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WO2006006605A1 - 磁気エンコーダ - Google Patents

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Publication number
WO2006006605A1
WO2006006605A1 PCT/JP2005/012863 JP2005012863W WO2006006605A1 WO 2006006605 A1 WO2006006605 A1 WO 2006006605A1 JP 2005012863 W JP2005012863 W JP 2005012863W WO 2006006605 A1 WO2006006605 A1 WO 2006006605A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
poles
track
magnetic encoder
pattern
Prior art date
Application number
PCT/JP2005/012863
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yasushi Sugiyama
Hiroyuki Nikamoto
Takashi Ota
Junichi Wakabayashi
Original Assignee
Nok Corporation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nok Corporation filed Critical Nok Corporation
Priority to JP2006529067A priority Critical patent/JP4586800B2/ja
Priority to US11/632,107 priority patent/US7667455B2/en
Priority to EP05760181A priority patent/EP1775559A1/en
Priority to KR1020077002850A priority patent/KR100919068B1/ko
Priority to CNB2005800234056A priority patent/CN100491922C/zh
Publication of WO2006006605A1 publication Critical patent/WO2006006605A1/ja

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
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    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic encoder used to detect rotation of a rotating member provided in, for example, an automobile or a household electric appliance.
  • a magnetic encoder is used, for example, for detecting a crank angle of an automobile.
  • Figure 13 shows a conventional example of a magnetic encoder.
  • the magnetic encoder includes a signal output unit 101 serving as a position reference.
  • the signal output unit 101 is configured so that the circumferential width of the magnetic pole is twice the circumferential width of the magnetic pole in other portions.
  • the circumferential width of the magnetic poles in the region other than the signal output unit 101 is all constant (half the circumferential width of the magnetic poles in the signal output unit 101). In this area! Then, the rotation angle with the signal output unit 101 as a reference (0 °) is detected.
  • the magnetic encoder in order to detect a signal output unit serving as a position reference, the signal output unit needs to pass through a sensor detection unit. Therefore, the magnetic encoder may be rotated up to about 360 ° at the maximum for detection of this signal output part.
  • the magnetic energy is about 360 ° at the maximum. It was necessary to rotate the encoder, and the rotation angle could not be specified with a small amount of rotation in a short time.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a technique for specifying a rotation angle in a short time. However, in the case of this technique, further improvements with a complicated configuration and a large number of parts have been desired. .
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 7-74020
  • Patent Document 2 JP-A-9-49453
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 11-229948
  • An object of the present invention is to provide a magnetic encoder capable of specifying a rotation angle with a small number of rotations.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the magnetic encoder of the present invention includes:
  • An annular magnetic encoder in which a plurality of magnetic poles, S poles and N poles, are arranged alternately.
  • the rotation angle is specified by changing the width of the magnetic pole in the rotation direction according to the rotation angle. It is constituted and is characterized by being.
  • the rotation angle can be specified by changing the width of the magnetic pole in the rotation direction, the rotation angle can be specified with little rotation.
  • the magnetic encoder of the present invention includes:
  • An annular magnetic encoder in which a plurality of magnetic poles, S poles and N poles, are arranged alternately.
  • a plurality of indicator portions provided at regular intervals in the circumferential direction;
  • a plurality of standard pitch portions respectively provided between the indicator portion and the indicator portion;
  • It is composed of a plurality of special pitch sections that are provided in all the standard pitch sections or in one other standard pitch section except for one standard pitch section, and are provided in different modes for each standard pitch section.
  • the index part, standard pitch part, and special pitch part have different widths in the circumferential direction of the magnetic pole. It is characterized by.
  • the magnetic pole array pattern force in all sections divided by the index portion is different in all sections.
  • the force special pitch part in which the standard pitch part is provided between the index part and the index part is different in each section (including the case where there is no special pitch). Therefore, it is possible to identify which section is based on the special pitch part. Therefore, the rotation angle can be specified with a small number of rotations.
  • Examples of providing the special pitch part in a different manner for each standard pitch part include changing the position of the special pitch part for each standard pitch part, Examples include changing the number of magnetic poles in the pitch portion.
  • An annular magnetic encoder in which a plurality of S poles and N poles, which are magnetic poles, are alternately arranged, and the first track on which a plurality of arrangement patterns having the same magnetic pole arrangement are arranged, and the magnetic pole arrangements are both And a second track on which a plurality of different arrangement patterns are arranged.
  • the rotation angle is detected based on the comparison between the arrangement pattern in the first track and the arrangement pattern in the second track.
  • the arrangement pattern of the magnetic poles in the second track may be different in the number of magnetic poles included in each arrangement pattern.
  • the magnetic pole arrangement pattern in the first track is configured with the same width in the circumferential direction of the magnetic pole, and magnetic poles having the same circumferential width are arranged over the entire track circumference. It is good to be.
  • the magnetic pole arrangement pattern in the first track includes an index portion provided at the head and a standard pitch portion having the same number of magnetic poles provided after the index portion, and the index portion and the standard pitch portion. Then, the circumferential widths of the magnetic poles are preferably different from each other.
  • the rotation angle can be specified with a small number of rotations.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a magnetic encoder according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an arrangement pattern of magnetic poles of the magnetic encoder according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of rotation and the angular velocity when the crankshaft rotates at a constant acceleration of up to 600 rpm at the start of the cell motor.
  • FIG. 4 is a graph showing the transition of the pulse time when the magnetic encoder according to Example 1 of the present invention is rotated once from the point C in FIG.
  • FIG. 5 is a graph showing the transition of the pulse time when the magnetic encoder according to Example 1 of the present invention is rotated once from point D in FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing the transition of the pulse time when the magnetic encoder according to Example 1 of the present invention makes one rotation of point E in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a modification of the magnetic pole arrangement pattern of the magnetic encoder according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing an arrangement pattern of magnetic poles of a magnetic encoder according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a part of a magnetic encoder according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing an arrangement pattern of magnetic poles of a magnetic encoder according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing an output signal of a magnetic encoder according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing an arrangement pattern of magnetic poles of a magnetic encoder according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a part of a magnetic encoder according to a conventional example.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a magnetic encoder according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the magnetic encoder 1 according to this embodiment includes a wheel lw and a row of tracks la provided on the outer periphery of the wheel lw.
  • a detection means 2 for detecting the strength of the magnetic field is provided at a position facing the surface of the track la. Note that the size of the magnetic encoder 1 may be appropriately selected according to the rotating member to be attached.
  • the detection means 2 uses a magnetic sensor.
  • a magnetic sensor is a sensor that detects magnetic energy. Specific examples of the magnetic sensor include a magnetic head using an electromagnetic induction effect, a differential transformer, a Hall element using an action of converting magnetic force into electricity, and an MR element (magnetoresistance effect element).
  • the track la has a configuration in which S poles and N poles, which are magnetic poles, are alternately provided over the entire circumference.
