CN105143831A - 磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法 - Google Patents

磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法 Download PDF

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Abstract

使由磁性性质不同的第一磁性部(11a)与第二磁性部(12a)所构成的磁极对以磁极对宽度2λ的周期排列而成的磁尺(1a)、与由n个磁感应元件(21a～21e)以λ＝nP的方式以磁感应元件间隔P进行排列而形成的磁感应装置(2)隔开预定间隙而相对配置，通过分析从n个磁感应元件(21a～21e)并列输出的输出值，从而将磁感应装置(2)与磁尺(1a)之间的相对位置计算作为λ/n的位置检测分辨率。

Description

磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法
技术领域
本发明涉及使用磁尺及磁感应元件的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法，尤其涉及能以简易结构提高检测分辨率的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法。
背景技术
以往一般的磁气式位置检测装置中，具有以下构造：即，由霍尔元件或磁阻元件构成的磁感应元件与以固定长λ交替配置N极和S极的磁尺相对配置。
此外，通过由磁感应元件对相对于磁尺移动时的磁场变化进行读取，从而检测出磁感应元件与磁尺之间的相对位置。
作为这样的以往的磁气式位置检测装置，存在如下磁气式位置检测装置：通过将磁感应元件进行相对移动时的以单磁极长λ为周期的大致呈正弦波状的输出信号转换成脉冲信号并进行计数，从而以单磁极长λ的位置检测分辨率来检测磁感应元件与磁尺之间的相对位置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1中，能够获得与磁尺的单磁极长λ相同程度的位置检测分辨率，但在如今的磁化装置中，向磁尺的N极、S极的磁化存在限制，实际的磁尺的单磁极长λ的限制值为100μm左右。
然而，实际上，若单磁极长λ过短，则磁尺所形成的磁场变弱，因此在单磁极长λ大于上述限制值的情况下，磁感应元件也无法感测到单磁极长λ。其结果是，存在如下问题：无法将位置检测分辨率提高得高于由所使用的磁极材料及磁感应元件所决定的磁极限制长λ0。
作为解决上述问题的方法，存在如下方法：设置八个磁感应元件，通过利用逻辑电路处理这些磁感应元件的输出，从而以单磁极长λ的移动来获取三个周期的脉冲信号(例如参照专利文献2)。
另外，作为其他以往的磁气式位置检测装置，还存在以下装置：使用磁性齿轮(磁性尺)而不使用磁尺，利用磁阻元件来测定由磁性齿轮及磁铁形成的磁场的变化，来检测磁性齿轮的相对旋转(例如参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利第1873523号公报
专利文献2：日本专利特开平1-44816号公报
专利文献3：日本专利特开昭58-35414号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，现有技术存在如下问题。
专利文献1所示的旋转编码器中，为了提高角度检测分辨率，需要增大圆筒状的磁尺的直径，存在装置大型化、成本上升的问题。
另外，在适用于检测直线移动的线性编码器的情况下，存在无法将位置检测分辨率提高得高于所使用的磁极材料及磁感应元件所决定的磁场限制长λ0的问题。
在专利文献2的磁气式位置检测装置中，需要较多磁感应元件，且没有提出进一步改善位置检测分辨率的方法。
在专利文献3的磁气式位置检测装置中，虽然提出了获得磁性齿轮的齿数的两倍左右的检测分辨率(脉冲)的方法，但未提出进一步改善检测分辨率的方法。另外，还存在如下问题：为了提高检测分辨率，需要使磁性齿轮变大。
本发明为解决上述问题而得以完成，其目的在于提供一种能以简单的结构来提高检测分辨率的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法。
用于解决技术问题的手段
本发明所涉及的磁气式位置检测装置包括：磁尺，该磁尺由磁性性质不同的宽度λ的第一磁性部和宽度λ的第二磁性部所构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔排列而成；磁感应装置，该磁感应装置与磁尺隔开预定间隙相对配置，在维持间隙的同时，在由磁尺所形成的磁场中朝磁尺的排列方法相对移动，利用磁感应元件来测定相对移动时的磁场的变化；以及位置计算电路，该位置计算电路通过分析出磁感应装置的输出值，来计算磁感应装置与磁尺之间的相对位置，磁感应装置具备第一磁感应元件组以作为磁感应元件，该第一磁感应元件组由n个(n是2以上的自然数)第一磁感应元件构成，以磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，从构成第一磁感应元件组的n个第一磁感应元件分别并列输出相对移动时的磁场变化的测定结果，位置计算电路通过分析出从磁感应装置并列输出的输出值，来将磁感应装置与磁尺之间的相对位置计算作为λ/n的位置检测分辨率。
