JP6024577B2 - エンコーダ - Google Patents

Description

本発明は、回転軸の周方向に回転する回転体と、回転体の表面に、周方向に沿って環状に設けられた磁性体と、を備えるエンコーダに関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための磁気多極エンコーダが提案されている。磁気多極エンコーダは、極性が交番するようにストリップ状に磁化された少なくとも１つの磁気トラック、および、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する。標識区画は、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域、および、中央の領域の両側で接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む。

特開２００５−６２１８９号公報

上記したように、特許文献１に示される磁気多極エンコーダでは、中央の領域が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである。そのため、中央の領域が、磁気トラックと同等に磁化された構成と比べて、中央の領域にて生じる磁界のために、磁気多極エンコーダにて構成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

しかしながら、特許文献１では、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域についての具体的な構成が開示されていない。そのため、当業者が特許文献１を参照したとしても、特許文献１に基づいて、上記した中央の領域を有する磁気多極エンコーダを製造することが困難であった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、磁界分布に乱れが生じることを抑制するための具体的な構成が開示されたエンコーダを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明は、回転軸（ＲＡ）の周方向に回転する回転体（１０）と、回転体の表面に、周方向に沿って環状に設けられた磁性体（５０）と、を備えるエンコーダであって、磁性体は、複数の第１磁極部（５１）と、第１磁極部とは異極である、複数の第２磁極部（５２）と、を備え、第１磁極部と第２磁極部とが、周方向に沿って交互に並んでおり、１つの第２磁極部を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部それぞれの形状は互いに等しく、複数の第２磁極部の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい第２磁極部よりも体格が大きく、この体格の大きい第２磁極部（５３）を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部の隣接間隔（Ｌ１）が、ほかの第２磁極部を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部の隣接間隔（Ｌ２）よりも広くなっており、ほかの第２磁極部よりも体格の大きい第２磁極部の形成領域（５３ａ）の中に、少なくとも１つの第１磁極部が設けられ、ほかの第２磁極部よりも体格の大きい第２磁極部の一面（５３ｂ）から第１磁極部の一部が外部に露出し、その露出した露出面（５１ａ）の周囲が一面によって囲まれていることを特徴とする。

このように本発明によれば、ほかの第２磁極部（５２）よりも体格の大きい第２磁極部（５２）（以下、第３磁極部（５３）と示す）の形成領域（５３ａ）の中に、少なくとも１つの第１磁極部（５１）が設けられている。この具体的な構成により、第３磁極部（５３）にて生じる磁界の強さが低減される。この結果、磁性体によって形成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

また、本発明においては、第３磁極部（５３）の一面（５３ｂ）のみから第１磁極部（５１）の一部が外部に露出している。これによれば、第１磁極部の一部が一面だけではなく、一面とは異なる面から外部に露出される構成と比べて、第３磁極部（５３）の周囲に生じる磁界にて複数のピークが形成されることが抑制される。

第１実施形態に係るエンコーダの概略構成を示す上面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 磁性体を説明するための側面図である。 図３の一点差線で示す基準線上において形成される磁界を示すグラフである。 比較例としての磁性体を説明するための側面図である。 図６の一点差線で示す基準線上において形成される磁界を示すグラフである。 エンコーダの変形例を示す上面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。 磁性体の変形例を説明するための側面図である。 磁性体の変形例を説明するための側面図である。 磁性体の変形例を説明するための側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図６に基づいて、本実施形態に係るエンコーダを説明する。なお、図１では磁性体５０を明瞭にするために、磁性体５０にハッチングをいれている。また、図３および図５においては、第１磁極部５１と第２磁極部５２との違いを明瞭にするために、第１磁極部５１にハッチングを入れている。

以下においては、互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。また、ｘ方向とｙ方向とによって規定される平面をｘ−ｙ平面、ｙ方向とｚ方向とによって規定される平面をｙ−ｚ平面、ｚ方向とｘ方向とによって規定される平面をｚ−ｘ平面と示す。

図１に示すように、エンコーダ１００は、回転体１０と磁性体５０を有する。回転体１０の回転とともに磁性体５０も回転し、磁性体５０によって形成される磁界も回転する。この回転体１０の回転による磁界の変化を検出することで、エンコーダ１００の回転が検出可能となっている。

