移動体システム
【課題】 連続区間か離散区間かを簡単に識別する。
【構成】 移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設ける。コイルアレイの両側方にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、磁気マークを一定の第１のピッチで配置した連続区間か、磁気マークを第１のピッチよりも長い間隔で配置した離散区間かを識別する。
【構成】 移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設ける。コイルアレイの両側方にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、磁気マークを一定の第１のピッチで配置した連続区間か、磁気マークを第１のピッチよりも長い間隔で配置した離散区間かを識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動体システムに関し、特に移動体の位置検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイルからなるコイルアレイを備えた検出ヘッドを、搬送車、スタッカークレーン、あるいは工作機械のヘッド等の移動体の移動方向に沿って設け、地上側に設けた磁気マークを検出することにより、移動体の位置を求めるシステムが知られている（特許文献１：JP2002-337037A）。発明者はこのようなシステムに関して、磁気マークを例えばコイルアレイの長さと等しい第１のピッチで配置することにより、移動体の位置を連続的に求める連続区間と、磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間とを設けることを検討した。そして検出ヘッドの両端にホール素子等の磁気センサを設けて、磁気マークを検出し、離散区間か連続区間かを識別する。
【０００３】
発明者の実験によると、コイルアレイの中央部付近に磁気マークがある場合、離散区間でも連続区間でも位置の検出結果は同じで、これはコイルアレイに影響している磁気マークが１個のみだからである。次に連続区間で磁気マークがコイルアレイの両端にある場合と、離散区間で磁気マークがコイルアレイの一端にのみある場合とは、ホール素子で簡単に識別できる。またこの場合、離散区間では検出を行わず、連続区間でのみ検出を行うので、問題は生じない。磁気マークがコイルアレイの一端のやや内側にある場合、連続区間ではコイルアレイの他端のやや外側に磁気マークがあり、離散区間ではこの磁気マークはない。この状態では、離散区間か連続区間かで検出結果が異なるが、ホール素子ではコイルアレイのやや外側の磁気マークを検出できず、離散区間か連続区間かを識別できない。従って識別には、コイルアレイの延長方向両外側に別のホール素子を設ける必要がある。しかしながらこのことは、検出ヘッドの長さを増す点で好ましくなく、また検出ヘッドの部品点数を増す点でも好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】JP2002-337037A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、簡単な構造で離散区間か連続区間かを識別し、移動体の位置検出精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設けて、移動体の移動経路に沿って設けた磁気マークを検出することにより移動体の位置を求め、かつ前記移動経路に、前記磁気マークを一定の第１のピッチで配置することにより移動体の位置を連続的に求める連続区間と、前記磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間、とを設けた移動体システムであって、
前記コイルアレイの両側方、即ちコイルアレイを長手方向に沿って両側に延長した位置、にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、連続区間か離散区間かを識別することを特徴とする。
【０００７】
ダミーコイルは磁気マークからの磁界を検出するコイルで、コイルアレイ内の端部のコイルに対して、コイルアレイの内側のコイルと周辺磁界の検出条件を揃える役割も果たす。なお以下、コイルアレイはダミーコイルを含まないものとする。コイルアレイの一端の内側に磁気マークがある場合、連続区間で他端の外側に他の磁気マークがある場合と、離散区間で他端側には磁気マークがない場合とで、他端側のダミーコイルが置かれる状況が異なる。この状況の差をダミーコイルの出力差として検出すると、離散区間か連続区間かを識別できる。またダミーコイルはコイルアレイに隣接して配置すれば良く、コイルアレイとの間に隙間を設ける必要がない。従ってこの発明では、検出ヘッドの長さサイズを増さずにかつ簡単に、連続区間か離散区間かを識別し、位置検出の精度を増すことができる。
