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

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。