JPS63171318A - 回転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、Ｆ’Ａ機器などにおいて位置決め制御に用
いられる回転数２回転角および角度位置を磁気的に検知
するアブソリエート形の回転検出装置（通称ロータリー
エンコーダ）に関する。

〔従来の技術〕

Ｆ’Ａ機器における位置決め制御には、主としてロータ
リーエンコーダが用いられている。ロータリーエンコー
ダは、回転板の回転数および回転角を光学的あるいは磁
気的に検出するものであるが、機能的には相対的な回転
数２回転角変化量を検出するインクリメンタル形のもの
と、回転板の周方向の絶対位置を検出可能なアブソリエ
ート形とがある。生産の自動化が普及するに伴い、停電
時の機器の制御、操作、精度の高い角度制御等の必要性
からアブソリニート形ロータリーエンコーダの重要性が
高まっている。

光学式は、回転板に多数のスリット孔を設け、そのスリ
ット孔を通過する光をａ　−ｓｉ　　半導体などの受光
素子で検知するものが知られておシ、このうちアブソリ
エート形は１枚の回転板中に同心円状に数トラツクのス
リット孔が設けられてか〕、各トラックに対応して設け
られた受光素子の出力信号の２値化信号の組合わせによ
り、回転板の周方向位置を特定できるものであり、スリ
ット孔および受光素子を精密加工技術により高精度に加
工することＫよシ、回転角の分解能を上げることができ
る。

磁気式′は、回転板の外周面ＫＳ極、Ｎ極が交互に着磁
され、この極性変化を磁気センサーで検知するものであ
り、アブソリ具−ト形は着磁極のピッチが互いに異なる
複数枚の回転板を同一回転軸に互いに平行に連結し、そ
の極性変化を回転板それぞれに対応して設けられたホー
ル素子、磁気抵抗素子（半導体もしくは強磁性薄膜）Ｋ
よシ検出することＫよシ、光学式と同様に２値化信号の
組合わせにより回転板の周方向位置を特定できるもので
あル、最近の高精度の着磁技術、磁性膜形成技術により
、高速応答性に優れた回転検出装置が得られるようにな
っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

光学式のアブソリニート形ロータリーエンコーダにおい
ては、受光素子の追従性の点で応答周波数に限界かあ）
、また受光素子が周囲温度の影響を受は易く、長期信頼
性に欠けるという問題がある。一方磁気式のアブソリニ
ート形ロータリーエンコーダにおいては、ホール素子や
半導体磁気抵抗素子が周囲温度の影響を受は易いという
受光素子と同様な弱点を有するとともに、磁性薄膜抵抗
素子を用いた場合には高分解能を得るための特別の検出
方法２回路設計を必要とし、かつ複数の回転板を必要と
するために軸方向寸法が大きくなる２という問題がある
。

この発明の目的は、１枚の回転板を用いて磁気的に周方
向位置を特定でき、磁気検出センサが小形かつ簡素で優
れた速度応答性と少い温度依存性の回転検出装置を得る
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、この発明によれば、ケー
スに回動自在に支持された回転軸、およびこの回転軸に
固定された回転板と、この回転板の表面に着磁極ピッチ
を互いに異ならして同心状に形成された複数の磁性薄膜
トラックと、高周波励磁コイルおよび検出コイルが巻装
された非晶質合金線の先端を前記磁性薄膜トラックの表
面に近接して垂直に配置した複数の磁気検出素子と、こ
の磁気検出素子からそれぞれ出力される振幅変調高周波
信号の振幅変調成分を検出してその二値化信号により回
転板の位置を検出する位置検出回路とを備えるものとす
る。

