(57)【要約】  磁性的な性質が異なる第１磁性部（１１ａ）と第２磁性部（１２ａ）とからなる磁極対が磁極対幅２λの周期で配列された磁気スケール（１ａ）と、ｎ個の感磁素子（２１ａ〜２１ｅ）がλ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで配列された感磁装置（２）とを、予め定めた空隙を隔てて対向配置させ、ｎ個の感磁素子（２１ａ〜２１ｅ）から並列に出力された出力値を解析することにより、感磁装置（２）と磁気スケール（１ａ）間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出する。
2014174586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路と
を備えた磁気式位置検出装置であって、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力し、
前記位置算出回路は、前記感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定部と、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算部と
を備える磁気式位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記磁極内位置演算部が出力する前記磁極内位置Ｍと、メモリに記憶しておいた前回の前記磁極内位置Ｍの変化情報を基に、前記磁極内位置Ｍが２ｎ−１から０にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が＋方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断し、前記磁極内位置Ｍが０から２ｎ−１にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が−方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断するシフト演算部と、
前記シフト演算部での判断結果を基に増減演算を施すことで、前記磁気スケールに対する前記感磁装置の磁極対幅２λ単位の相対位置である磁極対位置Ｌ（Ｌは整数）を演算する磁極対位置演算部と、
前記磁極対位置Ｌと前記磁極内位置Ｍを基に、前記感磁装置の前記相対位置を演算する位置演算部と
を更に備える磁気式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と同相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｑを奇数として前記第１感磁素子群からＱ＊λ離れた相対位置に第２感磁素子群を更に備え、
互いにＱ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第２感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と逆相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｒを偶数として前記第１感磁素子群からＲ＊λ離れた相対位置に第３感磁素子群を更に備え、
互いにＲ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第３感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、特定の箇所の前記第１磁性部または前記第２磁性部が、前記第１磁性部及び前記第２磁性部が混在することで周期乱れを発生させる磁極乱れ部で置き換えられて配置されており、
前記位置算出回路は、前記磁極乱れ部の配置された位置を、前記感磁装置の出力の周期性乱れにより検知し、前記磁極乱れ部を検知する度毎に、これまでの相対位置をリセットし、前記磁極乱れ部を検知した位置が絶対基準位置となるように、前記相対位置を新しく設定し直す
磁気式位置検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子、または、トンネル磁気抵抗素子、または、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子のいずれかである
磁気式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
ｎ個の感磁素子からなる感磁素子群は、半導体プロセスを用いて、１つの半導体チップ上に形成されている
磁気式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、直線上または円周上に配列され、
前記位置算出回路は、前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケールとの相対直線位置または相対回転角度を算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部がＳ極、前記第２磁性部がＮ極から構成される
磁気式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部が凹部、前記第２磁性部が凸部からなる磁性スケールであり、
前記感磁装置は、前記磁場を前記磁性スケールとの間に形成するための磁石を有する
磁気式位置検出装置。
【請求項１２】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力する
磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、
前記位置算出回路において、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
前記記憶ステップにおいて前記記憶部に記憶された前記位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算ステップと
を有する磁気式位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気スケール及び感磁素子を用いた磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法に係り、特に、簡素な構成で検出分解能を向上させることのできる磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な磁気式位置検出装置では、Ｎ極とＳ極とが一定長λで交互に配置された磁気スケールに対して、ホール素子または磁気抵抗素子からなる感磁素子が、対向配置された構造を有している。【０００３】
そして、感磁素子が、磁気スケールに対して相対的に移動するときの磁場の変化を読み取ることにより、感磁素子と磁気スケールとの相対位置を検出している。【０００４】
このような、従来の磁気式位置検出装置としては、感磁素子が相対移動する際の、単磁極長λ周期のほぼ正弦波状の出力信号を、パルス信号に変換してカウントすることにより、感磁素子と磁気スケールとの相対位置を、単磁極長λの位置検出分解能で検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。【０００５】
特許文献１では、磁気スケールの単磁極長λと同程度の位置検出分解能を得ることができるが、現在の着磁装置では、磁気スケールへのＮ極、Ｓ極の着磁に関して限界があり、実用上の磁気スケールの単磁極長λの限界値は、１００μｍ程度である。【０００６】
しかしながら、実際には、単磁極長λを短くし過ぎると、磁気スケールが形成する磁場が弱くなってしまうために、単磁極長λが上記限界値より大きい場合でも、感磁素子は、単磁極長λを感知できなくなってしまう。この結果、位置検出分解能を、使用する磁極材料と感磁素子で決まる磁極限界長λ０よりも向上させることができないという課題があった。【０００７】