【０００８】
好ましくは、前記コイルアレイと前記ダミーコイルとを共通の交流電源に接続すると共に、コイルアレイの各コイルとダミーコイルとを共通の磁芯に沿って設ける。このようにすると、ダミーコイルの配設と励磁とが容易になり、かつ両側方のダミーコイルのインピーダンスバランスを容易に取ることができる。
より好ましくは、前記ダミーコイルは前記コイルアレイのコイルと同形状である。このようにすると、ダミーコイルは、コイルアレイの他のコイルと同形状のコイルを、同じ磁芯に対して両側方に配置すれば良く、ダミーコイルをより簡単に設けることができ、しかも両側方のダミーコイルのインピーダンスバランスをより確実に取ることができる。
【０００９】
特に好ましくは、前記両側方のダミーコイルを直列に交流電源に接続すると共に、両側方のダミーコイルの中点電位の位相を前記交流電源の位相と比較することにより、連続区間か離散区間かを識別する。このようにすると、簡単な回路で連続区間か離散区間かを確実に識別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の移動体システムでのリニアスケールと地上側の磁気マークとを示す図
【図２】離散区間と連続区間とでの磁気マークの配置を模式的に示す図
【図３】離散区間か連続区間かを識別する際の問題点と、実施例での解決原理を示す図
【図４】実施例でのダミーコイルと周囲のコイルとを示す図
【図５】実施例でのリニアスケールのブロック図
【図６】実施例での、連続区間と離散区間とでの指示値の差を示す特性図
【図７】励磁信号とダミーコイルの中点信号との位相を模式的に示す図
【図８】実施例での、ダミーコイルによる連続区間と離散区間との識別結果を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１２】
図１〜図８に、実施例の移動体システムを示す。図において、２はリニアスケールで、図示しない移動体の移動方向に沿ったコイルアレイ４を備え、６はその磁芯で、その左右両端に例えば一対のダミーコイル８，９があり、ダミーコイル８，９は左右それぞれに２個以上ずつ設けても良い。また１０はコイルアレイ４に属するコイルを示し、例えばコイル１０を４個単位で１ピッチ１２とし、ピッチ１２をコイルアレイ４の長手方向、即ち移動体の移動方向に沿って例えば１０ピッチ配列して、コイルアレイ４とする。
【００１３】
１４はホール素子で、例えばコイルアレイ４の両端とピッチ１２，１２間の切れ目に配列し、磁気マーク２２等を検出する。コイルアレイ４及びダミーコイル８，９、ホール素子１４によりリニアスケール２の検出ヘッド１５を構成し、検出ヘッド１５からの信号を処理回路１６で処理して、移動体の現在位置を求める。また正弦波電源１８によりコイルアレイ４の各コイル１０並びにダミーコイル８，９に正弦波電流を加え、カウンタ２０により正弦波の位相信号ωtを発生させて、処理回路１６と正弦波電源１８とに供給する。
【００１４】
移動体の移動経路に沿って磁気マーク２２等を設け、磁気マーク２２等はヨーク２４と永久磁石２５とから成り、ダミーコイル８，９、ホール素子１４及びコイル１０は磁気マーク２２等からの磁界を検出する。磁気マーク２２等は、コイルアレイ４の全長と等しいピッチで配列された連続区間と、連続区間での磁気マークの配列ピッチよりも長い間隔をおいて配置された離散区間とがあり、離散区間は例えばカーブ区間とその前後等で、離散区間では磁気マークを一定のピッチで配置する必要はない。また連続区間では磁気マーク２２，２３の配列ピッチをコイルアレイ４の全長と等しくする。
【００１５】
図１の２２，２３は連続区間での磁気マークで、ここではコイルアレイ４の両端に現れている。ここで図１の磁気マーク２６を検出したとする。なお磁気マーク２６の構造は磁気マーク２２，２３等と同一である。１個の磁気マーク２６を検出した場合、連続区間か離散区間かは分からない。この場合、連続区間ではダミーコイル９の左側に他の磁気マークが存在するが、離散区間ではダミーコイル９の左側には磁気マークがない。そしてコイルアレイ４の左端のホール素子１４−１で、ダミーコイル９の左側の磁気マークを検出することは難しい。このため、リニアスケール２の両端のホール素子で識別すると、連続区間内でも離散区間であると誤認識することがある。そこでこの発明では、ダミーコイル８，９の内部を通る磁芯６により、ダミーコイル８，９から外側に離れた磁石も検出できることを利用して、コイルアレイ４の両外側に別の磁気マークが存在するか否かを検出する。
