JPH05107016A - 角度信号発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転位置を示すデータを得るための装置の構
造を簡単にする。 【構成】 円環状の第１の抵抗体８に第１及び第２の固
定電極９、１０を１８０度間隔で接続する。第１の抵抗
体８の対向する２箇所を短絡しつつ回転する第１の可動
電極１１を設ける。円環状の第２の抵抗１４に第３及び
第４の固定電極１５、１６を１８０度間隔で設ける。第
２の抵抗体１４の対向する２箇所を短絡しつつ回転する
第２の可動電極１７を設ける。第１及び第２の固定電極
９、１０と第３及び第４の固定電極１５、１６との間に
角度差をつける。第２及び第４の電極１０、１６を固定
抵抗Ｒa1、Ｒa2を介して電圧源３に接続する。第２及び
第４の固定電極１０、１６の電圧Ｖ1 、Ｖ2 の大小関係
によって角度範囲を決定し、Ｖ1 とＶ2 とのいずれかに
よって角度を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータに角度位
置データを与えるために好適な角度信号発生装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】角度位
置データを発生させるための装置として光学式ロータリ
ー・エンコーダや抵抗式ロータリー・エンコーダが知ら
れている。しかし、前者の光学式ロータリー・エンコー
ダは、角度位置を示すようにコード化された精密なスリ
ットを持つ円板とスリットの有無を検出するための発光
ダイオード及びフォトトランジスタとを使用するために
構成が複雑になり、且つ高価になった。後者の抵抗式ロ
ータリー・エンコーダは、角度位置に対応する抵抗値を
有する複数の抵抗体を配置し、可動電極の回転によって
抵抗の変化を検出し、これをＡ／Ｄ変換することによっ
て角度位置データを得るように構成されている。この抵
抗式ロータリー・エンコーダは抵抗体の形成が複雑であ
り、且つ高い信頼性を得ることができなかった。角度位
置データ発生装置として回転型可変抵抗器を使用し、基
準角度（零度）に対応させて円環状抵抗体に切れ目を入
れ、この切れ目に隣接する抵抗体の一端と可動電極（可
動接触子）との間の抵抗値変化によって可動電極の角度
位置を検知する方式がある。この可変抵抗器を使用する
方式は構成が簡単であるという特長を有する半面、長時
間回転させると、角度位置の基準としての切れ目の部分
が損傷し、信頼性に乏しいという欠点を有する。この他
に、ロータリー・スイッチ型のエンコーダがあるが、多
くの接点を使用しているためにチャタリングが発生した
り、大きな回転モーメントが必要になる。

【０００３】そこで本発明の目的は構成が簡単であり且
つ耐久性に優れている角度信号発生装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、円環状に形成され且つ切れ目を有さない抵
抗体と、前記抵抗体の第１の角度位置に接続された第１
の固定電極と、前記第１の角度位置に対して１８０度の
角度差を有する前記抵抗体の第２の角度位置に接続され
た第２の固定電極と、前記抵抗体の直径方向において対
向する２箇所を短絡しつつ前記抵抗体上をエンドレスに
移動することができるように配設された可動短絡体と、
前記第２の固定電極に接続された固定抵抗Ｒa と、前記
第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の合成抵抗
Ｒb と前記固定抵抗Ｒa との直列回路に電圧を印加する
ための電源手段と、前記第１の固定電極と前記第２の固
定電極との間の電圧を測定する電圧測定器と、前記電圧
測定器から得られた測定電圧値に基づいて前記可動電極
の角度位置を示す信号を得る角度位置判定装置とを備え
た角度信号発生装置に係わるものである。

