專利名稱：磁編碼器及致動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用多極磁體及磁檢測元件來檢測電動機(jī)軸等旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度 位置的磁編碼器。進(jìn)一步詳細(xì)而言，涉及可以去除從外部侵入的磁噪聲引起的檢測誤差的 磁編碼器、以及裝載有該磁編碼器的致動器。
背景技術(shù)：
作為磁編碼器，已知其包括以同軸狀態(tài)安裝于測定對象的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的環(huán)狀的多 極磁體；以及與在該多極磁體的外周面等形成的多極磁化面對置的霍爾元件等磁檢測元 件。專利文獻(xiàn)1中披露了該形式的磁編碼器。專利文獻(xiàn)1中所披露的編碼器裝置包括以同軸狀態(tài)安裝于電動機(jī)等的轉(zhuǎn)軸的2 個磁鼓。在第一鼓的外周面形成有雙極磁化圖案，在第二鼓的外周面沿周向分為64個部分 而形成64極的多極磁化圖案。與第一鼓的磁化面對置而以90度的角度間隔配置有第一、 第二磁傳感器。與第二鼓的磁化面對置而配置有第三、第四磁傳感器，這些磁傳感器的角度 間隔設(shè)定為90度的整數(shù)倍。在專利文獻(xiàn)1的編碼器裝置中，若轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則從第一、第二磁傳感器輸出相 位差90度的A相信號和B相信號，通過將這些輸出信號轉(zhuǎn)換為矩形波并輸入至旋轉(zhuǎn)方向判 別電路，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，每轉(zhuǎn)1圈輸出+1或者-1的旋轉(zhuǎn)次數(shù)信號。另外，從第三、第四 磁傳感器輸出存在90度的整數(shù)倍的相位差的C相信號和D相信號。在該編碼器裝置中，通 過基于A相 D相的各信號利用計算單元或合成電路來進(jìn)行預(yù)定的信號處理，能以與多極 磁化圖案的極數(shù)相應(yīng)的分辨率來檢測絕對旋轉(zhuǎn)位置。專利文獻(xiàn)1 日本實用新型實開平6-10813號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在專利文獻(xiàn)1這樣的具有多極磁體的磁編碼器中，若將多極磁體(第二鼓)和雙 極磁體(第一鼓)接近配置，則與多極磁體的磁化面對置而配置的磁檢測元件檢測出來自 雙極磁體的漏磁通，其檢測信號中有可能包含雙極磁體引起的誤差成分。另外，在對帶有 電磁制動器的電動機(jī)等致動器安裝具有多極磁體的磁編碼器的情況下，磁編碼器檢測出來 自電磁制動器的制動器線圈的漏磁通，其檢測信號中有可能包含制動器線圈引起的誤差成 分。若無法從檢測信號去除這樣的誤差成分，則磁編碼器的檢測精度會下降。鑒于這一點，本發(fā)明的目的在于提供一種磁編碼器以及裝載有該磁編碼器的致動 器，其可以去除來自外部的磁噪聲引起的檢測誤差，高精度地進(jìn)行角度檢測。用于解決問題的方法為了解決上述問題，本發(fā)明的磁編碼器的特征在于，具有多極磁體，包括圓形的多極磁化面，該多極磁化面是N極及S極的各磁極在圓周方 向以等角度間隔交替形成的；以及
第一 第四磁檢測部，為了檢測磁場隨著上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的變化，相 對于上述多極磁化面，分別配置在其圓周方向上不同的角度位置，上述第一磁檢測部包括A相第一磁檢測元件及B相第一磁檢測元件，該A相及B 相第一磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與上述多極磁化面對置，并隨著 上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號和B相信號，上述第二磁檢測部包括A相第二磁檢測元件及B相第二磁檢測元件，該A相及B 相第二磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與上述多極磁化面對置，并隨著 上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號和B相信號，上述第三磁檢測部包括A相第三磁檢測元件及B相第三磁檢測元件，該A相及B 相第三磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與上述多極磁化面對置，并隨著 上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號反相位的 B相反轉(zhuǎn)信號，上述第四磁檢測部包括A相第四磁檢測元件及B相第四磁檢測元件，該A相及B 相第四磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與上述多極磁化面對置，并隨著 