JP2005331437A - 多極磁石エンコーダの出力検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアギャップが大きい場合の様に、検出できるエンコーダ７ａの磁束密度が小さい場合でも、このエンコーダ７ａの磁束密度及びピッチ誤差を正確に測定できる検査方法を実現する。
【解決手段】 上記エンコーダ７ａの磁束密度を、ホール素子を組み込んだホールセンサ９と、ＭＲ素子を組み込んだＭＲセンサ１０とにより検出する。このＭＲセンサ１０は、上記ホールセンサ９と比べて、検出できる磁束密度が小さくても出力電圧が大きく、温度変化による影響が少ない。この為、検出できる磁束密度が小さくても、上記エンコーダ７ａのピッチを精度良く測定可能である。又、磁束密度の大きさを測定可能な上記ホールセンサ９によっても、上記エンコーダ７ａの磁束密度を検出する事により、このエンコーダ７ａの磁束密度の大きさを測定できる。
【選択図】 図１

Description

この発明に係る多極磁石エンコーダの出力検査方法は、例えば各種車両（自動車、鉄道車両）の車輪の回転速度を検出する為に、或は各種産業機械の回転軸の回転速度を検出する為に利用する多極磁石エンコーダの磁束密度の大きさ、及び、この多極磁石エンコーダのピッチを精度良く検査できる方法を実現するものである。

アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）を制御する為に、転がり軸受ユニットにより懸架装置に支持された車輪の回転速度を検出する必要がある。又、各種産業機械を適切に運転する為に、当該産業機械の回転軸の回転速度を検出する必要がある。この為従来から、各種回転速度検出装置が提案され、実際に使用されている。例えば、特許文献１には、図４〜５に示す様な回転速度検出装置が記載されている。

この回転速度検出装置は、使用時にも回転しない静止部材であるハウジング１の内径側に、使用時に回転する回転部材である回転軸２を、軸受３により回転自在に支持している。又、この回転軸２の外周面と上記ハウジング１の内周面との間の空間４の端部開口を、組み合わせシールリング５により塞いでいる。そして、この組み合わせシールリング５を構成するスリンガ６の外側面（図４の右側面）に、請求項に記載した多極磁石エンコーダである円輪状のエンコーダ７を添着している。このエンコーダ７は、ゴム磁石等の永久磁石で、軸方向に着磁されている。着磁方向は、円周方向に関して交互に、且つ、等間隔で変化させている。従って、上記エンコーダ７の外側面にはＮ極とＳ極とが交互に、且つ、等間隔で配置されている。

一方、上記ハウジング１には回転速度検出センサ８を支持し、この回転速度検出センサ８の検出部を、上記エンコーダ７の被検出面である外側面に近接対向させている。上記回転速度検出センサ８は、ホール素子、磁気抵抗素子（ＭＲ素子）等、磁束の方向や強さに応じて特性が変化する磁気検出素子を備え、この磁気検出素子の特性変化に対応して出力信号を変化させる。上記回転軸２が回転すると、上記回転速度検出センサ８の検知部の端面近傍を、上記エンコーダ７の外側面に配置されたＳ極とＮ極とが交互に通過する。この為、上記回転速度検出センサ８に組み込んだ磁気検出素子の特性が変化し、この回転速度検出センサ８の出力が変化する。この様にして回転速度検出センサ８の出力が変化する周波数は上記回転軸２の回転速度に比例し、同じく周期は回転速度に反比例する。従って、この回転速度検出センサ８の出力を図示しない処理回路に送れば、上記回転軸２の回転速度を求める（或はこの回転速度に見合う信号を得る）事ができる。

上述の様に、回転軸２の回転速度を求める為に、上記エンコーダ７の磁束密度の変化を検出している。従って、このエンコーダ７の磁束密度の大きさが必要な値に達していなかったり、ピッチ誤差を生じていた場合には、上記回転軸２の回転速度を正確に求める事はできない。この為、従来から、この回転軸２に組み付ける前に、上記エンコーダ７の磁束密度やピッチの検査を行なっていた。一方、近年のＡＢＳ等の技術の高度化により、上述の様なエンコーダ７としてより高品質なものが求められている。例えば、エンコーダ７の被検出部とセンサの検出部との隙間（エアギャップ）が大きくても、このエンコーダ７の出力を確保できる品質が求められている。従来は、エンコーダの出力検査をホール素子を備えたセンサにより行なっていたが、エアギャップが大きい場合にこのエンコーダ７の品質を保証するには限界があった。

