JP4586800B2 - 磁気エンコーダ - Google Patents

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Description

本発明は、例えば自動車や家電製品に備わる回転部材の回転を検出するのに用いられる磁気エンコーダに関する。
磁気エンコーダは、例えば自動車のクランク角検出に用いられている。図１３に磁気エンコーダの従来例を示す。図１３に示すように、磁気エンコーダは、位置基準となる信号出力部１０１を備えている。この信号出力部１０１においては、磁極の周方向の幅が、他の部分における磁極の周方向の幅の２倍となるように構成されている。この信号出力部１０１以外の領域における磁極の周方向の幅は全て一定（信号出力部１０１における磁極の周方向の幅の半分）となるように構成されている。この領域において、信号出力部１０１を基準（０°）とする回転角が検出される。
また、特許文献１に開示された技術のようなものもある。当該技術においては、位置基準となる信号出力部が凸状に突出しており、他の部分には所定の磁極の配列パターンが連続している。この磁極の配列パターン部分において、信号出力部を基準とする回転角が検出される。
このような磁気エンコーダにおいては、位置基準となる信号出力部を検出するためには、この信号出力部がセンサによる検出部を通過する必要がある。そのため、この信号出力部の検出のために、最大で約３６０°近く磁気エンコーダを回転させることもある。
ところで、近年、環境問題の点からアイドリングストップが奨励されている。しかし、エンジン再始動時には同時に全気筒に燃料を噴射しており、この全気筒への燃料噴射は環境問題上好ましいものではない。この問題を解消するためには、エンジン始動後、直ぐにクランク角やカム角等からシリンダ位置を特定し、必要な気筒だけに燃料を噴射することが求められる。
しかし、上記従来例では、信号出力部を検出するために最大で約３６０°も磁気エンコーダを回転させる必要があり、短時間に、少ない回転で回転角を特定することはできなかった。
なお、特許文献２，３には、短時間で回転角を特定する技術が開示されているが、当該技術の場合、複雑な構成で部品点数も多く、さらなる改良が望まれていた。
特開平７−７４０２０号公報 特開平９−４９４５３号公報 特開平１１−２２９９４８号公報
本発明の目的は、少ない回転で回転角を特定可能な磁気エンコーダを提供することにある。
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の磁気エンコーダは、
磁極であるＳ極とＮ極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、
磁極の配列パターンは、
周方向に一定間隔で設けられる複数の指標部と、
指標部と指標部の間にそれぞれ備えられる複数の標準ピッチ部と、
全ての標準ピッチ部内、または一つの標準ピッチ部を除いた他の標準ピッチ部内にそれぞれ備えられ、かつ各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えられる複数の特殊ピッチ部とから構成されており、
指標部と標準ピッチ部と特殊ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっていることを特徴とする。
本発明によれば、指標部により区切られる区間における磁極の配列パターンが、全ての区間で異なっている。つまり、指標部と指標部との間には、いずれも標準ピッチ部が備えられているが、特殊ピッチ部については、各区間で態様が異なっている（特殊ピッチがない場合も含む）。そのため、特殊ピッチ部に基づいて、いずれの区間であるかを特定できる。従って、少ない回転で回転角を特定できる。
特殊ピッチ部を、各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えさせる例としては、各標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部の配置位置を変えたり、各標準ピッチに対して、特殊ピッチ部における磁極の数を変えたりするものが挙げられる。
また、本発明の磁気エンコーダは、
磁極であるＳ極とＮ極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、
磁極の配列がいずれも同一の複数の配列パターンが並んだ第１のトラックと、
磁極の配列がいずれも異なる複数の配列パターンが並んだ第２のトラックと、
を備える磁気エンコーダにおいて、
前記第１のトラックにおける磁極の配列パターンは、先頭に設けられる指標部と、該指標部の後に設けられる磁極数の等しい標準ピッチ部とから構成され、指標部と標準ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっていることを特徴とする。
