JP2006138738A - Magnetic type encoder device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転体の回転位置を検出する磁気式エンコーダに関し、特に低速回転から高速回転まで高精度を維持できる磁気式エンコーダ装置に関する。 The present invention relates to a magnetic encoder that detects the rotational position of a rotating body, and more particularly to a magnetic encoder device that can maintain high accuracy from low speed rotation to high speed rotation.
従来、モータ軸などの回転体の回転角度を検出するため、2極着磁した円板状の永久磁
石を回転体に固定し、この円板状の永久磁石からの磁界を固定体に固定した磁界検出素子で検出し、回転体の絶対位置を検出するようにした磁気式エンコーダ装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
図7は従来の磁気式エンコーダの斜視図である。
図7において、11は回転体(シャフト)、12は回転体11に回転軸を同一になるように固定された円板状の永久磁石で、回転体11の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されている。13は永久磁石12の外周側に設けられたリング状の固定体で磁性体のブロック材で構成されている。14は固定体13に互いに周方向に90度間隔で取り付けられた4個の磁界検出素子で、永久磁石12の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに機械角で90度位相をずらして配置されている。
次に動作について説明する。
回転体11が回転すると、磁界検出素子14は回転角に対して正弦波状の磁束密度を検出する。各磁界検出素子14からの出力信号を処理することによって回転体11の回転角を検出している。
FIG. 7 is a perspective view of a conventional magnetic encoder.
In FIG. 7, 11 is a rotating body (shaft), 12 is a disk-shaped permanent magnet fixed to the
Next, the operation will be described.
When the rotating
磁気式エンコーダの回転体および永久磁石は、例えば、サーボモータのロータに結合され、ロータの回転速度で回転する。永久磁石による回転磁界が固定体に流入すると、固定体の表面には、流入する磁界を減少させる方向に渦電流が発生する。従来、この渦電流により発生する磁界が、固定体上に配置された磁界検出素子に印加され、エンコーダ精度が劣化する問題があった。特に高速で回転するほど、発生する渦電流が大きくなり、エンコーダの精度劣化も大きくなる。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転速度にかかわらず、回転角度を高精度に検出することができる磁気式エンコーダ装置を提供することを目的とする。
The rotating body and permanent magnet of the magnetic encoder are coupled to a rotor of a servo motor, for example, and rotate at the rotational speed of the rotor. When the rotating magnetic field generated by the permanent magnet flows into the fixed body, an eddy current is generated on the surface of the fixed body in a direction that reduces the flowing magnetic field. Conventionally, a magnetic field generated by this eddy current is applied to a magnetic field detecting element arranged on a fixed body, and there is a problem that encoder accuracy deteriorates. In particular, the higher the rotation speed, the larger the generated eddy current and the greater the deterioration of the encoder accuracy.
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a magnetic encoder device capable of detecting a rotation angle with high accuracy regardless of the rotation speed.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、回転体に固定された永久磁石と前記永久磁石に空隙を介して対向し固定体に取り付けられた磁界検出素子とを備えた磁気式エンコーダと、前記磁界検出素子からの信号を処理する信号処理回路とを備えた磁気式エンコーダ装置において、 前記固定体は、磁性体ワイヤから構成されていることを特徴としている。
また、請求項2に記載の発明は、前記磁性体ワイヤは、Fe基もしくはCo基のアモルファスワイヤから構成され、かつ前記アモルファスワイヤの表面を絶縁コーティングしたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to claim 1 is a magnetic encoder comprising a permanent magnet fixed to a rotating body, and a magnetic field detecting element attached to the fixed body so as to face the permanent magnet through a gap, and the magnetic field detecting element And a signal processing circuit for processing a signal from the magnetic encoder device, wherein the fixed body is made of a magnetic wire.
The invention according to claim 2 is characterized in that the magnetic wire is made of an Fe-based or Co-based amorphous wire, and the surface of the amorphous wire is insulation-coated.
本発明によると、固定体を、軟磁性のワイヤで構成しているので固定体に発生する渦電流が抑制され、低速回転から高速回転まで、高精度に回転角度を検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。 According to the present invention, since the fixed body is made of a soft magnetic wire, an eddy current generated in the fixed body is suppressed, and a magnetic encoder device capable of detecting a rotation angle with high accuracy from low speed rotation to high speed rotation is provided. realizable.
