JP5161010B2 - 回転検出装置および回転検出装置付き軸受 - Google Patents
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Description
この発明は、各種の機器における回転角度検出、特に各種モータの回転制御のための回転角度検出などに用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受に関する。
この種の回転検出装置として、磁気パルスを発生する例えば周方向に磁極対を並べた磁気エンコーダなどのリング状の磁気パルス発生手段と、この磁気パルス発生手段に対してその周方向にほぼライン状に並べられ前記磁気パルスを検出する複数の磁気センサ素子とを備え、磁気センサ素子の出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものが提案されている(例えば特許文献1,2)。
また、他の回転検出装置として、1回転あたりの磁極対数が異なる2つの磁気エンコーダを有する磁気ドラムと、前記各磁気エンコーダの磁界を検出する2つの磁気センサとを設け、磁気センサが検出する2つの磁気エンコーダの磁界信号の位相差に基づいて絶対角度を検出するようにしたものも提案されている(例えば特許文献3)。
特表2001−518608号公報
特表2002−541485号公報
特開平06−058766号公報
しかし、上記した回転検出装置では、磁気エンコーダから高い分解能の絶対角度を検出することは難しい。
そこで、特許文献3に開示の回転検出装置において、磁気センサとして、特許文献1,2に開示の回転検出装置におけるように、磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するものを使用することで、高い分解能の絶対角度を検出することが考えられる。
そこで、特許文献3に開示の回転検出装置において、磁気センサとして、特許文献1,2に開示の回転検出装置におけるように、磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するものを使用することで、高い分解能の絶対角度を検出することが考えられる。
しかし、このような構成とした回転検出装置において、複数の磁気センサと演算処理回路を同一半導体チップ上に集積する場合、2つの磁気エンコーダを隣接させて配置することで磁気センサの間隔を狭めようとすると、両方の磁気エンコーダの磁気パターンが互いに干渉して角度検出精度が悪化する。その結果、絶対角度を算出するための位相差が正確に求められず、絶対角度の算出誤差が増大する。
磁気センサの配置間隔を広くすれば上記問題を解決できるが、それでは半導体チップ面積が大きくなり、コストアップを招く。また、別々に着磁した磁気エンコーダを組み合わせる場合、組立作業に手間がかかる。
磁気センサの配置間隔を広くすれば上記問題を解決できるが、それでは半導体チップ面積が大きくなり、コストアップを招く。また、別々に着磁した磁気エンコーダを組み合わせる場合、組立作業に手間がかかる。
この発明の目的は、絶対角度を高い分解能で精度良く検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供することである。
この発明の回転検出装置は、それぞれ円筒状芯金の外周面に、円周方向に磁極が並ぶ磁気エンコーダを設けてなり、互いに軸方向に並べて配置されかつ磁極数が互いに異なる複数の芯金付き磁気エンコーダと、これら各芯金付き磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサと、これら各磁気センサの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を求める角度算出手段とを備える回転検出装置において、前記各芯金付き磁気エンコーダにおける芯金の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジを形成したことを特徴とする。
上記構成によると、複数の磁気エンコーダの磁極数が互いに異なるため、絶対角度が検出できる。例えば、磁極対が12の芯金付き磁気エンコーダと13の芯金付き磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する2つの磁気センサの信号の間には、1回転に1磁極対分の位相ずれが発生するので、この位相差に基づいて角度算出手段により1回転の区間での絶対角度を算出することができる。
特に、各芯金付き磁気エンコーダにおける芯金の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジを形成したので、隣り合う磁気エンコーダが芯金のフランジで分離される。これにより、対応する磁気センサの間隔を広げなくても、両芯金付き磁気エンコーダの磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。また、磁気センサの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサを演算回路などと共に半導体チップ上に集積してセンサモジュールを構成する場合にも、製造コストを低減できる。また、芯金の一端にフランジを形成することで芯金の剛性を上げることができ、芯金を回転部材に取付けるときに磁気エンコーダの変形を抑えることができ、この点からも絶対角度を精度良く検出できる。
上記構成によると、複数の磁気エンコーダの磁極数が互いに異なるため、絶対角度が検出できる。例えば、磁極対が12の芯金付き磁気エンコーダと13の芯金付き磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する2つの磁気センサの信号の間には、1回転に1磁極対分の位相ずれが発生するので、この位相差に基づいて角度算出手段により1回転の区間での絶対角度を算出することができる。
