JP2574873B2 - 位置あるいは速度検出装置 - Google Patents
位置あるいは速度検出装置Info
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- G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、正弦波エンコーダを位置検出器として、伝
送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体の位置
や速度を検出する装置に関するものである。
送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体の位置
や速度を検出する装置に関するものである。
従来磁気的に、あるいは光学的に回転体の回転角や移
動体の位置を検出するエンコーダが知られている。良く
知られたエンコーダは、エンコーダから得られた信号を
パルス化し、このパルスの立上り、あるいは立下りのエ
ツジの数を数えて位置を検出するものである。
動体の位置を検出するエンコーダが知られている。良く
知られたエンコーダは、エンコーダから得られた信号を
パルス化し、このパルスの立上り、あるいは立下りのエ
ツジの数を数えて位置を検出するものである。
特開昭61−81185号公報記載のものもエンコーダ信号
をパルス化してカウントし、速度や位置を求めるもので
ある。
をパルス化してカウントし、速度や位置を求めるもので
ある。
又、この特許公開公報記載のものは高分解能のエンコ
ーダと低分解能のエンコーダを具備し、高速時には低分
解能のエンコーダを、低速時には高分解能のエンコーダ
を用いることが示されている。
ーダと低分解能のエンコーダを具備し、高速時には低分
解能のエンコーダを、低速時には高分解能のエンコーダ
を用いることが示されている。
実際の速度を検出する方法としては、一定のサンプリ
ング時間内のパルス数をカウントするか、あるいは一定
数（２以上）のパルス間隔の時間を測定することにより
求められる。
ング時間内のパルス数をカウントするか、あるいは一定
数（２以上）のパルス間隔の時間を測定することにより
求められる。
具体的な手法を第４図に基づいて説明する。
図においてＰはエンコーダから得られるパルス列、Ts
はサンプリング時間でこの例では0.5msec程度である。
そして、サンプリング時間Ts内に存在するパルスの数Pn
を検出しそのPnのパルス間隔Tdを検出し次式の除算をす
ることで高精度な速度検出値を得ていた。
はサンプリング時間でこの例では0.5msec程度である。
そして、サンプリング時間Ts内に存在するパルスの数Pn
を検出しそのPnのパルス間隔Tdを検出し次式の除算をす
ることで高精度な速度検出値を得ていた。
しかし、回転体や移動体が低速あるいは極低速の領域
に入ると、一定サンプリング内にパルスPnが存在しなく
なり、速度の検出が不確実になる。
に入ると、一定サンプリング内にパルスPnが存在しなく
なり、速度の検出が不確実になる。
尚、この方法を以下パルス検出方式と略称する。
前記従来のパルス検出方式では、優れた製造技術を駆
使して、いかに一回転当りのパルス数を増し分解能を向
上しても、所詮パルス間の位置を検知することは不可能
である。
使して、いかに一回転当りのパルス数を増し分解能を向
上しても、所詮パルス間の位置を検知することは不可能
である。
したがつて、例えばギヤなしで負荷を駆動するダイレ
クトドライブモータでは１分間で１回転以下の超低速で
回転する場合があり、前記のパルス検出方式ではサンプ
リング時間内に複数パルスが存在しないか、あるいは存
在したとしてもパルス数が少なく、安定な速度制御が期
待できないという課題を有する。サンプリング時間を長
くすれば当然この時間内で検出できるパルス数が多くな
り安定な制御が可能になることは明らかであるが、制御
の応答性が低下する。
クトドライブモータでは１分間で１回転以下の超低速で
回転する場合があり、前記のパルス検出方式ではサンプ
リング時間内に複数パルスが存在しないか、あるいは存
在したとしてもパルス数が少なく、安定な速度制御が期
待できないという課題を有する。サンプリング時間を長
くすれば当然この時間内で検出できるパルス数が多くな
り安定な制御が可能になることは明らかであるが、制御
の応答性が低下する。
一方、エンコーダから得られる原信号は一般に正弦波
あるいはこれに近似した信号となつており、この原信号
のアナログ値をそのまま位置信号として使用する正弦波
信号検出方式は、１回転当り100万パルス以上の超高分
解能が得られ、実質的に無段階位置検出が可能になる。
又、超高分解能であるためサンプリング時間を短かくで
き、制御の迅速性が向上するという良さをもつている。
あるいはこれに近似した信号となつており、この原信号
のアナログ値をそのまま位置信号として使用する正弦波
信号検出方式は、１回転当り100万パルス以上の超高分
解能が得られ、実質的に無段階位置検出が可能になる。
又、超高分解能であるためサンプリング時間を短かくで
き、制御の迅速性が向上するという良さをもつている。
しかし、この反面、アナログ信号のため、エンコーダ
と制御器との信号の伝送がホトカプラ等で絶縁的に接続
できないので、制御器がノイズに影響され易くなり、伝
送距離を長くできないという課題が残つている。
と制御器との信号の伝送がホトカプラ等で絶縁的に接続
できないので、制御器がノイズに影響され易くなり、伝
送距離を長くできないという課題が残つている。
本発明の目的は、正弦波エンコーダを位置検出器とし
て、伝送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体
の位置，速度を検出する装置において、高分解能の位置
検出が得られる超低速から高速まで広範囲での検出を可
能とし、さらに検出範囲が広がっても検出変動なく行え
るようにするものである。
て、伝送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体
の位置，速度を検出する装置において、高分解能の位置
