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JP6435811B2 - Magnetic position detector - Google Patents
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JP6435811B2 - Magnetic position detector - Google Patents

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Description

本発明は、磁気式位置検出装置に関する。   The present invention relates to a magnetic position detection device.

従来の磁気式位置検出装置として、水平方向に延在するシャフトと、シャフトに対してシャフトの軸方向に相対移動可能なスライダと、シャフトが生じる磁束を検出する磁気素子と、磁気素子の検出値に基づいて、シャフトに対するスライダの位置を検出する位置検出部と、を備えるものが知られている。そのような磁気式位置検出装置では、鉛直方向へのシャフトの振れ(撓み及び/又は揺れ)による影響を補償するために、磁気素子がシャフトの真上及び真下のそれぞれに配置される場合がある(例えば、特許文献1参照)。   As a conventional magnetic position detecting device, a shaft extending in the horizontal direction, a slider movable relative to the shaft in the axial direction of the shaft, a magnetic element for detecting a magnetic flux generated by the shaft, and a detection value of the magnetic element And a position detection unit that detects the position of the slider with respect to the shaft. In such a magnetic position detection device, in order to compensate for the influence caused by the shaft swing (deflection and / or swing) in the vertical direction, the magnetic element may be disposed directly above and below the shaft. (For example, refer to Patent Document 1).

実開平2−14016号公報Japanese Utility Model Publication 2-14016

上述したような磁気式位置検出装置では、鉛直方向だけでなく、水平方向にもシャフトが振れるため、鉛直方向及び水平方向へシャフトの振れ(撓み及び/又は揺れ)に起因して、シャフトに対するスライダの位置の検出精度が低下するおそれがある。   In the magnetic position detection device as described above, the shaft swings not only in the vertical direction but also in the horizontal direction. Therefore, the slider with respect to the shaft is caused by the shaft swinging (bending and / or shaking) in the vertical direction and the horizontal direction. There is a risk that the position detection accuracy will decrease.

そこで、本発明は、シャフトに対するスライダの位置を精度良く検出することができる磁気式位置検出装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a magnetic position detection device that can accurately detect the position of a slider with respect to a shaft.

本発明の磁気式位置検出装置は、水平方向に延在し、軸方向にN極とS極とが交互に配列されるシャフトと、シャフトに対して軸方向に相対移動可能に配置されるスライダと、スライダに取り付けられ、シャフトが生じる磁束を検出する第1磁気素子及び第2磁気素子を含む磁気検出部と、第1磁気素子及び第2磁気素子のそれぞれの検出値に基づいて、シャフトに対するスライダの位置を検出する位置検出部と、を備え、第1磁気素子及び第2磁気素子は、軸方向に直交する仮想平面上において、シャフトの中心線を通る鉛直線及び水平線によって仕切られる領域のうち、互いに隣接しない第1領域及び第2領域に、シャフトを挟むように、それぞれ配置されている。   The magnetic position detection device of the present invention includes a shaft that extends in the horizontal direction and in which N poles and S poles are alternately arranged in the axial direction, and a slider that is disposed so as to be relatively movable in the axial direction with respect to the shaft. And a magnetic detection unit that is attached to the slider and that detects the magnetic flux generated by the shaft and includes a first magnetic element and a second magnetic element, and a detection value for the shaft based on the detection values of the first magnetic element and the second magnetic element. A position detection unit that detects a position of the slider, and the first magnetic element and the second magnetic element are in a region partitioned by a vertical line and a horizontal line passing through the center line of the shaft on a virtual plane orthogonal to the axial direction. Among these, the first region and the second region that are not adjacent to each other are arranged so as to sandwich the shaft.

この構成の磁気式位置検出装置では、第1磁気素子及び第2磁気素子が、シャフトの軸方向に直交する仮想平面上においてシャフトと、シャフトの中心線を通る水平線と、を挟んで配置されている。このため、第1磁気素子及び第2磁気素子に対してシャフトが鉛直方向に振れた場合には、一方の磁気素子が検出する磁束が弱まり、他方の磁気素子が検出する磁束は強まる。すなわち、第1磁気素子及び第2磁気素子がそれぞれ検出した検出値の例えば加算値が一定となる。このように一定の加算値を用いてスライダの位置が検出されるので、第1磁気素子及び第2磁気素子に対するシャフトの鉛直方向の振れが補償される。また、この構成の磁気式位置検出装置では、上記仮想平面上において第1磁気素子及び第2磁気素子が、シャフトと、シャフトの中心線を通る鉛直線と、を挟んで配置されている。このため、第1磁気素子及び第2磁気素子に対してシャフトが水平方向に振れた場合、一方の素子が検出する磁束が弱まり、他方の素子が検出する磁束は強まる。すなわち、第1磁気素子及び第2磁気素子がそれぞれ検出した検出値の例えば加算値が一定となる。このように一定の加算値を用いてスライダの位置が検出されるので、第1磁気素子及び第2磁気素子に対するシャフトの水平方向の振れが補償される。これらの作用により、シャフトが撓み及び/又は揺れによって第1磁気素子及び第2磁気素子に対して鉛直方向及び/又は水平方向に振れたとしても、その振れを補償できる。この結果、シャフトに対するスライダの位置を精度良く検出することができる。   In the magnetic position detection apparatus having this configuration, the first magnetic element and the second magnetic element are arranged with a shaft and a horizontal line passing through the center line of the shaft sandwiching a shaft on a virtual plane orthogonal to the axial direction of the shaft. Yes. For this reason, when the shaft swings in the vertical direction with respect to the first magnetic element and the second magnetic element, the magnetic flux detected by one magnetic element is weakened and the magnetic flux detected by the other magnetic element is strengthened. That is, for example, an addition value of detection values detected by the first magnetic element and the second magnetic element is constant. Thus, since the position of the slider is detected using a constant addition value, the vertical shake of the shaft relative to the first magnetic element and the second magnetic element is compensated. Further, in the magnetic position detection device having this configuration, the first magnetic element and the second magnetic element are arranged on the virtual plane with the shaft and the vertical line passing through the center line of the shaft interposed therebetween. For this reason, when the shaft swings in the horizontal direction with respect to the first magnetic element and the second magnetic element, the magnetic flux detected by one element is weakened and the magnetic flux detected by the other element is increased. That is, for example, an addition value of detection values detected by the first magnetic element and the second magnetic element is constant. Thus, since the position of the slider is detected using a constant addition value, the horizontal shake of the shaft with respect to the first magnetic element and the second magnetic element is compensated. By these actions, even if the shaft is swung in the vertical direction and / or the horizontal direction with respect to the first magnetic element and the second magnetic element due to bending and / or shaking, the shaking can be compensated. As a result, the position of the slider with respect to the shaft can be detected with high accuracy.

本発明の磁気式位置検出装置では、スライダは、シャフトが間隙を介して配置される孔部を有する筐体と、筐体に収容されるコイルと、を有し、スライダは、シャフト及びコイルによる磁気の相互作用によって、軸方向に移動可能であり、第1磁気素子及び第2磁気素子は、コイルから軸方向にずれた状態で筐体に取り付けられていてもよい。   In the magnetic position detection device of the present invention, the slider has a housing having a hole in which the shaft is disposed with a gap and a coil accommodated in the housing, and the slider is formed by the shaft and the coil. The first magnetic element and the second magnetic element can be moved in the axial direction by magnetic interaction, and can be attached to the housing in a state shifted from the coil in the axial direction.

この構成によれば、コイルに電流を流すことにより生じる磁界を利用してスライダを駆動させることができる。このため、スライダを移動させるための駆動部を別途設けることなく、シャフトに対してスライダを相対的に移動させることができる。また、第1磁気素子及び第2磁気素子は、コイルから軸方向にずれた状態で筐体に取り付けられているので、コイルから生じる磁束(漏れ磁束)の影響を低減できる。これにより、磁気式位置検出装置の分解能を高めることができる。   According to this configuration, the slider can be driven using a magnetic field generated by passing a current through the coil. For this reason, the slider can be moved relative to the shaft without separately providing a drive unit for moving the slider. Moreover, since the 1st magnetic element and the 2nd magnetic element are attached to the housing | casing in the state which shifted | deviated to the axial direction from the coil, the influence of the magnetic flux (leakage magnetic flux) which arises from a coil can be reduced. Thereby, the resolution of the magnetic position detection device can be increased.

本発明の磁気式位置検出装置では、第1磁気素子及び第2磁気素子は、軸方向から見た場合に、筐体の外形の内側に配置されていてもよい。   In the magnetic position detection device of the present invention, the first magnetic element and the second magnetic element may be disposed inside the outer shape of the housing when viewed from the axial direction.

この構成によれば、第1磁気素子及び第2磁気素子をシャフトに近づけて配置することができるので、より一層、位置精度を向上させることができる。   According to this configuration, since the first magnetic element and the second magnetic element can be disposed close to the shaft, the positional accuracy can be further improved.

本発明の磁気式位置検出装置では、磁気検出部は、シャフトが生じる磁束を検出する第3磁気素子及び第4磁気素子を更に含み、位置検出部は、第1磁気素子、第2磁気素子、第3磁気素子、及び第4磁気素子のそれぞれの検出値に基づいて、シャフトに対するスライダの位置を検出し、第3磁気素子及び第4磁気素子は、仮想平面上において、鉛直線及び水平線によって仕切られる領域のうち、互いに隣接しない第3領域及び第4領域に、シャフトを挟むように、それぞれ配置され、第1磁気素子及び第2磁気素子は、磁束の第1方向成分を検出し、第3磁気素子及び第4磁気素子は、第1方向成分に直交する磁束の第2方向成分を検出してもよい。   In the magnetic position detection apparatus of the present invention, the magnetic detection unit further includes a third magnetic element and a fourth magnetic element that detect magnetic flux generated by the shaft, and the position detection unit includes the first magnetic element, the second magnetic element, The position of the slider with respect to the shaft is detected based on the detection values of the third magnetic element and the fourth magnetic element, and the third magnetic element and the fourth magnetic element are partitioned by a vertical line and a horizontal line on a virtual plane. Are arranged so that the shaft is sandwiched between the third region and the fourth region that are not adjacent to each other, and the first magnetic element and the second magnetic element detect the first direction component of the magnetic flux, The magnetic element and the fourth magnetic element may detect the second direction component of the magnetic flux orthogonal to the first direction component.

なお、第1領域及び第2領域が示す領域と、第3領域及び第4領域が示す領域とが互いに同じ領域であってもよい。   The region indicated by the first region and the second region and the region indicated by the third region and the fourth region may be the same region.

この構成によれば、第1磁気素子、第2磁気素子、第3磁気素子及び第4磁気素子が同一の仮想平面上に配置されているので、シャフトの軸方向における複数個所に第1磁気素子〜第4磁気素子を設ける場合に比べて、シャフトの軸方向の配置スペースを抑制できる。   According to this configuration, since the first magnetic element, the second magnetic element, the third magnetic element, and the fourth magnetic element are arranged on the same virtual plane, the first magnetic element is disposed at a plurality of positions in the axial direction of the shaft. -The arrangement | positioning space of the axial direction of a shaft can be suppressed compared with the case where a 4th magnetic element is provided.

