专利名称：磁编码器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁编码器。
背景技术：
具有由磁体与磁检测元件构成的磁编码器。然而，仅使用磁体的话，由于磁体的误差被原封不动地检测，因此误差变大。因此，提出为了减小误差而设置校正机构的磁编码器的方案，但校正机构和校正电路变得复杂。例如，在专利文献I (日本专利第4258376号公报)所示的多旋转式编码器中，虽然利用磁连接器，但磁耦合的面积的比例小，允许传递转矩小。因此具有在急剧地旋转时失调的问题。并且，由于一个磁体的误差被原封不动地检测，因此误差有时变大。另外，在专利文献2(日本特表2008-514906号公报)所示的永久励磁型电气同步机中的用于速度测定的编码器中，不能得到良好(t )的正弦波，而精度不能提高。并且，漏磁通多，传递到磁传感器部的磁通量弱。因此存在SN比未提高、精度低的问题。在专利文献3 (日本特开2002-62162号公报)所示的磁极位置检测器的结构中，漏磁通多，传递到磁传感器部的磁通量弱。因此存在SN比未提高、精度低的问题。在专利文献4(日本特开2008-151774号公报)所示的旋转角度检测装置中，虽然在使用多个霍尔传感器来提高精度方面下了功夫，尽管如此还是残留变形而不能得到正确的正弦波。
在专利文献5 (日本特开2008-64537号公报)所示的线性分解器中，由于在长冲程的情况下难以校正、不能将间距形成得较细，因此不能提高精度。在专利文献6 (日本特开2008-289345号公报)所示的线性马达的原点设定方法中，不能将间距形成得较细，难以得到正弦波状的磁通量，不能提高精度。在专利文献7 (日本特开2009-247105号公报)所示的传动轴马达的位置检测技术中，不能将间距形成得较细，难以得到正弦波状的磁通量，不能提高精度。在专利文献8 (日本特开2006-105757号公报)所示的磁检测装置、专利文献9 (日本特开2006-58256号公报)所示的旋转检测装置中，也难以得到正弦波状的磁通量，不能提闻精度。专利文献10 (日本特开2010-71901号公报)所示的位置检测装置用于检测取决于磁体的定位精度的位置检测精度，考虑磁体的特性偏差的话，量产性低。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利第4258376号公报专利文献2:日本特表2008-514906号公报专利文献3:日本特开2002-62162号(日本专利第3395147号)公报专利文献4:日本特开2008-151774号公报专利文献5:日本特开2008-64537号公报
专利文献6:日本特开2008-289345号公报专利文献7:日本特开2009-247105号公报专利文献8:日本特开2006-105757号公报专利文献9:日本特开2006-58256号公报专利文献10:日本特开2010-71901号公报发明要解决的问题现有的磁编码器输出的正弦波状信号不是完全的正弦波，因高次谐波成分等变形成分重叠而变形。此类波形变形导致精度的降低。并且，当为了避免波形变形所导致的精度降低而使用多个磁传感器、或构建利用ROM表等进行校正的系统时，虽然各厂商下了功夫，但在成本方面、响应性上都存在问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种廉价的磁编码器，其能够简单地产生正弦波状的磁通量，并能够实现分辨率与内插精度的提高。本发明的其他目的在于提供一种能够产生波形变形少的正弦波状的磁通量的磁编码器。用于解决问题的方法本发明的磁编码器具备:永磁体列，其由多个永磁体构成，多个永磁体以相同极性的磁极对置(対向)的方式排列、或者以不同极性的磁极隔着非磁性材料而对置的方式排列；磁性片列，其具有以沿着永磁体列而隔开间隔排列的方式配置的多个磁性片；以及磁检测器，其检测在永磁体列与磁性片列之间产生相对性的位置的位移时产生的漏磁通。而且，多个永磁体的间距和多个磁性片的间距以如下的方式被确定:当在永磁体列与磁性片列之间连续地产生相对性的位置的位移时,形成从永磁体列中的一个永磁体发出的磁通量通过与该一个永磁体的相邻的永磁体或者非磁性材料对置的一个磁性片而返回永磁体列中的磁路。在本发明中，通过在永磁体列与磁性片列之间产生相对位移，能得到从磁路所包含的永磁体发出的磁通量的合成磁通量。其结果是，如果增加永磁体的数量，则能够减少一个永磁体的影响，从而能够产生变形少的正弦波状的磁通量。而且，通过利用磁检测器所检测该磁通量的漏磁通，无需特别的校正电路而能够得到正弦波状信号。其结果是，能够实现分辨率与内插精度的提高。永磁体列以至少成为两极以上的磁极的方式由两个以上的永磁体(可以是物理性分离、也可以形成为一体化)构成。与磁性片列对置的永磁体列的永磁体的极数越是增加，检测磁通量越是接近正确的正弦波，从而形成为高精度。在永磁体形成为两极而较少的情况下，能够提供廉价的磁传感器。当将磁性片的间距设为P = 360° (电角)时，永磁体的间距τ P (电角)优选为Ρ/4 < τ P < P的范围内的值。