JP2010243153A - エンコーダー及び電気機械装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現する。
【解決手段】エンコーダー３００であって、回転円盤３１０と、前記回転円盤上において前記回転円盤の円周に沿って等間隔に設けられたｍ個（ｍは２以上の整数）のスリット又は反射板で構成される光学要素列３１１と、前記光学要素列に光を照射する発光部３２０と、前記光学要素列の個々の光学要素を透過する、または反射する光を受光して矩形状の受光信号を出力する受光部３７１〜３７４と、を備え、前記発光部と前記受光部は、ｎ組配置されており、個々の受光信号の１周期の位相差を２πと定義したとき、ｎ個の受光部で生成されるｎ個の受光信号の位相がπ／ｎずつ順次ずれるように配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンコーダーに関するものである。

エンコーダーは、例えば、モーターの制御に利用されている。このとき、モーターを極低回転で制御するには、エンコーダーの分解能を大きくして、発生させるパルス数を多くすることが好ましい。従来のエンコーダーでは、パルスを発生するためにスリットを用い（例えば特許文献１）、また、分解能を高めるために、スリットが、内側から２パルス／回転、４、８・・・２５６／回転という２進符号列に配置されているエンコーダーが知られている（例えば非特許文献１）。

特開平０６−２６９１４７号公報

ＩＳＢＮ４−７８９８−４１５０−２ （『小型ＤＣモーターの基礎・応用』トランジスタ技術編集部編 ＣＱ出版社） Ｐ１５９〜１６０

しかし、従来のエンコーダーでは、高分解能に対応しようとすると、スリットのパターンが複雑になるという問題があった。また、分解能は、スリットの幅で規制されるという問題があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
エンコーダーであって、回転円盤と、前記回転円盤上において前記回転円盤の円周に沿って等間隔に設けられたｍ個（ｍは２以上の整数）のスリット又は反射板で構成される光学要素列と、前記光学要素列に光を照射する発光部と、前記光学要素列の個々の光学要素を透過する、または反射する光を受光して矩形状の受光信号を出力する受光部と、を備え、前記発光部と前記受光部は、ｎ組配置されており、個々の受光信号の１周期の位相差を２πと定義したとき、ｎ個の受光部で生成されるｎ個の受光信号の位相がπ／ｎずつ順次ずれるように配置されている、エンコーダー。
この適用例によれば、スリットあるいは反射板のパターンが複雑とならない。そのため、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することが可能となる。

［適用例２］
適用例１に記載のエンコーダーにおいて、前記ｎ組の発光部と受光部のうちのｋ組（ｋは２以上の整数）が１カ所に配置され、当該Ｋ個の受光部はリニアセンサーを形成している、エンコーダー。
この適用例によれば、受光部の配置場所を少なくできるので、受光部の配置が容易となる。

［適用例３］
適用例２に記載のエンコーダーにおいて、前記リニアセンサーを構成する各受光部を前記回転円盤の中心から見たときの視差が同じになるように、前記各受光部の大きさが調整されている、エンコーダー。
この適用例によれば、各受光部からの信号の位相のズレを均等にすることが可能となる。

［適用例４］
適用例１から適用例３のいずれかに記載のエンコーダーにおいて、ｎは３以上である、 エンコーダー。
この適用例によれば、正回転と逆回転の判断が行いやすい。

［適用例５］
電機機械装置であって、磁石と、電磁コイルと、適用例１から適用例４のいずれかに記載のエンコーダーと、前記エンコーダーの出力を用いて、前記電磁コイルに供給する電力を制御する制御部と、を備える電気機械装置。
この適用例によれば、モーターを極低回転で回転させることが可能となる。

本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、エンコーダーの他、電気機械装置、エンコーダーの高分解能化方法等様々な形態で実現することができる。