特に、各芯金付き磁気エンコーダにおける芯金の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジを形成したので、隣り合う磁気エンコーダが芯金のフランジで分離される。これにより、対応する磁気センサの間隔を広げなくても、両芯金付き磁気エンコーダの磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。また、磁気センサの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサを演算回路などと共に半導体チップ上に集積してセンサモジュールを構成する場合にも、製造コストを低減できる。また、芯金の一端にフランジを形成することで芯金の剛性を上げることができ、芯金を回転部材に取付けるときに磁気エンコーダの変形を抑えることができ、この点からも絶対角度を精度良く検出できる。
この発明において、前記芯金のフランジの先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さ以上としても良い。
芯金のフランジの先端高さを、磁気エンコーダの表面高さ以上とした場合、フランジで分離される隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉をより効果的に抑えることができ、絶対角度の検出精度をさらに向上させることができる。
芯金のフランジの先端高さを、磁気エンコーダの表面高さ以上とした場合、フランジで分離される隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉をより効果的に抑えることができ、絶対角度の検出精度をさらに向上させることができる。
この発明において、前記芯金のフランジの先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さよりも低くし、かつ前記フランジを挟んで隣り合う磁気エンコーダをフランジの先端で非接触としても良い。
この場合にも、フランジの先端位置では、隣り合う磁気エンコーダが完全に分離して隙間が生じているため、これら両磁気エンコーダの間で発生する磁気パターンの干渉を抑える効果が得られる。しかも、この場合、芯金と磁気センサの間の距離も適正に確保することができる。
この場合にも、フランジの先端位置では、隣り合う磁気エンコーダが完全に分離して隙間が生じているため、これら両磁気エンコーダの間で発生する磁気パターンの干渉を抑える効果が得られる。しかも、この場合、芯金と磁気センサの間の距離も適正に確保することができる。
この発明において、前記芯金が磁性体からなるものであっても良い。
芯金の材質は非磁性体であっても良いが、芯金が磁性体製であると、隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉を小さくでき、対応する磁気センサの間隔を広げることなく絶対角度を精度良く検出することができる。
芯金の材質は非磁性体であっても良いが、芯金が磁性体製であると、隣り合う磁気エンコーダの間に発生する磁気パターンの干渉を小さくでき、対応する磁気センサの間隔を広げることなく絶対角度を精度良く検出することができる。
この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材を、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石としたものであっても良い。
この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体を、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としたものであっても良い。
この発明において、前記磁気エンコーダは、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉を焼結させた焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としたものであっても良い。
この発明において、前記各磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成されたものであっても良い。
磁気センサをこのようなラインセンサとすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度径が可能となる。
この場合に、前記ラインセンサで構成された磁気センサは、sin およびcos の2相の出力信号を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。また、前記各磁気センサは、ラインセンサとする代わりに、互いに磁極ピッチ内で磁極並び方向にずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の2相の出力信号が得られるものであって、磁極内の位置を逓倍して検出するものであっても良い。
磁気センサをこのようなラインセンサとすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度径が可能となる。
この場合に、前記ラインセンサで構成された磁気センサは、sin およびcos の2相の出力信号を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。また、前記各磁気センサは、ラインセンサとする代わりに、互いに磁極ピッチ内で磁極並び方向にずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の2相の出力信号が得られるものであって、磁極内の位置を逓倍して検出するものであっても良い。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、回転検出装置が軸受と一体化されているので、磁気エンコーダと磁気センサの位置決めが不要となり、使い勝手が良い。また、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
