JP2018004361A - 磁気エンコーダ - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成によって多極着磁部における磁束波形の乱れを抑制しつつ減磁し難い磁気エンコーダを提供する。【解決手段】環状の磁気ロータ10と、磁気ロータ10に所定のギャップを隔てて対向する磁気センサ20と、備え、磁気ロータ10が、N極とS極とを周方向に所定のピッチ11aで交互に設けた多極着磁部11と、多極着磁部11のピッチ11aよりも周方向の幅12aが大きく、多極着磁部11の周方向における端部と同極性の原点着磁部12と、多極着磁部11及び原点着磁部12に対して逆極性で隣接する反対極部13と、を有し、反対極部13の周方向の幅13aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、且つ、原点着磁部12の周方向の幅12aよりも小さい。【選択図】図1
Description
本発明は、環状の磁気ロータが、N極とS極とを交互に設けた多極着磁部と基準点を構成する原点着磁部とを有する磁気エンコーダに関する。
従来、磁気エンコーダは、回転体の回転角度位置の検出等に用いられ、環状の磁気ロータが周方向に多極着磁部と原点着磁部とを有する(例えば、特許文献1〜3参照)。多極着磁部は、N極とS極とが一定のピッチで交互に配置されている。一方、原点着磁部は多極着磁部のピッチよりも幅広に形成されている。磁気エンコーダは、原点着磁部を基準位置として回転体の回転角度位置を検出する。
このような磁気エンコーダにおいては、原点着磁部が多極着磁部のピッチよりも幅広なため、原点着磁部の磁束密度分布と、多極着磁部の磁束密度分布とが異なる。多極着磁部のうち、原点着磁部に隣接する磁極は、原点着磁部の影響を受けて磁束波形に乱れが生じる。このため、多極着磁部において磁気センサが検出する回転角度位置に誤差が生じることがある。
こうした多極着磁部における磁束波形の乱れを抑制するために、一体成形や切削加工により原点着磁部に溝部を形成する技術(例えば特許文献1)や、原点着磁部を島状に着磁して不規則な磁極とする技術(例えば特許文献2)や、原点着磁部と多極着磁部との間に幅狭な緩衝極を隣接させて設ける技術(例えば特許文献3)等が存在する。
しかし、特許文献1に記載の技術では、原点着磁部における溝加工位置と着磁位置との位置合わせが困難であり、特許文献2に記載の技術では、原点着磁部に対して不規則な磁極の着磁を行うことが困難である。
また、特許文献3に記載の技術では、幅広な原点着磁部に多極着磁部のピッチや原点着磁部よりも幅狭であり逆極性の緩衝極を隣接させる。このため、大きな磁界のなかに緩衝極が位置することになり、緩衝極は周囲から逆方向に大きな磁束を受ける。これにより、緩衝極は磁気安定性が低くなり、外部磁界や熱によって減磁し易い。
また、特許文献3に記載の技術では、幅広な原点着磁部に多極着磁部のピッチや原点着磁部よりも幅狭であり逆極性の緩衝極を隣接させる。このため、大きな磁界のなかに緩衝極が位置することになり、緩衝極は周囲から逆方向に大きな磁束を受ける。これにより、緩衝極は磁気安定性が低くなり、外部磁界や熱によって減磁し易い。
上記実状に鑑み、簡単な構成によって多極着磁部における磁束波形の乱れを抑制しつつ減磁し難い磁気エンコーダが望まれている。
本発明に係る磁気エンコーダの特徴構成は、環状の磁気ロータと、前記磁気ロータに所定のギャップを隔てて対向する磁気センサと、備え、前記磁気ロータが、N極とS極とを周方向に所定のピッチで交互に設けた多極着磁部と、前記多極着磁部の前記ピッチよりも前記周方向の幅が大きく、前記多極着磁部の前記周方向における端部と同極性の原点着磁部と、前記多極着磁部及び前記原点着磁部に対して逆極性で隣接する反対極部と、を有し、前記反対極部の前記周方向の幅が、前記多極着磁部の前記ピッチよりも大きく、且つ、前記原点着磁部の前記周方向の幅よりも小さい点にある。
磁気ロータにおいて、原点着磁部は、多極着磁部のピッチよりも大きい幅で形成されるため、磁束密度が多極着磁部よりも大きい。そのため、周方向において原点着磁部に近い多極着磁部の端部では、原点着磁部において発生する大きな磁界分布と釣り合うように反対方向の磁界分布が生じ易くなり、磁束波形が総じて原点着磁部の磁束方向とは反対の方向にオフセットする傾向にある。つまり、周方向の多極着磁部のうち原点着磁部に近い領域では、磁束密度の変化が均等にはならない。そうなると、磁気センサは多極着磁部においてピッチに対応する正確な磁束波形を検出できないため、磁気センサによる回転角度位置の検出精度が低下する。
