JPH10213453A - 磁気式エンコ―ダ - Google Patents

磁気式エンコ―ダ

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JPH10213453A
JPH10213453A JP1715697A JP1715697A JPH10213453A JP H10213453 A JPH10213453 A JP H10213453A JP 1715697 A JP1715697 A JP 1715697A JP 1715697 A JP1715697 A JP 1715697A JP H10213453 A JPH10213453 A JP H10213453A
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JP
Japan
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magnetic
substrate
movement
main surface
encoder
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JP1715697A
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English (en)
Inventor
Kazuhito Goto
和仁 後藤
Masamori Igarashi
正守 五十嵐
Atsushi Tani
厚 谷
Yoshiji Hasegawa
美次 長谷川
Chikashi Takatori
史 鷹取
Atsushi Kawamoto
淳 川本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気検出体からの検出出力が一定の周期で、
正負対称な波形となり、信号処理が簡単に行える磁気式
エンコ―ダを提供する。 【解決手段】 基板3の主面3a側に被検出体の運動方
向で一定の設定間隔でかつ一定方向に磁化された複数の
磁区4を設けて磁性部材1を構成する一方、この磁性部
材1に対して相対運動可能に配置された磁気検出体2
に、上記運動方向で一定の設定間隔Dで上記磁区4の磁
気を検出する少なくとも2個の磁気検出素子6A,6B
を設けるようにした磁気式エンコ―ダ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転モ―タなどの
回転運動量や、リニアモ―タなどの直線運動量を磁気的
に検出して電気信号を出力する磁気式エンコ―ダに関す
る。
【0002】
【従来の技術】周知のように、エンコ―ダは、被検出体
を検出する方法の違いから、光学式のものと磁気的のも
のとに大別される。磁気式エンコ―ダは、光学式エンコ
―ダに比べて、検出部分に塵芥が付着したり汚れがあつ
ても検出感度が影響を受けにくい、電力の消費が少な
い、発光素子や受光素子を配置する必要がなくコンパク
トに製作できる、また機械的強度が高いなどの点で、有
利とされている。
【0003】磁気式エンコ―ダは、一般に、被検出体に
取り付けられる磁性部材を、たとえば、主面側に被検出
体の運動方向においてN極とS極とを交互に形成した、
いわゆる多極磁石により構成するとともに、この多極磁
石が回転または直線運動した際の交番する磁気を、ホ―
ル素子や磁気抵抗素子のような磁気検出素子をもつた磁
気検出体で検出する構成となつている。
【0004】多極磁石の作製は、たとえば、リニアエン
コ―ダでは、図11に示すように、長尺状の磁性部材1
01の主面側に対向して着磁ヘツド102を配設し、こ
の磁性部材101を長手方向に一定の速度で直線移動さ
せながら、この移動に同期させて着磁ヘツド102のコ
イル103に交番電流を流し、これにより磁性部材10
1の主面に多数のN極とS極とを交互に着磁するのが一
般的である。
【0005】しかし、上記従来の磁気式エンコ―ダで
は、上記の製造方法のように、磁性部材101を移動さ
せてN極とS極とを交互に着磁する必要があるため、1
回の着磁処理で1つの多極磁石しか製作できないという
欠点がある。また、交番する磁気に対する検出精度の高
いエンコ―ダを得るには、微細なコイル103に強磁界
を発生させることが可能な高度の着磁装置を用意しなけ
ればならず、かなりの経済的負担を強いられるなどの問
題がある。
【0006】このような事情に照らし、本出願人らは、
先に、製作条件が簡単であり、検出性能にもすぐれた磁
気式エンコ―ダを提案した(特願平7−129604
