JP2014145777A - 磁場計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の磁場計測装置は、第1から第4の磁電変換素子と、磁気収束板と、磁電変換素子の感磁面に対して水平及び/又は垂直方向に印加される磁場の強度を算出する算出部とを備え、磁気収束板は、第1及び第2の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを第1及び第2の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つ各感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換し、第3及び第4の磁電変換素子の感磁面に対して水平方向に発生する磁場ベクトルを第3及び第4の磁電変換素子の感磁面に対して垂直方向且つ各感磁面で逆方向の磁場ベクトルに変換するように配置されており、算出部は第1から第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第1の算出ブロックを有する。
【選択図】図6
Description
本実施例1は、被回転検出体が多極リング磁石であり磁電変換素子にホール素子を用いて検出する場合の磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例1における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は図3に示され、磁場計測装置を説明するための上面図は図8、側面図は図7、信号処理を説明するためのブロック図は図6、図18である。
1(LL)は左部センサ部9内の第1のホール素子、1(LR)は左部センサ部9内の第2のホール素子、1(RL)は右部センサ部10内の第3のホール素子、1(RR)は右部センサ部10内の第4のホール素子、7は磁性体から構成される磁気収束板、8はシリコン基板、11は左部センサ部における磁気感磁部中心、12は右部センサ部における磁気感磁部中心、符号Bは左右の磁気感磁部中心間の距離(本実施例では2mm)を表わす。第1のホール素子から第4のホール素子は、ホール素子の感磁面の法線方向(感磁面の方向)が略同一となるように配置されている。
信号増幅部51はある所定の出力付近まで入力波形を増幅するオートゲインコントロール機能を有した信号増幅部である。信号比較部52はコンパレータのチャタリングを防ぎながら、アナログ入力波形をデジタルパルス出力とするためのヒステリシスコンパレータなどで構成される信号比較部である。信号演算部53は信号比較部52の一方の出力の立ち上がり或いは立ち下がりエッジを検出した際に、他方の出力状態を観測し回転方向を判定可能な機能を有しており、出力として、2値の回転方向情報とエッジ切り替わりのタイミング情報を持つ。出力成型部54は信号演算部53の出力をもとに出力パルス波形を作り出す。出力部55はドライバである。
第3の減算ブロック及び第4の減算ブロックの出力までで得られた式(17)、式(18)に示されるV(0)、V(90)の信号をそれぞれ信号増幅部51a,51bに入力し、増幅された出力信号を図10Aのように、それぞれヒステリシス付きコンパレータ(信号比較部)に入力し、図10Bのように比較後の信号を出力する。ここで図10BのVref1、Vref2はヒステリシスコンパレータの閾値である。ここでヒステリシスコンパレータを用いた理由は、ヒステリシスを設けることにより回路ノイズによる出力のチャタリングを防ぐ為である。
V(0)=(E−F)−(G−H) ・・・(25)
V(0)=(E−F)+(H−G)
=(E−G)+(H−F)
=(E−G)−(F−H)
=(E+H)−(F+G)
=(E−F−G+H) ・・・(26)
ここで、例えば、EとFの和がEと(−F)の差と表現できるように、和と差に実質的な違いはない。従って、式(26)をさらに変形すれば、V(0)は例えば式(27)で表すことができる。
V(0)=(E+(−F))+(H+(−G))
=(E+(−G))+(H+(−F))
=(E+(−G))−(F+(−H))
=(E−(−H))−(F−(−G))
=(E+(−F)+(−G)+H) ・・・(27)
そのため、式(25)ないし式(27)を用いれば、V(0)を、E及びFを加減算した結果とG及びHを加減算した結果とを加減算した結果であると表現することも可能である。また、V(0)を、E及びGを加減算した結果とF及びHを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能である。同様に、V(0)を、E及びHを加減算した結果とF及びGを加減算した結果とを加減算した結果と表現することも可能であり、又、V(0)を、EとFとGとHとを加減算した結果と表現することも可能である。
本発明に係る実施例2は、被位置検出体(被検出体)の位置を磁電変換素子を用いて検出する磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例2における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は、上述した図3、磁場計測装置を説明するための上面図は図14、側面図は図7、信号処理を説明するためのブロック図は図6に示してある。実施例2において、実施例1と同様の構成要素については、その構成要素について特に指定して説明した場合を除いて実施例1と同様であるため、その説明を省略する。
本発明に係る実施例3は、被回転検出体(被検出体)が磁性体からなるギアであり、磁電変換素子を用いて検出する場合の磁場計測装置に関するものである。なお、本実施例3における磁場計測装置を説明するためのセンサ構成は、上述した図3、磁場計測装置を説明するための側面図は図15、信号処理を説明するためのブロック図は図6に示してある。実施例3において、実施例1と同様の構成要素については、その構成要素について特に指定して説明した場合を除いて実施例1と同様であるため、その説明を省略する。
