KR100573461B1 - 자기식 엔코더장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자기엔코더장치는 위치를 검출하는 슬릿을 갖는 이동디스크(5)와, 이동디스크와 공극을 통해 배치되는 자기센서(1)와, 자기센서의 배면에 설치된 바이어스자석(2)과, 자기센서로부터의 신호를 처리하는 신호처리회로(6)를 구비하고, 이동디스크는 위치검출용 슬릿을 갖는 위치검출용 슬릿 트랙(31)과, 모터자극검출용 슬릿 트랙(33)과, 기준위치검출용 슬릿을 갖는 기준검출용 슬릿 디스크(32)를 구비하고, 슬릿 트랙의 위치에 각각 바이어스 자석을 구비한 자기센서를 구비한다.

Description

자기식 엔코더장치{MAGNETIC ENCODER}

본 발명은 자기식 엔코더장치에 관한 것이다.

종래 치차방식을 이용한 자기식 엔코더로서 도 6에 나타낸 방식이 있다. 도 6에 있어서는 자성체치차(81)에 대하여 바이어스자석(2)을 부착한 자기센서(1)를 대향하여 배치하는 구성을 갖는다. 자성체치차(81)는 모터(8)의 샤프트에 부착되어 있다. 이하에 이 동작에 대하여 설명한다. 자성체치차(81)가 회전하여 치부가 자기센서(1)에 근접하면 바이어스자석(2)으로부터의 자속이 치자를 통해 쉽게 자기센서(1)에 가해져 자속이 증가한다. 또, 치차가 회전하여 치부가 자기센서(1)로부터 멀어지면 자기저항이 증가하고, 자기센서(1)에 가해진 자속이 감소한다. 이와같이 자기저항의 변화에 의한 자속변화를 자기저항소자로 구성된 자기센서(1)로 검출하여 전기신호로 변환한다. 또, 그 전기신호변화를 비교기(73)로 파형정형하여 방형파를 얻는다. 이것은 치차를 사용하여 자기회로의 리럭턴스변화를 이용하므로 이 방식은 리럭턴스식이라 칭한다.

다음의 종래예로서 도 7에 나타낸 구성의 것이 개시되어 있다(일본특개평5-52584). 이것은 이동체인 회전디스크(10)가 원반형의 마스크부재(10d)와 원반형의 영구자석(9)를 일체화한 구성으로 되어 있다. 영구자석(9)은 그 축방향으로 단극착자되고, 표리에 다른 자성의 한쌍의 자극을 구비한 구성으로 되어 있다. 마스크부재(10d)는 연자성체로 되고, 그 외주연부에는 복수개의 슬릿이 소정의 피치로 환상으로 배치된다. 이것에 의해 마스크부재(10d)에는 자기저항이 큰 자기차단부(10c)로서의 슬릿과 자기저항이 작은 자기통로부(10b)가 회전디스크(10)의 회전방향으로 따른 상태로 교대로 형성된다. 이것에 의해 회전디스크(10)의 외주연부에 영구자석(9)으로부터의 자속이 그 방향을 따라 교대로 변화하는 자극(10a)이 형성된다. 이상과 같은 구성에 있어서는 회전디스크(10)가 회전하면 자극(10a)으로부터 자기센서(1)에 작용하는 자속이 주기적으로 변화하게 되고, 자기센서(1)로부터는 자극(10a)의 배열피치에 따라서 변화하는 검출신호가 출력된다.

그런데, 종래예1과 같이 치차방식에서는 치차에 대향한 위치로 자기센서를 배치할 필요가 있어, 지름방향의 사이즈가 커지게 되는 문제가 있다. 또, 자기센서가 얻어진 신호는 한종류 밖에 없으며, 그 밖의 신호, 예를들면 기준신호, 폴(pole)센서신호 등을 얻을 필요가 있을 때는 별도의 치차를 마련할 필요가 있거나, 치차를 두껍게 하여 다른 치차를 형성하지 않으면 안되므로 제조비용이 높아지는 문제가 있다. 또한 종래예 2와 같이 자기차단부 슬릿을 배열한 마스크부재와 영구자석을 일체로하여 회전디스크를 형성한 방식에서는 영구자석의 자극면적과 두께 관계로부터 회전디스크를 얇게하는 것이 곤란한 문제가 있다.

