JPS63241303A - 位置検出センサ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁石のような磁界を生じる磁石体の位置を検
出するセンサーに関する。

〔従来の技術〕

ホール効果を利用した磁気センサーは、磁界を検出する
センサーとして従来より一般的に使用されてきた。たと
えば、磁石体より生じる磁力線を透過、遮断することに
より磁界の有無を検知して回転数を検出するセンサーや
、あるいは磁界が一定の強さを越えたことを判別する無
接触スイッチとしてのセンサーがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記の磁気センサーは磁界の有無を検出
して磁石体の有無を判定するものであり、この磁石体の
位置を検出するものではない。

そこで、磁気センサーとしてホール素子を利用して磁石
体の位置を検出することが考えられるが、この場合には
、このホール素子の磁界による絶対出力が小さく、この
ために外来ノイズ磁界の影響を受は易いためにこの外来
ノイズ磁界を遮断することが難しいという問題を生ずる
。そのために、ホール素子を利用した位置検出センサー
は例をみない。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、ホー
ル素子を利用して磁石体の位置を精度よく検出する位置
検出センサーを提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に基づく原理構成図を示す図である。第
１図において、１は並列に接続された複数個のホール素
子、２は複数個のホール素子をそれぞれ駆動させる駆動
手段、３はスイッチング操作手段であり、基準信号に基
づいて駆動手段２を順次スイッチ・オンして複数個のホ
ール素子１を順次通電させる。４は複数個のホール素子
１にそれぞれ発生する起電力を検出する起電力検出手段
、５はピーク値検出手段であり、起電力検出手段４より
送出される複数個のホール素子１に対応する出力電圧か
ら、磁石体の極性に応じた出力電圧のピーク値を検出す
る。

〔作　用〕

上記の構成において、第２図Ｃ状態のように磁石体Ｍを
複数個のホール素子１に対峙する。このとき、複数個の
ホール素子１の位置に対する磁界強度分布は第２図Ｃ状
態である。ここで、スイッチング操作手段３により基準
信号に基づいて規定時間駆動手段２を順次スイッチ・オ
ンして、複数個のホール素子１を順次通電させる。これ
により、複数個のホール素子１のそれぞれに磁石体Ｍの
磁界強度に比例した起電力が発生する。この起電力を起
電力検出手段４に入力することにより複数個のホール素
子１にそれぞれ対応した出力電圧がネ★出される（第２
図Ｃ状態）。この出力電圧をピーク値検出手段５に入力
することにより磁石体Ｍの磁極に応じた出力電圧のピー
ク値が検出される（第２図り状態）。基準信号に基づい
て出力電圧のピーク値がどのホール素子上にあるかを換
算することによって磁石体Ｍの位置を検出することがで
きる。すなわち、第２図り状態において、出力電圧のピ
ーク値は基準となるホール素子からＸ。

およびｘ２番目のホール素子上にある。これによ素子上
にあることが検出することができる。よって磁石体Ｍの
位置が検出される。

〔実施例〕

第３図は本発明の位置検出センサーの一実施例を示す図
である。第３図は以下の構成よりなる。

１は並列に接続された複数個の（第１番目から第１２８
番目）ホール素子、２０は複数個のホール素子１をそれ
ぞれ駆動する駆動回路であり、トランジスタ２０ａおよ
び２０ｂとインバータ２０ｃとからなる。Ｄ、は入力信
号、ＣＫはクロック信号、Ｒはリセット信号、３０はＤ
型フリップフロップ回路であり、クロック信号ＣＫと入
力信号Ｄ０に基づいて駆動回路を介して複数個のホール
素子１を順次通電させる。４０は各ホール素子１より発
生する起電力を差動増幅する差動増幅回路であり、オペ
アンプ４１と抵抗４２　、４３　、４４および４５と電
圧源４６とからなる。５０はコンパレータ回路であり、
差動増幅回路４０より送出される出力電圧のうちピーク
値を規定された値でしきるものであり、オペアンプ５１
および５２と可変抵抗５３および５５と抵抗５４とから
なる。６０は中央演算処理装置（ＣＰ　Ｕ）であり、コ
ンパレータ回路５０より送出されるピーク値の信号をク
ロック信号ＣＫおよび入力信号Ｄ０に基づいて何番目の
ホール素子であるかを換算する。

