JP2015513106A - 直列に配置された複数の磁界センサによって位置を非接触式に測定する変位センサ - Google Patents
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Abstract
Description
この式で、PosSignalは位置信号であり、PosIC1は3Dホールセンサ201によって出力される出力信号である。
この式で、PosSignalは位置信号であり、PosIC2は3Dホールセンサ202によって出力される出力信号207であり、xoffsetは3Dホールセンサ201,202の重なる範囲において出力される出力信号を互い関して調節するために出力信号207が修正されるオフセットである。
この式で、PosSignalは、重なる範囲における位置posに対して計算される位置信号であり、
PosIC1は、重なる範囲の位置posでホールセンサ201によって出力される出力信号であり、
PosIC2は、重なる範囲の位置posでホールセンサ202によって出力される出力信号であり、
xoffsetは、出力信号206に関して重なる範囲へ第2の出力信号207を調節するために第2の出力信号207が修正されるオフセットである。
101 3Dホールセンサに沿う磁石の移動軸
102 3Dホールセンサの出力信号
103 3Dホールセンサの変位測定範囲の第1の端部
104 3Dホールセンサの変位測定範囲の第2の端部
200 変位センサの印刷回路基板
201 変位センサの第1の3Dホールセンサ
202 変位センサの第2の3Dホールセンサ
203 磁石
204 変位センサに沿う磁石の移動軸
205 基準点
206 第1の3Dホールセンサの出力信号
207 第2の3Dホールセンサの出力信号
208 重なる範囲
209 第1の3Dホールセンサの重なる端部範囲
210 第2の3Dホールセンサの重なる端部範囲
211 第1の3Dホールセンサのゼロ点
212 第2の3Dホールセンサのゼロ点
401 第1の3Dホールセンサの出力信号の相対誤差
402 第2の3Dホールセンサの出力信号の相対誤差
403 本発明に係る変位センサにおける位置信号の相対全誤差
404 最大許容誤差
503 本発明に係らない変位センサにおける位置信号の相対全誤差
Claims (18)
- 基準点(205)に対する磁石(203)の位置を非接触式に測定する変位センサであって、
移動軸(204)に沿って変位されることができる前記磁石(203)と、
直列に配置されると共に前記移動軸と平行に配置される複数の磁界センサ(201,202)と、
前記基準点(205)に対する前記磁石(203)の位置を示す位置信号を形成する計算ユニットを備え、
各磁界センサ(201,202)は、ゼロ点(211,212)と変位測定範囲を有すると共に各磁界センサ(201,202)が前記磁界センサの前記ゼロ点に対する前記磁石(203)の位置を示す出力信号(206,207)を出力し且つ前記出力信号が前記磁石の前記位置を示す精度が前記ゼロ点からの前記磁石の距離が増加すると減少するように構成され、
直列に配置された前記複数の磁界センサ(201,202)は、隣接する磁界センサの前記変位測定範囲が重なる範囲(208)において重なるように配置され、
前記計算ユニットは、
前記磁石(203)の前記位置が重なる範囲(208)に含まれる場合、変位測定範囲が前記重なる範囲(208)において重なる前記磁界センサ(201,202)によって出力される出力信号に基づいて前記計算ユニットが前記位置信号を形成し、
前記磁石(203)の前記位置が重なる範囲に含まれない場合、磁石が位置される変位測定範囲において、磁界センサによって出力される出力信号に基づいて前記計算ユニットが前記位置信号を形成し、隣接する磁界センサ(201,202)の二つの変位測定範囲間の前記重なる範囲(208)は、前記重なる範囲における前記計算ユニットによって形成される前記位置信号の全誤差が最大許容誤差よりも小さいように選択されるように構成されることを備える変位センサ。 - 前記磁石の前記位置が変位測定範囲の前記重ならない部分に含まれる場合、前記変位測定範囲に対応する前記磁界センサの前記出力信号と前記磁界センサの前記ゼロ点に対する前記磁石の前記位置との間に線形の関係が存在することを特徴とする請求項1に記載の変位センサ。
- 前記磁石の前記位置が変位測定範囲の前記重なる部分に含まれる場合、繰り返し精度、従って、前記変位測定範囲に対応する前記磁界センサの前記出力信号と前記磁界センサの前記ゼロ点に対する前記磁石の前記位置との間の前記線形の関係が減少することを特徴とする請求項2に記載の変位センサ。
- 前記計算ユニットは、第1の変位測定範囲の前記重ならない部分から第2の変位測定範囲を有する前記第1の変位測定範囲の前記重なる範囲への前記磁石の前記遷移部において、第1の出力信号値と第2の出力信号値との間の前記差を形成するように更に構成され、
