WO2014167857A1

WO2014167857A1 - エンコーダ

Info

Publication number: WO2014167857A1
Application number: PCT/JP2014/002049
Authority: WO
Inventors: 啓貴梶尾
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2014-10-16
Also published as: JP2014206387A; DE112014001915T5; JP6024577B2

Abstract

　エンコーダは、回転体（１０）と、回転体に、周方向に沿って環状に設けられた磁性体（５０）と、を備える。磁性体は、周方向に沿って交互に並んだ複数の第１磁極部（５１）と第２磁極部（５２）を備えており、複数の第２磁極部の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい第２磁極部よりも体格が大きく、ほかの第２磁極部よりも体格の大きい第２磁極部の形成領域（５３ａ）の中に、少なくとも１つの第１磁極部が設けられ、ほかの第２磁極部よりも体格の大きい第２磁極部の一面（５３ｂ）から第１磁極部の一部が外部に露出し、その露出した露出面（５１ａ）の周囲が一面によって囲まれている。これにより、磁界分布に乱れが生じることを抑制することができる。

Description

エンコーダ

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１３年４月１０日に出願された日本出願番号２０１３－８２３８５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、回転軸の周方向に回転する回転体と、回転体の表面に、周方向に沿って環状に設けられた磁性体と、を備えるエンコーダに関するものである。

　従来、例えば特許文献１に示されるように、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための磁気多極エンコーダが提案されている。磁気多極エンコーダは、極性が交番するようにストリップ状に磁化された少なくとも１つの磁気トラック、および、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する。標識区画は、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域、および、中央の領域の両側で接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む。

特開２００５－６２１８９号公報

　上記したように、特許文献１に示される磁気多極エンコーダでは、中央の領域が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである。そのため、中央の領域が、磁気トラックと同等に磁化された構成と比べて、中央の領域にて生じる磁界のために、磁気多極エンコーダにて構成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

　しかしながら、特許文献１では、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域についての具体的な構成が開示されていない。

　本開示は、磁界分布に乱れが生じることを抑制することができるエンコーダを提供することを目的とする。

　本開示の第一の態様によれば、エンコーダは、回転軸の周方向に回転する回転体と、回転体の表面に、周方向に沿って環状に設けられた磁性体と、を備える。磁性体は、複数の第１磁極部と、第１磁極部とは異極である、複数の第２磁極部と、を有する。第１磁極部と第２磁極部とが、周方向に沿って交互に並んでいる。１つの第２磁極部を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部それぞれの形状は互いに等しい。複数の第２磁極部の内のひとつは、ほかの互いに形状の等しい第２磁極部よりも体格が大きい。この体格の大きい第２磁極部を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部の隣接間隔は、ほかの第２磁極部を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部の隣接間隔よりも広くなっている。さらに、この体格の大きい第２磁極部の形成領域の中に、少なくとも１つの第１磁極部が設けられ、この体格の大きい第２磁極部の一面から第１磁極部の一部が外部に露出し、その露出した露出面の周囲が一面によって囲まれている。

　上記構成によれば、ほかの第２磁極部よりも体格の大きい第２磁極部（以下、第３磁極部と示す）の形成領域の中に、少なくとも１つの第１磁極部が設けられている。この具体的な構成により、第３磁極部にて生じる磁界の強さが低減される。この結果、磁性体によって形成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

　例えば、第３磁極部の一面のみから第１磁極部の一部が外部に露出している。これによれば、第１磁極部の一部が一面だけではなく、一面とは異なる面から外部に露出される構成と比べて、第３磁極部の周囲に生じる磁界にて複数のピークが形成されることが抑制される。

　本開示の第二の態様によれば、エンコーダは、回転軸を中心に回転する回転体と回転体の周方向に沿って設けられた磁性体と、を備える。磁性体は、第１の極性を有し、互いに同一形状の複数の第１磁極部と、第２の極性を有する複数の第２磁極部とを有し、複数の第１磁極部と複数の第２磁極部は、周方向に沿って交互に並んでいる。複数の第２磁極部のうちの一つは、ほかの第２磁極部よりも周方向における寸法が大きくなっており、この寸法が大きい第２磁極部を第３磁極部とすると、磁性体は、さらに、第１の極性を有する少なくとも一つの第４磁極部を第３磁極部の形成領域内に有し、第４磁極部は一方向のみに露出し、その露出面が第３磁極部の露出面と同一平面となるように設けられている。

