JP2009069092A - 回転検出装置および回転検出装置付き軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供する。
【解決手段】 この回転検出装置１は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備える。前記各磁気センサ３Ａ，３Ｂは、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである。これら、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段６を設ける。この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力を補正する角度算出手段７を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、各種の機器における回転角度検出、特に各種モータの回転制御のための回転角度検出などに用いられる回転検出装置、およびその回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受に関する。

この種の回転検出装置として、主トラックおよび回転ピップトラックを有する第１のエンコーダと、モータのロータ位相検出用とされる第２のエンコーダとを備え、これらエンコーダに対向配置されたセンサの検出信号に基づき、モータ制御に必要な信号列を発生させるようにしたものが提案されている（例えば特許文献１）。

また、巻き線ステータとロータを用いた回転検出装置において、ロータに極数の異なる複数のトラック群を形成することでアブソリュートエンコーダを構成し、トラック群から検出される信号の位相差により絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献２）。

他の回転検出装置として、回転子の外周の周方向に配置した複数の磁石と、固定子の内周に周方向位置が異なるように設けた複数の磁気センサとを組合せ、それぞれの磁気センサの出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献３）。

さらに、他の回転径装置として、磁気パルスを発生する例えば周方向に磁極対を並べた磁気エンコーダなどのリング状の磁気パルス発生手段と、この磁気パルス発生手段に対してその周方向にほぼ整列させられ前記磁気パルスを検出する複数の検出素子とを備え、検出素子の出力信号を演算することにより絶対角度を検出するようにしたものも提案されている（例えば特許文献４）。
特開２００６−２７１５０３号公報 特開２００６−３２２９２７号公報 特表２００６−５２５５１８号公報 特表２００２−５４１４８５号公報

しかし、上記した回転検出装置等には以下に挙げるような課題がある。
・ 現在、モータ等の回転位置検出にはレゾルバが広く用いられているが、製造コストが高いという課題がある。
・ 上記した各回転検出装置において、磁気式のエンコーダを用いるものでは、絶対角度を検出し、かつ高い分解能の回転パルスを得ることは難しい。
・ 特許文献１に開示の回転検出装置の場合、構造が複雑で、回転しない状態で絶対角度を検出できないという課題がある。
・ 特許文献２に開示の回転検出装置は、レゾルバを用いるものと同じ方式で、ロータとの位置ずれの影響を低減している例であるが、複雑なコイルを必要とするという課題がある。
・ 磁石の回転を磁気センサで検出する特許文献３に開示の回転検出装置の場合、回転角度検出は可能であるが、高い精度で回転角度を求めるためには、磁界強度を高精度で検出し、検出ギャップを正確に管理しなければなない。また、この方式で回転パルス信号を出力するためには、検出角度からパルス信号を生成する処理回路が必要となる。

そこで、これらの課題を解決して、精度良く絶対角度を検出できる回転検出装置として，本発明者らは以下の構成のものを提案している（特願２００７−０４３７３５号）。
この回転検出装置では、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを設け、各磁気センサとして、磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものを用いる。さらに、位相差検出手段で前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求め、この検出した位相差に基づいて、角度算出手段により磁気エンコーダの絶対角度を算出する。

このように構成した機転検出装置の場合、例えば磁極対が１２の磁気エンコーダと１３の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら２つの磁気センサの信号の間には、１回転に１磁極対分の位相ずれが発生する。そこで、この位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により１回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有するので、精度良く絶対角度を検出できる。また、構成も簡単なものとなる。

しかし、この構成の回転検出装置の場合、得られた絶対角度情報に互いの磁気エンコーダの磁気干渉やノイズが加わっている状態では、精度良く絶対角度を検出できない。また、回転検出装置からＡＢＺ相のパルス信号も出力する場合には、絶対角度情報とＡＢＺ相パルス信号とが同期していることが望ましい。

この発明の目的は、構造が簡単で、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる回転検出装置、およびこの回転検出装置を搭載した回転検出装置付き軸受を提供することである。

