JP2006158059A - 磁気エンコーダおよびこれを備えたモータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ＡＣサーボモータに搭載される磁気エンコーダにおいて、モータのマグネットより発生する漏れ磁束がシャフトを介してエンコーダ部に放射されることにないようにした安価で高精度な磁気エンコーダを提供する。
【解決手段】センサマグネット１を保持するセンサマグネット保持部６と、センサマグネット保持部６を中心にした同心円筒状のバックヨーク２と、モータ５のマグネット５３より漏出する磁束（２）がセンサマグネット１側に漏洩するのを遮蔽する同心円板状の磁気シールド部２１とを備えた磁気エンコーダにおいて、磁気シールド部２１の円板をバックヨーク部２２の円筒内部に同心状に一体形成した。
【選択図】 図４
【解決手段】センサマグネット１を保持するセンサマグネット保持部６と、センサマグネット保持部６を中心にした同心円筒状のバックヨーク２と、モータ５のマグネット５３より漏出する磁束（２）がセンサマグネット１側に漏洩するのを遮蔽する同心円板状の磁気シールド部２１とを備えた磁気エンコーダにおいて、磁気シールド部２１の円板をバックヨーク部２２の円筒内部に同心状に一体形成した。
【選択図】 図４
Description
本発明は、回転体の回転位置を検出する磁気エンコーダに関するもので、特に、サーボモータのシャフトの回転位置を検出する磁気エンコーダおよびこれを備えたモータに関する。
従来の磁気エンコーダは、モータシャフトより漏出する磁束による影響を低減するために、モータのブラケット面に磁気シールドプレートを設置している。
また、磁気シールドをブラケットやバックヨークと一体成型しているものもある（特許文献１参照）。
特開平９−３０８１７１号公報
また、磁気シールドをブラケットやバックヨークと一体成型しているものもある（特許文献１参照）。
図５は従来の磁気エンコーダをモータに搭載した場合の横断面図である（なお、磁界センサ側は図示を省略している）。
図において、１はセンサマグネット、２はバックヨーク、４はモータシャフト、６はセンサマグネット１取り付け用のハブである。５０代はモータ固定子側の部品で、５１はフレーム、５２は電磁部、５３はマグネット、５４はブラケット、５５はシールドプレート、５６はベアリングである。
図から判るように、固定子側にベアリング５６を介して回転自在に保持されたシャフト４の表面にはマグネット５３が接着固定されており、シャフト４の先端部はバックヨーク２の内部にまで達している。ブラケット５４のマグネット対向面には、磁気シールドとなるシールドプレート５５がインサート成型またはネジ等の固定手段を用いて固定されており、図６に示すように漏れ磁束対策を行なっている。
図において、１はセンサマグネット、２はバックヨーク、４はモータシャフト、６はセンサマグネット１取り付け用のハブである。５０代はモータ固定子側の部品で、５１はフレーム、５２は電磁部、５３はマグネット、５４はブラケット、５５はシールドプレート、５６はベアリングである。
図から判るように、固定子側にベアリング５６を介して回転自在に保持されたシャフト４の表面にはマグネット５３が接着固定されており、シャフト４の先端部はバックヨーク２の内部にまで達している。ブラケット５４のマグネット対向面には、磁気シールドとなるシールドプレート５５がインサート成型またはネジ等の固定手段を用いて固定されており、図６に示すように漏れ磁束対策を行なっている。
図６は従来の磁気エンコーダにおける漏れ磁束の流れを図示している。
なお、マグネット５３の主磁束は電磁部５２へと流れるので省略している。
一方、マグネット５３の漏れ磁束は、マグネット及びシャフトの角部より直接シールドプレート５５へと放射される磁束（１）と、マグネット内部を通過してシャフト４の先端へ進みそこからエンコーダ部のバックヨーク内部へとへと放射される磁束（２）とが生じる。磁束（１）の方はシールドプレート５５で遮蔽されるので問題ないが、磁束（２）はエンコーダ部を通過するので、漏れ磁束の影響を受けてしまって、正確な回転位置検出に支障を来すことがあった。
また、特許文献１に記載されている磁気式エンコーダ付きモータは、磁気シールドプレートを省略できるため部品点数の低減、コストダウン、効果的磁気遮蔽の点で一定の成果がみられるものの、図６で説明した磁束（２）はこの場合にも発生し、依然としてエンコーダ部を通過するので、漏れ磁束の影響を受けてしまって、正確な回転位置検出に支障を来すことがあった。
なお、マグネット５３の主磁束は電磁部５２へと流れるので省略している。
