(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体に固定され、且つ、前記回転体の軸と垂直な一方向に磁化され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するように配置されたリング状の固定体と、前記固定体の周方向に少なくとも２個取り付けた磁界検出素子と、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た磁気式エンコーダにおいて、
前記回転体の回転軸端部から軸方向に向かって、前記永久磁石と前記磁界検出素子とをそれぞれ一組とする第１の磁界検出ユニットおよび第２の磁界検出ユニットがギヤを介して連結してあり、
前記第１の磁界検出ユニットに連結されたギヤと第２の磁界検出ユニットに連結されたギヤの歯数比は、前記第２の磁界検出ユニットに設けた永久磁石の回転数が前記第１の磁界検出ユニットに設けた永久磁石の回転数の奇数倍になるような増速する比率に設定してあり、
前記信号処理回路は、前記第１および第２の磁界検出ユニットのそれぞれに設けた磁界検出素子間の差動信号を処理する差動アンプと、前記差動アンプにより処理された前記第２の磁界検出ユニットの差動信号を整形する信号整形回路と、前記差動アンプにより処理された前記第１の磁界検出ユニットの差動信号を前記信号整形回路により得た信号で補正する角度演算回路とが設けてあり、
前記角度演算回路により、前記第１の磁界検出ユニットに重畳した奇数次の高調波成分を除去するようにしたことを特徴とする磁気式エンコーダ。
【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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダの構成図および磁界検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回路のブロック図は、図２の（ａ）、（ｂ）のようになっている。
図２（ａ）において、１は回転体、１０は回転軸、５１は回転体１に回転軸１０を同一になるように固定された中空円板状の発磁体を構成する永久磁石で、材質はフェライト磁石、Ｓｍ−Ｃｏ系磁石、Ｎｅ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、または前記各種磁石を高分子材料で結合した分散型複合磁石の何れか一つによって形成し、回転軸１０に垂直な一方向に磁化されている。５２は永久磁石５１の外周側に設けられたリング状の固定体、５３は固定体５２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５１の外周面に対して空隙を介して対向し、且つ、互いに機械角で９０度位相をずらしてＡ1相検出素子５３１とＢ1相検出素子５３２を設け、さらにＡ1相検出素子５３１に対して機械角で１８０度位相をずらしてＡ2相検出素子５３３を、Ｂ1相検出素子５３２に対して機械角で１８０度位相をずらしてＢ2相検出素子５３４を設けている。
図２（ｂ）は磁界検出素子５３から出力されるＡ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2の各相信号を処理する信号処理回路６を示す回路図である。信号処理回路６はＡ1相とＡ2相の差動信号Ｖaを出力する差動アンプ６１と、Ｂ1相とＢ2相の差動信号Ｖbを出力する差動アンプ６２と、差動信号ＶaとＶbとからａｒｃｔａｎ（Ｖa／Ｖb）の演算を行って回転角度を演算する角度演算回路６３とを設けている。
このような構成により回転体の回転に応じて、永久磁石が回転した時、回転角度をθとすると、Ａ1相検出素子からはｓｉｎθ、Ｂ1相検出素子からはｃｏｓθに比例した電圧が発生する。ここで、Ａ1相検出素子とＡ2相検出素子の検出信号に着目すると、両者の基本信号は１８０度位相がずれているため、正負が逆転しているが、基本信号に重畳している偶数次の高調波成分の位相はシフトしない。
したがって、Ａ1相検出素子とＡ2相検出素子の差動信号Ｖaを用いることで偶数次の高調波を含有しない波形を得ることができる。同様にして得られたＢ1相検出素子とＢ2相検出素子の差動信号Ｖbと、Ａ1相検出素子とＡ2相検出素子の差動信号Ｖaを信号処理回路６を用いて分割することにより、回転体１の角度情報を得ることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術では、エンコーダの精度は高調波に起因する波形の歪み、すなわち理想的な正弦波、余弦波に対する誤差に依存するため、エンコーダの精度を高めるには高調波成分を低減する必要があった。しかしながら、上記に示した従来の構成では、偶数次の高調波を除去することはできるが、奇数次の高調波を除去することができず、次数の高い成分のレベルは大きくないので影響は少ないが、実質的には３、５次程度の高調波のレベルが大きいため、その結果、エンコーダの精度を向上することができないといった問題があった。
