-
Technischer Bereich
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Encoder zum Detektieren der Drehwinkelstellung einer Motorwelle oder eines anderen rotierenden Elementes unter Verwendung eines Multipol-Magneten und magnetischer Detektionselemente; insbesondere betrifft sie einen magnetischen Encoder, der fähig ist, Detektionsfehler zu entfernen, die durch magnetisches Rauschen verursacht werden, welches aus der Umgebung eindringt, und einen Aktuator, in welchem der magnetische Encoder angebracht worden ist.
-
Stand der Technik
-
Es gibt bekannte magnetische Encoder, die mit einem ringförmigen Multipol-Magneten, der koaxial auf einem rotierenden Element eines Messobjektes befestigt ist, und Hall-Elementen oder anderen magnetischen Detektionselementen, die angeordnet sind, um der auf der externen peripheren Oberfläche oder dergleichen des Multipol-Magnetes gebildeten magnetisierten Oberfläche gegenüber zu stehen, versehen sind. Dieser Typ von magnetischem Encoder ist in Patentdokument 1 offenbart.
-
Die Encodervorrichtung, die in Patentdokument 1 offenbart ist, ist mit zwei magnetischen Trommeln versehen, die koaxial auf der sich drehenden Welle eines Motors oder dergleichen befestigt ist. Auf der externen peripheren Oberfläche einer ersten Trommelwird ein Zweipol-Magnetisierungsmuster gebildet, und die externe periphere Oberfläche der zweiten Trommel ist in Umfangsrichtung in 64 Sektionen aufgeteilt, um ein 64-poliges Multipol-Magnetisierungsmuster zu bilden. Erste und zweite magnetische Sensoren sind mit 90° Winkelintervallen angeordnet, der magnetisierten Oberfläche der ersten Trommel gegenüberstehend. Dritte und vierte magnetische Sensoren sind angeordnet, die der magnetisierten Oberfläche der zweiten Trommel gegenüberstehen, und das Winkelintervall dieser magnetischen Sensoren ist auf ein ganzzahliges Vielfaches von 90° eingestellt.
-
Bei der Encodervorrichtung aus Patentdokument 1 werden ein A-Phasen-Signal sowie ein B-Phasen-Signal, die in ihrer Phase um 90° differieren, von dem ersten und zweiten Magnetsensor ausgegeben, wenn die Drehwelle rotiert, und diese Ausgangssignale werden in Rechteckwellen umgewandelt und einer Drehrichtungs-Diskriminierungsschaltung zugespeist, wobei für jede Rotation in Übereinstimmung mit der Drehrichtung ein +1 oder -1 Drehfrequenzsignal ausgegeben werden kann. Ein C-Phasen-Signal und ein D-Phasen-Signal, welche sich in ihrer Phase durch ganzzahlige Vielfache von 90° unterscheiden, werden durch die dritten und vierten Sensoren ausgegeben. In dieser Encodervorrichtung wird eine vorbestimmte Signalverarbeitung unter Verwendung einer Berechnungseinheit oder einer Kombination von Schaltungen auf der Basis der A-bis D-Phasen-Signale durchgeführt, wodurch die absolute Drehposition mit einer Auflösung detektiert werden kann, die der Anzahl von Polen in dem Multipol-Magnetisierungsmuster entspricht.
-
[Patentdokument 1] Japanische Offenlegungsschrift
JP H06 - 10 813 A -
DE 199 20 596 A1 offenbart ein Verfahren zum Messen der Relativlage zweier Objekte, bei dem die Teilung eines mit dem einen Objekt verbundenen Teilungsträgers von wenigstens zwei mit dem anderen Objekt verbundenen Leseköpfen zur Erzeugung jeweils wenigstens eines Lesesignals abgetastet wird und bei der die Lesesignale der Leseköpfe zur Bildung von Meßwerten digitalisiert werden. Die mittels der Leseköpfe erzeugten und digitalisierten Signale werden wenigstens amplituden-, offset- oder 90°-phasenfehler korrigiert und zur Ermittlung von wenigstens zwei Positionswerten verwendet, die nach arithmetischer Mittelung als korrigierter Positionswert in Form der korrigierten analogen Ausgangssignale bereitgestellt werden.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die durch die Erfindung zu lösenden Probleme
-
Durch einen wie in Patentdokument 1 mit einem Multipol-Magneten versehenen magnetischen Encoder detektieren die magnetischen Detektionselemente, die der magnetisierten Oberfläche des Multipol-Magneten gegenüberstehen, einen Streufluss aus dem Zweipolmagneten, und es ist möglich, dass eine durch den Zweipolmagneten hergestellte Fehlerkomponente in dem Detektionssignal enthalten sein wird, wenn ein Multipol-Magnet (zweite Trommel) und ein Zweipolmagnet (erste Trommel) in enger Nähe zueinander angeordnet sind. In dem Fall, in dem ein mit einem Multipol-Magneten versehener Encoder auf dem Aktuator eines Motors oder dergleichen mit einer elektromagnetischen Bremse befestigt ist, detektiert der magnetische Encoder einen Streufluss von der Bremsspule der elektromagnetischen Bremse, und es ist möglich, dass eine Fehlerkomponente, die durch die Bremsspule erzeugt wird, in das Detektionssignal aufgenommen wird. Die Detektionspräzision durch den magnetischen Encoder wird vermindert, wenn eine derartige Fehlerkomponente nicht aus dem Detektionssignal entfernt werden kann.
-
Im Hinblick auf das Vorstehende ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen magnetischen Encoder, der in der Lage ist, durch magnetisches Rauschen aus der Umgebung verursachte Detektionsfehler zu entfernen und Winkelbestimmungen mit guter Präzision auszuführen, sowie einen Aktuator, auf welchem der magnetische Encoder befestigt ist, vorzusehen.
