JPH0348722A - Position detecting device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、回転運動や直線運動を行う移動体の位置を検
出する位置検出装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a position detection device that detects the position of a moving body that performs rotational motion or linear motion.
〔従来の技術］
従来、回転運動や直線運動を行う移動体の位置を検出す
る装置としては、例えば特開昭６３−１２２９１１号公
報に示されるように、移動体に装着した永久磁石の移動
範囲の全域に亙って、微小なピッチで検出素子を多数列
設することにより、検出精度を向上させたものがある。[Prior Art] Conventionally, as a device for detecting the position of a moving body that performs rotational motion or linear motion, as shown in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 122911/1983, a device detects the movement range of a permanent magnet attached to a moving body. There are some devices in which detection accuracy is improved by arranging a large number of detection elements in rows at minute pitches over the entire area.
さらに、例えば特開昭６３−１５８４１２号公報に示さ
れるように、エンコーダから出力される位相差９０度の
２つの正弦波信号をてぃ倍することにより、位置検出の
分解能を向上させたものがある。Furthermore, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-158412, for example, there is a system that improves the resolution of position detection by multiplying two sine wave signals with a phase difference of 90 degrees output from an encoder. be.
しかしながら、上記従来例の前者においては、位置検出
の分解能が検出素子の配列ピッチにょって制限されてし
まうという問題点がある。また、上記従来例の後者にお
いては、エンコーダから出力される正弦波信号に波形歪
みが生じていると、位置検出の精度が低下してしまうと
いう問題点がある。However, in the former conventional example, there is a problem in that the resolution of position detection is limited by the arrangement pitch of the detection elements. Furthermore, in the latter of the conventional examples, there is a problem in that when waveform distortion occurs in the sine wave signal output from the encoder, the accuracy of position detection decreases.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、検出素子か
ら出力される信号に波形歪みが生じていても、その波形
歪みに影響されることなく高精度に位置の検出を行うこ
とができ、かつ移動体の位置検出の分解能が向上された
位置検出装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and even if waveform distortion occurs in the signal output from the detection element, it is possible to perform highly accurate position detection without being affected by the waveform distortion. It is an object of the present invention to provide a position detection device with improved resolution for detecting the position of a moving object.
上記目的を達成するために、本発明による位置検出装置
は、
移動体と固定体とを有し、前記移動体の位置に応じた位
相で、所定周波数の正弦波信号を生成するとともに、こ
の正弦波信号を用いて前記移動体の位置を検出する位置
検出装置において、前記移動体と前記固定体との何れか
一方に配設されるとともに、所定間隔ごとに逆極性に着
磁された複数の磁極を有する多極磁石と、
前記多極磁石と対向して前記移動体と前記固定体との何
れか一方に、かつ前記多極磁石における一対の磁極の間
隔を等分するように配置され、前記多極磁石による磁界
を検出して電気信号に変換する複数の検出素子と、
前記複数の検出素子から出力される電気信号を選択して
出力するとともに、その選択して出力する電気信号を所
定の周期で切り換える切換手段と、前記所定の周期をＴ
ｌ前記検出素子の素子数をｎとしたときに、前記切換手
段によって選択され出力される電気信号に対して、１／
（Ｔ＊ｎ）を中心周波数とする所定の周波数帯域の電気
信号のみを通過させるフィルタ処理を行うことにより、
正弦波信号を出力する帯域フィルタと、前記切換手段に
おいて所定の検出素子が選択されたときを基準として、
その時点から前記帯域フィルタによって出力される正弦
波信号が所定レベルとなるまでの位相から、前記移動体
の位置を検出する検出手段とを備えるように構成される
。In order to achieve the above object, a position detection device according to the present invention includes a moving body and a fixed body, generates a sine wave signal of a predetermined frequency with a phase depending on the position of the moving body, and generates a sine wave signal of a predetermined frequency. In the position detection device that detects the position of the moving object using a wave signal, a plurality of a multipolar magnet having magnetic poles; disposed opposite to the multipolar magnet on either the movable body or the fixed body so as to equally divide the distance between the pair of magnetic poles in the multipolar magnet; a plurality of detection elements that detect the magnetic field of the multipolar magnet and convert it into an electric signal; and select and output the electric signals output from the plurality of detection elements, and output the selected and output electric signals in a predetermined manner. a switching means for switching at a cycle of T;
l When the number of the detection elements is n, the electric signal selected and output by the switching means is 1/
By performing filter processing to pass only electrical signals in a predetermined frequency band with (T*n) as the center frequency,
A bandpass filter that outputs a sine wave signal and a time when a predetermined detection element is selected in the switching means as a reference,
It is configured to include a detection means for detecting the position of the moving body from the phase from that point until the sine wave signal outputted by the bandpass filter reaches a predetermined level.