　この構成によっても、上記と同様の効果が得られる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態に係るエンコーダの概略構成を示す上面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。磁性体を説明するための側面図である。図３の一点差線で示す基準線上において形成される磁界を示すグラフである。比較例としての磁性体を説明するための側面図である。図６の一点差線で示す基準線上において形成される磁界を示すグラフである。エンコーダの変形例を示す上面図である。図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。磁性体の変形例を説明するための側面図である。磁性体の変形例を説明するための側面図である。磁性体の変形例を説明するための側面図である。

　以下、本開示の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
　図１～図６に基づいて、本実施形態に係るエンコーダを説明する。なお、図１では磁性体５０を明瞭にするために、磁性体５０にハッチングをいれている。また、図３および図５においては、第１磁極部５１と第２磁極部５２との違いを明瞭にするために、第１磁極部５１にハッチングを入れている。

　以下においては、互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。また、ｘ方向とｙ方向とによって規定される平面をｘ－ｙ平面、ｙ方向とｚ方向とによって規定される平面をｙ－ｚ平面、ｚ方向とｘ方向とによって規定される平面をｚ－ｘ平面と示す。

　図１に示すように、エンコーダ１００は、回転体１０と磁性体５０を有する。回転体１０の回転とともに磁性体５０も回転し、磁性体５０によって形成される磁界も回転する。この回転体１０の回転による磁界の変化を検出することで、エンコーダ１００の回転が検出可能となっている。

　回転体１０は、それぞれ円環状を成す第１円環部１１および第２円環部１２を有する。図１および図２に示すように、円環部１１，１２それぞれの内環面によって囲まれて成る円形の領域は、その厚さがｚ方向に直交する形状を成している。そして、ｘ－ｙ平面における内環面と幾何学的中心ＧＣを通る中心軸間の距離（内径）が、第１円環部１１よりも第２円環部１２のほうが長くなっており、第１円環部１１の外環面に第２円環部１２の一端が連結されている。これにより、磁性体５０におけるｚ－ｘ平面の断面形状が、２つのＬ字を成す部位がｘ方向に並んだ形状となっている。回転体１０は、図１および図２に×印で示す自身の幾何学的中心ＧＣをｚ方向に貫く中心軸を回転軸ＲＡとして、図１および図２に実線矢印で示す周方向に回転する。例えば、第１円環部１１は、回転軸ＲＡを中心とし、回転軸ＲＡに直交するｘ－ｙ平面に沿う円盤形状を有し、第２円環部１２は、第１円環部１１の径方向外側端部から回転軸ＲＡに平行に延びる円筒形状を有する。

　磁性体５０は、回転体１０の表面に周方向に沿って環状に設けられている。磁性体５０は、磁性材料を含む樹脂から成る。磁性体５０を構成する材料を回転体１０に付着させた後、その材料を磁化することで、磁性体５０が形成される。図３に示すように、磁性体５０は第１磁極部５１と第２磁極部５２を備えており、磁極部５１，５２それぞれは第２円環部１２の外環面に形成されている。第１磁極部５１と第２磁極部５２とは異極であり、第１磁極部５１と第２磁極部５２とは周方向に沿って交互に並んでいる。この構成により、互いに隣接する磁極部５１，５２の一方から他方へと向かう磁界が形成されている。したがって、回転体１０が回転軸ＲＡを回転中心として周方向に回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２によって形成される磁界も周方向に回転する。