-
Zur Lösung des vorstehenden Problems verwendete Einrichtung
-
Zum Lösen der vorstehend beschriebenen Probleme ist der magnetische Encoder der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch:
- einen Multipol-Magneten mit einer kreisförmigen magnetisierten Multipol-Oberfläche, in der in Umfangsrichtung in gleichwinkligen Intervallen auf einander abwechselnde Art und Weise magnetische N-Pole und S-Pole gebildet sind; und
- erste bis vierte Magnet-Detektionseinheiten, die in unterschiedlichen Winkelstellungen in Umfangsrichtung der magnetisierten Multipol-Oberfläche angeordnet sind, um Veränderungen in dem Feld zu detektieren, die mit der Drehung des Multipol-Magneten einhergehen, wobei
- die erste magnetische Detektionseinheit ein erstes magnetisches Detektionselement der A-Phase und ein erstes magnetisches Detektionselement der B-Phase aufweist, die benachbart angeordnet sind, so dass deren abtastende Oberflächen der magnetisierten Multipol-Oberfläche über eine feste Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten, ein sinusförmiges A-Phasen- beziehungsweise ein B-Phasen-Signal ausgeben, welche sich in ihrer Phase um 90° voneinander unterscheiden;
- wobei die zweite magnetische Detektionseinheit ein zweites Detektionselement der A-Phase und ein zweites magnetisches Detektionselement der B-Phase aufweist, die benachbart angeordnet sind, so dass deren abtastende Oberflächen der magnetisierten Multipol-Oberfläche über eine feste Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten, ein sinusförmiges A-Phasen- beziehungsweise ein B-Phasen-Signal ausgeben, welche sich in ihrer Phase um 90° voneinander unterscheiden;
- wobei die dritte magnetische Detektionseinheit ein drittes magnetisches Detektionselement der A-Phase sowie ein drittes magnetisches Detektionselement der B-Phase aufweist, die benachbart angeordnet sind, so dass deren abtastende Oberflächen der magnetisierten Multipol-Oberfläche über eine festgelegte Lücke gegenüberstehen, und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten, ein A-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des A-Phasen-Signals ist, beziehungsweise ein B-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des B-Phasen-Signals ist, ausgeben;
- wobei die vierte magnetische Detektionseinheit ein viertes magnetisches Detektionselement der A-Phase sowie ein viertes magnetisches Detektionselement der B-Phase aufweist, die benachbart angeordnet sind, so dass deren abtastenden Oberflächen der magnetisierten Multipol-Oberfläche über eine feste Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten, ein A-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des A-Phasen-Signals ist, beziehungsweise ein B-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des B-Phasen-Signals ist, ausgeben;
- wobei das zweite magnetische Detektionselement der A-Phase sowie das zweite magnetische Detektionselement der B-Phase der zweiten magnetischen Detektionseinheit im Hinblick auf mechanische Winkel um das Drehzentrum des Multipol-Magnetes in einer Winkelstellung von ungefähr 180° von dem ersten magnetischen Detektionselement der A-Phase sowie dem ersten magnetischen Detektionselement der B-Phase der ersten magnetischen Detektionseinheit entfernt angeordnet sind; und
- das vierte magnetische Detektionselement der A-Phase sowie das vierte magnetische Detektionselement der B-Phase der vierten magnetischen Detektionseinheit im Hinblick auf den mechanischen Winkel um das Drehzentrum des Multipol-Magneten in einer Winkelstellungsposition von ungefähr 180° von dem dritten magnetischen Detektionselement der A-Phase und dem dritten magnetischen Detektionselement der B-Phase der dritten magnetischen Detektionseinheit entfernt angeordnet sind.
-
Nehmen wir an, dass die erste bis vierte magnetische Detektionseinheiten des magnetischen Encoders der vorliegenden Erfindung unter dem Einfluss externer Magnetfelder stehen, die sich in Durchmesserrichtung des Multipol-Magneten erstrecken. In der ersten magnetischen Detektionseinheit und in der zweiten magnetischen Detektionseinheit sind das erste magnetische Detektionselement der A-Phase sowie das zweite magnetische Detektionselement der A-Phase auf zwei Seiten in Durchmesserrichtung zu der kreisförmigen magnetisierten Multipol-Oberfläche des Multipol-Magneten hin angeordnet, und das erste magnetische Detektionselement der B-Phase sowie das zweite magnetische Detektionselement der B-Phase sind ebenfalls ähnlich auf zwei Seiten in Durchmesserrichtung angeordnet. Dadurch weisen die auf dem Detektionssignal des ersten magnetischen Detektionselementes der A-Phase sitzende Rauschkomponente, die durch ein externes Magnetfeld erzeugt wird, und die auf dem Detektionssignal des zweiten magnetischen Detektionselementes der B-Phase sitzende Rauschkomponente, die durch ein externes magnetisches Feld verursacht ist, im Wesentlichen die gleiche Größe auf, sind aber von gegensätzlicher Polarität. Demgemäß können die Rauschkomponenten, die durch externe magnetische Felder hervorgerufen werden, die durch den Multipol-Magneten in Durchmesserrichtung hindurchtreten, durch Synthetisieren und Ausmitteln der beiden A-Phasen-Signale kompensiert werden. Dasselbe trifft auf das erste magnetische Detektionselement der B-Phase sowie auf das zweite magnetische Detektionselement der B-Phase zu, und die durch externe Magnetfelder verursachten Rauschkomponenten können kompensiert werden. Dasselbe trifft zu auf die dritte magnetische Detektionseinheit und auf die vierte magnetische Detektionseinheit. Die Rauschkomponenten, die auf den Detektionssignalen des dritten magnetischen Detektionselementes der A-Phase sowie auf dem vierten magnetischen Detektionselement der A-Phase sitzen, können kompensiert werden und die Rauschkomponenten, die auf den Detektionssignalen des dritten magnetischen Detektionselementes der B-Phase und auf dem vierten magnetischen Detektionselement der B-Phase sitzen, können kompensiert werden.
-
Nehmen wir an, dass die erste bis vierte magnetische Detektionseinheiten des magnetischen Encoders der vorliegenden Erfindung unter den Einfluss externer Magnetfelder gestellt werden, die sich radial in einer radialer Richtung vom Drehzentrum des Multipol-Magneten aus erstrecken. In diesem Fall sitzen Rauschkomponenten, die im Wesentlichen die gleiche Größe und die gleiche Polarität aufweisen, auf den A-Phasen-Signalen, welches die Detektionssignale des ersten magnetischen Detektionselementes der A-Phase und des zweiten magnetischen Detektionselementes der A-Phase in der ersten und zweiten magnetischen Detektionseinheit sind. In ähnlicher Weise sitzen Rauschkomponenten mit im Wesentlichen der gleichen Größe und der gleichen Polarität auf den A-Phasen-Umkehrsignalen, welche die Detektionssignale des dritten magnetischen Detektionselementes der A-Phase und des vierten magnetischen Detektionselementes der A-Phase in der dritten und vierten magnetischen Detektionseinheit sind. Die in dem A-Phasen-Signal enthaltene Rauschkomponente und die in dem A-Phasen-Umkehrsignal enthaltene Rauschkomponente weisen im Wesentlichen die gleiche Größe auf, aber ihre Polarität ist entgegengesetzt. Daher werden das A-Phasen-Signal sowie das Umkehrsignal des B-Phasen-Umkehrsignals synthetisiert und ausgemittelt, wodurch die Rauschkomponenten entfernt werden können. Dasselbe trifft auf den Fall des B-Phasen-Signals und des B-Phasen-Umkehrsignals zu, und die Rauschkomponenten können durch Synthetisieren und Ausmitteln des B-Phasen-Signals und des B-Phasen-Umkehrsignals entfernt werden.
