JPS6350717A - 移動量計測装置 - 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〕 本発明は移動量を電気的に計測する移動量計測装置に関
する。

〔従来技術〕

近年、ロボット、自動工作機械の普及にとも々い、回転
角、移動量を電気的に計測するだめの装置の重要性が増
してきた。

この目的で従来用いられている装置は、光学式のものと
磁気式のものに大別される。光学式のものには光学エン
コーダーと呼ばれものが一般に用いられ、これは多数の
スリットを設けた円板に光を透過し、回転にともなう光
量の変化により回転を検知する。光学式エンコーダーは
安価であるが、発光素子の安定性が悪いこと、受光素子
の応答速度が遅いこと、高分解能のものは作りにくり、
高価となること、油ミスト、粉じんなとの影響を受けや
すいこと等の欠点がある。

磁気式のものには、レゾルバと呼ばれるものと磁気エン
コーダと呼ばれるものがある。

磁気エンコーダーは、ローターに設けられた微細かつ多
数の磁極と固定側に設けられた磁気抵抗素子により、回
転を検知する。磁気エンコーダーは応答速度が速く、信
頼性が高いという特徴があるが、裏作には高い精度が要
求され、装置は高価なものとなる。

レゾルバは電気角で９ｏＯずれた位置に２つの巻線を有
し、それぞれの巻線に７０°　ずれた位相の交流を供給
する。こうして得られる回転磁界中に巻線をおくと、そ
こに生じる起電力は前記交流から回転角だけ位相のずれ
た交流となる。この位相差を計測することで回転角を知
ることができる。レゾルバは信頼性が高いが、高価であ
り、また巻線、コアを含むために形状が大きく重いとい
う欠点がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は前述の欠点を解決するためになされたも
のであって、信頼性が高く、薄形・軽量で回転角や変位
検出が出来る移動量計測装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明者は、上記目的を達成すべく研究を定見い出し、
本発明に至ったものである。

即ち、本発明の移動量計測装置は、移動方向に対し相対
的に交差するように区分された多数の電極を有する少な
くとも２つの面を、エアギャップを介して相対移動可能
に対向配置させると共に、上記電極の一組に交流電圧を
印加して、対向する面に配置された他方の組の電極に電
圧を誘起させ、印加電圧と誘起電圧との位相差に基く信
号により、前記面の移動量を計測することを特徴とする
ものである。

以下、実施例によって説明する。

第１図は、回転角を検出する目的で構成した本発明の移
動量計測装置の一例である静電エンコーダを示す断面図
である。／−ａ及び／−すは、第２ａ図に示す電極パタ
ーンをエツチング等の手段で形成したプリント基板であ
り、ケース、ｒ−ｂにボルト止めされている。２は、第
２ｂ図に示す電極パターン分両面に形成したプリフ ント基板であり、ブツシュ３を介してシャタト弘に取付
けられる。シャフトはベアリングよ−ａ及びｔ−ｂによ
り回転自在に軸受され、ベアリングはケース♂−ａ１　
♂−ｂに波ワッシャ乙及び止メ輪７により予圧を与えら
れて固定される。

固定側の電極／−ａ及び／−ｂには、同軸ケーブル１０
−ａ及び１０−ｂを通して位相のりＯ異なる正弦波状交
流電圧が印加される（なお、電極／−ａ及び／−ｋ）が
印加される組の電極であり、以後この種の電極を「印加
電離」と略称する。）。ロータ側の電極−に誘起された
電圧は、回転トランスタ、同軸ケーブル１０全通して信
号処理回路に伝達される（なお、電極２が誘起される組
の電極でちり、以後この種の電極を「誘起電極」と略称
する。）。

第３図は、信号処理回路の一例を示したものである。発
振器／／により位相がりＱｏ　異なるＪつの正弦波信号
を発生し、トリマー／２−ａ。

／２−ｂにより振巾を適正化して固定制電りに供給する
。ロータ側電極から得られた信号は、フィルター１３に
よってノイズを除去した後、波形整形回路／４ｔによシ
矩形波に直し、これを用いて位相のりθ０異なる２つの
発振器出力を同期整流回路／ターａ、／ｊ−ｂによりそ
れぞれ同期整流する。更に、ローパスフィルター／Ａ−
ａ、／乙−すによりリップルを除去することで回転角に
対して正弦波状に変化し、位相の７０°異なる２つの信
号を得ることができる。

第３図に示す回路では、ロータが電気角で／回転するの
に対して／周期のＳｉｎ、　ＣＯ８信号が得られる。こ
れは光電式、あるいは磁気式エンコーダと同一の機能と
なる。これに対し、一般に磁気式のレゾルバに用いられ
ている処理回路を用いると、ロータの電気角での！回転
を細分化した位置情報を得ることができる。

第≠図は、この目的に用いられる回路の一例である。発
振器１７及びカウンタ／ｒにより頴次増加するデジタル
信号を作る。これをＳｉｎ。

ＣＯＳ　　Ｏ数表を書き込んだリードオンリーメモリー
／ターａ及び／ターｂのアドレスとして与える。この出
力を２０−ａ、２０−ｂによりＤ−Ａ交換することで位
相が５＞００　異なる正弦波信号を得る。これをアンプ
、２／−ａ、、２／−ｂにより昇圧して固定側電極に供
給する。ロータ側に得られた信号はゼロクロスディテク
ター、！２により電位差が負から正に変化する瞬間を検
出する。この時のカウンタ／♂の内容をレジスタ、２３
に取り込むことで、固定側、駆動交流とロータ側誘起電
圧の位相差を得ることができる。

