(57)【要約】【課題】磁気センサへの電源投入時において、より速やかに移動体の位置を検出することのできる磁気式エンコーダ及び同エンコーダを用いた位置検出方法を提供する。【解決手段】複数の磁極部ａ〜ｈを有する移動体と、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度を検出する磁気センサ３０とを備える磁気式エンコーダにおいて、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌが移動体の移動に伴って変化するように、各磁極部ａ〜ｈを設ける。この磁気式エンコーダによれば、磁気センサ３０によって検出される磁束密度が移動体の移動に伴って一定の傾向にて変化するようになる。そして磁気センサ３０にて検出される磁束密度が閾値を超えているか否かを示すセンサ信号を生成し、その生成されるセンサ信号のＨｉ信号の幅に基づいて移動体の位置を検出する。【選択図】      図５
2006138788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁極部を有する移動体と、前記各磁極部の磁気の強さを検出する磁気センサとを備える磁気式エンコーダにおいて、
前記磁気センサによって検出される前記磁気の強さが前記移動体の移動に伴って一定の傾向にて変化するように前記各磁極部を設けた
ことを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】
前記各磁極部は、該各磁極部と前記磁気センサとの間の距離が前記移動体の移動に伴って変化するように設けられてなる
請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項３】
前記距離が前記移動体の移動に伴って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように前記各磁極部は設けられてなる
請求項２に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項４】
前記各磁極部は、該各磁極部の磁気の強さが前記移動体の移動方向に沿って変化するように着磁されてなる
請求項１に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項５】
前記磁気の強さが前記移動体の移動方向に沿って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように前記各磁極部は着磁されてなる
請求項４に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、
前記磁気センサにて検出される磁気の強さが予め設定された閾値を超えているか否かを示すセンサ信号を生成し、その生成されるセンサ信号の幅に基づいて前記移動体の位置を検出する
ことを特徴とする磁気式エンコーダを用いた位置検出方法。
【請求項７】
前記センサ信号の幅を時間にて計測するとともに、前記移動体の移動中にあっては、その移動速度と前記センサ信号の出力時間とに基づいて前記移動体の位置を検出する
請求項６に記載の磁気式エンコーダを用いた位置検出方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、
前記各磁極部毎の前記磁気センサの最大出力値に基づいて前記移動体の位置を検出する
ことを特徴とする磁気式エンコーダを用いた位置検出方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、
前記各磁極部毎の前記磁気センサの出力値についてその変化速度に基づき、前記移動体の位置を検出する
ことを特徴とする磁気式エンコーダを用いた位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置を検出する磁気式エンコーダ及び同エンコーダを用いた位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転運動、あるいは直線運動する部材について、その位置を検出する機構の１つとして磁気式エンコーダが知られている。
この磁気式エンコーダは、特許文献１等に記載されるように、複数の磁極部を有して上記部材とともに移動する移動体と、各磁極部の通過を検出する磁気センサとから構成されている。同磁気センサは、磁極の磁気の強さに応じた出力電圧が得られるセンサであり、磁気が強くなるほどその出力値は大きくなる。そこで、その出力電圧が所定の閾値を超えたときにセンサ信号が生成されるように設定すると、各磁極部が磁気センサを通過する毎にセンサ信号が生成される。
【０００３】
このような磁気式エンコーダにあって、上記移動体に基準位置を設定し、該基準位置を示す信号（基準信号）が検出された後の上記センサ信号の出力回数を計測することにより、基準位置からの移動体の移動量、すなわち同移動体の位置を検出することができ、この移動体とともに移動する上記部材の位置も把握することができる。
【特許文献１】特開平５−５２５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したような磁気式エンコーダを用いた移動体の位置検出方法では、基準信号が検出された後のセンサ信号の出力回数を計測するようにしているため、磁気センサへの電源投入時では、基準信号が検出されるまで移動体の位置を検出することができない。すなわち電源投入時において速やかに移動体の位置を検出することができないといった不具合が生じてしまう。
【０００５】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、磁気センサへの電源投入時において、より速やかに移動体の位置を検出することのできる磁気式エンコーダ及び同エンコーダを用いた位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、複数の磁極部を有する移動体と、前記各磁極部の磁気の強さを検出する磁気センサとを備える磁気式エンコーダにおいて、前記磁気センサによって検出される前記磁気の強さが前記移動体の移動に伴って一定の傾向にて変化するように前記各磁極部を設けたことをその要旨とする。
【０００７】
同構成では、磁気センサによって検出される各磁極部の磁気の強さが移動体の移動に伴って一定の傾向にて変化するようにしている。そのため、その検出される磁気の強さに基づいて磁気センサが検出した磁極部を特定することができ、もって移動体の位置を検出することができるようになる。従って、同構成によれば、磁気センサへの電源投入時であっても、そのときに検出される磁気の強さに基づいて移動体の位置をより速やかに検出することができるようになる。なお、磁気の強さを検出する上記磁気センサとしては、ホール素子や磁気抵抗効果素子などが挙げられる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の磁気式エンコーダにおいて、前記各磁極部は、該各磁極部と前記磁気センサとの間の距離が前記移動体の移動に伴って変化するように設けられてなることをその要旨とする。
