WO2023170753A1 - 磁気式エンコーダ - Google Patents

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WO2023170753A1
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magnetic
magnet group
magnets
scale unit
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明良 堀田
武史 武舎
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetic encoder having a magnetic detection unit and a position detection unit that move relative to each other.
  • a magnetic encoder has a magnetic detection unit and a position detection unit that move relative to each other.
  • Such magnetic encoders are used in rotary encoders that are rotation detectors for controlling rotary servo motors, linear encoders that are position detectors for controlling linear motors, and the like.
  • Patent Document 1 shows a magnetic scale unit having multiple magnetic poles.
  • the magnetic scale unit has a magnetic pole array in which a plurality of magnetic poles of the same polarity are spaced apart and arranged at equal pitches.
  • the spacing between the magnetic poles is larger than the width of the magnetic poles in the arrangement direction and smaller than twice the width of the magnetic poles in the arrangement direction.
  • the magnetic sensor outputs changes in the magnetic field of the magnetic scale unit as an electrical signal, and position information is obtained from the voltage peak.
  • Patent Document 1 since the widths of the plurality of magnets with the same polarity are all the same, there is a problem that only the peak position of the magnetic field and discrete position information corresponding to the peak position can be obtained.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and aims to provide a magnetic encoder that can obtain smooth long-period sine wave signals and can obtain continuous and highly accurate position information over a wide range. shall be.
  • a magnetic encoder includes a relatively movable magnetic scale unit and a position detection unit.
  • the magnetic scale unit includes a first magnet group in which three or more magnets having the same first magnetization direction are arranged in the first direction, and a magnet group that is adjacent to the first magnet group in the first direction and opposite to the first magnetization direction. and a second magnet group in which three or more magnets having a second magnetization direction are arranged in the first direction.
  • the position detection unit includes a magnetic sensor that detects the magnetic field generated from the magnetic scale unit.
  • the magnet width increases as it goes from the ends to the center, and each of the magnet widths is smaller than the magnet pitch, and in the second magnet group, the magnet width increases as it goes from the ends to the center. each magnet width is smaller than the magnet pitch.
  • a smooth long-period sine wave signal can be obtained, and continuous and highly accurate position information can be obtained over a wide range.
  • a perspective view showing a magnetic encoder according to Embodiment 1 A perspective view showing the magnetic encoder according to Embodiment 1 with the upper part of the base body omitted.
  • a front view showing a magnetic encoder according to Embodiment 1 An enlarged front view showing a magnet group and an arrangement of magnets in the magnet group of the magnetic encoder according to Embodiment 1.
  • Front view showing a comparative magnetic scale unit Diagram showing the waveform of the magnetic flux density applied to the magnetic detection element by the magnetic scale unit of the comparative example
  • Front view showing the configuration of a magnetic encoder according to Embodiment 2 A diagram showing a waveform of magnetic flux density applied to a magnetic sensor by a magnetic scale unit of a magnetic encoder according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a magnetic encoder according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the magnetic encoder according to the first embodiment, with the upper part of the base body omitted.
  • FIG. 3 is a front view showing the magnetic encoder according to the first embodiment.
  • a part of the base body 104 located above the magnet groups 102 and 103 is not shown in order to make the arrangement of the magnets easier to understand.
  • the magnetic encoder 100 of the first embodiment includes a magnetic scale unit 101 and a position detection unit 105 that detects a magnetic field generated from the magnetic scale unit 101.
  • the magnetic encoder 100 of the first embodiment is a linear encoder.
  • the magnetic scale unit 101 includes a magnet group 102 that is a first magnet group, a magnet group 103 that is a second magnet group, and a non-magnetic base body 104 that fixes the magnet groups 102 and 103.
  • the position detection unit 105 includes a plurality of magnetic sensors 106 that detect the magnetic field generated from the magnetic scale unit 101, and a substrate 107 to which the magnetic sensors 106 are attached. In FIGS. 1 to 3, three-dimensional directions of x, y, and z are shown.
  • the x direction corresponds to the moving direction of the magnetic scale unit 101
  • the z direction corresponds to the direction in which the magnetic scale unit 101 and the position detection unit 105 face each other
  • the y direction is a direction perpendicular to the x direction and the z direction. It is.
  • the x direction corresponds to the first direction.
  • the magnetic scale unit 101 and the position detection unit 105 move relatively.
  • the magnetic scale unit 101 is a movable element that moves in the x direction.
  • the position detection unit 105 is a stator fixed at a fixed distance from the magnetic scale unit 101 in the z direction. The position detection unit 105 detects the position of the magnetic scale unit 101 from changes in the magnetic field when the magnetic scale unit 101 passes.
  • FIG. 4 is an enlarged front view showing the arrangement of magnets in magnet group 102 and magnet group 103 of magnetic encoder 100 according to the first embodiment.
  • the magnetic encoder 100 of the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4 uses a magnet width modulation method in which the magnet width Lm is changed.
  • the arrows inside the magnet shown in FIGS. 3 and 4 indicate the direction of internal magnetization after magnetization.
  • the tip of each arrow indicates the north pole, and the base end indicates the south pole. Therefore, all the magnets 10 constituting the magnet group 102 have an S pole on the side facing the position detection unit 105.
  • All the magnets 10 constituting the magnet group 103 have an N pole on the side facing the position detection unit 105.
  • the direction of internal magnetization of each magnet will be simply referred to as the magnetization direction.
  • all the magnets 10 that make up the magnet group 102 are magnetized in the first magnetization direction
  • all the magnets 10 that make up the magnet group 103 are magnetized in the second magnetization direction that is opposite to the first magnetization direction. It is magnetized to.
  • the number of magnets 10 making up the magnet group 102 and the number of magnets 10 making up the magnet group 103 are the same number, and are three or more.
  • the magnet pitch Pm is constant.
  • the magnet pitch Pm is the pitch at which the magnets 10 are arranged, and is the length between the center lines of two magnets 10 adjacent to each other in the x direction.
