WO2018143142A1 - 磁気エンコーダおよびその製造方法 - Google Patents

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小池　孝誌
靖之 福島
裕也 山口
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Ntn株式会社
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    • H01F13/003—Methods and devices for magnetising permanent magnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic encoder used for detection of rotational speed or rotational position and a manufacturing method thereof, and more particularly to a magnetic encoder having a double-row magnetic track used for absolute angle detection and a technique applied to the manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 proposes a magnetic encoder that uses a magnetic shield to shield the flow of magnetic flux to a magnetic encoder track row other than the object to be magnetized when magnetizing a double row magnetic encoder track.
  • the magnetic encoder described in Patent Document 1 can be used in applications for detecting an absolute angle by providing a difference of one pole pair between each magnetic track.
  • the demand for magnetization accuracy of the magnetic track (main track) is high.
  • the angle per pole pair on the 32 pole pair side is 11.25 degrees (360/32).
  • a magnetization accuracy of 0.35 degrees (11.25 / 32) or less for example, a magnetization accuracy of ⁇ 0.1 degrees or less is required for safety.
  • the required accuracy further increases. For example, a magnetization accuracy of ⁇ 0.04 degrees or less is required. Therefore, it is difficult to manufacture a magnetic encoder that satisfies the required accuracy.
  • an N-pole and an S-pole are alternately arranged on an annular cored bar having a bent plate part that is bent from the edge of the track-forming surface part, and a magnetic member provided on the track-forming surface part of the cored bar. And two or more rows of adjacent magnetic tracks, and the main track having the largest number of magnetic poles and used for angle calculation as the two or more rows of magnetic tracks, and the phase difference between them is calculated. And the main track is located closer to the bent plate portion than the sub track.
  • the magnetic member may be an integral member commonly used for the main track and the sub track, or may be provided separately for each magnetic track.
  • the portion of the track forming surface portion of the core metal close to the bent plate portion is a portion having high rigidity and small rotational deflection due to bending of the core metal. Since the main track, which is a magnetic track that requires high accuracy and has a large number of magnetic poles, is disposed in the portion where the rotational shake is small, improvement in accuracy and stabilization of the detection angle are expected. In addition, since it is only necessary to devise the arrangement of the main track and the sub track, it is possible to easily manufacture while improving accuracy.
  • the core bar includes a cylindrical portion whose outer peripheral surface is the track forming surface portion, the bent plate portion bent from the cylindrical portion toward the inner diameter side, and an inner diameter side edge of the bent plate portion.
  • the bent plate portion is a portion connecting the track forming surface portion and the mounting portion, and is not a portion provided for the purpose of improving the rigidity, so that the configuration of the core bar is not complicated for improving the rigidity. .
  • the core bar has a cylindrical shape with a flat plate shape whose one side is the track forming surface portion, and is bent from the inner diameter side edge of the flat plate portion to the opposite side to the track forming surface portion.
  • the bent plate portion is a portion connecting the attachment portion to the shaft or the like and is not a portion provided for the purpose of improving the rigidity, the configuration of the core bar is not complicated for improving the rigidity.
  • the main track may have a higher magnetic pole pitch accuracy than the sub-track.
  • the accuracy mentioned here is the difference between the actual pitch and the theoretical pitch.
  • the angle per pole pair is theoretically 11.25 degrees.
  • the theoretical pitch is 11.25 degrees and the actual pitch is 11.3 degrees.
  • a magnetic encoder is manufactured after an unmagnetized magnetic encoder is manufactured. In this case, each magnetic track is sequentially magnetized.
  • the magnetic track previously magnetized is magnetized to the magnetic track that is magnetized later, it is assumed that there is an effect of a decrease in accuracy due to the magnetic flux leakage. The Therefore, it is difficult to magnetize all the magnetic encoders lined up next to each other with high accuracy.
  • a magnetic track that is assumed to have a low magnetic pole pitch accuracy is used as a sub track. Since the secondary track is a magnetic track used to calculate the phase difference from the main track, the influence of the accuracy of the magnetization pitch is relatively small, for example, due to the above-mentioned magnetization order, and the number of magnetic poles is large and used for angle calculation.
  • the magnetic encoder can detect the absolute angle with high accuracy within the limited range of manufacturing accuracy.
  • the number of magnetic poles of the main track is one more than the number of magnetic poles of the sub-track. Note that this magnetic encoder is not limited to a magnetic encoder in which the magnetization order of each magnetic track is changed, and can be applied to a general magnetic encoder in which a difference in accuracy occurs between magnetic tracks.
  • a method for manufacturing a magnetic encoder according to the present invention is a method for manufacturing a magnetic encoder having any one of the above-described configurations according to the present invention, wherein an unmagnetized magnetic encoder in which the magnetic member is provided on the outer periphery of the cored bar is manufactured. After that, the magnetic tracks in each row are magnetized in sequence, and in this process of magnetization, the magnetic track that is not currently magnetized or the portion that will become the magnetic track is shielded by the magnetic shield member, Are alternately magnetized one pole at a time.
  • the magnetic encoder in which the main track is formed in the portion where the rigidity of the metal core in the present invention is high and the absolute angle can be detected with high accuracy can be manufactured with higher accuracy. Further, the magnetic encoder can be manufactured by a simple and improved manufacturing method according to the configuration of the present invention.