以下、本発明の具体的実施例について、図に基づいて説明する。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の磁気式エンコーダ装置の構造を示す斜視図である。
図1において、11は回転体(シャフト)、12は回転体11に回転軸を同一になるように固定された円板状の永久磁石で、回転体11の軸に垂直方向と平行に一方向に磁化されている。13は永久磁石12の外周側に設けられ、軟磁性のワイヤ131で構成されたリング状の固定体、14は固定体13に互いに周方向に90度間隔で取り付けられた4個の磁界検出素子で、永久磁石12の外周面に対して空隙を介して対向し、かつ互いに機械角で90度位相をずらしてA1相検出素子141とB1 相検出素子142を設け、さらにA1 相検出素子141に対して機械角で180度位相をずらしてA2 相検出素子143を、B1相検出素子142に対して機械角で180度位相をずらしてB2 相検出素子144を設けてある。
本実施例が従来技術と異なる点は、従来技術では固定体13に磁性体のブロック材を用いたが、本実施例では磁性体ワイヤ131を用い、コイル状に巻いて固定体13を構成した点であり、その他の構成は従来技術と同じである。なお、磁性体ワイヤ131は表面には絶縁コーティングがされているFe−Si−B系アモルファスワイヤを使用した。
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a magnetic encoder device of the present invention.
In FIG. 1, 11 is a rotating body (shaft), 12 is a disk-like permanent magnet fixed to the
The difference between the present embodiment and the prior art is that the magnetic block material is used for the
次に本発明の磁気式エンコーダ装置の動作について述べる。
回転体11が回転すると、永久磁石12も回転し、永久磁石12の磁界の変化により、磁界検出素子14から回転体11の1回転に対し1サイクルの正弦波状の信号が出力される。
図2は信号処理回路のブロック図であり、磁界検出素子14からの信号を処理して角度信号θに変換する。図2において、151、152は差動アンプ、153は角度演算回路である。互いに180度対向位置に配置されたA1相検出素子141およびA2相検出素子143からのそれぞれの検出信号Va1およびVa2が差動アンプ151に入力され、両信号の差動信号であるA相信号Vaが得られる。同様に、互いに180度対向位置に配置されたB1相検出素子142およびB2相検出素子144からのそれぞれの検出信号Vb1およびVb2が差動アンプ152に入力され、両信号の差動信号であるB相信号Vbが得られる。
図3は磁界検出素子の出力を示す説明図であり、磁界検出素子の差動信号であるA相信号VaとB相信号Vbの波形図を示す。A相信号VaとB相信号Vbはそれぞれに対応した検出素子の配置から90度位相の異なる信号となる。
A相信号VaとB相信号Vbは角度演算回路153に入力される。図4は信号処理回路の出力を示すグラフで、回転体11が回転したときの、角度演算回路153の出力を示す。arctan(Va/Vb)の演算処理により回転角に対して直線的に変化する角度信号θが得られる。
このように本実施例では固定体に磁性体ワイヤを用いたので、固定体に発生する渦電流が抑制され、低速回転から高速回転まで、高精度に回転角度を検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。
なお、本実施例では固定体にFe−Si−B系アモルファスワイヤを使用したが、その他のFe基のアモルファスワイヤあるいはCo基のアモルファスワイヤを用いても良い。
Next, the operation of the magnetic encoder device of the present invention will be described.
When the rotating
FIG. 2 is a block diagram of the signal processing circuit, which processes a signal from the magnetic
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the output of the magnetic field detection element, and shows waveform diagrams of the A-phase signal Va and the B-phase signal Vb which are differential signals of the magnetic field detection element. The A-phase signal Va and the B-phase signal Vb are signals that are 90 degrees out of phase from the corresponding arrangement of detection elements.
The A phase signal Va and the B phase signal Vb are input to the
As described above, since the magnetic wire is used for the fixed body in this embodiment, an eddy current generated in the fixed body is suppressed, and a magnetic encoder device capable of detecting the rotation angle with high accuracy from low speed rotation to high speed rotation is realized. it can.
In this embodiment, an Fe-Si-B amorphous wire is used for the fixed body, but other Fe-based amorphous wires or Co-based amorphous wires may be used.
図5は本発明の第2実施例を示す磁気式エンコーダ装置の断面図である。
図5において、11は磁性体からなるリング状の回転体、12は回転体11の内周側に内接させて固定したリング状に形成された永久磁石で、回転体11の中心軸と垂直方向の一方向に磁化されている。13は中空部を有する円状の外周を有する固定体である。第1実施例と同様に磁性体ワイヤを用い、コイル状に巻いて固定体13を構成している。また14は磁界検出素子で永久磁石12の内周側と空隙部を介して対向するように固定体13の外周側に固定されている。この構成により固定体13の中心部、すなわち磁気式エンコーダ装置の中心部を中空にすることができる。
具体的な構成の一例を挙げると次のようになる。
回転体11は外径50mm、中空径20mmの磁性体(SS41)。永久磁石12は外径40mmの直線異方性を有するSmCo系のリング状磁石。固定体13は直径が数100μmのCo−Si−B系アモルファスワイヤ。磁界検出素子14はホール素子。
なお、角度検出動作については第1実施例と同じであるのでその説明を省略する。
FIG. 5 is a sectional view of a magnetic encoder device showing a second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, 11 is a ring-shaped rotating body made of a magnetic material, 12 is a permanent magnet formed in a ring shape inscribed and fixed on the inner peripheral side of the rotating
An example of a specific configuration is as follows.
