JP2012225689A - エンコーダホイール、ロータリエンコーダ、及び回転方向検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁気式であっても、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサで回転方向を検出することのできるエンコーダホイール、ロータリエンコーダ、及び回転方向検出方法を提供する。
【解決手段】回転体の回転を検出するための磁気センサを備えて前記回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダのエンコーダホイール１０において、前記磁気センサが対向したときに、高い電圧の前記パルスが出力されるアクティブ部１と、前記パルスが出力されないインアクティブ部２とが円周方向にそれぞれ複数配列された磁気パターンを有し、前記アクティブ部１の各々は、前記円周方向に略同幅に形成され、前記インアクティブ部２は、前記円周方向に幅の異なる第１インアクティブ部３、及び第２の幅で形成された第２インアクティブ部４を含み、回転方向により、前記アクティブ部１が前記磁気センサと対向するタイミングが異なるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、１つのセンサにより、回転体の回転方向を検出することのできるエンコーダホイール、ロータリエンコーダ、及び回転方向検出方法に関する。

従来、回転体の回転を検出するためのセンサを備えて回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダ、このロータリエンコーダに搭載されて回転体とともに回転するエンコーダホイール、及びこれらを用いた回転方向検出方法が知られている。また、このような回転方向検出方法では通常２つのセンサを用いているが、１つのセンサのみで回転方向を検出することのできる回転方向検出方法が提案されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。

この種の回転方向検出方法では、エンコーダホイールに形成されて、ロータリエンコーダからパルスを出力するタイミングを決めるアクティブ部が、少なくとも２種類の異なる大きさで複数形成されている。これにより、エンコーダホイールの回転方向に応じて出力されるパルス信号の波形を回転方向に応じて異ならせることにより、回転体の回転方向を検出していた。

特開平４−５０７７１号公報 特開２００３−９８１８７号公報 特許４２５３３７３号

しかしながら、２種類以上の異なる大きさのアクティブ部を有した構成を磁気式のロータリエンコーダに適用しようとすると、エンコーダホイールにはアクティブ部の大きさに合わせて異なる大きさのマグネットが用いられることになる。これにより、マグネットの大きさによる磁束の違いよって、磁気センサ素子から出力されるパルスの電圧が異なってしまう。このため、小さなアクティブ部に対応する低い電圧のパルスと、大きなアクティブ部に対応する高い電圧のパルスとが形成され、アクティブ部を判定するための閾値を低い電圧に設定する必要がある。閾値電圧をあまりに低く設定してしまうと、ノイズによる影響を受けやすくなり、実用には向かなくなる。また、小さなアクティブ部を十分な電圧が得られるような大きさにすると、大きなアクティブ部はさらに大きくなる。これにより、エンコーダホイールの円周に設けられるアクティブ部の数は少なくなり、エンコーダホイール及びロータリエンコーダの本来の目的である速度検出の精度が低下する。

上述の理由により、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサのみを用いて回転方向を検出することのできる磁気式のロータリエンコーダを実現することは困難であった。
本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、磁気式であっても、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサで回転方向を検出することのできるエンコーダホイール、ロータリエンコーダ、及び回転方向検出方法を提供することにある。

本発明は、回転体の回転を検出するための磁気センサを備えて前記回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダに搭載され、前記回転体とともに回転するエンコーダホイールにおいて、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されるアクティブ部と、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されないインアクティブ部とが円周方向にそれぞれ複数配列された磁気パターンを有し、前記アクティブ部の各々は、前記円周方向に略同幅に形成され、前記インアクティブ部は、前記円周方向に第１の幅で形成された第１インアクティブ部、及び前記第１の幅と異なる第２の幅で形成された第２インアクティブ部を含み、回転したときに、前記磁気パターンは、前記アクティブ部が前記磁気センサと対向するタイミングが回転方向に応じて異なることを特徴とする。

この場合において、前記第１インアクティブ部は、前記第２インアクティブ部よりも幅が広くてもよい。前記第２インアクティブ部は、前記アクティブ部と前記円周方向に略同幅に形成されていてもよい。連続して配列された４つの前記第１インアクティブ部の隣り合う前記第１インアクティブ部同士の間には、それぞれ異なるパターンで前記アクティブ部が配列されていてもよい。前記第１インアクティブ部の幅は、前記第２インアクティブ部の幅の略２倍に形成されていてもよい。前記インアクティブ部は、前記第１の幅よりも小さく、かつ、前記第２の幅よりも大きな第３の幅で形成された第３インアクティブ部をさらに含み、前記第３インアクティブ部は、連続して配列された２つの前記第１インアクティブ部の間に配置され、前記第３インアクティブ部と前記第１インアクティブ部の各々との間には、前記アクティブ部がそれぞれ異なるパターンで配列されていてもよい。

また、本発明は、上記エンコーダホイールを備えたロータリエンコーダであってもよい。

さらに、本発明は、回転体の回転を検出する磁気センサを備えて前記回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダであって、前記回転体とともに回転し、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されるアクティブ部と、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されないインアクティブ部とが円周方向にそれぞれ複数配列された磁気パターンを有し、前記アクティブ部の各々は、前記円周方向に略同幅に形成され、前記インアクティブ部は、前記円周方向に第１の幅で形成された第１インアクティブ部、及び前記第１の幅と異なる第２の幅で形成された第２インアクティブ部を含み、回転したときに、前記磁気パターンは、前記アクティブ部が前記磁気センサと対向するタイミングが回転方向に応じて異なるエンコーダホイールを備えた、ロータリエンコーダの回転方向検出方法において、前記ロータリエンコーダから出力された前記パルスに基づくパルス信号を取得するステップと、取得した前記パルス信号から、前記第１インアクティブ部に対応する第１インアクティブ範囲、及び前記第２インアクティブ部に対応する第２インアクティブ範囲からなるインアクティブ範囲を検出するステップと、検出した前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップと、前記インアクティブ範囲の前記配列パターンに基づいて前記回転体の回転方向を判断するステップと、を備えたことを特徴とする。

