JP2008267868A - 回転検出装置および回転検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 この回転検出装置１は、同心のリング状に設けられてそれぞれ円周上に磁極が並ぶ着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを有し互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備える。前記各磁気センサ３Ａ，３Ｂは、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである。これら、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段６を設け、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段７を設ける。２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間には磁性体のスペーサ１３を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種の機器における回転角度検出、特に各種モータの回転制御のための回転角度検出などに用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受に関する。

この種の回転検出装置として、磁気パルスを発生する例えば周方向に磁極対を並べた磁気エンコーダなどのリング状の磁気パルス発生手段と、この磁気パルス発生手段に対してその周方向にほぼライン状に並べられ前記磁気パルスを検出する複数の磁気センサ素子とを備え、磁気センサ素子の出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１，２）。

また、他の回転検出装置として、互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界を検出する複数の磁気センサとを設け、磁気センサが検出する２つの磁気エンコーダの磁界信号の位相差に基づいて絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献３）。
特表２００１−５１８６０８号公報 特表２００２−５４１４８５号公報 特開２００２−２０６９４９号公報

しかし、上記した回転検出装置では、磁気エンコーダから高い分解能の絶対角度を検出することは難しい。
そこで、特許文献３に開示の回転検出装置において、磁気センサとして、特許文献１，２に開示の回転検出装置におけるように、磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するものを使用することで、高い分解能の絶対角度を検出することが考えられる。

しかし、このような構成とした回転検出装置において、複数の磁気センサと演算処理回路を同一半導体チップ上に集積する場合、２つの磁気エンコーダを隣接させて配置することで磁気センサの間隔を狭めようとすると、両方の磁気エンコーダの着磁列パターンの磁界が互いに干渉して、絶対角度検出の精度が低下してしまう。磁気センサの配置間隔を広くすれば上記問題を解決できるが、それでは半導体チップ面積が大きくなり、コストアップを招く。このような理由により、絶対角度を算出するための位相差が正確に求められず、検出される絶対角度の誤差が大きくなってしまう。

この発明の目的は、構造が簡単で、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられてそれぞれ円周上に磁極が並ぶ着磁列パターンを有し互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを設け、前記２つの磁気エンコーダの着磁列パターンの間に磁性体のスペーサを設けたことを特徴とする。
例えば磁極対が１２対の磁気エンコーダと１３対の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する２つの磁気センサの信号の間には、１回転に１磁極対分の位相ずれが発生する。このように生じる位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により１回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとしているので、高い分解能で絶対角度を検出することができる。また、構成も簡単なものとなる。
とくに、前記２つの磁気エンコーダの着磁列パターンの間に磁性体のスペーサを設けているので、対応する磁気センサの間隔を広げなくても、両磁気エンコーダの着磁列パターンの間での磁界の干渉を小さくすることができ、磁気エンコーダの精度を向上させることができる。これにより、上記磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度の検出をさらに精度良く行うことができる。また、磁気センサの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサを演算回路などと共に半導体チップ上に集積してセンサモジュールを構成する場合にも、製造コストを低減できる。その結果、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる。

この発明において、前記各磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成されたものであっても良い。
磁気センサをこのような構成とすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
この場合に、前記ラインセンサで構成された磁気センサは、sin およびcos の２相の出力信号を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。また、前記各磁気センサは、ラインセンサとする代わりに、互いに磁極ピッチ内で磁極並び方向にずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の２相の出力信号が得られるものであって、磁極内の位置を逓倍して検出するものであっても良い。

この発明において、前記２つの磁気センサ、位相差検出手段、および角度検出手段を、一つの半導体チップに集積しても良い。この構成の場合、部品点数の低減、磁気センサの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などの利点が得られ、小型で低コストの回転検出装置とすることができる。

この発明において、前記２つの磁気エンコーダは、それぞれ別に製造され、互いの間に前記磁性体のスペーサを介在させたものであっても良い。

この発明において、前記２つの磁気エンコーダは一体に製造され、それぞれの着磁列パターンの間に形成した溝に前記磁性体のスペーサを埋設したものであっても良い。このように、２つの磁気エンコーダを一体に製造し、それぞれの着磁列パターンの間に形成した溝に磁性体のスペーサを埋設するものとすると、部材が一体化されるため、組立が容易となる。