このような課題を解決する方法として、感磁素子を８個設置し、これら感磁素子の出力を論理回路で処理することにより、単磁極長λの移動で３周期のパルス信号が得られるようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。【０００８】
また、別の従来の磁気式位置検出装置として、磁気スケールの代わりに、磁性歯車（磁性スケール）を用い、磁性歯車と磁石により形成される磁場の変化を、磁気抵抗素子で測定することにより、磁性歯車の相対回転を検出するものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第１８７３５２３号公報
【特許文献２】特開平１−４４８１６号公報
【特許文献３】特開昭５８−３５４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に示されるロータリーエンコーダでは、角度検出分解能を向上するためには、円筒状の磁気スケールの径を大きくする必要があり、装置が大型化して高価になってしまうという課題があった。【００１１】
また、直線移動を検出するリニアエンコーダに適用する場合には、位置検出分解能を、使用する磁極材料と感磁素子で決まる磁極限界長λ０よりも向上させることができないという課題があった。【００１２】
特許文献２の磁気式位置検出装置では、感磁素子が多く必要であるうえに、位置検出分解能をより改善させる方法は提案されていない。【００１３】
特許文献３の磁気式位置検出装置では、磁性歯車の歯数の２倍程度の検出分解能（パルス）を得る方法が提案されているが、検出分解能をより改善させる方法は提案されていない。また、検出分解能を向上させるためには磁性歯車を大型化する必要があるという課題があった。【００１４】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で検出分解能を向上させることのできる磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る磁気式位置検出装置は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備えた磁気式位置検出装置であって、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力し、位置算出回路は、感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出するものである。【００１６】
また、本発明に係る磁気式位置検出方法は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力する磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、位置算出回路において、感磁装置が並列に出力するｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、磁極対幅２λ内での相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、記憶ステップにおいて記憶部に記憶された位置算出テーブルを基に、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する感磁装置の磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算ステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、磁性的な性質が異なる第１磁性部と第２磁性部とからなる磁極対が磁極対幅２λの周期で配列された磁気スケールと、ｎ個の感磁素子がλ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで配列された感磁装置とを、予め定めた空隙を隔てて対向配置させ、感磁装置が測定する磁場の変化を解析することにより、簡素な構成で検出分解能を向上させることのできる磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図２】本発明の実施の形態１における感磁装置の出力の回路構成の例示図である。
【図３】本発明の実施の形態１における、感磁装置が磁気スケールに対して相対移動する際の、感磁装置及びパルス生成部の出力波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１における、感磁装置が磁気スケールに対して相対移動する際の、パルス生成部及びＨｉ／Ｌｏ判定部の出力の例示図である。
【図５】本発明の実施の形態２における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図６】本発明の実施の形態３における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図７】本発明の実施の形態３における感磁装置の出力の回路構成の例示図である。
【図８】本発明の実施の形態４における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図９】本発明の実施の形態５における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図１０】本発明の実施の形態５における感磁装置の出力の回路構成の例示図である。
【図１１】本発明の実施の形態６における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図１２】本発明の実施の形態７における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図１３】本発明の実施の形態８における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。
【図１４】本発明の実施の形態９における感磁装置の例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明における磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態１における磁気式位置検出装置は、磁気スケール１ａ、感磁装置２、及び位置算出回路３（図２参照）を備えて構成される。
【００２１】
磁気スケール１ａは、図１に示すように、幅λのＮ極１２ａと幅λのＳ極１１ａからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列されて形成されている。
【００２２】
磁気スケール１ａは、磁極対がＮ極１２ａとＳ極１１ａの磁性を有しているため、感磁装置２側に、強度と方向が磁極対幅２λの周期で変化する磁場を形成している。
【００２３】
また、感磁装置２は、ｎ個の第１感磁素子２１ａ〜２１ｅが、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群２１を備えている。これら第１感磁素子２１ａ〜２１ｅとしては、ホール素子、磁気抵抗素子等が用いられる。
【００２４】
なお、以下の説明に用いる図では、第１感磁素子群２１が、５個の第１感磁素子２１ａ〜２１ｅで構成されている例を示すが、感磁素子の配列数ｎは、５に限定されるものではない。ｎは２以上の自然数であればよい。
【００２５】
感磁装置２は、磁気スケール１ａに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、この空隙を維持しながら、磁気スケール１ａによって形成される磁場の中を、磁気スケール１ａの配列方向に、相対移動する。そして、この相対移動の際の磁場の変化を、ｎ個の第１感磁素子２１ａ〜２１ｅを用いて測定する。
【００２６】
