[go: up one dir, main page]

KR20240018467A - 운동 검출기 - Google Patents

운동 검출기 Download PDF

Info

Publication number
KR20240018467A
KR20240018467A KR1020237041969A KR20237041969A KR20240018467A KR 20240018467 A KR20240018467 A KR 20240018467A KR 1020237041969 A KR1020237041969 A KR 1020237041969A KR 20237041969 A KR20237041969 A KR 20237041969A KR 20240018467 A KR20240018467 A KR 20240018467A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotating body
magnetic
magnetic field
detector
magnets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020237041969A
Other languages
English (en)
Inventor
사카오 오제키
아키히코 호우다
마사유키 소메야
Original Assignee
오리엔탈모터가부시끼가이샤
사카오 오제키
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오리엔탈모터가부시끼가이샤, 사카오 오제키 filed Critical 오리엔탈모터가부시끼가이샤
Publication of KR20240018467A publication Critical patent/KR20240018467A/ko
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/16Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying resistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/2006Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils
    • G01D5/2033Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils controlling the saturation of a magnetic circuit by means of a movable element, e.g. a magnet
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/4815Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals using a pulse wire sensor, e.g. Wiegand wire
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/487Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals delivered by rotating magnets
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D2205/00Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/20Detecting rotary movement
    • G01D2205/26Details of encoders or position sensors specially adapted to detect rotation beyond a full turn of 360°, e.g. multi-rotation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써 소형화가 도모된 검출기를 제공한다. 검출기(100)는, 6개의 자계 발생원(112)을 갖는 회전체(110)와, 단일의 발전 센서(120)를 구비한다. 6개의 자계 발생원은 회전체의 회전축으로부터 등거리에 있음과 아울러, 회전체의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되고, 회전체의 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원의 자계의 방향이 상이하고, 발전 센서는 대바크하우젠 점프를 발현하는 자성 와이어(121)와, 자성 와이어에 권회된 코일(122)을 구비하고, 자성 와이어는 회전체의 회전축에 직교하는 직선상에 배치되고, 자성 와이어의 중심 위치(121a)가 회전체의 회전축상에 있다.

