CN107076583B - 磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法 - Google Patents

磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明的磁力式位置检测装置包括：交替配置有N和S磁极的两个磁尺(1a、1b)；对由磁尺(1a、1b)形成的磁场的变化进行测定的磁感应元件组(2a、2b)；以及根据磁感应元件(21)的输出值来计算磁尺(1a、1b)之间的绝对位置的位置计算装置(3)，配置各磁感应元件(21)，使得磁尺(1a、1b)的磁极数差为2个，且各磁感应元件组(2a、2b)的磁感应元件(21)的配置间隔为利用磁感应元件(21)的个数将磁极的长度等分化后的值。

Description

磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法
技术领域
本发明涉及使用磁尺及磁感应元件的磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法，尤其涉及能以简单的结构进行高精度且高速响应的磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法。
背景技术
在以往的磁力式位置检测装置(例如参照国际申请号：PCT/JP2013/061871号)中，设置有由多个宽度2λ的磁极对形成的磁尺，该宽度2λ的磁极对由磁性性质不同的宽度λ的第一磁性部和宽度λ的第二磁性部构成。这些磁极对以磁极对宽度2λ的周期等间隔地排列成一列。
此外，还与该磁尺隔开预先确定的空隙相对配置有磁感应装置。磁感应装置在维持该空隙的同时，在由磁尺形成的磁场中沿着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。
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。第一磁感应元件分别并行地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。位置计算电路通过分析从n个第一磁感应元件并行输出的输出值，从而以λ/n的位置检测分辨率计算磁感应装置与磁尺之间的相对位置。
发明内容
发明所要解决的技术问题
在上述现有的磁力式位置检测装置中，只要将检测到的磁极对的位置信息存储到存储器中，就能将所存储的位置信息用于绝对位置的检测。然而，在存储器为易失性存储器的情况下，当磁力式位置检测装置的电源变为关闭时，存储器中的位置信息会消失。其结果是，存在磁力式位置检测装置的电源接通时无法检测绝对位置的问题。
此外，即使在存储器为非易失性存储器的情况下，若在磁力式位置检测装置的电源变为关闭后，磁感应元件与磁尺的位置发生了移动，则存储在存储器中的磁极对的位置信息与实际位置之间会产生偏差，因此也存在磁力式位置检测装置的电源接通时无法检测准确的绝对位置的问题。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于获得一种能以简单的结构高精度且高速地检测绝对位置的磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法。
解决技术问题的技术方案
本发明的磁力式位置检测装置包括：磁尺，该磁尺由第一磁尺和第二磁尺构成，该第一磁尺由均等长度λ1的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成，该第二磁尺与所述第一磁尺并排设置，由均等长度λ2的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成；磁感应装置，该磁感应装置与所述第一磁尺及所述第二磁尺隔开空隙相对配置，在维持所述空隙的同时，在由所述第一磁尺及所述第二磁尺形成的磁场中沿所述移动方向相对移动，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；以及位置计算装置，该位置计算装置使所述磁感应元件的信号图案、和所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置信息相对应并进行预先存储，并根据从所述磁感应装置输出的所述磁感应元件的输出值来计算所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置，所述第一磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k个，第二磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k+2个，它们的磁极数差为2个，所述磁感应装置包括：第一磁感应元件组，该第一磁感应元件组由用于对所述第一磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成；以及第二磁感应元件组，该第二磁感应元件组由用于对所述第二磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成，所述磁感应装置分别根据构成所述第一磁感应元件组以及所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件来并行输出所述相对移动时的所述磁场的变化的测定结果，所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n与所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m的比值等于所述第一磁尺的磁极数k的倒数与所述第二磁尺的磁极数k+2的倒数的比值，以如下方式排列所述磁感应元件：将所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P1，使得从所述第一磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数n将所述第一磁尺的一个磁极的长度λ1等分后的相位P1＝λ1/n，并将所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P2，使得从所述第二磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数m将所述第二磁尺的一个磁极的长度λ2等分后的相位P2＝λ2/m，或者在所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n以及所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m中的其中一个个数为偶数，另一个个数为奇数时，将偶数的磁感应元件的个数设为1/2倍。
发明效果
根据本发明，通过设置两个磁尺和多个磁感应元件，从而能以简单的结构获得能高精度且高速地检测绝对位置的磁力式位置检测装置以及磁力式位置检测方法。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的磁尺与磁感应元件的配置的图。
图2是本发明实施方式1的位置计算装置的结构的示例图。
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判定部的输出以及磁尺的位置的示例图。
图5是表示本发明实施方式2的磁尺与磁感应元件的配置的图。
图6是本发明实施方式2中的、磁感应装置相对于磁尺进行相对移动时的、Hi/Lo判定部的输出以及磁尺的位置的示例图。
图7是表示本发明实施方式3的磁尺与磁感应元件的配置的图。
图8是本发明实施方式4的位置计算装置的结构的示例图。
图9是本发明实施方式4中的、磁感应装置相对于磁尺进行相对移动时的、Hi/Lo判定部以及位置计数部的输出、以及磁尺的位置的示例图。
图10是表示本发明实施方式5的磁尺与一并形成在半导体芯片上的磁感应元件的配置的图。
具体实施方式
下面，使用附图对本发明中的磁力式位置检测装置以及磁力式位置检测方法的优选实施方式进行说明。另外，在各附图中对于相同、或相当的部分，附加相同标号并进行说明。
实施方式1.