  • the magnet width Lm increases or decreases according to a sine function, which is a sine wave function. That is, in each of the magnet groups 102 and 103, the magnet width Lm increases from the end toward the center in the x direction. In other words, in each of the magnet groups 102 and 103, the magnet width Lm gradually increases and then gradually decreases. However, each of the magnet widths Lm is smaller than the magnet pitch Pm. That is, even the largest magnet width Lm is smaller than the constant magnet pitch Pm.
  • the number of magnets 10 making up the magnet group 102 is eight.
  • the number of magnets 10 constituting the magnet group 103 is also eight.
  • a total of 16 magnets 10 are arranged at the same magnet pitch Pm.
  • the magnet 10 located at the farthest position from the magnet group 103 is located at a position further away by ⁇ Pm/2 in the x direction, that is, on the left side of the magnetic scale unit 101 shown in FIG. The end corresponds to 0 degrees of the sine function.
  • the edge of corresponds to 360 degrees of the sine function.
  • the eight magnets 10 constituting the magnet group 102 are arranged at a magnet pitch Pm, which means that the magnets 10 are arranged at a pitch of 22.5 degrees with the sine function of 11.25 degrees as the starting point. corresponds to
  • the eight magnets that make up the magnet group 102 correspond to 0 degrees to 180 degrees of the sine function, and the width Lm of each magnet corresponds to each divided area when the sine function is divided by 22.5 degrees (divided into 8 equal parts). It is determined by the value obtained by multiplying the integral value of by a constant.
  • the eight magnets 10 constituting the magnet group 103 are also arranged at a magnet pitch Pm, which corresponds to being arranged at a pitch of 22.5 degrees with the sine function of 191.25 degrees as the starting point.
  • the eight magnets 10 constituting the magnet group 103 correspond to 180 degrees to 360 degrees of the sine function, and the width Lm of each magnet corresponds to each division when the sine function is divided into 22.5 degrees (equally divided into 8). It is determined by the value obtained by multiplying the integral value of the area by a constant. In this way, each length of the magnet groups 102 and 103 in the x direction corresponds to 1/2 wavelength of the desired sinusoidal waveform.
  • the plurality of magnetic sensors 106 of the position detection unit 105 are arranged on the substrate 107 at equal pitches in the x direction.
  • the pitch at which the magnetic sensors 106 are arranged is set to a pitch that is equal to or less than the wavelength of the sine wave formed by the magnetic scale unit 101 in order to prevent the occurrence of areas where the position cannot be detected.
  • FIG. 5 is a front view showing a magnetic scale unit of a comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram showing the waveform of the magnetic flux density applied to the magnetic detection element by the magnetic scale unit of the comparative example.
  • the magnetic scale unit 108 of the comparative example has magnets 108a and 108b that are long in the x direction without modulation of the magnet width.
  • the magnetization direction of the magnet 108a is the +z direction
  • the magnetization direction of the magnet 108b is the -z direction.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density Bz
  • the horizontal axis represents the position of the magnetic scale unit 108.
  • a. u. represents an arbitrary unit.
  • the solid line represents the magnetic flux density obtained by the magnetic scale unit of the comparative example, and the broken line represents the ideal sine wave waveform. As shown in FIG. 6, an ideal sine wave waveform cannot be obtained from the magnetic scale unit 108 of the comparative example. The same is true when the magnet width Lm and the magnet pitch Pm are fixed as in Patent Document 1, and an ideal sinusoidal signal can be obtained even if a long periodic signal is created by arranging magnetic poles of the same strength. I can't do it.
  • FIG. 7 is a diagram showing the waveform of the magnetic flux density applied to the magnetic sensor 106 by the magnetic scale unit 101 of the magnetic encoder 100 according to the first embodiment.
  • the vertical axis shows the magnetic flux density Bz
  • the horizontal axis shows the position of the magnetic scale unit 101.
  • the solid line represents the magnetic flux density obtained by the magnetic scale unit 101
  • the broken line represents the ideal sine wave waveform.
  • a waveform reproducing an ideal sine wave is obtained from the magnetic scale unit 101 of the first embodiment.
  • the magnetic scale unit 101 of the first embodiment can generate a sine wave signal having one long period using the magnet groups 102 and 103, and can realize the magnetic encoder 100 capable of detecting an absolute position.
  • the widths of the magnets in the magnet groups 102 and 103 are modulated so as to obtain a one-period sine wave waveform, so it is possible to obtain a smooth long-period sine wave signal. , it is possible to obtain continuous and highly accurate position information over a wide range. Furthermore, since the magnet groups 102 and 103 are arranged to form a one-period sinusoidal waveform, the total volume of the magnets increases, the magnetic field increases, and high signal strength can be obtained.
  • FIG. 8 is a front view showing the configuration of a magnetic encoder 200 according to the second embodiment.
  • a magnetic encoder 200 according to the second embodiment includes a magnetic scale unit 201 and a position detection unit 205 that detects a magnetic field generated from the magnetic scale unit 201.
  • the magnetic encoder 200 of the second embodiment is a linear encoder.
  • magnetic scale unit 201 is a stator
  • position detection unit 205 is a movable element.
  • the magnetic scale unit 201 has a magnet group 202 that is a plurality of first magnet groups, a magnet group 203 that is a plurality of second magnet groups, and a non-magnetic base body 204 that fixes the magnet groups 202 and 203.
  • a part of the base body 204 existing under the magnet groups 202 and 203 is not shown.
  • the position detection unit 205 includes a magnetic sensor 206 that detects the magnetic field generated from the magnetic scale unit 201, and a substrate 207 to which the magnetic sensor 206 is attached.
  • a plurality of magnet groups 202 and a plurality of magnet groups 203 are arranged alternately in the x direction. All the magnets 20 that make up the magnet group 202 have a magnetization direction in the +z direction, and all the magnets 20 that make up the magnet group 203 have a magnetization direction in the -z direction.
  • the number of magnets 20 constituting the magnet group 202 and the number of magnets 20 constituting the magnet group 203 are the same number, and are three or more.
  • the magnet pitch between adjacent magnets 20 is constant.
  • the magnet width increases or decreases according to a sin function. Each of the magnet widths is smaller than the magnet pitch.
