JP2013238485A

JP2013238485A - Encoder and actuator using the same

Info

Publication number: JP2013238485A
Application number: JP2012111553A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kashi; 隆史菓子; Yasuto Sugano; 康人菅野
Original assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-28

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an encoder having a sinusoidal wave-like magnetic flux density distribution having high accuracy and low strain by devising a yoke shape, and also to provide an actuator using the same.SOLUTION: Magnetic circuits 32, 33 comprise a permanent magnet 32 having magnetic poles laminated in the vertical direction with respect to the relative movement direction, and a yoke 33 provided on a permanent magnet 32 and having a continuous recessed and projecting shape. The yoke 33 has a tooth shape and is composed of a magnetic substrate member 33a, and a member 33b formed integrally on the magnetic substrate member 33a and having the continuous recessed and projecting shape. The yoke 33 is joined to the permanent magnet 32.

Description

本発明は、エンコーダ及びそれを用いたアクチュエータに関し、より詳細には、ヨーク形状を工夫するにより高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布を有するエンコーダ及びそれを用いたアクチュエータに関する。 The present invention relates to an encoder and an actuator using the encoder, and more particularly to an encoder having a sinusoidal magnetic flux density distribution with high accuracy and less distortion by devising a yoke shape and an actuator using the encoder.

近年、相対運動する物体の運動を適当な信号に変換してその位置制御を正確に行う位置センサ（位置検出装置）の開発が進められており、例えば、磁気検出手段と磁石とを用いた位置監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１（ａ），（ｂ）は、従来の位置検出装置の基本構造を示す模式図で、特許文献１に記載されている図である。多極着磁（図では２極着磁）された永久磁石２と、その背面に設置されるヨーク３とを備えた永久磁石ユニット１を磁界発生手段とし、永久磁石２の各磁極（Ｎ極２ａ及びＳ極２ｂ）から発生する磁界（磁束）を横切って相対移動する磁気検出手段（例えば、ホール素子）４とから構成されるものである。 In recent years, position sensors (position detection devices) have been developed to accurately control the position of a relatively moving object by converting it into an appropriate signal. For example, a position using a magnetic detection means and a magnet is being developed. A monitoring device has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
FIGS. 1A and 1B are schematic views showing the basic structure of a conventional position detection device, and are described in Patent Document 1. FIG. A permanent magnet unit 1 having a multi-pole magnetized (two-pole magnetized in the figure) permanent magnet 2 and a yoke 3 installed on its back is used as a magnetic field generating means, and each magnetic pole (N pole) of the permanent magnet 2 is used. 2a and S pole 2b) and magnetic detection means (for example, Hall element) 4 that moves relative to each other across the magnetic field (magnetic flux) generated from the magnetic field.

永久磁石２は、水平方向において多極着磁（２極着磁）されており、図中左側部分の表面がＮ極２ａとなるように着磁されるとともに、図中右側部分の表面がＳ極２ｂとなるように着磁されている。
また、永久磁石２の背面側にヨーク３が配されているが、このヨーク３は、永久磁石２の背面側において各着磁領域間の磁束の通りを円滑にする役割を果たし、効率的な磁界形成を可能とするとともに、永久磁石２の背面側の磁束が周囲に悪影響を与えることがないようにシールドとしての機能も有する。 The permanent magnet 2 is multipolarly magnetized (dipole magnetized) in the horizontal direction, and is magnetized so that the surface of the left side in the figure becomes the N pole 2a, and the surface of the right side in the figure is S. It is magnetized so as to be the pole 2b.
Further, the yoke 3 is disposed on the back side of the permanent magnet 2, and this yoke 3 serves to smooth the flow of magnetic flux between the respective magnetized regions on the back side of the permanent magnet 2, and is efficient. The magnetic field can be formed, and also has a function as a shield so that the magnetic flux on the back side of the permanent magnet 2 does not adversely affect the surroundings.

永久磁石２を備えた永久磁石ユニット１においては、Ｎ極２ａとＳ極２ｂの合成磁界が発生する。この合成磁界（表面磁束密度波形）は、永久磁石ユニット１上に表面磁束密度波形を示してあり、この表面磁束密度波形における縦軸は磁束密度（Ｂ）、横軸は位置である。
合成磁界は、近くに磁性体が存在しない場合、各磁極（Ｎ極２ａ及びＳ極２ｂ）のほぼ中央位置にピーク値を有する。これらピーク値を示す位置をピーク位置Ｐ_１，Ｐ_２とする。また、Ｎ極２ａとＳ極２ｂの境界部分には、磁束密度が直線的に変化する磁束密度直線変化領域Ｌが形成されており、磁気検出手段４は、この磁束密度直線変化領域Ｌ内において位置検出を行う。磁束密度直線変化領域Ｌ内において、磁気検出手段４が図中左右方向に移動すると、その位置によって磁束密度（磁界強度）が変化する。したがって、検出された磁界強度を電気信号に変換することで、その強度に基づいて位置を確定することができる。 In the permanent magnet unit 1 including the permanent magnet 2, a combined magnetic field of the N pole 2a and the S pole 2b is generated. This synthetic magnetic field (surface magnetic flux density waveform) shows a surface magnetic flux density waveform on the permanent magnet unit 1, and the vertical axis in this surface magnetic flux density waveform is magnetic flux density (B), and the horizontal axis is position.
The synthesized magnetic field has a peak value at approximately the center position of each magnetic pole (N pole 2a and S pole 2b) when no magnetic substance is present nearby. The positions indicating these peak values are designated as peak positions P ₁ and P ₂ . Further, a magnetic flux density linear change region L in which the magnetic flux density changes linearly is formed at the boundary portion between the N pole 2a and the S pole 2b, and the magnetic detection means 4 is located within the magnetic flux density linear change region L. Perform position detection. In the magnetic flux density linear change region L, when the magnetic detection means 4 moves in the left-right direction in the figure, the magnetic flux density (magnetic field strength) changes depending on the position. Therefore, by converting the detected magnetic field strength into an electric signal, the position can be determined based on the strength.

また、永久磁石によって形成される磁束密度分布を利用して回転角度を検出する磁石回転子及びこれを用いた回転角度検出装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
図２は、従来の磁石回転子を示す構成図で、特許文献２に記載されている図である。測定をしたい回転軸１４に歯車１５を介して多回転する別の歯車１１を設置して、その歯車１１に磁石１２を配して回転させることにより磁気センサ１３の角度精度を見かけ上向上させる手法が開示されている。回転角度と検出される磁束密度との関係は一回転多周期の波形となる。 In addition, a magnet rotor that detects a rotation angle using a magnetic flux density distribution formed by a permanent magnet and a rotation angle detection device using the magnet rotor have been proposed (for example, see Patent Document 2).
FIG. 2 is a configuration diagram showing a conventional magnet rotor, which is described in Patent Document 2. As shown in FIG. A method of apparently improving the angular accuracy of the magnetic sensor 13 by installing another gear 11 that rotates multiple times via a gear 15 on a rotary shaft 14 to be measured, and arranging and rotating a magnet 12 on the gear 11. Is disclosed. The relationship between the rotation angle and the detected magnetic flux density is a waveform of one rotation and multiple cycles.

また、Ｎ極、Ｓ極が交互に配置された磁石列と、磁石列と平行な方向の磁界を検出する第１磁気抵抗素子及び磁石列と垂直な方向の磁界を検出する第２磁気抵抗素子からなり磁石列に沿って平行移動する磁気検出素子とを備え、磁気検出素子により磁石列と磁気検出素子との相対移動量を検出する磁気エンコーダも知られている（例えば、特許文献３参照）。 Also, a magnet array in which N poles and S poles are alternately arranged, a first magnetoresistive element that detects a magnetic field in a direction parallel to the magnet array, and a second magnetoresistive element that detects a magnetic field in a direction perpendicular to the magnet array There is also known a magnetic encoder that includes a magnetic detection element that includes a magnetic detection element that moves in parallel along a magnet array, and that detects a relative movement amount between the magnet array and the magnetic detection element using the magnetic detection element (see, for example, Patent Document 3). .

また、複数個の磁極を円盤面に有する磁気媒体と前記磁極群の移動軌跡に対向するように配された磁気センサの組合せからなる磁気式エンコーダであって、磁気媒体の少なくとも磁極を含む部分がプラスチック磁石で構成され、凹もしくは凸形状の磁極が円周状に且つ等間隔をもって配されている磁気式エンコーダも知られている（例えば、特許文献４参照）。
さらに、高透磁率を有する素材に対して切削加工等を施すことによって容易に形成することができるヨークに対して、単極の永久磁石を接合するだけで多極の磁気回路を形成するようにしたリニアエンコーダが提案されている（例えば、特許文献５参照）。 A magnetic encoder comprising a combination of a magnetic medium having a plurality of magnetic poles on a disk surface and a magnetic sensor arranged so as to face the movement locus of the magnetic pole group, wherein at least a portion of the magnetic medium including the magnetic poles There is also known a magnetic encoder that is made of a plastic magnet and has concave or convex magnetic poles arranged circumferentially at equal intervals (see, for example, Patent Document 4).
Furthermore, a multi-pole magnetic circuit is formed by simply joining a single-pole permanent magnet to a yoke that can be easily formed by subjecting a material having high permeability to cutting or the like. A linear encoder has been proposed (see, for example, Patent Document 5).

