JPS60151514A - 回転形エンコ−ダ - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、回転形エンコーダ、特に検出コイルから出力
される交流信号の位相によって入力軸の回転角度位置を
検出するようにした回転形エンコーダに関する。

〈従来技術〉 レゾルバを位置検出器として用いる場合、検出コイルか
ら出力される正弦波信号の位相が基準正弦波の位相に対
して何度ずれているかによって入力軸の回転角度位置を
検出するようになっているため、その分解能は位相差か
ら角度位置を検出する電気回路の分解能によって制限を
受け、あまり高い分解能を得ることはできない。

このため、従来では、正弦波および余弦波によって励磁
されるステークの極数を６極、１０極に増やした多極レ
ゾルバを用いて分解能を上げていたが、かかる多極レゾ
ルバにおいては、極数の増加に応じて励磁コイルを多数
配設しなければならないため、検出器を小形化できない
問題があった。

〈発明の目的〉 そこで本発明は、励磁コイルの数を増大さ−ｌることな
しに分解能を向」二できるようにし、小形で高分解能の
回転形エンコーダを提供することを目的とするものであ
る。

〈発明の構成〉 本発明は、入力軸の外周を取囲む円筒形状の基部と、こ
の基部から互いに９０度の位相差を持って半径方向外側
へ突出する４個の脚部とを有し、この脚部の先端に固定
の極部を形成し７たステータ・を固定部に取付けるとと
もに、前記入力軸にロータを固設して、このローターに
に前記入力軸の回転に伴って前記固定の極部にＲ−Ｉ　
して接近、離間を繰返す回転極部を複数突設し、前記４
つの脚部に励磁用コイルを巻装するとともに、前記基部
の外周に検出用コイルを巻装したことを特徴とするもの
である。

〈実施例〉　′ 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図から第３図において、１０は入力軸であり、この
入力軸１０は一対の軸受１１，１２を介してケーシング
１３と蓋部材１５との間に軸承されている。そして、こ
の入力軸１０に大径ロータ１６と小径ロータ１７とが固
着され、蓋部材１５に固着された非磁性体からなる支持
筒１８には一対のステータ２０．’、２１が非磁性体の
仕切り板１９を介在させた状態で取付けられている。

前記ステータ２０とロータ１６は、入力軸１０が１１５
回転する間に、すなわち、回転角が２π１５変化する間
に位相が３６０度変化する正弦波を検出信号として出力
する第１の回転形エンコーダを構成し、前記ステータ２
１とロータ１７は、入力軸１０が１回転する間に位相が
３６０度変化する正弦波を検出信号として出力する第２
の回転形エンコーダを構成する。そして、本実施例にお
いては、後述するように一対のステータ２０，２１の励
磁を共通の励磁コイル３３ａ〜３３ｄによって行うよう
になっている。

前記ロータ１６，１７は、入力軸１０に嵌合する円筒部
１６ａ、１７ａの端部に円板状のロータ部１６ｂ、１７
ｂを一体的に形成したもので、円筒部１６ａ、１７ａの
内端部は非磁性体のスペーザリング２２を介して接合し
ている。そして、円筒部１６ａの外縁部には回転極部を
形成する５個の突出部２３ａ〜２３ｅが２π１５の等角
度間隔で内方に突設されており、円筒部１７ａの外縁部
には１個の突出部２５が回転極部として内方に突設され
ている。

一方、ステータ２０番、１０−タ１６の円筒部１６ａと
微少隙間をって遊嵌する円筒基部２６と、こ　。

の円筒基部２６の前記ロータ部１６ｂから遠い側の端部
から半径方向外側に延在する４個の脚部２７ａ〜２７ｄ
とから成り、脚部２７ａ〜２７ｄの外端部はそれぞれロ
ータ部Ｌ６ｂ側へ屈曲し、その先端部には、入力軸１０
の回転により、ロータ１６の突出部２３ａ〜２３（１が
接近、離間を繰返す固定の極部２８ａ〜２８ｄが形成さ
れている。

また、ステータ２１もステータ２０と同様の構成であり
、ロータ１７の円筒部１７ａに対して遊嵌する円筒基部
３０とこの円筒基部３０のロータ部１７ｂから遠い側の
端部から半径方向外側に延在する４個の脚部３１２〜３
１ｄとからなり、この脚部３１２〜３１ｄの外端部がロ
ータ部１７ｂ側へ屈曲して、その先端部に極部３２　ａ
〜３２ｄが形成されている。