なお、ホール素子および駆動回路は１つのシリコンチッ
プ上に複数個（実施例で１２８個）形成することができ
る。

上記の構成において、第４図Ｃ状態に示すように磁石が
対峙した場合、クロック信号ＣＫおよび入力信号Ｄ０を
第１番目のＤ型フリップフロップ回路３０に入力するこ
とにより、出力側にクロック信号ＣＫに同期したパルス
信号Ｑ０が送出される。このパルス信号Ｑ０が第１番目
の駆動回路２０に入力され、トランジスタ２０ｂがオン
状態となり、またインバータ２０ｃを介してトランジス
タ２０ａがオン状態となる。これにより、第１番目のホ
ール素子１に電流が流れ、磁石との位置関係に応じた磁
界強度に比例した起電力がこのホール素子ｌの出力側に
発生する。この起電力を差動増幅回路４０に入力するこ
とにより第１番目のホール素子１での出力電圧が送出さ
れる。次に、パルス信号Ｑ０はクロック信号ＣＫと共に
第２番目のＤ型フリンブフロップ回路３０に人力される
。これにより第２番目のＤ型フリップフロップ回路３０
の出力側にクロック信号ＣＫに同期したパルス信号Ｑ１
が送され、このパルス信号Ｑ、が第２番目の駆動回路２
０をオンさせて、第２番目のホール素子１に電流が流れ
る。これにより磁石の磁界強度に比例した起電力が第２
番目のホール素子１の出力側に発生する。この起電力を
差動増幅回路４０に入力することにより第２番目のホー
ル素子での出力電圧が送出される。このようにして、第
５図のタイムチャート図に従って第１番目から第１２８
番目のホール素子１を順次通電させ、これによって生じ
た起電力を差動増幅回路４０に入力することにより第４
図Ｃ状態に示された第１番目から第１２８番目のホール
素子１当りの出力時間ｔＡに対する出力電圧が得られる
。これらの出力電圧をコンパレータ回路５０に入力する
ことにより、抵抗５３および５４から規定される電圧レ
ベルＶｔｈｌおよびＶｔｈ２（スレッショルド電圧）で
しきられ、磁石Ｎ極およびＳ極に応じた出力信号を得る
（第４図Ｃ状態り。これらの出力信号を中央演算処理装
置（ＣＰＵ）　５Ｑに入力し、この中央演算処理装置６
０において人力信号Ｄ０およびクロック信号ＣＫをカウ
ントして、これらの出力信号が何番目のホール素子１上
にあるものかを換算することができる。すなわち第４図
Ｃ状態において、磁石の位置は出力信号に対応したホー
ル素子１の番号ＸＩ　　＋　Ｘｔ　　＋　ｘ３およびｘ
４により番目のホール素子１上に検出される。これによ
り磁石の位置を検出することができる。

また、第６図は、磁石の磁極のうちＮ極と複数個のホー
ル素子１とが対峙した場合についての状態図を示す。第
４図Ｃ状態に示すように磁石とホール素子１とが対峙し
、このときの各ホール素子１の出力電圧は第４図Ｃ状態
に示される。さらにコンパレータ回路５０でしきられた
出力信号は第６図Ｃ状態に示される。これにより、中央
演算処理装置６０を介して得られる磁石の位置は、出力
信号に対応したホール素子１番号Ｘ、およびｘ２により Ｘ富＋Ｘツ巳 番目のホール素子１上にあることが検出される。

なお、ホール素子１が磁石のＳ極と対峙した場合も第６
図と同様に説明される。

さらに、磁石とホール素子１との対峙距離が垂直方向に
変動しても位置検出精度に変化がないことを以下に説明
する。

第７図は第５図で示したように磁石と複数個のホール素
子１との対峙において、複数個のホール素子１に対して
垂直方向に磁石が変動する場合について示している。す
なわち、第７図ＡｆＲａでは、変動として実線で示す磁
石位置ａと破線で示す磁方位ｉＦｂでの複数個のホール
素子１との対峙を示し、このときの出力電圧は第４図Ｃ
状態において磁石位置ａの場については実線で、磁方位
ｆｆｂの場合は破線で示される。さらにこれらの出力電
圧をコンパレータ回路５０でしきられた出力信号は第７
図Ｃ状態に示される。これにより中央演算処理装置６０
を介して得られる磁石の位置について、位置ａの場合は
出力信号に対応したホール素子１の番号ｘ、　　ｌ　ｘ
ｚ　　ｌ　ｘｚおよびｘ４により番目のホール素子１上
にあることが検出され、位置すの場合は出力信号に対応
したホール素子ｌの番号ｘ、’　、ｘｔ　’　、ｘ３　
’およびｘ４　′により番目のホール素子１上にあるこ
とが検出される。

ここで位置ａおよびｂとの距離差はホール素子１の検出
する出力電圧レベルの差に等しいので各ホール素子１の
出力電圧のレシオ性が保たれるため位置ａおよびｂに位
置するホール素子の番号はとなり同一番号のホール素子
１上に位置することができる。これにより複数個のホー
ル素子１に対して垂直方向に磁石が変動しても位置検出
精度に変化がないことが示される。

さらに、磁石が一つの位置検出センサーＡに対して見か
け上位置が変動する場合、すなわち磁石の中心に対して
回転する方向にズレを生じる場合には、第７図Ｃ状態に
示すように磁石を介して対応する１対の位置検出センサ
ーＡおよびＢを設けることにより一つの位置検出センサ
ーＡによる見かけ上の位置をもう一つの位置検出センサ
ーＢを対向して設けることにより補正することができる
。

