JP2012026829A - Rotation detection device and bearing with rotation detection device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、各種機器の回転検出、回転角度検出、および直線移動検出に使用する回転検出装置および回転検出装置付き軸受に関する。 The present invention relates to a rotation detection device and a bearing with a rotation detection device used for rotation detection, rotation angle detection, and linear movement detection of various devices.
軸受要素の技術分野に関し、ライン状に並べた磁気センサを使用して、内挿したパルス信号を得る技術が開示されている(特許文献1,2)。
いわゆる光学式エンコーダが開示されており、絶対角度検出機能が付いたものが記載されている(特許文献3)。
With respect to the technical field of bearing elements, techniques for obtaining interpolated pulse signals using magnetic sensors arranged in a line are disclosed (
A so-called optical encoder is disclosed, and an encoder with an absolute angle detection function is described (Patent Document 3).
磁気式のエンコーダにおいて、高分解能な回転パルスを得ることは難しい。
特許文献1に記載されているセンサ構成で高分解能化を実現する場合、ライン状に並べたセンサ素子の配置、つまりラインセンサの長さによって対応可能な磁気エンコーダの磁極幅(N極の幅またはS極の幅)が制限される。例えば、4mm程度のセンサ素子配列に対しては、磁気エンコーダの磁極幅を1mm以下として検出することはできず、パルス信号の高分解能化は制限される。
It is difficult to obtain a high-resolution rotation pulse in a magnetic encoder.
When realizing high resolution with the sensor configuration described in
一方、センサ素子の逓倍率を上げて高分解能化を実現する場合、センサ素子内部の演算回路が複雑になりSN比の影響を受け易く、結果としてコストが上がるため望ましくない。
特許文献3に記載されているような光検出の場合、高分解能化を実現し易いが、埃・油中環境で使用できないため、使い方が制限される。
On the other hand, when the resolution is increased by increasing the multiplication factor of the sensor element, the arithmetic circuit inside the sensor element is complicated and easily affected by the SN ratio, resulting in an increase in cost.
In the case of light detection as described in
この発明の目的は、簡易な構造でパルス信号の分解能を上げることができ、使用環境等に影響されない汎用性の高い回転検出装置および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 highly versatile rotation detector and a bearing with a rotation detector that can increase the resolution of a pulse signal with a simple structure and are not affected by the use environment.
この発明の回転検出装置は、磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置であって、前記磁気センサは、直線上に並ぶ複数の磁気センサ素子を含み、磁気エンコーダの1磁極内における位相を検出する機能を有する磁気センサ回路を有し、前記磁気エンコーダの磁極の並び方向と、前記磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置したことを特徴とする。 The rotation detection device of the present invention is a rotation detection device including a magnetic encoder and a magnetic sensor for detecting a magnetic field of the magnetic encoder, and the magnetic sensor includes a plurality of magnetic sensor elements arranged in a straight line, A magnetic sensor circuit having a function of detecting a phase in one magnetic pole of the magnetic encoder, wherein an alignment direction of magnetic poles of the magnetic encoder and an alignment direction of a plurality of magnetic sensor elements constituting the magnetic sensor circuit are It is characterized by being arranged diagonally.
この構成によると、複数の磁気センサ素子が直線上に並べられる。この直線上に並べられた複数の磁気センサ素子を、この明細書において、「ラインセンサ」と称す。磁気センサのうち、複数の磁気センサ素子の部分だけを指して「ラインセンサ部分」という。磁気センサ回路は、例えば、各磁気センサ素子の出力から2相の正弦波状信号を生成することで、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダの位相を検出し得る。
ただし、前記ラインセンサを含む磁気センサを使用する場合、ラインセンサの長さと磁気エンコーダの1磁極対の長さをある程度合わせる必要があり、これらの関係が合っていないと信号精度が劣化する。一方で磁気センサの構成上、磁気エンコーダの各磁極の磁極幅が小さくなり過ぎると信号精度が良くならない。
According to this configuration, the plurality of magnetic sensor elements are arranged on a straight line. A plurality of magnetic sensor elements arranged on this straight line are referred to as “line sensors” in this specification. Of the magnetic sensors, only the portions of a plurality of magnetic sensor elements are referred to as “line sensor portions”. For example, the magnetic sensor circuit generates a two-phase sinusoidal signal from the output of each magnetic sensor element, thereby reducing the influence of distortion and noise of the magnetic field pattern and detecting the phase of the magnetic encoder with higher accuracy. obtain.
