JPS5940261A

JPS5940261A - エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS5940261A
Application number: JP15318882A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mishina; 三品　一博; Kazuhisa Takahashi; 和久高橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1984-03-05

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】この発明は回転数２回転角度を制御するためにモータ等
に取付けられる仝ンコーダに関するものである。

第１図は従来のエンコーダ■およびその出力を処理する
速度検出回路Ｉの構成を示している。

エンコーダＩは、周方向に等間隔に多数のスリブ）ｌａ
を有してモータ（図示せず）等に軸結合し、た回転円板
１とスリット１１の間隔と同じ間隔の複数のスリブ）２
８を有し回転円板１に重ね合せられる固定板２と回転円
板１および固定板２の一側に配置し★発光ダイオード３
と、回転円板１および固定板２の他側に配置したホ））
ランジスタ４．５とで構成されている。この場合、ホト
トランジスタ４．５は固定板２のスリット２ａのピッチ
ずれにより、出力信号の位相が９０度ずれるようにして
いる。

速度検出口ｆｉＮは、ホトトランジスタ４．５の正弦波
出力信号を方形波信号に波形整形する波形整形回路６と
、この波形整形回路６の２つの方形波信号位相の進み遅
れを検出することによりモータ等の回転方向を判別する
方向判別回路７と、波形整形回路６の１つの方形波信号
を周波数−電圧変換して速度出力を発生するＦ−Ｖ変換
回路８と、方向判別回路７の出力とＦ−Ｖ変換回路８の
出力とを合成して速度および回転方向の情報をもつ速度
・方向合成信号ｆ得る速度・方向合成回路９とで構成し
ている。

このエンコーダＩおよび速度検出回路１の動作を第２図
Ｃん〜（Ｆ′）を参照して説明する。モータが回転する
と、それに応じて回転円板１が回転し、ホトトランジス
タ４より第２図（Ａ）に示すようにモータの回転速度に
応じｔ周波数の信号（Ａ相）が出力され、このときにホ
トトランジスタ５からも同様の信号（Ｂ相）が出力され
る。Ｂ相信号は−モータの正転時にはＡ相信号より位相
が９０度進み、モータの逆転時にはＡ相信号より位相が
９０度遅れる。

ホトトランジスタ４．５より出力されたＡ相信号および
Ｂ相信号は、波形整形回路６により第２図（０、（Ｂ）
に示すようにＡ相方形波信号およびＢ相方形波信号に波
形整形される。

波形整形回路６より出力されたＡ相方形波信号およびＢ
相方形波信号は、方向判別回路７に加えられ、ここで位
相の進み遅れが検出され、モータの回転方向が判別され
る。すなわち、モータが正転してＢ相方形波信号がＡ相
方形波信号より進んでいる場合は方向判別回路７の出力
が第２図ｎに示すように低レベルとなり、モータが逆転
してＢ相方形波信号がＡ相方形波信号より遅れている場
合は方向判別回路７の出力が第２図（至）に示すように
高レベルとなる。

（５）ま★、波形整形回路６の一方の出力、例えば人相方形波
信号は、Ｆ−Ｖ変換回路８に加えられ、その周波数（モ
ータの回転速度）に比例し★第２口重）に示すようが速
度電圧に変換される。この速度電圧は、正転時も逆転時
も同じ極性のｗ匡であるので、速度・方向合成回路９で
方向判別回路７の出力と合成され、第２図（Ｆ）に示す
ような速度・方向合成出力となる。

ところで、上記Ｆ−ｖｙ換回路８は、第３図に示すよう
に、単安定マルチがイブレータ８ａとローパスフィルタ
８ｂとで構成され、波形整形回路６で得られた第４図（
Ａ）に示すよりなＡ相方形波信号の立上がりに応答して
単安定マルチバイブレータ８ａをトリガすることにより
第４同市に示すような一部輻Ｔのパルス列を作り出１−
１これをローパスフィルタ８ｂに通して第４図（Ｃ）に
示すような平均電圧を取出し速度電圧としている。

しかし、このような従来のエンコーダは、発光ダイオー
ド３とホトトランジスタ４．５とが別構成になっていた
★め、組立時に固定板２および発（６）光ダイオード３と回転円板１との位置を調整してパター
ンを合せる必要があり、モータへの組込みが容易でなく
、速度検出の信頼性も低かった。

