(57)【要約】【課題】等配角度を検出することができ、かつ、絶対角度を早期に特定可能なエンコーダを提供する。【解決手段】磁気エンコーダ１は、被検出部２と、Ｈｉｇｈパルス信号１１及びＬｏｗパルス信号１２からなるパルスの組１３であって、被検出部２の複数の回転位置に対応付けられた複数のパルスの組１３を被検出部２の回転に応じて順次出力する検出器３とを備え、複数のパルスの組１３は、周期Ｔ１相当の回転角度が互いに同一であり、かつ、周期Ｔ相当の回転角度に対するＨｉｇｈパルス信号１１の時間長さに相当の回転角度の比であるデューティー比が互いに異なる複数種類のパルス信号１３Ｓ、１３Ｍ、１３Ｌからなる。【選択図】図２
2007205781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出部と、
第１の信号及び第２の信号からなる信号組であって、前記被検出部の複数の回転位置に対応付けられた複数の信号組を前記被検出部の回転に応じて順次出力する検出器と、
を備え、
前記複数の信号組は、周期相当の回転角度が互いに同一であり、かつ、当該周期相当の回転角度に対する前記第１の信号の時間長さ相当の回転角度の比であるデューティー比が互いに異なる複数種類の信号組からなる
エンコーダ。
【請求項２】
前記複数種類の信号組は、
前記被検出部の１回転を複数に分割する回転位置毎に出力される第１の信号組と、
前記第１の信号組が出力されてから次の第１の信号組が出力されるまでの区間毎に出力される第２の信号組及び第３の信号組と、
からなり、
前記第２の信号組及び前記第３の信号組の配列パターンは前記区間毎に異なる
請求項１に記載のエンコーダ。
【請求項３】
前記第１の信号組は、被検出部の１回転を複数かつ均等に分割する回転位置毎に出力され、
前記第２の信号組は、前記区間毎に複数出力され、
前記第３の信号組は、前記区間毎に１個出力され、
前記第１の信号組が出力されてから前記第３の信号組が出力されるまでの前記第２の信号組の数が前記区間毎に異なる
請求項２に記載のエンコーダ。
【請求項４】
前記第２の信号組はデューティー比が０．５である
請求項３に記載のエンコーダ。
【請求項５】
前記第１の信号組及び前記第２の信号組のうち一方は前記第２の信号組よりもデューティー比が大きく、他方は前記第２の信号組よりもデューティー比が小さい
請求項３に記載のエンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車、家電製品等に備わる可動部材の移動を検出するエンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
被検出部の回転に応じてパルス信号を繰り返し出力するエンコーダが知られている。エンコーダは、例えば、円周上に山部及び谷部が繰り返し交互に形成された被検出部と、山部の検出に応じてハイレベルの信号を出力するとともに谷部の検出に応じてローレベルの信号を出力する検出器とを備える。検出器に対して被検出部が回転すると検出器からパルス信号が繰り返し出力され、当該パルス信号の計数により回転速度が演算される。また、複数の山部及び谷部の円周方向の長さは、基本的には互いに同じ長さにされる。回転位置（絶対角度）を検出する必要があるエンコーダでは、１箇所に長さの異なる山部及び谷部が形成され、当該長さの異なる山部及び谷部の検出位置を基準位置として、被検出部の回転位置が演算される。
【０００３】
１箇所に長さの異なる山部及び谷部を形成することにより回転位置を特定可能としたエンコーダでは、基準位置の検出までに被検出部を最大で１回転させる必要があり、早期に回転位置を特定することができない。そこで、特許文献１のエンコーダでは、複数の山部及び谷部の長さを互いに異ならせることにより（一義的に設定することにより）、被検出部の回転位置を早期に特定可能にしている。
