JP6628660B2 - 磁気式位置検出器 - Google Patents

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。

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。

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。

特開２００３−１４８９９９号公報 特開２００５−２０７７４６号公報

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出器の構成を示す構成図 本発明の実施の形態における回転位置の算出の原理を説明するための概念図 磁界検出領域の定義を説明するための概念図 磁界検出領域の定義を説明するための概念図 本発明の実施の形態における回転位置の算出の原理を説明するための概念図 本発明の実施の形態における回転位置の算出の原理を説明するための概念図 磁界中心位置の定義を説明するための概念図 磁界中心位置の定義を説明するための概念図 回転位置の算出の第１の例を説明するための概念図 回転位置の算出の第１の例を説明するための概念図 回転位置の算出の第２の例を説明するための概念図 回転位置の算出の第３の例を説明するための概念図 回転位置の算出の第４の例を説明するための概念図 回転軸のずれの検出を説明するための概念図 磁界発生体の一例を示す構成図 磁界発生体の他の例を示す構成図 磁気センサの一例を示す構成図 磁気センサのセルサイズと磁界検出領域のサイズとの関係を示す概念図 磁気センサのセルサイズと磁界検出領域のサイズとの関係を示す概念図 磁気センサのセルサイズと磁界検出領域のサイズとの関係を示す概念図 演算装置の構成例を示すブロック図 本発明の実施の形態に係る磁気式位置検出器が適用されたモータシステムの構成を示す構成図

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (12)

1. 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、
   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。
2. 請求項１に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
3. 請求項２に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
4. 請求項３に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
5. 請求項４に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
6. 請求項３に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
7. 請求項６に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の磁気式位置検出器であって、
   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。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気式位置検出器であって、
    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。
11. 請求項１から９のいずれか一項に記載の磁気式位置検出器であって、
    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。
12. 請求項１から１１に記載の磁気式位置検出器であって、
    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。

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