JP5615892B2

JP5615892B2 - 着磁方法及び着磁装置

Info

Publication number: JP5615892B2
Application number: JP2012274445A
Authority: JP
Inventors: 信一 ▲高▼橋
Original assignee: 磁化発電ラボ株式会社
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: JP2014120600A

Description

本発明は、被着磁体を所定着磁方向に極性が交互に変化するように多極着磁する着磁方法及び当該着磁方法に用いる着磁装置に関する。

多くの自動車の車輪用軸受(ハブベアリング)にはABS（アンチロック・ブレーキ・システム：(横滑り防止装置)）とESC（エレクトロニック・スタビリティ・コントロール(車両姿勢安定装置)）の制御に必要な車輪回転センサが装着されている。車輪回転センサは、磁石のＮ極、Ｓ極の極性変化を検出する磁気センサと、円周方向にN極とS極が交互に同一間隔で着磁されたリング状の磁石である磁気エンコーダとを有して構成されている。車輪の回転に伴って磁気エンコーダの極性が交互に変化する状況を磁気センサが検出し、車輪回転信号として捉え、ABSやESCなどの車両制御に用いられる。この多極着磁された永久磁石からなる磁気エンコーダを製造するための着磁装置が開発されている。

本発明者は、高精度な着磁ピッチを確保しつつ、大きな磁力による着磁を可能とする着磁装置として、特許文献１に開示される着磁装置を開発した。

特許第４８４６８６３号

近年、ハイブリッド自動車や電気自動車のように、モータを動力源とする自動車が普及しつつあり、モータの回転を制御する装置として、絶対角度を検出するアブソリュート角度検出器が用いられる。高振動、高ダスト環境下の車載用アブソリュート角度検出器として、光学式の検出器は使用できず、いわゆる電磁誘導式のレゾルバが採用されているが、レゾルバは、電磁誘導式であるがために、出力を得るためにコイルに交流電流を流す必要があり、消費電力が大きく、回路も複雑で、さらに、製品コストも高い。

また、多極着磁された永久磁石を用いたアブソリュート角度検出器は、永久磁石の磁気出力を例えばホール素子のような磁気センサにより検出する磁気エンコーダであり、消費電力が小さく、コストも低いが、車載モータの回転検出用としては、検出精度が低く、実用化されていない。

本発明者は、特許文献１の着磁装置による着磁方式を利用して、車載モータ用のアブソリュート角度検出器に用いることができる永久磁石式磁気エンコーダの開発を進めた。

本発明の目的は、高精度にアブソリュート角度を検出することができる磁気エンコーダを製造するための着磁方法及び着磁装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の着磁方法は、円筒状の被着磁体の周面に対向する位置に着磁ヘッドを配置し、前記被着磁体の周面を極数Ｍ（Ｍは２以上の自然数）で多極着磁する着磁方法において、着磁ヘッドに交番電流を供給しながら、被着磁体の回転軸に沿って、着磁ヘッド又は被着磁体を相対的に移動させ、且つ、被着磁体の回転軸を中心に、被着磁体又は前記着磁ヘッドを相対的にＰ（Ｐは２以上の自然数）回転させて、合計Ｐ×Ｍ回の着磁動作を行い、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の周方向に隣接した周面領域にＮ＋１回目の着磁動作を行い、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行うことを特徴とする。

