JP2009025163A - Magnetic encoder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁気エンコーダに関し、詳しくは、N極とS極を交互に設けた等配極を有する環状のロータに、基準点を構成する1つ以上の幅広極を有する磁気エンコーダに関する。 The present invention relates to a magnetic encoder, and more particularly, to a magnetic encoder having one or more wide poles constituting a reference point on an annular rotor having equipolar poles in which N poles and S poles are alternately provided.
従来、環状のロータの表面にN極とS極の磁極を等配ピッチで交互に配置した多極エンコーダは、自動車エンジンのクランク角検出用途等に利用されている。特にクランク角検出用エンコーダの場合、上死点(TDC)等の基準点を検出するために、図4に示すように、等配ピッチで交互に配置されるN極とS極の磁極101の他に、この磁極101よりも幅広とした幅広極102を設け、この幅広極102を含むように基準点100を形成し、これを検出することにより基準位置の検出を行うようにしている。
2. Description of the Related Art Conventionally, multipolar encoders in which N-pole and S-pole magnetic poles are alternately arranged at an equal pitch on the surface of an annular rotor have been used for detecting the crank angle of an automobile engine. In particular, in the case of an encoder for detecting a crank angle, in order to detect a reference point such as a top dead center (TDC), as shown in FIG. 4, N poles and
この基準点100は、図5に示すように、極性の異なる2つの幅広極102A、102Bによって形成される場合もある。
As shown in FIG. 5, the reference point 100 may be formed by two
しかしながら、このように基準位置を検出するために幅広極を設けた磁気エンコーダでは、該幅広極の磁束密度分布が、その他の等配ピッチで配置される磁極の磁束密度分布と異なるため、幅広極に隣接する等配ピッチの磁極において検出される磁束波形が乱れ、検出センサのギャップ長により検出誤差を招き易い問題がある。 However, in such a magnetic encoder provided with a wide pole for detecting the reference position, the magnetic flux density distribution of the wide pole is different from the magnetic flux density distribution of magnetic poles arranged at other equal pitches. There is a problem that the magnetic flux waveform detected in the magnetic poles with the equal pitch adjacent to the magnetic field is disturbed and a detection error is likely to be caused by the gap length of the detection sensor.
図6は、図4に示した構成からなる磁気エンコーダの基準点100の近傍の磁束密度を検出センサのギャップ長を変えて測定した結果を示すグラフである。これに示されるように、主に幅広極102に隣接する等配ピッチの磁極101の波形のゼロクロスするポイント(検出される電圧値が0Vとなる点)がギャップ長1mmの場合に対してギャップ長2mmの場合ではずれてしまい、検出される波形にピッチ誤差があることが判る。これは幅広極102の近傍の磁束密度分布が乱れていることに由来する。
FIG. 6 is a graph showing a result of measuring the magnetic flux density near the reference point 100 of the magnetic encoder having the configuration shown in FIG. 4 while changing the gap length of the detection sensor. As shown in this figure, the gap length is compared with the case where the zero-crossing point (the point at which the detected voltage value is 0V) of the waveform of the
従来、このような問題に対し、基準点となる磁極を溝状に形成する技術(特許文献1)、基準点の着磁を不規則に形成する技術(特許文献2)、基準点となる磁極の中央に磁化しない領域を設ける技術(特許文献3)等が提案されている。
しかしながら、特許文献1記載の技術では、溝加工位置と着磁位置との位置合わせが難しい問題がある。
However, the technique described in
また、特許文献2記載の技術では、不規則な領域の着磁を行うことが難しい問題がある。例えば、特許文献4には磁気エンコーダに着磁を行うための回転式の着磁装置が開示されており、着磁を行う場合に有効であるが、不規則な領域の着磁は、このような回転式の着磁装置を用いて行うことができない問題がある。 Further, the technique described in Patent Document 2 has a problem that it is difficult to magnetize an irregular region. For example, Patent Document 4 discloses a rotary magnetizing device for magnetizing a magnetic encoder, which is effective when magnetizing, but the irregular region is magnetized in this way. There is a problem that cannot be performed using a simple rotating magnetizer.
更に、特許文献3記載の技術では、基準点の磁極中に磁化しない領域を設けることが困難な問題がある。すなわち、着磁は、通常、一方極の磁化を行えば、その隣接部ではもう一方の極を呈するので、磁化されない部分を作るには、この磁化したくない部分の着磁の程度に合わせて、これを打ち消すように逆の極の磁化を施し、部分的な消磁を行うことになる。そして、このためには、着磁状態の検出を行い、磁化されない部分の着磁の程度に合わせた異なる条件の着磁を複数回行うことが必要となり、着磁作業が煩雑化する問題がある。 Furthermore, the technique described in Patent Document 3 has a problem that it is difficult to provide a non-magnetized region in the magnetic pole at the reference point. That is, normally, if magnetization of one pole is performed, the other pole exhibits the other pole. Therefore, in order to create a non-magnetized part, it is necessary to match the degree of magnetization of the part that is not desired to be magnetized. In order to cancel this, magnetization of the opposite pole is performed and partial demagnetization is performed. For this purpose, it is necessary to detect the magnetization state and perform magnetization under different conditions in accordance with the degree of magnetization of the non-magnetized portion a plurality of times, which complicates the magnetizing operation. .
