JPH05137309A - 磁気式ロータリエンコーダ付きモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置に組み込んだ場合の全体の小形化、分解
能の向上及び高出力化、絶縁基板の位置チェックの容易
化を実現する。 【構成】 補助ケース１８のモータケース１１に対する
取り付けは、各々に形成されたねじ部１１ａ、１８ａに
より行う。補助ケース１８は、その底部中心位置に透孔
１８ａを有する。外周縁部に複数個の磁極を備えた磁気
ディスク１７は、回転軸１３に同心状に固定される。磁
気センサ２０を構成する矩形状絶縁基板２１は、回転軸
１３との位置合わせを行い得るように透明ガラスより成
り、補助ケース１８の内底部に磁気ディスク１７の回転
軌跡面と平行するように配置される。絶縁基板２１上に
は、磁気抵抗効果を持つ強磁性体より成る櫛歯状感磁パ
ターン２２を環状配置となるように形成する。絶縁基板
２１と回転ディスク１７との位置関係が適正な状態にあ
るか否かは上記透孔１８ｂを介して確認する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転軸の回転数を示す
信号を磁気的な検出手段により得るようにした磁気式ロ
ータリエンコーダ付きモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の磁気式ロータリエンコーダ付き
モータの一例として、従来より、特開平３−８２３５９
号公報に示されたものがあり、このものは図８及び図９
に示すような構成となっている。

【０００３】即ち、図８及び図９において、円筒状のモ
ータケース１から突出された回転軸２には、その一端部
に回転ドラム３が同心状に固定されている。この回転ド
ラム３は、少なくとも外周端面部が磁性体により形成さ
れており、その磁性体部分を所定ピッチにて交互に異な
る極性に着磁することによって複数個の磁極３ａが形成
されている。有底円筒状の補助ケース４は、前記モータ
ケース１に対し回転ドラム３を覆うように取り付けられ
るものであり、その内周面には、磁気センサ５が前記磁
極３ａの回転軌跡と対向するようにして配置されてい
る。

【０００４】この磁気センサ５は、矩形状の絶縁基板６
の表面に櫛歯状の感磁パターン７を設けて成るもので、
この感磁パターン７は、Ｎｉ−Ｃｏのような強磁性体を
蒸着等によりパターニングすることよって薄膜状に形成
されている。斯かる磁気センサ５にあっては、その感磁
パターン７の抵抗値が、これに作用する磁界の大きさに
対し反比例的に変化するものであり、感磁パターン７に
定電流を供給しておくことにより、回転ドラム３の回転
に応じた磁界変化に伴う感磁パターン７の抵抗値変化状
態を電圧信号として取り出すように構成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような構成の場
合、磁気センサ５は、磁極３ａの回転軌跡と対向した状
態、つまり立てた状態で配置されるものであるため、そ
の配置のためには、高さ方向（回転軸２の軸方向）に比
較的大きなスペースを確保する必要があり、これがモー
タ全体の小形化を図る上での障害となる。

【０００６】また、回転ドラム３における磁極３ａの着
磁むらが磁気センサ５の出力に直接的に影響するから、
分解能が高い良質な出力を得るためには、磁極３ａの着
磁精度を大幅に高めねばならず、特にモータ全体を小形
化する場合には、着磁精度をきわめて厳密に管理する必
要が生じて製造性の悪化を来たすことになる。

【０００７】しかも、上記構成では、磁気センサ５を補
助ケース４に予め固定しておいた状態で、その補助ケー
スをモータケース１に取り付ける関係上、図８のような
組立状態では、磁気センサ５と回転ドラム３間の位置関
係が不適正になる場合があるにも拘らず、両者の位置関
係が適正な状態にあるか否かを調べることができないと
いう不具合もあった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、全体の小形化並びに分解能の向上を
実現できると共に、高出力化も同時に実現でき、しか
も、感磁パターンを備えた絶縁基板が適正な位置にある
か否かを容易に調べることが可能になるなどの効果を奏
する磁気センサを提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、一端に開口部を有する筒状のモータケース
を設け、複数個の磁極を所定ピッチにて円環状配置して
成る磁気ディスクをモータの回転軸に前記開口部に臨む
ように取り付け、前記モータケースに前記開口部を閉鎖
するようにして前記回転軸と対向する位置に透孔を有す
る補助ケースを取り付け、この補助ケースに前記磁気デ
ィスクの回転軌跡面と平行させた状態で絶縁基板を配置
し、この絶縁基板上に磁気抵抗効果を持つ材料によって
前記磁極群と対向した環状配置となるように櫛歯状感磁
パターンを形成する構成としたものである。

