(57)【要約】  磁気式エンコーダ（１０）の多極マグネット（２１）を備えた多極側磁気検出部（１１）では、９０°の位相差の正弦波信号を出力する第１、第２磁気検出素子（Ａ１、Ｂ１）と、第３、第４磁気検出素子（Ａ２、Ｂ２）とが、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。第１、第３磁気検出素子（Ａ１、Ａ２）は電気角で同一位置に配置され、同相の正弦波信号を出力し、第２、第４磁気検出素子（Ｂ１、Ｂ２）は電気角で同一位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。第１、３磁気検出素子（Ａ１、Ａ２）の出力信号の和信号を取り、第２、４磁気検出素子（Ｂ１、Ｂ２）の出力信号の和信号を取ることにより、２極マグネット（２２）からの磁束に起因する第１〜第４磁気検出素子（Ａ１〜Ｂ２）の検出信号の誤差成分、多極マグネット（２１）の回転振れに起因する検出信号の誤差成分を除去あるいは大幅に抑制でき、回転角度を精度良く検出できる。
2008136054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネットと、
当該多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第１および第２磁気検出素子と、
前記多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第３および第４磁気検出素子と、
前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号とに基づき、前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Ｐは４以上の偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第２および第４磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されていることを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項３】
請求項１に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は奇数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに３６０°／Ｐだけオフセットした位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項４】
請求項１に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は奇数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の差信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の差信号とに基づき、前記回転軸の回転位置を表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項５】
円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネット、当該多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第１および第２磁気検出素子、および、前記多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第３および第４磁気検出素子を備えている多極側磁気検出部と、
円周方向に沿って等角度間隔で２極着磁されている２極マグネット、および、当該２極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力する一対の磁気検出素子を備えている２極側磁気検出部と、
前記第１ないし第４磁気検出素子の出力信号、および、前記一対の磁気検出素子の出力信号に基づき、前記２極マグネットおよび前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Ｐは４以上の偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第２および第４磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されていることを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項６】
請求項５に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の１／Ｍ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項７】
請求項５に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は奇数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに３６０°／Ｐだけオフセットした位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号とに基づき、前記回転軸の１／Ｐｐ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項８】
請求項５に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）は奇数であり、
前記第１および第２磁気検出素子と、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた位置に配置されており、
前記信号処理回路は、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の差信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の差信号とに基づき、前記回転軸の１／Ｐｐ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成することを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項９】
請求項６に記載の磁気式エンコーダを用いて回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを検出する絶対回転位置検出方法であって、
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記２極側磁気検出部から得られる各絶対値θｔに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θｅｌｔを測定して割り当てておくと共に、前記２極側磁気検出部の各絶対値θｔに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Ｎｘを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記２極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｔｉを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｅｌｒを計測し、
計測した前記絶対値θｔｉに割り当てられている前記絶対値θｅｌｔと、計測された前記絶対値θｅｌｒとに基づき、前記絶対値θｔｉに割り当てられている仮の前記磁極対番号Ｎｘを補正して、磁極対番号Ｎｒを算出し、
前記回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを、多極側磁気検出部の出力信号の１周期分の電気角に相当する機械角θｅｌｐ（＝３６０°／Ｐｐ）を用いて、次式により算出することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
θａｂｓ＝（Ｎｒ×θｅｌｐ＋θｅｌｒ）／Ｐｐ
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとし、Ｍを２以上の整数とした場合に、当該２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定し、