本发明实施方式1所涉及的磁力式位置检测装置是如下装置，其包括：磁极数差为2极的两个磁尺；利用磁感应元件对由上述磁尺所形成的磁场进行检测的磁感应装置；以及根据磁感应元件的输出值来计算磁感应元件与磁尺之间的绝对位置的位置计算装置，该磁力式位置检测装置能以简单的结构高精度且高速地检测绝对位置。
图1是示出本发明实施方式1中的磁力式位置检测装置的结构的一个示例的图。本实施方式1中的磁力式位置检测装置由磁尺1、磁感应装置2以及位置计算装置3(省略图示，参照图2)来构成。
磁尺1由第一磁尺1a以及第二磁尺1b构成。第一磁尺1a和第二磁尺1b隔开空隙W1来并排配置。空隙W1预先设定为所希望的宽度。另外，该空隙W1的宽度也可以不固定，可根据位置来变化。
此外，如图1所示，第一磁尺1a由N极的磁极12a和S极的磁极11a构成。N极的磁极12a和S极的磁极11a具有均等的长度λ1(＝L/k)。N极的磁极12a与S极的磁极11a交替排列。
第二磁尺1b由N极的磁极12b和S极的磁极11b构成。N极的磁极12b和S极的磁极11b具有均等的长度λ2(＝L/(k+2))。N极的磁极12b与S极的磁极11b交替排列。
以下，将相邻的一个N极的磁极与一个S极的磁极统称为“磁极对”。
第一磁尺1a的磁极11a、12a的长度λ1比第二磁尺1b的磁极11b、12b的长度λ2长。
因此，若在磁尺1的进行位置检测的长度L上进行比较，则第一磁尺1a的磁极数与第二磁尺1b的磁极数不同。这里，第一磁尺1a的磁极数是将N极的磁极12a的个数与S极的磁极11a的个数合计后的个数。此外，同样地，第二磁尺1b的磁极数是将N极的磁极12a的个数与S极的磁极11a的个数合计后的个数。
图1的示例中，第一磁尺1a的磁极数为8个，第二磁尺1b的磁极数为6个，因此磁极数的差为2个。
本实施方式中，由此，形成第一磁尺1a和第二磁尺1b，使得磁极数的差为2个。
如图1所示，若在第一磁尺1a的长度L上将第一磁尺1a的磁极数设为k个，则一个磁极11a、12a的长度λ1为λ1＝L/k。此时，在第二磁尺1b的长度L上，第二磁尺1b的磁极数为(k+2)个，因此一个磁极11b、12b的长度λ2为λ2＝L/(k+2)。
另外，图1中，将第一磁尺1a的进行位置检测的长度L1与第二磁尺1b的进行位置检测的长度L2设为彼此相等的长度L，但并不限于此，L1和L2也可以是互不相同的长度。此外，图1中，第一磁尺1a的磁极11a、12a的形状与第二磁尺1b的磁极11b、12b的形状为长方形，但并不限于此，只要各个N极与S极以均等的长度交替排列，则可以是任意的形状。例如，也可以是平行四边形。此外，图1中，第一磁尺1a的磁极数为6个，第二磁尺1b的磁极数为8个，但并不限于此，只要将两个磁尺的磁极数的差维持在2个即可。在以下说明中，将第一磁尺1a的磁极数以及第二磁尺1b的磁极数分别记为k、k+2。
磁感应装置2由第一磁感应元件组2a以及第二磁感应元件组2b构成。第一磁感应元件组2a由n个磁感应元件21a～21d构成，第二磁感应元件组2b由m个磁感应元件21e～21g构成。磁感应装置2与磁尺1隔开空隙W2相对配置。磁感应装置2可以在水平方向上与磁尺1隔开空隙W2，也可以在垂直方向上与磁尺1隔开空隙W2。磁感应装置2在维持该空隙W2的同时，在由磁尺1形成的磁场中沿着磁尺1的排列方向相对移动。并且，利用n个磁感应元件21a～21d以及m个磁感应元件21e～21g对该相对移动时的磁场变化进行检测。另外，磁尺1所形成的磁场是磁尺1的磁极对、即N极和S极的磁性的强度和方向以磁极对的周期进行变化的磁场。即，第一磁尺1a所形成的磁场以2×λ1的周期变化，第二磁尺1b所形成的磁场以2×λ2的周期变化。
另外，各磁感应元件21a～21g与磁尺1之间的各个空隙W2不一定要相同，也可以按照各磁感应元件21a～21g而不同。其中，只要各个磁感应元件21a～21g在相对于磁尺1进行相对移动时，维持各空隙W2即可。作为构成上述磁感应装置2的磁感应元件21a～21g，使用霍尔元件、各向异性磁阻元件(AMR：An-Isotropic Magneto Resistive Device)、巨磁阻元件(GMR：Giant Magneto Resistive Device)、隧道磁阻元件(TMR：Tunnel MagnetoResistance Device)等。另外，图1中，示出了第一磁感应元件组2a由4个磁感应元件构成、第二磁感应元件组2b由3个磁感应元件构成的例子。然而，磁感应元件的个数并不限于此，在以下说明中记为n、m。
第一磁感应元件组2a的n个磁感应元件21a～21d对第一磁尺1a所形成的磁场进行检测。第二磁感应元件组2b的m个磁感应元件21e～21g对第二磁尺1b所形成的磁场进行检测。
第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d的个数n与第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e～21g的个数m的比值设定成第一磁尺1a的磁极数k的倒数与第二磁尺1b的磁极数(k+2)的倒数的比值(n：m＝(1/k)：(1/(k+2)))。因此，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n与第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m分别由下式(1)、(2)表示。
n＝k/2+1 (1)
m＝k/2 (2)
另外，可以对第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m中的任一方的磁感应元件数进行削减。由式(1)和式(2)明确可知，n或m中的某一个为偶数，另一个为奇数。在削减偶数的磁感应元件21的个数的情况下，将磁感应元件数设为1/2倍，另一方面，在削减奇数的磁感应元件21的个数的情况下，将磁感应元件数加1然后设为1/2倍即可。
例如，在使用式(1)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数n设为偶数、且使用式(2)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件的个数m设为奇数的情况下，若削减第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数n，则n、m分别如下式(3)和式(4)。
n＝(k/2+1)×(1/2)
＝k/4+1/2 (3)
m＝k/2 (4)
或者，在第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数n设为偶数、且第二磁感应元件组2b的磁感应元件的个数m设为奇数的情况下，若削减第一磁感应元件组2b的磁感应元件的个数m，则n、m分别如下式(5)和式(6)。
n＝k/2+1 (5)
m＝(k/2+1)×(1/2)
＝k/4+1/2 (6)
另一方面，在使用式(1)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n设为奇数、且使用式(2)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m设为偶数的情况下，若削减第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数n，则n、m分别如下式(7)和式(8)。
n＝(k/2+1+1)×(1/2)
＝(k/2+2)×(1/2)
＝k/4+1 (7)
m＝k/2 (8)
此外，若削减第二磁感应元件组2b的磁感应元件数m，则n、m分别如下式(9)和式(10)。
n＝k/2+1 (9)
m＝(k/2)×(1/2)
＝k/4 (10)
在利用式(1)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数n、利用式(2)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件的个数m下，将第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔设为P1，将第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔设为P2。这里，配置间隔P1、P2如图1的P所示，是从一个磁感应元件21的移动方向上的一端到相邻的磁感应元件21的相同侧的一端为止的长度。
第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d的配置间隔P1均等。如图1所示，配置n个磁感应元件21a～21d，使其限制在一个磁极11a或12a的长度λ1(＝L/k)的范围内。具体而言，上述n个磁感应元件21a～21d的配置间隔P1的总长度(P1×n)与第一磁尺1a的一个磁极11a、12a的长度(L/k)相同。
同样地，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e～21g的配置间隔P2均等。如图1所示，配置m个磁感应元件21e～21g，使其限制在一个磁极11b或12b的长度λ2(＝L/(k+2))的范围内。具体而言，上述m个磁感应元件21e～21g的配置间隔P2的总长度(P2×m)与第二磁尺1b的一个磁极11b、12b的长度(L/(k+2))相同。
因此，在将第一磁尺1a的进行位置检测的长度设为L1、将第二磁尺1b的进行位置检测的长度设为L2时，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2分别如下式(11)和式(12)。
P1＝L1/n/k (11)
P2＝L2/m/(k+2) (12)
图1中，由于第一磁尺1a的进行位置检测的长度L1与第二磁尺1b的进行位置检测的长度L2为相同的L，因此第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2也为相同的长度P。另外，磁感应元件21a～21g无需呈直线状地配置成与磁尺1a、2a的相对移动方向平行，只要是能在维持各个磁感应元件21a～21d的配置间隔P的同时检测磁尺1所形成的磁场这样的配置即可。
另外，在利用式(3)计算出n值、利用式(4)计算出m值、或者利用式(9)计算出n值、利用式(10)计算出m值的情况下，配置间隔P可以是利用式(11)计算出的P1、利用式(12)计算出的P2。另一方面，利用式(5)计算出n值、利用式(6)计算出m值情况下的、第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2分别如下式(13)、式(14)。
P1＝L1/n/k (13)
P2＝L2/(m－1/2)/(k+2) (14)
然而，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2也可以不仅由利用式(14)计算出的P2构成。即，也可以仅将一个磁感应元件的配置间隔设为下式(15)所表示的P2’，将其他磁感应装置的配置间隔设为利用式(14)计算出的P2。
P2’＝L2/(2×m－1)/(k+2) (15)
此外，利用式(7)计算出n值、利用式(8)计算出m值情况下的、第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2分别如下式(16)、式(17)。
P1＝L1/(n－1/2)/k (16)
P2＝L2/m/(k+2) (17)
