JPH0367122A - 回転角検出装置 - 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、回転体の回転制御のため、あるいはこの回転
体に連動している可動部の動作制御のために、回転体の
回転角を検出する装置に関する。

本発明の回転角検出装置は、回転体としてのカムの回転
角の検出、待に微小な回転角を検出する必要があるＶＴ
Ｒのローディングカム等の回転角検出に好適であるが、
これに限定するものではない。

〈従来の技術〉 以下、ＶＴＲのローディングカムを代表例として掲げ、
その回転角検出装置を説明する。

従来例の一般的なカム回転角検出装置は、接触式のもの
である。

すなわち、第７図に示すように、カム溝１ａが形成され
た回転体１の外周面の歯部にカム駆動ギア２を噛合する
とともに（回転体１の歯部およびカム駆動ギア２の歯部
は図示を省略）、回転体１の歯部にロータリスイッチ３
の受動ギア３ａを噛合しである。ロータリスイッチ３の
内部には、受動ギア３ａの回転に伴って順次的に切り換
えられていく多数のスイッチが内蔵されている。

カム駆動ギア２を駆動してカム溝付き回転体１を回転す
るが、この回転体１の回転に連動して受動ギア３ａを回
転させ、ロータリスイッチ３の内部のスイッチ群を次々
と切り換えていくというメカニカルな手法により、カム
溝付き回転体１の回転角を検出する。

使用されている割合は少ないが、第８図に示すような非
接触式のカム回転角検出装置もある。これは、カム溝付
き回転体１の外周面にペイントや磁性膜を用いて比較的
小さい角度（例えばｌ”）の等間隔で目盛り４（細かい
図示は省略）を付ける一方、回転体ｌから離して光学式
または磁気式のセンサ５を１個設け、回転体１の回転に
伴ってセンサ５が検出した目盛り４をカウンタ（図示せ
ず）で１つずつカウントすることによって、回転体１の
回転角を検出するものである。

カウントは、原点位置にある回転体１が正方向に回転す
るときに、目盛り４を１個検出するごとに１ずつカウン
トアツプし、逆方向に回転するときに目盛り４を１個検
出するごとにｌずつカウントダウンし、時々刻々のカウ
ント値（回転角〉をＲＡＭ　（図示せず）に更新的にス
トアする。回転体ｌの現在の回転角を知るには、ＲＡＭ
からカウント値を読み出せばよい。

〈発明が解決しようとする課題〉 （Ａ）第７図の接触式のカム回転角検出装置には、次の
ような問題がある。

すなわち、ロータリスイッチ３の構造が複雑でコストア
ップを招いているとともに、ロータリスイッチ３が占め
るスペースが大きく装置の大型化を招いている。また、
ローグリスインチ３の受動ギア３ａが回転体ｌに接触（
噛合）しているために、回転体１の回転時の負荷となり
、トルク損失を避けることができない。

（Ｂ）第８図の非接触式のカム回転角検出装置において
は、構造が比較的簡単でスペース面でも有利であり、ま
た、トルク損失もない反面、次のような問題がある。

■　目盛り４のピッチが比較的小さい（１’）ことと、
目盛り４を１個ずつ検出していること、および、センサ
５やカウンタの応答性には一定の限界があることから、
回転体１を高速回転させることができない。

■　１個の目盛り４の幅が小さいため、ペイントや磁性
膜を塗布して目盛り４を付ける際に、あるいは使用継続
に伴って、目盛り４が薄くなったり欠けたりすることが
あり、センサ５で読み落とす場合がある。このような読
み落としの目盛り４が複数あると、回転量が大きくなる
につれて読み落とし数が増え、検出回転角の誤差が増大
していく。

また、ノイズの影響で読み取り〔スが生じたときにも、
同様の問題がある。

■　ＲＡＭがバンクアップ電源を有していない場合、電
源プラグがコンセントから抜けるとか、停電が生じた場
合には、ＲＡＭにストアしていたカウント値（回転角）
がクリアされてしまい、電源が復帰しても、現在の回転
体１の回転角が判らなくなくなってしまう。この状態で
回転体１を回転すると、目盛り４のカウントによって回
転した角度を知ることはできるが、それは、相対的な回
転角であるに過ぎず、原点位置からの絶対的な回転角で
はない。

