JPH0688704A - 磁気ロータリエンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータの磁極数が多い場合においても高精度
に磁極位置を検出することができる磁気ロータリエンコ
ーダを提供する。 【構成】 ８極モータの磁極位置を検出する磁気ロータ
リエンコーダであって、モータの回転軸に連設された４
極の磁石１と、この磁石１に対向配設されるセンサＳ１
と、磁石１に対向すると共に、センサＳ１から回転方向
に沿って３０°離れた位置に配設されたセンサＳ３と、
磁石１に対向すると共に、センサＳ１から回転方向に沿
って６０°離れた位置に配設されたセンサＳ５と、磁石
１に対向すると共に、センサＳ１，Ｓ３，Ｓ５の各々と
対を成し、これらと４５°間隔で配設されたセンサＳ
２，Ｓ４，Ｓ６と、これら各対のセンサから得られる出
力の排他的論理和を各対毎に演算し、この結果を出力す
る論理回路Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗとを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＡＣサーボモータの
回転子の磁極位置を検出する磁気ロータリエンコーダに
関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、ＡＣサーボモータの回転
子の磁極位置を検出する磁気ロータリエンコーダが各種
開発されている。この種の磁気ロータリエンコーダとし
ては、モータの磁極数に対応して着磁された位相検出磁
石と、この磁石に対向配置される磁気センサとから構成
されるものが知られている。

【０００３】図５は、４極モータの磁極位置を検出する
従来の磁気ロータリエンコーダの一例を示す平面図であ
る。この図において、１は円板状の位相検出磁石であ
り、図示せぬ４極モータの回転軸に連設されている。こ
の位相検出磁石１は、４極モータの磁極位置に対応する
ようＮ極およびＳ極を交互に配列して４極に着磁されて
いる。

【０００４】２ａ〜２ｃは、磁気抵抗素子あるいはホー
ル素子から構成される磁気センサである。これら磁気セ
ンサ２ａ〜２ｃは、位相検出磁石１に一定間隔を介して
対向配置されると共に、それぞれが図示せぬ制御回路に
接続されている。また、これら磁気センサ２ａ〜２ｃの
位置関係は、図６に示すようになっている。すなわち、
磁気センサ２ａの配設位置から位相検出磁石１の回転方
向に沿って６０゜ずらした位置に磁気センサ２ｂが配設
され、この磁気センサ２ｂの設置位置からさらに６０゜
ずらした位置に磁気センサ２ｃが配置されている。

【０００５】このような構成により、モータの駆動に伴
って位相検出磁石１が回転すると、その磁極の位置が対
向する磁気センサ２ａ〜２ｃに対し相対的に変化する。
これにより、各磁気センサ２ａ〜２ｃは磁界の変化を受
け、図７に示すＵ相、Ｖ相、Ｗ相の検出信号Ｓｕ，Ｓ
ｖ，Ｓｗをそれぞれ出力する。この図において、各信号
Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、位相検出磁石１の磁極の位置に対
応してそれぞれ９０°毎にレベル変化し、かつ互いに６
０°ずつ位相がずれた信号になっている。このような３
相の信号が上記制御回路に取り込まれ、これにより図８
に示す３相のモータ駆動電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが発生さ
れることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記位相検
出磁石１から発生される磁束Ｍは、図９の側面図に示す
ように、Ｎ極からＳ極へ向かってカーブ状にのびてい
る。したがって、例えば磁気センサ２ａに対向する磁極
がＮ極からＳ極へ、あるいはＳ極からＮ極へ移る際に
は、磁束Ｍが磁気センサ２ａを垂直に横切らずに、斜め
に横切るようになる。

【０００７】こうしたことは、モータの磁極数が８極や
１６極に増えるのに伴って位相検出磁石１の磁極数が増
えた場合、さらに顕著になるため、磁極数の増加に従っ
て磁束密度が低下すると共に、磁束の変化の割合が小さ
くなる。ここで、例えば磁気センサ２ａから出力される
Ｕ相信号Ｓｕを磁石１が４極の場合（信号Ｓｕａ）と８
極の場合（信号Ｓｕｂ）とで比較すると、図１０に示す
ように、信号Ｓｕｂの立ち上がりと立ち下がりにおける
傾斜は、信号Ｓｕａのそれに比べて緩やかになってい
る。このことは、他の磁気センサ２ｂ，２ｃから出力さ
れるＶ相、Ｗ相の信号Ｓｖ，Ｓｗにおいても同様にいえ
ることである。また、磁石１の磁束密度の強さのピーク
値も小さくなる。

【０００８】このように、従来の磁気ロータリエンコー
ダにおいては、モータの磁極数が増えるに従って、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の各検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの立ち上
がりと立ち下がりにおける傾斜がなだらかになるため、
磁極位置の検出タイミングが遅れ、磁束密度の強さも弱
くなって検出精度が低下してしまうという問題があっ
た。

