JPH0245803B2 - - Google Patents

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JPH0245803B2
JPH0245803B2 JP56158088A JP15808881A JPH0245803B2 JP H0245803 B2 JPH0245803 B2 JP H0245803B2 JP 56158088 A JP56158088 A JP 56158088A JP 15808881 A JP15808881 A JP 15808881A JP H0245803 B2 JPH0245803 B2 JP H0245803B2
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magnetic
tracks
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Tadashi Takahashi
Kunio Myashita
Hiroshi Hayashida
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Hitachi Ltd
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    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Brushless Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は位置検出付エンコーダに係り、とくに
ブラツシユレスモータのような回転体の回転速
度、回転位置等の検出に好適な磁気式のエンコー
ダに関わる。
［従来技術］ 第１図、第２図はブラツシユレスモータの回転
軸に接続される従来の磁気式位置検出付エンコー
ダの平面図、および部分断面図である。
第１図において、エンコーダ用トラツク２０Ａ
および位置検出用トラツク２１Ａを備えた回転磁
性体円板２Ａがブラツシユレスモータ等の回転軸
１Ａに取り付けられ、磁気抵抗効果素子（以下
MR素子という）３０Ａと３１Ａ〜３３Ａを搭載
したMR素子基板３Ａが第２図に示すように回転
磁性体円板２Ａに近接して対向するように配置さ
れる。
第１図に示すように、エンコーダ用トラツク２
０Ａは回転磁性体円板２Ａの外周に設けられ、磁
極のＳとＮが交互に外周にそつて着磁され、その
磁界がエンコーダ用MR素子３０Ａにより検出さ
れる。MR素子３０Ａの出力信号周波数が回転軸
１Ａの回転速度に比例するのでこれより回転速度
を検出することができる。
位置検出用トラツク２１Ａはエンコーダ用トラ
ツク２０Ａの内周側に設けられ、同様に磁極のＳ
とＮが交互に円周にそつて着磁され、その磁界が
位置検出用MR素子３１Ａ〜３３Ａにより検出さ
れる。
第１図に示すように、位置検出用MR素子３１
Ａ〜３３Ａは互いに円周方向に所定の角度づつ離
れて配置されるので、それぞれ所定の位相差を有
する回転位置信号を出力する。
回転軸１Ａを３相ブラツシユモータのシヤフト
とすると、位置検出用MR素子３１Ａ〜３３Ａの
上記間隔を相互に電気角の120度づつづらせるよ
うにすれば、位置検出用MR素子３１Ａ〜３３Ａ
からブラツシユモータの転流に必要な３相の信号
Ｕ，Ｖ，Ｗ等を得ることができる。
［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の位置検出付エンコーダにおいては、
磁気抵抗素子である位置検出用MR素子３１Ａ〜
３３Ａは位置検出用トラツクのＳ極とＮ極を区別
せずに同一の出力を発生するので、上記各MR素
子に磁気バイアスを印加し、Ｓ極、Ｎ極何れか一
方の出力信号強度を強め、他方を弱めるようにす
る必要があつた。このため上記磁気バイアス発生
用の永久磁石、電磁石等が必要になり装置を複
雑、高価にするという問題があつた。
さらに、位置検出用トラツク２１Ａとエンコー
ダ用トラツク２０Ａが近接する結果、両トラツク
間に磁気干渉が発生し、各MR素子の出力を不安
定にするという問題があつた。
さらに、一つの位置検出用トラツクから位相の
異なる複数の回転位置信号を得るためには、第１
