JP4273938B2 - 磁気式エンコーダの位置合わせ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、産業用ロボット、ＮＣ工作機械等に用いられるモータの回転位置を検出する磁気式エンコーダの位置合わせ装置及び方法に関する。

従来の磁気式エンコーダとしては、例えば特許文献１に開示されたものがある。その主要な構成を図７に示す。
図７において、１は回転軸であり、図示していないがサーボモータ等の回転軸である。また２はエンコーダ用永久磁石であり、周囲に配設している磁界検出素子３１〜３４を用いて信号を取り出し、回転軸の回転位置を検出するものである。図示していないが磁界検出素子の周囲には軟磁性体からなるヨークが固定されている。
上記の特許文献１中には、磁気式エンコーダの位置合わせ方法は明示されていないが、回転軸１がモータに接続されている場合には、実際には、回転軸１と磁気式エンコーダの永久磁石２とを任意に固定した後、回転軸１を外部から回転させ永久磁石２の周囲に配置している磁界検出素子３１〜３４の信号をモニタし、回転軸１が接続されているモータ等の誘起電圧の信号との位相差を計測して、回転軸１と永久磁石２の位置合わせを行っている。

図８は、特許文献１における位置合わせ方法の処理手順を示すフローチャートである。図８において、はじめにステップ３１でエンコーダ用永久磁石２とホルダ（図示せず）を固定しておき、ステップ２でホルダを回転軸１の任意の位置に固定する。ステップ３３で磁界検出素子３１〜３４と共に磁気式エンコーダを構成する工程を完了させる。ステップ３４として磁気式エンコーダの磁界検出素子３１〜３４を駆動させ、回転軸１を回転させた後、磁界検出信号とモータの誘起電圧を計測する。ステップ３５で前記２つの信号より検出した位置合わせ情報（位相差）をコントローラ等の位置合わせ情報の記憶装置に記憶させる。以上で位置合わせが完了する（ステップ３６）。このように、従来の磁気式エンコーダでは、磁気式エンコーダの位置合わせ工程を完了させてからから位置合わせを行う、という手順がとられていた。
また磁気式ではないが、あらかじめ回転軸に磁極合わせ用の凹凸部を設け、エンコーダのロータ軸側に溝部を設けて嵌合させることにより、位置合わせを行っているものがある（例えば、特許文献２参照）。

再公表特許ＷＯ９９−０１３２９６号公報（第１図） 特開平０７−１７０６９６号公報（第１図）

しかしながら、特許文献１に開示されたような、従来の磁気式エンコーダの位置合わせ方法では、モータの誘起電圧を計測する場合は、位置合わせ中の磁気式エンコーダを回転させる設備がいる上、誘起電圧や、磁気式エンコーダの磁界検出素子を駆動し検出する装置が必要となり、さらに位置合わせの情報を別途記憶装置に記憶させる必要があり、容易に位置合わせできないという問題があった。
また、特許文献２に開示されたような、回転軸やエンコーダのロータ軸側に磁極合わせ用の凹凸部を設ける場合は、あらかじめ凹凸部を加工する必要があり、また加工部位置に合わせて永久磁石を取り付ける必要があるなど、位置合わせ工程が増加するというような問題も抱えていた。特に、小型で回転軸が極めて小さい場合には、凹凸部の加工等は極めて困難となり、磁気式エンコーダの適用範囲を狭いものにしていた。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、磁気式エンコーダの位置合わせの工程を簡素化することができる位置合わせ方法および装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明の第１の構成は、モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ方法において、前記モータの磁極位置との位置合わせ位置が予め特定された回転軸を、位置合わせ用拘束手段の特定の位置に拘束し、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に回転可能に装着し、前記エンコーダ用永久磁石の外周部の前記特定の位置に位置合わせ用の磁界印加手段を近接させて、異極性の吸引力により前記エンコーダ用永久磁石を回転させ、前記特定の位置に静止した後、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に固定することを特徴とするものである。
この第１の構成において、磁界印加手段は、永久磁石または励磁コイルのように磁界を発生する手段であり、エンコーダ用永久磁石の異極性間の吸引力によりエンコーダ用永久磁石を、最大の吸引力が働く位置まで回転させる。その最大の吸引力が働く位置でエンコーダ用永久磁石は静止するので、その位置を特定位置として、エンコーダ用永久磁石を回転軸に固定する。これにより、磁気式エンコーダの位置合わせの工程が簡素化される。

