JP2010271229A - エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】検出動作の信頼性向上を図ることができるエンコーダを提供すること。
【解決手段】第１磁場を発生させる磁気パターンを有する回転部と、前記第１磁場を変化させる第２磁場を発生させるバイアス磁石部と、前記バイアス磁石部に対して非接触に設けられ、前記第１磁場と前記第２磁場との合成磁場を検出する検出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンコーダに関する。

モータの回転軸など回転体の回転数を検出する装置として、エンコーダが知られている（特許文献１）。エンコーダは、例えばモータの回転軸に取り付けられて用いられる。エンコーダの具体的構成として、例えば磁気を用いて回転数を検出する構成が知られている。

例えば、このような構成のエンコーダは、所定の磁気パターンが形成された磁石部を回転軸と一体的に回転させ、磁石部の磁気パターンの変化を磁気センサによって読み取ることで、モータの回転軸の回転数を検出できるようになっている。磁気センサには、磁石部による磁場を変化させるバイアス磁石が貼り付けられている場合がある。

特開２００４−２０５４８号公報

しかしながら、磁気センサにバイアス磁石が貼り付けられている構成においては、当該バイアス磁石の貼り付けの際に磁気センサにダメージを与えてしまったり、バイアス磁石の貼り付け位置に誤差が生じてしまったりする場合がある。このため、検出動作の信頼性が低下してしまう虞がある。

以上のような事情に鑑み、本発明は、検出動作の信頼性向上を図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。

本発明に係るエンコーダは、第１磁場を発生させる磁気パターンを有する回転部と、前記第１磁場を変化させる第２磁場を発生させるバイアス磁石部と、前記バイアス磁石部に対して非接触に設けられ、前記第１磁場と前記第２磁場との合成磁場を検出する検出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出動作の信頼性向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンコーダの構成を示す断面図。 本実施形態に係るエンコーダの構成を示す平面図。 本実施形態に係るエンコーダの構成を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す図。 本実施形態に係るエンコーダの構成を示す平面図。 本発明の第３実施形態に係るエンコーダの一部の構成を示す図。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、エンコーダＥＣの構成を示す断面図である。
図１に示すように、エンコーダＥＣは、モータなどの回転体の回転数を検出する装置である。エンコーダＥＣは、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ、検出機構Ｄ及び位置決め部材Ｐを有している。エンコーダＥＣは、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍが一体的に設けられており、これらが検出機構Ｄに対向配置された状態で用いられる。

回転部材Ｒは、回転体である例えばモータＭＴＲの回転軸４０に固定され、回転軸４０と一体的に回転する部分である。回転部材Ｒは、例えばＳＵＳなどで構成され、円盤状に形成されている。回転部材Ｒの構成材料としてＳＵＳなどの剛性の高い材料を用いることで、耐変形性などに優れた回転部材Ｒが形成される。回転部材Ｒの構成材料として、他の材料を用いても勿論構わない。回転部材Ｒは、取付部２０及び凹部２３を有している。

取付部２０は、回転部材Ｒの下面Ｒｂに設けられている。取付部２０の下面側には、平面視中央部に挿入穴２０ａが形成されている。挿入穴２０ａは、上記モータＭＴＲの回転軸４０が挿入されるようになっている。取付部２０は、回転軸４０が挿入穴２０ａに挿入された状態で回転軸４０と取付部２０との間を固定する固定機構（不図示）を有している。

凹部２３は、取付部２０の上面Ｒａ側に形成されている。凹部２３には、磁石部材Ｍが収容されるようになっている。
また、回転部材Ｒの周縁部には、回転部材Ｒの外周に沿って光反射パターン２１が形成されている。

磁石部材Ｍは、回転部材Ｒの回転方向に沿って円環状に形成された永久磁石である。磁石部材Ｍは、例えば回転部材Ｒの周縁部に配置されている。磁石部材Ｍには、所定の磁気パターンＭａ（図２参照）が形成されている。

例えば図２に示すように、磁石部材Ｍの磁気パターンＭａとして、例えば回転軸４０の軸方向に見て円環の半分の領域について、外周側の領域はＮ極に着磁され、内周側の領域はＳ極に着磁されている。また、円環の他の半分の領域について、外周側の領域はＳ極に着磁され、内周側の領域はＮ極に着磁されている。勿論、磁気パターンＭａとして他の形態を採用しても構わない。

