JP3233317B2 - 磁気式エンコーダ - Google Patents
磁気式エンコーダInfo
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- JP3233317B2 JP3233317B2 JP28470093A JP28470093A JP3233317B2 JP 3233317 B2 JP3233317 B2 JP 3233317B2 JP 28470093 A JP28470093 A JP 28470093A JP 28470093 A JP28470093 A JP 28470093A JP 3233317 B2 JP3233317 B2 JP 3233317B2
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- signal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は磁気抵抗効果センサを適
用した磁気式エンコーダに係り、特にブラシレスモータ
等に最適な磁極位置信号を発生する磁気式エンコーダの
小型化に関する。
用した磁気式エンコーダに係り、特にブラシレスモータ
等に最適な磁極位置信号を発生する磁気式エンコーダの
小型化に関する。
【０００２】
【従来の技術】ブラシレスモータはロボット、工作機械
などの駆動源として多数使用されている。これらブラシ
レスモータはメンテナンスフリー、良好な制御特性、高
効率運転特性などの優れた特長を有するが、反面磁極位
置検出が必要になるというマイナスの点がある。この
為、一般には相数分だけのホール素子を固定子側に配し
て、磁極位置を検出していたが、特公 平２ー４５８０
３号公報に依ればインクリメンタル、基準点位置及び磁
極位置を同時に一括して検出できるエンコーダが開示さ
れている。このエンコーダはセンサ部に強磁性体を用い
た磁気抵抗効果センサ（以下ＭＲセンサと省略）でいわ
ば磁気式エンコーダである。図５にこのエンコーダを適
用したブラシレスモータの構成の概略を示す。まず 、
ブラシレスモータ１のシャフト２の一端にドラム状の磁
気媒体３が固着されている。この磁気媒体３は基体がア
ルミニュウムなどの非磁性体で製造され、ドラム側面に
は薄い一様な硬質の磁性体膜が形成されている。図では
インクリメンタル信号７、基準点位置信号８及び磁極位
置信号９の着磁状態を矢印を付けて模式的に示す。この
磁気媒体３に対応してＭＲセンサ４がある適当なギャッ
プを介して図のごとく配されている。位置情報であるそ
れぞれのトラックの着磁信号はＭＲセンサ４によって電
気信号に変換され、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基
板）５を通じて波形成形回路基板６に接続される。波形
成形回路基板６ではＭＲセンサの出力電圧を増幅し、矩
形状の電圧信号に変換する。更に、波形成形回路基板６
の出力は図には示してない制御操作回路部にフィードバ
ックされ、所望の制御が行われるようになっている。磁
気媒体３とＭＲセンサ４とを取り出して、それぞれのト
ラックと検出部の位置関係を示したのが、図６である。
図からわかるように磁気記録媒体３上の各トラックに着
磁記録されたインクリメンタル信号７、基準点位置信号
８及び磁極位置信号９はそれぞれＭＲセンサ４のインク
リメンタル検出部１０、基準点位置検出部１１及び磁極
位置検出部１２に対応している。さて、図６では一回転
分を表しており、磁極位置信号９は電気角で１２０゜の
位相差を有するＵ、Ｖ及びＷ相の三相、四極の場合を示
している。尚、ＭＲセンサ４の下部にあるハンダ端子２
０は、ＦＰＣが接続されるいわゆるセンサの取り出し口
である。図７〜９を使い、各信号に対する検出部の構成
及び動作に就いて説明する。まず図７はインクリメンタ
ル信号検出の場合である。等ピッチλで磁気媒体３の円
周方向に着磁されているインクリメンタル信号をＲI1〜
ＲI4で示す細長いセンサパターン素子で検出するもの