この構成によると、回転検出装置が軸受と一体化されているので、磁気エンコーダと磁気センサの位置決めが不要となり、使い勝手が良い。また、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
この発明の回転検出装置は、それぞれ円筒状芯金の外周面に、円周方向に磁極が並ぶ磁気エンコーダを設けてなり、互いに軸方向に並べて配置されかつ磁極数が互いに異なる複数の芯金付き磁気エンコーダと、これら各芯金付き磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサと、これら各磁気センサの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を求める角度算出手段とを備える回転検出装置において、前記各芯金付き磁気エンコーダにおける芯金の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジを形成したため、絶対角度を高い分解能で精度良く検出することができる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の回転検出装置を軸受に搭載したものであるため、使い勝手が良く、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の回転検出装置を軸受に搭載したものであるため、使い勝手が良く、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組工数の削減、およびコンパクト化が図れる。
この発明の一実施形態を図1ないし図12と共に説明する。図1は、この実施形態の回転検出装置の概略構成を示す。この回転検出装置1は、例えばモータの回転軸などの回転部材4の外周に、その軸心Oに対して同心のリング状に設けられた複数(ここでは2つ)の芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bと、これら各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bの磁界をそれぞれ検出する複数(ここでは2つ)の磁気センサ3A,3Bとを備える。
磁気センサ3A,3Bは、前記各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bに対して微小のギャップを介してそれぞれ径方向(ラジアル方向)に対向するように、例えばモータのハウジング等の固定部材5に設けられる。ここでは、磁気センサ3Aが芯金付き磁気エンコーダ42Aに対向し、磁気センサ3Bが芯金付き磁気エンコーダ42Bに対向する。
図1のII−II矢視断面図を図2に示す。同図のように、前記各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bは、互いに軸方向に並べて配置される。各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bは、図3のように、それぞれ円筒状芯金12の外周面に磁気エンコーダ2A(2B)を設けてなる。各芯金12における磁気エンコーダ設置部12aの互いに同一側端となる軸方向一端(図2では右端)には、外径側に延びるフランジ12bが形成されている。また、磁気エンコーダ設置部12aの軸方向他端には内径側に延びる段部12c、およびこの段部12cの内径側端から軸方向に延びる嵌合筒部12dが形成されている。この嵌合筒部12dを回転部材4の外周面に嵌合させることで、芯金12が回転部材4に固定される。また、前記段部12cの径方向高さは嵌合筒部12dの厚さよりも高くされていて、磁気エンコーダ設置部12aの内側に、軸方向に並ぶ隣の芯金12の嵌合筒部12dが挿入される。これにより、隣り合う芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bの各磁気エンコーダ2A,2Bは、一方の芯金付き磁気エンコーダ42Aにおける芯金12のフランジ12bに挟まれて分離される。一方の芯金付き磁気エンコーダ42Aの芯金端部のフランジ12bは、隣の芯金付き磁気エンコーダ42Bの段部12cに接しているが、この状態で、一方の芯金付き磁気エンコーダ42Aの上記フランジ12bは、隣の芯金付き磁気エンコーダ42Bの磁気エンコーダ2Bに対して隙間が介在して非接触となっている。
磁気エンコーダ2A,2Bは、複数の磁極対(磁極Sと磁極Nの1組)を円周方向に等ピッチで着磁させたリング状の磁性部材であり、これら2つの磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数は互いに異ならせてある。
芯金12におけるフランジ12bの先端高さは、図4(A)のように磁気エンコーダ2A(2B)の表面高さ以上としても良いし、図4(B)のように磁気エンコーダ2A(2B)の表面高さより低くし、かつフランジ12bを挟んで隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを、フランジ部12bの先端で非接触としても良い。
磁気エンコーダ2A,2Bは、例えば磁性体製とした芯金12に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材を、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石として構成される。
磁気エンコーダ2A,2Bの他の構成例として、磁性体製とした芯金12に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体を、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としても良い。
磁気エンコーダ2A,2Bのさらに他の構成例として、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉が焼結された焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としても良い。
