JP5666886B2 - ロータリエンコーダ - Google Patents
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の一方側に向かって突出し、前記第1感磁素子は、前記第1マグネットの位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相の磁気抵抗パターンとB相の磁気抵抗パターンとを備えた第1磁気抵抗素子であり、当該第1磁気抵抗素子において、前記A相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+a相の磁気抵抗パターンおよび−a相の磁気抵抗パターンを備え、前記B相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+b相の磁気抵抗パターンおよび−b相の磁気抵抗パターンを備え、前記第2感磁素子は、前記第2マグネットの位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相の磁気抵抗パターンとB相の磁気抵抗パターンとを備えた第2磁気抵抗素子であり、当該第2磁気抵抗素子において、前記A相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+a相の磁気抵抗パターンおよび−a相の磁気抵抗パターンを備え、前記B相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+b相の磁気抵抗パターンおよび−b相の磁気抵抗パターンを備え、前記一方側部材には、前記第1マグネットに対向する位置に、第1ホール素子と、該第1ホール素子に対して周方向において機械角で90°ずれた箇所に位置する第2ホール素子と、が設けられ、前記第1磁気抵抗素子での検出結果、前記第1ホール素子での検出結果、および前記第2ホール素子での検出結果に基づいて前記回転体の第1絶対角度位置情報が生成され、前記第2磁気抵抗素子での検出結果、および前記第1絶対角度位置情報に基づいて、前記第1絶対角度位置情報より高分解能の前記回転体の第2絶対角度位置情報が生成されることを特徴とする。
ル素子での検出結果、および前記第2ホール素子での検出結果に基づいて前記回転体の第1絶対角度位置情報が生成され、前記第2磁気抵抗素子での検出結果、および前記第1絶対角度位置情報に基づいて、前記第1絶対角度位置情報より高分解能の前記回転体の第2絶対角度位置情報が生成される。このため、第1磁気抵抗素子での検出結果、第1ホール素子での検出結果、および第2ホール素子での検出結果に基づいて回転体の第1絶対角度位置情報が生成されるので、ロータリエンコーダにアブソリュート動作を行わせることができる。また、第2磁気抵抗素子での検出結果、および第1絶対角度位置情報に基づいて、第1絶対角度位置情報より高分解能の回転体の第2絶対角度位置情報が生成されるので、ロータリエンコーダに高分解能のアブソリュート動作を行わせることができる。
図1は、本発明の実施の形態1に係るロータリエンコーダの外観等を示す説明図であり、図1(a)、(b)は、ロータリエンコーダを回転軸線方向の一方側かつ斜め方向からみた斜視図、および回転軸線方向の一方側からみた平面図である。図2は、本発明の実施の形態1に係るロータリエンコーダの固定体の一部を切り欠いて示す側面図である。
図3は、本発明の実施の形態1に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図3(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。図4は、本発明の実施の形態1に係るロータリエンコーダ1における原理を示す説明図であり、図4(a)、(b)、(c)は感磁素子に対する信号処理系の説明図、感磁素子から出力される信号の説明図、およびかかる信号と回転体2の角度位置θ(電気角)との関係を示す説明図である。図5は、本発明の実施の形態1に係るロータリエンコーダ1に用いた感磁素子の磁気抵抗パターンの電気的な接続構造の説明図である。なお、図3(a)および図4(a)では、マグネットおよび感磁素子等の構成を模式的に示してあり、第2マグネット30における磁極についてはその数を減らして模式的に示してある。また、第2感磁素子60における磁気抵抗パターンと第2マグネット30の磁極との位置関係についても互いの位置をずらして模式的に示してあり、第2感磁素子60の磁気抵抗パターンは、周方向において極めて狭い範囲に形成されている。
R=R0−k×sin2θ
R0:無磁界中での抵抗値
k:抵抗値変化量(飽和感度領域以上のときは定数)
で示す関係があることを利用するものである。このような原理に基づいて回転磁界を検出すれば、角度θが変化すると抵抗値Rが正弦波に沿って変化するので、波形品質の高いA相およびB相を得ることができる。
再び図3において、本形態のロータリエンコーダ1では、径方向において第1マグネット20と第2マグネット30との間に環状の磁性部材からなるシールド部材70が回転体2に設けられており、第1マグネット20、シールド部材70、および第2マグネット30は、径方向の内側から外側に向かってこの順に同心状に配置されている。かかるシールド部材70は、SPCC材やSPCE材等からなる。
以上説明したように、本形態のロータリエンコーダ1では、第1マグネット20の着磁面21および第2マグネット30の着磁面31はいずれも、回転軸線方向Lの一方側L1に向いており、かかる回転軸線方向Lの一方側L1に第1感磁素子40および第2感磁素子60が配置されている。但し、径方向において第1マグネット20と第2マグネット30との間にシールド部材70が配置され、かかるシールド部材70は、第1マグネット20および第2マグネット30より回転軸線方向Lの一方側L1に向かって突出している。このため、第1マグネット20から第2感磁素子60への磁気的な干渉や、第2マグネット30から第1感磁素子40への磁気的な干渉を回避することができる。それ故、第2マグネット30の磁極数を増やしても、第2感磁素子60は第2マグネット30の磁極を確実に検出するので、ロータリエンコーダ1の高分解能化を図ることができる。