これに対して、本構成では、磁気ロータは、多極着磁部及び原点着磁部に対して逆極性で隣接する反対極部を有し、反対極部の周方向の幅は、多極着磁部のピッチよりも大きく、原点着磁部の周方向の幅よりも小さい。このように、原点着磁部の周方向の幅よりも小さく多極着磁部のピッチよりも周方向の幅の大きい反対極部を設けることで、原点着磁部の両側の反対極部において原点着磁部とは反対方向の磁界を反対極部の周方向の幅に相当した範囲で分布させることができる。これにより、原点着磁部において発生する大きな磁界分布が反対方向の磁界分布と均衡するようになり、多極着磁部における磁束波形が原点着磁部の磁束方向とは逆方向にオフセットする現象が緩和される。その結果、磁気エンコーダは、簡素な構成でありながら回転角度位置の検出精度を良好にすることができる。
また、反対極部の周方向の幅は、原点着磁部の周方向の幅よりも小さいものの多極着磁部のピッチよりも大きいため、反対極部は外部磁界の影響を受け難く減磁し難い。
また、反対極部の周方向の幅は、原点着磁部の周方向の幅よりも小さいものの多極着磁部のピッチよりも大きいため、反対極部は外部磁界の影響を受け難く減磁し難い。
磁気エンコーダの他の特徴構成は、前記磁気ロータは、回転軸芯方向に着磁されており、前記磁気センサは、前記磁気ロータに対して前記回転軸芯方向に対向して配置されている点にある。
本構成によれば、磁気ロータは回転軸芯方向に磁束が形成され、磁気センサは磁気ロータに対して回転軸芯方向に対向する。これにより、磁気センサは、回転軸芯方向に直交する面部に対向させることができ、磁気センサと磁気ロータとのギャップが一定である。その結果、磁気センサが磁気ロータからの磁束を検出し易くなるため、磁気エンコーダにおいて回転角度位置の検出精度が向上する。
磁気エンコーダの他の特徴構成は、前記磁気ロータは、前記反対極部の前記周方向の幅が前記多極着磁部の前記ピッチの2倍に設定され、前記原点着磁部の前記周方向の幅が前記多極着磁部の前記ピッチの3倍に設定されている点にある。
磁気エンコーダでは、磁気ロータが、周方向に均等に分割された複数の偶数区域に磁極(N極及びS極)を配置することが一般的であり、多極着磁部の各磁極は1区域で構成される。本構成では、反対極部の周方向の幅が多極着磁部のピッチの2倍に設定され、原点着磁部の周方向の幅が多極着磁部のピッチの3倍に設定されている。この場合には、原点着磁部(例えばN極)が3区域、原点着磁部の両側に隣接して配置される反対極部(例えばS極)が計4区域、多極着磁部が残りの複数の奇数区域を夫々占有する。このように、多極着磁部の区域数が奇数になるため、多極着磁部において反対極部に隣接する2区域に反対極部とは逆極性の磁極を配置することができる。こうして、多極着磁部のピッチを変更せずに原点着磁部及び反対極部を配置することができるため、磁気ロータを簡易に構成することができる。
図1に示すように、磁気エンコーダ1は、円環状の磁気ロータ10と、磁気ロータ10に所定のギャップを隔てて対向する磁気センサ20を備える。磁気センサ20は、磁気ロータ10の回転によって発生する磁束の変化から回転角度位置を検出する。磁気センサ20には例えばホール素子や磁気抵抗素子等用いられる。
磁気ロータ10は、回転軸芯Xを中心とした周方向に、多極着磁部11と、原点着磁部12と、反対極部13と、を有する。多極着磁部11、原点着磁部12、及び反対極部13には、例えばフィライト磁粉を含有したゴム磁石やプラスチック磁石が用いられ、一体に成形されている。磁気ロータ10の背面には磁性体プレート15が配置されている。磁性体プレート15を設けることで、磁気ロータ10の磁力が向上する。また、磁気ロータ10にゴム磁石が用いられている場合には、磁性体プレート15によって磁気ロータ10の姿勢を保持することができる。
多極着磁部11は、N極とS極とを周方向に所定のピッチ11aで交互に設けている。原点着磁部12は、回転角度位置を検出する際の基準位置(原点)として設けられ、多極着磁部11のピッチ11aよりも周方向の幅12aが大きく、多極着磁部11の周方向における端部と同極性の磁極で構成されている。反対極部13は、多極着磁部11及び原点着磁部12に対して隣接し、多極着磁部11及び原点着磁部12とは逆極性となる磁極で構成されている。反対極部13は、周方向の幅13aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、且つ、原点着磁部12の周方向の幅12aよりも小さい。ここで、幅とは、磁気ロータ10の同一の円周方向の長さ(例えば図1に示す磁気ロータ10の内径側の円周方向の長さ)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。
