JP4622725B2 - Magnetic absolute encoder - Google Patents
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本発明は、直線または回転移動体の絶対位置検出に用い、絶対値信号を安定かつ正確に得られる磁気式アブソリュート型エンコーダに関する。 The present invention relates to a magnetic absolute encoder that can be used for detecting an absolute position of a linear or rotary moving body and can obtain an absolute value signal stably and accurately.
従来の磁気式アブソリュート型エンコーダは、例えば特許文献1に示されているように、符号板上に記録されたアブソリュートコードを複数の検出ヘッドで読み取るものである。アブソリュートコード1つの符号に相当する長さはλであり、アブソリュートコードの着磁部分の磁化方向は、λ1つあたりNS方向とSN方向の2つのペアからなる。アブソリュートコードを読み取る磁気センサはMR素子が用いられるが、MR素子は磁場の絶対値を測定することはできるが極性は判別できない。したがって、1つの着磁部分の符号を読み取るときに磁場の方向が反転する箇所があるため、磁気センサの出力が0になる箇所があり、特許文献1の図1のように2つのピークが形成される出力となる。また、着磁部分が連続する場合も、着磁部分に相当する符号の数の2倍のピークが形成される。アブソリュートコードを生成するためMR素子の出力にしきい値を設け、しきい値以上の出力を「1」、しきい値未満の出力を「0」と出力するようにすると、着磁部分では「1」が出力されるべきであるが、途中で出力が「0」となる部分が出るため、アブソリュートコードを正確に検知することができない。
A conventional magnetic absolute encoder reads an absolute code recorded on a code plate with a plurality of detection heads as disclosed in
これを解決するための手段として、磁気センサS1とS2をλ/2だけずらした位置に配置してそれらの合成値をとることにより、着磁部分で発生する「0」の出力を無くしている。しかし、互いにλ/2だけずらした位置のMR素子出力の合成値をとれば、着磁部分に相当する符号である「1」の出力をもつ長さがλ/2だけ広がり、例えば着磁部分が1つの場合は「1」となる長さが(3/2)λに、着磁部分が3つ連続する箇所の長さは合計で(7/2)λとなってしまう。このように着磁部分の長さが長くなるため、着磁部分の長さを短くする方式も示されており、これにより着磁部分の符号である「1」と無着磁部分の符号である「0」の長さが正確なものに近づき、適切なアブソリュートコードを読み取ることが示されている。この方式は着磁部分の磁化方向が強く反映される位置、すなわち符号板と磁気センサの間の距離が極めて短い領域では有効であり、例えば磁気センサが符号板に接触して読み取る場合はほぼ正確なアブソリュートコードを読み取ることができる。 As a means for solving this problem, the magnetic sensors S1 and S2 are arranged at positions shifted by λ / 2 and their combined values are taken, thereby eliminating the output of “0” generated in the magnetized portion. . However, if the combined value of the MR element outputs at positions shifted by λ / 2 is taken, the length having the output of “1” corresponding to the magnetized portion is expanded by λ / 2. For example, the magnetized portion In the case of one, the length of “1” is (3/2) λ, and the length of three consecutive magnetized portions is (7/2) λ in total. Since the length of the magnetized portion is increased in this way, a method of shortening the length of the magnetized portion is also shown. Thus, the code of the magnetized portion is “1” and the code of the non-magnetized portion. It has been shown that a certain “0” length approaches the correct one and reads the appropriate absolute code. This method is effective in a position where the magnetization direction of the magnetized portion is strongly reflected, that is, in an area where the distance between the code plate and the magnetic sensor is extremely short. Can read the absolute code.
