JP2022187941A - Position detector - Google Patents

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明彦 寳田
Akihiko Takarada
雅行 染谷
Masayuki Someya
栄男 小関
Shigeo Koseki
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Abstract

To provide a position detector with which the width of the detector in the direction of movement has been reduced using a single power generation sensor and a plurality of magnetic field generation sources.SOLUTION: A position detector 100 for detecting the position of a moving body 110 that moves linearly and having magnetic field generation sources ME1-ME6 comprises a single power generation sensor 120 and at least one sensor element 130. The power generation sensor includes a magnetic wire that exhibits a giant Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire, the axial magnetic field of the power generation sensor being an alternating magnetic field that alternates in accordance with the positional relationship between the magnetic field generation sources and the power generation sensor. The power generation sensor outputs a pulse voltage once in one cycle of magnetic field change depending on the direction of the linear movement. The sensor element outputs an identification signal to identify whether the magnetic field change cycle at the time the pulse voltage is outputted is an odd-number cycle or an even-number cycle. The position of the moving body is detected on the basis of the polarity of the pulse voltage and the identification signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、大バルクハウゼン効果を発現する強磁性要素を用いて運動体の位置を検出する検出器に関する。 The present invention relates to a detector that detects the position of a moving object using ferromagnetic elements exhibiting a large Barkhausen effect.

大バルクハウゼン効果(大バルクハウゼンジャンプ)を有する磁性ワイヤは、ウィーガンドワイヤ又はパルスワイヤの名で知られている。この磁性ワイヤは、芯部とその芯部を取り囲むように設けられた表皮部とを備えている。芯部及び表皮部の一方は弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト(軟磁性)層であり、芯部及び表皮部の他方は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード(硬磁性)層である。
ハード層とソフト層がワイヤの軸方向に沿って同じ向きに磁化されているときに、その磁化方向とは反対方向の外部磁界強度が増加してソフト層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。このとき、大バルクハウゼン効果が発現し、当該磁性ワイヤに巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を本明細書では「動作磁界」と呼ぶ。また、磁性ワイヤとコイルとをまとめて発電センサと呼ぶ。
上述の外部磁界強度がさらに増加し、ハード層の磁化方向が反転する磁界強度に達すると、ハード層の磁化方向が反転する。ハード層の磁化方向が反転するときの磁界強度を本明細書では「安定化磁界」と呼ぶ。
大バルクハウゼン効果が発現するためには、ハード層とソフト層の磁化方向が一致していることを前提として、ソフト層のみ磁化方向が反転することが必要である。ハード層とソフト層の磁化方向が不一致の状態で、ソフト層のみ磁化方向が反転したとしても、パルス信号は生じないか、あるいは生じたとしても非常に小さい。
Magnetic wires with the large Barkhausen effect (large Barkhausen jump) are known as Wiegand wires or pulse wires. This magnetic wire has a core and a skin that surrounds the core. One of the core and skin is a soft (soft magnetic) layer in which the magnetization direction can be reversed even with a weak magnetic field, and the other of the core and skin is a hard (hard magnetic) layer that does not reverse the magnetization direction unless a strong magnetic field is applied. layer.
When the hard and soft layers are magnetized in the same direction along the axial direction of the wire, the external magnetic field strength in the direction opposite to the magnetization direction increases until it reaches a magnetic field strength that reverses the magnetization direction of the soft layer. Then, the magnetization direction of the soft layer is reversed. At this time, the large Barkhausen effect appears, and a pulse signal is induced in the coil wound around the magnetic wire. The magnetic field strength at which the magnetization direction of the soft layer reverses is referred to herein as the "operating field". Also, the magnetic wire and the coil are collectively called a power generation sensor.
When the above-mentioned external magnetic field strength further increases and reaches the magnetic field strength at which the magnetization direction of the hard layer is reversed, the magnetization direction of the hard layer is reversed. The magnetic field intensity at which the magnetization direction of the hard layer is reversed is referred to herein as the "stabilizing magnetic field".
In order for the large Barkhausen effect to occur, it is necessary that the magnetization direction of only the soft layer is reversed on the premise that the magnetization directions of the hard layer and the soft layer are the same. Even if the magnetization directions of the hard layer and the soft layer do not match, even if the magnetization direction of only the soft layer is reversed, no pulse signal is generated or, if generated, the pulse signal is very small.

この磁性ワイヤによる出力電圧は、磁界の変化スピードにかかわらず一定であり、入力磁界に対するヒステリシス特性を持つためチャタリングがないなどの特徴を有する。そのため、この磁性ワイヤは、磁石及びカウンタ回路と組み合わせて、位置検出器などにも使用される。また、外部電力の供給なく、磁性ワイヤの出力エネルギーにより周辺回路も含めて動作させる事ができる。 The output voltage from this magnetic wire is constant regardless of the changing speed of the magnetic field, and has a hysteresis characteristic with respect to the input magnetic field, so that there is no chattering. Therefore, this magnetic wire is also used for a position detector etc. in combination with a magnet and a counter circuit. In addition, the output energy of the magnetic wire can be used to operate peripheral circuits without supplying external power.

発電センサに交番磁界が与えられた場合、1周期に対して正パルス信号1つ及び負パルス信号1つの計2つのパルス信号が発生する。磁界の発生源としての磁石を運動体とし、運動体である磁石と発電センサとの位置関係により発電センサに与えられる磁界が変化するようにすることで、運動体の運動を検出することができる。
しかし、通常は単一の発電センサを用いるのみでは、運動体の運動方向が変化した場合に運動方向の識別がつかない。特許文献1の図1に見られるように、複数の発電センサを用いれば運動方向を識別することができるが、検出器のサイズ及びコストの増加につながる。
特許文献2には、単一の発電センサと、発電センサではない別のセンサ要素とを用いることが記載されている。同文献にはさらに、単一の磁石(2極)を用いた場合と複数の磁石(多極)を用いて分解能を向上させることが記載されている。
また、単一磁石による検出(特許文献2の図2)の構造例として、特許文献3の図1が挙げられる。2極磁石と発電センサを対向させる構造は発電センサの全長まで径を小さくできるので小型化に向く。しかしながら単一磁石では直動運動の検出はできない。また発電センサと磁石が回転軸中心に配置されるので中空軸構造の回転運動検出器は実現できない。
複数の磁石を用いて直動運動の検出を行う構造例として特許文献4の図3が挙がられる。この構造の場合、磁石の運動方向に対して直角の向きに発電センサが配置されるので、検出器の幅が広くなってしまう。
中空軸の回転運動の検出器の構造例としては特許文献4の図1、図2、図6が挙がられる。図2、図6は図3と同じく運動方向に対して垂直に発電センサ配置されており、図2では磁石と発電センサは外周面で対向し、図6では上面で対向する。
図2で回転軸に対して平行方向に発電センサが配置されるので検出器の厚み方向の寸法が大きくなり、図6では回転軸に対して法線方向に発電センサが配置されるので検出器の外径と内径間の距離は発電センサの長さに制約され外径に対する内径を大きくできないという問題がある。
図1は磁石の運動方向に平行(円周の接線方向)に発電センサが配置されている。図1の構造の場合、発電センサと磁石間ピッチを一致させる必要が有り設計の自由度が少ないという問題がある。
また図1及び図2のように回転体の外周面で磁石と発電センサを対向させる構造で外径に対して内径の大きな中空軸の検出器を実現するのは難しい。
この種の位置検出器の主な用途に、特許文献5のように別の精密位置検出器と組み合わせて使用し、お互いの出力を同期させることにより、精密位置検出器の出力の周期数を識別し、検出範囲の拡張を行うことがある。発電センサを用いた位置検出器は本来出力されるはずのパルス信号が場合によっては、出力されないという問題があり、同文献では発電センサ内のコイルに電流を流し磁界を発生させて、出力状態をモニタすることで発電センサ内の磁性ワイヤの磁化方向を判別し、パルス信号の抜けを補正することにより同期を正しく行うことが記載されている。
When an alternating magnetic field is applied to the power generation sensor, a total of two pulse signals, one positive pulse signal and one negative pulse signal, are generated for one cycle. The motion of the moving body can be detected by using the magnet as the magnetic field generating source as the moving body and changing the magnetic field applied to the power generation sensor according to the positional relationship between the magnet, which is the moving body, and the power generation sensor. .
However, using only a single power generation sensor normally fails to identify the direction of motion when the direction of motion of the moving body changes. As can be seen in FIG. 1 of US Pat. No. 5,700,000, multiple power generation sensors can be used to identify the direction of motion, but increase the size and cost of the detector.
Patent Document 2 describes the use of a single power generation sensor and another sensor element that is not a power generation sensor. The document further describes the use of a single magnet (two poles) and the use of multiple magnets (multipole) to improve the resolution.
Further, FIG. 1 of Patent Document 3 can be cited as a structural example of detection by a single magnet (FIG. 2 of Patent Document 2). The structure in which the two-pole magnet and the power generation sensor face each other is suitable for miniaturization because the diameter can be reduced to the entire length of the power generation sensor. However, a single magnet cannot detect linear motion. In addition, since the power generation sensor and the magnet are arranged at the center of the rotation shaft, it is not possible to realize a rotary motion detector with a hollow shaft structure.
FIG. 3 of Patent Literature 4 is an example of a structure for detecting linear motion using a plurality of magnets. In this structure, the power generation sensor is arranged in a direction perpendicular to the motion direction of the magnet, so the width of the detector is increased.
Figs. 1, 2, and 6 of Patent Document 4 are cited as structural examples of a detector for rotational motion of a hollow shaft. In FIGS. 2 and 6, the power generation sensors are arranged perpendicular to the direction of movement, as in FIG.
In FIG. 2, the power generation sensor is arranged in the direction parallel to the rotation axis, so the dimension in the thickness direction of the detector is large, and in FIG. There is a problem that the distance between the outer diameter and the inner diameter of is restricted by the length of the power generation sensor, and the inner diameter cannot be increased with respect to the outer diameter.
In FIG. 1, the power generation sensors are arranged parallel to the motion direction of the magnet (direction tangential to the circumference). In the case of the structure of FIG. 1, it is necessary to match the pitch between the power generation sensor and the magnet, and there is a problem that the degree of freedom in design is small.
In addition, it is difficult to realize a detector with a hollow shaft having a larger inner diameter than the outer diameter in the structure in which the magnet and the power generation sensor face each other on the outer peripheral surface of the rotating body as shown in FIGS.
The main application of this type of position detector is to use it in combination with another precision position detector as in Patent Document 5, and by synchronizing the outputs of each other, identify the periodicity of the output of the precision position detector. However, the detection range may be extended. A position detector using a power generation sensor has a problem that the pulse signal that should be output is not output in some cases. It is described that the magnetization direction of the magnetic wire in the power generation sensor is determined by monitoring, and correct synchronization is performed by correcting missing pulse signals.