この場合において、前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップは、前記インアクティブ範囲の各々の長さ判断した後に、前記第１インアクティブ範囲の順番を判断してもよい。前記回転体の回転方向を判断するステップは、前記インアクティブ範囲の前記配列パターンに基づいて、前記アクティブ部に対応するアクティブ範囲の配列パターンを判断し、前記アクティブ範囲の配列パターンに基づいて前記回転体の回転方向を判断してもよい。前記アクティブ範囲の配列パターンは、隣り合う前記第１インアクティブ範囲間の前記アクティブ範囲の個数に基づいて判断してもよい。前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップは、前記インアクティブ範囲の長さの平均値を算出し、検出した前記インアクティブ範囲の各々が前記平均値よりも長いか否かを判断することにより、前記インアクティブ範囲の各々の長さ判断してもよい。前記インアクティブ範囲を検出するステップは、６つの前記インアクティブ範囲を検出してもよい。前記インアクティブ部は、前記第１の幅よりも小さく、かつ、前記第２の幅よりも大きな第３の幅で形成された第３インアクティブ部をさらに含み、前記インアクティブ範囲を検出するステップは、３つの前記インアクティブ範囲を検出し、前記インアクティブ範囲の配列パターンを検出するステップは、検出した前記インアクティブ範囲の各々の長さを判断し、前記アクティブ部に対応するアクティブ範囲と前記第１インアクティブ範囲との順番を判断してもよい。

本発明によると、磁気式であっても、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサで回転方向を検出することができる。

第１実施形態に係るロータリエンコーダに搭載されるエンコーダホイールを示す模式図である。 エンコーダホイールが半回転したときのパルス信号の波形を示す図である。 ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。 回転方向検出処理を示すフローチャートである。 回転方向検出処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るロータリエンコーダに搭載されるエンコーダホイールを示す模式図である。 エンコーダホイールが半回転したときのパルス信号の波形を示す図である。 ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。 回転方向検出処理を示すフローチャートである。 回転方向検出処理を示すフローチャートである。 ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態に係るロータリエンコーダに搭載されるエンコーダホイールを示す模式図である。
ロータリエンコーダは、回転体の回転を検出するための図示せぬ磁気センサを備え、回転体の回転に対応したパルスを出力するようになっている。本実施形態では、ロータリエンコーダは、自動車に車載され、回転体は例えばプロペラシャフトとともに回転し、回転体の回転に対応したパルスを電子制御ユニットであるＥＣＵに出力するようになっている。なお、本実施形態では、ロータリエンコーダが例えばプロペラシャフトの回転速度や回転方向を検出することにより、ＥＣＵは、自動車が走行する速度や前進及び後進を判断することができるようになっている。

エンコーダホイール１０は、回転体とともに回転するようになっている。このエンコーダホイール１０は、磁気センサが対向したときにロータリエンコーダから高いパルスが出力されるアクティブ部１と、磁気センサが対向したときにロータリエンコーダから高いパルスが出力されないインアクティブ部２とが円周方向にそれぞれ複数配列されるように磁気がパターン化された磁気パターンを有している。なお、本実施形態に係るエンコーダホイール１０は、アクティブ部１が磁気センサに向かって突出するように形成され、磁気センサとの距離に応じてパルス電圧が変化するように設けられている。

アクティブ部１の各々は、エンコーダホイール１０の回転方向に沿った円周方向に略同幅に形成されている。これにより、アクティブ部１の各々は、磁気センサにより検出される磁気の大きさが略同じになっている。

インアクティブ部２は、エンコーダホイール１０の円周方向に第１の幅で形成された第１インアクティブ部３と、第１の幅よりも円周方向に幅の広い第２の幅で形成された第２インアクティブ部４とを含んでいる。第１インアクティブ部３の幅は、円周方向に第２インアクティブ部４の幅の略２倍に形成されている。なお、本実施形態では、第２インアクティブ部４は、アクティブ部１と円周方向に略同幅に形成されている。

連続して配列された４つの第１インアクティブ部３の隣り合う第１インアクティブ部３同士の間には、それぞれ異なるパターンでアクティブ部１が配列され、それぞれ１つのアクティブ部１を有する郡、２つのアクティブ部１を有する郡、及び３つのアクティブ部１を有する郡を形成している。エンコーダホイール１０は、３つの郡により１つの周期パターンを形成している。図１においては、図中１２時の位置近傍の隣り合う第１インアクティブ部３同士の間には、１つのアクティブ部１を有する郡が形成されており、エンコーダホイール１０が正回転すると、２つのアクティブ部１を有する群、３つのアクティブ部１を有する群が図中１２時の位置を順次通過するように磁気パターンが形成されている。なお、エンコーダホイール１０が逆回転すると、３つのアクティブ部１を有する群、２つのアクティブ部１を有する群、１つのアクティブ部１を有する群が図中１２時の位置を順次通過するようになっている。アクティブ部１とインアクティブ部２とで形成された磁気パターンは、エンコーダホイール１０が回転したときに、アクティブ部１またはインアクティブ部２が磁気センサと対向するタイミングがエンコーダホイール１０の回転方向に応じて異なるように形成されている。なお、本実施形態では、エンコーダホイール１０が一周する際には、後半の磁気パターンが前半の磁気パターンと同じになるように形成されている。

