JP2014062751A - 磁気式位置検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、簡単な構成で特別なプロセスを経ることなく、磁気スケールと磁気抵抗素子群との絶対位置を直接的に求めることができることを目的とする。
【解決手段】本発明の磁気式位置検出装置は、磁気スケール1と、磁気スケール1に対し相対的に移動可能である磁気抵抗素子群6とを備え、磁気スケール1において着磁された方向におけるN極の中心とS極の中心間の長さをλ/2としたとき、磁気スケール1と磁気抵抗素子群6との相対的な移動距離をλ/2以下にしており、磁気抵抗素子群6の着磁された方向の長さはλ以上であり、第1の磁気抵抗素子7、第3の磁気抵抗素子9、第2の磁気抵抗素子8および第4の磁気抵抗素子10は磁気スケール1の着磁されている方向に対してそれぞれ順番にλ/8離れて配置されているものである。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の磁気式位置検出装置は、磁気スケール1と、磁気スケール1に対し相対的に移動可能である磁気抵抗素子群6とを備え、磁気スケール1において着磁された方向におけるN極の中心とS極の中心間の長さをλ/2としたとき、磁気スケール1と磁気抵抗素子群6との相対的な移動距離をλ/2以下にしており、磁気抵抗素子群6の着磁された方向の長さはλ以上であり、第1の磁気抵抗素子7、第3の磁気抵抗素子9、第2の磁気抵抗素子8および第4の磁気抵抗素子10は磁気スケール1の着磁されている方向に対してそれぞれ順番にλ/8離れて配置されているものである。
【選択図】図1
Description
本発明は、磁気を利用することで位置を検出する磁気式位置検出装置に関する。
位置を検出する方法として、光学的に行う方法と磁気的に行う方法が知られている。光学的に行う方法の場合、周辺の電気回路などからの電磁界の影響を受け難いという長所があるが、光学機器に用いる場合には検出装置の光が光学機器に悪影響を及ぼす可能性があるという短所を有している。一方、磁気的に行う方法の場合、電磁界の影響を受けてしまう短所があるものの、位置検出装置としては光を用いないので、光学機器に悪影響を与える可能性が少ないという長所を有している。
このため、カメラなどの光学機器には磁気式の位置検出装置が用いられることが多い。磁気式位置検出装置として、固定側の物体と移動側の物体との一方にN極とS極とを交互に着磁した磁気スケールを配置し、他方にこの磁気スケールからの磁気を検知する磁気センサを配置させる構成が知られている(特許文献1、2参照。)。
上記従来の磁気式位置検出装置は、磁気スケールに対して磁気センサがどれだけ移動したかの相対位置を検出することができる。これは、磁気スケールはN極とS極とが交互に周期的に着磁されているので、磁気センサの出力も周期的に変化するからであり、どの周期の出力であるかの区別がつかないためである。従って、磁気スケールに対する磁気センサの絶対位置を検出するためには、絶対位置の基準となる位置を予め設けておき、この基準位置を別のセンサなどで検知して、この基準位置からの相対位置を磁気センサで検出することで求めることになる。
上記のような構成は、複雑になってしまい、また、電源を投入する毎など、必要に応じて毎回基準位置を検出するためのプロセスが必要となり、早急に位置を検出したくても時間を要してしまうという課題を有していた。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、簡単な構成により、磁気スケールに対する磁気センサの絶対位置を検出することができる磁気式位置検出装置を得ることを目的とする。
上記目的を達成するための、本発明は以下の手段を有している。
請求項1に記載の発明は、N極およびS極が交互に着磁された磁気スケールと、前記磁気スケールの繰り返し着磁された方向に対し相対的に移動可能であり、かつ前記磁気スケールからの磁界に応じて抵抗値が変化する第1の磁気抵抗素子、第2の磁気抵抗素子、第3の磁気抵抗素子および第4の磁気抵抗素子とを備えた磁気抵抗素子群と、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子とを電気的に直列に接続され、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との電気的接続部に形成された第1の出力端子と、前記第3の磁気抵抗素子と前記第4の磁気抵抗素子とを電気的に直列に接続され、前記第3の磁気抵抗素子と前記第4の磁気抵抗素子との電気的接続部に形成された第2の出力端子と、前記第1の出力端子からの出力および前記第2の出力端子からの出力により前記磁気スケールに対する前記磁気抵抗素子群の位置を求めるための処理を行う処理回路とを備え、前記磁気スケールにおいて着磁された方向におけるN極の中心とS極の中心間の長さをλ/2としたとき、前記磁気スケールと前記磁気抵抗素子群との相対的な移動距離をλ/2以下にしており、前記磁気スケールの着磁された方向の長さはλ以上であり、前記第1の磁気抵抗素子、前記第2の磁気抵抗素子、前記第3の磁気抵抗素子および前記第4の磁気抵抗素子はそれぞれ前記磁気スケールに対向して配置され、前記第1の磁気抵抗素子、前記第3の磁気抵抗素子、前記第2の磁気抵抗素子および前記第4の磁気抵抗素子は前記磁気スケールの着磁されている方向に対してそれぞれ順番にλ/8離れて配置されている、磁気式位置検出装置である。
請求項1に記載の発明は、第1の出力端子および第2の出力端子からの出力変化は、ともに一周期内であるので、磁気スケールに対する磁気抵抗素子群の絶対位置を直接的に検出することができるという作用効果を有する。
本発明の磁気式位置検出装置は、簡単な構成で特別なプロセスを経ることなく、磁気スケールと磁気抵抗素子群との絶対位置を直接的に求めることができるという優れた効果を有するものである。
本発明は、磁気スケールと磁気スケールからの磁界に応じて抵抗値が変化する第1の磁気抵抗素子、第2の磁気抵抗素子、第3の磁気抵抗素子および第4の磁気抵抗素子とを備えた磁気抵抗素子群とを備えている。
以下、本発明の一実施の形態における磁気式位置検出装置について、より詳細に説明をする。
図1は、本発明の一実施の形態における磁気式位置検出装置の概念図である。磁気スケール1はN極とS極とを交互に着磁したもので、N極である第1のN極2とS極である第1のS極3が隣接している。第1のN極2の第1のS極3とは異なる側には第2のS極4が隣接し、第1のS極3の第1のN極2とは異なる側には第2のN極5が隣接している。第1のN極2と第1のS極3の中心間をλ/2とする。
磁気抵抗素子群6は第1の磁気抵抗素子7、第2の磁気抵抗素子8、第3の磁気抵抗素子9および第4の磁気抵抗素子10を有している。第1の磁気抵抗素子7と第2の磁気抵抗素子8とは電気的に直列に接続されている。第1の磁気抵抗素子7における第2の磁気抵抗素子8とは異なる側の端部は第1の電圧印加端子11である。第1の磁気抵抗素子7と第2の磁気抵抗素子8間は第1の出力端子12が設けられている。第2の磁気抵抗素子8における第1の電圧印加端子11とは異なる側の端部は第1のグランド端子13である。
同様に第3の磁気抵抗素子9と第4の磁気抵抗素子10とは電気的に直列に接続され、第3の磁気抵抗素子9における第4の磁気抵抗素子10とは異なる側の端部は第2の電圧印加端子14であり、第3の磁気抵抗素子9と第4の磁気抵抗素子10間は第2の出力端子15が設けられ、第4の磁気抵抗素子10における第3の磁気抵抗素子9とは異なる側の端部は第2のグランド端子16である。
第1の磁気抵抗素子7、第2の磁気抵抗素子8、第3の磁気抵抗素子9および第4の磁気抵抗素子10は、それぞれ磁気スケール1に対向して配置されている。
第1の磁気抵抗素子7、第3の磁気抵抗素子9、第2の磁気抵抗素子8および第4の磁気抵抗素子10は、磁気スケール1の着磁方向、即ち図1における左から右方向にλ/8ずつ離して配置されている。
なお、第1の磁気抵抗素子7、第2の磁気抵抗素子8、第3の磁気抵抗素子9および第4の磁気抵抗素子10間は、これらの間での相対位置が変化しないように、同一の物体(図示せず)上に固定されている。そして、磁気スケール1と磁気抵抗素子群6とは相対的に移動を行う。これは、固定された磁気スケール1に対して磁気抵抗素子群6が移動するものであっても、固定された磁気抵抗素子群6に対して磁気スケール1が移動するものであっても、磁気スケール1と磁気抵抗素子群6とがともに移動するものであってもよい。磁気スケール1と磁気抵抗素子群6との相対的な移動方向は、磁気スケール1の着磁方向である。
本実施の形態において、第1の磁気抵抗素子7、第2の磁気抵抗素子8、第3の磁気抵抗素子9および第4の磁気抵抗素子10は磁界の検知方向、即ち感磁方向に異方性を有し、それぞれ磁気スケール1の着磁方向を感磁方向にしている。
図2は、本発明の一実施の形態における磁気式位置検出装置の磁気スケールの主な磁力線を示した図である。図中の矢印は磁力線を示している。第1のN極2と第1のS極3とに関係する磁力線を中心に記載している。第1のN極2の着磁方向の中央部から磁力線が第1のS極3および第2のS極4に向かって伸びている。また第1のS極3は着磁方向の中央部に第1のN極2および第2のN極5からの磁力線が向かっている。なお、図2においては、第2のS極4の左側の磁力線および第2のN極5の右側の磁力線を省略している。