Description

운동 검출기
본 발명은 발전 센서를 사용해서 운동체의 운동을 검출하는 검출기에 관한 것이다.
대바크하우젠 효과(대바크하우젠 점프)를 갖는 자성 와이어는, 위건드 와이어 또는 펄스 와이어의 이름으로 알려져 있다. 이 자성 와이어는, 심부와 그 심부를 둘러싸도록 형성된 표피부를 구비하고 있다. 심부 및 표피부 중 일방은 약한 자계에서도 자화 방향의 반전이 일어나는 소프트(연자성)층이며, 심부 및 표피부 중 타방은 강한 자계를 부여하지 않으면 자화 방향이 반전되지 않는 하드(경자성)층이다.
하드층과 소프트층이 와이어의 축 방향을 따라 동일한 방향으로 자화되어 있을 때에, 그 자화 방향과는 반대 방향의 외부 자계 강도가 증가해서 소프트층의 자화 방향이 반전되는 자계 강도에 도달하면, 소프트층의 자화 방향이 반전된다. 이때, 대바크하우젠 효과가 발현되고, 상기 자성 와이어에 감긴 코일에 펄스 신호가 유발된다. 소프트층의 자화 방향이 반전될 때의 자계 강도를, 본 명세서에서는 「동작 자계」라고 부른다. 또한, 자성 와이어와 코일을 통합해서 발전 센서라고 부른다.
상술한 외부 자계 강도가 더 증가하고, 하드층의 자화 방향이 반전되는 자계 강도에 도달하면, 하드층의 자화 방향이 반전된다. 하드층의 자화 방향이 반전될 때의 자계 강도를, 본 명세서에서는 「안정화 자계」라고 부른다.
대바크하우젠 효과가 발현되기 위해서는, 하드층과 소프트층의 자화 방향이 일치하고 있는 것을 전제로서, 소프트층만 자화 방향이 반전되는 것이 필요하다. 하드층과 소프트층의 자화 방향이 불일치한 상태에서, 소프트층만 자화 방향이 반전되었다고 해도, 펄스 신호는 발생하지 않거나, 또는 발생했다고 해도 매우 작다.
이 자성 와이어에 의한 출력 전압은, 자계의 변화 스피드에 관계없이 일정하며, 입력 자계에 대한 히스테리시스 특성을 갖기 때문에 채터링이 없는 등의 특징을 갖는다. 그 때문에, 이 자성 와이어는 자석 및 카운터 회로와 조합해서, 위치 검출기 등에도 사용된다. 또한, 외부 전력의 공급 없이, 자성 와이어의 출력 에너지에 의해 주변 회로도 포함해서 동작시킬 수 있다.
발전 센서에 교번 자계가 부여된 경우, 1주기에 대해서 정펄스 신호 1개 및 부펄스 신호 1개의 합계 2개의 펄스 신호가 발생한다. 자계의 발생원으로서의 자석을 운동체로 하고, 운동체인 자석과 발전 센서의 위치 관계에 의해 발전 센서에 부여되는 자계가 변화되도록 함으로써, 운동체의 운동을 검출할 수 있다.
그러나, 단일의 발전 센서를 사용하는 것만으로는, 운동체의 운동 방향이 변화된 경우에 운동 방향을 식별할 수 없다. 특허문헌 1의 도 1에 보이는 바와 같이, 복수의 발전 센서를 사용하면 운동 방향을 식별할 수 있지만, 검출기의 사이즈 및 비용의 증가에 연결된다.
특허문헌 2에는 단일의 발전 센서와, 발전 센서가 아닌 다른 센서 요소를 사용하는 것이 기재되어 있다. 동 문헌에는 추가로, 단일의 자석(2극)을 사용한 경우와 복수의 자석(다극)을 사용해서 분해능을 향상시키는 것이 기재되어 있다.
또한, 단일 자석에 의한 검출(특허문헌 2의 도 2)의 구조예로서, 특허문헌 3의 도 1을 들 수 있다. 2극 자석과 발전 센서를 대향시키는 구조는 발전 센서의 전체 길이까지 지름을 작게 할 수 있으므로 소형화에 적합하다. 분해능을 올리기(특허문헌 2의 도 3) 위한 구조예로서, 특허문헌 4의 도 1을 들 수 있다. 이 종류의 운동 검출기의 주된 용도로 1회전 단위의 회전수의 검출이 있다. 발전 센서를 사용한 운동 검출기는 본래 출력되어야 하는 펄스 신호가 경우에 따라서는, 출력되지 않는다는 문제가 있으며, 1회전당 2펄스밖에 출력되지 않는 단일의 자석(2극)의 구조에서는 통상은 정밀도가 부족하여, 회전수의 검출을 올바르게 할 수 없다.
특허문헌 5에는, 발전 센서 내의 코일에 전류를 흘려 자계를 발생시키고, 출력 상태를 모니터함으로써 발전 센서 내의 자성 와이어의 자화 방향을 판별하는 것이 기재되어 있다. 동 문헌에서는, 이와 같은 자화 방향의 판별에 의해, 단일의 자석을 사용하는 경우이어도 회전수를 식별할 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 제5511748호 공보 일본 특허 제4712390호 공보 미국 특허 제9,528,856호 공보 미국 특허 제8,283,914호 공보 일본 특허 제5730809호 공보
운동의 검출에 있어서, 복수의 발전 센서를 사용하는 것은, 검출기 자체의 사이즈 증가에 연결되기 쉽다. 한편, 발전 센서가 단일이었다고 해도, 발전 센서 내의 자성 와이어의 자화 방향을 판별하는 것은, 처리가 복잡해질 가능성이 있다.
그래서, 본 발명은, 단일의 발전 센서와 복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써 소형화가 도모된 검출기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
