JPH01311221A - 磁気式アブソリュートエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ こ発明は、磁気式のアブソリュートエンコーダに関する
ものである。

［従来の技術］ 特開昭５４−１１８２５９号公報には、二列以上の磁化
パターンのトラックをもつ符号板と、磁気抵抗効果素子
（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ
：以下ＭＲ素子という）を利用した検出器とを組合せた
磁気式のアブソリュートエンコーダが示されている。

一般にこの種のアブソリュートエンコーダでは２Ｎの分
解能を得るにはアブソリュートパターンとして最低Ｎ木
のトラックが必要であり、符号板が円盤型であれば、第
８図に示すように複数のトラックが同心円状に配列され
る。第８図（ａ）は符号板８の平面図、第８図（ｂ）は
ＭＲ素子によるセンサの配置を示す平面図であり、この
場合、Ｎ＝４である。符号板８には四本の円形トラック
９が同心円状に設けられ、これらトラックには磁化の方
向による二進符号のアブソリュートパターンが形成され
ている。センサ１１〜１４は夫々ＭＲ素子からなるもの
であり、センサーホルダ１０に一体的に保持されている
。符号板８はその中心口りに前記センサーホルダ１０と
相対的に回転する。

この回転に伴ってセンサ１１〜１４から各々出力される
信号を波形整形して得た矩形波を第９図（ａ）〜（ｄ）
に示す。符号板８の任意の回転位置にて得られる矩形波
の組合せが第９図（ｅ）に示した十六進数に対応してお
り、符号板８の回転位置がアブソリュートに検出できる
。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来のアブソリュートエンコーダでは、そのアブ
ソリュートパターンの二進ビット０．　１を１ビットに
つき一つの水平磁界のｆｌｉｉ化の方向によって与えて
いるので、複数ビットに亙って磁化方向が同一の連続部
分（アブソリュートパターンでは必ず存在する）におい
てＭＲ素子のセンサから得られる矩形波信号のパルス幅
が連続ビット数に正確に対応したものとならず、エンコ
ーダ出力に誤りが生じる恐れがある。

従ってこの発明の課題は、これらの欠点を無くして、誤
りの生じることのない６ｎ気式のアブソリュートエンコ
ーダを得ることにある。

［課題を解決するための手段］ この発明のアブソリュートエンコーダは、Ｏｌｌの二つ
のビットにより構成されたアブソリュートパターンを有
するトラックを設けた符号板と、前記トラックの長平方
向に相対移動可能な検出器とを備えており、特に前述の
課題を達成するために、 前記０．１のビットのいずれか一方を着磁ビット、他方
を未着磁ビットで構成し、 １ビットの長さ寸法を＾、着磁ビットの連続ビット数を
ｎ（但しｎは１，２．３・・・・）とするとき、トラッ
ク長手方向に２ｎ＋１個の交互に極性の異なる着磁区画
を隣接配列して前記着磁ビットを構成し、且つ前記配列
の始端と終端の着磁区画のトラック長手方向の長さ寸法
をλ／４とすると共にこれらの間に挟まれた中間の着磁
区画のトラック長手方向の長さ寸法をλ／２とし、更に
前記検出器を、前記相対移動方向にλ／４に相当する間
隔をあけた一対のＭＲ果素子によって構成してなるもの
である。

［作用］ この発明のアブソリュートエンコーダでは、符号板のア
ブソリュートパターンを構成する着磁ビットはＮ極とＳ
極の交互に極性の変わる複数の着ｉｆｆ区画をトラック
長手方向に隣接して配列してなるものであり、隣接する
着磁区画は互いに極性が異なっている。

従って、他の着磁ビットと連続しない単一の着磁ビット
（ｎ＝１）の場合は３個の着磁区画がＮＳＮまたはＳＮ
Ｓの順で隣接配列され、各着磁区画のトラック長手方向
の長さ寸法は、両端の着磁区画がλ／４、中間の着磁区
画がその倍のλ／２となる。

また着磁ビットが複数連続する場合（ｎ≧２）は、２ｎ
＋１個の着磁区画がＮＳＮ・・・・ＮＳＮまたはＳＮＳ
・・・・ＳＮＳの順で隣接配列され、各着磁区画のトラ
ック長手方向の長さ寸法は、前述の場合と同様に、両端
の着磁区画がλ／４、中間の２０−１個の着磁区画が夫
々その倍のλ／２となる。

