JP6054011B1 - 磁気センサ及び回転装置 - Google Patents

Abstract

磁気センサであるエンコーダ（１）は、シャフトの端面に取り付けられた永久磁石（２１）と、永久磁石（２１）と対向しかつ永久磁石（２１）から放出される磁束（２１ＭＦＯ）を検出するセンサ（３２）とを備え、シャフトの軸心（Ｐ）を中心として永久磁石（２１）とセンサ（３２）とが相対的に回転自在に設けられている。永久磁石（２１）の外周面（２６）を含む外縁部（２１Ｏ）から放出される磁束（２１ＭＦＯ）は、永久磁石（２１）の中央部（２１Ｃ）から放出される磁束（２１ＭＦＯ）よりもセンサ（３２）に近付くにしたがって徐々に中央部（２１Ｃ）に近付く方向である。

Description

本発明は、シャフトの回転を検出する磁気センサ及び磁気センサを備える回転装置に関する。

シャフトに取り付けられた永久磁石と、永久磁石に対向して配置されかつ永久磁石のＮ極から放出されてＳ極に向かう磁束を検出するセンサとを備える磁気センサが用いられている（特許文献１参照）。

特開２０１２−２１５４１５号公報

特許文献１に示された磁気センサは、永久磁石の外縁部から放出される磁束が、永久磁石の外周側を大きく回り込む傾向であり、永久磁石の外周側に配置される機器に影響を与える可能性があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁束が永久磁石の外周を回り込むことを抑制することができる磁気センサを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、シャフトの端面に取り付けられた永久磁石と、永久磁石と対向しかつ永久磁石から放出される磁束を検出するセンサとを備える磁気センサである。磁気センサは、シャフトの軸心を中心として永久磁石とセンサとが相対的に回転自在に設けられている。永久磁石の外周面を含む外縁部から放出される磁束の向きは、中央付近から放出される磁束の向きに比べ、軸心の方向に傾いていることを特徴とする。

本発明によれば、磁束が永久磁石の外周を回り込むことを抑制することができる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るサーボモータの断面図 本発明の実施の形態１に係るエンコーダの磁気発生部の斜視図 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図 図２に示された磁気発生部の平面図 図１に示された磁気発生部と検出回路部を示す断面図 図２に示された磁気発生部の永久磁石の断面図 図６中のＶＩＩ部を拡大して示す図 図６に示された永久磁石を着磁する工程を示す図 本発明の実施の形態２に係るエンコーダの磁気発生部の永久磁石の断面図 図９中のＸ部を拡大して示す図 図９に示された永久磁石を配向する工程を示す図 図９に示された永久磁石を着磁する工程を示す図 本発明の実施の形態３に係るエンコーダの磁気発生部の永久磁石の断面図 図１３中のＸＩＶ部を拡大して示す図 図１３に示された永久磁石を配向する工程を示す図 図１３に示された永久磁石を着磁する工程を示す図 本発明の実施の形態４に係るエンコーダの要部の断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる磁気センサ及び回転装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るサーボモータの断面図、図２は、本発明の実施の形態１に係るエンコーダの磁気発生部の斜視図、図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図、図４は、図２に示された磁気発生部の平面図である。

実施の形態１に係る磁気センサであるエンコーダ１は、図１に示す回転装置であるサーボモータ１００に備えられて、サーボモータ１００のシャフト１０１の回転角度を検出するものである。磁気センサは、シャフト１０１の回転を検出するものであればいかなるものでも良く、回転数のみを検出するものでも良い。

実施の形態１において、エンコーダ１を備えるサーボモータ１００は、ＦＡ（Factory Automation）分野の産業用ロボットの回転駆動に用いられる。サーボモータ１００は、図１に示すように、実施の形態１において回転子を構成するシャフト１０１と、シャフト１０１を回転自在に支持する二つのモータブラケット１０２ａ，１０２ｂと、シャフト１０１の外周に配置されかつ実施の形態１において固定子を構成する外周部材１０３と、エンコーダ１と、を備える。

シャフト１０１は、円柱状の部材である。シャフト１０１の延びる方向と直交する平面でシャフト１０１を切断した時の中心を通る中心線である軸心Ｐは、直線状である。シャフト１０１の軸心Ｐと平行な外周面には、回転子側永久磁石１０４が取り付けられている。