然而，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1也可以不仅由利用式(16)计算出的P1构成。即，也可以仅将第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d中的一个磁感应元件的配置间隔设为下式(18)所表示的P1’，将其他磁感应装置的配置间隔设为利用式(16)计算出的P1。
P1’＝L1/(2×n－1)/k (18)
图2是示出本发明实施方式1中的位置计算装置3的结构的一个示例的图。位置计算装置3通过分析磁感应装置2的输出值来计算磁感应装置2与磁尺1之间的相对位置。如图2所示，位置计算装置3包括脉冲生成部31、Hi/Lo判定部32、位置运算部33、位置转换表部34以及输出部35。
脉冲生成部31与磁感应装置2相连。脉冲生成部31将后述的图3(a)所示的磁感应装置2的磁感应元件21a～21g的输出转换为后述的图3(b)所示的脉冲输出31a～31g。
Hi/Lo判定部32与脉冲生成部31相连。Hi/Lo判定部32对脉冲生成部31所输出的脉冲输出31a～31g进行Hi/Lo判定并二值化，以作为Hi/Lo输出32a～32g进行输出。另外，Hi/Lo输出32a～32g为Hi信号或Lo信号。
位置运算部33利用来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g，并参照后述的图4(b)所示的表格数据，来计算磁尺1的绝对位置。
位置转换表部34(存储部)与位置运算部33相连，并预先存储有该表格数据。
输出部35与位置运算部33相连，输出由位置运算部33计算出的磁尺1的位置信息。
对上述各部31～35的动作进行说明。
脉冲生成部31中输入有来自磁感应装置2的磁感应元件21a～21g的输出信号。来自磁感应元件21a～21g的输出信号是后述的图3(a)所示那样的接近正弦波的信号。来自磁感应元件21a～21g的输出信号在磁尺1的N极与S极的交替部分处为0，在交替部分，从正切换为负，或从负切换为正。脉冲生成部31将来自磁感应元件21a～21g的输出信号转换为图3(b)所示那样的脉冲输出(矩形波)31a～31g。该脉冲输出是在磁尺1的N极与S极的交替部分处反转的脉冲波。
Hi/Lo判定部32中，对从脉冲生成部31输出的脉冲输出31a～31g进行Hi/Lo判定，并输出Hi/Lo输出32a～32g(Hi信号或Lo信号)。
位置运算部33中，利用来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g(Hi信号或Lo信号)，读取存储在位置转换表部34中的表格数据，从而对绝对位置信息进行运算。
位置转换表部34如图4(b)所示，对从Hi/Lo判定部32输出的Hi/Lo输出32a～32g的信号图案、以及磁尺1与磁感应装置2之间的绝对位置信息(1～24)进行数据表格化，并进行预先存储。
输出部35是对从位置运算部33输出的磁尺1与磁感应装置2的绝对位置信息进行输出的发送接口。
图3是本发明实施方式1中的磁感应装置2相对于磁尺1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进行相对移动时的、图2的S点处的磁感应元件21a～21g的输出波形。磁感应装置2从各磁感应元件21a～21g并行输出相对移动时的磁场变化。
图3(b)示出了磁感应装置2进行相对移动时的、图2的T点处的脉冲生成部31的输出波形。
如图3(a)所示，磁感应元件21a～21g的输出波形也取决于所使用的磁感应装置2以及磁尺1的特性，但通常为大致正弦波状的波形。此时的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d的输出波形与第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e～21g的输出波形相比，它们的波形周期不同。这是因为，磁尺1a的磁极对(11a和12a)的长度2×λ1与磁尺1b的磁极对(11b和12b)的长度2×λ2的差为周期之差。
第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d的各输出波形是相位依次错开第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1后的波形。
同样地，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e～21g的各输出波形是相位依次错开第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2后的波形。
另外，图3中，磁感应元件21a～21g的输出波形的周期相对于磁极对设为1个周期，但并不限于此。在各向异性磁阻元件中，相对于一个磁极可以是1个周期的输出波形，相对于霍尔元件、巨磁阻元件、隧道磁阻元件的一个磁极对也可以是1个周期的输出波形。图1中，对磁尺1的一个磁极配置了磁感应装置2的磁感应元件21a～21g，但并不限于此。例如，可以在磁尺1的N极配置磁感应元件，在S极配置磁感应元件，将这两个磁感应元件配置成一个磁极长度的距离来形成桥式结构，从而得到图3(a)那样的磁感应元件21a～21g的输出波形。
图3(b)的脉冲生成部31的脉冲输出31a～31g的输出波形为占空比大致为50％的脉冲状的波形。
与磁感应元件21a～21g的输出波形同样地，脉冲生成部31的脉冲输出31a～31d的输出波形与脉冲生成部31的脉冲输出31e～31g的输出波形的周期不同。这是因为磁尺1a的磁极对的长度与磁尺1b的磁极对的长度的差为周期之差。
脉冲生成部31的脉冲输出31a～31d的各输出波形是相位依次错开第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1后的波形。
同样地，脉冲生成部31的脉冲输出31e～31g的各输出波形是相位依次错开第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2后的波形。
图4(a)示出了本发明实施方式1中的、磁尺1与磁感应装置2的配置、以及磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时的、脉冲生成部31的输出信号的一个示例。
图4(b)示出了位置转换表部34所存储的表格数据的一个示例。
图4(a)是将磁尺1与磁感应装置2的配置、以及磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时从脉冲生成部31输出的脉冲输出31a～31g制作成时序图后得到的图。这里，图4(a)的横轴的磁尺位置示出了磁感应装置2相对于磁尺1的绝对位置。
图4(b)示出了磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时的、使来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出(Hi信号或Lo信号)的信号图案与磁尺位置相对应并进行存储的表格数据的一个示例。当磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时，Hi/Lo判定部32对从脉冲生成部31输出的脉冲输出31a～31g的信号电平为Hi还是Lo进行判定(Hi/Lo判定)，并输出Hi信号或Lo信号，以作为判定结果。
图4(b)所示的表格数据中，第一行示出了磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时的由位置计算装置3计算出的绝对位置信息(1～24)。图4(b)的第2行～第8行按照磁尺1的各个绝对位置信息(1～24)示出了Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g的Hi或Lo的信号图案。
由图4(a)和图4(b)可知，Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g中，Hi/Lo输出32a～32d以和磁尺1a的磁极对相同的周期进行变化，Hi/Lo输出32e～32g以和磁尺1b的磁极对相同的周期进行变化。此外，可知Hi/Lo输出32a～32g在每个磁尺位置下的Hi或Lo的图案均不同。
因此，本实施方式中，位置运算部33预先生成图4(b)所示的表格数据，并预先存储到位置转换表部34(存储部)中。位置运算部33输入Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g，并从该表格数据中读取与Hi/Lo输出32a～32g相对应的磁尺1的绝对位置，从而获取磁尺1的绝对位置。
例如，位置运算部33在来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32g均为Hi的情况下，判断为第一磁感应元件组2a的最靠端部的磁感应元件21a以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e位于磁尺1的“13”的位置。
此外，在来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32e为Hi且3Hi/Lo输出32f和32g为Lo的情况下，判断为磁感应装置2的磁感应元件21a及21e位于磁尺1的“21”的位置。
由此，图2所示的输出部35对从位置运算部33输出的磁尺1的位置信息进行输出。
由此，能根据基于磁感应装置2的磁感应元件21a～21g的输出信号求得的Hi或Lo的信号图案来检测磁尺1与磁感应装置2的绝对位置信息。该Hi或Lo的其中一个信号图案相当于磁尺1与磁感应装置2的绝对位置的分辨率，信号图案的切换取决于磁感应装置2的磁感应元件21的配置间隔P1、P2。由此，若将第一磁尺1a与第一磁感应元件组2a的绝对位置的分辨率设为δ1，将第二磁尺1b与第一磁感应元件组2b的绝对位置的分辨率设为δ2，则δ1和δ2分别如下式(19)、(20)。
δ1＝L1/n/k (19)
δ2＝L2/m/(k+2) (20)
用于计算分辨率δ1的n值与用于计算分辨率δ2的m值分别由利用式(1)计算出的n值和利用式(2)计算出的m值决定，并非由删减了n值和m值后的式(3)～式(18)的值决定。另外，图1中，由于第一磁尺1a与第二磁尺1b的绝对位置检测范围即长度为相同的L，因此第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔同样为δ1，第二磁感应元件组2b的磁感应元件间隔也同样为δ2。
如上所述，本实施方式1中，包括两个磁尺1a、1b，并使磁感应装置2与各磁尺1a、1b隔开预先确定的空隙而相对配置。磁尺1a、1b构成为S极与N极的磁极11a、12a、11b、12b交替排列。磁尺1a、1b的磁极数差为2个。磁感应装置2由多个磁感应元件21a～21g构成。上述磁感应元件21a～21d、21e～21g相对于磁尺1a、1b的一个磁极的长度以配置间隔P进行排列。由此，在使磁感应装置2相对于磁尺1a、1b进行相对移动时，利用磁感应元件对磁尺1a、1b所形成的磁场的变化进行检测，从而计算磁尺1a、1b与磁感应装置2的绝对位置。
其结果是，能利用n个或m个磁感应元件21在磁极数为k和k+2的两个磁尺1a、1b的相同长度L上，以δ＝L/n/k＝L/m/(k+2)的位置检测分辨率来计算磁感应装置2相对于磁尺1的绝对位置。由此，本实施方式中，能获得简单的、并能进行高速响应的磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法。
实施方式2.