なお、各第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと磁気スケール１ａ間の、それぞれの空隙は必ずしも同一である必要はなく、各第１感磁素子２１ａ〜２１ｅ毎に異なっていてもよい。各第１感磁素子２１ａ〜２１ｅが、磁気スケール１ａに対して相対移動する際に、空隙が維持されるようになっていればよい。
【００２７】
また、感磁装置２と磁気スケール１ａとの相対移動は、直線移動を仮定するが、回転移動であってもよい。回転移動の場合には、磁気スケール１ａを円周上に配列して、相対位置の代わりに、相対角度を算出するようにすればよい。
【００２８】
位置算出回路３は、感磁装置２の出力値を解析することにより、感磁装置２と磁気スケール１ａ間の相対位置を算出する。ここからは、位置算出回路３の回路構成と、感磁装置２と磁気スケール１ａ間の相対位置の算出方法を詳しく説明する。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における位置算出回路３の回路構成の例示図である。本実施の形態１における位置算出回路３は、パルス生成部３１、Ｈｉ／Ｌｏ判定部３２、磁極内位置演算部３３、シフト演算部３４ａ、磁極内位置メモリ３４ｂ、磁極対位置演算部３５ａ、磁極対位置メモリ３５ｂ、磁極対位置初期値メモリ３５ｃ、及び、位置演算部３６を備えて構成される。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１における、感磁装置２が磁気スケール１ａに対して相対移動する際の、感磁装置２及びパルス生成部３１の出力波形図である。
【００３１】
図３（ａ）は、感磁装置２が相対移動する際の、図２のＰ点における、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅのｎ個の出力波形を示している。第１感磁素子２１ａ〜２１ｅの出力波形は、使用する感磁装置２及び磁気スケール１ａの特性にもよるが、一般には、図３（ａ）に示すような、ほぼ正弦波状の周期２λの波形となっている。また、このときの第１感磁素子２１ａ〜２１ｅのｎ個の出力波形は、それぞれ、順に感磁素子間隔Ｐ＝λ／ｎだけ位相がずれた波形となっている。
【００３２】
また、図３（ｂ）は、感磁装置２が相対移動する際の、図２のＱ点における、パルス生成部３１のｎ個の出力波形を示している。パルス生成部３１は、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅの出力を、図３（ｂ）に示すような、ほぼデューティ比５０％のパルス出力３１ａ〜３１ｅに変換する。このときのｎ個のパルス出力３１ａ〜３１ｅ出力波形も、同様に、それぞれ、順に感磁素子間隔Ｐ＝λ／ｎだけ位相がずれた波形となっている。
【００３３】
次に、Ｈｉ／Ｌｏ判定部３２は、パルス生成部３１が出力するパルス出力３１ａ〜３１ｅを、Ｈｉ／Ｌｏ判定して２値化し、磁極内位置演算部３３に出力する。なお、パルス生成部３１を省略して、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅの出力を、直接Ｈｉ／Ｌｏ判定部３２に入力することも可能である。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態１における、感磁装置２が磁気スケール１ａに対して相対移動する際の、パルス生成部３１及びＨｉ／Ｌｏ判定部３２の出力の例示図である。
【００３５】
図４（ａ）は、感磁装置２が磁極対幅２λ内を相対移動する際の、パルス生成部３１から出力されるｎ個のパルス出力３１ａ〜３１ｅをタイミングチャートとしたものである。ここで、図４（ａ）の横軸の磁極内位置Ｍは、感磁装置２の磁気スケール１ａに対する、磁極対幅２λ内の相対位置を示している。
【００３６】
また、図４（ｂ）は、感磁装置２が磁極対幅２λ内を相対移動する際の、２ｎ個の磁極内位置Ｍにおける、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅのＨｉ／Ｌｏパターンをテーブルとしたものである。
【００３７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）より、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅは、磁極対幅２λ周期で変化していることが分かる。また、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅは、磁極対幅２λ内の、２ｎ個の磁極内位置Ｍにおいて、Ｈｉ／Ｌｏパターンが全て異なっていることが分かる。
【００３８】
そこで、磁極内位置演算部３３は、図４（ｂ）に示すようなテーブル（以下、位置算出テーブルと呼ぶ）を予め作成し、位置算出回路３内の図示しない記憶部に記憶しておくことにより、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅのＨｉ／Ｌｏパターンから、磁極内位置Ｍを演算している。
【００３９】
例えば、磁極内位置演算部３３は、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅが全てＨｉである場合には、感磁装置２が「４」の磁極内位置Ｍにあると判断する。また、Ｈｉ／Ｌｏ出力３２ａ〜３２ｅの信号が全てＬｏである場合には、感磁装置２が「９」の磁極内位置Ｍにあると判断する。
【００４０】
次に、シフト演算部３４ａは、磁極内位置演算部３３が出力する磁極内位置Ｍと、磁極内位置メモリ３４ｂに記憶しておいた前回の磁極内位置Ｍの情報を基に、相対位置の磁極対幅２λ単位のシフト（増減）を演算する。
【００４１】
例えば、シフト演算部３４ａは、感磁装置２の磁極内位置Ｍが、「９」から「０」に変化した場合には、感磁装置２が、「＋」方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断する。一方、磁極内位置Ｍが、「０」から「９」に変化した場合には、「−」方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断する。
【００４２】
次に、磁極対位置演算部３５ａは、シフト演算部３４ａでの演算結果を基に、感磁装置２の磁気スケール１ａに対する磁極対幅２λ単位の相対位置である磁極対位置Ｌ（Ｌは整数）を演算する。すなわち、感磁装置２がどの磁極対に位置するかを演算する。
【００４３】
例えば、磁極対位置演算部３５ａは、磁極対位置メモリ３５ｂに記憶されている磁極対位置Ｌ（Ｌは整数）を、感磁装置２が「＋」の方向に１シフトした場合には、１加算する。一方、感磁装置２が「−」の方向に１シフトした場合には、１減算する。
【００４４】
なお、磁極対位置演算部３５ａにおいて、予め磁極対位置初期値メモリ３５ｃに記憶させた磁極対位置初期値を、磁極対位置の初期値として用いることにより、磁気式位置検出装置を、絶対位置検出用途として動作させることもできる。
【００４５】
次に、位置演算部３６は、磁極内位置演算部３３及び磁極対位置演算部３５ａでの演算結果を基に、感磁装置２の磁気スケール１ａに対する相対位置を、磁極対位置Ｌと磁極内位置Ｍとの和として演算し、外部に出力する。
【００４６】
なお、以上の位置算出回路３による相対位置の算出処理は、パルス出力３１ａ〜３１ｅの立上りまたは立下りに同期させて実施させてもよい。或いは、感磁装置２の磁気スケール１ａに対する最大相対移動速度をＶとして、（感磁素子間隔Ｐ）／Ｖ以下となる一定周期毎に起動させるようにしてもよい。
【００４７】
以上のように、実施の形態１によれば、Ｎ極とＳ極とからなる磁極対が磁極対幅２λの周期で配列された磁気スケールと、ｎ個の感磁素子がλ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで配列された感磁装置とを、予め定めた空隙を隔てて対向配置させ、感磁装置が測定する磁場の変化を解析することにより、感磁装置の磁気スケールに対する相対位置を算出している。