なお、特許文献5には、基準点を、等配ピッチの磁極と異なる不規則なピッチで形成し、この基準点を互いに離間する2つの検出センサによって検出する技術が開示されているが、上述の問題を解決するものではない。
そこで、本発明は、基準点近傍の等配ピッチの磁極の磁束波形のパルスピッチ精度が向上し、更には検出センサのギャップ長の影響を受けることのない磁気エンコーダを提供することを課題とする。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a magnetic encoder that improves the pulse pitch accuracy of the magnetic flux waveform of magnetic poles with a uniform pitch near the reference point and is not affected by the gap length of the detection sensor. .
本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。 The other subject of this invention becomes clear by the following description.
上記課題は、以下の各発明によって解決される。 The above problems are solved by the following inventions.
(請求項1)
磁界の強さを検出する検出手段に対して回転する環状の磁気ロータの表面に、N極とS極を等配ピッチで交互に設けた等配極と、前記等配極に隣接して該等配極のピッチよりも幅広な1つ以上の幅広極とを有する着磁パターンが設けられた磁気エンコーダにおいて、
前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該幅広極側に所定角度離間した位置で該幅広極内に、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を前記等配極のピッチよりも幅狭状に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ。
(Claim 1)
Uniform poles in which N poles and S poles are alternately provided at an equal pitch on the surface of an annular magnetic rotor that rotates relative to a detection means that detects the strength of the magnetic field, and adjacent to the uniform poles, In a magnetic encoder provided with a magnetized pattern having one or more wide poles wider than a uniform pole pitch,
A buffer pole having a polarity opposite to the polarity of the wide pole is disposed in the wide pole at a position spaced from the boundary with the uniform pole adjacent to the wide pole by a predetermined angle toward the wide pole. A magnetic encoder having a narrower width than that of the magnetic encoder.
(請求項2)
前記緩衝極は、前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該等配極のピッチ分だけ離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項1記載の磁気エンコーダ。
(Claim 2)
2. The magnetic encoder according to
(請求項3)
前記緩衝極の幅は、前記等配極のピッチの1/20〜1/3であることを特徴とする請求項1又は2記載の磁気エンコーダ。
(Claim 3)
3. The magnetic encoder according to
(請求項4)
前記幅広極の一方端にのみ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に1つだけ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの2倍以上であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁気エンコーダ。
(Claim 4)
The uniform pole is adjacent to only one end of the wide pole, and only one buffer pole is provided on the wide pole,
4. The magnetic encoder according to
(請求項5)
前記幅広極の両端にそれぞれ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に2つ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの3倍以上であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁気エンコーダ。
(Claim 5)
The equal poles are adjacent to both ends of the wide pole, and two buffer poles are provided on the wide pole,
4. The magnetic encoder according to
本発明によれば、基準点近傍の等配ピッチの磁極の磁束波形のパルスピッチ精度が向上し、更には検出センサのギャップ長の影響を受けることのない磁気エンコーダを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a magnetic encoder that improves the pulse pitch accuracy of the magnetic flux waveform of the magnetic poles with a uniform pitch near the reference point and is not affected by the gap length of the detection sensor.
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明に係る磁気エンコーダの第1の実施形態を示す要部斜視図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a first embodiment of a magnetic encoder according to the present invention.