本发明的实施方式2中，对与实施方式1相比增加了第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数时的磁力式位置检测装置以及方法进行说明。实施方式2中，通过增加磁感应元件21的个数，从而能获得相比于上述实施方式1，分辨率得以提高、精度变高的效果。
图5是示出实施方式2中的磁力式位置检测装置的结构的一个示例的图。实施方式2中的磁力式位置检测装置的特征在于，增加了上述实施方式1中的磁感应装置2的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数、以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数。其它结构与实施方式1相同，因此这里省略说明。
第一磁感应元件组2a由磁感应元件21a～21h构成。磁感应元件21a～21h的个数nmulti是实施方式1的磁感应元件21a～21d的个数n的2倍。此时的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21h的磁感应元件21的配置间隔P1multi是实施方式1中的P1的1/2倍。本实施方式也与实施方式1同样地，在一个磁极11a或12a的范围内均等地排列有磁感应元件21。
同样地，第二磁感应元件组2b由磁感应元件21i～21n构成。磁感应元件21i～21n的个数mmulti是实施方式1的磁感应元件21e～21g的个数m的2倍。此时的第一磁感应元件组2b的磁感应元件21i～21n的磁感应元件21的间隔P2multi是实施方式1中的P2的1/2倍。本实施方式也与实施方式1同样地，在一个磁极11b或12b的范围内均等地排列有磁感应元件21。
图5中，第一磁尺1a上进行位置检测的长度L1与第二磁尺1b上进行位置检测的长度L2为相同的长度L。因此，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1multi与第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2multi为相同的配置间隔Pmulti。
图6是表示实施方式2中的、磁尺1与磁感应装置2的配置、以及位置转换表部34的表格数据的一个示例的图。在实施方式2中，在表格数据中，也使磁感应装置2相对于磁尺1进行相对移动时的、Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32n与磁尺位置相对应，并进行存储。
如图6所示，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21h相对于第一磁尺1a所形成的磁场进行配置。此外，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21i～21n相对于第二磁尺1b所形成的磁场进行配置。另外，图6的磁尺1中，在进行位置检测的长度L上示出了位置信息(1～48)。
此外，图6示出了将磁感应装置2相对于磁尺1的进行位置检测的长度L进行移动时的、Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32n与该输出值下的磁尺1的位置信息对应之后的位置转换表部34的表格数据。在图6所示的表格数据中，第一行示出了磁尺1的位置信息(1～48)，第2～15行按照磁尺1的各个位置信息(1～48)示出了Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32n的信号图案。位置运算部33预先生成图6所示的表格数据，并将其存储在位置转换表部34中。
位置运算部33在例如来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32n均为Hi的情况下，判断为第一磁感应元件组2a的最靠端部的磁感应元件21a以及第二磁感应元件组2b的最靠端部的磁感应元件21i位于磁尺1的“25”的位置。此外，在来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32a～32j为Hi且Hi/Lo输出32k～32n为Lo的情况下，判断为磁感应装置2的磁感应元件21a及21i位于磁尺1的“41”的位置。
如上所述，实施方式2与实施方式1相比，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数以及第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数分别为2倍。实施方式2也与实施方式1同样地，在磁尺1的位置检测的长度L内对绝对位置进行检测。此时，实施方式2的分辨率为1/2倍。另外，磁感应元件21的个数不限于此。
由此，通过使磁感应装置2的磁感应元件21的个数相对于实施方式1所示的式(1)、式(2)的n、m分别为i倍、j倍，从而能改变位置检测的分辨率。位置检测的分辨率取决于i或j的数值中较大的一方。i、j可以为自然数，也可以为互不相同的值。在将i、j设为互不相同的值的情况下，较小的值需要为较大的值的因数。例如，在将较大的值设为i且该i的值设为6的情况下，能将j设定为1、2、3中的任意一个。或者，也可以将j设为6这一相同的值。由此，对于设为i倍、j倍时的、第一磁感应元件组2a的磁感应元件的个数nmulti、第二磁感应元件组2b的磁感应元件的个数mmulti、第一磁感应元件组2a的磁感应元件的配置间隔P1multi、第二磁感应元件组2b的磁感应元件的配置间隔P2multi、第一磁尺1a与第一磁感应元件组2a的绝对位置的分辨率δ1multi、第二磁尺1b与第二磁感应元件组2b的绝对位置的分辨率δ2multi，分别利用实施方式1所示的式(1)、式(2)、式(11)、式(12)、式(19)、式(20)表示如下。这里，将i或j中数值较大的一方设为h。
nmulti＝n×i＝(k+2)/2×i (21)
mmulti＝m×j＝k/2×j (22)
P1multi＝P1/i＝L1/n/k/i (23)
P2multi＝P2/j＝L2/m/(k+2)/j (24)
δ1multi＝δ1/h＝L1/n/k/h (25)
δ2multi＝δ2/h＝L2/m/(k+2)/h (26)
在将i或j的任一方设为1的情况下，可以利用实施方式1所示的式(3)～式(10)来削减第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数或第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数。
由此，根据实施方式2，能通过改变在磁尺1的进行位置检测的长度L内配置的磁感应元件21的个数，来改变位置检测的分辨率。由此，能通过增加磁感应元件21的个数来获得高精度的磁力式位置检测装置以及磁力式位置检测方法。
实施方式3.
