JP2010066141A - Rotation detector and bearing provided with the same - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a rotation detection device used for rotation angle detection in various devices, particularly rotation angle detection for rotation control of various motors, and a bearing with a rotation detection device equipped with the rotation detection device.
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)。
As this type of rotation detection device, for example, a ring-shaped magnetic pulse generating means such as a magnetic encoder in which magnetic pole pairs are arranged in the circumferential direction for generating magnetic pulses, and a substantially linear shape in the circumferential direction with respect to the magnetic pulse generating means And a plurality of magnetic sensor elements that detect the magnetic pulse, and an absolute angle is detected by calculating an output signal of the magnetic sensor element (for example,
また、他の回転検出装置として、1回転あたりの磁極対数が異なる2つの磁気エンコーダを有する磁気ドラムと、前記各磁気エンコーダの磁界を検出する2つ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)。
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。
However, with the above-described rotation detection device, it is difficult to detect an absolute angle with high resolution from the magnetic encoder.
Therefore, in the rotation detection device disclosed in Patent Document 3, a magnetic sensor having a function of detecting position information within the magnetic pole of the magnetic encoder as in the rotation detection devices disclosed in
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磁気パターンが互いに干渉して角度検出精度が悪化する。その結果、絶対角度を算出するための位相差が正確に求められず、絶対角度の算出誤差が増大する。
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、コスト増を招く。また、別々に着磁した磁気エンコーダを組み合わせる場合、組立作業に手間がかかる。
However, in the rotation detection device configured as described above, when a plurality of magnetic sensors and an arithmetic processing circuit are integrated on the same semiconductor chip, let's narrow the interval between the magnetic sensors by arranging two magnetic encoders adjacent to each other. Then, the magnetic patterns of both magnetic encoders interfere with each other, and the angle detection accuracy deteriorates. As a result, the phase difference for calculating the absolute angle cannot be obtained accurately, and the absolute angle calculation error increases.
The above problem can be solved by widening the arrangement interval of the magnetic sensors, but this increases the area of the semiconductor chip and causes an increase in cost. Moreover, when combining magnetic magnets magnetized separately, it takes time to assemble.
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。 An object of the present invention is to provide a rotation detection device having a simple structure and capable of accurately detecting an absolute angle with high resolution, and a bearing with a rotation detection device equipped with the rotation detection device.
この発明の回転検出装置は、同一のリング状芯金の表面にこの芯金と同心に設けられて互いに磁極数が異なる複数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、これら各磁気センサの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を求める角度算出手段とを備える回転検出装置であって、前記芯金に、隣り合う各磁気エンコーダの間に位置してこれら各磁気エンコーダが設けられる表面側に折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部を前記芯金と同心に形成したことを特徴とする。
上記構成によると、複数の磁気エンコーダの磁極数が互いに異なるため、絶対角度が検出できる。例えば、磁極対が12の磁気エンコーダと13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ので、こ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。
特に、リング状心金には、隣り合う各磁気エンコーダの間に位置して折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部を形成したので、隣り合う磁気エンコーダが芯金の曲げ形状部で分離される。これにより、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磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。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。また、1つの芯金に複数の磁気エンコーダを設けるので、簡単な構造とすることができる。その結果、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。
The rotation detection device of the present invention includes a plurality of magnetic encoders concentrically provided on the surface of the same ring-shaped metal core and having different numbers of magnetic poles, and a plurality of magnetic encoders that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders. A rotation detection device comprising a sensor and an angle calculation means for obtaining an absolute angle of the magnetic encoder based on a magnetic field signal detected by each of the magnetic sensors, the rotation detecting device being positioned between the adjacent magnetic encoders on the mandrel. Further, a ring-shaped bent shape portion that protrudes in the shape of a folded piece is formed concentrically with the metal core on the surface side where each of these magnetic encoders is provided.