この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたことを特徴とする。
例えば磁極対が１２の磁気エンコーダと１３の磁気エンコーダを用いて回転させると、これら磁界を検出する２つの磁気センサの信号の間には、１回転に１磁極対分の位相ずれが発生するので、この位相差を位相差検出手段で検出し、その位相差に基づいて角度算出手段により１回転の区間での絶対角度を算出することができる。また、各磁気センサは、各磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとしているので、精度良く絶対角度を検出できる。また、構成も簡単なものとなる。とくに、位相差検出手段で検出した位相差に基づいて算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正するようにしているので、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる。

この発明において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものであっても良い。
磁気センサをこのような構成とすると、磁気エンコーダの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。

この発明において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、sin,cos の２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものであっても良い。
磁気センサをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダの位相を検出することが可能である。

この発明において、前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか１つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とからなるＡＢＺ相信号として出力する角度情報出力回路を有し、前記磁気センサとして、前記角度算出手段での絶対角度補正に用いる磁気センサを選択しても良い。
この構成の場合、絶対角度を出力するＩ／Ｆを別途備える必要がなく、この回転検出装置の回路構成、および回転検出装置が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。また、絶対角度情報と同期したＡＢＺ相信号を出力することができる。

この発明において、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサが、前記磁極数が異なる複数の磁気エンコーダのうちの磁極数の多い磁気エンコーダに対応する磁気センサであるとしても良い。この構成の場合、より高分解能のＡＢＺ相信号を得ることができる。

この発明において、前記角度算出手段の算出した絶対角度を出力する角度情報出力回路を有し、上記磁気センサ並びに、位相検出手段、角度算出手段、および角度情報出力回路が互いに一体化されたセンサモジュールを設けても良い。この構成の場合、部品点数の低減、磁気センサの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などの利点が得られ、小型で低コストの回転検出装置とすることができる。

この発明において、前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものであっても良い。半導体チップに集積すると、より一層小型化され、かつ信頼性が向上する。

この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記いずれかの構成の回転検出装置を軸受に搭載したものである。
この構成によると、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。

この発明の回転検出装置は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたため、構造が簡単となり、磁気エンコーダ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出できる。
この発明の回転検出装置付き軸受は、この発明の上記構成の回転検出装置を軸受に搭載したものであるため、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化が図れる。

この発明の一実施形態を図１ないし図９と共に説明する。図１は、この実施形態の回転検出装置の概略構成を示す。この回転検出装置１は、例えばモータの回転軸などの回転部材４の外周に、その軸心Ｏに対して同心のリング状に設けられた複数（ここでは２つ）の磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数（ここでは２つ）の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備える。磁気センサ３Ａ，３Ｂは、図１の例では前記各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して微小のギャップを介してそれぞれ径方向（ラジアル方向）に対向するように、例えばモータのハウジング等の固定部材５に設けられる。ここでは、磁気センサ３Ａが磁気エンコーダ２Ａに対向し、磁気センサ３Ｂが磁気エンコーダ２Ｂに対向する。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、複数の磁極対（磁極Ｓと磁極Ｎの１組）を周方向に等ピッチで着磁させたリング状の磁性部材であり、ラジアルタイプである図１の例では、その外周面に磁極対が着磁されている。これら２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数は互いに異ならせてある。また、図１の例では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを軸方向に隣接させて配置しているが、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂが同一の回転をするならば、それぞれを別の場所に配置しても良い。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの他の例として、図２に示すように、リング状の磁性部材の軸方向端面に複数の磁極対を周方向に等ピッチで並ぶように着磁させたアキシアルタイプのものを用いても良い。この例では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを、内外周に隣接するように配置している。アキシアルタイプの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの場合、その着磁面に対向する軸方向に向けて各磁気センサ３Ａ，３Ｂが配置される。

磁気センサ３Ａ，３Ｂは、対応する磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数よりも高い分解能で磁極検出できる機能、つまり磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極の範囲内における位置の情報を検出する機能を有するものとされる。この機能を満たすために、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの１磁極対のピッチλを１周期とするとき、図３のように構成しても良い。すなわち、９０度位相差（λ／４）となるように磁極の並び方向に離して配置したホール素子などの２つの磁気センサ素子３Ａ１，３Ａ２を用い、これら２つの磁気センサ素子３Ａ１，３Ａ２により得られる２相の信号(sinφ,cosφ) から磁極内位相（φ=tan^-1(sinφ／cos φ))を逓倍して算出するものとしても良い。他の磁気センサ３Ｂについても同様である。なお、図３の波形図は、磁気エンコーダ２Ａの磁極の配列を磁界強度に換算して示したものである。

磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのような構成とすると、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界分布をオン・オフ信号としてではなく、アナログ電圧による正弦波状の信号としてより細かく検出でき、精度の良い絶対角度検出が可能となる。

磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有する磁気センサ３Ａ，３Ｂの他の例として、図４（Ｂ）に示すようなラインセンサを用いても良い。すなわち、例えば磁気センサ３Ａとして、対応する磁気エンコーダ２Ａの磁極の並び方向に沿って磁気センサ素子３ａが並ぶラインセンサ３ＡＡ，３ＡＢを用いる。なお、図４（Ａ）は、磁気エンコーダ２Ａにおける１磁極の区間を磁界強度に換算して波形図で示したものである。この場合、磁気センサ３Ａの第１のラインセンサ３ＡＡは、図４（Ａ）における１８０度の位相区間のうち９０度の位相区間に対応付けて配置し、第２のラインセンサ３ＡＢは残りの９０度の位相区間に対応付けて配置する。このような配置構成により、第１のラインセンサ３ＡＡの検出信号を加算回路３１で加算した信号Ｓ１と、第２のラインセンサ３ＡＢの検出信号を加算回路３２で加算した信号Ｓ２を別の加算回路３３で加算することで、図４（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたsin 信号を得る。また、信号Ｓ１と、インバータ３５を介した信号Ｓ２をさらに別の加算回路３４で加算することで、図４（Ｃ）に示すような磁界信号に応じたcos 信号を得る。このようにして得られた２相の出力信号から、磁極内における位置を検出する。

磁気センサ３Ａ，３Ｂをこのようにラインセンサで構成した場合、磁界パターンの歪みやノイズの影響が低減されて、より高い精度で磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの位相を検出することが可能である。

例えば、図１の構成例において、磁気センサ３Ａ，３Ｂは位相差検出手段６に接続される。位相差検出手段６は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を求める手段であり、その後段に角度算出手段７が接続される。角度算出手段７は、位相差検出手段６の検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を算出する手段である。また、この角度算出手段７は、算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ（例えば２Ａ）側の磁気センサ３Ａの出力で補正する補正手段１２を有する。

この回転検出装置１による絶対角度検出の概略動作を、図５および図６を参照して以下に説明する。図１において、２つの磁気エンコーダ２Ｂ，２Ａの磁極対の数をＰとＰ＋ｎとすると、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの間では１回転あたり磁極対にしてｎ個分の位相差があるので、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の位相は、３６０／ｎ度回転するごとに一致する。

図５（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図５（Ｃ），（Ｄ）にはこれら磁気エンコーダに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の波形を示す。この場合、磁気エンコーダ２Ａの３磁極対に対して、磁気エンコーダ２Ｂの２磁極対が対応しており、この区間内での絶対位置を検出することができる。図５（Ｅ）は、図５（Ｃ），（Ｄ）の検出信号に基づき、図１の位相差検出手段６より求められる位相差の出力信号の波形図を示す。
なお、図６は、各磁気センサ３Ａ，３Ｂによる検出位相と位相差の波形図を示す。すなわち、図６（Ａ），（Ｂ）には両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極のパターン例を示し、図６（Ｃ），（Ｄ）には対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出位相の波形図を示し、図６（Ｅ）には位相差検出手段６より出力される位相差信号の波形図を示す。

位相差検出手段６の検出した位相差信号（図６（Ｅ））は、互いの磁気エンコーダ３Ａ，３Ｂの磁気干渉やノイズの影響を受けているため、実際には図７（Ａ）に示すｄｅｌｔａのように歪みを持った波形となる。すなわち、例えば、磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号にそれぞれε1 ，ε2 の検出誤差が加わると、前記位相差信号ｄｅｌｔａにはε1 ＋ε2 程度の検出誤差が加わっている状態となる。

