JP4506325B2 - Magnetic encoder - Google Patents
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Description
本発明は、例えば自動車、家電製品等に備わる回転部材の回転を検出する検出装置に用いられる磁気エンコーダに関する。 The present invention relates to a magnetic encoder used in a detection device that detects the rotation of a rotating member provided in, for example, an automobile, a home appliance, or the like.
磁気エンコーダは、例えば自動車の車輪転の回転速度の検出に用いられているものがある。図5に磁気エンコーダの従来例を示す。図5において、基準点となる信号出力部101があり、信号出力部101は通常幅の2倍の幅を有する幅広部分である。信号出力部101以外には複数の通常幅の領域が形成されており、この部分が基準点からの回転方向の位置、回転角を示している。また、特許文献1のようなものもある。特許文献1では、基準点の信号出力部が凸状に突出しており、他の部分は所定の磁極パターンが連続し、この磁極パターン部分が基準点からの回転方向の位置、回転角を示している。
Some magnetic encoders are used, for example, to detect the rotational speed of a car wheel. FIG. 5 shows a conventional example of a magnetic encoder. In FIG. 5, there is a
このような磁気エンコーダでは、磁場を一つのセンサで検出している。このため、センサから出力される信号は回転に伴うパルスのみであるため、回転速度は検出できるが、正転又は逆転の回転方向の判別はできない。 In such a magnetic encoder, the magnetic field is detected by one sensor. For this reason, since the signal output from the sensor is only a pulse accompanying rotation, the rotation speed can be detected, but the rotation direction of normal rotation or reverse rotation cannot be determined.
磁場を検出するセンサを2つにすれば、出力される2信号によって正転、逆転の判別は可能であるが、部品点数が増加しコストアップとなってしまう。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別可能な磁気エンコーダを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetic encoder capable of discriminating the rotation direction of normal rotation or reverse rotation without increasing the number of parts.
上記目的を達成するために本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
磁界を検出する検出手段に対して回転し、
一対の磁極の幅狭ピッチと一対の磁極の幅広ピッチとが連続した着磁パターンを少なくとも2つ繰り返したトラックを有することを特徴とする磁気エンコーダである。
In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration. That is,
Rotating relative to the detection means for detecting the magnetic field,
A magnetic encoder having a track in which a magnetization pattern in which a narrow pitch of a pair of magnetic poles and a wide pitch of a pair of magnetic poles are repeated is repeated at least two times.
これによると、1つのトラックと1つの検出手段で、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。 According to this, it is possible to determine the rotation direction of normal rotation or reverse rotation with one track and one detection means.
前記検出手段により、回転開始時の磁極を特定し、かつ、回転開始後のトラックの磁極が反転する際の磁界の変化の数を5つ計数した際の前記磁界の変化間の間隔時間を測定し、
この測定結果に基づいて、前記磁界の変化間の第1番目の間隔時間と第3番目の間隔時間とを比較し、かつ、前記磁界の変化間の第2番目の間隔時間と第4番目の間隔時間とを比較し、
回転の正逆を判別することが好適である。
The detection means specifies the magnetic pole at the start of rotation, and measures the interval time between the magnetic field changes when counting the number of magnetic field changes when the magnetic pole of the track after the rotation starts is reversed by five. And
Based on the measurement result, the first interval time and the third interval time between the magnetic field changes are compared, and the second interval time and the fourth interval time between the magnetic field changes are compared. Compare with the interval time,
It is preferable to determine whether the rotation is normal or reverse.
これによると、回転開始時の磁極、磁界の変化間の第1番目の間隔時間と第3番目の間隔時間との比較結果、磁界の変化間の第2番目の間隔時間と第4番目の間隔時間との比較結果の3つのパラメータによって、1つのトラックと1つの検出手段で、正転又は逆転の
回転方向の判別ができる。
According to this, as a result of comparison between the first interval time and the third interval time between the magnetic pole and magnetic field change at the start of rotation, the second interval time and the fourth interval between the magnetic field changes. Based on the three parameters of the comparison result with time, it is possible to determine the forward or reverse rotation direction with one track and one detection means.
回転開始時の磁極と、前記磁界の変化間の第1番目の間隔時間と第3番目の間隔時間との比較結果と、前記磁界の変化間の第2番目の間隔時間と第4番目の間隔時間との比較結果と、をパラメータとして回転の正逆を判別できる判別式を用いて、回転の正逆を判別することが好適である。 Comparison result between the magnetic pole at the start of rotation, the first interval time and the third interval time between the magnetic field changes, and the second interval time and the fourth interval between the magnetic field changes. It is preferable to discriminate between forward and reverse rotations using a discriminant that can discriminate between forward and reverse rotations using the comparison result with time as a parameter.
