(57)【要約】【課題】基準点近傍の等配ピッチの磁極の磁束波形のパルスピッチ精度が向上し、検出センサのギャップ長の影響を受けることのない磁気エンコーダを提供すること。【解決手段】磁界の強さを検出する検出手段２０に対して回転する環状のロータ１０の表面に、Ｎ極とＳ極を等配ピッチで交互に設けた等配極１１と、前記等配極１１に隣接して該等配極１１のピッチよりも幅広な１つ以上の幅広極１２とを有する着磁パターンが設けられた磁気エンコーダ１において、前記幅広極１２における隣接する前記等配極１１側の端部近傍に、前記等配極１１のピッチよりも幅が狭く、且つ、該幅広極１２の極性と逆極性の緩衝極１４を設けたことを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界の強さを検出する検出手段に対して回転する環状の磁気ロータの表面に、Ｎ極とＳ極を等配ピッチで交互に設けた等配極と、前記等配極に隣接して該等配極のピッチよりも幅広な１つ以上の幅広極とを有する着磁パターンが設けられた磁気エンコーダにおいて、
前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該幅広極側に所定角度離間した位置で該幅広極内に、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を前記等配極のピッチよりも幅狭状に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ。
【請求項２】
前記緩衝極は、前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該等配極のピッチ分だけ離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダ。
【請求項３】
前記緩衝極の幅は、前記等配極のピッチの１／２０〜１／３であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気エンコーダ。
【請求項４】
前記幅広極の一方端にのみ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に１つだけ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの２倍以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気エンコーダ。
【請求項５】
前記幅広極の両端にそれぞれ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に２つ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの３倍以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気エンコーダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気エンコーダに関し、詳しくは、Ｎ極とＳ極を交互に設けた等配極を有する環状のロータに、基準点を構成する１つ以上の幅広極を有する磁気エンコーダに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環状のロータの表面にＮ極とＳ極の磁極を等配ピッチで交互に配置した多極エンコーダは、自動車エンジンのクランク角検出用途等に利用されている。特にクランク角検出用エンコーダの場合、上死点（ＴＤＣ）等の基準点を検出するために、図４に示すように、等配ピッチで交互に配置されるＮ極とＳ極の磁極１０１の他に、この磁極１０１よりも幅広とした幅広極１０２を設け、この幅広極１０２を含むように基準点１００を形成し、これを検出することにより基準位置の検出を行うようにしている。
【０００３】
この基準点１００は、図５に示すように、極性の異なる２つの幅広極１０２Ａ、１０２Ｂによって形成される場合もある。
【０００４】
しかしながら、このように基準位置を検出するために幅広極を設けた磁気エンコーダでは、該幅広極の磁束密度分布が、その他の等配ピッチで配置される磁極の磁束密度分布と異なるため、幅広極に隣接する等配ピッチの磁極において検出される磁束波形が乱れ、検出センサのギャップ長により検出誤差を招き易い問題がある。
【０００５】
