WO2008018313A1 - Encodeur magnétique annulaire - Google Patents

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WO2008018313A1
WO2008018313A1 PCT/JP2007/064900 JP2007064900W WO2008018313A1 WO 2008018313 A1 WO2008018313 A1 WO 2008018313A1 JP 2007064900 W JP2007064900 W JP 2007064900W WO 2008018313 A1 WO2008018313 A1 WO 2008018313A1
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pole portion
magnetic encoder
pole
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Masanori Tomioka
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Uchiyama Manufacturing Corp.
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2454—Encoders incorporating incremental and absolute signals
    • G01D5/2455—Encoders incorporating incremental and absolute signals with incremental and absolute tracks on the same encoder
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    • G—PHYSICS
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/80—Manufacturing details of magnetic targets for magnetic encoders

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic encoder for detecting an absolute position such as a crank angle and a camshaft angle for controlling an automobile engine, and a magnetic encoder for other industrial machines.
  • an annular magnetic encoder including an unequal pitch magnetized area formed as an unequal pitch portion of the S pole is concentrically fixed, and a magnetic sensor is arranged on the fixed side so as to face the annular magnetic encoder.
  • a magnetic sensor detects a magnetic change in an equal pitch portion and an unequal pitch portion due to rotation on the rotation side, and a detection output in an unequal pitch magnetized region is set as an origin position, and an equal pitch arrival is performed.
  • the absolute position of the crank angle and camshaft angle is detected based on the relative difference between the detection output and the number of outputs in the magnetic domain.
  • FIGS. 6 (a) and 6 (b) are a partial development view of an example of a magnetic encoder used in the absolute position detection apparatus as described above, and a waveform diagram of magnetic flux density in the magnetic encoder.
  • FIG. 6 (a) is a partial cutaway view of the annular magnetic encoder 50, and a plurality (odd number) are formed in a part of an equal pitch magnetized region in which N poles and S poles are alternately formed in the circumferential direction at equal pitches.
  • the S pole unequal pitch magnetized region 51 corresponding to 5 magnetic poles is formed.
  • On both sides of the unequal pitch magnetized region 51 there are connected equal pitch magnetized regions 52 in which N poles and S poles are alternately magnetized at equal pitches.
  • FIG. 6 (b) is detected by relatively scanning the magnetic sensor in the circumferential direction of the annular magnetic encoder 50 along the sensor measurement line L (the center line in the width direction of the annular magnetic encoder 50) in FIG. 6 (a).
  • Fig. 2 conceptually shows a waveform diagram of the magnetic flux density.
  • Patent Document 1 German Patent Application Publication No. 19800774
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an annular magnetic encoder that can accurately detect the absolute position by specifying the shape of the magnetized pattern.
  • An annular magnetic encoder of the present invention is an annular magnetic encoder in which N-pole and S-pole magnetic poles are alternately magnetized at equal pitches along the circumferential direction of an annular magnetic body.
  • the pole portion is composed of a different pole portion having a different polarity, and the magnetized pattern by the specific pole portion and the different pole portion is formed symmetrically with respect to the central transverse line of the unequal pitch region and the specific pole portion.
  • the area is 40 to 60% of the area of the unequal pitch region.
  • the shape of the specific pole portion is an H-shape that is line-symmetric with respect to the central transverse line, or of claim 3
  • a polygon having a line symmetry with respect to the central transverse line is preferably employed.
  • the circumferential direction of the annular magnetic body in the said specific pole part The different pole portions located on both sides can be divided by the specific pole portion.
  • the annular magnetic body may be formed of a molded body of magnetic rubber or magnetic resin.
  • the annular magnetic encoder according to the present invention has an unequal pitch region corresponding to a plurality of the magnetic poles at least in one circumferential direction of the annular magnetic body. Since this is composed of one specific pole portion and a different pole portion that is located in the periphery and is different from the specific pole portion, in this unequal pitch region, the waveform force of the sensor detected magnetic flux density by the specific pole portion, etc. This is different from the region where the magnetic poles are formed at an equal pitch. Therefore, the specific pole portion can be used as an origin position for absolute position detection or the like.
  • the magnetization pattern by a specific pole part and a different pole part is formed in line symmetry with respect to the central transverse line of an unequal pitch area
  • the area of the specific pole area is 40 to 60% of the area of the unequal pitch area (hereinafter referred to as the area ratio), the mutual magnetic flux density of the specific pole area and the peripheral pole area around it is mutually different. Harmonization reduces the disturbance of magnetic flux density due to the magnetic poles near both sides of the specific pole and reduces the variation in zero cross pitch.