【０００９】
同構成によれば、各磁極部と磁気センサとの間の距離が変化するように各磁極部が設けられるため、磁気センサによって検出される磁気の強さを移動体の移動に伴って確実に変化させることができるようになる。
【００１０】
なお、このように各磁極部と磁気センサとの間の距離を変化させる際には、請求項３に記載の発明によるように、前記距離が前記移動体の移動に伴って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように前記各磁極部は設けられてなる、といった構成を採用することができる。この場合には、磁気センサと磁極部との間の距離が各段部毎に変化するようになるため、磁気センサによって検出される磁気の強さを各段部毎に明確に変化させることができるようになる。従って、磁気の強さに基づいて行われる各磁極部の特定について、その精度も向上するようになる。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の磁気式エンコーダにおいて、前記各磁極部は、該各磁極部の磁気の強さが前記移動体の移動方向に沿って変化するように着磁されてなることをその要旨とする。
【００１２】
同構成によれば、各磁極部の磁気の強さが移動体の移動方向に沿って変化するように各磁極部は着磁されるため、磁気センサによって検出される磁気の強さを移動体の移動に伴って確実に変化させることができるようになる。
【００１３】
なお、このように各磁極部の磁気の強さを変化させる際には、請求項５に記載の発明によるように、前記磁気の強さが前記移動体の移動方向に沿って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように前記各磁極部は着磁されてなる、といった構成を採用することができる。この場合には、磁極部の磁気の強さが各段部毎に変化するようになるため、磁気センサによって検出される磁気の強さを明確に変化させることができるようになる。従って、磁気の強さに基づいて行われる各磁極部の特定について、その精度も向上するようになる。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、前記磁気センサにて検出される磁気の強さが予め設定された閾値を超えているか否かを示すセンサ信号を生成し、その生成されるセンサ信号の幅に基づいて前記移動体の位置を検出することをその要旨とする。
【００１５】
磁気センサにて検出される磁気の強さが予め設定された閾値を超えているか否かを示すセンサ信号を生成する場合、検出される磁気の強さが増大してその変化速度が速くなるほど、該磁気の強さはより早い時期に閾値を超えるようになる。従って、このようなときには、磁気の強さが予め設定された閾値を超えていることを示すセンサ信号の幅は長くなる一方、該閾値を超えていないことを示すセンサ信号の幅は短くなる。ここで、上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダによれば、磁気センサによって検出される磁気の強さが上記移動体の移動に伴って変化するため、上記態様でセンサ信号を生成するようにした場合、磁気センサにより検出される磁気の強さの変化速度は移動体の位置に応じて異なるようになり、そのセンサ信号の幅も変化するようになる。従って、このセンサ信号の幅に基づいて上記移動体の位置を検出することができ、請求項６に記載の構成によれば、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実に移動体の位置を検出することができるようになる。なお、上記センサ信号については、ホール素子と波形整形回路とから構成されるホールＩＣ等を用いることで容易に生成することができる。
【００１６】
ところで、上記移動体が移動しているときには、その移動速度に応じて各磁極部の磁気センサ通過時間は変化する。そのため、上記センサ信号の幅を時間にて計測する場合には、同移動速度に応じて上記センサ信号の出力時間は変化してしまい、各磁極部の特定、すなわち移動体の位置検出が困難になるおそれがある。そこで、請求項７に記載の発明によるように、前記センサ信号の幅を時間にて計測するとともに、前記移動体の移動中にあっては、その移動速度と前記センサ信号の出力時間とに基づいて前記移動体の位置を検出する、といった構成を採用することにより、移動速度の違いに起因するセンサ信号の出力時間の変化が考慮された状態で移動体の位置を検出することができるようになり、移動体の移動中であっても該移動体の位置を検出することができるようになる。なお、移動体の移動速度は、別途設けられた速度センサによって検出したり、上記センサ信号の生成間隔から算出したりすることで把握することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、前記各磁極部毎の前記磁気センサの最大出力値に基づいて前記移動体の位置を検出することをその要旨とする。
【００１８】
上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダによれば、磁気センサによって検出される磁気の強さが上記移動体の移動に伴って変化するため、磁気センサによって検出される磁気の強さに応じて、換言すれば移動体の位置に応じて磁気センサの最大出力値は変化するようになる。従って、各磁極部毎の磁気センサの最大出力値に基づいて上記移動体の位置を検出することもでき、請求項８に記載の構成によれば、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実に移動体の位置を検出することができるようになる。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて前記移動体の位置を検出する方法であって、前記各磁極部毎の前記磁気センサの出力値についてその変化速度に基づき前記移動体の位置を検出することをその要旨とする。
【００２０】
上記請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダによれば、磁気センサによって検出される磁気の強さが上記移動体の移動に伴って変化するため、磁気センサによって検出される磁気の強さに応じて、換言すれば移動体の位置に応じて磁気センサの出力値の変化速度は異なるようになる。従って、各磁極部毎の磁気センサの出力値の変化速度に基づいて上記移動体の位置を検出することもでき、請求項８に記載の構成によっても、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実に移動体の位置を検出することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、この発明にかかる磁気式エンコーダ及び同エンコーダを用いた位置検出方法を、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダに適用した第１の実施形態について、図１〜図５を併せ参照して説明する。