另外，本发明所涉及的磁气式位置检测方法在磁气式位置检测装置中使用，该磁气式位置检测装置包括：
磁尺，该磁尺由磁性性质不同的宽度λ的第一磁性部和宽度λ的第二磁性部所构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔排列而成；
磁感应装置，该磁感应装置与磁尺隔开预定间隙相对配置，在维持间隙的同时，在由磁尺所形成的磁场中朝磁尺的排列方向相对移动，利用磁感应元件来测定相对移动时的磁场的变化；以及
位置计算电路，该位置计算电路通过分析出磁感应装置的输出值，来计算磁感应装置与磁尺之间的相对位置，
磁感应装置具备第一磁感应元件组以作为磁感应元件，该第一磁感应元件组由n个(n是2以上的自然数)第一磁感应元件构成，并以磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，从构成第一磁感应元件组的n个第一磁感应元件分别并列输出相对移动时的磁场变化的测定结果，
在位置计算电路中具有：
Hi/Lo判断步骤，该Hi/Lo判断步骤中，对磁感应装置所并列输出的n个输出值进行Hi/Lo判断并进行二值化，作为n个Hi/Lo输出来进行输出；
存储步骤，该存储步骤中，将位置计算表存储至存储部中，所述位置计算表预先规定了作为磁极对宽度2λ内的相对位置的2n个磁极内位置M(M为0以上2n-1以下的2n个整数)、与n个Hi/Lo输出的图案之间的关系；以及
磁极内位置计算步骤，该磁极内位置计算步骤中，基于在存储步骤中存储至存储部中的位置计算表，来将与n个Hi/Lo输出对应的磁感应装置的磁极内位置M计算作为λ/n的位置检测分辨率。
发明效果
根据本发明，能获得一种磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法，使由磁性性质不同的第一磁性部与第二磁性部构成的磁极对以磁极对宽度2λ的周期进行排列而形成的磁尺、与由n个磁感应元件以λ＝nP的方式以磁感应元件间隔P进行排列而形成的磁感应装置隔开预定间隙而相对配置，通过分析磁感应装置所测定出的磁场的变化，从而能以简单的结构提高检测分辨率。
附图说明
图1是本发明的实施方式1中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图2是本发明的实施方式1中的磁感应装置的输出的电路结构的示例图。
图3是本发明实施方式1中的磁感应装置相对于磁尺进行相对移动时的磁感应装置及脉冲生成部的输出波形图。
图4是本发明实施方式1中的磁感应装置相对于磁尺进行相对移动时的脉冲生成部及Hi/Lo判断部的输出的示例图。
图5是本发明的实施方式2中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图6是本发明的实施方式3中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图7是本发明的实施方式3中的磁感应装置的输出的电路结构的示例图。
图8是本发明的实施方式4中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图9是本发明的实施方式5中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图10是本发明的实施方式5中的磁感应装置的输出的电路结构的示例图。
图11是本发明的实施方式6中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图12是本发明的实施方式7中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图13是本发明的实施方式8中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。
图14是本发明的实施方式9中的磁感应装置的示例图。
具体实施方式
以下利用附图来说明本发明中的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法的优选实施方式。此外，各图中对相同或相当的部分标注相同标号来进行说明。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式1中的磁气式位置检测装置具备磁尺1a、磁感应装置2以及位置计算电路3(参照图2)来构成。
如图1所示，磁尺1中，由宽度λ的N极12a及宽度λ的S极11a构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔地排列形成。
磁尺1a中，磁极对具有N极12a与S极11a的磁性，因此在磁感应装置2一侧形成有强度与方向以磁极对宽度2λ的周期来变化的磁场。
