JP6628660B2 - Magnetic position detector - Google Patents
Magnetic position detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP6628660B2 JP6628660B2 JP2016063576A JP2016063576A JP6628660B2 JP 6628660 B2 JP6628660 B2 JP 6628660B2 JP 2016063576 A JP2016063576 A JP 2016063576A JP 2016063576 A JP2016063576 A JP 2016063576A JP 6628660 B2 JP6628660 B2 JP 6628660B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- position detector
- angle
- field detection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 81
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 26
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 claims description 10
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 28
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 24
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
本発明は、回転体の回転位置を検出する磁気式位置検出器に関する。 The present invention relates to a magnetic position detector that detects a rotational position of a rotating body.
磁気センサを用いて回転体の状態を検出する従来技術として、次のものが知られている。 The following is known as a conventional technique for detecting the state of a rotating body using a magnetic sensor.
特許文献1は、回転検出装置を開示している。その回転検出装置は、磁気発生手段、磁気センサアレイ、及び角度算出手段を備える。磁気発生手段は、回転中心回りの円周方向の異方性を有する。磁気センサアレイは、マトリクス状に配置された磁気センサ素子を備える。角度算出手段は、磁気センサアレイの出力から回転角度を算出する。
特許文献2は、基準面に対する被測定面の位置及び傾き角を計測する装置を開示している。当該装置は、永久磁石、磁気センサアレイ、特徴抽出部、及び演算部を備える。永久磁石は、被測定面である回転体の端面に設置される。磁気センサアレイは、基準面側に設置され、永久磁石が発生する磁束の分布を計測する。特徴抽出部は、磁束分布の重心位置及び歪みを抽出する。演算部は、重心位置及び歪みに基づいて、永久磁石の位置及び傾き角を演算する。
経年劣化により、回転体の回転軸の“ずれ”が発生する場合がある。例えば、回転体を支持する軸受が電食により劣化すると、回転軸のずれが発生する。上記の従来技術では、このような回転軸のずれを考慮していない。従って、回転軸のずれが発生すると、算出結果に誤差が生じる。 Due to aged deterioration, a “shift” of the rotation axis of the rotating body may occur. For example, when the bearing that supports the rotating body is degraded due to electrolytic corrosion, displacement of the rotating shaft occurs. The above prior art does not consider such a deviation of the rotation axis. Therefore, when the displacement of the rotation axis occurs, an error occurs in the calculation result.
本発明の1つの目的は、回転軸のずれの影響を受けることなく、回転体の回転位置を算出可能な磁気式位置検出器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnetic position detector capable of calculating a rotational position of a rotating body without being affected by a shift of a rotating shaft.
本発明の1つの観点において、磁気式位置検出器が提供される。磁気式位置検出器は、(a)回転軸の周りを回転する回転体に取り付けられ、磁界を発生させる磁界発生体と、(b)磁界発生体と対向するセンサ面を有し、センサ面上における磁界の強度分布を検出する磁気センサと、(c)検出された強度分布に基づいて、回転体の回転位置を算出する演算装置と、を備える。磁界検出領域は、センサ面上において磁界の強度が閾値以上の領域である。少なくとも2つの磁界検出領域が互いに分離して発生するように、磁界発生体と磁気センサは構成されている。演算装置は、2つの磁界検出領域の相対的な位置関係に基づいて回転位置を算出する。 In one aspect of the present invention, a magnetic position detector is provided. The magnetic position detector has (a) a magnetic field generator attached to a rotating body that rotates around a rotation axis and generates a magnetic field, and (b) a sensor surface facing the magnetic field generator. And (c) an arithmetic unit for calculating the rotational position of the rotating body based on the detected intensity distribution. The magnetic field detection region is a region on the sensor surface where the strength of the magnetic field is equal to or greater than a threshold. The magnetic field generator and the magnetic sensor are configured such that at least two magnetic field detection regions are generated separately from each other. The arithmetic device calculates a rotational position based on a relative positional relationship between the two magnetic field detection regions.
本発明の磁気式位置検出器によれば、回転軸のずれの影響を受けることなく、回転体の回転位置を算出することが可能である。 According to the magnetic position detector of the present invention, it is possible to calculate the rotational position of the rotating body without being affected by the displacement of the rotating shaft.
