JPWO2009084346A1 - 磁気式エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

磁界検出素子から信号処理回路へのリード線数を減少させ、回路構成も簡単な高精度の磁気式エンコーダ装置を提供する。永久磁石（２）の周囲に空隙を介して機械角で９０°おきに順にＡ１相、Ｂ１相、Ａ２相、Ｂ２相ホールセンサを順に配置し、Ａ１相、Ｂ１相、Ａ２相、Ｂ２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で６０°位置にＣ１相、Ｄ１相、Ｃ２相、Ｄ２相ホールセンサを配置し、互いに機械角で６０°位置にあるホールセンサを組として正出力端子同士及び負出力端子同士を接続する。さらに、１８０°対向位置にあるホールセンサの出力端子同士をそれぞれ逆並列に接続する。

Description

本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの回転位置を検出する磁気式エンコーダ装置に関する。

従来、円形の磁石の外周上に着磁し、この磁石と空隙を隔てて対向し、互いに９０°離れた位置にホール素子を配置した位置検出器が開示されている（例えば特許文献１参照）。
図８は、第１の従来技術を示す磁気式エンコーダの構成図である。
図において、シャフト１１に取付けられた円板状の永久磁石２の外円には同心状に円筒形の磁性体３がある。つまり、磁石２と磁性体３は空隙を隔てて対向している。この空隙にホールセンサ４７、４８が９０°離れて取付けられ、永久磁石２の回転に伴う空隙の磁束密度の変化を検出し、回転位置を検出している。
しかしながら、第１の従来技術に開示された磁気式エンコーダは、円形の磁石の外周上に着磁し、空隙を隔てホール素子を配置しているが、磁束密度分布が歪みを持つ場合、ホール素子の検出信号に高調波成分を含むため検出角度精度が悪くなるという問題があった。

そこで、この改良技術として、回転軸と垂直な一方向に着磁された円板状の永久磁石に空隙を介して互いに周方向に機械角で６０°位相をずらした位置に６個の磁界検出素子を配置し、偶数次と３次の高調波成分を除去する磁気式エンコーダ装置が開示されている（例えば特許文献２参照）。
図９は、この第２の従来技術を示す磁気式エンコーダの構成図である。
図において、４１〜４６は固定体３０の内側に互いに機械角で６０°位相をずらした位置に配置された６個の磁界検出素子である。
磁界検出素子４１〜４６は機械角で１８０°位相がずれた位置に設けた２個１対の磁界検出素子４１と４２、磁界検出素子４３と４４、及び磁界検出素子４５と４６の計３対のもので構成されている。

図１０は、第２の従来技術の信号処理回路のブロック図である。
図において、５１〜５３は第１差動増幅器で、第１差動増幅器５１は磁界検出素子４１の出力信号Ｖ４１と磁界検出素子４２の出力信号Ｖ４２の差動信号を演算し、第１差動増幅器５２は磁界検出素子４３の出力信号Ｖ４３と磁界検出素子４４の出力信号Ｖ４４の差動信号を演算し、第１差動増幅器５３は磁界検出素子４５の出力信号Ｖ４５と磁界検出素子４６の出力信号Ｖ４６の差動信号を演算する。前記第１差動増幅器５１〜５３は、１８０°対向位置にある１対の磁界検出素子同士の出力信号の差を取ることにより、偶数次高調波成分を除去する。
５４、５５は第２差動増幅器で、それぞれ第１差動増幅器５１と５２、第１差動増幅器５２と５３の差動信号を演算している。第２差動増幅器５４，５５は偶数時の高調波成分を除去した後の差動出力信号を２つずつ組み合わせて和を取ることにより、差動出力信号に含まれる残りの３次の高調波成分を除去する。第２差動増幅器５４、５５の出力信号Ｖa、Ｖbは正弦波、余弦波の関係になっており、角度演算回路５６によって両信号のｔａｎ^−１（Ｖa／Ｖb）演算を行い、回転角度θを算出している。

