JPH01223309A - 磁気式エンコーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁界中において電気抵抗が変化する所謂磁気抵
抗効果を利用して電気信号に変換し９位置検出等を行う
磁気式エンコーダに関するものであり、特に検出精度を
向上させるようにした磁気式エンコーダの改良に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来の磁気式エンコーダは１例えば第５図に要部斜視図
で示すように構成されている。同図において１は回転ド
ラムであり１回転軸２の回りに回転自在に形成すると共
に１回転ドラム１の外周面には例えばＴ鉄等の磁性塗膜
を設けて、ＮＳ磁極が交互に出現するように着磁する。

次に３は感磁素子であり、ニッケルコバルトのような磁
気抵抗の異方性効果を有する強磁性材料から構成し、前
記回転ドラム１の磁極面と対向させ、かつ前記Ｎ５ｉｆ
ｆ極による磁界が作用する範囲内に所定の間隙を介して
配設する。以上の構成により１回転ドラム１の回転によ
り、磁気抵抗効果機能を有する感磁素子３から電気信号
を発するから１回転速度。

位置検出等を行い得るのである。

第６図は前記第５図に示す磁気式エンコーダの検出部を
模式的に示す拡大斜視図である。同図において４は磁気
記録媒体であり、前記回転ドラム１の外周面にγ−Ｆｅ
ｘｅ３などの磁性粉を塗着して構成し、長手方向に着磁
ピッチλにてＮＳ磁極を交互に配設しである。矢印は外
部漏洩磁束であり、Ｎ極からＳ極に向かう。次に感磁素
子３を前記磁気記録媒体４を横断するように一定間隙を
介して設ける。すなわち５．６は感磁部を形成する磁気
抵抗効果素子であり、パーマロイ、ニッケルコバルト等
の材料からなる薄膜をガラス基板上に藤若若しくはスパ
ッタによって磁気記録媒体４の長手方向の寸法Ｗに形成
し、λ／２の距離を置いて配設すると共に、一方の端部
に共通の電極７を。

他の端部に独立の電極８．８を接続する。そして電極７
に信号検出端子９を、電極８，８間に直流電源１０を各
々接続する。

第７図は第６図に示す感磁素子３の等価回路図であり、
同一部分は同一の参照符号にて示す。すなわち、前記第
５図において感磁素子３と磁気記録媒体４との相対移動
によってｅｏなる出力電圧を得るのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記構成の磁気式エンコーダによれば２例えばロボット
用若しくは数値制御加工機用等の電動機の回転速度の検
出、および／または移動部材の位置検出等を迅速かつ高
精度で行なうことができる。

しかしながら近年前記装置に要求される機能および精度
は極めて多様かつ高度となりつつあり、従って検出機器
にも小型、高性能かつ高精度のものが要求されている。

例えば同一の磁気式エンコーダにより、高低両様の回転
速度、および／または位置検出を同時にかつ高精度で行
ない得るもの等である。このような要請に応えるために
は、異なるパルス数の電気信号若しくは出力信号を発生
させる必要があるが、従来の磁気式エンコーダにおいて
は１例えば前記第５図に示す回転ドラムｌの外周面に１
個の磁極列を配設したものが殆どであるため、前記要請
に応えるためには、複数組の磁気式エンコーダを設ける
必要がある。このため部品点数が多くなるのみならず、
装置全体の構造が複雑となり、小型化の要請に反するこ
ととなるという問題点がある。

一方、第８図に示すように９回転ドラム１の外周面に基
準点信号を生起すべきＺ相の他に、夫々磁極配置数の異
なるインクリメント相Ｉ＋、Ｉｚ、Ｉ：＋を設けると共
に、これらのインクリメント相１）＋Ｉｔ、Ｉ３に夫々
対向する独立の感磁部（図示せず）を設けた感磁素子３
を設けた構成とすれば。

異なるパルス数の出力信号を生起させ得る。従って例え
ば低パルス数のものを高速回転用に、高パルス数のもの
を低速回転用に適用すれば、各々高精度の検出を行ない
得ることとなる。

しかしながら、上記のように異なる磁極数のインクリメ
ント相Ｉｔ、Ｉｚ、Ｉｚを同一の回転ドラム１上に配置
した場合には、下記のような問題点がある。すなわち第
９図（ａ）　ｆｂ）において模式的に示すように、磁極
数が大になると保磁力が同一であっても、有効磁束Φの
到達距離が次第に短かくなり。

