JPS62295264A - 磁気ロ−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】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁気ロータリーエンコーダ、特に被検出部材の
回転状態を磁気的な手段によって検出する磁気ロータリ
ーエンコーダに関するものである。

［従来の技術］ 自動制御の分野では、制御の方式として被制御部材の状
態を検出し、検出状態に応じた制御を行なう閉ループ制
御と、被制御部材の状態を検出しない開ループ制御が知
られている。一般に、高精度な制御が必要とされる場合
には閉ループ制御を行なうのが普通である。

特に、被制御部材の物理的な状態を検出する素子として
、光学的な検出方式を用いるもの、あるいは磁気的な検
出方式を用いるものなど、種々のエンコーダが知られて
いる。特に物理的な運動状態を検出するエンコーダは、
直線的な運動を検出するものと、回転運動を検出するロ
ータリーエンコーダ（以下ＲＥ素子という）に分類する
ことができる。

第９図は従来の磁気検出方式によるＲＥ素子の構成を示
している。

図示したＲＥ素子はドラムタイプのもので、円筒状の磁
気ドラム２の円周側面に巻装された磁気シート３上に所
定の記録波長で磁化された磁気トラック７が複数本設け
られており、これらのトラックに対して磁気へラド４が
対向配置される。

ここでは３木の磁気トラック７に対して磁気ヘツド４に
設けられた３つの磁気抵抗効果素子（以下ＭＲ素子とい
う）５が対向配置されている。磁気ドラム６の中心部に
は回転軸ｌが設けられており、この回転軸１は被検出部
材であるモータ６の回転軸に直接（あるいは減速装置な
どを介して）結合される。

［発明が解決しようとする問題点］ 磁気トラックが複数個設けられるのは、ＲＥ素子（すな
わち被検出部材）の絶対的な回転位置を検出するために
複数のトラックによってグレーコードなどのパターンを
形成するためであるが、第９図のような従来構成ではト
ラック数を増加させるには磁気ドラム６の長さを増大す
る必要があり、薄型かつ小型のＲＥ素子を構成するのが
困難であった・ また、ＲＥ素子の検出精度を向上させるために、１つの
磁気トラックに対して複数の磁気抵抗効果素子を対向さ
せ、これらの検出出力を平均する方式が知られているが
、従来方式では磁気トラックが磁気ドラム側面に形成さ
れているために、複数の磁気抵抗効果素子の磁気ドラム
との距離が総て等しくなるように磁気抵抗効果素子を配
置するのが困難であるという問題があった。

［問題点を解決するための手段コ 以上の問題点を解決するために、本発明においては被検
出部材の回転状態を磁気的に検出する磁気ロータリーエ
ンコーダにおいて、被検出部材に結合される回転体を設
け、この回転体の回転軸に垂直な平面に同心円状に複数
の磁化パターンを形成するとともに、これらの複数の磁
化パターンに対して複数個の磁気抵抗効果素子を配置す
る構成を採用した。

［作　用］ 以上の構成によれば、回転体の回転軸に垂直な面に磁化
パターンを構成することによって絶対位置を検出するの
で、磁化パターンを複数設ける場合でも素子が大型化し
たり、厚型化したりする問題がない。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明を採用したＲＥ素子の構成を示した斜視
図である。ここでは被検出部材であるモータと一体に構
成されたＲＥ素子を示す。

図において符号６で示されているものは被検出部材とし
てのモータで、その回転軸１には回転体２が固定されて
いる。磁気トラックは、モータ６上面に設けられた円板
状の磁気へラド４に対向する回転体２の下面に設けられ
た磁気シート３に形成される。磁気シート３下面に設け
られた磁気トラックの磁化情報は磁気へ７ド４上に形成
されたＭＲ素子５により検出される。

第２図は第１図の磁気シートの下面に設けられた磁気ト
ラックの構成およびこれらを検出するＭＲ素子５を示し
たものである。

磁気シート上には同心円状に４木の磁気トラックが形成
されている。これらの磁気トラックのうち、領域７は波
長入の磁化信号が記録されており、ＭＲ素子５で検出し
た際に信号出力がＯＮとなる部分である。また、領域８
はあらかじめ磁化領域７を記録した後ＡＣ消去を行なう
ことによって形成された領域で、ＭＲ素子５による検出
出力信号がＯＦＦとなる部分である。

以後、磁気シート３上の４木のトランクを内側から順に
第１トラツク、第２トラツク・・・第４トラツクと呼ぶ
ことにする。第１トラツク〜第４トラツクには円形の磁
気シート３を２π／２．２π／４．２π／８，２π／１
６ずつの周期で信号のＯＮ、ＯＦＦパターンを形成し、
これを絶対位置検出のためのグレーコードとする。

