JP2745627B2 - Acサーボモータ用磁気式ロータリエンコーダ - Google Patents

Acサーボモータ用磁気式ロータリエンコーダ

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JP2745627B2
JP2745627B2 JP1015991A JP1599189A JP2745627B2 JP 2745627 B2 JP2745627 B2 JP 2745627B2 JP 1015991 A JP1015991 A JP 1015991A JP 1599189 A JP1599189 A JP 1599189A JP 2745627 B2 JP2745627 B2 JP 2745627B2
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晃 三木
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、磁気式ロータリーエンコーダに係り、特
に、AC(交流)サーボモータと組み合わされて、そのロ
ータの回転位置を検出するACサーボモータ用磁気式ロー
タリエンコーダに関するものである。
「従来の技術」 周知のように、ACサーボモータにおいては、ステータ
巻線にロータの回転角度に応じた電流を供給し、ステー
タに磁界を発生させることによってロータを回転するよ
うになっている。このため、ステータ巻線に供給する電
流を決定するために、ロータの回転角を検出する検出手
段が必要となる。例えば、6極の磁極が形成されるステ
ータに供給する電流を決定するためには、ステータに対
するロータの回転角度を60度の分解能で検出しなければ
ならない。このようなロータの回転角度を検出するため
には、従来、ホール素子を用いるものと、光学式ロータ
リエンコーダを用いるものが知られている。前者は、3
個のホール素子をACサーボモータのステータ側の3箇所
に固定し、これら3個のホール素子によってロータ側か
らの磁力、すなわちロータの回転に伴って正弦波状に変
化する磁力を検出し、3箇所の位置関係に応じて異なる
3種類の正弦波に基づいて、ステータ巻線に供給する電
流を決定するものであり、また、後者は、ロータの軸に
連結されたディスクに、同心円状に3トラックを設定
し、各トラック毎にピッチが異なるスリット列を180度
ずつ、互いに120度ずつずらして形成し、各トラックの
スリット列をステータ側に固定された3組の発光素子と
受光素子によって検出し、ロータの回転角度を60度の分
解能で検出するものである。しかしながら、前者の3個
のホール素子を用いたものにおいては、各ホール素子の
取り付け位置のずれや、ロータとの間の距離変動によっ
て、検出される正弦波に歪が生じ、この歪が直接ステー
タ電流に影響を及ぼすため、これが回転むらとなって現
れてしまうという問題があり、また、後者の光学的ロー
タリエンコーダを用いたものにおいては、互いに異なる
ピッチのスリットを多数形成しなければならず、また光
学式であることから周囲に塵埃や油等の多い環境下にお
いては誤検出が生じてしまうという問題があった。
「発明が解決しようとする課題」 ところで、上述したホール素子や光学式ロータリエン
コーダを用いた場合の問題点を解消するために、従来、
磁気式ロータリエンコーダを用いたものが開発されてい
る。これは、ロータに連結されたディスク状の磁気記録
媒体に、同心円状に3トラックを設定し、各トラックに
着磁ピッチの異なる磁気情報を180度ずつ、互いに120度
ずつずらして書き込む一方、ステータ側には上記各トラ
ックから磁気情報を読み取る3個の磁気センサを固定
し、これらの磁気センサの検出信号に基づいて、ロータ
の回転角度を60度の分解能で検出するようになってい
る。しかしながら、3本のトラックと3個の磁気センサ
が必要であるため、これらのトラック数と磁気センサ数
を極力抑えることが要望されていた。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、必
要最小限の磁気センサとトラック数で、ロータの回転角
度を所望の分解能で検出することができるACサーボモー
タ用磁気式ロータリエンコーダを提供することを目的と
している。
「課題を解決するための手段」 この発明は、ACサーボモータのロータと連動して回転
する磁気記録媒体から検出される磁気情報に基づいて、
該ACサーボモータのステータに対する前記ロータの回転
角度を検出するACサーボモータ用磁気式ロータリエンコ
ーダにおいて、前記磁気記録媒体の所定の円軌道に沿っ
て設けられ、前記ステータの各極に対応して円周が3等
分割された各領域毎に順に各々第1電圧レベル、第2電
圧レベルおよび第3電圧レベルに対応した着磁ピッチの
磁気情報が書き込まれた第1トラックと、前記第1トラ
ックに隣接して設けられ、該第1トラックの各領域に対