回転体１０は、それぞれ円環状を成す第１円環部１１および第２円環部１２を有する。図１および図２に示すように、円環部１１，１２それぞれの内環面によって囲まれて成る円形の領域は、その厚さがｚ方向に直交する形状を成している。そして、ｘ−ｙ平面における内環面と幾何学的中心ＧＣを通る中心軸間の距離（内径）が、第１円環部１１よりも第２円環部１２のほうが長くなっており、第１円環部１１の外環面に第２円環部１２の一端が連結されている。これにより、磁性体５０におけるｚ−ｘ平面の断面形状が、２つのＬ字を成す部位がｘ方向に並んだ形状となっている。回転体１０は、図１および図２に×印で示す自身の幾何学的中心ＧＣをｚ方向に貫く中心軸を回転軸ＲＡとして、図１および図２に実線矢印で示す周方向に回転する。

磁性体５０は、回転体１０の表面に周方向に沿って環状に設けられている。磁性体５０は、磁性材料を含む樹脂から成る。磁性体５０を構成する材料を回転体１０に付着させた後、その材料を磁化することで、磁性体５０が形成される。図３に示すように、磁性体５０は第１磁極部５１と第２磁極部５２を備えており、磁極部５１，５２それぞれは第２円環部１２の外環面に形成されている。第１磁極部５１と第２磁極部５２とは異極であり、第１磁極部５１と第２磁極部５２とは周方向に沿って交互に並んでいる。この構成により、互いに隣接する磁極部５１，５２の一方から他方へと向かう磁界が形成されている。したがって、回転体１０が回転軸ＲＡを回転中心として周方向に回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２によって形成される磁界も周方向に回転する。

図３に示すように、１つの第２磁極部５２を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１それぞれの形状は互いに等しく、複数の第２磁極部５２の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい第２磁極部５２よりも体格が大きくなっている。これにより、上記した体格の大きい第２磁極部５２（以下、第３磁極部５３と示す）を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１の隣接間隔Ｌ１が、ほかの第２磁極部５２を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１の隣接間隔Ｌ２よりも広くなっている。したがって、回転体１０が回転軸ＲＡを回転中心として周方向に回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２によって形成される多数の磁界（以下、第１磁界と示す）も周方向に回転するとともに、磁極部５１，５３によって形成される１つの磁界（以下、第２磁界と示す）も周方向に回転する。回転体１０が１回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２と同数の第１磁界が周方向に回転するとともに、１つの第２磁界も周方向に回転する。このため、上記した第１磁界とともに第２磁界を検出することで、回転体１０が何回転したかを検出可能となっている。

図３に矩形の破線で示す、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中には、第３磁極部５３の一部の換わりに少なくとも１つの第１磁極部５１が設けられている。これにより、第３磁極部５３の体格が低減されている。本実施形態では、ｚ−ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に２つ設けられ、第３磁極部５３が３つに分けられている。そして、第１磁極部５１の一部が、第３磁極部５３における周方向に沿う一面５３ｂのみから外部に露出し、その露出した露出面５１ａが一面５３ｂによって囲まれている。すなわち、露出面５１ａは、回転軸ＲＡから放射状に延びる放射方向に直交し、且つ、周方向に沿う平面だけにおいて外部に露出し、ｚ方向において外部に露出していない。なお、本実施形態では、図３に一点鎖線で示すように、周方向に沿い、且つ、一面５３ｂの中心を通る基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が対称となっている。

次に、本実施形態に係るエンコーダ１００の作用効果を説明する。図５に示すように、本実施形態に記載の構成とは異なり、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中に第１磁極部５１が設けられていない構成の場合、図６に示すように、第３磁極部５３にて形成される磁界が強いために、第３磁極部５３に向かうにしたがって磁界の強度が落ち込む。しかしながら、本実施形態に記載したように、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中には第１磁極部５１が設けられている。この具体的な構成により、第３磁極部５３にて生じる磁界の強さが低減される。この結果、図４に示すように、第３磁極部５３に向かうにしたがって磁界の強度が落ち込むことが抑制され、磁性体５０によって形成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

第３磁極部５３の一面５３ｂから外部に露出した第１磁極部５１の露出面５１ａの周囲が一面５３ｂによって囲まれている。これによれば、露出面の一部が、第３磁極部における一面とは異なる面（例えば、ｚ方向に直交する面）から外部に露出される構成と比べて、第３磁極部５３の周囲に生じる磁界にて複数のピークが形成されることが抑制される。

第３磁極部５３の形成領域５３ａの中に、複数の第１磁極部５１が設けられている。これによれば、１つの第１磁極部が第３磁極部に設けられる構成と比べて、第３磁極部５３にて形成される磁界の強さをより詳細に決定することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態では、磁極部５１，５２それぞれが第２円環部１２の外環面に形成された例を示した。しかしながら、図７および図８に示すように、磁極部５１，５２それぞれは、第１円環部１１における第２円環部１２の端部が連結された面とは反対の面に設けられた構成を採用することもできる。