で、センサパターン素子は λ／2 の間隔で配置され、
その等価回路を図中（ｃ）に示す。センサパターン素子
ＲI1〜ＲI4は１８０°の位相差でそれぞれ抵抗変化し、
（ｃ）に示すように結線されているため、ＲI1とＲI4，
ＲI3とＲI4の中点電位ＶI，ＶI′は互いに逆相関係とな
り、正弦波状の電気信号を出力する。これを同図（ｄ）
に示す 。次に基準位置検出の場合を図８に示す。イン
クリメンタルの場合と同様に四本のセンサパターン素子
ＲZ1〜ＲZ4から成るが、基準位置信号はトラック上に一
箇所だけ着磁されており、同図（ｂ）に示すように円周
方向にインクレメンタル信号の着磁ピッチλとほば同程
度の長さで着磁したものである。従って、図中（ｃ）の
接続関係から同図（ｄ）のＶZ，ＶZ′はほぼ ＶCC／2
の電位を中心に図のような波形と位相関係になる。最後
に、磁極位置検出の場合を図９にて説明することにす
る。センサ構成、着磁状態、等価回路及び出力波形を同
図に示す。前述したインクリメンタル及び基準点位置の
場合と違い、センサパターン、磁化方向を９０゜回転さ
せている。これは円周方向に着磁すると、等価的な磁石
長さが大きくなり、非常に細長い磁石となってしまう。
その結果磁化された部分だけに磁界が集中し、極間には
弱い磁界しか存在しないことになり、磁極位置検出が困
難になるためである。同図（ａ）及び（ｂ）に示すセン
サパターン素子配置と着磁トラックの関係から、センサ
パターン素子ＲU1とＲU4、ＲU2とＲU3は各々同じ信号磁
界の影響を受けることになるため、同時に抵抗変化を起
こす。従って、中点電位ＶU、ＶU´はそれぞれ逆位相関
係にあると共に、磁極位置センサパターン素子長さＬU
は、インクリメンタル信号の着磁ピッチλと同程度であ
るため、出力電圧波形は同図（ｄ）に示すように立ち上
がりの比較的急峻な台形状となる。図９ではＵ相を例に
とって動作原理を説明したが、Ｖ或いはＷ相も同じ動作
をし、１２０°の位相差が異なるだけである。
などの駆動源として多数使用されている。これらブラシ
レスモータはメンテナンスフリー、良好な制御特性、高
効率運転特性などの優れた特長を有するが、反面磁極位
置検出が必要になるというマイナスの点がある。この
為、一般には相数分だけのホール素子を固定子側に配し
て、磁極位置を検出していたが、特公 平２ー４５８０
３号公報に依ればインクリメンタル、基準点位置及び磁
極位置を同時に一括して検出できるエンコーダが開示さ
れている。このエンコーダはセンサ部に強磁性体を用い
た磁気抵抗効果センサ（以下ＭＲセンサと省略）でいわ
ば磁気式エンコーダである。図５にこのエンコーダを適
用したブラシレスモータの構成の概略を示す。まず 、
ブラシレスモータ１のシャフト２の一端にドラム状の磁
気媒体３が固着されている。この磁気媒体３は基体がア
ルミニュウムなどの非磁性体で製造され、ドラム側面に
は薄い一様な硬質の磁性体膜が形成されている。図では
インクリメンタル信号７、基準点位置信号８及び磁極位
置信号９の着磁状態を矢印を付けて模式的に示す。この
磁気媒体３に対応してＭＲセンサ４がある適当なギャッ
プを介して図のごとく配されている。位置情報であるそ
れぞれのトラックの着磁信号はＭＲセンサ４によって電
気信号に変換され、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基
板）５を通じて波形成形回路基板６に接続される。波形
成形回路基板６ではＭＲセンサの出力電圧を増幅し、矩
形状の電圧信号に変換する。更に、波形成形回路基板６
の出力は図には示してない制御操作回路部にフィードバ
ックされ、所望の制御が行われるようになっている。磁
気媒体３とＭＲセンサ４とを取り出して、それぞれのト
ラックと検出部の位置関係を示したのが、図６である。
図からわかるように磁気記録媒体３上の各トラックに着
磁記録されたインクリメンタル信号７、基準点位置信号
８及び磁極位置信号９はそれぞれＭＲセンサ４のインク
リメンタル検出部１０、基準点位置検出部１１及び磁極
