JP2006003251A

JP2006003251A - 磁気エンコーダ

Info

Publication number: JP2006003251A
Application number: JP2004180674A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Nakamura; 一也中村; Eri Fukushima; 絵理福島
Original assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Current assignee: Namiki Precision Jewel Co Ltd
Priority date: 2004-06-18
Filing date: 2004-06-18
Publication date: 2006-01-05

Abstract

【課題】小型で高精度な磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】円形状磁気ディスクを備え、その外周面に対向するように２つの磁気センサを配したことにより、２相の情報を得ることが可能な磁気式エンコーダにおいて、ラジアル方向に内外径単極対着磁された一対のクローポール型磁石が略円筒形の磁性材コアの外周部に配置されることにより、円形状磁気ディスクの発生磁束密度及び磁極幅のバラツキを押さえ、且つ、その磁極幅を小さくすることが可能である為、より小型で高精度な磁気エンコーダを構成できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータの回転数、回転方向、回転位置等を測定するためのエンコーダに関し、特に、磁気エンコーダにおける円形状磁気ディスクの構成に関する。尚、円形状とは円盤状、円環状及び細かな多角形状をも含む。

近年、電子機器の多機能化や省スペース化に伴い、電子機器内部に設置される部品の小型化・軽量化が望まれている。これは電子機器内部での駆動用モータの回転数、回転方向、回転位置等を測定するエンコーダにおいても例外では無い。

エンコーダは、一般的には、リアクタンス式、光学式、磁気式などが挙げられるが、その小型化を考えた場合、構造的に簡易な磁気式が用いられることが多い。

図１に従来の磁気エンコーダの構造の一例を示す。図において、磁気エンコーダはモータ１のシャフト２に接続され、フェライト磁石、希土類ボンド磁石等からなり、外周面にラジアル方向に複数極着磁された円盤状磁気ディスク３を備え、前記円盤状磁気ディスク３の外周面に対向するようにＡ相、Ｂ相の２相分の情報を得るための２つの磁気センサー４を配した構造である。前記円盤状磁気ディスク３の回転に伴う磁極の変化に合わせて、磁気センサー４の出力電圧が変化し、これをコンパレータを介して、電気的な矩形波信号を得ている。以上から、Ａ相、Ｂ相の２相分の信号情報より、シャフト２の回転数、回転方向を認識することができる。

このような円形状磁気ディスクをラジアル方向に複数極着磁する従来方法としては、例えば、図２、３、４のような着磁方法が挙げられる。

図２に示す着磁方法は、軸芯に向けて突出する、複数箇所の鉄芯５を備える円環状の着磁ヨーク７を用いる構造で、前記複数箇所の鉄芯５には、図示のとおり、コイル８が巻回され、それぞれが巻方向を変えて、磁極が交互に発現するように結線される。そして着磁の際、例えば矢印１０の方向へパルス電流を流すことにより、前記複数箇所の鉄芯５の先端部には交互に磁極が現われる。このとき、円盤状磁気ディスク６の中心部には着磁ヨーク用磁性材コア９が形成されているため、発生する磁束は、矢印１１のように前記円盤状磁気ディスク６の中心部に引き付けられる。よって前記円盤状磁気ディスク６のより中央部付近まで着磁が可能となる。尚、矢印１１は一対の鉄芯のみしか図示されていないが、他の鉄芯においても同様に磁束が発生する。

また、図３に示す別の着磁方法は、円環状磁気ディスク１２を一定の角速度で回転させながら、この回転に同期させてコイル１３にパルス電流を交番し、前記円環状磁気ディスク１２の外周面に複数箇所のＮ極及びＳ極を交互に着磁するものである（特許文献１）。また同様に、図４に示すような従来の回転着磁方法では、ヘッド１６ａ、１６ｂからなる２極ヘッドが用いられており、２極ヘッドのコイル１５に電流を流すと接続されていない２端から磁界が発生し、係る磁界により円環状磁気ディスク１４が着磁される。（特許文献２）
特開平０９−０１４９０３Ｐ．２特開２００３−０５９７１８Ｐ．２

しかしながら、エンコーダの小径化に伴い、磁気ディスク外径も小さくなる。このとき、磁極幅が０．７〜１ｍｍを下回ると、図２に示すような円環状の着磁ヨークの作製は困難となる。これは、鉄芯のピッチが狭くなり、着磁ヨークにおける巻回するコイルスペースが極端に低減し、発生磁界が減少するためである。特に、保磁力の高い希土類ボンド磁石の場合、飽和着磁させるために必要となる十分な発生磁界を有する着磁ヨークが作製できず、小径磁気ディスクの多極化が困難であった。