【００１０】この場合、補助ケースを、モータケースに
対して、各々に形成されたねじ部の螺合により取り付け
る構成としても良いものである。

【００１１】

【作用】モータの駆動に応じて、回転軸に取り付けられ
た回転ディスクが回転されたときには、磁極群から磁気
抵抗効果を有する感磁パターンに作用する磁界の大きさ
が周期的に変化するようになり、これに応じて、感磁パ
ターンの抵抗値が変化する。従って、感磁パターンに対
し定電流を供給しておけば、上記回転ディスクの回転に
応じた感磁パターンの抵抗値変化を周期的に変化する電
圧信号として取り出すことができる。

【００１２】この場合、絶縁基板は、回転ディスクの回
転軌跡面に対し平行した状態で配置されるものであるか
ら、その配置のために、回転ディスクの軸方向に大きな
スペースを確保する必要がなくなり、全体の小形化を実
現できる。また、感磁パターンは、円環状配置された複
数個の磁極と対向した環状配置となるように形成されて
いるから、磁極群からの磁界の作用を受ける有効部分長
が大きくなって高出力化を実現できると共に、磁極の着
磁むらがセンサ出力に及ぼす影響を小さくできて分解能
が向上するようになる。しかも、補助ケースには回転軸
ひいては回転ディスクと対向する位置に透孔が設けられ
ているから、これに配置される絶縁基板と回転ディスク
との位置関係が適正な状態にあるか否かを上記透孔を介
して容易に確認することができる。

【００１３】補助ケースがモータケースに対してねじ部
の螺合により取り付けられていた場合には、その螺合度
合を変えることによって、磁気ディスクと絶縁基板上の
感磁パターンとの間の寸法を微調整できるようになり、
前述のような出力電圧信号のレベル調整を簡単に行い得
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をブラシレスＤＣモータに適用
した第１実施例について図１〜図６を参照しながら説明
する。

【００１５】図１において、モータケース１１は、両端
に開口部を有する円筒状に形成され、その内周にステー
タコイル１２が設けられている。回転軸１３は、モータ
ケース１１内に軸受１４、１５を介して支持されて、そ
の両端がモータケース１１の両端開口部から突出するよ
うに設けられており、これには前記ステータコイル１２
と対応する位置にロータマグネット１６が固着されてい
る。

【００１６】回転軸１３の一端部（図１中下端部）に
は、円形の磁気ディスク１７が同心状に固定されてい
る。この磁気ディスク１７は、図３に示すように、少な
くとも外周縁部が磁性体により構成されており、その磁
性体部分を所定ピッチにて交互に異なる極性に着磁する
ことによって、軸方向に臨む複数個の磁極１７ａが形成
されている。

【００１７】カップ状に形成された補助ケース１８は、
モータケース１１における前記磁気ディスク１７側の開
口部を閉鎖するように取り付けられるもので、その取り
付けは、モータケース１１の端縁部外周に形成されたね
じ部１１ａに対し、補助ケース１８の端縁部内周に形成
されたねじ部１８ａを螺合させることにより行われる。
斯かる補助ケース１８の底部には、その中心部位置、つ
まりモータケース１１への取り付け状態で前記回転軸１
３と対向する位置に円形の透孔１８ｂが形成されてい
る。

【００１８】また、上記各ねじ部１１ａ及び１８ａは、
径方向に一定量の遊びを存する形状に形成されており、
従って、補助ケース１８は、モータケース１１への取り
付け状態において径方向へ若干量だけ移動し得るもので
ある。この場合、図２に示すように、補助ケース１８に
は、ねじ部１８ａと対応した３箇所にこれを径方向に貫
通する３個の調整ねじ１９が設けられており、これら調
整ねじ１９の各締付状態を加減することによって補助ケ
ース１８の上記径方向への移動量の調整並びに補助ケー
ス１８の固定を行い得る構成となっている。

【００１９】さて、補助ケース１８の内底部には、前記
磁気ディスク１７と共に磁気式ロータリエンコーダを構
成する磁気センサ２０が設けられており、以下これにつ
いて説明する。

【００２０】即ち、図４において、磁気センサ２０を構
成する矩形状絶縁基板２１は、例えば透明ガラスより成
るもので、磁気ディスク１７の回転軌跡面と平行するよ
うに配置される。この絶縁基板２１上には、環状配置と
なるように櫛歯状感磁パターン２２が形成されている。