　図３に示すように、１つの第２磁極部５２を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１それぞれの形状は互いに等しく、複数の第２磁極部５２の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい第２磁極部５２よりも体格が大きくなっている。これにより、上記した体格の大きい第２磁極部５２（以下、第３磁極部５３と示す）を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１の隣接間隔Ｌ１が、ほかの第２磁極部５２を介して周方向に並ぶ２つの第１磁極部５１の隣接間隔Ｌ２よりも広くなっている。したがって、回転体１０が回転軸ＲＡを回転中心として周方向に回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２によって形成される多数の磁界（以下、第１磁界と示す）も周方向に回転するとともに、磁極部５１，５３によって形成される１つの磁界（以下、第２磁界と示す）も周方向に回転する。回転体１０が１回転すると、互いに隣接する磁極部５１，５２と同数の第１磁界が周方向に回転するとともに、１つの第２磁界も周方向に回転する。このため、上記した第１磁界とともに第２磁界を検出することで、回転体１０が何回転したかを検出可能となっている。

　図３に矩形の破線で示す、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中には、第３磁極部５３の一部の換わりに少なくとも１つの第１磁極部５１が設けられている。これにより、第３磁極部５３の体格が低減されている。本実施形態では、ｚ－ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に２つ設けられ、第３磁極部５３が３つに分けられている。そして、第１磁極部５１の一部が、第３磁極部５３における周方向に沿う一面５３ｂのみから外部に露出し、その露出した露出面５１ａが一面５３ｂによって囲まれている。すなわち、露出面５１ａは、回転軸ＲＡから放射状に延びる放射方向に直交し、且つ、周方向に沿う平面だけにおいて外部に露出し、ｚ方向において外部に露出していない。なお、本実施形態では、図３に一点鎖線で示すように、周方向に沿い、且つ、一面５３ｂの中心を通る基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が対称となっている。

　次に、本実施形態に係るエンコーダ１００の作用効果を説明する。図５に示すように、比較例として、本実施形態に記載の構成とは異なり、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中に第１磁極部５１が設けられていない構成の場合、図６に示すように、第３磁極部５３にて形成される磁界が強いために、第３磁極部５３に向かうにしたがって磁界の強度が落ち込む。しかしながら、本実施形態に記載したように、第３磁極部５３の形成領域５３ａの中には第１磁極部５１が設けられている。この具体的な構成により、第３磁極部５３にて生じる磁界の強さが低減される。この結果、図４に示すように、第３磁極部５３に向かうにしたがって磁界の強度が落ち込むことが抑制され、磁性体５０によって形成される磁界分布に乱れが生じることが抑制される。

　第３磁極部５３の一面５３ｂから外部に露出した第１磁極部５１の露出面５１ａの周囲が一面５３ｂによって囲まれている。これによれば、露出面の一部が、第３磁極部における一面とは異なる面（例えば、ｚ方向に直交する面）から外部に露出される構成と比べて、第３磁極部５３の周囲に生じる磁界にて複数のピークが形成されることが抑制される。

　第３磁極部５３の形成領域５３ａの中に、複数の第１磁極部５１が設けられている。これによれば、１つの第１磁極部が第３磁極部に設けられる構成と比べて、第３磁極部５３にて形成される磁界の強さをより詳細に決定することができる。

　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

　上記の実施形態では、磁極部５１，５２それぞれが第２円環部１２の外環面に形成された例を示した。しかしながら、図７および図８に示すように、磁極部５１，５２それぞれは、第１円環部１１における第２円環部１２の端部が連結された面とは反対の面に設けられた構成を採用することもできる。言い換えると、磁性体５０は、第２円環部１２の径方向外側の面に換えて、第１円環部１１のうち回転軸ＲＡに直交する面上に配置されてもよい。

　上記では特に言及しなかったが、図１及び図２に示す構成の場合、磁極部５１，５２それぞれが有するＮ極とＳ極それぞれは、回転軸ＲＡから放射状に延びる放射方向において並んでいる。これに対して、図７及び図８に示す構成では、磁極部５１，５２それぞれが有するＮ極とＳ極それぞれは、ｚ方向において並んでいる。

　上記の実施形態では、２つの第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に設けられる例を示した。しかしながら図９に示すように、形成領域５３ａの中に設けられる第１磁極部５１の数としては上記例に限定されず、少なくとも１つあればよい。