検出が得られる超低速から高速まで広範囲での検出を可
能とし、さらに検出範囲が広がっても検出変動なく行え
るようにするものである。
本発明の位置検出装置は、回転体あるいは移動体の移
動に応じて相互に位相の異なる二相の正弦波あるいは三
角波等のアナログ信号を出力する位置検出器、位置検出
器からのアナログ信号をパルス幅変調（PWM）してPWMパ
ルス信号を出力するPWMパルス化回路、位置検出器から
のアナログ信号出力を方形波パルス信号に変換する原パ
ルス回路、PWMパルス化回路からのPWMパルス信号と原パ
ルス回路からの方形波パルス信号を伝送及び受信する伝
送受信手段、伝送受信手段からのPWMパルス信号をアナ
ログ信号に変換するアナログ変換回路、アナログ変換回
路からのアナログ信号より微細位置を検出する微細位置
検出回路、前記アナログ変換回路からのアナログ信号を
方形波パルス化する整形パルス回路、整形パルス回路か
らの方形波パルスより粗位置を検出する粗位置検出回
路、前記微細位置検出回路と前記粗位置検出回路からの
検出信号に基づき回転体あるいは移動体の位置を検出す
る第１の位置検出手段、前記伝送受信手段からの方形波
パルス信号に基づき回転体あるいは移動体の位置を検出
する第２の位置検出手段、回転体あるいは移動体の速度
が所定値以下では前記第１の位置検出手段に基づく検出
値を選択し、該速度が所定値以上では前記第２の位置検
出手段に基づく検出値を選択する位置検出切替手段とを
具備したことを特徴とする。
動に応じて相互に位相の異なる二相の正弦波あるいは三
角波等のアナログ信号を出力する位置検出器、位置検出
器からのアナログ信号をパルス幅変調（PWM）してPWMパ
ルス信号を出力するPWMパルス化回路、位置検出器から
のアナログ信号出力を方形波パルス信号に変換する原パ
ルス回路、PWMパルス化回路からのPWMパルス信号と原パ
ルス回路からの方形波パルス信号を伝送及び受信する伝
送受信手段、伝送受信手段からのPWMパルス信号をアナ
ログ信号に変換するアナログ変換回路、アナログ変換回
路からのアナログ信号より微細位置を検出する微細位置
検出回路、前記アナログ変換回路からのアナログ信号を
方形波パルス化する整形パルス回路、整形パルス回路か
らの方形波パルスより粗位置を検出する粗位置検出回
路、前記微細位置検出回路と前記粗位置検出回路からの
検出信号に基づき回転体あるいは移動体の位置を検出す
る第１の位置検出手段、前記伝送受信手段からの方形波
パルス信号に基づき回転体あるいは移動体の位置を検出
する第２の位置検出手段、回転体あるいは移動体の速度
が所定値以下では前記第１の位置検出手段に基づく検出
値を選択し、該速度が所定値以上では前記第２の位置検
出手段に基づく検出値を選択する位置検出切替手段とを
具備したことを特徴とする。
また、本発明の速度検出装置は、上記位置検出手段か
らの位置検出信号を微分する手段を備えることをこと特
徴とする。
らの位置検出信号を微分する手段を備えることをこと特
徴とする。
本発明は前述のように、正弦波信号を発生する位置検
出器からの正弦波信号をそのままアナログ値として微細
位置を検出し、正弦波信号の立上りあるいは立下りのエ
ツジ信号で粗位置を検出し、高速時には粗位置検出信号
を、低速時には微細位置検出信号に基づいて位置や速度
を検出するようにしたので、高速から超低速まで最適な
制御ができるように作用し、超低速運転時にはアナログ
値で超高分解能で速度検出できるので回転むらがないよ
うに作用する。
出器からの正弦波信号をそのままアナログ値として微細
位置を検出し、正弦波信号の立上りあるいは立下りのエ
ツジ信号で粗位置を検出し、高速時には粗位置検出信号
を、低速時には微細位置検出信号に基づいて位置や速度
を検出するようにしたので、高速から超低速まで最適な
制御ができるように作用し、超低速運転時にはアナログ
値で超高分解能で速度検出できるので回転むらがないよ
うに作用する。
以下本発明の具体的な例を図面を参照しつつ説明す
る。
る。
まず、第５図，第６図に基づいて正弦波信号検出方式
の概要について説明する。速度を検出する検出器は正弦
波エンコーダである。この方式を正弦波信号検出方式と
称す。
の概要について説明する。速度を検出する検出器は正弦
波エンコーダである。この方式を正弦波信号検出方式と
称す。
位置の検出は粗位置検出回路19と微細位置検出回路14
に分割して行う。粗位置の検出は再生正弦波出力A6とB6
をパルス化しA7,B7の整形パルスを得る。A7,B7信号の立
上り及び立下りエツチ（零クロスポイント）でカウント
信号ACに変換しアツプ／ダウン（U/D）カウンタ24等で
検出する。また粗位置の検出はサンプリング時間Ts毎に
U/Dカウンタ24の値をラツチ回路25でラツチした値で行
う。たとえば、第６図で時間ｔ（n-1）の点でラツチ
された粗位置θＲ（n-1）は次のサンプル点時間tnま
で保持する。時間tnの点で粗位置はθRnの値をラツチ
する。
に分割して行う。粗位置の検出は再生正弦波出力A6とB6
をパルス化しA7,B7の整形パルスを得る。A7,B7信号の立
上り及び立下りエツチ（零クロスポイント）でカウント
信号ACに変換しアツプ／ダウン（U/D）カウンタ24等で
検出する。また粗位置の検出はサンプリング時間Ts毎に
U/Dカウンタ24の値をラツチ回路25でラツチした値で行
う。たとえば、第６図で時間ｔ（n-1）の点でラツチ
された粗位置θＲ（n-1）は次のサンプル点時間tnま
で保持する。時間tnの点で粗位置はθRnの値をラツチ
する。
微細位置14の値θＦの検出方法を述べると、Ａ相及び
Ｂ相の再生正弦波信号A6,Bをサンプル点でサンプルホ
ールド回路26でホールドしアナログ値eA（n-1）及びeB
（n-1）を得る。この値をA/D変換器27でデイジタル値EA
（n-1）、EB（n-1）に変換する。位置及び速度測定回路
20においてθＦを求める。
Ｂ相の再生正弦波信号A6,Bをサンプル点でサンプルホ
ールド回路26でホールドしアナログ値eA（n-1）及びeB
（n-1）を得る。この値をA/D変換器27でデイジタル値EA
（n-1）、EB（n-1）に変換する。位置及び速度測定回路