实施方式3中，对通过将磁尺的形状设为圆形从而能进行旋转角度检测的磁力式位置检测装置以及方法进行说明。
图7是示出本发明实施方式3中的磁力式位置检测装置的结构的一个示例的图。实施方式3中的磁力式位置检测装置的特征在于，将上述实施方式1的磁尺1设为圆环状或圆形的磁转子1A。其它结构与实施方式1相同，因此这里省略说明。
实施方式3中的磁力式位置检测装置由磁转子1A、磁感应装置2以及位置计算装置3(图7中省略图示，参照图8)构成。
磁转子1A由第一磁转子41a以及第二磁转子41b构成。第一磁转子41a和第二磁磁转子41b隔开空隙相对配置在同轴上。该空隙可以与实施方式1的空隙W1相同，并预先设定为所期望的宽度。
第一磁转子41a如图7所示，由S极的磁极11a以及N极的磁极12a构成。这些磁极11a、12a具有均等的长度λ1。此外，这些磁极11a、12a交替排列。同样地，第二磁转子41b如图7所示，由S极的磁极11b以及N极的磁极12b构成。这些磁极11b、12b具有均等的长度λ2。此外，这些磁极11b、12b交替排列。
实施方式3中，将进行位置检测的长度L设为磁转子1A的周长。
如图7所示，与实施方式1同样地，第一磁转子41a的磁极11a、12a的长度λ1比第二磁转子41b的磁极11b、12b的长度λ2长。
因此，在磁转子1A的进行位置检测的长度L中，第一磁转子41a的磁极数与第二磁转子41b的磁极数不同。这里，第一磁转子41a的磁极数是将N极的磁极12a的个数与S极的磁极11a的个数合计后的个数。此外，同样地，第二磁转子41b的磁极数是将N极的磁极12a的个数与S极的磁极11a的个数合计后的个数。
在图7的例子中，第一磁转子41a的磁极数与第二磁转子41b的磁极数的差为2个。
实施方式3与实施方式1同样地，形成第一磁转子41a和第二磁转子41b，使得磁极数的差为2个。
若将第一磁转子41a的磁极数设为k，则一个磁极11a、11b的角幅能表示为360/k。若将第二磁转子41b的磁极数设为k+2，则第二磁转子41b的一个磁极11b、12b的角幅能表示为360/(k+2)。
另外，第一磁转子41a与第二磁转子41b的直径无需相等，可以是互不相同的直径。此外，图7中，第一磁转子41a的磁极11a、12a与第二磁转子41b的磁极11b、12b的边界相对于周向(旋转方向)垂直。即，图7的磁极11a、12a、11b、12b是使实施方式1的长方形的磁极11a、12a、11b、12b按照第一磁转子41a以及第二磁转子41b外周的圆弧形状弯曲后得到的形状。但并不限于此，各个磁极11a、12a、11b、12b也可以以均等的长度交替排列。例如，也可以将磁极11a、12a、11b、12b设为弯曲成平行四边形的形状，第一磁转子41a的磁极11a、12a与第二磁转子41b的磁极11b、12b的边界由相对于周向(旋转方向)旋转了一定角度的直线构成。此外，图7中，第一磁转子41a的磁极数为8个，第二磁转子41b的磁极数为6个，但并不限于此，只要将两个磁转子的磁极数的差维持在2个即可。以下说明中，记为k、k+2。
磁感应装置2由第一磁感应元件组2a以及第二磁感应元件组2b构成。第一磁感应元件组2a由n个磁感应元件21a～21d构成，第二磁感应元件组2b由m个磁感应元件21e～21g构成。磁感应装置2与磁转子1A隔开预先确定的空隙相对配置。磁感应装置2在维持该空隙的同时，在由磁转子1A形成的磁场中沿着磁转子1A的排列方向相对移动。并且，利用磁感应元件21a～21g对该相对移动时的磁场变化进行检测。对该磁场的变化进行说明。该磁场中，N极的磁极与S极的磁极的磁性的强度和方向以磁极对的周期进行变化。
另外，各磁感应元件21a～21g与磁转子1A之间的各个空隙不一定要相同，可以根据各磁感应元件21a～21g而不同，只要在各磁感应元件21a～21g相对于磁转子1A相对移动时维持空隙即可。作为构成上述磁感应装置2的磁感应元件21a～21g，使用霍尔元件、各向异性磁阻元件(AMR：An-Isotropic Magneto Resistive Device)、巨磁阻元件(GMR：GiantMagneto Resistive Device)、隧道磁阻元件(TMR：Tunnel Magneto Resistance Device)等。另外，图1中，示出第一磁感应元件组2a由四个磁感应元件构成、第二磁感应元件组2b由三个磁感应元件构成的例子，磁感应元件的排列数量不限于此，在以下说明中记为n、m。
第一磁感应元件组2a的n个磁感应元件21a～21d对由第一磁转子41a形成的磁场进行检测，第二磁感应元件组2b的m个磁感应元件21e～21g对由第二磁转子41b形成的磁场进行检测。
第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数和第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数设定为第一磁转子41a的磁极数k的倒数与第二磁转子41b的磁极数k+2的倒数的比值。若将该第一磁感应元件组2a的磁感应元件数设为n，将第二磁感应元件组2b的磁感应元件数设为m，则n、m分别如下式(27)、(28)。
n＝k/2+1 (27)
m＝k/2 (28)
另外，能对第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m中的任一方的个数进行削减。利用式(27)计算出的n或利用式(28)计算出的m中的某一个为偶数，另一个为奇数。在削减偶数的磁感应元件21的个数的情况下，设为1/2倍，而在削减奇数的磁感应元件21的个数的情况下，加1然后设为1/2倍即可。
在使用式(27)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n设为偶数、且使用式(28)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m设为奇数的情况下，若削减第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n，则n、m分别如下式(29)和式(30)。
n＝k/4+1/2 (29)
m＝k/2 (30)
另一方面，若削减第一磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m，则n、m分别如下式(31)、式(32)。
n＝k/2+1 (31)
m＝k/4+1/2 (32)
此外，在使用式(27)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n设为奇数、且使用式(28)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m设为偶数的情况下，若削减第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n，则n、m分别如下式(33)、式(34)。
n＝k/4+1 (33)
m＝k/2 (34)
另一方面，若削减第一磁感应元件组2b的磁感应元件数m，则n、m分别如下式(35)、式(36)。
n＝k/2+1 (35)
m＝k/4 (36)
在使用式(27)计算出的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数n、使用式(28)计算出的第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数m的情况下，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21均等地配置在第一磁转子41a的一个磁极11a、12a的角幅的范围内。第二磁感应元件组2b的磁感应元件21均等地配置在第二磁转子41b的一个磁极11b、12b的角幅的范围内。若将该第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔设为P1，将第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔设为P2，则P1、P2分别如下式(37)、式(38)。
P1＝360/n/k (37)
P2＝360/m/(k+2) (38)
另外，在利用式(29)计算出n值、利用式(30)计算出m值、或者利用式(35)计算出n值、利用式(36)计算出m值的情况下，可以是利用式(37)计算出的P1、利用式(38)计算出的P2的磁感应元件21的配置间隔。另一方面，利用式(31)计算出n值、利用式(32)计算出m值情况下的、第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2分别如下式(39)、式(40)。
P1＝360/n/k (39)
P2＝360/(m－1/2)/(k+2) (40)
然而，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2也可以不仅由利用式(40)计算出的P2构成。即，也可以仅将一个磁感应元件的配置间隔设为下式(41)所表示的P2’，将其他磁感应装置的配置间隔设为利用式(40)计算出的P2。
P2’＝360/(2×m－1)/(k+2) (41)
此外，利用式(33)计算出n值、利用式(34)计算出m值情况下的、第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2分别如下式(42)、式(43)。
