絕對編碼裝置及電動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的是提供一種緊湊的絕對編碼裝置，其容易組裝并可實現高的分辨率。本發(fā)明提供一種絕對編碼裝置(1)，其包括：永久磁鐵(4)，其包括第一磁性圖14(雙磁極)及第二磁性圖(16)(多個磁極)；第一磁傳感器(5)，其用于檢測所述第一磁性圖(14)的磁場；第二磁傳感器(6)，其用于檢測所述第二磁性圖(16)的磁場；以及信號處理電路(7)，其用于基于所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器(5及6)的輸出信號來計算轉軸(2)的絕對旋轉角度。所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器(5及6)和所述信號處理電路(7)被固定至單基板(8)。所述第一磁性圖(14)在所述永久磁鐵(4)內形成于沿與軸向交叉的方向延伸的平面上，且所述第二磁性圖(16)形成于所述永久磁鐵(4)的外周邊表面上。
【專利說明】絕對編碼裝置及電動機
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種絕對編碼裝置及一種電動機。
【背景技術】
[0002]作為用于控制電動機旋轉的裝置，已知一種絕對編碼裝置。所述絕對編碼裝置可用于例如檢測電動機的旋轉方向、旋轉頻率或旋轉位置。作為此種絕對編碼裝置，存在磁鐵型及光學型。磁鐵型比光學型便宜且抗環(huán)境性更優(yōu)。
[0003]在磁鐵型絕對編碼裝置中，例如，將磁傳感器設置成與被固定至轉軸的雙極永久磁鐵相對。作為磁傳感器，已知一種使用自旋閥巨磁阻(spin-valve giantmagnetoresistive ;SV-GMR)元件作為磁阻元件的傳感器(例如參見專利文獻I)。SV-GMR型磁傳感器包括釘扎層(pinned layer)及自由層。釘扎層的磁化方向是固定的，而自由層的磁化方向則根據外部磁場方向而變化。當轉軸旋轉一圈時，自由層及釘扎層中的磁阻變化產生具有不同相位的正弦波信號的輸出。然而，當SV-GMR型磁傳感器用于檢測旋轉時，自由層的磁化方向會根據外部磁場而旋轉。因此，在不影響用作參考方向的釘扎層的磁化方向或各層的耦合(靜磁耦合等)的情況下，不能使自由層的磁場完全飽和。因此，在飽和磁場下的外部磁場中執(zhí)行操作，從而限制磁阻的變化率。
[0004]此外，作為另一磁傳感器，已知一種將各向異性磁阻(anisotropicmagnetoresistive ；AMR)元件作為磁阻元件的包括偏磁(bias magnet)的傳感器(例如參見專利文獻2)。此種AMR型磁傳感器使用穩(wěn)定的永久磁鐵的磁場作為參考方向中的磁化方向并具有單層，因此不影響各層的耦合。然而，存在以下問題:磁阻的變化率低于SV-GMR型磁傳感器的磁阻的變化率。因此，在僅使用雙極永久磁鐵的絕對編碼裝置中，無論磁傳感器的類型如何，都難以獲得高分辨率及高精確度。
[0005]考慮到此技術背景，還已知一種旨在通過永久磁鐵等的構造而非傳感器的類型來使編碼裝置獲得更高分辨率及更高精確度的裝置(例如參見專利文獻3及專利文獻4)。在專利文獻3的編碼裝置中，將旋轉位置檢測磁鐵(PG磁鐵)設置于形成為圓盤形的旋轉基板的外周邊表面上，且磁極位置檢測磁鐵(磁極磁鐵)設置于旋轉基板的頂面上。此外，在專利文獻4的編碼裝置中，磁化有多個磁極的第一磁道形成于圓盤形轉子的外周邊表面上，且磁化有單極的第二磁道形成于圓盤形轉子的下表面上。這樣，在專利文獻3及專利文獻4的裝置中，將兩種磁性圖(magnetic pattern)結合,從而與僅使用雙極永久磁鐵的絕對編碼裝置相比，可獲得更高的分辨率及更高的精確度。
