JPS61278713A - 磁気式ロ−タリ−エンコ−ダ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気式ロータリーエンコーダーに関し、モータ
の回転数及び回転角度を計測するいわゆるインクリメン
タル形のエンコーダーに関する。

〔従来の技術〕

従来、インクリメンタル形の磁気式ロータリーエンコー
ダーには、例えば第１図及び第２図に示すように、イン
クリメンタル用信号として用いられる第１の磁気トラッ
ク１が、回転する磁気ドラム（ローター）２もしくは磁
気ディスク３の周全面に着磁されているとともに、基準
点用信号として用いられる第２の磁気トラック４が前記
第１の磁気トラックｌに沿って着磁されている。

そして、前記第１．２の磁気トラック１．４の磁束変化
を信号として検出する磁気抵抗素子を備えた磁気センサ
ー５が例えば第２図のように対応配置されている。

そして、基準点の検出は前記磁気センサー５により検出
された第１の磁気トラック１と第２の磁気トラック４の
二つの信号をパルス信号に変換し、この二つのパルス信
号を比較して一致した点を基準点としている。

ところで、前記第２の磁気トラック４は、ローター（第
３図に示すように外周面に磁気記録媒体６を付着させた
非磁性の円形金属板７によるもの、第４図に示すように
金属板８の表面にゴム磁石９を付着したもの、第５図に
示すようにナイロンベースのプラスチックマグネットＩ
Ｏに金属板１１をインサートしたもの等）の外周面、例
えば第６図に示すように、ローター２上の磁極を着磁す
べき位置に対向して配置した一対の励磁極１２により着
磁する。

このため、第２の磁気トラック４は第１，２図に示す如
＜Ｎ、Ｓ極が同一表面上に一対着磁されたものとなって
いる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように従来例によれば、例えば第３図示のものは
、円形に成形された非磁性金属板７の外周面上に磁気記
録媒体６を付着させていたため、この付着作業が面倒か
つ難しく、生産コストが高かった。

また第４図示のもの、即ち金属板８の表面にゴム磁石９
を付着させたものは、熱膨張により形状変化を生じて寸
法安定性が悪く、また、部品点数。

組立上の点からコスト高となっていた。

さらに、第５図示のナイロンベースのプラスチックマグ
ネット１０に金属板１１をインサートしたローターは、
熱膨張により形状変化及びプラスチックマグネットが割
れるという問題があった。

前記した構成による磁気式ロータリーエンコーダーには
、第２の磁気トランク４が、Ｎ、　Ｓ極を一対着磁され
ることに伴い、多数の磁気抵抗素子を要すること、これ
により、磁気センサーの回路構成が複雑になること、磁
気センサーの配置が難しいこと、検出した二つの信号の
うち一方の信号を採り出すように回路構成しなければな
らないこと、等の欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述のような問題点に対して基準点の検出用信
号（以下Ｚ信号という）が最初から１つしか発生しない
ロータリーエンコーダーを提供す　　　゛るものである
。

さらに、Ｚ信号の出力パルスの幅を一定範囲内で調節可
能として組立時の機械的精度をカバー出来るようにした
磁気式ロータリーエンコーダーを提供するものである。

すなわち、強磁性回転体の外周面にＮ極及びＳ極の磁極
を交互に一定間隔で着磁し、これに近接した磁気センサ
ーにより信号を出力する磁気式ロータリーエンコーダー
、すなわち、円筒形のプラスチック、マグネットからイ
ンクリメンタル用信号を検出するために用いられる第１
の磁気トランクｌと、この第１の磁気トラック１に沿っ
て着磁され、基準点信号を検出するために用いられる第
２の磁気トラック４とがローターの周面に着磁されてお
り、この着磁された信号を磁気センサー５により検出す
る磁気式ロータリーエンコーダーにおいて、前記第２の
磁気トランク４を単一の磁極のみで着磁したものである
。

（作　用〕 上述のように本発明によれば、基準点用の磁極はロータ
ーの周面には１箇所しか着磁されておらず、初めから１
個のＺ信号しか発生しない。

また、一対の磁気センサーの相対距離を調節することに
より、Ｚ信号のパルス幅を調節出来るので、ロータリー
エンコーダーの組立精度をカバーし、誤動作の原因を除
去することが出来る。

〔実施例〕

本発明に係る磁気式ロータリーエンコーダーを以下第７
〜１６図に基づいて詳細に説明する。

第７図（イ）はローターの斜視図、第７図（０）はロー
グーの断面図である。

図中１３は回転支軸、１４は外周面にインクリメンタル
用の第１の磁気トラック１と基準点用の第２の磁気トラ
ック４が着磁されているローターである。このローター
１４は熱膨張率の小さいプラスチックマグネ、ト材料を
素材とし、断面が「コ」字状に一体成形されている。

