JP2004177391A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【目的】マグネットリングと磁気センサとの相対的な位置決め精度が悪くても、磁気センサによる検出精度が低下することがないようにする。
【構成】回転電機の回転軸に取り付けられるマグネットリングと、そのマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転電機のステータ側に取り付けられる磁気センサとの間に、空隙磁束のピックアッププレートを配設したロータリエンコーダ。
【選択図】 図９

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発電動機などの回転電機における回転軸の回転角度に応じた信号を出力するロータリエンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの回転軸に三相交流による発電動機を連結して、電動機として駆動してエンジンの始動を行わせるとともに、始動後は発電機として駆動してエンジン点火用の電源として用いるようにして、ロータリエンコーダによって発電動機の回転角度を検出しながらブラシレスによる電動機の通電制御を行うとともに、エンジンにおけるピストンが上死点にくるときの回転位置を検出してエンジンの点火制御を行わせるようにしている（特開２００１−３４９２２８号公報参照）。
【０００３】
このような発電動機に取り付けられるロータリエンコーダとしては、図１２および図１３に示すように、円周上にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に複数着磁された回転電機の回転角度検出用のマグネットリング１と、それと同径の円周上の一部分が磁気センサ（ホールＩＣ）に感応する一方極性Ｎに着磁された発電動機の特定の回転位置に応じたエンジンの上死点検出用のマグネットリング２とを並設して回転電機の回転軸（図示せず）に取り付けるとともに（回転方向を図中矢印で示す）、その各マグネットリング１，２の外周囲にそれぞれ空隙を介して対向するように磁気センサ３，４を固定側に設けるようにしている。
【０００４】
回転電機の回転角度検出用のマグネットリング１に対向して設置される磁気センサ３としては、三相交流による回転電機のＵ，Ｖ，Ｗの各相の回転角度をそれぞれ検出できるようにマグネットリング１の回転方向に等間隔に３つの磁気センサ３（３１、３２、３３）が設けられている。
【０００５】
そして、図１４に示すように、センサケース５の所定箇所に各磁気センサ３１〜３３および磁気センサ４をそれぞれ収納したうえで、そのセンサケース５を回転電機のステータコア９の部分に組み付けるようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、回転電機の回転角度検出用のマグネットリングとエンジンの上死点検出用のマグネットリングとを並設して回転電機の回転軸に取り付け、予めセンサケース内に収納された各磁気センサがそれぞれのマグネットリングに対向するように、そのセンサケースを回転電機のステータ部分に取り付けるようにするのでは、その組付け精度が要求され、各マグネットリングとセンサケース内の各磁気センサとの相対的な位置がずれてしまうと、磁気センサによる検出精度が低下してしまうことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるロータリエンコーダにあっては、回転電機の回転軸に取り付けられるマグネットリングと、そのマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転電機のステータ側に取り付けられる磁気センサとの相対的な位置決め精度が悪くても、磁気センサによって検出されるＵ，Ｖ，Ｗの各相信号の検出精度が低下することがないように、マグネットリングと磁気センサとの間に空隙磁束のピックアッププレートを配設するようにしている。
【０００８】
その場合、特に、回転電機の回転角度検出用のマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転方向に等間隔に配設される３つの磁気センサと、エンジンの上死点検出用のマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように配設される磁気センサとをセンサケースの所定箇所にそれぞれ収納したうえで、そのセンサケースを回転電機のステータ部分に組み付けるに際して、予めそのセンサケースの所定箇所にピックアッププレートをインサート成形するようにしている。
【０００９】
【実施例】
本発明によるロータリエンコーダにあっては、図１ないし図３に示すように、エンジン（図示せず）に直結した三相交流の発電動機の回転軸６に、回転角度検出用のマグネットリング１と、それと同径のエンジンの上死点検出用のマグネットリング２とが並設して固定的に取り付けられている。
【００１０】