しかしながら、上記従来技術では磁界検出素子数が４個から６個に増え、磁界検出素子から信号処理回路へ接続するリード本数も増えるため、信頼性が悪くなり作業性も悪くなるという問題があった。また、３次を超える奇数次の高調波成分を除去することができないため、高精度化に対して限界があった。そこで、別の従来技術として、回転軸と垂直な一方向に着磁された円板状の永久磁石に空隙を介して互いに周方向に機械角で６０°位相をずらした位置に６個の磁界検出素子を配置し、偶数次と３次の高調波成分を除去する代わりに、９０°おきに順に配置した４個のホール素子に対してそれぞれ３６０／Ｎ又は１８０／Ｎ(但し、Ｎは３以上の奇数)に配置した複数のホール素子を配置し、それぞれのホール素子を並列に接続することにより、偶数次とＮ次の高調波成分を抑制でき、出力信号のリード本数の増加を抑えた磁気式エンコーダ装置が開示されている（例えば特許文献３参照）。

図１１は、この第３の従来技術の位置信号検出部の構成図である。
図において、２は図示しない回転体に取付けられた永久磁石であり、図中矢印Ｍで示すような回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化されている。矢印Ｒは回転方向を示す。４は永久磁石２の磁界を検出し電圧に変換するホールセンサである。
ホールセンサ４は、永久磁石２の周囲に空隙を介して９０°おきに順に配置されたＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサと、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で６０°（α＝１８０／Ｎ、Ｎ＝３の場合に相当）位置に配置されたＣ_１相、Ｄ_１相、Ｃ_２相、Ｄ_２相ホールセンサの合計８個のホールセンサから構成されている。
図１２は、この第３の従来技術における磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図である。
図において７０は８個のホールセンサからなる位置信号検出部である。また、ａはホールセンサ４の正入力端子、ｂは負入力端子、ｃは正出力端子、ｄは負出力端子を示す。８個ホールセンサの入力側は直列に接続され、信号処理回路８０に配置された電源９で駆動されている。
出力側は、互いに機械角で６０°位置にあるホールセンサを組として正出力端子同士及び負出力端子同士を接続した並列接続となっている。すなわち、Ａ_１相ホールセンサとＣ_１相ホールセンサについては、Ａ_１相ホールセンサ正出力端子ｃとＣ_１相ホールセンサ正出力端子ｃを接続し、Ａ_１相ホールセンサ負出力端子ｄとＣ_１相ホールセンサ負出力端子ｄを接続している。Ｂ_１相ホールセンサとＤ_１相ホールセンサ、Ａ_２相ホールセンサとＣ_２相ホールセンサ、Ｂ_２相ホールセンサとＤ_２相ホールセンサについても同様に接続されている。

この第３の従来技術の特徴は、９０°おきに順に配置されたＡ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で６０°位置にＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサを配置し、Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサとＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサの出力をそれぞれ並列に接続している点である。
なお、この接続は、図１２に示す位置信号検出部７０で行なうものであり、位置信号検出部から信号処理回路８０へのリード線の本数は、通常は信号線としてセンサ数×２と電源線２本が必要であり、第２従来技術のように６個のホールセンサを用いる場合、６×２＋２＝１４本必要であるがこの実施例では１０本にまで削減できる。

次に、動作について説明する。
永久磁石２が回転すると各ホールセンサ４は磁界の変化を検出し、１回転に１周期の正弦波状の信号を出力する。実際には、各ホールセンサからの出力信号は１回転に１周期の基本波信号のほかに偶数次及び奇数次の高調波成分を含んでいる。この実施例おいて３次及び偶数次の高調波成分を抑制できることを説明する。

図１３はこの従来技術における検出原理を示すグラフである。
図においてＶa1はＡ_１相ホールセンサから得られる基本波の出力信号、Ｖc1はＣ_１相ホールセンサから得られる基本波の出力信号、Ｖa3はＡ_１相ホールセンサの出力信号がもつ３次高調波信号、Ｖc3はＣ_１相ホールセンサの出力信号がもつ３次高調波信号である。Ｖac1はＡ_１相ホールセンサとＣ_１相ホールセンサの出力を並列接続したときの出力信号である。
この第３の従来技術では位置信号検出部７０において、Ａ_１相とＣ_１相ホールセンサは互いに機械角で６０°位置に配置し、両ホールセンサを並列に接続しているので、Ａ_１相とＣ_１相ホールセンサの出力信号に含まれる３次高調波成分はお互いに電気角で１８０°の位相差を持つことになり、３次高調波成分はキャンセルされる。すなわち、並列接続したホール素子の出力端子間（端子ｃｄ間）からは３次高調波成分がキャンセルされた信号が得られる。
同様にしてＢ_１相とＤ_１相ホールセンサ、Ａ_２相とＣ_２相ホールセンサ、Ｂ_２相とＤ_２相ホールセンサにおいて、それぞれの並列接続した出力端子間は３次高調波成分がキャンセルされた信号となる。