本発明の着磁装置は、円筒形の被着磁体の周面を周方向に極性が交互に変化するよう多極着磁する着磁装置において、被着磁体の周面に対向して接触又は近接し、且つ周面に沿った円弧面を形成する先端部を有するコアを有し、円弧面に当該円弧面の一端側から他端側に延びる導電線を位置決めして配置する位置決め手段が設けられ、円弧面の一端側から他端側への方向が周方向に垂直となるように配置される着磁ヘッドと、着磁ヘッドの円弧面が被着磁体の周方向に相対的に回転又は移動し、且つ被着磁体の回転軸方向に沿って移動するように、被着磁体又は着磁ヘッドを回転又は移動させる駆動部と、駆動部により被着磁体又は着磁ヘッドを回転又は移動させながら、導電線に交番電流を供給する電源とを備え、前記被着磁体の周面を極数Ｍ（Ｍは２以上の自然数）で多極着磁する際に、前記着磁ヘッドに交番電流を供給しながら、前記駆動部は、前記被着磁体の回転軸に沿って、前記着磁ヘッド又は前記被着磁体を相対的に移動させ、且つ、前記被着磁体の回転軸を中心に、前記被着磁体又は前記着磁ヘッドを相対的にＰ回（Ｐは２以上の自然数）以上回転させて、少なくともＰ×Ｍ回の着磁動作を行い、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の周方向に隣接した周面領域にＮ＋１回目の着磁動作を行い、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、アブソリュート角度を高精度に検出可能な永久磁石式磁気エンコーダに利用可能な被着磁体（永久磁石）を製造することができる。

本発明の実施の形態における着磁方法を行うための着磁装置の概略構成例を示す図である。本実施の形態における着磁ヘッドのコアの構成例を示す図である。導電線がコアに配置された着磁ヘッドの構成例を示す図である。導電線３の配置パターンを示す図である。着磁ヘッド１６と被着磁体１との配置を示す図である。中心角のズレ分（スキュー角度）φを示す。本実施の形態における着磁動作を説明する図である。回転軸に対して傾斜した磁極領域が形成された被着磁体１を示す図である。本実施の形態における別の着磁動作を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

図１は、本発明の実施の形態における着磁方法を実施するための着磁装置の概略構成例を示す図である。本実施の形態例では、円筒形の被着磁体の周面をその円周方向に極性が交互に変化するように着磁する着磁装置を例示する。本実施の形態における着磁装置は、着磁対象となる円筒形の被着磁体１を回転可能に保持する回転保持部１０と、回転保持部に回転駆動させるモータ１２と、モータ１２の回転角度に対応するパルス信号を出力するエンコーダ１４と、被着磁体１を磁化する着磁ヘッド１６と、着磁ヘッド１６を垂直方向に駆動する垂直駆動部１７と、電源装置１８と、制御手段２０とを有する。

被着磁体１は、着磁によって磁気エンコーダなどの多極磁化体となる部材であり、円筒形の磁性体である。被着磁体１は、例えば、大きな磁束密度が得られる希土類焼結磁石が好ましいが、もちろんフェライトボンド磁石など他の磁石も適用可能である。

回転保持部１０は、被着磁体１と同心の主軸であり、被着磁体１は回転保持部１０に回転可能に固定される。本実施の形態例では、着磁ヘッド１６を固定し、被着磁体１を着磁ヘッド１６に対して回転させる構成であるが、固定された被着磁体１に対して着磁ヘッド１６を回転させる構成も原理的には可能である。

モータ１２は、回転精度に優れた例えばブラシレスモータが用いられ、回転保持部１０を回転駆動させる。エンコーダ１４は、モータ１２の回転角度に対応するパルス信号を出力し、その分解能は高いほどピッチ誤差を小さくすることができ、例えば、１回転当たり１万パルス以上のパルス信号を出力するものが好ましい。

垂直駆動部１７は、着磁ヘッド１６を保持し、着磁ヘッド１６を所定の制御された速度で垂直方向に上下動させる。着磁ヘッド１６を垂直移動させながら、被着磁体１を回転させて着磁を行うことで、着磁ヘッド１６は、被着磁体１の周面を螺旋状に着磁していく。

着磁ヘッド１６は、後に詳述するように、円筒形の被着磁体１の着磁面である周面に対向して接触又は近接する先端面を有し、先端面は、被着磁体１の周面に沿って円弧状に形成され、円弧状の先端面状には、所定パターンの導電線が配置される。所定パターンで延びて配置される。