回転体１の回転制御にとって重要なのは絶対的回転角で
あるから、上記のような事態が発生すれば、所期の回転
制御が不可能になってしまう。

電源復帰後において、絶対的回転角を検出するためには
、−旦、回転体１を必ず原点位置まで戻さなければなら
ないが、電源断時の回転角が大きいほど原点位置に戻す
のに時間がかかる。

ＲＡＭにバンクアンプ電源を設ければ、この問題は生じ
ないが、コストアップを招く。

本発明は、このような事情に鑑み、従来例に見られた上
記の不都合を解消することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の回転角検出装置は、 回転体の回転中心まわりの円弧上において前記回転体に
比較的小さなピッチで等間隔に目盛りが形成され、 その目盛り形成領域において比較的大きな間隔を隔てた
複数箇所に目盛りのない空白部が形成され、 それら複数の空白部の幅が互いに異なる状態にｆＩ或さ
れているとともに、 前記目盛りおよび空白部を検出する少なくとも２個の非
接触式センサが互いに異なる位置に設けられていること
を特徴とするものである。

く作用〉 本発明の上記構成による作用は、次のとおりである。

■　空白部が一方の非接触式センサによって検出された
ときに、他方の非接触式センサによって検出される目盛
りの数は、空白部の幅が互いに異なっていることから、
前記一方の非接触式センサで検出された空白部がいずれ
の空白部であるかによって相違する。

＠　回転体の回転に伴って前記の検出された空白部が前
記他方の非接触式センサに検出されたときには、前記一
方の非接触式センサによって検出される目盛りの数は■
の場合と同数である。しかし、空白部を検出している非
接触式センサが■の場合とは異なっている。

Ｏ以上の■および＠から、空白部がいずれの非接触式セ
ンサによって検出されたかの判断〔夏〕と、空白部が検
出されたときにそれを検出した非接触式センサとは別の
非接触式センサが目盛りを幾つ検出したかの判断（ｎ）
とによって、回転体が原点位置からその空白部検出位置
まで回転した絶対的回転角を知ることができる。

換言すれば、条件（１）、　　（ＩＩ）のＡＮＤ条件に
基づいて絶対的回転角が一義的に定まるのである。

０　回転体の目標とする絶対的回転角の位置は、空白部
検出位置のこともあれば、それ以外の位置のこともある
。前者の場合は、空白部検出位置で回転体を停止する等
の所定の制御を行えばよい。

後者の場合は、空白部検出位置（この位置の絶対的回転
角は判っている）から目標とする絶対的回転角までの差
の角度分に相当する数の目盛りを検出した位置で回転体
を停止する等の所定の制御を行えばよい。

■　以上の■〜■を総合すると、次のような回転角検出
方式のもとで、回転制御することが可能となる。

すなわち、目標とする絶対的回転角に最も近い回転角で
空白部が非接触式センサによって検出されることになる
その空白部を検出するまで、回転体を高速で回転させる
。空白部の幅は１個の目盛りに比べて充分に大きいから
、回転体を高速回転しても、空白部を検出することは可
能である。この高速回転においては、空白部を検出する
ことが目的であって、従来例のようにピッチの小さい目
盛りを１個ずつ検出する必要はない。

回転体が前記の空白部を検出した後は、その位置から目
盛りを１個ずつ本食出しながら目標とする絶対的回転角
まで回転させればよい。

したがって、全体として目標とする絶対的回転角までの
回転を高速に行える。

○　目盛りの欠けやノイズが原因で読み取りミスが生し
検出された絶対的回転角に誤差が発生した場合でも、空
白部の検出位置で一義的に決まりている絶対的回転角を
確認することが可能であるので、その空白部検出位置に
おいて前記の検出角度誤差を補正することが比較的簡単
に行える。