【００４８】
この結果、使用する感磁素子の数に応じたＰ＝λ／ｎの位置検出分解能で、感磁装置の磁気スケールに対する相対位置を算出することができる簡素な磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法を得ることができる。
【００４９】
実施の形態２．
本実施の形態２では、磁気スケール１ａに代えて、軟磁性材料で形成される磁性スケールと磁石を用いることにより、先の実施の形態１における磁気式位置検出装置と同様の効果を有する別の磁気式位置検出装置を得る方法について紹介する。
【００５０】
図５は、本発明の実施の形態２における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態２における磁気式位置検出装置は、先の実施の形態１における磁気スケール１ａの代わりに、磁性スケール１ｂと磁石２４とを備えていることを特徴としている。
【００５１】
磁性スケール１ｂは、軟磁性材料で形成され、図５に示すように、幅λの凹部１１ｂと幅λの凸部１２ｂからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列されて形成されている。
【００５２】
また、本実施の形態２における感磁装置２は、先の実施の形態１における第１感磁素子群２１に加えて、更に、磁石２４を有している。この磁石２４は、第１感磁素子群２１との相対位置が変化しないように、第１感磁素子群２１の近傍に固定されている。
【００５３】
磁性スケール１ｂは、磁石２４の外部磁場により、凹部１１ｂと凸部１２ｂが磁化されるため、予め定めた空隙を隔てて対向配置される感磁装置２の移動通路に、強度と方向が磁極対幅２λの周期で変化する磁場を形成している。
【００５４】
この結果、位置算出回路３は、先に図２〜図４を用いて説明した、先の実施の形態１と同じ手順を用いることにより、感磁装置２の出力値から、感磁装置２と磁性スケール１ｂ間の相対位置を算出することができる。
【００５５】
以上のように、実施の形態２によれば、凹部と凸部とからなる磁極対が磁極対幅２λの周期で配列された磁性スケールと、ｎ個の感磁素子がλ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで配列された感磁装置とを、予め定めた空隙を隔てて対向配置させ、感磁装置が測定する磁場の変化を解析することにより、感磁装置の磁性スケールに対する相対位置を算出している。
【００５６】
この結果、使用する感磁素子の数に応じたＰ＝λ／ｎの位置検出分解能で、感磁装置の磁性スケールに対する相対位置を算出することができる簡素な磁気式位置検出装置及び磁気式位置検出方法を得ることができる。
【００５７】
実施の形態３．
本実施の形態３では、感磁装置２を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置２の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる第１の方法について紹介する。
【００５８】
図６は、本発明の実施の形態３における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態３における感磁装置２は、先の実施の形態１における第１感磁素子群２１に加えて、第２感磁素子群２２を更に備えていることを特徴としている。
【００５９】
第２感磁素子群２２は、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと同相の感磁特性を有するｎ個の第２感磁素子２２ａ〜２２ｅが、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列されて形成されている。また、第２感磁素子群２２は、Ｑを奇数として、第１感磁素子群２１からＱ＊λの相対位置に配置されている。
【００６０】
すなわち、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第２感磁素子２２ａ〜２２ｅとは、２１ａと２２ａ、２１ｂと２２ｂ、２１ｃと２２ｃ、２１ｄと２２ｄ、及び２１ｅと２２ｅの間隔が全てＱ＊λとなるように配置されている。
【００６１】
図７は、本発明の実施の形態３における感磁装置２の出力の回路構成の例示図である。図７では、感磁装置２の出力の回路構成のみが、先の実施の形態１と異なっている。一方、位置算出回路３は、先の実施の形態１における図２と同じものである。
【００６２】
互いにＱ＊λだけ離れた第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第２感磁素子２２ａ〜２２ｅとの対同士は、それぞれ、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成している。そして、各ハーフブリッジ回路の第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第２感磁素子２２ａ〜２２ｅの接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力している。
【００６３】
したがって、例えば、第１感磁素子群２１がＮ極１２ａに接近する際には、第２感磁素子群２２はＳ極１１ａに接近することとなり、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第２感磁素子２２ａ〜２２ｅには、常に逆相の磁場が印加されることになる。
【００６４】
この結果、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第２感磁素子２２ａ〜２２ｅとの出力は、互いに逆相となり、各ハーフブリッジ回路の出力信号は、感磁装置２を１つの感磁素子群で構成する場合の２倍になる。また、第１感磁素子群２１及び第２感磁素子群２２に重畳される同相ノイズは、相殺されることになるため、出力ノイズが低減される。
【００６５】
以上のように、実施の形態３によれば、磁気スケールを備えた磁気式位置検出装置において、感磁装置を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００６６】
実施の形態４．
本実施の形態４では、感磁装置２を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置２の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる第２の方法について紹介する。
【００６７】
図８は、本発明の実施の形態４における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態４における感磁装置２は、先の実施の形態２における第１感磁素子群２１に加えて、第２感磁素子群２２を更に備えていることを特徴としている。
【００６８】
先の実施の形態２の図５に示すような、磁気スケール１ａの代わりに磁性スケール１ｂと磁石２４とを備える構成を有する磁気式位置検出装置に対しても、先の実施の形態３において図６を用いて説明した、同相の感磁特性を有する２つの感磁素子群で感磁装置２を構成する方法を適用することが可能である。この場合でも、先の実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００６９】
以上のように、実施の形態４によれば、磁性スケールを備えた磁気式位置検出装置において、感磁装置を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７０】
実施の形態５．
本実施の形態５では、感磁装置２を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置２の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる第３の方法について紹介する。
