JP2012112707A - ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】マグネットと感磁素子とからなる対を複数組、回転軸線方向の一方側に設けた場合でも高い分解能を得ることのできるロータリエンコーダを提供すること。
【解決手段】ロータリエンコーダ１において、回転体２には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された第１マグネット２０と、第１マグネット２０に対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の第２マグネット３０とが設けられ、固定体１０には、第１マグネット２０に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第１感磁素子４０と、第２マグネット３０に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第２感磁素子６０とが設けられている。第１マグネット２０と第２マグネット３０の間には、これらのマグネットより回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している環状のシールド部材７０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、マグネットと感磁素子とを用いた磁気式のロータリエンコーダに関するものである。

固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダでは、例えば、回転体の側には、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された第１着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第１マグネットと、第１マグネットに対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の第２着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第２マグネットとが用いられ、第２マグネットは、第１マグネットに比して極数が多く形成されている（特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載のロータリエンコーダでは、第１マグネットに対して回転軸線方向の一方側で第１感磁素子を対向させ、第２マグネットに対して回転軸線方向の一方側で第２感磁素子を対向させることにより、１回転当たりのパルス数が異なる信号を得るようになっている。

また、特許文献１に記載のロータリエンコーダでは、第１マグネットと第２マグネットの径方向の隙間を埋めるように環状のシールド部材が設けられており、第１マグネット、シールド部材および第２マグネットは回転軸線方向において同一箇所に位置している。また、第１感磁素子および第２感磁素子も、回転軸線方向において同一箇所に位置している。

特許３２００３６１号の図１および図２等

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、第１マグネット、シールド部材および第２マグネットは回転軸線方向において同一箇所に位置しているため、第１マグネットから第２感磁素子への磁気的な干渉や、第２マグネットから第１感磁素子への磁気的な干渉を十分に回避できない。このため、第２マグネットの磁極数を増やしてロータリエンコーダの高分解能化を図ることが困難であるという問題点がある。

以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、マグネットと感磁素子とからなる対を複数組、回転軸線方向の一方側に設けた場合でも高い分解能を得ることのできるロータリエンコーダを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダであって、前記固定体および前記回転体のうちの一方側部材には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第１マグネットと、該第１マグネットに対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第２マグネットと、径方向において前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置する環状のシールド部材と、が設けられ、前記固定体および前記回転体のうちの他方側部材には、前記第１マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第１感磁素子と、前記第２マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第２感磁素子と、が設けられ、前記シールド部材は、前記第１マグネットおよび前記第２マグネットより回転軸線方向の一方側に向かって突出していることを特徴とする。

本発明では、第１マグネットの着磁面および第２マグネットの着磁面はいずれも、回転軸線方向の一方側に向いており、かかる回転軸線方向の一方側に第１感磁素子および第２感磁素子が配置されているが、径方向において第１マグネットと第２マグネットとの間にシールド部材が配置され、かかるシールド部材は、第１マグネットおよび第２マグネットより回転軸線方向の一方側に向かって突出している。このため、第１マグネットから第２感磁素子への磁気的な干渉や、第２マグネットから第１感磁素子への磁気的な干渉を回避することができる。それ故、第２マグネットの磁極数を増やしても、第２感磁素子は第２マグネットの磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダの高分解能化を図ることができる。

本発明において、前記第１感磁素子は、前記第１マグネットの位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターンとＢ相の磁気抵抗パターンとを備えた第１磁気抵抗素子であり、当該第１磁気抵抗素子において、前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび−ａ相の磁気抵抗パターンを備え、前記Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび−ｂ相の磁気抵抗パターンを備え、前記第２感磁素子は、前記第２マグネットの位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターンとＢ相の磁気抵抗パターンとを備えた第２磁気抵抗素子であり、当該第２磁気抵抗素子において、前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび−ａ相の磁気抵抗パターンを備えていることが好ましい。かかる構成によれば、第１感磁素子での検出結果に基づいて回転体の第１角度位置情報が生成され、第２磁気抵抗素子での検出結果、および第１角度位置情報に基づいて、第１角度位置情報より高分解能の回転体の第２角度位置情報を生成することができる。