  • the number of magnets 20 constituting the magnet group 202 is four, which corresponds to 0 degrees to 180 degrees of the sine function.
  • the magnet width of the magnet group 202 is determined by a value obtained by multiplying the integral value of each divided region by a constant when the sine function is divided into 45 degrees (equally divided into four).
  • the number of magnets 20 constituting the magnet group 203 is four, which corresponds to the sine function of 180 degrees to 360 degrees.
  • the magnet width of the magnet group 203 is determined by a value obtained by multiplying the integral value of each divided region by a constant when the sine function is divided into 45 degrees (equally divided into four). In each of the magnet groups 202 and 203, the magnet width increases from the ends to the center in the x direction.
  • FIG. 9 is a diagram showing the waveform of the magnetic flux density applied to the magnetic sensor 206 by the magnetic scale unit 201 of the magnetic encoder 200 according to the second embodiment.
  • the vertical axis represents the magnetic flux density Bz
  • the horizontal axis represents the position of the magnetic scale unit 201.
  • the magnetic flux density obtained by the magnetic scale unit 201 is shown.
  • the waveform of the magnetic flux density shown in FIG. 9 corresponds to four cycles of the magnet groups 202 and 203.
  • a waveform reproducing an ideal sine wave is obtained from the magnetic scale unit 201 of the second embodiment.
  • the second embodiment since a plurality of magnet groups 202 and 203 that form a one-period sine wave waveform are arranged, a long-period sine wave signal can be obtained and a wide range can be obtained. Highly accurate absolute position information can be obtained. Furthermore, in the second embodiment, assuming that the length of the magnetic scale unit 201 in the x direction is the same as that of the magnetic scale unit 101 of the first embodiment, the same scale length includes a plurality of cycles of sine wave waveforms. Therefore, the wavelength of the obtained sine wave signal is shorter than that in the first embodiment. A shorter wavelength improves position detection accuracy and improves stability against output fluctuations. Furthermore, if there is an output fluctuation corresponding to one degree of the sine wave signal, the shorter the wavelength, the smaller the position detection fluctuation, and therefore stability.
  • FIG. 10 is an enlarged front view showing the configuration of the magnetic scale unit 301 of the magnetic encoder according to the third embodiment.
  • the position detection unit of the magnetic encoder according to the third embodiment is similar to the position detection unit 105 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and illustration and redundant explanation will be omitted.
  • the magnetic scale unit 301 of the third embodiment uses a magnet pitch modulation method that changes the magnet pitch.
  • the magnetic encoder of the third embodiment is a linear encoder.
  • the magnetic scale unit 301 is a movable element, and the position detection unit (not shown) is a stator.
  • the magnetic scale unit 301 includes a magnet group 302 that is a first magnet group that has a plurality of magnets 30, a magnet group 303 that is a second magnet group that has a plurality of magnets 30, and a non-magnetic material that fixes the magnet groups 302 and 303. It has a base body 304. In FIG. 10, in order to make the arrangement of the magnets 30 easier to understand, a part of the base body 304 existing above the magnet groups 302 and 303 is not shown. All the magnets that make up the magnet group 302 have their magnetization directions in the +z direction, and all the magnets that make up the magnet group 303 have their magnetization directions in the -z direction.
  • the number of magnets 30 constituting the magnet group 302 and the number of magnets 30 constituting the magnet group 303 are the same number, and are three or more.
  • the magnet width Lm of each magnet 30 constituting the magnet group 302 and the magnet width Lm of each magnet 30 constituting the magnet group 303 are constant.
  • the magnet pitch Pm of each magnet constituting the magnet group 302 increases or decreases according to a sine function.
  • the magnet pitch Pm of the magnets 30 in the magnet group 302 is determined so that the integral value of the sine function at each magnet pitch Pm is the same. That is, the magnet pitch Pm of the magnet 30 is set to become smaller in the x direction from the ends to the center corresponding to the maximum value of the sine function. In other words, in the magnet group 302, the magnet pitch Pm of the magnets 30 gradually decreases and then gradually increases. The same applies to the magnet pitch Pm of the magnets 30 in the magnet group 303, and is determined so that the integral value of the sine function at each magnet pitch Pm is the same.
  • the magnet pitch Pm of the magnets 30 of the magnet group 303 is set to become smaller from the ends to the center.
  • the magnet width Lm is smaller than the magnet pitch Pm of each magnet. That is, each of the magnet pitches Pm is larger than the constant magnet width Lm.
  • the magnet pitch of the magnet groups 302 and 303 is modulated so as to obtain a one-period sine wave waveform, it is possible to obtain a smooth long-period sine wave signal. , it is possible to obtain continuous and highly accurate position information over a wide range. Furthermore, since the magnet groups 302 and 303 are arranged to form a one-period sinusoidal waveform, the total volume of the magnets increases, the magnetic field increases, and high signal strength can be obtained. Furthermore, a magnetic encoder capable of absolute position detection can be realized.
  • FIG. 11 is an enlarged front view showing the configuration of a magnetic scale unit 401 of a magnetic encoder according to the fourth embodiment.
  • the position detection unit of the magnetic encoder according to the fourth embodiment is similar to the position detection unit 105 according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, and illustration and redundant explanation will be omitted.
  • the magnetic scale unit 401 of the fourth embodiment uses a magnet width and magnet pitch modulation method that changes the magnet width and magnet pitch.
  • the magnetic encoder of the fourth embodiment is a linear encoder.
  • the magnetic scale unit 401 is a movable element, and the position detection unit (not shown) is a stator.
  • the magnetic scale unit 401 includes a magnet group 402 which is a first magnet group having a plurality (12) of magnets 40, a magnet group 403 which is a second magnet group having a plurality (12) of magnets 40, and a magnet group 402. , 403 are fixed thereto.
  • a part of the base body 404 existing above the magnet groups 402 and 403 is omitted. All the magnets that make up the magnet group 402 have their magnetization directions in the +z direction, and all the magnets that make up the magnet group 403 have their magnetization directions in the -z direction.