このような特有の寸法関係をもつ着磁区画からなる着磁
ビットをトラックに沿って検出器で相対走査すると、Ｍ
Ｒ素子は磁界の極性にはその動作が無関係であるから、
前記特有の寸法関係に従って検出器の各ＭＲ素子から周
期λの単相正弦波交流信号を全波整流したものに相当す
る脈流信号が得られる。各脈流信号のピーク点は隣接着
磁区画の境界位置に対応し、これはこの境界部分で磁界
強度がピークになるからである。この発明においては前
記検出器は前記相対移動方向にλ／４に相当する間隔を
あけた一対のＭＲ素子によって構成されており、両ＭＲ
素子による検出信号同士は互いにλ／４の位相差をもっ
た脈流信号である。

従って適当な信号処理回路によってこれらの互いにλ／
４の位相差をもった脈流信号同士の加算をとると、着磁
ビットの始端と終端の各着磁区画の長さ寸法が両ＭＲ素
子間の間隔寸法に等しいので、着磁ビットの連続ビット
数に拘らずに立上りと立下がりが常に一定のパルス状信
号を得ることができ、これを波形整形することで着磁ビ
ットの連続ビット数にほぼ対応するパルス幅の矩形波出
力が得られることになる。

この発明の実施例を図面と共に説明すれば以下の通りで
ある。

［実施例］ 第１図（ａ）（ｂ）はこの発明の一実施例を示すもので
あり、同図（ａ）は円盤型符号板の模式平面図、同図（
ｂ）は前記円盤型符号板に着磁されたアブソリュートパ
ターン信号を読み取るＭＲ素子のセンサを示す模式平面
図である。

第１図（ａ）において、符号板１にはその回転軸心３を
中心とする一本の円形のトラック２が設定されており、
この円形トラック２上に円周を１６分割（１ビット分が
π／８ラジアンに相当）した１６ビット（Ｎ＝４）のア
ブソリュートパターンが着磁ビット６ａ〜６ｄと未着磁
ビット７ａ〜７ｄによって形成されている。第１図（ａ
）の円形トラック２において１２時の位置から時計方向
へ順に説明すると、未着磁ビット７ａは連続した四つの
「０」ビット、着磁ビット６ａは連続した二つの「１」
ビット、未着磁ビット７ｂは単一の「０」ビット、着磁
ビット６ｂは単一の「１」ビット、未着磁ビット７Ｃは
単一の「０」ビット、着磁ビット６Ｃは連続した四つの
［１」ビット、未着磁ビット７ｃは連続した二つの「０
］ビット、そして着磁ビット６ｄは単一の「１」ビット
と現すことができ、従ってこのパターンのアブソリュー
トコードは、 ｒｏｏｏｏｌ　１０１０１１１１００１Ｊということに
なる。

前記各着磁ビット６ａ〜６ｄは、１ビットの長さ寸法を
λ、着磁ビットのビット数をｎとするとき、トラック長
手方向に２０＋１個の交互に極性の異なる着磁区画（Ｓ
、Ｎ）を隣接配列して構成されており、しかも磁場分布
を対称的にするために、前記配列の始端と終端の着磁区
画のトラック長手方向の長さ寸法をλ／４に実質的に等
しく、これらの間に挟まれた中間の着磁区画のトラック
長手方向の長さ寸法をλ／２に実質的に等しくしである
。例えば、着磁ビット６ａではｎ＝２であるから合計五
つの着磁区画（ＮＳＮＳＮ）が−列に並び、始端と終端
の二つの着磁区画（Ｎ、Ｎ）はトラック長手方向に夫々
λ／４の長さ、中間の三つのＲ６Ｂ区間（Ｓ、Ｎ、Ｓ）
は夫々λ／２の長さを有している。ここでλは１ビット
分の長さ寸法であって、第１図の実施例ではＮ＝４であ
るから角度にして３６０／１６＝２２．５度（π／８ラ
ジアン）に相当する。

