JP4569979B2 - 指標パルス付磁気符号器 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、一般的にいえば磁気符号器に関し、さらに詳しくいえば高分解能信号に加えて指標パルスを発生する磁気符号器に関する。
【０００２】
普通、回転増分符号器においては、指標パルスが必要なとき、符号器は、高分解能トラックから離れている指標パルスのための独特のトラックを備えている。独立したセンサが指標パルストラックを検知するのに用いられている。そのような符号器は、光学センサとともに用いられる光学円板ターゲット又は磁気センサと一緒に用いる歯車又は磁気ターゲットを備えていることがある。
【０００３】
磁気符号器の場合、高分解能トラック及び指標パルスは指標磁極からの磁界がそのとき高分解能トラックと干渉するので、互いにごく近くに置くことはできない。特に、磁気符号器の上の高分解能トラックは、非常に精密でなければならない。擾乱磁界（指標磁極からなどの）がそれの近くに置かれれば、精度はその擾乱磁界の近くで悪くなる。
【０００４】
したがって、指標トラックが高分解能トラックの近くに置かれれば、磁気符号器と一緒に用いられるセンサが発生する信号は悪い精度しか持たない。結果として、指標パルスを備えている磁気符号器が二つのトラックの間に必要な距離を与えるために比較的大きくなければならない。なお、「磁気高分解能トラックの非常に近くで指標パルスを磁化することに伴う多くの製造的問題がある。」
【０００５】
前述のことは現在の装置及び方法にあると知られている限界を例示している。したがって、前述の限界の一つ以上を克服することを目的とした代替品を提供することが有益であろうことは明らかである。それ故、後でさらに詳しく開示される特徴を含む適当な代替品を提供する。
【０００６】
発明の概要
本発明の一つの面において、これは、磁気トラックを形成する経路に沿って一定間隔をあけた一連の磁極を備える磁気符号器を提供することによって達成される。磁極のうちのいくつかは磁気トラックの経路に関して一様に並べられた規則的な磁極接合部によって分離されている。磁極のうちの少なくとも二つは、規則的磁極接合部に関して斜めにされた不規則な磁極接合部によって離され、磁気トラックの縁に近い磁気センサが指標信号を発生できる幅広磁極と幅狭磁極を検知するようになっている。
【０００７】
本発明のもう一つの面において、これは、指標信号を発生する方法を提供することによって達成される。
【０００８】
前述及びその他の面は添付図面と併せて考慮するとき本発明の以下の説明から明らかになる。
【０００９】
【図面の簡単な説明】
図１、３、４、５、７、９、及び１６は、本発明の磁気符号器の異なる実施例を示す略図、
図２、６、８、１０及び１７は例示実施例によって発生された信号を示すグラフ、
図１４は、本発明と一緒に用いる代替の検知装置を示す略図である。
【００１０】
詳細な説明
本発明は、指標パルスを高分解能信号を与えるのに用いられる磁気トラックに埋め込むことによって従来の問題を解決する。磁気トラックにある局部領域をわずかに変えることによって、指標パルスを得るための手段を与えながら、磁気干渉を避ける。例えば、1つの磁極の断面がわずかに指標パルスより大きく又は小さくされると、高分解能信号に対してほんのわずか又は全く干渉を起さない指標信号を発生できる。
【００１１】
この概念は、以下の埋められた指標磁極磁気符号器に対する基礎である。すべての場合に、アナログまたはデジタル指標パルスが指標センサ出力と高分解能センサの出力の間の差を取ることによって作られる。この指標信号は比較的低い角精度を持っているが、この信号は、次に、非常に精度の高い指標信号を作るように高分解能信号と同期させることができる。
【００１２】
次に図面を参照すると、図１には軸方向に磁化された磁石の上にある規則正しい磁極接合部１0が通常磁気トラックの円形経路に垂直であり、規則正しい磁極接合部１０は、互いに完全に平行ではなく、円形経路の中心にある点に集中する本発明の実施例を示している。直線経路（図示なし）に沿った磁気トラックを有する半径方向に磁化されたマグネットについては、規則正しい磁極ジャンクションは普通直線経路に垂直であり互いに平行であろう。
【００１３】
指標パルスを埋めるためには、磁極１４と１６の間の不規則な磁極接合部１２が磁気トラックの経路に直角な線に対して斜めにされている。この実施例では、不規則な磁極接合部１２は、経路に直角でないように角度を付けられた直線によって定められ、その直線が磁極１４と１６を同様な大きさの二つの台形に分割するようにしている。一つ又は二つの磁気センサ１８と２０が図示のように磁極の縁の方へ向けて置かれている。必要ならば、光学センサ２２を高分解能トラックのための磁気トラックの中央に設けてもよい。
【００１４】
