JP5614030B2 - Encoder and electromechanical device - Google Patents
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Description
本発明は、エンコーダーに関するものである。 The present invention relates to an encoder.
エンコーダーは、例えば、モーターの制御に利用されている(例えば特許文献1)。このとき、モーターを極低回転(0.1〜100[rpm])で制御するには、エンコーダーの分解能を大きくして、発生させるパルス数を多くすることが好ましい。
今後、減速機等を用いることのない高トルクモータの出現でDDモーター駆動が容易に実現する。そこで、モーターの回転数は負荷回転数となり極低回転となるため、この極低回転でも電気的に高速制御が要求されエンコーダーからの分解能が更に要求されてくる。
Et Nkoda, for example, is used to control the motor (for example, Patent Document 1). At this time, in order to control the motor at an extremely low rotation (0.1 to 100 [rpm]), it is preferable to increase the resolution of the encoder and increase the number of pulses to be generated.
In the future, DD motor drive will be easily realized with the advent of high-torque motors that do not use reduction gears. Therefore, since the rotation speed of the motor becomes the load rotation speed and becomes extremely low, high speed control is required electrically even at this extremely low speed, and resolution from the encoder is further required.
しかし、従来のエンコーダーでは、高分解能に対応しようとすると、スリットのパターンが複雑になるという問題があった。また、分解能は、スリットの幅で規制されるという問題があった。 However, the conventional encoder has a problem that the slit pattern becomes complicated when trying to cope with high resolution. Further, there is a problem that the resolution is regulated by the width of the slit.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決し、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することを目的とする。 An object of the present invention is to solve at least a part of the problems described above and to realize a high-resolution encoder with a simple configuration.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明の一形態によれば、エンコーダーが提供される。このエンコーダーは、回転円盤と、前記回転円盤上において等間隔に設けられた光透過部又は反射板で構成される光学要素と、前記光学要素に光を照射する発光部と、前記光学要素を透過する、または反射する光を受光して、その受光の大きさに応じた大きさのアナログ受光信号を出力する受光部と、前記アナログ受光信号をあらかじめ定められたN個(Nは2以上の整数)の閾値を用いてデジタル変換して前記アナログ受光信号の周期の1/Nの周期のパルス信号を発生するパルス発生部と、を備え、前記光学要素は、前記光学要素の回転方向に沿って光透過率または光反射率が徐々に増減するように構成されており、前記パルス発生部は、1/Nの周期を2πとしたときに、π/2だけ位相がずれている2相のパルス信号を発生させる。この形態のエンコーダーによれば、アナログ受光信号の周期の1/Nの周期を2πとしたときに、π/2だけ位相がずれている2相のパルス信号を発生でき、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することが可能となる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
According to one aspect of the invention, an encoder is provided. The encoder includes a rotating disk, an optical element composed of a light transmitting part or a reflecting plate provided at equal intervals on the rotating disk, a light emitting part for irradiating the optical element with light, and transmitting the optical element. A light receiving unit that receives or reflects reflected light and outputs an analog light reception signal having a magnitude corresponding to the received light intensity, and N predetermined analog light reception signals (N is an integer of 2 or more) And a pulse generator that generates a pulse signal having a period of 1 / N of the period of the analog light-receiving signal by using a threshold value of the optical element, and the optical element is arranged along a rotation direction of the optical element. The light transmittance or the light reflectance is configured to gradually increase or decrease, and the pulse generator is a two-phase pulse whose phase is shifted by π / 2 when the period of 1 / N is 2π. Generate a signal. According to the encoder of this embodiment, when the period of 1 / N of the period of the analog light reception signal is 2π, a two-phase pulse signal whose phase is shifted by π / 2 can be generated, and high resolution is achieved with a simple configuration. It becomes possible to realize a simple encoder.
