JP4290281B2

JP4290281B2 - Absolute sensor

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Publication number: JP4290281B2
Application number: JP16323199A
Authority: JP
Inventors: 善規伊藤
Original assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Current assignee: Harmonic Drive Systems Inc
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2019-06-10
Also published as: WO2002048653A1; JP2000352523A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転部材の回転位置、直線移動部材の移動位置を絶対位置として検出可能なアブソリュートセンサに関し、特に、小型で高分解能のアブソリュートセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
部材の回転位置、スライド位置を絶対情報として検出可能なアブソリュートセンサは、光学式のものが主流である。光学式のアブソリュートセンサの検出原理は、検出ビットに相当するトラックに、２値パターン（スリットあるいは反射面）を形成する方法や、Ｍ系列パターンに従って光透過部分および光遮蔽部分の配列パターン、あるいは光反射部分および光吸収部分の配列パターンを形成する方法が知られている。いずれの場合においても、パターンを透過あるいは反射する光の量を、トラックに対向配置させた受光素子から、受光量に対応する電気信号として出力し、かかる検出信号に基づき、回転位置あるいはスライド位置を検出するようになっている。
【０００３】
光学式以外のアブソリュートセンサとして磁気式のものも知られている。この磁気式のアブソリュートセンサは、主として、磁気パターン方式のものと、レゾルバ方式のものがある。
【０００４】
磁気パターン方式のアブソリュートセンサは、図１１に示すように、磁気ドラム１１１の外周面に磁気パターン１１２を形成し、この磁気パターンをＭＲ素子等の磁気検出素子１１３を用いて読み取る構成となっている。磁気パターンは、磁気ドラム外周面において、軸線方向に多数列形成されている。
【０００５】
これに対してレゾルバ方式のアブソリュートセンサは、図１２に示すように、一次側コイル１２１、１２２を２相で励磁すると、二次側コイル１２３には回転角θだけ位相が変化した励磁信号が誘起されることを利用して、一次側コイルの励磁信号と二次側コイルの誘起電圧信号の位相を比較して、回転角θを検出するものである。ここで、１回転で位相が１周期変化するように、巻線を配置すれば、回転位置を絶対位置として検出できる。なお、図１２は２相励磁１相出力の例であるが、１相励磁２相出力等の他の方式の場合においても、励磁信号と誘起電圧信号の位相差から回転角度を検出するという点は同一である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
磁気式のアブソリュートセンサは、一般的に光学式のアブソリュートセンサに比べて高価であり、また、サイズが大きい等の欠点がある。
【０００７】
例えば、前者の磁気ドラム方式のアブソリュートセンサでは、磁気ドラムの外周面に、その軸線方向に多数の磁気パターンを形成する必要があるので、光学式の場合のように一枚の薄い回転板の表面に径方向に同心状に多数の光学パターンを形成する場合に比べて、軸線方向の寸法（厚み）が増大してしまい、また、この結果、回転ドラムのイナーシャも大きくなってしまう。
【０００８】
後者のレゾルバ方式のアブソリュートセンサでは、磁性体として、ロータおよびステータに、成形したコアを配置する必要があるので、その金型代が必要であり、また、巻線コストが高く、さらに、位相差を角度に変換する周辺電子回路が必要であるので、光学式のものに比べて、コスト高になるという弊害がある。
【０００９】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、小型で廉価に構成可能な磁気式のアブソリュートセンサを提案することにある。
【００１０】
また、本発明の課題は、小型で廉価であると共に、分解能の高い磁気式のアブソリュートエンコーダを提案することにある。
【００１１】
さらにまた、本発明の課題は、廉価であると共に、分解能の高い光学式のアブソリュートセンサを提案することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明では、１トラック上に、乱数パターン、Ｍ系列パターン、それ以外の方法により規定した磁気パターンを形成し、これを、トラックに対応配置した複数の磁気検出素子を備えた検出器によって、絶対位置情報として検出する構成を採用している。
【００１３】
本発明による検出原理を、光学式のアブソリュートセンサにおいて用いられているＭ系列パターンを例にとって説明する。まず、図１（ａ）にはＭ系列パターンを示してある。このＭ系列パターンは４ビット構成であるから、２４の分解能がある。光学式ロータリエンコーダの場合には、その回転ディスクの一周分を１６分割すると共に、「０」を遮光部、「１」を透過部としたＭ系列パターンを検出トラック上に形成する。この検出トラックに対して、４連の受光素子ａ〜ｄからなる検出器を対向配置する。回転ディスクのトラック上に形成したＭ系列パターンのアドレスを図に示すように０〜１５とすると、ディスクが検出器に対して移動すると、各受光素子ａ〜ｄの出力は、回転に伴って図に示すように変化する。
【００１４】
図１（ｂ）から分かるように、ディスク位置と検出器出力の関係を見ると、１６分割された各回転位置においては同一の出力となることがない。よって、絶対回転位置を検出することができる。Ｍ系列パターン以外の方法によっても、回転位置毎に異なる出力が得られる光学的な２値パターンを得ることができる。
【００１５】
本発明の磁気式のアブソリュートセンサは、かかる光学的な２値パターンを、磁気的な２値パターンに置き換え、当該磁気的な２値パターンを利用して小型で廉価な磁気式のアブソリュートセンサを実現しているのである。
【００１６】
すなわち、本発明は、円周方向あるいは平面方向に所定のパターンで着磁された着磁面を備えた着磁部材と、前記着磁面に対向配置された複数の磁気検出素子を備えた検出器とを有し、これら着磁部材および検出器を相対移動させることにより得られる前記検出器の検出出力に基づき、前記着磁部材あるいは検出器の側の絶対位置を検出するアブソリュートセンサにおいて、前記着磁パターンは、等ピッチで形成された２^ｎ個（ｎ：正の整数）の各着磁区画部分に、所定の配列パターンでＮおよびＳ極が着磁されたものであり、前記検出器はｎ個の磁気検出素子を備え、各磁気検出素子は相互に異なる前記着磁区画部分に対峙するように配置されており、前記着磁パターンは、前記着磁部材および前記検出器を着磁ピッチずつ相対移動させた場合に、前記ｎ個の磁気検出素子が対峙しているｎ個分の着磁区画部分の着磁配列パターンが相対移動毎に変化するように設定されている。
【００１７】
ここで、回転位置を検出するためには、図２（ａ）に示すような磁気ドラム２１を採用し、前記着磁面を、当該磁気ドラム２１の円形外周面２２とし、ここに、Ｎ、Ｓ極の着磁パターンを形成すればよい。この着磁パターンは、円筒状部材である磁気ドラム２１の外周面にリングマグネットを貼りつけてもよいし、磁性材からなる円筒状部材の外周面に直接に着磁してもよい。あるいは、小さな磁石片を円筒状部材の外周面に貼りつける構成としてもよい。
【００１８】
例えば、４ビット構成のＭ系列パターンによる着磁パターンが形成されている場合には、当該着磁パターンのＮ、Ｓ極の形成ピッチと同一角度ピッチで円弧状に配列した４連の磁気検出素子２３〜２６からなる検出器２７を配置すればよい。磁気検出素子としては、ホール素子、ＭＲ素子等を用いることができる。
【００１９】
勿論、磁気ドラム２１に円形内周面を形成し、ここに着磁パターンを形成し、その内側に検出器を対向配置する構成を採用することもできる。また、ドラムの着磁は、図２（ｂ）に示すように、ドラム軸線方向の上下に２枚の磁気ドラム２１’、２１”を配置し、これらの着磁パターンをＮ、Ｓ極を逆とし、各磁気ドラムに対応して、それぞれ磁気検出素子２３’〜２６’からなる検出器２７’、および磁気検出器２３”〜２６”からなる検出器２７”を配置し、これらの検出器出力に基づき差動で検出してもよい。
【００２０】
