JP5234525B2 - Magnetic encoder, servo motor and servo unit - Google Patents
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Description
本発明は、磁気式エンコーダ、サーボモータ及びサーボユニットに関する。 The present invention relates to a magnetic encoder, a servo motor, and a servo unit.
例えば特許文献1のような磁気式エンコーダが開発されている。この磁気式エンコーダは、相対移動する移動磁石の移動磁界を検出するために磁界センサが使用される。それと共に、検出精度を向上させるなどのために、磁界センサにはバイアス磁界が印加される。 For example, a magnetic encoder as disclosed in Patent Document 1 has been developed. In this magnetic encoder, a magnetic field sensor is used to detect a moving magnetic field of a relatively moving moving magnet. At the same time, a bias magnetic field is applied to the magnetic field sensor in order to improve detection accuracy.
バイアス磁界を発生させるバイアス磁石は、磁界センサ上に配置されることが多い。しかし、磁界センサ上にバイアス磁石が配置される場合、磁気式エンコーダの厚みが増える。そこで、配線などが施される基板に磁界センサ及びバイアス磁石を挿入する貫通孔が設けられることが多い。しかし、このような貫通孔は、基板の表裏両面の所定の位置を占有し、基板の両面における配線や回路等の設計の自由度が低くなる。
Bias magnet for generating a bias magnetic field, are often placed on a magnetic field sensor. However, when a bias magnet is disposed on the magnetic field sensor, the thickness of the magnetic encoder increases. Therefore, a through hole for inserting a magnetic field sensor and a bias magnet is often provided in a substrate on which wiring or the like is applied. However, such a through-hole occupies a predetermined position on both the front and back surfaces of the substrate, and the degree of freedom in designing the wiring and circuits on both surfaces of the substrate is reduced.
そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、基板上の設計の自由度を向上させることが可能な、磁気式エンコーダ、サーボモータ及びサーボユニットを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic encoder, a servo motor, and a servo motor capable of improving the degree of freedom of design on a substrate. It is to provide a servo unit.
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固定された基板に配置され、磁界を検出する磁界センサと、
上記基板の上記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、上記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
上記磁界センサと上記バイアス磁石とに連結されて上記基板に配置され、上記バイアス磁界を上記磁界センサに導くヨークと、
上記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界を印加する移動磁石と、
を有する、磁気式エンコーダが提供される。
In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, a magnetic field sensor that is disposed on a fixed substrate and detects a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor to apply a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke coupled to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
A magnetic encoder is provided.
また、上記ヨークは、上記基板に埋設されてもよい。 The yoke may be embedded in the substrate.
また、上記ヨークが埋設された上記磁界センサと上記バイアス磁石との間において上記ヨークを覆うように配置された絶縁層を更に有してもよい。 Moreover, you may further have the insulating layer arrange | positioned so that the said yoke may be covered between the said magnetic field sensor with which the said yoke was embed | buried, and the said bias magnet.
また、2の上記ヨークが、1の上記磁界センサに対して配置され、
上記2のヨークは、それぞれ上記基板に埋設された状態で上記バイアス磁石から上記1の磁界センサにおける上記基板側面まで延伸され、上記移動磁石が印加する磁界と平行な面で相互に平行に対向してもよい。
Further, the two yokes are arranged with respect to the one magnetic field sensor ,
Yoke above SL 2 is stretched in a state of being respectively embedded in the substrate from the bias magnet to the substrate side in the magnetic field sensor of the above 1, parallel to face each other with the magnetic field parallel to the plane of the moving magnet is applied May be.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、モータと、
上記モータの位置を検出する磁気式エンコーダと、
を有し、
上記磁気式エンコーダは、
固定された基板に配置され、磁界を検出する磁界センサと、
上記基板の上記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、上記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
上記磁界センサと上記バイアス磁石とに連結されて上記基板に配置され、上記バイアス磁界を上記磁界センサに導くヨークと、
上記モータの動作に応じて上記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界 を印加する移動磁石と、
を有する、サーボモータが提供される。
Moreover, in order to solve the said subject, according to another viewpoint of this invention, a motor,
A magnetic encoder for detecting the position of the motor;
Have
The above magnetic encoder
A magnetic field sensor disposed on a fixed substrate for detecting a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor to apply a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke coupled to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor in accordance with the operation of the motor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
A servo motor is provided.
