KR20070029700A - 자기식 엔코더 장치 - Google Patents

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KR20070029700A
KR20070029700A KR1020067023124A KR20067023124A KR20070029700A KR 20070029700 A KR20070029700 A KR 20070029700A KR 1020067023124 A KR1020067023124 A KR 1020067023124A KR 20067023124 A KR20067023124 A KR 20067023124A KR 20070029700 A KR20070029700 A KR 20070029700A
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rotation
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KR1020067023124A
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코지 우에무라
유지 아리나가
타케후미 카바시마
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가부시키가이샤 야스카와덴키
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Abstract

1회전 이내의 각도 검출과 다회전양을 검출할 수 있는 소형으로 소비 전력이 작은 자기식 엔코더 장치를 얻는다.
본 발명의 자기식 엔코더 장치는, 회전체(1)의 회전축에 대해서 수직 방향의 일방향으로 자화되고 회전체(1)에 고정된 영구자석(2)과, 영구자석(2)에 공극을 개재하여 대향하고 고정체(3)에 장착된 자계 검출 소자(4)와, 자계 검출 소자(4)로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로(5)로 이루어진 되는 것으로, 이것에 다회전용 자계 검출 소자(6)와, 이 다회전용 자계 검출 소자(6)의 신호로부터 다회전양을 검출하는 다회전 신호 처리 회로(7)로 이루어지는 다회전 검출 수단을 부가한 것이다.
각도 검출, 다회전양, 자기식, 엔코더, 회전체, 회전축, 영구자석, 고정체, 신호 처리,

Description

자기식 엔코더 장치{MAGNETIC ENCODER DEVICE}
본 발명은 산업용 로보트, NC 공작기계 등에 이용되는 모터의 회전 위치를 검출하는 자기식 엔코더 장치에 관한 것으로, 특히, 1회전 이내 각도의 절대위치 검출에 부가하여 다회전양을 검출하는 자기식 엔코더(encoder) 장치에 관한 것이다.　
종래, 회전체의 회전축에 대해서 수직 방향의 일방향으로 자화되고 회전체에 고정된 영구자석의 자계를 자계 검출 소자로 검출하고, 1회전 이내의 각도를 검출하는 자기식 엔코더 장치가 개시되어 있다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
도 8은 종래의 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 8에 있어서, (1)은 회전체, (2)는 회전체(1)의 단부에 고정된 원판 형상의 자기발생체를 구성하는 영구자석으로 영구자석(2)은 회전체(1)의 축 방향에 대해서 수직인 일방향으로 자화되어 있다. (3)은 영구자석(2)의 외주측에 설치된 링(ring) 형상의 고정체, (4)는 회전체(1)의 회전 중심에 대해 동심원 형상으로 하여 설치되고, 한편, 고정체(3)의 둘레 방향에 배치된 자계 검출 소자로서, 4개의 자계 검출 소자(41, 42, 43, 44)로 구성되어 있다. 이러한 자계 검출 소자(4)는, 영구자석(2)의 외주면에 대해서 공극을 개재하여 대향하고, 한편, 서로 전기각(電 氣角)으로 90° 위상을 비켜 놓아 A1상 검출 소자(41)와 B1상 검출 소자(42)를 설치하고, 또한 A1상 검출 소자(41)에 대해서 전기각으로 180° 위상을 비켜 놓아 A2상 검출 소자(43)를 설치하고, B1상 검출 소자(42)에 대해서 전기각으로 180° 위상을 비켜 놓아 B2상 검출 소자(44)를 설치하고 있다.
또, 도 9는 신호 처리 회로의 블록도이다.
도 9에 있어서, (5)는 신호 처리 회로로 차동증폭기(51, 52) 및 각도 연산 회로(53)로 구성된다.
다음에, 동작에 대해서 설명한다.
회전체(1)가 회전하면, 회전체(1)에 고정된 영구자석(2)이 회전한다. 자계 검출 소자(4)는 영구자석(2)의 발생하는 자계를 검출하고, 회전각에 대해서 1회전에 1주기의 정현파 형상의 신호를 출력한다. 또, 이와 같이 1회전에 1주기의 신호를 출력하는 엔코더를 1X형 엔코더라고 부른다.
