KR20240018466A - 운동 검출기 - Google Patents

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KR20240018466A
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사카오 오제키
아키히코 호우다
마사유키 소메야
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오리엔탈모터가부시끼가이샤
사카오 오제키
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Abstract

복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써 소형화가 도모된 검출기를 제공한다. 검출기(400)는 발전 센서(420)를 사용해서 운동체(410)의 운동을 검출한다. 발전 센서는 자성 와이어(421)와 코일(422)을 구비하고, 운동체는 연자성체부(411)와 복수의 자계 발생원(412)을 구비한다. 운동체의 운동에 의해 자계 발생원이 그리는 궤도의 근방에 발전 센서가 배치된다. 발전 센서에 대해서 자계 발생원이 근접했을 때에, 자계 발생원의 운동 방향은 자성 와이어의 축 방향에 수직이며, 자계 발생원의 착자 방향은 자성 와이어의 축 방향에 평행이거나, 또는 상기 자성 와이어와 대향하는 방향에 평행이며, 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중 적어도 일부가 자계 발생원과 대향하고, 자성 와이어의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부까지 중 적어도 일부가 연자성체부와 대향한다.

Description

운동 검출기
본 발명은 발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출하는 검출기에 관한 것이다.
대바크하우젠 효과(대바크하우젠 점프)를 갖는 자성 와이어는, 위건드 와이어 또는 펄스 와이어의 이름으로 알려져 있다. 이 자성 와이어는, 심부와 그 심부를 둘러싸도록 형성된 표피부를 구비하고 있다. 심부 및 표피부 중 일방은 약한 자계에서도 자화 방향의 반전이 일어나는 소프트(연자성)층이며, 심부 및 표피부 중 타방은 강한 자계를 부여하지 않으면 자화 방향이 반전되지 않는 하드(경자성)층이다.
하드층과 소프트층이 와이어의 축 방향을 따라 동일한 방향으로 자화되어 있을 때에, 그 자화 방향과는 반대 방향의 외부 자계 강도가 증가해서 소프트층의 자화 방향이 반전되는 자계 강도에 도달하면, 소프트층의 자화 방향이 반전된다. 이때, 대바크하우젠 효과가 발현되고, 상기 자성 와이어에 감긴 코일에 펄스 신호가 유발된다. 소프트층의 자화 방향이 반전될 때의 자계 강도를, 본 명세서에서는 「동작 자계」라고 부른다. 또한, 자성 와이어와 코일을 통합해서 발전 센서라고 부른다.
상술한 외부 자계 강도가 더 증가하여, 하드층의 자화 방향이 반전되는 자계 강도에 도달하면, 하드층의 자화 방향이 반전된다. 하드층의 자화 방향이 반전될 때의 자계 강도를, 본 명세서에서는 「안정화 자계」라고 부른다.
대바크하우젠 효과가 발현되기 위해서는, 하드층과 소프트층의 자화 방향이 일치하고 있는 것을 전제로서, 소프트층만 자화 방향이 반전되는 것이 필요하다. 하드층과 소프트층의 자화 방향이 불일치한 상태에서, 소프트층만 자화 방향이 반전되었다고 해도, 펄스 신호는 발생하지 않거나, 또는 발생했다고 해도 매우 작다.
이 자성 와이어에 의한 출력 전압은 자계의 변화 스피드에 관계없이 일정하며, 입력 자계에 대한 히스테리시스 특성을 갖기 때문에 채터링이 없는 등의 특징을 갖는다. 그 때문에, 이 자성 와이어는 자석 및 카운터 회로와 조합해서, 위치 검출기 등에도 사용된다. 또한, 외부 전력의 공급 없이, 자성 와이어의 출력 에너지에 의해 주변 회로도 포함해서 동작시킬 수 있다.
발전 센서에 교번 자계가 부여된 경우, 1주기에 대해서 정펄스 신호 1개 및 부펄스 신호 1개의 합계 2개의 펄스 신호가 발생한다. 자계의 발생원으로서의 자석을 운동체로 하고, 운동체인 자석과 발전 센서의 위치 관계에 의해 발전 센서에 부여되는 자계가 변화되도록 함으로써, 운동체의 운동을 검출할 수 있다.
그러나, 단일의 발전 센서를 사용하는 것만으로는, 운동체의 운동 방향이 변화된 경우에 운동 방향을 식별할 수 없다. 특허문헌 1의 도 1에 보이는 바와 같이, 복수의 발전 센서를 사용하면 운동 방향을 식별할 수 있지만, 검출기의 사이즈 및 비용의 증가에 연결된다.
특허문헌 2에는 단일의 발전 센서와, 발전 센서가 아닌 다른 센서 요소를 사용하는 것이 기재되어 있다. 동 문헌에는 추가로, 단일의 자석(2극)을 사용한 경우와 복수의 자석(다극)을 사용해서 분해능을 향상시키는 것이 기재되어 있다.
또한, 단일 자석에 의한 검출(특허문헌 2의 도 2)의 구조예로서, 특허문헌 3의 도 1을 들 수 있다. 2극 자석과 발전 센서를 대향시키는 구조는 발전 센서의 전체 길이까지 지름을 작게 할 수 있으므로 소형화에 적합하다. 분해능을 올리기(특허문헌 2의 도 3) 위한 구조예로서, 특허문헌 4의 도 1을 들 수 있다. 이 종류의 운동 검출기의 주된 용도로 1회전 단위의 회전수의 검출이 있다. 발전 센서를 사용한 운동 검출기는 본래 출력되어야 하는 펄스 신호가 경우에 따라서는, 출력되지 않는다는 문제가 있으며, 1회전당 2펄스밖에 출력되지 않는 단일의 자석(2극)의 구조에서는 통상은 정밀도가 부족하여, 회전수의 검출을 올바르게 할 수 없다.
특허문헌 5에는, 발전 센서 내의 코일에 전류를 흘려 자계를 발생시키고, 출력 상태를 모니터함으로써 발전 센서 내의 자성 와이어의 자화 방향을 판별하는 것이 기재되어 있다. 동 문헌에서는, 이와 같은 자화 방향의 판별에 의해, 단일의 자석을 사용하는 경우이어도 회전수를 식별할 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 제5511748호 공보 일본 특허 제 4712390호 공보 미국 특허 제 9,528,856호 공보 미국 특허 제8,283,914호 공보 일본 특허 제5730809호 공보
운동의 검출에 있어서, 복수의 발전 센서를 사용하는 것은, 검출기 자체의 사이즈 증가에 연결되기 쉽다. 한편, 발전 센서가 단일이었다고 해도, 발전 센서 내의 자성 와이어의 자화 방향을 판별하는 것은, 처리가 복잡해질 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은, 단일의 발전 센서와 복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써, 소형화가 도모된 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 검출기는, 발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출한다. 상기 발전 센서는 대바크하우젠 효과를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비한다. 상기 운동체는 연자성체부와, 상기 연자성체부에 등간격으로 부착된 복수의 자계 발생원을 구비하고, 상기 복수의 자계 발생원 각각은, N극 및 S극의 쌍을 갖고, 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원에 있어서 부착 방향 외측의 자극이 이극이다. 상기 운동체의 운동에 의해 상기 복수의 자계 발생원이 그리는 궤도의 근방에, 상기 발전 센서가 배치되어 있다. 상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 운동 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 수직이며, 상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 착자 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 평행이거나, 또는 상기 자성 와이어와 대향하는 방향에 평행이다. 상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중 적어도 일부가 상기 자계 발생원과 대향하고, 상기 자성 와이어의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부까지 중 적어도 일부가 상기 연자성체부와 대향한다.
본 발명에 의하면, 복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써 소형화가 도모된 검출기를 제공할 수 있다.
도 1a는 제 1 실시형태에 의거하는 리니어 타입의 검출기의 사시도이다.
도 1b는 제 1 실시형태에 의거하는 리니어 타입의 검출기의 상면도이다.
도 2a는 자성 와이어와 운동체를 나타내는 설명도이다.
도 2b는 자기 시뮬레이션도이다.
도 2c는 다른 자기 시뮬레이션도이다.
도 2d(A)~도 2d(D)는 어느 것이나, 자성 와이어와 운동체의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 3a는 제 2 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 3b는 제 2 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 측면도이다.
도 4a는 제 2 실시형태의 제 1 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 4b는 제 2 실시형태의 제 2 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 4c는 제 2 실시형태의 변형예에 의한, 다극 착자된 자석의 사시도이다.
도 5a는 제 3 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 5b는 제 3 실시형태의 제 1 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 6은 제 3 실시형태의 변형예에 의한, 다극 착자된 자석의 사시도이다.
도 7a는 제 3 실시형태의 제 2 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 7b는 제 3 실시형태의 제 2 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 상면도이다.
도 8a는 제 4 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 8b는 제 4 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 상면도이다.
도 9a는 제 4 실시형태에 의한 발전 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 9b는 제 4 실시형태에 의한 자기 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 9c(A)는 제 4 실시형태에 의한 발전 센서의 검출 결과와 자기 센서의 검출 결과의 조합을 나타내는 설명도이다. 도 9c(B)는 제 4 실시형태에 의거하는 발전 센서와 자기 센서의 동기와 출력 신호의 회전 좌표를 나타내는 설명도이다.
도 9d는 제 4 실시형태에 의거하는 출력 신호의 카운트 수를 나타내는 설명도이다.
도 10은 제 4 실시형태의 변형예에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 11a는 제 5 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 사시도이다.
도 11b는 제 5 실시형태에 의거하는 로터리 타입의 검출기의 상면도이다.
도 12a는 제 5 실시형태에 의거하는 발전 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 12b는 제 5 실시형태에 의거하는 자기 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 12c는 제 5 실시형태에 의한 발전 센서, 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 검출 결과의 조합을 나타내는 설명도이다.
도 13a는 제 6 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 13b는 제 6 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 단면도이다.
도 14a는 제 6 실시형태의 자성 와이어와 회전체를 나타내는 단면도에 의한 설명도이다.
도 14b는 제 6 실시형태의 자기 시뮬레이션도이다.
도 14c는 제 6 실시형태의 자성 와이어와 회전체의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 14d는 제 6 실시형태의 변형예에 있어서의 자성 와이어와 회전체의 위치 관계를 나타내는 설명도이다.
도 15는 다른 자기 시뮬레이션도이다.
도 16a는 제 7 실시형태에 의거하는 지지체의 사시도이다.
도 16b는 제 7 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 16c는 제 7 실시형태의 자성 와이어와 회전체를 나타내는 단면도에 의한 설명도이다.
도 16d는 제 7 실시형태의 자기 시뮬레이션의 도면이다.
도 17a는 제 7 실시형태의 변형예에 의거하는 지지체의 사시도이다.
도 17b는 제 7 실시형태의 변형예에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 18은 제 8 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 19는 제 8 실시형태의 변형예에 의한 다극 착자된 자석의 사시도이다.
도 20a는 제 9 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 20b는 제 9 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 상면도이다.
도 21a는 제 9 실시형태에 의한 발전 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 21b는 제 9 실시형태에 의한 자기 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 21c는 제 9 실시형태에 의한 발전 센서의 검출 결과와 자기 센서의 검출 결과의 조합을 나타내는 설명도이다.
도 21d는 제 9 실시형태에 의거하는 발전 센서와 자기 센서의 동기와 출력 신호의 회전 좌표를 나타내는 설명도이다.
도 21e는 출력 신호의 카운트 수를 나타내는 설명도이다.
도 22a는 제 9 실시형태의 변형예에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 22b는 제 9 실시형태의 변형예에 의거하는 회전 검출기의 상면도이다.
도 23a는 제 9 실시형태의 변형예에 의거하는 발전 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 23b는 제 9 실시형태의 변형예에 의거하는 자기 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 23c는 제 9 실시형태의 변형예에 의한 발전 센서, 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 검출 결과의 조합을 나타내는 설명도이다.
도 24a는 제 10 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 사시도이다.
도 24b는 제 10 실시형태에 의거하는 회전 검출기의 측면도이다.
이하, 본 발명을 도시의 실시형태에 의거하여 설명한다. 단, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제 1 실시형태]
도 1a 및 도 1b에, 제 1 실시형태에 의거하는 검출기(100)를 나타낸다. 검출기(100)는, 직선 운동하는 운동체(110)와 1개의 발전 센서(120)를 구비하고 있다. 운동체(110)는, 가늘고 긴 직방체상의 연자성체부(111)와 복수의 자석(자계 발생원)(112)을 갖는다. 연자성체부(111)의 길이 방향(111a)은 X축에 평행하며, 폭 방향은 y축에 평행하며, 높이 방향은 z축에 평행하다.