如此，能够得到更正确的正弦波状的输出，从而能够提供高精度且高分辨率的磁编码器。永磁体列也可以具有在多个永磁体各自的两侧配置有磁轭的结构。这样一来，能够高效地提高磁通量的流，并且，当使永磁体的同极相对时，能够减小产生的反作用力，从而能够使永磁体列的制造操作变得容易。当然，永磁体列也可以构成为多个永磁体被直接接合。这样一来，能够增加永磁体的量。也可以设置连结轭，该连结轭将位于永磁体列的两端的磁轭彼此磁连结并集中来自永磁体列的漏磁通。在该情况下，磁检测器以检测通过连结轭的漏磁通的方式配置。如果使用连结轭，则由磁检测器所检测的磁通量的强度变强，因此形成为更高灵敏度，从而能够提高精度和分辨率。磁检测器的配置位置只要是能够检测漏磁通的位置即可。例如，也可以将磁检测器配置于将磁性片列隔在中间而与永磁体列对置的位置。并且，也可以将磁检测器配置于与磁性片列和永磁体列两者对置的位置。还可以将磁检测器配置于永磁体列的延长线上且与磁轭邻接的位置。如果在上述位置，则能够可靠地检测磁通量。永磁体列的长度与磁性片列的长度中哪一个较长都是可以的。构成磁性片列的多个磁性片也可以具有被磁阻比磁性片大的连结部连结的一体结构。如果具有此类一体结构，则磁性片列的制造和安装变得容易。构成磁性片列的多个磁性片只要能得到正弦波磁通量即可，例如从永磁体侧观察的其轮廓形状可以是矩形、圆形或者长方形的轮廓形状。并且，构成磁性片列的多个磁性片可以具有从与磁性片列延伸的方向和永磁体列朝向的方向正交的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状。进而，构成磁性片列的多个磁性片也可以具有从磁性片列延伸的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状 。另外，永磁体和磁轭也可以具有以包围磁性片列的周围的方式形成的环状形状。另外，在该情况下，作为磁性片列，也可以具有从永磁体列延伸的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状。而且，在该情况下，如果永磁体和磁轭也具有圆环状形状，则永磁体列与磁性片列之间的间隔形成为恒定，因此在正弦波磁通量产生的变形变小。更具体地说，磁性片列能够以沿着利用旋转轴的旋转而直接或者间接地旋转的圆板的外周面而成为圆环状的列的方式固定于该圆板。在该情况下，将以与磁性片列对置的方式延伸为圆弧状的两个以上的永磁体列配置为与磁性片列对置。当以上述方式构成磁编码器时，能够得到相位不同的至少两个正弦波状信号，并简单地检测旋转轴的旋转位置。在该情况下，当将磁性片的间距设为P = 360° (电角)时，永磁体的间距优选为P/4
<τ P ^ P/2的值。并且，优选永磁体列具有在多个永磁体各自的两侧配置有磁轭的结构。另外，优选设置连结轭，该连结轭将位于永磁体列的两端的磁轭彼此磁连结并集中来自永磁体列的漏磁通，并将磁检测器以检测通过连结轭的漏磁通的方式配置。如此，能够产生相位不同的两个以上的正弦波磁通量，从而能够提供高精度的磁编码器。另外，当将磁性片的间距设为P = 360° (电角)时，除了将永磁体的间距设为Ρ/4 < τ P < P的值之外，还将两个磁性片列配置为机械地错开180°的位置。而且，将以与两个磁性片列对应的方式设置的两个磁检测器的一方的位置设为相对于连结两个磁性片列的假想线而朝旋转轴的旋转方向错开Ρ/4的位置，并将两个磁检测器的另一方的位置设为相对于该假想线而朝旋转轴的旋转方向的相反方向错开Ρ/4的位置。当采用上述配置结构时，与各自的磁检测器交链(鎖交)磁通的方向反转。其结果是，能够提供应对外部磁场的干扰的能力强、更高精度的磁编码器，其通过以差动连接两个磁检测器的输出而形成为较大的SN比，并且能够取消来自外部的磁场的影响。也可以将永磁体列构成为形成以旋转轴为中心的圆环状的永磁体列，将磁性片列构成为形成以旋转轴为中心的圆环状的磁性片列，并在以旋转轴的轴线为中心的区域配置磁检测器。如此，在将永磁体列构成为以相同极性的磁极对置的方式排列的情况下，当磁性片列旋转一圈时，内侧的磁场旋转磁性片的数量的量，当永磁体列旋转一圈时，内侧的磁场旋转永磁体的数量的一半的量。因此，能够以简单的结构构成高分辨率的磁传感器。并且，由于检测合成多个永磁体的磁的磁通(磁束)密度，因此一个磁体的误差的影响是微不足道的，从而能得到高精度。另外，圆环状的永磁体列与圆环状的磁性片列也可以配置为在旋转轴的径向上排列。并且，圆环状的永磁体列与圆环状的磁性片列也可以配置为在旋转轴的轴线方向上排列。而且，在该情况下，在以一对磁检测器能够检测的磁通的方向成为机械地错开180°的状态的方式配置一对磁检测器的情况下，能够提供应对外部磁场的干扰的能力强、更高精度的磁编码器，其通过以一对磁检测装置的输出形成为差动的方式连接一对磁检测器的输出部而形成为较大的SN比，并且能够取消来自外部的磁场的影响。在由以呈现单向地相同的极性的磁极的方式隔着非磁性材料而排列的多个永磁体构成永磁体列的情况下，非磁性材料能够由空气构成。这意味着在邻接的两个永磁体之间隔开间隔并以该间隔为非磁性材料。
