專利名稱：位置檢測(cè)裝置及定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及位置檢測(cè)裝置及定位裝置。
背景技術(shù)：
通過(guò)將兩個(gè)磁檢測(cè)元件檢測(cè)出的磁場(chǎng)的強(qiáng)度記為A、B，借助于arcntan(A/B) 的運(yùn)算計(jì)算出相位，能夠高分辨率地計(jì)算出N極與S極交替磁化的可動(dòng)構(gòu)件的 位置的方法是眾所周知的。但是，arcntan(A/B)的運(yùn)算，其處理的負(fù)荷太大，在 可動(dòng)構(gòu)件高速移動(dòng)的情況下，存在運(yùn)算趕不上的問(wèn)題。
因此，考慮采用預(yù)先將arcntan(A/B)的運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)于表中，根據(jù)A、 B值 參照表求arcntan(A/B)的方法。但是，假定A、 B的分辨率分別為10bit，在表 中必須保持多達(dá)1024X 1024=1048576個(gè)的數(shù)據(jù)，需要很大的存儲(chǔ)空間，導(dǎo)致 價(jià)格的上升。
專利文獻(xiàn)1中，記載了AX)的情況、B〈0的情況、以及A《0而且BX) 的情況下，分別使用不同的計(jì)算公式，運(yùn)算負(fù)荷小，不必存儲(chǔ)參考用的表的位 置檢測(cè)裝置。
在專利文獻(xiàn)1的位置檢測(cè)裝置中，如圖9所示，得到每一N極與S極的磁 化距離反復(fù)線性增加和減少的計(jì)算值。而且在專利文獻(xiàn)1的位置檢測(cè)裝置中， 在N極與S極只有一組磁化的情況下也能夠如圖10所示，在N極與S極的磁 化距離間得到實(shí)質(zhì)上為線性的運(yùn)算值。
在專利文獻(xiàn)1的位置檢測(cè)裝置中，超過(guò)N極與S極的磁化距離的范圍時(shí)， 只用運(yùn)算值不能夠確定可動(dòng)構(gòu)件的位置。
專利文獻(xiàn)1:特開(kāi)2006 — 292396號(hào)公報(bào)(對(duì)應(yīng)EP1884747)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述存在問(wèn)題，本發(fā)明的課題為提供一種在超過(guò)N極與S極的磁化距 離的很大范圍內(nèi)能夠得到線性輸出的位置檢測(cè)裝置。
為了解決上述課題，本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置，具備能夠向規(guī)定的可動(dòng)方向移動(dòng)，在上述可動(dòng)方向上磁化為N極和S極的可動(dòng)構(gòu)件；以及與所述可動(dòng)構(gòu)件 對(duì)置并配設(shè)于所述可動(dòng)方向來(lái)分別檢測(cè)磁場(chǎng)變化的兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件，將所述
兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)記為A、 B，根據(jù)所述A、 B計(jì)算表示所述可動(dòng) 構(gòu)件的位置的運(yùn)算值，根據(jù)A的正負(fù)、B的正負(fù)、以及A + B的正負(fù)，切換運(yùn)
算公式。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，則由于根據(jù)A + B的正負(fù)來(lái)切換運(yùn)算公式，因此能夠?qū)?A + B為正值的情況下的運(yùn)算值與A + B為負(fù)值的情況下的運(yùn)算值相互連接， 使其得到線性變化的結(jié)果，可得到線性輸出的范圍得以擴(kuò)大。
又，在本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置中，也可以在A》0、而且A + BX)時(shí)，進(jìn)行 (A —B)/(A + B) + 2的運(yùn)算，在A<0、而且BX)時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B —A)的運(yùn) 算，在B〈0、而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A — B)/(A + B) — 2的運(yùn)算。
如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，在接近N極和S極的磁化距離的兩倍的范圍能夠得 到線性的運(yùn)算值。