However, when a magnetic sensor including the line sensor is used, it is necessary to match the length of the line sensor and the length of one magnetic pole pair of the magnetic encoder to some extent. If these relationships do not match, the signal accuracy deteriorates. On the other hand, due to the configuration of the magnetic sensor, the signal accuracy cannot be improved if the magnetic pole width of each magnetic encoder is too small.
そこで、この発明の回転検出装置では、磁気エンコーダの磁極の並び方向と、前記磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置したことで、ラインセンサ部分には磁気エンコーダの1磁極対が見かけ上与えられ、さらに磁気エンコーダの各磁極の磁極幅を所望の値以下にすることができる。
例えば、磁極幅を0.5mmにして、複数の磁気センサ素子の並び方向を、磁気エンコーダの磁極の並び方向に対して60度に配置する。そうすると、ラインセンサの長さにcos60を乗じた値と、磁気エンコーダの1磁極対の長さとを見かけ上同じにすることができるうえ、磁極幅を所望の値つまり1mm以下にすることができる。これにより、パルス信号の分解能を従来のものより上げることができる。また、磁極の並び方向と、複数の磁気センサ素子の並び方向 との成す傾斜角度を種々変更することにより、ラインセンサの長さに最適な分解能の組み合わせを得ることができるため、同一の磁気センサ素子を用いて様々な分解能の磁気エンコーダでの検出が可能となる。しかも磁気式のエンコーダであるため、光検出の場合のように使用環境が制限されることはなく、埃・油中環境等の使用環境であっても、高い精度で磁気エンコーダの位相を検出し得る。
Therefore, in the rotation detection device of the present invention, the line sensor portion is arranged by relatively arranging the arrangement direction of the magnetic poles of the magnetic encoder and the arrangement direction of the plurality of magnetic sensor elements constituting the magnetic sensor circuit. Is apparently provided with one magnetic pole pair of the magnetic encoder, and the magnetic pole width of each magnetic encoder magnetic encoder can be reduced to a desired value or less.
For example, the magnetic pole width is 0.5 mm and the arrangement direction of the plurality of magnetic sensor elements is arranged at 60 degrees with respect to the arrangement direction of the magnetic encoder magnetic poles. Then, the value obtained by multiplying the length of the line sensor by cos 60 and the length of one magnetic pole pair of the magnetic encoder can be made apparently the same, and the magnetic pole width can be set to a desired value, that is, 1 mm or less. Thereby, the resolution of the pulse signal can be increased as compared with the conventional one. In addition, by changing the inclination angle formed by the magnetic pole arrangement direction and the arrangement direction of the plurality of magnetic sensor elements in various ways, it is possible to obtain an optimal resolution combination for the length of the line sensor. Detection with a magnetic encoder having various resolutions is possible using the element. In addition, because it is a magnetic encoder, the usage environment is not limited as in the case of light detection, and the phase of the magnetic encoder can be detected with high accuracy even in usage environments such as dusty and oily environments. obtain.
前記磁気センサ回路は、各磁気センサ素子の出力からsin,cosの2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内部の位置を逓倍して検出する構成としても良い。この場合、逓倍率に、磁気エンコーダの磁極対数を乗じたパルス数となる高分解能化を図ることができる。また、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細かく検出できる。 The magnetic sensor circuit may be configured to detect and output a sin and cos two-phase signal output from the outputs of the magnetic sensor elements and multiply the position inside the magnetic pole. In this case, it is possible to achieve high resolution, which is the number of pulses obtained by multiplying the multiplication rate by the number of magnetic pole pairs of the magnetic encoder. Further, the magnetic field distribution of the magnetic encoder can be detected finely as a sinusoidal signal based on an analog voltage, not as an on / off signal.
前記磁気エンコーダの回転方向に沿った1磁極対の磁極ピッチを、前記直線上に並ぶ複数の磁気センサ素子の長さの2分の1以下としても良い。磁気エンコーダの磁極の並び方向と、前記磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置したことで、磁気エンコーダの各磁極の磁極幅を所望の値以下にすることができるため、1磁極対の磁極ピッチ(1磁極対の長さ)は、ラインセンサの長さに合わせて制限されることがない。換言すれば、1磁極対の磁極ピッチをラインセンサの長さに合わせなくても、信号精度の劣化を招くことなく、高い精度で磁気エンコーダの位相を検出し得る。 The magnetic pole pitch of one magnetic pole pair along the rotation direction of the magnetic encoder may be less than or equal to one half of the length of the plurality of magnetic sensor elements arranged on the straight line. By arranging the magnetic encoder magnetic pole arrangement direction and the magnetic sensor element arrangement directions constituting the magnetic sensor circuit relatively obliquely, the magnetic pole width of each magnetic encoder magnetic pole is less than a desired value. Therefore, the magnetic pole pitch of one magnetic pole pair (the length of one magnetic pole pair) is not limited according to the length of the line sensor. In other words, the phase of the magnetic encoder can be detected with high accuracy without degrading the signal accuracy without matching the magnetic pole pitch of one magnetic pole pair to the length of the line sensor.
