JP2020067318A - 磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は省スペースでありながら、測定対象の角度位置に加えて、測定対象の軸方向又は径方向のゆがみを測定することができる磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置を提供する。【解決手段】同じ側の表面に設けられる位置検出用エンコーダユニットと磁気エンコーダユニットを備えると共に、環状ベースの中心軸線は全ての磁気エンコーダユニットのＮ極エリアと全てのＳ極エリアの円心を通過しており、位置検出用エンコーダユニットは、磁気エンコーダユニットと接すると共に、磁気エンコーダユニットと接する箇所の接線方向及び磁気エンコーダユニットが設けられる表面の法線方向の両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとを有することによって全体として円環状に構成され、環状ベースの中心軸線は、位置検出用エンコーダユニットの円心を通過する。【選択図】図１

Description

本発明は磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置に関し、特に、省スペースでありながら、測定対象の角度位置に加えて、測定対象の軸方向のゆがみ又は径方向のゆがみを測定することができる磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置に関する。

測定対象のゆがみを検出するためには磁気エンコーダが必要とされるが、所謂ラジアル異方性磁石を利用した絶対位置型の磁気エンコーダとしては以下の特許文献１が知られている。特許文献１の図４には、Ｓ極とＮ極の磁極が環状ベースの軸線を囲むように配置される旨が記載されている。

また、特許文献１の図４の第１の円環２１２１は、Ｓ極とＮ極が軸線を囲むように、円周方向に沿ってそれぞれ９０度ずつ延伸し、合計４個のＳ極とＮ極が互い違いに配置される。

また、特許文献１の図４に示されるように、第２の円環２１２２は、軸方向に沿って、前記第１の円環２１２１との間に中性スペーサリングを挟むように間隔をあけて設けられ、Ｓ極とＮ極がそれぞれ４５度ずつ延伸し、合計８個のＳ極とＮ極が互い違いに配置される。

更に、第３の円環２１２３は、軸方向に沿って、前記第２の円環２１２２との間に中性スペーサリングを挟むように間隔をあけて設けられ、Ｓ極とＮ極がそれぞれ２２．５度ずつ延伸し、合計１６個のＳ極とＮ極が互い違いに配置される。

すなわち、第２の円環２１２２の磁極の数は第１の円環２１２１の磁極の数の２倍であり、第３の円環２１２３の磁極の数は第２の円環２１２２の磁極の数の２倍である。
このため、特許文献１の図４に示すように、磁極は、軸方向に沿ってＳ極、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極・・・のように、Ｎ極とＳ極が順番に配置されている。

一方、特許文献１の図７には他の実施形態の従来技術も説明されており、軸線を囲うようにそれぞれ９０度ずつ延伸する合計４個のＳ極とＮ極により、第１のエリア３１２１が形成されている。また、この第１のエリア３１２１よりも軸線から更に外側（径方向の外側）には第１のエリア３１２１を囲むように第２のエリア（特許文献１の図７の符号３１２２）が形成されている。

第２のエリア３１２２の磁極エリアは、互い違いに配置された合計１６個のＮ極エリアとＳ極エリアとからなる。すなわち、第１のエリア３１２１の１つのＮ極エリアには、第２のエリア３１２２の合計４つのＮ極とＳ極が対応し、第１のエリア３１２１の１つのＳ極エリアには、第２のエリア３１２２の合計４つのＮ極とＳ極が対応する。

このため、特許文献１の図７の従来の実施形態では、径方向にＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極という具合にＮ極とＳ極が互い違いに配置されることから、所謂ラジアル異方性磁石を利用した絶対位置型の磁気エンコーダとしての機能を発揮することができる。

一方、特許文献１の図４の実施形態によっても、上述したように軸方向に沿ってＮ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極という具合にＮ極とＳ極が互い違いに配置されることから、所謂ラジアル異方性磁石を利用した絶対位置型の磁気エンコーダとしての機能を発揮することができる。

台湾特許第Ｉ２４１０６３号明細書

しかし、従来の方法では特許文献１の図４の実施形態と図７の実施形態のいずれの形態でも、中性スペーサリングを円環状の磁極エリアの間に挟むことが必要なことから体積が増加する問題がある。

更に、従来の磁気エンコーダ装置では、回転角度（角度位置）と回転速度を測定することはできるが、軸方向のゆがみ又は径方向のゆがみを測定しようとする場合には、別途渦電流測定センサを取り付けて測定を行うか、レーザーを用いて位置の検出を行う必要がある。このような背景から、従来の磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置には尚も改善の

余地が残されていると言える。

本発明は、このような問題に鑑みて、省スペースでありながら、角度位置に加えて、測定対象の軸方向のゆがみ又は径方向のゆがみを測定することができる磁気エンコーダ及び磁気エンコーダ装置を提供することを目的とする。