また、回転位置を検出するために、図３（ａ）に示すような回転ディスク３１を採用し、前記着磁面を、当該回転ディスク３１の上側あるいは下側の所定の幅の円環状端面３２、３３の何れかとすることができる。例えば、４ビット構成のＭ系列パターンによる着磁パターンを形成する場合には、当該着磁パターンのＮ、Ｓ極の形成ピッチと同一角度ピッチで円弧状に配列した４連の磁気検出素子３４〜３７からなる検出器３８を着磁パターンに対向配置すればよい。
【００２１】
この場合においても、着磁パターンは、円環状部材である回転ディスク３１の上面あるいは下面に、リングマグネットを貼りつけてもよいし、磁性材からなる円環状部材の上面あるいは下面に、直接に着磁してもよい。あるいは、小さな磁石片を上面あるいは下面に貼りつける構成としてもよい。さらには、図３（ｂ）に示すように、回転ディスクを２トラック３１’、３１”とし、これらに、Ｎ、Ｓ極が逆のパターンで着磁し、各パターンを、それぞれ磁気検出素子３４’〜３７’からなる検出器３８’、および磁気検出素子３４”〜３７”からなる検出器３８”により検出し、これらの出力に基づき、差動方式により、検出を行うようにしてもよい。
【００２２】
ここで、市販のホール素子等の磁気検出素子を用いる場合には、その大きさが定まっているので、着磁パターンのピッチは、各磁気検出素子を対向配置できないような狭いピッチにすることができない。ピッチを狭くできないと、分解能も高めることができない。そこで、上記の図３に示す構成に加えて次のような構成を付加することにより、市販の磁気検出素子を用いて、高分解能のセンサを実現可能とすることが望ましい。
【００２３】
すなわち、図３（ａ）に示すように、円環状部材（回転ディスク）３１における一方の円環状端面３２が前記着磁パターンに従って着磁された着磁面（アブソリュート検出パターン面）とされる。また、図４（ａ）に示すように、当該円環状部材３１の他方の円環状端面３３は、前記着磁パターンのｍ倍の着磁ピッチ（ｍ：正の整数）で、Ｎ、Ｓ極が交互に形成された第２の着磁面（インクリメンタル検出パターン面）とされる。さらに、この第２の着磁面に対向させて、２個の磁気検出素子４１、４２が配列された構成の第２の検出器４３が配置されている。
【００２４】
この代わりに、図４（ｂ）に示すように、回転ディスク３１の同一側の面に、同心状に、２つのトラックを形成し、例えば外側のトラックをアブソリュート検出パターン面（３２）とし、内側のトラックをインクリメンタル検出パターン面（３３）とし、それぞれのトラックに対向するように、検出器３８、４３を配置することもできる。勿論、外側にインクリメンタル検出パターン面を形成し、内側にアブソリュート検出パターン面を形成してもよい。
【００２５】
この第２の着磁面の着磁を正弦波状に行うことにより、検出器４３からは正弦波状の検出信号を得ることができる。また、磁気検出素子として、ＭＲ素子のような正弦波状の検出出力を得やすい素子を採用して、正弦波状の検出信号を得るようにしてもよい。
【００２６】
検出器４３の２個の検出素子４１、４２を、Ｎ、Ｓの着磁パターンピッチの半分のピッチで配列することにより、図５に示すように、双方の検出素子からは、９０度位相がずれた２相の信号出力を得ることができる。
【００２７】
ここで、一般的に知られている電気分割技術を用いれば、図５に示す２相の正弦波信号を多分割することが可能である。１ピッチ分の２相の正弦波信号部分を多分割することにより得られた分割出力は、１ピッチ内の絶対位置を表す信号となる。よって、検出器３８で得られた各１ビット分の絶対位置間を、第２の検出器４３を分割することにより得られる分割出力によって分割することにより、高分解能のアブソリュートセンサを実現できる。
【００２８】
この高分解能化のステップを、図６に示してある。この図は、前記着磁パターンとして４ビットの乱数パターンを採用した例を示してあり、最も左の欄はピッチ番号（ディスクのアドレス番号）、次の欄は４ビットの検出パターン（検出器３８により得られる検出出力）、その次の欄は検出器４３により得られる検出信号を示し、右欄は各ピッチ番号（ディスクのアドレス番号）の位置を２^ｎ分割した状態を示してある。
【００２９】
この例において、正弦波信号を４ビット分割すれば、全体の分割数は、
２⁴×２⁴＝２⁸＝２５６分割
となり、１０ビット分割すれば、
２⁴×２¹⁰＝２¹⁴＝１６，３８４分割
となる。
【００３０】
ここで、この構成は、図２に示す回転ドラム方式のアブソリュートセンサにも同様に適用できる。この場合には、上記の図２の構成において、円筒状部材（磁気ドラム２１）における外周面２２および内周面（図示せず）のうちの一方の面を着磁パターンに従って着磁された着磁面とし、当該円筒状部材（磁気ドラム２１）の他方の面を、前記着磁パターンのｍ倍の着磁ピッチ（ｍ：正の整数）で、Ｎ、Ｓ極が交互に形成された第２の着磁面とし、この第２の着磁面に対向させて、２個の磁気検出素子が配列された構成の第２の検出器を配置し、前記検出器および前記第２の検出器の検出出力に基づき、前記円筒状部材あるいは前記検出器の側の絶対位置を検出すればよい。
【００３１】
次に、Ｍ系列パターンを着磁パターンとして採用している光学式エンコーダの場合には、受光素子をエンコーダ専用に製作することが一般的に行われており、エンコーダを小型するためにも、複数の受光素子を隣り合うように配列した構成の検出器を用いることが望ましく、従って、光学的な検出パターンとしてＭ系列パターンを採用することは装置小型化にとっても望ましい。
【００３２】
しかしながら、本発明の対象である磁気式のアブソリュートセンサの場合には、着磁パターンの着磁ピッチをあまり小さくできず、また、センサ専用の磁気検出素子を新たに製作するには多額の費用が掛かる。よって、市販の磁気検出素子を利用することが有利である。この場合、着磁ピッチに比べて磁気検出素子の寸法が大きい場合には、着磁ピッチに対応した状態で複数個の磁気検出素子を隣合わせで配列できない。
【００３３】
そこで、本発明のアブソリュートセンサにおいては、ｎ個の磁気検出素子を隣接配置せずに、離散した状態に配置する構成を採用している。
【００３４】
すなわち、図７に示すように、着磁パターンが形成された着磁面７０を検出する検出器７８は、前記ｎ個の磁気検出素子７４〜７７以外に、更にｋ個（ｋ：正の整数）の磁気検出素子７９を備えており、前記ｎ個の磁気検出素子７４〜７７は、相互に隣接しない位置において前記着磁面７０に対向配置され、前記ｋ個の磁気検出素子７９は、相互に異なる位置であって、且つ、前記ｎ個の磁気検出素子７４〜７７のそれぞれとも異なる位置において前記着磁面７０に対向配置され、これら（ｎ＋ｋ）個の磁気検出素子７４〜７７、７９の検出出力に基づき、着磁部材７１あるいは検出器７８の側の絶対位置を検出する構成を採用している。
【００３５】
図７の着磁パターンは、図１に示す４ビットのＭ系列パターンを円周上に展開したものである。この図において、ａ〜ｄの位置（ディスクアドレスが１〜４）に磁気検出素子を配置した場合には検出パターンは図１に示す場合と同一である。しかるに、本発明では、１６分割されたディスクアドレス０〜１５における１、５、９、１３のアドレス位置に４個の磁気検出素子７４〜７７を対向配置し、第２の検出器に含まれる磁気検出素子７９を４のアドレス位置に対向配置してある。
【００３６】
この場合には、着磁部材（回転ディスク）７１の回転に伴って、図８に示すように、４個の磁気検出素子７４〜７７から得られる４ビットの検出パターンが変化する。しかし、この検出パターンにおいては、回転ディスクのアドレス３、１１に磁気検出素子７４が対向した回転位置において得られる検出パターンが同一となってしまう。同様に、回転ディスクのアドレス７、１５が磁気検出素子７４に位置した回転位置においも検出パターンが同一となってしまう。このことは、４ビットの検出パターンの１０進換算値から明らかである。この結果、絶対位置検出が不可能になってしまう。
【００３７】
しかるに、本発明では、第２の検出器を備え、そこに含まれている磁気検出素子７９による検出パターンも考慮している。図示の例では合計で５ビットの検出パターンが各回転位置毎に得られ、これらの５ビットの検出パターンは、その１０進換算値から明らかなように相互に異なっている。よって、絶対位置検出が可能になる。
【００３８】
このように、本発明では、磁気検出素子の離散配置を採用可能としているので、着磁パターンの着磁ピッチの広狭等に関係なく、市販の磁気検出素子を用いることが可能になる。よって、磁気式のアブソリュートセンサを廉価にしかも簡単に実現できる。
【００３９】
また、図７に示すように、磁気検出素子を１個あるいは２個以上追加することにより、磁気検出素子を離散配置しても、例えば、一般的に使用されているＭ系列パターンを着磁パターンとして利用して絶対位置を検出できる。
【００４０】
次に、本発明における図２、図３を参照して説明した構成は、磁気誘導式のアブソリュートセンサにも同様に適用できる。すなわち、本発明は、図９を参照して説明すると、ステータ９１と、ロータ９２と、前記ステータ９１に配置された一次側励磁コイル９３および二次側誘導コイル９４とを有し、前記ロータ９２は、回転位置に応じて、前記ステータ９１の前記一次側励磁コイル９３および二次側誘導コイル９４間の磁気結合を変化させるように構成されている磁気誘導型のアブソリュートセンサ９０にも適用できる。
