JP2018073986A - 着磁ヘッド、多極着磁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着磁効率が高く、かつ高い汎用性を有する着磁ヘッド及び多極着磁装置を提供する。
【解決手段】本発明の着磁ヘッド１は、磁性体で形成されたヨーク１０と、ヨーク１０の磁極部１２に巻回された励磁コイル４０と、ヨークを支持する第１ヨーク支持部材２０及び第２ヨーク支持部材３０と、被着磁体６に対面するように第１ヨーク支持部材２０及び第２ヨーク支持部材３０に取り付けられたヨークヘッド５０と、を備え、ヨークヘッド５０は、磁性体で形成され、ヨーク１０から離間する位置に設けられており、被着磁体６に対面するヨーク１０の磁極部１２の先端１２１の周囲を覆うとともに、ヨーク１０の磁極部１２の先端１２１の端面と被着磁体６とが対面する領域を貫通する貫通孔５２が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、着磁ヘッド、着磁ヘッドを備える多極着磁装置に関する。

例えばＮ極とＳ極が交互に多数形成された磁気エンコーダ等の着磁に用いられ、いわゆるインデックス着磁法で被着磁体を着磁する多極着磁装置が公知である。このような多極着磁装置においては、ヨーク及びそのヨークに巻かれた励磁コイルを含む着磁ヘッドが用いられる。上記の多極着磁装置は、上記の着磁ヘッドの他、被着磁体を回転させる回転装置と、その回転装置の回転に同期して極性が反転する励磁電流を着磁ヘッドの励磁コイルに供給する励磁電流装置とを備える。インデックス着磁法は、被着磁体を回転させながら、着磁ヘッドにＮ極とＳ極を交互に発生させることで、被着磁体に対してＮ極の着磁とＳ極の着磁を所定ピッチで交互に繰り返し行って多極着磁を行う方法である。そしてインデックス着磁法を用いる多極着磁装置においては、Ｎ極とＳ極を交互に着磁していく過程で、着磁すべき着磁領域を着磁する際に、その着磁すべき着磁領域に隣接する逆極性に着磁済みの他の着磁領域が減磁されてしまうことで着磁効率が低下するという課題がある。

このような課題を解決することを目的とした従来技術の一例として、Ｅ型ヨークを有する着磁ヘッドを備える多極着磁装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。このＥ型ヨークは、主着磁極用ヨーク部分と、主着磁極用ヨーク部分の両側に離間して設けられた２つの補助着磁極用ヨーク部分とからなる。励磁コイルは、主着磁極用ヨーク部分に巻かれている。また２つの補助着磁極用ヨーク部分は、主着磁極用ヨーク部分に対し、着磁領域間の離間距離に対応して離間する位置に設けられている。さらに２つの補助着磁極用ヨーク部分は、着磁すべき着磁領域への磁束分布を集中させるように、その先端位置が主着磁極用ヨーク部分の先端位置よりも後退位置を占めている。

このような構成であることによって上記の従来技術は、主着磁極用ヨーク部分及びその両側に設けられた逆極性の補助着磁極用ヨーク部分との間に着磁磁束が発生することにより、着磁磁束が広く拡散することが抑制される。さらに上記の従来技術は、補助着磁極用ヨーク部分の先端が後退していることによって、隣接する異極性の着磁済みの磁極の減磁が抑制される。

特開２００２−３１９５０７号公報

しかしながら上記の従来技術は、主着磁極用ヨーク部分と補助着磁極用ヨーク部分との間隔を着磁領域間の離間距離に対応する間隔に設定する必要がある。そのため上記の従来技術は、着磁領域間の離間距離に合わせて個々にＥ型ヨークを設計する必要があり、汎用性が低いという課題がある。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、着磁効率が高く、かつ高い汎用性を有する着磁ヘッド及び多極着磁装置を提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、磁性体で形成されたヨークと、前記ヨークに巻回された励磁コイルと、前記ヨークを支持するヨーク支持部材と、被着磁体に対面するように前記ヨーク支持部材に取り付けられたヨークヘッドと、を備え、前記ヨークヘッドは、磁性体で形成され、前記ヨークから離間する位置に設けられており、被着磁体に対面する前記ヨークの先端の周囲を覆うとともに、前記ヨークの先端面と被着磁体とが対面する領域を貫通する貫通孔が形成されている、着磁ヘッドである。