号)。これは、被検出体に取り付けられる磁性部材と、
この磁性部材に対して相対運動可能な位置に配置された
磁気検出体を備えているとともに、上記の磁性部材を、
基板とこの基板の主面側に上記運動方向で一定の設定間
隔で設けられてかつ一定方向に磁化された複数の磁区と
で構成し、上記の磁気検出体に被検出体の運動時に上記
磁区の磁気を検出する磁気抵抗素子を備えたものであ
る。
【0007】この種の磁気式エンコ―ダは、前記従来の
N,S多極式のエンコ―ダとは本質的に異なる、いわゆ
る単極式のエンコ―ダと称されるものであつて、基板に
磁区を形成する場合、磁区に付与しようとする磁化の方
向と磁場の磁力線とが一致するように上記基板を磁場中
に配置して着磁すればよい。このため、複数の基板を積
み重ねて磁場中に配置すれば、一度の着磁処理で複数の
基板主面側に磁区を同時に形成することが可能となり、
また着磁装置の精度に関係なく、基板の加工限界付近ま
での微細な間隔での磁区形成が可能となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案の磁気式エンコ―ダでは、磁区がNまたはSの単極で
構成されているため、磁気検出体の検出出力の波形がゼ
ロ点に対し非対称なものとなり、多極磁石を用いたもの
に比べて、ゼロ点を明確にするための信号処理回路が複
雑になるといつた難点があつた。
【0009】本発明は、上記提案の磁気式エンコ―ダを
さらに改良して、磁気検出体による検出出力のゼロ点が
明確となり、信号処理が複雑になるのを回避できる磁気
式エンコ―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】本発明者らは、上記の目
的を達成するために、鋭意検討した結果、複数個の磁区
を形成した磁性部材に対して相対運動可能な位置に配設
される磁気検出体に、回転運動や直線運動などの運動方
向において一定の間隔で少なくとも2個の磁気検出素子
を配設することにより、検出出力のゼロ点が明確となる
磁気式エンコ―ダを得られることを知り、本発明を完成
するに至つた。
【0011】本発明は、被検出体の回転または直線運動
量を磁気的に検出する磁気式エンコ―ダにおいて、上記
の被検出体側に取り付けられる磁性部材とこの磁性部材
に対して相対運動可能な位置に配設される磁気検出体を
備えているとともに、上記の磁性部材は、基板とこの基
板の主面側に上記運動方向で一定の設定間隔で設けられ
てかつ一定方向に磁化された複数の磁区とからなり、か
つ上記の磁気検出体は、上記運動方向で一定の設定間隔
で配置されてかつ上記磁性部材との相対運動に伴つて上
記磁区の磁気を検出する少なくとも2個の磁気検出素子
を具備していることを特徴とする磁気式エンコ―ダ(請
求項1〜6)に係るものである。
【0012】とくに、本発明では、上記の磁性部材が、
長尺状の基板とこの基板の主面側に基板の長手方向で一
定の設定間隔で設けられてかつ一定方向に磁化された複
数の磁区とからなり、かつ磁気検出体が、上記基板の主
面に対向する位置において、上記磁性部材に対して長手
方向に相対直線運動可能に配置されて、この相対直線運
動に伴つて上記磁気検出素子により磁区の磁気を検出す
るように構成されている磁気式リニアエンコ―ダ(請求
項7)を提供できるものである。
【0013】また、上記の磁性部材が、円形に形成され
た基板とこの基板の主面側に基板と同心位置で円周方向
に一定の設定間隔で設けられてかつ一定方向に磁化され
た複数の磁区とからなり、かつ磁気検出体が、上記基板
の主面に対向する位置において、上記磁性部材に対して
同心で相対回転運動可能に配置されて、この相対回転運
動に伴つて上記磁気検出素子により磁区の磁気を検出す
るように構成されている磁気式ロ―タリエンコ―ダ(請
求項8)を提供できるものである。
【0014】本発明の磁気式エンコ―ダでは、被検出体
に磁性部材を取り付ける一方、磁気検出体の少なくとも
2個の磁気検出素子を直列接続し、この直列接続体の両
端を電源に接続し、たとえば2個の磁気検出素子の接続
点を中点電位の出力端子とする。この状態で被検出体を
回転または直線運動させると、磁気検出体が磁性部材に
対して相対運動し、これに伴つて磁気検出体の各磁気検
出素子により磁性部材の磁区の磁気を検出するので、磁
気検出体からは被検出体の運動量に対応した検出出力が
電気信号に変換して出力される。
【0015】ここで、各磁気検出素子が被検出体の運動
方向で一定の設定間隔で設けられているため、上記接続
点には磁界の方向に変化しかつ磁気検出素子の設定間隔