本発明において、前記一方側部材には、前記第１マグネットに対向する位置に、第１ホール素子と、該第１ホール素子に対して周方向において機械角で９０°ずれた箇所に位置する第２ホール素子と、が設けられ、前記第１感磁素子での検出結果、前記第１ホール素子での検出結果、および前記第２ホール素子での検出結果に基づいて前記回転体の第１絶対角度位置情報が生成され、前記第２感磁素子での検出結果、および前記第１絶対角度位置情報に基づいて、前記第１絶対角度位置情報より高分解能の前記回転体の第２絶対角度位置情報が生成されることが好ましい。かかる構成によれば、第１感磁素子での検出結果、第１ホール素子での検出結果、および第２ホール素子での検出結果に基づいて回転体の第１絶対角度位置情報が生成されるので、ロータリエンコーダにアブソリュート動作を行わせることができる。また、第２感磁素子での検出結果、および第１絶対角度位置情報に基づいて、第１絶対角度位置情報より高分解能の回転体の第２絶対角度位置情報が生成されるので、ロータリエンコーダに高分解能のアブソリュート動作を行わせることができる。

本発明において、前記第２マグネットの着磁面では、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に多極に着磁されたトラックが径方向で複数、並列し、前記複数のトラックにおいて、隣接するトラック間ではＮ極およびＳ極の位置が周方向でずれており、前記第２感磁素子は、隣接するトラックの境界部分に回転軸線方向で重なる位置に配置されていることが好ましい。かかる構成によれば、各磁気抵抗パターンは、各磁気抵抗パターンの抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度でトラックの面内方向で向きが変化する回転磁界を検出することができる。従って、回転体の角度位置等を精度良く検出できる。

本発明において、前記第２マグネットと前記第２感磁素子との回転軸線方向における離間距離は、前記第１マグネットと前記第１感磁素子との回転軸線方向における離間距離より小であることが好ましい。かかる構成によれば、第２マグネットの磁極数を増やしても、第２感磁素子は第２マグネットの磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダの高分解能化を図ることができる。

本発明において、前記第１感磁素子と前記第２感磁素子とは、回転軸線方向において同一の位置にあって、前記第２マグネットは、前記第１マグネットより回転軸線方向の一方側に位置していることが好ましい。かかる構成によれば、第１感磁素子と第２感磁素子とを同一基板上に配置した場合でも、第２マグネットと第２感磁素子との回転軸線方向における離間距離を、第１マグネットと第１感磁素子との回転軸線方向における離間距離より小とすることができる。

本発明において、前記シールド部材は、径方向において前記第１マグネットおよび前記第２マグネットのうちの少なくとも一方から離間していることが好ましい。かかる構成によれば、第１マグネットと第２マグネットとの径方向における離間距離や、シールド部材の厚さ寸法にばらつきがあっても、シールド部材を第１マグネットと第２マグネットとの間に容易に配置することができる。

本発明において、前記シールド部材と前記第１マグネットとの径方向における間隔は、前記シールド部材と前記第２マグネットとの径方向における間隔より小であることが好ましい。シールド部材とマグネットとを近接させると、磁力線がシールド部材の側に向かう分、感磁素子での磁極検出の感度が低下するおそれがあるが、磁極数の少ない第１マグネットの側にシール部材を近接させれば、第２感磁素子での磁極検出の感度低下を回避することができる。

本発明において、前記シールド部材は、径方向において前記第１マグネットに隣接し、径方向において前記第２マグネットから離間していることが好ましい。かかる構成によれば、第１マグネットを基準にシールド部材の位置決めを行うことができる。

本発明において、前記第１マグネットおよび前記第２マグネットは、一体の磁性体の互いに異なる部分に着磁してなることが好ましい。かかる構成によれば、第１マグネットと第２マグネットとを別体とした場合に比してロータリエンコーダの組み立てを効率よく行うことができる。

本発明では、第１マグネットの着磁面および第２マグネットの着磁面はいずれも、回転軸線方向の一方側に向いており、かかる回転軸線方向の一方側に第１感磁素子および第２感磁素子が配置されているが、径方向において第１マグネットと第２マグネットとの間にシールド部材が配置され、かかるシールド部材は、第１マグネットおよび第２マグネットのうちの少なくとも一方のマグネットより回転軸線方向の一方側に向かって突出している。このため、第１マグネットから第２感磁素子への磁気的な干渉や、第２マグネットから第１感磁素子への磁気的な干渉を回避することができる。それ故、第２マグネットの磁極数を増やしても、第２感磁素子は第２マグネットの磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダの高分解能化を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダの外観等を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダにおける原理を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダに用いた感磁素子の磁気抵抗パターンの電気的な接続構造の説明図である。 本発明の実施の形態２に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。 本発明の実施の形態４に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。 本発明の実施の形態５に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。 本発明の実施の形態６に係るロータリエンコーダにおけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図である。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したロータリエンコーダの実施の形態を説明する。なお、ロータリエンコーダにおいて、固定体に対する回転体の回転を検出するにあたっては、固定体にマグネットを設け、回転体に感磁素子を設けた構成、および固定体に感磁素子を設け、回転体にマグネットを設けた構成のいずれの構成を採用してもよいが、以下の説明では、固定体に感磁素子を設け、回転体にマグネットを設けた構成を中心に説明する。また、以下に参照する図面において、マグネットおよび感磁素子等の構成について模式的に示してあり、第２マグネットにおける磁極についてはその数を減らして模式的に示してある。また、第２感磁素子における磁気抵抗パターンと第２マグネットの磁極との位置関係についても互いの位置をずらして模式的に示してある。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダの外観等を示す説明図であり、図１（ａ）、（ｂ）は、ロータリエンコーダを回転軸線方向の一方側かつ斜め方向からみた斜視図、および回転軸線方向の一方側からみた平面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。