感磁素子に生起される出力信号の値が異なって現われる
。従って前記インクリメント相１＋、Ｉｔ、Ｉｓによる
検出精度が夫々相違することとなり、実用に供すること
ができず、前記のような精密機器用の磁気式エンコーダ
に適用できないという問題点がある。

本発明は、上記従来の技術に存在する問題点を解決し、
小型かつ高精度であり、かつ複数の検出信号を同時に出
力し得る磁気式エンコーダを提供することを目的とする
。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、まず第１の発明において
は９表面に複数の磁極が感磁素子との相対移動方向に出
現するように形成してなるインクリメント相を設けた磁
石体の磁界が作用する範囲内に、磁石体の前記インクリ
メント相と対向しかつ所定の間隙を介して感磁素子を前
記磁石体と相対移動可能に配設した磁気式エンコーダに
おいて。

磁極数の異なるインクリメント相を複数列設けると共に
、磁極数の大なるインクリメント相と対向する感磁素子
の感磁部との間隙を、磁極数の小なるインクリメント相
と対向する感磁素子の感磁部との間隙より小に形成し、
夫々の感磁素子の出力信号の値を近似させるように構成
する。という技術的手段を採用した。

また第２の発明においては３表面に複数の磁極が感磁素
子との相対移動方向に出現するように形成してなるイン
クリメント相を設けた磁石体の磁界が作用する範囲内に
、磁石体の前記インクリメント相と対向しかつ所定の間
隙を介して感磁素子を前記磁石体と相対移動可能に配設
した磁気式エンコーダにおいて、磁極数の異なるインク
リメント相を複数列設けると共に、磁極数の大なるイン
クリメント相と対向する感磁素子の感磁部の前記相対移
動方向の寸法を、磁極数の小なるインクリメント相と対
向する感磁素子の感磁部の前記相対移動方向の寸法より
大に形成し、夫々の感磁素子の出力信号の値を近似させ
るように構成する。という技術的手段を採用したのであ
る。

（作　用〕 上記の構成により、まず第１の発明においては。

複数のインクリメント相に設ける磁極数の多寡による磁
束の到達距離の長短、若しくは磁界強度の大小に起因す
る感磁素子の出力信号の値を近似させ得る作用を期待で
きる。すなわち磁極数の大なるインクリメント相に対向
する感磁素子の感磁部についての間隙を大にする一方、
磁極数の小なるインクリメント相に対向する感磁素子の
感磁部についての間隙を小にすることにより、夫々の感
磁素子を構成する感磁部に作用する磁界強度を路間等の
レベルに整合することができるのである。

次に第２の発明においては、上記感磁素子の感磁部とイ
ンクリメント相との間隙を同一寸法に保持した状態で、
感磁素子の感磁部の幅寸法、すなわちインクリメント相
との相対移動方向の寸法を夫々異なるように形成するこ
とにより、感磁部の抵抗変化率すなわち出力信号値を路
間等のレベルに整合することができる。

第１０図は磁界強度Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を
示す図である。同図において曲線ａ、　　ｂ。

Ｃは夫々感磁素子を構成する感磁部の前記幅寸法をＷａ
　、Ｗｂ　、Ｗｅに形成した場合の特性を示すものであ
り、夫々の幅寸法はＷａ　＞Ｗｂ　＞Ｗｃに形成しであ
る。同図から明らかなように、同一磁界強度りを作用さ
せた場合において、夫々の！！ｉ磁部に生起する抵抗変
化率は夫々δａ、δｂ、δＣであり、δａ〉δｂ〉δＣ
の関係にある。すなわち感磁部の幅寸法を大に形成した
ものは、それを小に形成したものより大なる抵抗変化率
を得ることができる。従って上記感磁部の幅寸法を適宜
選定することにより１作用する磁界強度が異なるインク
リメント相と対向させた場合においても、夫々の感磁部
に路間等のレベルの抵抗変化率を得ることができ、出力
信号の値を近似させるという作用を期待できるのである
。

