(57)【要約】      （修正有）【課題】組立時の磁気検出素子の位置調整、出力調整等の作業を簡単かつ廉価に行うことのできる磁気エンコーダを提供する。【解決手段】磁気エンコーダ１は、検出用リングマグネット２と、磁気検出素子２１が実装されている検出体１１〜１４と、磁気検出素子２１のそれぞれが出力するＡ相、Ｂ相信号の振幅を調整するデジタルポテンショメータ４１と、デジタルポテンショメータ４１を介して、磁気検出素子２１のそれぞれのＡ相、Ｂ相信号の振幅調整を行う制御装置５とを有している。磁気検出素子２１の出力を制御装置５によって自動調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の極が着磁された検出用リングマグネットと、
前記検出用リングマグネットの着磁面に一定のギャップで対峙する第１磁気検出素子が実装されている第１検出体および前記着磁面に一定のギャップで対峙する第２磁気検出素子が実装されている第２検出体と、
前記第１、第２検出体のそれぞれの前記第１、第２磁気検出素子が着磁面を中心とする同一円上の所定の角度間隔の位置となるように、前記第１、第２検出体が取り付けられているフレームと、
前記検出用リングマグネットの回転に伴って前記第１、第２磁気検出素子のそれぞれが出力するＡ相、Ｂ相信号を入力とする第１、第２差動増幅器と、
前記第１、第２差動増幅器から出力される第１、第２検出信号に基づき、前記検出用リングマグネットの回転位置を検出する信号処理部と、
前記第１、第２磁気検出素子のそれぞれが出力するＡ相、Ｂ相信号の振幅を調整する第１、第２デジタルポテンショメータと、
前記第１、第２デジタルポテンショメータを介して、前記第１、第２磁気検出素子のそれぞれから出力される前記Ａ相、Ｂ相信号の振幅調整を行う調整部と、
を有している磁気エンコーダ。
【請求項２】
前記第１、第２検出体基板に、前記第１、第２差動増幅回路および前記第１、第２デジタルポテンショメータがそれぞれ実装されている請求項１に記載の磁気エンコーダ。
【請求項３】
前記検出用リングマグネットの代わりに、円形外周面に一定のピッチで外歯が形成されている外歯車が配置され、
前記第１、第２磁気検出素子として、当該第１、第２磁気検出素子における前記外歯車とは反対側の背面に第１、第２バイアスマグネットがそれぞれ取り付けられているものが配置される請求項１または２に記載の磁気エンコーダ。
【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エンコーダに関し、特に、組立時の出力調整作業を簡単に行うことのできる磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転軸の絶対位置を精度良く検出するための磁気式アブソリュートエンコーダとしては、特許文献１に記載されているように、２極の磁気エンコーダおよび多極、例えば６４極の磁気エンコーダを備えたものが知られている。磁気エンコーダに用いる磁気検出素子としては、ホール素子、ＭＲ素子等が用いられている。
【０００３】
例えば、図３に示すように、多極の磁気エンコーダ１００においては、多極着磁されたリングマグネット１０２に対して、その着磁面１０３に対して一定のギャップで対峙するように磁気検出素子、例えばホール素子１０４が実装された検出体１０５（１）が配置される。一般的には、ノイズを除去するために、４組の検出体１０５（１）〜１０５（４）が、リングマグネット１０２の着磁面に対峙するリング状のフレーム（図示せず）に、９０度の角度間隔で搭載される。
【０００４】
