专利名称：磁极检测系统和磁极检测方法
技术领域：
本发明涉及用于移动体的位置检测等的磁极检测系统和磁极检测方法。
背景技术：
发明者们开发出了一种系统，该系统将使多个磁极配置成直线状的磁极阵列和由多个线圈构成的线圈阵列进行组合，从而对磁极阵列基准的位置进行检测(例如专利文献 1 JP2009-276827A)。该系统中，磁极以等节距且N、S的极性交替反转的方式配置，线圈阵列检测出以磁极为基准的相位。凭借该手法，从线圈阵列无法求出磁极阵列内的磁极的节距号码。因此，利用线圈阵列的信号针对每个磁极周期性变化的情况，对来自线圈阵列的信号发生变化的周期的数量进行计数，求出磁极的节距号码。但是这样一来，当因瞬时停电等导致磁极的节距号码的数据丢失时，难以再起动。磁极阵列中的磁极的节距号码和相对于磁极的相位的检测，除移动体的位置的检测外，还可以用于线性电动机的控制等。例如，使线性电动机为线性同步电动机，检测出磁极阵列中的磁极的节距号码和相对于磁极的相位，对线性电动机进行反馈控制。无论在线性电动机的控制中，还是在移动体的位置检测中，不必对信号的周期进行计数，只要获知磁极阵列中的磁极的节距号码，就能够进行抗干扰能力强的控制。专利文献1 JP2009-276827A
发明内容
本发明的课题在于，不必根据需要周期的重复次数等的存储的数据，就能够特定出磁极阵列中的磁极节距。本发明是一种磁极检测系统，具有配列有多个磁性传感器的磁性传感器阵列和使 N极和S极的磁极交替地配置的磁极阵列，其特征在于，设有相位检测头，检测以所述磁极阵列中的一个磁极作为基准的相位；节距特定单元，不依据过去的检测数据而仅根据现在的检测数据，对磁性传感器阵列现在检测的一个磁极是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。本发明中，不依据对磁极进行了几周期的计数等的过去的检测数据，而特定磁极节距。因此，能够可靠地检测出磁极阵列内的磁极的节距，不受停电等的影响。优选设有与所述磁极阵列平行地配置且以磁极阵列的磁极单位进行变化的多个标记；由与磁性传感器阵列平行地配置的多个标记检测传感器构成的标记传感器阵列，并且，所述节距特定单元根据来自所述多个标记检测传感器的信号列，对是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。这样一来，能够根据来自与磁极阵列平行的多个标记的信号列，来特定磁极的节距。而且，不是只能特定一个标记的信号，由于通过信号列进行特定，所以，即使来自各个标记的信息量少也可以。因此，能够以信息量少的简便的标记来特定磁极节距。
尤其优选所述多个标记，通过至少磁极阵列的磁极是否向与磁极阵列的配列方向呈直角的方向延长来构成。这样一来，能够通过是否延长磁极来构成标记。此外，实施例中，将磁极是否延长与磁极的极性进行组合，成为将各磁极区别为三个种类的标记，但也可以无视磁极的极性，成为磁极是否延长的两个种类的标记。这样一来，能够与磁极阵列一体且更简单地构成标记。此外，将磁极阵列中的通过磁极传感器阵列进行检测的部分称为第一磁极阵列，将通过标记传感器阵列进行检测的部分称为第二磁极阵列，能够视为它们被平行地配置在磁极阵列的长度方向上。优选磁极检测系统中，还具有偏置修正单元，其通过将为磁极阵列中的第几节距的磁极的数据变换成每个磁极的基准位置，并通过将所述相位变换距基准位置的位移，由此输出绝对位置。另外，本发明是一种磁极检测方法，通过配列有多个磁性传感器的磁性传感器阵列，对使N极和S极的磁极交替地配置的磁极阵列中的磁极进行检测，其特征在于，执行以下步骤通过相位检测头来检测以磁极阵列中的一个磁极为基准的相位的步骤；不依据过去的检测数据而仅根据现在的检测数据，并通过节距特定单元对磁性传感器阵列现在检测的一个磁极是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定的步骤。本说明书中，关于磁极检测系统的记载可以直接适用于磁极检测方法。优选设有与所述磁极阵列平行地配置且以磁极阵列的磁极单位进行变化的多个标记；由与磁性传感器阵列平行地配置的多个标记检测传感器构成的标记传感器阵列，在所述进行特定的步骤中，根据来自所述多个标记检测传感器的信号列，对是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。