特許第5511748号公報Japanese Patent No. 5511748 特許第4712390号公報Japanese Patent No. 4712390 米国特許第9,528,856号公報U.S. Pat. No. 9,528,856 米国特許第8,283,914号公報U.S. Pat. No. 8,283,914 特許第5730809号公報Japanese Patent No. 5730809

位置の検出に際し、複数の発電センサを用いることは、検出器自体のサイズ増加につながりやすい。他方、発電センサが単一であったとしても、発電センサ内の磁性ワイヤの磁化方向を判別することは、処理が複雑となる可能性がある。
本発明では単一の発電センサと複数の磁界発生源を用いて、運動方向に対する検出器の幅の小型化が図られた位置検出器、特に中空軸回転検出器においては外径に対して内径が最大化され、設計の自由度が高い位置検出器を提供することを目的とする。
Using a plurality of power generation sensors for position detection tends to increase the size of the detector itself. On the other hand, even with a single power generation sensor, determining the magnetization direction of the magnetic wire in the power generation sensor can be a complex process.
In the present invention, a single power generation sensor and a plurality of magnetic field generation sources are used to reduce the width of the detector in the direction of movement. is maximized and the degree of design freedom is high.

本発明に係る、磁界発生源を有し、直線運動又は回転運動する運動体の位置を検出する位置検出器は、単一の発電センサと、少なくとも1つのセンサ要素とを備える。前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、前記発電センサの軸方向の磁界は、前記磁界発生源と前記発電センサとの位置関係に応じて、所定の検出範囲内で4周期以上にわたり交番する交番磁界である。前記発電センサは、前記直線運動の方向又は前記回転運動の方向によって正極性又は負極性のパルス電圧を、磁界変化1周期に対して1回出力する。前記センサ要素は、前記パルス電圧が出力された時点での磁界変化周期が奇数周期であるか偶数周期であるかを識別する識別信号を出力する。前記パルス電圧の極性と前記識別信号とに基づいて前記運動体の位置が検出される。 A position detector for detecting the position of a linearly or rotationally moving body having a magnetic field generating source according to the present invention includes a single power generation sensor and at least one sensor element. The power generation sensor includes a magnetic wire that exhibits a large Barkhausen effect, and a coil wound around the magnetic wire. It is an alternating magnetic field that alternates over four cycles or more within a predetermined detection range according to the positional relationship. The power generation sensor outputs a pulse voltage of positive polarity or negative polarity depending on the direction of the linear motion or the direction of the rotational motion once per magnetic field change period. The sensor element outputs an identification signal that identifies whether the magnetic field change period at the time when the pulse voltage is output is an odd number period or an even number period. The position of the moving object is detected based on the polarity of the pulse voltage and the identification signal.

本発明によれば、単一の発電センサと複数の磁界発生源を用いて、運動方向に対する検出器の幅の小型化が図られた位置検出器、特に中空軸回転検出器においては外径に対して内径が最大化され、設計の自由度が高い位置検出器を提供することができる。 According to the present invention, a single power generation sensor and a plurality of magnetic field generation sources are used to reduce the width of the detector in the direction of movement. On the other hand, it is possible to provide a position detector with a maximized inner diameter and a high degree of design freedom.

第1の実施形態に係る検出器の斜視図である。1 is a perspective view of a detector according to a first embodiment; FIG. 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁石の位置に応じた磁性ワイヤの磁化の状態を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of magnetization of the magnetic wire according to the position of the magnet; 磁気センサの出力と、円筒形磁石のx軸方向磁界と、発電センサの状態と、カウント値との関係を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the output of the magnetic sensor, the x-axis direction magnetic field of the cylindrical magnet, the state of the power generation sensor, and the count value; 前回のパルス電圧発生時のパルス電圧の正負及び周期識別信号と、新しいパルス電圧の正負及び周期識別信号と、カウント値の変化との関係を示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the positive/negative of the pulse voltage and the period identification signal at the time of previous pulse voltage generation, the positive/negative of the new pulse voltage and the period identification signal, and changes in the count value; 第2の実施形態に係る検出器及び周辺回路を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing a detector and peripheral circuits according to a second embodiment; 発電センサの状態及び出力とセグメントカウンタの状態とを示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state and output of a power generation sensor and the state of a segment counter; 他の実施形態を示す説明図である。It is an explanatory view showing other embodiments.

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below based on the illustrated embodiments. However, the present invention is not limited by the embodiments described below.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態に係る直動位置検出器100を図1に示す。本実施形態では、所定の検出範囲において4周期以上の磁界変化周期が設定され、現在の周期が偶数周期なのか奇数周期なのかが識別される。
[First embodiment]
FIG. 1 shows a linear position detector 100 according to a first embodiment of the invention. In this embodiment, four or more magnetic field change periods are set in a predetermined detection range, and whether the current period is an even number period or an odd number period is identified.

直動位置検出器100は、運動体110と、発電センサ120と、MRセンサなどの磁気センサ130とを備えている。
運動体110は、長尺の板状部材111を備えている。板状部材111の長手方向はx軸に平行であり、幅方向はy軸に平行であり、厚さ方向はz軸に平行である。運動体110は、板状部材111の長手方向に沿って直線運動を行う。
板状部材111の表面には、その長手方向一方向(図1の紙面左方向)に沿って等間隔に6個の、磁界発生用の円筒形磁石ME1~ME6が順に配置されている。円筒形磁石ME1~ME6はいずれも、軸方向が板状部材111の厚さ方向に平行であり、軸方向上面がN極、軸方向下面がS極となるように着磁されている。
The linear motion position detector 100 includes a moving body 110, a power generation sensor 120, and a magnetic sensor 130 such as an MR sensor.
The moving body 110 has an elongated plate-like member 111 . The plate member 111 has a longitudinal direction parallel to the x-axis, a width direction parallel to the y-axis, and a thickness direction parallel to the z-axis. The moving body 110 performs linear motion along the longitudinal direction of the plate member 111 .
On the surface of the plate-like member 111, six cylindrical magnets ME1 to ME6 for magnetic field generation are arranged in order along one longitudinal direction (the left direction of the paper surface of FIG. 1) at regular intervals. Each of the cylindrical magnets ME1 to ME6 has its axial direction parallel to the thickness direction of the plate-shaped member 111, and is magnetized so that its upper surface in the axial direction is the north pole and the lower surface in the axial direction is the south pole.

板状部材111の表面にはさらに、その長手方向一方向(図1の紙面左方向)に沿って等間隔に3個の棒磁石MS1~MS3が順に配置されている。棒磁石MS1~MS3は、円筒形磁石ME1~ME6と平行に配置されている。棒磁石MS1~MS3の長手方向は、板状部材111の長手方向に平行である。棒磁石MS1は円筒形磁石ME2と板状部材111の長手方向位置が略同じであり、棒磁石MS2は円筒形磁石ME4と長手方向位置が略同じであり、棒磁石MS3は円筒形磁石ME6と長手方向位置が略同じである。棒磁石MS1~MS3はいずれも、幅方向第1端面(図1の紙面奥側の端面)がN極、幅方向第2端面(図1の紙面手前側の端面)がS極となるように着磁されている。 Further, three bar magnets MS1 to MS3 are arranged in sequence on the surface of the plate-like member 111 at equal intervals along one longitudinal direction (the left direction of the paper surface of FIG. 1). Bar magnets MS1-MS3 are arranged parallel to cylindrical magnets ME1-ME6. The longitudinal direction of bar magnets MS1 to MS3 is parallel to the longitudinal direction of plate member 111. FIG. The longitudinal position of the bar magnet MS1 is substantially the same as that of the cylindrical magnet ME2 in the plate member 111, the longitudinal position of the bar magnet MS2 is substantially the same as that of the cylindrical magnet ME4, and the bar magnet MS3 is substantially the same as the cylindrical magnet ME6. The longitudinal positions are substantially the same. Each of the bar magnets MS1 to MS3 is arranged so that the first widthwise end surface (the end surface on the far side of the paper surface of FIG. 1) is the N pole and the second widthwise end surface (the end surface on the front side of the paper surface of FIG. 1) is the S pole. magnetized.

直動位置検出器100はさらに、静止体であるプリント基板101を備えている。プリント基板101上に、発電センサ120と磁気センサ130と信号処理回路(不図示)とが搭載されている。
発電センサ120は、磁性ワイヤ(不図示)と、その磁性ワイヤに巻回されたコイル(不図示)とを備えている。発電センサ120の軸方向は板状部材111の長手方向と平行である。運動体110が直線運動を行ったときに円筒形磁石ME1~ME6が発電センサ120の真下を通過するように、発電センサ120の位置が決められている。
The linear motion position detector 100 further includes a printed circuit board 101 that is a stationary body. A power generation sensor 120 , a magnetic sensor 130 and a signal processing circuit (not shown) are mounted on the printed circuit board 101 .
The power generation sensor 120 includes a magnetic wire (not shown) and a coil (not shown) wound around the magnetic wire. The axial direction of the power generation sensor 120 is parallel to the longitudinal direction of the plate member 111 . The power generation sensor 120 is positioned so that the cylindrical magnets ME1 to ME6 pass directly below the power generation sensor 120 when the moving body 110 performs linear motion.