  • FIG. 3 It is sectional drawing of the magnetic encoder which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • A is a developed view showing the arrangement of magnetic poles of the magnetic encoder, (b) and (c) are two signals obtained from each track of the magnetic encoder, and (d) is a waveform diagram of a phase difference between both signals. It is.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the magnetic encoder.
  • FIG. 2A is a diagram in which the magnetization pattern of the magnetic track is developed in the circumferential direction.
  • 2B and 2C show detection signals for each pair of magnetic poles of these magnetic patterns, and
  • FIG. 2D shows their phase differences.
  • the magnetic encoder 1 includes a rubber material kneaded with magnetic powder placed in a mold together with a metal core 2 made of a metal ring and vulcanized and bonded to the outer peripheral surface of the metal core 2, or a plastic material and a magnetic material on the outer peripheral surface.
  • a mixture of powder and a cored bar 2 are integrally formed to form an annular magnetic member 3, and then a magnetic track 4 having a different number of pole pairs is formed on the surface of an unmagnetized magnetic member 3 (In this embodiment, two rows).
  • the core metal 2 is formed by press-forming an iron-based rolled steel plate, and a cylindrical portion 2A having an outer peripheral surface serving as a track forming surface portion 2Aa, a bent plate portion 2B bent from the cylindrical portion 2A toward the inner diameter side,
  • the bent plate portion 2B has a cylindrical mounting portion 2C that concentrically continues from the inner edge of the bent plate portion 2B to the opposite side of the cylindrical portion 2A.
  • a rotating shaft (not shown) is fixed to the mounting portion 2C by press fitting or the like.
  • the magnetic member 4 is magnetized to the magnetic member 3 with, for example, 32 pole pairs as the main track 5 on the side close to the bent plate portion 2B, and the magnetic member 3 is used as the sub track 6 on the side far from the bent plate portion 2B. For example, it is magnetized with 31 pole pairs.
  • This magnetic encoder 1 is used for detecting the absolute angle of the rotating shaft by utilizing the fact that one pole pair is different in one rotation.
  • magnetic sensors 31 and 32 facing the main track 5 and the sub track 6 are arranged opposite to the magnetic encoder 1 as magnetic sensors for detecting the absolute angle, and the magnetic encoder 1 is rotated around the center O of the ring.
  • 2B is output from the magnetic sensor 31 on the main track 5 side
  • the detection signal shown in FIG. 2C is output from the magnetic sensor 32 on the sub track 6 side.
  • Each detection signal is a phase signal of 0 to 360 degrees with one pole pair of N pole and S pole.
  • rotation of the magnetic encoder 1 is performed as shown in FIG. Accordingly, a linearly changing phase difference signal is obtained.
  • the phase difference signal shows a waveform for one cycle by one rotation of the magnetic encoder 1 from 0 to 360 degrees.
  • the angle is calculated with high accuracy based on the main track 5, and the position of the main track is determined from the phase difference between the main track 5 and the sub track 6, and the absolute angle is determined. Can be detected.
  • the absolute angle of the magnetic encoder 1, the magnetic sensors 31, 32, and an arithmetic means (not shown) such as an electronic circuit for calculating the absolute angle from the detection signals of the magnetic sensors 31, 32 are calculated.
  • a detection device is configured.
  • the absolute angle is detected using two rows of magnetic tracks 4 (5, 6) magnetized by 32 pole pairs and 31 pole pairs (in this case, the number of magnetic poles of the main track 5 is the number of magnetic poles of the sub track 6).
  • the angle per pole pair on the side of the 32 pole pair (main track 5) is 11.25 degrees (360/32).
  • the magnetization accuracy of 0.35 degrees (11.25 / 32) or less corresponding to 1/32 of this, for example, magnetization of ⁇ 0.1 degrees or less for safety reasons Accuracy is required.
  • the number of poles increases, such as 64 pole pairs and 63 pole pairs, the required accuracy becomes more severe, for example, ⁇ 0.04 degrees or less is required.
  • the magnetic track 4 on the side close to the bent plate portion 2B which has a higher rigidity by continuing the bent plate portion 2B obtained by bending the core metal 2 in the magnetic track forming surface portion 2Aa of the core metal 2. Is used as the main track 5, and an improvement in angular accuracy is expected.
  • the accuracy of the main track 5 due to the magnetic flux leakage when the sub track 6 is magnetized thereafter for example, the pitch error of the magnetic poles.
  • pitch accuracy and cumulative pitch error (cumulative pitch accuracy) are assumed to be affected. In this case, the angle accuracy is lowered.
  • the pitch error and the accumulated pitch error are both indices indicating the accuracy of the magnetized track.
  • the angle per pole pair is theoretically 11.25 degrees.
  • the pitch error of the pole pair is +0.05 degrees.
  • the cumulative pitch error is obtained by integrating the pitch error with respect to all pole pairs and using the maximum value (amplitude).
  • the main track 5 having a large number of magnetic pole pairs that affect the angle accuracy is finally magnetized, thereby suppressing the deterioration of the accuracy of the main track 5 and detecting the absolute angle with high accuracy. That is, by adopting the magnetization order, the main track 5 is formed with higher magnetic pole pitch accuracy and accumulated pitch accuracy than the sub track 6 by the amount that the accuracy deterioration is suppressed.
  • the main track 5 when the main track 5 is magnetized, it may be assumed that the accuracy of the sub-track 6 magnetized first is affected, but the sub-track 6 is used for grasping the phase relationship with the main track 5. Therefore, accuracy does not need to be considered much.
  • FIG. 3 shows the magnetizing device.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG.