前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分から前記第2の変位測定範囲を有する前記第1の変位測定範囲の前記重なる範囲への前記磁石の前記遷移部において、前記第1の出力信号値と前記第2の出力信号値は、第1の磁界センサ又は第2の磁界センサによって出力され、前記第1の磁界センサが前記第1の変位測定範囲に対応し、前記第2の磁界センサが前記第2の変位測定範囲に対応することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の変位センサ。 - 第1の出力信号値と第2の出力信号値との間の前記差が形成される前記遷移部での前記重なる範囲は、前記基準点から更に離れる前記第1の変位測定範囲の前記重なる範囲であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の変位センサ。
- 前記計算ユニットは、前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲内に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲が前記基準点を含む場合、第1の出力信号とオフセットで修正された第2の出力信号に基づいて前記位置信号形成し、前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲内に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲と前記第2の変位測定範囲が前記基準点を含まない場合、第1のオフセットで修正される第1の出力信号と第2のオフセットで修正される第2の出力信号に基づいて前記位置信号を形成し、
前記第1の出力信号は、前記第1の変位測定範囲に対応する第1の磁界センサによって出力され、
前記第2の出力信号は、前記第2の変位測定範囲に対応する第2の磁界センサによって出力され、
前記第2の変位測定範囲は、前記第1の変位測定範囲よりも前記基準点から更に離れており、
前記磁石の前記位置が前記基準点を含む前記変位測定範囲の前記重ならない部分に含まれる場合、出力信号に基づいて前記計算ユニットが前記位置信号を形成し、
前記磁石の前記位置が変位測定範囲の前記重ならない部分に含まれ且つ前記基準範囲、従って、前記基準点を含む前記変位測定範囲に含まれない場合、オフセットで修正される出力信号に基づいて前記計算ユニットが前記位置信号を形成し、
前記出力信号は、前記磁石が位置される前記磁界センサの変位測定範囲において前記磁界センサによって出力されることをするように前記計算ユニットが更に構成されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の変位センサ。 - 前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲が前記基準点を含む場合において、前記位置信号を形成するための前記オフセットは、第1の出力信号値と第2の出力信号値との間の前記差に等しく、前記差は、前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分から前記磁石の前記位置が位置する前記重なる範囲への遷移部で形成されており、
前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲と前記第2の変位測定範囲が前記基準点を含まない場合において、前記位置信号を形成するための前記第1のオフセットと前記第2のオフセットは、前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分において前記位置信号を形成するための前記オフセットに等しいか又は第1の出力信号値と第2の出力信号値との間の前記差の合計に等しく、前記差は、前記基準点を含む前記変位測定範囲と前記オフセットが決定されるべき前記変位測定範囲との間に位置する全ての遷移部で形成されており、
前記磁石の前記位置が変位測定範囲の前記重ならない部分に含まれ且つ前記基準点を含む前記変位測定範囲に含まれない場合において、前記位置信号を形成するための前記オフセットは、前記基準点により近い前記変位測定範囲の前記重なる範囲において前記位置信号を形成するための前記第2のオフセットに等しいことを特徴とする請求項6に記載の変位センサ。 - 前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲が前記基準点を含む場合において、前記位置信号を形成するための前記オフセットは、第1の出力信号値と第2の出力信号値との間の前記差に等しく、前記差は、前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分から前記磁石の前記位置が位置される前記重なる範囲への遷移部で形成されており、
