KR20060107516A - 자기식 인코더 장치 및 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공 구조의 액츄에이터의 회전 각도를 검출할 수 있는 자기식 인코더 장치를 제공하는 것으로서, 링 형상의 회전체(11)와, 링 형상의 회전체(11)의 내주측에 내접해 고정되고, 회전체(11)의 중심축과 수직 방향의 일방향에 자화된 링 형상의 영구 자석(12)과, 영구 자석(12)의 내주측에 공극을 통해 배치되고, 외주가 원 형상이고 중공부를 갖는 고정체(13)와, 고정체(13)의 외주부에 영구 자석(12)과 공극을 통해 배치된 자계 검출 소자(14)를 구비한다.

Description

자기식 인코더 장치 및 액츄에이터{MAGNETIC ENCODER DEVICE AND ACTUATOR}

본 발명은, 회전체의 회전 위치를 검출하는 자기식 인코더(encoder) 및 자기식 인코더를 구비한 액츄에이터에 관한 것으로서, 특히 중공부를 갖는 자기식 인코더 장치 및 액츄에이터에 관한 것이다.

종래, 모터축 등의 회전체의 회전 각도를 검출하기 위해, 2극을 착자(Magnetizing)한 원판 형상의 영구 자석을 회전체에 고정하고, 이 원판 형상의 영구 자석으로부터의 자계를 고정체에 고정한 자계 검출 소자로 검출하고, 회전체의 절대 위치를 검출하도록 한 자기식 인코더 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

도 17은 종래의 자기식 인코더 장치의 사시도이다.

도 17에서, 11은 회전체(샤프트), 12는 회전체(11)에 회전축이 동일하게 되도록 고정된 원판 형상의 영구 자석으로, 회전체(11)의 축에 수직 방향의 일방향에 평행하게 자화(磁化)되어 있다. 13은 영구 자석(12)의 외주측에 설치된 링 형상의 고정체, 14는 고정체(13)에 상호 둘레 방향으로 90도 간격으로 부착된 4개의 자계 검출 소자로, 영구 자석(12)의 외주면에 대해 공극(空隙)을 통해 대향하고, 또한 서로 기계각으로 90도 위상을 빗나가게 하여 A1상 검출 소자(141)와 B1상 검출 소 자(142)를 설치하고, 또한 A1상 검출 소자(141)에 대해 기계각으로 180도 위상을 빗나가게 하여 A2상 검출 소자(143)를, B1상 검출 소자(142)에 대해 기계각으로 180도 위상을 빗나가게 하여 B2상 검출 소자(144)가 구비되어 있다.

특허문헌 1 : 국제공개 WO99/013296호 공보(제4페이지-5페이지, 도 1)

(발명이 해결하려는 과제)

로봇 등에 이용되는 액츄에이터는, 파워선이나 신호선을 통과하기 위해, 중공 구조가 필요해져, 아우터 로터 타입의 액츄에이터가 이용된다. 이 때문에, 회전체의 회전 각도를 검출하는 자기식 인코더 장치도 중공 구조가 요구된다. 그러나, 종래의 자기식 인코더 장치는, 샤프트에 고정된 영구 자석이 회전하여, 공극을 통해 대향한 고정체에 부착된 자계 검출 소자로 신호를 검출하는 구성이므로, 자기식 인코더 장치의 중심부를 중공으로 할 수 없으므로, 중공 구조를 갖는 액츄에이터에의 적용이 곤란했다.

또한, 전자 브레이크를 내장하는 중공 액츄에이터에 자기식 인코더를 구비하는 경우, 액츄에이터의 축 방향이 길어져, 소형화가 곤란했다. 또한 부품 점수가 많아져 가공, 조립 비용이 높아졌다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로서, 중공 구조의 액츄에이터에 적용할 수 있는 자기식 인코더 장치 및 자기식 인코더를 구비한 소형이고 부품 점수가 적은 중공 구조의 전자 브레이크 부착 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 다음과 같이 구성한 것이다.