  • This magnetic encoder magnetizing device 7 includes a spindle 9 for rotating a chuck 8 holding an unmagnetized magnetic encoder 1 to be magnetized so that the center O of the ring coincides with the rotation axis RO, and a spindle 9 Includes a motor 10, a magnetizing yoke 11, a positioning means 12 for positioning the magnetizing yoke 11 in three axial directions, a magnetizing power source 13, and a control means 14.
  • the motor 10 includes a high-precision encoder device 24 that is a detection device that detects a rotation angle.
  • a magnetic sensor 15 is provided for measuring the magnetization accuracy at the stage when the magnetization of the magnetic encoder 1 held by the chuck 8 has been completed, and is fixed to a positioning means 16 that can be positioned in three axial directions.
  • the motor 10 and the positioning means 12 of the magnetized yoke 11 constitute a positioning device 29 for positioning the tip 19 of the magnetized yoke 11 relative to the unmagnetized magnetic encoder 1.
  • the control means 14 is composed of a computer or the like, and sequentially magnetizes the unmagnetized magnetic encoder 1 for each individual magnetic track 4, and the main track 5 is changed to the sub track 6 as the magnetization order.
  • the positioning means 12, the motor 10, and the magnetizing power source 13 of the positioning device 29 are controlled by numerical control or the like so that the magnets are magnetized later and the NS magnetic poles are alternately arranged.
  • the magnetized yoke 11 has a pair of opposed end portions (also referred to as front end portions) 19 and 20 that are magnetically opposed to each other through a magnetic gap, and is in a position and posture determined with respect to the opposed end portions 19 and 20.
  • the magnetic track 4 of the magnetic encoder 1 that is not magnetized is magnetized.
  • the magnetizing yoke 11 includes a U-shaped magnetizing yoke main body 17, an exciting coil 18, a first tip 19 provided at one end and the other end of the magnetizing yoke main body 17, and Consists of a second tip 20.
  • the exciting coil 18 is wound around the outer periphery of the magnetized yoke body 17.
  • the magnetizing yoke 11 allows magnetic flux a (see FIG.
  • the first tip 19 of the magnetizing yoke 11 has a pointed tip structure.
  • the first tip 19 of the magnetizing yoke 11 has a pointed tip structure.
  • the second tip portion 20 faces the chuck 8 with a gap, and a magnetic loop is formed from the first tip portion 19 via the magnetic encoder 1 and the chuck 8 to the second tip portion 20. Note that the second tip 20 may be omitted.
  • the magnetic shield member 21 is formed with an angular hole 22 having a tapered longitudinal section in the direction of the axis RO, and the first tip 19 is disposed with a gap above and below the hole 22.
  • the magnetic shield member 21 and the first tip portion 19 facing the magnetic encoder 1 are positioned while maintaining a certain gap, for example, about 0.1 mm, from the non-magnetized magnetic track 4.
  • the magnetic shield member 21 is fixed to the end of the support base 23 fixed at a position near the second tip 20 of the magnetized yoke body 17. Of the magnetic flux generated from the first tip 19, a magnetic flux that affects the other magnetic track 4 that is not magnetized is guided to the magnetic shield member 21, and is opposite to the first tip 19 that faces the magnetic encoder 1. It is set as the structure escaped to the 2nd front-end
  • the magnetic shield member 21 and the support base 23 are made of a magnetic material such as a low carbon steel material. In the magnetization of the magnetic encoder 1 having the double-row magnetic track, the magnetic shield member 21 can be opposed to the magnetic track 4 so as to shield the flow of magnetic flux to the magnetic track other than the magnetization target.
  • FIG. 5 shows an arrangement position of the first tip 19 of the magnetized yoke 11 when the two magnetic tracks 4 (5, 6) are magnetized on the magnetic member 3 of the non-magnetized magnetic encoder 1.
  • FIG. 6 shows an example of the magnetization pattern of the magnetic encoder 1 magnetized in two rows.
  • FIG. 5A shows the arrangement of the first tip 19 of the magnetized yoke 11 and the magnetic shield member 21 when the upper half of the magnetic member 3 of the magnetic encoder 1 is magnetized as the magnetic track 4 serving as the sub track 6. Indicates. At this time, the surface of the magnetic member 3 on which the other magnetic track 4 (main track 5) is formed is covered with the magnetic shield member 21, and the magnetic flux flowing from the first tip 19 is the other magnetic track 4 (main track). 5) is prevented from flowing.
  • FIG. 5B shows the arrangement of the first tip 19 of the magnetized yoke 11 and the magnetic shield member 21 when the lower half of the magnetic member 3 of the magnetic encoder 1 is magnetized as the magnetic track 4 serving as the main track 5. Indicates. At this time, the surface of the magnetic member 3 on which the magnetic track 4 serving as the sub-track 6 magnetized first is formed is covered with the magnetic shield member 21 so that the magnetic flux flowing from the first tip 19 is the magnetic track 4 ((( The flow to the sub-track 6) is prevented.
  • the secondary track 6 (magnetic track 4) is formed in the step shown in FIG. 5A and finally the main track 5 (magnetic track 4) is formed in the step shown in FIG.
  • the accuracy deterioration of the main track 5 can be suppressed, and the absolute angle can be detected with high accuracy.
  • the cored bar 2 is a cylindrical plate having a flat plate shape 2D whose one side is a track forming surface portion 2Da and bent from the inner diameter side edge of the flat plate portion 2D to the opposite side to the track forming surface portion 2Da. And a bent plate portion 2E serving as a mounting portion.