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出器を説明する。 A magnetic position detector according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
1.構成及び原理
図1は、本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出器10の構成を概略的に示している。磁気式位置検出器10は、回転軸RAの周りを回転する回転体1に適用され、その回転体1の回転位置を算出して出力する。回転体1の回転位置は、回転角度と言うこともできる。回転体1は任意であるが、一例としてモータのシャフトが挙げられる。
1. Configuration and Principle FIG. 1 schematically shows a configuration of a
典型的には、回転体1は、軸受2によって支持され、回転軸RAの周りを回転する。ここで、経年劣化により、回転軸RAの“ずれ”が発生する可能性がある。例えば、軸受2が電食により劣化すると、回転軸RAのずれが発生する。そのような回転軸RAのずれは、以下「軸ずれ」と呼ばれる。軸ずれが発生すると、回転位置の算出結果に誤差が生じる恐れがある。尚、経年劣化のタイムスケールは、回転体1の回転周期に比べて十分長い。
Typically, the rotating
本実施の形態に係る磁気式位置検出器10は、軸ずれの影響を受けることなく、回転体1の回転位置を算出可能である。図1に示されるように、その磁気式位置検出器10は、磁界発生体20、磁気センサ30、及び演算装置40を備えている。
The
磁界発生体20は、磁界を発生させる。磁界発生体20は、典型的には永久磁石を用いて形成される。そのような磁界発生体20が回転体1に取り付けられている。回転体1が回転すると、磁界発生体20から発生する磁界の空間分布も変動する。
The
磁気センサ30は、磁界発生体20と対向するように配置され、磁界発生体20から発生した磁界の強度分布を検出する。より詳細には、磁気センサ30は、磁界発生体20と対向するセンサ面SSを有しており、そのセンサ面SS上における磁界強度分布を検出する。例えば、磁気センサ30は、センサ面SS上にアレイ状に配置された複数の磁気センサ素子を備える。磁気センサ素子としては、ホール素子や磁気抵抗効果素子が挙げられる。回転体1が回転すると、磁気センサ30が検出する磁界強度分布も変動する。磁気センサ30は、検出した磁界強度分布を示す検出磁界データDHを演算装置40に出力する。
The magnetic sensor 30 is arranged to face the
演算装置40は、磁気センサ30に接続されており、磁気センサ30から検出磁界データDHを受け取る。そして、演算装置40は、検出磁界データDHが示す磁界強度分布に基づいて、回転体1の回転位置を算出する。この演算装置40による回転位置の算出については、後に詳述される。演算装置40は、算出した回転位置を示す回転位置データDRを外部に出力する。演算装置40としては、マイクロコンピュータが例示される。
The
次に、図2〜図6を参照して、本実施の形態における回転位置の算出の原理を説明する。 Next, the principle of calculating the rotational position in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
まず、磁界発生体20において磁界を発生させる部分は、磁界発生部分21である。図2に示される例では、磁界発生体20は、磁界発生部分21を少なくとも2つ有しており、更に、それら磁界発生部分21が互いに分離している。すなわち、磁界発生体20は、少なくとも2つの磁界発生部分21のそれぞれから磁界を別々に発生させる。従って、磁気センサ30も、少なくとも2つの磁界強度分布を検出することになる。
First, a portion of the
センサ面SS上において磁界発生部分21と対向する領域は、磁界検出領域31である。ここで、図3及び図4を参照して、磁界検出領域31の定義をより詳しく説明する。図3及び図4は、図2中の線A−A’に沿った磁界強度分布の例を示している。横軸はセンサ面SS上の位置を表し、縦軸は磁界強度を表している。図3及び図4に示される例では、2つの磁界発生部分21のそれぞれに起因する2つの磁界強度分布が存在している。尚、図4に示されるように、磁界発生部分21の磁極の正負は問わない。本実施の形態における磁界検出領域31とは、センサ面SS上において磁界強度が閾値Hth以上である領域のことである。磁界強度分布が等方的である場合、磁界検出領域31は円形となる。但し、磁界検出領域31の形状は円形に限られず、楕円形、略長方形、不定形などであってもよい。
A region facing the magnetic
図2に示される例では、2つの磁界発生部分21のそれぞれに対向するように、2つの磁界検出領域31がセンサ面SS上に発生している。また、それら2つの磁界検出領域31は、センサ面SS上において互いに分離している。回転体1が回転軸RAの周りを回転すると、各磁界発生部分21も回転軸RAの周りを回転し、それに伴って、各磁界検出領域31も回転中心RCの周りを回転する。回転中心RCは、センサ面SS上において回転軸RAに対向する位置であるとも言える。
In the example illustrated in FIG. 2, two magnetic
本実施の形態において重要なことは、少なくとも2つの磁界検出領域31がセンサ面SS上において互いに分離して発生することである。そのために、磁界発生体20の構造、磁界発生体20と磁気センサ30の配置関係、磁気センサ30の閾値Hth、等が適切に設計される。すなわち、本実施の形態によれば、少なくとも2つの磁界検出領域31が互いに分離して発生するように、磁界発生体20と磁気センサ30が構成されている。
What is important in the present embodiment is that at least two magnetic
演算装置40は、検出磁界データDHが示す磁界強度分布に基づいて、複数の磁界検出領域31を抽出することができる。そして、演算装置40は、抽出した複数の磁界検出領域31のうち2つの相対的位置関係に基づいて、回転体1の回転位置を算出する。
The
例えば図5には、センサ面SS上の2つの磁界検出領域31−1,31−2が示されている。回転体1が回転すると、磁界検出領域31−1,31−2の各々は、回転中心RCの周りを回転する。このとき、センサ面SS上における磁界検出領域31−1,31−2の相対的な位置関係は、回転体1の回転に伴って時間的に変動する。すなわち、磁界検出領域31−1,31−2の相対的な位置関係は、回転体1の回転位置に依存して一意に定まる。従って、演算装置40は、磁界検出領域31−1,31−2の相対的な位置関係に基づいて、回転体1の回転位置を算出することができる。
For example, FIG. 5 shows two magnetic field detection regions 31-1 and 31-2 on the sensor surface SS. When the
ここで、図6を参照して、軸ずれが発生した場合を考える。図6の例において、最初、磁界検出領域31−1,31−2は、回転中心RCaの周りを回転軌跡Caに沿って回転する。その後、回転体1の回転軸RAがずれた結果、回転中心RCがRCaからRCbに移動したとする。そして、磁界検出領域31−1,31−2は、回転中心RCbの周りを回転軌跡Cbに沿って回転する。しかし、回転体1の回転位置が同じであれば、回転中心RCの位置にかかわらず、磁界検出領域31−1,31−2の相対的な位置関係は同じである。従って、演算装置40は、磁界検出領域31−1,31−2の相対的な位置関係を用いることによって、軸ずれの影響を受けることなく、回転位置を算出することができる。
