JP5730809B2 - セグメントカウンタと精密位置センサとを同期させるための方法および装置 - Google Patents
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Description
強磁性体において最初に不規則に方向付けられる磁気領域は、磁区、または、ワイスドメインと称されるが、外力に晒されると、単一のドメインを形成するように整列する。
特定の方向および大きさの外部磁場の印加により、このドメインがフリップし、それにより、出力信号として拾い上げることができる電圧パルスが検出コイルに発生する。
外部磁場の方向に連続波の形態で整列する状態へとフリップする要素磁石の運動エネルギーは十分に高く、そのため、ウィーガンドセンサと関連付けられるコイルからの電気エネルギーを信号パルスのために使用できるだけでなく、メモリを含む電子カウンタのためにも使用できる(欧州特許第0724712号明細書[0009]参照)。
ここで、例えば、そのような強磁性要素を機械的に引き伸ばして1つのワイヤを形成することにより、均一な磁化方向を有する単一のドメインを恒久的に形成することができる。
そのようなドメインが特定の大きさおよび方向の外部磁場内に置かれる場合には、そのようなドメインの全体はフリップしないが、その要素磁石は、特定の開始位置、好ましくはワイヤの一端から、ドミノ効果のように外部磁場の方向にフリップする。
これは、強磁性要素内に有限速度の再配向波をもたらす。
しかしながら、励磁磁石(Exciting magnet)の速度と比べてこの速度は高く、これがこのドメインの「フリッピング」と称される場合がある理由である。
誘発方向は、いずれの磁極へ向かってワイス領域が「フリップする」のかを表す。
一方、再磁化方向は、励磁磁石の誘発極の極性(N極またはS極)をもたらし、パルスワイヤの磁化方向をもたらす。
励磁磁石の極性および位置に関する情報を判断し、適切なカウントのための情報を判断するために、強磁性要素に追加のセンサ要素を割り当てて、強磁性要素を誘発する時点で、生成された電圧パルスでの励磁磁石の運動方向を判断するための完全な情報として利用できるようにすることが公知である。欧州特許第1565755号を参照されたい。
最適なカウントパルスは、磁場の1つの方向での誘発前に反対方向で飽和磁場強度が達成された場合にだけ得ることができる。
これが達成されない場合には、動作が、双極モードから、カウントパルスが一方向でしか十分なエネルギーを解放できない単極モードへと変化する場合がある。
これは、位置検出器と関連付けられるカウンタにより検出される最後の位置と、その動作に入った後に検出される現在の位置との間で異なる、想定し得る動き(右/左、前/後)が生じた場合があり、それにより、最適でないカウントパルスに起因して測定結果が歪められるからである。
カウントパルスを誘発させる、磁場を発生させる永久磁石の更なる動きだけが、この不確実性を終わらせる。
しかしながら、そのような動きを強いることが常に可能であるとは限らない。
しかしながら、そのようなセグメントカウンタと精密位置エンコーダ(精密位置センサ)とを結合することは異なる問題である。
この場合、一貫した全ポジション値を確保するために、定期的に生じる精密ポジション値を1つのセグメントに対して正確に割り当てなければならない。
このため、セグメントカウンタによって検出される最後の事象と現在の位置との間の動きシーケンスの正確な知識が、必要不可欠である。
この知識は、欧州特許第1565755号の追加のセンサ要素によっても判断されない。なぜなら、かかるセンサ要素は、その算術符号での適切なカウントのために、ウィーガンドワイヤを誘発する時点で励磁磁石の極性を判断するだけだからである。
しかしながら、そのような補正は、欠落しているカウントパルス後に発生される第2のカウントパルスの後にしか行うことができない。
しかし、この第2のカウントパルスが誘発される前に監視される物体が動きを停止する場合には、これにより、そのような補正が不可能になり、カウント結果は、依然として誤っており、または、不正確である。
これは、ウィーガンドセンサのパルスワイヤが最後のバイアス方向を記憶する磁区を有するからである。
この磁化方向の知識を利用すると、位置感知検出器によりカウントされる回転、および/または、セグメントの正確な一貫した割り当てが可能になる。
結果として、精密位置エンコーダとともにセグメントエンコーダを使用することにより、常に、ウィーガンドセンサのカウント値と精密位置センサのポジション値とから絶対全ポジション値を形成することができる。
本明細書中に明示的に記載されないテーブルは、回転、および/または、セグメントがカウントに記憶されるウィーガンドセンサの値に加えられ、または、このウィーガンドセンサの値から差し引かれなければならない状態をリストアップする。
説明、特許請求の範囲および図面の全体にわたって、以下の符号の説明に記載される用語および関連する参照符号が使用される。
