JP2002512687A - 指標パルス付磁気符号器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 磁極が磁気トラックを形成する経路に沿って一定間隔をあけて配置されている。磁極のうちのいくつかは磁気トラックの経路に関して一様に並べられた規則的な磁極接合部によって分離されてている。磁極のうちの少なくとも二つは磁気トラックの縁に近い磁気センサが指標信号を発生できる広幅磁極と狭幅磁極を検知するように規則的磁極接合部に関して斜めにされた不規則な磁極接合部によって離されいる。

Description

【発明の詳細な説明】 指標パルス付磁気符号器 発明の背景 本発明は、一般的にいえば磁気符号器に関し、さらに詳しくいえば高分解能信 号に加えて指標パルスを発生する磁気符号器に関する。 普通、回転増分符号器においては、指標パルスが必要なとき、符号器は、高分 解能トラックから離れている指標パルスのための独特のトラックを備えている。 独立したセンサが指標パルストラックを検知するのに用いられている。そのよう な符号器は、光学センサとともに用いられる光学円板ターゲット又は磁気センサ と一緒に用いる歯車又は磁気ターゲットを備えていることがある。 磁気符号器の場合、高分解能トラック及び指標パルスは指標磁極からの磁界が そのとき高分解能トラックと干渉するので、互いにごく近くに置くことはできな い。特に、磁気符号器の上の高分解能トラックは、非常に精密でなければならな い。擾乱磁界（指標磁極からなどの）がそれの近くに置かれれば、精度はその擾 乱磁界の近くで悪くなる。 したがって、指標トラックが高分解能トラックの近くに置かれれば、磁気符号 器と一緒に用いられるセンサが発生する信号は悪い精度しか持たない。結果とし て、指標パルスを備えている磁気符号器が二つのトラックの間に必要な距離を与 えるために比較的大きくなければならない。なお、磁気高分解能トラックの非常 に近くで指標パルスを磁化することに伴う多くの製造的問題がある。 前述のことは現在の装置及び方法にあると知られている限界を例示している。 したがって、前述の限界の一つ以上を克服することを目的とした代替品を提供す ることが有益であろうことは明らかである。それ故、後でさらに詳しく開示され る特徴を含む適当な代替品を提供する。 発明の概要 本発明の一つの面において、これは、磁気トラックを形成する経路に沿って一 定間隔をあけた一連の磁極を備える磁気符号器を提供することによって達成され る。磁極のうちのいくつかは磁気トラックの経路に関して一様に並べられた規則 的な磁極接合部によって分離されてている。磁極のうちの少なくとも二つは、規 則的磁極接合部に関して斜めにされた不規則な磁極接合部によって離され、磁気 トラックの縁に近い磁気センサが指標信号を発生できる幅広磁極と幅狭磁極を検 知するようになっている。 本発明のもう一つの面において、これは、指標信号を発生する方法を提供する ことによって達成される。 前述及びその他の面は添付図面と併せて考慮するとき本発明の以下の説明から 明らかになる。 図面の簡単な説明 図１、３、４、５、７、９、及び１６は、本発明の磁気符号器の異なる実施例 を示す略図、 図２、６、８、１０及び１７は例示実施例によって発生された信号を示すグラ フ、 図１４は、本発明と一緒に用いる代替の検知装置を示す略図である。 詳細な説明 本発明は、指標パルスを高分解能信号を与えるのに用いられる磁気トラックに 埋め込むことによって従来の問題を解決する。磁気トラックにある局部領域をわ ずかに変えることによって、指標パルスを得るための手段を与えながら、磁気干 渉を避ける。例えば、１つの磁極の断面がわずかに指標パルスより大きくか又は 小さくされると、高分解能信号に対してほんのわずかしか又は全く干渉を起さな い指標信号を発生できる。 この概念は、以下の埋められた指標磁極磁気符号器に対する基礎である。すべ ての場合に、アナログまたはデジタル指標パルスが指標センサー出力と高分解能 センサーの出力の間の差を取ることによって作られる。この指標信号は比較的低 い角精度を持っているが、この信号は、次に、非常に精度の高い指標信号を作る ように高分解能信号と同期させられることができる。 次に図面を参照すると、図１には軸方向に磁化された磁石の上にある規則正し い磁極接合部１０が通常磁気トラックの円形経路に垂直であり、規則正しい磁極 接合部は、互いに完全には平行でなく、円形経路の中心にある点に集中する本発 明の実施例を示している。直線経路（図示なし）に沿った磁気トラックを有する 半径方向に磁化されたマグネットについては、規則正しい磁極ジャンクションは 普通直線経路に垂直であり互いに平行であろう。 指標パルスを埋めるためには、磁極１４と１６の間の接合部１２が磁気トラッ クの経路に直角な線に対して斜めにされている。この実施例では、不規則な磁極 接合部１２は、経路に直角でないように角度を付けられた直線によって定められ 、その直線が磁極１４と１６を同様な大きさの二つの台形に分割するようにして いる。一つ又は二つのの磁気センサ１８と２０が図示のように磁極の縁の方へ向 けて置かれている。