位置検出部１２に対応している。さて、図６では一回転
分を表しており、磁極位置信号９は電気角で１２０゜の
位相差を有するＵ、Ｖ及びＷ相の三相、四極の場合を示
している。尚、ＭＲセンサ４の下部にあるハンダ端子２
０は、ＦＰＣが接続されるいわゆるセンサの取り出し口
である。図７〜９を使い、各信号に対する検出部の構成
及び動作に就いて説明する。まず図７はインクリメンタ
ル信号検出の場合である。等ピッチλで磁気媒体３の円
周方向に着磁されているインクリメンタル信号をＲI1〜
ＲI4で示す細長いセンサパターン素子で検出するもの
で、センサパターン素子は λ／2 の間隔で配置され、
その等価回路を図中（ｃ）に示す。センサパターン素子
ＲI1〜ＲI4は１８０°の位相差でそれぞれ抵抗変化し、
（ｃ）に示すように結線されているため、ＲI1とＲI4，
ＲI3とＲI4の中点電位ＶI，ＶI′は互いに逆相関係とな
り、正弦波状の電気信号を出力する。これを同図（ｄ）
に示す 。次に基準位置検出の場合を図８に示す。イン
クリメンタルの場合と同様に四本のセンサパターン素子
ＲZ1〜ＲZ4から成るが、基準位置信号はトラック上に一
箇所だけ着磁されており、同図（ｂ）に示すように円周
方向にインクレメンタル信号の着磁ピッチλとほば同程
度の長さで着磁したものである。従って、図中（ｃ）の
接続関係から同図（ｄ）のＶZ，ＶZ′はほぼ ＶCC／2
の電位を中心に図のような波形と位相関係になる。最後
に、磁極位置検出の場合を図９にて説明することにす
る。センサ構成、着磁状態、等価回路及び出力波形を同
図に示す。前述したインクリメンタル及び基準点位置の
場合と違い、センサパターン、磁化方向を９０゜回転さ
せている。これは円周方向に着磁すると、等価的な磁石
長さが大きくなり、非常に細長い磁石となってしまう。
その結果磁化された部分だけに磁界が集中し、極間には
弱い磁界しか存在しないことになり、磁極位置検出が困
難になるためである。同図（ａ）及び（ｂ）に示すセン
サパターン素子配置と着磁トラックの関係から、センサ
パターン素子ＲU1とＲU4、ＲU2とＲU3は各々同じ信号磁
界の影響を受けることになるため、同時に抵抗変化を起
こす。従って、中点電位ＶU、ＶU´はそれぞれ逆位相関
係にあると共に、磁極位置センサパターン素子長さＬU
は、インクリメンタル信号の着磁ピッチλと同程度であ
るため、出力電圧波形は同図（ｄ）に示すように立ち上
がりの比較的急峻な台形状となる。図９ではＵ相を例に
とって動作原理を説明したが、Ｖ或いはＷ相も同じ動作
をし、１２０°の位相差が異なるだけである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の磁気式エンコーダではインクリメンタル信号、基
準点信号及び磁極位置信号を一括して同時に取り出すこ
とが可能であるが、信号用トラックが３トラックもある
ため、磁気媒体及びＭＲセンサが長く或いは大型になっ
てしまい、製造 、特性確保上大きな問題であった。ま
た、高価で使い易くないエンコーダであった。
従来の磁気式エンコーダではインクリメンタル信号、基
準点信号及び磁極位置信号を一括して同時に取り出すこ
とが可能であるが、信号用トラックが３トラックもある
ため、磁気媒体及びＭＲセンサが長く或いは大型になっ
てしまい、製造 、特性確保上大きな問題であった。ま
た、高価で使い易くないエンコーダであった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のように
磁気抵抗効果センサを用いた磁気式エンコーダにおい
て、多トラック化しても小型化可能な磁気式エンコーダ
である。このために、着磁の磁化方向が互いに９０°と
なる組み合わせを選ぶことにより、ＭＲセンサの感知方
向を選択することが可能になり、磁気媒体の同一トラッ
ク上に異なる信号を書き込んでも、従来方式と比べて特
性上問題なく電気信号を得ることができる。即ち、性能
は従来と同一で、着磁トラック数を減らして小型化を図
ることができるものである。具体的には、基準点位置信