図２は、エンコーダホイールが半回転したときのパルス信号の波形を示す図である。また、図３は、ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。図２において、図２ａは、正回転したときのパルス信号の波形を示し、図２ｂは、逆回転したときのパルス信号の波形をそれぞれ示している。また、図３において、図３ａは、正回転したときの判断の様子を示し、図３ｂは、逆回転したときの判断の様子を示している。なお、図２では、パルス信号の波形において、インアクティブ部２に対応する範囲を、センサを通過した順にＬｏｗ１、Ｌｏｗ２、Ｌｏｗ３、Ｌｏｗ４、Ｌｏｗ５、Ｌｏｗ６としている。

エンコーダホイール１０が正回転すると、上述したように、アクティブ部１を１つ有する郡、アクティブ部１を２つ有する郡、アクティブ部１を３つ有する郡の順に磁気センサを通過するため、ロータリエンコーダは、図２ａに示すような波形のパルス信号をＥＣＵに出力する。これにより、ＥＣＵは、基準ｍ１とＬｏｗ１との間にアクティブ部１に対応する１つのパルスの山（アクティブ範囲）を有するパルス郡、Ｌｏｗ１とＬｏｗ３との間にアクティブ部１に対応する２つのパルスの山を有するパルス郡、Ｌｏｗ３とＬｏｗ６との間にアクティブ部１に対応する３つのパルスの山を有するパルス郡があることを判断することができる。このため、ＥＣＵは、図３ａに示すように、各郡のアクティブ部１に対応するパルスが、１つ、２つ、３つと変化したことから、エンコーダホイール１０が正回転していると判断することができる。

一方、エンコーダホイール１０が逆回転すると、上述したように、アクティブ部１を３つ有する郡、アクティブ部１を２つ有する郡、アクティブ部１を１つ有する郡の順に磁気センサを通過するため、ロータリエンコーダは、図２ｂに示すような波形のパルス信号をＥＣＵに出力する。これにより、ＥＣＵは、基準ｎ１とＬｏｗ３との間にアクティブ部１に対応する３つのパルスの山を有するパルス郡、Ｌｏｗ３とＬｏｗ５との間にアクティブ部１に対応する２つのパルスの山を有するパルス郡、Ｌｏｗ５とＬｏｗ６との間にアクティブ部１に対応する１つのパルスの山を有するパルス郡があることを判断することができる。このため、ＥＣＵは、図３ｂに示すように、各郡のアクティブ部１のパルスが、３つ、２つ、１つと変化したことから、エンコーダホイール１０が逆回転していると判断することができる。

図４は、回転方向検出処理を示すフローチャートである。なお、図４では、図２に示すパルス信号の波形を取得したときの処理について説明している。
本実施形態における回転方向検出処理を実行する際には、先ず、ＥＣＵは、図４に示すように、ロータリエンコーダから出力されたパルスに基づくパルス信号の波形から、６つのインアクティブ部２に対応する６つのＬｏｗパルス（インアクティブ範囲）を検出する（ステップＳ１）。このとき、ＥＣＵは、パルス信号の波形から、連続する６つのＬｏｗパルスの長さを記憶部に順次記憶する。

次に、ＥＣＵは、ステップＳ１で検出した６つのＬｏｗパルスの、長さの平均値を算出する（ステップＳ２）。平均値は、例えば、回転速度が一定の正回転の波形では、（Ｌｏｗ１＋Ｌｏｗ２＋Ｌｏｗ３＋Ｌｏｗ４＋Ｌｏｗ５＋Ｌｏｗ６）／６＝（２＋１＋２＋１＋１＋２）／６＝１．５となり、回転速度が一定の逆回転の波形では、（Ｌｏｗ１＋Ｌｏｗ２＋Ｌｏｗ３＋Ｌｏｗ４＋Ｌｏｗ５＋Ｌｏｗ６）／６＝（１＋１＋２＋１＋２＋２）／６＝１．５となる。

次に、ＥＣＵは、ステップＳ１で記憶した６つのＬｏｗパルスの長さが、それぞれステップＳ２で算出した平均値よりも長いか否かを１つずつ判断する（ステップＳ３）。これにより、エンコーダホイール１０の回転速度が変化した場合であっても、検出した６つのＬｏｗパルスの各々について平均値よりも長いか短いかを判断することにより、各Ｌｏｗパルスが第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルス（第１インアクティブ範囲）であるのか、第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルス（第２インアクティブ範囲）であるのかを判断することができる。

ステップＳ３において、平均値と比較したＬｏｗパルスが平均値よりも長いと判断すると（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、この長いと判断されたＬｏｗパルスの順番（インアクティブ範囲の配列パターン）を記憶する（ステップＳ４）。このとき、例えば、正回転の場合、第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルスの順番はＬｏｗ１、Ｌｏ３、Ｌｏｗ６であると記憶され、第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルスの順番はＬｏｗ２、Ｌｏｗ４、Ｌｏｗ５であることがわかる。一方、逆回転の場合、第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルスの順番はＬｏｗ３、Ｌｏｗ５、Ｌｏｗ６であると記憶され、第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルスの順番はＬｏｗ１、Ｌｏｗ２、Ｌｏｗ４であることがわかる。

次に、ＥＣＵは、ステップＳ１において記憶した６つのＬｏｗパルス全てについて平均値との比較が終了したか否かを判断する（ステップＳ５）。
一方、ステップＳ３において、平均値と比較したＬｏｗパルスが平均値よりも長くないと判断すると（ステップＳ３：Ｎｏ）、ＥＣＵは、ステップＳ５の処理に移行する。

