磁性编码器

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磁性编码器\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种包括：在传感器面上具有磁阻元件的磁性传感器、以及相对该磁性传感器进行相对移动的永磁体的磁性编码器。\n背景技术\n[0002] 磁性编码器包括：在传感器面上具有磁阻元件的磁性传感器、以及相对磁性传感器进行相对移动的永磁体，在该永磁体上沿着移动方向形成N极与S极交替排列的磁道(例如，参照专利文献1、2、3)。\n[0003] 这样的磁性编码器一般有两种类型，一种是根据一定方向的磁场强弱来检测位置的类型，另一种是以饱和灵敏度区域以上的磁场强度来检测出旋转磁场的方向的类型，后者是磁性编码器的代表类型，是如图11(a)中所示的旋转式编码器。在该旋转式编码器101中，形成在旋转体105的上端面151上具有2个磁极的永磁体120，且利用旋转体105的旋转，通过检测出磁性传感器125所检测出的旋转磁场的方向，从而检测出旋转体105的转速。\n[0004] 这里，检测出旋转磁场方向时的原理如下所述。首先，如图12(a)所示，由强磁性金属构成的磁阻图形301中流过如箭头A所示的电流，而且如图12(b)所示，当施加电阻值饱和的磁场强度H时，磁场与电流方向所夹的角度θ与磁阻图形的电阻值R之间的关系如下式所示：\n[0005] R＝R0-k×sin2θ\n[0006] R0：无磁场中的电阻值\n[0007] k：饱和灵敏度区域以上时为常数\n[0008] 因此，如果角度θ发生变化，则因为电阻值R如图12(c)所示发生变化，所以利用磁性传感器能够检测出旋转体的转速。另外，在专利文献3中所揭示的结构中，如果以改善S/N比为目的而减小间隔尺寸，则波形失真变大，但是如果采用旋转磁场检测型的编码器，则即使减小间隔尺寸，也能够得到稳定的正弦波分量。\n[0009] 另外，如图11(b)所示，当在永磁体220上沿着移动方向形成N极与S极交替排列的磁道221时，在各磁极之间，因为在与永磁体220垂直的面内磁场方向连续地变化，从而形成旋转磁场，所以如果配置磁性传感器215，且使传感器面216面向与永磁体220垂直的方向，则也能够构成直线编码器201。\n[0010] 专利文献1：特开平5-172921号公报\n[0011] 专利文献2：特开平5-264701号公报\n[0012] 专利文献3：特开平6-207834号公报\n[0013] 但是，如图11(b)所示，在使传感器面216面向与永磁体220垂直的方向来构成直线编码器201的情况下，在离开永磁体220的位置上会有磁场无法达到饱和灵敏度区域的情况，在这种情况下，存在着利用旋转磁场进行的检测精度明显地下降的问题。\n[0014] 鉴于上述问题，提供一种结构，它能够提高旋转磁场检测型的磁性编码器的检测精度。\n发明内容\n[0015] 为了解决上述问题，在本发明中，其特征在于，磁性编码器包括：在传感器面上具有磁阻元件的磁性传感器、以及相对该磁性传感器进行相对移动的永磁体，在该永磁体上，沿着移动方向形成N极与S极交替排列的磁道，在该磁性编码器中，上述磁性传感器的上述传感器面与上述磁道宽度方向的边缘部分面相对，在该边缘部分上检测出面内方向的指向变化的旋转磁场。\n[0016] 本申请的申请人在调查、研究永磁体的磁场之后，得到了新的见解，即在N极与S极交替排列的磁道的宽度方向的边缘部分上，形成面内方向的指向变化的旋转磁场。本发明是根据这样的新见解而形成的，如果在磁道宽度方向的边缘部分上形成面内方向的指向变化的旋转磁场，则即使使磁性传感器的传感器面与磁道宽度方向的边缘部分面相对，也能够检测出旋转磁场，能够构成磁性编码器。另外，在本发明中，因为使磁性传感器的传感器面与磁道宽度方向的边缘部分面相对，因此这和传感器面与永磁体垂直的情况不同，因为能够避免在离开永磁体的位置上磁场无法达到饱和灵敏度区域的情况，所以能够提高检测精度。\n[0017] 在本发明中，最好上述永磁体的上述磁道在宽度方向上并排多个，且在上述多个磁道中，在相邻的磁道之间N极与S极的位置在上述移动方向上错开。如果在相邻的磁道之间N极与S极的位置在移动方向上错开，则在磁道宽度方向上的边缘部分之中，在磁道的边界部分上产生强度大的旋转磁场。因此，如果使磁场传感器的传感器面与这样的磁道边界部分面相对，则能够提高磁场编码器的灵敏度。\n[0018] 在本发明中，最好在上述相邻的磁道之间，N极与S极的位置在上述移动方向上错开1个磁极的大小。\n[0019] 在本发明中，最好上述永磁体的上述磁道在宽度方向上并排2排。\n[0020] 在本发明中，最好有上述永磁体的上述磁道在宽度方向上并排3排以上的情况，这时，上述磁性传感器的上述传感器面在宽度方向上与3排以上的磁道对向，而且在上述传感器面的两端部分对向的磁道之间，上述移动方向中的N极与S极的位置一致。如果采用这样的结构，则具有的优点是，即使永磁体与磁性传感器在宽度方向上的相对位置错开，检测灵敏度也不发生变化。