JP2006030091A

JP2006030091A - 磁気エンコーダ

Info

Publication number: JP2006030091A
Application number: JP2004212245A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Sugiyama; 靖杉山; Hiroyuki Nikamoto; 博之二家本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2024-07-20
Also published as: JP4506325B2

Abstract

【課題】部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別可能な磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】磁界を検出する検出手段２に対して回転し、一対の磁極の幅狭ピッチ３，４と一対の磁極の幅広ピッチ５，６とが連続した着磁パターンを少なくとも２つ繰り返したトラック７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車、家電製品等に備わる回転部材の回転を検出する検出装置に用いられる磁気エンコーダに関する。

磁気エンコーダは、例えば自動車の車輪転の回転速度の検出に用いられているものがある。図５に磁気エンコーダの従来例を示す。図５において、基準点となる信号出力部１０１があり、信号出力部１０１は通常幅の２倍の幅を有する幅広部分である。信号出力部１０１以外には複数の通常幅の領域が形成されており、この部分が基準点からの回転方向の位置、回転角を示している。また、特許文献１のようなものもある。特許文献１では、基準点の信号出力部が凸状に突出しており、他の部分は所定の磁極パターンが連続し、この磁極パターン部分が基準点からの回転方向の位置、回転角を示している。

このような磁気エンコーダでは、磁場を一つのセンサで検出している。このため、センサから出力される信号は回転に伴うパルスのみであるため、回転速度は検出できるが、正転又は逆転の回転方向の判別はできない。

磁場を検出するセンサを２つにすれば、出力される２信号によって正転、逆転の判別は可能であるが、部品点数が増加しコストアップとなってしまう。
特開平７−７４０２０号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別可能な磁気エンコーダを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
磁界を検出する検出手段に対して回転し、
一対の磁極の幅狭ピッチと一対の磁極の幅広ピッチとが連続した着磁パターンを少なくとも２つ繰り返したトラックを有することを特徴とする磁気エンコーダである。

これによると、１つのトラックと１つの検出手段で、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。

前記検出手段により、回転開始時の磁極を特定し、かつ、回転開始後のトラックの磁極が反転する際の磁界の変化の数を５つ計数した際の前記磁界の変化間の間隔時間を測定し、
この測定結果に基づいて、前記磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間とを比較し、かつ、前記磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間とを比較し、
回転の正逆を判別することが好適である。

これによると、回転開始時の磁極、磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間との比較結果、磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間との比較結果の３つのパラメータによって、１つのトラックと１つの検出手段で、正転又は逆転の
回転方向の判別ができる。

回転開始時の磁極と、前記磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間との比較結果と、前記磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間との比較結果と、をパラメータとして回転の正逆を判別できる判別式を用いて、回転の正逆を判別することが好適である。

これによると、回転開始時の磁極、磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間との比較結果、磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間との比較結果の３つのパラメータを予め正転又は逆転の回転方向と対応させた判別式によって、正転又は逆転の回転方向の判別ができ、上記の３つのパラメータを導くための１つのトラックと１つの検出手段以外は他の部品を必要とせず、結果、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別することができる。

本発明によると、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別できる。

図１は、実施の形態に係る磁気エンコーダの一部斜視図である。実施の形態に係る磁気エンコーダ１は、磁界の強さを検出する１つの検出手段２に対して回転する１つの環状部材である。磁気エンコーダ１の大きさは取り付ける回転部材により適宜選択すればよい。

検出手段２は、磁気センサを用いている。磁気センサとは、磁気エネルギーを検出対象としたセンサであり、具体的には、電磁誘導作用を応用した磁気ヘッド、差動トランス、磁力を電気に変換する作用を利用したホール素子、ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）等が好適である。

磁気エンコーダ１は、一対の磁極の幅狭ピッチ３，４と一対の磁極の幅広ピッチ５，６とが連続した着磁パターンを４つ繰り返した１列のトラック７を有する。なお、一対の磁極の幅狭ピッチ３，４と一対の磁極の幅広ピッチ５，６とが連続した着磁パターンを繰り返す数は少なくとも２つ以上であればよく、本実施の形態の４つの繰り返しに拘泥されるわけではない。

トラック７は、磁気エンコーダ１の環状の外周面に全周にわたって配置されている。また、トラック７は、Ｓ極、Ｎ極である磁極が周上交互に並んでいる。

トラック７は、Ｎ極、Ｓ極の磁極の反転時の磁界変化をパルスとして、このパルス数を計数して回転速度の速度情報を割り出すものであるとともに、磁気エンコーダ１の正転又は逆転の回転方向を特定する情報を割り出すものである。トラック７は、図２に示すように０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°の各９０°間隔で、一対の磁極の幅狭ピッチ３，４及び一対の磁極の幅広ピッチ５，６を有し、それらが９０°ごとに繰り返されている。そして、９０°間隔の一対の磁極の幅狭ピッチ３，４及び一対の磁極の幅広ピッチ５，６のパターン幅に対して、Ｐ１をＮ極の幅狭ピッチ３、Ｐ２をＳ極の幅狭ピッチ４、Ｐ３をＮ極の幅広ピッチ５、Ｐ４をＳ極の幅広ピッチ６として定めると、Ｐ１＝Ｐ２＜Ｐ３＝Ｐ４となる関係式が成立する。

なお、Ｐ１〜Ｐ４の関係は本実施の形態での上記式に限定されるわけではなく、Ｐ１≒Ｐ２≪Ｐ３≒Ｐ４の関係式を満たしていれば良い。

そして、本実施の形態では、図１に示すように、磁気エンコーダ１の外周面の外方から、検出手段２により、トラック７の磁界を検出している。

検出手段２による検出結果をホールＩＣ等でパルスに変換したデジタルの出力信号を図３に示す。図３に示すように、Ｎ極をＨｉ、Ｓ極をＬｏとして、第１のトラック７の出力信号は、９０°間隔で周期的な波形を得ることができる。