各検出体１０５（１）〜１０５（４）のホール素子１０４はフルブリッジ構成となっており、その一対の出力であるＡ相、Ｂ相出力が、フレキシブル配線基板１０６を介して、ＩＦボードに実装されている差動増幅器１０７に入力される。差動増幅器１０７の出力信号はデジタル信号に変換されて、信号処理部１０８に供給される。供給される４組の信号は相互に位相が９０度異なる検出信号であり、これらの検出信号に基づき、リングマグネット１０２が取り付けられている回転軸の回転位置が演算される。信号処理部１０８は、マイクロコンピュータあるいはＦＰＧＡによって構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０６１７９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、磁気エンコーダの組立に当っては、リングマグネットと同一構成のマスタ（調整用リングマグネット）に対して、磁気検出素子のそれぞれが一定のギャップで対峙するように、４枚の検出体を等角度間隔でフレームに配置し、それらの検出体から得られる検出出力に基づき作業員が各検出体の位置調整、ゲイン調整等を行っている。すなわち、４枚の検出体に実装されている磁気検出素子のＡ相、Ｂ相の出力信号がそれぞれ規格内に入るように、各検出体の位置調整、ゲイン調整等を行っている。
【０００７】
各磁気検出素子の位置調整、ゲイン調整を手作業に頼っており、作業効率が悪く、作業コストの低減が困難である。また、調整時に使用するリングマグネットは調整専用のマグネットである。実際に使用するリングマグネットには微小ではあるが固体差があり、組み付けた状態において、各磁気検出素子の出力特性が調整時とは微妙に変化してしまい、上位側において、磁気検出素子の出力を再度、調整することが必要な場合がある。時として、規格外の不良品と判断されて、最初の組立工程に戻らなければならないという不具合が生じるおそれもある。
【０００８】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、組立時の磁気検出素子の位置調整、出力調整等の作業を簡単かつ廉価に行うことのできる磁気エンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明の磁気エンコーダは、
複数の極が着磁された検出用リングマグネットと、
前記検出用リングマグネットの着磁面に対して一定のギャップで対峙する第１、第２磁気検出素子のそれぞれが実装されている少なくとも２つの第１、第２検出体、例えば、第１〜第４磁気検出素子のそれぞれが実装されている第１〜第４検出体と、
前記第１〜第４磁気検出素子が前記着磁面を中心とする同一円上の等角度間隔の位置となるように、前記第１〜第４検出体が取り付けられているフレームと、
前記検出用リングマグネットの回転に伴って前記第１〜第４磁気検出素子のそれぞれが出力するＡ相、Ｂ相信号を入力とする第１〜第４差動増幅器と、
前記第１〜第４差動増幅器から出力される第１〜第４検出信号に基づき、前記検出用リングマグネットの回転位置を検出する信号処理部と、
前記第１〜第４磁気検出素子のそれぞれが出力するＡ相、Ｂ相信号の振幅を調整する第１〜第４デジタルポテンショメータと、
前記第１〜第４デジタルポテンショメータを介して、前記第１〜第４磁気検出素子のそれぞれから出力される前記Ａ相、Ｂ相信号の振幅調整を行う出力調整部と、
を有していることを特徴としている。
【００１０】
本発明においては、出力調整部は、第１〜第４デジタルポテンショメータを介して、第１〜第４磁気検出素子の出力調整を行うことができる。マイクロコンピュータあるいはＦＰＧＡを出力調整部として機能させることができる。第１〜第４磁気検出素子の出力を自動調整することが可能である。よって、作業員の手作業による出力調整が不要となり、組立作業の効率化、コスト低減を図ることができる。
【００１１】
この場合、前記第１〜第４検出体に、前記第１〜第４差動増幅回路および前記第１〜第４デジタルポテンショメータがそれぞれ実装されていることが望ましい。
【００１２】