[0006]然而，在專利文獻3的裝置中，包括支撐用于檢測來自于磁極位置檢測磁鐵的磁場的磁極位置檢測元件(霍爾元件)的基板在內，還需要用來支撐用于檢測來自于旋轉位置磁鐵的磁場的位置檢測元件(MR元件)的基板或支撐構件。此外，因為產生強磁場的磁極位置檢測磁鐵被設置于旋轉基板的頂面上，所以來自于磁極位置檢測磁鐵的磁場影響旋轉位置磁鐵的磁場及用于檢測來自于此磁鐵的磁場的位置檢測元件。作為此種問題的解決辦法，在專利文獻3中，將磁屏蔽板作為單獨的構件設置于磁極位置檢測磁鐵與旋轉位置磁鐵之間。
[0007]同樣在專利文獻4的編碼裝置中，因為產生強磁場的第二磁道被設置于圓盤形轉子的下表面上，所以第二磁道的磁場影響第一磁道的磁場以及用于檢測第一磁道磁場的磁檢測元件。此外，包括支撐用于檢測第二磁道磁場的磁檢測元件的基板在內，還需要用來支撐用于檢測第一磁道磁場的磁檢測元件的支撐構件。
[0008]這樣，在專利文獻3與專利文獻4中的每一裝置中，均需要單獨的構件來支撐所述兩個磁傳感器，且在組裝這些單獨的構件時需要將距磁鐵的距離及傳感器之間的距離考慮在內。因此，需要在組裝時進行調整，且成本增加。此外，因為磁性圖之一形成于圓盤形旋轉器的外周邊表面上，而另一個磁性圖形成于圓盤形轉子的頂面或下表面上，所以因磁性圖之間的漏磁場而存在干擾問題。為解決此種問題，如果設置磁屏蔽板，則組件數目會進一步增加，因此組裝的難度及成本增大。
[0009]此外，在專利文獻3的裝置中，磁極位置檢測元件基于來自于磁極位置檢測磁鐵的磁場、以每旋轉一周約幾個脈沖來檢測相對于電動機驅動線圈的電源位置。在專利文獻4的裝置中，用于檢測來自于第二磁道的磁場的磁檢測元件每旋轉一周輸出一個指引信號(index signal)，也就是Z相位信號。為利用此種輸出信號使專利文獻3的裝置及專利文獻4的裝置用作絕對編碼裝置，需要對增加的輸出信號執(zhí)行復雜的計算處理，所述增加的輸出信號是從用于檢測旋轉位置磁場的位置檢測元件(專利文獻3)或從用于檢測第一磁道磁場的磁檢測元件(專利文獻4)獲得。因此，需要為此計算處理設置單獨的組件。例如，在專利文獻4的裝置中，為在絕對說明書中保留所需的多種旋轉信息，設置有計數器及電池。此外，專利文獻4的裝置在用作用于檢測一圈內的絕對位置的絕對編碼裝置時也需要計數器及電池。
[0010]引用文獻列表
[0011]專利文獻
[0012]專利文獻I JPlO-7O325A
[0013]專利文獻2 JP2006-208025A
[0014]專利文獻3:JP2001-4405A
[0015]專利文獻4 JP2004-144497A

【發(fā)明內容】

[0016]技術問題
[0017]考慮到上述情況，本發(fā)明的目的是提供一種絕對編碼裝置及一種電動機，所述絕對編碼裝置及所述電動機可容易地進行組裝并可在維持高分辨率及高精確度的同時實現低成本。
[0018]技術方案
[0019]根據本發(fā)明的一個方面，提供一種絕對編碼裝置，所述絕對編碼裝置包括:永久磁鐵，其固定至轉軸并且包括由兩個磁極形成的第一磁性圖及由多個磁極形成的第二磁性圖；第一磁傳感器，其用于檢測所述第一磁性圖的磁場；第二磁傳感器，其用于檢測所述第二磁性圖的磁場；信號處理電路，其用于獲得絕對角度信號、獲得相對角度信號、以及基于所述絕對角度信號及所述相對角度信號計算所述轉軸的絕對旋轉角度,所述絕對角度信號基于所述第一磁傳感器的輸出信號而表示所述轉軸的絕對角度位置，所述相對角度信號基于所述第二磁傳感器的輸出信號而表示所述轉軸的相對角度位置；以及單基板，其設置成與所述永久磁鐵相對，以固定所述第一磁傳感器、所述第二磁傳感器及所述信號處理電路，其中，所述第一磁性圖在與所述單基板相對的所述永久磁鐵的表面中所形成的凹部內、在與軸向交叉的方向延伸的平面上沿旋轉方向形成為具有不同的磁極性，且所述第二磁性圖在所述永久磁鐵的外周邊表面上沿圓周方向交替地形成為具有不同的磁極性。此外，在本說明書及權利要求書中，“多個磁極”指四個或更多個磁極。