  • the number of magnets 40 constituting magnet group 402 and the number of magnets 40 constituting magnet group 403 are the same number, and are three or more.
  • the magnet width Lmn and the magnet pitch Pmn of each magnet 40 constituting the magnet groups 402 and 403 increase or decrease according to a sine function.
  • n is an integer from 0 to 11.
  • the nth magnet width Lmn is smaller than the nth magnet pitch Pmn. That is, the magnet width Lmn is smaller than the corresponding magnet pitch Pmn.
  • the magnet pitch Pmn of the magnet 40 When setting the magnet pitch Pmn of the magnet 40, first set the 0th magnet pitch Pm0, then set the 1st magnet pitch Pm1, the 2nd magnet pitch Pm2, ..., Pm11. Set sequentially according to the sin function. Illustrations of Pm1 to Pm11 are omitted for convenience.
  • the magnet width Lmn is determined by multiplying the integral value of the sine function at each magnet pitch Pmn by a constant.
  • the magnet pitch Pmn of the magnets 40 In each magnet group 402, 403, the magnet pitch Pmn of the magnets 40 is set to become larger from the ends to the center in the x direction, and the magnet width Lmn is set to become larger from the ends to the center. It is set as follows. In other words, in the magnet groups 402 and 403, the magnet pitch Pmn of the magnets 40 gradually increases and then gradually decreases, and the magnet width Lmn also gradually increases and then gradually decreases.
  • the magnet pitch of the magnet groups 402 and 403 is modulated so as to obtain a one-period sine wave waveform, it is possible to obtain a smooth long-period sine wave signal. , it is possible to obtain continuous and highly accurate position information over a wide range. Furthermore, since the magnet groups 402 and 403 are arranged to form a one-period sinusoidal waveform, the total volume of the magnets increases, the magnetic field increases, and high signal strength can be obtained. Furthermore, a magnetic encoder capable of absolute position detection can be realized.
  • FIG. 12 is a perspective view showing the configuration of a magnetic encoder according to the fifth embodiment.
  • the magnetic encoder of the fifth embodiment is a rotary encoder, and similarly to the first embodiment, a magnet width modulation method is adopted.
  • a magnetic encoder 500 according to the fifth embodiment includes a ring-shaped magnetic scale unit 501 and a magnetic sensor 505 that detects a magnetic field generated from the magnetic scale unit 501.
  • magnetic scale unit 501 is a mover
  • magnetic sensor 505 is a stator.
  • the magnetic scale unit 501 has a magnet group 502 that is a first magnet group, a magnet group 503 that is a second magnet group, and a non-magnetic base body 504 that fixes the magnet groups 502 and 503.
  • the magnetic scale unit 501 is installed on a rotating shaft (not shown) and rotates.
  • the circumferential direction which is the rotation direction of the magnetic scale unit 501, corresponds to the first direction.
  • the magnetic sensor 505 is fixed on a substrate (not shown) at a fixed distance from the magnetic scale unit 501 in the z direction.
  • the magnetic sensor 505 detects the position of the magnetic scale unit 501 based on changes in the magnetic field when the magnetic scale unit 501 rotates.
  • the magnetic scale unit 501 includes a magnet group 502 having a plurality (16) of magnets 50 arranged in a circumferential direction, a magnet group 503 having a plurality (16) of magnets 50 arranged in a circumferential direction, and magnet groups 502, 503. It has a non-magnetic base 504 to which it is fixed. All the magnets that make up the magnet group 502 have a magnetization direction from the inner diameter side to the outer diameter side, and all the magnets that make up the magnet group 503 have a magnetization direction that goes from the outer diameter side to the inner circumference side.
  • the number of magnets 50 constituting magnet group 502 and the number of magnets 50 constituting magnet group 503 are the same number, and are three or more.
  • each magnet group 502, 503, the magnet pitch between adjacent magnets 50 is constant.
  • the magnet width increases or decreases according to a sine function, as in the first embodiment. That is, in each of the magnet groups 502 and 503, the magnet width increases from the ends toward the center in the circumferential direction. In other words, in each magnet group 502, 503, the magnet width gradually increases and then gradually decreases. However, each magnet width is smaller than the magnet pitch. That is, even the largest magnet width is smaller than the magnet pitch of magnet 50, which is constant.
  • Embodiment 3 the magnet pitch modulation method shown in Embodiment 3 or the magnet width and magnet pitch modulation method shown in Embodiment 4 may be applied to the magnetic rotary encoder of Embodiment 5.
  • the magnet widths of the magnet groups 502 and 503 are modulated so as to obtain a one-period sine wave waveform, a smooth long-period sine wave signal can be obtained, and a wide range can be obtained. It is possible to realize a magnetic rotary encoder that can obtain continuous and highly accurate position information. Furthermore, since the magnet groups 502 and 503 are arranged to form a one-period sinusoidal waveform, the total volume of the magnets increases, the magnetic field increases, and high signal strength can be obtained. Furthermore, a magnetic rotary encoder capable of absolute position detection can be realized.
  • a sinusoidal magnetic field change is generated by changing the magnet width or magnet pitch, but it is also possible to change the magnetic force of each magnet by keeping the magnet width and magnet pitch the same. Alternatively, a sinusoidal magnetic field change may be generated.
  • Methods of changing the magnetic force include changing the thickness of the magnet in stages, changing the distance from the magnetic sensor in stages, changing the magnetization rate of the magnet in stages, or changing the magnetic material of the magnet in stages. There is a way to change it to .
  • movement includes linear movement and rotational movement.