磁気エンコーダ2A,2Bの他の構成例として、磁性体製とした芯金12に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体を、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としても良い。
磁気エンコーダ2A,2Bのさらに他の構成例として、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉が焼結された焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としても良い。
磁気センサ3A,3Bは、対応する磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ2A,2Bの磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ3Aとして、対応する磁気エンコーダ2Aの1磁極対のピッチλを1周期とするとき、図5のように90度位相差(λ/4)となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの2つの磁気センサ素子3A1,3A2を用い、これら2つの磁気センサ素子3A1,3A2により得られる2相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相(φ=tan-1(sinφ/cos φ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ3Bについても同様である。なお、図5の波形図は、磁気エンコーダ2Aの磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。
磁気センサ3A,3Bをこのような構成とすると、磁気エンコーダ2A,2Bの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。
磁気エンコーダ2A,2Bの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ3A,3Bの他の例として、図6(B)に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ3Aとして、対応する磁気エンコーダ2Aの磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子3aが並ぶラインセンサ3AA,3ABを用いる。なお、図6(A)は、磁気エンコーダ2Aにおける1磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ3Aの第1のラインセンサ3AAは、図6(A)における180度の位相区間のうち90度の位相区間に対応付けて配置し、第2のラインセンサ3ABは残りの90度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第1のラインセンサ3AAの検出信号を加算回路31で加算した信号S1と、第2のラインセンサ3ABの検出信号を加算回路32で加算した信号S2を別の加算回路33で加算することで、図6(C)に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号S1と、インバータ35を介した信号S2をさらに別の加算回路34で加算することで、図6(C)に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた2相の出力信号から、磁極内における位置を検出する。
磁気センサ3A,3Bをこのようにラインセンサで構成した場合、磁気エンコーダ2A,2Bの1磁極対の区間を2相の信号(sinφ,cosφ) で精度良く逓倍できる。また、磁極内位相(φ=tan-1(sinφ/cosφ))などの演算を必要としないので、検出処理が単純で高速化が可能となる。また、多数のセンサ出力をチップ回路内で演算して逓倍信号を得ることができるため、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、磁気エンコーダ2A,2Bとのギャップを他のセンサ構成の場合よりも大きくできて、より高い精度で磁気エンコーダ2A,2Bの位相を検出することが可能である。
例えば、図1の構成例において、磁気センサ3A,3Bは角度算出手段19に接続される。この角度算出手段19は、各磁気センサ3A,3Bの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段6と、その後段に接続された角度算出部7とでなる。角度算出部7は、位相差検出手段6の検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を算出する手段である。
この構成の回転検出装置1による絶対角度検出の概略動作を、図7および図8を参照して以下に説明する。図1において、2つの磁気エンコーダ2B,2Aの磁極対の数をPとP+nとすると、両磁気エンコーダ2A,2Bの間では1回転あたり磁極対にしてn個分の位相差があるので、これら磁気エンコーダ2A,2Bに対応する磁気センサ3A,3Bの検出信号の位相は、360/n度回転するごとに一致する。
図7(A),(B)には両磁気エンコーダ2A,2Bの磁極のパターン例を示し、図7(C),(D)にはこれら磁気エンコーダに対応する磁気センサ3A,3Bの検出信号の波形を示す。この場合、磁気エンコーダ2Aの3磁極対に対して、磁気エンコーダ2Bの2磁極対が対応しており、この区間内での絶対位置を検出することができる。図7(E)は、図7(C),(D)の検出信号に基づき、図1の位相差検出手段6より求められる位相差の出力信号の波形図を示す。
なお、図8は、各磁気センサ3A,3Bによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図8(A),(B)には両磁気エンコーダ2A,2Bの磁極のパターン例を示し、図8(C),(D)には対応する磁気センサ3A,3Bの検出位相の波形図を示し、図8(E)には位相差検出手段6より出力される位相差信号の波形図を示す。