  • the magnetic pole located at the position facing the detection means 2 (the detection position by the detection means 2) changes from N pole to S pole or S pole as much as possible.
  • the change in the magnetic field at this time is detected as a pulse, and the rotation angle and angular velocity of the magnetic encoder 1 are determined based on the number of detected pulses and the pulse width.
  • the track la is 0 ° to 360 ° of the magnetic encoder 1 45 °. It is configured to be able to figure out the positions (0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 °) that were ij damage every 8 minutes! RU
  • the arrangement pattern of the magnetic poles in the track la has a configuration in which a predetermined pattern lb is repeatedly provided at regular intervals (45 degree intervals).
  • the predetermined pattern lb includes an index ld (index section), a standard pitch pattern (standard pitch section), a fine pitch pattern lc (special pitch section) provided in the standard pitch pattern, and a force.
  • the fine pitch pattern lc is provided, and there is only one predetermined pattern lb.
  • the index Id, the standard pitch pattern, and the fine pitch pattern lc are the same in that the magnetic poles are alternately provided with S poles and N poles.
  • the circumferential width of the magnetic poles becomes narrower in the order of the index Id, the standard pitch pattern, and the fine pitch pattern lc.
  • An index Id is provided at the beginning (left end in the figure) of the predetermined pattern lb. Therefore, the index Id is provided over the entire circumference at regular intervals (45 ° intervals).
  • a standard pitch pattern arranged at a certain pitch (standard pitch) is provided in an area excluding the index Id in the predetermined pattern lb. Therefore, the standard pitch pattern is provided between the index Id and the index Id.
  • a fine pitch pattern lc is provided in each standard pitch pattern except one.
  • the predetermined pattern lb is 0 ° to 45 °, 45 ° to 90 °, 90 ° to 135 °, 135 ° to 80 °, 180 ° to 225 °, 225 ° to 270 °, 270 ° to 315 ° and 315 ° to 360 ° are provided.
  • the track la is repeatedly provided with a predetermined pattern lb at intervals of 45 ° over the entire circumference!
  • the fine pitch pattern lc is composed of two thin N poles and a thin S pole sandwiched between them. As shown in FIG. 2, the fine pitch pattern lc is not provided in the predetermined pattern 1b of 0 ° to 45 °. In the other predetermined pattern lb, the fine pitch pattern lc is arranged so that the position in the predetermined pattern lb is gradually shifted to the rear side as the angle increases. That is, the fine pitch pattern lc is arranged at a different position for each predetermined pattern lb of the track la. Thus, the position of the fine pitch pattern lc is previously associated with the rotation angle. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the magnetic field of the track la is detected by the detection means 2 from the outside of the outer peripheral surface of the magnetic encoder 1.
  • the rotation angle can be specified with a small number of rotations.
  • the reading order of the N pole and S pole of the index Id of the track la will change, so the reverse rotation can also be determined. It is also possible to make it.
  • the magnetic encoder 1 is effective as a non-contact rotation control means, and can also be used for, for example, rotation control of a robot arm.
  • the pulse time widths (duties) of the index Id, the standard pitch pattern, and the fine pitch pattern lc in the predetermined pattern lb divided into eight are compared in one track la. Therefore, for example, when the angular velocity changes at the time of startup, it may be difficult to distinguish each of them.
  • the standard pitch pattern and fine pitch pattern lc should be set to a pitch width that makes the size of each pitch clear based on the rising characteristics of the angular velocity, and the front and rear pulse widths should be compared.
  • the absolute position can be detected.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the amount of rotation of the crankshaft and the angular velocity at that time.
  • the magnetic pole array pattern angle (corresponding to the total width (angle) of S pole width and N pole width) is 8.2 ° for the force index Id and 4. for the standard pitch pattern.
  • the case of 6 ° and fine pitch pattern the case of 2.3 ° will be described as an example.
  • FIGS. 4 to 6 are graphs showing the transition of the pulse time when the magnetic encoder 1 configured as described above makes one rotation.
  • the horizontal axis indicates the detected pulse
  • the vertical axis indicates the pulse width (pulse time).
  • Figures 4 to 6 show the results when the C point, D point, and E point forces in Fig. 2 are also started.
  • the index Id and the fine pitch pattern lc pulses are reliably detected within 90 ° rotation. Therefore, the rotation angle (absolute position) can be detected even at the time of startup.
  • the configuration has been shown in which the rotation angle of the predetermined pattern lb can be specified by changing the position of the fine pitch pattern lc in the predetermined pattern lb.
  • the fine pitch pattern lc within the predetermined pattern lb itself is different for each predetermined pattern lb, it is possible to specify which predetermined pattern lb is the predetermined pattern lb.
  • the number of fine pitch patterns lc in the predetermined pattern lb of the track la is increased at 45 ° intervals.
  • Fig. 7 shows a part of the track la.
  • the fine pitch pattern lc on the left side has a north pole and a south pole
  • the fine pitch pattern lc on the right side has a north pole and a south pole. There are two of them.
  • the rotation angle of the magnetic encoder 1 can be specified every 45 ° by specifying the number of magnetic poles in the fine pitch pattern lc within one section between the two indices in the output of the track la. .
  • each predetermined pattern lb can be provided with the fine pitch pattern lc in a different manner. This is effective when, for example, a larger number of predetermined patterns lb are provided for the entire circumference where the interval between the predetermined patterns lb is narrow.
  • the fine pitch pattern is provided in each standard pitch pattern except one is described as an example, but the fine pitch pattern is different for all the standard pitch patterns. It goes without saying that you may be prepared.
  • the width of the magnetic pole in the circumferential direction becomes narrower in the order of the index part (index Id), standard pitch part (standard pitch pattern), and special pitch part (fine pitch pattern lc).
  • index Id index part
  • standard pitch part standard pitch pattern
  • special pitch part fine pitch pattern lc
  • Embodiment 2 of the present invention With reference to FIG. 8, a magnetic encoder according to Embodiment 2 of the present invention will be described. In this example, a more specific example of use of the magnetic encoder 1 according to Example 1 described above will be described.
  • FIG. 8 is a diagram showing an arrangement pattern of magnetic poles of the magnetic encoder according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows the magnetic pole arrangement pattern on the track la of the magnetic encoder 1 used for the crankshaft and the magnetic pole arrangement pattern on the track 3a of the magnetic encoder used for the camshaft. Since the magnetic pole arrangement pattern in the track la of the magnetic encoder 1 used for the crankshaft is the same as that in the first embodiment, the description thereof will be omitted as appropriate.
  • the crankshaft rotates 360 ° X 2 times, the camshaft rotates 360 °.
  • the magnetic encoder 1 having the track la shown in the first embodiment is arranged on the crankshaft, and the magnetic encoder having the track 3a is arranged on the camshaft. To do. This makes it possible to detect the cam signal and cam position signal for the cam.
