JP3136921B2 - Magnetic sensor and motor with magnetic sensor - Google Patents
Magnetic sensor and motor with magnetic sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は磁気センサおよび、この
磁気センサを搭載したモータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetic sensor and a motor equipped with the magnetic sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、OA,HA,FA,音響映像機器
等ほとんどすべての分野で、モータに対して高度な制御
技術や構造の小形,軽量,薄形,低コスト化等の要望が
一段と高まってきている。2. Description of the Related Art In almost all fields such as OA, HA, FA, and audiovisual equipment in recent years, there has been a growing demand for advanced control technology and small, lightweight, thin, and low cost motors. Is coming.
【0003】したがって、モータの動作にも低速から高
速まで、よりなめらかで安定した回転速度制御や、より
精度良い停止位置制御が求められている。これらの要望
に応えるために、最適なセンサの開発とモータの開発が
必要になってきた。Therefore, there is a demand for smoother and more stable rotation speed control from a low speed to a high speed and a more accurate stop position control for the operation of the motor. To meet these demands, it has become necessary to develop optimal sensors and motors.
【0004】以下に、従来の磁気センサとそのセンサを
搭載したモータについて説明する。図13は従来の磁気
センサの構成を示したものである。図において、11は
シャフト13に固定され、外周面にN極及びS極が交互
に等間隔に連続的に着磁された円筒状の磁気ドラム、1
2は磁気ドラム11の外周面に近接するように配置さ
れ、磁気ドラムの磁界の変化を検出する強磁性磁気抵抗
素子等の磁気センサ素子である。A conventional magnetic sensor and a motor equipped with the sensor will be described below. FIG. 13 shows a configuration of a conventional magnetic sensor. In the figure, reference numeral 11 denotes a cylindrical magnetic drum fixed to a shaft 13 and having N and S poles alternately and continuously magnetized at equal intervals on the outer peripheral surface;
Reference numeral 2 denotes a magnetic sensor element such as a ferromagnetic magnetoresistive element which is arranged close to the outer peripheral surface of the magnetic drum 11 and detects a change in the magnetic field of the magnetic drum.
【0005】従来のセンサは、磁気ドラム11の回転に
より磁気センサ素子12と直角方向に交わる磁気ドラム
11の磁界の変化を磁気センサ素子12の抵抗値の変化
として取り出し、この抵抗値の変化を回路処理すること
により、磁気ドラム11の磁極の通過に対応する電圧信
号を発生する。図14に従来のセンサにより発生した電
圧信号波形を示す。次に、この電圧信号をディジタル処
理することにより磁気ドラム11の回転速度や回転角度
等を検出測定する。In the conventional sensor, a change in the magnetic field of the magnetic drum 11 which intersects the magnetic sensor element 12 in a direction perpendicular to the magnetic sensor element 12 due to the rotation of the magnetic drum 11 is taken out as a change in the resistance value of the magnetic sensor element 12, and this change in the resistance value is taken as a circuit. By processing, a voltage signal corresponding to the passage of the magnetic pole of the magnetic drum 11 is generated. FIG. 14 shows a voltage signal waveform generated by a conventional sensor. Next, the voltage signal is digitally processed to detect and measure the rotation speed and rotation angle of the magnetic drum 11.
【0006】図15は前記従来の磁気センサを搭載した
モータを示している。図において、磁気ドラム11はモ
ータ14のシャフト13に取り付けられ、磁気ドラム1
1の外周面に近接する状態で磁気センサ素子12を固定
してある。FIG. 15 shows a motor equipped with the conventional magnetic sensor. In the figure, a magnetic drum 11 is attached to a shaft 13 of a motor 14,
The magnetic sensor element 12 is fixed in the state of being close to the outer peripheral surface of the magnetic sensor element 1.
【0007】従来のセンサを搭載したモ−タは、磁気セ
ンサ素子12が2つの検出パターンを内蔵しており、図
16で示されるような電気角が90度ずれた2つの出力
信号φA、φBが得られるようになっている。この2つ
の出力信号によりモータの回転方向が判別できる。ま
た、前記出力信号をパルス回路処理することにより4倍
の分解能を有する出力信号を得ることができる。In a motor equipped with a conventional sensor, the magnetic sensor element 12 has two built-in detection patterns, and two output signals φA and φB whose electrical angles are shifted by 90 degrees as shown in FIG. Is obtained. The rotation direction of the motor can be determined from these two output signals. Further, by subjecting the output signal to pulse circuit processing, it is possible to obtain an output signal having four times the resolution.