【０００５】なお、請求項２に示すように、角度信号発
生装置を、円環状に形成され且つ切れ目を有さない第１
の抵抗体と、前記第１の抵抗体の第１の角度位置に接続
された第１の固定電極と、前記第１の角度位置に対して
１８０度の角度差を有する前記第１の抵抗体の第２の角
度位置に接続された第２の固定電極と、前記第１の抵抗
体の直径方向において対向する２箇所を短絡しつつ前記
第１の抵抗体をエンドレスに移動することができるよう
に配設された第１の可動短絡体と、円環状に形成され且
つ切れ目を有さない第２の抵抗体と、前記第２の抵抗体
における前記第１及び第２の角度位置と異なる第３の角
度位置に接続された第３の固定電極と、前記第３の角度
位置に対して１８０度の角度差を有する前記第２の抵抗
体の第４の角度位置に接続された第４の固定電極と、前
記第２の抵抗体の直径方向において対向する２箇所を短
絡しつつ且つ前記第１の可動短絡体と同一角度位置関係
を保ちつつ前記第２の抵抗体上をエンドレスに移動する
ことができるように配設された第２の可動短絡体と、前
記第１の抵抗体の前記第２の固定電極に接続された第１
の固定抵抗Ｒa1と、前記第２の抵抗体の前記第４の固定
電極に接続された第２の固定抵抗Ｒa2と、前記第１の固
定電極と前記第２の固定電極との間の第１の合成抵抗Ｒ
b1と前記第１の固定抵抗Ｒa1との直列回路及び前記第３
の固定電極と前記第４の固定電極との間の第２の合成抵
抗Ｒb2と前記第２の固定抵抗Ｒa2との直列回路に単独又
は共通に電圧を印加する電源手段と、前記第１の固定電
極と前記第２の固定電極との間の第１の電圧及び前記第
３の固定電極と前記第４の固定電極との間の第２の電圧
を測定する電圧測定手段と、前記電圧測定手段から得ら
れた前記第１及び第２の電圧に基づいて前記第１及び第
２の可動短絡体の角度位置を示す信号を得る角度位置判
定装置とで構成することが望ましい。

【０００６】また、請求項２に示す方式における第１及
び第２の固定電極と第３及び第４の固定電極との間の角
度差の代りに、第１の可動短絡体と第２の可動短絡体と
の間に角度差を予め持たせ、第１及び第２の固定電極と
第３及び第４の固定電極とを同一角度位置に配置するこ
とができる。

【０００７】請求項４に示すように、第１及び第２の電
圧の大小関係によって角度範囲を決定し、第１及び第２
の電圧のいずれか一方で角度を決定することが望まし
い。

【０００８】

【作用】請求項１に従う装置で正方向回転時の角度位置
を検出する場合には、１つ前のサンプリング時点の角度
位置を示す電圧よりも高い電圧が得られる範囲を０度〜
９０度の範囲と判定し、１つ前のサンプリング時点の角
度位置を示す電圧よりも低い電圧が得られる範囲を９０
度〜１８０度範囲と判定する。逆方向回転の情報が得ら
れる場合には、上記と逆に判定する。いずれの請求項の
発明においても、可動短絡体の回転に従って角度位置を
示す電圧が２次曲線で得られる。第１及び第２の抵抗体
を有する場合には、第１及び第２の電圧は位相差を有す
る２つの２次曲線となる。位相差を有する２つの２次曲
線が得られると、角度範囲を容易に決定することができ
る。従って、０〜１８０度の範囲で同一値が２回得られ
ても、これを判別することができる。円環状抵抗体は切
れ目を有さないので、損傷しにくい。

【０００９】

【実施例】次に、図１〜図６を参照して本発明の実施例
に係わるエンドレス型角度位置信号発生装置を説明す
る。この角度位置信号発生装置は、ストッパを持たずに
無制限に回転させる構成の第１及び第２の可変抵抗器
１、２と、電源手段としての電圧源３と、電圧測定手段
としての第１及び第２の電圧測定器４、５と、角度判定
用信号処理装置６とから成る。