-
Bei dem magnetischen Encoder der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl magnetischer Detektionselemente in Winkelstellungen in Umfangsrichtung der magnetisierten Multipol-Oberfläche angeordnet. Die durch Variabilität des Multipol-Magnetisierungsmusters verursachte Variabilität des Detektionssignals wird durch Synthetisieren der Detektionssignale ausgemittelt, und die Variabilität des Detektionssignals, die durch individuelle Differenzen in der Pluralität magnetischer Detektionselemente verursacht wird, wird ausgemittelt. Veränderungen des Offset-Ausganges, die in dem Fall durch Veränderungen der Sensorumgebungstemperatur verursacht werden, in welchem ein Hall-Sensor oder dergleichen als magnetisches Detektionselement verwendet wird, können durch Ausmitteln der Veränderungen in den Detektionsausgängen der Mehrzahl magnetischer Detektionselemente, die in unterschiedlichen Winkelstellungen angeordnet sind, kompensiert werden. Daher können Detektionsfehler vermindert werden, die durch diese Variabilitäten, Temperaturkennwerte und dergleichen verursacht werden, und die Detektionsgenauigkeit der Drehstellung wird verbessert.
-
Hier kann der magnetische Encoder der vorliegenden Erfindung auf magnetische Absolutwertencoder angewandt werden, die fähig sind, die Absolutstellung innerhalb einer einzelnen Drehung des sich drehenden Elementes unter Verwendung eines Zweipol-Magneten durch Gewinnen der magnetischen Stellung des Multipol-Magneten zu detektieren.
-
Mit anderen Worten, zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird der magnetische Absolutwertencoder der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet durch einen Zweipol-Magneten, der mit einer kreisförmigen magnetisierten Zweipoloberfläche versehen ist, welche mit zwei Polen entlang der Umfangsrichtung magnetisiert ist, und eine zweipolseitige magnetische Detektionseinheit, die mit einem Paar magnetischer Detektionselemente versehen ist, die, einhergehend mit der Drehung des Zweipol-Magneten, ein sinusförmiges A-Phasen- sowie ein B-Phasen-Signal ausgeben, die sich in der Phase um 90° unterscheiden, was eine einzelne Periode einer einzelnen Drehung ist, wodurch der Zweipol-Magnet benachbart zu dem Multipol-Magneten koaxial angeordnet ist und sich integral mit dem Multipol-Magneten dreht.
-
Der Streufluss von dem Zweipol-Magneten wird einem Zustand erzeugt, der den Multipol-Magneten in Durchmesserrichtung durchquert und in einem Zustand rotiert, der die Durchmesserrichtung durchquert. Die Drehstellung kann mit guter Präzision detektiert werden, da das durch ein externes magnetisches Feld, das sich in Durchmesserrichtung des Multipol-Magneten erstreckt, erzeugte Rauschen wie vorstehend beschrieben sogar dann, wenn die Rauschkomponenten infolge derartigen Streuflusses auf den Detektionssignalen der magnetischen Detektionselemente der ersten bis vierten magnetischen Detektionseinheit sitzen, kompensiert werden kann. Der Zweipol-Magnet und der Multipol-Magnet können in großer Nähe zueinander angeordnet werden, da es nicht erforderlich ist, dass der Zweipol-Magnet und der Multipol-Magnet auf Distanz gehalten werden, um Detektionsfehler zu vermindern. Demgemäß ist es vorteilhaft, die Größe des magnetischen Encoders und insbesondere dessen axiale Länge zu vermindern.
-
Der magnetische Encoder der vorliegenden Erfindung ist zur Befestigung an einem Aktuator wie einem Servomotor oder dergleichen geeignet, der eine elektromagnetische Bremse aufweist, In einem derartigen Aktuator mit einer elektromagnetischen Bremse ist die Bremsspule der elektromagnetischen Bremse koaxial an einem sich drehenden Element befestigt, und ein Zustand wird gebildet, in welchem der Streufluss sich radial in die gleiche Richtung entlang der radialen Richtung des Multipol-Magneten des auf dem sich drehenden Element befestigten magnetischen Encoders erstreckt. Der Streufluss kann eine Verminderung der Detektionsgenauigkeit des magnetischen Encoders dadurch bewirken, dass Rauschkomponenten auf den magnetischen Detektionselementen der ersten bis vierten magnetischen Detektionseinheit sitzen. Mit dem magnetischen Encoder der vorliegenden Erfindung kann die Drehstellung des sich drehenden Elementes jedoch mit guter Genauigkeit detektiert werden, ohne durch den Streufluss der Bremsspule beeinflusst zu werden, weil derartige Rauschkomponenten wie vorstehend beschrieben entfernt werden. Da der Einfluss des Streuflusses entfernt werden kann, kann der magnetische Encoder in dichter Nähe zu der elektromagnetischen Bremse angeordnet werden. Demgemäß ist es vorteilhaft, die Größe des Aktuators und insbesondere dessen axiale Länge mit einem magnetischen Encoder zu vermindern.
-
Wirkung der Erfindung
-
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Detektionsfehler des magnetischen Detektionselementes, die durch externen magnetischen Fluss hervorgerufen werden, der sich in Durchmesserrichtung des Multipol-Magneten erstreckt, zu entfernen. Auch können Detektionsfehler der magnetischen Detektionselemente entfernt werden, die durch externen Magnetfluss verursacht werden, der sich radial in eine Richtung entlang der Radialrichtung des Multipol-Magneten erstreckt. Daher kann die Drehstellung des sich drehenden Elementes mit guter Genauigkeit detektiert werden, ohne durch Streufluss von dem Zweipol-Magneten zum Detektieren der Absolutstellung beeinflusst zu werden und ohne durch Streufluss von der Bremsspule der elektromagnetischen Bremse beeinflusst zu werden, die auf dem sich drehenden Element als Detektionsziel angeordnet ist.