【００７１】
図９は、本発明の実施の形態５における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態５における感磁装置２は、先の実施の形態３における第２感磁素子群２２の代わりに、第３感磁素子群２３を備えていることを特徴としている。
【００７２】
第３感磁素子群２３は、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと逆相の感磁特性を有するｎ個の第３感磁素子２３ａ〜２３ｅが、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列されて形成されている。また、第３感磁素子群２３は、Ｒを偶数として、第１感磁素子群２１からＲ＊λの相対位置に配置されている。
【００７３】
すなわち、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第３感磁素子２３ａ〜２３ｅとは、２１ａと２３ａ、２１ｂと２３ｂ、２１ｃと２３ｃ、２１ｄと２３ｄ、及び２１ｅと２３ｅの間隔が全てＲ＊λとなるように配置されている。
【００７４】
この結果、例えば、第１感磁素子群２１がＮ極１２ａに接近する際には、第３感磁素子群２３も同様にＮ極１２ａに接近することとなり、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第３感磁素子２３ａ〜２３ｅには、常に同相の磁場が印加されることになる。
【００７５】
しかしながら、第３感磁素子２３ａ〜２３ｅは、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと逆相の感磁特性を有するため、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第３感磁素子２３ａ〜２３ｅとの出力は、先の実施の形態３の場合と同じように、互いに逆相となる。
【００７６】
図１０は、本発明の実施の形態５における感磁装置２の出力の回路構成の例示図である。図１０に示す、感磁装置２の出力の回路構成及び位置算出回路３の回路構成は、先の実施の形態３における図７に示すものと同じである。
【００７７】
このように、先の実施の形態３における第２感磁素子群２２の代わりに第３感磁素子群２３を備えた感磁装置２を用いる場合でも、先の実施の形態３と同じ回路構成をそのまま利用して、先の実施の形態３の場合と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
以上のように、実施の形態５によれば、磁気スケールを備えた磁気式位置検出装置において、感磁装置を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００７９】
なお、第１感磁素子群２１と第３感磁素子群２３との相対距離Ｒ＊λは、Ｒ＝０であってもよい。この場合は、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第３感磁素子２３ａ〜２３ｅとは、磁気スケールに対して同じ相対位置に配置されることになるが、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅと第３感磁素子２３ａ〜２３ｅとで、磁気スケールからの空隙を変えて配置させることにより、Ｒ≠０の場合と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
実施の形態６．
本実施の形態６では、感磁装置２を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置２の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる第４の方法について紹介する。
【００８１】
図１１は、本発明の実施の形態６における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態６における感磁装置２は、先の実施の形態２における第１感磁素子群２１に加えて、第３感磁素子群２３を更に備えていることを特徴としている。
【００８２】
先の実施の形態２の図５に示すような、磁気スケール１ａの代わりに磁性スケール１ｂと磁石２４とを備える構成を有する磁気式位置検出装置に対しても、先の実施の形態５において図９を用いて説明した、逆相の感磁特性を有する２つの感磁素子群で感磁装置２を構成する方法を適用することが可能である。この場合でも、先の実施の形態５と同様の効果が得られる。
【００８３】
以上のように、実施の形態６によれば、磁性スケールを備えた磁気式位置検出装置において、感磁装置を２つの感磁素子群で構成することにより、感磁装置の出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８４】
実施の形態７．
本実施の形態７では、磁気スケール１ａまたは磁性スケール１ｂに、位置基準点となる磁極乱れ部１ｃを設けることにより、感磁装置２の相対位置の誤差を補正できるようにする第１の方法について紹介する。
【００８５】
図１２は、本発明の実施の形態７における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態７における磁気スケール１ａは、位置基準点となる磁極乱れ部１ｃを有していることを特徴としている。
【００８６】
磁極乱れ部１ｃは、図１２に示すように、例えば、幅がλでないＮ極１２ａ、幅がλでないＳ極１１ａ、またはこれらの組み合わせから形成されている。そして、感磁装置２が磁極乱れ部１ｃに接近すると、感磁装置２の出力の周期性が、磁極対のＮ極１２ａまたはＳ極１１ａの幅に応じて変化する。
【００８７】
そこで、位置算出回路３は、この磁極乱れ部１ｃを位置基準点として利用している。例えば、外来ノイズ、演算誤差などによって、相対位置に誤差が生ずることがあっても、磁極乱れ部１ｃに特有の出力の周期性の変化を検知することにより、相対位置を補正することができる。
【００８８】
具体的には、例えば、磁極乱れ部１ｃを検知する度毎に、これまでの相対位置をリセットし、前記磁極乱れ部１ｃを検知した位置が絶対基準位置となるように、前記相対位置を新しく設定し直すようにすればよい。
【００８９】
なお、磁気スケール１ａの代わりに、磁性スケール１ｂと磁石２４とを備える場合でも、同様の効果が得られる。また、磁極乱れ部１ｃを用いる代わりに、別の検出機構を設けて位置基準点を検知するようにしてもよい。
【００９０】
以上のように、実施の形態７によれば、磁気スケールまたは磁性スケールに、位置基準点となる磁極乱れ部を設けることにより、相対位置を補正して、相対位置の誤差が蓄積されることを防止することができる。
【００９１】
実施の形態８．
本実施の形態８では、磁気スケール１ａまたは磁性スケール１ｂに、位置基準点となる磁極乱れ部１ｃを設けることにより、磁極対位置Ｌの誤差を補正できるようにする第２の方法について紹介する。
【００９２】
図１３は、本発明の実施の形態８における磁気式位置検出装置の構成の例示図である。本実施の形態８における磁気スケール１ａは、磁極乱れ部１ｃを、１２０°間隔で円周上の３箇所に有していることを特徴としている。
【００９３】
図１３に示すように、磁気スケール１ａは、磁極乱れ部１ｃを有しているため、位置算出回路３は、感磁装置２が相対回転して磁極乱れ部１ｃに接近すると、感磁装置２の出力が乱れるため、磁気スケール１ａ上の磁極乱れ部１ｃを検知することができる。なお、このとき、磁極対幅２λ、感磁素子間隔Ｐは角度値として設定される。
【００９４】
このような、磁気スケール１ａを円周上に配列させた構造を有する磁気式位置検出装置は、特に、モーター制御用途の回転角センサに有用である。例えば、Ｎ極１２ａ及びＳ極１１ａからなる磁極対が、３対存在する６極モーターでは、１２０°間隔で磁極対位置Ｌを補正することにより、１２０°間隔で同一の回転制御を精度良く実施することができる。
