JPH1019602A - 磁気エンコーダ - Google Patents

磁気エンコーダ

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JPH1019602A
JPH1019602A JP19146596A JP19146596A JPH1019602A JP H1019602 A JPH1019602 A JP H1019602A JP 19146596 A JP19146596 A JP 19146596A JP 19146596 A JP19146596 A JP 19146596A JP H1019602 A JPH1019602 A JP H1019602A
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JP
Japan
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signal
phase
sensors
voltage
magnetic
Prior art date
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JP19146596A
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English (en)
Inventor
Akihiro Nomura
章博 野村
Kiyoshi Ishida
精 石田
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転数および回転方向が変化したとき非線形
に変化する中点電圧のDC電圧成分すなわちオフセット
電圧を除去し、さらに振れ回りによる振幅変動の影響も
少なくすることができる磁気エンコーダ装置を提供す
る。 【解決手段】 表面にN対の磁石が等間隔に配置された
回転体と、A相、B相2つの信号を検出する磁気抵抗効
果素子からなる2個のMRセンサを、前記回転体の回転
軸に直角に対向配置し、前記磁気抵抗効果素子の各A相
信号、各B相信号それぞれの差動信号を検出信号とする
磁気エンコーダにおいて、前記2個のMRセンサの対向
角度を180度±180度/Nとするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械のテーブ
ルの移動、モータの回転位置など、高速回転する回転体
の回転位置を検出する磁気エンコーダに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、工作機械のテーブルの移動やモー
タの回転位置を検出する手段として磁気エンコーダが使
われている。磁気エンコーダは90゜位相の異なるsin
相、cos 相(以下それぞれA相、B相という)2つのア
ナログ信号を出力し、この90゜位相の異なる前記A
相、B相のアナログ信号の加減算により目的とする位相
の正弦波信号を生成し、これをディジタル化し、このデ
ィジタル信号の演算により、高分解能のデジタル信号を
得るようにしたものである。2つのMRセンサ(磁気抵
抗効果素子)の中点電圧すなわちオフセット電圧がロー
タの回転数により変化するため、この磁気エンコーダで
は、オフセット電圧の変化により前述の高分解能のディ
ジタル信号の精度が低下するという問題がある。特願平
5ー214859は、この問題の解決方法を提案したも
ので、実施例を図5に示す。この発明による磁気エンコ
ーダにおいて、磁気エンコーダのロータ1の回転数によ
り、2組の磁気抵抗効果素子2a・2b、2c・2dの
中点電圧のDC成分すなわちオフセット電圧が変化す
る。その対策として、オフセット電圧の変化量がロータ
の回転数に比例することを前提として、F/V変換器9
・10により得られた回転数と、回転方向検出回路11
の信号とからオフセット電圧を推定し、この推定値によ
りオフセット電圧を補正をするものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の特願平5ー21
4859では、中点電圧のDC電圧成分すなわちオフセ
ット電圧は、回転数に比例すると仮定してオフセット電
圧を補正していた。しかし、リラクタンス式磁気エンコ
ーダにおいては、図3に示すようにオフセット電圧は回
転数に比例せず、原点にほぼ対称な非線形な関係にな
る。これに対して、2つのMRセンサを機械角で180
゜対向する位置に配置し、MRセンサからの信号の差分
を取ることにより、2つのMRセンサに発生するオフセ
ット電圧を差し引いてオフセット電圧の影響をなくす方
法が考えられる。しかし、機械角で180゜の位置に2
つのMRセンサを配置する場合、振幅電圧をA、回転角