正常動作の間、不規則な磁極接合部１２が磁気センサ１８、２０又は光学センサ２２の近くになければ、すべてのセンサ出力は、図２の曲線２４に示されているように、同相で似て見える。不規則な磁極接合部１２が磁気センサ１８又は２０の近くにあるとき、正弦磁界は曲線２６及び２８に示されるように反対側にあるセンサによって検知された磁界に対して進むか、又は遅れるであろう。磁気センサ１８と２０の出力の異なる読みが不同期指標パルス３０を与えるであろう。磁極の中央に、高分解能磁界が乱されず、曲線２６と２８によって曲線３２として検知され、曲線２６と２８の平均に対応する領域がある。
【００１５】
図３の好ましい実施例においては、磁気トラックのはっきりと離れた部分は高分解能信号と指標信号に用いられる。規則正しい磁極接合部３４が高分解能トラックに直角であり、少なくとも一つの不規則な磁極接合部３６は、真っ直ぐな磁極縁４０と４２の間の段付き遷移部３８のために直角に対して傾けられている。結果として、真っ直ぐな磁極縁４０によって定められた磁気トラックのその部分は、高分解能信号を与えるのに理想的な形を持ち、かつ、真っ直ぐな磁極縁４２によって定められた部分は、指標パルス信号を与えるのに理想的な形をしている。
【００１６】
磁気トラックの指標部分は、二つの指標磁極縁を狭いか又は広い段付き遷移部付きにすることによって小さくも大きくもできる。この技術は指標部分を高分解能部分を乱すことなく高分解能部分の近くに置くことを可能にし、高分解能部分の上の利用可能領域を大きくできる。
【００１７】
符号器からの距離が大きいところでは、図３の段付き遷移部３８の磁界は、真っ直ぐに伸び、図１の実施例によって発生された磁界にさらに似てきて、磁気トラックの高分解能部分と指標部分に対する利用可能作業領域を減らす傾向がある。図４は、真っ直ぐな磁極縁４８と５０を「オーバーシュート」する段付き遷移部４６のついた不規則な磁極接合部４４を有する図３の実施例の変形を示している。この段付き遷移部の結果として生ずる磁界は、作用磁石において理想的な９０度の角度の形にさらに近くセンサの距離まで真っ直ぐに伸びる傾向がある。
【００１８】
図５は、トラックの基準部分にあるすべての磁極対５１が、磁石の非指標部分において、幅広く次に磁石の周りを時計回りに回って行くとき狭くなっている本発明のもう一つの実施例を示している。指標遷移部５４にある磁極対５３は、これの逆になっている。詳しくいえば、時計回りに磁石の周りを回るとき、狭いところから幅が広いのに変わる。磁極対５５と５７は、指標磁極に近い方の磁極が中間幅の磁極（すなわち高分解能トラックの磁極と同じ）である点を除いて磁極対５１と同様である。
【００１９】
図７は、代わりの遷移した磁極接合部６０および遷移しない磁極接合部６２を有する本発明の実施例を示す。指標磁極接合部６４は、磁極接合部の残りから反対の方向にずらされている。この形状は、信号を高分解能トラックの高分解能部分を乱すことなく処理するとき極めて大きな安全余裕を与える。図８は、高分解能部分の磁界を曲線６６として示し、指標パルス部分の磁界を曲線６８として示している。
【００２０】
図９の実施例において、磁極接合部を指標磁極接合部７０において一方にずらし、隣接磁極接合部７２と７４において全くずらさず、他のすべての磁極接合部７６において反対方向にずらすことによって位相偏位が磁気トラックの高分解能部分と指標パルス部分との間に導入される。図１０は、高分解能部分の磁界を曲線７８として示し、指標パルス部分のものを曲線８０として示している。
【００２１】
本発明の多極磁気符号器は、種々のアメリカ特許において一般的に記載されている技術を用いて磁化できる。基本的には、非常に大きいが短い電流パルスを結果として生ずる磁界が所望の磁極を通して流されるように導体（電線０など）を通して導かれる。磁極片で磁化する場合、磁極片は斜めの磁極接合部にわたる遷移が必要な角度になるように形作られる。所望の磁極遷移部に直接置かれた導体で磁化される場合は、導体は磁石の上に同様な角度で置かれる。フェライトベースのプラスチック磁石（プラスチック母材に重量で８０％〜９３％のストロンチューム又はバリュームフェライト）の場合は、できる磁界は普通磁石の表面で１００ガウスと８００ガウスの間である。
【００２２】
図１の実施例の場合、直角から２ないし４５の斜め角で十分であろう。斜め角を大きくすると高分解能検出に適当な物理的に限られた面積を与えるが、大きな指標パルス信号を作る。斜め角を小さくすると作る指標パルスが小さくなるが、高分解能検出に適当な領域がずっと大きく残る。また、斜め角が大きいと、高分解能トラックの変更基準部分が高分解能不変部分に非常に近いので小さなセンサパッケージにすることを可能にする磁界ができる。逆に、斜め角が小さいとより大きなパッケージが必要となる。
【００２３】