本実施形態では、図1に示すように、磁気ロータ10は、反対極部13の周方向の幅13aが多極着磁部11のピッチ11aの2倍に設定され、原点着磁部12の周方向の幅12aが多極着磁部11のピッチ11aの3倍に設定されている。なお、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。
環状の磁気ロータ10は、周方向において例えば1つの着磁区域が3.75°に設定され、全周に亘り周方向において均等に分割された96の着磁区域(N極49区域、S極49区域)が全周に亘って有するよう構成される。図1に示す例では、多極着磁部11のN極とS極の各着磁角度が3.75°であり、原点着磁部12はN極に着磁され、その着磁角度が11.25°に設定されている。また、反対極部13は、S極に着磁され、その着磁角度が7.5°に設定されている。
こうして、96区域のうち、原点着磁部12がN極で3区域を占有し、原点着磁部12の両側に隣接して配置される反対極部13がS極で計4区域を占有する。多極着磁部11は、残りの89区域を占有することになる。ここで、多極着磁部11の区域数が1以外の奇数となるため、多極着磁部11において、S極の反対極部13に隣接する2区域にN極を配置することができる。このように、多極着磁部11のピッチ11aを変更せずに原点着磁部12及び反対極部13を配置することができるため、磁気ロータ10を簡易に構成することができる。
比較例として、図3に磁気エンコーダ100を示す。磁気ロータ110は、多極着磁部111と原点着磁部112とを有する。原点着磁部112の幅112aは、多極着磁部111のピッチ111aの3倍に設定されている。なお、ピッチ111aは、本実施形態のピッチ11aと同じである。原点着磁部112には周方向において多極着磁部111の端部113が隣接する。端部113は多極着磁部111の一部であるので、幅113aはピッチ111aに等しい。
比較例の磁気エンコーダ100(図3)による、磁気センサ120の位置での磁束密度の面直交方向成分の分布を図4に示す。磁気ロータ110として、外径がφ55mmであり、内径がφ40mmである環状体を用いた。磁束密度は、磁気ロータ110のφ47.4mmの位置から回転軸芯Xの方向に1.5mmのエアギャップを隔てた位置(磁気センサ120の位置)で計測した。図4では、原点着磁部12に相当する中央の大きな山形波形に隣接する左右の山形波形(破線で囲まれた部分)において磁束密度がマイナス方向にオフセットしている。このため、磁束密度が磁気センサ120の検出感度以下となり、磁気センサ120において磁束パルスの検出不良が発生するおそれがある。
本実施形態の磁気エンコーダ1(図1)による、磁気センサ20の位置における磁束密度の面直交方向成分の分布を図5に示す。なお、磁気ロータ10と磁気センサ20とのエアギャップ(1.5mm)、及び、磁気ロータ10の外径(φ55mm)、内径(φ40mm)、磁束密度の計測位置(φ47.4mm)は、比較例と同じである。
図5に示すように、原点着磁部12に相当する中央の山状波形に隣接する山状波形(破線で囲まれた部分)では、図4に比べて磁束密度のオフセット量は小さい。このため、回転角度の検出の際に磁気センサ20において磁束パルスの検出不良が発生する可能性が低い。このことは、以下に説明する図6によっても明らかとなる。
図5に示すように、原点着磁部12に相当する中央の山状波形に隣接する山状波形(破線で囲まれた部分)では、図4に比べて磁束密度のオフセット量は小さい。このため、回転角度の検出の際に磁気センサ20において磁束パルスの検出不良が発生する可能性が低い。このことは、以下に説明する図6によっても明らかとなる。
図6は、本実施形態及び比較例における角度ピッチ誤差の変化を示すグラフである。ここで、角度ピッチ誤差は、磁束密度の変化を受けて検出された角度ピッチと、実角度ピッチ(例えば3.75°)との差分を、実角度ピッチで除算することで算出される。
図6に示すように、原点着磁部12に相当する中央の山形波形の変位領域に隣接する左右の領域において、角度ピッチ誤差の振れ幅は比較例によりも本実施形態の方が小さい。このことは、比較例によりも本実施形態の方が原点着磁部12に隣接する多極着磁部11における角度ピッチ誤差が早く収束していることを示す。