第１の実施例に係るモーターシステムの構成を模式的に示す説明図である。 モーターシステムの制御ブロックの一例を示す説明図である。 エンコーダーの構成を示す説明図である。 受光部３７０の構成を示す説明図である。 合成パルス信号生成部の回路構成の一例を示す説明図である。 合成パルス信号生成部のタイミングチャートである。 回転方向信号生成部の一例を示す説明図である。 回転方向信号生成部におけるタイミングチャートである。 第２の実施例における受光部の構成を示す説明図である。 他の変形例を示す説明図である。 第２の実施例における合成パルス信号生成部の一例を示す説明図である。 第２の実施例における回転方向信号生成部の一例を示す説明図である。 第２の実施例におけるロジック演算部のタイミングチャートである。 第３の実施例における受光部を示す説明図である。 第３の実施例の合成パルス信号生成部を示す説明図である。 第３の実施例のエンコーダーのロジック演算部のロジック演算部のタイミングチャートである。 第４の実施例におけるエンコーダー３００の構成を示す説明図である。 本発明の適用例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。 本発明の適用例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。 本発明の適用例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。 本発明の適用例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。

［第１の実施例］
図１は、第１の実施例に係るモーターシステムの構成を模式的に示す説明図である。モーターシステムは、モーター１００と、増速機２００と、エンコーダー３００と、負荷４００とを備える。モーター１００は、駆動軸１１０と、磁石１２０と、電磁コイル１３０と、磁気センサー１４０と、を備える。モーター１００の回転力を発生する磁石や、電磁コイルの構成については、特に限定は無く、様々な構成を用いることが可能であるので、説明を省略する。駆動軸１１０は、磁石１２０が設けられたローター（図示せず）に接続されている。磁気センサー１４０は、電磁コイル１３０に対する磁石１２０の相対位置（位相）を検知するために用いられ、例えば、ホールＩＣを用いることが可能である。ただし、磁気センサー１４０は、省略可能である。

モーター１００の駆動軸１１０は増速機２００の入力段に接続されている。増速機２００は、遊星ギア機構２１０を備える。遊星ギア機構２１０は、サンギア２１１（「太陽ギア２１１」とも呼ぶ。）と、プラネタリーギア２１２（「遊星ギア２１２」とも呼ぶ。）と、アウターギア２１５（「外輪ギア２１５」とも呼ぶ。）と、プラネタリーキャリア（図示せず）と、を備える。具体的には、モーター１００の駆動軸１１０は、遊星ギア機構２１０のアウターギア２１５（「外輪ギア２１５」とも呼ぶ。）に接続されている。増速機２００の出力はエンコーダー３００に接続されている。具体的には、遊星ギア機構２１０のサンギア２１１がエンコーダー３００に接続されている。本実施例の遊星ギア機構２１０では、アウターギア２１５が入力となり、サンギア２１１が出力となり、プラネタリーキャリアが固定となっている。サンギア２１１の歯数をＳ、アウターギア２１５の歯数をＧとすると、減速比は、入力／出力＝−Ｓ／Ｇとなり、プラネタリーギア２１２の歯数には依存しない。一般に、サンギア２１１の歯数Ｓよりも、アウターギア２１５の歯数Ｇの方が大きいので、本実施例では、遊星ギア機構２１０の入力段の回転数よりも、出力段の回転数の方を大きくし、増速することが可能である。エンコーダー３００は、回転円盤３１０と、発光部３２０と、受光部３７０とを備えるロータリーエンコーダーである。エンコーダー３００の構成については後述する。

図２は、モーターシステムの制御ブロックの一例を示す説明図である。モーター１００の制御部５００は、ＣＰＵ５０５と、駆動制御回路部５１０と、ＰＷＭ制御部５２０と、駆動部５３０と、電流検出部５３５と、計測部５４０と、を備える。計測部５４０は、電流検出部５３５から出力される検出電流信号Ｉｍｅｓと、磁気センサー１４０から出力される磁気センサー信号Ｓｍａｇと、エンコーダー３００から出力される合成パルス信号Ｓｅｎｃとに基づいて、最大電流値Ｉｍａｘ及び平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとを算出する演算回路である。駆動制御回路部５１０とＰＷＭ制御部５２０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてモーター１００（電動サーボモーター１００）の制御を実行する。具体的には、駆動制御回路部５１０は、最大電流値Ｉｍａｘ及び／又は平均電流値Ｉａｖｅとモーター回転数Ｎｍｅｓとに基づいてＰＷＭ制御におけるパルス幅を調整する調整値を決定し、この調整値に基づいてＰＷＭ制御部５２０がＰＷＭ制御信号を生成する。駆動部５３０は、複数のスイッチング素子で構成されるＨブリッジ回路（図示せず）を備えている。このブリッジ回路のスイッチング素子をオンオフすることにより、駆動部５３０からモーター１００の電磁コイルに駆動電圧が供給される。なお、電流検出部５３５は、駆動部５３０に流れる電流（すなわちモーター１００のコイル１３０に流れる電流）を測定する電流センサーである。