図６は、図４に示した構成からなる磁気エンコーダの基準点１００の近傍の磁束密度を検出センサのギャップ長を変えて測定した結果を示すグラフである。これに示されるように、主に幅広極１０２に隣接する等配ピッチの磁極１０１の波形のゼロクロスするポイント（検出される電圧値が０Ｖとなる点）がギャップ長１ｍｍの場合に対してギャップ長２ｍｍの場合ではずれてしまい、検出される波形にピッチ誤差があることが判る。これは幅広極１０２の近傍の磁束密度分布が乱れていることに由来する。
【０００６】
従来、このような問題に対し、基準点となる磁極を溝状に形成する技術（特許文献１）、基準点の着磁を不規則に形成する技術（特許文献２）、基準点となる磁極の中央に磁化しない領域を設ける技術（特許文献３）等が提案されている。
【特許文献１】特許第３３１１４２９号公報
【特許文献２】特開２００３−７５１９２号公報
【特許文献３】特開２００５−６２１８９号公報
【特許文献４】特許第３４２０５９３号公報
【特許文献５】特開２００７−２４８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術では、溝加工位置と着磁位置との位置合わせが難しい問題がある。
【０００８】
また、特許文献２記載の技術では、不規則な領域の着磁を行うことが難しい問題がある。例えば、特許文献４には磁気エンコーダに着磁を行うための回転式の着磁装置が開示されており、着磁を行う場合に有効であるが、不規則な領域の着磁は、このような回転式の着磁装置を用いて行うことができない問題がある。
【０００９】
更に、特許文献３記載の技術では、基準点の磁極中に磁化しない領域を設けることが困難な問題がある。すなわち、着磁は、通常、一方極の磁化を行えば、その隣接部ではもう一方の極を呈するので、磁化されない部分を作るには、この磁化したくない部分の着磁の程度に合わせて、これを打ち消すように逆の極の磁化を施し、部分的な消磁を行うことになる。そして、このためには、着磁状態の検出を行い、磁化されない部分の着磁の程度に合わせた異なる条件の着磁を複数回行うことが必要となり、着磁作業が煩雑化する問題がある。
【００１０】
なお、特許文献５には、基準点を、等配ピッチの磁極と異なる不規則なピッチで形成し、この基準点を互いに離間する２つの検出センサによって検出する技術が開示されているが、上述の問題を解決するものではない。
【００１１】
そこで、本発明は、基準点近傍の等配ピッチの磁極の磁束波形のパルスピッチ精度が向上し、更には検出センサのギャップ長の影響を受けることのない磁気エンコーダを提供することを課題とする。
【００１２】
本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【００１４】
（請求項１）
磁界の強さを検出する検出手段に対して回転する環状の磁気ロータの表面に、Ｎ極とＳ極を等配ピッチで交互に設けた等配極と、前記等配極に隣接して該等配極のピッチよりも幅広な１つ以上の幅広極とを有する着磁パターンが設けられた磁気エンコーダにおいて、
前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該幅広極側に所定角度離間した位置で該幅広極内に、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を前記等配極のピッチよりも幅狭状に設けたことを特徴とする磁気エンコーダ。
【００１５】
（請求項２）
前記緩衝極は、前記幅広極に隣接する前記等配極との境界部から該等配極のピッチ分だけ離間した位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁気エンコーダ。
【００１６】
（請求項３）
前記緩衝極の幅は、前記等配極のピッチの１／２０〜１／３であることを特徴とする請求項１又は２記載の磁気エンコーダ。
【００１７】
（請求項４）
前記幅広極の一方端にのみ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に１つだけ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの２倍以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気エンコーダ。
【００１８】
（請求項５）
前記幅広極の両端にそれぞれ前記等配極が隣接し、前記緩衝極が前記幅広極に２つ設けられており、