Here, with reference to FIG. 6, a case where an axis shift has occurred will be considered. In the example of FIG. 6, first, the magnetic field detection regions 31-1 and 31-2 rotate around the rotation center RCa along the rotation trajectory Ca. After that, it is assumed that the rotation center RC moves from RCa to RCb as a result of the rotation axis RA of the
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、少なくとも2つの磁界検出領域31がセンサ面SS上において互いに分離して発生するように、磁界発生体20と磁気センサ30が構成される。そして、演算装置40は、2つの磁界検出領域31の相対的な位置関係に基づいて、回転体1の回転位置を算出する。これにより、軸ずれの影響を受けることなく、回転位置を算出することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施の形態では、少なくとも2つの磁界検出領域31が互いに分離して発生する限りにおいて、厳密な位置合わせは不要である。従って、磁気式位置検出器10の組立及び設置が容易である。
In the present embodiment, strict alignment is not required as long as at least two magnetic
また、本実施の形態では、2つの磁界検出領域31の相対的位置関係が分かればよく、各々の磁界検出領域31の絶対位置を厳密に求める必要はない。従って、磁界発生体20の微細加工は不要であり、また、磁気センサ30の解像度をいたずらに増大させる必要もない。これらのことは、コストの削減に寄与する。
In the present embodiment, the relative positional relationship between the two magnetic
2.回転位置の算出例
以下、回転位置の算出の様々な例を説明する。その説明にあたり、「磁界中心位置32」という概念を導入する。図7及び図8は、磁界中心位置32の定義を説明するための概念図である。磁界中心位置32とは、磁界検出領域31における磁界強度分布の“重心の位置”のことである。磁界中心位置32は、磁界強度を重みとした場合の磁界検出領域31の“重み付き平均位置”であるとも言える。
2. Examples of Calculation of Rotation Position Hereinafter, various examples of calculation of the rotation position will be described. In the description, the concept of “magnetic
図7に示される例では、磁界強度分布は等方的であり、磁界検出領域31の形状は円形である。この場合、磁界中心位置32は、磁界強度分布のピーク位置と一致し、また、円形の磁界検出領域31の中心位置とも一致する。一方、図8に示される例では、磁界強度分布は非等方的であり、磁界中心位置32は磁界強度分布のピーク位置と一致しない。しかし、いずれの場合であっても、演算装置40は、磁界検出領域31における磁界強度分布に基づいて磁界中心位置32を算出することができる。尚、演算負荷及び演算速度の観点から言えば、円形の磁界検出領域31が最適である。
In the example shown in FIG. 7, the magnetic field intensity distribution is isotropic, and the shape of the magnetic
上述の通り、本実施の形態では、少なくとも2つの磁界検出領域31が発生する。演算装置40は、検出磁界データDHが示す磁界強度分布に基づいて、2つの磁界検出領域31のそれぞれに関する2つの磁界中心位置32を算出する。2つの磁界中心位置32は、2つの磁界検出領域31のそれぞれの代表位置であるとも言える。よって、演算装置40は、2つの磁界中心位置32の相対的な位置関係を用いることによって、軸ずれの影響を受けることなく、回転位置を算出することができる。
As described above, in the present embodiment, at least two magnetic
2−1.第1の例
図9及び図10は、第1の例を説明するための概念図である。センサ面SSは、互いに直交するX軸及びY軸で規定されるX−Y面で表されている。2つの磁界検出領域31−1,31−2のそれぞれに関して、2つの磁界中心位置32−1,32−2が存在している。
2-1. First Example FIGS. 9 and 10 are conceptual diagrams for explaining a first example. The sensor surface SS is represented by an XY plane defined by an X axis and a Y axis orthogonal to each other. Two magnetic field center positions 32-1 and 32-2 exist for each of the two magnetic field detection regions 31-1 and 31-2.
ここで、本例において用いられる「第1の線LA」及び「第1の角度α」について定義する。第1の線LAは、2つの磁界中心位置32−1,32−2の間を結ぶ線である。第1の角度αは、第1の線LAとセンサ面SS上の基準線LRとのなす角度である。例えば、基準線LRがX軸である場合、第1の角度αは、第1の線LAとX軸とのなす角度である。この第1の角度αは、2つの磁界中心位置32の相対的な位置関係を表していると言える。 Here, the “first line LA” and the “first angle α” used in the present example are defined. The first line LA is a line connecting between the two magnetic field center positions 32-1 and 32-2. The first angle α is an angle between the first line LA and the reference line LR on the sensor surface SS. For example, when the reference line LR is the X axis, the first angle α is an angle between the first line LA and the X axis. It can be said that the first angle α represents the relative positional relationship between the two magnetic field center positions 32.