[0020]例如，所述第一磁傳感器用以在容許區(qū)分N磁極與S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號，所述第二磁傳感器用以在不區(qū)分所述N磁極與所述S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號，以及所述永久磁鐵與所述單基板之間的距離以及所述永久磁鐵的厚度是根據所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器的特性而選擇。例如，所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器包括由多個磁阻元件形成的橋接電路。作為另一實例，所述第一磁傳感器由多個霍爾元件形成。
[0021]所述單基板具有沿一個方向延伸的平坦面，且所述第一傳感器及所述第二傳感器可直接安裝于同一所述平坦面上，也就是在所述基板與所述傳感器之間不存在另一支撐構件。
[0022]例如，所述第一磁性圖形成為圓形形狀，且所述第一磁傳感器設置于所述轉軸的軸線上。作為另一實例，所述第一磁性圖形成為環(huán)形形狀，且所述第一磁傳感器設置于從所述轉軸的軸線偏移的位置處。此外，在本說明書及權利要求書中，圓形形狀包括在半圓形的N磁極部分與半圓形的S磁極部分之間具有預定間隙的基本為圓形的形狀。類似地，環(huán)形形狀包括在半環(huán)形的N磁極部分與半環(huán)形的S磁極部分之間具有預定間隙的基本上為環(huán)形的形狀。
[0023]所述永久磁鐵包括設置于所述永久磁鐵內的環(huán)形磁性構件。根據本發(fā)明的另一方面，提供一種包括上述絕對編碼裝置的電動機，且所述轉軸是所述電動機的驅動機構。
[0024]本發(fā)明的有利效果
[0025]在如權利要求1所述的發(fā)明中，對由兩個磁極形成的所述第一磁性圖的磁場以及由多個磁極形成的所述第二磁性圖的磁場進行檢測，并利用從所述第一磁性圖獲得的絕對角度信號及從所述第二磁性圖獲得的相對角度信號來使所述編碼裝置實現更高的分辨率及更高的精確度。此外，所述第一磁性圖在所述永久磁鐵的凹部內形成于沿與軸向交叉的方向延伸的平面上，且所述第二磁性圖形成于所述永久磁鐵的外周邊表面上。因此，能減少因所述磁性圖之間的漏磁場而出現的干擾問題，且因此無須設置另一構件(例如磁屏蔽)。因此，可利于組裝并利于降低成本。此外，在如權利要求1所述的本發(fā)明中，所述第一磁傳感器、所述第二磁傳感器及所述信號處理電路被固定至所述單基板。因此，與其中使用多個基板或另一支撐構件來支撐第一磁傳感器、第二磁傳感器及信號處理電路的情形相比，可更利于組裝及更利于降低成本。這樣，如權利要求1所述的本發(fā)明能使所述絕對編碼裝置在維持高分辨率及高精確度的同時可容易地進行組裝并可以低成本進行制造。
[0026]在如權利要求2所述的發(fā)明中，所述第一磁傳感器在容許區(qū)分N磁極與S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號，且所述第二磁傳感器在不區(qū)分所述N磁極與所述S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號。因此，可從所述第一磁傳感器的具有不同相位的信號獲得絕對角度信號，并可從所述第二磁傳感器的具有不同相位的信號中獲得相對角度信號。因此，所述轉軸的絕對旋轉角度可在不需要復雜計算處理的情況下獲得。此外，無須設置用于復雜計算處理的單獨組件，此也能利于減小尺寸并降低整個裝置的成本。