前記幅広極の幅は、前記等配極のピッチの３倍以上であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気エンコーダ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、基準点近傍の等配ピッチの磁極の磁束波形のパルスピッチ精度が向上し、更には検出センサのギャップ長の影響を受けることのない磁気エンコーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る磁気エンコーダの第１の実施形態を示す要部斜視図である。
【００２２】
同図において、磁気エンコーダ１は環状の磁気ロータ１０と、該磁気ロータ１０の表面から所定のギャップ長をおいて対向するように配置され、該磁気ロータ１０の回転によって発生する磁界の強さを検出する１つの検出手段２０を有している。検出手段２０には、本発明においては磁気センサが用いられる。磁気センサには一般にホール素子やＭＲ素子等が用いられる。
【００２３】
磁気ロータ１０の表面は、Ｎ極とＳ極を交互に配置した着磁パターンを有している。着磁パターンは、磁気ロータ１０の全周に亘ってＮ極とＳ極とが交互に配列されており、Ｎ極とＳ極の各磁極を等配ピッチ（磁極の円周方向の長さが等しいこと）で交互に設けた等配極１１と、この等配極１１に隣接して、該等配極１１のピッチ（幅）よりも幅広で、隣接する等配極１１とは逆極性となる１つの幅広極１２を有しており、この幅広極１２とこれに隣接する１つの等配極１１とによって基準点１３を形成している。
【００２４】
なお、本発明における幅とは、磁気ロータ１０の円周方向の長さのことであり、この円周方向の長さは磁極角度によって規定される。
【００２５】
ここでは、磁気ロータ１０の外形がφ９０ｍｍ、等配極１１のＮ極とＳ極の各磁極角度が３°、幅広極１２はＮ極とされ、その磁極角度が１５°とされ、基準点１３を構成する等配極１１はＳ極とされ、その磁極角度が３°とされているが、磁気ロータ１０の外形や各磁極の磁極角度は、適用される回転部材の径等の諸条件に応じて適宜決められる。
【００２６】
これら等配極１１及び幅広極１２を形成する各磁極は、ゴムや樹脂製の磁性体を素材とすることが好ましく、フェライト粉又は希土類磁性粉をゴム又は樹脂中に充填成形し、これに着磁したものを好適に使用できる。
【００２７】
この実施形態では、幅広極１２に隣接する各等配極１１、１１との境界部ａから該幅広極１２側に所定角度離間した位置で該幅広極１２内に、該幅広極１２の極性と逆極性の（すなわちＳ極の）２つの緩衝極１４、１４が設けられている。
【００２８】
各緩衝極１４、１４の境界部ａからの位置（離間角度）は、該幅広極１２の両端部付近の磁束波形の乱れを好適に抑制できるようにする観点から、幅広極１２に隣接する等配極１１との境界部ａから該等配極１１のピッチ分だけ離間した位置とすることが好ましい。ここでは、各緩衝極１４、１４は境界部ａからそれぞれ等配極１１のピッチ分だけ離間した３°の角度をおいた位置に設けられている。
【００２９】
ここでは、緩衝極１４、１４の磁極角度はそれぞれ０．５°とされているが、各緩衝極１４、１４の幅は、広すぎると基準点１３の出力波形がゼロクロスする可能性が高くなって波形の誤検出を招くおそれが高くなり、また、狭すぎると本発明の目的である隣接する等配極１１のピッチ誤差を抑制しづらくなるため、等配極１１のピッチの１／２０〜１／３とすることが好ましく、より好ましくは１／１０〜１／４とすることである。
【００３０】
また、本実施形態のように幅広極１２の両端にそれぞれ等配極１１が隣接し、このため緩衝極１４が幅広極１２内に２つ設けられている場合、基準点１３を確実に検出できるようにするため、各緩衝極１４、１４を含む幅広極１２の幅は、等配極１１のピッチの３倍以上とすることが好ましい。
【００３１】
かかる磁気エンコーダ１における基準点１３の近傍の波形出力は、図２に示すように、検出手段２０のギャップ長を異ならせた場合のピッチ誤差は軽減されており、隣接極への基準点１３の磁束密度の影響が軽減されていることがわかる。これは、幅広極１２の両端部付近の磁力線密度の乱れが、逆極性の緩衝極１４、１４の存在によって抑制されるためである。この波形出力において緩衝極１４、１４の検出部位Ａ、Ａのピークが下がっているが、ゼロクロスせず幅広極１２の一部として検出されるので問題とはならない。
【００３２】
従って、この磁気エンコーダ１によれば、基準点１３近傍の等配極１１の磁束波形のパルスピッチ精度が向上する効果が得られ、検出手段２のギャップ長の影響もなく、誤検出が防止されて高精度の位置検出が可能となる。
【００３３】
また、従来のように磁気ロータ１０に溝加工等を施す必要もなく、着磁パターンの形成の際に回転式の着磁装置を利用して行うこともでき、着磁パターンの形成作業が煩雑化する問題も解消される。
【００３４】