電源装置１８は、着磁ヘッド１６の上記先端面に収容される電線に着磁電流を与える装置であり、例えばサイリスタなどのスイッチング素子を用いたインバータ回路である。スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ周期を制御することで、任意の周波数の交番電流を得ることができる。

制御手段２０は、電源装置１８を制御する制御回路２１とその上位の全体制御装置２２とを有する。制御回路２１は、電源装置１８の交番電流の周期を制御する回路であり、全体制御装置２２は、エンコーダ１４からのパルス信号を取得し、モータ１２及び制御回路２１を制御し、また、垂直駆動部１７の移動速度を制御する。全体制御装置２２は、例えばパーソナルコンピュータであり、所定の制御プログラムをＣＰＵが実行することで各種制御が実行される。

次に、着磁ヘッド１６の構成を図面を参照しながら詳述する。

図２及び図３は、本実施の形態における着磁ヘッド１６の構成例を示す図である。着磁ヘッド１６は、例えばコバルト合金（例えばパーメンジュール）などの強磁性体で形成される角柱形状のコア２と、当該コア２の被着磁体１と対向する面（先端面）に配置される導電線３とを備えて構成される。導電線３は例えば銅線である。

図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれコア２の底面図、正面図、側面図である。コア２の底面はコア２の被着磁体１に対向する先端面である。また、図３は、コア２の先端面に導電線３が配置された状態を示し、図３（ｂ）は導電線３が配置されたコア２の先端面を示し、図３（ａ）は、図３（ｂ）に示すコア２の先端面の中心線Ｖ−Ｖ線の断面図である。

着磁ヘッド１６は、例えばコバルト合金などの強磁性体で形成されるコア２と、当該コア２の被着磁体１と対向する面（先端面）に所定パターンで配置される導電線３とを備えて構成される。

コア２の先端部分は、根元部分と比べて幅狭に形成され、その先端面は、被着磁体１の周面に沿って円弧を形成する細長状の円弧面２ａとなっており、６極着磁用の構成例として、中心角は一例として約１２０度である。磁気エンコーダによりアブソリュート角度を高精度に検出するには、磁気エンコーダの出力波形が歪みのないsin波形となる必要があるが、コア２の先端面を周面に沿った円弧形状とすることで、周方向の所定長さ範囲に対して、周面との間隔を等距離に保ち、一定強度で一定範囲を磁化することができ、歪みのない波形出力に寄与する。

円弧面２ａ上には、導電線３が配置される配置領域を形成するための位置決め手段としての凸部２ｂ、２ｃが形成される。凸部２ｂ、２ｃは、円弧面２ａの中央部分で間隔をあけて、周方向に直列に配置され、円弧面２ａの一端側から他端側に延びて導電線３を収容する３つの導電線配置領域Ａ、Ｂ、Ｃを形成する。３つの配置領域Ａ、Ｂ、Ｃは、円弧面２ａが被着磁体１に対向して配置された場合に、被着磁体１の周方向に所定間隔で並列に配置され、且つ円弧面２ａの一端側から他端側へ被着磁体１の回転軸に沿って形成される。

円弧面２ａの中央部分で対向する凸部２ｂ、２ｃの端面に挟まれた領域に溝状の第２の配置領域Ｂが形成され、第２の配置領域Ｂの両側に、凸部２ｂ、２ｃの端面と、円弧面２ａの湾曲している端部とにより形成される溝状の第１の配置領域Ａ、第３の配置領域Ｃが形成される。第１、第２及び第３の配置領域Ａ、Ｂ及びＣは、周面と垂直の方向に延び、図２（ａ）、（ｂ）では、下から第２の配置領域Ｂ、第１の配置領域Ａ、第３の配置領域Ｃの順に周方向に並列に配置される。