【特許文献１】特開２００１−２４９１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１のエンコーダでは、山部及び谷部の長さを互いに異ならせていることから、被検出部の回転を一定角度毎に検出することができない。すなわち、等配角度を検出できない。等配角度が検出できない場合、例えば、パルス信号の計数値に基づいて被検出部の回転速度や回転位置を演算するアルゴリズムが複雑になる等の問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、等配角度を検出することができ、かつ、絶対角度を早期に特定可能なエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンコーダは、被検出部と、第１の信号及び第２の信号からなる信号組であって、前記被検出部の複数の回転位置に対応付けられた複数の信号組を前記被検出部の回転に応じて順次出力する検出器とを備え、前記複数の信号組は、周期相当の回転角度が互いに同一であり、かつ、当該周期相当の回転角度に対する前記第１の信号の時間長さ相当の回転角度の比であるデューティー比が互いに異なる複数種類の信号組からなる。
【０００７】
好適には、前記複数種類の信号組は、前記被検出部の１回転を複数に分割する回転位置毎に出力される第１の信号組と、前記第１の信号組が出力されてから次の第１の信号組が出力されるまでの区間毎に出力される第２の信号組及び第３の信号組と、からなり、前記第２の信号組及び前記第３の信号組の配列パターンは前記区間毎に異なる。
【０００８】
好適には、前記第１の信号組は、被検出部の１回転を複数かつ均等に分割する回転位置毎に出力され、前記第２の信号組は、前記区間毎に複数出力され、前記第３の信号組は、前記区間毎に１個出力され、前記第１の信号組が出力されてから前記第３の信号組が出力されるまでの前記第２の信号組の数が前記区間毎に異なる。
【０００９】
好適には、前記第２の信号組はデューティー比が０．５である。
【００１０】
好適には、前記第１の信号組及び前記第２の信号組のうち一方は前記第２の信号組よりもデューティー比が大きく、他方は前記第２の信号組よりもデューティー比が小さい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、等配角度を検出することができ、かつ、絶対角度を早期に特定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る磁気エンコーダ１の概略構成を示す斜視図である。磁気エンコーダ１は、例えば自動車の内燃機関のクランク角を検出するロータリーエンコーダであり、被検出部２と、検出器３と、制御部４とを備えている。
【００１３】
被検出部２は、例えば点Ｏを中心とする環状に形成されており、被検出部２の周方向ｙ１に沿ってＮ極及びＳ極が交互に繰り返されるように着磁されている。
【００１４】
検出器３は、検出器３の配置位置における磁力を電気信号に変換して出力するものであり、磁界の向きに応じた電圧の電気信号を出力する。例えば、検出器３は、ホールＩＣ又はＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等の磁電変換素子３ａを含んで構成され、被検出部２の法線方向（半径方向）の磁界の向きを検出する。換言すれば、被検出部２に対向する磁極がＮ極及びＳ極のうちいずれであるか検出する。磁電変換素子３ａから出力された電気信号はアンプにより増幅されるとともに、２値化処理されてパルス信号として出力される。
【００１５】
制御部４は、例えばＩＣにより構成され、検出器３からの信号に基づいて種々の演算を行う。例えば、検出器３からの信号に基づいて被検出部の回転数、絶対角度（回転位置）、回転速度、回転方向を特定する。なお、制御部４は検出器３に設けられていてもよい。
【００１６】
被検出部２及び検出器３は、被検出部２の周方向ｙ１に沿って互いに相対移動できるように、検出対象の機器等に対して取り付けられる。例えば、被検出部２は自動車の内燃機関のクランクシャフトに取り付けられ、検出器３はシリンダに取り付けられる。そして、クランクシャフトの回転に伴って、被検出部２は検出器３に対して周方向ｙ１へ回転する。被検出部２は、クランクシャフトの回転中心と被検出部２の中心点Ｏとが一致するように取り付けられており、被検出部２と検出器３の磁電変換素子３ａとのギャップＧ１は一定に保たれる。なお、自動車のクランクシャフトは基本的に正転のみであり逆転はしないが、正転及び逆転する部材に取り付けられてよいことはもちろんである。
【００１７】