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Abstract

磁気式エンコーダ（１００）は、相対的に移動する磁気スケールユニット（１０１）と位置検出ユニット（１０５）とを備える。磁気スケールユニット（１０１）は、同じ磁化方向を持つ３個以上の磁石がｘ方向に配列される磁石群（１０２）と、磁石群（１０２）にｘ方向に隣り合い、反対の磁化方向を持つ３個以上の磁石がｘ方向に配列される磁石群（１０３）と、を備える。位置検出ユニット（１０５）は、磁気スケールユニット（１０１）から生じる磁界を検出する磁気センサ（１０６）を備える。磁石群（１０２）において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さい。磁石群（１０３）において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さい。

Description

磁気式エンコーダ
　本開示は、相対移動する磁気検出ユニットおよび位置検出ユニットを有する磁気式エンコーダに関する。
　磁気式エンコーダは、相対移動する磁気検出ユニットおよび位置検出ユニットを有する。このような磁気式エンコーダは、回転型サーボモータを制御するための回転検出器であるロータリーエンコーダ、リニアモータを制御するための位置検出器であるリニアエンコーダなどに用いられている。
　特許文献１には、複数の磁極を有する磁気スケールユニットが示されている。磁気スケールユニットは、同一極性の複数の磁極を間隔を開けて等ピッチで配列した磁極列を有する。磁極間の間隔は、磁極の配列方向の幅より大きく、かつ磁極の配列方向の幅の２倍より小さい。磁気センサは磁気スケールユニットの磁場変化を電気信号として出力し、電圧のピークから位置情報が取得される。
特開２００１－２２７９０４号公報
　特許文献１では、複数の同一極性の磁石の幅が全て同じであるので、磁場のピーク位置と、ピーク位置に対応する離散的な位置情報しか得られないという問題がある。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる磁気式エンコーダを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示における磁気式エンコーダは、相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備える。磁気スケールユニットは、同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、第１磁石群に第１方向に隣り合い、第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第２磁石群と、を備える。位置検出ユニットは、磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備える。第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さく、第２磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さいことを特徴とする。
　本開示における磁気式エンコーダによれば、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できるという効果を奏する。
実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す斜視図 実施の形態１に係る磁気式エンコーダを基体の上部を省略して示す斜視図 実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す正面図 実施の形態１に係る磁気式エンコーダの磁石群および磁石群の磁石の配列を示す拡大正面図 比較例の磁気スケールユニットを示す正面図 比較例の磁気スケールユニットによって磁気検出素子に印加される磁束密度の波形を示す図 実施の形態１に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットによって磁気センサに印加される磁束密度の波形を示す図 実施の形態２に係る磁気式エンコーダの構成を示す正面図 実施の形態２に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットによって磁気センサに印加される磁束密度の波形を示す図 実施の形態３に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットの構成を示す拡大正面図 実施の形態４に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットの構成を示す拡大正面図 実施の形態５に係る磁気式エンコーダの構成を示す斜視図
　以下に、実施の形態に係る磁気式エンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを基体の上部を省略して示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す正面図である。図２では、磁石の配置を判りやすくするために、磁石群１０２，１０３の上側に存在する基体１０４の一部の図示を省略している。
　実施の形態１の磁気式エンコーダ１００は、磁気スケールユニット１０１と、磁気スケールユニット１０１から生じる磁界を検出する位置検出ユニット１０５とを備える。実施の形態１の磁気式エンコーダ１００は、リニアエンコーダである。磁気スケールユニット１０１は、第１磁石群である磁石群１０２および第２磁石群である磁石群１０３と、磁石群１０２，１０３を固定する非磁性体の基体１０４を有する。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１から生じる磁界を検出する複数の磁気センサ１０６と、磁気センサ１０６が取り付けられる基板１０７とを有する。図１～図３には、ｘ、ｙ、ｚの３次元方向が示されている。ｘ方向は、磁気スケールユニット１０１の移動方向に対応し、ｚ方向は、磁気スケールユニット１０１と位置検出ユニット１０５とが対向する方向に対応し、ｙ方向は、ｘ方向およびｚ方向に垂直な方向である。本開示において、リニアエンコーダの場合、ｘ方向が第１方向に対応する。
　磁気スケールユニット１０１と位置検出ユニット１０５とは、相対的に移動する。実施の形態１では、磁気スケールユニット１０１は、ｘ方向に移動する可動子である。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１からｚ方向に一定距離を離間されて固定されている固定子である。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１が通過するときの磁界変化から磁気スケールユニット１０１の位置を検出する。
　図４は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダ１００の磁石群１０２および磁石群１０３の磁石の配列を示す拡大正面図である。図１～図４に示す実施の形態１の磁気式エンコーダ１００では、磁石幅Ｌｍを変化させる磁石幅変調方式が用いられている。図３および図４に示す磁石内の矢印は、着磁後の内部磁化の方向を示す。各矢印の先端がＮ極を示し、基端がＳ極を示す。したがって、磁石群１０２を構成する磁石１０はすべて位置検出ユニット１０５と対向する側にＳ極を持つ。磁石群１０３を構成する磁石１０はすべて位置検出ユニット１０５と対向する側にＮ極を持つ。これ以降、各磁石の内部磁化の方向を単に磁化方向という。このように、磁石群１０２を構成する磁石１０は、全て第１磁化方向に着磁され、磁石群１０３を構成する磁石１０は、全て第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向に着磁されている。