ここで、前記第１のトラックにおける配列パターンと第２のトラックにおける配列パターンとの比較に基づいて、回転角の検出がなされるとよい。
また、前記第２のトラックにおける磁極の配列パターンは、各配列パターンに含まれる磁極の数が異なるとよい。
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
本発明によれば、少ない回転で回転角を特定できる。
図１は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。 図２は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。 図３はセルモータの起動時にクランクシャフトが一回転で６００ｒｐｍまで等加速度で回転するときの様子を示す回転量と角速度の関係を示すグラフである。 図４は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダを図２中Ｃ点から一回転するときのパルス時間の推移を示すグラフである。 図５は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダを図２中Ｄ点から一回転するときのパルス時間の推移を示すグラフである。 図６は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダを図２中Ｅ点から一回転するときのパルス時間の推移を示すグラフである。 図７は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンの変形例を示す図である。 図８は本発明の実施例２に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。 図９は本発明の参考例に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。 図１０は本発明の参考例に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。 図１１は本発明の参考例に係る磁気エンコーダの出力信号を示す図である。 図１２は本発明の実施例３に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。 図１３は従来例に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。
１ 磁気エンコーダ
１ａ トラック
１ｂ 所定パターン
１ｃ 微細ピッチパターン
１ｄ 指標
１ｗ ホイール
２ 検出手段
１０ 磁気エンコーダ
１０ａ 第１のトラック
１０ｂ 第２のトラック
１０ｗ ホイール
２０，３０ 検出手段
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
図１は本発明の実施例１に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。本実施例に係る磁気エンコーダ１は、ホイール１ｗと、ホイール１ｗの外周に設けられる１列のトラック１ａとを備えている。トラック１ａの表面に対向する位置には、磁界の強さを検出する検出手段２が設けられている。なお、磁気エンコーダ１の大きさは、取り付ける回転部材に応じて適宜選択すればよい。
検出手段２には、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る。磁気センサの具体例として、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）を挙げることができる。
トラック１ａは、磁極であるＳ極とＮ極が交互に全周にわたって備えられた構成である。そして、トラック１ａが回転すると、検出手段２の対向位置（検出手段２による検出位置）に位置する磁極が、Ｎ極からＳ極またはＳ極からＮ極に変わる。このときの磁界の変化がパルスとして検出され、検出されたパルスの数やパルス幅などによって、磁気エンコーダ１の回転角と角速度が割り出される。
また、本実施例においては、トラック１ａは、磁気エンコーダ１の０°〜３６０°を４５°ごとに８分割した位置（０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°）を割り出すことができるように構成されている。
