JP2005030959A - 磁気式エンコーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 検出波形歪みの小さい、小型で高精度の磁気式エンコーダ装置を得る。
【解決手段】 本発明の磁気式エンコーダ装置は、２極着磁した円板状の永久磁石２の中心部にシャフト１を貫通させるための円形状の穴を形成し、この穴の径を永久磁石２の外径の０．４倍以下となるように構成したものである。
【選択図】図１
Description
本発明は、回転体の回転位置を検出するエンコーダ装置の、特に波形歪みの小さい検出信号が得られる磁気式エンコーダ装置に関する。
従来、モータ軸などの回転体の回転角度を検出するため、２極着磁した円板状の永久磁石を回転体に固定し、この円板状の永久磁石からの磁界をリング状の磁性体で形成した固定体に固定した磁界検出素子で検出し、回転体の絶対位置を検出するようにした磁気エンコーダが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
円板状の永久磁石を回転体に固定する方法としては、永久磁石を回転体とは別の部材に接着等により装着しカップリングを用いて回転体に連結する方法がある。この方法は永久磁石に直接加工を施さないため永久磁石からの磁界を歪めることは無いが、耐振動など信頼性に問題がある。また、永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を一致させるのが難しく、取付精度を上げるための設備や取付に多くの作業時間が必要になり、組立てコストが高くなる。一方、組み立てコストを抑えるため永久磁石中心と回転体中心の不一致を許容すると、エンコーダの精度が劣化する問題がある。この問題を回避する磁気式エンコーダ装置として従来、図７に示すようなものがある。図において１はシャフト、２は円板状の永久磁石で、永久磁石２の中心部に円形の穴を設け、この穴にシャフト１を貫通させ、永久磁石２をシャフト１に固定していた。
特表ＷＯ９９／１３２９６
円板状の永久磁石を回転体に固定する方法としては、永久磁石を回転体とは別の部材に接着等により装着しカップリングを用いて回転体に連結する方法がある。この方法は永久磁石に直接加工を施さないため永久磁石からの磁界を歪めることは無いが、耐振動など信頼性に問題がある。また、永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を一致させるのが難しく、取付精度を上げるための設備や取付に多くの作業時間が必要になり、組立てコストが高くなる。一方、組み立てコストを抑えるため永久磁石中心と回転体中心の不一致を許容すると、エンコーダの精度が劣化する問題がある。この問題を回避する磁気式エンコーダ装置として従来、図７に示すようなものがある。図において１はシャフト、２は円板状の永久磁石で、永久磁石２の中心部に円形の穴を設け、この穴にシャフト１を貫通させ、永久磁石２をシャフト１に固定していた。
ところが、永久磁石を固定するシャフトは、耐振動、信頼性向上の観点からはシャフト径を大きくしたいが、シャフト径を大きくしすぎると、角度検出精度の観点からは、磁界検出素子からの出力信号が小さくなるとともに３次高調波の発生により信号波形が歪み、位置検出精度が悪くなる問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高精度で信頼性向上に優れ、かつ小型、ローコストの磁気式エンコーダ装置を提供することを目的とする。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高精度で信頼性向上に優れ、かつ小型、ローコストの磁気式エンコーダ装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明は、回転体に固定され２極着磁した円形状の中空部を有する円板状の永久磁石と、前記永久磁石の外周側に空隙を介して対向し、リング状の磁性体で形成された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、前記回転体の絶対位置を検出するようにした磁気式エンコーダ装置において、前記永久磁石の中空部直径は外径の0.４倍以下とするものである。
本構成によれば、中空部による波形歪みへの影響の小さい検出信号が得られる。
本構成によれば、中空部による波形歪みへの影響の小さい検出信号が得られる。
請求項１記載の発明によると
・ 中空部の径を規定しているため波形歪みの小さい検出信号を得ることができる。
・ シャフトを貫通させ、シャフトに直接永久磁石を固定することができるので耐振動など信頼性が向上する。
・ 永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を容易に一致させることができ、加工、組立コストが安くなる。またエンコーダの精度に悪影響を及ぼす偏心の影響が小さくなる。
