JP2007059463A - センサ用マグネットの着磁方法及びセンサ用マグネット - Google Patents

Abstract

【課題】着磁面への磁束の流れに乱れが生じず、正確な着磁を行うことができるセンサ用マグネットの着磁方法を提供する。
【解決手段】リング状のセンサ用マグネットを着磁ヨークによりラジアル方向に多極着磁するに際し、着磁対象外となる前記マグネットの上下の端面を非磁性材料から成る保持部材で両端から挟んだ状態で着磁する。その結果、着磁を意図しない面への着磁が表裏（上下の端面）で同一条件となり、正確な着磁を行うことができると共に、マグネット使用時の磁束の乱れをなくすことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転体の角度，速度等を高精度で検出する磁気センサの構成要素として適用されるセンサ用マグネットの着磁方法及びセンサ用マグネットに関するものである。

一般に、回転体の角度または速度を知る方法として、多極に着磁したマグネット（例えば、環状の磁性体の内周面あるいは外周面に着磁した磁石）を回転体に取り付け、外部に磁束密度検出素子を固定配置して、マグネットとその極性または磁束密度あるいは両方を観測して検出することが行われている。

公知の実施例としては、回転体に多極着磁されたマグネットを取り付け、磁束密度を測定する素子（例えば、ホール素子）をマグネットの近傍に配置する構造がある。また、マグネットの使用時に、磁束密度を検出する素子との空間ギャップが広くても検出が可能なように、被着磁マグネット（磁石の素材）を着磁する際に、マグネットにバックヨーク(back yoke)を取り付けて、磁束密度検出素子を通過する磁束密度を向上させる方法が採られている（例えば特許文献１、２参照）。
特開平１１−２８８８１３号公報 特開２００５−２６３８５号公報

ところで、回転体の角度や速度を高精度または高分解能で検出しようとした場合に、マグネットの着磁をより多極化する必要があるが、多極化すると磁極数が少ない場合に比べて着磁精度に対する要求が厳しくなる。

例えば、環状マグネットの内周面への着磁には、図５のような構造の着磁ヨークが用いられる（例えば特許文献１参照）。図５に示される着磁ヨークの本体１２には、着磁する磁極数分のコイルが巻かれており、着磁する際にはコイルに任意の電流を流して磁極部２ａから磁界を発生させることで、被着磁マグネット１１に着磁させる。また、着磁ヨーク本体２の下部には、着磁時の磁束の流れに影響を与えないように非磁性材料（例えば、非磁性ステンレス材ＳＵＳ３０４など）から成る台座１３が設けられている。さらに、着磁強度を強めるために被着磁マグネット１１の外周を覆うような強磁性材料によるバックヨーク１４を被せることがある。

こういった着磁ヨークにより、理想的には図６中の矢印ＦＬに示すように、着磁ヨーク本体２からの磁束は、Ｎ極から隣接するＳ極に向かって流れる。

しかしながら、実際に図５のような着磁ヨークを用いて着磁を行うと、図７中の矢印ＦＬａに示すように、磁束は本来着磁を意図していないマグネット端面１１ａにも流れ、マグネット端面１１ａも着磁されることがある。

また、図８のように、着磁後のマグネット１１Ａをバックヨーク１５に取り付けて使用した場合に、意図しない面１１ａ（例えば、環状マグネットの端面）への着磁が、検出対象面の着磁パターンの磁束に影響を与え、結果として磁束密度検出素子１６の出力精度に悪影響を与えることがある。特に、マグネット１１Ａと磁束密度検出素子１６との距離が離れた場合にこの影響が顕著に現れる。

具体的には、被着磁マグネットの全周にＮ極とＳ極を交互かつ均一面積に着磁しても、バックヨークを取り付けて磁束密度検出素子によって磁極を検出すると、検出対象面以外の部分（意図しない着磁部分）からの漏れ磁束（図８中の磁束ＦＬｂ）の影響により、Ｎ極とＳ極の比（以下、デューティ比）が等しくないといった現象が発生する。

この影響は、例えば１つの環状マグネットに対して複数の磁束密度検出素子を配置して２相以上の位相差出力を得ようとした場合に、所望の位相差（例えば、磁束密度検出素子が２個の場合は９０度の位相差、３個の場合は１２０度の位相差など）から、実際に得られる位相差が大きくずれる、または相順が逆転するなどの不具合を生じることなどに現れる。