また、本発明の第２の構成は、モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ方法において、前記モータの磁極位置との位置合わせ位置が予め特定された回転軸を、位置合わせ用拘束手段の特定の位置に拘束し、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に回転可能に装着し、前記エンコーダ用永久磁石の前記特定の位置の外周部に少なくとも１個の軟磁性体を近接させて、前記エンコーダ用永久磁石を前記軟磁性体の位置まで回転させ、前記特定位置に静止した後、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に固定することを特徴とするものである。
この第２の構成において、軟磁性体は、外部磁界が作用すると磁化するが、外部磁界が消去すると磁化を失う性質をもつ強磁性体である。エンコーダ用永久磁石の磁界が近接すると、軟磁性体に異極性の磁界が誘導され、エンコーダ用永久磁石の磁極と吸引し合う。その吸引力によりエンコーダ用永久磁石を、最大の吸引力が働く位置まで回転させる。その最大の吸引力が働く位置でエンコーダ用永久磁石は静止するので、その位置を特定位置として、エンコーダ用永久磁石を回転軸に固定する。これにより、磁気式エンコーダの位置合わせの工程が簡素化される。

本発明の第３の構成は、モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ装置において、前記モータの磁極位置が予め特定された回転軸を特定の位置に拘束する拘束手段と、前記エンコーダ用永久磁石の前記特定の位置の外周部に設けた位置合わせ手段とを備えたことを特徴とするものである。
この第３の構成において、拘束手段で回転軸を特定の位置に拘束し、位置合わせ手段でエンコーダ用永久磁石の位置を位置合わせした後、エンコーダ用永久磁石と回転軸とを固定することにより、エンコーダ用永久磁石の位置とモータの磁極位置とが合うようにする。これにより、磁気式エンコーダの位置合わせの工程が簡素化される。

前記位置合わせ手段としては、２極着磁した永久磁石を少なくとも１個配置したもの、励磁コイルを少なくとも１個配置したもの、あるいは軟磁性体を少なくとも１個配置したものを用いることで、エンコーダ用永久磁石との自動的な位置決めを行うことができ、磁気式エンコーダの位置合わせの工程を簡素化することができる。

本発明の第１および第２の構成によれば、エンコーダ用永久磁石の回転軸に対する位置合わせのために、磁界印加手段または軟磁性体を用いたことにより、位置合わせを簡便にかつ自動的に行うことができ、磁気式エンコーダの位置合わせの工程を簡素化することができる。
本発明の第３の構成によれば、拘束手段と位置合わせ手段を設けたことにより、エンコーダ用永久磁石の位置とモータの磁極位置とを自動的に合うようにすることができ、これにより、磁気式エンコーダの位置合わせの工程が簡素化される。
位置合わせ手段として、２極着磁した永久磁石を用いることにより、安価な部材で位置あわせが簡便に行うことができる。また、位置合わせ手段として励磁コイルを用いることにより、位置合わせ時に、磁界発生手段を移動させることなく位置合わせを簡便に行うことができる。また、位置合わせ手段として軟磁性体を用いることにより、安価な部材で位置合わせを簡便に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る磁気式エンコーダと位置合わせ用の部品を含む平面図である。
同図において、磁気式エンコーダは、回転軸１と、回転軸１を嵌合するための穴４ａを中心に設けたホルダ４と、このホルダ４に固定されたエンコーダ用永久磁石２とを有している。また位置合わせ手段５としての位置合わせ用永久磁石５１は、ベース６に固定され、エンコーダ用永久磁石２の周囲に配置されている。
回転軸１は、回転を起こさない程度に着脱可能なように、また回転軸１とエンコーダ用永久磁石２を位置合わせする方向に位置合わせ用永久磁石５１の磁極を考慮してベース６に緩く固定されている。