この場合、検出される回転体の動作に関連付けられ、かつ、N極とS極とを含む永久磁石(励磁磁石)EMの位置の変化が、時間軸t上の時間T1から時間Txで示される。
周知のように、ウィーガンドセンサWsはインダクタコイルである検出コイルSpを含み、この検出コイルSpから電圧信号の形態をなす信号Ua/Ubを拾い上げることができる。
また、図2は、時間tにわたる、カウントに関して評価された関連する信号A、信号Bおよび結果として得られるカウント値を示している。
そこには2つの共通のカウントバージョンが示されており、このカウントバージョンでは、新たなセグメントへ入る際に、すなわち、信号Aの立ち上がり時に、または、先行するセグメントから出る際に、すなわち、信号Bの立ち下り時に、カウントが行われる。
いずれの場合においても、値Nから値(N+1)のカウントが既に時間Txで行われている。
しかしながら、他方において、動作バージョン2では、検出される回転体の回転方向の逆転に起因して、ウィーガンドワイヤWgのバイアスが時間T3で不十分となり、それにより、関連するウィーガンドパルスが時間T4で低下し、そのため、このパルスを検出できない。
これは、両方の動作バージョンにおいて時間Txで値(N+1)をとるカウント値の望ましくない歪みをもたらすが、それは、実際には、動作バージョン2において値Nでなければならない。
両方の動作バージョンの違いは、時間T5におけるウィーガンドワイヤWgの磁気バイアスであるが、これは周知であり、かつ、本発明にしたがって使用される。
上述した動作ダイアグラムにおいて、時間Txにおける図1に示される最終位置(永久磁石(励磁磁石)EMのN極が電流コイルBから離れて面する側にある)のこの場合には、信号A、信号Bの現在の値に関する情報がカウンタに記憶され、それにより、ウィーガンドワイヤWgがそのN極によってバイアスされて得られるカウンタ読み取り値を直ちに使用でき、一方、正しい全ポジション値を得るために、ウィーガンドワイヤWgがそのS極によってバイアスされて得られるカウンタ読み取り値を最初に「1」だけ減少させなければならない。
ここには明確に示されていない他の全ての動作シーケンスおよび結果として生じる信号A、信号Bに関する状態、ウィーガンドワイヤWgの磁化方向およびカウンタ読み取り値においては、それぞれの補正情報が補正テーブル6に記憶される。
互いに隣り合って取り付けられる2つの同心コイル(Sp1、Es1/Sp2、Es2)の配置は同様に適している。
永久磁石(励磁磁石)EMの動作によって誘発されるノーマルパルスの評価のため、いずれかのコイルを使用し、または、更には、両方の同心コイル(Sp1、Es1/Sp2、Es2)を同時に使用することができる。
同心コイル(Sp1、Es1/Sp2、Es2)間の直接的なクロスカップリングを低く維持するとともに、例えば、誘発パルスをエッジの急な勾配に基づいて更に確実に検出できるようにするために、電流が増減勾配で供給されるのが有益である。
この磁場感知センサMs1/Ms2は、それぞれのウィーガンドワイヤWg1/Wg2の磁化方向を直接測定する。
電流が、電流発生器9、10により、ウィーガンドワイヤWg1/Wg2から更に遠くに離れる両方のウィーガンドセンサWs1/Ws2のインダクタコイルである励磁コイルEs1/Es2に対して供給される。
周知のように、上述した回路要素は、固有エネルギー源2によって、および/または、外部エネルギー源13によって給電される。
その結果、決定された全ポジション値をインタフェース12を介して拾い上げることができる。
ウィーガンドセンサWs1/Ws2によって発生されるエネルギーを蓄えるためにキャパシタCが使用される。
したがって、全ての回路要素が同じ記号表示を有する。
ここで、パルス評価および誘導電流の供給の両方のために、単一の検出コイルSp1が使用される。
例えば、異なる振幅、または、立ち上がり時間に基づき、計測光学で一般に用いられる技術を使用して、電流源により発生される電圧信号からパルスを識別すること(検出すること)が行われる。
このようにして値をカウントするための補正ロジック回路8で補正されたセグメントカウンタのカウンタ読み取り値は、その後、簡単な全ポジション値形成ロジック回路11において精密位置エンコーダ21の値と組み合わされ、それにより、全ポジション値が与えられ、この全ポジション値は、その後、インタフェース12を介して出力される。
外部エネルギー源13からの供給が確保される限りにおいて、この値は、その後、監視される物体の動きに基づいて連続的に更新され、したがって、所要絶対位置に対応する。
簡潔にするため、図は回転を測定するための構成だけを示しているが、方法および手段のいずれも同様に直線動作を測定するのに適する。
2 ・・・ 固有エネルギー源
3 ・・・ カウンタロジック回路
4 ・・・ 信号評価回路
5 ・・・ 信号評価回路
6 ・・・ 補正テーブル
7 ・・・ 同期化ロジック回路
8 ・・・ 値をカウントするための補正ロジック回路(評価ロジック回路)
9 ・・・ 電流発生器
10 ・・・ 電流発生器
11 ・・・ 全ポジション値形成ロジック回路
12 ・・・ インタフェース