  • this annular magnetic sensor when used for angle detection in combination with a magnetic sensor, the angle position detection accuracy is improved.
  • the area ratio when the area ratio is less than 40%, the influence of the different pole part becomes stronger, and when the area ratio exceeds 60%, the influence of the specific pole part becomes stronger, and in all cases, the variation of the zero cross pitch tends to increase. It becomes.
  • the shape of the specific pole is H-shaped or! /, Which is symmetrical with respect to the central transverse line as in the invention of claim 2 or claim 3, the specific pole and its both side parts
  • the area ratio can be easily set.
  • such an H-shape or polygon is formed by cutting out the sides and corners of the square that is the basic shape of the shape. Adjustment of the area ratio, which is easy to create by adjustment, can be easily achieved.
  • the different pole portions located on both sides in the circumferential direction of the annular magnetic body in the specific pole portion are divided by the specific pole portion.
  • the annular magnetic body is made of a molded body of magnetic rubber or magnetic resin, formation of a desired shape and formation of magnetization of a desired pattern are easy.
  • the area ratio can be easily set.
  • FIG. 1 (a) and (b) show an embodiment of an annular magnetic encoder of the present invention, (a) is a radial partially cutaway perspective view, and (b) is an axial type partially cutout. Shown in perspective view
  • FIG. 2 (a) is a partially developed view of the annular magnetic encoder of FIG. 1 (a) seen from the side, and (b) is a waveform diagram of the magnetic flux density.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) are views similar to FIGS. 2 (a) and (b) of the critical example of the embodiment.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) are views similar to FIGS. 2 (a) and (b) of another critical example of the embodiment.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are views similar to FIGS. 2 (a) and (b) of other embodiments.
  • FIG. 6 (a) is a partial development view of a conventional annular magnetic encoder
  • FIG. 6 (b) is a waveform diagram of magnetic flux density in this magnetic encoder.
  • FIG. 1 (a) and 1 (b) show an embodiment of the annular magnetic encoder of the present invention, and (a) shows a radial type part.
  • a cutaway perspective view (b) shows an axial type partially cutaway perspective view.
  • Figures 2 (a) and 2 (b) show a partial development of the annular magnetic encoder shown in Figure 1 (a) as viewed from the side and a waveform diagram of the magnetic flux density.
  • Fig. 3 (a) (b) and Fig. 4 (a) (b) are the same as Fig. 2 (a) (a critical example of this embodiment, and
  • Fig. 5 (a) (b) is a diagram of another embodiment. 2 (a) Same as (b).
  • Each of the annular magnetic encoders shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) is composed of an annular magnetic body, which is a molding power of a rubber material containing magnetic powder, and a reinforcing annular cored bar.
  • An annular magnetic encoder A shown in FIG. 1 (a) has an annular magnetic body 2 made of the above rubber material on the outer surface of an annular core 1 consisting of a cylindrical portion la and an inwardly extending portion lb coupled to one end thereof. Is attached as a unit (by vulcanization adhesion, etc.).
  • the annular magnetic encoder A is a radial type magnetic encoder with the cylindrical portion of the annular magnetic body 2 covering the cylindrical portion la of the annular core 1 as a magnetized portion. Then, the absolute position detection device is configured by forming a cylindrical portion la and fitting it on a rotation-side member (not shown) and confronting the magnetized portion with a magnetic sensor (not shown).
  • the annular cored bar 1 is composed of a cylindrical portion la and an outwardly extending flange lc coupled to one end thereof.
  • An annular magnetic body 2 made of a molded material of the same rubber material as described above is bonded and integrated (by vulcanization adhesion or the like) on the outer end surface.
  • the annular magnetic encoder A1 is an axial type magnetic encoder using a portion of the annular magnetic body 2 attached to the outward flange lc as a magnetized portion.
  • the absolute position detection device is configured by forming a cylindrical portion la and externally fitting to a rotation-side member (not shown) and confronting the magnetized portion with a magnetic sensor (not shown).
  • N-pole and S-pole magnetic poles 2a are alternately magnetized and formed at equal pitches along the circumferential direction of each magnetized portion of each annular magnetic body 2, and a part of the circumferential direction. Are formed with unequal pitch regions 20 corresponding to seven magnetic poles 2a... And other portions made up of magnetic poles 2a.
  • the part surrounded by the thick solid line is the unequal pitch region 20.
  • This unequal pitch region 20 is composed of one specific pole portion (S pole) 2b in the center and a peripheral pole located in the periphery of the specific pole portion 2b.