図３は、エンコーダーの構成を示す説明図である。図３（Ａ）は、エンコーダー３００の回転円盤を示している。回転円盤３１０は、スリット３１１と遮光部３１５とを備えている。スリット３１１は、遮光部３１５に設けられている。スリット３１１はｍ個（ｍは２以上の整数）あり、各スリット３１１は、回転円盤の中心Ｏに対し等角度間隔で配置されている。すなわち隣接する２つのスリット３１１Ｐ、３１１Ｑのそれぞれの中心Ｐ、Ｑと回転円盤３１０中心Ｏのなす角度ＰＴの大きさは、２π／ｍとなっている。この角度ＰＴ＝２π／ｍは、スリットのピッチに相当する。なお、本明細書において、回転円盤３１０上で測定される角度を「機械角」と呼ぶ。

図３（Ｂ）は、回転円盤３１０を、図３（Ａ）の矢印Ｂの方向から見たときの説明図である。エンコーダー３００は、発光部３２０と、受光部３７０と、発光制御部３２５と、ロジック演算部３８０と、を備える。発光部３２０としては、例えば発光ダイオードなどを用いることが可能である。受光部３７０は、複数の受光素子を有しており、受光素子としては、例えば、フォトダイオードアレー、フォトトランジスタアレー、ＣＣＤセンサーアレーやＣＭＯＳセンサーアレーを用いることが可能である。受光部３７０の構成については後述する。発光部３２０と、受光部３７０とは、回転円盤３１０のスリット３１１を挟むように配置されている。発光部３２０には、発光制御部３２５が接続され、受光部３７０にはロジック演算部３８０が接続されている。受光部の受光素子は、スリット３１１を通過した光を受けると、それぞれ矩形波状の受光信号を生成する。

ロジック演算部３８０は、合成パルス信号生成部３８１と、回転方向信号生成部３９０とを備える。合成パルス信号生成部３８１は、各受光素子からの受光信号を用いて、合成パルス信号Ｓｅｎｃを生成する。また、回転方向信号生成部３９０は、受光信号を用いて回転方向信号Ｑ１、Ｑ２を生成する。

図３（Ｃ）は、回転円盤を、図３（Ａ）の矢印Ｃの方向から見たときの説明図である。回転円盤３１０が回転すると、スリット３１１（遮光部３１５）の位置が移動する。これにより、発光部３２０から発光された光は、あるタイミングでは、スリット３１１を通過して受光部３７０に届き、次のタイミングでは、遮光部３１５に当たり受光部３７０に届かない。従って、受光部３７０の受光素子が発する受光信号はパルス信号となる。

図４は、受光部３７０の構成を示す説明図である。図４（Ａ）は図３（Ｃ）と同じ方向から見た図である。なお、図４（Ａ）では、受光部３７０とスリットの大きさを比較するため、回転円盤３１０、スリット３１１、遮光部３１５の一部も示している。受光部３７０は、受光素子３７１〜３７４を備える。受光素子３７１〜３７４からは、受光素子３７１〜３７４は一直線上に並んでおり、受光部３７０は、所謂リニアセンサーである。なお、受光素子３７１〜３７４の並び方向は、回転円盤３１０の放射方向と垂直な方向である。受光素子３７１の回転方向の大きさをＬ３とすると、受光素子３７１〜３７４の並び方向の長さは４Ｌ３である。この長さ４Ｌ３は、スリット３１１の回転方向の長さＬ１と同じであることが好ましい。また、スリット３１１の回転方向の長さＬ１と、遮光部３１５の回転方向の長さＬ２とは同じであることが好ましい。受光素子３７１〜３７４は、矩形状の受光信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。