【００９５】
なお、磁気スケール１ａの代わりに、磁性スケール１ｂと磁石２４とを備える場合でも、同様の効果が得られる。また、磁極対がＺ対ある２Ｚ極モーターでは、位置基準点となる磁極乱れ部１ｃは、３６０°／Ｚ間隔で円周上のＺ箇所に設けるようにすればよい。
【００９６】
以上のように、実施の形態８によれば、位置基準点となる磁極乱れ部を、１２０°間隔で円周上の３箇所に設けている。この結果、１２０°間隔で相対位置を補正して、１２０°間隔で同一の回転制御を精度良く実施することができる。
【００９７】
実施の形態９．
本実施の形態９では、感磁装置２の位置検出分解能を向上させるために、感磁装置２を１つの半導体チップ２０上に形成する場合について説明する。
【００９８】
図１４は、本発明の実施の形態９における感磁装置２の例示図である。本実施の形態９における感磁装置２は、図１４に示すように、半導体プロセスを用いて、１つの半導体チップ２０上に形成されていることを特徴としている。
【００９９】
先の実施の形態１〜８では、磁極対幅２λの磁極対を、ｎ個の、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅを用いて検知することにより、Ｐ＝λ／ｎの位置検出分解能を実現している。したがって、位置検出分解能を向上させるためには、感磁素子間隔Ｐを小さく、等間隔にすることが望ましい。
【０１００】
そこで、本実施の形態８では、図１４に示すように、半導体プロセスを用いて、感磁装置２を、半導体チップ２０上に一括形成させることにより、第１感磁素子２１ａ〜２１ｅの感磁素子間隔Ｐ＝λを小さくして、等間隔に配列させている。
【０１０１】
この結果、感磁装置２の位置検出分解能を向上させることができる。また、各素子間の傾き等のばらつきを抑えて感磁特性を揃え、出力の位相差を均一にして磁極内位置Ｍの測定精度を向上させることができる。
【０１０２】
なお、以上の説明では、感磁装置２を１つの半導体チップ２０上に形成させるようにしたが、第１感磁素子群２１、第２感磁素子群２２、または、第３感磁素子群２３のうちのいずれか１つ、または複数を半導体チップ２０上に形成させるようにしてもよい。
【０１０３】
以上のように、実施の形態９によれば、感磁装置を１つの半導体チップ上に形成することにより、磁極内位置Ｍの測定精度を向上させ、位置検出分解能を向上させることができる。
【０１０４】
なお、先の実施の形態１〜９に示した感磁素子としては、ホール素子、磁気抵抗素子などが利用できるが、スピンバルブ型の磁気抵抗素子が好適である。
【０１０５】
特に、トンネル磁気抵抗素子は、素子サイズを小さくできるため、感磁素子間隔Ｐ＝λ／ｎを、例えば、実用上の磁気スケール１ａの磁極限界長λ０＝１００μｍ以下とすることが可能である。この結果、位置検出分解能を向上させることができる。
【０１０６】
また、以上の説明で用いた図では、第１感磁素子群２１、第２感磁素子群２２、及び第３感磁素子群２３が、５個の第１感磁素子２１ａ〜２１ｅで構成されている例を示したが、感磁素子の配列数ｎは、５に限定されるものではない。ｎは２以上の自然数であればよい。
【０１０７】
また、先の実施の形態１〜７では、感磁装置２と磁気スケール１ａまたは磁性スケール１ｂとの相対移動は、直線移動を仮定したが、回転移動であってもよい。回転移動の場合には、磁気スケール１ａまたは磁性スケール１ｂを円周上に配列して、相対位置の代わりに、相対角度を算出するようにすればよい。
【図１】
2014174586.tif 000003
【図２】
2014174586.tif 000004
【図３】
2014174586.tif 000005
【図４】
2014174586.tif 000006
【図５】
2014174586.tif 000007
【図６】
2014174586.tif 000008
【図７】
2014174586.tif 000009
【図８】
2014174586.tif 000010
【図９】
2014174586.tif 000011
【図１０】
2014174586.tif 000012
【図１１】
2014174586.tif 000013
【図１２】
2014174586.tif 000014
【図１３】
2014174586.tif 000015
【図１４】
2014174586.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成27年11月27日(2015.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明に係る磁気式位置検出装置は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備えた磁気式位置検出装置であって、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力し、位置算出回路は、感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出し、あらかじめ初期位置を規定した場合には、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を前記初期位置からの絶対位置として算出するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明に係る磁気式位置検出方法は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力する磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、位置算出回路において、感磁装置が並列に出力するｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、磁極対幅２λ内での相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、記憶ステップにおいて記憶部に記憶された位置算出テーブルを基に、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する感磁装置の磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出し、あらかじめ初期位置を規定した場合には、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を前記初期位置からの絶対位置として算出する磁極内位置演算ステップとを有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路と
を備えた磁気式位置検出装置であって、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力し、
前記位置算出回路は、前記感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出し、あらかじめ初期位置を規定した場合には、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を前記初期位置からの絶対位置として算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定部と、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の前記磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算部と