上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號反相位的 B相反轉(zhuǎn)信號，上述第二磁檢測部的上述A相第二磁檢測元件及上述B相第二磁檢測元件，相對 于上述第一磁檢測部的上述A相第一磁檢測元件及上述B相第一磁檢測元件，分別配置在 繞上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角大致相距180度的角度位置，上述第四磁檢測部的上述A相第四磁檢測元件及上述B相第四磁檢測元件，相對 于上述第三磁檢測部的上述A相第三磁檢測元件及上述B相第三磁檢測元件，分別配置在 繞上述多極磁體的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角大致相距180度的角度位置。設(shè)本發(fā)明的磁編碼器的第一 第四磁檢測部被置于沿多極磁體的徑向橫切的外 部磁場的影響下。在第一磁檢測部及第二磁檢測部中，其A相第一磁檢測元件及A相第二 磁檢測元件相對于多極磁體的圓形的多極磁化面配置在徑向的兩側(cè)，其B相第一磁檢測元 件及B相第二磁檢測元件也同樣配置在徑向的兩側(cè)。因此，A相第一磁檢測元件的檢測信 號所載有的外部磁場引起的噪聲成分、和A相第二磁檢測元件的檢測信號所載有的外部磁 場引起的噪聲成分的大小大致相同，正負(fù)相反。因此，若將這2個A相信號合成并平均化， 則可以抵消沿徑向橫切多極磁體的外部磁場引起的噪聲成分。對于B相第一磁檢測元件及 B相第二磁檢測元件也一樣，可以去除外部磁場引起的噪聲成分。另外，對于第三磁檢測部 及第四磁檢測部也一樣，可以抵消其A相第三磁檢測元件及A相第四磁檢測元件的各檢測 信號所載有的噪聲成分，可以抵消其B相第三磁檢測元件及B相第四磁檢測元件所載有的 噪聲成分。接下來，設(shè)本發(fā)明的磁編碼器的第一 第四磁檢測部被置于從多極磁體的旋轉(zhuǎn)中 心向徑向的一個方向呈放射狀延伸的外部磁場的影響下。在這種情況下，在第一及第二磁 檢測部的A相第一磁檢測元件及A相第二磁檢測元件的檢測信號的A相信號中，載有大小 大致相同、正負(fù)也相同的噪聲成分。同樣，在第三及第四磁檢測部的A相第三磁檢測元件及 A相第四磁檢測元件的檢測信號的A相反轉(zhuǎn)信號中，也載有大小大致相同、正負(fù)也相同的噪 聲成分。此處，A相信號中所包含的噪聲成分、和與A相反轉(zhuǎn)信號中所包含的噪聲成分的大小大致相同，但正負(fù)相反。因此，通過將A相信號、和使A相反轉(zhuǎn)信號反轉(zhuǎn)的信號合成并平 均化，可以去除噪聲成分。B相信號及B相反轉(zhuǎn)信號的情況也一樣，通過將B相信號、和使B 相反轉(zhuǎn)信號反轉(zhuǎn)的信號合成并平均化，可以去除噪聲成分。另外，在本發(fā)明的磁編碼器中，相對于多極磁化面，在其圓周方向的不同的角度位 置配置多個磁檢測元件。通過將其檢測信號合成，使多極磁化圖案的偏差引起的檢測信號 的偏差平均化，使多個磁檢測元件的個體差異導(dǎo)致的檢測信號的偏差平均化。另外，通過將 配置在不同的角度位置的多個磁檢測元件的檢測輸出的變化平均化，可以抵消使用霍爾傳 感器等作為磁檢測元件時的傳感器周圍溫度的變化導(dǎo)致的偏移輸出的變化。因此，可以削 減這些偏差或溫度特性等引起的檢測誤差，提高旋轉(zhuǎn)位置的檢測精度。此處，本發(fā)明的磁編碼器可以適用于通過使用雙極磁體來求出多極磁體的磁極位 置、可以檢測旋轉(zhuǎn)構(gòu)件轉(zhuǎn)1圈內(nèi)的絕對位置的絕對式的磁編碼器。即，本發(fā)明的絕對式的磁編碼器基于上述結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有雙極磁體，包括 沿著圓周方向進(jìn)行雙極磁化的圓形的雙極磁化面；以及雙極側(cè)磁檢測部，包括隨著上述雙 極磁體的旋轉(zhuǎn)、分別輸出存在轉(zhuǎn)1圈1個周期的90度相位差的正弦波狀的A相信號及B相 信號的一對磁檢測元件，上述雙極磁體相對于上述多極磁體以同軸狀態(tài)相鄰配置，與該多 極磁體一體旋轉(zhuǎn)。來自雙極磁體的漏磁通是在沿徑向橫切多極磁體的狀態(tài)下產(chǎn)生，在沿徑向橫切的 狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)。即使這樣的漏磁通引起在第一 第四磁檢測部的各磁檢測元件的檢測信號中 載有噪聲成分，由于如上所述，可以抵消沿多極磁體的徑向延伸的外部磁場引起的噪聲成 分，因此可以高精度地檢測旋轉(zhuǎn)位置。另外，由于不必為了降低檢測誤差而使雙極磁體和多 極磁體離開，因此可以將雙極磁體和多極磁體接近配置。因此，有利于減小磁編碼器的體 積，特別是有利于縮短其軸長。接下來，本發(fā)明的磁編碼器適于裝載在伺服電動機(jī)等這樣的帶有電磁制動器的致 動器上。