차동증폭기(51)는 A1상 검출 소자(41)로부터의 검출 신호인 A1신호(Va1)와 A2상 검출 소자(43)로부터의 검출 신호인 A2신호(Va2)의 입력을 받아 양쪽 신호의 차동신호 Va를 출력한다. 또, 차동증폭기(52)는 B1상 검출 소자(42)로부터의 검출 신호인 B1신호(Vb1)와 B2상 검출 소자(44)로부터의 검출 신호인 B2신호(Vb2)의 입력을 받아 양쪽 신호의 차동신호 Vb를 출력한다. 차동신호 Va와 Vb는 서로 90° 위상이 다른 신호로 된다. 각도 연산 회로(53)는 차동신호 Va와 Vb로부터 arctan(Va/Vb)의 연산을 하여 회전 각도를 연산한다.
이와 같이, 종래의 1X형 엔코더는 일방향으로 자화된 영구자석이 발하는 자 계를 자계 검출 소자에 의해 검출하여 신호 처리 회로에 의해 각도 연산을 하고 1회전 이내 각도를 검출하고 있었다.
<특허 문헌 1> 특원평 10-541482호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
종래의 1X형 엔코더는 다회전양을 검출하는 수단을 가지지 않고 1회전 이내의 각도만을 검출하고 있었다. 다회전양을 검출하기 위해 종래의 1X형 엔코더의 신호 처리 회로에 다회전 검출 회로를 부가하고, 자계 검출 소자(4)로부터의 신호를 이 다회전 검출 회로에 입력하는 것에 의해 다회전양을 검출하는 것은 가능하다. 그러나, 순간 정전 등의 외부 전원 차단시에 있어서도 다회전양의 정보를 계속 가지기 위해서는 배터리 등의 백업(backup) 전원 공급원을 이용하여 자계 검출 소자(4) 및 부가한 다회전 검출 회로에 연속하여 통전할 필요가 있다. 이 때의 소비 전력은 극히 낮은 것이 요구되고 고정밀도의 1회전 이내 각도 신호를 얻는데는 자계 검출 소자(4)에 적정한 전류를 흘릴 필요가 있어 전력 절약화는 곤란하다. 따라서, 백업 전원 공급원으로서 배터리를 이용하는 경우 배터리 교환을 빈번하게 할 필요가 있고, 유지 보수 등에 의해 반복 배터리 전원만으로 장시간의 연속 운전을 요구하는 기계 장치에의 적용이 어렵고 자기식 엔코더 장치의 적용 범위를 좁힌다고 하는 문제가 있었다.
또, 백업 전원 공급원을 이용하지 않고 다회전양을 유지하여 검출하는 방법으로서 기어(gear) 등의 기계적인 수단을 더 부가하는 것도 생각되지만, 대형화함과 기계적인 접촉부를 가지기 때문에 자기 엔코더 장치의 수명을 줄인다고 하는 문제나 기계적 마모에 의한 신뢰성의 문제가 있었다.
또한, 외부 로터형(outer rotor type)의 모터에 대해서는 기어 등의 기계적인 수단을 이용한 소형의 감속 기구를 적용하는 것은 어렵다고 하는 문제도 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로 낮은 소비 전력으로 다회전양을 검출할 수 있고, 또, 배터리 전원만으로 장시간의 연속 운전이 가능하고, 또한 외부 로터형의 모터에 대해서도 다회전양을 검출할 수 있는 소형, 박형으로 긴 수명의 자기식 엔코더 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
상기 문제를 해결하기 위한 본 발명의 자기식 엔코더 장치는 다음과 같이 구성한 것이다.