【００１６】
図２に連続区間３０での磁気マーク３２〜３４の配置と、離散区間３１での磁気マーク３５の配置を示し、磁気マーク３２〜３５は前記の磁気マーク２２等と同じ構造である。連続区間３０では磁気マーク３２〜３４等はコイルアレイ４の全長と同じピッチで走行経路の地上側に配置され、離散区間３１では磁気マーク３５等が離散的に走行経路の地上側に配置されている。連続区間３０の区間全体に対して、リニアスケール２は一定の精度で位置を検出できる。しかし離散区間３１では、磁気マーク３５等の周囲でのみ位置を検出でき、しかも１個の磁気マーク３５により検出できるエリアの長さはコイルアレイ４の長さよりも短い。
【００１７】
図３に実施例での離散区間及び連続区間での計測範囲を示し、連続区間では左端のピッチ１２−１から右端のピッチ１２−１０までの全区間で磁気マークを検出し、離散区間では両端のピッチ１２−１，１２−１０では磁気マークを検出せず、ピッチ１２−２〜１２−９の範囲で磁気マークを検出する。問題なのは、ピッチ１２−２またはピッチ１２−９で磁気マークを検出した際に、離散区間であるのか連続区間であるのかの識別である。具体的に言うと、磁気マーク２６を検出した場合で、図３の左側に磁気マーク２７があれば連続区間で、無ければ離散区間である。そして磁気マーク２７をホール素子１４−１で検出するのは難しい。そこでこの発明では、ダミーコイル８，９を用いて、コイルアレイ４の両側方の磁気マーク２７を検出する。なお連続区間でコイルアレイ４の右端に磁気マーク２２があれば左端に磁気マーク２３があり、これらはホール素子１４−１１，１４−１で容易に検出できる。
【００１８】
図４にダミーコイル９の配置を示し、ダミーコイル８も同様である。ケイ素鋼等の磁芯６にコイル１０を巻き付け、これと同径で同じピッチ数、かつ同じ材質のダミーコイル９を、同じ磁芯６に巻き付ける。従ってダミーコイル８，９を設けるには、コイル１０と同じものを２個、コイルアレイ４の両側方に隙間なく巻き付ければよい。
【００１９】
図５に、リニアスケール２のブロック図を示し、正弦波電源１８はカウンタから位相信号ωtを供給され、図示しないＤＡコンバータにより正弦波を発生し、コイルアレイの各ピッチ１２並びに左右のダミーコイル８，９の直列片に正弦波を供給する。直列に接続したダミーコイル８，９の中点の電位をＤで表す。各ピッチ１２の４個のコイル１０−１〜１０−４をブリッジ状に配置し、ブリッジ信号を増幅回路４０，４１で増幅し、増幅回路４０からsinθ・sinωtの信号を、増幅回路４１からcosθ・sinωtの信号を取り出す。ここにθはピッチに対する磁気マークの位置を示し、磁気マークが１ピッチ分移動すると、θは２πだけ変化する。各ピッチ毎に増幅回路４０，４１を設けても良いが、ここでは各ピッチの出力を同じ増幅回路４０，４１に入力する。位相検出回路４２では、増幅回路４０，４１の信号からθ成分を取り出し、ホール素子１４の信号により、どのピッチで磁気マークを検出しているかを求め、オフセット補正部４４でピッチの番号に対応するオフセットを加減算する。
【００２０】
リニアスケール２にはスケール毎のばらつきがあるので、連続区間用の補正テーブル４６と離散区間用の補正テーブル４８の２種類の補正テーブルを切り替えて補正する。補正テーブル４６では、連続区間での図３のピッチ１２−１〜１２−１０の範囲に対して補正を行い、補正テーブル４８では、離散区間での図３のピッチ１２−２〜１２−９の範囲に対して補正を行う。ダミーコイル８，９の中点からの信号Ｄを増幅回路５４で増幅し、抵抗等を組み込んだデジタルトランジスタ５６で増幅し、判定部５８に入力する。５１〜５３は固定抵抗で、Ｖccは回路電源であり、デジタルトランジスタ５６は、図７に示す閾値を用いたコンパレータとして作用する。そして判定部５８は、位相信号ωtを基準とする所定のタイミングで、デジタルトランジスタ５６の出力をチェックし、離散区間か連続区間を識別して、スイッチ５０を切り替える。これによりオフセット補正後の位置信号を、補正テーブル４６，４８のいずれで補正するかを決定する。
【００２１】
図６〜図８に実施例の動作を示す。図６は補正テーブル４６，４８の補正前の信号について、離散区間と連続区間での位置の指示値の差を示す。なおここではコイルアレイの全長は３００mmで、計測範囲は連続区間では−１５０mm〜＋１５０mm、離散区間では−１１５mm〜＋１１５mmである。−９７.５mm〜＋９７.５mm程度の範囲では、離散区間でも連続区間でも信号の差は僅かで、このためこの区間に対しては、例えば補正テーブル４６，４８のデータを共通にしておく。＋９７.５mm〜＋１１５mmと、−９７.５mm〜−１１５mmでは、離散区間か連続区間かにより出力が異なるので、連続区間か離散区間かに応じて補正テーブル４６，４８を切り替える。