図6は、本発明の実施の形態2に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図6(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図7は、本発明の実施の形態3に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図7(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図8は、本発明の実施の形態4に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図8(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図9は、本発明の実施の形態5に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図9(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
図10は、本発明の実施の形態6に係るロータリエンコーダ1におけるマグネットおよび感磁素子等のレイアウトを示す説明図であり、図9(a)、(b)は、マグネット等の平面的なレイアウトを示す説明図、およびマグネット等の回転軸線方向Lにおけるレイアウトを示す説明図である。なお、本形態の基本的な構成は、実施の形態1と略同様であるため、共通する部分には同一の符号を付して図示し、それらの説明を省略する。
上記実施の形態では、第2マグネット30の着磁面31において、隣接するトラック310間でN極およびS極の位置が周方向で1極分ずれていたが、隣接するトラック310間でN極およびS極の位置が周方向でずれていればよく、必ずしも周方向で1極分ずらす必要はない。また、本発明は、着磁面31において1つのトラック310が形成されているようなロータリエンコーダに適用してもよい。
2・・回転体
10・・固定体
15・・センサ基板
20・・第1マグネット
30・・第2マグネット
40・・第1感磁素子
51・・第1ホール素子
52・・第2ホール素子
60・・第2感磁素子
70・・シールド部材
Claims (8)
- 固定体に対する回転体の回転を検出するロータリエンコーダであって、
前記固定体および前記回転体のうちの一方側部材には、N極とS極とが周方向において1極ずつ着磁された着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第1マグネットと、該第1マグネットに対して径方向の外側で離間する位置でN極とS極とが周方向において交互に複数着磁された環状の着磁面を回転軸線方向の一方側に向ける第2マグネットと、径方向において前記第1マグネットと前記第2マグネットとの間に位置する環状のシールド部材と、が設けられ、
前記固定体および前記回転体のうちの他方側部材には、前記第1マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第1感磁素子と、前記第2マグネットに対して回転軸線方向の一方側で対向する第2感磁素子と、が設けられ、
前記シールド部材は、前記第1マグネットおよび前記第2マグネットより回転軸線方向の一方側に向かって突出し、
前記第1感磁素子は、前記第1マグネットの位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相の磁気抵抗パターンとB相の磁気抵抗パターンとを備えた第1磁気抵抗素子であり、当該第1磁気抵抗素子において、前記A相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+a相の磁気抵抗パターンおよび−a相の磁気抵抗パターンを備え、前記B相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+b相の磁気抵抗パターンおよび−b相の磁気抵抗パターンを備え、
前記第2感磁素子は、前記第2マグネットの位相に対して、互いに90°の位相差を有するA相の磁気抵抗パターンとB相の磁気抵抗パターンとを備えた第2磁気抵抗素子であり、当該第2磁気抵抗素子において、前記A相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+a相の磁気抵抗パターンおよび−a相の磁気抵抗パターンを備え、前記B相の磁気抵抗パターンは、180°の位相差をもって前記回転体の移動検出を行う+b相の磁気抵抗パターンおよび−b相の磁気抵抗パターンを備え、
前記一方側部材には、前記第1マグネットに対向する位置に、第1ホール素子と、該第1ホール素子に対して周方向において機械角で90°ずれた箇所に位置する第2ホール素子と、が設けられ、
前記第1磁気抵抗素子での検出結果、前記第1ホール素子での検出結果、および前記第2ホール素子での検出結果に基づいて前記回転体の第1絶対角度位置情報が生成され、
前記第2磁気抵抗素子での検出結果、および前記第1絶対角度位置情報に基づいて、前
記第1絶対角度位置情報より高分解能の前記回転体の第2絶対角度位置情報が生成されることを特徴とするロータリエンコーダ。 - 前記第2マグネットの着磁面では、周方向においてN極とS極とが交互に多極に着磁されたトラックが径方向で複数、並列し、
前記複数のトラックにおいて、隣接するトラック間ではN極およびS極の位置が周方向でずれており、
前記第2感磁素子は、隣接するトラックの境界部分に回転軸線方向で重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のロータリエンコーダ。 - 前記第2マグネットと前記第2感磁素子との回転軸線方向における離間距離は、前記第1マグネットと前記第1感磁素子との回転軸線方向における離間距離より小であることを特徴とする請求項1または2に記載のロータリエンコーダ。
- 前記第1感磁素子と前記第2感磁素子とは、回転軸線方向において同一の位置にあって、
前記第2マグネットは、前記第1マグネットより回転軸線方向の一方側に位置していることを特徴とする請求項3に記載のロータリエンコーダ。 - 前記シールド部材は、径方向において前記第1マグネットおよび前記第2マグネットのうちの少なくとも一方から離間していることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
- 前記シールド部材と前記第1マグネットとの径方向における間隔は、前記シールド部材と前記第2マグネットとの径方向における間隔より小であることを特徴とする請求項5に記載のロータリエンコーダ。
- 前記シールド部材は、径方向において前記第1マグネットに隣接し、径方向において前記第2マグネットから離間していることを特徴とする請求項6に記載のロータリエンコーダ。
- 前記第1マグネットおよび前記第2マグネットは、一体の磁性体の互いに異なる部分に着磁してなることを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載のロータリエンコーダ。
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