　청구항 1에 기재의 발명은, 회전체의 회전축에 대해서 수직 방향의 일방향으로 자화되고 상기 회전체에 고정된 영구자석과, 상기 영구자석에 공극을 개재하여 대향하여 고정체에 장착된 자계 검출 소자와, 상기 자계 검출 소자로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 자기식 엔코더 장치에 있어서, 상기 자계 검출 소자는, 1회전 이내의 각도를 검출하는 적어도 2개의 1회전용 자계 검출 소자와, 다회전양을 검출하는 적어도 2개의 다회전용 자계 검출 소자를 구비하고, 상기 신호 처리 회로는, 1회전용 자계 검출 소자의 검출 신호로부터 1회전 이내 각도 신호를 생성하는 1회전 신호 처리 회로와, 다회전용 자계 검출 소자의 검출 신호로부터 다회전 신호를 생성하는 다회전 신호 처리 회로를 구비한 것이다.
또, 청구항 2에 기재의 발명은, 상기 회전체 및 영구자석은 링 형상을 이루고, 상기 영구자석의 주위에 링 형상의 자기 요크가 형성되고, 상기 고정체는 상기 회전체의 내측에 배치한 것이다.
또, 청구항 3에 기재의 발명은, 상기 고정체는 링 형상을 이루고, 강자성체로 구성한 것이다.
또, 청구항 4에 기재의 발명은, 상기 다회전용 자계 검출 소자를, 자기저항 소자 또는 홀(Hall) 소자로 한 것이다.
또, 청구항 5에 기재의 발명은, 상기 다회전용 자계 검출 소자를 상기 영구자석의 둘레 방향에 배치한 것이다.
또, 청구항 6에 기재의 발명은, 상기 다회전용 자계 검출 소자를 상기 회전체의 축 방향으로 공극을 개재하여 상기 영구자석의 측면에 배치한 것이다.
<발명의 효과>
청구항 1에 기재의 발명에 의하면, 1회전용 자계 검출 소자와 1회전 신호 처리 회로로 구성되는 1회전 이내 각도 검출 수단과는 별도로 다회전용 자계 검출 소자와 다회전 신호 처리 회로로 구성되는 다회전 검출 수단을 부가하였으므로, 외부 전원 차단시에는, 다회전 검출 수단에만 백업 전원 공급원을 공급하면 되기 때문에, 매우 작은 전력으로 다회전양을 검출할 수 있고, 백업 전원 공급원으로서 사용하는 배터리 등을 빈번하게 교환하지 않아도 되기 때문에, 장시간의 연속 운전이 가능하게 된다.
또, 청구항 2에 기재의 발명에 의하면, 회전체 및 영구자석은 링 형상으로 하고, 고정체를 회전체의 내측에 배치하였으므로 외부 로터형의 모터에 대해서 매우 작은 전력으로 다회전양을 검출할 수 있다.
또, 청구항 3에 기재의 발명에 의하면, 회전체의 내측에 배치한 고정체를 링 형상으로 하였으므로, 다회전양을 검출할 수 있는 중공의 자기식 엔코더 장치를 구성할 수 있다.
또, 청구항 4에 기재의 발명에 의하면, 다회전용 자계 검출 소자에 소형으로 소비 전력이 작은 자기저항 소자 또는 홀 소자를 이용함으로써, 다회전 기능이 부가되어도 대폭적인 외형 치수의 증가는 생기지 않는다. 따라서, 이미 종래 기술이 적용되고 있는 장치에 다회전 기능이 부가되어도 외형상 장치에의 적용이 제한되는 일이 없다. 또, 기계적인 접촉 부분을 가지지 않기 때문에 긴 수명으로 신뢰성이 높은 자기식 엔코더 장치가 실현될 수 있다.
또, 청구항 5에 기재의 발명에 의하면, 다회전용 자계 검출 소자를 1회전용 자계 검출 소자가 배치되어 있는 영구자석의 외주부의 나머지의 공간에 배치하였으므로, 박형으로 구성할 수가 있고, 직경 방향의 두께도 얇게 구성할 수 있다.