上記構成により、複数の検出素子から出力される電気信
号は、所定の周３ｔＩＩＴで順次選択され、帯域フィル
タによってフィルタ処理される。このフィルタ処理では
、検出素子の素子数をｎとしたとき、１／（Ｔ＊ｎ）を
中心周波数とする所定の周波数帯域の電気信号のみの通
過を許容する。このため、全ての検出素子を選択するの
に要する時間を１周期とする基本波成分を示す正弦波信
号が、帯域フィルタから出力される。ここで、検出素子
は多極磁石における一対の磁極の間隔を等分するように
配置されているので、この正弦波信号は多極磁石におけ
る一対の磁極による磁束密度分布に対応している。この
ため、所定の検出素子が選択されたときを基準として、
その時点から前記帯域フィルタによって出力される正弦
波信号が所定レベルとなるまでの位相から、移動体の位
置を検出することができる。With the above configuration, the electrical signals output from the plurality of detection elements are sequentially selected at a predetermined frequency of 3tIIT and filtered by the bandpass filter. In this filter processing, when the number of detection elements is n, only electrical signals in a predetermined frequency band having a center frequency of 1/(T*n) are allowed to pass. Therefore, a sine wave signal representing a fundamental wave component having one cycle of time required to select all the detection elements is output from the bandpass filter. Here, since the detection elements are arranged so as to equally divide the distance between the pair of magnetic poles in the multipolar magnet, this sine wave signal corresponds to the magnetic flux density distribution due to the pair of magnetic poles in the multipolar magnet. Therefore, based on the time when a predetermined detection element is selected,
The position of the moving body can be detected from the phase from that point until the sine wave signal output by the bandpass filter reaches a predetermined level.
以下、本発明の位置検出装置につい一〇、第１の実施例
の構成を図面に従って説明する。Hereinafter, the configuration of a first embodiment of the position detection device of the present invention will be described with reference to the drawings.
第３図において、１０１は下端面のみが開放された金属
製、例えばアルミニウムよりなる円筒形のハウジングで
ある。このハウジング１０１の上面中央部には、銅系金
属より成る、ドーナツ形の軸受１００が圧入されている
。In FIG. 3, reference numeral 101 is a cylindrical housing made of metal, for example aluminum, with only its lower end surface open. A donut-shaped bearing 100 made of copper-based metal is press-fitted into the center of the upper surface of the housing 101.
この軸受１００の中央部の穴には、金属製の回転軸１０
２が回転可能な状態で挿入されている。A metal rotating shaft 10 is inserted into the hole in the center of the bearing 100.
2 is inserted in a rotatable state.
そして、ハウジング１０１の内側には、回転軸１、０２
に対して直角に固定したロータ１０３が設４Ｊられてい
る。このロータ１０３の外周円周上に、等しい間隔で交
互に逆極性の磁極が形成された例えばフェライトより成
る多極磁石１が圧入又は接台されている。And, inside the housing 101, there are rotary shafts 1 and 02.
A rotor 103 fixed at right angles to the rotor 4J is provided. On the outer circumference of the rotor 103, a multipolar magnet 1 made of, for example, ferrite and having magnetic poles of opposite polarity alternately formed at equal intervals is press-fitted or attached.
さらに、ハウジング１０１の内側にはロータ１（］３に
対向し、かつロータ１０３と平行に回路基板１０４が固
定された状態で配設されている。この回路基板１０４の
外側端部で、ロータ１０３と対向する面上に、ロータ１
０３上の多極磁石１における直径方向の幅に対して中心
付近と一敗する位置に、６個のホール素子２１ａ〜２１
ｆよりなるホール素子アレー２１が設けられている。ま
た、このホール素子アレー２１を形成する各ボール素子
２１ａ〜２１ｆは、それぞれ回路基板１０４０面に対し
て垂直方向の磁束を検出するように配置されている。な
お、ホール素子アレー２１の検出面とロータ１０３上の
多極磁石１とのすきまは約０．５Ｍとなるように、ハウ
ジング１０１の内側に設けた突出部１１０によって回路
基板１０４を位置決めしである。Furthermore, a circuit board 104 is fixed inside the housing 101, facing the rotor 1(]3, and parallel to the rotor 103. At the outer end of the circuit board 104, the rotor 103 rotor 1 on the surface facing
Six Hall elements 21a to 21 are placed near the center of the multipolar magnet 1 on the multipolar magnet 1 at a position that is one step away from the center of the multipolar magnet 1.
A Hall element array 21 consisting of f is provided. Further, each of the ball elements 21a to 21f forming the Hall element array 21 is arranged so as to detect magnetic flux perpendicular to the surface of the circuit board 1040. Note that the circuit board 104 is positioned by the protrusion 110 provided inside the housing 101 so that the gap between the detection surface of the Hall element array 21 and the multipolar magnet 1 on the rotor 103 is approximately 0.5M. .
ここで、ロータ１０３の多極磁石１と、ホール素子アレ
ー２１との配置状態を第１図に示す、第１図において、
移動体である多極磁石１の一対の磁極の間隔（磁極ピン
チ）１を６個のホール素子２ ］、 ａ〜２１ｆにて等
間隔に区分するようにホール素子アレー２１が配置され
る。Here, in FIG. 1, the arrangement state of the multipolar magnet 1 of the rotor 103 and the Hall element array 21 is shown in FIG.
