JP2000065596A

JP2000065596A - 磁気式エンコーダ

Info

Publication number: JP2000065596A
Application number: JP10234512A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Matsuzaki; 一成松崎; Takefumi Kabashima; 武文椛島
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1998-08-20
Filing date: 1998-08-20
Publication date: 2000-03-03
Anticipated expiration: 2018-08-20
Also published as: JP4352189B2

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で、精度が高く、安価な磁気式エン
コーダを提供する。【解決手段】回転体１に取り付けられた磁界を発生する
発磁体２と、発磁体２に空隙を介して対向するように固
定体２に取り付けられた磁界検出素子４と、磁界検出素
子４からの信号を処理する信号処理回路５とを備えた磁
気式エンコーダにおいて、発磁体２は、回転体１の軸方
向端部に配設された円板状または直方体状の永久磁石で
構成されると共に、回転体１の軸方向と垂直な一方向に
磁化されたものであり、磁界検出素子４は、永久磁石と
軸方向に空隙を介して配置したものである。これによ
り、従来に比べて構造が簡単で、コストが低く、極めて
分解能が高い、高精度の磁気式エンコーダを提供でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ロボットや工作機
などに使用するサーボモータの回転位置を検出する磁気
式エンコーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転体の回転位置を検出する磁気
式エンコーダは、図６のようになっている（第１の従来
例）。図において、１０は回転体、３０は回転体１０に
嵌合され、外周に磁性材料あるいは磁性塗料からなる記
録媒体２０を備えた磁気ドラム、４０は磁気ドラム３０
の外周に空隙を介して対向する磁気抵抗素子である。こ
のような磁気式エンコーダは、４ビットの例で説明する
と、磁気ドラム３０は、軸方向に並べられた４トラック
の記録媒体２０を設け、各ビット（２⁰、２¹、２²、
２³）の信号を各トラックごとに一定のピッチでＮ、Ｓ
極に磁化して形成してある。磁気抵抗素子４０は各トラ
ックに２個配置し、その間隔はビット信号の１／２ピッ
チにしてある。各ビット信号は波形成形することによ
り、図７に示すように、回転体１０の１回転を等分割し
た４種類の矩形波波形の信号として出力され、その合成
信号により絶対位置を検出するようにしてある。また、
第２の従来例として、回転体に円板状のマグネットを固
定し、マグネットの上面に一方向にＮ、Ｓ極が磁化して
あり、マグネットに対向して１個の磁気センサを設け、
磁界の変化を磁気センサによって検出することにより、
マグネットを固定した回転体の回転位置を検出するよう
にしたものがある。また、第３の従来例として、磁界の
変化を正弦波状にするために、回転体の外周に起伏を設
けて、起伏形状に沿って、磁気記録媒体を形成したもの
が開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、第１の従来
例では、次のような問題があった。（１）各ビット信号を記録するトラックが軸方向に配列
してあるため、ビット数を増やすと、軸方向の長さが長
くなり、小形化が難しい。（２）トラック数が増えると、着磁箇所が増え、加工工
数が増える。（３）各トラックに対応して、磁気抵抗素子を設けるた
め、ビット数が増えると配線数が多くなり組立作業が複
雑となって作業工数が増え、コストが高くなる。また、第２の従来例では、次のような問題があった。（１）磁気センサが１個であるので、回転体の絶対位置
を求めることができない。（２）磁気センサがマグネットの磁極境界線付近の磁束
を検出するので、出力波形のリニア部分は利用できる
が、正弦波波形の精度が低下し、１回転の検出精度は低
くなる。また、第３の従来例では、回転体の外周に磁界
が正弦波状に変化する起伏を設けてあるが、例えば、マ
イクロモータ等の回転を検出する超小形回転検出器で
は、回転体の外形が極めて小さいため、回転体の外形を
正確に正弦波状の凹凸や楕円形に加工することが極めて
難しく、検出精度の高い回転検出器を得ることができな
かった。そこで、本発明は、構造が簡単で、精度が高
く、安価な磁気式エンコーダを提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１の本発明は、回転体に取り付けられた磁界
を発生する発磁体と、前記発磁体に空隙を介して対向す
るように固定体に取り付けられた磁界検出素子と、前記
磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備
えた磁気式エンコーダにおいて、前記発磁体は、前記回
転体の軸方向端部に配設された円板状または直方体状の
永久磁石で構成されると共に、前記回転体の軸方向と垂
直な一方向に磁化されたものであり、前記磁界検出素子
は、前記永久磁石と軸方向に空隙を介して配置したもの
である。請求項２の本発明は、請求項１記載の磁気式エ
ンコーダにおいて、前記磁界検出素子は、前記回転体の
回転中心に対して同心円上に配置されると共に、互いに
周方向に機械角で９０度位相がずれている２個１対の磁
界検出素子を互いに１８０度位相をずらした位置に２対
設けてあり、前記信号処理回路は、互いに対向する前記
磁界検出素子間の差動信号を処理する差動アンプを設け
てあり、前記回転体の位置の絶対値を検出するようにし
たものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の実施例を示す磁気式エン
コーダであって、（ａ）は磁気式エンコーダの斜視図、
（ｂ）は磁界検出素子から出力される各相信号を処理す
る信号処理回路を示す図である。本発明が従来と異なる
構成は以下のとおりである。図において、１は回転体、
２は回転体１に回転軸１１を介して固定された発磁体を
構成する永久磁石で、材料はフェライト系磁石、Ｓｍ−
Ｃｏ系磁石、Ｎｅ―Ｆｅ―Ｂ系磁石、または各種磁石を
高分子材料で結合した分散型複合磁石の何れか一つによ
って形成し、図中の矢印で示すように回転軸１１に対し
て、垂直に一方向磁化されている。３は永久磁石２と空
隙を介して配設された固定体、４は固定体３に互いに周
方向に９０度間隔で取り付けられた４個の磁界検出素子
で、回転体の回転中心の同心円上にあり、互いに機械角
で９０度ずれている２個１対の磁界検出素子を互いに１
８０度位相をずらした位置に２対設けている。すなわ
ち、隣り合う４つの素子の位置関係は、Ａ₁相検出素子
４１とＢ₁相検出素子４２およびＡ₂相検出素子４３とＢ
₂相検出素子４４はそれぞれ機械角で９０度変位してお
り、Ａ₁相検出素子４１とＡ₂相検出素子４３およびＢ₁
相検出素子４２とＢ₂相検出素子４４は、それぞれ機械
角で１８０度変位している。また、信号処理回路５は、
Ａ₁相とＡ₂相それぞれの出力信号であるＶ_A1とＶ_A2の差
動信号Ｖ_Aを出力する差動アンプ５１と、Ｂ₁相とＢ₂相
それぞれの出力信号であるＶ_B1とＶ_B2の差動信号Ｖ_Bを
出力する差動アンプ５２と、差動信号Ｖ_AとＶ_Bとから回
転角度を検出する角度検出回路５３とを設けてある。こ
こで、絶対角度の検出方法は、位相トラッキング方式や
逓倍方式、位相変調方式、ディジタル演算処理等の正弦
波、余弦波から角度情報を検出する方法をすべて含むも
のである。