[適用例1]
エンコーダーであって、回転円盤と、前記回転円盤上において等間隔に設けられた光透過部又は反射板で構成される光学要素と、前記光学要素に光を照射する発光部と、前記光学要素を透過する、または反射する光を受光して、その受光の大きさに応じた大きさのアナログ受光信号を出力する受光部と、前記アナログ受光信号をあらかじめ定められた閾値を用いてからデジタル変換して一定間隔のパルス信号を発生するパルス発生部と、を備え、前記光学要素は、前記光学要素の回転方向に沿って光透過率または光反射率が徐々に増減するように構成されている、エンコーダー。
この適用例によれば、光学要素の回転方向に沿って光透過率または光反射率が徐々に増減するので、アナログ受光信号も徐々に増減する形状になる。このアナログ受光信号をあらかじめ定められた閾値を用いてからデジタル変換して一定間隔のパルス信号を発生させるので、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することが可能となる。
[Application Example 1]
An encoder, comprising: a rotating disk; an optical element composed of a light transmitting part or a reflecting plate provided at equal intervals on the rotating disk; a light emitting part for irradiating the optical element with light; and the optical element. A light receiving unit that receives light that is transmitted or reflected and outputs an analog light reception signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the light reception, and digitally converts the analog light reception signal after using a predetermined threshold value. And a pulse generator that generates pulse signals at regular intervals, and the optical element is configured such that light transmittance or light reflectance gradually increases or decreases along the rotation direction of the optical element. encoder.
According to this application example, since the light transmittance or light reflectance gradually increases and decreases along the rotation direction of the optical element, the analog light reception signal also gradually increases and decreases. Since this analog light reception signal is digitally converted using a predetermined threshold value to generate pulse signals at a constant interval, a high-resolution encoder can be realized with a simple configuration.
[適用例2]
適用例1に記載のエンコーダーにおいて、前記光学要素は光透過部であり、光の透過度を落とす着色層を有しており、前記着色層の色の濃さが徐々に変わることにより、前記光透過度を徐々に増加または徐々に減少させている、エンコーダー。
この適用例によれば、光学要素の回転方向に沿った両端から光学要素の回転方向に沿った中心に向かって光透過率または光反射率が徐々に増減する構成を容易に形成することが可能となる。
[Application Example 2]
In the encoder according to the application example 1, the optical element is a light transmitting portion, and includes a colored layer that reduces light transmittance, and the color density of the colored layer is gradually changed, so that the light An encoder that gradually increases or decreases its transparency.
According to this application example, it is possible to easily form a configuration in which the light transmittance or light reflectance gradually increases or decreases from both ends along the rotation direction of the optical element toward the center along the rotation direction of the optical element. It becomes.
[適用例3]
適用例1に記載のエンコーダーにおいて、前記光学要素は光透過部であり、光の透過方向に、光透過度を減ずる着色層と、光透過度を維持する透明層と、を有しており、前記着色層の前記光透過方向の厚さと、前記透明層の前記光透過方向の厚さとを変えることにより、前記光透過度を徐々に増加または徐々に減少させている、エンコーダー。
この適用例によれば、光学要素の回転方向に沿った両端から光学要素の回転方向に沿った中心に向かって光透過率または光反射率が徐々に増減する構成を容易に形成することが可能となる。
[Application Example 3]
In the encoder according to application example 1, the optical element is a light transmission portion, and has a colored layer that reduces light transmittance and a transparent layer that maintains light transmittance in the light transmission direction, An encoder that gradually increases or decreases the light transmittance by changing the thickness of the colored layer in the light transmission direction and the thickness of the transparent layer in the light transmission direction.
According to this application example, it is possible to easily form a configuration in which the light transmittance or light reflectance gradually increases or decreases from both ends along the rotation direction of the optical element toward the center along the rotation direction of the optical element. It becomes.
[適用例4]
電機機械装置であって、磁石と、電磁コイルと、適用例1から適用例3のいずれかに記載のエンコーダーと、前記エンコーダーの出力を用いて、前記電磁コイルに供給する電力を制御する制御部と、を備える電気機械装置。
この適用例によれば、極低回転から高回転で容易に対応することが可能である。
[Application Example 4]
A control unit that controls an electric power supplied to the electromagnetic coil by using a magnet, an electromagnetic coil, the encoder according to any one of application examples 1 to 3, and an output of the encoder, the electromechanical device. And an electromechanical device.
According to this application example, it is possible to easily cope with extremely low rotation to high rotation.
[適用例5]
本発明は、回転型の円盤状エンコーダーにより説明するが、他にリニアモーター用とする直線状エンコーダー、湾曲状エンコーダーも同様に実現できる。
[Application Example 5]
Although the present invention will be described using a rotary disk-like encoder, other linear encoders and curved encoders for linear motors can be realized in the same manner.
本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、エンコーダーの他、電気機械装置等、様々な形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms. For example, the present invention can be realized in various forms such as an electromechanical apparatus in addition to an encoder.
