JPH03284193A - Encoder - Google Patents

Encoder

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Publication number
JPH03284193A
JPH03284193A JP8003590A JP8003590A JPH03284193A JP H03284193 A JPH03284193 A JP H03284193A JP 8003590 A JP8003590 A JP 8003590A JP 8003590 A JP8003590 A JP 8003590A JP H03284193 A JPH03284193 A JP H03284193A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
pole teeth
optical
rotor
motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8003590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sei Minegishi
峰岸 聖
Kozo Togashi
富樫 広三
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Lighting and Technology Corp
Original Assignee
Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Lighting and Technology Corp filed Critical Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority to JP8003590A priority Critical patent/JPH03284193A/en
Publication of JPH03284193A publication Critical patent/JPH03284193A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the resolution of an encoder by emitting light through an optical system from a light-emitting element to rotor pole teeth in a motor, and sending the reflected optical signal to a photodetector through an optical system. CONSTITUTION:Optical fibers 12 are extended outside from the housing 3 of a stepping motor 1. One of the fibers is connected to a light-emitting element 14 such as a light-emitting diode or laser diode, while the other is connected to a photodetector 15 such as phototransistor or photodiode. The light output from the light-emitting element 14 is introduced through an optical transmission system 10 to the inside of the motor housing 3. The light is then emitting to rotor pole teeth 7a through an output end 12A, and an optical signal reflected from a pole teeth 7a is detected at a receiving end 12b in a predetermined position. The optical signal is transmitted to the photodetector 15 through an optical transmission system.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的コ (産業上の利用分野) 本発明はエンコーダに係り、特にステッピングモータの
回転角度をロータ極歯を利用して検出するようにしたエ
ンコーダに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to an encoder, and particularly to an encoder that detects the rotation angle of a stepping motor using rotor pole teeth.

(従来の技術) 一般にステッピングモータは入力パルス信号に応じた回
転角度だけ回転できるので、間欠駆動源として適してお
り、近年、各種OA機器の送り機構の駆動用等に広く利
用されている。
(Prior Art) In general, stepping motors can rotate by a rotation angle corresponding to an input pulse signal, so they are suitable as an intermittent drive source, and have been widely used in recent years to drive feed mechanisms of various OA equipment.

このステッピングモータは駆動回路からのパルス信号の
みでステップ角度を適宜設定できるので、ロータの回転
角を検出するためのセンサ等を使用しないオープンルー
プ制御が可能である。このためモータ駆動系全体を簡単
かつ安価に製造することができるという利点を有してい
る。
Since this stepping motor can appropriately set the step angle using only pulse signals from the drive circuit, open-loop control is possible without using a sensor or the like to detect the rotation angle of the rotor. Therefore, it has the advantage that the entire motor drive system can be manufactured easily and at low cost.

ところで、オープンループ制御ではステッピングモータ
の負荷トルクが大きすぎたり、パルス周波数が高すぎる
場合には脱調してしまい、復帰が困難になるという問題
がある。この問題を解決するためには、センサで回転角
度を検出し、脱調を監視制御できるクローズトループ制
御とすればよい。
However, open loop control has a problem in that if the load torque of the stepping motor is too large or the pulse frequency is too high, it will step out and it will be difficult to recover. In order to solve this problem, a sensor may be used to detect the rotation angle and a closed loop control that can monitor and control step-out may be used.

このクローズトループ制御に用いられる角度検出センサ
には一般にホール素子やロータリーエンロータが知られ
ている。
Hall elements and rotary enrotors are generally known as angle detection sensors used for this closed loop control.

第3図はホール素子の装着されたステッピングモータを
示しており、図中符号20はモータのハウジングを示し
ている。このハウジング20の内面のロータ21の近傍
にはPC板22が固着されている。そして、このPC板
22のロータ極歯21aに対向するようにホール素子2
3が固着されている。このホール素子23はロータ21
の磁石あるいは磁性体が近づいて磁束が変化するのを検
知し、所定の回転角度を検出することができる。
FIG. 3 shows a stepping motor equipped with a Hall element, and reference numeral 20 in the figure indicates a housing of the motor. A PC board 22 is fixed to the inner surface of the housing 20 near the rotor 21. Then, the Hall element 2 is placed so as to face the rotor pole teeth 21a of this PC board 22.
3 is fixed. This Hall element 23 is the rotor 21
It is possible to detect a predetermined rotation angle by detecting changes in magnetic flux as a magnet or magnetic body approaches.

