WO1992021003A1

WO1992021003A1 - Magnetoresistance type revolution detector

Info

Publication number: WO1992021003A1
Application number: PCT/JP1992/000596
Authority: WO
Inventors: Kosei Nakamura; Yukio Katsuzawa; Hiroshi Tukuoka
Original assignee: Fanuc Ltd
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1992-11-26
Also published as: EP0539602A1; KR930701727A; EP0539602A4; JPH04335111A

Description

明細書磁気抵抗形回転検出器技術分野

本発明は磁気抵抗形回転検出器に関する。特に本発明は、回転体の回転速度と所定基点に対する回転位置とを検出すベく回転体へ一体回転可能に装着され、異なる 2つの円周面のそれぞれに突歯又は溝を形成して一方を回転速度検出面、他方を回転位置検出面とした回転子と、回転子の回転速度検出面及び回転位置検出面の各々に対向して設けられ、各検出面との間に磁界を形成する磁界発生用の磁石と、回転子の回転速度検出面及び回転位置検出面と磁界発生用の磁石との間に設けられて回転速度検出信号及び回転位置検出信号を発生する磁気抵抗形信号発生回路要素とを備えた磁気抵抗形回転検出器の改良に関する。背景技術

この種の磁気抵抗形回転検出器は、工作機械の主軸等の種々の回転軸やモータ出力軸の、回転速度及び回転位置を検出して、それら回転軸やモータ出力軸の速度及び位置を制御するために使用される。作動時にこの回転検出器は、回転体の回転軸心に関する回転角変位に対応して変化する電圧信号を出力し、この電圧信号を処理することによって回転速度及び回転位置を検出する。また、一般にこの回転検出器は、上記の電圧信号を出力するための信号発生回路要素として磁気抵抗素子を使用する。磁気抵抗素子は、回転子の周囲に固定配置された磁石と回転子との間に形成される磁界に直交配置され、この磁界が回転子の回転に従って変動するとき、それに伴ってそれ自体の電気抵抗値を変化させ、それにより出力電圧を変化させる。

従来の磁気抵抗形回転検出器の一例を図 4に示す。図 4を参照すると、この回転検出器は、円周面に複数の突歯を備えて歯車状に形成された環状の第 1 回転子 1 と、円周面の 1箇所に溝を備え、第 1回転子 1 と同じ内外径を有した環状の第 2回転子 2と、各回転子 1 , 2の円周面のそれぞれに対向配置された一対の磁気センサ 3 とを備えている。第 1回転子 1 及び第 2回転子 2は、同軸状に軸線方向へ重畳して動作軸 4 に固定される。第 1面転子 1の複数の突歯 5は、軸線方向へ延びる歯条と円周方向への所定ピッチとを有して形成され、第 2回転子 2の溝 6は、突歯 5の歯条に平行に延びかつ突歯 5のピッチ及び高さよりもそれぞれ大きい溝幅及び深さを有して形成される。磁気センサ 3は、直列接続された 2個の磁気抵抗素子 7 とその後方に配置された永久磁石 8 とを備え、各磁気抵抗素子 7が回転速度又は回転位置の検出信号を発生する信号発生回路要素として作用する。各回転子 1， 2が回転すると、突歯 5及び溝 6の変位によりそれぞれの磁気センサ 3の永久磁石 8 と各回転子 1 , 2 との対設間隔が変化して磁束が増減し、それにより各磁気抵抗素子 7の抵抗値が変化し、出力電圧が波状に変動する。こうして得られた出力電圧信号を処理することにより回転位置が検出され、同時に所定の演算処理によって回転速度が検出される。第 2回転子 2の溝 6は、 1回転中の位置原点を規定するためのものであり、第 2回転子 2に対設した磁気センサ 3からは 1 回転当たり 1 パルスの電圧信号が出力される。