而且，在本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置中，也可以在A》0、 B<0，而且A + BX) 時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) + 4的運(yùn)算，在A》0、 B》0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行 (A —B)/(A + B) + 2的運(yùn)算，在A<0、而且BX)時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B —A)的運(yùn) 算，在A〈0、 B<0，而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) —2的運(yùn)算，在A 》0、 B<0，而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B —A) —4的運(yùn)算，
如果采用這樣的結(jié)構(gòu)，在接近N極和S極的磁化距離的兩倍的范圍能夠得 到線性的運(yùn)算值，而且能夠使運(yùn)算值不發(fā)散。
又，在本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置中，也可以所述兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)單元的間隔，是 所述N極與所述S極的磁化距離的1/2的奇數(shù)倍。
如果采用這種結(jié)構(gòu)，則各運(yùn)算公式的線性部分的效率相同，因此通過(guò)將各 運(yùn)算的線性部分相互連接，能夠得到線性的運(yùn)算輸出。
如果采用本發(fā)明，由于能夠根據(jù)A的正負(fù)、B的正負(fù)、以及A + B的正負(fù)， 切換運(yùn)算公式，因此能夠在接近N極和S極的磁化距離的兩倍的范圍得到線性 的運(yùn)算值，能夠一義地確定可動(dòng)構(gòu)件的位置。


圖1是表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的定位裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。 圖2是表示圖1的位置檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)與運(yùn)算輸出的曲線圖。圖3是表示圖1的定位裝置的替代方案的運(yùn)算得到的輸出的曲線圖。 圖4是表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的定位裝置的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖5是表示圖4的位置檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)與運(yùn)算輸出的曲線圖。 圖6是表示圖4的定位裝置的不合適的運(yùn)算得到的輸出的曲線圖。 圖7是表示圖4的定位裝置的替代方案的運(yùn)算得到的輸出的曲線圖。 圖8是表示圖4的定位裝置的不合適的運(yùn)算得到的輸出的曲線圖。 圖9是表示已有的位置檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)與運(yùn)算輸出的曲線圖。 圖IO是表示已有的位置檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)與運(yùn)算輸出的曲線圖。 標(biāo)號(hào)說(shuō)明
1定位裝置
2可動(dòng)構(gòu)件
N極
4S極
霍爾元件
6放大器
7運(yùn)算裝置
8附著磁構(gòu)件
A檢測(cè)信號(hào)
B檢測(cè)信號(hào)
F(A、B)運(yùn)算輸出
具體實(shí)施例方式
借助于此，下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。
圖1表示本發(fā)明第1實(shí)施形態(tài)的定位裝置1的結(jié)構(gòu)。位置檢測(cè)裝置1形成
在能夠向x方向移動(dòng)的可動(dòng)構(gòu)件2的表面上以一定的磁化距離交替磁化形成N 極3和S極4，用在可動(dòng)構(gòu)件2上對(duì)置地固定著的兩個(gè)霍爾元件(磁場(chǎng)檢測(cè)元 件)5，分別檢測(cè)出利用可動(dòng)構(gòu)件2形成的磁場(chǎng)的強(qiáng)度，將霍爾元件5的檢測(cè)信 號(hào)通過(guò)放大器6輸入到運(yùn)算裝置7，借助于此能夠計(jì)算出可動(dòng)構(gòu)件2的位置的 結(jié)構(gòu)。
可動(dòng)構(gòu)件2被固定于致動(dòng)器的可動(dòng)元件等檢測(cè)對(duì)象上，與檢測(cè)對(duì)象一起移 動(dòng)。又，兩個(gè)霍爾元件5保持磁化距離的5/2倍(l+l/4周期)的間隔固定。運(yùn)算裝置7將霍爾元件5的輸出分別作為A、 B，根據(jù)A的正負(fù)、B的正負(fù)、 以及A + B的正負(fù)，切換運(yùn)算公式。具體地說(shuō)，運(yùn)算裝置7