に対応した位相差の中点電位が生起する。その結果、中
点電位に対して正負対称な波形の検出出力が一定の周期
で現れることになり、これにより検出出力のゼロ点が明
確になることから、その後の信号の後処理が容易とな
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面にしたがつて説明する。図1は本発明の磁気式リニア
エンコ―ダに用いた磁性部材の外観を示す斜視図、図2
は同リニアエンコ―ダの概要を示す全体の構成図であ
る。この図1および図2において、1は矢印a方向へ直
線運動する被検出体(図示せず)に取り付けられる磁性
部材、2は上記の磁性部材1に対して相対運動可能な位
置に配設された磁気検出体である。
【0017】磁性部材1は、上記の運動方向に沿う長尺
状の基板3と、この基板の主面3a側に形成された複数
の磁区4とからなる。上記の基板3は、たとえば、強磁
性体から板状に形成されており、その主面3a側には、
基板3を幅方向で横断する複数個の凹溝5が、上記運動
方向(基板の長手方向)で一定の設定間隔λをおいて形
成されている。この各凹溝5には基板の主面3aと面一
となるように別の磁性材が嵌着固定されて磁区4を構成
している。この各磁区4は、基板の主面3aに対して垂
直な方向に沿つて磁化されている。
【0018】なお、磁性部材1は、上記のように、磁区
4を強磁性体からなる基板3とは別の磁性材で構成し、
互いに隣り合う磁区4を上記の強磁性体(非磁化領域)
で隔てるようにしたものに限らず、たとえば、基板3を
非磁性材また弱磁性材で構成して、互いに隣り合う磁区
を上記の非磁性材または弱磁性材(非磁化領域)で隔て
るようにしたものなど、様々の態様をとることができ
る。
【0019】この磁性部材1において、各磁区4におけ
る運動方向の幅Wは、(1/2)×λに設定されてお
り、これにより磁区4の平面形状は、基板3を一定の幅
Wを有して横断する線形となつている。磁区4は上記の
線形にこだわらないが、線形であると、磁気検出体2が
磁性部材1に対して運動方向で横ずれしても、磁気検出
の有効面が確保されて、磁気検出動作が問題なく行われ
る。
【0020】磁気検出体2は、検出面2aが基板の主面
3aと平行となるように配置され、運動方向(磁区4の
並ぶ方向)に一定の設定間隔Dをおいて、2個の磁気検
出素子、たとえば磁気抵抗素子6A,6Bが並設されて
おり、両抵抗素子6A,6Bは、上記運動時に磁区4に
おける磁力線(磁気)を垂直方向と交差する水平方向の
磁化成分として検出する。この両素子6A,6Bの設定
間隔Dは、磁区4の設定間隔λに対し、0.01×λ<
D<0.99×λの関係にあるのが好ましく、この例で
は、D=(1/8)×λに設定されている。
【0021】なお、磁気抵抗素子6A,6Bは、さらに
増数してもよい。また、磁気検出素子は、上記の磁気抵
抗素子6A,6Bに限らず、ホ―ル素子なども使用可能
であるが、磁気抵抗素子6A,6Bを使用すると、検出
回路の構成が比較的簡単になるため、本発明にとくに好
ましく用いられる。
【0022】図3は上記の磁気抵抗素子6A,6Bの接
続状態を示すための磁区の拡大平面図であり、また図4
は磁気検出体2の電気回路図である。両図において、磁
気抵抗素子6A,6Bは直列に接続されており、この直
列接続体の両端Pa,Pbを電源eに接続し、一端Pb
を接地してある。これら両磁気抵抗素子6A,6Bの接
続点mを中点電位Woの出力端子としてある。
【0023】このように構成される磁気式リニアエンコ
―ダにあつては、被検出体の矢印a方向の直線運動に伴
つて磁性部材1も同方向へ直線運動し、また磁気検出体
2も磁性部材1に対して相対的に直線運動する。その結
果、磁気抵抗素子6A,6Bが磁性部材1の各磁区4の
磁界を磁化方向と交差する方向に横切り、磁区4におけ
る磁気が水平方向の磁化成分として検出される。この検
出出力fは、図2に示すように、CPUのような演算装
置7に順次、送出され、この演算装置7では、上記出力
fを受けて、単位時間あたりの磁区4の磁気検出回数を
算出し、被検出体の直線運動量のデ―タgとして送出す
る。
【0024】図5は上記の磁気抵抗素子6A,6Bによ
る磁気検出の様子を示したもので、同図の(A)は磁性
部材1の磁区4の配列と磁気抵抗素子6A,6Bの位置
関係を示している。また、同図の(B)は磁気抵抗素子
6A,6Bの接続点mにおける中点電位Voa,Vobの変
化を示したものであり、さらに同図の(C)は磁気検出
体2からの検出出力の波形を示したものである。
【0025】この図から明らかなように、磁気抵抗素子