  • the specific pole portion 2b is an H-shape oriented in the direction perpendicular to the circumferential direction of the annular magnetic body 2, and the different-polarity portion 2c is located on both side portions 2ca and the upper and lower cutout portions 2cb of this H-shaped specific pole portion 2b .
  • Magnetization patterns by the specific pole portion 2b and the different pole portion 2c are formed in line symmetry with respect to the central transverse line C of the unequal pitch region 20 and also with respect to the unequal pitch region 20 of the specific pole portion 2b.
  • the area ratio is 40-60%.
  • Figures 2 (a) and 2 (b) show an example where this area ratio is 50%.
  • FIG. 2 (b) shows a magnetic sensor along the sensor measurement line L (annular magnetic encoder A, ie, the center line in the width direction of the annular magnetic body 2) in FIG. 2 (a).
  • a waveform diagram of the magnetic flux density detected by relative scanning in the circumferential direction of A is conceptually shown.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density
  • the horizontal axis represents the scanning distance (angle).
  • the force density is a repetitive waveform with a small pitch.
  • the unequal pitch region 20 a broad and large amplitude waveform is exhibited. Accordingly, the angle of each part can be detected by measuring the wave number of the equal pitch area 21 with reference to the specific pole 2b of the unequal pitch area 20 as a reference (origin).
  • the area ratio of the specific pole portion 2b to the unequal pitch region 20 in Fig. 2 (a) is 50% as described above.
  • FIG. 2 (b) showing the measurement result of the actual magnetic flux density waveform it is understood that the zero cross pitch P1, ⁇ 2,... This is thought to be because, by setting the area ratio to 50%, the magnetic flux density between the specific pole portion 2b and the surrounding different pole portion 2c is balanced, and the magnetic flux density is not disturbed! /.
  • the different pole portions 2ca positioned on both sides of the specific pole portion 2b are separated by the specific pole portion 2b, that is, are discontinuous, distortion occurs in the magnetic flux density waveform of the specific pole portion 2b. The origin is accurately detected with less force S.
  • the pitch width of the different pole portion 2ca located on both sides of the specific pole portion 2b is the same as the pitch width of the magnetic pole 2a in the other equal pitch regions 21.
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) show an example in which the shape of the specific pole portion 2b is H-shaped as described above, and the area ratio is 40%.
  • both sides of the specific pole 2b It is understood that the magnetic flux density is disturbed in the part, and the variation in zero cross pitch PI, P2 ... is larger than in the case of Fig. 2.
  • 4 (a) and 4 (b) show an example in which the shape of the specific electrode portion 2b is H-shaped as described above, and the area ratio is 60%. Also in this example, as shown in Fig. 4 (b), the magnetic flux density is disturbed on both sides of the specific pole 2b, and the zero cross pitch P1, ⁇ 2 ... It is understood that it is larger than the case.
  • the variation of zero cross pitch P1, ⁇ 2 ... is large because the influence of the different pole part 2c is stronger in the former, and the specific pole part 2b in the latter. It is considered that the balance of the magnetic flux density of the specific pole 2b and the different pole 2c is not as good as the example in Fig. 2 because the influence is strong.
  • the above-mentioned area ratio is 40 to 60% in the range in which the variation of the zero cross pitch is allowed to maintain the desired performance as the magnetic encoder. When the area ratio is within this range, it is possible to obtain a magnetic encoder having excellent suitability for detecting the absolute position of the engine crank angle and camshaft angle.
  • annular magnetic encoder A in FIGS. 3 and 4 and the annular magnetic encoder A in FIG. 2 are the same except for the area ratio of the specific pole portion 2b.
  • the same reference numerals are given, and explanations thereof are omitted.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) are views similar to FIGS. 2 (a) and (b) of the other embodiments, and the annular magnetic encoder B of this embodiment has a shape of the specific pole portion 2b. It is an octagon with a square corner cut.
  • N-pole and S-pole magnetic poles 2a are alternately magnetized at equal pitches along the circumferential direction of the magnetized portion of the annular magnetic body 2, and a part of the circumferential direction is also formed.
  • the portion surrounded by the thick solid line is the unequal pitch region 20 as described above.
  • This unequal pitch region 20 is composed of a central octagon specific pole portion 2b magnetized on the S pole and a different pole portion 2c located on the periphery and magnetized on the N pole.
  • the different pole portion 2c is located in a divided state (discontinuous state) on both sides of the octagon specific pole portion 2b, and the magnetization pattern of the specific pole portion 2b and the different pole portion 2c is an uneven pitch region 20. It is formed symmetrically with respect to the central transverse line C, and the area ratio of the specific pole portion 2b to the unequal pitch region 20 is 50%.