この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材に、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石としたものであっても良い。

この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体に、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としたものであっても良い。

この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉を焼結された焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としたものであっても良い。

この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。

この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられてそれぞれ円周上に磁極が並ぶ着磁列パターンを有し互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを設け、前記２つの磁気エンコーダの着磁列パターンの間に磁性体のスペーサを設けたため、構造が簡単で、絶対角度を高い分解能で精度良く検出することができる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の回転検出装置を軸受に搭載したものであるため、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。

この発明の一実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の概略構成を示す。この回転検出装置１は、例えばモータの回転軸などの回転部材４の外周に、その軸心Ｏに対して同心のリング状に設けられた２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備える。磁気センサ３Ａ，３Ｂは、図１の例では前記各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して微小のギャップを介してそれぞれ径方向（ラジアル方向）に対向するように、例えばモータのハウジング等の固定部材５に設けられる。ここでは、磁気センサ３Ａが磁気エンコーダ２Ａに対向し、磁気センサ３Ｂが磁気エンコーダ２Ｂに対向する。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、複数の磁極対（磁極Ｓと磁極Ｎの１組）を周方向に等ピッチで着磁させたリング状の磁性部材であり、ラジアルタイプである図１の例では、その外周面に磁極対が着磁されている。これら２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数は互いに異ならせてある。また、このように軸方向に隣り合って並ぶ２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間には所定幅の磁性体のスペーサ１３が設けられている。このように磁性体のスペーサ１３を設けると、隣り合って並ぶ２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁束が磁性体のスペーサ１３に流れるため、磁気センサ３Ａ，３Ｂの間隔を広げなくても、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間で磁界が互いに干渉し合うのを軽減できる。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの他の例として、図２に示すように、リング状の磁性部材の軸方向端面に複数の磁極対を周方向に等ピッチで並ぶように着磁させたアキシアルタイプのものを用いても良い。この例では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを、内外周に隣り合って並ぶように同心状に配置している。このように径方向に隣り合って並ぶ２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間でも所定幅の磁性体のスペーサ１３が設けられる。アキシアルタイプの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの場合、その着磁面に対向する軸方向に向けて各磁気センサ３Ａ，３Ｂが配置される。

図３（Ａ）は、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂ間に設けられる磁性体のスペーサ１３の一例を示す断面図である。この例の場合、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂはそれぞれ別に製造され、これらの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂでリング状の磁性体のスペーサ１３を挟み付けることにより、両着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａ間に磁性体のスペーサ１３が介在する。この磁性体のスペーサ１３の幅寸法を調整することにより、２つの磁気エンコーダ２，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間での磁界の干渉が最も小さくなるようにできる。この幅寸法は、例えば磁気センサ３Ａ，３Ｂの間隔を２ｍｍに設定した場合には、０．５ｍｍ程度とするのが望ましい。この場合、磁性体のスペーサ１３の幅寸法をわずか０．１ｍｍとしても、上記磁界の干渉を十分に低減できる。
図３（Ｂ）は、１つの磁性体に２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを並べることで一体に製造する例を示す。この場合には、２列の着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間に溝１２を形成し、この溝１２に磁性体パターン１３を埋設しても良い。このように、１つの磁性体に２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを並べて形成すると、部材が一体化されて組立が容易となる。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、例えば磁性体製の芯金２Ａｂ，２Ｂｂ（または２ＡＢｂ）に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材を、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石として構成される。この構成の場合、ゴム磁石の部分が、着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａとなる。
磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの他の構成例として、磁性体製の芯金２Ａｂ，２Ｂｂ（または２ＡＢｂ）に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体を、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としても良い。この構成の場合、樹脂磁石の部分が、着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａとなる。
磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂのさらに他の構成例として、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉が焼結された焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としても良い。この構成の場合、その焼結磁石が着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａとなり、または芯金は有しないものとされ、着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａのみで磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの全体が構成される。