[第1の実施例]
図1は、第1の実施例に係るモーターシステムの構成を模式的に示す説明図である。モーターシステムは、モーター100と、エンコーダー300と、負荷400とを備える。モーター100は、駆動軸110と、磁石120と、電磁コイル130と、磁気センサー140と、を備える。モーター100の回転力を発生する磁石や、電磁コイルの構成については、特に限定は無く、様々な構成を用いることが可能であるので、説明を省略する。駆動軸110は、磁石120が設けられたローター(図示せず)に接続されている。磁気センサー140は、電磁コイル130に対する磁石120の相対位置(位相)を検知するために用いられ、例えば、ホールICを用いることが可能である。ただし、磁気センサー140は、省略可能である。
[First embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of the motor system according to the first embodiment. The motor system includes a
図2は、モーターシステムの制御ブロックの一例を示す説明図である。モーター100の制御部500は、CPU505と、駆動制御回路部510と、PWM制御部520と、駆動部530と、電流検出部535と、計測部540と、を備える。計測部540は、電流検出部535から出力される検出電流信号Imesと、磁気センサー140から出力される磁気センサー信号Smagと、エンコーダー300から出力される合成パルス信号Sencとに基づいて、最大電流値Imax及び平均電流値Iaveとモーター回転数Nmesとを算出する演算回路である。駆動制御回路部510とPWM制御部520は、最大電流値Imax及び/又は平均電流値Iaveとモーター回転数Nmesとに基づいてモーター100(電動サーボモーター100)の制御を実行する。具体的には、駆動制御回路部510は、最大電流値Imax及び/又は平均電流値Iaveとモーター回転数Nmesとに基づいてPWM制御におけるパルス幅を調整する調整値を決定し、この調整値に基づいてPWM制御部520がPWM制御信号を生成する。駆動部530は、複数のスイッチング素子で構成されるHブリッジ回路(図示せず)を備えている。このブリッジ回路のスイッチング素子をオンオフすることにより、駆動部530からモーター100の電磁コイルに駆動電圧が供給される。なお、電流検出部535は、駆動部530に流れる電流(すなわちモーター100のコイル130に流れる電流)を測定する電流センサーである。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating an example of a control block of the motor system. The control unit 500 of the
図3は、エンコーダーの構成を示す説明図である。図3(A)は、エンコーダー300の回転円盤を示している。回転円盤310は、第1の光透過部312と第2の光透過部314とを備えている。第1の光透過部312と第2の光透過部314とはそれぞれm個(mは2以上の整数)あり、第1の光透過部312と第2の光透過部314は、回転円盤310の中心Oに対し等角度間隔で交互に配置されている。すなわち第1の光透過部312の回転方向両端から回転円盤310の中心Oを見た視差は2π/2mとなっている。第2の光透過部314の構成も同様である。なお、本明細書において、回転円盤310上で測定される角度を「機械角」と呼ぶ。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the encoder. FIG. 3A shows the rotating disk of the
図3(B)は、エンコーダー300の側面図である。エンコーダー300には、回転円盤310を挟むように発光部320と、受光部370とが配置されている。
FIG. 3B is a side view of the
図4は、発光部、受光部近傍を拡大して示す説明図である。エンコーダー300は、回転円盤310、発光部320、受光部370の他に、光遮蔽部315と、信号形成部380とを備える。光遮蔽板315は、回転円盤310と発光部320の間に配置されている。光遮蔽部315は、2つのレンズ317を備える。レンズ317は、発光部320からの光を集光して、第1の光透過部312、第2の光透過部314に照射する。なお、レンズの代わりにスリットを備える構成であってもよい。ここで図に示した一点鎖線317aは、レンズ317の中心軸を示す。なお、2つのレンズ317の中心間の距離は、第1の光透過部312、第2の光透過部314よりも長い。第1の光透過部312、第2の光透過部314の長さを4πとしたとき、2つのレンズ317の中心間の距離は(4π×n+π/4、nは整数)であることが好ましい。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an enlarged view of the vicinity of the light emitting unit and the light receiving unit. The
第1の光透過部312は、場所により、光の透過度が異なっている。例えば、本実施例では、回転円盤310の回転方向の両端(先端側と後端側)で光の透過度が小さく、中心部で光の透過度が大きい。第2の光透過部314についても同様である。
The first
受光部370は、第1の受光素子372と第2の受光素子374を備える。第1の受光素子372と第2の受光素子374の中心は、レンズ317の中心軸317a上に位置している。第1、第2の受光素子372、374として、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、CCDセンサーやCMOSセンサーを用いることが可能である。信号形成部380は、第1、第2のコンパレータ382、384と第1、第2のロジック回路386、388を備える、ここで、第1のコンパレータ382、第1のロジック回路386は、第1の受光素子372に対応しており、第2のコンパレータ384、第2のロジック回路388は、第2の受光素子374に対応している。第1のロジック回路386は、インバーター回路386aとAND回路386bを備える。第2のロジック回路388についても同様である。