청구항 1에 기재된 발명은, 회전체에 고정된 영구 자석과 상기 영구 자석에 공극을 통해 대향하여 고정체에 부착된 자계 검출 소자를 구비한 자기식 인코더와, 상기 자계 검출 소자로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 자기식 인코더 장치에서, 상기 회전체는 링 형상으로 하고, 상기 영구 자석은 링 형상으로 형성된 것을 상기 회전체의 내주측에 내접시켜 고정하고, 또한 상기 회전체의 중심축과 수직 방향의 일방향에 평행하게 자화된 것으로 하고, 상기 고정체는 외주가 원 형상이고 중공부를 갖는 것을 상기 영구 자석의 내주측에 공극을 통해 배치하고, 상기 자계 검출 소자는, 상기 고정체의 외주부에 상기 영구 자석과 공극을 통해 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 영구 자석이 평행 이방성을 가지고 2극으로 자화된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 회전체가 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 고정체가 자성체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 자성체가 연자성 분말인 소결재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 6에 기재된 발명은, 상기 자성체가 연자성체를 적층하여 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 7에 기재된 발명은, 전자 모터와 전자 브레이크를 구비한 중공부를 갖는 액츄에이터가 청구항 1에 기재된 자기식 인코더를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 8에 기재된 발명은, 상기 자기식 인코더의 고정체가 상기 전자 브레이크의 자기 요크의 일부를 겸용한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 9에 기재된 발명은, 상기 자기식 인코더의 고정체가 상기 전자 브레이크의 자기 요크와 끼움 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 전자 모터 및 상기 전자 브레이크와 상기 자기식 인코더 사이에 자기 실드를 배치한 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 11에 기재된 발명은, 상기 전자 브레이크의 전원 리드를 통과하는 리드 구멍이 상기 자기식 인코더의 고정체에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 12에 기재된 발명은, 상기 전자 브레이크의 전원 리드를 통과하는 노치(notch)부가 상기 자기식 인코더의 고정체의 내주측에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 13에 기재된 발명은, 상기 리드 구멍 및 상기 노치부가 상기 고정체의 중심과 상기 고정체에 부착된 자계 검출 소자를 연결하는 선 상에 배치된 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 14에 기재된 발명은, 상기 리드 구멍이 상기 고정체의 내주측에 배치된 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 회전체는 링 형상을 가지고, 영구 자석은 링 형상으로 형성되고, 또한 회전체의 중심축과 수직 방향의 일방향에 평행하게 자화되는 동시에 회전체의 내주측에 고정되고, 고정체는 중공부 및 원 형상의 외주를 가지고, 자계 검출 소자는 영구 자석의 내주측에 공극을 통해 배치되고, 또한 상기 고정체의 외주측에 고정되어 있는 구성으로 되어 있으므로, 구조가 간단하고 저 비용, 소형, 박형, 절대값 타입의 고 정밀도인 중공 구조의 자기식 인코더 장치를 실현할 수 있고, 중공 구조의 액츄에이터의 회전 각도를 검출할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 평행 이방성의 자석을 이용하면, 간편한 착자 장치를 이용하여 용이하게, 또한 정밀도가 매우 좋게, 일방향으로 착자할 수 있다.

또한, 회전체에 자성체를 이용하면, 자석의 사용 투자도(permeance)가 크고, 발생 자계가 강하게 되어, 자계 검출 소자로부터 큰 출력 신호를 얻을 수 있다. 또한 외부 자계를 실드하는 효과도 가지고 있으므로, 외부로부터의 자기 노이즈를 저감하여, S/N비를 높일 수 있다.

또한, 고정체에 자성체를 이용하면, 자석의 사용 투자도가 크고, 발생 자계가 강하게 되어, 자계 검출 소자로부터 큰 출력 신호를 얻을 수 있다.