검출기는, 6개의 자계 발생원을 갖는 회전체와, 단일의 발전 센서를 구비한다. 상기 6개의 자계 발생원은, 상기 회전체의 회전축으로부터 등거리에 있음과 아울러, 상기 회전체의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되고, 상기 회전체의 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원의 자계의 방향이 상이하다. 상기 단일의 발전 센서는, 대바크하우젠 점프를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비한다. 상기 자성 와이어는, 상기 회전체의 회전축에 직교하는 직선상에 배치되고, 상기 자성 와이어의 중심 위치가 상기 회전체의 회전축상에 있다.
본 발명에 의하면, 복수의 자계 발생원을 사용해서 고주기의 교번 자계를 효율 좋게 자성 와이어에 인가함으로써 소형화가 도모된 검출기를 제공할 수 있다.
도 1은 제 1 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 측면도이다.
도 2는 제 1 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 상면도이다.
도 3a는 제 1 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 다른 상면도이다.
도 3b는 제 1 실시형태에 의한 검출기의 자기 회로를 나타내는 설명도이다.
도 3c는 비교예에 의한 검출기의 상면도이다.
도 4는 제 2 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 상면도이다.
도 5a는 제 2 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 다른 상면도이다.
도 5b는 제 2 실시형태에 의한 검출기의 자기 회로를 나타내는 설명도이다.
도 6은 제 3 실시형태에 의한 검출기를 나타내는 상면도이다.
도 7a는 발전 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 7b는 자기 센서에 인가되는 자계와 출력 신호를 나타내는 설명도이다.
도 7c(A)는 발전 센서의 검출 결과와 자기 센서의 검출 결과의 조합을 나타내는 설명도이다. 도 7c(B)는 발전 센서와 자기 센서의 동기와 출력 신호의 회전 좌표를 나타내는 설명도이다.
도 7d는 출력 신호의 카운트 수를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명을 도시의 실시형태에 의거하여 설명한다. 단, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 의해 한정되는 것은 아니다.
[제1실시형태]
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 검출기(100)는 회전체(110)와 발전 센서(120)를 구비하고 있다.
회전체(110)는 허브(111)와 6개의 자계 발생원(112)을 갖는다.
허브(111)는, 그 형상이 원판상, 원주상, 또는 각기둥상 등이며, 연자성체제이다.
회전체(110)는, 허브(111)의 축(111a)을 회전축으로 해서 회전한다.
6개의 자계 발생원(112)은, 허브(111)의 회전축(111a)으로부터 등거리에, 또한 둘레 방향을 따라 등간격이 되도록 허브(111)의 외주부에 배치되어 있다.
6개의 자계 발생원(112)은 지름 방향으로 착자되어 있으며, 지름 방향 외측에 위치하는 외측 자극부와 지름 방향 내측에 위치하는 내측 자극부를 갖는다.
둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원(112)의 외측 자극부는, 이극이다.
또한, 6개의 자계 발생원(112)을, N극 및 S극의 쌍을 6개 갖는 단일의 링 자석으로 바꿔 놓아도 좋다.
발전 센서(120)는, 회전체(110)와 회전축 방향으로 대향하도록 배치된 기판(130) 상에 배치되어 있다. 발전 센서(120)는 자성 와이어(121)와, 자성 와이어(121)에 감긴 코일(122)을 구비하고 있다. 자성 와이어(121)의 축 방향은 회전축(111a)과 직교하고, 그 축 방향 중심부(121a)는 회전축(111a)상에 있다.
검출기(100)는 추가로, 기판(130) 상에 배치된 자기 센서(140)와, 신호 처리 회로(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 자기 센서는 회전축(111a)에 관해서, 자성 와이어(121)의 축 방향 제 1 단부(121b)와 소정의 각도를 이루도록 배치되어 있다.
회전체(110)가 회전하고, 회전축(111a)을 사이에 끼우고 대향하는 2개의 자계 발생원(112) 중, 일방이 자성 와이어(121)에 있어서의 축 방향 제 1 단부(121b)의 하방에 위치하고, 타방이 축 방향 제 2 단부(121c)의 하방에 위치하고 있는 모양을 도 3a 및 3B에 나타낸다.
