JP2009128246A - ロータリエンコーダおよびこれを備えたモータ - Google Patents

Abstract

【課題】あらゆる極数のモータの磁極検出に対応できるロータリエンコーダを実現する。
【解決手段】磁極検出スリット板２１を回転ディスク２とは別部品で構成し、回転ディスク２には磁極検出スリット板２１を取り付ける透明部２４を形成する。磁極検出スリット板２１には磁極検出スリット板２１の回転中心Ｏから互いに異なる半径上のトラック位置にＵ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗが形成され、円周方向にモータの極数に対応した透過部、非透過部が交互に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体の回転位置を検出するためのロータリエンコーダに関し、特に、ＡＣサーボモータの磁極位置検出機能を備えたロータリエンコーダおよびこれを備えたモータに関する。

ＡＣサーボモータの磁極位置を検出するロータリエンコーダは、搭載されるモータの極数に応じた磁極検出信号を出力する必要がある。従来、１種類のエンコーダで８極と６極の極数の異なるモータに対応するために、回転ディスクに８極用と６極用の磁極検出スリットを形成したロータリエンコーダが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。

図５は従来技術におけるロータリエンコーダの分解斜視図である。また、図６は本従来技術における固定スリット板の（ａ）は８極用固定スリット板の平面図、（ｂ）は６極用固定スリット板の平面図である。

図５において、１（１Ｕ、１Ｖ、１Ｗ）は回転ディスクを照射するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３個の発光素子、２は回転ディスクで、外周側に８極用磁極検出スリット２１１と内周側に６極用磁極検出スリット２１２とを設けてある。３（３Ｕ、３Ｖ、３Ｗ）はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３個の受光素子で、８極用磁極検出スリット２１１と６極用磁極検出スリット２１２の両方のスリットを透過する光線を受光するように基板３１上に配置してある。４１は回転ディスク２と受光素子３との間に設けた固定スリット板で、８極用固定スリット板４１Ａ（図６（ａ））又は６極用固定スリット板４１Ｂ（図６（ｂ））のいずれか一方をモータの極数に合わせて使用する。
固定スリット板４１Ａ、４１ＢにはＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの受光素子の位置に対応させて固定スリット４１Ｕ、４１Ｖ、４１Ｗを設けてある。

８極用固定スリット板４１Ａには、回転ディスク２に形成された８極用磁極検出スリット２１１のトラック位置に合わせて、回転中心Ｏに対して３０度間隔でＵ相検出スリット、Ｖ相検出スリット、Ｗ相検出スリットが形成してあり、６極用固定スリット４１Ｂは、回転ディスク２に形成された６極用磁極検出スリット２１２のトラック位置に合わせて、回転中心Ｏに対して４０度間隔でＵ相検出スリット、Ｖ相検出スリット、Ｗ相検出スリットが形成してある。なお、図５は、８極用固定スリット板４１Ａを用いた例を示している。

受光素子３Ｕ、３Ｖ、３Ｗは、６極用固定スリット４１Ｂまたは８極用固定スリット板４１Ａのどちらの固定スリットが取り付けられても、それぞれのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３個の発光素子１Ｕ、１Ｖ、１Ｗからの光線を受光できるように大きく作られている。

このように、従来のロータリエンコーダは、回転ディスクに８極と６極に対応した磁極検出スリットを形成し、固定スリット板はモータの極数に合わせて８極用の固定スリット板または６極用の固定スリット板のいずれか一方を使用することによって、８極と６極の極数の異なるモータに対応していた。
特開平９−１７８５１４号公報