図３は、従来のリニアエンコーダの磁気回路を示す構成図で、特許文献５に記載されている図である。この磁気回路２５は、軌道方向において所定間隙ｂを隔てて並ぶようにかつ磁電変換素子と対面し得べく例えば５つの突部２６ａが形成されたヨーク２６と、このヨーク２６に接合された単極の永久磁石２７とから成る。そして、これらの突部２６ａが磁極として作用するようになされている。また、ヨーク２６は、偏平な直方体状に形成されて軌道方向において延在すべく配置された基体部２６ｂを有し、突部２６ａ各々、すなわち、各磁極は、夫々直方体状にして該基体部２６ｂの長手方向における１つの面に一体に形成されている。そして、永久磁石２７は偏平な直方体状に形成されて、基体部２６ｂの各面のうち突部２６ａとは反対側の面に接合されている。このような構成により、高透磁率を有する素材に対して切削加工等を施すことによって容易に成形することができるヨークに対して単極の永久磁石を接合するだけで多極の磁気回路を形成していることから、構成が極めて簡単であり、コストの低減が達成されるというものである。 FIG. 3 is a configuration diagram showing a magnetic circuit of a conventional linear encoder, which is described in Patent Document 5. The magnetic circuit 25 includes a yoke 26 formed with, for example, five protrusions 26a so as to be aligned with a predetermined gap b in the orbit direction and facing the magnetoelectric transducer, and a single pole joined to the yoke 26. Of the permanent magnet 27. These protrusions 26a act as magnetic poles. The yoke 26 has a base portion 26b that is formed in a flat rectangular parallelepiped shape and is arranged to extend in the track direction, and each of the protrusions 26a, that is, each magnetic pole, has a rectangular parallelepiped shape. It is integrally formed on one surface in the longitudinal direction of 26b. And the permanent magnet 27 is formed in the flat rectangular parallelepiped shape, and is joined to the surface on the opposite side to the protrusion part 26a among each surface of the base | substrate part 26b. With such a configuration, a multipolar magnetic circuit can be formed simply by joining a single-pole permanent magnet to a yoke that can be easily formed by cutting a material having high magnetic permeability. Therefore, the configuration is extremely simple, and cost reduction is achieved.

特開２００７−２２５５７５号公報JP 2007-225575 A 特開２００８−２０９３４０号公報JP 2008-209340 A 特開平６−１９４１１２号公報JP-A-6-194112 特開２００４−３１７４５３号公報JP 2004-317453 A 特開平５−３４６１１９号公報JP-A-5-346119

磁石形状を変えて磁束密度分布の波形形状をコントロールすることは、上述した特許文献２に記載されている。つまり、磁石回転子の着磁ピッチのずれを防ぎ、回転角度を高い精度で検出する回転角度検出装置が提案されている。そして、軟磁性の内周リング部と、この内周リング部を取り囲むように配置した外周リング部とで構成され、外周リング部は、円周方向に配列した複数の異方性磁石片を有し、異方性磁石片は１軸異方性を有し、かつ外周面が突出した凸曲面であり、異方性磁石片同士は互いに配向方向が異なるように構成されている。 Controlling the waveform shape of the magnetic flux density distribution by changing the magnet shape is described in Patent Document 2 described above. That is, there has been proposed a rotation angle detection device that prevents a deviation in the magnetization pitch of the magnet rotor and detects the rotation angle with high accuracy. The inner ring part is composed of a soft magnetic inner ring part and an outer ring part arranged so as to surround the inner ring part. The outer ring part has a plurality of anisotropic magnet pieces arranged in the circumferential direction. The anisotropic magnet piece has a uniaxial anisotropy and is a convex curved surface with a protruding outer peripheral surface, and the anisotropic magnet pieces are configured to have different orientation directions.

また、上述した特許文献５には、高透磁率を有する素材に対して切削加工等を施すことによって容易に成形することができるヨークに対して単極の永久磁石を接合するだけで多極の磁気回路を形成していることが記載されている。
本発明は、どのようなヨークの形状パラメータを変更すれば理想正弦波に近い波形が得られるか、また、そのようなヨーク付の磁石がアクチュエータと兼用できる可能性があるかについて検証したところ、ヨーク形状を工夫することで任意の波形を作ることができることを見出した。特に、高精度のエンコーダには歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布が必要であり、本発明のような構成を採ることにより、正弦波に近い波形を得ることができ、アクチュエータとして兼用できることを実現したものである。 Further, in Patent Document 5 described above, a multi-pole can be obtained by simply joining a single-pole permanent magnet to a yoke that can be easily formed by cutting a material having high permeability. It is described that a magnetic circuit is formed.
The present invention has verified whether the shape parameter of the yoke can be changed to obtain a waveform close to an ideal sine wave, and whether such a magnet with a yoke can also be used as an actuator. It has been found that an arbitrary waveform can be created by devising the yoke shape. In particular, high-precision encoders require a sinusoidal magnetic flux density distribution with little distortion. By adopting the configuration of the present invention, it is possible to obtain a waveform close to a sine wave and to be used as an actuator. It is a thing.

しかしながら、上述したいずれの特許文献にも、本発明のような構成、つまり、歯形状ヨーク及び梯子状ヨーク並びにそれらの構造による効果については何ら開示されていない。したがって、従来のものでは、高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度を有するエンコーダ及びそれを用いたアクチュエータを実現することはできない。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ヨーク形状を工夫するにより高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度を有するエンコーダ及びそれを用いたアクチュエータを提供することにある。 However, none of the above-mentioned patent documents discloses the configuration of the present invention, that is, the tooth-shaped yoke, the ladder-shaped yoke, and the effects of those structures. Therefore, the conventional encoder cannot realize an encoder having a sinusoidal magnetic flux density with high accuracy and little distortion, and an actuator using the encoder.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an encoder having a sinusoidal magnetic flux density with high accuracy and less distortion by devising a yoke shape and an actuator using the encoder. It is to provide.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、直線運動又は回転運動の相対運動をなす物体の一方に設けられた磁気センサと、該磁気センサと対面するように前記物体の他方に設けられた磁気回路とを備えたエンコーダにおいて、前記磁気回路が、前記相対運動方向に垂直方向に着磁された永久磁石と、該永久磁石上に設けられた連続した凹凸形状のヨークとからなることを特徴とする。 The present invention has been made in order to achieve such an object. The invention according to claim 1 is directed to a magnetic sensor provided on one of objects that make a relative motion of linear motion or rotational motion, and the magnetic sensor. In an encoder comprising a magnetic circuit provided on the other side of the object so as to face the sensor, the magnetic circuit is provided on the permanent magnet, which is magnetized in a direction perpendicular to the relative movement direction. It is characterized by comprising a continuous concave and convex yoke.

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記永久磁石の着磁方向が、前記永久磁石と前記ヨークとの接面に対し垂直方向であることを特徴とする。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気回路が、前記相対運動方向に平行かつ前記永久磁石の着磁方向を含む面で切断した面において、前記凹凸形状の凸部が左右対称の形状で、かつ前記凸部と前記着磁方向に垂直な直線との交点を結ぶ線分の長さが、前記凸部の底部から頂部に行くに従って段階的又は連続的に変化する領域を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the magnetization direction of the permanent magnet is perpendicular to the contact surface between the permanent magnet and the yoke. .
According to a third aspect of the invention, in the invention of the first or second aspect, the magnetic circuit is cut by a plane parallel to the relative motion direction and including the magnetization direction of the permanent magnet. The length of the line segment connecting the intersection of the convex part and the straight line perpendicular to the magnetization direction is stepwise as it goes from the bottom part to the top part. Or it has the area | region which changes continuously, It is characterized by the above-mentioned.

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記凸部と前記着磁方向に垂直な直線との交点を結ぶ線分の長さが、前記凸部の底部から頂部に行くに従って段階的又は連続的に減少する領域を有することを特徴とする。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記凹凸形状の凸部の底面の面積が、前記凸部の頂部の面積より大きいことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the length of a line segment connecting the intersection of the convex portion and a straight line perpendicular to the magnetization direction is from the bottom of the convex portion. It has the area | region which decreases in steps or continuously as it goes to the top.
The invention according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the area of the bottom surface of the convex part of the concave and convex shape is larger than the area of the top part of the convex part. To do.

また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、前記凹凸形状が、テーパー形状を有することを特徴とする。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記ヨークが、歯型状ヨークであることを特徴とする。
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記歯型状ヨークが、磁性基板部材と、該磁性基板部材上に一体形成された連続した凹凸形状部材からなることを特徴とする。 The invention according to claim 6 is the invention according to any one of claims 1 to 5, wherein the uneven shape has a tapered shape.
The invention according to claim 7 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the yoke is a tooth-shaped yoke.
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the tooth-shaped yoke is composed of a magnetic substrate member and a continuous concavo-convex member integrally formed on the magnetic substrate member. It is characterized by.

また、請求項９に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明において、前記ヨークが、梯子状ヨークであることを特徴とする。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記梯子状ヨークが、前記永久磁石上に設けられた連続した凹凸形状部材と、該凹凸形状部材と一体形成された側面板部材とからなることを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the yoke is a ladder-like yoke.
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 9, wherein the ladder-like yoke is integrally formed with the continuous uneven member provided on the permanent magnet and the uneven member. It consists of a side plate member.

また、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至１０のいずれかに記載の発明において、前記ヨークが、直接、前記永久磁石上に設けられていることを特徴とする。
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気回路が、径方向に着磁された円筒型永久磁石と、該円筒型永久磁石の側面上に設けられた連続した凹凸形状のヨークとを有することを特徴とする。 The invention according to claim 11 is the invention according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the yoke is provided directly on the permanent magnet.
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the magnetic circuit is provided on a cylindrical permanent magnet that is magnetized in a radial direction and on a side surface of the cylindrical permanent magnet. And a continuous uneven yoke.

また、請求項１３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記磁気回路が、円筒の長さ方向に着磁された円筒型永久磁石と、該円筒型永久磁石の底面上に設けられた連続した凹凸形状のヨークとを有することを特徴とする。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１乃至１３のいずれかに記載の発明において、前記凹凸形状が、断面矩形、断面台形、断面逆台形、断面三角形、断面菱形、断面猪口型、断面半円型及びその組み合わせのいずれかを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 13 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the magnetic circuit is a cylindrical permanent magnet magnetized in the longitudinal direction of the cylinder, and the bottom surface of the cylindrical permanent magnet. And a continuous uneven yoke provided thereon.
The invention according to claim 14 is the invention according to any one of claims 1 to 13, wherein the concavo-convex shape is a cross-sectional rectangle, a cross-section trapezoid, a cross-section inverted trapezoid, a cross-section triangle, a cross-section rhombus, a cross-section hook type, It includes any of a semicircular cross section and a combination thereof.

また、請求項１５に記載の発明は、請求項１乃至１４のいずれかに記載の発明において、前記ヨークが、前記永久磁石に接合されていることを特徴とする。
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、前記ヨークが、前記永久磁石に接着剤を介して接合されていることを特徴とする。
また、請求項１７に記載の発明は、請求項１乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、ホール素子であることを特徴とする。 The invention according to claim 15 is the invention according to any one of claims 1 to 14, wherein the yoke is joined to the permanent magnet.
The invention according to claim 16 is the invention according to claim 15, characterized in that the yoke is joined to the permanent magnet via an adhesive.
The invention according to claim 17 is the invention according to any one of claims 1 to 16, wherein the magnetic sensor is a Hall element.