图1是为了对将本发明应用于线性磁编码器的实施例的动作进行说明而使用的图。图2中，(A)是图1的磁检测器所检测的磁通密度，(B)是磁检测器的输出电压波形。图3中，㈧示出P/2 < τ P < P的情况下的永磁体的间距τ ρ与磁性片的间距P之间的关系，⑶示出Ρ/4 < τ ρ < Ρ/2的情况下的永磁体的间距τ ρ与磁性片的间距P之间的关系。图4㈧ ⑶是示出磁检测器的设置位置的图。图5是示出其他线性磁编码器的实施例的概要结构的图。图6是示出其他线性磁编码器的实施例的概要结构的图。图7是示出其他线性磁编码器的实施例的概要结构的图。图8㈧和⑶是示出其他线性磁编码器的实施例的概要结构与动作的图。图9(A) (H)是示出磁性片列的变形例的图。图10是示出不使用磁轭的其他线性磁编码器的实施例的概要结构的图。图1UA)和⑶是示出图10的线性磁编码器的磁检测器所检测的磁通密度与输出电压波形的图。图12(A)和(B)是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的实施例的概要主视图和侧视图。图13㈧和⑶是示出图12的磁编码器的磁检测器所检测的磁通密度与输出电压波形的图。图14(A)和(B)是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的其他实施例的概要主视图和侧视图。图15 (A)和⑶是示出图14的磁编码器的磁检测器所检测的磁通密度与输出电压波形的图。图16是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的其他实施例的概要主视图。图17 (A)和⑶是示出图16的磁编码器的磁检测器所检测的磁通密度与输出电压波形的图。图18是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的其他实施例的概要主视图。图19(A)和(B)是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的其他实施例的概要主视图和侧视图。图20是示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的其他实施例的概要主视图。图21 (A)和⑶是示出图20的磁编码器的磁检测器所检测的磁通密度与输出电压波形的图。图中:I线性磁编码器3可动件5固定件7、107、207、307、407、507 磁性片9、109、209、309、409、509 磁性片列
11支撑体13、113、213、313、413、513 永磁体14、114、214、314、414、514 磁轭15、16、17、116、216、316、416、516 永磁体列19、20、21 磁检测器
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的磁编码器的多个实施方式进行详细的说明。另外，为了明确图示，不在以下的说明参照的附图中标记表示除去一部而成为剖面的剖面线。图1是为了对将本发明的磁编码器应用于线性磁编码器的实施例的动作进行说明而使用的图。在图1中，将本实施方式的线性磁编码器的动作状态由上向下而以时间序列表示。如图1所示，线性磁编码器I具有可动件3和固定件5，并产生表示可动件3相对于固定件5的位置的信号。可动件3具有由多个磁性片7构成的一个磁性片列9被由非磁性体构成的支撑体11支撑的一体结构。磁性片7具有纵向截面形状为近似于梯形(台形)的形状，其露出表面部是平坦的且从支撑体11的一方的面露出。磁性片7由例如硅钢等磁性材料形成。支撑体11由磁阻(磁気抵抗)比磁性片7大的材料(例如铝等)形成。如果具有此类一体结构，则磁性片列9的制造和安装变得容易。在本实施例中，磁性片7的间距P是指，磁性片7的磁性片列9方向的长度加上了构成邻接的两个磁性片7之间的支撑体11的部分长度的长度。在本实施例中，将该磁性片7的间距P以电角定义为360°。另夕卜，在本实施方式中，将多个磁性片7作为插入物(4 >寸一卜)而利用插入成形(^ >寸一卜成形)来形成一体物的磁性片列9。虽未图示，可动件3的两端由虽然允许可动件3的直线运动但不允许旋转运动的轴承等支撑成可滑动。固定件5具备:第一永磁体列15和第二永磁体列17,其具备多个永磁体13 ;以及第一磁检测器19和第二磁检测器21,其以与第一永磁体列15和第二永磁体列17对应的方式设置。在本实施例中，第一永磁体列15和第二永磁体列17构成为，以相同极性的磁极对置(対向t 3 )的方式排列的六个永磁体13与配置于上述六个永磁体13的侧面的七个磁轭14以规定的间距τ ρ在可动件3的移动方向上排列。在本实施例中，永磁体13的轴线方向的厚度尺寸加上了一个磁轭14的轴线方向的厚度尺寸的尺寸，成为永磁体列15和17中的永磁体的间距τρ。磁轭14由铁等磁性材料形成。例如，也可以将由硅钢构成的多个磁性钢板在轴线方向上层叠而形成磁轭14。作为磁轭14的材料，也能够使用碳素钢、铁氧体(7 - 5 4卜)系不锈钢、以及压粉磁芯(压粉磁心)等。