【００４１】
この場合には、前記ロータ９２には、同心円上に、等角度ピッチで形成された２^ｎ個の区画部分（図において０〜１５の番号が付された部分）が形成され、各区画部分は、磁束透過部分および磁束遮断部分の何れかにパターン付けされている。また、前記ステータ９１には、同心円上に、ｎ個（ｎ：正の整数）の前記二次側誘導コイル９４が配置され、各二次側誘導コイル９４は相互に異なる前記区画部分に対峙するように配置されている。さらには、前記区画部分に形成された磁束透過部分および磁束遮断部分からなるパターンは、前記ロータを等角度ピッチずつ回転させた場合に、前記ｎ個の二次側誘導コイル９４が対峙するｎ個分の区画部分のパターンが回転毎に変化するように設定されている。
【００４２】
例えば、ロータ９２としては銅板を用いることができ、この場合には、磁束透過部分は銅板に形成した貫通孔１０１である。図９（ｃ）に示すように、一次側コイル９３に交流を流すと、そこに交流磁束が発生する。この磁束は、外周の磁性リング１０２と二次側コイル９４の中心に位置する磁極ピン１０３を通る磁気回路を構成し、この結果、二次側コイル９４には電圧信号が誘起される。
【００４３】
ここで、二次側コイル９４に銅製のロータ９２を対向配置すると、一次側コイル９３の磁束によって銅板には渦電流が生じ、磁路が断たれて二次側コイル９４には電圧が誘起されない。これに対して、貫通孔１０１の部分が二次側コイル９４に対峙した状態では、当該部分を通って磁気回路が形成されるので、二次側コイル９４には電圧が誘起される。
【００４４】
従って、貫通孔１０１が形成されている区画部分が図１に示す検出パターンの「１」に相当し、孔が形成されていない区画部分が検出パターンの「０」に相当する。従って、貫通孔１０１を、Ｍ系列パターンあるいは乱数パターンに従って形成すれば、前述した場合と同様に絶対位置を検出できる。
【００４５】
ここで、磁束透過部分と磁束遮断部分からなる検出パターンは、導電材質板に形成した孔の有無により規定できるが、この孔を形成する代わりに、非磁性板の表面に、磁性材料の小片を貼りつけるようにしてもよい。また、銅板の代わりに他の導電材料を用いても良く、さらには、絶縁板の表面に磁性体を貼ってもよい。
【００４６】
いずれにせよ、ロータの検出パターンは、渦電流により所定の二次側コイルの磁束を遮断し、二次側コイルでの電圧の誘起を阻止するか、あるいは、磁性材料によって二次側コイルに磁束を通して誘起電圧を発生させる構造の何れかの方法により形成すればよい。勿論、双方の構造を併用して検出パターンを形成することもできる。
【００４７】
この構成の磁気誘導型のアブソリュートセンサにおいても、本発明においては、図７に示すように、第２の検出器を配置して、回転位置によって重複した検出パターンが得られることを回避する構成を採用している。
【００４８】
すなわち、前記ｎ個の二次側誘導コイル以外に、更にｋ個（ｋ：正の整数）の二次側誘導コイルを備えており、前記ｎ個の二次側誘導コイルは、相互に隣接しない位置において前記ステータの区画部分に対向配置され、前記ｋ個の二次側誘導コイルは、相互に異なる位置であって、且つ、前記ｎ個の二次側誘導コイルのそれぞれとも異なる位置において前記区画部分に対向配置され、これら（ｎ＋ｋ）個の二次側誘導コイルの検出出力に基づき、前記ロータの絶対回転位置を検出する構成となっている。
【００４９】
このように二次側コイルを離散配置することができると、装置を小型化できる。すなわち、図１０（ａ）に示すように、例えば４個の二次側コイル１０５〜１０８を隣り合わせに配列した場合には、コイル外径寸法により、装置全体の外径寸法を小さくすることが制限される。これに対して、離散配置を採用可能な本発明においては、図１０（ｂ）に示すように、例えば、９０度間隔で４個の二次側コイル１０５〜１０８を配置すれば、装置全体の外径寸法を、二次側コイルの外径寸法に左右されることなく、大幅に小さくできる。換言すると、装置外径寸法が同一の場合には、その分解能を高めることができる。
【００５０】
ここで、上記の図９、１０に関する説明においては、便宜的に、磁気検出部を二次側コイルとして説明してきたが、実際には、磁気検出部は磁極ピンと、その外周に巻いたコイル巻線とで成り立っている。従って、上記の説明は、図１０（ｃ）に示すような磁極ピン１５１の外周に同心状にコイル巻線１５２が巻かれた構成の磁気検出部を想定している。
【００５１】
しかし、磁気検出部としては、図１０（ｄ）に示すように、磁極ピン１６１がＬ形に折れ曲がり、その下側部分にコイル巻線１６２が巻かれた構成も考えられる。この場合には、検出パターンに対峙させる部分は、磁極ピン１６１の端面部分１６１ａである。よって、この場合には、図１０（ｅ）に示すように配置することにより、検出装置全体の小型化を達成できる。なお、磁極ピンは、珪素鋼板のような磁性材料をプレス成形することにより製造できる。
【００５２】
次に、本発明の上記の各構成は、リニアセンサにも同様に適用できる。すなわち、図４に示すような分解能を高めるための構成を採用する場合には、本発明の着磁部材は平行に延びる第１および第２の平面を備えており、前記第１の平面は前記着磁パターンにより着磁された前記着磁面であり、前記第２の平面は、前記着磁パターンのｍ倍の着磁ピッチ（ｍ：正の整数）で、Ｎ、Ｓ極が交互に形成された第２の着磁面とされ、この第２の着磁面に対向させて、２個の磁気検出素子が配列された構成の第２の検出器が配置されており、前記検出器および前記第２の検出器の検出出力に基づき、前記着磁部材あるいは前記検出器の側の絶対位置を検出する構成とされる。
【００５３】
次に、上記構成の磁気式のアブソリュートセンサにおける磁気検出素子の離散配置は、光学式のアブソリュートセンサに対しても同様に適用できる。
【００５４】
すなわち、本発明は、円周方向あるいは直線状に所定の光透過パターンあるいは光反射パターンが形成されたパターン形成面を備えたパターン形成部材と、前記パターン形成面に対向配置された複数の光検出素子を備えた検出器とを有し、これらパターン形成部材および検出器を相対移動させることにより得られる前記検出器の検出出力に基づき、前記パターン形成部材あるいは検出器の側の絶対位置を検出する光学式のアブソリュートセンサにおいて、次の構成を採用している。
【００５５】
すなわち、前記光透過パターンあるいは光反射パターンは、等ピッチで形成された２^ｎ個（ｎ：正の整数）の各パターン形成区画部分に、所定の配列パターンで、光透過および光遮断部分、あるいは光反射および光吸収部分が形成されている。
【００５６】
また、前記検出器はｎ個の光検出素子を備え、各光検出素子は相互に異なる前記パターン形成区画部分に対峙するように配置されている。
【００５７】
さらに、前記光透過あるいは光反射パターンは、前記パターン形成部材および前記検出器をパターン形成ピッチずつ相対移動させた場合に、前記ｎ個の光検出素子が対峙するｎ個分のパターン形成区画部分の光透過あるいは光反射パターン配列が相対移動毎に変化するように設定されている。
【００５８】
さらには、前記検出器は、前記ｎ個の光検出素子以外に、更にｋ個（ｋ：正の整数）の光検出素子を備えている。
【００５９】
これに加えて、前記ｎ個の光検出素子は、相互に隣接しない位置において前記パターン形成面に対向配置されている。
【００６０】
また、前記ｋ個の光検出素子は、相互に異なる位置であって、且つ、前記ｎ個の光検出素子のそれぞれとも異なる位置において前記パターン形成面に対向配置されている。
【００６１】
そして、これら（ｎ＋ｋ）個の光検出素子の検出出力に基づき、前記パターン形成部材あるいは前記検出器の側の絶対位置を検出するようになっている。
【００６２】
この場合、前記光透過あるいは光反射パターンとしては、光透過部分および光遮断部分、あるいは光反射部分および光吸収部分が、ｎビットのＭ系列パターンに従って配列されたものを採用できる。本発明によれば、Ｍ系列パターンを採用している場合でも、受光素子の離散配置構成を採用できるので、装置レイアウトが容易になる等の利点がある。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気式のアブソリュートセンサにおいては、Ｍ系列パターン、乱数パターン等に従った着磁パターンを複数の磁気検出素子で検出し、それらの検出パターンに基づき回転部材あるいはスライド部材の回転位置あるいはスライド位置の絶対位置を検出している。従って、従来の磁気式のアブソリュートセンサに比べて、装置構成を小型化でき、また、廉価に製造することが可能になる。
【００６４】
また、本発明においては、Ｎ、Ｓが交互に着磁された第２の着磁パターンも検出することにより、Ｍ系列パターン等に従って形成された着磁パターンにより得られた各絶対位置内を、第２の着磁パターンにより得られた検出信号に基づき多分割化できるようにしているので、高分解能のアブソリュートセンサを実現できる。