トラック１ａにおける磁極の配列パターンは、図２に示すように、一定間隔（４５度間隔）で所定パターン１ｂが繰り返し設けられた構成である。所定パターン１ｂは、指標１ｄ（指標部）と、標準ピッチパターン（標準ピッチ部）と、標準ピッチパターン内に設けられる微細ピッチパターン１ｃ（特殊ピッチ部）とから構成される。ただし、本実施例では、微細ピッチパターン１ｃが備えられていない所定パターン１ｂも一つだけある。これら指標１ｄと標準ピッチパターンと微細ピッチパターン１ｃは、いずれも磁極であるＳ極とＮ極が交互に設けられる点では同じであるが、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっている。本実施例では、指標１ｄ，標準ピッチパターン，微細ピッチパターン１ｃの順で磁極の周方向の幅が狭くなっている。
そして、所定パターン１ｂの先頭（図中左端）に、指標１ｄが備えられている。従って、指標１ｄは一定間隔（４５°間隔）で全周にわたって備えられている。そして、所定パターン１ｂにおける指標１ｄを除く領域に、ある一定のピッチ（標準ピッチ）で配置される標準ピッチパターンが備えられている。従って、標準ピッチパターンは、指標１ｄと指標１ｄの間にそれぞれ設けられている。そして、一つを除く各標準ピッチパターン内に微細ピッチパターン１ｃがそれぞれ備えられている。
また、所定パターン１ｂは、０°〜４５°，４５°〜９０°，９０°〜１３５°，１３５°〜１８０°，１８０°〜２２５°，２２５°〜２７０°，２７０°〜３１５°，３１５°〜３６０°にそれぞれ設けられている。このように、トラック１ａには、４５°間隔で所定パターン１ｂが繰り返し全周にわたって設けられている。
微細ピッチパターン１ｃは、２つの細いＮ極とそれらに挟まれた細いＳ極とで構成されている。微細ピッチパターン１ｃは、図２に示すように、０°〜４５°の所定パターン１ｂには設けられていない。そして、それ以外の所定パターン１ｂにおいては、角度が大きくなるにつれて、所定パターン１ｂ内での位置を後側に徐々にずらすようにして微細ピッチパターン１ｃが配置されている。すなわち、微細ピッチパターン１ｃは、トラック１ａの所定パターン１ｂごとに異なる位置に配置されている。このように、予め微細ピッチパターン１ｃの位置は、回転角に対応させてある。
そして、本実施例では、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１ａの磁界を検出している。
このように構成された磁気エンコーダ１においては、任意の位置から９０°の回転範囲内で、０〜３６０°を４５°ごとに分割した領域のどの位置（０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°）であるかを特定することができる。
例えば、図２のＡ点から回転し始めた場合、初めの指標１ｄのパルスを得てから、２番
目の指標１ｄのパルスを得るまでのＢ間の所定パターン１ｂの領域において、微細ピッチパターン１ｃのパルスに基づいて、所定パターン１ｂ内における微細ピッチパターン１ｃの位置情報が得られる。この位置情報によって、読み取った所定パターン１ｂがどの回転角に対応するものであるかを特定できる。この場合には、９０°〜１３５°の所定パターン１ｂであると分かる。したがって、２番目の指標のパルスを得た位置が１３５°であることを特定できる。
このように、指標１ｄと指標１ｄの間の区間内において、微細ピッチパターン１ｃが有るか否かを検出し、有る場合には、当該区間における微細ピッチパターン１ｃの位置を特定する。これにより、磁気エンコーダ１の回転角を、４５°ごとに判別することができる。この時、回転角を特定するために必要とする磁気エンコーダ１の回転角は、トラック１ａにおける２つの指標間の１区間を計測するのに必要な４５°〜９０°となる。
したがって、本実施例に係る磁気エンコーダ１によれば、少ない回転で回転角を特定できる。また、磁気エンコーダ１が逆回転した場合には、トラック１ａの指標１ｄのＮ極とＳ極の読み取り順序が変わってしまうことから逆回転を判別することもでき、少ない回転で逆回転を停止させることも可能となる。
以上のことから、次のような利点もある。例えば４気筒のエンジンの場合、従来はシリンダ位置の特定のためにクランクシャフトを最大３６０°回転する必要があった。これに対して、本実施例によれば、エンジン始動からクランクシャフトの９０°以内の回転によって、シリンダ位置を特定できる。従って、必要な気筒だけに燃料を噴射し、無駄な燃料噴射を抑えることができ、環境問題対策に有効となる。
また、本実施例に係る磁気エンコーダ１は、非接触の回転制御手段として有効であり、例えばロボットの腕の回転制御にも用いることができる。
ここで、本実施例では、１つのトラック１ａにおいて、８分割した所定パターン１ｂ内の指標１ｄ，標準ピッチパターン及び微細ピッチパターン１ｃのパルス時間幅（デューティ）を比較して行く。そのため、例えば起動時において角速度が変化した場合には、それぞれの判別が難しくなることも考えられ得る。
