(57)【要約】【課題】回転磁界による渦電流の発生を防止し、低速回転から高速回転まで広範囲の回転速度で高精度に角度検出ができる磁気式エンコーダ装置を得る。【解決手段】回転体１１に固定された永久磁石１２と永久磁石１２に空隙を介して対向し固定体１３に取り付けられた磁界検出素子１４とを備えた磁気式エンコーダ１０と、磁界検出素１４からの信号を処理する図示しない信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、固定体１３を磁性体ワイヤで構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定された永久磁石と前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダと、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、
前記固定体は、磁性体ワイヤから構成されていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。
【請求項２】
前記磁性体ワイヤは、Fe基もしくはCo基のアモルファスワイヤから構成され、かつ前記アモルファスワイヤの表面を絶縁コーティングしたことを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダに関し、特に低速回転から高速回転まで高精度を維持できる磁気式エンコーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ軸などの回転体の回転角度を検出するため、２極着磁した円板状の永久磁
石を回転体に固定し、この円板状の永久磁石からの磁界を固定体に固定した磁界検出素子で検出し、回転体の絶対位置を検出するようにした磁気式エンコーダ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
図７は従来の磁気式エンコーダの斜視図である。
図７において、１１は回転体(シャフト)、１２は回転体１１に回転軸を同一になるように固定された円板状の永久磁石で、回転体１１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されている。１３は永久磁石１２の外周側に設けられたリング状の固定体で磁性体のブロック材で構成されている。１４は固定体１３に互いに周方向に９０度間隔で取り付けられた４個の磁界検出素子で、永久磁石１２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに機械角で９０度位相をずらして配置されている。
次に動作について説明する。
回転体１１が回転すると、磁界検出素子１４は回転角に対して正弦波状の磁束密度を検出する。各磁界検出素子１４からの出力信号を処理することによって回転体１１の回転角を検出している。
【特許文献１】ＷＯ９９／０１３２９６号公報（第４頁−５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
磁気式エンコーダの回転体および永久磁石は、例えば、サーボモータのロータに結合され、ロータの回転速度で回転する。永久磁石による回転磁界が固定体に流入すると、固定体の表面には、流入する磁界を減少させる方向に渦電流が発生する。従来、この渦電流により発生する磁界が、固定体上に配置された磁界検出素子に印加され、エンコーダ精度が劣化する問題があった。特に高速で回転するほど、発生する渦電流が大きくなり、エンコーダの精度劣化も大きくなる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転速度にかかわらず、回転角度を高精度に検出することができる磁気式エンコーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、回転体に固定された永久磁石と前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダと、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、  前記固定体は、磁性体ワイヤから構成されていることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、前記磁性体ワイヤは、Fe基もしくはCo基のアモルファスワイヤから構成され、かつ前記アモルファスワイヤの表面を絶縁コーティングしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、固定体を、軟磁性のワイヤで構成しているので固定体に発生する渦電流が抑制され、低速回転から高速回転まで、高精度に回転角度を検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の磁気式エンコーダ装置の構造を示す斜視図である。
図１において、１１は回転体(シャフト)、１２は回転体１１に回転軸を同一になるように固定された円板状の永久磁石で、回転体１１の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されている。１３は永久磁石１２の外周側に設けられ、軟磁性のワイヤ１３１で構成されたリング状の固定体、１４は固定体１３に互いに周方向に９０度間隔で取り付けられた４個の磁界検出素子で、永久磁石１２の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに機械角で９０度位相をずらしてＡ１相検出素子１４１とＢ１ 相検出素子１４２を設け、さらにＡ１ 相検出素子１４１に対して機械角で１８０度位相をずらしてＡ２ 相検出素子１４３を、Ｂ１相検出素子１４２に対して機械角で１８０度位相をずらしてＢ２ 相検出素子１４４を設けてある。
本実施例が従来技術と異なる点は、従来技術では固定体１３に磁性体のブロック材を用いたが、本実施例では磁性体ワイヤ１３１を用い、コイル状に巻いて固定体１３を構成した点であり、その他の構成は従来技術と同じである。なお、磁性体ワイヤ１３１は表面には絶縁コーティングがされているＦe−Sｉ−Ｂ系アモルファスワイヤを使用した。
【０００８】
次に本発明の磁気式エンコーダ装置の動作について述べる。
回転体１１が回転すると、永久磁石１２も回転し、永久磁石１２の磁界の変化により、磁界検出素子１４から回転体１１の１回転に対し１サイクルの正弦波状の信号が出力される。