θｅｌｔ≧θｅｌｐ／Ｍの場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｐ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ＋１とし、
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｐ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ−１とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとすると、前記２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記２極側磁気検出部における前記多極側磁気検出部の各磁極対に対する分解能の最小値をＲｔｍｉｎとすると、前記２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／２）−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【請求項１３】
請求項７に記載の磁気式エンコーダを用いて回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを検出する絶対回転位置検出方法であって、
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記２極側磁気検出部から得られる各絶対値θｔに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θｅｌｔを測定して割り当てておくと共に、前記２極側磁気検出部の各絶対値θｔに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Ｎｘを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記２極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｔｉを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｅｌｒを計測し、
計測した前記絶対値θｔｉに割り当てられている前記絶対値θｅｌｔと、計測された前記絶対値θｅｌｒとに基づき、前記絶対値θｔｉに割り当てられている仮の前記磁極対番号Ｎｘを補正して、磁極対番号Ｎｒを算出し、
前記回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを、多極側磁気検出部の出力信号の１周期分の電気角に相当する機械角θｅｌｐ（＝３６０°／Ｐｐ）を用いて、次式により算出することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
θａｂｓ＝（Ｎｒ×θｅｌｐ＋θｅｌｒ）／Ｐｐ
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとし、Ｍを２以上の整数とした場合に、当該２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定し、
θｅｌｔ≧θｅｌｐ／Ｍの場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｐ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ＋１とし、
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｐ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ−１とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとすると、前記２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【請求項１６】
請求項１３に記載の絶対回転位置検出方法において、
前記２極側磁気検出部における前記多極側磁気検出部の各磁極対に対する分解能の最小値をＲｔｍｉｎとすると、前記２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／２）−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定することを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多極マグネットを用いて、回転軸の絶対回転位置を検出し、あるいは回転軸の回転に伴ってインクリメンタル信号を生成する磁気式エンコーダに関する。特に、本発明は、多極マグネットおよび２極マグネットを用いて、回転軸の絶対回転位置の検出を精度良く行うことのできる磁気式エンコーダおよび絶対回転位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーボモータなどの回転軸の回転位置を検出するために磁気式エンコーダが用いられている。このような磁気式エンコーダは、例えば、特許文献１〜３に開示されている。特許文献１に開示の位置検出装置では、２極着磁されたマグネットリングの回転に伴って９０°の位相差を有する正弦波信号が検出されるように、９０°の角度間隔で一対のホール素子が配置されている。ホール素子の出力の差を取ることにより、外乱などによる誤差成分を半減するようにしている。【０００３】
特許文献２に開示のサインコサイン出力センサでは、２極着磁されたマグネットリングの外周に、９０°の等角度間隔で４個のホール素子が配置され、これらの出力に基づき回転位置の検出精度を向上させるようにしている。【０００４】
特許文献３に開示のエンコーダ装置では、回転軸の回転位置を精度良く検出するために、２極の磁気エンコーダと、６４極の磁気エンコーダを用いて、４０９６分割（６４×６４）の１２ビット絶対値出力を得るようにしている。この磁気エンコーダでは、２極の磁気エンコーダにより上位の６ビットを生成し、６４極の磁気エンコーダにより下位の６ビットを生成している。
【特許文献１】特開昭５８−１６２８１３号公報
【特許文献２】特開２００１−０５０７７４号公報
【特許文献３】実開平０６−１０８１３号公報
【０００５】
ここで、マグネットリングを用いた磁気エンコーダにおいては、マグネットリングの回転振れによる磁束密度の変動が検出角度の精度低下の要因になる。また、多極マグネットリングを用いる場合には、各磁極の磁束密度のバラツキが検出角度の精度低下の要因になる。【０００６】
さらに、特許文献３に開示のエンコーダ装置のように、２極着磁されたマグネットリングと多極着磁されたマグネットリングを用いる場合には、次のような検出角度の精度低下の要因がある。すなわち、多極着磁されたマグネットリングの磁束を検出するホール素子などの磁気検出素子は、隣接配置されている２極着磁されたマグネットリングからの磁束の影響を受け、検出信号に誤差成分が乗り、検出角度の精度低下を招くおそれがある。【０００７】
また、特許文献３に開示のエンコーダ装置では、２極の磁気エンコーダの精度を、６４極の磁気エンコーダの６ビットに等しいものとする必要がある。したがって、これ以上の高精度の出力を得るためには、２極の磁気エンコーダの精度を更に高める必要があるので、高精度化が困難である。また、２極の磁気エンコーダの出力信号と、６４極の磁気エンコーダの出力信号の立ち上がり点を合わせる必要があり、そのための調整に時間が掛かるという問題点がある。
【発明の開示】
【０００８】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、多極マグネットを用いて精度良く角度検出を行うことのできる磁気式エンコーダを提案することにある。
【０００９】
また、本発明の課題は、多極マグネットおよび２極マグネットを用いて、精度良く絶対回転位置を検出することのできる磁気式エンコーダを提案することにある。
【００１０】
さらに、本発明の課題は、多極マグネットおよび２極マグネットを備えた磁気式エンコーダを用いて、精度良く絶対回転位置を検出することのできる絶対回転位置検出方法を提案することにある。
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の磁気式エンコーダは、
円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネットと、