回転体1が回転すると、磁界中心位置32−1,32−2の各々も回転中心RCの周りを回転する。ここで、回転中心RCから磁界中心位置32−1,32−2のそれぞれまでの距離は、r1,r2である。本例では、距離r1と距離r2は等しい。よって、磁界中心位置32−1,32−2は共に、同じ回転軌跡Cに沿って回転する。
When the
また、本例では、磁界中心位置32−1,32−2は、回転中心RCを挟んで対角位置に存在している。従って、磁界中心位置32−1,32−2の間を結ぶ第1の線LAは、回転中心RCを通る。第1の線LAが回転中心RCを通るように、回転体1の回転軸RAに対する磁界発生部分21の配置が決定されているとも言える。第1の線LAが回転中心RCを通るため、第1の線LAと基準線LRとのなす第1の角度αは、基準線LRからみた回転中心RCの周りの磁界中心位置32−1の回転角度を表している。すなわち、第1の角度αは、回転体1の回転位置を反映している。
Further, in this example, the magnetic field center positions 32-1 and 32-2 exist at diagonal positions across the rotation center RC. Therefore, the first line LA connecting the magnetic field center positions 32-1 and 32-2 passes through the rotation center RC. It can be said that the arrangement of the magnetic
図9は、軸ずれが発生していない場合を示している。このとき、回転中心RCはX−Y座標の座標原点と一致しており、回転中心RCを通る第1の線LAは座標原点も通る。一方、図10は、軸ずれが発生した場合を示している。軸ずれが発生すると、回転中心RCは座標原点からずれ、第1の線LAも座標原点を通らなくなる。しかしながら、第1の角度αは、軸ずれの影響を受けていない。つまり、回転体1の回転位置が同じであれば、軸ずれの有無にかかわらず、第1の角度αは一定である。従って、軸ずれの影響を受けることなく、第1の角度αを回転位置として用いることができる。
FIG. 9 shows a case where no axis deviation has occurred. At this time, the rotation center RC coincides with the coordinate origin of the XY coordinates, and the first line LA passing through the rotation center RC also passes through the coordinate origin. On the other hand, FIG. 10 shows a case where an axis shift has occurred. When the axis shift occurs, the rotation center RC shifts from the coordinate origin, and the first line LA does not pass through the coordinate origin. However, the first angle α is not affected by the misalignment. That is, if the rotational position of the
比較例として、回転中心RCの代わりに座標原点の周りの磁界中心位置32−1の回転角度φを考える。軸ずれが発生していないとき、回転角度φは第1の角度αと一致している。しかしながら、図10に示されるように軸ずれが発生すると、回転角度φは、正しい回転角度である第1の角度αと一致しなくなる。つまり、回転角度φは軸ずれの影響を受ける。よって、回転角度φを回転位置として用いると、軸ずれによって算出誤差が生じる。 As a comparative example, a rotation angle φ of the magnetic field center position 32-1 around the coordinate origin is considered instead of the rotation center RC. When no axis deviation occurs, the rotation angle φ matches the first angle α. However, when the axis shift occurs as shown in FIG. 10, the rotation angle φ does not match the first angle α that is the correct rotation angle. That is, the rotation angle φ is affected by the axis deviation. Therefore, when the rotation angle φ is used as the rotation position, a calculation error occurs due to the axis deviation.
以上に説明されたように、本例によれば、第1の線LAが回転中心RCを通る。演算装置40は、2つの磁界中心位置32−1,32−2に基づいて、第1の角度αを回転位置として算出する。その第1の角度αは軸ずれの影響をうけない。すなわち、演算装置40は、軸ずれの影響を受けることなく、回転位置を算出することができる。また、本例の算出方法はシンプルで簡単であるため、演算装置40における演算負荷を大きく低減することが可能である。
As described above, according to this example, the first line LA passes through the rotation center RC. The
2−2.第2の例
図11は、第2の例を説明するための概念図である。上記の第1の例と比較すると、本例では、距離r1と距離r2が異なっている。磁界中心位置32−1は回転軌跡C1に沿って回転し、磁界中心位置32−2は回転軌跡C2に沿って回転する。その他は、第1の例と同じである。
2-2. Second Example FIG. 11 is a conceptual diagram for explaining a second example. Compared to the first example, in this example, the distance r1 and the distance r2 are different. The magnetic field center position 32-1 rotates along the rotation trajectory C1, and the magnetic field center position 32-2 rotates along the rotation trajectory C2. Others are the same as the first example.
本例でも、磁界中心位置32−1,32−2は、回転中心RCを挟んで対角位置に存在しており、第1の線LAは、回転中心RCを通っている。従って、第1の角度αを回転位置として用いることができる。つまり、軸ずれの影響を受けることなく、且つ、簡単に、回転位置を算出することが可能である。 Also in this example, the magnetic field center positions 32-1 and 32-2 exist at diagonal positions across the rotation center RC, and the first line LA passes through the rotation center RC. Therefore, the first angle α can be used as the rotation position. That is, the rotational position can be easily calculated without being affected by the axis deviation.
また、本例では、距離r1と距離r2を一致させる必要がない。このことは、厳密な位置合わせが不要であることを意味する。従って、磁界発生体20の作製及び設置が容易となる。このことは、コストの削減に寄与する。
Further, in this example, there is no need to make the distance r1 and the distance r2 coincide. This means that strict alignment is not required. Therefore, the production and installation of the
2−3.第3の例
図12は、第3の例を説明するための概念図である。本例において、磁界中心位置32−1,32−2は、回転中心RCを挟んで対角位置に存在しておらず、よって、第1の線LAは、回転中心RCを通っていない。
2-3. Third Example FIG. 12 is a conceptual diagram for explaining a third example. In this example, the magnetic field center positions 32-1 and 32-2 do not exist at diagonal positions with respect to the rotation center RC, and therefore, the first line LA does not pass through the rotation center RC.