しかしながら、 磁気式エンコーダにおける符号板と磁気センサとは一方が可動部となるが、部品の取り付け誤差マージン、複数トラック構成時のインクリメンタル用トラックの読み取り誤差を少なくするため、一定の距離だけ間隔を空けることが必要となる場合がある。符号板と磁気センサの間隔が大きくなれば、磁界分布および磁気センサは非線形な特性を示すことから、着磁部分および無着磁部分に正確に対応する符号化を行うことが難しくなる。例えば、1つの着磁部分をMR素子で測定したときの出力は2つのピークが形成されるが、符号板と磁気センサの距離が大きくなると、ピークとピークの間にある谷の部分が広がるようになる。また、着磁部分と無着磁部分の境界付近では、着磁部分に相当する符号「1」の領域が、無着磁部分にまで広がる。この結果、本来は「1」と出力されるべき箇所で「0」が出力されたり、反対に「0」と出力されるべき箇所で「1」と出力される領域が増えたりすることになり、特許文献1に示されているように磁気センサを互いにλ/2だけずらした位置に配置してそれらの合成をとったとしても、ピークとピークとの間の谷の部分を埋めることが難しくなり、着磁部分と無着磁部分の対応を正確にとれない箇所が出ることがある。このような場合は、アブソリュートコードを正しく読み取ることは困難で、絶対位置の検出に誤差を生じる可能性がある。
However, one of the code plate and the magnetic sensor in the magnetic encoder is a movable part, but is spaced by a certain distance in order to reduce component mounting error margin and incremental track reading error when multiple tracks are configured. May be necessary. If the distance between the code plate and the magnetic sensor is increased, the magnetic field distribution and the magnetic sensor exhibit nonlinear characteristics, so that it is difficult to accurately perform the encoding corresponding to the magnetized portion and the non-magnetized portion. For example, when one magnetized part is measured with an MR element, two peaks are formed. However, as the distance between the code plate and the magnetic sensor increases, the valley between the peaks spreads. become. Further, in the vicinity of the boundary between the magnetized portion and the non-magnetized portion, a region of “1” corresponding to the magnetized portion extends to the non-magnetized portion. As a result, “0” is output at the place where “1” should be output, or the area where “1” is output at the position where “0” should be output increases. Even if the magnetic sensors are arranged at positions shifted from each other by λ / 2 as shown in
また、着磁部分と無着磁部分の境界付近は上記のような磁界分布の特性から「0」と「1」を判別する信頼度が低いため、特許文献1の図4に示されているように並列するインクリメンタルトラックの出力を参照して、互いにλ/2だけ異なる位置に配置された素子のうち信頼度の高いほうの出力をとるようにしている。しかしながら、符号板と磁気センサの距離変動や温度変化等の影響によりセンサ位置における磁場も変動することになり、符号化の信頼性を確保することが難しくなる。 Also, the vicinity of the boundary between the magnetized portion and the non-magnetized portion is shown in FIG. As described above, with reference to the outputs of the incremental tracks arranged in parallel, the output having the higher reliability among the elements arranged at positions different from each other by λ / 2 is taken. However, the magnetic field at the sensor position also fluctuates due to the influence of the variation in the distance between the code plate and the magnetic sensor, the temperature change, etc., and it becomes difficult to ensure the reliability of the encoding.
従来の磁気式アブソリュート型エンコーダは、磁界分布の特性から着磁部分と無着磁部分との境界付近の「0」と「1」とを判別する信頼度が低いという問題点があった。本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことで、絶対位置の検出を高精度に行うことができる磁気式アブソリュート型エンコーダを得ることをも目的とするものである。 The conventional magnetic absolute encoder has a problem that the reliability of discriminating between “0” and “1” near the boundary between the magnetized portion and the non-magnetized portion is low from the characteristics of the magnetic field distribution. The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can perform absolute position detection with high accuracy by performing stable and accurate encoding of an absolute value code. Another object is to obtain an absolute encoder of the type.
本発明に係わる磁気式アブソリュート型エンコーダは、磁気スケールの着磁部分と無着磁部分との組み合わせによって絶対値化コードを生成してアブソリュートデータを出力する磁気式アブソリュート型エンコーダであって、着磁部分の磁化方向は、着磁部分が連続する場合には磁気スケールの長手方向に同一の磁化方向としたことを特徴とするものである。 A magnetic absolute encoder according to the present invention is a magnetic absolute encoder that generates an absolute value code by a combination of a magnetized portion and a non-magnetized portion of a magnetic scale and outputs absolute data. The magnetization direction of the portion is characterized by having the same magnetization direction as the longitudinal direction of the magnetic scale when the magnetized portions are continuous.
また、本発明に係わる磁気式アブソリュート型エンコーダは、連続する場合には磁気スケールの長手方向に同一の磁化方向とした着磁部分および無着磁部分の組み合わせによって絶対値化コードを生成する第1のトラックと、第1のトラックの磁束を検出する第1の磁気センサと、検出された磁束のアブソリュート検出手段とを備えたことを特徴とするものである。 The magnetic absolute encoder according to the present invention generates a first absolute value code by a combination of a magnetized portion and a non-magnetized portion having the same magnetization direction in the longitudinal direction of the magnetic scale when continuous. , A first magnetic sensor for detecting the magnetic flux of the first track, and an absolute detecting means for the detected magnetic flux.