13 ・・・ 外部エネルギー源
20 ・・・ シャフト(回転軸)
21 ・・・ 精密位置エンコーダ(精密位置センサ)
C ・・・ 固有エネルギーを蓄えるためのキャパシタ
EM ・・・ 永久磁石(励磁磁石)
H ・・・ ホールプローブ
Wg1 ・・・ ウィーガンドワイヤ
Wg2 ・・・ ウィーガンドワイヤ
Sp1 ・・・ 検出コイル
Sp2 ・・・ 検出コイル
Ws1 ・・・ ウィーガンドセンサ
Ws2 ・・・ ウィーガンドセンサ
MS1 ・・・ 磁場感知センサ
MS2 ・・・ 磁場感知センサ
Es1 ・・・ 励磁コイル
Es2 ・・・ 励磁コイル
R ・・・ 回転方向を示す矢印
Claims (11)
- 少なくとも1つのパルスワイヤ(ウィーガンドワイヤ)センサを有するセグメントカウンタのカウント値と、物体の並進動作、および/または、回転動作を検出するための精密位置センサのポジション値とを全ての状況下で全ポジション値へと変換することにより、セグメントカウンタと精密位置センサとを同期させるための方法であって、
同期化のために必要とされる情報が、前記少なくとも1つのパルスワイヤの最後の磁化方向から得られ、最後の決定されたセグメントに関する情報が、メモリから得られ、現在の半分以下のセグメントに関する情報が、前記精密位置センサから得られ、
前記物体の並進動作あるいは回転動作の動作シーケンスに対応したパルスワイヤの磁化方向およびカウンタの読み取り値の補正情報を記憶した補正テーブルを用いて前記セグメントカウントと前記精密位置センサとの同期化を行うことを特徴とする方法。 - 2つのインダクタコイルがパルスワイヤの周囲に巻回されてなるパルスワイヤセンサを使用する方法であって、
所定の外部電流を第1のインダクタコイルである励磁コイルへ供給して第2のインダクタコイルである検出コイルで応答を測定することによってパルスワイヤの磁化方向を決定し、誘発パルスの存在に関係なく、更なる処理のために応答信号を評価エレクトロニクスへ入力することを特徴とする請求項1の記載の方法。 - 1つのインダクタコイルだけがパルスワイヤの周囲に巻回されてなるパルスワイヤセンサを含む方法であって、
この単一のインダクタコイルである検出コイルが、電流の供給と、応答信号の発生とに使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 電流をインダクタコイルへ供給することにより引き起こされる電圧から誘発パルスを識別するために、前記電流が、所定の関数の増減勾配にしたがって供給されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- それぞれのパルスワイヤを特徴付ける磁化方向が、それと関連付けられる少なくとも1つの磁場感知プローブにより測定されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- パルスワイヤの磁化方向を検出するためにホールプローブ、または、GMRセンサが、前記磁場感知プローブとして使用されることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 少なくとも1つのパルスワイヤセンサ(Ws)を有するセグメントカウンタ(21)と、セグメントの精密分解能のための位置センサと、電流を供給してパルスを検出するとともに全ポジション値を形成するための評価エレクトロニクス(1から13)とを備えることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載の方法を実行するための装置。
- 少なくとも1つのパルスワイヤセンサ(Ws)を有するセグメントカウンタ(21)と、セグメントの精密分解能のための精密位置センサ(21)と、前記少なくとも1つの磁場感知プローブ(MS)を読み出して全ポジション値を形成するための評価エレクトロニクス(1から13)とを備えることを特徴とする請求項1、請求項5、請求項6のいずれか1つに記載の方法を実行するための装置。
- 値をカウントするための補正ロジック回路(8)、補正テーブル(6)および全ポジション値を得るための全ポジション値形成ロジック回路(11)が、ハードワイヤードロジックの形態を成すことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の装置。
- 値をカウントするための補正ロジック回路(8)、補正テーブル(6)および全ポジション値を得るための全ポジション値形成ロジック回路(11)のためにプロセッサが使用されることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の装置。
- 論理演算の一部のためにハードワイヤードロジックが使用され、処理される残りのデータのためにプロセッサが使用されることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の装置。
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