しかし、その場合でも、角速度の立ち上がり特性を元に標準ピッチパターン及び微細ピッチパターン１ｃそれぞれの大小が明確となるピッチ幅に設定したり、前後のパルス幅を比較したりすることで、絶対位置の検出をすることができる。
一例として、磁気エンコーダ１が自動車のクランクシャフトに取り付けられた場合の例を説明する。また、ここでは、セルモータの起動時において、クランクシャフトの角速度が１回転で６００ｒｐｍまで等加速度で変化する場合を例にして説明する。なお、図３は、そのときのクランクシャフトの回転量と角速度の関係を示すグラフである。
また、ここでは、磁極の配列パターン角度（Ｓ極幅とＮ極幅との合計幅（角度）に相当する）が、指標１ｄについては８．２°、標準ピッチパターンについては４．６°、微細ピッチパターンについては２．３°の場合を例にして説明する。
図４〜図６は、以上のように構成された磁気エンコーダ１が１回転するときのパルス時間の推移を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は検出されたパルスを示し、縦軸はパルス幅（パルス時間）を示している。なお、図４〜図６は、それぞれ図２中のＣ点，Ｄ点，Ｅ点からスタートしたときについて示したものである。いずれの場合も、９０°回転以内に、指標１ｄのパルスと微細ピッチパターン１ｃのパルス（２本）が確実に
検出される。従って、起動時であっても回転角（絶対位置）の検出が可能である。
なお、これまでの説明では、所定パターン１ｂ内における微細ピッチパターン１ｃの位置を変えることで、どの回転角にある所定パターン１ｂであるかを特定できるようにする構成を示した。しかし、所定パターン１ｂ内における微細ピッチパターン１ｃそのものが、所定パターン１ｂごとに異なっていれば、どの所定パターン１ｂであるかを特定することが可能である。
例えば、微細ピッチパターン１ｃを構成する磁極の数を、所定パターン１ｂごとに変えることによっても、その回転角にある所定パターン１ｂであるかを特定することができる。より具体的な例としては、図７に示すように、トラック１ａの所定パターン１ｂ内の微細ピッチパターン１ｃを、４５°間隔で数を増加させるようにするものが挙げられる。図７は、トラック１ａの一部を示したもので、図中左側の微細ピッチパターン１ｃはＮ極とＳ極が一つずつ備えられており、右側の微細ピッチパターン１ｃはＮ極とＳ極が２つずつ備えられている。このような構成でも、トラック１ａの出力における２つの指標の間の１区間内で、微細ピッチパターン１ｃにおける磁極の数を特定することで、磁気エンコーダ１の回転角を４５°ごとに特定できる。
勿論、微細ピッチパターン１ｃの配置位置と磁極の数の組み合わせによって、各所定パターン１ｂに対して、異なる態様で、微細ピッチパターン１ｃを備えさせることもできる。これは、例えば、所定パターン１ｂの間隔が狭く、全周に対して、より多数の所定パターン１ｂが備えられるような場合に有効である。なお、本実施例では、一つを除く各標準ピッチパターン内に微細ピッチパターンがそれぞれ備えられている場合を例にして説明したが、全ての標準ピッチパターンに対して、微細ピッチパターンを異なる態様で備えるようにしても良いことは言うまでもない。また、本実施例では、指標部（指標１ｄ），標準ピッチ部（標準ピッチパターン），特殊ピッチ部（微細ピッチパターン１ｃ）の順で磁極の周方向の幅が狭くなっている場合を例にして説明したが、それぞれの幅が異なっていれば、大小関係が異なっていても良いことは言うまでもない。
図８を参照して、本発明の実施例２に係る磁気エンコーダについて説明する。本実施例では、上述した実施例１に係る磁気エンコーダ１のより具体的な使用例を説明する。
本実施例では、４気筒のエンジンのクランクシャフトに磁気エンコーダ１を用いた場合の使用例を示す。図８は本発明の実施例２に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。図８には、クランクシャフトに用いた磁気エンコーダ１のトラック１ａにおける磁極の配列パターンと、カムシャフトに用いた磁気エンコーダのトラック３ａにおける磁極の配列パターンが示されている。なお、クランクシャフトに用いた磁気エンコーダ１のトラック１ａにおける磁極の配列パターンに関しては、上述した実施例１の場合と同一の構成であるので、その説明は適宜省略する。
４気筒エンジンにおいては、クランクシャフトが３６０°×２回転すると、カムシャフトは３６０°回転する。そして、エンジン立ち上がり時（エンジンの始動開始時）では、クランクとカムの相対位置は固定されている。したがって、クランク角の位置が分かればカムの位置（カム角）は特定される。しかし、上記の通り、カムシャフトは、クランクシャフトが２回転することによって１回転するので、クランクシャフトが１回転目か２回転目であるかを特定する必要がある。