【００１０】第１の可変抵抗器１は、絶縁基板７上に円
環状即ちドーナツ状に形成された抵抗層から成る切れ目
のない第１の抵抗体８と、この第１の抵抗体８の第１の
角度位置（零度）に接続された第１の固定電極９と、第
１の抵抗体８の第２の角度位置（１８０度）に接続され
た第２の固定電極１０と、第１の抵抗体８上をスライド
する短絡体としての第１の可動電極１１と、第１の可動
電極１１を支持して回転する回転軸１２とから成る。第
１の可動電極９はグランド（共通端子）に接続され、第
２の固定電極１０は第１の固定抵抗Ｒa1を介して電圧源
３に接続されている。なお、第１の可動電極１１は第１
の抵抗体８の直径方向における対向する２箇所を短絡し
つつ第１の抵抗体８上をスライドするように構成されて
いる。第１の電圧測定器４は第１及び第２の固定電極
９、１０間に接続されている。

【００１１】第２の可変抵抗器２は、絶縁基板１３上に
円環状に形成された抵抗層から成る切れ目のない第２の
抵抗体１４と、この第２の抵抗体１４の第３の角度位置
（第１の抵抗体８の０度を基準にして−４５度）に接続
された第３の固定電極１５と、第２の抵抗体１４の第３
の角度位置に対して１８０度の角度差を有する第４の角
度位置（１３５度）に接続された第４の固定電極１６
と、第２の抵抗体１４の直径方向において対向する２箇
所を短絡しつつ且つ第１の可動電極１１と同一の角度位
置を保ちつつ第２の抵抗体１４上をスライドするように
回転軸１２に支持された短絡体としての第２の可動電極
１７とから成る。第３の固定電極１５はグランドに接続
され、第４の固定電極１６は第２の固定抵抗Ｒa2を介し
て電圧源３に接続されている。第２の電圧測定器５は第
３及び第４の固定電極１５、１６間に接続されている。

【００１２】第２の絶縁基板１３及び第２の抵抗体１４
は図２に示すように第１の絶縁基板７及び第１の抵抗体
８に対して平行に配置されている。回転軸１２は円環状
の第１及び第２の抵抗体８、１４の中心に配置され、第
１及び第２の可動電極１１、１７を支持している。角度
データを得る時に第１及び第２の可動電極１１、１７が
切れ目のない抵抗体８、１４上をスライドするので、従
来装置で生じた切り目部分の損傷が生じない。

【００１３】第１及び第２の電圧測定器４、５は第１及
び第３の固定電極９、１５と第１及び第２の可動電極１
１、１７との間の電圧を測定し、第１及び第２の電圧Ｖ
1 、Ｖ2 を示すディジタルデータを角度判定信号処理装
置６に送る。なお、第１及び第２の電圧測定器４、５を
１個の電圧測定器とし、時分割で使用することもでき
る。

【００１４】角度判定用信号処理装置６は、第１及び第
２の電圧Ｖ1 、Ｖ2 を示すデータに基づいて回転軸１２
即ち第１及び第２の可動電極１１、１７の角度位置を判
定するように構成されている。この角度判定用信号処理
装置６はマイクロコンピュータ（マイクロプロセッサ）
から成る。マイクロコンピュータのメモリに図６のＶ1
、Ｖ2 曲線及びこれに関係するデータＶB 、Ｖs 等を
格納している。なお、このマイクロコンピュータは、角
度位置信号発生装置が使用されているオシロスコープ等
のシステムのものを兼用しているので、特別にコスト高
にならない。

【００１５】図３は図１の装置の電気回路を示す。第１
の可変抵抗器１は第１及び第２の固定電極９、１０と第
１の可動電極１１とで分割された４つの抵抗Ｒ1 、Ｒ2
、Ｒ3 、Ｒ4 で示されている。勿論、第１の可動電極
１１が第１及び第２の固定電極９、１０に一致した時に
は、Ｒ2 とＲ3 又はＲ1 とＲ4 が零になり、２つの抵抗
の並列回路になる。図４は第１の可変抵抗器１の第１及
び第２の固定電極９、１０間の第１の合成抵抗Ｒb1を示
す。この第１の合成抵抗Ｒb1は第１の可動電極１１の移
動に追従して変化する。図５は第１の合成抵抗Ｒb1の両
端の電圧の検出方法を示す。第１の固定抵抗Ｒa1と第１
の合成抵抗Ｒb1とに電源３から電圧Ｖボルトを印加した
時に第２の固定電極１０に得られる第１の電圧Ｖ1 はＶ
Ｒb1／（Ｒb1＋Ｒa1）である。第２の可変抵抗器２も第
１の可変抵抗器１と同様に、図３に示すように４つの抵
抗Ｒ5 、Ｒ6 、Ｒ7 、Ｒ8 で示すことが可能であり、こ
の合成抵抗Ｒb2の電圧も第１の可変抵抗器１と同様に求
めることができる。