しかしながら、回転ディスクの外形寸法には当然制約があるため、対応できる極数の種類が限られるという問題があった。また、極数の種類によって固定スリット板を取り替えるため、図示しない回転ディスクのインクリメンタル信号用スリットと、固定スリット板のインクリメンタル信号用スリットを、顕微鏡等を使用して都度位置合わせを行う必要があり、作業工数の増加によるコストアップが発生するという問題もあった。また、複数の種類の固定スリット板に対して同一の受光素子で検出しているが、固定スリット板によってスリットの位置が大きく異なるため、予め受光素子を大きくしなければならず、コストアップが発生するという問題もあった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、対応できるモータ極数の種類の制限を無くすとともに、極数変更のための作業工数およびコストアップを最小限度に留めることができるロータリエンコーダおよびこれを備えたモータを提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、円周方向に等間隔にモータの磁極位置に対応する磁極検出スリットを設けた回転ディスクと、前記回転ディスクを照射する発光素子と、前記磁極検出スリットを透過する光線の範囲を制限する固定スリット板と、前記の透過した光線を受光する受光素子とを備えたロータリエンコーダにおいて、前記磁極検出スリットは、前記回転ディスクとは別部品で構成された磁極検出スリット板に前記モータのＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するスリットが互いに異なるトラックに形成され、前記回転ディスクは、前記磁極検出スリット板を固定する透明部が形成されていることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記発光素子は１つの発光素子で構成され、前記受光素子は前記発光素子から所定の光量が得られる範囲内において、前記回転ディスクの回転方向のそれぞれ異なる角度位置にＵ相、Ｖ相およびＷ相受光素子が配置され、前記固定スリット板は、前記Ｕ相、Ｖ相およびＷ相受光素子にそれぞれ対応する位置にＵ相、Ｖ相およびＷ相スリットが形成されていることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記磁極検出スリット板は、ガラス素材であることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、前記磁極検出スリット板は、ステンレス等の金属素材であることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、前記磁極検出スリット板は、フィルムで構成されていることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、モータが、請求項１に記載のロータリエンコーダを備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、回転ディスクとは別部品で構成された磁極検出スリット板を備え、回転ディスクに形成された透明部に固定しているので、モータの極数に応じて磁極検出スリット板を変更するだけであらゆる極数のモータに対応することができるエンコーダが実現できる。

請求項２に記載の発明によると、互いに異なる角度位置にＵ相受光素子、Ｖ相受光素子およびＷ相受光素子が配置し、前記受光素子に対応する位置にそれぞれＵ相、Ｖ相およびＷ相スリットを形成すれば、それぞれの検出相とは異なる相のスリットからの透過光の影響を受けにくいので精度の良い検出信号が得られる。

請求項３に記載の発明によると、磁極検出スリット板にガラス素材を用いれば、磁極検出スリット板と回転ディスクの固定に、紫外線硬化型の接着剤を使用することができ、作業工数を低減することができる。
請求項４に記載の発明によると、磁極検出スリット板にステンレス等の金属素材を用いれば、磁極検出スリット板をプレスによる打ち抜き等で製造することができ、大量に安価に生産することができる。
請求項５に記載の発明によると、磁極検出スリット板にフィルムを用いれば、磁極検出スリット板の重量を軽くすることができ、回転体のイナーシャを小さくすることができる。また、製造方法も容易で、紫外線硬化型の接着剤の使用も可能なことから、生産性とコストの両方を向上させることができる。
請求項６に記載の発明によると、ロータリエンコーダをモータ極数毎に生産管理する必要がなくなり、生産性とコストの両方を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示すロータリエンコーダの分解斜視図である。
図において、２は回転ディスクで、ディスク外周側にインクリメンタル信号用スリット２２と原点信号用スリット２３が配置され、磁極検出スリット板２１を取り付ける部分は透明部２４となっている。３は受光素子で、基板３１上にＵ相受光素子３Ｕ、Ｖ用受光素子３Ｖ、Ｗ相受光素子３Ｗの３個の受光素子が配置されている。基板３１上の点線は３個の受光素子に対して所定の光量が得られる範囲を示す。また、４は、回転ディスク２と受光素子３との間に設けられた固定スリット板で、固定スリット板４には、Ｕ相スリット４Ｕ、Ｖ相スリット４Ｖ、Ｗ相スリット４Ｗが形成されている。

図２は、回転ディスク２上に磁極検出スリット板２１を固定したときの平面図で、(ａ)は６極用磁極検出スリット板２１Ａを固定した場合の平面図、(ｂ)は８極用磁極検出スリット板２１Ｂを固定した場合の平面図である。

図２(ａ)の６極用磁極検出スリット板２１Ａにおいて、２１ＵはＵ相スリット、２１ＶはＶ相スリット、２１ＷはＷ相スリットである。Ｕ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗは、磁極検出スリット板２１の回転中心Ｏから互いに異なる半径上のトラック位置に形成され、それぞれ透過部、非透過部が交互に６０度ずつ形成された６極用のスリットパターンを有している。また、Ｕ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗはお互いに電気角で１２０度位相の異なる信号が得られるよう機械角で４０度ずらした位置に形成されている。

図２(ｂ)の８極用磁極検出スリット板２１Ｂにおいて、Ｕ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗが互いに異なる半径上のトラック位置に形成される点は図２（ａ）と同じであるが、８極用磁極検出スリット板２１Ｂはそれぞれ透過部、非透過部が交互に４５度ずつ形成された８極用のスリットパターンを有している。また、Ｕ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗはお互いに電気角で１２０度位相の異なる信号が得られるよう機械角で３０度ずらした位置に形成されている。