この他、ロータリーエンコーダはモータの外側位置で回
転軸に同軸的に装着されたスリット円板あるいは周縁部
が帯磁された円板と、この円板の回転角度を検出できる
フォトインタラプタのような光学センサあるいは磁気セ
ンサから構成されている。
In addition, a rotary encoder consists of a slit disk or a disk whose peripheral edge is magnetized, which is attached coaxially to the rotating shaft at a position outside the motor, and an optical sensor such as a photointerrupter that can detect the rotation angle of this disk. Alternatively, it is composed of a magnetic sensor.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、上述のホール素子では使用している磁石
の影響によりロータの磁束が広がって分解能が低下して
しまう。このためロータの極歯ピッチが小さいステッピ
ングモータでは高精度の角度検出が困難であるという問
題がある。この問題を解決するためにホール素子に代え
て磁気抵抗素子(MR素子)を利用することもできるが
、この磁気抵抗素子は高価で上記ホール素子と同様にP
C板等をモータ内に設けなければならずモータの小形化
が図れないという問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above-described Hall element, the magnetic flux of the rotor spreads due to the influence of the magnet used, resulting in a decrease in resolution. For this reason, there is a problem in that highly accurate angle detection is difficult in a stepping motor whose rotor has a small pitch of pole teeth. In order to solve this problem, a magnetoresistive element (MR element) can be used in place of the Hall element, but this magnetoresistive element is expensive and has the same P as the Hall element.
There is a problem in that a C plate or the like must be provided inside the motor, making it impossible to downsize the motor.

一方、エンコーダはスリット円板等をモータの外側に取
付けて使用するが、取付けの際、モータ内部のロータ極
歯との相対角度位置の割出しが難しく、円板とロータ極
歯とがわずかにずれても回転角度を誤検出してしまうと
いう問題がある。
On the other hand, encoders are used by attaching a slit disk etc. to the outside of the motor, but when installing it, it is difficult to determine the relative angular position with the rotor pole teeth inside the motor, and the disk and rotor pole teeth are slightly Even if there is a deviation, there is a problem that the rotation angle will be detected incorrectly.

そこで、本発明の目的は、ステッピングモータ等におい
て、上述した従来の技術が有する問題点を解消し、部品
点数が少なくてずみ、高い分解能を発揮するエンコーダ
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an encoder for a stepping motor or the like that eliminates the problems of the above-mentioned conventional techniques, requires fewer parts, and exhibits high resolution.

〔発明の構成〕[Structure of the invention]

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために、本発明は、発光素子からの
光出力を光伝送系を通じてモータのハウジング内に導き
、発光端をロータ極歯に対向するように配置し、上記ロ
ータ極歯に向けて光出力する発光部と、上記ロータ極歯
に反射した光信号を受光する受光端を有するとともに、
光伝送系を介して受光素子に上記光信号を伝送する受光
部からなることを特徴とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention guides the light output from the light emitting element into the housing of the motor through the optical transmission system, so that the light emitting end faces the rotor pole teeth. and a light-emitting part that outputs light toward the rotor pole teeth, and a light-receiving end that receives the optical signal reflected by the rotor pole teeth,
It is characterized by comprising a light receiving section that transmits the optical signal to a light receiving element via an optical transmission system.

(作 用) 本発明によれば、発光素子からの光出力を光伝送系を通
じてモータのハウジング内に導き、ロタ極歯に対向する
ように配置された発光端から上記ロータ極歯に向けて光
線を照射し、上記ロータ極歯に反射した光信号を所定位
置に設けられた受光端で受光し、この光信号を光伝送系
を介して受光素子に伝送するようにしたので、低コスト
で分解能の高いエンコーダをステッピングモータに設け
ることができる。
(Function) According to the present invention, the light output from the light emitting element is guided into the housing of the motor through the optical transmission system, and the light beam is directed from the light emitting end arranged to face the rotor pole teeth to the rotor pole teeth. The optical signal reflected on the rotor pole teeth is received by a light receiving end provided at a predetermined position, and this optical signal is transmitted to the light receiving element via an optical transmission system, which enables high resolution at low cost. A stepping motor can be provided with a high encoder.

(実施例) 以下本発明によるエンコーダの一実施例を第1図及び第
2図を参照して説明する。
(Embodiment) An embodiment of the encoder according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は通常のHB型のステッピングモータを示してお
り、このステッピングモータ1のロータ2はハウジング
3に装着された軸受4に軸支されたシャフト5と、この
シャフト5に嵌挿された軸方向着磁の永久磁石6と、こ
の永久磁石6の外周に積層固着された電磁軟鋼板のロー
タ鉄心7とから構成されている。このロータ鉄心7の表
面には多数の極歯7aが形成されている。
FIG. 1 shows a normal HB type stepping motor, and the rotor 2 of this stepping motor 1 includes a shaft 5 supported by a bearing 4 mounted on a housing 3, and a shaft inserted into the shaft 5. It is composed of a directionally magnetized permanent magnet 6 and a rotor core 7 made of electromagnetic mild steel plates laminated and fixed on the outer periphery of the permanent magnet 6. A large number of pole teeth 7a are formed on the surface of this rotor core 7.