コア２の根元部分には、図示されない着磁ヘッド保持装置に着磁ヘッド１６を固定するためのネジ穴などが設けられ、コア２は、ねじにより着磁ヘッド保持装置に取り付けられる。着磁ヘッド保持装置は、着磁ヘッド１６をＸ、Ｙ、Ｚ軸の３軸方向に位置決めするための既知のＸＹＺステージである。

図４は、導電線３の配置パターンを示す図である。電源装置１８から延びる導電線３は、コア２の短手長さ方向、すなわち、周方向に垂直となる方向における一端側において、中央の配置領域である第２の配置領域Ｂの延長線上から凸部２ｂの一端側の側面に沿うように折り曲げられて、第１の配置領域Ａに配置されて円弧面２ａの一端側から他端側に延び、第１の配置領域の他端側で凸部２ｂの他端側の側面に沿うように折り曲げられて、第２の配置領域Ｂに配置されて、第２の配置領域Ｂ内を他端側から一端側に延び、さらに、第２の配置領域Ｂの一端側で凸部２ｃの一端側の側面に沿うように折り曲げられて、第３の配置領域Ｃに配置されて円弧面の一端側から他端側に延び、第３の配置領域Ｃの他端側で、中央の第２の配置領域Ｂの延長線上に延びるように折り曲げられる。より具体的には、導電線３は、一端側における第１の配置領域Ａの延長線上から折り曲げられて、順に、凸部２ｂの一端側の側面、第２の配置領域Ｂ、凸部２ｂの他端側の側面、第１の配置領域Ａ、凸部２ｃの一端側の側面、第３の配置領域Ｃ、凸部２ｃの他端側の側面に沿って配置され、他端側の第１の配置領域Ａの延長線上に延びる。この配置パターンにおいて、導電線３は、第１の配置領域Ａでは、他端側から一端側に延び、第２の配置領域Ｂ及び第３の配置領域Ｃ、一端側から他端側に延び、第２の配置領域Ｂ及び第３の配置領域Ｃにおける導電線３に流れる電流の向きは、第１の配置領域Ａにおける導電線３の電流の向きと反対となる。このように、凸部２ｂと凸部２ｃを取り囲むように導電線３が配置されるので、凸部２ｂと凸部２ｃに対向する隣接する周面領域は、１回の着磁動作において、それぞれ単位着磁領域として極性が異なって同時に磁化され、凸部を取り囲む導電線３の発生する四方からの磁界により強力に磁化される。磁気エンコーダの出力波形として見た場合、波形の歪みにつながる単位着磁領域の中心領域の磁束密度の落ち込みがなくなり、磁気エンコーダにおける歪みのないｓｉｎ波形出力が得られる。

コア２には、上述の配置パターンにより他端側に延びた導電線３を一端側に戻すための貫通孔２ｄが形成されている。貫通孔２ｄは、第１の配置領域Ａに沿って、第１の配置領域Ａの真下の位置に設けられる。図４で示した配置パターンによって円弧面２ａの第３の配置領域Ｃの他端側から出た導電線３は、図３（ａ）に示すように、折り曲げられて、円弧面２ａの他端側から一端側に貫通孔２ｄ内を延び、円弧面２ａの一端側から電源装置１８に戻る。このとき、円弧面２ａ上の第１の配置領域Ａを延びる導電線部分と、貫通孔２ｄ内を延びる導電線部分を流れる電流の向きは同じである。従って、貫通孔２ｄを流れる電流によって発生する磁界も被着磁体１の着磁に寄与することから、貫通孔２ｄは、できるだけ円弧面２ａに近い位置に形成され、好ましくは、第１の溝部の真下に隣接して設けられ、第１の配置領域Ａの底部が貫通孔２ｄに連通していてもよい。もちろん、第１の溝部の底部が貫通孔２ｄに連通せずに、可能な限り第１の配置領域Ａに近い真下位置に貫通孔２ｄが形成されてもよい。