The Hall element array 21 is arranged so that the interval (magnetic pole pinch) 1 between a pair of magnetic poles of the multipolar magnet 1, which is a moving body, is divided into six Hall elements 2], a to 21f at equal intervals.
本実施例では、多極磁石１の磁石幅の中心円形が２２鴫
であり、かつ多極磁石１は２０極の磁極（Ｎ極Ｘ２０．
Ｓ極×２０）を持つ構成である。In this embodiment, the center circle of the magnet width of the multipolar magnet 1 is 22 mm, and the multipolar magnet 1 has 20 magnetic poles (N poles x 20...
This is a configuration with 20 S poles.
また、多極磁石ｌの磁極ピッチｌが約３．４６＋ｍａで
あるのに対して、６個のホール素子が、０．５８鴫間隔
で（イ１石幅の中心円に沿って、円弧状に配置されてい
る。In addition, while the magnetic pole pitch l of the multipolar magnet l is approximately 3.46+ma, the six Hall elements are arranged in an arc shape along the center circle of 1 stone width at 0.58 mm intervals. It is located.
ハウジング１０１の下端面は、ハウジング１０１の内側
に接するカバー１０５によって閉塞される。そして、こ
のカバー１０５とハウジング１０１の突出部１１０とに
よって回路基板１０４が挟持される。また、カバー１０
５の中心部には穴部が設けられており、コードブシュ１
０７がこの穴部を貫通し１、回路基板１０４に対して電
源を供給するとともに、リード線１０６を介して検出信
号を出力するワイヤーハーネス１０９を固定している。The lower end surface of the housing 101 is closed by a cover 105 that contacts the inside of the housing 101. The circuit board 104 is held between the cover 105 and the protrusion 110 of the housing 101. Also, cover 10
A hole is provided in the center of the cord bush 1.
07 penetrates through this hole 1 and fixes a wire harness 109 that supplies power to the circuit board 104 and outputs a detection signal via a lead wire 106.
なお、回転軸１０２の下端部は、回路基板１０４の中央
に設けた図示しないスラスト軸受によって、上下方向の
位置決めがなされるように構成される。The lower end of the rotating shaft 102 is configured to be positioned in the vertical direction by a thrust bearing (not shown) provided at the center of the circuit board 104.
また、カバー１０５は、ハウジング１０１の円周に設け
られた４個のねじ１０８によってハウジング１０１に固
定される。Further, the cover 105 is fixed to the housing 101 by four screws 108 provided around the circumference of the housing 101.
次に、回路基板１０４上に形成される検出回路の構成に
ついて、第２図に従って説明する。Next, the configuration of the detection circuit formed on the circuit board 104 will be explained according to FIG. 2.
第２図において、２１０は定電圧電源で、前述のワイヤ
ーハーネス１０９を介して外部より電イ原を供給する。In FIG. 2, reference numeral 210 is a constant voltage power supply, which supplies an electric source from the outside via the wire harness 109 described above.
ホール素子２１ａ〜２１／は定電圧電源２１０からの電
源の供給を受けるとともに、その出力端子は各々差動増
幅器２０１〜２０６に接続されている。The Hall elements 21a to 21/ receive power from a constant voltage power supply 210, and have output terminals connected to differential amplifiers 201 to 206, respectively.
差動増幅器３０１〜３０６の出力は、マルチプレクサ（
ＭＰＸ）２０７の入力端子１０〜Ｉ、に接続されている
。そして、このＭＰＸ２０７のコントロール端子Ａ、、
Ｂ、Ｃには、クロック源としてインバータ２１１と水晶
発振器２１４とによる発振回路を備えたカウンタ２０９
の出力端子Ｑ、〜Ｑ、が接続されている。これにより、
ＭＰＸ２０７は、カウンタ２０９が出力するカウント値
に応じて、各ホール素子２１ａ〜２１ｆから出力された
電圧信号を選択し、出力端子りより出力する。The outputs of the differential amplifiers 301 to 306 are sent to multiplexers (
MPX) 207, and is connected to input terminals 10 to I of the MPX) 207. And the control terminal A of this MPX207...
B and C include a counter 209 equipped with an oscillation circuit including an inverter 211 and a crystal oscillator 214 as a clock source.
The output terminals Q, ~Q, are connected. This results in
The MPX 207 selects the voltage signal output from each of the Hall elements 21a to 21f according to the count value output by the counter 209, and outputs it from the output terminal.
このＭＰＸ２０７の出力端子りは、抵抗Ｒ４〜Ｒ１゜コ
ンデンサＣ，，Ｃ２及び差動増幅器２１２による公知の
バンドパスフィルタ２２０に接続されている。このバン
ドパスフィルタ２２０の出力は、抵抗Ｒ，，Ｒ，と差動
増幅器２１３とによるコンパレータ回路２２１に入力さ
れ、０■と比較される。このとき、バンドパスフィルタ
２２０の出力電圧が０■よりも大きければコンパレータ
回路２２１の出力信号はハイレベルとなり、出力電圧が
０（■）よりも小さければローレベルとなる。The output terminal of the MPX 207 is connected to a known bandpass filter 220 comprising resistors R4 to R1, capacitors C, C2, and a differential amplifier 212. The output of this bandpass filter 220 is input to a comparator circuit 221 including resistors R, , R, and a differential amplifier 213, and is compared with 0. At this time, if the output voltage of the bandpass filter 220 is greater than 0 (■), the output signal of the comparator circuit 221 will be at a high level, and if the output voltage is less than 0 (■), it will be at a low level.