をX、磁性体歯車の歯数をN(Nは通常2nとされる。
但し、nは整数)、磁性体歯車に振れ回りがあるとき、
その振幅をaとし、回転数により変化する中点電圧のD
C電圧成分すなわちオフセット電圧をVoff とすると
き、MRセンサ1、MRセンサ2の信号f 、 gはそれぞ
れ(1式)(2式)で表すことができる。 f =(A+a*sinX)*sin(N*X)+Voff・・・(1式) g =(A+a*sin(X+180゜))*sin(N*(X+180 ゜))+Voff さらに、Nは通常2の倍数であるので、次のように変形
される。 g =(A-a*sinX)*sin(N*X)+Voff・・・(2式) (1式)、(2式)の差分信号f-g は、 f-g =2*a*sinX*sin(N*X) ・・・(3式) となり、差分信号は図4のようになる。但し、* 印は×
と同じ。すなわち、中点電圧のDC電圧成分すなわちオ
フセット電圧成分は除去できるが振れ回りによる振幅変
動は強調されることになる。そこで本発明は、回転数お
よび回転方向が変化したとき非線形に変化する中点電圧
のDC電圧成分すなわちオフセット電圧を除去し、さら
に振れ回りによる振幅変動の影響も少なくすることがで
きる磁気エンコーダ装置を提供する。
【0004】
【課題を解決するための手段】そこで本発明による磁気
エンコーダは、表面にN対の磁石が等間隔に配置された
回転体と、A相、B相2つの信号を検出する磁気抵抗効
果素子からなる2個のMRセンサを、前記回転体の回転
軸に直角に対向配置し、前記磁気抵抗効果素子の各A相
信号、各B相信号それぞれの差動信号を検出信号とする
磁気エンコーダにおいて、前記2個のMRセンサの対向
角度を180度±180度/Nとするものである。ま
た、本発明による磁気エンコーダは、前記回転体が磁性
体歯車を有するものである。さらに、本発明による磁気
エンコーダは、前記回転体の表面に直接着磁された磁性
要素を設けたものである。
【0005】
【発明の実施の形態】課題で述べたように、180゜対
向して配置すると、磁性体歯車に回転による振れ回りが
あるとき振幅変動の影響が強調されるので、本発明で
は、回転歯車の歯数をNとするとき、配置する角度は機
械角で180゜から±180゜/Nずれた位置にMRセ
ンサ22を配置する。この時MRセンサ22の信号は、 g'=(A-a*sin(X+180゜/N))*sin(N*(X+180 ゜/N))+Voff ≒ (-A+a*sinX)*sin(N*X)+Voff・・・(4式) と近似される。この時センサ1の信号は課題にも述べた
ように、 f =(A+a*sinX)*sin(N*X)+Voff・・・(1式) と表すことができるため、2つのセンサの差動信号は、 f-g'=2*A*sin(N*X)・・・(5式) となる。すなわち、差動信号は、前述のオフセット電圧
成分および振れ回りによる電圧成分が除去され、回転角
の正弦関数信号に比例した信号になる。前記手段による
リラクタンス式磁気エンコーダでは、回転数の変化に伴
い発生する中点電圧のDC電圧成分すなわちオフセット
電圧成分がMRセンサ21及びMRセンサ22で同じで
あるためその差分を取ることによりロータの回転数及び
回転方向の変化に伴い変化する中点電圧のDC電圧成分
すなわちオフセット電圧成分を除去することができる。
また、対向位置を180゜±180゜/Nとすることに
より振れ回りによる回転による振幅変動の影響を無くす
ことができる。以下本発明による実施例を図に基づいて
説明する。図1は本発明の実施例を示したものである。
以下の説明では、磁性歯車1の歯数は32個とする。磁
性歯車は、マルエージング鋼材などの磁性体で作成され
モータのロータに直結されている。MRセンサ21及び
MRセンサ22には磁気抵抗効果素子が使用され、本実
施例では半導体磁気抵抗効果素子を使用することで説明
する。この場合、磁気抵抗効果素子の回転歯車の反対側
にはバイアス磁界が加わるように磁石が配置されてい
る。2つのMRセンサは、対向する位置に配置されてい
る。その対向する角度は180°から±180°/32
回転した位置に配置される。歯車が回転して、歯車の凸
部が、MRセンサ21のA相検出磁気抵抗効果素子のブ
リッジの片端にきたとき、MRセンサの裏側に配置され
た磁石の磁気抵抗が下がるため磁気抵抗素子2aを通る
磁束密度は大きくなる。このため、MRセンサ21の磁
気抵抗素子2aの抵抗値は増加する。一方磁気抵抗素子
2bの位置には、磁性歯車1の凹部がくる。磁気抵抗素
子2bの裏側に配置された磁石の磁気抵抗は上がるため
磁気抵抗素子2bを通る磁束密度は小さくなり、A相検
出磁気抵抗素子2bの抵抗値は減少するので、MRセン
サ21の出力電圧は最小値となる。回転数に伴う中点電
圧のDC電圧成分すなわちオフセット電圧にこの出力電