本発明の磁気式位置検出装置では、第1磁気素子、第2磁気素子、第3磁気素子、及び第4磁気素子は、中心線周りにπ/2ずつずれた状態で配置されていてもよい。   In the magnetic position detection apparatus of the present invention, the first magnetic element, the second magnetic element, the third magnetic element, and the fourth magnetic element may be arranged in a state shifted by π / 2 around the center line. .

この構成によれば、シャフトの軸方向から見た場合のスライダのサイズが大きくなることを抑制することができる。   According to this configuration, an increase in the size of the slider when viewed from the axial direction of the shaft can be suppressed.

本発明の磁気式位置検出装置では、位置検出部は、第1磁気素子及び第2磁気素子のそれぞれの検出値を加算することによって、第1三角波sin(x)×sin(ωt)に対応する第1加算値を出力すると共に、第3磁気素子及び第4磁気素子のそれぞれの検出値を加算することによって、第2三角波cos(x)×sin(ωt)に対応する第2加算値を出力する加算部と、第1加算値及び第2加算値に基づいて、加法定理を用いて、合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)に対応する合成値を出力する合成部と、合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした位相xを、合成値に基づいて検出するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部が検出した位相xに基づいて、スライダの位置を算出する位置算出部と、を含んでいてもよい。   In the magnetic position detection apparatus of the present invention, the position detection unit corresponds to the first triangular wave sin (x) × sin (ωt) by adding the detection values of the first magnetic element and the second magnetic element. The first addition value is output, and the second addition value corresponding to the second triangular wave cos (x) × sin (ωt) is output by adding the detection values of the third magnetic element and the fourth magnetic element. And an adder that outputs a synthesized value corresponding to the synthesized wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) using the addition theorem based on the first added value and the second added value; A zero-cross detector that detects a phase x obtained by shifting the synthesized wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) with respect to the reference wave sin (ωt) or cos (ωt) based on the synthesized value; Based on the phase x detected by the detector A position calculating unit that calculates the position of the slider.

この構成によれば、鉛直方向及び水平方向への振れが補償された信号である合成値に基づいて、シャフトに対するスライダの軸方向の位置が算出される。これにより、高い精度でャフトに対するスライダの軸方向の位置が算出される。 According to this configuration, the position of the slider in the axial direction with respect to the shaft is calculated based on the combined value that is a signal in which the shake in the vertical direction and the horizontal direction is compensated. Thus, the axial position of the slider relative to sheet Yafuto with high accuracy is calculated.

本発明の磁気式位置検出装置では、位置検出部は、第1磁気素子及び第2磁気素子のそれぞれの検出値を加算することによって、第1三角波sin(x)×sin(ωt)に対応する第1加算値を出力すると共に、第3磁気素子及び第4磁気素子のそれぞれの検出値を加算することによって、第2三角波cos(x)×sin(ωt)に対応する第2加算値を出力する加算部と、第1加算値及び第2加算値に基づいて、加算の加法定理を用いて、第1合成波sin(ωt±d+x1)又はcos(ωt±d+x1)に対応する第1合成値を出力し、第1加算値と第2加算値に基づいて、減算の加法定理を用いて、第2合成波sin(ωt±d−x2)又はcos(ωt±d−x2)に対応する第2合成値を出力する合成部と、第1合成波sin(ωt±d+x1)又はcos(ωt±d+x1)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした第1位相±d+x1を、第1合成値に基づいて検出すると共に、第2合成波sin(ωt±d−x2)又はcos(ωt±d−x2)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした第2位相±d−x2を、第2合成値に基づいて検出するゼロクロス検出部と、ゼロクロス検出部が検出した第1位相±d+x1及び第2位相±d−x2に基づいて、位相変動誤差である±dを除去したスライダの位置を算出する位置算出部と、を含んでいてもよい。   In the magnetic position detection apparatus of the present invention, the position detection unit corresponds to the first triangular wave sin (x) × sin (ωt) by adding the detection values of the first magnetic element and the second magnetic element. The first addition value is output, and the second addition value corresponding to the second triangular wave cos (x) × sin (ωt) is output by adding the detection values of the third magnetic element and the fourth magnetic element. And a first synthesized value corresponding to the first synthesized wave sin (ωt ± d + x1) or cos (ωt ± d + x1) using the addition theorem based on the first added value and the second added value And the second corresponding to the second composite wave sin (ωt ± d−x2) or cos (ωt ± d−x2) using the addition theorem of subtraction based on the first addition value and the second addition value. (2) a synthesis unit that outputs a synthesized value, and a first synthesized wave sin (ωt ± + X1) or cos (ωt ± d + x1) is detected based on the first composite value and the first phase ± d + x1 obtained by shifting the reference wave sin (ωt) or cos (ωt) with respect to the second composite wave sin ( The second phase ± d−x2 in which ωt ± d−x2) or cos (ωt ± d−x2) is shifted with respect to the reference wave sin (ωt) or cos (ωt) is detected based on the second composite value. A zero cross detector, and a position calculator that calculates the position of the slider from which ± d, which is a phase variation error, is removed based on the first phase ± d + x1 and the second phase ± d−x2 detected by the zero cross detector. May be included.

この構成によれば、鉛直方向及び水平方向への振れが補償された信号である合成値に基づいてシャフトに対するスライダの軸方向の位置が算出される。これにより、高い精度でャフトに対するスライダの軸方向の位置が算出される。更に、この構成によれば、周辺環境の温度変化などを要因とする位相変動誤差を考慮することができるので、より高い精度でシャフトに対するスライダの軸方向の位置が算出される。 According to this configuration, the position of the slider in the axial direction with respect to the shaft is calculated based on the combined value that is a signal in which the shake in the vertical direction and the horizontal direction is compensated. Thus, the axial position of the slider relative to sheet Yafuto with high accuracy is calculated. Furthermore, according to this configuration, since the phase variation error caused by the temperature change in the surrounding environment can be taken into account, the position of the slider in the axial direction with respect to the shaft can be calculated with higher accuracy.

本発明の磁気式位置検出装置では、仮想平面上において、鉛直線及び前記水平線によって仕切られる領域が、互いに隣接しない第1領域及び第2領域と、互いに隣接しない第3領域及び第4領域とで構成され、第1磁気素子は、シャフトが発する磁束を検出する検出面を有し、検出面の垂線がシャフトの中心線を交わらないように第3領域及び第4領域のうち一方の領域側を指向した姿勢で配置され、第2磁気素子は、シャフトが発する磁束を検出する検出面を有し、検出面の垂線がシャフトの中心線を交わらないように第3領域及び第4領域のうち他方の領域側を指向した姿勢で配置されてもよい。   In the magnetic position detection apparatus of the present invention, on the virtual plane, the regions partitioned by the vertical line and the horizontal line are the first region and the second region that are not adjacent to each other, and the third region and the fourth region that are not adjacent to each other. The first magnetic element has a detection surface for detecting a magnetic flux generated by the shaft, and one of the third region and the fourth region is arranged so that the perpendicular of the detection surface does not intersect the center line of the shaft. The second magnetic element is disposed in an oriented posture, and the second magnetic element has a detection surface for detecting a magnetic flux generated by the shaft, and the other of the third region and the fourth region so that the perpendicular of the detection surface does not cross the center line of the shaft May be arranged in a posture oriented toward the region side.

この構成によれば、第1磁気素子及び第2磁気素子が、検出面に直交する垂線(検出方向)がシャフトの中心線と交わらないように、第3領域及び第4領域(又は第4領域及び第2領域)をそれぞれ指向した姿勢で配置される。このような姿勢を第1磁気素子及び第2磁気素子がとることにより、シャフトが発する磁束に対して、第1磁気素子及び第2磁気素子のそれぞれが、互いに相反する検出方向(検出面の垂線の方向)に沿った磁束成分を検出する。このとき、シャフトが振れた場合には、一方の磁気素子において検出される磁束成分が強まり、他方の磁気素子において検出される磁束成分が弱まる。すなわち、例えば、第1磁気素子、第2磁気素子、及びシャフトの中心線を結ぶ直線に沿った方向にシャフトが揺れたり撓んだりした場合には、第1磁気素子及び第2磁気素子に対して等距離分シャフトが遠ざかってしまうため、第1磁気素子241及び第2磁気素子242に作用する磁束の強さは同等に変化するが、第1磁気素子241及び第2磁気素子242の姿勢がそれぞれ相反する方向を向いているため、検出する磁束成分の違いにより、一方の磁気素子が検出する磁束が弱まり、他方の磁気素子が検出する磁束は強まる。第1磁気素子及び第2磁気素子がそれぞれ検出した検出値の加算値は一定となり、一定の加算値を用いてスライダの位置が検出される。従って、仮想平面F上の全ての方向のシャフト20の振れを補償することが可能となる。   According to this configuration, the first magnetic element and the second magnetic element have the third region and the fourth region (or the fourth region) so that the perpendicular (detection direction) perpendicular to the detection surface does not intersect the center line of the shaft. And the second area) are oriented in the respective orientations. When the first magnetic element and the second magnetic element take such a posture, the first magnetic element and the second magnetic element are opposite to each other in the detection direction (perpendicular to the detection surface) with respect to the magnetic flux generated by the shaft. The magnetic flux component along the direction of) is detected. At this time, when the shaft swings, the magnetic flux component detected in one magnetic element becomes stronger, and the magnetic flux component detected in the other magnetic element becomes weaker. That is, for example, when the shaft swings or bends in a direction along a straight line connecting the center line of the first magnetic element, the second magnetic element, and the shaft, the first magnetic element and the second magnetic element Therefore, the strength of the magnetic flux acting on the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 changes equally, but the posture of the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 is the same. Since they are directed in opposite directions, the magnetic flux detected by one magnetic element is weakened and the magnetic flux detected by the other magnetic element is strengthened due to the difference in the detected magnetic flux component. The addition value of the detection values detected by the first magnetic element and the second magnetic element is constant, and the slider position is detected using the constant addition value. Therefore, it is possible to compensate for the shake of the shaft 20 in all directions on the virtual plane F.

本発明によれば、シャフトに対するスライダの位置を精度良く検出することができる。   According to the present invention, the position of the slider with respect to the shaft can be detected with high accuracy.

第1実施形態に係る磁気式位置検出装置の斜視図である。1 is a perspective view of a magnetic position detection device according to a first embodiment. 図1の磁気式位置検出装置の断面図である。It is sectional drawing of the magnetic position detection apparatus of FIG. 図1の磁気式位置検出装置をシャフトの軸方向から見た側面図である。It is the side view which looked at the magnetic position detection apparatus of FIG. 1 from the axial direction of the shaft. 図1の磁気式位置検出装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the magnetic position detection apparatus of FIG. 図4の位置算出部における位置算出方法を説明する図である。It is a figure explaining the position calculation method in the position calculation part of FIG. 第2実施形態に係る磁気式位置検出装置をシャフトの軸方向から見た側面図である。It is the side view which looked at the magnetic position detection device concerning a 2nd embodiment from the axial direction of a shaft. 図6の磁気式位置検出装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the magnetic position detection apparatus of FIG. 第3実施形態に係る磁気式位置検出装置をシャフトの軸方向から見た側面図である。It is the side view which looked at the magnetic-type position detection apparatus which concerns on 3rd Embodiment from the axial direction of the shaft.