【００２２】
図７に、コイルアレイ４への励磁電圧sinωtに対するダミーコイルの中線からの信号Ｄ（電位信号）の波形を示す。図の左側は−端側で磁気マークの影響が＋端側よりも強い場合を示し、ダミーコイルからの信号は励磁信号と逆位相である。図の右側では、＋端側で−端側よりも磁気マークの影響が強く、ダミーコイルの信号は励磁信号の電圧波形と同位相となる。そこでωtが９０°と２７０°等の適宜のタイミングで、信号Ｄをサンプリングし、デジタルトランジスタ５６の動作閾値を超えているかどうかをチェックすれば、連続区間か離散区間かを識別できる。
【００２３】
図８はダミーコイルからの信号を判定部５８で処理した結果を示し、横軸はリニアスケールに対する磁気マークの位置を示し、太線の波形は離散区間での波形を、細線の波形は連続区間での波形を示す。リニアスケールの中央部に磁気マークがある場合、ダミーコイルからの信号は連続区間でも離散区間でも変わらず、また図６に示すように、この範囲では連続区間か離散区間かを識別する必要がない。磁気マークがリニアスケールの＋端側にある場合、連続区間では９５mm付近で信号が変化し、信号がそのまま−端側寄りとなる。同じ区間が離散区間の場合、信号は１０５mm付近まで中立を保ち、１０５mmの手前で＋端寄りとなる。従って９５mm以上で連続区間か離散区間かを識別できる。−端側でも同様に連続区間か離散区間かを識別でき、連続区間では−９５mm付近で信号が＋端側寄りとなるが、離散区間ではこの付近で信号は変化せず、−１０５mmの手前で−端寄りとなる。
【００２４】
実施例では以下の効果が得られる。
(1) コイルアレイ４の両端のやや内側に磁気マークが１個存在する場合に、連続区間か離散区間かを識別でき、検出精度が向上する。
(2) 一対のダミーコイル８，９をコイルアレイ４の左右両端に追加すると、連続区間か離散区間かを識別でき、リニアスケール２の長さがほとんど増さない。
(3) ダミーコイル８，９はコイルアレイ４と同じ磁芯に設けることができ、形状もコイルアレイ４のコイル１０と同じものでよい。
(4) ダミーコイル８，９はコイルアレイ４と同じ正弦波電源１８で駆動できる。
(5) 一対のダミーコイル８，９は同じ磁芯６上にあり同形状なので、これらのインピーダンスのバランスを容易に取ることができる。
(6) ダミーコイル８，９は、最も外側のピッチ１２−１，１２−１０のコイルに対し、他のピッチのコイルと環境を近づける。
【００２５】
実施例ではダミーコイル８，９を直列に正弦波電源１８に接続し、中点電位を取り出した。しかしながらダミーコイル８，９をそれぞれ単独で正弦波電源１８等に接続し、磁気マークの有無によるインピーダンスの変化を測定しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
２ リニアスケール
４ コイルアレイ
６ 磁芯
８，９ ダミーコイル
１０ コイル
１２ ピッチ
１４ ホール素子
１５ 検出ヘッド
１６ 処理回路
１８ 正弦波電源
２０ カウンタ
２２，２３，２６ 磁気マーク
２４ ヨーク
２５ 永久磁石
２７ 磁気マーク
３０ 連続区間
３１ 離散区間
３２〜３５ 磁気マーク
４０，４１，５４ 増幅回路
４２ 位相検出部
４４ オフセット補正部
４６，４８ 補正テーブル
５０ スイッチ
５１〜５３ 抵抗
５６ デジタルトランジスタ
５８ 判定部
【技術分野】
【０００１】
この発明は移動体システムに関し、特に移動体の位置検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコイルからなるコイルアレイを備えた検出ヘッドを、搬送車、スタッカークレーン、あるいは工作機械のヘッド等の移動体の移動方向に沿って設け、地上側に設けた磁気マークを検出することにより、移動体の位置を求めるシステムが知られている（特許文献１：JP2002-337037A）。発明者はこのようなシステムに関して、磁気マークを例えばコイルアレイの長さと等しい第１のピッチで配置することにより、移動体の位置を連続的に求める連続区間と、磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間とを設けることを検討した。そして検出ヘッドの両端にホール素子等の磁気センサを設けて、磁気マークを検出し、離散区間か連続区間かを識別する。
【０００３】