  • the force in which the magnetic flux density becomes a repetitive waveform with a small pitch in the equal pitch region 21 is broad in the non-uniform pitch region 20. It exhibits a waveform with a large amplitude. Therefore, the force S for detecting the angle of each part can be obtained by measuring the wave number of the equal pitch area 21 by using the specific pole part 2b of the unequal pitch area 20 as a reference (origin). In Fig. 5 (b), it can be seen that the zero cross pitch PI, P2.
  • the shape of the specific pole portion 2b is H-shaped or octagonal, but these shapes are shapes in which sides and corners of a basic square are notched, Therefore, when manufacturing a magnetized yoke for a magnetizing device, the area ratio can be easily adjusted and set to 40 to 60%, so a desirable shape is obtained, but the area ratio is 40 to 60%.
  • the shape is not limited to this as long as the line is symmetrical with respect to the central transverse line C, and other shapes can also be adopted.
  • the force S with the specified pole 2b as the S pole and the different pole 2c as the N pole this polarity may be reversed.
  • the unequal pitch regions 20 can be provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the annular magnetic body 2. Various absolute position detection can be performed by providing it in multiple places. Also, if the unequal pitch area 20 is an odd number of areas corresponding to 7 poles of the magnetic pole 2a, the area can be equivalent to 3, 5, or 9 or more.
  • annular magnetic body 2 made of a molded rubber body containing magnetic powder
  • a molded resin body (plastic magnet) containing magnetic powder or a sintered magnet has been described. It may be.
  • the annular magnetic encoder of the present invention is not limited to detecting absolute positions such as crank angle and camshaft angle for automobile engine control, but can also be applied to automobile ABS or TCS control and other industrial machinery applications. It is.

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Description

明 細 書
環状磁気エンコーダ
技術分野
[0001] 本発明は、自動車用エンジンの制御の為のクランク角やカムシャフト角等の絶対位 置検出用磁気エンコーダ、その他の産業機械用の磁気エンコーダに関する。
背景技術