〔作用〕

回転軸に連結された１枚の回転板の一方の表面に同心状
に複数の垂直磁気異方性を有する磁性薄膜トラックを形
成し、各トラックの局方向ＫＮ極。

Ｓ極交互に着磁された着磁パターン（着磁極ピッチ）を
トラック毎に変えるようＫしたことにより、従来装置に
おける複数枚の回転板の機能を１枚の回転板に集約でき
る。

また、先端が磁性薄膜トラックそれぞれに近接して垂直
に配された非晶質合金線とと”れに重ね巻きされた高周
波励磁コイル、検出コイルからなる磁気検出素子により
、着磁極の表面漏洩磁界を非晶質合金細線の磁気飽和を
利用して振幅変調され大高周波誘起電圧として検出コイ
ルから各トラック毎に取り出すことができ、位置検出回
路で振幅変調高周波誘起電圧の振幅変調成分を取り出し
て２値化信号に変換し、各トラックからの２値化信号の
組合わせにより、回転板の周方向位置を、ま九特定トラ
ックの２値化信号を計数することにより回転角２回転数
を知ることができる。

さらに、非晶質合金細線は高周波透磁率が高く。

強じんで、温度依存性が少ない性質を有し、外径数＋μ
ｍオーダの磁気センサを形成できるので、極性変化を高
速かつ高分解能で検知することができる。

〔実施例〕

以下、この発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は実施例装置を示す断面図である。図において、
１０は回転検出装置のケース、１はケース１０にベアリ
ング１人等によって回動自在に支持された回転軸、２は
回転軸に固定された回転板であシ、回転板２の一方の表
面には互いに同心状に所定の幅の垂直磁気異方性を有す
る３Ａ〜３Ｆ’からなる磁性薄膜トラック３が蒸着され
ている。

４は磁性薄膜トラック３Ａ〜３Ｆにそれぞれ対応して配
された４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・・・・４ＦからなるＣｏ　基
非晶質合金細線であシ、それぞれに高周波励磁コイル５
および検出コイル６が重ね巻きされて磁気検出素子７が
形成されるとともに、支持部材９により非晶質合金細線
４の先端が磁性薄膜トラック３０表面に僅かな間隙を隔
てて近接するよう垂直に支持され、かつ各検出素子が回
転板の半径方向に整列するようケース１０側に支持され
ている。また、高周波励磁コイル６＃ｉ互いに直列接続
され、リード１ｌ１１５を介して発振器２５Ｋ”導電接
続され、発振器２５からの高周波励磁電流により同位相
に励磁される。さらに、検出コイル６肌それぞれ独立し
たリード＃１６により検出回路２６に導電接続されてい
る。１１は検出信号の取出し線である。

ｔａ２図は実施例装ｆｌＧｃおける磁性薄膜トラックを
示す平面図であり、最内周トラック３Ｆでは半周ずつ１
対のＮ極、Ｓ極が着磁され、トラック３Ｅでは四分の一
周ずつＮ極、Ｓ極が周方向に交互に位置するよう着磁さ
れ、以下同様に着磁極Ｎ極。

Ｓ極の極ピッチが二分の−に短縮されるよう着磁されて
おシ、トラック数をｎとすれば、２の１乗に比例して回
転板２０周方向を弁別し得る磁性薄膜トラックを１枚の
回転板上に形成することができる。

第３図は実施例装置の要部の詳細図であシ、垂直磁気異
方性を有する磁性薄膜トラック５Ａ、３Ｂはそれぞれ厚
み方向に図中矢印で示すように着磁されておシ、その表
面上の空間には着磁極の極非 性に対応した空間漏洩磁束が発生している。＊品質合金
細線４Ａ、４Ｂ等は、この空間漏洩磁束を検知するため
、その先端が間隙を隔てて各トラックに対向するよう垂
直に配され、高周波励磁コイル４Ａ　、４Ｂ等は互いに
直列接続されてリード線ｉｓｔ介して発振器２５に導電
接続され、高周波励磁コイルに重ね巻きされた検出コイ
ル６人、６Ｂ等は独立したリード線１６Ａ　、　１６Ｂ
等により検出回路に導電接続されている。

