以下に、図面を参照して、本発明を適用� ��た磁気エンコーダおよびアクチュエータの� ��施の形態を説明する。

 図1は磁気エンコーダを組み込んだサーボ モータの半断面図であり、図2はその概略構� �図である。サーボモータ1(アクチュエータ)� �、筒状のモータハウジング2の中心を前後方� ��に延びるモータ軸3(回転部材)を備えている� ��モータ軸3の先端は、モータハウジング2の� �端を閉鎖しているエンドブラケット4の中心� ��分を貫通してモータハウジング2の前方に突 出している。モータハウジング2の後端はカ� �プ状のエンコーダカバー5によって閉鎖され� ��いる。モータ軸3は、モータハウジング2に� �持された軸受け6、7を介して回転自在な状態 に支持されている。モータハウジング2内の� �側部分には、モータ軸3と同軸状態で回転子8 が一体形成されている。回転子8の外周側に� �モータハウジング2の内周面に固定された鉄� ��9が対向しており、鉄心9にはモータコイル10 が取り付けられている。

 モータ軸3の軸受け7側の部分には電磁ブ� �ーキ11が配置されている。電磁ブレーキ11は� ��モータ軸3に同軸状態でスプライン結合され たブレーキディスク12を備えている。ブレー� ��ディスク12には、軸方向に対峙するように� �ィスク状のブレーキ可動部13が配置されてい る。ブレーキ可動部13は不図示のばね力によ� ��てストッパ15をブレーキディスク12に押し付 けている。ブレーキコイル14を励磁すると、� ��レーキ可動部13がばね力に逆らってブレー� �ディスク12の側から離れ、モータ軸3の回転� �止めるためのブレーキ力が解除される。ブ� �ーキコイル14は、モータハウジング2に固定� �れたブラケット16に支持されている。

 モータハウジング2の後端部に取り付けた エンコーダカバー5の内部にはモータ軸3の後� ��部分が位置している。このモータ軸3の後端 部分には、モータ軸3の絶対回転角度を検出� �るためのアブソリュート型の磁気エンコー� �17の回転検出部18、19が軸方向に近接して配� �されている。

 図3Aは回転検出部18の正面図であり、図3B� ��回転検出部19の正面図である。これらの図� �参照して説明すると、磁気エンコーダ17の回 転検出部18は、モータ軸3に同軸状態に固定さ れた2極マグネット20と、2極マグネット20の外 周面に対向して配置されたホールセンサなど の磁気検出素子A0、B0を備えている。また、� �転検出部19は、モータ軸3に同軸状態に固定� �れた多極マグネット21と、多極マグネット21� ��外周面に対向して配置された4組の第1~第4磁 気検出部22~25を備えている。

 2極マグネット20および多極マグネット21� �、モータ軸3に同軸状態に固定されたリング� ��マグネット材の円形外周面にS極とN極の各� �極を交互に形成したものである。2極マグネ� ��ト20の円形外周面に形成された2極着磁面20a� ��は、180度離れた位置にS極とN極が形成され� �いる。多極マグネット21の円形外周面に形成 された多極着磁面21aには、S極とN極が等角度� ��隔で交互に形成されている。例えば、多極� ��磁面21aは28極に着磁されている。

 磁気検出素子A0と磁気検出素子B0は、2極� �グネット20の回転中心であるモータ軸3の回� �中心を中心として90度離れた角度位置におい て、それらの感受面が2極着磁面20aに一定の� �ャップで対峙するように配置されている。2� ��マグネット20が1回転すると、各磁気検出素� ��からは、位相差が90度の正弦波形の検出信� �が1周期分出力される。

 多極マグネットの21の多極着磁面21aに対� �して配置されている第1~第4磁気検出部22~25は 、それぞれ、電気角で90度離れた状態に隣接� ��置した2組の磁気検出素子から構成されてい る。