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、モータと、
上記モータの位置を検出する磁気式エンコーダと、
上記磁気式エンコーダが検出した位置データに基づいて、上記モータを動作させる制御装置と、
を有し、
上記磁気式エンコーダは、
固定された基板に配置され、磁界を検出する磁界センサと、
上記基板の上記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、上記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
上記磁界センサと上記バイアス磁石とに連結されて上記基板に配置され、上記バイアス磁界を上記磁界センサに導くヨークと、
上記モータの動作に応じて上記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界 を印加する移動磁石と、
を有する、サーボユニットが提供される。
Moreover, in order to solve the said subject, according to another viewpoint of this invention, a motor,
A magnetic encoder for detecting the position of the motor;
A control device for operating the motor based on the position data detected by the magnetic encoder;
Have
The above magnetic encoder
A magnetic field sensor disposed on a fixed substrate for detecting a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor to apply a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke coupled to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor in accordance with the operation of the motor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
A servo unit is provided.
以上説明したように本発明によれば、基板上の設計の自由度を向上させることができる。 As described above, according to the present invention, the degree of freedom of design on the substrate can be improved.
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面では、実質的に同一の機能を有する構成要素は、原則として同一の符号で表す。そして、これらの構成要素についての重複説明は、適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same function are represented by the same reference numerals in principle. A duplicate description of these components will be omitted as appropriate.
<1.各実施形態に係るサーボユニット>
まず、図1を参照しつつ、本発明の各実施形態に係るサーボユニットの構成について説明する。図1は、本発明の各実施形態に係るサーボユニットの構成について説明するための説明図である。
<1. Servo unit according to each embodiment>
First, the configuration of a servo unit according to each embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a configuration of a servo unit according to each embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態に係るサーボユニットSUは、サーボモータSMと、制御装置CTとを有する。また、サーボモータSMは、エンコーダ100と、モータMとを有する。
As shown in FIG. 1, the servo unit SU according to this embodiment includes a servo motor SM and a control device CT. The servo motor SM includes an
モータMは、エンコーダ100を含まない動力発生源の一例である。このモータM単体をサーボモータという場合もあるが、本実施形態では、エンコーダ100を含む構成をサーボモータSMということにする。モータMは、少なくとも一側にシャフトSH1を有し、このシャフトSH1を回転軸AX周りに回転させることにより、回転力を出力する。
The motor M is an example of a power generation source that does not include the
なお、モータMは、位置データに基づいて制御されるモータであれば特に限定されるものではない。また、モータMは、動力源として電気を使用する電動式モータである場合に限られるものではなく、例えば、油圧式モータ、エア式モータ、蒸気式モータ等の他の動力源を使用したモータであってもよい。ただし、説明の便宜上、以下ではモータMが電動式モータである場合について説明する。 The motor M is not particularly limited as long as it is a motor controlled based on position data. The motor M is not limited to an electric motor that uses electricity as a power source. For example, the motor M is a motor using another power source such as a hydraulic motor, an air motor, or a steam motor. There may be. However, for convenience of explanation, a case where the motor M is an electric motor will be described below.
エンコーダ100は、磁気式エンコーダの一例であって、モータMのシャフトSH1とは逆側に配置され、当該シャフトSH1に対応して回転するシャフトSH2(シャフトSH1と一体でも別体でもよい。)に連結される。そして、このエンコーダ100は、シャフトSH2の位置を検出することにより、回転力が出力されるシャフトSH1(移動体の一例)の位置x(回転角度θ、モータMの位置x等ともいう。)を検出し、その位置xを表す位置データを出力する。
The
エンコーダ100は、モータMの位置xに加えてか又は代えて、シャフトSH1の速度v(回転速度、角速度、モータMの速度v等ともいう。)及び加速度a(回転加速度、角加速度、モータMの加速度a等ともいう。)の少なくとも一方を検出してもよい。この場合、モータMの速度v及び加速度aは、例えば、位置xを時間で1又は2回微分したり後述する周期信号を所定間隔でカウントするなどの処理により検出することが可能である。説明の便宜上、以下ではエンコーダ100が検出する物理量は位置xであるとして説明する。
In addition to or instead of the position x of the motor M, the
エンコーダ100の配置位置や連結方法は、本実施形態に示す例に特に限定されるものではない。例えば、エンコーダ100は、シャフトSH1に直接連結されるように配置されてもよく、また、減速機や回転方向変換機などの他の機構を介してシャフトSH1等の移動体に連結されてもよい。また、シャフトSH2は、モータMに備えられずに、エンコーダ100に備えられてもよく、モータM及びエンコーダ100と別途独立した構成であってもよい。
The arrangement position and connection method of the
制御装置CTは、エンコーダ100から出力される位置データを取得して、当該位置データに基づいて、モータMの回転を制御する。従って、モータMとして電動式モータが使用される本実施形態では、制御装置CTは、位置データに基づいて、モータMに印加する電流又は電圧等を制御することにより、モータMの回転を制御する。更に、制御装置CTは、上位制御装置(図示せず)から上位制御信号を取得して、当該上位制御信号に表された位置又は速度等がモータMのシャフトSH1から出力されるように、モータMを制御することも可能である。なお、モータMが、油圧式、エア式、蒸気式などの他の動力源を使用する場合には、制御装置CTは、それらの動力源の供給を制御することにより、モータMの回転を制御することが可能である。
The control device CT acquires the position data output from the
<2.第1実施形態>
次に、図2を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係るエンコーダの構成について説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係るエンコーダの構成について説明するための説明図である。
<2. First Embodiment>
Next, the configuration of the encoder according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the configuration of the encoder according to the first embodiment of the present invention.
