(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出体と一体に回転する回転軸に対して、垂直かつ一様に磁界を発生する磁界発生手段と、
前記磁界の方向に対して指向性と極性を有し、少なくとも１個を前記磁界発生手段が生成する磁界内に回転軸と垂直方向に指向性が最大になるように配置してあり、かつ、少なくとも１個を前記回転軸のまわりに回転させた位置に配置した磁界検出手段と、
前記磁界検出手段から得られた信号を、前記回転軸の角度の絶対位置を表す角度情報に変換する波形処理回路と、
を備え、
前記磁界検出手段は少なくとも３個有し、前記磁界検出手段の少なくとも１個の磁界検出感度が最大となる方向が前記２個の磁界検出手段の方向とそれぞれ垂直になるように配置していることを特徴とする磁気式エンコーダ。
【請求項２】
前記磁界発生手段が永久磁石と軟磁性体のヨークからなることを特徴とする請求項１記載の磁気式エンコーダ。
【請求項３】
前記永久磁石は気相成長法で形成されていることを特徴とする請求項２記載の磁気式エンコーダ。
【請求項４】
前記磁界検出手段はホール素子または磁気抵抗効果素子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダ。
【請求項５】
前記磁界検出手段は半導体からなる基板内に形成され、３個の素子が互いに直交するように形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の磁気式エンコーダ。
【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磁気式エンコーダに関し、特に小型の磁気式エンコーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転体の回転位置を検出する小型の磁気式エンコーダとして、図３のようなものがある。図３は、従来の磁気式エンコーダを示す側面図である。図において、１はヨーク、２は永久磁石、３は磁界検出素子、４は回転軸、５はモータである。この磁気式エンコーダは、回転軸４に対して垂直かつ一様に磁界を発生させる永久磁石２と、ヨーク１の間に磁界の方向に対して指向性と極性を有するホール素子などの磁界検出素子３を備えたもので、この磁界検出素子３ａを永久磁石２が生成する磁界内に、軸と垂直方向に指向性が最大になるように配置してあり、さらに、もう一つの磁界検出素子３ｂを軸方向に９０度回転させて配置している。また、磁界検出素子の配置を軸角度の異なる２つの磁界検出手段に対して軸角度は同一で極性の異なる２つの磁界検出手段を配置している（図示しない）。
いま、モータ５の駆動により回転軸４が回転すると、回転軸４に固定したヨーク１が回転する。ヨーク１内の磁界の向きが変化するので、固定した磁界検出素子３によって、１回転につき正弦波と余弦波を得ることができる。この２つの信号を図示していない角度演算器などを用いて演算することにより回転位置を検出することができる。演算方法については例えば、一方の磁気検出素子の電圧出力をＶa 、他方の磁気検出素子の電圧出力をＶb とすると、回転位置θは、θ＝ARCTAN( Ｖa/Ｖb)で算出することができる。
したがって、このような磁気式エンコーダは磁界の振幅が一定の場合に高精度の位置検出が可能となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の永久磁石では磁石が大きいことや複雑な形状をしているため、磁界の平行度が悪い。磁界の平行度が悪いと波形がひずみ、微小角度の検出精度が悪い問題がある。また、永久磁石が複雑な形状を有していることから着磁も困難で有り、実用化を困難なものにしていた。さらに、小型なアクチュエータを作製する場合には、前述の磁気式エンコーダも小型化しなければならないが、磁界を生成する永久磁石は形状が複雑なため加工が困難であり小型化を困難なものにしていた。
そこで、本発明は作製が容易で検出精度が高く、かつ、小型の磁気式エンコーダを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は被検出体と一体に回転する回転軸に対して、垂直かつ一様に磁界を発生する磁界発生手段と、前記磁界の方向に対して指向性と極性を有し、少なくとも１個を前記磁界発生手段が生成する磁界内に回転軸と垂直方向に指向性が最大になるように配置してあり、かつ、少なくとも１個を回転軸のまわりに回転させた位置に配置した磁界検出手段と、前記磁界検出手段から得られた信号を角度情報および位置情報に変換する波形処理回路とからなる磁気式エンコーダにおいて、前記磁界検出手段は少なくとも３個有し、前記磁界検出手段の少なくとも１個の磁界検出感度が最大となる方向が前記２個の磁界検出手段の方向とそれぞれ垂直になるように配置した構成である。
また、前記磁界発生手段を永久磁石と軟磁性体のヨークからなる構造としてもよく、前記永久磁石は気相成長法で形成してもよい。
