JPH0244410A - Ａｃサーボモータ用ロータリエンコーダ - 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」 この発明は、ロータリエンコーダに係り、特にＡＣ（交
流）ザーボモータに取り付けられ、ロータの回転角を検
出するＡＣサーボモータ用ロータリエンコーダに関する
。

「従来の技術」 ロータリエンコーダを備えたＡＣザーボモータか知られ
ている。この種のＡＣサーボモータにおいては、ロータ
リエンコーダによってロータのステータに対する回転角
か検出され、検出結果に基づいて回転制御が行われる。

第６図は、従来のロータリエンコーダにおける磁気記録
媒体ｌＯの平面図である。この磁気記録媒体はディスク
状をなし、中心がＡＣサーボモータのロータに連結され
、ロータと連動して回転するようになっている。また、
磁気記録媒体１０には、円軌道に沿って、メイントラッ
クｌが形成されている。このメイントラック１には、一
定波長λの正弦波状の磁気情報が繰り返し記録されてい
る。そして、この磁気情報を検出するためのメイントラ
ック用磁気センサ２ａおよび２ｂが、メイントラックｌ
に対向配置されている。

第７図は、従来のロータリエンコーダの構成を示したも
のである。この図において、メイントラック用磁気セン
サ２ａおよび２ｂは、ガラス基板上に磁気抵抗素子が形
成されてなる。ここで、磁気抵抗素子は、磁界中に置か
れた場合、その磁界の強さに応じて固有抵抗が変化する
現象、いわゆる磁気抵抗効果が生じる素子材料によって
構成されており、この磁気抵抗効果を利用して、メイン
トラック１上に記録された正弦波状磁気情報が読み取ら
れろ。また、磁気センサ２ａおよび２ｂは、互いに（ｋ
±１７４）λ（ｋは整数）離間してメイントラックｌに
対向配置されている。そして、メイントラックｌは、磁
気センサ２ａおよび２ｂに対して、Ｍ方向（第６図およ
び第７図における矢印Ｍ）に移動自在になっている。そ
して、磁気センサ２ａおよび２ｂの磁気抵抗素子パター
ンはメイントラック１から受ける磁界によって抵抗値が
変化し、この結果、磁気センサ２ａおよび２ｂからは磁
気スケールｌとの位置関係に応じたレベルの信号が得ら
れる。すなわち、メイントラック１上の正弦波状磁気情
報１周期の区間をθ＝０〜２πとすると、磁気センサ２
ａからはｓｉｎθ、磁気センサ２ｂからはＣＯＳθのレ
ベル信号が得られる。そして、メイントラックｌが磁気
センサ２ａおよび２ｂに対して移動すると、それに伴っ
て磁気センサ２ａおよび２ｂから位相がπ／２ずれた２
相の変位検出信号ｓｉｎθ（Ａ相）およびｃｏｓθ（Ｂ
相）が得られる。

次に、３は分割回路であり、Ａ／Ｄ変換器３ａおよび３
ｂと、角度算出部３Ｃとからなる。Ａ／Ｄ変換器３ａで
は、ＡＩ：目検出信号（ｓｉｎθ）ｈ＜Ａ／Ｄ変換され
、デジタルデータＤａが出力される。また、Ａ／Ｄ変換
器３ｂでは、Ｂ相検出信号（ｃｏｓθ）がＡ／Ｄ変換さ
れ、デジタルデータＤｂが出力される。

そして、ｒハ度算出部３Ｃでは、これらデジタルデータ
ＤａおよびＤｂから、角度データθが算出されて出力さ
れる。ここで、角度データθは、メイントラックｌの１
磁化区間内における磁気センサ２ａあるいは２ｂの位置
を示す。

次に、４は磁極計数回路であり、波形整形回路４１．４
２および４３と、方向判別回路４４と、カウンタ４５と
からなる。波形整形回路４１および４２ては、各々ＡＩ
およびＢ相の検出信号が、波形整形されて出力される。

