうるパルスエンコーダを提供することを第２の技術課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパルスエンコーダ（請求項１）は、回転体の一定角度の回転ごとにパルスを発生する非接触式のセンサと、前記回転体の回転状態／停止状態を検出する検出手段と、電源と前記センサとの間に介在され、前記検出手段が回転体の停止状態を検出したときに前記電源からセンサへの電源供給を遮断し、回転状態を検出したときに電源供給を行うスイッチ素子とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
このようなパルスエンコーダにおいては、前記回転体が停止したとき、そのときの前記センサの出力を保持するラッチ手段をさらに備えているものが好ましい（請求項２）。そのラッチ手段は、ＣＭＯＳデバイスからなるラッチ回路によって構成するのがさらに好ましい（請求項３）。
【００１０】
本発明のパルスエンコーダの第２の態様（請求項４）は、第１の回転体と、その第１の回転体に隣接して設けられ、第１の回転体の一定角度の回転ごとにパルスを発生する非接触式のセンサと、前記第１の回転体と同期して回転すると共に、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された環状のマグネットを備えた第２の回転体と、その第２の回転体に隣接して設けられ、第２の回転体の一定角度の回転ごとにオン／オフするリードスイッチとを備えていることを特徴としている。
【００１１】
このようなパルスエンコーダにおいては、前記非接触式のセンサがホール素子を備えており、前記第１の回転体が第２の回転体を兼ねているものが好ましい（請求項５）。
【００１２】
【作用および発明の効果】
本発明のパルスエンコーダ（請求項１）は、回転体が回転している間は検出手段がその回転を検出し、スイッチ素子が作動して電源からセンサへ電源供給する。そのため非接触式のセンサに電源が供給されて作動を開始し、回転体の回転に伴ってパルスを発生ないし出力する。そして回転体の回転が停止したときは、検出手段が回転の停止を検出し、スイッチ素子がセンサへの電源供給を遮断する。
【００１３】
また、回転体が停止状態から回転を開始すると、検出手段が回転を検出し、スイッチ素子が電源からセンサへの電源供給を開始し、センサが再びパルスを発生し始める。このように本発明のパルスエンコーダでは、必要なときのみ、すなわち回転体が回転しているときのみセンサへの電源供給が行われるので、センサの暗電流がほとんど不要である。そのため消費電力を大幅に減少させることができる。
【００１４】
このようなパルスエンコーダにおいて、前記回転体が停止したとき、そのときの前記センサの出力を保持するラッチ手段をさらに備えているもの（請求項２）は、回転体の停止時にセンサへの電源が遮断されても、遮断される直前ないし遮断された瞬間のセンサ出力を保持する。そのため、センサの正常な出力信号を維持することができ、センサの不安定な作動による誤ったパルス発生を防止することができる。
【００１５】
前記ラッチ手段をＣＭＯＳデバイスからなるラッチ回路で構成する場合（請求項３）は、センサ出力を保持するラッチ手段の消費電流を大幅に低減できる。そのため前述の必要なときのみセンサへの電源を供給する構成と相まって、一層、消費電流を低減することができる。
【００１６】
本発明のパルスエンコーダの第２の態様（請求項４）は、回転体の回転に伴って非接触式のセンサが正確にパルスを発生する。それにより回転体の回転とパルスの発生が正確に対応し、回転体の回転状態、すなわち回転数や回転角度を正確に検出することができる。他方、第２の回転体が回転すると、リードスイッチに対向するマグネットの磁極が変わるたびにリードスイッチがオン／オフ動作する。そのためそのオン／オフの接点信号で第２の回転体のおおまかな回転状態、たとえば回転中か、停止中かを検出することができる。また前記非接触センサと合わせて回転方向を検出させることもできる。さらにリードスイッチは作動させるための暗電流が不要であるので、電力を節約することができる。
【００１７】
