JPH01272912A

JPH01272912A - 磁気エンコーダ

Info

Publication number: JPH01272912A
Application number: JP10290288A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Hayashi; 好典林; Kenzaburo Iijima; 健三郎飯島
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 1988-04-26
Filing date: 1988-04-26
Publication date: 1989-10-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」この発明は、産業用ロボット等において、角度や位置を
検出する際に用いられる磁気エンコーダに関する。

「従来の技術」第３図は従来の磁気エンコーダの構成を示したものであ
る。この図において、１は磁気スケールであり、磁気記
録媒体の所定の軌道上に波長λの正弦波状着磁パターン
がピッチ信号源として記録されている。２は原点信号ト
ラックであり、磁気記録媒体上に磁気スケールｌと平行
に設けられている。この原点信号トラック２は、原点位
置に原点用着磁パターンＭｚが形成されており、磁気ス
ケールｌと連動する。３はピッチ信号検出用センサであ
り、図示してないガラス基板上に磁気抵抗素子パターン
Ｌが形成されてなる。４は原点検出用センサであり、原
点信号トラック２に対向配置され、ピッチ信号検出用セ
ンサ３と連動する。そして、ピッチ信号検出用センサ３
および原点検出用センサ４と磁気スケール１および原点
信号トラック２とは、Ｍ方向に相対的に移動自在になっ
ており、いずれか一方を固定された場合に、他方が運動
可能になっている。

次に、ピッチ信号検出用センサ３の磁気抵抗素子パター
ンＬについて詳述する。磁気抵抗素子パターンＬは、磁
界中に置かれた場合、その磁界の強さに応じて固有抵抗
が変化する現象、いわゆる磁気抵抗効果が生じる素子材
料によって構成されており、この磁気抵抗効果を利用し
て、磁気スケール１上に記録された正弦波状着磁パター
ンが読み取られる。この磁気抵抗素子パターンＬは、磁
気スケール１の変位方向Ｍと直交する方向に延びる検出
部８１〜Ｓ８を有している。ここで、各検出部Ｓ、−Ｓ
ｏは磁気スケールｌにお（Ｊる正弦波状着磁パターンの
波長λに合わせた配置となっている。

すなわち、検出部Ｓ、は検出部Ｓ１とλ離間し、検出部
Ｓ３は検出部Ｓ、とλ／２離間し、検出部Ｓ４は検出部
Ｓ３とλ離間し、検出部Ｓ５は検出部Ｓ４とλ／４離間
し、検出部Ｓ８は検出部Ｓ、とλ離間し、検出部Ｓ７は
検出部Ｓ６とλ／２離間し、検出部Ｓ８は検出部Ｓ７と
λ離間している。そして、検出部８１〜Ｓ８の端部には
端子Ｔ、〜Ｔ　ｓが形成され、端子Ｔ　３は接地され、
端子Ｔ　ＩおよびＴ５には電源十Ｖｃｃが供給される。

そして、検出部８１〜Ｓｏは磁気スケールｌから受ける
磁界によって抵抗値が変化し、この結果、端子′Ｉ゛、
および′１゛４からは磁気スケールｌとピッチ信号検出
用センサ３との位置関係に応じたレベルの信号が得られ
る。すなわち、磁気スケール１上の正弦波状着磁パター
ン１周期の区間をθ−〇〜２πとすると、端子′■゛、
からはＳ１ｎθ、端子′Ｉ゛４からはｃｏｓ　Ｏのレベ
ル信号が得られる。そして、磁気スケール１がピッチ信
号検出用センサ３に対して移動すると、それに伴って端
子Ｔ、およびＴ４から位相がπ／２ずれた２相のピッチ
信号ｓｉｎθ、　ｃｏｓθが得られる。