回転角度検出用のマグネットリング１としては、図４に示すように、円周上にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に１２極分着磁されている。また、エンジンの上死点検出用のマグネットリング２としては、図５に示すように、円周上の一部分が磁気センサとして用いるホールＩＣ（ホール素子による磁気検知信号をパルス状にして出力する回路が組み込みれたもの）に感応する一方極性Ｎ（またはＳ）に着磁され、他の部分が他方極性Ｓ（またはＮ）に着磁された２極構成になっている。
【００１１】
そして、マグネットリング１の外周囲に空隙を介して発電動機におけるＵ，Ｖ，Ｗの各相の回転角度をそれぞれ検出できるように、回転方向に等間隔にチップ化された３つの磁気センサ３（３１、３２、３３）が設けられている。そして、マグネットリング２の外周囲に空隙を介して回転軸６の特定の回転位置に対応するエンジンの上死点を検出できるように、チップ化された磁気センサ４が設けられている。
【００１２】
その３つの磁気センサ３１，３２，３３および磁気センサ４は、非磁性材からなるセンサケース７内の所定箇所にそれぞれ収納されて、その配線基板８とともに注型樹脂によってモールドされている。そして、そのセンサケース７が回転電機のステータコア９の内径部分に取り付けられている。
【００１３】
そのセンサケース７の取り付けは、図６および図７に示すように、センサケース７側に形成されている位置決め用の凸状の突起１０を、ステータコア９側に切り欠かれている凹状の溝１１に圧入させたうえで、側部にネジ止めすることによって、その取り付け位置の精度と安定性とが確保できるようになっている。図中、１２はセンサケース７側に形成されたネジ座を、１３はステータコア９にあけられたネジ穴をそれぞれ示している。
【００１４】
図８は、磁気センサ３１，３２，３３による発電動機におけるＵ，Ｖ，Ｗ相の各回転角度検出信号および磁気センサ４によるエンジンの上死点検出信号ＥＮＧＩＮの特性を示している。
【００１５】
このようなものにあって、特に本発明では、マグネットリング１と３つの磁気センサ３１，３２，３３との間に、その３つの磁気センサ３１，３２，３３に対向する長さを有する磁気鋼板からなる空隙磁束を捕捉するピックアッププレート１４が介在するようにしている。そして、そのピックアッププレート１４をセンサケース７に予めインサート成形させるようにしている。
【００１６】
したがって、例えばマグネットリング１の取付け位置が悪かったり、センサケース７内に収納される各磁気センサ３１，３２，３３の取付け位置が悪かったりして、マグネットリング１と各磁気センサ３１，３２，３３との相対的な位置がずれてしまっても、各磁気センサ３１，３２，３３によって検出されるＵ，Ｖ，Ｗの各相信号の検出精度が低下するようなことなく、ピックアッププレート１４によってその間の空隙磁束が有効に捕捉されて、各磁気センサ３１，３２，３３から充分な検出出力が得られるようになる。
【００１７】
その際、ピックアッププレート１４の幅ｗが大きすぎると逆に空隙磁束が遮蔽されてしまい、またピックアッププレート１４と磁気センサ３との間隔ｄが広すぎるとピックアップ効率が低下してしまうため、その幅ｗおよび間隔ｄを最適に設定する必要がある。
【００１８】
いま、図９に示すように、ピックアッププレート１４の幅ｗを２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの４種類に設定して、それぞれについてピックアッププレート１４と磁気センサ３との間隔ｄを０〜１．５ｍｍまでの範囲で変化させたときの磁気センサ３の出力電圧およびピックアップ効率をそれぞれ測定した結果、図１０および図１１に示すような特性が得られた。
【００１９】
その測定結果によれば、磁気センサ３の出力電圧とピックアップ効率とのかねあいからして、幅ｗが２ｍｍ、間隔ｄが０．５ｍｍの仕様が、磁気センサ３の出力電圧が１２ｍＶ程度の充分なものとなり、ピックアップ効率が５倍ほど得られる最適なものとなる。
【００２０】
実際には、適正値として、ピックアッププレート１４の幅ｗが３±１ｍｍに設定され、ピックアッププレート１４と磁気センサ３との間隔ｄが０．７±０．３ｍｍに設定される。
【００２１】
【発明の効果】
以上、本発明によるロータリエンコーダにあっては、回転電機の回転軸に取り付けられるマグネットリングと、そのマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転電機のステータ側に取り付けられる磁気センサとの間に、空隙磁束のピックアッププレートを配設するようにしたもので、マグネットリングと磁気センサとの相対的な位置決め精度が悪くても、そのピックアッププレートによって空隙磁束を有効に捕捉して磁気センサによる検出精度を向上させることができるという利点を有している。
【００２２】
