專利名稱：磁極檢測系統(tǒng)和磁極檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于移動體的位置檢測等的磁極檢測系統(tǒng)和磁極檢測方法。
背景技術(shù)：
發(fā)明者們開發(fā)出了一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)將使多個磁極配置成直線狀的磁極陣列和由多個線圈構(gòu)成的線圈陣列進行組合，從而對磁極陣列基準(zhǔn)的位置進行檢測(例如專利文獻 1 JP2009-276827A)。該系統(tǒng)中，磁極以等節(jié)距且N、S的極性交替反轉(zhuǎn)的方式配置，線圈陣列檢測出以磁極為基準(zhǔn)的相位。憑借該手法，從線圈陣列無法求出磁極陣列內(nèi)的磁極的節(jié)距號碼。因此，利用線圈陣列的信號針對每個磁極周期性變化的情況，對來自線圈陣列的信號發(fā)生變化的周期的數(shù)量進行計數(shù)，求出磁極的節(jié)距號碼。但是這樣一來，當(dāng)因瞬時停電等導(dǎo)致磁極的節(jié)距號碼的數(shù)據(jù)丟失時，難以再起動。磁極陣列中的磁極的節(jié)距號碼和相對于磁極的相位的檢測，除移動體的位置的檢測外，還可以用于線性電動機的控制等。例如，使線性電動機為線性同步電動機，檢測出磁極陣列中的磁極的節(jié)距號碼和相對于磁極的相位，對線性電動機進行反饋控制。無論在線性電動機的控制中，還是在移動體的位置檢測中，不必對信號的周期進行計數(shù)，只要獲知磁極陣列中的磁極的節(jié)距號碼，就能夠進行抗干擾能力強的控制。專利文獻1 JP2009-276827A

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，不必根據(jù)需要周期的重復(fù)次數(shù)等的存儲的數(shù)據(jù)，就能夠特定出磁極陣列中的磁極節(jié)距。本發(fā)明是一種磁極檢測系統(tǒng)，具有配列有多個磁性傳感器的磁性傳感器陣列和使 N極和S極的磁極交替地配置的磁極陣列，其特征在于，設(shè)有相位檢測頭，檢測以所述磁極陣列中的一個磁極作為基準(zhǔn)的相位；節(jié)距特定單元，不依據(jù)過去的檢測數(shù)據(jù)而僅根據(jù)現(xiàn)在的檢測數(shù)據(jù)，對磁性傳感器陣列現(xiàn)在檢測的一個磁極是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。本發(fā)明中，不依據(jù)對磁極進行了幾周期的計數(shù)等的過去的檢測數(shù)據(jù)，而特定磁極節(jié)距。因此，能夠可靠地檢測出磁極陣列內(nèi)的磁極的節(jié)距，不受停電等的影響。優(yōu)選設(shè)有與所述磁極陣列平行地配置且以磁極陣列的磁極單位進行變化的多個標(biāo)記；由與磁性傳感器陣列平行地配置的多個標(biāo)記檢測傳感器構(gòu)成的標(biāo)記傳感器陣列，并且，所述節(jié)距特定單元根據(jù)來自所述多個標(biāo)記檢測傳感器的信號列，對是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。這樣一來，能夠根據(jù)來自與磁極陣列平行的多個標(biāo)記的信號列，來特定磁極的節(jié)距。而且，不是只能特定一個標(biāo)記的信號，由于通過信號列進行特定，所以，即使來自各個標(biāo)記的信息量少也可以。因此，能夠以信息量少的簡便的標(biāo)記來特定磁極節(jié)距。
尤其優(yōu)選所述多個標(biāo)記，通過至少磁極陣列的磁極是否向與磁極陣列的配列方向呈直角的方向延長來構(gòu)成。這樣一來，能夠通過是否延長磁極來構(gòu)成標(biāo)記。此外，實施例中，將磁極是否延長與磁極的極性進行組合，成為將各磁極區(qū)別為三個種類的標(biāo)記，但也可以無視磁極的極性，成為磁極是否延長的兩個種類的標(biāo)記。這樣一來，能夠與磁極陣列一體且更簡單地構(gòu)成標(biāo)記。此外，將磁極陣列中的通過磁極傳感器陣列進行檢測的部分稱為第一磁極陣列，將通過標(biāo)記傳感器陣列進行檢測的部分稱為第二磁極陣列，能夠視為它們被平行地配置在磁極陣列的長度方向上。