■　２Ｂプラグのコンセント抜けや停電のために、ＲＡ
Ｍにストアしていたカウントｉｆ！　、　（回転角）が
クリアされ現在の絶対的回転角が判らなくなってしまっ
た場合、電源復帰後に従来例のように回転体を大きく原
点位置まで戻す必要はない。

原点位置と同様な意味で空白部はその絶対的回転角が一
義的に決まっているので、現在の回転位置から最も近い
空白部まで戻すことにより、絶対的回転角が判る状態へ
の復帰が素早く行える。

それゆえにまた、ＲＡＭのバックアップ電源が不要とな
り、その分コストダウンが可能となる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図は回転角検出装置の要部の平面図、第２図はその
側面図である。

カム溝１ａが形成された円板状の回転体１の外周面ば、
その上半部の平滑な目盛り形成領域１ｂと、下半部の歯
部が形成されたギア部ＩＣとに区分されている。このカ
ム溝付き回転体ｌのギア部１ｃにはカム駆動ギア２が噛
合されている。また、目盛り形成領域１ｂには、カム溝
１ａの中心角に合わせてＯ〜２７０°の範囲に、ペイン
トの塗布により、１＠の等間隔で目盛り４が形成されて
いる。

目盛り４は、白、黒のパターンが繰り返されたもので、
白黒パターンの１個分が１°の角度をもつ、　　０．５
”の黒の部分が目盛り４となる。なお、目盛り４は、円
弧の目盛り形成領域１ｂに形成されていることから、回
転体１の回転中心まわりの円弧上において形成されてい
ることになる。

目盛り形成領域１ｂは、その全範囲に目盛り４が形成さ
れているのではなく、９０°ずつ隔てた４箇所に百盛り
のない第１ないし第４の空白部Ｅ１〜Ｅ４が形成されて
いる。これら４つの空白部Ｅ１−Ｅ４は、周方向の幅を
互いに異にしている。

すなわち、第１の空白部Ｅｌの幅は目盛り４についての
白黒パターン３個分、第２の空白部Ｅ２の幅は白黒パタ
ーン５個分、第３の空白部Ｅ３の幅は７個分、第４の空
白部Ｅ４の幅は９個分となっている。

目盛り形成領域１ｂを平面に展開して示すと、第３図の
ようになる。

第１図はカム溝付き回転体ｌが原点位置（０’）にある
状態を示すが、この状態で第１の空白部Ｅｌの半径方向
外側位置と、第１の空白部Ｅｌと第４の空白部Ｅ４との
丁度真ん中の箇所（回転方向で原点位置から４５°の箇
所〉の半径方向外側位置とに、それぞれ光学式で投受光
タイプの第１．第２の非接触式センサ５ａ、５ｂが回転
体１から小距離離して配置されている。これら非接触式
センサ５ａ、５ｂはともに目盛り４および空白部Ｅ１〜
Ｅ４を検出するものである。

次の表は、回転体１の４５’ごとの絶対的回転角（ただ
し、０〜２７０°の範囲）と、各々の絶対的回転角の位
置まで回転体１が回転したときの両非接触式センサ５ａ
、５ｂの出力との対応関係をまとめたものである。

表〔絶対的回転角と両センサの出力〕 例えば、絶対的回転角が磁■のＯ″のとき、第１のセン
サ５ａが第１の空白部Ｅｌを検出し、第２のセンサ５ｂ
が３個分の目盛り４を検出する状態となる。また、絶対
的回転角が階■の４５′のとき、第２のセンサ５ｂが第
１の空白部Ｅｌを検出し、第１のセンサ５ａが３個分の
目盛り４を検出する状態となる。

絶対的回転角が弘■の９０”のとき、第１のセンサ５ａ
が第２の空白部Ｅ２を検出し、第２のセンサ５ｂが５個
分の目盛り４を検出する状態となり、絶対的回転角が隘
■の１３５＠のとき、第２のセンサ５ｂが第２の空白部
Ｅ２を検出し、第１のセンサ５ａが５個分の目盛り４を
検出する状態となる。