この場合、波形整形回路４１．４２の出力信号ＰＩ　Ｐ
ｔは、第８図に示すように、お互いに位相がπ／２ずれ
た矩形波となり、また、磁気記録媒体ｌＯの回転方向が
正方向の場合は、パルスＰ、が進み、負方向の場合は、
パルスＰ２が進むようになっている。そして、方向判別
回路４４では、例えば、パルスＰ１の立ち上がり時にパ
ルスＰ、のレベルが“Ｈ″か“Ｌ″かによって方向が判
別される。この方向判別回路４４の出力信号Ｓｖは、カ
ウンタ４５のアップダウン切り換え端子Ｕ／Ｄに供給さ
れる。そして、カウンタ４５では、信号Ｓｗによってア
ップかダウンに切り換えられながら、パルスＰ１がカウ
ントされる。この例では、磁気記録媒体ｌＯが正方向に
回転している時にアップカウント、負方向に回転してい
る時にダウンカウントが行われるようになっている。ま
た、図示してない原点検出用センサが原点位置を通過す
る毎に、その原点位置において原点信号Ｓｚが検出され
、これが波形整形回路４３を介した後に原点パルスＰｚ
となりカウンタ４５のリセット端子Ｒに供給されるよう
になっている。この結果、カウンタ９は、原点検出用セ
ンサが原点位置に達する海にリセットされる。従って、
カウンタ４５のカウント値Ｎは、磁気センサ２　ａ、　
２　ｂの現在位置と原点位置との間において、磁気セン
サ２ａ、２ｂが通過した磁気スケール１上の磁化区間の
数（磁極数）に対応する値となる。そして、このカウン
タ４５のカウント！！Ｎと、角度算出部３ｃの角度デー
タθとが、デジタル変位データＤ　ｏｕｔとして出力さ
れる。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、ＡＣサーボモータにおいては、ステータ巻線
にロータの回転角に応じた電流が供給され、この結果、
ステータに発生される磁界によってロータを回転するよ
うになっている。従って、ＡＣサーボモータは、ステー
タ電流を決定するために、ロータの回転角の検出手段を
必要とする。

しかしながら、上述した従来のロータリエンコーダは、
磁気センサからの検出信号を計数することによって現時
点における回転角を検出するので、基準位置において計
数値を０にセットしない限り、回転角は不定であり、ス
テータ電流を決定することができない。この対策として
、ロータに取り付けられた磁気記録媒体にロータ位置が
検出できるような長い波長の磁気情報を記録しておき、
この磁気情報を検出することによってロータ位置を検出
することが考えられるが、例えば磁気記録媒体に１回転
１波長といった長い波長の磁気情報を記録することは困
難である。また、たとえそれが可能であっても、記録さ
れた磁気情報を検出するためには磁気センサの寸法を磁
気情報の記録波長に合わせる必要があり、このため磁気
センサが大型になってしまうという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、ロー
タ位置を検出することが可能なＡＣサーボモータ用〔７
−ク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、ロータと連動して回転する磁気記録媒体を
有し、該磁気記録媒体から検出される磁気情報により、
該ロータのステータに対する回転色を検出するＡＣサー
ボモータ用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形成された少
なくとも１本のトラックからなり、各トラックには括学
位置からの角度に応じたデジタルデータに対応する磁気
情報が記録されてなるロータ検出用トラックと、 前記ロータ検出用トラックにおける各トラツタに対向配
置され、各トラックの着磁状態に応したデジタルデータ
を出力するロータ検出トラック用磁気センサと を具備することを特徴としている。

「作用」 上記構成によれば、ロータ検出用トラックに記録された
磁気情報がロータ検出用磁気センサによって読み取られ
、ロータ位置に対応する検出信号が得られる。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は、この発明の第１の実施例によるＡＣザーポ゛
モータ用ロータリエンコーダとＡＣサーボモータとを示
す構成図であり、第１図（ａ）はその平面図、第１図（
ｂ）は旧断面図である。磁気記録媒体ｌＯはンヤフト１
０ａによってＡＣサーボモータのロータｌＯｂに連結さ
れている。また、ＡＣサーボモータにおいて、ロータｆ
ｏｂはステータ１０ｃに対して自在に回転するようにな
っている。磁気記録媒体ＩＯには、同心円状の軌道に沿
ってメイントラックｌおよびロータ検出用トラックＩＩ
Ｓ　１２．１３が各々形成されている。メイントラック
ｌには一定波長λの正弦波状磁気情報が繰り返し記録さ
れている。そして、この正弦波状磁気情報はメイントラ
ックｌに対向配置された磁気センサ２ａおよび２ｂによ
って読み取られるようになっている。

次に、ロータ検出用トラック１１，１２．１３について
説明する。この実施例におけるＡＣサーボモータの場合
、ステータｌｏｃ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１０ｃに供給４−る電流を決
定するためには、ロータ１０１）のステータｌｏｃに対
する角度を６０°の精度で検出４°る必要がある。第１
図（ａ）において、ロータ検出用トラック１１．＋２．
１３におけろ黒塗りの領域にはデジタルデータ“１”に
対応する磁気情報が、白塗りの領域にはデジタルデータ
“０”に対応する磁気情報が記録されている。そして、
これらロータ検出用トラック１１．１２．１３には、ロ
ータ検出トラック用磁気センサ２１．２２．２３が各々
対向配置されており、これらの磁気センサによってトラ
ックに記録された磁気情報が読み取られ、ロータｌｏａ
のステータｌｏｃに対する回転角度が６０°の精度で得
られるようになっている。