図２（ａ）は、被検出部２を一定方向へ回転させた場合に、検出器３から出力されるパルス列のパターン（パルスパターン）の一例を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のパルスパターンに対応する被検出部２の着磁パターンを示す図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）において、横軸は被検出部２の周方向ｙ１における位置を示し、図２（ａ）において、縦軸は検出器３から出力されるパルス信号の電圧を示している。
【００１８】
なお、磁極の周方向ｙ１における長さ（回転軸Ｏを中心とした角度）や被検出部２の回転角度は、被検出部２の回転速度に基づいてパルス信号の時間長さに換算できるから、以下では、パルス信号の時間長さと、その時間長さ相当の磁極の周方向ｙ１における長さや被検出部２の回転角度とを特に区別せずに説明する場合がある。同様に、パルス信号の出力タイミングや出力期間と、その出力タイミングや出力期間に相当する回転位置や区間についても区別せずに説明する場合がある。また、紙面左側のパルスから出力されてもよいし、右側のパルスから出力されてもよく、換言すれば、被検出部２は正転しても逆転してもよいが、以下では、図の左側のパルスから出力されるものとして説明する。
【００１９】
パルスパターンは、被検出部２のＮ極が検出されたときに出力されるＨｉｇｈパルス信号１１と、被検出部２のＳ極が検出されたときに出力され、Ｈｉｇｈパルス信号１１よりも電位の低いＬｏｗパルス信号１２とが繰り返されて構成されている。なお、Ｈｉｇｈパルス信号及びＬｏｗパルス信号１２は、本発明の第１信号及び第２信号の一例である。
【００２０】
Ｈｉｇｈパルス信号１１と、そのＨｉｇｈパルス信号１１に連続するＬｏｗパルス信号１２とからなるパルスの組１３の時間長さＴ１（周期）は、複数のパルスの組１３間において互いに同一である。換言すれば、パルスの組１３の周期相当の被検出部２の回転角度は互いに同一である。図３（ａ）では、パルスの組１３が被検出部２の１回転において３６個出力される場合、すなわち、パルスの組１３の周期が被検出部２の回転角度１０度に相当する場合を例示している。
【００２１】
複数のパルスの組１３には、周期Ｔ１に対するＨｉｇｈパルス信号１１の時間長さの比（デューティー比）が互いに異なる３種類のパルスの組１３が含まれている。換言すれば、複数のパルスの組１３には、周期Ｔ１相当の被検出部２の回転角度に対する、Ｈｉｇｈパルス信号１１の時間長さ相当の被検出部２の回転角度の比が互いに異なる３種類のパルスの組１３が含まれている。
【００２２】
具体的には、複数のパルスの組１３には、デューティー比が０．５となる中デューティー比のパルスの組１３Ｍと、デューティー比が０．５よりも小さい小デューティー比のパルスの組１３Ｓと、デューティー比が０．５よりも大きい大デューティー比のパルスの組１３Ｌとが含まれている。なお、図３（ａ）では、小デューティー比＋大デューティー比＝１．０となるように設定されている。なお、パルスの組１３Ｓは第１の信号組の一例であり、パルスの組１３Ｍは第２の信号組の一例であり、パルスの組１３Ｌは第３の信号組の一例である。
【００２３】
小デューティー比のパルスの組１３Ｓは、パルスパターンを等間隔に分割するように出力されている。すなわち、パルスの組１３Ｓは、被検出部２の１回転を複数かつ均等に分割する回転位置毎（一定角度の回転毎）に出力され、パルスの組１３Ｓが出力されてから次のパルスの組１３Ｓが出力されるまでの区間には、複数のパルスの組１３Ｍ、１３Ｌが出力されている。図３（ａ）では、パルスの組１３Ｓにより、被検出部２の１回転に相当するパルス列が４つの区間に等分割される場合を例示している。
【００２４】
中デューティー比のパルスの組１３Ｍは、パルスの組１３Ｓが出力されてから次のパルスの組１３Ｓが出力されるまでの間に複数出力されている。パルスの組１３Ｍは、他のパルスの組１３Ｓ、１３Ｌよりも数多く出力されている。
【００２５】
大デューティー比のパルスの組１３Ｌは、パルスの組１３Ｓによって分割された複数の区間それぞれにおいて１つずつ出力されており、区間毎に位置を変えるように出力されている。すなわち、パルスの組１３Ｌは、パルスの組１３Ｓが出力されてから次に出力されるまでの各区間において出力されるとともに、パルスの組１３Ｓが出力されてからパルスの組１３Ｌが出力されるまでの時間（パルスの組１３Ｍの数）が変化するように出力されている。図３（ａ）では、パルスの組１３Ｓにより分割された区間毎に、パルスの組１３Ｌの位置が一つずつずれている場合を例示している。