【００２２】
図１に示されるように、本実施形態における磁気式エンコーダは、移動体である円板状のディスク１０、同ディスク１０の軸方向におけるディスク面に対向して設けられた磁気センサ３０等から構成されている。
【００２３】
磁気センサ３０はホール素子等から構成されている。このホール素子は、磁束密度といった磁気の強さや磁極に応じてその出力電圧が変化する磁気センサであり、例えば図２に示すように、Ｎ極側の磁束密度が大きくなるにつれて（Ｎ極までの距離が短くなるにつれて）その出力電圧はプラス側に大きくなる。一方、Ｓ極側の磁束密度が大きくなるにつれて（Ｓ極までの距離が短くなるにつれて）その出力電圧はマイナス側に大きくなるといった出力特性を有している。
【００２４】
上記ディスク１０の中心部には、同ディスク１０とともに回転する軸２０が設けられており、この軸２０は、回転位置の検出対象となる部材に適宜固定される。
また、ディスク１０の軸方向におけるディスク面にあってはその外周縁部には、所定の角度毎に交互に異なる極性にて着磁された複数の磁極部ａ〜ｈが周方向に沿って順に設けられており、これら磁極部に対向するように上記ホールＩＣは設けられている。なお、本実施形態では、ディスク１０の外周縁部の周方向において４５°毎に各磁極部ａ〜ｈの磁極を異ならせるようにしているが、この角度は磁気式エンコーダの要求分解能に応じて適宜変更してもよい。また、本実施形態では各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇがＮ極となるように、また各磁極部ｂ、ｄ、ｆ、ｈがＳ極になるようにそれぞれ着磁させているが、磁極を入れ替えてもよい。
【００２５】
また、磁気センサ３０によって検出される各磁極部ａ〜ｈの磁束密度がディスク１０の回転に伴って一定の傾向にて変化するように各磁極部ａ〜ｈは設けられている。より具体的には、図３に示すように、各磁極部ａ〜ｈの高さＲは磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に高くなっており、これにより、ディスク１０が時計回りに回転すると各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌは磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に減少するようになっている。
【００２６】
このように構成される本実施形態の磁気式エンコーダでは、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って一定の傾向にて変化するようになっている。そのため、その検出された磁束密度に基づいて磁気センサ３０が検出した磁極部を特定することができ、もってディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。従って、磁気センサ３０への電源投入時でも、そのときに検出される磁束密度に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができ、上述したように基準信号が入力されるまで回転位置を特定することができない従来の磁気式エンコーダと比較して、磁気センサへの電源投入時における移動体の位置検出をより速やかに行うことができるようになる。
【００２７】
また、本実施形態では、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌがディスク１０の回転に伴って変化するように各磁極部ａ〜ｈを設けている。そのため、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って確実に変化するようになる。
【００２８】
さらに、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌがディスク１０の回転に伴って段階的に減少するように各磁極部ａ〜ｈを設けている。そのため、磁気センサ３０と各磁極部ａ〜ｈとの間の距離Ｌが各磁極部の段部毎に明確に変化するようになり、磁気センサ３０によって検出される磁束密度も明確に変化するようになる。従って、磁束密度に基づいて行われる各磁極部ａ〜ｈの特定について、その精度も向上するようになる。
【００２９】
次に、このような磁気式エンコーダを用いた位置検出方法についてその一態様を説明する。
本実施形態にかかる位置検出方法では、まず、ホール素子によって検出される磁束密度が所定の閾値αを超えているか否かを示すセンサ信号を生成するようにしている。より具体的には、同磁束密度が閾値αを超えている間「Ｈｉ」となり、同磁束密度が閾値αを下回っている間「Ｌｏ」となるパルス状のセンサ信号を生成するようにしている。なお、このセンサ信号は、上記磁気センサ３０を構成するホール素子に波形整形回路等を接続することにより生成することができ、本実施形態では、上記磁気センサ３０として、ホール素子や波形整形回路等から構成されるホールＩＣを用いるようにしている。ちなみに、磁気センサ３０をホール素子のみで構成し、その出力端子を別途用意された波形整形回路に接続するようにしてもよい。
【００３０】
このようにホール素子からの出力は波形整形回路にてパルス信号に変換され、このパルス信号が磁気センサ３０のセンサ信号として出力される。そしてこのセンサ信号は中央処理装置や記憶装置などを備える制御装置に入力され、同制御装置によって本実施形態にかかる位置検出方法は実行される。
【００３１】
図４は、Ｎ極とＳ極とが交互に磁気センサ３０の近傍を通過するときに該磁気センサ３０から出力されるセンサ信号の出力態様を示している。なお、同図４では、磁気センサ３０にＮ極及びＳ極のうちの一方が近づくときに増大する磁束密度を「＋」、同磁気センサ３０にＮ極及びＳ極のうちの他方が近づくときに増大する磁束密度を「−」にて示している。また、同図４において実線にて示される線は、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）を所定の距離Ｌ１にしたときの態様を示しており、二点鎖線にて示される線は、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）を上記距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２にしたときの態様を示している。