본 발명은 자석의 사용없이 이동디스크를 자성체 박판으로 형성하고, 또한 한장의 회전디스크에 복수의 슬릿을 형성하며, 각각의 슬릿 트랙에 대응하여 자기센서를 배치함으로써 제조비용이 적으면서도 복수의 신호가 검출될 수 있는 박형의 고성능자기센서장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를위해 본 발명의 자기식 엔코더 장치는 자성체로 되는 원판의 둘레방향으로 위치를 검출하는 슬릿을 갖는 이동디스크와, 상기 이동디스크와 공극을 통해 배치되는 자기센서와, 상기 자기센서의 배면에 설치된 바이어스자석과, 상기 자기센서로부터의 신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 자기식 엔코더장치에 있어서, 상기 이동디스크는, 기준위치를 검출하는 기준위치검출용의 슬릿 트랙과, 위치를 검출하는 위치검출용의 슬릿 트랙과, 모터의 자극을 검출하는 자극검출용의 슬릿 트랙을, 내경 측으로부터 외경 방향으로 향하여 순서대로 배치하고, 또한 상기 자기검출용의 슬릿 트랙은 외경방향으로 돌출한 둘출부와 공간부를 설치한 형상으로 하며, 상기 각각의 슬릿 트랙의 위치에 상기 바이어스 자석을 구비한 상기 자기센서를 배치한 것을 특징으로 한다.

또, 상기 자극검출용 자기센서와 상기 바이어스자석 사이에 비자성체가 배치되는 것도 바람직하다.

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또, 상기 자극검출용 자기센서는 3상모터의 자극을 검출하는 상신호용과 반전신호용으로된 조합세트를 3조로 구성하는 한편 자기센서의 개수로는 6개 배치하고, 상기 신호처리회로는 자극검출용 신호처리회로 속에 상기 3조의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 배치하는 것도 바람직한 구성이다.

도 1은 본 발명의 자기식 엔코더장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 자기엔코더장치의 자극검출부를 나타내는 도면으로서 도 2a는 자기센서를 나타내는 측단면도, 도 2b는 자극검출용 슬릿을 나타내는 부분평면도이다.

도 3은 본 발명의 자기엔코더장치의 출력파형도이다.

도 4는 본 발명의 자기엔코더장치의 다른 형태를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 자기검출용 신호처리회로를 나타내는 회로도이다.

도 6은 종래예의 요부구성을 나타내는 사시도이다.

도 7은 다른 종래예의 요부구성을 나타내는 사시도이다.

이하 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 리럭턴스형 자기식 로터리 엔코더의 개관을 나타내는 사시도이다. 도 1에 있어서 11은 위치검출용 자기센서, 13a-13c는 모터의 자극위치를 검출하는 자극위치검출용 자기센서, 12는 기준검출용 자기센서, 21은 기준검출용 자기센서(12)에 자속을 가하기 위한 바이어스자석, 23a-23c는 자기센서(13a-13c)에 자속을 가하기 위한 바이어스자석, 5는 이동체에 부착된 자성체로된 이동디스크, 6은 자기센서신호를 부착하여 방형파를 출력하는 신호처리회로이다. 이동디스크(5)에는 위치검출용 슬릿 트랙(31), 기준검출용 슬릿 트랙(32), 자극검출용 슬릿 트랙(33)이 에칭 등의 방법에 의해 형성된다. 이동디스크(5)가 회전하면 슬릿의 유무에 의한 자속의 변화에 의해 자기센서의 저항치가 변화하고, 이 변화를 전기신호로 변환한다. 또, 이 전기신호를 신호처리회로(8)로 하여 파형정형을 행함으로써 방형파를 얻는다.