当該多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第１および第２磁気検出素子と、
前記多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第３および第４磁気検出素子と、
前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号あるいは差信号とに基づき、前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Ｐは４以上の偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第２および第４磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
本発明の磁気式エンコーダでは、第１および第２磁気検出素子と、第３および第４磁気検出素子とが、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。かかる配置を採用することにより、多極マグネットの回転振れによる磁束密度の変動に起因する磁気検出素子の検出精度の低下を抑制できる。また、外乱による磁束密度の変動に起因する磁気検出素子の検出精度の低下を抑制できる。したがって、多極マグネットを用いて精度良く回転軸の回転位置を検出可能な磁気式エンコーダを実現できる。
【００１３】
ここで、前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が偶数の場合には、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子を、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°離れた位置に配置すればよい。この場合には、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。したがって、前記信号処理回路において、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号を取ることにより、前記多極マグネットの回転振れ等に起因する誤差成分を除去することができる。
【００１４】
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合には、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子を、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに３６０°／Ｐだけオフセットした位置に配置すればよい。このようにすれば、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。したがって、前記信号処理回路において、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号を取ることにより、前記多極マグネットの回転振れ等に起因する誤差成分を除去することができる。
【００１５】
前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合において、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子を、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°離れた角度位置に配置することも可能である。この場合には、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。したがって、前記信号処理回路では、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の差信号を取り、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の差信号を取ることにより、回転軸の回転振れに起因する誤差成分を除去することができる。
【００１６】
次に、本発明の磁気式エンコーダは、
円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネット、当該多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第１および第２磁気検出素子、および、前記多極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第３および第４磁気検出素子を備えている多極側磁気検出部と、
円周方向に沿って等角度間隔で２極着磁されている２極マグネット、および、当該２極マグネットの回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力する一対の磁気検出素子を備えている２極側磁気検出部と、
前記第１ないし第４磁気検出素子の出力信号、および、前記一対の磁気検出素子の出力信号に基づき、前記２極マグネットおよび前記多極マグネットが同軸状態で固定されている回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを表す信号を生成する信号処理回路とを有しており、
前記多極マグネットの磁極数Ｐは４以上の偶数であり、
前記第１および第２磁気検出素子と、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で約１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されており、
前記第２および第４磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置あるいは１８０°離れた角度位置に配置されていることを特徴としている。
【００１７】
ここで、前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が偶数の場合には、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子を、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°離れた位置に配置すればよい。この場合には、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。また、前記信号処理回路においては、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、これらの和信号に基づき、前記回転軸の１／Ｐｐ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成する。
【００１８】
このように、機械角で１８０°離れた角度位置にある磁気検出素子の出力信号を合成することにより、前記多極マグネットの回転振れに起因する出力信号の誤差成分を除去できる。また、同相の正弦波信号を合成することにより、２極マグネットからの磁束に起因する出力信号の誤差成分も除去できる。よって、回転軸の絶対位置θｅｌｒを精度良く検出することができる。
【００１９】
これに対して、前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合には、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子は、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０度離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りに３６０°／Ｐだけオフセットした位置に配置すればよい。このようにすれば、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。前記信号処理回路では、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の和信号を取り、これらの和信号に基づき、前記回転軸の１／Ｐｐ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成する。
【００２０】
この場合においても、機械角で１８０°離れた角度位置にある磁気検出素子の出力信号を合成することにより、前記多極マグネットの回転振れに起因する出力信号の誤差成分を除去できる。また、同相の正弦波信号を合成することにより、２極マグネットからの磁束に起因する出力信号の誤差成分も除去できる。よって、回転軸の絶対位置θｅｌｒを精度良く検出することができる。