【００３２】
この図４に実線にて示されるように、磁気センサ３０に一方の磁極が近づくにつれて、ホール素子にて検出される磁束密度はプラス側へ増大していき、該磁束密度が所定の閾値αを超えると、換言すればホール素子の出力電圧が閾値αに対応する電圧を超えると、上記波形整形回路によって磁気センサ３０のセンサ信号は「Ｈｉ」となる。そしてその後、磁気センサ３０から一方の磁極が遠ざかっていくと、ホール素子にて検出される磁束密度は減少していき、該磁束密度が上記閾値αを下回ると、換言すればホール素子の出力電圧が閾値αに対応する電圧を下回ると、上記波形整形回路によって磁気センサ３０のセンサ信号は「Ｌｏ」となる。このように、ホール素子によって検出される磁束密度が閾値αを超えている間は、磁気センサ３０から幅Ｔ２のＨｉ信号が出力され、同磁束密度が閾値αを下回っている間は、磁気センサ３０から幅Ｔ１のＬｏ信号が出力される。
【００３３】
ここで、同図４に二点鎖線にて示されるように、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）が短くなると、ホール素子によって検出される磁束密度は大きくなるとともにその変化速度も速くなるため、同検出される磁束密度はより早い時期に上記閾値αを超えるようになる。換言すれば、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）が短くなると、ホール素子の最大出力電圧は大きくなるとともに出力電圧の変化速度も速くなるため、同出力電圧はより早い時期に上記閾値αに対応する電圧を超えるようになる。従って、このときに磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅Ｔ２’は、上記幅Ｔ２よりも長くなる。また、このＨｉ信号の幅Ｔ２’の増大によって、Ｌｏ信号の幅Ｔ１’は上記幅Ｔ１よりも逆に短くなる。このように各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離に応じて、換言すればホール素子によって検出される磁束密度の大きさに応じて該磁束密度の変化速度は異なるようになり、もって磁気センサ３０から出力されるセンサ信号の幅は変化する。
【００３４】
さて、上述した本実施形態にかかる磁気式エンコーダによれば、ホール素子によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って変化する。そのため、上記態様でパルス信号を生成するようにした場合、同ホール素子によって検出される磁束密度の変化速度（ホール素子の出力電圧の変化速度）はディスク１０の回転位置に応じて異なるようになり、パルス信号の幅は変化するようになる。従って、このパルス信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができる。すなわち、本実施形態にかかる位置検出方法によれば、上記磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実にディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。
【００３５】
図５は、上記ディスク１０の回転に伴って各磁極部ａ〜ｈが磁気センサ３０を通過するときのセンサ信号の出力態様を示している。なお、この一態様では、Ｎ極を検出したときに磁気センサ３０からＨｉ信号が出力されるようになっている。
【００３６】
この図５に示されるように、磁極部ａ、磁極部ｃ、磁極部ｅ、磁極部ｇがそれぞれ磁気センサ３０を通過すると、同磁気センサ３０からは各磁極部の検出毎にセンサ信号が出力される。ここで、磁気センサ３０と各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇとの間の距離は、ディスク１０の回転に伴って変化するようになっているため、ホール素子によって検出される磁束密度もディスク１０の回転に伴って変化する。すなわち、磁気センサ３０と各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇとの間の距離は、「ａ＞ｃ＞ｅ＞ｇ」の順で段階的に短くなるように設定されているため、ホール素子によって検出される磁束密度は「ａ＜ｃ＜ｅ＜ｇ」の順で段階的に大きくなっていく。そのため、磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅Ｔ２は各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇの磁束密度の大きさに応じたものとなる。具体的には、磁極部ａを検出したときのＨｉ信号の幅Ｔ２ａが最も短くなり、磁極部ｃを検出したときのＨｉ信号の幅Ｔ２ｃ、磁極部ｅを検出したときのＨｉ信号の幅Ｔ２ｅ、磁極部ｇを検出したときのＨｉ信号の幅Ｔ２ｇの順で各Ｈｉ信号の幅は長くなる。
【００３７】
このように磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅は、各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇの検出に対応して変化するため、そのＨｉ信号の幅に基づいて該磁気センサ３０が検出した磁極部を特定することができる。すなわち、磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができる。そのため、例えば磁気センサ３０への電源投入時に最初に検出されたＨｉ信号の幅に基づき、ディスク１０の回転位置を検出することができる。
【００３８】
また、本実施形態にかかる磁気式エンコーダによれば、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って一定の傾向にて変化するようになっている。そのため、その検出された磁束密度の変化傾向に基づいてディスク１０の回転方向を検出することもできる。より具体的には、上記センサ信号にあってそのＨｉ信号の幅Ｔ２が各磁極部を検出する毎に大きくなる場合には、ディスク１０が時計回りに回転しており、同幅Ｔ２が各磁極部を検出する毎に小さくなる場合には、ディスク１０が反時計回りに回転していると判断することができる。
【００３９】
なお、本実施形態にかかる位置検出方法では、磁気センサ３０の出力値に基づいて生成されるセンサ信号のうち、Ｈｉ信号の幅Ｔ２に基づいて各磁極部ａ、ｃ、ｅ、ｇを特定するようにしたが、上述したように、ホール素子によって検出される磁束密度が大きくなるほどＨｉ信号の幅Ｔ２は大きくなる一方、Ｌｏ信号の幅Ｔ１は小さくなる傾向にある。従って、本実施形態にかかる位置検出方法は、Ｌｏ信号の幅Ｔ１に基づいて行うこともできる。
【００４０】