　磁石群１０２を構成する磁石１０の個数および磁石群１０３を構成する磁石１０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。磁石ピッチＰｍは一定である。磁石ピッチＰｍは、磁石１０を配置するピッチであり、ｘ方向に隣り合う２つの磁石１０の中心線間の長さである。磁石幅Ｌｍは正弦波関数であるｓｉｎ関数にしたがって増減する。すなわち、磁石群１０２，１０３の各々において、磁石幅Ｌｍは、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。別言すれば、磁石群１０２，１０３の各々において、磁石幅Ｌｍは徐々に増加した後、徐々に減少する。ただし、磁石幅Ｌｍの各々は磁石ピッチＰｍより小さい。すなわち、最も大きい磁石幅Ｌｍでも、一定である磁石ピッチＰｍより小さい。
　図４に示すように、磁石群１０２を構成する磁石１０の個数は８個である。磁石群１０３を構成する磁石１０の個数も８個である。合計１６個の磁石１０が同じ磁石ピッチＰｍで配置されている。磁石群１０２を構成する磁石１０のうち磁石群１０３から最も離れた位置に設置された磁石１０からｘ方向に更に－Ｐｍ／２だけ離れた位置、すなわち図４に示す磁気スケールユニット１０１の左側の端部がｓｉｎ関数の０度に対応する。また、磁石群１０３を構成する磁石１０のうち磁石群１０２から最も離れた位置に設置された磁石１０からｘ方向に更にＰｍ／２だけ離れた位置、すなわち図４に示す磁気スケールユニット１０１の右側の端部がｓｉｎ関数の３６０度に対応する。
　図４において、磁石群１０２を構成する８個の磁石１０は磁石ピッチＰｍで配置されるが、これはｓｉｎ関数の１１．２５度を起点として２２．５度ピッチで磁石１０が配置されることに対応する。磁石群１０２を構成する８個の磁石は、ｓｉｎ関数の０度～１８０度に対応し、それぞれの磁石幅Ｌｍはｓｉｎ関数を２２．５度ずつ分割（８等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。同様に、磁石群１０３を構成する８個の磁石１０も磁石ピッチＰｍで配置されるが、これはｓｉｎ関数の１９１．２５度を起点として２２．５度ピッチで配置されることに対応する。磁石群１０３を構成する８個の磁石１０は、ｓｉｎ関数の１８０度～３６０度に対応し、それぞれの磁石幅Ｌｍはｓｉｎ関数を２２．５度ずつ分割（８等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。このように、磁石群１０２，１０３のｘ方向の各長さは、所望する正弦波波形の１／２波長に対応する。
　位置検出ユニット１０５の複数の磁気センサ１０６は、図３に示すように、ｘ方向に等ピッチで基板１０７上に配置されている。磁気センサ１０６を配置するピッチは、位置検出できない領域が発生しないようにするために、磁気スケールユニット１０１が形成する正弦波波長以下のピッチに設定する。
　図５は、比較例の磁気スケールユニットを示す正面図である。図６は、比較例の磁気スケールユニットによって磁気検出素子に印加される磁束密度の波形を示す図である。比較例の磁気スケールユニット１０８は、磁石幅の変調が行われておらず、ｘ方向に長さの長い磁石１０８ａ，１０８ｂをもっている。磁石１０８ａの磁化方向は＋ｚ方向であり、磁石１０８ｂの磁化方向は－ｚ方向である。図６では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット１０８の位置を示している。ａ．ｕ．は、任意単位を表している。図６において、実線が比較例の磁気スケールユニットによって得られた磁束密度を表しており、破線が理想的な正弦波の波形を示している。図６に示すように、比較例の磁気スケールユニット１０８からは、理想的な正弦波の波形は得られない。なお、特許文献１のように磁石幅Ｌｍおよび磁石ピッチＰｍが固定である場合も同様であり、同じ強度の磁極を配列することで長い周期信号を作っても理想的な正弦波状の信号が得られない。
　図７は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダ１００の磁気スケールユニット１０１によって磁気センサ１０６に印加される磁束密度の波形を示す図である。図７では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット１０１の位置を示している。図７において、実線が磁気スケールユニット１０１によって得られた磁束密度を表しており、破線が理想的な正弦波の波形を示している。図７に示すように、実施の形態１の磁気スケールユニット１０１からは、理想的な正弦波を再現する波形が得られている。
　磁気スケールユニット１０１の絶対位置を検出するためには、磁気スケールユニット１０１のストロークに対して１周期の長い周期の信号を生成することが必要である。実施の形態１の磁気スケールユニット１０１からは磁石群１０２，１０３によって長い一周期を有する正弦波信号を生成することができ、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダ１００を実現することができる。
　このように実施の形態１によれば、磁石群１０２，１０３の磁石幅を一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群１０２，１０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係る磁気式エンコーダ２００の構成を示す正面図である。実施の形態２の磁気式エンコーダ２００は、磁気スケールユニット２０１と、磁気スケールユニット２０１から生じる磁界を検出する位置検出ユニット２０５とを備える。実施の形態２の磁気式エンコーダ２００は、リニアエンコーダである。実施の形態２では、磁気スケールユニット２０１が固定子であり、位置検出ユニット２０５が可動子である。
　磁気スケールユニット２０１は、複数の第１磁石群である磁石群２０２および複数の第２磁石群である磁石群２０３と、磁石群２０２，２０３を固定する非磁性体の基体２０４を有する。図８では、磁石２０の配置を判りやすくするために、磁石群２０２，２０３の下側に存在する基体２０４の一部の図示を省略している。位置検出ユニット２０５は、磁気スケールユニット２０１から生じる磁界を検出する磁気センサ２０６と、磁気センサ２０６が取り付けられる基板２０７とを有する。
　磁気スケールユニット２０１では、複数の磁石群２０２と複数の磁石群２０３とがｘ方向に交互に配置されている。磁石群２０２を構成する磁石２０はすべて＋ｚ方向に磁化方向を持ち、磁石群２０３を構成する磁石２０はすべて－ｚ方向に磁化方向を持つ。磁石群２０２を構成する磁石２０の個数および磁石群２０３を構成する磁石２０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。隣り合う磁石２０の磁石ピッチは一定である。磁石幅はｓｉｎ関数にしたがって増減する。磁石幅の各々は磁石ピッチより小さい。
　図８においては、磁石群２０２を構成する磁石２０の個数は４個であり、ｓｉｎ関数の０度～１８０度に対応する。磁石群２０２の磁石幅はｓｉｎ関数を４５度ずつ分割（４等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。磁石群２０３を構成する磁石２０の個数は４個であり、ｓｉｎ関数の１８０度～３６０度に対応する。磁石群２０３の磁石幅はｓｉｎ関数を４５度ずつ分割（４等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。磁石群２０２，２０３の各々において、磁石幅は、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。
　図９は、実施の形態２に係る磁気式エンコーダ２００の磁気スケールユニット２０１によって磁気センサ２０６に印加される磁束密度の波形を示す図である。図９では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット２０１の位置を示している。図９においては、磁気スケールユニット２０１によって得られた磁束密度を表している。図９に示す磁束密度の波形は、磁石群２０２，２０３の４周期分に対応している。図９に示すように、実施の形態２の磁気スケールユニット２０１からは、理想的な正弦波を再現する波形が得られている。
　このように実施の形態２によれば、一周期の正弦波波形を形成する磁石群２０２，磁石群２０３を複数個配列しているので、長周期の正弦波信号を得ることでき、広い範囲で高精度な絶対位置情報が取得できる。また、実施の形態２では、磁気スケールユニット２０１のｘ方向の長さが実施の形態１の磁気スケールユニット１０１と同じと想定した場合、同じスケール長に複数周期分の正弦波波形を含んでいるので、実施の形態１に比べて、得られる正弦波信号の波長が短い。波長が短いと、位置検出精度が向上し、出力変動に対する安定性が向上する。さらに、正弦波信号の１度に相当する出力変動があった場合、波長が短いほうが位置検出変動は小さいため、安定する。