また、請求項１８に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載のエンコーダを用いたことを特徴とするアクチュエータである。
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載のエンコーダと、該エンコーダの前記永久磁石の着磁方向かつ前記永久磁石と対向するように設けられたヨークと、該ヨークを囲むように設けられたコイルとを備え、前記コイルの中心線と前記相対運動方向とが平行であることを特徴とするアクチュエータである。 The invention according to claim 18 is an actuator using the encoder according to any one of claims 1 to 17.
The invention according to claim 19 is the encoder according to any one of claims 1 to 17, a yoke provided in the magnetizing direction of the permanent magnet of the encoder so as to face the permanent magnet, And an coil provided so as to surround the yoke, wherein the center line of the coil and the relative motion direction are parallel to each other.

また、請求項２０に記載の発明は、請求項１乃至１７のいずれかに記載のエンコーダと、該エンコーダの前記永久磁石の着磁方向かつ前記永久磁石と対向するように設けられたコイルとを備え、該コイルの中心線と前記永久磁石の着磁方向とが平行であることを特徴とするアクチュエータである。 The invention according to claim 20 includes the encoder according to any one of claims 1 to 17 and a coil provided in the magnetizing direction of the permanent magnet of the encoder so as to face the permanent magnet. The actuator is characterized in that the center line of the coil and the magnetization direction of the permanent magnet are parallel to each other.

本発明によれば、直線運動又は回転運動の相対運動をなす物体の一方に設けられた磁気センサと、この磁気センサと対面するように物体の他方に設けられた磁気回路とを備えたエンコーダにおいて、磁気回路が、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する永久磁石と、この永久磁石上に設けられた連続した凹凸形状のヨークとからなるので、ヨーク形状を工夫するにより高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布を有するエンコーダ及びそれを用いたアクチュエータを実現することができる。 According to the present invention, in an encoder including a magnetic sensor provided on one of objects that make a relative motion of linear motion or rotational motion, and a magnetic circuit provided on the other of the objects so as to face the magnetic sensor. The magnetic circuit is composed of a permanent magnet having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction and a continuous uneven yoke provided on the permanent magnet. An encoder having a sinusoidal magnetic flux density distribution with little distortion and an actuator using the encoder can be realized.

（ａ），（ｂ）は、従来の位置検出装置の基本構造を示す模式図である。(A), (b) is a schematic diagram which shows the basic structure of the conventional position detection apparatus. 従来の磁石回転子を示す構成図である。It is a block diagram which shows the conventional magnet rotor. 従来のリニアエンコーダの磁気回路を示す構成図である。It is a block diagram which shows the magnetic circuit of the conventional linear encoder. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの基本構造を説明するための構成図である。（ｃ）はヨーク直上の磁束密度分布を示す図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating the basic structure of the encoder which concerns on this invention. (C) is a figure which shows magnetic flux density distribution just above a yoke. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例１を説明するための構成図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating Example 1 of the encoder based on this invention. 図５に示した歯型状ヨークを用いた場合のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform at the time of using the tooth-shaped yoke shown in FIG. （ａ），（ｂ）は、図５との波形比較のために用いた矩形形状歯を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the rectangular-shaped tooth | gear used for the waveform comparison with FIG. 矩形形状歯を用いた場合のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform at the time of using a rectangular-shaped tooth | gear. ギャップ２００μｍのときの波形を従来の歯が矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例１と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted simultaneously the present Example 1 which provided the taper in the case where a conventional tooth | gear is a rectangular shape, and the tooth | gear was a taper, and an ideal sine wave. ひずみ率で図９の各波形を比較した図である。It is the figure which compared each waveform of FIG. 9 with a distortion factor. 図５に示した歯型状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform of a transverse magnetic field at the time of using the tooth-shaped yoke shown in FIG. 図７に示した矩形形状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform of a transverse magnetic field at the time of using the rectangular shaped yoke shown in FIG. ギャップ２００μｍのときの横磁場の波形を従来の歯が矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例１と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted simultaneously the Example 1 and the ideal sine wave which provided the taper to the tooth | gear in the case where the conventional tooth | gear is a rectangular shape, and the tooth | gear was a waveform of the transverse magnetic field in case of a gap of 200 micrometers. ひずみ率で図１３の各波形を比較した図である。It is the figure which compared each waveform of FIG. 13 with a distortion factor. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例２を説明するための構成図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating Example 2 of the encoder which concerns on this invention. 図１５に示した梯子状ヨークを用いた場合のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform at the time of using the ladder-shaped yoke shown in FIG. （ａ），（ｂ）は図１５との波形比較のために用いた矩形形状歯を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the rectangular-shaped tooth | gear used for the waveform comparison with FIG. 図１７の矩形形状歯を用いたシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform using the rectangular-shaped tooth | gear of FIG. ギャップ２００μｍのときの波形を歯にテーパーを設けない矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例２と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted simultaneously the Example 2 and the ideal sine wave which provided the case where the waveform when a gap is 200 micrometers is not provided with a taper in a tooth | gear, and the taper in a tooth | gear. ひずみ率で図１９の各波形を比較した図である。It is the figure which compared each waveform of FIG. 19 with a distortion factor. 図１５に示した梯子状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform of a transverse magnetic field at the time of using the ladder-shaped yoke shown in FIG. 図１７に示した矩形形状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。It is a figure which shows the simulation waveform of a transverse magnetic field at the time of using the rectangular shaped yoke shown in FIG. ギャップ２００μｍのときの横磁場の波形を歯にテーパーを設けない矩形形状の場合とテーパーを設けた本実施例２と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示す図である。It is a figure which shows the graph which plotted simultaneously the Example 2 and the ideal sine wave which provided the case of the rectangular shape which does not provide a taper in a tooth | gear, and the Example 2 which provided the taper in the waveform of the transverse magnetic field in case of gap 200 micrometers. ひずみ率で図２３の各波形を比較した図である。It is the figure which compared each waveform of FIG. 23 with a distortion factor. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例３を説明するための構成図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating Example 3 of the encoder which concerns on this invention. （ａ）乃至（ｅ）は、各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (e) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of various yokes. （ａ）乃至（ｊ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (j) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of other various yokes. （ａ）乃至（ｈ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (h) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of other various yokes. （ａ）乃至（ｃ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (c) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of other various yokes. （ａ）乃至（ｅ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (e) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of other various yokes. （ａ）乃至（ｇ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。(A) thru | or (g) is a figure which shows the uneven | corrugated shape of other various yokes. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例４を説明するための構成図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating Example 4 of the encoder which concerns on this invention. （ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例５を説明するための構成図である。(A), (b) is a block diagram for demonstrating Example 5 of the encoder which concerns on this invention. （ａ），（ｂ）は、本発明のエンコーダを用いたアクチュエータの構成図である。(A), (b) is a block diagram of the actuator using the encoder of this invention. 図３４に示したコイルの磁石直下部分のみのコイル要素を示す図である。It is a figure which shows the coil element of only the magnet directly lower part of the coil shown in FIG. （ａ），（ｂ）は、図３４に示した他のコイルの配置構成を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the arrangement configuration of the other coil shown in FIG. 図３４に示したアクチエータにおける他の磁気回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the other magnetic circuit in the actuator shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図４（ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの基本構造を説明するための構成図で、図４（ｃ）はヨーク直上の磁束密度分布を示す図である。図中符号３１は磁気センサ（ホール素子あるいはＭＲ素子、ピックアップコイル、磁気インピーダンス素子など磁束密度に比例して出力電圧が得られるセンサ）、３２は永久磁石、３３はヨーク、３３ａは磁性基板部材、３３ｂは凹凸形状部材を示している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
4A and 4B are configuration diagrams for explaining the basic structure of the encoder according to the present invention, and FIG. 4C is a diagram showing the magnetic flux density distribution directly above the yoke. Reference numeral 31 in the figure denotes a magnetic sensor (a sensor capable of obtaining an output voltage in proportion to the magnetic flux density, such as a Hall element or MR element, a pickup coil, or a magnetic impedance element), 32 is a permanent magnet, 33 is a yoke, 33a is a magnetic substrate member, Reference numeral 33b denotes an uneven member.

本発明のエンコーダは、図４（ａ）に示すように、直線運動の相対運動をなす物体の一方に設けられた磁気センサ３１と、この磁気センサ３１と対面するように物体の他方に設けられた磁気回路３２，３３とを備え、この磁気回路は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する永久磁石３２と、この永久磁石３２上に設けられた連続した凹凸形状のヨーク３３とからなっている。なお、磁気センサはホール素子あるいは、ＭＲ素子、ピックアップコイル、磁気インピーダンス素子など磁束密度に比例して出力電圧が得られるセンサであれば、あらゆる磁気センサが利用可能である。ヨーク３３により形成される縦磁場（磁石の着磁方法に平行な磁場方向）を検出する場合はホール素子を用いることが好ましく、ヨーク３３により形成される横磁場（磁石の着磁方法に垂直で相対運動方向に平行な磁場方向）を検出する場合にはホール素子あるいはＭＲ素子を用いることが好ましい。 As shown in FIG. 4A, the encoder of the present invention is provided on the other side of the object so as to face the magnetic sensor 31 provided on one side of the object that makes a relative motion of linear motion. Magnetic circuit 32, 33. The magnetic circuit includes a permanent magnet 32 having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous uneven yoke 33 provided on the permanent magnet 32. It is made up of. Any magnetic sensor can be used as long as it can obtain an output voltage in proportion to the magnetic flux density, such as a Hall element, MR element, pickup coil, or magnetic impedance element. When detecting a longitudinal magnetic field (magnetic field direction parallel to the magnet magnetization method) formed by the yoke 33, it is preferable to use a Hall element, and a transverse magnetic field formed by the yoke 33 (perpendicular to the magnet magnetization method). In the case of detecting a magnetic field direction parallel to the relative motion direction, it is preferable to use a Hall element or an MR element.