\n[0021] 在本发明中，上述永磁体的上述磁道也可以是形成1排的结构，即使在磁道为1排的情况下，因为在宽度方向的边缘部分上形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场，所以即使使磁场传感器的传感器面与磁道宽度方向的边缘部分面相对，也能够检测出旋转磁场，能够构成磁性编码器。\n[0022] 与本发明相关的磁性编码器构成为直线编码器或者旋转式编码器。另外，在与本发明相关的磁性编码器构成为旋转式编码器的情况下，上述永磁体只要形成在旋转体的端面或者周围面上即可。\n[0023] 在本发明中，利用在永磁体的磁道宽度方向的边缘部分上形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场，使磁场传感器的传感器面与磁道宽度方向的边缘部分面相对来检测出旋转磁场。因此，由于是旋转磁场检测型的磁性编码器，并且能够避免在离开永磁体的位置上无法达到磁场饱和灵敏度的情况，所以能够提高检测精度。\n附图说明\n[0024] 图1(a)、(b)、(c)分别是示意表示应用本发明的磁性编码器(直线编码器)的结构的立体图、剖面图、以及表示其原理的说明图。\n[0025] 图2是表示与本发明的实施形态1相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0026] 图3(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态1相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。\n[0027] 图4是表示与本发明的实施形态2相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0028] 图5(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态2相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。\n[0029] 图6是表示与本发明实施形态2的变形例相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0030] 图7是表示与本发明实施形态1、2的变形例相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0031] 图8是表示与本发明的实施形态3相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0032] 图9(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态3相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。\n[0033] 图10(a)、(b)分别是当利用应用本发明的磁性编码器构成旋转式编码器时的说明图。\n[0034] 图11(a)、(b)分别是过去的磁性编码器的说明图。\n[0035] 图12(a)、(b)、(c)分别是旋转磁场检测型的磁性编码器的说明图。\n[0036] 标号说明\n[0037] 1磁性编码器\n[0038] 10传感器头\n[0039] 12磁阻元件\n[0040] 15磁性传感器\n[0041] 16传感器面\n[0042] 20永磁体(磁尺)\n[0043] 21磁道\n具体实施方式\n[0044] 参照附图来说明实施本发明用的最佳形态。\n[0045] [实施形态1]\n[0046] 图1(a)、(b)、(c)分别是示意表示应用本发明的磁性编码器(直线编码器)的结构的立体图、剖面图、以及表示其原理的说明图。图2是表示与本发明的实施形态1相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。图3(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态1相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。\n[0047] 如图1(a)、(b)、(c)所示，本形态的磁性编码器1具有：与软线19连接的传感器头10、以及由带状地延伸的永磁体20组成的磁尺，通过使传感器头10与永磁体20在纵向上相对移动，从而检测出其相对位置。例如，在机床及安装装置中，如果在固定体一侧上配置传感器头10及永磁体20之中的一方，而在移动体一侧上配置另一方，则能够检测出移动体相对于固定体的移动速度及移动距离。\n[0048] 在传感器头10的内部安装有：在基板11上具有磁阻元件12的磁性传感器15、电路基板17、以及连接电路基板17与磁性传感器15的柔性基板18等，基板11的基板面起到作为传感器面16的功能。基板11是硅基板或陶瓷釉基板，在基板11的表面上形成由强磁性体NiFe等磁性体膜构成的具有磁阻图形的磁阻元件12。这里，磁阻图形构成例如惠斯登电桥等。另外，对于磁性传感器15，当将在基板11上形成磁阻元件12的一侧作为传感器面\n16并使其与永磁体20对向时，在其表面形成较薄的保护膜。另外，对于磁性传感器15，也有时将在基板11上形成磁阻元件12一侧的相反的一侧作为传感器面16。