JP6529692B1

JP6529692B1 - エンコーダ

Info

Publication number: JP6529692B1
Application number: JP2018563744A
Authority: JP
Inventors: 久範鳥居; 琢也野口; 大輔金森; 武史武舎; 文昭土屋; 泰広北山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2019-06-12
Anticipated expiration: 2038-05-23
Also published as: US20210231462A1; CN112204355A; DE112018007488T5; TWI691701B; WO2019224962A1; JPWO2019224962A1; US11221231B2; KR20200136036A; TW202004132A; DE112018007488B4; KR102302346B1

Abstract

エンコーダ（５０）は、磁界の検出の感度に指向性を有し、読み取り方向の磁界の検出の感度が高く、読み取り方向に対する角度が大きい方向ほど磁界の検出の感度が低くなる磁気センサ（１）と、磁気センサ（１）を搭載するエンコーダ基板（３）と、磁気センサ（１）の側方を覆う側面部（２ａ）と磁気センサ（１）の上方を覆う上面部（２ｂ）とを有し、磁界を遮蔽する磁気シールド（２）と、エンコーダ基板（３）に対向して配置された永久磁石（４）と、先端に永久磁石（４）が取り付けられたシャフト（５）と、シャフト（５）を回転可能に支持するブラケット（６）とを備え、磁気シールド（２）は、コネクタが挿入されるコネクタ挿入部をなす切り欠き（２１）が側面部（２ａ）に設けられており、磁気センサ（１）を読み取り方向に延長した延長領域と重ならない位置にコネクタ挿入部が配置されている。

Description

本発明は、磁気シールド及び磁気センサを備えたエンコーダに関する。

磁気センサを搭載した磁気式のエンコーダでは、磁気センサを動作させるための磁束を発生させる永久磁石を軸中心上に配置し、基板上の磁気センサで永久磁石から発生する磁束を検出している。ただし、エンコーダの周囲に磁界を発生させる装置又は動力線が存在すると、永久磁石から発生する磁束に、外部磁界が干渉してしまい、動作不具合を引き起こすという問題があり、磁気シールドを配置して外部磁界を遮蔽する必要がある。

特許文献１には、磁気センサの動作磁界に影響を与えない位置に軟磁性部が位置するように磁気カバーが配置された磁気式のエンコーダが開示されている。

特開２０１５−１６９４３９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるエンコーダは、永久磁石から発生する磁束を検出する磁気センサの検出方向と同じ方向の外部磁界が非磁性部を通じて磁気カバー内に侵入可能な構造である。したがって、磁気センサの検出方向と同じ方向の外部磁界が非磁性部を通じて磁気カバー内に侵入して、磁気センサの検出結果のノイズ成分が増大し、回転角の検出精度が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外部磁界によって回転角の検出精度が低下することを抑制したエンコーダを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、磁界の検出の感度に指向性を有し、読み取り方向の磁界の検出の感度が高く、読み取り方向に対する角度が大きい方向ほど磁界の検出の感度が低くなる磁気センサと、磁気センサを搭載するエンコーダ基板と、磁気センサの側方を覆う側面部と磁気センサの上方を覆う上面部とを有し、磁界を遮蔽する磁気シールドと、エンコーダ基板に対向して配置された永久磁石と、先端に永久磁石が取り付けられたシャフトと、シャフトを回転可能に支持するブラケットとを備える。磁気シールドは、コネクタが挿入されるコネクタ挿入部をなす切り欠き又は穴が側面部に設けられている。磁気センサを読み取り方向に延長した延長領域と重ならない位置にコネクタ挿入部が配置されている。

本発明に係るエンコーダは、外部磁界によって回転角の検出精度が低下することを抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るエンコーダの斜視図実施の形態１に係るエンコーダの磁気シールドの斜視図実施の形態１に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図実施の形態１に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図本発明の実施の形態２に係るエンコーダの斜視図実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図本発明の実施の形態３に係るエンコーダの斜視図実施の形態３に係るエンコーダの斜視図

以下に、本発明の実施の形態に係るエンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンコーダの斜視図である。実施の形態１に係るエンコーダ５０は、シャフト５とともに回転する永久磁石４と、磁界の検出の感度に指向性を有し、読み取り方向の磁界の検出の感度が高く、読み取り方向に対する角度が大きい方向ほど磁界の検出の感度が低くなる磁気センサ１と、磁気センサ１が実装されたエンコーダ基板３と、非磁性材料で形成され、シャフト５を回転可能に支持するブラケット６と、エンコーダ基板３を覆う磁気シールド２と、ブラケット６と磁気シールド２との間に配置されたスペーサ７と、ブラケット６に設置されエンコーダ基板３を支持する基板保持部材８とを備える。図１に示すスペーサ７は、ブラケット６と磁気シールド２との間だけに介在するリング形状であるが、エンコーダ基板３を覆うドームであってもよい。