【００２１】
ここで、２極マグネットが多極マグネットから離れて配置されている場合、双方のマグネットの間が磁気遮蔽されている場合などのように、２極マグネットからの磁束による影響が小さいときには、前記多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合に、前記第１および第２磁気検出素子に対して、前記第３および第４磁気検出素子を、前記多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°離れた位置に配置してもよい。
【００２２】
この場合には、前記第１および第３磁気検出素子は、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。前記信号処理回路では、前記第１磁気検出素子の出力信号および前記第３磁気検出素子の出力信号の差信号と、前記第２磁気検出素子の出力信号および前記第４磁気検出素子の出力信号の差信号とに基づき、前記回転軸の１／Ｐｐ回転内の絶対位置θｅｌｒを表す信号を生成する。
【００２３】
逆相の正弦波信号を合成しているので、２極マグネットからの磁束に起因する出力信号の誤差成分を除去することができないが、機械角で１８０°離れた角度位置にある磁気検出素子の出力信号を合成しているので、前記多極マグネットの回転振れに起因する出力信号の誤差成分を除去できる。２極マグネットからの磁束に起因して、多極マグネットの側の第１〜第４磁気検出素子の出力信号に表れる誤差成分が少ない場合には、かかる構成を採用することができる。
【００２４】
次に、本発明は、多極マグネットおよび２極マグネットを備えた上記構成の磁気式エンコーダを用いて回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを検出する絶対回転位置検出方法であって、
前記回転軸の回転位置の検出動作に先立って、当該回転軸を回転して、前記２極側磁気検出部から得られる各絶対値θｔに対する前記多極側磁気検出部から得られる絶対値θｅｌｔを測定して割り当てておくと共に、前記２極側磁気検出部の各絶対値θｔに対して前記多極マグネットの仮の磁極対番号Ｎｘを割り当てておき、
前記回転軸の回転位置の検出開始時においては、
前記２極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｔｉを計測し、
前記多極側磁気検出部による前記回転軸の絶対値θｅｌｒを計測し、
計測した前記絶対値θｔｉに割り当てられている前記絶対値θｅｌｔと、計測された前記絶対値θｅｌｒとに基づき、前記絶対値θｔｉに割り当てられている仮の前記磁極対番号Ｎｘを補正して、磁極対番号Ｎｒを算出し、
前記回転軸の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを、多極側磁気検出部の出力信号の１周期分の電気角に相当する機械角θｅｌｐ（＝３６０°／Ｐｐ）を用いて、次式により算出することを特徴としている。
θａｂｓ＝（Ｎｒ×θｅｌｐ＋θｅｌｒ）／Ｐｐ
【００２５】
ここで、前記２極側絶対値エンコーダの分解能をＲｔとすると、前記２極側絶対値エンコーダの精度あるいは角度再現性Ｘが次式を満足する場合には、以下のようにして、仮の磁極対番号Ｎｘｉから正確な磁極対番号Ｎｒを決定することができる。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／２）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ
【００２６】
すなわち、θｅｌｔ≧θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとし、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ＋１とする。
【００２７】
逆に、θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとし、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ−１とする。
【００２８】
なお、前記２極側絶対値エンコーダにおける前記多極側絶対値エンコーダの各磁極対に対する分解能の最小値がＲｔｍｉｎの場合には、前記２極側絶対値エンコーダの角度再現性Ｘが次式を満足するようにすればよい。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／２）−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ
【００２９】
ここで、一般的には、Ｍを２以上の整数とし、前記２極側絶対値エンコーダの精度あるいは角度再現性Ｘが次式を満足する場合には、以下のようにして、仮の磁極対番号Ｎｘｉから正確な磁極対番号Ｎｒを決定することができる。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ
【００３０】
θｅｌｔ≧θｅｌｐ／Ｍの場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとし、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ＋１とする。
【００３１】
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとし、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば、補正磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ−１とする。
【００３２】
また、前記２極側絶対値エンコーダにおける前記多極側絶対値エンコーダの各磁極対に対する分解能の最小値がＲｔｍｉｎの場合には、前記２極側絶対値エンコーダの角度再現性Ｘが次式を満足すればよい。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／Ｍ）−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ
【００３３】
本発明の絶対回転位置検出方法によれば、回転軸の絶対位置検出のための分解能は、多極側絶対値エンコーダの分解能をＲｍとすると、Ｐｐ×Ｒｍによって規定され、検出精度は多極側絶対値エンコーダの分解能にのみ依存する。２極側絶対値エンコーダの分解能および精度は、絶対位置検出の分解能および精度には無関係であり、磁極対番号を得るためにのみ使用される。したがって、本発明によれば、２極側絶対値エンコーダの分解能、精度を高めることなく、高分解能の磁気式絶対値エンコーダを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１の磁気式エンコーダを示す概略ブロック図である。
【図２】図１の磁気検出部の説明図および信号結線図である。
【図３】本発明の実施の形態２の磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その２極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。
【図４】図３の多極側磁気検出部の説明図および信号結線図である。
【図５】図３の信号処理回路に入力されるＡ相信号波形およびＢ相信号波形を示す信号波形図、および、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を示す図である。
【図６】図３の２極側磁気検出部および多極側磁気検出部の出力波形を示す信号波形図および、その一部を時間軸方向に伸長させた状態で示す説明図である。
【図７】機械角絶対位置の算出処理フローを示すフローチャートである。
【図８】図７におけるステップＳＴ１３からステップＳＴ１９に到る処理動作を示す説明図である。
【図９】図７におけるステップＳＴ１３からステップＳＴ２１に到る処理動作を示す説明図である。
【図１０】機械角絶対位置の算出処理フローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態３の磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その２極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。