또, 청구항 6에 기재의 발명에 의하면, 회전체(1)와는 반대측의 영구자석(2)의 측면에 배치하였으므로, 모터가 회전체와 직결될 경우, 모터로부터의 복사열을 직접 받는 일이 없고 작은 소비 전류에서도 안정된 신뢰성이 높은 검출을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 자기식 엔코더 장치의 다회전 신호 처리 회로의 블록도이다.
도 3은 다회전 신호와 1회전 이내 각도 신호와의 관계를 나타내는 동작 설명도이다.
도 4는 본 발명의 제2의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제3의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제4의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제5의 실시예의 고정체부의 구성을 나타내는 도이다.
도 8은 종래의 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 9는 종래의 자기식 엔코더 장치의 신호 처리 회로의 블록도이다.
<부호의 설명>
1, 1′ 회전체
2　　 영구자석
2′　 자계 발생 로터
21　 링 형상 영구자석
22　 링 형상 자기 요크
3, 3′　 고정체
31　 링 형상 고정체
32　 소자 홀더
4　　 자계 검출 소자, 1회전용 자계 검출 소자
41　　 A1상 검출 소자
42　　 B1상 검출 소자
43　　 A2상 검출 소자
44　　 B2상 검출 소자
5　　 신호 처리 회로, 1회전 신호 처리 회로
51, 52　 차동증폭기
53　　 각도 연산 회로
6　　 다회전용 자계 검출 소자
61　　 Am상 검출 소자
62　　 Bm상 검출 소자
7　　 다회전 신호 처리 회로
71, 72　 증폭기
73　　 카운터(counter)
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해서 도를 참조하여 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 1에 있어서, (1)은 회전체, (2)는 영구자석, (3)은 고정체, (4)는 1회전용 자계검소자, (5)는 1회전 신호 처리 회로, (6)은 다회전용 자계 검출 소자, (7)은 다회전 신호 처리 회로이다. 회전체(1), 영구자석(2), 고정체(3), 1회전용 자계 검출 소자(4), 1회전 신호 처리 회로(5)의 구성에 대해서는 종래 기술과 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
또, 본 실시예에서는 영구자석(2)은 페라이트계 자석으로 형성하고, 회전체(1)의 축에 대해 수직 방향의 일방향으로 평행으로 자화한 2극의 구성으로 되어 있다. 영구자석(2)의 크기는 직경이 3mm이고, 두께가 1mm 이다.
다회전용 자계 검출 소자(6)은 Am상 검출 소자(61)와 Bm상 검출 소자(62)의 2개의 자기저항 소자로 이루어지고, 원판 형상의 영구자석(2)의 외주면에 공극을 개재하여 배치되고, 한편 서로 전기각으로 대략 90° 위상을 비켜 놓아 설치하고 있다.
이 Am상과 Bm상은 회전 방향을 결정하는 것이기 때문에, Vam 신호, Vbm 신호의 채터링(chattering) 등에 의한 양쪽 신호의 발생 순서에 영향이 없는 범위의 위상각에서 좋고, Am상 검출 소자(61)와 Bm상 검출 소자(62) 사이의 위치는 전기각으로 10°∼170°이 되는 위치에서도 좋다.
다회전 신호 처리 회로(7)는 다회전용 자계 검출 소자(6)로부터 검출되는 Am 상 신호 및 Bm상 신호를 처리하여 다회전 신호를 생성한다.
도 2는 다회전 신호 처리 회로(7)의 블록도이다.
도 2에 있어서, (71, 72)는 증폭기, (73)은 카운터(counter)이다.
본 발명이 종래 기술과 다른 점은 다회전용 자계 검출 소자(6)와 다회전 신호 처리 회로(7)를 구비한 점이다.
다음에 본 발명의 제1의 실시예의 동작에 대해서 설명한다.
1회전 이내의 각도의 검출에 대해서는 종래 기술과 마찬가지이므로 다회전양의 검출에 대해서만 설명한다.