これによると、回転開始時の磁極、磁界の変化間の第1番目の間隔時間と第3番目の間隔時間との比較結果、磁界の変化間の第2番目の間隔時間と第4番目の間隔時間との比較結果の3つのパラメータを予め正転又は逆転の回転方向と対応させた判別式によって、正転又は逆転の回転方向の判別ができ、上記の3つのパラメータを導くための1つのトラックと1つの検出手段以外は他の部品を必要とせず、結果、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別することができる。 According to this, as a result of comparison between the first interval time and the third interval time between the magnetic pole and magnetic field change at the start of rotation, the second interval time and the fourth interval between the magnetic field changes. One track for deriving the above three parameters by discriminating the rotation direction of the normal rotation or the reverse rotation with a discriminant in which the three parameters of the comparison result with the time correspond to the rotation direction of the normal rotation or the reverse rotation in advance. Other than the one detection means, no other parts are required, and as a result, the forward or reverse rotation direction can be determined without increasing the number of parts.
本発明によると、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別できる。 According to the present invention, the rotation direction of normal rotation or reverse rotation can be determined without increasing the number of parts.
図1は、実施の形態に係る磁気エンコーダの一部斜視図である。実施の形態に係る磁気エンコーダ1は、磁界の強さを検出する1つの検出手段2に対して回転する1つの環状部材である。磁気エンコーダ1の大きさは取り付ける回転部材により適宜選択すればよい。 FIG. 1 is a partial perspective view of a magnetic encoder according to an embodiment. The magnetic encoder 1 according to the embodiment is one annular member that rotates with respect to one detection means 2 that detects the strength of a magnetic field. What is necessary is just to select the magnitude | size of the magnetic encoder 1 suitably with the rotating member to attach.
検出手段2は、磁気センサを用いている。磁気センサとは、磁気エネルギーを検出対象としたセンサであり、具体的には、電磁誘導作用を応用した磁気ヘッド、差動トランス、磁力を電気に変換する作用を利用したホール素子、MR素子(磁気抵抗効果素子)等が好適である。 The detection means 2 uses a magnetic sensor. A magnetic sensor is a sensor that detects magnetic energy. Specifically, a magnetic head using an electromagnetic induction action, a differential transformer, a Hall element using an action that converts magnetic force into electricity, an MR element ( A magnetoresistive effect element) or the like is preferable.
磁気エンコーダ1は、一対の磁極の幅狭ピッチ3,4と一対の磁極の幅広ピッチ5,6とが連続した着磁パターンを4つ繰り返した1列のトラック7を有する。なお、一対の磁極の幅狭ピッチ3,4と一対の磁極の幅広ピッチ5,6とが連続した着磁パターンを繰り返す数は少なくとも2つ以上であればよく、本実施の形態の4つの繰り返しに拘泥されるわけではない。
The magnetic encoder 1 has a row of tracks 7 in which a magnetization pattern in which a
トラック7は、磁気エンコーダ1の環状の外周面に全周にわたって配置されている。また、トラック7は、S極、N極である磁極が周上交互に並んでいる。 The track 7 is arranged over the entire circumference on the annular outer peripheral surface of the magnetic encoder 1. In the track 7, magnetic poles that are S poles and N poles are alternately arranged on the circumference.
トラック7は、N極、S極の磁極の反転時の磁界変化をパルスとして、このパルス数を計数して回転速度の速度情報を割り出すものであるとともに、磁気エンコーダ1の正転又は逆転の回転方向を特定する情報を割り出すものである。トラック7は、図2に示すように0°〜90°、90°〜180°、180°〜270°、270°〜360°の各90°間隔で、一対の磁極の幅狭ピッチ3,4及び一対の磁極の幅広ピッチ5,6を有し、それらが90°ごとに繰り返されている。そして、90°間隔の一対の磁極の幅狭ピッチ3,4及び一対の磁極の幅広ピッチ5,6のパターン幅に対して、P1をN極の幅狭ピッチ3、P2をS極の幅狭ピッチ4、P3をN極の幅広ピッチ5、P4をS極の幅広ピッチ6として定めると、P1=P2<P3=P4となる関係式が成立する。
The track 7 uses the change in the magnetic field when the magnetic poles of the N pole and the S pole are reversed as a pulse, counts the number of pulses to determine the rotational speed information, and rotates the magnetic encoder 1 in the forward or reverse rotation. Information that identifies the direction is determined. As shown in FIG. 2, the track 7 has a
なお、P1〜P4の関係は本実施の形態での上記式に限定されるわけではなく、P1≒P2≪P3≒P4の関係式を満たしていれば良い。 Note that the relationship of P1 to P4 is not limited to the above formula in the present embodiment, and it is sufficient that the relational expression of P1≈P2 << P3≈P4 is satisfied.