磁気センサ３Ａ，３Ｂは、対応する磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの１磁極対のピッチλを１周期とするとき、図４のように９０度位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの２つの磁気センサ素子３Ａ１，３Ａ２を用い、これら２つの磁気センサ素子３Ａ１，３Ａ２により得られる２相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相（φ=tan^-1(sinφ／cosφ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ３Ｂについても同様である。なお、図４の波形図は、磁気エンコーダ２Ａの磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。

磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのような構成とすると、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ３Ａ，３Ｂの他の例として、図５（Ｂ）に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子３ａが並ぶラインセンサ３ＡＡ，３ＡＢを用いる。なお、図５（Ａ）は、磁気エンコーダ２Ａにおける１磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ３Ａの第１のラインセンサ３ＡＡは、図５（Ａ）における１８０度の位相区間のうち９０度の位相区間に対応付けて配置し、第２のラインセンサ３ＡＢは残りの９０度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ３ＡＡの検出信号を加算回路３１で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ３ＡＢの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２を別の加算回路３３で加算することで、図５（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ３５を介した信号Ｓ２をさらに別の加算回路３４で加算することで、図５（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた２相の出力信号から、磁極内における位置を検出する。

磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのようにラインセンサで構成した場合、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの１磁極対の区間を２相の信号(sinφ,cosφ) で精度良く逓倍できる。また、磁極内位相（φ=tan^-1(sinφ／cosφ))などの演算を必要としないので、検出処理が単純で高速化が可能となる。また、多数のセンサ出力をチップ回路内で演算して逓倍信号を得ることができるため、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂとのギャップを他のセンサ構成の場合よりも大きくできて、より高い精度で磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの位相を検出することが可能である。

例えば、図１の構成例において、磁気センサ３Ａ，３Ｂは位相差検出手段６に接続される。位相差検出手段６は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を求める手段であり、その後段に角度算出手段７が接続される。角度算出手段７は、位相差検出手段６の検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を算出する手段である。

この回転検出装置１による絶対角度検出の概略動作を、図６および図７を参照して以下に説明する。図１において、２つの磁気エンコーダ２Ｂ，２Ａの磁極対の数をＰとＰ＋ｎとすると、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの間では１回転あたり磁極対にしてｎ個分の位相差があるので、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の位相は、３６０／ｎ度回転するごとに一致する。

図６（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図６（Ｃ），（Ｄ）にはこれら磁気エンコーダに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の波形を示す。この場合、磁気エンコーダ２Ａの３磁極対に対して、磁気エンコーダ２Ｂの２磁極対が対応しており、この区間内での絶対位置を検出することができる。図６（Ｅ）は、図６（Ｃ），（Ｄ）の検出信号に基づき、図１の位相差検出手段６より求められる位相差の出力信号の波形図を示す。
なお、図７は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図７（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図７（Ｃ），（Ｄ）には対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出位相の波形図を示し、図７（Ｅ）には位相差検出手段６より出力される位相差信号の波形図を示す。

図８は、この回転検出装置１における絶対角度検出回路の構成例を示す。図６（Ｃ），（Ｄ）に示したような各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号に基づき、それぞれ対応する位相検出回路１３Ａ，１３Ｂは、図７（Ｃ），（Ｄ）に示したような検出位相信号を出力する。位相差検出手段６は、これらの検出位相信号に基づき、図７（Ｅ）に示したような位相差信号を出力する。その次段に設けられた角度算出手段７は、位相差検出手段６で求められた位相差を、予め設定された計算パラメータにしたがって絶対角度へ換算する処理を行う。角度算出手段７で用いられる計算パラメータは不揮発メモリなどのメモリ８に記憶されている。このメモリ８には、前記計算パラメータのほか、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数の設定、絶対角度基準位置、信号出力の方法など、装置の動作に必要な情報が記憶されている。ここでは、メモリ８の次段に通信Ｉ／Ｆ（通信インターフェイス）９を設けることで、通信Ｉ／Ｆ９を通じてメモリ８の内容を更新できる構成とされている。これにより、個別の設定情報を使用状況に応じて可変設定でき、使い勝手が良くなる。