本発明に係わる磁気式アブソリュート型エンコーダは、磁気スケールの着磁部分と無着磁部分との組み合わせによって絶対値化コードを生成してアブソリュートデータを出力する磁気式アブソリュート型エンコーダであって、着磁部分の磁化方向は、着磁部分が連続する場合には磁気スケールの長手方向に同一の磁化方向としたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 A magnetic absolute encoder according to the present invention is a magnetic absolute encoder that generates an absolute value code by a combination of a magnetized portion and a non-magnetized portion of a magnetic scale and outputs absolute data. Since the magnetization direction of the part is the same magnetization direction as the longitudinal direction of the magnetic scale when the magnetized part continues, the absolute value code can be encoded stably and accurately, and the absolute position can be detected. Can be performed with high accuracy.
また、本発明に係わる磁気式アブソリュート型エンコーダは、連続する場合には磁気スケールの長手方向に同一の磁化方向とした着磁部分および無着磁部分の組み合わせによって絶対値化コードを生成する第1のトラックと、第1のトラックの磁束を検出する第1の磁気センサと、検出された磁束のアブソリュート検出手段とを備えたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 The magnetic absolute encoder according to the present invention generates a first absolute value code by a combination of a magnetized portion and a non-magnetized portion having the same magnetization direction in the longitudinal direction of the magnetic scale when continuous. , A first magnetic sensor for detecting the magnetic flux of the first track, and an absolute detection means for the detected magnetic flux, so that encoding of the absolute value code can be performed stably and accurately. The absolute position can be detected with high accuracy.
実施の形態1 .
図1は本発明の実施の形態1よる磁気式アブソリュート型エンコーダを示す構成図であり、以下に示す動作により絶対位置を検出する。図において、磁気スケール11は、例えば4ビットの場合、4ビットのM系列の先頭に0を付加した絶対値化コードのパターンが形成されており、全部で16個の符号からなる。絶対値化コードの一つの符号に相当する長さをλとし、長さλの1a,1b,1c,1d,1e,1f,1g,1hは,符号「0
」に相当する無着磁部分であり、長さλの2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2hは,符号「1」に相当する着磁部分である。符号「1」に相当する着磁部分は,その中央付近の長さαの箇所のみが着磁されており、αは例えばλ/2などの値をとる。以下、符号「1」に相当する部分を「着磁部分」、着磁部分のうち実際に着磁されている箇所を「着磁箇所」と呼ぶことにする。着磁部分の磁化方向は、連続する2a,2b,2c,2dは図の左から右へSNの方向になっており、以下、2eはNS方向、2fと2gはSN方向、2hはNS方向となっている。着磁部分が連続する箇所は同一の磁化方向であり、無着磁部分の前後で磁化方向の向きを反転させている。
FIG. 1 is a block diagram showing a magnetic absolute encoder according to
, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, and 2h of the length λ are magnetized portions corresponding to the code “1”. The magnetized portion corresponding to the code “1” is magnetized only at a portion having a length α near the center, and α takes a value such as λ / 2, for example. Hereinafter, a portion corresponding to the reference numeral “1” is referred to as a “magnetized portion”, and a portion of the magnetized portion that is actually magnetized is referred to as a “magnetized portion”. Magnetization direction of magnetized matter is, successive 2a, 2b, 2c, 2d are made in the direction of the SN from the left to the right in the figure, below, 2e is NS direction, 2f and 2g is SN direction, 2 h is NS It has become a direction. The portions where the magnetized portions are continuous have the same magnetization direction, and the directions of the magnetization directions are reversed before and after the non-magnetized portion.