【００１６】図６は第１及び第２の可変抵抗器１、２か
ら得られる電圧即ち測定器４、５の出力と第１及び第２
の可動電極１１、１７の角度との関係を示す。第１の電
圧Ｖ1 は０度〜９０度の区間で２次曲線を描いて増大
し、９０度で最大になった後、９０度〜１８０度の区間
で２次曲線を描いて減少し、１８０〜３６０度の区間は
０〜１８０度の区間と同様に変化する。第１及び第２の
抵抗体８、１４の値及び第１及び第２の固定抵抗Ｒa1、
Ｒa2の値は互いに同一であるので、第１及び第２の電圧
Ｖ1 、Ｖ2 は４５度の位相差を有して同様に変化する。
電圧Ｖ1 、Ｖ2 が２次曲線を描いて変化するのは、勿
論、角度と第１及び第２の合成抵抗Ｒb1、Ｒb2の関係が
２次関数になるからである。

【００１７】角度判定用信号処理装置６における角度の
決定は次の方法で行う。 （１） まず、第１及び第２の電圧測定器４、５の出力
電圧Ｖ1 、Ｖ2を読み込む。 （２） 第１の電圧Ｖ1 と第２の電圧Ｖ2 とを比較す
る。 （３） 図６に基づいて角度範囲を決定し、且つ角度を
決定する。 上記を更に詳しく説明すると、０〜２２．５度の範囲で
はＶ1 ＜Ｖ2 であるのでＶ1 を選択し、図６のＶ1 を示
す曲線に基づいて角度を求める。２２．５〜１１２．５
度の範囲ではＶ2 ＜Ｖ1 であるので、図６のＶ2 を示す
曲線に基づいて角度を求める。１１２．５〜１８０度の
範囲ではＶ1 ＜Ｖ2 であるので、図６のＶ1 を示す曲線
に基づいて角度を求める。Ｖ1 の０〜２２．５度の値と
１５７．５〜１８０度の値は同一になるので、この区別
をＶ2 の値の大小によって行う。即ち、２２．５度のＶ
2 の値ＶB と１８０度のＶ2 の値Ｖsとを設定し、Ｖ2
がＶB 〜Ｖs の範囲内であれば、０〜２２．５度の範囲
のＶ1 であると判定し、Ｖ2 がＶs 以上であれば１５
７．５〜１８０度の範囲のＶ1 であると判定する。Ｖ2
も０〜１８０度の範囲で同一の値を２回とる。そこで、
Ｖ1 がＶs よりも小さい時には２２．５〜４５度の範囲
のＶ2 であると判定し、Ｖ1がＶs 以上の時には４５〜
６７．５度のＶ2 であると判定する。Ｖ1 、Ｖ2 の曲線
の１８０〜３６０度の範囲は０〜１８０度の範囲と同一
であるので、同一の方法で角度を決定する。図６の曲線
のみでは０〜１８０度の範囲と１８０〜３６０度の範囲
を区別することができないので、この区別が必要な場合
には、例えば前後する２つのサンプルの比較に基づいて
角度範囲の変化を知り、０〜１８０度か１８０〜３６０
度かをを判定する。

【００１８】次に、図７に示す本発明の別の実施例の角
度位置信号発生装置を説明する。但し、図７において図
１と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省
略する。図７の実施例では第１及び第３の固定電極９、
１５が共に第１及び第２の抵抗体８、１４の０度位置に
接続され、第２及び第４の固定電極１０、１６が共に１
８０度位置に接続されている。一方、第１及び第２の可
動電極１１、１７は４５度の角度差を有するように回転
軸１２に取り付けられている。図７においてこの他は図
１と全く同一に構成されている。この様に構成しても第
２及び第４の固定電極１０、１６から図１の場合と同様
に変化する第１及び第２の電圧Ｖ1 、Ｖ2 が得られ、同
様に角度位置データを得ることができる。