図１および図２に示すロータリエンコーダ１は、固定体１０に対する回転体２の軸線周り（回転軸線周り）の回転を磁気的に検出する装置であり、固定体１０は、モータ装置のフレーム等に固定され、回転体２は、モータ装置の回転出力軸等に連結された状態で使用される。

固定体１０は、センサ基板１５と、センサ基板１５を支持する複数の支持部材１１とを備えており、本形態において、支持部材１１は、円形の開口部１２２が形成された底板部１２１を備えたベース体１２と、ベース体１２に固定されたセンサ支持板１３とからなる。本形態において、センサ支持板１３は、ベース体１２において開口部１２２の縁部分から回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向けて突出した略円筒状の胴部１２３にネジ１９１、１９２等により固定されている。なお、センサ支持板１３からは、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向けて複数本の端子１６が突出している。また、胴部１２３において回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に位置する端面には、突起１２４や穴１２５等が形成されており、かかる穴１２５等を利用して、胴部１２３にはセンサ基板１５がネジ１９３等により固定されている。その際、センサ基板１５は、突起１２４等により所定位置に位置決めされた状態で精度よく固定される。センサ基板１５において、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の面にはコネクタ１７が設けられている。

回転体２は、胴部１２３の内側に配置される円筒状の部材であって、その内側にはモータの回転出力軸（図示せず）が嵌合等の方法で連結されている。従って、回転体２は、軸線周りに回転可能である。

（マグネットおよび感磁素子等のレイアウト等）
図３は、本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図３（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。図４は、本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダ１における原理を示す説明図であり、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は感磁素子に対する信号処理系の説明図、感磁素子から出力される信号の説明図、およびかかる信号と回転体２の角度位置θ（電気角）との関係を示す説明図である。図５は、本発明の実施の形態１に係るロータリエンコーダ１に用いた感磁素子の磁気抵抗パターンの電気的な接続構造の説明図である。なお、図３（ａ）および図４（ａ）では、マグネットおよび感磁素子等の構成を模式的に示してあり、第２マグネット３０における磁極についてはその数を減らして模式的に示してある。また、第２感磁素子６０における磁気抵抗パターンと第２マグネット３０の磁極との位置関係についても互いの位置をずらして模式的に示してあり、第２感磁素子６０の磁気抵抗パターンは、周方向において極めて狭い範囲に形成されている。

図１〜図４に示すように、本形態のロータリエンコーダ１において、回転体２の側には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面２１を回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向ける第１マグネット２０と、第１マグネット２０に対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面３１を回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向ける第２マグネット３０とが保持されている。かかる第１マグネット２０および第２マグネット３０は回転体２と一体に回転軸線周りに回転する。

本形態において、第１マグネット２０は円盤状の永久磁石からなる。第２マグネット３０は円筒状であり、第１マグネット２０に対して径方向の外側で離間する位置に配置されている。第１マグネット２０および第２マグネット３０はボンド磁石等からなる。本形態において、第２マグネット３０の着磁面３１には、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に多極に着磁されたトラック３１０が径方向で複数、並列している。本形態では、トラック３１０が２列形成されている。かかる２つのトラック３１０の間ではＮ極およびＳ極の位置が周方向でずれており、本形態では、２つのトラック３１０の間においてＮ極およびＳ極は周方向に１極分ずれている。

また、回転体２には、環状の磁性部材からなるシールド部材７０が保持されており、かかるシールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間に配置されている。