第２図は、メイントラック用磁気センサ２ａおよび２ｂ
と、ロータ検出トラック用磁気センサ２１．２２．２３
の構成図である。まず、メイントラック用磁気センサ２
ａおよび２ｂについて説明する。メイントラック用磁気
センサ２ａは、メイントラックｌと直交する４本の棒状
部分を有する磁気抵抗素子１．＋ａによって構成されて
おり、各棒状部分はｍλ、（ｎ±１７２）λ、ｍλ（ｍ
、　ｎは整数）離間している。また、磁気抵抗素子Ｌｅ
ａは一端が電源Ｖｃｃに接続され、他端が接地されてお
り、中点がＡ相信号出力端となっている。メイントラッ
ク用磁気センサ２ｂは、磁気抵抗素子Ｌｅａと同一形状
の磁気抵抗素子り、ｂによって構成されている。この磁
気抵抗素子り、ｂは磁気抵抗素子Ｌｅａに対して（ｋ±
ｌ／４）λ（ｋは整数）離間して配置されている。そし
て、メイントラックｌが、これら磁気センサ２ａ、２ｂ
に対して移動すると、磁気センサ２ａからは正弦波の変
位検出信号が得られ、磁気センサ２ｂからはそれとπ／
２位相のずれｌこ余弦波の検出信号が得られる。

次に、ロータ検出トラック用磁気センサ２１．２２．２
３について説明する。磁気センサ２３は、磁気抵抗素子
Ｌ＋＊ａおよびＬＩ３ｂと、これらの磁気抵抗素子と同
一の抵抗値であり、かつ、同一の温度係数を有する基準
抵抗Ｒｒｅｆとでブリッジ回路を構成し、その出力を差
動アンプ２３Ａの入力端に接続してなる。ここで、磁気
抵抗素子Ｌ　１３ａおよびＩ−＋３ｂは、メイントラッ
ク用磁気センサを構成する磁気抵抗素子Ｌ＋ａおよびＬ
＋ｂと同一形状であり、各々はｍλ（ｍは整数）たけ離
間してロータ検出用トラック１３に対向配置されている
。このロータ検出磁気センサ２３は、直下のロータ検出
用トラック１３から受ける磁界か変化すると、差動アン
プ２３Ａから検出信号Ｓ２３を出力する。すなわち、磁
気センサ２３が受けろ磁界が変化すると、これに伴い、
磁気抵抗素子Ｌ＋３ａおよびＬ＋３ｂの抵抗値が変化す
る。この結果、ブリッジ回路の２出力間に電位差が変化
し、この電位差が差動アンプ２３Ａによって増幅され、
検出信号Ｓ２３として出力される。なお、磁気センサ２
１．２２の構成および動作は、磁気センサ２３と同様で
あるので説明を省略する。

第３図は、この発明の第１の実施例によるＡＣサーボモ
ータ用ロータリエンコーダの構成図である。なお、この
図において、前述した第７図と対応する部分には同一の
符号を付し、その説明を省略する。５１，５２．５３は
波形整形回路であり、各々ロータ検出トラック用磁気セ
ンサ２１．２２．２３から出力される検出信号５２１１
Ｓ２２、Ｓ２３を波形整形し、デジタル信号Ｐ２１．Ｐ
２２、Ｐ２３を出力する。６０はステータ電流制御回路
であり、前述のデジタル信号Ｐ２１．Ｐ２２、Ｐ２３お
よびロータの目標回転角度等を示す制御情報を受け、ス
テータ電流アンプ６１に制御信号を出力する。ステータ
電流アンプ６１は、ステータ電流制御回路６０から供給
される制御信号に基づいてステータ巻線６２に電流を供
給する。

次に、このＡＣサーボモータ用ロータリエンコーダの動
作を説明する。第１図（ａ）、（ｂ）において、ロータ
ｔｏｂが回転すると、これと連動して磁気記録媒体１０
が回転する。そして、メイントラック用磁気センサ２ａ
および２ｂ、ロータ検出トラック用磁気センサ２１．２
２．２３からは、この回転に応じた検出信号か得られる
。第４図は、第１図（ａ）におりて磁気記録媒体ＩＯが
基準位置から時計側りに１回転した場合に得られる検出
信号を示したものである。この図に示すように、メイン
トラック用磁気センサ２ａからはメイントラック１にお
ける記録波長に応じた正弦波状検出信号（Ａ相）が得ら
れる。一方、ロータ検出トラック用磁気センサ２１，２
２．２３からは、ロータｌＯｂの回転α１度に応した検
出信号Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が得られる。すなわち、
検出信号Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３は、ロータ１０ｂの回
転角度が６０ＸＮ’（Ｎは整数）になる毎にいずれかが
変化する。