図15は、本磁場計測装置の実施様式側面図である。図15中符号5は磁性体からなる16歯ギアであり、符号Cはギアの凹凸のピッチ距離(定義としては回転中心18から磁気感磁部中心11、12の中点までの距離をDとした際にギア5の電気角1周期、すなわち機械角22.5度を用いて、D×tan(22.5/2)で表わされる。本実施例のギアではCは2mm)を表わす。また、センサ面と回転中心18からそれぞれの磁気感磁部中心の中点21までの線分は略垂直に設置される。4はバックバイアス磁石、17は被回転体の回転シャフト、また、θ1は回転角である。なお回転軸はZ軸に平行であり、回転シャフト中心18に回転すると定義する。また、現在表記している図は回転角度0度と定義する。実施例3では、回転シャフト17は反時計まわりに回転するものとする。
Claims (14)
- 磁場発生体から発生する磁場を検出する磁場計測装置であって、
第1から第4の磁電変換素子と、
前記磁電変換素子の感磁面に対して水平方向及び/又は垂直方向に印加される磁場を算出する算出部と、
を備え、
前記算出部は、
前記第1から第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第1の算出ブロックを備えることを特徴とする磁場計測装置。 - 前記第1から第4の磁電変換素子が略直線状に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の磁場計測装置。
- 前記算出部は、前記第1から第4の磁電変換素子の出力を加減算し、前記第1の算出ブロックの出力信号と位相が異なる信号を算出する第2の算出ブロックを有することを特徴とする請求項1又は2に記載の磁場計測装置。
- 前記第1の算出ブロックの出力信号と前記第2の算出ブロックの出力信号との位相差は、90度であることを特徴とする請求項3に記載の磁場計測装置。
- 前記第2の算出ブロックは、前記第1の磁電変換素子と前記第2の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第4の加減算ブロックと、前記第3の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第5の加減算ブロックと、前記第4の加減算ブロックの出力と前記第5の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第6の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の磁場計測装置。
- 前記第2の算出ブロックは、前記第1の磁電変換素子と前記第3の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第4の加減算ブロックと、前記第2の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第5の加減算ブロックと、前記第4の加減算ブロックの出力と前記第5の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第6の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項3又は4に記載の磁場計測装置。
- 前記算出部は、前記第1の算出ブロックの出力と、前記第2の算出ブロックの出力と、に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項3乃至6のいずれかに記載の磁場計測装置。
- 前記第1の算出ブロックは、前記第1の磁電変換素子と前記第2の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第1の加減算ブロックと、前記第3の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第2の加減算ブロックと、前記第1の加減算ブロックの出力と前記第2の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第3の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁場計測装置。
- 前記第1の算出ブロックは、前記第1の磁電変換素子と前記第3の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第1の加減算ブロックと、前記第2の磁電変換素子と前記第4の磁電変換素子の出力を加減算し、算出結果を出力する第2の加減算ブロックと、前記第1の加減算ブロックの出力と前記第2の加減算ブロックの出力を加減算し、算出結果を出力する第3の加減算ブロックと、を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の磁場計測装置。
- 前記算出部は、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の磁場計測装置。
- 前記算出部は、前記第1の算出ブロックの出力に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項10に記載の磁場計測装置。
- 前記算出部は、前記第1の算出ブロックの出力信号をパルス波形に成形した信号に基づいて、前記磁場発生体の位置、移動又は回転を検知することを特徴とする請求項10又は11に記載の磁場計測装置。
- 磁場発生体を備え、
該磁場発生体が移動可能及び/又は回転可能な多極着磁された磁石、又は、前記第1から第4の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び/又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の磁場計測装置。 - 磁場発生体を備え、
該磁場発生体が前記第1から第4の磁電変換素子の近傍に設置されたバックバイアス磁石と、移動可能及び/又は回転可能なギヤ歯から構成される構成体であり、
前記第1から第4の磁電変換素子は、前記バックバイアス磁石と前記ギヤ歯に挟まれる位置に配置されることを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載の磁場計測装置。
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