복수의 자석(112)은 연자성체부(111)의 폭 방향 제 1 끝면(111b)에 있어서, 길이 방향(111a)을 따라 배열되어 부착되어 있다. 부착 방향은 연자성체부(111)의 폭 방향에 평행이다. 부착 방법의 예로서 매입, 감합, 및 접착이 있다. 자석(112)은 연자성체부(111)의 폭 방향으로 착자되어 있으며, N극 및 S극의 쌍을 갖는다. 자석(112)은, 연자성체부(111)의 폭 방향 외측에 있는 외측 자극(112a)을 갖는다. 복수의 자석(112)은, 이웃하는 외측 자극(112a)이 이극이 되도록 배치되어 있다.
발전 센서(120)는, 대바크하우젠 현상을 발현하는 자성 와이어(121)와, 자성 와이어(121)에 권회된 코일(122)을 갖는다. 발전 센서(120)는, 운동체(110)가 연자성체부(111)의 길이 방향(111a)을 따라 직선 운동했을 때에 복수의 자석(112)이 그리는 궤도의 근방에, 운동체(110)와 간섭하지 않도록 배치되어 있다. 자성 와이어(121)의 축 방향(121a)은, 연자성체(111)의 폭 방향(자석(112)의 착자 방향)과 평행하다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 운동체(110)가 직선 운동하면 각 자석(112)의 중앙부(112b)는, 자성 와이어(121)의 축 방향 중앙부(121b)와 축 방향 제 1 단부(121c) 사이의 영역의 하방을 통과한다. 연자성체부(111)는, 자성 와이어(121)의 축 방향 제 2 단부(121d)와 자석(112) 사이를 가로막는 위치(축 방향 제 2 단부(121d)와 자석(112) 사이의 자로를 메우는 위치)에 존재한다.
축 방향 제 1 단부(121c)는, 연자성체부(111)로부터 보아 자석(112)이 부착되어 있는 측의 단부이다. 축 방향 제 2 단부(121d)는, 연자성체부(111)로부터 보아 자석(112)이 부착되어 있는 측과는 반대측의 단부이다.
이와 같이, 운동체(110)가 직선 운동하면, 자석(112)은 자성 와이어(121)의 축 방향 제 1 단부(121c)의 하방을 통과하지만, 축 방향 제 2 단부(121d)의 하방을 통과하는 경우는 없다.
운동체(110)가 연자성체부(111)의 길이 방향(111a)을 따라 왕복 운동함으로써, 코일(122)에 출력 신호가 유발된다. 즉, 검출기(100)는 리니어 타입의 검출기이다.
자성 와이어(121)와 운동체(110)의 위치 관계를 더 상세하게 설명한다.
도 2b에, 연자성체부(111) 및 자석(112)과 자성 와이어(121)에 의한 자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 연자성체부(111)의 집자(集磁) 효과 및 실드 효과에 의해, 자석(112)에 대향하는 자성 와이어(121)의 축 방향 제 1 단부(121c)에 대해서 집중적으로 자계가 인가된다. 축 방향 제 1 단부(121c)에 대해서 자계가 국소적으로 인가되면, 자성 와이어(121)에 있어서 축 방향 제 1 단부(121c)로부터 축 방향 제 2 단부(121d)를 향해 반전 자계가 전반되고, 자성 와이어 전체에 단일 자구가 형성된다.
한편, 도 2c에는, 연자성체부(111) 대신에 형성된 비자성체부(191) 및 자석(112)과 자성 와이어(121)에 의한 자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 2b와는 달리, 축 방향 제 1 단부(121c)에 추가하여 축 방향 중앙부(121b)에도 자계가 인가된다. 그 때문에, 자성 와이어 전체에 걸친 단일 자구가 형성되기 어려워진다.
또한, 자성 와이어(121)와, 자석(112)과, 연자성체부(111)에 의해, 도 2d(A)에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같은 자기 회로가 구성된다. 따라서, 자성 와이어의 일단부에 자계를 인가하는 종래의 방법보다 넓은 범위에서, 또한 자성 와이어 전체에 자계를 인가하는 것과 마찬가지로 안정화 자계가 자성 와이어에 인가된다. 그 때문에, 단일 자구가 자성 와이어 전체에 형성되고, 고출력의 펄스 신호가 얻어진다.
또한, 도 2d(B)에 나타내는 바와 같이, 연자성체부(111)의 폭을 자석(112)과는 반대 방향(y축 부방향)으로 넓히고, 연자성체부(111)의 폭 방향 제 2 끝면(111c)과, 축 방향 제 2 단부(121d)와, y축 위치가 대략 동일해지도록 해도 좋다. 이 경우, 자기 회로의 자기 저항이 보다 작아지고, 인가 자계가 축 전체에 의해 전반되기 쉬워져, 펄스 신호의 출력이 더 높아진다.
도 2d(C)에 나타내는 바와 같이, 자성 와이어(121)의 축 방향 제 1 단부(121c)와 자석(112)의 외측 자극(112a)의 끝면의 y축 위치가 대략 일치하도록 해도 좋다. 또는, 도 2d(D)에 나타내는 바와 같이, 자성 와이어(121)의 축 방향 중앙부(121b)와 자석(112)의 중앙부(112b)의 y축 위치가 대략 일치하도록 해도 좋다. 도 2d(C) 및 도 2d(D) 중 어느 하나에 있어서도, 도 2d(A) 및 도 2d(B)와 마찬가지의 자기 회로가 형성된다.
이와 같이, 자석(112)이 자성 와이어(121)에 근접했을 때에, 자성 와이어(121)의 축 방향 중앙부(121b)로부터 축 방향 제 1 단부(121c)까지 중 적어도 일부가 자석(112)의 중앙부(112b)와 대향하고, 자성 와이어(121)의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부(121d)까지 중 적어도 일부가 연자성체부(111)와 대향한다.
즉, 연자성체(111)의 폭 방향을 따른 자석(112)의 사이즈는, 자성 와이어(121)의 축 방향의 길이의 반분 이하로 된다. 자석(112)의 재질을 적당히 정함으로써, 자성 와이어(121)에 안정화 자계를 인가할 수 있는 정도의 크기로까지 자석(112)을 작게 하고, y축 방향을 따른 자석(112)의 설치 허용 범위를 넓게 할 수 있다. 또한, 자성 와이어(121)에는, 자석(112)의 측면(자성 와이어(121)와 대향하는 면)으로부터 자계가 인가된다. 그 때문에, 통과 시의 자석(112)과 자성 와이어(121)의 거리를 조정함으로써, 자성 와이어(121)에 인가되는 자계의 강도를 용이하게 조정할 수 있다. 이것에 의해, 안정성이 있는 펄스 신호가 초래된다.
복수의 NS극 쌍의 자계 발생원인 자석(112)은, 도 2b 및 도 2c에 있어서는 지면 안쪽 및 앞쪽에 배치되어 있다. 인접하는 자석 사이에서 발생하는 자기 간섭이 자성 와이어(121)에 부여하는 영향도, 연자성체부(111)에 의한 집자 효과와, 자성 와이어(121)의 축 방향 제 1 단부(121c)에 자계를 인가하는 것에 의해 경감된다. 따라서, 인접하는 자계 발생원끼리를 근접시켜서, 자석의 극수 밀도를 높게 하는 것이 가능하다. 바꿔 말하면, 검출기(100)의 소형화가 도모된다.
자성 와이어(121)의 축 방향 일단부에 자계를 인가함으로써, 자성 와이어의 축 방향 양단부의 양단 또는 자성 와이어 전체에 대해서, 강도가 동등한 자계를 인가할 필요가 없기 때문에, 배치의 자유도가 높다. 연자성체부의 형상을 링상 또는 원반상으로 바꾸어 중공형, 샤프트형의 레이디얼 갭형 또는 액시얼 갭형의 로터리 타입 등의 검출기로 할 수도 있다. 이들 각종 형태를 이하에 설명한다.
[제 2 실시형태]
도 3a 및 도 3b에, 제 2 실시형태에 의거하는 검출기(200)를 나타낸다. 검출기(200)는, 회전 운동하는 운동체(210)와 1개의 발전 센서(220)를 구비하고 있다.
운동체(210)는 링상의 연자성체부(211)와, 복수의 자석(212)을 구비한다. 복수의 자석(212)은 연자성체부(211)의 축 방향 일단면에 있어서, 둘레 방향으로 배열되어 고정되어 있다. 자석(212)은 연자성체부(211)의 축 방향(도 3b의 지면 상하 방향)으로 착자되어 있으며, N극 및 S극의 쌍을 갖는다. 자석(212)은, 연자성체부(211)의 축 방향 상측에 있는 외측 자극(212a)을 갖는다. 복수의 자석(212)은, 이웃하는 외측 자극(212a)이 이극이 되도록 배치되어 있다. 운동체(210)는, 상하 방향으로 연장되는 연자성체부(211)의 축(213)을 회전축으로 해서 회전한다.
발전 센서(220)는 운동체(210)의 지름 방향 외측에 배치되어 있으며, 대바크하우젠 현상을 발현하는 자성 와이어(221)와, 자성 와이어(221)에 권회된 코일(222)을 갖는다. 자성 와이어(221)는 회전축(213)과 평행하게 배치되어 있다.
운동체(210)의 회전 운동에 의해, 복수의 자석(212)은 발전 센서(220)의 근방을 통과한다. 자석(212)이 자성 와이어(221)에 근접했을 때의, 자석(212)의 운동 방향은 자성 와이어(221)의 축 방향(221a)에 대해서 수직이다. 자석(212)이 자성 와이어(221)에 근접했을 때에, 자성 와이어(221)의 축 방향 중앙부(221b)로부터 축 방향 상단부(221c)까지 중 적어도 일부가 자석(212)의 중앙부(212b)와 대향한다. 또한, 이때에, 자성 와이어(221)의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 하단부(221d)까지 중 적어도 일부가 연자성체부(211)와 대향한다. 연자성체부(211)는, 자성 와이어(221)의 축 방향 하단부(221d)와 통과하는 자석(212) 사이를 가로막는 위치(자로를 메우는 위치)에 존재하는 것이 된다.
자석(212)이 연자성체부(211)의 둘레 방향을 따라 등간격으로 20개 배치되어 있을 경우, 코일(222)에는 운동체(210)의 정전(正轉) 1회전당 정의 펄스 신호가 10회, 부의 펄스 신호가 10회 유발된다. 또한, 운동체(210)의 반전 1회전당 정의 펄스 신호가 10회, 부의 펄스 신호가 10회 유발된다.
이와 같이, 검출기(200)는 운동체(210)가 중공형이며, 레이디얼 갭 타입의 검출기이다. 검출기(200)는, 운동체(210)의 축 방향 두께가 자성 와이어(221)의 길이 이하에 수용되기 때문에, 박형이다. 또한, 발전 센서(220)가 운동체(210)의 지름 방향 외측에 위치하기 때문에, 중공형인 검출기(200)의 중공부를 크게 취할 수 있다.
[제 2 실시형태의 제 1 변형예]
도 4a에 나타내는 검출기(200-1)에 있어서는, 발전 센서(220)는 운동체(210)의 지름 방향 내측에, 회전축(213)으로부터 간격을 두고 배치된다. 이 경우, 검출기의 외경을 작게 할 수 있다.
[제 2 실시형태의 제 2 변형예]
도 4b에 나타내는 바와 같이, 검출기(200-2)는 도 3a에 나타낸 링상의 연자성체부(211) 대신에, 대략 원반상의 연자성체부(211a)를 구비하고 있다. 복수의 자석(212)은 연자성체부(211a)의 외주 가장자리부에 배치되어 있다. 연자성체부(211a)의 축 방향 하단면에는 샤프트(213a)가 부착되어 있다. 이와 같이, 운동체(210)를 샤프트형으로 할 수 있다. 샤프트(213a)의 재료는 비자성체이어도, 자성체이어도 좋다.
복수의 자계 발생원을 다극 착자된 자석으로 하는 것도 가능하다. 도 4c에 나타내는 바와 같이, 소정의 착자 피치 λ에 상당하는 면적을 갖는 착자 요크에 의해, 링상의 경자성체부(215)의 상면 및 하면에 동시 착자를 행하면, 회전축(213b)의 방향으로 착자되고, 경자성체부(215)의 상면과 하면에 자극이 드러난다. 이와 같이 다극 착자되어 이루어지는 자석을, 링상의 연자성체부(211) 또는 원반상의 연자성체부(211a)에 고정하면 좋다. 경자성체부의 형상을 장척형상으로 함으로써, 제 1 실시형태에도 적용할 수 있다.
[제 3 실시형태]
도 5a에, 제 3 실시형태에 의한 검출기(300)를 나타낸다. 제 2 실시형태(도 3a)와는 달리, 복수의 자석(312)은, 링상의 연자성체부(311)의 외주면에 둘레 방향 등간격으로 고정되어 있다. 발전 센서(320)는 회전축(313)과 직교하도록 배치되고, 자성 와이어(321)의 축 방향(321a)은 법선 방향에 평행이다. 자성 와이어(321)의 길이 방향 중심 위치(321b)는, 회전축(313)에 대해서 오프셋되어 있다. 오프셋량을 부호(OF1)에 의해 나타낸다.