号及び磁極位置信号を同一トラックに書き込み、ＭＲセ
ンサもそれに対応してお互い略直角となる異方性のパタ
ーンを同じ位置に設けたものである。
磁気抵抗効果センサを用いた磁気式エンコーダにおい
て、多トラック化しても小型化可能な磁気式エンコーダ
である。このために、着磁の磁化方向が互いに９０°と
なる組み合わせを選ぶことにより、ＭＲセンサの感知方
向を選択することが可能になり、磁気媒体の同一トラッ
ク上に異なる信号を書き込んでも、従来方式と比べて特
性上問題なく電気信号を得ることができる。即ち、性能
は従来と同一で、着磁トラック数を減らして小型化を図
ることができるものである。具体的には、基準点位置信
号及び磁極位置信号を同一トラックに書き込み、ＭＲセ
ンサもそれに対応してお互い略直角となる異方性のパタ
ーンを同じ位置に設けたものである。
【０００５】
【作用】基準点位置信号及び磁極位置信号の磁化方向が
互いに直角になっていること、またインクリメンタル信
号と異なりトラックの全周にわたって一様且つ一定な信
号を書き込む必要がないことを考慮すると、同じトラッ
クにそれぞれの信号を書き込んでも互いの干渉が少な
い。これに対応して、ＭＲセンサ側にも検出部の感知方
向である異方性の向きを直角となるように形成し、同一
トラック上の着磁信号を選択検出できるようにした。
互いに直角になっていること、またインクリメンタル信
号と異なりトラックの全周にわたって一様且つ一定な信
号を書き込む必要がないことを考慮すると、同じトラッ
クにそれぞれの信号を書き込んでも互いの干渉が少な
い。これに対応して、ＭＲセンサ側にも検出部の感知方
向である異方性の向きを直角となるように形成し、同一
トラック上の着磁信号を選択検出できるようにした。
【０００６】
【実施例】以下、本発明を実施例より説明する。図１は
本発明による磁気式エンコーダの磁気媒体である。ま
た、これに対応するＭＲセンサを図２に示す。図１に示
す記録媒体２３は、基準点位置信号２８と磁極位置信号
２９は同一トラック上に書き込まれているが、インクリ
メンタル信号２７は別トラック上に着磁されている。更
に、基準点位置信号と磁極位置信号の重なっている部分
を拡大すると、図３に示すようになっている。即ち、本
発明では基準点位置信号を先に着磁して、その後に磁極
位置信号を着磁したものである。従って、図中の磁化状
態を示す矢印から分かるように、磁極位置信号が優先さ
れていると共に、両信号の磁化方向は互いに直角になる
ように着磁されている。一方、図２におけるＭＲセンサ
２４の基準点位置検出部３１及び磁極位置信号３２は、
図４に示すようになっている。各検出パターン素子形状
は図８及び図９と基本的には同じであるが、磁極位置検
出部３２の両側に基準点位置検出部３１が配置されてい
ることが特徴である。また、ＭＲセンサの感知にたいす
る異方性はパターンの長手方向になるため、図に示すよ
うに基準点位置検出部３１と磁極位置検出部３２の異方
性はお互いに直角になる。依って、図３に示す二つの着
磁記録信号をそれぞれの検出部でセンシングできること
が分かる。本発明では、基準点位置信号２８の上に磁極
位置信号２９を書き込んでいるが、基準点位置信号の低
下或いは波形の歪は実用上殆ど問題ない。これは重なり
部分の割合が少ない上、センサに異方性をもたせている
ためである。以上の説明から充分理解される如く、リニ
アスケールにも適用できることは言う迄もない。
本発明による磁気式エンコーダの磁気媒体である。ま
た、これに対応するＭＲセンサを図２に示す。図１に示
す記録媒体２３は、基準点位置信号２８と磁極位置信号
２９は同一トラック上に書き込まれているが、インクリ
メンタル信号２７は別トラック上に着磁されている。更
に、基準点位置信号と磁極位置信号の重なっている部分
を拡大すると、図３に示すようになっている。即ち、本
発明では基準点位置信号を先に着磁して、その後に磁極
位置信号を着磁したものである。従って、図中の磁化状
態を示す矢印から分かるように、磁極位置信号が優先さ
れていると共に、両信号の磁化方向は互いに直角になる