6A,6Bが磁区4の磁気を検出すると、接続点mに
は、磁気抵抗素子6Aによる中点電位Voaと、磁気抵抗
素子6Bによる中点電位Vobとが、(1/8)×λのピ
ツチに対応した位相差で現れ、磁区4のピツチλに対し
て(1/2)×λの周期で、中点電位に対して正負対称
の波形となる検出出力が得られ、その後の信号処理が簡
便となる。
【0026】なお、上記例では、2個の磁気抵抗素子6
A,6Bの設定間隔Dを(1/8)×λに設定したもの
で説明したが、上記の設定間隔Dは、〔(2n−1)/
4〕×λ(nは正の整数)の関係を満たしているのが望
ましい。この場合、前記した0.01×λ<D<0.9
9×λの範囲内となるように、nは1または2の整数が
選択されるが、場合により、3以上の整数をとることも
できる。
【0027】図6は2個の磁気抵抗素子6A,6Bの設
定間隔Dを(1/4)×λに設定した例における磁区4
の拡大平面図である。この図において、上記の設定間隔
Dを(1/4)×λに設定した以外の構成については、
図1〜図5で示した磁気式リニアエンコ―ダと同様であ
るので、その詳しい説明は省略する。
【0028】この例において、2個の磁気抵抗素子6
A,6Bによる磁気検出の様子を図7に示す。同図の
(A)は磁性部材1の磁区4の配列と磁気抵抗素子6
A,6Bの位置関係を示している。同図の(B)は磁気
抵抗素子6A,6Bの接続点mにおける中点電位Voa,
Vobの変化を示したものであり、さらに同図の(C)は
磁気検出体2からの検出波形を示したものである。この
例においても、上記図7から明らかなように、検出出力
の波形は中点電位に対して正負対称となり、かつゼロ点
の周期も1/4×λとなり、信号処理がさらに簡便とな
る。
【0029】図8は比較例を示す磁区の拡大平面図であ
る。この例は、上記実施例で示した磁性部材1に対して
1個の磁気抵抗素子6で磁区4の磁気を検出する構成と
したものである。この例において、1個の磁気抵抗素子
6による磁気検出の様子を図9に示す。同図の(A)は
磁性部材1の磁区4の配列と磁気抵抗素子6の位置関係
を示している。同図の(B)は磁気抵抗素子6による検
出出力の波形を示す。図9からも明らかなように、検出
出力の波形は正負非対称としかならず、上記実施例のも
のに比べて、信号処理が複雑になる。
【0030】なお、前記実施例では、磁性部材1として
長尺状のものを使用し、磁気式リニアエンコ―ダを構成
させたものであるが、図10に示すように、円形の磁性
部材11を用意すれば、磁気式ロ―タリエンコ―ダを構
成させることができる。つまり、回転する被検出体(図
示せず)に同心状に取り付けられる円形の基板13の主
面13a側に基板13と同心位置で複数の磁区14を円
周方向で一定の設定間隔λで設けて、上記円周方向で一
定の設定間隔Dで配置された少なくとも2個の磁気検出
素子6A,6Bを有する磁気検出体2を、上記基板13
の主面13aに相対運動可能に対向配設すればよい。こ
の場合でも、前記実施例のリニアエンコ―ダの場合と同
様の作用効果を奏することができる。
【0031】また、上記のような各種の磁気式エンコ―
ダにおいて、磁気検出体からの出力の取り方として、た
とえば、前記した中点電位Voa,Vobの各出力を、作動
増幅器または加算器に入れて、検出出力を得る方法もあ
る。
【0032】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板の
主面側に被検出体の運動方向で一定の設定間隔でかつ一
定方向に磁化された複数の磁区を設けて磁性部材を構成
する一方、上記運動方向で一定の設定間隔で設けた少な
くとも2個の磁気検出素子を有する磁気検出体により、
上記磁区の磁気を検出する構成としたことにより、磁気
検出体による検出出力が一定の周期でゼロ点が現れる正
負対称な波形となり、以後の信号処理を簡単に済ませる
ことができる。
【0033】とくに、本発明では、長尺状の磁性部材を
被検出体の運動方向に沿つて設け、この磁性部材と前記
磁気検出体を組み合わせ使用するだけで、容易に磁気式
リニアエンコ―ダを得ることができる。また、円形の磁
性部材を被検出体の回転中心に同心状に設け、この磁性
部材と前記磁気検出体を組み合わせ使用するだけで、容
易に磁気式ロ―タリエンコ―ダを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気式リニアエンコ―ダの磁性部材の
外観を示す斜視図である。
【図2】同磁気式リニアエンコ―ダの概要を示す全体の
構成図である。
【図3】2個の磁気抵抗素子と電源との接続状態を示す