実施の形態１において、モータブラケット１０２ａ，１０２ｂは、円盤状の部材である。モータブラケット１０２ａ，１０２ｂは、中央にシャフト１０１の端部を通す通し孔１０５を備える。二つのモータブラケット１０２ａ，１０２ｂは、シャフト１０１の軸心Ｐに沿って間隔をあけて配置される。モータブラケット１０２ａ，１０２ｂは、通し孔１０５の内面とシャフト１０１の外周面との間に軸受１０６を設ける。シャフト１０１は、通し孔１０５の内面とシャフト１０１の外周面との間に軸受１０６が設けられることで、軸心Ｐを中心としてモータブラケット１０２ａ，１０２ｂに対して回転自在に設けられる。

外周部材１０３は、シャフト１０１の外周面に取り付けられた回転子側永久磁石１０４に対して一定の間隔を隔てて配置された固定子側コイル１０７と、固定子側コイル１０７に固定された樹脂モールド部１０８とを備える。固定子側コイル１０７は、電線が巻き回される。樹脂モールド部１０８は、絶縁性を有する合成樹脂により構成され、固定子側コイル１０７の外周に固定される。樹脂モールド部１０８は、モータブラケット１０２の二つのモータブラケット１０２ａ，１０２ｂ間に配置され、二つのモータブラケット１０２ａ，１０２ｂに固定される。外周部材１０３は、樹脂モールド部１０８がモータブラケット１０２ａ，１０２ｂに固定されることで、シャフト１０１の軸心Ｐを中心として、シャフト１０１に対して相対的に回転自在に設けられる。

実施の形態１において、サーボモータ１００は、モータブラケット１０２が産業ロボットに固定され、固定子側コイル１０７に駆動電流が印加されることで、軸心Ｐを中心としてシャフト１０１を回転し、産業ロボットを駆動する。実施の形態１において、サーボモータ１００は、モータブラケット１０２ａ，１０２ｂを介して外周部材１０３が固定されかつシャフト１０１が外周部材１０３に対して回転するインナロータ型のモータであるが、シャフト１０１が固定されかつ外周部材１０３がシャフト１０１に対して回転するアウタロータ型のモータでも良い。また、実施の形態１において、回転装置は、サーボモータ１００であるが、サーボモータ１００に限らず、軸心Ｐを中心して相対的に回転自在に設けられたシャフト１０１と外周部材１０３とを備えるものであればいかなるものでも良い。

磁気センサであるエンコーダ１は、モータブラケット１０２の一方のモータブラケット１０２ａに固定されるハウジング１０と、シャフト１０１に固定されかつシャフト１０１の回転により磁束２１ＭＦＯの向きが変更される磁気発生部２０と、を備える。エンコーダ１は、ハウジング１０に固定されかつ磁気発生部２０から放出される磁束２１ＭＦＯを検出する検出回路部３０を備える。

ハウジング１０は、一端部に軸心と直交する方向に沿って外側に突出したフランジ部１１を有し、かつ他端部が平板部１２により塞がれた円筒状の部材である。ハウジング１０は、フランジ部１１が一方のモータブラケット１０２ａにねじ１３を用いて固定される。ハウジング１０は、一方のモータブラケット１０２ａに固定されると、シャフト１０１の一端部１０１ａを一方のモータブラケット１０２ａとともに覆う。また、ハウジング１０は、検出回路部３０とサーボモータ１００の動作を制御する、図示しない制御装置とを接続する配線ユニット１０９を通す配線通し孔１４を備える。

検出回路部３０は、ハウジング１０に固定される配線基板３１と、配線基板３１に実装されたセンサ３２と、配線基板３１に実装された外側センサ３３とを備える。センサ３２及び外側センサ３３は、磁気発生部２０から放出される磁束２１ＭＦＯを検出するセンサである。センサ３２及び外側センサ３３は、磁気抵抗効果素子であるスピンバルブ型巨大磁気抵抗効果素子（ＳＶ−ＧＭＲ：spin-valve giant magnetoresistive）、又は、磁気抵抗効果素子である異方性磁気抵抗効果素子（ＡＭＲ：Anisotropic-Magneto-Resistive）にバイアス磁石を具備したものにより構成される。ＳＶ−ＧＭＲ型磁気センサは、固定層及び自由層を有し、固定層の磁化方向が固定されており、自由層の磁化方向が外部磁界方向に応じ変化をする。ＡＭＲ型磁気センサは、シリコン又はガラスにより構成された基板と、基板上に形成されたニッケルと鉄の少なくとも一方により構成される強磁性金属を主成分とする合金の薄膜で構成される。ＳＶ−ＧＭＲ型磁気センサ又はＡＭＲ型磁気センサにより構成されたセンサ３２及び外側センサ３３は、磁束２１ＭＦＯを検出すると、互いに９０度位相の異なる２相の正弦波信号を出力する。