本発明は上述のような問題に鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、センサ用マグネットの着磁時に着磁ヨークから着磁面への磁束の流れに乱れが生じず、正確な着磁を行うことができるセンサ用マグネットの着磁方法及びその方法で着磁したセンサ用マグネットを提供することにある。

本発明は、磁気センサの構成要素として適用されるセンサ用マグネットの着磁方法及びセンサ用マグネットに関するものであり、本発明の上記目的は、センサ用マグネットの着磁方法に関しては、リング状のセンサ用マグネットを着磁ヨークによりラジアル方向に多極着磁するに際し、着磁対象外となる前記マグネットの上下の端面を非磁性材料から成る保持部材で両端から挟んだ状態で着磁することによって達成される。

さらに、本発明の上記目的は、前記保持部材の保持面は、前記マグネットの着磁対象外の全領域を覆う形状で形成されていること、前記保持部材は、前記マグネットを載置する台座と、前記台座に載置された前記マグネットの上端面を密接状態で保持するリング状部材とから構成されており、前記リング状部材が、前記台座と同一の磁気特性を有する部材で形成されて成ること、前記マグネットを複数個積層し、そのマグネット群の積層方向上端面と下端面とを前記保持部材で挟んだ状態で前記マグネット群を同時に着磁すること、前記保持部材を前記着磁ヨークの本体とバックヨークとの間に配置して前記着磁を行うこと、前記非磁性材料から成る保持部材の代わりに、前記着磁ヨークの磁極からの前記着磁対象外の面への磁束の流れを遮断する被覆層で覆われた保持部材を用いて着磁すること、前記被覆層の部材は、高透磁率を有する材質から成ること、によってそれぞれ一層効果的に達成される。

また、センサ用マグネットに関しては、本発明の上記目的は、前記着磁方法により上下の端面が同一の着磁状態に着磁され、且つ内周面又は外周面が多極着磁されて成ることによって達成される。

本発明によれば、被着磁マグネットの着磁対象外の面を非磁性材料で覆った状態で着磁がされるので、着磁ヨークから着磁面への磁束の流れに乱れが生じず、正確な着磁を行うことが可能となる。

詳しくは、被着磁マグネットの上下の端面（センサの検出対象外の面）を、非磁性材料から成る保持部材（あるいは磁束の流れを遮断する被覆層で覆われた保持部材）で両端から挟んだ状態で着磁することで、着磁を意図しない面への着磁を表裏（上下の端面）で同一条件とするようにしているので、マグネットの着磁状態が表裏同じになり、使用時にマグネットをバックヨークに取り付けて使用しても磁束の流れに乱れが生じず、磁束密度検出素子にて正確なデューティ比出力や位相差を得ることが可能となる。

また、バックヨークを使用することができるので、この効果によりマグネットへの着磁強度をバックヨーク不使用時に比べて低くすることが可能となる。これは、例えば１つの環状マグネットに対して複数の磁束密度検出素子を配置して２相以上の位相差出力を得ようとした場合に極めて有用となる。

本発明に係るマグネットの着磁方法は、回転体の角度または速度を検出することを目的としてラジアル方向に多極に着磁したリング状のマグネット（以下、環状マグネットと呼ぶ）のように、特に高い着磁精度及び検出精度が要求されるマグネットの着磁方法として好適に適用される。本発明では、被着磁マグネットの非検出面（センサの検出対象外の面）を非磁性体や軟磁性体などで覆った状態で検出対象面を着磁する方法を採ることで、着磁を意図しない非検出面（例えば環状マグネットの両端面）の着磁状態を同一にするようにしている。なお、被着磁マグネットの非検出面を覆う領域は、少なくとも対向する非検出面の全領域であり、対向する面以外にも非検出面がある場合は、その領域も含めて覆う形態とするのが好ましい。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態では、環状マグネットの内周面又は外周面の全領域を着磁対象とし、環状マグネットの上下の端面を着磁対象外として着磁する場合を例として説明する。
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。ここでは、環状マグネットの内周面に着磁する場合について説明する。

図１及び図２は、本発明に係る着磁ヨークの構成の一例を示す展開斜視図及び断面構造図で示している。図１に示すように、着磁ヨークは、例えば、磁性材料から成る着磁ヨーク本体２と、着磁ヨーク本体２を内周面側に嵌入し磁極部２ａを突設させて支持すると共に、被着磁マグネット１を載置する環状の載置面を有する着磁ヨーク台座３と、その台座に載置された被着磁マグネット１の上端面に配置されるリング状部材４（以下、非磁性リングと呼ぶ）と、バックヨーク５（付加的構成要素）とから構成される。

