JPS628015A

JPS628015A - エンコ−ダ

Info

Publication number: JPS628015A
Application number: JP14847685A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okuda; 奥田　宏史; Takashi Matsubara; 孝松原
Original assignee: Shin Meiva Industry Ltd
Current assignee: Shinmaywa Industries Ltd
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1985-07-03
Publication date: 1987-01-16

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、エンコーダ殊に精度のよい波形出力を得る
ようにしたロータリエンコーダの改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

自動制御系における位置フィードバック信号の検出には
、ロータリまたはリニアのエンコーダ、シンクロ、レゾ
ルバなどが使われており、産業用ロボットやＮＣ工作機
などのアーム位置や軸位置などの検出にロータリエンコ
ーダがよく使われている。

このようなエンコーダには光学式のもの、磁気式のもの
があり、磁気式のものには歯車式のものやドラム式のも
のがある。しかしながら、光学式のものではスリットを
細かく切ることやそのピッチを細かくすることによって
分解能を上げることができるが、それには限界がある。

また、温度上昇等による固定板と回転板との芯ずれなど
の影響もあり、分解能の向上には限界がある０磁気式の
うち歯車式のものは安価に製作できるが、歯形のできが
悪いと波形が一定しないためピッチ精度が悪く、分解能
にも限度がある。また、磁気式のうちドラム式のものは
、例えば、第８図のようにドラム２１の外周部に、円周
に沿って磁極Ｎ・Ｓを交互に着磁し、この磁極と適宜ギ
ャップを保って磁気抵抗降下素子２２（磁気センサ）が
配設されている。このものでは、分解能を上げるため、
磁極Ｎ−８のピッチを細かくすることができるが、そう
すると磁気抵抗降下素子２２と磁極ＮＳとのギャップを
小さくすることが必要になる。しかしながら、このギャ
ップを余り小さくすると、ギャップの少しのばらつきに
対しても検出出力のばらつきが生じ、精度が悪くなると
いう問題がある。

そして、スリット、着磁、歯形の刻設などの細分化によ
る分解能向上に限界があることから、エンコーダで得ら
れる情報を、内挿法によって更に細分化することによっ
て、高分解を必要とする用途に応じるものが、特開昭５
８−８５１１８号、特開昭５９−２１１８２２号などで
明らかにされている。

ところで、従来の産業用ロボットや各種自動工作機など
では、軸やアームを減速機を介してモータで駆動するよ
うになっており、このモータに例えばロータリエンコー
ダを連結し、モータの回転を検出することによって軸や
アームの位置情報を得ている。この場合、減速機を使用
しているため、モータ回転位置の検出に長手の誤差があ
っても軸やアーム位置の検出精度にほとんど悪影響はな
かった。ところが、極めて低回転数のモータを使用し、
減速比も極めて小さい場合や、殊にダイレクトドライブ
モータのように減速機を必要としない場合、モータ回転
位置の検出精度がアームや軸の位置検出精度にまともに
影響することから、極めて高分解能の位置検出器が要求
される。

例えば、ダイレクトドライブモータを産業用ロボットな
どに使用する場合、１００万パルス／回転以上の分解能
が必要となるにもかかわらず、これに応じるような実用
的なエンコーダはなく、高価なシンクロレゾルバ等が使
われている。