発電センサ120内の磁性ワイヤは、一例として、径方向内側にソフト磁性部、径方向外側にハード磁性部を有する。磁性ワイヤに交番磁界が与えられると、ソフト磁性部及びハード磁性部はそれぞれ、特定の磁界強度で磁化方向が反転する。磁化方向の反転を起こす磁界強度は、ハード磁性部の方が高い。ソフト磁性部及びハード磁性部の磁化方向が軸方向一方向に揃っている状態で、逆方向の磁界が印加されソフト磁性部の磁化方向が反転すると、発電センサ120内のコイルはパルス状の電圧を出力する。 The magnetic wire in the power generation sensor 120 has, for example, a soft magnetic portion radially inward and a hard magnetic portion radially outward. When an alternating magnetic field is applied to the magnetic wire, the soft magnetic portion and the hard magnetic portion each reverse the magnetization direction at a specific magnetic field strength. The magnetic field intensity that causes the magnetization direction to reverse is higher in the hard magnetic portion. In a state where the magnetization directions of the soft magnetic portion and the hard magnetic portion are aligned in one axial direction, when a magnetic field in the opposite direction is applied and the magnetization direction of the soft magnetic portion is reversed, the coil in the power generation sensor 120 generates a pulse voltage. to output

また、運動体110が直線運動を行ったときに棒磁石MS1~MS3が磁気センサ130の真下を通過するように、磁気センサ130の位置が決められている。磁気センサ130の感磁方向は、板状部材111の幅方向と平行である。 Further, the position of the magnetic sensor 130 is determined so that the bar magnets MS1 to MS3 pass directly below the magnetic sensor 130 when the moving body 110 performs linear motion. The magnetic sensing direction of the magnetic sensor 130 is parallel to the width direction of the plate member 111 .

次に、図2A~2Eを参照しながら、運動体110の前進運動(図1の紙面右方向への運動)に伴う発電センサ120内の磁性ワイヤ121の磁化状態について説明する。
磁性ワイヤ121に磁界を印加する円筒形磁石ME1~ME6は、いずれもN極からS極に向けて放射状の磁界を発生させる。円筒形磁石ME1~ME6は、中心から右の位置では右方向の磁界ベクトルを、左の位置では左方向の磁界ベクトルを発生させる。図2A~2Eにおいては、円筒形磁石ME1~ME6のうち円筒形磁石ME1のみを示す。
また、図2A~2Eにおいて、“SOFT”はソフト磁性部を示し、“HARD”はハード磁性部を示す。また、“SOFT”に隣接する矢印はソフト磁性部の磁化方向を表し、“HARD”に隣接する矢印はハード磁性部の磁化方向を表している。これらの矢印において、黒塗りの部分は、一つ前の図から磁化状態が変化したことを示す。
Next, referring to FIGS. 2A to 2E, the magnetization state of the magnetic wire 121 in the power generation sensor 120 accompanying the forward motion of the moving body 110 (the rightward motion on the page of FIG. 1) will be described.
Cylindrical magnets ME1 to ME6 that apply a magnetic field to the magnetic wire 121 all generate radial magnetic fields from the N pole to the S pole. Cylindrical magnets ME1-ME6 generate rightward magnetic field vectors at positions to the right of the center, and leftward magnetic field vectors at positions to the left of the center. Of the cylindrical magnets ME1-ME6, only the cylindrical magnet ME1 is shown in FIGS. 2A-2E.
Also, in FIGS. 2A-2E, "SOFT" denotes a soft magnetic portion and "HARD" denotes a hard magnetic portion. The arrow adjacent to "SOFT" represents the magnetization direction of the soft magnetic portion, and the arrow adjacent to "HARD" represents the magnetization direction of the hard magnetic portion. In these arrows, the blackened parts indicate that the magnetization state has changed from the previous figure.

まず図2Aに示すように、磁性ワイヤ121のソフト磁性部、ハード磁性部は、同一方向(同図の紙面左方向)に磁化されている。円筒形磁石ME1が磁性ワイヤ121の左側から接近する。円筒形磁石ME1からの磁界は右方向の磁束成分を持つ。
図2Bに示すように、円筒形磁石ME1の接近により紙面右方向の磁界が強まると、ソフト磁性部の磁化方向が紙面左方向から紙面右方向へと反転する。このとき、発電センサ120から正極性のパルス電圧が出力される。
図2Cに示すように、円筒形磁石ME1がさらに接近し、紙面右方向の磁界がさらに強まるとハード磁性部の磁化方向が左方向から右方向へと反転する。その結果、ソフト磁性部とハード磁性部の磁化方向が揃った状態となる。ハード磁性部の磁化反転のエネルギーは小さいため、発電センサ120からは電圧が出力されないか、出力されたとしてもレベルが小さい。同図は、磁性ワイヤ121が負極性のパルス電圧の出力準備状態にセットされたことを示す。
図2Dに、円筒形磁石ME1が磁性ワイヤ121の軸方向中央部の下方を通過している状態を示す。磁性ワイヤ121の軸方向中央部から紙面右側の部分は紙面右方向に磁化されたままである。これに対し、磁性ワイヤ121の軸方向中央部から紙面左側の部分は、ソフト磁性部もハード磁性部も紙面左方向へと磁化方向が反転する。ただし、円筒形磁石ME1の通過に伴って磁性ワイヤ121の左端部から徐々に磁化反転するため、発電センサ120からは電圧が出力されない。図2Cに示した、負極性のパルス電圧の出力準備状態は、リセットされる。
図2Eに示すように、円筒形磁石ME1は、磁性ワイヤ121の右端部付近を右方向に通過する。磁性ワイヤ121のソフト磁性部及びハード磁性部の磁化方向は、紙面左方向に揃う。同図は、磁性ワイヤ121が正極性のパルス電圧の出力準備状態にセットされたことを示す。つまり、図2Aと同じ磁化状態である。
First, as shown in FIG. 2A, the soft magnetic portion and the hard magnetic portion of the magnetic wire 121 are magnetized in the same direction (to the left of the drawing). A cylindrical magnet ME1 approaches the magnetic wire 121 from the left side. The magnetic field from cylindrical magnet ME1 has a rightward magnetic flux component.
As shown in FIG. 2B, when the magnetic field in the right direction on the page is strengthened by the approach of the cylindrical magnet ME1, the magnetization direction of the soft magnetic portion is reversed from the left direction on the page to the right direction on the page. At this time, the power generation sensor 120 outputs a positive pulse voltage.
As shown in FIG. 2C, when the cylindrical magnet ME1 approaches further and the magnetic field in the right direction on the paper surface is further strengthened, the magnetization direction of the hard magnetic portion is reversed from the left direction to the right direction. As a result, the magnetization directions of the soft magnetic portion and the hard magnetic portion are aligned. Since the magnetization reversal energy of the hard magnetic portion is small, no voltage is output from the power generation sensor 120, or if it is output, the level is low. The figure shows that the magnetic wire 121 is set in a state of preparation for outputting a negative pulse voltage.
FIG. 2D shows a state in which the cylindrical magnet ME1 passes below the axially central portion of the magnetic wire 121 . The portion of the magnetic wire 121 on the right side of the paper surface from the central portion in the axial direction remains magnetized in the right direction on the paper surface. On the other hand, the magnetization directions of both the soft magnetic portion and the hard magnetic portion are reversed in the left direction of the paper in the left portion of the magnetic wire 121 from the center in the axial direction of the paper. However, since magnetization is gradually reversed from the left end of the magnetic wire 121 as the cylindrical magnet ME1 passes, the power generation sensor 120 does not output a voltage. The output preparation state of the negative pulse voltage shown in FIG. 2C is reset.
As shown in FIG. 2E, cylindrical magnet ME1 passes rightward near the right end of magnetic wire 121 . The magnetization directions of the soft magnetic portion and the hard magnetic portion of the magnetic wire 121 are aligned in the left direction of the paper. The figure shows that the magnetic wire 121 is set to a positive pulse voltage output ready state. That is, the magnetization state is the same as in FIG. 2A.

このように、運動体110の前進運動により、1つの円筒形磁石が発電センサ120付近を通過するたびに正極性のパルス電圧が一回出力される。図1に示したように、6個の円筒形磁石ME1~ME6が順に発電センサ120付近を通過すると、図2A~2Eに示したような状態遷移が6回繰り返される。 In this way, due to the forward motion of the moving body 110, a positive pulse voltage is output once each time one cylindrical magnet passes near the power generation sensor 120. FIG. As shown in FIG. 1, when the six cylindrical magnets ME1 to ME6 sequentially pass near the power generation sensor 120, the state transitions shown in FIGS. 2A to 2E are repeated six times.