  • the signal detection on the cam side may be the same as the detection means 2 of the magnetic encoder 1. Since the magnetic encoder 1 is as described in the first embodiment, the description is omitted here.
  • Track 3a is an array pattern in which S poles and N poles, which are magnetic poles, are arranged in half on the circumference, and each cycle is 360 °.
  • 0 ° to 180 ° (N pole) and 180 ° to 360 ° (S pole) in track 3a correspond to 0 to 360 ° in track la of magnetic encoder 1 provided on the crankshaft, respectively. ing.
  • the first rotation or the second rotation of the crank is specified by the force of 180 ° to 360 °, which is the force of track 3a 0 ° to 180 °.
  • the cam position signal outputs Hi at the N pole from 0 ° to 180 °, detects the first rotation of the crank, and outputs Lo at the S pole from 180 ° to 360 °. Detect the second rotation of the crank and determine the number of rotations of the crank.
  • the cam position (cam angle) can be specified together with the crank angle by rotating the crankshaft within 90 °, and the cylinder position can be known. This makes it possible to control the engine while suppressing wasteful fuel injection immediately after starting the engine.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a part of a magnetic encoder according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the magnetic encoder 10 according to the present embodiment includes a wheel 10w and a first track 10a and a second track 10b provided on the outer periphery of the wheel 10w.
  • Detection means 20 and 30 for detecting the strength of each magnetic field are provided at positions facing the surface of the first track 10a and the surface of the second track 10b.
  • the size of the magnetic encoder 10 may be appropriately selected according to the rotating member to be attached.
  • the detecting means 20, 30 use magnetic sensors.
  • a magnetic sensor is a sensor whose detection target is magnetic energy.
  • Specific examples of the magnetic sensor include a magnetic head using an electromagnetic induction action, a differential transformer, a Hall element using an action of converting magnetic force into electricity, and an MR element (magnetoresistance effect element).
  • the first track 10a and the second track 10b are provided side by side on the outer periphery of the wheel 10w.
  • Each of the first track 10a and the second track 10b has a configuration in which S poles and N poles, which are magnetic poles, are alternately provided over the entire circumference.
  • the magnetic pole located at the position facing the detection means 20, 30 (the detection position by the detection means 20, 30) changes from the N pole to the S pole. Or change to N pole as much as possible.
  • the change in the magnetic field at this time is detected as a pulse, and the rotation angle and angular velocity of the magnetic encoder 10 are determined based on the number of detected pulses and the pulse width.
  • the first track 10a has a configuration in which a plurality of (four) arrangement patterns having the same magnetic pole arrangement are arranged.
  • the second track 10b has a configuration in which a plurality (four) of arrangement patterns having different magnetic pole arrangements are arranged.
  • the arrangement pattern force with a pair of N pole and S pole as a pair [0, 0 ° to 90 °, 90 ° to 180 °, 180 ° to 270 °] 270 ° to 360 ° are provided.
  • the N pole and S pole in each array pattern have the same width in the circumferential direction of the magnetic pole.
  • each magnetic pole has a width of 45 °. Therefore, the first track la has a configuration in which N poles and S poles having the same circumferential width are alternately arranged over the entire circumference.
  • the magnetic encoder is based on the detection of the magnetic field in the first track la. It is possible to detect the rotation of the encoder 10 every 45 °. In other words, the change in magnetic field when changing from N pole to S pole is detected as a pulse until the change in magnetic field when changing to N pole as much as possible is detected as a pulse (and S pole as much as N pole).
  • the magnetic encoder 10 has rotated 45 ° during the period from when the change in the magnetic field was detected as a pulse until the change in the magnetic field from the N pole to the S pole was detected as a pulse. Become.
  • the second track lb is 0 ° to 360 of the magnetic encoder 1.
  • the arrangement patterns with different numbers of magnetic poles 1S 0 ° to 90 °, 90 ° to 180 °, 180 ° to 270 °, and 270 ° to 360 ° are set. That is, as shown in Fig. 10, one pair of N poles and S poles is arranged from 0 ° to 90 °, and two pairs of N poles and S poles are arranged from 90 ° to 180 °. 180. Up to 270 °, four pairs of N poles and S poles are arranged, and from 270 ° to 360 °, six pairs of N poles and S poles are arranged.
  • the number of magnetic poles of each array pattern adjacent to each array pattern (pattern with a pair of N poles and S poles) on the first track la is defined as the rotation angle. It is different depending on. Specifically, the number of magnetic poles is gradually increased as the rotation angle increases. Thus, the arrangement pattern in the second track lb is previously associated with the rotation angle.
  • FIG. 11 shows output signals from the detection means 20 and 30. As shown in Fig. 11, the N pole is Hi, the S pole is Lo, and the output signal from the first track 10a has a waveform with a 90 ° interval as one cycle.
  • the output signals from the second track 10b are respectively in the 90 ° region of 0 ° to 90 °, 90 ° to 180 °, 180 ° to 270 °, 270 ° to 360 °. Waveforms with different periods.
  • the number of switching pulses between Hi and Lo is 0 between 0 ° to 45 ° and 45 ° to 90 °, and 1 between 90 ° to 135 ° and 135 ° to 180 °.
  • the switching pulse between Hi and Lo is 0 °, 45 °, 90 °, 135 °, 180 °, 225 °, 270 °, 315 ° Not counting.
  • the first track 10a outputs a pulse that switches from Lo to Hi, and then obtains a pulse that switches from Lo to Hi.
  • the number of switching pulses between Hi and Lo is 1 as output by the second track 10b. This shows that the position where the pulse that switches from Lo to Hi was obtained at the first track 10a is 180 °.
  • the rotation angle can be specified with a small number of rotations. Even when the magnetic encoder 10 rotates in the reverse direction, the Hi and Lo order of the second track 10b changes in one section of the switching pulse between Hi and Lo of the first track 10a. It is also possible to discriminate, and reverse rotation can be stopped with a small number of rotations.
  • the magnetic encoder 10 according to the present embodiment is effective as a non-contact rotation control means, and can be used for, for example, rotation control of a robot arm.
  • Example 4
  • FIG. 12 is a diagram showing an arrangement pattern of magnetic poles of a magnetic encoder according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the present embodiment is a modification of the third embodiment.
  • the arrangement pattern of the magnetic poles at intervals of 45 ° has an index (index part) at the head, and the number of magnetic poles after the index.
  • Equally arranged patterns are formed, and all are configured with the same array pattern.
  • the circumferential width of the magnetic pole in the indicator portion is different from the circumferential width of the magnetic pole in the standard pitch portion.
  • the magnetic pole array patterns at intervals of 45 ° are all different in the number of magnetic poles, and are different from each other.
  • the N track and S pole in the second track are one set, and the number of sets in each array pattern is different. In this example, the number of single poles is varied. Yes.