これらの並列接続された４組のホールセンサからの出力信号は、図１２に示す信号処理回路８０において、それぞれ差動増幅器８１乃至８４で増幅された後、差動増幅器８１と８３からの出力信号は差動増幅器８５で差動増幅され、差動増幅器８２と８４からの出力信号は差動増幅器８６で差動増幅される。差動増幅器８１と８３からの出力信号及び差動増幅器８２と８４からの出力信号は、お互いに１８０°対向位置にあるホールセンサ組からの出力信号であり、差動増幅することによって偶数次の高調波成分が除去される。
差動増幅器８５からの出力信号Ｖａ及び差動増幅器８６からの出力信号Ｖｂは角度変換回路８７に入力される。Ｖａ及びＶｂは互いに９０°位相の異なる正弦波状の信号であり、ｔａｎ^−１（Ｖａ／Ｖｂ）の演算によって角度信号θに変換される。

このように、この第３の従来技術では、位置信号検出部において互いに機械角で６０°位置にあるホールセンサの出力端子を並列接続し、信号処理回路において１８０°対向位置にあるホールセンサ組からの出力信号を差動増幅しているので、３次及び偶数次の高調波成分が抑制され、少ないリード線数で、精度の良い角度信号が得られる。
特開昭５８−１６２８１３号公報 特開２００１-３３２７７号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２００７／５７６７７号公報