即ち、エンコーダの出力を検査する上でこのエンコーダの磁束密度の大きさ（絶対値）を測定する必要があった為、この磁束密度の大きさを測定可能なホール素子が従来から使用されていた。しかし、このホール素子は、上述の様にエアギャップが大きく、このホール素子により検出できる磁束密度が小さくなる様な場合には、正確な測定ができない場合がある。例えば、この磁束密度の大きさが５mT以下の場合には、上記ホール素子の出力電圧が非常に小さくなる為、ノイズの影響が大きくなる。この様にノイズの影響が大きくなれば、磁束密度の変化を正確に検出する事ができない為、エンコーダのピッチの測定精度を確保できない。

又、例えば、非特許文献１のｐ．２３８の表１に記載されている様に、ホール素子は、ＭＲ素子と比べて温度変化による出力電圧の変化が大きい。この為、上述の様に、ホール素子により検出可能な磁束密度が小さい場合には、微小な温度変化によってもこのホール素子の出力が不安定となり、測定誤差が大きくなる場合がある。尚、上記エンコーダの検査では、ピッチ誤差を正確に測定できる事が、前記回転軸２等の回転速度を正確に測定する上で重要である。これに対して、上記エンコーダの磁束密度の大きさは、所定の大きさ以上確保されている事が確認できれば良く、磁束密度の正確な値までは要求されない。従って、このエンコーダの磁束密度の大きさのみを測定する場合には、上述した様なホール素子により検査しても問題ないと考えられる。

特開平８−３３８４３５号公報 大川原好彦、「ＭＲセンサの実用知識」、トランジスタ技術、ＣＱ出版株式会社、２００４年２月号、ｐ．２３７−２４４ InSb Hall Element 、HW-105C 、ｐ．３２、［online］，旭化成電子株式会社、［平成１６年４月２８日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.asahi-kasei.co.jp/ake/jp/ms/pdf/hw105c.pdf ＞

本発明の多極磁石エンコーダの出力検査方法は、上述の様な事情に鑑みて、検出できる多極磁石エンコーダの磁束密度が小さい場合でも、この多極磁石エンコーダの磁束密度及びピッチ誤差を正確に測定できる検査方法を実現すべく発明したものである。

本発明の多極磁石エンコーダの出力検査方法は、円周方向に関して着磁方向を交互に変化させた多極磁石エンコーダの出力を検査する方法であって、このうちの請求項１に記載した発明の場合には、この多極磁石エンコーダの磁束密度を、ホール素子と磁気抵抗素子とにより検出する。
又、請求項２に記載した発明の場合には、この多極磁石エンコーダの磁束密度を、回路と磁気抵抗素子とを組み合わせる事によって、反応する磁束密度の範囲を調整したセンサにより検出する。

上述した各発明により磁束密度の出力検査を行なう事により、検出できる多極磁石エンコーダの磁束密度が小さい場合でも、この多極磁石エンコーダのピッチ誤差を正確に測定できると共に、この多極磁石エンコーダの磁束密度の大きさを測定したり（請求項１）、或は、この多極磁石エンコーダの磁束密度が所定の値以上の大きさである事を確認（請求項２）する事ができる。この結果、エアギャップが大きい場合にも、この多極磁石エンコーダの出力保証が可能となる。

本発明の検査方法のうち、請求項１に記載した検査方法を実施する為に好ましくは、多極磁石エンコーダの磁束密度の測定を、ホール素子と磁気抵抗素子とで同時に行なう。
この様に構成すれば、１個の多極磁石エンコーダに対して１回の検査により、磁束密度の大きさ及びピッチの検査が終了する。この為、本発明の検査方法を実施しても、検査の工程が増える事はなく、効率が悪化する事はない。