本発明はこのような問題に鑑みて、以下の構成を備える。
測定対象のゆがみと角度位置を測定するための磁気エンコーダであって、
磁気透過性材料により構成され、第１の表面と、前記第１の表面の反対側に形成された第２の表面と、を備えた環状ベースと、
前記環状ベースの前記第１の表面又は前記第２の表面のいずれかに設けられた磁気エンコーダユニットと、
前記磁気エンコーダユニットと同じ側の表面に設けられると共に、前記磁気エンコーダユニットと隣り合うように配列される位置検出用エンコーダユニットとを備え、
前記磁気エンコーダユニットは、いずれも円環状に延伸する共に、互い違いに配置された複数のＮ極エリアと、複数のＳ極エリアとを有し、前記環状ベースの中心軸線は、全ての前記Ｎ極エリアと全ての前記Ｓ極エリアとの円心を通過しており、
前記位置検出用エンコーダユニットは、いずれも前記磁気エンコーダユニットと接すると共に、前記磁気エンコーダユニットと接する箇所の接線方向及び前記磁気エンコーダユニットが設けられる表面の法線方向の両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとを有することによって全体として円環状に構成され、前記環状ベースの中心軸線は、円環状に構成された前記位置検出用エンコーダユニットの円心を通過する。

同じ側の表面に設けられる位置検出用エンコーダユニットと磁気エンコーダユニットを備えると共に、環状ベースの中心軸線は全ての磁気エンコーダユニットのＮ極エリアと全てのＳ極エリアの円心を通過しており、位置検出用エンコーダユニットは、いずれも磁気エンコーダユニットと接すると共に、磁気エンコーダユニットと接する箇所の接線方向及び磁気エンコーダユニットが設けられる表面の法線方向の両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとを有することによって全体として円環状に構成され、環状ベースの中心軸線は、位置検出用エンコーダユニットの円心を通過するので、本発明は省スペースでありながら、測定対象の角度位置に加えて、測定対象の軸方向のゆがみ又は径方向のゆがみを測定することができる。

本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図であり、第１の実施形態を説明するものである。 第１の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第１の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。 本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図であり、第２の実施形態を説明するものである。 第２の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第２の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。 本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図であり、第３の実施形態を説明するものである。 第３の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第３の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。 本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図であり、第４の実施形態を説明するものである。 第４の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第４の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。 本発明の第１の実施形態又は第２の実施形態の磁気エンコーダを測定対象に取り付け、センサと併せて磁気エンコーダ装置として使用する際の斜視図である。 本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態の磁気エンコーダを測定対象に接続部を用いて取り付け、センサを磁気エンコーダユニットの外側で、且つ軸方向に沿って取り付けて、磁気エンコーダ装置として使用する際の斜視図である。 本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態の磁気エンコーダを測定対象に直接取り付け、センサを磁気エンコーダユニットの外側で、且つ軸方向に沿って取り付けて、磁気エンコーダ装置として使用する際の斜視図である。 本発明による測定対象のゆがみ等を測定するために、磁気エンコーダ装置を操作する際のフローチャートである。 センサと磁気エンコーダとの間の距離と磁場強度との関係を示すグラフである。

次に、図１、図２、及び図９を参照して本発明の磁気エンコーダの第１の実施形態を説明する。ここで、図１は本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図であり、第１の実施形態を説明するものである。また、図２は第１の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第１の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。更に、図９は本発明の第１の実施形態等の実施形態の磁気エンコーダを測定対象に取り付け、センサと併せて磁気エンコーダ装置として使用する際の斜視図である。

図１に示すように、本発明の第１の実施形態の磁気エンコーダ２は環状ベース２１と、磁気エンコーダユニット２２と、位置検出用エンコーダユニット２３と、接続部２４を備える。環状ベース２１は板状体であり、且つ平面視にてドーナツ状に形成される。また、図１に示すように、環状ベース２１は上側に向いた第１の表面２１１と、その反対側に形成された第２の表面２１２を有する。

磁気エンコーダユニット２２は、本実施形態では、図２に示すように、第１の表面２１１の外周縁２１４の近くに設けられ、図１、図２に示すように、環状ベース２１の円心側には磁気エンコーダユニット２２は設けられていない。

一方、位置検出用エンコーダユニット２３は、磁気エンコーダユニット２２と同じ側の表面（すなわち、第１の実施形態では第１の表面２１１）に設けられると共に、内周縁２１３側で磁気エンコーダユニット２２と隣り合うように配列される。

更に、位置検出用エンコーダユニット２３は、図１に示すように、いずれも磁気エンコーダユニット２２と接すると共に、磁気エンコーダユニット２２と接する箇所の接線方向及び磁気エンコーダユニット２２が設けられる表面の法線方向ｎの両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとを有することによって全体として円環状に構成される。

なお、上述の位置検出用エンコーダユニット２３と磁気エンコーダユニット２２の位置関係に関しては、全体としての円環ではなく、図２に示すように狭い範囲で見た場合、磁気エンコーダユニット２２の磁性境界線２２０の延伸方向と、位置検出用エンコーダユニット２３のＮ極とＳ極が交互に並べられる方向は平行である。このため、以下の説明においては、単に、位置検出用エンコーダユニット２３の延伸方向が磁気エンコーダユニット２２の延伸方向と平行となる、という場合がある。

また、環状ベース２１は、透磁性材料からなり、中心軸線２００を円心とする環状に形成されている。そして、環状ベース２１と位置検出用エンコーダユニット２３との位置関係としては、環状ベース２１の中心軸線２００が、円環状に構成された位置検出用エンコーダユニット２３の円心を通過するような位置関係をなす。