すなわち、連続する符号「1」に相当する着磁部分はすべて同じ磁化方向であり、符号「0」に相当する無着磁部分を挟んだ次の着磁部分の磁化方向は、前の着磁部分の磁化方向と反転した向きとなっている。これらの着磁パターンにより形成される磁場を磁気センサ12により測定する。磁気センサ12は、例えば複数のMR素子(磁気抵抗効果素子)からなり、4ビットの絶対値化コードのデータを取得するためには、4個のMR素子を3a,4a,5a,6aの位置に、それぞれの素子の間隔を絶対値化コードの一つの符号に相当する長さλだけ離して、磁気スケール11から所定の距離だけ離れた位置に配置する。磁気センサ12の出力は公知のアブソリュート検出手段13によって絶対値化テーブルを参照して絶対位置データに変換される。
That is, all the magnetized portions corresponding to the continuous code “1” have the same magnetization direction, and the magnetization direction of the next magnetized portion across the non-magnetized portion corresponding to the code “0” is the previous magnetization. The direction is reversed from the magnetization direction of the portion. The magnetic field formed by these magnetization patterns is measured by the
ところで、絶対位置を正確に検出するためには、磁気スケールに記録された符号「1」と「0」に相当する信号を磁気センサ12により正確に検出しなければならない。すなわち、磁気センサにより符号「1」に相当する部分は確実に「1」を、符号「0」に相当する部分は確実に「0」を検知する必要があり、仮に「0」と「1」の符号化に誤りがあれば、正確な絶対位置データが得られないことになる。
By the way, in order to accurately detect the absolute position, signals corresponding to the codes “1” and “0” recorded on the magnetic scale must be accurately detected by the
図2は1つの着磁部分の磁化方向がNS方向とSN方向の2つのペアからなるもので、本発明と比較して説明するためのものであり、検出すべき信号、磁気スケールの着磁パターン、磁束密度分布、MR素子出力および符号化出力を示したものである。図2において、水平方向をX方向とする。磁束密度分布とは、磁気スケールから一定の距離r1またはr2だけ離れた位置における磁束密度のX方向成分を示したものであり、実線は距離r1のとき、破線は距離r2のときのものである。X方向の磁束密度分布は磁界解析計算、実験によって得られるもので、MR素子の感磁方向に一致する。また、MR素子出力とはMR素子の感度特性を考慮して得られた出力であり、符号化出力とはMR素子出力に一定のしきい値を設け、しきい値以上を「1」、しきい値未満を「0」としたものである。 FIG. 2 shows a case where the magnetization direction of one magnetized portion is composed of two pairs of NS direction and SN direction, and is for comparison with the present invention. A pattern, magnetic flux density distribution, MR element output, and encoding output are shown. In FIG. 2, the horizontal direction is the X direction. The magnetic flux density distribution indicates the X-direction component of the magnetic flux density at a position away from the magnetic scale by a certain distance r1 or r2. The solid line is the distance r1 and the broken line is the distance r2. . The magnetic flux density distribution in the X direction is obtained by magnetic field analysis calculation and experiment and coincides with the magnetosensitive direction of the MR element. The MR element output is an output obtained in consideration of the sensitivity characteristics of the MR element, and the encoded output is a constant threshold value for the MR element output, and “1” is set above the threshold value. The value less than the threshold value is set to “0”.
図2から分かるように、磁束密度分布は極性が正負交互に得られ、MR素子出力はピークと谷を繰り返す形状となる。この結果、符号化出力も「1」と「0」を繰り返すことになり、1つの着磁部分(λ1個分)では「1」が2回、「0」が1回現れることになる。また、2つの着磁部分が連続している(λ2個分)ときは「1」が4回、「0」が3回現れることなる。1つの着磁部分のピークとピークの間に現れる「0」の領域は、図2に示すとおり磁気スケールと磁気センサの距離が長いほど「0」の領域が大きくなる。また、着磁部分と無着磁部分の境界付近では、着磁部分に相当する「1」の領域が無着磁部分にまで広がり、磁気スケールと磁気センサの距離が離れるほど顕著となる。このような場合、本来は「1」と符号化されるべきところに「0」が出力されたり、「0」と符号化されるべきところに「1」が出力されたりすることになるため、正確な符号化ができなくなり絶対位置の検出に誤差が生じる可能性がある。 As can be seen from FIG. 2, the magnetic flux density distribution is obtained with alternating positive and negative polarities, and the MR element output has a shape that repeats a peak and a valley. As a result, the encoded output repeats “1” and “0”, and “1” appears twice and “0” appears once in one magnetized part (λ1). When two magnetized portions are continuous (for λ2), “1” appears four times and “0” appears three times. The “0” region appearing between the peaks of one magnetized portion becomes larger as the distance between the magnetic scale and the magnetic sensor is longer as shown in FIG. In the vicinity of the boundary between the magnetized portion and the non-magnetized portion, the “1” region corresponding to the magnetized portion extends to the non-magnetized portion, and becomes more prominent as the distance between the magnetic scale and the magnetic sensor increases. In such a case, “0” is output where it should be encoded as “1” or “1” is output where it should be encoded as “0”. Accurate encoding cannot be performed, and an error may occur in detection of the absolute position.
一方、図3は本発明の着磁方法による磁気スケール11により形成される磁束密度分布、MR素子出力および符号化出力を示したものである。図3における磁束密度分布、MR素子出力、符号化出力の定義は図2のものと同様である。なお、図において、同一の符号を付したものおよび同一の表記をしたものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。 On the other hand, FIG. 3 shows the magnetic flux density distribution formed by the magnetic scale 11 by the magnetization method of the present invention, the MR element output, and the encoded output. The definitions of magnetic flux density distribution, MR element output, and encoded output in FIG. 3 are the same as those in FIG. In the drawings, the same reference numerals and the same notations are the same or equivalent, and this is common throughout the entire specification. Further, the description of the constituent elements appearing in the whole specification is merely an example and is not limited to these descriptions.