前記磁気エンコーダの各磁極対におけるN極とS極との境界線を、この磁気エンコーダの移動方向に対して斜めに配置しても良い。この場合、複数の磁気センサ素子の並び方向を、磁気エンコーダの移動方向に対して直交する方向に向けて配置することができる。したがって、磁気エンコーダに対し、ラインセンサの配置の位置決めが容易に行える。 The boundary line between the N pole and the S pole in each magnetic pole pair of the magnetic encoder may be arranged obliquely with respect to the moving direction of the magnetic encoder. In this case, the arrangement direction of the plurality of magnetic sensor elements can be arranged in a direction orthogonal to the moving direction of the magnetic encoder. Therefore, the positioning of the line sensor can be easily positioned with respect to the magnetic encoder.
前記磁気センサ回路全体を、磁気エンコーダの移動方向に対して斜めに配置することで、この磁気エンコーダの磁極の並び方向と、磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置するものであっても良い。
前記磁気エンコーダの磁極の並び方向と、磁気センサ回路全体とを、それぞれ磁気エンコーダの移動方向に対して斜めに配置することで、この磁気エンコーダの磁極の並び方向と、磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置するものであっても良い。この場合、ラインセンサの長さに最適な分解能の組合わせを得る自由度が高められる。また、ラインセンサにおける、磁気エンコーダの移動方向に直交する方向の寸法を抑制することが可能となる。
By arranging the entire magnetic sensor circuit obliquely with respect to the moving direction of the magnetic encoder, the magnetic pole arrangement direction of the magnetic encoder and the arrangement direction of a plurality of magnetic sensor elements constituting the magnetic sensor circuit are relatively Alternatively, it may be arranged obliquely.
By arranging the magnetic pole arrangement direction of the magnetic encoder and the entire magnetic sensor circuit obliquely with respect to the movement direction of the magnetic encoder, the magnetic encoder arrangement direction and the plurality of magnetic sensor circuits constituting the magnetic sensor circuit are arranged. The arrangement direction of the magnetic sensor elements may be arranged relatively obliquely. In this case, the degree of freedom for obtaining a combination of resolutions optimal for the length of the line sensor is increased. In addition, the dimension of the line sensor in the direction orthogonal to the moving direction of the magnetic encoder can be suppressed.
前記複数の磁気センサ素子および磁気センサ回路が、半導体チップに集積されているものであっても良い。この場合、磁気エンコーダの磁極の並び方向に対して、半導体チップの取付け角度を変更することで、自由に分解能を調整し得るうえ、複数の磁気センサ素子および磁気センサ回路のコンパクトを図れ、取り扱いを容易化できる。
前記磁気エンコーダが、フェライト磁粉または希土類磁石の粉末を混ぜ込んだゴム磁石、またはプラスチック磁石で構成されたものであっても良い。フェライト磁粉を用いた場合は、希土類磁石の粉末を用いるよりもコスト面で有利である。希土類磁石の粉末を用いた場合は、フェライト磁粉を用いるよりも磁束密度が高いため、磁気センサと磁気エンコーダとの間のエアギャップを広く確保することができ、磁気エンコーダに対する磁気センサの取付け方法の自由度が上がる。
The plurality of magnetic sensor elements and magnetic sensor circuits may be integrated on a semiconductor chip. In this case, the resolution can be adjusted freely by changing the mounting angle of the semiconductor chip with respect to the magnetic encoder magnetic pole arrangement direction, and the plurality of magnetic sensor elements and magnetic sensor circuits can be made compact and handled. It can be simplified.
The magnetic encoder may be a rubber magnet mixed with ferrite magnetic powder or rare earth magnet powder, or a plastic magnet. When ferrite magnetic powder is used, it is more advantageous in terms of cost than using rare earth magnet powder. When using rare earth magnet powder, the magnetic flux density is higher than when using ferrite magnetic powder, so that a wide air gap between the magnetic sensor and the magnetic encoder can be secured. The degree of freedom increases.