接続部２４は、図９に示すように測定対象４と接続する際に利用され、円環状に形成される。

また、図９に示すように、磁気エンコーダユニット２２は、いずれも円環状を呈すると共に、互い違いに配置された複数のＮ極エリアと、複数のＳ極エリアとを有し、環状ベース２１の中心軸線２００は、全てのＮ極エリアと全てのＳ極エリアの円心を通過している。すなわち、Ｎ極エリアとＳ極エリアは、円心である中心軸線２００を共通の軸とした同心円状に互い違いに配置される。

なお、第１の実施形態では、図２に示すように、最も外周縁２１４に近いエリアがＳ極エリアに形成され、その内側がＮ極エリアに形成され、その後はＳ極エリア、Ｎ極エリア、Ｓ極エリア、・・・、Ｎ極エリア、という具合に、径方向ｘに沿って円心へ向かい互い違いに配置される。

一方、図２に示すように、位置検出用エンコーダユニット２３は環状ベース２１の内周面２１３側に位置し、接続部２４と磁気エンコーダユニット２２との間に挟まれるように設けられる。なお、位置検出用エンコーダユニット２３の位置は、これに限定されず、図２の外周縁２１４と磁気エンコーダユニット２２との間に挟まれるような位置に設けても良い。

環状ベース２１は、図１に示すように、第１の表面２１１と第２の表面２１２の法線ｎが中心軸線２００と平行となり、その結果、図２に示すように、Ｎ極エリアとＳ極エリアの磁性境界線２２０は、環状ベース２１の径方向ｘに沿って配列されることとなる。なお、Ｎ極エリア及びＳ極エリアの数は第１の実施形態では３個ずつであるが、適宜増減させても良い。

また、接続部２４は、図２に示す内周縁２１３に隣接するように設けられ、環状ベース２１を図９の測定対象４と接続する際に用いられる。なお、接続部２４は必ずしも必要なく、測定対象４と接続できれば適宜省略しても差し支えない。

第１の実施形態において、位置検出用エンコーダユニット２３は、例えばインクリメンタル方式のエンコーダ（相対位置出力方式のエンコーダ）であり、図９の測定対象４が回転すると、測定が開始された位置から１ずつカウントを増加し又は１ずつカウントを減らす。すなわち、そのスタート位置から何カウント目の磁極かを数えることにより、回転した角度（角度位置）を測定する。

また、第１の実施形態の位置検出用エンコーダユニット２３は、Ｎ極とＳ極とが互い違いとなるように、内周縁２１３に沿うように配置される。そのため、図２に示すように、複数のＮ極と複数のＳ極により構成される位置検出用エンコーダユニット２３のＮ極とＳ極の各磁性境界線２３０は、磁気エンコーダユニット２２の磁性境界線２２０が延伸する方向と直交する。
また、接続部２４は図２に示す内周縁２１３に隣接するように設けられ、環状ベース２１を図９の測定対象４と接続する際に用いられる。なお、接続部２４は必ずしも必要なく、測定対象４と接続できれば適宜省略しても差し支えない。

次に、図３及び図４を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。ここで、図３は本発明による測定対象４の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダ２の斜視図である。また、図４は第２の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第２の実施形態による磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３を説明するものである。

第２の実施形態では、位置検出用エンコーダユニット２３が、第１の実施形態と異なる点を除き、第１の実施形態と同様なので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

第２の実施形態における位置検出用エンコーダユニット２３は、第１の位置検出用エリア２３１と第２の位置検出用エリア２３２を備え、それぞれ以下のように配置される。すなわち、第１の位置検出用エリア２３１は、図４に示すように、Ｎ極とＳ極が互い違いに並べられるように配置されることにより、全体としては磁気エンコーダユニット２２の延伸方向と平行に延伸し、径が磁気エンコーダユニット２２より一回り小さい円環状に形成される。また、第１の位置検出用エリア２３１は磁気エンコーダユニット２２と隣接する。

一方、第２の位置検出用エリア２３２は、Ｎ極とＳ極の数が、第１の位置検出用エリア２３１のＮ極とＳ極の数と等しく、且つ外周側が第１の位置検出用エリア２３１に隣接するように設けられ、且つ内周側が接続部２４に隣接するよう設けられる。なお、他の実施形態としては、第２の位置検出用エリア２３２のＮ極とＳ極の数は、第１の位置検出用エリアのＮ極とＳ極の数と略一致していれば足り、完全に一致しなくても良い。

更に、図４に示すように、第１の位置検出用エリア２３１のＮ極とＳ極の磁性境界線２３１０は、第２の位置検出用エリア２３２の磁性境界線２３２０とずれている。なお、第１の位置検出用エリア２３１及び第２の位置検出用エリア２３２を構成するＮ極とＳ極の数は適宜調整することができる。
具体的には、第２の実施形態において、位置検出用エンコーダユニット２３は、例えば絶対位置の測定に用いられるアブソリュート型エンコーダを用いることができる。第２の実施形態のようにアブソリュート型エンコーダの場合、測定対象４に取り付けられた位置検出用エンコーダユニット２３が回転しなくても、図９に示したセンサ３は、位置検出用エンコーダユニット２３から出力された磁界を感知できるので、その度に原点（スタート位置）に戻らなくても、スタート位置から何個目かの位置情報（角度位置）を得られる。