【００２６】
制御部４は、小デューティー比のパルスの組１３Ｓを検出してから、大デューティー比のパルスの組１３Ｌを検出するまでに検出された中デューティー比のパルスの組１３Ｍの数に基づいて、被検出部２の絶対角度（絶対位置）を演算する。すなわち、パルスの組１３Ｓからパルスの組１３Ｌまでのパルスの組１３Ｍの数により、４つの区間のうちいずれの区間のパルスの組１３Ｌを検出したかを特定して絶対角度を特定し、その後は、所定の基準位置（例えばパルスの組１３Ｌを検出した位置）からの計数値に基づいて絶対角度を特定する。また、制御部４は、パルスの組１３の計数値に基づいて被検出部２の回転数や回転速度を演算する。
【００２７】
図３は、被検出部２の回転始動時におけるパルスの組１３のデューティー比変化の一例を示す図である。図３（ａ）は、被検出部２の回転始動時の回転速度の一例を示しており、横軸は時間、縦軸は回転数である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のように被検出部２を回転させたときに検出されるパルスの組１３のデューティー比を示しており、横軸はパルス数、縦軸はデューティー比である。各パルスの組１３のデューティー比は、Ｈｉｇｈパルス信号１１が出力された時間を、Ｈｉｇｈパルス信号１１及びＬｏｗパルス信号１２が出力された時間で割ることにより求められる。
【００２８】
図３（ｂ）のマークｍ＿Ｍは、中デューティー比のパルスの組１３Ｍとなるべきパルスの組を、マークｍ＿Ｌは、大デューティー比のパルスの組１３Ｌとなるべきパルスの組を、マークｍ＿Ｓは、小デューティー比のパルスの組１３Ｓとなるべきパルスの組を示している。
【００２９】
図３（ａ）に示すように、この例では、被検出部２の回転速度を１０Ｈｚまで１秒間で一定の加速度で増速し、その後、回転速度を１０Ｈｚに保った場合を示している。また、被検出部２は、パルスの組１３が１回転で３６個検出されるように着磁されている。従って、図３（ｂ）の横軸において、３６個までは図３（ａ）の１秒までに略相当し、３７個以降は、図３（ａ）の１秒以降に相当する。
【００３０】
被検出部２の始動時（加速中）には、Ｈｉｇｈパルス信号１１出力時よりもＬｏｗパルス信号１２出力時の方が速度が大きくなるから、被検出部２の始動時には、検出されるデューティー比が所望のデューティー比よりも大きくなり、その後、検出されるデューティー比は所望のデューティー比に収束することになる。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、マークｍ＿Ｍ、マークｍ＿Ｌ、マークｍ＿Ｓは、３６個検出される手前で、略一定のデューティー比に安定している。すなわち、被検出部２が一定速度になったときだけでなく、被検出部２の加速中においても、デューティー比は所望の値に安定している。なお、これは、回転速度Ｖが大きくなると、１のパルス信号１１又は１２を検出する時間内における速度変化ｄＶが回転速度Ｖに対して相対的に小さくなることからである。
【００３２】
図４は、図４（ａ）に示したパルスパターンの変形例を示している。被検出部２が１回転する間に出力されるパルスの数は、エンコーダ１の使用目的等に応じて適宜に設定してよく、例えば、図４（ａ）に示すように、図２（ａ）の例よりも多くてもよいし、図４（ｂ）に示すように、図２（ａ）の例よりも少なくてもよい。なお、図４（ａ）は、被検出部２の１回転において、パルスの組１３が６０個出力されるものを例示しており、図４（ｂ）は、被検出部２の１回転においてパルスの組１３が２４個出力されるものを例示している。
【００３３】
以上の第２の実施形態によれば、周期に相当する回転角度が一定で、デューティー比が互いに異なるパルスの組が出力されるようにしていることから、等配角度を検出でき、かつ、デューティー比によってパルスの組の種類を特定して絶対角度を特定することができる。
【００３４】
デューティー比によってパルスの組の種類を特定する場合、種類の異なるパルスの組間においてデューティー比の差が、ある程度大きく設定されている必要があり、パルスの組の種類は少なめにすることが好ましい。第２の実施形態では、小デューティー比のパルスの組１３Ｓによりパルス列を複数に分割するとともに、分割された各区間における中デューティー比のパルスの組１３Ｍ及び大デューティー比のパルスの組１３Ｌの配列パターンを互いに異ならせるようにして、その配列パターンによりいずれの区間であるかを特定しているから、比較的少ない種類の組により絶対位置を特定することができる。また、分割された区間毎に配列パターンを変化させるだけであるから、設計条件に応じた配列パターンの変形が容易である。