例えば、先の図５に示すように、磁気センサ３０が磁極部ａを検出した後、センサ信号のレベルは一旦「Ｌｏ」になり、同磁気センサ３０が磁極部ｃを検出すると、センサ信号のレベルは再び「Ｈｉ」になる。この間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｃは、磁極部ｃの検出に対応した特有の値となる。同様に、磁極部ｃを検出した後、磁極部ｅを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｅは、磁極部ｅの検出に対応した特有の値となる。また、磁極部ｅを検出した後、磁極部ｇを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｇも磁極部ｇの検出に対応した特有の値となり、磁極部ｇを検出した後、磁極部ａを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ａも磁極部ａの検出に対応した特有の値となる。従って、これらＬｏ信号の幅に基づいて該磁気センサ３０が検出した磁極部を特定することができる。すなわち、磁気センサ３０から出力されるＬｏ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができる。そのため、例えば磁気センサ３０への電源投入時に最初に検出されたＬｏ信号の幅に基づき、ディスク１０の回転位置を検出することもできるようになる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態よれば、次のような効果を得ることができる。
（１）複数の磁極部ａ〜ｈを有するディスク１０と、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度（磁気の強さ）を検出する磁気センサ３０とを備える磁気式エンコーダにおいて、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って一定の傾向にて変化するように各磁極部ａ〜ｈを設けるようにしている。そのため、磁気センサ３０への電源投入時であっても、磁気センサ３０によって検出される磁束密度に基づいてより速やかにディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。
【００４２】
（２）各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌがディスク１０の回転に伴って変化するように各磁極部ａ〜ｈを設けるようにしている。そのため、磁気センサ３０によって検出される磁束密度をディスク１０の回転に伴って確実に変化させることができるようになる。
【００４３】
（３）各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌを変化させる際には、該距離Ｌがディスク１０の回転に伴って段階的に減少するように各磁極部ａ〜ｈを設けるようにしている。そのため、磁気センサ３０と各磁極部ａ〜ｈとの間の距離Ｌが各段部毎に変化するようになるため、同磁気センサ３０によって検出される磁束密度を各磁極部毎に明確に変化させることができるようになり、各磁極部ａ〜ｈの特定についてその精度を向上させることもできる。
【００４４】
（４）磁気センサ３０にて検出される磁束密度が予め設定された閾値αを超えているか否かを示すセンサ信号を生成し、その生成されるセンサ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出するようにしている。ここで、本実施形態にかかる磁気式エンコーダによれば、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスク１０の回転に伴って変化するため、上記態様でセンサ信号を生成するようにした場合、磁気センサ３０により検出される磁束密度の変化速度はディスク１０の回転位置に応じて異なるようになり、センサ信号の幅は変化するようになる。従って、このセンサ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができ、本実施形態にかかる位置検出方法によれば、本実施形態にかかる磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実にディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、この発明にかかる磁気式エンコーダ及び同エンコーダを用いた位置検出方法を、同じく回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダに適用した第２の実施形態について、図６及び図７を併せ参照して説明する。
【００４５】
本実施形態では、第１の実施形態とは異なる位置検出方法を用いてディスク１０の回転位置を検出するようにしている。より具体的には、第１の実施形態とは異なる態様で磁気センサ３０のセンサ信号を生成するようにしており、この点以外は第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、本実施形態におけるセンサ信号の生成態様を中心にして説明する。
【００４６】
本実施形態では、まず、磁気センサ３０を構成するホール素子の出力端子を全波整流回路に接続するようにしており、これによりホール素子から出力されるマイナス側の電圧をプラス側に反転させるようにしている。そして、この全波整流回路に第１の実施形態で説明したような波形整形回路を接続するようにしており、これら磁気センサ３０、全波整流回路、及び波形整形回路にて磁気センサ部を構成するようにしている。そして、本実施形態でも、この磁気センサ部から出力されるセンサ信号が上述したような制御装置に入力され、同制御装置によって本実施形態にかかる位置検出方法は実行される。
【００４７】
図６は、Ｎ極とＳ極とが交互に磁気センサ３０の近傍を通過するときに上記磁気センサ部から出力されるセンサ信号の出力態様を示している。なお、先の図４と同様にこの図６でも、磁気センサ３０にＮ極及びＳ極のうちの一方が近づくときに増大する磁束密度を「＋」、同磁気センサ３０にＮ極及びＳ極のうちの他方が近づくときに増大する磁束密度を「−」にて示している。また、同図６において実線にて示される線は、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）を所定の距離Ｌ１にしたときの態様を示しており、二点鎖線にて示される線は、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）を上記距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２にしたときの態様を示している。