ここで、本例において用いられる「第2の線LB」及び「第2の角度β」について定義する。第2の線LBは、一方の磁界中心位置32−1と回転中心RCとの間を結ぶ線である。第2の角度βは、第1の線LAと第2の線LBとのなす角度である。この第2の角度βは、回転中心RCと2つの磁界中心位置32−1,32−2の3点からなる三角形の形状を規定するパラメータである。そして、その三角形の形状は、磁界発生体20が回転体1に取り付けられた時点で定まる。すなわち、第2の角度βは、固定パラメータである。回転体1が回転しても、第2の角度βは一定のままである。
Here, the “second line LB” and the “second angle β” used in the present example are defined. The second line LB is a line connecting one magnetic field center position 32-1 and the rotation center RC. The second angle β is an angle between the first line LA and the second line LB. The second angle β is a parameter that defines a triangular shape composed of the three points of the rotation center RC and the two magnetic field center positions 32-1 and 32-2. The triangular shape is determined when the
次に、上記の第1の例の場合と同様に、基準線LRからみた回転中心RCの周りの磁界中心位置32−1の回転角度について考える。上記の第1の例の場合、その回転角度は第1の角度αであった。一方、本例の場合、図12から分かるように、その回転角度は、第1の角度αと第2の角度βとの差(α−β)である。よって、α−βを回転位置として用いることができる。ここで、第1の角度αは軸ずれの影響を受けないパラメータであり、第2の角度βは固定パラメータであることに留意されたい。よって、α−βも、軸ずれの影響を受けないパラメータとなる。すなわち、軸ずれの影響を受けることなく、α−βを回転位置として用いることができる。 Next, as in the case of the first example, the rotation angle of the magnetic field center position 32-1 around the rotation center RC viewed from the reference line LR will be considered. In the case of the first example, the rotation angle was the first angle α. On the other hand, in the case of this example, as can be seen from FIG. 12, the rotation angle is the difference (α−β) between the first angle α and the second angle β. Therefore, α-β can be used as the rotation position. Here, it should be noted that the first angle α is a parameter that is not affected by the axis deviation, and the second angle β is a fixed parameter. Therefore, α-β is also a parameter that is not affected by the axis deviation. That is, α-β can be used as the rotational position without being affected by the axis deviation.
演算装置40は、2つの磁界中心位置32−1,32−2に基づいて、第1の角度αを算出する。そして、演算装置40は、第1の角度αと第2の角度βとの差(α−β)を回転位置として算出する。第2の角度βの取得方法としては、様々なものが考えられる。例えば、磁界発生体20が回転体1に取り付けた時点で第2の角度βが正確に判明した場合、外部から演算装置40に第2の角度βがあらかじめ入力される。演算装置40は、入力された第2の角度βをメモリに記憶する。あるいは、回転体1が回転し始めた直後に、演算装置40は、磁界中心位置32の回転軌跡から回転中心RCの初期位置を算出し、更に、当該初期位置と磁界中心位置32を用いて第2の角度βを算出してもよい。演算装置40は、算出された第2の角度βをメモリに記憶する。いずれの場合であっても、演算装置40は、あらかじめ記憶した第2の角度βを用いて回転位置を算出することができる。
The
本例においても、軸ずれの影響を受けることなく、且つ、簡単に、回転位置を算出することが可能である。更に、本例では、磁界中心位置32−1,32−2が、回転中心RCを挟んで対角位置に存在する必要がない。このことは、厳密な位置合わせが不要であることを意味する。従って、磁界発生体20の作製及び設置が容易となる。このことは、コストの削減に寄与する。
Also in this example, it is possible to easily calculate the rotational position without being affected by the axis deviation. Furthermore, in this example, the magnetic field center positions 32-1 and 32-2 do not need to be at diagonal positions across the rotation center RC. This means that strict alignment is not required. Therefore, the production and installation of the
2−4.第4の例
磁界検出領域31の数は2に限られず、3以上であってもよい。例えば、図13は、3つの磁界検出領域31−1〜31−3が存在する場合を示している。演算装置40は2つの磁界検出領域31を用いて回転位置を算出することができるが、その2つの磁界検出領域31は、以下「磁界検出領域ペア」と呼ばれる。図13の例では、複数の異なる磁界検出領域ペア(31−1,31−2)、(31−2,31−3)、(31−3,31−1)が存在している。
2-4. Fourth Example The number of magnetic
演算装置40は、複数の異なる磁界検出領域ペアのうち少なくとも1つを用いて回転位置を算出する。例えば、演算装置40は、1つの磁界検出領域ペアを用いて回転位置を算出し、算出した回転位置を出力する。あるいは、演算装置40は、複数の磁界検出領域ペアのそれぞれに基づいて複数の回転位置を並列的に算出し、それら複数の回転位置のうち1つを出力してもよい。いずれにせよ、使用していた磁界検出領域ペアが使用不可能に変化した場合、演算装置40は、複数の磁界検出領域ペアのうち他のものを用いて回転位置を算出する。
The
このように、本例によれば、磁界発生体20に異常が発生した時にも、回転位置の算出を継続することができる。尚、磁界発生体20の異常の例としては、一部の磁石が回転体1から落ちることが考えられる。
As described above, according to this example, even when an abnormality occurs in the