上記のように、第１の従来技術に開示された磁気式エンコーダは、円形の磁石の外周上に着磁し、空隙を隔てホール素子を配置しているが、磁束密度分布が歪みを持つ場合、ホール素子の検出信号に高調波成分を含むため検出角度精度が悪くなるという問題があった。
この問題を解決するため、第２の従来技術に開示された磁気式エンコーダは、互いに周方向に機械角で６０°位相がずれている磁界検出素子を６個配置し、１８０°対向する位置にある磁界検出素子同士の差動信号を検出することによって偶数次の高調波成分をキャンセルすると共に、この差動出力信号を組み合わせて３次の高調波成分を除去している。
しかしながら、磁界検出素子数が４個から６個に増え、磁界検出素子から信号処理回路へ接続するリード本数が増えるため、信頼性が悪くなり作業性も悪くなるという問題があった。また、３次を超える奇数次の高調波成分を除去することができないため、高精度化に対して限界があった。
この問題を解決するため、第３の従来技術に開示された磁気式エンコーダ゛は、
９０°おきに順に配置した４個のホール素子に対してそれぞれ３６０／Ｎ又は１８０／Ｎに配置したホール素子を配置し、それぞれ並列に接続しているので、Ｎ次の高調波成分を抑制できる。また、ホール素子の出力を並列に接続しているので、出力信号のリード本数を増やすこと無く、高精度の磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
しかしながら、出力信号のリード本数が最低でも８本必要であり、信頼性および作業性の点で、さらなる省配線化が必要であった。また、並列に接続したホール素子からの８本の出力信号を４本にするための差動増幅器が必要であり、回路構成が複雑で信号処理部の小型化を阻害するという問題点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、磁界検出素子から信号処理回路へのリード線数を減少させ、回路構成も簡単な高精度の磁気式エンコーダ装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、回転体に取付けられ、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化された円板状またはリング状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向するように固定体に取付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記磁界検出素子は、機械角で９０°おきに順に配置されたＡ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサと、前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対して、それぞれ機械角で角度α＝３６０／Ｎ又はα＝１８０／Ｎ（但し、Ｎは３以上の奇数）の位置に配置されたＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサとを備え、角度αで隣接する２つのホール素子の正出力端子同士、および負出力端子同士をそれぞれ接続するとともに、それぞれ機械角で１８０°対向する２つのホール素子の正出力端子と負出力端子を接続したことを特徴とする磁気式エンコーダ装置である。
また、請求項２に記載の発明は、前記Ｎが３であることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、前記Ｎが５であることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、回転体に取付けられ、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化された円板状またはリング状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向するように固定体に取付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、前記磁界検出素子は、機械角で９０°おきに順に配置されたＡ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサと、前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で角度α_１＝３６０／Ｎ_１又はα_１＝１８０／Ｎ_１（但し、Ｎ_１は３以上の奇数）の位置に配置されたＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサと前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で角度α_２＝３６０／Ｎ_２又はα_２＝１８０／Ｎ_２（但し、Ｎ_２は前記Ｎ_１と異なる３以上の奇数）の位置に配置されたＥ_１、Ｆ_１、Ｅ_２及びＦ_２相ホールセンサとを備え、機械角で角度α_１と機械角で角度α_２で隣接する３つのホール素子の正出力端子同士、および負出力端子同士をそれぞれ接続するとともに、それぞれ機械角で１８０°対向する２つのホール素子の正出力端子と負出力端子を接続したことを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
また、請求項５に記載の発明は、前記Ｎ_１が３、前記Ｎ_２が５であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、機械角で９０°おきに順に配置した４個のホールセンサに対してそれぞれ機械角で３６０／Ｎ又は１８０／Ｎに配置したホールセンサを配置し、それぞれ並列に接続しているので、Ｎ次の高調波成分を抑制できる。
また、機械角で３６０／Ｎ又は１８０／Ｎ異なる位置にあるホールセンサの出力を並列に接続するとともに、機械角で１８０°対向する位置にあるホールセンサの出力を逆並列に接続しているので、出力信号のリード本数を減少させることができる。従って、信号処理回路へのリード本数を減少させるととともに、ホールセンサからの８本の出力信号を４本にするための差動増幅器が不要となり、回路構成の簡単な高精度の磁気式エンコーダ装置を提供することができる。
また、請求項４に記載の発明によると、機械角で９０°おきに順に配置した４個のホールセンサに対してそれぞれ機械角で３６０／Ｎ_１又は１８０／Ｎ_１の配置と、３６０／Ｎ_２又は１８０／Ｎ_２にホールセンサを配置し、それぞれ並列に接続しているので、Ｎ_１次とＮ_２次の複数の次数の高調波成分を除去することができる。また、３６０／Ｎ_１又は１８０／Ｎ_１の配置、および３６０／Ｎ_２又は１８０／Ｎ_２の異なる位置にあるホールセンサの出力を並列に接続するとともに、１８０°対向する位置にあるホールセンサの出力を逆並列に接続しているので、出力信号のリード本数を減少させることができる。従って、信号処理回路へのリード本数を減少させるととともに、ホールセンサからの１６本の出力信号を８本にするための差動増幅器が不要になり、回路構成が簡単な高精度の磁気式エンコーダ装置を提供することができる。

本発明の第１実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図 本発明の第１実施例の磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図 本発明の第１実施例の磁気式エンコーダ装置の別のホールセンサの駆動方法を示す接続図 本発明の第２実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図 本発明の第３実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図 本発明の第３実施例の磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図 本発明の第４実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図 第１従来技術を示す磁気式エンコーダの構成図 第２従来技術を示す磁気式エンコーダの構成図 第２従来技術における磁気式エンコーダの信号処理回路のブロック図 第３従来技術を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図 第３従来技術における磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図 第３従来技術における磁気式エンコーダ装置の検出原理を示すグラフ

符号の説明

１ 回転体
１１ シャフト（回転軸）
２ 永久磁石
２１ リング型永久磁石
３ 磁性体
３０ 固定体
４、４７、４８ ホールセンサ
４０ 位置信号検出部
４１〜４６ 磁界検出素子
５０、８０ 信号処理回路
５１〜５３ 第１差動増幅器
５４、５５ 第２差動増幅器
５６、８７ 角度演算回路
７０ 位置信号検出部
８１〜８６ 差動増幅器
９ 電源