図2に示すように、エンコーダ100は、大きく分けて、ディスク110と、基板120とを有する。
As shown in FIG. 2, the
(ディスク110)
ディスク110は、シャフトSH2に連結され、シャフトSH2と同一の回転軸AXで回転可能に形成される。このディスク110は、略円板状の形状を有することが望ましい。しかし、円板の上面(z軸正の方向の面)が回転軸AXと垂直になれば、シャフトSH2の一端面をディスク110の代わりに使用することも可能である。なお、本実施形態の場合、ディスク110は、シャフトSH2に対してボルト112を介して固定される。ただし、ディスク110のシャフトSH2への固定方法も、上述のとおり特に限定されるものではない。
(Disk 110)
The
ディスク110の上面(表面)には、移動磁石111が配置される。この移動磁石111は、ディスク110の回転、つまり、シャフトSH2の回転と共に回転する。
A moving
なお、説明の都合上、図2におけるz軸正の方向を「上」といい、ディスク110の上面という表現をしているが、本実施形態において「上」及び「下」や「表」及び「裏」等の表現は、説明の便宜上のものであり、「上」、「下」、「表」及び「裏」という概念に限定されるものではない。以下では、z軸正及び負の方向をそれぞれ、便宜上「上」及び「下」と表現する。更に、ディスク110の基板120に対向する方向(z軸正の方向)を「表」、その逆の方向(z軸負の方向)を「裏」という。また、これとは逆に、基板120のディスク110に対向する方向(z軸負の方向)を「表」、その逆の方向(z軸正の方向)を「裏」という。
For convenience of explanation, the z-axis positive direction in FIG. 2 is referred to as “upper” and is expressed as the upper surface of the
(移動磁石111)
ここで、図3を参照しつつ、本実施形態に係る移動磁石111について説明する。図3は、本実施形態に係る移動磁石について説明するための説明図である。図3は、ディスク110の表面、つまり基板120と対向する方向の面をz軸正の方向から見た平面図を示している。
(Moving magnet 111)
Here, the moving
本実施形態において、移動磁石111は、後述する磁界センサ121に印加される磁界に影響を与える被検出体の一例であり、ディスク110の周において全周に亘ってリング状に配置される。
In the present embodiment, the moving
この移動磁石111は、ディスク110の半周(180°)で分割された2の移動磁石111a,111bを含む。そして、移動磁石111a,111bは、それぞれN極及びS極がディスク110と平行になるように配置される。この際、移動磁石111aは、N極が外周側、S極が内周側に位置するように配置され、これとは逆に、移動磁石111bは、N極が内周側、S極が外周側に位置するように配置される。移動磁石111が配置されたディスク110上の半径(リングの中心における半径)をrとすると、移動磁石111a,111bは、それぞれディスク110の径方向に向いた磁界(以下、移動磁界Hmともいう。)を、半径rの位置において相互に逆向きに発生させる。
The moving
(基板120)
再び、図2を参照しつつ、基板120の構成について説明する。
基板120は、支柱140を介してモータMに固定して配置される。従って、ディスク110及び移動磁石111は、モータMの動作(シャフトSH2の回転)に応じて基板120に対して相対的に移動する。
(Substrate 120)
Again, the structure of the board |
The
基板120の下面(表面。z軸負の方向の面。)には、磁界センサ121が配置される。また、図2では省略しているが、基板120の下面(磁界センサ121と同一の面)には、バイアス磁石122が配置される。本実施形態に係るエンコーダ100は、移動磁石111が相対移動する磁界センサ121及びバイアス磁石122により、ディスク110の回転を検出する。
A
本実施形態に係る基板120の回転軸AXに対応した位置には、貫通孔125が形成される。この貫通孔125を介して、ディスク110を固定するボルト112にアクセスが可能である。また、本実施形態に係る基板120の下面及び上面(裏面。z軸正の方向の面。)には、任意に回路151及び配線152等が配置される。なお、本実施形態に係るエンコーダ100は、後述するヨーク123等を有することにより、このような回路151及び配線152の配置自由度を高めて設計を容易にすることを可能にしている。このように配置自由度が向上する点については詳しく後述する。
A through
(磁界センサ121)
ここで図2、図4及び図5を参照しつつ、本実施形態に係る磁界センサ121等について説明する。図4は、本実施形態に係る磁界センサ等について説明するための説明図である。図5は、本実施形態に係る磁界センサが検出する磁界について説明するための説明図である。なお、図4では、説明の便宜上、基板120の表裏に任意に配置される回路151及び配線152は省略している。また、図5は、図2〜図4におけるA−A線での断面図を概略的に示している。
(Magnetic field sensor 121)
Here, the