一方、上記ハウジング3の内面には電磁軟鋼板を積層し
て形成されたステータ鉄心8が固着されている。このス
テータ鉄心8の内面には上記ロータ鉄心7の極歯7aと
対向するような極歯8aが形成されており、スロット9
が所定の間隔で形成されている。このスロット9の位置
のステータ鉄心8の回りに励磁巻線10が巻回されてい
る。このステッピングモータの基本ステップ角度はこの
励磁巻線への励磁方式と上記極歯ピッチとにより設定す
ることができる。
On the other hand, a stator core 8 formed by laminating electromagnetic mild steel plates is fixed to the inner surface of the housing 3. Pole teeth 8a facing the pole teeth 7a of the rotor core 7 are formed on the inner surface of the stator core 8, and slots 9 are formed on the inner surface of the stator core 8.
are formed at predetermined intervals. An excitation winding 10 is wound around the stator core 8 at this slot 9 position. The basic step angle of this stepping motor can be set by the excitation method for this excitation winding and the above-mentioned pole tooth pitch.

本実施例において、ロータ鉄心7は極歯数Nr−50で
、歯ピッチθ=7.2°に設定されており、隣接するス
テータ鉄心8の励磁巻線10の励磁力法により分解能を
向上させることができる。
In this embodiment, the rotor core 7 has the number of pole teeth Nr-50 and the tooth pitch θ=7.2°, and the resolution is improved by the excitation force method of the excitation winding 10 of the adjacent stator core 8. be able to.

このとき、上記軸受4を保持しているハウジング面には
2個の細径の取付孔11が設けられている。この取付孔
1]は上記ロータ鉄心7の極歯7aに対向する位置に穿
設されている。そして、この取付孔11にはそれぞれ光
ファイバ12が嵌挿されており、この光ファイバ12の
先端は樹脂製のホルダ13に支持固定されながら上記ロ
ータ鉄心7の極歯位置7aの近傍まで延出されている。
At this time, two small-diameter mounting holes 11 are provided in the housing surface holding the bearing 4. This mounting hole 1] is bored at a position facing the pole teeth 7a of the rotor core 7. Optical fibers 12 are fitted into each of the mounting holes 11, and the tips of the optical fibers 12 extend to the vicinity of the pole tooth position 7a of the rotor core 7 while being supported and fixed to a resin holder 13. has been done.

この光ファイバ12の先端はセンサーヘッドあるいは光
ガイドとして利用できるように研磨加工されており、上
記2本のうち、一方の先端は発光端12Aとして、他方
は受光端12Bとして利用できるようになっている。
The tip of this optical fiber 12 is polished so that it can be used as a sensor head or a light guide, and one of the two tips can be used as a light emitting end 12A and the other as a light receiving end 12B. There is.

すなわち、上記光ファイバ12は上記ステッピングモー
タ1のハウジング3から外部に延長され、1本は発光ダ
イオード、レーザダイオード等の発光素子14に接続さ
れており、もう1本はフォトトランジスタやフォトダイ
オード等の受光素子15に接続されている。
That is, the optical fiber 12 is extended to the outside from the housing 3 of the stepping motor 1, one of which is connected to a light emitting element 14 such as a light emitting diode or a laser diode, and the other is connected to a light emitting element 14 such as a phototransistor or photodiode. It is connected to the light receiving element 15.

次に第2図により本発明によるエンコーダを用いた回転
角度の検出部の詳細を説明する。
Next, details of a rotation angle detection section using an encoder according to the present invention will be explained with reference to FIG.

第2図はステータ鉄心8とロータ鉄心7の一部と、ロー
タ鉄心の近傍に設置された光センサの発光端12A及び
受光端12Bを示している。この発光端]、2Aと受光
端1.2 Bとは所定の指向特性を有するので、光出力
の及ぶ発光領域と受光可能な感度領域との重複領域内に
ロータ極歯7aを位置させている。したがって、上記発
光端12Aと受光端12Bとは所定の角度をなすように
ハウジング3に固着されている。
FIG. 2 shows a portion of the stator core 8 and the rotor core 7, as well as a light emitting end 12A and a light receiving end 12B of an optical sensor installed near the rotor core. Since the light-emitting end], 2A and the light-receiving end 1.2B have predetermined directional characteristics, the rotor pole teeth 7a are located within the overlapping region of the light-emitting region where the light output extends and the sensitive region where light can be received. . Therefore, the light emitting end 12A and the light receiving end 12B are fixed to the housing 3 so as to form a predetermined angle.