또는, 도 5b에 나타내는 바와 같이, 복수의 자석(312)을 연자성체부(311)의 내주면에 고정해도 좋다. 이 경우의 자성 와이어(321)의 길이 방향 중심 위치(321b)와 회전축(313)의 오프셋량을 부호(OF2)에 의해 나타낸다.
이와 같이, 발전 센서(320)의 위치가 상이한 2종류의, 중공형이며 액시얼 갭 타입의 검출기가 얻어진다. 어느 쪽이든, 검출 회로를 구성하는 전자 부품이 탑재되는 기판(도시하지 않음) 상에 발전 센서를 수평 배치할 수 있어, 실장의 안정성이 높다.
[제 3 실시형태의 변형예]
제 2 실시형태의 변형예와 마찬가지로, 복수의 자계 발생원을 다극 착자된 자석으로 하는 것도 가능하다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 소정의 착자 피치 λ에 상당하는 면적을 갖는 착자 요크에 의해, 링상의 경자성체부(315)의 외주면 및 내주면에 동시 착자를 행하면, 회전축 방향(313)을 따라 착자되고, 경자성체부(315)의 외주면 및 내주면에 자극이 나타난다. 이와 같이 다극 착자되어 이루어지는 자석을 연자성체부(311)에 고정하면 좋다.
도 7a 및 도 7b에, 다른 변형예에 의한 검출기(300-2)를 나타낸다. 운동체(310-2)의 외경은 자성 와이어(321)의 전체 길이 정도로까지 작다. 운동체(310-2)에 있어서, 원반상의 연자성체부(311-2)의 외주면에 8개의 자석(312-2)이 배치되어 있다. 자성 와이어(321)는 운동체(310-2)의 회전축과 교차하고 있다. 발전 센서(320)의 자성 와이어(321)의 일단부(321a)가 연자성체부(311-2)의 외주부와 축 방향으로 대향하고, 타단부가 연자성체부(311-2)의 내주부와 축 방향으로 대향하고 있다.
이 구조에 의하면, 지름 방향으로 대향하는 2개의 자석(312-2)에 있어서, 지름 방향 내측에 있는 2개의 자극은 동극이지만, 자성 와이어(321)에 자계를 인가하는 것은 일방의 자극뿐이다. 그 때문에, 자성 와이어(321)는 대바크하우젠 현상의 발현이 가능하다. 본 형태에 의하면, 주기가 한정되지 않는 복수 주기의 교번 자계를 자성 와이어에 인가할 수 있고, 자성 와이어에 권회된 코일에, 안정성이 있는 고출력 신호가 유발된다. 또한, 지름 방향 치수의 소형화도 도모된다.
[다회전 기능의 설명]
이어서, 다회전 검출 기능을 가진 검출기에 대해서 설명한다. 발전 센서는, 전원 차단 시의 1회전 단위의 조(粗)검출에 이용된다. 전원 투입 시의 정확한 위치 검출에는, 1회전 내 앱솔루트 각도 검출기가 사용된다. 발전 센서는, 교번 자계 1주기에 대해서 정부 각 1펄스의 합계 2펄스를 출력하지만, 이 펄스만으로는 정전·역전의 판별이 불가능하다. 그래서, 이하에 나타내는 방법이 종래 사용되어 있다.
1) 발전 센서의 수를 늘려서 위상차 신호를 얻는 방법
2) 다른 검출 수단을 추가하는 방법
전자는 발전 센서가 복수 필요하다. 후자는 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 발전 센서 1개와 추가의 센서 요소에 의해 달성할 수 있다.
단일의 발전 센서를 사용할 경우, 충분한 레벨의 펄스 신호를 얻기 위해, 안정화 자계와 동작 자계가 정해진 순서대로 자성 와이어에 인가될 필요가 있다. 회전체의 정전 시에 자성 와이어에 대해서, 동작 자계가 인가되어 펄스 신호가 출력된 직후에 회전체가 역전되면 상기 순서가 지켜지지 않기 때문에, 회전 검출에 필요한 펄스 신호가 1회분 빠져버린다. 그 경우, 오차가 ±180°를 초과하여, 올바른 회전량 검출은 할 수 없다.
교번 자계의 다주기화와 검출기의 소형화의 양립이 지금까지는 어려웠다. 그러나, 도 7a 및 도 7b에 나타낸 형태의 변형으로서, 자계 발생원의 수를 4개로 하고, 1회전당 2주기의 교번 자계가 자성 와이어에 인가되도록 할 수 있다. 즉, 다회전 검출 기능을 구비하고, 소형이며, 비용이 낮고, 펄스 신호의 출력이 안정적인 검출기가 얻어진다. 이하에, 그 형태를 상세하게 설명한다.
[제 4 실시형태]
도 8a 및 도 8b에, 제 4 실시형태에 의거하는 다회전 검출 기능을 갖는 검출기(400)를 나타낸다. 검출기(400)는, 회전하는 운동체(410)와 단일의 발전 센서(420)를 구비하고 있다.
운동체(410)는 원반상의 연자성체부(411)와, 자계 발생원이 되는 4개의 자석(412)을 갖는다. 4개의 자석(412)은 연자성체부(411)의 외주면에 둘레 방향 등간격으로 배치되어 있다. 자석(412)은 연자성체부(411)의 지름 방향으로 착자되어 있으며, N극 및 S극의 쌍을 갖는다. 자석(412)은, 연자성체부(411)의 지름 방향 외측에 있는 외측 자극(412a)을 갖는다. 4개의 자석(412)은, 둘레 방향으로 이웃하는 외측 자극(412a)이 이극이 되도록 배치되어 있다.
발전 센서(420)는, 대바크하우젠 현상을 발현하는 자성 와이어(421)와, 자성 와이어(421)에 권회된 코일(422)을 갖는다. 자성 와이어(421)는 회전축(413)과 직교하고, 자성 와이어(421)의 축 방향(421a)은 법선 방향에 평행이다.
운동체(410)의 회전 운동에 의해, 4개의 자석(412)은 자성 와이어(421)의 축 방향 제 1 단부의 근방을 통과한다. 통과 시의 자석(412)의 운동 방향은, 자성 와이어(421)의 축 방향(421a)에 대해서 수직이다. 자석(412)의 중앙부(412b)는, 자성 와이어(421)의 축 방향 중앙부(421b)와 축 방향 제 1 단부(421c) 사이의 영역의 하방을 통과한다. 연자성체부(411)는, 자성 와이어(421)의 축 방향 제 1 단부(421c)와는 축 방향으로 대향하고 있지 않지만, 축 방향 제 2 단부(421d)와 대향하고 있다.
이상의 구조에 의해, 운동체(410)가 1회전하면, 자성 와이어(421)에는 2주기의 균등한 교번 자계가 인가된다.
검출기(400)는 추가로, 1개의 자기 센서(440)를 구비하고 있다. 자기 센서(440)는, 발전 센서(420)가 펄스 신호를 출력했을 때에, 자계 발생원으로부터의 자계를 판정할 수 있는 위치에 배치되어 있다.
4개의 자석(412) 중, 어느 자석(「제 1 자석」이라고 부른다)이 자성 와이어(421)의 근방을 통과함으로써, 자성 와이어(412)에 안정화 자계가 인가되게 된다. 계속해서, 제 1 자석에 인접하는 제 2 자석이 근접해 왔을 때에, 상술한 안정화 자계와는 역방향의 동작 자계가 자성 와이어(412)에 인가되고, 발전 센서(420)가 펄스 신호를 출력한다.
즉, 자기 센서(440)는 도 8b에 나타내는 바와 같이, 회전축(413)에 관해서 축 방향 제 1 단부(421c)와 소정 각도를 이루도록 배치되어 있다. 이 소정 각도는, 도 8b에 나타내는 바와 같이 대략 45°이다. 또는, 소정 각도는 약 135°, 약 225°, 또는 약 315°이어도 좋다.
[회전수, 회전 방향을 판정하는 방법]
도 8b에 있어서, 운동체(410)의 우회전을 정전, 좌회전을 반전으로 한다. 회전 시에 발전 센서(420)에 인가되는 자계(Ha)를 도 9a에 나타낸다. 또한, 정전 시에 발전 센서(420)에 발생하는 정펄스 신호를 부호(P)로 나타내고, 신호(P)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ps)로 나타내고, 부펄스 신호를 부호(N)로 나타내고, 신호(N)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ns)로 나타낸다. 안정화 자계는 ±H2, 동작 자계는 ±H1로 한다. 반전 시의 출력은 정전 시와 동일 부호로 나타내지만, 정전 시는 흰색, 반전 시는 검은색으로 나타낸다.
영구 자석(412)으로부터 발전 센서(420)에 인가되는 자계는, 1회전 2주기의 교번 자계가 된다. 따라서, 발전 센서(420)는, 정전 1회전당 정부(P, N)의 신호를 2회 출력하고, 반전 1회전에 대해서도, 정전 시와 마찬가지로 정부(P, N)의 신호를 2회 출력한다.
도 9b에, 자기 센서(440)에 인가되는 자계(Hb)를 1점 쇄선으로 나타낸다. 자기 센서(440)는 상술한 바와 같이, 회전축(413)에 관해서 축 방향 제 1 단부(421c)와 대략 45°를 이루도록 배치되어 있다. 그 때문에, 교번 자계(Hb)는, 도 9a에 나타낸 교번 자계(Ha)보다 45° 위상이 어긋난다. 자기 센서(440)로서, 예를 들면 홀 소자, 자기 저항 효과 소자(SV-GMR, TMR)와 같이 NS극(도면에 있어서의 플러스 및 마이너스)을 판별할 수 있는 자기 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 발전 센서(420)로부터 정전의 2개의 P 신호, 반전의 2개의 N 신호가 출력되면, 자기 센서(440)로부터 마이너스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이것을 도면 중의 흰색 및 검은색의 삼각형으로 나타낸다. 또한, 발전 센서(420)로부터 정전의 2개의 N 신호, 반전의 2개의 P 신호가 출력되면, 자기 센서(440)로부터는 플러스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이것을 도면 중의 흰색 및 검은색의 사각형으로 나타낸다.
도 9c(A)에, 발전 센서(420)의 출력 신호와 자기 센서(440)의 검출 신호의 조합을 나타낸다.
도 9c(B)에 회전 좌표를 나타낸다. 정펄스 신호(P)가 출력되고 나서, 운동체(410)가 부호(R)로 나타내는 바와 같이 우회전하고, 다음 신호(N')가 검출될 때까지의 회전 각도는 +90°이다. 한편, 정펄스 신호(P)가 출력된 직후에 운동체(410)가 부호(L)로 나타내는 바와 같이 좌회전한 경우, 다음 신호는 신호(N)인 것이 기대된다. 그러나, 안정화 자계(Ns)를 거치지 않은 점에서, 신호(N)는 출력되지 않거나, 또는 출력되었다고 해도 매우 작아, 평가하는 것이 곤란하다. 따라서, 다음의, 평가할 수 있는 신호(P')의 좌회전 신호가 출력될 때까지의 회전 각도는, 약 -(90°+α)가 된다. 이와 같이 정전, 반전의 쌍방에 있어서 안정화 자계가 인가되지 않는 회전 운동이 일어나도, 동일 신호로 중복되는 범위가 발생하지 않는다. 또한, 판정할 수 있는 위치의 범위는 360° 미만이 되어, 운동체(410)의 회전수를 정확하게 검출할 수 있다.
운동체(410)의 회전 방향을 판정하는 방법에 대해서, 이해를 용이하게 하기 위해, 일례로서 연속되는 신호를 2개로 해서 설명한다.
판정은, 메모리를 포함하는 신호 처리 회로(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 이 신호 처리 회로는 식별 기능과, 참조 기능과, 연산 기능을 갖는다. 우선, 신호 처리 회로는, 식별 기능에 의해 발전 센서(420)로부터의 신호를 P, P', N, 및 N'의 4개 중 어느 하나로서 식별한다. 이어서, 신호 처리 회로는, 참조 기능에 의해 회전수 및 회전 방향의 계수를 개시하는 초기 상태로 기억된 1개 전의(전상태) 이력 신호와, 그 후의 회전에 따르는 신호(신상태)를 순차적으로 메모리에 써넣는다. 신호 처리 회로는, 메모리에 저장된 과거와 현재의 연속되는 2개의 신호를, 미리 설정한 4종류의 코드화된 테이블에서 검색하고, 일치한 카운트값을 되돌린다. 이 테이블의 일례를 도 9d에 나타낸다. 신호 처리 회로는 신호가 입력될 때마다 검색을 행하고, 그 결과의 카운트값을 연산 기능에 의해 순차적으로 가감산한다. 가감산된 수치는, 그 시점에서의 회전수와 회전 방향을 나타내는 것이 된다. 신호(N)와 신호(P) 사이에 규준 위치를 설정하고, 도 9d에 나타낸 바와 같은 테이블을 사용함으로써, 운동체(410)의 회전 방향 및 회전수를 정확하게 카운트할 수 있다.