另外，磁感应装置2具备n个第一磁感应元件21a～21e以磁感应元件间隔P等间隔排列而使得λ＝nP的第一磁感应元件组21。使用霍尔元件、磁阻元件等来作为这些第一磁感应元件21a～21e。
此外，以下说明中使用的图中，示出了第一磁感应元件组21由5个第一磁感应元件21a～21e构成的示例，但磁感应元件的排列个数n并不局限于5个。n为2以上的自然数即可。
磁感应装置2与磁尺1a隔开预定间隙相对配置，在保持该间隙的同时，在磁尺1a所形成的磁场中朝向磁尺1a的排列方向相对移动。此外，利用n个第一磁感应元件21a～21e来测定该相对移动时的磁场变化。
此外，各个第一磁感应元件21a～21e与磁尺1a之间的各个间隙并不一定要相同，可以根据各个第一磁感应元件21a～21e的每一个而不同。各个第一磁感应元件21a～21e在相对于磁尺1a进行相对移动时，维持间隙即可。
另外，假设磁感应装置2与磁尺1a之间的相对移动是直线移动，但也可以是旋转移动。在是旋转移动的情况下，将磁尺1a排列在圆周上，计算出相对角度即可，而不计算相对位置。
位置计算电路3通过分析出磁感应装置2的输出值，来计算出磁感应装置2与磁尺1a之间的相对位置。此处开始，详细说明位置计算电路3的电路结构、以及磁感应装置2与磁尺1a之间的相对位置的计算方法。
图2是本发明的实施方式1中的位置计算电路3的电路结构的示例图。本实施方式1中的位置计算电路3具备：脉冲生成部31、Hi/Lo判断部32、磁极内位置计算部33、偏移计算部34a、磁极内位置存储器34b、磁极对位置计算部35a、磁极对位置存储器35b、磁极对位置初始值存储部35c以及位置计算部36。
图3是本发明实施方式1中的磁感应装置2相对于磁尺1a进行相对移动时的磁感应装置2及脉冲生成部31的输出波形图。
图3(a)示出了磁感应装置2进行相对移动时、图2的P点处的第一磁感应元件21a～21e的n个输出波形。第一磁感应元件21a～21e的输出波形根据所使用的磁感应装置2及磁尺1a的特性的不同而不同，但一般来说，如图3(a)所示那样，成为大致呈正弦波状的周期2λ的波形。另外，此时的第一磁感应元件21a～21e的n个输出波形成为相位按顺序隔开磁感应元件间隔P＝λ/n的波形。
另外，图3(b)示出了磁感应装置2进行相对移动时、图2的Q点处的脉冲生成部31的n个输出波形。脉冲生成部31将第一磁感应元件21a～21e的输出转换成图3(b)所示那样的大致呈占空比50％的脉冲输出31a～31e。此时的n个脉冲输出31a～31e的输出波形也同样成为相位分别按顺序隔开磁感应元件间隔P＝λ/n的波形。
接着，Hi/Lo判断部32将脉冲生成部31所输出的脉冲输出31a～31e进行Hi/Lo判断并二值化，输出至磁极内位置计算部33。此外，也可以省略脉冲生成部31，将第一磁感应元件21a～21e的输出直接输入至Hi/Lo判断部32。
图4是本发明实施方式1中的磁感应装置2相对于磁尺1a进行相对移动时的脉冲生成部31及Hi/Lo判断部32的输出的示例图。
图4(a)是磁感应装置2在磁极对宽度2λ内进行相对移动时、从脉冲生成部31输出的n个脉冲输出31a～31e的时序图。此处，图4(a)的横轴的磁极内位置M表示磁感应装置2相对于磁尺1a在磁极对宽度2λ内的相对位置。
另外，图4(b)是磁感应装置2在磁极对宽度2λ内进行相对移动时、2n个磁极内位置M中Hi/Lo输出32a～32e的Hi/Lo图案的表格。
通过图4(a)及图4(b)可知，Hi/Lo输出32a～32e以磁极对宽度2λ的周期进行变化。另外可知，Hi/Lo输出32a～32e的Hi/Lo图案在磁极对宽度2λ内的2n个磁极内位置M处均不相同。
因此，磁极内位置计算部33预先生成图4(b)所示的表格(以下称作位置计算表)，通过预先存储至位置计算电路3内的未图示的存储部中，来根据Hi/Lo输出32a～32e的Hi/Lo图案计算出磁极内位置M。
例如，在Hi/Lo输出32a～32e均为高电平(Hi)的情况下，磁极内位置计算部33判断为磁感应装置2位于“4”的磁极内位置M。另外，在Hi/Lo输出32a～32e的信号均为低电平(Lo)的情况下，判断为磁感应装置2位于“9”的磁极内位置M。
接着，偏移计算部34a基于磁极内位置计算部33所输出的磁极内位置M、以及预先存储于磁极内位置存储器34b的上一次的磁极内位置M的信息，来计算出相对位置的以磁极对宽度2λ为单位的偏移量(增减量)。
例如，在磁感应装置2的磁极内位置M从“9”变化至“0”的情况下，偏移计算部34a判断为磁感应装置2偏移至在“+”方向相邻的磁极对。另一方面，在磁极内位置M从“0”变化至“9”的情况下，判断为偏移至在“-”方向相邻的磁极对。
接着，磁极对位置计算部35a基于偏移计算部34a的计算结果来计算磁感应装置2相对于磁尺1a的以磁极对宽度2λ为单位的相对位置、即磁极对位置L(L为整数)。也就是说，计算出磁感应装置2位于哪个磁极对。
例如，在磁感应装置2向“+”的方向偏移1时，磁极对位置计算部35a将预先存储在磁极对位置存储器35b中的磁极对位置L(L为整数)加一。另一方面，在磁感应装置2向“-”的方向偏移1时，则减一。
此外，在磁极对位置计算部35a中，通过将预先存储于磁极对位置初始值存储器35c中的磁极对位置初始值用作为磁极对位置的初始值，从而能将磁气式位置检测装置用于绝对位置检测来使其动作。