そして、前記ステータ２０．２１は、脚部２７ａ〜２７
ｄと脚部３１ａ〜３１ｄの回転方向の角度位置が同一と
なるように前記仕切り板１９を介して接合されるととも
に、同し位置にあるステータ２０．２１の脚部２７ａと
３ｔａ、２７ｂと３１’ｂ、２７Ｃと３’ｌｃ、２７ｄ
と３］ｄの夕（周には対接する一対の脚部を取囲むよ・
うに巻装した励磁コイル３３ａ〜３３ｄがそれぞれ配設
されている。そして、これらの励磁コイル３３ａ〜３３
ｄの内、入力軸１０を挾んで反対側の位置にある励磁コ
イル３３ａと３３Ｃ，３３ｂと３３ｄは巻線方向が互い
に反対向きになっているとともに、第４図に示されるよ
うに励磁コイル３３ａと３３ｃは基準正弦波信号Ｓｉｎ
ωｔによって励磁され、励磁コイル３３ｂ、３３ｄは基
準正弦波信号Ｓｉｎωｔに対して位相が９０度ずれた基
準余弦波信号ＣＱＳωｔによって励磁されるようになっ
ている。

また、ステータ２０の円筒基部２６とステータ２１の円
筒基部３０の外周にはそれぞれ円筒基部２６．３０を取
巻くように巻装した検出コイル３５．３６がそれぞれ配
設されている。

上記のように構成した回転形エンコーダにおいて入力軸
】０が原位置に位置している時、ロータ部１６ｂの突出
部２３ａは第２図に２点鎖線で示したように、極部２８
ａと対向する位置にあり、・ロータ部１７ｂの突出部２
５は第３図に２点鎖線で示すように、極部３２ａと対向
する位置にある。

この状態において、ロータ１６とステータ２０との間に
おける磁束の流れを考えると、極部２３ａは極部２８ａ
に対向し、他の極部２３ｂ〜２３ｅは極部２８ｂ〜２８
ｄから離れているため、第１図に破線で示すように、励
磁コイル３３ａによって生起された磁力線が極部２８ａ
と突出部２３ａとの間の空隙およびロータ１６の円筒部
１６ａと円筒基部２６との間の空隙を介して円筒基部２
６を含む磁束通路を流れ、検出コイル３５からはＳｉｎ
ωｔと同相の信号ａ　Ｓｉｎωｔが検出信号として出力
される。そして、この状態から入力軸１゜が第２図、第
３図において時計方向に回転すると、突出部２３ａが極
部２８ａから離間するとともに突出部２３ｂが極部２８
ｂに近づく。これにより、円筒基部２６を流れる磁力線
としては、励磁コイル３３ａによって励起されるＳｉｎ
ωＬに比例した磁力、線が減少し、励磁コイル３３ｂに
よって生起されるーＣｏｓωＬに比例する磁力線の割合
が次第に強くなってくる。これにより、検出コイル３５
から出力される検出信号ａ　ＳｉｎωＬの位相が次第に
遅れてくる。そして、入力軸１０が原位置状態からπ／
１０回転して突出部２３ｂが極部２８ｂと対応した時点
では、検出コイル３５がらは−Ｃｏｓωｔ、ずなわち基
準正弦波Ｓｉｎωｔに対してπ／２だけ位相の遅れた検
出信号ａ　Ｓｉｎ　（ωｔ−π／２）が出力される。

また、入力軸１０の回転角がπ／１０を越えた場合には
励磁コイル３３ｂによって励起される一Ｃｏｓωｔに比
例した磁力線と励磁コイル３３ｃによって励起される一
５ｉｎωｔに比例した磁力線とを合成した磁力線が円筒
基部２６を流れ、入力軸１０が２π／１０回転した時点
では検出コイル３５からａ　Ｓｉｎ　（ωを一π）の位
相を有する信号が出力されるようになる。以下同様に入
力軸１０が３π／１０回転した場合には、突出部２′３
ｄが極部２８ｄに対応してａ　Ｓｉｎ　Ｃπむ−（３／
２）π〕なる検出信号が検出二１イル３５から出力され
、入力軸１０が２π１５（４π／１０）回転した場合に
は、突出部２３ｅが極部２８ａに対応して再び基準正弦
波Ｓｉｎωｔと同相の検出信号ａ　Ｓｉｎωｔが検出コ
イル３５より出力されるようになる。

このように、入力軸１０の回転角が０〜２π１５の間を
変位する間に、検出信号の位相が０から２πまで連続的
に遅れることになり、入力軸の回転量に対し５倍の位相
変化が生じる。したがって、以下同様の動作により、入
力軸１０が１回転する間には検出信号の位相は１０πだ
け遅れることになる。

一方、ロータ１７とステータ２１との間における磁束の
流れも、上記したロータ１６とステータ２０との間にお
ける磁束の流れと同様に変化するが、この場合ロータ１
７上に極部２５が１個しか形成されていないため、検出
コイル３６から出力される検出信号ｂ　ＳｉｎωＬの位
相は、人力軸１゜が１回転する間に２πだけ変化する。

したがって、入力軸１０が原位置からθだけ回転すると
、検出コイル３６からは第５図ｆｂｌに示すｈ　Ｓｉｎ
　（ωを一θ）なる位相検出信号が出力され、検出コイ
ル３５からは第５図（Ｃ１に示ず−ａ　Ｓｉｎ　（ωｔ
−５θ）なる位相の検出信号が出力されることになる。

