JPH01202618A - 磁気エンコーダ - 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、例えばＮＣ（数値制御）工作機等に用いられ
るサーボモータの回転軸の回転角の検出、あるいは直線
運動するりニアモータ応用機器等の移動体の位置の検出
に係り、回転体あるいは移動体の表面に形成された磁化
パターンにスペーシング（空隙）を介して対向する磁気
抵抗効果素子の抵抗変化からそれら回転角あるいは位置
を導出する磁気式の角度検出器あるいは位置検出器に関
する。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置として工作機等の起動時の初期位置
がわかるエンコーダに、アブソリュート形コータリエン
コーダがある。

そのようなエンコーダは例えば特開昭５７−１２３４９
４号〔第７図に表わしくａ）は斜視図・　（ｂ）は磁性
円板、磁気センサ等の平面図〕に見られるように、所要
精度に応じて複数個の磁気トラックＴｏ、Ｔ１．Ｔ２．
Ｔ３．Ｔ４を形成し、各トラックを円周方向に２ｎ　（
ｎは１以上の正整数）のセグメントに分割し、各セグメ
ントを一つおきに着磁ゾーン５０１と非着磁ゾーン５０
２とした回転磁性円板５と、回転磁性円板５の面から微
小距離はなした基板面上に漏れ磁束を検出するための複
数の磁気抵抗効果素子（以下ｒＭＲ素子」という）Ｒｉ
　、Ｒ２、Ｒａ　、Ｒ４、Ｒｓを円板５の直径方向に並
べて配置した磁気センサ３とから構成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような磁気エンコーダでは磁性円板５の表面とＭＲ
素子との距離であるスペーシングが近くなると、着磁ゾ
ーン端部に第８図に示すような異常出力（矢印で示す）
がでるため精度が悪くなり使用できなかった。

すなわち、磁性円板５に同心円の帯状に配設したトラッ
クＴ４．Ｔ３．Ｔ２．Ｔ、、・・・における着磁ゾーン
５０１のパターンに対応して、第８図に示すよように電
圧ｅ５　、ｅ４．ｅａ　ｒ　　ｅ２．・・・がＭＲ索子
Ｒ５，Ｒ４、Ｒａ　、Ｒ２、・・・を介して検出される
電圧波形が表わされる。

この検出電圧波形は電圧の立上りおよび電圧の立下りの
両端付近のスロープで鋸歯状の異常出力が必ず生起して
おり、これらが検出のための演算に著しい支障をきたし
ていた。

ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、着磁ゾ
ーンの両端付近の異常出力を除去した磁気エンコーダを
提供することを、その目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等はこの原因を調べたところ、第９図に水子現
象が解析された。

第９図（ａ）は磁性円板５の例えばトラックＴ２の回転
を考えたＭＲ索子Ｒ２との時間の経過につれての相対的
位置関係を示す断面図であり、ここではトラックＴ２を
定着させＭＲ素子Ｒ２が左から右へ移動するとしている
。

第９図（ｂ）はＭＲ素子Ｒ２の位置に対応する出力波形
（電圧）図である。

ＭＲ素子Ｒ２が１０１，１０２，１０３．・・・と移動
するに従い、出力波形電圧の検出を得られるが、１０１
の部位で異常出力をみる。

つまりＭＲ素子Ｒ２が１０１部位にきたときに異常出力
ができることが分り、１０１部位でＭＲ素子Ｒ２のセン
サパターン幅方向の磁界が存在するためだと分った。

そこで、本発明ではこのセンサパターン幅方向の磁界を
なくすために、第５図に表わすように非着磁ゾーン部に
微小な着磁ピッチを有する着磁を行なった。

すなわち、着磁ゾーンにおける着磁ピッチをＰとしたと
き、非着磁ゾーンにおいてほぼ０．２〜０．４Ｐのピッ
チで着磁を施す〔第５図（ａ）〕ことにより、第５図（
ｂ）に示すように、５１の部位での異常出力を抑えて消
去させることができる。