上記の回転検出器において、第 1回転子 1及び第 2回転子 2は、一般に各個別の加工工程で成形及び精密加工処理: : れた別体の部材である。すなわち従来は、歯車状の第 1 回転子 1 は、鉄粉から焼結によって概略成形された後に研削によつて精密加工処理が施され、他方、第 2回転子 2は切削加工によって成形される。そして、個別に成形したこれらの回転子 1， 2を、各々締り嵌め等の方法によって動作軸 4に強固に固定する。このとき、第 1回転子 1 の 1つの突歯 5 と第 2回転子 2の溝 6 とが近接して軸線方向へ整列すると、各回転子に対する磁束が相互干渉して各磁気センサ 3の出力電圧波形に乱れが生じることとなる。したがって、第 1回転子 1 と第 2回転子 2 との間に、磁束の相互干渉を防止する環状間隙 9 を形成する必要がある。

上記のように、従来の磁気抵抗形回転検出器は、第 1 回転子 1及び第 2回転子 2を別体に成形していたため製造工数が多く、製造コストが高くなる課題がある。しかしながら、各回転子 1， 2を例えば焼結により一体成形しょうとすると、焼結型の見地から、上記の磁束干渉防止用の環状間隙 9を形成することが困難であり、そのために回転子の一体成形化が困難となっていた。発明の開示

本発明の目的は、位置検出側と速度検出側とでそれぞれの磁石による磁束の相互干渉が無く、出力電圧の正確な波形を得ることができるとともに、焼結による一体成形が可能な 2 層式の回転子を備え、加工工数の削減によるコスト低減と品質の安定化を図ることのできる磁気抵抗形回転検出器を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、回転体の回転速度と所定基点に対する回転位置とを検出する磁気抵抗形回転検出器において、同心でかつ異なる表面形状の 2つの円周面を有し、一方の円周面が所定の歯形寸法諸元を有する複数の突歯を備えた回転速度検出面を、かつ他方の円周面が上記複数突歯の 1つの突歯と同一位相で同一歯形寸法諸元を有する 1 つの突歯を備えた回転位置検出面を形成し、磁性材料を焼結して成形された一体成形要素からなり、被検出回転体へ一体回転可能に装着される回転子と、回転子の回転速度検出面及び回転位置検出面に対向してそれぞれ固定配置され、回転子との間に可変磁界を形成する磁石と、回転子と各磁石との間にそれぞれ設置され、回転子の回転に伴う上記磁界の変動に - 対応して回転速度信号及び回転位置信号を発する磁気抵抗形信号発生回路要素とを具備した磁気抵抗形回転検出器を提供する。

回転子の回転に伴い、回転速度検出面の複数の突歯が角変位すると、回転速度検出面と固定配置した磁石との距離が連続的に変わり、磁石による磁界が連続的に変動する。それにより、回転速度検出面に対設した磁気抵抗形信号発生回路要素から、磁界の変動に対応して変化する波形を有した出力電圧信号が得られる。同様にして、回転位置検出面に対設した磁気抵抗形信号発生回路要素から、 1回転につき 1つのパルスからなる出力電圧信号が得られ、この信号が検出信号処理時に位置の原点として用いられる。このとき、回転位置検出面の 1つの突歯は、回転速度検出面の複数突歯の 1つと同一位相かつ同一歯形寸法諸元を有するため、位置検出側と速度検出側とで磁束の相互干渉が起こらず、したがってそれぞれの出力信号において磁束の干渉に起因する波形の乱れが防止される。それにより、回転位置検出面と回転速度検出面との間に環状間隙を形成する必要が無くなり、回転子の焼結一体成形が可能となるので、加工工数の削減による製造コストの低減、及び品質の安定化を図ることができる。