前記磁気エンコーダが、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。
前記磁気エンコーダがリング状に形成されたものであっても良い。
The magnetic encoder may be 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.
The magnetic encoder may be formed in a ring shape.
前記磁気エンコーダが直線状に延びるリニア磁気エンコーダであり、このリニア磁気エンコーダと、前記磁気センサ回路とを組み合わせて、前記磁気センサ回路を構成する各磁気センサ素子の出力から2相の正弦波状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としても良い。このような直動型位置検出を行う場合、特に微小な変位を検出する用途に適しており、その場合、前記いずれかの磁気エンコーダの他に、薄い希土類磁石を複数枚重ね合わせて成る磁気エンコーダを使用できるため、省スペース化を図ることが可能となる。 The magnetic encoder is a linear magnetic encoder extending linearly, and a combination of the linear magnetic encoder and the magnetic sensor circuit generates a two-phase sinusoidal signal from the output of each magnetic sensor element constituting the magnetic sensor circuit. It is good also as what detects by the calculation and the position in a magnetic pole. When performing such a linear motion type position detection, it is particularly suitable for use in detecting minute displacements. In that case, in addition to any one of the above magnetic encoders, a magnetic encoder formed by superposing a plurality of thin rare earth magnets Therefore, space can be saved.
この発明の回転検出装置付き軸受は、前記磁気エンコーダがリング状に形成された回転検出装置が軸受に搭載されたものである。この場合、軸受使用機器に回転検出装置付き軸受を組み込めるため、回転検出装置を軸受とは別に軸受使用機器に組み立てる工数を削減できる。また、軸受使用機器全体のコンパクト化を図れる。 In the bearing with a rotation detection device of the present invention, the rotation detection device in which the magnetic encoder is formed in a ring shape is mounted on the bearing. In this case, since the bearing with the rotation detecting device can be incorporated into the bearing using device, the number of steps for assembling the rotation detecting device into the bearing using device separately from the bearing can be reduced. In addition, it is possible to reduce the size of the entire bearing equipment.
この発明の回転検出装置は、磁気エンコーダと、この磁気エンコーダの磁界を検出する磁気センサとを備えた回転検出装置であって、前記磁気センサは、直線上に並ぶ複数の磁気センサ素子を含み、磁気エンコーダの1磁極内における位相を検出する機能を有する磁気センサ回路を有し、前記磁気エンコーダの磁極の並び方向と、前記磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置したため、簡易な構造でパルス信号の分解能を上げることができ、使用環境等に影響されない汎用性の高い回転検出装置にできる。 The rotation detection device of the present invention is a rotation detection device including a magnetic encoder and a magnetic sensor for detecting a magnetic field of the magnetic encoder, and the magnetic sensor includes a plurality of magnetic sensor elements arranged in a straight line, A magnetic sensor circuit having a function of detecting a phase in one magnetic pole of the magnetic encoder, wherein an alignment direction of magnetic poles of the magnetic encoder and an alignment direction of a plurality of magnetic sensor elements constituting the magnetic sensor circuit are Therefore, the resolution of the pulse signal can be increased with a simple structure, and a highly versatile rotation detector that is not affected by the use environment or the like can be obtained.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図3と共に説明する。この発明の実施形態に係る回転検出装置は、各種機器の回転検出、回転角度検出等に適用される。先ず、ラジアルタイプの回転検出装置について説明する。
図2に示すように、この回転検出装置1は、環状の磁気エンコーダ2と、この磁気エンコーダ2の磁界を検出する磁気センサ3とを備えている。磁気エンコーダ2は、円筒状の芯金4と、環状の磁気エンコーダトラック5とを有する。前記芯金4は、外周面に磁気エンコーダトラック5を設ける芯金本体4aと、この芯金本体4aの軸方向一端縁部から径方向内向きの段部4bを介して繋がる嵌合部分4cとでなる。この嵌合部分4cの内周面が、取付対象6の外周面6aに圧入嵌合等により取り付けられ、取付対象6の軸心L1に対して磁気エンコーダ2の軸心が同心に設けられる。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The rotation detection device according to the embodiment of the present invention is applied to rotation detection and rotation angle detection of various devices. First, a radial type rotation detection device will be described.