회전체(1)의 회전에 수반하여 영구자석(2)이 회전하면 공극부의 자속밀도가 변화한다. 이 자속밀도의 변화를 다회전 자계 검출 소자(6)로 검출하고 다회전 신호 처리 회로(7)에 입력한다. 다회전용 자계 검출 소자(6)의 Am상 검출 소자(61)로 검출한 신호는 증폭기(71)로 증폭되어 신호 Vam이 되고 카운터(73)에 입력된다. 또, Bm상 검출 소자(62)로 검출한 신호는 증폭기(72)로 증폭되어 신호 Vbm이 되고 마찬가지로 카운터(73)에 입력된다. 카운터(73)는 Vam, Vbm을 카운트함으로써 다회전 신호를 생성한다.
도 3은 다회전 신호와 1회전 이내 각도 신호와의 관계를 나타내는 동작 설명도이다.
도 3에 있어서, 1회전 이내 각도 신호는 이 신호의 분해능을 dn이라고 하면, 회전체 1회전에 대해서 0으로부터 (dn-1)까지 변화하는 각도 신호로 된다. 어느 검출점에 있어서의 다회전양을 포함한 각도 신호는, 다회전 신호가 변화했을 때의 1 회전 이내 각도 신호의 데이터 dc를 미리 기억해 두고, 검출점에 있어서의 1회전 이내 각도 신호의 데이터 d가 dc보다 큰 경우는 ｛(d-dc)/ dn｝를 다회전 신호 k에 플러스(plus)함으로써 얻어지고, d가 dc보다 작은 경우는 ｛(d＋dn-dc)/dn｝를 다회전 신호 k에 플러스함으로써 얻어진다.
순간 정전 등에 의해 외부 전원이 차단될 경우는, 다회전 자계 검출 소자(6) 및 다회전 신호 처리 회로(7)는 배터리에 의해 전원이 공급되고, 다회전양 데이터를 보유함과 이울러 계속해서 다회전양을 검출한다. 다회전양의 검출은 1회전 이내 각도 신호에 비해 높은 검출 정밀도를 요구하지 않기 때문에 작은 전력으로 검출할 수 있다. 또, 이때 자계 검출 소자(4) 및 신호 처리 회로(5)에는 전원이 공급되지 않고, 1회전 이내 각도 신호는 검출할 수 없지만, 1X형 엔코더에서는, 1회전 이내 각도 신호에 대해서는, 순간 정전 등에 의해 외부 전원이 차단되어도 전원 복귀후에 1회전용 자계 검출 소자(4) 검출 신호로부터 재생할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는 1회전용 자계 검출 소자(4)와 1회전 신호 처리 회로(5)로 구성되는 1회전 이내 각도 검출 수단과는 별도로 다회전용 자계 검출 소자(6)와 다회전 신호 처리 회로(7)로 구성되는 다회전 검출 수단을 부가하고, 외부 전원 차단시는 소비 전력이 작은 다회전 검출 수단에만 백업 전원 공급원을 공급함으로써 매우 작은 전력으로 다회전양을 검출할 수 있다. 본 실시예에서는 백업 전원 공급원의 소비 전력을 약 0.3mW로 할 수가 있었다. 이것은 종래의 자기식 엔코더 장치에 다회전 검출 회로를 부가하고, 자계 검출 소자의 신호를 공용함으로써 다회전양을 검출하는 경우의 소비 전력의 약 1/500이 된다.
또, 특별한 다회전 검출 기구를 추가하는 일이 없고, 다회전양을 검출하기 위한 자계 검출 소자로서 소형으로 소비 전력이 작은 다회전용 자기저항 소자(6)를 1회전용 자계 검출 소자(4)와 동일 원주상의 공극부에 배치하였으므로, 회전축의 축 방향, 및 직경 방향에의 치수 증가는 없고 소형인 구조를 유지할 수 있다.
따라서, 폭넓은 분야에 대해서 적용 가능한 자기식 엔코더 장치를 제공할 수가 있다.
또, 본 실시예에서는 영구자석에 페라이트계 자석을 이용하였지만, Sm-Co계 자석 혹은 Ne-Fe-B계 자석 또는 상기 각종 자석을 고분자 재료로 결합한 분산형 복합 자석에 의해 형성하여도 좋다.