-
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann der Zweipol-Magnet in großer Nähe zu dem Multipol-Magneten angeordnet werden, da der Einfluss von Streufluss auf die vorstehend beschriebene Art und Weise entfernt werden kann, und da der magnetische Encoder in großer Nähe zu der Position der magnetischen Bremse auf dem sich drehenden Element angeordnet werden kann, kann der magnetische Encoder kleiner gemacht werden, und dies ist zum Vermindern der Größe des Aktuators, der mit einem magnetischen Encoder versehen ist, vorteilhaft.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Servomotors, in welchem der magnetische Encoder der vorliegenden Erfindung verkörpert worden ist;
- 2 ist eine schematische Strukturansicht des Servomotors, in welchem der magnetische Encoder der vorliegenden Erfindung verkörpert worden ist;
- 3A ist eine Frontansicht der Drehdetektionseinheit des Zweipol-Magneten;
- 3B ist eine Frontansicht der Rotationsdetektionseinheit des Multipol-Magneten;
- 4 ist ein Schaltbild der Ausgangsanschlüsse der magnetischen Sensorelemente;
- 5A ist eine Seitenansicht, die das durch den Zweipol-Magneten erzeugte Magnetfeld zeigt;
- 5B ist eine Draufsicht, die das Magnetfeld, das durch den Zweipol-Magneten erzeugt wird, zeigt;
- 6A ist eine Seitenansicht, die das magnetische Bremsfeld, das durch eine elektromagnetische Bremse erzeugt wird, zeigt;
- 6B ist eine Draufsicht, die das durch eine elektromagnetische Bremse erzeugte magnetische Bremsfeld zeigt; und
- 7 ist eine Frontansicht einer Drehdetektionseinheit in einer Multipol-Magnet-Implementation mit einer unterschiedlichen Anzahl von Polen.
-
Bester Modus zum Ausführen der Erfindung
-
Eine Ausführungsform des magnetischen Encoders und Aktuators, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt ist, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
-
1 ist eine teilweise Querschnittansicht des Servomotors, in welchem der magnetische Encoder verkörpert worden ist, und 2 ist ein schematisches Strukturdiagramm davon. Ein Servomotor 1 (Aktuator) ist mit einer Motorwelle 3 (rotierendes Element) versehen, das sich in der Vorwärts-/Rückwärts-Richtung durch die Mitte eines zylindrischen Motorgehäuses 2 erstreckt. Das distale Ende der Motorwelle 3 steht aus dem Motorgehäuse 2 durch den Mittenteil einer Endklammer 4 nach vorne heraus, welche das Vorderende des Motorgehäuses 2 abschließt. Das Hinterende des Motorgehäuses 2 wird durch eine tassenförmige Encoderabdeckung 5 abgeschlossen. Die Motorwelle 3 ist durch Lager 6, 7 drehbar gelagert, welche durch das Motorgehäuse 2 gehalten werden. Ein Rotor 8 ist integral in einem koaxial Zustand mit der Motorwelle 3 in dem Vorderseitenteil innerhalb des Motorgehäuses gebildet. Ein an der internen peripheren Oberfläche des Motorgehäuses 2 gesicherter Eisenkern 9 steht der externen peripheren Oberfläche des Rotors 8 gegenüber, und eine Motorspule 10 ist auf dem Eisenkern 9 befestigt.
-
Eine elektromagnetische Bremse 11 ist auf dem Teil auf der Seite des Lagers 7 der Motorwelle 3 angeordnet. Die elektromagnetische Bremse 11 ist mit einer Bremsscheibe 12 versehen, die mit der Motorwelle 3 mit einem Keil in einem koaxialen Zustand verbunden ist. Eine scheibenförmige bewegbare Bremseinheit 13 ist der Bremsscheibe 12 entlang der Axialrichtung gegenüberstehend angeordnet. Die bewegbare Bremseinheit 13 presst unter Verwendung einer Federkraft (nicht dargestellt) einen Stopper 15 an die Bremsscheibe 12. Wenn eine Bremsspule 14 angeregt wird, bewegt die bewegbare Bremseinheit 13 sich von der Bremsscheibe 12 gegen die Federkraft, und die Bremskraft zum Stoppen der Bewegung der Motorwelle 3 wird freigesetzt. Die Bremsspule 14 wird durch eine Klammer 16 gehaltert, die an dem Motorgehäuse 2 gesichert ist.
-
Der Lese-Endteil [hintere Endteil] der Motorwelle 3 ist innerhalb der Encoderabdeckung 5 positioniert, die am Hinterendteil des Motorgehäuses 2 befestigt ist. Rotationsdetektionseinheiten 18, 19 eines magnetischen Absolutencoders 17 zum Detektieren der absoluten Drehwinkelstellung der Motorwelle 3 sind in axialer Richtung in großer Nähe am hinteren Endteil der Motorwelle 3 angeordn et.
-
3A ist eine Draufsicht auf die Rotationsdetektionseinheit 18, und 3B ist eine Draufsicht auf die Rotationsdetektionseinheit 19. Es folgt eine Beschreibung unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen. Die Rotationsdetektionseinheit 18 des magnetischen Encoders 17 ist mit einem koaxial an der Motorwelle 3 gesicherten Zweipol-Magneten 20 versehen und Hall-Sensoren oder andere magnetische Detektionselemente A0, B0 sind der externen peripheren Oberfläche des Zweipol-Magneten 20 gegenüberstehend angeordnet. Eine Rotationsdetektionseinheit 19 ist mit einem koaxial an der Motorwelle 3 gesicherten Multipol-Magneten 21 versehen, und vier erste bis vierte magnetische Detektionseinheiten 22 bis 25 sind der externen peripheren Oberfläche des Multipol-Magneten 21 gegenüberliegend angeordnet.