磁界センサ121は、例えば、磁気抵抗効果素子、磁気インピーダンス素子などのように、バイアス磁界Hbを印加することで、信号精度や信号特定を向上させたり選択することが可能な様々な磁界センサを使用可能である。なお、本実施形態では、磁界センサ121が1又は2以上の磁気抵抗効果素子を有するものとして説明する。
なお、磁界センサ121は、バイアス磁界Hbが周方向に印加されて、径方向に交番する移動磁界Hmを検出する。そのために、磁界センサ121は、バイアス磁界Hbによるベクトルと移動磁界Hmによるベクトルとの和の方向(移動磁界Hmの絶対値が最大のときの和の方向が望ましい。)に感度が最大となるように構成される。磁気抵抗効果素子を使用する場合、このような磁界センサ121の例として、例えば、バイアス磁界Hb方向に感度を有する第1磁気抵抗効果素子と、移動磁界Hm方向に感度を有する第2磁気抵抗効果素子とが直列に接続されたブリッジ回路が挙げられる。このブリッジ回路では、第1磁気抵抗効果素子と第2磁気抵抗効果素子との連結部分から、検出信号が取得されることとなる。このような磁気抵抗効果素子によるブリッジを有する磁界センサ121は、バイアス磁界Hbが印加されることにより、交番する移動磁界Hmの変化に応じて、リニアに変化する検出信号を出力することが可能である。
The
磁界センサ121は、図2に示すように、被検出体の一例である移動磁石111に対向する位置に配置される。この際、本実施形態では、移動磁石111が発生する移動磁界Hm中に位置するように、磁気センサ121と移動磁石111との間のギャップが設定される。
As illustrated in FIG. 2, the
本実施形態に係るエンコーダ100は、図4に示すように、4つの磁界センサ121を有する。この4つの磁界センサ121を、本実施形態では磁界センサ121a〜121dという。磁界センサ121a〜121dは、半径rのリング状の移動磁石111に対向するように、半径rの位置に配置される。
The
磁界センサ121a〜121dは、相互に90°離隔して配置される。図3に示した移動磁石111a,111bは、径方向に発生される移動磁界Hmの向きが180°毎に反転する構成を有する。従って、対向する磁界センサ121aと磁界センサ121cと、又は、磁界センサ121bと磁界センサ121dとは、径方向で相互に逆向き(外向き又は内向き)の移動磁界Hmを検出することになり、その2の検出信号は、180°位相差がある信号となる。一方、周方向で90°離隔して相隣接した磁界センサ同士による2の検出信号は、同様に90°位相差がある信号となる。
The
そこで、例えば回路151等は、これらの磁界センサ121a〜121dが検出した検出信号を配線152等を介して取得して、モータMの位置xを算出し、制御装置CTに出力する。なお、この位置xの算出方向は、特に限定されるものではないが、例えば、磁界センサ121a〜121dからの検出信号の組み合わせ、つまり、4つの検出信号それぞれの相の順番(組み合わせ)による方向検出方法などが使用可能である。この際、回路151は、各検出信号を逓倍処理して位置xを算出することで検出精度を向上させることも可能である。
Therefore, for example, the
磁界センサ121(磁界センサ121a〜121d)は、本実施形態では、移動磁石111が発生させる径方向の移動磁界Hmの検出精度及び検出特性を向上させるために、ディスク110又は基板120の周方向のバイアス磁界Hbが印加される。そのバイアス磁界Hbを発生させるために、本実施形態では、1の磁界センサ121に対して2のバイアス磁石122N,122Sが、基板120に配置される。
In this embodiment, the magnetic field sensors 121 (
(バイアス磁石122)
バイアス磁石122N,122S(以下両者を区別しない場合、単にバイアス磁石122ともいう。)は、図4に示すように、基板120の磁界センサ121と同一の面上において、その磁界センサ121と離隔して配置される。本実施形態では、図4に示すように、バイアス磁石121は、半径rからオフセットし、かつ、バイアス磁界Hbと平行な方向に磁界センサ121から離隔した位置に配置される。
(Bias magnet 122)
The
より具体的には、図5に示すように、バイアス磁石122Nは、N極が基板120に面するように配置され、バイアス磁石122Sは、S極が基板120に面するように配置される。バイアス磁石122N,122Sが発生させたバイアス磁界Hbを導いて磁界センサ121に印加するために、本実施形態に係るエンコーダ100は、ヨーク123を有する。なお、バイアス磁石122Nに対応するヨーク123をヨーク123Nともいい、バイアス磁石122Sに対応するヨーク123をヨーク123Sともいい、両者を区別しない場合には、単にヨーク123という。
More specifically, as shown in FIG. 5, the bias magnet 122 </ b> N is arranged so that the N pole faces the
(ヨーク123)
ヨーク123は、例えば、磁性体又は軟磁性体の材質で形成され、対応するバイアス磁石122と磁界センサ121とに連結される。本実施形態に係るヨーク123は、図5に示すように、基板120に埋設される。
(Yoke 123)