The rotating
Since the angle detection operation is the same as that in the first embodiment, the description thereof is omitted.
ここで、固定体に従来技術で示した磁性体のブロック材を用いた場合、永久磁石による回転磁界によって渦電流が発生する現象と渦電流が検出信号に与える影響について説明する。
図6は渦電流の発生を説明する模式図である。
図6に示すように永久磁石12による回転磁界は磁気回路を構成する固定体13 を通過する。回転体11に固着された永久磁石12が回転すると、固定体13内の磁束変化を打ち消す方向に、固定体表面近傍内側に渦電流が発生する。渦電流の大きさは、固定体に流入する磁束、固定体の半径、回転速度、および固定体の電気伝導度の積に比例する。また正逆どちらに回転しても、渦電流は回転磁界より位相が遅れ、固定体に流入する磁束を減少させ、エンコーダ精度を劣化させる。
すなわち、固定体13に機械構造材(S45C)等による磁性ブロック材を用いると、回転磁界が渦電流の影響を受け、検出信号の位相が変化すると共に出力電圧を低下させる。また、その影響が回転数とともに増加することが分かる。
Here, a description will be given of a phenomenon in which an eddy current is generated by a rotating magnetic field generated by a permanent magnet and an influence of the eddy current on a detection signal when the magnetic block material shown in the related art is used for the fixed body.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining generation of eddy current.
As shown in FIG. 6, the rotating magnetic field generated by the
That is, when a magnetic block material such as a mechanical structure material (S45C) is used for the fixed
本実施例では固定体に磁性体ワイヤを用い、コイル状に巻いて構成した。磁性体ワイヤ間は電気的に絶縁されており、また、磁性体ワイヤとして用いたアモルファスワイヤは直径が数100μmと細いため、エンコーダ精度に影響を及ぼす渦電流が極めて小さくなる。回転速度をパラメータにして、5000min−1まで渦電流に起因する角度誤差を測定したが、回転速度による誤差の増加は認められなかった。 In this embodiment, a magnetic wire is used as the fixed body and is wound in a coil shape. The magnetic wires are electrically insulated from each other, and the amorphous wire used as the magnetic wire has a thin diameter of several hundreds of micrometers, so that the eddy current that affects the encoder accuracy is extremely small. The angular error due to the eddy current was measured up to 5000 min −1 using the rotational speed as a parameter, but no increase in error due to the rotational speed was observed.
このように本実施例では中空部を有する磁気式エンコーダの固定体を磁性体ワイヤで構成したので、固定体に発生する渦電流が抑制され、中空部を有するアクチュエータの回転角度を低速回転から高速回転まで、高精度に検出できる磁気式エンコーダ装置が実現できる。
なお、本実施例では固定体にCo−Si−B系アモルファスワイヤを使用したが、その他のCo基のアモルファスワイヤあるいはFe基のアモルファスワイヤを用いても良い。
Thus, in this embodiment, since the fixed body of the magnetic encoder having the hollow portion is formed of the magnetic wire, the eddy current generated in the fixed body is suppressed, and the rotation angle of the actuator having the hollow portion is changed from low speed to high speed. A magnetic encoder device capable of detecting with high accuracy up to rotation can be realized.
In this embodiment, the Co—Si—B amorphous wire is used as the fixed body, but other Co-based amorphous wires or Fe-based amorphous wires may be used.
本発明の磁気式エンコーダ装置は、ロボットなどに用いられるアクチュエータの回転角度を検出する磁気式エンコーダ装置として適用できる。 The magnetic encoder device of the present invention can be applied as a magnetic encoder device that detects the rotation angle of an actuator used in a robot or the like.
10 磁気式エンコーダ
11 回転体
12 永久磁石
13 固定体
14 磁界検出素子
141 A1相検出素子
142 B1相検出素子
143 A2相検出素子
144 B2相検出素子
15 信号処理回路
151、152 差動アンプ
153 角度演算回路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記固定体は、磁性体ワイヤから構成されていることを特徴とする磁気式エンコーダ装置。 A magnetic encoder comprising a permanent magnet fixed to a rotating body and a magnetic field detecting element attached to the fixed body facing the permanent magnet through a gap, and a signal processing circuit for processing a signal from the magnetic field detecting element In a magnetic encoder device comprising:
The magnetic encoder device, wherein the fixed body is made of a magnetic wire.
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JP2004328569A JP2006138738A (en) | 2004-11-12 | 2004-11-12 | Magnetic type encoder device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008249508A (en) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Nakanishi Metal Works Co Ltd | Wear inspection apparatus of conveyor rail |
CN103443590A (en) * | 2011-03-31 | 2013-12-11 | 东方马达株式会社 | Absolute encoder device and motor |
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2004
- 2004-11-12 JP JP2004328569A patent/JP2006138738A/en active Pending
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