JPS6176911A - 磁気エンコ−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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、移動体の移動量を磁気的に検出して電気信号
出力を得る磁気エンコーダ、さらに詳述すれば、電気抵
抗が磁界強度に応じて変化する磁気抵抗素子の４個Ａ、
、　Ａ２．　Ｂ、、　Ｂ２をＡ、、　Ａ２間及びＢ、、
　８２間のピッチが夫々λＭＲで、かっＢ、がＡ。

とＡ２の中央位置となるように配設し、Ａ１とＡ２の直
列接続回路と８１と８２の直列接続回路とを並列接続し
た回路に一定電（ＥＶｃを印加し、Ａ、とＡ２の中間接
続点Ａ及びＢ１と８２の中間接続点Ｂを電圧検出端子と
する磁気抵抗センサを、λ、のピッチてＮ極、Ｓ極が交
互に着磁された永久磁石に対して空隙を介して対向配置
することて上記永久磁石の移動量に応じた電気信号を上
記電圧検出端子Ａ、Ｂより、一定周期の交番波形を有す
る第１の電気信号及びこれとは電気角で９０度の位相差
をもつ交番波形の第２の電気信号として、それぞれ出力
する構成の磁気エンコーダに関するもので、特に、出力
信号の処理を容易とするように、永久磁石回転体の特定
の位のを検出可能とする原点パルス信号付きの出ノ］を
得ようとするもので、例えば、工作機械やロボット装置
の駆動用電動機の駆動軸の回転位置を精密に検出して制
御する場合に利用できる。

〔発明の背景〕

鉄あるいはニッケル等の磁性材料及びその合金の薄膜で
形成した導電体にその電流通過方向と直角に磁界を加え
ると、第５図実線曲線に示すように、導電体の電気抵抗
値が減少することが知られており、磁気抵抗効果と呼ば
れ、磁界の測定、泣首の検出装置等に利用されている。

なお、破線曲線は導電体にバイアス用磁石を並置した場
合の関係曲線である。

この磁気抵抗効果を利用して回転体の位置検出を行なう
磁気エンコーダが実用されており、その従来例を第６図
に示す。これは、電動機の回転子の回転移動量に応じた
電気信号を得ようとする例で、第６図（ａ）は磁気エン
コーダとその周辺部分の側面図とそのＸ−ｘ断面図を示
し、■は電動機、２は回転子軸、３はその外周に多数の
Ｎ極、Ｓ極に一着磁された永久磁石を備えて回転子軸２
と一体的に回転する永久磁石回転体、４が磁気抵抗効果
素子（以下、磁気抵抗素子と称す）で構成した磁気抵抗
センサ（以下、ＭＲセンサと称す）、５はカバーである
。永久磁石回転体３の永久磁石とＭＲセッサ４とが空隙
を介して対向配設され、回転子軸２の回転位置をＭＲセ
ンサ゛４により検出する構成となっている。

ＭＲセンサ４と永久磁石回転体３の永久磁石との関係は
、第６図（ｂ）に示すように、ＭＲセンサ４には４個の
磁気抵抗素子Ａ、、　Ａ２．　Ｂ、、　Ｂ２が、Ａ１と
Ａ２間のピッチがλＭＲ，Ｂｌと８２間のピッチも２Ｍ
Ｒ１かつＢ、がＡ、とＡ２間の中央位置となるように配
設され、各素子は第６図（ｄ）に示す電気回路を形成し
ている。即ち、Ａ、とＡ２の直列接続回路とＢ、と８２
の直列接続回路とを並列接続した回路に一定電圧■ｃを
印加し、Ａ１とＡ２の中間接続点Ａ及びＢ、と８２の中
間接続点Ｂを電圧検出端子とするものである。また、Ｍ
Ｒセンサ４の永久磁石回転体３と対向しない面にはバイ
アス用磁石６が配置されている。バイアス用磁石６はＭ
Ｒセンサ４に固着されており、磁性か一定（図示例では
Ｎ極）の磁界を常にＭＲセンサ４に作用させるようにな
っているので、ＭＲセンサ４には、永久磁石回転体３の
磁界と、バイアス用磁石６の磁界との合成磁界が作用し
、永久磁石回転体３の永久磁石による磁界は電動機の回
転に伴ってその大きさと磁性とが変化するので、ＩＶｆ
Ｒセンサ４の検出端子Ａ、Ｂより、電動機の回転子軸２
の位置及び回転方向が検出できる。