  • the number of magnetic poles in the second track is 4 at 0 ° to 45 °, 5 at 45 ° to 90 °, 6 at 90 ° to 135 °, and so on. As the angle increases by 45 °, the number of magnetic poles increases by one! ] As a result, as the rotation angle increases, the switching pulse between Hi and Lo increases by one for each array pattern.
  • a pair of magnetic poles having the same width are arranged adjacent to the index of the first track, and subsequently, the width varies depending on each arrangement pattern.
  • the magnetic pole is arranged.
  • the reason why the first track is provided with an index is to clarify the switching every 45 °.
  • the output pulse from the first track has a short pulse width in the portion other than the index where the pulse width is long in the index portion. Therefore, the change at every 45 ° can be detected by changing the pulse width.
  • the rotation angle can be specified in the range of 45 ° to 90 ° by comparing the output from the first track and the output from the second track. .
  • the rotation angle is determined from the number of Hi-Lo switching pulses of the second track until the first index is detected in the first track and the next index is detected for the force.
  • the configuration in which the number of magnetic poles is increased in units of N poles and S poles for each constant rotation angle in the second track is adopted.
  • a configuration is adopted in which the number of magnetic poles is increased in units of a single pole for each rotation angle.

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Abstract

　磁極となるＳ極とＮ極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、回転角に応じて磁極の回転方向の幅に変化を持たせることで、回転角が特定されるように構成されており、少ない回転で回転角を特定できる。

Description

明 細 書
磁気エンコーダ
技術分野
[0001] 本発明は、例えば自動車や家電製品に備わる回転部材の回転を検出するのに用 いられる磁気エンコーダに関する。
背景技術
[0002] 磁気エンコーダは、例えば自動車のクランク角検出に用いられている。図 13に磁気 エンコーダの従来例を示す。図 13に示すように、磁気エンコーダは、位置基準となる 信号出力部 101を備えている。この信号出力部 101においては、磁極の周方向の幅 力 他の部分における磁極の周方向の幅の 2倍となるように構成されている。この信 号出力部 101以外の領域における磁極の周方向の幅は全て一定 (信号出力部 101 における磁極の周方向の幅の半分）となるように構成されて 、る。この領域にお！ヽて 、信号出力部 101を基準 (0° )とする回転角が検出される。
[0003] また、特許文献 1に開示された技術のようなものもある。当該技術にお!、ては、位置 基準となる信号出力部が凸状に突出しており、他の部分には所定の磁極の配列バタ ーンが連続している。この磁極の配列パターン部分において、信号出力部を基準と する回転角が検出される。
[0004] このような磁気エンコーダにおいては、位置基準となる信号出力部を検出するため には、この信号出力部がセンサによる検出部を通過する必要がある。そのため、この 信号出力部の検出のために、最大で約 360° 近く磁気エンコーダを回転させることも ある。
[0005] ところで、近年、環境問題の点力もアイドリングストップが奨励されて 、る。しかし、ェ ンジン再始動時には同時に全気筒に燃料を噴射しており、この全気筒への燃料噴射 は環境問題上好ましいものではない。この問題を解消するためには、エンジン始動 後、直ぐにクランク角やカム角等力 シリンダ位置を特定し、必要な気筒だけに燃料 を噴射することが求められる。
[0006] しかし、上記従来例では、信号出力部を検出するために最大で約 360° も磁気ェ ンコーダを回転させる必要があり、短時間に、少ない回転で回転角を特定することは できなかった。
[0007] なお、特許文献 2, 3には、短時間で回転角を特定する技術が開示されているが、 当該技術の場合、複雑な構成で部品点数も多ぐさらなる改良が望まれていた。 特許文献 1：特開平 7— 74020号公報
特許文献 2 :特開平 9— 49453号公報
特許文献 3：特開平 11― 229948号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0008] 本発明の目的は、少ない回転で回転角を特定可能な磁気エンコーダを提供するこ とにある。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
[0010] すなわち、本発明の磁気エンコーダは、
磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 回転角に応じて磁極の回転方向の幅に変化を持たせることで、回転角が特定され るように構成されて 、ることを特徴とする。
[0011] 本発明によれば、磁極の回転方向の幅が異なることで回転角を特定できるので、少 ない回転で回転角を特定することができる。
[0012] また、本発明の磁気エンコーダは、
磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 磁極の配列パターンは、
周方向に一定間隔で設けられる複数の指標部と、
指標部と指標部の間にそれぞれ備えられる複数の標準ピッチ部と、
全ての標準ピッチ部内、または一つの標準ピッチ部を除 、た他の標準ピッチ部内 にそれぞれ備えられ、かつ各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えられる複数の 特殊ピッチ部とから構成されており、
指標部と標準ピッチ部と特殊ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なつ ていることを特徴とする。
[0013] 本発明によれば、指標部により区切られる区間における磁極の配列パターン力 全 ての区間で異なっている。つまり、指標部と指標部との間には、いずれも標準ピッチ 部が備えられている力 特殊ピッチ部については、各区間で態様が異なっている（特 殊ピッチがない場合も含む)。そのため、特殊ピッチ部に基づいて、いずれの区間で あるかを特定できる。従って、少ない回転で回転角を特定できる。