また、第２図においてはＭＲ素子５はａｉ、ｂｉ、ｃｉ
、・・・として表示しである。ここでｉは上記のトラッ
ク番号を示している。たとえば、最外周の第４トラツク
についてはａ４〜ｈ４の８つのＭＲ素子５がモータ６の
モータ上面４上に配置される。各トラックの検出蒔の基
準位置となる、全トラックのＯＮ信号が始まる位置には
ＭＲ素子ａ　ｌ　−ａ　４が磁気シート３の半径方向に
沿って一直線状に配列されている。

上記のＭＲ素子のうち、特にＭＲ素子ｂｌ、ｂ２、ｂ３
、ｂ４は、検出精度を向上させるために各トラックの磁
化ピッチ２π／２．２π／４．２π／８．２π／１６ご
とに配置されているものである。すなわち、各トラック
の隣接するＯ　Ｎ　／＜ターン（磁化領域７）とＯＦＦ
パターン（ＡＣ消去領域８）に各々１個ずつａｔとｂｉ
を配置し、これらの２つの素子の出力を組にして検出信
号を取り出すようにしている。

このようなＭＲ素子５の配置は、２つのＭＲ素子ｃｉ、
ｄｉを組にして増設が可能↑ある。その場合、ＭＲ素子
ａｉとｃｉ、ｂｉとｄｉは任意のＯＮ１０　Ｆ　Ｆ磁化
パターンに対して相対的に同じ位置にくるように配置す
る。

本実施例では第２トラツク以降のすべてのトラックにＭ
Ｒ素子ｃｉとｄｉをもうけ１ＭＲ素子ａｉとｃｉおよび
ｂｉとｄｉは互いに点対称な位置に配置した。したがっ
て、第４トラツクのｅｉ、ｆｉおよびｇｉ、ｈｉはさら
に増設された出力補償用のＭＲ素子である。

第３図は、ＭＲ素子５の接続状態を示すために第２図の
第２トラツクおよびＭＲ素子５を拡大し、直線状に示し
たものである。第２トラツクのＭＲ素子ａ２、ｂ２、Ｃ
２、ｄ２は図示のように直列に接続され、この直列接続
の両端の端子ｋ、１に電圧Ｖを印加し、中点の端子ｍか
ら中点電位ｖＯを取り出す、この接続状態は第４図に回
路図として示しである。第４［；！ＪではＭＲ素子５は
抵抗のシンボルにより示されている。

第５図は第４図と同様に第４トラツクのＭＲ素子５の接
続状態を示したものである。ここでは。

中点電圧ｖＯはＭＲ素子ｇ４、ｈ４の間から取り出して
いる。

第６図はＭＲ素子５の物理的構成を示したものである。

図示のようにＭＲ素子５は高透磁率磁性材料などから交
互に複数回折り畳まれた形状で磁気シート３上に１漠形
成技術により形成される。図示したＭＲ素子５のパター
ン幅は磁気トラックの磁化波長入のちょうど半波長分に
対応させである。

第７図に、上記の構成における検出の様子を示す。

第７図の最上段は磁気トラックの磁化）々ターンとＭＲ
素子５のパターンを、中段はＭＲ素子を１つだけ用いた
場合のＭＲ素子の出力信号を、また、最下段は上記のよ
うに同一トラックに対して複数個のＭＲ素子を配列、接
続した場合の検出出力を示している。

第７図最上段に示したＭＲ素子２１個の出力は、第７図
中段のように入／２の周期を持つ検出波形となる。また
、第７図のｐ　−ｓの５本のＭＲ素子は入／２の１１５
の・ピッチで配列されてｌ、Ｎるから、それぞれの出力
は第７図下段のように入／１０ずつ位相がずれた出力波
形となる。これら５木のＭＲ素子ｐ−３を前述のように
直列接続すると、その合成出力波形は第７図下段に符号
Ｕで示すようにほぼフラットな一定の電圧レベル番こな
る。

一般に、正弦波の磁気信号に対してｎ木のＭＲ素子を入
／２Ｘ１／ｎのピッチで配置し、それらを直列接続した
場合の合成出力波形は上記のようにほぼフラットになる
。したがって、上記の実施例によれば、安定した検出出
力波形を得ることかでさる。ＭＲ素子５が第７図の磁気
トラックの消去領域８に入ると、ＭＲ素子５の合成出力
波形は０となり、磁化の０Ｎ１０ＦＦを確実に検出する
ことができる。このことを以下に詳細に説明する。

今、第３図のＭＲ素子ａ２．ｂ２、Ｃ２、ｄ２が図示し
た位置にある場合、ＭＲ素子ａ２と０２は検出信号ＯＮ
の位置にあり、磁界を受けて抵抗値ＲＯ−ΔＲを有して
いる。一方、ＭＲ素子ｂ２とｄ２はＡＣ消去された領域
８にあり、抵抗値変化は生じず、このときの抵抗値は初
期値のＲＯである。この場合のトータル出力電圧ｖＯの
値をＹｌは と示すことができる。