続いて、図2F~2Jを参照しながら、運動体110の後退運動(図1の紙面左方向への運動)に伴う発電センサ120内の磁性ワイヤ121の磁化状態について説明する。図2F~2Jにおいては、円筒形磁石ME1~ME6のうち円筒形磁石ME6のみを示す。
まず図2Fに示すように、磁性ワイヤ121のソフト磁性部、ハード磁性部は、同一方向(同図の紙面右方向)に磁化されている。円筒形磁石ME6が磁性ワイヤ121の紙面右側から接近する。円筒形磁石ME6からの磁界は左方向の磁束成分を持つ。
図2Gに示すように、円筒形磁石ME6の接近により紙面左方向の磁界が強まると、ソフト磁性部の磁化方向が紙面右方向から紙面左方向へと反転する。このとき、発電センサ120から負極性のパルス電圧が出力される。
図2Hに示すように、円筒形磁石ME6がさらに接近し、紙面左方向の磁界がさらに強まるとハード磁性部の磁化方向が右方向から左方向へと反転する。その結果、ソフト磁性部とハード磁性部の磁化方向が揃った状態となる。ハード磁性部の磁化反転のエネルギーは小さいため、発電センサ120からは電圧が出力されないか、出力されたとしてもレベルが小さい。同図は、磁性ワイヤ121が正極性のパルス電圧の出力準備状態にセットされたことを示す。
図2Iに、円筒形磁石ME6が磁性ワイヤ121の軸方向中央部の下方を通過している状態を示す。磁性ワイヤ121の軸方向中央部から紙面左側の部分は紙面左方向に磁化されたままである。これに対し、磁性ワイヤ121の軸方向中央部から紙面右側の部分は、ソフト磁性部もハード磁性部も紙面右方向へと磁化方向が反転する。ただし、円筒形磁石ME6の通過に伴って磁性ワイヤ121の右端部から徐々に磁化反転するため、発電センサ120からは電圧が出力されない。図2Hに示した、正極性のパルス電圧の出力準備状態は、リセットされる。
図2Jに示すように、円筒形磁石ME6は、磁性ワイヤ121の左端部付近を左方向に通過する。磁性ワイヤ121のソフト磁性部及びハード磁性部の磁化方向は、紙面右方向に揃う。同図は、磁性ワイヤ121が負極性のパルス電圧の出力準備状態にセットされたことを示す。つまり、図2Fと同じ磁化状態である。
Next, the magnetization state of the magnetic wire 121 in the power generation sensor 120 accompanying the backward movement of the moving body 110 (movement leftward on the page of FIG. 1) will be described with reference to FIGS. 2F to 2J. Of the cylindrical magnets ME1-ME6, only the cylindrical magnet ME6 is shown in FIGS. 2F-2J.
First, as shown in FIG. 2F, the soft magnetic portion and the hard magnetic portion of the magnetic wire 121 are magnetized in the same direction (to the right of the drawing). A cylindrical magnet ME6 approaches the magnetic wire 121 from the right side of the paper. The magnetic field from cylindrical magnet ME6 has a leftward magnetic flux component.
As shown in FIG. 2G, when the magnetic field in the left direction of the paper surface is strengthened by the approach of the cylindrical magnet ME6, the magnetization direction of the soft magnetic portion is reversed from the right direction in the paper surface to the left direction in the paper surface. At this time, the power generation sensor 120 outputs a negative pulse voltage.
As shown in FIG. 2H, when the cylindrical magnet ME6 approaches further and the magnetic field in the left direction of the paper surface becomes stronger, the magnetization direction of the hard magnetic portion is reversed from the right direction to the left direction. As a result, the magnetization directions of the soft magnetic portion and the hard magnetic portion are aligned. Since the magnetization reversal energy of the hard magnetic portion is small, no voltage is output from the power generation sensor 120, or if it is output, the level is low. The figure shows that the magnetic wire 121 is set to a positive pulse voltage output ready state.
FIG. 2I shows a state in which the cylindrical magnet ME6 passes below the axially central portion of the magnetic wire 121 . A portion of the magnetic wire 121 on the left side of the paper surface from the central portion in the axial direction remains magnetized in the left direction on the paper surface. On the other hand, in the portion of the magnetic wire 121 on the right side of the paper surface from the center in the axial direction, the magnetization directions of both the soft magnetic portion and the hard magnetic portion are reversed to the right side of the paper surface. However, since magnetization is gradually reversed from the right end of the magnetic wire 121 as the cylindrical magnet ME6 passes, the power generation sensor 120 does not output a voltage. The positive pulse voltage output readiness state shown in FIG. 2H is reset.
As shown in FIG. 2J, cylindrical magnet ME6 passes leftward near the left end of magnetic wire 121 . The magnetization directions of the soft magnetic portion and the hard magnetic portion of the magnetic wire 121 are aligned in the right direction of the paper surface. The figure shows that the magnetic wire 121 is set in a state of preparation for outputting a negative pulse voltage. That is, the magnetization state is the same as in FIG. 2F.

このように、運動体110の後退運動により、1つの円筒形磁石が発電センサ120付近を通過するたびに負極性のパルス電圧が一回出力される。図1に示したように、6個の円筒形磁石ME6~ME1が順に発電センサ120付近を通過すると、図2F~2Jに示したような状態遷移が6回繰り返される。 In this way, due to the backward motion of the moving body 110, a negative pulse voltage is output once each time one cylindrical magnet passes near the power generation sensor 120. FIG. As shown in FIG. 1, when the six cylindrical magnets ME6 to ME1 sequentially pass near the power generation sensor 120, the state transitions shown in FIGS. 2F to 2J are repeated six times.

このように、円筒形磁石ME1~ME6と発電センサ120との位置関係に応じて、発電センサ120の軸方向の磁界は、所定の検出範囲内で6周期にわたり交番する交番磁界である。所定の検出範囲とは、板状部材111の長手方向の全長である。 Thus, depending on the positional relationship between cylindrical magnets ME1 to ME6 and power generation sensor 120, the magnetic field in the axial direction of power generation sensor 120 is an alternating magnetic field that alternates over six cycles within a predetermined detection range. The predetermined detection range is the total length of the plate member 111 in the longitudinal direction.

次に、図3を参照しながら、磁気センサ130の出力と、円筒形磁石のx軸方向(板状部材111の長手方向)の磁界と、発電センサ120の状態と、カウント値との関係を説明する。磁気センサ130は感磁方向の磁界強度を検出する一方、磁界の極性は検出しない。一般的なホール素子に比べて磁界検出感度は高く、高抵抗のものは消費電力を1/10程度に抑えることができる。
図1を参照しながら述べたように、磁気センサ130の感磁方向はy軸方向(板状部材111の幅方向)であり、棒磁石MS1~MS3はy軸方向に着磁されている。磁気センサ130は、磁気センサ130の底面と対向するようにいずれかの棒磁石が位置しているときに識別出力1を出力し、それ以外のときには識別出力0を出力する。
棒磁石MS1~MS3の長さは、円筒形磁石ME2、ME4及びME6の左右のパルス電圧発生ポイント間(正極性パルス電圧発生ポイントT_Pから負極性パルス電圧発生ポイントT_Nまで)をカバーするように設定されている。また、図3において、T_P0及びT_P1はそれぞれ、正極性パルス電圧発生ポイントT_Pの後ろに、磁気センサ130の出力0及び1を付け加えたものである。識別のため矢印の色を変えている。負極性パルス電圧発生ポイントを表すT_Nについても同様である。
Next, referring to FIG. 3, the relationship between the output of the magnetic sensor 130, the magnetic field of the cylindrical magnet in the x-axis direction (longitudinal direction of the plate member 111), the state of the power generation sensor 120, and the count value. explain. The magnetic sensor 130 detects the magnetic field strength in the magnetosensitive direction, but does not detect the polarity of the magnetic field. The magnetic field detection sensitivity is higher than that of a general Hall element, and the power consumption can be suppressed to about 1/10 of the high resistance one.
As described with reference to FIG. 1, the magnetically sensitive direction of the magnetic sensor 130 is the y-axis direction (the width direction of the plate member 111), and the bar magnets MS1 to MS3 are magnetized in the y-axis direction. The magnetic sensor 130 outputs an identification output 1 when any bar magnet is positioned so as to face the bottom surface of the magnetic sensor 130, and outputs an identification output 0 otherwise.
The lengths of the bar magnets MS1 to MS3 are set so as to cover the left and right pulse voltage generation points of the cylindrical magnets ME2, ME4 and ME6 (from the positive pulse voltage generation point T_P to the negative pulse voltage generation point T_N). It is In FIG. 3, T_P0 and T_P1 are obtained by adding outputs 0 and 1 of the magnetic sensor 130 after the positive pulse voltage generation point T_P, respectively. The color of the arrow is changed for identification. The same applies to T_N representing the negative pulse voltage generation point.

図2A~2E及び図2F~2Jを参照しながら述べたように、前進方向の運動では円筒形磁石1個が通過する毎に正極性のパルス電圧が得られ、後退方向の運動では負極性のパルス電圧が得られる。正極性のパルス電圧が得られたときに位置のカウント値をカウントアップし、負極性のパルス電圧が得られたときには位置のカウント値をカウントダウンすれば良い。
しかし、運動方向の逆転を伴う場合は、逆転位置によって、出力が期待されるパルス電圧が出力されないことがあり、あるいは、余分なパルス電圧が出力されることがある。そのため、カウント値の補正が必要となる。
カウント値の補正方法を、図3を参照しながら説明する。図中の黒丸は、パルス電圧の出力準備状態となるポイント(安定化磁界に到達する位置)を表す。
例として前進運動が行われ、円筒形磁石ME1~ME3の各々の接近により、カウント値が“1”、“2”、“3”とカウントアップされたのち、円筒形磁石ME4の発生磁界により正極性のパルス電圧P1が発生し、カウント値が“4”にカウントアップされた直後の状態を考える。次に発生する可能性のあるパルス電圧は、以下の4パターンである。
As described with reference to FIGS. 2A-2E and 2F-2J, forward motion results in a positive pulse voltage for each pass of the cylindrical magnet, while backward motion results in a negative pulse voltage. A pulsed voltage is obtained. The position count value is counted up when a positive pulse voltage is obtained, and the position count value is counted down when a negative pulse voltage is obtained.
However, when the motion direction is reversed, depending on the position of the reversal, the expected pulse voltage may not be output, or an extra pulse voltage may be output. Therefore, it is necessary to correct the count value.
A method of correcting the count value will be described with reference to FIG. The black circles in the figure represent the points where the pulse voltage is ready to be output (positions where the stabilization magnetic field is reached).
As an example, a forward motion is performed, and the count value is counted up to "1", "2", "3" by the approach of each of the cylindrical magnets ME1 to ME3, and then the magnetic field generated by the cylindrical magnet ME4 causes the positive electrode to move forward. Consider the state immediately after the positive pulse voltage P1 is generated and the count value is counted up to "4". The pulse voltages that may occur next are the following four patterns.