【００３５】
小デューティー比のパルスの組１３Ｓにより等分割された各区間における大デューティー比のパルスの組１３Ｌの位置により、検出されている区間がいずれの区間であるかを特定することから、各区間の配列パターンに基づいていずれの区間であるかを特定する際に複雑なパターンマッチングを必要としない。
【００３６】
最も数多く出力されるパルスの組（第２の信号組）としてデューティー比が０．５のパルスの組１３Ｍを利用しており、また、デューティー比が０．５であれば検出精度が安定するから、全体として検出精度が向上する。
【００３７】
パルスパターンを分割するパルスの組（第１の信号組）のデューティー比を第２の信号組よりも小さく、各区間を特定するためのパルスの組（第３の信号組）のデューティー比を第２の信号組よりも大きくしていることから、第１の信号組のデューティー比と第３の信号組のデューティー比との差を大きく設定でき、演算部によって第１の信号組と第３の信号組とが混同されるおそれが抑制される。
【００３８】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。
【００３９】
エンコーダは、被検出部の回転に応じて信号列を出力するものであればよく、磁気エンコーダに限定されない。例えば、光学式のエンコーダでもよい。また、磁気エンコーダである場合、被検出部の接線方向（周方向）の磁界の向きに応じた信号を出力するものであってもよい。なお、この場合、被検出部を一定速度で回転させた場合の信号列の時間長さのパターンは、磁極の周方向の長さのパターンとは同一ではない。すなわち、本発明では、被検出部の複数の回転位置と検出器から出力される複数の信号組とが互いに対応していれば、所望のパルスパターンが得られるように適宜に被検出部の着磁等を行ってよく、信号列の時間長さのパターンと、検出される物理量（例えば磁界）を生じさせる配列対象（例えば磁極）の周方向の長さのパターンとが一致している必要はない。
【００４０】
デューティー比によって信号組の種類を特定できれば、信号組の種類と被検出部の回転位置との対応から回転位置を特定できる。従って、デューティー比の大きさ、デューティー比の異なるパルスの組の種類の数、複数種類のパルスの組の配列パターンは、適宜に設定してよい。
【００４１】
例えば、被検出部の１回転中において、第１のデューティー比が検出される区間，第２のデューティー比が検出される区間，…，第ｎのデューティー比が検出される区間が形成されるようにして、いずれのデューティー比が検出されたかにより絶対角度を特定するとともに、その検出順により回転方向を特定してもよい。
【００４２】
第１の信号組により被検出部の１回転を複数の区間に分割する場合、分割された各区間に含まれる２種以上のパルスの組の配列パターンにより各区間を識別できれば、絶対位置を特定できる。従って、第１の信号組が検出されてから第３の信号組が検出されるまでに検出された第２の信号組の数により絶対位置を特定するものに限定されず、例えば、分割された区間毎に第３の信号組の数と第２の信号組の数との比率を変えて、各区間を特定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態の磁気エンコーダの概略構成を示す斜視図。
【図２】図１の磁気エンコーダにおけるパルスパターン及び着磁パターンを示す図。
【図３】図１の磁気エンコーダにおける回転始動時のデューティー比変化を示す図。
【図４】図１の磁気エンコーダにおけるパルスパターン及び着磁パターンの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１…磁気エンコーダ、２…被検出部、３…検出器、１１…第１の信号、１２…第２の信号、１３…信号組、Ｔ１…周期。
【図１】
2007205781.tif 000003
【図２】
2007205781.tif 000004
【図３】
2007205781.tif 000005
【図４】
2007205781.tif 000006