【図１２】図１１の多極側磁気検出部の説明図および信号結線図である。
【図１３】図１１の信号処理回路に入力されるＡ相信号波形およびＢ相信号波形を示す信号波形図、および、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４の磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その２極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。
【図１５】図１４の多極側磁気検出部の説明図および信号結線図である。
【図１６】比較例としての磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その２極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。
【図１７】比較例における多極側磁気検出部の説明図、信号処理回路に入力されるＡ相信号波形およびＢ相信号波形を示す信号波形図、および、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を示す図である。
【図１８】比較例における多極側磁気検出部の説明図、信号処理回路に入力されるＡ相信号波形およびＢ相信号波形を示す信号波形図、および、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した磁気式エンコーダの実施の形態を説明する。【００３６】
（実施の形態１）
図１は本発明を適用した多極マグネットを備えた磁気式エンコーダを示す概略ブロック図である。磁気式エンコーダ１は、円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネット２と、この多極マグネット２の円形外周面２ａに沿って隣接配置した第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、同じく円形外周面２ａに沿って隣接配置した第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２と、これら第１〜第４磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の出力信号に基づき、検出対象の回転軸、例えば、サーボモータ３の回転軸４の回転位置を表す信号を生成する信号処理回路５とを有している。【００３７】
図２（ａ）および（ｂ）は磁気式エンコーダ１の磁気検出部を示す説明図および出力信号の結線図である。本例の多極マグネット２は、磁極数Ｐ＝２８となるように、等角度間隔で円周方向にＮ極とＳ極が交互に形成されている。第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１は、多極マグネット２の回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように、電気角で９０°離れるように隣接配置されている。換言すると、磁極幅の１／２だけ円周方向に離れた状態で隣接配置されている。同様に、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２も相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように、電気角で９０°離れるように隣接配置されている。【００３８】
また、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２は、多極マグネット２の円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。多極マグネット２の磁極数Ｐ＝２８であり、磁極対Ｐｐ＝１４で偶数であるので、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ３は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。また、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。【００３９】
信号処理回路５は図２（ｂ）に示すように結線された信号合成回路６を備えている。この信号合成回路６では、第１磁気検出素子Ａ１の出力信号および第３磁気検出素子Ａ２の出力信号の和信号Ａ＋と、その反転信号Ａ−を得る。また、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の和信号Ｂ＋と、その反転信号Ｂ−を得る。信号処理回路５では、これらの信号に基づき、回転軸４の回転位置を表す信号を生成して出力する。【００４０】
本例の磁気式エンコーダ１では、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２とが、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。かかる配置を採用することにより、多極マグネット２の回転振れによる磁束密度の変動に起因する磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の検出精度の低下を抑制できる。また、外乱による磁束密度の変動に起因する磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の検出精度の低下を抑制できる。したがって、多極マグネット２を用いて精度良く回転軸４の回転位置を検出可能な磁気式エンコーダを実現できる。【００４１】
ここで、多極マグネット２の磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合には、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１に対して、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネット２の円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りにδ（＝３６０°／Ｐ）だけオフセットした位置に配置すればよい。【００４２】
例えば、図２（ｃ）に示すように、多極マグネット２Ａの磁極数Ｐ＝２６で、磁極対Ｐｐ＝１３の場合には、δ＝３６０°／２６だけ機械角で１８０°の位置からオフセットさせればよい。このようにすれば、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。【００４３】
したがって、図２（ｄ）に示すように、信号合成回路６において、第１磁気検出素子Ａ１の出力信号および第３磁気検出素子Ａ２の出力信号の和信号Ａ＋を取り、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の和信号を取ることにより、多極マグネット２Ａの回転振れに起因する誤差成分、および外乱磁束に起因する誤差成分を除去することができる。【００４４】
なお、多極マグネット２Ａの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合においても、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネット２Ａの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°離れた角度位置に配置することが可能である。図２（ｅ）には磁極数Ｐ＝２６で磁極対Ｐｐ＝１３の場合を示してある。この場合には、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。同様に、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。したがって、図２（ｆ）に示すように、信号合成回路６Ａにおいて、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２を逆相に並列接続して、これらの出力信号の差信号Ａ＋と、その反転信号Ａ−を取る。同様にして、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の差信号Ｂ＋と、その反転信号Ｂ−を取る。これらの合成信号に基づき、回転軸の回転振れに起因する誤差成分を除去することができる。【００４５】
（実施の形態２）