磁区の拡大平面図である。
【図4】磁気検出体の電気回路図である。
【図5】2個の磁気抵抗素子による磁気検出の様子を示
す図である。
【図6】2個の磁気抵抗素子の設定間隔の変形例を示す
磁区の拡大平面図である。
【図7】図6の2個の磁気抵抗素子による磁気検出の様
子を示す図である。
【図8】比較例の磁気抵抗素子と電源との接続状態を示
す磁区の拡大平面図である。
【図9】図8の磁気抵抗素子による磁気検出の様子を示
す図である。
【図10】本発明の磁気式ロ―タリエンコ―ダの要部の
平面図である。
【図11】従来一般の磁気式エンコ―ダの磁性部材の着
磁手段を示す斜視図である。
【符号の説明】
1,11 磁性部材 2 磁気検出体 3,13 基板 3a,13a 基板の主面 4,14 磁区 6A,6B 磁気検出素子 a 運動方向 D 磁気検出素子の設定間隔 w 磁区の運動方向の幅 λ 磁区の設定間隔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷 厚 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 長谷川 美次 大阪府茨木市下穂積1丁目1番2号 日東 電工株式会社内 (72)発明者 鷹取 史 東京都港区新橋5−11−3 住友金属鉱山 株式会社内 (72)発明者 川本 淳 千葉県市川市中国分3−18−5 住友金属 鉱山株式会社中央研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検出体の回転または直線運動量を磁気
    的に検出する磁気式エンコ―ダにおいて、上記の被検出
    体側に取り付けられる磁性部材とこの磁性部材に対して
    相対運動可能な位置に配設される磁気検出体を備えてい
    るとともに、上記の磁性部材は、基板とこの基板の主面
    側に上記運動方向で一定の設定間隔で設けられてかつ一
    定方向に磁化された複数の磁区とからなり、かつ上記の
    磁気検出体は、上記運動方向で一定の設定間隔で配置さ
    れてかつ上記磁性部材との相対運動に伴つて上記磁区の
    磁気を検出する少なくとも2個の磁気検出素子を具備し
    ていることを特徴とする磁気式エンコ―ダ。
  2. 【請求項2】 少なくとも2個の磁気検出素子は、磁区
    の設定間隔λに対して、互いに〔(2n−1)/4〕×
    λ(n=1,2)の間隔で設定されている請求項1に記
    載の磁気式エンコ―ダ。
  3. 【請求項3】 磁気検出素子は、磁気抵抗素子からなる
    請求項1または2に記載の磁気式エンコ―ダ。
  4. 【請求項4】 磁性部材は、互いに隣り合う磁区が磁性
    材で隔てられており、各磁区の磁化方向が基板の主面に
    対して垂直方向に設定されている請求項1〜3のいずれ
    かに記載の磁気式エンコ―ダ。
  5. 【請求項5】 磁性部材は、互いに隣り合う磁区が非磁
    性材または弱磁性材で隔てられている請求項1〜3のい
    ずれかに記載の磁気式エンコ―ダ。
  6. 【請求項6】 磁区は、運動方向で所定の幅を有し、か
    つ運動方向と同一平面内で直交する方向に沿つて基板を
    横断する線形に形成されている請求項1〜5のいずれか
    に記載の磁気式エンコ―ダ。
  7. 【請求項7】 磁性部材は、長尺状の基板とこの基板の
    主面側に基板の長手方向で一定の設定間隔で設けられて
    かつ一定方向に磁化された複数の磁区とからなり、かつ
    磁気検出体は、上記基板の主面に対向する位置におい
    て、上記磁性部材に対して長手方向に相対直線運動可能
    に配置されて、この相対直線運動に伴つて上記磁気検出
    素子により磁区の磁気を検出するように構成されている
    請求項1〜6のいずれかに記載の磁気式エンコ―ダ。
  8. 【請求項8】 磁性部材は、円形に形成された基板とこ
    の基板の主面側に基板と同心位置で円周方向に一定の設
    定間隔で設けられてかつ一定方向に磁化された複数の磁
    区とからなり、かつ磁気検出体は、上記基板の主面に対
    向する位置において、上記磁性部材に対して同心で相対
    回転運動可能に配置されて、この相対回転運動に伴つて
    上記磁気検出素子により磁区の磁気を検出するように構
    成されている請求項1〜6のいずれかに記載の磁気式エ
    ンコ―ダ。
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