【００４８】
この図６に実線にて示されるように、磁気センサ３０に一方の磁極が近づくにつれて、ホール素子にて検出される磁束密度はプラス側へ増大していき、該ホール素子の出力電圧ＶＬ１もプラス側に増大していく。そしてその出力電圧が上述したような閾値αに対応する電圧を超えると、その磁気センサ３０の出力に基づいてセンサ信号は「Ｈｉ」に設定される。そしてその後、磁気センサ３０から一方の磁極が遠ざかっていくと、ホール素子にて検出される磁束密度は減少していき、ホール素子の出力電圧が上記閾値αに対応する電圧を下回ると、その磁気センサ３０の出力に基づいてセンサ信号は「Ｌｏ」に設定される。
【００４９】
その後、一方の磁極に隣り合う他方の磁極が磁気センサ３０に近づくにつれて、ホール素子にて検出される磁束密度はマイナス側へ増大していき、ホール素子の出力電圧はマイナス側に増大していく。ここで、本実施形態では、ホール素子から出力されるマイナス側の電圧が上記全波整流回路によってプラス側に反転される。そのため、磁気センサ３０に他方の磁極が近づくにつれて全波整流されたホール素子の出力電圧ＶＬ１はプラス側に増大していき、その電圧が上述したような閾値αに対応する電圧を超えると、この磁気センサ３０の出力に基づいてセンサ信号は「Ｈｉ」に設定される。そしてその後、磁気センサ３０から他方の磁極が遠ざかっていくと、ホール素子にて検出される磁束密度は減少していき、全波整流されたホール素子の出力電圧が上記閾値αに対応する電圧を下回ると、その磁気センサ３０の出力に基づいてセンサ信号は「Ｌｏ」に設定される。
【００５０】
このように本実施形態では、全波整流されたホール素子の出力電圧を波形整形することにより、Ｎ極及びＳ極といった双方の磁極を検出したときに「Ｈｉ」となるセンサ信号を生成するようにしている。すなわち、ホール素子によって検出される磁束密度の絶対値が閾値αを超えている間は、磁気センサ３０から幅Ｔ２のＨｉ信号が出力され、同磁束密度の絶対値が閾値αを下回っている間は、磁気センサ３０から幅Ｔ１のＬｏ信号が出力される。
【００５１】
ここで、同図６に二点鎖線にて示されるように、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）が短くなると、ホール素子によって検出される磁束密度は大きくなるとともにその絶対値の変化速度も速くなるため、同検出される磁束密度はより早い時期に上記閾値αを超えるようになる。換言すれば、磁極と磁気センサ３０との間の距離（ギャップ）が短くなると、ホール素子の最大出力電圧の絶対値は大きくなるとともに出力電圧ＶＬ２の変化速度も速くなるため、同出力電圧ＶＬ２はより早い時期に上記閾値αに対応する電圧を超えるようになる。従って、このときのＨｉ信号の幅Ｔ２’は、上記幅Ｔ２よりも長くなるとともに、Ｌｏ信号の幅Ｔ１’は、上記幅Ｔ１よりも短くなる。このように各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離に応じて、換言すればホール素子によって検出される磁束密度の大きさに応じて該磁束密度の絶対値の変化速度は異なるようになり、もって磁気センサ３０の出力に基づいて生成されるセンサ信号の幅は変化する。
【００５２】
図７は、上記ディスク１０の回転に伴って各磁極部ａ〜ｈが磁気センサ３０を通過するときに上記磁気センサ部から出力されるセンサ信号の出力態様を示している。
この図７に示されるように、磁極部ａ、磁極部ｂ、磁極部ｃ、磁極部ｄ、磁極部ｅ、磁極部ｆ、磁極部ｇがそれぞれ磁気センサ３０を通過すると、同磁気センサ３０の出力に基づいて各磁極部の検出毎にＨｉ信号が出力される。ここで、磁気センサ３０と各磁極部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇとの間の距離は、ディスク１０の回転に伴って変化するようになっているため、ホール素子によって検出される磁束密度もディスク１０の回転に伴って変化する。すなわち、磁気センサ３０と各磁極部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇとの間の距離は、「ａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ＞ｆ＞ｇ」の順で段階的に短くなるように設定されているため、ホール素子によって検出される磁束密度の絶対値は「ａ＜ｂ＜ｃ＜ｄ＜ｅ＜ｆ＜ｇ」の順で段階的に大きくなっていく。そのため、磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅Ｔ２は各磁極部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの磁束密度の絶対値の大きさに応じたものとなる。具体的には、磁極部ａを検出したときのＨｉ信号の幅Ｔ２ａが最も短くなり、磁極部ｂ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｂ、磁極部ｃ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｃ、磁極部ｄ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｄ、磁極部ｅ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｅ、磁極部ｆ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｆ、磁極部ｇ検出時のＨｉ信号の幅Ｔ２ｇの順で長くなる。
【００５３】
このように磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅は、各磁極部ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇの検出に対応して変化するため、そのＨｉ信号の幅に基づいて該磁気センサ３０が検出した磁極部を特定することができる。すなわち、磁気センサ３０から出力されるＨｉ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができる。そのため、例えば磁気センサ３０への電源投入時に最初に検出されたＨｉ信号の幅に基づき、ディスク１０の回転位置を検出することができる。
【００５４】
このように本実施形態にかかる位置検出方法によっても、第１の実施形態にかかる磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実にディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。特に本実施形態では、Ｎ極の磁極部（ａ、ｃ、ｅ、ｇ）のみならず、Ｓ極の磁極部（ｂ、ｄ、ｆ、ｈ）を検出したときにもＨｉ信号が出力されるため、より速やかにディスク１０の回転位置を検出することができるようになる。