コア２の凸部２ｂ、２ｃ、貫通孔２ｄ及びネジ穴などは機械加工により形成される。また、円弧面２ａ上に配置される導電線３を固定するために、コア２の円弧面２ａの一端側と他端側より外側に出た導電線３を、例えばエポキシ樹脂などでコア２の側面に対して固定してもよい。

次に、着磁方法について説明する。

着磁ヘッド１６は、円弧面２ａとの摩擦による円弧面２ａの摩耗を避けるために、その先端面２ａが被着磁体１にわずかに離間して対向するように位置決めされる。

そして、全体制御装置２２は、エンコーダ１４からのパルス信号を取得し、パルス信号周期に同期して、被着磁体１が１回転中に、着磁する極数に対応する周波数の交番電流を発生するように、制御回路２１に制御信号を送出し、制御回路２１は、その制御信号に応じて電源装置１８のスイッチング回路（インバータ回路）のスイッチ制御を行う。例えば、磁極が回転方向に垂直になるように（磁極を傾斜させずに）６極着磁する場合、１極あたりの回転角度は６０度であり、全体制御装置２２は、被着磁体１の周面が６０度回転する時間に相当するパルス信号数をカウントし、当該パルス信号数をカウントする毎に、電流方向を反転させるように、制御回路２１に制御信号を送出する。

電源装置１８から供給される交番電流は、着磁ヘッド１６の導電線３を流れ、被着磁体１に極めて近い位置の円弧面２ａ上に配置された導電線３に流れる電流により発生する磁界により、被着磁体１は着磁される。

図５は、着磁ヘッド１６と被着磁体１との配置を示す図である。６極着磁の例において、被着磁体１を６０度ずつ回転させるタイミングで、交番電流を導電線３に流すことで、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、順次着磁が行われていく。

本実施の形態における着磁方法では、着磁対象の被着磁体１を回転保持部１０で保持し、モータ１２を駆動させて、回転保持部１０に固定された被着磁体１を回転させるとともに、着磁ヘッド１６を所定速度で垂直駆動させ、被着磁体１の周面を螺旋状に着磁していき、周面上に回転軸に対して傾斜した磁極を形成する。

具体的には、被着磁体の周面を極数Ｍ（Ｍは２以上の自然数であって、例えば２、４、６、８及び１０である）で多極着磁する場合に、着磁ヘッド１６は垂直方向（下から上、又は上から下）に移動しながら、複数周回Ｐ（Ｐは２以上の自然数）以上回転させて、少なくともＰ×Ｍ回の着磁動作を行い、各周回毎に着磁位置を所定の中心角分ずらしていくことで、被着磁体１の回転軸に対して傾斜した磁極を形成する。着磁動作の回数は、必ずしもＰ×Ｍ回（即ちＭの倍数回）に限らず、周回の途中で着磁動作が終了する場合、例えばＰ×Ｍ＋１のような回数であってもよく、「少なくともＰ×Ｍ回」は、周回の途中で着磁動作が終了する場合の着磁回数を含む。

さらに、本実施の形態における着磁動作では、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、そして、Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行う。図６に中心角のズレ分（スキュー角度）φを示す。着磁ヘッド１６の回転軸方向の変位（図の表裏方向）１ｍｍあたり、着磁位置がスキュー角度φ分ずらされ、回転軸に対して傾斜した着磁が行われる。

図７は、本実施の形態における着磁動作を説明する図である。図７では、平面展開された被着磁体１の周面上に形成される磁極領域（Ｎ極領域、Ｓ極領域）を示し、一例として、４極着磁において、Ｎ＋Ｍ回目の着磁よる単位着磁領域が、Ｎ回目の単位着磁領域の回転軸高さ方向の２／３部分に重なり（重なり合い率６６．７％）、さらに、Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１５度分ずれる例を示す。１回の着磁動作で形成される各単位着磁領域の高さｈを１ｍｍとすると、重なり合い率６６．７％であることから、磁極ヘッド１６は３周で１ｍｍ変位するので、１周毎にずれる中心角は５度（１５／３）である。従って、１周を（３６０＋５）度とし、回転角（３６０＋５）／４度の間隔で極性を変化させる。