逆にいうと、ある空白部が第１のセンサ５ａによって検
出されたときに、第２のセンサ５ｂが検出する目盛り４
の個数が例えば弘■の７個である場合には、その空白部
は第３の空白部Ｅ３であり、このときの回転体１の絶対
的回転角は１８０’であるということが判る。

もし、この場合に、第２のセンサ５ｂが検出する目盛り
４の個数が弘■の９個であれば、その空白部は第４の空
白部Ｅ４であり、そのときの回転体１の絶対的回転角は
２７０＠であるということが判る。

また、ある空白部が第２のセンサ５ｂによって検出され
たときに、第１のセンサ５ａが検出する目盛り４の個数
が魚■の７個である場合には、その空白部は第３の空白
部Ｅ３であり、そのときの回転体１の絶対的回転角は２
２５°であるということが判る。

このように、空白部が第１．第２のセンサ５ａ。

５ｂのうちいずれのセンサによって検出されたかの判断
（１）と、空白部が検出されたときにそれを検出したセ
ンサとは違う方のセンサが目盛り４を幾つ検出したかの
判断（ＩＴ）とによって、回転体ｌの絶対的回転角を知
ることができ、絶対的回転角が一義的に定まるのである
。

第４図は回転角検出装置の概略的なシステム構成図であ
る。

第１．第２のセンサ５ａ、５ｂの検出信号と、絶対的回
転角目標値θ。ｂＪの信号とが制御回路６に人力される
。制御回路６は、両センサ５ａ、５ｂの検出信号に基づ
き所定の演算を行って現在の回転体１の絶対的回転角θ
、を算出し、これをＲＡＭ７に更新的にストアするとと
もに、現在の絶対的回転角θ、が絶対的回転角目標値θ
。〜と一致するまで、カム駆動ギア２を駆動するモータ
８に対して増幅回路９を介して駆動信号を出力する。

以下に、より詳しい動作を第１図、第５図および第６図
に基づいて説明する。

第１図に示す原点位置Ｏ″から１００＠まで回転体１を
回転させるものとする。

１００’までには、空白部がセンサによって検出される
回数が２回ある。すなわち、ぬ■の第１の空白部Ｅｌが
第２のセンサ５ｂによって検出される場合（４５＠）と
、弘■の第２の空白部Ｅ２が第１のセンサ５ａによって
検出される場合（９０°）とである。ｉｏｏ　’に最も
近い回転角で空白部が検出されるのは、９０６の回転位
置である。この９０″の回転角は制御回路６で算出され
る。

したがって、制御回路６は、途中の４５６を無視して、
回転体ｌが一旦、９０°まで高速回転されるように増幅
回路９に対して高い電圧を出力する。

９０°まで回転して停止するには次のようにする（第５
図参照）。

すなわち、狙■の９０’は、第１のセンサ５ａによって
空白部（第２の空白部Ｅ２）が検出され、第２のセンサ
５ｂによって目盛り４が５個分検出されたときに対応す
る。

第１のセンサ５ａも第２のセンサ５ｂも、空白部を検出
するまでは、“１２′、“Ｈ′、“Ｌ”“Ｈ”・・・・
のように１″進むごとに反転する。制御回路６は、第１
のセンサ５ａが白黒パターンの白部を検出したときの“
Ｌ”の信号と、黒部を検出したときの“Ｈ”の信号とが
、“Ｌ”、“Ｈ”“Ｌ”、“■４”・・・・と繰り返さ
れている状態から、空白部を検出するようになり、その
検出信号が“１、”Ｌ”、′Ｌ”・・・・と連続するよ
うになったことをまず判断するとともに、“Ｌ゛が連続
し始めた時点から、第２のセンサ５ｂが＠Ｈ”となる回
数のカウントを開始する。

そして、第１のセンサ５ａが連続する“Ｌ″の状態から
“Ｈ”に反転するまでのカウント数が狙■の５個になっ
たときに、制御回路６から増幅回路９への出力を停止し
て回転体１の回転を停止する。これで、第５図に示すよ
うに、９０″′の位置で一旦停止する。