[1회전 내의 위치와 회전수를 동기하는 방법]
검출기를 모터의 다회전용으로서 사용할 경우, 모터 구동 시스템의 정전 중에는, 도 9d를 참조하면서 먼저 설명한 방법으로 회전수를 검출한다. 모터 구동 시스템의 기동 시에는, 신호(P, P', N, 및 N')는 1회전에 각각 2개소 존재하기 때문에, 2개의 영역의 양자 택일이 되고, 회전수를 특정할 수 없다. 그 때문에, 회전수 카운터의 기준 위치로부터의 변위 각도를 판별할 필요가 있다. 그래서, 1회전 앱솔루트형의 위치 센서를 외부 부착함으로써, 어느 영역에 위치하고 있는지를 판별하고, 회전수를 특정할 수 있다.
[제 4 실시형태의 변형예]
도 10에 나타내는 바와 같이, 제 4 실시형태의 변형예로서, 중공 타입에서도 다회전 기능을 제공할 수 있다. 검출기(400-1)는 운동체(410-1)와, 발전 센서(420-1)와, 자기 센서(440-1)를 구비한다. 운동체(410-1)는 링상의 연자성체부(411-1)와, 이 연자성체부의 상면에 고정된 4개의 자석(412-1)을 구비한다. 4개의 자석(412-1)은, 링상의 경자성체를 착자해서 이루어진다. 발전 센서(420-1)는, 자성 와이어(421-1)와 코일(422-1)을 구비한다. 자성 와이어(421-1)는 운동체(410-1)의 회전축(413-1)과 평행하게 배치된다.
[제 5 실시형태]
상술한 제 4 실시형태에서는, 자성 와이어(421)보다 둘레 방향으로 대략 45° 떨어진 위치에 있는 1개의 자기 센서(440)에 의해, 발전 센서(420)의 정전·반전 각 4개, 합계 8개의 신호를 커버할 수 있다. 이것은, 둘레 방향 등간격으로 배치된 자계 발생원끼리가 어느 정도 근접하고 있으며, 정전·반전의 양방에 있어서 자기 센서(440)만으로 검출할 수 있는 충분한 자계가 자기 센서(440)에 인가되기 때문이다. 그러나, 제 4 실시형태의 제 1 변형예와 같은 중공 타입에서는, 자계 발생원끼리가 근접하고 있지 않은 경우가 있다. 그와 같은 경우에 대해서 이하에 설명한다.
도 11a에 나타내는 바와 같이, 검출기(500)는 운동체(510)와, 발전 센서(520)와, 제 1 자기 센서(540)와, 제 2 자기 센서(541)를 구비하고 있다. 운동체(510)는 링상의 연자성체부(511)와, 연자성체부(511)의 외주면에 둘레 방향 등간격으로 배치된 4개의 자석(512)을 구비한다. 자석(512)끼리는, 제 4 실시형태(도 8a)와는 달리, 근접하고 있지 않다. 발전 센서(520)는 자성 와이어(521)와 코일(522)을 구비한다. 발전 센서(520)는 운동체(510)의 지름 방향과 평행하게, 운동체(510)의 회전축(513)으로부터 오프셋되어 배치되어 있다.
발전 센서(520)가 펄스 신호를 출력하는 것은, 4개의 자석(512) 중, 어느 자석이 자성 와이어(521)의 근방을 통과한 후, 다음 자석이 근접하여 반전 자계가 서서히 강해지면서 동작 자계가 인가될 때이다. 펄스 신호가 출력될 때의 운동체(510)의 회전 위치는, 정전 시에 발전 센서(520)가 정펄스 신호(P)와 부펄스 신호(N)를 출력하는 회전 위치와, 반전 시에 발전 센서(520)가 정펄스 신호(P)와 부펄스 신호(N)를 출력하는 위치의 합계 8개소 있다.
이 8개소에 대응해서, 자계 발생원의 자계를 검출할 수 있도록 제 1 자기 센서(540)와 제 2 자기 센서(541)가 배치된다. 제 1 자기 센서(540)가 정전 시의 자계를, 제 2 자기 센서(541)가 반전 시의 자계를 검출할 수 있도록, 각각의 자기 센서를 -20°, +20°의 위상으로 어긋나게 배치한다. 도 11b에 나타내는 바와 같이, 제 1 자기 센서(540)는, 1개의 자석(512)(제 1 자석이라고 부른다)이 자성 와이어(521)의 바로 아래에 왔을 때에 제 1 자석으로부터 시계 방향으로 조금 떨어진 위치에 배치되고, 제 2 자기 센서(541)는, 제 1 자석의 시계 방향으로 인접하는 다른 자석으로부터 반시계 방향으로 조금 떨어진 위치에 배치된다. 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 배치는 자석의 재질, 크기 등에 따라 적당히 정하면 좋다.
도 11b에 있어서, 운동체(510)의 우회전을 정전, 좌회전을 반전으로 한다. 제 1 자기 센서(540)는 정전 시의 발전 센서(520)의 신호 식별을 담당하고, 제 2 자기 센서(541)는 반전 시의 발전 센서(520)의 신호 식별을 담당한다. 도 11b의 3시 방향을 0°로 하면, 발전 센서(520)는 0°의 위치에 있으며, 제 1 자기 센서(540)는 +70°의 위치에 있으며, 제 2 자기 센서(541)는 +20°의 위치에 있다. 자성 와이어가 0° 위치에 있으며, 양 자기 센서가 0°~90°의 영역에 배치되어 있지만, 그 외 3개의 영역(90°~180°의 영역, 180°~270°의 영역, 및 270°~360°의 영역) 중 어느 하나에 배치되어도 좋다.
도 12a에, 운동체(510)의 회전 시에 발전 센서(520)에 인가되는 자계(Ha)를 점선으로 나타낸다. 동 도면에 있어서, 정전 시에 발전 센서(520)에 발생하는 정펄스 신호를 부호(P)로 나타내고, 신호(P)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ps)로 나타내고, 부펄스 신호를 부호(N)로 나타내고, 신호(N)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ns)로 나타낸다. 안정화 자계는 ±H2, 동작 자계는 ±H1로 하고, 반전 시의 출력은 정전 시와 동일 부호로 나타내지만, 정전 시는 흰색, 반전은 검은색으로 나타낸다. 자석(512)으로부터 발전 센서(520)에 인가되는 자계는, 1회전 2주기의 교번 자계가 된다. 따라서, 발전 센서(520)의 신호는, 정전 1회전에서 정부(P, N)의 신호가 각 2회 출력되고, 반전 1회전에서도, 정전 시와 마찬가지로 정부(P, N)의 신호가 각 2회 출력된다.
도 12b에, 제 1 자기 센서(540)에 인가되는 자계(Hb)를 2점 쇄선으로 나타내고, 제 2 자기 센서(541)에 인가되는 자계(Hc)를 1점 쇄선으로 나타낸다. 상술한 바와 같이, 제 1 자기 센서(540)와 제 2 자기 센서(541)는, 발전 센서(520)보다 둘레 방향으로 거리를 두고 배치되어 있다. 그 때문에, 교번 자계(Hb 및 Hc)는, 도 12a에 나타낸 교번 자계(Ha)와는 위상이 어긋난다.
자기 센서(540 및 541)로서, 예를 들면 홀 소자, 자기 저항 효과 소자(SV-GMR, TMR)와 같이, NS극(도면에 있어서의 플러스 및 마이너스)을 판별할 수 있는 자기 센서를 사용할 수 있다.
발전 센서(520)로부터 정전의 2개의 P 신호가 출력되었을 때, 제 1 자기 센서(540)로부터 마이너스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 흰색의 삼각형). 발전 센서(520)로부터 정전의 2개의 N 신호가 출력되었을 때에는, 제 1 자기 센서(540)로부터 플러스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 흰색의 사각형).
발전 센서(520)로부터 반전의 2개의 P 신호가 출력되었을 때, 제 2 자기 센서(541)로부터 플러스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 검은색의 사각형). 발전 센서(520)로부터 반전의 2개의 N 신호가 출력되었을 때에는, 제 2 자기 센서(541)로부터 마이너스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 검은색의 삼각형).
제 1 자기 센서(540) 및 제 2 자기 센서(541)의 검출 신호를 발전 센서(520)의 출력 신호와 조합함으로써, 도 12c에 나타내는 바와 같이, 식별된 P, P', N, 및 N'의 4종류의 신호가 된다. 이 4종류의 신호에 의해, 상술한 [회전수, 회전 방향을 판정하는 방법] 및 [1회전 내의 위치와 회전수를 동기하는 방법]에 따라 조작하면, 이 검출기(500)를 모터의 다회전용으로서 사용할 수 있다.
[회로의 다른 실시예]
각 실시형태의 검출기는, 자성 와이어를 구비한 발전 센서를 사용하고 있다. 그 때문에, 그 대바크하우젠 효과에 의한 출력 신호는 이미 알려져 있는 바와 같이 기전력이며, 전원으로서 활용할 수 있다. 즉, 발전 센서의 출력을 정류기와 콘덴서에 의해 처리하는 기능을 추가함으로써 제 1 실시형태의 검출기를, 예를 들면 스위치(도어의 개폐, 셔터의 위치)에, 제 2, 제 3 실시형태의 검출기를, 예를 들면 미터(유량, 수도, 풍량, 가스)에 사용할 수 있다. 이와 같은 1회전 이내의 회전 각도의 동기가 필요 없는 용도에 있어서, 전원 또는 배터리를 사용하지 않아도 된다. 또한, 발전 센서에 의한 전력을 이용해서 데이터를 무선으로 보내는 것도 가능하다. 제 4, 제 5 실시형태의 검출기에서는, 발전 센서로부터 회로와 자기 센서에 전력을 공급함으로써, 모터의 다회전 위치 검출기의 배터리리스화에 응용 가능하다.
[작용 및 효과]
지금까지 설명한 실시형태의 작용 및 효과에 대해서 다시 설명한다.
자계 발생원이 발전 센서에 근접했을 때에, 발전 센서 내의 자성 와이어의 축 방향 제 1 단부측에는 자계가 인가되지만, 축 방향 제 2 단부측은 자계 발생원에 대향하고 있지 않기 때문에 자계가 인가되지 않는다. 이것에 의해, 축 방향 제 1 단부로부터 축 방향 제 2 단부를 향해 자구의 일제 반전을 일으키기 때문에 자기 유도 요크를 필요로 하지 않고, 자성 와이어의 양단에 자계를 인가하는 방법과 마찬가지로 단일 자구가 자성 와이어 전체에 형성된다. 이것에 의해 발전 센서로부터의 고출력의 펄스 신호가 얻어진다.
자성 와이어의 일방의 축 단편측에 자계가 인가됨으로써, 자성 와이어에 있어서 자계 발생원과 대향하는 부분의 축 방향 치수를, 자성 와이어의 길이의 반분 이하로 할 수 있다. 따라서, 자성 와이어의 선 길이 전체에 자계를 인가하는 방법에 있어서 필요해지는 비교적 큰 자석이 불필요하다. 또한, 자석의 재질을 적당히 정함으로써, 안정화 자계가 인가할 수 있는 두께까지 자석을 작게 할 수 있다. 또한, 자성 와이어의 자계 발생원의 측면의 자계를 검지하기 때문에, 갭(자계 발생원의 NS 경계와 자성 와이어의 제 1 단부의 거리)의 조정 범위가 넓다. 내구성이 있는 점에서 출력에 안정성이 생긴다.
인가되는 자계가 자성 와이어의 축 단편측이며, 자계가 인가되지 않는 측의 축단에서는 연자성체부가 자력을 집자하는 것과 아울러, 인접한 이극의 자계 발생원끼리의 자기 간섭이 자성 와이어에 부여하는 영향이 경감된다. 그 때문에, 복수의 자계 발생원을 접근시켜서 배치할 수 있다. 자계 발생원의 극수 밀도(운동체의 외주 길이당 극수)를 높이는 것이 가능하다. 운동체가 회전 운동체인 경우에는, 그 회전 운동체의 외주를 짧게 할 수 있다. 바꿔 말하면, 검출기의 전체 구조가 소형이 된다.
자성 와이어의 양단부 또는 전체에 강도가 동등한 자계를 인가할 필요가 없기 때문에, 배치의 자유도가 높다. 자성 와이어를 회전 운동체의 회전축과 평행한 직선상에 배치하면, 연자성체부의 형상은 링상, 원반상 중 어느 것이어도 가능하다. 중공형, 샤프트형 중 어느 것이어도 레이디얼 갭 로터리 타입의 검출기로서 적응할 수 있다. 이 구조에서는, 회전 운동체의 회전축 방향의 치수가 자성 와이어 길이 이하에 수용되어, 박형의 검출기가 된다. 중공형에 있어서는, 검출기의 내경을 크게 취하고 싶은 경우에는 발전 센서를 외주측에 배치하고, 외경을 작게 하고 싶은 경우에는 발전 센서를 내주측에 배치할 수 있다. 즉, 설계의 자유도가 있다.