ヨークの先端が被着磁体に対面する領域、すなわち被着磁体の着磁すべき着磁領域では、ヨークヘッドの貫通孔を通じて磁力線が作用する。他方、被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域に対しては、ヨークの先端の周囲を覆うヨークヘッドによって磁力線が遮蔽される。ヨークヘッドによって遮蔽された磁力線の大部分は、空気よりも高い透磁率を有する磁性体で形成されたヨークヘッドに吸収される。またヨークヘッドの貫通孔を通過する磁力線は、被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域においては、磁性体で形成されたヨークヘッドに引き寄せられることによって被着磁体から離間する方向へ曲げられる。

つまり本発明の着磁ヘッドは、被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する不要な磁力線の遮蔽及び方向制御を行うことで、その不要な磁力線を減らすことができるので、被着磁体の着磁すべき着磁領域に磁力線を集中させることができる。それによって被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域の減磁が低減されるので、被着磁体の着磁効率を向上させることができる。

これにより本発明の第１の態様によれば、着磁効率が高く、かつ高い汎用性を有する着磁ヘッドを提供できるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記ヨークは、前記ヨークヘッドの貫通孔から被着磁体側へ先端が突出している、着磁ヘッドである。
本発明の第２の態様によれば、ヨークヘッドの貫通孔から被着磁体側へ先端が突出していることによって、ヨークヘッドは、より被着磁体から離れたところで、被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する磁力線を被着磁体から離間する方向へ曲げることができる。それによって被着磁体の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する不要な磁力線をより減らすことができるので、減磁による着磁効率の低下をより少なくすることができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記ヨークは、被着磁体に対面する先端へ向けて先細りとなる形状を有する、着磁ヘッドである。
本発明の第３の態様によれば、ヨークが被着磁体に対面する先端へ向けて先細りとなる形状を有することによって、被着磁体の着磁すべき領域により多くの磁力線を集中させることができるので、被着磁体の着磁効率をさらに向上させることができる。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかに記載の着磁ヘッドと、被着磁体の着磁面に前記着磁ヘッドが対面する状態で被着磁体を回転させる回転装置と、前記回転装置による被着磁体の回転に同期して極性が反転する励磁電流を前記励磁コイルへ供給する励磁電流装置と、を備える多極着磁装置である。
本発明の第４の態様によれば、多極着磁装置において、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかに記載の着磁ヘッドによる作用効果を得ることができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかに記載の着磁ヘッドと、被着磁体の着磁面に前記着磁ヘッドが対面する状態で被着磁体を往復動させる搬送装置と、前記搬送装置による被着磁体の往復動に同期して極性が反転する励磁電流を前記励磁コイルへ供給する励磁電流装置と、を備える多極着磁装置である。
本発明の第５の態様によれば、多極着磁装置において、前述した本発明の第１〜第３の態様のいずれかに記載の着磁ヘッドによる作用効果を得ることができる。

本発明によれば、着磁効率が高く、かつ高い汎用性を有する着磁ヘッド及び多極着磁装置を提供することができる。

本発明に係る多極着磁装置の構成を図示したブロック図。 被着磁体へＮ極とＳ極を交互に着磁する状態を図示した平面図。 本発明に係る着磁ヘッドの断面を図示した正面視の断面図。 本発明に係る着磁ヘッドの平面図。 着磁ヘッドの磁力線の分布をコンピュータシミュレーションにより解析して図示した正面図。 対比のためにヨーク及び励磁コイルのみで構成した着磁ヘッドの磁力線の分布をコンピュータシミュレーションにより解析して図示した正面図。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

＜多極着磁装置＞
本発明に係る多極着磁装置の構成について、図１及び図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る多極着磁装置の構成を図示したブロック図である。図２は、多極着磁装置において被着磁体へＮ極とＳ極を交互に着磁する状態を図示した平面図である。