優(yōu)選磁極檢測系統(tǒng)中，還具有偏置修正單元，其通過將為磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極的數(shù)據(jù)變換成每個磁極的基準(zhǔn)位置，并通過將所述相位變換距基準(zhǔn)位置的位移，由此輸出絕對位置。另外，本發(fā)明是一種磁極檢測方法，通過配列有多個磁性傳感器的磁性傳感器陣列，對使N極和S極的磁極交替地配置的磁極陣列中的磁極進行檢測，其特征在于，執(zhí)行以下步驟通過相位檢測頭來檢測以磁極陣列中的一個磁極為基準(zhǔn)的相位的步驟；不依據(jù)過去的檢測數(shù)據(jù)而僅根據(jù)現(xiàn)在的檢測數(shù)據(jù)，并通過節(jié)距特定單元對磁性傳感器陣列現(xiàn)在檢測的一個磁極是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定的步驟。本說明書中，關(guān)于磁極檢測系統(tǒng)的記載可以直接適用于磁極檢測方法。優(yōu)選設(shè)有與所述磁極陣列平行地配置且以磁極陣列的磁極單位進行變化的多個標(biāo)記；由與磁性傳感器陣列平行地配置的多個標(biāo)記檢測傳感器構(gòu)成的標(biāo)記傳感器陣列，在所述進行特定的步驟中，根據(jù)來自所述多個標(biāo)記檢測傳感器的信號列，對是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。


圖1是實施例的磁極檢測器的框圖。圖2是示意性地表示實施例中的、磁極陣列和相位檢測頭的輸出的圖。圖3是實施例中的磁極陣列的俯視圖。圖4是表示相位檢測頭的行駛方向中心位置的判別的圖。圖5是表示實施例中的絕對位置的檢測算法的圖。圖6是利用了實施例的移動體系統(tǒng)的框圖。附圖標(biāo)記的說明2磁極檢測器4相位檢測頭6節(jié)距判別電路8偏置修正單元10交流電源11 14 線圈16運算電路18零交叉(crossing)檢測器20計數(shù)器22霍爾元件24邏輯電路
30磁極陣列
32第一磁極陣列
34第二磁極陣列
36長磁鐵
38短磁鐵
40移動體
42線性電動機
44控制部
Rl R4電阻
Pl--P2運算放大器
具體實施例方式以下，表示用于實施本發(fā)明的最佳實施方式。本發(fā)明的范圍應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求書的記載，參照說明書的記載及其領(lǐng)域中的公知技術(shù)，并依據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解確定。圖1 圖6中，表示實施例及其應(yīng)用。圖1表示磁極檢測器2，磁極檢測器2由對相對于磁極陣列的各個磁極的相位進行檢測的相位檢測頭4、和不根據(jù)過去的檢測數(shù)據(jù)而對正在檢測磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行判別即特定的節(jié)距判別電路6以及偏置修正單元8構(gòu)成。相位檢測頭4具有交流電源10和由多個(例如4個)線圈11 14構(gòu)成的線圈陣列，在各線圈11 14上連接有電阻Rl R4。線圈陣列與圖3的磁極陣列30相對，并檢測磁極陣列中的磁極基準(zhǔn)的相位。P1、P2是運算放大器，如圖1那樣取出信號。若令相對于磁極陣列的各個磁極的相位為α，用sincot表示交流電源10的輸出電流，則從運算放大器Pl、Ρ2能夠得到sina .sincot和cosa · sin cot這兩個信號。通過運算放大電路16來處理這些信號，例如對于信號sina · sin ω t使ω t的相位延遲π/2，成為 sina .cos cot。接著，對sin a .cos cot禾口 sin a · sin ω t進行加法運算，則通過加法定理得到sin ( α + ω t)。線圈陣列是磁性傳感器陣列的示例，節(jié)距判別電路6是節(jié)距特定單元的示例。計數(shù)器20對未圖示的時鐘信號進行計數(shù)，當(dāng)通過例如零交叉檢測器18等檢測出來自交流電源10的輸出電流的相位成為0時，計數(shù)器20被重置。為了說明電路的作用而提到了零交叉檢測器18，但在物理學(xué)的意義上也可以沒有零交叉檢測器18。