また、エンコーダＩの出力からモータの回転速度を検出
するには、速度検出回路ｌが必要であり、この速度検出
回路ｌを制御回路に組込む必要があるため、制御回路の
設計が困難であり★。

さらに、Ｆ−Ｖ９換回路８を構成するローパスフィルタ
８ｂから滑らかな（リップルの少い）直流電圧を得るに
は、ローパスフィνり８ｂの時定数を大きくする必要が
あるが、こうすると周波数の変化（モータの回転速度の
変化）に対して速度電圧の変化に遅れが生じ、ま★、高
い周波数（高速回転）においてゲインが下がり、モータ
の回転速度と速度出力との直線性が悪くなった。逆に、
ローパスフィルタ８ｂの時定数を小さくすれば、速度電
圧にリップルが多くなり、特に低速時においてモータの
回転が振動的になった。

したがって、この発明の目的は、モータ等への組込みが
容易で、速度検出の信頼性が高く、かつ制御回路の設計
を容易に行うことができるエンコーダを提供することで
ある。

この発明の一実施例を第５図ないし第９図に基づいて説
明する。このエンコーダは、第５図に示すように、周方
向に等間隔に多数のスリブ）Ｃ１ａを形成するとともに
この外側に１個のスリブ）９ｂを形成した回転円板９を
モータ１０の軸１０ａに軸結合し、エンコーダボディ１
１を回転円板９を挾んでモータ１０と対向配置し、エン
コーダボディ１１の穴１１ｍに逆Ｕ形のハウジング１２
の一方の側脚を嵌込み、ハウジング１２の両側脚間に回
転円板９のスリット９ａを位置させている。

ハウジング１２は、第６図に示すように、一方の側脚に
発光ダイオード１３を内蔵するとともに他方の側脚にホ
））ランジスタ１４．１５．１６を内蔵し、他方の側脚
の内側にスリットを有する固定板１７ｆ取付けてあり、
発光ダイオード１３の光が回転円板９のスリブ）　９　
ａ　ｉ−よび固定板１７のスリットを通してホトトラン
ジスタ１４．１５に達するとともに回転・円板９のスリ
ット９ｂを通し゛てホトトランジスタ１６に達するよう
になっている。また、このハウジング１２には、ホトト
ランジスタ１４〜１６の出力から速度出力等を得るため
の回路ブロックが内蔵され、ホトトランジスタ１４〜１
６とともに回路基板１８に塔載されている。２０は出力
信号線である。ホトトランジスタ１４．１５は、従来の
ものと同様に位相が互いに９０度ずれた信号が出力され
る。

このエンコーダは、・電気的には第７図に示すように、
ホトトランジスタ１４．１５．１６かう得られる従来と
同様のＡ相信号およびＢｔｇ信号と回転円板９が１回転
する毎に１個のパルスが牛じる２相信号を得、Ａ相信号
、Ｂ相信号およびＺ相信号を波形整形回路２１でそれぞ
れ第９図ｃ局、（２）。

（Ｏに示すよりなＡ相方形波信号、Ｂ相方形波信号およ
びＺ相方形波信号（１回転１バＶス）に波形整形される
。

波形整形回路２１より出力されたＡ相方形波信号お工び
Ｂ相方形波信号は、方向判別回路２２に加えられ、ここ
で位相の進み遅れが検出され、モ（９） −タ１０の回転方向が従来と同様に判別される。

また、波形整形回路２１の一方の出力、例えばＡ相方形
波信号は、Ｆ−Ｖ変換回路２３に加えられ、その周波数
（モータの回転速度）に比例した速度電圧に変換される
。この速度ＷｐＥは、正転時も逆転時も同じ極性の電圧
であるので、速度・方向合成回路２４で方向判別回路２
２の出力と合成され、第９図（２）に示すような速度・
方向合成出力となる。