ステップＳ５において、６つのＬｏｗパルス全てについて平均値との比較が終了していないと判断すると（ステップＳ５：Ｎｏ）、ＥＣＵは、ステップＳ３から一連の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ５において、６つのＬｏｗパルス全てについて平均値との比較が終了したと判断すると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、長いＬｏｗパルスの順番から、パルス郡の順番（アクティブ範囲の配列パターン）を判断する（ステップＳ６）。

次に、ＥＣＵは、回転体の回転方向が正回転であるか否かを判断する（ステップＳ７）。このとき、ＥＣＵは、例えば、正回転の場合には、Ｌｏｗ１とＬｏｗ３との間には、アクティブ部１に対応する２つのパルスの山を有するパルス郡があり、Ｌｏｗ３とＬｏｗ６との間には、アクティブ部１に対応する３つのパルスの山を有するパルス郡があり、これらの判断結果からＬｏｗ１の前に、アクティブ部１に対応する１つのパルスの山を有するパルス郡があると判断する。これにより、ステップＳ７において、ＥＣＵは、パルス郡の順番は、１つのパルスの山を有するパルス郡、２つのパルスの山を有するパルス郡、３つのパルスの山を有するパルス郡の順であることから正回転であると判断し（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、正回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ８）、一連の処理を終了する。

一方、ＥＣＵは、例えば、逆回転の場合には、Ｌｏｗ３とＬｏｗ５との間には、アクティブ部１に対応する２つのパルスの山を有するパルス郡があり、Ｌｏｗ５とＬｏｗ６との間には、アクティブ部１に対応する１つのパルスの山を有するパルス郡があり、これらの判断結果からＬｏｗ３の前に、アクティブ部１に対応する３つのパルスの山を有するパルス郡があると判断する。これにより、ステップＳ７において、ＥＣＵは、パルス郡の順番は、３つのパルスの山を有するパルス郡、２つのパルスの山を有するパルス郡、１つのパルスの山を有するパルス郡の順であることから正回転ではないので（ステップＳ７：Ｎｏ）、逆回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ９）、一連の処理を終了する。

以上の処理により、ＥＣＵは、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサのみを用いてエンコーダホイール１０の回転方向を検出することができる。
本実施形態では、エンコーダホイール１０が、エンコーダホイール１０の円周方向に略同幅に形成された複数のアクティブ部１と、円周方向に異なる幅で形成された第１インアクティブ部３と、第２インアクティブ部４とを有しており、磁気センサで検出される磁気パターンが回転方向に応じて異なるように形成されている。これにより、アクティブ部１の大きさを一定に保つことにより、アクティブ部１に対応するパルスの電圧が一定となり、アクティブ部１を検出する閾値電圧を一定に保つことができるため、磁気式であってもパルスの検出が容易に、また確実にできる。また、アクティブ部１の大きさをエンコーダホイール上で一定に保ちつつ、適切に調節することにより、既存の磁気式センサと組み合わせることができる。さらに、自動車用途を考える場合、エンコーダホイール及びロータリエンコーダは速度検出を第一の目的としているため、速度検出の精度を損なうような実施形態は望ましくない。本実施形態では、アクティブ部１の数を既存のエンコーダホイールのアクティブ部の数と同じにしつつ、インアクティブ部２の大きさを適切に調節することができる。これにより、速度検出の精度を保ちつつ、既存の自動車用磁気センサと組み合わせが容易で、かつ回転方向検出が可能なエンコーダホイールを提供することができる。

さらに、本実施形態では、アクティブ部１に対応するパルスの個数のみに基づいてエンコーダホイール１０の回転を検出しているため、磁気センサや磁石の大きさを変えたことにより磁束が変わってしまっても、エンコーダホイール１０の回転を検出することができる。

さらにまた、本実施形態では、ＥＣＵは、パルス信号の波形におけるインアクティブ部２に対応する範囲であるＬｏｗ１乃至Ｌｏｗ６の長さの平均値を算出し、検出したＬｏｗ１乃至Ｌｏｗ６の各々が算出した平均値よりも長いか否かを判断することにより、Ｌｏｗ１乃至Ｌｏｗ６の各々の長さ判断している。これにより、ＥＣＵは、エンコーダホイール１０の回転速度が変わっても、Ｌｏｗ１乃至Ｌｏｗ６がそれぞれ第１インアクティブ部３に対応するのか第２インアクティブ部４に対応するのかを確実に判断することができる。

また、本実施形態では、エンコーダホイール１０は、図１に示すように、３０区画に区切られており、回転方向を判断するために検出する必要のある範囲、すなわち、３つのパルス郡の合計が１５区画で構成され、この１５区画中にアクティブ部１を６つも有している。これにより、各区画に用いられるマグネットの大きさを小さくすることなく、一周当りのアクティブ部１の個数を多くすることができるため、特に回転速度が低いときの回転速度の検出精度を高くすることができる。

［２］第２実施形態
次に、第２実施形態のＥＣＵによる回転方向検出処理について図５を参照して説明する。図５は、回転方向検出処理を示すフローチャートである。本実施形態におけるフローチャートは、ステップＳ１２、ステップＳ１３、及びステップＳ１７後段の処理が、図４に示す第１実施形態のフローチャートと異なっている。すなわち、図５に示すように、本実施形態におけるステップＳ１１、ステップＳ１４乃至ステップＳ１７までの処理は第１実施形態におけるステップＳ１、ステップＳ４乃至ステップＳ７までの処理と同一である。