The yoke 123 is formed of, for example, a magnetic material or a soft magnetic material, and is connected to the corresponding bias magnet 122 and the
つまり、ヨーク123Nは、基板120に埋め込まれ、一端がバイアス磁石122Nの裏面(基板側の面)に当接され、他端が磁界センサ121の裏面(基板側の面)の一部(バイアス磁石122N側の一部)に当接される。一方、ヨーク123Sは、基板120に埋め込まれ、一端がバイアス磁石122Sの裏面(基板側の面)に当接され、他端が磁界センサ121の裏面(基板側の面)の一部(バイアス磁石122S側の一部)に当接される。この際、図4に破線でしめすように、相互に対向する、ヨーク123Nの磁界センサ121裏面の端面と、ヨーク123Sの磁界センサ121裏面の端面とは、移動磁界Hmと平行な面で、相互に離隔しかつ平行に形成される。
That is, the
その結果、図5に示すように、ヨーク123Nとヨーク123Sとの間には、移動磁界Hmと垂直で周方向(周の接線方向)のバイアス磁界Hbが発生し、そのバイアス磁界Hbが磁界センサ121に印加される。一方、図5に示すように、移動磁石111が発生する移動磁界Hmは、モータMの回転に伴なって移動磁石111が移動する結果、バイアス磁界Hbと直交する方向における交番磁界となる。従って、磁界センサ121は、この交番磁界に応じた検出信号、換言すれば、モータMの回転を表す検出信号を検出することが可能である。
As a result, as shown in FIG. 5, a bias magnetic field Hb perpendicular to the moving magnetic field Hm and in the circumferential direction (tangential direction of the circumference) is generated between the
なお、ヨーク123は、基板120に埋設され、磁界センサ121とバイアス磁石122との間で延伸されるが、本実施形態に係るヨーク123の表面は、絶縁層124により覆われる。つまり、本実施形態に係るヨーク123は、略コの字状の形状を有する。そして、略コの字状の第1部位が、バイアス磁石122の裏面から基板120の厚み方向に延長形成される。第1部位のバイアス磁石122と当接する端部と反対側の端部からは、基板120の内部において、第2部位が基板120の面と平行に磁界センサ123に向けて延長形成される。そして、第2部位の磁界センサ121側の端部から、第3部位が基板120の厚み方向に延長形成され、磁界センサ121の裏面に当接される。そして、第2部位の表面は、絶縁層124により覆われる。The yoke 123 is embedded in the
なお、絶縁層124としては、基板120と同一の材質で形成されてもよい。この際、絶縁層124は、絶縁材料であり、かつ、非磁性体で形成されることが望ましい。
Note that the insulating
(本実施形態による効果の例)
以上、本発明の第1実施形態に係るエンコーダ100について説明した。このエンコーダ100によれば、ヨーク123によりバイアス磁界Hbを導くので、バイアス磁石122を磁界センサ121と同一の面において、磁界センサ121と離隔した位置に配置することが可能である。図2に示すように、貫通孔などのように、磁界センサ121とバイアス磁石122とが基板120の裏面(z軸正の方向の面)の配置スペースを占有することを防ぐことが可能であり、更に、基板120の表面においても、磁界センサ121近傍にその磁界センサ121用の配線152等を自由に配置することが可能である。従って、本実施形態に係るエンコーダ100によれば、設計の自由度を高めることが可能である。なお、バイアス磁石122と磁界センサ121とを積層せずに済むため、エンコーダ100自身の小型化も可能である。また、バイアス磁石122を半径rの位置からオフセットした任意の位置に配置可能であるため、磁界センサ121に比べて肉厚なバイアス磁石122を使用したとしても、そのバイアス磁石122と移動磁石111との機械的干渉を防ぐことが可能である。
(Example of effects according to this embodiment)
The
また、本実施形態に係るエンコーダ100によれば、ヨーク123は、絶縁層124に覆われる。従って、離隔して配置された磁界センサ121とバイアス磁石122との間にも、自由に回路151や配線152等を配置することが可能である。
Further, according to the
<3.第2実施形態>
次に、図6を参照しつつ、本発明の第2実施形態に係るエンコーダが有するヨーク等について説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係るヨーク等について説明するための説明図である。
<3. Second Embodiment>
Next, a yoke and the like included in the encoder according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a yoke and the like according to the second embodiment of the present invention.