上記Ｆ−Ｖ変換回路２３は、第８図に示すように、単安
定マルチバイブレータ２３ａ　ドローパスフィルタ２３
ｂと時定数可変回路２３Ｃとで構成され、波形整形回路
２１で得られた第９図（Ａ）に示すようｆｉＡ相方形波
信号の立上がりに応答して単安定マルチバイブレータ２
３ｍをトリガすることにより一定幅のパルス列を作り出
し、これをローパスフィ〃り２３ｂに通して平均電圧を
取出し速度電圧としている。また、単安定マルチがイブ
レータ２３ａの時定数はコンデンサＣ工および抵抗Ｒ工
で決定し、ローパスフィルタ２３ｂの時定数は時定数可
変回路２３Ｃ（１０）により自動的に変えるようにしている。具体的には、コ
ンデンサＣ２およびＣｄＳ等の可使抵抗素子からなる抵
抗Ｒ２で決定し、抵抗Ｒ２にローバスフイ〃り２３ｂの
出力に応じて光量が変化する発光ダイオードＬＥＤの光
を照射することにより抵抗Ｒ２の抵抗値ｔｆ化させるよ
うにしている。具体的には、ローパスフィルタ２３ｂの
出力が小さいときに抵抗Ｒ２の抵抗値が大き（、ローバ
スフィＶり２３ｂの出力が大きいときには抵抗Ｒ２の抵
抗値が小さくなるように設定することで、モータ１０の
回転速度が低いときにはローバスフィ〃り２３ｂの時定
数を大きくし、モータ１０の回転速度が高いときにはロ
ー／＜スフィルタ２３ｂの時定数を小さくしている。

そして、Ａ相方形波信号、Ｂ相方形波信号、２相方形波
信号および速度・方向合成信号をハウジング１２から信
号＠２０に通して外部へ出力し、制御回路へ入力できる
ようになっている。

このように、この実施例は、発光ダイオード１３とホト
トランジスタ１４〜１６をハウジング１２に収容して一
体化している★め、発光ダイオード１３とホトトランジ
スタ１４〜１６との位相調整が不要となり、モータ１０
への組込みガ容易になり、後からでも組込みが可能とな
る。また、一体化により速度検出の信頼性も高くできる
。、また、ハウジング１２に速度検出用の回路ブロック
を内蔵１２ているので、制御回路の設計が容易となる。

また、ローパスフィルタ２３ｂの出力の大小に応じて時
定数を短長に変えるようにしたため、低速時圧おけるリ
ップＶを少くできるとともに高速時における回転速度と
速度出力の直線性を良好とすることができ、低速から高
速まで広範囲にわたって性能のよい制御を行わせること
ができる。

以上のように、この発明のエンコーダは、周方向に等間
隔に多数のスリットを形成した回転円板と、この回転円
板のスリット形成部分を一方および他方の脚部で挾むよ
うに配置しｔＵ形ハウジングと、このＵ形ハウジングの
一方の脚部に取付けられた発光部と、前記Ｕ形ハウジン
グの他方の脚部に取付けられ前記回転円板のスリット形
虜蔀分を介して前記発光部と対向ＬＬ！Ｉ記回転円板の
回転速度に応じた周波数の互いに９０度の位相差をもつ
第１の信号および第２の信号を発生する受光部と、前記
Ｕ形ハウジングに内蔵され前記第１および第２の信号を
処理して前記回転円板の回転速度および回転方向の情報
をもつ速度・方向合成信号を発生する速度検出回路とを
備え、前記第１および第２の信号ならびに前記速度・方
向合成信号を外部へ出力できるようにしたので、モータ
等への組込みが容易で、速度検出の信頼性が高く、かつ
制御回路の設計を容易に行うことができるという効果づ
ｆある。

以下、開示技術について説明する。

従来のエンコー夛は、第１０図に示すように、回転円板
３１に周方向に等間隔に多数個のスリット３１ａ　ｆ形
成し、固定扇形板３２に周方向にスリット３１Ｂと同じ
ピッチで復数個のスリット３２ａ　ｉ形成するとともに
この複数のスリブ）　３２ｍに隣接して周方向にスリブ
）　３１！１と同じピッチでかつスリット３１ｍに対し
て電気的に９０度位相のずれた（１ピツ゛チずれた）複
数のスリブ）　３２ｂを形成Ｌ、（１３）回転円板３１のスリット形成部分と固定扇形板３２のス
リット形成部分とを重ね合わせ、固定扇形板３２のスリ
ット３２ａ　、　３２ｂの手前側に受光素子３３．３４
ｆ配置するとともに回転円板３１のスリブ）　３１ａの
向こう側に受光素子３３．３４と対向するように発光素
子３５を配置し、回転円板３１の回転速度に応じた周波
数の信号を受光素子３３から取出すとともにこの受光素
子３３の出力信号より！気的に９０度位相のずれた信号
を受光素子３４から取出すようにしてあり、これらの２
つの信号の位相差が正か負かで回転円板３１の回転方向
を判別し、いずれか一方の信号の周波数で回転速度を検
出するようになっている。