また、本発明の好適な実施態様によれば、上記磁気抵抗形信号発生回路要素はそれぞれ一対の磁気抵抗素子からなる。この場合、磁気抵抗素子の抵抗温度係数が大きいので出力電圧が温度により幾分か変動することを考慮して、上記回転子の上記回転速度検出面に対設された一対の磁気抵抗素子を、回転速度検出面の上記複数突歯のピッチの 1 / 2の距離だけ円周方向へ離間して相互に平行配置するとともに直列接続し、かつ、上記回転位置検出面に対設された一対の磁気抵抗素子を、上記回転速度検出面の上記複数突歯のピッチと等しい距離だけ円周方向へ離間して相互に平行配置するとともに直列接続することが好ましい。これにより、回転位置検出面から得られる電圧信号（すなわち原点信号）の周期が回転速度検出面から得られる電圧信号の周期よりも大きくなり、 1 回転にっき 1個の原点信号が正確かつ確実に得られることとなる _c さらに上記回転子は、被検出回転体に取着するための円筒孔を中心に備えた環状要素であり、回転子の上記回転速度検出面と上記回転位置検出面とが、この円筒孔に対して同心に形成される構成としてもよい。図面の簡単な説明

本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点を、添付図面に示す実施例に基づいて説明する。同添付図面において；図 1 は、本発明の一実施例による磁気抵抗形回転検出器の概略斜視図、

図 2は、図 1 の回転検出器の部分拡大図、

図 3 aは、図 1の回転検出器で、磁気抵抗素子を回転速度検出面の複数突歯の 1 Z 2 ピッチの間隔に配置した場合の速度検出側の第 1磁気センサの出力電圧を示す図、

図 3 bは、図 1 の回転検出器で、磁気抵抗素子を回転速度検出面の複数突歯の 1 ピッチの間隔に配置した場合の位置検出側の第 2磁気センサの出力電圧を示す図、

図 3 cは、図 1の回転検出器で、磁気抵抗素子を回転速度検出面の複数突歯の 1 Z 2 ピッチの間隔に配置した場合の位置検出側の第 2磁気センサの出力パルスを示す図、

図 4は、従来の磁気抵抗形回転検出器の概略斜視図である。発明を実施するための最良の態様

図 1を参照すると、本発明の一実施例による磁気抵抗形回転検出器 1 0は、上下 2段に同心でかつ異なる円周面を持つ環状の回転子 1 2 と、回転子 1 2の各円周面のそれぞれに対向して固定配置された永久磁石 1 4及び 1 6 と、回転子 1 2 と各永久磁石 1 4及び 1 6 との間に配置された各一対の磁気抵抗素子 1 8及び 2 0 とを備える。

回転子 1 2は磁性材料からなる。回転子 1 2の下段の円周面 2 2は、所定の歯形寸法諸元を有した複数の突歯 2 4を備えて回転速度検出面 2 2を形成する。回転子 1 2の上段の円周面 2 6は、上記複数の突歯 2 4の 1つと同一位相で同一歯形寸法諸元を有した 1つの突歯 2 8を備えて回転位置検出面 2 6を形成する。回転子 1 2はその中心に、回転子 1 2を被検出回転体である動作軸 3 0に固定するための円筒孔 3 2を備える。回転速度検出面 2 2及び回転位置検出面 2 6は、円筒孔 3 2に対して同心に形成されている。