20においてθＦを求める。
（２）式はマイクロコンピユータ等を用いてソフト処
理で行つてもよい。マイクロコンピユータでは（３）式
を計算する。
理で行つてもよい。マイクロコンピユータでは（３）式
を計算する。
一方、あらかじめ、tanθＦのデータをROMにテーブル
化しておく。このtanθＦのデータと（３）式の値が一
致した所のROMのアドレスをθＦ（n-1）とすることで微
細位置を検出する。このときtanθＦのデータ数がカウ
ント信号Ac間の分割数となり、位置の分解能となる。粗
位置θＲと微細位置θＦから位置θを求める。
化しておく。このtanθＦのデータと（３）式の値が一
致した所のROMのアドレスをθＦ（n-1）とすることで微
細位置を検出する。このときtanθＦのデータ数がカウ
ント信号Ac間の分割数となり、位置の分解能となる。粗
位置θＲと微細位置θＦから位置θを求める。
θ＝θＲ＋θＦ …（４） 今微細位置θＦのデータ数を８ビツトで表わせば、粗
位置θＲは９ビツト目から表現すれば、粗位置と微細位
置は連続データとなる。また速度ωは一定サンプリング
毎に位置を検出しているので位置の差分として検出でき
る。
位置θＲは９ビツト目から表現すれば、粗位置と微細位
置は連続データとなる。また速度ωは一定サンプリング
毎に位置を検出しているので位置の差分として検出でき
る。
次いで、本発明の具体的な回路図や制御方式・手法に
ついて更に図面に基づいて説明する。
ついて更に図面に基づいて説明する。
以下、本発明に係る位置検出の一実施例を各図を参照
して説明する。
して説明する。
ここで第１図は本発明を実施する上で参考にした位置
及び速度検出装置のブロツク、第２図は本発明の一実施
例に係るブロツク図、第３図は本発明に係る詳細ブロツ
ク、第４図は高速におけるパルスと時間幅のタイムチヤ
ート、第５図は低速における位置及び速度検出ブロツク
図、第６図はそのタイムチヤート、第７図は低速におけ
るPWM発生から伝送後の波形処理のタイムチヤート、第
８図は高速における波形処理のタイムチヤート、第９図
は位置及び速度検出方式の切替タイミングと整形パルス
と原パルスの切替タイミング図、第10図は整形パルスと
原パルスの切替回路、第11図は原パルスから整形パルス
に切替えるタイムチヤート、第12図は整形パルスから原
パルスに切替えるタイムチヤートである。
及び速度検出装置のブロツク、第２図は本発明の一実施
例に係るブロツク図、第３図は本発明に係る詳細ブロツ
ク、第４図は高速におけるパルスと時間幅のタイムチヤ
ート、第５図は低速における位置及び速度検出ブロツク
図、第６図はそのタイムチヤート、第７図は低速におけ
るPWM発生から伝送後の波形処理のタイムチヤート、第
８図は高速における波形処理のタイムチヤート、第９図
は位置及び速度検出方式の切替タイミングと整形パルス
と原パルスの切替タイミング図、第10図は整形パルスと
原パルスの切替回路、第11図は原パルスから整形パルス
に切替えるタイムチヤート、第12図は整形パルスから原
パルスに切替えるタイムチヤートである。
第１図は本発明を実施する上で参考にした回路図であ
り第７図はそのタイムチヤートである。ただしＢ相に対
するタイムチヤートは省略してある。３は回転体あるい
は移動体の速度に対応して互に90度の位相差を有する二
相の正弦波あるいは三角波等のアナログ出力Ａ相,B相を
発生する位置検出器、６および７はそれぞれの相のアナ
ログ出力と三角波あるいは鋸歯状波等と比較してパルス
出力を作るパルス幅変調パルス化回路で回路６の出力は
A4で示し、回路７の出力はB4で示す。12および13はPWM
出力A4およびB4を正弦波あるいは三角波等のアナログに
再生するアナログ変換回路で回路12の出力をA6で、回路
13の出力をB6で表す。15および16は再生アナログ出力A
6,B6から方形波パルスを得る整形パルス化回路で回路15
の出力はA8で、回路16の出力はB8で示す。
り第７図はそのタイムチヤートである。ただしＢ相に対
するタイムチヤートは省略してある。３は回転体あるい
は移動体の速度に対応して互に90度の位相差を有する二
相の正弦波あるいは三角波等のアナログ出力Ａ相,B相を
発生する位置検出器、６および７はそれぞれの相のアナ
ログ出力と三角波あるいは鋸歯状波等と比較してパルス
出力を作るパルス幅変調パルス化回路で回路６の出力は
A4で示し、回路７の出力はB4で示す。12および13はPWM
出力A4およびB4を正弦波あるいは三角波等のアナログに
再生するアナログ変換回路で回路12の出力をA6で、回路
13の出力をB6で表す。15および16は再生アナログ出力A
6,B6から方形波パルスを得る整形パルス化回路で回路15
の出力はA8で、回路16の出力はB8で示す。
19は整形パルス化回路15,16の出力A8,B8のエツジから
アツプダウンカウンタ等で計数する粗位置検出回路であ
る。14はアナログ再生出力A6,B6から粗位置パルス間隔
をｎ等分するための微細位置検出回路であり、20は正弦
波信号検出方式の位置及び速度検出回路であり前記
（２）〜（５）式を用いてマイクロコンピユータ等で計
算する機能を具備している。23は速度制御器であり、図
示はしていないが速度指令と既に算出された速度から偏
差を算出し、比例，積分演算を行うものである。
アツプダウンカウンタ等で計数する粗位置検出回路であ
る。14はアナログ再生出力A6,B6から粗位置パルス間隔
をｎ等分するための微細位置検出回路であり、20は正弦
波信号検出方式の位置及び速度検出回路であり前記
（２）〜（５）式を用いてマイクロコンピユータ等で計
算する機能を具備している。23は速度制御器であり、図
示はしていないが速度指令と既に算出された速度から偏
差を算出し、比例，積分演算を行うものである。
第２図は本発明の一実施例のブロツク図であり第７図
は低速時のタイムチヤート、第８図は高速時のタイムチ
ヤートである。ただしＢ相のタイムチヤートは省略す
る。低速時は第１図で述べた方式により位置及び速度が
検出できる。第７図に示すようにPWM出力A4から再生正
弦波A6を再生するとき、アナログ変換器12の遅れが生ず