  • the magnetic member 3 is provided on the track forming surface 2Da, and the magnetic track 4 is provided on the magnetic member 3 in a double row.
  • the innermost magnetic track 4 near the bent plate portion 2E is the main track 5
  • the other magnetic track 4 is the sub track 6.
  • the main track 5 and the sub track 6 are sequentially magnetized by the unmagnetized magnetic encoder 1, but the sub track 6 is magnetized first and the main track 5 is magnetized last.
  • the apparatus used for the magnetization is basically the same as the magnetization apparatus shown in FIG. 3 except that the direction in which the magnetic track 4 faces in the magnetic encoder 1 changes depending on whether it is an axial direction or a radial direction. Accordingly, as shown in FIG. 9, the direction in which the tip 19 of the magnetized yoke 11 and the magnetic shield member 21 face is the ring center O (FIG. 7) of the magnetic encoder 1, that is, the rotational axis RO (FIG. 9 ( The directions are a) and (b)). Further, the direction in which the magnetizing yoke 11 and the magnetic shield member 21 for switching the magnetic track 4 to be magnetized and the magnetic encoder 1 move relative to each other indicates the respective positioning states in FIGS. In the radial direction of the magnetic encoder 1.
  • the magnetic track 4 on the side close to the bent plate portion 2E having a high rigidity and a small rotational deflection is formed as the main track 5 that requires high accuracy and has a large number of poled pairs, Contributes to improved accuracy and stability. Further, when magnetizing the double-row magnetic encoder 1, the main track 5, which is the magnetic track 4 for calculating the angle, is finally magnetized, thereby suppressing deterioration in accuracy of the main track 5, and high-accuracy absolute angle Can be detected.

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Abstract

複列の磁気トラックを有し絶対角を検出可能な磁気エンコーダを、より高精度に、かつ簡易に製造可能とする。トラック形成面部(2Aa)の縁から折れ曲がって続く折り曲げ板部(2B)を有する環状の芯金(2)と、前記トラック形成面部(2Aa)に設けられた磁性部材(3)にそれぞれＮ極とＳ極が交互に着磁された２列以上の隣合って並ぶ磁気トラック(4)と備える。この磁気トラック(4)として、着磁極数が最も多く角度算出に使用される主トラック(5)と、それらの位相差を算出するための副トラック(6)とがある。主トラック(5)が副トラック(6)よりも折り曲げ板部(2B)に近い側に位置する。

Description

磁気エンコーダおよびその製造方法 関連出願
　本出願は、２０１７年２月２日出願の特願２０１７－０１７３２２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、回転速度あるいは回転位置の検出に使用する磁気エンコーダおよびその製造方法に関し、特に絶対角検出で使用する複列の磁気トラックを有する磁気エンコーダおよびその製造方法に適用される技術に関する。
　特許文献１では、複列の磁気エンコーダトラックを着磁する際に、磁気シールドを使って、着磁対象以外の磁気エンコーダトラック列への磁束の流れを遮蔽する磁気エンコーダが提案されている。