磁石部材Ｍは、回転部材Ｒの凹部２３に収容されている。磁石部材Ｍは、回転部材Ｒとの間で例えば不図示の接着剤などを介して固着されている。したがって、磁石部材Ｍは、回転部材Ｒとの間で一体的に形成された状態になっている。

検出機構Ｄは、上記の磁石部材Ｍによる磁場を検出する部分である。検出機構Ｄは、検出基板３０及び磁気センサ３２を有している。また、検出機構Ｄは、回転部材Ｒに形成された光反射パターン２１に光を照射し、反射光を検出する光センサ３１を有している。

検出基板３０は、例えば平面視円形に形成された板状部材である。検出基板３０は、位置決め部材Ｐに固定されている。したがって、回転軸４０が回転しても、検出基板３０とモータＭＴＲとの相対位置が変化しないようになっている。例えば、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍは、検出基板３０に対して位置合わせされた状態でそれぞれ収容されている。

磁気センサ３２は、例えば磁石部材Ｍに対して回転軸４０の軸方向に見て重なる位置に一対配置されている（磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂ）。各磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、磁気抵抗素子（不図示）を有している。磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、それぞれ検出基板３０に保持されている。

磁気抵抗素子は、例えば金属配線などによって形成された直交する２つの繰り返しパターンを有している。磁気抵抗素子は、磁場の方向が当該繰り返しパターンに流れる電流の方向の垂直方向に近くなると電気抵抗が低下するようになっている。磁気抵抗素子は、この電気抵抗の低下を利用して磁場の方向を電気信号に変換するようになっている。

磁気センサ３２の検出結果は、電気信号として不図示の制御装置に送信されるようになっている。

位置決め部材（モールド部材）Ｐは、モータＭＴＲ、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ及び検出機構Ｄのそれぞれの位置決めを行う部分である。位置決め部材Ｐは、本体部４１、バイアス磁石４２及びシールド部材４３を有している。図２は、検出機構Ｄ側から回転軸方向に位置決め部材Ｐを見たときの図（シールド部材４３は省略）である。図３は、図２と同方向に検出機構Ｄを見たときの図である。

図１〜図３に示すように、本体部４１は、モータＭＴＲ上に配置されている。本体部４１は、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍを囲う内部空間Ｋを有している。本体部４１は、当該内部空間Ｋにおいて回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍを収容した状態になっている。回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍは、本体部４１に接触しないように収容されている。本体部４１は、回転軸方向視において上面４１ａの中央部に凹部４１ｂを有している。本体部４１のうち回転軸方向視で凹部４１ｂを囲む周縁部分４１ｄは、上記の検出機構Ｄを支持する部分となる。凹部４１ｂの底部には、バイアス磁石４２を保持する保持部４１ｃが形成されている。本体部４１は、凹部４１ｂの底部によって回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍと検出機構Ｄとの間が区切られるように構成されている。このため、本体部４１のうち凹部４１ｂの底部は、光センサ３１からの光を透過可能な材料で構成されている。

バイアス磁石４２は、磁石部材Ｍによって発生する第１磁場を変化させる第２磁場を発生させる磁石である。バイアス磁石４２を構成する材料として、例えばサマリウム・コバルトなどの磁力の大きい希土類磁石などが挙げられる。バイアス磁石４２は、本体部４１の保持部４１ｃに保持されている。このように、バイアス磁石４２は、磁気センサ３２から離れた位置に保持された構成となっており、磁気センサ３２に対して非接触に設けられた状態となっている。

バイアス磁石４２は、磁気センサ３２Ａ、３２Ｂに対応するように例えば２つ設けられている（バイアス磁石４２Ａ及びバイアス磁石４２Ｂ）。バイアス磁石４２Ａは、磁気センサ３２Ａに回転軸方向視で重なる位置に配置されている。バイアス磁石４２Ｂは、磁気センサ３２Ｂに回転軸方向視で重なる位置に配置されている。このため、バイアス磁石４２Ａ及びバイアス磁石４２Ｂは、磁石部材Ｍに形成される磁気パターンＭａに対しても回転軸方向視で重なる位置に配置されていることになる。

各バイアス磁石４２の上面４２ｆは、凹部４１ｂの底部に対して面一状態になっている。したがって、バイアス磁石４２の上面４２ｆは、本体部４１の凹部４１ｂに露出した状態になっている。本実施形態では、磁石部材Ｍによって発生する第１磁場と、バイアス磁石４２によって発生する第２磁場との合成磁場が磁気抵抗素子によって検出されるようになっている。