Ｃｏ　基非晶質合金細ａ４は、機械的剛性が高く、かつ
磁歪性が糎とんど無いので、直径５０〜１２０μｍ程度
の細線に細い導線を磁気特性に影響を及ぼすことなく巻
くことが可能であシ、磁気検出素子７を細く小形に形成
できる特徴があシ、またこれに対応する磁性薄膜トラッ
ク３０幅も１ｆｉ以下ですみ、したがって回転板２の直
径を増すことなく１０トラツクを超える磁性薄膜トラッ
クを形成することが可能である。また、　Ｃｏ基非晶質
合金細線はパーマロイ、フェライトなどの磁性材料に比
べて高周波領域における透磁率が高く、磁場に対する感
応性にすぐれ、また糸−ル素子や磁気抵抗素子に比べて
周囲温度依存性が少いので、温度補正回路を必要とせず
、したがりて装置を小型。

強じん、かつ簡素に構成することができる。なお、高周
波励磁される磁気検出素子７相互の干渉を防ぐために１
重ね巻きされたコイル５および６の外周は磁気シールド
８によって包囲される。

励磁コイル５が高周波励磁されると、非晶質合金細線４
には高周波磁界が発生するとともに、磁性薄膜トラック
３０着磁極からの表面漏洩磁束が加わることＫなる０回
転板２０回動に伴う表面漏洩磁束の極性変化が高周波磁
束の周期よ）長ければ、検出コイル６には表面漏洩磁束
によって振幅変調された高周波電圧が誘起されることＫ
なる。

第４図ないし第６図は実施例装置における非晶質合金細
線４の磁化状況を示すＢ−Ｈ特紳線図であり、Ｌステリ
シスを無視して筒部化して示したものである。第４図は
高周波励磁電流による磁化状況を示しておシ、図中破線
で示す飽和磁束密度Ｂ８　なる非晶質合金細線４を、Ｂ
ｓ　　より幾分低く磁束密度の変化幅がｄＢＩＫなるよ
う（図中実線で示す）高周波磁化しておくものとする。

第５図は着磁極の表面漏洩磁束が高周波磁界の正方向に
一致したときの磁化状況、第６図は負方向に一致したと
きの磁化状況である。第５図においては、高周波磁界が
表面漏洩磁界によって正側−４２ノ叩ｗ　ＪＰ　Ｊ＋＋
　−ｙ　？ｒ　麹ｂＰ　Ｍｍ　翻１　　ｖ’ｌｈ　索虐
ｅｋ　＾−１ｂ幅がｄＢ、に低減される。第６図におい
ては、高周波磁界は表面漏洩磁界によ）負側にバイアス
されて負側に飽和し、磁束密度の変化幅がｄＢ、に低減
される。

第７図および第８図は検出コイルの誘起電圧を示す波形
図であり、第７図は高周波磁界のみＫよる誘起電圧波形
を、第８図は振幅変調された誘起電圧波形を示したもの
であシ、波高値ＶＯなる高周波誘起電圧５０は、表面漏
洩磁界による図中破線で示す振幅変調成分６３によ）振
幅変調された高周波誘起電圧６０となる。また振幅変調
波成分６３０周期Ｔは、磁性薄膜トラック３Ａ〜６Ｆの
着磁極ピッチがそれぞれ異なるために、トラック６Ａ側
で短かくトラック６Ｆ側では長くなる。

第９図は、実施例装置Ｋかける２値化信号波形図であシ
、振幅変調された高周波誘起電圧６０の変調波成分６３
を所定のしきい値で２値化信号２６０に変換することＫ
よシ、Ｎ極、Ｓ極がそれぞれＨレベルとＬレベル（１，
０）に対応し、雨着磁極の通過時間を周期Ｔとするディ
ジタル信号２６０を得ることができる。したがって磁性
薄膜トラック３Ａ〜３Ｆからのディジタ省信号２６０を
組合わせることにより、回転板２０周方向位置を２のｎ
乗なる分解能で特定することができる。