以下、第１実施形態と異なっているステップＳ１２、ステップＳ１３、及びステップＳ１７後段の処理について説明する。
本実施形態では、図５に示すように、ＥＣＵは、ステップＳ１２において、ステップＳ１１で検出した６つのＬｏｗパルスの、長さの中間値を算出している。また、ステップＳ１３において、ＥＣＵは、ステップＳ１１で記憶した６つのＬｏｗパルスの長さが、それぞれステップＳ１２で算出した中間値よりも長いか否かを１つずつ判断している。ここで、中間値は、短いＬｏｗパルスの数をＮ_Ｓ、長いＬｏｗパルスの数をＮ_Ｌ、短いＬｏｗパルスの長さをＳ、長いＬｏｗパルスの長さをＬとすると、
中間値＝｛Ｎ_Ｓ×Ｓ＋Ｎ_Ｌ×Ｌ×（Ｎ_Ｓ／Ｎ_Ｌ）｝／｛Ｎ_Ｓ＋Ｎ_Ｌ×（Ｎ_Ｓ／Ｎ_Ｌ）｝
という数式によって算出される。

また、ＥＣＵは、ステップＳ１７において、回転体の回転方向が正回転でないと判断した後に（ステップＳ１７：Ｎｏ）、回転体の回転方向が逆回転であるか否かを判断している（ステップＳ１９）。

ステップＳ１９において、回転体の回転方向が逆回転あると判断すると（ステップＳ１９：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、回転体の回転方向が逆回転あることを記憶部に記憶し（ステップＳ２０）、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ１９において、回転体の回転方向が逆回転でないと判断すると（ステップＳ１９：Ｎｏ）、ＥＣＵは、回転体の回転方向が判別不能である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ２１）、一連の処理を終了する。

本実施形態では、長いＬｏｗパルスであるか否かを判断するのに中間値を用いている。これにより、例えば、エンコーダホイールにおいて各パルス郡に含まれる山の数を４つ、５つ、６つ、・・・と増やしていくことによって、平均値が１に近づいてしまい、ステップＳ１１で検出したＬｏｗパルスを平均値と比較し難くなったとしても、より確実に長いＬｏｗパルスであるか否かを判断することができる。また、平均値が１に近づくと、測定誤差に対する対策を施しても、ノイズやその他の外的要因によって、正しくパルスが測定できなくなってしまうといった問題を解消することができる。さらに、短いＬｏｗパルスを長いＬｏｗパルスであると誤った判断をし難くなるため、エンコーダホイール１０の回転速度が加速している場合に、測定開始直後の短いＬｏｗパルスの長さと、測定終了間近の長いＬｏｗパルスの長さとが同じ位になるほど速度が上がると、Ｌｏｗパルスの長短の判別ができなくなってしまうといった問題を解消することができる。

また、本実施形態では、正回転でないと判断した後に、逆回転であるか否かをさらに判断している。これにより、正回転でも逆回転でもないと判断したときに、判別不能であると判断して誤検出であることを検出することができる。

［３］第３実施形態
次に、第３実施形態に係るロータリエンコーダに搭載されるエンコーダホイール、及び、ＥＣＵによる回転方向検出処理について説明する。
図６は、第２実施形態に係るロータリエンコーダに搭載されるエンコーダホイールを示す模式図である。
以下、第１実施形態と異なっている構成について説明する。

本実施形態に係るエンコーダホイール２０は、図６に示すように、第１インアクティブ部３が、エンコーダホイール２０の円周方向に、アクティブ部１及び第２インアクティブ部４の３倍の幅で形成されている。

インアクティブ部２は、エンコーダホイール２０の円周方向に、第１インアクティブ部３の２／３倍の幅を有するとともに、第２インアクティブ部４の２倍の幅を有する第３インアクティブ部５をさらに含んでいる。この第３インアクティブ部５は、連続して配列された２つの第１インアクティブ部３の間に配置され、第３インアクティブ部５と第１インアクティブ部３の各々との間には、アクティブ部１がそれぞれ異なるパターンで配列されている。すなわち、一方は、１つのアクティブ部１が配列されており、他方は、１つの第２インアクティブ部４を挟んで２つのアクティブ部２が配列されている。

図７は、エンコーダホイールが半回転したときのパルス信号の波形を示す図である。また、図８は、ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。図７において、図７ａは、正回転したときのパルス信号の波形を示し、図７ｂは、逆回転したときのパルス信号の波形をそれぞれ示している。また、図８において、図８ａは、正回転したときの判断の様子を示し、図８ｂは、逆回転したときの判断の様子を示している。なお、図７では、パルス信号の波形において、インアクティブ部２に対応する範囲を、センサを通過した順にＬｏｗ１、Ｌｏｗ２、Ｌｏｗ３としている。

エンコーダホイール２０が正回転すると、上述したように、中間の長さを有する第３インアクティブ部５、短い第２インアクティブ部４、長い第１インアクティブ部３の順に磁気センサを通過するため、ロータリエンコーダは、図７ａに示すような波形のパルス信号をＥＣＵに出力する。これにより、ＥＣＵは、基準ｐ１から、第３インアクティブ部５に対応する中間の長さのＬｏｗパルス（第３インアクティブ範囲）、短い第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルス（第２インアクティブ範囲）、長い第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルス（第１インアクティブ範囲）の順であることを判断することができる。ここで、長い第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルスは、パルス信号の波形を、アクティブ部１を１つ有する郡とアクティブ部１を２つ有する郡とを有する一連のパターンで区切っている。また、中間の長さのＬｏｗパルスは、アクティブ部１を１つ有する郡とアクティブ部１を２つ有する郡とに区切っている。そして、短い第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルスは、アクティブ部１を２つ有する郡において２つのアクティブ部１を各々区切っている。このため、ＥＣＵは、図８ａに示すように、パルス信号の波形が、アクティブ部１を１つ有する郡、アクティブ部１を２つ有する郡、長いＬｏｗパルスの順に変化したことから、エンコーダホイール２０が正回転していると判断することができる。