磁気抵抗形回転検出器 1 0の回転子 1 2は上記のような構造を有するので、例えば鉄粉等の磁性を有する金属粉材料を成形かつ焼結した一体成形品として製造することができる。すなわち、前述のような従来の検出器（図 4参照）における第 1及び第 2回転子間の環状間隙 9を排除するとともに、回転子 1 2の上段の回転位置検出面 2 6 と下段の回転速度検出面 2 2 との双方に設けた突歯 2 8及び 2 4が互いに同一位相で同一歯形寸法諸元を有するように構成したので、焼結成形時の型からの抜きが可能となつたのである。図 1及び図 2に示すように、回転子 1 2の下段及び上段の回転速度検出面 2 2及び回転位置検出面 2 6の各々に対向して、永久磁石 1 4及び 1 6 と磁気抵抗素子 1 8及び 2 0 とをそれぞれ配設する。説明のため、回転速度検出面 2 2に対設される永久磁石 1 4 と磁気抵抗素子 1 8 とを第 1磁気センサ 3 4、回転位置検出面 2 6に対設される永久磁石 1 6 と磁気抵抗素子 2 0 とを第 2磁気センサ 3 6 と称する。第 1及び第 2磁気センサ 3 4及び 3 6は、それぞれ動作軸 3 0の回転速度及び回転位置を検出するための信号を回転子 1 2の回転に対応して出力する。第 1及び第 2磁気センサ 3 4及び 3 6の各一対の磁気抵抗素子 1 8及び 2 0は、それぞれ回転速度信号及び回転位置信号を発生する磁気抵抗形信号発生回路要素であり、図 2に示すようにそれぞれが永久磁石 1 4 と回転速度検出面 2 2との間、及び永久磁石 1 6 と回転位置検出面 2 6 との間に配置される。永久磁石 1 4及び 1 6は、面転子 1 2の回転速度検出面 2 2及び回転位置検出面 2 6 との間に磁界を形成し、各一対の磁気抵抗素子 1 8及び 2 0は、この磁界に直交するように上下方向に延設され、直列接続されるとともに円周方向に離間して平行配置される。

第 1及び第 2の磁気センサ 3 4， 3 6の各一対の磁気抵抗素子 1 8， 2 0には、回路の両端部にそれぞれ配置される V in端子 3 8 と G N D端子 4 0 との間へ一定の電圧がかけられる。この状態で回転子 1 2が回転すると、下段の回転速度検出面 2 2の突歯群 2 4及び上段の回転位置検出面 2 6の 1つの突歯 2 8の同時変位により、各一対の磁気抵抗素子 1 8， 2 0の電気抵抗値が変化する。それにより、一対の磁気抵抗素子 1 8 , 2 0の直列接続中間位置に配置される V ou t 端子 4 2の電位が変動し、回転子 1 2の回転に対応して変化する所定振幅及び所定周期の波形を有した電圧信号が V ou t 端子 4 2から出力される。なお、前述のように、回転子 1 2の回転速度検出面 2 2の複数突歯 2 4の 1つと回転位置検出面 2 6の 1つの突歯 2 8 とが同一位相で同一歯形寸法緖元を有するので、電圧信号出力時に、磁束の相互干渉が起こらず正確な出力波形が得られる。

図 2に示すように、上記の磁気抵抗形回転検出器 1 0において、回転子 1 2の回転速度検出面 2 2に対設した第 1磁気センサ 3 4は、一対の磁気抵抗素子 1 8を回転速度検出面 2 2の複数突歯 2 4のピッチ pの 1 2の距離だけ相互に離間して配置する。したがって、一対の磁気抵抗素子 1 8の一方が突歯 2 4の歯先 2 4 aの正面に位置し、かつ他方が歯元 2 4 bの正面に位置したときに、一対の磁気抵抗素子 1 8のそれぞれが受ける磁界の大きさの差が他のいかなる配置による場合よりも大きくなり、一対の磁気抵抗素子 1 8間の抵抗値の差が最大となる。したがって、このときに最も振幅の大きな出力電圧波形が第 1磁気センサ 3' 4から得られる。一方、回転子 1 2の回転位置検出面 2 6に対設した第 2磁気センサ

3 6は、一対の磁気抵抗素子 2 0を回転速度検出面 2 2の複数突歯 2 4のピッチ pに等しい距離だけ相互に離間して配置する。この距離は回転位置検出面 2 6の 1つの突歯 2 8の歯元の厚さ Sに等しく、したがって一対の磁気抵抗素子 2 0の両方が同時に突歯 2 8に対向することがなく、 1信号の長さが他のいかなる配置よりも大きなパルス波形が第 2磁気センサ 3 6から得られる。