その特定の方法として、図８に示すように、クランクシャフトに上記実施例１で示したトラック１ａを有する磁気エンコーダ１を配置するとともに、カムシャフトにトラック３
ａを有する磁気エンコーダを配置する。これによって、カムについてのカム信号とカム位置信号を検出できるようにする。なお、カム側での信号検出は、磁気エンコーダ１の検出手段２と同様なものを用いれば良い。また、磁気エンコーダ１については上記実施例１で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
カムシャフトに設けられる磁気エンコーダには、図８に示すトラック３ａが磁気エンコーダの外周面の全周にわたって配置される。トラック３ａは、磁極であるＳ極とＮ極が周上で半分ずつ配置されており、３６０°で１周期となる配列パターンである。
そして、トラック３ａにおける０°〜１８０°（Ｎ極）と１８０°〜３６０°（Ｓ極）が、クランクシャフトに設けられる磁気エンコーダ１のトラック１ａにおける０〜３６０°にそれぞれ対応している。
これにより、トラック３ａが０°〜１８０°であるか１８０°〜３６０°であるかにより、クランクの１回転目であるか２回転目であるかが特定される。本実施例では、カム位置信号は、０°〜１８０°までのＮ極でＨｉを出力してクランクの１回転目を検出し、１８０°〜３６０°までのＳ極でＬｏを出力してクランクの２回転目を検出し、クランクの回転数の判定を行う。
以上のように、本実施例によれば、４気筒エンジンにおいて、クランクシャフトの９０°以内の回転により、クランク角と共にカム位置（カム角）を特定でき、シリンダ位置が分かる。これにより、エンジン始動から直ぐに無駄な燃料噴射を抑制したエンジン制御が可能となる。
（参考例）
図９は本発明の参考例に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。本参考例に係る磁気エンコーダ１０は、ホイール１０ｗと、ホイール１０ｗの外周に設けられる第１のトラック１０ａ及び第２のトラック１０ｂを備えている。第１のトラック１０ａの表面及び第２のトラック１０ｂの表面に対向する位置には、それぞれの磁界の強さを検出する検出手段２０，３０が設けられている。なお、磁気エンコーダ１０の大きさは、取り付ける回転部材に応じて適宜選択すればよい。
検出手段２０，３０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る。磁気センサの具体例として、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）を挙げることができる。
第１のトラック１０ａと第２のトラック１０ｂは、ホイール１０ｗの外周に並んで設けられている。第１のトラック１０ａと第２のトラック１０ｂは、いずれも磁極であるＳ極とＮ極が交互に全周にわたって備えられた構成である。そして、これら第１のトラック１０ａと第２のトラック１０ｂが回転すると、検出手段２０，３０の対向位置（検出手段２０，３０による検出位置）に位置する磁極が、Ｎ極からＳ極またはＳ極からＮ極に変わる。このときの磁界の変化がパルスとして検出され、検出されたパルスの数やパルス幅などによって、磁気エンコーダ１０の回転角と角速度が割り出される。
第１のトラック１０ａは、磁極の配列がいずれも同一の複数（４個）の配列パターンが並んだ構成である。一方、第２のトラック１０ｂは、磁極の配列がいずれも異なる複数（４個）の配列パターンが並んだ構成である。これらについて、以下、より詳細に説明する。
第１トラック１ａにおいては、Ｎ極とＳ極の１組をペアとした配列パターンが、図１０に示すように、０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°にそれぞれ設けられている。ここで、各配列パターンにおけるＮ極とＳ極は、磁極の周方向の幅が等しくなっている。つまり、各磁極は４５°の幅を持っている。従って、第１トラック１ａにおいては、全周にわたって、周方向の幅が等しいＮ極とＳ極が交互に配置された構成である。
このような構成により、第１のトラック１ａにおける磁界の検出に基づいて、磁気エンコーダ１０の４５°ごとの回転を検出することができる。つまり、Ｎ極からＳ極に変わるときの磁界の変化がパルスとして検出されてから、Ｓ極からＮ極に変わるときの磁界の変化がパルスとして検出されるまでの間（及び、Ｓ極からＮ極に変わるときの磁界の変化がパルスとして検出されてから、Ｎ極からＳ極に変わるときの磁界の変化がパルスとして検出されるまでの間）で、磁気エンコーダ１０が４５°回転したことになる。