또한, 고정체를, 연자성의 소결재로 구성하면, 고정체에 발생하는 와전류(渦電流)가 억제되어, 저속으로부터 고속 회전까지, 고 정밀도로 회전 각도를 검출할 수 있는 자기식 인코더 장치를 실현할 수 있다. 또한 소결재는, 형(型)을 이용한 배치(batch) 성형 가공을 할 수 있으므로, 가공, 조립 비용을 싸게 할 수 있어, 저 비용의 인코더 장치를 실현할 수 있다. 또한 파쇄가 용이하기 때문에 리사이클이 가능하다. 따라서 환경 부하가 작은 자기식 인코더 장치를 실현할 수 있다.

또한, 고정체를, 절연체의 표면 피막을 코팅한 연자성체의 박판을 적층하여 구성하면, 고정체에는 와전류가 발생하지 않고, 회전 속도에 관계없이, 고 정밀도로 회전 각도를 검출하는 것이 가능한 자기식 인코더 장치를 실현할 수 있다.

또한, 청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 중공부를 갖는 자기식 인코더를, 중공부를 갖는 전자 브레이크 부착 액츄에이터에 적용하였으므로, 중공 구조의 전자 브레이크 부착 액츄에이터를 실현할 수 있다.

또한, 고정체로서, 전자 브레이크의 자기 요크를 자기식 인코더의 고정체로서 겸용하면, 축 방향 길이가 짧아지고, 액츄에이터가 컴팩트하게 된다. 또한 부품 점수가 적어지므로, 가공, 조립 비용이 저감되는 동시에, 신뢰성이 향상된다.

또한, 자기 인코더의 고정체가, 전자 브레이크의 자기 요크와 끼움 구조를 가지면, 조립이 용이해진다. 또한 고정체에 자기 검출 소자를 정밀도 좋고 용이하게 장착할 수 있다.

또한, 전자 모터 및 전자 브레이크와 자기식 인코더 사이에 자기 실드를 배치하면, 모터, 전자 브레이크나 외부로부터의 자계 노이즈를 차단할 수 있어, 자기식 인코더의 내(耐) 노이즈성이 향상된다.

또한, 전자 브레이크의 전원 리드를 통과하는 리드 구멍을 고정체에 구비하면, 전원 리드선을 리드 구멍을 통해서 액츄에이터 외부로 꺼낼 수 있다. 이 때문에 리드선을 움직이게 하는 공간이 불필요해져, 액츄에이터를 축 방향으로 소형화할 수 있는 동시에, 조립이 용이해진다. 또한 리드선이 굴곡하지 않으므로, 리드선의 신뢰성이 향상된다. 또한, 자기식 인코더의 고정체의 내주측에 노치를 형성하면, 간단한 가공으로, 자기식 인코더의 정밀도를 열화시키지 않고 전자 브레이크의 리드선을 통과시키는 것이 가능해진다.

또한, 리드 구멍 및 노치부는 고정체의 중심과 자계 검출 소자를 연결하는 선상에 배치하면, 리드 구멍 혹은 노치부를 형성함에 따른 자기식 인코더의 정밀도 열화를 작게 할 수 있다.

또한, 리드 구멍을 고정체의 내주측에 배치하면, 리드 구멍을 형성함에 의한 자기식 인코더의 정밀도 열화를 더욱 작게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 자기식 인코더 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 2는 신호 처리 회로의 블록도이다.

도 3은 자계 검출 소자의 출력을 도시하는 설명도이다.

도 4는 신호 처리 회로의 출력을 도시하는 설명도이다.

도 5는 검출 각도 오차를 도시하는 설명도이다.

도 6은 와전류의 발생을 설명하는 모식도이다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예의 자기식 인코더 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 중공 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 9는 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 중공 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 중공 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 11은 도 10의 B-B’단면도이다.

도 12는 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 중공 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 13은 도 12의 C-C’단면도이다.

도 14는 리드 구멍의 위치에 의한 자속 분포에의 영향을 도시하는 자속선도이다.