センサ３２は、軸心Ｐに沿ってシャフト１０１の一端部１０１ａの軸心Ｐに直交する端面１０１ｂと並ぶ位置に配置される。センサ３２は、配線基板３１及びハウジング１０を介して外周部材１０３に取り付けられる。外側センサ３３は、シャフト１０１の一端部１０１ａの外周側の空間と軸心Ｐに沿って並ぶ位置に配置される。配線基板３１は、センサ３２及び外側センサ３３に加え、センサ３２及び外側センサ３３と配線ユニット１０９とを接続する図示しない配線層及びコネクタ３４が実装されている。

磁気発生部２０は、サーボモータ１００のシャフト１０１の一端部１０１ａに取り付けられる。磁気発生部２０は、図２及び図３に示すように、シャフト１０１の一端部１０１ａの図１に示す端面１０１ｂ上に配置される永久磁石２１と、永久磁石２１を支持するボス２２と、ボス２２の外周面に固定された円環状の外側磁石２３とを備える。

ボス２２は、円筒状に形成され、かつシャフト１０１の一端部１０１ａが内側に挿入されて、シャフト１０１の一端部１０１ａに固定される。ボス２２は、磁性を有する材料により構成される。ボス２２を構成する材料として、磁性を有するステンレス鋼であるＳＵＳ４２０、磁性を有する炭素鋼板であるＳＳ４００、又は、磁性を有する炭素鋼板であるＳＳ４５Ｃを用いることができるが、これらに限定されない。なお、ＳＵＳ４２０、ＳＳ４００、及びＳＳ４５Ｃは、日本工業規格（ＪＩＳ規格）により規定されたものである。

外側磁石２３は、環状の永久磁石である。外側磁石２３は、ネオジム焼結磁石、ネオジムボンド磁石、サムリウム系の焼結磁石、サムリウム系のボンド磁石、フェライト系の焼結磁石、又は、フェライト系のボンド磁石により構成される。外側磁石２３は、ボス２２の一端部が内側に挿入されて、ボス２２の外周面に取り付けられる。外側磁石２３は、図４に示すように、外周面の周方向にＮ極２３ＮとＳ極２３Ｓとが交互に形成されている。なお、図４において、外側磁石２３の外部の磁束２３ＭＦを矢印で示している。外側磁石２３の外部の磁束２３ＭＦは、図１に示す外側センサ３３により検出される。外側センサ３３は、外側磁石２３の一つのＮ極２３Ｎ又はＳ極２３Ｓに相当する角度分、外側磁石２３がシャフト１０１とともに回転すると、互いに９０度位相の異なる２相の正弦波信号を１周期分出力する。

次に、永久磁石の構成を図面に基づいて説明する。図５は、図１に示された磁気発生部と検出回路部を示す断面図、図６は、図２に示された磁気発生部の永久磁石の断面図、図７は、図６中のＶＩＩ部を拡大して示す図、図８は、図６に示された永久磁石を着磁する工程を示す図である。

永久磁石２１の形状は、円盤状である。永久磁石２１は、ネオジム焼結磁石、ネオジムボンド磁石、サムリウム系の焼結磁石、サムリウム系のボンド磁石、フェライト系の焼結磁石、又は、フェライト系のボンド磁石により構成される。永久磁石２１は、図２及び図３に示すボス２２の一端部の内側に挿入されて、シャフト１０１の一端部１０１ａの端面１０１ｂ上に取り付けられる。永久磁石２１は、ボス２２を介してシャフト１０１に固定される。即ち、シャフト１０１は、ボス２２を介して、端面１０１ｂに永久磁石２１が取り付けられる。永久磁石２１は、シャフト１０１の端面１０１ｂ上に取り付けられると、軸心Ｐに沿ってセンサ３２と対向する。シャフト１０１、永久磁石２１、ボス２２、及び外側磁石２３は、同一の軸心Ｐを有する。つまり、シャフト１０１、永久磁石２１、ボス２２、及び外側磁石２３は、同軸となる位置に配置される。センサ３２は、永久磁石２１と軸心Ｐに沿って対向し、永久磁石２１から放出される磁束２１ＭＦＯを検出する。センサ３２は、永久磁石２１がシャフト１０１とともに１回転すると互いに９０度位相の異なる２相の正弦波信号を１周期分出力する。

エンコーダ１は、永久磁石２１がシャフト１０１に取り付けられ、センサ３２が外周部材１０３に取り付けられることで、シャフト１０１の軸心Ｐを中心として永久磁石２１とセンサ３２とが相対的に回転自在に設けられる。