一方、マグネット５３の漏れ磁束は、マグネット及びシャフトの角部より直接シールドプレート５５へと放射される磁束（１）と、マグネット内部を通過してシャフト４の先端へ進みそこからエンコーダ部のバックヨーク内部へとへと放射される磁束（２）とが生じる。磁束（１）の方はシールドプレート５５で遮蔽されるので問題ないが、磁束（２）はエンコーダ部を通過するので、漏れ磁束の影響を受けてしまって、正確な回転位置検出に支障を来すことがあった。
また、特許文献１に記載されている磁気式エンコーダ付きモータは、磁気シールドプレートを省略できるため部品点数の低減、コストダウン、効果的磁気遮蔽の点で一定の成果がみられるものの、図６で説明した磁束（２）はこの場合にも発生し、依然としてエンコーダ部を通過するので、漏れ磁束の影響を受けてしまって、正確な回転位置検出に支障を来すことがあった。
このように、従来の磁気エンコーダは、シャフトからの漏れ磁束を遮蔽する効果が弱かったので、磁気エンコーダはシャフトを介してバックヨーク内部に漏出する漏れ磁束の影響を受けてしまい、磁気センサによる検出精度が低下してしまうという問題があった。
また、シャフトを非磁性体であるステンレス材等に変更して磁束が通過しないようにすることも考えたが、漏れ磁束の遮蔽効果は認められるものの高コストとなるというような問題があった。
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、磁気シールド効果が高く、しかも低コストで高精度を確保することができる磁気エンコーダを提供することを目的とする。
また、シャフトを非磁性体であるステンレス材等に変更して磁束が通過しないようにすることも考えたが、漏れ磁束の遮蔽効果は認められるものの高コストとなるというような問題があった。
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、磁気シールド効果が高く、しかも低コストで高精度を確保することができる磁気エンコーダを提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、センサマグネットを保持するセンサマグネット保持部と、該センサマグネット保持部を中心に取り囲み前記センサマグネットの磁束を安定化させる同心円筒状のバックヨーク部と、前記センサマグネットによって形成される磁界を検出する磁界検出素子と、を備えた磁気エンコーダであって、モータのマグネットより漏出する磁束が前記磁界検出素子側に漏洩するのを遮蔽する磁気シールド部を中空の円板状とし、該磁気シールド部円板を前記円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成したことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口したＨ形としたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口した凹形としたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気エンコーダにおいて、センサマグネットの固定側端部を中空円筒状に形成した保持部とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気エンコーダを搭載して成るモータであって、その際、前記センサマグネット保持部をモータシャフトの端部に固定し、前記同心円筒状のバックヨークをモータのブラケットに固定して成ることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口したＨ形としたことを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の磁気エンコーダにおいて、前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口した凹形としたことを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気エンコーダにおいて、センサマグネットの固定側端部を中空円筒状に形成した保持部とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気エンコーダを搭載して成るモータであって、その際、前記センサマグネット保持部をモータシャフトの端部に固定し、前記同心円筒状のバックヨークをモータのブラケットに固定して成ることを特徴としている。
請求項１記載の発明によると、同心円板状の磁気シールド部の同心円板を同心円筒状のバックヨークの同心円筒内に一体化したので、シャフトからの漏れ磁束のほとんどを同心円板状の磁気シールド部に向かわせることができるため、磁気シールド効果が高く、しかも低コストで高精度を確保することができる磁気エンコーダが得られる。