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図である。
図において、２は図示しない回転体に取付けられた永久磁石であり、図中矢印Ｍで示すような回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化されている。矢印Ｒは回転方向を示す。４は永久磁石２の磁界を検出し電圧に変換するホールセンサである。
ホールセンサ４は、永久磁石２の周囲に空隙を介して９０°おきに順に配置されたＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサと、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で６０°（α＝１８０／Ｎ、Ｎ＝３の場合に相当）位置に配置されたＣ_１相、Ｄ_１相、Ｃ_２相、Ｄ_２相ホールセンサの合計８個のホールセンサから構成されている。
図２は、本実施例における磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図である。
図において７０は８個のホールセンサからなる位置信号検出部である。また、ａはホールセンサ４の正入力端子、ｂは負入力端子、ｃは正出力端子、ｄは負出力端子を示す。８個ホールセンサの入力側は直列に接続され、信号処理回路８０に配置された電源９で駆動されている。ここで、前記ホール素子の正入力端子ａに負入力端子ｂよりも高い電圧を印加した状態で永久磁石２のＮ極が接近したときに、前記ホール素子の正出力端子ｃとは相対的に正の電圧を出力する端子を、負出力端子ｄとは相対的に負の電圧を出力する端子である。
出力側は、互いに機械角で６０°位置にあるホールセンサを組として正出力端子同士及び負出力端子同士を接続した並列接続となっている。すなわち、Ａ_１相ホールセンサとＣ_１相ホールセンサについては、Ａ_１相ホールセンサ正出力端子ｃとＣ_１相ホールセンサ正出力端子ｃを接続し、Ａ_１相ホールセンサ負出力端子ｄとＣ_１相ホールセンサ負出力端子ｄを接続している。Ｂ_１相ホールセンサとＤ_１相ホールセンサ、Ａ_２相ホールセンサとＣ_２相ホールセンサ、Ｂ_２相ホールセンサとＤ_２相ホールセンサについても同様に接続されている。
さらに、互いに１８０°対向位置にあるホールセンサ同士の正出力端子と負出力端子をたすきがけに接続した逆並列接続となっている。すなわち、Ａ_１相ホールセンサとＡ_２相ホールセンサについては、Ａ_１相ホールセンサ正出力端子ｃとＡ_２相ホールセンサ負出力端子ｄを接続し、Ａ_１相ホールセンサ負出力端子ｄとＡ_２相ホールセンサ負出力端子ｃを接続している。Ｂ_１相ホールセンサとＢ_２相ホールセンサ、Ｃ_１相ホールセンサとＣ_２相ホールセンサ、Ｄ_１相ホールセンサとＤ_２相ホールセンサについても同様に接続されている。
本発明が従来技術と異なる部分は、互いに１８０°対向位置にあるホールセンサ同士の出力端子をそれぞれ逆並列に接続している点である。
なお、この接続は、図２に示す位置信号検出部７０で行なうものであり、位置信号検出部から信号処理回路へのリード線の本数は、第３の従来技術で８個のホールセンサを用いる場合、１０本必要であるが本実施例では６本にまで削減できる。

次に、動作について説明する。
永久磁石２が回転すると各ホールセンサ４は磁界の変化を検出し、１回転に１周期の正弦波状の信号を出力する。実際には、各ホールセンサ４からの出力信号は１回転に１周期の基本波信号のほかに偶数次及び奇数次の高調波成分を含んでいる。
本実施例おいて、機械角で６０°位置に配置したホールセンサ４の出力信号を並列に接続することにより、３次及び偶数次の高調波成分を抑制できることは第３の従来技術と同じである。さらに、お互いに１８０°対向位置にあるホールセンサの正出力端子と負出力端子をたすきがけに接続した逆並列接続することにより、お互いに１８０°対向位置にあるホールセンサ組からの出力信号を差動信号として得ることができる。
したがって、処理回路８０において、Ａ_１、Ｃ_１、Ａ_２、Ｃ_２相ホールセンサから得られた差動信号と、Ｂ_１、Ｄ_１、Ｂ_２、Ｄ_２相ホールセンサから得られた差動信号をそれぞれ差動増幅器８５と８６で差動増幅される。
差動増幅器８５からの出力信号Ｖａ及び差動増幅器８６からの出力信号Ｖｂは角度変換回路８７に入力される。Ｖａ及びＶｂは互いに９０°位相の異なる正弦波状の信号であり、ｔａｎ^−１（Ｖａ／Ｖｂ）の演算によって角度信号θに変換される。