一方、第２のトラック１ｂは、磁気エンコーダ１の０°〜３６０°を４５°ごとに８分割した位置（０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°）を特定する情報を割り出すものである。第２のトラック１ｂにおいては、磁極の数が異なる配列パターンが、０°〜９０°、９０°〜１８０°、１８０°〜２７０°、２７０°〜３６０°にそれぞれ設けられている。すなわち、図１０に示すように、０°〜９０°ではＮ極，Ｓ極のペアが１組配置されており、９０°〜１８０°ではＮ極，Ｓ極のペアが２組配置されており、１８０°〜２７０°ではＮ極，Ｓ極のペアが４組配置されており、２７０°から３６０°ではＮ極，Ｓ極のペアが６組配置されている。
すなわち、第２のトラック１ｂにおいては、第１のトラック１ａにおける配列パターン（Ｎ極，Ｓ極の１組をペアとしたパターン）それぞれに隣接された各配列パターンの磁極数を回転角によって異ならせている。具体的には、回転角が大きくなるにつれて磁極の数を順次増加させている。このように、予め第２のトラック１ｂにおける配列パターンは、回転角に対応させてある。
検出手段２０，３０による出力信号を図１１に示す。図１１に示すように、Ｎ極をＨｉ，Ｓ極をＬｏとして、第１のトラック１０ａによる出力信号は、９０°間隔を１周期とする波形となる。
これに対して、第２のトラック１０ｂによる出力信号は、０°〜９０°，９０°〜１８０°，１８０°〜２７０°，２７０°〜３６０°の９０°ごとの領域において、それぞれ周期の異なる波形となる。つまり、Ｈｉ−Ｌｏ間の切り換えパルス数は、０°〜４５°及び４５°〜９０°間では０個であり、９０°〜１３５°及び１３５°〜１８０°間ではそれぞれ１個あり、１８０°〜２２５°及び２２５°〜２７０°間ではそれぞれ３個であり、２７０°〜３１５°及び３１５°〜３６０°間ではそれぞれ５個である。ただし、Ｈｉ−Ｌｏ間の切り換えパルスとしては、０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°上のパルスは数えていない。
このように構成された磁気エンコーダ１０においては、任意の位置から９０°の回転範囲内で、０〜３６０°を４５°ごとに分割した領域のどの位置（０°，４５°，９０°，１３５°，１８０°，２２５°，２７０°，３１５°）であるかを特定することができる。
例えば、図１１のＡ点から回転し始めた場合、最初に第１のトラック１０ａによる出力がＨｉからＬｏに切り換わるパルスを得てから、次にＬｏからＨｉに切り換わるパルスを得るまでのＢ間のＬｏ領域において、第２のトラック１０ｂにより出力としてＨｉ−Ｌｏ
間の切り換えパルス数は１回である。これにより、第１のトラック１０ａでＬｏからＨｉに切り換わるパルスを得た位置が１８０°であることが分かる。
このように、第１のトラック１０ａによる出力がＨｉからＬｏまたはＬｏからＨｉに切り換わってから、ＬｏからＨｉまたはＨｉからＬｏに切り換わるまでの１区間（４５°に対応する）の間に、第２トラック１０ｂにおけるＨｉ−Ｌｏ間の切り換わったパルスの数を数える。このパルスの数から、磁気エンコーダ１０の回転角を、第１のトラック１０ａによる出力の１区間終了時に特定することができる。この時、回転角を特定するために必要とする磁気エンコーダ１０の回転角は、第１のトラック１０ａのＨｉ−Ｌｏ間の切り換えパルスの１区間を計測するのに必要な４５°〜９０°となる。
したがって、本参考例に係る磁気エンコーダ１０によれば、少ない回転で回転角を特定できる。また、磁気エンコーダ１０が逆回転した場合も、第１のトラック１０ａのＨｉ−Ｌｏ間の切り換えパルスの１区間において、第２のトラック１０ｂのＨｉ、Ｌｏの順序が変わってしまうことから逆回転を判別することもでき、少ない回転で逆回転を停止させることも可能となる。
以上のことから、次のような利点もある。例えば４気筒のエンジンの場合、従来はシリンダ位置の特定のためにクランクシャフトを最大３６０°回転する必要があった。これに対して、本参考例によれば、エンジン始動からクランクシャフトの９０°以内の回転によって、シリンダ位置を特定できる。従って、必要な気筒だけに燃料を噴射し、無駄な燃料噴射を抑えることができ、環境問題対策に有効となる。
また、本参考例に係る磁気エンコーダ１０は、非接触の回転制御手段として有効であり、例えばロボットの腕の回転制御にも用いることができる。
図１２は本発明の実施例３に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図である。本実施例は、上記参考例の変形例である。