磁極検出スリット板２１Ａ、２１Ｂはガラス素材で構成し、回転ディスク２の透明部２４に重ねて配置して、紫外線硬化型の接着で固定する。なお、回転ディスク２の図示しない回転体への取り付けで最も工数のかかるインクリメンタル信号用スリットの同芯調整は予め作業しておき、必要とされるモータの極数に合わせて後工程で磁極検出スリット板を接着する。磁極検出信号の出力精度は、インクリメンタル信号の出力精度のように厳しい制度を要求しないので、接着時の位置ずれはほとんど問題とならない。

本発明が従来技術と異なる部分は、回転ディスクに磁極検出スリット板を取り付ける部分を透明部として備え、モータ磁極に合った磁極スリット板を回転ディスクとは別部品で構成して、回転ディスクに接着固定する部分である。

次に、本実施例の動作について説明する。
図１において、発光素子１によって磁極検出スリット板２１が照射されると磁極検出スリット板２１に形成されたＵ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗを通してそれぞれＵ相受光素子３Ｕ、Ｖ相受光素子３Ｖ、Ｗ相受光素子３Ｗが光線を受光する。

磁極検出スリット板２１に６極用磁極検出スリット板２１Ａを用いた場合、受光素子３は回転ディスクが１回転すると、Ｕ相受光素子３Ｕ、Ｖ相受光素子３Ｖ、Ｗ相受光素子３Ｗからは磁極位置に対応した１回転に３周期の互いに電気角で１２０度ずつ位相の異なる検出信号が得られる。また、磁極検出スリット板２１に８極用磁極検出スリット板２１Ｂを用いた場合、Ｕ相受光素子３Ｕ、Ｖ相受光素子３Ｖ、Ｗ相受光素子３Ｗからは磁極位置に対応した１回転に４周期の互いに電気角で１２０度ずつ位相の異なる検出信号が得られる。

なお、モータの磁極位置と受光素子３から得られる信号の位相関係の調整については公知であるのでその説明を省略する。また、本実施例では８極用と６極用の磁極検出スリットを形成したロータリエンコーダについて説明したが、極数がこれに限定されないことは言うまでもない。

このように本実施例では、モータの磁極数に対応した磁極スリット板を回転ディスクとは別部品で構成して、回転ディスクの透明部に接着固定するようにしたので、モータの極数に応じて磁極検出スリット板を変更するだけであらゆる極数モータに対応することができるエンコーダが実現できる。

また、磁極検出スリット板にモータの各相に対応するスリットが互いに異なるトラックに形成されているので、固定スリット板のスリット位置を受光素子に合せることができるので受光素子の寸法を大きくする必要が無く、また、１つの発光素子で各相の受光素子を照射できる。さらに、回転ディスクに固定される磁極検出スリット板の種類によって受光素子の位置を変える必要も発生しない。

また、インクリメンタル信号用スリットの同芯調整を予め作業しておき、必要とされるモータ極数に合わせて後工程で磁極検出スリット板を接着するので、モータ搭載前の中間製品となるエンコーダを極数毎に在庫する必要がなくなり、生産性の面においても、コスト的にも有効である。

なお、本実施例では、磁極検出スリット板はガラス素材で構成したが、ステンレス等の金属素材で構成すれば、安価に製造できる。
また、フィルムで構成すれば、ガラス素材で構成した場合に比べて回転イナーシャを小さくできる。また、回転ディスクが透明部を備えているので、回転ディスクとの固定に紫外線硬化型の接着剤が使用可能となり、生産性を向上する。

図３は、本発明の第２実施例２を示すロータリエンコーダの磁極検出スリット板の平面図で６極用磁極検出スリット板の場合である。また、図４は本実施例における固定スリット板の平面図である。
図３において２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗはそれぞれ６極用磁極検出スリット板２１ＡのＵ相スリット、Ｖ相スリット、Ｗ相スリットで、互いに機械角（４０＋α）°だけ位相をずらせて形成されている。また、図４において４Ｕ、４Ｖ、４Ｗはそれぞれ固定スリット板４のＵ相スリット、Ｖ相スリット、Ｗ相スリットで、点線で示した発光素子からの所定の光量が得られる範囲内で、互いに機械角α°だけ位相をずらせた角度位置に形成されている。

