(57)【要約】【課題】検出波形歪みの小さい、小型で高精度の磁気エンコーダ装置を得る。【解決手段】本発明の磁気エンコーダ装置は、直線異方性をもつ２極着磁した円板状の第１の永久磁石２１および第２の永久磁石２２の中心部にシャフト１を貫通させるための穴を形成し、お互いの磁化方向のずれが６０度になるように配置して回転体であるシャフト１に固定する。第１の永久磁石２１および第２の永久磁石２２の外周側に空隙を介して磁界検出素子４を配置し、この磁界検出素子４は磁性体で形成されたリング状の固定体３に取り付ける構成としたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定され直線異方性を有する希土類磁石を２極着磁した円板状の永久磁石と、前記永久磁石の外周側に空隙を介して対向し、リング状の磁性体で形成された固定体に取り付けられた磁界検出素子と、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、前記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において、
前記永久磁石は、互いに磁化方向のずれが６０±５度の範囲になるように配置された２個の永久磁石から構成されることを特徴とする磁気式エンコーダ装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転体の回転位置を検出するエンコーダ装置の、特に波形歪み低減に効果的な永久磁石の配置をもつ磁気式エンコーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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リング状の磁性体で形成した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エンコーダが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特表ＷＯ９９／１３２９６
【０００４】
円板状の永久磁石を回転体に固定する方法としては、永久磁石を回転体とは別の部材に接着等により装着しカップリングを用いて回転体に連結する方法がある。この方法は永久磁石に直接加工を施さないため永久磁石からの磁界を歪めることは無いが、耐振動など信頼性に問題がある。また、永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を一致させるのが難しく、取付精度を上げるための設備や多くの作業時間が必要になり、組立てコストが高くなる。一方、組み立てコストを抑えるため永久磁石中心と回転体中心の不一致を許容すると、エンコーダの精度が劣化する問題がある。この問題を回避する磁気式エンコーダ装置として従来、図７に示すようなものがある。図において１はシャフト、２は円板状の永久磁石で、永久磁石２の中心部に円形の穴を設け、この穴にシャフト１を貫通させ、永久磁石２をシャフト１に固定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、永久磁石を固定するシャフトはパワー線や信号線を通すために中空にすることが望まれ、シャフト径が大きくなるケースも多く、耐振動、信頼性向上の観点からはシャフト径を大きくしたいが、シャフト径を大きくしすぎると、角度検出精度の観点からは、磁界検出素子からの出力信号が小さくなるとともに３次高調波の発生により信号波形が歪み、位置検出精度が悪くなる問題があった。
そこで、本発明は中実あるいは中空の比較的径の大きいシャフトにマウントでき、かつ小型、ローコストで高精度の磁気エンコーダ装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため本発明は、回転体に固定され直線異方性を有する希土類磁石を２極に着磁した円板状の永久磁石と、前記永久磁石の外周側に空隙を介して対向し、リング状の磁性体で形成された固定体に取り付けられた磁界検出素子と、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、前記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において、前記永久磁石は、互いに磁化方向のずれが６０±５度の範囲になるように配置された２個の永久磁石から構成するものである。
本構成によれば個々の永久磁石のもつ高調波成分がキャンセルされ歪みの小さい検出信号が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例を示す回転体の絶対角度を検出する磁気エンコーダ装置の斜視図である。図１において、１はシャフト、２は中空円形状の永久磁石、３は磁性体からなるリング状の固定体、４は永久磁石２の外周面に空隙を介して対向して設けた磁界検出素子である。永久磁石２は一方向に２極着磁された第１の永久磁石２１と第２の永久磁石２２の２個の永久磁石がお互いに６０度磁化方向をずらしてシャフト１に固定されている。永久磁石内に示した実線の矢印は第１の永久磁石２１の磁化方向を、点線の矢印は第２の永久磁石２２の磁化方向を示す。磁石の外径は１０ｍｍ、内径は６ｍｍで、ＳｍＣｏ系磁石やＮｅＦｅＢ系磁石で形成している。