As shown in FIG. 2, the
磁気エンコーダ2は、フェライト磁粉または希土類磁石の粉末を混ぜ込んだゴム磁石、またはプラスチック磁石で構成されている。フェライト磁粉を用いた場合は、希土類磁石の粉末を用いるよりもコスト面で有利である。希土類磁石の粉末を用いた場合は、フェライト磁粉を用いるよりも磁束密度が高いため、磁気センサ3と磁気エンコーダ2との間のエアギャップGpを広く確保することができ、磁気エンコーダ2に対する磁気センサ3の取付け方法の自由度が上がる。磁気エンコーダ2が、磁性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。
The
磁気センサ3は、磁気エンコーダトラック5に対してギャップGpを介して径方向つまりラジアル方向に対向するように、固定部材等に設けられる。
図1に展開図で示すように、磁気エンコーダトラック5は、複数の磁極対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る。1磁極対は、磁極Sと磁極Nの1組をいう。ラジアルタイプであるこの磁気エンコーダ2は、リング状の磁気エンコーダトラック5の外周面に磁極対が着磁されている。
The
As shown in a developed view in FIG. 1, the
磁気センサ3は、図3(B)に示すように、直線上に並ぶ複数の磁気センサ素子3a、つまりラインセンサを含み、且つ、各磁気センサ素子3aの出力から図3(C)に示す2相の正弦波状信号を演算によって生成して、磁気エンコーダ2の1磁極内における位相を検出する機能を有する磁気センサ回路7を有する。複数の磁気センサ素子3aおよび磁気センサ回路7は、例えば、半導体チップに集積されている。前記磁気センサ回路7は、後述する加算回路8,9,10,11とインバータ12とを有する。前記磁気センサ回路7を構成する複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1は、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2に対して、相対的に斜めに配置している。
As shown in FIG. 3B, the
図1の例では、磁極の並び方向A2と、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1とが、角度α(この例ではα=60度)の傾斜角度を成すように配置される。このようにラインセンサを磁極の並び方向A2に対し斜めに配置することで、図1のハッチングで示すラインセンサ部分には、磁気エンコーダ2の1磁極対が見かけ上与えられ、さらに磁気エンコーダ2の各磁極の磁極幅δを所望の値以下(例えば1mm以下)にし得る。
例えば、磁極幅δを0.5mmにして、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1を、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2に対して60度に配置する。そうすると、ラインセンサの長さLaにcos60を乗じた値と、磁気エンコーダ2の1磁極対の長さLbとが見かけ上同じになる。これにより、パルス信号の分解能は以下のようになる。
In the example of FIG. 1, the arrangement direction A2 of the magnetic poles and the arrangement direction A1 of the plurality of
For example, the magnetic pole width δ is set to 0.5 mm, and the arrangement direction A1 of the plurality of
・磁気エンコーダ2の磁極対数は、磁気エンコーダトラック5の外周面の外径寸法D(D=50mm)と、磁極幅δ(δ=0.5mm)とから156極対と求められる。この156極対は156個のN極と156個のS極とを含む。
ここで磁極幅δは、外径寸法Dに円周率πを乗じた値を、磁極対数に2を乗じた値で除すことで求められる。δ=D・π/(2・磁極対数)=50・π/(2・156)=0.503mm
・磁気センサ素子3aの逓倍率を40倍とする。この逓倍率40倍とは、磁気エンコーダ1磁極対に対して40倍のパルス信号を得ることが可能であることを意味する。
そうすると、磁極対数156に逓倍率40を乗じた6240パルス(AB各相)の最大高分解能化を図れる。この6240パルスは0.058度の分解能に相当する。
The number of magnetic pole pairs of the
Here, the magnetic pole width δ is obtained by dividing the value obtained by multiplying the outer diameter dimension D by the circumferential ratio π by the value obtained by multiplying the number of magnetic pole pairs by two. δ = D · π / (2 · number of magnetic pole pairs) = 50 · π / (2 · 156) = 0.503 mm
The multiplication factor of the
Then, the maximum resolution of 6240 pulses (AB phases) obtained by multiplying the number of magnetic pole pairs 156 by the multiplication factor 40 can be achieved. This 6240 pulse corresponds to a resolution of 0.058 degrees.