【００６５】
さらには、本発明においては、Ｍ系列パターン等を着磁パターンとして採用した場合に、複数の磁気検出素子の離散配置を可能としているので、市販の磁気検出素子等をそのまま用いることが可能になり、センサを廉価に製造できる。
【００６６】
一方、本発明による光学式のアブソリュートセンサにおいては、Ｍ系列パターン等を検出パターンとして採用した場合に、複数の受光素子の離散配置を可能としているので、装置レイアウトが容易になる等の利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】４ビットのＭ系列パターンを利用した光学式のアブソリュートセンサの検出原理を説明するための説明図である。
【図２】磁気ドラム式のアブソリュートセンサを示すための説明図である。
【図３】回転ディスク式のアブソリュートセンサを示すための説明図である。
【図４】高分解能の回転ディスク式のアブソリュートセンサを示すための説明図である。
【図５】図４における第２の検出器から得られる検出信号の例を示す信号波形図である。
【図６】図４のアブソリュートセンサによる絶対位置の検出原理を示すための説明図である。
【図７】本発明を適用した検出素子を離散配置可能な磁気式のアブソリュートセンサを示すための説明図である。
【図８】図７のセンサの検出原理を説明するための説明図である。
【図９】磁気誘導式のアブソリュートセンサを示すための説明図である。
【図１０】図９のアブソリュートセンサにおける二次側検出コイルの離散配置による装置小型化の効果を示すための説明図である。
【図１１】従来の磁気式のアブソリュートセンサの例を示す説明図である。
【図１２】従来の磁気式のアブソリュートセンサの別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
２１円筒状部材
２２外周面
２３〜２６磁気検出素子
２７検出器
３１円環状部材
３２上面
３３下面
３４〜３７磁気検出素子
３８検出器
４１、４２磁気検出素子
４３第２の検出器
７０着磁面
７１着磁部材
７４〜７７磁気検出素子
７９磁気検出素子
９０磁気誘導式のセンサ
９１ステータ
９２ロータ
９３一次側コイル
９４二次側コイル
１０１貫通孔（磁束透過部分）
１０５〜１０８二次側コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an absolute sensor capable of detecting the rotational position of a rotating member and the moving position of a linearly moving member as absolute positions, and more particularly to a small and high-resolution absolute sensor.
[0002]
[Prior art]
As the absolute sensor capable of detecting the rotation position and slide position of the member as absolute information, an optical sensor is mainly used. The detection principle of the optical absolute sensor is that a binary pattern (slit or reflecting surface) is formed on a track corresponding to a detection bit, an arrangement pattern of light transmitting portions and light shielding portions according to an M series pattern, or light. A method for forming an array pattern of reflection portions and light absorption portions is known. In any case, the amount of light transmitted or reflected through the pattern is output as an electrical signal corresponding to the amount of received light from the light receiving element disposed opposite to the track, and the rotational position or slide position is determined based on the detection signal. It comes to detect.
[0003]
Magnetic type sensors are also known as absolute sensors other than the optical type. This magnetic type absolute sensor mainly includes a magnetic pattern type and a resolver type.
[0004]
As shown in FIG. 11, the magnetic pattern type absolute sensor has a configuration in which a magnetic pattern 112 is formed on the outer peripheral surface of a magnetic drum 111 and this magnetic pattern is read using a magnetic detection element 113 such as an MR element. . A large number of magnetic patterns are formed in the axial direction on the outer peripheral surface of the magnetic drum.
[0005]
In contrast, in the resolver type absolute sensor, as shown in FIG. 12, when the primary side coils 121 and 122 are excited in two phases, an excitation signal whose phase is changed by the rotation angle θ is induced in the secondary side coil 123. By utilizing this, the rotation angle θ is detected by comparing the phases of the excitation signal of the primary side coil and the induced voltage signal of the secondary side coil. Here, if the windings are arranged so that the phase changes by one cycle in one rotation, the rotational position can be detected as an absolute position. Although FIG. 12 shows an example of two-phase excitation and one-phase output, the rotation angle is detected from the phase difference between the excitation signal and the induced voltage signal even in other systems such as one-phase excitation and two-phase output. Are the same.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
A magnetic absolute sensor is generally more expensive than an optical absolute sensor and has disadvantages such as a large size.