・ 構造がシンプルな、回転角度の絶対位置を検出する小型、高精度、低価格の磁気式エンコーダ装置を提供できる
・ 中空部の径を規定しているため波形歪みの小さい検出信号を得ることができる。
・ シャフトを貫通させ、シャフトに直接永久磁石を固定することができるので耐振動など信頼性が向上する。
・ 永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を容易に一致させることができ、加工、組立コストが安くなる。またエンコーダの精度に悪影響を及ぼす偏心の影響が小さくなる。
・ 構造がシンプルな、回転角度の絶対位置を検出する小型、高精度、低価格の磁気式エンコーダ装置を提供できる
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の磁気式エンコーダ装置の斜視図である。図１において、１はシャフト、２は中空円形状の永久磁石、３は磁性体からなるリング状の固定体、４は永久磁石２の外周面に空隙を介して対向して設けた磁界検出素子である。永久磁石の外径は１０ｍｍ、内径は４mmで、ＳｍＣｏ系磁石やＮｅＦｅＢ系磁石で形成している。本発明が特許文献１と異なる部分は、永久磁石の中空部直径と永久磁石外径との比（以後、内径／外径比と記す）を規定した点である。
次に本発明の磁気式エンコーダ装置の動作について述べる。
シャフト１が回転すると、永久磁石２も回転し、永久磁石２の磁界の変化により、磁界検出素子４からシャフト１の１回転に対し１サイクルの正弦波状の信号が出力される。図２はこの磁界検出素子４からの信号を処理して角度信号θに変換するための信号処理回路のブロック図である。お互いに１８０度対向位置に配置されたＡ1相検出素子４１およびＡ2相検出素子４３からのそれぞれの検出信号Ｖa1およびＶa2が差動アンプ５１に入力され、両信号の差動信号であるＡ相信号Ｖaが得られる。同様に、お互いに１８０度対向位置に配置されたＢ1相検出素子42およびＢ2相検出素子44からのそれぞれの検出信号Ｖb1およびＶb2が差動アンプ52に入力され、両信号の差動信号であるＢ相信号Ｖbが得られる。Ａ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbはそれぞれに対応した検出素子の配置から90度位相の異なる信号となる。図３にＡ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbの波形図を示す。Ａ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbは角度演算回路53に入力され、arctan（Ｖa／Ｖb）の演算処理により角度信号θが得られる。
シャフト１が回転すると、永久磁石２も回転し、永久磁石２の磁界の変化により、磁界検出素子４からシャフト１の１回転に対し１サイクルの正弦波状の信号が出力される。図２はこの磁界検出素子４からの信号を処理して角度信号θに変換するための信号処理回路のブロック図である。お互いに１８０度対向位置に配置されたＡ1相検出素子４１およびＡ2相検出素子４３からのそれぞれの検出信号Ｖa1およびＶa2が差動アンプ５１に入力され、両信号の差動信号であるＡ相信号Ｖaが得られる。同様に、お互いに１８０度対向位置に配置されたＢ1相検出素子42およびＢ2相検出素子44からのそれぞれの検出信号Ｖb1およびＶb2が差動アンプ52に入力され、両信号の差動信号であるＢ相信号Ｖbが得られる。Ａ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbはそれぞれに対応した検出素子の配置から90度位相の異なる信号となる。図３にＡ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbの波形図を示す。Ａ相信号ＶaとＢ相信号Ｖbは角度演算回路53に入力され、arctan（Ｖa／Ｖb）の演算処理により角度信号θが得られる。
次に本発明の磁気式エンコーダ装置の特性について述べる。
永久磁石の中心にシャフトの取り付け穴を形成すると、永久磁石の円周上の磁界分布に歪みが発生する。中空部の大きさの異なる永久磁石を製作し、信号波形の歪率および信号出力を測定した。図３は実施例である永久磁石中空部径（シャフト外径）が４ｍｍの場合のＡ相信号Ｖa とＢ相信号Ｖbの信号波形図である。図４は永久磁石の内径／外径比と信号波形の歪率の関係を示している。また、図５は内径／外径比と信号出力の大きさを示している。出力信号の大きさは、内径／外径比が０の時の値で規格化している。図4に示すように、内径／外径比が0.４倍以下の場合は、磁界検出素子からの信号波形の歪率は小さく、また、図５に示すように出力信号の低下も小さいことがわかった。