図3において、着磁箇所の長さαは、符号「1」に相当する着磁部分の長さλよりも短く、連続する着磁部分はすべて同じ磁化方向であり、無着磁部分を挟んだ次の着磁部分の磁化方向は、前の着磁部分の磁化方向と反転した向きとなっている。図から分かるように、磁束密度分布は着磁部分が連続しているときは同じ極性を示し、無着磁部分を挟んだ次の着磁部分は極性が反転する。MR素子は極性の正負にかかわらず磁場の絶対値を出力するため、着磁部分が連続する場合には同一の磁化方向となり、着磁部分では一定値以上の値が出力され、0に近い値が出力されることがない。すなわち、符号化出力は着磁部分が連続する場合には「0」は全く出力されずすべて「1」と出力される。それに対し、無着磁部分では出力は0に近い値のみが得られる。また、磁気スケールの符号「1」に相当する部分と符号「0」に相当する部分の境界付近では、「1」の領域が「0」の部分にまで広がることはなく、磁気スケールの符号とMR素子出力から得られた符号化出力が適切に対応している。したがって、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 In FIG. 3, the length α of the magnetized portion is shorter than the length λ of the magnetized portion corresponding to the reference numeral “1”, and all the continuous magnetized portions have the same magnetization direction and sandwich the non-magnetized portion. The magnetization direction of the next magnetized portion is opposite to the magnetization direction of the previous magnetized portion. As can be seen from the figure, the magnetic flux density distribution shows the same polarity when the magnetized portions are continuous, and the polarity of the next magnetized portion sandwiching the non-magnetized portions is reversed. Since MR element which outputs the absolute value of the magnetic field irrespective of the positive or negative polarity becomes the same magnetization direction when the magnetized component is continuous, the value of a certain value or more is output in magnetized component, toward zero Is not output. That is, in the encoded output, when the magnetized portion is continuous, “0” is not output at all and all “1” is output. On the other hand, only a value close to 0 is obtained in the non-magnetized portion. Further, in the vicinity of the boundary of the portion corresponding to the part and the code "0" corresponding to the magnetic scale of the code "1", "1" never region extends to the portion of "0", and the magnetic scale code The encoded output obtained from the MR element output corresponds appropriately. Therefore, the encoding of the absolute value code can be performed stably and accurately, and the absolute position can be detected with high accuracy.
したがって、着磁部分の着磁箇所の長さは、絶対値化コードの1つの符号に相当する長さよりも短くしたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。この際、着磁箇所は、絶対値化コードの1つの符号に相当する長さの中央部に配置されることになる。 Therefore, since the length of the magnetized portion of the magnetized portion is shorter than the length corresponding to one code of the absolute value code, the absolute value code can be encoded stably and accurately. The position can be detected with high accuracy. At this time, the magnetized portion is arranged at the center of the length corresponding to one code of the absolute value code.
なお、M系列では「0」と「1」の反転回数が偶数回であり、本発明の絶対値化コードもM系列の先頭に「0」を付加しただけなので、「0」と「1」の反転回数が偶数回となる。したがって、図4に示すように回転体の周囲に磁気スケール11を配置して回転角を測定するような場合には絶対値化コードのパターンが循環することになるが、「0」と「1」の反転回数が偶数であるため、無着磁部分を挟んだ両側の着磁部分の磁化方向はどの箇所でも互いに逆の極性になる。よって、本発明による絶対位置の検出は回転体の場合にも適用が可能である。 In the M series, the inversion number of “0” and “1” is an even number, and the absolute value conversion code of the present invention also has only “0” added to the head of the M series, so “0” and “1”. The number of inversions is even. Therefore, as shown in FIG. 4, in the case where the magnetic scale 11 is arranged around the rotating body and the rotation angle is measured, the absolute value code pattern circulates, but "0" and "1" ”Is an even number, the magnetization directions of the magnetized portions on both sides of the non-magnetized portion are opposite to each other at any location. Therefore, the absolute position detection according to the present invention can also be applied to a rotating body.