前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲と前記第2の変位測定範囲が前記基準点を含まない場合において、前記位置信号を形成するための前記第1のオフセットと前記第2のオフセットは、前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分において前記位置信号を形成するための前記オフセットに等しいか又は位置信号値と出力信号値との間の前記差に等しく、前記位置信号値と前記出力信号値は、前記変位センサすなわち前記第1の変位測定範囲の前記重ならない部分から前記第1の変位測定範囲と前記第2の変位測定範囲との間の前記重なる範囲への前記磁石の前記遷移部で前記第2の変位測定範囲に対応する前記変位センサ又は前記磁界センサによって出力され、前記磁石の前記位置が変位測定範囲の前記重ならない部分に含まれ且つ前記基準点を含む前記変位測定範囲に含まれない場合において前記位置信号を形成するための前記オフセットは、前記基準点により近い前記変位測定範囲の前記重なる範囲において前記位置信号を形成するための前記第2のオフセットに等しいことを特徴とする請求項6に記載の変位センサ。 - 前記複数の磁界センサは印刷回路基板に取り付けられ、
出力信号が修正される前記オフセットは、前記印刷回路基板の前記磁界センサの望ましい位置の知識に基づいて決定され、
前記オフセットは、不揮発性記憶ユニットに記憶されることを特徴とする請求項6に記載の変位センサ。 - 前記差が形成される前記二つの出力信号値の内の少なくとも一方は、前記磁石が一つ及び同じ遷移部を数回通過する時に出力され且つ不揮発性記憶部へ記憶される複数の出力信号値の平均値であることを特徴とする請求項7に記載の変位センサ。
- 前記差が形成される前記位置信号値は、前記磁石が一つ及び同じ遷移部を数回通過する時に出力され且つ不揮発性記憶部に記憶される一つ以上の位置信号値対の平均値、又は前記差が形成される前記出力信号値は、前記磁石が一つ及び同じ遷移部を数回通過する時に出力され且つ不揮発性記憶部に記憶される一つ以上の出力信号値対の平均値であることを特徴とする請求項8に記載の変位センサ。
- 前記平均値は、移動平均値であることを特徴とする請求項10又は請求項11に記載の変位センサ。
- 前記第1の平均値は加重平均値であり、出力信号値や位置信号値の重み付けが、その値の生成時の前記磁石の前記速度に依存し、
前記第2の平均値は、出力信号値の重み付けが、その値の生成時の前記磁石の前記速度に依存する加重平均値である請求項10乃至12のいずれか一項に記載の変位センサ。 - 前記重み付けは、前記磁石の前記速度の増加に従って減少し、
指定の最大値を超える前記磁石の速度で発生された出力信号値や位置信号値は、前記第1の平均値又は前記第2の平均値を形成するために使用されないことを特徴とする請求項13に記載の変位センサ。 - 前記計算ユニットは、前記重なる範囲における前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間に含まれる場合、前記第1の出力信号と前記第2の出力信号との間の最大精度を有する前記出力信号を選択し、且つ前記位置信号を形成するために前記選択された出力信号を使用するように更に構成されることを特徴とする請求項6乃至14のいずれか一項に記載の変位センサ。
- 前記計算ユニットは、前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の前記重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲が前記基準点を含む場合、前記第1の出力信号とオフセットで修正される前記第2の出力信号から加重平均値を形成し、
前記磁石の前記位置が第1の変位測定範囲と第2の変位測定範囲との間の前記重なる範囲に含まれ且つ前記第1の変位測定範囲と前記第2の変位測定範囲が前記基準点を含まない場合、第1のオフセットで修正される前記第1の出力信号と第2のオフセットで修正される前記第2の出力信号から加重平均値を形成するように前記計算ユニットが更に構成され、
前記加重平均値が形成される前記信号の重み付けは、前記重なる範囲における前記磁石の位置に依存すること及び前記位置信号を形成するために前記加重平均値を使用することを特徴とする請求項6乃至14のいずれか一項に記載の変位センサ。 - 前記計算ユニットは、前記重なる範囲にS曲線又は放物線又は指数関数又は単調な勾配を有する任意の線形状のパスを有する位置信号を形成するように更に構成されることを特徴とする請求項6乃至14のいずれか一項に記載の変位センサ。
- 前記複数の磁界センサからの一つの磁界センサは、3Dホールセンサ又は線形ホールセンサである請求項1乃至17のいずれか一項に記載の変位センサ。
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