前記非接触式のセンサがホール素子を備えている場合は、前記第１の回転体が第２の回転体を兼ねることが可能となる（請求項５）。この交互に着磁されている回転体のマグネットは、ホール素子の作動とリードスイッチの作動の両方に作用する。そのため部品点数を少なくすることができ、しかも両者の作動の連携が確実である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明のパルスエンコーダの一実施形態を示す全体の回路図、図２ａおよび図２ｂはそれぞれ図１のパルスエンコーダの動作説明図、図３は本発明に関わる起動回路の一実施形態を示す回路図、図４は本発明に関わるラッチ回路の一実施形態を示す回路図である。
【００１９】
図１に示すパルスエンコーダ１０は、たとえば自動車の電動式スライドドアの駆動用ケーブルのドラムなどと連動する回転体（ドラム自体、ギヤなど）の回転数や回転角度を検出し、その出力に基づいてドアの位置を検出し、図示していないモータの回転速度、オン／オフなどを制御するために用いられるものである。また、手動操作でスライドドアを開閉するとき、その動きを検出して自動的に自動開閉に切り換えるためなどにも用いられる。ただし他の用途、たとえばドアミラーの開閉モータの制御、ウインドレギュレータのガラス昇降用モータの制御、サンルーフの窓開閉用モータの制御など、パルスエンコーダを適用することができるシステム全般に用いることができる。
【００２０】
このパルスエンコーダ１０の回路全体への電源は、例えば自動車のバッテリ１１から供給されており、回転体１２にはマグネット１３が同調回転するように連結されている。マグネット１３は周方向にＮ極とＳ極を交互に着磁させたものであり、この実施形態では簡単のために２個のＮ極と２個のＳ極が交互に設けられている。そしてマグネット１３と共に非接触のセンサを構成するホール素子（ホールＩＣ）１４が設けられている。それにより回転体１２の回転によりマグネット１３も回転し、そのマグネット１３の１／４回転ごとにホール素子１４の出力端子からパルスが出力されるようにしている。
【００２１】
前記ホール素子１４への電源は起動回路１５からのシャットダウン信号によりオン、オフされる制御用トランジスタＴｒを介して供給されるようにしている。また、前記マグネット１３に隣接して、そのＳＮ極の境界が接点に来るとオンになり、それ以外はオフになるリードスイッチ１６が設けられている。そしてリードスイッチ１６の接点信号が起動回路に供給され、ＳＮ極の境界が接点に来てオンになるときのパルス信号で起動回路に起動信号を発生させるようにしている。なお、トランスファータイプのリードスイッチを用いてもよく、その場合は逆に常時オンで、ＳＮ極の境界が接点にくるとオフになるノルマルオープンリードに接続してもよい。
【００２２】
なお、オン／オフ両方検出する目的で、図３の符号２１、２２に示すように、極性をそれぞれ反転入力させた２つの７４シリーズのＣＭＯＳデバイス、たとえば７４ＨＣ１２３を搭載するようにしてもよい。
【００２３】
さらにこの実施形態では、一定時間内にリードスイッチのオン／オフが切り換わらず、それにより起動回路１５にパルスが入力しない場合に前記トランジスタＴｒをオフさせるオフタイマーの機能を備えている。すなわち図３を参照して、起動回路１５にパルスが入力していない状態で一定時間が経過するとオフタイマがアップする。そしてＱバー出力がＨになり、トランジスタＴｒがオフになる。それによりシャットダウンとなる。シャットダウン中にリードスイッチのオン／オフによるパルスが発生して起動回路１５に入力すると、タイマがリセットされると共にＱバー出力がＬとなり、図１のトランジスタＴｒがオンし、ホール素子１４に電源が供給される。それ以降は一定時間内（タイマ作動中）に、次々とパルス入力があれば電源が供給され続けるが、一定時間内にパルス入力がなければ、シャットダウンされる。
【００２４】
前記ホール素子１４からの出力パルスは、その出力パルスをラッチするラッチ回路１７のＤ入力端に入力されている。そして起動回路１５からインバータゲートＧを介した反転信号がイネーブル端子ＥＮに入力されており、このイネーブル端子ＥＮがＨレベルの時に、ラッチ回路１７のＤ入力端からパルスが入力したとき、その出力端Ｑからパルス信号が出力される。このラッチ回路１７の出力端Ｑからのパルス信号が回転体１２の検出信号として、図外の制御回路などのアップダウンカウンタなどに入力され、回転体１２の回転数や回転角度を算出してスライドドアなどの位置を検出するために用いられる。