このように、本実施例では、位置信号検出部において互いに機械角で６０°位置にあるホールセンサの出力端子を並列接続し、信号処理回路において１８０°対向位置にあるホールセンサ組からの出力信号を差動増幅しているので、３次及び偶数次の高調波成分が抑制され、少ないリード線数で、精度の良い角度信号が得られる。また、ホールセンサからの８本の出力信号を４本にするための差動増幅器が不要になり、回路構成を簡単にでき、信号処理部の小型化が図れる。
なお、図３のように、ホールセンサの駆動電源は、定電圧電源とすることも可能である。

図４は、本発明の第２実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図である。
図において、２は回転体（図示せず）に取付けられた永久磁石であり、図中矢印Ｍで示すような回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化されている。４は永久磁石２の磁界を検出し電圧に変換するホールセンサである。
ホールセンサ４は、永久磁石２の周囲に空隙を介して９０°おきに順に配置されたＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサと、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ３６°（α＝１８０／Ｎ、Ｎ＝５の場合に相当）位置に配置されたＣ_１相、Ｄ_１相、Ｃ_２相、Ｄ_２相ホールセンサの合計８個のホールセンサから構成されている。
本実施例が第１実施例と異なる点は、Ｃ_１相、Ｄ_１相、Ｃ_２相、Ｄ_２相ホールセンサをＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ３６°の位置に配置した点である。
なお、位置信号検出部におけるホールセンサの接続及び信号処理回路との接続は図２と同じである。
本実施例では、組となるホールセンサを互いに機械角で３６°位置に配置し、両ホールセンサの出力を並列に接続している。組となるホールセンサの出力信号に含まれる５次高調波成分はお互いに電気角で１８０°の位相差を持つことになり、５次高調波成分はキャンセルされる。すなわち、並列接続したホール素子の出力端子間（端子ｃｄ間）からは５次高調波成分がキャンセルされた信号が得られる。
また、７次以上の高調波を除去したい場合は、４つのホールセンサをそれぞれ９０°おきにＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相としてホールセンサを配置し、α１＝３６０／Ｎ又はα２＝１８０／Ｎ、Ｎは７以上の整数とし、Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれα_１又はα_２度の位置にそれぞれＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサを配置する。高調波成分がお互いに電気角で１８０°の位相差をもつように組となるホールセンサの出力を接続すれば良い。

図５は、本発明の第３実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図である。
図において、４つのホールセンサをそれぞれ９０°おきに順にＡ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相として配置し、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で６０°位置（α＝１８０／Ｎ、Ｎ＝３の場合に相当）にＣ_１相、Ｄ_１相、Ｃ_２相、Ｄ_２相ホールセンサを配置し、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対してそれぞれ３６°（α＝１８０／Ｎ、Ｎ＝５の場合に相当）位置にＥ_１相、Ｆ_１相、Ｅ_２相、Ｆ_２相ホールセンサを配置している。