在這樣的帶有電磁制動器的致動器中，電磁制動器的制動器線圈與旋轉(zhuǎn)構(gòu)件以同 軸狀態(tài)配置，其漏磁通沿著安裝在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的磁編碼器的多極磁體的徑向，形成為向相同 方向呈放射狀延伸的狀態(tài)。由于該漏磁通，在第一 第四磁檢測部的各磁檢測元件中有時 會載有噪聲成分，使磁編碼器的檢測精度下降。然而，在本發(fā)明的磁編碼器中，由于如上所 述去除了這樣的噪聲成分，因此可以不會受到制動器線圈的漏磁通的影響，高精度地檢測 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)位置。另外，由于可以去除漏磁通導(dǎo)致的影響，因此可以將磁編碼器與電磁 制動器接近配置。因此，有利于減小帶有磁編碼器的致動器的體積，特別是有利于縮短其軸 長。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的磁編碼器，可以去除沿其多極磁體的徑向延伸的外部磁通引起的磁 檢測元件的檢測誤差。另外，可以去除沿著其多極磁體的徑向在一個方向呈放射狀延伸的 外部磁通引起的磁檢測元件的檢測誤差。因此，可以不受到來自用于檢測絕對位置的雙極 磁體的漏磁通導(dǎo)致的影響、來自配置于檢測對象的旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的電磁制動器的制動器線圈的 漏磁通導(dǎo)致的影響，可以高精度地檢測旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)位置。另外，由于可以這樣去除漏磁通導(dǎo)致的影響，因此根據(jù)本發(fā)明，由于可以將雙極磁 體與多極磁體接近配置，可以在旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的電磁制動器的接近位置接近配置磁編碼器，因此有利于磁編碼器的小型化、具有磁編碼器的致動器的小型化。


圖1是裝入有本發(fā)明的磁編碼器的伺服電動機(jī)的局部剖視圖。圖2是裝入有本發(fā)明的磁編碼器的伺服電動機(jī)的簡要結(jié)構(gòu)圖。圖3A是由雙極磁體形成的旋轉(zhuǎn)檢測部的主視圖。圖;3B是由多極磁體形成的旋轉(zhuǎn)檢測部的主視圖。圖4是各磁傳感器元件的輸出端子的接線圖。圖5A是表示由雙極磁體產(chǎn)生的磁場的側(cè)視圖。圖5B是表示由雙極磁體產(chǎn)生的磁場的俯視圖。圖6A是表示電磁制動器的制動器磁場的側(cè)視圖。圖6B是表示電磁制動器的制動器磁場的俯視圖。圖7是由極數(shù)不同的多極磁體形成的旋轉(zhuǎn)檢測部的主視圖。
具體實施例方式下面，參照附圖，說明使用本發(fā)明的磁編碼器及致動器的實施方式。圖1是裝入有磁編碼器的伺服電動機(jī)的半剖視圖，圖2是其簡要結(jié)構(gòu)圖。伺服電動 機(jī)1 (致動器)包括在筒狀的電動機(jī)殼2的中心沿前后方向延伸的電動機(jī)軸3 (旋轉(zhuǎn)構(gòu)件)。 電動機(jī)軸3的前端貫穿將電動機(jī)殼2的前端封閉的端架4的中心部分，向電動機(jī)殼2的前 方突出。電動機(jī)殼2的后端被杯狀的編碼器蓋板5封閉。電動機(jī)軸3經(jīng)由被電動機(jī)殼2支 撐的軸承6、7，以可自由旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)被支撐。在電動機(jī)殼2內(nèi)的前側(cè)部分，一體形成有與電 動機(jī)軸3為同軸狀態(tài)的轉(zhuǎn)子8。固定在電動機(jī)殼2的內(nèi)周面的鐵心9與轉(zhuǎn)子8的外周側(cè)對 置，在鐵心9中安裝有電動機(jī)線圈10。在電動機(jī)軸3的軸承7 —側(cè)的部分配置有電磁制動器11。電磁制動器11包括與 電動機(jī)軸3以同軸狀態(tài)進(jìn)行花鍵結(jié)合的制動片12。對制動片12配置有在軸向?qū)χ玫钠瑺?的制動器可動部13。制動器可動部13利用未圖示的彈簧力將止動器15對制動片12進(jìn)行 按壓。若對制動器線圈14進(jìn)行勵磁，則制動器可動部13克服彈簧力從制動片12—側(cè)離開， 解除用于使電動機(jī)軸3的旋轉(zhuǎn)停止的制動力。制動器線圈14被固定在電動機(jī)殼2的支架 16支撐。電動機(jī)軸3的后端部分位于安裝在電動機(jī)殼2的后端部的編碼器蓋板5的內(nèi)部。 在該電動機(jī)軸3的后端部分，用于檢測電動機(jī)軸3的絕對旋轉(zhuǎn)角度的絕對型的磁編碼器17 的旋轉(zhuǎn)檢測部18、19在軸向接近配置。圖3A是旋轉(zhuǎn)檢測部18的主視圖，圖:3B是旋轉(zhuǎn)檢測部19的主視圖。參照這些圖進(jìn) 行說明，磁編碼器17的旋轉(zhuǎn)檢測部18包括以同軸狀態(tài)固定于電動機(jī)軸3的雙極磁體20 ； 以及與雙極磁體20的外周面對置而配置的霍爾傳感器等磁檢測元件Α0、Β0。