発明者の実験によると、コイルアレイの中央部付近に磁気マークがある場合、離散区間でも連続区間でも位置の検出結果は同じで、これはコイルアレイに影響している磁気マークが１個のみだからである。次に連続区間で磁気マークがコイルアレイの両端にある場合と、離散区間で磁気マークがコイルアレイの一端にのみある場合とは、ホール素子で簡単に識別できる。またこの場合、離散区間では検出を行わず、連続区間でのみ検出を行うので、問題は生じない。磁気マークがコイルアレイの一端のやや内側にある場合、連続区間ではコイルアレイの他端のやや外側に磁気マークがあり、離散区間ではこの磁気マークはない。この状態では、離散区間か連続区間かで検出結果が異なるが、ホール素子ではコイルアレイのやや外側の磁気マークを検出できず、離散区間か連続区間かを識別できない。従って識別には、コイルアレイの延長方向両外側に別のホール素子を設ける必要がある。しかしながらこのことは、検出ヘッドの長さを増す点で好ましくなく、また検出ヘッドの部品点数を増す点でも好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】JP2002-337037A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、簡単な構造で離散区間か連続区間かを識別し、移動体の位置検出精度を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設けて、移動体の移動経路に沿って設けた磁気マークを検出することにより移動体の位置を求め、かつ前記移動経路に、前記磁気マークを一定の第１のピッチで配置することにより移動体の位置を連続的に求める連続区間と、前記磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間、とを設けた移動体システムであって、
前記コイルアレイの両側方、即ちコイルアレイを長手方向に沿って両側に延長した位置、にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、連続区間か離散区間かを識別することを特徴とする。
【０００７】
ダミーコイルは磁気マークからの磁界を検出するコイルで、コイルアレイ内の端部のコイルに対して、コイルアレイの内側のコイルと周辺磁界の検出条件を揃える役割も果たす。なお以下、コイルアレイはダミーコイルを含まないものとする。コイルアレイの一端の内側に磁気マークがある場合、連続区間で他端の外側に他の磁気マークがある場合と、離散区間で他端側には磁気マークがない場合とで、他端側のダミーコイルが置かれる状況が異なる。この状況の差をダミーコイルの出力差として検出すると、離散区間か連続区間かを識別できる。またダミーコイルはコイルアレイに隣接して配置すれば良く、コイルアレイとの間に隙間を設ける必要がない。従ってこの発明では、検出ヘッドの長さサイズを増さずにかつ簡単に、連続区間か離散区間かを識別し、位置検出の精度を増すことができる。
【０００８】
好ましくは、前記コイルアレイと前記ダミーコイルとを共通の交流電源に接続すると共に、コイルアレイの各コイルとダミーコイルとを共通の磁芯に沿って設ける。このようにすると、ダミーコイルの配設と励磁とが容易になり、かつ両側方のダミーコイルのインピーダンスバランスを容易に取ることができる。
より好ましくは、前記ダミーコイルは前記コイルアレイのコイルと同形状である。このようにすると、ダミーコイルは、コイルアレイの他のコイルと同形状のコイルを、同じ磁芯に対して両側方に配置すれば良く、ダミーコイルをより簡単に設けることができ、しかも両側方のダミーコイルのインピーダンスバランスをより確実に取ることができる。
【０００９】
特に好ましくは、前記両側方のダミーコイルを直列に交流電源に接続すると共に、両側方のダミーコイルの中点電位の位相を前記交流電源の位相と比較することにより、連続区間か離散区間かを識別する。このようにすると、簡単な回路で連続区間か離散区間かを確実に識別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の移動体システムでのリニアスケールと地上側の磁気マークとを示す図
【図２】離散区間と連続区間とでの磁気マークの配置を模式的に示す図
【図３】離散区間か連続区間かを識別する際の問題点と、実施例での解決原理を示す図
【図４】実施例でのダミーコイルと周囲のコイルとを示す図
【図５】実施例でのリニアスケールのブロック図
【図６】実施例での、連続区間と離散区間とでの指示値の差を示す特性図
【図７】励磁信号とダミーコイルの中点信号との位相を模式的に示す図
【図８】実施例での、ダミーコイルによる連続区間と離散区間との識別結果を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１２】