以下、図面を参照しつつ実施形態について詳細に説明する。なお、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent element, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.

(第1実施形態)
図1に示されるように、磁気式位置検出装置1は、スライダ10と、シャフト20と、磁気検出部40と、位置検出部70と、を備えている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the magnetic position detection device 1 includes a slider 10, a shaft 20, a magnetic detection unit 40, and a position detection unit 70.

シャフト20は、水平方向の一方向であるX軸方向に軸(中心線)CLが延在するように配置されていると共にN極20aとS極20bとが軸方向(X軸方向)に沿って交互に配列されている。シャフト20は、軸方向から見た断面形状が円形の棒状部材である。シャフト20の軸方向の長さは、例えば、4m以内とすることができる。N極20aとS極20bとは、例えば、30mmのピッチで交互に配置することができる。   The shaft 20 is disposed such that the axis (center line) CL extends in the X-axis direction, which is one horizontal direction, and the N-pole 20a and the S-pole 20b are along the axial direction (X-axis direction). Are alternately arranged. The shaft 20 is a rod-shaped member having a circular cross-sectional shape when viewed from the axial direction. The axial length of the shaft 20 can be, for example, within 4 m. The N pole 20a and the S pole 20b can be alternately arranged at a pitch of 30 mm, for example.

スライダ10は、シャフト20の軸方向に沿って相対移動可能に配置されている。スライダ10は、図1及び図2に示すように、筐体11と、コイル13と、を有している。   The slider 10 is disposed so as to be relatively movable along the axial direction of the shaft 20. As shown in FIGS. 1 and 2, the slider 10 includes a housing 11 and a coil 13.

筐体11は、シャフト20を遊嵌可能な遊嵌孔11b(シャフト20が間隙を介して配置される孔部)を有し、遊嵌孔11bに遊嵌されるシャフト20に対し、軸方向に相対移動可能に設けられる。   The housing 11 has a loose fitting hole 11b (a hole in which the shaft 20 is disposed via a gap) in which the shaft 20 can be loosely fitted, and the axial direction relative to the shaft 20 loosely fitted in the loose fitting hole 11b. Are provided so as to be relatively movable.

コイル13は、筐体11に収容されており、遊嵌孔11bに遊嵌されるシャフト20に対向する位置に配置されている。コイル13は、U相、V相及びW相を構成するコイル列であり、X軸方向に沿って配列されている。各コイルのX軸方向の幅は同じである。磁気式位置検出装置1では、シャフト20とコイル13とによる相互作用によって、スライダ10が、シャフト20の軸方向に移動可能となる。具体的には、コイル13に供給される、磁極ピッチ(N極20a−S極20b間のピッチ)の位相を180度とした場合に120度の位相差をもつ位置に応じた三相電流と、上記磁極ピッチを有するシャフト20とによって、スライダ10をX軸方向に移動させる推力が発生する。スライダ10の位置に応じてコイル13に供給する電流を制御することで、シャフト20のX軸方向への移動が制御される。   The coil 13 is accommodated in the housing 11 and is disposed at a position facing the shaft 20 that is loosely fitted in the loosely fitting hole 11b. The coil 13 is a coil row constituting a U phase, a V phase, and a W phase, and is arranged along the X-axis direction. The width of each coil in the X-axis direction is the same. In the magnetic position detection device 1, the slider 10 can move in the axial direction of the shaft 20 by the interaction between the shaft 20 and the coil 13. Specifically, when the phase of the magnetic pole pitch (the pitch between the N pole 20a and the S pole 20b) supplied to the coil 13 is 180 degrees, a three-phase current corresponding to a position having a phase difference of 120 degrees A thrust for moving the slider 10 in the X-axis direction is generated by the shaft 20 having the magnetic pole pitch. By controlling the current supplied to the coil 13 according to the position of the slider 10, the movement of the shaft 20 in the X-axis direction is controlled.

図3に示されるように、磁気検出部40は、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46を有している。第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、キャップ部30を介して配置されている。第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、例えば、ホール素子である。   As shown in FIG. 3, the magnetic detection unit 40 includes a first magnetic element 41, a second magnetic element 42, a third magnetic element 45, and a fourth magnetic element 46. The first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are disposed via the cap portion 30. The first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are, for example, Hall elements.

キャップ部30は、筐体11と同様に、シャフト20を遊嵌可能な遊嵌孔30a(シャフト20が間隙を介して配置される孔部)を有している。キャップ部30は、シャフト20の軸方向において筐体11の一方の端部に固定され、遊嵌孔30aに遊嵌されるシャフト20に対し、筐体11と共に軸方向に相対移動可能に設けられる。   The cap portion 30 has a loose fitting hole 30a (a hole portion in which the shaft 20 is disposed via a gap) in which the shaft 20 can be loosely fitted, similarly to the housing 11. The cap portion 30 is fixed to one end portion of the housing 11 in the axial direction of the shaft 20, and is provided so as to be relatively movable in the axial direction together with the housing 11 with respect to the shaft 20 loosely fitted in the loose fitting hole 30a. .

図3に示されるように、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、キャップ部30において、シャフト20の軸方向に直交する同一の仮想平面F上に配置され、シャフト20の軸方向から見て、シャフト20の軸CLの周りに配置される。   As shown in FIG. 3, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are the same virtual plane orthogonal to the axial direction of the shaft 20 in the cap portion 30. It is arranged on F and is arranged around the axis CL of the shaft 20 when viewed from the axial direction of the shaft 20.

第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、シャフト20の軸方向に直交する仮想平面F上において、シャフト20の軸CLを通る鉛直線VL及び水平線HLによって仕切られる領域(R1〜R4)のうち互いに隣接しない第1領域R1及び第2領域R2に、シャフト20を挟むように、それぞれ配置されている。言い換えれば、第1磁気素子41と第2磁気素子42とは、シャフト20を挟んで互いに配置されると共に、上述の仮想平面F上においてシャフト20の中心を通り、水平線HL及び鉛直線VLとは異なる方向の直線S1上にそれぞれ配置されている。本実施形態では、直線S1は、鉛直線VLに対してα1(π/4)傾いている。   The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are in regions (R1 to R4) partitioned by a vertical line VL and a horizontal line HL passing through the axis CL of the shaft 20 on a virtual plane F orthogonal to the axial direction of the shaft 20. Of these, the first region R1 and the second region R2 that are not adjacent to each other are arranged so as to sandwich the shaft 20 therebetween. In other words, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged with respect to each other with the shaft 20 interposed therebetween, and pass through the center of the shaft 20 on the above-described virtual plane F, and the horizontal line HL and the vertical line VL are They are arranged on straight lines S1 in different directions. In the present embodiment, the straight line S1 is inclined by α1 (π / 4) with respect to the vertical line VL.

また、第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、シャフト20が発する磁束を検出する検出面に直交する方向(検出方向)が、仮想平面F上においてシャフト20の中心を向くように配置されている。   Further, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged so that a direction (detection direction) orthogonal to a detection surface for detecting the magnetic flux generated by the shaft 20 faces the center of the shaft 20 on the virtual plane F. ing.

第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、仮想平面F上において、鉛直線VL及び水平線HLによって仕切られる領域(R1〜R4)のうち、互いに隣接しない第3領域R3及び第4領域R4に、シャフト20を挟むように、それぞれ配置されている。言い換えれば、第3磁気素子45と第4磁気素子46とは、シャフト20を挟んで互いに配置されると共に、上述の仮想平面F上においてシャフト20の中心を通り、水平線HL及び鉛直線VLとは異なる方向の直線S2上にそれぞれ配置されている。本実施形態では、直線S2は、鉛直線VLに対してα2(π/4)傾いている。第3磁気素子45及び第4磁気素子46が同一仮想平面上に配置されているとは、第3磁気素子45及び第4磁気素子46における検出面の重心位置が同一仮想平面Fに位置していることをいう。   The third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 are arranged in the third region R3 and the fourth region R4 that are not adjacent to each other among the regions (R1 to R4) partitioned by the vertical line VL and the horizontal line HL on the virtual plane F. These are arranged so as to sandwich the shaft 20. In other words, the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 are arranged with the shaft 20 in between, and pass through the center of the shaft 20 on the above-described virtual plane F, and the horizontal line HL and the vertical line VL are They are arranged on straight lines S2 in different directions. In the present embodiment, the straight line S2 is inclined by α2 (π / 4) with respect to the vertical line VL. The 3rd magnetic element 45 and the 4th magnetic element 46 are arrange | positioned on the same virtual plane that the gravity center position of the detection surface in the 3rd magnetic element 45 and the 4th magnetic element 46 is located in the same virtual plane F. It means being.

磁気検出部40は、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、仮想平面F上において、シャフト20の周方向(シャフト20の軸CL周り)にπ/2ずつずれた状態で配置されている。更に詳細には、仮想平面F上において、第1磁気素子41の配置位置からシャフト20の軸CLを中心に90度回転した位置に第4磁気素子46が配置され、第4磁気素子46の配置位置からシャフト20の軸CLを中心に90度回転した位置に第2磁気素子42が配置され、第2磁気素子42の配置位置からシャフト20の軸CLを中心に90度回転した位置に第3磁気素子45が配置され、第3磁気素子45の配置位置からシャフト20の軸CLを中心に90度回転した位置に第1磁気素子41が配置されている。   The magnetic detection unit 40 includes a first magnetic element 41, a second magnetic element 42, a third magnetic element 45, and a fourth magnetic element 46 on the virtual plane F in the circumferential direction of the shaft 20 (around the axis CL of the shaft 20). Are shifted by π / 2. More specifically, on the imaginary plane F, the fourth magnetic element 46 is disposed at a position rotated 90 degrees around the axis CL of the shaft 20 from the position where the first magnetic element 41 is disposed, and the fourth magnetic element 46 is disposed. The second magnetic element 42 is disposed at a position rotated 90 degrees around the axis CL of the shaft 20 from the position. The third magnetic element 42 is disposed at a position rotated 90 degrees around the axis CL of the shaft 20 from the position where the second magnetic element 42 is disposed. The magnetic element 45 is disposed, and the first magnetic element 41 is disposed at a position rotated 90 degrees around the axis CL of the shaft 20 from the position where the third magnetic element 45 is disposed.

図2に示されるように、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、シャフト20の軸方向から見た場合に、筐体11の天面(外形)11aよりもシャフト20側(内側)に配置されている。言い換えれば、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、シャフト20の径方向において、筐体11の天面11aよりもシャフト20側に配置されている。また、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、コイル13からシャフト20の軸方向にずれた状態で配置されている。   As shown in FIG. 2, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are the top surface of the housing 11 when viewed from the axial direction of the shaft 20. (Outer shape) It is arranged closer to the shaft 20 (inner side) than 11a. In other words, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are arranged on the shaft 20 side with respect to the top surface 11 a of the housing 11 in the radial direction of the shaft 20. ing. Further, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are arranged in a state shifted from the coil 13 in the axial direction of the shaft 20.