배치의 자유도라는 점에서는, 자성 와이어를 회전축과 직교하는 직선상에 설치하면, 연자성체부의 형상을 링 또는 원반상으로 할 수 있다. 즉, 중공형 또는 샤프트형의 액시얼 갭 로터리 타입의 검출기로서 적응할 수 있다. 회전축이 상하 방향이면, 수평으로 배치된 기판 상에 발전 센서 등의, 회로를 구성하는 전자 부품을 안정적으로 탑재할 수 있다.
자성 와이어를 회전 운동체의 회전축과 직교하도록 배치할 수 있다. 이 경우, 샤프트형 또한 액시얼 갭 로터리 타입의 검출기가 된다. 2주기 이상의 교번 자계가 인가된다. 1층의 소형화(특히, 지름 방향 치수의 소형화)를 도모할 수 있다. 또한, 자성 와이어에 권회된 코일에 유발되는 신호의 안정성을 높일 수 있다.
샤프트형 또한 액시얼 갭 로터리 타입의 검출기에서는, 자계 발생원의 수가 4개 또는 8개일 경우, 자성 와이어의 중앙을 회전축의 중심에 배치하면 와이어의 양단에 동극의 자계가 인가되어 대바크하우젠 현상을 발현할 수 없다. 그러나, 회전축의 중심으로부터 자성 와이어를 어긋나게 함(오프셋을 형성함)으로써, 자성 와이어에 대해서 균등한 다주기의 교번 자계가 인가된다. 특히, 자계 발생원의 수를 4로 함으로써, 최소 주기인 2주기의 교번 자계를 인가할 수 있어, 최소 반경의 회전 운동체가 된다.
발전 센서에 추가하여 자기 센서를 배치해도 좋다. 2주기의 교번 자계가 인가되는 점에서, 발전 센서를 복수 배치할 필요가 없다.
[제 6 실시형태]
도 13a 및 도 13b에, 제 1 실시형태에 의거하는 회전 검출기(1100)를 나타낸다. 회전 검출기(1100)는, 회전 운동하는 회전체(1110)와 1개의 발전 센서(1120)를 구비하고 있다.
회전체(1110)는, 연자성체로 이루어지는 1개의 링상의 지지체(1111)와, 자계 발생원인 복수의 자석(1112)을 구비한다. 복수의 자석(1112)은 지지체(1111)의 외주면에 대해서 둘레 방향 등간격으로 고정되어 있다. 고정 방법의 예로서, 매입, 감합 및 접착이 있다. 자석(1112)은 회전체(1110)의 축선 방향(1113)(도 13b의 지면 상하 방향)으로 착자되어 있으며, N극 및 S극의 쌍을 갖는다. 자석(1112)은 회전체(1110)의 축선 방향 상측에 자극면(1112a)을 갖는다. 또한, 이 자극면(1112a)은 지지체(1111)의 축선 방향 상측면과 단차가 없는 쪽이 바람직하다. 복수의 자석(1112)은, 이웃하는 자극면(1112a)이 이극이 되도록 배치되어 있다. 회전체(1110)는, 상하 방향으로 연장되는 축선(1113)을 회전축으로 해서 회전한다.
발전 센서(1120)는 대바크하우젠 현상을 발현하는 자성 와이어(1121)와, 자성 와이어(1121)에 권회된 코일(1122)을 갖는다. 자성 와이어(1121)는, 회전체(1110)의 반경 방향으로 배치된다. 회전체(1110)에 부착된 자석(1112)의 회전 궤적의 외주측 직경은, 자성 와이어 길이(1121L)보다 크다. 자성 와이어(1121)는 축 방향 중앙부(1121a)와, 축 방향 제 1 단부(1121b) 및 축 방향 제 2 단부(1121c)를 갖는다. 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)는, 축(1113)에 대해서, 회전체(1110)의 지름 방향으로 오프셋되어 있다. 오프셋량을 부호(OF11)에 의해 나타낸다. 축 방향 제 1 단부(1121b) 및 축 방향 제 2 단부(1121c)는 각각, 회전체(1110)의 반경 방향 외측 및 내측에 위치한다. 회전체(1110)의 회전 운동에 따르는 자석(1112)의 운동 방향은, 자성 와이어(1121)의 축 방향에 대해서 수직이며, 자극면(1112a)은 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)까지 중, 적어도 일부의 영역(「제 1 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 동시에, 지지체(1111)는 자성 와이어(1121) 중, 상기 제 1 영역의 지름 방향 내측에 인접하는 영역(「제 2 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 이것에 의해, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)까지의 영역에 자석(1112)으로부터의 자계가 효율 좋게 인가되는 한편, 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 2 단부(1121c)에는 동작 자계 이상의 자계가 인가되는 경우는 없다.
도 13a 및 도 13b와 같이 자석(1112)이 링상의 지지체(1111)의 외주 방향을 따라 등간격으로 20개 배치되어 있을 경우, 코일(1122)에는 회전체(1110)의 정전 1회전당 정의 펄스 신호가 10회, 부의 펄스 신호가 10회 유발된다. 또한, 회전체(1110)의 반전 1회전당 정의 펄스 신호가 10회, 부의 펄스 신호가 10회 유발된다.
이 회전 검출기(1100)는, 회전체(1110)가 중공형 타입의 회전 검출기이다. 자석(1112)은 회전체(1110)의 외주부에 있으며, 발전 센서(1120)는 회전체(1110)의 외주부와 회전축 방향으로 대향한다. 그 때문에, 회전체(1110)의 외경을 기준으로 한, 발전 센서(1120)의 지름 방향 외측으로의 돌출량이 적고, 검출기 전체의 외경이 필요 최저한으로 억제되어, 소형이다. 또한, 검출 회로를 구성하는 전자 부품이 탑재되는 기판(도시하지 않음) 상에 발전 센서를 수평 배치할 수 있어, 실장의 안정성이 높다.
자성 와이어(1121)와 회전체(1110)의 위치 관계를 더 상세하게 설명한다.
도 14a에 나타내는 바와 같이, 회전체(1110)가 회전 운동하면, 자계를 발생시키는 각 자석(1112)의 자극면(1112a)이, 자성 와이어(1121)의 상기 제 1 영역의 하방을 통과한다. 지지체(1111)는 자성 와이어(1121)의 상기 제 2 영역의 하방을 통과한다.
도 14b에, 지지체(1111) 및 자석(1112)과 자성 와이어(1121)에 의한 자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 지지체(1111)가 연자성이며, 그 집자 효과 및 실드 효과에 의해, 자석(1112)에 대향하는 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 1 단부(1121b)측에 대해서 집중적으로 자계가 인가된다. 축 방향 제 1 단부(1121b)에 대해서 자계가 국소적으로 인가되면, 자성 와이어(1121)에 있어서 축 방향 제 1 단부(1121b)로부터 축 방향 제 2 단부(1121c)를 향해 반전 자계가 전반되고, 자성 와이어 전체에 단일의 자구가 형성된다.
이어서, 도 14c를 참조하면서, 지지체(1111)와 축 방향 제 2 단부(1121c)의 간격이 자석(1112)과 축 방향 제 2 단부(1121c)의 간격보다 작은 경우의 추가 효과에 대해서 설명한다. 지지체(1111)의 자석 부착면(1111b)은, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)까지의 영역의 하방에 있다. 또한, 지지체(1111)에 있어서의, 자석 부착면(1111b)과 지름 방향으로 대향하는 지지체면(1111c)은, 자성 와이어(1121)의 축 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 2 단부(1121c)까지의 영역의 하방에 있다.
자계 발생원(1112)의 지지체(1111)로의 부착면(1111b)으로부터 상기 자계 발생원을 향하는 방향은, 지름 방향 외측 방향이다. 또한, 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 2 단부(1121c)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)를 향하는 방향도 지름 방향 외측 방향이다.
이때, 자성 와이어(1121)와, 자석(1112)과, 연자성체에 의한 지지체(1111)에 의해, 도 14c에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같은 자기 회로가 구성된다. 따라서, 자성 와이어의 양단부로 자계를 인가하는 종래의 방법보다 넓은 범위에서, 또한 자성 와이어 전체에 자계를 인가하는 것과 마찬가지로 안정화 자계가 자성 와이어에 인가된다. 그 때문에, 단일의 자구가 자성 와이어 전체에 형성되고, 고출력의 펄스 신호가 얻어진다.
이것에 대해서, 도 15에, 연자성체에 의한 지지체(1111) 대신에 비자성체에 의한 지지체(1191) 및 자석(1112)과 자성 와이어(1121)에 의한 자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 14b와는 달리, 축 방향 제 1 단부(1121b)에 추가하여 축 방향 중앙부(1121a)나 제 2 단부(1121c)에도 자계가 인가된다. 그 때문에, 자성 와이어 전체에 걸치는 단일의 자구가 형성되기 어려워진다.
또한, 도 14d에 나타내는 바와 같이, 지지체(1111)의 지름 방향 치수를 지름 방향 내측을 향해 크게 하고, 지지체면(1111c)과, 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 2 단부(1121c)의 지름 방향 위치가 대략 동일해지도록 해도 좋다. 이 경우, 자기 회로의 자기 저항이 보다 작아지고, 인가 자계가 와이어 전체에 의해 전반되기 쉬워져서, 펄스 신호의 출력이 더 높아진다.
[제 7 실시형태]
도 16a 및 도 16b에, 제 7 실시형태에 의한 회전 검출기(1200)를 나타낸다. 도 13a 및 도 13b와 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 상세한 설명은 생략한다.
회전 검출기(1200)는, 회전 운동하는 회전체(1210)를 갖는다. 회전체(1210)는, 연자성체로 이루어지는 1개의 링상의 지지체(1211)를 구비한다. 지지체(1211)는, 회전축 방향 하단부로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 플랜지부(1211a)를 외주 전체에 걸쳐 갖는다. 복수의 자석(1112)은 지지체(1211)의 외주면과 플랜지부(1211a)의 상면에 대해서, 둘레 방향 등간격으로 고정되어 있다. 플랜지부(1211a)의 백 요크 효과(후술)에 의해, 발전 센서(1120)와 자극면(1112a) 사이의 회전축 방향의 갭(H)의 허용 범위가 제 6 실시형태에 비해 넓어진다. 즉, 설계상의 자유도가 늘어, 더 바람직한 상태가 된다.
도 16c에, 지지체(1211) 및 자석(1112)과 자성 와이어(1121)의 위치 관계를 나타낸다. 또한, 도 16d에, 지지체(1211) 및 자석(1112)과 자성 와이어(1121)에 의한 자기 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 자석(1112)의 자극면(1112a)과는 반대측의 자극면(1112b)에 플랜지부(1211a)가 부착되어 있다. 그 때문에, 플랜지부(1211a)에 의한 집자 효과, 즉 플랜지부의 백 요크 기능에 의해, 자석(1112)의 자극 경계선은 부호(112c)(점선)로부터 부호(1112d)(실선)로, 플랜지부(1211a) 측으로 시프트하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 백 요크의 효과에 의해, 자극면(1112a)으로부터의 누설 자계가 플랜지부가 없는 지지체(1111)에 의한 누설 자계에 비해 증가한다. 따라서, 발전 센서(1120)와 자극면(1112a)의 갭(H)의 허용 범위가 넓어지고, 자석의 크기, 재질 등의 선택의 자유도가 늘고, 추가로 부착의 안정성도 향상된다.
[제 7 실시형태의 변형예]
도 17a 및 도 17b에, 제 7 실시형태의 변형예에 의한 회전 검출기(1200-1)를 나타낸다. 회전체(1210-1)는, 연자성체로 이루어지는 링상의 1개의 지지체(1211-1)를 갖는다. 이 지지체(1211-1)는, 회전축 방향 하단부로부터 지름 방향 내측으로 돌출된 플랜지부(1211-1a)를 내주 전체에 걸쳐 갖는다. 복수의 자석(1112)은, 지지체(1211-1)의 내주면과 플랜지부(1211-1a)의 상면에 대해서, 둘레 방향 등간격으로 고정되어 있다. 지지체(1211-1)에 부착된 자석(1112)의 회전 궤적의 외주측 직경은, 자성 와이어 길이(1121L)보다 크다.
플랜지부가 외주면에 있는 실시형태와는 달리, 축 방향 제 1 단부(1121b) 및 축 방향 제 2 단부(1121c)는 각각, 회전체(1210-1)의 반경 방향 내측 및 외측에 위치한다. 회전체(1210-1)의 회전 운동에 의해, 자석(1112)의 운동 방향은 자성 와이어(1121)의 축 방향에 대해서 수직이며, 자극면(1112a)은 자성 와이어의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 제 1 단부(1121b)까지 중, 적어도 일부의 영역(「제 1 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 동시에, 지지체(1211-1)는 자성 와이어(1121) 중, 상기 제 1 영역의 지름 방향 외측에 인접하는 영역(「제 2 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 이것에 의해, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)까지의 영역에 자석(1112)으로부터의 자계가 효율 좋게 인가되는 한편, 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 2 단부(1121c)측에는 동작 자계 이상의 자계가 인가되는 경우는 없다.