本実施例が第１実施例と異なる点は、磁極検出スリット板については第１実施例ではＵ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗは互いに機械角４０°だけ位相をずらせて形成していたが、本実施例では機械角（４０＋α）°だけ位相をずらせて形成し、固定スリット板については第１実施例ではＵ相スリット４Ｕ、Ｖ相スリット４Ｖ、Ｗ相スリット４Ｗは同一角度位置に形成していたが、本実施例では機械角α°だけ位相をずらせて形成した点である。
なお、Ｕ相受光素子３Ｕ、Ｖ相受光素子３Ｖ、Ｗ相受光素子３Ｗについては図示しないが、それぞれＵ相スリット４Ｕ、Ｖ相スリット４Ｖ、Ｗ相スリット４Ｗに対応した位置に配置されている。

このように、本実施例では発光素子から所定の光量が得られる範囲において各相の固定スリットを互いにα°だけ位相をずらせて形成し、各相の受光素子をそれぞれの各相の固定スリットに対応して配置したので、１つの発光素子を使って、お互いに他の相のスリットからの影響を受けにくい精度のよい検出信号が得られる。

なお、８極用磁極検出スリット板２１Ｂの場合、Ｕ相スリット２１Ｕ、Ｖ相スリット２１Ｖ、Ｗ相スリット２１Ｗは互いに機械角（３０＋α）°だけ位相をずらせて形成すれば良い。６極、８極以外の磁極検出スリット板についても同様にスリットを形成すれば良く６極、８極以外のモータに対しても磁極検出スリット板を変更するだけで対応できることは言うまでもない。

このように本発明では、インクリメンタル信号用スリットや原点信号用スリットが形成された回転ディスクと、磁極検出信号用の磁極検出スリット板を、別部品とし接着固定して使用するような構成をしているので、モータの極数に応じて磁極検出スリット板を変更するだけで、受光素子や固定スリット等の他のエンコーダ部品を変更すること無く、あらゆる極数のモータに対応することができる。

また、本発明のロータリエンコーダをモータに搭載することによって、搭載されるモータの極数毎に、ロータリエンコーダを生産管理する必要がなくなり、生産性とコストの両方を向上することができる。

本発明の第１実施例を示すロータリエンコーダの分解斜視図。 本発明の回転ディスク上に磁極検出スリット板を固定したときの平面図。 本発明の第２実施例を示すロータリエンコーダの磁極検出スリット板の平面図。 本発明の第２実施例におけるロータリエンコーダの固定スリット板の平面図。 従来技術におけるロータリエンコーダの分解斜視図。 従来のロータリエンコーダの構成を示すブロック図

符号の説明

１ 発光素子
２ 回転ディスク
２１ 磁極検出スリット板
２１Ａ ６極用磁極検出スリット板
２１Ｂ ８極用磁極検出スリット板
２１Ｕ Ｕ相スリット
２１Ｖ Ｖ相スリット
２１Ｗ Ｗ相スリット
２１１ ８極用磁極検出スリット
２１２ ６極用磁極検出スリット
２２ インクリメンタル信号用スリット
２３ 原点信号用スリット
２４ 透明部
３ 受光素子
３１ 基板
３Ｕ Ｕ相受光素子
３Ｖ Ｖ相受光素子
３Ｗ Ｗ相受光素子
４、４１ 固定スリット板
４１Ａ
４Ｕ、４１Ｕ Ｕ相スリット
４Ｖ、４１Ｖ Ｖ相スリット
４Ｗ、４１Ｗ Ｗ相スリット

Claims (6)

1. 円周方向に等間隔にモータの磁極位置に対応する磁極検出スリットを設けた回転ディスクと、前記回転ディスクを照射する発光素子と、前記磁極検出スリットを透過する光線の範囲を制限する固定スリット板と、前記の透過した光線を受光する受光素子とを備えたロータリエンコーダにおいて、
   前記磁極検出スリットは、前記回転ディスクとは別部品で構成された磁極検出スリット板に前記モータのＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するスリットが互いに異なるトラックに形成され、前記回転ディスクは、前記磁極検出スリット板を固定する透明部が形成されていることを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記発光素子は１つの発光素子で構成され、前記受光素子は前記発光素子から所定の光量が得られる範囲内において、前記回転ディスクの回転方向のそれぞれ異なる角度位置にＵ相、Ｖ相およびＷ相受光素子が配置され、前記固定スリット板は、前記Ｕ相、Ｖ相およびＷ相受光素子にそれぞれ対応する位置にＵ相、Ｖ相およびＷ相スリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
3. 前記磁極検出スリット板は、ガラス素材であることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
4. 前記磁極検出スリット板は、ステンレス等の金属素材であることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
5. 前記磁極検出スリット板は、フィルムで構成されていることを特徴とする請求項１記載のロータリエンコーダ。
6. 請求項１に記載のロータリエンコーダを備えたことを特徴とするモータ。
   
   
   
   
   

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