図3に戻り、第1磁気素子41及び前記第2磁気素子42は、シャフト20から生じる磁束のうち、シャフト20の径方向に平行な成分である第1方向成分を検出する。第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、シャフト20から生じる磁束のうち、シャフト20の径方向と直交するシャフト20の軸方向に平行な成分である第2方向成分を検出する。すなわち、第1磁気素子41及び前記第2磁気素子42における磁束の検出面と、第3磁気素子45及び第4磁気素子46における磁束の検出面とは、互いに直交している。   Returning to FIG. 3, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 detect a first direction component, which is a component parallel to the radial direction of the shaft 20, of the magnetic flux generated from the shaft 20. The third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 detect a second direction component, which is a component parallel to the axial direction of the shaft 20 perpendicular to the radial direction of the shaft 20, out of the magnetic flux generated from the shaft 20. That is, the magnetic flux detection surfaces of the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 and the magnetic flux detection surfaces of the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 are orthogonal to each other.

図4に示される位置検出部70は、第1磁気素子41が検出した第1検出値及び第2磁気素子42が検出した第2検出値を加算した加算値と、第3磁気素子45が検出した第3検出値及び第4磁気素子46が検出した第4検出値を加算した加算値と、に基づいて、シャフト20の軸方向(X軸方向)におけるスライダ10の位置xを算出する。なお、第1磁気素子41及び第2磁気素子42がそれぞれ検出した検出値を平均した平均値、及び第3磁気素子45及び第4磁気素子46がそれぞれ検出した検出値を平均した平均値に基づいて、シャフト20の軸方向(X軸方向)におけるスライダ10の位置xを算出してもよい。   In the position detection unit 70 shown in FIG. 4, an addition value obtained by adding the first detection value detected by the first magnetic element 41 and the second detection value detected by the second magnetic element 42 and the third magnetic element 45 detect The position x of the slider 10 in the axial direction (X-axis direction) of the shaft 20 is calculated based on the added third value and the fourth detection value detected by the fourth magnetic element 46. The average value obtained by averaging the detection values detected by the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 and the average value obtained by averaging the detection values detected by the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46, respectively. Thus, the position x of the slider 10 in the axial direction (X-axis direction) of the shaft 20 may be calculated.

次に、主に図4を参照しながら、位置検出部70においてスライダ10の位置xを検出する方法について具体的に説明する。励磁信号出力部71は、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45、及び第4磁気素子46を励磁する。励磁信号出力部71は、所定の高速クロックパルスをカウントするカウンタを有しており、所定のカウント値に基づいて励磁用の交流信号(Asin(ωt))を出力する。説明の便宜上、そのカウント値の0は、基準信号sin(ωt)の0位相に対応しているものとする。例えば、カウンタのカウント値が0から最大値まで1巡する間で、基準信号sin(ωt)の0位相から最大位相までの1周期が発生されると想定すると、その基準信号sin(ωt)と同じ位相で励磁用の交流信号sin(ωt)が、励磁信号出力部71から出力される。   Next, a method of detecting the position x of the slider 10 in the position detection unit 70 will be specifically described mainly with reference to FIG. The excitation signal output unit 71 excites the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46. The excitation signal output unit 71 has a counter that counts a predetermined high-speed clock pulse, and outputs an excitation AC signal (Asin (ωt)) based on a predetermined count value. For convenience of explanation, it is assumed that the count value 0 corresponds to the 0 phase of the reference signal sin (ωt). For example, assuming that one cycle from the 0 phase to the maximum phase of the reference signal sin (ωt) is generated while the count value of the counter makes one round from 0 to the maximum value, the reference signal sin (ωt) An excitation AC signal sin (ωt) is output from the excitation signal output unit 71 with the same phase.

同時に、スライダ10がシャフト20に対してシャフト20の軸方向に相対移動が可能になる。第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、スライダ10の移動に伴って検出する磁束が変化する。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42、並びに第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、下記に示す2相の交流信号を出力する。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42が交流信号SG1=sin(x)×sin(ωt)を出力し、第3磁気素子45及び第4磁気素子46が交流信号SG2=cos(x)×sin(ωt)を出力する。   At the same time, the slider 10 can move relative to the shaft 20 in the axial direction of the shaft 20. In the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46, the detected magnetic flux changes as the slider 10 moves. That is, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, and the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 output the following two-phase AC signals. That is, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 output an AC signal SG1 = sin (x) × sin (ωt), and the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 have an AC signal SG2 = cos (x ) × sin (ωt) is output.

加算部72は、第1磁気素子41及び第2磁気素子42からそれぞれ出力される交流信号SG1を差動増幅し、交流信号SG11=sin(x)×sin(ωt)+sin(x)×sin(ωt)=2sin(x)×sin(ωt)を出力する。同様に、加算部72は、第3磁気素子45及び第4磁気素子46からそれぞれ出力される交流信号SG2を差動増幅し、交流信号SG21=cos(x)×sin(ωt)+cos(x)×sin(ωt)=2cos(x)×sin(ωt)を出力する。   The adder 72 differentially amplifies the AC signal SG1 output from each of the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, and AC signal SG11 = sin (x) × sin (ωt) + sin (x) × sin ( ωt) = 2sin (x) × sin (ωt) is output. Similarly, the adder 72 differentially amplifies the AC signal SG2 output from each of the third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46, and AC signal SG21 = cos (x) × sin (ωt) + cos (x) * Sin ([omega] t) = 2 cos (x) * sin ([omega] t) is output.

位相シフト部73は、交流信号SG1の位相を90度シフトし、交流信号SG12=2sin(x)×cos(ωt)を出力する。   The phase shift unit 73 shifts the phase of the AC signal SG1 by 90 degrees and outputs the AC signal SG12 = 2sin (x) × cos (ωt).

合成部74は、交流信号SG12と交流信号SG21とを合成する。具体的には、合成部74は、加算回路と減算回路とを有している。加算回路は、位相シフト部73から出力される交流信号SG12=2sin(x)×cos(ωt)と、加算部72から出力される交流信号SG21=2cos(x)×sin(ωt)とを加算し、その加算結果であるSG12+SG21=2sin(x)×cos(ωt)+2cos(x)×sin(ωt)=2sin(ωt±d+x)なる交流信号Y1を出力する。   The synthesizer 74 synthesizes the AC signal SG12 and the AC signal SG21. Specifically, the synthesis unit 74 has an addition circuit and a subtraction circuit. The addition circuit adds the AC signal SG12 = 2sin (x) × cos (ωt) output from the phase shift unit 73 and the AC signal SG21 = 2cos (x) × sin (ωt) output from the addition unit 72. Then, an alternating current signal Y1 of SG12 + SG21 = 2sin (x) × cos (ωt) + 2cos (x) × sin (ωt) = 2sin (ωt ± d + x), which is the addition result, is output.

減算回路は、位相シフト部73から出力される交流信号SG12=2sin(x)×cos(ωt)から、加算部72によって出力される交流信号SG21=2cos(x)×sin(ωt)を減算し、その減算結果であるSG12−SG21=2sin(x)×cos(ωt)−2cos(x)×sin(ωt)=2sin(ωt±d−x)なる交流信号Y2を出力する。ここで、「±d」は、温度特性により変動する交流信号の位相変動誤差である。   The subtracting circuit subtracts the AC signal SG21 = 2cos (x) × sin (ωt) output by the adding unit 72 from the AC signal SG12 = 2sin (x) × cos (ωt) output from the phase shift unit 73. The subtraction result SG12−SG21 = 2sin (x) × cos (ωt) −2cos (x) × sin (ωt) = 2sin (ωt ± d−x) is output. Here, “± d” is a phase variation error of the AC signal that varies depending on the temperature characteristic.

このようにして、検出対象位置xに対応して正方向にシフトされた位相角(+x)を持つ交流信号Y1=2sin(ωt±d+x)と、同じ検出対象位置xに対応して負方向にシフトされた位相角(−x)を持つ交流信号Y2=2sin(ωt±d−x)と、が得られる。   In this way, the AC signal Y1 = 2sin (ωt ± d + x) having the phase angle (+ x) shifted in the positive direction corresponding to the detection target position x and the negative direction corresponding to the same detection target position x. An AC signal Y2 = 2sin (ωt ± d−x) having a shifted phase angle (−x) is obtained.

ゼロクロス検出部75は、加算回路及び減算回路からそれぞれ入力される交流信号Y1,Y2のゼロクロスを検出する。ゼロクロスを検出する方法としては、例えば、各交流信号Y1,Y2の振幅値が負から正に変化する点を検出する。図5に示されるように、ゼロクロス検出部75によって検出されたそれぞれのゼロクロス検出パルスは、ラッチパルスLP1,LP2として、カウンタからのカウント値をそれぞれのラッチパルスLP1,LP2のタイミングでラッチされる。   The zero cross detection unit 75 detects zero crosses of the AC signals Y1 and Y2 input from the addition circuit and the subtraction circuit, respectively. As a method of detecting the zero cross, for example, a point where the amplitude value of each AC signal Y1, Y2 changes from negative to positive is detected. As shown in FIG. 5, the zero-cross detection pulses detected by the zero-cross detection unit 75 are latched as latch pulses LP1 and LP2, and the count values from the counter are latched at the timings of the latch pulses LP1 and LP2, respectively.

前述のように、カウンタは励磁用の交流信号(sin(ωt))の1周期に対応しており、そのカウント値の0は基準信号sin(ωt)の0位相に対応している。このため、ゼロクロス検出部75によってラッチされた位相ずれデータ(第1位相)D1及び位相ずれデータ(第2位相)D2は、それぞれ、基準信号sin(ωt)に対する各交流信号Y1,Y2の位相ずれに対応している。ゼロクロス検出部75は、位相ずれデータD1,D2を位置算出部76に出力する。   As described above, the counter corresponds to one cycle of the excitation AC signal (sin (ωt)), and the count value 0 corresponds to the 0 phase of the reference signal sin (ωt). For this reason, the phase shift data (first phase) D1 and the phase shift data (second phase) D2 latched by the zero cross detector 75 are respectively phase shifts of the AC signals Y1 and Y2 with respect to the reference signal sin (ωt). It corresponds to. The zero-cross detector 75 outputs the phase shift data D1 and D2 to the position calculator 76.