なお、前述の実施例においては、非晶質合金細線と、こ
れに重ね巻きされた高周波励磁コイル。

検出コイルからなる磁気検出素子７を回転板の半径方向
に整列して配置した場合を例にして説明したが、磁気検
出素子７および対応するトラック３の着磁極をトラック
電化周方向にずらして配置または形成するよう構成すれ
ば、磁気検出素子７によるトラック幅の制約を排除する
ことが可能であり、外径寸法の小さい回転板２により多
くの磁性薄膜トラック３を形成して位置検出の分解能を
高めることができる。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、一つの回転板の表面に着磁極
ピッチが互い夜具なる複数の磁性薄膜トラックを同心円
状に形成し、非晶質合金細線に高周波励磁コイル、検出
コイルを重ね巻きした磁気検出素子を非晶質合金細線の
先端が各トラック表面に近接するよう磁性薄膜トラック
それぞれに対応して垂直に設けるよう構成した。その結
果、各磁性薄膜トラックの着磁極の極性変化を非晶質合
金細線の磁気飽和特性を利用して振幅変調され良高周波
誘起電圧として検出でき、この電圧を検出回路でＮ極、
Ｓ極に対応して１，０となるディジタル信号に変換し、
各トラックのディジタル信号の組合わせにより回転板の
周方向位置を特定できるアプンリエート形磁気式回転検
出装蓋を提供することができる。また、Ｃｏ基非晶質合
金細線は機械的に強じんで磁歪性がほとんどなく、かつ
高周波透磁率が高いので、５０〜１２０μｍ程度の細線
を用いて極〈小形で磁気検出性能の高い磁気検出素子を
形成でき、したがって、これに対向する磁性薄膜トラッ
クの幅および着磁極ピッチを小さくできることにより１
枚の回転板に多数のトラックを形成することができ、複
数の回転板を用いた従来の磁気式回転検出装置に比べ・
て小型かつ簡素で回転角回転数検出における速度応答性
および位置検出における分解能に優れたアブソリエート
形の回転検出装置を提供することができる。さらに、非
晶質合金細線を用いた磁気検出素子は周囲温度の影響が
少いので、ホール素子や磁気抵抗素子を用いた従来装置
における温度依存性を排除でき、かつその補正回路を必
要としないので、信頼性が高く検出回路が簡素化された
回転検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例装置を示す断面図、第２図は実施例にお
ける磁性薄膜トラックを示す平面図、第６図は実施例に
おける要部の概略側面図、第４図ないし第６図は実施例
における非晶質合金細線の磁化状況を示すＢ−Ｈ４！ｊ
性線図、第７図および第８図は実施例における検出コイ
ルの誘起電圧波形図、第９図は実施例における検出回路
の２値化信号波形図である。 １・・・回転軸、２・・・回転板、５．５Ａ〜３Ｅ・・
・磁性薄膜トラック、４，４Ａ、４Ｂ・・・非晶質合金
細線、５・・・高周波励磁コイル、６・・・検出コイル
、７・・・磁気検出素子、８・・・磁気シールド、９・
・・支持部材、１０・・・ケース、２５・・・発振器、
２６・・・検出回路。 足？楠鈷 １１２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ケースに回動自在に支持された回転軸、およびこの
   回転軸に固定された回転板と、この回転板の表面に着磁
   極ピッチを互いに異ならして同心状に形成された複数の
   磁性薄膜トラックと、高周波励磁コイルおよび検出コイ
   ルが巻装された非晶質合金線の先端を前記磁性薄膜トラ
   ックの表面に近接して垂直に配置した複数の磁気検出素
   子と、この磁気検出素子からそれぞれ出力される振幅変
   調高周波信号の振幅変調成分を検出してその二値化信号
   により回転板の位置を検出する位置検出回路とを備えた
   ことを特徴とする回転検出装置。 ２）特許請求の範囲１項記載のものにおいて、磁気検出
   素子がこれを包囲する磁気シールドを有することを特徴
   とする回転検出装置。