[0002] 近時、自動車用エンジンを制御するため、エンジンのクランク角やカムシャフト角の 絶対位置検出がなされるようになった。この絶対位置検出の為の装置としては、回転 側に、周方向に N極及び S極を交互且つ等ピッチで着磁形成した等ピッチ着磁域と 、この着磁域の一部を N極又は S極の不等ピッチ部分とした不等ピッチ着磁域とを含 む円環状磁気エンコーダを同心的に固着し、固定側にこの円環状磁気エンコーダに 対峙するよう磁気センサを配置して構成されたものが挙げられる（例えば、特許文献 1参照）。このような絶対位置検出装置では、回転側の回転に伴う等ピッチ部分と不 等ピッチ部分の磁気変化を磁気センサによって検出し、不等ピッチ着磁域における 検出出力を原点位置とし、等ピッチ着磁域における検出出力のノ^レス数との相対差 により、上記クランク角やカムシャフト角の絶対位置を検出するものである。
[0003] 図 6 (a) (b)は、上記のような絶対位置検出装置に用いられる磁気エンコーダの一 例の部分展開図と、この磁気エンコーダにおける磁束密度の波形図を示す。図 6 (a) は円環状磁気エンコーダ 50の部分切欠図であって、周方向に N極及び S極を交互 且つ等ピッチで着磁形成した等ピッチ着磁域の一部に複数 (奇数であって、図例で は 5個）の磁極分に相当する S極の不等ピッチ着磁域 51を形成した例を示している。 この不等ピッチ着磁域 51の両側には N極及び S極が交互且つ等ピッチで着磁形成 された等ピッチ着磁域 52が連なる。不等ピッチ着磁域 51と両側の各 1個の N極とより なる領域を不等ピッチ領域（図の太実線で囲まれた部分） 53とし、この不等ピッチ領 域 53における不等ピッチ着磁域 51の占める面積比率は約 71 %となる。図 6 (b)は、 図 6 (a)におけるセンサ測定ライン L (円環状磁気エンコーダ 50の幅方向中心線）に 沿って磁気センサを円環状磁気エンコーダ 50の周方向に相対走査させて検出され た磁束密度の波形図を概念的に示している。
特許文献 1：独国特許出願公開第 19800774号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] ところで、図 6 (a)に示す磁気エンコーダ 50のように、他の部位（等ピッチ着磁域 52 )と極幅が違う部位（不等ピッチ着磁域 51)がある場合、図 6 (b)で示されるように、磁 束密度のつり合いの為、不等ピッチ着磁域 51の両端部分で磁束密度の波形が乱れ る。即ち、図 6 (b)のように波形のゼロクロスピッチ P1 , Ρ2·· ·でみると、そのピッチ幅に ノ ラ付き力生じる。図のように、波形のゼロクロスピッチ幅のバラ付きが大きいと、角度 位置検出精度が低下する。特に、図 6 (a)に示す磁気エンコーダ 50のように、不等ピ ツチ着磁域 51を単に複数極分を占めるような領域に割り当てただけでは、上記ピッ チ幅のバラ付きが大きくなることは不可避であることが本発明者等の検証で判明した
〇
[0005] 本発明は、上記の実情に鑑みなされたもので、着磁パターンの形状を特定すること により、絶対位置検出が精度よくなし得る環状磁気エンコーダを提供することを目的 としている。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明の環状磁気エンコーダは、円環状磁性体の周方向に沿って、 N極及び S極 の磁極を交互且つ等ピッチで着磁形成した環状磁気エンコーダであって、円環状磁 性体の周方向の少なくとも 1箇所に、上記磁極の複数分に相当する不等ピッチ領域 を有し、この不等ピッチ領域は、中央の 1個の特定極部と、その周辺に位置し該特定 極部とは異極の異極部とよりなり、該特定極部及び異極部による着磁パターンは、不 等ピッチ領域の中央横断線に対して線対称に形成されると共に、特定極部の面積が 不等ピッチ領域の面積の 40〜60%であることを特徴とする。
[0007] 本発明において、前記特定極部の形状としては、請求項 2の発明のように、前記中 央横断線に対して線対称の H形とされているもの、或いは、請求項 3の発明のように 、前記中央横断線に対して線対称の多角形とされているもの等が好ましく採用される 。そして、請求項 4の発明のように、前記特定極部における円環状磁性体の周方向 両側に位置する前記異極部が、当該特定極部によって分断されているものとすること カできる。更に、請求項 5の発明のように、前記円環状磁性体が、磁性ゴム又は磁性 樹脂の成型体からなるものとすることができる。
発明の効果
[0008] 本発明に係る環状磁気エンコーダは、円環状磁性体の周方向の少なくとも 1箇所 に、上記磁極の複数分に相当する不等ピッチ領域を有し、この不等ピッチ領域は、 中央の 1個の特定極部と、その周辺に位置し該特定極部とは異極の異極部とよりなる から、この不等ピッチ領域では、特定極部によるセンサ検出磁束密度の波形力 他 の等ピッチで磁極が形成された領域とは異なる。従って、この特定極部を原点位置と して、絶対位置検出等に用いることができる。そして、特定極部及び異極部による着 磁パターンは、不等ピッチ領域の中央横断線に対して線対称に形成されているから 、特定極部及びその両側部位の異極部に対応する磁束密度の波形は、この中央横 断線に対して線対称に発現される。しかも、特定極部の面積が不等ピッチ領域の面 積の 40〜60% (以下、面積率と言う）とされているから、特定極部及びその周辺の異 極部における磁束密度の相互の調和により、特定極部の両側付近の磁極部による 磁束密度の乱れが少なくなり、ゼロクロスピッチのバラ付きが小さくなる。従って、この 環状磁気センサを磁気センサと組み合わせて角度検出用として用いた場合、角度位 置検出精度が向上する。因みに、上記面積率が 40%未満の場合異極部の影響が 強くなり、また、面積率が 60%超の場合特定極部の影響が強くなり、いずれもゼロク ロスピッチのバラ付きが大きくなる傾向となる。