位置算出部76は、検出位相差x(検出対象位置x)を算出する。具体的には、位置算出部76は、温度特性により変動する交流信号の位相変動誤差を考慮して、ゼロクロス検出部75から入力される位相ずれデータD1=±d+xと、位相ずれデータD2==±d−xとの平均値「(D1+D2)/2」を算出する。これにより、位相変動誤差±dが算出される。
(D1+D2)/2={(±d+x)+(±d−x)}/2=±2d/2=±d
The position calculator 76 calculates the detection phase difference x (detection target position x). Specifically, the position calculation unit 76 considers the phase variation error of the AC signal that varies depending on the temperature characteristics, and the phase shift data D1 = ± d + x input from the zero cross detection unit 75 and the phase shift data D2 ==. An average value “(D1 + D2) / 2” with ± d−x is calculated. Thereby, the phase fluctuation error ± d is calculated.
(D1 + D2) / 2 = {(± d + x) + (± d−x)} / 2 = ± 2d / 2 = ± d

このように算出された位相変動誤差「±d」は、一方の位相ずれデータD1から減算される。すなわち、位置算出部76は、「D1−(±d)」の減算を行うので、D1−(±d)=±d+x−(±d)=xとなり、位相変動誤差「±d」を除去した正しい検出位相差xを示すデータが得られる。これにより、検出位相差xを示すデータ(磁極ピッチ内の位置情報)が得られる。これにより、位置算出部76は、検出位相差xを示すデータ(磁極ピッチ内の位置情報)と、原点を基準とした磁極ピッチ数を示すデータとから、スライダ10の絶対位置を算出することが可能である。磁極ピッチ数については、例えば、磁極ピッチを通過する度にカウントしておくことにより、位置算出時のデータとして利用できる。なお、位置算出部76は、他方の位相ずれデータD2から位相変動誤差「±d」を減算してもよい。   The phase variation error “± d” calculated in this way is subtracted from one phase shift data D1. That is, since the position calculation unit 76 performs subtraction of “D1− (± d)”, D1− (± d) = ± d + x− (± d) = x, and the phase variation error “± d” is removed. Data indicating the correct detection phase difference x is obtained. As a result, data indicating the detected phase difference x (position information within the magnetic pole pitch) is obtained. Thereby, the position calculation unit 76 can calculate the absolute position of the slider 10 from the data indicating the detected phase difference x (position information within the magnetic pole pitch) and the data indicating the number of magnetic pole pitches with reference to the origin. Is possible. The number of magnetic pole pitches can be used as data at the time of position calculation, for example, by counting each time the magnetic pole pitch passes. The position calculator 76 may subtract the phase variation error “± d” from the other phase shift data D2.

次に、第1実施形態の磁気式位置検出装置1における作用効果を説明する。第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、図3に示されるように、第1磁気素子41及び第2磁気素子42が、互いにシャフト20を挟んで配置されると共に、仮想平面F上においてシャフト20の中心軸を通る水平線HLを挟んで配置されている。このため、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対してシャフト20が鉛直方向に振れた場合、一方の磁気素子41(42)が検出する磁束が弱まり、他方の磁気素子42(41)が検出する磁束は強まる。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42がそれぞれ検出した検出値の加算値(SG11=sin(x)×sin(ωt)+sin(x)×sin(ωt)=2sin(x)×sin(ωt))が一定となる。このように一定の加算値を用いてスライダ10の位置が検出されるので、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対するシャフト20の鉛直方向の振れを補償することができる。   Next, functions and effects of the magnetic position detection apparatus 1 according to the first embodiment will be described. In the magnetic position detection apparatus 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged with the shaft 20 therebetween, and on the virtual plane F. They are arranged across a horizontal line HL passing through the central axis of the shaft 20. Therefore, when the shaft 20 swings in the vertical direction with respect to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, the magnetic flux detected by one magnetic element 41 (42) is weakened, and the other magnetic element 42 (41). The magnetic flux detected by is strengthened. That is, the added value of the detected values detected by the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 (SG11 = sin (x) × sin (ωt) + sin (x) × sin (ωt) = 2sin (x) × sin (Ωt)) becomes constant. As described above, since the position of the slider 10 is detected using a constant addition value, the vertical deflection of the shaft 20 relative to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 can be compensated.

第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、図3に示されるように、第1磁気素子41及び第2磁気素子42が、互いにシャフト20を挟んで配置されると共に、仮想平面F上においてシャフト20の中心軸を通る鉛直線VLを挟んで配置されている。このため、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対してシャフト20が水平方向に振れた場合、一方の磁気素子41(42)が検出する磁束が弱まり、他方の磁気素子42(41)が検出する磁束は強まる。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42がそれぞれ検出した検出値の例えば加算値(SG1=sin(x)×sin(ωt)+sin(x)×sin(ωt)=2sin(x)×sin(ωt))が一定となる。このように一定の加算値を用いてスライダ10の位置が検出されるので、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対するシャフト20の水平方向の振れが補償される。   In the magnetic position detection apparatus 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 3, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged with the shaft 20 therebetween, and on the virtual plane F. They are arranged with a vertical line VL passing through the central axis of the shaft 20 interposed therebetween. For this reason, when the shaft 20 swings in the horizontal direction with respect to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, the magnetic flux detected by one magnetic element 41 (42) is weakened, and the other magnetic element 42 (41). The magnetic flux detected by is strengthened. That is, for example, an addition value (SG1 = sin (x) × sin (ωt) + sin (x) × sin (ωt) = 2sin (x) ×) of the detection values detected by the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, respectively. sin (ωt)) is constant. Thus, since the position of the slider 10 is detected using a constant addition value, the horizontal deflection of the shaft 20 relative to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 is compensated.

これらの作用により、第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対するシャフト20の鉛直方向及び水平方向への両方の振れが補償される。この結果、シャフト20に対するスライダ10の位置を精度良く検出することができる。   With these actions, in the magnetic position detection device 1 of the first embodiment, both vertical and horizontal shakes of the shaft 20 with respect to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are compensated. As a result, the position of the slider 10 with respect to the shaft 20 can be detected with high accuracy.

第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、コイル13に電流を流すことにより生じる磁界を利用してスライダ10を駆動させることができる。このため、スライダ10を移動させるための駆動部を別途設けることなく、シャフト20に対してスライダ10を相対的に移動させることができる。   In the magnetic position detection apparatus 1 of the first embodiment, the slider 10 can be driven using a magnetic field generated by passing a current through the coil 13. For this reason, the slider 10 can be moved relative to the shaft 20 without separately providing a drive unit for moving the slider 10.

第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、コイル13から軸方向にずれた状態で筐体11に取り付けられているので、コイル13から生じる磁束(漏れ磁束)の影響を低減できる。これにより、磁気式位置検出装置1の分解能を高めることができる。   In the magnetic position detection apparatus 1 of the first embodiment, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are in a state in which they are offset from the coil 13 in the axial direction. 11, the influence of magnetic flux (leakage magnetic flux) generated from the coil 13 can be reduced. Thereby, the resolution of the magnetic position detection apparatus 1 can be increased.

第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46は、シャフト20の径方向において筐体11の天面11aよりもシャフト20側に配置されることによりシャフト20に近づけて配置されている。これにより、より位置精度を向上させることができる。   In the magnetic position detection apparatus 1 of the first embodiment, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are arranged on the top surface of the housing 11 in the radial direction of the shaft 20. It is arranged closer to the shaft 20 by being arranged on the shaft 20 side than 11a. Thereby, position accuracy can be improved more.

第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46が同一の仮想平面F上に配置されているので、シャフト20の軸方向における複数個所に第1磁気素子〜第4磁気素子を設ける場合に比べて、シャフト20の軸方向の配置スペースを抑制できる。   In the magnetic position detection apparatus 1 of the first embodiment, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are arranged on the same virtual plane F. Compared with the case where the first magnetic element to the fourth magnetic element are provided at a plurality of positions in the axial direction of the shaft 20, the arrangement space in the axial direction of the shaft 20 can be suppressed.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態の磁気式位置検出装置101について、主に図6及び図7を用いて説明する。第2実施形態の磁気式位置検出装置101が第1実施形態の磁気式位置検出装置1と異なるのは、図6に示されるように、第1実施形態の磁気式位置検出装置1に備わっていた第3磁気素子45及び第4磁気素子46が設けられていない点と、位置検出部170におけるスライダ10の位置検出方法が異なる点とである。ここでは、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と同一の構成については同じ参照符号を付して説明を省略し、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と異なる点のみを説明する。
(Second Embodiment)
Next, the magnetic position detection apparatus 101 according to the second embodiment will be described mainly with reference to FIGS. The magnetic position detection device 101 of the second embodiment differs from the magnetic position detection device 1 of the first embodiment as shown in FIG. 6 in the magnetic position detection device 1 of the first embodiment. The third magnetic element 45 and the fourth magnetic element 46 are not provided, and the position detection method of the slider 10 in the position detection unit 170 is different. Here, the same components as those of the magnetic position detection device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Only differences from the magnetic position detection device 1 of the first embodiment will be described. .

図6に示されるように、磁気検出部140は、第1磁気素子41及び第2磁気素子42を有している。第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、キャップ部30を介して配置されている。第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、例えば、ホール素子である。第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、キャップ部30において、シャフト20の軸方向に直交する同一の仮想平面F上に配置され、シャフト20の軸方向から見て、シャフト20の軸CLの周りに配置される。   As shown in FIG. 6, the magnetic detection unit 140 includes a first magnetic element 41 and a second magnetic element 42. The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are disposed via the cap part 30. The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are, for example, Hall elements. The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged on the same imaginary plane F orthogonal to the axial direction of the shaft 20 in the cap portion 30, and the axis CL of the shaft 20 when viewed from the axial direction of the shaft 20. Placed around.

第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、シャフト20の軸方向に直交する仮想平面F上において、シャフト20の軸CLを通る鉛直線VL及び水平線HLによって仕切られる領域(R1〜R4)のうち互いに隣接しない第1領域R1及び第2領域R2に、シャフト20を挟むように、それぞれ配置されている。言い換えれば、第1磁気素子41と第2磁気素子42とは、シャフト20を挟んで互いに配置されると共に、上述の仮想平面F上においてシャフト20の中心を通り、水平線HL及び鉛直線VLとは異なる方向の直線S1上にそれぞれ配置されている。本実施形態では、直線S1は、鉛直線VLに対してα1(π/4)傾いている。   The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are in regions (R1 to R4) partitioned by a vertical line VL and a horizontal line HL passing through the axis CL of the shaft 20 on a virtual plane F orthogonal to the axial direction of the shaft 20. Of these, the first region R1 and the second region R2 that are not adjacent to each other are arranged so as to sandwich the shaft 20 therebetween. In other words, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged with respect to each other with the shaft 20 interposed therebetween, and pass through the center of the shaft 20 on the above-described virtual plane F, and the horizontal line HL and the vertical line VL are They are arranged on straight lines S1 in different directions. In the present embodiment, the straight line S1 is inclined by α1 (π / 4) with respect to the vertical line VL.

なお、第1磁気素子41と第2磁気素子42とは、上述の仮想平面F上においてシャフト20の軸CLを通り、水平線HL及び鉛直線VLとは異なる方向の直線S2(鉛直線VLに対してα2(π/4)傾いている。)上に配置されてもよい。   The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 pass through the axis CL of the shaft 20 on the imaginary plane F described above, and the straight line S2 (with respect to the vertical line VL) in a direction different from the horizontal line HL and the vertical line VL. [Alpha] 2 ([pi] / 4).

また、第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、磁束の検出面に直交する方向が、仮想平面F上においてシャフト20の中心を向くように配置されている。第1磁気素子41及び前記第2磁気素子42は、シャフト20から生じる磁束のうち、シャフト20の径方向に平行な成分である第1方向成分を検出する。   The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged so that the direction orthogonal to the magnetic flux detection surface faces the center of the shaft 20 on the virtual plane F. The first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 detect a first direction component, which is a component parallel to the radial direction of the shaft 20, of the magnetic flux generated from the shaft 20.