必要ならば、光学センサ２２を高分解能トラックのための磁 気トラックの中央に設けてもよい。 正常動作の間、不規則磁極接合部１２が磁気センサ１８、２０又は２２の近く になければ、すべてのセンサ出力は、図２の曲線２４に示されているように、同 相で似て見える。不規則磁極接合部１２がセンサ１８又は２０の近くにあるとき 、正弦磁界は曲線２６及び２８に示されるように反対側にあるセンサによって検 知された磁界に対して進むかっ遅れるであろう。センサ１８と２０の出力の異な る読みが不同期指標パルス３０を与えるであろう。磁極の中央に、高分解能磁界 が乱されず、曲線２６と２８によって曲線３２として検知され、曲線２６と２８ の平均に対応する領域がある。 図３の好ましい実施例においては、磁気トラックのはっきりと離れた部分は高 分解能信号と指標信号に用いられる。規則正しい磁極接合部３４が高分解能トラ ックに直角であり、少なくとも一つの不規則磁極接合部３６は、真っ直ぐな磁極 縁４０と４２の間の段付き遷移部３８のために直角に対して傾けられている。結 果として、真っ直ぐな磁極縁４０によって定められた磁気トラックのその部分は 、高分解能信号を与えるのに理想的な形を持ち、かつ真っ直ぐな磁極へり４２に よって定められた部分は、指標パルス信号を与えるのに理想的な形をしている。 磁気トラックの指標部分は、二つの指標磁極縁を狭いか広い段付き遷移部付き にすることによって小さくも大きくもできる。この技術はなお指標部分を高分解 能部分を乱すことなく高分解能部分の近くに置くことを可能にし、高分解能部分 の上の利用可能領域を大きくできる。 符号器からの距離が大きいところでは、図３の段付き遷移部の磁界は、真っ直 ぐに伸び、図１の実施例によって発生された磁界にさらに似てきて、磁気トラッ クの高分解能部分と指標部分に対する利用可能作業領域を減らす傾向がある。図 ４は、真っ直ぐな磁極縁４８と５０を「オーバーシュート」する段付き遷移部４ ６の付いた不規則磁極接合部４４を有する図３の実施例の変形を示している。こ の段付き遷移部の結果として生ずる磁界は、作用磁石において理想的な９０度の 角度の形にさらに近くセンサの距離まで真っ直ぐに伸びる傾向がある。 図５は、トラックの基準部分にあるすべての磁極対５１が、磁石の非指標部分 において、幅広く次に磁石の周りを時計回りに回って行くとき狭くなっている本 発明のもう一つの実施例を示している。指標遷移部５４にある磁極対５３は、こ れの逆になっている。詳しくいえば、時計回りに磁石の周りを回るとき、狭いと ころから幅広いのに変わる。磁極対５５と５７は、指標磁極に近い方の磁極が中 間幅の磁極（すなわち高分解能トラックの磁極と同じ）である点を除いて磁極対 ５１と同様である。 図７は、代わりの遷移した磁極接合部６０および遷移しない磁極接合部を６２ を有する本発明の実施例示す。指標磁極接合部６４は、磁極接合部の残りから反 対の方向にずらされている。この形状は、信号を高分解能トラックの高分解能部 分を乱すことなく処理するとき極めて大きな安全余裕を与える。図８は、高分解 能部分の磁界を曲線６６として示し、指標パルス部分の磁界を曲線６８として示 している。 図９の実施例において、磁極接合部を指標磁極接合部７０において一方にずら し、隣接磁極接合部７２と７４において全くずらさず、他のすべての磁極接合部 ７６において反対方向にずらすことによって位相偏位が磁気トラックの高分解能 部分と指標パルス部分との間に導入される。図１０は、高分解能部分の磁界を曲 線７８として示し、指標パルス部分のものを曲線８０として示している。 本発明の多極磁気符号器は、種々のアメリカ特許において一般的に記載されて いる技術を用いて磁化できる。基本的には、非常に大きいが短い電流パルスを結 果として生ずる磁界が所望の磁極を通して流されるように導体（電線０など）を 通して導かれる。磁極片で磁化する場合、磁極片は斜めの磁極接合部にわたる遷 移が必要な角度になるように形作られる。所望の磁極遷移部に直接置かれた導体 で磁化される場合は、導体は磁石の上に同様な角度で置かれる。フェライトベー スのプラスチック磁石（プラスチック母材に重量で８０％〜９３％のストロンチ ューム又はバリュームフェライト）の場合は、できる磁界は普通磁石の表面で１ ００ガウスと８００ガウスの間である。 図１の実施例の場合、直角から２ないし４５の斜め角で十分であろう。斜め角 を大きくすると高分解能検出に適当な物理的に限られた面積を与えるが、大きな 指標パルス信号を作る。斜め角を小さくすると作る指標パルスが小さくなるが、 高分解能検出に適当な領域がずっと大きな残る。また、斜め角が大きいと、高分 解能トラックの変更基準部分が高分解能不変部分に非常に近いので小さなセンサ パケージにすることを可能にする磁界ができる。逆に、斜め角が小さいとより大 きなパッケージがを必要となる。 例示の実施例を作るために、ステップの量は、理想的には磁極幅の１２．５％ と２５％の間である必要がある。ステップが小さくなれば小さな指標パルス信号 を作り、高分解能との干渉は事実上全く生じない。