この構成の磁気エンコーダ１では、回転開始時の磁極を特定し、かつ、回転開始後のトラック７の磁極が反転する際の磁界変化のパルス数を５つ計数したときにおける、磁極が反転する際の磁界変化パルス間の間隔時間を測定することで、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。

以下に本実施の形態の回転開始時における正転又は逆転の回転方向の判別についての方法を述べる。

まず、回転開始時の磁極を特定する。Ｎ極をＨｉ、Ｓ極をＬｏとしていることから、例えば図３に示した回転開始位置を示すＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄでは、ＡがＨｉ、ＢがＬｏ、ＣがＨｉ、ＤがＬｏと特定される。

なお、図３のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの点は、トラック７中のどこから回転開始されても、回転開始時の位置がＡ〜Ｄのいずれかに分類されるため、４つに特定したものである。すなわち、ＡはＮ極の幅狭ピッチ３からの回転開始位置、ＢはＳ極の幅狭ピッチ４からの回転開始位置、ＣはＮ極の幅広ピッチ５からの回転開始位置、ＤはＳ極の幅広ピッチ６からの回転開始位置を示す。

次に、回転開始後のトラック７の磁極が反転する際の磁界変化のパルスの１番目と２番目の間隔時間をｔ１、同じく２番目と３番目の間隔時間をｔ２、同じく３番目と４番目の間隔時間をｔ３、同じく４番目と５番目の間隔時間をｔ４として、磁界変化のパルス間の間隔時間を測定する。例えば、図３のＡ点から回転方向を正転として回転し始めた場合が、図３に示すｔ１〜ｔ４のようになる。ｔ１〜ｔ４は正転、逆転でもどちらでも同じように測定される。

そして、ｔ１〜ｔ４の測定結果に基づいて、ｔ１とｔ３の時間の長短を比較し、かつ、ｔ２とｔ４の時間の長短を比較する。比較結果は、両者の時間の長短がわかる不等式による関係が求まれば良い。比較結果の例としては、ｔ１＜ｔ３、ｔ２＞ｔ４等である。

このようにして、回転開始時のＨｉ又はＬｏの信号、ｔ１とｔ３の比較結果、ｔ２とｔ４の比較結果を３つのパラメータとして得る。

ここで、上記の回転開始時のＨｉ又はＬｏの信号、ｔ１とｔ３の比較結果、ｔ２とｔ４の比較結果の３つのパラメータは、Ａ〜Ｄの開始位置で正転又は逆転の回転方向に回転した際にそれぞれ異なる組み合わせになることが確認されている。図４が３つのパラメータとＡ〜Ｄの開始位置での正転又は逆転の回転方向との関係を示した表図である。

このため、上記の回転開始時のＨｉ又はＬｏの信号、ｔ１とｔ３の比較結果、ｔ２とｔ４の比較結果の３つのパラメータを予め有する図４のような判別式を用意し、上記３つのパラメータを求めると、図４の判別式を参照して、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。

以上のように、３つのパラメータを求めさえすれば、３つのパラメータを予め正転又は
逆転の回転方向と対応させた判別式によって、正転又は逆転の回転方向の判別ができ、上記３つのパラメータを導くための１つのトラック７と１つの検出手段２以外は他の部品を必要とせず、結果、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別することができる。

なお、上記の方法は、磁気エンコーダ１の回転速度が一定の場合に十分成立するが、回転速度が変化する場合には少なくともＰ１、Ｐ３との間で速度変化があっても「Ｐ１の間隔時間＜Ｐ３の間隔時間」が成立するようＰ３＝αＰ１の係数αの大きさを適度に設定することで、上記と同様に正転又は逆転の回転方向を判別することができる。

実施の形態に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図。実施の形態に係る磁気エンコーダの着磁パターンを示す図。実施の形態に係る磁気エンコーダの出力信号を示す図。実施の形態に係る磁気エンコーダの回転開始時のＨｉ又はＬｏの信号、ｔ１とｔ３の比較結果、ｔ２とｔ４の比較結果の３つのパラメータと、Ａ〜Ｄの開始位置での正転又は逆転の回転方向と、の関係を示した図。従来技術の磁気エンコーダの一部を示す斜視図。

符号の説明

１磁気エンコーダ
２検出手段
３Ｎ極の幅狭ピッチ
４Ｓ極の幅狭ピッチ
５Ｎ極の幅広ピッチ
６Ｓ極の幅広ピッチ
７トラック

Claims

磁界を検出する検出手段に対して回転し、
一対の磁極の幅狭ピッチと一対の磁極の幅広ピッチとが連続した着磁パターンを少なくとも２つ繰り返したトラックを有することを特徴とする磁気エンコーダ。
前記検出手段により、回転開始時の磁極を特定し、かつ、回転開始後のトラックの磁極が反転する際の磁界の変化の数を５つ計数した際の前記磁界の変化間の間隔時間を測定し、
この測定結果に基づいて、前記磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間とを比較し、かつ、前記磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間とを比較し、
回転の正逆を判別することを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
回転開始時の磁極と、前記磁界の変化間の第１番目の間隔時間と第３番目の間隔時間との比較結果と、前記磁界の変化間の第２番目の間隔時間と第４番目の間隔時間との比較結果と、をパラメータとして回転の正逆を判別できる判別式を用いて、回転の正逆を判別することを特徴とする請求項２に記載の磁気エンコーダ。