そこで、本発明は、磁界検出素子の検出信号に重畳した奇数次の高調波成分を除去することができ、高精度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、本発明は回転体に固定され、且つ、前記回転体の軸と垂直な一方向に磁化され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するように配置されたリング状の固定体と、前記固定体の周方向に少なくとも２個取り付けた磁界検出素子と、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た磁気式エンコーダにおいて、前記回転体の回転軸端部から軸方向に向かって、前記永久磁石と前記磁界検出素子とをそれぞれ一組とする第１の磁界検出ユニットおよび第２の磁界検出ユニットがギヤを介して連結してあり、前記第１の磁界検出ユニットに連結されたギヤと第２の磁界検出ユニットに連結されたギヤの歯数比は、前記第２の磁界検出ユニットに設けた永久磁石の回転数が前記第１の磁界検出ユニットに設けた永久磁石の回転数の奇数倍になるような増速する比率に設定してあり、前記信号処理回路は、前記第１および第２の磁界検出ユニットのそれぞれに設けた磁界検出素子間の差動信号を処理する差動アンプと、前記差動アンプにより処理された前記第２の磁界検出ユニットの差動信号を整形する信号整形回路と、前記差動アンプにより処理された前記第１の磁界検出ユニットの差動信号を前記信号整形回路により得た信号で補正する角度演算回路とが設けてあり、前記角度演算回路により前記第１の磁界検出ユニットに重畳した奇数次の高調波成分を除去するようにしたものである。
上記手段により、第１の磁界検出ユニットの磁界検出素子から奇数次の高調波成分を含んだ正弦波信号と余弦波信号が発生しても、第１の磁界検出ユニットからの信号を第２の磁界検出ユニットに設けた信号整形回路により補正した回転角度信号として検出されるので、理想波形に重畳した奇数次の高調波成分が除去される。その結果、歪みのない理想的な正弦波または余弦波を生成することが可能となる。
【０００５】
【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磁気式エンコーダであって、（ａ）は磁気式エンコーダの構成を示す斜視図、（ｂ）は磁界検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回路を示すブロック図である。
本発明の磁気式エンコーダは、回転体の回転軸の回りに装着した永久磁石と、固定体に設けた磁界検出素子とを設けた点は基本的に同じであるが、永久磁石と磁界検出素子とを一組とする磁界検出ユニットを二組設け、回転体側の一方の磁界検出ユニットから他方の磁界検出ユニットに対してギヤを介して増速するようにした点で異なっている。以下この相違点について説明する。
まず、本発明の磁気式エンコーダの構成について説明する。図１（ａ）において、２は回転体１の回転軸１０に装着した永久磁石２１と、固定体２２に設けた磁界検出素子２３とからなる第１の磁界検出ユニットであり、３は第１の磁界検出ユニット２の回転体１と反対側の端部に配置した永久磁石３１と、固定体３２に設けた磁界検出素子３３とよりなる第２の磁界検出ユニットである。また、２４は第１の磁界検出ユニット２の回転軸１に連結したギヤ、３４は第２の磁界検出ユニット３の回転軸３０に連結したギヤである。
ここで、磁界検出ユニット２の検出信号に重畳した奇数次の高調波成分を除去するために、第１および第２の磁界検出ユニット２、３にそれぞれ連結されたギヤ２４と３４の歯数比を、第２の磁界検出ユニット３に設けた永久磁石３１の回転数が第１の磁界検出ユニット２に設けた永久磁石２１の回転数の奇数倍になるような比率に設定してある。
次に、本発明の磁気式エンコーダにおける信号処理回路について説明する。