〔実施例〕

直径５Ｑｍｍ、軸方向長さ１５ｍ　ｍに形成した回転ド
ラム（前記第５図参照）の外周面に磁気記録媒体として
ｒ−Ｆｅ、Ｏ，からなる磁性粉を塗着し。

例えばマイクロコンピュータ用および位置決め用として
各々２５６　Ｐ　／　Ｒおよび１５００　Ｐ　／　Ｒを
生起するようにＮＳ磁極を配設した２列のインクリメン
ト相を設ける０次に上記回転ドラムにパーマロイからな
る２個の磁気抵抗効果素子を各々のインクリメント相と
対向させて一体の感磁素子として形成し、磁気式エンコ
ーダを構成する。

第１図は本願の第１の発明の実施例を模式的に示す要部
側面図であり、同一部分は前記第５図と同一の参照符号
で示す、第１図において１）はアブソリュート相、　１
２．１３は各々インクリメント相であり、これらのイン
クリメント相１２．１３は前記のように各々２５６　Ｐ
　／　Ｒおよび１５００　Ｐ　／　Ｒに相当する。次に
３１．３２．３３は夫々感磁部であり、夫々前記アブソ
リュート相１）．インクリメント相１２．１３に対向さ
せて配設する。この場合において、感磁部３２．３３は
各々インクリメント相１２．１３と間隙ｇｚｖｇｓを介
して対向させる。本実施例においては、　　ｇｔ　”　
５００／ｊｍ、　　ｇｓ　−１００＃ｍに設定した。

従って感磁部３１〜３３を同一平面上に設ける場合には
２回転ドラムｌ上のインクリメント相１２よりインクリ
メント相１３の半径を４００μｍ小に形成する（直径に
おいて８００μｍ小に形成する）。なおアブソリユート
相１）はインクリメント相１２と同一直径に形成する。

上記の構成により、感磁部３１〜３３には路間等のレベ
ルの出力電圧５０ｍＶを得ることができる。この作用を
第２図により説明する。第２図は感磁部とインクリメン
ト相との間隙ｇと出力電圧（■ｏｕ　ｔ）との関係を示
す図である。同図において曲線ａ、ｂは各々前記インク
リメント相１２．１３によって感磁部３２．３３に生起
される出力電圧を示すものである。すなわち曲線ａにお
いては１間隙ｇが５００μｍの位置において極大値を有
する一方１曲線すにおいては間隙ｇが１００μｍの位置
に極大値を有する。従ってインクリメント相１２．１３
を同一直径に形成して第８図に示すように感磁素子３を
配設した場合においては９間隙ｇを５００μｍとすると
第２図における曲線ａにて示される出力電圧のみを得る
に留まり１曲線すにて示される出力電圧を得ることがで
きない。曲Ｍａｔ　　ｂによって示される出力電圧を同
時に得ることは、第１図に示すように感磁部３２．３３
とインクリメント相１２．１３との間隙ｇｚ＋８３を異
なる値とすること、すなわち磁極数の大なるインクリメ
ント相１３に対応する間隙ｇｓを、磁極数の小なるイン
クリメント相に対応する間隙ｇｔより小に形成すること
により達成されるのである。

次に第３図は本願の第２の発明の実施例を模式的に示す
要部側面図であり、同一部分は前記第１図と同一の参照
符号によって示す。第３図において感磁部３２．３３の
幅寸法、すなわち回転ドラム１の円周方向の寸法Ｗ（図
示せず）を各々Ｗａ＝５μｍ、Ｗｂ　＝５０μｍに形成
し、かつ感磁部３２．３３とインクリメント相１２．１
３との間隙ｇを同一寸法の１６０μｍとして構成する。

なおインクリメント相１２．１３に設ける磁極数は前記
実施例と同様に各々２５６　Ｐ　／　Ｒおよび１５００
　Ｐ　／　Ｒを発生させるように設ける。第４図は感磁
部とインクリメント相とめ間隙ｇと出力電圧Ｖｏｕｔと
の関係を示す図であり１曲線ａ、ｂは各々前記インクリ
メント相１２゜１３によって感磁部３２．３３に生起さ
れる出力電圧を示すものである。すなわち曲ｖＡａにお
いては１間隙ｇが３００μｍの位置において極大値を有
する一方１曲線すにおいては間隙ｇが１２０．ｃＩｍの
位置において極大値を有する。なおこの場合の出力電圧
として使用できる範囲は３５ｍＶ以上であるから。