도 2는 본 발명의 자기엔코더장치의 자극검출부를 나타내는 도면으로서 도 2a는 자기센서(13)를 나타내는 측단면도, 2b는 자극검출용 슬릿 트랙(33)의 부분 평면도이다. 도 2에 있어서 23a는 바이어스 자극, 4는 비자성체를 나타낸다. 슬릿(33)은 외경방향으로 돌출한 돌출부(331)와 공간부(332)로 된다. 자극검출용 자기센서(13a)는 바이어스 자석(23a)의 자속의 영향으로 도 3에 나타낸 신호출력예와 같이 DC바이어스전압이 출력되고, 검출신호는 이 DC바이어스전압분 만큼 바이어스하여 검출된다. 이 DC바이어스전압을 임의 값으로 하기위해 비자성체(4)의 두께를 설정한다. 여기서 비자성체(4)는 회로기판 등으로 사용되는 에폭시수지로 할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 자극검출용의 자기센서(13)의 구성을 나타내는 사시도이다. 본 실시예서는 3상 6극 모터용으로서 슬릿은 1회전으로 6분할 즉 60°씩 분할된다. 도 4에 있어서, b1 - b6는 바이어스 자석, s1 - s6은 자기센서이며, 각각 U상, U*상, V상, V*상, W상, W*상 이된다. U*상신호는 U상신호의 반전신호, V*상 신호는 V상 신호의 반전신호, W*상 신호는 W상신호의 반전신호이며, U상, V상, W상신호의 위치가 전기적으로 각각 120°다른 신호가 얻어지도록 U상자기센서를 기준으로 U* 상 자기센서는 -60°의 위치에, V상자기센서는 +60°의 위치에 , V*상 자기센서는 -20°의 위치에, W상자기센서는 -40°의 위치에, W*상자기센서는 +20°의 위치에 배치된다. U상-W*상신호는 자기검출용 신호처리회로(7)로 차동증폭한다. U상-W*상신호는 자극검출용신호처리회로(7)로 차동증폭하여 비교기에 입력되고, 방형파가 출력된다.

다음에 차동증폭하여 방형파를 출력하는 자기검출용의 신호처리회로(7)에 대하여 설명한다. 도 5는 자극검출용 신호처리회로(7)의 회로도이다. 도 5에 있어서 71은 증폭회로, 72는 차동증폭회로, 73은 비교기이다. U상-W*상신호는 증폭회로(711-716)로 증폭되고, 차동증폭기(721-723)로 U*상, V*상, W*상 신호가 반전하여 U상, V상, W상신호에 가산되며, 그 출력신호는 비교기(73)로 방형파로 정형되어, U상, V상, W상신호가 각각 출력된다. 이와같이 1장의 이동디스크 상에 복수의 슬릿 트랙을 형성함으로써 제조비용이 낮아지고, 이동디스크 1장으로 복수의 신호가 얻어지는 박형 자기식 엔코더가 형성될 수 있다. 또, 이동슬릿면 내의 슬릿 트랙에 대향하여 자기센서를 배치하므로 지름방향으로 소형화가 이루어진다. 또, 자극검출에 관하여 자기센서와 바이어스자석 사이에 비자성체를 설치하고, 비자성체의 두께를 조절함으로써 적절한 DC바이어스를 얻을 수 있으므로 DC바이어스 분에 대하여 신호진폭의 크기 검출신호가 얻어진다. 또 차동증폭에 의해 온도변화에 강하고 또, 노이즈에 강한 고성능 자기 엔코더가 얻어진다.

또, 본 실시예에서는 로터리식 엔코더에 대하여 설명하였지만 리니어식 엔코더에도 적용할 수 있음은 자명한 것이다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명의 자기식 엔코더 장치는 제조비용이 낮고, 소형으로 DC바이어스 분에 대하여 신호진폭의 크기를 검출하는 크기검출신호가 얻어지며, 또, 차동증폭에 의해 온도변화가 강하고 노이즈에 강한 고성능 엔코더에 적합하다.

Claims (7)

1. 자성체로 되는 원판의 둘레방향으로 위치를 검출하는 슬릿을 갖는 이동디스크와,

   상기 이동디스크와 공극을 통해 배치되는 자기센서와,

   상기 자기센서의 배면에 설치된 바이어스자석과,

   상기 자기센서로부터의 신호를 처리하는 신호처리회로를 구비한 자기식 엔코더장치에 있어서,

   상기 이동디스크는,

   기준위치를 검출하는 기준위치검출용의 슬릿 트랙과,

   위치를 검출하는 위치검출용의 슬릿 트랙과,

   모터의 자극을 검출하는 자극검출용의 슬릿 트랙을,

   내경 측으로부터 외경 방향으로 향하여 순서대로 배치하고, 또한 상기 자기검출용의 슬릿 트랙은 외경방향으로 돌출한 둘출부와 공간부를 설치한 형상으로 하며,

   상기 각각의 슬릿 트랙의 위치에 상기 바이어스 자석을 구비한 상기 자기센서를 배치한 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 자극검출용 자기센서와 상기 바이어스자석 사이에 비자성체가 배치된 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더장치.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   상기 자극검출용 자기센서는 3상모터의 자극을 검출하는 상신호용과 반전신호용으로 된 조합세트를 3조 6개 배치하고, 상기 신호처리회로는 자극검출용 신호처리회로 중에 상기 3조의 신호를 차동증폭하는 차동증폭회로를 배치한 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더장치.

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