図3は、本発明の一実施の形態における磁気式検出装置の検出原理を示す図である。図3の上段の図は、磁気スケール1と第1の磁気抵抗素子7との位置関係を示している。磁気スケール1に対向して第1の磁気抵抗素子7が設けられ、第1の磁気抵抗素子7は磁気スケール1における着磁方向に移動可能となっている。第1の磁気抵抗素子7のそれぞれの位置における磁界の第1の磁気抵抗素子7の感磁方向成分を示したのが中段のグラフで、それぞれの位置における第1の磁気抵抗素子7の抵抗値を示したのが下段のグラフである。
第1の磁気抵抗素子7が第1のN極2と第2のS極4の境界に位置するときには、第1の磁気抵抗素子7を貫く磁力線の感磁方向成分が増加し、抵抗値は低下する。一方、第1の磁気抵抗素子7が第1のN極2の中央部に位置するときには、第1の磁気抵抗素子7を貫く磁力線の感磁方向成分は減少し抵抗値は上昇する。第1の磁気抵抗素子7が第1のN極2と第1のS極3の境界に位置するときは、第1のN極2と第2のS極4の境界に位置するときに比べて磁界の方向は逆であるが、第1の磁気抵抗素子7は磁界の正逆の向きに対して同様の抵抗値を示すので、抵抗値としては第1のN極2と第2のS極4の境界に位置するときと同様の抵抗値を示す。
図3の下段に示すように、第1の磁気抵抗素子7の抵抗値は、略正弦波の抵抗値変化を示す。そして、第1の磁気抵抗素子7の抵抗値変化は磁気スケール1におけるλ/2間で一周期となっている。なお、ここでは抵抗値の変化を説明する為に第1の磁気抵抗素子7にλの距離を移動させているが、実際の移動距離は最大λ/2としている。
図1に示すように、第1の磁気抵抗素子7と第2の磁気抵抗素子8とはλ/4の間隔で配置されている。図3の下段のグラフから判るように、λ/4の間隔は抵抗値変化における位相差に換算すると180°になる。従って、第1の出力端子12からは第1の磁気抵抗素子7と第2の磁気抵抗素子8との抵抗値変化に応じた電圧を取り出すことができ、その磁気抵抗素子群6の移動に対しては、図3の下段の正弦波と同周期の略正弦波の出力となる。
第3の磁気抵抗素子9と第4の磁気抵抗素子10においても同様であり第2の出力端子15からは略正弦波の出力がなされるが、第1の磁気抵抗素子7と第3の磁気抵抗素子9間はλ/8の距離が離れているので、第1の出力端子12からの出力に対して90°の位相差の出力となる。
ここで、磁気抵抗素子群6は磁気スケール1に対して最大λ/2の移動距離であり、この移動距離においては第1の出力端子12および第2の出力端子15における電圧変動周期は一周期以内であり、しかも第1の出力端子12および第2の出力端子15間には90°の位相差が生じていることから、磁気スケール1に対する磁気抵抗素子群6の絶対位置、あるいは磁気抵抗素子群6に対する磁気スケール1の絶対位置を検出することが可能となる。
なお、本実施の形態において、磁気スケール1の長さを3/2λとしているが、λ以上であればよい。磁気スケール1と磁気抵抗素子群6との移動距離がλ/2であり、磁気抵抗素子群6中の第1の磁気抵抗素子7から第4の磁気抵抗素子10までの距離が3/8λであるので、磁気スケール1としての長さは、一見するとこれらの距離を加算した7/8λで良いように思える。しかし、以下の理由により本実施の形態においては、7/8λを採用することはできない。
磁気スケール1の端部は必ず磁極になることから、等間隔で着磁された長い磁気スケール(図示せず)から7/8λの長さを切り出して磁気スケール1にしようとしても、その両端が磁極になるべく分極が生じ、N極とS極との磁極の距離が異なってしまい、λ/2の長さが変わってしまうことになる。従って、磁気スケール1の長さはλ以上でなければならない。前述のように磁気スケール1の両端に磁極が存在することから、λ/2の倍数であることも好ましいように思えるが、磁気スケール1の長さが十分に長い場合には、その長さがλ/2の倍数でなくその両端に生じる分極の影響が磁気スケール1の中央部には及ぼさないので、そのような場合には、λ/2の倍数の長さである必要はない。
また、第1の出力端子12および第2の出力端子15で検出する出力は、ともに差動出力であるので、温度による特性変動を除去して温度特性に優れるものとすることができる。
本発明に係る磁気式位置検出装置は、光学機器をはじめとする相対移動を行い物体の位置を検出する装置として有用である。
1 磁気スケール
2 第1のN極
3 第1のS極
4 第2のS極
5 第2のN極
6 磁気抵抗素子群
7 第1の磁気抵抗素子
8 第2の磁気抵抗素子
9 第3の磁気抵抗素子
10 第4の磁気抵抗素子