次に、図５、図６、図１０を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。ただし、第３の実施形態において第１の実施形態又は第２の実施形態と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。ここで、図５は本発明による測定対象４の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダ２の斜視図である。また、図６は第３の実施形態の要部拡大図であり、本発明の第３の実施形態による磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３を説明するものである。また、図１０は本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態の磁気エンコーダ２を測定対象４に接続部２４を用いて取り付け、センサ３を磁気エンコーダユニット２２の外側で、且つ軸方向ｙに沿って取り付けて、磁気エンコーダ装置５０として使用する際の斜視図である。

ここで、第３の実施形態が、第１の実施形態又は第２の実施形態と異なる点は以下のとおりである。すなわち、第３の実施形態では、図５に示すように、環状ベース２１は中心軸線２００と平行となるように延伸し、中心軸線２００を円心とした管状体に形成される。そして、第３の実施形態では、図５に示すように第１の表面２１１と第２の表面２１２の法線ｎが、中心軸線２００と垂直となり、且つ第２の表面２１２は中心軸線２００に臨む。

また、第３の実施形態においては、磁気エンコーダユニット２２は、図５に示すように第１の表面２１１に設けられた管状体である。また、図６に示すように、磁気エンコーダユニット２２のＮ極エリアとＳ極エリアの磁性境界線２２０は、環状ベース２１の軸方向ｙに沿って配列される。

また、第１の面２１１における磁気エンコーダユニット２２のＮ極エリアとＳ極エリアの磁極境界線２２０は、図６に示すように、環状ベース２１の軸方向ｙ（すなわち、中心軸線２００と平行な方向）に沿って配置されている。また、第３の実施形態の磁気エンコーダ２は、図１０に示すように、第２の表面２１２側に設けられた接続部２４によって測定対象４と接続される。

本発明の磁気式エンコーダ２では、図５に示すように、Ｎ極エリアとＳ極エリアとが同心円状となるように、且つ図１０に示すように軸方向ｙに沿って互い違いとなるように配置されることにより、旋回軸Ｌの軸方向ｙのゆがみを測定できる。

一方、位置検出用エンコーダユニット２３は、磁気エンコーダユニット２２と同じ側の表面（すなわち、第３の実施形態では第１の表面２１１）に設けられると共に、磁気エンコーダユニット２２と隣り合うように配列される。

更に、位置検出用エンコーダユニット２３は、磁気エンコーダユニット２２と接すると共に、磁気エンコーダユニット２２と接する箇所の接線方向及び磁気エンコーダユニット２２が設けられる表面の法線方向の両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとが、円周に沿って並べられることにより、全体として円環状に構成される。

なお、上述の位置検出用エンコーダユニット２３と磁気エンコーダユニット２２の位置関係に関しては、全体としての円環ではなく、図６に示すように狭い範囲で見た場合、磁気エンコーダユニット２２の磁性境界線２２０の延伸方向と、位置検出用エンコーダユニット２３のＮ極とＳ極が交互に並べられる方向は平行である。このため、以下の説明においては、単に、位置検出用エンコーダユニット２３の延伸方向が磁気エンコーダユニット２２の延伸方向と平行となる、という場合がある。

また、環状ベース２１と位置検出用エンコーダユニット２３との位置関係としては、環状ベース２１の中心軸線２００が、全体として円環状に構成された位置検出用エンコーダユニット２３の円心を通過するような位置関係をなす。

次に、図７と図８を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。ここで、図７は本発明による測定対象の角度位置とゆがみを測定するための磁気エンコーダの斜視図である。また、図８は要部拡大図であり、本発明の第４の実施形態による磁気エンコーダユニットと位置検出用エンコーダユニットを説明するものである。

第４の実施形態では、位置検出用エンコーダユニット２３が、第３の実施形態と異なる点を除き、第３の実施形態と同様なので、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第４の実施形態における位置検出用エンコーダユニット２３は、第１の位置検出用エリア２３１と第２の位置検出用エリア２３２を備え、それぞれ以下のように配置される。すなわち、第１の位置検出用エリア２３１は、図８に示すように、Ｎ極とＳ極が互い違いに配置されることにより、磁気エンコーダユニット２２の延伸方向と平行に延伸し、全体として磁気エンコーダユニット２２と一致する円環状に形成される。

また、第２の位置検出用エリア２３２は、Ｎ極とＳ極の数が、第１の位置検出用エリア２３１のＮ極とＳ極の数と等しく、且つ第１の位置検出用エリア２３１に隣接するように設けられる。なお、他の実施形態としては、第２の位置検出用エリア２３２のＮ極とＳ極の数は、第１の位置検出用エリア２３１のＮ極とＳ極の数と略一致していれば足り、完全に一致しなくても良い。

更に、図８に示すように、第１の位置検出用エリア２３１のＮ極とＳ極の磁性境界線２３１０は、第２の位置検出用エリア２３２の磁性境界線２３２０とずれている。なお、第１の位置検出用エリア２３１及び第２の位置検出用エリア２３２を構成するＮ極とＳ極の数は適宜調整することができる。

具体的には、本実施形態において、位置検出用エンコーダユニット２３は、絶対位置の測定に用いられるアブソリュート型エンコーダを用いるが、アブソリュート型エンコーダを用いた場合の特徴は第２の実施形態と同様なので説明を省略する。

以上のように、第１の実施形態乃至第４の実施形態の磁気エンコーダ２は、磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３とが、環状ベース２１の同じ側の表面に設けられる。