図に示すように各MR素子の配置を広げる必要が
あり、MR素子基板３Ａが大型化するという問題
があつた。
本発明の目的は、各MR素子を直線状に近接し
て配置してMR素子基板を小型化し、さらに上記
磁気バイアスを省略することのできる位置検出付
エンコーダを提供することにある。
さらに、位置検出用トラツク２１Ａとエンコー
ダ用トラツク２０Ａ間の磁気干渉を除去し、同時
に位置検出信号強度を増強することにある。
［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、磁性移動
体上のエンコーダ用トラツクの磁気信号の磁化方
向と位置検出用トラツクの磁気信号の磁化方向を
互いに直交させ、エンコーダ用トラツクの磁気信
号を検出するMR素子の向きをエンコーダ用トラ
ツクの磁化の方向と直交し、位置検出用トラツク
の磁気信号を検出するMR素子の向きを位置検出
用トラツクの磁化の方向と直交するように配置し
て上記磁気干渉を除去しする。
さらに、上記各MR素子を位置検出用トラツク
の磁化の方向に並行に直線状に配列し、さらに同
一の絶縁基板上に設置して小型化する。
さらに、本発明の位置検出付エンコーダにより
例えば３相のブラツシユレスモータのその回転速
度と転流信号を検出する場合には、上記磁性移動
体を円板状として上記ブラツシユレスモータの回
転軸に取り付け、上記位置検出用トラツクをブラ
ツシユレスモータの相数に応じて３分割し、３相
の回転位置信号Ｕ，Ｖ，Ｗ等が得られるようにす
る。
さらに、上記位置検出用トラツクのそれぞれに
上記ブラツシユレスモータの極数に対応して180
度の電気角の磁気信号記録部と180度の電気角の
無記録部とを交互に設け、各分割した位置検出用
トラツクの磁化パターンを上記ブラツシユレスモ
ータの相数に対応する各電気角づつ相互にづらせ
るようにする。
さらに、上記エンコーダ用トラツクを上記円板
の円周方向に沿つてＳ極とＮ極を交互に磁化し、
上記各位置検出用トラツクの磁気信号記録部のＳ
極とＮ極が上記円板の円周方向に対して直角方向
に配列されるようにする。
さらに、上記分割した位置検出用トラツクのそ
れぞれの磁気信号記録部が隣接する部分では各磁
気信号記録部を同じ極性で磁化するようにする。
［作用］ 上記エンコーダ用トラツクと位置検出用トラツ
クの磁気信号の磁化方向を互いに直交させること
により各MR素子における両トラツク間の磁気干
渉を除去する。また、各MR素子の磁界検出部
（長手方向の部分）を対応する各トラツクの磁化
方向に直交させることにより、MR素子の磁界検
出感度を向上させる。
また、各MR素子を直線状に配列することによ
り、MR素子基板サイズを小型化する。
さらに、本発明の位置検出付エンコーダをブラ
ツシユレスモータに取付ける場合には、例えばブ
ラツシユレスモータが３相の場合には上記位置検
出用トラツクを３分割することにより、ブラツシ
ユレスモータの転流に必要な３相の回転位置信号
Ｕ、Ｖ、Ｗを生成する。
さらに、上記Ｕ、Ｖ、Ｗ用の各回転位置検出用
トラツクのそれぞれにブラツシユレスモータの極
数に対応する180度の電気角の磁気信号記録部と
同180度の無記録部を交互に設けることにより、
対応するMR素子の上記磁気バイアスを不要にす
る。
さらに上記Ｕ、Ｖ、Ｗ用位置検出用トラツクの
各磁化パターンを上記ブラツシユレスモータの相
数に応じた電気角づつ相互にづらせることによ
り、MR素子により検出されるＵ、Ｖ、Ｗ信号に
所定の位相差を与える。
さらに、上記位置検出用トラツクの磁気信号記
録部が隣接する部分を同じ極性で磁化することに
より、MR素子に鎖交する各磁気信号記録部の磁
束数を増加させる。
［実施例］ 第３図は、３相ブラツシユレスモータに取り付
けその回転位置信号（転流信号）と回転速度信号
を検出する本発明の位置検出付エンコーダの一実
施例の平面図を示している。
第４図は第３図の側面の断面図であり、表面に
磁性体２４を塗布した回転磁性体円板２が３相ブ
ラツシユレスモータのシヤフト１に取付けられ、
上記磁性体２４に近接してMR素子３０〜３３を
搭載したMR素子基板３が固定される。
第３図において、エンコーダトラツク２０には
第１図の２０Ａと同様に円周方向にＳ極とＮ極が