本実施例において、ローター１４はｐｐｓ、　　ストロ
ンチュームフエライトを材料として射出成形により成形
される。その特性を次に示す。

すなわち、上表で明らかなように、ローター１４の成形
材料を熱膨張率の小さい、例えばｐｐｓ樹脂をベースと
することにより、線膨張率が小さくなり、高温多湿状態
で寸法安定性が良く、かつ、通常のプラスチック成形法
により成形出来るため、今までの製法のローターより、
寸法安定性が良くなり、低コスト化がはかれる。

第８図は着磁状態を示すローターの部分展開図である０
図中、前記インクリメンタル用の第１の磁気トラック１
はローター１４の全外周面に着磁されており、また前記
基準点用の第２の磁気トラック４は、第１の磁気トラッ
クｌに沿って着磁されており、この点は従来のものと同
様である。

本実施例では、前記の第２の磁気トラック４は従来のも
のがＮ、Ｓ極に着磁されていたのに対し単一の磁極例え
ば、Ｎ極で構成されている。

なお、本図示例においてＮ極４は第１の磁気トランク１
のＮ極上に着磁されているが、Ｓ極上に着磁されてもよ
い。

次に上述のローター１４に着磁する方法の一例について
説明する。第９図（一部所面図）に示すように、ロータ
ー１４の円筒面をはさむようにして着磁へフド１９を設
け、着磁コイル２０にパルス電流を流す。これにより、
ローター１４の円筒外周面には単一の磁極Ｎが、ロータ
ー１４の円筒内周面にはＳ極が夫々着磁される。

なお、前記第１の磁気トラックｌは前記と同様、あるい
は従来と同様の方法で着磁される。

次に磁気センサー５について説明する。

第１０図は磁気センサーの配置を示した斜視図、第１１
図は第１０図に示す磁気センサーの拡大前面図である。

第１１図で示す如く、磁気センサー５には、前記第１の
磁気トランクｌに対応するインクリメンタル用の磁気抵
抗素子ｔ５　　（Ａｌ−Ａ４，８１〜Ｂ４）が中央に並
べられているとともに前記第２の磁気トラック４に対応
する基準点用の磁気抵抗素子１６　（ｚｔ、Ｚｔ）が中
央上段に配置されている。本実施例において、これらの
磁気抵抗素子Ａ１〜Ａ４，８１〜ＢいＺｔ　、　Ｚｚは
夫々が同一のものであり、ローター１４に対する配置と
磁気抵抗素子１５　、１６の接続を第１２図に示すよう
にすることにより、ローター１４の回転に伴う磁束変化
を抵抗変化として検出し、この抵抗変化が電圧変化とし
て出力せしめられる。

次に、この磁気抵抗素子Ｚｔ　、　Ｚｚの作用を、第１
３図（（）　（０）に基づいて説明する。

第１３図Ｃ４５（Ｄ）は、夫々第２の磁気トラック（Ｎ
極）４による磁束分布と磁気抵抗素子Ｚ＋　、Ｚｔが受
ける磁束の方向の関係を示すもので、第１３図（イ）は
磁気抵抗素子２．の抵抗が最小となる場合、第１３図（
０）は磁気抵抗素子Ｚ２の抵抗が最小となる場合を示す
。

磁気抵抗素子Ｚ＋　、　Ｚｔの離隔距離は、後述する理
由から前記第２の磁気トラックｌであるＮ、Ｓ極のピン
チに対応しており、この位置で、Ｎ極４の磁束を受ける
。これを更に詳説すると、磁気抵抗素子Ｚ、　、　Ｚｔ
は第１３図（（）　（Ｅｌ）に示す磁束分布をもつＮ極
４の磁束を受けて、磁気抵抗が変化するが、この磁気抵
抗素子Ｚ＋　、　Ｚｚの抵抗は磁気抵抗素子Ｚ１、ｚ２
と回動するＮ極４との相対位置の変化によって変化する
。

第１３図（イ）に示す状態において、一方の磁気抵抗素
子ｚ２の抵抗が最大となるのに対し、他方の磁気抵抗素
子Ｚ、が矢示方向１７の磁束を受けて最小となる。

また、第１３図（Ｅｌ）に示す状態において抵抗は一方
の磁気抵抗素子Ｚｔが矢示方向１７の磁束を受けて最小
となるのに対し、他方の磁気抵抗素子ｚＩが最大となる
。

次に前記磁気抵抗素子Ｚ＋　、　ｈと基準検出信号とな
る電圧の関係を第１４図に基づいて説明する。

第１４図は基準点用信号として用いられる６点の出力電
圧の波形図であり、ｄ点の電圧Ｅ４は磁気抵抗素子２１
の電圧変化としてあられれる。

図中、ａ、ｅ点は磁気抵抗素子Ｚ、と磁気抵抗素子Ｚ２
とがＮ極４の磁束の影響を受けはじめる点。

終わる点である。

ｂ点は一方の磁気抵抗素子２．の受ける磁界の影響が最
大で、他方の磁気抵抗素子ｚ２のそれが最小となる時、
例えば第１３図（イ）に示すように磁気抵抗素子ｚ２が
Ｎ極４と同位置にある場合である。