そして、この検出信号５２１−９２３によって、現時点
におけるロータ１０ｂの基準位置からの回転角度が６０
°の精度で示される。

第３図において、ロータ検出トラック用磁気センサ２１
〜２３から得られた検出信号Ｓ２１−９２３は波形整形
回路５１〜５３によって波形整形され、デジタル信号Ｐ
２１−Ｐ２３としてステータ電流制御回路６０に供給さ
れる。そして、ステータ電流制御回路６０では、デジタ
ル信号Ｐ２１〜Ｐ２３が示すロータ１０ｂの回転角度お
よび制御情報が示す目標回転角度に基づいてステータ電
流が決定され、ステータ電流アンプ６１に制御信号が供
給される。そして、ステータ電流アンプ６１は、この制
御信号に基づいてステータ電流をステータ巻線６２に供
給する。このようにして、ステータ巻線に供給する電流
がロータｌＯｂの回転ｆＬ１度に応じて制御され、ロー
タｌＯｂの回転が制御される。

次に、この発明の第２の実施例について説明する。第５
図は、第２の実施例によるＡＣサーボ用ロータリエンコ
ーダおよびＡＣサーボモータの外観を示す斜視図である
。このロータリエンコーダは、ドラム状の磁気記録媒体
＋００を有する。そして、この磁気記録媒体１００の側
面にメイントラック１０１．ロータ検出用トラック１１
１−１１３が形成されている。そして、第１実施例と同
様、これらのトラックに対向して、メイントラック用磁
気センサ２ａおよび２ｂ、ロータ検出トラック用磁気セ
ンサ２１〜２３が配置されている。このロータリエンコ
ーダの動作は前述した第１の実施例と同様であり、ここ
での重複した説明は省略する。

「発明の効果」 以北説明したように、この発明によれば、ＡＣザーポモ
ータ用クロータリエンコーダ対し、磁気記録媒体の所定
の円軌道に沿って形成された少なくとら１本のトラック
からなり、各トラックには法皇位置からの角度に応じた
デジタルデータに対応４−る磁気情報が記録されてなる
ロータ検出用、トラックと、前記ロータ検出用トラック
における各トラックに対向配置され、各トラックの着磁
状態に応じたデジタルデータを出力するロータ検出トラ
ック用磁気センサとを設けたので、ロータ検出トラック
用磁気センサから得られるデジタルデータのみにより、
ロータのステータに対する回転角度を検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例によるＡＣサーボモー
タ用ロータリエンコーダおよびＡＣＣサーモータの構成
を示す図であり、第１図（ａ）は平面図、第１図（ｂ）
は正断面図であり、第２図は同実施例におけるメイント
ラック用磁気センサ２ａ４；よび２ｂ、ロータ検出トラ
ック用磁気センサ２１〜２３の構成図、第３図は同実施
例におけるＡＣサーボモータ用ロータリエンコーダの全
体の構成図、第４図は同実施例における検出信号の波形
図、第５図はこの発明の第２の実施例によるＡＣザーボ
モータ用ロータリエンコーダおよびＡＣサーボモータの
外観を示す斜視図、第６図は従来のロータリエンコーダ
における磁気記録媒体の構成を示す平面図、第７図は従
来のロータリエンコーダの構成図、第８図は第７図にお
ける波形整形回路４１および４２の出力信号の波形図で
ある。 ラック、２１〜２３・・・・・ロータ検出トラック用磁
気センサ、１０．１００　　・・磁気記録媒体、１０ｂ
・・・・・ロータ、ＩＯｃ・・・・・・ステータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ロータと連動して回転する磁気記録媒体を有し、該磁気
   記録媒体から検出される磁気情報により、該ロータのス
   テータに対する回転角を検出するＡＣサーボモータ用ロ
   ータリエンコーダにおいて、前記磁気記録媒体の所定の
   円軌道に沿って形成された少なくとも１本のトラックか
   らなり、各トラックには基準位置からの角度に応じたデ
   ジタルデータに対応する磁気情報が記録されてなるロー
   タ検出用トラックと、 前記ロータ検出用トラックにおける各トラックに対向配
   置され、各トラックの着磁状態に応じたデジタルデータ
   を出力するロータ検出トラック用磁気センサと を具備することを特徴とするＡＣサーボモータ用ロータ
   リエンコーダ。