図２は信号処理回路のブロック図であり、磁界検出素子１４からの信号を処理して角度信号θに変換する。図２において、１５１、１５２は差動アンプ、１５３は角度演算回路である。互いに１８０度対向位置に配置されたＡ１相検出素子１４１およびＡ２相検出素子１４３からのそれぞれの検出信号Ｖａ１およびＶａ２が差動アンプ１５１に入力され、両信号の差動信号であるＡ相信号Ｖａが得られる。同様に、互いに１８０度対向位置に配置されたＢ１相検出素子１４２およびＢ２相検出素子１４４からのそれぞれの検出信号Ｖｂ１およびＶｂ２が差動アンプ１５２に入力され、両信号の差動信号であるＢ相信号Ｖｂが得られる。
図３は磁界検出素子の出力を示す説明図であり、磁界検出素子の差動信号であるＡ相信号ＶａとＢ相信号Ｖｂの波形図を示す。Ａ相信号ＶａとＢ相信号Ｖｂはそれぞれに対応した検出素子の配置から９０度位相の異なる信号となる。
Ａ相信号ＶａとＢ相信号Ｖｂは角度演算回路１５３に入力される。図４は信号処理回路の出力を示すグラフで、回転体１１が回転したときの、角度演算回路１５３の出力を示す。ａｒｃｔａｎ（Ｖａ／Ｖｂ）の演算処理により回転角に対して直線的に変化する角度信号θが得られる。
このように本実施例では固定体に磁性体ワイヤを用いたので、固定体に発生する渦電流が抑制され、低速回転から高速回転まで、高精度に回転角度を検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。
なお、本実施例では固定体にＦe−Sｉ−Ｂ系アモルファスワイヤを使用したが、その他のＦe基のアモルファスワイヤあるいはＣｏ基のアモルファスワイヤを用いても良い。
【実施例２】
【０００９】
図５は本発明の第２実施例を示す磁気式エンコーダ装置の断面図である。
図５において、１１は磁性体からなるリング状の回転体、１２は回転体１１の内周側に内接させて固定したリング状に形成された永久磁石で、回転体１１の中心軸と垂直方向の一方向に磁化されている。１３は中空部を有する円状の外周を有する固定体である。第１実施例と同様に磁性体ワイヤを用い、コイル状に巻いて固定体１３を構成している。また１４は磁界検出素子で永久磁石１２の内周側と空隙部を介して対向するように固定体１３の外周側に固定されている。この構成により固定体１３の中心部、すなわち磁気式エンコーダ装置の中心部を中空にすることができる。
具体的な構成の一例を挙げると次のようになる。
回転体１１は外径５０ｍｍ、中空径２０ｍｍの磁性体（ＳＳ４１）。永久磁石１２は外径４０ｍｍの直線異方性を有するＳｍＣｏ系のリング状磁石。固定体１３は直径が数１００μｍのＣｏ−Sｉ−Ｂ系アモルファスワイヤ。磁界検出素子１４はホール素子。
なお、角度検出動作については第１実施例と同じであるのでその説明を省略する。
【００１０】
ここで、固定体に従来技術で示した磁性体のブロック材を用いた場合、永久磁石による回転磁界によって渦電流が発生する現象と渦電流が検出信号に与える影響について説明する。
図６は渦電流の発生を説明する模式図である。
図６に示すように永久磁石１２による回転磁界は磁気回路を構成する固定体１３        を通過する。回転体１１に固着された永久磁石１２が回転すると、固定体１３内の磁束変化を打ち消す方向に、固定体表面近傍内側に渦電流が発生する。渦電流の大きさは、固定体に流入する磁束、固定体の半径、回転速度、および固定体の電気伝導度の積に比例する。また正逆どちらに回転しても、渦電流は回転磁界より位相が遅れ、固定体に流入する磁束を減少させ、エンコーダ精度を劣化させる。
すなわち、固定体１３に機械構造材（Ｓ４５Ｃ）等による磁性ブロック材を用いると、回転磁界が渦電流の影響を受け、検出信号の位相が変化すると共に出力電圧を低下させる。また、その影響が回転数とともに増加することが分かる。
【００１１】
本実施例では固定体に磁性体ワイヤを用い、コイル状に巻いて構成した。磁性体ワイヤ間は電気的に絶縁されており、また、磁性体ワイヤとして用いたアモルファスワイヤは直径が数１００μｍと細いため、エンコーダ精度に影響を及ぼす渦電流が極めて小さくなる。回転速度をパラメータにして、5000min−１まで渦電流に起因する角度誤差を測定したが、回転速度による誤差の増加は認められなかった。
【００１２】
このように本実施例では中空部を有する磁気式エンコーダの固定体を磁性体ワイヤで構成したので、固定体に発生する渦電流が抑制され、中空部を有するアクチュエータの回転角度を低速回転から高速回転まで、高精度に検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。
なお、本実施例では固定体にＣｏ−Sｉ−Ｂ系アモルファスワイヤを使用したが、その他のＣｏ基のアモルファスワイヤあるいはＦｅ基のアモルファスワイヤを用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明の磁気式エンコーダ装置は、ロボットなどに用いられるアクチュエータの回転角度を検出する磁気式エンコーダ装置として適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の磁気式エンコーダの構造を示す斜視図である。
【図２】信号処理回路のブロック図である。
【図３】磁界検出素子の出力を示す説明図である。
【図４】信号処理回路の出力を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施例の磁気式エンコーダ装置の構造を示す断面図である。
【図６】渦電流の発生を説明する模式図である。
【図７】従来の磁気式エンコーダの斜視図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０  磁気式エンコーダ
１１  回転体
１２  永久磁石
１３  固定体
１４  磁界検出素子
１４１  Ａ１相検出素子
１４２  Ｂ１相検出素子
１４３  Ａ２相検出素子
１４４  Ｂ２相検出素子
１５  信号処理回路
１５１、１５２  差動アンプ
１５３  角度演算回路
【図１】
2006138738.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006138738.tif 000006
【図５】
2006138738.tif 000007
【図６】
2006138738.tif 000008
【図７】
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