만약, 허브(111)가 연자성체제가 아닐 경우, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원(112) 중, 일방의 자계 발생원의 내측 자극부로부터 자성 와이어(121)의 축 방향 중앙부를 거쳐, 타방의 자계 발생원의 내측 자극부로 자력선(L2)이 지난다.
본 실시형태에 있어서, 연자성체제의 허브(111)는, 본 검출기에 있어서 여분의 자력선(L2)을 차단하는 작용이 있다.
허브(111)는, 자계 발생원(112)과 일체가 되어 회전하기 때문에, 2개의 자계 발생원 사이의 흡인력이 회전체(110)의 회전 운동에 영향을 부여하는 경우는 없다.
도 3b에 나타내는 바와 같이, 지름 방향으로 마주보는 2개의 자계 발생원(112) 중, 일방의 자계 발생원의 외측 자극부로부터 자성 와이어(121)를 거쳐 타방의 자계 발생원의 외측 자극부를 향하는 자속(L1)이 발생한다.
또한, 이와 같은 자속(L1)이 발생하도록 하기 위해서는, 자계 발생원(112)에 있어서의 2개의 자극의 경계부(112a)는, 자성 와이어(121)의 축 방향 양단면보다 지름 방향 내측에 위치하고 있으면 좋다.
발전 센서(120)로부터 펄스 전압이 출력되었을 때에, 자기 센서(140)에 의해 그 근방에 위치하는 자석의 극성을 판별함으로써, 특허문헌 2에 보이는 바와 같은 기술을 사용해서, 회전 방향 및 위치의 판별을 할 수 있다. 동 문헌의 분류에서는, 「제 3 그룹: 재자화의 트리거 방향은 규정되지 않는다」에 상당하다.
자계 발생원이 6개 형성되어 있기 때문에, 발전 센서의 1펄스는 60° 회전에 상당하다. 회전 방향의 역전에 따라서는, 발전 센서로부터 출력되는 것이 기대되는 펄스가 최대 2개분, 출력되지 않는 경우가 있다. 이 ±2펄스의 오차는 ±120°에 상당하는 점에서, 펄스가 출력되지 않는 경우가 있어도, 회전수의 판별에 영향은 없다.
이와 같이, 본 실시형태에 의하면 회전수의 판별이 가능하며, 소형이며 저비용의 운동 검출기가 실현된다.
[제 2 실시형태]
도 4, 도 5A 및 5B에 나타내는 바와 같이, 검출기(200)는 회전체(210)와, 발전 센서(120)와, 자기 센서(140)를 구비하고 있다.
회전체(210)는 허브(211)와 6개의 자계 발생원(212)을 갖는다.
허브(211)는, 그 형상이 원판상, 원주상 또는 각기둥상 등이며, 연자성체제이다.
회전체(210)는, 허브(211)의 축(211a)을 회전축으로 해서 회전한다.
허브(211)의 상면의 외주 가장자리부에는, 상면 중앙부보다 한층 내려가도록 단차부(211b)가 형성되어 있다.
6개의 자계 발생원(212)은 허브(211)의 회전축(211a)으로부터 등거리에, 또한 둘레 방향을 따라 등간격이 되도록 단차부(211b)에 배치되어 있다.
6개의 자계 발생원(212)은 회전축 방향으로 착자되어 있으며, 회전축 방향의 일방향을 향한 제 1 자극부와, 타방향을 향한 제 2 자극부를 갖는다.
둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원(212)의 제 1 자극부는 이극이다.
또한, 6개의 자계 발생원(212)을, N극 및 S극의 쌍을 6개 갖는 단일의 링 자석 또는 원판상 자석으로 바꿔 놓아도 좋다. 또한, 제 2 실시형태에 있어서의 허브(211)는, 연자성체제가 아니어도 좋고, 추가로는 자성이 없어도 좋다.
허브(211)의 상면 중앙부는, 자계 발생원이 배치되어 있는 단차부(211b)보다 자성 와이어에 가까운 위치에 있다. 그 때문에, 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원(212) 중, 일방의 자계 발생원으로부터 자성 와이어 중앙부를 거쳐 타방의 자계 발생원을 향하는 자속(본 검출기에 있어서 여분의 자속)을, 허브(211)의 상면 중앙부에 의해 차단할 수 있다.
6개의 자계 발생원이 단일 부재에 대한 다극 착자에 의해 형성되어 있을 경우, 그 자속은 그다지 멀리까지 미치지 못하기 때문에, 자성 와이어와 자계 발생원을 보다 근접해서 배치할 필요가 있다. 자성 와이어와 자계 발생원의 회전축 방향의 간격을, 자성 와이어의 길이의 반분 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태와 마찬가지로 회전수의 판별이 가능하며, 소형이며 저비용의 운동 검출기가 실현된다.
[제 3 실시형태]
도 6에 나타내는 바와 같이, 검출기(300)는 회전체(310)와, 발전 센서(120)와, 자기 센서(140)를 구비하고 있다.
회전체(310)는 허브(311)와 6개의 자계 발생원(312)을 갖는다.
허브(311)는 육각 기둥상이며, 연자성체제이다.
회전체(311)는, 허브(311)의 축을 회전축으로 해서 회전한다.
6개의 자계 발생원(312)은 막대상의 자석이며, 허브(311)의 회전축으로부터 등거리에, 또한 둘레 방향을 따라 등간격이 되도록 허브(311)의 6개의 외주면에 각각 부착되어 있다. 6개의 자계 발생원(312)은 둘레 방향으로 착자되어 있다. 또한, 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 자계 발생원에 있어서, 일방의 자계 발생원의 자극부와, 그 자극부와 이웃하는 타방의 자계 발생원의 자극부는 동극이다.