また、上記の例では4ビットのM系列に0を付加した絶対値化コードについて示したが、さらに大きなビット数とすることにより高分解能化が可能である。なお、上記の例における符号化は、着磁部分を符号「1」、無着磁部分を符号「0」としているが、符号がその逆であっても、同様の効果がえられる。以下の実施の形態において、アブソリュート検出手段13によって検出される磁気スケールの着磁部分の磁化方向は、着磁部分が連続する場合には同一の磁化方向となり、無着磁部分の前後で磁化方向の向きを反転することは共通している。
In the above example, an absolute value code obtained by adding 0 to a 4-bit M series is shown. However, a higher resolution can be achieved by using a larger number of bits. The encoding in the above example uses the code “1” for the magnetized portion and the code “0” for the non-magnetized portion, but the same effect can be obtained even if the code is reversed. In the following embodiments, the magnetization direction of the magnetized portion of the magnetic scale detected by the absolute detecting
以上のことより、磁気スケールの着磁部分と無着磁部分との組み合わせによって絶対値化コードを生成してアブソリュートデータを出力する磁気式アブソリュート型エンコーダであって、着磁部分の磁化方向は、着磁部分が連続する場合には同一の磁化方向としたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 From the above, it is a magnetic absolute encoder that generates an absolute value code by combining a magnetized part and a non-magnetized part of a magnetic scale and outputs absolute data, and the magnetization direction of the magnetized part is Since the magnetization direction is the same when the magnetized portions are continuous, the absolute value code can be encoded stably and accurately, and the absolute position can be detected with high accuracy.
また、連続する場合には同一の磁化方向とした着磁部分および無着磁部分の組み合わせによって絶対値化コードを生成する第1のトラックと、第1のトラックの磁束を検出する第1の磁気センサと、検出された磁束のアブソリュート検出手段とを備えたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 Further, in the case of continuous, a first track for generating an absolute value code by a combination of a magnetized portion and a non-magnetized portion having the same magnetization direction, and a first magnetic for detecting the magnetic flux of the first track Since the sensor and the absolute detection means for the detected magnetic flux are provided, the absolute value code can be encoded stably and accurately, and the absolute position can be detected with high accuracy.
さらに、着磁部分の磁化方向は、無着磁部分の前後で磁化方向の向きを反転させたので、符号化出力は着磁部分が連続する場合には「0」が出力されることがなく全て「1」と出力されるとともに、無着磁部分では「0」が出力され、次の着磁部分では「1」が確実に出力される。したがって、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 Further, since the magnetization direction of the magnetized portion is reversed before and after the non-magnetized portion, the encoded output does not output “0” when the magnetized portion continues. All are output as “1”, “0” is output in the non-magnetized portion, and “1” is surely output in the next magnetized portion. Therefore, the encoding of the absolute value code can be performed stably and accurately, and the absolute position can be detected with high accuracy.
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2の着磁方法による磁気スケールにより形成される磁束密度分布、MR素子出力および符号化出力を示したものである。実施の形態1の磁気スケール11と異なり、着磁部分と着磁箇所とが一致している。すなわち、1つの着磁箇所の長さαが、絶対値化コードの一つの符号に相当する長さλに一致した場合であり、その結果、着磁部分に相当する符号「1」がn個連続する場合は、着磁領域が1つの極性を持ち、長さがnλとなる。このため、磁束密度分布は着磁部分が連続しているときは同じ極性を示し、無着磁部分を挟んだ次の着磁部分で極性が反転する。これによって、符号化出力は着磁部分が連続する場合には「0」は全く出力されずすべて「1」と出力されるので、正確かつ安定に絶対値化コードを符号化することが可能となる。
FIG. 5 shows the magnetic flux density distribution, MR element output, and encoded output formed by the magnetic scale according to the magnetization method of
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3の着磁方法による磁気スケールによって形成される磁束密度分布、MR素子出力および符号化出力を示したものである。実施の形態2に対して、無着磁部と接する着磁部分の着磁箇所が狭くなっている構成である。磁気スケールの符号「1」に相当する部分と符号「0」に相当する部分の境界付近の出力を正確に得るために、着磁部分の長さを短くすることにより実現可能である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 shows the magnetic flux density distribution formed by the magnetic scale, the MR element output, and the encoded output formed by the magnetization method according to the third embodiment of the present invention. Compared to the second embodiment, the magnetized portion of the magnetized portion in contact with the non-magnetized portion is narrowed. In order to accurately obtain an output near the boundary between the portion corresponding to the code “1” and the portion corresponding to the code “0” of the magnetic scale, it can be realized by shortening the length of the magnetized portion.
着磁箇所の長さは、磁気スケールと磁気センサの距離やMR素子の特性などにより適切に決めればよいが、例えば、無着磁部分と接する着磁部分の端部のみλ/4だけ短くしたものであり、符号「1」がn個連続すれば着磁領域(着磁箇所)の全長は{nλ−(1/2)λ}となる。これによって、符号「1」に相当する部分と符号「0」に相当する部分の境界付近の出力が適切になり、絶対値コードの符号化をさらに安定かつ正確に行うことができる。 The length of the magnetized portion may be determined appropriately depending on the distance between the magnetic scale and the magnetic sensor, the characteristics of the MR element, etc. For example, only the end of the magnetized portion in contact with the non-magnetized portion is shortened by λ / 4. If the number “1” of “1” continues, the total length of the magnetized region (magnetized portion) becomes {nλ− (1/2) λ}. As a result, the output near the boundary between the portion corresponding to the code “1” and the portion corresponding to the code “0” becomes appropriate, and the encoding of the absolute value code can be performed more stably and accurately.