上記第1実施形態では、図4に示すように、バイアス磁石122は、移動磁界Hmと直交するバイアス磁界Hbの方向において、磁界センサ123と離隔して配置された。しかしながら、バイアス磁石122の配置位置は、この例に限定されるものではない。そこで、第2実施形態として、バイアス磁石122が他の位置に配置された場合の例について説明する。なお、バイアス磁石122の配置位置及びヨークの形状等以外の構成は、第1実施形態と同様であるため、ここでは第1実施形態と異なる点を中心に説明する。 In the first embodiment, as shown in FIG. 4, the bias magnet 122 is disposed away from the magnetic field sensor 123 in the direction of the bias magnetic field Hb orthogonal to the moving magnetic field Hm. However, the arrangement position of the bias magnet 122 is not limited to this example. Therefore, as a second embodiment, an example in which the bias magnet 122 is arranged at another position will be described. Since the configuration other than the arrangement position of the bias magnet 122 and the shape of the yoke is the same as that of the first embodiment, the description here will focus on differences from the first embodiment.
図6に示すように、本実施形態に係るバイアス磁石122は、基板120の磁界センサ121と同一の面において、任意の位置に配置される。これに対して、本実施形態に係るヨーク223(ヨーク223N,ヨーク223S)は、第1実施形態と同様に、対応するバイアス磁石122の裏面(基板側の面)に当接され、絶縁層124に覆われた状態で磁界センサ121に向けて延長形成され、磁界センサ121の裏面(基板側の面)の一部に当接する。ヨーク223N及びヨーク223Sは、ヨーク123N及びヨーク123Sと同様に、磁界センサ121の裏面において相離隔して対向する。本実施形態にかかるヨーク223N及びヨーク223Sの相互に対向する面は、第1実施形態と同様に、移動磁界Hmと平行な面で、相互に離隔しかつ平行に形成される。その結果、たとえ、バイアス磁石122が任意の位置に配置されたとしても、第1実施形態と同様に、移動磁界Hmと直交するバイアス磁界Hbを磁界センサ121に印加することが可能である。
As shown in FIG. 6, the bias magnet 122 according to the present embodiment is disposed at an arbitrary position on the same surface as the
つまり、本実施形態に係るエンコーダによれば、第1実施形態に係るエンコーダ100も同様ではあるが、ヨーク223は、磁界センサ121の裏面で対向する2のヨークの対向する端面が、移動磁界Hmと平行な面で形成され、相互に平行に離隔している。このようにヨーク223が形成されることにより、磁界センサ121にバイアス磁界Hbを印加するバイアス磁石122を任意の位置に配置することが可能であり、設計の自由度を向上させることが可能である。
That is, according to the encoder according to the present embodiment, the same applies to the
なお、本実施形態に係るエンコーダによる他の構成及び効果等は、第1実施形態と同様であるため、ここでの詳しい説明は、省略する。 Since other configurations, effects, and the like of the encoder according to this embodiment are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.
<4.第3実施形態>
続いて、図7を参照しつつ、本発明の第3実施形態に係るエンコーダが有するヨーク等について説明する。図7は、本発明の第3実施形態に係るヨーク等について説明するための説明図である。
<4. Third Embodiment>
Next, a yoke and the like included in the encoder according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining a yoke and the like according to the third embodiment of the present invention.