回転体１を９０°で停止してから、直ちに再び回転体１
を低速で回転する。このときは制御回路６から増幅回路
９への出力電圧は低くする。９０°から１００６までは
１０６であるから、第２のセンサ５ｂが“Ｈ”を１０個
カウントするまで低速回転を続け、ｌ０個をカウントし
たときに回転体１を停止する。

これによって、第６図に示すように、回転体１を絶対的
回転角目標値θ。ｂＪ＝　１００ａまで回転して停止で
きる。また、制御回路６は、９０６に１０６を加算した
結果の１００６を絶対的回転角θ、としてＲＡＭ７にス
トアする。

なお、目標値θ。ｂｊが丁度９０″のときは低速回転の
必要はない。また、目標値θ。１が例えば８６″のとき
は、モータ８を逆転して第２のセンサ５ｈが“Ｈ”を４
個ダウンカウントしたときに回転体１を停止すればよい
。

なお、５個分の目盛り４の中央（３番目）を９０″とす
る場合には、厳密には、カウント数が５個になったとき
の回転体１の絶対的回転角θ、は、１目盛りが１°であ
るので、中央の目盛りから４番目、５番目とカウントす
るので２６プラスされて９２°となる。

したがって、前記の説明において、９０″は９２″と、
１０°は８″と、４個は６個とそれぞれ読み替えて考え
ればよい。目標値θ、Ｊが丁度９０″のときは２″分だ
け逆転する。

もう１つの例として、１００６から２１０　’まで回転
する場合を説明する。

２１０　’に最も近い回転角で空白部が検出されるのは
、Ｍ■の２２５°の回転位置である。制御回路６は、途
中の１３５”、　　１８０”を無視して、回転体１が一
旦、２２５　’まで高速回転されるように高い電圧を出
力する０Ｍ■の２２５°は、第２のセンサ５ｂによって
空白部（第３の空白部Ｅ３）が検出され、第１のセンサ
５ａによって目盛り４が７個分検出されたときに対応す
る。

制御回路６は、第２のセンサ５ｂが１Ｌ”“Ｈ”、”Ｌ
”、”Ｈ”・・・・を繰り返している状態から、空白部
を検出するようになり、その検出信号が“Ｌ”の連続す
る状態になったことをまず判断するとともに、“Ｌ”が
連続し始めた時点から、第１のセンサ５ａが“Ｈ”とな
る回数のカウントを開始する。

そして、第２のセンサ５ｂが連続する“Ｌ”の状態から
“Ｈ”に反転するまでのカウント数が隠■の７個になっ
たときに、回転体１の回転を停止する。これで、２２５
　’の位置で一旦停止する。

回転体１を２２５　’で停止してから、直ちに再び回転
体１を低速で逆方向に回転する。このときは制御回路６
からの出力電圧は低くする。２２５°から２１０°まで
は１５＠であるから、第１のセンサ５ａが“Ｈ”を１５
個カウントするまで低速の逆回転を続け、１５個をカウ
ントしたときに回転体１を停止する。

これによって、回転体１を絶対的回転角目標値θ−ｂＪ
＝　２１０’まで回転して停止できる。また、制御回路
６は、２２５６から１５″を減算した結果の２１０６を
絶対的回転角θ１としてＲＡＭ７にストアする。

なお、７個分の目盛り４の中央（４番目）を２２５°と
する場合には、厳密には、カウント数が７個になったと
きの回転体Ｉの絶対的回転角θｔは、２２９６である。

したがって、前記の説明において、２２５　”は２２９
＠と、１５″は１９″と、１５個は１９個とそれぞれ読
み替えて考えればよい。

ところで、２１０　’から２１５　’まで回転するとき
は、ＲＡＭ７から２１０°を読み出し、目標値θ。、Ｊ
＝　２１５°との差５６を求める。そして、回転体１を
正方向に低速で回転しながら第１のセンサ５ａ（または
第２のセンサ５ｂ）のカウント数が５だけ増加した時点
で回転を停止す、ればよい。

