JP2018132360A5

JP2018132360A5 -

Info

Publication number: JP2018132360A5
Application number: JP2017024895A
Authority: JP
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2037-02-14

Description

ロータリエンコーダは、モータなどの測定対象の回転軸に結合する回転体と、測定対象の回転軸には結合せずに固定している固定体とを有する。回転体には、第１磁石２０と、第２磁石３０と、第１磁石２０と第２磁石３０との間に設けられて両者の間を磁気的に遮蔽するシールド部材７０とが設けられている。図１において、回転体の回転軸Ｌの軸線方向が一点鎖線で示されている。また、各磁石１０，２０に対して付された「Ｎ」及び「Ｓ」の符号は、その符号が付された位置が着磁面であり、その符号で示される磁気極性で着磁されていることを示している。固定体には、第１磁石２０が発生する磁界の大きさを検出する第１感磁素子４０と、第１磁石２０が発生する磁界の極性を検出する第１及び第２ホール素子５１，５２と、第２磁石３０が発生する磁界を検出する第２感磁素子６０とが設けられている。第１磁石２０と第１感磁素子４０と第１及び第２ホール素子５１，５２とにより第１センサ部１ａが構成され、第２磁石３０及び第２感磁素子６０により第２センサ部１ｂが構成されている。第１感磁素子４０と第１及び第２ホール素子５１，５２によって第１感磁部が構成される。第２感磁素子６０は第２感磁部を構成する。

第２センサ部１ｂにおいて、回転体に設けられる第２磁石３０は、回転軸Ｌと同軸の環状のものであって、第１磁石２０に対しては半径方向の外側で離間するように設けられている。第２磁石３０は、Ｎ極とＳ極とが周方向において等間隔で交互に複数着磁された環状の着磁面からなる２つの環状のトラック３１，３２からなり、これらのトラック３１，３２は半径方向に相互に接している。内側のトラック３１と外側のトラック３２との間で、Ｎ極とＳ極とは周方向に１極分ずれている。その結果、回転軸Ｌからみて半径方向にＮ極とＳ極とを配置したものを極対として、第２磁石３０では、隣接する極対間ではＮ極とＳ極との配向が逆となるように複数の極対が環状に配置されていることになる。トラック３１，３２の各々ごとに、ｎ（ｎは２以上の整数）個のＮ極とｎ個のＳ極が着磁面として設けられているとすると、極対の数は２ｎである。極対の数２ｎは、図１では説明のために１６となっているが、実際には例えば１２８である。固定体に設けられる第２感磁素子６０は、例えば磁気抵抗効果素子により構成されたものであって、トラック３１，３２が相互に接する位置に対応して、第２磁石３０の着磁面に対向するように配置されている。第２磁石３０による磁界の強さは、周方向にトラック３１，３２が相互に接する位置に沿って、Ｎ極あるいはＳ極の１極分の長さ（極対数が１２８であれば、３６０／１２８＝２．８１２５であるので機械角で２．８１２５°）を周期として正弦波状に変化する。そこで、第２磁石３０については、Ｎ極あるいはＳ極の１極分の長さが電気角における３６０°に対応するものとする。第２センサ部１ｂは、第２磁石３０としてＮ極とＳ極とを複数対設けているから、第２センサ部１ｂを多分割センサ部とも呼ぶ。

次に、本実施形態のロータリエンコーダの検出原理について、図４を用いて説明する。図４（ａ）は、第１センサ部１ａに関し、固定体におけるある１点を考えて、回転体の機械角の変化に対し、第１磁石２０によって形成される磁界の極性及び強度と、第１感磁素子４０からの出力（ｓｉｎ及びｃｏｓ）と、第１及び第２ホール素子５１，５２の出力とがどのように変化するかを示している。ただし、以下の説明においては、コンパレータ７１，７２を介して得られるＨまたはＬの二値信号によって、第１及び第２ホール素子５１，５２の出力を示している。図に示されるように、回転体が回転し機械角で第１磁石２０が１回転（３６０°）すると、第１感磁素子４０からは正弦波形の信号ｓｉｎ及びｃｏｓが２周期分、すなわち電気角で７２０°分、出力される。電気角をθとすれば、図４（ｂ）に示すように、これらの信号ｓｉｎ及びｃｏｓに基づいてθ＝ｔａｎ^-1（ｓｉｎ／ｃｏｓ）をしたがって計算を行うことにより、回転体の角度位置を電気角θとして定めることができる。ただし、ここで説明する例では磁気抵抗素子を使用しており機械角が１周する間に電気角は２周するから、このθだけでは絶対角度位置を求めることはできない。そこで、第１磁石２０の中心からみて相互に９０°隔てて設けられた第１及び第２ホール素子５１，５２を利用する。第１及び第２ホール素子５１，５２によれば第１磁石２０が発生する磁界の極性が判別され、図４（ａ）において一点鎖線で示すように、機械角による回転角が平面座標系におけるどの象限に位置しているかがわかるから、回転体の機械角による絶対角度位置を求めることができる。また、第１及び第２ホール素子５１，５２の信号が同時に変化することはないので、これらのいずれかにおいて信号が変化するごとに１を加算する計数を行えば、機械角での象限（９０°）単位での多回転データを得ることができる。このような多回転データをホールカウント多回転データと呼ぶ。