次に、図３（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、本発明を適用した実施の形態２に係る磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、その２極側磁気検出部を示す説明図、および、その多極側磁気検出部を示す説明図である。【００４６】
磁気式エンコーダ１０は、多極側磁気検出部１１と、２極側磁気検出部１２と、これらの検出部１１、１２から得られる信号に基づき、検出対象の回転軸、例えばサーボモータ１３の回転軸１４の１回転内の機械的絶対位置θａｂｓを表す信号を生成する信号処理回路１５とを有している。【００４７】
多極側磁気検出部１１は、円周方向に沿って等角度間隔でＮ極、Ｓ極が交互に形成されている多極マグネット２１と、多極マグネット２１の回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、多極マグネット２１の回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように隣接配置されている第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２とを備えている。２極側磁気検出部１２は、円周方向に沿って等角度間隔で２極着磁されている２極マグネット２２と、２極マグネット２２の回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力する一対の磁気検出素子Ａｏ、Ｂｏを備えている。多極マグネット２１および２極マグネット２２は、回転軸１４に対して同軸状態に固定されており、当該回転軸１４と一体回転する。【００４８】
図４（ａ）および（ｂ）は多極側磁気検出部１１を示す説明図および出力信号の結線図である。多極側磁気検出部１１は、図１および図２（ａ）、（ｂ）に示す磁気検出部と同一構造である。すなわち、多極マグネット２１は、磁極数Ｐ＝２８となるように、等角度間隔で円周方向にＮ極とＳ極が交互に形成されている。第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１は、多極マグネット２１の回転に伴って、相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように、電気角で９０°離れるように隣接配置されている。換言すると、磁極幅の１／２だけ円周方向に離れた状態で隣接配置されている。同様に、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２も相互に９０°の位相差を有する正弦波信号を出力するように、電気角で９０°離れるように隣接配置されている。【００４９】
また、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２は、多極マグネット２１の円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。多極マグネット２１の磁極数Ｐ＝２８であり、磁極対Ｐｐ＝１４で偶数であるので、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。また、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。【００５０】
信号処理回路１５は図４（ｂ）に示すように結線された信号合成回路１６を備えている。この信号合成回路１６では、第１磁気検出素子Ａ１の出力信号および第３磁気検出素子Ａ２の出力信号の和信号Ａ＋と、その反転信号Ａ−を得る。また、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の和信号Ｂ＋と、その反転信号Ｂ−を得る。【００５１】
本例の磁気式エンコーダ１０では、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２とが、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。かかる配置を採用することにより、多極マグネット２１の回転振れによる磁束密度の変動に起因する磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の検出精度の低下を抑制できる。【００５２】
また、同相の正弦波信号を合成することにより、２極マグネット２２からの磁束に起因する第１〜第４磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の出力信号の誤差成分も除去できる。よって、回転軸１４の回転位置を精度良く検出することができる。【００５３】
例えば、２極マグネット２２からの磁束の影響により、第１〜第４磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２のオフセット値が１０％変動した場合について測定したところ、図５（ａ）に示すような９０°位相差のあるＡ相出力およびＢ相出力が得られ、これらの信号に含まれる２極マグネット２２による誤差成分を計算したところ、図５（ｂ）に示すようにほぼ零となることが確認された。【００５４】
（絶対位置θａｂｓの算出法）
次に、本例の信号処理回路１５の構成および信号処理動作を説明する。信号処理回路１５は、図３（ａ）に示すように、信号合成回路１６を介して得られる多極側磁気検出部１１からの出力信号に基づき回転軸１４の１／Ｐｐ回転内の絶対値θｅｌを算出する演算回路１７と、２極側磁気検出部１２からの出力信号に基づき回転軸１４の１回転内の絶対値θｔを算出する演算回路１８と、対応テーブル１９ａを参照して絶対値θｅｌおよびθｔに基づき、回転軸１４の１回転内の機械的絶対位置θａｂｓを算出する演算回路１９とを備えている。【００５５】
詳細に説明すると、演算回路１８では、２極側磁気検出部１２の一対のホール素子Ａｏ、Ｂｏから出力される９０°の位相差のある正弦波信号から、分解能Ｒｔ、すなわち機械角０〜３６０度の絶対位置θｔを演算する。演算回路１７では、多極側磁気検出部１１の第１〜第４磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２の出力から合成された９０°の位相差のある正弦波信号から、分解能Ｒｍ、すなわち、電気角０〜３６０度（機械角０〜３６０／Ｐｐ）の絶対位置θｅｌｒを演算する。演算回路１９では、θｅｌｐ（＝３６０度／Ｐｐ）と、後述のように算出される磁極対番号Ｎｒとを用いて、回転軸１４の１回転内の機械角絶対位置θａｂｓを次式により算出する。
θａｂｓ＝（Ｎｒ×θｅｌｐ＋θｅｌｒ）／Ｐｐ    （１）【００５６】
ここで、磁極対番号Ｎｒを正確に算出するために、２極側磁気検出部１２の精度あるいは角度再現性Ｘが次式を満足するように設定されている。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／２−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ    （２）【００５７】
図６（ａ）には、細線でホール素子Ａｏから出力される２極側の信号波形を示し、太線で信号合成回路１６から得られる多極側の信号波形を示してある。図６（ｂ）はその一部を横軸（時間軸）の方向に拡大して示してある。【００５８】
次に、図７は磁極対番号Ｎｒの算出手順を示すフローチャートであり、図８および図９はＮｒ算出動作を示す説明図である。各記号の意味を以下に列記する。
Ｒｍ：多極側磁気検出部の分解能
Ｒｔ：２極側磁気検出部の分解能
θｅｌｒ：多極側磁気検出部の実際の絶対値（０〜（θｅｌｐ−１））
θｅｌｔ：多極側磁気検出部の仮の絶対値（０〜（θｅｌｐ−１））
θｔｉ：２極側磁気検出部の絶対値（０〜（θｔｐ−１））
Ｐｐ：多極マグネットの磁極対数
Ｎｒ：多極マグネットの実際の磁極対番号（０〜（Ｐｐ−１））
Ｎｘ：多極マグネットの仮の磁極対番号（０〜（Ｐｐ−１））【００５９】
まず、磁気式ンコーダ１０では、実際の検出動作に先立って、一定の温度、回転振れ、速度にて、回転軸１４を回転駆動して、２極側磁気検出部１２および多極側磁気検出部１１の出力を測定する。すなわち、２極側磁気検出部１２の絶対値θｔｉに対する多極側磁気検出部１１の仮の絶対値θｅｌｔを測定する。次に、２極側磁気検出部１２の各々の絶対値θｔｉに対して、多極マグネット２１の仮の磁極対番号Ｎｘを割り当てる。これらの情報を対応テーブル１９ａにして不揮発性メモリなどに記憶保持しておく（図７のステップＳＴ１１）。【００６０】