また、ヨーク３３は、歯形状ヨークあるいは梯子状ヨークを用いることができるが、歯形状あるいは梯子状の断面形状は、相対運動方向に平行かつ永久磁石の着磁方向を含む面で切断した面において、凹凸形状の凸部が左右対称の形状で、かつ凸部と着磁方向に垂直な直線との交点を結ぶ線分の長さが、凸部の底部から頂部に行くに従って段階的又は連続的に変化する領域を有することが望ましい。また、凸部と着磁方向に垂直な直線との交点を結ぶ線分の長さが、凸部の底部から頂部に行くに従って段階的又は連続的に減少する領域を有することが望ましい。 The yoke 33 can be a tooth-shaped yoke or a ladder-shaped yoke, but the tooth-shaped or ladder-shaped cross-section is a plane cut by a plane parallel to the relative motion direction and including the magnetization direction of the permanent magnet. The length of the line segment connecting the intersection of the convex part and the straight line perpendicular to the magnetization direction is stepwise or continuous as it goes from the bottom part to the top part. It is desirable to have a region that changes. In addition, it is desirable that the length of the line segment connecting the intersections of the convex portion and the straight line perpendicular to the magnetization direction has a region that decreases stepwise or continuously from the bottom to the top of the convex portion.

また、凹凸形状の凸部の底面の面積が、凸部の頂部の面積より大きく形成されていることが望ましい。また、凹凸形状が、テーパー形状を有していることが望ましい。
このような構成により、容易に入手可能な長方形磁石３２に形状を工夫したヨーク３３を重ね合わせ、このヨーク３３直上に配置したホール素子３１を移動させると、図４（ｃ）に示すように正弦波状の出力波形が得られる。 Moreover, it is desirable that the area of the bottom surface of the concavo-convex convex portion is larger than the area of the top portion of the convex portion. Further, it is desirable that the uneven shape has a tapered shape.
With such a configuration, when a yoke 33 whose shape is devised is superimposed on a rectangular magnet 32 that can be easily obtained, and the Hall element 31 arranged immediately above the yoke 33 is moved, a sine is obtained as shown in FIG. A wavy output waveform is obtained.

一般に、歯車にはラック歯車と円筒歯車がある。ラック歯車は、平らな板又は真っ直ぐな棒の一面に等間隔に同形の歯を刻んだものを言い、直線歯車とも言う。これに対して、円筒歯車は、ピッチ面が円筒である歯車で、円板や円筒の外周又は内周に歯を付けたものをいう。
現状の歯車の歯の形状は、数学的な計算から求められる曲線となっている。この歯車に使われる数学的な曲線は、歯車を製造・利用する視点からは歯型曲線と呼ばれる。歯車を用いる場所に適切に応じた歯型曲線が使われる。ほとんどの製品はインボリュート曲線で作られている。 Generally, the gear includes a rack gear and a cylindrical gear. The rack gear refers to a flat plate or a straight bar having the same shape of teeth that are equally spaced, and is also referred to as a linear gear. On the other hand, a cylindrical gear is a gear whose pitch surface is a cylinder having teeth on the outer periphery or inner periphery of a disk or cylinder.
The shape of the current gear teeth is a curve obtained from mathematical calculation. The mathematical curve used for this gear is called a tooth curve from the viewpoint of manufacturing and using the gear. Tooth profile curves are used depending on where the gear is used. Most products are made with involute curves.

なおラック歯車タイプの場合、本発明の磁石およびヨークの設計形状や配置によって、端点における磁束の集中等が正弦波の歪みを招き、高精度の位置検出に影響を与えることがある。このような場合、ヨーク形状や磁石形状を幅方向や厚さ方向に、あるいは磁気センサからヨーク間のギャップ等も含めて、傾斜状にカスタマイズすることは広く行われており、本発明にも適用可能であることは言うまでもない。 In the case of the rack gear type, depending on the design shape and arrangement of the magnet and yoke of the present invention, the concentration of magnetic flux at the end points may cause distortion of the sine wave, which may affect highly accurate position detection. In such a case, the yoke shape and the magnet shape are widely customized to be inclined, including the width direction and thickness direction, or including the gap between the magnetic sensor and the yoke, and are also applied to the present invention. It goes without saying that it is possible.

以下は、ラック歯車タイプの磁気回路について説明する。 Hereinafter, a rack gear type magnetic circuit will be described.

図５（ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例１を説明するための構成図で、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図中符号３３ａは磁性基板部材、３３ｂは凹凸形状部材を示している。なお、図４（ａ）と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。図４（ａ）において説明したように、磁気回路３２，３３は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する永久磁石３２と、この永久磁石３２上に設けられた連続した凹凸形状のヨーク３３とからなっている。図５（ａ）から明らかのように、この磁気回路は、ラック歯車タイプの磁気回路である。 FIGS. 5A and 5B are configuration diagrams for explaining the first embodiment of the encoder according to the present invention. FIG. 5A is a perspective view, and FIG. 5B is FIG. It is AA 'line sectional drawing of. In the figure, reference numeral 33a denotes a magnetic substrate member, and 33b denotes an uneven member. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as Fig.4 (a). As described with reference to FIG. 4A, the magnetic circuits 32 and 33 each have a permanent magnet 32 having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous uneven shape provided on the permanent magnet 32. It consists of a yoke 33. As is apparent from FIG. 5A, this magnetic circuit is a rack gear type magnetic circuit.

また、ヨーク３３は、歯型状ヨークであることが望ましく、この歯型状ヨークは、磁性基板部材３３ａと、この磁性基板部材３３ａ上に一体形成された連続した凹凸形状部材３３ｂからなっている。
また、ヨーク３３は、永久磁石３２に重なるよう配置されている。つまり、永久磁石３２の着磁方向は、この永久磁石３２とヨーク３３との接面に対し垂直方向である。さらに、ヨーク３３は、永久磁石３２に接着剤を介して接合されることも可能である。また、接着剤を用いて固定せずとも、磁石とヨークの磁力により保持は可能である。 The yoke 33 is preferably a tooth-shaped yoke, and the tooth-shaped yoke includes a magnetic substrate member 33a and a continuous uneven member 33b integrally formed on the magnetic substrate member 33a. .
The yoke 33 is disposed so as to overlap the permanent magnet 32. That is, the magnetization direction of the permanent magnet 32 is perpendicular to the contact surface between the permanent magnet 32 and the yoke 33. Furthermore, the yoke 33 can be joined to the permanent magnet 32 via an adhesive. Moreover, even if it does not fix using an adhesive agent, it can hold | maintain with the magnetic force of a magnet and a yoke.

本実施例１において、本発明に用いることができるヨーク形状の例を図５（ｂ）に示している。この本実施例１では、ヨーク歯は台形形状としており、台形の上辺は０．３８ｍｍ、下辺は０．５ｍｍとし、歯間底面部は０．５ｍｍ、台形の高さを０．２５ｍｍ、磁性基板部厚が０．２５ｍｍとしている。ヨーク材質はＳＰＣＣとしている。磁石はネオジム磁石（残留磁束密度：１３８０ｍＴ、保磁力：１０１１ｋＡ／ｍ、最大エネルギー積：３７０ｋＪ／ｍ^３）とし、磁石サイズは２０．５ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍとしている。 In Example 1, an example of a yoke shape that can be used in the present invention is shown in FIG. In this first embodiment, the yoke teeth have a trapezoidal shape, the upper side of the trapezoid is 0.38 mm, the lower side is 0.5 mm, the bottom surface between the teeth is 0.5 mm, the height of the trapezoid is 0.25 mm, and the magnetic substrate The part thickness is 0.25 mm. The yoke material is SPCC. The magnet is a neodymium magnet (residual magnetic flux density: 1380 mT, coercive force: 1011 kA / m, maximum energy product: 370 kJ / m ³ ), and the magnet size is 20.5 mm × 2 mm × 1 mm.

図６は、図５（ｂ）に示した歯型状ヨークを用いた場合のシミュレーション波形を示す図である。横軸がストロークで、磁気センサがヨーク中央直上にあるときをストローク０ｍｍとして磁石もしくは磁気センサを中央から磁石長手方向に沿って一方向に動かしたときの移動量であり、縦軸が磁束密度（Ｚ軸成分）である。また、グラフの実線がギャップ２００μｍ、一点鎖線がギャップ２５０μｍ、破線がギャップ３００μｍを示している。このように、異なるギャップに対していずれの場合にも、高精度で歪みの少ない正弦波状の出力波形を得ることのできることが理解できる。 FIG. 6 is a diagram showing a simulation waveform when the tooth-shaped yoke shown in FIG. 5B is used. The horizontal axis is the stroke, and when the magnetic sensor is directly above the yoke center, the stroke is 0 mm. The movement amount when the magnet or magnetic sensor is moved in one direction along the longitudinal direction of the magnet from the center. The vertical axis is the magnetic flux density ( Z-axis component). The solid line in the graph indicates a gap of 200 μm, the alternate long and short dash line indicates a gap of 250 μm, and the broken line indicates a gap of 300 μm. In this way, it can be understood that a sinusoidal output waveform with high accuracy and less distortion can be obtained in any case for different gaps.

本実施例１との比較として、図７には、矩形の上辺下辺ともに０．５ｍｍとし、歯間底面部は０．５ｍｍ、矩形の高さを０．２５ｍｍ、磁性基板部厚が０．２５ｍｍとした従来のヨーク歯が矩形の場合の形状図を示し、図８には図７の矩形形状歯を用いた場合のシミュレーション波形を示し、また、図９にはギャップ２００μｍのときの波形を従来の歯が矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例１と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示している。なお、波形は振幅が１となるよう規格化したもので比較している。これを見ると、明らかに従来に対し、本実施例１では、理想正弦波に近い波形を確保できている。図１０ではひずみ率で各波形を比較しているが、この結果をみてもテーパーを設ける本実施例１の方がより正弦波に近い形状を確保していると言える。 As a comparison with Example 1, FIG. 7 shows that the upper and lower sides of the rectangle are both 0.5 mm, the bottom surface portion of the teeth is 0.5 mm, the height of the rectangle is 0.25 mm, and the thickness of the magnetic substrate portion is 0.25 mm. FIG. 8 shows a simulation waveform when the rectangular tooth of FIG. 7 is used, and FIG. 9 shows a conventional waveform when the gap is 200 μm. The graph which plotted the present Example 1 which provided the taper in the case where the tooth | gear of a rectangle is provided, and the ideal sine wave simultaneously is shown. The waveforms are compared by standardizing them so that the amplitude is 1. Obviously, in the first embodiment, a waveform close to an ideal sine wave can be secured as compared with the conventional case. In FIG. 10, the waveforms are compared by the distortion rate, but even if this result is seen, it can be said that Example 1 having a taper secures a shape closer to a sine wave.