 第1磁気検出部22は、多極着磁面21aに対し� ��一定のギャップで感受面が対峙するように� ��接配置され、多極マグネット21の回転に伴� �、90度位相差のある正弦波状のA相信号およ� �B相信号をそれぞれ出力するA相第1磁気検出� �子A1およびB相第1磁気検出素子B1を備えてい� �。第2磁気検出部23は、多極着磁面21aに対し� �一定のギャップで感受面が対峙するように� �接配置され、多極マグネット21の回転に伴い 、90度位相差のある正弦波状のA相信号および B相信号をそれぞれ出力するA相第2磁気検出素 子A2およびB相第2磁気検出素子B2を備えている 。

 第3磁気検出部24は、多極着磁面21aに対し� ��一定のギャップで感受面が対峙するように� ��接配置され、多極マグネット21の回転に伴� �、A相信号とは逆位相のA相反転信号およびB� �信号とは逆位相のB相反転信号をそれぞれ出� ��するA相第3磁気検出素子A3およびB相第3磁気� ��出素子B3を備えている。第4磁気検出部25は� �多極着磁面21aに対して一定のギャップで感� �面が対峙するように隣接配置され、多極マ� �ネット21の回転に伴い、A相信号とは逆位相� �A相反転信号およびB相信号とは逆位相のB相� �転信号をそれぞれ出力するA相第4磁気検出素 子A4およびB相第4磁気検出素子B4を備えている 。

 また、第2磁気検出部23のA相第2磁気検出� �子A2およびB相第2磁気検出素子B2は、第1磁気� ��出部22のA相第1磁気検出素子A1およびB相第1� �気検出素子B1に対して、それぞれ、多極マグ ネット21の回転中心周りに機械角で180度離れ� ��角度位置に配置されている。

 第3磁気検出部24のA相第3磁気検出素子A3お よびB相第3磁気検出素子B3は、第1磁気検出部2 2のA相第1磁気検出素子A1およびB相第1磁気検� �素子B1に対して、それぞれ、多極マグネット 21の回転中心周りに機械角で略90度離れた角� �位置に配置されている。

 第4磁気検出部25のA相第4磁気検出素子A4お よびB相第4磁気検出素子B4は、第3磁気検出部2 4のA相第3磁気検出素子A3およびB相第3磁気検� �素子B3に対して、それぞれ、多極マグネット 21の回転中心周りに機械角で180度離れた角度� ��置に配置されている。

 多極着磁面21aにおける28極の多極着磁パ� �ーンでは、一つの磁極から機械角で180度離� �た位置にある磁極の極性は同一極性である� �で、第1磁気検出部22および第2磁気検出部23� �おけるA相第1磁気検出素子A1およびA相第2磁� �検出素子A2は常に同一極性の磁極に対向する 。例えば、多極マグネット21が図3Bに示す回� �位置にある状態では、A相第1磁気検出素子A1� ��よびA相第2磁気検出素子A2はいずれもS極に� �峙する。第1磁気検出部22および第2磁気検出� ��23におけるB相第1磁気検出素子B1およびB相第 2磁気検出素子B2は、A相第1磁気検出素子A1、A� ��第2磁気検出素子A2に対して電気角で90度離� �た位置にある。よって、磁気検出素子A1、A2� ��対峙している磁極とは逆極性の磁極に対峙� ��る。図3Bに示す状態ではN極に対峙する。

 一方、第1、第2磁気検出部22、23から機械� ��で90度回転させた位置にある第3、4磁気検出 部24、25のA相第3磁気検出素子A3およびA相第4� �気検出素子A4は、常に、A相第1磁気検出素子A 1およびA相第2磁気検出素子A2が対峙している� ��極とは逆極性の磁極に対峙する。例えば、� ��極マグネット21が図3Bに示す回転位置にある 状態では、A相第3磁気検出素子A3、A相第4磁気 検出素子A4は、いずれもN極に対向している。 第3、4磁気検出部24、25の他方のB相第3磁気検� ��素子B3、B相第4磁気検出素子B4は、A相第3磁� �検出素子A3、A相第4磁気検出素子A4から電気� �で90度離れた位置にある。したがって、図3B� ��示す状態では、それぞれS極に対峙する。