次に、５は角度検出部であり、ピッチ信号検出用センサ
３によって検出されるピッチ信号ｓｉｎ□およびｃｏｓ
θから、角度データＯを算出し、出力する。

次に、６．７は、各々ピッチ信号検出用センサ３によっ
て検出されるピッチ信号５ｉｎＯお」；びＣＯＳθを所
定のしきい値で判定する事により、“Ｉ−１″と“′Ｌ
″の２値信号に変換する波形整形回路である。この場合
、波形整形回路６．７の出力信号Ｐ１、Ｐ、は、第４図
に示すように、お互いに位相がπ／２ずれた矩形波とな
り、また、ピッチ信号検出用センサ３の移動が正方向の
場合は、パルスＰ、が進み、移動が負方向の場合は、パ
ルスＰ、が進むようになっている。８は磁気センサ３の
移動方向を判別する方向判別回路であり、例えば、パル
スＰ１の立ち上がり時にパルスＰ、のレベルが“Ｉ−Ｉ
“か“Ｉ７″かによって方向を判別するようになってい
る。この方向判別回路８の出力信号Ｓｗは、カウンタ９
のアップダウン切り換え端子に供給されるとともに、外
部に出力されるようになっている。カウンタ９は、信号
Ｓｗによってアップかダウンの切換を行いながら、パル
スＰ、をカウントするようになっている。この例では、
ピッチ信号検出用センサ３が正方向に移動している時に
アップカウント、負方向に移動している時にダウンカラ
ン）・が行われるようになっている。また、原点検出用
センサ４が原点位置を通過する毎に、その原点位置にお
いて原点信号Ｓｚが検出され、これが波形整形回路１０
を介しノコ後に原点パルスＰｚとなりカウンタ９のリセ
ット端子Ｒに供給されるようになっている。この結果、
カウンタ９は、原点検出用センサ４が原点位置に達する
毎にリセットされる。従って、カウンタ９のカウント値
Ｎは、ピッチ信号検出用センサ３の現在位置と原点位置
との間において、ピッチ信号検出用センサ３が通過した
磁気スケールｌ上の磁化区間の数（磁極数）に対応する
値となる。そして、このカウンタ９の出力信号Ｎと、角
度算出部５の出力信号０とが、アブソリュート位置デー
タＤｏｕｔとなる。

「発明が解決しようとする課題」ところで、上述した従来の磁気エンコーダは、磁気スケ
ールに平行して原点信号用トラックを設ける必要がある
ので、磁気記録媒体」二にそのための余地を確保する必
要があり、また、磁気スケールに記録された磁気情報を
読み取るためのセンサ以外に、原点信号を読み取るため
の原点検出用センサを必要とし、磁気エンコーダが大型
になってしまうという問題があった。

この発明は上述した事情に鑑みてなされたちので、１組
の磁気スケールと磁気抵抗センサによって構成される磁
気エンコーダを提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」この発明は、磁気記録媒体上の所定の軌道に沿って正弦
波状着磁パターンが繰り返し記録され、かつ、前記軌道
上の所定の位置に原点用着磁パターンが記録されてなる
磁気スケールと、前記磁気スケールに対向して配置され
、基板」二に前記正弦波状着磁パターンに対応した磁気
抵抗素子パターンおよび前記原点用着磁パターンに対応
した原点検出用磁気抵抗素子パターンが同一基板上に形
成されてなる磁気抵抗センサとを有する事を特徴として
いる。

「作用」上記構成によれば、磁気スケールと磁気抵抗センサとが
相対的に変位した場合に、変位に応じたピッチ信号がピ
ッチ信号検出用磁気抵抗素子パターンによって検出され
、また、原点位置においては、原点検出用磁気抵抗素子
パターンによって原点信号が検出される。

「実施例」以下、図面を参照し、この発明の実施例について説明す
る。

第１図はこの発明の一実施例による磁気エンコーダの構
成図である。なお、この図において、前述した第３図と
対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略す
る。ｌＯは磁気スケールであり、磁気記録媒体の所定の
軌道上に沿って波長λ１の正弦波状着磁パターンが繰り
返し形成されている。また、磁気スケールｌＯの正弦波
状着磁パターンにおけるある１つ磁化区間において、Ｎ
極から距離λ、隔たった位置に磁極ＳＩが着磁されてい
る。２０は磁気抵抗センサであり、図示してないガラス
基板上にピッチ信号検出用磁気抵抗素子パターンＬ、お
よび原点検出用磁気抵抗素子パターンＬ、が形成されて
なる。磁気抵抗素子パターンし、およびり、は、それぞ
れ磁気スケールの変位方向Ｍと直交する方向に延びた検
出部Ｓ、〜Ｓ１８およびＳｔ＋〜Ｓ２４を有する。そし
て、検出部５＝７＝１１〜ＳＩＤは磁気スケールＩＯにおける着磁パターン
の記録ピッチλ、に対応した配置になっている。

すなわち、検出部Ｓ１２は検出部Ｓｌｌとλ１離間し、
検出部Ｓ　１３は検出部Ｓａｔとλ、／２離間し、検出
部Ｓ　１４は検出部Ｓｌｌとλ１離間し、検出部Ｓ　Ｉ
６は検出部Ｓ　１４と１／４λ１離間し、検出部Ｓ　Ｉ
ｌ＋は検出部Ｓ１５とλ、船離間、検出部ＳＩ７は検出
部ＳＩ６とλ、／２離間し、検出部５ｌ１１は検出部Ｓ
ｌ？とλ１離間している。一方、検出部Ｓｏｌ〜Ｓｔ４
は磁気スケール１０における原点信号Ｓ１の記録ピッチ
λ、に対応した配置になっている。ずなわら、検出部Ｓ
ｔ＋は磁気抵抗素子パターンＬ　、の検出部Ｓ１□とλ
、船離間、検出部Ｓ２２は検出部ＳＫ＋とλ、船離間、
検出部Ｓ。

