特許 7607827 磁気式エンコーダ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】磁気式エンコーダ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/245 20060101AFI20241220BHJP

【ＦＩ】

G01D5/245 110L

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2024505672

(86)(22)【出願日】2022-03-07

(86)【国際出願番号】 JP2022009763

(87)【国際公開番号】W WO2023170753

(87)【国際公開日】2023-09-14

【審査請求日】2024-03-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】堀田 明良

(72)【発明者】

【氏名】武舎 武史

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１４３９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２８４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５７８１２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｄ ５／００－５／２５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
前記磁気スケールユニットは、
同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
前記第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さく、
前記第２磁石群において、前記磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅の各々は、前記磁石ピッチより小さい
ことを特徴とする磁気式エンコーダ。

【請求項2】

前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石ピッチが同じであり、前記磁石幅が正弦波関数に従って変化する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項3】

相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
前記磁気スケールユニットは、
同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
前記第１磁石群において、磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って小さくなり、磁石ピッチの各々は、磁石幅より大きく、
前記第２磁石群において、前記磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って小さくなり、前記磁石ピッチの各々は、前記磁石幅より大きい
ことを特徴とする磁気式エンコーダ。

【請求項4】

前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石幅が同じであり、前記磁石ピッチが正弦波関数に従って変化する
ことを特徴とする請求項３に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項5】

相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備え、
前記磁気スケールユニットは、
同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、前記第１磁石群に前記第１方向に隣り合い、前記第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が前記第１方向に配列される第２磁石群と、を備え、
前記位置検出ユニットは、前記磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備え、
前記第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅は、対応する磁石ピッチより小さく、
前記第２磁石群において、前記磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石ピッチは、端部から中央部に行くに従って大きくなり、前記磁石幅は、対応する磁石ピッチより小さい
ことを特徴とする磁気式エンコーダ。

【請求項6】

前記磁気スケールユニットの前記第１磁石群および前記第２磁石群の各々は、前記磁石幅および前記磁石ピッチが正弦波関数に従って変化する
ことを特徴とする請求項５に記載の磁気式エンコーダ。

【請求項7】

第１磁石群の前記第１方向の長さおよび前記第２磁石群の前記第１方向の長さは、正弦波波形の１／２波長に対応する
ことを特徴とする請求項１から６の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。

【請求項8】

前記磁気スケールユニットが固定子に配置され、前記位置検出ユニットが可動子に配置され、
前記第１磁石群および前記第２磁石群が、前記第１方向に複数個設置される
ことを特徴とする請求項１から７の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。

【請求項9】

前記位置検出ユニットが固定子に配置され、前記磁気スケールユニットが可動子に配置され、
前記磁気センサが、前記第１方向に複数個設置される
ことを特徴とする請求項１から７の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。

【請求項10】

前記磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである
ことを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。

【請求項11】

前記磁気式エンコーダは、ロータリーエンコーダである
ことを特徴とする請求項１から９の何れか一つに記載の磁気式エンコーダ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、相対移動する磁気検出ユニットおよび位置検出ユニットを有する磁気式エンコーダに関する。

【背景技術】

【0002】

磁気式エンコーダは、相対移動する磁気検出ユニットおよび位置検出ユニットを有する。このような磁気式エンコーダは、回転型サーボモータを制御するための回転検出器であるロータリーエンコーダ、リニアモータを制御するための位置検出器であるリニアエンコーダなどに用いられている。