接着，位置计算部36基于磁极内位置计算部33及磁极对位置计算部35a的计算结果，将磁感应装置2相对于磁尺1a的相对位置计算作为磁极对位置L与磁极内位置M之和，并输出至外部。
此外，上述位置计算电路3中的相对位置的计算处理使得脉冲输出31a～31e的上升沿或下降沿同步来实施。或者，将磁感应装置2相对于磁尺1a的最大相对移动速度设为V，以(磁感应元件间隔P)/V以下的固定周期来进行动作。
如上所述，根据实施方式1，使得由N极与S极构成的磁极对以磁极对宽度2λ的周期进行排列的磁尺、与以磁感应元件间隔P进行排列而使得n个磁感应元件成为λ＝nP的磁感应装置隔开预先确定的间隙来相对配置，通过分析出磁感应装置所测定的磁场变化，来计算出磁感应装置相对于磁尺的相对位置。
其结果是，能够获得简单结构的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法，能够以与所使用的磁感应元件的数量相对应的P＝λ/n的位置检测分辨率，计算出磁感应装置相对于磁尺的相位位置。
实施方式2.
本实施方式2中，不使用磁尺1a，而使用以软磁性材料形成的磁性尺及磁铁，从而能获得具有与上述实施方式1中的磁气式位置检测装置相同效果的其他磁气式位置检测装置，以下对获得上述其他磁气式位置检测装置的方法进行介绍。
图5是本发明的实施方式2中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式2中的磁气式位置检测装置的特征在于具备磁性尺1b及磁铁24，以代替上述实施方式1中的磁尺1a。
如图5所示，磁性尺1b由软磁性材料形成，由宽度λ的凹部11b及宽度λ的凸部12b构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔地排列形成。
另外，本实施方式2中的磁感应装置2除了具有上述实施方式1中的第一磁感应装置组21，还具有磁铁24。该磁铁24固定于第一磁感应元件组21附近，使得与第一磁感应元件组21的相对位置没有变化。
磁性尺1b通过磁铁24的外部磁场来磁化凹部11b及凸部12b，因此在隔开预先确定的间隙相对配置的磁感应装置2的移动通路中，形成强度与方向以磁极对宽度2λ的周期进行变化的磁场。
其结果是，位置计算电路3通过使用与利用上述图2～图4进行说明的上述实施方式1相同的步骤，从而能根据磁感应装置2的输出值计算出磁感应装置2与磁性尺1b之间的相对位置。
如上所述，根据实施方式2，使得由凹部与凸部构成的磁极对以磁极对宽度2λ的周期进行排列的磁性尺、与以磁感应元件间隔P进行排列而使得n个磁感应元件成为λ＝nP的磁感应装置隔开预先确定的间隙来相对配置，通过分析出磁感应装置所测定的磁场变化，来计算出磁感应装置相对于磁性尺的相对位置。
其结果是，能够获得简单结构的磁气式位置检测装置及磁气式位置检测方法，能够以与所使用的磁感应元件的数量相对应的P＝λ/n的位置检测分辨率，计算出磁感应装置相对于磁性尺的相位位置。
实施方式3.
本实施方式3中，第一方法以两个磁感应元件组来构成磁感应装置2，从而能提高磁感应装置2的输出的S/N比，以下对该第一方法进行介绍。
图6是本发明的实施方式3中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式3中的磁感应装置2的特征在于，除了具有上述实施方式1中的第一磁感应元件组21，还具有第二磁感应元件组22。
第二磁感应元件组22中，具有与第一磁感应元件21a～21e同相的磁感应特性的n个第二磁感应元件22a～22e以磁感应元件间隔P等间隔的排列来形成，以使得λ＝nP。另外，第二磁感应元件组22将Q设为奇数，从第一磁感应元件组21配置至Q＊λ的相对位置。
也就是说，第一磁感应元件21a～21e与第二磁感应元件22a～22e被配置成，21a与22a、21b与22b、21c与22c、21d与22d、以及21e与22e的间隔均变为Q＊λ。
图7是本发明的实施方式3中的磁感应装置2的输出的电路结构的示例图。图7中，仅磁感应装置2的输出的电路结构与上述实施方式1不同。另一方面，位置计算电路3与上述实施方式1中的图2相同。
互相离开Q＊λ的第一磁感应元件21a～21e与第二磁感应元件22a～22e的对彼此分别构成将一方布线至GND、将另一方布线至电源Vin的半桥电路。此外，各个半桥电路的第一磁感应元件21a～21e与第二磁感应元件22a～22e的连接点电压、即桥电压被并列输出。
因此，例如，在第一磁感应元件组21靠近N极12a时，第二磁感应组22靠近S极11a，第一磁感应元件21a～21e与第二磁感应22a～22e始终被施加反相的磁场。
其结果是，第一磁感应元件21a～21e与第二磁感应22a～22e的输出互为反相，各半桥电路的输出信号成为以一个磁感应元件组构成磁感应装置2时的两倍。另外，重叠于第一磁感应元件组21及第二磁感应元件组22上的同相噪声互相抵消，因此输出噪声降低。
如上所述，根据实施方式3，在具备磁尺的磁气式位置检测装置中，用两个磁感应元件组来构成磁感应装置，从而能提高磁感应装置的输出的S/N比。
实施方式4.