-
Der Zweipol-Magnet 20 und der Multipol-Magnet 21 sind mit N- und S-Magnetpolen gebildet, die auf einander abwechselnde Art und Weise auf der kreisförmigen externen peripheren Oberfläche eines ringförmigen Magnetmaterials, das koaxial an der Motorwelle 3 gesichert ist, angeordnet. N- und S-Pole sind in Stellungen 180° voneinander entfernt auf einer zweipolmagnetisierten Oberfläche 20a gebildet, die auf der kreisförmigen externen peripheren Oberfläche des Zweipol-Magneten 20 gebildet ist. N- und S-Pole sind auf einander abwechselnde Art und Weise in gleichwinkligen Intervallen auf der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a gebildet, welche auf der kreisförmigen externen peripheren Oberfläche des Multipol-Magneten 21 gebildet ist. Beispielsweise ist die magnetisierte Multipol-Magnet-Oberfläche 21a mit 28 Polen magnetisiert.
-
Das magnetische Detektionselement A0 und das magnetische Detektionselement B0 sind an Winkelstellungen angeordnet, die voneinander um 90° um den Rotationsmittelpunkt der Motorwelle 3 herum beabstandet sind, welcher der Drehmittelpunkt des Zweipol-Magneten 20 ist, so dass die abtastenden Oberflächen der magnetisierten Zweipol-Magnetoberfläche 20a mit einer festen Lücke gegenüberstehen. Wenn der Zweipol-Magnet 20 eine einzelne Drehung vollführt, wird eine einzelne Periode sinusförmiger Detektionssignale aus den magnetischen Detektionselementen ausgegeben, die in ihrer Phase um 90° voneinander differieren.
-
Jede magnetische Detektionseinheit von der ersten bis zur vierten Detektionseinheit 22 bis 25, die der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a des Multipol-Magneten 21 gegenüberstehend angeordnet sind, ist aus zwei benachbart angeordneten magnetischen Detektionselementen zusammengesetzt, wobei jede der Einheiten durch einen elektrischen Winkel von 90° gegenüber den anderen Einheiten beabstandet ist.
-
Die erste magnetische Detektionseinheit 22 ist mit einem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase sowie mit einem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase versehen, die benachbart angeordnet sind, so dass deren Abtastoberflächen der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a mit einer festen Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Drehung des Multipol-Magneten 21, ein sinusförmiges A-Phasen- beziehungsweise ein B-Phasen-Signal ausgeben, die in ihrer Phase um 90° voneinander unterscheiden. Die zweite magnetische Detektionseinheit 23 ist mit einem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase sowie mit einem zweiten magnetischen Detektionselement B2 der B-Phase versehen, die benachbart angeordnet sind, so dass deren Abtastoberflächen der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a mit einer festen Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten 21, ein sinusförmiges A-Phasenbeziehungsweise ein B-Phasen-Signal ausgeben, die in ihrer Phase um 90° voneinander unterscheiden.
-
Die dritte magnetische Detektionseinheit 24 ist mit einem dritten magnetischen Detektionselement A3 der A-Phase sowie mit einem dritten magnetischen Detektionselement B3 der B-Phase versehen, die benachbart angeordnet sind, so dass deren Abtastoberflächen der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a mit einer festen Lücke gegenüberstehen und, einhergehend der Rotation des Multipol-Magneten 21, ein A-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des A-Phasen-Signals ist, beziehungsweise ein B-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des B-Phasen-Signals ist, ausgeben. Die vierte magnetische Detektionseinheit 25 ist mit einem vierten magnetischen Detektionselement A4 der A-Phase sowie mit einem vierten magnetischen Detektionselement B4 der B-Phase versehen, die benachbart angeordnet sind, so dass deren Abtastoberflächen der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21 mit einer festen Lücke gegenüberstehen und, einhergehend mit der Rotation des Multipol-Magneten 21, ein A-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des A-Phasen-Signals ist, beziehungsweise ein B-Phasen-Umkehrsignal, welches die Umkehrphase des B-Phasen-Signals ist, ausgeben.
-
Das magnetische Detektionselement A2 der A-Phase sowie das zweite magnetische Detektionselement B2 der B-Phase der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 sind mit einer Winkelstellung von 180° von dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase und dem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 hinsichtlich des mechanischen Winkels um das Drehzentrum des Multipol-Magneten 21 entfernt angeordnet.
-
Das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase und das dritte magnetische Detektionselement B3 der B-Phase der dritten magnetischen Detektionseinheit 24 sind mit einer Winkelstellung von im Wesentlichen 90° von dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase und dem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 hinsichtlich des mechanischen Winkels um das Drehzentrum des Multipol-Magneten 21 entfernt angeordnet.
-
Das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase sowie das vierte magnetische Detektionselement B4 der B-Phase der vierten magnetischen Detektionseinheit 25 sind mit einer Winkelstellung 180° von dem dritten magnetischen Detektionselement A3 der A-Phase und dem dritten magnetischen Detektionselement B3 der B-Phase der dritten magnetischen Detektionseinheit 24 hinsichtlich des mechanischen Winkels um das Drehzentrum des Multipol-Magneten 21 entfernt angeordnet.
-
Bei dem 28-poligen Multipol-Magnetisierungsmuster in der magnetisierten Multipol-Magnet-Oberfläche 21a stehen das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase und das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase in der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 sowie der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 konstant einem Magnetpol gegenüber, der die gleiche Polarität aufweist, da die Polarität eines Magnetpols in einer um 180° von einem einzelnen Magnetpol hinsichtlich des mechanischen Winkels beabstandeten Stellung die gleiche Polarität aufweist. Beispielsweise stehen das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase und das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase in einem Zustand, in welchem der Multipol-Magnet 21 in der in 3B dargestellten Drehstellung stehen, beide einem S-Pol gegenüber. Das erste magnetische Detektionselement B1 der B-Phase und das zweite magnetische Detektionselement B2 der B-Phase in der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 sowie in der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 befinden sich in Stellungen, die bezüglich des ersten magnetischen Detektionselementes A1 der A-Phase und des zweiten Detektionselementes A2 der A-Phase durch einen elektrischen Winkel von 90° getrennt sind und stehen daher einem Magnetpol entgegengesetzter Polarität gegenüber demjenigen Magnetpol, dem die magnetischen Detektionselemente A1, A2 gegenüberstehen. In dem in 3B gezeigten Zustand stehen die Detektionselemente B1, B2 einem N-Pol gegenüber.