第６図（Ｃ）は、検出端子Ａ、Ｂの接地電位に対する電
圧を、回転体が永久磁石の着磁ピッチλＰの間移動した
場合の変化を示すもので、バイアス用磁石６の磁界の大
きさを調整することて、回転体の移動角に対してほぼ正
弦波状の変化をし、また検出端子Ａと已に現われる電圧
信号の位相角は（１／４）・λＰとなっており、電気角
で９０度の位相角となり電動機制御に必要な特性を備え
ている（特願昭５９−１５９３４９号参照）。

しかしながら、上記した従来技術の磁気エノコーダは、
永久磁石回転体の外周にＮ極、Ｓ極から成る極対の複截
組か着磁してありこれらの各極対ごとに１サイクルの交
番電圧がＭＲセンサに出力されることから、永久磁石回
転体３の１回転に対して上記複数の極対数だけ繰返して
同じ交番電圧が出力されることになり、永久磁石回転体
の、従って回転位置を検出しようとする回転移動体の、
特定の位置を検出することができないという問題がある
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術における上記した問題点を解
決し、永久磁石回転体か１回転中の特定の回転位置にあ
ることを示す原点パルス信号を、２つの交番電圧出力と
共に、出力させることのできる磁気エンコーダを提供す
ることにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、上記目的を達成するために、永久磁石
回転体（以下第１の永久磁石回転体と呼ぶ）に近接して
第２の永久磁石回転体を上記第１の永久磁石回転体と一
体的に回転するように取付け、この第２の永久磁石回転
体にはＮ極、Ｓ極のｌ極対のみを、第１の永久磁石回転
体の着磁のピッチと同じピッチで着磁し、さらにこの第
２の永久磁石回転体と小空隙を介して、その磁極位置を
検知して電圧信号を出力する第２のＭＲセンサを設け、
この第２のＭＲセンサ出力を波形処理して原点パルス信
号とする構成とするにあり、特に、原点パルス信号が発
生する位置を、第１のＭＲセンサの出力と特定の位相関
係にある位置に一致させるように構成することて、出力
信号（方円時の信号処理を容易としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図〜第４図により説明す
る。第１図は一実施例図で、（ａｌは側面図、（ｂｌは
ＭＲセンサと永久磁石回転体との配置関係図、（Ｃ）は
出力信号波形図、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ第１及び
第２のＭＲセンサの電気回路図である。第１図において
、１は電動機、２はその回転子軸、３はその外周に多数
のＮ　極、　Ｓ極に着磁された永久磁石を備えて回転子
軸２と一体的に回転する第１−の永久磁石回転体、４は
第１のＭＲセンサ、５はカバーて、これらの１〜５は、
第５図従来例の１〜５と同じ機能を持つ部品である。１
３か本発明において追加設置される原点パルス信号発生
用の第２の永久磁石回転体で、第１の永久磁石回転体３
と一体的に回転するように回転子軸２に固着される。１
４は第２のＭＲセッサで、第２の永久磁石回転体１３に
小空隙を介して対向配置される。第２の永久磁石回転体
［３の外周部には、第１の永久磁石回転体３の着磁ピッ
チと同じピッチで、Ｎ極、Ｓ極の１？Ｎ対のみが着磁さ
れる。

第１図（ｂｌに示すように、第１のＭＲセンサ４の磁気
抵抗素子Ａ１とＡ２及びＢ１とＢ２の夫々のピッチはλ
ＭＲであり、第１の永久磁石回転体３の着磁ピッチは〕
ＰでＡＭＲ＝λＰ／２である。第２の永久磁石回転体１
３の着磁ピッチは第１の永久磁石回転体３の着磁ピッチ
と同じλＰであり、第２のＭＲセンサ１４は磁気抵抗素
子としてＺｌと２２の２個をλＭＲのピッチで配設しで
ある。第１及び第２のＭＲセンサ４，１４はそれぞれｆ
ｄ１図、（ｅ）図に示すように回路接続し、■ｃと接地
との間に一定の直流電圧を供給し、検出端子Ａ、Ｂ及び
Ｚより出力電圧を得るようになっている。