3.回転軸RAの異常の検出
演算装置40は、軸ずれ等の回転軸RAの異常を検出することも可能である。例えば、図14に示されるような、回転中心RCの許容範囲RNGを考える。演算装置40は、その許容範囲RNGを示す許容パラメータをあらかじめメモリに記憶する。
3. Detection of Abnormality of Rotation Axis RA The
回転体1の回転中、演算装置40は、磁界検出領域31の回転軌跡に基づいて、回転中心RCを定期的に算出する。そして、演算装置40は、算出した回転中心RCの位置と許容範囲RNGとを比較することによって、回転軸RAの異常を検出する。具体的には、算出した回転中心RCが許容範囲RNGを逸脱した場合、演算装置40は、回転軸RAの異常が発生したと判断する。異常を検出した場合、演算装置40は、エラーを外部に出力する。
During the rotation of the
回転軸RAの異常の検出は、予防保全の観点から好適である。例えば、軸受2が完全に故障する前に、その異常を察知することが可能である。
Detection of an abnormality of the rotation axis RA is preferable from the viewpoint of preventive maintenance. For example, it is possible to detect the abnormality before the
4.磁界発生体20の例
図15は、磁界発生体20の一例を示している。本例では、磁界発生体20は、互いに分離した少なくとも2つの磁石23を有している。各磁石23が、既出の図2で示された磁界発生部分21に相当する。
4. Example of
図16は、磁界発生体20の他の例を示している。本例では、磁界発生体20は、磁石24と、その磁石24上に形成された磁気シールド25とを備えている。ここで、磁石24が回転体1側に配置され、磁気シールド25が磁気センサ30側に配置されている。磁気シールド25は、磁石24からの磁界をシールドするシールド部材で形成されている。また、磁気シールド25は、互いに分離した少なくとも2つの開口部26を有している。開口部26にはシールド部材が形成されておらず、磁石24からの磁界は開口部26を通過することができる。すなわち、各開口部26が、既出の図2で示された磁界発生部分21に相当する。
FIG. 16 shows another example of the
5.磁気センサ30の例
図17は、磁気センサ30の一例を示している。磁気センサ30は、セルアレイ33を備えている。セルアレイ33は、アレイ状に配置された複数のセル34からなる。1つのセル34(i,j)は、磁界の強度を検出し、検出した強度を1つの出力H(i,j)として出力する。よって、複数のセルのそれぞれからの出力H(i,j)を組み合わせることによって、磁界強度分布が得られる。
5. Example of Magnetic Sensor 30 FIG. 17 shows an example of the magnetic sensor 30. The magnetic sensor 30 includes a
図18は、セル34のサイズと磁界検出領域31のサイズとの関係を示す概念図である。ここで、1つのセル34の一辺の長さはaである。また、磁界検出領域31の形状は円形であり、その直径はdである。
FIG. 18 is a conceptual diagram showing the relationship between the size of the
直径dは長さa以上である(d≧a)ことが望ましい。比較例として、図19に示されるd<aの場合を考える。d<aの場合、1つの磁界検出領域31が、複数のセル34にわたって分布せず、1つのセル34内に完全に包含される可能性がある。その場合、当該セル34内における磁界検出領域31の位置にかかわらず、当該セル34からの出力H(i,j)は同じになってしまう。つまり、出力H(i,j)から磁界中心位置32を正確に算出することができなくなる。磁界中心位置32の算出精度の観点から、d≧aの条件が成立することが望ましい。
It is desirable that the diameter d is not less than the length a (d ≧ a). As a comparative example, consider the case of d <a shown in FIG. When d <a, there is a possibility that one magnetic
d=aの場合、最小で1つのセル34、最大でも2×2のセル34からの出力H(i,j)に基づいて、磁界中心位置32を高精度に算出することが可能である。
In the case of d = a, the magnetic
d=2aの場合、最小で2×2のセル34、最大でも3×3のセル34からの出力H(i,j)に基づいて、磁界中心位置32を高精度に算出することが可能である。
When d = 2a, the magnetic
d>2aの場合、図20に示されるように、3×3のセル34では不足する可能性がある。しかし、セル34の数が増加すると、それだけ計算負荷も増大してしまう。計算負荷の低減の観点から言えば、3×3のセル34、すなわち、d≦2aの条件が成立することが望ましい。例えば、3×3のセル34を用いる場合、64×64のセル34を用いる場合と比較して、計算量は9/4096となる。これは、位置算出の時間分解能を4096/9倍に向上させることが可能であることを意味する。
In the case of d> 2a, as shown in FIG. 20, there is a possibility that 3 × 3
6.演算装置40の例
図21は、演算装置40の構成例を示すブロック図である。演算装置40は、プロセッサ41、メモリ42、入出力インタフェース43、及びバス44を備えている。プロセッサ41、メモリ42、及び入出力インタフェース43は、バス44を介して互いに接続されている。
6. Example of
磁気センサ30から出力された検出磁界データDHは、入出力インタフェース43を介して入力される。入力された検出磁界データDHはメモリ42に格納される。メモリ42には、必要に応じて、様々なパラメータが予め格納されていてもよい。その様々なパラメータとしては、上述の第2の角度βや許容範囲RNGが例示される。プロセッサ41は、メモリ42から必要なデータを読みだし、回転位置の算出を行う。そして、プロセッサ41は、算出した回転位置を示す回転位置データDRを、入出力インタフェース43を介して外部に出力する。
The detected magnetic field data DH output from the magnetic sensor 30 is input via the input /
7.モータシステムへの適用
本実施の形態に係る磁気式位置検出器10は、例えば、図22に示されるようなモータシステム100に適用される。モータシステム100は、回転体1、磁気式位置検出器10、モータ110、及びモータ制御装置120を備えている。
7. Application to Motor System The
モータ110は、回転体1を回転させる。磁気式位置検出器10は、回転体1の回転位置を算出し、算出した回転位置を示す回転位置データDRをモータ制御装置120に出力する。モータ制御装置120は、回転位置データDRを参照して、モータ110の動作を制御する。
The motor 110 rotates the
以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。 The embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified by those skilled in the art without departing from the gist.