一方、エンコーダホイール２０が逆回転すると、上述したように、短い第２インアクティブ部４、中間の長さを有する第３インアクティブ部５、長い第１インアクティブ部３の順に磁気センサを通過するため、ロータリエンコーダは、図７ｂに示すような波形のパルス信号をＥＣＵに出力する。これにより、ＥＣＵは、基準ｑ１から、短い第２インアクティブ部４に対応する短いＬｏｗパルス、第３インアクティブ部５に対応する中間の長さのＬｏｗパルス、長い第１インアクティブ部３に対応する長いＬｏｗパルスの順であることを判断することができる。このため、ＥＣＵは、図８ｂに示すように、パルス信号の波形が、アクティブ部１を２つ有する郡、アクティブ部１を１つ有する郡、長いＬｏｗパルスの順に変化したことから、エンコーダホイール２０が逆回転していると判断することができる。

図９は、回転方向検出処理を示すフローチャートである。なお、図９では、図７に示すパルス信号の波形を取得したときの処理について説明している。
本実施形態における回転方向検出処理を実行する際には、先ず、ＥＣＵは、図９に示すように、ロータリエンコーダから出力されたパルスに基づくパルス信号の波形から、３つのインアクティブ部２に対応する３つのＬｏｗパルス（インアクティブ範囲）を検出する（ステップＳ３１）。このとき、ＥＣＵは、パルス信号の波形から、連続する３つのＬｏｗパルスの長さを記憶部に順次記憶する。

次に、ＥＣＵは、ステップＳ３１で検出した３つのＬｏｗパルスにおいて、Ｌｏｗ１がＬｏｗ２よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３２）。
ステップＳ３２において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ２よりも長いと判断すると（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３３）。

一方、ステップＳ３２において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ２よりも長くないと判断すると（ステップＳ３２：Ｎｏ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３４）。

ステップＳ３３において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長いと判断すると（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３５）。

一方、ステップＳ３３において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長くないと判断すると（ステップＳ３３：Ｎｏ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ３＞Ｌｏｗ１＞Ｌｏｗ２の順番であると判断する（ステップＳ３６）。

ステップＳ３５において、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長いと判断すると（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ１＞Ｌｏｗ２＞Ｌｏｗ３の順番であると判断する（ステップＳ３７）。

一方、ステップＳ３５において、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長くないと判断すると（ステップＳ３５：Ｎｏ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ１＞Ｌｏｗ３＞Ｌｏｗ２の順番であると判断する（ステップＳ３８）。

ステップＳ３４において、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長いと判断すると（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長いか否かを判断する（ステップＳ３９）。

一方、ステップＳ３４において、Ｌｏｗ２がＬｏｗ３よりも長くないと判断すると（ステップＳ３４：Ｎｏ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ３＞Ｌｏｗ２＞Ｌｏｗ１の順番であると判断する（ステップＳ４０）。

ステップＳ３９において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長いと判断すると（ステップＳ３９：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ２＞Ｌｏｗ１＞Ｌｏｗ３の順番であると判断する（ステップＳ４１）。

一方、ステップＳ３９において、Ｌｏｗ１がＬｏｗ３よりも長くないと判断すると（ステップＳ３９：Ｎｏ）、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さが、Ｌｏｗ２＞Ｌｏｗ３＞Ｌｏｗ１の順番であると判断する（ステップＳ４２）。

ステップＳ３６乃至Ｓ３８、及びＳ４０乃至Ｓ４２において、Ｌｏｗパルスの長さの順番を判断すると、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さの順番から、パルス郡（アクティブ範囲の配列パターン）と長いＬｏｗパルスとの順番（インアクティブ部の配列パターン）を判断する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４３において、パルス郡と長いＬｏｗパルスとの順番を判断すると、ＥＣＵは、回転体の回転方向が正回転であるか否かを判断する（ステップＳ４４）。ここで、ＥＣＵは、パルス郡と長いＬｏｗパルスとの順番が、アクティブ部１に対応する１つのパルス山を有するパルス郡、アクティブ部１に対応する２つのパルス山を有するパルス郡、長いＬｏｗパルスの順番のときには、回転体の回転方向が正回転であると判断し（ステップＳ４４：Ｙｅｓ）、正回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ４５）、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ４４において、ＥＣＵは、パルス郡及び長いＬｏｗパルスの順番が、アクティブ部１に対応する２つのパルス山を有するパルス郡、アクティブ部１に対応する１つのパルス山を有するパルス郡、長いＬｏｗパルスの順番のときには、回転体の回転方向が正回転ではないと判断し（ステップＳ４４：Ｎｏ）、回転体の回転方向が逆回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ４６）、一連の処理を終了する。
以上の処理により、ＥＣＵは、速度検出の精度を保ったまま、１つのセンサのみを用いてエンコーダホイール２０の回転方向を検出することができる。