[0007]
For example, in the former magnetic drum type absolute sensor, since it is necessary to form a large number of magnetic patterns in the axial direction on the outer peripheral surface of the magnetic drum, the surface of a thin rotating plate as in the case of the optical type In comparison with the case where a large number of optical patterns are formed concentrically in the radial direction, the dimension (thickness) in the axial direction increases, and as a result, the inertia of the rotating drum also increases.
[0008]
In the latter resolver type absolute sensor, it is necessary to place a molded core on the rotor and stator as the magnetic material, so that the mold cost is required, the winding cost is high, and the phase difference Since a peripheral electronic circuit for converting the angle into an angle is necessary, there is a disadvantage that the cost is higher than that of an optical type.
[0009]
An object of the present invention is to propose a magnetic absolute sensor that can be configured in a small size and at low cost in view of the above points.
[0010]
Another object of the present invention is to propose a magnetic absolute encoder that is small and inexpensive and has high resolution.
[0011]
Still another object of the present invention is to propose an optical absolute sensor that is inexpensive and has high resolution.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a random number pattern, an M-sequence pattern, and a magnetic pattern defined by other methods are formed on one track, and this is detected by a plurality of magnetic detections arranged corresponding to the track. A configuration is adopted in which detection is performed as absolute position information by a detector having an element.
[0013]
The detection principle according to the present invention will be described by taking an M-sequence pattern used in an optical absolute sensor as an example. First, FIG. 1A shows an M-sequence pattern. Since the M-sequence pattern has a 4-bit configuration, there are 24 resolutions. In the case of an optical rotary encoder, one rotation of the rotating disk is divided into 16 parts, and an M-sequence pattern having “0” as a light shielding part and “1” as a transmission part is formed on the detection track. A detector composed of four light receiving elements a to d is disposed opposite to the detection track. Assuming that the addresses of the M-sequence pattern formed on the track of the rotating disk are 0 to 15 as shown in the figure, when the disk moves with respect to the detector, the outputs of the light receiving elements a to d are shown as they rotate. Changes as shown.
[0014]
As can be seen from FIG. 1B, when the relationship between the disk position and the detector output is viewed, the output is not the same at each of the 16 divided rotation positions. Therefore, the absolute rotational position can be detected. Even with a method other than the M-sequence pattern, it is possible to obtain an optical binary pattern from which a different output is obtained for each rotational position.
[0015]
The magnetic absolute sensor of the present invention replaces such an optical binary pattern with a magnetic binary pattern, and realizes a small and inexpensive magnetic absolute sensor using the magnetic binary pattern. It is doing.
[0016]
That is, the present invention is a detection comprising a magnetized member having a magnetized surface magnetized in a predetermined pattern in the circumferential direction or the plane direction, and a plurality of magnetic detecting elements arranged opposite to the magnetized surface. In the absolute sensor for detecting the absolute position on the magnetized member or detector side based on the detection output of the detector obtained by relatively moving the magnetized member and the detector, The magnetized pattern was formed at an equal pitch 2 ⁿ N (N: positive integer) magnetized sections are magnetized with N and S poles in a predetermined arrangement pattern, and the detector includes n magnetic detection elements, and each magnetic detection The elements are arranged so as to oppose the different magnetized partition portions, and the magnetized pattern has the n pieces when the magnetized member and the detector are moved relative to each other by the magnetized pitch. The magnetizing array pattern of the n magnetizing sections facing the magnetic detecting elements is set so as to change every relative movement.
[0017]
Here, in order to detect the rotational position, a magnetic drum 21 as shown in FIG. 2A is adopted, and the magnetized surface is a circular outer peripheral surface 22 of the magnetic drum 21, where N, An S-pole magnetized pattern may be formed. This magnetized pattern may be obtained by attaching a ring magnet to the outer peripheral surface of the magnetic drum 21 that is a cylindrical member, or may directly magnetize the outer peripheral surface of the cylindrical member made of a magnetic material. Or it is good also as a structure which affixes a small magnet piece on the outer peripheral surface of a cylindrical member.
[0018]
For example, when a magnetized pattern is formed by a 4-bit M-series pattern, quadruple magnetic detection elements arranged in an arc shape at the same angular pitch as the N and S pole formation pitch of the magnetized pattern What is necessary is just to arrange | position the detector 27 which consists of 23-26. As the magnetic detection element, a Hall element, MR element or the like can be used.
[0019]
Of course, it is also possible to adopt a configuration in which a circular inner peripheral surface is formed on the magnetic drum 21, a magnetized pattern is formed here, and detectors are arranged opposite to each other. As shown in FIG. 2 (b), the drums are magnetized by arranging two magnetic drums 21 'and 21 "on the top and bottom in the drum axis direction, with the N and S poles reversed. Corresponding to each magnetic drum, a detector 27 ′ composed of magnetic detector elements 23 ′ to 26 ′ and a detector 27 ″ composed of magnetic detectors 23 ″ to 26 ″ are arranged, and the outputs of these detectors Alternatively, the detection may be performed differentially.
[0020]
Further, in order to detect the rotational position, a rotating disk 31 as shown in FIG. 3A is adopted, and the magnetized surface is set to an annular end surface 32 having a predetermined width above or below the rotating disk 31. , 33. For example, in the case of forming a magnetized pattern by an M series pattern having a 4-bit configuration, four magnetic detecting elements 34 to 34 arranged in an arc shape at the same angular pitch as the N and S pole forming pitches of the magnetized pattern. What is necessary is just to arrange | position the detector 38 which consists of 37 facing a magnetization pattern.
[0021]
Also in this case, the magnetizing pattern may be attached to the upper surface or the lower surface of the rotating disk 31 that is an annular member, or directly attached to the upper surface or the lower surface of the annular member made of a magnetic material. It may be magnetized. Or it is good also as a structure which affixes a small magnet piece on an upper surface or a lower surface. Further, as shown in FIG. 3B, the rotating disk is made up of two tracks 31 ′ and 31 ″, and the N and S poles are magnetized in opposite patterns, and each pattern is magnetized by the magnetic detection element 34. Detection may be performed by a differential method based on detection by a detector 38 ′ including 'to 37 ′ and a detector 38 ″ including magnetic detection elements 34 ″ to 37 ″.
[0022]
Here, when using a magnetic detection element such as a commercially available Hall element, the size of the magnetic detection element is fixed. Therefore, the pitch of the magnetized pattern should be narrow so that the magnetic detection elements cannot be opposed to each other. Can not. If the pitch cannot be narrowed, the resolution cannot be increased. Therefore, it is desirable to realize a high-resolution sensor using a commercially available magnetic detection element by adding the following configuration in addition to the configuration shown in FIG.
[0023]
That is, as shown in FIG. 3A, one annular end surface 32 of the annular member (rotating disk) 31 is a magnetized surface (absolute detection pattern surface) magnetized according to the magnetization pattern. Further, as shown in FIG. 4A, the other annular end surface 33 of the annular member 31 has a magnetization pitch (m: positive integer) that is m times the magnetization pattern, and N and S poles. Are the second magnetized surfaces (incremental detection pattern surfaces) formed alternately. Further, a second detector 43 having a configuration in which two magnetic detection elements 41 and 42 are arranged is arranged to face the second magnetized surface.
[0024]
Instead, as shown in FIG. 4 (b), two tracks are formed concentrically on the same surface of the rotating disk 31, for example, the outer track is used as the absolute detection pattern surface (32), and the inner track The detectors 38 and 43 may be arranged so as to be the incremental detection pattern surface (33) and to face the respective tracks. Of course, the incremental detection pattern surface may be formed on the outer side, and the absolute detection pattern surface may be formed on the inner side.