另外，旋轉(zhuǎn)檢 測部19包括以同軸狀態(tài)固定于電動機(jī)軸3的多極磁體21 ；以及與多極磁體21的外周面 對置而配置的第一 第四磁檢測部22 25共4組。雙極磁體20及多極磁體21在以同軸狀態(tài)固定于電動機(jī)軸3的環(huán)狀磁體材料的圓 形外周面交替形成S極和N極的各磁極。在形成于雙極磁體20的圓形外周面的雙極磁化面20a上，在相距180度的位置形成S極和N極。在形成于多極磁體21的圓形外周面的多 極磁化面21a上，以等角度間隔交替形成S極和N極。例如，將多極磁化面21a磁化為觀 極。磁檢測元件AO和磁檢測元件BO配置在以雙極磁體20的旋轉(zhuǎn)中心即電動機(jī)軸3 的旋轉(zhuǎn)中心為中心而相距90度的角度位置，使其感受面以一定的間隙與雙極磁化面20a對 置。若雙極磁體20轉(zhuǎn)1圈，則從各磁檢測元件輸出1個周期量的相位差為90度的正弦波 形的檢測信號。與多極磁體21的多極磁化面21a對置而配置的第一 第四磁檢測部22 25，分 別由在電角度相距90度的狀態(tài)下相鄰配置的2組磁檢測元件構(gòu)成。第一磁檢測部22包括A相第一磁檢測元件Al和B相第一磁檢測元件B 1，該A相 及B相第一磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與多極磁化面21a對置，并隨 著多極磁體21的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號及B相信號。第 二磁檢測部23包括A相第二磁檢測元件A2和B相第二磁檢測元件B2，該A相及B相第二 磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與多極磁化面21a對置，并隨著多極磁 體21的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號及B相信號。第三磁檢測部M包括A相第三磁檢測元件A3和B相第三磁檢測元件B3，該A相 及B相第三磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與多極磁化面21a對置，并隨 著多極磁體21的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號反相位的 B相反轉(zhuǎn)信號。第四磁檢測部25包括A相第四磁檢測元件A4和B相第四磁檢測元件B4， 該A相及B相第四磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與多極磁化面21a對 置，并隨著多極磁體21的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號 反相位的B相反轉(zhuǎn)信號。另外，第二磁檢測部23的A相第二磁檢測元件A2和B相第二磁檢測元件B2，相對 于第一磁檢測部22的A相第一磁檢測元件Al和B相第一磁檢測元件Bi，分別配置在繞多 極磁體21的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角相距180度的角度位置。第三磁檢測部M的A相第三磁檢測元件A3和B相第三磁檢測元件B3，相對于第 一磁檢測部22的A相第一磁檢測元件Al和B相第一磁檢測元件Bi，分別配置在繞多極磁 體21的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角大致相距90度的角度位置。 第四磁檢測部25的A相第四磁檢測元件A4和B相第四磁檢測元件B4，相對于第 三磁檢測部M的A相第三磁檢測元件A3和B相第三磁檢測元件B3，分別配置在繞多極磁 體21的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角相距180度的角度位置。 由于在多極磁化面21a的28極的多極磁化圖案中，從1個磁極起位于機(jī)械角相距 180度的位置的磁極的極性是同一極性，因此第一磁檢測部22的A相第一磁檢測元件Al與 第二磁檢測部23的A相第二磁檢測元件A2始終與同一極性的磁極對置。例如，在多極磁 體21位于圖;3B所示的旋轉(zhuǎn)位置的狀態(tài)下，A相第一磁檢測元件Al和A相第二磁檢測元件 A2都與S極對置。第一磁檢測部22的B相第一磁檢測元件Bl與第二磁檢測部23的B相 第二磁檢測元件B2，相對于A相第一磁檢測元件Al、A相第二磁檢測元件A2，位于電角度相 距90度的位置。因此，與磁檢測元件Al、A2所對置的磁極極性相反的磁極對置。在圖:3B 所示的狀態(tài)下，與N極對置。