[0014] 特殊ピッチ部を、各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えさせる例としては、各 標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部の配置位置を変えたり、各標準ピッチに対して 、特殊ピッチ部における磁極の数を変えたりするものが挙げられる。
[0015] また、本発明の磁気エンコーダは、
磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 磁極の配列がいずれも同一の複数の配列パターンが並んだ第 1のトラックと、 磁極の配列がいずれも異なる複数の配列パターンが並んだ第 2のトラックと、 を備えることを特徴とする。
[0016] ここで、前記第 1のトラックにおける配列パターンと第 2のトラックにおける配列パタ ーンとの比較に基づ 、て、回転角の検出がなされるとよ 、。
[0017] また、前記第 2のトラックにおける磁極の配列パターンは、各配列パターンに含まれ る磁極の数が異なるとよい。
[0018] また、前記第 1のトラックにおける磁極の配列パターンは、磁極の周方向の幅がい ずれも同一のもので構成されており、トラック全周にわたって周方向の幅が同一の磁 極が配列されているとよい。
[0019] また、前記第 1のトラックにおける磁極の配列パターンは、先頭に設けられる指標部 と、該指標部の後に設けられる磁極数の等しい標準ピッチ部とから構成され、指標部 と標準ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっているとよい。
[0020] なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
発明の効果
[0021] 本発明によれば、少ない回転で回転角を特定できる。
図面の簡単な説明 [0022] [図 1]図 1は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。
[図 2]図 2は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図 である。
[図 3]図 3はセルモータの起動時にクランクシャフトが一回転で 600rpmまで等加速度 で回転するときの様子を示す回転量と角速度の関係を示すグラフである。
[図 4]図 4は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダを図 2中 C点から一回転するとき のパルス時間の推移を示すグラフである。
[図 5]図 5は本発明の実施例 1に係る磁気ェンコ一ダを図 2中 D点から一回転するとき のパルス時間の推移を示すグラフである。
[図 6]図 6は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダを図 2中 E点力 一回転するとき のパルス時間の推移を示すグラフである。
[図 7]図 7は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンの変形 例を示す図である。
[図 8]図 8は本発明の実施例 2に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図 である。
[図 9]図 9は本発明の実施例 3に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。
[図 10]図 10は本発明の実施例 3に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示 す図である。
[図 11]図 11は本発明の実施例 3に係る磁気エンコーダの出力信号を示す図である。
[図 12]図 12は本発明の実施例 4に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示 す図である。
[図 13]図 13は従来例に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。
符号の説明
[0023] 1 磁気エンコーダ
la 卜ラック
lb 所定パターン
lc 微細ピッチパターン
Id 指標 lw ホイ一ノレ
2 検出手段
10 磁気エンコーダ
10a 第 1のトラック
10b 第 2のトラック
10w ホイール
20, 30 検出手段
発明を実施するための最良の形態
[0024] 以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づ いて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸 法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の 範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
実施例 1
[0025] 図 1は本発明の実施例 1に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。本実 施例に係る磁気エンコーダ 1は、ホイール lwと、ホイール lwの外周に設けられる 1列 のトラック laとを備えている。トラック laの表面に対向する位置には、磁界の強さを検 出する検出手段 2が設けられている。なお、磁気エンコーダ 1の大きさは、取り付ける 回転部材に応じて適宜選択すればよ ヽ。
[0026] 検出手段 2には、磁気センサを用いている。磁気センサとは、磁気エネルギーを検 出対象としたセンサである。磁気センサの具体例として、電磁誘導作用を応用した磁 気ヘッド、差動トランス、磁力を電気に変換する作用を利用したホール素子、 MR素 子 (磁気抵抗効果素子)を挙げることができる。
[0027] トラック laは、磁極である S極と N極が交互に全周にわたって備えられた構成である 。そして、トラック laが回転すると、検出手段 2の対向位置 (検出手段 2による検出位 置）に位置する磁極が、 N極から S極または S極力 N極に変わる。このときの磁界の 変化がパルスとして検出され、検出されたパルスの数やパルス幅などによって、磁気 エンコーダ 1の回転角と角速度が割り出される。
[0028] また、本実施例においては、トラック laは、磁気エンコーダ 1の 0° 〜360° を 45° ごとに 8分害 ijした位置（0° , 45° , 90° , 135° , 180° , 225° , 270° , 315° ) を割り出すことができるように構成されて！、る。
[0029] トラック laにおける磁極の配列パターンは、図 2に示すように、一定間隔 (45度間隔 )で所定パターン lbが繰り返し設けられた構成である。所定パターン lbは、指標 ld ( 指標部）と、標準ピッチパターン (標準ピッチ部）と、標準ピッチパターン内に設けられ る微細ピッチパターン lc (特殊ピッチ部）と力も構成される。ただし、本実施例では、 微細ピッチパターン lcが備えられて 、な 、所定パターン lbも一つだけある。これら指 標 Idと標準ピッチパターンと微細ピッチパターン lcは、いずれも磁極である S極と N 極が交互に設けられる点では同じである力 磁極の周方向の幅がそれぞれ異なって いる。本実施例では、指標 Id,標準ピッチパターン，微細ピッチパターン lcの順で磁 極の周方向の幅が狭くなつている。
[0030] そして、所定パターン lbの先頭（図中左端）に、指標 Idが備えられている。従って、 指標 Idは一定間隔 (45° 間隔)で全周にわたって備えられている。そして、所定バタ ーン lbにおける指標 Idを除く領域に、ある一定のピッチ (標準ピッチ)で配置される 標準ピッチパターンが備えられている。従って、標準ピッチパターンは、指標 Idと指 標 Idの間にそれぞれ設けられている。そして、一つを除く各標準ピッチパターン内に 微細ピッチパターン lcがそれぞれ備えられて 、る。