【0003】

特許文献１には、複数の磁極を有する磁気スケールユニットが示されている。磁気スケールユニットは、同一極性の複数の磁極を間隔を開けて等ピッチで配列した磁極列を有する。磁極間の間隔は、磁極の配列方向の幅より大きく、かつ磁極の配列方向の幅の２倍より小さい。磁気センサは磁気スケールユニットの磁場変化を電気信号として出力し、電圧のピークから位置情報が取得される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－２２７９０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１では、複数の同一極性の磁石の幅が全て同じであるので、磁場のピーク位置と、ピーク位置に対応する離散的な位置情報しか得られないという問題がある。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる磁気式エンコーダを得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示における磁気式エンコーダは、相対的に移動する磁気スケールユニットと位置検出ユニットとを備える。磁気スケールユニットは、同じ第１磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第１磁石群と、第１磁石群に第１方向に隣り合い、第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向を持つ３個以上の磁石が第１方向に配列される第２磁石群と、を備える。位置検出ユニットは、磁気スケールユニットから生じる磁界を検出する磁気センサを備える。第１磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さく、第２磁石群において、磁石幅は、端部から中央部に行くに従って大きくなり、磁石幅の各々は、磁石ピッチより小さいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示における磁気式エンコーダによれば、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す斜視図

【図2】実施の形態１に係る磁気式エンコーダを基体の上部を省略して示す斜視図

【図3】実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す正面図

【図4】実施の形態１に係る磁気式エンコーダの磁石群および磁石群の磁石の配列を示す拡大正面図

【図5】比較例の磁気スケールユニットを示す正面図

【図6】比較例の磁気スケールユニットによって磁気検出素子に印加される磁束密度の波形を示す図

【図7】実施の形態１に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットによって磁気センサに印加される磁束密度の波形を示す図

【図8】実施の形態２に係る磁気式エンコーダの構成を示す正面図

【図9】実施の形態２に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットによって磁気センサに印加される磁束密度の波形を示す図

【図10】実施の形態３に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットの構成を示す拡大正面図

【図11】実施の形態４に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニットの構成を示す拡大正面図

【図12】実施の形態５に係る磁気式エンコーダの構成を示す斜視図

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、実施の形態に係る磁気式エンコーダを図面に基づいて詳細に説明する。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを基体の上部を省略して示す斜視図である。図３は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダを示す正面図である。図２では、磁石の配置を判りやすくするために、磁石群１０２，１０３の上側に存在する基体１０４の一部の図示を省略している。

【0012】

実施の形態１の磁気式エンコーダ１００は、磁気スケールユニット１０１と、磁気スケールユニット１０１から生じる磁界を検出する位置検出ユニット１０５とを備える。実施の形態１の磁気式エンコーダ１００は、リニアエンコーダである。磁気スケールユニット１０１は、第１磁石群である磁石群１０２および第２磁石群である磁石群１０３と、磁石群１０２，１０３を固定する非磁性体の基体１０４を有する。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１から生じる磁界を検出する複数の磁気センサ１０６と、磁気センサ１０６が取り付けられる基板１０７とを有する。図１～図３には、ｘ、ｙ、ｚの３次元方向が示されている。ｘ方向は、磁気スケールユニット１０１の移動方向に対応し、ｚ方向は、磁気スケールユニット１０１と位置検出ユニット１０５とが対向する方向に対応し、ｙ方向は、ｘ方向およびｚ方向に垂直な方向である。本開示において、リニアエンコーダの場合、ｘ方向が第１方向に対応する。

【0013】

磁気スケールユニット１０１と位置検出ユニット１０５とは、相対的に移動する。実施の形態１では、磁気スケールユニット１０１は、ｘ方向に移動する可動子である。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１からｚ方向に一定距離を離間されて固定されている固定子である。位置検出ユニット１０５は、磁気スケールユニット１０１が通過するときの磁界変化から磁気スケールユニット１０１の位置を検出する。