交互に着脱される。したがつて、エンコーダトラ
ツク２０の磁界の向きは円周方向である。また、
位置検出用トラツクは２１〜２３のように３分割
する。以下、簡単のため、上記位置検出用トラツ
ク２１〜２３をそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相トラツ
クを呼ぶことにする。
３０はエンコーダトラツク２０の磁界検出用
MR素子、３１〜３３は分割された位置検出用ト
ラツク２１〜２３の各磁界検出用MR素子であ
る。各MR素子は回転磁性体円板２の円周方向に
対し直角方向に配列される。
第１図においては各MR素子３１Ａ〜３３Ａを
円周方向にずらせて各MR素子の出力が相互に所
定の位相差を有するようにしていたのであるが、
第３図のように位置検出用の各MR素子３１〜３
３を直線的に配列すると上記位相差が得られなく
なる。そこで、第１図の各MR素子３１Ａ〜３３
Ａ間の角度分に対応して上記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ト
ラツク２１〜２３の各着磁パターンをづらせるよ
うにする。３相ブラツシユレスモータの場合に
は、上記Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相トラツク２１〜２３は
電気角に換算して120度づつ順次ずらすようにし
て第１図の各MR素子３１Ａ〜３３Ａの出力信号
と同等の位相差が得られるようにする。
また、Ｕ相トラツク２１には、ブラツシユレス
モータの極数に対応する電気角の180度にわたつ
て着磁した信号記録区間２１１と着磁しない電気
角の180度の無信号記録区間２１０とを交互に設
ける。ブラツシユレスモータの極数が８極の場合
には第３図に示すように、８極の半分の４カ所に
信号を記録する。Ｖ相、Ｗ相トラツク２２，２３
も同様に着磁する。
このように着磁しない無信号記録区間を設ける
ことにより、MR素子は着磁した区間では出力発
生し、着磁しない区間では出力発生しないので、
MR素子３１〜３３は従来装置のバイアス磁界を
省略したまま第６図ｂ〜ｄのような矩形波信号を
出力することができるようになる。
上記MR素子３１〜３３の出力信号には第６図
ｂ〜ｄに示すように順次所定の位相差を与える必
要がある。３相のブラツシユレスモータの場合、
上記位相差は電気角にして120度である。このた
め第３図に示すように、Ｖ相トラツク２２の着磁
パターンをＵ相トラツク２１の着磁パターンに対
して電気角で120度、例えば右回りにずれ、同様
にＷ相トラツク２３の着磁パターンをＶ相トラツ
ク２２の着磁パターンに対して電気角で120度右
回りにずれるようにする。この結果、各位置検出
用トラツクの出力は第６図ｂ〜ｄに示すように順
次上記120度の位相差を有するようになる。これ
らの各信号は上記３相ブラツシユモータの転流信
号に利用される。なお、第６図ａはエンコーダト
ラツク２０用のMR素子３０の出力波形例であ
り、エンコーダトラツク２０には第３図に示すよ
うにＳ極とＮ極が交互に配列されているので、Ｓ
極とＮ極の境目では出力レベルが低下する正弦波
状の波形を呈する。
上記エンコーダトラツク２０の着磁方向は円周
に沿つているので、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相トラツク２
１１，２２１，２３１等の着磁方向も円周方向に
すると両者の間で磁気干渉が生じ各MR素子の出
力が不安定になる。この磁気干渉を除去するため
に本発明ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相トラツクの着磁方
向を、エンコーダトラツク２０の着磁方向である
円周方向に対して直交させるようにする。
MR素子はその電流方向に対して直角な磁界成
分により出力を発生する。第５図はエンコーダ用
MR素子３０の形状の一例であり、横方向に細長
いMR素子３０に直交するようにエンコーダトラ
ツクの磁界が鎖交させると出力は最大になる。し
たがつて、MR素子３０と並行な磁界に対しては
出力は発生しない。第５図では小型化するため
MR素子を折り曲げている。３０−Ｃ、３０−Ｔ
等は上記折り折り曲げ部の接続部と端子部であ