図４（Ｂ）は、回転円盤３１０の法線方向（図３（Ａ）と同じ方向）から見た図である。図４（Ｂ）では、回転円盤３１０の中心Ｏが示されている。回転円盤３１０の中心Ｏから受光素子３７１、３７２を見たときの視差をそれぞれθ１、θ２とする。視差θ１とθ２は、大きさが異なり、一般に、θ１＜θ２である。しかし、受光素子３７１、３７２の回転方向の大きさＬ３よりも、受光素子３７１、３７２と中心Ｏとの距離Ｌ４を極めて大きく取ることにより、θ１≒θ２とすることが可能である。これにより、受光素子３７１〜３７４から発生する受光信号Ｓ１〜Ｓ４の波形について、位相のズレをほぼ均等にすることが可能となる。なお、このときの視差θ１、θ２の大きさΔθｍは、π／４ｍとなる。

図５は、合成パルス信号生成部の回路構成の一例を示す説明図である。合成パルス信号生成部３８１は、アンプ３８２〜３８５と、ＸＯＲ回路３８６〜３８８と、を備える。アンプ３８２〜３８５は、それぞれ受光信号Ｓ１〜Ｓ４を増幅する。なお、本実施例では、増幅後の信号名についても増幅前の信号名と同じ信号名を用いている。ＸＯＲ回路３８６は、受光信号Ｓ１、Ｓ２の排他論理和（以下「ＸＯＲ」と呼ぶ。）を取り信号Ｓ１ＸＯＲＳ２を出力する。ＸＯＲ回路３８７は、受光信号Ｓ３、Ｓ４のＸＯＲを取り信号Ｓ３ＸＯＲＳ４を出力する。ＸＯＲ回路３８８は、信号Ｓ１ＸＯＲＳ２、Ｓ３ＸＯＲＳ４のＸＯＲを取り、合成パルス信号Ｓｅｎｃを生成する。

図５（Ｂ）は、合成パルス信号生成部の別の構成を示す説明図である。この構成では、最終段のＸＯＲ回路３８８の代わりにＯＲ回路３８９を備えている。このように、可能であれば、ＸＯＲ回路の代わりにＯＲ回路を採用する構成であってもよい。一般に、トランジスタ回路で構成する場合、ＸＯＲ回路よりもＯＲ回路の方が素子数を少なくすることが可能であり、好ましい。なお、合成パルス信号生成部の構成は、これら以外の様々な構成を採用することが可能である。

図６は、合成パルス信号生成部のタイミングチャートである。受光信号Ｓ１〜Ｓ４は、機械角でπ／４ｍずつシフトしている。ここで、個々の受光信号の１周期ＰＴの位相差Δθｅを２πに相当するものと考えると、受光信号Ｓ１〜Ｓ４は、π／４ずつずれている。合成パルス信号Ｓｅｎｃのパルスの１周期は機械角で２π／４ｍであり、受光信号Ｓ１の周期の機械角ＰＴ（＝２π／ｍ）の１／４である。従って、合成パルス信号Ｓｅｎｃの単位時間当たりのパルス数は、受光信号ＳＡ１の単位時間当たりのパルス数４倍である。一般に受光素子がｎ個あれば、合成パルス信号Ｓｅｎｃのパルス数を個々の受光信号のパルス数のｎ倍にすることが可能である。

図７は、回転方向信号生成部の一例を示す説明図である。回転方向信号生成部３９０は、ラッチ回路３９１、３９２を備える。ラッチ回路３９１、３９２として、例えば、Ｄ−フリップフロップ回路を用いることが可能である。ラッチ回路３９１、３９２は、入力端子Ｄとクロック端子Ｃと出力端子Ｑを備える。クロック端子Ｃに入力される信号の立ち上がりエッジで入力端子Ｄに入力される信号をラッチし、出力端子Ｑに出力する。本実施例では、ラッチ回路３９１の入力端子Ｄに受光信号Ｓ１が入力され、クロック端子Ｃに受光信号Ｓ２が入力され、出力端子Ｑからは回転方向信号Ｑ１が出力されている。また、ラッチ回路３９２の入力端子Ｄに受光信号Ｓ２が入力され、クロック端子Ｃに受光信号Ｓ１が入力され、出力端子Ｑからは回転方向信号Ｑ２が出力されている。