そこで、角度算出手段７では、以下の処理を行うことにより、検出精度の高い絶対角度を算出する。なお図７では、２つの磁気エンコーダ２Ｂ，２Ａの磁極対の数が２と３で、両磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの間では１回転あたり磁極対にして１個分の位相差があり、これら磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対応する磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号の位相は、３６０度回転するごとに一致する例を示している。
角度算出手段７は、第１の処理として、１つの磁気エンコーダ（ここでは磁極対の多い磁気エンコーダ２Ａ）の概略位相を、位相差検出手段６の検出した図７（Ａ）の位相差信号ｄｅｌｔａの波形と、図７（Ｂ）に示す前記磁気エンコーダ２Ａの各磁極対の検出位置ａ，ｂ，ｃとから、図７（Ａ）にＭＡで示す波形のように推定する。
第２の処理では、角度算出手段７の補正手段１２により、次のように図７（Ａ）の位相差信号ｄｅｌｔａを補正する。推定した概略位相ＭＡに、磁気エンコーダ２Ａの位相信号θ1 ／３を加えて、図７（Ｃ）に示すように補正した位相差信号
ｃｏｒｒｅｃｔＡ＝ＭＡ＋（θ1 ／３）
を得る。
第３の処理では、このようにして補正した位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡに基づき、絶対角度を算出する。

この場合、上記したように補正した位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡにも検出誤差が含まれているが、磁気エンコーダ２Ａの磁極数３で割り算するため、検出誤差はε1 ／３となる。この検出誤差は、補正前の位相差信号ｄｅｌｔａの検出誤差ε1 ＋ε2 に比べると、明らかに小さいことが分かる。したがって、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出精度と同じ精度で絶対角度を検出することができる。

図８は、この回転検出装置１における絶対角度検出回路の構成例を示す。図５（Ｃ），（Ｄ）に示したような各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号に基づき、それぞれ対応する位相検出回路１３Ａ，１３Ｂは、図６（Ｃ），（Ｄ）に示したような検出位相信号を出力する。位相差検出手段６は、これらの検出位相信号に基づき、図６（Ｅ）に示したような位相差信号を出力する。その次段に設けられた角度算出手段７は、位相差検出手段６で求められた位相差を、図７に示した処理で補正した後に、予め設定された計算パラメータにしたがって絶対角度へ換算する処理を行う。

角度算出手段７で用いられる計算パラメータは不揮発メモリなどのメモリ８に記憶されている。このメモリ８には、前記計算パラメータのほか、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極対の数の設定、絶対角度基準位置、信号出力の方法など、装置の動作に必要な情報が記憶されている。ここでは、メモリ８の次段に通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）９を設けることで、通信インタフェース９を通じてメモリ８の内容を更新できる構成とされている。これにより、個別の設定情報を使用状況に応じて可変設定でき、使い勝手が良くなる。

角度算出手段７で算出された絶対角度情報は、パラレル信号、シリアルデータ、アナログ電圧、ＰＷＭなどの変調信号として、角度情報出力回路１０から、あるいは前記通信インタフェース９を介して出力される。また、角度算出手段７からは回転パルス信号も出力される。回転パルス信号としては、２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出信号のうち、いずれか１つの信号を出力すれば良い。上記したように、各磁気センサ３Ａ，３Ｂはそれぞれ逓倍機能を備えているので、高い分解能で回転信号を出力することができる。

図７の角度情報出力回路１０では、前記角度算出手段７で算出された絶対角度を、互いに９０度位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とでなるＡＢＺ相信号として出力するようにしても良い。

図７（Ａ）に示す補正前の位相差信号ｄｅｌｔａから絶対角度を算出する場合、得られた絶対角度信号は、各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂから得られるＡＢＺ相信号と同期したものとならない。そこで、この実施形態では、位相差信号ｄｅｌｔａの補正に利用した磁気エンコーダ２Ａ側の磁気センサ３Ａの検出信号から、ＡＢＺ相信号を出力する。これにより、補正された位相差信号ｃｏｒｒｅｃｔＡとＡＢＺ相信号とは同期することになる。
また、この実施形態では、磁極数の多い磁気エンコーダ２Ａ側の磁気センサ３Ａのセンサ出力で位相差信号ｄｅｌｔａを補正しているので、ＡＢＺ相信号がより高分解能でえられる。