なお、各緩衝極１４、１４が、境界部ａから等配極１１と同じピッチ分だけ離間した位置に設けられる場合は、各緩衝極１４、１４の間の磁極を幅広極と見ることもできる。すなわち、この場合、幅広極の両端部に、等配極のピッチよりも幅狭で、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極をそれぞれ設けた態様であると見ることもできる。
【００３５】
（第２の実施形態）
図３は、本発明に係る磁気エンコーダの第２の実施形態を示す要部斜視図である。図１と同一符号の部位は同一構成の部位であるため詳細な説明は省略する。
【００３６】
本実施形態では、磁気ロータ１０に、隣接する２つの幅広極１２Ａ、１２Ｂが設けられ、これらによって基準点１３が形成されている。
【００３７】
ここでは、磁気ロータ１０の外形がφ９０ｍｍ、等配極１１のＮ極とＳ極の各磁極角度が３°、幅広極１２ＡはＮ極とされ、その磁極角度が９°とされ、幅広極１２ＢはＳ極とされ、その磁極角度が９°とされている。
【００３８】
これら幅広極１２Ａ、１２Ｂは隣接して配置されているため、各々は一方端にのみ等配極１１が隣接することになる。従って、幅広極１２Ａには、一方に隣接する等配極１１側の端部近傍にＳ極の緩衝極１４Ａが設けられ、幅広極１２Ｂには、一方に隣接する等配極１１側の端部近傍にＮ極の緩衝極１４Ｂが設けられている。
【００３９】
各緩衝極１４Ａ、１４Ｂの幅広極１２Ａ、１２Ｂの端部からの位置も、幅広極１２に隣接する等配極１１側の端部から該等配極１１のピッチ分だけ離間した位置とされることが好ましく、ここでは、緩衝極１４Ａは幅広極１２Ａの端部から等配極１１のピッチ分だけ離間した３°の角度をおいた位置に設けられ、同様に緩衝極１４Ｂは幅広極１２Ｂの端部から等配極１１のピッチ分だけ離間した３°の角度をおいた位置に設けられている。また、各緩衝極１４Ａ、１４Ｂの磁極角度は０．５°とされている。
【００４０】
本実施形態のように基準点１３が隣接する２つの幅広極１２Ａ、１２Ｂによって形成され、各幅広極１２Ａ、１２Ｂの一方端にのみ等配極１１が隣接することにより、緩衝極１４Ａ、１４Ｂが幅広極１２Ａ、１２Ｂにそれぞれ１つだけ設けられる場合、基準点１３を確実に検出できるようにするため、各幅広極１２Ａ、１２Ｂの幅は、等配極１１のピッチの２倍以上とすることが好ましい。
【００４１】
本実施形態に示す磁気エンコーダ１においても同様に、基準点１３近傍の等配極１１の磁束波形のパルスピッチ精度が向上する効果が得られ、検出手段２のギャップ長の影響もなく、誤検出が防止されて高精度の位置検出が可能となる。
【００４２】
なお、基準点１３を複数の幅広極１２によって形成する場合、その数は２つに限定されず、３つ以上とすることもできる。また、基準点１３として幅広極１２と幅の狭い磁極とを複数適宜組合せた磁極パターンとした場合にも本発明は適用可能である。
【００４３】
また、各緩衝極１４、１４が、境界部ａから等配極１１と同じピッチ分だけ離間した位置に設けられる場合は、緩衝極１４を挟んで境界部ａと反対側の磁極を幅広極と見ることもできる。すなわち、この場合、幅広極の一方端部に、等配極のピッチよりも幅狭で、該幅広極の極性と逆極性の緩衝極を設けた態様であると見ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明の磁気エンコーダは、自動車エンジンのクランク角検出に好適に使用できるが、その他一般産業、例えばロボットの腕の回転制御等、回転部材の位置検出に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る磁気エンコーダの第１の実施形態を示す要部斜視図
【図２】図１に示す磁気エンコーダの基準点の近傍の磁束密度を検出センサのギャップ長を変えて測定した結果を示すグラフ
【図３】本発明に係る磁気エンコーダの第２の実施形態を示す要部斜視図
【図４】従来の磁気エンコーダを示す要部斜視図
【図５】従来の磁気エンコーダの他の例を示す要部斜視図
【図６】図４に示す磁気エンコーダの基準点の近傍の磁束密度を検出センサのギャップ長を変えて測定した結果を示すグラフ
【符号の説明】
【００４６】
１：磁気エンコーダ
１０：磁気ロータ
１１：等配極
１２、１２Ａ、１２Ｂ：幅広極
１３：基準点
１４、１４Ａ、１４Ｂ：緩衝極
２０：検出手段
【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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