なお、カウンタ２０９の出力端子Ｑ２．Ｑ、は、アンド
ゲート２０８を介してリセット端子Ｒに接続されている
。これにより、全ての検出素子２１ａ〜２１ｆからの電
圧信号が選択されると、カウンタ２０９のカウント値が
リセットされる。また、−このアンドゲート２０８は、
フリップフロップ２１５のセット端子にも接続されてお
り、カウンタ２０９のカウント値がりセントされ、ＭＰ
Ｘ２０７によってホール素子２１ａの出力信号が選択さ
れたとき、フリップフロップ２１５の出力端子Ｑからハ
イレベルの信号が出力される。そして、このフリップフ
ロップ２１５のリセット端子Ｒには、コンパレータ回路
２２１の出力信号が入力されているので、この出力信号
がハイレベルとなったとき、フリップフロップ２１５の
出力端子Ｑからローレベルの信号が出力される。Note that the output terminal Q2 of the counter 209. Q is connected to the reset terminal R via an AND gate 208. Thereby, when the voltage signals from all the detection elements 21a to 21f are selected, the count value of the counter 209 is reset. Also, - this AND gate 208 is
It is also connected to the set terminal of the flip-flop 215, and the count value of the counter 209 is incremented, and the MP
When the output signal of the Hall element 21a is selected by X207, a high level signal is output from the output terminal Q of the flip-flop 215. Since the output signal of the comparator circuit 221 is input to the reset terminal R of this flip-flop 215, when this output signal becomes high level, a low level signal is input from the output terminal Q of the flip-flop 215. Output.
以上のように構成された第１の実施例の作用を各図に従
って説明する。The operation of the first embodiment configured as above will be explained with reference to each figure.
多極磁石１の表面近傍の磁束密度分布は、第４図（１）
に示す如（、正弦波に近い歪波となる。そして、多極磁
石１の表面から離れるに従って、多極磁石ｌによる磁束
分布密度は正弦波に近づいていく。しかし、ホール素子
２１ａ〜２１ｆの検出位置が多極磁石１の表面から離れ
るにつれて、出力される電圧信号の大きさが急激に小さ
くなり、Ｓ／Ｎ比が低下してしまう。このため本実施例
では、ホール素子２１ａ〜２１ｆを多極磁石１の表面か
ら０．５ ｍｍの位置に配置して、第４図（１）に示す
ような歪波を検出している。この歪波は、ロータ１０３
の回転に伴い、多極磁石の磁極ピッチｌだけ回転するの
に要する時間を１周期として、周期的に繰り返されるも
のである。The magnetic flux density distribution near the surface of the multipolar magnet 1 is shown in Figure 4 (1).
As shown in FIG. As the detection position moves away from the surface of the multipolar magnet 1, the magnitude of the output voltage signal decreases rapidly, and the S/N ratio decreases.For this reason, in this embodiment, the Hall elements 21a to 21f are It is placed at a position 0.5 mm from the surface of the multipolar magnet 1 to detect distorted waves as shown in FIG.
As the multipolar magnet rotates, one period is the time required for the multipolar magnet to rotate by the magnetic pole pitch l, and is repeated periodically.
そして、本実施例では、多極磁石１の磁極ピッチｌに対
して、この磁極ピッチｌを等分するように６個のホール
素子２１ａ〜２１ｆを配置している。In this embodiment, the six Hall elements 21a to 21f are arranged to equally divide the magnetic pole pitch l of the multipolar magnet 1.
このため、第４図（］）に示すように、多極磁石１によ
る磁束密度分布を表す歪波の１波長を６等分した領域ａ
〜「の中心付近の磁束密度がホール素子２１ａ〜２１ｆ
によってそれぞれ検出される。For this reason, as shown in FIG.
～The magnetic flux density near the center of the Hall elements 21a to 21f
are detected respectively.
従って、各々のホール素子２１ａ〜２１ｆから出力され
る電圧信号は、第４図（２）に示す如く、多極磁石１に
よる磁束密度分布を量子化したものとなる。Therefore, the voltage signals output from each of the Hall elements 21a to 21f are quantized magnetic flux density distributions due to the multipolar magnet 1, as shown in FIG. 4(2).
この各々のホール素子２１ａ〜２１ｆから出力された電
圧信号は、差動増幅器２０１〜２０６を介して増幅され
た後、ＭＰＸ２０７によって順次選択され、出力端子り
より出力される。このＭＰＸ２０７からの出力信号に対
して、バンドパスフィルタ２２０は、所定の周波数帯域
の信号のみを通過させるフィルタ処理を行う。The voltage signals output from each of the Hall elements 21a to 21f are amplified via the differential amplifiers 201 to 206, then sequentially selected by the MPX 207 and output from the output terminal. The bandpass filter 220 performs filter processing on the output signal from the MPX 207 to pass only signals in a predetermined frequency band.