検出体の側に差動増幅回路およびデジタルポテンショメータが実装されているので、上位側の信号処理部、出力調整部として機能するマイクロコンピュータに装備されるＩＦボードの側に差動増幅回路等の実装が不要となる。よって、回路実装面積を削減でき、ＩＦボードのサイズを抑えることができる。また、ＩＦボードの側には、差動増幅回路から出力される検出信号が供給されるので、各磁気検出素子のＡ相、Ｂ相出力が直接にＩＦボードに入力される従来の回路構成に比べて、ＩＦボードに入る検出信号線の本数を減らすことができ、これによってもＩＦボードのサイズを抑えることができる。
【００１３】
ここで、磁気エンコーダの検出精度等の性能を高めるために、前記検出用リングマグネットの代わりに、多数枚の外歯を備えた磁性材料からなる外歯車を使用し、前記第１〜第４磁気検出素子として、当該第１〜第４磁気検出素子における前記外歯車とは反対側の背面に第１〜第４バイアスマグネットがそれぞれ取り付けられているものを使用することができる。
【００１４】
バイアスマグネットのバイアス磁力と外歯車との組み合わせによって、Ａ、Ｂ相出力を各磁気検出素子から得ることができる。リングマグネットに一定のピッチで多極着磁する場合に比べて、外歯車には一定のピッチで精度良く多数枚の外歯を形成できる。また、バイアスマグネットを用いることにより、磁気検出素子の磁気検出面が位置する磁場の磁束強度を高めることができ、検出信号のＳ／Ｎ比を高めることができる。よって、回転位置の検出精度を高めることができる。
【００１５】
また、本発明の磁気エンコーダにおいては、その組立時に、調整用のリングマグネットを用いずに、実際に組み付けられる上記の検出用リングマグネットを用いて調整作業を行うようにすることが望ましい。これにより、調整用のリングマグネットと実際に用いる検出用リングマグネットの間の微妙な特性の相違に起因して、組み付け後の出力特性が変化してしまうという弊害を回避でき、組立作業の作業性、歩留まりを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明を適用した磁気エンコーダの概略構成図である。
【図２】図１の磁気エンコーダの変形例を示す説明図である。
【図３】従来の磁気エンコーダの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１（ａ）は本発明を適用した磁気エンコーダを示す概略構成図であり、図１（ｂ）はその機能ブロック図である。磁気エンコーダ１は、多極、例えば６４極の磁気エンコーダである。磁気エンコーダ１は、図１（ａ）に示すように、検出用リングマグネット２、磁気検出素子、例えばホール素子がそれぞれ実装された第１〜第４検出体１１〜１４が取り付けられたリングフレーム３、結線用基板であるフレキシブル配線基板４、および、制御装置５を備えている。制御装置５は、マイクロコンピュータ６（あるいは、ＦＰＧＡ）およびＩＦボード７を備えている。
【００１８】
検出用リングマグネット２は検出対象である回転軸８に同軸に固定される。検出用リングマグネット２の円形外周面には例えば６４極の着磁面２ａが形成されている。リングフレーム３には、着磁面２ａに一定のギャップで対峙する円形の検出体搭載面３ａが形成されている。検出体搭載面３ａには、第１〜第４検出体１１〜１４が９０度の角度間隔で取り付けられている。第１〜第４検出体１１〜１４のそれぞれは同一構成である。
【００１９】
図１（ｂ）を参照して説明すると、第１検出体１１には、磁気検出素子、例えばフルブリッジ構成の第１ホール素子２１が実装されている。また、第１ホール素子２１のＡ相、Ｂ相出力を入力とする第１差動増幅器３１が実装され、第１差動増幅器３１から出力される検出信号の振幅を調整するための第１デジタルポテンショメータ４１が当該第１差動増幅器３１に付設されている。同様に、図示を省略するが、第２検出体１２〜第４検出体１４も、それぞれ、第２〜第４ホール素子２２〜２４、第２〜第４差動増幅器３２〜３４および第２〜第４デジタルポテンショメータ４２〜４４を備えている。
【００２０】
これらの第１〜第４検出体１１〜１４は、それぞれ、結線用のフレキシブル配線基板４を介して、制御装置５のＩＦボード７に接続されている。ＩＦボード７を備えたマイクロコンピュータ６は、そこにインストールされているプログラムを実行することにより、第１〜第４検出体１１〜１４からの検出信号に基づきリングマグネットの回転位置を演算する信号処理部６ａとして機能する。また、第１〜第４各デジタルポテンショメータ４１〜４４を制御して各出力のゲイン（振幅）調整を行う調整部６ｂとして機能する。
【００２１】
この構成の磁気エンコーダ１においては、第１〜第４ホール素子２１〜２４のＡ、Ｂ相出力を入力とする第１〜第４差動増幅器３１のゲイン調整を第１〜第４デジタルポテンショメータ４１〜４４で行うようにしている。第１〜第４デジタルポテンショメータ４１〜４４をマイクロコンピュータ６の側から調節して、第１〜第４ホール素子２１〜２４の出力調整を行うことができる。よって、作業員による調整作業工程を削減でき、作業効率、コストを低減できる。
【００２２】
また、第１〜第４検出体１１〜１４にそれぞれ第１〜第４差動増幅器３１〜３４および第１〜第４デジタルポテンショメータ４１〜４４が実装されているので、ＩＦボード７に入力される検出信号線の本数が減る。よって、ＩＦボード７のサイズを抑えることができ、製造コストの低減に有利である。
【００２３】
さらに、本例の磁気エンコーダ１の組立作業においては、従来において使用されている調整専用のリングマグネットを用いる代わりに、実際に組み付けられている検出用リングマグネット２を用いて、第１〜第４ホール素子２１の取付け位置の調整、検出信号のゲイン調整等の作業を行う。これにより、調整専用のリングマグネットと実際の検出用リングマグネット２の間の特性の相違に起因する誤差が生じないので、組立作業を効率良く行うことができ、不良品の発生も抑制できる。
【００２４】
次に、図２は、検出用リングマグネットおよび磁気検出素子の代わりに用いることのできる検出機構の例を示す説明図である。図示の検出機構５０では、検出用リングマグネット２の代わりに、円形外周面に一定のピッチで外歯５１が形成されている外歯車５２が配置され、第１〜第４磁気検出素子が実装されている第１〜第４検出体６１〜６４における外歯車５２とは反対側の面である背面に、第１〜第４バイアスマグネット７１〜７４がそれぞれ取り付けられている。第１〜第４磁気検出素子としては、ホール素子、ＭＲ素子等を用いることができる。
【００２５】
なお、上記の例では、第１〜第４検出体１１〜１４を備え、４つの磁気検出素子が９０度の等角度間隔に配置されている。位相が９０度異なる２相の信号を発生できればよいので、ノイズ等を抑制できれば、少なくとも２つの第１、第２検出体を９０度の角度間隔で配置すればよい。
【符号の説明】
【００２６】
１    磁気エンコーダ
２    検出用リングマグネット
２ａ  着磁面
３    リングフレーム
３ａ  検出体搭載面
４    フレキシブル配線基板
５    制御装置
６    マイクロコンピュータ
６ａ  信号処理部
６ｂ  調整部
７    ＩＦボード
８    回転軸
１１  第１検出体
１２  第２検出体
１３  第３検出体
１４  第４検出体
２１  第１ホール素子
２２  第２ホール素子
２３  第３ホール素子
２４  第４ホール素子
３１  第１差動増幅器
３２  第２差動増幅器
３３  第３差動増幅器
３４  第４差動増幅器
４１  第１デジタルポテンショメータ
４２  第２デジタルポテンショメータ
４３  第３デジタルポテンショメータ
４４  第４デジタルポテンショメータ
５０  検出機構
５１  外歯
５２  外歯車
６１  第１検出体
６２  第２検出体
６３  第３検出体
６４  第４検出体
７１  第１バイアスマグネット
７２  第２バイアスマグネット
７３  第３バイアスマグネット
７４  第４バイアスマグネット
【図１】
2017090333.tif 000003
【図２】
2017090333.tif 000004
【図３】
2017090333.tif 000005