実際の検出動作の開始時には、２極側磁気検出部１２による回転軸１４の絶対値θｔｉを計測する（図７のステップＳＴ１２）。この絶対値θｔｉを用いて対応テーブル１９ａを参照して、当該絶対値θｔｉに割り当てられている多極側磁気検出部１１の仮の絶対値θｅｌｔと、多極マグネット２１の仮の磁極対番号Ｎｘとを読み出す（図７のステップＳＴ１３）。さらに、この動作と同時に、あるいは前後して、多極側磁気検出部１１による回転軸１４の絶対値θｅｌｒを計測する（図７のステップＳＴ１４）。【００６１】
ここで、実際の絶対値θｅｌｒに対する２極側磁気検出部１２の絶対値θｔｉは、温度、速度等の動作状況により変化し、一定の関係ではない。よって、対応テーブル１９ａにおいて対応付けされている絶対値θｔｉと絶対値θｅｌｔが、実際の回転状態においては対応しないことが多い。すなわち、上記の式（２）で規定される角度再現性Ｘの範囲内で変動する。【００６２】
そこで、次のようにして仮の磁極対番号Ｎｘを補正して正確な磁極対番号Ｎｒを算出している。【００６３】
まず、仮に割り当てられている絶対値θｅｌｔが値θｅｌｐ／２以上であるか否かを判別する（図７のステップＳＴ１５）。【００６４】
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、計測された絶対値θｅｌｒが（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）より小さいか否かを判別する（図７のステップＳＴ１６）。この判別結果に基づき、次のように磁極対番号Ｎｒを決定する。【００６５】
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）ならば、磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとする（図７のステップＳＴ１９）。逆に、θｅｌｒ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）ならば、磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ−１とする（図７のステップＳＴ１８）。【００６６】
図８には、図７のステップＳＴ１３からステップＳＴ１８、１９に到る処理手順を示してある。この図に示すように、回転軸１４の軸振れなどの回転状況が原因となって、２極側磁気検出部１２の絶対値がθｔｉの場合に、多極側磁気検出部１１の絶対値θｅｌｒが変動幅Δで変動する。回転軸１４の回転量が少ない方に振れた場合には、当該回転軸１４の実際の回転位置は、磁極対番号Ｎｘ−１が割り当てられた角度範囲内となってしまう。この場合には、実際の絶対値θｅｌｒが（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／２）よりも大きな値をとるので、これに基づき、実際の磁極対番号ＮｒがＮｘ−１であることを判別できる。【００６７】
一方、θｅｌｔ≧θｅｌｐ／２の場合には、計測された絶対値θｅｌｒが（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）より小さいか否かを判別する（図７のステップＳＴ１７）。この判別結果に基づき次のように磁極対番号Ｎｒを決定する。【００６８】
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）ならば、磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘとする（図７のステップＳＴ２０）。逆に、θｅｌｒ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）ならば、磁極対番号Ｎｒ＝Ｎｘ＋１とする（図７のステップＳＴ２１）。【００６９】
図９には、図７のステップＳＴ１３からステップＳＴ２０、２１に到る処理手順を示してある。この図に示すように、回転軸１４の軸振れなどの回転状況が原因となって、２極側磁気検出部１２の絶対値がθｔｉの場合に、多極側磁気検出部１１の絶対値θｅｌｒが変動幅Δで変動する。回転軸１４の回転量が多い方に振れた場合には、当該回転軸１４の実際の回転位置は、磁極対番号Ｎｘ＋１が割り当てられた角度範囲内となってしまう。この場合には、実際の絶対値θｅｌｒが（θｅｌｔ−θｅｌｐ／２）よりも小さな値をとるので、これに基づき、実際の磁極対番号ＮｒがＮｘ＋１であることを判別できる。【００７０】
このようにして磁極対番号Ｎｒを算出して、前述の式（１）に基づき、回転軸１４の機械角絶対位置θａｂｓを算出する。なお、この後は、多極側磁気検出部１１の絶対値θｅｌｒの増減に基づき順次、回転軸１４の機械角絶対位置θａｂｓを検出できる。【００７１】
以上説明したように、本例の磁気式エンコーダ１９を用いれば、検出の分解能、精度は多極側磁気検出部１１によって規定され、２極側磁気検出部１２の分解能、精度によって検出の分解能、精度が制約されることがない。また、２極側磁気検出部１２および多極側磁気検出部１１の検出信号の立ち上がりを合わせる調整作業も必要がない。【００７２】
次に、多極側磁気検出部１１の各磁極対に対応する２極側磁気検出部１２の分解能の大きさＲｔｉにバラツキがあってもよい。各磁極対に対する２極側磁気検出部１２の分解能Ｒｔｉの総和がＲｔになればよい。各分解能Ｒｔｉの最小値がＲｔｍｉｎの場合には、磁極対番号Ｎｒを正確に算出するためには、２極側磁気検出部１２の精度あるいは角度再現性Ｘを次式のように設定すればよい。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／２−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ    （２Ａ）【００７３】
また、一般的には、Ｍを２以上の整数とした場合に、２極側磁気検出部１２の精度あるいは角度再現性Ｘを次式を満足するように設定すれば、図１０に示すフローにしたがって機械角絶対位置θａｂｓを算出することができる。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／Ｍ−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ    （２Ｂ）【００７４】
この場合においても、多極側磁気検出部１１の各磁極対に対応する２極側磁気検出部１２の分解能の大きさＲｔｉの最小値がＲｔｍｉｎの場合には、磁極対番号Ｎｒを正確に算出するためには、２極側磁気検出部１２の精度あるいは角度再現性Ｘを次式を満足するように設定すればよい。
Ｘ＜２×（（θｅｌｐ／Ｍ−（θｅｌｐ／Ｒｔｍｉｎ））／Ｐｐ    （２Ｃ）【００７５】
（実施の形態３）
次に、多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合には、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１に対して、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置に配置すると、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ３は電気角で１８０°離れた位置となり、それの出力が逆位相となる。同様に、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も電気角で１８０°離れた位置となり、それらの出力が逆位相となる。逆位相の出力信号の差を取って、Ａ相信号およびＢ相信号を生成しても、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を除去することができない。【００７６】
そこで、図１１および図１２に示すように、本発明の実施の形態３に係る磁気式エンコーダ２０の多極側磁気検出部１１Ａでは、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１に対して、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネット２１Ａの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置を中心として時計回り、あるいは反時計回りにδ（＝３６０°／Ｐ）だけオフセットした位置に配置してある。これ以外の構成は上記の磁気式エンコーダ１０と同一である。【００７７】