更に、磁気エンコーダユニット２２を介して測定対象４のゆがみを測定することに加えて、位置検出用エンコーダユニット２３を設けたので、測定対象４の角度位置をも測定することができる。

また、磁気エンコーダユニット２２のＮ極とＳ極を互い違いに且つ同心円状に分布させて

磁気エンコーダ２形成することにより、測定対象４の軸方向ｙ及び径方向ｘのゆがみを測定することができる。

具体的には、第１の実施形態及び第２の実施形態の磁気エンコーダ２の磁場（磁界）方向（Magnetic field direction、Ｎ極からＳ極への方向）は、中心軸線２００と平行な方向である。すなわち、図１に示すように、Ｎ極の法線ｎを通過するようにＮ極から出て行き再びＳ極へ入る。

一方、第３の実施形態及び第４の実施形態の磁気エンコーダ２の磁場方向は、中心軸線２００と垂直な方向である。すなわち、図５に示すように、Ｎ極の法線ｎを通過するようにＮ極から出て行き再びＳ極に入る。

次に、第１の実施形態と第３の実施形態の磁気エンコーダユニット２２の磁場の方向について説明する。第１の実施形態の磁気エンコーダ２の磁場（磁界）方向（Magnetic field direction、Ｎ極からＳ極への方向）は、中心軸線２００と平行な方向である。すなわち、図１に示すように、Ｎ極の法線ｎを通過するようにＮ極から出て行き再びＳ極へ入る。

一方、図５に示した第３の実施形態の磁気エンコーダ２の磁場方向は、中心軸線２００と垂直な方向である。すなわち、図５に示すように、Ｎ極の法線ｎを通過するようにＮ極から出て行き再びＳ極に入る。なお、第２の実施形態の磁気エンコーダユニット２２の磁場の方向については、第１の実施形態と同じなので、説明を省略する。また、なお、第４の実施形態の磁気エンコーダユニット２２の磁場の方向については、第３の実施形態と同じなので、説明を省略する。

第１の実施形態〜第４の実施形態の磁気エンコーダ２を用いて、測定対象４の旋回軸Ｌの軸方向ｙ及び径方向ｘにおけるゆがみと、角度位置を測定する方法をより具体的に説明するため、磁気エンコーダ２を搭載した磁気エンコーダ装置５０について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態又は第２の実施形態の磁気エンコーダ２を測定対象４に取り付け、センサ３と併せて磁気エンコーダ装置５０として使用する際の斜視図である。

図９に示すように、磁気エンコーダ装置５０は、測定対象４の径方向ｘのゆがみを測定するために、図１で説明した磁気エンコーダ２が、測定対象４を取り囲むように設けられる。なお、図９の実施形態によれば位置検出用エンコーダ２３は一重の円環なので第１の実施形態の磁気エンコーダ２を示しているが、二重の円環からなる第２の実施形態の磁気エンコーダ２でも磁気エンコーダ装置５０に適用できる。

また、図９の実施形態では、磁気エンコーダユニット２２は、位置検出用エンコーダユニット２３の更に円心側にある接続部２４によって測定対象４と接続されている。
ここで、測定対象４は、図９にて矢印で示したとおり、磁気エンコーダ２を伴って、旋回軸Ｌを軸として矢印の方向に回転する。

また、センサ３は、径方向ｘにＮ極エリアとＳ極エリアが互い違いに設けられた磁気エンコーダユニット２２に隣接するように、且つ磁気エンコーダユニット２２とは隙間をあけるように設けられる。更に、センサ３は、測定対象４の旋回軸Ｌから見て放射状に設けられた位置検出用エンコーダユニット２３にも隣接するように、且つ位置検出用エンコーダユニット２３とは隙間をあけるように設けられる。

すなわち、第１の実施形態では、磁気エンコーダユニット２２は環状ベース２１の外縁に隣接するように設けられ、且つ、位置検出用エンコーダユニット２３はこの磁気エンコーダユニット２２よりも円心側に設けられるので、センサ３は、磁気エンコーダユニット２２に加えて、位置検出用エンコーダユニット２３による磁場の変化をも検出できるように、図９に示すように、径方向ｘに延伸した直方体状に形成される。

ここで、センサ３は、上述したように、磁気エンコーダユニット２２及び位置検出用エンコーダユニット２３の磁場の変化を検知することができる程度に磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３に近接しているが、接触はしていない。そのため、測定対象４と共に磁気エンコーダ２が回転しても摩擦は生じない。

なお、センサ３は、磁気エンコーダ２と接触しないように取り付けられれば足り、その取り付け方法は特に限定されない。

また、本実施形態に用いられるセンサ３は、磁気抵抗センサやホールセンサ等の磁気センサから適宜選択すれば足り、特に限定されない。
更に、センサ３は、磁気エンコーダユニット２２及び位置検出用エンコーダユニット２３が前記測定対象４と共に回転する際に発生する磁界（磁場）の変化を検出するアナログ磁気感知素子（図示せず）を備える。

次に、図１０と図１１を参照して第３の実施形態及び第４の実施形態で説明した磁気エンコーダ２を測定対象４に取り付けた磁気エンコーダ装置５０について説明する。ここで、図１０は本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態の磁気エンコーダ２を測定対象４に接続部２４を用いて取り付け、センサ３を磁気エンコーダユニット２２の外側で、且つ軸方向に沿って取り付けて、磁気エンコーダ装置５０として使用する際の斜視図である。また、図１１は本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態の磁気エンコーダ２を測定対象４に直接取り付け、センサ３を磁気エンコーダユニット２２の外側で、且つ軸方向ｙに沿って取り付けて、磁気エンコーダ装置５０として使用する際の斜視図である。