して60度ずらした位置から前記ステータの各極に対応し
て円周を3等分割し、これら各領域毎に前記第1のトラ
ックと同方向で順に各々前記第1電圧レベル、第2電圧
レベルおよび第3電圧レベルに対応した着磁ピッチの磁
気情報が書き込まれた第2トラックと、前記第1および
第2トラックから磁気情報を各々検出し、前記着磁ピッ
チに応じたレベルの検出信号を出力する第1および第2
磁気センサと、前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベ
ルとの中間レベルの第1基準電圧および前記第2電圧レ
ベルと前記第3電圧レベルとの中間レベルの第2の基準
電圧が与えられ、前記第1および第2の基準電圧と前記
第1および第2磁気センサの検出信号とを比較し、この
比較結果に基づいて、円周を6等分割した各領域毎に、
前記ステータの各極を示す信号を出力する変換手段とを
具備することを特徴としている。
「作用」 上記の構成によれば、第1と第2磁気センサの検出信
号レベルは、各々円周方向の120度毎に第1電圧レベ
ル、第2電圧レベルおよび第3電圧レベルと変化し、第
1磁気センサの検出信号レベルと第2磁気センサの検出
信号レベルとは互いに円周方向の60度毎に変化する。こ
れによって変換手段からは、これらの検出信号に基づい
て、円周を6等分割した各領域毎に、ステータの各極を
示す信号が得られる。
「実施例」 以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明
する。
第1図はこの発明の一実施例によるACサーボモータ用
磁気式ロータリエンコーダとACサーボモータの全体構成
を示す図であり、第1図(イ)はその平面図、同図
(ロ)は正断面図である。これらの図において、1は磁
気式ロータリエンコーダ、2はロータリエンコーダ1内
に回転自在に収納されたディスク状の磁気記録媒体であ
り、その中心はシャフト3を介してACサーボモータ4の
ロータ5に連結されている。このACサーボモータ4にお
いて、ロータ5はステータ6に対して回転自在となって
いる。磁気記録媒体2には、同心円状の軌道に沿って第
1トラックT1と、第2トラックT2が各々設定されてお
り、各トラックT1,T2に予め書き込まれた磁気情報は、
各トラックT1,T2と対向配置された磁気センサ7,8によっ
て各々読み取られるようになっている。
次に、各トラックT1,T2に書き込まれている磁気情報
について説明する。この実施例におけるACサーボモータ
4の場合、ステータ6は6極の磁極を形成するようにな
っている。このため、ステータ6に供給する電流を決定
するためには、ロータ5のステータ6に対する角度を60
度の分解能で検出する必要がある。第1図(イ)に示す
ように、磁気記録媒体2は、ステータ6の各極に対応し
て60度の領域A〜Fに6等分割されている。そして、第
1トラックT1の内の実線で示す領域AおよびB、点線で
示す領域CおよびD、一点鎖線で示す領域EおよびFに
は、互いに異なる着磁ピッチの磁気情報が書き込まれて
いる。また、第1トラックに隣接して設けられた第2ト
ラックT2には、第1トラックT1に対して60度ずらした位
置から同様の順番で互いに着磁ピッチの異なる磁気情報
が書き込まれている。すなわち、第1トラックT1の各領
域AおよびB、CおよびD、EおよびFと各々同じ着磁
ピッチの磁気情報が、第2トラックT2の領域Bおよび
C、DおよびE、FおよびAに書き込まれている。
第2図は、各トラックT1,T2の領域A〜Fに各々書き
込まれた着磁ピッチと、磁気センサ7,8の関係を示す図
である。磁気センサ7,8は、各トラックT1,T2と直交する
4本の棒状部分を有する磁気抵抗素子パターンMによっ
て構成されており、各棒状部分は、mλ、(n±1/2)
λ、mλ(m,nは整数)離間している。そして、各磁気
センサ7,8の磁気抵抗素子パターンMは、各トラックT1,
T2から受ける磁界によって抵抗値が変化し、これによ
り、磁気センサ7,8からは磁気記録媒体2の着磁ピッチ
に応じたレベルの信号が得られる。すなわち、各トラッ
クT1,T2の実線で示す部分には、磁気抵抗素子パターン
Mの各棒状部分間の距離mλと略同じ間隔の着磁ピッチ
が書き込まれ、点線で示す部分には、距離mλよりも細
かい間隔の着磁ピッチが書き込まれ、一点鎖線で示す部
分には、着磁されていない。これにより、磁気センサ7,
8からは、実線で示す部分からも最も高いレベルの信号
が得られ、次に、点線、一点鎖線の順にレベルが低くな
る。
第3図は、磁気センサ7および8から各々出力される
検出信号SaおよびSbに基づいて、円周を6等分割した各
領域A〜Fに対応し、かつステータ6の各極を示すU相
信号Ou、V相信号Ov、およびW相信号Owを出力するデコ
ーダ10の構成を示す図である。この図において、11〜14
は比較器であり、比較器11は検出信号Saと基準電圧+1.