パターン1: T_P1→T_P0(図中の符号CA1)
前進運動が続いた場合、円筒形磁石ME4のS_P(正極性パルス電圧の出力準備状態)を通過し、正極性パルス電圧の出力準備状態となる。その後、円筒形磁石ME5が接近し、正極性パルス電圧T_P0が発生する。
この場合、カウンタ値について、1だけカウントアップ(+1)する補正が行われる。
Pattern 1: T_P1→T_P0 (symbol CA1 in the figure)
When the forward motion continues, it passes S_P (positive pulse voltage output ready state) of the cylindrical magnet ME4 and enters a positive pulse voltage output ready state. After that, the cylindrical magnet ME5 approaches and a positive pulse voltage T_P0 is generated.
In this case, the counter value is corrected by counting up (+1) by one.

パターン2: T_P1→T_N0(図中の符号CA2)
円筒形磁石ME4のS_N(負極性パルス電圧の出力準備状態)と、円筒形磁石ME5のT_P0との間で、運動方向が後退方向へ転ずる。その後、円筒形磁石ME4のS_Nを通過し、負極性パルス電圧の出力準備状態となる。続いて、円筒形磁石ME3が接近し、負極性のパルス電圧T_N0が発生する。
この場合、カウンタ値について、1だけカウントダウン(-1)する補正が行われる。
Pattern 2: T_P1→T_N0 (symbol CA2 in the figure)
Between S_N of cylindrical magnet ME4 (state of preparation for outputting negative pulse voltage) and T_P0 of cylindrical magnet ME5, the direction of movement is reversed. After that, it passes S_N of the cylindrical magnet ME4 and becomes ready to output a negative pulse voltage. Subsequently, the cylindrical magnet ME3 approaches and a negative pulse voltage T_N0 is generated.
In this case, the counter value is corrected by counting down by 1 (-1).

パターン3: T_P1→T_N1(図中の符号CA3)
負極性パルス電圧の出力準備状態(S_N)となる前に運動方向が後退に転じ、円筒形磁石ME3が接近する。負極性パルス電圧T_N0の出力位置に到達するものの、負極性パルス電圧は出力されない。リセット状態(RESET)、負極性パルス電圧の出力準備状態(S_N)を通過して、負極性パルス電圧の出力準備状態となる。円筒形磁石ME2が接近し、負極性パルス電圧T_N1が発生する。
この場合、カウンタ値について、2だけカウントダウン(-2)する補正が行われる。
Pattern 3: T_P1→T_N1 (symbol CA3 in the figure)
Before entering the output preparation state (S_N) of the negative pulse voltage, the direction of movement is reversed, and the cylindrical magnet ME3 approaches. Although the output position of the negative pulse voltage T_N0 is reached, the negative pulse voltage is not output. After passing through the reset state (RESET) and the negative pulse voltage output preparation state (S_N), the negative pulse voltage output preparation state is entered. Cylindrical magnet ME2 approaches and negative pulse voltage T_N1 is generated.
In this case, the counter value is corrected by counting down by 2 (-2).

パターン4:T_P1→T_P1(図中の符号CA4)
円筒磁石ME4の負極性パルス電圧の出力準備状態(S_N)に到達する前に、運動方向が後退に転じ、円筒形磁石ME3が接近する。負極性パルス電圧T_N0の出力位置に到達するものの、負極性パルス電圧は出力されない。さらに後退が続き、円筒形磁石ME3の正極性パルス電圧の出力準備状態(S_P)と、円筒磁石ME2のT_N1との間で運動方向が再び逆転し、前進する。円筒形磁石ME3のS_Pを通過し、正極性パルス電圧の出力準備状態となり、円筒形磁石ME4が再び接近し、正極性パルス電圧T_P1が発生する。
このとき、カウンタ値の補正は行われない(+0)。結局のところ、位置が同じであるからである。
Pattern 4: T_P1→T_P1 (symbol CA4 in the figure)
Before reaching the output ready state (S_N) of the negative pulse voltage of cylindrical magnet ME4, the movement direction turns backward and cylindrical magnet ME3 approaches. Although the output position of the negative pulse voltage T_N0 is reached, the negative pulse voltage is not output. Further retreat continues, and the direction of motion is reversed again between the positive pulse voltage output ready state (S_P) of cylindrical magnet ME3 and T_N1 of cylindrical magnet ME2 to move forward. After passing through S_P of the cylindrical magnet ME3, the positive pulse voltage is ready to be output, the cylindrical magnet ME4 approaches again, and the positive pulse voltage T_P1 is generated.
At this time, the counter value is not corrected (+0). This is because the positions are the same after all.

同様にして、前回のパルス電圧発生時のパルス電圧の正負及び周期識別信号と、新しいパルス電圧の正負及び周期識別信号と、カウント値の補正量との関係を、図4に示す。 Similarly, FIG. 4 shows the relationship between the positive/negative and cycle identification signals of the pulse voltage when the previous pulse voltage was generated, the positive/negative and cycle identification signals of the new pulse voltage, and the correction amount of the count value.

本実施形態によれば、運動体110の運動方向と平行に磁性ワイヤ121が配置される。そして、運動体110の位置に応じて、磁性ワイヤ121の長手方向両端部の一方へ局所的に磁界が印加されると、長手方向両端部の一方から他方へと反転磁界が伝搬し、磁性ワイヤ全体に単一磁区が形成される(図2C、図2E、図2H、図2J)。磁性ワイヤは、このような単一磁区の形成を経て、大バルクハウゼン効果を発現することができる。
また、運動体110の運動方向(図1のx軸方向)と平行に磁性ワイヤ121が配置されるため、運動体の運動方向と直交する方向(図1のy軸方向)に磁性ワイヤが配置される場合に比べて、運動方向と直交する方向の検出器の寸法を小さくすることができる。
According to this embodiment, the magnetic wires 121 are arranged parallel to the motion direction of the moving body 110 . Then, when a magnetic field is locally applied to one of the longitudinal ends of the magnetic wire 121 according to the position of the moving body 110, the reversing magnetic field propagates from one of the longitudinal ends to the other. A single magnetic domain is formed throughout (FIGS. 2C, 2E, 2H, 2J). A magnetic wire can exhibit the large Barkhausen effect through the formation of such a single magnetic domain.
In addition, since the magnetic wire 121 is arranged parallel to the movement direction of the moving body 110 (x-axis direction in FIG. 1), the magnetic wire is arranged in a direction perpendicular to the movement direction of the moving body (y-axis direction in FIG. 1). The dimensions of the detector in the direction perpendicular to the direction of motion can be reduced compared to when the detector is used.

[第2実施形態]
図5に、本実施形態に係る回転位置検出器200を備える精密多回転アブソリュート角度検出システムを示す。これは、図1に示した直動位置検出器100を回転検出に応用したものである。回転位置検出器200を精密アブソリュート角度検出器310と組み合わせることで、電源遮断時にも位置情報が保持可能な、精密多回転アブソリュート角度検出システムが構成される。精密多回転アブソリュート角度検出システムを位置検出器システムと呼ぶこともできる。
[Second embodiment]
FIG. 5 shows a precision multi-rotation absolute angle detection system comprising a rotational position detector 200 according to this embodiment. This is obtained by applying the linear motion position detector 100 shown in FIG. 1 to rotation detection. Combining the rotational position detector 200 with the precision absolute angle detector 310 constitutes a precision multi-rotation absolute angle detection system capable of retaining position information even when power is cut off. A precision multi-turn absolute angle sensing system may also be referred to as a position sensing system.

回転位置検出器200は、回転体210を備えている。回転体210は、リング状部材211を備え、当該リング状部材211の中心を通る軸211aを回転軸として回転する。リング状部材211の表面の外周縁部には、周方向一方向(図5において反時計方向CCW)に沿って等間隔に、かつ回転軸から等距離の位置に、磁界発生用の4個の円筒形磁石ME10~ME13が順に配置されている。4個の円筒形磁石ME10~ME13はいずれも、その軸方向が回転軸に平行であり、軸方向上面がN極、軸方向下面がS極となるように着磁されている。 The rotational position detector 200 has a rotating body 210 . The rotating body 210 includes a ring-shaped member 211 and rotates about an axis 211a passing through the center of the ring-shaped member 211 as a rotation axis. On the outer peripheral edge of the surface of the ring-shaped member 211, four magnets for generating a magnetic field are provided at equal intervals along one circumferential direction (counterclockwise CCW in FIG. 5) and at positions equidistant from the rotation axis. Cylindrical magnets ME10 to ME13 are arranged in order. Each of the four cylindrical magnets ME10 to ME13 has its axial direction parallel to the rotation axis, and is magnetized so that its upper surface in the axial direction is the north pole and the lower surface in the axial direction is the south pole.

さらに、リング状部材211において、円筒形磁石ME10と回転軸211aとの間に棒磁石MS11が配置され、円筒形磁石ME12と回転軸211aとの間に棒磁石MS12が配置されている。棒磁石MS11及びMS12は、リング状部材211の内周縁部に沿って曲がった形状であり、回転軸211aまでの距離が等しい。棒磁石MS11及びMS12は、周期識別のための磁石である。
棒磁石MS11は、その長手方向が回転軸211aと円筒形磁石ME10の中心とを通る直線と交差するように配置されている。
棒磁石MS12は、その長手方向が回転軸211aと円筒形磁石ME12の中心とを通る直線と交差するように配置されている。
棒磁石MS11及びMS12はいずれも、着磁方向が回転軸211aと平行である。また、棒磁石MS11及びMS12は、回転軸方向のうち一方向側の極性が同一である。例えば、棒磁石MS11及びMS12はいずれも、図5の紙面手前側がN極である。
Further, in the ring-shaped member 211, a bar magnet MS11 is arranged between the cylindrical magnet ME10 and the rotating shaft 211a, and a bar magnet MS12 is arranged between the cylindrical magnet ME12 and the rotating shaft 211a. The bar magnets MS11 and MS12 have a curved shape along the inner peripheral edge of the ring-shaped member 211, and are equidistant from the rotation axis 211a. Bar magnets MS11 and MS12 are magnets for period identification.
Bar magnet MS11 is arranged such that its longitudinal direction intersects a straight line passing through rotation axis 211a and the center of cylindrical magnet ME10.
The bar magnet MS12 is arranged such that its longitudinal direction intersects a straight line passing through the rotation axis 211a and the center of the cylindrical magnet ME12.
Both the bar magnets MS11 and MS12 have magnetization directions parallel to the rotating shaft 211a. In addition, the bar magnets MS11 and MS12 have the same polarity in one direction of the rotation axis. For example, both bar magnets MS11 and MS12 have their north poles on the front side of the paper surface of FIG.