另一方面，位于從第一、第二磁檢測部22、23起以機(jī)械角旋轉(zhuǎn)90度的位置的第三、 第四磁檢測部對、25的A相第三磁檢測元件A3和A相第四磁檢測元件A4，始終與A相第一 磁檢測元件Al和A相第二磁檢測元件A2所對置的磁極極性相反的磁極對置。例如，在多 極磁體21位于圖;3B所示的旋轉(zhuǎn)位置的狀態(tài)下，A相第三磁檢測元件A3、A相第四磁檢測元 件M都與N極對置。第三、第四磁檢測部M、25的另一個B相第三磁檢測元件B3、B相第 四磁檢測元件B4，位于從A相第三磁檢測元件A3、A相第四磁檢測元件A4起以電角度相距 90度的位置。因此，在圖:3B所示的狀態(tài)下，分別與S極對置。另外，第三、第四磁檢測部M、25的配置也可以配置在從第一、第二磁檢測部22、 23起旋轉(zhuǎn)90度的角度位置以外的角度位置。在這種情況下也同樣，第三、第四磁檢測部24、 25與第一、第二磁檢測部22、23配置在不同的角度位置，且A相第三磁檢測元件A3、A相第 四磁檢測元件M和A相第一磁檢測元件Al、A相第二磁檢測元件A2與極性相反的磁極對 置而配置，B相第三磁檢測元件B3、B相第四磁檢測元件B4和B相第一磁檢測元件Bl、B相 第二磁檢測元件B2與極性相反的磁極對置而配置。這樣配置的各磁檢測元件，隨著多極磁體21的旋轉(zhuǎn)，在多極磁體21轉(zhuǎn)1圈的期間 輸出觀個周期量的正弦波信號。另外，A相第一磁檢測元件A1、A相第二磁檢測元件A2輸 出同相位的正弦波狀的A相信號，A相第三磁檢測元件A3、A相第四磁檢測元件A4輸出與 A相信號反相位的正弦波狀的A相反轉(zhuǎn)信號。另外，B相第一磁檢測元件Bi、B相第二磁檢 測元件B2輸出與A相第一磁檢測元件A1、A相第二磁檢測元件A2相位相差90度的正弦波 狀的B相信號。B相第三磁檢測元件B3、B相第四磁檢測元件B4輸出與B相第一磁檢測元 件Bi、B相第二磁檢測元件B2反相位的正弦波狀的B相反轉(zhuǎn)信號。圖4是第一 第四各磁檢測部22 25的各磁檢測元件(霍爾元件)的輸出端子 的接線圖。如該圖所示，在A相接線電路沈中，輸出A相信號的A相第一磁檢測元件Al、 A相第二磁檢測元件A2在正向并聯(lián)連接。與之相反，輸出A相反轉(zhuǎn)信號的A相第三磁檢測 元件A3、A相第四磁檢測元件A4，在將正負(fù)的輸出端子相反的狀態(tài)下，相對于A相第一磁檢 測元件Al、A相第二磁檢測元件A2并聯(lián)連接。在B相接線電路27中，B相的磁檢測元件 Bl B4也進(jìn)行同樣的接線。若用(Al) (A4)、(Bi) (B4)來表示各磁檢測元件Al A4、B1 B4的輸出信號，則作為由各磁檢測元件得到的輸出信號的合成信號A、B，可以得到 由下式表示的平均化了的信號。A = [{(Al) + (A2)} - {(A3) + (A4)} ] /4B = [{(Bi) + (B2)} - {(B3) + (B4)} ] /4磁編碼器17的信號處理部28包括雙極角度計算部四，基于來自旋轉(zhuǎn)檢測部18 的磁傳感器元件Α0、Β0的檢測信號，計算雙極磁體20的旋轉(zhuǎn)角度θ 1 ；多極角度計算部30， 基于從上述的A相接線電路沈和B相接線電路27輸出的來自各4個磁傳感器元件的檢測 信號的合成信號，算出多極磁體21的旋轉(zhuǎn)角度θ 2;以及絕對角度計算部31，基于來自雙極 角度計算部四及多極角度計算部30的輸出，計算電動機(jī)軸3的絕對旋轉(zhuǎn)角度θ 0。雙極角度計算部四例如通過對來自磁檢測元件Α0、Β0的90度的相位差的檢測信 號進(jìn)行預(yù)定的信號處理，可以算出雙極磁體20的旋轉(zhuǎn)角度θ 1。多極角度計算部30通過對從A相接線電路沈和B相接線電路27輸出的合成后 的A相信號及B相信號、或者各磁檢測元件的檢測信號進(jìn)行預(yù)定的信號處理，可以檢測表示多極磁體21的各極對的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)角度θ 2。絕對角度計算部31基于來自雙極角度計算部四的信號θ 1求出多極信號的極對 號碼數(shù)Ni，與多極角度信號θ 2—起，基于下式算出電動機(jī)軸3的整體旋轉(zhuǎn)角度Θ0。θ 0 = (Ni X 360/Ρ) + ( θ 2/Ρ)式中，0彡Ni彡P(guān)-I (P 多極磁體的極對數(shù))圖5A及圖5B是表示雙極磁體20的磁場的側(cè)視圖及俯視圖。參照這些圖，說明去 除由雙極磁體20產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場引起的檢測誤差的情況。在磁編碼器17中，將雙極磁體20與多極磁體21接近配置。來自雙極磁體20的 漏磁通Φ 1沿多極磁體21的徑向橫切多極磁體21。如圖5Β所示，雙極磁體20的S極及N 極的漏磁通，在相對于第一磁檢測部22的A相第一磁檢測元件Al和B相第一磁檢測元件 Bi、以及第二磁檢測部23的A相第二磁檢測元件Α2和B相第二磁檢測元件Β2的各感受面 垂直交鏈的旋轉(zhuǎn)位置，這4個磁檢測元件Α1、Β1、Α2、Β2的檢測信號中會包含最大的噪聲成 分。此時，位于第一磁檢測部22的位置的A相第一磁檢測元件Al和B相第一磁檢測 元件Bl中的受磁通Φ1的影響導(dǎo)致的檢測信號(Al)、(Bi)的變動，相對于位于第二磁檢 測部23的位置的A相第二磁檢測元件Α2和B相第二磁檢測元件Β2中的受磁通Φ 1的影 響導(dǎo)致的檢測信號(Α2)、(Β2)的變動，正負(fù)相反，大小大致相同。