請求項２記載の発明によると、一体化されたバックヨークの側断面形状を中心の開口したＨ形としたので、バックヨークをブラケットへ固定することが容易となる。
請求項３記載の発明によると、一体化されたバックヨークの側断面形状を中心の開口した凹形としたので、バックヨークの形状を磁気シールド部より下面を削除した形状となり、モータブラケット面に位置決め用のインロー加工をしなくても良くなるため、加工コストの面で有利となる。
請求項４記載の発明によると、センサマグネットの固定側端部を中空円筒状に形成した保持部とすることで、センサマグネットの中空部を固定に利用することができ、部品点数および加工工程を減らすことができる。
請求項５記載の発明によると、センサマグネット保持部をモータシャフトの端部に固定し、前記同心円筒状のバックヨークをモータのブラケットに固定することで、磁気シールド効果が高くて低コストで高精度を確保することができる磁気エンコーダを搭載のモータが簡単に得られることとなる。
請求項２記載の発明によると、一体化されたバックヨークの側断面形状を中心の開口したＨ形としたので、バックヨークをブラケットへ固定することが容易となる。
請求項３記載の発明によると、一体化されたバックヨークの側断面形状を中心の開口した凹形としたので、バックヨークの形状を磁気シールド部より下面を削除した形状となり、モータブラケット面に位置決め用のインロー加工をしなくても良くなるため、加工コストの面で有利となる。
請求項４記載の発明によると、センサマグネットの固定側端部を中空円筒状に形成した保持部とすることで、センサマグネットの中空部を固定に利用することができ、部品点数および加工工程を減らすことができる。
請求項５記載の発明によると、センサマグネット保持部をモータシャフトの端部に固定し、前記同心円筒状のバックヨークをモータのブラケットに固定することで、磁気シールド効果が高くて低コストで高精度を確保することができる磁気エンコーダを搭載のモータが簡単に得られることとなる。
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、本発明に係る磁気エンコーダの概略構造を示す分解斜視図である。
図において、１０は本発明に係る磁気エンコーダで、大きく、センサマグネット１とバックヨーク２と磁界センサ３とから構成される。５はモータであり、固定子側のブラケット５４の開口部から回転子側のモータシャフト４が臨んでいる。
磁気エンコーダ１０のセンサマグネット１はモータシャフト４に、バックヨーク２はブラケット５４にそれぞれ固定される。バックヨーク２はその空間部中心にセンサマグネット１を配置されており、センサマグネット１によって形成される磁界を磁界センサ３が検出できるようにバックヨーク２の内部に磁界センサ３を挿入配置する構成となっている。なお、磁界センサ３は以下の図示では省略している。
図１は、本発明に係る磁気エンコーダの概略構造を示す分解斜視図である。
図において、１０は本発明に係る磁気エンコーダで、大きく、センサマグネット１とバックヨーク２と磁界センサ３とから構成される。５はモータであり、固定子側のブラケット５４の開口部から回転子側のモータシャフト４が臨んでいる。
磁気エンコーダ１０のセンサマグネット１はモータシャフト４に、バックヨーク２はブラケット５４にそれぞれ固定される。バックヨーク２はその空間部中心にセンサマグネット１を配置されており、センサマグネット１によって形成される磁界を磁界センサ３が検出できるようにバックヨーク２の内部に磁界センサ３を挿入配置する構成となっている。なお、磁界センサ３は以下の図示では省略している。
図２は本発明の磁気エンコーダをモータ５に搭載した場合の横断面図である。
図において、１はセンサマグネット、２はバックヨーク、４はモータシャフト、５はモータ、６はセンサマグネット１を取り付けるための取付用ハブである。
５１はフレーム、５２は電磁部、５３はマグネット、５４はブラケットである。
本発明が図５の従来技術と異なる部分は、従来技術では磁気シールド２１とバックヨーク２を別体にしていたのであるが、ここでは磁気シールド２１とバックヨーク２を一体化した点が特徴である。このように一体化することにより、より高い漏れ磁束対策効果と低コストとが得られる。
バックヨーク２の磁気シールド部分（図２の２１）は厚さｔであり、シャフト４の先端部は磁気シールドの厚さの中心（ｔ／２）までの配置となっている。この配置が漏れ磁束対策での効果が最も高く得られることが判った。
