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公開番号2025114823
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-05
出願番号2025081489,2021099722
出願日2025-05-14,2021-06-15
発明の名称角度検出装置
出願人NTN株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01D 5/245 20060101AFI20250729BHJP(測定;試験)
要約【課題】設計の自由度が高く、小型・軽量化が可能で、製作コストの低減を図ることができる、複列磁気エンコーダの原理による高分解能な角度検出装置を提供する。
【解決手段】角度検出装置4は、N極とS極が交互に並ぶ磁気トラックを有するエンコーダ部6と、磁気トラックに隙間を介して対向する磁気センサ部7とを備える。磁気トラックは、基準磁極幅Pおよび基準磁極対数nとしたとき、シート状のエンコーダ用磁性体1の長手方向に沿って、磁極幅がPである主トラック2と、磁極幅がPn/(n-1)である副トラック3とが隣接して互いに平行に設けられる。エンコーダ部6は、シート状のエンコーダ用磁性体1が基準長さL=2Pn以下の長さで回転体5の外周部または内周部に巻いて固定される。磁気センサ部7の演算部9で演算された絶対角度に、エンコーダ部6の直径に応じた補正係数を掛けて回転体の絶対角度を補正する補正計算部10を備えた。
【選択図】図4A
特許請求の範囲【請求項１】
Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有するエンコーダ部と、前記磁気トラックに隙間を介して対向する磁気センサ部とを備える角度検出装置であって、
前記磁気トラックは、基準磁極幅Ｐおよび基準磁極対数ｎとしたとき、シート状のエンコーダ用磁性体の長手方向に沿って、磁極幅がＰである主トラックと、磁極幅がＰｎ／（ｎ－１）である副トラックとが隣接して互いに平行に設けられ、前記エンコーダ部は、前記シート状のエンコーダ用磁性体が基準長さＬ＝２Ｐｎ以下の長さで回転体の外周部または内周部に巻いて固定され、
前記磁気センサ部は、前記主トラックおよび前記副トラックにそれぞれ対向して磁気信号を出力する２つの磁気検出素子と、これら磁気検出素子の磁気信号に基づいて前記回転体の絶対角度を演算する演算部とを備え、
演算された前記絶対角度に、前記エンコーダ部の直径に応じた補正係数を掛けて前記回転体の絶対角度を補正する補正計算部を備えた角度検出装置。
続きを表示（約 520 文字）【請求項２】
請求項１に記載の角度検出装置において、前記基準長さＬの前記エンコーダ用磁性体が任意の長さで切断され、前記回転体の外周部または内周部に巻いた前記エンコーダ部の直径がＳであるとき、前記補正計算部は、前記基準長さＬを、直径Ｓに円周率πを掛けた値で除した値Ｌ／（πＳ）を前記補正係数とする角度検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の角度検出装置において、前記主トラックおよび前記副トラックの長さＬ１が前記基準長さＬ以下である前記エンコーダ用磁性体が、前記長さＬ１より長い周長の前記回転体の外周部または内周部に巻いて固定された前記エンコーダ部を備え、
前記磁気トラックの両端部における、前記磁気センサ部の出力に対応する限界角度を記憶する限界角度記憶部と、前記磁気センサ部から出力される絶対角度が前記限界角度の範囲内にあるか否かを判定して限界角度を逸脱したか否かを示す識別信号を出力する検出範囲判定部と、を備える角度検出装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の角度検出装置において、前記回転体は、ロボット関節の回転部品である角度検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸等の回転角を検出する角度検出装置に関し、特に、ロボットの関節等を目標位置に位置決めするために３６０°以下の範囲の角度を高い分解能で検出する角度検出装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
回転角を検出する磁気エンコーダ装置が種々提案されている。
特許文献１に開示されている磁気エンコーダ装置は、円筒状のベース部を焼結金属で形成し、このベース部の外周面、内周面および両端面を押圧するサイジングを施す。さらにベース部を金型内にインサートしてキャビティに熱可塑性樹脂および磁性粉を主成分とする樹脂材料を射出成形する。その後、成形部に円周方向に配列した複数の磁極を有し、磁極対数が互いに異なる２列の磁気エンコーダトラックを多極着磁により形成する。