本实施方式4中，第二方法以两个磁感应元件组来构成磁感应装置2，从而能提高磁感应装置2的输出的S/N比，以下对该第二方法进行介绍。
图8是本发明的实施方式4中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式4中的磁感应装置2除了具有上述实施方式2中的第一磁感应装置组21，还具有第二磁感应元件组22。
对于上述实施方式2的图5所示的、具有不具备磁尺1a而具备磁性尺1b与磁铁24的结构的磁气式位置检测装置，也可以适用上述实施方式3中使用图6来进行说明的、以具有同相磁感应特性的两个磁感应元件组构成磁感应装置2的方法。该情况下，也能获得与上述实施方式3相同的效果。
如上所述，根据实施方式4，在具备磁性尺的磁气式位置检测装置中，用两个磁感应元件组来构成磁感应装置，从而能提高磁感应装置的输出的S/N比。
实施方式5.
本实施方式5中，第三方法以两个磁感应元件组来构成磁感应装置2，从而能提高磁感应装置2的输出的S/N比，以下对该第三方法进行介绍。
图9是本发明的实施方式5中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式5中的磁感应装置2的特征在于，除了具有上述实施方式3中的第二磁感应元件组22，还具有第三磁感应元件组23。
第三磁感应元件组23中，具有与第一磁感应元件21a～21e反相的磁感应特性的n个第三磁感应元件23a～23e以磁感应元件间隔P等间隔的排列来形成，以使得λ＝nP。另外，第三磁感应元件组23将R设为偶数，从第一磁感应元件组21配置至R＊λ的相对位置。
也就是说，第一磁感应元件21a～21e与第三磁感应元件23a～23e被配置成，21a与23a、21b与23b、21c与23c、21d与23d、以及21e与23e的间隔均变为R＊λ。
其结果是，例如，在第一磁感应元件组21靠近N极12a时，第三磁感应元件组23也同样靠近N极12a，第一磁感应元件21a～21e与第三磁感应元件23a～23e始终被施加同相的磁场。
然而，第三磁感应元件23a～23e具有与第一磁感应元件21a～21e反相的磁感应特性，因此，与上述实施方式3的情况相同，第一磁感应元件21a～21e与第三磁感应元件23a～23e的输出互相反相。
图10是本发明的实施方式5中的磁感应装置2的输出的电路结构的示例图。图10所示的磁感应装置2的输出的电路结构及位置计算电路3的电路结构与上述实施方式3中的图7所示的结构相同。
由此，在不使用上述实施方式3中的第二磁感应元件组22而使用具备第三磁感应元件组23的磁感应装置2的情况下，也能直接使用与上述实施方式3相同的电路结构，获得与上述实施方式3的情况相同的效果。
如上所述，根据实施方式5，在具备磁尺的磁气式位置检测装置中，用两个磁感应元件组来构成磁感应装置，从而能提高磁感应装置的输出的S/N比。
此外，第一磁感应元件组21与第三磁感应元件组23之间的相对距离R＊λ也可以为R＝0。该情况下，第一磁感应元件21a～21e与第三磁感应元件23a～23e相对于磁尺配置于相同的相对位置，而利用第一磁感应元件21a～21e与第三磁感应元件23a～23e来改变与磁尺之间的间隙来进行配置，从而能获得与R≠0时相同的效果。
实施方式6.