着磁ヘッド１６における導電線３の配置パターンにより、一回の着磁動作で隣接するＮ極領域とＳ極領域の両方を形成することができるが、図７では、一方の領域に着目して、その着磁過程について説明する。

まず、１回目の着磁において、周面の所定領域（例えば、最下部）に、Ｎ極領域が形成される。電流方向が切り替わる２回目の着磁において、１回目のＮ極領域に隣接して、Ｓ極領域が形成される。このＳ極領域は、１回目の着磁によるＮ極領域よりも回転軸高さ方向にずれて形成される。１回の着磁における回転軸高さ方向の変位量は、（１周の変位量０．３３ｍｍ／４）ある。同様に、３回目の着磁において、２回目のＳ極領域に隣接して、Ｎ極領域が形成される。このＮ極領域は、２回目の着磁によるＮ極領域よりも回転軸高さ方向にずれて形成される。同様に、４回目の着磁において、３回目のＮ極領域に隣接して、Ｓ極領域が形成される。このＳ極領域は、３回目の着磁によるＳ極領域よりも回転軸高さ方向にずれて形成される。

次の５回目からの着磁は、２周目の着磁動作である。５回目の着磁によるＮ極領域は、１回目のＮ極領域の回転軸高さ方向の２／３部分に重なり、且つ１回目のＮ極領域に対して回転角５度ずれて形成される。６〜８回目の着磁による着磁領域も、１周目の２〜４回目の着磁領域に対して、回転軸高さ方向の２／３部分に重なり、且つ２〜４回目の着磁領域に対してそれぞれ回転角５度ずれて形成される。

９〜１２回目の着磁は３周目の着磁動作であり、それぞれ２周目の着磁による着磁領域の回転軸高さ方向の２／３部分に重なり、且つ２週目の５〜８回目の着磁領域に対してそれぞれ回転角５度ずれて形成される。

さらに、１３回目からは着磁は４周目の着磁動作である。４周目の着磁領域は、１周目の着磁に対して１ｍｍ変位した位置となり、１周目の着磁領域に対して中心角１５度ずれて形成される。

このように、単位着磁領域を重ね合わせ、且つ中心角をずらしながら上記の着磁動作を周面全域にわたって行うことで、被着磁体１の周面には、回転軸に対して傾斜した磁極領域が形成される。図８に、被着磁体１の周面に形成された磁極領域（図８（ａ））及びその平面展開図（図８（ｂ））を示す。

図９は、本実施の形態における別の着磁動作を説明する図である。図９に示す着磁動作を図７の着磁動作と比較すると、図７の着磁動作における被着磁体１と着磁ヘッド１６との回転軸方向のリニアな相対的移動は連続的に行われるの対して、図９に示す着磁動作における両者の相対的移動は1周毎に間欠的に行われる。着磁動作が一周行われる毎に被着磁体１と着磁ヘッド１６とを回転軸方向に相対移動させる。従って、同一周回における単位着磁領域の回転軸方向高さは同一である。図９の着磁動作においても、図８に示すような回転軸に対して傾斜した磁極領域を形成することができる。

磁気エンコーダによりアブソリュート角度を高精度に検出するには、磁気エンコーダの出力波形が歪みのないsin波形となる必要がある。

本発明において、発明者は、着磁ヘッドに交番電流を供給しながら、被着磁体の回転軸に沿って、着磁ヘッド又は被着磁体を相対的に移動させ、且つ、被着磁体の回転軸を中心に、被着磁体又は着磁ヘッドを相対的にＰ回（Ｐは２以上の自然数）以上回転させて、少なくともＰ×Ｍ回の着磁動作を行う着磁動作において、Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、さらに、Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行うことで、アブソリュート角度を高精度に検出可能なレベルである磁気エンコーダの出力波形の歪み率（理想的なsin波形に対する歪み率）を２％以内、且つ単ピッチ精度２％以内に抑えることを実現した。波形歪み率２％以内且つ単ピッチ精度２％以内の条件は、既存の実用化されているレゾルバによるアブソリュート角度の検出精度に相当するように設定された条件である。