[0027]此外，永久磁鐵與單基板之間的距離及永久磁鐵的厚度可根據第一磁傳感器及第二磁傳感器的特性而選擇。因此，在不改變第一磁傳感器及第二磁傳感器在單基板上的固定位置的情況下，通過調整永久磁鐵與單基板之間的距離、通過調整永久磁鐵的厚度、或通過調整所述兩者，可調整每一傳感器與永久磁鐵之間的位置關系，以獲得適于每一傳感器的磁場強度。因此，可進一步有利于在所述編碼裝置的制造過程中的組裝工作。
[0028]在如權利要求3所述的發(fā)明中，所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器被直接安裝于所述單基板的同一所述平坦面上。因此，當所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器被固定至所述單基板時，可利用安裝機(安裝器)進行機械組裝，由此可更利于組裝。
[0029]如權利要求4所述的發(fā)明可應用于具有其中永久磁鐵被固定至轉軸末端的結構的絕對編碼裝置。如權利要求5所述的本發(fā)明可應用于具有轉軸穿透型結構的絕對編碼裝置。
[0030]如權利要求6所述的本發(fā)明可實現能抵抗外部浮動磁場(external floatingmagnetic field)的結構。如權利要求7所述的發(fā)明可實現具有應用如權利要求1?6所述發(fā)明的絕對編碼裝置的電動機。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是根據本發(fā)明第一實施例的一種絕對編碼裝置的剖視圖。
[0032]圖2是圖1所示絕對編碼裝置的平面圖。
[0033]圖3(a)是永久磁鐵的透視圖，其用于圖示根據第一實施例的第一磁性圖。圖3(b)是永久磁鐵的透視圖，其用于圖示根據第一實施例的第二磁性圖。
[0034]圖4是永久磁鐵的透視圖，其用于圖示磁鐵內的退磁場(demagnetizing field)。
[0035]圖5(a)是根據第一實施例的第一磁傳感器的結構圖。圖5(b)是圖5(a)所示結構的等效電路圖。
[0036]圖6(a)是圖示第一磁傳感器的輸出信號相對于旋轉角度的波形圖。圖6(b)是第一磁傳感器的輸出信號的李沙育圖(Lissajou' s figure)。圖6 (c)是表不通過對第一磁傳感器的輸出信號進行反正切運算所獲得的角度值的圖。
[0037]圖7(a)是構成第二磁傳感器的元件的結構圖。圖7(b)是圖7(a)所示結構的等效電路圖。
[0038]圖8是永久磁鐵的透視圖，其用于圖示由第二磁傳感器所檢測的磁場。
[0039]圖9(a)是永久磁鐵的平面圖，其用于圖示第二磁傳感器的檢測原理。圖9(b)是圖示圖9(a)所示每一元件的輸出信號的波形圖。
[0040]圖10是根據第一實施例的第二磁傳感器的結構圖。
[0041]圖11(a)是絕對編碼裝置的透視圖，其用于圖示第二磁性圖的磁場與第二磁傳感器之間的位置關系。圖11(b)是絕對編碼裝置的透視圖，其用于圖示在圖11(a)所示的永久磁鐵沿轉軸的軸向移動的情形中第二磁性圖的磁場與第二磁傳感器之間的位置關系。
[0042]圖12是根據第一實施例的信號處理電路的方框圖。[0043]圖13(a)是圖示第二磁傳感器的輸出信號的波形圖。圖13(b)是圖示從圖13(a)所示的輸出信號獲得的相對角度信號的波形圖。圖13(c)是圖示第一磁傳感器的輸出信號的波形圖。圖13(d)是圖示從圖13(c)所示的輸出信號獲得的絕對角度信號的波形圖。
[0044]圖14是圖示角度數據Θ I與角度數據Θ 2之間的關系的波形圖。
[0045]圖15是安裝有根據第一實施例的絕對編碼裝置的電動機的構造圖。
[0046]圖16是根據本發(fā)明第二實施例的一種絕對編碼裝置的剖視圖。
[0047]圖17是圖16所示絕對編碼裝置的平面圖。
[0048]圖18是永久磁鐵的透視圖，其用于圖示根據第二實施例的第一磁性圖。