電動ｔｉ■の回転に応じて、＋Ｃｉ図に示すように、第
１のＭＲセンサ４の検出端子Ａ、Ｂがらは、それぞれ永
久磁石回転体３の１甑対ピツチごとに繰返して交番波形
の電圧信号Ａ、Ｂが出力し、第２のＭＲセンサ１４の検
出端子Ｚからは、永久磁石回転体１３の１極対分の交流
波形信号Ｚが、１回転中に１藺のみ、出力する。なお、
図示は省略されているが、これらの交番波形の出力信号
、へ、　Ｂ、　Ｚは、実際、の制御装置に利用する場合
は、それぞれの出力側にさらに波形整形回路を設置して
、交番波形の１サイクルに１発のパルス信号（例えば交
番波形の位相角が零度の時に１発のパルス信号）を発生
するように波形整形される。

このよう（こ、第２のＭＲセンサＩ４の検出端子Ｚから
は、回転体が１回転する間に１個の出力か得られるので
、この出力を原点パルス信号として利用することができ
ることになるが、この原点パルス信号が発生する位置が
、即ち信号Ａ、　Ｂのどの位相位置において発生するか
か、問題で、第１の永久磁石回転体３の着磁位置と、第
２の永久磁石回転体１３の着磁位置との偏差δによって
原点パルス信号の発生位置の偏差が生じるから、第２の
永久磁石回転体１３の着磁位置を、第１の永久磁石回転
体３に着磁したＡ相及びＢ相信号発生用磁極の位置と、
一定の関係を持たせるようにしないと、上記の偏差δが
製品ごとにランダムにばらついて、磁気エンコーダの出
力の処理か不可能となる。

そこで、本発明の実施例では、第２図に示すように、−
３１及び第２の永久磁石回転体３，１３の着磁装置とし
て、第２の永久磁石回転体１３の着磁のタイミングを、
その前に着磁した第１の永久磁石回転体３のＡ相、Ｂ相
出力用の磁極の位置をＭＲセノザて検出してこの検出結
果を用いて制御する構成の着磁装置を用いる。第２１４
において、２０は第１及び第２の永久磁石回転体３，１
３を一定速度で駆動する電動機、２１は電動機２０の速
度制御装置、２２は電動機２０の速度と第１の永久磁石
回転体３に着磁する着磁ピッチとを制御する基準信号を
発生する基準信号発生装置、２３は着磁の基準信号を受
けて着６Ｂ電流に変換する増幅器、２４は第１の永久磁
石回転体３を着磁する着磁へンド、２５は第２の永久磁
石回転体１３を着磁する着磁ヘッド、２６は着磁ヘッド
２４と２５への通電を切換えるスイッチ、２７は第１の
永久磁石回転体３の磁極位置を検出するＭＲセッサ、２
８はＭＲセ／す２７の出力よりＡ相、Ｂ相出力波形の特
定点を検出する波形整形回路、２９は波形整形回路２８
の出力を選択する選択スイッチ、３０はタイミングを制
御するカウンタである。

第２図実施例の着磁装置は次のように動作する。

まず、着磁ヘッド切換え用のスイッチ２６を１ｔｌＪに
投入し、着磁ヘッド２４に通電するようにして、電動ａ
２０を回転させ基準信号発生装置２２の周波数と電動機
の速度制罪装置２１とを調整して第１の永久磁石回転体
３に着磁する着磁ピッチに合わせてセットし、電動機２
０の速度が安定した時に増幅器２３を制御して着磁ヘッ
ド２４に着磁電流を流すことにより、第１の永久磁石回
転体３に所定のピンチで多数の磁極が着磁される。第１
の永久磁石回転体３の着磁が終った時点でスイッチ２６
をＺ側に切換えて、着磁ヘッド２５に通電可能状態にす
る。第１の永久磁石回転体３が着磁されたことにより、
対向配設したＭＲセッサ２７より、第３図に示すように
、それぞれ所定のピッチで、かつ９０度の位相差をもつ
、Ａ相とＢ　＋ｆｉの出力重圧が発生する。この出力が
１成形整形回路２８に入力され、ここで、Ａ相とＢ相の
出力波形がある特定の関係値に達するごとにパルス状の
出力信号が出るように構成されている。例えば、波形整
形回路２８にＮα１〜Ｎα８の８個のコノパレータを設
け、各コンパレータごとに、Ａ相とＢ相の出力波形を加
え、そして各コンパレータごとに次のような動作点でパ
ルス状出力を出すように構成する。即ち、Ｎα１のコン
パレータはＡ　Ｉ目出力が零でＢ相出力が（刊の最大の
時に出力する。これは第３図の１の位置に相当する。Ｎ
α２のコノパレータはＡ相とＢ相の出力か共に（＋）で
大きさが等しく、その差が零の時に出力する。これは第
３図の２の位置に相当する。Ｎα３のコンパレータはＢ
相の出力が零で、Ａ相の出力が（利の最大の時に出力す
る。これは第３の３の位置に相当する。

