JPH05280920A - 移動体移動位置検出用磁気式エンコ−ダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 極めて広い範囲に渡って着磁されたＮ極とＳ
極の磁極を少ない数のＰ（Ｐは２以上の整数）個形成す
るのみで、移動体移動位置検出用磁気式エンコ−ダを極
めて安価に形成できるようにすること。 【構成】 マグネットのＮ極とＳ極の磁極境界部を検出
することができる位置に移動体位置検出用磁気センサを
配設し、該移動子の移動範囲内において上記磁気センサ
から得られる出力電気信号を基に上記磁極境界部を中心
として上記マグネットのＮ極とＳ極の磁極によって得ら
れるリニアな電気出力信号波形部のみを移動体位置検出
用磁気式エンコ−ダの出力信号として利用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モ−タ，揺動アクチュ
エ−タ，リニアモ−タ等のリニアアクチュエ−タなど回
転子若しくは移動子を所定の移動範囲に渡って移動させ
る場合において、その移動角検出，移動方向検出，移動
位置検出を行うための安価で性能の良い移動体移動位置
検出用磁気式エンコ−ダに関する。

【０００２】また極めて高い分解能を得る場合にも、本
発明の移動体移動位置検出用磁気式エンコ−ダでは、特
にＡ相，Ｂ相の２相の三角関数状の位置計測信号を発生
させ、これらを電気的に処理して、より高い分解能で、
移動体（回転体，直線移動体など）の移動角検出，移動
方向検出，移動位置検出（回転角などの情報も含む）を
極めて簡単且つ安価にして尚且つ細かく精度良好に計測
できるようにした移動体移動位置検出用磁気式エンコ−
ダに関する。

【０００３】

【従来技術】モ−タその他、移動アクチュエ−タなど回
転子若しくは移動子を所定の角度範囲に渡って移動させ
る場合において、その移動角検出，移動方向検出，位置
検出を行うためには、性能は悪いが安価に購入できるポ
テンショメ−タを用いるか、高価なエンコ−ダを用いる
必要がある。

【０００４】ポテンショメ−タは、安価といっても高価
であり、性能も悪い。エンコ−ダは、性能の良いもの悪
いもの種々あるが、性能の良いものは非常に高価になる
欠点がある。

【０００５】

【従来技術の問題点】エンコ−ダには、光学式のものと
磁気式のものがあるが、光学式は塵や埃、油などの液体
の付着により使用できない場合があるほか、寿命の面で
も種々問題が生ずる。

【０００６】そうした耐環境性の悪いところで使用する
には磁気式エンコ−ダの方が望ましい。しかし、精度の
良い磁気式エンコ−ダは非常に高価であるほか、モ−タ
その他、リニアアクチュエ−タなど回転子若しくは移動
子を所定の角度範囲に渡ってしか移動させないもの等に
おいて、その移動角内において、その移動角検出，移動
方向検出，位置検出を行うためには、上記した高価な磁
気式エンコ−ダを用いるのは非常に不合理である。

【０００７】一般に高価な磁気式エンコ−ダは、分解能
を向上する為には、５０μｍといったような微細なピッ
チで交互にＮ極，Ｓ極の磁極を多極着磁し、多極着磁し
たエンコ−ダ用マグネットロ−タと微細なエアギャップ
を介して磁気センサを対向配置して構成する必要があ
る。

【０００８】このような磁気式エンコ−ダの場合、上記
微細な多極着磁を行うのが非常に厄介であるばかりか、
磁気センサを配置するためにエアギャップの管理が非常
に難しく極めて精度の良い磁気式エンコ−ダは製作しず
らく、高分解能の磁気式エンコ−ダはほとんど見られな
いばかりか、極めて高価になる欠点がある。

【０００９】エンコ−ダについて更に説明していくと、
エンコ−ダは、通常、移動体の移動位置（例えば、回転
角）変化に伴って２相のＡ相，Ｂ相の矩形波信号を出力
させ、これらの波形パルス数を計測することで、極めて
容易に移動体の移動位置を求めることができるものとな
っている。

【００１０】しかしながら、上記矩形波のエンコ−ダ信
号の周期により、分解能が制約されるという問題点があ
った。

【００１１】ここに、エンコ−ダの分解能を上げるため
に電気的な手段を用いた方法としては、従来において
は、エンコ−ダから２相の三角波状のサイン波信号Ａ
（Ａ＝ｓｉｎθ），コサイン波信号Ｂ（Ｂ＝ｃｏｓθ）
を出力させて、これら２つの信号ｓｉｎθ及びｃｏｓθ
をアナログ的に処理して移動体の移動位置θをより細か
く求めるようにしている。

【００１２】しかしながら、かかる従来のアナログ的処
理を行うエンコ−ダは、電気的分解能処理回路が複雑に
なり、適用製品が非常に大型且つ高価になり、その適用
装置に大きな制限が加えられる問題点があり、従来のエ
ンコ−ダの普及が充分に進行しない問題点があった。

【００１３】また従来のエンコ−ダは、上記の問題以外
にアナログ処理を行っているために、各種の温度特性が
悪く、また経年変化がある等種々の問題点があった。

【００１４】この問題は、エンコ−ダから出てくるＡ
相，Ｂ相のエンコ−ダ信号をアナログ〜デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器によってデジタル化し、その後の電気的処理
をデジタル演算によって行うことで回避できるが、この
方法によれば、更に電気的処理回路が複雑になり、コス
トを増大し、上記した問題点を増長する欠点があった。

【００１５】

【発明の課題】本発明は、極めて広い範囲に渡って着磁
されたＮ極とＳ極の磁極を少ない数の２Ｐ（Ｐは２以上
の整数）個形成するのみで、モ−タその他、揺動・リニ
アアクチュエ−タなど回転子若しくは移動子を所定の移
動範囲に渡って移動させる場合において、その移動角検
出，移動方向検出，移動位置検出を精度良く行うことが
できる移動体移動位置検出用磁気式エンコ−ダを極めて
安価に形成できるようにすることを課題になされたもの
である。

【００１６】

【本発明の課題を達成するための手段】かかる本発明の
課題を達成するための手段は、Ｎ極，Ｓ極の磁極を隣接
して備えるマグネットと該マグネットのＮ極とＳ極の磁
極境界部を検出することができる位置に移動体位置検出
用磁気センサを配設して上記マグネットまたは移動体位
置検出用マグネットのいずれか一方を相対的移動する移
動子とし、他方を固定子とし、上記移動子を一定の移動
量の範囲に渡って往復移動できるように構成し、該移動
子の移動範囲内において上記磁気センサから得られる出
力電気信号を基に上記磁極境界部を中心として上記マグ
ネットのＮ極とＳ極の磁極によって得られるリニアな電
気出力信号波形部のみを移動体位置検出用磁気式エンコ
−ダの出力信号として利用した移動体位置検出用磁気式
エンコ−ダを提供することによって達成できる。

【００１７】その他の本発明の課題は、上記磁気センサ
を第１磁気センサとしたとき、その第１磁気センサから
電気角で９０度離れた位置に第２磁気センサを配置し、
該第１磁気センサ及び第２磁気センサにより移動子の移
動角θに対応してサインθ及びコサインθの電気出力信
号波形を得、上記サインθに比例する信号及びコサイン
θに比例する信号を発生するサインθ・コサインθ比例
信号発生装置を設け、該サインθ・コサインθ比例信号
発生装置から発生するサインθ及びコサインθに比例す
る２つの信号をデジタル化してア−クタンジェントを計
算して移動体の位置θを求める移動体位置計測手段を設
けた移動体移動位置検出用磁気式エンコ−ダを提供する
ことで達成できる。

【００１８】特にこの課題達成手段は、２つの磁気セン
サから発生する移動体の位置信号、即ち移動体の位置θ
に対応してｓｉｎθに比例する出力信号Ａと、移動体の
位置θに対応してｃｏｓθに比例する出力信号Ｂをそれ
ぞれデジタル化し、マイクロプロセッサ等の演算処理手
段を用いてア−クタンジェント（以下、ａｒｃｔａｎと
いう）（Ｂ／Ａ）を計算することにより、簡素な構成で
安価且つ安定に移動体の位置θを求めることができる。

【００１９】

【発明の第１実施例】図１乃至図８を参照して、本発明
の第１実施例としての非常に安価に構成できる移動体移
動位置検出用磁気エンコ−ダとしての揺動角検出用磁気
式エンコ−ダ１について説明する。

【００２０】図１は本発明の第１実施例としての揺動角
検出用磁気式エンコ−ダ１の縦断面図で、図２は同揺動
角検出用磁気式エンコ−ダ１のＸ−Ｘ’線縦断面図で、
図３は同揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１のＹ−Ｙ’線
縦断面図で、図４は同揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１
の底面図で、図５（ａ）乃至（ｃ）は揺動子１６の揺動
角の規制方法の説明図、図６（ａ）及び（ｂ）は揺動角
検出用磁気センサ２０の配設位置の説明図で、図７は揺
動角検出用磁気センサ２０の出力電気信号３１の波形図
で、図８は一例としてのエンコ−ダ信号処理回路２８図
である。

【００２１】この揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１は、
図１に示すように磁性体などの適宜な材質で形成した円
筒ハウジング２の上端開口部を、中心部に透孔３を形成
した円板状蓋体４で閉じ、その下端開口部を図４に示す
ようなリ−ド線通し孔５を形成した円板状蓋体６で閉じ
ることで揺動角検出用磁気式エンコ−ダ本体７を形成す
る。

【００２２】上記蓋体４の透孔３の内周部及び上記蓋体
６の上面中央部に軸受８，９を装着して、揺動角検出用
磁気式エンコ−ダ本体７の上端から上端部が突出した回
転軸１０を中心部に有するマグネット揺動子１１を有す
る揺動子１６を回動自在に装着する。

【００２３】図２に示すように回転軸１０の外周には、
磁性体リング１５を介して周方向に沿ってＮ極，Ｓ極の
磁極を有する２極のマグネット揺動子１１が固設され
て、適宜角度の範囲に渡って揺動する揺動子１６を形成
する。

【００２４】この実施例では、マグネット揺動子１１
は、隣接するＮ極とＳ極の磁極がそれぞれ周方向におい
て機械角（電気角でも同様）で１８０度の幅に着磁され
た２極のものを用いている。

【００２５】尚、マグネット揺動子１１は、径方向２極
のものを用いるが、単にこのようなマグネット揺動子１
１を形成した場合には、後記する揺動角検出用磁気セン
サ２０の電気出力波形が台形波に近いものとなって表わ
れるので、揺動角検出用磁気センサ２０の出力電気信号
波形３１が図７に示図すようなＳＩＮ波に近いものとな
って表れるようにするためには、ラジアル異方性のもの
か、等方性のマグネットを用いるのが望ましい。

【００２６】上記したように揺動角検出用磁気センサ２
０からのＳＩＮ波に近い出力電気信号３１の波形が得ら
れるので、図７の比較的リニアリティのある斜線で示す
Ｔの範囲の部分の出力電気信号波形３１を利用して、本
発明の揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１の揺動角，揺動
方向の規制並びに揺動位置計測が容易に行える。

【００２７】尚、マグネット揺動子１１は、回転軸１０
として磁性体のものを用いている場合には、上記磁性体
リング１５を省略して接着剤を用いて直接、回転軸１０
に接着することで、安価に揺動子１６を形成できる。

【００２８】また、回転軸１０をプラスチックマグネッ
トにて形成すると共に、一体してマグネット揺動子１１
をもプラスチックマグネットで形成すれば、上記磁性体
リング１５が不要になるばかりか、上記マグネット揺動
子１１の回転軸１０への接着工程も不要になるので、揺
動子１６を更に容易且つ安価に形成できて望ましい。

【００２９】図１及び図２に示すように、上記マグネッ
ト揺動子１１と径方向の空隙を介して対向する内筒ハウ
ジング２の内面に配線と絶縁のために、例えば０．１ｍ
ｍ厚のフレキシブルプリント基板などの図示しない基板
を配設して形成している。

【００３０】上記マグネット揺動子１１の揺動角内にお
いて当該マグネット揺動子１１のＮ極とＳ極の磁極境界
部を検出することができるように、上記図示しない基板
位置に、図６の（ａ），（ｂ）に示すように直接、マグ
ネット揺動子１１と径方向の空隙を介して揺動角検出用
センサ２０を対向配設し、この揺動角検出用マグネット
揺動子１１のＮ極，Ｓ極の磁束の強さに応じた出力電気
信号波形３１を得、この出力電気信号波形３１で揺動子
１６の揺動角及び揺動方向検出，揺動位置計測ができる
ようにしている。

【００３１】尚、揺動角検出用磁気センサ２０は、上記
マグネット揺動子１１の揺動角内において当該マグネッ
ト揺動子１１のＮ極とＳ極の磁極境界部を検出すること
ができる適宜な位置に配設すれば良い。

【００３２】例えば、後記するプリント配線基板３０の
上に揺動角検出用磁気センサ２０を配設し、マグネット
揺動子１１の下端部に発生するＮ極，Ｓ極の漏洩磁束を
検出するように構成しても良い。

【００３３】尚、揺動角検出用磁気センサ２０は、マグ
ネット揺動子１１のＮ極，Ｓ極の磁束の強さに応じた電
気信号を出力するものであれば良く、ホ−ル素子，ホ−
ルＩＣ，磁気抵抗素子など適宜なものを用いれば良く、
この実施例では安価且つ入手の容易なホ−ル素子を用い
ている。

【００３４】基板に配設されたけ揺動角検出用磁気セン
サ２０の端子に電気的に接続された図示しないリ−ド線
は、図４に示すように蓋体６に形成した透孔５を介して
揺動角検出用磁気式エンコ−ダ本体７の外部に導き出さ
れる。

【００３５】図１において、揺動角検出用磁気式エンコ
−ダ本体７内に上記エンコ−ダ信号処理回路２８を内蔵
するために、蓋体６の上面に円環状プリント配線基板３
０を適宜な手段によって配設し、該配線基板３０にエン
コ−ダ信号処理回路２８を塔載設置しておく。

【００３６】回転軸１０の端部には、Ｄカット状に軸方
向に延びて揺動角規制溝２３を形成している。蓋体６に
形成した螺子孔２１を介して下面方向から螺子２２を螺
着して当該螺子２２を規制溝２３に臨ますことで、該規
制溝２２のＤカット面によって回転軸１０の揺動角を規
制する。

【００３７】上記した構造の揺動角検出用磁気式エンコ
−ダ１の場合、揺動角の規制を行わない場合には、２極
のマグネット揺動子１１を用いていることから、約１８
０度の揺動角に渡って、揺動子１６が揺動できる。

【００３８】しかし、図７の出力電気信号波形３１の斜
線で示すＴの範囲の部分のように出力電気信号波形３１
のリニアリティのある部分を揺動子１６の揺動角制御の
ための信号として利用する必要があり、もしもその斜線
で示すＴの範囲から逸脱して揺動子１６が揺動してしま
った場合には、出力電気信号波形３１のリニアリティの
ある斜線で示すＴの範囲の部分を揺動子１６の揺動角制
御用の信号として利用できなくなり、精度良好な揺動角
検出用磁気式エンコ−ダ１を構成しえなくなるため、上
記したように揺動子１６の揺動角規制手段を設けてい
る。

【００３９】揺動子１６の揺動角を９０度（±４５度）
に設定する場合の方法を、図５（ａ）乃至（ｃ）を用い
て説明する。

【００４０】図５に示すように、回転軸１０の中心点２
４から同図（ａ）乃至（ｃ）に示すようにＤカット面を
少しずらして上記規制溝２３を形成する。

【００４１】同図（ａ）の場合は、揺動子１６が±０度
の状態に停止している場合を示し、同図（ｂ）の場合
は、同図（ａ）の状態から回転軸１０が−方向に４５度
揺動して、規制溝２３のＤカット面に螺子２２と当接し
て揺動子１６が−４５度の状態に停止規制されている場
合を示し、同図（ｃ）の場合は、同図（ｂ）の状態から
回転軸１０が＋方向に９０度揺動して、規制溝２３のＤ
カット面に螺子２２と当接して揺動子１６が＋４５度の
状態に停止規制されている場合を示す。以上のようにし
て、揺動子１６を±４５度の揺動角内の揺動に規制でき
る。

【００４２】図８は、エンコ−ダ信号処理回路２８の一
例を示す。

【００４３】図８を参照してエンコ−ダ信号処理回路２
８について説明すると、ホ−ル素子を用いた磁気センサ
２０の両電源端子は、それぞれＶCC，ア−ス側に接続
し、出力端子をＡＭＰ１２を有する増幅回路２５に接続
している。

【００４４】増幅回路２５の出力端子２６には、図１１
で示したような出力電気信号波形３１が得られる。

【００４５】この出力端子２６は、該出力端子２６から
リニアなアナログの電気信号を出力するので、これを直
接アナログのエンコ−ダ信号として用いてもよい。しか
し、この実施例では、更に後記するようにＡ／Ｄ変換器
１４を用いることとする。

【００４６】この出力端子２６は、該出力端子２６から
得られるリニアなアナログの電気信号をデジタル変換す
るためのＡ／Ｄ変換器１４に接続している。

【００４７】Ａ／Ｄ変換器１４の出力は、マイクロコン
ピュ−タ（マイクロプロセッサ）１３に入力され、該マ
イクロコンピュ−タ１３の処理によって、図示しないモ
−タ，揺動アクチュエ−タ，リニアアクチュエ−タ等の
所定の揺動角度内の揺動角，揺動方向，揺動位置計測が
判明し，マイクロコンピュ−タ１３によってモ−タ，揺
動アクチュエ−タ，リニアアクチュエ−タ等の所定の揺
動角度内の揺動角，揺動方向，揺動位置制御が行える。

【００４８】

【発明の第２実施例】図９は本発明の第２実施例を示す
揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１−１で、図１のＸ−
Ｘ’線縦断面図で、図１０はマグネット揺動子１６と第
１揺動角検出用磁気センサ２０及び第２揺動角検出用磁
気センサ２０−１との展開図で、図１１はエンコ−ダ信
号処理回路２８−１のシステムブロック図で、図１２は
同エンコ−ダ信号処理回路２８−１に対応する内部回路
のブロック図で、図１３はｓｉｎθ，ｃｏｓθのエンコ
−ダ出力信号波形２７である。

【００４９】この第２実施例の揺動角検出用磁気式エン
コ−ダ１−１は、図１の揺動角検出用磁気式エンコ−ダ
１の磁気センサ２０から機械角で９０度（電気角で９０
度）周方向に位置を離した内筒ハイジング２の内面の図
示しない基板に更に揺動角検出用磁気センサ２０−１を
設ける。

【００５０】この２つの磁気センサ２０，２０−１から
の出力は、サイン波状のそれぞれＡ相，Ｂ相を形成する
ｓｉｎθ，ｃｏｓθに比例したアナログのエンコ−ダ出
力信号（図１３に示すｓｉｎθ，ｃｏｓθのエンコ−ダ
出力信号波形２７である）Ａ，Ｂを図８のＡＭＰ１２の
端子２６、即ち、図１２のＡＭＰ１２−１，１２−２の
出力端子２６−１，２６−２から出力する。

【００５１】このような揺動角検出用磁気式エンコ−ダ
１−１のアナログのエンコ−ダ出力信号をデジタル化し
て、ア−クタンジェント（以下、ａｒｃｔａｎという）
を計算して揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１−１の位置
θを求めるシングルチップ（ワンチップ）マイクロプロ
セッサ１７を設ける。

【００５２】上記エンコ−ダ出力信号Ａ，Ｂを入力比較
してアップ・ダウン（Ｕ／Ｄ）信号を生成するコンパレ
−タ及びＵ／Ｄ（アップ・ダウン）信号生成回路１８を
設ける。

【００５３】該コンパレ−タ及びＵ／Ｄ信号生成回路１
８から出力される信号をアップ・ダウンカウントしたカ
ウンタ信号を上記シングルチップマイクロプロセッサ１
７に出力するＵ／Ｄ（アップ・ダウン）カウンタ１９
と、通信用バッファＩＣ３８及び電源装置３２を設け
る。

【００５４】尚、これらのほかシングルチップマイクロ
プロセッサ１７の周囲には、図示しない水晶発振器、コ
ンデンサ、抵抗などの幾つかの部品が配設されている。

【００５５】図１１及び図１２を参照して、揺動角検出
用磁気式エンコ−ダ１−１の磁気センサ２０，２０−１
からは、それぞれＡ相，Ｂ相のアナログのエンコ−ダ出
力信号をなす源のエンコ−ダ出力信号２９−ａ，２９−
ｂが出力されて、当該揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１
−１内のＡＭＰ１２−１，ＡＭＰ１２−２に入力され
る。

【００５６】上記Ａ相，Ｂ相のエンコ−ダ出力信号２９
−ａ，２９−ｂは、各々ＡＭＰ１２−１，ＡＭＰ１２−
２によって増幅されて、次式で示すｓｉｎ信号Ａ及びｃ
ｏｓ信号Ｂ Ａ＝ｋ・ｃｏｓθ （１） Ｂ＝ｋ・ｓｉｎθ （２） 但し、ｋ：定数 を形成する。

【００５７】これら式（１）及び（２）に示すエンコ−
ダ出力信号Ａ，Ｂは、シングルチップマイクロプロセッ
サ１７のＡ／Ｄ変換入力端子に出力されデジタル変換さ
れて、当該マイクロプロセッサ１７によってデジタル値
（整数）として取り込まれる。

【００５８】上記シングルチップマイクロプロセッサ１
７は、上記揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１−１からの
Ａ相，Ｂ相のエンコ−ダ信号、即ち、ｓｉｎθ及びｃｏ
ｓθのエンコ−ダ信号をアナログ入力端Ａ・Ｉから入力
し、それにに比例するデジタル化された２つの信号から
ａｒｃｔａｎを計算して揺動角検出用磁気式エンコ−ダ
１−１の揺動位置θを求める揺動体位置計測手段であ
る。

【００５９】上式（１）及び（２）より、揺動位置θを
次式で求める。

【００６０】 Ｂ／Ａ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ （３）

【００６１】上式（３）より、 θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｂ／Ａ） （４）

【００６２】上式（４）より、揺動子１６の揺動位置θ
は、極めて容易に求めることができる。

【００６３】尚、式（４）において、ａｒｃｔａｎは、
関数ア−クタンジェントを示している。

【００６４】ここで、シングルチップマイクロプロセッ
サ１７は、上式（４）によって揺動位置θを求めるに当
たって、当該マイクロプロセッサ１７内に取り込まれた
上記エンコ−ダ出力信号Ａ，Ｂを０（零）による除算を
防ぐためためと、除算結果のけたずれを防止して計算精
度の向上を測るため、テ−ブルサイズを減少させて、エ
ンコ−ダ出力信号Ａ，Ｂの符号と大小関係により、分類
分けが簡単なように以下に示すように８種類の場合に分
け、揺動子１６の揺動位置θを求めるように演算を行っ
ている。

【００６５】 信号Ａ＞０，信号Ｂ＞０，｜A ｜> ｜B ｜ のとき θ＝ａｒｃｔａｎ（｜B ｜/ ｜A ｜ ） （５） 信号Ａ＞０，信号Ｂ＞０，｜A ｜< ｜B ｜ のとき θ＝９０゜−ａｒｃｔａｎ（｜A ｜/ ｜B ｜ ） （６） 信号Ａ＜０，信号Ｂ＞０，｜A ｜< ｜B ｜ のとき θ＝９０゜＋ａｒｃｔａｎ（｜A ｜/ ｜B ｜ ） （７） 信号Ａ＜０，信号Ｂ＞０，｜A ｜> ｜B ｜ のとき θ＝１８０゜−ａｒｃｔａｎ（｜B ｜/ ｜A ｜ ） （８） 信号Ａ＜０，信号Ｂ＞０，｜A ｜> ｜B ｜ のとき θ＝１８０゜＋ａｒｃｔａｎ（｜B ｜/ ｜A ｜ ） （９） 信号Ａ＜０，信号Ｂ＜０，｜A ｜< ｜B ｜ のとき θ＝２７０゜−ａｒｃｔａｎ（｜A ｜/ ｜B ｜ ） （１０） 信号Ａ＞０，信号Ｂ＜０，｜A ｜< ｜B ｜ のとき θ＝２７０゜＋ａｒｃｔａｎ（｜A ｜/ ｜B ｜ ） （１１） 信号Ａ＞０，信号Ｂ＜０，｜A ｜> ｜B ｜ のとき θ＝３６０゜−ａｒｃｔａｎ（｜B ｜/ ｜A ｜ ） （１２）

【００６６】尚、加減算，絶対値の演算，符号無し整数
の除算等は、現在、容易に利用できる１６ビットのマイ
クロプロセッサでは、基本命令として予め組み込まれて
いるため、極めて高速に演算できる。

【００６７】またａｒｃｔａｎの演算は、数値計算を行
うと、計算時間を多く費やすので、表を引くことで行う
と便宜である。

【００６８】上記方法を用いれば、０゜から４５゜まで
のａｒｃｔａｎ表のみを用意すればよく、かかる表を格
納するためのメモリスペ−スも節約できて有用である。

【００６９】このテ−ブルは、処理手段を規定するプロ
グラムと共に、シングルチップマイクロプロセッサ１７
内のリ−ドオンメモリ（尚、使用するマイクロプロセッ
サによっては、この外部に配置することも可能である）
に格納している。

【００７０】また揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１−１
のエンコ−ダ出力信号Ａ及びＢは、アンプ回路ＡＭＰ１
２−１，ＡＭＰ１２−２を介してコンパレ−タ及びＵ／
Ｄ信号生成回路１８にも出力される。

【００７１】まずそれぞれのＡ相，Ｂ相のエンコ−ダ出
力信号Ａ，Ｂは、当該コンパレ−タ及びＵ／Ｄ信号生成
回路１８内のコンパレ−タ回路３３−１，３３−２に入
力される。

【００７２】ここで、アナログ信号である揺動角検出用
磁気式エンコ−ダ１−１のＡ相，Ｂ相のエンコ−ダ出力
信号Ａ，Ｂは、２値信号Ｅ，Ｆに変換される。

【００７３】該信号Ｅ，Ｆは、それぞれＵ／Ｄ信号生成
回路３４に出力される。

【００７４】Ｕ／Ｄ信号生成回路３４を経た信号Ｅ，Ｆ
は、アップ（ＵＰ）パルス信号Ｇ，ダウン（ＤＮ）パル
ス信号Ｈに変換される。

【００７５】ここで、ＵＰパルス信号Ｇ，ＤＮパルス信
号Ｈは、共にコンパレ−タ回路３３−１，３３−２の出
力信号Ｅ，Ｆの立ち上がり，立ち下がりを検出している
が、ＵＰパルス信号Ｇは、揺動角検出用磁気式エンコ−
ダ１−１がＣＷ（時計）方向に回転している時のみ出力
され、ＤＮパルス信号Ｈは、揺動角検出用磁気式エンコ
−ダ１がＣＣＷ（反時計）方向に回転している時のみ出
力されるように当該Ｕ／Ｄ信号生成回路３４を設定して
いる。

【００７６】ここで、コンパレ−タ回路３３−１，３３
−２の出力信号Ｅ，Ｆの立ち上がりから立ち下がりま
で、あるいは立ち下がりから立ち上がり迄の周期ｔは、
揺動角検出用磁気式エンコ−ダ１−１の出力信号Ａ，Ｂ
の一周期に一致しているため、ＵＰパルス信号Ｇ及びＤ
Ｎパルス信号ＨをＵ／Ｄカウンタ１９によってカウント
することにより、図１３のｋ・ｓｉｎθ，ｋ・ｃｏｓθ
のエンコ−ダ出力信号波形（図７の出力電気信号波形３
１に該当する）２７に示すようにその上位桁（位置θの
一周期ｔに対する１カウント）を知ることができる。

【００７７】Ｕ／Ｄカウンタ１９のカウンタ信号は、シ
ングルチップマイクロプロセッサ１７の入力ポートを介
して、このシングルチップマイクロプロセッサ１７によ
って、上式（１）〜（１２）に示した揺動体の位置θの
位置計測方法により求めた揺動子１６の揺動位置θ値と
合成する。

【００７８】尚、１周期に対する１カウントの不一致
は、カウンタを２倍にするなどして公知の同じところで
カウントするように補正するなどの手段にて精度良好に
して尚且つ高分解能の位置計測信号を得ることができ
る。

【００７９】尚、計測結果を外部に出力伝達させる方法
は、種々のものが考えられるので、適宜なものを採用す
れば良い。

【００８０】この実施例では、信号線の本数の少ないシ
リアル転送方式を採用している。これは、多数のビット
で構成される揺動子１６の揺動位置θを表す２進数値を
１本のケ−ブル上に１ビットづつ順次送り出す方式であ
り、シングルチップマイクロプロセッサ１７には、この
ための機能が予め内蔵されていることが多いことによ
る。

【００８１】例えば、この実施例では、長距離用の転送
用に一般的に採用されているバッファ３５内のラインド
ライバ３６，ラインレシ−バ３７を使用して位置デ−タ
が欲しいときに位置デ−タ要求信号３８ａ，３８ｂをシ
ングルチップマイクロプロセッサ１７に出力して当該マ
イクロプロセッサ１７から位置デ−タを受け取るという
方法を採用する。

【００８２】ラインレシ−バ３７に入力された位置デ−
タ要求信号３８ａ，３８ｂは、ラインレシ−バ３７を介
したデ−タ要求信号Ｃとなってシングルチップマイクロ
プロセッサ１７のシリアル入力端子ＩＲＴに入力され
る。

【００８３】上記デ−タ要求信号Ｃによってラッチされ
た位置デ−タは、マイクロプロセッサ１７を介して、そ
のシリアル出力端子Ｓ・Ｄからシリアルデ−タラインＤ
によってバッファ３５のラインドライバ３６を通してエ
ンコ−ダ計測位置信号３９ａ，３９ｂを、例えばモ−
タ，揺動アクチュエ−タ，リニアアクチュエ−タ等の制
御回路やエンコ−ダの図示しない揺動位置表示部に出力
する。

【００８４】尚、３２はコンパレ−タ回路３３−１，３
３−２及びＵ／Ｄ生成信号回路３４，Ｕ／Ｄカウンタ１
９及びバッファ３５に電源を供給する為の電源装置であ
る。

【００８５】

【発明の第３実施例】図１４は、移動体位置検出用リニ
ア磁気式エンコ−ダ１−２の場合の概略説明図で、等し
い幅のＮ極，Ｓ極の磁極を隣接して形成した長板状のマ
グネット移動子１６−１と空隙を介して、上記移動体移
動位置検出用磁気センサ２０−２を上記マグネット移動
子１６−１のＮ極とＳ極の磁極境界部と対向位置に配置
する。

【００８６】相対的移動する上記マグネット移動子１６
−１または移動体移動位置検出用磁気センサ２０−２の
いずれか一方を移動子とし、他方を固定側に配置し、い
ずれか一方を矢印方向に往復移動させる。

【００８７】これにより、上記揺動角検出用磁気式エン
コ−ダ１，１−１同様にエンコ−ダ信号を得ることがで
きる。

【００８８】尚、この移動体位置検出用リニア磁気式エ
ンコ−ダ１−２の場合にも、移動子が一定の範囲に渡っ
てしか往復移動できないような図示しない移動規制用ス
トッパ手段を設ける。

【００８９】

【作用】第１実施例の場合の揺動角検出用磁気式エンコ
−ダ１の作用を説明すると、斜線で示すＴの範囲に渡っ
てマグネット揺動子１６を揺動させると揺動角検出用磁
気センサ２２の出力端子から図１１で示したような出力
電気信号波形３１が得られるので、斜線で示すＴの範囲
のリニアなアナログの電気信号、すなわち出力電気信号
波形３１をＡ／Ｄ変換器１４で、デジタル信号に直し、
エンコ−ダ信号を得る。

【００９０】Ａ／Ｄ変換器１４の出力であるエンコ−ダ
信号をマイクロコンピュ−タ１３の処理によって、図示
しないモ−タ，揺動アクチュエ−タの所定の揺動角度内
の揺動角，揺動方向，揺動位置計測が判明するので、マ
イクロコンピュ−タ１３によってモ−タ，揺動アクチュ
エ−タの所定の揺動角度内の揺動角，揺動方向，揺動位
置制御が行える。

【００９１】本発明の第２実施例の揺動角検出用磁気式
エンコ−ダ１−１の作用を説明すると、揺動子１６の揺
動位置θに応じて次式のように変化するエンコ−ダ出力
信号Ａ，Ｂ Ａ＝ｋ・ｃｏｓθ （１） Ｂ＝ｋ・ｓｉｎθ （２） 但し、ｋ：定数 より、位置θは次式で求めることができる。

【００９２】 Ｂ／Ａ＝ｓｉｎθ／ｃｏｓθ＝ｔａｎθ （３）

【００９３】上式（３）より、 θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｂ／Ａ） （４）

【００９４】上式（４）より、揺動子１６の揺動位置θ
は、ａｒｃｔａｎを適宜な装置により計算することで、
極めて容易に求めることができる。

【００９５】尚、式（４）において、ａｒｃｔａｎは、
関数ア−クタンジェント（ｔａｎの逆関数）を示してい
る。

【００９６】実際の実施例における演算は、０による除
算を防ぐためと、テ−ブルサイズを減少させるため、エ
ンコ−ダ出力信号Ａ，Ｂの符号と大小関係により、８種
類の場合に分け、それぞれ異なる計算式により、上式
（４）の計算を行っている。

【００９７】またａｒｃｔａｎ（Ｂ／Ａ）の計算は、マ
イクロプロセッサ１７を用いることで、安価且つ容易に
行うことが可能である。

【００９８】更にまた、Ａ／Ｄ変換器やプログラム格納
用のメモリ−、計算結果の通信機能などを１つのチップ
に内蔵したマイクロプロセッサ１７を用いることで、少
ない部品点数で、上記機能を実現させることが可能であ
り、機器の小型化、コストダウン可能である。

【００９９】

【発明の効果】上記から明らかなように、本発明の移動
体移動位置検出用磁気式エンコ−ダによれば、極めて広
い範囲に渡って着磁されたＮ極とＳ極の磁極を少ない数
の２Ｐ（Ｐは２以上の整数）個形成するのみで、モ−タ
その他、揺動・リニアアクチュエ−タなど回転子，揺動
子若しくは移動子を所定の移動範囲に渡って移動させる
場合において、その移動角検出，移動方向検出，移動位
置検出を精度良く行うことができる移動体移動位置検出
用磁気式エンコ−ダを極めて容易且つ安価に形成できる
ので、装置の小型化，コストの低減が可能となる。

【０１００】また揺動角検出用磁気式エンコ−ダ位置計
測信号処理は、大部分がデジタルで行われるため、調整
が極めて容易であり、極めて信頼性の高いものを得るこ
とができる効果がある。

【０１０１】尚、本発明の場合、Ｎ極，Ｓ極の磁極を有
するマグネット側または磁気センサのいずれか一方を移
動側とし、他方を固定側に配置すれば良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施例としての揺動角検出用磁
気式エンコ−ダの縦断面図である。

【図２】 同揺動角検出用磁気式エンコ−ダのＸ−Ｘ’
線縦断面図である。

【図３】 同揺動角検出用磁気式エンコ−ダのＹ−Ｙ’
線縦断面図である。

【図４】 同揺動角検出用磁気式エンコ−ダの底面図で
ある。

【図５】 揺動子の移動角の規制方法の説明図である。

【図６】 移動角検出用磁気センサの配設位置の説明図
である。

【図７】 移動角検出用磁気センサの出力電気信号波形
図である。

【図８】 エンコ−ダ信号処理回路図である。

【図９】 本発明の第２実施例を示す揺動角検出用磁気
式エンコ−ダの図１におけるＸ−Ｘ’線部における縦断
面図である。

【図１０】 マグネット揺動子と第１揺動角検出用磁気
センサ及び第２揺動角検出用磁気センサとの展開図であ
る。

【図１１】 エンコ−ダ信号処理回路のシステムブロッ
ク図である。

【図１２】 同エンコ−ダ信号処理回路に対応する内部
回路のブロック図である。

【図１３】 ｓｉｎθ，ｃｏｓθのエンコ−ダ出力信号
波形である。

【図１４】 移動体移動位置検出用リニア磁気式エンコ
−ダの説明図である。

【符号の説明】

１，１−１ 揺動角検出用磁気式エンコ−ダ １−２ 移動体位置検出用リニア磁気式エンコ−ダ ２ 円筒ハウジング ３ 透孔 ４ 円板状蓋体 ５ リ−ド線通し孔 ６ 円板状蓋体 ７ 揺動角検出用磁気式エンコ−ダ本体 ８，９ 軸受 １０ 回転軸 １１ マグネット揺動子 １２，１２−１，１２−２ ＡＭＰ １３ マイクロコンピュ−タ（マイクロプロセッサ） １４ Ａ／Ｄ変換器 １５ 磁性体リング １６ 揺動子 １６−１ マグネット移動子 １７ シングルチップマイクロプロセッサ １８ コンパレ−タ及びＵ／Ｄ（アップ・ダウン）信号
生成回路 １９ Ｕ／Ｄ（アップ・ダウン）カウンタ ２０，２０−１ 揺動角検出用磁気センサ ２０−２ 移動体位置検出用磁気センサ ２１ 螺子孔 ２２ 螺子 ２３ 揺動角規制溝 ２４ 中心点 ２５ 増幅回路 ２６，２６−１，２６−２ 出力端子 ２７ エンコ−ダ出力信号波形 ２８，２８−１ エンコ−ダ信号処理回路 ２９−ａ，２９−ｂ エンコ−ダ出力信号 ３０ プリント配線基板 ３１，３１−ａ，３１−ｂ 出力電気信号波形 ３２ 電源装置 ３３−１，３３−２ コンパレ−タ回路 ３４ Ｕ／Ｄ信号生成回路 ３５ バッファ ３６ ラインドライバ ３７ ラインレシ−バ ３８ａ，３８ｂ 位置デ−タ要求信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮尾 修美 神奈川県大和市中央林間４丁目９番４号 株式会社シコ−技研内 (72)発明者 逢坂 政行 神奈川県大和市中央林間４丁目９番４号 株式会社シコ−技研内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ極，Ｓ極の磁極を隣接して備えるマグ
   ネットと該マグネットのＮ極とＳ極の磁極境界部を検出
   することができる位置に移動体位置検出用磁気センサを
   配設して上記マグネットまたは移動体位置検出用マグネ
   ットのいずれか一方を相対的移動する移動子とし、他方
   を固定子とし、上記移動子を一定の移動量の範囲に渡っ
   て往復移動できるように構成し、該移動子の移動範囲内
   において上記磁気センサから得られる出力電気信号を基
   に上記磁極境界部を中心として上記マグネットのＮ極と
   Ｓ極の磁極によって得られるリニアな電気出力信号波形
   部のみを移動体位置検出用磁気式エンコ−ダの出力信号
   として利用した移動体位置検出用磁気式エンコ−ダ。
2. 【請求項２】 上記磁気センサを第１磁気センサとした
   とき、その第１磁気センサから電気角で９０度離れた位
   置に第２磁気センサを配置し、該第１磁気センサ及び第
   ２磁気センサにより移動子の移動角θに対応してサイン
   θ及びコサインθの電気出力信号波形を得、上記サイン
   θに比例する信号及びコサインθに比例する信号を発生
   するサインθ・コサインθ比例信号発生装置を設け、該
   サインθ・コサインθ比例信号発生装置から発生するサ
   インθ及びコサインθに比例する２つの信号をデジタル
   化してア−クタンジェントを計算して移動体の位置θを
   求める移動体位置計測手段を設けたことを特徴とする請
   求項１に記載の移動体位置検出用磁気式エンコ−ダ。