〔解決しようとする問題点〕

精密な位置検出を行うための高分解能を有する実用的な
エンコーダを得るためには、精密な出力波形を得ること
およびこれに対する内挿を簡単な構成で実現する必要が
あり、この発明は、精密な出力波形を得ることができる
簡単な構造で、安価なエンコーダを提供しようとするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、エンコーダの構造を簡単にし、小形で安価
なものとするための磁気式をとっており、磁気をセンス
する磁心もまた小形で安価なものとしている。そして、
高分解能化のための磁極ピッチの細分化は行わず、磁極
ピッチは比較的大きくとることによって、磁極と磁心と
のギャップを比較的大きくとることができるようにして
いる。そして、感度のよい磁心を使用することによって
、このギャップを比較的大きくとり、ギャップのばらつ
きなどによる精度低下を防いでいる。更に多数の磁心を
使用し、出力が平均化するように構成することによって
非常に精密な出力波形を得ている０第１図のリング状多極磁界発生手段１は、第２図のよう
にその円周に沿って比較的大きい適宜ピッチで順次、交
互に磁極Ｎ、Ｓを形成することかで゛きる。そして回動
軸４が装着されて回転子Ｒを形成している。この回転子
Ｒの外側には、角形特性の磁化特性を有する多数の磁心
３が、磁極Ｎ、Ｓと比較的大きい適宜ギャップを保って
、かつリング状多極磁界発生手段１と同心的に配設され
ている。そして、これら磁心３を通して１個のコイル２
が巻回されており、磁心３とともに磁気センサを形成し
ている。コイル２には端子２ａが設けられ磁心３ととも
にケース５に納められている。

ところで、一般に磁心となる磁性材料は、第３ａ図のよ
うなヒステレシスのある磁化特性をもっているが、この
発明において使用する磁心３は第３ｂ図のように、ヒス
テレシスがなく、かつ立上り、立下りが極めて急峻な、
いわゆる角形特性をもったものである。そして、この急
峻な領域で使用することによって良好な感度を得ている
。

〔作　用〕

れていくと、これらの磁極による磁界によってその磁心
３は磁化され、コイル２のインダクタンスが変動する。

ところで、磁心３は感度がよいので、磁心３と磁極Ｎ、
Ｓのギャップが比較的大きいことによる微少な磁界に対
してもよく磁化され、かつこのギャップが比較的大きい
ためそのばらつきなどによる影響を受けにくいので、コ
イル２のインダクタンスの変動はどの磁極に対しても一
様なものとなる。しかも、磁心３は、１個のコイル２に
対して多数設けられているため、コイル２の端子２ａか
らみたインダクタンスの変動は、個々の磁心３の磁化の
変動に伴うインダクタンスの変動の総和である。従って
、個々の磁心３によるインダクタンスの変動には、その
磁心の寸法やリング状多極磁界発生手段１とのギャップ
のばらつきおよびリング状多極磁界発生手段１の磁極ピ
ッチのばらつきなどによるばらつきがあったとしても、
端子２ａからみたインダクタンスの変動は、これらのば
らつきがならされて平均化されている。従って端子２ａ
に電圧を印加すると、その波形は一様に変動する非常に
精密な波形となる。

〔実施例１〕リング状多極磁界発生手段は、円周にそって磁極Ｎ、Ｓ
が交互に現われるように着磁したリング状多極マグネッ
トとし、磁心３はその軸心方向がリング状多極磁界発生
手段の磁甑のＮＳ方向と対向するようにし、２相出力を
得るため、これらの構成を２連式にした実施例をあげる
。

はぼ円筒形の中空のケーシング５ａおよびほぼ円板状の
蓋５ｂはステンレス鋼製で、ねじ６によって固定され、
シールドケース５を形成している。

ケーシング５ａの内部には、はぼ平板状のジュラコン製
リング状ホルダ７、磁心３にコイル２を巻回し、エポキ
シ樹脂８で固めた固定子Ｓｔ、はぼ平板状のジュラコン
製リング状ホルダ９、前記固定子＆、平板状のジュラコ
ン製リング状ホルダ１０を順次嵌装して、ねじ１１によ
って固定しである０固定子シは、第５図のように全部を
図示していないが、例えば１００個のアモルファス磁心
３を放射状に配設し、これにコイル２を順次直列巻きし
たのち、エポキシ樹脂８で固めてあり、コイル２には端
子２ａを設けている。アモルファス磁心３は、例えば０
．１　ｗｍ径の素線３本からなる長さ４■の磁心であり
、典形的な角形特性の磁化特性をもつ、いわゆる零磁歪
磁心である。この特性は、日本応用磁気学界誌Ｖ　ｏ　
ｔ　、　７　＋　Ｎ　ｏ　−２＋　１９８８に紹介され
ている通りである。そして、０．１■径のエナメル線を
１０回巻いて、１■径程度の微少な磁気センサとしてい
る。