The
発光部320から発せられた光は、レンズ317を通って集光され、細い光となる。集光された光は、第1の光透過部312を通る。ここで、図に示した矢印の向き(図面左から右)に回転円盤310が回転すると、第1の光透過部312も矢印の向きに移動する。集光された光が第1の光透過部312を透過する位置は、はじめは第1の光透過部312の右方であるが、回転円盤310が回転するにつれ、中央になり、左方に移動していく。上述したように、第1の光透過部312は、回転方向の両端(先端側と後端側)で光の透過度が小さく、中心部で光の透過度が大きいので、第1の光透過部312を透過する光は、段々と大きくなり、その後段々と小さくなる。
The light emitted from the
第1の受光素子372は、第1の光透過部312を透過する光を受けると、受けた光の量(大きさ)に依存した受光信号A0を出力する。上述したように、第1の光透過部312を透過する光は、段々と大きくなり、その後段々と小さくなる。したがって、受光信号A0は、段々と大きくなり、その後小さくなるいわゆる山形のアナログ信号である。なお、光が第1の光透過部312を透過するたびに受光信号A0には、周期的に山が生じる。第1のコンパレータ382は受光信号A0をアナログ−デジタル変換(AD変換)し、2つのパルス信号A1、A2を出力する。第1のロジック回路386は、2つのパルス信号A1、A2を用いて、第1のパルス信号S1を生成する。なお、第2の光透過部314を透過した光についても同様に処理され、第1のパルス信号S1を生成する。なお、第1、第2の光透過部312、314の構成は同じであってもよい。また、第2の受光素子374、第2のコンパレータ384、第2のロジック回路388により、それぞれ、受光信号B0、2つのパルス信号B1、B2、第2パルス信号S2が生成する。第1のパルス信号S1または第2のパルス信号S2は、図2に示した合成パルス信号Sencとして用いることが可能である。
When the first
図5は、各信号を示す説明図である。受光信号A0、B0は、段々と大きくなり、その後段々と小さくなる山形の形状を有している。この周期を4πとすると、受光信号A0とB0は、π/2だけ周期がずれている。なお、受光信号A0、B0の周期を4πとしたのは、パルス信号S1、S2において、その周期を2πとするためである。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing each signal. The received light signals A0 and B0 have a mountain shape that gradually increases and then decreases gradually. If this period is 4π, the periods of the received light signals A0 and B0 are shifted by π / 2 . The reason why the period of the light reception signals A0 and B0 is 4π is that the period of the pulse signals S1 and S2 is 2π.
第1のコンパレータ382(図4)は、2つの閾値V1、V2を用いて、受光信号A0からパルス信号A1、A2を生成する。受光信号A0の大きさが第1の閾値V1よりも大きい場合には、パルス信号A1はHとなり、受光信号A0の大きさが第1の閾値V1よりも小さい場合には、パルス信号A1はLとなる。第2の閾値V2は、第1の閾値V1よりも小さい。受光信号A0の大きさが第2の閾値V2よりも大きい場合には、パルス信号A2はHとなり、受光信号A0の大きさが第2の閾値V2よりも小さい場合には、パルス信号A2はLとなる。図5に示すように、パルス信号A1は、Hの期間が短く、パルス信号A2は、Hの期間が長い。 The first comparator 382 (FIG. 4) generates pulse signals A1 and A2 from the light reception signal A0 using the two threshold values V1 and V2. When the magnitude of the light reception signal A0 is larger than the first threshold value V1, the pulse signal A1 is H. When the magnitude of the light reception signal A0 is smaller than the first threshold value V1, the pulse signal A1 is L. It becomes. The second threshold value V2 is smaller than the first threshold value V1. When the magnitude of the light reception signal A0 is larger than the second threshold value V2, the pulse signal A2 is H. When the magnitude of the light reception signal A0 is smaller than the second threshold value V2, the pulse signal A2 is L. It becomes. As shown in FIG. 5, the pulse signal A1 has a short H period, and the pulse signal A2 has a long H period.