永久磁石２１の全体は、着磁される。永久磁石２１は、図５及び図６に示すように、シャフト１０１の端面１０１ｂに重なる一方の表面２４の半分がＮ極２４Ｎに着磁され、残りの半分がＳ極２４Ｓに着磁されている。永久磁石２１は、一方の表面２４の裏側の他方の表面２５の半分がＮ極２５Ｎに着磁され、残りの半分がＳ極２５Ｓに着磁されている。永久磁石２１の一方の表面２４は、Ｎ極２４Ｎ及びＳ極２４Ｓが半円状であり、他方の表面２５は、図４に示すように、Ｎ極２５Ｎ及びＳ極２５Ｓが半円状である。一方の表面２４のＮ極２４Ｎは、他方の表面２５のＳ極２５Ｓと軸心Ｐ方向に重なり、一方の表面２４のＳ極２４Ｓは、他方の表面２５のＮ極２５Ｎと軸心Ｐ方向に重なる。なお、実施の形態１において、永久磁石２１は、Ｎ極２４Ｎ，２５Ｎ及びＳ極２４Ｓ，２５Ｓを半円状にしたが、これに限らず、半リング状にしても良い。

永久磁石２１の外周面２６のうちＮ極２４Ｎに連なる部分が、Ｎ極２６Ｎに着磁され、Ｓ極２４Ｓに連なる部分が、Ｓ極２６Ｓに着磁される。なお、図４は、他方の表面２５のＮ極２５ＮとＳ極２５Ｓとの境界を便宜上一点鎖線で示している。永久磁石２１の外周面２６を含む外縁部２１Ｏの着磁方向である内部の磁束２１ＭＦＩは、図６に実線の矢印で示すように、永久磁石２１の外縁部２１Ｏを除く中央部２１Ｃの磁束２１ＭＦＩよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。さらに、永久磁石２１の中央部２１Ｃの磁束２１ＭＦＩは、図５及び図６に実線の矢印で示すように、軸心Ｐと平行である。

その結果、永久磁石２１の他方の表面２５の外縁部２１Ｏから外部に放出される磁束２１ＭＦＯは、図７に示すように、永久磁石２１の他方の表面２５の中央部２１Ｃから外部に放出される磁束２１ＭＦＯよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。実施の形態１において、永久磁石２１の他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５Ｎから放出される磁束２１ＭＦＯは、図７に示すように、他方の表面２５に直交する。永久磁石２１の他方の表面２５の外縁部２１ＯのＮ極２５Ｎから放出される磁束２１ＭＦＯは、図７に示すように、センサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して傾斜する。なお、実施の形態１において、永久磁石２１の外縁部２１Ｏとは、磁束２１ＭＦＩが軸心Ｐに交差する部分をいい、中央部２１Ｃとは、磁束２１ＭＦＩが軸心Ｐと平行な部分をいう。

また、永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯは、図５に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう。他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯは、センサ３２により検出される。永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯは、図５に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の外縁部２１ＯのＮ極２５Ｎから外周面２６のＳ極２６Ｓに向かう。永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯは、図５に点線の矢印で示すように、外周面２６のＮ極２６Ｎから他方の表面２５の外縁部２１ＯのＳ極２５Ｓに向かう。

前述した構成の永久磁石２１は、成形された後、図８に一例を示す磁場Ｇ１中に配置されて着磁される。実施の形態１において、永久磁石２１は、ネオジム焼結磁石、サムリウム系の焼結磁石、又は、フェライト系の焼結磁石である場合には、配向方向が異方性を有する。永久磁石２１は、ネオジムボンド磁石、サムリウム系のボンド磁石、又は、フェライト系のボンド磁石である場合には、配向方向が等方性を有する。