【0014】

図４は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダ１００の磁石群１０２および磁石群１０３の磁石の配列を示す拡大正面図である。図１～図４に示す実施の形態１の磁気式エンコーダ１００では、磁石幅Ｌｍを変化させる磁石幅変調方式が用いられている。図３および図４に示す磁石内の矢印は、着磁後の内部磁化の方向を示す。各矢印の先端がＮ極を示し、基端がＳ極を示す。したがって、磁石群１０２を構成する磁石１０はすべて位置検出ユニット１０５と対向する側にＳ極を持つ。磁石群１０３を構成する磁石１０はすべて位置検出ユニット１０５と対向する側にＮ極を持つ。これ以降、各磁石の内部磁化の方向を単に磁化方向という。このように、磁石群１０２を構成する磁石１０は、全て第１磁化方向に着磁され、磁石群１０３を構成する磁石１０は、全て第１磁化方向と反対の磁化方向である第２磁化方向に着磁されている。

【0015】

磁石群１０２を構成する磁石１０の個数および磁石群１０３を構成する磁石１０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。磁石ピッチＰｍは一定である。磁石ピッチＰｍは、磁石１０を配置するピッチであり、ｘ方向に隣り合う２つの磁石１０の中心線間の長さである。磁石幅Ｌｍは正弦波関数であるｓｉｎ関数にしたがって増減する。すなわち、磁石群１０２，１０３の各々において、磁石幅Ｌｍは、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。別言すれば、磁石群１０２，１０３の各々において、磁石幅Ｌｍは徐々に増加した後、徐々に減少する。ただし、磁石幅Ｌｍの各々は磁石ピッチＰｍより小さい。すなわち、最も大きい磁石幅Ｌｍでも、一定である磁石ピッチＰｍより小さい。

【0016】

図４に示すように、磁石群１０２を構成する磁石１０の個数は８個である。磁石群１０３を構成する磁石１０の個数も８個である。合計１６個の磁石１０が同じ磁石ピッチＰｍで配置されている。磁石群１０２を構成する磁石１０のうち磁石群１０３から最も離れた位置に設置された磁石１０からｘ方向に更に－Ｐｍ／２だけ離れた位置、すなわち図４に示す磁気スケールユニット１０１の左側の端部がｓｉｎ関数の０度に対応する。また、磁石群１０３を構成する磁石１０のうち磁石群１０２から最も離れた位置に設置された磁石１０からｘ方向に更にＰｍ／２だけ離れた位置、すなわち図４に示す磁気スケールユニット１０１の右側の端部がｓｉｎ関数の３６０度に対応する。

【0017】

図４において、磁石群１０２を構成する８個の磁石１０は磁石ピッチＰｍで配置されるが、これはｓｉｎ関数の１１．２５度を起点として２２．５度ピッチで磁石１０が配置されることに対応する。磁石群１０２を構成する８個の磁石は、ｓｉｎ関数の０度～１８０度に対応し、それぞれの磁石幅Ｌｍはｓｉｎ関数を２２．５度ずつ分割（８等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。同様に、磁石群１０３を構成する８個の磁石１０も磁石ピッチＰｍで配置されるが、これはｓｉｎ関数の１９１．２５度を起点として２２．５度ピッチで配置されることに対応する。磁石群１０３を構成する８個の磁石１０は、ｓｉｎ関数の１８０度～３６０度に対応し、それぞれの磁石幅Ｌｍはｓｉｎ関数を２２．５度ずつ分割（８等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。このように、磁石群１０２，１０３のｘ方向の各長さは、所望する正弦波波形の１／２波長に対応する。

【0018】

位置検出ユニット１０５の複数の磁気センサ１０６は、図３に示すように、ｘ方向に等ピッチで基板１０７上に配置されている。磁気センサ１０６を配置するピッチは、位置検出できない領域が発生しないようにするために、磁気スケールユニット１０１が形成する正弦波波長以下のピッチに設定する。