[0031] また、所定パターン lbは、 0° 〜45° , 45° 〜90° , 90° 〜135° , 135° 〜1 80° , 180° ~225° , 225° ~270° , 270° ~315° , 315° 〜360° 〖こそれ ぞれ設けられている。このように、トラック laには、 45° 間隔で所定パターン lbが繰り 返し全周にわたつて設けられて!/ヽる。
[0032] 微細ピッチパターン lcは、 2つの細い N極とそれらに挟まれた細い S極とで構成さ れている。微細ピッチパターン lcは、図 2に示すように、 0° 〜45° の所定パターン 1 bには設けられていない。そして、それ以外の所定パターン lbにおいては、角度が大 きくなるにつれて、所定パターン lb内での位置を後側に徐々にずらすようにして微細 ピッチパターン lcが配置されている。すなわち、微細ピッチパターン lcは、トラック la の所定パターン lbごとに異なる位置に配置されている。このように、予め微細ピッチ パターン lcの位置は、回転角に対応させてある。 [0033] そして、本実施例では、図 1に示すように、磁気エンコーダ 1の外周面の外方から、 検出手段 2により、トラック laの磁界を検出している。
[0034] このように構成された磁気エンコーダ 1においては、任意の位置から 90° の回転範 囲内で、 0〜360° を 45° ごとに分害 ijした領域のどの位置（0° , 45° , 90° , 135 ° , 180° , 225° , 270° , 315° )である力を特定すること力できる。
[0035] 例えば、図 2の A点から回転し始めた場合、初めの指標 Idのパルスを得てから、 2 番目の指標 Idのパルスを得るまでの B間の所定パターン lbの領域において、微細 ピッチパターン lcのパルスに基づいて、所定パターン lb内における微細ピッチパタ ーン lcの位置情報が得られる。この位置情報によって、読み取った所定パターン lb 力 Sどの回転角に対応するものであるかを特定できる。この場合には、 90° 〜135° の所定パターン lbであると分かる。したがって、 2番目の指標のパルスを得た位置が 135° であることを特定できる。
[0036] このように、指標 Idと指標 Idの間の区間内において、微細ピッチパターン lcが有る か否かを検出し、有る場合には、当該区間における微細ピッチパターン lcの位置を 特定する。これにより、磁気エンコーダ 1の回転角を、 45° ごとに判別することができ る。この時、回転角を特定するために必要とする磁気エンコーダ 1の回転角は、トラッ ク laにおける 2つの指標間の 1区間を計測するのに必要な 45° 〜90° となる。
[0037] したがって、本実施例に係る磁気エンコーダ 1によれば、少ない回転で回転角を特 定できる。また、磁気エンコーダ 1が逆回転した場合には、トラック laの指標 Idの N極 と S極の読み取り順序が変わってしまうことから逆回転を判別することもでき、少な 、 回転で逆回転を停止させることも可能となる。
[0038] 以上のことから、次のような利点もある。例えば 4気筒のエンジンの場合、従来はシリ ンダ位置の特定のためにクランクシャフトを最大 360° 回転する必要があった。これ に対して、本実施例によれば、エンジン始動力もクランクシャフトの 90° 以内の回転 によって、シリンダ位置を特定できる。従って、必要な気筒だけに燃料を噴射し、無駄 な燃料噴射を抑えることができ、環境問題対策に有効となる。
[0039] また、本実施例に係る磁気エンコーダ 1は、非接触の回転制御手段として有効であ り、例えばロボットの腕の回転制御にも用いることができる。 [0040] ここで、本実施例では、 1つのトラック laにおいて、 8分割した所定パターン lb内の 指標 Id,標準ピッチパターン及び微細ピッチパターン lcのパルス時間幅（デューティ )を比較して行く。そのため、例えば起動時において角速度が変化した場合には、そ れぞれの判別が難しくなることも考えられ得る。
[0041] しかし、その場合でも、角速度の立ち上がり特性を元に標準ピッチパターン及び微 細ピッチパターン lcそれぞれの大小が明確となるピッチ幅に設定したり、前後のパル ス幅を比較したりすることで、絶対位置の検出をすることができる。
[0042] 一例として、磁気エンコーダ 1が自動車のクランクシャフトに取り付けられた場合の 例を説明する。また、ここでは、セルモータの起動時において、クランクシャフトの角 速度が 1回転で 600rpmまで等加速度で変化する場合を例にして説明する。なお、 図 3は、そのときのクランクシャフトの回転量と角速度の関係を示すグラフである。
[0043] また、ここでは、磁極の配列パターン角度（S極幅と N極幅との合計幅 (角度）に相 当する）力 指標 Idについては 8. 2° 、標準ピッチパターンについては 4. 6° 、微細 ピッチパターンについては 2. 3° の場合を例にして説明する。
[0044] 図 4〜図 6は、以上のように構成された磁気エンコーダ 1が 1回転するときのパルス 時間の推移を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は検出されたパルス を示し、縦軸はパルス幅（パルス時間）を示している。なお、図 4〜図 6は、それぞれ 図 2中の C点， D点， E点力もスタートしたときについて示したものである。いずれの場 合も、 90° 回転以内に、指標 Idのノ ルスと微細ピッチパターン lcのパルス（2本）が 確実に検出される。従って、起動時であっても回転角（絶対位置）の検出が可能であ る。
[0045] なお、これまでの説明では、所定パターン lb内における微細ピッチパターン lcの 位置を変えることで、どの回転角にある所定パターン lbであるかを特定できるように する構成を示した。しかし、所定パターン lb内における微細ピッチパターン lcそのも の力 所定パターン lbごとに異なっていれば、どの所定パターン lbであるかを特定 することが可能である。
[0046] 例えば、微細ピッチパターン lcを構成する磁極の数を、所定パターン lbごとに変え ることによつても、その回転角にある所定パターン lbであるかを特定することができる 。より具体的な例としては、図 7に示すように、トラック laの所定パターン lb内の微細 ピッチパターン lcを、 45° 間隔で数を増加させるようにするものが挙げられる。図 7 は、トラック laの一部を示したもので、図中左側の微細ピッチパターン lcは N極と S極 がーつずつ備えられており、右側の微細ピッチパターン lcは N極と S極が 2つずっ備 えられている。このような構成でも、トラック laの出力における 2つの指標の間の 1区 間内で、微細ピッチパターン lcにおける磁極の数を特定することで、磁気エンコーダ 1の回転角を 45° ごとに特定できる。
[0047] 勿論、微細ピッチパターン lcの配置位置と磁極の数の組み合わせによって、各所 定パターン lbに対して、異なる態様で、微細ピッチパターン lcを備えさせることもで きる。これは、例えば、所定パターン lbの間隔が狭ぐ全周に対して、より多数の所定 ノ ターン lbが備えられるような場合に有効である。なお、本実施例では、一つを除く 各標準ピッチパターン内に微細ピッチパターンがそれぞれ備えられている場合を例 にして説明したが、全ての標準ピッチパターンに対して、微細ピッチパターンを異なる 態様で備えるようにしても良いことは言うまでもない。また、本実施例では、指標部（指 標 Id) ,標準ピッチ部 (標準ピッチパターン），特殊ピッチ部 (微細ピッチパターン lc) の順で磁極の周方向の幅が狭くなって 、る場合を例にして説明したが、それぞれの 幅が異なって 、れば、大小関係が異なって 、ても良 、ことは言うまでもな 、。
実施例 2
[0048] 図 8を参照して、本発明の実施例 2に係る磁気エンコーダについて説明する。本実 施例では、上述した実施例 1に係る磁気エンコーダ 1のより具体的な使用例を説明す る。