因此，在A相接線電路沈 中，通過將A相第一磁檢測元件Al和A相第二磁檢測元件Α2的各檢測信號合成并平均化， 可以抵消各檢測信號中所包含的雙極磁體20的漏磁通引起的誤差成分。同樣，在B相接線 電路27中，通過將磁傳感器元件Bi、Β2的檢測信號合成并平均化，可以抵消誤差成分。另外，隨著雙極磁體20的旋轉(zhuǎn)，漏磁通Φ 1也會旋轉(zhuǎn)。由于在第三、第四磁檢測部 24,25中也同樣可以抵消誤差成分，因此無論在哪個旋轉(zhuǎn)位置，都可以去除來自雙極磁體 20的漏磁通引起的誤差成分。接下來，圖6Α及圖6Β是表示對制動器線圈14進(jìn)行勵磁時產(chǎn)生的制動器磁場的側(cè) 視圖及俯視圖。參照這些圖，說明去除在對電磁制動器11的制動器線圈14進(jìn)行勵磁時產(chǎn) 生的制動器磁場引起的檢測誤差的情況。在伺服電動機(jī)1中，使磁編碼器17與電磁制動器11接近安裝。制動器磁場的磁 通Φ2的方向，是從多極磁體21的旋轉(zhuǎn)中心即電動機(jī)軸3的旋轉(zhuǎn)中心沿徑向呈一個方向的 放射狀延伸。若第一 第四磁檢測部22 25的各磁檢測元件檢測出這樣的沿徑向延伸的 來自制動器線圈的漏磁通，則在檢測信號中會載有與該漏磁通相應(yīng)的誤差。這樣的沿徑向延伸的漏磁通引起的檢測誤差，在各磁檢測元件的檢測信號中，作 為同一大小、正負(fù)也一致的誤差成分出現(xiàn)。因此，在A相接線電路沈中，通過將由A相第一 磁檢測元件Al和A相第二磁檢測元件Α2得到的各A相信號合成并平均化，并且將由A相 第三磁檢測元件及A相第四磁檢測元件得到的各A相反轉(zhuǎn)信號合成并平均化，再將對各A 相信號平均化的信號與對各A相反轉(zhuǎn)信號平均化的信號的反轉(zhuǎn)信號合成并平均化，可以去 除A相信號中所包含的誤差成分。同樣，在B相接線電路27中，通過將由B相第一磁檢測 元件Bl和B相第二磁檢測元件Β2得到的各B相信號合成并平均化，并且將由B相第三磁 檢測元件Β3及B相第四磁檢測元件Β4得到的各B相反轉(zhuǎn)信號合成并平均化，再將對各B 相信號平均化的信號與對各B相反轉(zhuǎn)信號平均化的信號的反轉(zhuǎn)信號合成并平均化，可以去除B相信號中所包含的誤差成分。因此，可以使用去除了誤差成分的A相信號及B相信號 來高精度地檢測電動機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)位置。另外，不限于由雙極磁體20產(chǎn)生的磁場或由電磁制動器11產(chǎn)生的制動器磁場，在 由于其他原因存在同樣的外部磁場時，也可以同樣去除這樣的外部磁場導(dǎo)致的檢測誤差。如以上說明那樣，在磁編碼器17中，由于可以降低雙極磁體20引起的檢測誤差， 因此不必使雙極磁體和多極磁體21離開，可以將雙極磁體20和多極磁體21接近配置。因 此，磁編碼器17可以小型化。另外，由于不必使磁編碼器17和電磁制動器11離開，因此帶 有磁編碼器的伺服電動機(jī)1可以小型化。另外，由于通過進(jìn)行利用A相接線電路沈和B相接線電路27的如上所述的信號 處理，對來自配置在與多極磁化的磁化面對置的不同方位的各磁傳感器元件的檢測信號進(jìn) 行合成，因此可以使多極磁體21的多極磁化圖案的偏差引起的檢測信號的偏差平均化，并 且使多個磁傳感器元件的個體差異導(dǎo)致的檢測信號的偏差平均化。另外，可以抵消使用霍 爾傳感器等作為磁傳感器元件時的傳感器周圍溫度的變化導(dǎo)致的偏移輸出的變化。因此， 可以削減這些偏差或溫度特性等引起的檢測誤差，進(jìn)一步提高電動機(jī)軸3的旋轉(zhuǎn)位置的檢 測精度。接下來，說明多極磁體的旋轉(zhuǎn)檢測部的其他結(jié)構(gòu)例。圖:3B所示的旋轉(zhuǎn)檢測部19 的多極磁體21的極數(shù)是觀極，但多極磁體21的極數(shù)可以根據(jù)磁編碼器17要達(dá)到的分辨 率等而適當(dāng)變更。如上所述，在觀極的多極磁體中，位于機(jī)械角正好相距180度的位置的2 個磁極的極性為同一極性，在多極磁體的極數(shù)是4的整數(shù)倍時，始終處于這樣的磁極配置。 因此，在這種情況下，利用如上所述的傳感器配置及信號處理，可以去除外部磁場引起的誤 差成分。然而，在多極磁體的極數(shù)不是4的整數(shù)倍時，位于機(jī)械角正好相距180度的位置的 2個磁極的極性不是同一極性。圖7是與圖;3B的極數(shù)不同的多極磁體的旋轉(zhuǎn)檢測部的主 視圖。如該圖所示，在沈極的多極磁體121中，位于機(jī)械角正好相距180度的位置的2個 磁極的極性是相反的極性。因此，在這樣的情況下，將第一磁檢測部22的A相第一磁檢測 元件Al和B相第一磁檢測元件Bi，相對于第二磁檢測部23的A相第二磁檢測元件A2和B 相第二磁檢測元件B2，分別配置在機(jī)械角相距(180-δ)度的角度位置。