도 15는 리드 구멍의 위치와 각도 오차의 관계를 도시하는 그래프이다.

도 16은 본 발명의 제8 실시예를 나타내는 자기식 인코더의 단면도이다.

도 17은 종래의 자기식 인코더 장치의 사시도이다.

이하, 본 발명의 구체적 실시예에 대해서, 도면에 의거해 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명의 자기식 인코더 장치의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 1에서, 11은 자성체로 이루어지는 링 형상의 회전체, 12는 회전체(11)의 내주측에 내접시켜 고정한 링 형상으로 형성된 영구 자석으로, 회전체(11)의 중심축과 수직 방향의 일방향에 평행하게 자화되어 있다. 13은 중공부를 갖는 자성체 로 이루어지고, 원 형상의 외주를 갖는 고정체이다. 또한 14는 자계 검출 소자로 영구 자석(12)의 내주측과 공극부를 통해 대향하도록 고정체(13)의 외주측에 고정되어 있다. 이 구성에 의해 고정체(13)의 중심부, 즉 자기식 인코더 장치의 중심부를 중공으로 할 수 있다.

구체적인 구성의 일례를 들면 다음과 같이 된다.

회전체(11)는 외측 직경 50㎜, 중공 직경 20㎜인 자성체(SS41). 영구 자석(12)은 외측 직경 40㎜의 평행 이방성을 갖는 SmCo계의 링 형상 자석. 고정체(13)의 재질은 S45C. 자계 검출 소자(14)는 홀 소자이다.

다음에 본 발명의 자기식 인코더 장치의 동작에 대해서 기술한다.

회전체(11)가 회전하면, 영구 자석(12)도 회전하고, 영구 자석(12)의 자계의 변화에 의해, 자계 검출 소자(14)로부터 회전체(11)의 1회전에 대해 1사이클의 정현파 형상의 신호가 출력된다.

도 2는 신호 처리 회로의 블록도로, 자계 검출 소자(14)로부터의 신호를 처리하여 각도 신호(θ)로 변환한다. 도 2에서, 151, 152는 차동 증폭기, 153은 각도 연산 회로이다. 서로 180도 대향 위치에 배치된 A1상 검출 소자(141) 및 A2상 검출 소자(143)로부터의 각각의 검출 신호(Va1) 및 (Va2)가 차동 증폭기(151)에 입력되고, 양 신호의 차동 신호인 A상 신호(Va)가 얻어진다. 마찬가지로, 서로 180도 대향 위치에 배치된 B1상 검출 소자(142) 및 B2상 검출 소자(144)로부터의 각각의 검출 신호(Vb1) 및 (Vb2)가 차동 증폭기(152)에 입력되어, 양 신호의 차동 신호인 B상 신호(Vb)가 얻어진다.

도 3은 자계 검출 소자의 출력을 도시하는 설명도로, A상 신호(Va)와 B상 신호(Vb)의 파형도를 도시한다. A상 신호(Va)와 B상 신호(Vb)는 각각에 대응한 검출 소자의 배치로부터 90도 위상이 다른 신호로 된다.

A상 신호(Va)와 B상 신호(Vb)는 각도 연산 회로(153)에 입력되고, arctan(Va/Vb)의 연산 처리에 의해 각도 신호(θ)가 얻어진다.

다음에 본 발명의 자기식 인코더 장치의 특성에 대해서 기술한다.

본 발명의 자기식 인코더 장치와 기준 인코더 장치(분해능 105만 PPR)를 결합하고, 외부에서 회전시켜, 본 발명의 자기식 인코더 장치의 검출 각도와 기준 인코더의 검출 각도를 측정하여 비교 평가했다.

도 4는 본 발명의 신호 처리 회로의 출력을 도시하는 설명도로, 회전체(11)가 회전했을 때의, 신호 처리 회로(15)의 각도 출력을 도시한다. 또한 도 5는 본 발명의 검출 각도 오차를 도시하는 설명도로, 기준 인코더와의 각도 오차를 도시한다. 도 5에서 각도 오차 0.08도, 정밀도 12비트의 고 정밀도의 성능을 가지는 것을 알았다.