 なお、第3、4磁気検出部24、25の配置は第1 、第2磁気検出部22、23から90度回転した角度� �置以外の角度位置に配置することも可能で� �る。この場合にも、第3、第4磁気検出部24、2 5は、第1、2磁気検出部22、23とは異なる角度� �置に配置され、且つ、A相第3磁気検出素子A3� ��A相第4磁気検出素子A4が、A相第1磁気検出素� ��A1、A相第2磁気検出素子A2とは逆極性の磁極� ��対峙し、B相第3磁気検出素子B3、B相第4磁気� ��出素子B4が、B相第1磁気検出素子B1、B相第2� �気検出素子B2とは逆極性の磁極に対峙するよ うに配置される。

 このように配置した各磁気検出素子は、� ��極マグネット21の回転に伴い、多極マグネ� �ト21が1回転する間に28周期分の正弦波信号を 出力する。また、A相第1磁気検出素子A1、A相� ��2磁気検出素子A2は同位相の正弦波状のA相信 号を出力し、A相第3磁気検出素子A3、A相第4磁 気検出素子A4は、A相信号とは逆位相の正弦波 状のA相反転信号を出力する。また、B相第1磁 気検出素子子B1、B相第2磁気検出素子B2は、A� �第1磁気検出素子A1、A相第2磁気検出素子A2と� ��90度位相が異なる正弦波状のB相信号を出力� ��る。B相第3磁気検出素子B3、B相第4磁気検出� ��子B4は、B相第1磁気検出素子B1、B相第2磁気� �出素子B2とは逆位相の正弦波状のB相反転信� �を出力する。

 図4は第1~第4各磁気検出部22~25の各磁気検出� ��子(ホール素子)の出力端子の結線図である� �この図に示すように、A相結線回路26では、A� ��信号を出力するA相第1磁気検出素子A1、A相� �2磁気検出素子A2は順方向に並列接続されて� �る。これに対して、A相反転信号を出力するA 相第3磁気検出素子A3、A相第4磁気検出素子A4� �、正負の出力端子が逆の状態で、A相第1磁気 検出素子A1、A相第2磁気検出素子A2に対して並 列接続されている。B相結線回路27においても B相の磁気検出素子B1~B4が同様に結線されてい る。各磁気検出素子A1~A4、B1~B4の出力信号を(A 1)~(A4)、(B1)~(B4)で表すと、各磁気検出素子か� �得られる出力信号の合成信号A、Bとして、次 式で表す平均化された信号が得られる。
 A=〔{(A1)+(A2)}-{(A3)+(A4)}〕/4
 B=〔{(B1)+(B2)}-{(B3)+(B4)}〕/4

 磁気エンコーダ17の信号処理部28は、回転 検出部18の磁気センサ素子A0、B0からの検出信 号に基づいて2極マグネット20の回転角度θ1を 演算する2極角度演算部29と、上述したA相結� �回路26およびB相結線回路27から出力される各 4つの磁気センサ素子からの検出信号の合成� �号に基づいて多極マグネット21の回転角度θ2 を算出する多極角度演算部30と、2極角度演算 部29および多極角度演算部30からの出力に基� �いてモータ軸3の絶対回転角度θ0を演算する� ��対角度演算部31を備えている。

 2極角度演算部29は、例えば、磁気検出素� ��A0、B0からの90度の位相差の検出信号に所定� ��信号処理を行うことにより、2極マグネット 20の回転角度θ1を算出することができる。

 多極角度演算部30は、A相結線回路26およ� �B相結線回路27から出力される合成後のA相信� ��およびB相信号、あるいは、各磁気検出素子 の検出信号に所定の信号処理を行うことによ り、多極マグネット21の各極対の回転位置を� ��す回転角度θ2を検出することができる。

 絶対角度演算部31は、2極角度演算部29から� �信号θ1に基づいて多極信号の極対番号数Niを 求め、多極角度信号θ2と合わせて、以下の式 に基づいてモータ軸3の全体回転角度θ0を算� �する。
 θ0=(Ni×360/P)+(θ2/P)
 ここで、0≦Ni≦P-1(P:多極マグネットの極対� ��)