このように、原点着磁部12の幅12aよりも小さく多極着磁部11のピッチ11aよりも幅広の反対極部13を設けることで、原点着磁部12の両側の反対極部13において原点着磁部12とは反対方向の磁界を反対極部の幅に相当した範囲で分布させることができる。これにより、原点着磁部12において発生する大きな磁界分布が反対方向の磁界分布と均衡するようになり、多極着磁部11の磁束が原点着磁部12の磁性とは反対の側にオフセットする現象が緩和される。その結果、磁気エンコーダ1は、簡素な構成でありながら回転角度の検出精度を良好にすることができる。
また、反対極部13の幅13aは、原点着磁部12の幅12aよりも小さいものの多極着磁部11のピッチ11aよりも大きいため、反対極部13は外部磁界の影響を受け難く減磁し難い。
また、反対極部13の幅13aは、原点着磁部12の幅12aよりも小さいものの多極着磁部11のピッチ11aよりも大きいため、反対極部13は外部磁界の影響を受け難く減磁し難い。
図1及び図2に示すように、磁気ロータ10は、回転軸芯Xの方向に着磁されており、磁気センサ20は、磁気ロータ10に対して回転軸芯Xの方向に対向して配置されている。これにより、磁気センサ20は、回転軸芯Xの方向に直交する面部に対向させることができ、磁気センサ20と磁気ロータ10とのギャップが一定となる。その結果、磁気センサ20が磁気ロータ10からの磁束を検出し易くなるため、磁気エンコーダ1において回転角度位置の検出精度が向上する。
〔第2実施形態〕
図7に示すように、本実施形態では、磁気ロータ10において、原点着磁部12の幅12aが多極着磁部11のピッチ11aの2倍に設定され、反対極部13の幅13aが多極着磁部11のピッチ11aの1.5倍に設定されている。
図7に示すように、本実施形態では、磁気ロータ10において、原点着磁部12の幅12aが多極着磁部11のピッチ11aの2倍に設定され、反対極部13の幅13aが多極着磁部11のピッチ11aの1.5倍に設定されている。
第1実施形態と同様に、1つの着磁区域が3.75°に設定され、全周で96区域の着座区域を有する場合には、多極着磁部11の各磁極角度が3.75°になり、原点着磁部12の磁極角度が7.5°になり、反対極部13の磁極角度が5.625°となる。
こうして、96区域のうち、原点着磁部12がN極で2区域を占有し、原点着磁部12の両側に隣接して配置される反対極部13がS極で3区域を占有する。多極着磁部11は残りの91区域を占有することになる。ここで、多極着磁部11の区域数が1以外の奇数となるため、多極着磁部11において、S極の反対極部13に隣接する2区域にN極を配置することができる。このように、本実施形態においても、多極着磁部11のピッチ11aを変更せずに原点着磁部12及び反対極部13を配置することができるため、磁気ロータ10を簡易に構成することができる。
〔別実施形態〕
(1)原点着磁部12の幅12a及び反対極部13の幅13aは上記の実施形態に限定されない。原点着磁部12の幅12aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、反対極部13の幅13aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、且つ、原点着磁部12の幅12aよりも小さい構成であれば、上記の実施形態以外の原点着磁部12の幅12a及び反対極部13の幅13aであってもよい。
(1)原点着磁部12の幅12a及び反対極部13の幅13aは上記の実施形態に限定されない。原点着磁部12の幅12aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、反対極部13の幅13aが、多極着磁部11のピッチ11aよりも大きく、且つ、原点着磁部12の幅12aよりも小さい構成であれば、上記の実施形態以外の原点着磁部12の幅12a及び反対極部13の幅13aであってもよい。
(2)上記の実施形態では、磁気ロータ10において、原点着磁部12をN極とし、反対極部13をS極とする例を示したが、原点着磁部12をS極とし、反対極部13をN極としてもよい。
(3)上記の実施形態では、磁気ロータ10は磁界が回転軸芯Xの方向に形成されるよう着磁されている例を示したが、磁気ロータ10は、磁界が径方向に形成される構成であってもよい。その場合には、磁気センサ20が磁気ロータ10の外周面に対向するよう配置される。