特許第５９７３２７８号公報
　特許文献１に記載の磁気エンコーダでは、それぞれの磁気トラック間で１極対の差を設けることで、絶対角を検出する用途で使用することが可能であるが、角度検出の基準となる側の磁気トラック（主トラック）の着磁精度の要求は高い。たとえば、３２極対と３１極対で着磁した２列の磁気トラックを用いて絶対角度を検出する場合、３２極対側の１極対当たりの角度は１１．２５度（３６０／３２）となる。どの位相位置にあるかを判別するには０．３５度（１１．２５／３２）以下の着磁精度、例えば安全を見て±０．１度以下の着磁精度が要求される。着磁極数が６４極対と６３極対のように極数が増えると、要求精度は更に高くなり、たとえば、±０．０４度以下の着磁精度が要求される。そのため、要求精度を満たす磁気エンコーダを製造することが難しい。
　そこで、この発明は、複列の磁気トラックを有し絶対角を検出可能な磁気エンコーダを、より高精度に、かつ簡易に製造することができる磁気エンコーダおよびその製造方法を提供することを課題とする。
　この発明の磁気エンコーダは、トラック形成面部の縁から折れ曲がって続く折り曲げ板部を有する環状の芯金と、この芯金の前記トラック形成面部に設けられた磁性部材にそれぞれＮ極とＳ極が交互に着磁された２列以上の隣合って並ぶ磁気トラックと備え、前記２列以上の磁気トラックとして、着磁極数が最も多く角度算出に使用される主トラックと、それらの位相差を算出するための副トラックとがあり、前記主トラックが前記副トラックよりも前記折り曲げ板部に近い側に位置する。前記磁性部材は、前記主トラックと副トラックとに共通に使用される一体のものであっても、また磁気トラック毎に別々に設けられたものであってもよい。
　前記芯金のトラック形成面部における、前記折り曲げ板部に近い部分は、芯金の折り曲げによって、剛性が高く回転振れが小さい部分となっている。この回転振れが小さい部分に、高精度が要求されかつ磁極数が多い磁気トラックである主トラックが配置されているため、検出角度の精度の向上と安定化が期待される。また、製造についても、主トラックと副トラックとの配置の工夫だけで済むため、精度向上を図りながら簡易に製造することができる。
　この発明の磁気エンコーダにおいて、前記芯金は、外周面が前記トラック形成面部となる円筒状部と、この円筒状部から内径側に折れ曲がった前記折り曲げ板部と、この折り曲げ板部の内径側縁から前記円筒状部と反対側に同心で続く円筒状の取付部とを有するようにしてもよい。すなわち、ラジアル型としてもよい。このようにラジアル型とした場合にも、精度向上を図りながら簡易に製造することができる。また、前記折り曲げ板部が、前記トラック形成面部と取付部とを繋ぐ部分であり、剛性向上の目的で設けられる部分ではないため、剛性向上のために芯金の構成が複雑化することがない。
　この発明の磁気エンコーダにおいて、前記芯金は、平板の環状で片面が前記トラック形成面部となる平板部と、この平板部の内径側縁から前記トラック形成面部と反対側に折れ曲がって続き円筒状の取付部となる前記折り曲げ板部とを有するようにしてもよい。すなわち、アキシアル型としてもよい。このようにアキシアル型とした場合にも、精度向上を図りながら簡易に製造することができる。また、前記折り曲げ板部が、軸等への取付部とを繋ぐ部分であり、剛性向上の目的で設けられる部分ではないため、剛性向上のために芯金の構成が複雑化することがない。
　この発明の磁気エンコーダにおいて、前記主トラックの方が前記副トラックよりも磁極のピッチの精度が高いものであってもよい。ここで言う精度は、実際のピッチと理論ピッチとの差である。一例として、３２極対で着磁された磁気トラックを考えると、１極対当たりの角度は、理論的には、１１．２５度となる。そして、実際には、ある１極対の角度が、１１．３度となっていた場合には、理論ピッチは、１１．２５度、実際のピッチは、１１．３度となる。磁気エンコーダは、一般的に未着磁の磁気エンコーダを製造しておいて、後に着磁が成される。この場合に、各磁気トラックは順次着磁が行われるが、先に着磁した磁気トラックは後で着磁する磁気トラックの着磁を行う際に、その磁束漏れによる精度低下の影響が想定される。そのため、隣合って並ぶ全ての磁気エンコーダを高精度に着磁することが難しい。
　そこで、この発明の磁気エンコーダは、磁極ピッチの精度が低くなることが想定される磁気トラックを副トラックとしている。副トラックは主トラックとの位相差の算出に使用される磁気トラックであるため、例えば上記着磁順によって、着磁ピッチの精度の影響が比較的に少なく、磁極数が多く角度算出に使用される主トラックのピッチの精度を副トラックよりも高くすることで、限られた製造上の精度の範囲内で、高精度で絶対角を検出することができる磁気エンコーダとなる。好ましくは、前記主トラックの磁極数が前記副トラックの磁極数よりも１つ多い。なお、この磁気エンコーダは、磁気トラック毎の着磁順が前後する磁気エンコーダに限らず、磁気トラック間で精度に差が生じる磁気エンコーダ一般に適用できる。
　この発明の磁気エンコーダの製造方法は、この発明の上記いずれかの構成の磁気エンコーダを製造する方法であって、前記芯金の外周に前記磁性部材が設けられた未着磁の磁気エンコーダを製造した後、各列の磁気トラックを順次着磁し、この着磁の過程で、現在着磁を行わない磁気トラックまたは磁気トラックとなる部分を磁気シールド部材で遮蔽しながら、Ｎ極とＳ極とを１極ずつ交互に着磁する。
　このように１極ずつ交互に着磁し、かつ現在着磁しない側の磁気トラックとなる部分を磁気シールドで遮蔽しながら着磁することで、磁束漏れによる影響をできるだけ小さくし、比較的に高精度な着磁が行える。そのため、この発明における芯金の剛性が高い部分に主トラックが形成されて絶対角を高精度に検出可能な磁気エンコーダを、より高精度に製造することができる。また、前記磁気エンコーダは、この発明のような構成による簡易な改良の製造方法で製造できる。