固定体１０には、第１マグネット２０の着磁面２１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第１感磁素子４０と、第２マグネット３０の着磁面３１に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向する第２感磁素子６０とが設けられている。本形態において、第１感磁素子４０は、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持され、第２感磁素子６０は、センサ支持板１３の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持されている。ここで、センサ支持板１３の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面は、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に位置している。

また、固定体１０には、第１マグネット２０に対向する位置に、第１ホール素子５１と、第１ホール素子５１に対して周方向において機械角で９０°ずれた箇所に位置する第２ホール素子５２とが設けられている。本形態において、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持されており、第１マグネット２０に対して回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１で対向している。

図３および図４に示すように、第１感磁素子４０は、第１マグネット２０の位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相（SIN）の磁気抵抗パターンとＢ相（COS）の磁気抵抗パターンとを備えた第１磁気抵抗素子である。かかる第１感磁素子４０（第１磁気抵抗素子）において、Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ａ相（SIN+）の磁気抵抗パターン４３および−ａ相（SIN-）の磁気抵抗パターン４１を備えており、Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ｂ相（COS+）の磁気抵抗パターン４４および−ｂ相（COS-）の磁気抵抗パターン４２を備えている。

ここで、＋ａ相の磁気抵抗パターン４３および−ａ相の磁気抵抗パターン４１は、図５（ａ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ａ相の磁気抵抗パターン４３の中点位置には、＋ａ相が出力される端子（＋ａ）が設けられ、−ａ相の磁気抵抗パターン４１の中点位置には、−ａ相が出力される端子（−ａ）が設けられている。また、＋ｂ相の磁気抵抗パターン４４および−ｂ相の磁気抵抗パターン４２も、＋ａ相の磁気抵抗パターン４４および−ａ相の磁気抵抗パターン４１と同様、図５（ｂ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ｂ相の磁気抵抗パターン４４の中点位置には、＋ｂ相が出力される端子（＋ｂ）が設けられ、−ｂ相の磁気抵抗パターン４２の中点位置には、−ｂ相が出力される端子（−ｂ）が設けられている。

第２感磁素子６０は、第２マグネット３０の位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相（SIN）の磁気抵抗パターンとＢ相（COS）の磁気抵抗パターンとを備えた第２磁気抵抗素子である。かかる第２感磁素子６０（第２磁気抵抗素子）において、Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ａ相（SIN+）の磁気抵抗パターン６４および−ａ相（SIN-）の磁気抵抗パターン６２を備えており、Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって回転体２の移動検出を行う＋ｂ相（COS+）の磁気抵抗パターン６３および−ｂ相（COS-）の磁気抵抗パターン６１を備えている。

ここで、＋ａ相の磁気抵抗パターン６４および−ａ相の磁気抵抗パターン６２は、第１感磁素子４０と同様、図５（ａ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ａ相の磁気抵抗パターン６４の中点位置には、＋ａ相が出力される端子（＋ａ）が設けられ、−ａ相の磁気抵抗パターン６２の中点位置には、−ａ相が出力される端子（−ａ）が設けられている。また、＋ｂ相の磁気抵抗パターン６３および−ｂ相の磁気抵抗パターン６１は、＋ａ相の磁気抵抗パターン６４および−ａ相の磁気抵抗パターン６２と同様、図５（ｂ）に示すブリッジ回路を構成しており、一方端が電源端子（Ｖｃｃ）に接続され、他方端がグランド端子（ＧＮＤ）に接続されている。また、＋ｂ相の磁気抵抗パターン６３の中点位置には、＋ｂ相が出力される端子（＋ｂ）が設けられ、−ｂ相の磁気抵抗パターン６１の中点位置には、−ｂ相が出力される端子（−ｂ）が設けられている。

かかる構成の第２感磁素子６０は、図３および図４（ａ）に示すように、第２マグネット３０において隣接するトラック３１０の境界部分に回転軸線方向Ｌで重なる位置に配置されている。このため、第２感磁素子６０の磁気抵抗パターン６１〜６４は、各磁気抵抗パターン６１〜６４の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度でトラック３１０の面内方向で向きが変化する回転磁界を検出することができる。すなわち、第２マグネット３０は、複数のトラック３１０を備えているので、隣接するトラック３１０の境界線部分では、各磁気抵抗パターン６１〜６４の抵抗値の飽和感度領域以上の磁界強度でトラック３１０の面内方向の向きが変化する回転磁界が発生する。ここで、飽和感度領域とは、一般的に、抵抗値変化量ｋが、磁界強度Ｈと近似的に「ｋ∝Ｈ２」の式で表すことができる領域以外の領域をいう。また、飽和感度領域以上の磁界強度で回転磁界（磁気ベクトルの回転）の方向を検出する際の原理は、強磁性金属からなる磁気抵抗パターン６１〜６４に通電した状態で、抵抗値が飽和する磁界強度を印加したとき、磁界と電流方向がなす角度θと、磁気抵抗パターン６１〜６４の抵抗値Ｒとの間には、下式
Ｒ＝Ｒ０−ｋ×ｓｉｎ２θ
Ｒ０：無磁界中での抵抗値
ｋ：抵抗値変化量（飽和感度領域以上のときは定数）
で示す関係があることを利用するものである。このような原理に基づいて回転磁界を検出すれば、角度θが変化すると抵抗値Ｒが正弦波に沿って変化するので、波形品質の高いＡ相およびＢ相を得ることができる。