-
Andererseits stehen das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase und das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase der dritten und vierten magnetischen Detektionseinheit 24, 25, welche in Stellungen stehen, die um 90° mechanischen Winkel gegenüber der ersten und zweiten magnetischen Detektionseinheit 22 und 23 gedreht sind, konstant einem Magnetpol entgegengesetzter Polarität im Vergleich zu den Magnetpolen gegenüber, denen das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase und das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase gegenüberstehen. Beispielsweise stehen in einem Zustand, in welchem der Multipol-Magnet 21 sich in der in der in 3B gezeigten Drehstellung befindet, sowohl das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase als auch das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase beide einem N-Pol gegenüber. Das andere dritte magnetische Detektionselement B3 der B-Phase und das vierte magnetische Detektionselement B4 der B-Phase der dritten und vierten magnetischen Detektionseinheiten 24, 25 befinden sich in einer Stellung, die durch einen elektrischen Winkel von 90° von dem dritten magnetischen Detektionselement A3 der A-Phase und dem vierten magnetischen Detektionselement A4 der A-Phase getrennt sind, und daher stehen sie in dem in 3B dargestellten Zustand einem S-Pol gegenüber.
-
Die dritte und vierte magnetische Detektionseinheit 24, 25 können in Winkelstellungen angeordnet sein, die verschieden sind gegenüber den Winkelstellungen, die hinsichtlich der ersten und zweiten magnetischen Detektionseinheiten 22, 23 um 90° gedreht sind. Auch in diesem Fall sind die dritte und vierte magnetische Detektionseinheit 24, 25 in unterschiedlichen Winkelstellungen von den ersten und zweiten magnetischen Detektionseinheiten 22, 23 angeordnet; das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase und das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase stehen einem Magnetpol entgegengesetzter Polarität von dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase und einem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase gegenüber; und das dritte magnetische Detektionselement B3 der B-Phase und das vierte magnetische Detektionselement B4 der B-Phase sind so angeordnet, dass sie einem Magnetpol entgegengesetzter Polarität aus dem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase und dem zweiten magnetischen Detektionselement B2 der B-Phase gegenüberstehen.
-
Die magnetischen Detektionselemente in einer derartigen Anordnung geben sinusförmige Signale aus, die während einer einzelnen Umdrehung des Multipol-Magneten 21 in Übereinstimmung des Multipol-Magneten 21 28 Perioden entsprechen. Das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase und das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase geben gleichphasige sinusförmige A-Phasen-Signale aus, und das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase und das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase geben sinusförmige A-Phasen-Umkehrsignale aus, welche die Umkehrphasen der A-Phasen-Signale sind. Das erste magnetische Detektionselement B1 der B-Phase und das zweite magnetische Detektionselement B2 der B-Phase geben sinusförmige B-Phasen-Signale aus, die sich von dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase und dem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase in ihrer Phase um 90°-Zeichen unterscheiden. Das dritte magnetische Detektionselement B3 der B-Phase und das vierte magnetische Detektionselement B4 der B-Phase geben sinusförmige B-Phasen-Umkehrsignale aus, welche die Umkehrphasen der ersten magnetischen Detektionselementes B1 der B-Phase und des zweiten magnetischen Detektionselementes B2 der B-Phase sind.
-
4 ist eine Schaltplan der Ausgangsanschlüsse der magnetischen Sensorelemente (Hall-Elemente) der ersten bis vierten magnetischen Detektionseinheiten 22 - 25. In einer A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 werden, wie in der Zeichnung gezeigt, das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase sowie das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase zum Ausgeben von A-Phasen-Signalen in der Vorwärtsrichtung parallel geschaltet. Andererseits werden das dritte magnetische Detektionselement A3 der A-Phase sowie das vierte magnetische Detektionselement A4 der A-Phase zum Ausgeben von A-Phasen-Umkehrsignalen mit dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase sowie mit dem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase in einem Zustand, in welchem die positiven und negativen Ausgangsanschlüsse invertiert sind, parallel geschaltet. Die magnetischen Detektionseinheiten B1 - B4 sind in ähnlicher Weise in einer B-Phasen-Verbindungsschaltung 27 verbunden. Es ist möglich, in den folgenden Gleichungen ausgedrückten gemittelten Signale zu erzielen, in denen die Ausgangssignale der magnetischen Detektionseinheiten A1 - A4 und B1 - B4 notiert sind als (A1) bis (A4), (B1) bis (B4), und A und B sind die synthetisierten Signale der aus den magnetischen Detektionselementen gewonnenen Ausgangssignale.
-
Eine Signalverarbeitungseinheit 28 des magnetischen Encoders 17 ist mit einer Zweipol-Winkelberechnungseinheit 29 zum Berechnen des Drehwinkels Θ1 des Zweipol-Magneten 20 auf der Basis der Detektionssignale aus den magnetischen Sensorelementen A0, B0 der Drehdetektionseinheit 18, mit einer Multipol-Berechnungseinheit 30 zum Berechnen des Drehwinkels Θ2 des Multipol-Magneten 21 auf der Grundlage der synthetisieren Signale der Detektionssignalen von den vier magnetischen Sensorelementen und ausgegeben aus der A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 und der B-Phasen-Verbindungssschaltung 27 wie obenstehend beschrieben, und mit einer Absolutwinkelberechnungseinheit 31 zum Berechnen des Rotations-Absolutwinkels Θ0 der Motordrehwelle 3 auf der Basis des Ausganges aus der Zweipol-Winkelberechnungseinheit 29 und der Multipol-Winkelberechnungseinheit 30 versehen.
-
Die Zweipol-Winkelberechnungseinheit 29 kann den Drehwinkel Θ1 des Zweipol-Magneten 20 durch Ausführen einer vorbestimmten Signalverarbeitung aus den Detektionssignalen berechnen, welche in ihrer Phase sich um 90° voneinander unterscheiden, beispielsweise aus den magnetischen Detektionselementen A0, B0.
-
Die Multipol-Winkelberechnungseinheit 30 kann den Drehwinkel Θ2, der die Drehstellung von jedem Polpaar des Multipol-Magneten 21 anzeigt, durch Ausführen einer vorbestimmten Signalverarbeitung aus den Detektionssignalen der magnetischen Detektionselemente oder aus dem synthetisierten A-Phasen-Signal und dem B-Phasen-Signal, die aus der A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 und der B-Phasen-Verbindungsschaltung 27 ausgegeben werden, berechnen.