5Vを比較し、比較器12は検出信号Saと基準電圧+3.0Vを
比較し、比較器13は検出信号Sbと基準電圧+1.5Vを比較
し、さらに、比較器14は検出信号Sbと基準電圧+3.0Vを
比較する。15は比較器11の出力Ca1と比較器13の出力Cb1
が入力されるナンドゲートであり、その出力がU相信号
Ouとして出力される。16は比較器12の出力Ca2と比較器1
4の出力Cb2が入力されるオアゲートであり、その出力が
V相信号Ovとして出力される。17は比較器12の出力Ca2
をインバータ18によって反転した信号と比較器13の出力
Cb1が入力されるアンドゲートであり、その出力がW相
信号Owとして出力される。
以上の構成において、磁気記録媒体2の6等分割され
た各領域A〜Fに応じて、磁気センサ7の検出信号Sa
が、第4図(イ)に示すように変化すると共に、磁気セ
ンサ8の検出信号Sbが、第4図(ロ)に示すように変化
する。これら検出信号Sa,Sbの変化に伴って、各比較器1
1〜14の出力Ca1,Ca2,Cb1,Cb2が第4図(ハ)に示すよう
に変化し、この結果、デコーダ10から、第4図(ニ)に
示すように、円周を6等分割した各領域A〜Fに対応
し、かつステータ6の各極を示すU相,V相,W相信号Ou,O
v,Owが出力される。これら各相信号Ou,Ov,Owに基づい
て、ACサーボモータ4のステータ6に対して供給する電
流を決定し、理想的な正弦波状の電流を供給することに
より、ロータ5を回転むら無く、円滑に回転させること
ができる。
この場合、インクリメンタル式のロータリエンコーダ
として磁気記録媒体2に記録されている円周分割用の着
磁ピッチを読み取る磁気センサの検出信号を利用し、各
相信号Ou,Ov,Owの立ち上がりおよび立ち下がりのタイミ
ングで、カウント動作を開始するカウンタによって、円
周分割用の着磁ピッチに対応したパルス数をカウント
し、これにより、6分割された各領域A〜Fの中の、ど
の位置にあるのかを測定することが可能である。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、磁気記録媒
体に、ステータの各極に対応して円周が3等分割された
各領域毎に順に各々第1電圧レベル、第2電圧レベルお
よび第3電圧レベルに対応した着磁ピッチの磁気情報が
書き込まれた第1トラックと、この第1トラックの各領
域に対して60度ずらした位置からステータの各極に対応
して円周を3等分割し、これら各領域毎に第1のトラッ
クと同方向で順に各々第1電圧レベル、第2電圧レベル
および第3電圧レベルに対応した着磁ピッチの磁気情報
が書き込まれた第2トラックとを設け、第1と第2磁気
センサによって第1と第2トラックの各領域に書き込ま
れた磁気情報の着磁ピッチに対応した第1ないし第3電
圧レベルの検出信号を得、これらの検出信号に基づい
て、円周を6等分割した各領域毎に、ステータの各極を
示す信号を得るようにしたので、必要最小限の磁気セン
サとトラック数で、ロータの回転角度を所望の分解能で
検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(イ)および(ロ)はこの発明の一実施例の構成
を示す平面図および正断面図、第2図は同実施例におけ
る磁気センサと各トラックに記録された着磁ピッチの関
係を示す図、第3図は同実施例のデコーダの構成を示す
ブロック図、第4図は同実施例の動作および各部の波形
を説明するため図である。 1……磁気式ロータリエンコーダ、 2……磁気記録媒体、 T1……第1トラック、 T2……第2トラック、 3……シャフト、 4……ACサーボモータ、 5……ロータ、6……ステータ、 7,8……磁気センサ、 10……デコーダ(変換手段)。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ACサーボモータのロータと連動して回転す
    る磁気記録媒体から検出される磁気情報に基づいて、該
    ACサーボモータのステータに対する前記ロータの回転角
    度を検出するACサーボモータ用磁気式ロータリエンコー
    ダにおいて、 前記磁気記録媒体の所定の円軌道に沿って設けられ、前
    記ステータの各極に対応して円周が3等分割された各領
    域毎に順に各々第1電圧レベル、第2電圧レベルおよび
    第3電圧レベルに対応した着磁ピッチの磁気情報が書き
    込まれた第1トラックと、 前記第1トラックに隣接して設けられ、該第1トラック
    の各領域に対して60度ずらした位置から前記ステータの
    各極に対応して円周を3等分割し、これら各領域毎に前
    記第1のトラックと同方向で順に各々前記第1電圧レベ
    ル、第2電圧レベルおよび第3電圧レベルに対応した着
    磁ピッチの磁気情報が書き込まれた第2トラックと、 前記第1および第2トラックから磁気情報を各々検出
    し、前記着磁ピッチに応じたレベルの検出信号を出力す
    る第1および第2磁気センサと、 前記第1電圧レベルと前記第2電圧レベルとの中間レベ
    ルの第1基準電圧および前記第2電圧レベルと前記第3
    電圧レベルとの中間レベルの第2の基準電圧が与えら
    れ、前記第1および第2基準電圧と前記第1および第2
    磁気センサの検出信号とを比較し、この比較結果に基づ
    いて、円周を6等分割した各領域毎に、前記ステータの
    各極を示す信号を出力する変換手段と、 を具備することを特徴とするACサーボモータ用磁気式ロ
    ータリエンコーダ。
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