\n[0049] 在永磁体20上沿着移动方向形成N极与S极交替排列的磁道21，在本形态中，在宽度方向上并排2排磁道21(21A、21B)。这里，在相邻的2个磁道21A、21B之间，N极与S极的位置在移动方向上错开1个磁极的大小。\n[0050] 在本形态的磁性编码器1中，在永磁体20上，参照图3如后所述，在磁道21A、21B的宽度方向的边缘部分211上，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场。特别是，在磁道\n21A、21B的宽度方向上的边缘部分211之中，在相邻的磁道21A、21B的边界部分212上产生强度大的旋转磁场。\n[0051] 因此，在本形态中，使磁性传感器15的传感器面16与这样的磁道21A、21B的边界部分212面相对。这里，1个磁道21的宽度尺寸例如为1mm，传感器面16的宽度尺寸例如为1mm。另外，因为传感器面16位于永磁体20的宽度方向的中央，所以传感器面16的宽度方向上一侧的端部161位于2个磁道21A、21B之中、一方的磁道21A的宽度方向的中央，而另一侧的端部162位于另一方的磁道21B的宽度方向的中央。\n[0052] 在这样构成的磁性编码器1中，当在每个矩阵形的微小区域中对永磁体20的磁场的面内方向的指向进行磁场分析之后，如图3(a)、(b)、(c)中箭头所示，在磁道21A、21B的宽度方向的边缘部分211中，像用圆L围出的区域那样，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场，特别是，在磁道21A、21B的宽度方向中的边缘部分211之中的、在相邻的磁道21A、\n21B之间的边界部分212上，像圆L2围出的区域那样，产生强度大的旋转磁场。\n[0053] 因此，因为已经参照图12说明了旋转磁场型的检测原理，所以虽然省略其说明，但是在本形态的磁性编码器1中，能够用磁性传感器15检测出形成在永磁体20相邻的磁道21A、21B之间的边界部分212上的旋转磁场，并根据该结果，能够检测出传感器头10与永磁体20的相对移动速度以及相对移动距离。因为这样，能够从磁性传感器15得到波形质量较高的正弦波，而且能够最大限度地发挥对外界干扰磁场的抗干扰能力较强等的、旋转磁场检测型的特征。而且，因为利用饱和灵敏度区域，所以不会受到磁阻元件12的制造误差的影响，能够得到较高的检测灵敏度。\n[0054] 另外，在本形态中，因为使磁性传感器15的传感器面16与磁道21A、21B的边界部分212面相对来检测出旋转磁场，所以与使传感器面和永磁体20垂直的情况不同，能够避免在离开永磁体20的位置上磁场无法达到饱和灵敏度区域的情况。因此，即使在磁性传感器15的安装精度较低的情况下，也能够提高磁性编码器1的检测精度。\n[0055] 另外，在本形态中，虽然是传感器面16的宽度方向上的端部161、162分别位于磁道21A、21B的宽度方向的中央的结构，但是也可以采用传感器面16的宽度尺寸比永磁体20的宽度尺寸要宽、传感器面16的端部161、162超出永磁体20的宽度方向外侧的结构。\n[0056] [实施形态2]\n[0057] 图4是表示与本发明的实施形态2相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。图5(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态2相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。另外，因为本形态的基本结构与实施形态1相同，所以对于相同的部分标有相同的标号，并省略这些的说明。\n[0058] 如图4所示，本形态的磁性编码器1也与实施形态1相同，具有磁性传感器15与永磁体20，在永磁体上沿着移动方向形成N极与S极交替排列的磁道21。在本形态中，在宽度方向上并排3排磁道21(21A、21B、21C)。这里，在相邻的2个磁道21A、21B之间，N极与S极的位置在移动方向上错开1个磁极的大小，在2个磁道21B、21C之间，N极与S极的位置在移动方向上错开1个磁极的大小。因此，在2个磁道21A、21C之间，N极与S极的位置在移动方向上一致。\n[0059] 在本形态的磁性编码器1中，在永磁体20上，参照图5如后所述，在磁道21A、21B、\n21C的宽度方向的边缘部分211上，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场。特别是，在相邻的磁道21A、21B的边界部分212以及相邻的磁道21B、21C的边界部分212上，产生强度大的旋转磁场。\n[0060] 因此，在本形态中，使磁场传感器15的传感器面16与这样的磁道21A、21B、21C的边界部分212面相对。这里，1个磁道21的宽度尺寸例如为1mm，传感器面16的宽度尺寸例如为2mm。另外，因为传感器面16位于永磁体20的宽度方向的中央，所以传感器面16的宽度方向上一侧的端部161位于磁道21A的宽度方向的中央，另一侧的端部162位于磁道\n21C的宽度方向的中央。