図１１は、図５（ｂ）に示した歯型状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。図６においては、縦磁場変化（磁石の着磁方向に平行な磁場ベクトル成分の変化：ホール素子で検知できる磁場方向ベクトル）であったが、横磁場変化（磁石走査方向の磁場ベクトル成分の変化：ＭＲ素子で検知できる磁場方向ベクトル）も計算すると図１１のように歪みの少ない正弦波になっていることがわかる。つまり、磁石の長手方向の磁場ベクトル成分を検知しても同じように正弦波状の出力波形を得ることができ、ＭＲ素子あるいは、基板等に垂直に実装されたホール素子での検知も可能である。また、その波形は、０ｍＴを中心に振動するため、システムに応じて素子や検知磁場方向を適切なものを選べばよい。この場合についても同様に、高精度で歪みの少ない正弦波状の出力波形を得ることのできることが理解できる。本実施例１との横磁場波形の比較として、図７の矩形形状歯を用いた場合の横磁場波形を図１２に示し、また、図１３にはギャップ２００μｍのときの横磁場の波形を従来の歯が矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例１と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示している。なお、波形は振幅が１となるよう規格化したもので比較している。これを見ると、横磁場波形についても、明らかに従来に対し、本実施例１では、理想正弦波に近い波形を確保できている。図１４ではひずみ率で各横磁場の波形を比較しているが、この結果をみてもテーパーを設ける本実施例１のほうがより正弦波に近い形状を確保していると言える。 FIG. 11 is a diagram showing a simulation waveform of the transverse magnetic field when the tooth-shaped yoke shown in FIG. 5B is used. In FIG. 6, the longitudinal magnetic field change (change in magnetic field vector component parallel to the magnetizing direction of the magnet: magnetic field direction vector that can be detected by the Hall element) is changed, but the transverse magnetic field change (change in magnetic field vector component in the magnet scanning direction). : Magnetic field direction vector that can be detected by the MR element), it can be seen that the sine wave has little distortion as shown in FIG. That is, even if the magnetic field vector component in the longitudinal direction of the magnet is detected, a sinusoidal output waveform can be obtained in the same manner, and detection can also be performed with an MR element or a Hall element mounted vertically on a substrate or the like. . Moreover, since the waveform vibrates around 0 mT, it is sufficient to select an appropriate element and detection magnetic field direction according to the system. In this case as well, it can be understood that a sinusoidal output waveform with high accuracy and less distortion can be obtained. As a comparison of the transverse magnetic field waveform with the first embodiment, FIG. 12 shows the transverse magnetic field waveform when the rectangular tooth of FIG. 7 is used, and FIG. 13 shows the conventional transverse magnetic field waveform when the gap is 200 μm. The graph which plotted the present Example 1 which provided the taper in the case where the tooth | gear of a rectangle is provided, and the ideal sine wave simultaneously is shown. The waveforms are compared by standardizing them so that the amplitude is 1. As can be seen, the transverse magnetic field waveform clearly has a waveform close to an ideal sine wave in the first embodiment as compared with the conventional case. In FIG. 14, the waveforms of the respective transverse magnetic fields are compared based on the distortion rate. Even when this result is seen, it can be said that the present Example 1 having a taper secures a shape closer to a sine wave.

このような構成により、ヨーク形状の工夫により、より細かい波形形状がコントロールでき、また、多極磁石の着磁によるコントロールに比べて、簡単かつ高精度が期待でき、また、ヨークの加工精度が高くて公差も小さいため、波形の固体ばらつきを小さくすることができ、さらに、ヨークのみの交換で同じ磁石でも異なる波形が得られるという効果を奏する。 With such a configuration, it is possible to control a finer waveform shape by devising the yoke shape, and can be expected to be simple and highly accurate compared to control by magnetizing a multipolar magnet, and the yoke machining accuracy is high. In addition, since the tolerance is small, it is possible to reduce the variation in the solid state of the waveform, and further, it is possible to obtain different waveforms even with the same magnet by exchanging only the yoke.

なお、歯形状ヨークは、切削などの機械加工によって形成してもよく、エッチングなどの化学的溶解法やスパッタリングなどの物理的形成法やこれらの組み合わせで形成してもよい。
なお、磁石及びヨークの設計形状や配置によって、端点における磁束の集中等が正弦波の歪みを招き、高精度の位置検出に影響を与えることがある。このような場合、ヨーク形状や磁石形状を幅方向や厚さ方向に、あるいは磁気センサからヨーク間のギャップ等も含めて、傾斜状にカスタマイズすることは広く行われており、本発明にも適用可能であることは言うまでもない。 The tooth-shaped yoke may be formed by machining such as cutting, or may be formed by a chemical dissolution method such as etching, a physical formation method such as sputtering, or a combination thereof.
Depending on the design shape and arrangement of the magnet and the yoke, the concentration of magnetic flux at the end point may cause distortion of the sine wave, which may affect highly accurate position detection. In such a case, the yoke shape and the magnet shape are widely customized to be inclined, including the width direction and thickness direction, or including the gap between the magnetic sensor and the yoke, and are also applied to the present invention. It goes without saying that it is possible.

図１５（ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例２を説明するための構成図で、図１５（ａ）は斜視図、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。図中符号３３ｃは側面板部材を示している。なお、図５（ａ）と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。図４（ａ）において説明したように、磁気回路３２，３３は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する永久磁石３２と、この永久磁石３２上に設けられた連続した凹凸形状のヨーク３３とからなっている。 FIGS. 15A and 15B are configuration diagrams for explaining an encoder according to a second embodiment of the present invention. FIG. 15A is a perspective view and FIG. 15B is a diagram in FIG. It is AA 'line sectional drawing of. Reference numeral 33c in the figure indicates a side plate member. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component which has the same function as Fig.5 (a). As described with reference to FIG. 4A, the magnetic circuits 32 and 33 each have a permanent magnet 32 having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous uneven shape provided on the permanent magnet 32. It consists of a yoke 33.

また、ヨーク３３は、梯子状ヨークであることが望ましく、この梯子状ヨークは、永久磁石３２上に設けられた連続した凹凸形状部材３３ｂと、この凹凸形状部材３３ｂと一体形成された側面板部材３３ｃとからなっている。
本実施例２において、本発明に用いることができるヨーク形状の例を図１５（ｂ）に示している。この本実施例２では、ヨーク歯は矩形に台形を載せた形状としており、台形の上辺は０．４ｍｍ、下辺は０．５ｍｍとし、矩形上辺及び下辺は０．５ｍｍ、台形の高さを０．２５ｍｍ、矩形の長さが０．２５ｍｍとしている。ヨーク材質はＳＰＣＣとしている。磁石はネオジム磁石（残留磁束密度：１３８０ｍＴ、保磁力：１０１１ｋＡ／ｍ、最大エネルギー積：３７０ｋＪ／ｍ^３とし、磁石サイズは２０．５ｍｍ×２ｍｍ×１ｍｍとしている。 The yoke 33 is preferably a ladder-shaped yoke, and the ladder-shaped yoke includes a continuous concavo-convex member 33b provided on the permanent magnet 32, and a side plate member integrally formed with the concavo-convex member 33b. 33c.
In Example 2, an example of a yoke shape that can be used in the present invention is shown in FIG. In this second embodiment, the yoke teeth have a rectangular trapezoidal shape, the upper side of the trapezoid is 0.4 mm, the lower side is 0.5 mm, the upper and lower sides of the rectangle are 0.5 mm, and the height of the trapezoid is 0. .25 mm and the length of the rectangle is 0.25 mm. The yoke material is SPCC. The magnet is a neodymium magnet (residual magnetic flux density: 1380 mT, coercive force: 1011 kA / m, maximum energy product: 370 kJ / m ³ , and the magnet size is 20.5 mm × 2 mm × 1 mm.

図１６は、図１５（ｂ）に示した梯子状ヨークを用いた場合のシミュレーション波形を示す図である。横軸がストロークで、磁気センサがヨーク中央直上にあるときをストローク０ｍｍとして磁石もしくは磁気センサを中央から磁石長手方向に沿って一方向に動かしたときの移動量であり、縦軸が磁束密度（Ｚ軸成分）である。また、グラフの実線がギャップ２００μｍ、一点鎖線がギャップ２５０μｍ、破線がギャップ３００μｍを示している。このように、異なるギャップに対していずれの場合にも、高精度で歪みの少ない正弦波を得ることのできるが理解できる。 FIG. 16 is a diagram showing simulation waveforms when the ladder-shaped yoke shown in FIG. 15B is used. The horizontal axis is the stroke, and the magnetic sensor is just above the center of the yoke. The stroke is 0 mm. The amount of movement when the magnet or magnetic sensor is moved in one direction along the longitudinal direction of the magnet from the center. Z-axis component). The solid line in the graph indicates a gap of 200 μm, the alternate long and short dash line indicates a gap of 250 μm, and the broken line indicates a gap of 300 μm. Thus, it can be understood that a sine wave with high accuracy and less distortion can be obtained in any case for different gaps.

本実施例２との比較として、図１７には、矩形の上辺下辺ともに０．５ｍｍとし、歯間底面部は０．５ｍｍ、矩形の高さを０．５ｍｍとしたテーパーを設けないヨーク歯が矩形の場合の形状図を示し、図１８には追加図５の矩形形状歯を用いた場合のシミュレーション波形を示し、また、図１９にはギャップ２００μｍのときの波形をテーパを設けないヨーク歯が矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例２と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示している。なお、波形は振幅が１となるよう規格化したもので比較している。これを見ると、明らかにテーパーを設けないものに対し、本実施例２では、理想正弦波に近い波形を確保できている。図２０ではひずみ率で各波形を比較しているが、この結果をみてもテーパーを設ける本実施例２の方がより正弦波に近い形状を確保していると言える。図２１は、図１５（ｂ）に示した梯子状ヨークを用いた場合の横磁場のシミュレーション波形を示す図である。この場合についても同様に、高精度で歪みの少ない正弦波状の出力波形を得ることのできるが理解できる。 As a comparison with Example 2, FIG. 17 shows a yoke tooth without a taper in which the upper and lower sides of the rectangle are 0.5 mm, the bottom surface portion of the teeth is 0.5 mm, and the height of the rectangle is 0.5 mm. FIG. 18 shows a simulation waveform when the rectangular tooth of the additional FIG. 5 is used, and FIG. 19 shows a waveform when the gap is 200 μm and a yoke tooth without a taper. The graph which plotted simultaneously the present Example 2 which provided the taper in the case of rectangular shape, and the ideal sine wave is shown. The waveforms are compared by standardizing them so that the amplitude is 1. As can be seen, in the second embodiment, a waveform close to an ideal sine wave can be ensured, as opposed to the case where no taper is provided. In FIG. 20, the waveforms are compared by the distortion rate, but it can be said that the present Example 2 in which the taper is provided secures a shape closer to a sine wave even when this result is seen. FIG. 21 is a diagram showing a simulation waveform of the transverse magnetic field when the ladder-shaped yoke shown in FIG. 15B is used. Similarly, in this case, it is possible to obtain a sinusoidal output waveform with high accuracy and less distortion.