또한, 본 실시예에서, 영구 자석(12)은 SmCo계 자석으로 설명했는데, 본 발명은, 자석의 재질에 상관없이, NeFeB계 자석, 본드 자석이나 페라이트 자석에서도 동일한 효과가 있다. 또한, 회전체(11), 고정체(13)의 재질은 각각 자성체(SS41, S45C)로 설명했는데, 다른 자성체여도 된다. 또한, 고정체(13)의 중공부의 형상은 원 형상이 아니어도 된다. 또한, 자계 검출 소자(14)는 홀 소자로 설명했는데, 자기 저항 소자를 사용해도 동일한 효과가 얻어진다.

실시예 2

본 실시예에서는 고정체(13)를 제1 실시예에서 이용한 기계 구조재(S45C) 등에 의한 자성 블록재에서 소결 연자성체로 대신했다.

소결 연자성체는 직경 몇십 ㎛의 미세한 철분을 몇백 ㎚의 두께를 가지는 절연 피막으로 코팅하고, 바인더로 굳혀 성형 가공한 것이다. 이 때문에 분말 간은 전기적으로 절연되어 있다.

여기서, 와전류가 발생하는 현상과 와전류가 정밀도에 주는 영향에 대해서 설명한다.

도 6은 와전류의 발생을 설명하는 모식도이다.

도 6에 도시하는 바와 같이 영구 자석(12)에 의한 회전 자계는 자기 회로를 구성하는 고정체(13)를 통과한다. 회전체(11)에 고착된 영구 자석(12)이 회전하면, 고정체(13) 내의 자속 변화를 제거하는 방향으로, 고정체 표면 근방 내측에 와전류가 발생한다. 와전류의 크기는 고정체에 유입되는 자속, 고정체의 반경, 회전 속도 및 고정체의 전기 전도도의 곱에 비례한다. 또한 정방향으로 혹은 반대 방향으로 어느 쪽으로 회전해도, 와전류는 회전 자계보다 위상이 늦고, 고정체에 유입하는 자속을 감소시켜, 인코더 정밀도를 열화시킨다.

즉, 고정체(13)에 기계 구조재(S45C) 등에 의한 자성 블록재를 이용하면, 회전 자계가 와전류의 영향을 받아, 검출 신호의 위상이 변화하는 동시에 출력 전압을 저하시킨다. 또한, 그 영향이 회전수와 함께 증가하는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서는 고정체(13)에 소결 연자성체를 이용하고 있고, 소결 연자성 체의 연자성 분말사이는 전기적으로 절연되어 있으므로, 인코더 정밀도에 영향을 미치는 와전류는 발생하지 않는다.

회전 속도를 파라미터로 하여, 5000min^-1까지 와전류에 기인하는 각도 오차를 측정했는데, 측정 오차 이하였다.

실시예 3

도 7(a)는 본 발명의 제3 실시예인 자기식 인코더 장치의 구조를 도시하는 단면도,

도 7(b)는 도 7(a)의 A-A’단면도이다.

본 실시예가 제1 실시예와 다른 점은, 제1 실시예에서는 고정체(13)에 S45C를 이용했지만, 본 실시예에서는 고정체(13)를 절연체로 표면 코팅한 박판의 연자성체인 규소 강판을 적층하여 구성한 점이고, 그 밖의 구성은 제1 실시예와 동일하다.