本実施例では、図１２に示すように、第１のトラックにおいては、４５°間隔の磁極の配列パターンは、それぞれ先頭に指標（指標部）を有し、指標の後に磁極数の等しい配列のパターン（標準ピッチ部）が形成されており、いずれも同一の配列パターンで構成されている。なお、指標部における磁極の周方向の幅と標準ピッチ部における磁極の周方向の幅は異なっている。これに対して、第２のトラックにおいては、４５°間隔の磁極の配列パターンは、いずれも磁極の数が異なっており、いずれも異なる配列パターンとなっている。なお、上記参考例では、第２のトラックにおいて、Ｎ極とＳ極を１組として、各配列パターンで組数が異なっていたが、本実施例では、単極の数を異ならせるようにしている。つまり、本実施例では、第２のトラックにおける磁極の数が、０°〜４５°では４個，４５°〜９０°では５個，９０°〜１３５°では６個というように、回転角が４５°増えるにつれて、磁極の数を１個ずつ増加させている。これにより、回転角が増えるにつれて配列パターンごとに、Ｈｉ−Ｌｏ間の切り換えパルスが１つずつ増加するようにしている。ただし、第２のトラックにおいては、磁場干渉を抑制するために、第１のトラックの指標に隣接させて、同じ幅の磁極を一対配置して、それに続けて、各配列パターンによって幅の異なる磁極を配置している。なお、本実施例において、第１のトラックに指標を設けた理由は、４５°ごとの切り換わりを明確にするためである。つまり、本実施例では、第１のトラックによる出力パルスは、指標の部分ではパルス幅が長く、指標以外の部分ではパルス幅が短い。従って、パルス幅の変化によって、４５°ごとの切り換わりを検出することができる。
本実施例においても、上記参考例と同様に、第１のトラックによる出力と、第２のトラックによる出力との比較によって、回転角を４５°〜９０°の範囲で特定できる。すなわち、第１のトラックにおいて最初に指標が検出されてから次の指標が検出されるまでの間における第２のトラックのＨｉ−Ｌｏ間の切り換えパルス数から回転角が特定される。また、上記参考例では、第２のトラックにおいて、一定の回転角ごとに、Ｎ極とＳ極の組み単位で磁極を増やす構成を採用したのに対して、本実施例では、一定の回転角ごとに単極単位で磁極の数を増やす構成を採用している。従って、一定の回転角を小さく設定したい場合（１周内の配列パターンの数を増やしたい場合）に、回転角が大きくなっても、磁極の数の増加を抑制することができる。従って、磁極の幅が小さくなり過ぎてしまうことを抑制し、感度の低下を抑制することができる。

Claims (6)

  1. 磁極であるＳ極とＮ極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、
    磁極の配列パターンは、
    周方向に一定間隔で設けられる複数の指標部と、
    指標部と指標部の間にそれぞれ備えられる複数の標準ピッチ部と、
    全ての標準ピッチ部内、または一つの標準ピッチ部を除いた他の標準ピッチ部内にそれぞれ備えられ、かつ各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えられる複数の特殊ピッチ部とから構成されており、
    指標部と標準ピッチ部と特殊ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっていることを特徴とする磁気エンコーダ。
  2. 各標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部の配置される位置が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
  3. 各標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部における磁極の数が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の磁気エンコーダ。
  4. 磁極であるＳ極とＮ極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、
    磁極の配列がいずれも同一の複数の配列パターンが並んだ第１のトラックと、
    磁極の配列がいずれも異なる複数の配列パターンが並んだ第２のトラックと、
    を備える磁気エンコーダにおいて、
    前記第１のトラックにおける磁極の配列パターンは、先頭に設けられる指標部と、該指標部の後に設けられる磁極数の等しい標準ピッチ部とから構成され、指標部と標準ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっていることを特徴とする磁気エンコーダ。
  5. 前記第１のトラックによる出力と第２のトラックによる出力との比較に基づいて、回転角の検出がなされることを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ。
  6. 前記第２のトラックにおける磁極の配列パターンは、各配列パターンに含まれる磁極の数が異なることを特徴とする請求項４に記載の磁気エンコーダ。
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