一方、図３、４に示すような磁気ヘッド構造による書き込み方法では、磁極幅の低減は可能であるが、前出の着磁ヨークを用いた場合に比較すると、概して、発生磁界が小さいため、やはり飽和着磁が困難であった。

また、未飽和着磁にて使用する場合もあるが、その場合、発生磁束密度が小さいことはもちろん、磁極毎の発生磁束密度、磁極幅のバラツキが大きくなるという欠点を有していた。

さらに、また、従来型の磁気ディスクの場合、Ｎ極とＳ極の間に未着磁領域が存在するため、多極着磁に不利であり、また、磁極幅のバラツキが大きくなるという欠点を有していた。

したがって、本発明は、上記の製造上の問題点を解決し、小径化が可能で、磁極幅のバラツキを低減し、各磁極毎の発生磁束密度が十分で、且つ、そのバラツキも低減することのできる磁気エンコーダを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明では、円形状磁気ディスクを備え、その磁気ディスクの外周面に対向するように２つの磁気センサーを配することにより、２相の情報を得ることが可能な磁気式エンコーダ構造において、円形状磁気ディスクが、個々に着磁されて組み合わされた一対のクローポール（磁極歯)型磁石を略円筒形の磁性材コアの外周部に組み込んで配置した一体構造であることを特徴とした磁気エンコーダとしている。

請求項２記載の発明では、前記磁気エンコーダにおいて、クローポール型磁石はラジアル方向に単極対着磁されていることを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダとしている。

請求項３記載の発明では、前記磁気エンコーダにおいて、組み合わされる一対のクローポール型磁石の一方の外周面がＮ極となるように、またもう一方の外周面はＳ極となるように着磁されていることを特徴とする請求項１乃至２記載の磁気エンコーダとしている。

請求項４記載の発明では、前記磁気エンコーダにおいて、円形状磁気ディスクのクローポール型磁石が希土類ボンド磁石であることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気エンコーダとしている。

本発明の磁気エンコーダでは、請求項１に示すように、前記円形状磁気ディスクが前記クローポール型磁石から構成されることにより、外周面の磁極幅を、歯幅の機械的精度にて制御可能となり、磁極幅の高精度化、及びバラツキの低減が可能となる。更に、前記磁性材コアがバックヨークとなり、発生する磁束を効果的に利用することが可能となる。

本発明の磁気エンコーダでは、請求項２に示すように、ホールＩＣ等の磁気センサーを、前記円形状磁気ディスクの外周部に非接触にて配置するため、前記クローポール型磁石をラジアル方向に着磁する必要がある。また、内外径単極対着磁のため、着磁ヨーク構造が簡易となり、十分なコイルスペースが確保できるため、磁極幅が０．７ｍｍ〜１ｍｍ未満であっても、飽和着磁が可能となる。

本発明の磁気エンコーダでは、請求項３に示すように、組み合わされる一対のクローポール型磁石の外周面が、それぞれＮ極、Ｓ極と着磁されているため、円形状磁気ディスクの外周面にＮ極とＳ極を交互に形成できる。

本発明の磁気エンコーダでは、請求項４に示すように、クローポール型磁石に、フェライト磁石より保磁力の高い希土類ボンド磁石を用いることにより、熱や外部磁界等による減磁を抑制でき、信頼性の高い円形状磁気ディスクを構成することが可能となる。

以上より、本発明の磁気エンコーダでは、円形状磁気ディスクの磁極幅が、組み合わされるクローポール型磁石の歯の幾何学的形状にて決定するため、その磁極幅のバラツキを著しく低減でき、エンコーダ信号のデューティーの安定化が図れる。

また、その着磁方法、すなわち内外径単極対着磁により、発生磁束密度の向上と磁極毎の発生磁束密度のバラツキの抑制が可能である。

図５は本発明の磁気エンコーダの実施の形態である。円形状磁気ディスク２０は、クローポール（磁極歯)型磁石１８、１９と、磁気ディスク用磁性材コア１７から構成される。前記クローポール型磁石１８、１９は希土類ボンド磁石で形成され、一方のクローポール型磁石１８の外周面をＮ極、内周面をＳ極となるようにラジアル方向着磁を行い、もう一方のクローポール型磁石１９は、外周面をＳ極、内周面をＮ極となるようにラジアル方向着磁を行う。

そして、図６に示すように、前記磁気ディスク用磁性材コア１７の外周面に前記クローポール型磁石１８、１９を組み合わせる。この前記円形状磁気ディスク２０は一対のクローポール型磁石１８、１９が互いに逆極となるように着磁されているため、組み合わされた前記円形状磁気ディスク２０の外周面にＮ極とＳ極とが交互に形成される。