る。一般にアナログ変換器の伝達関数をGAとすれば
（６）式の一次遅れの式で表わされる。
は低速時のタイムチヤート、第８図は高速時のタイムチ
ヤートである。ただしＢ相のタイムチヤートは省略す
る。低速時は第１図で述べた方式により位置及び速度が
検出できる。第７図に示すようにPWM出力A4から再生正
弦波A6を再生するとき、アナログ変換器12の遅れが生ず
る。一般にアナログ変換器の伝達関数をGAとすれば
（６）式の一次遅れの式で表わされる。
このときTAは遅れ時定数、Ｓは複素変数である。この
ため第７図に示すように再生正弦波A6は原信号に対して
θａなる位相遅れが生ずる。一方、整形パルス化回路1
5,16で再生正弦波から整形パルスA7,B7を作るとき、15,
16が持つヒステリシス特性で第７図A7に示すようにθｈ
遅れる。この状態で回転体あるいは移動体が高速領域に
移ると整形パルスの遅れが大となり正確な位置及び速度
検出が困難となる。
ため第７図に示すように再生正弦波A6は原信号に対して
θａなる位相遅れが生ずる。一方、整形パルス化回路1
5,16で再生正弦波から整形パルスA7,B7を作るとき、15,
16が持つヒステリシス特性で第７図A7に示すようにθｈ
遅れる。この状態で回転体あるいは移動体が高速領域に
移ると整形パルスの遅れが大となり正確な位置及び速度
検出が困難となる。
高速領域では第２図及び第８図に示すように位置検出
器の出力A1,B1より原パルス回路61,71により遅れの少な
い信号A31,B31を作りそれを用いて位置及び速度の検出
を行う。すなわち位置検出器３の出力A1,B1からPWMパル
スA3,B3と原パルスA31,B31を同時に発生させる。一方位
置検出器３の出力A1より周波数を周波数検出器50により
検出し第１のスイツチ群5A,5Bの接点の選択を行う。第
１のスイツチは低速ではPWMパルス回路6,7を選ぶように
接点ａを選び、高速時では原パルス回路を選ぶように接
点ｂを選ぶ。また第２のスイツチ1,18は低速時に整形パ
ルス化回路15,16を選ぶように接点ａを選び、高速時で
は遅れの小さい原パルス信号を選ぶように接点ｂを選
ぶ。パルス方式位置及び速度検出回路21は方形波パルス
A8,B8の立上りエツヂ、立下りエツヂからパルスを成形
し、（１）式に基づき位置及び速度を検出する。第３の
スイツチ22は低速の検出すなわち正弦波方式による位置
及び速度検出器20を選ぶためａ接点が選択され、高速の
検出すなわちパルス方式による位置及び速度検出器21を
選ぶためｂ接点が選択される。速度制御器23は位置及び
速度検出回路からの信号で速度制御を行うとともに第２
のスイツチ17,18及び第３のスイツチ22を選択する信号C
6,C7を発生する。
器の出力A1,B1より原パルス回路61,71により遅れの少な
い信号A31,B31を作りそれを用いて位置及び速度の検出
を行う。すなわち位置検出器３の出力A1,B1からPWMパル
スA3,B3と原パルスA31,B31を同時に発生させる。一方位
置検出器３の出力A1より周波数を周波数検出器50により
検出し第１のスイツチ群5A,5Bの接点の選択を行う。第
１のスイツチは低速ではPWMパルス回路6,7を選ぶように
接点ａを選び、高速時では原パルス回路を選ぶように接
点ｂを選ぶ。また第２のスイツチ1,18は低速時に整形パ
ルス化回路15,16を選ぶように接点ａを選び、高速時で
は遅れの小さい原パルス信号を選ぶように接点ｂを選
ぶ。パルス方式位置及び速度検出回路21は方形波パルス
A8,B8の立上りエツヂ、立下りエツヂからパルスを成形
し、（１）式に基づき位置及び速度を検出する。第３の
スイツチ22は低速の検出すなわち正弦波方式による位置
及び速度検出器20を選ぶためａ接点が選択され、高速の
検出すなわちパルス方式による位置及び速度検出器21を
選ぶためｂ接点が選択される。速度制御器23は位置及び
速度検出回路からの信号で速度制御を行うとともに第２
のスイツチ17,18及び第３のスイツチ22を選択する信号C
6,C7を発生する。
第３図は第２図の実施例におけるより具体的な例を示
す。使用された記号は第１図及び第２図と同一である。
低速時における動作説明を第３図及び第７図を用いて行
う。１はエンコーダ側回路ブロツク図、２は制御回路側
ブロツク図である。低速時において、搬送波発生回路４
から三角波信号C3を出力し第１のスイツチ５はａ接点を
選択しC5を出力する。PWMパルス化回路6,7は正弦波発生
回路出力A1およびB1と三角波C5と比較してPWM出力A2及
びB2を得る。PWM出力A2,B2は長距離伝送のため、ドライ
バー回路8,9から出力A3,B3を得て制御回路側２に伝送す
る。制御回路側２ではホトカプラまたはパルストランス
等の絶縁素子10,11でA3,B3を受信し、出力A4,B4を得
る。該出力A4,B4をアナログ変換回路12,13で両極性の搬
送波A5,B5に変換後、一次遅れフイルタを介して再生正
弦波出力A6,B6を得る。
す。使用された記号は第１図及び第２図と同一である。
低速時における動作説明を第３図及び第７図を用いて行
う。１はエンコーダ側回路ブロツク図、２は制御回路側
ブロツク図である。低速時において、搬送波発生回路４
から三角波信号C3を出力し第１のスイツチ５はａ接点を
選択しC5を出力する。PWMパルス化回路6,7は正弦波発生
回路出力A1およびB1と三角波C5と比較してPWM出力A2及
びB2を得る。PWM出力A2,B2は長距離伝送のため、ドライ
バー回路8,9から出力A3,B3を得て制御回路側２に伝送す
る。制御回路側２ではホトカプラまたはパルストランス
等の絶縁素子10,11でA3,B3を受信し、出力A4,B4を得
る。該出力A4,B4をアナログ変換回路12,13で両極性の搬
送波A5,B5に変換後、一次遅れフイルタを介して再生正
弦波出力A6,B6を得る。
高速時は第１のスイツチ５が零電圧C4を選ぶため接点
ｂを選択する。このとき第８図に示すようにPWMパルス
化回路6,7は正弦波発生回路出力A1およびB1と零電圧を
比較し、A2,B2なる方形波の原パルスを得る。A2,B2は長