【０００６】次に、動作について説明する。磁気式エン
コーダは、上記の構成によりＡ₁、Ａ₂、Ｂ₁、Ｂ₂の各相
の磁界検出素子４１、４２、４３、４４によって、磁束
が検出される。回転体１が１回転すると、一つの検出素
子は図２に示すような回転角位置に応じた正弦波状の磁
束密度を検出する。回転体１が偏心して回転するような
ことがある場合は、検出した磁束密度の波形は偏心量に
応じて変位する。しかし、Ａ相、Ｂ相は互いに１８０度
位相がずれたＡ₁相とＡ₂相およびＢ₁相とＢ₂相の差動を
とるので、偏心量は相殺され、図３に示すような、互い
に９０度位相がずれた二つの正弦波、すなわち、回転角
をθとしたとき、ｓｉｎθとｃｏｓθの波形が得られる
ので、Ａ相、Ｂ相を入力とする角度検出回路５３によっ
て処理が行われ、絶対位置の回転角度が検出される。次
に本発明の他の実施例について説明する。図４は、本発
明の他の実施例を示す斜視図である。図４に示すよう
に、回転軸１１の端部に直方体状の永久磁石２１を設
け、図中の矢印で示すように回転軸１１に対して垂直な
一方向に磁化するようにしたものである。また、回転軸
１１の端部を直方体状に成形し、直方体部分を発磁体と
して構成しても構わない。さらに、図５に示すように、
発磁体は回転軸１１自体を磁性体材料２２として構成
し、回転軸１１の軸方向の端部に図中の矢印で示すよう
に回転体の軸に垂直な一方向に磁化するようにしても良
い。あるいは発磁体は回転体あるいは回転軸の表面に薄
膜永久磁石を構成しても構わず、回転体の軸方向端部に
発磁体を構成する配置であればこれらの手段に限定され
るものではない。動作については、図１に示した実施例
と同じなので省略する。したがって、永久磁石を回転軸
と垂直な方向の一方向に沿って磁化し、永久磁石と軸方
向に空隙を介して対向する４個の磁界検出素子を設けて
あるので、各磁界検出素子は正確な正弦波が得られる。
例えば、直径が３ｍｍ、厚さが１ｍｍの永久磁石と、ホ
ール効果素子からなる磁界検出素子を配置して、１回転
の絶対位置を検出したところ、１回転を３２０００分割
した絶対位置信号が得られ、極めて高い分解能を示して
いる。なお、回転体の偏心量が極めて小さい場合は、磁
界検出素子を互いに周方向に９０度間隔で固定されたＡ
相検出素子とＢ相検出素子によってｓｉｎθとｃｏｓθ
の波形の検出信号を得るようにしても良い。また、磁界
検出素子は、Ａ相検出素子とＢ相検出素子を必ずしも回
転体の回転中心に対して同心円上に設ける必要はなく、
検出信号の振幅を調整すれば、十分な分解能を得ること
も可能である。さらに、磁界検出素子は、Ａ相およびＢ
相の検出素子をそれぞれ２つずつ設け互いに機械角で９
０度位相がずれているが、これに限定されることなく０
度乃至１８０度の範囲の間で位相をずらしても構わな
い。またさらに、上記実施例では、磁界検出素子をホー
ル効果素子を使用した場合について説明したが、磁気抵
抗素子を使用しても同様の効果が得られる。