発電センサ220は、磁性ワイヤ221と、磁性ワイヤ221に巻回されたコイル222とを備えている。磁性ワイヤ221の軸方向は、リング状部材211の外周上のある点211bと回転軸211aとを結ぶ直線に直交し、点211bを通る接線(あるいは円筒形磁石が描く円軌道上のある点を通る接線)と平行になるように配置されている。
回転体210が回転すると、円筒形磁石ME10~ME13が発電センサ220の下方を通過するように、発電センサ220の位置が決められている。
The power generation sensor 220 includes a magnetic wire 221 and a coil 222 wound around the magnetic wire 221 . The axial direction of the magnetic wire 221 is orthogonal to a straight line connecting a point 211b on the outer circumference of the ring-shaped member 211 and the rotating shaft 211a, and is tangential to the point 211b (or a point on the circular orbit drawn by the cylindrical magnet). tangent line passing through).
Power generation sensor 220 is positioned so that cylindrical magnets ME10 to ME13 pass below power generation sensor 220 when rotor 210 rotates.

磁気センサ230は、回転軸211aを挟んで発電センサ220とおおむね対向するように配置されている。回転体210が回転すると、棒磁石MS11及びMS12が磁気センサ230の下方を通過するように、磁気センサ230の位置が決められている。磁気センサ230の感磁方向は一例として回転軸211aと平行である。磁気センサ230は、棒磁石MS11又はMS12が磁気センサ230の下方に位置するときに1を出力し、それ以外のときには0を出力する。 The magnetic sensor 230 is arranged so as to generally face the power generation sensor 220 with the rotating shaft 211a interposed therebetween. The magnetic sensor 230 is positioned such that the bar magnets MS11 and MS12 pass below the magnetic sensor 230 when the rotating body 210 rotates. As an example, the magnetosensitive direction of the magnetic sensor 230 is parallel to the rotating shaft 211a. The magnetic sensor 230 outputs 1 when the bar magnet MS11 or MS12 is positioned below the magnetic sensor 230, and outputs 0 otherwise.

このように、円筒形磁石ME10~ME13と発電センサ220との位置関係に応じて、発電センサ220の軸方向の磁界は、所定の検出範囲内で4周期にわたり交番する交番磁界である。所定の検出範囲とは、回転体210の一回転である。 Thus, depending on the positional relationship between cylindrical magnets ME10 to ME13 and power generation sensor 220, the magnetic field in the axial direction of power generation sensor 220 is an alternating magnetic field that alternates over four cycles within a predetermined detection range. The predetermined detection range is one rotation of the rotor 210 .

本システムはさらに、精密アブソリュート角度センサ310と、電源回路610と、演算部620と、不揮発メモリ630とを備えている。電源回路610は、外部電源から電力の供給を受け、精密アブソリュート角度センサ310と、演算部620と、不揮発メモリ630とに対して電力を供給する。精密アブソリュート角度センサ310は、回転体210と機械的に連結されており、0~360°の範囲の精密角度データを演算部620に送る。演算部620は、不揮発メモリ630との間で回転体210の多回転カウントデータのやり取りを行うとともに、外部との間で多回転精密角度データのやり取りを行う。 The system further includes a precision absolute angle sensor 310 , a power supply circuit 610 , an arithmetic section 620 and a non-volatile memory 630 . Power supply circuit 610 receives power from an external power supply, and supplies power to precision absolute angle sensor 310 , computing unit 620 , and nonvolatile memory 630 . The precision absolute angle sensor 310 is mechanically connected to the rotating body 210 and sends precision angle data in the range of 0 to 360 degrees to the computing section 620 . The calculation unit 620 exchanges multi-rotation count data of the rotor 210 with the non-volatile memory 630, and exchanges multi-rotation precision angle data with the outside.

精密アブソリュート角度センサ310は、いわゆる1回転アブソリュート式エンコーダである。一例として、精密アブソリュート角度センサ310は、回転位置検出器200における磁界変化周期の4周期以上であって偶数倍に相当する変位量を検出周期とし、検出周期において4ビット以上のアブソリュート値で変位を検出する。
なお、回転位置検出器200を第1の位置検出器と呼び、精密アブソリュート角度センサ310を第2の位置検出器と呼ぶことができる。
Precision absolute angle sensor 310 is a so-called one-turn absolute encoder. As an example, the precision absolute angle sensor 310 has a detection period of displacement corresponding to an even multiple of four or more periods of the magnetic field change in the rotational position detector 200, and detects the displacement with an absolute value of four bits or more in the detection period. To detect.
The rotational position detector 200 can be called a first position detector, and the precision absolute angle sensor 310 can be called a second position detector.

本システムはさらに、全波整流電圧調整部410と、第1信号評価回路411と、第2信号評価回路412と、カウンタロジック回路510とを備えている。
発電センサ220内のコイル222の両端部は、全波整流電圧調整部410と第1信号評価回路411とに接続されている。
磁気センサ230は、第2信号評価回路412に接続されている。
全波整流電圧調整部410は、コイル222に生じたパルス電力を受け、第1信号評価回路411と、第2信号評価回路412と、カウンタロジック回路510と、不揮発メモリ630とに対して電力を提供する。
第1信号評価回路411は、コイル222から受信したパルス信号を評価し、評価結果をカウンタロジック回路510へ出力する。
第2信号評価回路412は、磁気センサ230から受信した検出信号を評価し、評価結果をカウンタロジック回路510へ出力する。
カウンタロジック回路510は、不揮発メモリ630との間でデータのやり取りを行う。
The system further comprises a full-wave rectified voltage regulator 410 , a first signal evaluation circuit 411 , a second signal evaluation circuit 412 and a counter logic circuit 510 .
Both ends of the coil 222 in the power generation sensor 220 are connected to the full-wave rectification voltage adjustment section 410 and the first signal evaluation circuit 411 .
The magnetic sensor 230 is connected to the second signal evaluation circuit 412 .
The full-wave rectified voltage adjustment unit 410 receives the pulse power generated in the coil 222 and supplies power to the first signal evaluation circuit 411, the second signal evaluation circuit 412, the counter logic circuit 510, and the nonvolatile memory 630. offer.
First signal evaluation circuit 411 evaluates the pulse signal received from coil 222 and outputs the evaluation result to counter logic circuit 510 .
The second signal evaluation circuit 412 evaluates the detection signal received from the magnetic sensor 230 and outputs the evaluation result to the counter logic circuit 510 .
Counter logic circuit 510 exchanges data with non-volatile memory 630 .

動作原理は、図1に示した直動機構と基本的に同様である。図3に示した発電センサの状態及び出力を回転系に変更し、セグメントカウンタの状態を書き加えたものを図6に示す。セグメントカウンタは、“0”~“3”の4セグメントで構成されており、ヒステリシスにより、時計方向回転(CW回転)と反時計方向回転(CCW回転)のカウントの切り替わりポイントは異なる。内側の円CR1に時計方向回転のセグメントカウンタを示し、外側の円CR2に反時計方向回転のセグメントカウンタの状態を示す。
カウンタは、1回転に対して4カウントを行い、1回転を超える場合も4、5、6、・・・とカウントを継続する。
原理的には無限に回転数をカウントすることが可能であるが、処理回路の構成上、有限とする必要がある。例としてカウント値の最大値を16ビット、65536とした場合、16384回転までの回転角度の計測が可能である。
The principle of operation is basically the same as that of the direct acting mechanism shown in FIG. FIG. 6 shows that the state and output of the power generation sensor shown in FIG. 3 are changed to the rotation system and the state of the segment counter is added. The segment counter is composed of 4 segments of "0" to "3", and hysteresis causes different points of switching between clockwise rotation (CW rotation) and counterclockwise rotation (CCW rotation). The inner circle CR1 indicates the segment counter for clockwise rotation, and the outer circle CR2 indicates the state of the segment counter for counterclockwise rotation.
The counter performs 4 counts for one rotation, and continues to count 4, 5, 6, . . . even when one rotation is exceeded.
In principle, it is possible to count the number of rotations infinitely, but the number of rotations must be limited due to the configuration of the processing circuit. As an example, if the maximum value of the count value is 16 bits and 65536, rotation angles up to 16384 rotations can be measured.

精密アブソリュート角度センサ310による0~360°の角度情報と、発電センサ220のカウント値とを合成する場合、カウント値は軸回転数nの識別にのみ使われる。軸回転数nは次式により求められる。
n=INT((90a-θabs+180)/360) (1)
ただし、aはカウント値であり、θabsは精密アブソリュート角度センサ310の検出値である。「INT()」は、引数を超えない最大の整数を返す関数である。
When synthesizing the angle information of 0 to 360° from the precision absolute angle sensor 310 and the count value of the power generation sensor 220, the count value is used only to identify the shaft rotation number n. The shaft rotation speed n is obtained by the following equation.
n=INT ((90a−θ abs +180)/360) (1)
However, a is a count value and θ abs is a detection value of the precision absolute angle sensor 310 . “INT( )” is a function that returns the largest integer that does not exceed its argument.

また、多回転にわたる精密角度θcomへの統合は、次式で求められる。
θcom=θabs+360n (2)
ただし、θcomは統合された角度検出値であり、nは軸回転数である。
Also, the integration into the precision angle θ com over multiple rotations is given by the following equation.
θ comabs +360n (2)
where θ com is the integrated angle detection value and n is the shaft rotation speed.