距離伝送のためドライバー回路8,9から出力A31,B31を得
て制御回路側２に伝送する。制御側２ではホトカプラま
たはパルストランス等の絶縁素子10,11でA31,B31を受信
し、出力A4,B4を得る。第２のスイツチ17,18は接点Ｂを
選びA4,B4信号を選択し、A8,B8を出力する。パルス方式
位置検出回路はA8,B8信号を受け、前記したように
（１）式に従つて位置及び速度を検出する。第３のスイ
ツチ22は接点ｂを選んでパルス方式位置及び速度検出回
路の信号を速度制御器23に入力する。23では速度制御の
計算を行うとともに第２のスイツチ及び第３のスイツチ
の制御信号C7及びC6を発生する。
ｂを選択する。このとき第８図に示すようにPWMパルス
化回路6,7は正弦波発生回路出力A1およびB1と零電圧を
比較し、A2,B2なる方形波の原パルスを得る。A2,B2は長
距離伝送のためドライバー回路8,9から出力A31,B31を得
て制御回路側２に伝送する。制御側２ではホトカプラま
たはパルストランス等の絶縁素子10,11でA31,B31を受信
し、出力A4,B4を得る。第２のスイツチ17,18は接点Ｂを
選びA4,B4信号を選択し、A8,B8を出力する。パルス方式
位置検出回路はA8,B8信号を受け、前記したように
（１）式に従つて位置及び速度を検出する。第３のスイ
ツチ22は接点ｂを選んでパルス方式位置及び速度検出回
路の信号を速度制御器23に入力する。23では速度制御の
計算を行うとともに第２のスイツチ及び第３のスイツチ
の制御信号C7及びC6を発生する。
また第１のスイツチの制御信号は第３図のブロツク図
と第９図の制御図から説明する。
と第９図の制御図から説明する。
正弦波発生回路３の出力信号A1が、周波数に依存して
C1を出力するF/V変換回路28に付与され、この回路28か
らの出力C1と比較電圧回路29の出力からヒステリシス比
較回路30を介して出力C2を得る。出力C2は位置検出器の
周波数が上昇するときは３点で“H"から“L"に切替
る。また周波数が降下するときは、２の点で“L"か
ら“H"に切替る。このとき３＞２の条件で実施され
る。第１のスイツチ５の出力C5はヒステリシス比較器30
の出力が“H"のときはａ接点を選択し、三角波C3の搬送
波を出力し、“L"のときはｂ接点を選択し零電圧C4を出
力する。また速度制御器23は位置検出器３の周波数を演
算し、周波数が＜１の範囲において、正弦波方式
の位置及び速度の演算を行い、１の範囲でパルス
方式検出回路を選択する。
C1を出力するF/V変換回路28に付与され、この回路28か
らの出力C1と比較電圧回路29の出力からヒステリシス比
較回路30を介して出力C2を得る。出力C2は位置検出器の
周波数が上昇するときは３点で“H"から“L"に切替
る。また周波数が降下するときは、２の点で“L"か
ら“H"に切替る。このとき３＞２の条件で実施され
る。第１のスイツチ５の出力C5はヒステリシス比較器30
の出力が“H"のときはａ接点を選択し、三角波C3の搬送
波を出力し、“L"のときはｂ接点を選択し零電圧C4を出
力する。また速度制御器23は位置検出器３の周波数を演
算し、周波数が＜１の範囲において、正弦波方式
の位置及び速度の演算を行い、１の範囲でパルス
方式検出回路を選択する。
次に回転体あるいは移動体の速度が高速になり位置検
出器３の周波数が＞４の範囲において原パルスA
4,B4を選択してパルス検出方式の位置及び速度検出を行
う。また周波数が１≦≦４の範囲で整形パルス
A7,B7を選択してパルス検出方式の位置及び速度検出を
行う。２と３の間隔はヒステリシス比較器の特性に
より決まるが２と１、３と４の間隔は１サンプ
リング時間内に回転体あるいは移動体が最大加速または
最大減速する範囲より広くとる必要がある。
出器３の周波数が＞４の範囲において原パルスA
4,B4を選択してパルス検出方式の位置及び速度検出を行
う。また周波数が１≦≦４の範囲で整形パルス
A7,B7を選択してパルス検出方式の位置及び速度検出を
行う。２と３の間隔はヒステリシス比較器の特性に
より決まるが２と１、３と４の間隔は１サンプ
リング時間内に回転体あるいは移動体が最大加速または
最大減速する範囲より広くとる必要がある。
第９図において、整形パルス領域と原パルス領域の切
替時において２つのパルスには位相ずれが生ずる。すな
わち、原パルスは正弦波原信号に対し位相ずれが小さい
が、整形パルスはアナログ変換器12,13による遅れθａ
と整形パルス化回路15,16によるヒステリシス遅れθｈ
が必ず生ずる。この両者の遅れ時間は一定であるが位相
差としては高速になる程大きくなる。切替点４は任意
の時間に発生するため、時間的に切替ハザードが生じ位
置及び速度の検出に誤差を生ずる。第10図は誤差を生じ
ない切替スイツチ17,18の回路例である。第11図は高速
から低速への切替状況のタイムチヤート、第12図は低速
から高速への切替状況のタイムチヤートである。第11図
及び第12図の記号は第８図で説明したものと同一であ
る。第11図で高速領域でスイツチ17,18は原パルスA4,B4
を選択しA8,B8なる出力を得る。
替時において２つのパルスには位相ずれが生ずる。すな
わち、原パルスは正弦波原信号に対し位相ずれが小さい
が、整形パルスはアナログ変換器12,13による遅れθａ
と整形パルス化回路15,16によるヒステリシス遅れθｈ
が必ず生ずる。この両者の遅れ時間は一定であるが位相
差としては高速になる程大きくなる。切替点４は任意
の時間に発生するため、時間的に切替ハザードが生じ位
置及び速度の検出に誤差を生ずる。第10図は誤差を生じ
ない切替スイツチ17,18の回路例である。第11図は高速
から低速への切替状況のタイムチヤート、第12図は低速
から高速への切替状況のタイムチヤートである。第11図
及び第12図の記号は第８図で説明したものと同一であ
る。第11図で高速領域でスイツチ17,18は原パルスA4,B4
を選択しA8,B8なる出力を得る。
今第11図において、速度制御器23から高速領域から低
速領域への切替信号C7が“L"から“H"に切替つたとす
る。たとえば位相遅れ領域でC7信号が切替るとA8信号