또, 다회전 신호 처리 회로(7)에 증폭기(71, 72)를 이용하여 신호의 조정을 하고 있지만, 콤퍼레이터(comparator)를 이용하여도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 자명하다. 또, 콤퍼레이터를 다회전 신호 처리 회로(7)가 아니고 자계 검출 소자(6)의 근방에 두는 것도 가능하다. 이 경우, 콤퍼레이터의 출력 신호인 2치화 된 신호를 다회전 신호 처리 회로(7)에 보내기 때문에 내잡음성을 향상시킬 수가 있는 효과가 있다.
<실시예 2>
도 4는 본 발명의 제2의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
본 실시예가 제1의 실시예와 다른 부분은 제1의 실시예에서는 다회전용 자계 검출 소자(6)은 원판 형상의 영구자석(2)의 외주면에 공극을 개재하여 배치되어 있 는데 대해, 본 실시예에서는 영구자석(2)의 원판 형상의 평면에 공극을 개재하여 배치하고 있는 점이다. 또, 회전체(1)가 고정되어 있는 평면과는 반대측의 평면에 배치하였다.
다회전용 자계 검출 소자(6)은 Am상 검출 소자(61)와 Bm상 검출 소자(62)의 2개의 홀(Hall) 소자로 이루어지고, 회전체(1)의 회전 방향으로 서로 대략 90° 위상을 비켜 놓아, 도시하지 않는 고정 치구(治具)에 의해 고정체(3)에 고정되어 있다. 영구자석(2)의 표면과 다회전용 자계 검출 소자(6)의 갭(gap)은 약 1mm 정도이다.
또, 본 실시예의 동작에 대해서는 제1의 실시예와 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 다회전용 자계 검출 소자(6)를 회전체(1)와는 반대측의 영구자석(2)의 원판 상의 평면에 공극을 개재하여 배치하였으므로, 도시하지 않는 모터가 회전체(1)와 직결될 경우, 모터로부터의 복사열을 직접 받는 일이 없고 작은 소비 전류에서도 안정된 검출을 할 수 있다.
본 실시예에 있어서도 제1의 실시예와 마찬가지로 종래의 자기식 엔코더 장치의 신호 처리 회로에 다회전 검출 회로를 부가하고, 1회전 이내 자계 검출 소자의 신호를 공용함으로써 다회전양을 검출하는 경우와 비교하여 소비 전력을 약 1/500으로 할 수가 있어 백업 전원 공급원으로서 배터리를 사용할 경우 이 배터리의 교환 시간을 비약적으로 늘릴 수가 있다.
<실시예 3>
도 5는 본 발명의 제3의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
도 5에 있어서, (1′)은 회전체, (2′)는 자계 발생 로터, (3′)은 고정체이다. 또, (21)은 링 형상 영구자석, (22)는 링 형상 자석(21)의 외주에 배치되고 자성 재료로 구성된 링 형상 자기 요크이다. 자계 발생 로터(2′)는 링 형상 영구자석(21)과 링 형상 자기 요크(22)로 구성된다. (4)는 링 형상 영구자석(21)으로 공극을 개재하여 대향하고 고정체(3′)에 장착된 1회전 내의 위치를 검출하는 4개의 1회전용 자계 검출 소자, (5)는 자계 검출 소자(4)로부터의 신호를 처리하는 1회전 신호 처리 회로, (6)은 상기 링 형상 영구자석(2)에 공극을 개재하여 대향하고 고정체(3′)에 장착된 2개의 다회전용 자계 검출 소자이다.
링 형상 영구자석(21)은 페라이트계 자석으로 형성하고 회전체(1)의 축에 대해 수직 방향과 평행으로 일방향으로 자화한 2극의 구성으로 되어 있다. 또, 링 형상 자기 요크(22)는 탄소강 등의 강자성체로 구성되어 있다. 자계 발생 로터(22)는 자기저항을 감소시키고 1회전용 자계 검출 소자(4) 및 다회전용 자계 검출 소자(6)에 자계를 집중시키는 효과가 있어 이에 의해 자계 검출 소자의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 향상시킬 수가 있다. 또한, 외계의 자기 잡음을 차단하는 효과도 있다. 재질은 강자성체이면 좋고, 예를 들면 탄소강 등이다.