【0008】図17は、図16で示した出力信号により
モータの回転速度制御,停止位置制御を行う制御装置を
示している。前記制御装置による制御方法を簡単に述べ
ると、モ−タ14の回転に伴う磁気ドラム11の磁束の
変化を図16に示す2相の電気信号φA、φBとして磁
気センサ素子12が検出し、前記電気信号を波形処理回
路15で信号処理する。前記処理した信号を位置制御回
路16、速度制御回路17にフィ−ドバックし、システ
ム18により制御を行う。FIG. 17 shows a control device for controlling the rotation speed and the stop position of the motor based on the output signals shown in FIG. The control method by the control device will be briefly described. The magnetic sensor element 12 detects a change in magnetic flux of the magnetic drum 11 accompanying rotation of the motor 14 as two-phase electric signals φA and φB shown in FIG. The electric signal is signal-processed by the waveform processing circuit 15. The processed signal is fed back to the position control circuit 16 and the speed control circuit 17 and controlled by the system 18.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
のセンサでは、磁界の変化を磁気センサ素子12により
磁気ドラム11の外周上のある1点で検出しているた
め、磁気ドラムの外周面に着磁されたN極及びS極の磁
気パターンの着磁バラツキや磁気ドラムおよび磁気セン
サ素子の取り付け精度等により、磁気センサ素子12の
出力信号の振幅が図18に示すように回転状態に伴って
変化する。特に、1回転毎に回転ムラが発生しやすかっ
た。また、出力信号の振幅に差がでるだけでなく、信号
精度も悪くなるという問題点があった。However, in the above-mentioned conventional sensor, the change in the magnetic field is detected at a certain point on the outer periphery of the magnetic drum 11 by the magnetic sensor element 12, so that the change in the magnetic field is detected on the outer peripheral surface of the magnetic drum. The amplitude of the output signal of the magnetic sensor element 12 varies with the rotation state as shown in FIG. 18 due to the variation in the magnetization of the magnetized N-pole and S-pole magnetic patterns and the mounting accuracy of the magnetic drum and the magnetic sensor element. Change. In particular, rotation unevenness was likely to occur every rotation. In addition, there is a problem that not only a difference in the amplitude of the output signal occurs but also the signal accuracy deteriorates.
【0010】前記課題に対し、磁気ドラムの着磁バラツ
キの低減化や磁気ドラムおよび磁気センサ素子の取り付
けの調整が可能であるが、多くの工数を要しコストアッ
プになり製造上限界があった。[0010] In order to solve the above problem, it is possible to reduce the variation in the magnetization of the magnetic drum and adjust the mounting of the magnetic drum and the magnetic sensor element. .
【0011】また、出力信号の分解能を上げる場合、基
本信号から一定の電気角だけずらした多相の出力信号を
用いるが、この場合には、磁気ドラムの周りに数個の磁
気センサ素子を配置し、所定の電気角のずれた出力信号
が得られるように機械的精度の高い調整が必要となり、
製造上問題であった。In order to increase the resolution of the output signal, a multi-phase output signal shifted from the basic signal by a certain electrical angle is used. In this case, several magnetic sensor elements are arranged around the magnetic drum. However, it is necessary to perform high-precision adjustment so that an output signal having a predetermined electrical angle is obtained.
It was a manufacturing problem.
【0012】このようなことから、従来の磁気センサを
搭載したモータでは、上述した磁気センサの信号精度の
悪さによりモータの回転速度制御において回転ムラが発
生したり、停止位置制御においても停止位置精度が悪く
なるという問題点を有していた。For this reason, in a motor equipped with a conventional magnetic sensor, unevenness of rotation occurs in the rotation speed control of the motor due to the poor signal accuracy of the magnetic sensor described above, and the stop position accuracy is also reduced in the stop position control. Had the problem that it became worse.
【0013】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、磁気ドラムおよび磁気センサ素子の取り付けのバラ
ツキや磁気ドラムの磁気パターンの着磁バラツキの影響
が少なく、出力信号の信号精度のよい磁気センサを提供
することを目的とする。さらに、本磁気センサをモータ
に搭載することにより、回転ムラの少ない回転速度制御
または、停止位置精度の良い停止位置制御が可能なモー
タを提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned conventional problems, and is less affected by variations in the mounting of the magnetic drum and the magnetic sensor element and variations in the magnetization of the magnetic pattern of the magnetic drum, and provides a magnetic signal with a high signal accuracy of the output signal. It is intended to provide a sensor. Further, it is another object of the present invention to provide a motor capable of performing a rotation speed control with less rotation unevenness or a stop position control with a good stop position accuracy by mounting the present magnetic sensor on the motor.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、N極及びS極が交互に等間隔に連続的に着
磁された磁気構造体と、前記磁気構造体の一方の磁極に
対向する複数の極歯と、この複数の極歯に発生した磁束
を収束するための主磁極を備え、かつ互いに平行に配さ
れた第一、第二の磁性体と、前記第一、第二の磁性体の
対向する主磁極の間に配され、透過する磁束の変化を電
気信号に変換する磁電変換器とを備え、前記第一、第二
の磁性体をそれぞれの極歯が前記磁気構造体の相反する
2つの磁極に対向するようにずらして配置すると共に、
前記磁気構造体と前記第一、第二の磁性体とを前記磁気
構造体の磁極の配列方向に相対的に移動可能とした磁気
センサを用い、前記磁気構造体の位置または速度を検出
する。In order to achieve this object, the present invention provides a magnetic structure in which N poles and S poles are alternately and continuously magnetized at equal intervals, and one of the magnetic structures. A plurality of pole teeth facing the magnetic poles, a main magnetic pole for converging a magnetic flux generated in the plurality of pole teeth, and first and second magnetic bodies arranged in parallel with each other; A magnetoelectric converter disposed between the main magnetic poles facing the second magnetic body and converting a change in transmitted magnetic flux into an electric signal, wherein each of the first and second magnetic bodies has a respective pole tooth. In addition to displacing the two opposing magnetic poles of the magnetic structure so as to face each other,
A position or a speed of the magnetic structure is detected by using a magnetic sensor capable of relatively moving the magnetic structure and the first and second magnetic bodies in a direction in which the magnetic poles of the magnetic structure are arranged.