ここで、インバータ２１１による発振周期をＴ。Here, the oscillation period by the inverter 211 is T.
ホール素子２１ａ〜２１ｆの素子数をｎとすると、バン
ドパスフィルタ２２０のフィルタ処理における中心周波
数ｆ、は、
ｆ ｓ ＝ １． ／ （Ｔ ＊ ｎ ）に設定される
。なお、本実施例では、ホール素子数が６、発振周期は
約３１．２ｔＩＳであるから、バンドパスフィルタ２２
０の中心周波数は約５．３に七に設定しである。When the number of Hall elements 21a to 21f is n, the center frequency f in the filtering process of the bandpass filter 220 is f s = 1. / (T*n). In this example, since the number of Hall elements is 6 and the oscillation period is approximately 31.2tIS, the bandpass filter 22
The center frequency of 0 is set at approximately 5.3 to 7.
従って、バンドパスフィルタ２２０の中心周波数ｆ、は
、ホール素子２１ａ〜２１ｆから出力される全ての電圧
信号がＭＰＸ２０７によって選択されるのに要する時間
を１周期とする信号の周波数に等しい。このため、バン
ドパスフィルタ２２０から出力される正弦波信号は、多
極磁石１の一対の磁極による磁束密度分布に対応した基
本波成分を示す信号となる。すなわち、この正弦波信号
はホール素子２１ａ〜２１ｆと多極磁石１の一対の磁極
との相対位置を正確に表わしている。Therefore, the center frequency f of the bandpass filter 220 is equal to the frequency of a signal whose one cycle is the time required for all the voltage signals output from the Hall elements 21a to 21f to be selected by the MPX 207. Therefore, the sine wave signal output from the bandpass filter 220 becomes a signal indicating a fundamental wave component corresponding to the magnetic flux density distribution due to the pair of magnetic poles of the multipolar magnet 1. That is, this sine wave signal accurately represents the relative positions of the Hall elements 21a to 21f and the pair of magnetic poles of the multipolar magnet 1.
従って、第４図（３）、 （４）に示すように、ロータ
１０３の回転に伴って多極磁石１による磁束密度が変化
すると、この磁束密度を検出するホール素子２１ａ〜２
１ｆの出力電圧が変化し、バンドパスフィルタ２２０か
ら出力される正弦波信号の位相が変化する。このとき、
第４図（５）に示すように、ホール素子２１ａの出力が
選択されたタイミングを基準として、例えば正弦波信号
がＯＶとなるまでの時間Δもがフリンブフロップ２１４
によって検出される。この時間Δｔは、第４図（６）に
示すように、ロータ１０３の回転角に比例して連続的に
変化するので、この時間Δｔにより多極磁石１の位置を
検出することができる。Therefore, as shown in FIGS. 4(3) and (4), when the magnetic flux density due to the multipolar magnet 1 changes as the rotor 103 rotates, the Hall elements 21a to 22 detecting this magnetic flux density change.
The output voltage of 1f changes, and the phase of the sine wave signal output from the bandpass filter 220 changes. At this time,
As shown in FIG. 4 (5), the time Δ until the sine wave signal becomes OV, for example, based on the timing when the output of the Hall element 21a is selected, is also
detected by. Since this time Δt continuously changes in proportion to the rotation angle of the rotor 103, as shown in FIG. 4(6), the position of the multipolar magnet 1 can be detected from this time Δt.
なお、時間Δｔの計測においては、正弦波信号がＯ■以
外の所定のレベルとなるまでの時間を計測し、この時間
より多極磁石の位置を検出しても良い。Note that in measuring the time Δt, the time until the sine wave signal reaches a predetermined level other than O■ may be measured, and the position of the multipolar magnet may be detected from this time.
以上の如く、本実施例によれば、ホール素子２１３〜２
１ｆから出力される信号の基本波成分を抽出し、この基
本波成分を示す正弦波信号の位相に基づき、多極磁石１
の位置をアナログ的に検出している。このため、理想的
には無限大の分解能を得ることができ、一対の磁極間の
位置を絶対的に検出することができる。そして、その際
、ホール素子２１ａ〜２１ｆの検出信号から直接基本波
成分を抽出しているため、多極磁石１による磁束密度分
布が歪んでいる場合や、ホール素子等からノイズが発生
している場合にも、それらに影響されることなく、正確
な正弦波信号を出力することができ、高分解能化に通し
ている。As described above, according to this embodiment, the Hall elements 213 to 2
The fundamental wave component of the signal output from 1f is extracted, and based on the phase of the sine wave signal indicating this fundamental wave component, the multipolar magnet 1
The position of is detected in an analog manner. Therefore, ideally infinite resolution can be obtained, and the position between a pair of magnetic poles can be absolutely detected. At that time, since the fundamental wave component is directly extracted from the detection signals of the Hall elements 21a to 21f, the magnetic flux density distribution due to the multipolar magnet 1 may be distorted, or noise may be generated from the Hall elements etc. Even in the case of high resolution, it is possible to output accurate sine wave signals without being affected by them, allowing for high resolution.