そして、本実施の形態では、図1に示すように、磁気エンコーダ1の外周面の外方から、検出手段2により、トラック7の磁界を検出している。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the magnetic field of the track 7 is detected by the detection means 2 from the outside of the outer peripheral surface of the magnetic encoder 1.
検出手段2による検出結果をホールIC等でパルスに変換したデジタルの出力信号を図3に示す。図3に示すように、N極をHi、S極をLoとして、第1のトラック7の出力信号は、90°間隔で周期的な波形を得ることができる。 FIG. 3 shows a digital output signal obtained by converting the detection result of the detection means 2 into a pulse by a Hall IC or the like. As shown in FIG. 3, assuming that the N pole is Hi and the S pole is Lo, the output signal of the first track 7 can obtain a periodic waveform at intervals of 90 °.
この構成の磁気エンコーダ1では、回転開始時の磁極を特定し、かつ、回転開始後のトラック7の磁極が反転する際の磁界変化のパルス数を5つ計数したときにおける、磁極が反転する際の磁界変化パルス間の間隔時間を測定することで、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。 In the magnetic encoder 1 of this configuration, when the magnetic pole is reversed when the magnetic pole at the start of rotation is specified and the number of pulses of the magnetic field change when the magnetic pole of the track 7 after the rotation is reversed is counted five times. By measuring the interval time between the magnetic field change pulses, it is possible to determine the rotation direction of normal rotation or reverse rotation.
以下に本実施の形態の回転開始時における正転又は逆転の回転方向の判別についての方法を述べる。 Hereinafter, a method for discriminating the rotation direction of normal rotation or reverse rotation at the start of rotation according to the present embodiment will be described.
まず、回転開始時の磁極を特定する。N極をHi、S極をLoとしていることから、例えば図3に示した回転開始位置を示すA、B、C、Dでは、AがHi、BがLo、CがHi、DがLoと特定される。 First, the magnetic pole at the start of rotation is specified. Since the N pole is Hi and the S pole is Lo, for example, in A, B, C, and D showing the rotation start position shown in FIG. 3, A is Hi, B is Lo, C is Hi, and D is Lo. Identified.
なお、図3のA、B、C、Dの点は、トラック7中のどこから回転開始されても、回転開始時の位置がA〜Dのいずれかに分類されるため、4つに特定したものである。すなわち、AはN極の幅狭ピッチ3からの回転開始位置、BはS極の幅狭ピッチ4からの回転開始位置、CはN極の幅広ピッチ5からの回転開始位置、DはS極の幅広ピッチ6からの回転開始位置を示す。
The points A, B, C, and D in FIG. 3 are identified as four because the position at the start of rotation is classified as any one of A to D regardless of where in the track 7 the rotation starts. Is. That is, A is the rotation start position from the N pole
次に、回転開始後のトラック7の磁極が反転する際の磁界変化のパルスの1番目と2番目の間隔時間をt1、同じく2番目と3番目の間隔時間をt2、同じく3番目と4番目の間隔時間をt3、同じく4番目と5番目の間隔時間をt4として、磁界変化のパルス間の間隔時間を測定する。例えば、図3のA点から回転方向を正転として回転し始めた場合が、図3に示すt1〜t4のようになる。t1〜t4は正転、逆転でもどちらでも同じように測定される。 Next, the first and second interval times of the magnetic field change pulse when the magnetic pole of the track 7 after the rotation is reversed is t1, the second and third interval times are t2, and the third and fourth intervals are the same. The interval time between the pulses of the magnetic field change is measured with t3 as the interval time and t4 as the fourth and fifth interval times. For example, the case where the rotation starts from the point A in FIG. 3 with the rotation direction as normal rotation is as shown by t1 to t4 in FIG. t1 to t4 are measured in the same way for both forward rotation and reverse rotation.
そして、t1〜t4の測定結果に基づいて、t1とt3の時間の長短を比較し、かつ、t2とt4の時間の長短を比較する。比較結果は、両者の時間の長短がわかる不等式による関係が求まれば良い。比較結果の例としては、t1<t3、t2>t4等である。 And based on the measurement result of t1-t4, the length of time of t1 and t3 is compared, and the length of time of t2 and t4 is compared. The comparison result may be obtained by a relationship based on an inequality that indicates the length of time between the two. Examples of comparison results are t1 <t3, t2> t4, and the like.