０点はＮ極４が磁気抵抗素子ｚ１と磁気抵抗素子ｚ２と
の間に位置した場合、ｄ点は一方の磁気抵抗素子Ｚｔの
抵抗が最小となる時、例えばＮ極４と磁気抵抗素子ｚ１
とが第１３図（０）に示すように一致する場合である。

このように、基準信号となる電圧変化Ｅ６は磁気抵抗素
子Ｚｌ、　Ｚｚに対し、Ｎ極４が移動するに従って変化
する。

このようにして検出された電圧Ｅ４は後述するように矩
形波に変換される。

なお、前記第１の磁気トラック１の磁気抵抗素子Ａ、　
−Ａ４　（以下Ａ系列という）と磁気抵抗素子Ｂ。

〜Ｂ４　（以下Ｂ系列という）については前記同様に作
用するよう構成されている。

次に、Ａ、Ｂ系列の出力信号とＺ系列の出力信号の位相
関係について説明する。

第１５図はこれらＡ系列、Ｂ系列及びＺ系列の出力信号
を矩形波に変換した場合の矩形波信号の位相関係を示し
たものである。

図中、Ａ系列の矩形波の何れか一つとＺ系列の矩形波と
は同じ中心位置となっている。これは、前記第２の磁気
トラック４のＮ極の位置が図示のように、前記Ａ系列及
びＢ系列信号用の第１の磁気トラック１の磁極の何れか
の上に設けられているとともに、前記磁気抵抗素子Ｚ＋
’、Ｚｚと磁気抵抗素子Ａ１〜Ａ４、Ｂ、〜Ｂ４との位
置が第１１図に示すように配置しであることによる。

一方、Ｚ系列信号の幅はＡ系列及びＢ系列信号の１ピツ
チに対して１／２ピツチから３７２ピツチの範囲にある
ようにＺ系列の磁気抵抗素子Ｚ、、Ｚ、間の距離を調節
すれば良い。このようにすることにより、たとえＺ信号
の位置がずれたとしても必要条件であるＢ系列信号の立
上り点を１個のみ含み、２個以上は含み得ないものであ
る。このことはローター１４のローターの着磁極とセン
サーのアジマス角を、極端に高精度にしなくても上記必
要条件を必ず満足することが出来るものである。

なお、本実施例において、上記Ｚ系列信号のパルス幅は
、磁気抵抗素子Ｚ１と磁気抵抗素子Ｚ２の離隔距離によ
り設定されるように構成したが、これに限らず、例えば
、第１６図に示すようにコンパレータで矩形波に変換す
るときに、正弦波形から切取るスレッシュホールド値１
８の調節により矩形波のピンチ幅を調節するようにして
もよい。前記の磁気抵抗素子の位置調節の機械的方法に
対し、この方法はスレッシュホールド値１８を調節する
電気的方法である。

〔発明の効果〕

上述のように本発明の磁気式ロータリーエンコーダーは
Ｚ信号が初めから１つしか発生しないので、従来例のよ
うに２つ発生したものから不必要な１つを消去する回路
は必要とせず、装置が簡略化出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁気ドラムの説明図、第２図は同じく磁
気ディスクの説明図、第３図がら第５図はそれぞれ従来
の磁気ドラムもしくは磁気ディスクの斜視図、第６図は
従来の着磁方法の説明図、第７図（イ）は本発明のロー
ターの構造を示す斜視図、第７図（０）は同じ（その断
面図、第８図はローター外周面の部分展開図、第９図は
本発明の着磁方法を示す（一部所面）説明図、第１０図
は本発明に係る磁気センサーの配置を示す斜視図、第１
１図は第１Ｏ図に示す磁気センサーの拡大背面図、第１
２図は第１１図に示す磁気抵抗素子の配置を示す説明図
、第１３図（（）　（ｎ）は基準信号用磁気抵抗素子の
動作説明図、第１４図はＺ系列の出力電圧波形図、第１
５図はＡ系列、Ｂ系列及びＺ系列の３系列の信号波形の
位置関係図、第１６図は基準信号の矩形波幅調節説明図
である。 １・・・・・・第１の磁気トラック、４・・・・・・第
２の磁気トラック、５・・・・・・磁気センサー、１４
・・・・・・ローター。 寡１目 ＄２虚 湊３０　　　　　箋９目 停５０　　　　　　簿θ回 ローター 嘗′？扇 （イ）　　　　　　　　　　　　　　　　　６口）喜θ
口 喜９目 箋〃副 淳１目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インクリメンタル用信号を検出するために用いられる第
   １の磁気トラックと、該第１の磁気トラックに沿って着
   磁され、基準点用信号を検出するため用いられる第２の
   磁気トラックとが、ローターの周面に着磁されており、
   この着磁された夫々の極の磁束を磁気センサーにより検
   出する磁気式ロータリーエンコーダーにおいて、前記第
   ２の磁気トラックに単一の磁極のみが着磁されることを
   特徴とする磁気式ロータリーエンコーダー。