を備える磁気式位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記磁極内位置演算部が出力する前記磁極内位置Ｍと、メモリに記憶しておいた前回の前記磁極内位置Ｍの変化情報を基に、前記磁極内位置Ｍが２ｎ−１から０にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が＋方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断し、前記磁極内位置Ｍが０から２ｎ−１にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が−方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断するシフト演算部と、
前記シフト演算部での判断結果を基に増減演算を施すことで、前記磁気スケールに対する前記感磁装置の磁極対幅２λ単位の相対位置である磁極対位置Ｌ（Ｌは整数）を演算する磁極対位置演算部と、
前記磁極対位置Ｌと前記磁極内位置Ｍを基に、前記感磁装置の前記相対位置を演算する位置演算部と
を更に備える磁気式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と同相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｑを奇数として前記第１感磁素子群からＱ＊λ離れた相対位置に第２感磁素子群を更に備え、
互いにＱ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第２感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と逆相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｒを偶数として前記第１感磁素子群からＲ＊λ離れた相対位置に第３感磁素子群を更に備え、
互いにＲ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第３感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、特定の箇所の前記第１磁性部または前記第２磁性部が、前記第１磁性部及び前記第２磁性部が混在することで周期乱れを発生させる磁極乱れ部で置き換えられて配置されており、
前記位置算出回路は、前記磁極乱れ部の配置された位置を、前記感磁装置の出力の周期性乱れにより検知し、前記磁極乱れ部を検知する度毎に、これまでの相対位置をリセットし、前記磁極乱れ部を検知した位置が絶対基準位置となるように、前記相対位置を新しく設定し直す
磁気式位置検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子、または、トンネル磁気抵抗素子、または、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子のいずれかである
磁気式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
ｎ個の感磁素子からなる感磁素子群は、半導体プロセスを用いて、１つの半導体チップ上に形成されている
磁気式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、直線上または円周上に配列され、
前記位置算出回路は、前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケールとの相対直線位置または相対回転角度を算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部がＳ極、前記第２磁性部がＮ極から構成される
磁気式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部が凹部、前記第２磁性部が凸部からなる磁性スケールであり、
前記感磁装置は、前記磁場を前記磁性スケールとの間に形成するための磁石を有する
磁気式位置検出装置。
【請求項１２】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力する
磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、
前記位置算出回路において、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
前記記憶ステップにおいて前記記憶部に記憶された前記位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出し、あらかじめ初期位置を規定した場合には、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を前記初期位置からの絶対位置として算出する磁極内位置演算ステップと
を有する磁気式位置検出方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月22日(2016.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明に係る磁気式位置検出装置は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備えた磁気式位置検出装置であって、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力し、位置算出回路は、感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出し、磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出するものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、本発明に係る磁気式位置検出方法は、磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、空隙を維持しながら、磁気スケールによって形成される磁場の中を、磁気スケールの配列方向に相対移動し、相対移動の際の磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、感磁装置の出力値を解析することにより、感磁装置と磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、感磁装置は、感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、第１感磁素子群を構成するｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、相対移動の際の磁場の変化の測定結果を並列に出力する磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、位置算出回路において、感磁装置が並列に出力するｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、磁極対幅２λ内での相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、記憶ステップにおいて記憶部に記憶された位置算出テーブルを基に、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する感磁装置の磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出し、磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出する磁極内位置演算ステップとを有するものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路と
