(57)【要約】【課題】磁極位置信号生成用電極の配置用トラックを１トラックで構成可能として、基板サイズの小型化、ひいてはエンコーダの全体サイズの小型化を図る。【解決手段】回転基板３において任意の回転トラックＴＫ２上に所定ピッチで複数の誘導電極Ｅ２を配置すると共に、別の回転トラックＴＫ５上にモータ磁極信号電極ＵＶＷの有りと無しの区間を同じ区間長さで交互に配置し、固定基板４において上記任意の回転トラックＴＫ２と対向する固定トラックＴＫ２´上に上記所定ピッチより複数分の１以下のピッチで複数の検出電極Ｅ２´を配置すると共に、上記別の回転トラックＴＫ５と対向する固定トラックＴＫ５´上に上記電極有り区間より３分の１以下の電極幅で少なくともＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電極Ｕ，Ｖ，Ｗを配置した。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向面のトラック上に少なくともＡ相とＢ相信号生成用の電極を備える固定基板と回転基板とを有し、上記両基板の相対回転に伴う上記両電極間での静電誘導作用に基づいて、上記信号を生成可能とした静電型ロータリエンコーダであって、
回転基板においてその任意１つのトラック上にモータ磁極数に応じた間隔でモータ磁極信号電極有りの区間と無しの区間とを交互に回転電極パターンとして形成し、
固定基板において上記回転基板における上記任意１つのトラックと対向する１つのトラック上に上記モータ磁極信号有り区間の３分の１以下の電極幅でもって所定間隔ごとに各相の磁極位置検出電極を固定電極パターンとして配置した、ことを特徴とする静電型ロータリエンコーダ。
【請求項２】
上記回転基板は外径側と内径側のトラックにその円周方向全周に連続帯状の２次誘導電極を設けると共に、外径側と内径側との間のトラックに円周方向所定ピッチで複数の励起電極を設け、各励起電極を円周方向交互に外径側と内径側の２次誘導電極に接続する一方、
上記固定基板は外径側と内径側のトラックにその円周方向全周に連続帯状の１次誘導電極を設けると共に、外径側と内径側との間のトラックに円周方向に上記ピッチより複数分の１以下のピッチで複数の検出電極を設けることで、
上記電極をＡ相とＢ相信号生成用の電極とした、ことを特徴とする請求項１に記載の静電型ロータリエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相対向面に電極を備えた固定基板と回転基板とを有し、両基板の相対回転に伴いこれら相対向面に設けた電極間での静電誘導作用により、回転軸等の被回転検出体の回転量、回転速度等を検出する静電型エンコーダに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
静電型エンコーダは、例えば、固定基板と回転基板との相対回転によりこれら両基板対向面の電極間における静電誘導作用の変化により回転の機械的変位量を示す電気信号を得ると共に、この電気信号を処理して回転軸の回転量や回転速度等を検出することができるようになっている。
【０００３】
このような静電型エンコーダを、例えば交流サーボモータの回転制御に用いる場合、回転基板と固定基板の両基板対向面に、回転情報としてＡ相やＢ相信号生成のための電極を設けたものがある（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４０３８５５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２１４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような静電型エンコーダにおいて、モータロータの磁極を制御する各磁極位置を表すＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号を