実施の形態３．
　図１０は、実施の形態３に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニット３０１の構成を示す拡大正面図である。実施の形態３の磁気式エンコーダの位置検出ユニットは、図１～図３に示す実施の形態１の位置検出ユニット１０５と同様であり、図示および重複する説明を省略する。実施の形態３の磁気スケールユニット３０１では、磁石ピッチを変化させる磁石ピッチ変調方式が用いられる。実施の形態３の磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである。実施の形態３では、磁気スケールユニット３０１が可動子であり、不図示の位置検出ユニットが固定子である。
　磁気スケールユニット３０１は、複数の磁石３０を有する第１磁石群である磁石群３０２および複数の磁石３０を有する第２磁石群である磁石群３０３と、磁石群３０２，３０３を固定する非磁性体の基体３０４を有する。図１０では、磁石３０の配置を判りやすくするために、磁石群３０２，３０３の上側に存在する基体３０４の一部の図示を省略している。磁石群３０２を構成する磁石はすべて＋ｚ方向に磁化方向をもち、磁石群３０３を構成する磁石はすべて－ｚ方向に磁化方向をもつ。
　磁石群３０２を構成する磁石３０の個数および磁石群３０３を構成する磁石３０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。磁石群３０２を構成する各磁石３０の磁石幅Ｌｍおよび磁石群３０３を構成する各磁石３０の磁石幅Ｌｍは、一定である。
　実施の形態３では、磁石群３０２を構成する各磁石の磁石ピッチＰｍは、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。磁石群３０２内の磁石３０の磁石ピッチＰｍは、各磁石ピッチＰｍにおけるｓｉｎ関数の積分値が同じとなるように定められている。すなわち、磁石３０の磁石ピッチＰｍは、ｘ方向に関して、端部からｓｉｎ関数の極大値に対応する中央部に行くほど小さくなるように設定されている。別言すれば、磁石群３０２において、磁石３０の磁石ピッチＰｍは、徐々に減少した後、徐々に増加する。磁石群３０３内の磁石３０の磁石ピッチＰｍも同様であり、各磁石ピッチＰｍにおけるｓｉｎ関数の積分値が同じとなるように定められている。すなわち、磁石群３０３の磁石３０の磁石ピッチＰｍは、端部から中央部に行くほど小さくなるように設定されている。磁石幅Ｌｍは、各磁石の磁石ピッチＰｍより小さい。すなわち、磁石ピッチＰｍの各々は、一定である磁石幅Ｌｍより大きい。
　このように実施の形態３によれば、磁石群３０２，３０３の磁石ピッチを一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群３０２，３０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダを実現できる。
実施の形態４．
　図１１は、実施の形態４に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニット４０１の構成を示す拡大正面図である。実施の形態４の磁気式エンコーダの位置検出ユニットは、図１～図３に示す実施の形態１の位置検出ユニット１０５と同様であり、図示および重複する説明を省略する。実施の形態４の磁気スケールユニット４０１では、磁石幅および磁石ピッチを変化させる磁石幅および磁石ピッチ変調方式が用いられる。実施の形態４の磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである。実施の形態４では、磁気スケールユニット４０１が可動子であり、不図示の位置検出ユニットが固定子である。
　磁気スケールユニット４０１は、複数（１２個）の磁石４０を有する第１磁石群である磁石群４０２および複数（１２個）の磁石４０を有する第２磁石群である磁石群４０３と、磁石群４０２，４０３を固定する非磁性体の基体４０４を有する。図１１では、磁石４０の配置を判りやすくするために、磁石群４０２，４０３の上側に存在する基体４０４の一部の図示を省略している。磁石群４０２を構成する磁石はすべて＋ｚ方向に磁化方向をもち、磁石群４０３を構成する磁石はすべて－ｚ方向に磁化方向をもつ。磁石群４０２を構成する磁石４０の個数および磁石群４０３を構成する磁石４０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。
　実施の形態４では、磁石群４０２，４０３を構成する各磁石４０の磁石幅Ｌｍｎおよび磁石ピッチＰｍｎは、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。ｎは０から１１の整数である。第ｎ番目の磁石幅Ｌｍｎは、第ｎ番目の磁石ピッチＰｍｎより小さい。すなわち、磁石幅Ｌｍｎは、対応する磁石ピッチＰｍｎより小さい。
　磁石４０の磁石ピッチＰｍｎを設定する際は、まず、第０番目の磁石ピッチＰｍ０を設定し、つぎに、第１番目の磁石ピッチＰｍ１、第２番目の磁石ピッチＰｍ２、・・・、Ｐｍ１１をｓｉｎ関数にしたがって順次設定する。Ｐｍ１～Ｐｍ１１の図示は、便宜上省略する。磁石幅Ｌｍｎは、各磁石ピ　ッチＰｍｎにおけるｓｉｎ関数の積分値に定数を掛けた値で定められる。各磁石群４０２，４０３において、磁石４０の磁石ピッチＰｍｎは、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなるように設定され、磁石幅Ｌｍｎは、端部から中央部に行くほど大きくなるように設定される。別言すれば、磁石群４０２，４０３において、磁石４０の磁石ピッチＰｍｎは、徐々に増加した後、徐々に減少し、磁石幅Ｌｍｎも、徐々に増加した後、徐々に減少する。
　このように実施の形態４によれば、磁石群４０２，４０３の磁石ピッチを一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群４０２，４０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダを実現できる。
実施の形態５．
　図１２は、実施の形態５に係る磁気式エンコーダの構成を示す斜視図である。実施の形態５の磁気式エンコーダは、ロータリーエンコーダであり、実施の形態１と同様、磁石幅変調方式が採用されている。実施の形態５の磁気式エンコーダ５００は、リング状の磁気スケールユニット５０１と、磁気スケールユニット５０１から生じる磁界を検出する磁気センサ５０５とを備える。実施の形態５では、磁気スケールユニット５０１が可動子であり、磁気センサ５０５が固定子である。
　磁気スケールユニット５０１は、第１磁石群である磁石群５０２および第２磁石群である磁石群５０３と、磁石群５０２，５０３を固定する非磁性体の基体５０４を有する。磁気スケールユニット５０１は、不図示の回転シャフトに設置されており、回転する。本開示において、ロータリーエンコーダの場合、磁気スケールユニット５０１の回転方向である円周方向が第１方向に対応する。磁気センサ５０５は、磁気スケールユニット５０１からｚ方向に一定距離を離間して不図示の基板上に固定されている。磁気センサ５０５は、磁気スケールユニット５０１が回転するときの磁界変化に基づいて磁気スケールユニット５０１の位置を検出する。
　磁気スケールユニット５０１は、円周方向に並ぶ複数（１６個）の磁石５０を有する磁石群５０２および円周方向に並ぶ複数（１６個）の磁石５０を有する磁石群５０３と、磁石群５０２，５０３を固定する非磁性体の基体５０４を有する。磁石群５０２を構成する磁石はすべて内径側から外径側に向かう磁化方向をもち、磁石群５０３を構成する磁石はすべて外径側から内周側に向かう磁化方向をもつ。磁石群５０２を構成する磁石５０の個数および磁石群５０３を構成する磁石５０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。