図８は、回転方向信号生成部におけるタイミングチャートである。図８（Ａ）は正転時のタイミングチャートである。始動から受光信号Ｓ２が立ち上がるまでの期間では、回転方向信号Ｑ１は不定である。ラッチ回路３９１は、受光信号Ｓ２の立ち上がりエッジで受光信号Ｓ１をラッチし、回転方向信号Ｑ１を出力する。本実施例では、受光信号Ｓ２の立ち上がり時に受光信号Ｓ１はＨなので、回転方向信号Ｑ１はＨとなる。一方、始動から受光信号Ｓ１が立ち上がるまでの期間では、回転方向信号Ｑ２は不定である。ラッチ回路３９２は、受光信号Ｓ１の立ち上がりエッジで受光信号Ｓ２をラッチし、回転方向信号Ｑ２を出力する。本実施例では、受光信号Ｓ１の立ち上がり時に受光信号Ｓ２はＬなので、回転方向信号Ｑ２はＬとなる。図８（Ｂ）は逆転時のタイミングチャートである。逆転時には、受光信号Ｓ１、Ｓ２の順序が、正転時と逆になる。回転方向信号Ｑ１、Ｑ２を見ればわかるように図８（Ｂ）に示す場合は、エンコーダー３００が逆回転していることがわかる。

以上、本実施例によれば、スリット３１１の形状を複雑にしなくても、４個の受光素子３７１〜３７４を有する受光部３７０を用いることにより、発生させるパルス数を４倍にすることが可能である。また、エンコーダーを高分解能化することが可能となるので、極低回転モーターの制御に用いることが可能となる。

［第２の実施例］
図９は、第２の実施例における受光部の構成を示す説明図である。図９（Ａ）に示すように、受光部３７０は、受光素子が碁盤目状に配置されている。受光部３７０は、所謂二次元センサーである。なお、受光部３７０は、リニアセンサーが２列並んだものと考えることも可能である。この例では、受光部３７０は、第１の列に受光素子３７１Ａ〜３７４Ａを備え、第２の列に受光素子３７１Ｂ〜３７４Ｂを備えている。ここで、受光素子３７２Ａと３７１Ｂとが隣接するように、第１の列と第２の列は受光素子１個分シフトして配置されている。この場合、受光信号を出力する受光素子の数（４個）よりも、列の並び方向の受光素子の数（５個）を多くし、受光素子の物理アドレスと受光信号との対応関係を変更することが好ましい。

図９（Ｂ）、（Ｃ）は、第２の実施例の変形例を示す説明図である。図９（Ｂ）に示す変形例は、第１の受光部３７０Ａと第２の受光部３７０Ｂの２を備え、第１の受光部３７０Ａと第２の受光部３７０Ｂとは、受光素子１個分シフトして配置されている。なお、図９（Ａ）〜（Ｂ）に示す例では、受光素子３７１Ａと受光素子３７１Ｂとの間のシフトの大きさは、受光素子１個分の長さＬ３の整数倍であってもよい。また、回転円盤の中心Ｏ（図示せず）から受光素子３７２Ａと３７１Ｂをみた視差が同じになるように、受光素子３７１Ｂ〜３７４Ｂの長さＬ５を、受光素子３７１Ａ〜３７４Ａの長さＬ３と異ならせてもよい。

図９（Ｃ）に示す変形例は、受光部３７０は、１列のリニアセンサーであるが、受光素子３７１Ａ〜３７４Ａと３７１Ｂ〜３７４Ｂが交互に配置されている。この場合、受光素子３７１Ａから３７４Ａまでの８個分受光素子の長さ８Ｌ３が、スリット３１１の長さＬ１と等しいことが好ましい。