生成する電極を設ける場合、回転基板や固定基板それぞれの半径方向に上記電極形成用に多数のトラックが必要であり、その結果、これら両基板の大型化と共に静電型エンコーダのサイズ大型化を招いてしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、そのような磁極位置信号生成のための電極数が増加してもそれを配置するトラック数を最小限の１トラックとして基板サイズの小型化と共にエンコーダサイズの小型化を図れるようにしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による静電型エンコーダは、相対向面のトラック上に少なくともＡ相とＢ相信号生成用の電極を備える固定基板と回転基板とを有し、上記両基板の相対回転に伴う上記両電極間での静電誘導作用に基づいて、上記信号を生成可能とした静電型ロータリエンコーダであって、回転基板においてその任意１つのトラック上にモータ磁極数に応じた間隔でモータ磁極信号電極有り区間と無し区間とを交互に回転電極パターンとして形成し、固定基板において上記回転基板における上記任意１つのトラックと対向する１つのトラック上に上記モータ磁極信号有り区間の３分の１以下の電極幅でもって、かつ所定間隔ごとに各相の磁極位置検出電極を固定電極パターンとして配置した、ことを特徴とするものである。
【０００８】
本発明では、回転基板の１トラック上のモータ磁極信号電極の無し区間と有り区間と、固定基板の１トラック上の各相の検出電極との間の静電誘導作用により磁極位置を示すＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号を生成することができるようになる。そして、本発明では、こうした磁極位置を示す電極を配置するトラックは、回転基板、固定基板いずれにおいても、１トラックであるので、トラック数の大幅削減化が可能となり、基板サイズの小型化ひいてはエンコーダの全体サイズの小型化を図れる。例えば、磁極位置信号がＵ，Ｖ，Ｗ，−Ｕ，−Ｖ，−Ｗの６磁極位置信号であっても、回転、固定基板両方とも１トラックで済み、磁極位置信号が増加しても基板サイズが大きくなるようなことがない。
【０００９】
好ましくは、上記回転基板は外径側と内径側のトラックにその円周方向全周に連続帯状の２次誘導電極を設けると共に、外径側と内径側との間のトラックに円周方向所定ピッチで複数の励起電極を設け、各励起電極を円周方向交互に外径側と内径側の２次誘導電極に接続する一方、上記固定基板は外径側と内径側のトラックにその円周方向全周に連続帯状の１次誘導電極を設けると共に、外径側と内径側との間のトラックの円周方向に上記ピッチより複数分の１以下のピッチで複数の検出電極を設けることで、上記電極をＡ相とＢ相信号生成用の電極とすることである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、磁極位置信号生成電極が増加してもそれら電極の配置用トラックは１トラックで済むから、基板サイズの小型化、ひいてはエンコーダの全体サイズの小型化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかり、サーボモータと静電型エンコーダとを示す図である。
【図２】図２はサーボモータのエンコーダ取り付け用軸に静電型エンコーダを取り付けた状態を示す図である。
【図３】図３は上記軸に対しての静電型エンコーダの回転基板と固定基板とを側面から示す図である。
【図４】図４は上記軸に対しての静電型エンコーダの回転基板と固定基板との外観構成を示す図である。
【図５】図５はサーボモータと静電型エンコーダとサーボコントローラとの回路ブロックとそれらに関わる信号の入・出力関係を示す図である。
【図６】図６は静電型エンコーダの回転基板を展開して示す図である。
【図７】図７は静電型エンコーダの固定基板を展開して示す図である。
