JPH01321852A - 位置検出装置 - 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〕 この発明は位置検出装置に関わり、特に、ブラシレスモ
ータ用の磁極位置検出装置、アブソリュートエンコーダ
における上位位置信号を得るための装置等、比較的粗い
ピッチの位置検出に好適な位置検出装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

ブラシレスモータは、磁極の位置を検出して、その結果
に基づいて電機子コーイルに流す電流の向きを制御して
いる。ブラシレスモータの磁極位置検出は、スロット内
に設けたホール素子により四−タ磁極の極性を判別する
方法が一般的であるが、出力の大きいサーボモータにあ
っては、電機子の発熱のためモータ内部にホール素子を
設けろことが難しく、外付けした位置計測装置（エンコ
ーダ）内部に磁極位置検出器を設けることが一般に行わ
れている。

エンコーダには光学式のものと磁気式のものがあり、こ
れまでは光学式エンコーダが多く用いられてきたが、応
答速度が速り、塵埃の影響を受けに＜＜、耐久性に優れ
る磁気エンコーダが多く使用されろようになってきた。

磁気エンコーダは、一般に第６図に示されるような構造
をしている。すなわち、周縁部分に点線で示すように多
数の磁極２を有するロータマグネッｌ−１と、これに対
向配置された磁気抵抗素子３からなる。磁気抵抗素子３
は磁界中で抵抗値が減少するという性質がある。そこで
、磁極２のピッチをλとするとき、第７図に示されるよ
うに、λ／２離れた位置に２つの磁気抵抗素線３Ａ、３
Ｂを設け、それぞれの両端を電極４，５．６に接続し、
第８図に示されるように、固定抵抗器Ｒ０゜Ｒ２と組み
合わせてブリッジを構成し、両端を電源に接続し、中点
の電位差を比較器７に入力して計測することにより、磁
極２の通過を検出することができろ。第７図、第８図で
は説明のため磁気抵抗素綿は３Ａ、３Ｂの１組のみの磁
気抵抗素子３を示したが、−ａには、２組の磁気抵抗素
子３を組み合わせて位相の９０°異なる２つの信号を得
ること、あるいは、磁極ピッチの異なる複数のトラック
を設け、それぞれから得られる信号を組み合わせて絶対
的な位置を表す２進コードを得ることが行われている。

前者をインクリメンタルエンコーダ、後者をアブソリュ
ートエンコーダと通常呼んでいる。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように位置検出装置は、磁極２のピッチλが小さい
場合（１〜数ｍｍ以下）には良好に作動するが、磁極２
のピッチλが大き（なると、素子部分に充分な磁束を得
ることができず、出力が低下し、ノイズの影響を受けや
すくなり、甚だしい場合は検出自体不可能となる。この
ため、磁極２のピッチλの小さいものには適応できるが
、磁極２のピッチλの大きいアブソリュートエンコーダ
の上位ビットの信号検出や、ブラシレスモーフの通電切
り換え用の信号検出には適さないという問題点があった
。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもの
で、磁極のピッチが大きくても大きな出力が得られる位
置検出装置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〕

この発明にかかる位置検出装置は、微細なピッチで磁極
の反転する極性が形成されている記録部と、極性の反転
のない無記録部とが周期的に交互に設けられた被測定体
と、この被測定体の磁極に対向配置され、磁極の生成す
る磁界を検出するための磁気抵抗素子とからなり、被測
定体と磁気抵抗素子との相対位置を検出する位置検出装
置であって、磁気抵抗素子が前記磁極の反転ピッチ以上
にわたる感度分布を有するものである。

〔作用〕

この発明においては、磁気抵抗素線が磁極の反転ピッチ
以上の幅にわたって感度分布を有しているので、磁気抵
抗素線のいずれかの部分が磁極境界部に対向することに
なり、磁気抵抗素子全体の抵抗値が低下するため、記録
部と無記録部の検出が確実に行われる。

〔実施例〕

第１図（ａ）　、　（ｂ）はこの発明の原理を示すため
の図であって、Ｎ極、Ｓ極の磁極１４が交互に配列され
た記録部１１と、磁極が形成されていない無記録部１２
とが周線に交互に形成されているロータマグネット１０
と、磁気抵抗素子２０との関係を示すものである。なお
、ロータマグネット１０は一部を展開して示しである。