そして、本発明では、特に、磁気センサを収納するセンサケースの箇所にピックアッププレートをインサート成形しておいて、そのセンサケースを回転電機のステータ部分に取り付けるようにしているので、回転電機に対するロータリエンコーダの組付けを作業性良く容易かつ確実に行わせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発電動機に本発明によるロータリエンコーダを装着した状態を示す正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１のロータリエンコーダ部分における側断面図である。
【図４】本発明のロータリエンコーダに用いられる回転角度検出用のマグネットリングを示す正面図である。
【図５】本発明のロータリエンコーダに用いられるエンジンの上死点検出用のマグネットリングを示す正面図である。
【図６】センサケースをステータコア側に取り付けるときのセンサケース側の位置決め用の突起とステータコア側の凹状の溝とを示す図である。
【図７】センサケースをステータコア側に取り付けた状態を示す図である。
【図８】ロータリエンコーダによる発電動機のＵ，Ｖ，Ｗ相の各回転角度検出信号およびエンジンの上死点検出信号を示す特性図である。
【図９】本発明のロータリエンコーダにおけるピックアッププレートの幅とピックアッププレートの磁気センサに対する位置関係を示す図である。
【図１０】本発明のロータリエンコーダにおけるピックアッププレートの幅をパラメータにとって、ピックアッププレートと磁気センサとの間隔を変化させたときの磁気センサの出力電圧の変化状態を示す特性図である。
【図１１】本発明のロータリエンコーダにおけるピックアッププレートの幅をパラメータにとって、ピックアッププレートと磁気センサとの間隔を変化させたときのピックアップ効率を示す特性図である。
【図１２】従来のロータリエンコーダの簡略構成を示す側面図である。
【図１３】従来のロータリエンコーダの正面図である。
【図１４】従来のロータリエンコーダにおけるセンサケースを回転電機のステータ部分に取り付けた状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１ 回転角度検出用マグネットリング
２ エンジンの上死点検出用マグネットリング
３（３１，３２，３３） 回転角度検出用の磁気センサ
４ 上死点検出用の磁気センサ
６ 回転軸
７ センサケース
９ ステータコア
１４ ピックアッププレート

Claims (7)

1. 回転電機の回転軸に取り付けられたマグネットリングと、そのマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転電機のステータ側に取り付けられた磁気センサと、そのマグネットリングと磁気センサとの間に配設された空隙磁束のピックアッププレートとによって構成されたロータリエンコーダ。
2. 円周上にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に複数着磁されたマグネットリングを用いて、そのマグネットリングの回転方向に３つの磁気センサを等間隔に配設し、三相交流の回転電機における各相の回転角度検出を行うようにしたうえで、各磁気センサに対向する長さをもってピックアッププレートを設けたことを特徴とする請求項１の記載によるロータリエンコーダ。
3. 予めピックアッププレートがインサート成形されたケースの所定箇所にそれぞれ各磁気センサを収納したうえで、そのケースを回転電機のステータコアの部分に組み付けるようにしたことを特徴とする請求項２の記載によるロータリエンコーダ。
4. 円周上の一部分が磁気センサに感応する一方極性に着磁されたマグネットリングを用いて、それに対向するように設けられた磁気センサによって回転電機における特定の回転角度を検出するようにしたことを特徴とする請求項１の記載によるロータリエンコーダ。
5. エンジンと連結した回転電機の回転軸の特定の回転角度からエンジンにおけるピストンの上死点を検出するようにしたことを特徴とする請求項４の記載によるロータリエンコーダ。
6. 回転電機の回転軸に並設して取り付けられた円周上にＮ極とＳ極とが等間隔に交互に複数着磁された第１のマグネットリングおよび円周上の一部分が磁気センサに感応する一方極性に着磁された第２のマグネットリングと、第１のマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように回転方向に等間隔に配設される３つの磁気センサと、第２のマグネットリングの外周囲に空隙を介して対向するように配設される磁気センサと、第１のマグネットリングと３つの磁気センサとの間に配設される空隙磁束のピックアッププレートとからなり、予めピックアッププレートがインサート成形されたケースの所定箇所にそれぞれ各磁気センサを収納したうえで、そのケースを回転電機のステータコアの部分に組み付けるようにしたことを特徴とするロータリエンコーダ。
7. 磁気センサとピックアッププレートとの間隔が０．７±０．３ｍｍに、ピックアッププレートの幅が３±１ｍｍに設定されていることを特徴とする請求項１または請求項６の記載によるロータリエンコーダ。

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