第1のロジック回路386のインバーター回路386aは、パルス信号A1を反転してパルス信号/A1を生成する。AND回路386bは、パルス信号/A1とパルス信号A2のANDを取り、パルス信号S1を生成する。パルス信号S1は、Hの期間とLの期間が同じ長さになることが好ましい。そのためには、パルス信号A1について、Hの期間とLの期間の比が1:3であり、パルス信号A2について、Hの期間とLの期間の比が3:1であることが好ましい。そして、Hの期間とLの期間がそのような比になるように、閾値V1、V2の大きさが決められていることが好ましい。この閾値V1、V2は、実験により容易に求めることが可能である。なお、信号B0〜B2、S2についても同様であるので、説明を省略する。
The
図6は、受光信号A0、B0が三角波となる場合を示す説明図である。受光信号A0、B0が三角波であると、2つの閾値V1、V2を簡単に比例配分して設定することが可能となる。このためには、透過度が光の透過位置に関して正比例するように、第1、第2の光透過部312、314を構成することが好ましい。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a case where the light reception signals A0 and B0 are triangular waves. If the received light signals A0 and B0 are triangular waves, the two threshold values V1 and V2 can be easily set by proportional distribution. For this purpose, it is preferable to configure the first and second
図7は、第1、第2の光透過部の構成の一例を示す説明図である。図7(A)に示す例では、回転円盤310は、透明基板311と、着色層311aを備える。着色層311aは、第1の光透過部312単位で塗られており、第1の光透過部312の両端部で濃く(光の透過度が低く)、中央部で薄く(光の透過度が高く)なるようにグラデーションをつけて着色されている。第2の光透過部314についても同様である。この場合、グラデーションをつけて着色層311aを着色するだけなので、第1の光透過部312の透過度を場所により変化させることを容易に行うことが可能である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the first and second light transmission parts. In the example shown in FIG. 7A, the
図7(B)に示す例では、回転円盤310は、透明層312aと着色層312bとを備える。光の進む方向(図面矢印)における、透明層312aと着色層312bの厚さが場所により異なっている。すなわち、第1の光透過部312の両端部では、透明層312aが薄く、着色層312bが厚い。これに対し、第1の光透過部312の中央部では、透明層312aが厚く、着色層312bが薄い。これにより、場所により第1の光透過部312の透過度を容易に変えることが、可能である。なお、着色層312bは光の透過長さにより光の透過度が決まるので、着色層312bにグラデーションを形成する必要がない。
In the example shown in FIG. 7B, the
図7(C)に示す例は、図7(B)に示す例と同じである。図7(B)に示す例では、透明層312aと着色層312bの界面は平面であるの対し、図7(C)に示す例では、曲面である点が異なっている。
The example shown in FIG. 7C is the same as the example shown in FIG. In the example shown in FIG. 7B, the interface between the
図7(D)に示す例は、光透過部に代わり、反射板を備える例である。この例では、発光部320と受光部370は、回転円盤310に対し同じ側に配置されている。回転円盤310の発光部320、受光部370側に反射板318と着色層319とを備える。反射板318は、発光部320からの光を反射する。着色層319は、図7(A)に示した着色層311aと同様に、周期的に光の透過度が異なるように着色されている。
The example shown in FIG. 7D is an example including a reflecting plate instead of the light transmitting portion. In this example, the
図8は、回転方向信号生成部の一例を示す説明図である。回転方向信号生成部390は、ラッチ回路391、392を備える。ラッチ回路391、392として、例えば、D−フリップフロップ回路を用いることが可能である。ラッチ回路391、392は、入力端子Dとクロック端子Cと出力端子Qを備える。クロック端子Cに入力される信号の立ち上がりエッジで入力端子Dに入力される信号をラッチし、出力端子Qに出力する。本実施例では、ラッチ回路391の入力端子Dに受光信号S1が入力され、クロック端子Cに受光信号S2が入力され、出力端子Qからは回転方向信号Q1が出力されている。また、ラッチ回路392の入力端子Dに受光信号S2が入力され、クロック端子Cに受光信号S1が入力され、出力端子Qからは回転方向信号Q2が出力されている。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the rotation direction signal generation unit. The rotation direction
図9は、回転方向信号生成部におけるタイミングチャートである。図9(A)は正転時のタイミングチャートである。始動から受光信号S2が立ち上がるまでの期間では、回転方向信号Q1は不定である。ラッチ回路391は、受光信号S2の立ち上がりエッジで受光信号S1をラッチし、回転方向信号Q1を出力する。本実施例では、受光信号S2の立ち上がり時に受光信号S1はHなので、回転方向信号Q1はHとなる。一方、始動から受光信号S1が立ち上がるまでの期間では、回転方向信号Q2は不定である。ラッチ回路392は、受光信号S1の立ち上がりエッジで受光信号S2をラッチし、回転方向信号Q2を出力する。本実施例では、受光信号S1の立ち上がり時に受光信号S2はLなので、回転方向信号Q2はLとなる。図9(B)は逆転時のタイミングチャートである。逆転時には、受光信号S1、S2の順序が、正転時と逆になる。回転方向信号Q1、Q2を見ればわかるように図9(B)に示す場合は、エンコーダー300が逆回転していることがわかる。
FIG. 9 is a timing chart in the rotation direction signal generation unit. FIG. 9A is a timing chart during normal rotation. In the period from the start to the rise of the light reception signal S2, the rotation direction signal Q1 is indefinite. The
以上、第1の実施例によれば、光透過部312、314を通った受光信号A0(アナログ信号)を2つの閾値でAD変換し、パルス信号S1を生成する。したがって、回転円盤310に細かな複数のスリットを設ける必要がなく、受光素子個数もパルス信号S1に対して1つでよい。すなわち、簡単な構成で高分解能なエンコーダーを実現することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the light reception signal A0 (analog signal) that has passed through the