[0025]
By performing magnetization of the second magnetized surface in a sine wave shape, a sine wave detection signal can be obtained from the detector 43. In addition, a sine wave detection signal may be obtained by adopting an element that easily obtains a sine wave detection output, such as an MR element, as the magnetic detection element.
[0026]
By arranging the two detection elements 41 and 42 of the detector 43 at half the pitch of the N and S magnetization pattern pitches, as shown in FIG. A shifted two-phase signal output can be obtained.
[0027]
Here, if a generally known electric division technique is used, the two-phase sine wave signal shown in FIG. 5 can be divided into multiple portions. A divided output obtained by dividing the two-phase sine wave signal portion for one pitch into multiple signals becomes a signal representing an absolute position within one pitch. Therefore, a high resolution absolute sensor can be realized by dividing the absolute position of each 1 bit obtained by the detector 38 by the divided output obtained by dividing the second detector 43.
[0028]
This step of increasing the resolution is shown in FIG. This figure shows an example in which a 4-bit random number pattern is adopted as the magnetization pattern. The leftmost column is a pitch number (disk address number), and the next column is a 4-bit detection pattern (detector 38). The next column shows the detection signal obtained by the detector 43, and the right column shows the position of each pitch number (disc address number) by 2. ⁿ The divided state is shown.
[0029]
In this example, if the sine wave signal is divided into 4 bits, the total number of divisions is
2 ^Four × 2 ^Four = 2 ⁸ = 256 divisions
If 10 bits are divided,
2 ^Four × 2 ^Ten = 2 ¹⁴ = 16,384 division
It becomes.
[0030]
Here, this configuration can be similarly applied to the rotary drum type absolute sensor shown in FIG. In this case, in the configuration of FIG. 2 described above, one of the outer peripheral surface 22 and the inner peripheral surface (not shown) of the cylindrical member (magnetic drum 21) is magnetized according to the magnetization pattern. The other surface of the cylindrical member (magnetic drum 21) is a magnetic surface, and the N and S poles are alternately formed at a magnetization pitch (m: positive integer) that is m times the magnetization pattern. And a second detector having a configuration in which two magnetic detection elements are arranged so as to face the second magnetized surface, the detector and the second detector. The absolute position on the cylindrical member or the detector side may be detected based on the detected output.
[0031]
Next, in the case of an optical encoder that employs an M-sequence pattern as a magnetized pattern, it is common practice to manufacture a light receiving element exclusively for the encoder. It is desirable to use a detector having a configuration in which the light receiving elements are arranged adjacent to each other. Therefore, it is desirable to reduce the size of the apparatus by adopting an M series pattern as an optical detection pattern.
[0032]
However, in the case of the magnetic type absolute sensor which is the subject of the present invention, the magnetization pitch of the magnetization pattern cannot be made very small, and it is expensive to newly manufacture a magnetic detection element dedicated to the sensor. It takes. Therefore, it is advantageous to use a commercially available magnetic detection element. In this case, when the size of the magnetic detection element is larger than the magnetization pitch, a plurality of magnetic detection elements cannot be arranged side by side in a state corresponding to the magnetization pitch.
[0033]
Therefore, the absolute sensor of the present invention employs a configuration in which n magnetic detection elements are arranged in a discrete state without being arranged adjacent to each other.
[0034]
That is, as shown in FIG. 7, in addition to the n magnetic detection elements 74 to 77, the detector 78 that detects the magnetized surface 70 on which the magnetized pattern is formed is further k (k: a positive integer). The n magnetic detection elements 74 to 77 are arranged to face the magnetized surface 70 at positions that are not adjacent to each other, and the k magnetic detection elements 79 are connected to each other. Of the n number of magnetic detection elements 74 to 77 are opposed to the magnetized surface 70 at positions different from each of the n number of magnetic detection elements 74 to 77, and the (n + k) number of magnetic detection elements 74 to 77, 79 are arranged. A configuration is adopted in which the absolute position on the magnetized member 71 or detector 78 side is detected based on the detection output.
[0035]
The magnetized pattern in FIG. 7 is obtained by developing the 4-bit M-sequence pattern shown in FIG. 1 on the circumference. In this figure, when the magnetic detection elements are arranged at positions a to d (disk addresses 1 to 4), the detection pattern is the same as that shown in FIG. However, in the present invention, the four magnetic detection elements 74 to 77 are arranged to face each other at the address positions 1, 5, 9, and 13 in the 16 divided disk addresses 0 to 15, and are included in the second detector. The detection element 79 is arranged opposite to the address position 4.
[0036]
In this case, as the magnetized member (rotating disk) 71 rotates, the 4-bit detection pattern obtained from the four magnetic detection elements 74 to 77 changes as shown in FIG. However, in this detection pattern, the detection pattern obtained at the rotational position where the magnetic detection element 74 is opposed to the addresses 3 and 11 of the rotating disk is the same. Similarly, the detection pattern is the same at the rotational position where the addresses 7 and 15 of the rotating disk are positioned on the magnetic detection element 74. This is clear from the decimal conversion value of the 4-bit detection pattern. As a result, absolute position detection becomes impossible.
[0037]
However, in the present invention, the second detector is provided, and a detection pattern by the magnetic detection element 79 included therein is also taken into consideration. In the illustrated example, a total of 5-bit detection patterns are obtained for each rotational position, and these 5-bit detection patterns are different from each other as apparent from the decimal conversion value. Therefore, absolute position detection is possible.
[0038]
As described above, in the present invention, since the discrete arrangement of the magnetic detection elements can be adopted, it is possible to use a commercially available magnetic detection element regardless of whether the magnetization pitch of the magnetization pattern is wide or narrow. Therefore, a magnetic absolute sensor can be easily realized at low cost.
[0039]
Further, as shown in FIG. 7, even if the magnetic detection elements are discretely arranged by adding one or more magnetic detection elements, for example, a generally used M-sequence pattern is a magnetization pattern. Can be used to detect the absolute position.
[0040]
Next, the configuration described with reference to FIGS. 2 and 3 in the present invention can be similarly applied to a magnetic induction type absolute sensor. That is, the present invention will be described with reference to FIG. 9, which includes a stator 91, a rotor 92, and a primary side excitation coil 93 and a secondary side induction coil 94 disposed on the stator 91. Can also be applied to a magnetic induction type absolute sensor 90 configured to change the magnetic coupling between the primary side excitation coil 93 and the secondary side induction coil 94 of the stator 91 in accordance with the rotational position.
[0041]
In this case, the rotor 92 is formed on a concentric circle with an equiangular pitch. ⁿ A plurality of partition portions (portions numbered 0 to 15 in the figure) are formed, and each partition portion is patterned on either a magnetic flux transmission portion or a magnetic flux block portion. In addition, n (n: positive integer) secondary side induction coils 94 are arranged on the stator 91 on concentric circles, and each secondary side induction coil 94 faces different partition portions. Are arranged as follows. Furthermore, the pattern composed of the magnetic flux transmission part and the magnetic flux interruption part formed in the partition part has n patterns that the n secondary induction coils 94 face each other when the rotor is rotated at equal angular pitches. The pattern of the minute portion is set to change with each rotation.
[0042]
For example, a copper plate can be used as the rotor 92. In this case, the magnetic flux transmitting portion is a through hole 101 formed in the copper plate. As shown in FIG. 9C, when alternating current is passed through the primary coil 93, alternating magnetic flux is generated there. This magnetic flux constitutes a magnetic circuit passing through the magnetic ring 102 on the outer periphery and the magnetic pole pin 103 positioned at the center of the secondary coil 94, and as a result, a voltage signal is induced in the secondary coil 94.