在A》0、而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A — B)/(A + B) + 2的運(yùn)算，
在八<0、而且BX)時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A)的運(yùn)算，
在B〈0、而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A — B)/(A + B) — 2的運(yùn)算。
圖2表示將運(yùn)算裝置7的輸出記為F(A、 B)，將可動(dòng)構(gòu)件2的位置引起的變 化與霍爾元件5的輸出A、 B、以及三個(gè)運(yùn)算公式的運(yùn)算值(A + B)/(B —A)、 (A —B)/(A + B) + 2、以及(A — B)/(A + B) — 2 —起顯示。
A、 B相應(yīng)于可動(dòng)構(gòu)件2的位置周期性變動(dòng)，在霍爾元件5分別正對(duì)N極3 時(shí)為最大，在霍爾元件5分別正對(duì)于S極4時(shí)為最小。也就是說(shuō)，A或B的最 大值與最小值的橫軸距離(A、B的1/2周期)相當(dāng)于N極3與S極4的磁化距離。
(A + B)及(B —A)分別在每一磁化距離(1/2周期)為0。運(yùn)算(A + B)/(B —A)的 值在(B —A) = 0時(shí)發(fā)散(成為士w)， (A —B)/(A + B) + 2、以及(A —B)/(A + B)— 2d值分別在(A + B)^0時(shí)發(fā)散。各運(yùn)算公式的值在發(fā)散的位置的中央具有大約 線性變化的部分。
檢測(cè)信號(hào)A二0時(shí)，(A + B)/(B —A) = B/B=1， (A — B)/(A + B) + 2=—B/B + 2=1。又，檢測(cè)信號(hào)B = 0時(shí)，(A + B)/(B — A)=—A/A= —1， (A —B)/(A + B) —2 = A/A —2= — 1。
如上所述，(A — B)/(A + B) + 2發(fā)散前的A = 0時(shí)，將運(yùn)算公式切換為(A屮 B)/(B —A)， (A + B)/(B —A)發(fā)散前的B = 0時(shí)，將運(yùn)算公式切換為(A —B)/(A + B) — 2，將各運(yùn)算公式實(shí)質(zhì)上為線性的部分相連接，可以得到磁化距離的3/2倍 以上的范圍內(nèi)不發(fā)散的連續(xù)的輸出F(A、 B)。
特別是，如果將兩個(gè)霍爾元件5的間隔做成N極3和S極4的磁化距離的 1/2的奇數(shù)倍，以此使A與B的相位相差90。，則由于各運(yùn)算公式的線性范圍 的斜率相等，能夠在磁化距離的3/2被以上的范圍內(nèi)得到實(shí)質(zhì)上為線性的輸出 F(A、 B)。
圖3表示本實(shí)施形態(tài)的位置檢測(cè)裝置1中進(jìn)一步追加使用的運(yùn)算公式的替代 方案。該替代方案中，運(yùn)算裝置7
在A》0、 B<0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) + 4的運(yùn)算， 在A》0、 BX)，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) + 2的運(yùn)算， 在A〈0、而且B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A)的運(yùn)算，在A〈0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) —2的運(yùn)算， 在A》0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) —4的運(yùn)算。 運(yùn)算公式(A + B)/(B —A) + 4以及(A + B)/(B —A) — 4也在(B —A) = 0時(shí)發(fā)散，
但是在其中央顯示出實(shí)質(zhì)上為線性的變化。
在檢測(cè)信號(hào)A〉0、而且B = 0時(shí)，(A —B)/(A + B) + 2 = A/A + 2 = 3，(A + B)/(B
—A) + 4 = A/( — A) + 4 = 3。又，檢測(cè)信號(hào)A = 0、而且B<0時(shí)，(A —B)/(A +
B) —2=—B/B —2=—3， (A + B)/(B —A) —4 = B/B —4 = 3。
從而，在A〉0而且B二0時(shí)，將(A — B)/(A + B) + 2與(A + B)/(B —A) + 4加
以切換，在A二0而且B〈0時(shí)，將(A —B)/(A + B) —2與(A + B)/(B — A) — 4加