1회전용 자계 검출 소자(4)는 4개의 홀 효과 소자로 이루어지고, 영구자석(21)의 내주면에 대해서 공극을 개재하여 대향하고, 한편 서로 전기각으로 90° 위상을 비켜 놓아 A1상 검출 소자(41)와 B1상 검출 소자(42)를 설치하고, 또한 A1 상 검출 소자(41)에 대해서 전기각으로 180° 위상을 비켜 놓아 A2상 검출 소자(43)를 설치하고, B1상 검출 소자(42)에 대해서 전기각으로 180° 위상을 비켜 놓아 B2상 검출 소자(44)를 설치하고 있다.
또, 다회전용 자계 검출 소자(6)은 자기저항 소자로 이루어지고, 자계 발생 로터(2′)로 회전체(1)의 직경 방향에 공극을 개재하여 대향하고, 한편 서로 전기각으로 대략 90° 위상을 비켜 놓아 Am상 검출 소자(61)와 Bm상 검출 소자(62)를 설치하고 있다.
1회전 신호 처리 회로(5) 및 다회전 처리 회로(7)의 구성에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
본 실시예가 실시예 1과 다른 점은, 외부 로터형의 모터의 다회전양을 검출하기 위해, 회전체에 고정된 영구자석을 링 형상으로 하고, 또한 영구자석의 주위에 링 형상의 자기 요크를 형성하고, 회전체의 내측에 배치되어 있는 고정체에 1회전용 자계 검출 소자(4) 및 다회전용 자계 검출 소자(6)를 배치한 점이다.
다음에, 그 동작에 대해서 설명한다. 회전체(1′)의 회전에 수반하여 자계 발생 로터(2′)가 회전한다. 자계 발생 로터(2′)가 발하는 자계를 1회전용 자계 검출 소자(4)로 검출하고, 1회전 신호 처리 회로(5)로 1회전 이내 각도 신호로 변환한다. 또, 자계 발생 로터(2′)가 발하는 자계를 자계 검출 소자(6)로 검출하고, 신호 처리 회로(7)로 다회전 신호로 변환한다. 1회전 이내 각도 신호 및 다회전 신호의 생성 방법에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
본 실시예에서는 다회전양의 검출 기능의 부가에 수반하는 회전체의 축 방 향, 및 직경 방향에의 치수 증가는 없기 때문에 소형인 구조를 유지할 수 있어 외부 로터형의 회전체에 대해서 매우 작은 전력으로 다회전양을 검출할 수 있다.
또한 자계 검출 소자로서 홀 소자를 이용함으로써 치수 형상이 소형이면서(약 2.5×1.5×0.6mm) 출력 신호가 크게 얻어지므로 내잡음 특성이 우수하다. 또, 홀 소자 형상이 작기 때문에 회전체의 축 방향의 두께를 얇게 구성할 수가 있고, 또한 직경 방향의 두께를 얇게 구성할 수 있기 때문에 중공 직경을 크게 할 수가 있어 중공 형상에 최적인 구조로 된다.
또, 본 실시예에서는 링 형상 영구자석에 페라이트계 자석을 이용하였지만, Sm-Co계 자석 혹은 Ne-Fe-B계 자석 또는 상기 각종 자석을 고분자 재료로 결합한 분산형 복합 자석에 의해 형성하여도 좋다.
<실시예 4>
도 6은 본 발명의 제4의 실시예를 나타내는 자기식 엔코더 장치의 사시도이다.
본 실시예가 실시예 3과 다른 점은 실시예 3에서는 다회전용 자계 검출 소자(6)를 고정체(3′)의 외주면에 배치하고 있는데 대해, 본 실시예에서는 자계 발생 로터(2′)의 측면에 회전체(1′)의 축 방향으로 공극을 개재하여 도시하지 않는 고정 치구에 의해 고정체(3′)에 고정하고 있는 점이다.