角度算出手段７で算出された絶対角度情報は、パラレル信号、シリアルデータ、アナログ電圧、ＰＷＭなどの変調信号として、角度情報出力回路１０から、あるいは前記通信Ｉ／Ｆ９を介して出力される。また、角度算出手段７からは回転パルス信号も出力される。回転パルス信号としては、２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号のうち、いずれか１つの信号を出力すれば良い。上記したように、各磁気センサ３Ａ，３Ｂはそれぞれ逓倍機能を備えているので、高い分解能で回転信号を出力することができる。

図８の角度情報出力回路１０では、前記角度算出手段７で算出された絶対角度を、互いに９０度位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とでなるＡＢＺ相信号として出力するようにしても良い。
この場合、図９に示すように、受信側回路１４から角度算出手段７に対して絶対角度出力の要求信号（request）が入力されると、これに呼応して角度算出手段７における絶対角度出力モード実行手段１５が動作可能となり、角度算出手段７におけるモード実行信号生成手段１６から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号（ＡＢＳ＿mode＝１）が生成され、角度算出手段７における回転パルス信号生成手段１７からＡ，Ｂ，Ｚ相信号が出力されるように、角度算出手段７を構成しても良い。
受信側回路１４では、Ｚ相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ１８が０にリセットされ、Ｚ相信号に続いて出力されるＡ相信号およびＢ相信号を、前記ポジションカウンタ１８が計数する。Ａ相信号およびＢ相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する（ＡＢＳ＿mode＝０）。その後は、回転部材４（図１）の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号（ＡＢＺ相信号）を角度算出手段７から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路１４では、絶対角度出力モード動作が終了（ＡＢＳ＿mode＝０）となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。

このように、角度情報出力回路１０からＡＢＺ相信号のような回転パルス信号を出力し、絶対角度出力モードによって絶対角度情報を出力する構成とすると、絶対角度を出力するＩ／Ｆを別途備える必要がなく、この回転検出装置１の回路構成、および回転検出装置１が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。

また、この回転検出装置１において、前記磁気センサ３Ａ，３Ｂと、図８に示した角度情報出力回路１０を含む信号処理回路とを、例えば図２の例で示すように、センサモジュール１１として一体化しても良いし、このセンサモジュール１１を１つの半導体チップに集積しても良い。このように構成した場合、部品点数の低減、磁気センサ３Ａ，３Ｂの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などのメリットが得られ、小型で低コストの回転検出装置１とすることができる。
なお、この場合、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して１つのセンサモジュール１１を対向させることになるので、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは互いに近接して配置させることになる。

このように、この回転検出装置１は、同心のリング状に設けられてそれぞれ円周上に磁極が並ぶ着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを有し互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備え、これら各磁気センサ３Ａ，３Ｂは磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとし、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を位相差検出手段６で求め、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を角度算出手段７で算出するようにしているので、構造が簡単となり、絶対角度を高分解能で精度良く検出することができる。

とくに、前記２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間に磁性体のスペーサ１３を設けているので、対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの間隔を広げなくても、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａの間での磁界の干渉を小さくすることができ、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの精度を向上させることができる。その結果、上記磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度の検出をさらに精度良く行うことができる。また、磁気センサ３Ａ，３Ｂの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサ３Ａ，３Ｂを演算回路などと半導体チップ上に集積してセンサモジュール１１を構成する場合にも、製造コストを低減できる。

図１０は、上記した磁性体のスペーサ１３を設けたこの実施形態の回転検出装置１の絶対角度誤差と、同じ構成で上記した磁性体のスペーサの代わりに非磁性体のスペーサを設けた場合の回転検出装置の絶対角度誤差と、同じ構成で２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを隙間なく隣接させた場合の回転検出装置の絶対角度誤差とを比較した結果を、グラフで示したものである。このグラフから、磁気センサ３Ａ，３Ｂの間隔が同じであっても、上記した磁性体のスペーサ１３を設けたこの実施形態の回転検出装置１の方が、非磁性体のスペーサを設けた回転検出装置や、隙間なく着磁列パターン２Ａａ，２Ｂａを隣接させた回転検出装置に比べて絶対角度誤差が低減されていることが分かる。