【０００３】
このように製作した磁気エンコーダを回転体に固定し、磁気エンコーダトラックに近接、対向して磁気センサを設ける。磁気センサは、２列の磁気エンコーダトラックのそれぞれに対向する２つの検出素子および演算部を備え、２つの検出素子で検出した磁気信号の位相差に基づき、回転体の絶対角度を高分解能で算出し、センサ出力として出力する。
【０００４】
特許文献２に開示されている磁気式エンコーダは、Ｎ極とＳ極が交互に等ピッチで着磁されたテープ状磁気スケール部材を外周面に貼り付けた磁気記録回転体と、この磁気記録回転体に近接して配置した磁気情報検出手段から成る。前記磁気情報検出手段は、磁気記録回転体の回転方向に沿って間隔を介して配置された２つの磁気情報検出素子を備える。磁気スケール部材に形成された磁気情報を２つの磁気情報検出素子によって検出し、その検出出力からＡ相、Ｂ相、Ｚ相の信号を生成する。これにより、高精度で且つ信頼性が高く、汎用性の高い磁気式エンコーダを比較的安価に実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１５－７５４６６号公報
特開２０１２－１４１２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の開示技術では、プレス加工した焼結芯金にプラスチックマグネットを一体成形した後、１回転当たりで決められた着磁極数になるように着磁が行われる。
複列磁気エンコーダを用いた高分解の角度検出装置を、利用できるスペースおよびコスト等の制約条件を満たしながら実現するには、磁気センサは必要な機能を１パッケージ化した量産品を使用する必要がある。
【０００７】
このため、磁極幅および磁極対数など主要な仕様は予め決まっており個別仕様への対応は不可能である。例えば、磁極幅および磁極対数等の諸元が決まると、エンコーダ部の直径は、これらの諸元で決まるため、任意の直径で製作することができず、設計の自由度が制限される。また、成型完了品を１個ずつ個別に着磁するので、生産性の向上が困難である。さらに、成型品を回転体と一体で構成するのは困難で、別部品として着磁が終了したものを取り付ける必要があるため、回転体が大型化し、回転体の質量が増加する点も問題であった。
また、磁気エンコーダ装置を製作するには、芯金の金型と、プラスチックマグネットの
射出成形用の金型を製作する必要があり、製作コストが高くなる課題がある。
【０００８】
特許文献２の開示技術で用いるテープ状の磁気スケールは、軽量で成型金型等も不要なので、上記の課題には対応可能であるが、分解能の向上に関しては、何ら示されていない。また、円周に一部にわたって貼り付けられた磁気スケール部材の両端をＺ相信号によって検出することができるが、磁気スケール部材の端部を検出した状態ではＡ相またはＢ相信号が出力されない。このため、例えば、角度検出信号を回転機器の制御等に使用する場合には、通常の制御方式は使用できないという課題がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決するものであり、設計の自由度が高く、小型・軽量化が可能で、製作コストの低減を図ることができる、複列磁気エンコーダの原理による高分解能な角度検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の角度検出装置４，４Ａ，４Ｂは、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶ磁気トラックを有するエンコーダ部６，６Ａ，６Ｂと、前記磁気トラックに隙間δを介して対向する磁気センサ部７とを備える角度検出装置であって、
前記磁気トラックは、基準磁極幅Ｐおよび基準磁極対数ｎとしたとき、シート状のエンコーダ用磁性体１の長手方向に沿って、磁極幅がＰである主トラック２と、磁極幅がＰｎ／（ｎ－１）である副トラック３とが隣接して互いに平行に設けられ、前記エンコーダ部６，６Ａ，６Ｂは、前記シート状のエンコーダ用磁性体１が基準長さＬ＝２Ｐｎ以下の長さで回転体５，５Ａ，５Ｂの外周部または内周部に巻いて固定され、
前記磁気センサ部７は、前記主トラック２および前記副トラック３にそれぞれ対向して磁気信号を出力する２つの磁気検出素子８と、これら磁気検出素子８の磁気信号に基づいて前記回転体５，５Ａ，５Ｂの絶対角度を演算する演算部９とを備え、
演算された前記絶対角度に、前記エンコーダ部６，６Ａ，６Ｂの直径に応じた補正係数を掛けて前記回転体５，５Ａ，５Ｂの絶対角度を補正する補正計算部１０を備えた。
（【００１１】以降は省略されています）

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