図１０は、他の変形例を示す説明図である。図９（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、受光素子３７１Ａと受光素子３７１Ｂとは、受光素子１個分の長さＬ３だけシフトしているが、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、受光素子３７１Ａと受光素子３７１Ｂとの間のシフトの大きさは、受光素子１個分の長さＬ３よりも小さい。なお、受光素子３７１Ａと受光素子３７１Ｂとの間のシフトの大きさは、長さＬ３の整数倍でなければ、受光素子１個分の長さＬ３よりも大きくてもよい。また、図９（Ｃ）に示す例では、受光素子３７１Ａ〜３７４Ａと３７１Ｂ〜３７４Ｂは、交互に配置されているが、図１０（Ｃ）に示すように、受光素子３７１Ａ〜３７４Ａと３７１Ｂ〜３７４Ｂの間に信号処理に用いられない受光素子３７１Ｃ〜３７７Ｃを配置してもよい。

図１１は、第２の実施例における合成パルス信号生成部の一例を示す説明図である。第２の実施例では２つの合成パルス信号生成部３８１Ａ、３８１Ｂを備える。合成パルス信号生成部３８１Ａ、３８１Ｂは、第１の実施例の合成パルス信号生成部３８１と入力信号、出力信号が異なっているだけで、回路自体は同じである。すなわち、図１１（Ａ）に示す合成パルス信号生成部３８１Ａでは、受光信号Ｓ１〜Ｓ４の代わりに、受光信号ＳＡ１〜ＳＡ４が入力され、合成パルス信号ＳｅｎｃＡが出力されている。ここで、受光信号ＳＡ１〜ＳＡ４は、それぞれ受光素子３７１Ａ〜３７４Ａから生成する信号である。図１１（Ｂ）に示す合成パルス信号生成部３８１Ｂでは、受光信号Ｓ１〜Ｓ４の代わりに、受光信号ＳＢ１〜ＳＢ４が入力され、合成パルス信号ＳｅｎｃＢが出力されている。

図１２は、第２の実施例における回転方向信号生成部の一例を示す説明図である。第２の実施例の回転方向信号生成部３９０は、第１の実施例の回転方向信号生成部３９０と入力信号、出力信号が異なっているだけで、回路自体は同じである。すなわち、図１２（Ａ）に示すように、回転方向信号生成部３９０では、受光信号Ｓ１、Ｓ２の代わりに合成パルス信号ＳｅｎｃＡ、ＳｅｎｃＢが入力されている。なお、図１２（Ｂ）に示すように、合成パルス信号ＳｅｎｃＡ、ＳｅｎｃＢの代わりに、受光信号ＳＡ１、ＳＢ１が入力されてもよい。

図１３は、第２の実施例におけるロジック演算部のタイミングチャートである。図５に示したタイミングチャートとほぼ同じである。図１３に示すタイミングチャートでは、図８に示す受光素子３７１Ａ〜３７４Ａと３７１Ｂ〜３７４Ｂの位相差に相当する分だけ、信号ＳＢ１〜信号ＳｅｎｃＢが右方にシフトしている。なお、回転方向信号Ｑ１、Ｑ２のＨ、Ｌは、受光素子３７１Ａ〜３７４Ａと３７１Ｂ〜３７４Ｂの配置位置を逆にするだけで、容易に交換可能である。

［第３の実施例］
図１４は、第３の実施例における受光部を示す説明図である。第３の実施例は、第１の実施例における受光素子の数を３個としている。さらに、この場合、回転円盤３１０の中心Ｏから見た各受光素子３７１〜３７３の視差θ１〜θ３が同じ大きさになるように、受光素子３７１〜３７３の回転方向の長さＬ４〜Ｌ６が調整されている。なお、このときの各視差θ１〜θ３の大きさは、π／３ｍとなる。

図１５は、第３の実施例の合成パルス信号生成部を示す説明図である。合成パルス信号生成部３８１は、アンプ３８２〜３８４と、ＸＯＲ回路３８６、３８８と、を備える。アンプ３８２〜３８４は、それぞれ受光信号Ｓ１〜Ｓ３を増幅する。ＸＯＲ回路３８６は、受光信号Ｓ１、Ｓ２のＸＯＲを取り信号ＡＥＸを出力する。ＸＯＲ回路３８８は、信号ＡＥＸ、Ｓ３のＸＯＲを取り合成パルス信号Ｓｅｎｃを出力する。なお、回転方向信号生成部３９０の構成は、第１の実施例の回転方向信号生成部３９０の構成と同じである。