永久磁石２１を着磁する図８に示す磁場Ｇ１は、永久磁石２１の他方の表面２５から軸心Ｐ方向に離れたコイル２０１，２０２，２０３により生成される。コイル２０１は、Ｎ極２５ＮとＳ極２５Ｓとの境界に沿って配置される。他の残りのコイル２０２，２０３は、Ｎ極２５ＮとＳ極２５Ｓそれぞれの外縁に沿い、かつ外縁よりも外側に配置される。さらに、他の残りのコイル２０２，２０３は、コイル２０１よりも他方の表面２５から離れた位置に配置される。永久磁石２１の軸心Ｐを通る断面において、コイル２０１に電流を流す方向と、コイル２０２，２０３に電流を流す方向とは、逆向きである。図８において、コイル２０１，２０２，２０３が発生する磁束２００ＭＦの向きを矢印で示す。このようにコイル２０１，２０２，２０３を配置することで、コイル２０１とコイル２０２との間に発生する磁束２００ＭＦの向きと、コイル２０１とコイル２０３との間に発生する磁束２００ＭＦの向きとが逆向きになる。さらに、永久磁石２１の中央部２１Ｃの磁束２００ＭＦは、軸心Ｐと平行になり、永久磁石２１の中央部２１Ｃから外周面２６に向かうにしたがって磁束２００ＭＦの軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。このために、永久磁石２１の中央部２１Ｃの着磁方向である磁束２１ＭＦＩは、軸心Ｐと平行になり、外縁部２１Ｏの着磁方向である磁束２１ＭＦＩは、外周面２６に向かうにしたがって軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。なお、図８中奥側から手前側に流れる電流の向きを白丸の中に黒丸を配置して示し、図８中手前側から奥側に流れる電流の向きを白丸の中にバツを配置して示している。

前述した構成のエンコーダ１は、センサ３２がシャフト１０１の一回転で一周期分の正弦波信号を出力するので、センサ３２の検出結果によりシャフト１０１の角度位置を検出することができる。また、エンコーダ１は、外側磁石２３の一つの極に相当する角度分のシャフト１０１の回転で外側センサ３３が一周期分の正弦波信号を出力するので、外側センサ３３の検出結果により角度検出精度及び分解能の向上を図ることができる。また、サーボモータ１００は、エンコーダ１の検出結果に基づいてシャフト１０１の回転が制御される。

実施の形態１のエンコーダ１は、永久磁石２１の他方の表面２５の外縁部２１Ｏの磁束２１ＭＦＯが、センサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃ側に近付く方向に軸心Ｐに対して交差しているので、永久磁石２１の外縁部２１Ｏと外周面２６との間の磁束２１ＭＦＯが外周面２６の近くを通ることとなる。このため、エンコーダ１は、永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯが、永久磁石２１の外周を回り込むことを抑制でき、外側センサ３３に検出されることを抑制することができる。その結果、エンコーダ１は、外側センサ３３の検出結果の誤差を抑制でき、シャフト１０１の角度位置の検出精度が低下することを抑制することができる。また、実施の形態１のサーボモータ１００は、エンコーダ１を備えるので、シャフト１０１の回転精度の低下を抑制することができる。

実施の形態１のエンコーダ１は、外側磁石２３の外周面にＮ極２３Ｎ及びＳ極２３Ｓを着磁したので、外側磁石２３から外部に放出される磁束２３ＭＦが外周面から外周方向に放出される。このため、エンコーダ１は、外側磁石ン２３から外部に放出される磁束２３ＭＦが内周面から内周に放出されることを抑制できる。その結果、エンコーダ１は、外側磁石２３から放出される磁束２３ＭＦがセンサ３２に検出されることを抑制できる。

また、実施の形態１のエンコーダ１は、ボス２２が磁性を有する材料により構成されるので、永久磁石２１の磁束２１ＭＦＩ，２１ＭＦＯと外側磁石２３の磁束２３ＭＦとが互いに干渉することを抑制することができ、シャフト１０１の角度位置の検出精度が低下することを抑制することができる。

実施の形態２．
図９は、本発明の実施の形態２に係るエンコーダの磁気発生部の永久磁石の断面図、図１０は、図９中のＸ部を拡大して示す図、図１１は、図９に示された永久磁石を配向する工程を示す図、図１２は、図９に示された永久磁石を着磁する工程を示す図である。なお、図９から図１２は、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２において、図９に示す永久磁石２１−２は、実施の形態１と同様にサーボモータ１００に備えられるエンコーダ１を構成する。永久磁石２１−２は、実施の形態１の永久磁石２１と同様に、ボス２２の一端部１０１ａの内側に挿入されて、シャフト１０１の端面１０１ｂに取り付けられる。

永久磁石２１−２の形状は、実施の形態１と同様に、円盤状である。永久磁石２１−２は、ネオジム焼結磁石、サムリウム系の焼結磁石、又は、フェライト系の焼結磁石により構成される。永久磁石２１−２の中央部２１Ｃの図９に実線の両矢印で示す配向方向ＨＫは、軸心Ｐと平行である。永久磁石２１−２の外縁部２１Ｏの配向方向ＨＫは、中央部２１Ｃの配向方向ＨＫよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。