【００１９】

【変形例】本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。 （１） 第１の電圧Ｖ1 と第２の電圧Ｖ2 との位相差は
１８０度以外の任意の値にすることができる。 （２） 第１及び第２の抵抗体８、１４に共通の電圧源
３から同一の電圧Ｖを供給せずに、別の電圧源から同一
又は異なる値の電圧を供給するように構成することがで
きる。 （３） 第１及び第２の可動電極１１、１７を共通の回
転軸１２に取り付ける代りに、同期して回転する２つの
軸に夫々取り付けてもよい。この場合には第１及び第２
の抵抗体８、１４を同一基板上に配置してもよい。 （４） 回転軸１２の正方向回転における角度位置のみ
を検出する場合には、第２の可変抵抗器２を省いて第１
の可変抵抗器１のみで角度位置を検出してもよい。この
場合には、角度判定信号処理装置６において、第２の固
定電極１０の電圧Ｖ1 の１つの前のサンプルとその後の
サンプルの大小関係を判定し、電圧Ｖ1が上昇した時に
は０度〜９０度の範囲と判定し、電圧Ｖ1 が減少した時
には９０度〜１８０度の範囲と判定する。また、回転方
向情報が得られる場合には、第１の可変抵抗器１のみを
使用し、正逆両方の回転において０〜１８０度の範囲の
角度データを得ることができる。 （５） 図６において、Ｖ1 とＶ2 の内で大きい方の値
を使用して角度を決定してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上のようにいずれの請求項の発明によ
っても耐久性のある簡単な構成の可変抵抗器によって角
度位置信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係わる角度信号発生装置を示
すブロック図である。