　この発明の磁気エンコーダの製造方法において、前記副トラックを着磁した後、前記主トラックを着磁してもよい。上記のように、磁気トラックの着磁作業において磁束漏れによる精度劣化が生じるが、角度精度に影響する着磁極対数の多い主トラックを着磁順において最後にすることで、主トラックの精度劣化を抑制し、高精度で絶対角を検出することができる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、この発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、この発明に含まれる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１の実施形態に係る磁気エンコーダの断面図である。 （ａ）は同磁気エンコーダの磁極の並びを示す展開図、（ｂ），（ｃ）は同磁気エンコーダの各トラックから得られる２つの信号、および（ｄ）は両信号の位相差の波形図である。 同磁気エンコーダを製造する製造装置の一例の断面図である。 上方から見た図３のIV-IV線断面図である。 同製造装置による磁気エンコーダの各着磁過程（（ａ）が先で（ｂ）が後）を示す断面図である。 同磁気エンコーダの各列の磁極の並びを示す説明図である。 この発明の第２の実施形態に係る磁気エンコーダの断面図である。 同磁気エンコーダの磁極の並びを示す正面図である。 同磁気エンコーダの磁気遮蔽を行って着磁する過程の説明図である。
　この発明の第１の実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この実施形態は、ラジアル型の磁気エンコーダに適用した例である。図１に磁気エンコーダの断面図を示す。図２（ａ）に磁気トラックの着磁パターンを円周方向に展開した図を示す。図２（ｂ）、（ｃ）は、これら磁気パターンの各着磁極対に対する検出信号を表し、図２（ｄ）はそれらの位相差を示す。
　磁気エンコーダ１は、磁性粉を混練したゴム材料を金属環からなる芯金２とともに金型に入れて該芯金２の外周面に加硫接着して、あるいは、該外周面にプラスチック材料と磁性粉をまぜたものと芯金２を一体成形して、円環状の磁性部材３を形成した後、未着磁の磁性部材３の表面に着磁極対数の異なる磁気トラック４を複列形成したものである（本実施形態では２列）。
　芯金２は、鉄系の圧延鋼板をプレス成形したものであり、外周面がトラック形成面部２Ａａとなる円筒状部２Ａと、この円筒状部２Ａから内径側に折れ曲がった折り曲げ板部２Ｂと、この折り曲げ板部２Ｂの内径側縁から前記円筒状部２Ａと反対側に同心で続く円筒状の取付部２Ｃとを有する。取付部２Ｃに、図示しない回転軸を圧入などで固定する。
　折り曲げ板部２Ｂに近い側の磁気トラック４を主トラック５として前記磁性部材３に例えば３２極対で着磁し、折り曲げ板部２Ｂから遠い側の磁気トラック４を副トラック６として前記磁性部材３に例えば３１極対で着磁する。この磁気エンコーダ１では、１回転で１極対の差が発生することを利用して回転軸の絶対角の検出に用いられる。
　たとえば、磁気エンコーダ１に、絶対角検出用の磁気センサとして、主トラック５および副トラック６に対向する磁気センサ３１，３２を対向配置し、磁気エンコーダ１をその円環中心Ｏ回りに回転させた場合、主トラック５側の磁気センサ３１からは図２（ｂ）に示す検出信号が出力され、副トラック６側の磁気センサ３２からは図２（ｃ）に示す検出信号が出力される。それぞれの検出信号は、Ｎ極Ｓ極の１極対で０から３６０度の位相信号であり、それら検出信号の差を取ると、図２（ｄ）に示すように、磁気エンコーダ１の回転に伴い、直線的に変化する位相差信号が得られる。この場合、磁気エンコーダ１の０から３６０度の１回転で位相差信号は一周期分の波形を示す。
　この磁気エンコーダ１による絶対角の検出では、主トラック５を元にして角度を高精度に算出し、主トラック５と副トラック６との位相差から、主トラックの位置を把握して絶対角を検出することができる。なお、前記磁気エンコーダ１と、前記磁気センサ３１，３２と、この磁気センサ３１，３２の検出信号から前記絶対角の算出を行う電子回路等の演算手段（図示せず）とで、絶対角の検出装置が構成される。
　着磁方法として、たとえばＮ極、Ｓ極を１極ずつ交互に着磁するインデックス着磁装置を用いて、磁気エンコーダ１を回転させながら、各磁気トラック４（５、６）を所定の順に着磁する方法と、両方の磁気トラック４（５、６）の着磁を同時に行う一発着磁とがあり、いずれを用いてもよい。しかし、一発着磁は着磁ヨーク構造が複雑になり、着磁時に双方の磁気トラック４（５、６）の磁気干渉があって、精度良く着磁するのが難しい。そのため、複列の磁気トラック４を有する場合にはインデックス着磁の方がより好ましい。
　たとえば、３２極対と３１極対で着磁した２列の磁気トラック４（５，６）を用いて絶対角度を検出する場合（この場合、主トラック５の磁極数が副トラック６の磁極数よりも１つ多い）、３２極対側（主トラック５）の１極対当たりの角度は１１．２５度（３６０／３２）となる。どの位相位置にあるかを判別するにはその３２分の一に相当する０．３５度（１１．２５／３２）以下の着磁精度、例えば安全を見て±０．１度以下の着磁精度が要求される。着磁極数が６４極対と６３極対のように極数が増えると、要求精度は更に厳しくなり、たとえば、±０．０４度以下が要求される。
　角度精度に影響する主トラック５の精度を向上するには、磁気エンコーダ１の回転振れを抑えるとともに、剛性を高く維持するのが好ましい。そこで、この実施形態では、芯金２の磁気トラック形成面部２Ａａのうち、芯金２を折り曲げた折り曲げ板部２Ｂが続くことで剛性が高くなっている折り曲げ板部２Ｂに近い側の磁気トラック４を主トラック５にしており、これにより角度精度の向上が期待される。