図２は、実施の形態１に係るエンコーダの磁気シールドの斜視図である。磁気シールド２は、磁気センサ１の側方を覆う側面部２ａ及び磁気センサ１の上方を覆う上面部２ｂとを備えている。磁気シールド２の側面には、エンコーダ基板３に接続されるコネクタが挿入されるコネクタ挿入部をなす切り欠き２１が形成されている。なお、磁気シールド２の側面には、コネクタ挿入部をなす穴を形成してもよい。磁気シールド２は、冷間圧延鋼又は炭素鋼といった磁性材料で形成される。

永久磁石４は、エンコーダ基板３と向かい合うように配置されている。永久磁石４は、シャフト５の先端に設置されている。永久磁石４は、ネオジム系、サマリウム系、又はフェライト系の磁石である。永久磁石４は、シャフト５に直接固定されてもよいし、不図示の部材を介して固定されてもよい。

図３は、実施の形態１に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図である。磁気センサ１は、磁界の検出の感度に指向性を有しており、図３に矢印Ｄで示す方向の磁界の検出の感度が高く、矢印Ｄに直交する方向に近い方向の磁界ほど検出の感度が低い。以下、矢印Ｄの方向を、磁気センサ１の読み取り方向という。磁気シールド２は、磁気センサ１を読み取り方向に延長した延長領域１１と重ならない位置に切り欠き２１が配置された状態で、磁気センサ１を覆っている。切り欠き２１の方向から外部磁界が印加された場合、切り欠き２１から磁束が磁気シールド２内に侵入するが、磁気センサ１の読み取り方向と磁束の向きが直交方向であるため、磁気センサ１では外部磁界の検出の感度が低くなり、ノイズ成分が小さくなる。また、磁気センサ１の読み取り方向から外部磁界が印加された場合、延長領域１１と重なる位置を磁気シールド２が覆っているため、磁気シールド２内に外部磁界が侵入することは抑制される。したがって、磁気シールド２に切り欠き２１が開いていても、シャフト５の半径方向から外部磁界が印加された場合には、磁気センサ１の磁界の検出結果にノイズ成分が含まれることを低減できる。

ブラケット６と磁気シールド２との間には、スペーサ７が介在しているため、ブラケット６と磁気シールド２とは直に接触しておらず、スペーサ７の厚さ分離れた状態に維持されている。ブラケット６と磁気シールド２との間にスペーサ７が介在していることにより、ブラケット６と磁気シールド２とは熱的に分離されている。ブラケット６と磁気シールド２との間に熱的なギャップを設けることで、シャフト５を回転させるモータの駆動時にシャフト５からの熱伝達を抑制できる。特に、ブラケット６と磁気シールド２との距離を５ｍｍ以下とすることで、磁気シールド２の内側への磁束の侵入を防止し、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。

磁気シールド２の切り欠き２１の開口幅Ａを磁気センサ１の読み取り方向の寸法Ｂよりも小さくすることで、磁気シールド２の内側へ磁束が侵入することを防止し、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減する効果を高めることができる。

図４は、実施の形態１に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図である。図４に示すように、磁気シールド２の切り欠き２１の開口面２１ａの法線方向と、磁気センサ１の読み取り方向とが垂直になるように磁気シールド２を配置することで、外部磁界印加時に磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分をさらに低減できる。

図２に示したように、磁気シールド２の上面部２ｂに切り欠き２１が達しないようにすることで、シャフト５の軸方向の外部磁界が印加された場合でも、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。

実施の形態１に係るエンコーダ５０は、磁気シールド２にコネクタ挿入部をなす切り欠き２１を設けても、外部磁界印加時に磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。実施の形態１に係るエンコーダ５０は、切り欠き２１の開口面２１ａに交差する方向から外部磁界が印加された場合、切り欠き２１を通じて磁気シールド２内に磁束が侵入するが、磁気センサ１の読み取り方向と交差する方向の磁束であるため、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分が小さい。また、磁気センサ１の読み取り方向から外部磁界が印加された場合、延長領域１１と重ならない位置に切り欠き２１が配置されているため、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。したがって、実施の形態１に係るエンコーダ５０は、外部磁界に対する耐性が高く、シャフト５の回転角の検出精度を高めることができる。また、コネクタを含めたエンコーダ５０全体を磁気シールド２で覆う必要が無いため、エンコーダ５０の小型化が可能となる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係るエンコーダの斜視図である。実施の形態２に係るエンコーダ５０は、エンコーダ基板３に磁気センサ１が複数搭載されている点で、実施の形態１に係るエンコーダ５０と相違する。

図６は、実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図である。図６で示すように切り欠き２１に最も近い位置の磁気センサ１の延長領域１１と重なる位置を磁気シールド２が覆っている。

図７は、実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図である。図７に示すように、磁気シールド２の切り欠き２１の開口面２１ａの法線方向と、磁気センサ１の読み取り方向とが垂直になるように磁気シールド２を配置することで、外部磁界印加時に磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分をさらに低減できる。

図８は、実施の形態２に係るエンコーダの磁気センサと磁気シールドとの位置関係を示す図である。磁気シールド２の切り欠き２１の開口幅Ａを磁気センサ１の読み取り方向の寸法Ｂよりも小さくすることで、磁気シールド２の内側へ磁束が侵入することを防止し、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減する効果を高めることができる。