【００２５】
なお、図１において、Ｒ１は電源オフ時のプルダウン抵抗であり、Ｒ２はプルアップ抵抗である。また前述の起動回路１５からイネーブル端子ＥＮに入力する回路は、たとえば図３の符号２４、２５に示すように、極性をそれぞれ反転入力させた２つの７４シリーズのＣＭＯＳデバイス（たとえば７４ＨＣ１２３）によって構成することができる。
【００２６】
つぎに図１および図２ａ、図２ｂを参照して非接触式センサ１０の制御動作について説明する。図２ａの最上段は回転体の回転状態と停止状態を示している。回転体１２が回転しているときは、マグネット１３も回転しているので、図２ａのリードスイッチのライン（２段目）に示すようにリードスイッチ４がオン／オフを交互に繰り返し、それによりオフタイマ回路の設定時間Ｔ内に次々と起動回路１５にパルスを送る。それにより、起動回路１５をオン駆動した状態を維持する（３段目の起動回路のライン参照）。この起動回路１５がオン駆動されていると、起動回路１５の出力はＬレベルとなり（起動回路出力のライン参照）、ＰＮＰ型のトランジスタＴｒをオンさせてホール素子１４へ電源を供給し続けると共に（制御用トランジスタおよびホール素子電源のライン参照）、インバータゲートＧを介してラッチ回路１７のイネーブル端子ＥＮをＨレベルに維持させる。これにより、ホール素子１４からの信号はラッチ回路１７のＤ入力端を介して出力端Ｑより、そのままパルス信号として出力される（Ｄラッチ出力のライン参照）。
【００２７】
つぎに回転体の回転が停止すると、マグネット１３の回転も停止してリードスイッチ４がオンまたはオフで一定になり、パルスを発生しなくなる（リードスイッチのライン参照）。そしてオフタイマの設定時間Ｔ内につぎのパルスが入力されないときは、起動回路のオフタイマ機能により、シャットダウン信号が出され（起動回路のライン参照）、トランジスタＴｒをオフ状態にする。それによりホール素子１４への電源の供給が遮断される。そのため電気消費量が大幅に減少する。なお、起動回路１５からのシャットダウン信号はリードスイッチの最後のパルスより一定時間Ｔ遅れて出されることになる。また起動回路１５やラッチ回路１７には常時電源が供給されているが、ホール素子１４の電気消費量に比して遙かに少ないため、全体としての電気消費量は大幅に少なくなる。
【００２８】
さらにトランジスタＴｒがオフ作動するとき、ラッチ回路１７のイネーブル端子ＥＮはＨレベルとなっているので、ラッチ回路１７のＤ入力端に入力されたパルスエンコーダが停止した時の信号の状態のホール素子１４の出力がそのまま出力されている（Ｄラッチ出力のライン参照）。
【００２９】
このようにホール素子１４の電源供給が停止されてもラッチ回路１７では、ホール素子１４からの信号をラッチしており、ラッチ回路１７の出力端Ｑからは例えば、Ｌレベルの信号を出力し続けている。すなわち、回転体１２（あるいはパルスエンコーダ）の回転の停止と同時にトランジスタＴｒをオフさせてホール素子１４への電源供給を停止すると、ホール素子１４の出力が不定となり、出力信号を正常に保持することができなくなる。そのため、回転体（パルスエンコーダ）が作動していないにも関わらず、センサ出力（ホール素子１４出力）が変化する場合がある。そこで、この非接触センサ１０では、ホール素子１４の出力後にラッチ回路１７を設けてホール素子１４の電源がオフしても以前の出力状態を保持して安定させている。
【００３０】
前記図２ａのホール素子出力およびＤラッチ出力のラインは、ホール素子の出力がＬの状態で回転体が停止した場合を示しており、ホール素子の電源がシャットオフされている間はＤラッチ出力がＬの状態が維持されている。他方、図２ｂはホール素子の出力がＨの状態で回転が停止した状態であり、電源がシャットオフされてホール素子の出力がＬになっても、ラッチ回路１７の出力はＨの状態が維持されていることを示している。
【００３１】