실시예 4

도 8은 본 발명의 제4 실시예를 나타내는 중공의 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도 8에서 10은 자기식 인코더, 20은 모터, 30은 전자 브레이크이다. 모터(20)는, 스테이터 요크(211) 및 전기자 권선(212)으로 이루어지는 스테이터(21)와, 모터 계자 영구 자석(221) 및 로터 요크(222)로 이루어지는 로터(22)로 구성되어 있다. 또한, 전자 브레이크(30)는 필드(31), 아마츄어(32), 용수철(33), 브레이크 마찰판(34) 및 브레이크 디스크(35)로 구성되고, 필드(31)는 브레이크 요크(311) 및 브레이크 코일(312)로 구성되어 있다. 또한, 아마츄어(32)는 축 방향으로 이동 가능한 구성으로 되어 있다.

또한, 자기식 인코더(10)의 회전체(11)는 모터(20)의 로터(22)에 비자성의 결합 부재(60)로 결합되어 있어, 로터(22)의 회전 위치를 검출한다. 또한, 자기식 인코더(10)의 고정체(13)는 전자 브레이크(30)의 브레이크 요크(311)의 일부를 겸용하고 있다. 자기식 인코더(10)의 구성에 대해서는, 전자 브레이크(30)의 브레이크 요크(311)의 일부가 자기식 인코더(10)의 고정체(13)를 겸하고 있는 것을 제외하면 제1 실시예와 동일하다.

여기서 전자 브레이크의 동작에 대해서 설명한다.

전자 브레이크(30)가 통전되지 않을 때는, 용수철(33)은 아마츄어(32)를 누르고, 브레이크 마찰판(34)을 통해, 스플라인에 의해서 축 방향으로 이동 가능한 브레이크 디스크(35)를 액츄에이터부 고정체(50)에 가압하기 때문에 로터(22)는 회전할 수 없다. 그러나, 전자 브레이크(30)에 통전하면 필드(31)와 아마츄어(32) 사이에 전자력이 작용하고, 아마츄어(32)는 브레이크 요크(311)측에 흡인된다. 이에 따라, 브레이크 마찰판(34)이 자유롭게 되어, 모터(20)의 로터(22)는 자유롭게 회전할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 전자 브레이크의 브레이크 요크의 일부를 자기식 인코더의 고정체로서 이용하여, 일체 형성하고 있다.

실시예 5

도 9는 본 발명의 제5 실시예를 나타내는 중공의 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도이다.

도면에서 13은 고정체로, 브레이크 요크(311)에 끼워지도록 형성되어 있다. 본 실시예가 제4 실시예와 다른 점은 제4 실시예에서는 자기식 인코더의 고정체(13)가 브레이크 요크(311)와 일체 형성되어 있는데 대해, 본 실시예에서는 브레이크 요크(311)에 끼워지도록 형성되어 있는 점이다. 일예로서, 고정체(13)의 재질에는 연자성의 소결재를, 또한 브레이크 요크(311)의 재질에는 S10C를 이용할 수 있다.

실시예 6

도 10은 본 발명의 제6 실시예를 나타내는 중공의 액츄에이터 구조를 도시하는 단면도, 도 11은 도 10의 B-B’단면도이다.

도면에서 16은 자기 실드이다.

본 실시예가 제4 실시예와 다른 점은 자기 실드(16)를 설치한 점이다.

자기 실드의 재질로는, 예를 들면 SS재를 이용할 수 있다.

자기 실드를 설치하면, 전기자 권선(212) 및 브레이크 코일(312)로부터의 자계 노이즈를 차단할 수 있고, 자기식 인코더와 모터 및 전자 브레이크간의 거리를 짧게 할 수 있다는 효과도 있다.

실시예 7

도 12는 본 발명의 제7 실시예를 나타내는 중공의 액츄에이터의 구조를 도시하는 단면도, 도 13은 도 12의 C-C’단면도이다.

도면에서 131은 자기식 인코더의 고정체(13)에 형성한 리드 구멍이고, 313은 전자 브레이크의 전원 리드이다. 이 리드 구멍(131)에 전자 브레이크의 브레이크 전원 리드(313)가 통해 있다. 리드 구멍은 원 형상으로 하고, 리드 구멍(131)의 위치는 고정체(13)의 중심과 자계 검출 소자(14)를 연결하는 선상에서, 고정체(13)의 내주측에 배치되어 있다.