在例如通過DA 換流器等構(gòu)成交流電源10的情況下，只要在向DA轉(zhuǎn)換器的輸入成為0的時刻將計數(shù)器20 重置即可。對于從Qt = O到α 士 Cot = O的時間等，根據(jù)sincot = O、sin(a 士 cot)= O等，通過計數(shù)器20進行計數(shù)則能求出α。而且，α是相對于一個磁極的相位，當(dāng)線圈陣列14的中心面對磁極的一端時為0，面對另一端時例如為2 π，表示線圈陣列的中心相對于磁極的位置。實施例中，為檢測磁極相位而設(shè)置了線圈11 14，但也可以設(shè)置將霍爾元件、磁阻效果傳感器、磁阻抗效果傳感器等的其他的磁性傳感器配列成多個陣列狀的磁性傳感器陣列。而且，若將例如4個組或2個組等的磁性傳感器配置成磁極陣列中相當(dāng)于一個磁極的寬度(節(jié)距)，則能夠檢測出相對于各個磁極的相位。另外，圖1的驅(qū)動電路僅為一例，除此之外還公知各種根據(jù)線圈陣列檢測相對于磁極的相位的電路。
5
邏輯電路M具有多個霍爾元件22，霍爾元件22的數(shù)量例如為5個，也可以是3 個、7個、9個、1個...等。此外，為便于說明，通過記號A...E對各個霍爾元件進行區(qū)別。 多個霍爾元件22以與磁極陣列的磁極相同的節(jié)距配置成多個直線狀，輸出根據(jù)磁極陣列上的位置唯一地確定的信號的組合?；魻栐?2能夠區(qū)別N、S、和無磁極這三個種類的狀態(tài)，但也可以區(qū)別有無磁極這兩個種類的狀態(tài)。另外，代替霍爾元件，還可以是線圈、磁阻效果傳感器、磁阻抗效果傳感器等磁性傳感器。此外，若僅以磁極陣列中的磁極的配列節(jié)距的 1/2節(jié)距等，比磁極陣列更精細地配置霍爾元件22等的磁性傳感器，則不會出現(xiàn)在通過磁極與磁極的邊界時等節(jié)距號碼變得暫時不明的情況。來自霍爾元件A E的5個元件的信號的組合，根據(jù)磁極陣列上的位置唯一地確定。邏輯電路M存儲表格等，并輸出磁極陣列上的節(jié)距號碼即磁極節(jié)距的號碼，其中在上述表格中記載有每個霍爾元件A E的信號的組合與磁極陣列上的位置的關(guān)系。表格是將霍爾元件A E的信號的組合變換成磁極節(jié)距的機構(gòu)的示例，邏輯電路M是將霍爾元件 A E的信號的組合變換成磁極節(jié)距的機構(gòu)。將磁極節(jié)距號碼向圖6所示的線性電動機42 的控制部44輸入。偏置修正單元8，將正對哪一個磁極陣列進行檢測的數(shù)據(jù)(具有多個磁極陣列的情況下)和磁極陣列內(nèi)的磁極的節(jié)距號碼變換成各個磁極內(nèi)的基準(zhǔn)位置，例如磁極的一端的絕對位置。將這一變換在實施例中稱為偏置修正，例如偏置修正單元8針對每個磁極存儲其偏置，或存儲每個磁極陣列的偏置，假設(shè)在磁極陣列內(nèi)各磁極以等節(jié)距配置，從而存儲磁極的寬度。磁極內(nèi)的相位α是將現(xiàn)在位置相對于現(xiàn)在檢測中的磁極的基準(zhǔn)位置的位移 (shift)與該磁極的寬度的比換算為0° 360°并進行表示的。另外，根據(jù)現(xiàn)在檢測中的磁極和下一磁極的偏置的差等來判明磁極的寬度。偏置修正單元8根據(jù)磁極陣列的ID (在具有多個磁極陣列的情況下，正對哪個磁極陣列進行檢測的數(shù)據(jù))和檢測中的磁極的節(jié)距號碼以及與磁極內(nèi)的相位α的組合，輸出絕對位置。此外，在僅進行線性電動機的控制的情況下，不需要偏置修正單元8。圖2中表示了磁極陣列30中的磁極的配列與來自相位檢測頭的輸出之間的關(guān)系。 磁極陣列30例如由20個磁極構(gòu)成，以每個磁極的N、S反轉(zhuǎn)的方式等節(jié)距地配置，且各個磁極沿配列方向的長度一定。將磁極與磁極的節(jié)距，即相鄰磁極的中心線間的間隔稱為磁極的節(jié)距。相位檢測頭無法獲知現(xiàn)在正對哪個磁極進行檢測，將相對于現(xiàn)在檢測中的磁極的相位作為0° 360°等的相位輸出。圖3中表示磁極陣列30的構(gòu)成。磁極陣列30由長磁鐵36和短磁鐵38的組合構(gòu)成，長磁鐵36在與陣列30的長度方向垂直方向上的長度較長，短磁鐵38在上述方向上的長度較短。磁鐵36、38的數(shù)量共計例如為20個，將磁極的各節(jié)距區(qū)別為以下三個種類 長磁鐵且磁極為N、長磁鐵且磁極為S、由于為短磁鐵因而在長磁鐵突出的位置上不具有極性。