According to the above configuration, since the number of magnetic poles of the plurality of magnetic encoders is different from each other, the absolute angle can be detected. For example, when a magnetic pole pair is rotated using a magnetic encoder having 12 magnetic poles and a magnetic encoder having 13 magnetic poles, a phase shift corresponding to one magnetic pole pair occurs in one rotation between the signals of two magnetic sensors that detect these magnetic fields. Therefore, the absolute angle in one rotation section can be calculated by the angle calculation means based on this phase difference.
In particular, the ring-shaped mandrel is formed between the adjacent magnetic encoders with a ring-shaped bent portion protruding in a folded piece shape, so that the adjacent magnetic encoders are separated by the bent-shaped portion of the core metal. Is done. This makes it possible to reduce the interference between the magnetic patterns of both magnetic encoders without increasing the distance between the corresponding magnetic sensors, and to reduce the absolute angle detection error caused by the magnetic field interference. Can be detected with high accuracy. Further, since the detection accuracy of the absolute angle can be increased without increasing the interval between the magnetic sensors, the manufacturing cost can be reduced even when the magnetic sensor is integrated on a semiconductor chip together with an arithmetic circuit or the like to constitute a sensor module. In addition, since a plurality of magnetic encoders are provided on one metal core, a simple structure can be achieved. As a result, the structure is simple, and the absolute angle can be accurately detected with high resolution.
この発明において、前記芯金の曲げ形状部の先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さ以上としても良い。
芯金の曲げ形状部の先端高さを、磁気エンコーダの表面高さ以上とした場合、曲げ形状部で分離される隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉をより効果的に抑えることができ、絶対角度の検出精度をさらに向上させることができる。
In this invention, it is good also considering the front end height of the bending shape part of the said metal core more than the surface height of the said magnetic encoder.
If the tip height of the bent part of the core metal is equal to or higher than the surface height of the magnetic encoder, the interference of magnetic patterns generated between adjacent magnetic encoders separated by the bent part will be more effectively suppressed. Thus, the absolute angle detection accuracy can be further improved.
この発明において、前記芯金の曲げ形状部の先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さより低くし、かつ前記曲げ形状部を挟んで隣り合う磁気エンコーダを、曲げ形状部の先端で互いに離間させても良い。
この場合にも、曲げ形状部の先端位置では、隣り合う磁気エンコーダが完全に分離して隙間が生じているため、これら両磁気エンコーダの間で発生する磁気パターンの干渉を抑える効果が得られる。しかも、この場合、芯金と磁気センサの間の距離も適正に確保することができる。
In this invention, the tip height of the bent shape portion of the metal core is made lower than the surface height of the magnetic encoder, and adjacent magnetic encoders sandwiching the bent shape portion are separated from each other at the tip of the bent shape portion. May be.
Also in this case, since the adjacent magnetic encoders are completely separated from each other at the tip position of the bent portion, a gap is generated, so that an effect of suppressing interference of magnetic patterns generated between these two magnetic encoders can be obtained. In addition, in this case, the distance between the cored bar and the magnetic sensor can be properly ensured.
この発明において、前記芯金が磁性体からなるものであっても良い。
芯金の材質は非磁性体であっても良いが、芯金が磁性体製であると、隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉を小さくでき、対応する磁気センサの間隔を広げることなく絶対角度を精度良く検出することができる。
In the present invention, the cored bar may be made of a magnetic material.
The material of the cored bar may be a non-magnetic material, but if the cored bar is made of a magnetic material, the interference of the magnetic pattern generated between adjacent magnetic encoders can be reduced, and the interval between the corresponding magnetic sensors is widened. The absolute angle can be accurately detected without any problem.
この発明において、前記各磁気エンコーダは、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、この弾性部材を、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。 In the present invention, each of the magnetic encoders is formed by vulcanizing and bonding an elastic member mixed with magnetic powder to a core made of magnetic material, and forming magnetic poles alternately in the circumferential direction on the rubber. A magnet may be used.
この発明において、前記各磁気エンコーダは、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、この樹脂成形体を、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。 In the present invention, each of the magnetic encoders is provided with a resin molded body obtained by molding a resin mixed with magnetic powder on a magnetic cored bar, and magnetic poles are alternately formed in the circumferential direction of the resin molded body. Thus, a resin magnet may be used.