かかる構成のロータリエンコーダ１において、第１感磁素子４０、第１ホール素子５１、第２ホール素子５２、および第２感磁素子６０には、増幅回路９１〜９６や、これらの増幅回路９１〜９６から出力される正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓに補間処理や各種演算処理を行うＣＰＵ９０（演算回路）等が構成されており、第１感磁素子４０、第１ホール素子５１、第２ホール素子５２、および第２感磁素子６０からの出力に基づいて、固定体１０に対する回転体２の回転角度位置が求められる。

より具体的には、ロータリエンコーダ１において、回転体２が１回転すると、第１感磁素子４０（第１磁気抵抗素子）からは、図４（ｂ）に示す正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが２周期分、出力される。従って、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを増幅回路９１、９２により増幅した後、ＣＰＵ９０において、図４（ｃ）に示すように、正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓからθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）を求めれば、回転出力軸の角度位置θが分かる。また、本形態では、第１マグネット２０の中心からみて９０°ずれた位置に第１ホール素子５１および第２ホール素子５２が配置されている。このため、現在位置が正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓのいずれの区間に位置するかが分かる。従って、ロータリエンコーダ１は、第１感磁素子４０での検出結果、第１ホール素子５１での検出結果、および第２ホール素子５２での検出結果に基づいて回転体２の第１絶対角度位置情報を生成することができ、アブソリュート動作を行うことができる。

また、本形態のロータリエンコーダ１では、Ｎ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面３１を備えた第２マグネット３０が用いられており、かかる第２マグネット３０に対向する第２感磁素子６０（第２磁気抵抗素子）からは、回転体２が第２マグネット３０の磁極の１周期分を回転する度に、図４（ｂ）に示すような正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓが出力される。従って、第２感磁素子６０から出力された正弦波信号ｓｉｎ、ｃｏｓを増幅回路９１、９２により増幅した後、ＣＰＵ９０において、パルス信号等に変換すれば、第２マグネット３０の磁極に対応する信号が得られる。従って、ＣＰＵ９０において、第１感磁素子４０での検出結果、第１ホール素子５１での検出結果、および第２ホール素子５２での検出結果に基づいて得られた回転体２の第１絶対角度位置情報と、第２感磁素子６０での検出結果とを用いれば、回転体２の第２絶対角度位置情報を得ることができ、かかる第２絶対角度位置情報は、第１絶対角度位置情報に比して分解能が高い。すなわち、第１感磁素子４０での検出結果、第１ホール素子５１での検出結果、および第２ホール素子５２での検出結果に基づいて回転体２の第１絶対角度位置情報を検出し、かかる第１絶対角度位置情報、および第２感磁素子６０での検出結果を用いて、回転体２のさらに高い精度の絶対角度位置（第２絶対角度位置情報）を得る。従って、例えば、第１感磁素子４０での検出結果、第１ホール素子５１での検出結果、および第２ホール素子５２での検出結果に基づいて得られた回転体２の第１絶対角度位置情報での分解能は、機械角で±０．２°であったが、かかる第１絶対角度位置情報と第２感磁素子６０での検出結果とを用いて得た第２絶対角度位置情報での分解能は、機械角で±０．０２°である。

（シールド部材７０の構成）
再び図３において、本形態のロータリエンコーダ１では、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間に環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。かかるシールド部材７０は、ＳＰＣＣ材やＳＰＣＥ材等からなる。

ここで、シールド部材７０は、第１マグネット２０および第２マグネット３０より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している。より具体的には、第１マグネット２０の着磁面２１および第２マグネット３０の着磁面３１は、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって同一の位置にあるが、シールド部材７０の回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１の端部は、第１マグネット２０の着磁面２１および第２マグネット３０の着磁面３１より寸法ｓ1だけ、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に位置する。