このように、従来のエンコーダは、互いに９０度の位相
差をもつ２つの信号を得るために、固定扇形板３２に互
いに１ピツチだけ角度のずれたスリッ）　３２ａ　、　
３２ｂ　ｆ作る必要があり、分割数が多（なると製造が
困難になり、組立後も回転円板３１のスリット３１＆と
固定扇形板３２のスリット３２ａ。

３２ｂとの位置合わせを行わなければならなかった。

（１４）つぎに説明するエンコーダは、上記問題を解消できるも
のである。

このエンコーダは、第１１図に示すように、固定円板３
６に周方向に等間隔にＰ個のスリブ）３６ａを形成し、
回転円板３７の固定円板３６のスリット３６ａの形成位
置と同径の位置に周方向に等間隔にｐ＋１個のスリブ）
　３７ａを形成し、固定円板３６と回転円板３７を同軸
に重ね合わせ、固定円板３６および回転円板３７のスリ
ット形成部分を挾んで対向するように発光素子３８およ
び受光素子３９を配置し、発光素子３８および受光素子
３９の位置より固定円板３６および回転円板３７の軸を
中心として９０度回転した位置で固定円板３６および回
転円板３７のスリット形成部分を挾んで対向するように
発光素子４０および受光素子４１を配置し、受光素子３
９．４０より回転円板３７の回転速度に応じた周波数で
互いに９０度の位相差をもつ２つの信号を得、この２つ
の信号で従来例と同様に回転速度および回転方向を検出
するようになっている。

第１２図は固定円板３６と回転円板３７を重ね合せた状
態を示している。第１３図は第１２図のＡの位置におけ
る固定円板３６のスリブ）　３６ａと回転円板３７のス
リブ）　３７ｍとの回転円板３７が矢印８の方向に１ピ
ツチ回転する間の各対応関係を示し、同図（Ａ）はスリ
ット３６ｍの位置を示し、同図の）〜市）はスリブ）　
３７ａの位置の変化を示している。第１４図は第１２図
のＡの位置から１８０度回転したＢの位置における固定
円板３６のスリット３６１と回転円板３７のスリブ）　
３７１との回転円板３７が矢印Ｓの方向に１″ピツチ転
する間の各対応関係を示し、同図（２）はスリット３６
ａの位置を示し、同図■〜Ｄはスリブ）　３７ａの位置
の変化を示１−でいる。上記図面かられかるように、第
１２図のＡの部分が第１３回出）のように光を透過させ
る状態から同図（Ｃ）〜［有］）に示すように回転円板
３７が１ピツチ回転するとスリブ）　３６ａ　、　３７
ａを透過する光量は正弦波的に変化することになる。回
転円板３７は、固定円板３６より１スリット多いので、
第１２図のＡと逆のＢの位置では第１４図（８）〜■の
ようにｉスリット多い状態、つまり、光を遮断する状態
から正弦波状に変化する。言い換えれば電気的な位相が
１８０度ずれていることになる。このように、固定円板
３６と回転円板３７のスリット数を１だけ異ならせると
、１ピツチの時間的便化（電気信号の３６０度のずれ）
は固定円板３６の１周の機械的な位置変化に置きかえる
ことができる。

互いに９０度位相が異なる信号を得るには、第１５図の
ように、２対の発光・受光素子対ｆＡ’およびＢ′の位
置に配置すればよい。回転円板３７を一ピッチずつ合わ
せて１ピツチ時計方向に回転させると、スリブ）　３６
８　、３７１の重なり状態が同図（Ａ１〜０に示すよう
に便化する。同図中のスリット３６ａのうち白く抜いて
いる部分はスリット３７ｍが重なって光が透過可能な状
態全示し、黒く塗りっぷしている部分はスリブ）　３７
ａが重ならず光が遮断されている状態を示す。