【0019】

図５は、比較例の磁気スケールユニットを示す正面図である。図６は、比較例の磁気スケールユニットによって磁気検出素子に印加される磁束密度の波形を示す図である。比較例の磁気スケールユニット１０８は、磁石幅の変調が行われておらず、ｘ方向に長さの長い磁石１０８ａ，１０８ｂをもっている。磁石１０８ａの磁化方向は＋ｚ方向であり、磁石１０８ｂの磁化方向は－ｚ方向である。図６では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット１０８の位置を示している。ａ．ｕ．は、任意単位を表している。図６において、実線が比較例の磁気スケールユニットによって得られた磁束密度を表しており、破線が理想的な正弦波の波形を示している。図６に示すように、比較例の磁気スケールユニット１０８からは、理想的な正弦波の波形は得られない。なお、特許文献１のように磁石幅Ｌｍおよび磁石ピッチＰｍが固定である場合も同様であり、同じ強度の磁極を配列することで長い周期信号を作っても理想的な正弦波状の信号が得られない。

【0020】

図７は、実施の形態１に係る磁気式エンコーダ１００の磁気スケールユニット１０１によって磁気センサ１０６に印加される磁束密度の波形を示す図である。図７では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット１０１の位置を示している。図７において、実線が磁気スケールユニット１０１によって得られた磁束密度を表しており、破線が理想的な正弦波の波形を示している。図７に示すように、実施の形態１の磁気スケールユニット１０１からは、理想的な正弦波を再現する波形が得られている。

【0021】

磁気スケールユニット１０１の絶対位置を検出するためには、磁気スケールユニット１０１のストロークに対して１周期の長い周期の信号を生成することが必要である。実施の形態１の磁気スケールユニット１０１からは磁石群１０２，１０３によって長い一周期を有する正弦波信号を生成することができ、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダ１００を実現することができる。

【0022】

このように実施の形態１によれば、磁石群１０２，１０３の磁石幅を一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群１０２，１０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。

【0023】

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る磁気式エンコーダ２００の構成を示す正面図である。実施の形態２の磁気式エンコーダ２００は、磁気スケールユニット２０１と、磁気スケールユニット２０１から生じる磁界を検出する位置検出ユニット２０５とを備える。実施の形態２の磁気式エンコーダ２００は、リニアエンコーダである。実施の形態２では、磁気スケールユニット２０１が固定子であり、位置検出ユニット２０５が可動子である。

【0024】

磁気スケールユニット２０１は、複数の第１磁石群である磁石群２０２および複数の第２磁石群である磁石群２０３と、磁石群２０２，２０３を固定する非磁性体の基体２０４を有する。図８では、磁石２０の配置を判りやすくするために、磁石群２０２，２０３の下側に存在する基体２０４の一部の図示を省略している。位置検出ユニット２０５は、磁気スケールユニット２０１から生じる磁界を検出する磁気センサ２０６と、磁気センサ２０６が取り付けられる基板２０７とを有する。

【0025】

磁気スケールユニット２０１では、複数の磁石群２０２と複数の磁石群２０３とがｘ方向に交互に配置されている。磁石群２０２を構成する磁石２０はすべて＋ｚ方向に磁化方向を持ち、磁石群２０３を構成する磁石２０はすべて－ｚ方向に磁化方向を持つ。磁石群２０２を構成する磁石２０の個数および磁石群２０３を構成する磁石２０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。隣り合う磁石２０の磁石ピッチは一定である。磁石幅はｓｉｎ関数にしたがって増減する。磁石幅の各々は磁石ピッチより小さい。

【0026】

図８においては、磁石群２０２を構成する磁石２０の個数は４個であり、ｓｉｎ関数の０度～１８０度に対応する。磁石群２０２の磁石幅はｓｉｎ関数を４５度ずつ分割（４等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。磁石群２０３を構成する磁石２０の個数は４個であり、ｓｉｎ関数の１８０度～３６０度に対応する。磁石群２０３の磁石幅はｓｉｎ関数を４５度ずつ分割（４等分）した時の各分割領域の積分値に定数を掛けた値で定められる。磁石群２０２，２０３の各々において、磁石幅は、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。