したがって、着磁部分が連続する場合には、無着磁部分と接する端部から所定の距離分内側を着磁箇所としたので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 Therefore, when the magnetized portion is continuous, the magnetized portion is set at a predetermined distance from the end in contact with the non-magnetized portion, so that the encoding of the absolute value code can be performed stably and accurately. The absolute position can be detected with high accuracy.
実施の形態4.
図7は本発明の実施の形態4による磁気式アブソリュート型エンコーダを示す構成図である。磁気スケールは2つのトラックから構成されており、絶対値化コードのパターンが着磁された磁気スケール11による第1のトラックと、全領域にわたって所定の間隔でNS方向およびSN方向で着磁された磁気スケール15による第2のトラックからなる。なお、ここでは実施の形態1の磁気スケール11を用いて説明するが、実施の形態2または3の磁気スケールを用いてもよい。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing a magnetic absolute encoder according to the fourth embodiment of the present invention. The magnetic scale is composed of two tracks, and is magnetized in the NS direction and the SN direction at a predetermined interval over the entire area and the first track by the magnetic scale 11 in which the pattern of the absolute value code is magnetized. It consists of a second track by the
4ビットの場合、磁気センサ12は、絶対値化コードの一つの符号に相当する長さλだけ離して4個のMR素子を3a,4a,5a,6aの位置に配置した実施の形態1の配置に加えて、これら4個のMR素子を配置した位置3a,4a,5a,6aからλ/2だけ離れた位置3b,4b,5b,6bに、さらに4個のMR素子を配置する。すなわち、第1のトラックの絶対値化コードを読み取るMR素子は3a,4a,5a,6aのほかに、これらと互いにλ/2だけ離れた位置にある3b,4b,5b,6bが備えられている。
よって、半波長(λ/2)ずれた磁気センサ12を二組備えることになる。
In the case of 4 bits, the
Therefore, two sets of
MR素子3aおよび3bにより符号「0」または「1」が出力されるが、「0」から「1」、または「1」から「0」のようにビット反転する箇所の近傍にMR素子があるとき、その出力は不安定であり信頼性に欠けることになる。しかしながら、3aまたは3bのうちのいずれか一方がこの不安定箇所にあるとき、他方のMR素子はλ/2だけ離れた位置にあるため、不安定箇所からは十分遠く、その出力は安定である。すなわち、3aまたは3bのうちいずれか一方は安定な出力が得られるため、どちらの素子の出力を採用するかを必要に応じて切り替えることによって、安定かつ正確な位置検出が可能となる。
The code “0” or “1” is output by the
この切り替えには、第2のトラックである磁気スケール14の磁場を磁気センサ15で測定してインクリメンタル検出手段16で得られた切替信号を用いる。磁気スケール14は、長さλ1つあたりNS方向となるもの及びSN方向となるものの2つのペアで長さ2λを基本単位にして、この基本単位を繰り返している。このため、磁気スケール14がつくる磁場の分布は正弦波状になり、磁気センサ15を構成するMR素子7aの出力も正弦波状になる。磁気スケール14は磁気スケール11と平行な波長2λの交番磁気とし、磁気スケール11と同期を取ることができる。ここで、絶対値化コードを読み取るMR素子3a,3b,4a,4b,5a,5b,6a,6bのうち、代表して3aと3bとの切り替え方法について、図8を用いて説明する。
For this switching, a switching signal obtained by measuring the magnetic field of the
図8において、MR素子a出力とはMR素子3aの出力を示し、符号化a出力とはMR素子3aの出力に適切なしきい値を設けて、しきい値以上を「1」、しきい値未満を「0」としたものである。また、MR素子b出力および符号化b出力とはMR素子3bのものであり、その定義はMR素子3aのものと同様であるが、素子の位置がMR素子3aからλ/2だけ離れていることだけが異なる点である。切替信号とは、インクリメンタル検出手段16から出力される信号であり、MR素子7aで検出した正弦波信号を元に生成されるものである。
In FIG. 8, the MR element a output indicates the output of the
図7において、磁気スケール11の着磁パターンと磁気スケール14の着磁パターンは周期λで同期しているため、MR素子7aの出力である正弦波信号を参照すれば、MR素子3aまたは3bの出力がビット反転するおおよそのタイミングを特定できる。よって、MR素子3aまたは3bの出力がビット反転するタイミングを避けるように切替信号を出力することができる。図8において、切替信号レベルがHのときは符号化a出力を、切替信号レベルがLのときは符号化b出力を読むようにすれば、MR素子3aおよび3bがビット反転するタイミングを避けて検出信号を生成することができる。これによって、信頼性の高いデータを読み取ることができ、絶対値コードの符号化をさらに安定かつ正確に行うことができる。
In FIG. 7, since the magnetization pattern of the magnetic scale 11 and the magnetization pattern of the
なお、図8の検出信号が「0」から「1」、または「1」から「0」へと変わる位置は、磁気スケールの着磁パターンとでX方向に関して所定の距離だけずれているが、この量はシステムの構成によって固定された固有の値となるため絶対値化には差し支えないことになる。 The position where the detection signal in FIG. 8 changes from “0” to “1” or “1” to “0” is shifted by a predetermined distance in the X direction with respect to the magnetization pattern of the magnetic scale. Since this amount is a specific value fixed depending on the system configuration, it can be converted into an absolute value.