圧が加わる。一方、180°±180゜/32回転した
MRセンサ22においては、A相検出磁気抵抗素子2a
には磁性歯車1の凹部が、A相検出磁気抵抗素子2bに
は磁性歯車1の凸部が対抗して位置することになり、M
Rセンサ22のA相出力電圧は最大値となる。回転数に
伴う中点電圧のDC電圧成分すなわちオフセット電圧に
この電圧が加わる。ロータである磁性歯車が偏心しなが
ら回転する時、MRセンサ21のA相信号faおよびM
Rセンサ22のA相信号ga’は図2fa、ga’のよ
うな波形を示す。すなわち、モータのロータ一回転で正
弦波信号が32回現れ、その振幅電圧が一回転で一回変
化する。ロータである磁性歯車が偏心しながら回転する
とき、MRセンサ21のA相信号それぞれfa、g
a’、および両信号を差し引いた差分信号faーga’
を図2に示す。MRセンサ21及びMRセンサ22の対
向位置が、図1に示されるとおりであるので、センサ1
及びセンサ2の正弦波信号の位相は電気的に180°異
なるものとなる。振れ回りによる振幅変動の位相も一回
転で逆位相のものとなる。中点電圧のDC電圧成分すな
わちオフセット電圧はMRセンサ21及びMRセンサ2
2共に同じ大きさとなる。したがって、MRセンサ21
の信号fからMRセンサ22の信号g’の差を取ること
により、回転数に起因する中点電圧のDC電圧成分すな
わちオフセット電圧および回転の偏心に起因する振幅変
動を除去することができる。これを式で表すと次のよう
になる、すなわちfは(1式)より、f=(A+a*sinx)*sin
(32*x)+Voff(4式)を近似しない時g’は g'=(A-a*sin(x+180 ゜/32))*sin(32*(x+180 ゜/32))+Voff =(-A+a*sin(x+180゜/32))*sin(32*x)+Voff fとg’の差分f-g'は(5式)より、 f-g'=(2*A+a*sinx-a*sin(x+180゜/32))*sin(32*x) = {2*A-2*a*sin(2.8125゜)*cos(x+2.8125゜) }*sin(32*x) ≒2*{A-0.049*a*cos(x+2.8125゜) }*sin(32*x) すなわち、オフセット電圧を除くことができ、振れ回り
による振幅変動を約1/20に減ずることができる。歯
車の歯数が増加すれば、振れ回りの振幅変動の影響を更
に小さくすることができる。なお、実施例では回転体を
磁性体歯車で説明したが、本発明は歯車形状に限定され
るものではなく、図5に示したような着磁ロータでもよ
い。
【0006】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
回転数及び回転方向の変化に影響される中点電圧のDC
電圧成分すなわちオフセット電圧、および磁性歯車の偏
心による振幅電圧の変化を除去できるので、回転位置情
報である正弦波信号を精度良く求めることができ、この
信号を逓倍することによりさらに高精度の位置情報を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるリラクタンス式磁気エンコーダの
実施例を示す図
【図2】 2つのMRセンサからの信号およびその差分
信号を示した図
【図3】 磁気ドラムの回転数応じて変化するオフセッ
ト電圧を示す図
【図4】 180°対向するセンサ1、2信号の差分信
号を示す図
【図5】 従来の磁気エンコーダ装置を示す図面
【符号の説明】
1 磁性体歯車 21、22 MRセンサ fa MRセンサ21A相信号 fb MRセンサ21B相信号 ga’ MRセンサ22A相信号 gb’ MRセンサ22B相信号

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面にN対の磁石が等間隔に配置された
    回転体と、A相、B相2つの信号を検出する磁気抵抗効
    果素子からなる2個のMRセンサを、前記回転体の回転
    軸に直角に対向配置し、前記磁気抵抗効果素子の各A相
    信号、各B相信号それぞれの差動信号を検出信号とする
    磁気エンコーダにおいて、 前記2個のMRセンサの対向角度を180度±180度
    /Nとすることを特徴とする磁気エンコーダ。
  2. 【請求項2】 前記回転体が磁性体歯車を有することを
    特徴とする請求項1記載の磁気エンコーダ。
  3. 【請求項3】 前記回転体の表面に直接着磁された磁性
    要素を設けたことを特徴とする請求項1記載の磁気エン
    コーダ。
JP19146596A 1996-07-01 1996-07-01 磁気エンコーダ Pending JPH1019602A (ja)

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