1 回転体、2 軸受、10 磁気式位置検出器、20 磁界発生体、21 磁界発生部分、23 磁石、24 磁石、25 磁気シールド、26 開口部、30 磁気センサ、31 磁界検出領域、32 磁界中心位置、33 セルアレイ、34 セル、40 演算装置、41 プロセッサ、42 メモリ、43 入出力インタフェース、44 バス、100 モータシステム、110 モータ、120 モータ制御装置、DH 検出磁界データ、DR 回転位置データ、LA 第1の線、LB 第2の線、LR 基準線、RA 回転軸、RC 回転中心、RNG 許容範囲、SS センサ面。
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
前記磁界発生体と対向するセンサ面を有し、前記センサ面上における前記磁界の強度分布を検出する磁気センサと、
前記検出された強度分布に基づいて、前記回転体の回転位置を算出する演算装置と
を備え、
磁界検出領域は、前記センサ面上において前記磁界の強度が閾値以上の領域であり、
少なくとも2つの前記磁界検出領域が互いに分離して発生するように、前記磁界発生体と前記磁気センサは構成されており、
前記演算装置は、前記2つの磁界検出領域の相対的な位置関係に基づいて前記回転位置を算出し、
前記磁気センサは、アレイ状に配置された複数のセルを有し、
前記複数のセルの各々は、前記磁界の強度を検出し、前記検出した強度を1つの出力として出力し、
前記複数のセルのそれぞれからの出力の組み合わせが前記強度分布となる
磁気式位置検出器。 A magnetic field generator that is attached to a rotating body that rotates around a rotation axis and generates a magnetic field;
A magnetic sensor having a sensor surface facing the magnetic field generator and detecting an intensity distribution of the magnetic field on the sensor surface;
An arithmetic unit that calculates a rotational position of the rotating body based on the detected intensity distribution,
The magnetic field detection region is a region where the strength of the magnetic field is equal to or greater than a threshold on the sensor surface,
The magnetic field generator and the magnetic sensor are configured such that at least two of the magnetic field detection regions are generated separately from each other,
The arithmetic device calculates the rotational position based on a relative positional relationship between the two magnetic field detection regions ,
The magnetic sensor has a plurality of cells arranged in an array,
Each of the plurality of cells detects the intensity of the magnetic field, outputs the detected intensity as one output,
A magnetic position detector in which a combination of outputs from each of the plurality of cells is the intensity distribution .
磁界中心位置は、前記磁界検出領域における前記強度分布の重心の位置であり、
前記演算装置は、前記2つの磁界検出領域のそれぞれに関する2つの前記磁界中心位置を算出し、前記2つの磁界中心位置の相対的な位置関係に基づいて前記回転位置を算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 1, wherein:
The magnetic field center position is the position of the center of gravity of the intensity distribution in the magnetic field detection region,
The arithmetic unit calculates two magnetic field center positions with respect to each of the two magnetic field detection regions, and calculates the rotational position based on a relative positional relationship between the two magnetic field center positions. .
第1の線は、前記2つの磁界中心位置の間を結ぶ線であり、
第1の角度は、前記第1の線と前記センサ面上の基準線とのなす角度であり、
前記演算装置は、前記第1の角度に基づいて前記回転位置を算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 2, wherein
The first line is a line connecting between the two magnetic field center positions,
The first angle is an angle between the first line and a reference line on the sensor surface,
The magnetic position detector, wherein the arithmetic device calculates the rotational position based on the first angle.
前記磁界検出領域は、前記センサ面上において回転中心の周りを回転し、
前記第1の線は、前記回転中心を通り、
前記演算装置は、前記第1の角度を前記回転位置として算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 3, wherein
The magnetic field detection region rotates around a rotation center on the sensor surface,
The first line passes through the center of rotation,
The magnetic position detector, wherein the arithmetic device calculates the first angle as the rotation position.
前記2つの磁界中心位置のそれぞれから前記回転中心までの距離は異なっている
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 4, wherein
A magnetic position detector, wherein a distance from each of the two magnetic field center positions to the rotation center is different.
前記磁界検出領域は、前記センサ面上において回転中心の周りを回転し、
第2の線は、前記2つの磁界中心位置のうち一方と前記回転中心との間を結ぶ線であり、
第2の角度は、前記第1の線と前記第2の線とのなす角度であり、
前記演算装置は、前記第1の角度と前記第2の角度との差に基づいて前記回転位置を算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 3, wherein
The magnetic field detection region rotates around a rotation center on the sensor surface,
The second line is a line connecting between one of the two magnetic field center positions and the rotation center,
The second angle is an angle between the first line and the second line,
The magnetic position detector, wherein the arithmetic device calculates the rotational position based on a difference between the first angle and the second angle.
前記演算装置は、前記第2の角度をあらかじめ記憶しており、前記記憶されている第2の角度を用いて前記回転位置を算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 6,
The magnetic position detector, wherein the arithmetic device stores the second angle in advance, and calculates the rotational position using the stored second angle.