着色層311aの濃さを変えて光の透過度を変えたり、透明層312aと着色層312bとの光透過方向の厚さを変えて光りの透過度を変えたりするだけなので、極めて容易に受光信号A0をアナログ信号にすることが可能となる。また反射板318で反射させる場合においても、着色層319の濃さを変えて光の反射光の大きさを変えるだけなので、極めて容易に受光信号A0をアナログ信号にすることが可能となる。
It is very easy to receive light by changing the light transmittance by changing the density of the
[第2の実施例]
図10は、第2の実施例を示す説明図である。第3の実施例では、第1のコンパレータ382は、閾値を4つ有しており、4つのパルス信号A1〜A4を発生させる点が異なる。第1のロジック回路386は、インバーター回路386aとAND回路386bとOR回路386cを備えており、この4つのパルス信号A1〜A4から第1のパルス信号S1を生成する。第2のコンパレータ384、第2のロジック回路386についても同様である。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the second embodiment. The third embodiment is different in that the
図11は、第2の実施例における各信号を示す説明図である。第1の実施例に示したのと同様に、閾値V1〜V4を用いて、パルス信号A1〜A4を生成する。このとき、パルス信号A1について、Hの期間とLの期間の比が1:7であり、パルス信号A2について、Hの期間とLの期間の比が3:5、パルス信号A3について、Hの期間とLの期間の比が5:3、パルス信号A4についてHの期間とLの期間の比が7:1であることが好ましい。こうすれば、パルス信号S1は、Hの期間とLの期間が同じ長さにすることが可能となる。したがって、このようになるように閾値V1〜V4の値を決めることが好ましい。すなわち、光透過部312、314の数Sと閾値数Nの関係でS*Nによる分解能が大きな部品を用いることなく構成できる。ロジック回路386に構成については、パルス信号の数に合わせて様々な回路構成を採用することが可能である。なお信号B0〜B4、S2についても同様である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing signals in the second embodiment. In the same manner as shown in the first embodiment, pulse signals A1 to A4 are generated using threshold values V1 to V4. At this time, the ratio of the H period to the L period is 1: 7 for the pulse signal A1, the ratio of the H period to the L period is 3: 5 for the pulse signal A2, and the ratio of H is about the pulse signal A3. The ratio of the period to the L period is preferably 5: 3, and the ratio of the H period to the L period for the pulse signal A4 is preferably 7: 1. In this way, the pulse signal S1 can have the same length during the H period and the L period. Therefore, it is preferable to determine the values of the threshold values V1 to V4 so as to be like this. That is, it can be configured without using a component having a large resolution by S * N due to the relationship between the number S of light transmitting
以上第2の実施例に示すように、閾値を多数設けることにより、パルス信号S1の周期を短くし、エンコーダー300の分解能をさらに向上させることが可能となる。
As described above in the second embodiment, by providing a large number of threshold values, the cycle of the pulse signal S1 can be shortened and the resolution of the
上記各実施例では、第1、第2の光透過部312、314について、端の光透過度を小さく、中央部の光透過度を大きくしているが、逆に、端の光透過度を大きく、中央部の光透過度を小さくしてもよい。E2−PROMを用いてアブソリュートエンコーダのように電源オフから電源オンでも初期状況設定することなく動作させられるエンコーダーに採用することもできる。
In each of the above-described embodiments, the first and second
上記説明では、回転型の円盤状エンコーダー300を例にとり説明したが、他にリニアモーター用とする直線状エンコーダー、湾曲状エンコーダーについても同様に適用することが可能である。
In the above description, the rotary disk-shaped
応用例:
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモーター、時計(針駆動)、ドラム式洗濯機(単一回転)、ジェットコースタ、振動モーターなどの種々の装置のモーターに適用可能である。本発明をファンモーターに適用した場合には、例えば、種々の効果(低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命)を奏させることが可能となる。このようなファンモーターは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモーターとして使用することができる。本発明のモーターは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモーターとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモーターをスピンドルモーターとして使用することが可能である。また、本発明によるモーターは、移動体やロボット用のモーターとしても利用可能である。
Application example:
The present invention is applicable to various devices. For example, the present invention can be applied to motors of various devices such as a fan motor, a clock (hand drive), a drum type washing machine (single rotation), a roller coaster, and a vibration motor. When the present invention is applied to a fan motor, for example, various effects (low power consumption, low vibration, low noise, low rotation unevenness, low heat generation, long life) can be achieved. Such fan motors include, for example, digital display devices, in-vehicle devices, fuel cell