非磁性リング４は、非磁性材料から成る着磁ヨーク台座３と同等の磁気特性を有する部材、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０３、パーマロイやアルミ合金などの非磁性材料若しくは軟磁性材料で、好ましくは着磁ヨーク台座３と同一の非磁性材料から成り、被着磁マグネット１の端面の全領域（非検出面）を覆う形状で形成されている。

本実施の形態では、この非磁性リング４と着磁ヨーク台座３とが、被着磁マグネット１の非検出面を覆って着磁ヨークの所定位置に保持する保持部材（挟持部材）として使用される。

このような構成において、被着磁マグネット１を着磁ヨークによりラジアル方向に多極着磁するに際し、本発明では、図２に示すように、被着磁マグネット１の上下の端面を保持部材（本例では、着磁ヨーク台座３と非磁性リング４）とで両端から挟んだ状態で着磁する。言い換えると、センサ用マグネットの非検出面の全領域を非磁性体から成る保持部材の保持面で覆った状態で着磁することで、被着磁マグネット１の両端面の磁気回路条件を等価にさせるようにしている。

すなわち、図１及び図２のように被着磁マグネット１を、非磁性ヨーク台座３と磁気特性において同等の材質の非磁性リング４により挟み込むことにより、被着磁マグネット１の端面への着磁条件を表裏（上下）の面で同一にする。これにより、両端面の着磁状態も同一となる。

従って、着磁されたマグネット１を図８のようなＬ字断面形状のバックヨーク１５に装着して使用した場合でも、マグネット内周面の磁束に与える影響が少なく、結果として、マグネット近傍に置かれた磁束密度検出素子で得られる磁束パターンも着磁パターンに従ったものとなる。

なお、図１及び図２に示したように、バックヨーク５を使用して、被着磁マグネット１を両端から挟み込む保持部材３、４を、着磁ヨーク本体２とバックヨーク５との間に配置して着磁を行うことで、着磁強度を強めることができる。

ここで、本発明の着磁方法で着磁した場合のマグネットの着磁精度について説明する。

図１のような着磁ヨークで２個のマグネットを重ねて着磁する場合に、非磁性リング４を使用しない場合と使用した場合について、その磁束密度の変化の実測結果を図３、図４に示す。なお、図３、図４の例では、マグネットと磁束密度検出素子の距離を０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．６ｍｍに設定し、距離、パルス数（着磁ヨークに供給するパルス状電流のパルス数）、及び着磁精度（Ｎ極−Ｓ極のデューティ比）の相関関係を図示している。

図１及び図２の構成例において非磁性リング４を使用しない場合は、図３に示すように、２個のマグネットの上側マグネットは、磁束密度検出素子の距離が離れるにしたがって、検出されるＮ極−Ｓ極のデューティ比は悪化する傾向にある。

これに対して、本発明のように非磁性リング４を使用した場合には、図４のように磁束密度検出素子の距離が離れても検出されるＮ極−Ｓ極のデューティ比の悪化度合いが小さい。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、複数個のマグネットを同時に着磁する形態であり、その着磁方法を実現するためのハードウェア構成は、第１の実施形態で説明したものが適用することができる。ここでは、図１に示した着磁ヨークの構成例を参照して、第２の実施形態におけるセンサ用マグネットの着磁方法について説明する。

前述の第１の実施形態では、着磁ヨークにより１個のマグネットを着磁する場合を例として説明したが、着磁を実施する際には、前述の実測結果で例示したように、同時に複数個のマグネットを重ねて同時に着磁を行う形態としても良い。例えば、複数個の被着磁マグネット１の内周面を同時に着磁する場合は、図１に示した着磁ヨークにおいて、円柱状の着磁ヨーク本体２の外周側に被着磁マグネット１を嵌入して、着磁ヨーク台座３の環状の載置面上に複数個の被着磁マグネット１を積層し、そのマグネット群の積層方向上端面と下端面とを、非磁性材料から成る保持部材（本例では、図１中の非磁性リング４と着磁ヨーク台座３）で挟んだ状態とする。そして、その状態で複数個の被着磁マグネット１を同時に着磁する。
（第３の実施形態）
前述の第１の実施形態では、マグネットの内周面を着磁対象として着磁する場合を例として説明したが、本発明の着磁方法は、環状マグネットの内周面着磁に限らず、環状マグネットの外周面着磁に実施する場合にも適用することができる。

