JPS5940261A - エンコ−ダ - Google Patents

エンコ−ダ

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Publication number
JPS5940261A
JPS5940261A JP15318882A JP15318882A JPS5940261A JP S5940261 A JPS5940261 A JP S5940261A JP 15318882 A JP15318882 A JP 15318882A JP 15318882 A JP15318882 A JP 15318882A JP S5940261 A JPS5940261 A JP S5940261A
Authority
JP
Japan
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rotating disk
speed
circuit
signal
encoder
Prior art date
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Pending
Application number
JP15318882A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuhiro Mishina
三品 一博
Kazuhisa Takahashi
和久 高橋
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.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP15318882A priority Critical patent/JPS5940261A/ja
Publication of JPS5940261A publication Critical patent/JPS5940261A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/486Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by photo-electric detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Linear Or Angular Velocity Measurement And Their Indicating Devices (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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. (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. (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。
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