また、本実施例では、各ホール素子２１ａ〜２１ｆの不
平衡電圧等のばらつきによって発生する誤差を低減する
効果もある。つまり、第４図（２）。Furthermore, this embodiment has the effect of reducing errors caused by variations in unbalanced voltages, etc. of the Hall elements 21a to 21f. In other words, Figure 4 (2).
（３）、 （４）に示す階段状波形または正弦波形にお
いて、電気角で１８０°の位置付近のホール素子（例え
ば２１ａと２１ｄ）が同量のオフセットで電圧を生じた
場合には、このオフセント成分による誤差信号の周波数
は基本波に対して２倍の周波数となるから、バンドパス
フィルタ２２０で減衰され、その後の信号波形には含ま
れない。In the stepwise waveform or sinusoidal waveform shown in (3) and (4), if the Hall elements (for example, 21a and 21d) near the position of 180° in electrical angle generate a voltage with the same amount of offset, this offset Since the frequency of the error signal due to the component is twice the frequency of the fundamental wave, it is attenuated by the bandpass filter 220 and is not included in the subsequent signal waveform.
すなわち、多数のホール素子２１ａ〜２１ｆを使用する
ことによって、不平衡電圧等によって生じる誤差信号の
周波数レベルが、基本波に対して充分に高くなるから、
バンドパスフィルタ２２０の通過時に減衰して、基本波
の位相に対して影響を与えることがなくなる。従って、
１チツプ多素子アレー等、高度の集積がなされたホール
素子アレー２１等を用いたときには、個々のホール素子
２１ａ〜２１ｆの不平衡電圧等はほとんど問題とならな
い。That is, by using a large number of Hall elements 21a to 21f, the frequency level of the error signal caused by unbalanced voltage etc. becomes sufficiently high with respect to the fundamental wave.
It is attenuated when passing through the bandpass filter 220 and no longer affects the phase of the fundamental wave. Therefore,
When a highly integrated Hall element array 21 such as a 1-chip multi-element array is used, unbalanced voltages of the individual Hall elements 21a to 21f pose almost no problem.
なお、第１実施例では、移動体としての所定の磁極ピッ
チ２で交互に逆極性の磁極が形成された多極磁石１を使
用したが、これ以外にも例えばリラクタンス型として公
知の強磁性体歯車とバイアス用永久磁石とを使用しても
良い。また、検出素子としては、ホール素子以外に強磁
性体薄膜抵抗素子や、磁気抵抗素子等でも良い。また、
移動体は、ロータ１０３のような回転体に限らず、直線
的に変位する公知のリニ゛アエンコーダとしても構成で
きる。In the first embodiment, a multipolar magnet 1 in which magnetic poles of opposite polarity are alternately formed at a predetermined magnetic pole pitch 2 is used as a moving body, but in addition to this, a ferromagnetic material known as a reluctance type may be used. Gears and bias permanent magnets may also be used. In addition to the Hall element, the detection element may be a ferromagnetic thin film resistance element, a magnetoresistive element, or the like. Also,
The moving body is not limited to a rotating body such as the rotor 103, but can also be configured as a known linear encoder that is linearly displaced.
次に、本発明の位置検出装置について、第２の実施例に
おける構成と作用を第５図に従って説明する。なお、前
述の第１実施例と本実施例との相違点はホール素子の配
置方法のみであるため、以下この点について説明する。Next, the structure and operation of a second embodiment of the position detecting device of the present invention will be explained with reference to FIG. Incidentally, since the difference between the first embodiment described above and this embodiment is only in the method of arranging the Hall elements, this point will be explained below.
第５図（１）、 （２）、 （３）では、多極磁石１の
磁極ピッチβに対して、ホール素子７１ａ−”ｌｉｄ、
７２ａ〜７２ｆ、７３ａ〜７３ｆの素子サイズ又は基板
等への実装面積が比較的大きく、多極磁石１の磁極ピッ
チ２内に必要なすべてのホール素子７１ａ 〜７１ｄ、
７２ａ 〜７２ｆ、７３ａ 〜７３ｆが配置できない場
合の有効な素子配置方式を示している。In FIGS. 5(1), (2), and (3), for the magnetic pole pitch β of the multipolar magnet 1, the Hall element 71a-"lid,
The element size of 72a to 72f, 73a to 73f or the mounting area on a substrate etc. is relatively large, and all the Hall elements 71a to 71d, which are necessary within the magnetic pole pitch 2 of the multipolar magnet 1,
This shows an effective element arrangement method when elements 72a to 72f and 73a to 73f cannot be arranged.