この値はロータ電極と固定側電極の電気角変位に対応す
る。

なお、同様な機能は、駆動交流を／相とし、検出電極を
電気角で７０°　異なる位置に設けた装置を用い、回路
処理を行なうことによっても実現できる。これらはレゾ
ルバの／相励磁方式として知られているものであり、こ
こでの説明は省略する。

印加電極および誘起電極の配置方法として、第１図およ
び第２図には、印加電極が電気角で（２ｍ−／）×？ｏ
０　のピッチで弘系統に配置・接続されており、それぞ
れ位相のりＯ異なる！相の交流電圧が印加され、誘起電
極が電気角で（２ｎ−／　）　Ｘ　／１００　　のピッ
チで２系統に配置・接続されており、ｍ、ｎ＝／の場合
を示した（但し、ｎ、ｍは任意の自然数）。この方法は
電極上に波り線が不要で作りやすいという長所がある反
面、２相配置とするためには電極を２組設けなくてはな
らないという欠点がある０ 第１図の例では、ロータ電極を両面プリント基板とする
ことで３枚構成としている。

この場合、シャフトにスラスト方向の力が加わり、ロー
タ電極が軸方向に移動するとギャップに不均一を生じ、
あたかも回転したかの如き信号を出力する。これは特に
電気角での／回転を細分化する際に誤差を生じやすい。

一方、本発明の他の配置方法としては、印加電極が電気
角で（２ｍ−／）Ｘ／ざ０°　のピッチで２系統に配置
・接続されており、この間に／相の交流電圧が印加され
、誘起電極が電気角で（ｕｎ−／）ＸＩＰＯｏ　のピッ
チで弘系統に配置・接続され、誘起電極のうち電気的に
（，２ｎ−／）Ｘ／♂０°　異なる位置の電極に誘起さ
れる電圧と、印加電圧との位相差に基く信号により、面
の与動量が検知出来る（但しｍ、ｎは任意の自然数）。

この配置方法により、ｍ、ｎを２以上とし、電極の重な
りをなくした上で、単一のエアギャップに全ての電極を
対向配置することにより、上記誤差の問題を避けること
が出来る。このだめの固定側の電極部パターンの例を第
ｊａ図に示す。ロータ側の電極パターンは第ｔｂ図に示
される。この場合印加電圧は第ｊａ図のＡ−Ａ間にｓｉ
ｎ　ｗｔ　　を、Ｂ−百聞にｃｏｓ　ｗｔ　　を印加す
る。この場合、渡り線（点線で表示）が発生するので、
両面スルーホール基板や多層基板の使用が必要となる。

〔発明の効果〕

本発明の移動量計測装置は、受発光素子を有しないため
安定性が高く寿命が長い。まだ、コータに外力が作用し
、傾き、偏心等が生じても電極が全周にわたって配置さ
れているため出力には影響しない。磁気式エンコーダと
異なり、外部磁界の影響を受けず、電界や電磁波はケー
スを金属性のものとすることで除去することができる。

また、交流式であるため目的とする周波数のみを通過す
るフィルターを用いることによりノイズをほとんど除去
することができる。

更に、レゾルバと異なりコアも巻線も不要であり軽量、
薄形化が可能である。また、電極は工業的に量産手法が
確立されているプリント基板製造プロセスで安価かつ高
精度で製造できる。

以上詳細に説明したように、本発明φ・によれば信頼性
が高く、薄形・軽量の回転角計測装置を安価に製造する
ことができる。また、説明は回転式のものについてのみ
行なったが、同一の原理に基づきりＩアタイプのものも
製造可能であることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の移動量計測装置の一例でちる静電エン
コーダの断面図、第２ａ図および第２ｂ図は電極パター
ン、第３図および第弘図は信号処理回路、第ｊａ図およ
び第ｒｂ図は池の電極パターンを示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動方向に対し相対的に交差するように区分され
   た多数の電極を有する少なくとも２つの面を、エアギャ
   ップを介して相対移動可能に対向配置させると共に、上
   記電極の一組に交流電圧を印加して、対向する面に配置
   された他方の組の電極に電圧を誘起させ、印加電圧と誘
   起電圧との位相差に基く信号により、前記面の移動量を
   計測することを特徴とする移動量計測装置。
2. （２）上記印加される組の電極、が電気角で（２ｍ−１
   ）×９０°ピッチで４系統に配置・接続されており、そ
   れぞれ位相の９０°異なる２相の交流電圧が印加され、
   上記誘起される組の電極が、電気角で（２ｎ−１）×１
   ８０°のピッチで２系統に配置・接続されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の移動量計測装置
   。（但し、ｎ、ｍは任意の自然数とする。）
3. （３）上記印加される組の電極が、電気角で（２ｍ−１
   ）×１８０°のピッチで２系統に配置・接続されており
   、この間に１相の交流電圧が印加されること、上記誘起
   される組の電極が電気角で（２ｎ−１）×９０°のピッ
   チで４系統に配置・接続されており、後者の電極のうち
   、電気的に（２ｎ−１）×１８０°異なる位置の電極に
   誘起される電圧と該印加電圧との位相差に基く信号によ
   り、前記面の移動量を計測することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の移動量計測装置。（但し、ｎ、ｍ
   は任意の自然数とする。）