この発明において、前記各磁気エンコーダは、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉を焼結させた焼結体に、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。 In the present invention, each magnetic encoder is a sintered magnet in which magnetic poles are alternately formed in the circumferential direction on a sintered body obtained by sintering a mixed powder of magnetic powder and non-magnetic powder. There may be.
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ラインセンサとすると、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径が可能となる。
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。
In this invention, each said magnetic sensor may be comprised with the line sensor in which a sensor element is located in a line with the arrangement direction of the magnetic pole of a magnetic encoder.
If the magnetic sensor is such a line sensor, the magnetic field distribution of the magnetic encoder can be detected more finely as a sinusoidal signal based on an analog voltage rather than as an on / off signal, and a precise absolute angle diameter can be obtained.
In this case, the magnetic sensor composed of the line sensor may generate a sin and cos two-phase output signal by calculation to detect a position in the magnetic pole. Each of the magnetic sensors has a plurality of sensor elements arranged at positions shifted in the magnetic pole arrangement direction within the magnetic pole pitch, instead of being line sensors, and obtains two-phase output signals of sin and cos. It is also possible to detect by multiplying the position in the magnetic pole.
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、回転検出装置が軸受と一体化されているので、磁気エンコーダと磁気センサの位置決めが不要となり、使い勝手が良い。また、絶対角度の検出機能を有しながら、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。
The bearing with a rotation detection device of the present invention is obtained by mounting the rotation detection device of any one of the above configurations of the present invention on a bearing.
According to this configuration, since the rotation detection device is integrated with the bearing, positioning of the magnetic encoder and the magnetic sensor is not necessary, which is easy to use. In addition, while having an absolute angle detection function, the number of parts and the number of assembling steps of the bearing-using device can be reduced and the size can be reduced.
この発明の回転検出装置は、同一のリング状芯金の表面にこの芯金と同心に設けられて互いに磁極数が異なる複数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、これら各磁気センサの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を求める角度算出手段とを備える回転検出装置において、
前記芯金に、隣り合う各磁気エンコーダの間に位置してこれら各磁気エンコーダが設けられる表面側に折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部を前記芯金と同心に形成したため、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、使い勝手が良く、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
The rotation detection device of the present invention includes a plurality of magnetic encoders concentrically provided on the surface of the same ring-shaped metal core and having different numbers of magnetic poles, and a plurality of magnetic encoders that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders. In a rotation detection device comprising a sensor and angle calculation means for obtaining an absolute angle of a magnetic encoder based on a magnetic field signal detected by each of the magnetic sensors,
Since the ring-shaped bent portion that is located between the adjacent magnetic encoders and protrudes in a folded shape on the surface side where each of the magnetic encoders is provided is formed concentrically with the core metal, the structure is It is simple and can accurately detect the absolute angle with high resolution.
The bearing with a rotation detection device of the present invention is a device equipped with the rotation detection device having the above-described configuration according to the present invention. The number of assembly processes can be reduced and the size can be reduced.