また、本形態において、シールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０の少なくとも一方に対して離間している。本形態において、シールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０の双方と離間しており、シールド部材７０と第１マグネット２０との間隔ｒ1は、シールド部材７０と第２マグネット３０との間隔ｒ2より大である。

また、本形態においては、第１マグネット２０の着磁面２１および第２マグネット３０の着磁面３１は、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって同一の位置にある一方、第１感磁素子４０は、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持され、第２感磁素子６０は、センサ支持板１３の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持されている。このため、第２感磁素子６０と第２マグネット３０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ2は、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1より小である。例えば、第２感磁素子６０と第２マグネット３０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ2は０．２〜０．３ｍｍであり、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1は１〜１．５ｍｍである。

なお、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、第１感磁素子４０と同様、センサ基板１５の回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２の面に保持されている。このため、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1と、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離とは略等しくなっている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のロータリエンコーダ１では、第１マグネット２０の着磁面２１および第２マグネット３０の着磁面３１はいずれも、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向いており、かかる回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に第１感磁素子４０および第２感磁素子６０が配置されている。但し、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間にシールド部材７０が配置され、かかるシールド部材７０は、第１マグネット２０および第２マグネット３０より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している。このため、第１マグネット２０から第２感磁素子６０への磁気的な干渉や、第２マグネット３０から第１感磁素子４０への磁気的な干渉を回避することができる。それ故、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダ１の高分解能化を図ることができる。

また、本形態において、シールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０から離間しているため、第１マグネット２０と第２マグネット３０との径方向における離間距離や、シールド部材７０の厚さ寸法にばらつきがあっても、シールド部材７０を第１マグネット２０と第２マグネット３０との間に容易に配置することができる。また、シールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０から離間しているため、第１マグネット２０および第２マグネット３０から磁力線がシールド部材７０の側に向かう量を低く抑えることができるので、第１感磁素子４０および第２感磁素子６０での磁極検出の感度が低下することを抑えることができる。

また、第２感磁素子６０と第２マグネット３０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ2は、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1より小であるため、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダ１の高分解能化を図ることができる。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図６（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図６に示すように、本形態のロータリエンコーダ１でも、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間には環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。また、シールド部材７０は、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０の双方と離間しており、シールド部材７０と第１マグネット２０との間隔ｒ1は、シールド部材７０と第２マグネット３０との間隔ｒ2より大である。

ここで、シールド部材７０は、第１マグネット２０および第２マグネット３０より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している。より具体的には、本形態において、第２マグネット３０の着磁面３１は、第１マグネット２０の着磁面２１より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出しているが、シールド部材７０は、第２マグネット３０の着磁面３１よりさらに寸法ｓ1だけ、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に突出している。従って、第１マグネット２０から第２感磁素子６０への磁気的な干渉や、第２マグネット３０から第１感磁素子４０への磁気的な干渉を回避することができるので、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出する等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

ここで、第２マグネット３０の着磁面３１は、第１マグネット２０の着磁面２１より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している一方、第１感磁素子４０、第２感磁素子６０、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、回転軸線方向Ｌにおいて略同一の位置にある。このため、第２感磁素子６０と第２マグネット３０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ2は、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1より小である。従って、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダ１の高分解能化を図ることができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、第１感磁素子４０、第２感磁素子６０、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、回転軸線方向Ｌにおいて略同一の位置にあるため、本形態において、第１感磁素子４０、第２感磁素子６０、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、共通のセンサ基板１５に保持されている。このため、実施の形態１で説明したセンサ支持板１３を省略することができる等、部品点数の削減を図ることができる。

［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図７（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図７に示すように、本形態のロータリエンコーダ１でも、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間には環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。

本形態でも、実施の形態２と同様、本形態において、第１感磁素子４０、第２感磁素子６０、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、共通のセンサ基板１５に保持されているため、第１感磁素子４０、第２感磁素子６０、第１ホール素子５１および第２ホール素子５２は、回転軸線方向Ｌにおいて略同一の位置にある。これに対して、第２マグネット３０の着磁面３１は、第１マグネット２０の着磁面２１より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している。このため、第２感磁素子６０と第２マグネット３０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ2は、第１感磁素子４０と第１マグネット２０との回転軸線方向Ｌの離間距離ｔ1より小である。従って、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダ１の高分解能化を図ることができる等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