図 3 a〜図 3 じに、回転子 1 2の回転速度検出面 2 2及び回転位置検出面 2 6のそれぞれに対設した第 1及び第 2磁気センサ 3 4及び 3 6から得られる出力電圧波形を示す。

図 3 aは、一対の磁気抵抗素子 1 8を 1 Z 2 pの間隔に配置した第 1磁気センサ 3 4の出力電圧を示し、図 3 bは、磁気抵抗素子 2 0を 1 pの間隔に配置した第 2磁気センサ 3 6 の出力電圧を示す。図示のように、図 3 bの波形の周期 T ( 1信号の長さ）は図 3 aの波形の周期 tの 2倍となる。このように、回転位置検出面 2 6から得られる電圧信号（すなわち原点信号）の長さを大きくとる目的は、磁気抵抗素子 2 0 の抵抗温度係数が大きいので出力電圧が温度により幾分か変動することを考慮し、 1回転につき 1個の信号を正確かつ確実に得ることにある。図 4に示した従来の検出器では、原点信号の長さは第 2回転子 2の溝 6の幅に比例して大きくすることができる。すなわち、溝 6の幅を第 1回転子 1 の突歯 5 のピツチの 2倍にすれば、原点信号の長さは第 1回転子 1から得られる信号周期の 2倍となる。図 1及び図 2に示した回転検出器 1 0では、回転子 1 2の一体成形を可能にするという本発明の目的に従って、上段の回転位置検出面 2 6の突歯 2 8は必然的に下段の回転速度検出面 2 2の突歯 2 4 と同一位相かつ同一歯形寸法に形成しなければならない。したがつて、原点信号の長さを大きくするためには、上記のように第 2磁気センサ 3 6における一対の磁気抵抗素子 2 0の相互間隔を広くとればよい。仮に、本実施例において、第 2磁気センサ 3 6の一対の磁気抵抗素子 2 0の相互間隔を 1ノ 2 pにすると、図 3 cに示した出力電圧パルスが得られる。図示のように、図 3 cの波形の周期 T' は図 3 bの周期 Tの 3 Z 4 となる。

Claims

請求の範囲

1 . 同心でかつ異なる表面形状の 2つの円周面を有し、一方の該円周面が所定の歯形寸法諸元を有する複数の突歯を備えた回転速度検出面を、かつ他方の該円周面が前記複数突歯の 1つの突歯と同一位相で同一歯形寸法諸元を有する 1 つの突歯を備えた面転位置検出面を形成し、磁性材料を焼結して成形された一体成形要素からなり、被検出回転体へ一体回転可能に装着される回転子と、

前記回転子の前記回転速度検出面及び前記回転位置検出面に対向してそれぞれ固定配置され、該回転子との間に可変磁界を形成する磁石と、

前記回転子と前記各磁石との間にそれぞれ設置され、該回転子の回転に伴う前記磁界の変動に対応して回転速度信号及び回転位置信号を発する磁気抵抗形信号発生回路要素、とを具備し、回転体の回転速度と所定基点に対する回転位置とを検出する磁気抵抗形回転検出器。

2 . 前記磁気抵抗形信号発生回路要素はそれぞれ一対の磁気抵抗素子からなり、前記回転子の前記回転速度検出面に対設された該一対の磁気抵抗素子を、該回転速度検出面の前記複数突歯のピッチの 1 / 2の距離だけ円周方向へ離間して相互に平行配置するとともに直列接続し、かつ、前記回転位置検出面に対設された該一対の磁気抵抗素子を、前記回転速度検出面の前記複数突歯のピッチと等しい距離だけ円周方向へ離間して相互に平行配置するとともに直列接続する請求項 1 記載の磁気抵抗形回転検出器。

3 . 前記回転子は、被検出回転体に取着するための円筒孔を中心に備えた環状要素であり、該回転子の前記回転速度検出面と前記回転位置検出面とが、該円筒孔に対して同心に形成されている請求項 1記載の磁気抵抗形回転検出器。