この発明の実施形態を図1ないし図13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複数(ここでは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(ここでは2つ)の磁気センサ3A,3Bとを備える。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of the rotation detection device of this embodiment. The
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。
In the example of FIG. 1, the
図1のIII −III 矢視断面図を図3に示す。同図のように、前記各磁気エンコーダ2A,2Bは、同一の芯金12を介して回転部材4の外周に取付けられる。すなわち、芯金12はリング状の部材であって、その外周面に2つの磁気エンコーダ2A,2Bが、軸方向に並べて設けられている。芯金12における磁気エンコーダ設置部12aの一側部には、磁気エンコーダ設置部12aよりも小径となって軸方向に延びる嵌合筒部12bが、段差部12cを介して形成されている。この嵌合筒部12bを回転部材4の外周面に嵌合させることで、芯金12が回転部材4に固定される。芯金12の前記磁気エンコーダ設置部12aには、隣り合う各磁気エンコーダ2A,2Bの間に位置して、これら各磁気エンコーダ2A,2Bが設けられる外周面側に向けて折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部12aaが、芯金12と同心に形成されている。この曲げ形状部12aaで、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが分離される。前記芯金12は、鋼板等の金属板のプレス成形品等からなる。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line III-III in FIG. As shown in the figure, the
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。
The
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、互いに内外周に隣接するように配置している。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。
As another example of the
図2のIV−IV矢視断面図を図4に示す。同図のように、アキシアルタイプの磁気エンコーダ2A,2Bの場合も、同一の芯金12を介して回転部材4に取付けられる。この場合の芯金12は、各磁気エンコーダ2A,2Bが同心に設置されるリング状で平坦な磁気エンコーダ設置部12aと、この磁気エンコーダ設置部12aの内径側端から軸方向に延びる嵌合筒部12dとでなる。この嵌合筒部12dを回転部材4の外周面に嵌合させることで、芯金12が回転部材4に固定される。この場合も、芯金12の前記磁気エンコーダ設置部12aには、隣り合う各磁気エンコーダ2A,2Bの間に位置して、これら各磁気エンコーダ2A,2Bが設けられる表面側に向けて折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部12aaが、芯金12と同心に形成されている。この曲げ形状部12aaで、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが分離される。
FIG. 4 shows a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. As shown in the figure, the axial type
芯金12における曲げ形状部12aaの先端高さは、図5(A)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さ以上としても良いし、図5(B)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さより低くし、かつ曲げ形状部12aaを挟んで隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを、曲げ形状部12aaの先端で完全分離しても良い。
The tip height of the bent shape portion 12aa in the cored
磁気エンコーダ2A,2Bは、例えば磁性体製とした芯金12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。
磁気エンコーダ2A,2Bの他の構成例として、磁性体製とした芯金12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。
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。
The
As another configuration example of the
As still another configuration example of the
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の磁極の範囲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6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2つの磁気センサ素子3A1,3A2を用いても良い。各磁気センサ素子3A1,3A2にはホール素子等を用いる。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/cos φ))を逓倍して算出する。他の磁気センサ3Bについても同様である。なお、図6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。
The
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。
When the
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7(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7(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7(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7(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7(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。
As another example of the
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。
When the
例えば、図1の構成例において、磁気センサ3A,3Bは角度算出手段19に接続される。この角度算出手段19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位相差検出手段6と、その後段に接続された角度算出部7とでなる。角度算出部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。
For example, in the configuration example of FIG. 1, the magnetic sensors 3 </ b> A and 3 </ b> B are connected to the angle calculation means 19. The angle calculation means 19 includes a phase difference detection means 6 that obtains a phase difference between magnetic field signals detected by the
この構成の回転検出装置1による絶対角度検出の概略動作を、図8および図9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。
A schematic operation of absolute angle detection by the
図8(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8(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8(E)は、図8(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9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9(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9(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9(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。
8A and 8B show examples of magnetic pole patterns of both
FIG. 9 shows a waveform diagram of the detection phase and phase difference by the
図10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8(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9(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9(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部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。角度算出部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の次段に通信インタフェース9を設けることで、通信インタフェース9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。
FIG. 10 shows a configuration example of an absolute angle detection circuit in the
角度算出部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、あるいは前記通信インタフェース9を介して出力される。また、角度算出部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。
The absolute angle information calculated by the