また、シールド部材７０は、第１マグネット２０および第２マグネット３０より回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に向かって突出している。従って、第１マグネット２０から第２感磁素子６０への磁気的な干渉や、第２マグネット３０から第１感磁素子４０への磁気的な干渉を回避することができるので、第２マグネット３０の磁極数を増やしても、第２感磁素子６０は第２マグネット３０の磁極を確実に検出する等、実施の形態１と同様な効果を奏する。

ここで、シールド部材７０は、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０の双方と離間しているが、シールド部材７０と第１マグネット２０との間隔ｒ1は、シールド部材７０と第２マグネット３０との間隔ｒ2より小である。すなわち、シールド部材７０と第２マグネット３０との間隔ｒ2は、シールド部材７０と第１マグネット２０との間隔ｒ1より大である。かかる構成によれば、第１マグネット２０の磁力線がシールド部材７０の側に向かう分、第１感磁素子４０での磁極検出の感度が低下するおそれがあるが、第２マグネット３０の磁力線については、シールド部材７０の側に向かう量を低く抑えることができる。従って、第２感磁素子６０での磁極検出の感度低下を回避することができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の形態４に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図８（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図８に示すように、本形態のロータリエンコーダ１でも、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間には環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。ここで、シールド部材７０は、径方向において第１マグネット２０および第２マグネット３０のうちの少なくとも一方とは離間しているが、他方とは接している。より具体的には、シールド部材７０と第１マグネット２０とは接している。従って、第１マグネット２０を基準にシールド部材７０の位置決めを行うことができる。その他の構成は実施の形態１〜３等と同様である。

かかる構成の場合、第１マグネット２０の磁力線がシールド部材７０の側に向かう分、第１感磁素子４０での磁極検出の感度が低下するおそれがあるが、第２マグネット３０の磁力線については、シールド部材７０の側に向かう量を低く抑えることができる。従って、第２感磁素子６０での磁極検出の感度低下を回避することができる。

［実施の形態５］
図９は、本発明の実施の形態５に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図９に示すように、本形態のロータリエンコーダ１でも、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間には環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。

ここで、第１マグネット２０および第２マグネット３０は、一体の磁性体８０の互いに異なる部分に着磁してなり、磁性体８０には、シールド部材７０を保持する周溝８５が形成されている。より具体的には、磁性体８０は、第１マグネット２０を構成する円柱状部分８１と、第２マグネット３０を構成する円筒状部分８２と、円柱状部分８１と円筒状部分８２とを回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２で連結する円盤状部分８３とを備えており、円盤状部分８３には、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に開口する周溝８５が円筒状部分８２や円柱状部分８１と同心状に形成されている。その他の構成は実施の形態１〜４等と同様である。

かかる構成によれば、第１マグネット２０と第２マグネット３０とを別体とした場合に比してロータリエンコーダ１の組み立てを効率よく行うことができる。また、周溝８５を基準にシールド部材７０の位置決めを行うことができる。

［実施の形態６］
図１０は、本発明の実施の形態６に係るロータリエンコーダ１におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図９（ａ）、（ｂ）は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Ｌにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態１と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。

図１０に示すように、本形態のロータリエンコーダ１でも、実施の形態１と同様、径方向において第１マグネット２０と第２マグネット３０との間には環状の磁性部材からなるシールド部材７０が回転体２に設けられており、第１マグネット２０、シールド部材７０、および第２マグネット３０は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。

ここで、第１マグネット２０および第２マグネット３０は、実施の形態５と同様、一体の磁性体８０の互いに異なる部分に着磁してなり、磁性体８０には、シールド部材７０を保持する周溝８５が形成されている。より具体的には、磁性体８０は、第１マグネット２０を構成する円柱状部分８１と、第２マグネット３０を構成する円筒状部分８２と、円柱状部分８１と円筒状部分８２とを回転軸線方向Ｌの他方側Ｌ２で連結する円盤状部分８３とを備えており、円盤状部分８３には、回転軸線方向Ｌの一方側Ｌ１に開口する周溝８５が円筒状部分８２や円柱状部分８１と同心状に形成されている。

ここで、円筒状部分８２に径方向外側で隣接する箇所には環状の段部８４が円筒状部分８２や円柱状部分８１と同心状に設けられており、かかる段部８４は着磁されていない。また、周溝８５は、段部８４に径方向外側で隣接するように円筒状部分８２や円柱状部分８１と同心状に形成されている。その他の構成は実施の形態１〜５等と同様である。

かかる構成によれば、第１マグネット２０と第２マグネット３０とを別体とした場合に比してロータリエンコーダ１の組み立てを効率よく行うことができる。また、周溝８５および環状の段部８４を基準にシールド部材７０の位置決めを行うことができる。