computers, fuel cell digital cameras, fuel cell video cameras, fuel cell devices such as fuel cell phones, projectors, and other various types. Can be used as a fan motor for equipment. The motor of the present invention can also be used as a motor for various home appliances and electronic devices. For example, the motor according to the present invention can be used as a spindle motor in an optical storage device, a magnetic storage device, a polygon mirror driving device, or the like. The motor according to the present invention can also be used as a motor for a moving body or a robot.
図12は、本発明の変形例によるモーターを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ3100は、赤、緑、青の3色の色光を発光する3つの光源3110R、3110G、3110Bと、これらの3色の色光をそれぞれ変調する3つの液晶ライトバルブ3140R、3140G、3140Bと、変調された3色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム3150と、合成された3色の色光をスクリーンSCに投写する投写レンズ系3160と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン3170と、プロジェクタ3100の全体を制御する制御部3180と、を備えている。冷却ファン3170を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a projector using a motor according to a modification of the present invention. The
図13は、本発明の変形例によるモーターを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図13(A)は携帯電話3200の外観を示しており、図13(B)は、内部構成の例を示している。携帯電話3200は、携帯電話3200の動作を制御するMPU3210と、ファン3220と、燃料電池3230とを備えている。燃料電池3230は、MPU3210やファン3220に電源を供給する。ファン3220は、燃料電池3230への空気供給のために携帯電話3200の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池3230で生成される水分を携帯電話3200の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン3220を図13(C)のようにMPU3210の上に配置して、MPU3210を冷却するようにしてもよい。ファン3220を駆動するモーターとしては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 13 is an explanatory view showing a fuel cell type mobile phone using a motor according to a modification of the present invention. FIG. 13A shows the appearance of the
図14は、本発明の変形例によるモーター/発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車(電動アシスト自転車)を示す説明図である。この自転車3300は、前輪にモーター3310が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路3320と充電池3330とが設けられている。モーター3310は、充電池3330からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモーター3310で回生された電力が充電池3330に充電される。制御回路3320は、モーターの駆動と回生とを制御する回路である。このモーター3310としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an electric bicycle (electrically assisted bicycle) as an example of a moving body using a motor / generator according to a modification of the present invention. In this
図15は、本発明の変形例によるモーターを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット3400は、第1と第2のアーム3410,3420と、モーター3430とを有している。このモーター3430は、被駆動部材としての第2のアーム3420を水平回転させる際に使用される。このモーター3430としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することが可能である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of a robot using a motor according to a modification of the present invention. The
図16は、本発明の変形例によるモーターを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両3500は、モーター3510と、車輪3520とを有している。このモーター3510は、車輪3520を駆動する。さらに、モーター3510は、鉄道車両3500の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモーター3510としては、上述した各種のブラシレスモーターを利用することができる。
FIG. 16 is an explanatory view showing a railway vehicle using a motor according to a modification of the present invention. The
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。 The embodiments of the present invention have been described above based on some examples. However, the above-described embodiments of the present invention are for facilitating the understanding of the present invention and limit the present invention. It is not a thing. The present invention can be changed and improved without departing from the spirit and scope of the claims, and it is needless to say that the present invention includes equivalents thereof.