永久磁石２１−２は、図１１に示す磁場Ｇ２−１中で成形されて配向方向ＨＫが図９に示すように形成された後に、全体が着磁される。永久磁石２１−２は、実施の形態１と同様に、一方の表面２４と他方の表面２５の半分がＮ極２４Ｎ，２５Ｎに着磁され、残りの半分がＳ極２４Ｓ，２５Ｓに着磁される。また、永久磁石２１−２の外周面２６のうちＮ極２４Ｎに連なる部分が、Ｎ極２６Ｎに着磁され、Ｓ極２４Ｓに連なる部分が、Ｓ極２６Ｓに着磁される。

その結果、永久磁石２１−２の他方の表面２５の外縁部２１Ｏから外部に放出される磁束２１ＭＦＯは、図１０に示すように、永久磁石２１−２の他方の表面２５の中央部２１Ｃから外部に放出される磁束２１ＭＦＯよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。実施の形態２において、永久磁石２１−２の他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５Ｎから放出される磁束２１ＭＦＯは、図１０に示すように、他方の表面２５に直交する。

また、実施の形態２において、永久磁石２１−２の外部の磁束２１ＭＦＯは、図９に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう。他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう永久磁石２１−２の外部の磁束２１ＭＦＯは、センサ３２により検出される。永久磁石２１−２の外部の磁束２１ＭＦＯは、図９に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の外縁部２１ＯのＮ極２５Ｎから外周面２６のＳ極２６Ｓに向かうとともに、外周面２６のＮ極２６Ｎから他方の表面２５の外縁部２１ＯのＳ極２５Ｓに向かう。

前述した構成の永久磁石２１−２は、図１１に示す磁場Ｇ２−１中で成形されて配向された後、焼結され、着磁される。永久磁石２１−２を配向する図１１に示す磁場Ｇ２−１は、他方の表面２５から軸心Ｐ方向に離れ、永久磁石２１−２よりも大径なコイル３００により生成される。コイル３００は、平面視において、内側に永久磁石２１−２を位置付ける。なお、図１１において、コイル３００により発生する磁束３００ＭＦを矢印で示す。このようにコイル３００を配置することで、コイル３００の内側に発生する磁束３００ＭＦは、永久磁石２１−２の中央部２１Ｃでは、軸心Ｐと平行になり、永久磁石２１−２の中央部２１Ｃから外周面２６に向かうにしたがって軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。このために、永久磁石２１−２の中央部２１Ｃの配向方向ＨＫは、軸心Ｐと平行になり、外縁部２１Ｏの配向方向ＨＫは、外周面２６に向かうにしたがって軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。

そして、永久磁石２１−２は、図１２に一例を示す磁場Ｇ２−２中に配置されて着磁される。永久磁石２１−２を着磁する図１２に示す磁場Ｇ２−２は、永久磁石２１−２の他方の表面２５から軸心Ｐ方向に離れたコイル２０１−２，２０２−２，２０３−２により生成される。コイル２０１−２は、Ｎ極２５ＮとＳ極２５Ｓとの境界に沿って配置される。他の残りのコイル２０２−２，２０３−２は、Ｎ極２５ＮとＳ極２５Ｓそれぞれの外縁に沿いかつ外縁よりも外側に配置される。さらに、他の残りのコイル２０２−２，２０３−２は、コイル２０１−２と他方の表面２５に沿って並ぶ位置に配置される。永久磁石２１−２の軸心Ｐを通る断面において、コイル２０１−２に電流を流す方向と、コイル２０２−２，２０３−２に電流を流す方向とは、逆向きである。図１２において、コイル２０１−２，２０２−２，２０３−２が発生する磁束２００−２ＭＦの向きを矢印で示す。このようにコイル２０１−２，２０２−２，２０３−２を配置することで、コイル２０１−２とコイル２０２−２との間に発生する磁束２００−２ＭＦの向きと、コイル２０１−２とコイル２０３−２との間に発生する磁束２００−２ＭＦの向きとが逆向きになる。さらに、永久磁石２１−２の中央部２１Ｃの磁束２００−２ＭＦが軸心Ｐと平行になり、永久磁石２１−２の中央部２１Ｃから外周面２６に向かうにしたがって磁束２００−２ＭＦの軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。このために、永久磁石２１の中央部２１Ｃの着磁方向である磁束２１ＭＦＩは、軸心Ｐと平行になり、外縁部２１Ｏの着磁方向である磁束２１ＭＦＩは、外周面２６に向かうにしたがって軸心Ｐに対する傾きが徐々に大きくなる。