本実施形態では、エンコーダホイール２０が、エンコーダホイール２０の円周方向に略同幅に形成された複数のアクティブ部１と、円周方向に異なる幅で形成された第１インアクティブ部３と、第２インアクティブ部４と、第３インアクティブ部５とを有しており、磁気センサで検出される磁気パターンが回転方向に応じて異なるように形成されている。これにより、アクティブ部１の大きさを一定に保つことにより、アクティブ部１に対応するパルスの電圧が一定となり、アクティブ部１を検出する閾値電圧を一定に保つことができるため、磁気式であってもパルスの検出が容易に、また確実にできる。また、アクティブ部１の大きさをエンコーダホイール上で一定に保ちつつ、適切に調節することにより、既存の磁気式センサと組み合わせることができる。さらに、自動車用途を考える場合、エンコーダホイール及びロータリエンコーダは速度検出を第一の目的としているため、速度検出の精度を損なうような実施形態は望ましくない。本実施形態では、アクティブ部１の数を既存のエンコーダホイールのアクティブ部の数と同じにしつつ、インアクティブ部２の大きさを適切に調節することができる。これにより、速度検出の精度を保ちつつ、既存の自動車用磁気センサと組み合わせが容易で、かつ回転方向検出が可能なエンコーダホイールを提供することができる。

さらに、本実施形態では、アクティブ部１に対応するパルスの個数のみに基づいてエンコーダホイール２０の回転を検出しているため、磁気センサや磁石の大きさを変えたことにより磁束が変わってしまっても、エンコーダホイール２０の回転を検出することができる。

さらにまた、本実施形態では、ロータリエンコーダから出力されるパルス信号の波形のパターンをシンプルにすることができる。

［４］第４実施形態
次に、第４実施形態のＥＣＵによる回転方向検出処理について説明する。図１０は、回転方向検出処理を示すフローチャートである。また、図１１は、ＥＣＵがエンコーダホイールの回転方向を判断するときの様子を示す模式図である。図１１において、図１１ａは、正回転したときの判断の様子を示し、図１１ｂは、逆回転したときの判断の様子を示している。

本実施形態におけるフローチャートは、図１０に示すように、ステップＳ６３以降の処理が、図９に示す第３実施形態のフローチャートと異なっている。すなわち、図１０に示すように、本実施形態におけるステップＳ５１乃至ステップＳ６２までの処理は第３実施形態におけるステップＳ３１乃至ステップＳ４２までの処理と同一である。

以下、第３実施形態と異なっているステップＳ６３以降の処理について説明する。
本実施形態では、図１０に示すように、ステップＳ５６乃至Ｓ５８、及びＳ６０乃至Ｓ６２において、Ｌｏｗパルスの長さの順番を判断すると、Ｌｏｗパルスの長さの順番から直接、回転体の回転方向が正回転であるか否かを判断している（ステップＳ６３）。すなわち、ＥＣＵは、図１１ａに示すように、Ｌｏｗパルスの長さが、中間の長さのＬｏｗパルス、短いＬｏｗパルス、長いＬｏｗパルスの順に変化したときに正回転であると判断し、図１１ｂに示すように、Ｌｏｗパルスの長さが、短いＬｏｗパルス、中間の長さのＬｏｗパルス、長いＬｏｗパルスの順に変化したときに逆回転であると判断する。ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さの順番毎に、正回転であるか逆回転であるかを対応させたテーブルを格納しており、このテーブルを参照することにより、Ｌｏｗパルスの長さの順番が正回転に対応している場合に、回転体の回転方向が正回転であると判断し（ステップＳ６３：Ｙｅｓ）、正回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ６４）、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ６３において、Ｌｏｗパルスの長さの順番が正回転に対応していない場合に、ＥＣＵは、回転体の回転方向が正回転でないと判断し（ステップＳ６３：Ｎｏ）、回転体の回転方向が逆回転であるか否かを判断している（ステップＳ６５）。このとき、ＥＣＵは、ステップＳ６３と同様にテーブルを参照することにより、Ｌｏｗパルスの長さの順番が逆回転に対応しているか否かを判断している。

ステップＳ６５において、回転体の回転方向が逆回転であると判断すると（ステップＳ６５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵは、逆回転である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ６６）、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ６５において、回転体の回転方向が逆回転でないと判断すると（ステップＳ６５：Ｎｏ）、ＥＣＵは、判別不能である旨を記憶部に記憶し（ステップＳ６７）、一連の処理を終了する。

本実施形態では、ＥＣＵは、Ｌｏｗパルスの長さの順番から直接、回転体の回転方向が正回転であるか否かを判断している。これにより、回転体の回転方向の判断を簡略化することができる。

以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記第１及び第２実施形態では、アクティブ部１のパルスが、正回転時に１つのパルス郡、２つのパルス郡、３つのパルス郡の順番になるように、また、上記第３実施形態では、１つのパルス郡、２つのパルス郡の順番になるようにエンコーダホイール１０の磁気パターンを形成しているが、これに限定されることはない。正回転と逆回転とでパルス信号のパターンが異なれば、エンコーダホイールはその他の磁気パターンを有していても良い。

また、上記実施形態では、エンコーダホイール１０の円形に形成された正面部分に磁気パターンを形成されているが、これに限定されることはない。磁気センサがエンコーダホイールの回転を検出することができれば、例えば、エンコーダホイールの外周に沿って形成された側面部分に磁気パターンが形成されていてもよい。
さらに、上記実施形態では、エンコーダホイール１０は、アクティブ部１が磁気センサに向かって突出するように形成され、磁気センサとの距離に応じてパルス電圧が変化するように設けられているが、これに限定されることはない。アクティブ部とインアクティブ部との区別がつけば、例えば、磁気センサとの距離が一定となる面においてアクティブ部とインアクティブ部との磁束が異なるようにしたエンコーダホイールを用いてもよい。