【0015】更に、本発明では上記磁気センサをモ−タ
に搭載し、モ−タの駆動を制御する。Further, in the present invention, the above-mentioned magnetic sensor is mounted on a motor to control the driving of the motor.
【0016】[0016]
【作用】上記構成において、第一および第二の磁性体に
設けられた複数の極歯によって、磁気構造体に着磁され
たN極、あるいはS極のうち一方の磁束を複数箇所から
同時に検出する。次に前記極歯により検出した磁束を主
磁極で収束し、磁電変換器により前記第一と第二の磁性
体を透過する磁束の変化を出力信号として検出する。そ
して、上記磁気センサにより得られた振幅差の小さい信
号精度の良い出力信号をモ−タ制御に用いる。In the above construction, one of the N-pole and S-pole magnetized on the magnetic structure is simultaneously detected from a plurality of locations by a plurality of pole teeth provided on the first and second magnetic bodies. I do. Next, the magnetic flux detected by the pole teeth is converged by the main magnetic pole, and a change in magnetic flux passing through the first and second magnetic bodies is detected by the magnetoelectric converter as an output signal. An output signal with a small amplitude difference and high signal accuracy obtained by the magnetic sensor is used for motor control.
【0017】[0017]
(実施例1)以下、本発明の第1の実施例について、図
面を参照しながら説明する。Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0018】図1は、本発明の磁気センサを搭載したモ
−タの外観を示す斜視図であり、Aがセンサ部である。FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of a motor on which a magnetic sensor according to the present invention is mounted, wherein A is a sensor section.
【0019】図において、1はモ−タ4のシャフト3と
同軸に固定され、外周面にN極およびS極の磁極を交互
に等間隔で連続的に着磁した磁気構造体の一つである円
筒状の磁気ドラムである。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a magnetic structure fixed coaxially with the shaft 3 of the motor 4 and having N and S magnetic poles alternately and continuously magnetized at equal intervals on the outer peripheral surface. This is a cylindrical magnetic drum.
【0020】9は先端部に磁気ドラム1の一方の磁極に
対向する複数の極歯と、この複数の極歯に発生した磁束
を収束するための主磁極を備えた第一の磁性体である。
第二の磁性体10は、第一の磁性体9と同じ構造であ
り、第一の磁性体9の極歯が対向している磁気ドラム1
の磁極と相反する磁極に対向するような位置関係で第一
の磁性体9と平行に配置してある。例えば、第一の磁性
体9が磁気ドラム1のN極に対向するとき、第二の磁性
体10はS極に対向する位置関係に配置した。Reference numeral 9 denotes a first magnetic body having a plurality of pole teeth at the tip end facing one of the magnetic poles of the magnetic drum 1 and a main pole for converging a magnetic flux generated at the plurality of pole teeth. .
The second magnetic body 10 has the same structure as the first magnetic body 9, and the magnetic drum 1 with the pole teeth of the first magnetic body 9 facing each other.
Are arranged in parallel with the first magnetic body 9 in such a positional relationship as to face a magnetic pole opposite to the magnetic pole of the first magnetic body 9. For example, when the first magnetic body 9 faces the north pole of the magnetic drum 1, the second magnetic body 10 is arranged in a positional relationship facing the south pole.
【0021】第一のセンサコア5と第二のセンサコア6
は、第一及び、第二の磁性体9、10を等間隔に複数個
配置し、かつリング状に結合してある。磁電変換器の一
つであるホ−ル素子7は第1の磁性体9と第2の磁性体
10との間に配置され、第一の磁性体9と第二の磁性体
10との間の磁束変化を検出する。First sensor core 5 and second sensor core 6
Has a plurality of first and second magnetic bodies 9, 10 arranged at equal intervals and coupled in a ring shape. A ball element 7, which is one of the magnetoelectric converters, is disposed between a first magnetic body 9 and a second magnetic body 10, and is provided between the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10. The change in magnetic flux of
【0022】以上のように構成された磁気センサAおよ
びそのセンサを搭載したモータについて、図2〜図8を
用いてその動作を説明する。なお、図に示すN、Sは磁
極を示す。The operation of the magnetic sensor A configured as described above and the motor on which the sensor is mounted will be described with reference to FIGS. Note that N and S shown in the figure indicate magnetic poles.
【0023】図2は、図1に示す本発明の磁気センサA
における磁気ドラム1に対する第一の磁性体9と第二の
磁性体10の配置を図1の矢印Bで示す方向から見た図
である。説明の都合上、磁気ドラム1の外周に着磁され
た磁極と、前記磁極に対向する第一、及び第二の磁性体
9、10の有する複数の極歯を直線的に表している。第
一の磁性体9に設けられた複数の極歯と第二の磁性体1
0に設けられた複数の極歯とは、それぞれ磁気ドラム1
に着磁した磁気パターンのN極またはS極の一方の着磁
ピッチに対向しており、図2では第一の磁性体9に設け
られた複数の極歯がN極に対向するときに第二の磁性体
10に設けられた複数の極歯がS極に対向するように設
けられている。ここで、7はホ−ル素子である。FIG. 2 shows the magnetic sensor A of the present invention shown in FIG.