外周面着磁の場合は、図１及び図２において、着磁ヨーク本体２とバックヨーク５との位置関係を逆にしたような構成となる。すなわち、着磁ヨーク台座３は、筒状の着磁ヨーク本体２を外周面側に嵌入し磁極部２ａを突設させて支持する構成となり、被着磁マグネット１は、着磁ヨーク本体２の内周面側に位置する着磁ヨーク台座３に載置される。被着磁マグネット１の着磁方法は内周面着磁と同様であり、被着磁マグネット１の上下の端面を着磁ヨーク台座３と非磁性リング４とで挟んだ状態で、１個又は複数個の被着磁マグネット１の外周面を着磁する。

なお、外周面が着磁された１個又は複数個のマグネットは、例えば、転がり軸受の回転部分（外輪、内輪、及び転動体を回転自在に保持した保持器を有する転がり軸受の回転部分など）に取り付けられ、モータ等の回転体の角度，速度等を検出するセンサの構成要素として適用される。
（第４の実施形態）
上述した第１−第３の実施形態では、被着磁マグネット１を両端から挟んで保持する保持部材の構成について、非磁性体から成る着磁ヨーク台座３と非磁性リング４とで構成した場合を説明したが、非磁性材料から成る保持部材の代わりに、着磁ヨークの磁極からの着磁対象外の面への磁束の流れを遮断する被覆層で覆われた保持部材を用いる形態としても良い。

すなわち、着磁ヨークから、被着磁マグネットの端面への磁束の流れを遮断することで端面への着磁を防止して、マグネット表裏の着磁条件を同一としても良い。

被覆層の部材としては、例えば、パーマロイなどの高透磁率を有する材質（軟磁性材料）を用いて着磁ヨーク台座と上部に被せるリングを形成する形態としても良い。

本発明に係わるセンサ用マグネットの着磁方法及び着磁ヨークの構成の一例を示す展開斜視図である。 図１の着磁ヨークの構造及び非着磁マグネットの挟持形態を示す一部断面構造図である。 本発明に係わる非磁性リングを使用しない場合のマグネットの着磁精度を示す図である。 本発明に係わる非磁性リングを使用した場合のマグネットの着磁精度を示す図である。 従来の着磁方法及び着磁ヨークの構成の一例を示す展開斜視図である。 環状マグネットの内周面着磁を実施時の磁束の理想的な流れ、及び図５の着磁ヨークでのマグネット取り付け状態を上面側から示す模式図である。 従来の着磁方法による着磁時の磁束の流れ、図５の着磁ヨークの構造を示す断面構造図である。 バックヨークを用いた環状マグネットでの磁束密度検出素子への磁束の流れを示す模式図である。

符号の説明

１ 被着磁マグネット
２ 着磁ヨーク本体
２ａ 着磁ヨーク磁極部（ラミネーション）
３ 着磁ヨーク台座（第１の保持部材）
４ 非磁性リング（第２の保持部材）
５ バックヨーク

Claims (9)

1. リング状のセンサ用マグネットを着磁ヨークによりラジアル方向に多極着磁するに際し、着磁対象外となる前記マグネットの上下の端面を非磁性材料から成る保持部材で両端から挟んだ状態で着磁することを特徴とするセンサ用マグネットの着磁方法。
2. 前記保持部材の保持面は、前記マグネットの着磁対象外の全領域を覆う形状で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
3. 前記保持部材は、前記マグネットを載置する台座と、前記台座に載置された前記マグネットの上端面を密接状態で保持するリング状部材とから構成されており、前記リング状部材が、前記台座と同一の磁気特性を有する部材で形成されて成ることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
4. 前記マグネットを複数個積層し、そのマグネット群の積層方向上端面と下端面とを前記保持部材で挟んだ状態で前記マグネット群を同時に着磁することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
5. 前記保持部材を前記着磁ヨークの本体とバックヨークとの間に配置して前記着磁を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
6. 前記非磁性材料から成る保持部材の代わりに、前記着磁ヨークの磁極からの前記着磁対象外の面への磁束の流れを遮断する被覆層で覆われた保持部材を用いて着磁することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
7. 前記被覆層の部材は、高透磁率を有する材質から成ることを特徴とする請求項６に記載のセンサ用マグネットの着磁方法。
8. 請求項１乃至７のいずれか記載の着磁方法により上下の端面が同一の着磁状態に着磁され、且つ内周面が多極着磁されて成ることを徴とするリング状のセンサ用マグネット。
9. 請求項１乃至７のいずれか記載の着磁方法により上下の端面が同一の着磁状態に着磁され、且つ外周面が多極着磁されて成ることを特徴とするリング状のセンサ用マグネット。

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