또한, 리드 구멍은 1개소여도 되고, 각 자계 검출 소자의 자속 분포가 균형이 잡히도록 다수 개소에 형성해도 된다. 단, 리드 구멍을 다수 개소에 형성한 경우라도 1개소의 리드 구멍에 왕복 2개의 전원 리드를 통과시킨 쪽이 좋다. 리드 구멍 내의 2개의 전원 리드의 전류 방향은 서로 반대 방향이 되므로 자계의 발생이 억제되어, 브레이크 코일에 흐르는 전류가 자계 검출 소자에 영향을 주는 것을 막을 수 있다.

본 실시예가 제4 실시예와 다른 점은 자기식 인코더 장치(10)의 고정체(13)에 전자 브레이크(30)의 전원 리드(313)를 통과시키는 리드 구멍(131)을 형성한 점이다.

여기서, 리드 구멍이 각도 검출 신호에 미치는 영향에 대해서 설명한다.

고정체(13)에 리드 구멍을 형성함으로써, 리드 구멍 근방의 자기 저항이 높아져, 고정체 내부의 자기 저항이 균일하게 없어진다. 이 때문에, 자계 검출 소자(14)로 검출하는 자속 밀도 및 자계 검출 파형이 영향을 받아, 인코더의 정밀도가 열화된다. 리드 구멍을 형성해도, 자기 저항의 불균일성을 무시할 수 있을 정도로 고정체의 단면을 크게 할 수 있으면 인코더의 정밀도는 열화되지 않지만, 고정체의 중공부는 될 수 있는 한 크게 할 필요가 있고, 또한 전자 브레이크의 전자 흡인력을 크게 하기 위해서는 코일선 직경도 크게 할 필요가 있으므로 리드 구멍도 크게 하지 않을 수 없다. 이 때문에 현실적으로는 리드 구멍을 형성함에 의한 자기 저항의 불균일성을 피할 수 없다. 여기서, 유한(有限) 요소법을 이용한 자계 해석에 의해 인코더 정밀도를 열화시키지 않는 리드 구멍의 설치 위치를 검토했다.

도 14는 리드 구멍의 위치에 의한 자속 분포에의 영향을 도시하는 자속선도이다. 고정체(13)와 자계 검출 소자(14)를 연결하는 선의 각도를 0도로 하고, 리드 구멍이 없는 경우, 리드 구멍의 위치 각도가 0도 및 45도일 때의 자속 분포를 도시한다. 또한, 도 15는 리드 구멍의 위치와 각도 오차의 관계를 도시하는 그래프이다. 리드 구멍이 없는 경우에 비해, 리드 구멍 위치가 0도, 45도일 때의 각도 오차는 각각 1.5배, 4.0배로 되었다. 즉 리드 구멍은 고정체(13)의 중심과 자계 검출 소자를 연결하는 선상에 배치하면 정밀도의 열화가 작아지는 것을 알았다. 또한 구멍 직경이 작을수록, 또한 고정체의 내주측에 배치할수록 정밀도 열화는 더욱 작아지는 것을 알았다. 또한, 리드 구멍의 형상은 단면적이 같으면, 원주 방향으로 가늘고 긴 쪽이 정밀도 열화가 작아지는 것을 알았다.

실시예 8

도 16은 본 발명의 제8 실시예를 도시하는 자기식 인코더의 단면도이다.

도 16에서 133은 고정체(13)에 구비된 전자 브레이크의 브레이크 전원의 리드선(313)을 통과하기 위한 노치부이다. 노치는 고정체(13)의 중심과 자계 검출 소자(14)를 연결하는 선 상에 배치되어 있다. 노치의 형상은 직사각형으로 했다. 본 실시예가 제8 실시예와 다른 점은, 리드 구멍을 고정체 내에 형성하는 대신에, 고정체(13)의 내주부에 노치부(132)를 형성한 것이다.