図において、１はセンサマグネット、２はバックヨーク、４はモータシャフト、５はモータ、６はセンサマグネット１を取り付けるための取付用ハブである。
５１はフレーム、５２は電磁部、５３はマグネット、５４はブラケットである。
本発明が図５の従来技術と異なる部分は、従来技術では磁気シールド２１とバックヨーク２を別体にしていたのであるが、ここでは磁気シールド２１とバックヨーク２を一体化した点が特徴である。このように一体化することにより、より高い漏れ磁束対策効果と低コストとが得られる。
バックヨーク２の磁気シールド部分（図２の２１）は厚さｔであり、シャフト４の先端部は磁気シールドの厚さの中心（ｔ／２）までの配置となっている。この配置が漏れ磁束対策での効果が最も高く得られることが判った。
図３は本発明に係る磁気エンコーダの磁気シールドを実現する部品図である。
図において、（ａ）はバックヨークの平面図、（ｂ）はその正面断面図である。そして、（ｃ）は（ｂ）のバックヨークの変形例である。
（ａ）および（ｂ）において、バックヨーク２は円板状の磁気シールド部２１と円筒状のバックヨーク部２２とから成り、しかも円板状の磁気シールド部２１の円板を円筒状バックヨーク２２の円筒内に同心一体的に形成し、バックヨーク２２の側断面形状を中心の開口したＨ形となるようにバックヨーク部２２の下端を磁気シールド部２１の形成面よりさらに下方へ延設する延設部２２ａを形成している。
これにより、後述するように磁気シールド効果が高くなり、しかもモータシャフトに非磁性体材料を使用しなくてよいので低コストとなり、バックヨークをブラケット５４へ固定することがバックヨーク部２２の下端の延設部２２ａをブラケットの段差部５４ａ（図２）に嵌合することで行なわれるので取付け及びセンタリング合わせが極めて容易となる。
（ｃ）の変形例において、バックヨーク２’は円板状の磁気シールド部２１と円筒状の磁気シールド部２１とから成り、しかも円板状の磁気シールド部２１の円板を円筒状バックヨーク２２の円筒内に同心一体的に形成し、バックヨーク２’の側断面形状を中心の開口した凹形となるように構成している。このように、バックヨーク部２２を磁気シールド部２２より下面を削除した形状としたので、モータブラケット５４に位置決め用の段差部５４ａの加工をしなくても良くなるため、加工コストの面で有利となる。ただし、バックヨーク２’をモータブラケット５４に正確に位置決めする機構を別途設ける必要がある。
図において、（ａ）はバックヨークの平面図、（ｂ）はその正面断面図である。そして、（ｃ）は（ｂ）のバックヨークの変形例である。
（ａ）および（ｂ）において、バックヨーク２は円板状の磁気シールド部２１と円筒状のバックヨーク部２２とから成り、しかも円板状の磁気シールド部２１の円板を円筒状バックヨーク２２の円筒内に同心一体的に形成し、バックヨーク２２の側断面形状を中心の開口したＨ形となるようにバックヨーク部２２の下端を磁気シールド部２１の形成面よりさらに下方へ延設する延設部２２ａを形成している。
これにより、後述するように磁気シールド効果が高くなり、しかもモータシャフトに非磁性体材料を使用しなくてよいので低コストとなり、バックヨークをブラケット５４へ固定することがバックヨーク部２２の下端の延設部２２ａをブラケットの段差部５４ａ（図２）に嵌合することで行なわれるので取付け及びセンタリング合わせが極めて容易となる。
（ｃ）の変形例において、バックヨーク２’は円板状の磁気シールド部２１と円筒状の磁気シールド部２１とから成り、しかも円板状の磁気シールド部２１の円板を円筒状バックヨーク２２の円筒内に同心一体的に形成し、バックヨーク２’の側断面形状を中心の開口した凹形となるように構成している。このように、バックヨーク部２２を磁気シールド部２２より下面を削除した形状としたので、モータブラケット５４に位置決め用の段差部５４ａの加工をしなくても良くなるため、加工コストの面で有利となる。ただし、バックヨーク２’をモータブラケット５４に正確に位置決めする機構を別途設ける必要がある。
図４は本発明に係る磁気エンコーダにおける漏れ磁束の流れを図示している。
図において、マグネットの主磁束は電磁部へと流れるので省略している。
また、磁束の帰路は図示されていないが、ロータの磁石が円周方向で分割着磁されているので紙面の手前（または背後）に進んだ後、漏れ磁束の逆経路を辿って戻ることとなる。
マグネットの漏れ磁束は、図から判るように、マグネット及びシャフトの角部よりエンコーダ部へと直接放射される磁束（１）と、マグネット内部からシャフトを通過してエンコーダ部へと放射される磁束（２）となる。