本発明は以上のように構成されているので、第2図に示
したように一定の回転速度で回転しているロータ7の極
歯位置7aに発光端12Aから照射された連続光は一定
のタイミングで上記極歯7aに反射し、パルス波として
受光端12Bに受光される。そしてこのパルス波を光フ
ァイバ12を介して受光素子15に伝送し、その後、増
幅器、波形整形器を通して所定のパルス信号に変換する
Since the present invention is configured as described above, the continuous light irradiated from the light emitting end 12A to the pole tooth position 7a of the rotor 7 rotating at a constant rotation speed as shown in FIG. The light is reflected by the pole teeth 7a at the right timing and is received by the light receiving end 12B as a pulse wave. This pulse wave is then transmitted to the light receiving element 15 via the optical fiber 12, and then converted into a predetermined pulse signal through an amplifier and a waveform shaper.

以上により上記パルス信号と極歯数とからステッピング
モータの回転角度を検出することができる。
As described above, the rotation angle of the stepping motor can be detected from the pulse signal and the number of pole teeth.

なお、上記光センサは複数組をロータ極歯位置に所定間
隔をあけて配置することにより偏差を打ち消すことがで
き、この結果回転角度の検出精度を高めることができる
Incidentally, by arranging a plurality of sets of the above-mentioned optical sensors at predetermined intervals at the positions of the rotor pole teeth, the deviation can be canceled out, and as a result, the detection precision of the rotation angle can be improved.

また、本発明によるエンコーダは、上述のようなロータ
極歯を有するステッピングモータに限らず、ロータに励
磁巻線用のスロットか形成されている他の型式のモータ
にも適用できる。すなわち、上記モータにおいて回転す
るロータに照射された連続光は上記スロット位置を透過
するので、この反射光をパルス波として検出することが
でき、このパルス信号によりモータ回転数等の検出をす
ることも可能となる。
Furthermore, the encoder according to the present invention is applicable not only to the stepping motor having rotor pole teeth as described above, but also to other types of motors in which the rotor has slots for excitation windings. In other words, since the continuous light irradiated onto the rotating rotor of the motor passes through the slot position, this reflected light can be detected as a pulse wave, and the motor rotation speed etc. can be detected using this pulse signal. It becomes possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、発光
素子からの先山力を光伝送系を通じてモータ内の発光端
から上記ロータ極歯に向けて光線を照射し、上記ロータ
極歯に反射した光信号を受光端で受光し、この光信号を
光伝送系を介して受光素子に伝送するようにしたので、
ステッピングモータ等において、構造が簡単で、高い分
解能を発揮するエンコーダを装備することができる等の
効果を奏する。
As is clear from the above description, according to the present invention, a light beam is irradiated from the light emitting end in the motor toward the rotor pole teeth using the leading force from the light emitting element through the optical transmission system, and the light beam is directed toward the rotor pole teeth. The reflected optical signal is received at the light-receiving end, and this optical signal is transmitted to the light-receiving element via the optical transmission system.
In a stepping motor or the like, the structure is simple and an encoder exhibiting high resolution can be installed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるエンコーダの一実施例を示した横
断面図、第2図は本発明によるエンコーダでの検出状況
の一実施例を示した斜視図、第3図は従来の回転角度検
出センサーの一例を示した横断面図である。 1・・・ステッピングモータ、2・・ロータ、3・・・
ハウジング、5・・・シャフト、6・・・永久磁石、7
・・・ロータ鉄心、8・・・ステータ鉄心、12・・・
光ファイバ、14・・・発光素子、15・・・受光素子
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the encoder according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing an embodiment of the detection situation with the encoder according to the present invention, and FIG. 3 is a conventional rotation angle detection method. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a sensor. 1...Stepping motor, 2...Rotor, 3...
Housing, 5... Shaft, 6... Permanent magnet, 7
...Rotor core, 8...Stator core, 12...
Optical fiber, 14... light emitting element, 15... light receiving element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  発光素子からの光出力を光伝送系を通じてモータのハ
ウジング内に導き、発光端をロータ極歯に対向するよう
に配置し、上記ロータ極歯に向けて光出力する発光部と
、上記ロータ極歯に反射した光信号を受光する受光端を
有するとともに、光伝送系を介して受光素子に上記光信
号を伝送する受光部からなることを特徴とするエンコー
ダ。
a light emitting section that guides light output from the light emitting element into the motor housing through an optical transmission system, has a light emitting end facing the rotor pole teeth, and outputs light toward the rotor pole teeth; and the rotor pole teeth. What is claimed is: 1. An encoder comprising: a light receiving end that receives an optical signal reflected by a light receiving element; and a light receiving section that transmits the optical signal to a light receiving element via an optical transmission system.
JP8003590A 1990-03-28 1990-03-28 Encoder Pending JPH03284193A (en)

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