【０００７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、構
造が極めて簡単な永久磁石と、永久磁石に対向する２個
または４個の磁界検出素子を設けるだけで、正確な正弦
波信号を得られるので、従来のように、軸方向に長い磁
気記録媒体を設けたり、回転体の外形に起伏を設けた
り、楕円形にした磁気記録媒体を設ける場合に比べて、
構造が簡単で、コストが低く、極めて分解能が高い、高
精度の磁気式エンコーダを提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す磁気式エンコーダであっ
て、（ａ）は磁気式エンコーダの斜視図、（ｂ）は磁界
検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回
路を示す図である。

【図２】本発明の実施例における１個の磁界検出素子の
出力を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例における信号処理回路の出力を
示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す発磁体の斜視図であ
る。

【図５】本発明の別の実施例を示す発磁体の斜視図であ
る。

【図６】従来例を示す斜視図である。

【図７】従来例の検出出力の波形を示す説明図である。

【符号の説明】

１：回転体２、２１：永久磁石(発磁体) ２２：磁性体材料(発磁体) ３：固定体４：磁界検出素子４１：Ａ₁相検出素子４２：Ｂ₁相検出素子４３：Ａ₂相検出素子４４：Ｂ₂相検出素子５：信号処理回路５１、５２：差動アンプ５３：角度検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体に取り付けられた磁界を発生する発
磁体と、前記発磁体に空隙を介して対向するように固定
体に取り付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子
からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エ
ンコーダにおいて、前記発磁体は、前記回転体の軸方向
端部に配設された円板状または直方体状の永久磁石で構
成されると共に、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に
磁化されたものであり、前記磁界検出素子は、前記永久
磁石と軸方向に空隙を介して配置したことを特徴とする
磁気式エンコーダ。
【請求項２】前記磁界検出素子は、前記回転体の回転中
心に対して同心円上に配置されると共に、互いに周方向
に機械角で９０度位相がずれている２個１対の磁界検出
素子を互いに１８０度位相をずらした位置に２対設けて
あり、前記信号処理回路は、互いに対向する前記磁界検出素子
間の差動信号を処理する差動アンプを設けてあり、前記
回転体の位置の絶対値を検出するようにしたことを特徴
とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。