【0027】

図９は、実施の形態２に係る磁気式エンコーダ２００の磁気スケールユニット２０１によって磁気センサ２０６に印加される磁束密度の波形を示す図である。図９では、縦軸に磁束密度Ｂｚを示し、横軸に磁気スケールユニット２０１の位置を示している。図９においては、磁気スケールユニット２０１によって得られた磁束密度を表している。図９に示す磁束密度の波形は、磁石群２０２，２０３の４周期分に対応している。図９に示すように、実施の形態２の磁気スケールユニット２０１からは、理想的な正弦波を再現する波形が得られている。

【0028】

このように実施の形態２によれば、一周期の正弦波波形を形成する磁石群２０２，磁石群２０３を複数個配列しているので、長周期の正弦波信号を得ることでき、広い範囲で高精度な絶対位置情報が取得できる。また、実施の形態２では、磁気スケールユニット２０１のｘ方向の長さが実施の形態１の磁気スケールユニット１０１と同じと想定した場合、同じスケール長に複数周期分の正弦波波形を含んでいるので、実施の形態１に比べて、得られる正弦波信号の波長が短い。波長が短いと、位置検出精度が向上し、出力変動に対する安定性が向上する。さらに、正弦波信号の１度に相当する出力変動があった場合、波長が短いほうが位置検出変動は小さいため、安定する。

【0029】

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニット３０１の構成を示す拡大正面図である。実施の形態３の磁気式エンコーダの位置検出ユニットは、図１～図３に示す実施の形態１の位置検出ユニット１０５と同様であり、図示および重複する説明を省略する。実施の形態３の磁気スケールユニット３０１では、磁石ピッチを変化させる磁石ピッチ変調方式が用いられる。実施の形態３の磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである。実施の形態３では、磁気スケールユニット３０１が可動子であり、不図示の位置検出ユニットが固定子である。

【0030】

磁気スケールユニット３０１は、複数の磁石３０を有する第１磁石群である磁石群３０２および複数の磁石３０を有する第２磁石群である磁石群３０３と、磁石群３０２，３０３を固定する非磁性体の基体３０４を有する。図１０では、磁石３０の配置を判りやすくするために、磁石群３０２，３０３の上側に存在する基体３０４の一部の図示を省略している。磁石群３０２を構成する磁石はすべて＋ｚ方向に磁化方向をもち、磁石群３０３を構成する磁石はすべて－ｚ方向に磁化方向をもつ。

【0031】

磁石群３０２を構成する磁石３０の個数および磁石群３０３を構成する磁石３０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。磁石群３０２を構成する各磁石３０の磁石幅Ｌｍおよび磁石群３０３を構成する各磁石３０の磁石幅Ｌｍは、一定である。

【0032】

実施の形態３では、磁石群３０２を構成する各磁石の磁石ピッチＰｍは、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。磁石群３０２内の磁石３０の磁石ピッチＰｍは、各磁石ピッチＰｍにおけるｓｉｎ関数の積分値が同じとなるように定められている。すなわち、磁石３０の磁石ピッチＰｍは、ｘ方向に関して、端部からｓｉｎ関数の極大値に対応する中央部に行くほど小さくなるように設定されている。別言すれば、磁石群３０２において、磁石３０の磁石ピッチＰｍは、徐々に減少した後、徐々に増加する。磁石群３０３内の磁石３０の磁石ピッチＰｍも同様であり、各磁石ピッチＰｍにおけるｓｉｎ関数の積分値が同じとなるように定められている。すなわち、磁石群３０３の磁石３０の磁石ピッチＰｍは、端部から中央部に行くほど小さくなるように設定されている。磁石幅Ｌｍは、各磁石の磁石ピッチＰｍより小さい。すなわち、磁石ピッチＰｍの各々は、一定である磁石幅Ｌｍより大きい。

【0033】

このように実施の形態３によれば、磁石群３０２，３０３の磁石ピッチを一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群３０２，３０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダを実現できる。