このようにすれば、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。同様に、前記第２および第４磁気検出素子も、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。【００７８】
信号処理回路１５の信号合成回路１６では、第１磁気検出素子Ａ１の出力信号および第３磁気検出素子Ａ２の出力信号の和信号を取り、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の和信号を取り、これらの和信号に基づき、精度良く回転軸１４の回転位置を検出できる。【００７９】
例えば、２極マグネット２２からの磁束の影響により、第１〜第４磁気検出素子Ａ１〜Ｂ２のオフセット値が１０％変動した場合について測定したところ、図１３（ａ）に示すような９０°位相差のあるＡ相出力およびＢ相出力が得られ、２極マグネット２２による誤差成分を計算したところ、図１３（ｂ）に示すように大幅に低減されることが確認された。後述の比較例（図１８参照）における場合に発生する誤差成分の約１／８に低減されることが確認された。【００８０】
（実施の形態４）
次に、上記の磁気式エンコーダ２０において、２極マグネット２２が多極マグネット２１Ａから離れて配置されている場合、双方のマグネット２１Ａ、２２の間が磁気遮蔽されている場合などのように、２極マグネット２２からの磁束による影響が小さいときには、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネット２１Ａの円周方向に沿って、機械角で丁度１８０°度離れた位置に配置してもよい。【００８１】
図１４および図１５には、この場合の磁気式エンコーダの構成を示してある。この磁気式エンコーダ３０における多極側磁気検出部１１Ｂでは、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２が、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。同様に、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も、電気角で、１８０°離れた角度位置に配置され、逆相の正弦波信号を出力する。【００８２】
図１５（ｂ）に示すように、信号処理回路１５の信号合成回路１６Ａでは、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２を逆相に並列接続して、これらの出力信号の差信号Ａ＋と、その反転信号Ａ−を取る。同様にして、第２磁気検出素子Ｂ１の出力信号および第４磁気検出素子Ｂ２の出力信号の差信号Ｂ＋と、その反転信号Ｂ−を取る。これらの合成信号に基づき、回転軸の回転振れに起因する誤差成分を除去することができる。【００８３】
なお、これ以外の構成は前述の磁気式エンコーダ１０あるいは磁気式エンコーダ２０と同一である。【００８４】
（比較例）
図１６は比較例としての磁気式エンコーダを示す概略ブロック図、２極側磁気検出部の説明図および多極側磁気検出部の説明図である。この比較例は、前述の実施の形態２の磁気式エンコーダ１０および実施の形態３の磁気式エンコーダ３０との比較のためのものである。【００８５】
比較例の磁気式エンコーダ４０において、多極側磁気検出部１１Ｃは、隣接配置された一対の第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１のみを備えおり、信号処理回路１５Ａでは、これらの出力信号に基づき絶対値θｅｌｒを演算している。【００８６】
比較例の磁気式エンコーダ４０の多極マグネットとして、図１７（ａ）に示すように、磁極数Ｐ＝２８の多極マグネット２１を用いた。この場合において、２極マグネット２２からの磁束の影響により、磁気検出素子Ａ１、Ｂ１のオフセット値が１０％変動した場合について測定したところ、図１７（ｂ）に示すような９０°位相差のあるＡ相出力およびＢ相出力が得られ、２極マグネット２２による誤差成分を計算したところ、図１７（ｃ）に示すように大きく表れた。【００８７】
また、比較例の磁気式エンコーダ４０の多極マグネットとして、図１８（ａ）に示すように、磁極数Ｐ＝２６の多極マグネット２１Ａを用いた。この場合において、２極マグネット２２からの磁束の影響により、磁気検出素子Ａ１、Ｂ１のオフセット値が１０％変動した場合について測定したところ、図１８（ｂ）に示すような９０°位相差のあるＡ相出力およびＢ相出力が得られ、２極マグネット２２による誤差成分を計算したところ、図１８（ｃ）に示すように大きく表れた。【００８８】
これらの比較例における誤差成分を、実施の形態２、３における誤差成分を表す図５（ｂ）、図１３（ｂ）と比較すると明らかなように、本発明による磁気式エンコーダによれば、２極マグネットからの磁束の影響による誤差を大幅に除去できることが分かる。
【図１】
2008136054.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年1月5日(2010.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１と、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２は、多極マグネット２の円周方向に沿って、機械角で１８０°離れた角度位置に配置されている。多極マグネット２の磁極数Ｐ＝２８であり、磁極対Ｐｐ＝１４で偶数であるので、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は、電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。また、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も電気角で、同一角度位置に配置され、同相の正弦波信号を出力する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
（実施の形態３）
次に、多極マグネットの磁極対数Ｐｐ（＝Ｐ／２）が奇数の場合には、第１および第２磁気検出素子Ａ１、Ｂ１に対して、第３および第４磁気検出素子Ａ２、Ｂ２を、多極マグネットの円周方向に沿って、機械角で、１８０°離れた位置に配置すると、第１および第３磁気検出素子Ａ１、Ａ２は電気角で１８０°離れた位置となり、それの出力が逆位相となる。同様に、第２および第４磁気検出素子Ｂ１、Ｂ２も電気角で１８０°離れた位置となり、それらの出力が逆位相となる。逆位相の出力信号の差を取って、Ａ相信号およびＢ相信号を生成しても、２極マグネットからの磁束に起因する誤差成分を除去することができない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
請求項９に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとし、Ｍを２以上の整数とした場合に、当該２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定し、
θｅｌｔ≧θｅｌｐ／Ｍの場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ＋１とし、
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ−１とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
請求項１３に記載の磁気式エンコーダにおいて、
前記２極側磁気検出部の分解能をＲｔとし、Ｍを２以上の整数とした場合に、当該２極側磁気検出部の角度再現性Ｘを、
Ｘ＜２×｛（（θｅｌｐ／Ｍ）−（Ｐｐ×θｅｌｐ／Ｒｔ））／Ｐｐ｝
を満足するように設定し、
θｅｌｔ≧θｅｌｐ／Ｍの場合には、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ−θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ＋１とし、
θｅｌｔ＜θｅｌｐ／２の場合には、
θｅｌｒ＜（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘとし、
θｅｌｒ≧（θｅｌｔ＋θｅｌｐ／Ｍ）ならば磁極対番号ＮｒをＮｘ−１とすることを特徴とする絶対回転位置検出方法。
【国際調査報告】
2008136054.tif 000021
2008136054.tif 000022
2008136054.tif 000023
2008136054.tif 000024