ＡＢＺ相信号を出力する場合、図９に示すように、受信側回路１４から角度算出手段７に対して絶対角度出力の要求信号が入力されると、これに呼応して角度算出手段７における絶対角度実行手段１５が動作可能となり、角度算出手段７におけるモード実行信号生成手段１６から絶対角度出力モード中であることを示すモード実行信号（ＡＢＳ＿mode＝１）が生成され、角度算出手段７における回転パルス信号生成手段１７からＡ，Ｂ，Ｚ相信号が出力されるように、角度算出手段７を構成しても良い。
受信側回路１４では、Ｚ相信号を受信することで絶対角度値を示すポジションカウンタ１８が０にリセットされ、Ｚ相信号に続いて出力されるＡ相信号およびＢ相信号を、前記ポジションカウンタ１８が計数する。Ａ相信号およびＢ相信号のパルス出力が、一旦現在の絶対角度値に達すると、そこで絶対角度出力モード動作が終了する（ＡＢＳ＿mode＝０）。その後は、回転部材４（図１）の回転に伴い検出される絶対角度の変化に応じた回転パルス信号（ＡＢＺ相信号）を角度算出手段７から出力する。これにより、パルスを計数することで絶対角度を知る受信側回路１４では、絶対角度出力モード動作が終了（ＡＢＳ＿mode＝０）となった後は実際の絶対角度情報を常に取得している状態となる。

このように、角度情報出力回路１０からＡＢＺ相信号のような回転パルス信号を出力し、絶対角度出力モードによって絶対角度情報を出力する構成とすると、絶対角度を出力するインタフェースを別途備える必要がなく、この回転検出装置１の回路構成、および回転検出装置１が搭載される機器側の回路構成を簡略化することができる。

また、この回転検出装置１において、前記磁気センサ３Ａ，３Ｂと、図９に示した角度情報出力回路１０を含む信号処理回路とを、例えば図２の例で示すように、センサモジュール１１として一体化しても良いし、このセンサモジュール１１を１つの半導体チップに集積しても良い。このように構成した場合、部品点数の低減、磁気センサ３Ａ，３Ｂの互いの位置精度の向上、製造コストの低減、組立コストの低減、信号ノイズ低減による検出精度向上などのメリットが得られ、小型で低コストの回転検出装置１とすることができる。
なお、この場合、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂに対して１つのセンサモジュール１１を対向させることになるので、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは互いに近接して配置させることになる。

このように、この回転検出装置１は、同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと、これら各磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサ３Ａ，３Ｂとを備え、これら各磁気センサ３Ａ，３Ｂは磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものとし、各磁気センサ３Ａ，３Ｂの検出した磁界信号の位相差を位相差検出手段６で求め、角度算出手段７により、前記位相差検出手段６で検出した位相差に基づいて磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサ（ここでは磁気センサ３Ａ）の出力で補正するようにしているので、構造が簡単となり、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂ間での磁気干渉やノイズに影響されずに精度良く絶対角度を検出することができる。

この実施形態では、２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂを用いたものを例示したが、磁気エンコーダは２つでなくてもよく、磁極対の数の異なる３つ以上の磁気エンコーダを組み合わせて、より広い範囲の絶対角度を検出する構成としても良い。この回転検出装置１をモータの回転検出に使用する場合、上記磁極対の数の差の調整において、モータのロータ極数Ｐｎに合わせてＰとＰ＋Ｐｎという組合せとすれば、回転検出装置１によりモータの電気角を検出できるため、モータの回転制御に好都合である。

図１０は、上記回転検出装置１を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。この回転検出装置付き軸受２０は、回転側軌道輪である内輪２２と固定側軌道輪である外輪２３の間に複数の転動体２４が介在する転がり軸受２１の一端部に、上記回転検出装置１を設けたものである。転がり軸受２１は深溝玉軸受からなり、内輪２２の外径面および外輪２３の内径面にはそれぞれ転動体２４の転走面２２ａ，２３ａが形成されている。内輪２２と外輪２３の間の軸受空間は、回転検出装置１の設置側とは反対側の端部がシール２６で密封されている。