FIG. 2 is a view of the arrangement of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10 with respect to the magnetic drum 1 in FIG. For convenience of explanation, a magnetic pole magnetized on the outer periphery of the magnetic drum 1 and a plurality of pole teeth of the first and second magnetic bodies 9 and 10 facing the magnetic pole are linearly shown. The plurality of pole teeth provided on the first magnetic body 9 and the second magnetic body 1
The plurality of pole teeth provided on the magnetic drum 1
In FIG. 2, when a plurality of pole teeth provided on the first magnetic body 9 face the N pole, A plurality of pole teeth provided on the two magnetic bodies 10 are provided so as to face the S pole. Here, 7 is a hall element.
【0024】この状態を図2の矢印C方向から見た図が
図3である。図2、3に示す状態のとき、第一の磁性体
9と第二の磁性体10との間の磁界は、図4の矢印で示
すように磁気ドラム1と第一、第二の磁性体に生じる磁
界と第一の磁性体9から第二の磁性体10に向かう磁界
になり、ホール素子7は第一の磁性体9から第二の磁性
体10に向かう磁界を検出する。FIG. 3 shows this state as viewed from the direction of arrow C in FIG. In the state shown in FIGS. 2 and 3, the magnetic field between the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10 is the magnetic drum 1 and the first and second magnetic bodies as indicated by arrows in FIG. And the magnetic field from the first magnetic body 9 to the second magnetic body 10, and the Hall element 7 detects the magnetic field from the first magnetic body 9 to the second magnetic body 10.
【0025】次に、図2の状態から磁気ドラム1が移動
して第一の磁性体9に設けられた複数の極歯がS極に対
向し、第二の磁性体10に設けられた複数の極歯がN極
に対向したときの磁気ドラム1に対する第一の磁性体9
と第二の磁性体10の配置位置を図1の矢印B方向から
見た図が図5であり、この状態を図5の矢印D方向から
見た図が図6である。Next, the magnetic drum 1 moves from the state shown in FIG. 2 so that the plurality of pole teeth provided on the first magnetic body 9 face the south pole and the plurality of pole teeth provided on the second magnetic body 10. The first magnetic body 9 with respect to the magnetic drum 1 when the pole teeth of
FIG. 5 is a view of the arrangement position of the second magnetic body 10 and the second magnetic body 10 viewed from the direction of arrow B in FIG. 1, and FIG. 6 is a view of this state viewed from the direction of arrow D in FIG.
【0026】図5、6に示す状態になったとき、第一の
磁性体9と第二の磁性体10との間の磁界は、図7の矢
印で示すように磁気ドラム1と第一、第二の磁性体9、
10に生じる磁界と第二の磁性体10から第一の磁性体
9に向かう磁界になり、ホール素子7は第二の磁性体1
0から第一の磁性体9に向かう磁界を検出する。このよ
うに、磁気ドラム1の回転により第一の磁性体9と第二
の磁性体10の複数の極歯にはN極およびS極の磁極が
交互に対向し、第一の磁性体9と第二の磁性体10との
間に設けられたホール素子7には方向の異なる磁界が交
互に印加される。ホール素子7はこの磁界変化を検出し
て電気信号に変換し、図8に示すような正弦波状の出力
波形を出力する。前記正弦波状の出力波形は振幅差の小
さい信号精度の良い波形である。When the state shown in FIGS. 5 and 6 is reached, the magnetic field between the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10 is, as shown by the arrow in FIG. Second magnetic body 9,
10 and a magnetic field directed from the second magnetic body 10 to the first magnetic body 9, and the Hall element 7 becomes the second magnetic body 1.
A magnetic field from 0 to the first magnetic body 9 is detected. Thus, the rotation of the magnetic drum 1 causes the magnetic poles of the N pole and the S pole to alternately face the plurality of pole teeth of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10. Magnetic fields having different directions are alternately applied to the Hall element 7 provided between the second magnetic body 10 and the Hall element 7. The Hall element 7 detects this magnetic field change, converts it into an electric signal, and outputs a sinusoidal output waveform as shown in FIG. The sinusoidal output waveform is a waveform with a small amplitude difference and high signal accuracy.
【0027】以上のように本実施例では、モ−タの駆動
軸に同軸に備えられた磁気ドラムの着磁を、第一及び第
二の磁性体に備えられた複数の極歯から同時に検知し、
主磁極により収束することにより、磁気ドラムの外周の
1点で検出する従来の方法にくらべて、磁気ドラムおよ
び磁気センサ素子の取り付けのバラツキや磁気ドラムの
磁気パターンの着磁バラツキによる影響が減少し大きな
出力信号が得られ、出力信号の振幅差の小さい信号精度
の良い磁気センサを提供することができる。As described above, in this embodiment, the magnetization of the magnetic drum provided coaxially with the drive shaft of the motor is simultaneously detected from the plurality of pole teeth provided on the first and second magnetic members. And
The convergence by the main magnetic pole reduces the influence of the variation in the mounting of the magnetic drum and the magnetic sensor element and the variation in the magnetization of the magnetic pattern of the magnetic drum as compared with the conventional method of detecting at one point on the outer periphery of the magnetic drum. A large output signal can be obtained, and a magnetic sensor with a small signal amplitude difference and high signal accuracy can be provided.