【図８】図８（ａ）は静電型エンコーダの出力を処理する処理回路例を示す図、図８（ｂ）は静電型エンコーダの出力を処理する他の処理回路例を示す図である。
【図９】図９（ａ−１）ないし（ａ−８）は図８（ａ）の処理回路による動作タイミングチャートを示す図、図９（ｂ−１）ないし（ｂ−８）は図８（ｂ）の処理回路による動作タイミングチャートを示す図である。
【図１０】図１０は回転電極パターン、固定電極パターン、およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号のタイミングチャートを示す図である。
【図１１】図１１は回転電極パターン、固定電極パターン、およびＵ相、Ｖ相、Ｗ相信号における別のタイミングチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る静電型のエンコーダを詳細に説明する。
【００１３】
図１を参照して、１はサーボモータ、２はエンコーダを示す。サーボモータ１はモータ本体１ａ前端に駆動軸１ｂを有すると共に後端にエンコーダ取付用軸１ｃを有する。エンコーダ２は、回転基板３と固定基板４とを有する。エンコーダ２は、図１中、矢印で示すように、エンコーダ取付用軸１ｃに取り付けられた後、モータ本体１ａ後部側は、図２で示すように、モータカバー１ｄで覆われる。エンコーダ２は、図３および図４で示すように、その回転基板３が円形エンコーダ取付用軸１ｃに一体回転可能に固定され、固定基板４が回転基板３と軸方向相対向した状態で図示略の機構により非回転に固定される。
【００１４】
図５で示すように、エンコーダ２において、回転基板３と固定基板４との相対向面には電極（図５では図示略）が形成されており、これら電極は容量結合し、固定基板４上の電極には静電誘導により回転基板３の回転に対応した信号が生成される。この信号は位置信号であるＡ相およびＢ相信号とか、原点信号であるＺ相信号とかを出力すると共に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極位置信号を出力する。
【００１５】
位置信号と原点信号は、エンコーダ２の上位の検出デバイス、例えばカウンタや、プログラマブルコントローラ等に入力される。
【００１６】
Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極位置信号はサーボドライバー５に入力される。サーボドライバー５は、電源投入時にエンコーダ２からのＵＶＷ信号からモータの磁極の大体の位置を割り出し、モータを励起する電圧と同位相の電流指令を発生させてサーボモータ１を回転させる。そのため、サーボドライバー５は、エンコーダ２からのＵＶＷ信号に基づきサーボモータ１の各磁極を駆動するための励起電圧Ｅｕ，Ｅｖ，Ｅｗをサーボモータ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相入力端子にそれぞれ印加し、サーボモータ１を駆動制御するようになっている。
【００１７】
このようなサーボモータ１は近年では小型化され、それに伴い、エンコーダ２も小型化が要求されてきている。こうしたことから、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の磁極位置信号生成に関わるトラック数の削減化は、エンコーダ２の小型化促進上、重要な技術となっている。そこで本実施の形態では、この磁極位置信号生成に関わるトラック数を回転基板３、固定基板４において１トラックとしたものである。以下説明する。
【００１８】
図６に回転基板３の一部展開を示す。回転基板３は、外径側から内径側に第１ないし第６トラックＴＫ１ないしＴＫ６構成の基板としている。
【００１９】
第１トラックＴＫ１には、円周方向全周に連続帯状の２次誘導電極Ｅ１を設けている。
【００２０】