検出器４は、第１図（ｂ）に示すようにＮ＝４個のＭＲ
素子センサ５ａ〜５ｄを有し、鎖線で示したように符号
板１と対置されて、回転軸心３を中心とする両者間の相
対回転に件ない、トラック２の着磁ビットによるアブソ
リュートパターンを読み取るものである。各ＭＲ素子セ
ンサ間の配置間隔はλまたはその整数倍であればよく、
第１図（ｂ）ではこの間隔は丁度λにしである。但し、
整数倍の場合、アブソリュートパターンは前記とは異な
ったものとなる。例えば１０ビットのアブソリュートエ
ンコーダの場合、間隔がλのときは第６図（ｄ）、間隔
が２λの場合は第７図のようなアブソリュートパターン
になる。

個々のＭＲ素子センサは、第２図に示すようにトラック
長手方向にλ／４の間隔をあけた二本の細い並行なＭＲ
素子１５ａ、１５ｂを夫々抵抗Ｒａ、Ｒｂと直列接続し
て直流電源端子１７．２０間にブリッジ回路を形成して
なるものであり、その信号出力端子１８．１９間に検出
出力を生じるように構成したものである。第２図には例
として単一の着磁ビット６ｂが洋画されており、その始
端の着磁区画１６ａと終端の着磁区画１６ｃの長さ寸法
は共に前記ＭＲ素子１５ａ、１５ｂ間の間隔寸法と同じ
λ／４であり、中間の着磁区画１６ｂの長さ寸法はλ／
２である。

今、第２図において検出器に着磁ビット６ｂが近付くと
、ＭＲ素子は磁界の極性に拘らずその強度に応じて抵抗
値を低下させる。例えばＭＲ素子１５ａに着磁ビット６
ａからの水平磁場がかかると、ＭＲ素子１５ａの抵抗値
が小さくなって＋側電源端子１７から固定抵抗Ｒａおよ
びＭＲ素子１５ａを介して一側電源端子２０に流れる電
流が増加し、これによって出力端子１８の電位が低下す
る。一方、ＭＲ素子１５ｂは前記素子１５ａとは逆の関
係で固定抵抗Ｒｈと接続されており、従ってもう一つの
出力端子１９では、着磁ビット６ｂの接近により磁場が
接づくと、その電位が上昇する。両ＭＲ素子１５ａ、１
５ｂはλ／４の間隔を有しているので、出力端子１８と
１９とでは振幅波形が丁度上下対称となり、両川カ間の
位相のずれはλを３６０度とすると９０度の位相差に相
当する。

第３図には前記検出器４の検出出力を処理するための信
号処理回路の一例が示され、第４図には符号板１のトラ
ック２に形成されたアブソリュートパターンの着磁ビッ
トによる磁場パターンと前記信号処理回路の各部波形の
例が示されている。

検出器４において、ＭＲ素子センサ５ａの一方の出力端
子１８は信号処理回路２１の人力端子２２に接続され、
他方の出力端子１９は人力端子２３に接続されている。

ほかのＭＲ素子センサ５ｂ〜５ｄについても同様である
ので、ここてはＭＲ素子センサ５ａについてのみ説明す
る。

符号板１のトラック２に形成されたアブソリュートパタ
ーンの着磁ビットによる磁場パターンは第４図（ａ）に
示す通りであり、これをλ／４の間隔をあけた二本のＭ
Ｒ素子からなるセンサ５ａで相対走査して、その出方端
子１８．１９に現われる信号を信号処理回路２１のオペ
アンプ２４で増幅すると、オペアンプ２４の出力端２５
には第４図（ｂ）に示す通りの脈流パルス状の信号が得
られる。この信号のパルス立上りと立下がりは、パルス
幅に関係なく一定である。そこでこの信号をコンパレー
タ２６によって成る一定の比較レベルで矩形波に変換す
ると、回路２１の出力端子２７ａには第４図（Ｃ）に示
すような矩形波信号が得られる。同線にしてセンサ５ｂ
、５ｃ、５ｄからの検出信号による矩形波信号が夫々出
力端子２７ｂ、２７ｃ、２７ｄに得られる。これらの出
力信号間の位相差は各センサ間の配置間隔ｋ・λ（ｋ＝
１．２．３・・・・）に基づいて定まり、これによって
四つの出力端子２７ａ〜２７ｄから符号板ｌのπ／８ラ
ジアンの回転角度毎にｒ□、ＩＪの組合せの異なる４桁
の２進コ一ド信号が得られるようになっている。