なお、本実施形態では特に言及しなかったが、図１及び図２に示す構成の場合、磁極部５１，５２それぞれが有するＮ極とＳ極それぞれは、回転軸ＲＡから放射状に延びる放射方向において並んでいる。これに対して、図７及び図８に示す構成では、磁極部５１，５２それぞれが有するＮ極とＳ極それぞれは、ｚ方向において並んでいる。

本実施形態では、２つの第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に設けられる例を示した。しかしながら図９に示すように、形成領域５３ａの中に設けられる第１磁極部５１の数としては上記例に限定されず、少なくとも１つあればよい。

本実施形態では、ｚ−ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に２つ設けられ、第３磁極部５３が３つに分けられた例を示した。しかしながら図９に示すように、ｚ−ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に１つ設けられ、第３磁極部５３が筒状（一面５３ｂが環状）となる構成を採用することもできる。なお、図９では、形成領域５３ａに設けられた第１磁極部５１が基準線ＢＬ上に位置する例を示した。しかしながら、この第１磁極部５１の位置としては上記例に限定されず、基準線ＢＬから外れた位置に形成されていてもよい。

本実施形態では、基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が対称である例を示した。しかしながら、図１０及び図１１に示すように、基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が非対称でもよい。図１０では、形成領域５３ａに複数設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａの面積が、ｚ方向に直交する第２円環部１２の２つの端部の内の一方から他方へと向かう方向において、段々と（徐々に）狭くなっている。これによれば、露出面５１ａの形状に基づいて、ｚ方向におけるエンコーダ１００の天地を見分けることができる。すなわち、第１円環部１１における、ｚ方向に直交する２つの面の内のどちらが天地を向いているかを判別することができる。

図１１では一面５３ｂの一部の形状が、ｚ方向に直交する第２円環部１２の２つの端部の内の一方から他方へと向かう方向において、段々と（徐々に）狭くなっている。これによれば、一面５３ｂの形状に基づいて、ｚ方向におけるエンコーダ１００の天地を見分けることができる。すなわち、第１円環部１１における、ｚ方向に直交する２つの面の内のどちらが天地を向いているかを判別することができる。

１０・・・回転体、５０・・・磁性体、５１・・・第１磁極部、５１ａ・・・露出面、５２・・・第２磁極部、５３・・・第３磁極部、５３ａ・・・形成領域、５３ｂ・・・一面、ＲＡ・・・回転軸、Ｌ１，Ｌ２・・・隣接間隔、１００・・・エンコーダ

Claims (6)

1. 回転軸（ＲＡ）の周方向に回転する回転体（１０）と、
   前記回転体の表面に、前記周方向に沿って環状に設けられた磁性体（５０）と、を備えるエンコーダであって、
   前記磁性体は、複数の第１磁極部（５１）と、前記第１磁極部とは異極である、複数の第２磁極部（５２）と、を備え、
   前記第１磁極部と前記第２磁極部とが、前記周方向に沿って交互に並んでおり、
   １つの前記第２磁極部を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部それぞれの形状は互いに等しく、
   複数の前記第２磁極部の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい前記第２磁極部よりも体格が大きく、この体格の大きい前記第２磁極部（５３）を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部の隣接間隔（Ｌ１）が、ほかの前記第２磁極部を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部の隣接間隔（Ｌ２）よりも広くなっており、
   ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の形成領域（５３ａ）の中に、少なくとも１つの前記第１磁極部が設けられ、
   ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の一面（５３ｂ）から前記第１磁極部の一部が外部に露出し、その露出した露出面（５１ａ）の周囲が前記一面によって囲まれていることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記形成領域の中に、複数の前記第１磁極部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記回転体は、第１円環部（１１）、および、前記第１円環部（１２）の外環面に自身の端部が連結された第２円環部を有し、
   前記磁性体は、前記第２円環部の外環面に設けられ、
   ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の前記一面は、前記中心軸から放射状に延びる放射方向に直交し、且つ、前記周方向に沿っており、
   前記周方向に沿い、且つ、前記一面の中心を通る基準線（ＢＬ）を介した、ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の中に複数設けられた前記第１磁極部の露出面の形状が、非対称となっていることを特徴とする請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記形成領域の中に複数設けられた前記第１磁極部の前記露出面の面積は、前記回転軸に沿う一方向において、徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記一面の一部の形状が、前記回転軸に沿う一方向において、徐々に狭くなっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンコーダ。
6. 前記回転体は、円環状を成し、
   前記磁性体は、前記回転軸に直交する２つの面の内の一方に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンコーダ。

Images