記録部１１と無記録部１２とはロータマグネット１０の
外周３６０°に対して、例えば、９０°（電気角１８０
°）ずつ交互に形成されるが、第１図（ＩＬ）では隣接
する１個のみを示しである。磁気抵抗素子２０の磁気抵
抗素線２１は、ロータマグネット１０の記録部１１内の
磁極１４の磁極境界線１３に対して傾きをもって配設さ
れ、両端は電極２２に接続している。このように構成す
ると磁気抵抗素線２１はロータマグネット１０の磁極境
界線１３に対向する部分で抵抗値が減少するが、傾きを
もって配設されているため、常にいずれかの部分が磁極
境界部分に対向し、磁気抵抗素線２１全体の抵抗値は、
記録部１１においては常に低下する。

同様の効果は第１図（ｂ）に示す実施例のように、磁気
抵抗素線２１を磁極１４の１ピッチ以上の幅にわたって
蛇行状に設けることによっても、あるいはこれらを組み
合わせることによっても得ることができろ。感度分布の
幅は、磁極１４の反転ピッチ以上あればよいが、これを
磁極１４の反転ピッチの整数倍とすることで出力信号の
リップルを抑制することができる。

この発明にあっては、磁極１４のピッチλは任意の幅に
する乙とができるため、磁気抵抗素子２０部分での磁界
が充分な大きさになるような磁極１４のピッチλを選ぶ
ことで、任意の記録周期（記録部１１と無記録部１２の
周期）で充分な大きさの出力を得ることが可能である。

第２図はこの発明の一実施例を示すものであって、ロー
タマグネット１０と磁気抵抗素子２０によって構成され
ている。

ロータマグネット１０の表面には、第３図に展開して示
すように、６つのトラック＋ｕ、−ｕ。

＋ｖｐ　−ＶＰ　＋ＷＰ　−Ｗにそれぞれ２本の溝を設
けて形成した無記録部１２が設けられ、さらに記録部１
１には、全体にわたって約１００μｍのピッチで着磁が
施され、磁極１４がＮ極、Ｓ極交互に形成されている。

ロータマグネット１０はフェライトと熱可塑性樹脂の混
合物を射出成形することによって形成される。このとき
、シャフト１５をインサート成形し、また、無記録部１
２を形成するための溝部を金型によって形成するのがよ
い。

溝の位置は、トラック＋Ｕと−ｕ、＋ｖと−ｖ１＋Ｗと
−Ｗがそれぞれ一方が溝であれば他方は溝でない形、つ
まり、記録部１１と無記録部１２とが第３図で左右なら
びに上下に対して交互に設けられ、また、トラック＋ｕ
、十ｖ、十ｗはそれぞれ６０°づつ位相が順次具なる位
置に設けられている。着磁は通常の磁気記録と同様に、
ロータマグネット１０を一定速度で回転しながら磁気ヘ
ッドに適切な周期の交流信号を印加することで行われる
。

磁気抵抗素子２０は第４図に示すように耐熱性絶縁基板
２３上に数十乃至数百オングストロームの強磁性金属薄
膜を蒸着等の手段によって設け、フォトエツチングによ
り図に示すようなパターンを形成したもので、メツシュ
を施した部分が電極２２となり、細い部分が磁気抵抗素
ｌｌ＋Ｕ、−Ｕ。

＋ｖ、−ｖ、＋ｗ、−ｗおよび＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ。

−Ｂとなる。

各磁気抵抗素線は、第３図に示すそれぞれのトラック＋
ｕ、−ｕ、　＋ｖ、−ｖ、＋ｗ、−ｗに対向し、磁極境
界線１３に対レー磁極幅だけ傾きをもった、６本の磁気
抵抗素綿＋Ｕ、−Ｕ、＋Ｖ。

−Ｖ、＋Ｗ、−Ｗをもち、４本の磁気抵抗素線子Ａ、−
Ａ、＋Ｂ、−Ｂは６、トラック全体を横切り、磁極境界
線１３と平行に配設される。磁気抵抗素線＋Ｕはトラッ
ク＋Ｕに、磁気抵抗素線−Ｕはトラック−Ｕに対向して
いる。（Ｖ、Ｗに関しても同様）。これらの磁気抵抗素
線は磁極境界ｓ１３に対して傾きを持っているため、無
記録部１２の部分では高い抵抗を、溝のない記録部１２
部分では低い抵抗値を示す。

なお、磁気抵抗素線子Ａ、−Ａ、　十Ｂ、　−Ｂはこの
発明の要旨に直接関係しないが、インクリメンタルエン
コーダとして使用するため一体に組み込まれているもの
である。