次に、シールドケース５には非磁性体の回動軸１２がベ
アリング１８ａ、１８ｂで軸支されており、回動軸１２
には、はぼ平板状のジ二ラコン製のジュラコン製リング
状ホルダ１５、リングツサグネット１、平板状のジュラ
コン製リング状ホルダ１６を順次嵌装し、図示しない回
止めを施した円周方向に順次Ｎ、Ｓに着磁し、全部を図
示していないが例えば１００個の磁極からなっている。

そして、リング状多極マグネット１と磁心３とのギャッ
プＧは、最適の磁界強さく１０〜２０ガウス）を得るた
め、例えば３ミリとしている。そして例えば、前掲の日
本応用磁気学界誌に紹介されている２磁心マルチバイブ
レータブリツジと接続して好適なエンコーダが得られる
。

〔他の実施例〕

コイル２の巻き方は、第１図ないし第２図のようにし、
このコイル２に磁心を巻回することもできるが、先の実
施例のように直列巻きにするのや、第６図のように波形
巻きにするのが普通であり、その他の巻き方とすること
もできる。

リング状多極マグネット１の着磁のし方は、円周に沿っ
て順次Ｎ、Ｓが交互に現われるものに限るものではなく
、第７ａ図および第７ｂ図のように、円周と直角にすな
わちリングの片面（表または裏）にＮ、他の片面（裏ま
たは表）にＳをそれぞれ着磁し、磁心３はその軸心方向
がリング状坐グネット１の着磁Ｎ、Ｓ方向と平行になる
ように設けることができる。この場合もまた、コイル２
の巻き方は、直列巻きに限るものではなく、波形巻き、
その他とすることができる。

２相の出力を得るためには、リング状多極マグネット１
と磁心３およびコイル２との組合わせを２連にするだけ
ではなく、この組合わせは１連とし、第９図のように、
コイル２を２ｂと２０の２個てし、順次１ピツチごとに
それぞれのコイルを巻き、かつそれぞれ巻く方向を変え
るようにすることもできる。この場合も巻き方は直列巻
きに限るものではなく、波形巻き、その他とすることが
できる。また、１相の出力を得る場合は、リング状多極
マグネット１と磁心３およびコイル２との組合わせを１
連にしてよいことは当然として、更に多くの出力を得た
いときは、いくつも連ねることができる。また、磁心３
は必ずしもリング状多極マグネット１の個々の磁極の数
と同数にする必要はなく、適宜ピッチで設けることがで
き、コイル２も１個または２個以外とすることができる
。

磁心３およびコイル２で固定子Ｓ七を構成することに限
るものではなく、磁心３およびコイル２に回動軸Ｒを嵌
装し、リング状多極マグネット１を固定子Ｓｔとするこ
とができる。

磁心３は、零磁歪のものであればよく、アモルファスに
限るものではないが、現状ではアモルファス磁心が最適
である。

磁心３にコイル２を巻回したうち、エポキシ樹脂で封入
固形化するばかりでなく、他の樹脂や、他の非磁性かつ
絶縁性の材料に封入することや、これらの材料で製作し
たブロック状の材で支持することができる。

磁極、磁心の数およびこれらのギャップなども適宜に決
めることができる。

ケース５としては必ずしもシールドケースにする必要は
ないが、周囲の磁気ノイズの影響を防ぐためシールドケ
ースとするのが一般的である。リング状多極マグネット
１や固定子Ｓｔを支持するためのサポート材料、構造や
ねじなどによる固定のし方もまた適宜なものとすること
ができる。