与第一永磁体列15和第二永磁体列17对应的第一磁检测器19和第二磁检测器21具有如下的位置关系:能够检测在永磁体列15和17与磁性片列9之间产生相对的位置位移时产生·的漏磁通，并分别被未图示的树脂模型( 力一 K )部形成为一体化。作为磁检测器19和21，能够使用霍尔传感器(能够形成N极S极的区别)，并且也可以使用磁阻元件(不能够形成N极S极的区别)。如本实施例那样，当将永磁体列15和17构造为在多个永磁体13各自的两侧配置有磁轭14时，能够高效地提高磁通的流量(流Λ )，并且在将永磁体13的同极相对时，能够减小产生的反作用力，从而能够使永磁体列的制造操作变得容易。编码器的可动件3与固定件5的永磁体13与磁性片7能够以隔开规定的间隔地对置的方式分别设置于例如线性马达的可动件和固定件。在图1中，永磁体13中的箭头表示励磁方向。并且，细线的箭头表示可动件3相对于固定件5移动时产生的磁通的流(磁路)。在本实施例中，将多个永磁体13的间距τ ρ和多个磁性片7的间距P以如下方式确定:当在永磁体列15和17与磁性片列9之间连续地产生相对性的位置的位移时，从永磁体列15和17中的一个永磁体13产生的磁通通过与该一个永磁体13的相邻的永磁体13相对置(対向+ ^ )的一个磁性片7而返回到永磁体列15和17中的磁路。具体而言，如果以数值进行限定，在本实施例中，当将磁性片7的间距设为P = 360° (电角)时，以形成为τ P = Ρ/2的方式确定间距τ ρ。而且，第一永磁体列15与第二永磁体列17以磁性地错开Ρ/4间距的方式配置。即，如图2(A)所示，第一磁检测器19检测的漏磁通的磁通密度B1、与第二磁检测器21检测的漏磁通的磁通密度Β2，以电角(電気角)错开90°相位的方式，确定第一永磁体列15和第一磁检测器19、以及第二永磁体列17和第二磁检测器21的位置关系。其结果是，根据本实施例，得到两相正弦波输出的磁编码器。图1示出磁性片列9每Ρ/4移动时的磁通的产生状态。在图1中，在第一段的状态下，第一永磁体列15中的邻接的两个永磁体13与一个磁性片7均等地对置，产生的磁通φ形成通过一个永磁体13与一个磁性片7之间的小的磁路。此时,在第二永磁体列17中，一个磁性片7与一个永磁体13完全地对置,产生的合成磁通φ形成从一个永磁体13发出的磁通通过与该一个永磁体13的相邻的永磁体13对置的一个磁性片7而返回到永磁体列17中的磁路。当可动件3移动Ρ/4间距时，形成为图1的第二段的状态，在第一永磁体列15中，一个磁性片7与一个永磁体13完全地对置,产生的合成磁通φ形成从一个永磁体13发出的磁通通过与该一个永磁体13的相邻的永磁体13对置的一个磁性片7而返回到永磁体列15中的磁路。而且，第二永磁体列17中的邻接的两个永磁体13与一个磁性片7均等地对置,产生的磁通φ形成通过一个永磁体13与一个磁性片7之间的小的磁路。另外，当可动件3移动P/4间距时，形成为图1的第三段的状态，通过第二永磁体列17的合成磁通φ形成朝与第一段的状态的相反方向流通的磁路。另外，当可动件3移动Ρ/4间距时，形成为图1的第四段的状态，通过第一永磁体列15的合成磁通φ形成朝与第二段的状态相反的方向流通的磁路。另外，当可动件3移动Ρ/4间距时，形成为图1的第五段的状态，通过返回到第一段的状态的第一永磁体列15的合成磁通φ形成朝与第二段的状态相反的方向流通的磁路。在图2 (A)中，磁通密度BI和Β2为O时，是一个磁性片与一个永磁体13完全地对置的时刻。而且，在磁通密度BI和Β2朝向峰值且从峰值朝向O的过程中，从一个永磁体13发出的磁通通过与该一个永磁体13的相邻的永磁体13对置的一个磁性片7而返回到永磁体列15中，是合成多个永磁体的磁通而形成磁路的时刻。图2(B)示出当产生图2(A)的磁通时从第一磁检测器19和第二磁检测器21输出的电压波形。另外，如果增加永磁体13的数量，则能够减小一个永磁体13的影响，从而能够产生变形(歪 )少的正弦波状的磁通。而且，利用磁检测器19和21检测该磁通的漏磁通，由此无需特别的校正电路而能够得到正弦波状信号。利用众所周知的技术对该正弦波信号进行信号处理，由此能够得到表示可动件3相对于固定件5的位置的信号。其结果是，根据本实施例，能够实现线性磁编码器的分辨率与内插(内揷)精度的提高。永磁体列以至少含有两极以上的磁极的方式由两个以上的永磁体13 (可以是物理地分离，也可以形成为一体化)构成。与磁性片列9对置的永磁体列15和17的永磁体13的极数越是增加，检测磁通越是接近正确的正弦波，从而形成为高精度。并且，即使对于永磁体13、磁轭14、以及磁性片7存在位置、特性的偏差(。务)，也能够得到平滑化的输出。另外，永磁体13的间距τ ρ (电角)优选为Ρ/4 < τ ρ < P的值。图3 (A)示出Ρ/2
<τ ρ < P的情况下的永磁体13的间距τ ρ与磁性片7'的间距P之间的关系，图3 (B)示出Ρ/4 < τ ρ < Ρ/2的情况下的永磁体13的间距τ ρ与磁性片T的间距P之间的关系。在图3中，永磁体列16仅不出一个，磁检测器20也仅不出一个。并且,在图3中，磁性片