[0049]圖19(a)是圖示其中第一磁性圖具有圓形形狀的情形中的磁場的透視圖。圖19(b)是圖示其中第二磁性圖具有環(huán)形形狀的情形中的磁場的透視圖。
[0050]圖20(a)是根據本發(fā)明另一實施例的第二磁傳感器的元件的結構圖。圖20(b)是圖20(a)所示結構的等效電路圖。
[0051]圖21是根據另一實施例的第二磁傳感器的結構圖。
[0052]圖22(a)是根據本發(fā)明又一實施例的第二磁傳感器的結構圖。圖22 (b)是圖22(a)所不結構的等效電路圖。
[0053]圖23(a)是根據本發(fā)明再一實施例的第一磁傳感器的結構圖。圖23 (b)是圖23(a)所不結構的等效電路圖。
[0054]圖24(a)是根據本發(fā)明又一實施例的第一磁傳感器的結構圖。圖24(b)是圖24(a)所示傳感器的電路圖。
[0055]圖25是根據本發(fā)明又一實施例的永久磁鐵的透視圖。
[0056]圖26是永久磁鐵的剖視圖,其用于圖不用于固定轉軸及永久磁鐵的另一種方法。
【具體實施方式】
[0057][第一實施例]
[0058]現在，將參照附圖闡述本發(fā)明的實施例。圖1是根據本發(fā)明第一實施例的絕對編碼裝置的剖視圖，且圖2是圖1所示編碼裝置的俯視平面圖。編碼裝置I包括固定至轉軸2的永久磁鐵4以及用于支撐第一磁傳感器5、第二磁傳感器6及信號處理電路7的基板8。永久磁鐵4包括杯形的圓盤狀主體部11及轉軸固定部12，圓盤狀主體部11具有在下側沿周邊邊緣形成的細長突出部,轉軸固定部12從主體部11的頂面中心部分朝具有臺階部的轉軸2突出。在此實施例中，轉軸2的末端插入至沿永久磁鐵4的轉軸固定部12的中心軸線而形成的凹部中并被接觸粘合或粘附，由此使永久磁鐵4固定至轉軸2。
[0059]基板8是單基板，且是具有沿一個方向延伸的平坦平面8a的基板。第一磁傳感器5及第二磁傳感器6被固定于基板8的同一平面8a上。如圖1所不,基板8被設置成與永久磁鐵4的下表面相對，以覆蓋永久磁鐵主體部11的杯形凹部13。
[0060]在永久磁鐵4的主體部11的內頂面Ila上，第一磁性圖14沿轉軸的旋轉方向朝下表面形成。在主體部11的外周邊表面上，沿圓周方向形成有第二磁性圖16。第一磁傳感器5在基板8的一個平面8a上被設置成與第一磁性圖14相對，以檢測第一磁性圖14的磁場。第二磁傳感器6被設置于基板8的所述一個平面8a上，其在永久磁鐵4的外周邊側上以預定間隔與第二磁性圖16相對，以檢測第二磁性圖16的磁場。在基板8的另一平面上固定有信號處理電路7。
[0061]圖3是永久磁鐵4的透視圖。為便于說明，圖3 (a)僅圖示第一磁性圖14，且圖3(b)僅圖示第二磁性圖16。永久磁鐵4的主體部11具有杯形形狀，其中凹部13以圖1所示的位置關系形成于圓盤下表面內。在永久磁鐵4內沿與軸向交叉的方向延伸的表面lla(以圖1所示的位置關系與基板8相對的凹部的內部頂面11a，即圖3(a)所示的位置關系中的杯形形狀的內部底面Ila)上，沿旋轉方向形成由兩個磁極構成的第一磁性圖14(參見圖3(a))。在外周邊表面Ilb上，形成由多個磁極構成的第二磁性圖16，在第二磁性圖16中N磁極與S磁極沿圓周方向依次交替地磁化(參見圖3(b))。在此實施例中，永久磁鐵4由樹脂磁鐵制成。因此，可容易地形成主體部11的杯形形狀及轉軸固定部12的結構。第一磁性圖14及第二磁性圖16通過表面磁化形成。表面磁化是指一種通過將磁軛(yoke)設定成僅靠近欲被磁化的表面來進行磁化的方法。