図10の角度情報出力回路10では、前記角度算出部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11に示すように、受信側回路14から角度情報出力回路10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情報出力回路10における絶対角度実行手段15が動作可能となり、角度情報出力回路10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、角度情報出力回路10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、角度情報出力回路10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)を角度算出部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。
In the angle
In this case, as shown in FIG. 11, when an absolute angle output request signal (request) is input from the receiving
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インタフェース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。
In this way, when the rotation information such as the ABZ phase signal is output from the angle
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11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。
In the
In this case, since one
このように、この回転検出装置1は、同一のリング状芯金12の表面に芯金12と同心に設けられて互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダ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、これら各磁気センサ3A,3Bの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を求める角度算出手段19とを備えるため、磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を検出することができる。
特に、各磁気エンコーダ2A,2Bが同心に設けられるリング状心金12には、隣り合う各磁気エンコーダ2A,2Bの間に位置してこれら各磁気エンコーダ2A,2Bが設けられる表面側に折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部12aaを磁気エンコーダ2A,2Bと同心に形成しているので、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが芯金12の曲げ形状部12aaで分離される。これにより、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の磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。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を演算回路などと共に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。その結果、構造が簡単となり、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる。
As described above, the
In particular, the ring-shaped cored
芯金12の材質は非磁性体であっても磁性体であっても良い。芯金12の材質が非磁性体でも、その曲げ形状部12aaで隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを引き離す効果があるため、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉を減らすことができる。芯金12が磁性体製であると、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉を小さくでき、対応する磁気センサ3A,3Bの間隔を広げることなく絶対角度を精度良く検出することができる。
The material of the
芯金12の曲げ形状部12aaの先端高さを、図5(A)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さ以上とした場合、曲げ形状部12aaで分離される隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉をより効果的に抑えることができ、絶対角度の検出精度をさらに向上させることができる。
When the tip height of the bent shape portion 12aa of the
芯金12の曲げ形状部12aaの先端高さは、図5(B)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さより低くしても良い。この場合にも、曲げ形状部12aaの先端位置では、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが完全に分離して隙間が生じているため、これら両磁気エンコーダ2A,2Bの間で発生する磁気パターンの干渉を抑える効果が得られる。しかも、この場合、芯金12と磁気センサ3A,3Bの間の距離も適正に確保することができる。
The tip height of the bent portion 12aa of the
また、芯金12の曲げ形状部12aaの先端の厚みを調整することで、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間隔を、必要な絶対角度の検出精度に合わせて設定することができる。例えば、磁気センサ3A,3Bの間隔を2mmに設定した場合、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間隔(曲げ形状部分12aa先端の厚み)は0.5mm程度が望ましい。ただし、その間隔は、わずか0.1mmであっても、十分に磁気パターンの干渉低減に効果を上げることができる。
Further, by adjusting the thickness of the tip of the bent portion 12aa of the
図12は、上記した芯金12の曲げ形状部12aaで隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを分離したこの実施形態の回転検出装置1の絶対角度誤差と、同じ構成で隣り合う磁気エンコーダ2A,2B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、上記した曲げ形状部12aaを設けたこの実施形態の回転検出装置1の方が、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを隙間なく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。
FIG. 12 shows the adjacent
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。
In this embodiment, an example using two
図13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。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an embodiment of a bearing with a rotation detection device in which the
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リング状の芯金12の外径面に軸方向に並べて設けられ、芯金12の曲げ形状部12aaで2つの磁気エンコーダ2A,2Bが分離される。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。
The two
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、磁気エンコーダ2A,2Bと磁気センサ3A,3Bの位置決めが不要となり、使い勝手が良い。また、絶対角度の検出機能を有しながら、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を図ることができる。
In this
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
12…芯金
12aa…曲げ形状部
19…角度算出手段
20…回転検出装置付き軸受
21…転がり軸受
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記芯金に、隣り合う各磁気エンコーダの間に位置してこれら各磁気エンコーダが設けられる表面側に折り返し片状に突出するリング状の曲げ形状部を前記芯金と同心に形成したことを特徴とする回転検出装置。 A plurality of magnetic encoders that are concentrically provided on the surface of the same ring-shaped metal core and have different numbers of magnetic poles, a plurality of magnetic sensors that respectively detect the magnetic fields of these magnetic encoders, and a In a rotation detection device comprising angle calculation means for obtaining an absolute angle of a magnetic encoder based on a detected magnetic field signal,
The cored bar is formed concentrically with the cored bar so as to be positioned between adjacent magnetic encoders and to be bent in the shape of a folded piece on the surface side where the magnetic encoders are provided. A rotation detection device.
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