또한, 제 2 실시형태와 마찬가지로 제 3 실시형태에 있어서도, 허브(311)의 상면의 외주 가장자리부에 상면 중앙부보다 한층 내려가도록 단차부를 형성하고, 그 단차부에 6개의 자계 발생원(312)을 배치해도 좋다.
[회전수, 회전 방향을 판정하는 방법]
도 2에 있어서, 회전체(또는 운동체)(110)의 우회전을 정전, 좌회전을 반전으로 한다. 회전 시에 발전 센서(120)에 인가되는 자계(Ha)를 도 7a에 나타낸다. 또한, 정전 시에 발전 센서(120)에 발생하는 정펄스 신호를 부호(P)로 나타내고, 신호(P)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ps)로 나타내고, 부펄스 신호를 부호(N)로 나타내고, 신호(N)의 출력의 전제가 되는 안정화 자계를 부호(Ns)로 나타낸다. 안정화 자계는 ±H2, 동작 자계는 ±H1로 한다. 반전 시의 출력은 정전 시와 동일 부호로 나타내지만, 정전 시는 흰색, 반전 시는 검은색으로 나타낸다.
자계 발생원(112)으로부터 발전 센서(120)에 인가되는 자계는, 1회전 3주기의 교번 자계가 된다. 따라서, 발전 센서(120)는 정전 1회전당 정부(P, N)의 신호를 3회 출력하고, 반전 1회전에 대해서도, 정전 시와 마찬가지로 정부(P, N)의 신호를 3회 출력한다.
도 7b에, 자기 센서(140)에 인가되는 자계(Hb)를 1점 쇄선으로 나타낸다. 자기 센서(140)는 상술한 바와 같이, 회전축(111a)에 관해서 축 방향 제 1 단부(121b)와 소정의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 그 때문에, 상기 소정의 각도가 30°이면, 교번 자계(Hb)는 도 7a에 나타낸 교번 자계(Ha)보다 30° 위상이 어긋난다. 자기 센서(140)로서, 예를 들면 홀 소자, 자기 저항 효과 소자(SV-GMR, TMR)와 같이 NS극(도면에 있어서의 플러스 및 마이너스)을 판별할 수 있는 자기 센서를 사용할 수 있다. 이 경우, 발전 센서(120)로부터 정전의 3개의 P 신호, 반전의 3개의 N 신호가 출력되면, 자기 센서(140)로부터 마이너스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이것을 도면 중의 흰색 및 검은색의 삼각형으로 나타낸다. 또한, 발전 센서(120)로부터 정전의 3개의 N 신호, 반전의 3개의 P 신호가 출력되면, 자기 센서(140)로부터는 플러스 자계를 검출한 신호가 출력된다. 이것을 도면 중의 흰색 및 검은색의 사각형으로 나타낸다.
도 7c(A)에, 발전 센서(120)의 출력 신호와 자기 센서(140)의 검출 신호의 조합을 나타낸다.
도 7c(B)에 회전 좌표를 나타낸다. 정펄스 신호(P)가 출력되고 나서, 운동체(110)가 부호(R)로 나타내는 바와 같이 우회전하고, 다음 신호(N')가 검출될 때까지의 회전 각도는 +60°이다. 한편, 정펄스 신호(P)가 출력된 직후에 운동체(110)가 부호(L)로 나타내는 바와 같이 좌회전한 경우, 다음 신호는 신호(N)인 것이 기대된다. 그러나, 안정화 자계(Ns)를 거치지 않는 점에서, 신호(N)는 출력되지 않거나, 또는 출력되었다고 해도 매우 작아, 평가하는 것이 곤란하다. 따라서, 다음의, 평가할 수 있는 신호(P')의 좌회전 신호가 출력될 때까지의 회전 각도는, 약 -(60°+α)가 된다. 이와 같이 정전, 반전의 쌍방에 있어서 안정화 자계가 인가되지 않는 회전 운동이 일어나도, 동일 신호로 중복되는 범위가 발생하지 않는다. 또한, 판정할 수 있는 위치의 범위는 360° 미만이 되어, 운동체(110)의 회전수를 정확하게 검출할 수 있다.
운동체(110)의 회전 방향을 판정하는 방법에 대해서, 이해를 용이하게 하기 위해, 일례로서 연속되는 신호를 2개로 해서 설명한다.
판정은, 메모리를 포함하는 신호 처리 회로(도시하지 않음)에 의해 행해진다. 이 신호 처리 회로는 식별 기능과, 참조 기능과, 연산 기능을 갖는다. 우선, 신호 처리 회로는, 식별 기능에 의해 발전 센서(120)로부터의 신호를 P, P',N, 및 N'의 4개 중 어느 하나로서 식별한다. 이어서, 신호 처리 회로는 참조 기능에 의해, 회전수 및 회전 방향의 계수를 개시하는 초기 상태로 기억된 1개 전의(전상태) 이력 신호와, 그 후의 회전에 따르는 신호(신상태)를 순차적으로 메모리에 써넣는다. 신호 처리 회로는, 메모리에 저장된 과거와 현재의 연속되는 2개의 신호를, 미리 설정한 4종류의 코드화된 테이블에서 검색하고, 일치한 카운트값을 되돌린다. 이 테이블의 일례를 도 7d에 나타낸다. 신호 처리 회로는 신호가 입력될 때마다 검색을 행하고, 그 결과의 카운트값을 연산 기능에 의해 순차적으로 가감산한다. 가감산된 수치는, 그 시점에서의 회전수와 회전 방향을 나타내는 것이 된다. 신호(N)와 신호(P) 사이에 규준 위치를 설정하고, 도 7d에 나타낸 바와 같은 테이블을 사용함으로써, 운동체(110)의 회전 방향 및 회전수를 정확하게 카운트할 수 있다.