多極着磁装置は、着磁ヘッド１と、モータ２と、回転テーブル３と、モータ制御部４と、励磁電流発生部５と、を備える。

着磁ヘッド１は、被着磁体６の着磁面に磁力線を作用させて着磁する装置である。着磁ヘッド１の具体的な構成については後述する。

モータ２は、被着磁体６が設置される回転テーブル３を所定の回転方向Ａへ回転させる。モータ制御部４は、モータ２の回転制御を行う装置である。つまりモータ２、回転テーブル３及びモータ制御部４によって、被着磁体６の着磁面に着磁ヘッド１が対面する状態で被着磁体６を回転させる「回転装置」が構成される。

「励磁電流装置」としての励磁電流発生部５は、モータ制御部４による被着磁体６の回転に同期して極性が反転する励磁電流を着磁ヘッド１の励磁コイルへ供給する装置である。

被着磁体６は、着磁面にＮ極とＳ極とが交互に着磁されるマグネットである。被着磁体６は、例えば円盤状又はリング状のマグネットである。

このような構成の多極着磁装置において被着磁体６は、インデックス着磁法によって着磁面に着磁が行われる。より具体的には、被着磁体６を回転させながら、着磁ヘッド１にＮ極とＳ極を交互に発生させることで、被着磁体６の着磁面に対してＮ極の着磁とＳ極の着磁が所定ピッチで交互に繰り返し行われる。被着磁体６に対する着磁は、被着磁体６の上面又は下面方向だけでなく、例えば側面方向から着磁してもよい。また本発明は、上記説明したような回転着磁方式の多極着磁装置だけでなく、例えば直線状の被着磁体の着磁面に着磁ヘッド１が対面する状態で被着磁体を往復動させる搬送装置と、その搬送装置による被着磁体の往復動に同期して極性が反転する励磁電流を着磁ヘッド１の励磁コイルへ供給する励磁電流発生部５とを備えるリニア着磁方式の多極着磁装置においても実施可能である。

＜着磁ヘッド１＞
本発明に係る着磁ヘッド１の構成について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、本発明に係る着磁ヘッド１の断面図である。図４は、本発明に係る着磁ヘッド１の平面図である。

着磁ヘッド１は、ヨーク１０、第１ヨーク支持部材２０、第２ヨーク支持部材３０、励磁コイル４０、ヨークヘッド５０を含む。

ヨーク１０は、例えば鉄等の磁性体で形成されており、基部１１及び磁極部１２を含む。「ヨーク支持部材」としての第１ヨーク支持部材２０及び第２ヨーク支持部材３０は、例えば真鍮や樹脂等の非磁性体で形成されており、ヨーク１０を支持する部材である。第１ヨーク支持部材２０及び第２ヨーク支持部材３０は、例えば鉄等の磁性体で形成されていてもよい。

励磁コイル４０は、ヨーク１０の磁極部１２に巻回された電線である。この励磁コイル４０には、励磁電流発生部５から励磁電流が供給される。

ヨークヘッド５０は、鉄等の磁性体で形成されたものであり、ヨーク１０の磁極部１２から離間する位置に設けられている。ヨークヘッド５０は、被着磁体６に対面するように、第１ヨーク支持部材２０及び第２ヨーク支持部材３０に取り付けられている。

ヨークヘッド５０は、ヨーク１０の磁極部１２の先端１２１の周囲を覆うように設けられ、被着磁体６に間隔をもって対面するヘッド面部５１を含む。そしてヘッド面部５１には、ヨーク１０の磁極部１２の先端１２１の端面と被着磁体６の着磁面とが対面する領域を貫通する貫通孔５２が形成されている。

図５は、本発明に係る着磁ヘッド１の磁力線の分布をコンピュータシミュレーションにより解析して図示した正面図である。図６は、対比のためにヨーク１０及び励磁コイル４０のみで構成した着磁ヘッドの磁力線の分布をコンピュータシミュレーションにより解析して図示した正面図である。