P1＝360/(n－1/2)/k (42)
P2＝360/m/(k+2) (43)
然而，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1也可以不仅由利用式(42)算出的P1构成。即，也可以仅将一个磁感应元件的配置间隔设为下式(44)所表示的P1’，将其他磁感应装置的配置间隔设为利用式(42)计算出的P2。
P1’＝360/(2×n－1)/k (44)
位置检测计算方法与上述实施方式1中的位置检测计算方法基本相同，但在实施方式3的情况下，被检测的位置成为旋转角度。因此，预先存储在位置转换表部34中的磁转子1A与磁感应装置2的位置信息为旋转角度信息。由于进行检测的位置信息为旋转角度，因此，关于位置检测分辨率，若将第一磁转子41a与第一磁感应元件组2a的绝对位置的分辨率设为δ1，将第二磁转子41b与第一磁感应元件组2b的绝对位置的分辨率设为δ2，则δ1和δ2分别如下式(45)、式(46)。
δ1＝360/n/k (45)
δ2＝360/m/(k+2) (46)
计算分辨率δ1的n值与计算分辨率δ2的m值分别由利用式(27)计算出的n值和利用式(28)计算出的m值决定，并非由删减了n值和m值后的式(29)～式(36)的值决定。
此外，图7中，进行位置检测的长度L为磁转子1A的周长，但并不限于此，也可以将磁转子1A的周长内的一部分设为L。在将磁转子1A的周长内的一部分L的比例设为r(＝L/R，其中，R为周长)时，第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的个数为n＝(k+2)/2×r，第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的个数为m＝k/2×r。此外，对第一磁感应元件组2a的磁感应元件21的配置间隔P1、第二磁感应元件组2b的磁感应元件21的配置间隔P2、检测第一磁转子41a和第一磁感应元件组2a的位置的位置检测分辨率δ1、以及检测第二磁转子41b和第二磁感应元件组2b的位置的位置检测分辨率δ2进行计算的上式(37)～式(46)能分别表示为下式(47)～(56)。
P1＝360/n/k×r (47)
P2＝360/m/(k+2)×r (48)
P1＝360/n/k×r (49)
P2＝360/(m－1/2)/(k+2)×r (50)
P2’＝360/(2×m－1)/(k+2)×r (51)
P1＝360/(n－1/2)/k×r (52)
P2＝360/m/(k+2)×r (53)
P1’＝360/(2×n－1)/k×r (54)
δ1＝360/n/k×r (55)
δ2＝360/m/(k+2)×r (56)
如上所述，根据实施方式3，使两个磁转子41a、41b与磁感应装置2隔开预先确定的空隙相对配置，并由磁感应装置2对磁场的变化进行检测，从而能计算磁感应装置2相对于磁转子1A的旋转角度，其中，该两个磁转子41a、41b排列有由N极和S极构成的磁极对，且磁极数差为2极，该磁感应装置2沿着磁转子41a、41b的一个磁极的长度排列有多个磁感应元件21。
其结果是，能获得一种简单的、且高速响应的磁力式位置检测装置以及磁力式位置检测方法，其能构利用磁极数为k和k+2的两个磁转子41a、41b，并通过两个磁感应元件数n、m来以δ＝360/n/k＝360/m/(k+2)的位置检测分辨率计算磁感应装置2相对于磁转子1A的绝对角度。
实施方式4.
在实施方式4所涉及的磁力式位置检测装置中，使用与上述实施方式1～3不同的位置计算装置3中的位置计算方法。实施方式4的磁力式位置检测装置能够具有与上述实施方式1中的磁力式位置检测装置同样的效果。实施方式4中，位置计算装置3的结构与实施方式1不同，但其他结构与实施方式1相同，因此参照图1、图3、图4，这里省略详细说明。
图8是示出本发明实施方式4中的磁力式位置检测装置的位置计算装置3的结构的一个示例的图。与图2所示的实施方式1的位置计算装置3的不同之处在于，在图8中添加了位置计数部36。
实施方式4中，在接通磁力式位置检测装置的电源后的初次位置检测时，位置计算装置3的位置运算部33利用与实施方式1相同的位置检测方法进行磁尺1的位置检测。将位置运算部33所检测到的磁尺1的绝对位置信息输入到位置计数部36。在位置计数部36中，利用预先存储的数据表将该绝对位置信息转换为预先分配的值。
实施方式4中，在第二次以后的位置检测中，位置运算部33基于来自一个磁感应元件组(这里设为第二磁感应元件组2b)的信号和来自位置计数部36的信号来进行磁尺1的绝对位置检测。
另外，如实施方式1中说明的那样，Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32e～32g按照每个磁极对形成一个周期的信号图案，因此，位置计数部36具有按照每个磁极对来对磁尺1的绝对位置信息进行递增或递减的功能。
对位置计数部36进行详细说明。
位置计数部36预先生成并存储有图9所示的数据表。
图9示出存储在位置计数部36中的数据表的一个示例。在图9的数据表中，按照磁尺1的每个位置，将磁感应装置2相对于磁尺1相对移动时的、Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32e～32g与位置计数部36的输出对应起来进行存储。
图9的第1行示出了磁感应装置2相对于磁尺1相对移动时由位置运算部33计算出的磁尺1的绝对位置信息(1～24)。
图9的第2行按照磁尺1的各个绝对位置信息(1～24)示出了从位置计数部36输出的信号α。
图9的第3行按照磁尺1的各个绝对位置信息(1～24)示出了Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32e～32g的Hi或Lo的信号图案的其中一个信息“1”～“6”。该“1”～“6”表示磁感应元件21a、21e的位置。
图9的第4行～第6行按照磁尺1的各个绝对位置信息(1～24)示出了Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32e～32g(Hi或Lo)的信号图案。
这里，如上所述，磁尺1所形成的磁场中，N极的磁极与S极的磁极的磁性的强度和方向以磁极对的周期进行变化。若从第二磁尺1b的角度考虑，则进行位置检测的长度L中包含四个周期。即，磁尺1从“1”位置到“6”位置为止为一个周期，从磁尺的“7”位置到“12”位置为一个周期，从磁尺的“13”位置到“18”位置为一个周期，从磁尺的“19”位置到“24”位置为一个周期。图9的第2行中，对各磁尺的位置“1”～“24”分配了上述周期“0”、“1”、“2”、“3”中的某一个，并作为位置计数部36的输出信号α进行存储。
此外，上述“0”、“1”、“2”、“3”的各周期如图9所示，包含“1”～“6”为止的Hi/Lo输出32e～31g的Hi或Lo的信号图案。“1”的信号图案中，32e、32f、32g均为Hi，“2”的信号图案中，32e和32f为Hi，32g为Lo，“3”的信号图案中，32e为Hi，32f和32g为Lo，“4”的信号图案中，32e、32f、32g均为Lo，“5”的信号图案中，32e和32f为Lo，32g为Hi，“6”的信号图案中，32e为Lo，32f、32g为Hi。图9的第3行存储有上述“1”～“6”为止的信号图案。
实施方式4中，在初次的位置检测中由位置运算部33检测到的磁尺1的绝对位置信息被输入到位置计数部36。位置计数部36在第二次的位置检测中，将该绝对位置信息转换为分配给该绝对位置信息的图9的第2行的“0”、“1”、“2”、“3”中的某一个，并作为信号α进行输出。
另外，在第二次以后的位置检测时，向位置计数部36输入来自Hi/Lo判定部32的Hi/Lo输出32e～31g。位置计数部36参照图9的数据表，来对所输入的Hi/Lo输出32e～31g是图9的第3行的“1”～“6”中的哪一个信号图案进行检索，并将该信号图案作为信号β进行输出。此外，位置计数部36在检索到的信号图案从“6”切换为“1”的情况下，将信号α的值递增，在从“1”切换到“6”的情况下，将信号α的值递减。
由此，实施方式4中的磁力式位置检测装置在接通电源后的初次的位置检测中，以和上述实施方式1中的位置计算方法相同的方法进行位置检测，在第二次以后的位置检测中，基于来自位置计数部36的信号α、β来进行位置检测。
利用图8和图9对实施方式4中的磁力式位置检测装置的动作进行说明。在接通电源时等初次的位置检测中，如上述实施方式1中说明的那样，根据来自对第一磁尺1a的磁场进行检测的第一磁感应元件组2a的磁感应元件21a～21d的输出信号、以及来自对第二磁尺1b的磁场进行检测的第二磁感应元件组2b的磁感应元件21e～21g的输出信号，由脉冲生成部31输出脉冲输出31a～31g。接着，在Hi/Lo判定部32中判定脉冲输出31a～31g是Hi还是Lo，并将判定结果作为Hi/Lo输出32a～32g来进行输出。位置运算部33利用该Hi/Lo输出32a～32g和预先存储在位置转换表部34中的图4(b)的表格数据来计算磁尺1的绝对位置。该动作如实施方式1中说明的那样。
由此，初次计算出的绝对位置信息在刚计算出后就被发送给位置计数部36。位置计数部36参照预先存储的图9的数据表，将发送过来的绝对位置信息转换成对应的“0”、“1”、“2”、“3”中的某一个值并输出到位置运算部33。之后，按照磁尺1的各个磁极对，在Hi/Lo判定部32的信号32e～32g的Hi或Lo的信号图案进行切换的同时，对位置计数部36的α的值进行递增或递减。将该值输出到位置运算部33。