【0034】

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４に係る磁気式エンコーダの磁気スケールユニット４０１の構成を示す拡大正面図である。実施の形態４の磁気式エンコーダの位置検出ユニットは、図１～図３に示す実施の形態１の位置検出ユニット１０５と同様であり、図示および重複する説明を省略する。実施の形態４の磁気スケールユニット４０１では、磁石幅および磁石ピッチを変化させる磁石幅および磁石ピッチ変調方式が用いられる。実施の形態４の磁気式エンコーダは、リニアエンコーダである。実施の形態４では、磁気スケールユニット４０１が可動子であり、不図示の位置検出ユニットが固定子である。

【0035】

磁気スケールユニット４０１は、複数（１２個）の磁石４０を有する第１磁石群である磁石群４０２および複数（１２個）の磁石４０を有する第２磁石群である磁石群４０３と、磁石群４０２，４０３を固定する非磁性体の基体４０４を有する。図１１では、磁石４０の配置を判りやすくするために、磁石群４０２，４０３の上側に存在する基体４０４の一部の図示を省略している。磁石群４０２を構成する磁石はすべて＋ｚ方向に磁化方向をもち、磁石群４０３を構成する磁石はすべて－ｚ方向に磁化方向をもつ。磁石群４０２を構成する磁石４０の個数および磁石群４０３を構成する磁石４０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。

【0036】

実施の形態４では、磁石群４０２，４０３を構成する各磁石４０の磁石幅Ｌｍｎおよび磁石ピッチＰｍｎは、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。ｎは０から１１の整数である。第ｎ番目の磁石幅Ｌｍｎは、第ｎ番目の磁石ピッチＰｍｎより小さい。すなわち、磁石幅Ｌｍｎは、対応する磁石ピッチＰｍｎより小さい。

【0037】

磁石４０の磁石ピッチＰｍｎを設定する際は、まず、第０番目の磁石ピッチＰｍ０を設定し、つぎに、第１番目の磁石ピッチＰｍ１、第２番目の磁石ピッチＰｍ２、・・・、Ｐｍ１１をｓｉｎ関数にしたがって順次設定する。Ｐｍ１～Ｐｍ１１の図示は、便宜上省略する。磁石幅Ｌｍｎは、各磁石ピ ッチＰｍｎにおけるｓｉｎ関数の積分値に定数を掛けた値で定められる。各磁石群４０２，４０３において、磁石４０の磁石ピッチＰｍｎは、ｘ方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなるように設定され、磁石幅Ｌｍｎは、端部から中央部に行くほど大きくなるように設定される。別言すれば、磁石群４０２，４０３において、磁石４０の磁石ピッチＰｍｎは、徐々に増加した後、徐々に減少し、磁石幅Ｌｍｎも、徐々に増加した後、徐々に減少する。

【0038】

このように実施の形態４によれば、磁石群４０２，４０３の磁石ピッチを一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的かつ高精度な位置情報が取得できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群４０２，４０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式エンコーダを実現できる。

【0039】

実施の形態５．
図１２は、実施の形態５に係る磁気式エンコーダの構成を示す斜視図である。実施の形態５の磁気式エンコーダは、ロータリーエンコーダであり、実施の形態１と同様、磁石幅変調方式が採用されている。実施の形態５の磁気式エンコーダ５００は、リング状の磁気スケールユニット５０１と、磁気スケールユニット５０１から生じる磁界を検出する磁気センサ５０５とを備える。実施の形態５では、磁気スケールユニット５０１が可動子であり、磁気センサ５０５が固定子である。