以下の表１は、６極着磁において、回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたりの中心角のズレ分（図６のスキュー角度φ）２０度で着磁された被着磁体の重なり合い率に対応する磁気特性を示す。

上述の着磁方法により着磁された被着磁体（永久磁石）からの磁気出力をホール素子により検出した。重なり合い率は、上述のように、回転軸高さ方向における各着磁領域の重なり度合いである。単ピッチ精度は、各磁極のピッチの誤差比率である。測定ギャップは、被着磁体とその磁気出力を検出するホール素子との距離である。測定ギャップが小さいほど、より大きな検出出力（平均磁束密度）を得ることができる。

表１によれば、重なり合い率が０〜５０％以下の範囲においては、いずれの測定ギャップにおいても、波形歪み率及び単ピッチ精度ともに２％を超える。一方、５０％を超える５５％の重なり合い率では、測定ギャップ１．５ｍｍ〜２．２５ｍｍの範囲内において、波形歪み率及び単ピッチ精度ともに２％以内となり、また、平均磁束密度も１０ｍＴを超える十分大きな値が測定された。また、重なり合い率６６．７％においても、測定ギャップ１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内において、波形歪み率及び単ピッチ精度ともに２％以内となり、また、平均磁束密度も１０ｍＴを超える十分大きな値が測定された。また、測定ギャップ２．２５ｍｍにおいても、単ピッチ精度は２．３０％とわずかに２％を超えるものの、波形歪み率は、０．５９％と極めて良好な測定結果が得られた。

表１の結果から、重なり合い率を大きくするほど、波形歪み率及び単ピッチ精度を小さくなる傾向が明らかであり、スキュー角２０度において、重なり合い率を５０％超とすることで、磁気エンコーダの特性として波形歪み率２％以内且つ単ピッチ精度２％以内の条件を満たす被着磁体を得られた。

表２は、６極着磁において、重なり合い率６６．７％で着磁された被着磁体のスキュー角に対応する磁気特性を示す。また、表３は、４極着磁において、重なり合い率６６．７％で着磁された被着磁体のスキュー角度に対応する磁気特性を示す。

表２及び表３において、スキュー角度を小さくするほど、波形歪み率が大きくなることが明らかとなり、波形歪み率２％以内を達成したスキュー角度は、１２度〜２０度の範囲であった。また、単ピッチ精度については、スキュー角度を小さくするほど単ピッチ精度が小さくなり、スキュー角度１２度未満であっても、単ピッチ精度２％以内を達成するものの、上述したように、波形歪み率２％以内を達成しなかった。

上記の結果から、重なり合い率５０％超、回転軸方向の変位１ｍｍあたりのスキュー角度１２〜２０度となる傾斜着磁を行うことで、永久磁石式磁気エンコーダによりアブソリュート角度を高精度に検出することが実現される。

なお、アブソリュート角度を検出するには、ｓｉｎ波形出力とｃｏｓ波形出力の２種類の出力を得る必要があるが、スキュー角度に応じて、２つのホール素子を回転軸方向に沿って所定間隔で配置することで、位相が９０度ずれたｓｉｎ波形出力とｃｏｓ波形出力を得ることができる。また、２つのホール素子の間隔が予め決まっている構成において、その間隔に合わせて、位相が９０度ずれたｓｉｎ波形出力とｃｏｓ波形出力となるようにスキュー角度を決定し、そのスキュー角度となるように着磁動作を行うことで、正確な位相差９０度の両波形出力を得られる。