つぎに本発明の動作について述べる。
シャフト１が回転すると、永久磁石２も回転し、永久磁石２の磁界の変化により、磁界検出素子４からシャフト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はこの磁界検出素子４からの信号を処理して角度信号θに変換するための信号処理回路のブロック図である。お互いに１８０度対向位置に配置されたＡ１相検出素子４１およびＡ２相検出素子４３からのそれぞれの検出信号Ｖａ１およびＶａ２が差動アンプ５１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、お互いに１８０度対向位置に配置されたＢ１相検出素子４２およびＢ２相検出素子４４からのそれぞれの検出信号Ｖｂ１およびＶｂ２が差動アンプ５２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。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。図３にＡ相信号ＶａとＢ相信号Ｖｂの信号波形図を示す。Ａ相信号ＶａとＢ相信号Ｖｂは角度演算回路５３に入力され、ａｒｃｔａｎ（Ｖａ／Ｖｂ）の演算処理により角度信号θが得られる。
永久磁石の中心にシャフトの取り付け穴を形成すると、永久磁石の円周上の磁界分布に歪みが発生し、特に３次の高調波成分を多く含むようになるが、本発明により、この高調波成分を含まない歪率の小さい検出信号を得ることができる。以下、図４を使って説明する。図４（ａ）に第１の永久磁石２１のもつ１次の磁界成分と３次の磁界成分、図４（ｂ）に第２の永久磁石２２のもつ１次の磁界成分と３次の磁界成分、図４（ｃ）に第１の永久磁石２１と第２の永久磁石２２の合成磁界成分を示す。本発明では永久磁石２は磁化の方向を６０度ずらした第１の永久磁石２１と第２の永久磁石２２の２個の永久磁石から構成されているので、それぞれの永久磁石のもつ３次の磁界成分は、この成分の１周期を３６０度としてお互いに位相が１８０度ずれるためキャンセルされ、磁界検出素子４からは３次高調波を含まない検出信号が得られる。図５に歪率の測定結果を示す。２個の永久磁石の磁化方向のずれの大きさを変えてシャフトに固定し、信号波形の歪率および信号出力を測定した。磁化方向のずれ角度が６０±５度の場合は、磁界検出素子からの信号波形の歪率は０．５％以下となり、高精度の磁気エンコーダ装置が実現できることがわかる。
実施例の磁気エンコーダを用いた検出角度を、基準となる高精度の基準エンコーダ（分解能１００万パルス／回転）と比較した結果を図６に示す。検出の最大誤差は０．０３度以下であり、極めて高精度の絶対角度検出が出来ることがわかる。
【０００８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の磁気エンコーダ装置は、中心部に円形の中空部を設けた永久磁石２個を磁化方向を６０度ずらして配置した構成にしたので、つぎの効果がある。
（１）２個の永久磁石のもつ３次の磁界成分はキャンセルされ、３次高調波を含まない検出信号が得られるため、精度の高い検出信号が得られる。
（２）シャフトを貫通させ、シャフトに直接永久磁石を固定することができるので耐振動など信頼性が向上する。
（３）シャフト径を大きくしても特性の劣化が小さいため、シャフトは中空構造とすることもでき、中空部を他機器のパワー線、信号線を通すことが可能となる。従って、機器構成の自由度が広がるとともに、機器をコンパクトにすることができる。
（４）永久磁石の回転中心と、回転体の回転中心を容易に一致させることができ、加工、組立コストが安くなる。またエンコーダの精度に悪影響を及ぼす偏心の影響が小さくなる。
（５）構造がシンプルな、回転角度の絶対位置を検出する小型、高精度、低価格の磁気エンコーダ装置を提供できる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】本発明の実施例の信号処理回路のブロック図
【図３】本発明の実施例の磁界検出素子からの差動信号の波形図
【図４】本発明の実施例の検出原理を示す波形図
【図５】本発明の２個の永久磁石間の磁化方向のずれ角度と信号波形の歪率の関係を示すグラフ
【図６】本発明の磁気エンコーダ装置の精度を示すグラフ
【図７】従来の磁気エンコーダ装置の斜視図
【符号の説明】
１  シャフト（回転体）
２  永久磁石
２１  第１の永久磁石
２２  第２の永久磁石
３  固定体
４  磁界検出素子
４１  Ａ１  相検出素子
４２  Ｂ１  相検出素子
４３  Ａ２  相検出素子
４４  Ｂ２  相検出素子
５  信号処理回路
５１、５２  差動アンプ
５３  角度演算回路
【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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