特許ウォッチ

公開番号2024070304
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-23
出願番号2022180693
出願日2022-11-11
発明の名称位置演算装置
出願人SMC株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01D 5/12 20060101AFI20240516BHJP(測定;試験)
要約【解決手段】第1方向に相対移動可能な移動体に取り付けられた磁石38の位置を演算する位置演算装置10であって、前記第1方向に所定距離Pだけ互いに離間して配置される第1磁気センサ52および第2磁気センサ54と、前記第1磁気センサにより検出される第1磁束密度B1の、前記第1方向の第1成分と第2方向の第2成分との第1比R1と、前記第2磁気センサにより検出される第2磁束密度B2の、前記第1方向の第3成分と前記第2方向の第4成分との第2比R2と、前記所定距離とを用いて、前記磁石の前記位置を演算する演算回路と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
固定部材に対して第１方向に相対移動可能な移動体に取り付けられた磁石の位置を演算する位置演算装置であって、
前記固定部材に取り付けられ、前記第１方向に所定距離だけ互いに離間して配置され、且つ前記磁石により生じる磁場の磁束密度を検出する第１磁気センサおよび第２磁気センサと、
前記第１磁気センサにより検出される第１磁束密度の、前記第１方向の第１成分と、前記第１方向に垂直な第２方向の第２成分との第１比と、前記第２磁気センサにより検出される第２磁束密度の、前記第１方向の第３成分と前記第２方向の第４成分との第２比と、前記所定距離とを用いて、前記磁石の前記位置を演算する演算回路と、
を備える、位置演算装置。
続きを表示（約 5,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の位置演算装置であって、
前記磁石が有する２つの磁極は前記第１方向に並び、
前記演算回路は、前記磁石の前記位置を、前記第２成分がゼロ以上であるか否かと、前記第４成分がゼロ以上であるか否かと、前記２つの磁極の並び順とに応じて演算する、位置演算装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置演算装置であって、
前記演算回路は、前記磁石の前記位置を、前記第２成分と前記第４成分との積がゼロより小さいか否かに応じて演算し、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上である場合、前記演算回路は、前記第１磁束密度の大きさが前記第２磁束密度の大きさより大きいか否かに応じて、前記磁石の前記位置を演算する、位置演算装置。
【請求項４】
請求項３に記載の位置演算装置であって、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロより小さい場合、前記演算回路は、前記第１方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（１）により演算し、
前記第１方向における前記磁石の前記位置Ｘｍは、前記第１方向における前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの間の中点を原点とした場合の位置である、位置演算装置。
TIFF
2024070304000026.tif
21
113
【請求項５】
請求項４に記載の位置演算装置であって、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロより小さい場合、前記演算回路は、前記第２方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（２）により演算し、
前記第２方向における前記磁石の前記位置Ｃは、前記第１方向における前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの間の前記中点を原点とした場合の位置である、位置演算装置。
TIFF
2024070304000027.tif
21
113
【請求項６】
請求項４に記載の位置演算装置であって、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより大きい場合、前記演算回路は、前記第１方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（３）により演算し、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより小さい場合、前記演算回路は、前記第１方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（４）により演算する、位置演算装置。
TIFF
2024070304000028.tif
30
113
【請求項７】
請求項６に記載の位置演算装置であって、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより大きい場合、前記演算回路は、前記第２方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（５）により演算し、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより小さい場合、前記演算回路は、前記第２方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１比Ｒ１と前記第２比Ｒ２と前記所定距離Ｐとを用いた式（６）により演算する、位置演算装置。