比較例として図10,図11に示す従来例では、外径寸法D(D=50mm)の磁気エンコーダトラック5に逓倍率40倍の磁気センサ素子3aを組み合わせると、
・磁気エンコーダ2の磁極対数は78極対(N極:78個、S極:78個)と求められる。ここで磁極幅δ=50・π/(2・78)=1.01mm>1mmとなる。
・磁気センサ素子3aの逓倍率:40倍
そうすると、従来例では、磁極対数78に逓倍率40を乗じた3120パルス(AB各相)の最大高分解能化を図れる。この3120パルスは0.115度の分解能に相当する。
In the conventional example shown in FIGS. 10 and 11 as a comparative example, when the
The number of magnetic pole pairs of the
-Multiplication rate of
図3(A)は、磁気エンコーダにおける1磁極対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、ラインセンサの長さにcosαを乗じたラインセンサ部分は、図3(A)の1磁極対における、0度〜180度の位相区間のN極、および180度〜360度の位相区間のS極の区間に対応付けて配置される。このような配置構成により、0度〜90度の位相区間に対応するラインセンサの検出信号を加算回路8で加算した信号S1と、90度〜180度の位相区間に対応するラインセンサの検出信号を加算回路9で加算した信号S2を、別の加算回路10で加算することで、図3(C)に示すような磁界信号に応じたsin信号を得る。信号S1と、インバータ12を介した信号S2をさらに別の加算回路11で加算することで、図3(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、磁極の範囲内における位置を検出する。180度〜360度の位相区間に対応するラインセンサの検出信号についても、同様の加算回路により加算されてsin信号およびcos信号が得られ、これら2相の出力信号から、磁極の範囲内における位置を検出する。
FIG. 3A shows a section of one magnetic pole pair in a magnetic encoder converted into a magnetic field strength and shown in a waveform diagram. In this case, the line sensor portion obtained by multiplying the length of the line sensor by cos α is the N pole in the phase interval of 0 ° to 180 ° and the phase interval of 180 ° to 360 ° in one magnetic pole pair in FIG. Are arranged in association with the S pole section. With such an arrangement, the signal S1 obtained by adding the detection signals of the line sensor corresponding to the phase interval of 0 ° to 90 ° by the adding
以上説明した回転検出装置1によると、磁気センサ回路7は、各磁気センサ素子3aの出力から2相の正弦波状信号を生成するため、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダ2の位相を検出し得る。
特に、この回転検出装置1では、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2と、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1とを、相対的に斜めに配置したことで、ラインセンサ部分には磁気エンコーダ2の1磁極対が見かけ上与えられ、さらに磁気エンコーダ2の各磁極の磁極幅δを所望の1mm以下にすることができる。これにより、パルス信号の分解能を従来のものより上げることができる。また、磁極の並び方向A2と、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1との成す傾斜角度αを種々変更することにより、ラインセンサの長さLaに最適な分解能の組み合わせを得ることができるため、同一の磁気センサ素子3aを用いて様々な分解能の磁気エンコーダ2での検出が可能となる。しかも磁気式のエンコーダであるため、光検出の場合のように使用環境が制限されることはなく、埃・油中環境等の使用環境であっても、高い精度で磁気エンコーダ2の位相を検出し得る。このように簡易な構造でパルス信号の分解能を上げることができ、使用環境等に影響されない汎用性の高い回転検出装置1を得ることができる。
According to the
In particular, in the
磁気センサ回路7は、各磁気センサ素子3aの出力からsin,cosの2相の信号出力を演算によって生成して、磁極内部の位置を逓倍して検出する構成であるため、逓倍率に、磁気エンコーダ2の磁極対数を乗じたパルス数となる高分解能化を図ることができる。また、磁気エンコーダ2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細かく検出できる。
複数の磁気センサ素子3aおよび磁気センサ回路7が、半導体チップに集積されているため、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2に対して、半導体チップの取付け角度を変更することで、自由に分解能を調整し得るうえ、複数の磁気センサ素子3aおよび磁気センサ回路7のコンパクトを図れ、取り扱いを容易化できる。
The magnetic sensor circuit 7 is configured to generate two-phase signal outputs of sin and cos from the output of each
Since the plurality of
この発明の他の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。
図4および図5の回転検出装置は、前述のラジアルタイプの回転検出装置に代えて、アキシアルタイプの回転検出装置1Aとしたものである。図5に示すように、この回転検出装置1Aの環状の芯金4Aは、立板部4Aaと円筒部4Abとで断面L字形に形成され、立板部4Aaの外側面に磁気エンコーダトラック5が円環状に設けられ、円筒部4Abの内周面が取付対象6の外周面6aに圧入嵌合等により取り付けられる。磁気センサ3は、磁気エンコーダトラック5に対してギャップGpを介して軸方向つまりアキシアル方向に対向するように固定部材等に設けられる。
Another embodiment of the present invention will be described. In the following description, the same reference numerals are given to the portions corresponding to the matters described in the preceding forms in each embodiment, and the overlapping description is omitted.