以切換，將五個(gè)運(yùn)算公式的線性部分相互連接，對(duì)所有的檢測(cè)信號(hào)A、 B可以
使運(yùn)算輸出F(A、 B)不發(fā)散。
特別是，如果使A與B的相位相差90° (磁化距離的1/2倍)，由于各運(yùn)算
公式的線性范圍的斜率相等，因此如圖所示，在磁化距離的2倍范圍內(nèi)能夠得
到線性的鋸齒波輸出F(A、 B)。
接著，圖4表示本發(fā)明第2實(shí)施形態(tài)的位置檢測(cè)裝置1。在本實(shí)施形態(tài)中，
對(duì)于與第i實(shí)施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)以相同的標(biāo)號(hào)并省略其說(shuō)明。在本實(shí)施
形態(tài)中，在可動(dòng)構(gòu)件2， N極3與一個(gè)S極4分別在一個(gè)地方磁化，在N極3
與S極4之間設(shè)置不磁化的不磁化部8。
在圖5中，在本實(shí)施形態(tài)中也與第1實(shí)施形態(tài)一樣，運(yùn)算裝置7 在A》0、而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) + 2的運(yùn)算， 在八<0、而且BX)時(shí)，進(jìn)行(A+B)/(B — A)的運(yùn)算， 在B〈0、而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) —2的運(yùn)算。 圖5表示霍爾元件5的輸出A、 B、三個(gè)運(yùn)算公式的運(yùn)算值(A + B)/(B — A)、
(A —B)/(A + B) + 2、 (A —B)/(A + B) —2、以及運(yùn)算裝置7的輸出值F(A、 B)與
可動(dòng)構(gòu)件2的位置的關(guān)系。在圖5中，橫軸中央是兩個(gè)霍爾元件5的中央正對(duì)
N極3與S極4的中央的位置。在該中央，霍爾元件5的輸出中，小的是A，
大的是B。
在本實(shí)施形態(tài)中，如圖所示，也將三個(gè)運(yùn)算公式的線性部分相互連接，在磁 化距離的3/2倍以上范圍能夠得到實(shí)質(zhì)上為線性的輸出F(A、 B)。
在這里，在兩個(gè)霍爾元件5的中央正對(duì)N極3與S極4的中央的位置上， 將霍爾元件5的輸出中的大的作為A，小的作為B時(shí)，如圖6所示，在橫軸中央運(yùn)算輸出F(A、 B)發(fā)散，不能夠得到線性輸出，因此在N極3與S極4各一 個(gè)的情況下，在正對(duì)N極3與S極4的中央的位置上，必須把霍爾元件5的輸 出中的小的作為A，大的作為B。
還有，圖7表示在第2實(shí)施形態(tài)的位置檢測(cè)裝置1中，進(jìn)一步追加使用的運(yùn) 算公式的替代方案。在該替代方案中，運(yùn)算裝置7
在A》0、 B<0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) + 4的運(yùn)算， 在A)O、 B》0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A — B)/(A + B) + 2的運(yùn)算， 在A〈0、而且B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B —A)的運(yùn)算， 在A〈0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) — 2的運(yùn)算， 在A》0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) — 4的運(yùn)算。 在該替代方案中，N極3與S極4各一個(gè)的情況下，與運(yùn)算公式3個(gè)的情況 相比，線性范圍不能夠擴(kuò)大，但是能夠消除運(yùn)算輸出F(A、 B)的發(fā)散。
在該替代方案中，也是兩個(gè)霍爾元件5的中央正對(duì)N極3與S極4的中央 的位置上，霍爾元件5的輸出中大的記為A，小的記為B時(shí)，如圖6所示，在 橫軸中央運(yùn)算輸出F(A、 B)發(fā)散，因此必須留意輸出A與B的大小。
還有，在本發(fā)明中，所謂磁化的可動(dòng)構(gòu)件的移動(dòng)，是指將對(duì)于磁場(chǎng)檢測(cè)元件 的相對(duì)移動(dòng)。例如將本發(fā)明的位置檢測(cè)裝置使用于自行式的致動(dòng)器時(shí)，磁化的 可動(dòng)構(gòu)件的絕對(duì)位置不變，磁場(chǎng)檢測(cè)元件的絕對(duì)位置移動(dòng)，但是在這樣的情況 下，也理解為計(jì)算可動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于磁場(chǎng)檢測(cè)元件的位置，而不能從本發(fā)明中排 除。
8
權(quán)利要求