【0028】更に、本実施例による磁気センサを搭載し
たモータにおいては、モ−タの制御に振幅差の小さい信
号精度の良い大きな出力信号を用いるので、高精度の制
御ができ、回転ムラの少ない回転速度制御が可能で、高
精度の停止位置制御も可能なモータを実現できる。 (実施例2)図9は、実施例1の図3における磁気ドラ
ム1から第一、及び第二の磁性体9、10に透過する磁
束を示している。図において、Furthermore, in the motor equipped with the magnetic sensor according to the present embodiment, a large output signal having a small amplitude difference and a high signal accuracy is used for the control of the motor. It is possible to realize a motor capable of controlling the rotation speed and controlling the stop position with high accuracy. (Embodiment 2) FIG. 9 shows the magnetic flux transmitted from the magnetic drum 1 in FIG. 3 of the embodiment 1 to the first and second magnetic bodies 9, 10. In the figure,
【0029】[0029]
【数1】 (Equation 1)
【0030】は、磁気ドラム1のN極から第一の磁性体
9の極歯に向かう磁束を、The magnetic flux from the N pole of the magnetic drum 1 to the pole teeth of the first magnetic body 9 is
【0031】[0031]
【数2】 (Equation 2)
【0032】は、第二の磁性体10の極歯から磁気ドラ
ム1のS極に向かう磁束を示している。また、図の矢印
は磁気ドラム1のN極からS極に向かう磁束を示してい
る。The magnetic flux from the pole teeth of the second magnetic body 10 to the S pole of the magnetic drum 1 is shown. The arrows in the figure indicate the magnetic flux from the north pole to the south pole of the magnetic drum 1.
【0033】図より、磁気ドラム1から第一の磁性体9
および第二の磁性体10の極歯を通過する磁束の一部が
磁気ドラム1のN極からS極に漏れていることがわか
る。この磁束の漏れの影響により第一の磁性体9および
第二の磁性体10の極歯に収束する磁気ドラム1の磁束
が弱められる。As shown in the figure, the magnetic drum 1 to the first magnetic body 9
It can be seen that a part of the magnetic flux passing through the pole teeth of the second magnetic body 10 leaks from the N pole of the magnetic drum 1 to the S pole. Due to the influence of the leakage of the magnetic flux, the magnetic flux of the magnetic drum 1 that converges on the pole teeth of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10 is weakened.
【0034】このため磁気センサAが収束する磁束は不
安定になり、結果として磁気センサの精度が悪くなる。Accordingly, the magnetic flux converged by the magnetic sensor A becomes unstable, and as a result, the accuracy of the magnetic sensor deteriorates.
【0035】特に、第一の磁性体9および第二の磁性体
10の極歯間が小さくなる程、つまり磁気ドラム1の磁
極間隔が小さくなる程、磁気ドラム1の一つの磁極に隣
接する磁極の影響が大きくなり、前記極歯が磁気ドラム
1の一つの磁極から収束する磁束は小さくなり、磁気セ
ンサの精度により影響を与える。In particular, the smaller the distance between the pole teeth of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10, that is, the smaller the distance between the magnetic poles of the magnetic drum 1, the more the magnetic pole adjacent to one magnetic pole of the magnetic drum 1. And the magnetic flux that the pole teeth converge from one magnetic pole of the magnetic drum 1 is reduced, which affects the accuracy of the magnetic sensor.
【0036】本実施例では上記課題を解決するため、実
施例1で述べた磁気センサについて第一の磁性体9の極
歯間の中間部と,これに隣接する第二の磁性体10の極
歯間の中間部とを連結するように第三の磁性体8を配
し、かつこの第三の磁性体8により対向する磁気ドラム
1の2つの磁極を磁気的に結合する。In the present embodiment, in order to solve the above-described problem, the magnetic sensor described in the first embodiment has an intermediate portion between the pole teeth of the first magnetic body 9 and a pole of the second magnetic body 10 adjacent thereto. A third magnetic body 8 is disposed so as to connect the intermediate portion between the teeth, and two magnetic poles of the magnetic drum 1 facing each other are magnetically coupled by the third magnetic body 8.
【0037】図10は実施例1の磁気センサの第一の磁
性体9と第二の磁性体10の極歯間に第三の磁性体8を
備えた第2の実施例の磁気センサの斜視図を示してい
る。FIG. 10 is a perspective view of the magnetic sensor of the second embodiment in which the third magnetic body 8 is provided between the pole teeth of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10 of the magnetic sensor of the first embodiment. FIG.