본 예의 회전 검출기는, 제 9 및 제 10의 실시형태와 마찬가지로 중공형 타입이지만, 자석(1112)과 지지체의 위치 관계가 상이하고, 중공부의 지름 방향 치수를 크게 취하고 싶은 경우에 유리한 구조가 된다.
자계 발생원(1112)의 지지체(1211-1)의 본체부로의 부착면(1211-1b)으로부터 상기 자계 발생원을 향하는 방향은, 지름 방향 내측 방향이다. 또한, 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 2 단부(1121c)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)를 향하는 방향도 지름 방향 내측 방향이다.
복수의 NS극 쌍의 자계 발생원인 복수의 자석(1112)은, 도 14a 및 도 16c에 있어서는, 지면 안쪽 및 앞쪽에도 배치되어 있다. 지지체(1111 및 1211)에 의한 집자 효과에 의해 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 1 단부(1121b)에 자계가 인가됨으로써, 인접하는 자석 사이에서 발생하는 자기 간섭이 자성 와이어(1121)에 부여하는 영향도 경감된다. 따라서, 인접하는 자계 발생원끼리를 근접시켜서, 자석의 극수 밀도를 높게 하는 것이 가능하다. 바꿔 말하면, 회전 검출기의 소형화가 도모된다.
[제 8 실시형태]
도 18에 나타내는 바와 같이, 회전 검출기(1300)의 회전체(1310)는, 축 방향 하단부로부터 지름 방향 외측으로 돌출된 플랜지부가 구비한 링상의 지지체(1311)와, 그 외주면에 둘레 방향 등간격으로 고정된 복수의 자석(1112)을 갖는다. 그리고, 회전을 담당하는 장치의 샤프트(1314)가 회전체(1310)의 축선(1113)상에 부착되어 있다. 이와 같이 회전체(1310)를 샤프트형 타입으로 할 수 있다. 샤프트(1314)의 재료는 비자성체이어도, 자성체이어도 좋다. 자성 와이어(1121)의 축 방향 일단부에 자계를 인가하는 한편, 자성 와이어의 축 방향 양단부 또는 자성 와이어 전체에 대해서, 강도가 동등한 자계를 인가할 필요가 없기 때문에, 이와 같은 샤프트형 타입의 구조도 가능하며 자유도가 높다.
도 19에 나타내는 바와 같은, 1개의 링상의 경자성체에 다극 착자를 실시한 자석(1112-1)을, 복수의 자계 발생원으로서 사용하는 것도 가능하다. 소정의 착자 피치 λ에 상당하는 면적을 갖는 착자 요크에 의해, 자석(1112-1)의 소재인 링상의 경자성체 재료의 축 방향 상면 및 축 방향 하면에 동시 착자를 행하면, 축선(1113)의 방향으로 착자되고, 경자성체 재료의 상면 및 하면에 자극이 나타나, 자석(1112-1)이 만들어진다. 이와 같이, 다극 착자되어 이루어지는 1개의 자석(1112-1)을, 지지체(1111, 1211, 1211-1) 또는 원반상의 지지체(1311)에 고정하면 좋다.
[제 9 실시형태]
도 20a 및 도 20b에, 제 9 실시형태에 의거하는 다회전 검출 기능을 갖는 회전 검출기(1400)를 나타낸다. 검출기(1400)는, 회전하는 회전체(1410)와 1개의 발전 센서(1120)를 구비하고 있다. 회전체(1410)는 연자성체로 이루어지고, 외주면에 플랜지부가 형성된 대략 정방형 판상의 지지체(1411)와, 자계 발생원이 되는 4개의 자석(1112)을 갖는다. 4개의 자석(1112)은, 지지체(1411)의 4개의 변부에 둘레 방향 등간격으로 배치되어 있다. 또한, 회전체(1410)의 축선(1113)에는 샤프트(1414)가 부착되어 있다. 자석(1112)은, 축선(1113)의 방향으로 착자되어 있으며, N극 및 S극의 쌍을 갖고, 이웃하는 2개의 자석(1112)은 착자 방향이 상이하다. 외주면이 아크형상인 자석을 도시하고 있지만, C형형상, 직방체형상 등의 자석을 사용하는 것도 가능하다.
발전 센서(1120)는, 대바크하우젠 현상을 발현하는 자성 와이어(1121)와, 자성 와이어(1121)에 권회된 코일(1122)을 갖는다. 자성 와이어(1121)는 회전체(1411)의 반경 방향으로 위치하고, 또한 축선(1113)과 교차하고 있다. 회전체(1411)에 부착된 자석(1112)의 회전 궤적의 외주측 직경은, 자성 와이어(1121)의 길이보다 크다.
회전체(1410)의 회전 운동에 의해, 자석(1112)의 자극면(1112a)은, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 1 단부(1121b)까지 중, 적어도 일부의 영역(「제 1 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 지지체(1411)와 샤프트(1414)는 자성 와이어(1121) 중, 상기 제 1 영역의 지름 방향 내측에 인접하는 영역(「제 2 영역」이라고 부른다)의 하방을 통과한다. 또한, 자성 와이어(1121)가 축선(1113)과 교차하고 있지만, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)로부터 축 방향 제 2 단부(1121c)까지의 영역의 하방을, 자석(1112)의 자극면(1112a)이 통과하는 경우는 없다.
이상의 구조에 의해, 회전체(1410)가 1회전하면, 자성 와이어(1121)의 축 방향 중앙부(1121a)와 축 방향 제 1 단부(1121b) 사이의 영역에, 2주기의 균등한 교번 자계가 인가된다.
자계 발생원이 4개인 경우에 있어서는, 이 구조에 의해 회전체의 외경을 가장 작게 할 수 있다. 자계 발생원이 6개일 경우, 제 2 단부(1121c)에 근접하는 어느 자석의 자극과, 그 자석과 지름 방향으로 대향하는 다른 자석의, 제 1 단부(1121b)에 근접하는 자극은, 이극으로 할 수 있다. 이 경우에는 추가로 회전체의 외경을 작게 해서 자석(1112)이 제 2 단부(1121c)의 하방을 통과하도록 해도, 균등한 교번 자계의 인가가 가능하다.
회전 검출기(1400)는 추가로, 1개의 자기 센서(1440)를 구비하고 있다. 자기 센서(1440)는, 발전 센서(1120)가 펄스 신호를 출력했을 때에, 자계 발생원으로부터의 자계를 판정할 수 있는 위치에 배치되어 있다.
4개의 자석(1112) 중, 어느 자석(「제 1 자석」이라고 부른다)이 자성 와이어(1121)의 근방을 통과함으로써, 자성 와이어(1112)에 안정화 자계가 인가되게 된다. 계속해서, 제 1 자석에 인접하는 제 2 자석이 근접해 왔을 때에, 상술한 안정화 자계와는 역방향의 동작 자계가 자성 와이어(1112)에 인가되고, 발전 센서(1120)가 펄스 신호를 출력한다.
자기 센서(1440)는 도 20b에 나타내는 바와 같이, 자성 와이어의 축 방향과 소정 각도를 이루도록 배치되어 있다. 이 소정 각도는, 대략 45°이다. 또는, 소정 각도는 약 135°, 약 225°, 또는 약 315°이어도 좋다.
[다회전 기능의 설명]
이어서, 다회전 검출 기능을 가진 검출기에 대해서 설명한다. 전원 투입 시의 정확한 위치 검출에는, 1회전 내 앱솔루트 각도 검출기가 사용된다. 발전 센서는 전원 차단 시의 1회전 단위의 조검출에 이용된다. 발전 센서는, 교번 자계 1주기에 대해서 정부 각 1펄스의 합계 2펄스를 출력하지만, 이 펄스만으로는 정전·역전의 판별이 불가능하다. 그래서, 이하에 나타내는 방법이 종래 사용되어 있다.
1) 발전 센서의 수를 늘려서 위상차 신호를 얻는 방법
2) 다른 검출 수단을 추가하는 방법
전자는 발전 센서가 복수 필요하다. 후자는 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 발전 센서 1개와 추가의 센서 요소에 의해 달성할 수 있다.
1개의 발전 센서를 사용할 경우, 충분한 레벨의 펄스 신호를 얻기 위해, 안정화 자계와 동작 자계가 정해진 순서대로 자성 와이어에 인가될 필요가 있다. 회전체의 정전 시에 자성 와이어에 대해서, 동작 자계가 인가되어 펄스 신호가 출력된 직후에 회전체가 역전되면 상기 순서가 지켜지지 않기 때문에, 회전 검출에 필요한 펄스 신호가 1회분 빠져버린다. 그 경우, 오차가 ±180°를 초과하여, 올바른 회전량 검출은 할 수 없다.
교번 자계의 다주기화와 검출기의 소형화의 양립이 지금까지는 어려웠다. 그러나, 도 20a 및 도 20b에 나타낸 바와 같이, 자계 발생원의 수를 4개로 하고, 1회전당 2주기의 교번 자계가 자성 와이어에 인가되도록 할 수 있다. 즉, 다회전 검출 기능을 구비하고, 소형이며, 비용이 낮고, 펄스 신호의 출력이 안정적인 검출기가 얻어진다. 이하에, 그 형태를 상세하게 설명한다.
[회전수, 회전 방향을 판정하는 방법]
도 20b에 있어서, 회전체(1410)의 우회전을 정전, 좌회전을 반전으로 한다. 도 21a에, 회전 시에 발전 센서(1120)에 인가되는 자계(Ha)를 나타낸다. 또한, 정전 시에 발전 센서(1120)에 발생하는 정펄스 신호를 부호(P)로 나타내고, 신호(P)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ps)로 나타내고, 부펄스 신호를 부호(N)로 나타내고, 신호(N)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ns)로 나타낸다. 안정화 자계는 ±H2, 동작 자계는 ±H1로 한다. 반전 시의 출력은 정전 시와 동일 부호로 나타내지만, 정전 시는 흰색, 반전 시는 검은색으로 나타낸다.
영구 자석(1112)으로부터 발전 센서(1120)로 인가되는 자계는, 1회전 2주기의 교번 자계가 된다. 따라서, 발전 센서(1120)는 정전 1회전당 정부(P, N)의 신호를 2회 출력하고, 반전 1회전에 대해서도, 정전 시와 마찬가지로 정부(P, N)의 신호를 2회 출력한다.
도 21b에, 자기 센서(1440)에 인가되는 자계(Hb)를 1점 쇄선으로 나타낸다. 자기 센서(1440)는 상술한 바와 같이, 회전축(1113)에 관해서 축 방향 제 1 단부(1121b)와 대략 45°를 이루도록 배치되어 있다. 그 때문에, 교번 자계(Hb)는, 도 21a에 나타낸 교번 자계(Ha)보다 45° 위상이 어긋난다. 자기 센서(1440)로서, 예를 들면 홀 소자, 자기 저항 효과 소자(SV-GMR, TMR)와 같이 NS극(도에 있어서의 플러스 및 마이너스)을 판별할 수 있는 자기 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 발전 센서(1120)로부터 정전의 2개의 P 신호, 반전의 2개의 N 신호가 출력되면, 자기 센서(1440)로부터 마이너스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이것을 도면 중의 흰색 및 검은색의 삼각형으로 나타낸다. 또한, 발전 센서(1120)로부터 정전의 2개의 N 신호, 반전의 2개의 P 신호가 출력되면, 자기 센서(1440)로부터는 플러스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이들을 도면 중의 흰색 및 검은색의 사각형으로 나타낸다.
도 21c에, 발전 센서(1120)의 출력 신호와 자기 센서(1440)의 검출 신호의 조합을 나타낸다.
도 21d에 회전 좌표를 나타낸다. 정펄스 신호(P)가 출력되고 나서, 회전체(1410)가 부호(R)로 나타내는 바와 같이 우회전하고, 다음 신호(N')가 검출될 때까지의 회전 각도는 +90°이다. 한편, 정펄스 신호(P)가 출력된 직후에 회전체(1410)가 부호(L)로 나타내는 바와 같이 좌회전한 경우, 다음 신호는 신호(N)인 것이 기대된다. 그러나, 안정화 자계(Ns)를 거치지 않은 점에서, 신호(N)는 출력되지 않거나, 또는 출력되었다고 해도 매우 작아, 평가하는 것이 곤란하다. 따라서, 다음의, 평가할 수 있는 신호(P')의 좌회전 신호가 출력될 때까지의 회전 각도는, 약 -(90°+α)가 된다. 이와 같이 정전, 반전의 쌍방에 있어서 안정화 자계가 인가되지 않는 회전 운동이 일어나도, 동일 신호로 중복되는 범위가 발생하지 않는다. 또한, 판정할 수 있는 위치의 범위는 360° 미만이 되고, 회전체(1410)의 회전수를 정확하게 검출할 수 있다.