本発明においては、このクローポール型磁石１８、１９は射出成形等により容易に形成でき、図７に示すような着磁ヨーク２１を用いてラジアル方向の着磁を行うことができる。前記着磁ヨーク２１は、図示のとおり、略円柱体であるが、内部に溝２２を有し、断面図では略Ｅ字型をしており、巻芯となる中央柱部にコイル２３を巻回する構造となっている。これにより、前記溝２２の容積を大きくすれば、巻回する前記コイル２３の線径を大きくすることができ、且つ、その巻回数も多くすることができるため、飽和着磁に必要な発生磁界を十分に得ることができる。

この前記着磁ヨーク２１の溝上部２４にクローポール型磁石１８、または１９のそれぞれを挿入することで、内外径単極対着磁が可能となる。このとき、図７（ｂ）のように、クローポール型磁石１８を前記着磁ヨーク２１に挿入し、コイル２３に矢印２５の方向にパルス電流を流すことにより、矢印２６の方向に磁路が形成され、クローポール型磁石１８の外周面がＮ極となり、内周面がＳ極となるように着磁される。また、クローポール型磁石１９ではコイル２３に矢印２５とは逆方向にパルス電流を流すことにより、磁路も逆方向に形成され、クローポール型磁石１９の外周面がＳ極となり、内周面がＮ極となるように着磁される（図示せず）。

前記クローポール型磁石１８、または、１９は、着磁ヨーク２１を用いて内外径単極対着磁を施す際に、コイル２３に流すパルス電流の向きを変えることにより、外周面が互いに逆極となるように選択して着磁することが可能である。

このように、互いに対向する着磁方向で着磁された前記クローポール型磁石１８と１９を組み合わせることにより、円形状磁気ディスク２０の外周面にＮ極とＳ極を交互に高精度に形成できる。

このように、前記磁気ディスク用磁性材コア１７と前記クローポール型磁石１８、１９を組み合わせ、前記円形状磁気ディスク２０を構成することにより、磁極幅を前記クローポール型磁石１８と１９の歯幅の機械的精度に依存した精密な設定が可能となる。

本発明は、磁気エンコーダにおいて、円周方向にＮ極、Ｓ極が一定のピッチでラジアル方向着磁された円形状磁気ディスクに、クローポール型磁気ディスク構造を採用することによって、発生磁束密度が十分で、そのバラツキが減少され、また磁極幅のバラツキも低減できる磁気ディスクを構成することが可能となる。これにより、小型で、且つ高精度な磁気エンコーダを有する小型モータ等に利用可能である。

従来の磁気式エンコーダの構造の一例である。第一の従来の着磁方法を示す模式図である。第二の従来の着磁方法を示す模式図である。第三の従来の着磁方法を示す模式図である。本発明の円形状磁気ディスクの分解斜視図である。本発明の円形状磁気ディスクの合体斜視図である。（ａ）本発明における着磁ヨークの斜視図である。（ｂ）図７（ａ）Ａ−Ａ断面図である。

符号の説明

１モータ
２シャフト
３，６円盤状磁気ディスク
４磁気センサー
５鉄芯
７，２１着磁ヨーク
８，１３，１５，２３コイル
９着磁ヨーク用磁性材コア
１２、１４円環状磁気ディスク
１６ａ，１６ｂヘッド
１７磁気ディスク用磁性材コア
１８，１９クローポール型磁石
２０円形状磁気ディスク
２２溝
２４溝上部
１０，２５電流の向き
１１，２６磁路の向き

Claims

円形状磁気ディスクを備え、その磁気ディスクの外周面に対向するように２つの磁気センサーを配することにより、２相の情報を得ることが可能な磁気式エンコーダ構造において、
円形状磁気ディスクが、個々に着磁されて組み合わされた一対のクローポール型磁石を略円筒形の磁性材コアの外周部に組み込んで配置した一体構造であることを特徴とした磁気エンコーダ。
前記磁気エンコーダにおいて、
クローポール型磁石はラジアル方向に単極対着磁されていることを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダ。
前記磁気エンコーダにおいて、
組み合わされる一対のクローポール型磁石の一方の外周面はＮ極となるように、またもう一方の外周面はＳ極となるように着磁されていることを特徴とする請求項１乃至２記載の磁気エンコーダ。
前記磁気エンコーダにおいて、
円形状磁気ディスクのクローポール型磁石が希土類ボンド磁石であることを特徴とする請求項１乃至３記載の磁気エンコーダ。