本实施方式6中，第四方法以两个磁感应元件组来构成磁感应装置2，从而能提高磁感应装置2的输出的S/N比，以下对该第四方法进行介绍。
图11是本发明的实施方式6中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式6中的磁感应装置2的特征在于，除了具有上述实施方式2中的第一磁感应元件组21，还具有第三磁感应元件组23。
对于上述实施方式2的图5所示的、具有不具备磁尺1a而具备磁性尺1b与磁铁24的结构的磁气式位置检测装置，也可以适用上述实施方式5中使用图9说明的、以具有反相磁感应特性的两个磁感应元件组构成磁感应装置2的方法。该情况下，也能获得与上述实施方式5相同的效果。
如上所述，根据实施方式6，在具备磁性尺的磁气式位置检测装置中，用两个磁感应元件组来构成磁感应装置，从而能提高磁感应装置的输出的S/N比。
实施方式7.
本实施方式7中，第一方法通过将成为位置基准点的磁极紊乱部1c设置于磁尺1a或磁性尺1b，从而能修正磁感应装置2的相对位置的误差，以下对第一方法进行介绍。
图12是本发明的实施方式7中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式7中的磁尺1a的特征在于，具有成为位置基准点的磁极紊乱部1c。
如图12所示，磁极紊乱部1c例如由宽度不为λ的N极12a、宽度不为λ的S极11a、或其组合来形成。此外，在磁感应装置2靠近磁极紊乱部1c时，磁感应装置2的输出的周期性根据磁极对的N极12a或S极11a的宽度来变化。
因此，位置计算电路3利用该磁极紊乱部1c来作为位置基准点。例如，即使因外部噪声、计算误差等而使得相对位置产生误差，也能通过检测磁极紊乱部1c所特有的输出周期性变化，来修正相对位置。
具体而言，例如，在每次检测磁极紊乱部1c时，将至此为止的相对位置进行复位，重新设定上述相对位置以使得检测上述磁极紊乱部1c的位置成为绝对基准位置。
此外，在不使用磁尺1a而具备磁性尺1b及磁铁24时，也能获得相同效果。另外，也可以不使用磁极紊乱部1c，而另外设置检测机构，来检测位置基准点。
如上所述，根据实施方式7，通过在磁尺或磁性尺上设置成为位置基准点的磁极紊乱部，从而能修正相对位置，防止相对位置误差被累加。
实施方式8.
本实施方式8中，第二方法通过将成为位置基准点的磁极紊乱部1c设置于磁尺1a或磁性尺1b，从而能修正磁极对位置L的误差，以下对该第二方法进行介绍。
图13是本发明的实施方式8中的磁气式位置检测装置的结构的示例图。本实施方式8中的磁尺1a的特征在于，在圆周上的三处以120°间隔具有磁极紊乱部1c。
如图13所示，磁尺1a具有磁极紊乱部1c，因此位置计算电路3在磁感应装置2相对旋转并靠近磁极紊乱部1c的情况下，磁感应装置2的输出发生紊乱，从而能检测出磁尺1a上的磁极散乱部1c。此外，此时，将磁极对宽度2λ、磁感应元件间隔P设定作为角度值。
上述具有将磁尺1a排列在圆周上的结构的磁气式位置检测装置尤其适用于电动机控制用的旋转角传感器。例如，存在三对由N极12a及S极11a构成的磁极对的六极电动机以120°间隔修正磁极对位置L，从而能以120°间隔高精度地实施相同的旋转控制。
此外，在不具备磁尺1a而具备磁性尺1b及磁铁24时，也能获得相同效果。另外，在磁极对为Z对的2Z极电动机中，成为位置基准点的磁极紊乱部1c以360°/Z的间隔设置于圆周上的Z处即可。
如上所述，根据实施方式8，以120°的间隔将成为位置基准点的磁极紊乱部设置于圆周上的三处。其结果是，以120°的间隔修正相对位置，从而能高精度地以120°的间隔实施相同的旋转控制。
实施方式9.