[1회전 내의 위치와 회전수를 동기하는 방법]
검출기를 모터의 다회전용으로서 사용할 경우, 모터 구동 시스템의 정전 중에는, 도 7d를 참조하면서 먼저 설명한 방법으로 회전수를 검출한다. 모터 구동 시스템의 기동 시에는, 신호(P, P', N, 및 N')는 1회전에 각각 2개소 존재하기 때문에, 2개의 영역의 양자 택일이 되고, 회전수를 특정할 수 없다. 그 때문에, 회전수 카운터의 기준 위치로부터의 변위 각도를 판별할 필요가 있다. 그래서, 1회전 앱솔루트형의 위치 센서를 외부 부착함으로써, 어느 영역에 위치하고 있는지를 판별하고, 회전수를 특정할 수 있다.
지금까지 설명한 실시형태에 관하여, 이하의 부기를 개시한다.
[부기 1]
6개의 자계 발생원을 갖는 회전체와,
단일의 발전 센서를 구비하고,
상기 6개의 자계 발생원은 상기 회전체의 회전축으로부터 등거리에 있음과 아울러, 상기 회전체의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되고,
상기 회전체의 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원의 자계의 방향이 상이하고,
상기 단일의 발전 센서는 대바크하우젠 점프를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
상기 자성 와이어는 상기 회전체의 회전축에 직교하는 직선상에 배치되고, 상기 자성 와이어의 중심 위치가 상기 회전체의 회전축상에 있는, 회전체의 운동을 검출하는 검출기.
[부기 2]
상기 6개의 자계 발생원이 6개의 자석과, 6개소에 착자가 실시된 단일의 자석 중 어느 하나인 부기 1에 기재된 검출기.
[부기 3]
상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이, 상기 회전체의 회전축과 직교하는 부기 2에 기재된 검출기.
[부기 4]
상기 회전체가 연자성체에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 부기 2 또는 3에 기재된 검출기.
[부기 5]
상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 회전체의 외주부에 배치되고, 상기 6개의 자석의 지름 방향 중심 위치 또는 상기 단일의 자석에 있어서의 6개의 착자 개소의 지름 방향 중심 위치가, 상기 자성 와이어의 양단부보다 지름 방향 내측에 있는 부기 4에 기재된 검출기.
[부기 6]
상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이, 상기 회전체의 회전축과 평행인 부기 2에 기재된 검출기.
[부기 7]
상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석으로부터 상기 자성 와이어까지의 거리가, 상기 자성 와이어의 전체 길이의 반분 이하인 부기 6에 기재된 검출기.
[부기 8]
상기 회전체가 연자성체부에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 부기 6 또는 7에 기재된 검출기.
[부기 9]
상기 자성 와이어와 대향하는 상기 허브의 표면의 외주 가장자리부에, 상기 표면의 중앙부보다 한층 내려가도록 단차부가 형성되고,
상기 단차부에 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 배치되어 있는 부기 8에 기재된 검출기.
[부기 10]
상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이, 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원의 원주 방향 또는 원주 접선 방향인 부기 2에 기재된 검출기.
[부기 11]
상기 회전체가 연자성체에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 부기 10에 기재된 검출기.
[부기 12]
상기 발전 센서가 신호를 출력했을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
상기 회전체의 회전에 따라 상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 회전체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 부기 1~11 중 어느 한 항에 기재된 검출기.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 기술의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 의거하여 각종 변형 및 변경이 가능하다.
100, 200, 300: 운동 검출기 110, 210, 310: 운동체
111, 211, 311: 연자성체부 112, 212, 312: 자계 발생원
120, 220: 발전 센서 121, 221: 자성 와이어
122, 222: 코일 140: 자기 센서