本実施例２との横磁場波形の比較として、図１７の矩形形状歯を用いた場合の横磁場波形を図２２に示し、また、図２３にはギャップ２００μｍのときの横磁場の波形を歯にテーパーを設けない矩形状の場合と歯にテーパーを設けた本実施例２と理想正弦波を同時にプロットしたグラフを示している。なお、波形は振幅が１となるよう規格化したもので比較している。これを見ると、横磁場波形についても、明らかにテーパーを設けないものに対し、本実施例２では、理想正弦波に近い波形を確保できている。図２４ではひずみ率で各横磁場の波形を比較しているが、この結果をみてもテーパーを設ける本実施例１のほうがより正弦波に近い形状を確保していると言える。 As a comparison of the transverse magnetic field waveform with the second embodiment, FIG. 22 shows the transverse magnetic field waveform when the rectangular tooth of FIG. 17 is used, and FIG. 23 shows the transverse magnetic field waveform when the gap is 200 μm. The graph which plotted simultaneously the case of the rectangular shape which does not provide a taper in this, and this Example 2 which provided the taper in the tooth | gear, and an ideal sine wave is shown. The waveforms are compared by standardizing them so that the amplitude is 1. As can be seen, the transverse magnetic field waveform clearly does not have a taper, but in Example 2, a waveform close to an ideal sine wave can be secured. In FIG. 24, the waveforms of the respective transverse magnetic fields are compared by the distortion rate, but it can be said from this result that Example 1 having a taper secures a shape closer to a sine wave.

なお、梯子状ヨークは、エッチングなどの化学的溶解法やスパッタリングなどの物理的形成法やこれらの組み合わせで形成してもよいが、打ち抜きによる機械加工を組み合わせることによって低コストでヨークが形成できる。
なお、磁石及びヨークの設計形状や配置によって、端点における磁束の集中等が正弦波の歪みを招き、高精度の位置検出に影響を与えることがある。このような場合、ヨーク形状や磁石形状を幅方向や厚さ方向に、あるいは磁気センサからヨーク間のギャップ等も含めて、傾斜状にカスタマイズすることは広く行われており、本発明にも適用可能であることは言うまでもない。 The ladder-like yoke may be formed by a chemical dissolution method such as etching, a physical formation method such as sputtering, or a combination thereof, but the yoke can be formed at a low cost by combining machining by punching.
Depending on the design shape and arrangement of the magnet and the yoke, the concentration of magnetic flux at the end point may cause distortion of the sine wave, which may affect highly accurate position detection. In such a case, the yoke shape and the magnet shape are widely customized to be inclined, including the width direction and thickness direction, or including the gap between the magnetic sensor and the yoke, and are also applied to the present invention. It goes without saying that it is possible.

図２５（ａ），（ｂ）は、本発明に係るエンコーダの実施例３を説明するための構成図で、図２５（ａ）は、永久磁石に棒状ヨークを設けた斜視図で、図２５（ｂ）は、永久磁石に半球状ヨークを設けた斜視図を示している。図中符号４２は永久磁石、４３は棒状（棒）ヨーク、４４は半球状（ダンゴ状）ヨークを示している。なお、図２５（ａ）には各種の棒状ヨークの形状を示している。 25 (a) and 25 (b) are configuration diagrams for explaining a third embodiment of the encoder according to the present invention, and FIG. 25 (a) is a perspective view in which a bar-shaped yoke is provided on a permanent magnet. (B) has shown the perspective view which provided the hemispherical yoke in the permanent magnet. In the figure, reference numeral 42 denotes a permanent magnet, 43 denotes a rod-shaped (rod) yoke, and 44 denotes a hemispherical (dango-shaped) yoke. FIG. 25A shows the shapes of various rod-shaped yokes.

図２５（ａ）においては、図５に示す実施例１とは異なり、磁性基板部材３３ａを用いることなく、永久磁石４２上に、直接、棒状ヨーク４３を貼り付けたものである。また、図２５（ｂ）においては、永久磁石４２上に、直接、半球状ヨーク４４を貼り付けたものである。
このような構成により、ヨーク形状を工夫することで、高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布を有するエンコーダを実現することができる。 In FIG. 25A, unlike the first embodiment shown in FIG. 5, the rod-shaped yoke 43 is directly attached on the permanent magnet 42 without using the magnetic substrate member 33a. In FIG. 25B, a hemispherical yoke 44 is directly attached on the permanent magnet 42.
With such a configuration, by devising the yoke shape, an encoder having a sinusoidal magnetic flux density distribution with high accuracy and less distortion can be realized.

図２６（ａ）乃至（ｅ）は、各種のヨークの凹凸形状を示す図である。図２６（ａ）は、図４（ｂ）に示した断面矩形のヨーク形状を示す図で、図２６（ｂ）は断面台形、図２６（ｃ）は断面三角形、図２６（ｄ）は断面のこぎり波形、図２６（ｅ）は図２６（ｂ）の底面のない形状を示している。特に、図２６（ｂ）は実施例１で採用している形状で、凸部形状と凹部形状が同じ台形であり、正弦波形状が得られやすい。 FIGS. 26A to 26E are diagrams showing the uneven shapes of various yokes. 26 (a) is a view showing a yoke shape having a rectangular section shown in FIG. 4 (b), FIG. 26 (b) is a trapezoidal section, FIG. 26 (c) is a triangular section, and FIG. 26 (d) is a sectional view. The sawtooth waveform, FIG. 26 (e) shows the shape without the bottom of FIG. 26 (b). In particular, FIG. 26B shows the shape adopted in the first embodiment, where the convex shape and the concave shape are the same trapezoid, and a sine wave shape is easily obtained.

図２７（ａ）乃至（ｊ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。図２７（ａ）は、矩形に台形を乗せた形状を示す図で、図２７（ｂ）は三角形を載せた形状、図２７（ｃ）は図２７（ａ）の傾斜面に段差を設けた形状、図２７（ｄ）は図２７（ｃ）の底面のない形状、図２７（ｅ）は図２７（ｄ）の変形例、図２７（ｆ）は台形に矩形を乗せた形状、図２７（ｇ）は図２７（ｆ）の底面のない形状、図２７（ｈ）は図２７（ｆ）の変形例、図２７（ｉ）は図２７（ｈ）の変形例、図２７（ｊ）は図２７（ｉ）の底面のない形状を示している。特に、図２７（ａ）は実施例２で採用している形状である。また図２７（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）などは、傾斜の異なる２段階のテーパーを持つため、波形形状の調整をより精度良く行なえる。 FIGS. 27A to 27J are diagrams showing the uneven shapes of other various yokes. FIG. 27A is a diagram showing a shape in which a trapezoid is placed on a rectangle, FIG. 27B is a shape on which a triangle is placed, and FIG. 27C is a step provided on the inclined surface of FIG. 27A. 27 (d) is a shape without the bottom of FIG. 27 (c), FIG. 27 (e) is a modified example of FIG. 27 (d), FIG. 27 (f) is a trapezoid with a rectangular shape, FIG. (G) is the shape without the bottom of FIG. 27 (f), FIG. 27 (h) is a modification of FIG. 27 (f), FIG. 27 (i) is a modification of FIG. 27 (h), and FIG. FIG. 27 (i) shows a shape without a bottom surface. In particular, FIG. 27A shows the shape adopted in the second embodiment. In addition, since FIGS. 27C, 27D, 27E, 27H, and 18J have two-stage tapers with different inclinations, the waveform shape can be adjusted more accurately. .

図２８（ａ）乃至（ｈ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。図２８（ａ）は断面菱形を示す図で、図２８（ｂ）は断面猪口型、図２８（ｃ）は図２８（ｂ）の底面のない形状、図２８（ｄ）は断面逆台形、図２８（ｅ）は断面階段状、図２８（ｆ）は図２８（ｅ）の変形例、図２８（ｇ）は図２８（ｅ）の変形例、図２８（ｈ）は図２８（ｄ）に矩形を乗せた形状を示している。 FIGS. 28A to 28H are diagrams showing the uneven shapes of other various yokes. 28 (a) is a diagram showing a rhombus cross section, FIG. 28 (b) is a cross-sectional shape, FIG. 28 (c) is a shape without the bottom of FIG. 28 (b), FIG. 28 (d) is an inverted trapezoidal cross section, 28E is a stepped cross section, FIG. 28F is a modification of FIG. 28E, FIG. 28G is a modification of FIG. 28E, and FIG. 28H is FIG. ) Shows a shape in which a rectangle is placed.

図２９（ａ）乃至（ｃ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。図２９（ａ）は断面Ｍ字型、図２９（ｂ）は断面十字型、図２９（ｃ）は断面家型を示している。
図３０（ａ）乃至（ｅ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図である。図３０（ａ）は断面半円型、図３０（ｂ）は図３０（ａ）の底面のない形状、図３０（ｃ）は断面半円溝型、図３０（ｄ）は図３０（ｃ）の変形例、図３０（ｅ）はお椀形を示している。 FIGS. 29A to 29C are diagrams showing the uneven shapes of other various yokes. FIG. 29A shows an M-shaped section, FIG. 29B shows a cross-shaped section, and FIG. 29C shows a house-shaped section.
FIGS. 30A to 30E are diagrams showing the uneven shapes of other various yokes. 30 (a) is a semicircular cross section, FIG. 30 (b) is a shape without the bottom of FIG. 30 (a), FIG. 30 (c) is a semicircular cross section, and FIG. 30 (d) is FIG. ), FIG. 30 (e) shows a bowl shape.