この実施形態では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを用いたものを例示したが、磁気エンコーダは２つでなくてもよく、磁極対の数の異なる３つ以上の磁気エンコーダを組み合わせて、より広い範囲の絶対角度を検出する構成としても良い。この回転検出装置１をモータの回転検出に使用する場合、上記磁極対の数の差の調整において、モータのロータ極数Ｐｎに合わせてＰとＰ＋Ｐｎという組合せとすれば、回転検出装置１によりモータの電気角を検出できるため、モータの回転制御に好都合である。

図１１は、上記回転検出装置１を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。この回転検出装置付き軸受２０は、回転側軌道輪である内輪２２と固定側軌道輪である外輪２３の間に複数の転動体２４が介在する転がり軸受２１の一端部に、上記回転検出装置１を設けたものである。転がり軸受２１は深溝玉軸受からなり、内輪２２の外径面および外輪２３の内径面にはそれぞれ転動体２４の転走面２２ａ，２３ａが形成されている。内輪２２と外輪２３の間の軸受空間は、回転検出装置１の設置側とは反対側の端部がシール２６で密封されている。

回転検出装置１の２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、内輪２２の一端部の外径面に圧入嵌合される磁性体製のリング状芯金２７の外径面に、磁性体のスペーサ１３を介して軸方向に並べて設けられる。回転検出装置１の２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂは、図２で示したように他の信号処理回路と共にセンサモジュール１１として一体化され、リング状の金属製センサハウジング２８の内側に挿入された状態で樹脂モールド２９され、センサハウジング２８を介して外輪２３の一端部の内径面に取付けられる。これにより、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂとがラジアル方向に対向配置される。センサモジュール１１に接続されるリード線３０はセンサハウジング２８を貫通して外部に引き出され、このリード線３０を介してセンサモジュール１１と外部回路との間で信号の授受や電源供給が行われる。

この回転検出装置付き軸受２０では、上記回転検出装置１を転がり軸受２１に搭載しているので、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。

この発明の一実施形態にかかる回転検出装置の一構成例の概略図である。 同回転検出装置の他の構成例の要部側面図である。 ２つの磁気エンコーダ間に設ける磁性体のスペーサの各構成例を示す断面図である。 磁気センサの一構成例の説明図である。 磁気センサの他の構成例の説明図である。 磁気センサの検出信号および位相差検出手段の検出信号の波形図である。 各磁気センサの検出信号の位相と両検出信号の位相差を示す波形図である。 この回転検出装置の絶対角度検出回路の一構成例を示すブロック図である。 この回転検出装置における角度情報出力回路の一構成例を示すブロック図である。 この回転検出装置の絶対角度誤差を他の回転検出装置の絶対角度誤差と比較して示すグラフである。 この回転検出装置を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…回転検出装置
２Ａ，２Ｂ…磁気エンコーダ
３Ａ，３Ｂ…磁気センサ
３Ａ１，３Ａ２…磁気センサ素子
３ＡＡ，３ＡＢ…ラインセンサ
６…位相差検出手段
７…角度算出手段
１０…角度情報出力回路
１１…センサモジュール
１２…溝
１３…磁性体のスペーサ
２０…回転検出装置付き軸受
２１…転がり軸受

Claims (9)

1. 同心のリング状に設けられてそれぞれ円周上に磁極が並ぶ着磁列パターンを有し互いに磁極数が異なる２つの磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、
   前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出する角度算出手段とを設け、前記２つの磁気エンコーダの着磁列パターンの間に磁性体のスペーサを設けたことを特徴とする回転検出装置。
2. 請求項１において、前記各磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成された回転検出装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記２つの磁気センサ、位相差検出手段、および角度検出手段を、一つの半導体チップに集積した回転検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記２つの磁気エンコーダは、それぞれ別に製造され、互いの間に前記磁性体のスペーサを介在させたものである回転検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記２つの磁気エンコーダは、一体に製造され、それぞれの着磁列パターンの間に形成した溝に前記磁性体のスペーサを埋設したものである回転検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材に、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石としたものである回転検出装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体に、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としたものである回転検出装置。
8. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記磁気エンコーダは、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉を焼結された焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としたものである回転検出装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の回転検出装置が軸受に搭載された回転検出装置付き軸受。

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