-
Die Absolutwinkelberechnungseinheit 31 berechnet die Polpaarzahl Ni des Multipol-Signals auf der Basis des Signals Θ1 aus der Zweipol-Winkelberechnungseinheit 29 und berechnet, zusammen mit dem Multipol-Winkelsignal Θ2, den Gesamtdrehwinkel Θ0 der Motorwelle 3 auf der Basis der folgenden Gleichung:
In der Gleichung ist 0 ≤ Ni ≤ P - 1 (P: Anzahl der Polpaare des Multipol-Magneten).
-
5A und 5B sind eine Seitenansicht und eine Draufsicht, die das Magnetfeld zeigen, welches durch den Zweipol-Magneten 20 erzeugt wird. Das Entfernen von durch das durch den Zweipol-Magneten 20 erzeugtem Magnetfeld verursachtem Detektionsfehler wird unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen beschrieben.
-
In dem magnetischen Encoder 17 ist der Zweipol-Magnet 20 in dichter Nähe zu dem Multipol-Magneten 21 angeordnet. Der Streufluss Φ1 aus dem Zweipol-Magneten 20 durchquert den Multipol-Magneten 21 in Durchmesserrichtung. Wie in 5B gezeigt, ist die größte Rauschkomponente in den Detektionssignalen der vier magnetischen Detektionselementen A1, B1, A2, B2 in derjenigen Drehstellung enthalten, in der der Streufluss des S-Pols und des N-Pols des Zweipol-Magneten 20 senkrecht auf der Abtastoberfläche des ersten magnetischen Detektionselementes A1 der A-Phase und auf dem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 und auf dem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase und auf dem zweiten magnetischen Detektionselement B2 der B-Phase der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 steht.
-
In diesem Fall ist die Schwankung in den Detektionssignalen (A1), (B1) infolge des Effektes des magnetischen Flusses Φ1 in dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase und in dem ersten magnetischen Detektionselement B1 der B-Phase, welche in der Stellung der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 sind, von entgegengesetzter Polarität, aber von im Wesentlichen gleicher Größe, wie die Schwankung in den Detektionssignalen (A2), (B2) in Folge des Effektes des magnetischen Flusses Φ1 in dem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase und dem zweiten magnetischen Detektionselement B2 der B-Phase, welche in der Stellung der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 sind. Daher wird die durch den Streufluss des Zweipol-Magneten 20 verursachte, in dem Detektionssignal enthaltene Fehlerkomponente in der A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 durch Synthetisieren und Ausmitteln der Detektionssignale des ersten magnetischen Detektionselementes A1 der A-Phase und des zweiten magnetischen Detektionselementes A2 der A-Phase kompensiert. In ähnlicher Weise wird die Fehlerkomponente in der B-Phasen-Verbindungsschaltung 27 durch Synthetisieren und Ausmitteln der Detektionssignale der magnetischen Sensorelemente B1, B2 kompensiert.
-
Ebenso einhergehend mit der Rotation des Zweipol-Magneten 20 rotiert der Streufluss Φ1. Da die Fehlerkomponente in derselben Art und Weise in den dritten und vierten magnetischen Detektionseinheiten 24, 25 kompensiert wird, kann die durch den Streufluss des Zweipol-Magneten 20 verursachte Fehlerkomponente in jeglicher Drehstellung entfernt werden.
-
Sodann stellen die 6A und 6B eine Seitenansicht und Draufsicht, die das Magnet-Bremsenfeld zeigt, das durch eine elektromagnetische Bremse erzeugt wird, wenn die Bremsspule 14 angeregt worden ist, dar. Das Entfernen eines durch das Magnet-Bremsenfeld verursachten Detektionsfehlers, der erzeugt wird, wenn die Bremsspule 14 der elektromagnetischen Bremse angeregt worden ist, wird unter Bezugnahme auf diese Zeichnungen beschriebenen werden.
-
Der magnetische Encoder 17 ist in dem Servomotor 1 in großer Nähe zu der elektromagnetischen Bremse 11 befestigt. Die Orientierung des Streuflusses Φ2 des magnetischen Bremsfeldes erstreckt sich radial in einer einzelnen Richtung entlang der Radialrichtung aus dem Drehzentrum der Motorwelle 3, welches das Drehzentrum des Multipol-Magneten 21 ist. Fehler, die dem Streufluss entsprechen, sitzen auf den Detektionssignalen, wenn die magnetischen Detektionselemente der ersten bis vierten magnetischen Detektionseinheiten 22 - 25 den Streufluss von der Bremsspule detektieren, der sich auf diese Art und Weise in radialer Richtung erstreckt.
-
Der durch den Streufluss, der sich auf diese Art und Weise in die radiale Richtung erstreckt, verursachte Detektionsfehler erscheint als eine Fehlerkomponente mit derselben Größe und Polarität in den Detektionssignalen der magnetischen Detektionselemente. Daher kann die in dem A-Phasen-Signal enthaltene Fehlerkomponente in der A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 entfernt werden: durch Synthetisieren und Ausmitteln der von dem ersten magnetischen Detektionselement A1 der A-Phase sowie dem zweiten magnetischen Detektionselement A2 der A-Phase gewonnenen A-Phasen-Signals; Synthetisieren und Ausmitteln von dem dritten magnetischen Detektionselement A3 der A-Phase sowie von dem vierten magnetischen Detektionselement der A-Phase erzielten A-Phasen-Umkehrsignale mit den durch Mittelwertbildung der A-Phasen-Signale gewonnenen Signalen. Auf ähnliche Weise kann die in dem B-Phasen-Signal enthaltene Komponente in der B-Phasen-Verbindungsschaltung 27 entfernt werden durch: Synthetisieren und Ausmitteln des ersten magnetischen Detektionselementes B1 der B-Phase und des zweiten magnetischen Detektionselementes B2 der B-Phase; Synthetisieren und Ausmitteln des dritten magnetischen Detektionselementes B3 der B-Phase sowie des vierten magnetischen Detektionselementes B4 der B-Phase; und Synthetisieren und Ausmitteln der Umkehrsignale der durch Mittelwert der B-Phasen-Umkehrsignale gewonnenen Signalen mit den Signalen, die gewonnen wurden durch Mittelwertbildung der B-Phasen-Signale. Demgemäß kann die Drehstellung der Motorwelle 3 mit guter Genauigkeit unter Verwendung der A-Phasen-Signale und der B-Phasen-Signale detektiert werden, aus denen die Fehlerkomponente entfernt worden ist.