信号処理回路５には、磁界検出ユニット２に対して、Ａ11相検出素子２３１、Ａ12相検出素子２３３それぞれの出力信号であるＶA11とＶA12の差動信号ＶA1を出力する差動アンプ４１と、Ｂ11相検出素子２３２、Ｂ12相検出素子２３４それぞれの出力信号であるＶB11とＶB12の差動信号ＶB1を出力する差動アンプ４２とを設けている。さらに、磁界検出ユニット３に対して、Ａ21相検出素子３３１、Ａ22相検出素子３３３それぞれの出力信号であるＶA21とＶA22の差動信号ＶA2を出力する差動アンプ４３と、Ｂ21相検出素子３３２、Ｂ22相検出素子３３４それぞれの出力信号であるＶB21とＶB22の差動信号ＶB2を出力する差動アンプ４２とを設けている。また、４５は信号整形回路で、磁界検出ユニット３により生成された信号の振幅および位相を整形する信号処理回路である。４６は磁界検出ユニット２より検出される角度信号を信号整形回路４５で整形した信号で補正するようにした角度演算回路である。
次に磁気式エンコーダの動作について説明する。
まず、第１の磁界検出ユニット２に設けたギヤ２４と第２の磁界検出ユニット３に設けたギヤ３４との歯数比を、第２の磁界検出ユニット３の回転数が、第１の磁界検出ユニット２の回転数の３倍になるような比率３：１に設定する。このようなギヤ比で連結された二組の磁界検出ユニットのうち、第１の磁界検出ユニット２に接続された回転体１を回転させると、第２の磁界検出ユニット３の永久磁石３１は第１の磁界検出ユニット２の永久磁石２１の３倍に増速されるため、第２の磁界検出ユニット３において、第１の磁界検出ユニット２に重畳する３次高調波と同周期の信号が発生する。この後、第２の磁界検出ユニット３で生成された３次高調波成分の信号は信号整形回路４５に送られ、信号整形回路４５において  その信号の振幅および位相が整形される。さらに信号整形回路４５で整形された信号と第１の磁界検出ユニット２より検出される角度信号とが角度演算回路４６に送られ、第１の磁界検出ユニット２の角度検出信号が信号整形回路４５で整形された信号によって補正される。これより最終的に第１の磁界検出ユニットに重畳した奇数次の３次高調波が除去される。
このように、第１の磁界検出ユニットと、第１の磁界検出ユニットからの正弦波および余弦波信号に重畳している奇数次の高調波成分と同周期の信号を発生させるようにギヤ機構を介して配設された第２の磁界検出ユニットと、第２の磁界検出ユニットに重畳した３次高調波と同周期の信号を整形する信号整形回路と、  第１の磁界検出ユニットの信号から第２の磁界検出ユニットの信号を差し引くことで回転角度信号を補正する角度演算回路を設けたので、第１の磁界検出ユニットの重畳している奇数次の高調波成分を除去することができる。
なお、磁界検出ユニット２により検出された信号に重畳した３次高調波の振幅および位相と、磁界検出ユニット３により生成された信号の振幅および位相と異なっている場合は、振幅に関しては、処理回路に設けた図示しないオペアンプで信号を増幅することにより振幅の調整が可能であり、また、位相に関しては、磁界検出ユニット３により生成された２つの信号を適当な配分で足し合わせることで調整可能である。
また、本実施例では、簡略化のために永久磁石と磁界検出素子を組み合わせた一組の磁界検出ユニットを２組用いているが、複数個の磁界検出ユニットを配設するようにしても構わない。すなわち、第3、第４の磁界検出ユニットとギヤを配設することで、５次、７次の高調波成分を除去することができる。
【０００６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、従来除去することができなかった磁界検出素子の検出信号に重畳した奇数次の高調波成分を除去することが可能となり、歪みのない理想的な正弦波および余弦波を生成でき、その結果、精度の高い磁気式エンコーダを提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す磁気式エンコーダであって、（ａ）は磁気式エンコーダの構成を示す斜視図、（ｂ）は磁界検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回路を示すブロック図である。
【図２】従来の磁気式エンコーダであって、（ａ）は磁気式エンコーダの構成を示す斜視図、（ｂ）は磁界検出素子から出力される各相信号を処理する信号処理回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１：回転体
１０、３０  回転軸
２  第１の磁界検出ユニット
３  第２の磁界検出ユニット
２１、３１  永久磁石
２２、３２  固定体
２３、３３  磁界検出素子
２３１  Ａ11相検出素子
２３２  Ｂ11相検出素子
２３３  Ａ12相検出素子
２３４  Ｂ12相検出素子
２４、３４  ギヤ
３３１  Ａ21相検出素子
３３２  Ｂ21相検出素子
３３３  Ａ22相検出素子
３３４  Ｂ22相検出素子
４  信号処理回路
４１〜４４  差動アンプ
４５  信号整形回路
４６  角度演算回路
【図１】
0003882974.tif 000002
【図２】
0003882974.tif 000003