図7に示される位置検出部170は、第1磁気素子41が検出した第1検出値及び第2磁気素子42が検出した第2検出値を加算した加算値に基づいて、シャフト20の軸方向(X軸方向)におけるスライダ10の位置xを算出する。なお、第1磁気素子41が検出した第1検出値及び第2磁気素子42が検出した第2検出値を平均した平均値に基づいて、シャフト20の軸方向(X軸方向)におけるスライダ10の位置xを算出してもよい。   The position detection unit 170 shown in FIG. 7 is based on the addition value obtained by adding the first detection value detected by the first magnetic element 41 and the second detection value detected by the second magnetic element 42. The position x of the slider 10 in (X axis direction) is calculated. The slider 10 in the axial direction (X-axis direction) of the shaft 20 is based on an average value obtained by averaging the first detection value detected by the first magnetic element 41 and the second detection value detected by the second magnetic element 42. The position x may be calculated.

次に、主に図7を参照しながら、位置検出部170においてスライダ10の位置xを検出する方法について具体的に説明する。励磁信号出力部171は、筐体11に収容されているコイル13を励磁する。励磁信号出力部171は、励磁用の交流信号(Asin(ωt))を出力する。   Next, a method for detecting the position x of the slider 10 in the position detection unit 170 will be specifically described mainly with reference to FIG. The excitation signal output unit 171 excites the coil 13 accommodated in the housing 11. The excitation signal output unit 171 outputs an AC signal for excitation (Asin (ωt)).

同時に、スライダ10がシャフト20に対してシャフト20の軸方向に相対移動が可能になる。第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、スライダ10の移動に伴って検出する磁束が変化する。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、下記に示す交流信号を出力する。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42が交流信号C=sin(x)×sin(ωt)を出力する。   At the same time, the slider 10 can move relative to the shaft 20 in the axial direction of the shaft 20. The magnetic flux detected by the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 changes as the slider 10 moves. That is, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 output the AC signal shown below. That is, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 output an AC signal C = sin (x) × sin (ωt).

加算部172は、第1磁気素子41及び第2磁気素子42からそれぞれ出力される交流信号Bを差動増幅し、交流信号C1=sin(x)×sin(ωt)+sin(x)×sin(ωt)=2sin(x)×sin(ωt)を出力する。   The adder 172 differentially amplifies the AC signal B output from each of the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, and AC signal C1 = sin (x) × sin (ωt) + sin (x) × sin ( ωt) = 2sin (x) × sin (ωt) is output.

AD(アナログデジタル)変換部173は、加算部172から入力された交流信号C1からsin(x)を抽出して、AD変換する。   The AD (analog / digital) converter 173 extracts sin (x) from the AC signal C <b> 1 input from the adder 172 and performs AD conversion.

方向判別部174は、シフトレジスタに格納されている過去の検出情報を参照して、スライダ10の移動方向を判別する。   The direction determination unit 174 determines the moving direction of the slider 10 with reference to past detection information stored in the shift register.

位置算出部175は、方向判別部174によって判別された結果と、AD(アナログデジタル)変換部173から出力されるデータとに基づいて、スライダ10の位置を算出する。具体的には、磁極ピッチ内の位置情報及び磁極ピッチ数の情報からスライダ10の絶対位置を検出する。   The position calculation unit 175 calculates the position of the slider 10 based on the result determined by the direction determination unit 174 and the data output from the AD (analog / digital) conversion unit 173. Specifically, the absolute position of the slider 10 is detected from position information in the magnetic pole pitch and information on the number of magnetic pole pitches.

次に、第2実施形態の磁気式位置検出装置101における作用効果を説明する。第2実施形態の磁気式位置検出装置101では、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と同様に、図6に示されるように、第1磁気素子41及び第2磁気素子42が、互いにシャフト20を挟んで配置されると共に、仮想平面F上においてシャフト20の中心軸を通る水平線HL及び鉛直線VLを挟んでそれぞれ配置されている。このため、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対して鉛直方向及び水平方向にシャフト20が振れた場合、一方の磁気素子41(42)が検出する磁束が弱まったとしても、他方の磁気素子42(41)が検出する磁束は強まる。すなわち、第1磁気素子41及び第2磁気素子42がそれぞれ検出した検出値の加算値(SG1=sinx×sin(ωt)+sin(x)×sin(ωt)=2sin(x)×sin(ωt))が一定となる。このように一定の加算値A1を用いてスライダ10の位置が検出されるので、第1磁気素子41及び第2磁気素子42に対するシャフト20の鉛直方向及び水平方向の振れを補償することができる。この結果、シャフト20に対するスライダ10の位置を精度良く検出することができる。   Next, functions and effects of the magnetic position detection apparatus 101 according to the second embodiment will be described. In the magnetic position detection device 101 of the second embodiment, as in the magnetic position detection device 1 of the first embodiment, as shown in FIG. 6, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are mutually connected. In addition to being arranged with the shaft 20 in between, the horizontal line HL and the vertical line VL passing through the central axis of the shaft 20 on the virtual plane F are arranged. Therefore, when the shaft 20 swings in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42, even if the magnetic flux detected by one magnetic element 41 (42) is weakened, The magnetic flux detected by the magnetic element 42 (41) is strengthened. That is, the addition value of the detection values detected by the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 (SG1 = sinx × sin (ωt) + sin (x) × sin (ωt) = 2sin (x) × sin (ωt) ) Is constant. Thus, since the position of the slider 10 is detected using the constant addition value A1, the vertical and horizontal shakes of the shaft 20 with respect to the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 can be compensated. As a result, the position of the slider 10 with respect to the shaft 20 can be detected with high accuracy.

また、第2実施形態の磁気式位置検出装置101において第1実施形態の磁気式位置検出装置1と共通するその他の構成部分においては、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と効果を得ることができる。   In addition, in the magnetic position detection device 101 of the second embodiment, the other components common to the magnetic position detection device 1 of the first embodiment obtain the same effects as the magnetic position detection device 1 of the first embodiment. be able to.

(第3実施形態)
次に、第3実施形態の磁気式位置検出装置201について、主に図8を用いて説明する。第3実施形態の磁気式位置検出装置201は、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と比べて、第1磁気素子241、第2磁気素子242、第3磁気素子245、及び第4磁気素子246を配置する姿勢が異なる点で相違する。ここでは、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と同一の構成については同じ参照符号を付して説明を省略し、第1実施形態の磁気式位置検出装置1と異なる点のみを説明する。
(Third embodiment)
Next, a magnetic position detection apparatus 201 according to the third embodiment will be described mainly with reference to FIG. Compared with the magnetic position detection device 1 of the first embodiment, the magnetic position detection device 201 of the third embodiment has a first magnetic element 241, a second magnetic element 242, a third magnetic element 245, and a fourth magnetic element. The difference is in the posture in which the element 246 is arranged. Here, the same components as those of the magnetic position detection device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Only differences from the magnetic position detection device 1 of the first embodiment will be described. .

つまり、上記第1実施形態の磁気検出部40では、第1磁気素子41及び第2磁気素子42は、磁束の検出面に直交する方向が、仮想平面F上においてシャフト20の中心を向くように配置されている例を挙げて説明したが、第3実施形態の磁気検出部240では、第1磁気素子241及び第2磁気素子242が、仮想平面F上においてシャフト20の中心を向かないように配置される。言い換えれば、第1磁気素子241及び第2磁気素子242の検出面に直交する垂線が、仮想平面F上においてシャフト20の軸(中心線)CLと交わらないような姿勢で、第1磁気素子241及び第2磁気素子242が配置される。また、第1磁気素子241は、検出面の垂線が第3領域R3側を指向するように配置され、第2磁気素子242は、検出面の垂線が第4領域R4側を指向するように配置される。   That is, in the magnetic detection unit 40 of the first embodiment, the first magnetic element 41 and the second magnetic element 42 are arranged such that the direction orthogonal to the magnetic flux detection surface is directed to the center of the shaft 20 on the virtual plane F. As described with reference to the arrangement example, in the magnetic detection unit 240 of the third embodiment, the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 do not face the center of the shaft 20 on the virtual plane F. Be placed. In other words, the first magnetic element 241 is in such a posture that the perpendicular perpendicular to the detection surfaces of the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 does not intersect the axis (center line) CL of the shaft 20 on the virtual plane F. And the second magnetic element 242 is disposed. The first magnetic element 241 is arranged so that the perpendicular of the detection surface is directed to the third region R3 side, and the second magnetic element 242 is arranged so that the perpendicular of the detection surface is directed to the fourth region R4 side. Is done.

具体的には、第1磁気素子241は、鉛直線VLに対してα1(π/4)傾いている直線S1を基準に、直線S1に直交する方向(シャフトの外周面の接線方向)に所定量オフセットした位置に配置されることによって、検出面に直交する垂線がシャフト20の軸と交わらないように第3領域R3側を指向した姿勢となる。同様に、第2磁気素子242は、直線S1を基準に、直線S1に直交する方向(シャフトの外周面の接線方向)かつ第1磁気素子41のオフセット方向とは逆方向に所定量オフセットした位置に配置されることによって、検出面に直交する垂線がシャフト20の軸と交わらないように第4領域R4側を指向した姿勢となる。このとき、第1磁気素子241及び第2磁気素子242のオフセット量を同一とすることが望ましい。   Specifically, the first magnetic element 241 is located in a direction perpendicular to the straight line S1 (tangential direction of the outer peripheral surface of the shaft) with respect to the straight line S1 inclined by α1 (π / 4) with respect to the vertical line VL. By being arranged at a position that is fixedly offset, the posture is directed to the third region R3 side so that the perpendicular perpendicular to the detection surface does not intersect the axis of the shaft 20. Similarly, the second magnetic element 242 is a position offset by a predetermined amount in a direction orthogonal to the straight line S1 (tangential direction of the outer peripheral surface of the shaft) and a direction opposite to the offset direction of the first magnetic element 41 with respect to the straight line S1. With the arrangement, the vertical direction perpendicular to the detection surface is oriented toward the fourth region R4 side so as not to intersect the axis of the shaft 20. At this time, it is desirable that the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 have the same offset amount.

第3磁気素子245及び第4磁気素子246は、第1磁気素子241及び第2磁気素子242と同様に、鉛直線VLに対してα2(π/4)傾いている直線S2を基準に、直線S2の直交方向に所定量それぞれオフセットされる。   Similarly to the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242, the third magnetic element 245 and the fourth magnetic element 246 are straight lines with reference to a straight line S2 inclined by α2 (π / 4) with respect to the vertical line VL. Each is offset by a predetermined amount in the orthogonal direction of S2.