る。なお、位置検出用のMR素子３１〜３３等も
第５図と同様な形状である。
上記MR素子の特性により、エンコーダ用MR
素子３０をエンコーダトラツク２０の上記円周方
向磁界に対して直交するように配置すると、エン
コーダ用MR素子３０はエンコーダトラツク２０
を最も効率良く検出するが、位置検出用トラツク
２１〜２３等の磁界はこれと直交するため検出し
ない。即ち、位置検出用トラツク２１〜２３から
の磁気干渉を受けないのである。同様に、位置検
出用MR素子３１〜３３もそれぞれ位置検出用ト
ラツク２１〜２３を最も効率良く検出し、エンコ
ーダ用トラツク２０の磁界の磁気干渉を受けない
ようにそれぞれ位置検出用トラツク２１〜２３の
磁化方向に直交させるようにする。
さらに、上記位置検出用トラツクの信号記録区
間２１１，２２１，２３１等が隣接する部分の磁
化の極性を等しくし、各信号記録区間の磁束が外
部に飛びだし易くする。例えば、外周側からみて
上記２１１をＳ、Ｎの順に記録するときは、隣接
する同２２１はＮ、Ｓの順に記録するようにす
る。
上記本発明の実施例においては、本発明の位置
検出付エンコーダを３相ブラツシユレスモータに
取付ける場合につき説明した。しかし、本発明の
位置検出付エンコーダは同様の原理により各種の
移動体の移動速度や移動位置等を検出することが
出来るのは明らかである。即ち、移動体の移動方
向にエンコーダ用トラツクの磁化方向を設定し、
位置検出用トラツクの磁化方向を上記移動体の移
動方向に直角方向に設定すれば両トラツク間の磁
気干渉を同様に除去することが出来、また、各位
置検出用トラツクの磁気パターンを相互にずらせ
るようにすれば、各MR素子を磁化方向をエンコ
ーダ用トラツクの磁化方向に対して直交する方向
に直線上に配列することが出来るのである。さら
に、各位置検出用トラツクの着磁部が隣接する部
分の磁化の極性を等しくすれば、対応する各MR
素子に鎖交する各位置検出用トラツクの磁界を強
めることの出来る点も同様である。
たとえば、ミシン（とくに工業用の）において
は、ミシン針を駆動する回転軸の回転速度及び回
転位置を検出することが必要であり、本願発明と
同様な位置検出付エンコーダを用いれば、ミシン
針の速度と位置を正確に検出することが出来る。
この場合、回転磁性体円板をミシン針の駆動軸に
取り付け、その回転速度と同位置をそれぞれエン
コーダトラツクおよび位置検出用トラツクに記録
された磁気信号と直線配列したMR素子により検
出するようにする。とくにミシン針の移動におけ
る上部位置及び下部位置を所要の範囲に渡つて正
確に知る必要があるので、上記実施例と同様に位
置検出用トラツクを上部と下部位置に対応して２
分割し、それぞれに、磁気信号の記録部と同無記
録部を交互に設けるようにする。
同様に、プリンタ、輻写機のような情報機器に
おいても、本願発明により感光ドラムの回転速度
及び回転位置を検出するようにすれば、転写像の
色調や原画像と転写紙との位置合わせ精度を向上
したり、転写速度を制御したりすることが出来
る。
［発明の効果］ 本発明により、位置検出検出付エンコーダのエ
ンコーダ用トラツクと位置検出用トラツク間の磁
気干渉を除去し、上記両トラツクより安定なエン
コーダ信号と位置信号を検出することができる。
また、各トラツクの磁化方向を対応する各MR素
子に直交させることにより、各MR素子の磁界検
出感度を向上することができる。
さらに、各MR素子を直線状に配列してMR素
子基板サイズを小型化することができる。これに
より、各MR素子を基板上に同時に蒸着して歩留
まりよく均一に製造し、安価に量産することがで
きる。
さらに、本発明の位置検出付エンコーダをブラ
ツシユレスモータに取付け、上記位置検出用トラ
ツクを相数に応じて分割し、各トラツクに上記ブ
ラツシユレスモータの転流に応じた位相差信号を
着磁することにより、回転速度と転流用の各回転
位置信号を同時に検出することができる。
さらに、上記分割した各回転位置検出用トラツ
クを磁気バイアスを省略した各MR素子により感
度良く検出することができる。
さらに、上記位置検出用トラツクの磁気信号記
録部が隣接する部分を同じ極性で磁化することに
より、MR素子に鎖交する各磁気信号記録部の磁