【図２】図１の可変抵抗器を示す断面図である。

【図３】図１の可変抵抗器部分の電気的接続を示す回路
図である。

【図４】図１の第１の可変抵抗器の等価回路図である。

【図５】図１の第１の可変抵抗器の抵抗に対応した電圧
を得る原理を示す図である。

【図６】角度判定信号処理装置で角度を決定するための
角度と電圧との関係を示す図である。

【図７】別の実施例の角度位置信号発生装置を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 第１の可変抵抗器 ２ 第２の可変抵抗器 ３ 電源 ８ 第１の抵抗体 ９ 第１の固定電極 １０ 第２の固定電極 １１ 第１の可動電極 １４ 第２の抵抗体 １５ 第１の固定電極 １６ 第２の固定電極 １７ 第２の可動電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円環状に形成され且つ切れ目を有さない
   抵抗体と、 前記抵抗体の第１の角度位置に接続された第１の固定電
   極と、 前記第１の角度位置に対して１８０度の角度差を有する
   前記抵抗体の第２の角度位置に接続された第２の固定電
   極と、 前記抵抗体の直径方向において対向する２箇所を短絡し
   つつ前記抵抗体上をエンドレスに移動することができる
   ように配設された可動短絡体と、 前記第２の固定電極に接続された固定抵抗（Ｒa ）と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の合成
   抵抗（Ｒb ）と前記固定抵抗（Ｒa ）との直列回路に電
   圧を印加するための電源手段と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の電圧
   を測定する電圧測定器と、 前記電圧測定器から得られた測定電圧値に基づいて前記
   可動短絡体の角度位置を示す信号を得る角度位置判定装
   置とを備えた角度信号発生装置。
2. 【請求項２】 円環状に形成され且つ切れ目を有さない
   第１の抵抗体と、 前記第１の抵抗体の第１の角度位置に接続された第１の
   固定電極と、 前記第１の角度位置に対して１８０度の角度差を有する
   前記第１の抵抗体の第２の角度位置に接続された第２の
   固定電極と、 前記第１の抵抗体の直径方向において対向する２箇所を
   短絡しつつ前記第１の抵抗体をエンドレスに移動するこ
   とができるように配設された第１の可動短絡体と、 円環状に形成され且つ切れ目を有さない第２の抵抗体
   と、 前記第２の抵抗体における前記第１及び第２の角度位置
   と異なる第３の角度位置に接続された第３の固定電極
   と、 前記第３の角度位置に対して１８０度の角度差を有する
   前記第２の抵抗体の第４の角度位置に接続された第４の
   固定電極と、 前記第２の抵抗体の直径方向において対向する２箇所を
   短絡しつつ且つ前記第１の可動短絡体と同一角度位置関
   係を保ちつつ前記第２の抵抗体上をエンドレスに移動す
   ることができるように配設された第２の可動短絡体と、 前記第１の抵抗体の前記第２の固定電極に接続された第
   １の固定抵抗（Ｒa1）と、 前記第２の抵抗体の前記第４の固定電極に接続された第
   ２の固定抵抗（Ｒa2）と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の第１
   の合成抵抗（Ｒb1）と前記第１の固定抵抗（Ｒa1）との
   直列回路及び前記第３の固定電極と前記第４の固定電極
   との間の第２の合成抵抗（Ｒb2）と前記第２の固定抵抗
   （Ｒa2）との直列回路に単独又は共通に電圧を印加する
   電源手段と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の第１
   の電圧及び前記第３の固定電極と前記第４の固定電極と
   の間の第２の電圧を測定する電圧測定手段と、 前記電圧測定手段から得られた前記第１及び第２の電圧
   に基づいて前記第１及び第２の可動短絡体の角度位置を
   示す信号を得る角度位置判定装置とを備えた角度信号発
   生装置。
3. 【請求項３】 円環状に形成され且つ切れ目を有さない
   第１の抵抗体と、 前記第１の抵抗体の第１の角度位置に接続された第１の
   固定電極と、 前記第１の角度位置に対して１８０度の角度差を有する
   前記第１の抵抗体の第２の角度位置に接続された第２の
   固定電極と、 前記前記第１の抵抗体の直径方向において対向する２箇
   所を短絡しつつ前記第１の抵抗体をエンドレスに移動す
   ることができるように配設された第１の可動短絡体と、 円環状に形成され且つ切れ目を有さない第２の抵抗体
   と、 前記第２の抵抗体における前記第１の角度位置と同一の
   角度位置に接続された第３の固定電極と、 前記第２の抵抗体の前記第２の角度位置と同一の角度位
   置に接続された第４の固定電極と、 前記第２の抵抗体の直径方向において対向する２箇所を
   短絡しつつ且つ前記第１の可動短絡体に対して一定の角
   度差を保ちつつ前記第２の抵抗体上をエンドレスに移動
   することができるように配設された第２の第２の可動短
   絡体と、 前記第１の抵抗体の前記第２の固定電極に接続された第
   １の固定抵抗（Ｒa1）と、 前記第２の抵抗体の前記第４の固定電極に接続された第
   ２の固定抵抗（Ｒa2）と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の第１
   の合成抵抗（Ｒb1）と前記第１の固定抵抗（Ｒa1）との
   直列回路及び前記第３の固定電極と前記第４の固定電極
   との間の第２の合成抵抗（Ｒb2）と前記第２の固定抵抗
   （Ｒa2）との直列回路に単独又は共通に電圧を印加する
   電源手段と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間の第１
   の電圧及び第３の固定電極と前記第４の固定電極との間
   の第２の電圧を測定する電圧測定手段と、 前記電圧測定手段から得られた前記第１及び第２の電圧
   に基づいて前記第１及び第２の可動短絡体の角度位置を
   示す信号を得る角度位置判定装置とを備えた角度信号発
   生装置。
4. 【請求項４】 前記角度位置判定装置は、前記第１及び
   第２の電圧の大小関係によって角度範囲を決定し、前記
   第１及び第２の電圧のいずれか一方によって前記角度範
   囲内の角度を決定する装置である請求項２又は３記載の
   角度信号発生装置。