7,的截面形状呈矩形状。磁检测器20的配置位置只要是能够检测漏磁通的位置即可。例如，如图4(A)所示，也可以在将磁性片列9'隔在中间而与永磁体列16对置的位置配置磁检测器20并检测漏磁通φ。并且，如图4(B)和(C)所示，也可以将磁检测器20配置于与磁性片列9'和永磁体列16两者对置的位置并检测漏磁通φ。还可以将磁检测器20配置于永磁体列16的延长线上且与磁轭14邻接的位置并检测漏磁通φ。在上述位置都能够可靠地检测磁通φ。构成永磁体列的永磁体的数量在两个以上即可。图5示出永磁体列16由两个永磁体13构成的实施例。该永磁体列16的两个永磁体13以相同极性的磁极对置的方式排列，在各永磁体13的两端配置有磁轭14。如本实施例那样，在永磁体13为两极的情况下，能够提供廉价的磁编码器。如图6所示，也可以设置连结轭23和24，其将位于永磁体列16的两端的两个磁轭14彼此磁连结并集中来自永磁体列16的漏磁通。连结轭23和24的一端与磁轭14连结，连结轭23和24的另一端以隔着间隙25的方式对置。而且，在间隙25内配置磁检测器
20。当使用此类结构时，磁检测器20检测通过连结轭23和24的漏磁通φ。如果使用连结轭23和24，则由磁检测器20检测的磁通的强度变强，因此能够形成为更高灵敏度，从而提高精度和分辨率。
如图7所不，永磁体列16'仅由永磁体13构成。S卩，即使不使用磁轭14,由于产生磁阻的变化，也能够作为磁编码器充分地发挥功能。另外，也可以如图8⑷和⑶所示将永磁体列116的长度设为比磁性片列109的长度长。在该实施例中，永磁体列116构成可动件103，磁性片列109与磁检测器20构成固定件。在该情况下，磁性片列109所包含的磁性片107的数量可以如图8(A)所示是偶数、或者也可以如图8(B)所示是奇数。并且，在本实施例中，当然也可以将永磁体列116作为固定件，将磁性片列109与磁检测器20作为可动件。从构成 磁性片列的多个磁性片的永磁体侧观察的轮廓形状，只要能得到正弦波磁通即可，可以是任意的形状。并且，构成永磁体列的永磁体的形状也是只要能得到正弦波磁通即可，可以是任意的形状。图9⑷ (H)示出磁性片的变形例和永磁体的变形例。图9⑷示出与图3和图4所示的磁性片列V相同的磁性片列。在该磁性片列V中,磁性片W的从永磁体列16侧观察的轮廓形状和纵向截面(雜 断面)形状都呈矩形状。如果是此类平板状的磁性片V，则如在图1的实施例中使用的磁性片7那样，无需在角部进行倒角，因此磁性片列的生广性提闻。图9⑶的磁性片列29具有多个磁性片27被连结片28连结的结构。该结构的磁性片列29能够通过铸造、冲压(7 )成形等而将磁性片27与连结片28 —体成形，因此生产性提高。图9(C)的(a)和(b)所示的磁性片37的从永磁体列16侧观察的轮廓形状呈圆形。多个圆形的磁性片37粘接(接着)于长条状的支撑体11'之上而构成磁性片列39。图9(D)的(a)和(b)所示的磁性片47呈从永磁体列16侧观察的轮廓形状为矩形、但从横方向观察的形状为圆形的圆柱状。而且，在多个圆柱状的磁性片47埋设于支撑体IP的状态下被支撑，从而构成磁性片列49。图9(E)所示的磁性片57呈球状。而且，在多个球状的磁性片57埋设于支撑体Ili的状态下被支撑，从而构成磁性片列59。图9(F)的(a)和(b)所示的磁性片67呈从永磁体列16侧观察的轮廓形状为矩形、但从磁性片列69的长边(長手)方向观察的形状为圆形的圆柱状。而且，多个圆柱状的磁性片67在长边方向上排列并被支撑于支撑体11'，从而构成磁性片列69。图9(G)的(a)和(b)所示的永磁体13^和磁轭If分别呈圆环状，多个永磁体13'和多个磁轭14'交替接合，从而构成圆筒状的永磁体列16'。磁性片67呈从永磁体列16'侧观察的轮廓形状为矩形、但从磁性片列69的长边方向观察的形状为圆形的圆柱状。而且，多个圆柱状的磁性片67在长边方向上排列并被支撑于支撑体11'，从而构成磁性片列69。图9(H)的(a)和(b)所示的永磁体13"和磁轭14"分别呈圆柱状，多个永磁体13"和多个磁轭14"交替接合，从而构成圆柱状的永磁体列16"。磁性片列9'与图9(A)的磁性片列相同。图10 (A)和(B)示出使用由以不同极性的磁极隔着非磁性材料而相面对的方式隔着非磁性材料12排列的多个永磁体13与配置于永磁体的两侧的磁轭14构成的永磁体列30的实施例的磁编码器在使磁性片列9移动P/2间距之前和之后的状态。作为非磁性材料12，能够使用例如铝。永磁体列30能够将多个永磁体13作为插入物而进行插入成形。另外，非磁性材料12也可以是空气。在本实施例中，使用的磁检测器20可以是霍尔传感器(* 一 > ★ >寸)、MR传感器(磁阻元件)中的其中之一。由于被检测的磁通的极性仅有一个方向，因此特别是在利用MR元件的情况下，能够提高精度。图1l(A)示出由磁检测器20检测的漏磁通φ的磁通密度，图1l(B)示出MR元件的输出(被检测的电阻)的变化。磁通密度与电阻以相同相位发生变化。另外，在本实施例中，也可以不使用磁轭而由永磁体13与非磁性材料12构成永磁体列30。图12㈧和⑶示出将本发明应用于旋转型的磁编码器的实施例的概要主视图和侧视图。在本实施例中，由多个圆柱状的磁性片207构成的磁性片列209以沿着利用旋转轴S的旋转直接或者间接地旋转的圆板211的外周面而形成圆环状的列的方式固定于圆板211。