図１０に示すように、磁気エンコーダ装置５０は、第３の実施形態の磁気エンコーダ２が測定対象４に取り付けらることにより構成される。なお、図１０の実施形態によれば位置検出用エンコーダ２３は全体として一重の円環なので第３の実施形態の磁気エンコーダ２を示しているが、二重の円環からなる第４の実施形態の磁気エンコーダ２でも磁気エンコーダ装置５０に適用できる。

環状ベース２１の第２の面２１２（図５参照）は、測定対象４側に位置し、環状ベース２１は接続部２４を介して測定対象４に取り付けられる。

図１０に示すように、磁気エンコーダユニット２２は、測定対象４の外周に形成された外周面４１から径方向ｘに離れた場所に位置する。すなわち、磁気エンコーダユニット２２と測定対象４は、接続部２４によって接続されているので、互いに離間している。
また、図１０に示すように、センサ３は磁気エンコーダ２の磁性境界線２２０が軸方向ｙに沿って並べられた方向と平行に設けられる。

なお、図１０の実施形態でもセンサ３は、磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３を検知できる程度に近づいた位置に設けられ、且つ磁気エンコーダユニット２２及び位置検出用エンコーダユニット２３と接触しない程度に離れている。
なお、図１０に示すように、第３の実施形態で説明した磁気エンコーダ２が取り付けられた磁気エンコーダ装置５０の場合、第１の面２１１と第２の面２１２の法線ｎは、図５に示すように、中心軸線２００と垂直となる。

続いて図１１の実施形態について説明する。図１１と図１０との相違点としては、図１１の実施形態では図１０の接続部２４に相当する構成が存在しない点にある。
すなわち、図１１の実施形態では、接続部２４を介さずに、磁気エンコーダユニット２の第２の表面２１２が測定対象４の外周面４１に直接取り付けられている。なお、その他の構成については図１０と同様なので説明を省略する。

次に、図１２を参照して、磁気エンコーダ装置５０を用いて測定対象４の軸方向ｙ及び径方向ｘのゆがみと、回転角度（角度位置）と、回転速度と、加速度を計算する方法を説明する。ここで、図１２は本発明による測定対象のゆがみ等を測定するために、磁気エンコーダ装置５０を操作する際のフローチャートである。

先ず、いずれのパラメータを測定する場合でも共通してステップＳ１０を行う。すなわち、測定対象４の旋回軸Ｌと、磁気エンコーダ２の円心（中心軸線２００）がずれていると回転運動に支障をきたし、更に正確な測定ができないため、両者の偏心量を最小化すべく測定対象４の旋回軸Ｌと磁気エンコーダ２の円心を一致させ、同心円上となるように位置合わせをする。

次に、ステップＳ２１、ステップＳ２２、及びステップＳ２３からなるルートの測定方法について説明する。測定対象４が回転運動を開始すると、第１の実施形態（図１、図２）及び第２の実施形態（図３、図４）の磁気エンコーダ２を備えた磁気エンコーダ装置５０（図９）は以下のように動作する。

すなわち、回転運動する磁気エンコーダ２の磁気エンコーダユニット２２が、センサ３によって検知される。センサ３は、測定対象４の径方向ｘへの偏向によって生じる磁場分布の変化を検出し、磁場分布の変化を電気信号（電圧）に変換して、図示しないマイクロコントロールユニット（ＭＣＵ，Micro Control Unit）に出力する（ステップＳ２１）。
マイクロコントロールユニットはこのセンサ３から出力された電気信号に基づいて、測定対象４の径方向ｘのゆがみの量を計算し（ステップＳ２２）、図示しない表示装置によってその数値を表示する。

このようにして、測定対象４を回転させた際の、測定対象４の径方向ｘのゆがみと振動量を検出することができる（Ｓ２３）。

次に、第３の実施形態（図５、図６）及び第４の実施形態（図７、図８）の磁気エンコーダ２を備えた磁気エンコーダ装置５０（図１０、図１１）の動作を、ステップＳ１０、ステップＳ２１、ステップＳ２２、及びステップＳ２４からなるフローチャートを参照して説明する。

まず最初に、測定対象４の旋回軸Ｌと磁気エンコーダ２の円心（中心軸線２００）の偏心量を最小化すべく、測定対象４の旋回軸Ｌと磁気エンコーダ２の円心を一致さる点は同様である（ステップＳ１０）。

そして、測定対象４が回転運動を開始すると、これに取り付けられた磁気エンコーダ２の磁気エンコーダユニット２２はセンサ３によって検知される。センサ３は、測定対象４の軸方向ｙへの偏向によって生じる磁場分布の変化を検出し（ステップＳ２１）、磁場分布の変化を電気信号（電圧）に変換して、図示しないマイクロコントロールユニットに出力する。マイクロコントロールユニットはこのセンサ３から出力された電気信号に基づいて、測定対象４の軸方向ｙのゆがみの量を計算し（ステップＳ２２）、図示しない表示装置によってその数値を表示する。