第４図は上記構成の回転形エンコーダによって入力軸１
０の回転量を検出するための電気回路であり、検出コイ
ル３５．３６から出力される検出信号ａＳｉｎ（ωｔ−
５θ）およびｂＳｉｎ（ωｔ−θ）は、それぞれ位相比
較回路４１．４２に入力される。

位相比較回路４１は基準正弦波Ｓｉｎωｔと、検出コイ
ル３５から出力される検出信号ａ　Ｓｉｎ　（ωｔ−５
０）との間の位相比較を行い、位相差に応じたデジタル
値を出力するもので、この位相比較回路４１からの出力
値Ｎは第６図ｔｉｌ＋に示されるように入力軸１０が２
π１５回転する度に０となり、引続いて２π１５回転す
る間に最大値Ｐまで入力軸１０の回転量に比例して直線
的に変化する。

一方、位相比較回路４２は、基準正弦波Ｓｉｎωｔと検
出コイル３６から出力される検出信号ｂ　５ｉｎ（ωを
一〇）との間の位相比較を行うもので、こ　、の位相比
較回路４２の出力値Ｍは入力軸１０が１回転する間に０
〜Ｐまで直線的に変化する。

演算回路４３は、位相比較回路４１．４２の出力値に基
づき、入力軸１０の回転量を演算するもので、次式によ
り入力軸１０の回転量Ｖを演算して出力する。

Ｖ＝　ＣＭ／　（Ｐ１５））ｘＰ十Ｎ・・・（１）なお
、（１）式において０は整数化を示すＧａｕｓｓ記号で
ある。

これにより、■の値は入力軸１０が１回転する間に０〜
５・Ｐまで変化し、３６０／（５・Ｐ）の分解能を得ら
れる。したがって、ロータ１７とステータ２１だけを設
けて検出を行う場合の分解能３６０／Ｐに比べ５倍の分
解能を得られることになる。

なお、上記実施例においては、検出コイル３５の出力と
検出コイル、：３６の出力とを合成して入力軸１０の絶
対回転量を検出していたが、入力軸１０の相対的な回転
量を検出すイ〕場合には、ロータ１６とステーク２０だ
けを設は検出コイル３５がら出力される検出信号ａＳｉ
ｎ（ａｃｔ−５θ）の位相変化により入力軸１０の回転
量を検出するようにすればよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明においては、入力軸の外周を取
囲む円筒形状の基部と、この基部から互いに９０度の位
相差を持って半径方向外側へ突出する４個の脚部とを有
し、この脚部の先端に固定の極部を形成したステークを
固定部に取付＋−するとともに、前記入力軸にロータを
固設して、このロータ上に前記入力軸の回転に伴って前
記固定の極部に対して接近、離間を繰返す回転極部を複
数突設し、前記４つの脚部に励磁用コイルを巻装すると
ともに、前記基部の外周に検出用コイルを巻装　。

した構成であるので、ロータ上の回転極部の数を増大さ
せるだけで、励磁コイルを多数組配設した場合と同じ様
に分解能を向上でき、分解能を向上させるために励磁コ
イルを多数設ける必要が全くない。したがって、装置を
大幅に小形化でき、小形で高分解能の回転形エンコーダ
を提供できる利点がある。

また、検出コイルを固定部に配設できるため、検出信号
の取出しが極めて容易な利点もある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は回転形エ
ンコーダの全体構成を示す断面図、第２図は第１図にお
けるｎ−ｎわに矢視断面図、第３図は第１図におけるｍ
−ｍ線矢視断面図、第４図は第１図に示す回転形エンコ
ーダを用いて入力軸１０の回転量を検出する電気回路、
第５図（ａｌ〜（Ｃ）は励磁用基準正弦波と検出借りの
位相関係を示す図、第６図ｔａ＋〜（Ｃ１は第４図に示
す電気回路の動作を示す図である。 、１０・・・入力軸、１６．１７・・・ロータ、１６ａ
、１７ａ・・・円筒部、２０．２１・・・ステータ、２
３ａ〜２３ｄ・・・突出部、２５・・・突出部、２７ａ
〜２７ｄ・・・脚部、２８ａ〜２８ｄ・・・極部、３３
ａ〜３３ｄ・・・励磁コイル、３５．３６・・・検出コ
イル。 特許出願人 豊田工機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力軸の外周を取囲む円筒形状の基部と、この基
   部から互いに９０度の間隔を持って半径方向外側へ突出
   する４個の脚部とを有し、この脚部の先端に固定の極部
   を形成したステータを固定部に・取付けるとともに、前
   記入力軸にローフを固設して、このロータ上に前記入力
   軸の回転に伴って前記固定の極部に対して接近、離間を
   繰返す回転極部を複数突設し、前記ステータの４つの脚
   部に励磁用コイルを巻装してそれぞれ位相が９０度異な
   る正弦波形で励磁し、前記ステークの基部の外周に検出
   用コイルを巻装し、この検出用コイルから出力される正
   弦波の位相に基づいて前記入力軸の回転角度位置を検出
   するようにした回転形エンコーダ。