　また、角度算出に使用する着磁極対数の多い主トラック５を最初に着磁した場合、その後で副トラック６を着磁した際に、その磁束漏れによる主トラック５の精度、たとえば磁極のピッチ誤差（ピッチ精度）や累積ピッチ誤差（累積ピッチ精度）への影響が想定され、この場合、角度精度が低下する。
　ここで、ピッチ誤差および累積ピッチ誤差とは、何れも着磁されたトラックの精度を示す指標である。一例として、３２極対で着磁された磁気トラックを考えると、１極対当たりの角度は、理論的には、１１．２５度となる。ここで、実際には、ある１極対の角度が、１１．３度となっていた場合には、当該極対のピッチ誤差は、＋０．０５度となる。また、累積ピッチ誤差とは、ピッチ誤差を、全ての極対に対して積算し、その最大値（振幅）を用いて表したものである。
　そのため角度精度に影響する着磁極対数の多い主トラック５を最後に着磁しており、これにより主トラック５の精度劣化を抑制し、高精度で絶対角を検出することができる。すなわち、前記着磁順とすることで、前記精度劣化が抑制される分だけ、主トラック５の方が副トラック６よりも磁極のピッチ精度および累積ピッチ精度が高く形成されている。この場合、主トラック５を着磁した際に、初めに着磁した副トラック６の精度に影響することも想定されるが、副トラック６は主トラック５との位相関係を把握するために用いるものであり、精度はそれほど考慮しなくてもよい。
　図３に着磁装置を示す。図４に、図３のIV－IV線断面矢視図を示す。この磁気エンコーダの着磁装置７は、着磁対象となる未着磁の磁気エンコーダ１を保持するチャック８を、前記円環中心Ｏを回転軸心ＲＯと一致させて回転させるスピンドル９と、これを回転させるモータ１０と、着磁ヨーク１１と、着磁ヨーク１１を３軸方向に位置決めする位置決め手段１２と、着磁電源１３と、制御手段１４とを備える。モータ１０は、回転角度を検出する検出装置である高精度のエンコーダ装置２４を有する。また、チャック８に保持された磁気エンコーダ１の着磁が終了した段階で着磁精度を測定するための磁気センサ１５が設けられ、３軸方向に位置決め可能な位置決め手段１６に固定されている。前記モータ１０と、着磁ヨーク１１の前記位置決め手段１２とで、前記未着磁の前記磁気エンコーダ１に対して前記着磁ヨーク１１の先端部１９を相対的に位置決めする位置決め装置２９が構成される。
　前記制御手段１４は、コンピュータ等からなり、前記未着磁の磁気エンコーダ１に、個々の磁気トラック４毎に順次着磁を行い、この着磁の順として、前記主トラック５を前記副トラック６よりも後に着磁するように、かつＮＳの磁極が交互に並ぶように、前記位置決め装置２９の位置決め手段１２とモータ１０と着磁電源１３とを数値制御等により制御する。
　着磁ヨーク１１は、磁気ギャップを介して磁気的に対向する一対の対向端部（先端部とも呼ぶ）１９，２０を有しこれら対向端部１９，２０に対して定められた位置，姿勢に配置される未着磁の前記磁気エンコーダ１の前記磁気トラック４を着磁する。着磁ヨーク１１は、具体的には、Ｕ字状の着磁ヨーク本体１７と励磁コイル１８と、前記着磁ヨーク本体１７の一端および他端にそれぞれに設けられた第１の先端部１９および第２の先端部２０からなる。励磁コイル１８は着磁ヨーク本体１７の外周に巻かれている。着磁ヨーク１１は、着磁のための磁束ａ（図４参照）を磁気エンコーダ１に貫通させるものであり、着磁ヨーク１１の第１の先端部１９は先端が尖った構造とされ、着磁時には磁気エンコーダ１（すなわち磁気トラック４）の表面と対向させる。第２の先端部２０はチャック８に隙間を持って対向し、第１の先端部１９から磁気エンコーダ１、チャック８を経由して第２の先端部２０に渡る磁気ループが形成される。なお、第２の先端部２０は省略してもよい。
　磁気シールド部材２１には軸心ＲＯ方向の縦断面テーパ状の角形状の孔２２が形成され、孔２２の上下それぞれに隙間を開けて第１の先端部１９が配置される。磁気エンコーダ１と対向する磁気シールド部材２１および第１の先端部１９は、未着磁の磁気トラック４と一定の隙間、たとえば０．１ｍｍ程度を保持して位置決めされる。
　磁気シールド部材２１は、着磁ヨーク本体１７の第２の先端部２０寄りの位置で固定される支持台２３の端部に固定される。第１の先端部１９から発生する磁束の内、着磁しない他方の磁気トラック４に影響を与える磁束を磁気シールド部材２１に誘導し、磁気エンコーダ１に対向する第１の先端部１９とは反対側の第２の先端部２０側に逃がす構成とされる。磁気シールド部材２１と支持台２３には、磁性体、たとえば低炭素の鉄鋼材を用いる。複列の磁気トラックを有する磁気エンコーダ１の着磁において、磁気シールド部材２１を、着磁対象以外の磁気トラックへの磁束の流れを遮蔽するように磁気トラック４と対峙させることが可能になる。
　図５は、未着磁の磁気エンコーダ１の磁性部材３に２列の磁気トラック４（５，６）を着磁する場合の着磁ヨーク１１の第１の先端部１９の配置位置を示す。また、図６には、２列に着磁した磁気エンコーダ１の着磁パターンの例を示す。
　図５（ａ）は、磁気エンコーダ１の磁性部材３の上半分を副トラック６となる磁気トラック４として着磁する場合の着磁ヨーク１１の第１の先端部１９と磁気シールド部材２１の配置を示す。このとき、他方の磁気トラック４（主トラック５）が形成される磁性部材３の表面は、磁気シールド部材２１で覆って、第１の先端部１９から流れる磁束が他方の磁気トラック４（主トラック５）に流れるのを防止する。
　図５（ｂ）は、磁気エンコーダ１の磁性部材３の下半分を主トラック５となる磁気トラック４として着磁する場合の着磁ヨーク１１の第１の先端部１９と磁気シールド部材２１の配置を示す。このとき、初めに着磁した副トラック６となる磁気トラック４が形成された磁性部材３の表面は、磁気シールド部材２１で覆って、第１の先端部１９から流れる磁束が磁気トラック４（（副トラック６）に流れるのを防止する。