上記第1実施形態〜第2実施形態では、ヨークは、基板120に埋設されたが、ヨークは、必ずしも埋設される必要はない。ヨークが埋設されない構成を、図7に例示して説明する。ただし、ヨークの配置位置と、それに伴い磁石の向き等以外は、第1実施形態及び第2実施形態と同様に構成可能であるため、ここでは、相違点を中心に説明する。
In the first embodiment to the second embodiment, the yoke is embedded in the
図7に示すように、発生する磁界の向きがz軸方向であったバイアス磁石122と異なり、本実施形態に係るバイアス磁石322(バイアス磁石322N,322S)は、磁界をz軸と垂直な方向(つまり磁界センサ121の方向)に向けて発生させる。そのために、N,S極が基板120と平行な面内に配置される。そして、バイアス磁石322と磁界センサ121との間の基板120上には、ヨーク323(ヨーク323N,323S)が配置され、バイアス磁石322と磁界センサ121とを連結する。その結果、図7に示すように、第1実施形態及び第2実施形態と同様に、バイアス磁界Hbが磁界センサ121に印加される。
As shown in FIG. 7, unlike the bias magnet 122 in which the direction of the generated magnetic field is the z-axis direction, the bias magnet 322 (
このように、ヨークは、必ずしも基板120に埋め込まれる必要はないが、第1実施形態や第2実施形態のように基板120にヨークが埋め込まれて絶縁層124で覆われる場合、ヨークが延伸された箇所にも回路151や配線152等を自由に配置することが可能であり、設計の自由度を高めることが可能である。なお、本実施形態においても、ヨーク323を絶縁層124で覆い、基板120から突出したヨーク323上に絶縁層124越しに回路151や配線152等を配置することも可能である。しかし、第1実施形態及び第2実施形態のように、ヨークが基板120に埋め込まれる方が、ヨークによる段差等を考慮する必要がなく、設計の自由度を向上させることが可能であることはいうまでもない。
As described above, the yoke is not necessarily embedded in the
以上、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明した。しかしながら、本発明の技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正などを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正などの後の技術も、当然に本発明の技術的思想の範囲に属するものである。 The embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings. However, it goes without saying that the scope of the technical idea of the present invention is not limited to the embodiment described here. A person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can make various changes and modifications within the scope of the technical idea of the present invention described in the claims. it is obvious. Accordingly, the subsequent techniques such as these changes and modifications naturally belong to the scope of the technical idea of the present invention.
例えば、上記実施形態では、ロータリ(回転型)エンコーダ等について例を挙げて説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されるものではない。例えば、本発明を、リニア(直線型)エンコーダ等に適用することももちろん可能である。この場合、移動磁石の動作範囲内に、複数の磁界センサが配置されることが望ましい。 For example, in the above embodiment, a rotary (rotary type) encoder or the like has been described as an example. However, the present invention is not limited to such an example. For example, the present invention can of course be applied to a linear (linear type) encoder or the like. In this case, it is desirable that a plurality of magnetic field sensors be arranged within the operating range of the moving magnet.
また、上記実施形態では、磁界センサ121a〜121bを4つ備える場合について説明したが、本発明は、かかる例に限定されるものではない。例えば、磁界センサは、1以上配置されればよい。なお、ロータリエンコーダ及びリニアエンコーダ両者において、移動方向をも検出可能なように90°位相差のある2の信号(A相信号、B相信号)が検出可能なように、磁界センサは、2以上配置されることが望ましい。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where four
また、上記実施形態では、1の磁界センサ121に対して2のバイアス磁石122N,122Sを有する場合について説明したが、本発明は、かかる例に限定されるものではない。例えば、1の磁界センサ121に対して、少なくとも1のバイアス磁石(バイアス磁石422SN)が配置され、該バイアス磁石422SNと磁界センサ121とを連結する1又は2以上のヨーク(ヨーク423N,423S)が配置されればよい。
In the above embodiment, the case where the
このように1の磁界センサ121に対して1のバイアス磁石422SNを有する場合の構成例を図8に示す。図8に記載の例では、1の磁界センサ121の近傍には1のバイアス磁石422SNが配置される。この際、バイアス磁石422SNは、第2実施形態と同様に、N,S極が基板120と平行な面内に配置される。ヨーク423N,423Sのそれぞれは、第1実施形態と同様に、バイアス磁石422SNのN極側又はS極側から、磁界センサ121の裏面に、ディスク120に埋設された状態で延長形成される。更に、ヨーク423N,423Sそれぞれは、第2実施形態と同様に、磁界センサ121の裏面において移動磁界Hmと平行な面で形成され、相互に平行に形成される。その結果、図8に記載の例では、1つのバイアス磁石422SNのみで、1つの磁界センサ121に対して、必要なバイアス磁界Hbを印加することが可能である。
A configuration example in the case where one
また、上記実施形態では、ヨーク123N,123S等の形状は略四角柱状に形成される場合について説明したが、本発明は、かかる例に限定されるものではない。例えば、ヨークは、バイアス磁石と磁界センサとを連結可能な形状であれば、三角柱や円柱その他様々な形状で形成可能である。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where shapes, such as
また、本実施形態では、移動磁石111がディスク110の全周に亘ってリング状に配置される場合を例に挙げて説明した。しかしながら、この移動磁石111の形状は、特に限定されるものではない。例えば、移動磁石111は、ディスク110の周において所定の角度ピッチ毎に配置されてもよく、また、ディスク110の中心にN極とS極がディスク110の面と平行に位置するように配置されてもよい。この場合においても、磁界センサ121は、移動磁石111の磁界中に配置されることになる。
Further, in the present embodiment, the case where the moving