次に、第3実施形態の磁気式位置検出装置201における作用効果を説明する。第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、図8に示されるように、第1磁気素子241及び第2磁気素子242が、検出面に直交する垂線(検出方向)がシャフト20の軸CLと交わらないように、第3領域R3側及び第4領域R4側をそれぞれ指向した姿勢で配置される。このような姿勢を第1磁気素子241及び第2磁気素子242がとることにより、シャフト20が発する磁束に対して、第1磁気素子241及び第2磁気素子242のそれぞれが、互いに相反する検出方向(検出面の垂線の方向)に沿った磁束成分を検出する。このとき、第1磁気素子241及び第2磁気素子242に対してシャフトが振れた場合には、一方の磁気素子において検出される磁束成分が強まり、他方の磁気素子において検出される磁束成分が弱まる。すなわち、例えば直線S2に沿った方向にシャフトが揺れたり撓んだりした場合には、第1磁気素子241及び第2磁気素子242に対して等距離分シャフトが遠ざかってしまうため、第1磁気素子241及び第2磁気素子242に作用する磁束の強さは同等に変化するが、第1磁気素子241及び第2磁気素子242の姿勢がそれぞれ相反する方向を向いているため、検出する磁束成分の違いにより、一方の磁気素子241(242)が検出する磁束が弱まり、他方の磁気素子242(241)が検出する磁束は強まる。第1磁気素子241及び第2磁気素子242がそれぞれ検出した検出値の加算値は一定となり、一定の加算値を用いてスライダ10の位置が検出される。従って、直線S2に沿った方向(第1磁気素子241、第2磁気素子242、及びシャフト20の軸CLを結んだ線に直交する方向)のシャフト20の振れを補償でき、仮想平面F上の全ての方向のシャフト20の振れを補償することが可能となる。   Next, functions and effects of the magnetic position detection device 201 according to the third embodiment will be described. In the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, as shown in FIG. 8, the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 are perpendicular to the detection surface (detection direction) is the axis CL of the shaft 20. So that the third region R3 side and the fourth region R4 side are directed to each other so that they do not cross each other. When the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 take such a posture, the detection directions in which the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 are opposite to each other with respect to the magnetic flux generated by the shaft 20. A magnetic flux component along the direction of the normal of the detection surface is detected. At this time, when the shaft swings with respect to the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242, the magnetic flux component detected in one magnetic element becomes stronger and the magnetic flux component detected in the other magnetic element becomes weaker. . That is, for example, when the shaft swings or bends in the direction along the straight line S2, the shaft moves away from the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 by an equal distance. The strength of the magnetic flux acting on 241 and the second magnetic element 242 changes equally, but since the postures of the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 are in opposite directions, the detected magnetic flux component Due to the difference, the magnetic flux detected by one magnetic element 241 (242) is weakened, and the magnetic flux detected by the other magnetic element 242 (241) is strengthened. The addition value of the detection values detected by the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 is constant, and the position of the slider 10 is detected using the constant addition value. Therefore, the shake of the shaft 20 in the direction along the straight line S2 (the direction perpendicular to the line connecting the first magnetic element 241, the second magnetic element 242, and the axis CL of the shaft 20) can be compensated for on the virtual plane F. It is possible to compensate for the deflection of the shaft 20 in all directions.

以上、第1〜第3実施形態に係る磁気式位置検出装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1では、位置検出部70における合成部74が、第1加算値(交流信号SG11)及び第2加算値(交流信号SG21)から、加算の加法定理に基づいて第1合成波(交流信号Y1)を出力し、減算の加法定理に基づいて、第2合成波(交流信号Y2)を出力する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、位置検出部70の合成部は、第1加算値及び第2加算値から、加法定理に基づいて、合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)に対応する合成値を出力し、ゼロクロス検出部が、合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした位相xを、合成値に基づいて検出してもよい。   The magnetic position detection device according to the first to third embodiments has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the magnetic position detection apparatus 1 of the first embodiment, the combining unit 74 in the position detection unit 70 adds the addition from the first addition value (AC signal SG11) and the second addition value (AC signal SG21). The first synthesized wave (AC signal Y1) is output based on the theorem, and the second synthesized wave (AC signal Y2) is output based on the subtraction additive theorem. It is not limited. For example, the synthesis unit of the position detection unit 70 outputs a synthesized value corresponding to the synthesized wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) based on the addition theorem from the first addition value and the second addition value. Then, the zero cross detection unit detects the phase x in which the synthesized wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) is shifted with respect to the reference wave sin (ωt) or cos (ωt) based on the synthesized value. May be.

上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1及び上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、仮想平面F上のシャフト20の軸CLを通る鉛直線VLから45度回転させた直線S1を基準に、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46が、軸CL周りにπ/2ずつずれた状態で配置されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、仮想平面F上のシャフト20の軸CLを通る鉛直線VLから60度回転させた直線を基準に、第1磁気素子41、第2磁気素子42、第3磁気素子45及び第4磁気素子46が、軸CL周りにπ/2ずつずれた状態で配置されてもよい。   In the magnetic position detection device 1 of the first embodiment and the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, a straight line S1 rotated 45 degrees from a vertical line VL passing through the axis CL of the shaft 20 on the virtual plane F. As an example, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element 46 are described by being arranged in a state shifted by π / 2 around the axis CL. However, the present invention is not limited to this. For example, the first magnetic element 41, the second magnetic element 42, the third magnetic element 45, and the fourth magnetic element are based on a straight line rotated 60 degrees from the vertical line VL passing through the axis CL of the shaft 20 on the virtual plane F. 46 may be arranged in a state shifted by π / 2 around the axis CL.

上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1及び上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、第1磁気素子41(241)、第2磁気素子42(242)、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)が、仮想平面F上の軸CL周りに等角度ずつずれた状態で配置されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第1磁気素子41(241)、第2磁気素子42(242)、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)が、仮想平面F上の軸CL周りに等角度ずつずれていなくてもよい。   In the magnetic position detection device 1 of the first embodiment and the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, the first magnetic element 41 (241), the second magnetic element 42 (242), and the third magnetic element 45 are used. (245) and the fourth magnetic element 46 (246) have been described by taking an example in which they are arranged in a state of being shifted by an equal angle around the axis CL on the virtual plane F, but the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, the first magnetic element 41 (241), the second magnetic element 42 (242), the third magnetic element 45 (245), and the fourth magnetic element 46 (246) are equiangular around the axis CL on the virtual plane F. It does not have to be shifted one by one.

上記第2実施形態の磁気式位置検出装置1では、仮想平面F上のシャフト20の軸CLを通る鉛直線VLから45度回転させた直線S1上に、第1磁気素子141及び第2磁気素子142が配置されている例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、仮想平面F上のシャフト20の軸CLを通る鉛直線VLから60度回転させた直線上に、第1磁気素子141及び第2磁気素子142が配置されてもよい。   In the magnetic position detection apparatus 1 of the second embodiment, the first magnetic element 141 and the second magnetic element are on the straight line S1 rotated 45 degrees from the vertical line VL passing through the axis CL of the shaft 20 on the virtual plane F. Although an example in which 142 is arranged has been described, the present invention is not limited to this. For example, the first magnetic element 141 and the second magnetic element 142 may be arranged on a straight line rotated 60 degrees from the vertical line VL passing through the axis CL of the shaft 20 on the virtual plane F.

上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1及び上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、第1磁気素子41(241)及び第2磁気素子42(242)が、第1領域R1及び第2領域R2にそれぞれ配置され、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)が、第3領域R3及び第4領域R4にそれぞれ配置される例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1磁気素子41(241)及び第2磁気素子42(242)が、第1領域R1及び第2領域R2にそれぞれ配置され、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)が、第1領域R1及び第2領域R2にそれぞれ配置されるなど、第1磁気素子41(241)及び第2磁気素子42(242)がそれぞれ配置される領域と、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)がそれぞれ配置される領域とが同じであってもよい。   In the magnetic position detection device 1 of the first embodiment and the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, the first magnetic element 41 (241) and the second magnetic element 42 (242) are in the first region R1. The third magnetic element 45 (245) and the fourth magnetic element 46 (246) are disposed in the third region R3 and the fourth region R4, respectively. However, the present invention is not limited to this. For example, the first magnetic element 41 (241) and the second magnetic element 42 (242) are disposed in the first region R1 and the second region R2, respectively, and the third magnetic element 45 (245) and the fourth magnetic element 46 ( 246) are disposed in the first region R1 and the second region R2, respectively, and the third magnetic element 45 and the region where the first magnetic element 41 (241) and the second magnetic element 42 (242) are disposed, respectively. (245) and the region where the fourth magnetic element 46 (246) is disposed may be the same.

上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、第1磁気素子241が、検出面の垂線が第3領域R3側を指向するように配置され、第2磁気素子242が、検出面の垂線が第4領域R4側を指向するように配置されるが、第1磁気素子241が第4領域R4側を指向するように配置され、第2磁気素子242が第3領域R3側を指向するように配置されてもよい。   In the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, the first magnetic element 241 is arranged so that the perpendicular of the detection surface is directed to the third region R3 side, and the second magnetic element 242 is perpendicular to the detection surface. Is arranged so as to be directed to the fourth region R4 side, but the first magnetic element 241 is arranged to be directed to the fourth region R4 side, and the second magnetic element 242 is directed to the third region R3 side. May be arranged.

上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、第1磁気素子241、第2磁気素子242、第3磁気素子245、及び第4磁気素子246が、直線S1又は直線S2に対してオフセットされるが、例えば、第1磁気素子241及び第2磁気素子242が直線S1に対してオフセットされ、第3磁気素子245及び第4磁気素子246がオフセットされることなく直線S2上に配置されてもよい。   In the magnetic position detection apparatus 201 of the third embodiment, the first magnetic element 241, the second magnetic element 242, the third magnetic element 245, and the fourth magnetic element 246 are offset with respect to the straight line S1 or the straight line S2. However, for example, even if the first magnetic element 241 and the second magnetic element 242 are offset with respect to the straight line S1, the third magnetic element 245 and the fourth magnetic element 246 are arranged on the straight line S2 without being offset. Good.

上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1及び上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、第1磁気素子41(241)及び第2磁気素子42(242)が直線S1に対してオフセットされ、第3磁気素子45(245)及び第4磁気素子46(246)が、直線S2に対してオフセットされるが、例えば鉛直線又は水平線を基準にオフセットされてもよい。上記第2実施形態も同様に、第1磁気素子141及び第2磁気素子142が、直線S1に対してオフセットされてもよいし、鉛直線又は水平線を基準にオフセットされてもよい。   In the magnetic position detection device 1 of the first embodiment and the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, the first magnetic element 41 (241) and the second magnetic element 42 (242) are in relation to the straight line S1. The third magnetic element 45 (245) and the fourth magnetic element 46 (246) are offset with respect to the straight line S2, but may be offset with reference to a vertical line or a horizontal line, for example. Similarly, in the second embodiment, the first magnetic element 141 and the second magnetic element 142 may be offset with respect to the straight line S1, or may be offset with reference to a vertical line or a horizontal line.

上記第1実施形態の磁気式位置検出装置1及び上記第3実施形態の磁気式位置検出装置201では、4つの磁気素子が使用され、上記第2の実施形態の磁気式位置検出装置101では、2つの磁気素子が使用されるが、少なくとも2つの磁気素子が使用されれば良く、3つ又は5つ以上の磁気素子が使用されてもよい。   In the magnetic position detection device 1 of the first embodiment and the magnetic position detection device 201 of the third embodiment, four magnetic elements are used, and in the magnetic position detection device 101 of the second embodiment, Two magnetic elements are used, but at least two magnetic elements may be used, and three or more magnetic elements may be used.

本発明は、スライダの位置検出における位置変換において、R/D変換方式又はA/D変換方式にも適用が可能である。   The present invention can also be applied to an R / D conversion method or an A / D conversion method in position conversion in slider position detection.