在第二次以后的位置检测中，位置运算部33利用来自位置计数部36的信号α，β来计算磁尺1的绝对位置。
由此，计算出的绝对位置信息从输出部35被输出。
对位置运算部33的运算方法进行说明。若将位置运算部33计算出的磁尺位置设为X，则在位置运算部33中进行的运算如下式(57)。
X＝6×α+β (57)
在磁力式位置检测装置接通电源时，若判断为磁感应装置2的位置相对于磁尺1为磁尺位置的“1”时，位置计数部36参照图9的数据表来计算“0”，以作为与该“1”相对应的α的值。之后，在磁感应装置2相对于磁尺1移动一个磁极对的量时，位置计数部36的输出信号α被递增为“1”，Hi/Lo判定部32的Hi/Lo信号32e～32g均变为Hi，磁感应元件21e～21g的位置β变为“1”。由此，在位置运算部33中利用式(57)运算出的磁尺位置X变为“7”。
如上所述，根据实施方式4，能计算磁感应装置相对于磁尺的绝对位置。此外，在接通电源时输出位置信息后，能仅利用磁感应装置2的磁感应元件21e～21g来计算绝对位置，此时，磁感应装置2的磁感应元件21a～21d、脉冲生成部31的脉冲输出31a～31d以及Hi/Lo判定部32的Hi/Lo信号32a～32d不动作，因此能停止它们的供电。
其结果是，能够获得简单的磁力式位置检测装置及磁力式位置检测方法，其能够以与所使用的磁感应元件的数量相对应的δ＝P/2的位置检测分辨率，来计算磁感应装置相对于磁尺的绝对位置。
另外，在上述说明中，对将实施方式4应用于实施方式1的例子进行了说明，但并不限于此，实施方式4当然也能应用于实施方式2、3。
实施方式5.
实施方式5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22上形成磁感应装置2的情况进行说明。
图10是示出本发明实施方式3中的磁感应装置2的结构的一个示例的图。实施方式5的磁感应装置2如图10所示，其特征在于，利用半导体处理来形成在一个半导体芯片22上。其它结构与上述实施方式1、2相同，因此这里省略其说明。
在上述实施方式2中，说明了利用用于检测磁尺1a所形成的磁场的第一磁感应元件组的磁感应元件21a～21h、用于检测磁尺1b所形成的磁场的第二磁感应元件组的磁感应元件21i～21n来进行位置检测。为了提高位置检测分辨率，优选增加磁感应元件21的个数，并缩小磁感应元件21的配置间隔。此时，为了获得高精度的磁力式位置检测装置，需要等间隔地配置磁感应装置2的磁感应元件21。
为此，在实施方式5中，如图10所示，利用半导体处理将磁感应装置2一并形成在半导体芯片22上，从而将第一磁感应元件组的磁感应元件21a～21h与第二磁感应元件组的磁感应元件21i～21n的配置间隔缩小，并使其等间隔排列。此时，采用对磁尺1a的磁场进行检测的第一磁感应元件组2a与对磁尺1b的磁场进行检测的第二磁感应元件组2b构成在同一平面上的配置即可。
其结果是，能提高磁感应装置2的位置检测分辨率。此外，还能抑制各元件间的倾斜等的偏差，来使磁感应特性相一致，使得输出的相位差均匀，能提高绝对位置的检测精度。
如上所述，根据实施方式5，通过将磁感应装置形成在一个半导体芯片上，从而能提高绝对位置的测定精度，并提高位置检测分辨率。
标号说明
1 磁尺
1A 磁转子
1a、41a 第一磁尺
1b、41b 第二磁尺
2 磁感应装置
2a 第一磁感应元件组
2b 第二磁感应元件组
3 位置计算装置
11a、11b、12a、12b 磁极
21a、21b、21c、21d、21e、21f、21g、21h、21i、21j、21k、21l、21m、21n 磁感应元件
31 脉冲生成部
31a、31b、31c、31d、31e、31f、31g 脉冲输出
32 Hi/Lo判定部
32a、32b、32c、32d、32e、32f、32g Hi/Lo输出
33 位置运算部
34 位置转换表部
35 输出部
36 位置计数部

Claims (11)

1.一种磁力式位置检测装置，其特征在于，包括：
磁尺，该磁尺由第一磁尺和第二磁尺构成，该第一磁尺由均等长度λ1的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成，该第二磁尺与所述第一磁尺并排设置，由均等长度λ2的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成；
磁感应装置，该磁感应装置与所述第一磁尺及所述第二磁尺隔开空隙相对配置，在维持所述空隙的同时，在由所述第一磁尺及所述第二磁尺形成的磁场中沿所述移动方向相对移动，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
位置计算装置，该位置计算装置使所述磁感应元件的信号图案、和所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置信息相对应并进行预先存储，并根据从所述磁感应装置输出的所述磁感应元件的输出值来计算所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置，
所述第一磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k个，所述第二磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k+2个，它们的磁极数差为2个，
所述磁感应装置包括：
第一磁感应元件组，该第一磁感应元件组由用于对所述第一磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成；以及
第二磁感应元件组，该第二磁感应元件组由用于对所述第二磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成，
所述磁感应装置分别根据构成所述第一磁感应元件组以及所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件来并行输出所述相对移动时的所述磁场的变化的测定结果，
所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n与所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m的比值等于所述第一磁尺的磁极数k的倒数与所述第二磁尺的磁极数k+2的倒数的比值，
以如下方式排列所述磁感应元件：将所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P1，使得从所述第一磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数n将所述第一磁尺的一个磁极的长度λ1等分后的相位P1＝λ1/n，并将所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P2，使得从所述第二磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数m将所述第二磁尺的一个磁极的长度λ2等分后的相位P2＝λ2/m，或者在所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n以及所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m中的其中一个个数为偶数，另一个个数为奇数时，将偶数的磁感应元件的个数设为1/2倍。
2.如权利要求1所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数n设为i倍的nmulti个，或将所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数m设为j倍的mmulti个，或将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数n与所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数m分别设为i倍的nmulti个及j倍的mmulti个，
所述i和所述j为自然数，
在将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数n设为所述nmulti个的情况下，将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的配置间隔P1multi设定为等间隔且为与设为所述i倍之前的配置间隔P1成反比的值，或者，
在将所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数m设为所述mmulti个的情况下，将所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的配置间隔P2multi设定成为等间隔且为与设为所述j倍之前的配置间隔P2成反比的值，或者，