すなわち、第５図（１）では、磁極ピンチｐに対し！
で、素子配列ピッチｌ、を、β＋ （ｎ：素多数）
としてホール素子７１ａ〜７１ｄを配置したものである
。従って、各ホール素子７１ａ〜７１ｄの出力信号を、
前述の第１実施例と同様の処理回路に入力することによ
って、多極磁石１の位置を検出することができる。That is, in FIG. 5(1), for the magnetic pole pinch p! Then, the element arrangement pitch l, is β+ (n: prime number)
Hall elements 71a to 71d are arranged as follows. Therefore, the output signals of each Hall element 71a to 71d are
The position of the multipolar magnet 1 can be detected by inputting it to a processing circuit similar to that of the first embodiment described above.
結局のところ、多数のホール素子から得られる検出信号
の位相が３６０°／素子数づつ離れていれば良いから、
第５図（２）のように２つのホール素子をｔｍとした等
間隔配置、または第６図（Ｃ）のように３つのホール素
子を１組とした等間隔配置が可能である。After all, it is sufficient that the phases of the detection signals obtained from a large number of Hall elements are separated by 360°/number of elements.
It is possible to arrange two Hall elements at equal intervals with tm as shown in FIG. 5(2), or to arrange three Hall elements as a set at equal intervals as shown in FIG. 6(C).
なお、第６図（３）の例では、ホール素子７３ａ〜７３
ｆから出力される信号の位相順序と、素子配置の順序が
異なる構成となっている。In addition, in the example of FIG. 6(3), the Hall elements 73a to 73
The phase order of the signals output from f and the order of element arrangement are different.
次に、本発明の第３の実施例について第６図に従って説
明する。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
本実施例は、各ホール素子２１ａ〜２１ｆに対して設け
られた差動増幅器２０１〜２０６と、ＭＰＸ２０７との
間にサンプルホールド回路６０１を設けた点のみが前述
の第１実施例と相違する。This embodiment differs from the first embodiment described above only in that a sample and hold circuit 601 is provided between the differential amplifiers 201 to 206 provided for each Hall element 21a to 21f and the MPX 207.
このような構成により、例えばロータ１０３が高速に回
転した場合において、検出誤差が生しることを防止する
ことができる。With such a configuration, it is possible to prevent detection errors from occurring, for example, when the rotor 103 rotates at high speed.
すなわち、第１の実施例においては、例えばロータ１０
３が高速に回転すると、ＭＰＸ２０７が各ホール素子２
１ａ〜２１ｆの出力信号を選択する時刻がずれているの
で、この間にロータ１０３の回転が生ずる。このため、
基本波成分の周波数がロータ１０３の回転速度の関数と
なり、バンドパスフィルタ２２０の位相特性から、入力
信号の周波数変化による位相変化が加わって、大きな検
出誤差を生じる可能性がある。これに対して本実施例で
は、差動増幅器２０１〜２０６とＭＰＸ２０７との間に
サンプルホールド回路６０１を設けて、アンドゲート２
０８からの信号入力に同期して、各ホール素子２Ｌａ〜
２１ｆからの出力信号を一斉に取り込んで記憶する。こ
れにより、この記憶された出力信号を用いれば、上記′
のような検出誤差が生じることを防止できる。That is, in the first embodiment, for example, the rotor 10
3 rotates at high speed, MPX207 rotates each Hall element 2.
Since the times at which the output signals 1a to 21f are selected are shifted, the rotor 103 rotates during this time. For this reason,
The frequency of the fundamental wave component becomes a function of the rotational speed of the rotor 103, and due to the phase characteristics of the bandpass filter 220, a phase change due to a change in the frequency of the input signal is added, which may cause a large detection error. In contrast, in this embodiment, a sample and hold circuit 601 is provided between the differential amplifiers 201 to 206 and the MPX 207, and the AND gate 2
In synchronization with the signal input from 08, each Hall element 2La~
The output signals from 21f are taken in all at once and stored. As a result, if this stored output signal is used, the above
This can prevent detection errors such as:
以上述べたように、本発明によれば、各検出素子の出力
から直接基本波成分を抽出しているので、波形歪の影響
を受けることがなく、さらに基本波成分を示す正弦波信
号の波長が多極磁石における一対の磁極間隔に対応して
いるので、この正弦波信号により移動体の位置検出を行
うことにより、その分解能を向上させることができる。As described above, according to the present invention, since the fundamental wave component is directly extracted from the output of each detection element, it is not affected by waveform distortion, and the wavelength of the sine wave signal indicating the fundamental wave component is corresponds to the distance between a pair of magnetic poles in a multipolar magnet, so by detecting the position of a moving object using this sine wave signal, the resolution can be improved.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例における多極磁石に対する
ホール素子の配置状態を示す説明図、第２図は第１実施
例の信号処理回路の構成を示す回路図、第３図は第１実
施例の全体の構成を示す構成図、第４図（１）〜（６）
は第１実施例の作用を説明する波形図、第５図（１）〜
（３）は本発明の第２実施例における多極磁石に対する
ホール素子の配置状態を示す説明図、第６図は本発明の
第３実施例の信号処理回路の構成を示す回路図である。
１・・・多極磁石、２１・・・ホール素子アレー、２１
ａ〜２１ｆ・・・ホール素子、２０７・・・マルチプレ
クサ、２２０・・・バンドパスフィルタ、２２１・・・
コンパレータ回路。
１０
第１図
ＩＩｚ図
第
３
図
（３）
臣
図
第
図[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is an explanatory diagram showing the arrangement of Hall elements with respect to a multipolar magnet in a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of a signal processing circuit in the first embodiment. Figures 3 and 3 are block diagrams showing the overall configuration of the first embodiment, and Figures 4 (1) to (6).