[0062]第二磁性圖16通過在永久磁鐵4的主體部的外周邊表面Ilb上沿圓周方向交替地磁化多個磁極(包括S磁極及N磁極)而形成。此實施例的磁化方法是通過僅單側被磁化的表面磁化而非通過兩側被磁化的雙側磁化來執(zhí)行。換言之,僅在主體部的外周邊表面Ilb上執(zhí)行表面磁化，而不磁化用于界定凹部13的側面的主體部的內周邊表面。通過僅對主體部的外周邊表面Ilb執(zhí)行表面磁化，使主體部的僅外周邊表面Ilb產生磁場，而主體部的內周邊表面不產生磁場。此外，通過對主體部的外周邊表面Ilb執(zhí)行表面磁化而形成的第二磁性圖16的磁場幾乎不漏至主體部11的凹部13。為此，由圖4中的曲線表示通過對主體部的外周邊表面Ilb執(zhí)行表面磁化而產生的樹脂磁鐵內的退磁場。因為第二磁性圖16的退磁場產生于永久磁鐵4內(如圖4所示)，所以可減少磁化于外周邊表面Ilb上的第二磁性圖16的磁場泄漏至杯形主體部11內。此外，第一磁性圖14并非由于對永久磁鐵4的下表面或頂面的表面磁化而形成，而是由于對形成于永久磁鐵4中的凹部13內沿與軸向交叉的方向延伸的表面Ila的表面磁化形成。與第二磁性圖16的表面磁化相似,此種表面磁化是用于磁化僅一側的表面磁化，且第一磁性圖14僅磁化于表面Ila上。因此，能減少磁場從第一磁性圖14泄漏至主體部11外部。因此，在此種結構中，第一磁性圖14的漏磁場不會干擾第二磁傳感器6,且第二磁性圖16的漏磁場不會干擾第一磁傳感器5。
[0063]永久磁鐵4的厚度可根據第一磁傳感器5及第二磁傳感器6的特性進行調整。例如，如果第一磁傳感器5需要較強的磁力，則將永久磁鐵4的厚度減小，從而可減小第一磁傳感器5與形成于永久磁鐵4的凹部內的第一磁性圖14之間的距離。如果第二磁傳感器6需要較強的磁力，則將永久磁鐵4的厚度增大，從而可增大位于永久磁鐵4上的第二磁性圖16的磁化面積。
[0064]接下來闡述磁傳感器5及磁傳感器6。第一磁傳感器5是在容許區(qū)分N磁極與S磁極的周期內輸出具有不同相位的信號的磁傳感器。在此實施例中，作為實例，使用SV-GMR型磁傳感器作為第一磁傳感器5。圖5(a)是圖不構成第一磁傳感器5的SV-GMR的磁傳感表面區(qū)域(el?e8)及用于表不釘扎層的磁化方向(ml?m8)的結構圖，且圖5(b)是圖不此結構的等效電路的圖。由磁傳感表面區(qū)域el及e2形成的組、由磁傳感表面區(qū)域e5及e6形成的組、由磁傳感表面區(qū)域e3及e4形成的組、以及由磁傳感表面區(qū)域e7及e8形成的組以90°的間隔被設置于同一圓周上,如圖5 (a)所不。
[0065]通過方程式(I)來確定磁傳感表面區(qū)域的磁阻變化:[0066]R = RO- Δ Rcos ( θ - θ pin)...(I),
[0067]其中，RO表示當無外部磁場施加至SV-GMR時的磁阻，Λ R表示磁阻變化，Θ表示外部磁場的磁化方向(自由層的磁場方向)，且Θ pin表不釘扎層的磁化方向。
[0068]通過如圖5(a)所示設置具有方程式(I)的磁阻變化的磁傳感區(qū)域，可在與磁場周期相同的周期中區(qū)分N磁極與S磁極，并可獲得具有不同相位的信號。
[0069]第一磁傳感器5檢測第一磁性圖14的磁場，并在一圈中輸出具有90°相位差的兩相正弦波信號的一個周期。此輸出無須復雜計算處理就可以變成絕對角度信號(絕對信號)。如圖6所不,第一磁傳感器5具有與外部磁場的強度有關的輸出特性。圖6(a)表不第一磁傳感器5的輸出與旋轉角度的關系，圖6 (b)表示第一磁傳感器5的輸出的李沙育圖(lissajou’ s figure),且圖6 (c)表示通過將從第一磁傳感器5獲得的位置信息通過反正切運算(Arctan)轉換成角度而獲得的絕對角度信號。圖6(a)及圖6(b)通過虛線表示當第一磁傳感器5與第一磁性圖14彼此接近時的輸出信號，并通過實線表示當第一磁傳感器5與第一磁性圖14彼此遠離時的輸出信號。當第一磁傳感器5與永久磁鐵4彼此接近時，施加至第一磁傳感器5的磁場強度增大，且兩相正弦波信號的峰峰輸出電壓(Al及BI)同時增大。當第一磁傳感器5與永久磁鐵4彼此遠離時，兩相正弦波信號的峰峰輸出電壓(A2及B2)同時減小。因此，如圖6 (c)所示，即使轉軸2沿轉軸方向移動，也不會影響通過計算處理(例如反正切運算(Arctan))所獲得的絕對角度信號。