TIFF
2024070304000029.tif
30
113
【請求項８】
請求項５に記載の位置演算装置であって、
前記第１方向をＸ軸方向とし、且つ前記第２方向をＹ軸方向とするＸＹ座標平面に、前記磁石、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが配置された場合、前記第１成分および前記第２成分は、前記ＸＹ座標平面において前記第１磁気センサにより検出される前記第１磁束密度の前記Ｘ軸方向のＸ成分Ｔｘ１および前記第１磁束密度の前記Ｙ軸方向のＹ成分Ｔｙ１であり、且つ前記第３成分および前記第４成分は、前記ＸＹ座標平面において前記第２磁気センサにより検出される前記第２磁束密度の前記Ｘ軸方向のＸ成分Ｔｘ２および前記第２磁束密度の前記Ｙ軸方向のＹ成分Ｔｙ２であり、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより大きい場合、前記演算回路は、前記中点に対する前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記式（２）により演算された、前記中点に対する前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃとを用いた式（７）により演算し、
前記第２成分と前記第４成分との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の前記大きさが前記第２磁束密度の前記大きさより小さい場合、前記演算回路は、前記中点に対する前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記式（２）により演算された、前記中点に対する前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃとを用いた式（８）により演算する、位置演算装置。
TIFF
2024070304000030.tif
33
120
【請求項９】
請求項１に記載の位置演算装置であって、
前記第１方向であるＸ軸方向と、前記Ｘ軸方向に垂直で且つ前記第２方向とは異なるＹ軸方向と、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向のいずれにも垂直で且つ前記第２方向とは異なるＺ軸方向とで形成されるＸＹＺ座標空間に、前記磁石、前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが配置された場合、前記第１成分は、前記ＸＹＺ座標空間において前記第１磁気センサにより検出される前記第１磁束密度の前記Ｘ軸方向のＸ成分Ｔｘ１であり、前記第２成分は、前記第１磁束密度の前記Ｙ軸方向のＹ成分Ｔｙ１と前記第１磁束密度の前記Ｚ軸方向のＺ成分Ｔｚ１との合成成分であり、前記第３成分は、前記ＸＹＺ座標空間において前記第２磁気センサにより検出される前記第２磁束密度の前記Ｘ軸方向のＸ成分Ｔｘ２であり、且つ前記第４成分は、前記第２磁束密度の前記Ｙ軸方向のＹ成分Ｔｙ２と前記第２磁束密度の前記Ｚ軸方向のＺ成分Ｔｚ２との合成成分であり、
前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２との積がゼロより小さい場合、前記演算回路は、
前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（９）により演算し、
前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１０）により演算し、
前記Ｚ軸方向における前記磁石の前記位置Ｚｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１１）により演算し、
前記式（９）、前記式（１０）および前記式（１１）における分母ＤＩＶ１は、式（１２）により表され、
前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍ、前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃ、および前記Ｚ軸方向における前記磁石の前記位置Ｚｍは、前記第１方向における前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの間の中点を原点とした場合の位置である、位置演算装置。
TIFF
2024070304000031.tif
94
148
【請求項１０】
請求項９に記載の位置演算装置であって、
前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の大きさが前記第２磁束密度の大きさより大きい場合、前記演算回路は、
前記中点に対する前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１３）により演算し、
前記中点に対する前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１４）により演算し、
前記中点に対する前記Ｚ軸方向における前記磁石の前記位置Ｚｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１５）により演算し、
前記式（１３）、前記式（１４）および前記式（１５）における分母ＤＩＶ２は、式（１６）により表され、
前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２との前記積がゼロ以上であって、且つ前記第１磁束密度の大きさが前記第２磁束密度の大きさより小さい場合、前記演算回路は、