前記各センサ５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄからの検出信号に
よって前記信号処理回路２１の出力端子２７ａ、２７ｂ
、２７ｃ、２７ｄに現われる矩形波信号を第１図（ａ）
（ｂ）に対応させて図示すると第５図の通りである。こ
の場合、固定された検出器４に対して符号板１が第１図
（ｂ）に矢印で示すように反時計方向に回転しているも
のとする。この実施例では、前述のようにＮ＝４である
からアブソリュートコードは２Ｎ＝１６ビットであり、
第１図（ｂ）に示したように、符号板１の円周方向へλ
の間隔で並べた四つのＭＲ素子センサ５ａ、５ｂ、５ｃ
、５ｄによる検出信号で出力端子２７ａ〜２７ｄから符
号板１の一回転に亙って同じｒｏ、ＩＪの組合せのコー
ド信号が生じないようにトラック２上のアブソリュート
パターンの配列（アブソリュートコード）が定められ、
これは前述した通り、ｒｏｏｏｏｔ　１０１０１１１１
００１Ｊである。

従って出力端子２７ａを２°、２７ｂを２′１２７ｃを
２２．２７ｄを２３に割り当てると、相対回転角度ｙｃ
　／　８ラジアン毎に異なる内容の４ビットのアブソリ
ュート信号が得られ、第５図にはそれぞれのアブソリュ
ート信号に対応する十人進数が下部に添え書きされてい
る。これから解るように、第５図の矩形波信号をそのま
ま数値化すれば１６の十人進数となり、またこれは符号
板１を一回転した場合に一箇所として同じ数値となって
おらず、従ってアブソリュートエンコーダが構成されて
いることが解る。

アブソリュートパターンの配列の決定は次のようにして
行なう。

即ち、ビット数が少ないとぎは順次試行錯誤的に行なっ
てもよいが、ビット数が多くなるとコンピュータで演算
させる必要がある。

前述の４ビットの場合で説明すると、例えば各ビットか
「０」の場合は必ずあるから、先ず４つの「０」の連続
ｒｏ、Ｏ，Ｏ，ＯＪを考える。モして「０」か５つ連続
すると同じ組合せが生じてしまうことになるから、「０
」が４つ続いた後には必ずｒｌ、がくると考える。この
ようにして順次「０」か「１」かを追加していき、４つ
ずつの区切りで１ビットずつシフトしたときに同じ内容
の組合せが生じないようにすればよい。

゛このようにしてコンピュータに演算させた結果を第６
図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す。

第６図（ａ）は５ビット、即ちＮ＝５の場合のアブソリ
ュートコードであり、第６図（ｂ）は６ビット、即ちＮ
＝６の場合のアブソリュートコードであり、第６図（Ｃ
）は８ビット、即ちＮ＝８の場合のアブソリュートコー
ドであり、そして第６図（ｃ）は１０ビット、即ちＮ＝
１０の場合のアブソリュートコードである。

第６図（ｂ）（ｃ）（ｄ）のアブソリュートコードは、
行の末尾のビットがその次（下）の行の先頭のビットに
つながって一連のものとして構成される。

これら第６図のアブソリュートコートをロータリーエン
コーダに用いる場合には、最下行の最後のビットが第１
行の先頭のビットにつながって無端状に連続するように
する。

第６図の例ではＭＲ素子センサをアブソリュートパター
ンの１ビット相当分の間隔（λ）で連続配置する場合の
コード配列を示したが、パターンが細かくなってセンサ
の寸法上の制限により１ビット間隔での連続配置が物理
的に困難になる場合は、アブソリュートパターンのコー
ド配列を工夫することによって、例えばコード配列の１
ビット置きに２λの間隔でＭＲ素子センサを配置するこ
とができる。そのような−例として第７図にＮ＝１０の
場合のアブソリュートコードを示す。この場合はＮ＝１
０であるから１０個のＭＲ素子センサが１ビット置き、
つまり間隔２λで配置されている。