【０００９】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、モータの磁極数が多い場合においても高精度
に磁極位置を検出することができる磁気ロータリエンコ
ーダを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上述した課
題を解決するために、交流電動機の磁極位置を磁気的に
検出し、その磁極数２ｎ（ｎは自然数）に応じた位相信
号を出力する磁気ロータリエンコーダであって、前記電
動機の回転軸に連設された磁極数ｎの磁石と、前記磁石
に対向配設される第１のセンサと、前記磁石に対向する
と共に、前記第１のセンサから回転方向に沿って３６０
°／３ｎ離れた位置に配設された第２のセンサと、前記
磁石に対向すると共に、前記第１のセンサから回転方向
に沿って（３６０°／３ｎ）×２離れた位置に配設され
た第３のセンサと、前記磁石に対向すると共に、前記第
１乃至第３の各センサと回転方向に沿って３６０°／２
ｎ間隔で配設され、各々、該第１乃至第３の各センサと
対を成す第４乃至第６のセンサと、前記各対のセンサか
ら得られる出力の排他的論理和を各対毎に演算し、この
結果を出力する演算手段とを具備することを特徴として
いる。

【００１１】

【作用】この発明によれば、磁極数２ｎの交流電動機の
回転に伴って磁極数ｎの磁石が回転すると、第１乃至第
６のセンサは、３６０°／ｎ毎にレベル変化し、かつそ
れぞれの配設位置に応じた位相信号を出力する。そし
て、演算手段が、第１および第４のセンサ、第２および
第５のセンサ、第３および第６のセンサの各対のセンサ
から出力される位相信号の排他的論理和を各対毎に演算
し、この結果として各々が３６０°／２ｎ毎にレベル変
化し、かつ３６０°／３ｎずつ位相がずれた３相の位相
信号を出力する。これにより、交流電動機の磁極数が多
い場合においても、立ち上がりと立ち下がりにおける位
置精度が高いＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相信号を得ることが
できる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の実施例に
ついて説明する。図１はこの発明の一実施例による磁気
ロータリエンコーダの構成を示す図である。この図にお
いて、図５に示した各部と共通する部分には、同一の符
号を付し、その説明を省略する。同図において、Ｓ１〜
Ｓ６は、ホール素子あるいは磁気抵抗素子で構成された
磁気センサであり、それぞれ位相検出磁石１に対向配置
されている。これらセンサＳ１〜Ｓ６のうち、センサＳ
１，Ｓ２はＵ相用センサ、センサＳ３，Ｓ４はＶ相用セ
ンサ、センサＳ５，Ｓ６はＷ相用センサとしてそれぞれ
対を成している。

【００１３】また、これら各対のセンサは、２値の排他
的論理和を出力する論理回路Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗの入力端
に各々接続されている。すなわち、Ｕ相用センサＳ１，
Ｓ２は、論理回路Ｃｕの入力端に、Ｖ相用センサＳ３，
Ｓ４は、論理回路Ｃｖの入力端に、Ｗ相用センサＳ５，
Ｓ６は、論理回路Ｃｗの入力端にそれぞれ接続されてい
る。これら論理回路Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗは、各々の演算結
果をそれぞれ３相の検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗとして図
示せぬ制御回路に出力する。

【００１４】次に、各センサＳ１〜Ｓ６の位置関係を図
２に示す。まず、Ｕ相用センサＳ１，Ｓ２は、同図
（ａ）に示すように、位相検出磁石１の中心に関し互い
に４５°の角度を成して配置されている。また、Ｖ相用
センサＳ３，Ｓ４は、同図（ｂ）に示すように、センサ
Ｓ１，Ｓ２の位置からそれぞれ３０°ずらした位置で互
いに４５°の角度を成して配置されている。さらに、Ｗ
相用センサＳ５，Ｓ６は、同図（ｃ）に示すように、セ
ンサＳ１，Ｓ２の位置からそれぞれ６０°（すなわち、
センサＳ３，Ｓ４の位置から３０°）ずらした位置で互
いに４５°の角度を成して配置されている。

【００１５】このような構成による磁気ロータリエンコ
ーダを図示せぬ８極モータに適用し、該モータの駆動に
伴って位相検出磁石１が回転すると、各磁気センサＳ１
〜Ｓ６は各々の配設位置に応じた検出信号をそれぞれ出
力する。例えば、Ｕ相用センサＳ１，Ｓ２は、図３に示
すように、それぞれが９０°毎にレベル変化し、かつ互
いに４５°ずつ位相がずれた検出信号Ｓｕ１，Ｓｕ２を
出力する。