【0038】図11は、図10で示された第2の実施例
の磁気センサについて磁気ドラムから第一、第二、及び
第三の磁性体8、9、10に透過する磁束の様子を図9
と同様の方向から示した図である。図において第一の磁
性体9の極歯間の中間部と、これに隣接する第二の磁性
体10の極歯間の中間部とを連結するように第三の磁性
体8を備えている。なお、便宜上第一、第二の磁性体
9、10は極歯だけを示している。FIG. 11 is a diagram showing the state of the magnetic flux transmitted from the magnetic drum to the first, second, and third magnetic members 8, 9, and 10 in the magnetic sensor of the second embodiment shown in FIG. 9
It is the figure shown from the same direction as. In the figure, a third magnetic body 8 is provided so as to connect an intermediate part between the pole teeth of the first magnetic body 9 and an intermediate part between the pole teeth of the second magnetic body 10 adjacent thereto. . For convenience, the first and second magnetic bodies 9 and 10 show only pole teeth.
【0039】第三の磁性体8は磁気ドラム1により第一
の磁性体9の極歯間でS極の磁極を帯びる場合には、前
記極歯間に隣接する第二の磁性体10の極歯間でN極の
磁極を帯びる。また、第三の磁性体8が磁気ドラム1に
より第一の磁性体9の極歯間でN極の磁極を帯びる場合
には、前記極歯間に隣接する第二の磁性体10の極歯間
ではS極の磁極を帯びる。このように、第三の磁性体8
にはN極とS極の磁極が生じ、その磁束もほぼ同量であ
るため互いに磁性を消しあい、第三の磁性体8は磁気的
に中性になる。When the third magnetic body 8 takes the S pole between the pole teeth of the first magnetic body 9 by the magnetic drum 1, the pole of the second magnetic body 10 adjacent between the pole teeth is used. It takes N magnetic poles between teeth. When the third magnetic body 8 has N magnetic poles between the pole teeth of the first magnetic body 9 by the magnetic drum 1, the pole teeth of the second magnetic body 10 adjacent to the pole teeth are provided. Between them, they take the magnetic pole of the S pole. Thus, the third magnetic body 8
Have magnetic poles of N and S poles, and the magnetic fluxes thereof are almost the same, so that the magnets are mutually extinguished, and the third magnetic body 8 becomes magnetically neutral.
【0040】このため、上述したような第一、第二の磁
性体9、10の極歯間に対向する磁気ドラム1の磁束の
影響を軽減することができ、第一、第二の磁性体9、1
0の主磁極に収束される磁束が増加し、ホール素子等の
磁電変換素子から得る電圧出力を向上することができ
る。 (実施例3)上記各実施例では一組の第一の磁性体9と
第二の磁性体10により磁気ドラム1の磁束を収束し、
第一、第二の磁性体9、10間に備えられたホ−ル素子
7により第一、第二の磁性体9、10間の磁束の変化を
電気信号として検出していた。For this reason, the influence of the magnetic flux of the magnetic drum 1 facing between the pole teeth of the first and second magnetic bodies 9 and 10 as described above can be reduced, and the first and second magnetic bodies 9 and 10 can be reduced. 9, 1
The magnetic flux converged on the zero main pole increases, and the voltage output obtained from a magnetoelectric conversion element such as a Hall element can be improved. (Embodiment 3) In each of the above embodiments, the magnetic flux of the magnetic drum 1 is converged by a pair of the first magnetic body 9 and the second magnetic body 10,
A change in magnetic flux between the first and second magnetic bodies 9 and 10 is detected as an electric signal by the hall element 7 provided between the first and second magnetic bodies 9 and 10.
【0041】本実施例では、前記構成からなる磁束検出
の部分を複数個用いて所定の電気角のずれを持つ多相の
出力信号を得ることにより出力信号の分解能を上げる。In this embodiment, the resolution of the output signal is increased by obtaining a multi-phase output signal having a predetermined electrical angle shift by using a plurality of magnetic flux detection portions having the above-described configuration.
【0042】本実施例では、図1に示す磁気センサAを
磁気ドラム1の軸方向に複数個配置し、かつそれぞれの
磁気センサAを円周方向にずらして配置することにより
図12に示すような多相の出力信号を得る。そして、こ
の多相の出力信号を用いることにより、より精度の良い
速度、位置制御が可能となる。ここで、多相の出力信号
を得るために上記各センサコアに複数の第一、第二の磁
性体を所定の電気角を有するように配置をずらす精密加
工も、ステッピングモータのステータコアを製造するの
に用いられている機械精度の高い従来の加工方法を使用
して容易に実現できる。In this embodiment, as shown in FIG. 12, a plurality of magnetic sensors A shown in FIG. 1 are arranged in the axial direction of the magnetic drum 1 and the respective magnetic sensors A are arranged shifted in the circumferential direction. To obtain a polyphase output signal. The use of the multi-phase output signals enables more accurate speed and position control. Here, in order to obtain a multi-phase output signal, precision processing of displacing a plurality of first and second magnetic bodies on each of the sensor cores so as to have a predetermined electrical angle is also required to manufacture a stator core of a stepping motor. It can be easily realized by using a conventional processing method having high mechanical precision used in the above.