本实施方式9中，对为了提高磁感应装置2的位置检测分辨率而在一个半导体芯片20上形成磁感应装置2的情况进行说明。
图14是本发明的实施方式9中的磁感应装置2的示例图。本实施方式9中的磁感应装置2如图14所示，其特征在于，利用半导体处理形成于一个半导体芯片20上。
上述实施方式1～8中，利用n个第一磁感应元件21a～21e来检测磁极对宽度2λ的磁极对，从而实现P＝λ/n的位置检测分辨率。因此，为了提高位置检测分辨率，优选为，将磁感应元件间隔P设定得较小且等间隔。
因此，在本实施方式8中，如图14所示，利用半导体处理将磁感应装置2一并形成于半导体芯片20上，从而将第一磁感应元件21a～21e的磁感应元件间隔P＝λ设定得较小，并使其等间隔排列。
其结果是，能提高磁感应装置2的位置检测分辨率。另外，还能抑制各元件间的倾斜等偏差，来使得磁感应特性相一致，使得输出的相位差均等，能提高磁极内位置M的测定精度。
此外，上述说明中，将磁感应装置2形成于一个半导体芯片20上，但也可以将第一磁感应元件组21、第二磁感应元件组22或第三磁感应元件23中的某一个或多个形成于半导体芯片20上。
如上所述，根据实施方式9，通过将磁感应装置形成于一个半导体芯片上，从而能提高磁极内位置M的测定精度，提高位置检测分辨率。
此外，上述实施方式1～9所示的磁感应元件能使用霍尔元件、磁阻元件等，但优选使用旋转阀型的磁阻元件。
尤其是，隧道磁阻元件能减小元件尺寸，因此能够将磁感应元件间隔P＝λ/n设定成例如实际的磁尺1a的磁极限制长λ0＝100μm以下。其结果是，能够提高位置检测分辨率。
另外，以上说明中使用的图中，示出了第一磁感应元件组21、第二磁感应元件组22及第三磁感应元件组23由5个第一磁感应元件21a～21e构成的示例，但磁感应元件的排列个数n并不局限于5个。n为2以上的自然数即可。
另外，上述实施方式1～7中，假设磁感应装置2与磁尺1a或磁性尺1b之间的相对移动是直线移动，但也可以是旋转移动。在是旋转移动的情况下，将磁尺1a或磁性尺1b排列在圆周上，计算出相对角度即可，而不计算相对位置。

Claims (12)

1.一种磁气式位置检测装置，其特征在于，包括：
磁尺，该磁尺由磁性性质不同的宽度λ的第一磁性部和宽度λ的第二磁性部所构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔排列而成；
磁感应装置，该磁感应装置与所述磁尺隔开预定间隙相对配置，在维持所述间隙的同时，在由所述磁尺所形成的磁场中朝所述磁尺的排列方法相对移动，利用磁感应元件来测定所述相对移动时的所述磁场的变化；以及
位置计算电路，该位置计算电路通过分析出所述磁感应装置的输出值，来计算所述磁感应装置与所述磁尺之间的相对位置，
所述磁感应装置具备第一磁感应元件组以作为所述磁感应元件，该第一磁感应元件组由n个第一磁感应元件构成，并以磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，从构成所述第一磁感应元件组的所述n个第一磁感应元件分别并列输出所述相对移动时的所述磁场的变化的测定结果，其中，n是2以上的自然数，
所述位置计算电路通过分析出从所述磁感应装置并列输出的输出值，来将所述磁感应装置与所述磁尺之间的相对位置计算作为λ/n的位置检测分辨率。
2.如权利要求1所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述位置计算电路包括：
Hi/Lo判断部，该Hi/Lo判断部对所述磁感应装置所并列输出的所述n个输出值进行Hi/Lo判断并进行二值化，作为n个Hi/Lo输出来进行输出；以及
磁极内位置计算部，该磁极内位置计算部基于位置计算表来将与所述n个Hi/Lo输出对应的所述磁感应装置的磁极内位置M计算作为λ/n的位置检测分辨率，其中，所述位置计算表中预先规定了作为所述磁极对宽度2λ内的所述相对位置的2n个所述磁极内位置M、与所述n个Hi/Lo输出的图案之间的关系，其中，所述M是0以上、2n-1以下的2n个整数。
3.如权利要求2所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述位置计算电路还包括：
偏移计算部，该偏移计算部基于所述磁极内位置计算部所输出的所述磁极内位置M、以及预先存储在存储器中的上一次的所述磁极内位置M的变化信息，在所述磁极内位置M从2n-1偏移为0时判断为所述磁感应装置相对于所述磁尺的相对位置向沿+方向相邻的磁极对偏移，在所述磁极内位置M从0偏移为2n-1时判断为所述磁感应装置相对于所述磁尺的相对位置向沿-方向相邻的磁极对偏移；
磁极对位置计算部，该磁极对位置计算部通过基于所述偏移计算部的判断结果来实施增减计算，从而计算出所述磁感应装置相对于所述磁尺的以磁极对宽度2λ为单位的相对位置、即磁极对位置L，其中所述L是整数；以及
位置计算部，该位置计算部基于所述磁极对位置L以及所述磁极内位置M，来计算所述磁感应装置的所述相对位置。
4.如权利要求1至3的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述磁感应装置除了包括所述第一磁感应元件组以外，还包括第二磁感应元件组以作为所述磁感应元件，