なお、図8は、各磁気センサ3A,3Bによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図8(A),(B)には両磁気エンコーダ2A,2Bの磁極のパターン例を示し、図8(C),(D)には対応する磁気センサ3A,3Bの検出位相の波形図を示し、図8(E)には位相差検出手段6より出力される位相差信号の波形図を示す。
図9は、この回転検出装置1における絶対角度検出回路の構成例を示す。図7(C),(D)に示したような各磁気センサ3A,3Bの検出信号に基づき、それぞれ対応する位相検出回路13A,13Bは、図8(C),(D)に示したような検出位相信号を出力する。位相差検出手段6は、これらの検出位相信号に基づき、図8(E)に示したような位相差信号を出力する。その次段に設けられた角度算出部7は、位相差検出手段6で求められた位相差を、予め設定された計算パラメータにしたがって絶対角度へ換算する処理を行う。角度算出部7で用いられる計算パラメータは不揮発メモリなどのメモリ8に記憶されている。このメモリ8には、前記計算パラメータのほか、磁気エンコーダ2A,2Bの磁極対の数の設定、絶対角度基準位置、信号出力の方法など、装置の動作に必要な情報が記憶されている。ここでは、メモリ8の次段に通信インタフェース9を設けることで、通信インタフェース9を通じてメモリ8の内容を更新できる構成とされている。これにより、個別の設定情報を使用状況に応じて可変設定でき、使い勝手が良くなる。
角度算出部7で算出された絶対角度情報は、パラレル信号、シリアルデータ、アナログ電圧、PWMなどの変調信号として、角度情報出力回路10から、あるいは前記通信インタフェース9を介して出力される。また、角度算出部7からは回転パルス信号も出力される。回転パルス信号としては、2つの磁気センサ3A,3Bの検出信号のうち、いずれか1つの信号を出力すれば良い。上記したように、各磁気センサ3A,3Bはそれぞれ逓倍機能を備えているので、高い分解能で回転信号を出力することができる。
図9の角度情報出力回路10では、前記角度算出部7で算出された絶対角度を、互いに90度位相の異なるA相およびB相の2つのパルス信号と、原点位置を示すZ相のパルス信号とでなるABZ相信号として出力するようにしても良い。
この場合、図10に示すように、受信側回路14から角度情報出力回路10に対して絶対角度出力の要求信号(request )が入力されると、これに呼応して角度情報出力回路10における絶対角度実行手段15が動作可能となり、角度情報出力回路10におけるモード実行信号生成手段16から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号(ABS_mode=1)が生成され、角度情報出力回路10における回転パルス信号生成手段17からA,B,Z相信号が出力されるように、角度情報出力回路10を構成しても良い。 受信側回路14では、Z相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ18が0にリセットされ、Z相信号に続いて出力されるA相信号およびB相信号を、前記ポジションカウンタ18が計数する。A相信号およびB相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する(ABS_mode=0)。その後は、回転部材4(図1)の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号(ABZ相信号)を角度算出部7から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路14では、絶対角度出力モード動作が終了(ABS_mode=0)となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。
この場合、図10に示すように、受信側回路14から角度情報出力回路10に対して絶対角度出力の要求信号(request )が入力されると、これに呼応して角度情報出力回路10における絶対角度実行手段15が動作可能となり、角度情報出力回路10におけるモード実行信号生成手段16から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号(ABS_mode=1)が生成され、角度情報出力回路10における回転パルス信号生成手段17からA,B,Z相信号が出力されるように、角度情報出力回路10を構成しても良い。 受信側回路14では、Z相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ18が0にリセットされ、Z相信号に続いて出力されるA相信号およびB相信号を、前記ポジションカウンタ18が計数する。A相信号およびB相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する(ABS_mode=0)。その後は、回転部材4(図1)の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号(ABZ相信号)を角度算出部7から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路14では、絶対角度出力モード動作が終了(ABS_mode=0)となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。
このように、角度情報出力回路10からABZ相信号のような回転パルス信号を出力し、絶対角度出力モードによって絶対角度情報を出力する構成とすると、絶対角度を出力するインタフェースを別途備える必要がなく、この回転検出装置1の回路構成、および回転検出装置1が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。