式(1)より、カウント値aから求めた角度90aと精密アブソリュート角度センサ310の検出値θabsとの差の誤差が180°未満であれば、軸回転数nが正しく求まることが分かる。
図6において、時計方向回転にて円筒形磁石ME0のT_P0のパルス電圧により0カウントとカウントされた直後を考える。次のパルス電圧を出力せずに動ける範囲は、時計方向回転を続けた場合には円筒形磁石ME1のT_P1まで(矢印AR11)、反時計方向回転に転じた場合には円筒形磁石ME2のT_N0までである(矢印AR12)。いずれの場合も、180度以上回転する前に次のパルス電圧が出力される。
次に、反時計方向回転にて円筒形磁石ME0のT_N0のパルス電圧により0カウントとカウントされた直後を考える。次のパルス電圧を出力せずに動ける範囲は、反時計方向回転を続けた場合には円筒形磁石ME3のT_N1まで(矢印AR21)、時計方向回転に転じた場合には円筒形磁石ME2のT_P0までである(矢印AR22)。いずれの場合も、180度以上回転する前に次のパルス電圧が出力される。
以上から、円筒形磁石ME0の中心をカウント0の基準点とすると、その基準点から次のパルス電圧が出力されるまでの回転角度が±180°未満となっていることが分かる。そのため、カウント値を補正することなく、精密アブソリュート角度センサ310の角度情報と、発電センサ220の多回転カウント値との合成が可能である。
よって、外部電源の投入時毎に、特許文献5に記載の磁化方向判別を行う必要がない。カウント値を補正する必要もない。
From equation (1), it can be seen that if the difference between the angle 90a obtained from the count value a and the detection value θ abs of the precision absolute angle sensor 310 has an error of less than 180°, the shaft rotation speed n can be obtained correctly.
In FIG. 6, consider immediately after the pulse voltage T_P0 of the cylindrical magnet ME0 is counted as 0 in the clockwise rotation. The range of movement without outputting the next pulse voltage is up to T_P1 of the cylindrical magnet ME1 (arrow AR11) when the clockwise rotation is continued, and T_N0 of the cylindrical magnet ME2 when the rotation is reversed to the counterclockwise direction. (arrow AR12). In either case, the next pulse voltage is output before rotating 180 degrees or more.
Next, consider immediately after the counterclockwise rotation is counted as 0 by the pulse voltage T_N0 of the cylindrical magnet ME0. The range of movement without outputting the next pulse voltage is up to T_N1 of the cylindrical magnet ME3 (arrow AR21) when the counterclockwise rotation is continued, and T_P0 of the cylindrical magnet ME2 when the clockwise rotation is reversed. (Arrow AR22). In either case, the next pulse voltage is output before rotating 180 degrees or more.
From the above, it can be seen that if the center of the cylindrical magnet ME0 is taken as the reference point for count 0, the rotation angle from that reference point to the output of the next pulse voltage is less than ±180°. Therefore, it is possible to synthesize the angle information of the precision absolute angle sensor 310 and the multi-rotation count value of the power generation sensor 220 without correcting the count value.
Therefore, it is not necessary to determine the magnetization direction described in Patent Document 5 each time the external power supply is turned on. There is no need to correct the count value.

本実施形態によれば、点211b(図5)を通る接線と平行に磁性ワイヤ221が配置される。そして、回転体210の回転位置に応じて、磁性ワイヤ221の長手方向両端部の一方へ局所的に磁界が印加されると、長手方向両端部の一方から他方へと反転磁界が伝搬し、磁性ワイヤ全体に単一磁区が形成される。磁性ワイヤは、このような単一磁区の形成を経て、大バルクハウゼン効果を発現することができる。
また、本実施形態によれば、回転体の径方向に磁性ワイヤが配置される場合に比べて、回転体の外径と内径の差(リングの幅)を小さくすることができる。つまり、リング状部材211の外径を変えずに中空部212の径方向寸法を大きく確保することができる。
According to this embodiment, a magnetic wire 221 is placed parallel to a tangent line passing through point 211b (FIG. 5). When a magnetic field is locally applied to one of the longitudinal ends of the magnetic wire 221 in accordance with the rotational position of the rotating body 210, the reversal magnetic field propagates from one of the longitudinal ends to the other. A single magnetic domain is formed throughout the wire. A magnetic wire can exhibit the large Barkhausen effect through the formation of such a single magnetic domain.
Moreover, according to this embodiment, the difference between the outer diameter and the inner diameter of the rotating body (the width of the ring) can be reduced compared to the case where the magnetic wires are arranged in the radial direction of the rotating body. That is, a large radial dimension of the hollow portion 212 can be ensured without changing the outer diameter of the ring-shaped member 211 .

[他の実施例]
図7(a)に再び円筒形磁石ME1を示す。
図7(b)に、二つの磁石MG11及びMG12を同極が対向するように配置してなる磁界発生源ME1aを示す。円筒形磁石ME1を、磁界発生源ME1aに置き換えることができる。他の円筒形磁石及び棒磁石についても同様の置換えを行うことができる。
図7(c)に示すように、板状の磁石MG21の上面にヨークYKが配置されている。ヨークYKの上面には3つの突起部YK1~YK3が設けられている。突起部YK1~YK3がそれぞれ磁界発生源ME1b~ME3bとなる。つまり、円筒形磁石ME1~ME3を磁界発生源ME1b~ME3bに置き換えることができる。突起部の数は変更できる。棒磁石も同様に、ヨークの突起部により構成することができる。
[Other embodiments]
FIG. 7(a) again shows the cylindrical magnet ME1.
FIG. 7(b) shows a magnetic field generating source ME1a in which two magnets MG11 and MG12 are arranged so that the same poles face each other. The cylindrical magnet ME1 can be replaced by the magnetic field source ME1a. Similar substitutions can be made for other cylindrical magnets and bar magnets.
As shown in FIG. 7C, a yoke YK is arranged on the upper surface of the plate-like magnet MG21. Three protrusions YK1 to YK3 are provided on the upper surface of the yoke YK. Projections YK1 to YK3 are magnetic field sources ME1b to ME3b, respectively. That is, the cylindrical magnets ME1-ME3 can be replaced with the magnetic field sources ME1b-ME3b. The number of protrusions can be changed. A bar magnet can likewise be constituted by a projection of the yoke.

周期識別についての他の実施例を以下に述べる。
先に述べた実施形態では、識別用の磁石として長い棒磁石を使い、発電センサの両端部のパルス電圧発生ポイントを、一つのMR素子(磁気センサ)でカバーできるようにしている。
しかし、これに限られず、比較的小さい(短い)磁石を使い、2つのパルス電圧発生ポイントを2つのMRセンサでカバーすることも可能である。
あるいは、小さい(短い)磁石を使い、磁気センサにヨークを組み合わせて広い範囲の磁界を集めることで、2つのパルス電圧発生ポイントを一つのMR素子でカバーすることも考えられる。
また、機能を説明するために磁界発生用磁石(ME)と識別用磁石(MS)を分けたが、識別用磁石を別に設けずに、磁界発生用磁石(ME)のみを設け、奇数番目の磁石と偶数番目の磁石とで形状や磁力の強さを変えることによっても、識別が可能である。
識別の手段は磁気に限られず、機械的な接触スイッチ、静電容量、電磁誘導などの各種の検出手段を使うことができる。
Other examples of cycle identification are described below.
In the above-described embodiment, a long bar magnet is used as the identification magnet so that the pulse voltage generation points at both ends of the power generation sensor can be covered with one MR element (magnetic sensor).
However, it is also possible to use relatively small (short) magnets and cover two pulse voltage generation points with two MR sensors.
Alternatively, by using a small (short) magnet and combining a magnetic sensor with a yoke to collect a wide range of magnetic field, it is possible to cover two pulse voltage generating points with one MR element.
In order to explain the function, the magnetic field generating magnet (ME) and the identification magnet (MS) are separated. Identification is also possible by changing the shape and strength of magnetic force between magnets and even-numbered magnets.
The identification means is not limited to magnetism, and various detection means such as mechanical contact switches, capacitance, and electromagnetic induction can be used.

発電センサ、磁気センサ、アブソリュート検出器の検出位置についての他の例を以下に述べる。
本発明の実施形態は、1周期1回のパルス電圧を、奇数周期と偶数周期の識別を行ったうえでカウントを行うものであることから、伝達機構を介して減速や運動方向の変換を行っても成立する。
先に述べた、発電センサ、磁界発生源、周期識別用のセンサ、アブソリュート検出器の設置、検出位置は、例であって、これに限定されるわけではない。
Other examples of detection positions of the power generation sensor, magnetic sensor, and absolute detector will be described below.
Since the embodiment of the present invention counts the pulse voltage once per cycle after distinguishing between odd and even cycles, deceleration and movement direction conversion are performed via the transmission mechanism. is also established.
The installation and detection positions of the power generation sensor, the magnetic field generation source, the period identification sensor, and the absolute detector described above are examples, and the present invention is not limited to these.

例)ボールねじ駆動1
ボールねじをモータで駆動する場合である。
モータ軸に円板を設けて、2個の磁界発生用磁石を設ける。発電センサは1回転毎に2パルスを出力する。
2個の磁界発生用磁石の磁力の強さは異なり、MRセンサで磁界強度を測定する。2つの磁石が識別される。
ボールねじにアブソリュートリニアスケールを設ける。検出周期はボールねじのリードピッチの2倍である。
Example) Ball screw drive 1
This is the case where the ball screw is driven by a motor.
A disc is provided on the motor shaft and two magnetic field generating magnets are provided. The power generation sensor outputs two pulses per rotation.
The strength of the magnetic force of the two magnetic field generating magnets is different, and the magnetic field strength is measured by the MR sensor. Two magnets are identified.
Provide an absolute linear scale on the ball screw. The detection cycle is twice the lead pitch of the ball screw.