　上記の実施形態では、ｚ－ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に２つ設けられ、第３磁極部５３が３つに分けられた例を示した。別の例として、図９に示すように、ｚ－ｘ平面における形状が矩形である第１磁極部５１が形成領域５３ａの中に１つ設けられ、第３磁極部５３が筒状（一面５３ｂが環状）となる構成を採用することもできる。なお、図９では、形成領域５３ａに設けられた第１磁極部５１が基準線ＢＬ上に位置する例を示した。しかしながら、この第１磁極部５１の位置としては上記例に限定されず、基準線ＢＬから外れた位置に形成されていてもよい。

　上記の実施形態では、基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が対称である例を示した。しかしながら、図１０及び図１１に示すように、基準線ＢＬを介して、第３磁極部５３の一面５３ｂ、および、第３磁極部５３に設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａそれぞれの形状が非対称でもよい。図１０では、形成領域５３ａに複数設けられた第１磁極部５１の露出面５１ａの面積が、ｚ方向に直交する第２円環部１２の２つの端部の内の一方から他方へと向かう方向において、段々と（徐々に）狭くなっている。これによれば、露出面５１ａの形状に基づいて、ｚ方向におけるエンコーダ１００の天地を見分けることができる。すなわち、第１円環部１１における、ｚ方向に直交する２つの面の内のどちらが天地を向いているかを判別することができる。

　図１１では一面５３ｂの一部の形状が、ｚ方向に直交する第２円環部１２の２つの端部の内の一方から他方へと向かう方向において、段々と（徐々に）狭くなっている。これによれば、一面５３ｂの形状に基づいて、ｚ方向におけるエンコーダ１００の天地を見分けることができる。すなわち、第１円環部１１における、ｚ方向に直交する２つの面の内のどちらが天地を向いているかを判別することができる。

　上記実施形態では、第３磁極部５３の形成領域５３ａに少なくとも一つの第１磁極部５１が設けられていた。第３磁極部５３の形成領域５３ａに設けられる第１磁極部５１は、第４磁極部ということもできる。言い換えると、磁性体５０は、第１の極性を有する第１磁極部５１と、第２の極性を有する第２磁極部５２とを有し、第１磁極部５１と第２磁極部５２は回転体１０の周方向に交互に配置されている。第２磁極部５２の一つであり、他の第２磁極部５２より体格の大きい第３磁極部５３の形成領域５３ａに、第１の極性を有する第４磁極部が設けられている。この第４磁極部は、一方向のみに露出するように設けられ、その露出面５１ａは、第３磁極部の露出面５３ｂと同一平面をなす。

　より詳細には、第３磁極部５３の周方向における寸法（Ｌ１）は、第３磁極部５３を除く第２磁極部５２の周方向における寸法（Ｌ２）よりも大きい。さらに、この第３磁極部５３の外形によって規定される形成領域５３ａに、第４磁極部が少なくとも一つ設けられている。
図３に示す例では、第４磁極部が二つ設けられ、この第４磁極部は、第３磁極部５３を回転軸ＲＡに沿う方向に３つの領域に分割するように周方向に延び、第３磁極部５３の形成領域５３ａの両側に位置する第１磁極部５１間を接続するように設けられている。また、第４磁極部の回転軸ＲＡに沿う方向の両側には分割された第３磁極部５３が設けられており、第４磁極部は径方向外側にのみ露出し、露出面５１ａを形成している。