図１は、請求項１に対応する、本発明の実施例１を示す概念図である。本実施例の場合、円周方向に関して着磁方向を交互に変化させた、請求項に記載した多極磁石エンコーダであるエンコーダ７ａの磁束密度を、ホール素子を組み込んだホールセンサ９と、ＭＲ素子（磁気抵抗素子）を組み込んだＭＲセンサ１０とにより検出する。この為に、これら各センサ９、１０を、上記エンコーダ７ａに所定の隙間（エアギャップ）を介して対向させる。そして、このエンコーダ７ａを所定の回転速度で回転させて、上記各センサ９、１０を通過する磁束密度の変化を検出する事により、上記エンコーダ７ａのピッチ及び磁束密度の大きさを測定する。又、本実施例の場合、上記ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とは、上記エンコーダ７ａの磁束密度を同時に検出する。即ち、これらホールセンサ９とＭＲセンサ１０とを、１個のエンコーダ７ａに対して一緒に使用する。これにより、上記エンコーダ７ａの回転に伴う磁束密度の変化が、上記ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とで同時に検出される。

尚、上記各センサ９、１０は、それぞれ、従来から使用されている、ホール素子或はＭＲ素子を組み込んだ磁気検出センサと同様の構造を有する。又、上記図１に示した構造は、本実施例の検査方法を説明する為に簡単に示した概念図であり、本実施例の検査方法を実施する為の構造は、この図１の構造に限られない。従って、図示の例では、上記各ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とを、別々に設置した構造を示しているが、例えば、これら各センサ９、１０同士を単一のホルダに組み込んで一体化した構造であっても良い。要は、上記エンコーダ７ａの磁束密度の変化を、ホール素子とＭＲ素子とで検出する構造であれば良い。又、本実施例により検査可能なエンコーダは、前述の図４〜５に示した円輪状のものは勿論、円筒状に形成され外周面又は内周面にＳ極とＮ極とを交互に配置した構造を有するものであっても良い。

上述の様に、本実施例の場合、エンコーダ７ａの磁束密度を検出するセンサとして、ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とを使用している。この為、これら各センサ９、１０から、それぞれ独立した信号（電圧）が出力される。そして、これら各信号を図示しない処理回路に送り、この処理回路で、それぞれの出力電圧の変化或は大きさに基づき、上記エンコーダ７ａのピッチ及び磁束密度の大きさを算出する。即ち、このエンコーダ７ａが回転する事により、Ｎ極とＳ極とが交互に上記各センサ９、１０と対向する。そして、これら各センサ９、１０を通過するこのエンコーダ７ａの磁束の方向及び大きさが、このエンコーダ７ａの回転に伴い変化して、これら各センサ９、１０の出力電圧がそれぞれ変化する。従って、この出力電圧の変化によりこのエンコーダ７ａのＮ極とＳ極とのピッチを算出する事ができる。例えば、このエンコーダ７ａを既知の回転速度で回転させれば、上記各センサ９、１０の出力電圧の変化の周期とこの回転速度とから上記ピッチを算出できる。尚、本実施例の場合、後述する様に、上記エンコーダ７ａのピッチの測定は、上記各センサ９、１０のうちのＭＲセンサ１０により行なう。

又、上記ホールセンサ９を構成するホール素子の出力電圧の大きさと、このホール素子を通過する磁束密度の大きさとの関係は、例えば、図２に示す様に、磁束密度の増大に伴い出力電圧が大きくなる様な比例関係を有する。尚、この図２は、非特許文献２のｐ．３２に記載されたもので、旭化成電子株式会社製、ＨＷ−１０５Ｃの磁束密度の大きさと出力電圧との関係を示している。この様に、上記ホールセンサ９を構成するホール素子の出力電圧と磁束密度とが比例関係を有する為、この関係から磁束密度の大きさ（絶対値）を算出する事が可能である。

上述の様に構成する本実施例の検査方法の場合、上記エンコーダ７ａの磁束密度を検出する素子の１つであるＭＲセンサ１０が、上記ホールセンサ９と比べて出力電圧が高く、温度変化の影響も少ないので、検出可能な磁束密度が小さくても、上記エンコーダ７ａの磁束密度の変化を正確に検出する事ができる。即ち、前述の非特許文献１のｐ．２３８の表１に記載されている様に、一般的なホール素子の出力電圧の温度特性が、−２％／℃であるのに対し、一般的なＭＲ素子の出力電圧の温度特性は、−０．３５％／℃である。又、上記非特許文献１のｐ．２４０の表３と、上記図２とから、通過する磁束密度の大きさが１mTである場合のそれぞれの出力電圧を算出した場合、ホール素子が約１mV（定電圧駆動の場合）で、ＭＲ素子が約６mVである。