シールド部材４３は、凹部４１ｂを含めた本体部４１の上面４１ａのほぼ全面を覆うように形成されている。シールド部材４３は、本体部４１の凹部４１ｂに露出したバイアス磁石４２を覆った状態になっている。このため、シールド部材４３は、バイアス磁石４２と検出機構Ｄとの間に配置されていることになる。シールド部材４３は、光センサ３１からの光を透過可能な材料で構成されている。

制御装置は、磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂからの出力に基づいて回転軸４０の回転数を求める処理を行う。

次に、上記のように構成されたエンコーダＥＣの動作を説明する。
モータＭＴＲの回転軸４０が回転すると、当該回転軸４０に一体的に取り付けられた回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍが回転軸４０と一体的に回転する。検出機構Ｄ及び位置決め部材Ｐについては、回転軸４０には接続ないしは接触されていないため、回転せずに静止した状態となる。

回転部材Ｒが回転すると、当該回転部材Ｒに形成された光反射パターン２１が回転方向に移動する。上述の光センサ３１は、移動する光反射パターン２１へ光を射出し、反射光を読み取ることで光反射パターン２１の移動角度を検出する。

また、回転部材Ｒが回転すると、当該回転部材Ｒに一体的に固定された磁石部材Ｍが回転する。位置決め部材Ｐが静止した状態となっているため、位置決め部材Ｐの本体部４１に設けられたバイアス磁石４２と磁気センサ３２との位置関係が変動することなく磁石部材Ｍが回転する。磁石部材Ｍが回転すると、当該磁石部材Ｍの磁気パターンＭａによって形成される第１磁場とバイアス磁石４２によって形成される第２磁場との合成磁場が周期的に変化する。磁気センサ３２Ａ及び３２Ｂは、当該合成磁場の変化の周期を検出することにより、磁石部材Ｍ（回転軸）の回転数を検出する。

例えば磁気センサ３２にバイアス磁石４２が貼り付けられている構成においては、当該バイアス磁石４２の貼り付けの際に磁気センサ３２にダメージを与えてしまったり、バイアス磁石４２の貼り付け位置に誤差が生じてしまったりする場合がある。この状態で上記の検出動作を行った場合、検出動作の信頼性が低下してしまう虞がある。

これに対して、本実施形態によれば、検出機構Ｄがバイアス磁石４２に対して非接触に設けられているため、バイアス磁石４２を配置させる際に磁気センサ３２に貼り付ける必要が無くなる。このため、磁気センサ３２にダメージを与えてしまうことが無く、バイアス磁石４２の位置ずれについても回避することができる。これにより、検出動作の信頼性を向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態では、位置決め部材Ｐの構成及びバイアス磁石４２の配置が第１実施形態とは異なっており、他の構成については第１実施形態と同様になっている。したがって、本実施形態では、当該相違点を中心に説明する。

図４は、本実施形態に係るエンコーダＥＣ２の位置決め部材Ｐの構成を示す断面図である。図５は、位置決め部材Ｐを検出機構Ｄ側から回転軸方向に見たときの構成を示す図である。

図４に示すように、本実施形態に係るエンコーダＥＣ２は、バイアス磁石４２を保持する保持部４２ｃが本体部４１の内部に形成されており、バイアス磁石４２が本体部４１の内部に保持された構成になっている。この場合、バイアス磁石４２は、本体部４１の上面４１ａには露出していない状態になっている。図５に示すように、バイアス磁石４２の回転軸方向視における位置は、上記第１実施形態と同様になっている。

本実施形態のように、バイアス磁石４２が検出機構Ｄに対して非接触に設けられた構成として、当該バイアス磁石４２が本体部４１の内部で保持された構成としても構わない。この場合であっても、バイアス磁石４２を配置させる際に磁気センサ３２に貼り付ける必要が無く、磁気センサ３２にダメージを与えてしまうことが無い。また、バイアス磁石４２の位置ずれについても回避することができるため、検出動作の信頼性を向上させることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。本実施形態では、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略あるいは簡略化する。本実施形態では、位置決め部材Ｐの構成及びバイアス磁石４２の配置が第１実施形態とは異なっており、他の構成については第１実施形態と同様になっている。したがって、本実施形態では、当該相違点を中心に説明する。

図６は、本実施形態に係るエンコーダＥＣ３の位置決め部材Ｐの構成を示す断面図である。上記第１実施形態及び第２実施形態においては、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍと検出機構Ｄとの間が位置決め部材Ｐの本体部４１の一部によって区切られるように構成されていたが、本実施形態では、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍと検出機構Ｄとの間が区切られていない構成となっている。このため、回転部材Ｒ、磁石部材Ｍ、検出機構Ｄの磁気センサ３２及び光センサ３１は、本体部４１の凹部４１ｂ及び検出基板３０によって形成される内部空間Ｋに共に収容された状態になっている。