ベース６に固定されている位置合わせ用永久磁石５１の磁極の極性と、エンコーダ用永久磁石２の磁極との異極どうしの吸引力により、エンコーダ用永久磁石２が回転軸１を中心として回転する。両者の磁極が異極どうしで対向する位置が、最大の吸引力が働くので、その位置でエンコーダ用永久磁石は静止する。そこで位置合わせが完了し、ホルダ４と回転軸１を固定することで、エンコーダ用永久磁石２と回転軸１の位置合わせを行うことができる。ホルダ４と回転軸１との固定は、ネジや接着剤を用いることができる。

図２は前記磁気式エンコーダにおいて、位置合わせを行う処理手順を示すフローチャートである。この図を用いて、以下、本発明の方法を順を追って説明する。
なお、あらかじめ回転軸１を有するモータ部は製作を完了しており、磁極の位置を位置合わせのための永久磁石５１の磁界方向と一致させているとし、磁気式エンコーダ用の部品も加工が済んでいるものとしている。
はじめにステップ１で、エンコーダ用永久磁石２をホルダ４に固定しておき、ステップ２で、回転軸１の磁極位置をベース６における回転方向の特定の位置に合わせる。ステップ３で、ホルダ４を回転軸１に挿入しておく。ステップ４で位置合わせ用永久磁石５１をベース６の所定の位置に配設すると、発生する磁場によりエンコーダ用永久磁石２が磁場方向に沿ってホルダ４ごと回転する。このとき位置合わせが行われるので、ステップ５としてホルダ４と回転軸１を固定する。以上で位置合わせが完了する（ステップ６）。

なお、本実施の形態では、位置合わせ用の磁界発生手段として位置合わせ用永久磁石５１を１ヶ用いているが、回転軸１を中心として対向する位置に永久磁石をもう１つ配設してもよい。また、もう一つ永久磁石を配設する代わりに軟磁性体を配設しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、エンコーダ用永久磁石２を回転軸１にホルダ４を介して固定しているが、ホルダ４が無くても同様の効果が得られることは自明である。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る磁気式エンコーダと位置合わせ用の部品を含む平面図である。本実施の形態においては、位置合わせ手段５として励磁コイル５２を用いているほかは、第１の実施の形態と同じであるので同等の構成要素については説明を省略する。
図４は、第２の実施の形態における磁気式エンコーダの位置合わせを行うための処理手順を示すフローチャートである。

図４において、はじめにステップ１１でエンコーダ用永久磁石２とホルダ４を固定しておき、ステップ１２で、回転軸１の磁極位置をベース６における回転方向の特定の位置に合わせる。ステップ１３で、ホルダ４を回転軸１に挿入しておく。ステップ１４で、位置合わせ用の電磁コイル５２に通電すると、発生する磁場によりエンコーダ用永久磁石２が、磁場方向に沿ってホルダ４ごと回転する。このとき位置合わせが行われるので、ステップ１５としてホルダ４と回転軸１を固定する。以上で位置合わせが完了する（ステップ１６）。
なお、本実施の形態では、位置合わせ用の磁界発生手段として励磁コイル５２を１ヶ用いているが、回転軸１を中心として対向する位置に励磁コイルをもう１つ配設してもよい。また、励磁コイルの磁界を誘導するために軟磁性体で磁路を設けても良いことは言うまでもない。さらに、もう一つの励磁コイルを配設する代わりに軟磁性体を配設しても同様の効果が得られることは自明である。さらに、エンコーダ用永久磁石２を回転軸１にホルダ４を介して固定しているが、ホルダ４が無くても同様の効果が得られることは自明である。

（第３の実施の形態）
次に第３の実施の形態について説明する。
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る磁気式エンコーダと位置合わせ用の部品を含む平面図である。本実施の形態においては、位置合わせ手段５として軟磁性体５３を用いているほかは、第１の実施の形態と同じであるので同等の構成要素については説明を省略する。
図６は、第３の実施の形態における磁気式エンコーダの位置合わせを行うための処理手順を示すフローチャートである。