また、この回転検出装置1において、前記磁気センサ3A,3Bと、図10に示した角度情報出力回路10を含む信号処理回路とを、例えば図1のようにセンサモジュール11として一体化しても良いし、このセンサモジュール11を1つの半導体チップに集積しても良い。このように構成した場合、部品点数の低減、磁気センサ3A,3Bの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などのメリットが得られ、小型で低コストの回転検出装置1とすることができる。
なお、この場合、2つの磁気エンコーダ2A,2Bに対して1つのセンサモジュール11を対向させることになるので、2つの磁気エンコーダ2A,2Bは互いに近接して配置させることになる。
なお、この場合、2つの磁気エンコーダ2A,2Bに対して1つのセンサモジュール11を対向させることになるので、2つの磁気エンコーダ2A,2Bは互いに近接して配置させることになる。
このように、この回転検出装置1は、それぞれ円筒状芯金12の外周面に、円周方向に磁極が並ぶ磁気エンコーダ2A,2Bを設けてなり、互いに軸方向に並べて配置されかつ磁極数が互いに異なる複数の芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bと、これら各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ3A,3Bと、これら各磁気センサ3A,3Bの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を求める角度算出手段19とを備えるため、磁気エンコーダ2A,2Bの絶対角度を検出することができる。
とくに、各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bにおける芯金12の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジ12bを形成しているので、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが芯金12のフランジ12bで分離される。これにより、対応する磁気センサ3A,3Bの間隔を広げなくても、両磁気エンコーダ2A,2Bの磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。また、磁気センサ3A,3Bの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサ3A,3Bを演算回路などと共に半導体チップ上に集積してセンサモジュール11を構成する場合にも、製造コストを低減できる。
とくに、各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bにおける芯金12の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジ12bを形成しているので、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが芯金12のフランジ12bで分離される。これにより、対応する磁気センサ3A,3Bの間隔を広げなくても、両磁気エンコーダ2A,2Bの磁気パターンの間での干渉を小さくすることができ、磁界の干渉に起因する絶対角度の検出誤差も低減でき、絶対角度を精度良く検出できる。また、磁気センサ3A,3Bの間隔を広げることなく、絶対角度の検出精度を上げられるため、磁気センサ3A,3Bを演算回路などと共に半導体チップ上に集積してセンサモジュール11を構成する場合にも、製造コストを低減できる。
芯金12の材質は非磁性体であっても磁性体であっても良い。芯金12の材質が非磁性体でも、そのフランジ12bで隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを引き離す効果があるため、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉を減らすことができる。芯金12が磁性体製であると、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉を小さくでき、対応する磁気センサ3A,3Bの間隔を広げることなく絶対角度を精度良く検出することができる。
芯金12のフランジ12bの先端高さを、図4(A)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さ以上とした場合、フランジ12bで分離される隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bの間に発生する磁気パターンの干渉をより効果的に抑えることができ、絶対角度の検出精度をさらに向上させることができる。
芯金12のフランジ12bの先端高さは、図4(B)のように磁気エンコーダ2A,2Bの表面高さより低くしても良い。この場合にも、フランジ12bの先端位置では、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bが完全に分離して隙間が生じているため、これら両磁気エンコーダ2A,2Bの間で発生する磁気パターンの干渉を抑える効果が得られる。しかも、この場合、芯金12と磁気センサ3A,3Bの間の距離も適正に確保することができる。
図11は、上記した芯金12のフランジ12bで隣り合う芯金付き磁気エンーダ42A,42Bの磁気エンコーダ2A,2Bを分離したこの実施形態の回転検出装置1の絶対角度誤差と、芯金にフランジがなく隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを隙間なく隣接させた場合の回転検出装置の絶対角度誤差とを比較した結果を、グラフで示したものである。このグラフから、磁気センサ3A,3Bの間隔が同じであっても、芯金12にフランジ12bを設けたこの実施形態の回転検出装置1の方が、隣り合う磁気エンコーダ2A,2Bを隙間なく隣接させた回転検出装置に比べて絶対角度誤差が低減されていることが分かる。