を備えた磁気式位置検出装置であって、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力し、
前記位置算出回路は、前記感磁装置から並列に出力された出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置をλ／ｎの位置検出分解能として算出し、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定部と、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の前記磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出する磁極内位置演算部と
を備える磁気式位置検出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気式位置検出装置において、
前記位置算出回路は、
前記磁極内位置演算部が出力する前記磁極内位置Ｍと、メモリに記憶しておいた前回の前記磁極内位置Ｍの変化情報を基に、前記磁極内位置Ｍが２ｎ−１から０にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が＋方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断し、前記磁極内位置Ｍが０から２ｎ−１にシフトした場合には前記磁気スケールに対する前記感磁装置の相対位置が−方向に隣接する磁極対にシフトしたと判断するシフト演算部と、
前記シフト演算部での判断結果を基に増減演算を施すことで、前記磁気スケールに対する前記感磁装置の磁極対幅２λ単位の相対位置である磁極対位置Ｌ（Ｌは整数）を演算する磁極対位置演算部と、
前記磁極対位置Ｌと前記磁極内位置Ｍを基に、前記感磁装置の前記相対位置を演算する位置演算部と
を更に備える磁気式位置検出装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と同相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｑを奇数として前記第１感磁素子群からＱ＊λ離れた相対位置に第２感磁素子群を更に備え、
互いにＱ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第２感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁装置は、
前記第１感磁素子群に加え、前記感磁素子として、前記第１感磁素子と逆相の感磁特性を有するｎ個の感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように前記感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列され、Ｒを偶数として前記第１感磁素子群からＲ＊λ離れた相対位置に第３感磁素子群を更に備え、
互いにＲ＊λだけ離れた前記第１感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子と、前記第３感磁素子群に含まれるｎ個の感磁素子とのそれぞれについて、一方をＧＮＤに、他方を電源Ｖｉｎに配線したハーフブリッジ回路を構成し、各前記ハーフブリッジ回路の接続点の電圧であるブリッジ電圧を、並列に出力する
磁気式位置検出装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、特定の箇所の前記第１磁性部または前記第２磁性部が、前記第１磁性部及び前記第２磁性部が混在することで周期乱れを発生させる磁極乱れ部で置き換えられて配置されており、
前記位置算出回路は、前記磁極乱れ部の配置された位置を、前記感磁装置の出力の周期性乱れにより検知し、前記磁極乱れ部を検知する度毎に、これまでの相対位置をリセットし、前記磁極乱れ部を検知した位置が絶対基準位置となるように、前記相対位置を新しく設定し直す
磁気式位置検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記感磁素子は、スピンバルブ型磁気抵抗素子、または、トンネル磁気抵抗素子、または、スピンバルブ型トンネル磁気抵抗素子のいずれかである
磁気式位置検出装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
ｎ個の感磁素子からなる感磁素子群は、半導体プロセスを用いて、１つの半導体チップ上に形成されている
磁気式位置検出装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、直線上または円周上に配列され、
前記位置算出回路は、前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケールとの相対直線位置または相対回転角度を算出する
磁気式位置検出装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部がＳ極、前記第２磁性部がＮ極から構成される
磁気式位置検出装置。
【請求項１１】
請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気式位置検出装置において、
前記磁気スケールは、前記第１磁性部が凹部、前記第２磁性部が凸部からなる磁性スケールであり、
前記感磁装置は、前記磁場を前記磁性スケールとの間に形成するための磁石を有する
磁気式位置検出装置。
【請求項１２】
磁性的な性質が異なる幅λの第１磁性部と幅λの第２磁性部とからなる幅２λの磁極対が、磁極対幅２λの周期で等間隔に配列された磁気スケールと、
前記磁気スケールに対して予め定めた空隙を隔てて対向配置され、前記空隙を維持しながら、前記磁気スケールによって形成される磁場の中を、前記磁気スケールの配列方向に相対移動し、前記相対移動の際の前記磁場の変化を、感磁素子を用いて測定する感磁装置と、
前記感磁装置の出力値を解析することにより、前記感磁装置と前記磁気スケール間の相対位置を算出する位置算出回路とを備え、
前記感磁装置は、前記感磁素子として、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の第１感磁素子からなり、λ＝ｎＰとなるように感磁素子間隔Ｐで等間隔に配列された第１感磁素子群を備え、前記第１感磁素子群を構成する前記ｎ個の第１感磁素子のそれぞれから、前記相対移動の際の前記磁場の変化の測定結果を並列に出力する
磁気式位置検出装置において用いられる磁気式位置検出方法であって、
前記位置算出回路において、
前記感磁装置が並列に出力する前記ｎ個の出力値をＨｉ／Ｌｏ判定して２値化し、ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力として出力するＨｉ／Ｌｏ判定ステップと、
前記磁極対幅２λ内での前記相対位置である２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）と、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力のパターンとの関係を予め規定した位置算出テーブルを記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
前記記憶ステップにおいて前記記憶部に記憶された前記位置算出テーブルを基に、前記ｎ個のＨｉ／Ｌｏ出力に対応する前記感磁装置の前記磁極内位置Ｍをλ／ｎの位置検出分解能として算出し、前記磁極対幅２λ内において、２ｎ個の磁極内位置Ｍ（Ｍは０以上２ｎ−１以下の２ｎ個の整数）を、並列に出力された前記出力値についてあらかじめ決められた組合せパターンに応じて絶対位置として算出する磁極内位置演算ステップと
を有する磁気式位置検出方法。
【国際調査報告】
2014174586.tif 000017
2014174586.tif 000018