上述三個種類的區(qū)別作為磁性標(biāo)記，霍爾元件是檢測該標(biāo)記的標(biāo)記傳感器。若通過節(jié)距判別電路的5個霍爾元件檢測出5個節(jié)距量的節(jié)距的種類，則可能的信號的組合為35，從中除去不適合的情況，能夠區(qū)別出例如數(shù)十 100個左右的磁極節(jié)距的配列。因此，通過來自5個霍爾元件的輸出的組合，能夠唯一地特定磁極陣列30上的節(jié)距號碼。此外，若增加霍爾元件的數(shù)量，即使增加磁極陣列30的節(jié)距數(shù)，也能夠唯一地特定節(jié)距號碼。磁極陣列30中，相鄰的磁鐵36、38等以N、S的極性反轉(zhuǎn)的方式配置。另外，長磁鐵36和短磁鐵38的沿陣列30的長度方向的長度相同，不同的是與長度方向呈直角的方向上的長度。而且，磁極陣列30中，可以將第一磁極陣列32和第二磁極陣列34與移動體的移動方向平行地配置。第一磁極陣列32作為線性電動機的二次側(cè)且用于通過相位檢測頭來檢測磁極內(nèi)相位。第二磁極陣列34用于通過霍爾元件等的磁性傳感器來特定磁極陣列內(nèi)的節(jié)距號碼。位于圖3的箭頭所示的邊界下側(cè)的部分為第一磁極陣列32，位于該箭頭上側(cè)的部分為第二磁極陣列34。如上所述，與第一磁極陣列32平行地構(gòu)成第二磁極陣列34，通過5個霍爾元件來檢測第二磁極陣列34中的N、S極性和無磁極的三個種類的狀態(tài)。以長磁鐵36和短磁鐵38 的組合構(gòu)成第二磁極陣列34，是為了容易地構(gòu)成陣列30，也可以在物理上采用與第一磁極陣列32不同的物質(zhì)來作為用于第二磁極陣列34的磁極。另外，若磁極陣列30變得更長，若將第二磁極陣列34如圖3所示那樣作為1列的陣列構(gòu)成，則存在難以辨別磁極節(jié)距號碼的情況。在這樣的情況下，只要將第二磁極陣列34 例如配置為2列以上即可。例如將所用磁鐵分為長、中、短三個種類，將第二磁極陣列34形成為2列的平行的磁極的列。而且，在與第一磁極陣列32相鄰的列中，作為磁極的長度，使長的和中的相同，與短的磁鐵相區(qū)別。在下一列中，將長的磁鐵與中及短的磁鐵進行區(qū)別。 此外，實施例中，磁極陣列30是線性電動機的二次側(cè)，但也可以與線性電動機的二次側(cè)分體地設(shè)置。另外，也可以與線性電動機無關(guān)系地用于移動體的位置的識別。圖4中，表示根據(jù)磁極陣列30上的節(jié)距號碼的霍爾元件A E的輸出圖案。輸出圖案通過相位檢測頭的中心面對第幾節(jié)距的磁極進行表示，根據(jù)圖3的第二磁極陣列34的配置，能夠如圖4那樣，獲得唯一地特定相位檢測頭4正在檢測的磁極的信號。圖5中表示實施例中的處理，通過霍爾元件陣列檢測磁極陣列內(nèi)的磁極的節(jié)距號碼。在線圈陣列中求出相對于檢測中的磁極的相位，將二者組合求出移動體的絕對位置。另外，根據(jù)相對于第幾節(jié)距的磁極處于何種相位，產(chǎn)生向線性電動機的控制信號。圖6表示利用了實施例的移動體40，沿移動體40的行駛路徑配置有多個磁極陣列 30，線性電動機42由線性同步電動機等構(gòu)成，將磁極陣列30中的第一磁極陣列的部分作為二次側(cè)利用。而且，通過磁極檢測器2，求出相對于磁極陣列30的相對位置，通過控制部44 控制線性電動機42，并且，求出移動體40的絕對位置。另外，將正對哪個磁極陣列進行檢測的數(shù)據(jù)存儲在閃存器等中，保證不會因停電而丟失。此外，在求出任意位置上的絕對位置的情況下，以更狹窄的間隔配置磁極陣列30。另外，在僅以線性電動機42的控制為目的的情況下，不需要絕對位置的計算。實施例中，在移動體40側(cè)配置了線性電動機42和磁極檢測器2，但也可以將這些部分配置在地上側(cè)，而將磁極陣列30配置在移動體側(cè)。移動體除橋式吊車、有軌臺車等搬運臺車外，還可以是移載裝置、機床的頭、工件的搬運裝置等。根據(jù)實施例能夠獲得以下效果。(1)能夠求出正對磁極陣列30的第幾節(jié)距的磁極進行檢測，并對線性電動機的控制進行反饋。(2)若以長磁鐵36和短磁鐵38的組合來構(gòu)成第一磁極陣列32和第二磁極陣列 34，則能夠簡單地構(gòu)成磁極陣列30。(3)為了對更長的磁極陣列求出磁極陣列中的節(jié)距號碼，只要將第二磁極陣列34 例如平行地配置兩列以上或增加霍爾元件等的磁性傳感器的數(shù)量即可。