第２トラックＴＫ２には、円周方向所定ピッチＰで複数の誘導電極Ｅ２を設けている。誘導電極Ｅ２は円周方向１つずつ交互に第１トラックＴＫ１の２次誘導電極Ｅ１と、後記する第６トラックＴＫ６の２次誘導電極Ｅ６とに接続される。
【００２１】
第３トラックＴＫ３には、円周方向１箇所にＺ相電極Ｅ３を設けている。このＺ相電極Ｅ３は第１トラックＴＫ１の２次誘導電極Ｅ１に接続される。
【００２２】
第４トラックＴＫ４には、円周方向に上記Ｚ相電極Ｅ３が半径方向に存在しない領域に帯状に−Ｚ相電極Ｅ４を設けている。この−Ｚ相電極Ｅ４は後記する第６トラックＴＫ６の２次誘導電極Ｅ６に接続される。
【００２３】
第５トラックＴＫ５には、円周方向交互にモータ磁極信号電極の無し区間と有り区間とを同じ区間長さＬで複数区間設けている。電極有り区間には、モータ磁極信号生成用のＵＶＷ相電極が設けられている。このＵＶＷ相電極は後記する第６トラックＴＫ６の２次誘導電極Ｅ６に接続される。サーボモータ１において磁極の数（ポール数）は、サーボモータ１の界磁に形成されるＮ極とＳ極との合計数であり、例えば２極（１ペア）であれば、電極ＵＶＷは９０°ずつ設けられ、６（３ペア）極であれば、ＵＶＷ相電極は６０°ずつ設けられ、８（４ペア）極であれば、ＵＶＷ相電極は４５°ずつ設けられる。
【００２４】
第６トラックＴＫ６には、円周方向全周に連続帯状の２次誘導電極Ｅ６を設けている。
【００２５】
図７に固定基板４の一部展開を示す。固定基板４は、外径側から内径側に、回転基板３の第１ないし第６トラックＴＫ１ないしＴＫ６に対向して第１ないし第６トラックＴＫ１´ないしＴＫ６´構成の基板としている。固定基板４は実施の形態では回転基板３と対向するが、回転基板３両側に配置する形態でもよい。
【００２６】
第１トラックＴＫ１´には、円周方向全周連続して帯状に１次誘導電極Ｅ１´を設けている。この第１トラックＴＫ１´の１次誘導電極Ｅ１´には入力信号１（Ａｓｉｎωｔまたはパルス波）が印加される。この入力信号１の周波数は、エンコーダ２の最高回転数、最大分解能、必要な検出精度等を考慮して例えば５０ＭＨｚなどと定める。後記する第６トラックＴＫ６´での入力信号２（−Ａｓｉｎωｔまたはパルス波）の周波数も同様である。
【００２７】
第２トラックＴＫ２´には、円周方向等間隔で（Ｐ／４）ピッチで円周方向所定の電極幅で複数の平面視矩形の検出（誘導）電極Ｅ２´を設けている。この検出電極Ｅ２´は、円周方向で連続して隣接する電極４個で１組となり、各組内で第１ないし第４電極（各組内の第１電極は図解の都合で図中ハッチングで示す）を備え、各組の第１電極同士、第２電極同士、第３電極同士、第４電極同士で共通接続し、基板上の信号線から信号（Ａ相とＢ相信号生成用の信号）を取り出すようになっている。この電極組の数は図７に示す数に限定されず、取り出す信号のレベルに応じて適宜決めることができる。回転基板３の第２トラックＴＫ２の複数の誘導電極Ｅ２の配置ピッチはＰであり、かつ、誘導電極Ｅ２には交互に入力信号１と２とが印加される一方、固定基板４の第２トラックＴＫ２´の上記検出電極Ｅ２´の配置ピッチはＰ／４であるから、この検出電極Ｅ２´には、回転基板３の回転に伴い、静電誘導作用により、９０度ずつ位相差がある信号を取り出すことができる。そして、この信号からＡ相、Ｂ相信号を生成することができる。
【００２８】
第３トラックＴＫ３´には、円周方向１箇所にＺ相電極Ｅ３´を設けている。このＺ相電極Ｅ３´に生成したＺ相信号は基板上の信号線から取り出すようになっている。
【００２９】
第４トラックＴＫ４´には、円周方向に上記Ｚ相電極Ｅ３´と半径方向に対向する領域に−Ｚ相電極Ｅ４´を設けている。この−Ｚ相電極Ｅ４´に生成した−Ｚ相信号は基板上の信号線から取り出すようになっている。
【００３０】
第５トラックＴＫ５´には、円周方向６個の検出電極Ｅ５´をＵ電極，−Ｗ電極，Ｖ電極，−Ｕ電極，Ｗ電極，−Ｖ電極の順で隣接して設けている。この検出電極Ｅ５´の電極幅は、回転基板３の第５トラックＴＫ５におけるモータ磁極信号電極の区間長さの３分の１以下である。これらＵ電極，−Ｗ電極，Ｖ電極，−Ｕ電極，Ｗ電極，−Ｖ電極上に生成した信号は基板上の信号線から取り出すようになっている。