-
Durch das durch die elektromagnetische Bremse 11 erzeugte Bremsmagnetfeld unter Verwendung des Zweipol-Magneten 20 wird keine Beschränkung auferlegt, und Detektionsfehler von externen Magnetfeldern können in Fällen entfernt werden, in denen ähnliche externe Magnetfelder infolge irgendeiner anderen Ursache vorhanden sind.
-
Wie vorstehend beschriebenen, besteht bei dem magnetischen Encoder 17 keine Notwendigkeit, den Zweipol-Magneten 20 und den Multipol-Magneten 21 auf Distanz zu setzen, und der Zweipol-Magnet 20 und der Multipol-Magnet 21 können in großer Nähe angeordnet werden, da Detektionsfehler, die durch den Zweipol-Magneten 20 verursacht werden, vermindert werden können. Daher kann der magnetische Encoder 17 kleiner gestaltet werden. Auch kann der Servomotor 1 mit einem magnetischen Encoder kleiner ausgestaltet werden, da der magnetische Encoder 17 und die elektromagnetische Bremse 11 nicht durch eine Entfernung voneinander getrennt werden müssen.
-
Eine durch Veränderungen in den Multipol-Magnetisierungsmustern des Multipol-Magneten 21 verursachte Veränderung in den Detektionssignalen wird ausgemittelt und eine durch individuelle Differenzen in der Pluralität von magnetischen Sensorelementen verursachte Variabilität in den Detektionssignalen wird ausgemittelt, da die Detektionssignale von den magnetischen Sensorelementen, die in unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet der magnetisierten Multipol-Oberfläche gegenüberstehen, durch Signalverarbeitung wie vorstehend beschrieben durch die A-Phasen-Verbindungsschaltung 26 und die B-Phasen-Verbindungsschaltung 27 synthetisiert werden. Es ist ebenfalls möglich, Variationen in dem Kompensations-Ausgang infolge von Änderungen der Umgebungstemperatur der Sensoren im Fall, dass Hall-Sensoren oder dergleichen als magnetische Sensorelemente verwendet werden, auszulöschen. Daher können Detektionsfehler, die durch diese Veränderlichkeiten, Temperaturkennwerte und dergleichen verursacht werden, vermindert werden, und die Detektionsgenauigkeit der Drehstellung der Motorwelle 3 wird weiter verbessert.
-
Nunmehr werden andere Konfigurationsbeispiele der Rotationsdetektionseinheit in einem Multipol-Magneten beschrieben. Die Anzahl der Pole des Multipol-Magneten 21 der in 3B gezeigten Rotationsdetektionseinheit 19 beträgt 28. Aber die Anzahl von Polen in dem Multipol-Magneten 21 kann auf geeignete Weise in Übereinstimmung mit der durch den magnetischen Encoder 17 zu erzielenden Auflösung oder dergleichen verändert werden. Wie vorstehend beschrieben, ist die Polarität der beiden Magnetpole in Stellungen exakt 180° voneinander entfernt hinsichtlich des mechanischen Winkels die Gleiche, und eine derartige Magnetpolanordnung variiert nicht für den Fall, in dem die Anzahl der Pole des Multipol-Magneten ein ganzzahliges Vielfaches von 4 beträgt. Daher können in derartigen Fällen durch externe Magnetfelder verursachte Fehlerkomponenten durch Verwendung von der Sensoranordnung und der Signalverarbeitung sowie oben beschrieben entfernt werden.
-
Für den Fall, dass die Anzahl der Pole des Multipol-Magneten nicht ein ganzzahliges Vielfaches von 4 ist, ist jedoch die Polarität der beiden Magnetpole in Stellungen, die exakt 180° hinsichtlich des mechanischen Winkels voneinander entfernt sind, nicht gleich. 7 ist eine Draufsicht auf eine Rotationsdetektionseinheit in einer Multipol-Magnet-Implementation mit einer gegenüber 3B unterschiedlichen Anzahl an Polen. Wie in 7 gezeigt, ist die Polarität der beiden magnetischen Pole, die exakt 180° hinsichtlich ihres mechanischen Winkels voneinander beabstandet sind, nicht dieselbe wie in dem 26-poligen Multipol-Magneten 121. Im Hinblick auf einen derartigen Fall sind das erste magnetische Detektionselement A1 der A-Phase und das erste magnetische Detektionselement B1 der B-Phase der ersten magnetischen Detektionseinheit 22 in Winkelstellungen angeordnet, die um (180 - δ)° hinsichtlich des mechanischen Winkels in Bezug auf das zweite magnetische Detektionselement A2 der A-Phase und das zweite magnetische Detektionselement B2 der B-Phase der zweiten magnetischen Detektionseinheit 23 voneinander beabstandet sind. Dasselbe trifft auf das dritte magnetische Detektionselement und auf das vierte magnetische Detektionselement zu, und die zwei Elementgruppen, d.h., das dritte magnetische Detektionselement der A-Phase und das vierte magnetische Detektionselement der A-Phase und das dritte magnetische Detektionselement der B-Phase und das vierte magnetische Detektionselement der B-Phase sind in Winkelstellungen angeordnet, die voneinander um (180 - δ)° hinsichtlich des mechanischen Winkels voneinander beabstandet sind. Die Signalverarbeitung wird auf eine ähnliche Art und Weise wie in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt.
-
In diesem Fall ist δ das Winkelintervall eines einzelnen Magnetpoles in dem Multipol-Magneten 121, und im Fall von 26 Polen gilt δ = (360/26)°. Mit anderen Worten, die Winkelstellungen, die hinsichtlich des mechanischen Winkels um (180 - δ)° voneinander beabstandet sind, befinden sich die Winkelstellungen der Pole der gleichen Polarität, die voneinander beabstandet angeordnet sind, in zu 180° benachbarten Winkelintervallen, und in dem Fall von 26 Polen gilt (180 - (360/26))° = 166,2°. Daher ist es in einer Konfiguration wie in derjenigen aus 7 möglich, die Detektionssignale der gleichen Phase von zwei magnetischen Detektionssensorelementen, die in Positionen angeordnet sind, die um einen mechanischen Winkel im wesentlichen gleich 180° voneinander beabstandet sind, zu synthetisieren und auszumitteln. Daher kann die durch Streufluss von dem Zweipol-Magneten verursachte Rauschkomponente, die auf den Detektionssignalen sitzt, auf die gleiche Art und Weise kompensiert werden, wie in dem Fall, in welchem der 28-polige Multipol-Magnet 21 verwendet wird, und die Fehlerkomponente kann entfernt werden.