回転検出装置１の２つの磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂは、内輪２２の一端部の外径面に圧入嵌合されるリング状の芯金２７の外径面に、軸方向に並べて設けられる。回転検出装置１の２つの磁気センサ３Ａ，３Ｂは、図２で示したように他の信号処理回路と共にセンサモジュール１１として一体化され、リング状の金属製センサハウジング２８の内側に挿入された状態で樹脂モールド２９され、センサハウジング２８を介して外輪２３の一端部の内径面に取付けられる。これにより、磁気エンコーダ２Ａ，２Ｂと対応する磁気センサ
３Ａ，３Ｂとがラジアル方向に対向配置される。センサモジュール１１に接続されるリード線３０はセンサハウジング２７を貫通して外部に引き出され、このリード線３０を介してセンサモジュール１１と外部回路との間で信号の授受や電源供給が行われる。

この回転検出装置付き軸受２０では、上記回転検出装置１を転がり軸受２１に搭載しているので、軸受使用機器の部品点数、組立工数の削減、およびコンパクト化を図ることができる。なお、この発明の回転検出装置付き軸受は、自動車等の車輪を車体に対して支持する車輪用軸受に適用されるものであっても良い。

この発明の一実施形態にかかる回転検出装置の一構成例の概略図である。 同回転検出装置の他の構成例の要部側面図である。 磁気センサの一構成例の説明図である。 磁気センサの他の構成例の説明図である。 磁気センサの検出信号および位相差検出手段の検出信号の波形図である。 各磁気センサの検出信号の位相と両検出信号の位相差を示す波形図である。 位相差検出手段で検出される位相差信号を角度算出手段の補正手段で補正する補正処理の説明図である。 この回転検出装置の絶対角度検出回路の一構成例を示すブロック図である。 この回転検出装置における角度情報出力回路の一構成例を示すブロック図である。 この回転検出装置を軸受に搭載した回転検出装置付き軸受の一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…回転検出装置
２Ａ，２Ｂ…磁気エンコーダ
３Ａ，３Ｂ…磁気センサ
３Ａ１，３Ａ２…磁気センサ素子
３ＡＡ，３ＡＢ…ラインセンサ
６…位相差検出手段
７…角度算出手段
１０…角度情報出力回路
１１…センサモジュール
１２…補正手段
２０…回転検出装置付き軸受
２１…転がり軸受

Claims (8)

1. 同心のリング状に設けられ互いに磁極数が異なる複数の磁気エンコーダと、これら各磁気エンコーダの磁界をそれぞれ検出する複数の磁気センサとを備え、前記各磁気センサは磁気エンコーダの磁極内における位置の情報を検出する機能を有したものである回転検出装置であって、
   前記各磁気センサの検出した磁界信号の位相差を求める位相差検出手段と、この検出した位相差に基づいて磁気エンコーダの絶対角度を算出し、この算出した絶対角度を、いずれか１つの磁気エンコーダ側の磁気センサの出力で補正する角度算出手段とを設けたことを特徴とする回転検出装置。
2. 請求項１において、前記磁気センサが、互いに磁極ピッチ内でずれた位置に配置された複数のセンサ素子を有し、sin およびcos の２相の信号出力を得られるものであって、磁極内における位置を逓倍して検出するものである回転検出装置。
3. 請求項１において、前記磁気センサが、磁気エンコーダの磁極の並び方向に沿ってセンサ素子が並ぶラインセンサで構成され、sin,cos の２相の信号出力を演算によって生成して、磁極内における位置を検出するものである回転検出装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記角度算出手段で算出された絶対角度を、いずれか１つの磁気センサの検出信号に基づいて、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の２つのパルス信号と、原点位置を示すＺ相のパルス信号とからなるＡＢＺ相信号として出力する角度情報出力回路を有し、前記磁気センサとして、前記角度算出手段での絶対角度補正に用いる磁気センサを選択した回転検出装置。
5. 請求項４において、前記絶対角度補正に用いるものとして選択した磁気センサが、前記磁極数が異なる複数の磁気エンコーダのうちの磁極数の多い磁気エンコーダに対応する磁気センサである回転検出装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記角度算出手段の算出した絶対角度を出力する角度情報出力回路を有し、上記磁気センサ並びに、位相検出手段、角度算出手段、および角度情報出力回路が互いに一体化されたセンサモジュールを設けた回転検出装置。
7. 請求項６において、前記センサモジュールが半導体チップに集積されたものである回転検出装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の回転検出装置が軸受に搭載された回転検出装置付き軸受。

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