このようにして、測定対象４を回転させた際の、測定対象４の軸方向ｙのゆがみと振動量を検出することができる（ステップＳ２４）。

次に、ステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ２２、及びステップＳ２３からなるルートの測定方法について説明する。このルートの特徴は、詳しくは後述するルックアップテーブル(look up table， LUT)には磁場の強度とゆがみの対応表が記憶されており、径方向ｘのゆがみを測定し得る図１、図３の磁気エンコーダ２を用いた場合でも、軸方向ｙのゆがみを知ることができる点にある。

測定対象４が回転運動を開始すると、第１の実施形態（図１、図２）の磁気エンコーダ２を備えた磁気エンコーダ装置５０（図９）は以下のように動作する。

すなわち、センサ３のアナログ磁気感知素子（図示せず）が、回転運動する測定対象４に取り付けられた磁気エンコーダ２の磁気エンコーダユニット２２の磁束(flux)の大きさを検知することにより磁場の強度を検出し（ステップＳ３１）、磁場の強度の変化を電気信号に変換して、図示しないマイクロコントロールユニットに出力する。

すなわち、図１３の磁気エンコーダ２とセンサ３との距離と磁場強度との関係を示すグラフに示すように、測定対象４を回転させたときに、アナログ磁気感知素子と磁気エンコーダユニット２２との間の距離が変化すれば、アナログ磁気感知素子が検知し得る磁束の大きさも変わるので、ステップ３１ではこれを利用して測定する。

次に、マイクロコントロールユニットはこのセンサ３から出力された電気信号に基づいて、図示しないルックアップテーブルに記憶された磁場の強度と軸方向ｙのゆがみの量の対応表を参照し（ステップＳ３２）、測定対象４の軸方向のゆがみの量を計算し（ステップＳ２２）、図示しない表示装置によってその数値を表示する。

このようにして、測定対象４を回転させた際の、測定対象４の軸方向ｘのゆがみを検出することができる（ステップＳ２４）。

すなわち、中間のルート（Ｓ２１、Ｓ２２、及びＳ２３からなるルート）の測定で、図１の磁気エンコーダ２を使用して径方向ｘのゆがみを測定できる他、ルックアップテーブルを参照する左側のルート（Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ２２、及びＳ２４のルート）で測定することにより軸方向ｙのゆがみをも知ることができるので、結果的に径方向ｘのゆがみも軸方向ｙのゆがみも両方とも測定できる。

なお、第３の実施形態（図５、図６）及び第４の実施形態（図７、図８）の磁気エンコーダ２を備えた磁気エンコーダ装置５０（図１０、図１１）の動作については、ルックアップテーブルにより、測定対象４の軸方向ｙのゆがみに代えて径方向ｘのゆがみを検出できる点を除き同様なので説明を省略する。

また、左側のルートで径方向ｘのゆがみを測定する場合には、図１の磁気エンコーダ２に代えて、図５の磁気エンコーダ２を利用すれば足りるので、説明を省略する。

なお、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）に記憶する情報としては三平方の定理を利用して軸方向ｙへのゆがみを求めるため、以下の情報を記憶しておくことが考えられる。すなわち、ステップＳ２１、ステップＳ２２を経由するルートでは、径方向ｘへのゆがみを測定できるが、このとき、径方向ｘへのゆがみが、１．７３であったとする。また、この時のステップＳ３１、ステップＳ３２を経由して得られたゆがみが２．０であったとする。

ここで、ステップＳ３１とステップＳ３２を経て得られるゆがみはアナログ磁気感知素子によって検出されるので、例えば１，１．４１，１．７３，２等の単一の数値に過ぎず、且つ、図１の実施形態では径方向ｘに沿ってゆがみグリッドエンコーダユニット２２が互い違いに並べられているに過ぎないので、直接的に軸方向ｙへのゆがみを求めることはできない。すなわち、軸方向ｙへゆがんでいることによって得られた値（軸方向成分のゆがみ）なのか径方向へゆがんでいることによって得られた値（径方向成分のゆがみ）なのか、直接的には知るすべがない。

しかし、測定対象４の全体のゆがみと径方向ｘへのゆがみの両方が分かれば、軸方向ｙへのゆがみの量（軸方向成分）を求めることができる。上記の例であれば、三平方の定理により、１：２：１．７３となることから、不知の軸方向ｙへのゆがみは１であることが導かれる。

そのため、ルックアップテーブルには１を記憶しておく。なお、図１２のフローチャートではステップＳ３１、ステップＳ３２のルート単独で垂直方向のゆがみを求めることができるように記載されているが、ステップＳ２１、ステップＳ２２のルートの測定も併せて行う場合がある。ただし、軸方向ｙへのゆがみを測定できるのであれば、その他の方法によって求めても差し支えない。

また、本発明の磁気エンコーダ２は磁気エンコーダユニット２２に加えて、位置検出用エンコーダユニット２３を備えるので、軸方向ｙ及び径方向ｘのゆがみを測定できる他、後述するように角度位置も測定できる。

すなわち、センサ３は、位置検出用エンコーダユニット２３が発生させる磁場を検出し、インクリメンタル方式のエンコーダの場合には相対的な回転角度を求め、絶対位置を測定するアブソリュート型エンコーダの場合には、原点（スタート位置）から何個目かの位置情報（角度位置）を直接得て、角度位置に関する情報を得ることができる。