このように２対の発光・受光素子対を配置すれげ、Ａ′
の位置の発光・受光素子対からは第１６図（２）のよう
な信号が出力され、Ｂ′の位置の発光・受（１７）光素子対からは第１６図（Ｂ）のような９０度位相の進
んだ信号が出力される。

度で一τ＆）のずれが機械的な９０度の角度に展開され
るため、精度が高く、かつ製造が容易となる。

また、固定円板３６と回転円板３７・の中心を合わせる
だけでスリット位置調整が簡単に行える。また、電気的
な信号の１周期が機械的な３６０度の角度に展開される
ため、任意の位相差をもつ複数の信号全簡単に得ること
ができ細かい制御を行える。また、９０度の位相差をも
つ信号からでも電気的には４倍の信号を作ることができ
るが、上記構成によれば、さらに分割数を上げることも
可能でエンコーダが小型化する最近では分割数を多くす
ることは困難となるが、上記構成によれば簡単に高分解
能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエンコーダおよび速度検出回路の構成図
、第２図（Ａ）〜ｎはその各部の波形図、第３図Ｆｉ第
１図の要部の具体的なブロック図、第４（１８）図（Ａ）〜（０はその各部の波形図、第５図はこの発明
の一実施例の分解斜視図、第６図はその拡大側面図、第
７図は実施例の電気的なブロック図、第８図はその要部
具体回路図、第９図（Ａ）〜面は第７図の各部の信号波
形図、第１０図ないし第１６図は開示技術の説明図であ
る。９・・・回転円板、９ｍ・・・スリット、１２・・・ハ
ウジング、１３・・・発光ダイオード、１４〜１６・・
・ホトトランジスタ、２１・・・波形整形回路、２２・
・・方向判別回路、２３・・・Ｆ−Ｖ変換回路、２４・
・・速度・方向合成回路（１９）第３図１１第５図Ｔ／　　１４，１５

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　　周方向に等間隔に多数のスリットを形成した
回転円板と、この回転円板のスリット形成部分を一方お
よび他方の脚部で挾むように配置したＵ形ハウジングと
、このＵ形ハウジングの一方の脚部に取付けられた発光
部と、前記Ｕ形ハウジングの他方の脚部に取付けられ前
記回転円板のスリット形成部分を介ｌ−で前記発光部と
対向し前記回転円板の回転速度に応じた周波数の互いに
９０度の位相差をもつ第１の信号および第２の信号を発
生する受光部と、前記Ｕ形へウジングに内蔵され前記第
１および第２の信号を処理して前記回転円板の回転速度
および回転方向の情報をもつ速度・方向合成信号を発生
する速度検出回路とを備え、前記第１および第２の信号
ならびに前記速度・方向合成信号を外部へ出力できるよ
うにしたエンコーダ。
（２）前記速度検出回路は、前記第１および第２の信号
をそれぞれ第１および第２の方形波信号に波形整形する
波形整形回路と、前記第１および第２の方形波信号の位
相差の極性を検出することにより前記回転円板の回転方
向を判別する方向判別回路と、前記第１および第２の方
形波信号のいずれか一方を周波数−電圧変換して前記回
転円板の回転速度に応じた電圧を出力する周波数−電圧
変換回路と、この周波数−電圧変換回路の出力と前記方
向判別回路の出力とを合成して前記回転円板の回転速度
および回転方向の情報をもつ速度・方向合成信号を出力
する速度・方向合成回路とで構成している特許請求の範
囲第（１）項記載のエンコーダ。
（３）前記周波数−電圧変換回路は、前記第１および第
２の方形波信号のいずれか一方によりトリガされる単安
定マルチバイブレータと、この単安定マルチバイブレー
タの出力を低域ろ波するローパスフィルタと、このロー
パスフィルタの出力レベルの高低に応じて前記ローパス
フィルタの時定数を短長に変化させる時定数可愛回路と
から構成されている特許請求の範囲第（２）項記載のエ
ンコーダ。
（４）　　前記回転円板に１個の回転数検出用スリット
を付設して前記受光部より外部へ前記回転円板が１回転
する毎に１個のパルスを発生させ、このパルスを外部へ
出力するようにした特許請求の範囲第（１）項記載のエ
ンコーダ。