また、前記磁界検出手段はホール素子または磁気抵抗効果素子としてもよいし、前記ホール素子は半導体からなる基板内に形成され、３個の素子が互いに直交するように形成されていてもよい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。
本発明の実施例を図１および図２に示す。図１は本発明の磁気式エンコーダを小型のモータと結合させた側面図、図２は図１を矢印の方向から見た正面図である。図において、１はヨーク、２は永久磁石、３は磁界検出素子、４は回転軸、５はモータである。
ヨーク１は、永久磁石２から発する磁界を導くもので、コ字状の３％Ｓｉ−Ｆｅの軟磁性の珪素鋼板を積層し２個のブロックに成形したものからなる。永久磁石２はブロック状のフェライト磁石をヨーク１の中に結合させて形成している。
磁界検出素子３は、３個のホール素子（３ａ，３ｂ，３ｃ）を用いヨーク１の開口部に配置している。ホール素子３個の検出信号がそれぞれ最大となる方向が互いに垂直になるように設置している。したがって、永久磁石２から発する磁界はヨーク１を通り、磁界検出素子３を設置した空間に均一な磁界を形成する。
また、図示していないが、磁界検出素子３への駆動電源の供給や磁界検出手段からの信号送信を行うための信号線を、波形処理回路に接続している。また、図示しないが、回転軸４は軸受によりケーシングに支持され、磁界検出手段はフレームを介してケーシングに固定されている。
【０００６】
次に、本実施例の動作について述べる。
いま、回転軸４の回転によりヨーク１及び永久磁石２がθだけ回転すると、磁界検出素子３ａの指向性が最大のベクトル方向と、永久磁石により生成される磁界のベクトル方向はθだけずれる。また、磁界検出素子３ａ、３ｂの検出磁界が最大となる方向からそれぞれ軸方向に向かって、ψa 、ψb の角度を有しているとすると、各磁界検出素子３ａ、３ｂの補正後の出力Ｖａ、Ｖｂはそれぞれ、(1) 式と(2) 式で表される。
Ｖａ＝Ｂｃｏｓθ／ｃｏｓψa …(1)
Ｖｂ＝Ｂｃｏｓ（θ＋π／２）／ｃｏｓψb …(2)
さらに、各補正後の出力を用いて、回転軸２の角度の絶対位置Θは、(3) 式として得られる。
Θ＝ａｒｃｔａｎ（Ｖａ／Ｖｂ）    …(3)
以上のことから、ψa とψb の値がわかれば、磁界方向の変動による出力振幅の誤差を補正することができる。そこで、磁界検出素子３ａ、３ｂがそれぞれ最大になる位置に置いて、ψa とψb は逐次更新され信号処理回路に含まれる記憶領域に記憶され各磁界検出素子の補正に用いられる。具体的には、磁界検出素子３ａの出力が最大になるときに、磁界検出素子３ｃの出力をＶ3c3amax とすると、あらかじめ計測された磁界検出素子３ｃの最大値をＶ3cmax とすれば、(4) 式で与えられる。
ψa ＝ｓｉｎ-1（Ｖ3c3amax ／Ｖ3cmax ）  …(4)
同様に、磁界検出素子３ｂについて、磁界検出素子３ｂの出力が最大になるときに、磁界検出素子３ｃの出力をＶ3c3bmax とすると、(5) 式で与えられる。
ψb ＝ｓｉｎ-1（Ｖ3c3bmax ／Ｖ3cmax ）  …(5)
従って、(4) 式、(5) 式で得られた値を(1) 式(2) 式に代入し、（3 ）式にてΘを求めることができる。
なお、本実施例では磁界発生素子３のホール素子３個を、それぞれ独立させて配置したが、これに限らず３個のホール素子を互いに磁界最大検出が直交するように半導体基板上に形成してもよい。この構成によっても信号の検出精度は前述の実施例と同様によい結果が得られた。
なお、本実施例では、磁界検出素子としてホール素子を用いたが、磁気抵抗効果素子を用いてもよい。また、永久磁石はブロック状のフェライト磁石を用いたが、これに限らず希土類磁石などをスパッタ法を用いて、軟磁性体の端面に付着させてもよい。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、磁界検出手段を少なくとも３個有し、この磁界検出手段の少なくとも１個の磁界検出感度が最大となる方向が他の２個の磁界検出手段の方向とそれぞれ垂直になるように配置したので、磁界検出素子の出力変動を容易に補正できる。したがって、実用化が容易となり、検出精度の高い小型の磁気式エンコーダを得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の磁気式エンコーダを用いたモータの全体構成を示す側面図である。
【図２】図１の矢印方向から見た正面図である。
【図３】従来の磁気式エンコーダを示す側面図である。
【符号の説明】
１：ヨーク
２：永久磁石
３：磁界検出素子
４：回転軸
５：モータ
【図１】
0004543297.tif 000002
【図２】
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【図３】
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