実施の形態２に係るエンコーダ５０は、磁気センサ１を複数搭載することで、検出漏れを防止し、機能安全化が可能である。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係るエンコーダの斜視図である。実施の形態３に係るエンコーダ５０は、永久磁石４よりもブラケット６側に磁気シールド板９が配置されている点で、実施の形態１に係るエンコーダ５０と相違する。

磁気シールド板９と磁気シールド２との間には、スペーサ７が介在しているため、ブラケット６と磁気シールド２との間には磁気シールド板９の厚さ分とスペーサ７の厚さ分とを合わせた分の隙間が形成されている。磁気シールド板９と磁気シールド２との間にスペーサ７が介在していることにより、磁気シールド板９と磁気シールド２とは熱的に分離されている。したがって、ブラケット６と磁気シールド２とも、熱的に分離されている。磁気シールド板９と磁気シールド２との間に熱的なギャップを設けることで、シャフト５を回転させるモータの駆動時にシャフト５からの熱伝達を抑制しつつ、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。特に、ブラケット６と磁気シールド２との距離を５ｍｍ以下とすることで、磁気シールド２の内側への磁束の侵入を防止し、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。

実施の形態３に係るエンコーダ５０は、シャフト５の軸方向の外部磁界が印加された場合でも、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。

図１０は、実施の形態３に係るエンコーダの斜視図である。エンコーダ基板３に磁気センサ１が複数搭載された実施の形態２に係るエンコーダ５０に、磁気シールド板９を追加した構成とすることも可能である。図９に示したエンコーダ５０と同様に、シャフト５の軸方向の外部磁界が印加された場合でも、磁気センサ１の磁界の検出結果に含まれるノイズ成分を低減できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１磁気センサ、２磁気シールド、２ａ側面部、２ｂ上面部、３エンコーダ基板、４永久磁石、５シャフト、６ブラケット、７スペーサ、８基板保持部材、９磁気シールド板、１１延長領域、２１切り欠き、２１ａ開口面、５０エンコーダ。

Claims

磁界の検出の感度に指向性を有し、読み取り方向の磁界の検出の感度が高く、前記読み取り方向に対する角度が大きい方向ほど磁界の検出の感度が低くなる磁気センサと、
前記磁気センサを搭載するエンコーダ基板と、
前記磁気センサの側方を覆う側面部と前記磁気センサの上方を覆う上面部とを有し、磁界を遮蔽する磁気シールドと、
前記エンコーダ基板に対向して配置された永久磁石と、
先端に前記永久磁石が取り付けられたシャフトと、
前記シャフトを回転可能に支持するブラケットとを備え、
前記磁気シールドは、コネクタが挿入されるコネクタ挿入部をなす切り欠き又は穴が前記側面部に設けられており、
前記磁気センサを前記読み取り方向に延長した延長領域と重ならない位置に前記コネクタ挿入部が配置されており、
前記コネクタ挿入部は、前記上面部の下面まで達しておらず、
前記コネクタ挿入部の開口幅は、前記磁気センサの前記読み取り方向の寸法よりも小さいことを特徴とするエンコーダ。
磁界の検出の感度に指向性を有し、読み取り方向の磁界の検出の感度が高く、前記読み取り方向に対する角度が大きい方向ほど磁界の検出の感度が低くなる磁気センサと、
前記磁気センサを搭載するエンコーダ基板と、
前記磁気センサの側方を覆う側面部と前記磁気センサの上方を覆う上面部とを有し、磁界を遮蔽する磁気シールドと、
前記エンコーダ基板に対向して配置された永久磁石と、
先端に前記永久磁石が取り付けられたシャフトと、
前記シャフトを回転可能に支持するブラケットとを備え、
前記磁気シールドは、コネクタが挿入されるコネクタ挿入部をなす切り欠き又は穴が前記側面部に設けられており、
前記磁気センサを前記読み取り方向に延長した延長領域と重ならない位置に前記コネクタ挿入部が配置されており、
前記コネクタ挿入部の開口幅は、前記磁気センサの前記読み取り方向の寸法よりも小さいことを特徴とするエンコーダ。
前記コネクタ挿入部の開口面の法線方向と、前記読み取り方向とが垂直であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ。
前記磁気センサを前記エンコーダ基板に複数搭載し、
前記コネクタ挿入部に最も近い前記磁気センサを前記読み取り方向に延長した延長領域と重ならない位置に前記コネクタ挿入部が配置されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンコーダ。
前記コネクタ挿入部の開口面の法線方向と、前記コネクタ挿入部に最も近い前記磁気センサの前記読み取り方向とが垂直であることを特徴とする請求項４に記載のエンコーダ。
前記コネクタ挿入部の開口幅は、前記コネクタ挿入部に最も近い前記磁気センサの前記読み取り方向の寸法よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載のエンコーダ。
前記永久磁石よりも前記ブラケット側に、磁界を遮蔽する磁気シールド板を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のエンコーダ。
前記磁気シールドと前記ブラケットとが熱的に分離されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のエンコーダ。