なお、ラッチ回路の構成要素には、図４の符号２６、２７に示すように、７４シリーズのＣＭＯＳデバイス（たとえば、７４ＨＣ７４）を用いることができ、これにより、パルスエンコーダが停止している状態では、ホール素子１４への電源をオフとし、ラッチ回路１７の消費電流はμＡオーダの電源電流レベルを実現することができる。なお、ホール素子１４の消費電流は通常、数ｍＡ〜数１０ｍＡである。したがって、回転体の回転停止時には、電池の消費電流を大幅に低減することができ、バッテリの寿命を大幅に向上させることができる。
【００３２】
つぎに回転体１２が回転を始めると、その回転によりマグネット１３を介してリードスイッチ４がオン／オフを切り換えるようになり、パルスを起動回路１５に送る。それにより起動回路１５がオン駆動される。起動回路１５がオン駆動されると、起動回路１５の出力はＬレベルとなり、トランジスタＴｒをオンしてホール素子１４に電源の供給を開始すると同時に、インバータゲートＧを介してラッチ回路１７のイネーブル端子ＥＮをＨレベルにし、Ｄ入力端に入力されるホール素子１４からのパルス信号を出力端Ｑよりそのまま出力する。すなわち図２ａの場合はＬレベルで出力し、図２ｂの場合はＨレベルで出力する。
【００３３】
前記実施形態では回転体１２と磁石１３とを別個のものとしているが、回転体１２の外周にＮ極とＳ極とが交互に配列されるように、複数個のマグネットを設けるようにしてもよい。また、ホール素子用のマグネット付きの第１の回転体と、リードスイッチ用のマグネット付きの第２の回転体とを別個に設け、両者を軸などで一体に連結したり、ギヤを介して連結してもよい。その場合は第１の回転体の磁極の数と第２の回転体の磁極の数が異なっていてもよい。
【００３４】
さらに前述の実施形態では、非接触式のセンサとして磁気検出式のホール素子を採用しているが、ホトトランジスタなどの光学式の非接触式のセンサを用い、回転体に光を通す部分（たとえば貫通孔あるいは透明部）と通さない部分とを交互に設けるようにしてもよい。その場合もホトトランジスタ用の第１の回転体とリードスイッチ用の磁極を備えた第２の回転体とを１個の回転体で兼用させることができる。その場合もホトトランジスタとリードスイッチの作動のタイミングをずらせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパルスエンコーダの一実施形態を示す全体の回路図である。
【図２】図２ａおよび図２ｂはそれぞれ図１のパルスエンコーダの動作説明図である。
【図３】本発明に関わる起動回路の一実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明に関わるラッチ回路の一実施形態を示す回路図である。
【符号の説明】
１０　パルスエンコーダ
１１　バッテリ
１２　回転体
１３　マグネット
１４　ホール素子
１５　起動回路
Ｔｒ　トランジスタ
１６　リードスイッチ
１７　ラッチ回路
２１、２２、２４、２５、２６、２７　ＣＭＯＳデバイス

Claims (5)

1. 回転体の一定角度の回転ごとにパルスを発生する非接触式のセンサと、
   前記回転体の回転状態／停止状態を検出する検出手段と、
   電源と前記センサとの間に介在され、前記検出手段が回転体の停止状態を検出したときに前記電源からセンサへの電源供給を遮断し、回転状態を検出したときに電源供給を行うスイッチ素子
   とを備えているパルスエンコーダ。
2. 前記回転体が停止したとき、そのときの前記センサの出力を保持するラッチ手段をさらに備えている請求項１記載のパルスエンコーダ。
3. 前記ラッチ手段がＣＭＯＳデバイスからなるラッチ回路によって構成されている請求項２に記載のパルスエンコーダ。
4. 第１の回転体と、
   その第１の回転体に隣接して設けられ、第１の回転体の一定角度の回転ごとにパルスを発生する非接触式のセンサと、
   前記第１の回転体と同期して回転すると共に、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された環状のマグネットを備えた第２の回転体と、
   その第２の回転体に隣接して設けられ、第２の回転体の一定角度の回転ごとにオン／オフするリードスイッチ
   とを備えているパルスエンコーダ。
5. 前記非接触式のセンサがホール素子を備えており、前記第１の回転体が第２の回転体を兼ねている請求項４のパルスエンコーダ。

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