１：被着磁体、２：コア、２ａ：先端面（円弧面）、２ｂ：凸部、２ｃ：凸部、２ｄ：貫通孔、３：導電線、１０：回転保持部、１２：モータ、１４：エンコーダ、１６：着磁ヘッド、１７:垂直駆動部、１８：電源装置、２０：制御手段、２１：制御回路、２２：全体制御装置

Claims

円筒状の被着磁体の周面に対向する位置に着磁ヘッドを配置し、前記被着磁体の周面を極数Ｍ（Ｍは２以上の自然数）で多極着磁する着磁方法において、
前記着磁ヘッドに交番電流を供給しながら、前記被着磁体の回転軸に沿って、前記着磁ヘッド又は前記被着磁体を相対的に移動させ、且つ、前記被着磁体の回転軸を中心に、前記被着磁体又は前記着磁ヘッドを相対的にＰ回（Ｐは２以上の自然数）以上回転させて、少なくともＰ×Ｍ回の着磁動作を行い、
Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の周方向に隣接した周面領域にＮ＋１回目の着磁動作を行い、
Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、
Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行うことを特徴とする着磁方法。
円筒形の被着磁体の周面を周方向に極性が交互に変化するよう多極着磁する着磁装置において、
被着磁体の周面に対向して接触又は近接し、且つ前記周面に沿った円弧面を形成する先端部を有するコアを有し、前記円弧面に当該円弧面の一端側から他端側に延びる導電線を位置決めして配置する位置決め手段が設けられ、前記円弧面の一端側から他端側への方向が周方向に垂直となるように配置される着磁ヘッドと、
前記着磁ヘッドの円弧面が前記被着磁体の周方向に相対的に回転又は移動し、且つ前記被着磁体の回転軸方向に沿って移動するように、前記被着磁体又は前記着磁ヘッドを回転又は移動させる駆動部と、
前記駆動部により前記被着磁体又は前記着磁ヘッドを回転又は移動させながら、前記導電線に交番電流を供給する電源とを備え、
前記被着磁体の周面を極数Ｍ（Ｍは２以上の自然数）で多極着磁する際に、前記着磁ヘッドに交番電流を供給しながら、前記駆動部は、前記被着磁体の回転軸に沿って、前記着磁ヘッド又は前記被着磁体を相対的に移動させ、且つ、前記被着磁体の回転軸を中心に、前記被着磁体又は前記着磁ヘッドを相対的にＰ回（Ｐは２以上の自然数）以上回転させて、少なくともＰ×Ｍ回の着磁動作を行い、
Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の周方向に隣接した周面領域にＮ＋１回目の着磁動作を行い、
Ｐ×Ｍ回の着磁動作のうちのＮ（Ｎは１以上の自然数）回目の着磁動作により着磁された周面領域の回転軸高さ方向の半分を超える部分に重なるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行い、
Ｎ回目の着磁位置に対して、Ｎ＋Ｍ回目の着磁位置が回転軸方向高さ１ｍｍ変位あたり中心角１２〜２０度分ずれるように、Ｎ＋Ｍ回目の着磁動作を行うことを特徴とする着磁装置。
請求項２において、
前記着磁ヘッドの前記位置決め手段は、それぞれ前記円弧面の一端側から他端側に直線状に延び且つ極性が変化する方向に所定間隔で並列に配置される第１の配置領域、第２の配置領域及び第３の配置領域を前記円弧面に形成し、
前記導電線は、前記円弧面の一端側において、前記第２の配置領域の延長線上から所定角度折り曲げられて前記第１の配置領域に配置され、前記第１の配置領域に沿って前記円弧面の一端側から他端側へ延び、前記円弧面の他端側で逆方向に折り曲げられ、前記第２の配置領域に沿って前記円弧面の他端側から一端側へ延び、前記円弧面の一端側でさらに逆方向に折り曲げられ、前記第３の配置領域に沿って前記円弧面の一端側から他端側へ延び、前記第３の配置領域の他端側で前記第２の配置領域の延長線上に延びるように折り曲げられて配置されることを特徴とする着磁装置。