リング状磁界発生手段は、リング状に多数の磁極を着磁
することによって形成したものに限るものではなく、例
えば第１０図のようにリング状に巻回したコイル１８に
磁性体１９　ａ、　　１９　ｂを装着し、コイル１８に
電流を流すようにしたものとすることなどにできる。

この発明をリニアエンコーダに実施することもできるが
、ギャップのばらつきをならすことのメリットは少ない
。

〔発明の効果〕

磁、極ピッチを比較的大きくして、磁心と磁極とのギャ
ップを比較的大きくし、かつ感度のよい磁心を使用して
いるので、このギャップのばらつきや回転子と固定子の
偏心などによる磁束分布のばらつきの影響を少なくする
ことができるため、精度のよい検出ができる。従って、
従来磁気式エンコーダで分解能を上げるため、着磁のピ
ッチを極めて細かくしたことによるような精度上の問題
がなくなる。更に、多数の磁心を使用して、コイルのイ
ンダクタンスの変動を一様なものにしているので非常に
精度のよい出力波形が得られる。そして、構造を簡単に
できる磁気式とし、かつ構造簡単で小形、安価な磁心を
センサとして使用するので、磁心を多数使用しているに
もかかわらず、構造簡単で、小形かつ安価なエンコーダ
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の構成、実施例および従来技術を示す
ものであり、第１図は断面図、第２図は矢視図、第３ａ
図および第３ｂ図は特性図、第４図は断面図、第５図は
矢視図、第６図および第７ａ図は平面図、第７ｂ図は断
面図、第８図、第９図および第１０図は平面図である。図面において、１はリング状多極マグネット（リング状
多極磁界発生手段）、２はコイル、３は磁心、Ｎ、Ｓは
磁極、Ｒは回転子、Ｓｔは固定子である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）リング状多極磁界発生手段を設け、角形特性の磁化特性を有する磁心を、このリング状多極
磁界発生手段と適宜ギャップを保ち、かつ同心的に対向
して配設し、この磁心にまたがるようにコイルを巻回してなり、前記リング状多極磁界発生手段または前記コイルを巻回
した磁心のいずれかを回動可能に軸支してなるエンコー
ダ。
（２）前記角形特性の磁化特性を有する磁心は、アモル
ファス磁心である特許請求の範囲第１項記載のエンコー
ダ。
（３）前記リング状多極磁界発生手段は、円周に沿って
交互に磁極Ｎ・Ｓを着磁してなり、前記磁心はその軸心
方向が前記磁極のＮＳ方向と対向するように配設してな
る特許請求の範囲第１項記載のエンコーダ。
（４）前記リング状多極磁界発生手段は、順次円周に沿
って円周と直角な方向に磁極Ｎ・Ｓを着磁してなり、前
記磁心はその軸心方向が前記磁極のＮＳ方向と平行に配
設してなる特許請求の範囲第１項記載のエンコーダ。
（５）前記コイルは直列巻きしてなる特許請求の範囲第
３項および第４項記載のエンコーダ。
（６）前記コイルは波形巻きしてなる特許請求の範囲第
３項および第４項記載のエンコーダ。
（７）前記コイルは前記リング状多極磁界発生手段と同
心的に巻回してなり、前記磁心はこのリング状多極磁界
発生手段に巻回してなる特許請求の範囲第３項記載のエ
ンコーダ。
（８）前記磁心およびコイルを固定子とし、前記リング
状多極磁界発生手段に回動軸を装着して回転子とし、こ
の回転子を前記固定子内側に挿設して回動自在に軸支し
てなる特許請求の範囲第１項記載のエンコーダ。
（９）前記リング状多極磁界発生手段を固定子とし、前
記磁心およびコイルに回動軸を装着して回転子とし、こ
の回転子を前記固定子内側に挿設して回動自在に軸支し
てなる特許請求の範囲第１項記載のエンコーダ。