【００２１】この感磁パターン２２は、磁気抵抗効果を
持つＮｉ−Ｃｏのような強磁性体をホト・エッチング・
プロセスなどにより薄膜状に蒸着して成る。具体的に
は、感磁パターン２２は、磁極１７ａの回転軌跡と直交
する複数本の直線状単位パターン２２ａを、磁極１７ａ
のピッチと同じピッチで放射状配置すると共に、これら
の単位パターン２２ａを、連結用パターン２２ｂにより
交互に異なる端部側において連結することによって、磁
極１７ａ群と対向した環状配置を呈するように形成され
ている。また、斯かる感磁パターン２２の両端には、こ
れらと電気的に接続された状態の一対の電流供給端子２
２ｃ、２２ｄが形成されている。

【００２２】絶縁基板２１上には、その感磁パターン２
２の中心と対応した位置に、位置決め手段としてのリン
グ状マーカ２３が設けられており、このマーカ２３は、
透明な絶縁基板２１の裏側からも確認可能となってい
る。尚、このマーカ２３は、感磁パターン２２の蒸着時
において、その蒸着手段により同時に形成すれば良い。
さらに、図示しないが絶縁基板２１上には、これを電流
供給端子２２ｃ、２２ｄ部分を残して覆う保護膜がコー
ティングされるものであり、この保護膜は、例えばＳｉ
Ｏ2 、Ｓｉ3 Ｎ4 、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂のよ
うな絶縁材料により形成されている。

【００２３】上記構成においては、磁気センサ２０の感
磁パターン２２に対して、電流供給端子２２ｃ、２２ｄ
を介して定電流を流しておく。このような状態で回転軸
１３ひいては磁気ディスク１７が回転されたときには、
磁気抵抗効果を有する感磁パターン２２に対し磁極１７
ａ群から作用する磁界の大きさが周期的に変化するよう
になり、これに応じて、感磁パターン２２の抵抗値が変
化する。

【００２４】具体的には、強磁性体により構成された感
磁パターン２２は、これに作用する磁界の大きさに応じ
て抵抗値が反比例的に変化するという磁気抵抗効果を有
するから、その抵抗値は、図５（ａ）に示す状態（単位
パターン２２ａと磁極１７ａの中央部とが対向した状
態）と図５（ｂ）に示す状態（単位パターン２２ａと磁
極１７ａ間の磁気中性点とが対向した状態）との間で最
大変化を示すようになる。従って、斯様な感磁パターン
２２の抵抗値変化を、図６に示すような周期的に変化す
る電圧信号として取り出すことができるものであり、こ
の電圧信号の周期は、磁極１７ａの着磁ピッチ及び磁気
ディスク１７の回転数に依存して決まるようになる。
尚、図５、図６において、「α」は磁極１７ａのピッチ
を示す。

【００２５】上記した本実施例によれば、以下に述べる
ような数々の効果を奏することができる。

【００２６】…絶縁基板２１は、磁気ディスク１７の
回転軌跡面に対し平行した状態で配置されるものである
から、その配置のために、磁気ディスク１７の軸方向に
大きなスペースを確保する必要がなくなり、全体の小形
化を実現できる。

【００２７】…感磁パターン２２は、円環状配置され
た複数個の磁極１７ａと対向した環状配置となるように
形成されているから、磁極１７ａ群からの磁界の作用を
受ける有効部分長、つまり単位パターン２２ａの総延長
が大きくなり、磁気センサ２０の高出力化を実現できる
ようになる。

【００２８】…磁極１７ａに多少の着磁むらがあった
場合でも、その着磁むらが磁気センサ２０の出力に及ぼ
す影響を、感磁パターン２２の全周に渡る積分効果によ
り抑制できるようになって分解能が向上する。この結
果、磁極１７ａの着磁精度を従来構成のように厳密に管
理する必要がなくなり、その製造性の向上を期待できる
ようになる。

【００２９】…補助ケース１８には回転軸１３ひいて
は回転ディスク１７と対向する位置に透孔１８ｂが設け
られているから、この補助ケース１８に配置される絶縁
基板２１と回転ディスク１７との位置関係が適正な状態
にあるか否かを上記透孔１８ｂを介して容易に確認する
ことができる。この場合、絶縁基板２１を透明に形成す
ると共に、この絶縁基板２１上における感磁パターン２
２の中心と対応した位置にマーカ２３を設ける構成とし
たから、絶縁基板２１と磁気センサ２０と磁気ディスク
１７との間の位置決めを行う際には、上記マーカ２３と
回転軸１３とを位置合わせするだけで、感磁パターン２
２の中心位置と磁気ディスク１７の回転中心との間の位
置決め、ひいては感磁パターン２２と磁極１７ａ群との
間の位置決めを厳密に行うことができる。