[0049] 本実施例では、 4気筒のエンジンのクランクシャフトに磁気エンコーダ 1を用いた場 合の使用例を示す。図 8は本発明の実施例 2に係る磁気ェンコーダの磁極の配列パ ターンを示す図である。図 8には、クランクシャフトに用いた磁気エンコーダ 1のトラック laにおける磁極の配列パターンと、カムシャフトに用いた磁気エンコーダのトラック 3a における磁極の配列パターンが示されている。なお、クランクシャフトに用いた磁気ェ ンコーダ 1のトラック laにおける磁極の配列パターンに関しては、上述した実施例 1の 場合と同一の構成であるので、その説明は適宜省略する。 [0050] 4気筒エンジンにおいては、クランクシャフトが 360° X 2回転すると、カムシャフトは 360° 回転する。そして、エンジン立ち上がり時 (エンジンの始動開始時)では、クラ ンクとカムの相対位置は固定されている。したがって、クランク角の位置が分かれば力 ムの位置 (カム角）は特定される。しかし、上記の通り、カムシャフトは、クランクシャフト 力^回転することによって 1回転するので、クランクシャフトが 1回転目か 2回転目であ るかを特定する必要がある。
[0051] その特定の方法として、図 8に示すように、クランクシャフトに上記実施例 1で示した トラック laを有する磁気エンコーダ 1を配置するとともに、カムシャフトにトラック 3aを有 する磁気エンコーダを配置する。これによつて、カムについてのカム信号とカム位置 信号を検出できるようにする。なお、カム側での信号検出は、磁気エンコーダ 1の検 出手段 2と同様なものを用いれば良い。また、磁気エンコーダ 1については上記実施 例 1で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
[0052] カムシャフトに設けられる磁気エンコーダには、図 8に示すトラック 3aが磁気ェンコ ーダの外周面の全周にわたって配置される。トラック 3aは、磁極である S極と N極が 周上で半分ずつ配置されており、 360° で 1周期となる配列パターンである。
[0053] そして、トラック 3aにおける 0° 〜180° (N極）と 180° 〜360° (S極）が、クランク シャフトに設けられる磁気エンコーダ 1のトラック laにおける 0〜360° にそれぞれ対 応している。
[0054] これにより、トラック 3a力 0° 〜180° である力 180° 〜360° である力により、クラ ンクの 1回転目であるか 2回転目であるかが特定される。本実施例では、カム位置信 号は、 0° 〜180° までの N極で Hiを出力してクランクの 1回転目を検出し、 180° 〜360° までの S極で Loを出力してクランクの 2回転目を検出し、クランクの回転数 の判定を行う。
[0055] 以上のように、本実施例によれば、 4気筒エンジンにおいて、クランクシャフトの 90 ° 以内の回転により、クランク角と共にカム位置 (カム角）を特定でき、シリンダ位置が 分かる。これにより、エンジン始動力 直ぐに無駄な燃料噴射を抑制したエンジン制 御が可能となる。
実施例 3 [0056] 図 9は本発明の実施例 3に係る磁気エンコーダの一部を示す斜視図である。本実 施例に係る磁気エンコーダ 10は、ホイール 10wと、ホイール 10wの外周に設けられ る第 1のトラック 10a及び第 2のトラック 10bを備えている。第 1のトラック 10aの表面及 び第 2のトラック 10bの表面に対向する位置には、それぞれの磁界の強さを検出する 検出手段 20, 30が設けられている。なお、磁気エンコーダ 10の大きさは、取り付ける 回転部材に応じて適宜選択すればよ ヽ。
[0057] 検出手段 20, 30は、磁気センサを用いている。磁気センサとは、磁気エネルギー を検出対象としたセンサである。磁気センサの具体例として、電磁誘導作用を応用し た磁気ヘッド、差動トランス、磁力を電気に変換する作用を利用したホール素子、 M R素子 (磁気抵抗効果素子)を挙げることができる。
[0058] 第 1のトラック 10aと第 2のトラック 10bは、ホイール 10wの外周に並んで設けられて いる。第 1のトラック 10aと第 2のトラック 10bは、いずれも磁極である S極と N極が交互 に全周にわたって備えられた構成である。そして、これら第 1のトラック 10aと第 2のトラ ック 10bが回転すると、検出手段 20, 30の対向位置 (検出手段 20, 30による検出位 置）に位置する磁極が、 N極から S極または S極力 N極に変わる。このときの磁界の 変化がパルスとして検出され、検出されたパルスの数やパルス幅などによって、磁気 エンコーダ 10の回転角と角速度が割り出される。
[0059] 第 1のトラック 10aは、磁極の配列がいずれも同一の複数 (4個）の配列パターンが 並んだ構成である。一方、第 2のトラック 10bは、磁極の配列がいずれも異なる複数（ 4個）の配列パターンが並んだ構成である。これらについて、以下、より詳細に説明す る。
[0060] 第 1トラック laにおいては、 N極と S極の 1組をペアとした配列パターン力 図 10に 示すよう【こ、 0° 〜90° 、 90° 〜180° 、 180° ~270° 、 270° 〜360° 〖こそれ ぞれ設けられている。ここで、各配列パターンにおける N極と S極は、磁極の周方向 の幅が等しくなつている。つまり、各磁極は 45° の幅を持っている。従って、第 1トラッ ク laにおいては、全周にわたって、周方向の幅が等しい N極と S極が交互に配置さ れた構成である。
[0061] このような構成により、第 1のトラック laにおける磁界の検出に基づいて、磁気ェンコ ーダ 10の 45° ごとの回転を検出することができる。つまり、 N極から S極に変わるとき の磁界の変化がパルスとして検出されてから、 S極力 N極に変わるときの磁界の変 化がパルスとして検出されるまでの間（及び、 S極力 N極に変わるときの磁界の変化 がパルスとして検出されてから、 N極から S極に変わるときの磁界の変化がパルスとし て検出されるまでの間）で、磁気エンコーダ 10が 45° 回転したことになる。
[0062] 一方、第 2のトラック lbは、磁気エンコーダ 1の 0° 〜360。 を 45° ごとに 8分割し た位置（0° , 45° , 90° , 135° , 180° , 225° , 270° , 315° ；)を特定する情 報を割り出すものである。第 2のトラック lbにおいては、磁極の数が異なる配列パター ン 1S 0° 〜90° 、 90° 〜180° 、 180° ~270° 、 270° 〜360° にそれぞれ設 けられている。すなわち、図 10に示すように、 0° 〜90° では N極， S極のペアが 1 組配置されており、 90° 〜180° では N極， S極のペアが 2組配置されており、 180 。 〜270° では N極， S極のペアが 4組配置されており、 270° から 360° では N極 , S極のペアが 6組配置されている。
[0063] すなわち、第 2のトラック lbにおいては、第 1のトラック laにおける配列パターン (N 極， S極の 1組をペアとしたパターン)それぞれに隣接された各配列パターンの磁極 数を回転角によって異ならせている。具体的には、回転角が大きくなるにつれて磁極 の数を順次増カロさせている。このように、予め第 2のトラック lbにおける配列パターン は、回転角に対応させてある。
[0064] 検出手段 20, 30による出力信号を図 11に示す。図 11に示すように、 N極を Hi, S 極を Loとして、第 1のトラック 10aによる出力信号は、 90° 間隔を 1周期とする波形と なる。
[0065] これに対して、第 2のトラック 10bによる出力信号は、 0° 〜90° , 90° 〜180° , 180° 〜270° , 270° 〜360° の 90° ごとの領域において、それぞれ周期の異 なる波形となる。つまり、 Hi— Lo間の切り換えパルス数は、 0° 〜45° 及び 45° 〜9 0° 間では 0個であり、 90° 〜135° 及び 135° 〜180° 間ではそれぞれ 1個あり、 180° 〜225° 及び 225° 〜270° 間ではそれぞれ 3個であり、 270° 〜315° 及 び 315° 〜360° 間ではそれぞれ 5個である。ただし、 Hi— Lo間の切り換えパルス としては、 0° 、 45° 、 90° 、 135° 、 180° 、 225° 、 270° 、 315° 上のノ ノレスは 数えていない。