図６において、はじめにステップ２１でエンコーダ用永久磁石２とホルダ４を固定しておき、ステップ２２で、回転軸１の磁極位置をベース６における回転方向の特定の位置に合わせる。ステップ２３で、ホルダ４を回転軸１に挿入しておく。ステップ２４で、位置合わせ用の軟磁性体５３をベース６の所定の位置に配設すると、エンコーダ用永久磁石２の発生する磁場によりエンコーダ用永久磁石２が、磁気抵抗の小さい軟磁性体５３の配設されている方向に沿ってホルダ４ごと回転する。このとき位置合わせが行われるので、ステップ２５としてホルダ４と回転軸１を固定する。以上で位置合わせが完了する（ステップ２６）。本実施の形態の場合、エンコーダ用永久磁石２の磁極は判定できないので、エンコーダ用磁石２の極性は、回転方向の特定の位置に大まかに（例えば±６０度以内に）合わせておく。

なお、本実施の形態の説明では、位置合わせ用の軟磁性体５３を１つ用いているが、回転軸１を中心として対向する位置に軟磁性体または永久磁石をもう１つ配設してもよい。また２つの軟磁性体の磁路を結合することにより磁気抵抗を小さくした構成にしても同様の効果が得られることは自明である。さらに、エンコーダ用永久磁石２を回転軸１にホルダ４を介して固定しているが、ホルダ４が無くても同様の効果が得られることは自明である。

本発明は、位置合わせの工程を簡素化した磁気エンコーダを備えたモータとして、産業用ロボット、ＮＣ工作機械等の分野に適用することができる。

本発明の第１の実施の形態の位置合わせ装置を示す磁気式エンコーダ主要部品と位置合わせ部材の構成を示す上面図である。 第１の実施の形態の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態の位置合わせ装置を示す磁気式エンコーダ主要部品と位置合わせ部材の構成を示す上面図である。 第２の実施の形態の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の装置における、第３の実施の形態の位置合わせ装置を示す磁気式エンコーダ主要部品と位置合わせ部材の構成を示す上面図である。 第３の実施の形態の処理手順を示すフローチャートである。 従来の磁気式エンコーダの構成を示す斜視図である。 従来の方法の処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 回転軸
２ エンコーダ用永久磁石
４ ホルダ
５ 位置合わせ手段
５１ 永久磁石
５２ 励磁コイル
５３ 軟磁性体
６ ベース

Claims (6)

1. モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ方法において、
   前記モータの磁極位置との位置合わせ位置が予め特定された回転軸を、位置合わせ用拘束手段の特定の位置に拘束し、
   前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に回転可能に装着し、
   前記エンコーダ用永久磁石の外周部の前記特定の位置に位置合わせ用の磁界印加手段を近接させて、異極性の吸引力により前記エンコーダ用永久磁石を回転させ、
   前記特定の位置に静止した後、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に固定することを特徴とする磁気式エンコーダの位置合わせ方法。
2. モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ方法において、
   前記モータの磁極位置との位置合わせ位置が予め特定された回転軸を、位置合わせ用拘束手段の特定の位置に拘束し、
   前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に回転可能に装着し、
   前記エンコーダ用永久磁石の前記特定の位置の外周部に少なくとも１個の軟磁性体を近接させて、前記エンコーダ用永久磁石を前記軟磁性体の位置まで回転させ、
   前記特定位置に静止した後、前記エンコーダ用永久磁石を前記回転軸に固定することを特徴とする磁気式エンコーダの位置合わせ方法。
3. モータの回転軸の軸心に対して垂直且つ一方向に磁化されたエンコーダ用永久磁石と、前記エンコーダ用永久磁石に空隙を介して対向し、固定体に取り付けられた少なくとも２つの磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダを、前記モータの磁極位置に前記エンコーダ用永久磁石の磁極位置を合わせて固定する磁気式エンコーダの位置合わせ装置において、
   前記モータの磁極位置が予め特定された回転軸を特定の位置に拘束する拘束手段と、
   前記エンコーダ用永久磁石の前記特定の位置の外周部に設けた位置合わせ手段とを備えたことを特徴とする磁気式エンコーダの位置合わせ装置。
4. 前記位置合わせ手段は、２極着磁した永久磁石を少なくとも１個配置したことを特徴とする請求項３記載の磁気式エンコーダの位置合わせ装置。
5. 前記位置合わせ手段は、励磁コイルを少なくとも１個配置したことを特徴とする請求項３記載の磁気式エンコーダの位置合わせ装置。
6. 前記位置合わせ手段は、軟磁性体を少なくとも１個配置したことを特徴とする請求項３記載の磁気式エンコーダの位置合わせ装置。
   

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