ように着磁されている。一方、図２におけるＭＲセンサ
２４の基準点位置検出部３１及び磁極位置信号３２は、
図４に示すようになっている。各検出パターン素子形状
は図８及び図９と基本的には同じであるが、磁極位置検
出部３２の両側に基準点位置検出部３１が配置されてい
ることが特徴である。また、ＭＲセンサの感知にたいす
る異方性はパターンの長手方向になるため、図に示すよ
うに基準点位置検出部３１と磁極位置検出部３２の異方
性はお互いに直角になる。依って、図３に示す二つの着
磁記録信号をそれぞれの検出部でセンシングできること
が分かる。本発明では、基準点位置信号２８の上に磁極
位置信号２９を書き込んでいるが、基準点位置信号の低
下或いは波形の歪は実用上殆ど問題ない。これは重なり
部分の割合が少ない上、センサに異方性をもたせている
ためである。以上の説明から充分理解される如く、リニ
アスケールにも適用できることは言う迄もない。
【０００７】
【発明の効果】本発明に依れば、基準点位置信号及び磁
極位置信号を同一トラック上に着磁記録できるため、従
来過大で高価であった磁気記録媒体とＭＲセンサを小型
化できる。更に、磁気記録媒体とＭＲセンサの小型化に
依って組立調整が容易になると共に、性能向上をはかる
ことが可能となる。
極位置信号を同一トラック上に着磁記録できるため、従
来過大で高価であった磁気記録媒体とＭＲセンサを小型
化できる。更に、磁気記録媒体とＭＲセンサの小型化に
依って組立調整が容易になると共に、性能向上をはかる
ことが可能となる。
【図１】本発明の実施例による磁気式エンコーダの磁気
記録媒体。
記録媒体。
【図２】本発明の実施例によるＭＲセンサの概略図。
【図３】基準点位置信号及び磁極位置信号を同一トラッ
ク上に着磁記録した場合。
ク上に着磁記録した場合。
【図４】本発明による基準点位置及び磁極位置検出部の
拡大図。
拡大図。
【図５】従来技術を説明するための磁気式エンコーダを
組み込んだブラシレスモータ。
組み込んだブラシレスモータ。
【図６】従来技術による磁気媒体とＭＲセンサの拡大
図。
図。
【図７】インクリメンタル検出の動作原理説明図。
【図８】基準点検出の動作原理説明図。
【図９】磁極位置検出の動作原理説明図。
１ ブラシレスモータ、２ シャフト、３ 磁気媒体、
２３ 磁気媒体、４，２４ 磁気抵抗効果センサ（ＭＲ
センサと省略）、 ５ ＦＰＣ（フレキシブルプリント
基板）、 ６ 波形成形回路基板、 ７ インクリメン
タル、２７ インクリメンタル信号、 ８ 基準点位
置、２ 基準点位置信号、９ 磁極位置信号、２９ 磁
極位置信号、 １０ インクリメンタル、３０ 検出
部、１０ インクリメンタル検出部、１１ 基準点位置
検出部、３１ 基準点位置検出部、１２ 磁極位置検出
部、３ 磁極位置検出部、 ２０ ハンダ端子、４０
ハンダ端子
２３ 磁気媒体、４，２４ 磁気抵抗効果センサ（ＭＲ
センサと省略）、 ５ ＦＰＣ（フレキシブルプリント
基板）、 ６ 波形成形回路基板、 ７ インクリメン
タル、２７ インクリメンタル信号、 ８ 基準点位
置、２ 基準点位置信号、９ 磁極位置信号、２９ 磁
極位置信号、 １０ インクリメンタル、３０ 検出
部、１０ インクリメンタル検出部、１１ 基準点位置
検出部、３１ 基準点位置検出部、１２ 磁極位置検出
部、３ 磁極位置検出部、 ２０ ハンダ端子、４０
ハンダ端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01D 5/00 - 5/64 G01B 7/00 - 7/32 G01P 1/00 - 3/80
Claims (4)
- 【請求項１】 磁極位置信号、基準位置信号及びインク
リメンタル信号が各トラックに着磁記録されている磁気
媒体とストライプ状の強磁性体薄膜を非磁性体基板上に
形成し、磁極位置検出部、基準位置検出部及びインクリ
メンタル検出部を有する磁気抵抗効果センサとからなる
磁気式エンコーダにおいて、前記磁極位置検出信号と基
準位置信号は同一トラック上に着磁記録され、磁気記録