〔作　用〕

このように本発明では、磁性円板の各トラックにおける
非着磁ゾーン部に微小な着磁を行った〔第５図（ａ）〕
ために、着磁ゾーン端部の磁界が第５図（ｂ）のように
なり、着磁ゾーン以外のところでＭＲセンサ幅方向にか
かる磁界がなくなり、その結果、異常出力がなくなる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図（ａ）は本発明のアブソリュート磁気エンコーダ
の一実施例で、モータの回転角度検出に使用した場合の
構成を表わす斜視図である。

モータ２のシャフト１に同心円状の磁気トラックを有す
る磁性円板５が取付けられ、一方磁気センサ３がセンサ
支持台４によりモータ２に取付けられている。

第１図（ｂ）は第１図（ａ）のアブソリュート形磁気エ
ンコーダにおける磁気トラック６と磁気センサ３の磁気
抵抗効果素子パターンＲ１〜Ｒ５との配置関係を示す平
面図である。各磁気トラック６（Ｔｏ　、ＴＩ　、Ｔ２
　、Ｔ３　、Ｔ４　）に着磁ゾーンからのもれ磁界を検
出する磁気抵抗効果素子Ｒ１〜Ｒ５がそれぞれ磁気トラ
ック６を横切る方向に５０μｍ程度の微小な間隔を保っ
て保持されている。この例は磁気トラック６が５個、す
なわち磁性円板５の１回転を２５−３２分割した精度で
回転角度を検出する場合を示しているが、さらに高精度
で回転角度を検出するには磁気トラックとそれに対向さ
せる磁気抵抗効果素子の数を増せば良い。

第２図は磁気センサ３のパターン例を表わす平面図であ
る。

第３図（ａ）は磁気センサ３と展開した磁気トラック６
の対向関係を示す図、第３図（ｂ）は検出出力波形電圧
を導出する磁気抵抗効果素子Ｒ１〜Ｒ５と固定抵抗Ｒ等
の接続図である。

従来例における着磁ゾーン５０１と非着磁ゾーン５０２
に対応して、本発明では着磁ゾーンａ６１と着磁ゾーン
ｂ６２を形成する。〔第１図（ｂ）〕 そして着磁ゾーンａ６１の着磁ピッチをＰとすれば、着
磁ゾーンｂ６２の着磁ピッチはほぼ０．２Ｐ〜０．４Ｐ
にしである。

磁気トラック６は磁性円板５の表面に、１３μｍの厚さ
のＣｏ−Ｐ（コバルト−燐）メツキを施したものに形成
している。

各ＭＲ素子からの出力波形電圧を検出する手段は共通の
一定直流電圧源ＶからＭＲ素子と固定抵抗Ｒを経て接地
し、かつ調整抵抗Ｒ１°とＲ２°を介して接地したブリ
ッジ回路を形成し、そのブリッジ電圧（ｅｌ　　ｅｏ　
ｌ　　ｅ２　　ｅｏ　ｌ　　ｅａ　　　ｅａ　１ｅ４−
ｅｏ　、ｅ５　ｅｏ　）を導出することであり、つまり
ＭＲ素子の抵抗が着磁ゾーンａ６１あるいは着磁ゾーン
ｂ６２に対向し変化することに基づいて出力波形が変わ
る。

第４図は、この一実施例における各トラックの回転に伴
なう検出された出力波形電圧を表わす図である。

さきに述べたとおり、磁極近傍での出力変動（第８図）
は第９図の磁気トラックと磁気センサの断面図に示すよ
うに、磁極近傍の非着磁部分１０１の位置におけるもれ
磁束の水平方向成分に磁気抵抗効果素子が感応するため
に生ずるものであるから、この一実施例のように、非着
磁ゾーンに着磁ゾーンのピッチをＰとすると、はぼ０．
２Ｐ〜０．４Ｐの細かいピッチで、境界部で磁界の向き
が逆になるように着磁することによって、着磁ピッチＰ
の着磁ゾーンａ６１の両端のもれ磁界の影響がおさえら
れ、異常出力がなくなる。