1,101,201…磁気式位置検出装置、10…スライダ、11…筐体、11a…天面、11b…遊嵌孔(孔部)、13…コイル、20…シャフト、30…キャップ部、40,140,240…磁気検出部、41,141,241…第1磁気素子、42,142,242…第2磁気素子、45,245…第3磁気素子、46,246…第4磁気素子、70…位置検出部、71…励磁信号出力部、72…加算部、73…位相シフト部、74…合成部、75…ゼロクロス検出部、76…位置算出部、140…磁気検出部、170…位置検出部、171…励磁信号出力部、172…加算部、173…AD変換部、174…方向判別部、F…仮想平面、HL…水平線、VL…鉛直線、R1…第1領域、R2…第2領域、R3…第3領域、R4…第4領域、CL…軸(中心線)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101,201 ... Magnetic-type position detection apparatus, 10 ... Slider, 11 ... Housing | casing, 11a ... Top surface, 11b ... Free fitting hole (hole part), 13 ... Coil, 20 ... Shaft, 30 ... Cap part, 40 , 140, 240... Magnetic detector, 41, 141, 241... First magnetic element, 42, 142, 242... Second magnetic element, 45, 245... Third magnetic element, 46, 246. ... Position detecting unit, 71 ... Excitation signal output unit, 72 ... Addition unit, 73 ... Phase shift unit, 74 ... Composition unit, 75 ... Zero cross detection unit, 76 ... Position calculation unit, 140 ... Magnetic detection unit, 170 ... Position detection 171 ... excitation signal output unit, 172 ... adder, 173 ... AD converter, 174 ... direction discriminator, F ... virtual plane, HL ... horizontal line, VL ... vertical line, R1 ... first region, R2 ... second Region, R3 ... Third region, R4 ... Fourth Frequency, CL ... axis (center line).

Claims (7)

水平方向に延在し、軸方向にN極とS極とが交互に配列されるシャフトと、
前記シャフトに対して前記軸方向に相対移動可能に配置されるスライダと、
前記スライダに取り付けられ、前記シャフトが生じる磁束を検出する第1磁気素子第2磁気素子、第3磁気素子、及び第4磁気素子を含む磁気検出部と、
前記第1磁気素子前記第2磁気素子、第3磁気素子、及び第4磁気素子のそれぞれの検出値に基づいて、前記シャフトに対する前記スライダの位置を検出する位置検出部と、を備え、
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子は、前記軸方向に直交する仮想平面上において、前記シャフトの中心線を通る鉛直線及び水平線によって仕切られる領域のうち、互いに隣接しない第1領域及び第2領域に、前記シャフトを挟むように、それぞれ配置され、
前記第3磁気素子及び前記第4磁気素子は、前記仮想平面上において、前記鉛直線及び前記水平線によって仕切られる前記領域のうち、互いに隣接しない第3領域及び第4領域に、前記シャフトを挟むように、それぞれ配置されており、
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子は、前記磁束の第1方向成分を検出し、
前記第3磁気素子及び前記第4磁気素子は、前記第1方向成分に直交する前記磁束の第2方向成分を検出する、磁気式位置検出装置。
A shaft extending in the horizontal direction and having N and S poles arranged alternately in the axial direction;
A slider arranged to be relatively movable in the axial direction with respect to the shaft;
A magnetic detection unit that is attached to the slider and includes a first magnetic element , a second magnetic element , a third magnetic element, and a fourth magnetic element that detect magnetic flux generated by the shaft;
A position detection unit that detects a position of the slider with respect to the shaft based on detection values of the first magnetic element , the second magnetic element , the third magnetic element, and the fourth magnetic element ;
The first magnetic element and the second magnetic element include a first area and a first area that are not adjacent to each other among areas partitioned by a vertical line and a horizontal line passing through a center line of the shaft on a virtual plane orthogonal to the axial direction. The two regions are arranged so as to sandwich the shaft ,
The third magnetic element and the fourth magnetic element sandwich the shaft between a third area and a fourth area that are not adjacent to each other among the areas partitioned by the vertical line and the horizontal line on the virtual plane. Are arranged respectively.
The first magnetic element and the second magnetic element detect a first direction component of the magnetic flux,
The magnetic position detection device, wherein the third magnetic element and the fourth magnetic element detect a second direction component of the magnetic flux orthogonal to the first direction component.
前記スライダは、前記シャフトが間隙を介して配置される孔部を有する筐体と、前記筐体に収容されるコイルと、を有し、
前記スライダは、前記シャフト及び前記コイルによる磁気の相互作用によって、前記軸方向に移動可能であり、
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子は、前記コイルから前記軸方向にずれた状態で前記筐体に取り付けられている、請求項1記載の磁気式位置検出装置。
The slider includes a casing having a hole portion in which the shaft is disposed via a gap, and a coil accommodated in the casing.
The slider is movable in the axial direction by magnetic interaction between the shaft and the coil,
2. The magnetic position detection device according to claim 1, wherein the first magnetic element and the second magnetic element are attached to the housing in a state of being shifted from the coil in the axial direction.
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子は、前記軸方向から見た場合に、前記筐体の外形の内側に配置されている、請求項2記載の磁気式位置検出装置。   The magnetic position detection device according to claim 2, wherein the first magnetic element and the second magnetic element are disposed inside an outer shape of the housing when viewed from the axial direction. 前記第1磁気素子、前記第2磁気素子、前記第3磁気素子、及び前記第4磁気素子は、前記中心線周りにπ/2ずつずれた状態で配置されている、請求項1〜3の何れか一項記載の磁気式位置検出装置。 The first magnetic element, the second magnetic element, the third magnetic element, and the fourth magnetic element are arranged in a state shifted by π / 2 around the center line . The magnetic position detection device according to any one of claims. 前記位置検出部は、
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子のそれぞれの前記検出値を加算することによって、第1三角波sin(x)×sin(ωt)に対応する第1加算値を出力すると共に、前記第3磁気素子及び前記第4磁気素子のそれぞれの前記検出値を加算することによって、第2三角波cos(x)×sin(ωt)に対応する第2加算値を出力する加算部と、
前記第1加算値及び前記第2加算値に基づいて、加法定理を用いて、合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)に対応する合成値を出力する合成部と、
前記合成波sin(ωt±x)又はcos(ωt±x)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした位相xを、前記合成値に基づいて検出するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部が検出した位相xに基づいて、前記スライダの位置を算出する位置算出部と、を含む、請求項1〜4の何れか一項記載の磁気式位置検出装置。
The position detector is
By adding the detection values of the first magnetic element and the second magnetic element, a first addition value corresponding to the first triangular wave sin (x) × sin (ωt) is output, and the third An adder that outputs a second added value corresponding to the second triangular wave cos (x) × sin (ωt) by adding the detected values of the magnetic element and the fourth magnetic element;
Based on the first addition value and the second addition value, a synthesis unit that outputs a synthesized value corresponding to the synthesized wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) using an addition theorem;
A zero-cross detector that detects a phase x in which the combined wave sin (ωt ± x) or cos (ωt ± x) is shifted with respect to a reference wave sin (ωt) or cos (ωt) based on the combined value;
The zero-cross detecting unit based on the phase x of the detecting comprises: a position calculation unit for calculating the position of the slider, the magnetic position detecting apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記位置検出部は、
前記第1磁気素子及び前記第2磁気素子のそれぞれの前記検出値を加算することによって、第1三角波sin(x)×sin(ωt)に対応する第1加算値を出力すると共に、前記第3磁気素子及び前記第4磁気素子のそれぞれの前記検出値を加算することによって、前記第2三角波cos(x)×sin(ωt)に対応する第2加算値を出力する加算部と、
前記第1加算値及び前記第2加算値に基づいて、加算の加法定理を用いて、第1合成波sin(ωt±d+x1)又はcos(ωt±d+x1)に対応する第1合成値を出力し、前記第1加算値と前記第2加算値に基づいて、減算の加法定理を用いて、第2合成波sin(ωt±d−x2)又はcos(ωt±d−x2)に対応する第2合成値を出力する合成部と、
前記第1合成波sin(ωt±d+x1)又はcos(ωt±d+x1)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした第1位相±d+x1を、前記第1合成値に基づいて検出すると共に、前記第2合成波sin(ωt±d−x2)又はcos(ωt±d−x2)が基準波sin(ωt)又はcos(ωt)に対してシフトした第2位相±d−x2を、前記第2合成値に基づいて検出するゼロクロス検出部と、
前記ゼロクロス検出部が検出した前記第1位相±d+x1及び前記第2位相±d−x2に基づいて、位相変動誤差である±dを除去した前記スライダの位置を算出する位置算出部と、を含む、請求項1〜4の何れか一項記載の磁気式位置検出装置。
The position detector is
By adding the detection values of the first magnetic element and the second magnetic element, a first addition value corresponding to the first triangular wave sin (x) × sin (ωt) is output, and the third An adder that outputs a second added value corresponding to the second triangular wave cos (x) × sin (ωt) by adding the detected values of the magnetic element and the fourth magnetic element;
Based on the first addition value and the second addition value, the first synthesis value corresponding to the first synthesis wave sin (ωt ± d + x1) or cos (ωt ± d + x1) is output using the addition theorem of addition. Based on the first addition value and the second addition value, the second corresponding to the second composite wave sin (ωt ± d−x2) or cos (ωt ± d−x2) using the addition theorem of subtraction. A synthesis unit for outputting a synthesized value;
Based on the first composite value, the first phase ± d + x1 obtained by shifting the first composite wave sin (ωt ± d + x1) or cos (ωt ± d + x1) with respect to the reference wave sin (ωt) or cos (ωt). Second phase ± d−x2 in which the second synthesized wave sin (ωt ± d−x2) or cos (ωt ± d−x2) is shifted with respect to the reference wave sin (ωt) or cos (ωt) Is detected based on the second combined value,
A position calculation unit that calculates a position of the slider from which ± d that is a phase variation error is removed based on the first phase ± d + x1 and the second phase ± d−x2 detected by the zero-cross detection unit. The magnetic position detection device according to any one of claims 1 to 4 .
前記仮想平面上において、前記鉛直線及び前記水平線によって仕切られる前記領域が、互いに隣接しない前記第1領域及び第2領域と、互いに隣接しない第3領域及び第4領域とで構成され、
前記第1磁気素子は、前記シャフトが発する磁束を検出する検出面を有し、前記検出面の垂線が前記シャフトの中心線を交わらないように前記第3領域及び前記第4領域のうち一方の領域側を指向した姿勢で配置され、
前記第2磁気素子は、前記シャフトが発する磁束を検出する検出面を有し、前記検出面の垂線が前記シャフトの中心線を交わらないように前記第3領域及び前記第4領域のうち他方の領域側を指向した姿勢で配置される、請求項1〜の何れか一項記載の磁気式位置検出装置。
On the virtual plane, the region partitioned by the vertical line and the horizontal line is composed of the first region and the second region that are not adjacent to each other, and the third region and the fourth region that are not adjacent to each other,
The first magnetic element has a detection surface for detecting a magnetic flux generated by the shaft, and one of the third region and the fourth region is arranged so that the perpendicular of the detection surface does not intersect the center line of the shaft. Arranged in a posture oriented toward the area side,
The second magnetic element has a detection surface for detecting a magnetic flux generated by the shaft, and the other of the third region and the fourth region is arranged so that the perpendicular of the detection surface does not intersect the center line of the shaft. are arranged in a directed posture area side, magnetic position detector according to any one of claims 1-6.
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