图1是实施例的磁极检测器的框图。图2是示意性地表示实施例中的、磁极阵列和相位检测头的输出的图。图3是实施例中的磁极阵列的俯视图。图4是表示相位检测头的行驶方向中心位置的判别的图。图5是表示实施例中的绝对位置的检测算法的图。图6是利用了实施例的移动体系统的框图。附图标记的说明2磁极检测器4相位检测头6节距判别电路8偏置修正单元10交流电源11 14 线圈16运算电路18零交叉(crossing)检测器20计数器22霍尔元件24逻辑电路
30磁极阵列
32第一磁极阵列
34第二磁极阵列
36长磁铁
38短磁铁
40移动体
42线性电动机
44控制部
Rl R4电阻
Pl--P2运算放大器
具体实施例方式以下，表示用于实施本发明的最佳实施方式。本发明的范围应根据权利要求书的记载，参照说明书的记载及其领域中的公知技术，并依据本领域技术人员的理解确定。图1 图6中，表示实施例及其应用。图1表示磁极检测器2，磁极检测器2由对相对于磁极阵列的各个磁极的相位进行检测的相位检测头4、和不根据过去的检测数据而对正在检测磁极阵列中的第几节距的磁极进行判别即特定的节距判别电路6以及偏置修正单元8构成。相位检测头4具有交流电源10和由多个(例如4个)线圈11 14构成的线圈阵列，在各线圈11 14上连接有电阻Rl R4。线圈阵列与图3的磁极阵列30相对，并检测磁极阵列中的磁极基准的相位。P1、P2是运算放大器，如图1那样取出信号。若令相对于磁极阵列的各个磁极的相位为α，用sincot表示交流电源10的输出电流，则从运算放大器Pl、Ρ2能够得到sina .sincot和cosa · sin cot这两个信号。通过运算放大电路16来处理这些信号，例如对于信号sina · sin ω t使ω t的相位延迟π/2，成为 sina .cos cot。接着，对sin a .cos cot禾口 sin a · sin ω t进行加法运算，则通过加法定理得到sin ( α + ω t)。线圈阵列是磁性传感器阵列的示例，节距判别电路6是节距特定单元的示例。计数器20对未图示的时钟信号进行计数，当通过例如零交叉检测器18等检测出来自交流电源10的输出电流的相位成为0时，计数器20被重置。为了说明电路的作用而提到了零交叉检测器18，但在物理学的意义上也可以没有零交叉检测器18。在例如通过DA 换流器等构成交流电源10的情况下，只要在向DA转换器的输入成为0的时刻将计数器20 重置即可。对于从Qt = O到α 士 Cot = O的时间等，根据sincot = O、sin(a 士 cot)= O等，通过计数器20进行计数则能求出α。而且，α是相对于一个磁极的相位，当线圈阵列14的中心面对磁极的一端时为0，面对另一端时例如为2 π，表示线圈阵列的中心相对于磁极的位置。实施例中，为检测磁极相位而设置了线圈11 14，但也可以设置将霍尔元件、磁阻效果传感器、磁阻抗效果传感器等的其他的磁性传感器配列成多个阵列状的磁性传感器阵列。而且，若将例如4个组或2个组等的磁性传感器配置成磁极阵列中相当于一个磁极的宽度(节距)，则能够检测出相对于各个磁极的相位。另外，图1的驱动电路仅为一例，除此之外还公知各种根据线圈阵列检测相对于磁极的相位的电路。
5
逻辑电路M具有多个霍尔元件22，霍尔元件22的数量例如为5个，也可以是3 个、7个、9个、1个...等。此外，为便于说明，通过记号A...E对各个霍尔元件进行区别。 多个霍尔元件22以与磁极阵列的磁极相同的节距配置成多个直线状，输出根据磁极阵列上的位置唯一地确定的信号的组合。霍尔元件22能够区别N、S、和无磁极这三个种类的状态，但也可以区别有无磁极这两个种类的状态。另外，代替霍尔元件，还可以是线圈、磁阻效果传感器、磁阻抗效果传感器等磁性传感器。此外，若仅以磁极阵列中的磁极的配列节距的 1/2节距等，比磁极阵列更精细地配置霍尔元件22等的磁性传感器，则不会出现在通过磁极与磁极的边界时等节距号码变得暂时不明的情况。来自霍尔元件A E的5个元件的信号的组合，根据磁极阵列上的位置唯一地确定。逻辑电路M存储表格等，并输出磁极阵列上的节距号码即磁极节距的号码，其中在上述表格中记载有每个霍尔元件A E的信号的组合与磁极阵列上的位置的关系。表格是将霍尔元件A E的信号的组合变换成磁极节距的机构的示例，逻辑电路M是将霍尔元件 A E的信号的组合变换成磁极节距的机构。