は、すでにA4の○印信号を受けて“H"に立上つている状
態下にC7の信号を設けA7の×印の“L"信号を取込み点線
に示すようにハザードが生ずる。ハザードの防止のた
め、４の点で高速領域から低速領域への切替信号C7を
受けた後、実際の切替タイミングを信号C8のように、整
形パルスの立上り信号で切替えることで目的が達成され
る。その実施例を第10図に示す。切替にはＤ形ポジテブ
エツジフリツプフロツプ31,32を用いた。Ａ相に関して
説明するとC7信号はフリツプフロツプ31のデータDA入力
とする。データDAの伝送信号CKAはA7信号とする。出力 はAND回路33の−入力、QAはAND回路34の−入力に加え
る。またAND回路33の他方入力には絶縁素子パルスA4が
加わり、AND回路34の他方入力には正弦波パルスA7を加
える。このときQAの出力信号はC8信号となる。
速領域への切替信号C7が“L"から“H"に切替つたとす
る。たとえば位相遅れ領域でC7信号が切替るとA8信号
は、すでにA4の○印信号を受けて“H"に立上つている状
態下にC7の信号を設けA7の×印の“L"信号を取込み点線
に示すようにハザードが生ずる。ハザードの防止のた
め、４の点で高速領域から低速領域への切替信号C7を
受けた後、実際の切替タイミングを信号C8のように、整
形パルスの立上り信号で切替えることで目的が達成され
る。その実施例を第10図に示す。切替にはＤ形ポジテブ
エツジフリツプフロツプ31,32を用いた。Ａ相に関して
説明するとC7信号はフリツプフロツプ31のデータDA入力
とする。データDAの伝送信号CKAはA7信号とする。出力 はAND回路33の−入力、QAはAND回路34の−入力に加え
る。またAND回路33の他方入力には絶縁素子パルスA4が
加わり、AND回路34の他方入力には正弦波パルスA7を加
える。このときQAの出力信号はC8信号となる。
信号はQA信号の反転信号となる。AND回路33,34の出力を
OR回路35に入力し、OR回路の出力がA8信号となる。Ｂ相
に関してタイムチヤートは省略するが同様な動作とな
る。
OR回路35に入力し、OR回路の出力がA8信号となる。Ｂ相
に関してタイムチヤートは省略するが同様な動作とな
る。
また第12図において速度制御装置23から低速領域から
高速領域への切替信号C7が“H"から“L"に切替つたとす
る。このとき位相遅れ領域でC7信号が切替るとA8信号は
θｉだけ早く“H"に切替るがハザードは生じないが、高
速から低速領域への切替のハザード防止のためC8信号で
正弦波パルスA7が絶縁素子パルスA4に切替える。
高速領域への切替信号C7が“H"から“L"に切替つたとす
る。このとき位相遅れ領域でC7信号が切替るとA8信号は
θｉだけ早く“H"に切替るがハザードは生じないが、高
速から低速領域への切替のハザード防止のためC8信号で
正弦波パルスA7が絶縁素子パルスA4に切替える。
又、第１図及び第２図において位置検出器からの出力
A1,B1をF/V変換器でパルス化し、信号を伝送した後V/F
変換器でアナログ出力に再生して行うことで位置及び速
度検出を実施することができる。
A1,B1をF/V変換器でパルス化し、信号を伝送した後V/F
変換器でアナログ出力に再生して行うことで位置及び速
度検出を実施することができる。
第13図はエンコーダ側からみた他の実施例である。第
７図，第８図に関するタイムチヤートの記号の説明は同
一である。回転体あるいは移動体に従つてアナログ出力
A1,B1を出力する位置検出器３があつて、アナログ出力A
1,B1と三角波や鋸歯状波と比較して出力A3,B3を得るPWM
パルス化回路6,7があり、アナログ出力A1,B1と零電圧を
比較して方形波状の出力A31,B31を得る原パルス回路61,
71があり、これらの出力A1,B1,A3,B3,A31,B31を出力す
るエンコーダに特徴を有する。
７図，第８図に関するタイムチヤートの記号の説明は同
一である。回転体あるいは移動体に従つてアナログ出力
A1,B1を出力する位置検出器３があつて、アナログ出力A
1,B1と三角波や鋸歯状波と比較して出力A3,B3を得るPWM
パルス化回路6,7があり、アナログ出力A1,B1と零電圧を
比較して方形波状の出力A31,B31を得る原パルス回路61,
71があり、これらの出力A1,B1,A3,B3,A31,B31を出力す
るエンコーダに特徴を有する。
前記の実施例構成によれば、正弦波信号をPWM信号に
より伝送することによりエンコーダ側と制御側を電気的
に絶縁することができる。このため制御側の耐ノイズ性
が向上すると共にエンコーダ側と制御側の伝送距離を大
幅に延長することが可能になる。また制御側でPWM信号
をアナログ変換して正弦波信号に再生して正弦波方式位
置及び速度検出を採用することにより極低速まで速度制
御が可能になる。
より伝送することによりエンコーダ側と制御側を電気的
に絶縁することができる。このため制御側の耐ノイズ性
が向上すると共にエンコーダ側と制御側の伝送距離を大
幅に延長することが可能になる。また制御側でPWM信号
をアナログ変換して正弦波信号に再生して正弦波方式位
置及び速度検出を採用することにより極低速まで速度制
御が可能になる。
高速領域になるアナログ変換器による時間遅れにより
エンコーダの方形波パルスが乱れるため遅れのない原パ
ルスの方形波でパルスの個数と間幅から速度を検出する
パルス検出方式を採用することにより極低速から高速ま
で広範囲の速度制御が可能になる。
エンコーダの方形波パルスが乱れるため遅れのない原パ
ルスの方形波でパルスの個数と間幅から速度を検出する
パルス検出方式を採用することにより極低速から高速ま
で広範囲の速度制御が可能になる。
エンコーダ側でPWM発生時、低速時に正弦波信号と三
角波を比較し、高速時に正弦波信号と零電圧を比較して
パルスを伝送することにより、正弦波原信号と遅れの小
さいパルスを制御器側で受信できる。これにより高速領
域でも互に位相が90度異なる正確なインクリメンタルエ
ンコーダ波形を得ることができる。またPWM発生時の三
角波と零電圧の選択にヒステリシスを持たせることで連