実験によると、着磁ゾーンｂ６２の着磁ピッチと異常出
力の関係は第１表のようになる。

第１表 この第１表に示すように、微細着磁ゾーンの着磁ピッチ
を０．ＩＰから漸次０．２Ｐ、　０．３Ｐ。

０、４Ｐ、　　０．　５Ｐと増加すると、異常出力の有
無はそれぞれ、（有）、（無）、（無）、（無）。

（着磁ゾーン間の出力差がなくなる）のように変化する
。

すなわち、０．ＩＰ以下では磁界強度が弱く着磁ゾーン
ａ６１の両端のもれ磁界をおさえられず、０．５Ｐ以上
では着磁ゾーンｂ６２においてもＭＲ素子がもれ磁界を
感知し着磁ゾーンａ６１あるいは着磁ゾーンｂ６２の信
号による区別がなくなってしまう。

そこで、着磁ゾーンｂ６２の着磁ピッチはほぼ０．２Ｐ
〜０．４Ｐと決める。

また、本発明の他の実施例として、第６図に磁気トラッ
クを展開図で表わすように、着磁ゾーンａ６１の両端に
、着磁ピッチ０．２Ｐ〜０．４Ｐの磁極をそれぞれ、逆
向きに着磁して着磁ゾーンｂ６２とし、着磁ゾーンｂ６
２の相互間は非着磁ゾーンＣを形成しても同様の効果が
得られることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、着磁ゾーンの両
端のもれ磁界をおさえるために、逆向きに微細着磁する
ことにより、着磁ゾーン端部に現れる異常出力がなくな
ったことにより、スペーシング変動が起ってもより精度
良い位置検出が可能となり、磁気エンコーダの信頼性が
著しく向上するという各段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例におけるアブ
ソリュート磁気エンコーダでモータの回転角度検出に使
用した場合の構成を表わす斜視図。 そのアブソリュート磁気エンコーダの磁気トラックと磁
気センサの磁気抵抗効果素子の配置関係を示す平面図、
第２図は磁気センサのパターン例を表わす平面図、第３
図（ａ）、（ｂ）は磁気センサと磁気トラックの対向関
係を示す展開図、検出出力波形電圧を導出する磁気抵抗
効果素子と固定抵抗等との接続図、第４図は各磁気トラ
ックの検出出力電圧の波形図、第５図（ａ）、　　（ｂ
）は本発明の詳細な説明する磁気トラックと磁気抵抗効
果素子との相対的断面図、出力波形図、第６図は本発明
の他の実施例の磁気トラックの展開図、第７図、第８図
、第９図は従来例の説明図である。 １・・・・・・シャフト ２・・・・・・モータ ３・・・・・・磁気センサ ４・・・・・・センサ支持台 ５・・・・・・磁性円板（磁気記録媒体）６・・・・・
・磁気トラック（Ｔｏ　、　Ｔｉ　、Ｔ２　、　　Ｔａ
　。 Ｔ４） ６１・・・・・・着磁ゾーンａ ６２・・・・・・着磁ゾーンｂ ７・・・・・・リード線 ８・・・・・・電源端子 ９・・・・・・信号線端子 １０・・・・・・リード線パターン Ｒｉ　、Ｒ２、Ｒａ　、Ｒ４、Ｒ５・・・・・・磁気抵
抗効果素子 Ｒ，Ｒ１’Ｒ２’・・・・・・抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気記録媒体上に２種類の着磁ゾーンを持つ磁気ト
   ラックを所要精度に応じて少くとも１個以上有し、 前記着磁ゾーンにおける一方の種類が着磁ピッチＰとし
   た場合、 前記着磁ゾーンにおける他方の種類の着磁ピッチがほぼ
   ０．２Ｐ〜０．４Ｐなる磁極を少くとも１つ以上備え、 移動体に配設した前記記録媒体に空隙を介して対向する
   強磁性磁気抵抗効果素子からなる磁気センサを具備する ことを特徴とする磁気エンコーダ。 ２、前記他方の種類の着磁ピッチがほぼ ０．２Ｐ〜０．４Ｐを有す着磁ゾーンに、前記一方の種
   類の着磁ピッチＰなる着磁ゾーンと接しない部分に非着
   磁部を設けた 請求項１記載の磁気エンコーダ。