JP6072234B2 - 磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に示されるロータリーエンコーダでは、角度検出分解能を向上するためには、円筒状の磁気スケールの径を大きくする必要があり、装置が大型化して高価になってしまうという課題があった。
図1は、本発明の実施の形態1における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態1における磁気式位置検出装置は、磁気スケール1a、感磁装置2、及び位置算出回路3(図2参照)を備えて構成される。
本実施の形態2では、磁気スケール1aに代えて、軟磁性材料で形成される磁性スケールと磁石を用いることにより、先の実施の形態1における磁気式位置検出装置と同様の効果を有する別の磁気式位置検出装置を得る方法について紹介する。
本実施の形態3では、感磁装置2を2つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置2の出力のS/N比を向上させることができる第1の方法について紹介する。
本実施の形態4では、感磁装置2を2つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置2の出力のS/N比を向上させることができる第2の方法について紹介する。
本実施の形態5では、感磁装置2を2つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置2の出力のS/N比を向上させることができる第3の方法について紹介する。
本実施の形態6では、感磁装置2を2つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置2の出力のS/N比を向上させることができる第4の方法について紹介する。
本実施の形態7では、磁気スケール1aまたは磁性スケール1bに、位置基準点となる磁極乱れ部1cを設けることにより、感磁装置2の相対位置の誤差を補正できるようにする第1の方法について紹介する。
本実施の形態8では、磁気スケール1aまたは磁性スケール1bに、位置基準点となる磁極乱れ部1cを設けることにより、磁極対位置Lの誤差を補正できるようにする第2の方法について紹介する。
本実施の形態9では、感磁装置2の位置検出分解能を向上させるために、感磁装置2を1つの半導体チップ20上に形成する場合について説明する。
Claims (12)
- 磁性的な性質が異なる幅λの第1磁性部と幅λの第2磁性部とからなる幅2λの磁極対が、磁極対幅2λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路と
を備えた磁気式位置検出装置であって、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、n個(nは2以上の自然数)の第1感磁素子からなり、λ=nPとなるように感磁素子間隔Pで等間隔に配列された第1感磁素子群を備え、前記第1感磁素子群を構成する前記n個の第1感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力し、
前記位置算出回路は、前記感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置をλ/nの位置検出分解能として算出し、前記磁極対幅2λ内において、2n個の磁極内位置M(Mは0以上2n−1以下の2n個の整数)を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出する
磁気式位置検出装置。 - 請求項1に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記感磁装置が並列に出力する前記n個の出力値をHi/Lo判定して2値化し、n個のHi/Lo出力として出力するHi/Lo判定部と、
前記磁極対幅2λ内での前記相対位置である2n個の前記磁極内位置M(Mは0以上2n−1以下の2n個の整数)と、前記n個のHi/Lo出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを基に、前記n個のHi/Lo出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Mをλ/nの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算部と
を備える磁気式位置検出装置。 - 請求項2に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記磁極内位置演算部が出力する前記磁極内位置Mと、メモリに記憶しておいた前回の前記磁極内位置Mの変化情報を基に、前記磁極内位置Mが2n−1から0にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が+方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断し、前記磁極内位置Mが0から2n−1にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が−方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断するシフト演算部と、
前記シフト演算部での判断結果を基に増減演算を施すことで、前記磁気スケールに対する前記感磁装置の磁極対幅2λ単位の相対位置である磁極対位置L(Lは整数)を演算する磁極対位置演算部と、
前記磁極対位置Lと前記磁極内位置Mを基に、前記感磁装置の前記相対位置を演算する位置演算部と
を更に備える磁気式位置検出装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第1感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第1感磁素子と同相の感磁特性を有するn個の感磁素子からなり、λ=nPとなるように前記感磁素子間隔Pで等間隔に配列され、Qを奇数として前記第1感磁素子群からQ*λ離れた相対位置に第2感磁素子群を更に備え、
互いにQ*λだけ離れた前記第1感磁素子群に含まれるn個の感磁素子と、前記第2感磁素子群に含まれるn個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をGNDに、他方を電源Vinに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第1感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第1感磁素子と逆相の感磁特性を有するn個の感磁素子からなり、λ=nPとなるように前記感磁素子間隔Pで等間隔に配列され、Rを偶数として前記第1感磁素子群からR*λ離れた相対位置に第3感磁素子群を更に備え、
互いにR*λだけ離れた前記第1感磁素子群に含まれるn個の感磁素子と、前記第3感磁素子群に含まれるn個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をGNDに、他方を電源Vinに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、特定の箇所の前記第1磁性部または前記第2磁性部が、前記第1磁性部及び前記第2磁性部が混在することで周期乱れを発生させる磁極乱れ部で置き換えられて配置されており、
前記位置算出回路は、前記磁極乱れ部の配置された位置を、前記感磁装置の出力の周期性乱れにより検知し、前記磁極乱れ部を検知する度毎に、これまでの相対位置をリセットし、前記磁極乱れ部を検知した位置が絶対基準位置となるように、前記相対位置を新しく設定し直す
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子、または、トンネル磁気抵抗素子、または、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子のいずれかである
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
n個の感磁素子からなる感磁素子群は、半導体プロセスを用いて、1つの半導体チップ上に形成されている
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、直線上または円周上に配列され、
前記位置算出回路は、前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケールとの相対直線位置または相対回転角度を算出する
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第1磁性部がS極、前記第2磁性部がN極から構成される
磁気式位置検出装置。 - 請求項1から9のいずれか1項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第1磁性部が凹部、前記第2磁性部が凸部からなる磁性スケールであり、
前記感磁装置は、前記磁場を前記磁性スケールとの間に形成するための磁石を有する
磁気式位置検出装置。 - 磁性的な性質が異なる幅λの第1磁性部と幅λの第2磁性部とからなる幅2λの磁極対が、磁極対幅2λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、n個(nは2以上の自然数)の第1感磁素子からなり、λ=nPとなるように感磁素子間隔Pで等間隔に配列された第1感磁素子群を備え、前記第1感磁素子群を構成する前記n個の第1感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力する
磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、
前記位置算出回路において、
前記感磁装置が並列に出力する前記n個の出力値をHi/Lo判定して2値化し、n個のHi/Lo出力として出力するHi/Lo判定ステップと、
前記磁極対幅2λ内での前記相対位置である2n個の磁極内位置M(Mは0以上2n−1以下の2n個の整数)と、前記n個のHi/Lo出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
前記記憶ステップにおいて前記記憶部に記憶された前記位置算出テーブルを基に、前記n個のHi/Lo出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Mをλ/nの位置検出分解能として算出し、前記磁極対幅2λ内において、2n個の磁極内位置M(Mは0以上2n−1以下の2n個の整数)を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出する磁極内位置演算ステップと
を有する磁気式位置検出方法。
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