図３１（ａ）乃至（ｇ）は、他の各種のヨークの凹凸形状を示す図で、上述した各種形状の組み合わせ形状の一例を示しており、そのほかの組合せでも本発明への適用が可能である。
なお、磁石及びヨークの設計形状や配置によって、端点における磁束の集中等が正弦波の歪みを招き、高精度の位置検出に影響を与えることがある。このような場合、ヨーク形状や磁石形状を幅方向や厚さ方向に、あるいは磁気センサからヨーク間のギャップ等も含めて、傾斜状にカスタマイズすることは広く行われており、本発明にも適用可能であることは言うまでもない。 FIGS. 31 (a) to 31 (g) are diagrams showing uneven shapes of other various yokes, showing examples of the combined shapes of the various shapes described above, and other combinations can be applied to the present invention. is there.
Depending on the design shape and arrangement of the magnet and the yoke, the concentration of magnetic flux at the end point may cause distortion of the sine wave, which may affect highly accurate position detection. In such a case, the yoke shape and the magnet shape are widely customized to be inclined, including the width direction and thickness direction, or including the gap between the magnetic sensor and the yoke, and are also applied to the present invention. It goes without saying that it is possible.

なお、ラック歯車におけるインボリュート歯車歯形の寸法などはＪＩＳ規格に基づく標準基準ラック歯車及び相手標準基準ラック歯形として作成され、本発明のラック歯車タイプの磁気回路におけるヨーク形状もこの規格に基づいて作成されるものを含んでいる。
以上は、ラック歯車タイプの磁気回路について説明した。以下は、円筒歯車タイプの磁気回路について説明する。 The dimensions of the involute gear tooth profile in the rack gear are prepared as a standard reference rack gear based on the JIS standard and the counterpart standard reference rack tooth profile, and the yoke shape in the rack gear type magnetic circuit of the present invention is also prepared based on this standard. Things are included.
The rack gear type magnetic circuit has been described above. Hereinafter, a cylindrical gear type magnetic circuit will be described.

図３２は、本発明に係るエンコーダの実施例４を説明するための構成図で、円筒高さ方向に着磁された円筒磁石と歯形ヨーク／梯子形ヨークの組合せで、円筒歯車タイプの磁気回路を示している。図中符号５１，６１は磁気センサ、５２，６２は円筒の高さ方向に着磁された円筒形永久磁石、５３は歯型状ヨーク、６３は梯子状ヨークを示している。
本実施例４のエンコーダは、回転運動の相対運動をなす物体の一方に設けられた磁気センサ５１，６１と、この磁気センサ５１，６１と対面するように物体の他方に設けられた磁気回路５２，５３及び６２，６３とを備えている。 FIG. 32 is a block diagram for explaining a fourth embodiment of the encoder according to the present invention, and is a cylindrical gear type magnetic circuit comprising a combination of a cylindrical magnet magnetized in the cylindrical height direction and a tooth-shaped yoke / ladder-shaped yoke. Is shown. In the figure, reference numerals 51 and 61 denote magnetic sensors, 52 and 62 denote cylindrical permanent magnets magnetized in the height direction of the cylinder, 53 denotes a tooth-shaped yoke, and 63 denotes a ladder-like yoke.
The encoder according to the fourth embodiment includes magnetic sensors 51 and 61 provided on one of the objects that make a relative movement of the rotational movement, and a magnetic circuit 52 provided on the other of the objects so as to face the magnetic sensors 51 and 61. , 53 and 62, 63.

磁気回路５２，５３及び６２，６３は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する円筒形永久磁石５２及び６２とその底面上に設けられた連続した凹凸形状の歯型状ヨーク５３もしくは梯子状ヨーク６３からなっている。
また、歯型状ヨーク５３及び梯子状ヨーク６３は、円筒磁石５２及び６２に接合されている。さらに、歯型状ヨーク５３及び梯子状ヨーク６３は、円筒磁石５２及び６２に接着剤を介して接合されることも可能である。
このような構成により、ヨーク形状を工夫することで、高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布を有するエンコーダを実現することができる。 The magnetic circuits 52, 53, 62, and 63 include cylindrical permanent magnets 52 and 62 having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous uneven tooth-shaped yoke 53 provided on the bottom surface thereof. It consists of a ladder-like yoke 63.
Further, the tooth-shaped yoke 53 and the ladder-shaped yoke 63 are joined to the cylindrical magnets 52 and 62. Furthermore, the tooth-shaped yoke 53 and the ladder-shaped yoke 63 can be joined to the cylindrical magnets 52 and 62 via an adhesive.
With such a configuration, by devising the yoke shape, an encoder having a sinusoidal magnetic flux density distribution with high accuracy and less distortion can be realized.

図３３は、本発明に係るエンコーダの実施例５を説明するための構成図で、円筒径方向に着磁された円筒磁石と歯型ヨーク／梯子形ヨークの組合せで、他の円筒歯車タイプの磁気回路を示している。図中符号７１，８１は磁気センサ、７２，８２は円筒径方向に着磁された円筒形永久磁石、７３は歯型状ヨーク、８３は梯子状ヨークを示している。
本実施例５のエンコーダは、回転運動の相対運動をなす物体の一方に設けられた磁気センサ７１，８１と、この磁気センサ７１，８１と対面するように物体の他方に設けられた磁気回路７２，８２及び７３，８３とを備えている。 FIG. 33 is a block diagram for explaining an encoder according to a fifth embodiment of the present invention, which is a combination of a cylindrical magnet magnetized in the cylindrical radial direction and a toothed yoke / ladder-shaped yoke. 1 shows a magnetic circuit. In the figure, reference numerals 71 and 81 denote magnetic sensors, 72 and 82 denote cylindrical permanent magnets magnetized in the cylindrical radial direction, 73 denotes a tooth-shaped yoke, and 83 denotes a ladder-like yoke.
The encoder according to the fifth embodiment includes magnetic sensors 71 and 81 provided on one of the objects that make a relative movement of the rotational movement, and a magnetic circuit 72 provided on the other of the objects so as to face the magnetic sensors 71 and 81. , 82 and 73, 83.

磁気回路７２，８２及び７３，８３は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する円筒型永久磁石７２及び８２と、この円筒型永久磁石７２及び８２の側面上に設けられた連続した凹凸形状の歯型状ヨーク７３もしくは梯子状ヨーク８３とからなっている。
また、歯型状ヨーク７３及び梯子状ヨーク８３は、永久磁石７２及び８２に接合されている。さらに、歯型状ヨーク７３及び梯子状ヨーク８３は、永久磁石７２及び８２に接着剤を介して接合されることも可能である。
このような構成により、ヨーク形状を工夫することで、高精度で歪みの少ない正弦波状の磁束密度分布を有するエンコーダを実現することができる。 The magnetic circuits 72, 82 and 73, 83 are continuous cylindrical permanent magnets 72 and 82 having magnetic poles stacked in the direction perpendicular to the relative movement direction, and continuous sides provided on the side surfaces of the cylindrical permanent magnets 72 and 82. It consists of an uneven tooth-shaped yoke 73 or a ladder-like yoke 83.
The tooth-shaped yoke 73 and the ladder-shaped yoke 83 are joined to the permanent magnets 72 and 82. Furthermore, the tooth-shaped yoke 73 and the ladder-shaped yoke 83 can be joined to the permanent magnets 72 and 82 via an adhesive.
With such a configuration, by devising the yoke shape, an encoder having a sinusoidal magnetic flux density distribution with high accuracy and less distortion can be realized.

本発明ではヨークと接合されていない磁石表面からの漏れ磁場を利用してアクチュエータを駆動することが可能である。
図３４（ａ），（ｂ）は、本発明のエンコーダを用いたアクチュエータの構成図で、図３４（ａ）は斜視図、図３４（ｂ）は側面図である。具体的には図４に示したエンコーダを用いたアクチュエータを示している。図中符号３４はコイルで３５はヨークであり、その他、図４及び図５に示す構成要素と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。磁気回路３２，３３は、相対運動方向に垂直方向に積層された磁極を有する永久磁石３２と、この永久磁石３２上に設けられた連続した凹凸形状の歯型状ヨーク３３とからなっている。この磁気回路３２，３３のヨーク３３と接合されていない磁石表面の下方に配置されたヨーク３５の外周を囲むようにしてコイル３４が配置され、歯型状ヨーク３３に対応するように磁気センサ３１が取り付けられている。 In the present invention, it is possible to drive the actuator using the leakage magnetic field from the magnet surface not joined to the yoke.
34A and 34B are configuration diagrams of an actuator using the encoder of the present invention. FIG. 34A is a perspective view and FIG. 34B is a side view. Specifically, an actuator using the encoder shown in FIG. 4 is shown. In the figure, reference numeral 34 denotes a coil, and reference numeral 35 denotes a yoke. Other components having the same functions as those shown in FIGS. 4 and 5 are denoted by the same reference numerals. The magnetic circuits 32 and 33 are composed of a permanent magnet 32 having magnetic poles stacked in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous uneven tooth-shaped yoke 33 provided on the permanent magnet 32. The coil 34 is disposed so as to surround the outer periphery of the yoke 35 disposed below the surface of the magnet not joined to the yoke 33 of the magnetic circuits 32 and 33, and the magnetic sensor 31 is attached so as to correspond to the tooth-shaped yoke 33. It has been.

つまり、本発明のエンコーダと、このエンコーダの永久磁石３２の着磁方向かつ永久磁石３２と対向するように設けられたヨーク３５と、このヨーク３５を囲むように設けられたコイル３４とを備え、コイル３４の中心線と相対運動方向とが平行である。
このような構成により、コイル３４に通電するとコイル内に生じた磁界と磁石３２が反発あるいは吸引し、磁石３２とヨーク３３が、もしくはコイル３４が移動する。コイル３４に連動して磁気センサ３１も移動する機構を備えれば、エンコーダとアクチュエータを兼ねることができる。通常、磁石の移動量を磁気センサ３１で検出し所定の位置あるいは速度になるようコイルに流す電流量と方向を制御してアクチュエータとして機能することになる。 That is, the encoder of the present invention, the magnet 35 in the direction of magnetization of the permanent magnet 32 of the encoder and the yoke 35 provided so as to face the permanent magnet 32, and the coil 34 provided so as to surround the yoke 35, The center line of the coil 34 and the relative motion direction are parallel.
With such a configuration, when the coil 34 is energized, the magnetic field generated in the coil and the magnet 32 repel or attract, and the magnet 32 and the yoke 33 or the coil 34 move. If a mechanism for moving the magnetic sensor 31 in conjunction with the coil 34 is provided, it can serve as both an encoder and an actuator. Normally, the amount of movement of the magnet is detected by the magnetic sensor 31, and the amount and direction of the current flowing through the coil is controlled so as to reach a predetermined position or speed, thereby functioning as an actuator.