而且，對于第三磁 檢測部及第四磁檢測部也一樣，將A相第三磁檢測元件和A相第四磁檢測元件、以及B相第 三磁檢測元件和B相第四磁檢測元件這2組元件，分別配置在機(jī)械角相距(180- δ )度的角 度位置。然后，進(jìn)行與上述實施方式相同的信號處理。此處，δ是多極磁體121中的1個磁極部分的角度間隔，在沈極的情況下，δ = (360/26)度。S卩，所謂機(jī)械角相距(180-δ)度的角度位置，是相距最接近180度的角度間 隔的同一極性的磁極的角度位置，在26極的情況下，(180-(360/ ))度成為約166. 2度。 因此，若如圖7所示那樣構(gòu)成，則由于可以將來自配置在相距大致接近180度的機(jī)械角的位 置的2個磁檢測傳感器元件的同相位的檢測信號合成并平均化，因此與使用觀極的多極磁 體21時相同，可以抵消在其檢測信號中載有的來自雙極磁體的漏磁通引起的噪聲成分，可 以去除誤差成分。
權(quán)利要求
1.一種磁編碼器，其特征在于，具有多極磁體，包括圓形的多極磁化面，該多極磁化面是N極及S極的各磁極在圓周方向以 等角度間隔交替形成的；以及第一 第四磁檢測部，為了檢測旋轉(zhuǎn)磁場隨著所述多極磁體的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的變化，相 對于所述多極磁化面，分別配置在其圓周方向上不同的角度位置，所述第一磁檢測部包括A相第一磁檢測元件及B相第一磁檢測元件，該A相及B相第 一磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與所述多極磁化面對置，并隨著所述 多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號和B相信號，所述第二磁檢測部包括A相第二磁檢測元件及B相第二磁檢測元件，該A相及B相第 二磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與所述多極磁化面對置，并隨著所述 多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出存在90度相位差的正弦波狀的A相信號和B相信號，所述第三磁檢測部包括A相第三磁檢測元件及B相第三磁檢測元件，該A相及B相第 三磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與所述多極磁化面對置，并隨著所述 多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號反相位的B相 反轉(zhuǎn)信號，所述第四磁檢測部包括A相第四磁檢測元件及B相第四磁檢測元件，該A相及B相第 四磁檢測元件相鄰配置，以使其感受面以一定的間隙與所述多極磁化面對置，并隨著所述 多極磁體的旋轉(zhuǎn)，分別輸出與A相信號反相位的A相反轉(zhuǎn)信號、和與B相信號反相位的B相 反轉(zhuǎn)信號，所述第二磁檢測部的所述A相第二磁檢測元件及所述B相第二磁檢測元件，相對于所 述第一磁檢測部的所述A相第一磁檢測元件及所述B相第一磁檢測元件，分別配置在繞所 述多極磁體的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角大致相距180度的角度位置，所述第四磁檢測部的所述A相第四磁檢測元件及所述B相第四磁檢測元件，相對于所 述第三磁檢測部的所述A相第三磁檢測元件及所述B相第三磁檢測元件，分別配置在繞所 述多極磁體的旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)械角大致相距180度的角度位置。
2.如權(quán)利要求1所述的磁編碼器，其特征在于，具有信號處理部，該信號處理部從所述A相信號及所述B相信號，去除沿所述多極磁體 的徑向延伸的外部磁通導(dǎo)致的噪聲成分、以及沿所述多極磁體的徑向在相同方向延伸的外 部磁通導(dǎo)致的噪聲成分，該信號處理部將A相信號的平均化信號、使A相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號反轉(zhuǎn)的信號進(jìn) 行合成，去除A相信號中所包含的噪聲成分，其中，該A相信號的平均化信號是通過將從所 述A相第一磁檢測元件及所述A相第二磁檢測元件分別輸出的A相信號進(jìn)行合成而生成 的，該A相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號是通過將從所述A相第三磁檢測元件及所述A相第四磁 檢測元件分別輸出的A相反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行合成而生成的，該信號處理部將B相信號的平均化信號、使B相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號反轉(zhuǎn)的信號進(jìn) 行合成，去除B相信號中所包含的噪聲成分，其中，該B相信號的平均化信號是通過將從所 述B相第一磁檢測元件及所述B相第二磁檢測元件分別輸出的B相信號進(jìn)行合成而生成 的，該B相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號是通過將從所述B相第三磁檢測元件及所述B相第四磁 檢測元件分別輸出的B相反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行合成而生成的。