圆板211由铝等非磁性材料形成。在本实施例中，将从旋转轴S的中心线向邻接的两个磁性片207的中心延伸的假想线LI和L2之间的角度称作磁极片的间距P。在本实施例中，将延伸为圆弧状的两个永磁体列215和217以与磁性片列209对置的方式配置。当以永磁体列217为例而进行说明时，将从旋转轴S的中心线向永磁体213的中心延伸的假想线L3、与从旋转轴S的中心线向位于邻接的两个永磁体213之间的磁轭214的中心延伸的假想线L4之间的角度称作永磁体的间距τ ρ。在本实施例中，确定磁性片的间距P与永磁体的间距τ ρ，以使得在磁性片的间距P与永磁体的间距τρ之间使τρ=ρ/4的关系成立。在由磁性材料构成的轭构成体222将多个永磁体213插入成形。轭构成体222包括连结轭223和224，该连结轭223和224 —体设置于保持永磁体213的永磁体保持部222Α与永磁体保持部222Α的两端。连结轭223和224与图6所示的连结轭23和24相同地，具有将来自永磁体列215和217的漏磁通φ集中于磁检测器219和221的功能。在本实施例中，确定磁检测器219和221的位置、磁性片的间距P、以及永磁体的间距τ ρ,以便使，当旋转轴S旋转时，如图13㈧所示，磁检测器219检测的磁通的磁通密度BI与磁检测器221检测的磁通的磁通密度Β2，以形成由电角表示错开90°相位的正弦波。其结果是，从磁检测器219和221输出由电角表示错开90°相位的正弦波电压Vl和V2。根据众所周知的信号技术对上述正弦波`电压Vl和V2进行信号处理，从而能够得到表示旋转轴S的旋转位置的信号。另外，在本实施例中，虽然由厚壁构成轭构成体222的永磁体保持部222Α，但也可以由薄壁形成永磁体保持部222Α。图14(A)和(B)除了设置一对永磁体列215和217之外,还设置另一对永磁体列215/和217'。而且，将对应于一对永磁体列215和217而设置的一对磁检测器219和221、与对应于一对永磁体列215'和217'而设置的一对磁检测器219'和221'以机械角错开180°的方式配置。作为上述磁检测器219和221、以及21V和22Γ而使用霍尔传感器。在此，将一对磁检测器(霍尔传感器)的一方配置为所检测的磁通的方向反转。在该状态下，磁检测器219和221、以及219'和221'检测的磁通的磁通密度Β1、Β2、Β' I和B' 2如图15(A)那样形成。在上述状态下，当采用磁检测器219与磁检测器221的输出的差(V1-V2)、以及磁检测器219'与磁检测器221'的输出的差(V' 1-V' 2)时，如图15(B)那样形成。因此，能够得到对外部磁场的干扰的应对能力强、更高精度的磁编码器，其以采用一对磁检测器的输出的差的方式连接一对磁检测器的输出部，从而得到的电压信号具有较大的SN比，并且能够消除来自外部的磁场的影响。在该情况下，当将磁性片的间距设为P = 360° (电角)时，永磁体的间距优选为Ρ/4 < τ P < P的值。并且，永磁体列优选具有在多个永磁体各自的两侧配置有磁轭的结构。图16示出本发明的另一其他实施例的结构。在该例中，2Χη个(在本实施例中η = 25)的永磁体313与2Χη个的磁轭314以相同极性的磁极对置的方式交替排列，从而构成圆环状的永磁体列316。并且，n±m(m为小于η的自然数:在本实施例中m = I)个磁性片307以间距P排列，从而构成圆环状的磁性片列309。具体地说，永磁体313的数量为50个,磁性片307的数量为26个。永磁体列316与磁性片列309以磁性片列309位于外侧的方式同心地配置。虽未图不，但永磁体列316和磁性片列309被支撑于支撑构件而分别形成为一体化。而且，永磁体列316和磁性片列309的一方直接或者间接地固定于成为旋转位置检测的对象的旋转轴。在本实施例中，磁性片列309进行旋转。在永磁体列316的中心区域即以未图示的旋转轴的轴线为中心的区域配置磁检测器320A和320B。磁检测器320A和320B以在输出产生90°的相位差的位置关系配置。在该例中，永磁体列316与磁检测器320A和320B被支撑于相同的支撑构件。如本实施例那样，在将多个永磁体313以相同极性的磁极对置的方式排列而构成圆环状的永磁体列316的情况下，当磁性片列309旋转一圈时，内侧的磁场(漏磁通φ)以磁性片307的数量的量旋转。由此，在本实施例中，内侧的两个磁场(漏磁通φ)以未图示的旋转轴的旋转中心为中心旋转26圈。另外，申请人的在先申请亦即专利申请2010-220070号对磁场旋转的原理进行了详细地记载。磁检测器320Α和320Β分别检测旋转的上述两个磁场(漏磁通φ)并输出信号。图17(A)示出当磁性片列309旋转时，磁检测器320Α检测的磁通密度和磁检测器320Α的输出电压、以及磁检测器320Β检测的磁通密度和磁检测器320Β的输出电压。另外，在本实施例的结构中，在使永磁体列316旋转而固定磁性片列309的情况下，当永磁体列316旋转一圈时，内侧的磁场以永磁体的数量的一半的量旋转(即旋转25圈)。图17(B)示出当永磁体列316旋转时，磁检测器320Α检测的磁通密度和磁检测器320Α的输出电压、以及磁检测器320Β检测的磁通密度和磁检测器320Β的输出电压。