勿論、他の間隔についても同様にアブソリュートコート
を適宜定めることは可能であり、−殻内にはλの整数倍
の間隔についてアブソリュートコードを作ることができ
る。

このようなアブソリュートコードによれば１トラツクで
アブソリュートパターンが実現できるので、所謂インク
リメンタル型のエンコーダと大きさが殆ど変わらないア
ブソリュートエンコーダを得ることが可能である。

尚、以上に述べた実施例では、回転位置を読み取るため
のロータリーエンコーダを主に説明したが、本発明は直
線位置を読み取るためのリニアエンコーダにも適用でき
、その場合には、検出器と相対移動する符号板に前述の
ようなアブソリュートパターンを相対移動方向に沿って
直線的に形成すればよい。

［発明の効果］ 以上に述べたように、この発明によれば、符号板のアブ
ソリュートパターンを構成する着磁ビットを、その連続
ビット数ｎに応じて２ｎ＋１個の交互に極性の異なる着
磁区画の隣接配列により構成すると共に、前記配列の始
端と終端の着磁区画の長さ寸法をλ／４、これらの間に
挟まれた中間の着磁区画の長さ寸法をその倍のλ／２と
し、しかも検出器を構成するＭＲ素子の間隔寸法を前記
λ／４に合致させたので、連続した着磁ビットにおいて
も対応したパルス幅の矩形波信号を得ることができ、出
力に誤りの生しる恐れのない磁気式アブソリュートエン
コーダを得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施例に係るアブソリュー
トエンコーダの円盤型符号板の模式平面図、同図（ｂ）
は前記円盤型符号板に着磁されたアブソリュートパター
ン信号を読み取るＭＲ素子センサからなる検出器を示す
模式平面図、第２図は個々のＭＲ素子センサの構成を示
す説明図、第３図は前記検出器の検出出力を処理するた
めの信号処理回路の一例を示す回路図、第４図（ａ）〜
（Ｃ）は符号板のトラックに形成されたアブソリュート
パターンの着磁ビットによる磁場パターンと前記信号処
理回路の各部波形を示す線図、第５図はこの発明の一実
施例に係るアブソリュートエンコーダの最終出力波形を
示す線図、第６図は異なるビット数のアブソリュート信
号を得るためのアブソリュートパターンを決定するアブ
ソリュートコードの幾つかの例を示す説明図、第７図は
アブソリュートコードの別の例を示す説明図、第８図（
ａ）（ｂ）は従来のアブソリュートエンコーダの符号板
と検出器を示す模式平面図、第９図は面図の従来例によ
って得られる出力矩形波出力波形を示す線図である。 （主要部分の符号の説明） ｌ：符号板、２ニドラツク、３：回転軸心、４：検出器
、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ：ＭＲ素子センサ、６ａ、６
ｂ、６ｃ、６ｄ：着磁ビット、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ
：未着磁ビット、１５ａ、１５ｂ：ＭＲ素子、１６ａ：
始端着社１区画、１６ｂ＝中間着磁区画、１６ｃ：終端
着磁区画、２１：信号処理回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ０、１の二つのビットにより構成されたアブソリュート
   パターンを有するトラックを設けた符号板と、前記トラ
   ックの長手方向に相対移動可能な検出器とからなるアブ
   ソリュートエンコーダにおいて、 前記０、１のビットのいずれか一方を着磁ビット、他方
   を未着磁ビットで構成し、 １ビットの長さ寸法をλ、着磁ビットの連続ビット数を
   ｎ（但しｎは１、２、３・・・・）とするとき、トラッ
   ク長手方向に２ｎ＋１個の交互に極性の異なる着磁区画
   を隣接配列して前記着磁ビットを構成し、且つ前記配列
   の始端と終端の着磁区画のトラック長手方向の長さ寸法
   をλ／４とすると共にこれらの間に挟まれた中間の着磁
   区画のトラック長手方向の長さ寸法をλ／２とし、 更に前記検出器を、前記相対移動方向にλ／４に相当す
   る間隔をあけた一対の磁気抵抗効果素子によって構成し
   たことを特徴とする磁気式アブソリュートエンコーダ。