媒体には前記磁極位置信号と前記基準位置信号は互いに
略直角となる方向に着磁記録されていることを特徴とす
る磁気式エンコーダ。 - 【請求項２】 請求項１において、前記基準点位置信号
の後に前記磁極位置信号が着磁記録されていることを特
徴とする磁気式エンコーダ。 - 【請求項３】 請求項１〜２において、磁気抵抗効果セ
ンサの前記磁極位置検出部と前記基準点位置検出部は異
方性が互いに略直角となることを特徴とする磁気式エン
コーダ。 - 【請求項４】 請求項１〜３において、磁気抵抗効果セ
ンサでは前記磁極位置検出部の両側に前記基準点位置検
出部が配置されていることを特徴とする磁気式エンコー
ダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28470093A JP3233317B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 磁気式エンコーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28470093A JP3233317B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 磁気式エンコーダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07139966A JPH07139966A (ja) | 1995-06-02 |
| JP3233317B2 true JP3233317B2 (ja) | 2001-11-26 |
Family
ID=17681847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28470093A Expired - Lifetime JP3233317B2 (ja) | 1993-11-15 | 1993-11-15 | 磁気式エンコーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3233317B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109863369A (zh) * | 2016-10-25 | 2019-06-07 | 克诺尔商用车系统(日本)有限公司 | 旋转检测装置、换档单元以及传动系统 |
| CN109863364A (zh) * | 2016-10-25 | 2019-06-07 | 克诺尔商用车系统(日本)有限公司 | 旋转检测装置、换档单元以及传动系统 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6928782B2 (ja) * | 2017-03-10 | 2021-09-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 磁気式位置検出装置 |
-
1993
- 1993-11-15 JP JP28470093A patent/JP3233317B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109863369A (zh) * | 2016-10-25 | 2019-06-07 | 克诺尔商用车系统(日本)有限公司 | 旋转检测装置、换档单元以及传动系统 |
| CN109863364A (zh) * | 2016-10-25 | 2019-06-07 | 克诺尔商用车系统(日本)有限公司 | 旋转检测装置、换档单元以及传动系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07139966A (ja) | 1995-06-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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