The rotation detection device shown in FIGS. 4 and 5 is an axial type
図4に示すように、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2と、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1とが、角度α(この例ではα=60度)の傾斜角度を成すように配置される。このようにアキシアルタイプの回転検出装置1Aにおいても、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2と、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1とを、相対的に斜めに配置したことで、図4のハッチングで表記するラインセンサ部分には磁気エンコーダ2の1磁極対の長さLbが見かけ上与えられ、さらに磁気エンコーダ2の各磁極の磁極幅δを所望の1mm以下にすることができる。これにより、パルス信号の分解能を従来のものより上げることができる。また、磁気式のエンコーダであるため、光検出の場合のように使用環境が制限されることはなく、埃・油中環境等の使用環境であっても、高い精度で磁気エンコーダ2の位相を検出し得る。このように簡易な構造でパルス信号の分解能を上げることができ、使用環境等に影響されない汎用性の高い回転検出装置を得ることができる。
As shown in FIG. 4, the
図6(A)に示すように、ラジアルタイプの回転検出装置1において、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1を軸方向とし、磁気エンコーダ2の各磁極対におけるN極とS極との境界線Lcを、この磁気エンコーダ2の移動方向A3に対して斜めに配置しても良い。つまり、磁気エンコーダ2の磁気パターンを斜めにして、図6Aのハッチングで示すラインセンサ部分を磁気エンコーダ2の移動方向A3に対して直交する方向に向けて配置している。この場合、磁気エンコーダ2に対し、ラインセンサの配置の位置決めが容易に行える。図6(B)に示すように、アキシアルタイプの回転検出装置1Aにおいて、複数の磁気センサ素子3aの並び方向を径方向とし、磁気エンコーダ2の各磁極対におけるN極とS極との境界線Lcを、この磁気エンコーダ2の移動方向A3に対して斜めに配置しても良い。この場合にも、磁気エンコーダ2に対し、ラインセンサの配置の位置決めが容易に行える。
As shown in FIG. 6A, in the radial type
図7(A)に示すように、ラジアルタイプの回転検出装置1において、磁気エンコーダ2の磁気パターンを斜めにすると共に、複数の磁気センサ素子3aの並び方向A1を磁極の並び方向A2に対し斜めに配置している。つまり、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2と、磁気センサ回路全体とを、それぞれ磁気エンコーダ2の移動方向に対して斜めに配置している。この場合、図1乃至図6の回転検出装置よりも、ラインセンサの長さLaに最適な分解能の組み合わせを得る自由度が高められる。また、図6の構成では、ラインセンサにおける、磁気エンコーダ2の移動方向に直交する方向の寸法が大きくなってしまうが、図7の構成によると、ラインセンサにおける、磁気エンコーダ2の移動方向に直交する方向の寸法を抑制することが可能となる。図7(B)に示すように、アキシアルタイプの回転検出装置1Aにおいて、磁気エンコーダ2の磁極の並び方向A2と、磁気センサ回路全体とを、それぞれ磁気エンコーダ2の移動方向に対して斜めに配置しても良い。
As shown in FIG. 7A, in the radial type
図8(A)に示すように、ラジアルタイプの回転検出装置1において、磁気センサ3における同図ハッチングで示すラインセンサ部分のみを、磁極の並び方向A2に対し斜めに配置しても良い。この場合、磁気センサ3のラインセンサ部分を収納するケース3bを矩形状に設け、このケース3bの両側部3ba,3baを磁気エンコーダ2の移動方向に平行に配置できる。したがって、磁気エンコーダ2に対する磁気センサ3の配置を容易に行うことができる。なお、図8(B)に示すように、アキシアルタイプの回転検出装置1Aにおいて、磁気センサ3におけるラインセンサ部分のみを、磁極の並び方向A2に対し斜めに配置しても良い。
As shown in FIG. 8A, in the radial type
図9は、前記いずれかのラジアルタイプの回転検出装置1を軸受BR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。
同図に示すように、この転がり軸受BRは、例えば、深溝玉軸受が適用され、内輪13と、外輪14と、複数の転動体15と、これら転動体15を保持する図示外の保持器と、シール部材16とを有する。なお、転がり軸受BRとして、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等種々の転がり軸受を適用することが可能である。また、この例では、回転側軌道輪である内輪13のうち、シール部材16が配設されていない図9右側の外周面に、磁気エンコーダ2の芯金4を圧入嵌合し、外輪14の右側内周面に、磁気センサ3を保持するセンサ用芯金17の内周面17aを圧入嵌合している。このセンサ用芯金の17環状内部に、非磁性体からなる樹脂部材18が設けられ、この樹脂部材18内に磁気センサ3が埋め込まれている。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an embodiment of a bearing with a rotation detection device in which any one of the radial type
As shown in the figure, for example, a deep groove ball bearing is applied to the rolling bearing BR, and an
このように磁気エンコーダ2および磁気センサ3を含む回転検出装置1を軸受BRに搭載した場合、軸受使用機器にこの回転検出装置付き軸受BRを組み込めるため、回転検出装置を軸受とは別に軸受使用機器に組み立てる工数を削減できる。また、軸受使用機器全体のコンパクト化を図れる。なお、前記いずれかのアキシアルタイプの回転検出装置1Aを軸受BRに搭載することも可能である。
When the
薄い焼結磁石を用いて、露出する断面に発生する磁界の方向が交互となるように、円周方向に交互に並べて磁気エンコーダを構成したものであっても良い。この場合、強力な磁界が得られるため、微細なピッチの磁気エンコーダを精度良く形成することができる。 A magnetic encoder may be configured by using a thin sintered magnet and alternately arranging in the circumferential direction so that the direction of the magnetic field generated in the exposed cross section is alternated. In this case, since a strong magnetic field is obtained, a magnetic encoder with a fine pitch can be formed with high accuracy.