[0066] このように構成された磁気エンコーダ 10においては、任意の位置から 90° の回転 範囲内で、 0〜360° を 45° ごとに分割した領域のどの位置（0° , 45° , 90° , 1 35° , 180° , 225° , 270° , 315° )である力を特定すること力できる。
[0067] 例えば、図 11の A点から回転し始めた場合、最初に第 1のトラック 10aによる出力が から Loに切り換わるパルスを得てから、次に Loから Hiに切り換わるパルスを得る までの B間の Lo領域において、第 2のトラック 10bにより出力として Hi— Lo間の切り 換えパルス数は 1回である。これにより、第 1のトラック 10aで Loから Hiに切り換わるパ ルスを得た位置が 180° であることが分かる。
[0068] このように、第 1のトラック 10aによる出力が から Loまたは Loから Hiに切り換わつ てから、 Loから mまたは mから Loに切り換わるまでの 1区間（45° に対応する）の間 に、第 2トラック 10bにおける Hi— Lo間の切り換わったパルスの数を数える。このパル スの数から、磁気エンコーダ 10の回転角を、第 1のトラック 10aによる出力の 1区間終 了時に特定することができる。この時、回転角を特定するために必要とする磁気ェン コーダ 10の回転角は、第 1のトラック 10aの Hi— Lo間の切り換えパルスの 1区間を計 測するのに必要な 45° 〜90° となる。
[0069] したがって、本実施例に係る磁気エンコーダ 10によれば、少ない回転で回転角を 特定できる。また、磁気エンコーダ 10が逆回転した場合も、第 1のトラック 10aの Hi— Lo間の切り換えパルスの 1区間において、第 2のトラック 10bの Hi、 Loの順序が変わ つてしまうことから逆回転を判別することもでき、少ない回転で逆回転を停止させるこ とも可能となる。
[0070] 以上のことから、次のような利点もある。例えば 4気筒のエンジンの場合、従来はシリ ンダ位置の特定のためにクランクシャフトを最大 360° 回転する必要があった。これ に対して、本実施例によれば、エンジン始動力もクランクシャフトの 90° 以内の回転 によって、シリンダ位置を特定できる。従って、必要な気筒だけに燃料を噴射し、無駄 な燃料噴射を抑えることができ、環境問題対策に有効となる。
[0071] また、本実施例に係る磁気エンコーダ 10は、非接触の回転制御手段として有効で あり、例えばロボットの腕の回転制御にも用いることができる。 実施例 4
[0072] 図 12は本発明の実施例 4に係る磁気エンコーダの磁極の配列パターンを示す図 である。本実施例は、上記実施例 3の変形例である。
[0073] 本実施例では、図 12に示すように、第 1のトラックにおいては、 45° 間隔の磁極の 配列パターンは、それぞれ先頭に指標 (指標部）を有し、指標の後に磁極数の等しい 配列のパターン (標準ピッチ部）が形成されており、いずれも同一の配列パターンで 構成されている。なお、指標部における磁極の周方向の幅と標準ピッチ部における 磁極の周方向の幅は異なっている。これに対して、第 2のトラックにおいては、 45° 間隔の磁極の配列パターンは、いずれも磁極の数が異なっており、いずれも異なる 配列パターンとなっている。なお、上記実施例 3では、第 2のトラックにおいて、 N極と S極を 1組として、各配列パターンで組数が異なっていた力 本実施例では、単極の 数を異ならせるようにしている。つまり、本実施例では、第 2のトラックにおける磁極の 数が、 0° 〜45° では 4個， 45° 〜90° では 5個， 90° 〜135° では 6個というよう に、回転角が 45° 増えるにつれて、磁極の数を 1個ずつ増力！]させている。これにより 、回転角が増えるにつれて配列パターンごとに、 Hi— Lo間の切り換えパルスが 1つ ずつ増加するようにしている。ただし、第 2のトラックにおいては、磁場干渉を抑制す るために、第 1のトラックの指標に隣接させて、同じ幅の磁極を一対配置して、それに 続けて、各配列パターンによって幅の異なる磁極を配置している。なお、本実施例に おいて、第 1のトラックに指標を設けた理由は、 45° ごとの切り換わりを明確にするた めである。つまり、本実施例では、第 1のトラックによる出力パルスは、指標の部分で はパルス幅が長ぐ指標以外の部分ではパルス幅が短い。従って、パルス幅の変化 によって、 45° ごとの切り換わりを検出することができる。
[0074] 本実施例においても、上記実施例 3と同様に、第 1のトラックによる出力と、第 2のト ラックによる出力との比較によって、回転角を 45° 〜90° の範囲で特定できる。すな わち、第 1のトラックにおいて最初に指標が検出されて力も次の指標が検出されるま での間における第 2のトラックの Hi— Lo間の切り換えパルス数から回転角が特定され る。また、上記実施例 3では、第 2のトラックにおいて、一定の回転角ごとに、 N極と S 極の組み単位で磁極を増やす構成を採用したのに対して、本実施例では、一定の 回転角ごとに単極単位で磁極の数を増やす構成を採用している。従って、一定の回 転角を小さく設定したい場合（1周内の配列パターンの数を増やしたい場合）に、回 転角が大きくなつても、磁極の数の増加を抑制することができる。従って、磁極の幅が 小さくなり過ぎてしまうことを抑制し、感度の低下を抑制することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 回転角に応じて磁極の回転方向の幅に変化を持たせることで、回転角が特定され るように構成されて 、ることを特徴とする磁気エンコーダ。
[2] 磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 磁極の配列パターンは、
周方向に一定間隔で設けられる複数の指標部と、
指標部と指標部の間にそれぞれ備えられる複数の標準ピッチ部と、
全ての標準ピッチ部内、または一つの標準ピッチ部を除 、た他の標準ピッチ部内 にそれぞれ備えられ、かつ各標準ピッチ部に対して異なる態様で備えられる複数の 特殊ピッチ部とから構成されており、
指標部と標準ピッチ部と特殊ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なつ て 、ることを特徴とする磁気エンコーダ。
[3] 各標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部の配置される位置が異なっていることを特 徴とする請求項 2に記載の磁気ェンコーダ。
[4] 各標準ピッチ部に対して、特殊ピッチ部における磁極の数が異なっていることを特 徴とする請求項 2に記載の磁気ェンコーダ。
[5] 磁極である S極と N極が交互に複数配列された環状の磁気エンコーダであって、 磁極の配列がいずれも同一の複数の配列パターンが並んだ第 1のトラックと、 磁極の配列がいずれも異なる複数の配列パターンが並んだ第 2のトラックと、 を備えることを特徴とする磁気エンコーダ。
[6] 前記第 1のトラックによる出力と第 2のトラックによる出力との比較に基づいて、回転 角の検出がなされることを特徴とする請求項 5に記載の磁気エンコーダ。
[7] 前記第 2のトラックにおける磁極の配列パターンは、各配列パターンに含まれる磁 極の数が異なることを特徴とする請求項 5に記載の磁気エンコーダ。
[8] 前記第 1のトラックにおける磁極の配列パターンは、磁極の周方向の幅がいずれも 同一のもので構成されており、トラック全周にわたって周方向の幅が同一の磁極が配 列されていることを特徴とする請求項 5に記載の磁気エンコーダ。 前記第 1のトラックにおける磁極の配列パターンは、先頭に設けられる指標部と、該 指標部の後に設けられる磁極数の等しい標準ピッチ部とから構成され、指標部と標 準ピッチ部では、磁極の周方向の幅がそれぞれ異なっていることを特徴とする請求 項 5〜7のいずれか一つに記載の磁気エンコーダ。
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