ステップが大きければ大きな 指標パルス信号を作り、高分解能部分と干渉し始める。 本発明の磁気符号器とともに用いられるセンサは、ホール素子又は磁気抵抗セ ンサであるが、それらの素子に限られない。理想的には、このセンサは、非常に 小さくシリコンの同じ小片上に検出要素を備えている。選択された処理技術によ って、センサは、ほぼ同じ利得をもち、磁石の面からほぼ同じ距離に置かれる必 要がある。 アナログ指標パルスは、高分解能センサと指標パルスセンサの間の差を取るこ とによって得られる。この信号は予め定めた閾値と比較される。この閾値を固定 するか、又は信号の正弦波のピーク振幅の何分の一かに縮尺することができた。 例えば、閾値は、図１１の線８６によって示されているように、正弦波のピーク の０．６７にできた。磁気トラックの高分解能部分によって作られた信号は、曲 線８２として、指標パルス部分のものが曲線８４として、そして差信号の３倍の ものが曲線８８として示されている。 図５の実施例の場合、差信号を二つの方法で処理できた。 １）差信号を得るために指標センサを高分解能センサと比較する。閾値は ゼロになる。図１２は、高分解能の出力を曲線９０として、指標センサの 出力を曲線９２として、そして差信号を９４として示している。 ２）指標センサの信号と高分解能センサの信号の間の差信号を作る代わり に、二つの信号をまさにデジタルで比較する。指標パルスが高分解能セン サより低ければ、デジタル指標は「オフ」である。指標パルスが高分解能 センサより高ければ、デジタル指標は「オン」である。これは以前の技術 より簡単で、差信号のための増幅器を必要としないので、差動増幅器から の追加のオフセットを持たないので従来のものより良い。この技術は、図 １３に示され、その図において高分解能センサの出力が曲線９６として、 指標パルスの出力が曲線９８として、そしてデジタル出力が線１００とし て示されている。 指標信号を検出する別の方法が図１４に示されているように磁気トラックの指 標部分の上に二つ以上のセンサを用いることである。理想的には、この技術は、 図５又は７に実施例とともに用いられることであろう。好ましくは、二つのセン サ１０２と１０４は、シリコン１０６の単一片の上に高分解能センサ１０８と約 １磁極間隔の距離を離して用いられることである。指標センサ１０３及び１０４ からの信号１１０及び１１２を合計すると、曲線１１４に示されているように、 二つの平均に比例する信号を作る。これは、閾値をゼロにできるようにする。指 標パルス又は閾値を得るために高分解能センサ１０８への依存はない。曲線１１ ６は高分解能センサ１０８の出力を表している。 多くの点で、上述の方法に類似の磁石を作るためのもう一つの方法が、一つの 磁極対１１８を、図１６に示されているように、円形磁気トラックの内径又は外 径の方へずらすことである。内径の方へ向いているセンサ１２２は、指標パルス のところで曲線１２６として示されている弱い方の信号を作るであろう。外径の 方を向いているセンサ１２４は曲線１２８として示されている強い方の信号を作 るであろう。これらの二つの信号の間の差は、曲線１３０として示されている不 同期指標パルスを与える。高分解能センサを直接に磁石の真ん中に置くことがで きる。曲線１３２に相当する高分解能信号を二つの指標センサの出力を平均する ことによって得ることができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リル、ステフェン ジェイ アメリカ合衆国コネチカット州06790 ト リントン ワイオミング アベニュー 333

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．磁気トラックを形成する経路に沿って一定間隔をあけた一連の磁極を備え 、前記磁極のうちのいくつかは磁気トラックの経路に関して一様に並べられた規 則的磁極接合部によって分離され、前記磁気的トラックは縁を有し、そして 前記磁極のうちの少なくとも二つは磁気トラックの縁に近い磁気センサが指標 信号を発生できる広幅磁極と狭幅磁極を検知するように規則的磁極接合部に関し て斜めにされた不規則な磁極接合部によって離されている磁気符号器。 ２．前記規則的磁極接合部が前記磁気トラックの経路に直角であり、前記不規 則な磁極接合部が前記経路に対して垂直な線に対して角度をなしている直線によ って定められ、それによって台形で同様な大きさの二つの隣接磁極を形成してい る請求項１に記載の磁気符号器。 ３．前記斜めの不規則な磁極接合部が磁気トラックの経路に直角な二つの平行 なセグメント及び二つの平行セグメントの間にずれができるように二つのセグメ ントの間にあって磁気トラックの経路にほぼ沿った方向を向いている段付き遷移 部を備えている請求項１に記載の磁気符号器。 ４．前記規則的な磁極接合部が磁気トラックの経路に直角な二つの平行なセグ メント及び二つのセグメントの間にあって二つの平行セグメントの間に不規則な 磁極接合部のものと反対であるずれができるように磁気トラックの経路にほぼ沿 った方向を向いて方向を決められている段付き遷移部を備えている請求項１に記 載の磁気符号器。