この実施形態では、2つの芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bを用いたものを例示したが、芯金付き磁気エンコーダは2つでなくてもよく、磁極対の数の異なる3つ以上の芯金付き磁気エンコーダを組み合わせて、より広い範囲の絶対角度を検出する構成としても良い。この回転検出装置1をモータの回転検出に使用する場合、上記磁極対の数の差の調整において、モータのロータ極数Pnに合わせてPとP+Pnという組合せとすれば、回転検出装置1によりモータの電気角を検出できるため、モータの回転制御に好都合である。
図12は、上記回転検出装置1を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。この回転検出装置付き軸受20は、回転側軌道輪である内輪22と固定側軌道輪である外輪23の間に複数の転動体24が介在する転がり軸受21の一端部に、上記回転検出装置1を設けたものである。転がり軸受21は深溝玉軸受からなり、内輪22の外径面および外輪23の内径面にはそれぞれ転動体24の転走面22a,23aが形成されている。内輪22と外輪23の間の軸受空間は、回転検出装置1の設置側とは反対側の端部がシール26で密封されている。
回転検出装置1の2つの芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bは、内輪22の一端部の外径面に圧入嵌合されるリング状の支持部材36の外径面に軸方向に並べて設けられ、それらの各磁気エンコーダ2A,2Bは、一方の芯金付き磁気エンコーダ42Aにおける芯金12のフランジ12bで分離される。回転検出装置1の2つの磁気センサ3A,3Bは、他の信号処理回路と共にセンサモジュール11として一体化され、リング状の金属製センサハウジング28の内側に挿入された状態で樹脂モールド29され、センサハウジング28を介して外輪23の一端部の内径面に取付けられる。これにより、各芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bの磁気エンコーダ2A,2Bと、これらに対応する磁気センサ3A,3Bとがラジアル方向に対向配置される。センサモジュール11に接続されるリード線30はセンサハウジング28を貫通して外部に引き出され、このリード線30を介してセンサモジュール11と外部回路との間で信号の授受や電源供給が行われる。
この回転検出装置付き軸受20では、上記回転検出装置1を転がり軸受21に搭載しているので、芯金付き磁気エンコーダ42A,42Bと磁気センサ3A,3Bの位置決めが不要となり、使い勝手が良い。また、絶対角度の検出機能を有しながら、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。
1…回転検出装置
2A,2B…磁気エンコーダ
3A,3B…磁気センサ
3A1,3A2…磁気センサ素子
3AA,3AB…ラインセンサ
12…芯金
12b…芯金のフランジ
19…角度算出手段
20…回転検出装置付き軸受
21…転がり軸受
42A,42B…芯金付き磁気エンコーダ
2A,2B…磁気エンコーダ
3A,3B…磁気センサ
3A1,3A2…磁気センサ素子
3AA,3AB…ラインセンサ
12…芯金
12b…芯金のフランジ
19…角度算出手段
20…回転検出装置付き軸受
21…転がり軸受
42A,42B…芯金付き磁気エンコーダ
Claims (9)
- それぞれ円筒状芯金の外周面に、円周方向に磁極が並ぶ磁気エンコーダを設けてなり、互いに軸方向に並べて配置されかつ磁極数が互いに異なる複数の芯金付き磁気エンコーダと、これら各芯金付き磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサと、これら各磁気センサの検出した磁界信号に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を求める角度算出手段とを備える回転検出装置において、
前記各芯金付き磁気エンコーダにおける芯金の互いに同一側端となる軸方向一端に、外径側に延びるフランジを形成したことを特徴とする回転検出装置。 - 請求項1において、前記芯金のフランジの先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さ以上とした回転検出装置。
- 請求項1において、前記芯金のフランジの先端高さを、前記磁気エンコーダの表面高さよりも低くし、かつ前記フランジを挟んで隣り合う磁気エンコーダをフランジの先端で互いに非接触とした回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記芯金が磁性体からなる回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された弾性部材を加硫接着し、この弾性部材を、円周方向に交互に磁極を形成してゴム磁石としたものである回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記磁気エンコーダは、磁性体製の芯金に、磁性体粉が混入された樹脂を成形した樹脂成形体を設け、この樹脂成形体を、円周方向に交互に磁極を形成して樹脂磁石としたものである回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記磁気エンコーダは、磁性体粉と非磁性体粉との混合粉を焼結させた焼結体に、円周方向に交互に磁極を形成して焼結磁石としたものである回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記各磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成された回転検出装置。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の回転検出装置が軸受に搭載された回転検出装置付き軸受。
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