 図5Aおよび図5Bは、2極マグネット20による 磁界を示す側面図および平面図である。これ らの図を参照して、2極マグネット20による回 転磁界に起因する検出誤差の除去について説 明する。

 磁気エンコーダ17では、2極マグネット20� �多極マグネット21に近接配置している。2極� �グネット20からの漏れ磁束φ1が多極マグネッ ト21をその直径方向に横切っているものとす� ��。図5Bに示すように、2極マグネット20のS極� ��よびN極の漏れ磁束が、第1磁気検出部22のA� �第1磁気検出素子A1およびB相第1磁気検出素子 B1、並びに、第2磁気検出部23のA相第2磁気検� �素子A2およびB相第2磁気検出素子B2の各感受� �に対して垂直に鎖交した回転位置において� �これら4個の磁気検出素子A1、B1、A2、B2の検� �信号には最も大きなノイズ成分が含まれる� �とになる。

 この場合、第1磁気検出部22の位置にあるA 相第1磁気検出素子A1およびB相第1磁気検出素� ��B1における磁束φ1の影響による検出信号(A1)� ��(B1)の変動は、第2磁気検出部23の位置にある A相第2磁気検出素子A2およびB相第2磁気検出素 子B2における磁束φ1の影響による検出信号(A2) 、(B2)の変動に対して、正負が逆で、ほぼ同� �の大きさになる。従って、A相結線回路26に� �いて、A相第1磁気検出素子A1およびA相第2磁� �検出素子A2のそれぞれの検出信号を合成して 平均化することにより、各検出信号に含まれ る2極マグネット20の漏れ磁束に起因する誤差 成分が相殺される。同様に、B相結線回路27に おいて、磁気センサ素子B1、B2の検出信号を� �成して平均化することにより、誤差成分が� �殺される。

 なお、2極マグネット20の回転に伴って漏� ��磁束φ1も回転する。第3、第4磁気検出部24、 25においても同様にして誤差成分が相殺され� ��ので、いずれの回転位置においても、2極マ グネット20からの漏れ磁束に起因する誤差成� ��を除去できる。

 次に、図6Aおよび図6Bは、ブレーキコイル 14を励磁したときに発生するブレーキ磁界を� ��す側面図および平面図である。これらの図� ��参照して、電磁ブレーキ11のブレーキコイ� �14を励磁したときに発生するブレーキ磁界に 起因する検出誤差の除去について説明する。

 サーボモータ1では、磁気エンコーダ17を� ��磁ブレーキ11と近接させて取り付けてある� �ブレーキ磁界の磁束φ2の向きは、多極マグ� �ット21の回転中心であるモータ軸3の回転中� �から半径方向に沿って一方向の放射状に延� �ている。このような半径方向に延びるブレ� �キコイルからの漏れ磁束を、第1~第4磁気検� �部22~25の各磁気検出素子が検出すると、当該 漏れ磁束に応じた誤差が検出信号に乗ってし まう。

 このような半径方向に延びる漏れ磁束に� ��因する検出誤差は、各磁気検出素子の検出� ��号において同一の大きさで、正負も一致す� ��誤差成分として現れる。従って、A相結線回 路26において、A相第1磁気検出素子A1およびA� �第2磁気検出素子A2から得られる各A相信号を� ��成して平均化すると共に、A相第3磁気検出� �子およびA相第4磁気検出素子から得られる各 A相反転信号を合成して平均化し、さらに、� �A相信号を平均化した信号に各A相反転信号を 平均化した信号の反転信号を合成し、平均化 することにより、A相信号に含まれる誤差成� �を除去できる。同様に、B相結線回路27にお� �て、B相第1磁気検出素子B1およびB相第2磁気� �出素子B2から得られる各B相信号を合成して� �均化すると共に、B相第3磁気検出素子B3およ� ��B相第4磁気検出素子B4から得られる各B相反� �信号を合成して平均化し、さらに、各B相信� ��を平均化した信号に各B相反転信号を平均化 した信号の反転信号を合成し、平均化するこ とにより、B相信号に含まれる誤差成分を除� �できる。よって、誤差成分を除去したA相信� ��およびB相信号を用いて精度良くモータ軸の 回転位置を検出できる。