前記いずれかの磁気エンコーダを、直線状に延びるリニア磁気エンコーダとし、このリニア磁気エンコーダと前記磁気センサ回路とを組み合わせて、磁気センサ回路を構成する各磁気センサ素子の出力から2相の正弦波状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としても良い。このような直動型位置検出を行う場合、特に微小な変位を検出する用途に適しており、その場合、前記いずれかの磁気エンコーダの他に、薄い希土類磁石を複数枚重ね合わせて成る磁気エンコーダを使用できるため、省スペース化を図ることが可能となる。 One of the magnetic encoders is a linear magnetic encoder extending linearly, and a combination of the linear magnetic encoder and the magnetic sensor circuit is used to output a two-phase sinusoidal signal from the output of each magnetic sensor element constituting the magnetic sensor circuit. May be generated by calculation to detect the position in the magnetic pole. When performing such a linear motion type position detection, it is particularly suitable for use in detecting minute displacements. In that case, in addition to any one of the above magnetic encoders, a magnetic encoder formed by superposing a plurality of thin rare earth magnets Therefore, space can be saved.
1,1A…回転検出装置
2…磁気エンコーダ
3…磁気センサ
3a…磁気センサ素子
7…磁気センサ回路
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記磁気センサは、直線上に並ぶ複数の磁気センサ素子を含み、磁気エンコーダの1磁極内における位相を検出する機能を有する磁気センサ回路を有し、
前記磁気エンコーダの磁極の並び方向と、前記磁気センサ回路を構成する複数の磁気センサ素子の並び方向とを、相対的に斜めに配置したことを特徴とする回転検出装置。 A rotation detection device comprising a magnetic encoder and a magnetic sensor for detecting a magnetic field of the magnetic encoder,
The magnetic sensor includes a plurality of magnetic sensor elements arranged in a straight line, and includes a magnetic sensor circuit having a function of detecting a phase within one magnetic pole of a magnetic encoder,
A rotation detection device, wherein the magnetic encoder magnetic pole arrangement direction and the magnetic sensor element arrangement direction constituting the magnetic sensor circuit are arranged relatively obliquely.
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JP2016205855A (en) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社小野測器 | Rotary encoder |
JP2016205854A (en) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社小野測器 | Linear gauge sensor |
JP2018189426A (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 株式会社ニコン | Encoder device, driving device, stage device, and robot device |
JP2019152640A (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 株式会社デンソー | Linear position sensor |
CN113574286A (en) * | 2019-03-11 | 2021-10-29 | 学校法人关西大学 | Rolling bearing and rolling bearing equipped with sensor |
-
2010
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016205855A (en) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社小野測器 | Rotary encoder |
JP2016205854A (en) * | 2015-04-16 | 2016-12-08 | 株式会社小野測器 | Linear gauge sensor |
JP2018189426A (en) * | 2017-04-28 | 2018-11-29 | 株式会社ニコン | Encoder device, driving device, stage device, and robot device |
JP7024207B2 (en) | 2017-04-28 | 2022-02-24 | 株式会社ニコン | Encoder device, drive device, stage device, and robot device |
JP2019152640A (en) * | 2018-02-28 | 2019-09-12 | 株式会社デンソー | Linear position sensor |
CN113574286A (en) * | 2019-03-11 | 2021-10-29 | 学校法人关西大学 | Rolling bearing and rolling bearing equipped with sensor |
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