회전체(1410)의 회전 방향을 판정하는 방법에 대해서, 이해를 용이하게 하기 위해, 일례로서 연속되는 신호를 2개로 해서 설명한다.
판정은, 메모리를 포함하는 신호 처리 회로(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 이 신호 처리 회로는 식별 기능과, 참조 기능과, 연산 기능을 갖는다. 우선, 신호 처리 회로는, 식별 기능에 의해 발전 센서(1120)로부터의 신호를 P, P', N, 및 N'의 4개 중 어느 하나로서 식별한다. 이어서, 신호 처리 회로는 참조 기능에 의해, 회전수 및 회전 방향의 계수를 개시하는 초기 상태로 기억된 1개 전의(전상태) 이력 신호와, 그 후의 회전에 따르는 신호(신상태)를 순차적으로 메모리에 써넣는다. 신호 처리 회로는, 메모리에 저장된 과거와 현재의 연속되는 2개의 신호를, 미리 설정한 4종류의 코드화된 테이블에서 검색하고, 일치한 카운트값을 되돌린다. 이 테이블의 일례는 도 21e에 나타낸다. 신호 처리 회로는 신호가 입력될 때마다 검색을 행하고, 그 결과의 카운트값을 연산 기능에 의해 순차적으로 가감산한다. 가감산된 수치는, 그 시점에서의 회전수와 회전 방향을 나타내는 것이 된다. 신호(N)와 신호(P) 사이에 규준 위치를 설정하고, 도 21e에 나타낸 바와 같은 테이블을 사용함으로써, 회전체(1410)의 회전 방향 및 회전수를 정확하게 카운트할 수 있다.
[1회전 내의 위치와 회전수를 동기하는 방법]
회전 검출기를 모터의 다회전용으로서 사용할 경우, 모터 구동 시스템의 정전 중에는, 도 21e를 참조하면서 먼저 설명한 방법으로 회전수를 검출한다. 모터 구동 시스템의 기동 시에는, 신호(P, P', N, 및 N')는 1회전에 각각 2개소 존재하기 때문에, 2개의 영역의 양자 택일이 되고, 회전수를 특정할 수 없다. 그 때문에, 회전수 카운터의 기준 위치로부터의 변위 각도를 판별할 필요가 있다. 그래서, 1회전 앱솔루트형의 위치 센서를 외부 부착함으로써, 어느 영역에 위치하고 있는지를 판별하고, 회전수를 특정할 수 있다.
[제 9 실시형태의 변형예]
도 22a 및 도 22b에 나타내는 바와 같이, 제 9 실시형태의 변형예로서, 중공 타입에서도 다회전 기능을 제공할 수 있다. 회전 검출기(1400-1)는 회전체(1410-1)와, 11개의 발전 센서(1120)와, 2개의 자기 센서(1440 및 1441)를 구비한다. 회전체(1410-1)는 연자성체로 이루어지고, 외주면에 플랜지부를 구비한 링상의 지지체(1411-1)와, 지지체(1411-1)의 외주면에 둘레 방향 등간격으로 고정된 4개의 자석(1112)을 갖는다. 발전 센서(120)는 자성 와이어(1121)와 코일(1122)을 구비한다.
상술한 제 9 실시형태에서는, 자성 와이어(1121)보다 둘레 방향으로 대략 45° 떨어진 위치에 있는 1개의 자기 센서(1440)에 의해, 발전 센서(1120)의 정전·반전 각 4개, 합계 8개의 신호를 커버할 수 있다. 이것은, 둘레 방향 등간격으로 배치된 자계 발생원끼리가 어느 정도 근접하고 있으며, 정전·반전의 양방에 있어서 1개의 자기 센서(1440)만으로 검출할 수 있는 충분한 자계가 자기 센서(1440)에 인가되기 때문이다. 그러나, 제 6 실시형태 또는 제 7 실시형태와 같은 중공 타입에 있어서 4개의 자석이 배치되는 경우에는, 자석끼리가 근접하고 있지 않은 경우가 있다. 그와 같은 경우에 대해서 이하에 설명한다.
도 22a에 있어서 발전 센서(1120)가 펄스 신호를 출력하는 것은, 4개의 자석(1112) 중, 어느 자석이 자성 와이어(1121)의 근방을 통과한 후, 다음 자석이 근접하여 반전 자계가 서서히 강해지면서 동작 자계가 인가될 때이다. 펄스 신호가 출력될 때의 회전체(1410-1)의 회전 위치는, 정전 시에 발전 센서(1120)가 정펄스 신호(P)와 부펄스 신호(N)를 출력하는 회전 위치와, 반전 시에 발전 센서(1120)가 정펄스 신호(P)와 부펄스 신호(N)를 출력하는 위치의 합계 8개소 있다.
이 8개소에 대응해서, 자계 발생원의 자계를 검출할 수 있도록 제 1 자기 센서(1440)와 제 2 자기 센서(1441)가 배치된다. 제 1 자기 센서(1440)가 정전 시의 자계를, 제 2 자기 센서(1441)가 반전 시의 자계를 검출할 수 있도록, 각각의 자기 센서를 -20°, +20°의 위상으로 어긋나게 배치한다. 도 22b에 나타내는 바와 같이, 제 1 자기 센서(1440)는, 1개의 자석(1112)(제 1 자석이라고 부른다)이 자성 와이어(1121)의 바로 아래에 왔을 때에 제 1 자석의 시계 방향으로 인접하는 다른 자석으로부터 반시계 방향으로 조금 떨어진 위치에 배치되고, 제 2 자기 센서(1441)는, 제 1 자석으로부터 시계 방향으로 조금 떨어진 위치에 배치된다. 제 1 자기 센서 및 제 2 자기 센서의 배치는 자석의 재질, 크기 등에 따라 적당히 정하면 좋다.
도 22b에 있어서, 회전체(1410)의 우회전을 정전, 좌회전을 반전으로 한다. 제 1 자기 센서(1440)는 정전 시의 발전 센서(1120)의 신호 식별을 담당하고, 제 2 자기 센서(1441)는 반전 시의 발전 센서(1120)의 신호 식별을 담당한다. 도 22b의 3시 방향을 0°로 하면, 발전 센서(1120)는 0°의 위치에 있으며, 제 1 자기 센서(1440)는 +70°의 위치에 있으며, 제 2 자기 센서(1441)는 +20°의 위치에 있다. 자성 와이어가 0° 위치에 있으며, 양 자기 센서가 0°~90°의 영역에 배치되어 있지만, 그 외 3개의 영역(90°~180°의 영역, 180°~270°의 영역, 및 270°~360°의 영역) 중 어느 하나에 배치되어도 좋다.
도 23a에, 회전체(1410-1)의 회전 시에 발전 센서(1120)에 인가되는 자계(Ha)를 점선으로 나타낸다. 동 도면에 있어서, 정전 시에 발전 센서(1120)에 발생하는 정펄스 신호를 부호(P)로 나타내고, 신호(P)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ps)로 나타내고, 부펄스 신호를 부호(N)로 나타내고, 신호(N)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ns)로 나타낸다. 안정화 자계는 ±H2, 동작 자계는 ±H1로 하고, 반전 시의 출력은 정전 시와 동일 부호로 나타내지만, 정전 시는 흰색, 반전은 검은색으로 나타낸다. 자석(1112)으로부터 발전 센서(1120)에 인가되는 자계는, 1회전 2주기의 교번 자계가 된다. 따라서, 발전 센서(1120)의 신호는, 정전 1회전에서 정부(P, N)의 신호가 각 2회 출력되고, 반전 1회전에서도 정전 시와 마찬가지로 정부(P, N)의 신호가 각 2회 출력된다.
도 23b에, 제 1 자기 센서(1440)에 인가되는 자계(Hb)를 2점 쇄선으로 나타내고, 제 2 자기 센서(1441)에 인가되는 자계(Hc)를 1점 쇄선으로 나타낸다. 상술한 바와 같이, 제 1 자기 센서(1440)와 제 2 자기 센서(1441)는, 발전 센서(1120)보다 둘레 방향으로 거리를 두고 배치되어 있다. 그 때문에, 교번 자계(Hb 및 Hc)는, 도 23a에 나타낸 교번 자계(Ha)와는 위상이 어긋난다.
자기 센서(1440 및 1441)로서, 예를 들면 홀 소자, 자기 저항 효과 소자(SV-GMR, TMR)와 같이, NS극(도면에 있어서의 플러스 및 마이너스)을 판별할 수 있는 자기 센서를 사용할 수 있다.
발전 센서(1120)로부터 정전의 2개의 P 신호가 출력되었을 때, 제 1 자기 센서(1440)로부터 마이너스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 흰색의 삼각형). 발전 센서(1120)로부터 정전의 2개의 N 신호가 출력되었을 때에는, 제 1 자기 센서(1440)로부터 플러스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 흰색의 사각형).
발전 센서(1120)로부터 반전의 2개의 P 신호가 출력되었을 때, 제 2 자기 센서(1441)로부터 플러스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 검은색의 사각형). 발전 센서(1120)로부터 반전의 2개의 N 신호가 출력되었을 때에는, 제 2 자기 센서(1441)로부터 마이너스 자계의 검출 신호가 출력된다(도면 중의 검은색의 삼각형).
제 1 자기 센서(1440) 및 제 2 자기 센서(1441)의 검출 신호를 발전 센서(1120)의 출력 신호와 조합함으로써, 도 23c에 나타내는 바와 같이, 식별된 P, P', N, 및 N'의 4종류의 신호가 된다. 이 4종류의 신호에 의해, 상술한 [회전수, 회전 방향을 판정하는 방법] 및 [1회전 내의 위치와 회전수를 동기하는 방법]에 따라 조작하면, 이 검출기(1400-1)를 모터의 다회전용으로서 사용할 수 있다.
[회로의 다른 실시예]
각 실시형태의 회전 검출기는, 자성 와이어를 구비한 발전 센서를 사용하고 있다. 그 때문에, 그 대바크하우젠 효과에 의한 출력 신호는 이미 알려져 있는 바와 같이 기전력이며, 전원으로서 활용할 수 있다. 즉, 발전 센서의 출력을 정류기와 콘덴서에 의해 처리하는 기능을 추가함으로써, 제 6~제 9의 실시형태의 회전 검출기를, 예를 들면 미터(유량, 수도, 풍량, 가스)에 사용할 수 있다. 이와 같이 1회전 이내의 회전 각도의 동기가 필요 없는 용도에 있어서, 전원 또는 배터리를 사용하지 않아도 된다. 또한, 발전 센서에 의한 전력을 이용해서 데이터를 무선으로 보내는 것도 가능하다. 제 9 실시형태의 회전 검출기에서는, 발전 센서로부터 회로와 자기 센서에 전력을 공급함으로써, 모터의 다회전 위치 검출기의 배터리리스화에 응용 가능하다.
[제 10 실시형태]
제 9 실시형태 및 제 9 실시형태의 변형예에 있어서, 발전 센서와 자기 센서 및 상기 회로를 동일 기판에 탑재할 수 있다. 도 24a 및 도 24b에, 제 10 실시형태에 의한 회전 검출기(1400-2)를 나타낸다. 발전 센서(1120)는 패키지(1123)에 수납되어 수지 등으로 고정되고, 그 패키지 양단에는 코일(1122)과 결선된 2개의 단자(1124a 및 1124b)가 형성되고, 양 단자가 기판(1500)의 면(1500a)에 탑재되어 있다. 자성 와이어(1121)의 축 방향 제 1 단부(1121b)와 시계 방향으로 45° 떨어진 자기 센서(1440)는, 동일한 기판면(1500a)에 탑재되어 있다. 또한, 메모리를 포함하는 신호 처리 회로(1600)가 동일한 기판면(1500a)에 탑재되어 있다. 또한, 기판으로부터 신호를 인출하기 위해 커넥터(1700)도 탑재되어 있다. 또한, 기판(1500)을 양면 기판으로 하면, 이들 회로를 반대측의 기판면(1500b)으로 실장할 수도 있다. 또한, 기판면(1500b)과 대향하는 회전체(1410)의 면에 다른 검출 매체(도시하지 않음)를 설치하고, 그 매체를 검출하는 1회전 앱솔루트형의 위치 센서(도시하지 않음)를 기판면(1500b)에 탑재할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 구조는, 회전 검출기에 필요한 전자 부품을 동일 기판에 탑재할 수 있는 이점이 있다.
[작용 및 효과]
지금까지 설명한 실시형태의 작용 및 효과에 대해서 다시 설명한다.