また、図６に示すように、エンコーダＥＣ３は、バイアス磁石４２を保持する保持部４３ｃが回転部材Ｒよりも下側（Ｚ方向下側）に形成されており、バイアス磁石４２が磁石部材Ｍよりも下側に配置された構成（磁石部材Ｍが磁気センサ３２とバイアス磁石４２との間に配置された構成）になっている。具体的には、保持部４３ｃは、本体部４１のうちモータＭＴＲに接触する部分の＋Ｚ側（凹部４１ｂの底部）に凹状に形成されている。

本実施形態のように、バイアス磁石４２が検出機構Ｄに対して非接触に設けられた構成として、当該バイアス磁石４２が磁石部材Ｍよりも下側に配置された構成としても構わない。この場合であっても、バイアス磁石４２を配置させる際に磁気センサ３２に貼り付ける必要が無く、磁気センサ３２にダメージを与えてしまうことが無い。また、バイアス磁石４２の位置ずれについても回避することができるため、検出動作の信頼性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、本体部４１の凹部４１ｂの底部と面一状態となるようにバイアス磁石４２を配置させた構成としているが、これに限られることは無い。例えば、第２実施形態に示すように、バイアス磁石４２を本体部４１の内部に配置する構成としても構わない。

また、本実施形態では、本体部４１によって回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍと検出機構Ｄとの間を区切らない構成としたが、これに限られることは無く、例えば上記第１実施形態及び第２実施形態と同様、本体部４１の一部によって両者の間を区切る構成としても構わない。

本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、バイアス磁石４２の上面４２ｆが凹部４１ｂの底部と面一状態になっている構成（例えば第１実施形態等）や、バイアス磁石４２が本体部４１の内部に保持されている構成（例えば第２実施形態等）を例に挙げて説明したが、これに限られることは無い。例えばバイアス磁石４２が凹部４１ｂ上に保持された構成としても構わない。この場合、バイアス磁石４２と検出機構Ｄの磁気センサ３２とが接触しないように配置されている必要がある。

また、例えば第１実施形態及び第２実施形態等に記載したように、本体部４１によって回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍと検出機構Ｄとの間が区切られた構成の場合、回転部材Ｒ及び磁石部材Ｍが収容される内部空間Ｋの天井部分にバイアス磁石４２を取り付けた構成としても構わない。

ＥＣ、ＥＣ２…エンコーダ Ｒ…回転部材（回転部） Ｍ…磁石部材 Ｍａ…磁気パターン（パターン） Ｄ…検出機構（検出部） Ｐ…位置決め部材 ３２（３２Ａ、３２Ｂ）…磁気センサ ４１ｃ…保持部 ４２（４２Ａ、４２Ｂ）…バイアス磁石

Claims (11)

1. 第１磁場を発生させる磁気パターンを有する回転部と、
   前記第１磁場を変化させる第２磁場を発生させるバイアス磁石部と、
   前記バイアス磁石部に対して非接触に設けられ、前記第１磁場と前記第２磁場との合成磁場を検出する検出部と、
   を備えることを特徴とするエンコーダ。
2. 前記バイアス磁石部は、前記検出部から離れた位置で保持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記バイアス磁石部は、前記回転部及び前記検出部を位置決めする位置決め部材に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンコーダ。
4. 前記バイアス磁石部は、前記位置決め部材の内部に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
5. 前記バイアス磁石部は、前記位置決め部材の表面に設けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載のエンコーダ。
6. 前記位置決め部材は、前記バイアス磁石部を保持する保持部を有する
   ことを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
7. 前記位置決め部材は、前記バイアス磁石部と前記検出部との間にシールド部を有する
   ことを特徴とする請求項３から請求項６のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
8. 前記バイアス磁石部は、前記回転部と前記検出部との間に設けられている
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
9. 前記回転部は、前記検出部と前記バイアス磁石部との間に配置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
10. 前記バイアス磁石部は、前記回転部の回転軸方向視で前記磁気パターンに重なる位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項９にうちいずれか一項に記載のエンコーダ。
11. 前記バイアス磁石部は、前記回転部の回転軸方向視で前記検出部に重なる位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のうちいずれか一項に記載のエンコーダ。

Images