are waveform diagrams illustrating the action of the first embodiment, and FIG. 5(1) to
(3) is an explanatory diagram showing the arrangement of the Hall elements with respect to the multipolar magnet in the second embodiment of the invention, and FIG. 6 is a circuit diagram showing the configuration of the signal processing circuit in the third embodiment of the invention. 1... Multipolar magnet, 21... Hall element array, 21
a to 21f... Hall element, 207... Multiplexer, 220... Band pass filter, 221...
Comparator circuit. 10 Figure 1 IIz Figure 3 (3) Subjects Figure
Claims (2)
じた位相で、所定周波数の正弦波信号を生成するととも
に、この正弦波信号を用いて前記移動体の位置を検出す
る位置検出装置において、前記移動体と前記固定体との
何れか一方に配設されるとともに、所定間隔ごとに逆極
性に着磁された複数の磁極を有する多極磁石と、 前記多極磁石と対向して前記移動体と前記固定体との何
れか一方に、かつ前記多極磁石における一対の磁極の間
隔を等分するように配置され、前記多極磁石による磁界
を検出して電気信号に変換する複数の検出素子と、 前記複数の検出素子から出力される電気信号を選択して
出力するとともに、その選択して出力する電気信号を所
定の周期で切り換える切換手段と、前記所定の周期をＴ
ｌ前記検出素子の素子数をｎとしたときに、前記切換手
段によって選択され出力される電気信号に対して、１／
（Ｔ＊ｎ）を中心周波数とする所定の周波数帯域の電気
信号のみを通過させるフィルタ処理を行うことにより、
正弦波信号を出力する帯域フィルタと、 前記切換手段において所定の検出素子が選択されたとき
を基準として、その時点から前記帯域フィルタによって
出力される正弦波信号が所定レベルとなるまでの位相か
ら、前記移動体の位置を検出する検出手段とを備えるこ
とを特徴とする位置検出装置。(1) Having a moving body and a fixed body, generating a sine wave signal of a predetermined frequency with a phase depending on the position of the moving body, and detecting the position of the moving body using this sine wave signal. In the position detection device, a multipolar magnet is disposed on either the movable body or the fixed body and has a plurality of magnetic poles magnetized with opposite polarities at predetermined intervals; They are arranged opposite to each other on either the movable body or the fixed body so as to equally divide the distance between a pair of magnetic poles in the multipolar magnet, and detect the magnetic field of the multipolar magnet and convert it into an electrical signal. a plurality of detection elements to be converted; a switching means for selecting and outputting electrical signals outputted from the plurality of detection elements; and switching means for switching the selected and output electrical signals at a predetermined cycle; T
l When the number of the detection elements is n, the electric signal selected and output by the switching means is 1/
By performing filter processing to pass only electrical signals in a predetermined frequency band with (T*n) as the center frequency,
a bandpass filter that outputs a sine wave signal; and a phase from when a predetermined detection element is selected in the switching means until the sine wave signal output by the bandpass filter reaches a predetermined level from that point in time, A position detection device comprising: detection means for detecting the position of the moving body.
号を一斉に取り込んで記憶する記憶手段を設け、この記
憶手段に記憶された電気信号に基づいて前記移動体の位
置を検出する請求項第１項記載の位置検出装置。(2) A storage means is provided for simultaneously capturing and storing all the electrical signals output from the plurality of detection elements, and the position of the moving object is detected based on the electrical signals stored in the storage means. The position detection device according to item 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18579989A JPH0348722A (en) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Position detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18579989A JPH0348722A (en) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Position detecting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0348722A true JPH0348722A (en) | 1991-03-01 |
Family
ID=16177094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18579989A Pending JPH0348722A (en) | 1989-07-18 | 1989-07-18 | Position detecting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0348722A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4300028A1 (en) * | 1992-01-06 | 1993-07-08 | Murata Manufacturing Co | |
| WO2018126910A1 (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | 广东美的制冷设备有限公司 | Air conditioner, detection and control device for use with moving member in air conditioner and method |
-
1989
- 1989-07-18 JP JP18579989A patent/JPH0348722A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4300028A1 (en) * | 1992-01-06 | 1993-07-08 | Murata Manufacturing Co | |
| DE4300028C2 (en) * | 1992-01-06 | 2002-01-17 | Murata Manufacturing Co | movement detector |
| WO2018126910A1 (en) * | 2017-01-05 | 2018-07-12 | 广东美的制冷设备有限公司 | Air conditioner, detection and control device for use with moving member in air conditioner and method |
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