所述第二磁感应元件组由具有与所述第一磁感应元件同相的磁感应特性的n个磁感应元件构成，并以所述磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，所述第二磁感应元件组位于离开所述第一磁感应元件组Q＊λ的距离的相对位置上，其中，所述Q为奇数，
对于互相离开Q＊λ的距离的所述第一磁感应元件组中所包含的n个磁感应元件、与所述第二磁感应元件组中所包含的n个磁感应元件，分别将一方布线至GND相连接，将另一方布线至电源Vin，从而构成半桥电路，将各个所述半桥电路的连接点电压、即半桥电压并列输出。
5.如权利要求1至3的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述磁感应装置除了包括所述第一磁感应元件组以外，还包括第三磁感应元件组以作为所述磁感应元件，
所述第三磁感应元件组由具有与所述第一磁感应元件反相的磁感应特性的n个磁感应元件构成，并以所述磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，所述第三磁感应元件组位于离开所述第一磁感应元件组R＊λ的距离的相对位置上，其中，所述R为偶数，
对于互相离开R＊λ的距离的所述第一磁感应元件组中所包含的n个磁感应元件、与所述第三磁感应元件组中所包含的n个磁感应元件，分别将一方布线至GND，将另一方布线至电源Vin，从而构成半桥电路，将各个所述半桥电路的连接点电压、即半桥电压并列输出。
6.如权利要求1至5的任一项所述的磁气式位置装置，其特征在于，
所述磁尺中，用磁极紊乱部代替特定位置上的所述第一磁性部或所述第二磁性部来进行配置，所述磁极紊乱部因所述第一磁性部与所述第二磁性部的混合而产生周期紊乱，
所述位置计算电路根据所述磁感应装置的输出的周期性紊乱来检测出所述磁极紊乱部的配置位置，在每次检测到所述磁极紊乱部时，重置至此为止的相对位置，并重新设定所述相对位置，以使得检测到所述磁极紊乱部的位置成为绝对基准位置。
7.如权利要求1至6的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述磁感应元件是旋转阀型磁阻元件、隧道磁阻元件及旋转阀型隧道磁阻元件中的任意一种。
8.如权利要求1至7的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
由n个磁感应元件构成的磁感应元件组利用半导体处理来形成于一个半导体芯片上。
9.如权利要求1至8的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
所述磁尺排列在直线上或圆周上，
所述位置计算电路通过分析出所述磁感应装置的输出值，来计算所述磁感应装置与所述磁尺之间的相对直线位置或相对旋转角度。
10.如权利要求1至9的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
在所述磁尺中，所述第一磁性部由S极构成，所述第二磁性部由N极构成。
11.如权利要求1至9的任一项所述的磁气式位置检测装置，其特征在于，
在所述磁尺中，所述第一磁性部由凹部构成，所述第二磁性部由凸部构成，
所述磁感应装置具有用于在自身与所述磁尺之间形成所述磁场的磁铁。
12.一种磁气式位置检测方法，该磁气式位置检测方法在磁气式位置检测装置中使用，所述磁气式位置检测装置包括：
磁尺，该磁尺由磁性性质不同的宽度λ的第一磁性部和宽度λ的第二磁性部所构成的宽度2λ的磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔排列而成；
磁感应装置，该磁感应装置与所述磁尺隔开预定间隙相对配置，在维持所述间隙的同时，在由所述磁尺所形成的磁场中朝所述磁尺的排列方向相对移动，利用磁感应元件来测定所述相对移动时的所述磁场的变化；以及
位置计算电路，该位置计算电路通过分析出所述磁感应装置的输出值，来计算所述磁感应装置与所述磁尺之间的相对位置，
所述磁感应装置具备第一磁感应元件组以作为所述磁感应元件，该第一磁感应元件组由n个第一磁感应元件构成，并以磁感应元件间隔P等间隔排列，使得λ＝nP，从构成所述第一磁感应元件组的所述n个第一磁感应元件分别并列输出所述相对移动时的所述磁场的变化的测定结果，其中，n是2以上的自然数，所述磁气式位置检测方法的特征在于，
在所述位置计算电路中具有：
Hi/Lo判断步骤，该Hi/Lo判断步骤中，对所述磁感应装置所并列输出的所述n个输出值进行Hi/Lo判断并进行二值化，作为n个Hi/Lo输出来进行输出；
存储步骤，该存储步骤中，将位置计算表存储至存储部中，所述位置计算表中预先规定了作为所述磁极对宽度2λ内的所述相对位置的2n个磁极内位置M、与所述n个Hi/Lo输出的图案之间的关系，其中，所述M是0以上、2n-1以下的2n个整数；以及
磁极内位置计算步骤，该磁极内位置计算步骤中，基于在所述存储步骤中存储至所述存储部中的所述位置计算表，来将与所述n个Hi/Lo输出对应的所述磁感应装置的所述磁极内位置M计算作为λ/n的位置检测分辨率。
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