図１〜図８に、実施例の移動体システムを示す。図において、２はリニアスケールで、図示しない移動体の移動方向に沿ったコイルアレイ４を備え、６はその磁芯で、その左右両端に例えば一対のダミーコイル８，９があり、ダミーコイル８，９は左右それぞれに２個以上ずつ設けても良い。また１０はコイルアレイ４に属するコイルを示し、例えばコイル１０を４個単位で１ピッチ１２とし、ピッチ１２をコイルアレイ４の長手方向、即ち移動体の移動方向に沿って例えば１０ピッチ配列して、コイルアレイ４とする。
【００１３】
１４はホール素子で、例えばコイルアレイ４の両端とピッチ１２，１２間の切れ目に配列し、磁気マーク２２等を検出する。コイルアレイ４及びダミーコイル８，９、ホール素子１４によりリニアスケール２の検出ヘッド１５を構成し、検出ヘッド１５からの信号を処理回路１６で処理して、移動体の現在位置を求める。また正弦波電源１８によりコイルアレイ４の各コイル１０並びにダミーコイル８，９に正弦波電流を加え、カウンタ２０により正弦波の位相信号ωtを発生させて、処理回路１６と正弦波電源１８とに供給する。
【００１４】
移動体の移動経路に沿って磁気マーク２２等を設け、磁気マーク２２等はヨーク２４と永久磁石２５とから成り、ダミーコイル８，９、ホール素子１４及びコイル１０は磁気マーク２２等からの磁界を検出する。磁気マーク２２等は、コイルアレイ４の全長と等しいピッチで配列された連続区間と、連続区間での磁気マークの配列ピッチよりも長い間隔をおいて配置された離散区間とがあり、離散区間は例えばカーブ区間とその前後等で、離散区間では磁気マークを一定のピッチで配置する必要はない。また連続区間では磁気マーク２２，２３の配列ピッチをコイルアレイ４の全長と等しくする。
【００１５】
図１の２２，２３は連続区間での磁気マークで、ここではコイルアレイ４の両端に現れている。ここで図１の磁気マーク２６を検出したとする。なお磁気マーク２６の構造は磁気マーク２２，２３等と同一である。１個の磁気マーク２６を検出した場合、連続区間か離散区間かは分からない。この場合、連続区間ではダミーコイル９の左側に他の磁気マークが存在するが、離散区間ではダミーコイル９の左側には磁気マークがない。そしてコイルアレイ４の左端のホール素子１４−１で、ダミーコイル９の左側の磁気マークを検出することは難しい。このため、リニアスケール２の両端のホール素子で識別すると、連続区間内でも離散区間であると誤認識することがある。そこでこの発明では、ダミーコイル８，９の内部を通る磁芯６により、ダミーコイル８，９から外側に離れた磁石も検出できることを利用して、コイルアレイ４の両外側に別の磁気マークが存在するか否かを検出する。
【００１６】
図２に連続区間３０での磁気マーク３２〜３４の配置と、離散区間３１での磁気マーク３５の配置を示し、磁気マーク３２〜３５は前記の磁気マーク２２等と同じ構造である。連続区間３０では磁気マーク３２〜３４等はコイルアレイ４の全長と同じピッチで走行経路の地上側に配置され、離散区間３１では磁気マーク３５等が離散的に走行経路の地上側に配置されている。連続区間３０の区間全体に対して、リニアスケール２は一定の精度で位置を検出できる。しかし離散区間３１では、磁気マーク３５等の周囲でのみ位置を検出でき、しかも１個の磁気マーク３５により検出できるエリアの長さはコイルアレイ４の長さよりも短い。
【００１７】
図３に実施例での離散区間及び連続区間での計測範囲を示し、連続区間では左端のピッチ１２−１から右端のピッチ１２−１０までの全区間で磁気マークを検出し、離散区間では両端のピッチ１２−１，１２−１０では磁気マークを検出せず、ピッチ１２−２〜１２−９の範囲で磁気マークを検出する。問題なのは、ピッチ１２−２またはピッチ１２−９で磁気マークを検出した際に、離散区間であるのか連続区間であるのかの識別である。具体的に言うと、磁気マーク２６を検出した場合で、図３の左側に磁気マーク２７があれば連続区間で、無ければ離散区間である。そして磁気マーク２７をホール素子１４−１で検出するのは難しい。そこでこの発明では、ダミーコイル８，９を用いて、コイルアレイ４の両側方の磁気マーク２７を検出する。なお連続区間でコイルアレイ４の右端に磁気マーク２２があれば左端に磁気マーク２３があり、これらはホール素子１４−１１，１４−１で容易に検出できる。
【００１８】
図４にダミーコイル９の配置を示し、ダミーコイル８も同様である。ケイ素鋼等の磁芯６にコイル１０を巻き付け、これと同径で同じピッチ数、かつ同じ材質のダミーコイル９を、同じ磁芯６に巻き付ける。従ってダミーコイル８，９を設けるには、コイル１０と同じものを２個、コイルアレイ４の両側方に隙間なく巻き付ければよい。
【００１９】