この様に、ＭＲセンサ１０は、ホールセンサ９と比べて、通過する磁束密度の大きさに対して出力される電圧の値が大きい為、このＭＲセンサ１０の出力電圧の変化は、ノイズの影響を受けにくい。又、このＭＲセンサ１０は、温度変化に対する出力電圧の変化が小さい為、温度変化に拘わらず、磁束密度の測定精度を確保し易い。この様な性質を有するＭＲセンサ１０により、上記エンコーダ７ａの出力検査を行なう本実施例の場合、このＭＲセンサ１０により検出できる磁束密度が小さくても、このエンコーダ７ａの磁束密度の変化を正確に検出する事ができる。この結果、エアギャップが大きくても、このエンコーダ７ａのピッチを正確に測定できる。

又、本実施例の検査方法の場合、上記エンコーダ７ａの磁束密度を、上記ホールセンサ９によっても検出している為、このエンコーダ７ａの磁束密度の大きさも測定可能である。即ち、このエンコーダ７ａの出力検査では、このエンコーダ７ａの磁束密度の大きさを確認する必要があるが、上記ＭＲセンサ１０のみでは、磁束密度の大きさの絶対値を測定できない場合がある。即ち、上記ＭＲセンサ１０に組み込むＭＲ素子は、磁気抵抗効果を利用して磁束密度を検出するが、磁束密度が大きくなると磁気抵抗が小さくなるという特性を有する。この為、磁束密度が所定の値よりも大きくなると、磁気抵抗の変化率が飽和してそれ以上出力が変化しなくなる。従って、磁束密度が所定の値よりも大きくなる場合には、この磁束密度の大きさが測定不能となる。これに対して、本実施例の様に、このＭＲセンサ１０に加えて、前述の図２に示した様に、磁束密度の大きさの絶対値が測定可能なホール素子を組み込んだ上記ホールセンサ９により上記エンコーダ７ａの磁束密度を検出すれば、磁束密度の大きさが或る程度大きくなってもこの磁束密度の大きさ（絶対値）を測定する事が可能である。

但し、上記ホールセンサ９は、出力電圧が小さく、温度変化の影響が大きい為、エアギャップが大きい場合の様に、このホールセンサ９により検出できる磁束密度が小さい場合、出力電圧により算出される磁束密度の値は、必ずしも正確とは言えない。しかし、前述した様に、上記エンコーダ７ａの出力検査に於いて、このエンコーダ７ａの磁束密度の大きさは、所定の大きさ以上確保されている事を確認（言い換えれば、磁束密度の大きさを保証）できれば良く、磁束密度の正確な値までは要求されない。従って、本実施例の場合も、上記ホールセンサ９により、上記エンコーダ７ａの磁束密度の大きさが所定の大きさ以上であるか否かを確認できれば良い。

又、本実施例の場合、上記エンコーダ７ａの磁束密度を、上記ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とで同時に検出している。この為、１個のエンコーダ７ａに対して１回の検査により、磁束密度の大きさ及びピッチの検査が終了する。この為、本実施例の検査方法を実施しても、検査の工程が増える事はなく、効率が悪化する事はない。これに対して、上記ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とによる磁束密度の検出を別々に行なう事もできる。即ち、ホールセンサ９により検出を行なう工程と、ＭＲセンサ１０により検出を行なう工程とに分けて、２つの工程により上記エンコーダ７ａの磁束密度の出力検査を行なう事もできる。但し、この様な構成とした場合には、検査の効率を悪化させ、コスト増大の原因となる。この為、本実施例の様に、上記ホールセンサ９とＭＲセンサ１０とによる磁束密度の検出は、同時に行なう事が好ましい。

図３は、請求項２に対応する本発明の実施例２を示す概念図である。本実施例の場合、エンコーダ７ａの磁束密度を、所定の回路と磁気抵抗素子（ＭＲ素子）とを組み合わせたＭＲセンサ１０ａのみにより検出している。このＭＲセンサ１０ａは、回路に組み込む抵抗の数や値を変えたりＭＲ素子の配置や個数を変える等により、このＭＲセンサ１０ａが反応する磁束密度の範囲を調整している。言い換えれば、所定の磁束密度の値までは、出力が変化する様に設定されている。例えば、この所定の磁束密度の大きさを５mTとすれば、上記ＭＲセンサ１０ａは、検知する磁束密度の大きさが５mTまではＭＲ素子の磁気抵抗が変化して、上記ＭＲセンサ１０ａにより出力される電圧が上昇する。言い換えれば、出力される電圧の値が所定の値（磁束密度が５mTの時に出力される電圧の値）に達すれば、このＭＲセンサ１０ａにより検出された磁束密度の大きさが、少なくとも５mT以上である事が分かる。