例示の実施例を作るために、ステップの量は、理想的には磁極幅の12.5％と25％の間である必要がある。ステップが小さくなれば小さな指標パルス信号を作り、高分解能との干渉は事実上全く生じない。ステップが大きければ大きな指標パルス信号を作り、高分解能部分と干渉し始める。
【００２４】
本発明の磁気符号器とともに用いられるセンサは、ホール素子又は磁気抵抗センサであるが、それらの素子に限られない。理想的には、このセンサは、非常に小さくシリコンの同じ小片上に検出要素を備えている。選択された処理技術によって、センサは、ほぼ同じ利得をもち、磁石の面からほぼ同じ距離に置かれる必要がある。
【００２５】
アナログ指標パルスは、高分解能センサと指標パルスセンサの間の差を取ることによって得られる。この信号は予め定めた閾値と比較される。この閾値を固定するか、又は信号の正弦波のピーク振幅の何分の一かに縮尺することができた。例えば、閾値は、図１１の線８６によって示されているように、正弦波のピークの０．６７にできた。磁気トラックの高分解能部分によって作られた信号は、曲線８２として、指標パルス部分のものが曲線８４として、そして差信号の３倍のものが曲線８８として示されている。
【００２６】
図５の実施例の場合、サブ信号を二つの方法で処理できた。
【００２７】
（１）サブ信号を得るために指標センサを高分解能センサと比較する。閾値はゼロになる。図１２は、高分解能の出力を曲線９０として、指標センサの出力を曲線９２として、サブ信号を９４として示している。
【００２８】
（２）指標センサの信号と高分解能センサの信号の間の差信号を作る代わりに、二つの信号をまさにデジタルで比較する。指標パルスが高分解能センサより低ければ、デジタル指標は「オフ」である。指標パルスが高分解能センサより高ければ、デジタル指標は「オン」である。これは以前の技術より簡単で、差信号のための増幅器を必要としないので、差動増幅器からの追加のオフセットを持たないので従来のものより良い。この技術は、図１３に示され、その図において高分解能センサの出力が曲線９６として、指標パルスの出力が曲線９８として、デジタル出力が線１００として示されている。
【００２９】
指標信号を検出する別の方法は図１４に示されているように磁気トラックの指標部分の上に二つ以上のセンサを用いることである。理想的には、この技術は、図５又は７に実施例とともに用いられることであろう。好ましくは、二つのセンサ１０２と１０４は、シリコン１０６の単一片の上に高分解能センサ１０８と約１磁極間隔の距離を離して用いられることである。指標センサ１０３及び１０４からの信号１１０及び１１２を合計すると、曲線１１４に示されているように、二つの平均に比例する信号を作る。これは、閾値をゼロにできるようにする。指標パルス又は閾値を得るために高分解能センサ１０８への依存はない。曲線１１６は高分解能センサ１０８の出力を表している。
【００３０】
多くの点で、上述の方法に類似の磁石を作るためのもう一つの方法が、一つの磁極対１１８を、図１６に示されているように、円形磁気トラックの内径又は外径の方へずらすことである。内径の方へ向いているセンサ１２２は、指標パルスのところで曲線１２６として示されている弱い方の信号を作るであろう。外径の方を向いているセンサ１２４は曲線１２８として示されている強い方の信号を作るであろう。これらの二つの信号の間の差は、曲線１３０として示されている不同期指標パルスを与える。高分解能センサを直接に磁石の真ん中に置くことができる。曲線１３２に相当する高分解能信号を二つの指標センサの出力を平均することによって得ることができる。

Claims (2)

1. 磁気トラックを形成する経路に沿って一定間隔をあけた一連の磁極を備え、前記磁極は、前記磁気トラックの経路に沿った指標部分と高分解能部分の二つの平行な磁極分からなり、当該二つの平行な磁極部分には、磁気トラックの信号を検出するように前記磁気トラックの縁に近い位置に少なくとも二つの磁気センサ（１８，２０）が配置され、前記磁気トラックは前記磁気トラックの経路に関して前記磁極が一様に並べられた規則的な磁極接合部（３４，６２，６４）によって分離されると共に、前記磁極部分の他の一方では前記磁気トラックの経路に関して少なくとも１つの不規則な磁極接合部（３６，４４，６０）によって分離されていることを特徴とする、高分解能信号と指標信号を発生させる磁気符号器。
2. 前記不規則な磁極接合部（３６）が、磁気トラックの経路に直角な方向に並ぶ二つの平行な磁極縁（４０，４２）と、前記二つの平行な磁極縁（４２，４０）の間にずれができるように前記二つの磁極縁（４０，４２）の間にあって磁気トラックの経路にほぼ沿った方向を向いている段付き遷移部（３８）、とを備えている請求項１に記載の磁気符号器。

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