　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　回転軸（ＲＡ）の周方向に回転する回転体（１０）と、
　前記回転体の表面に、前記周方向に沿って環状に設けられた磁性体（５０）と、を備えるエンコーダであって、
　前記磁性体は、複数の第１磁極部（５１）と、前記第１磁極部とは異極である、複数の第２磁極部（５２）と、を備え、
　前記第１磁極部と前記第２磁極部とが、前記周方向に沿って交互に並んでおり、
　１つの前記第２磁極部を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部それぞれの形状は互いに等しく、
　複数の前記第２磁極部の内のひとつが、ほかの互いに形状の等しい前記第２磁極部よりも体格が大きく、この体格の大きい前記第２磁極部（５３）を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部の隣接間隔（Ｌ１）が、ほかの前記第２磁極部を介して前記周方向に並ぶ２つの前記第１磁極部の隣接間隔（Ｌ２）よりも広くなっており、
　ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の形成領域（５３ａ）の中に、少なくとも１つの前記第１磁極部が設けられ、
　ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の一面（５３ｂ）から前記第１磁極部の一部が外部に露出し、その露出した露出面（５１ａ）の周囲が前記一面によって囲まれているエンコーダ。
　前記形成領域の中に、複数の前記第１磁極部が設けられているエンコーダ。
　前記回転体は、第１円環部（１１）、および、前記第１円環部（１２）の外環面に自身の端部が連結された第２円環部を有し、
　前記磁性体は、前記第２円環部の外環面に設けられ、
　ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の前記一面は、前記回転軸から放射状に延びる放射方向に直交し、且つ、前記周方向に沿っており、
　前記周方向に沿い、且つ、前記一面の中心を通る基準線（ＢＬ）を介した、ほかの前記第２磁極部よりも体格の大きい前記第２磁極部の中に複数設けられた前記第１磁極部の露出面の形状が、非対称となっている請求項２に記載のエンコーダ。
　前記形成領域の中に複数設けられた前記第１磁極部の前記露出面の面積は、前記回転軸に沿う一方向において、徐々に狭くなっている請求項３に記載のエンコーダ。
　前記一面の一部の形状が、前記回転軸に沿う一方向において、徐々に狭くなっている請求項１または請求項２に記載のエンコーダ。
　前記回転体は、円環状を成し、
　前記磁性体は、前記回転軸に直交する２つの面の内の一方に設けられている請求項１または請求項２に記載のエンコーダ。
　回転軸（ＲＡ）を中心に回転する回転体（１０）と
　前記回転体の周方向に沿って設けられた磁性体（５０）と、を備えるエンコーダであって、
　前記磁性体は、第１の極性を有する複数の第１磁極部（５１）と、第２の極性を有する複数の第２磁極部（５２）とを有し、
　複数の前記第１磁極部と複数の前記第２磁極部は、前記周方向に沿って交互に並んでおり、
　複数の前記第２磁極部のうちの一つは、ほかの前記第２磁極部よりも前記周方向における寸法が大きくなっており、この寸法が大きい第２磁極部を第３磁極部とすると、
　前記磁性体は、さらに、前記第１の極性を有する少なくとも一つの第４磁極部を有し、
　前記第４磁極部は、前記第３磁極部の形成領域（５３ａ）内に配置され、前記第３磁極部の一面（５３ｂ）から一方向のみに露出するように設けられているエンコーダ。
　前記磁性体は、複数の前記第４磁極部を有し、
複数の前記第４磁極部は、それぞれ前記周方向に沿って延び前記第３磁極部の周方向両側に位置する前記第１磁極部に接続するように設けられ、前記第３磁極部の前記一面を前記回転軸に沿う方向に複数の領域に分割するように設けられている請求項７に記載のエンコーダ。
　前記回転体は、前記回転軸と平行に延びる円筒状の円環部（１２）を有し、
　前記磁性体は、前記円環部の径方向外側の面に設けられ、
　前記第３磁極部の前記一面は、前記周方向に延び、前記円環部の径方向外側に露出する面であり、
　前記第４磁性体は、前記形成領域内に、前記回転軸に沿う方向に複数設けられ、
　前記複数の第４磁性体は、径方向外側に露出するように設けられており、前記複数の第４磁性体の露出面の面積は回転軸に沿う方向において徐々に狭くなっている請求項７に記載のエンコーダ。
　前記回転体は、前記回転軸に直交する面を有する円盤状の部分を有し、
　前記磁性体は、前記回転体の前記回転軸に直交する前記面上に設けられている請求項７に記載のエンコーダ。