【0043】なお、上記各実施例に示した考えは、ホ−
ル素子を有する第一、第二の磁性体をリニアモータ駆動
部に、そしてレール上に磁気構造体を設けることにより
直線運動するリニアモータに適用可能なことはいうまで
もない。It should be noted that the idea shown in each of the embodiments described above is
It is needless to say that the present invention can be applied to a linear motor that moves linearly by providing the first and second magnetic bodies having a magnetic element on a linear motor driving unit and a magnetic structure on a rail.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上のように本発明は、磁気ドラムおよ
び磁気センサ素子の取り付けのバラツキや磁気ドラムの
磁気パターンの着磁バラツキによる影響を減少し、大き
な出力信号が得られ、出力信号の振幅差の小さい信号精
度の良い磁気センサを提供する。そして、本発明の磁気
センサをモータに搭載することにより、回転ムラの少な
い回転速度制御、及び高精度の停止位置制御が可能であ
る。As described above, the present invention reduces the influence of variations in the mounting of the magnetic drum and the magnetic sensor element and the variations in the magnetization of the magnetic pattern of the magnetic drum, provides a large output signal, and provides an amplitude of the output signal. A magnetic sensor with a small difference and high signal accuracy is provided. By mounting the magnetic sensor of the present invention on a motor, it is possible to perform rotation speed control with less rotation unevenness and highly accurate stop position control.
【図1】本発明の第1の実施例における磁気センサを搭
載したモータの外観斜視図FIG. 1 is an external perspective view of a motor equipped with a magnetic sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同実施例の磁気センサにおける磁気ドラムに対
する第一および第二の磁性体の配置関係を図1の矢印B
方向から見た図FIG. 2 shows an arrangement relationship between first and second magnetic bodies with respect to a magnetic drum in the magnetic sensor according to the embodiment;
Figure seen from the direction
【図3】同配置関係を図2の矢印C方向から見た図FIG. 3 is a view of the same arrangement viewed from the direction of arrow C in FIG. 2;
【図4】第1の実施例における磁気センサのホ−ル素子
が、図2、3の磁気センサ状態で検知する磁極の様子を
示す図FIG. 4 is a view showing a state of magnetic poles detected by the hall element of the magnetic sensor according to the first embodiment in the state of the magnetic sensor shown in FIGS.
【図5】第1の実施例の磁気センサにおける磁気ドラム
に対する第一および第二の磁性体の配置関係を図1の矢
印B方向から見た図FIG. 5 is a diagram showing an arrangement relationship between first and second magnetic bodies with respect to a magnetic drum in the magnetic sensor according to the first embodiment, as viewed from the direction of arrow B in FIG. 1;
【図6】同配置関係を図5の矢印D方向から見た図FIG. 6 is a view of the same arrangement viewed from the direction of arrow D in FIG. 5;
【図7】第1の実施例における磁気センサのホ−ル素子
が、図4、5の磁気センサ状態で検知する磁極の様子を
示す図FIG. 7 is a view showing a state of magnetic poles detected by the hall element of the magnetic sensor according to the first embodiment in the state of the magnetic sensor shown in FIGS.
【図8】第1の実施例の磁気センサによる出力信号波形
を示す図FIG. 8 is a diagram showing an output signal waveform of the magnetic sensor according to the first embodiment.
【図9】本発明の磁気センサにおける第一及び第二の磁
性体の極歯と磁気ドラムの磁束の様子を図3と同じ方向
から見た図FIG. 9 is a view of the state of the pole teeth of the first and second magnetic bodies and the magnetic flux of the magnetic drum in the magnetic sensor of the present invention, as viewed from the same direction as in FIG.
【図10】第2の実施例における第三の磁性体を備えた
磁気センサの斜視図FIG. 10 is a perspective view of a magnetic sensor including a third magnetic body in the second embodiment.
【図11】第一及び第二の磁性体の極歯間に第三の磁性
体を配した時の磁束の様子を図3と同じ方向から見た図FIG. 11 is a view of a state of a magnetic flux when a third magnetic body is arranged between the pole teeth of the first and second magnetic bodies when viewed from the same direction as in FIG. 3;
【図12】第3の実施例の磁気センサによる多相の出力
信号波形図FIG. 12 is a waveform diagram of a multi-phase output signal from the magnetic sensor according to the third embodiment.
【図13】従来の磁気センサの構成を示す図FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a conventional magnetic sensor.
【図14】従来の磁気センサによる電圧信号波形図FIG. 14 is a voltage signal waveform diagram by a conventional magnetic sensor.
【図15】従来の磁気センサを搭載したモータの構成を
示す図FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a motor equipped with a conventional magnetic sensor.
【図16】2つの検出パターンを内蔵した従来の磁気セ
ンサによる出力信号波形図FIG. 16 is an output signal waveform diagram of a conventional magnetic sensor incorporating two detection patterns.
【図17】モータの回転速度制御や停止位置制御を行う
ための制御系のブロック図FIG. 17 is a block diagram of a control system for controlling the rotation speed and the stop position of the motor.
【図18】従来の磁気センサ素子から得られる実際の出
力信号波形図FIG. 18 is an actual output signal waveform diagram obtained from a conventional magnetic sensor element.