[0043]
Here, when the copper rotor 92 is disposed opposite to the secondary coil 94, an eddy current is generated in the copper plate by the magnetic flux of the primary coil 93, the magnetic path is cut off, and no voltage is induced in the secondary coil 94. . On the other hand, in a state where the portion of the through hole 101 is opposed to the secondary coil 94, a magnetic circuit is formed through the portion, so that a voltage is induced in the secondary coil 94.
[0044]
Accordingly, the section where the through hole 101 is formed corresponds to “1” of the detection pattern shown in FIG. 1, and the section where no hole is formed corresponds to “0” of the detection pattern. Therefore, if the through hole 101 is formed according to the M series pattern or the random number pattern, the absolute position can be detected as in the case described above.
[0045]
Here, the detection pattern consisting of the magnetic flux transmission part and the magnetic flux interruption part can be defined by the presence or absence of a hole formed in the conductive material plate, but instead of forming this hole, a small piece of magnetic material is applied to the surface of the nonmagnetic plate. You may make it stick. Moreover, you may use another electrically conductive material instead of a copper plate, and also you may affix a magnetic body on the surface of an insulating plate.
[0046]
In any case, the detection pattern of the rotor blocks the magnetic flux of a predetermined secondary coil by eddy current and prevents induction of voltage in the secondary coil, or the magnetic flux is applied to the secondary coil by a magnetic material. It may be formed by any method of a structure for generating an induced voltage through the electrode. Of course, a detection pattern can be formed by using both structures together.
[0047]
Also in the magnetic induction type absolute sensor having this configuration, in the present invention, as shown in FIG. 7, the second detector is arranged so as to avoid an overlapped detection pattern depending on the rotational position. Adopted.
[0048]
That is, in addition to the n secondary side induction coils, k (k: positive integer) secondary side induction coils are provided, and the n secondary side induction coils are not adjacent to each other. The k secondary side induction coils are arranged opposite to the stator partition portion at a position, and the k secondary side induction coils are at positions different from each other and at positions different from each of the n secondary side induction coils. It is arranged so as to face the part and is configured to detect the absolute rotational position of the rotor based on the detection outputs of these (n + k) secondary induction coils.
[0049]
If the secondary coils can be discretely arranged in this way, the apparatus can be miniaturized. That is, as shown in FIG. 10 (a), for example, when four secondary coils 105 to 108 are arranged side by side, it is limited to reduce the outer diameter of the entire apparatus due to the outer diameter of the coil. Is done. On the other hand, in the present invention that can adopt a discrete arrangement, as shown in FIG. 10B, for example, if four secondary coils 105 to 108 are arranged at intervals of 90 degrees, The outer diameter can be greatly reduced without being influenced by the outer diameter of the secondary coil. In other words, when the outer diameter of the apparatus is the same, the resolution can be increased.
[0050]
9 and 10, the magnetic detection unit has been described as a secondary coil for the sake of convenience. However, in actuality, the magnetic detection unit has a magnetic pole pin and a coil wound around the outer periphery thereof. It consists of lines. Therefore, the above description assumes a magnetic detection unit having a configuration in which the coil winding 152 is concentrically wound around the outer periphery of the magnetic pole pin 151 as shown in FIG.
[0051]
However, as the magnetic detection unit, as shown in FIG. 10 (d), a configuration in which the magnetic pin 161 is bent into an L shape and a coil winding 162 is wound around the lower portion thereof is also conceivable. In this case, the part facing the detection pattern is the end face part 161 a of the magnetic pole pin 161. Therefore, in this case, the entire detection apparatus can be reduced in size by being arranged as shown in FIG. The magnetic pole pin can be manufactured by press-molding a magnetic material such as a silicon steel plate.
[0052]
Next, each of the above-described configurations of the present invention can be similarly applied to a linear sensor. That is, when the configuration for increasing the resolution as shown in FIG. 4 is adopted, the magnetized member of the present invention includes first and second planes extending in parallel, and the first plane is The magnetized surface is magnetized by a magnetized pattern, and the second plane is alternately formed with N and S poles at a magnetizing pitch (m: positive integer) that is m times the magnetized pattern. A second detector having a configuration in which two magnetic detection elements are arranged is arranged opposite to the second magnetized surface, and the detector and Based on the detection output of the second detector, the absolute position of the magnetized member or the detector is detected.
[0053]
Next, the discrete arrangement of the magnetic detection elements in the magnetic absolute sensor having the above configuration can be similarly applied to the optical absolute sensor.
[0054]
That is, the present invention relates to a pattern forming member having a pattern forming surface on which a predetermined light transmission pattern or light reflecting pattern is formed in a circumferential direction or a straight line, and a plurality of light detection members arranged to face the pattern forming surface. And detecting the absolute position of the pattern forming member or the detector side based on the detection output of the detector obtained by relatively moving the pattern forming member and the detector. The following configuration is adopted in the optical absolute sensor.
[0055]
That is, the light transmission pattern or the light reflection pattern is formed at an equal pitch. ⁿ Light transmitting and light blocking portions or light reflecting and light absorbing portions are formed in a predetermined arrangement pattern in each (n: positive integer) pattern forming section.
[0056]
The detector includes n photodetecting elements, and the photodetecting elements are arranged so as to face different pattern forming sections.
[0057]
Further, the light transmission or light reflection pattern is obtained by changing the pattern forming member and the detector relative to each other by a pattern formation pitch by n pattern forming section portions opposed to the n light detecting elements. The light transmission or light reflection pattern array is set to change with each relative movement.
[0058]
Further, the detector further includes k (k: positive integer) light detection elements in addition to the n light detection elements.
[0059]
In addition, the n photodetecting elements are arranged to face the pattern forming surface at positions that are not adjacent to each other.
[0060]
The k photodetecting elements are disposed opposite to the pattern formation surface at positions different from each other and at positions different from the n photodetecting elements.
[0061]
Based on the detection outputs of these (n + k) light detection elements, the absolute position on the pattern forming member or the detector side is detected.
[0062]
In this case, as the light transmission or light reflection pattern, a pattern in which a light transmission portion and a light blocking portion, or a light reflection portion and a light absorption portion are arranged according to an n-bit M-sequence pattern can be employed. According to the present invention, even when the M-sequence pattern is adopted, the discrete arrangement configuration of the light receiving elements can be adopted, so that there is an advantage that the device layout becomes easy.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, in the magnetic absolute sensor of the present invention, a magnetized pattern according to an M-sequence pattern, a random number pattern, or the like is detected by a plurality of magnetic detection elements, and a rotating member or a slide is based on these detection patterns. The absolute position of the rotation position or slide position of the member is detected. Therefore, compared with the conventional magnetic absolute sensor, the apparatus configuration can be reduced in size and can be manufactured at low cost.
[0064]
Further, in the present invention, by detecting the second magnetization pattern in which N and S are alternately magnetized, within each absolute position obtained by the magnetization pattern formed according to the M series pattern or the like, Since the multi-division can be performed based on the detection signal obtained by the second magnetization pattern, a high-resolution absolute sensor can be realized.
[0065]
Furthermore, in the present invention, when an M series pattern or the like is adopted as a magnetized pattern, a plurality of magnetic detection elements can be arranged in a discrete manner, so that a commercially available magnetic detection element or the like can be used as it is. The sensor can be manufactured at low cost.
[0066]
On the other hand, in the optical absolute sensor according to the present invention, when an M-sequence pattern or the like is adopted as a detection pattern, it is possible to dispose a plurality of light receiving elements in a discrete manner. It is done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the detection principle of an optical absolute sensor using a 4-bit M-sequence pattern.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a magnetic drum type absolute sensor;
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a rotating disk type absolute sensor.
FIG. 4 is an explanatory diagram for showing a high-resolution rotary disk type absolute sensor.