[0070]接下來闡述第二磁傳感器6。圖7(a)是構成第二磁傳感器6的元件的結構圖，且圖7(b)是圖7(a)所示結構的等效電路圖。如下文中所述，第二磁傳感器6包括多個圖7(a)所示的元件。所述元件由磁阻元件21以及磁阻元件22形成,磁阻元件21具有磁阻Rl且形成為垂直網格形狀，磁阻元件22具有磁阻R2且形成為水平網格形狀，磁阻元件21與磁阻元件22串聯連接。磁阻元件22的一端連接至電極23。這樣，因為磁阻元件22的延伸方向基本上垂直于磁阻兀件21的延伸方向，所以令磁阻兀件21產生最大磁阻變化的垂直磁場變?yōu)榱畲抛柙?2產生最小磁阻變化的磁場。此處，磁阻元件21及磁阻元件22的磁阻值Rl及磁阻值R2通過以下方程式給出。
[0071]Rl = RO-ARsin2 Θ …⑵
[0072]R2 = RO- Δ Rcos2 Θ...⑶
[0073]等效電路的輸出電壓Vout通過以下方程式給出。
[0074][方程式I]
[0075]
【權利要求】
1.一種絕對編碼裝置，其包括: 永久磁鐵，其固定至轉軸并且包括由兩個磁極形成的第一磁性圖及由多個磁極形成的第二磁性圖； 第一磁傳感器，其用于檢測所述第一磁性圖的磁場； 第二磁傳感器，其用于檢測所述第二磁性圖的磁場； 信號處理電路，其用于獲得絕對角度信號、獲得相對角度信號、并且基于所述絕對角度信號及所述相對角度信號計算所述轉軸的絕對旋轉角度，所述絕對角度信號基于所述第一磁傳感器的輸出信號而表示所述轉軸的絕對角度位置，所述相對角度信號基于所述第二磁傳感器的輸出信號而表示所述轉軸的相對角度位置；以及 單基板，其設置成與所述永久磁鐵相對，以固定所述第一磁傳感器、所述第二磁傳感器及所述信號處理電路， 其中，所述第一磁性圖在與所述單基板相對的所述永久磁鐵的表面中所形成的凹部內、在與軸向交叉的方向延伸的平面上沿旋轉方向形成為具有不同的磁極性，且所述第二磁性圖在所述永久磁鐵的外周邊表面上沿圓周方向交替地形成為具有不同的磁極性。
2.如權利要求1所述的絕對編碼裝置，其中， 所述第一磁傳感器用以在容許區(qū)分N磁極與S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號; 所述第二磁傳感器用以在不區(qū)分所述N磁極與所述S磁極的周期中輸出具有不同相位的信號；以及 所述永久磁鐵與所述單基板之間的距離以及所述永久磁鐵的厚度是根據所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器的特性而選擇。
3.如權利要求1所述的絕對編碼裝置，其中，所述單基板具有沿一個方向延伸的平坦面，且所述第一磁傳感器及所述第二磁傳感器被直接安裝于同一所述平坦面上。
4.如權利要求1所述的絕對編碼裝置，其中，所述第一磁性圖形成為圓形形狀，且所述第一磁傳感器設置于所述轉軸的軸線上。
5.如權利要求1所述的絕對編碼裝置，其中，所述第一磁性圖形成為環(huán)形形狀，且所述第一磁傳感器設置于從所述轉軸的軸線偏移的位置處。
6.如權利要求1所述的絕對編碼裝置，其還包括設置于所述永久磁鐵內的環(huán)形磁性構件。
7.一種電動機，其包括如權利要求1?6中的任一項所述的絕對編碼裝置，其中，所述轉軸包括所述電動機的驅動機構。
【文檔編號】G01D5/245GK103443590SQ201280013871
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年3月19日 優(yōu)先權日:2011年3月31日
【發(fā)明者】染谷雅行, 平澤良雄, 小關榮男 申請人:東方馬達株式會社