また、第３図のＭＲ素子が磁化領域７に対して２π／４
移動した時、ＭＲ素子ａ２、Ｃ２の抵抗値はＲＯとなる
。この際の出力電圧Ｙ２はとなり、第２トラツクでは、
磁気シート３の１回転の間に２π／４のピッチで交互に
現れるＹｌとＹ２の出力電圧により構成される出力パル
スが得られる。

第８図は、第１〜第４の全トラックを磁気シート３の全
周にわたって検出した際の各ＭＲ素子の出力波形を示し
たものである。

前記のように各磁気トラックの磁化パターンは２π／２
．２π／４．２π／８．２π／１６と。

２の整数乗倍に設定されているから、各トラックを捜出
するＭＲ素子５の磁化領域検出パルスの数をカウントし
、第１トラツクのカウント値を最上位ビット、第４トラ
ツクのカウント値を最下位にとった２進数データを構成
すれば、このデータはモータ６の回転軸ｌの絶対回転位
置を示す４ビツトデータとして用いることができる。

以上の構成によれば、従来のようにＲＥ素子の磁化信号
形成部分をフラットな形状に構成できるから、ＲＥ素子
全体を小型かつ薄型に構成出来、第１図に示したように
被検出部材であるモータなどの素子に組み込むことがで
きる。

また、本実施例によれば、ＭＲ素子が磁気トラック１つ
に対して複数個点対称に配置されているので、回転する
磁気シート３の傾斜による出力変動を抑制することがで
きる。すなわち、本実施例のモータ６では回転軸ｌのス
ラストガタなどによりＭＲ素子と磁気トラックのスペー
シングが変化し、出力電圧が変動することが考えられる
が、上記のようにＭＲ素子を点対称配置にしておけば、
あるＭＲ素子のスペーシングが広くなり、出力低下が生
じた場合にはそれと点対称の位置にあるＭＲ素子のスペ
ーシングが狭くなり、出力増加を生じるため、２つのＭ
Ｒ素子の出力がバランスされ、スペーシングロスは補償
される。この構成によれば、スペーシングロスだけでな
く、ＭＲ素子の基板上のパターン構成や、素子の寸法の
誤差あるいは素子取り付は位置の誤差などによる出力低
下をも補償することができる。この補償効果は点対称配
置するＭＲ素子の数を増大させればそれだけ大きくなる
から、所望の検出精度に応じて素子の数を増減すればよ
い。

［効　果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、被検出部材
の回転状態を磁気的に検出する磁気ロータリーエンコー
ダにおいて、被検出部材に結合される回転体を設け、こ
の回転体の回転軸に垂直な平面に同心円状に複数の磁化
パターンを形成するとともに、これらの複数の磁化パタ
ーンに対して複数個の磁気抵抗効果素子を配置する構成
を採用しているので、回転体をフラット形状に構成する
ことができ、装置全体を著しく小型、かつ薄型に形成す
ることができるとともに、１つの磁化パターンに対して
複数の磁気抵抗効果素子を配置することによりスペーシ
ングロスや部材精度の影響を排除して確実な検出動作を
行なうことができるすぐれた磁気ロータリーエンコーダ
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したＲＥ素子の構造を示す斜視図
、第２図は第１図の磁気シートの構成を示した上面図、
第３図は第２図の磁気トラックおよびＭＲ素子の配設を
示した説明図、第４図、第５図はＭＲ素子の電気的接続
状態を示した回路図、第６億は磁気トラックの磁化曽域
、ＡＣ消去領域とＭＲ素子の関係を示した説明図、第７
図は本発明実施例における位置検出動作を示した説明図
、第８図は本実施例における絶対位置検出時のＲＥ素子
の出力波形を示した波形図、第９図は従来のＲＥ素子の
構成を示した斜視図である。 ｌ・・・回転軸　　　　２・・・回転体３・・・磁気シ
ート　　４・・・磁気ヘッド５・・・ＭＲ素子　　　６
・・・モータ７・・・磁化領域　　　８・・・モータＲ
１目の頗戎口 第１図 ｍへシートのｒめ（２） 第２図 ＭＲ１ｔ′？ｔｔｂ気＞ａ、、ｔフ／）ｒｆｔｅＡｒｆ
＝３第３図 ＭＲ１躇訛乏系すｍｌ躇口 第４図 。４　　　　　Ｃ４Ｃ４９４ ＭＲ県）　ｊ＃、＃、　ｉ子す田路口 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　被検出部材の回転状態を磁気的に検出する磁気ロータ
   リーエンコーダにおいて、被検出部材に結合される回転
   体を設け、この回転体の回転軸に垂直な平面に同心円状
   に複数の磁化パターンを形成するとともに、これらの複
   数の磁化パターンに対して複数個の磁気抵抗効果素子を
   配置したことを特徴とする磁気ロータリーエンコーダ。