\n[0061] 在这样构成的磁性编码器1中，当在每个矩阵形的微小区域中对永磁体20的磁场的面内方向的指向进行磁场分析之后，如图5(a)、(b)、(c)所示，在磁道21A、21B、21C的宽度方向的边缘部分211中，像用圆L围出的区域那样，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场，特别是，在磁道21A、21B、21C的宽度方向的边缘部分211之中的、在相邻的磁道21A、\n21B、21C的边界部分212上，像圆L2围出的区域那样，产生强度大的旋转磁场。\n[0062] 因此，在本形态的磁性编码器1中，能够用磁性传感器15检测出形成在永磁体20的相邻的磁道21A、21B、21C之间的边界部分212上的旋转磁场，且根据该结果，能够检测出传感器头10与永磁体20的相对移动速度以及相对移动距离。\n[0063] 另外，在本形态中，因为使磁性传感器15的传感器面16与磁道21A、21B、21C的边界部分212面相对来检测出旋转磁场，所以与使传感器面和永磁体20垂直的情况不同，因为能够避免在离开永磁体20的位置上磁场无法达到饱和灵敏度的情况，所以能够提高磁性编码器1的检测精度。\n[0064] 而且，在本形态中，磁性传感器15的传感器面16在宽度方向上与3排磁道21A、\n21B、21C对向，而且在传感器面16的两端部分对向的磁道21A、21C之间，在移动方向上的N极与S极的位置一致。因此，具有的优点是，即使永磁体20与磁性传感器15的宽度方向上的相对位置错开，检测灵敏度也不会发生变化。\n[0065] [实施形态2的变形例]\n[0066] 图6是表示与本发明实施形态2的变形例相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0067] 在参照图4说明的形态中，磁道数是为3，但是也可以采用如图6所示的结构，即传感器面16在宽度方向上与5排磁道21A、21B、21C、21D、21E对向，而且在传感器面16的两端部分对向的磁道21A、21E之间在移动方向上的N极与S极的位置一致。这样构成的情况也与实施形态2相同，具有的优点是，即使永磁体20与磁性传感器15的宽度方向上的相对位置错开，检测灵敏度也不会发生变化。\n[0068] [实施形态1、2的变形例]\n[0069] 图7是表示与本发明实施形态1、2的变形例相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。\n[0070] 在实施形态1、2中，是在相邻的2个磁道21A、21B之间，N极与S极的位置在移动方向上错开1个磁极的大小，但是也可以采用如图7所示的结构，即在相邻的2个磁道21A、\n21B之间，N极与S极的位置在移动方向上只错开1/2个磁极位置。这样构成的情况也能够用磁性传感器15检测出相邻的2个磁道21A、21B的边界部分上所产生的旋转磁场。\n[0071] [实施形态3]\n[0072] 图8是表示与本发明的实施形态3相关的磁性编码器中的永磁体与磁性传感器在平面上的位置关系的说明图。图9(a)、(b)、(c)分别是在与本发明的实施形态3相关的磁性编码器中、当在平面上观察永磁体形成的磁场的指向时的说明图、当斜向观察时的说明图、以及当从侧面观察时的说明图。另外，因为本形态的基本结构与实施形态1相同，所以对于相同的部分标有相同的标号，并省略这些的说明。\n[0073] 如图8所示，本形态的磁性编码器1也与实施形态1相同，具有磁性传感器15与永磁体20，在永磁体中沿着移动方向形成N极与S极相互并列的磁道21。在本形态中，形成1排磁道21。\n[0074] 在本形态的磁性编码器1中，在永磁体20中，参照图9如后所述，在磁道21的宽度方向的边缘部分211上，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场。\n[0075] 因此，在本形态中，使磁性传感器15的传感器面16与这样的磁道21的边缘部分\n211面相对。这里，磁道21的宽度尺寸例如为1mm，传感器面16的宽度尺寸例如为2mm。另外，因为磁道21位于传感器面16的宽度方向的中央，所以传感器面16的宽度方向上的端部161、162超出磁道21的宽度方向外侧。\n[0076] 在这样构成的磁性编码器1中，当在每个矩阵形的微小区域中对永磁体20的磁场的面内方向的指向进行磁场分析之后，如图9(a)、(b)、(c)所示，在磁道21的宽度方向的边缘部分211中，像用圆L围出的区域那样，形成面内方向的指向发生变化的旋转磁场。\n[0077] 因此，在本形态的磁性编码器1中，能够用磁性传感器15检测出形成在磁道21的边缘部分211上的旋转磁场，且根据该结果，能够检测出传感器头10与永磁体20的相对移动速度以及相对移动距离。\n[0078] [其它的实施形态]\n[0079] 上述形态全部是将磁性编码器作为直线编码器来构成的例子，但是也可以如图\n10(a)、(b)所示，利用磁性传感器1构成旋转式编码器。这时，只要如图10(a)所示，在旋转体5的端面51上，使磁道21沿圆周方向延伸而构成永磁体20，使磁性传感器15的传感器面16与这样构成的磁道21对向即可。另外，也可以如图10(b)所示，在旋转体5的外圆周面52上，使磁道21沿圆周方向延伸而构成永磁体20，使磁性传感器15的传感器面16与这样构成的磁道21对向。