【００１６】そして、これらの検出信号Ｓｕ１，Ｓｕ２
は、論理回路Ｃｕに取り込まれ、排他的論理和による演
算が施された後、図４に示す４５°毎にレベル変化する
Ｕ相信号Ｓｕとして制御回路に供給される。このＵ相信
号Ｓｕ（図４参照）は、磁極数の少ない４極の磁石１を
用いて得られるため、より磁極数の多い８極の磁石１を
用いた場合のＵ相信号Ｓｕｂ（図１０参照）に比較し、
立ち上がりと立ち下がりにおいて傾斜が鋭くなる。

【００１７】一方、Ｖ相用センサＳ３，Ｓ４およびＷ相
用センサＳ５，Ｓ６から出力される検出信号は、Ｕ相用
センサＳ１，Ｓ２の場合と同様、それぞれ論理回路Ｃ
ｖ，Ｃｗを介し、図４に示すＶ相およびＷ相の信号Ｓ
ｖ，Ｓｗとして制御回路に供給される。これらの信号Ｓ
ｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、図４に示す通り、互いに３０°ずつ
位相がずれた３相の信号になっており、この３相信号Ｓ
ｕ，Ｓｖ，Ｓｗに基づき、８極モータの磁極位置に対応
する３相のモータ駆動電流が発生される。

【００１８】すなわち、この実施例では、８極モータの
磁極位置を検出するのに、４極に着磁された位相検出磁
石１を用いてＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗ
を得るようにしているので、８極の磁石１を使用する場
合に比較し、各信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗの立ち上がりと立
ち下がりにおける傾斜が鋭くなり、磁極位置の検出精度
が向上する。これにより、モータに駆動電流を通電する
際の切り換えタイミングの精度が向上し、モータの効率
アップを図ることができる。なお、この実施例では、８
極モータを例として説明したが、８極モータに限らず、
１２極や１６極など他の磁極数のモータに適用できるこ
とは言うまでもない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、交流電動機（ＡＣモータ）の磁極数が多い場合にお
いても、立ち上がりと立ち下がりにおける位置精度が良
いＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相信号を得ることができる。す
なわち、磁極位置の検出精度が向上するため、交流電動
機に駆動電流を通電する際の切り換えタイミングの精度
が向上し、交流電動機の効率アップを図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施例による磁気ロータリエン
コーダの構成を示す図である。

【図２】 同実施例において、各センサＳ１〜Ｓ６の位
置関係を示す図でああり、（ａ）は、Ｕ相用センサＳ
１，Ｓ２の位置、（ｂ）は、Ｖ相用センサＳ３，Ｓ４の
位置、（ｃ）は、Ｗ相用センサＳ５，Ｓ６の位置をそれ
ぞれ示している。

【図３】 同実施例において、Ｕ相用センサＳ１，Ｓ２
からそれぞれ出力される検出信号Ｓｕ１，Ｓｕ２を示す
図である。

【図４】 同実施例において、論理回路Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃ
ｗからそれぞれ出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の信号Ｓ
ｕ，Ｓｖ，Ｓｗを示す図である。

【図５】 従来の磁気ロータリエンコーダの一例を示す
平面図である。

【図６】 同ロータリエンコーダにおいて、磁気センサ
２ａ〜２ｃの位置関係を示す図である。

【図７】 同ロータリエンコーダによって得られるＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを示す図で
ある。

【図８】 同検出信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに対応して発生
される３相のＡＣモータ駆動電流Ａｕ，Ａｖ，Ａｗを示
す図である。

【図９】 位相検出磁石１から発生される磁束Ｍを示す
側面図である。

【図１０】 磁気センサ２ａから出力されるＵ相信号Ｓ
ｕを磁石１が４極の場合（信号Ｓｕａ）と８極の場合
（信号Ｓｕｂ）とで比較して示した図である。

【符号の説明】

１……位相検出磁石、２ａ〜２ｃ，Ｓ１〜Ｓ６……磁気
センサ、Ｃｕ，Ｃｖ，Ｃｗ……論理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 七幸 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内 (72)発明者 林 好典 静岡県浜松市中沢町10番１号 ヤマハ株式 会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電動機の磁極位置を磁気的に検出
   し、その磁極数２ｎ（ｎは自然数）に応じた位相信号を
   出力する磁気ロータリエンコーダであって、 前記電動機の回転軸に連設された磁極数ｎの磁石と、 前記磁石に対向配設される第１のセンサと、 前記磁石に対向すると共に、前記第１のセンサから回転
   方向に沿って３６０°／３ｎ離れた位置に配設された第
   ２のセンサと、 前記磁石に対向すると共に、前記第１のセンサから回転
   方向に沿って（３６０°／３ｎ）×２離れた位置に配設
   された第３のセンサと、 前記磁石に対向すると共に、前記第１乃至第３の各セン
   サと回転方向に沿って３６０°／２ｎ間隔で配設され、
   各々、該第１乃至第３の各センサと対を成す第４乃至第
   ６のセンサと、 前記各対のセンサから得られる出力の排他的論理和を各
   対毎に演算し、この結果を出力する演算手段とを具備す
   ることを特徴とする磁気ロータリエンコーダ。