3.如權(quán)利要求1所述的磁編碼器，其特征在于，具有雙極磁體，包括沿著圓周方向進(jìn)行雙極磁化的圓形的雙極磁化面；以及 雙極側(cè)磁檢測部，包括隨著所述雙極磁體的旋轉(zhuǎn)、分別輸出存在轉(zhuǎn)1圈1個周期的90 度相位差的正弦波狀的A相信號及B相信號的一對磁檢測元件，所述雙極磁體相對于所述多極磁體以同軸狀態(tài)相鄰配置，與該多極磁體一體旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的磁編碼器，其特征在于，具有信號處理部，該信號處理部從所述A相信號及所述B相信號，去除沿所述多極磁體 的徑向延伸的外部磁通導(dǎo)致的噪聲成分、以及沿所述多極磁體的徑向在相同方向延伸的外 部磁通導(dǎo)致的噪聲成分，該信號處理部將A相信號的平均化信號、使A相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號反轉(zhuǎn)的信號進(jìn) 行合成，去除A相信號中所包含的噪聲成分，其中，該A相信號的平均化信號是通過將從所 述A相第一磁檢測元件及所述A相第二磁檢測元件分別輸出的A相信號進(jìn)行合成而生成 的，該A相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號是通過將從所述A相第三磁檢測元件及所述A相第四磁 檢測元件分別輸出的A相反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行合成而生成的，該信號處理部將B相信號的平均化信號、使B相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號反轉(zhuǎn)的信號進(jìn) 行合成，去除B相信號中所包含的噪聲成分，其中，該B相信號的平均化信號是通過將從所 述B相第一磁檢測元件及所述B相第二磁檢測元件分別輸出的B相信號進(jìn)行合成而生成 的，該B相反轉(zhuǎn)信號的平均化信號是通過將從所述B相第三磁檢測元件及所述B相第四磁 檢測元件分別輸出的B相反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行合成而生成的。
5.一種致動器，其特征在于，具有 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；電磁制動器，用于給所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件施加制動力；以及 磁編碼器，檢測所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度位置， 所述磁編碼器是權(quán)利要求2所述的磁編碼器， 所述電磁制動器包括制動器線圈，來自所述制動器線圈的漏磁通沿所述多極磁體的徑向在相同方向延伸。
6.一種致動器，其特征在于，具有 旋轉(zhuǎn)構(gòu)件；電磁制動器，用于給所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件施加制動力；以及 磁編碼器，檢測所述旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)角度位置， 所述磁編碼器是權(quán)利要求4所述的磁編碼器， 所述電磁制動器包括制動器線圈，來自所述制動器線圈的漏磁通沿所述多極磁體的徑向在相同方向延伸。
全文摘要
與磁編碼器(17)的多極磁體(21)的多極磁化面(21a)對置而配置有第一～第四磁檢測部(22～25)。第一、第二磁檢測部(22、23)位于繞多極磁體的中心相距180度的角度位置，輸出A相信號、B相信號。第三、第四磁檢測部(24、25)位于繞多極磁體的中心大致相距180度的角度位置，輸出A相反轉(zhuǎn)信號、B相反轉(zhuǎn)信號。通過將同相位的檢測信號合成并平均化，可以去除沿多極磁體的徑向延伸的外部磁通導(dǎo)致的檢測誤差。通過將合成同相位的檢測信號并平均化的信號、合成反相位的反轉(zhuǎn)信號并平均化的信號的反轉(zhuǎn)信號進(jìn)行合成并平均化，可以去除沿著多極磁體的徑向在一個方向呈放射狀延伸的外部磁通導(dǎo)致的檢測誤差。
文檔編號G01D5/245GK102066879SQ20088012998
公開日2011年5月18日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者丸山利喜, 兒塔典沙, 宮下邦夫 申請人:諧波傳動系統(tǒng)有限公司