例)ボールねじ駆動2
モータ軸に円板を設けて、1個の磁界発生用磁石を設ける。発電センサは1回転毎に1パルスを出力する。
ボールねじ可動部にMRセンサを搭載する。固定部には、リードピッチの2倍の間隔で周期識別用の磁石を設置する。
ボールねじにアブソリュートリニアスケールを設ける。検出周期はボールねじのリードピッチの4倍である。
Example) Ball screw drive 2
A disk is provided on the motor shaft, and one magnetic field generating magnet is provided. The power generation sensor outputs one pulse per revolution.
An MR sensor is mounted on the moving part of the ball screw. Magnets for period identification are installed on the fixed portion at an interval twice the lead pitch.
Provide an absolute linear scale on the ball screw. The detection period is four times the lead pitch of the ball screw.

これまでに説明した実施形態に関し、以下の付記を開示する。
[付記1]
磁界発生源を有し、直線運動又は回転運動する運動体の位置を検出する位置検出器であって、
単一の発電センサと、
少なくとも1つのセンサ要素と
を備え、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、
前記発電センサの軸方向の磁界は、前記磁界発生源と前記発電センサとの位置関係に応じて、所定の検出範囲内で4周期以上にわたり交番する交番磁界であり、
前記発電センサは、前記直線運動の方向又は前記回転運動の方向によって正極性又は負極性のパルス電圧を、磁界変化1周期に対して1回出力し、
前記センサ要素は、前記パルス電圧が出力された時点での磁界変化周期が奇数周期であるか偶数周期であるかを識別する識別信号を出力し、
前記パルス電圧の極性と前記識別信号とに基づいて前記運動体の位置が検出される、
位置検出器。
[付記2]
前記運動体の運動に伴い、前記磁界発生源は前記発電センサの近傍を通過し、
前記発電センサの軸方向は、前記直線運動の方向と平行であるか、又は前記回転運動により前記磁界発生源が描く円状の軌道上のある接点を通る接線と平行であり、
前記磁界発生源は、前記磁界発生源の中央部から放射状の磁界を発生し、
前記磁界発生源が複数の場合は、全ての前記磁界発生源が同じ向きの磁界を発生する、
付記1の位置検出装置。
[付記3]
複数の前記磁界発生源が、複数の磁石と、単一の磁石と複数の突出部を有する磁界誘導ヨークとの組み合わせとのいずれかにより構成される、付記2に記載の位置検出器。
[付記4]
前記センサ要素が磁気抵抗素子である、付記1~3のいずれか一項に記載の位置検出器。
[付記5]
付記1~4のいずれか一項に記載の位置検出器を第1の位置検出器として備えるとともに、外部電源により動作し、前記運動体の位置を検出する第2の位置検出器を備え、
前記第1の検出器は前記外部電源によることなく動作し、
前記第2の位置検出器は、前記第1の位置検出器における磁界変化周期の4周期以上であって偶数倍に相当する変位量を検出周期とし、前記検出周期においてアブソリュート値で変位を検出し、
前記外部電源の供給時に、前記第1の位置検出器の検出値と、前記第2の位置検出器の検出値とを統合することにより、前記第1の位置検出器よりも分解能が高く、前記第2の位置検出器の検出周期よりも検出範囲が広い位置検出が行われる、
位置検出器システム。
The following notes are disclosed with respect to the embodiments described so far.
[Appendix 1]
A position detector that has a magnetic field generation source and detects the position of a moving body that moves linearly or rotationally,
a single power generation sensor;
at least one sensor element;
The power generation sensor has a magnetic wire that exhibits a large Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire,
The magnetic field in the axial direction of the power generation sensor is an alternating magnetic field that alternates over four cycles or more within a predetermined detection range according to the positional relationship between the magnetic field source and the power generation sensor,
The power generation sensor outputs a pulse voltage of positive polarity or negative polarity depending on the direction of the linear motion or the direction of the rotational motion once per magnetic field change cycle,
The sensor element outputs an identification signal that identifies whether the magnetic field change period at the time when the pulse voltage is output is an odd period or an even period,
the position of the moving object is detected based on the polarity of the pulse voltage and the identification signal;
Position detector.
[Appendix 2]
As the moving body moves, the magnetic field generation source passes through the vicinity of the power generation sensor,
The axial direction of the power generation sensor is parallel to the direction of the linear motion or parallel to a tangent line passing through a contact point on the circular orbit drawn by the magnetic field generation source due to the rotational motion,
The magnetic field generating source generates a radial magnetic field from a central portion of the magnetic field generating source,
When there are a plurality of the magnetic field generating sources, all the magnetic field generating sources generate magnetic fields in the same direction.
The position detection device of appendix 1.
[Appendix 3]
3. The position detector according to appendix 2, wherein the plurality of magnetic field sources are configured by either a plurality of magnets or a combination of a single magnet and a magnetic field induction yoke having a plurality of projections.
[Appendix 4]
4. A position detector according to any one of the appendices 1 to 3, wherein the sensor element is a magnetoresistive element.
[Appendix 5]
The position detector according to any one of Appendices 1 to 4 is provided as a first position detector, and a second position detector operated by an external power supply and detecting the position of the moving body is provided,
the first detector operates without the external power supply;
The second position detector has a detection period that is an even multiple of four periods or more of the magnetic field change period of the first position detector, and detects the displacement as an absolute value in the detection period. ,
By integrating the detected value of the first position detector and the detected value of the second position detector when the external power supply is supplied, the resolution is higher than that of the first position detector, and the position detection is performed with a detection range wider than the detection cycle of the second position detector;
Position detector system.

以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes are possible based on the technical idea of the present invention.

100、200 検出器
110、210 運動体
120、220 発電センサ
121、221 磁性ワイヤ
222 コイル
130、230 磁気センサ
100, 200 detectors 110, 210 moving bodies 120, 220 power generation sensors 121, 221 magnetic wires 222 coils 130, 230 magnetic sensors

Claims (5)

磁界発生源を有し、直線運動又は回転運動する運動体の位置を検出する位置検出器であって、
単一の発電センサと、
少なくとも1つのセンサ要素と
を備え、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルとを有し、
前記発電センサの軸方向の磁界は、前記磁界発生源と前記発電センサとの位置関係に応じて、所定の検出範囲内で4周期以上にわたり交番する交番磁界であり、
前記発電センサは、前記直線運動の方向又は前記回転運動の方向によって正極性又は負極性のパルス電圧を、磁界変化1周期に対して1回出力し、
前記センサ要素は、前記パルス電圧が出力された時点での磁界変化周期が奇数周期であるか偶数周期であるかを識別する識別信号を出力し、
前記パルス電圧の極性と前記識別信号とに基づいて前記運動体の位置が検出される、
位置検出器。
A position detector that has a magnetic field generation source and detects the position of a moving body that moves linearly or rotationally,
a single power generation sensor;
at least one sensor element;
The power generation sensor has a magnetic wire that exhibits a large Barkhausen effect and a coil wound around the magnetic wire,
The magnetic field in the axial direction of the power generation sensor is an alternating magnetic field that alternates over four cycles or more within a predetermined detection range according to the positional relationship between the magnetic field source and the power generation sensor,
The power generation sensor outputs a pulse voltage of positive polarity or negative polarity depending on the direction of the linear motion or the direction of the rotational motion once per magnetic field change cycle,
The sensor element outputs an identification signal that identifies whether the magnetic field change period at the time when the pulse voltage is output is an odd period or an even period,
the position of the moving object is detected based on the polarity of the pulse voltage and the identification signal;
Position detector.
前記運動体の運動に伴い、前記磁界発生源は前記発電センサの近傍を通過し、
前記発電センサの軸方向は、前記直線運動の方向と平行であるか、又は前記回転運動により前記磁界発生源が描く円状の軌道上のある接点を通る接線と平行であり、
前記磁界発生源は、前記磁界発生源の中央部から放射状の磁界を発生し、
前記磁界発生源が複数の場合は、全ての前記磁界発生源が同じ向きの磁界を発生する、
請求項1の位置検出装置。
As the moving body moves, the magnetic field generation source passes through the vicinity of the power generation sensor,
The axial direction of the power generation sensor is parallel to the direction of the linear motion or parallel to a tangent line passing through a contact point on the circular orbit drawn by the magnetic field generation source due to the rotational motion,
The magnetic field generating source generates a radial magnetic field from a central portion of the magnetic field generating source,
When there are a plurality of the magnetic field generating sources, all the magnetic field generating sources generate magnetic fields in the same direction.
The position detection device according to claim 1.
複数の前記磁界発生源が、複数の磁石と、単一の磁石と複数の突出部を有する磁界誘導ヨークとの組み合わせとのいずれかにより構成される、請求項2に記載の位置検出器。 3. The position detector according to claim 2, wherein the plurality of magnetic field sources are composed of a plurality of magnets or a combination of a single magnet and a magnetic field induction yoke having a plurality of projections. 前記センサ要素が磁気抵抗素子である、請求項1~3のいずれか一項に記載の位置検出器。 A position detector according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor element is a magnetoresistive element. 請求項1~4のいずれか一項に記載の位置検出器を第1の位置検出器として備えるとともに、外部電源により動作し、前記運動体の位置を検出する第2の位置検出器を備え、
前記第1の検出器は前記外部電源によることなく動作し、
前記第2の位置検出器は、前記第1の位置検出器における磁界変化周期の4周期以上であって偶数倍に相当する変位量を検出周期とし、前記検出周期においてアブソリュート値で変位を検出し、
前記外部電源の供給時に、前記第1の位置検出器の検出値と、前記第2の位置検出器の検出値とを統合することにより、前記第1の位置検出器よりも分解能が高く、前記第2の位置検出器の検出周期よりも検出範囲が広い位置検出が行われる、
位置検出器システム。
Equipped with the position detector according to any one of claims 1 to 4 as a first position detector, and a second position detector operated by an external power supply and detecting the position of the moving body,
the first detector operates without the external power supply;
The second position detector has a detection period that is an even multiple of four periods or more of the magnetic field change period of the first position detector, and detects the displacement as an absolute value in the detection period. ,
By integrating the detected value of the first position detector and the detected value of the second position detector when the external power supply is supplied, the resolution is higher than that of the first position detector, and the position detection is performed with a detection range wider than the detection cycle of the second position detector;
Position detector system.
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