同図において、磁気エンコーダ1は環状の磁気ロータ10と、該磁気ロータ10の表面から所定のギャップ長をおいて対向するように配置され、該磁気ロータ10の回転によって発生する磁界の強さを検出する1つの検出手段20を有している。検出手段20には、本発明においては磁気センサが用いられる。磁気センサには一般にホール素子やMR素子等が用いられる。
In the figure, a
磁気ロータ10の表面は、N極とS極を交互に配置した着磁パターンを有している。着磁パターンは、磁気ロータ10の全周に亘ってN極とS極とが交互に配列されており、N極とS極の各磁極を等配ピッチ(磁極の円周方向の長さが等しいこと)で交互に設けた等配極11と、この等配極11に隣接して、該等配極11のピッチ(幅)よりも幅広で、隣接する等配極11とは逆極性となる1つの幅広極12を有しており、この幅広極12とこれに隣接する1つの等配極11とによって基準点13を形成している。
The surface of the
なお、本発明における幅とは、磁気ロータ10の円周方向の長さのことであり、この円周方向の長さは磁極角度によって規定される。
The width in the present invention is the length of the
ここでは、磁気ロータ10の外形がφ90mm、等配極11のN極とS極の各磁極角度が3°、幅広極12はN極とされ、その磁極角度が15°とされ、基準点13を構成する等配極11はS極とされ、その磁極角度が3°とされているが、磁気ロータ10の外形や各磁極の磁極角度は、適用される回転部材の径等の諸条件に応じて適宜決められる。
Here, the outer shape of the
これら等配極11及び幅広極12を形成する各磁極は、ゴムや樹脂製の磁性体を素材とすることが好ましく、フェライト粉又は希土類磁性粉をゴム又は樹脂中に充填成形し、これに着磁したものを好適に使用できる。
Each of the magnetic poles forming the
この実施形態では、幅広極12に隣接する各等配極11、11との境界部aから該幅広極12側に所定角度離間した位置で該幅広極12内に、該幅広極12の極性と逆極性の(すなわちS極の)2つの緩衝極14、14が設けられている。
In this embodiment, the polarity of the wide pole 12 is set in the wide pole 12 at a position spaced by a predetermined angle from the boundary portion a between the
各緩衝極14、14の境界部aからの位置(離間角度)は、該幅広極12の両端部付近の磁束波形の乱れを好適に抑制できるようにする観点から、幅広極12に隣接する等配極11との境界部aから該等配極11のピッチ分だけ離間した位置とすることが好ましい。ここでは、各緩衝極14、14は境界部aからそれぞれ等配極11のピッチ分だけ離間した3°の角度をおいた位置に設けられている。
The positions (separation angles) of the
ここでは、緩衝極14、14の磁極角度はそれぞれ0.5°とされているが、各緩衝極14、14の幅は、広すぎると基準点13の出力波形がゼロクロスする可能性が高くなって波形の誤検出を招くおそれが高くなり、また、狭すぎると本発明の目的である隣接する等配極11のピッチ誤差を抑制しづらくなるため、等配極11のピッチの1/20〜1/3とすることが好ましく、より好ましくは1/10〜1/4とすることである。
Here, the magnetic pole angles of the
また、本実施形態のように幅広極12の両端にそれぞれ等配極11が隣接し、このため緩衝極14が幅広極12内に2つ設けられている場合、基準点13を確実に検出できるようにするため、各緩衝極14、14を含む幅広極12の幅は、等配極11のピッチの3倍以上とすることが好ましい。
In addition, when the
かかる磁気エンコーダ1における基準点13の近傍の波形出力は、図2に示すように、検出手段20のギャップ長を異ならせた場合のピッチ誤差は軽減されており、隣接極への基準点13の磁束密度の影響が軽減されていることがわかる。これは、幅広極12の両端部付近の磁力線密度の乱れが、逆極性の緩衝極14、14の存在によって抑制されるためである。この波形出力において緩衝極14、14の検出部位A、Aのピークが下がっているが、ゼロクロスせず幅広極12の一部として検出されるので問題とはならない。
As shown in FIG. 2, the waveform output in the vicinity of the reference point 13 in the
従って、この磁気エンコーダ1によれば、基準点13近傍の等配極11の磁束波形のパルスピッチ精度が向上する効果が得られ、検出手段2のギャップ長の影響もなく、誤検出が防止されて高精度の位置検出が可能となる。
Therefore, according to this
また、従来のように磁気ロータ10に溝加工等を施す必要もなく、着磁パターンの形成の際に回転式の着磁装置を利用して行うこともでき、着磁パターンの形成作業が煩雑化する問題も解消される。
Further, it is not necessary to perform groove processing or the like on the
なお、各緩衝極14、14が、境界部aから等配極11と同じピッチ分だけ離間した位置に設けられる場合は、各緩衝極14、14の間の磁極を幅広極と見ることもできる。すなわち、この場合、幅広極の両端部に、等配極のピッチよりも幅狭で、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極をそれぞれ設けた態様であると見ることもできる。
In addition, when each
(第2の実施形態)
図3は、本発明に係る磁気エンコーダの第2の実施形態を示す要部斜視図である。図1と同一符号の部位は同一構成の部位であるため詳細な説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a main part perspective view showing a second embodiment of the magnetic encoder according to the present invention. Since the site | part of the same code | symbol as FIG. 1 is a site | part of the same structure, detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、磁気ロータ10に、隣接する2つの幅広極12A、12Bが設けられ、これらによって基準点13が形成されている。
In this embodiment, the
ここでは、磁気ロータ10の外形がφ90mm、等配極11のN極とS極の各磁極角度が3°、幅広極12AはN極とされ、その磁極角度が9°とされ、幅広極12BはS極とされ、その磁極角度が9°とされている。
Here, the outer shape of the
これら幅広極12A、12Bは隣接して配置されているため、各々は一方端にのみ等配極11が隣接することになる。従って、幅広極12Aには、一方に隣接する等配極11側の端部近傍にS極の緩衝極14Aが設けられ、幅広極12Bには、一方に隣接する等配極11側の端部近傍にN極の緩衝極14Bが設けられている。
Since these