１ アクティブ部
２ インアクティブ部
３ 第１インアクティブ部
４ 第２インアクティブ部
５ 第３インアクティブ部
１０ エンコーダホイール
２０ エンコーダホイール

Claims (14)

1. 回転体の回転を検出するための磁気センサを備えて前記回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダに搭載され、前記回転体とともに回転するエンコーダホイールにおいて、
   前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されるアクティブ部と、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されないインアクティブ部とが円周方向にそれぞれ複数配列された磁気パターンを有し、
   前記アクティブ部の各々は、前記円周方向に略同幅に形成され、
   前記インアクティブ部は、前記円周方向に第１の幅で形成された第１インアクティブ部、及び前記第１の幅と異なる第２の幅で形成された第２インアクティブ部を含み、
   回転したときに、前記磁気パターンは、前記アクティブ部が前記磁気センサと対向するタイミングが回転方向に応じて異なることを特徴とするエンコーダホイール。
2. 請求項１に記載のエンコーダホイールにおいて、
   前記第１インアクティブ部は、前記第２インアクティブ部よりも幅が広いことを特徴とするエンコーダホイール。
3. 請求項１または２に記載のエンコーダホイールにおいて、
   前記第２インアクティブ部は、前記アクティブ部と前記円周方向に略同幅に形成されていることを特徴とするエンコーダホイール。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンコーダホイールにおいて、
   連続して配列された４つの前記第１インアクティブ部の隣り合う前記第１インアクティブ部同士の間には、それぞれ異なるパターンで前記アクティブ部が配列されていることを特徴とするエンコーダホイール。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンコーダホイールにおいて、
   前記第１インアクティブ部の幅は、前記第２インアクティブ部の幅の略２倍に形成されていることを特徴とするエンコーダホイール。
6. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンコーダホイールにおいて、
   前記インアクティブ部は、前記第１の幅よりも小さく、かつ、前記第２の幅よりも大きな第３の幅で形成された第３インアクティブ部をさらに含み、前記第３インアクティブ部は、連続して配列された２つの前記第１インアクティブ部の間に配置され、前記第３インアクティブ部と前記第１インアクティブ部の各々との間には、前記アクティブ部がそれぞれ異なるパターンで配列されていることを特徴とするエンコーダホイール。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンコーダホイールを備えたことを特長とするロータリエンコーダ。
8. 回転体の回転を検出する磁気センサを備えて前記回転体の回転に対応したパルスを出力するロータリエンコーダであって、前記回転体とともに回転し、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されるアクティブ部と、前記磁気センサが対向したときに高い電圧の前記パルスが出力されないインアクティブ部とが円周方向にそれぞれ複数配列された磁気パターンを有し、前記アクティブ部の各々は、前記円周方向に略同幅に形成され、前記インアクティブ部は、前記円周方向に第１の幅で形成された第１インアクティブ部、及び前記第１の幅と異なる第２の幅で形成された第２インアクティブ部を含み、回転したときに、前記磁気パターンは、前記アクティブ部が前記磁気センサと対向するタイミングが回転方向に応じて異なるエンコーダホイールを備えた、ロータリエンコーダの回転方向検出方法において、
   前記ロータリエンコーダから出力された前記パルスに基づくパルス信号を取得するステップと、
   取得した前記パルス信号から、前記第１インアクティブ部に対応する第１インアクティブ範囲、及び前記第２インアクティブ部に対応する第２インアクティブ範囲からなるインアクティブ範囲を検出するステップと、
   検出した前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップと、
   前記インアクティブ範囲の前記配列パターンに基づいて前記回転体の回転方向を判断するステップと、を備えたことを特徴とする回転方向検出方法。
9. 請求項８に記載の回転方向検出方法において、
   前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップは、前記インアクティブ範囲の各々の長さ判断した後に、前記第１インアクティブ範囲の順番を判断することを特長とする回転方向検出方法。
10. 請求項８または９に記載の回転方向検出方法において、
    前記回転体の回転方向を判断するステップは、前記インアクティブ範囲の前記配列パターンに基づいて、前記アクティブ部に対応するアクティブ範囲の配列パターンを判断し、前記アクティブ範囲の配列パターンに基づいて前記回転体の回転方向を判断することを特長とする回転方向検出方法。
11. 請求項１０に記載の回転方向検出方法において、
    前記アクティブ範囲の配列パターンは、隣り合う前記第１インアクティブ範囲間の前記アクティブ範囲の個数に基づいて判断することを特長とする回転方向検出方法。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の回転方向検出方法において、
    前記インアクティブ範囲の配列パターンを判断するステップは、前記インアクティブ範囲の長さの平均値を算出し、検出した前記インアクティブ範囲の各々が前記平均値よりも長いか否かを判断することにより、前記インアクティブ範囲の各々の長さ判断することを特長とする回転方向検出方法。
13. 請求項８乃至１２のいずれか一項に記載の回転方向検出方法において、
    前記インアクティブ範囲を検出するステップは、６つの前記インアクティブ範囲を検出することを特長とする回転方向検出方法。
14. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の回転方向検出方法において、
    前記インアクティブ部は、前記第１の幅よりも小さく、かつ、前記第２の幅よりも大きな第３の幅で形成された第３インアクティブ部をさらに含み、
    前記インアクティブ範囲を検出するステップは、３つの前記インアクティブ範囲を検出し、
    前記インアクティブ範囲の配列パターンを検出するステップは、検出した前記インアクティブ範囲の各々の長さを判断し、前記アクティブ部に対応するアクティブ範囲と前記第１インアクティブ範囲との順番を判断することを特長とする回転方向検出方法。

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