図６は、本実施例における磁気式エンコーダ装置のホールセンサの接続図である。
図において、Ａ_１相、Ｃ_１相及びＥ_１相ホールセンサの３個のホールセンサを組としてそれぞれの正出力同士及び負出力同士を接続する形で３個のホールセンサの出力を並列接続している。Ｂ_１相、Ｄ_１相、Ｆ_１相ホールセンサの組、Ａ_２相、Ｃ_２相、Ｅ_２相ホールセンサの組、Ｂ_２相、Ｄ_２相、Ｆ_２相ホールセンサの組についても同様に接続されている。
さらに、互いに１８０°対向位置にあるホールセンサは正出力端子と負出力端子をたすきがけに接続した逆並列接続となっている。すなわち、Ａ_１相ホールセンサとＡ_２相ホールセンサについては、Ａ_１相ホールセンサ正出力端子ｃとＡ_２相ホールセンサ負出力端子ｄを接続し、Ａ_１相ホールセンサ負出力端子ｄとＡ_２相ホールセンサ正出力端子ｃを接続している。Ｂ_１相ホールセンサとＢ_２相ホールセンサ、Ｃ_１相ホールセンサとＣ_２相ホールセンサ、Ｄ_１相ホールセンサとＤ_２相ホールセンサ、Ｅ_１相ホールセンサとＥ_２相ホールセンサ、Ｆ_１相ホールセンサとＦ_２相ホールセンサについても同様に接続されている。
このように、本実施例では、Ａ_１相、Ｂ_１相、Ａ_２相、Ｂ_２相ホールセンサに対して３次高調波成分をキャンセルする機械角で６０°の位置と５次高調波成分をキャンセルする機械角で３６°の位置にホールセンサをそれぞれ配置し、並列接続した信号を取り出しているので３次高調波成分及び５次高調波成分を除去することができる。
また、位置信号検出部７０から信号処理回路８０へのリード線の本数は、第１実施例、第２実施例と同様に６本で良く、ホールセンサの増加による信頼性、作業性の低下が防止できる。また、ホールセンサからの８本の出力信号を４本にするための差動増幅器が不要であり、回路構成を簡単にでき、信号処理部の小型化が図れる。

図７は、本発明の第４実施例を示す磁気式エンコーダ装置の位置信号検出部の構成図である。
図において、２１は図示しない回転体に取付けられたリング型永久磁石であり、図中矢印Ｍで示すような回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化されている。４はリング型永久磁石２１の内側に空隙を介して配置されたホールセンサである。
本実施例が第３実施例と異なる点は、永久磁石２をリング形状永久磁石２１としている点である。これにより、回転しない中空形状のシャフトを有したアウタロータタイプのモータに適用することができる。

本発明は、ロボットや工作機などに使用するサーボモータの回転位置を検出する磁気式エンコーダ装置として利用できる。

Claims (5)

1. 回転体に取付けられ、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化された円板状またはリング状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向するように固定体に取付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、
   前記磁界検出素子は、機械角で９０°おきに順に配置されたＡ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサと、前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対して、それぞれ機械角で角度α＝３６０／Ｎ又はα＝１８０／Ｎ（但し、Ｎは３以上の奇数）の位置に配置されたＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサとを備え、
   前記角度αで隣接する２つのホール素子の正出力端子同士、および負出力端子同士をそれぞれ接続するとともに、それぞれ機械角で１８０°対向する２つのホール素子の正出力端子と負出力端子を接続したことを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
2. 前記Ｎが３であることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ装置。
3. 前記Ｎが５であることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ装置。
4. 回転体に取付けられ、前記回転体の軸方向と垂直な一方向に磁化された円板状またはリング状の永久磁石と、前記永久磁石に空隙を介して対向するように固定体に取付けられた磁界検出素子と、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダにおいて、
   前記磁界検出素子は、機械角で９０°おきに順に配置されたＡ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサと、前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で角度α_１＝３６０／Ｎ_１又はα_１＝１８０／Ｎ_１（但し、Ｎ_１は３以上の奇数）の位置に配置されたＣ_１、Ｄ_１、Ｃ_２及びＤ_２相ホールセンサと前記Ａ_１、Ｂ_１、Ａ_２及びＢ_２相ホールセンサに対してそれぞれ機械角で角度α_２＝３６０／Ｎ_２又はα_２＝１８０／Ｎ_２（但し、Ｎ_２は前記Ｎ_１と異なる３以上の奇数）の位置に配置されたＥ_１、Ｆ_１、Ｅ_２及びＦ_２相ホールセンサとを備え、
   機械角で角度α_１と機械角で角度α_２で隣接する３つのホール素子の正出力端子同士、および負出力端子同士をそれぞれ接続するとともに、それぞれ機械角で角度１８０°対向する２つのホール素子の正出力端子と負出力端子を接続したことを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
5. 前記Ｎ_１が３、Ｎ_２が５であることを特徴とする請求項４記載の磁気式エンコーダ装置。

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