(4)上記の実施形態では、磁気エンコーダ1が磁気ロータ10に磁性体プレート15を積層して構成する例を示したが、磁気エンコーダ1は磁性体プレート15を有しない構成であってもよい。
(5)上記の実施形態では、磁気ロータ10に原点着磁部12を1つ設ける例を示したが、原点着磁部12は磁気ロータ10の周方向において複数箇所に分散配置されてもよい。
本発明に係る磁気エンコーダは、回転体の位置検出等に広く適用することができる。
1 :磁気エンコーダ
10 :磁気ロータ
11 :多極着磁部
12 :原点着磁部
13 :反対極部
15 :磁性体プレート
20 :磁気センサ
10 :磁気ロータ
11 :多極着磁部
12 :原点着磁部
13 :反対極部
15 :磁性体プレート
20 :磁気センサ
Claims (3)
- 環状の磁気ロータと、
前記磁気ロータに所定のギャップを隔てて対向する磁気センサと、備え、
前記磁気ロータが、
N極とS極とを周方向に所定のピッチで交互に設けた多極着磁部と、
前記多極着磁部の前記ピッチよりも前記周方向の幅が大きく、前記多極着磁部の前記周方向における端部と同極性の原点着磁部と、
前記多極着磁部及び前記原点着磁部に対して逆極性で隣接する反対極部と、を有し、
前記反対極部の前記周方向の幅が、前記多極着磁部の前記ピッチよりも大きく、且つ、前記原点着磁部の前記周方向の幅よりも小さい磁気エンコーダ。 - 前記磁気ロータは、回転軸芯方向に着磁されており、
前記磁気センサは、前記磁気ロータに対して前記回転軸芯方向に対向して配置されている請求項1に記載の磁気エンコーダ。 - 前記磁気ロータは、前記反対極部の前記周方向の幅が前記多極着磁部の前記ピッチの2倍に設定され、前記原点着磁部の前記周方向の幅が前記多極着磁部の前記ピッチの3倍に設定されている請求項1又は2に記載の磁気エンコーダ。
Priority Applications (2)
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JP2016129331A JP2018004361A (ja) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 磁気エンコーダ |
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016129331A JP2018004361A (ja) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 磁気エンコーダ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018004361A true JP2018004361A (ja) | 2018-01-11 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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JP (1) | JP2018004361A (ja) |
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JPS6023304B2 (ja) * | 1980-09-22 | 1985-06-06 | フアナツク株式会社 | 直流発電機形非接触式速度検出装置 |
US5097209A (en) * | 1990-02-21 | 1992-03-17 | The Torrington Company | Magnetic encoder and sensor system for internal combustion engines |
JP2004053410A (ja) * | 2002-07-19 | 2004-02-19 | Uchiyama Mfg Corp | 磁気エンコーダ |
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- 2016-06-29 JP JP2016129331A patent/JP2018004361A/ja active Pending
-
2017
- 2017-06-26 US US15/632,889 patent/US20180003526A1/en not_active Abandoned
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