続的な切替えが可能になる。
角波を比較し、高速時に正弦波信号と零電圧を比較して
パルスを伝送することにより、正弦波原信号と遅れの小
さいパルスを制御器側で受信できる。これにより高速領
域でも互に位相が90度異なる正確なインクリメンタルエ
ンコーダ波形を得ることができる。またPWM発生時の三
角波と零電圧の選択にヒステリシスを持たせることで連
続的な切替えが可能になる。
正弦波方式とパルス検出方式の切替点１減速時のPW
M発生時の三角波と零電圧の切替点２、加速時の三角
波と零電圧の切替点３、整形パルスと原パルスの切替
点４に関して１＜２＜３＜４とすることで円
滑で連続的な速度制御が達成される。
M発生時の三角波と零電圧の切替点２、加速時の三角
波と零電圧の切替点３、整形パルスと原パルスの切替
点４に関して１＜２＜３＜４とすることで円
滑で連続的な速度制御が達成される。
又、整形パルスと原パルスの切替時、整形パルスの遅
れのため高速から低速に切替るとき両パルスの位相遅れ
領域の範囲での切替信号発生時ハザードが生じ、位置検
出値に誤動作を生ずる。そのため切替信号を受けた後、
整形パルスの立上りで第２のスイツチの切替を行うこと
によりハザードの発生を防止し、正確な位置検出が可能
になる。
れのため高速から低速に切替るとき両パルスの位相遅れ
領域の範囲での切替信号発生時ハザードが生じ、位置検
出値に誤動作を生ずる。そのため切替信号を受けた後、
整形パルスの立上りで第２のスイツチの切替を行うこと
によりハザードの発生を防止し、正確な位置検出が可能
になる。
本発明によれば、正弦波エンコーダを位置検出器とし
て、伝送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体
の位置，速度を検出する装置において、高分解能の位置
検出が得られる超低速から高速まで広範囲での検出が可
能となり、さらに検出範囲が広がつても検出変動なく行
えるという効果を有する。
て、伝送手段を介して制御部に伝送して回転体や移動体
の位置，速度を検出する装置において、高分解能の位置
検出が得られる超低速から高速まで広範囲での検出が可
能となり、さらに検出範囲が広がつても検出変動なく行
えるという効果を有する。
第１図は本発明を実施する上で参考にした位置及び速度
検出回路、第２図は本発明の一実施例、第３図は第２図
の具体例、第４はパルス検出方式によるタイムチヤー
ト、第５図は正弦波信号検出方式のブロツク図、第６図
はそのタイムチヤート、第７図は低速時におけるPWM伝
送によるタイムチヤート、第８図は高速時におけるパル
ス伝送によるタイムチヤート、第９図は各切替点により
説明図、第10図はハザード防止スイツチ回路、第11図は
高速から低速時、第12図は低速時から高速時における正
弦波パルスと絶縁パルスの切替時のタイムチヤート、第
13図は例の実施例を示す図である。 １……エンコーダ側ブロツク、２……制御側ブロツク、
３……位置検出器、４……搬送波発生回路、５……第１
のスイツチ、6,7……PWMパルス化回路、8,9……ドライ
バ回路、10,11……絶縁素子、12,13……アナログ変換回
路、14……微細位置検出回路、15,16……整形パルス化
回路、17,18……第２のスイツチ、19……粗位置検出回
路、20……正弦波方式位置及び速度検出回路、21……パ
ルス方式位置及び速度検出回路、22……第３のスイツ
チ、23……速度制御器、24……アツプダウンカウンタ、
25……ラツチ回路、26……サンプルホールド回路、27…
…A/D変換回路、28……F/V変換回路、29……比較電圧回
路、30……ヒステリシス比較回路、31,32……フリツプ
フロツプ回路、33,34,36,37……AND回路、35,38……OR
回路、50……周波数検出器、 61,71……原パルス回路。
検出回路、第２図は本発明の一実施例、第３図は第２図
の具体例、第４はパルス検出方式によるタイムチヤー
ト、第５図は正弦波信号検出方式のブロツク図、第６図
はそのタイムチヤート、第７図は低速時におけるPWM伝
送によるタイムチヤート、第８図は高速時におけるパル
ス伝送によるタイムチヤート、第９図は各切替点により
説明図、第10図はハザード防止スイツチ回路、第11図は
高速から低速時、第12図は低速時から高速時における正
弦波パルスと絶縁パルスの切替時のタイムチヤート、第
13図は例の実施例を示す図である。 １……エンコーダ側ブロツク、２……制御側ブロツク、
３……位置検出器、４……搬送波発生回路、５……第１
のスイツチ、6,7……PWMパルス化回路、8,9……ドライ
バ回路、10,11……絶縁素子、12,13……アナログ変換回
路、14……微細位置検出回路、15,16……整形パルス化
回路、17,18……第２のスイツチ、19……粗位置検出回
路、20……正弦波方式位置及び速度検出回路、21……パ
ルス方式位置及び速度検出回路、22……第３のスイツ
チ、23……速度制御器、24……アツプダウンカウンタ、
25……ラツチ回路、26……サンプルホールド回路、27…
…A/D変換回路、28……F/V変換回路、29……比較電圧回
路、30……ヒステリシス比較回路、31,32……フリツプ
フロツプ回路、33,34,36,37……AND回路、35,38……OR
回路、50……周波数検出器、 61,71……原パルス回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 邦夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 長瀬 博 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 武藤 信義 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 澄夫 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 菅井 博 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献 特開 昭60−100718（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−257065（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】回転体あるいは移動体の移動に応じて相互