図５に、リニアスケール２のブロック図を示し、正弦波電源１８はカウンタから位相信号ωtを供給され、図示しないＤＡコンバータにより正弦波を発生し、コイルアレイの各ピッチ１２並びに左右のダミーコイル８，９の直列片に正弦波を供給する。直列に接続したダミーコイル８，９の中点の電位をＤで表す。各ピッチ１２の４個のコイル１０−１〜１０−４をブリッジ状に配置し、ブリッジ信号を増幅回路４０，４１で増幅し、増幅回路４０からsinθ・sinωtの信号を、増幅回路４１からcosθ・sinωtの信号を取り出す。ここにθはピッチに対する磁気マークの位置を示し、磁気マークが１ピッチ分移動すると、θは２πだけ変化する。各ピッチ毎に増幅回路４０，４１を設けても良いが、ここでは各ピッチの出力を同じ増幅回路４０，４１に入力する。位相検出回路４２では、増幅回路４０，４１の信号からθ成分を取り出し、ホール素子１４の信号により、どのピッチで磁気マークを検出しているかを求め、オフセット補正部４４でピッチの番号に対応するオフセットを加減算する。
【００２０】
リニアスケール２にはスケール毎のばらつきがあるので、連続区間用の補正テーブル４６と離散区間用の補正テーブル４８の２種類の補正テーブルを切り替えて補正する。補正テーブル４６では、連続区間での図３のピッチ１２−１〜１２−１０の範囲に対して補正を行い、補正テーブル４８では、離散区間での図３のピッチ１２−２〜１２−９の範囲に対して補正を行う。ダミーコイル８，９の中点からの信号Ｄを増幅回路５４で増幅し、抵抗等を組み込んだデジタルトランジスタ５６で増幅し、判定部５８に入力する。５１〜５３は固定抵抗で、Ｖccは回路電源であり、デジタルトランジスタ５６は、図７に示す閾値を用いたコンパレータとして作用する。そして判定部５８は、位相信号ωtを基準とする所定のタイミングで、デジタルトランジスタ５６の出力をチェックし、離散区間か連続区間を識別して、スイッチ５０を切り替える。これによりオフセット補正後の位置信号を、補正テーブル４６，４８のいずれで補正するかを決定する。
【００２１】
図６〜図８に実施例の動作を示す。図６は補正テーブル４６，４８の補正前の信号について、離散区間と連続区間での位置の指示値の差を示す。なおここではコイルアレイの全長は３００mmで、計測範囲は連続区間では−１５０mm〜＋１５０mm、離散区間では−１１５mm〜＋１１５mmである。−９７.５mm〜＋９７.５mm程度の範囲では、離散区間でも連続区間でも信号の差は僅かで、このためこの区間に対しては、例えば補正テーブル４６，４８のデータを共通にしておく。＋９７.５mm〜＋１１５mmと、−９７.５mm〜−１１５mmでは、離散区間か連続区間かにより出力が異なるので、連続区間か離散区間かに応じて補正テーブル４６，４８を切り替える。
【００２２】
図７に、コイルアレイ４への励磁電圧sinωtに対するダミーコイルの中線からの信号Ｄ（電位信号）の波形を示す。図の左側は−端側で磁気マークの影響が＋端側よりも強い場合を示し、ダミーコイルからの信号は励磁信号と逆位相である。図の右側では、＋端側で−端側よりも磁気マークの影響が強く、ダミーコイルの信号は励磁信号の電圧波形と同位相となる。そこでωtが９０°と２７０°等の適宜のタイミングで、信号Ｄをサンプリングし、デジタルトランジスタ５６の動作閾値を超えているかどうかをチェックすれば、連続区間か離散区間かを識別できる。
【００２３】
図８はダミーコイルからの信号を判定部５８で処理した結果を示し、横軸はリニアスケールに対する磁気マークの位置を示し、太線の波形は離散区間での波形を、細線の波形は連続区間での波形を示す。リニアスケールの中央部に磁気マークがある場合、ダミーコイルからの信号は連続区間でも離散区間でも変わらず、また図６に示すように、この範囲では連続区間か離散区間かを識別する必要がない。磁気マークがリニアスケールの＋端側にある場合、連続区間では９５mm付近で信号が変化し、信号がそのまま−端側寄りとなる。同じ区間が離散区間の場合、信号は１０５mm付近まで中立を保ち、１０５mmの手前で＋端寄りとなる。従って９５mm以上で連続区間か離散区間かを識別できる。−端側でも同様に連続区間か離散区間かを識別でき、連続区間では−９５mm付近で信号が＋端側寄りとなるが、離散区間ではこの付近で信号は変化せず、−１０５mmの手前で−端寄りとなる。
【００２４】
実施例では以下の効果が得られる。
(1) コイルアレイ４の両端のやや内側に磁気マークが１個存在する場合に、連続区間か離散区間かを識別でき、検出精度が向上する。
(2) 一対のダミーコイル８，９をコイルアレイ４の左右両端に追加すると、連続区間か離散区間かを識別でき、リニアスケール２の長さがほとんど増さない。
(3) ダミーコイル８，９はコイルアレイ４と同じ磁芯に設けることができ、形状もコイルアレイ４のコイル１０と同じものでよい。