[0009] 特定極部の形状を、請求項 2或いは請求項 3の発明のような中央横断線に対し線 対称の H形或!/、は多角形とすれば、特定極部及びその両側部位の異極部に対応す る磁束密度の波形が中央横断線に対して線対称となる上に、上記面積率の設定が 簡易になし得る。即ち、このような H形或いは多角形は、その基本形となる方形の辺 部や角部を切り欠いて形成されるから、着磁装置の着磁ヨークを作成する際、この切 欠量の適宜調整によりその作成がし易ぐ上記面積率の適正化が容易になし得る。
[0010] これら発明において、請求項 4の発明のように、特定極部における円環状磁性体の 周方向両側に位置する前記異極部が、当該特定極部によって分断されているものと すると、特定極部の磁束密度波形に対する異極部の影響が少なぐ波形に歪が生じ ること力 S少なく、原点検出精度も向上する。また、請求項 5の発明のように、円環状磁 性体が、磁性ゴム又は磁性樹脂の成型体からなるものとすれば、所望形状の形成及 び所望パターンの着磁形成が容易であるので、上記面積率の設定も容易に行うこと ができる。
図面の簡単な説明
[0011] [図 1]図 1 (a) (b)は本発明の環状磁気エンコーダの一実施形態を示し、（a)はラジア ルタイプの部分切欠斜視図、（b)はアキシャルタイプの部分切欠斜視図を夫々示す
[図 2]図 2 (a)は図 1 (a)の環状磁気エンコーダを側面から見た部分展開図、（b)はそ の磁束密度の波形図である。
[図 3]図 3 (a) (b)は同実施形態の臨界例の図 2 (a) (b)と同様図である。
[図 4]図 4 (a) (b)は同実施形態の他の臨界例の図 2 (a) (b)と同様図である。
[図 5]図 5 (a) (b)は他の実施形態の図 2 (a) (b)と同様図である。
[図 6]図 6 (a)は従来の環状磁気エンコーダの部分展開図、図 6 (b)はこの磁気ェンコ ーダにおける磁束密度の波形図である。
符号の説明
[0012] 2 円環状磁性体
2a 磁極
2b 特定極部
2c 異極部
20 不等ピッチ領域
A, A1 環状磁気エンコーダ
B 環状磁気エンコーダ
C 中央横断線
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下に本発明の最良の実施の形態について図面に基づいて説明する。図 1 (a) (b )は本発明の環状磁気エンコーダの一実施形態を示し、 (a)はラジアルタイプの部分 切欠斜視図、（b)はアキシャルタイプの部分切欠斜視図を夫々示している。図 2 (a) ( b)は図 1 (a)の環状磁気エンコーダを側面から見た部分展開図と、その磁束密度の 波形図を示す。図 3 (a) (b)及び図 4 (a) (b)は同実施形態の臨界例の図 2 (a) ( と 同様図、図 5 (a) (b)は他の実施形態の図 2 (a) (b)と同様図である。
実施例 1
[0014] 図 1 (a) (b)に示す環状磁気エンコーダは、いずれも、磁性粉末を含有するゴム材 の成型体力 なる円環状磁性体と、補強用円環状芯金とにより構成されるものである 。図 1 (a)の環状磁気エンコーダ Aは、円筒部 laと、その一端部に連成された内向鍔 部 lbとよりなる円環状芯金 1の外面に上記ゴム材からなる円環状磁性体 2が貼着一 体 (加硫接着等により）とされたものである。この環状磁気エンコーダ Aは、上記円環 状芯金 1の円筒部 laを覆う円環状磁性体 2の円筒部分を着磁部として、ラジアルタイ プの磁気エンコーダとされる。そして、円筒部 laをして不図示の回転側部材に外嵌さ れ、上記着磁部に磁気センサ（不図示）を対峙させることによって絶対位置検出装置 が構成される。
[0015] また、図 1 (b)の環状磁気エンコーダ A1は、円環状芯金 1が、円筒部 laとその一端 部に連成された外向鍔部 lcとよりなり、この外向鍔部 lcの外端面に上記同様のゴム 材の成型体からなる円環状磁性体 2が貼着一体 (加硫接着等により）とされたもので ある。この環状磁気エンコーダ A1は、円環状磁性体 2の上記外向鍔部 lcに貼着さ れた部分を着磁部として、アキシャルタイプの磁気エンコーダとされる。そして、円筒 部 laをして不図示の回転側部材に外嵌され、上記着磁部に磁気センサ（不図示）を 対峙させることによって絶対位置検出装置が構成される。