Claims (12)

  1. 6개의 자계 발생원을 갖는 회전체와,
    단일의 발전 센서를 구비하고,
    상기 6개의 자계 발생원은 상기 회전체의 회전축으로부터 등거리에 있음과 아울러, 상기 회전체의 둘레 방향을 따라 등간격으로 배치되고,
    상기 회전체의 둘레 방향으로 이웃하는 2개의 상기 자계 발생원의 자계의 방향이 상이하고,
    상기 단일의 발전 센서는 대바크하우젠 점프를 발현하는 자성 와이어와, 상기 자성 와이어에 권회된 코일을 구비하고,
    상기 자성 와이어는 상기 회전체의 회전축에 직교하는 직선상에 배치되고, 상기 자성 와이어의 중심 위치가 상기 회전체의 회전축상에 있는, 회전체의 운동을 검출하는 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 6개의 자계 발생원이 6개의 자석과, 6개소에 착자가 실시된 단일의 자석 중 어느 하나인 검출기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이 상기 회전체의 회전축과 직교하는 검출기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 회전체가 연자성체에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 검출기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 회전체의 외주부에 배치되고, 상기 6개의 자석의 지름 방향 중심 위치 또는 상기 단일의 자석에 있어서의 6개의 착자 개소의 지름 방향 중심 위치가, 상기 자성 와이어의 양단부보다 지름 방향 내측에 있는 검출기.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이 상기 회전체의 회전축과 평행인 검출기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석으로부터 상기 자성 와이어까지의 거리가, 상기 자성 와이어의 전체 길이의 반분 이하인 검출기.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 회전체가 연자성체부에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 검출기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 자성 와이어와 대향하는 상기 허브의 표면의 외주 가장자리부에, 상기 표면의 중앙부보다 한층 내려가도록 단차부가 형성되고,
    상기 단차부에 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 배치되어 있는 검출기.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석의 착자 방향이, 상기 회전체의 회전축을 중심으로 하는 원의 원주 방향 또는 원주 접선 방향인 검출기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 회전체가 연자성체에 의해 형성된 허브이며, 상기 6개의 자석 또는 상기 단일의 자석이 상기 허브에 설치되어 있는 검출기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 발전 센서가 신호를 출력했을 때의 상기 자계 발생원으로부터의 자계를 검출하는 자기 센서와,
    상기 회전체의 회전에 따라 상기 발전 센서 및 상기 자기 센서가 출력하는 신호에 의거하여, 상기 회전체의 회전수 및 회전 방향을 구하는 회로를 더 구비하는 검출기.
KR1020237041969A 2021-06-08 2022-06-08 운동 검출기 Pending KR20240018467A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2021-096215 2021-06-08
JP2021096215A JP2022187943A (ja) 2021-06-08 2021-06-08 運動検出器
PCT/JP2022/023102 WO2022260071A1 (ja) 2021-06-08 2022-06-08 運動検出器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240018467A true KR20240018467A (ko) 2024-02-13