よって、第1の磁気センサは、絶対値化コードの一つの符号に相当する長さの半分がずれた二組の磁気センサからなり、所定の間隔でNS方向およびSN方向で着磁された第2のトラックから得られるインクリメンタル信号によって切り替えられるので、絶対値化コードの符号化を安定かつ正確に行うことができ、絶対位置の検出を高精度に行うことができる。 Therefore, the first magnetic sensor is composed of two sets of magnetic sensors whose half the length corresponding to one code of the absolute value code is shifted, and is magnetized in the NS direction and the SN direction at predetermined intervals. Since it is switched by the incremental signal obtained from the two tracks, the encoding of the absolute value code can be performed stably and accurately, and the absolute position can be detected with high accuracy.
実施の形態5.
図9は本発明の実施の形態5による磁気式アブソリュート型エンコーダを示す構成図である。実施の形態4と比較して、特に、第2のトラックである磁気スケール14の磁場を測定する磁気センサ15の構成と、位相データ演算手段17とをさらに備えた点で異なっている。磁気スケールは2つのトラックから構成されており、第1のトラックである磁気スケール11は絶対値化コードのパターンであり、第2のトラックである磁気スケール14は全領域にわたって所定の間隔でNS方向およびSN方向で着磁されたパターンから形成されている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing a magnetic absolute encoder according to the fifth embodiment of the present invention. Compared with the fourth embodiment, the second embodiment is different in that the configuration of the
磁気センサ15は、互いに位相がλ/4だけ異なる位置7a,7b,8a,8bに4個のMR素子が配置されている。これによって、例えば、一方の出力(7a,7b側)を正弦、他方の出力(8a,8b側)を余弦とすることができる。一対の正弦と余弦となる磁気センサ15の信号に基づき、インクリメンタル検出手段16および位相データ演算手段17にて、磁気スケール14により形成される正弦波の位相角を求めることができる。この位相角の情報を用いることによって、長さλの内部をさらに分割して精度よく位置を求めることができる。
In the
したがって、第1のトラックから得られるアブソリュートデータを上位ビットとし、第2のトラックから得られるインクリメンタルデータを下位ビットとして、上位ビットと下位ビットを合成したので、さらに高分解能の絶対位置検出を行うことができる。 Therefore, the absolute data obtained from the first track is used as the upper bit, the incremental data obtained from the second track is used as the lower bit, and the upper bit and the lower bit are synthesized, so that the absolute position detection with higher resolution can be performed. Can do.
実施の形態4および5では、第1のトラックと第2のトラックとによる2トラックについて説明したが、さらに高分解能化を図るため、新たにトラックを付加して多段トラック構成にすることも可能である。また、これまで説明してきた実施の形態は、回転体の回転角を検出するロータリーエンコーダに限らず、直線移動体の移動距離を検出するリニアエンコーダにも適用できる。 In Embodiments 4 and 5, two tracks, the first track and the second track, have been described. However, in order to further increase the resolution, a new track can be added to form a multi-track configuration. is there. The embodiments described so far are not limited to the rotary encoder that detects the rotation angle of the rotating body, but can also be applied to a linear encoder that detects the moving distance of the linear moving body.
11 磁気スケール、12 磁気センサ、13 アブソリュート検出手段、14 磁気スケール、15 磁気センサ、16 インクリメンタル検出手段、17 位相データ演算手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Magnetic scale, 12 Magnetic sensor, 13 Absolute detection means, 14 Magnetic scale, 15 Magnetic sensor, 16 Incremental detection means, 17 Phase data calculation means
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