根据本实施例，能够以简单的结构构成高分辨率的磁传感器。并且，由于利用磁检测器320Α和320Β对将多个永磁体313的磁合成后的磁通密度进行检测，因此一个磁体的误差的影响是微不足道的，从而得到高位置检测精度。另外，如图18所示，即使将磁性片列309配置于永磁体列316的内侧，也能够得到与图16的实施例相同地进行动作的磁编码器。图19⑷和⑶是将圆环状的永磁体列416与圆环状的磁性片列409在旋转轴S的轴线方向上排列的实施例。在本实施例中，磁性片列409固定于在旋转轴S固定的圆板411上而进行旋转。在本实施例中，在永磁体列416的中心区域即以旋转轴S的轴线为中心的区域配置磁检测器420Α 420D。磁检测器420Α 420Β以在各自的输出产生90°的相位差的位置关系配置。在该例中，永磁体列416与磁检测器420Α 420D被支撑于相同的支撑构件。在该例中，将磁性片列409的磁性片的数量(n±m)的η设为25，将m设为+1而将磁性片407的数量设为26。在该实施例中，由于将多个永磁体413以相同极性的磁极对置的方式排列而构成圆环状的永磁体列416，因此当磁性片列409旋转一圈时，内侧的两个磁场(漏磁通φ)以磁性片407的数量的量旋转。由此，在本实施例中，内侧的两个磁场(漏磁通φ)以旋转轴S的旋转中心为中心而旋转26圈。磁检测器420Α 420D分别检测旋转的上述两个磁场(漏磁通φ)而输出相位错开90°的正弦波信号。图20与图19的实施例相同地，是将圆环状的永磁体列516与圆环状的磁性片列509在旋转轴S的轴线方向上排列的实施例。在该例中，将磁性片列509的磁性片的数量(n±m)的η设为25，将m设为+2而将磁性片507的数量设为27。在该实施例中，当磁性片列509旋转一圈时,在内侧产生四个磁场(漏磁通φ)，四个磁场(漏磁通φ)以磁性片507的数量的量旋转。在本实施例中，一对磁检测器520Α和ο20Β配置于由机械角表不错开180°的位置，一对磁检测器520C和520D也配置于由机械角表示错开180°的位置。而且一对磁检测器520Α和520Β与一对磁检测器520C和520D也配置于由机械角表示错开45°的位置。当以上述方式配置时，如图21(A)所示，一对磁检测器520Α和520Β检测的磁通密度BI和Β2成为错开90°相位的正弦波。并且，如图21 (A)所示，一对磁检测器520C和520D检测的磁通密度B' I和B' 2也成为错开90°相位的正弦波。因此，当采用一对磁检测器520Α和520Β的输出的差(V1-V2)时，得到图21⑶所示的正弦波电压信号。并且，当采用一对磁检测器520C和520D的输出的差(Τ 1-Ψ 2)时，得到图21 (B)所示的正弦波电压信号。根据本实施例，能够得到应对外部磁场的干扰的能力强、更高精度的磁编码器，其能够使得所得到的正弦波状信号(V1-V2)和(V 1-V' 2)形成为较大的SN比，并且消除来自外部的磁场的影响。工业上的可利用性根据本发明，能够提供一种廉价的磁编码器，其能够简单地产生正弦波状的磁通，并能够实现分辨率与内插精度的提高。
权利要求
1.一种磁编码器，其特征在于， 所述磁编码器具备: 永磁体列，其由多个永磁体构成，所述多个永磁体以相同极性的磁极对置的方式排列、或者以不同极性的磁极隔着非磁性材料而对置的方式排列； 磁性片列，其具有以沿着所述永磁体列而隔开间隔排列的方式配置的多个磁性片；以及 磁检测器，其检测在所述永磁体列与所述磁性片列之间产生相对性的位置的位移时产生的漏磁通， 所述多个永磁体的间距和所述多个磁性片的间距以如下的方式被确定:当在所述永磁体列与所述磁性片列之间连续地产生相对性的位置的位移时，形成从所述永磁体列中的一个所述永磁体发出的磁通量通过与该一个永磁体的相邻的所述永磁体或者所述非磁性材料对置的一个所述磁性片而返回所述永磁体列中的磁路。
2.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于， 当将所述磁性片的间距以电角计设为P = 360 °时，所述永磁体的间距为P/4<τ P ≤P/2 的值。
3.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于， 所述永磁体列具有在所述多个永磁体各自的两侧配置有磁轭的结构。
4.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁编码器设置连结轭，该连结轭将位于所述永磁体列的两端的所述磁轭彼此磁连结而集中来自所述永磁体列的漏磁通， 所述磁检测器以检测通过所述连结轭的漏磁通的方式配置。
5.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁检测器配置于将所述磁性片列隔在中间而与所述永磁体列对置的位置。
6.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁检测器配置于与所述磁性片列和所述永磁体列两者对置的位置。
7.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁检测器配置于在所述永磁体列的延长线上且与所述磁轭邻接的位置。