【００３０】…モータケース１１に対する補助ケース
１８の取り付けは、夫々に設けられたねじ部１１ａ及び
１８ａの螺合により行う構成であるから、その螺合度合
を変えることによって、磁気ディスク１７と絶縁基板２
１上の感磁パターン２２との間の寸法を微調整できるよ
うになり、出力電圧信号のレベル調整を簡単に行い得
る。

【００３１】図７には本発明の第２実施例が示されてお
り、以下これについて前記第１実施例と異なる部分のみ
説明する。

【００３２】即ち、この実施例は絶縁基板２１の位置決
め手段に特徴を有するもので、その絶縁基板２１におけ
る感磁パターン２２の中心位置には、補助ケース１８の
透孔１８ｂと同形状の透孔２１ａが形成されている。絶
縁基板２１の位置決めを行う場合には、丸棒状の治具２
４を使用する。この治具２４は、透孔１８ｂ、２１ａよ
り僅かに小さい外径を有し、その先端部中心位置には位
置合わせ用のピンポイント状突起を有する。

【００３３】そして、この治具２４を透孔１８ｂ、２１
ａに下方から貫通させた状態で、その先端の突起を回転
軸１３の先端中心に存する軸支穴（これは回転軸１３の
機械加工時に必然的に生ずる）に嵌め込めば、絶縁基板
２１の回転軸１３ひいては磁気センサ１７に対する位置
決めが行われる。

【００３４】尚、上記各実施例では、感磁パターン２２
をＮｉ−Ｃｏにより形成したが、磁気抵抗効果を持つ他
の材料、例えばＮｉ−Ｆｅのような強磁性体或はＩｎＳ
ｂのような半導体により形成する構成としても良い。ま
た、ねじ部１１ａ及び１８ａは、必ずしも上記各実施例
のような位置に設ける必要はなく、さらに、上記各実施
例の構成をインナロータタイプのモータに展開しても良
いものである。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載の発明によれば、複数個の磁極を所定ピッチ
にて円環状配置して成る磁気ディスクをモータの回転軸
に取り付け、通常のモータケースにその開口部を閉鎖す
るようにして前記回転軸と対向する位置に透孔を有する
補助ケースを取り付けた上で、この補助ケースに前記磁
気ディスクの回転軌跡面と平行させた状態で絶縁基板を
配置すると共に、この絶縁基板上に磁気抵抗効果を持つ
材料によって前記磁極群と対向した環状配置となるよう
に櫛歯状感磁パターンを形成する構成としたので、全体
の小形化並びにその装置の製造性の向上を実現できる共
に、分解能並びに高出力化も同時に実現でき、しかも感
磁パターンを備えた絶縁基板が適正な位置にあるか否か
を容易に調べることが可能になるという優れた効果を奏
することができる。

【００３６】請求項２に記載の発明によれば、モータケ
ースに対する補助ケースの取り付けを、各々に形成され
たねじ部の螺合により行う構成としたので、ロータリエ
ンコーダ出力のレベル調整を簡単に行い得るという効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図

【図２】補助ケースの平面図

【図３】ロータリエンコーダ部分の斜視図

【図４】磁気センサの平面図

【図５】要部の摸式図

【図６】作用説明用の波形図

【図７】本発明の第２実施例を示す要部の縦断面図

【図８】従来例の縦断面図

【図９】要部の概略斜視図

【符号の説明】

図中、１１はモータケース、１１ａはねじ部、１２はス
テータコイル、１３は回転軸、１６はロータマグネッ
ト、１７は磁気ディスク、１７ａは磁極、１８は補助ケ
ース、１８ａはねじ部、１８ｂは透孔、２０は磁気セン
サ、２１は絶縁基板、２２は感磁パターン、２３はマー
カを示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端に開口部を有する筒状のモータケー
   スと、複数個の磁極を所定ピッチにて円環状配置して成
   りモータの回転軸に前記開口部に臨むように取り付けら
   れる磁気ディスクと、前記モータケースに前記開口部を
   閉鎖するように取り付けられ前記回転軸と対向する位置
   に透孔を有する補助ケースと、この補助ケースに前記磁
   気ディスクの回転軌跡面と平行するように配置される絶
   縁基板と、この絶縁基板上に磁気抵抗効果を持つ材料に
   よって前記磁極群と対向した環状配置となるように形成
   された櫛歯状感磁パターンとを備えたことを特徴とする
   磁気式ロータリエンコーダ付きモータ。
2. 【請求項２】 補助ケースは、モータケースに対して、
   各々に形成されたねじ部の螺合により取り付けられるこ
   とを特徴とする請求項１記載の磁気式ロータリエンコー
   ダ付きモータ。