また、本実施形態では、1回転内の絶対位置(アブソリュートポジション、1Xともいう。)を示すエンコーダ100を例に挙げて説明しているため、移動磁石111は2の移動磁石111a,111bを有する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されるものではない。例えば,1回転内でn分割された位置(nXともいう。)を検出するエンコーダ100であれば、移動磁石111は、2×n個に周方向で分割されていてもよい。
In the present embodiment, the
また、被検出体は、移動磁石111である必要はなく、磁界センサ121に印加される磁界の向き又は強度に影響を与えうる構成であれば、様々な構成が使用可能である。移動磁石111以外の被検出体の一例としては、例えば、移動体の移動に伴ないバイアス磁界中を通過する体積又は面積が変化する磁性体や非磁性体などが挙げられる。より具体的には、被検出体は、例えば磁性体材料で形成された歯車等であってもよい。
In addition, the detection target does not need to be the moving
100 エンコーダ
110 ディスク
111,111a,111b 移動磁石
112 ボルト
120 基板
121,121a,121b 磁界センサ
122,122N,122S,322N,322S,422SN バイアス磁石
123,123N,123S,223N,223S ヨーク
323N,323S,423N,423S ヨーク
124 絶縁層
125 貫通孔
131 回路
132 配線
140 支柱
AX 回転軸
SH1,SH2 シャフト
M モータ
SM サーボモータ
SU サーボユニット
CT 制御装置
Hm 移動磁界
Hb バイアス磁界
100
Claims (6)
前記基板の前記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、前記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
前記磁界センサと前記バイアス磁石とに連結されて前記基板に配置され、前記バイアス磁界を前記磁界センサに導くヨークと、
前記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界を印加する移動磁石と、
を有する、磁気式エンコーダ。A magnetic field sensor disposed on a fixed substrate for detecting a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor, and applying a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke connected to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
A magnetic encoder.
前記2のヨークは、それぞれ前記基板に埋設された状態で前記バイアス磁石から前記1の磁界センサにおける前記基板側面まで延伸され、前記移動磁石が印加する磁界と平行な面で相互に平行に対向する、請求項2又は3に記載の磁気式エンコーダ。Two yokes are arranged with respect to one magnetic field sensor ;
York before Symbol 2 is drawn from the bias magnet in a state of being embedded in each of the substrate to the substrate side in the magnetic field sensor of the 1 parallel to face each other with the magnetic field parallel to the surface on which the moving magnet is applied The magnetic encoder according to claim 2 or 3.
前記モータの位置を検出する磁気式エンコーダと、
を有し、
前記磁気式エンコーダは、
固定された基板に配置され、磁界を検出する磁界センサと、
前記基板の前記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、前記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
前記磁界センサと前記バイアス磁石とに連結されて前記基板に配置され、前記バイアス磁界を前記磁界センサに導くヨークと、
前記モータの動作に応じて前記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界 を印加する移動磁石と、
を有する、サーボモータ。A motor,
A magnetic encoder for detecting the position of the motor;
Have
The magnetic encoder is
A magnetic field sensor disposed on a fixed substrate for detecting a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor, and applying a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke connected to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor in accordance with the operation of the motor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
Having a servo motor.
前記モータの位置を検出する磁気式エンコーダと、
前記磁気式エンコーダが検出した位置データに基づいて、前記モータを動作させる制御装置と、
を有し、
前記磁気式エンコーダは、
固定された基板に配置され、磁界を検出する磁界センサと、
前記基板の前記磁界センサと同一面上に該磁界センサと離隔して配置され、前記磁界センサにバイアス磁界を印加するバイアス磁石と、
前記磁界センサと前記バイアス磁石とに連結されて前記基板に配置され、前記バイアス磁界を前記磁界センサに導くヨークと、
前記モータの動作に応じて前記磁界センサに対して相対移動して、該磁界センサに磁界 を印加する移動磁石と、
を有する、サーボユニット。
A motor,
A magnetic encoder for detecting the position of the motor;
A control device for operating the motor based on position data detected by the magnetic encoder;
Have
The magnetic encoder is
A magnetic field sensor disposed on a fixed substrate for detecting a magnetic field;
A bias magnet disposed on the same surface of the substrate as the magnetic field sensor and spaced apart from the magnetic field sensor, and applying a bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A yoke connected to the magnetic field sensor and the bias magnet and disposed on the substrate, for guiding the bias magnetic field to the magnetic field sensor;
A moving magnet that moves relative to the magnetic field sensor in accordance with the operation of the motor and applies a magnetic field to the magnetic field sensor;
Having a servo unit.
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