 なお、2極マグネット20による磁界や電磁� ��レーキ11によるブレーキ磁界に限らず、他� �原因によって、同様な外部磁界がある場合� �も、そのような外部磁界による検出誤差を� �様に除去できる。

 以上説明したように、磁気エンコーダ17� �は、2極マグネット20に起因する検出誤差を� �減できるので、2極マグネットと多極マグネ� ��ト21を離す必要がなく、2極マグネット20と� �極マグネット21を近接して配置することがで きる。よって、磁気エンコーダ17の小型化が� ��能となる。また、磁気エンコーダ17と電磁� �レーキ11を離す必要がないので、磁気エンコ ーダ付きのサーボモータ1の小型化が可能と� �る。

 また、A相結線回路26およびB相結線回路27� ��よる上記のような信号処理を行うことによ� ��、多極着磁された着磁面に対向する異なる� ��位に配置した各磁気センサ素子からの検出� ��号が合成されるので、多極マグネット21の� �極着磁パターンのばらつきに起因する検出� �号のばらつきが平均化されると共に、複数� �磁気センサ素子の個体差による検出信号の� �らつきが平均化される。また、磁気センサ� �子としてホールセンサなどを用いた場合の� �ンサ周囲温度の変化によるオフセット出力� �変化を相殺できる。よって、これらのばら� �きや温度特性などに起因する検出誤差を削� �でき、モータ軸3の回転位置の検出精度が更� ��向上する。

 次に、多極マグネットによる回転検出部� ��他の構成例について説明する。図3Bに示し� �回転検出部19の多極マグネット21の極数は28� �であったが、多極マグネット21の極数は、磁 気エンコーダ17が達成すべき分解能などに応� ��て適宜変更される。上述したように、28極� �多極マグネットでは、機械角で丁度180度離� �た位置にある2つの磁極の極性は同一極性と� ��っており、多極マグネットの極数が4の整数 倍である場合には、常にこのような磁極配置 となっている。よって、この場合には、上述 のようなセンサ配置および信号処理により、 外部磁界に起因する誤差成分を除去できる。

 しかしながら、多極マグネットの極数が4 の整数倍ではない場合には、機械角で丁度180 度離れた位置にある2つの磁極の極性は同一� �性にならない。図7は、図3Bとは極数が異な� �多極マグネットによる回転検出部の正面図� �ある。この図に示すように、26極の多極マグ ネット121においては、機械角で丁度180度離れ た位置にある2つの磁極の極性は逆極性であ� �。そこで、このような場合には、第1磁気検� ��部22のA相第1磁気検出素子A1およびB相第1磁� �検出素子B1を、第2磁気検出部23のA相第2磁気� ��出素子A2およびB相第2磁気検出素子B2に対し� ��、それぞれ、機械角で(180-δ)度離れた角度� �置に配置する。そして、第3磁気検出部およ� ��第4磁気検出部についても同様に、A相第3磁� ��検出素子とA相第4磁気検出素子、および、B� ��第3磁気検出素子とB相第4磁気検出素子の2組 の素子を、それぞれ、機械角で(180-δ)度離れ� ��角度位置に配置する。そして、上記実施形� ��と同様の信号処理を行う。

 ここで、δは多極マグネット121における� �極1極分の角度間隔であり、26極の場合には� �δ=(360/26)度である。すなわち、機械角で(180-� �)度離れた角度位置とは、180度に最も近い角� ��間隔だけ離れている同一極性の磁極の角度� ��置であり、26極の場合には、(180-(360/26))度は 約166.2度となる。よって、図7のように構成す れば、180にほぼ近い機械角だけ離れた位置に 配置した2つの磁気検出センサ素子からの同� �相の検出信号を合成して平均化できるので� �28極の多極マグネット21を使用した場合と同� ��に、これらの検出信号に乗る2極マグネット からの漏れ磁束に起因するノイズ成分を相殺 することができ、誤差成分を除去することが できる。