MIRS0204

ロータリーエンコーダ調査報告書
MIRS0204-TECH-0006

改訂記録
版数 作成日 作成者 承認 改訂内容 提出先
A01 2002.12.15 温水 初版 MIRS0204

1.　ロータリエンコーダは…
タイヤの回転数(ｱﾅﾛｸﾞ量)をパルス数(デジタル量)に変換する機能を持っている。
回転軸の回転速度に比例した，互いに90°位相の異なる２相の近似正弦波を出力しているもので、
２相の位相関係から回転方向が判別できる。
他に、２相の信号をカウントして回転数を求めることもできる。
一般的な使用法は回転子の回転数の検出･速度の検出である。
MIRSでは光電式(光学式のロータリエンコーダ)を使用する。このロータリエンコーダ部は大きく分けて
マイクロエンコーダとロータリエンコーダモジュールの二つの部分から構成されている。
その二つを組み合わせる事によりアナログ量であるモータの回転数をディジタル量でｶｳﾝﾄしている。
＊ﾏｲｸﾛｴﾝｺｰﾀﾞ…ﾓｰﾀの回転数を90°位相がずれた変換させる矩形波に変換させる
＊ﾛｰﾀﾘｴﾝｺｰﾀﾞﾓｼﾞｭｰﾙ…FPGA内に構成され、ﾓｰﾀの回転数をｶｳﾝﾄする

2.　光電式ロータリーエンコーダの概要

2.1　回転量の検出

発光ダイオード（ＬＥＤ）と受光素子（フォトトランジスタ）が、回転軸に取り付けられた回転スリット（Ａ）と
固定スリット（Ｂ）をはさみ相対して取り付けられている。
回転スリット（Ａ）が回転すると、ダイオードの光がスリットによって通過、遮断を繰り返す。
この光を受光素子により検出して、信号（パルス）に変換する。出力信号を２相にするため、
固定スリット（Ｂ）のスリットは２つで、９０°位相がずれている。(図1･図２参照)

―　　図１　　―
―　　図２　　―

2.2　回転方向(正･逆)の判別

―　　図3　　―

図３において出力信号Ａ，Ｂの位相差は常に９０°であるが、回転方向により、ずれ方が異なってくる。
①の場合、Ｂ信号の立ち上がり時にＡ信号は必ず”Ｈ”になっているため回転方向検出信号は”Ｈ”になる。
②の場合、Ｂ信号の立ち上がり時にＡ信号は”Ｌ”になっているため、回転方向検出信号は”Ｌ”になる。
このようにして回転方向の判別を行う事ができる。
（＊パルス弁別回路…２相パルス出力型のエンコーダ正転/逆転を検出するために必要な回路。
＊カウンタ回路…ロータリエンコーダの信号をカウントし、２相の信号の位相差から回転方向を判断する回路。）

2.3　回転数のカウント

パルスのカウント法は、1,2,4逓倍の数え方がある。MIRSではA相、B相が0のときに
どちらが立ち上るかを判別している。1逓倍を使っている。

―　　図４　　―

MIRS標準のマイクロエンコーダでは1回転するのに100パルス発生する。
また、ギヤで回転を1/16に落としているので　　回転数を求める場合は、以下の式で求められる。
（タイヤの回転数）=（ロータリエンコーダカウント値）/1600

2.4　回転速度の検出

Ａ、Ｂの周波数は回転数に比例するからＢのパルスを一定時間毎にカウントし回転数をデータ化する。
データの読み込みはタイマー割り込みを使い、そのたびにカウンタはリセットされる

3.　MIRSで使用するマイクロエンコーダの仕様

MIRSでのマイクロエンコーダは、maxonのモータと一体化したものです。

テクニカル・データ

供給電圧 5V(-10/+10%)
出力信号 TTLコンパチブル
立ち上がり時間 200ns
下降時間 50ns
チャンネル数 2
カウント/回転 100
使用温度範囲 -20/+85℃
ｺｰﾄﾞ･ﾎｲｰﾙ慣性モーメント =<0.05gcm2
最大加速度 250000rad/s2
最大出力電流/チャンネル 5mA
位相差 90°e(-45/+45°e)
最大周波数 20kHz

4.　その他

MIRS競技で指定されている物以外のﾛｰﾀﾘｴﾝｺｰﾀﾞについて調査したところ、指定されている物より
1.2倍から最大12倍の精度を得る事ができる物をいくつか見つけました。当然のことながら、
精度が良くなるにつれて価格も上がるのでMIRSを製作する上でどの程度の゛正確さ゛が
必要なのかを話し合った後決めたほうが良いと思います。