8.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 所述永磁体列比所述磁性片列长。
9.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 构成所述磁性片列的多个磁性片具有被磁阻比所述磁性片大的连结部连结的一体结构。
10.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 构成所述磁性片列的多个磁性片的从所述永磁体侧观察的轮廓形状为矩形、圆形或者长方形。
11.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于， 构成所述磁性片列的多个磁性片具有从与所述磁性片列延伸的方向和朝向所述永磁体列的方向正交的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状。
12.根据权利要求1、2或3所述的磁编码器，其特征在于，构成所述磁性片列的多个磁性片具有从所述磁性片列延伸的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状。
13.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于， 所述永磁体和所述磁轭具有以包围所述磁性片列的周围的方式形成的环状形状。
14.根据权利要求3所述的磁编码器，其特征在于， 所述永磁体和所述磁轭具有以包围磁性片列的周围的方式形成的环状形状，所述磁性片列具有从所述永磁体列延伸的方向观察的轮廓形状为圆形的圆柱形状。
15.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁性片列以沿着利用旋转轴的旋转而直接或者间接地旋转的圆板的外周面而成为圆环状的列的方式固定于所述圆板，以与所述磁性片列对置的方式延伸为圆弧状的两个以上的所述永磁体列配置为与所述磁性片列对置。
16.根据权利要求15所述的磁编码器，其特征在于， 当将所述磁性片的间距以电角计设为P = 360°时，所述永磁体的间距为Ρ/4< τρ<P的值。
17.根据权利要求15所述的磁编码器，其特征在于， 所述永磁体列具有在所 述多个永磁体各自的两侧配置有磁轭的结构。
18.根据权利要求17所述的磁编码器，其特征在于， 所述磁编码器设置连结轭，该连结轭将位于所述永磁体列的两端的所述磁轭彼此磁连结而集中来自所述永磁体列的漏磁通， 所述磁检测器以检测通过所述连结轭的漏磁通的方式配置。
19.根据权利要求17或18所述的磁编码器，其特征在于， 当将所述磁性片的间距以电角计设为P = 360°时，所述永磁体的间距为Ρ/4< τρ<P的值， 两个所述磁性片列配置于机械地错开180°的位置， 以与两个所述磁性片列对应的方式设置的两个所述磁检测器的一方的位置，是相对于连结两个所述磁性片列的假想线而朝所述旋转轴的旋转方向错开Ρ/4的位置，两个所述磁检测器的另一方的位置，是相对于所述假想线朝所述旋转轴的所述旋转方向的相反方向错开Ρ/4的位置。
20.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于， 当所述永磁体列构成为以相同极性的磁极对置的方式排列时，所述永磁体列构成为形成以旋转轴为中心的圆环状的永磁体列，所述磁性片列构成为形成以所述旋转轴为中心的圆环状的磁性片列， 在以所述旋转轴的轴线为中心的区域配置有所述磁检测器。
21.根据权利要求20所述的磁编码器，其特征在于， 所述圆环状的永磁体列与所述圆环状的磁性片列在所述旋转轴的径向上排列而配置。
22.根据权利要求20所述的磁编码器，其特征在于， 所述圆环状的永磁体列与所述圆环状的磁性片列在所述旋转轴的轴线方向上排列而配置。
23.根据权利要求21或22所述的磁编码器，其特征在于，所述磁编码器配置有一对的所述磁检测器，该一对的所述磁检测器能够检测的磁通量的方向成为机械地错开180°的状态。
24.根据权利要求1所述的磁编码器，其特征在于， 所述非磁性材料为空 气。
全文摘要
本发明公开一种能够简单地产生正弦波状的磁通量且廉价的磁编码器，其中第一永磁体列(15)和第二永磁体列(17)构成为，以相同极性的磁极对置的方式排列的多个永磁体(13)、与配置于多个永磁体(13)的侧面的磁轭(14)以规定的间距在磁性片列(9)的移动方向上排列。与第一永磁体列(15)和第二永磁体列(17)对应的第一磁检测器(19)和第二磁检测器(21)配置为，具有能够检测在永磁体列(15)和(17)与磁性片列(9)之间产生相对性的位置的位移时产生的漏磁通的位置关系。
文档编号G01D5/12GK103090889SQ201210418139
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2011年10月28日
发明者杉田聪, 唐玉棋, 三泽康司 申请人:山洋电气株式会社