本発明に係る着磁ヘッド１において、ヨーク１０の磁極部１２の先端１２１が被着磁体６に対面する領域、すなわち被着磁体６の着磁すべき着磁領域では、ヨークヘッド５０の貫通孔５２を通じて磁力線が作用する。他方、被着磁体６の着磁すべき着磁領域の両外側、つまり被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域に対しては、ヨーク１０の磁極部１２の先端１２１の周囲を覆うヨークヘッド５０のヘッド面部５１によって磁力線が遮蔽される。ヨークヘッド５０のヘッド面部５１によって遮蔽された磁力線の大部分は、空気よりも高い透磁率を有する磁性体で形成されたヨークヘッド５０に吸収される。またヨークヘッド５０の貫通孔５２を通過する磁力線は、被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域においては、磁性体で形成されたヨークヘッド５０に引き寄せられることによって被着磁体６から離間する方向へ曲げられる。

このように本発明に係る着磁ヘッド１は、被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する不要な磁力線の遮蔽及び方向制御を行うことで、その不要な磁力線を減らすことができるので、被着磁体６の着磁すべき着磁領域に磁力線を集中させることができる。それによって被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域の減磁が低減されるので、被着磁体６の着磁効率を向上させることができる。

また本発明に係る着磁ヘッド１は、前述した従来技術のＥ型ヨークのように被着磁体６に対する着磁間隔に依存する構成ではない。そのため本発明の着磁ヘッド１は、被着磁体６の着磁間隔の広狭に関係なく用いることができるので汎用性が高い。したがって本発明によれば、着磁効率が高く、かつ高い汎用性を有する多極着磁装置を提供することができる。

さらに本発明に係る着磁ヘッド１においてヨーク１０は、例えば図３に図示したように、磁極部１２の先端１２１がヨークヘッド５０の貫通孔５２から外側（被着磁体６が設置される側）へ突出しているのが好ましい。それによってヨークヘッド５０は、より被着磁体６から離れたところで、被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する磁力線を被着磁体６から離間する方向へ曲げることができる。つまり被着磁体６の着磁すべき着磁領域に隣接する異極性の他の着磁領域を減磁する不要な磁力線をより減らすことができるので、減磁による着磁効率の低下をより少なくすることができる。

さらに本発明に係る着磁ヘッド１においてヨーク１０は、例えば図３に図示したように、被着磁体６に対面する磁極部１２の先端１２１へ向けて先細りとなる形状を有するのが好ましい。それによって被着磁体６の着磁すべき領域により多くの磁力線を集中させることができるので、被着磁体６の着磁効率をさらに向上させることができる。

１ 着磁ヘッド
２ モータ
３ 回転テーブル
４ モータ制御部
５ 励磁電流発生部
６ 被着磁体
１０ ヨーク
２０ 第１ヨーク支持部材
３０ 第２ヨーク支持部材
４０ 励磁コイル
５０ ヨークヘッド
５２ 貫通孔

Claims (5)

1. 磁性体で形成されたヨークと、
   前記ヨークに巻回された励磁コイルと、
   前記ヨークを支持するヨーク支持部材と、
   被着磁体に対面するように前記ヨーク支持部材に取り付けられたヨークヘッドと、を備え、
   前記ヨークヘッドは、磁性体で形成され、前記ヨークから離間する位置に設けられており、被着磁体に対面する前記ヨークの先端の周囲を覆うとともに、前記ヨークの先端面と被着磁体とが対面する領域を貫通する貫通孔が形成されている、着磁ヘッド。
2. 請求項１に記載の着磁ヘッドにおいて、前記ヨークは、前記ヨークヘッドの貫通孔から被着磁体側へ先端が突出している、着磁ヘッド。
3. 請求項１又は２に記載の着磁ヘッドにおいて、前記ヨークは、被着磁体に対面する先端へ向けて先細りとなる形状を有する、着磁ヘッド。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の着磁ヘッドと、
   被着磁体の着磁面に前記着磁ヘッドが対面する状態で被着磁体を回転させる回転装置と、
   前記回転装置による被着磁体の回転に同期して極性が反転する励磁電流を前記励磁コイルへ供給する励磁電流装置と、を備える多極着磁装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の着磁ヘッドと、
   被着磁体の着磁面に前記着磁ヘッドが対面する状態で被着磁体を往復動させる搬送装置と、
   前記搬送装置による被着磁体の往復動に同期して極性が反転する励磁電流を前記励磁コイルへ供給する励磁電流装置と、を備える多極着磁装置。

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