1.一種位置檢測(cè)裝置，其特征在于，具備能夠在規(guī)定的可動(dòng)方向上移動(dòng)，在所述可動(dòng)方向上并排地磁化N極和S極的可動(dòng)構(gòu)件；以及與所述可動(dòng)構(gòu)件對(duì)置且并排地配設(shè)于所述可動(dòng)方向以分別檢測(cè)磁場(chǎng)變化的兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件，將所述兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)記為A、B，根據(jù)所述A、B計(jì)算表示所述可動(dòng)構(gòu)件的位置的運(yùn)算值，根據(jù)A的正負(fù)、B的正負(fù)、以及A+B的正負(fù)，切換運(yùn)算公式。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測(cè)裝置，其特征在于，當(dāng)AX)、而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) + 2的運(yùn)算， 當(dāng)A〈0、而且B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A)的運(yùn)算， 當(dāng)B〈0、而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A —B)/(A + B) — 2的運(yùn)算。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置檢測(cè)裝置，其特征在于，當(dāng)A》0、 B<0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A) + 4的運(yùn)算， 當(dāng)A)O、 B》0，而且A + B》0時(shí)，進(jìn)行(A — B)/(A + B) + 2的運(yùn)算， 當(dāng)A〈0、而且BX)時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B — A)的運(yùn)算， 當(dāng)A〈0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A—B)/(A + B) — 2的運(yùn)算， 當(dāng)A》0、 B〈0而且A + B〈0時(shí)，進(jìn)行(A + B)/(B —A) —4的運(yùn)算。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的位置檢測(cè)裝置，其特征在于， 每隔一個(gè)位置分別磁化所述N極和所述S極，所述兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)單元的中央位于與所述N極與所述S極的中央相對(duì)的位置 上，將所述磁場(chǎng)檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)小的作為A，檢測(cè)信號(hào)大的作為B。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l至4中的任一項(xiàng)所述的位置檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)單元的間隔是所述N極與所述S極的磁化距離的1/2的奇數(shù)倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種位置檢測(cè)裝置及定位裝置。本發(fā)明的課題是提供一種在很大的范圍能夠得到具有線性的輸出的位置檢測(cè)裝置。在具備在可動(dòng)方向上磁化為N極3和S極4的可動(dòng)構(gòu)件2、以及與可動(dòng)構(gòu)件2對(duì)置并配設(shè)于可動(dòng)方向來(lái)分別檢測(cè)磁場(chǎng)變化的兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件5的位置檢測(cè)裝置中，將兩個(gè)磁場(chǎng)檢測(cè)元件5的檢測(cè)信號(hào)記為A、B，在A≥0、而且A+B≥0時(shí)，進(jìn)行(A-B)/(A+B)+2的運(yùn)算，在A＜0、而且B≥0時(shí)，進(jìn)行(A+B)/(B-A)的運(yùn)算，B＜0、而且A+B＜0時(shí)，進(jìn)行(A-B)/(A+B)-2的運(yùn)算。
文檔編號(hào)G01D5/245GK101315286SQ20081010066
公開(kāi)日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者吉田龍一, 干野隆之, 杉谷一三 申請(qǐng)人:柯尼卡美能達(dá)精密光學(xué)株式會(huì)社