【００５５】
ちなみに、本実施形態にかかる位置検出方法では、磁気センサ３０の出力値に基づいて生成されるセンサ信号のうち、Ｈｉ信号の幅Ｔ２に基づいて各磁極部ａ〜ｈを特定するようにしたが、上述したように、ホール素子によって検出される磁束密度が大きくなるほどＨｉ信号の幅Ｔ２は大きくなる一方、Ｌｏ信号の幅Ｔ１は小さくなる傾向にある。従って、本実施形態にかかる位置検出方法も、Ｌｏ信号の幅Ｔ１に基づいて行うことができる。
【００５６】
例えば、先の図７に示すように、磁気センサ３０が磁極部ａを検出した後、センサ信号のレベルは一旦「Ｌｏ」になり、同磁気センサ３０が磁極部ｂを検出すると、センサ信号のレベルは再び「Ｈｉ」になる。この間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｂは、磁極部ｂの検出に対応した特有の値となる。同様に、磁極部ｂを検出した後、磁極部ｃを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｃは、磁極部ｃの検出に対応した特有の値となる。また、磁極部ｃを検出した後、磁極部ｄを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｄも磁極部ｄの検出に対応した特有の値となり、磁極部ｄを検出した後、磁極部ｅを検出までの間のＬｏ信号の幅Ｔ１ｅも磁極部ｅの検出に対応した特有の値となる。以下、同様に、Ｌｏ信号の幅Ｔ１ｆ、Ｔ１ｇ、Ｔ１ｈ、Ｔ１ａもそれぞれ磁極部ｆ、ｇ、ｈ、ａの検出に対応した特有の値となる。従って、これらＬｏ信号の幅に基づいて該磁気センサ３０が検出した磁極部を特定することができる。すなわち、磁気センサ３０から出力されるＬｏ信号の幅に基づいてディスク１０の回転位置を検出することができる。そのため、例えば磁気センサ３０への電源投入時に最初に検出されたＬｏ信号の幅に基づき、ディスク１０の回転位置を検出することができる。
【００５７】
なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・各実施形態おける磁気式エンコーダでは、ディスク１０の回転に伴って各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌが減少するように該各磁極部ａ〜ｈを設けるようにしたが、ディスク１０の回転に伴って同距離Ｌが増大するように該各磁極部ａ〜ｈを設けるようにしてもよい。この場合でも、上記各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００５８】
・各実施形態おける磁気式エンコーダでは、磁気センサ３０によって検出される磁束密度をディスク１０の回転に伴って一定の傾向にて変化させるために、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌを変化させるようにした。この他にも、図８に示すように、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌを一定とし、該各磁極部ａ〜ｈの磁束密度がディスクの回転方向に沿って変化するように、各磁極部ａ〜ｈを着磁するようにしてもよい。この場合にも、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度がディスクの回転方向に沿って変化するようになるため、磁気センサ３０によって検出される磁束密度をディスクの回転に伴って確実に変化させることができるようになる。
【００５９】
なお、この場合には、磁束密度がディスクの回転方向に沿って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように、例えば同図８に示すように、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度が磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に大きくなるように着磁することにより、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度は各段部毎に変化するようになる。そのため、磁気センサ３０によって検出される磁束密度を明確に変化させることができるようになる。従って、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌを段階的に変化させるようにした上記各実施形態と同様に、この変形例においても、磁束密度に基づいて行われる各磁極部ａ〜ｈの特定について、その精度が向上するようになる。
【００６０】
・各実施形態おける磁気式エンコーダでは、ディスク１０のディスク面に設けられた各磁極部ａ〜ｈについてその高さＲを変えるようにした。この他にも、ディスク１０の径方向における外周端面が段階的に変化するように、すなわちディスク１０の半径が所定角度毎に増大及び減少のうちのいずれか一方に変化するように該ディスク１０を形成し、その形成された各段部をそれぞれ磁極部とするようにしても同様な作用効果が得られる。
【００６１】
例えば図９に示すように、回転体であるディスク１１０の径方向における外周端面に、所定の角度毎に交互に異なる極性にて着磁された複数の磁極部ａ〜ｈを周方向に沿って順に設ける。また、各磁極部ａ〜ｈにおけるディスク１１０の半径が、磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に大きくなるように該ディスク１１０を形成する。そして、ディスク１１０の径方向において各磁極部ａ〜ｈと対向するように上記磁気センサ３０を設ける。このような変形例でも、ディスク１１０が時計回りに回転する場合には、各磁極部ａ〜ｈと磁気センサ３０との間の距離Ｌが磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に減少するようになるため、上記各実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
【００６２】
なお、この変形例も、先の図８に示したような態様で変更することができる。すなわち、図１０に示すように、回転体であるディスク１２０にあって各磁極部ａ〜ｈにおける半径を一定とし、該各磁極部ａ〜ｈの磁束密度がディスク１２０の回転方向に沿って変化するように、各磁極部ａ〜ｈを着磁するようにしてもよい。この場合にも、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度がディスク１２０の回転方向に沿って変化するようになるため、磁気センサ３０によって検出される磁束密度をディスク１２０の回転に伴って確実に変化させることができるようになる。