前記2つの磁界検出領域は磁界検出領域ペアであり、
3つ以上の磁界検出領域が分離して発生する場合、複数の異なる磁界検出領域ペアが存在し、
前記演算装置は、前記複数の異なる磁界検出領域ペアのうち1つを用いて前記回転位置を算出し、前記1つの磁界検出領域ペアが使用不可能になった場合、前記複数の異なる磁界検出領域ペアのうち他のものを用いて前記回転位置を算出する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 1, wherein:
The two magnetic field detection regions are a magnetic field detection region pair,
When three or more magnetic field detection regions occur separately, there are a plurality of different magnetic field detection region pairs,
The computing device calculates the rotational position using one of the plurality of different magnetic field detection region pairs, and when the one magnetic field detection region pair becomes unusable, the plurality of different magnetic field detection regions A magnetic position detector for calculating the rotational position using another of the pair.
前記磁界検出領域は、前記センサ面上において回転中心の周りを回転し、
前記演算装置は、前記回転中心の許容範囲を記憶しており、前記回転中心の位置と前記許容範囲とを比較することによって前記回転軸の異常を検出する
磁気式位置検出器。 A magnetic position detector according to claim 1, wherein:
The magnetic field detection region rotates around a rotation center on the sensor surface,
The magnetic position detector, wherein the arithmetic unit stores an allowable range of the rotation center and detects an abnormality of the rotation axis by comparing the position of the rotation center with the allowable range.
前記磁界発生体は、互いに分離した少なくとも2つの磁石を有する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 1, wherein:
A magnetic position detector, wherein the magnetic field generator has at least two magnets separated from each other.
前記磁界発生体は、
磁石と、
前記磁石からの磁界をシールドするシールド部材で形成された磁気シールドと
を有し、
前記磁気シールドは、互いに分離した少なくとも2つの開口部を有し、
前記少なくとも2つの開口部は、前記磁石からの磁界を通過させる
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 1, wherein:
The magnetic field generator,
A magnet,
And a magnetic shield formed of a shield member for shielding a magnetic field from the magnet,
The magnetic shield has at least two openings separated from each other;
The at least two openings allow a magnetic field from the magnet to pass therethrough.
前記複数のセルの各々の一辺の長さはaであり、
前記磁界検出領域の形状は、直径dの円形であり、
a≦d≦2aの関係が成立する
磁気式位置検出器。 The magnetic position detector according to claim 1 , wherein:
The length of one side of each of the plurality of cells is a,
The shape of the magnetic field detection region is a circle having a diameter d,
A magnetic position detector that satisfies a ≦ d ≦ 2a.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016063576A JP6628660B2 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Magnetic position detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016063576A JP6628660B2 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Magnetic position detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017181068A JP2017181068A (en) | 2017-10-05 |
JP6628660B2 true JP6628660B2 (en) | 2020-01-15 |
Family
ID=60005261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016063576A Active JP6628660B2 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Magnetic position detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6628660B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6996478B2 (en) | 2018-11-16 | 2022-02-04 | Tdk株式会社 | Magnetic sensor and position detector |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5313160A (en) * | 1976-07-22 | 1978-02-06 | Rikagaku Kenkyusho | Method of detecting center of magnetic field of magnet |
JPH0719923B2 (en) * | 1984-12-14 | 1995-03-06 | 日本電装株式会社 | Position detector |
JP6034650B2 (en) * | 2012-10-18 | 2016-11-30 | 浜松光電株式会社 | Rotation angle detector |
-
2016
- 2016-03-28 JP JP2016063576A patent/JP6628660B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017181068A (en) | 2017-10-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4797721B2 (en) | Rotation angle detector | |
TWI650528B (en) | Rotation angle detecting device and rotation angle detecting method | |
US7495432B2 (en) | Angle detecting apparatus | |
EP2477003B1 (en) | Rotation angle detecting device | |
US8710831B2 (en) | Rotation angle detecting device | |
JP2007024738A (en) | Rotational angle detector | |
US20150123652A1 (en) | Magnet Device and Position Sensing System | |
US9689658B2 (en) | Method for detecting changes of position of shaftless spinning rotor of open-end spinning machine in cavity of active magnetic bearing and spinning unit of open-end spinning machine with active magnetic bearing for bearing shaftless spinning rotor | |
CN110546463A (en) | Method for determining the angular position of a rotating component, in particular of an electric motor of a clutch actuation system for a vehicle | |
JP2008292466A (en) | Angle detector | |
JP6319538B1 (en) | Rotation angle detector and torque sensor | |
JP6628660B2 (en) | Magnetic position detector | |
JP2009025163A (en) | Magnetic encoder | |
JP2007271443A (en) | Device for detecting angle | |
JP2008045881A (en) | Rotation angle position detector | |
CN115900528A (en) | Angle sensor calibration method for non-full-rotation safety measurement | |
JP5892359B2 (en) | Rotation angle detector | |
JP6530797B2 (en) | Rotation angle detection device | |
JP2005315764A (en) | Rotational angular velocity detecting apparatus | |
US11578993B2 (en) | Determining a relative movement direction | |
JP2009177960A (en) | Variable-speed driver for pm motor | |
JP6464907B2 (en) | POSITION DETECTION DEVICE AND USE STRUCTURE OF POSITION DETECTION DEVICE | |
KR102502932B1 (en) | Device for determining the rotor position using 3 linear hall sensor and method thereof | |
JP2018105757A (en) | Magnetic encoder device | |
JP2016194487A (en) | Magnetic ring and rotation sensor including the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180620 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190424 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190514 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190705 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20191105 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191203 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6628660 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |