JP2527424B2 - 磁気ロ−タリ−エンコ−ダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁気ロータリーエンコーダ、特に被検出部材
の回転状態を磁気的な手段によって検出する磁気ロータ
リーエンコーダに関するものである。

［従来の技術］ 自動制御の分野では、制御の方式として被制御部材の
状態を検出し、検出状態に応じた制御を行なう閉ループ
制御と、被制御部材の状態を検出しない閉ループ制御が
知られている。一般に、高精度な制御が必要とされる場
合には閉ループ制御を行なうのが普通である。

特に、被制御部材の物理的な状態を検出する素子とし
て、光学的な検出方式を用いるもの、あるいは磁気的な
検出方式を用いるものなど、種々のエンコーダが知られ
ている。特に物理的な運動状態を検出するエンコーダ
は、直線的な運動を検出するものと、回転運動を検出す
るロータリーエンコーダ（以下RE素子という）に分類す
ることができる。

第９図は従来の磁気検出方式によるRE素子の構成を示
している。

図示したRE素子はドラムタイプのもので、円筒状の磁
気ドラム２の円周側面に巻装された磁気シート３上に所
定の記録波長で磁化された磁気トラック７が複数本設け
られており、これらのトラックに対して磁気ヘッド４が
対向配置される。ここでは３本の磁気トラック７に対し
て磁気ヘッド４に設けられた３つの磁気抵抗効果素子
（以下MR素子という）５が対向配置されている。磁気ド
ラム２の中心部には回転軸１が設けられており、この回
転軸１は被検出部材であるモータ６の回転軸に直接（あ
るいは減速装置などを介して）結合される。

［発明が解決しようとする問題点］ 磁気トラックが複数個設けられるのは、RE素子（すな
わち被検出部材）の絶対的な回転位置を検出するために
複数のトラックによってグレーコードなどのパターンを
形成するためであるが、第９図のような従来構成ではト
ラック数を増加させるには磁気ドラム２の長さを増大す
る必要があり、薄型かつ小型のRE素子を構成するのが困
難であった。

また、RE素子の検出精度を向上させるために、１つの
磁気トラックに対して複数の磁気抵抗効果素子を対向さ
せ、これらの検出出力を平均する方式が知られている
が、従来方式では磁気トラックが磁気ドラム側面に形成
されているために、複数の磁気抵抗効果素子の磁気ドラ
ムとの距離が総て等しくなるように磁気抵抗効果素子を
配置するのが困難であるという問題があった。

［問題点を解決するための手段］ 以上の問題点を解決するため、本発明によれば、被検
出体の回転状態を磁気的に検出する磁気ロータリーエン
コーダにおいて、 前記被検出体に結合され、回転軸に垂直な平面にそれ
ぞれ磁化波長λの磁化パターンを有する同心円状の複数
のトラックが形成された回転体と、 前記複数のトラックに対して設けられ、それぞれ前記
磁化波長λに対して狭いピッチλ/2×1/nで並列するｎ
（ｎは２以上の整数）本の磁気抵抗効果素子からなる複
数の検出手段を有する検出体とを備えた構成を採用し
た。

［作用］ このような構成によれば、回転体の回転軸に垂直な平
面に磁化パターンを有する同心円状の複数のトラックを
形成するので、回転体をフラット形状に構成することが
でき、装置全体が大型化したり、厚型化したりする問題
がない。

また、同心円状の複数トラックにそれぞれ同一の磁化
波長λで磁化パターンを形成しているので、各トラック
に対して同じ条件で磁気抵抗効果素子からなる検出手段
を構成することができる。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説
明する。

第１図は本発明を採用したRE素子の構成を示した斜視
図である。ここでは被検出部材であるモータと一体に構
成されたRE素子を示す。

図において符号６で示されているものは被検出部材と
してのモータで、その回転軸１には回転体２が固定され
ている。磁気トラックは、モータ６上面に設けられた円
板状の磁気ヘッド４に対向する回転体２の下面に設けら
れた磁気シート３に形成される。磁気シート３下面に設
けられた磁気トラックの磁化情報は磁気ヘッド４上に形
成されたMR素子５により検出される。

第２図は第１図の磁気シートの下面に設けられた磁気
トラックの構成およびこれらを検出するMR素子５を示し
たものである。

磁気シート上には同心円状に４本の磁気トラックが形
成されている。これらの磁気トラックのうち、領域７は
波長λの磁化信号が記録されており、MR素子５で検出し
た際に信号出力がONとなる部分である。また、領域８は
あらかじめ磁化領域７を記録した後AC消去を行なうこと
によって形成された領域で、MR素子５による検出出力信
号がOFFとなる部分である。

以後、磁気シート３上の４本のトラックを内側から順
に第１トラック、第２トラック…第４トラックと呼ぶこ
とにする。第１トラック〜第４トラックには円形の磁気
シート３を２π/2、２π/4、２π/8、２π/16ずつの周
期で信号ON、OFFパターンを形成し、これを絶対位置検
出のためのグレーコードとする。

また、第２図においてはMR素子５はai、bi、ci、…と
して表示してある。ここでｉは上記のトラック番号を示
している。たとえば、最外周の第４トラックについては
a4〜h4の８つのMR素子５がモータ６上の磁気ヘッド４上
面に配置される。各トラックの検出時の基準位置とな
る、全トラックのON信号が始まる位置にはMR素子a1〜a4
が磁気シート３の半径方向に沿って一直線状に配列され
ている。

上記のMR素子のうち、特にMR素子b1、b2、b3、b4は、
検出精度を向上させるために各トラックの磁化ピッチ２
π/2、２π/4、２π/8、２π/16ごとに配置されている
ものである。すなわち、各トラックの隣接するONパター
ン（磁化領域７）とOFFパターン（AC消去領域８）に各
々１個ずつaiとbiを配置し、これらの２つの素子の出力
を組にして検出信号を取り出すようにしている。

このようなMR素子５の配置は、２つのMR素子ci、diを
組にして増設が可能である。その場合、MR素子aiとci、
biとdiは任意のON/OFF磁化パターンに対して相対的に同
じ位置にくるように配置する。

本実施例では第２トラック以降のすべてのトラックに
MR素子ciとdiをもうけ、MR素子aiとciおよびbiとdiは互
いに点対称な位置に配置した。したがって、第４トラッ
クのei、fiおよびgi、hiはさらに増設された出力補償用
のMR素子である。

第３図は、MR素子５の接続状態を示すために第２図の
第２トラックおよびMR素子５を拡大し、直線状に示した
ものである。第２トラックのMR素子a2、b2、c2、d2は図
示のように直列に接続され、この直列接続の両端の端子
ｋ、ｌに電圧Ｖを印加し、中点の端子ｍから中点電位V0
を取り出す。この接続状態は第４図に回路図として示し
てある。第４図ではMR素子５は抵抗のシンボルにより示
されている。

第５図は第４図と同様に第４トラックのMR素子５の接
続状態を示したものである。ここでは、中点電圧V0はMR
素子g4、h4の間から取り出している。

第６図はMR素子５の物理的構成を示したものである。
図示のようにMR素子５は高透磁率磁性材料などから交互
に複数回折り畳まれた形状で磁気シート３上に膜形成技
術により形成される。図示したMR素子５のパターン幅は
磁気トラックの磁化波長λのちょうど半波長分に対応さ
せてある。

第７図に、上記の構成における検出の様子を示す。

第７図の最上段は磁気トラックの磁化パターンとMR素
子５のパターンを、中段はMR素子を１つだけ用いた場合
のMR素子の出力信号を、また、最下段は上記のように同
一トラックに対して複数個のMR素子を配列、接続した場
合の検出出力を示している。

第７図最上段に示したMR素子p1個の出力は、第７図中
段のようにλ/2の周期を持つ検出波形となる。また、第
７図のｐ〜ｓの５本のMR素子はλ/2の1/5のピッチで配
列されているから、それぞれの出力は第７図下段のよう
にλ/10ずつ位相がずれた出力波形となる。これら５本
のMR素子ｐ〜ｓを前述のように直列接続すると、その合
成出力波形は第７図下段に符号ｕで示すようにほぼフラ
ットな一定の電圧レベルになる。

一般に、正弦波の磁気信号に対してｎ本のMR素子をλ
/2×1/nのピッチで配置し、それらを直列接続した場合
の合成出力波形は上記のようにほぼフラットになる。し
たがって、上記の実施例によれば、安定した検出出力波
形を得ることができる。MR素子５が第７図の磁気トラッ
クの消去領域８に入ると、MR素子５の合成出力波形は０
となり、磁化のON/OFFを確実に検出することができる。
このことを以下に詳細に説明する。

今、第３図のMR素子a2、b2、c2、d2が図示した位置に
ある場合、MR素子a2とc2は検出信号ONの位置にあり、磁
界を受けて抵抗値R0−ΔＲを有している。一方、MR素子
b2とd2はAC消去された領域８にあり、抵抗値変化は生じ
ず、このときの抵抗値は初期値のR0である。この場合の
トータル出力電圧V0の値をY1は と示すことができる。

また、第３図のMR素子が磁化領域７に対して２π/4移
動した時、MR素子a2、c2の抵抗値はR0となる。この際の
出力電圧Y2は となり、第２トラックでは、磁気シート３の１回転の間
に２π/4のピッチで交互に現れるY1とY2の出力電圧によ
り構成される出力パルスが得られる。

第８図は、第１〜第４の全トラックを磁気シート３の
全周にわたって検出した際の各MR素子の出力波形を示し
たものである。

前記のように各磁気トラックの磁化パターンは２π/
2、２π/4、２π/8、２π/16と、２の整数乗倍に設定さ
れているから、各トラックを担当するMR素子５の磁化領
域検出パルスの数をカウントし、第１トラックのカウン
ト値を最上位ビット、第４トラックのカウント値を最下
位ビットにとった２進数データを構成すれば、このデー
タはモータ６の回転軸１の絶対回転位置を示す４ビット
データとして用いることができる。

以上の構成によれば、従来のようにRE素子の磁化信号
形成部分をフラットな形状に構成できるから、RE素子全
体を小型かつ薄型に構成出来、第１図に示したように被
検出部材であるモータなどの素子に組み込むことができ
る。

また、本実施例によれば、MR素子が磁気トラック１つ
に対して複数個点対称に配置されているので、回転する
磁気シート３の傾斜による出力変動を抑制することがで
きる。すなわち、本実施例のモータ６では回転軸１のス
ラストガタなどによりMR素子と磁気トラックのスペーシ
ングが変化し、出力電圧が変動することが考えられる
が、上記のようにMR素子を点対称配置にしておけば、あ
るMR素子のスペーシングが広くなり、出力低下が生じた
場合にはそれと点対称の位置にあるMR素子のスペーシン
グが狭くなり、出力増加を生じるため、２つのMR素子の
出力がバランスされ、スペーシングロスは補償される。
この構成によれば、スペーシングロスだけでなく、MR素
子の基板上のパターン構成や、素子の寸法の誤差あるい
は素子取り付け位置の誤差などによる出力低下をも補償
することができる。この補償効果は点対称配置するMR素
子の数を増大させればそれだけ大きくなるから、所望の
検出精度に応じて素子の数を増減すればよい。

［効果］ 以上から明らかなように、本発明によれば、被検出体
の回転状態を磁気的に検出する磁気ロータリーエンコー
ダにおいて、前記被検出体に結合され、回転軸に垂直な
平面にそれぞれ磁化波長λの磁化パターンを有する同心
円状の複数のトラックが形成された回転体と、前記複数
のトラックに対して設けられ、それぞれ前記磁化波長λ
に対して狭いピッチλ/2×1/nで並列するｎ（ｎは２以
上の整数）本の磁気抵抗効果素子からなる複数の検出手
段を有する検出体とを備えた構成を採用したので、回転
体をフラット形状に構成することができ、装置全体を著
しく小型かつ薄型に構成することができる。また、回転
体の複数のトラックのそれぞれに対して同じ条件で磁気
抵抗効果素子からなる検出手段を構成することができる
ので、各検出手段からの検出出力にばらつきがなくなる
とともに、各検出手段を同一の条件で製作できるので、
製作が容易になり、製作精度も向上できるという優れた
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を採用したRE素子の構造を示す斜視図、
第２図は第１図の磁気シートの構成を示した上面図、第
３図は第２図の磁気トラックおよびMR素子の配置を示し
た説明図、第４図、第５図はMR素子の電気的接続状態を
示した回路図、第６図は磁気トラックの磁化領域、AC消
去領域とMR素子の関係を示した説明図、第７図は本発明
実施例における位置検出動作を示した説明図、第８図は
本実施例における絶対位置検出時のRE素子の出力波形を
示した波形図、第９図は従来のRE素子の構成を示した斜
視図である。 １……回転軸、２……回転体 ３……磁気シート、４……磁気ヘッド ５……MR素子、６……モータ ７……磁化領域、８……モータ

フロントページの続き (72)発明者 佐野 秀人 秩父市大字下影森1248番地 キヤノン電 子株式会社内 (72)発明者 大里 毅 秩父市大字下影森1248番地 キヤノン電 子株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−108193（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34302（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−102520（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出体の回転状態を磁気的に検出する磁
   気ロータリーエンコーダにおいて、 前記被検出体に結合され、回転軸に垂直な平面にそれぞ
   れ磁化波長λの磁化パターンを有する同心円状の複数の
   トラックが形成された回転体と、 前記複数のトラックに対して設けられ、それぞれ前記磁
   化波長λに対して狭いピッチλ/2×1/nで並列するｎ
   （ｎは２以上の整数）本の磁気抵抗効果素子からなる複
   数の検出手段を有する検出体と を備えたことを特徴とする磁気ロータリーエンコーダ。