停電等によってＲＡＭ７の内容がクリア、されたとする
と、現在の回転体１の絶対的回転角θ、が判らなくなる
が、電源が復帰してから、回転体１を正転または逆転さ
せて最初に見つかる空白部で停止する。

その空白部が第１．第２のセンサ５ａ、５ｂのうちのい
ずれのセンサで検出されたか、そして、空白部を検出し
たのとは別のセンサで目盛り４を幾つ検出したかによっ
て、前出の表に基づきその空白部で停止させたときの回
転体１の絶対的回転角θ、を知ることができる。

従来例のように原点位置まで戻す必要はない。

もっとも、停電時の回転位置が原点位置に近い場合には
、原点位置に戻ることもある得る。

本発明は、次のような構成のものも実施例として含む。

（ｉ）目盛り４のピッチは１″以外、任意に選択してよ
い。

（ｉｉ　）空白部のピッチおよび数は任意である。

（ｉｉｉ　）空白部に対応した目盛りの数は奇数に限ら
ず、偶数でもよいし、１つずつ増えるのでもよい。

（１ｖ）目盛り形成領域１ｂを回転体１の外周面に形成
したが、回転体１の表面に形成してもよい。

（ｖ）非接触式センサとして磁気的センサを用いてもよ
い。この場合、目盛りは磁性膜で作る。

（ｖｌ）非接触式センサの数は２個に限る必要はなく、
３個以上であっても実施できる。

（ｖｊ）カムの回転角検出に限るものではなく、広く一
般の回転体の回転角検出に用いることができる。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が発揮される。

■　非接触の検出方式であるため、構造が比較的簡単で
スペース面でも有利であり、トルク損失もない。

■　空白部がいずれの非接触式センサによって検出され
たかの判断（１）と、空白部が検出されたときにそれを
検出した非接触式センサとは別の非接触式センサが目盛
りを幾つ検出したかの判断ＣＩ＋）とに基づいて、回転
体が原点位置からその空白部検出位置まで回転した絶対
的回転角を知ることができる。換言すれば、条件（１）
、　Ｃ１１）のＡＮＤ条件に基づいて絶対的回転角を一
義的に定めることができる。

したがって、目標とする絶対的回転角に最も近い回転角
で空白部が検出されることになるその空白部を検出する
まで回転体を高速で回転させ（空白部の幅は１個の目盛
りに比べて大きいから、高速回転しても空白部を検出漏
れすることはない）、その後は目盛りを１個ずつ検出し
ながら目標とする絶対的回転角まで回転させればよく、
全体として高速動作が可能となる。

■　目盛りの欠けやノイズのために読み取り〔スを生し
、検出された絶対的回転角に誤差が発生した場合でも、
空白部の検出位置で一義的に決まっている絶対的回転角
を確認することにより、検出角度誤差を容易に補正する
ことができる。

■　電源プラグのコンセント抜けや停電のためにＲＡＭ
等の揮発性メモリがクリアされ現在の絶対的回転角が判
らなくなってしまった場合、電源復帰後に回転体を原点
位置まで戻す必要がなく、現在の回転位置から最も近い
空白部まで戻すだけで絶対的回転角を確定し得る状態に
素早く復帰させることができる。そして、揮発性メモリ
のハソクアノプ電源を不要化してコストダウンを図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例に係り、第１図
は回転角検出装置の要部の平面図、第２図はその側面図
、第３図は目盛り形Ｉｆｉ　ｐＪｌ域の展開図、第４図
は回転角検出装置の概略的なシステム構成第３図 （目盛り形成領域の展開図） 角検出装置の平面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転体の回転中心まわりの円弧上において前記回
   転体に比較的小さなピッチで等間隔に目盛りが形成され
   、 その目盛り形成領域において比較的大きな間隔を隔てた
   複数箇所に目盛りのない空白部が形成され、 それら複数の空白部の幅が互いに異なる状態に構成され
   ているとともに、 前記目盛りおよび空白部を検出する少なくとも２個の非
   接触式センサが互いに異なる位置に設けられていること
   を特徴とする回転角検出装置。