　図５（ａ）に示す工程で副トラック６（磁気トラック４）を形成し、最後に図５（ｂ）に示す工程で主トラック５（磁気トラック４）を形成する順番で着磁を行うと、主トラック５の精度劣化を抑制し、高精度で絶対角を検出することができる。
　この実施形態によると、上記のように、芯金２を折り曲げて剛性が高く回転振れが小さい折り曲げ板部２Ｂに近い側の磁気トラック４を、高精度を要求されかつ着磁極対数の多い主トラック５としたため、角度精度の向上，安定に寄与する。
　さらに、複列の磁気エンコーダ１を着磁する場合、角度を算出する磁気トラック４である主トラック５を最後に着磁することで、主トラック５の精度劣化を抑制し、高精度で絶対角を検出することができる。
　図７～図９は、この発明の第２の実施形態を示す。この実施形態は、アキシアル型の磁気エンコーダ１に適用した例である。この実施形態において、特に説明した事項の他は、図１～図６と共に説明した第１の実施形態と同様である。この例では、芯金２は、平板の円環状で片面がトラック形成面部２Ｄａとなる平板部２Ｄと、この平板部２Ｄの内径側縁から前記トラック形成面部２Ｄａと反対側に折れ曲がって続き円筒状の取付部となる折り曲げ板部２Ｅとを有する。
　前記トラック形成面部２Ｄａに磁性部材３が設けられ、この磁性部材３に複列に磁気トラック４が設けられる。この場合に、折り曲げ板部２Ｅに近い最内周側の磁気トラック４が主トラック５とされ、他の磁気トラック４が副トラック６とされる。また、主トラック５および副トラック６は、未着磁の磁気エンコーダ１に順次着磁されるが、副トラック６が先に着磁され、主トラック５が最後に着磁される。
　前記着磁に用いられる装置は、図３の着磁装置と基本的には同様であるが、磁気エンコーダ１における磁気トラック４の向く方向がアキシアル方向かラジアル方向かで変わっているため、この違いに応じて、図９のように、着磁ヨーク１１の先端部１９および磁気シールド部材２１の向く方向が、磁気エンコーダ１の円環中心Ｏ（図７）、すなわち回転軸心ＲＯ（図９（ａ），（ｂ））の方向となっている。また、着磁する磁気トラック４を切り換えるための着磁ヨーク１１および磁気シールド部材２１と磁気エンコーダ１とが相対移動する方向が、同図（ａ），（ｂ）に各位置決め状態を示すように、磁気エンコーダ１の半径方向となる。
　この構成の場合も、芯金２を折り曲げて剛性が高く回転振れが小さい折り曲げ板部２Ｅに近い側の磁気トラック４を、高精度を要求されかつ着磁極対数の多い主トラック５としたため、角度精度の向上，安定に寄与する。さらに、複列の磁気エンコーダ１を着磁する場合、角度を算出する磁気トラック４である主トラック５を最後に着磁することで、主トラック５の精度劣化を抑制し、高精度で絶対角を検出することができる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…磁気エンコーダ
２…芯金
２Ａ…円筒状部
２Ａａ…トラック形成面部
２Ｂ…折り曲げ板部
２Ｃ…取付部
２Ｄ…平板部
２Ｄａ…トラック形成面部
２Ｅ…折り曲げ板部
３…磁性部材
４…磁気トラック
５…主トラック
６…副トラック
７…磁気エンコーダの着磁装置
８…チャック
１０…モータ
１１…着磁ヨーク
１２…位置決め手段
１３…着磁電源
１４…制御手段
１９…先端部
２１…シールド部材
２９…位置決め装置

Claims (6)

  1. 　トラック形成面部の縁から折れ曲がって続く折り曲げ板部を有する環状の芯金と、この芯金の前記トラック形成面部に設けられた磁性部材にそれぞれＮ極とＳ極が交互に着磁された２列以上の隣合って並ぶ磁気トラックと備え、前記２列以上の磁気トラックとして、着磁極数が最も多く角度算出に使用される主トラックと、それらの位相差を算出するための副トラックとがあり、前記主トラックが前記副トラックよりも前記折り曲げ板部に近い側に位置する磁気エンコーダ。
  2. 　請求項１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記芯金は、外周面が前記トラック形成面部となる円筒状部と、この円筒状部から内径側に折れ曲がった前記折り曲げ板部と、この折り曲げ板部の内径側縁から前記円筒状部と反対側に同心で続く円筒状の取付部とを有する磁気エンコーダ。
  3. 　請求項１に記載の磁気エンコーダにおいて、前記芯金は、平板の環状で片面が前記トラック形成面部となる平板部と、この平板部の内径側縁から前記トラック形成面部と反対側に折れ曲がって続き円筒状の取付部となる前記折り曲げ板部とを有する磁気エンコーダ。
  4. 　請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気エンコーダにおいて、前記主トラックの方が前記副トラックよりも磁極のピッチの精度が高い磁気エンコーダ。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の磁気エンコーダを製造する方法であって、前記芯金の外周に前記磁性部材が設けられた未着磁の磁気エンコーダを製造した後、各列の磁気トラックを順次着磁し、この着磁の過程で、現在着磁を行わない磁気トラックまたは磁気トラックとなる部分を磁気シールド部材で遮蔽しながら、Ｎ極とＳ極とを１極ずつ交互に着磁する磁気エンコーダの製造方法。
  6. 　請求項５に記載の磁気エンコーダの製造方法において、前記副トラックを着磁した後、前記主トラックを着磁する磁気エンコーダの製造方法。
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