３は検出部Ｓ　２２とλ、／２離間し、検出部８２４は
検出部Ｓ、３とλ、船離間ている。そして、磁気抵抗素
子パターンＬ、およびＬ２の各検出部Ｓｌ＋””’ＳＩ
８およびＳｏｌ〜Ｓ２４の端部には、それぞれ端子Ｔ１
．〜Ｔ１６および′ｒ９．〜′ｒ２．が形成されている
。そして、端子Ｔ、いＴ、５、Ｔ３．は電源＋Ｖｃｃが
印加され、端子ＴＩ３、Ｔ２３は接地される。そして、
端子ＴＩ２、ＴＩ４はピッチ信号出力端、端子Ｔ２２は
原点信号出力端となっている。

次に、この磁気エンコーダの動作について説明する。磁
気スケールｌＯと磁気抵抗センサ２０とが相対的に変位
すると、それに伴って磁気抵抗センサ２０が受ける磁界
が変化するので、ピッチ信号出力端ＴＩ２およびＴＩ４
から変位に応じたピッチ信号ｓｉｎθおよびｃｏｓθが
出力される。第２図はこのピッチ信号検出用磁気抵抗素
子パターンＬ　、によって検出されるピッチ信号５ｉｎ
Ｏの波形を示したものであり、原点位置において原点用
着磁パターンＳ１の影響を多少受けるが、ピッチ信号と
して支障のないものが得られる。そして、角度算出部５
において、これらのピッチ信号ｓｉｎθ、ｃｏｓθから
角度データθが算出され、出力される。

そして、磁気スケールＩＯが磁気抵抗センサ２０に対し
て移動すると、磁気抵抗センサ２０を通過した磁気スケ
ールＩＯ上の磁化区間数がカウンタ９によって計数され
る。一方、原点検出用磁気抵抗素子パターンＬ２は、磁
気スケールｌＯの正弦波状着磁パターンからの強力磁場
外であるため、第２図に示すように原点位置以外におい
て端子Ｔ２１から得られる出力信号は弱い。しかし、原
点位置においては、磁気スケールｌＯ上の磁極Ｎと原点
用着磁パターンＳ、とで形成される強力磁場を受けて、
端子Ｔ　２１から高い振幅の原点信号Ｓｚが得られる。

この結果、原点位置において、この原点信号Ｓｚが検出
され、カウンタ９がリセットされる。従って、カウント
９のカウント値Ｎは原点位置から現在位置までの磁気ス
ケール１０における磁化区間数となる。以」二のように
して、磁化区間数Ｎおにび角度データθが求められ、ア
ブソリコート位置データＤ　ｏｕｔとして出力される。

「発明の効果」以」二説明したように、この発明によれば、磁気記録媒
体−にの所定の軌道に沿って正弦波状着磁パターンがピ
ッチ信号源として繰り返し記録され、かっ、前記軌道上
の所定の位置に原点用着磁パターンが記録されてなる磁
気スケールと、前記磁気スケールに対向して配置され、
前記正弦波状着磁パターンに対応したピッチ信号検出用
磁気抵抗素子パターンおよび前記原点用着磁パターンに
対応した原点検出用磁気抵抗素子パターンか同一基板」
−に形成されてなる磁気抵抗センサとで、磁気エンコー
ダを構成したので、磁気記録媒体」二に原点信号トラッ
クを設ける必要がなく、また、原点検出用センサを設け
る必要がない。従って、小型の磁気エンコーダを実現す
る事ができる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による磁気エンコーダの構
成図、第２図は同実施例にお＋−）る磁気抵抗センサお
よび原点検出用センサの検出信号の波形図、第３図は従
来の磁気エンコーダの構成図、第４図は第３図における
波形整形回路６．７の出力信号波形を示す波形図である
。ｌＯ・・磁気スケール、２０・・・・磁気抵抗センサ、
Ｌ　、・・　ピッチ信号検出用磁気抵抗素子パターン、
Ｌ、・・・・原点検出用磁気抵抗素子パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

磁気記録媒体上の所定の軌道に沿って正弦波状着磁パタ
ーンがピッチ信号源として繰り返し記録され、かつ、前
記軌道上の所定の位置に原点用着磁パターンが記録され
てなる磁気スケールと、前記磁気スケールに対向して配
置され、前記正弦波状着磁パターンに対応したピッチ信
号検出用磁気抵抗素子パターンおよび前記原点用着磁パ
ターンに対応した原点検出用磁気抵抗素子パターンが同
一基板上に形成されてなる磁気抵抗センサとを有する事
を特徴とする磁気エンコーダ。