に位相の異なる二相の正弦波あるいは三角波等のアナロ
グ信号を出力する位置検出器、 該位置検出器からのアナログ信号をパルス幅変調（PW
M）してPWMパルス信号を出力するPWMパルス化回路、 前記位置検出器からのアナログ信号出力を第１の方形波
パルス信号に変換する原パルス回路、 前記PWMパルス化回路からのPWMパルス信号と前記原パル
ス回路からの第１の方形波パルス信号を伝送及び受信す
る伝送受信手段、 該伝送受信手段からのPWMパルス信号をアナログ信号に
変換するアナログ変換回路、 該アナログ変換回路からのアナログ信号の位相を検出し
て微細位置を検出する微細位置検出回路、 前記アナログ変換回路からのアナログ信号を方形波パル
ス化する整形パルス回路、 該整形パルス回路からの第２の方形パルスを一定時間計
数することにより粗位置を検出する粗位置検出回路、 前記微細位置検出回路と前記粗位置検出回路からの検出
信号に基づき前記回転体あるいは移動体の位置を検出す
る第１の位置検出手段、 前記伝送受信手段からの第１の方形波パルス信号を一定
時間計数することにより前記回転体あるいは移動体の位
置を検出する第２の位置検出手段、 前記回転体あるいは移動体の速度が所定値以下では前記
第１の位置検出手段に基づく検出値を選択し、該速度が
所定値以上では前記第２の位置検出手段に基づく検出値
を選択する位置検出切替手段 とを具備したことを特徴とする位置検出装置。 - 【請求項２】請求項１において、 前記第１の位置検出手段または前記第２の位置検出手段
の出力信号に基づき前記回転体あるいは移動体の位置を
検出する第３の位置検出手段、 前記第１と第２の位置検出手段とが切替わる際には第３
の位置検出手段を介して切替える切替手段を備えたこと
を特徴とする位置検出装置。 - 【請求項３】回転体あるいは移動体の移動に応じて相互
に位相の異なる二相の正弦波あるいは三角波等のアナロ
グ信号を出力する位置検出器、 該位置検出器からのアナログ信号をパルス幅変調（PW
M）するPWMパルス化回路、 前記位置検出器からのアナログ信号出力を第１の方形波
パルスに変換する原パルス回路、 前記PWMパルス化回路からのPWMパルス信号と前記原パル
ス回路からの第１の方形波パルス信号を伝送及び受信す
る伝送受信手段、 該伝送受信手段からのPWMパルス信号をアナログ値に変
換するアナログ変換回路、 このアナログ変換回路からのアナログ出力信号を第２の
方形波パルス化する整形パルス回路を具備し、 前記PWMパルス化回路から得られたPWMパルス信号と前記
原パルス回路からの得られた第１の方形波パルスとを切
替える第１のスイツチと、 前記原パルス回路から得られた第１の方形波パルスと前
記整形パルス回路で得られた第２の方形波パルスとを切
替える第２のスイッチと、 該第２のスイッチで選択された方形波パルス信号のエツ
ジから粗位置を検出する粗位置検出回路と、 前記アナログ出力信号のアナログ値から微細位置を検出
する微細位置検出回路と、 前記微細位置検出回路と前記粗位置検出回路からの検出
信号に基づき前記回転体あるいは移動体の位置を検出す
る第１の位置検出手段と、 前記伝送受信手段からの第１の方形波パルス信号を一定
時間計数することにより前記回転体あるいは移動体の位
置を検出する第２の位置検出手段と、 前記第１の位置検出手段の出力と第２の位置検出手段の
出力を切替える第３のスイツチとを設けたことを特徴と
する位置検出装置。 - 【請求項４】回転体あるいは移動体の速度に対応して互
に90度位相差を有する二相の正弦波あるいは三角波等の
アナログ信号を出力する位置検出器、 前記二つのアナログ信号出力をパルス幅変調（PWM）を
行う二つのPWMパルス化回路、 前記アナログ信号出力からパルス信号を得る二つの原パ
ルス回路、 前記PWMパルス化回路出力と原パルス回路出力を切替え
る二つの第１スイツチ、 前記位置検出器のアナログ信号出力から周波数を検出す
る周波数検出器、 前記PWMパルス化回路からのPWMパルス信号と前記原パル
ス回路からのパルス信号を伝送及び受信する伝送受信手
段、 前記二つのPWMパルス信号をそれぞれアナログ信号に変
換する二つのアナログ変換回路、 該アナログ変換回路出力をパルス化する二つの整形パル
ス回路、 該整形パルス回路出力と前記原パルス回路出力を切替え
る第２スイツチを具備し、 前記整形パルス回路の出力パルスのエツジでパルス数を
計数する粗位置検出回路と、 前記アナログ変換器からのアナログ信号の位相を検出し
て微細位置を検出する微細位置検出回路と、 前記微細位置検出回路と前記粗位置検出回路からの検出
信号に基づき前記回転体あるいは移動体の位置及び速度
を検出する正弦波方式位置及び速度検出回路と、 前記整形パルス回路または前記原パルス回路からパルス
の数と該パルス間隔から位置及び速度を検出するパルス
方式位置及び速度検出回路と、 前記正弦波方式位置及び速度検出回路と前記パルス方式
位置及び速度検出回路を切替える第３のスイツチと、 前記正弦波方式位置及び速度検出回路または前記パルス
方式位置及び速度検出回路の出力信号に基づき速度制御
を行う速度制御器を含み、前記第１のスイツチは前記周
波数検出器からの出力により切替え、前記第２のスイツ
チ及び前記第３のスイツチは前記速度制御器により切替
えることを特徴とする位置あるいは速度検出装置。 - 【請求項５】請求項４において、 前記周波数検出回路の出力にヒステリシスを持たせて前
記第１のスイツチの切替えを行い、前記第３のスイツチ
は前記第１のスイツチの切替えより低速領域で行い、前
記第２のスイツチは第１のスイツチの切替えより高速領
域で行うように構成した位置及び速度切替手段を備えた
ことを特徴とする位置あるいは速度検出装置。
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