　各磁石群５０２，５０３において、隣り合う磁石５０の磁石ピッチは一定である。各磁石群５０２，５０３において、磁石幅は、実施の形態１と同様、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。すなわち、磁石群５０２，５０３の各々において、磁石幅は、円周方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。別言すれば、各磁石群５０２，５０３において、磁石幅は徐々に増加した後、徐々に減少する。ただし、各磁石幅は、磁石ピッチより小さい。すなわち、最も大きい磁石幅でも、一定である磁石５０の磁石ピッチより小さい。
　なお、実施の形態５の磁気式ロータリーエンコーダに、実施の形態３に示した磁石ピッチ変調方式、または実施の形態４に示した磁石幅および磁石ピッチ変調方式を適用してもよい。
　実施の形態５によれば、磁石群５０２，５０３の磁石幅を一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的な高精度な位置情報が取得できる磁気式ロータリーエンコーダを実現できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群５０２，５０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式ロータリーエンコーダを実現できる。
　なお、実施の形態１から実施の形態５では、磁石幅または磁石ピッチを変化させて正弦波状の磁場変化を発生させているが、磁石幅および磁石ピッチをそれぞれ同一として、各磁石の磁力を変化させて正弦波状の磁場変化を発生させてもよい。磁力を変化させる方法としては、磁石の厚さを段階的に変化させる、磁気センサとの距離を段階的に変化させる、磁石の着磁率を段階的に変化させる、あるいは磁石の磁石材料を段階的に変化させる、といった方法がある。
　また、本明細書において、移動とは、直線移動および回転移動を含むものとする。
　以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１０，２０，３０，４０，５０，１０８ａ，１０８ｂ　磁石、１００，２００，５００　磁気式エンコーダ、１０１，１０８，２０１，３０１，４０１，５０１　磁気スケールユニット、１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３，４０２，４０３，５０２，５０３　磁石群、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４　基体、１０５，２０５　位置検出ユニット、１０６，２０６，５０５　磁気センサ、１０７，２０７　基板、Ｌｍ，Ｌｍｎ　磁石幅、Ｐｍ，Ｐｍ０，Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍｎ　磁石ピッチ。

Claims (11)

  1. 　相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
    　前記磁気スケールユニットは、
    　同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
    　前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
    　前記第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さく、
    　前記第２磁石群において、前記磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅の各々は、前記磁石ピッチより小さい
    　ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
  2. 　前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石ピッチが同じであり、前記磁石幅が正弦波関数に従って変化する
    　ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
  3. 　相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
    　前記磁気スケールユニットは、
    　同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
    　前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
    　前記第１磁石群において、磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って小さくなり、磁石ピッチの各々は、磁石幅より大きく、
    　前記第２磁石群において、前記磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って小さくなり、前記磁石ピッチの各々は、前記磁石幅より大きい
    　ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
  4. 　前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石幅が同じであり、前記磁石ピッチが正弦波関数に従って変化する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の磁気式エンコーダ。
  5. 　相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
    　前記磁気スケールユニットは、
    　同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
    　前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
    　前記第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅は、対応する磁石ピッチより小さく、
    　前記第２磁石群において、前記磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅は、対応する磁石ピッチより小さい
    　ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
  6. 　前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石幅および前記磁石ピッチが正弦波関数に従って変化する
    　ことを特徴とする請求項５に記載の磁気式エンコーダ。
  7. 　第１磁石群の前記第１方向の長さおよび前記第２磁石群の前記第１方向の長さは、正弦波波形の１／２波長に対応する
    　ことを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。
  8. 　前記磁気スケールユニットが固定子に配置され、前記位置検出ユニットが可動子に配置され、
    　前記第１磁石群および前記第２磁石群が、前記第１方向に複数個設置される
    　ことを特徴とする請求項１から７の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。
  9. 　前記位置検出ユニットが固定子に配置され、前記磁気スケールユニットが可動子に配置され、
    　前記磁気センサが、前記第１方向に複数個設置される
    　ことを特徴とする請求項１から７の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。
  10. 　前記磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである
    　ことを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。
  11. 　前記磁気式エンコーダは、ロータリーエンコーダである
    　ことを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。
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