【0040】

磁気スケールユニット５０１は、第１磁石群である磁石群５０２および第２磁石群である磁石群５０３と、磁石群５０２，５０３を固定する非磁性体の基体５０４を有する。磁気スケールユニット５０１は、不図示の回転シャフトに設置されており、回転する。本開示において、ロータリーエンコーダの場合、磁気スケールユニット５０１の回転方向である円周方向が第１方向に対応する。磁気センサ５０５は、磁気スケールユニット５０１からｚ方向に一定距離を離間して不図示の基板上に固定されている。磁気センサ５０５は、磁気スケールユニット５０１が回転するときの磁界変化に基づいて磁気スケールユニット５０１の位置を検出する。

【0041】

磁気スケールユニット５０１は、円周方向に並ぶ複数（１６個）の磁石５０を有する磁石群５０２および円周方向に並ぶ複数（１６個）の磁石５０を有する磁石群５０３と、磁石群５０２，５０３を固定する非磁性体の基体５０４を有する。磁石群５０２を構成する磁石はすべて内径側から外径側に向かう磁化方向をもち、磁石群５０３を構成する磁石はすべて外径側から内周側に向かう磁化方向をもつ。磁石群５０２を構成する磁石５０の個数および磁石群５０３を構成する磁石５０の個数は、同じ個数であり、３個以上である。

【0042】

各磁石群５０２，５０３において、隣り合う磁石５０の磁石ピッチは一定である。各磁石群５０２，５０３において、磁石幅は、実施の形態１と同様、ｓｉｎ関数にしたがって増減する。すなわち、磁石群５０２，５０３の各々において、磁石幅は、円周方向に関して、端部から中央部に行くほど大きくなる。別言すれば、各磁石群５０２，５０３において、磁石幅は徐々に増加した後、徐々に減少する。ただし、各磁石幅は、磁石ピッチより小さい。すなわち、最も大きい磁石幅でも、一定である磁石５０の磁石ピッチより小さい。

【0043】

なお、実施の形態５の磁気式ロータリーエンコーダに、実施の形態３に示した磁石ピッチ変調方式、または実施の形態４に示した磁石幅および磁石ピッチ変調方式を適用してもよい。

【0044】

実施の形態５によれば、磁石群５０２，５０３の磁石幅を一周期の正弦波波形が得られるように変調しているので、滑らかな長周期の正弦波信号を得ることができ、広い範囲で連続的な高精度な位置情報が取得できる磁気式ロータリーエンコーダを実現できる。また、一周期の正弦波波形を形成するよう磁石群５０２，５０３を配置しているので、磁石の総体積が増加し、磁場が増し、高い信号強度が得られる。また、絶対位置検出が可能な磁気式ロータリーエンコーダを実現できる。

【0045】

なお、実施の形態１から実施の形態５では、磁石幅または磁石ピッチを変化させて正弦波状の磁場変化を発生させているが、磁石幅および磁石ピッチをそれぞれ同一として、各磁石の磁力を変化させて正弦波状の磁場変化を発生させてもよい。磁力を変化させる方法としては、磁石の厚さを段階的に変化させる、磁気センサとの距離を段階的に変化させる、磁石の着磁率を段階的に変化させる、あるいは磁石の磁石材料を段階的に変化させる、といった方法がある。

【0046】

また、本明細書において、移動とは、直線移動および回転移動を含むものとする。

【0047】

以上の実施の形態に示した構成は、本開示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、本開示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。

【符号の説明】

【0048】

１０，２０，３０，４０，５０，１０８ａ，１０８ｂ 磁石、１００，２００，５００ 磁気式エンコーダ、１０１，１０８，２０１，３０１，４０１，５０１ 磁気スケールユニット、１０２，１０３，２０２，２０３，３０２，３０３，４０２，４０３，５０２，５０３ 磁石群、１０４，２０４，３０４，４０４，５０４ 基体、１０５，２０５ 位置検出ユニット、１０６，２０６，５０５ 磁気センサ、１０７，２０７ 基板、Ｌｍ，Ｌｍｎ 磁石幅、Ｐｍ，Ｐｍ０，Ｐｍ１，Ｐｍ２，Ｐｍｎ 磁石ピッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】