将磁极节距号码向图6所示的线性电动机42 的控制部44输入。偏置修正单元8，将正对哪一个磁极阵列进行检测的数据(具有多个磁极阵列的情况下)和磁极阵列内的磁极的节距号码变换成各个磁极内的基准位置，例如磁极的一端的绝对位置。将这一变换在实施例中称为偏置修正，例如偏置修正单元8针对每个磁极存储其偏置，或存储每个磁极阵列的偏置，假设在磁极阵列内各磁极以等节距配置，从而存储磁极的宽度。磁极内的相位α是将现在位置相对于现在检测中的磁极的基准位置的位移 (shift)与该磁极的宽度的比换算为0° 360°并进行表示的。另外，根据现在检测中的磁极和下一磁极的偏置的差等来判明磁极的宽度。偏置修正单元8根据磁极阵列的ID (在具有多个磁极阵列的情况下，正对哪个磁极阵列进行检测的数据)和检测中的磁极的节距号码以及与磁极内的相位α的组合，输出绝对位置。此外，在仅进行线性电动机的控制的情况下，不需要偏置修正单元8。图2中表示了磁极阵列30中的磁极的配列与来自相位检测头的输出之间的关系。 磁极阵列30例如由20个磁极构成，以每个磁极的N、S反转的方式等节距地配置，且各个磁极沿配列方向的长度一定。将磁极与磁极的节距，即相邻磁极的中心线间的间隔称为磁极的节距。相位检测头无法获知现在正对哪个磁极进行检测，将相对于现在检测中的磁极的相位作为0° 360°等的相位输出。图3中表示磁极阵列30的构成。磁极阵列30由长磁铁36和短磁铁38的组合构成，长磁铁36在与阵列30的长度方向垂直方向上的长度较长，短磁铁38在上述方向上的长度较短。磁铁36、38的数量共计例如为20个，将磁极的各节距区别为以下三个种类 长磁铁且磁极为N、长磁铁且磁极为S、由于为短磁铁因而在长磁铁突出的位置上不具有极性。上述三个种类的区别作为磁性标记，霍尔元件是检测该标记的标记传感器。若通过节距判别电路的5个霍尔元件检测出5个节距量的节距的种类，则可能的信号的组合为35，从中除去不适合的情况，能够区别出例如数十 100个左右的磁极节距的配列。因此，通过来自5个霍尔元件的输出的组合，能够唯一地特定磁极阵列30上的节距号码。此外，若增加霍尔元件的数量，即使增加磁极阵列30的节距数，也能够唯一地特定节距号码。磁极阵列30中，相邻的磁铁36、38等以N、S的极性反转的方式配置。另外，长磁铁36和短磁铁38的沿阵列30的长度方向的长度相同，不同的是与长度方向呈直角的方向上的长度。而且，磁极阵列30中，可以将第一磁极阵列32和第二磁极阵列34与移动体的移动方向平行地配置。第一磁极阵列32作为线性电动机的二次侧且用于通过相位检测头来检测磁极内相位。第二磁极阵列34用于通过霍尔元件等的磁性传感器来特定磁极阵列内的节距号码。位于图3的箭头所示的边界下侧的部分为第一磁极阵列32，位于该箭头上侧的部分为第二磁极阵列34。如上所述，与第一磁极阵列32平行地构成第二磁极阵列34，通过5个霍尔元件来检测第二磁极阵列34中的N、S极性和无磁极的三个种类的状态。以长磁铁36和短磁铁38 的组合构成第二磁极阵列34，是为了容易地构成阵列30，也可以在物理上采用与第一磁极阵列32不同的物质来作为用于第二磁极阵列34的磁极。另外，若磁极阵列30变得更长，若将第二磁极阵列34如图3所示那样作为1列的阵列构成，则存在难以辨别磁极节距号码的情况。在这样的情况下，只要将第二磁极阵列34 例如配置为2列以上即可。例如将所用磁铁分为长、中、短三个种类，将第二磁极阵列34形成为2列的平行的磁极的列。而且，在与第一磁极阵列32相邻的列中，作为磁极的长度，使长的和中的相同，与短的磁铁相区别。在下一列中，将长的磁铁与中及短的磁铁进行区别。 此外，实施例中，磁极阵列30是线性电动机的二次侧，但也可以与线性电动机的二次侧分体地设置。另外，也可以与线性电动机无关系地用于移动体的位置的识别。图4中，表示根据磁极阵列30上的节距号码的霍尔元件A E的输出图案。输出图案通过相位检测头的中心面对第几节距的磁极进行表示，根据图3的第二磁极阵列34的配置，能够如图4那样，获得唯一地特定相位检测头4正在检测的磁极的信号。图5中表示实施例中的处理，通过霍尔元件阵列检测磁极阵列内的磁极的节距号码。在线圈阵列中求出相对于检测中的磁极的相位，将二者组合求出移动体的绝对位置。另外，根据相对于第几节距的磁极处于何种相位，产生向线性电动机的控制信号。