자계 발생원이 발전 센서에 근접했을 때에, 발전 센서 내의 자성 와이어의 축 방향 제 1 단부측에는 자계가 인가되지만, 축 방향 제 2 단부측은 자계 발생원에 대향하고 있지 않기 때문에 자계가 인가되지 않는다. 이것에 의해, 축 방향 제 1 단부로부터 축 방향 제 2 단부를 향해 자구의 일제 반전을 일으키기 때문에 자기 유도 요크를 필요로 하지 않고, 자성 와이어의 양단에 자계를 인가하는 방법과 마찬가지로 단일의 자구가 자성 와이어 전체에 형성된다. 이것에 의해 발전 센서로부터의 고출력의 펄스 신호가 얻어진다.
자성 와이어에 있어서 자계 발생원과 대향하는 부분의 축 방향 치수는 자성 와이어의 길이의 반분 이하이며, 자성 와이어의 선 길이 전체에 자계를 인가하는 방법에 있어서 필요해지는 비교적 큰 자석이 본 발명의 실시형태에 있어서는 불필요하다. 또한, 자석의 재질을 적당히 정함으로써, 안정화 자계가 인가할 수 있는 두께까지 자석을 작게 할 수 있다. 지지체에 플랜지부를 구비함으로써 자계 발생원을 플랜지부의 표면과, 플랜지부에 접하는 지지체의 외주면의 2면에 부착할 수 있다. 그 때문에, 자계 발생원과 자성 와이어의 축 방향 갭의 조정 범위가 넓어지고, 부착의 안정도가 향상되어 내구성이 있는 점에서 출력에 안정성이 생긴다.
인가되는 자계가 자성 와이어의 축 단편측이며, 자계가 인가되지 않는 측의 축단에서는 연자성체부가 자력을 집자하는 것과 아울어, 인접한 이극의 자계 발생원끼리의 자기 간섭이 자성 와이어에 부여하는 영향이 경감된다. 그 때문에, 복수의 자계 발생원을 접근시켜서 배치할 수 있다. 자계 발생원의 극수 밀도(회전체의 외주 길이당 극수)를 높이는 것이 가능하며, 회전체의 외주를 짧게 할 수 있다. 바꿔 말하면, 검출기의 전체 구조가 소형이 된다.
자성 와이어의 양단부 또는 전체에 강도가 동등한 자계를 인가할 필요가 없기 때문에, 배치의 자유도가 높다. 중공형, 샤프트형 중 어느 것이나 회전 검출기로서 적응할 수 있다. 중공형에 있어서는, 회전 검출기의 내경을 크게 취하고 싶은 경우에는 발전 센서를 외주측에 배치하고, 외경을 작게 하고 싶은 경우에는 발전 센서를 내주측에 배치할 수 있다. 즉, 설계의 자유도가 있다.
배치의 자유도라는 점에서는, 자성 와이어를 회전체의 회전축과 직교하도록 배치할 수 있다. 이 경우, 샤프트형 타입의 회전 검출기가 된다. 1회전당 2주기 이상의 교번 자계가 인가되는 1층의 소형화(특히, 지름 방향 치수의 소형화)를 도모할 수 있다. 또한, 자성 와이어에 권회된 코일에 유발되는 신호의 안정성을 높일 수 있다.
또한, 회전 검출기에 필요한 전자 부품을 동일 기판에 탑재할 수 있는 이점이 있다.
지금까지 설명한 실시형태에 관하여, 이하의 부기를 개시한다.
[부기 A1]
발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출하는 검출기로서,
상기 발전 센서는 대바크하우젠 효과를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
상기 운동체는 연자성체부와, 상기 연자성체부에 부착된 복수의 자계 발생원을 구비하고, 상기 복수의 자계 발생원 각각은 N극 및 S극의 쌍을 갖고, 착자 방향이 상기 연자성체부에 대한 부착 방향과 평행하며, 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원에 있어서 부착 방향 외측의 자극이 이극이며,
상기 운동체의 운동에 의해 상기 복수의 자계 발생원이 그리는 궤도의 근방에, 상기 발전 센서가 배치되어 있으며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 운동 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 수직이며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 착자 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 평행이며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중 적어도 일부가 상기 자계 발생원의 중앙부와 대향하고, 상기 자성 와이어의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부까지 중 적어도 일부가 상기 연자성체부와 대향하는 검출기.
[부기 A2]
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 연자성체부는 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 제 2 단부와 대향하는 부기 A1에 기재된 검출기.
[부기 A3]
상기 운동체가 회전 운동하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 평행하게 배치되어 있는 부기 A1 또는 A2에 기재된 검출기.
[부기 A4]
상기 운동체가 회전 운동하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 직교하는 직선상에 있으며, 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 중앙부는 상기 회전축에 대해서 오프셋되어 있는 부기 A1 또는 A2에 기재된 검출기.
[부기 A5]
상기 자성 와이어가 상기 회전 운동의 회전축과 교차하도록 배치되어 있는 부기 A4에 기재된 검출기.
[부기 A6]
상기 자계 발생원의 수가 4인 부기 A1~A5 중 어느 한 항에 기재된 검출기.
[부기 A7]
상기 발전 센서가 신호를 출력했을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
상기 운동체의 회전 운동에 따라 상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 운동체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 부기 A1~A6 중 어느 한 항에 기재된 검출기.
[부기 B1]
회전체의 회전 운동을, 1개의 발전 센서를 사용해서 검출하는 회전 검출기로서,
상기 발전 센서는 대바크하우젠 효과를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전체의 반경 방향으로 배치되고,
상기 회전체는 연자성체로 이루어지는 1개의 지지체와, 상기 지지체에 대해서 둘레 방향 등간격으로 부착된 복수의 자계 발생원을 구비하고,
상기 복수의 자계 발생원 각각은 N극 및 S극의 쌍을 갖고, 착자 방향이 상기 회전체의 회전축 방향과 평행하며, 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원의 착자 방향이 상이하고,
상기 복수의 자계 발생원의 회전 궤적의 외주측 직경은 상기 자성 와이어의 길이보다 크고, 상기 자계 발생원은 상기 자성 와이어에 근접했을 때에, 상기 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중, 적어도 일부의 영역과 회전축 방향으로 대향하고,
상기 자성 와이어에 근접하고 있는 상기 자계 발생원의, 상기 지지체로의 부착면은 상기 자성 와이어의 축 방향 제 2 단부측에 있는,
상기 자성 와이어에 근접하고 있는 상기 자계 발생원의 상기 지지체로의 부착면으로부터 상기 자계 발생원을 향하는 방향은, 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 제 2 단부로부터 상기 축 방향 제 1 단부를 향하는 방향과 동일한 회전 검출기.
[부기 B2]
상기 지지체가 지름 방향으로 돌출된 플랜지부를 구비하는 부기 B1에 기재된 회전 검출기.
[부기 B3]
상기 자성 와이어가 상기 회전체의 회전축과 교차하도록 배치되어 있는 부기 B1에 기재된 회전 검출기.
[부기 B4]
상기 복수의 자계 발생원이 동일한 형상의 복수의 자석인 부기 B1에 기재된 회전 검출기.
[부기 B5]
상기 복수의 자계 발생원이 링상의 경자성체가 다극 착자되어 이루어지는 1개의 자석인 부기 B1에 기재된 회전 검출기.
[부기 B6]
상기 발전 센서로부터 신호가 출력되었을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 회전체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 부기 B1에 기재된 회전 검출기.
[부기 B7]
상기 발전 센서와, 상기 자기 센서와, 상기 회로가 동일 기판에 탑재되어 있는 부기 B6에 기재된 회전 검출기.
[부기 C1]
발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출하는 검출기로서,
상기 발전 센서는 대바크하우젠 효과를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
상기 운동체는 연자성체부와, 상기 연자성체부에 등간격으로 부착된 복수의 자계 발생원을 구비하고, 상기 복수의 자계 발생원 각각은 N극 및 S극의 쌍을 갖고, 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원에 있어서 부착 방향 외측의 자극이 이극이며,
상기 운동체의 운동에 의해 상기 복수의 자계 발생원이 그리는 궤도의 근방에 상기 발전 센서가 배치되어 있으며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 운동 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 수직이며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 착자 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 평행이거나, 또는 상기 자성 와이어와 대향하는 방향에 평행(즉, 상기 자성 와이어의 축 방향과 상기 자계 발생원의 운동 방향의 양 방향에 수직)이며,
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중 적어도 일부가 상기 자계 발생원과 대향하고, 상기 자성 와이어의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부까지 중 적어도 일부가 상기 연자성체부와 대향하는 검출기.
[부기 C2]
상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 연자성체부는 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 제 2 단부와 대향하는 부기 C1에 기재된 검출기.
[부기 C3]
상기 운동체가 회전 운동하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 평행하게 배치되어 있는 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C4]
상기 운동체가 회전 운동하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 직교하는 직선상에 있으며, 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 중앙부는 상기 회전축에 대해서 오프셋되어 있는 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C5]
상기 자성 와이어가 상기 회전 운동의 회전축과 교차하도록 배치되어 있는 부기 C4에 기재된 검출기.
[부기 C6]
상기 연자성체부가 지름 방향으로 돌출된 플랜지부를 구비하는 부기 C4에 기재된 검출기.
[부기 C7]
상기 복수의 자계 발생원이 동일한 형상의 복수의 자석인 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C8]
상기 복수의 자계 발생원이 링상의 경자성체가 다극 착자되어 이루어지는 1개의 자석인 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C9]
상기 자계 발생원의 수가 4인 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C10]
상기 발전 센서가 신호를 출력했을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
상기 운동체의 회전 운동에 따라 상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 운동체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 부기 C1 또는 C2에 기재된 검출기.
[부기 C11]
상기 발전 센서와, 상기 자기 센서와, 상기 회로가 동일 기판에 탑재되어 있는 부기 C10에 기재된 검출기.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 기술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 각종 변형 및 변경이 가능하다.
100, 200, 300, 400, 500: 운동 검출기
110, 210, 310, 410, 510: 운동체
111, 211, 311, 411, 511: 연자성체부
112, 212, 312, 412, 512: 자석
120, 220, 320, 420, 520: 발전 센서
121, 221, 321, 421, 521: 자성 와이어
122, 222, 322, 422, 522: 코일
440, 540, 541: 자기 센서
1100, 1200, 1200-1, 1300, 1400, 1400-1, 1400-2: 회전 검출기
1110, 1210, 1210-1, 1310, 1410, 1410-1: 회전체
1111, 1211, 1211-1, 1311, 1411, 1411-1: 지지체
1112: 자계 발생원 1120: 발전 센서
1121: 자성 와이어 1122: 코일
1211a, 1211-1a: 플랜지부 1440, 1441: 자기 센서
1500: 기판 1600: 신호 처리 회로
1700: 커넥터

Claims (11)

  1. 발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출하는 검출기로서,
    상기 발전 센서는 대바크하우젠 효과를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
    상기 운동체는 연자성체부와, 상기 연자성체부에 등간격으로 부착된 복수의 자계 발생원을 구비하고, 상기 복수의 자계 발생원 각각은 N극 및 S극의 쌍을 갖고, 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원에 있어서 부착 방향 외측의 자극이 이극이며,
    상기 운동체의 운동에 의해 상기 복수의 자계 발생원이 그리는 궤도의 근방에, 상기 발전 센서가 배치되어 있으며,
    상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 운동 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 수직이며,
    상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때의 상기 자계 발생원의 착자 방향은, 상기 자성 와이어의 축 방향에 평행이거나, 또는 상기 자성 와이어와 대향하는 방향에 평행이며,
    상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 자성 와이어의 축 방향 중앙부로부터 축 방향 제 1 단부까지 중 적어도 일부가 상기 자계 발생원과 대향하고, 상기 자성 와이어의 상기 적어도 일부로부터 축 방향 제 2 단부까지 중 적어도 일부가 상기 연자성체부와 대향하는 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 센서에 대해서 상기 자계 발생원이 근접했을 때에, 상기 연자성체부는 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 제 2 단부와 대향하는 검출기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 운동체가 회전 운동하고,
    상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 평행하게 배치되어 있는 검출기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 운동체가 회전 운동하고,
    상기 자성 와이어는 상기 회전 운동의 회전축과 직교하는 직선상에 있으며, 상기 자성 와이어의 상기 축 방향 중앙부는 상기 회전축에 대해서 오프셋되어 있는 검출기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 자성 와이어가 상기 회전 운동의 회전축과 교차하도록 배치되어 있는 검출기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 연자성체부가 지름 방향으로 돌출된 플랜지부를 구비하는 검출기.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 자계 발생원이 동일한 형상의 복수의 자석인 검출기.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 자계 발생원이 링상의 경자성체가 다극 착자되어 이루어지는 1개의 자석인 검출기.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 자계 발생원의 수가 4인 검출기.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발전 센서가 신호를 출력했을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
    상기 운동체의 회전 운동에 따라 상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 운동체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 검출기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발전 센서와 상기 자기 센서와 상기 회로가 동일 기판에 탑재되어 있는 검출기.
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