なお、回転速度の求め方については、ある時間で区切り、回転角度（角度位置）の変化量を計算することで算出できるが、その求め方については従来技術と同様なので説明を省略する。また、加速度についても、求め方は従来と同様なので説明を省略する。

以上のように、本発明は、測定対象４のゆがみと角度位置を、磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３を用いて測定できる。

また、磁気エンコーダユニット２２等が取り付けられる環状ベース２１は平板状又は管状であり、磁気エンコーダユニット２２と位置検出用エンコーダユニット２３を環状ベース２１の同じ側の面に設け、磁気エンコーダユニット２２のＳ極とＮ極を互い違いに円環状に配置することにより、中性スペーサリングを用いなくても測定対象４のゆがみを測定できる。

また、位置検出用エンコーダユニット２３に、アブソリュート型エンコーダを用い、又はインクリメンタル方式のエンコーダを用いるので、回転角度（角度位置）、回転速度、加速度をも測定できる。

以上の説明は、本発明の実施例に過ぎず、これを以って特許請求の範囲を限定するものではない。また、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容に簡単な付加や変化を加えたに過ぎないものについても、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲に属するものとする。

２ 磁気エンコーダ
２１ 環状ベース
２１１ 第１の表面
２１２ 第２の表面
２００ 中心軸線
ｎ 法線
２２ 磁気エンコーダユニット
２３ 位置検出用エンコーダユニット
２４ 接続部
２１３ 内周縁
２１４ 外周縁
２２０ 磁気エンコーダユニットの磁性境界線
２３０ 位置検出用ユニットの磁性境界線
２３１０ 第１の位置検出用エリアの磁性境界線
２３２０ 第２の位置検出用エリアの磁性境界線
２３１ 第１の位置検出用エリア
２３２ 第２の位置検出用エリア
ｘ 径方向
ｙ 軸方向
３ センサ
Ｌ 旋回軸
４ 測定対象
４１ 外周面
５０ 磁気エンコーダ装置

Claims (7)

1. 測定対象のゆがみと角度位置を測定するための磁気エンコーダであって、
   磁気透過性材料により構成され、第１の表面と、前記第１の表面の反対側に形成された第２の表面と、を備えた環状ベースと、
   前記環状ベースの前記第１の表面又は前記第２の表面のいずれかに設けられた磁気エンコーダユニットと、
   前記磁気エンコーダユニットと同じ側の表面に設けられると共に、前記磁気エンコーダユニットと隣り合うように配列される位置検出用エンコーダユニットと、
   を備え、
   前記磁気エンコーダユニットは、いずれも円環状に延伸する共に、互い違いに配置された複数のＮ極エリアと、複数のＳ極エリアとを有し、前記環状ベースの中心軸線は、全ての前記Ｎ極エリアと全ての前記Ｓ極エリアとの円心を通過しており、
   前記位置検出用エンコーダユニットは、前記磁気エンコーダユニットと接すると共に、前記磁気エンコーダユニットと接する箇所の接線方向及び前記磁気エンコーダユニットが設けられる表面の法線方向の両方と直交する方向に延伸し、且つ互い違いに配置された複数のＮ極エリアと複数のＳ極エリアとを有することによって全体として円環状に構成され、前記環状ベースの中心軸線は、円環状に構成された前記位置検出用エンコーダユニットの円心を通過することを特徴とする磁気エンコーダ。
2. 前記環状ベースは板状体に形成されると共に、前記法線方向は前記中心軸線と平行であり、前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットは前記第１の表面に設けられた板状体であり、且つ前記磁気エンコーダユニットの前記Ｎ極エリアと前記Ｓ極エリアの間の磁性境界線は前記環状ベースの径方向に沿って配列され、
   前記位置検出用エンコーダユニットは、前記環状ベースの内周縁と前記磁気エンコーダユニットの間、又は、前記環状ベースの外周縁と前記磁気エンコーダユニットの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
3. 前記環状ベースは管状体に形成されると共に、前記法線方向は、前記中心軸線と垂直であり、且つ前記第２の表面は前記中心軸線に臨み、前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットは前記第１の表面に設けられた管状体であり、且つ前記磁気エンコーダユニットの前記Ｎ極エリアと前記Ｓ極エリアの磁性境界線は前記環状ベースの軸方向に沿って配列されることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
4. 所定の旋回軸を回転軸として回転する略円柱状の測定対象に取り付けられ、前記測定対象のゆがみと角度位置を測定する磁気エンコーダ装置であって、
   前記中心軸線が前記旋回軸と一致し且つ前記測定対象の外周面を取り囲むように設けられた請求項１〜３のいずれか一項に記載の前記磁気エンコーダと、
   前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットが前記測定対象と共に回転する際に発生する磁界の変化を検出するアナログ磁気感知素子を備え、且つ前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットと間隔をあけて設けられたセンサと、
   を備えることを特徴とする磁気エンコーダ装置。
5. 前記磁気エンコーダの前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットは、接続部によって前記測定対象の外表面に接続されて前記測定対象と共に回転する、ことを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ装置。
6. 前記磁気エンコーダの前記磁気エンコーダユニット及び前記位置検出用エンコーダユニットは、前記中心軸線に向かう内側の表面が前記測定対象の前記外周面に直接取付けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ装置。
7. 前記アナログ磁気感知素子は、磁気抵抗センサ又はホールセンサであることを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ装置。