100…モーター
110…駆動軸
120…磁石
130…コイル(電磁コイル)
140…磁気センサー
300…エンコーダー
310…回転円盤
311…透明基板
311a…着色層
312、314…光透過部
312a…透明層
312b…着色層
315…光遮蔽部
317…レンズ
318…反射板
319…着色層
320…発光部
370…受光部
372、374、376、378…受光素子
380…信号形成部
380a…第1相信号形成部
380b…第2相信号形成部
382、384…コンパレータ
386、388…ロジック回路
386a…インバーター回路
390…回転方向信号生成部
391…ラッチ回路
392…ラッチ回路
400…負荷
500…制御部
510…駆動制御回路部
530…駆動部
535…電流検出部
540…計測部
3100…プロジェクタ
3110R…光源
3140R…液晶ライトバルブ
3150…クロスダイクロイックプリズム
3160…投写レンズ系
3170…冷却ファン
3180…制御部
3200…携帯電話
3220…ファン
3230…燃料電池
3300…自転車
3310…モーター
3320…制御回路
3330…充電池
3400…ロボット
3410…第2のアーム
3420…第2のアーム
3430…モーター
3500…鉄道車両
3510…モーター
3520…車輪
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (4)
回転円盤と、
前記回転円盤上において等間隔に設けられた光透過部又は反射板で構成される光学要素と、
前記光学要素に光を照射する発光部と、
前記光学要素を透過する、または反射する光を受光して、その受光の大きさに応じた大きさのアナログ受光信号を出力する受光部と、
前記アナログ受光信号をあらかじめ定められたN個(Nは2以上の整数)の閾値を用いてデジタル変換して前記アナログ受光信号の周期の1/Nの周期のパルス信号を発生するパルス発生部と、
を備え、
前記光学要素は、前記光学要素の回転方向に沿って光透過率または光反射率が徐々に増減するように構成されており、
前記パルス発生部は、1/Nの周期を2πとしたときに、π/2だけ位相がずれている2相のパルス信号を発生させる、エンコーダー。 An encoder,
A rotating disk,
An optical element composed of a light transmission part or a reflection plate provided at equal intervals on the rotating disk;
A light emitting unit for irradiating the optical element with light;
A light receiving unit that receives light that is transmitted through or reflected by the optical element and outputs an analog light reception signal having a magnitude corresponding to the magnitude of the received light;
A pulse generation unit that digitally converts the analog light reception signal using predetermined N thresholds (N is an integer of 2 or more) to generate a pulse signal having a period of 1 / N of the period of the analog light reception signal; ,
With
The optical element is configured such that light transmittance or light reflectance gradually increases or decreases along the rotation direction of the optical element ,
The pulse generator is an encoder that generates a two-phase pulse signal whose phase is shifted by π / 2 when the 1 / N cycle is 2π .
前記光学要素は光透過部であり、光の透過度を落とす着色層を有しており、前記着色層の色の濃さが徐々に変わることにより、前記光透過度を徐々に増加または徐々に減少させている、エンコーダー。 The encoder according to claim 1,
The optical element is a light transmission part, and has a colored layer that reduces the light transmittance. By gradually changing the color density of the colored layer, the light transmittance is gradually increased or gradually increased. Decreasing the encoder.
前記光学要素は光透過部であり、光の透過方向に、
光透過度を減ずる着色層と、
光透過度を維持する透明層と、
を有しており、
前記着色層の前記光透過方向の厚さと、前記透明層の前記光透過方向の厚さとを変えることにより、前記光透過度を徐々に増加または徐々に減少させている、エンコーダー。 The encoder according to claim 1,
The optical element is a light transmission part, and in the light transmission direction,
A colored layer that reduces light transmission;
A transparent layer that maintains light transmission;
Have
An encoder that gradually increases or decreases the light transmittance by changing the thickness of the colored layer in the light transmission direction and the thickness of the transparent layer in the light transmission direction.
磁石と、
電磁コイルと、
請求項1から請求項3のいずれかに記載のエンコーダーと、
前記エンコーダーの出力を用いて、前記電磁コイルに供給する電力を制御する制御部と、
を備える電気機械装置。 An electromechanical device,
A magnet,
An electromagnetic coil;
The encoder according to any one of claims 1 to 3,
A control unit for controlling electric power supplied to the electromagnetic coil using an output of the encoder;
An electromechanical device comprising:
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