다음에 리드 구멍의 검출 정밀도에의 영향의 측정 결과에 대해서 기술한다.

본 발명의 자기식 인코더 장치와 기준 인코더 장치(분해능 105만 PPR)를 결합하고, 외부로부터 회전시켜, 본 발명의 자기식 인코더 장치의 검출 각도와 기준 인코더의 검출 각도를 측정하여 비교 평가했다.

리드 구멍을 형성함에 의한 정밀도 열화는 실시예 7에서는 0.12도, 실시예 8에서는 0.09도로 되어, 작은 것을 알았다.

본 발명의 자기식 인코더 장치는, 소형, 박형, 저 비용으로 중공 구조의 인코더 장치를 실현할 수 있으므로, 로봇 등에 이용되는 중공 액츄에이터의 회전 각도를 검출하는 자기식 인코더 장치로서 적용할 수 있다. 또한, 본 발명의 자기식 인코더 장치를 구비한 액츄에이터는 반도체 제조 장치에 이용하는 액츄에이터로서 적용할 수 있다.

Claims (14)

1. 회전체에 고정된 영구 자석과 상기 영구 자석에 공극을 통해 대향하여 고정체에 부착된 자계 검출 소자를 구비한 자기식 인코더와, 상기 자계 검출 소자로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 자기식 인코더 장치로서,

   상기 회전체는 링 형상으로 하고,

   상기 영구 자석은 링 형상으로 형성된 것을 상기 회전체의 내주측에 내접시켜 고정하고,

   또한 상기 회전체의 중심축과 수직 방향의 일방향에 평행하게 자화된 것으로 하고,

   상기 고정체는 외주가 원 형상이고 중공부를 갖는 것을 상기 영구 자석의 내주측에 공극을 통해 배치하고,

   상기 자계 검출 소자는, 상기 고정체의 외주부에 상기 영구 자석과 공극을 통해 배치되어 있는 자기식 인코더 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 영구 자석은 평행 이방성을 가지고 2극으로 자화된, 자기식 인코더 장치.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 회전체는 자성체로 이루어지는, 자기식 인코더 장치.
4. 청구항 1 내지 3중 어느 1항에 있어서, 상기 고정체는 자성체로 이루어지는, 자기식 인코더 장치.
5. 청구항 4에 있어서, 상기 자성체는 연자성 분말인 소결재로 구성되어 있는, 자기식 인코더 장치.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 자성체는 연자성체를 적층하여 구성되어 있는, 자기식 인코더 장치.
7. 전자(電磁) 모터와 전자 브레이크를 구비한 중공부를 갖는 액츄에이터로서,

   청구항 1에 기재된 자기식 인코더를 구비한, 액츄에이터.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 자기식 인코더의 고정체는 상기 전자 브레이크의 자기 요크의 일부를 겸용한, 액츄에이터.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 자기식 인코더의 고정체는 상기 전자 브레이크의 자기 요크와 끼움 구조를 갖는, 액츄에이터.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 전자 모터 및 상기 전자 브레이크와 상기 자기식 인코더 사이에 자기 실드를 배치한, 액츄에이터.
11. 청구항 7에 있어서, 상기 전자 브레이크의 전원 리드를 통과하는 리드 구멍이 상기 자기식 인코더의 고정체에 형성된, 액츄에이터.
12. 청구항 7에 있어서, 상기 전자 브레이크의 전원 리드를 통과하는 노치부를 상기 자기식 인코더의 고정체의 내주측에 형성한, 액츄에이터.
13. 청구항 11 또는 12에 있어서, 상기 리드 구멍 및 상기 노치부가 상기 고정체의 중심과 상기 고정체에 부착된 자계 검출 소자를 연결하는 선 상에 배치된, 액츄에이터.
14. 청구항 11에 있어서, 상기 리드 구멍은 상기 고정체의 내주측에 배치된, 액츄에이터.

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