在将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数n和所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的个数m分别设为所述nmulti个以及所述mmulti个的情况下，将所述第一磁感应元件组内的所述磁感应元件的配置间隔P1multi设定为等间隔且为与设为所述i倍之前的配置间隔P1成反比的值，并将所述第二磁感应元件组内的所述磁感应元件的配置间隔P2multi设定为等间隔且为与设为所述j倍之前的配置间隔P2成反比的值。
3.如权利要求2所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
将所述第一磁尺与所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件之间的进行位置检测的长度设为L1，
将所述第二磁尺与所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件之间的进行位置检测的长度设为L2，
将所述i或所述j的其中一方设为另一方的因数，
将所述第一磁尺与所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件之间的位置检测的分辨率设为δ1multi，将所述第二磁尺与所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件之间的位置检测的分辨率设为δ2multi时，所述nmulti、所述mmulti、所述P1multi、所述P2multi、所述δ1multi、以及所述δ2multi分别满足
nmulti＝(k+2)/2×i，
mmulti＝k/2×j，
P1multi＝L1/n/k/i，
P2multi＝L2/m/(k+2)/j，
δ1multi＝L1/n/k/i，
δ2multi＝L2/m/(k+2)/j。
4.如权利要求3所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
在将所述i或所述j的任一方设为1时，
所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n及第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m中，
将偶数的磁感应元件的个数设为1/2倍，并将该磁感应元件的配置间隔设为2倍，或者
将奇数的磁感应元件的个数加1后设为1/2倍，并将该磁感应元件的配置间隔设为2倍，或者在不变更该磁感应元件的一个部位的配置间隔的情况下，将剩余部位的配置间隔设为2倍。
5.如权利要求2所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
所述磁尺为圆环状，
所述移动方向为周向，
所述位置计算装置检测所述磁尺与所述磁感应元件之间的旋转角度，以作为所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置。
6.如权利要求5所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
在将对圆环状的一部分进行位置检测时将相对于一周的位置检测范围的比率设为r的情况下，将所述第一磁尺与所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件之间的位置检测的分辨率设为δ1、将所述第二磁尺与所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件之间的位置检测的分辨率设为δ2时，所述n、所述m、所述P1、所述P2、所述δ1以及所述δ2分别满足
n＝(k+2)/2×r，
m＝k/2×r，
P1＝360/n/k×r，
P2＝360/m/(k+2)×r，
δ1＝360/n/k×r，
δ2＝360/m/(k+2)×r。
7.如权利要求6所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
在将所述i或所述j的任一方设为1时，
所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n及第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m中，
将偶数的磁感应元件的个数设为1/2倍，并将该磁感应元件的配置间隔设为2倍，或者
将奇数的磁感应元件的个数加1后设为1/2倍，并将该磁感应元件的配置间隔设为2倍，或者在不变更该磁感应元件的一个部位的配置间隔的情况下，将剩余部位的配置间隔设为2倍。
8.如权利要求1至7的任一项所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
所述位置计算装置中，
在接通电源时的初次，根据所述第一磁感应元件组以及所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件的输出信号来计算所述绝对位置，
在该初次后的第二次以后，根据对初次的所述绝对位置进行递增或递减后的值、以及所述第一磁感应元件组与所述第二磁感应元件组中的任一方的所述磁感应元件的输出信号来计算所述绝对位置。
9.如权利要求1至7的任一项所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
所述磁感应元件搭载在一个半导体芯片上。
10.如权利要求8的任一项所述的磁力式位置检测装置，其特征在于，
所述磁感应元件搭载在一个半导体芯片上。
11.一种在磁力式位置检测装置中使用的磁力式位置检测方法，该磁力式位置检测装置包括：
磁尺，该磁尺由第一磁尺和第二磁尺构成，该第一磁尺由均等长度λ1的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成，该第二磁尺与所述第一磁尺并排设置，由均等长度λ2的磁极N和磁极S在移动方向上交替排列而成；
磁感应装置，该磁感应装置与所述第一磁尺及所述第二磁尺隔开空隙相对配置，在维持所述空隙的同时，在由所述第一磁尺及所述第二磁尺形成的磁场中沿所述移动方向相对移动，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
位置计算装置，该位置计算装置通过分析从所述磁感应装置输出的所述磁感应元件的输出值，从而计算所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置，
所述第一磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k个，所述第二磁尺所包含的所述磁极N的个数与所述磁极S的个数合计后的磁极数为k+2个，它们的磁极数差为2个，
所述磁感应装置包括：
第一磁感应元件组，该第一磁感应元件组由用于对所述第一磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成；以及
第二磁感应元件组，该第二磁感应元件组由用于对所述第二磁尺所形成的磁场的变化进行检测的一个以上的磁感应元件构成，
所述磁感应装置分别根据构成所述第一磁感应元件组以及所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件来并行输出所述相对移动时的所述磁场的变化的测定结果，
所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n与所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m的比值等于所述第一磁尺的磁极数k的倒数与所述第二磁尺的磁极数k+2的倒数的比值，
以如下方式排列所述磁感应元件：将所述第一磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P1，使得从所述第一磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数n将所述第一磁尺的一个磁极的长度λ1等分后的相位P1＝λ1/n，并将所述第二磁感应元件组的所述磁感应元件的排列间隔设定为P2，使得从所述第二磁感应元件组的各磁感应元件输出的信号的输出波形依次错开利用所述磁感应元件的个数m将所述第二磁尺的一个磁极的长度λ2等分后的相位P2＝λ2/m，或者在所述第一磁感应元件组的磁感应元件的个数n以及所述第二磁感应元件组的磁感应元件的个数m中的其中一个个数为偶数，另一个个数为奇数时，将偶数的磁感应元件的个数设为1/2倍，
该磁力式位置检测方法的特征在于，
在所述位置计算装置中包括：
Hi/Lo判定步骤，该Hi/Lo判定步骤中，对所述磁感应装置的所述磁感应元件分别并行输出的n+m个输出值进行Hi/Lo判断并进行二值化，并作为n+m个Hi/Lo输出来进行输出；
存储步骤，该存储步骤中，将预先规定了所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置信息、与所述n+m个Hi/Lo输出的图案的关系的数据表预先存储到存储部中；以及
位置运算步骤，该位置运算步骤基于在所述存储步骤中存储到所述存储部中的所述数据表，来计算所述Hi/Lo判定步骤中输出的所述n+m个Hi/Lo输出所对应的所述磁尺与所述磁感应元件之间的绝对位置。
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