前記中点に対する前記Ｘ軸方向における前記磁石の前記位置Ｘｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１７）により演算し、
前記中点に対する前記Ｙ軸方向における前記磁石の前記位置Ｃを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１８）により演算し、
前記中点に対する前記Ｚ軸方向における前記磁石の前記位置Ｚｍを、前記第１磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ１と、前記第１磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ１と、前記第１磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ１と、前記第２磁束密度の前記Ｘ成分Ｔｘ２と、前記第２磁束密度の前記Ｙ成分Ｔｙ２と、前記第２磁束密度の前記Ｚ成分Ｔｚ２と、前記所定距離Ｐとを用いた式（１９）により演算し、
前記式（１７）、前記式（１８）および前記式（１９）における分母ＤＩＶ３は、式（２０）により表される、位置演算装置。
TIFF
2024070304000032.tif
158
155
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置演算装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、２つのセンサ素子を用いて磁石の位置信号を生成するセンサが開示されている。磁石は、空気圧シリンダのピストンに固定されている。そのため、磁石は直線的な相対運動を行う。センサ素子が検出する磁場の互いに垂直な２つの成分のＡＲＣＴＡＮ値を用いて、磁石の位置信号が生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－４９５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されたＡＲＣＴＡＮ値から磁石の位置を演算するためには、センサ素子と、磁石の相対運動が行われる直線との間の距離の情報が必要である。しかし、磁石の取り付け位置は、製品の種類或いは個体毎に異なる場合がある。したがって、製品の種類或いは個体毎に、ＡＲＣＴＡＮ値を磁石の位置に変換するための変換表が必要になるという課題がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、固定部材に対して第１方向に相対移動可能な移動体に取り付けられた磁石の位置を演算する位置演算装置であって、前記固定部材に取り付けられ、前記第１方向に所定距離だけ互いに離間して配置され、且つ前記磁石により生じる磁場の磁束密度を検出する第１磁気センサおよび第２磁気センサと、前記第１磁気センサにより検出される第１磁束密度の、前記第１方向の第１成分と、前記第１方向に垂直な第２方向の第２成分との第１比と、前記第２磁気センサにより検出される第２磁束密度の、前記第１方向の第３成分と前記第２方向の第４成分との第２比と、前記所定距離とを用いて、前記磁石の前記位置を演算する演算回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、磁石の位置を正確に演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、一実施の形態に係る位置演算装置と、アクチュエータとを例示する図である。
図２は、シリンダに位置演算装置が取り付けられた状態を説明するための図である。
図３は、磁石により生じる磁場の磁束密度を模式的に示す図である。
図４は、磁石の位置の演算を説明するための図である。
図５は、磁石の位置の実測値と、位置演算装置による演算値との比較結果を示すグラフである。
図６は、磁石の位置の実測値と、位置演算装置による演算値との比較結果を示すグラフである。
図７Ａは、任意の点における磁束密度のＸ成分、Ｙ成分およびＺ成分を模式的に示す図である。図７Ｂは、磁束密度のＹ成分およびＺ成分が、Ｘ軸の正方向からＹＺ座標平面へ投影された状態を模式的に示す図である。
図８は、第１磁気センサおよび第２磁気センサに加えて第３磁気センサが配置された場合における、磁石の位置の演算を説明するための図である。
図９は、磁石が有する２つの磁極の並び方向がＸ軸方向に一致しない例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、一実施の形態に係る位置演算装置１０と、アクチュエータ２０とを例示する図である。アクチュエータ２０は、固定部材と移動体とを有する。アクチュエータ２０の固定部材は、例えば図１に示すシリンダ３２である。アクチュエータ２０の移動体は、例えば図１に示すピストン３４である。ピストン３４は、シリンダ３２に対して第１方向に移動可能である。第１方向をＸ軸方向とする。第１方向に垂直な第２方向を、図１に示す例ではＹ軸方向とする。ロッド３６はピストン３４に取り付けられている。ロッド３６はピストン３４とともにＸ軸方向に相対移動する。
【００１０】
ピストン３４に磁石３８が取り付けられている。磁石３８は２つの磁極であるＮ極およびＳ極を有する。図１に、磁石３８が有する２つの磁極の並び順が例示されている。磁石３８の２つの磁極は、Ｘ軸方向の正方向に向かって、Ｎ極およびＳ極の順に並んでいる。ピストン３４がシリンダ３２に対してＸ軸方向に相対移動すると、磁石３８もシリンダ３２に対してＸ軸方向に相対移動する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許