前述した構成のエンコーダ１は、実施の形態１と同様に、センサ３２の検出結果によりシャフト１０１の角度位置を検出することができ、外側センサ３３の検出結果により角度検出精度及び分解能の向上を図ることができる。

実施の形態２のエンコーダ１は、永久磁石２１−２の外縁部２１Ｏの配向方向ＨＫが、中央部２１Ｃの配向方向ＨＫよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差しているので、他方の表面２５の外縁部２１Ｏの磁束２１ＭＦＯが、センサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差する。このために、エンコーダ１は、永久磁石２１−２の外縁部２１Ｏと外周面２６との間の磁束２１ＭＦＯが外周面２６の近くを通ることとなり、永久磁石２１−２の外部の磁束２１ＭＦＯが、永久磁石２１−２の外周を回り込むことを抑制でき、外側センサ３３に検出されることを抑制することができる。その結果、エンコーダ１は、外側センサ３３の検出結果の誤差を抑制でき、シャフト１０１の角度位置の検出精度が低下することを抑制することができる。また、実施の形態２のサーボモータ１００は、エンコーダ１を備えるので、シャフト１０１の回転精度の低下を抑制することができる。

実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３に係るエンコーダの磁気発生部の永久磁石の断面図、図１４は、図１３中のＸＩＶ部を拡大して示す図、図１５は、図１３に示された永久磁石を配向する工程を示す図、図１６は、図１３に示された永久磁石を着磁する工程を示す図である。なお、図１３から図１６は、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３において、図１３に示す永久磁石２１−３は、実施の形態１と同様にサーボモータ１００に備えられるエンコーダ１を構成する。永久磁石２１−３は、実施の形態１及び実施の形態２の永久磁石２１，２１−２と同様に、ボス２２の一端部１０１ａの内側に挿入されて、シャフト１０１の端面１０１ｂに取り付けられる。

永久磁石２１−３の形状は、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、円盤状である。永久磁石２１−３は、ネオジム焼結磁石、サムリウム系の焼結磁石、又は、フェライト系の焼結磁石により構成される。永久磁石２１−３は、図１３に実線の両矢印で示す配向方向ＨＫが実施の形態２と同様に形成される。このために、永久磁石２１−３の中央部２１Ｃの配向方向ＨＫは、軸心Ｐと平行である。永久磁石２１−３の外縁部２１Ｏの配向方向ＨＫは、中央部２１Ｃの配向方向ＨＫよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。

また、永久磁石２１−３の全体は、着磁される。永久磁石２１−３は、実施の形態１と同様に、一方の表面２４と他方の表面２５の半分がＮ極２４Ｎ，２５Ｎに着磁され、残りの半分がＳ極２４Ｓ，２５Ｓに着磁される。永久磁石２１−３の外周面２６のうちＮ極２４Ｎに連なる部分が、Ｎ極２６Ｎに着磁され、Ｓ極２４Ｓに連なる部分が、Ｓ極２６Ｓに着磁される。

その結果、永久磁石２１−３の他方の表面２５の外縁部２１Ｏから外部に放出される磁束２１ＭＦＯは、図１４に示すように、永久磁石２１−３の他方の表面２５の中央部２１Ｃから外部に放出される磁束２１ＭＦＯよりもセンサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差している。実施の形態３において、永久磁石２１−３の他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５Ｎから放出される磁束２１ＭＦＯは、図１４に示すように、他方の表面２５に直交する。

また、永久磁石２１−３の外部の磁束２１ＭＦＯは、図１３に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう。他方の表面２５の中央部２１ＣのＮ極２５ＮからＳ極２５Ｓに向かう永久磁石２１−３の外部の磁束２１ＭＦＯは、センサ３２により検出される。永久磁石２１−３の外部の磁束２１ＭＦＯは、図１３に点線の矢印で示すように、他方の表面２５の外縁部２１ＯのＮ極２５Ｎから外周面２６のＳ極２６Ｓに向かうとともに、外周面２６のＮ極２６Ｎから他方の表面２５の外縁部２１ＯのＳ極２５Ｓに向かう。

前述した構成の永久磁石２１−３は、図１５に示す磁場Ｇ３−１中で成形されて配向された後、焼結され、着磁される。永久磁石２１−３を配向する図１５に示す磁場Ｇ３−１は、実施の形態２と同様に、コイル３００により生成される。

永久磁石２１−３は、配向、焼結された後、図１６に一例を示す磁場Ｇ３−２中に配置されて着磁される。永久磁石２１−３を着磁する図１６に示す磁場Ｇ３−２は、実施の形態１と同様に、コイル２０１，２０２，２０３により生成される。