各緩衝極14A、14Bの幅広極12A、12Bの端部からの位置も、幅広極12に隣接する等配極11側の端部から該等配極11のピッチ分だけ離間した位置とされることが好ましく、ここでは、緩衝極14Aは幅広極12Aの端部から等配極11のピッチ分だけ離間した3°の角度をおいた位置に設けられ、同様に緩衝極14Bは幅広極12Bの端部から等配極11のピッチ分だけ離間した3°の角度をおいた位置に設けられている。また、各緩衝極14A、14Bの磁極角度は0.5°とされている。
The positions of the
本実施形態のように基準点13が隣接する2つの幅広極12A、12Bによって形成され、各幅広極12A、12Bの一方端にのみ等配極11が隣接することにより、緩衝極14A、14Bが幅広極12A、12Bにそれぞれ1つだけ設けられる場合、基準点13を確実に検出できるようにするため、各幅広極12A、12Bの幅は、等配極11のピッチの2倍以上とすることが好ましい。
As in this embodiment, the reference point 13 is formed by two adjacent
本実施形態に示す磁気エンコーダ1においても同様に、基準点13近傍の等配極11の磁束波形のパルスピッチ精度が向上する効果が得られ、検出手段2のギャップ長の影響もなく、誤検出が防止されて高精度の位置検出が可能となる。
Similarly, in the
なお、基準点13を複数の幅広極12によって形成する場合、その数は2つに限定されず、3つ以上とすることもできる。また、基準点13として幅広極12と幅の狭い磁極とを複数適宜組合せた磁極パターンとした場合にも本発明は適用可能である。 In the case where the reference point 13 is formed by a plurality of wide poles 12, the number is not limited to two, and may be three or more. The present invention is also applicable when the reference point 13 is a magnetic pole pattern in which a plurality of wide poles 12 and narrow magnetic poles are appropriately combined.
また、各緩衝極14、14が、境界部aから等配極11と同じピッチ分だけ離間した位置に設けられる場合は、緩衝極14を挟んで境界部aと反対側の磁極を幅広極と見ることもできる。すなわち、この場合、幅広極の一方端部に、等配極のピッチよりも幅狭で、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を設けた態様であると見ることもできる。
When each
本発明の磁気エンコーダは、自動車エンジンのクランク角検出に好適に使用できるが、その他一般産業、例えばロボットの腕の回転制御等、回転部材の位置検出に適用可能である。 The magnetic encoder of the present invention can be suitably used for detecting the crank angle of an automobile engine, but is applicable to other general industries, for example, the position detection of a rotating member such as the rotation control of a robot arm.
1:磁気エンコーダ
10:磁気ロータ
11:等配極
12、12A、12B:幅広極
13:基準点
14、14A、14B:緩衝極
20:検出手段
1: Magnetic encoder 10: Magnetic rotor 11:
Claims (5)
前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該幅広極側に所定角度離間した位置で該幅広極内に、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を前記等配極のピッチよりも幅狭状に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ。 Uniform poles in which N poles and S poles are alternately provided at an equal pitch on the surface of an annular magnetic rotor that rotates relative to a detection means that detects the strength of the magnetic field, and adjacent to the uniform poles, In a magnetic encoder provided with a magnetized pattern having one or more wide poles wider than a uniform pole pitch,
A buffer pole having a polarity opposite to the polarity of the wide pole is placed in the wide pole at a position spaced from the boundary with the uniform pole adjacent to the wide pole by a predetermined angle toward the wide pole. A magnetic encoder having a narrower width than that of the magnetic encoder.
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの2倍以上であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁気エンコーダ。 The uniform pole is adjacent to only one end of the wide pole, and only one buffer pole is provided on the wide pole,
4. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the width of the wide pole is at least twice the pitch of the uniform poles.
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの3倍以上であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の磁気エンコーダ。 The equal poles are adjacent to both ends of the wide pole, and two buffer poles are provided on the wide pole,
4. The magnetic encoder according to claim 1, wherein the width of the wide pole is at least three times the pitch of the uniform poles.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20100622 |
|
A072 | Dismissal of procedure |
Effective date: 20111027 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 |