Family

ID=84426095

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237041969A Pending KR20240018467A (ko) 2021-06-08 2022-06-08 운동 검출기

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240369378A1 (ko)
EP (1) EP4354090A4 (ko)
JP (1) JP2022187943A (ko)
KR (1) KR20240018467A (ko)
CN (1) CN117460928A (ko)
TW (1) TW202305325A (ko)
WO (1) WO2022260071A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2024107939A (ja) * 2023-01-30 2024-08-09 富士電機株式会社 エンコーダシステム

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4712390Y1 (ko) 1968-07-18 1972-05-08
JPS5511748Y2 (ko) 1977-10-21 1980-03-13
JPS5730809Y2 (ko) 1975-11-15 1982-07-07
US8283914B2 (en) 2009-02-24 2012-10-09 Walter Mehnert Absolute magnetic position encoder
US9528856B2 (en) 2012-04-30 2016-12-27 Fritz Kübler GmbH Zähl- und Sensortechnik Energy-self-sufficient multiturn rotary encoder and method for determining a unique position of an encoder shaft by means of the multiturn rotary encoder

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5937695Y2 (ja) * 1978-11-17 1984-10-19 カルソニックカンセイ株式会社 パルス発生装置
JPS623941Y2 (ko) * 1979-01-18 1987-01-29
JPS55107739U (ko) * 1979-01-24 1980-07-28
JPS57191136U (ko) * 1981-05-29 1982-12-03
DE10259223B3 (de) * 2002-11-20 2004-02-12 Mehnert, Walter, Dr. Positionsdetektor
JP2007225536A (ja) * 2006-02-27 2007-09-06 Nikkoshi Co Ltd 回転運動検出装置
JP4858855B2 (ja) * 2006-11-21 2012-01-18 日立金属株式会社 回転角度検出装置および回転機
JP4507208B2 (ja) * 2007-02-28 2010-07-21 日立金属株式会社 磁石回転子及びこれを用いた回転角度検出装置
DE102007039050B8 (de) * 2007-08-17 2024-02-15 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Linearsegment- oder Umdrehungszähler mit einem ferromagnetischen Element
DE102011002179B4 (de) 2011-04-19 2023-10-12 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Verfahren und Anordnung zur Synchronisation eines Segmentzählers mit einem Feinpositionssensor
JP5511748B2 (ja) 2011-08-23 2014-06-04 ヒロセ電機株式会社 運動検出装置
JP6535270B2 (ja) * 2015-10-30 2019-06-26 ヒロセ電機株式会社 回転検出装置
JP7452971B2 (ja) * 2019-10-08 2024-03-19 ヒロセ電機株式会社 回転検出装置
JP2022079329A (ja) * 2020-11-16 2022-05-26 パナソニックIpマネジメント株式会社 エンコーダ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4712390Y1 (ko) 1968-07-18 1972-05-08
JPS5730809Y2 (ko) 1975-11-15 1982-07-07
JPS5511748Y2 (ko) 1977-10-21 1980-03-13
US8283914B2 (en) 2009-02-24 2012-10-09 Walter Mehnert Absolute magnetic position encoder
US9528856B2 (en) 2012-04-30 2016-12-27 Fritz Kübler GmbH Zähl- und Sensortechnik Energy-self-sufficient multiturn rotary encoder and method for determining a unique position of an encoder shaft by means of the multiturn rotary encoder

Also Published As

Publication number Publication date
CN117460928A (zh) 2024-01-26
EP4354090A1 (en) 2024-04-17
JP2022187943A (ja) 2022-12-20
WO2022260071A1 (ja) 2022-12-15
TW202305325A (zh) 2023-02-01
EP4354090A4 (en) 2025-05-28
US20240369378A1 (en) 2024-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6522130B1 (en) Accurate rotor position sensor and method using magnet and sensors mounted adjacent to the magnet and motor
US10775200B2 (en) Rotary encoder and absolute angular position detection method thereof
US9528856B2 (en) Energy-self-sufficient multiturn rotary encoder and method for determining a unique position of an encoder shaft by means of the multiturn rotary encoder
JP4712390B2 (ja) 位置検出器
KR101597639B1 (ko) 앱솔루트 인코더 장치 및 모터
EP2999943B1 (en) System and method for providing signal encoding representative of a signature region in a target and of a direction of rotation
US9350216B2 (en) Integrated multi-turn absolute position sensor for high pole count motors
JP2012533058A (ja) 多周期的絶対位置検出器
CN114301239B (zh) 电机控制用磁传感器系统
JP5511748B2 (ja) 運動検出装置
JP7538298B2 (ja) 回転検出装置
KR20240018467A (ko) 운동 검출기
JP5802297B2 (ja) 運動検出装置
JP7645136B2 (ja) 運動検出器
JP7682031B2 (ja) 位置検出器
US20240369379A1 (en) Motion Detector
US20220018684A1 (en) Absolute position detection device and detection method of rotating body
JP6041959B1 (ja) 磁気検出装置
JP7641871B2 (ja) 回転検出器
JP2005300216A (ja) 回転角検出装置および回転角検出装置の製造方法
Lu et al. Parameter Optimization of Hall Effect Gear Tooth Speed Sensors
MXPA01000770A (en) Accurate rotor position sensor, method using magnet ring and linear output hall effect sensors
JP2012145525A (ja) ロータリーエンコーダー、およびモーター

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20231205

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PG1501 Laying open of application