［他の実施の形態］
上記実施の形態では、第２マグネット３０の着磁面３１において、隣接するトラック３１０間でＮ極およびＳ極の位置が周方向で１極分ずれていたが、隣接するトラック３１０間でＮ極およびＳ極の位置が周方向でずれていればよく、必ずしも周方向で１極分ずらす必要はない。また、本発明は、着磁面３１において１つのトラック３１０が形成されているようなロータリエンコーダに適用してもよい。

１・・ロータリエンコーダ
２・・回転体
１０・・固定体
１５・・センサ基板
２０・・第１マグネット
３０・・第２マグネット
４０・・第１感磁素子
５１・・第１ホール素子
５２・・第２ホール素子
６０・・第２感磁素子
７０・・シールド部材

Claims (10)

1. 固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダであって、
   前記固定体および前記回転体のうちの一方側部材には、Ｎ極とＳ極とが周方向において１極ずつ着磁された着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第１マグネットと、該第１マグネットに対して径方向の外側で離間する位置でＮ極とＳ極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第２マグネットと、径方向において前記第１マグネットと前記第２マグネットとの間に位置する環状のシールド部材と、が設けられ、
   前記固定体および前記回転体のうちの他方側部材には、前記第１マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第１感磁素子と、前記第２マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第２感磁素子と、が設けられ、
   前記シールド部材は、前記第１マグネットおよび前記第２マグネットより回転軸線方向の一方側に向かって突出していることを特徴とするロータリエンコーダ。
2. 前記第１感磁素子は、前記第１マグネットの位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターンとＢ相の磁気抵抗パターンとを備えた第１磁気抵抗素子であり、当該第１磁気抵抗素子において、前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび−ａ相の磁気抵抗パターンを備え、前記Ｂ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ｂ相の磁気抵抗パターンおよび−ｂ相の磁気抵抗パターンを備え、
   前記第２感磁素子は、前記第２マグネットの位相に対して、互いに９０°の位相差を有するＡ相の磁気抵抗パターンとＢ相の磁気抵抗パターンとを備えた第２磁気抵抗素子であり、当該第２磁気抵抗素子において、前記Ａ相の磁気抵抗パターンは、１８０°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う＋ａ相の磁気抵抗パターンおよび−ａ相の磁気抵抗パターンを備えていることを特徴とする請求項１に記載のロータリエンコーダ。
3. 前記一方側部材には、前記第１マグネットに対向する位置に、第１ホール素子と、該第１ホール素子に対して周方向において機械角で９０°ずれた箇所に位置する第２ホール素子と、が設けられ、
   前記第１感磁素子での検出結果、前記第１ホール素子での検出結果、および前記第２ホール素子での検出結果に基づいて前記回転体の第１絶対角度位置情報が生成され、前記第２感磁素子での検出結果、および前記第１絶対角度位置情報に基づいて、前記第１絶対角度位置情報より高分解能の前記回転体の第２絶対角度位置情報が生成されることを特徴とする請求項２に記載のロータリエンコーダ。
4. 前記第２マグネットの着磁面では、周方向においてＮ極とＳ極とが交互に多極に着磁されたトラックが径方向で複数、並列し、
   前記複数のトラックにおいて、隣接するトラック間ではＮ極およびＳ極の位置が周方向でずれており、
   前記第２感磁素子は、隣接するトラックの境界部分に回転軸線方向で重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載のロータリエンコーダ。
5. 前記第２マグネットと前記第２感磁素子との回転軸線方向における離間距離は、前記第１マグネットと前記第１感磁素子との回転軸線方向における離間距離より小であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
6. 前記第１感磁素子と前記第２感磁素子とは、回転軸線方向において同一の位置にあって、
   前記第２マグネットは、前記第１マグネットより回転軸線方向の一方側に位置していることを特徴とする請求項５に記載のロータリエンコーダ。
7. 前記シールド部材は、径方向において前記第１マグネットおよび前記第２マグネットのうちの少なくとも一方から離間していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
8. 前記シールド部材と前記第１マグネットとの径方向における間隔は、前記シールド部材と前記第２マグネットとの径方向における間隔より小であることを特徴とする請求項７に記載のロータリエンコーダ。
9. 前記シールド部材は、径方向において前記第１マグネットに隣接し、径方向において前記第２マグネットから離間していることを特徴とする請求項８に記載のロータリエンコーダ。
10. 前記第１マグネットおよび前記第２マグネットは、一体の磁性体の互いに異なる部分に着磁してなることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。