これらの抵抗値の変化を回転角に対してプロットすると
第５図に示すように、一回転あたり２周期で互いに１２
０°位相の異なる信号が得られる。

これは４極ブラシレスモークの三相通電信号に適する。

磁気抵抗素線＋Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂは磁極境界線１３
に平行に設けられているため、磁極１ピツチを１周期と
する抵抗変化を生じる。これらの磁気抵抗素線子Ａ、−
Ａ、＋Ｂ、−Ｂは全てのトラック＋ｕ、−ｕ、　十ｖ、
−ｖ、＋ｗ、−ｗにまたがって設けられているため、溝
の有無による抵抗変化は生じない。磁気抵抗素線子Ａと
−Ａ、十Ｂと−Ｂはそれぞれ磁極２分の１ピツチずれた
位置に設けられているため、一方の抵抗値が増加すると
きは、符号の異なる他方の抵抗値は減少する。また、＋
Ａと十Ｂは磁極４分の１ピツチずれた位置に設けられて
おり、互いに９０”位相の異なる信号を出力する。これ
らはインクリメンタルエンコーダを構成する上で好適な
信号である。

磁気抵抗素子２０を構成する金属の抵抗には温度変化に
よっても抵抗値が変化する。この変化をキャンセルする
ため、それぞれの信号は逆の変化をする２つの磁気抵抗
素線子Ｘと−Ｘ（ここでＸはＵ、Ｖ、Ｗ、Ａ、Ｂのいず
れか）によって得ている。すなわち、＋Ｘと−Ｘの抵抗
値の差を検出すれば温度による抵抗変化をキャンセルす
ることができる。この目的で一般にブリッジ回路と呼ば
れる回路構成が用いられる。その例は第８図で説明した
のと同じである。この回路の場合、十ｘと−Ｘの抵抗値
の比率と、固定抵抗器Ｒ１とＲ２の抵抗値の比率を等し
くすれば、温度変化等により、抵抗値の変化が生じても
これが出力に表れることはない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように、微細なピッチで磁極の
反転する極性が形成されている記録部と、極性の反転の
ない無記録部とが周期的に交互に設けられた被測定体と
、この被測定体の磁極に対向配置され、前記ｍ極の生成
する磁界を検出するための磁気抵抗素子とからなり、前
記被測定体と磁気抵抗素子との相対位置を検出する位置
検出装置であって、前記磁気抵抗素子が磁極の反転ピッ
チ以上の幅にわたって感度分布を有するので、記録部上
に磁気抵抗素線があれば必ず抵抗変化が検出されるので
、記録部と無記録部の検出が確実に行われ、特に磁極の
ピッチが大きい場合にも正しく磁極の検出ができ、アブ
ソリュートエンコーグの上位ピットの信号検出や、ブラ
シレスモーフの通電切り換え用として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ＩＬ）　、　（ｂ）はこの発明の一実施例をそ
れぞれ示すロータの一部を展開して示した図、第２図は
この発明の他の実施例を示す外観斜視図、第３図は第２
図の実施例のロータマグネッＩ・の展開説明図、第４図
は同じく磁気抵抗素子の平面図、第５図は同じく抵抗値
の変化を示す図、第６図は従来の磁気エンコーダの一例
を示す外観斜視図、第７図は磁気抵抗素子の平面図、第
８図は同じく検出回路を示す図である。 図中、１ｏはロータマグネット、１１は記録部、１２は
無記録部、１３は磁極境界線、１４は磁極、１５はシャ
フト、２０は磁極抵抗素子、２１は磁気抵抗素線、２２
は電極、２３は耐熱性絶縁基板、＋　ｕ　ｐ　　　ｕ　
ｐ　＋　％’　、　　　Ｖ　、　＋　Ｗ　、　　　Ｗは
トラック、十Ａ、−Ａ、＋Ｂ、−Ｂ、＋Ｕ、　−Ｕ、　
十Ｖ、−Ｖ、　＋Ｗ、−Ｗは磁気抵抗素線である。 第１図 （ａ） １３：ｍ極１見界縄　　　　　　　　　ｔｌ　　兎檜第
２図 第３図 第４図 フ　　　　　　　〉　　　　　　　≧ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 微細なピッチで磁極の反転する極性が形成されている記
   録部と、極性の反転のない無記録部とが周期的に交互に
   設けられた被測定体と、この被測定体の磁極に対向配置
   され、前記磁極の生成する磁界を検出するための磁気抵
   抗素子とからなり、前記被測定体と磁気抵抗素子との相
   対位置を検出する位置検出装置であって、前記磁気抵抗
   素子が記録部の磁極の反転ピッチ以上にわたる感度分布
   を有していることを特徴とする位置検出装置。