このように、本発明の構造では、磁束（１）および磁束（２）の双方の漏れ磁束をバックヨーク２２の磁気シールド部２１へ向かうようにしているので、エンコーダ部分側には殆ど漏れ磁束が侵入しない構成となっている。
また、バックヨークに十分な厚さを確保することで外部磁界の影響も吸収することが可能となる。
このように、漏れ磁束や外部磁界の影響を排除するような構成をしているので、磁気ノイズに強く、高精度であり、かつ安価な磁気エンコーダを実現することが出来ている。
図において、マグネットの主磁束は電磁部へと流れるので省略している。
また、磁束の帰路は図示されていないが、ロータの磁石が円周方向で分割着磁されているので紙面の手前（または背後）に進んだ後、漏れ磁束の逆経路を辿って戻ることとなる。
マグネットの漏れ磁束は、図から判るように、マグネット及びシャフトの角部よりエンコーダ部へと直接放射される磁束（１）と、マグネット内部からシャフトを通過してエンコーダ部へと放射される磁束（２）となる。
このように、本発明の構造では、磁束（１）および磁束（２）の双方の漏れ磁束をバックヨーク２２の磁気シールド部２１へ向かうようにしているので、エンコーダ部分側には殆ど漏れ磁束が侵入しない構成となっている。
また、バックヨークに十分な厚さを確保することで外部磁界の影響も吸収することが可能となる。
このように、漏れ磁束や外部磁界の影響を排除するような構成をしているので、磁気ノイズに強く、高精度であり、かつ安価な磁気エンコーダを実現することが出来ている。
また、以上の実施例では、センサマグネット１をハブ６を介してシャフト４に固定しておいたが、シャフト４の端面のシャフト径を小さくし、一方、センサマグネット１の下端部を中空円筒形状とすることで、センサマグネット１下端の中空円筒部をシャフトに嵌合させることにより固定することで、部品点数および加工工程を減らすことができる。
この時、センサマグネットは漏れ磁束によるセンサマグネット表面の磁界が乱れることのないように、漏れ磁束に対して十分に大きい磁束を持った材料を使用するのがよい。
この時、センサマグネットは漏れ磁束によるセンサマグネット表面の磁界が乱れることのないように、漏れ磁束に対して十分に大きい磁束を持った材料を使用するのがよい。
１ センサマグネット
２ バックヨーク
２１ 磁気シールド部
２２ バックヨーク部
３ 磁界センサ
４ モータシャフト
５ モータ
５１ フレーム
５２ 電磁部
５３ マグネット
５４ ブラケット
５５ シールドプレート
５６ ベアリング
６ ハブ
１０ 本発明に係る磁気エンコーダ
２ バックヨーク
２１ 磁気シールド部
２２ バックヨーク部
３ 磁界センサ
４ モータシャフト
５ モータ
５１ フレーム
５２ 電磁部
５３ マグネット
５４ ブラケット
５５ シールドプレート
５６ ベアリング
６ ハブ
１０ 本発明に係る磁気エンコーダ
Claims (5)
- センサマグネットを保持するセンサマグネット保持部と、該センサマグネット保持部を中心に取り囲み前記センサマグネットの磁束を安定化させる同心円筒状のバックヨーク部と、前記センサマグネットによって形成される磁界を検出する磁界検出素子と、を備えた磁気エンコーダであって、モータのマグネットより漏出する磁束が前記磁界検出素子側に漏洩するのを遮蔽する磁気シールド部を中空の円板状とし、該磁気シールド部円板を前記円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成したことを特徴とする磁気エンコーダ。
- 前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口したＨ形としたことを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダ。
- 前記磁気シールド部円板が円筒状バックヨークの円筒内部に同心状に一体形成されたバックヨークの側断面形状を中心の開口した凹形としたことを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダ。
- センサマグネットの固定側端部を中空円筒状に形成した保持部とすることで、前記センサマグネット保持部を省略したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の磁気エンコーダ。
- 請求項１〜４のいずれか１項記載の磁気エンコーダを搭載して成るモータであって、その際、前記センサマグネット保持部をモータシャフトの端部に固定し、前記同心円筒状のバックヨークをモータのブラケットに固定して成ることを特徴とする磁気エンコーダ付きモータ。
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