前述した構成のエンコーダ１は、実施の形態１及び実施の形態２と同様に、センサ３２の検出結果によりシャフト１０１の角度位置を検出することができ、外側センサ３３の検出結果により角度検出精度及び分解能の向上を図ることができる。

実施の形態３のエンコーダ１は、永久磁石２１−３の外縁部２１Ｏの配向方向ＨＫ及び着磁方向である磁束２１ＭＦＩが、センサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差しているので、他方の表面２５の外縁部２１Ｏの磁束２１ＭＦＯの向きが、センサ３２に近付くにしたがって徐々に中央部２１Ｃに近付く方向に軸心Ｐに対して交差する。このために、エンコーダ１は、永久磁石２１−３の外縁部２１Ｏと外周面２６との間の磁束２１ＭＦＯが外周面２６の近くを通ることとなり、永久磁石２１−３の外部の磁束２１ＭＦＯが、永久磁石２１−３の外周を回り込むことを抑制でき、外側センサ３３に検出されることを抑制することができる。その結果、エンコーダ１は、外側センサ３３の検出結果の誤差を抑制でき、シャフト１０１の角度位置の検出精度が低下することを抑制することができる。また、実施の形態３のサーボモータ１００は、エンコーダ１を備えるので、シャフト１０１の回転精度の低下を抑制することができる。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４に係るエンコーダの要部の断面図である。なお、図１７は、実施の形態１から実施の形態３と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態４において、エンコーダ１−４は、外側センサ３３を備えることなく、ハウジング１０が実施の形態１よりも永久磁石２１の近くに配置されている。実施の形態４のエンコーダ１−４は、外側センサ３３を備えることなく、ハウジング１０が実施の形態１よりも永久磁石２１の近くに配置されている以外は、実施の形態１と同様の構成である。また、実施の形態４において、エンコーダ１−４は、永久磁石２１を備えるが、永久磁石２１−２又は永久磁石２１−３を備えても良い。

実施の形態４のエンコーダ１−４は、永久磁石２１の外縁部２１Ｏと外周面２６との間の磁束２１ＭＦＯが外周面２６の近くを通ることとなり、永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯが、永久磁石２１の外周を回り込むことを抑制できる。その結果、エンコーダ１−４は、永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯがハウジング１０の外に漏れることを抑制でき、永久磁石２１の外部の磁束２１ＭＦＯが外部に影響を与えることを抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１−４ エンコーダ（磁気センサ）、２１，２１−２，２１−３ 永久磁石、２１Ｏ 外縁部、２１Ｃ 中央部、２１ＭＦＩ 磁束（着磁方向）、２１ＭＦＯ 磁束、ＨＫ 配向方向、２６ 外周面、３２ センサ、１００ サーボモータ、１０１ シャフト、１０１ｂ 端面、１０３ 外周部材、Ｐ 軸心。

Claims (4)

1. シャフトの端面に取り付けられた永久磁石と、前記永久磁石と対向しかつ前記永久磁石から放出される磁束を検出するセンサとを備え、
   前記シャフトの軸心を中心として前記永久磁石と前記センサとが相対的に回転自在に設けられた磁気センサであって、
   前記永久磁石の外周面を含む外縁部から放出される磁束の向きは、中央付近から放出される磁束の向きに比べ、前記軸心の方向に傾いていることを特徴とする磁気センサ。
2. シャフトの端面に取り付けられた永久磁石と、前記永久磁石と対向しかつ前記永久磁石から放出される磁束を検出するセンサとを備え、
   前記シャフトの軸心を中心として前記永久磁石と前記センサとが相対的に回転自在に設けられた磁気センサであって、
   前記永久磁石の外縁部の着磁方向は、中央部の着磁方向に比べ、前記軸心の方向に傾いていることを特徴とする磁気センサ。
3. シャフトの端面に取り付けられた永久磁石と、前記永久磁石と対向しかつ前記永久磁石から放出される磁束を検出するセンサとを備え、
   前記シャフトの軸心を中心として前記永久磁石と前記センサとが相対的に回転自在に設けられた磁気センサであって、
   前記永久磁石の外縁部の配向方向は、中央部の配向方向に比べ、前記軸心の方向に傾いていることを特徴とする磁気センサ。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の磁気センサと、
   前記永久磁石が端面に取り付けられたシャフトと、
   前記シャフトの外周に配置され、かつ前記シャフトの軸心を中心として前記シャフトに対して相対的に回転自在に設けられるとともに、前記センサが取り付けられた外周部材と、を備えることを特徴とする回転装置。

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