또, 본 실시예의 동작에 대해서는 제3의 실시예와 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 외부 로터형의 모터에 대해서 매우 작은 전력으 로 다회전양을 검출할 수 있고, 다회전용 자계 검출 소자(6)를 회전체(1′)와는 반대측의 자계 발생 로터의 평면에 공극을 개재하여 배치하였으므로, 실시예 2와 마찬가지로, 도시하지 않는 모터가 회전체(1′)와 직결될 경우, 모터로부터의 복사열을 직접 받는 일이 없고 작은 소비 전류에서도 안정된 검출을 할 수 있다.
<실시예 5>
도 7은 본 발명의 제5의 실시예의 고정체부의 구성을 나타내는 도이다.
도 7에 있어서, (31)은 링 형상 고정체이고, (32)는 소자 홀더(holder)이다. 본 실시예가 실시예 3과 다른 점은 고정체의 형상을 링 형상으로 한 점이다. 이와 같이 함으로써 중공 구조를 가지는 외부 로터형의 모터의 다회전양을 검출할 수 있다. 또, 링 형상 고정체(3)1의 재질은 강자성체(예를 들면, 탄소강)로 하였다. 이와 같이 함으로써 실시예 3의 링 형상 자기 요크(22)의 효과와 마찬가지로 자기저항을 감소시키고, 자계를 1회전 내의 위치를 검출하는 1회전용 자계 검출 소자(4) 및 다회전용 자계 검출 소자(6)에 자계를 집중시키는 효과가 있고, 검출 신호의 SNR을 향상시킬 수가 있어 외계의 자기 잡음을 차단하는 효과가 있다. 또, 링 형상 고정체(31)와 1회전용 자계 검출 소자(4) 및 다회전용 자계 검출 소자(6)의 사이에 비자성체로 구성한 소자 홀더를 설치하였다. 이 소자 홀더에 의해 자계 검출 소자의 위치가 용이하게 될 뿐만 아니라 위치 정밀도도 향상시킬 수가 있다.
또, 본 실시예의 동작에 대해서는 제3의 실시예와 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에서는 중공 구조를 가지는 외부 로터형의 모터에 대해 서 매우 작은 전력으로 다회전양을 검출할 수 있다.
본 발명에 의해 소형이고 낮은 소비 전력으로 다회전양을 검출하는 것이 할 수 있도록 되므로 절대위치 검출이 필요한 소형 서보(servo) 모터(motor)에 적용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 회전체의 회전축에 대해서 수직 방향의 일방향으로 자화되고 상기 회전체에 고정된 영구자석과, 상기 영구자석에 공극을 개재하여 대향하고 고정체 등에 장착된 자계 검출 소자와, 상기 자계 검출 소자로부터의 신호를 처리하는 신호 처리 회로를 구비한 자기식 엔코더 장치에 있어서,
    상기 자계 검출 소자는, 1회전 이내의 각도를 검출하는 적어도 2개의 1회전용 자계 검출 소자와, 다회전양을 검출하는 적어도 2개의 다회전용 자계 검출 소자를 구비하고,
    상기 신호 처리 회로는, 상기 1회전용 자계 검출 소자의 검출 신호로부터 1회전 이내 각도 신호를 생성하는 1회전 신호 처리 회로와, 상기 다회전용 자계 검출 소자의 검출 신호로부터 다회전 신호를 생성하는 다회전 신호 처리 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영구자석은 링 형상을 이루고, 상기 영구자석의 주위에 링 형상의 자기 요크가 형성되고, 상기 고정체를 상기 회전체의 내측에 배치한 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정체는 링 형상을 이루고, 강자성체로 구성된 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다회전용 자계 검출 소자는, 자기저항 소자 또는 홀 소자인 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다회전용 자계 검출 소자는, 상기 영구자석의 둘레 방향에 배치된 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다회전용 자계 검출 소자는, 상기 회전체의 축 방향으로 공극을 개재하여 상기 영구자석의 측면에 배치된 것을 특징으로 하는 자기식 엔코더 장치.
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