【００３１】
第６トラックＴＫ６´には、円周方向全周に連続して帯状に１次誘導電極Ｅ６´を設けている。この第６トラックＴＫ６´の１次誘導電極Ｅ６´には入力信号２（−Ａｓｉｎωｔまたはパルス波）が印加される。
【００３２】
図８（ａ）に固定基板４の電極Ｅ１´ないしＥ６´を含む処理回路例、図８（ｂ）に他の処理回路例を示す。また、図９（ａ−１）ないし（ａ−８）に図８（ａ）の処理回路による動作タイミングチャート、図９（ｂ−１）ないし（ｂ−８）に図８（ｂ）の処理回路による動作タイミングチャートを示す。図８（ａ）に示す処理回路は、固定検出電極部５ａと、増幅部６ａと、復調部７ａと、波形整形部８ａと、発振部９ａの各部を有する。図８（ｂ）に示す処理回路は、固定検出電極部５ｂと、増幅部６ｂと、波形整形部７ｂと、ラッチ部８ｂ、発振部９ｂの各部を有する。
【００３３】
まず、図８（ａ）と図９（ａ−１）ないし（ａ−８）を参照して、固定基板４の固定検出電極部５ａにおける１次誘導電極Ｅ１´、Ｅ６´には発振部９ａから入力信号（Ａｓｉｎωｔ，−Ａｓｉｎωｔ）１、２がキャリア信号として印加される（ａ−１、ａ−２）。キャリア信号はパルス波でもよい。
【００３４】
固定基板４の第１、第６トラックＴＫ１´、ＴＫ６´それぞれの１次誘導電極Ｅ１´、Ｅ６´に印加された各入力信号１，２はそれぞれ静電誘導により回転基板３の対応する第１、第６トラックＴＫ１、ＴＫ６それぞれの２次誘導電極Ｅ１、Ｅ６に誘導される。この２次誘導電極Ｅ１、Ｅ６に誘導された入力信号１，２は、回転基板３の第２トラックＴＫ２上の誘導電極Ｅ２に印加される。そして回転基板３の第２トラックＴＫ２上の誘導電極Ｅ２から固定基板４の第２トラックＴＫ２´上の検出電極Ｅ２´に誘導される。この場合、回転基板３が回転するために、回転基板３の回転位置に対応して入力信号１，２は正弦波状に２つの変調信号１，２に変調される（ａ−３，ａ−４）。この変調信号１，２は、増幅部６ａで増幅され、復調部７ａで復調され９０度位相差の位置信号１，２になり（ａ−５，ａ−６）、次いで波形整形部８ａにて波形整形され、この整形後の波形１、２はＡ相信号と、Ｂ相信号となる（ａ−７，ａ−８）。
【００３５】
次に図８（ｂ）と図９（ｂ−１）ないし（ｂ−８）を参照して、固定検出電極部５ｂにおける１次誘導電極Ｅ１´、Ｅ６´には発振部９ｂから入力信号（Ａｓｉｎωｔ）１、２がキャリア信号として印加される（ｂ−１、ｂ−２）。キャリア信号はパルス波でもよい。
【００３６】
固定基板４の第１、第６トラックＴＫ１´、ＴＫ６´それぞれの１次誘導電極Ｅ１´、Ｅ６´に印加された各入力信号１，２はそれぞれ静電誘導により回転基板３の対応する第１、第６トラックＴＫ１、ＴＫ６それぞれの２次誘導電極Ｅ１、Ｅ６に誘導される。この２次誘導電極Ｅ１、Ｅ６に誘導された入力信号１，２は、回転基板３の第２トラックＴＫ２上の誘導電極Ｅ２に印加される。そして回転基板３の第２トラックＴＫ２上の誘導電極Ｅ２から固定基板４の第２トラックＴＫ２´上の検出電極Ｅ２´に誘導される。この場合、回転基板３が回転するために、回転基板３の回転位置に対応して入力信号１，２は正弦波状に２つの変調信号１，２に変調される（ｂ−３，ｂ−４）。この変調信号１，２は、増幅部６ｂで増幅され、増幅後の変調信号１，２に対して波形整形部７ｂで基準電圧Ｖｅｒｆで波形整形し（ｂ−５，ｂ−６）、ラッチ部８ｂでラッチ処理することで、Ａ相信号と、Ｂ相信号となる（ｂ−７，ｂ−８）。
【００３７】
以上のようにして図８（ａ）の処理回路においても、図８（ｂ）の処理回路においても、回転基板３の回転により、エンコーダ２からＡ相信号、Ｂ相信号が出力される。なお、原点信号であるＺ相、−Ｚ相信号に関しては説明を略する。
【００３８】