束数を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来装置の平面配置図、第２図は従来
装置の部分側面図、第３図は本発明を３相８極ブ
ラツシユレスモータに適用した実施例の平面配置
図、第４図は第３図の部分側面図、第５図は磁気
抵抗効果素子の平面図、第６図は本発明を３相８
極ブラツシユレスモータに適用した実施例の各出
力波形図である。 １……回転体のシヤフト、２……回転磁性体円
板、３……磁気抵抗効果素子基板、２０……エン
コーダトラツク、２１〜２３……各位置検出用ト
ラツク（Ｕ、Ｖ、Ｗ相用）、２４……磁性体、３
０……エンコーダ用磁気抵抗効果素子、３０−Ｔ
……端子部、３０−Ｃ……接続部、３１〜３３…
…各位置検出用磁気抵抗効果素子（Ｕ、Ｖ、Ｗ相
用）、２１１，２２１，２３１……それぞれ位置
検出用トラツク２１〜２３の無信号区間、２１
１，２２１，２３１……それぞれ位置検出用トラ
ツク２１〜２３の信号記録区間。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ エンコーダ用トラツクと位置検出用トラツク
    とを備えた磁性移動体と、この磁性移動体に近接
    して配置された複数の磁気抵抗効果素子により上
    記各トラツクに記録された磁気信号を検出する位
    置検出付エンコーダにおいて、上記エンコーダ用
    トラツクの磁気信号の磁化方向と上記位置検出用
    トラツクの磁気信号の磁化方向を相互に直交さ
    せ、さらに上記各磁気抵抗効果素子を直線状に配
    列し、各磁気抵抗効果素子の磁界検出部の向きを
    それぞれが検出する上記エンコーダ用トラツクま
    たは位置検出用トラツクの磁気信号の磁化方向に
    直交させるようにしたことを特徴とする位置検出
    付エンコーダ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の位置検出付エン
    コーダにおいて、上記複数の磁気抵抗効果素子を
    同一の絶縁基板上に設けたことを特徴とする位置
    検出付エンコーダ。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載した位置検出付
    エンコーダにおいて、上記磁性移動体を回転円板
    状に構成するとともに、上記回転円板の半径方向
    に上記位置検出用トラツクをブラツシユレスモー
    タの相数に分割し、上記分割した位置検出用トラ
    ツクのそれぞれに、上記ブラツシユレスモータの
    極数に対応して180度の電気角の上記磁気信号の
    記録部と、180度の電気角の無記録部とを交互に
    設け、さらに、上記無記録部と記録部よりなる上
    記分割した位置検出用トラツクのそれぞれの磁化
    パターンを、上記ブラツシユレスモータの相間電
    気角づつ相互にづらせるようにしたことを特徴と
    する位置検出付エンコーダ。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載した位置検出付
    エンコーダにおいて、上記エンコーダ用トラツク
    を上記円板の円周方向に沿つてＳ極とＮ極を交互
    に磁化し、上記位置検出用トラツクの各磁気信号
    記録部のＳ極とＮ極を上記円板の円周方向に対し
    て直角方向に配列したことを特徴とする位置検出
    付エンコーダ。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載した位置検出付
    エンコーダにおいて、上記位置検出用トラツクの
    磁気信号記録部を、上記分割した位置検出用トラ
    ツクのそれぞれが隣接する部分では同じ極性で磁
    化するようにしたことを特徴とする位置検出付エ
    ンコーダ。
JP56158088A 1981-10-06 1981-10-06 位置検出付エンコ−ダ Granted JPS5860215A (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
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