此外，還可以與磁極陣列的配列方向垂直地配置霍爾元件Α. . . Ε，對各磁極配置具有相當(dāng)于5比特的數(shù)據(jù)量的磁性標(biāo)記或光學(xué)性的標(biāo)記等。但是這樣一來，需要通過例如20 種標(biāo)記來實現(xiàn)實施例中以長磁鐵36和短磁鐵38的組合實現(xiàn)的標(biāo)記，效率不佳。另外，運算電路16、計數(shù)器20、邏輯電路對、偏置修正單元8等既可以由分立電路構(gòu)成，也可以由通過硬件和軟件構(gòu)成的計算機構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種磁極檢測系統(tǒng)，具有配列有多個磁性傳感器的磁性傳感器陣列和使N極和S 極的磁極交替地配置的磁極陣列，其特征在于，設(shè)有相位檢測頭，檢測以所述磁極陣列中的一個磁極作為基準(zhǔn)的相位；節(jié)距特定單元，不依據(jù)過去的檢測數(shù)據(jù)而僅根據(jù)現(xiàn)在的檢測數(shù)據(jù)，對磁性傳感器陣列現(xiàn)在檢測的一個磁極是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。
2.如權(quán)利要求1所述的磁極檢測系統(tǒng)，其特征在于，設(shè)有與所述磁極陣列平行地配置且以磁極陣列的磁極單位進行變化的多個標(biāo)記；由與磁性傳感器陣列平行地配置的多個標(biāo)記檢測傳感器構(gòu)成的標(biāo)記傳感器陣列，并且，所述節(jié)距特定單元根據(jù)來自所述多個標(biāo)記檢測傳感器的信號列，對是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。
3.如權(quán)利要求2所述的磁極檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述多個標(biāo)記，通過至少磁極陣列的磁極是否向與磁極陣列的配列方向呈直角的方向延長來構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的磁極檢測系統(tǒng)，其特征在于，還具有偏置修正單元，其通過將為磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極的數(shù)據(jù)變換成每個磁極的基準(zhǔn)位置，并通過將所述相位變換成距基準(zhǔn)位置的位移，由此輸出絕對位置。
5.一種磁極檢測方法，通過配列有多個磁性傳感器的磁性傳感器陣列，對將N極和S極的磁極交替地配置的磁極陣列中的磁極進行檢測，其特征在于，執(zhí)行以下步驟通過相位檢測頭來檢測以磁極陣列中的一個磁極為基準(zhǔn)的相位的步驟；不依據(jù)過去的檢測數(shù)據(jù)而僅根據(jù)現(xiàn)在的檢測數(shù)據(jù)，并通過節(jié)距特定單元對磁性傳感器陣列現(xiàn)在檢測的一個磁極是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定的步驟。
6.如權(quán)利要求5所述的磁極檢測方法，其特征在于，設(shè)有與所述磁極陣列平行地配置且以磁極陣列的磁極單位進行變化的多個標(biāo)記；由與磁性傳感器陣列平行地配置的多個標(biāo)記檢測傳感器構(gòu)成的標(biāo)記傳感器陣列，在所述進行特定的步驟中，根據(jù)來自所述多個標(biāo)記檢測傳感器的信號列，對是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極進行特定。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁極檢測系統(tǒng)和磁極檢測方法，通過配列有多個磁性傳感器的磁性傳感器陣列，來檢測以N極和S極的磁極交替地配置而成的磁極陣列中的磁極為基準(zhǔn)的相位。通過節(jié)距特定單元，來特定磁性傳感器陣列正在檢測的磁極是磁極陣列中的第幾節(jié)距的磁極。
文檔編號G01B7/00GK102221322SQ201110071708
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月12日
發(fā)明者清水哲也, 花香敏 申請人:村田機械株式會社