11 第1の電圧印加端子
12 第1の出力端子
13 第1のグランド端子
14 第2の電圧印加端子
15 第2の出力端子
16 第2のグランド端子
2 第1のN極
3 第1のS極
4 第2のS極
5 第2のN極
6 磁気抵抗素子群
7 第1の磁気抵抗素子
8 第2の磁気抵抗素子
9 第3の磁気抵抗素子
10 第4の磁気抵抗素子
11 第1の電圧印加端子
12 第1の出力端子
13 第1のグランド端子
14 第2の電圧印加端子
15 第2の出力端子
16 第2のグランド端子
Claims (1)
- N極およびS極が交互に着磁された磁気スケールと、
前記磁気スケールの繰り返し着磁された方向に対し相対的に移動可能であり、かつ前記磁気スケールからの磁界に応じて抵抗値が変化する第1の磁気抵抗素子、第2の磁気抵抗素子、第3の磁気抵抗素子および第4の磁気抵抗素子とを備えた磁気抵抗素子群と、
前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子とを電気的に直列に接続され、前記第1の磁気抵抗素子と前記第2の磁気抵抗素子との電気的接続部に形成された第1の出力端子と、
前記第3の磁気抵抗素子と前記第4の磁気抵抗素子とを電気的に直列に接続され、前記第3の磁気抵抗素子と前記第4の磁気抵抗素子との電気的接続部に形成された第2の出力端子と、
前記第1の出力端子からの出力および前記第2の出力端子からの出力により前記磁気スケールに対する前記磁気抵抗素子群の位置を求めるための処理を行う処理回路とを備え、
前記磁気スケールにおいて着磁された方向におけるN極の中心とS極の中心間の長さをλ/2としたとき、
前記磁気スケールと前記磁気抵抗素子群との相対的な移動距離をλ/2以下にしており、
前記磁気スケールの着磁された方向の長さはλ以上であり、
前記第1の磁気抵抗素子、前記第2の磁気抵抗素子、前記第3の磁気抵抗素子および前記第4の磁気抵抗素子はそれぞれ前記磁気スケールに対向して配置され、前記第1の磁気抵抗素子、前記第3の磁気抵抗素子、前記第2の磁気抵抗素子および前記第4の磁気抵抗素子は前記磁気スケールの着磁されている方向に対してそれぞれ順番にλ/8離れて配置されている、
磁気式位置検出装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012206609A JP2014062751A (ja) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | 磁気式位置検出装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012206609A JP2014062751A (ja) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | 磁気式位置検出装置 |
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JP2012206609A Pending JP2014062751A (ja) | 2012-09-20 | 2012-09-20 | 磁気式位置検出装置 |
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JP (1) | JP2014062751A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017163968A1 (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 回転検出装置及びその補正方法 |
JP2018151181A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 磁気式位置検出装置 |
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2012
- 2012-09-20 JP JP2012206609A patent/JP2014062751A/ja active Pending
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WO2017163968A1 (ja) * | 2016-03-22 | 2017-09-28 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 回転検出装置及びその補正方法 |
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