曲ｍａ、ｂについての適用可能範囲は各々ｇａｍ３００
±１５０μｍおよびｇｂ＝１２０±４５ｕｍである。従
って第４図から明らかなように１間隙ｇ０＝１５０〜１
６５μｍの範囲内であれば出力電圧■ｏｕｔを略１Ｏｍ
　Ｖ以内の返信の値とすることができるのである。なお
本実施例における上記間隙ｇ＝１６０μｍとしており、
出力電圧として路間−レベルの４０ｍＶ弱を得ている。

上記実施例比おいては、インクリメント相を２列設けた
例について記述したが、３列以上の複数個を設けた場合
においても作用は同一であり、またインクリメント相を
形成する磁極数は使用目的および用途に応じて適宜選定
することができる。

また前記第１図においては、感磁部とインクリメント相
との間隙を相違させる手段として９回転ドラム若しくは
インクリメント相の半径若しくは直径を異なる寸法に形
成する例を示したが１回転ドラム若しくはインクリメン
ト相の半径若しくは直径を同一に形成し、感磁部に段差
を設けることによって前記間隙を相違させてもよい、更
に磁石体の形状若しくは構成としては回転ドラムの外周
にインクリメント相を設けたちの以外に２回転円板の表
面に同心円状にインクリメント相を設けたものとしても
よく、磁石体を長方形に形成し、感磁素子とリニアな状
態で相対移動する形式のものであってもよい。

〔発明の効果〕

本願の発明は９以上記述のような構成および作用である
から、磁石体と感磁素子とからなる１組の磁気式エンコ
ーダから、同時に複数の出力信号を得ることができ、装
置全体を極めて小型かつコンパクトにすることができる
。また構成部品の点数を減少させ得るため、製作が容易
である。更に異なるパルス数の出力信号を同時に得るこ
とができるため１例えば高速用と低速用の両用途に同時
に適用できると共に、検出精度を大幅に向上させ得ると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は各々本願の第１の発明および第２
の発明の実施例を模式的に示す要部側面図、第２図およ
び第４図は各々感磁部とインクリメント相との間隙ｇと
出力電圧Ｖｏｕｔとの関係を示す図、第５図は従来の磁
気式エンコーダの例を示す要部斜視図、第６図は第５図
に示す磁気式エンコーダの検出部を模式的に示す拡大斜
視図、第７図は第６図に示す感磁素子の等価回路図、第
８図は本願の発明の対象である磁気式エンコーダを模式
的に示す要部側面図、第９図（ａ）　（ｂｌは各々磁極
の近傍における磁束の状態を模式的に示す説明図。 第１０図は磁界強度Ｈと抵抗変化率ΔＲ／Ｒとの関係を
示す図である。 に回転ドラム、　１２．　ｔ３：インクリメント相。 ３：感磁素子、　３２．３３：感磁部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）表面に複数の磁極が感磁素子との相対移動方向に
   出現するように形成してなるインクリメント相を設けた
   磁石体の磁界が作用する範囲内に、磁石体の前記インク
   リメント相と対向しかつ所定の間隙を介して感磁素子を
   前記磁石体と相対移動可能に配設した磁気式エンコーダ
   において、磁極数の異なるインクリメント相を複数列設
   けると共に、磁極数の大なるインクリメント相と対向す
   る感磁素子の感磁部との間隙を、磁極数の小なるインク
   リメント相と対向する感磁素子の感磁部との間隙より小
   に形成し、夫々の感磁素子の出力信号の値を近似させる
   ように構成したことを特徴とする磁気式エンコーダ。
2. （２）表面に複数の磁極が感磁素子との相対移動方向に
   出現するように形成してなるインクリメント相を設けた
   磁石体の磁界が作用する範囲内に、磁石体の前記インク
   リメント相と対向しかつ所定の間隙を介して感磁素子を
   前記磁石体と相対移動可能に配設した磁気式エンコーダ
   において、磁極数の異なるインクリメント相を複数列設
   けると共に、磁極数の大なるインクリメント相と対向す
   る感磁素子の感磁部の前記相対移動方向の寸法を、磁極
   数の小なるインクリメント相と対向する感磁素子の感磁
   部の前記相対移動方向の寸法より大に形成し、夫々の感
   磁素子の出力信号の値を近似させるように構成したこと
   を特徴とする磁気式エンコーダ。