図１６は、第３の実施例のエンコーダーのロジック演算部のロジック演算部のタイミングチャートである。以上、本実施例によれば、スリット３１１の形状を複雑にしなくても、３個の受光素子３７１〜３７３を有する受光部３７０を用いることにより、発生させるパルス数を３倍にすることが可能である。

［第４の実施例］
図１７は、第４の実施例におけるエンコーダー３００の構成を示す説明図である。第４の実施例では、スリット３１１が形成する円周に沿って４個の受光部３７５〜３７８を備えている。なお、受光部３７５〜３７８は、１個あるいは複数の受光素子を備えていてもよい。ここで、各受光部３７５〜３７８の受光素子で生成される受光信号は、受光信号の周期を２πとしたときに位相がπ／４ずつシフトして生成するように、各受光部３７５〜３７８が配置されている。

以上のことから、スリット３１１の配置に沿って、ｎ個の受光部あるいは受光素子を配置し、ｎ個の受光素子から発する受光信号の位相がπ／ｎずつシフトするようにするｋとにより、発生させるパルスの数をｎ倍にすることが可能である。すなわち、簡単な構成でエンコーダー３００を高分解能にすることが可能である。なお、ｎは２以上でよいが、３以上が好ましい。３以上であれば、１つの列に２つの受光素子を配置することなく、回転円盤の回転方向を容易に判断することが可能となる。

［変形例］
本実施例では、回転円盤３１０に光学要素としてのスリット３１１〜３１４を形成しているが、スリット３１１〜３１４の代わりに、反射板を光学要素として配置してもよい。この場合、発光部３２０と受光部３７０は、回転円盤３１０に対して同じ側に配置される。

本実施例では、増速機２００を備えているが、増速機２００は省略可能である。すなわち、モーター１００の駆動軸１１０とエンコーダー３００の回転円盤３１０とを直接結合させてもよい。なお、増速機２００を備えると、生成させるパルス数をさらに多くすることが可能となるので、モーター１００をより低回転で回転させることが可能となる。増速機２００の代わりに変速機を用いてもよい。

本発明は、ファンモーター、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、極低回転駆動が可能になる他、種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。

図１８は、本発明の適用例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ１６００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源１６１０Ｒ、１６１０Ｇ、１６１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ１６４０Ｒ、１６４０Ｇ、１６４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム１６５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系１６６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン１６７０と、プロジェクタ１６００の全体を制御する制御部１６８０と、を備えている。冷却ファン１６７０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

図１９は、本発明の適用例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図１９（Ａ）は携帯電話１７００の外観を示しており、図１９（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話１７００は、携帯電話１７００の動作を制御するＭＰＵ１７１０と、ファン１７２０と、燃料電池１７３０とを備えている。燃料電池１７３０は、ＭＰＵ１７１０やファン１７２０に電源を供給する。１ファン７２０は、燃料電池１７３０への空気供給のために携帯電話１７００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池１７３０で生成される水分を携帯電話１７００の内部から外に排出するためのものである。なお、１ファン７２０を図１９（Ｃ）のようにＭＰＵ１７１０の上に配置して、ＭＰＵ１７１０を冷却するようにしてもよい。ファン１７２０を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。

図２０は、本発明の適用例によるモーター／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車１８００は、前輪にモーター１８１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路１８２０と充電池１８３０とが設けられている。モーター１８１０は、充電池１８３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター１８１０で回生された電力が充電池１８３０に充電される。制御回路１８２０は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター１８１０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。