5 is a signal waveform diagram showing an example of a detection signal obtained from the second detector in FIG. 4. FIG.
6 is an explanatory diagram for illustrating the principle of absolute position detection by the absolute sensor of FIG. 4; FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a magnetic absolute sensor in which detection elements to which the present invention is applied can be discretely arranged.
8 is an explanatory diagram for explaining a detection principle of the sensor of FIG. 7;
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a magnetic induction type absolute sensor.
10 is an explanatory diagram for illustrating the effect of downsizing the apparatus by discrete arrangement of secondary side detection coils in the absolute sensor of FIG. 9; FIG.
FIG. 11 is an explanatory view showing an example of a conventional magnetic absolute sensor.
FIG. 12 is an explanatory view showing another example of a conventional magnetic absolute sensor.
[Explanation of symbols]
21 Cylindrical member
22 Outer surface
23-26 Magnetic detection element
27 Detector
31 Toroidal member
32 Top surface
33 Bottom
34-37 Magnetic detection element
38 Detector
41, 42 Magnetic detection element
43 Second detector
70 Magnetized surface
71 Magnetized member
74-77 Magnetic detection element
79 Magnetic detection element
90 Magnetic induction sensor
91 Stator
92 Rotor
93 Primary coil
94 Secondary coil
101 Through hole (Magnetic flux transmission part)
105-108 Secondary coil

Claims

A magnetized member having a magnetized surface magnetized in a predetermined pattern in a circumferential direction or a plane direction, and a detector having a plurality of magnetic detecting elements arranged to face the magnetized surface; Based on the detection output of the detector obtained by relative movement of the magnetized member and detector in the direction of the magnetized pattern of the magnetized surface, the absolute position on the magnetized member or detector side is detected. In absolute sensor,
The magnetization pattern is obtained by magnetizing N and S poles in a predetermined arrangement pattern on each of 2 ⁿ (n: positive integer) magnetization partition portions formed at an equal pitch,
The detector includes n magnetic detection elements, and each magnetic detection element is disposed so as to face the different magnetized partition portions.
The magnetized pattern is obtained when the magnetized member and the detector are moved relative to each other by the magnetized pitch and attention is paid to the magnetized array pattern of n consecutive magnetized partition portions. The arrangement pattern changes to a different pattern for each relative movement, and the magnetization arrangement pattern of the n magnetized partition portions opposed to the n magnetic detection elements is set to change for each relative movement. And
In addition to the n magnetic detection elements, the detector further includes k (k: positive integer) magnetic detection elements,
The n magnetic detection elements are arranged to face the magnetized surface at positions not adjacent to each other,
The k magnetic detection elements are arranged opposite to the magnetized surface at positions different from each other and at positions different from the n magnetic detection elements,
An absolute sensor that detects an absolute position of the magnetized member or the detector side based on detection outputs of the (n + k) magnetic detection elements.

In claim 1,
The absolute sensor according to claim 1, wherein the magnetized surface is a circular outer peripheral surface or a circular inner peripheral surface.

In claim 1,
The absolute sensor according to claim 1, wherein the magnetized surface is an annular end surface having a predetermined width.

In claim 3,
One annular end surface of the annular member is a magnetized surface on which the magnetized pattern is formed,
The other annular end surface of the annular member is a second magnetized surface in which N and S poles are alternately formed at a magnetization pitch (m: positive integer) that is m times the magnetization pattern. ,
A second detector having a configuration in which two magnetic detection elements are arranged is arranged opposite to the second magnetized surface,
An absolute sensor that detects an absolute position of the annular member or the detector side based on detection outputs of the detector and the second detector.

In claim 2,
One of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical member is a magnetized surface on which the magnetized pattern is formed,
The other surface of the cylindrical member is a second magnetization surface in which N and S poles are alternately formed at a magnetization pitch (m: positive integer) that is m times the magnetization pattern.
A second detector having a configuration in which two magnetic detection elements are arranged is arranged opposite to the second magnetized surface,
An absolute sensor that detects an absolute position of the annular member or the detector side based on detection outputs of the detector and the second detector.

In any one of claims 1 to 5,
An absolute sensor, wherein the magnetized pattern is formed by attaching a plurality of magnet pieces to a member surface.

A stator, a rotor, and a primary-side excitation coil and a secondary-side induction coil disposed in the stator, the rotor according to a rotational position, the primary-side excitation coil and the secondary-side induction of the stator In the magnetic induction type absolute sensor configured to change the magnetic coupling between the coils,
In the rotor, 2n partition portions formed at equiangular pitches on a concentric circle are formed, and each partition portion is either a magnetic flux transmitting portion or a magnetic flux blocking portion,
In the stator, n (n: positive integer) secondary side induction coils are arranged on concentric circles, and each secondary side induction coil is arranged so as to be opposed to different partition portions. And
The arrangement pattern of the magnetic flux transmission part and the magnetic flux interruption part formed in the partition part is a case where attention is paid to the arrangement pattern of the n secondary induction coils that are continuous when the rotor is rotated at equal angular pitches. In addition, this arrangement pattern changes into a different pattern for each rotation at equal angular pitches, and the arrangement pattern of the n partition portions that the n secondary side induction coils are opposed to each other is rotated at equal angular pitches every rotation. Set to change,
In addition to the n secondary induction coils, k (k is a positive integer) secondary induction coils are provided,
The n secondary induction coils are disposed to face the partition portion of the stator at positions not adjacent to each other,
The k secondary side induction coils are arranged opposite to the partition portion at positions different from each other and at positions different from the n secondary side induction coils, respectively.
An absolute sensor that detects an absolute rotational position of the rotor based on detection outputs of the (n + k) secondary induction coils.

In claim 1,
The magnetized member includes first and second planes extending in parallel,
The first plane is the magnetized surface magnetized by the magnetized pattern;
The second plane is a second magnetization surface in which N and S poles are alternately formed at a magnetization pitch (m: positive integer) that is m times the magnetization pattern.
A second detector having a configuration in which two magnetic detection elements are arranged is arranged opposite to the second magnetized surface,
An absolute sensor for detecting an absolute position of the magnetized member or the detector side based on detection outputs of the detector and the second detector.

A pattern forming member provided with a pattern forming surface in which a light transmitting / blocking portion or a light reflecting / absorbing portion is formed in a predetermined arrangement pattern in a circumferential direction or a plane direction, and a plurality of pieces arranged opposite to the pattern forming surface A detector having a light detection element, and based on the detection output of the detector obtained by relatively moving the pattern forming member and the detector, the absolute position on the pattern forming member or detector side is determined. In the optical absolute sensor to detect,
The array pattern has 2 ⁿ (n: positive integer) pattern forming section portions formed at an equal pitch, and a predetermined array pattern having light transmission and light blocking portions or light reflection and light absorption portions. Formed,
The detector includes n photodetecting elements, and each photodetecting element is disposed so as to face the different pattern forming section portions,
In the arrangement pattern, when the pattern forming member and the detector are moved relative to each other by the pattern formation pitch, the pattern arrangement of the n pattern forming sections opposed to the n photodetecting elements is relative. Set to change with each move,
In addition to the n photodetecting elements, the detector further includes k (k: positive integer) photodetecting elements,
The n photodetecting elements are arranged to face the pattern forming surface at positions not adjacent to each other,
The k photodetecting elements are arranged opposite to the pattern forming surface at positions different from each other and at positions different from each of the n photodetecting elements,
An absolute sensor that detects an absolute position of the pattern forming member or the detector side based on detection outputs of the (n + k) light detection elements.

In claim 9,
The absolute pattern is characterized in that the light transmitting portion and the light blocking portion, or the light reflecting portion and the light absorbing portion are arranged in accordance with an n-bit M series pattern.