(4) ダミーコイル８，９はコイルアレイ４と同じ正弦波電源１８で駆動できる。
(5) 一対のダミーコイル８，９は同じ磁芯６上にあり同形状なので、これらのインピーダンスのバランスを容易に取ることができる。
(6) ダミーコイル８，９は、最も外側のピッチ１２−１，１２−１０のコイルに対し、他のピッチのコイルと環境を近づける。
【００２５】
実施例ではダミーコイル８，９を直列に正弦波電源１８に接続し、中点電位を取り出した。しかしながらダミーコイル８，９をそれぞれ単独で正弦波電源１８等に接続し、磁気マークの有無によるインピーダンスの変化を測定しても良い。
【符号の説明】
【００２６】
２ リニアスケール
４ コイルアレイ
６ 磁芯
８，９ ダミーコイル
１０ コイル
１２ ピッチ
１４ ホール素子
１５ 検出ヘッド
１６ 処理回路
１８ 正弦波電源
２０ カウンタ
２２，２３，２６ 磁気マーク
２４ ヨーク
２５ 永久磁石
２７ 磁気マーク
３０ 連続区間
３１ 離散区間
３２〜３５ 磁気マーク
４０，４１，５４ 増幅回路
４２ 位相検出部
４４ オフセット補正部
４６，４８ 補正テーブル
５０ スイッチ
５１〜５３ 抵抗
５６ デジタルトランジスタ
５８ 判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設けて、移動体の移動経路に沿って設けた磁気マークを検出することにより移動体の位置を求め、かつ前記移動経路に、前記磁気マークを一定の第１のピッチで配置することにより移動体の位置を連続的に求める連続区間と、前記磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間、とを設けた移動体システムであって、
前記コイルアレイの両側方にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、連続区間か離散区間かを識別することを特徴とする、移動体システム。
【請求項２】
前記コイルアレイと前記ダミーコイルとを共通の交流電源に接続すると共に、コイルアレイの各コイルとダミーコイルとを共通の磁芯に沿って設けたことを特徴とする、請求項１の移動体システム。
【請求項３】
前記ダミーコイルは前記コイルアレイのコイルと同形状であることを特徴とする、請求項２の移動体システム。
【請求項４】
前記両側方のダミーコイルを直列に交流電源に接続すると共に、両側方のダミーコイルの中点電位の位相を前記交流電源の位相と比較することにより、連続区間か離散区間かを識別するようにしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの移動体システム。
【請求項１】
移動体に、複数のコイルを移動体の移動方向に沿って配列したコイルアレイを有する検出ヘッドを設けて、移動体の移動経路に沿って設けた磁気マークを検出することにより移動体の位置を求め、かつ前記移動経路に、前記磁気マークを一定の第１のピッチで配置することにより移動体の位置を連続的に求める連続区間と、前記磁気マークを前記第１のピッチよりも長い間隔で配置することにより磁気マークの存在する区間でのみ移動体の位置を求める離散区間、とを設けた移動体システムであって、
前記コイルアレイの両側方にダミーコイルを設けて、ダミーコイル間の出力差により、連続区間か離散区間かを識別することを特徴とする、移動体システム。
【請求項２】
前記コイルアレイと前記ダミーコイルとを共通の交流電源に接続すると共に、コイルアレイの各コイルとダミーコイルとを共通の磁芯に沿って設けたことを特徴とする、請求項１の移動体システム。
【請求項３】
前記ダミーコイルは前記コイルアレイのコイルと同形状であることを特徴とする、請求項２の移動体システム。
【請求項４】
前記両側方のダミーコイルを直列に交流電源に接続すると共に、両側方のダミーコイルの中点電位の位相を前記交流電源の位相と比較することにより、連続区間か離散区間かを識別するようにしたことを特徴とする、請求項１〜３のいずれかの移動体システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５６１７１（Ｐ２０１０−２５６１７１Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０６５８６（Ｐ２００９−１０６５８６）
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２４日（２００９．４．２４）
【出願人】（０００００６２９７）村田機械株式会社 (4,916)
【Ｆターム（参考）】
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