[0016] 上記環状磁気エンコーダ A, A1における円環状磁性体 2の各被着磁部に対する 着磁は公知の着磁装置によってなされる。即ち、各円環状磁性体 2の各被着磁部に その周方向に沿って、 N極及び S極の磁極 2a...を交互且つ等ピッチで着磁形成する と共に、周方向の一部に磁極 2a…の 7個分に相当する不等ピッチ領域 20を形成し、 その他の等ピッチの磁極 2a...からなる部分を等ピッチ領域 21としている。図 2 (a)で は、太実線で囲まれた部分を不等ピッチ領域 20としている。この不等ピッチ領域 20 は、中央の 1個の特定極部（S極） 2bと、その周辺に位置し該特定極部 2bとは異極の 異極部（N極） 2cとよりなる。特定極部 2bは円環状磁性体 2の周方向に直交する向き の H形とされ、異極部 2cはこの H形の特定極部 2bの両側部分 2caと上下の切欠部 2 cbに位置する。該特定極部 2b及び異極部 2cによる着磁パターンは、不等ピッチ領 域 20の中央横断線 Cに対して線対称に形成されると共に、特定極部 2bの不等ピッ チ領域 20に対する面積率が 40〜60%とされる。図 2 (a) (b)は、この面積率が 50% である例を示している。
[0017] 図 2 (b)は、図 2 (a)におけるセンサ測定ライン L (円環状磁気エンコーダ A、即ち、 円環状磁性体 2の幅方向中央線）に沿って磁気センサを円環状磁気エンコーダ Aの 周方向に相対走査させて検出された磁束密度の波形図を概念的に示している。この 図における縦軸は磁束密度、横軸は走査距離 (角度）を示す。図 2 (b)に示すように、 等ピッチ領域 21では磁束密度が小ピッチの繰返し波形となる力 不等ピッチ領域 20 では、ブロードで且つ振幅の大きな波形を呈する。従って、この不等ピッチ領域 20の 特定極部 2bを基準 (原点）として、等ピッチ領域 21の波数をノ^レス計測することによ つて、各部の角度を検出することができる。
[0018] 図 2 (a)における特定極部 2bの不等ピッチ領域 20に対する面積率は、上記の通り 50%とされている。そして、その実際の磁束密度波形の測定結果を示す図 2 (b)で は、磁束密度波形のゼロクロスピッチ P1 , Ρ2···が略等しぐバラ付きが極めて少ない ことが理解される。これは、上記面積率を 50%とすることにより、特定極部 2bとその周 囲の異極部 2cとの磁束密度が程よくつり合い、磁束密度の乱れを生じな!/、為と考え られる。また、特定極部 2bの両側に位置する異極部 2caが、特定極部 2bによって分 断されている、即ち、不連続とされているから、特定極部 2bの磁束密度波形に歪が 生じること力 S少なく、原点検出が的確になされる。従って、角度位置検出精度が高ぐ エンジンのクランク角やカムシャフト角の絶対位置検出用としての適性に優れた磁気 エンコーダを提供すること力 Sできる。特定極部 2bの両側に位置する異極部 2caのピッ チ幅は、他の等ピッチ領域 21における磁極 2aのピッチ幅と同じとされることが望まし い。
[0019] 図 3 (a) (b)は、上記特定極部 2bの形状を上記と同様 H形とし、その面積率を 40% とした例を示している。この例の場合、図 3 (b)に示されるように、特定極部 2bの両側 部分で磁束密度の乱れが見られ、ゼロクロスピッチ PI , P2...のバラ付きが図 2の例 の場合に比べて大きくなつていることが理解される。また、図 4 (a) (b)は、上記特定 極部 2bの形状を上記と同様 H形とし、その面積率を 60%とした例を示している。この 例の場合も、図 4 (b)に示されるように、特定極部 2bの両側部分で磁束密度の乱れ が見られ、ゼロクロスピッチ P1 , Ρ2···のバラ付きが図 2の例の場合に比べて大きくな つていることが理解される。
[0020] 図 3及び図 4の例のように、ゼロクロスピッチ P1 , Ρ2···のバラ付きが大きくなるのは、 前者では異極部 2cの影響が強くなり、後者では特定極部 2bの影響が強くなることか ら、特定極部 2b及び異極部 2cの磁束密度のつり合いが、図 2の例程良くならないか らと考えられる。数多くの試行を行った結果、磁気エンコーダとしての所望の性能を 維持する上で、ゼロクロスピッチのバラ付きが許容される範囲は、上記面積率が 40〜 60%であることが判明した。面積率がこの範囲であると、エンジンのクランク角やカム シャフト角の絶対位置検出用としての適性に優れた磁気エンコーダを得ることができ る。図 2 (b)の波形図から理解される通り、望ましくは 50%である。尚、図 3及び図 4に おける環状磁気エンコーダ Aと、図 2の環状磁気エンコーダ Aとは、特定極部 2bの面 積率が異なるだけで、他の構成は同一であるから、共通部分に同一の符号を付し、 その説明を割愛する。
実施例 2