このようにして、回転開始時のHi又はLoの信号、t1とt3の比較結果、t2とt4の比較結果を3つのパラメータとして得る。 In this way, the Hi or Lo signal at the start of rotation, the comparison result between t1 and t3, and the comparison result between t2 and t4 are obtained as three parameters.
ここで、上記の回転開始時のHi又はLoの信号、t1とt3の比較結果、t2とt4の比較結果の3つのパラメータは、A〜Dの開始位置で正転又は逆転の回転方向に回転した際にそれぞれ異なる組み合わせになることが確認されている。図4が3つのパラメータとA〜Dの開始位置での正転又は逆転の回転方向との関係を示した表図である。 Here, the three parameters of the Hi or Lo signal at the start of rotation, the comparison result of t1 and t3, and the comparison result of t2 and t4 rotate in the forward or reverse rotation direction at the start positions A to D. It has been confirmed that each combination is different. FIG. 4 is a table showing the relationship between the three parameters and the forward or reverse rotation direction at the start positions A to D.
このため、上記の回転開始時のHi又はLoの信号、t1とt3の比較結果、t2とt4の比較結果の3つのパラメータを予め有する図4のような判別式を用意し、上記3つのパラメータを求めると、図4の判別式を参照して、正転又は逆転の回転方向の判別ができる。 For this reason, a discriminant as shown in FIG. 4 having three parameters in advance, the Hi or Lo signal at the start of rotation, the comparison result of t1 and t3, and the comparison result of t2 and t4, is prepared. Can be determined with reference to the discriminant of FIG. 4 to determine the forward or reverse rotation direction.
以上のように、3つのパラメータを求めさえすれば、3つのパラメータを予め正転又は
逆転の回転方向と対応させた判別式によって、正転又は逆転の回転方向の判別ができ、上記3つのパラメータを導くための1つのトラック7と1つの検出手段2以外は他の部品を必要とせず、結果、部品点数を増加することなく、正転又は逆転の回転方向を判別することができる。
As described above, as long as the three parameters are obtained, the rotational direction of forward rotation or reverse rotation can be determined by a discriminant in which the three parameters correspond to the rotational direction of forward rotation or reverse rotation in advance. Other than the one track 7 and the one detecting means 2 for guiding the above, no other parts are required. As a result, the rotation direction of the forward rotation or the reverse rotation can be determined without increasing the number of parts.
なお、上記の方法は、磁気エンコーダ1の回転速度が一定の場合に十分成立するが、回転速度が変化する場合には少なくともP1、P3との間で速度変化があっても「P1の間隔時間<P3の間隔時間」が成立するようP3=αP1の係数αの大きさを適度に設定することで、上記と同様に正転又は逆転の回転方向を判別することができる。 The above method is sufficiently established when the rotational speed of the magnetic encoder 1 is constant. However, when the rotational speed changes, even if there is a speed change between at least P1 and P3, the “interval time of P1” By appropriately setting the magnitude of the coefficient α of P3 = αP1 so that the “interval time of P3” is established, the forward or reverse rotation direction can be determined in the same manner as described above.
1 磁気エンコーダ
2 検出手段
3 N極の幅狭ピッチ
4 S極の幅狭ピッチ
5 N極の幅広ピッチ
6 S極の幅広ピッチ
7 トラック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetic encoder 2 Detection means 3 N pole narrow pitch 4 S pole narrow pitch 5 N pole wide pitch 6 S pole wide pitch 7 Track
Claims (3)
一対の磁極の幅狭ピッチと一対の磁極の幅広ピッチとが連続した着磁パターンを少なくとも2つ繰り返したトラックを有することを特徴とする磁気エンコーダ。 Rotating relative to the detection means for detecting the magnetic field,
A magnetic encoder comprising a track in which a magnetization pattern in which a narrow pitch of a pair of magnetic poles and a wide pitch of a pair of magnetic poles are repeated is repeated at least two times.
この測定結果に基づいて、前記磁界の変化間の第1番目の間隔時間と第3番目の間隔時間とを比較し、かつ、前記磁界の変化間の第2番目の間隔時間と第4番目の間隔時間とを比較し、
回転の正逆を判別することを特徴とする請求項1に記載の磁気エンコーダ。 The detection means specifies the magnetic pole at the start of rotation, and measures the interval time between the magnetic field changes when counting the number of magnetic field changes when the magnetic pole of the track after the rotation starts is reversed by five. And
Based on the measurement result, the first interval time and the third interval time between the magnetic field changes are compared, and the second interval time and the fourth interval time between the magnetic field changes are compared. Compare with the interval time,
The magnetic encoder according to claim 1, wherein forward / reverse rotation is discriminated.
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