次に、図１０を参照して回転基板１回転（３６０°）での回転基板３の第５トラックＴＫ５上の回転電極パターン（ＵＶＷ相電極の配置パターン）と固定基板４の第５トラックＴＫ５´上の固定電極パターン（Ｕ電極，−Ｗ電極，Ｖ電極，−Ｕ電極，Ｗ電極，−Ｖ電極の配置パターン）と、各電極におけるＵ相、−Ｗ相、Ｖ相、−Ｕ相、Ｗ相、−Ｖ相の出力波形を説明する。回転電極パターンにおいてはその回転方向を矢印で示している。
【００３９】
固定電極パターンを構成するＵ電極，−Ｗ電極，Ｖ電極，−Ｕ電極，Ｗ電極，−Ｖ電極それぞれの配置は、次式（１）ないし（６）で定められる。Ｎはモータ１回転におけるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力パルス数あるいはモータ磁極のペア数を指す。
【００４０】
図１０では、固定電極パターンにおいて、
Ｕ電極は、機械角θｕ＝０°                              …（１）
Ｖ電極は、機械角θｖ＝３６０°／３×Ｎ                  …（２）
Ｗ電極は、機械角θｗ＝２×３６０°／３×Ｎ              …（３）
−Ｕ電極は、機械角θ−ｕ＝３６０°／２×Ｎ              …（４）
−Ｖ電極は、機械角θ−ｖ＝５×３６０°／６×Ｎ          …（５）
−Ｗ電極は、機械角θ−ｗ＝３６０°／６×Ｎ              …（６）
固定電極パターンの各電極の電極幅αは、次式（７）で求められる。
【００４１】
電極幅α≦３６０°／６×Ｎ                          …（７）
回転電極パターンの電極幅ｔは、次式（８）で求められる。
【００４２】
電極幅ｔ＝３６０°／２×Ｎ…（８）
図１０は、ＵＶＷ相の固定電極が差動検出配置である。したがって、Ｕ電極と−Ｕ電極との差動出力がＵ相信号出力となり、Ｖ電極と−Ｖ電極との差動出力がＶ相信号出力となり、Ｗ電極と−Ｗ電極との差動出力がＷ相信号出力となる。
【００４３】
図１０で示す固定電極パターンでは電極が差動検出された配置であったが、固定電極がＵ電極、Ｖ電極、Ｗ電極の単素子でも成立する。一例として８ポール（４ペア）サーボモータにおいての固定電極パターンを、図１１に示す。回転電極パターンにおいてモータ磁極信号電極の無し区間と有り区間はそれぞれ４５°である。また、固定電極パターンにおけるＵ電極、Ｖ電極、Ｗ電極それぞれの配置位置は、上記式（１）−（３）で計算することができる。その計算では、Ｕ電極の機械角θｕは０°、Ｖ電極の機械角θｖは３０°、Ｗ電極の機械角θｗは６０°である。また、Ｕ電極、Ｖ電極、Ｗ電極それぞれの電極幅αは式（７）で求められ、αは１５°以下である。
【００４４】
なお、非差動検出の場合、図８（ｂ）の回路での信号処理が便利である。
【００４５】
以上説明したように本実施の形態では、磁極位置信号生成のための電極を配置するトラックは、回転基板３、固定基板４のいずれにおいても、第５トラックＴＫ５、ＴＫ５´の１トラックであるので、トラック数が大幅に削減化可能となり、基板サイズの小型化ひいてはエンコーダの全体サイズの小型化を図れる。例えば、磁極位置信号がＵ，Ｖ，Ｗ，−Ｕ，−Ｖ，−Ｗの６磁極位置信号であっても、回転、固定基板３，４両方とも１トラックで済み、磁極位置信号が増加しても基板サイズが大きくなるようなことがない。
【符号の説明】
【００４６】
１  サーボモータ
２  エンコーダ
３  回転基板
４  固定基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011095034.tif 000009
【図８】
2011095034.tif 000010
【図９】
2011095034.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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