【００６３】
また、この場合にも、磁束密度がディスク１２０の回転方向に沿って増大及び減少のうちのいずれか一方に段階的に変化するように、例えば同図１０に示すように、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度が磁極部ａから磁極部ｈに向けて段階的に大きくなるように着磁することにより、各磁極部ａ〜ｈの磁束密度は各段部毎に変化するようになる。従って、磁気センサ３０によって検出される磁束密度を明確に変化させることができるようになる。そのためこの変形例においても、磁束密度に基づいて行われる各磁極部ａ〜ｈの特定について、その精度が向上するようになる。
【００６４】
・上述したようなディスクが回転しているときには、その回転速度に応じて各磁極部の磁気センサ通過時間は変化する。そのため、上記センサ信号の幅（Ｈｉ信号の幅Ｔ２やＬｏ信号の幅Ｔ１）を時間にて計測する場合には、同回転速度に応じて上記センサ信号の出力時間（Ｈｉ信号の出力時間やＬｏ信号の出力時間）は変化してしまい、各磁極部の特定が困難になるおそれがある。そこで、このようにセンサ信号の幅を時間にて計測する場合には、ディスクの回転速度と上記センサ信号の出力時間とに基づいて該ディスクの回転位置を検出するようにしてもよい。この場合には、回転速度の違いに起因するセンサ信号の出力時間の変化を考慮した状態でディスクの回転位置が検出されるようになるため、ディスクの回転中であっても該ディスクの回転位置を確実に検出することができるようになる。ちなみに、ディスクの回転速度は、別途設けられた速度センサによって検出したり、上記センサ信号の生成間隔から算出したりすることで把握することができる。
【００６５】
・上記各実施形態における位置検出方法では、ホール素子の出力値に基づいてパルス状のセンサ信号を生成し、そのセンサ信号の幅に基づいてディスクの回転位置を検出するようにした。この他にも、以下の（ａ）、（ｂ）のような方法でディスクの回転位置を検出するようにしてもよい。
【００６６】
（ａ）各磁極部ａ〜ｈ毎の磁気センサ３０の最大出力値に基づいてディスクの回転位置を検出するようにしてもよい。
上述したように、本発明にかかる磁気式エンコーダによれば、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスクの回転に伴って変化するため、図１１に示すように、磁気センサ３０によって検出される磁束密度に応じて、換言すればディスクの回転位置に応じて磁気センサ３０の最大出力値は変化するようになる。従って、各磁極部ａ〜ｈ毎の磁気センサ３０の最大出力値に基づいてディスクの回転位置を検出することができ、このような位置検出方法によっても、本発明にかかる磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実にディスクの回転位置を検出することができるようになる。なお、磁気センサ３０の最大出力値の検出については、ホール素子の出力電圧をサンプリングするなどしてその最大出力電圧を求めるようにすればよい。
【００６７】
（ｂ）各磁極部ａ〜ｈ毎の磁気センサ３０の出力値についてその変化速度に基づき、ディスクの回転位置を検出するようにしてもよい。
上述したように、本発明にかかる磁気式エンコーダによれば、磁気センサ３０によって検出される磁束密度がディスクの回転に伴って変化するため、図１２に示すように、磁気センサ３０によって検出される磁束密度に応じて、換言すればディスクの回転位置に応じて磁気センサ３０の出力値の変化速度は異なるようになる。従って、各磁極部ａ〜ｈ毎の磁気センサ３０の出力値の変化速度に基づいてディスクの回転位置を検出することができ、このような位置検出方法によっても、本発明にかかる磁気式エンコーダを用いて速やかに、且つ確実にディスクの回転位置を検出することができるようになる。なお、同出力値の変化速度の検出については、ホール素子の出力電圧をサンプリングするなどしてその単位時間当たりの電圧変化量を求めるようにすればよい。
【００６８】
・上記各実施形態及びその変形例では、磁気式エンコーダが備える磁気センサ３０をホール素子としたが、この磁気センサは磁束密度といった磁極の磁気の強さを検出することのできるセンサであればよく、例えば磁気抵抗効果素子を用いるようにしてもよい。
【００６９】
・上記各実施形態及びその変形例では、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダに本発明にかかる磁気式エンコーダを適用した場合について説明したが、この他の移動体の位置、例えば直線運動する直線移動体の位置を検出する磁気式エンコーダにも、本発明は同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる磁気式エンコーダについてその構造を示す概略図。
【図２】同実施形態における磁気センサの出力特性を示すグラフ。
【図３】同実施形態において、各磁極部と磁気センサとの間の距離を示す模式図。
【図４】同実施形態において、磁気センサから出力されるセンサ信号の出力態様を示す概念図。
【図５】同実施形態において、ディスクの回転に伴って各磁極部が磁気センサを通過するときのセンサ信号の出力態様を示す概念図。
【図６】第２の実施形態において、磁気センサから出力されるセンサ信号の出力態様を示す概念図。
【図７】同実施形態において、ディスクの回転に伴って各磁極部が磁気センサを通過するときのセンサ信号の出力態様を示す概念図。
【図８】第１及び第２の実施形態における磁気式エンコーダの変形例を示す模式図。
【図９】第１及び第２の実施形態における磁気式エンコーダの変形例を示す模式図。
【図１０】第１及び第２の実施形態における磁気式エンコーダの変形例を示す模式図。
【図１１】磁気センサによって検出される磁束密度の大きさと該磁気センサの最大出力値との関係を示すグラフ。
【図１２】磁気センサによって検出される磁束密度の大きさと該磁気センサの出力値の変化速度との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７１】
１０…ディスク、２０…軸、３０…磁気センサ、１１０、１２０…ディスク、ａ〜ｈ…磁極部。
【図１】
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【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】
2006138788.tif 000010
【図９】
2006138788.tif 000011
【図１０】
2006138788.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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