上述の様に構成する本実施例の場合、上記エンコーダ７ａの磁束密度の大きさが、上記所定の磁束密度よりも大きいか否かを確認できる。即ち、このエンコーダ７ａとの間の隙間（エアギャップ）が所定の大きさで、例えば５mT以上の磁束密度が得られる事が要求されている場合、上記所定の磁束密度の大きさを５mTとし、上記ＭＲセンサ１０ａを、上記所定の大きさの隙間を介して上記エンコーダ７ａと対向させる。この時、このＭＲセンサ１０ａを通過する磁束密度の大きさが５mTに満たなければ、このＭＲセンサ１０ａから出力される電圧の値が所定の値（磁束密度が５mTの時に出力される電圧の値）に達しない。これに対して、このＭＲセンサ１０ａを通過する磁束密度の大きさが５mT以上であれば、このＭＲセンサ１０ａから出力される電圧の値が所定の値まで達する。この時、上記エンコーダ７ａの磁束密度の値までは分からないが、少なくとも５mT以上の磁束密度を有する事は確認できる。

又、上記ＭＲセンサ１０ａから出力される電圧は、このＭＲセンサ１０ａの近傍をＮ極とＳ極とが交互に通過する事により変化する。この為、前述の実施例１と同様に、この出力電圧の変化の周期から上記エンコーダ７ａのピッチを測定する事ができる。この様に、所定の回路とＭＲ素子とを組み合わせる事により、上記ＭＲセンサ１０ａが反応する磁束密度の範囲を予め設定すれば、このＭＲセンサ１０ａのみで、上記エンコーダ７ａのピッチの測定をする事ができると共に、このエンコーダ７ａの磁束密度の大きさが所定の値以上である事が確認できる。又、上記ＭＲセンサ１０ａは、前述した様に、検出できるエンコーダ７ａの磁束密度の大きさが小さくても、出力電圧を確保できる為、エアギャップが大きい場合でも、上述した様なエンコーダ７ａの出力検査を精度良く行なう事ができる。

尚、本実施例の場合、上述の様に、ＭＲセンサ１０ａが反応する磁束密度の範囲を予め設定している為、要求される磁束密度の大きさによって、このＭＲセンサ１０ａの設定を変える必要がある。即ち、上記エンコーダ７ａは、その用途によって要求される性能が異なる。従って、大きい磁束密度が要求される場合もあれば、磁束密度が小さくても良い場合がある。この様に要求される磁束密度の大きさが異なる場合、上記ＭＲセンサ１０ａは、検出可能な範囲が限られている為、それぞれの磁束密度の大きさによって、このＭＲセンサ１０ａの設定を変えるか、或は、異なる設定値（磁束密度の大きさ）を有する別のＭＲセンサを使用する必要がある。これに対して、前述の実施例１の場合、エンコーダの磁束密度の大きさをホール素子により検出する為、要求される磁束密度の大きさが異なっても検査可能である。

本発明の実施例１を示す概念図。 ホール素子の磁束密度の大きさと出力電圧との関係の１例を示す線図。 本発明の実施例２を示す概念図。 本発明の対象となるエンコーダを組み込んだ、回転速度検出装置の従来構造の１例を示す、部分断面図。 図４の右方から見た図。

符号の説明

１ ハウジング
２ 回転軸
３ 軸受
４ 空間
５ 組み合わせシールリング
６ スリンガ
７、７ａ エンコーダ
８ 回転速度検出センサ
９ ホールセンサ
１０、１０ａ ＭＲセンサ

Claims (2)

1. 円周方向に関して着磁方向を交互に変化させた多極磁石エンコーダの出力を検査する方法であって、この多極磁石エンコーダの磁束密度を、ホール素子と磁気抵抗素子とにより検出する事を特徴とする、多極磁石エンコーダの出力検査方法。
2. 円周方向に関して着磁方向を交互に変化させた多極磁石エンコーダの出力を検査する方法であって、この多極磁石エンコーダの磁束密度を、回路と磁気抵抗素子とを組み合わせる事によって、反応する磁束密度の範囲を調整したセンサにより検出する事を特徴とする、多極磁石エンコーダの出力検査方法。

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