以下、同時にＮα４〜Ｎα８のコンパレータはそれぞれ
第３図の４〜８の位置で出力を発生する。上記のＮｏ、
ｌ−Ｎα８のコンパレータよりの出力を出力選択スイッ
チ２９で選択し、これをタイミング制御用のカウンタ３
０に送り、カウンタ３０は、入力信号よりあるタイミン
グだけ遅らせて１個の着磁信号用パルスを出力してこれ
を着磁電流増幅用の増幅器２３に送り、着磁ヘッド２５
に電流を流して第２の永久磁石回転体１３を着磁する。

ＭＲセンサ２７の出力波形を整ＪＢ　Ｌで得られる波形
と、着磁電流との関係を第４図のタイミングチャートに
示す。第４図において、（ａ）はＡ相出力の整形波Ａ′
を示し、第３図の１の点を選択して着磁した時の着磁ヘ
ッド２５の電流波形を（ｂ）のＺｏで示す。着磁電流Ｚ
ｏは、波形整形回路２８〜増幅器２３までの電気回路の
時定数により、Ａ相出力の整形波Ａ′より３℃だけ遅れ
を生じるので、この遅れΔｔより更にＤ℃だけカウンタ
３０で遅らせてＡ相出力の次の（＋）の出力の立ち上か
りに合わせて着磁電流２．を、ｆｃｌに示すように、流
すようにする。

同じように、出力選択スイッチ２つで第３図の位置２〜
８のうちの任意の特定点を起点として選択して原点パル
ス信号の着磁をさせることができるヶまた、タイミング
制御用のカウンタ３０を調整することにより、第３丙に
示した特定点１〜８のみならず、特定点の中間の任意の
位置に原点パルス信号の着磁の起点を選択することがで
きる。なお、原点パルスを発生するために第２の永久磁
石回転体を別個に設けず、第１の永久磁石回転体の一方
の端面に原点パルス発生用の磁極を着磁してこのｍ％に
第２のＭＲセンサを対向させる構成でも同し効果を得る
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、永久磁石回転体の１回転に対して多数
の交番波形の信号を出力する方式の磁気エンコータに第
２の永久磁石回転体と、これと対向する第２の磁気抵抗
セノザとを設ける構成としたことにより、回転体の１回
転に対して１個の、しかも第１の磁気抵抗セ／す出力と
特定の位相関係にあるタイミング位置で、原点パルス信
号を出力させることができ、この結果、磁気エンコーダ
をロボット制御や工作機械制御に利用する際の制御信号
の取り扱いが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の説明図で（ａ）は側面図、
ｆｂ）はＭＲセンサと永久磁石回転体との配置関係図、
（Ｃ）は出力信号波形図、（ｄ）及び（ｅ）はそれぞれ
第１．第２のＭＲセンサの電気回路図、第２図は本発明
による永久磁石回転体着磁装置の一実施例図、第３図は
第２図中のＭＲセンサ出力波形図及びその波形整形動作
の説明図、第４図は本発明１・・・電動機 ２・・・回転子軸 ３．１３・・・第１．第２の永久磁石回転体４．１４・
・・第１．第２のＭＲセンサ２３・・・増幅器 −２４，２５・・・着磁ヘッド ２７、．１ＭＲセンサ ２８・・・波形整形回路 ２９・・・出力選択スイッチ ３０・・カウンタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　その電気抵抗が磁界強度に応じて変化する磁気抵抗素
   子の複数個を一定ピッチで配設してなる磁気抵抗センサ
   を、Ｎ極，Ｓ極が交互に同一ピッチで多数個着磁された
   永久磁石回転体に対して空隙を介して対向配置すること
   て永久磁石回転体の移動量に応じて磁気抵抗センサより
   交番波形の電圧信号を得る磁気エンコーダにおいて、上
   記永久磁石回転体に一体的に第２の永久磁石回転体を、
   上記第１の永久磁石回転体の着磁ピッチと同じピッチで
   Ｎ極，Ｓ極の１極対のみ着磁して設け、この第２の永久
   磁石回転体と空隙を介して対向する第２の磁気抵抗セン
   サを設け、この第２の磁気抵抗センサの出力を波形整形
   して上記第１の磁気抵抗センサ出力と一定の位相関係に
   ある原点パルス信号とする構成としたことを特徴とする
   磁気エンコーダ。