図２１は、本発明の適用例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット１９００は、第１と第２のアーム１９１０，１９２０と、モーター１９３０とを有している。このモーター１９３０は、被駆動部材としての第２のアーム１９２０を水平回転させる際に使用される。このモーター１９３０としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１００…モーター（電動サーボモーター）
１１０…駆動軸
１２０…磁石
１３０…電磁コイル（コイル）
１４０…磁気センサー
２００…増速機
２１０…遊星ギア機構
２１１…サンギア（太陽ギア）
２１２…プラネタリーギア（遊星ギア）
２１５…アウターギア（外輪ギア）
３００…エンコーダー
３１０…回転円盤
３１１、３１１Ｐ，３１１Ｑ…スリット
３１５…遮光部
３２０…発光部
３２１〜３２４…発光素子
３２５…発光制御部
３７０、３７０Ａ、３７０Ｂ…受光部
３７１〜３７４、３７１Ａ〜３７４Ａ、３７１Ｂ〜３７４Ｂ…受光素子
３７５〜３７８…受光部
３８０…ロジック演算部
３８１、３８１Ａ、３８１Ｂ…合成パルス信号生成部
３８２…アンプ
３９０…回転方向信号生成部
３９１、３９２…ラッチ回路
４００…負荷
５００…制御部
５１０…駆動制御回路部
５２０…ＰＷＭ制御部
５３０…駆動部
５３５…電流検出部
５４０…計測部
１６００…プロジェクタ
１６１０Ｒ…光源
１６４０Ｒ…液晶ライトバルブ
１６５０…クロスダイクロイックプリズム
１６６０…投写レンズ系
１６７０…冷却ファン
１６８０…制御部
１７００…携帯電話
１７２０…ファン
１７３０…燃料電池
１８００…自転車
１８１０…モーター
１８２０…制御回路
１８３０…充電池
１９００…ロボット
１９１０…第２のアーム
１９２０…第２のアーム
１９３０…モーター
Ｓ…歯数
Ｇ…歯数
Ｉｍｅｓ…検出電流信号
Ｓｍａｇ…磁気センサー信号
Ｓｅｎｃ…合成パルス信号
Ｉｍａｘ…最大電流値
Ｉａｖｅ…平均電流値
Ｎｍｅｓ…モーター回転数
Ｏ、Ｐ、Ｑ…中心
Ｓ１ＸＯＲＳ２…信号
Ｓ３ＸＯＲＳ４…信号
Ｄ…入力端子
Ｃ…クロック端子
Ｑ…出力端子
ＳｅｎｃＡ、ＳｅｎｃＢ…合成パルス信号
Ｑ１、Ｑ２…回転方向信号
Ｓ１〜Ｓ４、ＳＡ１〜ＳＡ４、ＳＢ１〜ＳＢ４…受光信号
Ｌ４…距離
ＳＣ…スクリーン
ＰＴ…角度
ＡＥＸ…信号
θ１、θ２…視差
Δθｍ…視差の大きさ
Δθｅ…位相差

Claims (5)

1. エンコーダーであって、
   回転円盤と、
   前記回転円盤上において前記回転円盤の円周に沿って等間隔に設けられたｍ個（ｍは２以上の整数）のスリット又は反射板で構成される光学要素列と、
   前記光学要素列に光を照射する発光部と、
   前記光学要素列の個々の光学要素を透過する、または反射する光を受光して矩形状の受光信号を出力する受光部と、
   を備え、
   前記発光部と前記受光部は、ｎ組配置されており、個々の受光信号の１周期の位相差を２πと定義したとき、ｎ個の受光部で生成されるｎ個の受光信号の位相がπ／ｎずつ順次ずれるように配置されている、
   エンコーダー。
2. 請求項１に記載のエンコーダーにおいて、
   前記ｎ組の発光部と受光部のうちのｋ組（ｋは２以上の整数）が１カ所に配置され、当該Ｋ個の受光部はリニアセンサーを形成している、
   エンコーダー。
3. 請求項２に記載のエンコーダーにおいて、
   前記リニアセンサーを構成する各受光部を前記回転円盤の中心から見たときの視差が同じになるように、前記各受光部の大きさが調整されている、エンコーダー。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンコーダーにおいて、
   ｎは３以上である
   エンコーダー。
5. 電機機械装置であって、
   磁石と、
   電磁コイルと、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンコーダーと、
   前記エンコーダーの出力を用いて、前記電磁コイルに供給する電力を制御する制御部と、
   を備える電気機械装置。

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