第７図Ｃ状態は磁石が回転変動する前の各ホール素子１
の出力電圧を示す。第８図Ｃ状態は回転変動後の各ホー
ル素子ｌの出力電圧を示す、これらの出力電圧をコンパ
レータ回路５０に入力することにより第８図り状態の出
力信号Ｄ＋、ＤｚおよびＤ３を得る。ここで出力信号Ｄ
１は磁石が回転変動する前のものであり、Ｄｔは磁石が
回転変動後位置検出センサーＡによるものであり、Ｄ３
は位置検出センサーＡに対向する位置検出センサーＢに
よるものである。これらの出力信号ＤＩ＋Ｄ２およびり
、を中央演算処理装置６０を介して、回転変動前の磁石
の位置Ｐ、は 番目のホール素子１上にある。また、回転変動後の位置
検出センサーＡによる磁石の位置Ｐ！は、番目のホール
素子１上にあり、そして、位置検出センサーＢによる磁
石の位置Ｐ３は、 番目のホール素子１上にある。これにより、位置Ｐ、と
位置Ｐ、との差をとると、 となりＰｌ−Ｐ＋−０ならば磁石の位置検出は見かけ上
の位置とはならないがＰｚ　−Ｐ：ｌ　ｔ−０ならば磁
石の位置検出は見かけ上の位置となる。これよりホール
素子１より検出される出力電圧は磁石の回転変動により
左右にズレるため、位置Ｐ２およびＰ３の相対ズレＰ　
ｚ　　Ｐ　３の項について平均をとりこの平均値を位Ｗ
Ｐｔに加えることにより磁方位ＷＰｚを補正することが
できる。ここで磁石位置Ｐ２を基準にとったが、磁石位
置Ｐ、を基準にとっても同一の結果が得られる。このこ
とがら磁石の位置Ｐ２の補正された位置Ｐ２　′は、番
目のホール素子１上にある。上記説明よりＰｌ　′は補
正され、Ｐｌ　と同一となる。このようにして磁石が見
かけ上の位置が生じる変動に対しては、２つの位置セン
サーにより検出補正することにより真の磁石の位置を検
出することができる。

なお、第３図の差動増幅回路４０の電圧源４６は各ホー
ル素子１より発生する起電力を安定化させるために設け
られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば外来磁界の影響を
受けることがなく、また磁石体との距離が変動しても正
確な位置を検出可能とするホール素子を利用した位置セ
ンサーが実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく原理構成図を示す図、第２図は
本発明の原理構成に基づく状態図、第３図は本発明の位
置検出センサーの一実施例を示す図、 第４図は本発明の一実施例に基づく状態図、第５図は本
発明の一実施例に基づくタイムチャード図、 第６図は磁石のＮ極が複数個ホール素子１に対峙する場
合の状態図、 第７図は磁石が複数個のホール素子１に対して垂直方向
に変動する場合の状態図、 第８図は磁石が磁石中心に関して回転変動する場合の状
態図である。 １・・・ホール素子、　　　２・・・駆動手段、３・・
・スイッチング操作手段、 ４・・・起電力検出手段、 ５・・・ピーク値検出手段、 ２０・・・駆動回路、 ３０・・・Ｄ型フリップフロ・ノブ回路、４０・・・差
動増幅回路、 ５０・・・コンパレータ回路、 ６０・・・中央演算処理装置。 本発明に基づく原理構成図を示す図 第１図 １・・・複数個のホール素子 ２・・・駆動手段 ３・・・スイッチング操作手段 本発明の原理構成に基づく状態図 第２図 ×１．Ｘｌ・・・ホール素子の番号 本発明の実施例に基づく状態図 第４図 Ｘｌ、Ｘｌ、Ｘ３．Ｘ４・・・ホール素子の番号ｖｉｈ
、　、Ｖｉｈ２・・・スレッショルド電圧本発明の一実
施例て基づくタイムチャート図第５図 磁石のＮ極が複数個のホール素子１の群に対峙する場合
の状態図第６図 Ｘ＋、Ｘ２・・・ホール素子の番号 磁石がり数個のホール素子ｌの群に対して垂直方向に変
動する場合の状態図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、並列に接続され、磁石体によって生じる磁界強度を
   検出する複数個のホール素子（１）と、該複数個のホー
   ル素子（１）をそれぞれ駆動させる駆動手段（２）と、 基準信号に基づいて該駆動手段（２）を順次スイッチ・
   オンして、該複数個のホール素子（１）を順次通電させ
   るスイッチング操作手段（３）と、該複数個のホール素
   子（１）にそれぞれ発生する起電力を検出する起電力検
   出手段（４）と、該起電力検出手段（４）より送出され
   る該複数個のホール素子（１）に対応する出力電圧から
   、磁石体の極性に応じた該出力電圧のピーク値を検出す
   るピーク値検出手段（５）とを有しており、該出力電圧
   のピーク値に対応したホール素子を検出することによっ
   て磁石体の位置を検出することからなることを特徴とす
   る位置検出センサー。 ２、中央演算処理装置（ＣＰＵ）により前記出力電圧の
   ピーク値対応したホール素子を前記基準信号に基づいて
   換算する特許請求の範囲第１項に記載の位置検出センサ
   ー。 ３、前記ピーク値検出手段（５）は前記出力電圧のピー
   ク値を可変的にしきる手段を含む特許請求の範囲第１項
   に記載の位置検出センサー。