JPH06180205A - 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度間隔で設ける。円環状の第２
の対向体１４に第３及び第４の固定電極１５、１６を１
８０度間隔で設ける。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９０度の
角度差をつける。第１及び第２の抵抗体８、１４に接触
する第１及び第２の可動電極１１、１７を設け、同期し
て回転させる。第１の可動電極１１を回転した時に得ら
れる三角波によって角度位置データを作る。０〜１８０
度範囲と１８０〜３６０度範囲で同一の値が第１の可動
電極１１から得られる。これを区別するために第２の可
動電極１７の値を使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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電極と、前記第
１の固定電極と前記第２の固定電極との間に電圧を印加
するための電源手段と、前記第１の固定電極と前記可動
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１の可動電極と、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１の可
動電極と同一角度位置関係を保って前記第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の可動電極と、前記第１の固定電極と前記第２の固
定電極との間及び前記第３の固定電極と前記第４の固定
電極との間に独立に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１の可動電極との間の
第１の電圧及び第３の固定電極と前記第２の可動電極と
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の可動電極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の可動電極と第２の可動電極との間
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２の電圧に基づ
いて第１の可動電極の角度位置が０度〜１８０度範囲か
１８０度〜３６０度範囲かを判定することができる。第
１の可動電極からは０度〜１８０度範囲と１８０度〜３
６０度範囲で同一のデータが得られるが、上記範囲の判
定に基づいて１８０度〜３６０度範囲の第１の電圧に補
正値を加算して正しい角度位置信号を得る。

【０００８】第１及び第２の固定電極と第３及び第４の
固定電極との角度差を９０度にすることが望ましい。ま
た、第１及び第２の可動電極間に角度差を持たせる場合
には、これを９０度にすることが望ましい。

【０００９】第１の電圧と第２の電圧とを交互に選択し
て角度位置を示す信号を得ることができる。

【００１０】

【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〜
１８０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１
８０度〜３６０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、可動電極の回転に従って角度位置
が三角波状に得られる。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した２つの
三角波となる。位相差を有する２つの三角波が得られる
と、角度範囲を容易に決定することができる。従って、
０〜３６０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。三角波電圧は角度変化に対して
直線的に変化するので、角度信号（データ）を正確に決
定することができる。円環状抵抗体は切れ目を有さない
てので損傷しにくい。

【００１１】

【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。

【００１２】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の固定電極９
はグランド（共通端子）に接続され、第２の固定電極１
０は電圧源３に接続され、第１の可動電極１１は第１の
電圧測定器４に接続されている。

【００１３】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９０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（２７０度）に接続された第４の固定電極１６と、
第１の可動電極１１と同一の角度位置を保って第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は電圧源３
に接続され、第２の可動電極１７は第２の電圧測定器５
に接続されている。

【００１４】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の中心に配置されてい
る。第１及び第２の可動電極１１、１７と固定側との接
続を達成するために第１及び第２の可動電極１１、１７
の延長部１１ａ、１７ａに第１及び第２の接触片１８、
１９が弾性を有して接触している。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。

【００１５】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。

【００１６】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）
から成り、図５のフローチャートに従って角度位置を決
定する。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。

【００１７】図４は第１及び第２の可動電極１１、１７
の角度位置と第１及び第２の電圧Ｖ１、Ｖ２との関係を
示す。第１及び第２の抵抗体８、１４は全周にわたって
均一な抵抗値を示すので、角度変化に対して第１及び第
２の電圧Ｖ１、Ｖ２は直線的に変化する。第１の可動電
極１１を第１の固定電極９が接触された位置（０度）か
ら時計回り方向（正方向）に回転させると、０度〜１８
０度の範囲で０Ｖから直線的に拡大し、第２の固定電極
１０が接続された位置（１８０度）で電源電圧Ｖと等し
くなる。第１の可動電極１１を更に回転すると、第１の
電圧Ｖ１は徐々に低下し、第１の固定電極（３６０度即
ち０度）に戻った時に零ボルトになる。一方、第２の電
圧Ｖ２は、第３及び第４の固定電極１５、１６が第１及
び第２の固定電極９、１０に対して９０度の位相差を有
しているので、第１の電圧Ｖ１に対して９０度の位相差
を有する三角波となる。

【００１８】角度判定用信号処理装置６は、図５のブロ
ック２１によって判定動作をスタートする。次に、ブロ
ック２２において第１の電圧測定器４の第１の電圧Ｖ１
を読み込み、続いてブロック２３で第２の電圧測定器５
の第２の電圧Ｖ２を読み込む。次に、ブロック２４で第
２の電圧Ｖ２が電源電圧Ｖの１／２以上か否かを判定す
る。第２の電圧Ｖ２がＶ／２よりも小さい時（ＮＯ出力
時）には０度〜１８０度の範囲であるので、ブロック２
５で示すように第１の電圧Ｖ１に対応する角度位置デー
タを出力する。図４の０度〜１８０度における第１の電
圧Ｖ１の変化から明らかなように、角度位置と電圧Ｖ１
は１次式で示される関係を有するので、角度の１度はＶ
／１８０ボルトに対応する。従って、第１の電圧Ｖ１の
値から角度を直ちに知ることができる。例えば、Ｖ／２
ボルトは９０度に対応し、Ｖボルトは１８０度に対応す
る。ブロック２４の判定結果がＹＥＳの時には第１の可
動電極１１の角度範囲が１８０度〜３６０度であると判
定し、ブロック２６に従ってＶ１に対応する角度を求
め、これに１８０度を加算する。又はＶ＋Ｖ１を求め、
これに対応する角度を決定する。これにより、１８０度
〜３６０度の区間の第１の電圧Ｖ１の値が０度〜１８０
度区間の第１の電圧Ｖ１の値と同一であっても、区別し
て目的とする角度データを得ることができる。

【００１９】角度判定用信号処理装置６による判定方法
は、図５の方式以外でも可能である。図６は別の判定方
法を説明するものである。図６の方法では３６０度の範
囲が４５度〜１３５度の第１の区間と、１３５度〜２２
５度の第２の区間と、２２５度〜３１５度の第３の区間
と、３１５度〜４５度の第４の区間とに分けられてい
る。これに対応して電圧もＶ／４とＶ／２と３Ｖ／４と
Ｖとの４段階に分けられている。図６の方法では第１の
区間では第１の電圧Ｖ１の電圧に基づいて角度を決定
し、第２の区間では第２の電圧Ｖ２に基づいて角度を決
定し、第３の区間では第１の電圧Ｖ１に基づいて角度を
決定し、第４の区間では第２の電圧Ｖ２に基づいて角度
を決定する。第１〜第４区間の判定は次のように行う。 （１） Ｖ１がＶ／４〜３Ｖ／４の範囲にあり、且つＶ
１がＶ２よりも大きい時には第１の区間と判定する。 （２） Ｖ２がＶ／４〜３Ｖ／４の範囲にあり、且つＶ
２がＶ１よりも小さい時には第２の区間と判定する。 （３） Ｖ１がＶ／４〜３Ｖ／４の範囲にあり、且つＶ
１がＶ２よりも小さい時には第３の区間と判定する。 （４） Ｖ２がＶ／４〜３Ｖ／４の範囲にあり、且つＶ
２がＶ１よりも大きい時には第４の区間と判定する。 図６の判定方法では第１の電圧Ｖ１を示す三角波の折り
返し部分を含む３１５度〜４５度、１３５度〜２２５度
の範囲において第１の電圧Ｖ１で角度を決定しないの
で、角度決定の精度が向上する。

【００２０】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９０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
１及び第２の可動電極１１、１７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。

【００２１】

【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度以外の種々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１の可
動電極１１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〜１８０度の範囲と判定し、電圧Ｖ１が減少した
時には１８０度〜３６０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０〜３６０度の範
囲の角度データを得ることができる。

【００２２】

【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】本発明の実施例の角度位置信号発生装置を示す
ブロック図である。

【図２】図１の第１及び第２の可変抵抗器を示す断面図
である。

【図３】図１の第１及び第２の可変抵抗器の電気的接続
を示す回路図である。

【図４】図１の第１及び第２の電圧測定器の出力電圧と
角度との関係を示す図である。

【図５】図１の角度判定用信号処理装置で角度を決定す
る方法を示す流れ図である。

【図６】角度判定信号処理装置で角度を決定する別の方
法を示す角度と第１及び第２の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】

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３の固定電極 １６ 第４の固定電極 １７ 第２の可動電極

Claims (7)

【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
   に配設された可動電極と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間に電圧
   を印加するための電源手段と、 前記第１の固定電極と前記可動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。
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１の可動電極と、 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１の可動電極と同一角度位置関係を保って前記第
   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の可動電極と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間及び前
   記第３の固定電極と前記第４の固定電極との間に独立に
   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１の可動電極との間の第１
   の電圧及び第３の固定電極と前記第２の可動電極との間
   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。
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、 前記第１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１の可動電極と、 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の抵抗体における前記第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１の可動電極に対して１８０度以外の一定の角度
   差を保って前記第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の可動電極と、 前記第１の固定電極と前記第２の固定電極との間及び前
   記第３の固定電極と前記第４の固定電極との間に独立に
   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１の可動電極との間の第１の電圧及び第３
   の固定電極と前記第２の可動電極との間の第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。
4. 【請求項４】 前記角度位置判定装置は、前記第１の可
   動電極が前記第１の角度位置にある時の前記第２の電圧
   Ｖ2 の値を境界値とし、前記第２の電圧Ｖ2が前記境界
   値よりも小さい時に前記第１の可動電極が０度〜１８０
   度の範囲にあると判定し、前記第２の電圧Ｖ2 が前記境
   界値よりも大きい時に第１の可動電極が１８０度〜３６
   ０度の範囲にあると判定し、前記第１の可動電極が０度
   〜１８０度の範囲に位置している時には前記第１の電圧
   Ｖ1 に対応する角度位置信号を出力し、前記第１の可動
   電極が１８０度〜３６０度の範囲に位置している時には
   前記第１の電圧Ｖ1 に対応する角度に１８０度を加算し
   た角度位置を示す信号を出力するように構成されている
   ことを特徴とする請求項２又は３記載の角度信号発生装
   置。
5. 【請求項５】 前記第１の固定電極と前記第３の固定電
   極との角度差は９０度である請求項１又は２又は４記載
   の角度信号発生装置。
6. 【請求項６】 前記第１の可動電極と前記第２の可動電
   極との角度差は９０度である請求項３又は４記載の角度
   信号発生装置。
7. 【請求項７】 前記第１の電圧と前記第２の電圧とを交
   互に選択して角度位置を示す信号を得ることを特徴とす
   る請求項２又は３又は４又は５又は６記載の角度信号発
   生装置。