1 磁気ドラム 3 シャフト 4 モータ 5 第1のセンサコア 6 第2のセンサコア 7 ホール素子 8 第三の磁性体 9 第一の磁性体 10 第二の磁性体 Reference Signs List 1 magnetic drum 3 shaft 4 motor 5 first sensor core 6 second sensor core 7 Hall element 8 third magnetic body 9 first magnetic body 10 second magnetic body
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 礒村 宜典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 尾渡 清人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−277518(JP,A) 実開 昭55−12759(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 5/00 - 5/62 G01B 7/00 - 7/34 G01P 1/00 - 3/80 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Yoshinori Isomura 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-62-277518 (JP, A) JP-A-52-1759 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01D 5/00 -5/62 G01B 7/00-7/34 G01P 1/00-3/80
Claims (7)
磁された磁気構造体と、 前記磁気構造体の一方の磁極
に対向する複数の極歯と、この複数の極歯に発生した磁
束を収束するための主磁極を備え、かつ互いに平行に配
された第一、第二の磁性体と、 前記第一、第二の磁性体の対向する主磁極の間に配さ
れ、透過する磁束の変化を電気信号に変換する磁電変換
器とを備え、 前記第一、第二の磁性体をそれぞれの極歯が前記磁気構
造体の相反する2つの磁極に対向するようにずらして配
置すると共に、前記磁気構造体と前記第一、第二の磁性
体とを、前記磁気構造体の磁極の配列方向に相対的に移
動可能とした磁気センサ。1. A magnetic structure in which N poles and S poles are alternately and continuously magnetized at equal intervals, a plurality of pole teeth facing one magnetic pole of the magnetic structure, and the plurality of pole teeth. First and second magnetic bodies provided with a main magnetic pole for converging magnetic flux generated in parallel to each other, and disposed between the main magnetic poles of the first and second magnetic bodies facing each other. And a magnetoelectric converter that converts a change in transmitted magnetic flux into an electric signal, wherein the first and second magnetic bodies are shifted such that respective pole teeth face two opposite magnetic poles of the magnetic structure. A magnetic sensor, wherein the magnetic structure and the first and second magnetic bodies are relatively movable in an arrangement direction of magnetic poles of the magnetic structure.
隣接する第二の磁性体の極歯間の中間部とを連結するよ
うに配され,かつ対向する磁気構造体の2つの磁極を磁
気的に結合する第三の磁性体を備えた請求項1記載の磁
気センサ。2. An opposed magnetic structure which is arranged so as to connect an intermediate portion between pole teeth of a first magnetic body and an intermediate portion between pole teeth of a second magnetic body adjacent thereto. 2. The magnetic sensor according to claim 1, further comprising a third magnetic body that magnetically couples the two magnetic poles.
にN極及びS極が交互に等間隔に連続的に着磁された円
筒状の磁気ドラムと、 前記磁気ドラムの一方の磁極に対向する複数の極歯と、
この複数の極歯に発生した磁束を集束するための主磁極
を備え、かつ互いに平行に配された第一、第二の磁性体
と、 前記第一、第二の磁性体の対向する主磁極の間に配さ
れ、透過する磁束の変化を電気信号に変換する磁電変換
器とを備え、 前記第一、第二の磁性体を、それぞれの極歯が前記磁気
ドラムの相反する2つの磁極に対向するように、ずらし
て配置した磁気センサ。3. A cylindrical magnetic drum fixed coaxially to a drive shaft of a motor and having N and S poles alternately and continuously magnetized at equal intervals on an outer peripheral surface, and one of the magnetic drums. A plurality of pole teeth facing the magnetic poles of
First and second magnetic bodies provided with main magnetic poles for converging magnetic fluxes generated in the plurality of pole teeth and arranged in parallel with each other, and main magnetic poles opposed to the first and second magnetic bodies And a magnetoelectric converter that converts a change in the magnetic flux to be transmitted into an electric signal, wherein the first and second magnetic bodies are turned into two opposing magnetic poles of the magnetic drum. Magnetic sensors that are staggered to face each other.
に等間隔に複数個配し、かつ主磁極をリング状に連結し
た請求項3記載の磁気センサ。4. The magnetic sensor according to claim 3, wherein a plurality of first and second magnetic bodies are arranged at equal intervals on the outer peripheral side of the magnetic drum, and the main magnetic poles are connected in a ring shape.
隣接する第二の磁性体の極歯間の中間部とを連結するよ
うに配され,かつ対向する磁気ドラムの2つの磁極を磁
気的に結合する第三の磁性体を備えた請求項3、または
4記載の磁気センサ。5. A magnetic drum, which is disposed so as to connect an intermediate portion between the pole teeth of the first magnetic body and an intermediate portion between the pole teeth of the second magnetic body adjacent to the first magnetic body and opposes each other. 5. The magnetic sensor according to claim 3, further comprising a third magnetic body that magnetically couples the two magnetic poles.
1、2、3、4、または5記載の磁気センサ。6. The magnetic sensor according to claim 1, wherein a ball element is used for the magnetic transducer.
を搭載したモ−タ。7. A motor on which any one of the magnetic sensors according to claim 1 is mounted.
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JP26872793 | 1993-10-27 | ||
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1994
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