本発明に実施例の磁気エンコーダを用いた検出角度を、基準となる高精度の基準エンコーダ（分解能１００万パルス／回転）と比較した結果を図６に示す。検出の最大誤差は0.03度以下であり、極めて高精度の絶対角度検出が出来ることがわかる。
なお、実施例はＳｍＣｏ系磁石やＮｅＦｅＢ系磁石で説明したが、本発明は、磁石の材質によらず、ボンド磁石やフェライト磁石においても同様な効果がある。
永久磁石の中心にシャフトの取り付け穴を形成すると、永久磁石の円周上の磁界分布に歪みが発生する。中空部の大きさの異なる永久磁石を製作し、信号波形の歪率および信号出力を測定した。図３は実施例である永久磁石中空部径（シャフト外径）が４ｍｍの場合のＡ相信号Ｖa とＢ相信号Ｖbの信号波形図である。図４は永久磁石の内径／外径比と信号波形の歪率の関係を示している。また、図５は内径／外径比と信号出力の大きさを示している。出力信号の大きさは、内径／外径比が０の時の値で規格化している。図4に示すように、内径／外径比が0.４倍以下の場合は、磁界検出素子からの信号波形の歪率は小さく、また、図５に示すように出力信号の低下も小さいことがわかった。
本発明に実施例の磁気エンコーダを用いた検出角度を、基準となる高精度の基準エンコーダ（分解能１００万パルス／回転）と比較した結果を図６に示す。検出の最大誤差は0.03度以下であり、極めて高精度の絶対角度検出が出来ることがわかる。
なお、実施例はＳｍＣｏ系磁石やＮｅＦｅＢ系磁石で説明したが、本発明は、磁石の材質によらず、ボンド磁石やフェライト磁石においても同様な効果がある。
本発明は、高精度で耐振動性に優れた小型の磁気式エンコーダ装置を実現できるので、高い応答性を要求するサーボモータの回転角度を検出する磁気式エンコーダ装置として適用できる。
１ シャフト（回転体）
２ 永久磁石
３ 固定体
４ 磁界検出素子
４１ Ａ1相検出素子
４２ Ａ2相検出素子
４３ Ｂ1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 角度演算回路
２ 永久磁石
３ 固定体
４ 磁界検出素子
４１ Ａ1相検出素子
４２ Ａ2相検出素子
４３ Ｂ1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 角度演算回路
Claims (1)
- 回転体に固定され２極着磁した円形状の中空部を有する円板状の永久磁石と、前記永久磁石の外周側に空隙を介して対向し、リング状の磁性体で形成された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、前記回転体の絶対位置を検出するようにした磁気式エンコーダ装置において、
前記永久磁石の中空部直径は外径の0.４倍以下であることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003271855A JP2005030959A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 磁気式エンコーダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003271855A JP2005030959A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 磁気式エンコーダ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005030959A true JP2005030959A (ja) | 2005-02-03 |
Family
ID=34209587
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003271855A Pending JP2005030959A (ja) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | 磁気式エンコーダ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005030959A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008281556A (ja) * | 2007-04-13 | 2008-11-20 | Hitachi Metals Ltd | 角度検出装置、バルブ装置および非接触式ボリューム |
-
2003
- 2003-07-08 JP JP2003271855A patent/JP2005030959A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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