図３５は、図３４に示したコイルの磁石直下部分のみのコイル要素を示す図である。コイル要素３６の近傍では、Ｚ軸正方向に磁場ベクトルが発生しており、その磁場中に電流がＹ軸負方向に流れているコイル要素３６を配置すると、コイル要素３６にローレンツ力が発生し、Ｘ軸負方向の推力が発生する。電流がＹ軸正方向に流れれば、ローレンツ力はＸ軸正方向に発生し、Ｘ軸正方向の推力が発生する。このように電流方向によってＸ軸に沿ったコイルの駆動が可能である。 FIG. 35 is a diagram showing a coil element only in a portion directly below the magnet of the coil shown in FIG. In the vicinity of the coil element 36, a magnetic field vector is generated in the positive Z-axis direction. When the coil element 36 in which a current flows in the negative Y-axis direction is placed in the magnetic field, a Lorentz force is generated in the coil element 36. A thrust in the negative direction of the X axis is generated. If the current flows in the Y-axis positive direction, Lorentz force is generated in the X-axis positive direction, and thrust in the X-axis positive direction is generated. In this way, the coil can be driven along the X axis according to the current direction.

このコイルの駆動に連動して磁気センサが動く機構を備えれば、ひとつの磁石でアクチュエータとエンコーダを兼ねる構成が可能である。アクチュエータとエンコーダを別々配置する従来の方法に比べ、より小型かつ安価に構成を組むことができる。また、図３５に示す構成の他に、図３６（ａ），（ｂ）のような構成も考えられる。
図３６（ａ），（ｂ）は、図３４に示した他のコイルの配置構成を示す図である。磁石１０１に図３６（ａ）に示すようにコイル対１０２を対向して設置し、コイル対１０２上に記載した矢印方向に電流を流すと、Ｘ軸方向へのローレンツ力が発生し、Ｘ軸方向への駆動が可能である。このコイル対と磁気センサ１０４が連動して駆動する、もしくは磁石とヨークが駆動する機構と備えれば、アクチュエータとエンコーダをひとつの磁石で兼ねた構成が可能である。 If a mechanism for moving the magnetic sensor in conjunction with the driving of the coil is provided, it is possible to use a single magnet as an actuator and an encoder. Compared with the conventional method in which the actuator and the encoder are separately arranged, the configuration can be made smaller and cheaper. In addition to the configuration shown in FIG. 35, the configurations shown in FIGS. 36 (a) and (b) are also conceivable.
36 (a) and 36 (b) are diagrams showing the arrangement of other coils shown in FIG. When the coil pair 102 is installed facing the magnet 101 as shown in FIG. 36 (a) and a current is passed in the direction indicated by the arrow on the coil pair 102, a Lorentz force is generated in the X-axis direction. Driving in the direction is possible. If the coil pair and the magnetic sensor 104 are driven in conjunction with each other or a mechanism in which a magnet and a yoke are driven, a configuration in which the actuator and the encoder are combined with one magnet is possible.

なお、本実施例６では、リニアアクチュエータについて説明したが、図３７に示すような円弧運動や円周運動にも適用できるのは言うまでもない。なお、図中符号１３２は永久磁石、１３３は梯子状ヨーク、１３４はコイル、１３５はヨークを示している。磁気回路は、永久磁石１３２と梯子状ヨーク１３３とで積層構成されて円筒状をなしている。コイル１３４は、ヨーク１３５の円弧に沿って周運動をするように矢印方向に移動可能となる。つまり、本発明のエンコーダと、このエンコーダの永久磁石１３２の着磁方向かつ永久磁石１３２と対向するように設けられたコイル１３４とを備え、このコイル１３４の中心線と永久磁石１３２の着磁方向とが平行である。 Although the linear actuator has been described in the sixth embodiment, it is needless to say that the present invention can be applied to an arc motion and a circumferential motion as shown in FIG. In the figure, reference numeral 132 denotes a permanent magnet, 133 denotes a ladder-like yoke, 134 denotes a coil, and 135 denotes a yoke. The magnetic circuit is formed by stacking a permanent magnet 132 and a ladder-like yoke 133 to form a cylindrical shape. The coil 134 can move in the direction of the arrow so as to make a circumferential motion along the arc of the yoke 135. In other words, the encoder according to the present invention and the coil 134 provided so as to face the permanent magnet 132 in the direction of magnetization of the permanent magnet 132 of the encoder are provided. The center line of the coil 134 and the magnetization direction of the permanent magnet 132 are provided. And are parallel.

１永久磁石ユニット
２永久磁石
２ａＮ極
２ｂＳ極
３ヨーク
４ホール素子
１１，１５歯車
１２磁石
１３磁気センサ
１４回転軸
２５磁気回路
２６ヨーク
２６ａ突部
２６ｂ基体部
２７永久磁石
３１磁気センサ（ホール素子）
３２永久磁石
３３ヨーク
３３ａ磁性基板部材
３３ｂ凹凸形状部材
３３ｃ側面板部材
３４コイル
３５コイル要素
３６対向ヨーク
４２永久磁石
４３棒状（棒）ヨーク
４４半球状（ダンゴ状）ヨーク
５１，６１，７１，８１磁気センサ
５２，６２，７２，８２円筒形永久磁石
５３，７３歯型状ヨーク
６３，８３梯子状ヨーク
１０２コイル対
１０４磁気センサ
１３２永久磁石
１３３梯子状ヨーク
１３４コイル
１３５ヨーク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet unit 2 Permanent magnet 2a N pole 2b S pole 3 Yoke 4 Hall element 11, 15 Gear 12 Magnet 13 Magnetic sensor 14 Rotating shaft 25 Magnetic circuit 26 Yoke 26a Protrusion 26b Base part 27 Permanent magnet 31 Magnetic sensor (Hall element) )
32 Permanent magnet 33 Yoke 33a Magnetic substrate member 33b Uneven shape member 33c Side plate member 34 Coil 35 Coil element 36 Opposing yoke 42 Permanent magnet 43 Rod-shaped (rod) yoke 44 Hemispherical (dango-shaped) yoke 51, 61, 71, 81 Magnetic Sensors 52, 62, 72, 82 Cylindrical permanent magnets 53, 73 Tooth-shaped yokes 63, 83 Ladder-shaped yoke 102 Coil pair 104 Magnetic sensor 132 Permanent magnet 133 Ladder-shaped yoke 134 Coil 135 Yoke

Claims

In an encoder comprising a magnetic sensor provided on one of the objects that make a relative motion of linear motion or rotational motion, and a magnetic circuit provided on the other of the objects so as to face the magnetic sensor,
The encoder according to claim 1, wherein the magnetic circuit comprises a permanent magnet magnetized in a direction perpendicular to the relative motion direction, and a continuous concave and convex yoke provided on the permanent magnet.

The encoder according to claim 1, wherein a magnetization direction of the permanent magnet is a direction perpendicular to a contact surface between the permanent magnet and the yoke.

When the magnetic circuit is cut by a plane parallel to the relative motion direction and including the magnetization direction of the permanent magnet, the convex and concave portions are symmetrical, and the convex portion and the magnetization direction The length of the line segment connecting the intersections with the straight line perpendicular to the line has a region that changes stepwise or continuously from the bottom to the top of the convex portion. Encoder.

The length of a line segment connecting the intersection of the convex portion and a straight line perpendicular to the magnetization direction has a region that decreases stepwise or continuously from the bottom to the top of the convex portion. The encoder according to claim 3.

5. The encoder according to claim 1, wherein an area of a bottom surface of the concavo-convex convex portion is larger than an area of a top portion of the convex portion.

The encoder according to claim 1, wherein the uneven shape has a tapered shape.

The encoder according to claim 1, wherein the yoke is a tooth-shaped yoke.

The encoder according to claim 7, wherein the tooth-shaped yoke includes a magnetic substrate member and a continuous concavo-convex member integrally formed on the magnetic substrate member.

The encoder according to claim 1, wherein the yoke is a ladder-like yoke.

10. The encoder according to claim 9, wherein the ladder-shaped yoke includes a continuous concave-convex member provided on the permanent magnet and a side plate member integrally formed with the concave-convex member.

The encoder according to claim 1, wherein the yoke is provided directly on the permanent magnet.

3. The magnetic circuit according to claim 1, wherein the magnetic circuit includes a cylindrical permanent magnet magnetized in a radial direction, and a continuous uneven-shaped yoke provided on a side surface of the cylindrical permanent magnet. The described encoder.

2. The magnetic circuit includes: a cylindrical permanent magnet magnetized in a longitudinal direction of a cylinder; and a continuous uneven yoke provided on a bottom surface of the cylindrical permanent magnet. Or the encoder of 2.

The uneven structure includes any one of a cross-sectional rectangle, a cross-section trapezoid, a cross-section inverted trapezoid, a cross-section triangle, a cross-section rhombus, a cross-section mouthpiece, a cross-section semicircle, and a combination thereof. Encoder described in.

The encoder according to any one of claims 1 to 14, wherein the yoke is joined to the permanent magnet.

The encoder according to claim 15, wherein the yoke is joined to the permanent magnet via an adhesive.

The encoder according to claim 1, wherein the magnetic sensor is a Hall element.

An actuator using the encoder according to any one of claims 1 to 17.

An encoder according to any one of claims 1 to 17, a yoke provided in the magnetizing direction of the permanent magnet of the encoder so as to face the permanent magnet, and a coil provided so as to surround the yoke; The actuator is characterized in that a center line of the coil and the relative movement direction are parallel to each other.

An encoder according to any one of claims 1 to 17, and a coil provided so as to face the permanent magnet and in the magnetizing direction of the permanent magnet of the encoder, and a center line of the coil and the permanent magnet An actuator characterized in that the magnetization direction of the actuator is parallel.