[0021] 図 5 (a) (b)は、他の実施形態の図 2 (a) (b)と同様図であり、この実施形態の環状 磁気エンコーダ Bは、特定極部 2bの形状が、方形の角部をカットした八角形とされて いる。この例においても、円環状磁性体 2の被着磁部にその周方向に沿って、 N極及 び S極の磁極 2a…を交互且つ等ピッチで着磁形成すると共に、周方向の一部に磁 極 2a…の 7個分に相当する不等ピッチ領域 20を形成し、その他の等ピッチの磁極 2a …からなる部分を等ピッチ領域 21としている。図 5 (a)では、上記と同様太実線で囲ま れた部分を不等ピッチ領域 20としている。この不等ピッチ領域 20は、 S極に着磁され た中央の八角形の特定極部 2bと、その周辺に位置し N極に着磁された異極部 2cと よりなる。異極部 2cはこの八角形の特定極部 2bの両側に分断状態（不連続状態）で 位置し、該特定極部 2b及び異極部 2cによる着磁パターンは、不等ピッチ領域 20の 中央横断線 Cに対して線対称に形成されると共に、特定極部 2bの不等ピッチ領域 2 0に対する面積率が 50%とされている。
[0022] この例の環状磁気エンコーダ Bの場合も、図 5 (b)に示すように、等ピッチ領域 21で は磁束密度が小ピッチの繰返し波形となる力 不等ピッチ領域 20では、ブロードで且 つ振幅の大きな波形を呈する。従って、この不等ピッチ領域 20の特定極部 2bを基準 (原点）として、等ピッチ領域 21の波数をノ レス計測することによって、各部の角度を 検出すること力 Sできる。また、図 5 (b)では、磁束密度波形のゼロクロスピッチ PI , P2. ..が略等しぐノ ラ付きが極めて少ないことが理解される。これは、上記同様特定極部 2bの不等ピッチ領域 20に対する面積率を 50%とすることにより、特定極部 2bとその 周囲の異極部 2cとの磁束密度が程よくつり合い、磁束密度の乱れを生じない為と考 えられる。更に、特定極部 2bの両側に位置する異極部 2cが、特定極部 2bによって 分断され、不連続とされているから、特定極部 2bの磁束密度波形に歪が生じることが 少なぐ原点検出が的確になされる。従って、上記と同様に、角度位置検出精度が高 ぐエンジンのクランク角やカムシャフト角の絶対位置検出用としての適性に優れた磁 気エンコーダを提供することができる。
[0023] 尚、上記実施形態では、特定極部 2bの形状を H形或いは八角形としているが、こ れらの形状は基本となる方形の辺部や角部を切欠いた形状であり、その為、着磁装 置の着磁ヨークを作製する際、上記面積率を 40〜60%に調整設定することが容易 になし得ることから、望ましい形状とされるが、面積率が 40〜60%であって、中央横 断線 Cに対して線対称であれば、これに限定されず、他の形状も採用することができ る。また、特定極部 2bを S極、異極部 2cを N極とした力 S、この極性は逆であっても良 い。極性を逆にした場合は、各磁束密度の波形図は形状が上下逆となる。不等ピッ チ領域 20は、円環状磁性体 2の周方向複数個所に設けることも可能である。複数個 所に設けることにより、多様な絶対位置検出を行うことができる。また、不等ピッチ領 域 20を磁極 2aの 7個分に相当する領域とした力 奇数個であれば、 3個、 5個或いは 9個以上に相当する領域とすることもできる。
[0024] 更に、円環状磁性体 2として磁性粉末を含有するゴムの成型体からなる例について 述べたが、磁性粉末を含有する樹脂の成型体 (プラスチックマグネット)や、焼結磁石 であっても良い。また、本発明の環状磁気エンコーダは、自動車用エンジン制御の為 のクランク角やカムシャフト角等の絶対位置検出用に限らず、自動車の ABS或いは TCS制御、その他の産業機械用としての応用も可能である。

Claims

請求の範囲
[1] 円環状磁性体の周方向に沿って、 N極及び S極の磁極を交互且つ等ピッチで着磁 形成した環状磁気エンコーダであって、
上記円環状磁性体の周方向の少なくとも 1箇所に、上記磁極の複数分に相当する 不等ピッチ領域を有し、この不等ピッチ領域は、中央の 1個の特定極部と、その周辺 に位置し該特定極部とは異極の異極部とよりなり、該特定極部及び異極部による着 磁パターンは、不等ピッチ領域の中央横断線に対して線対称に形成されると共に、 特定極部の面積が不等ピッチ領域の面積の 40〜60%であることを特徴とする環状 磁気エンコーダ。
[2] 請求項 1に記載の環状磁気エンコーダにお!/、て、
前記特定極部の形状が、前記中央横断線に対して線対称の H形とされて!/、ること を特徴とする環状磁気エンコーダ。
[3] 請求項 1に記載の環状磁気エンコーダにお!/、て、
前記特定極部の形状が、前記中央横断線に対して線対称の多角形とされて!/、るこ とを特徴とする環状磁気エンコーダ。
[4] 請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載の環状磁気エンコーダにおいて、
前記特定極部における円環状磁性体の周方向両側に位置する前記異極部が、当 該特定極部によって分断されていることを特徴とする環状磁気エンコーダ。
[5] 請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載の環状磁気エンコーダにおいて、
前記円環状磁性体が、磁性ゴム又は磁性樹脂の成型体からなることを特徴とする 環状磁気エンコーダ。
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