图6表示利用了实施例的移动体40，沿移动体40的行驶路径配置有多个磁极阵列 30，线性电动机42由线性同步电动机等构成，将磁极阵列30中的第一磁极阵列的部分作为二次侧利用。而且，通过磁极检测器2，求出相对于磁极阵列30的相对位置，通过控制部44 控制线性电动机42，并且，求出移动体40的绝对位置。另外，将正对哪个磁极阵列进行检测的数据存储在闪存器等中，保证不会因停电而丢失。此外，在求出任意位置上的绝对位置的情况下，以更狭窄的间隔配置磁极阵列30。另外，在仅以线性电动机42的控制为目的的情况下，不需要绝对位置的计算。实施例中，在移动体40侧配置了线性电动机42和磁极检测器2，但也可以将这些部分配置在地上侧，而将磁极阵列30配置在移动体侧。移动体除桥式吊车、有轨台车等搬运台车外，还可以是移载装置、机床的头、工件的搬运装置等。根据实施例能够获得以下效果。(1)能够求出正对磁极阵列30的第几节距的磁极进行检测，并对线性电动机的控制进行反馈。(2)若以长磁铁36和短磁铁38的组合来构成第一磁极阵列32和第二磁极阵列 34，则能够简单地构成磁极阵列30。(3)为了对更长的磁极阵列求出磁极阵列中的节距号码，只要将第二磁极阵列34 例如平行地配置两列以上或增加霍尔元件等的磁性传感器的数量即可。
此外，还可以与磁极阵列的配列方向垂直地配置霍尔元件Α. . . Ε，对各磁极配置具有相当于5比特的数据量的磁性标记或光学性的标记等。但是这样一来，需要通过例如20 种标记来实现实施例中以长磁铁36和短磁铁38的组合实现的标记，效率不佳。另外，运算电路16、计数器20、逻辑电路对、偏置修正单元8等既可以由分立电路构成，也可以由通过硬件和软件构成的计算机构成。
权利要求
1.一种磁极检测系统，具有配列有多个磁性传感器的磁性传感器阵列和使N极和S 极的磁极交替地配置的磁极阵列，其特征在于，设有相位检测头，检测以所述磁极阵列中的一个磁极作为基准的相位；节距特定单元，不依据过去的检测数据而仅根据现在的检测数据，对磁性传感器阵列现在检测的一个磁极是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。
2.如权利要求1所述的磁极检测系统，其特征在于，设有与所述磁极阵列平行地配置且以磁极阵列的磁极单位进行变化的多个标记；由与磁性传感器阵列平行地配置的多个标记检测传感器构成的标记传感器阵列，并且，所述节距特定单元根据来自所述多个标记检测传感器的信号列，对是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。
3.如权利要求2所述的磁极检测系统，其特征在于，所述多个标记，通过至少磁极阵列的磁极是否向与磁极阵列的配列方向呈直角的方向延长来构成。
4.如权利要求2所述的磁极检测系统，其特征在于，还具有偏置修正单元，其通过将为磁极阵列中的第几节距的磁极的数据变换成每个磁极的基准位置，并通过将所述相位变换成距基准位置的位移，由此输出绝对位置。
5.一种磁极检测方法，通过配列有多个磁性传感器的磁性传感器阵列，对将N极和S极的磁极交替地配置的磁极阵列中的磁极进行检测，其特征在于，执行以下步骤通过相位检测头来检测以磁极阵列中的一个磁极为基准的相位的步骤；不依据过去的检测数据而仅根据现在的检测数据，并通过节距特定单元对磁性传感器阵列现在检测的一个磁极是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定的步骤。
6.如权利要求5所述的磁极检测方法，其特征在于，设有与所述磁极阵列平行地配置且以磁极阵列的磁极单位进行变化的多个标记；由与磁性传感器阵列平行地配置的多个标记检测传感器构成的标记传感器阵列，在所述进行特定的步骤中，根据来自所述多个标记检测传感器的信号列，对是磁极阵列中的第几节距的磁极进行特定。
全文摘要
本发明提供一种磁极检测系统和磁极检测方法，通过配列有多个磁性传感器的磁性传感器阵列，来检测以N极和S极的磁极交替地配置而成的磁极阵列中的磁极为基准的相位。通过节距特定单元，来特定磁性传感器阵列正在检测的磁极是磁极阵列中的第几节距的磁极。
文档编号G01B7/00GK102221322SQ201110071708
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月21日 优先权日2010年4月12日
发明者清水哲也, 花香敏 申请人:村田机械株式会社