磁羅盤的製作方法
2023-06-30 07:16:36
專利名稱：磁羅盤的製作方法
技術領域：
本發明涉及檢測地磁的磁力線方位的磁羅盤。
背景技術：
近年來，可以單獨地測定地磁等外部磁場的磁力線方位的磁羅盤被廣泛應用於車載用磁羅盤以及導航系統等汽車位置檢測裝置。
這樣的磁羅盤，是採用磁通門、霍爾元件、GMR(巨磁阻)元件、MI(磁阻抗)元件等的磁傳感器，可以檢測出平面上的正交的X、Y軸的兩軸方向的磁力線而設置的裝置。由X軸、Y軸各自的傳感器檢測出被檢測的地磁的水平成分，從這些檢測出的量而算出磁北的方向。
算出磁北方向的方法，是預先使磁羅盤為水平的狀態下測量各角度的地磁強度並存儲到存儲器中，並將這個測量數據與傳感器的檢測量進行比較並將對應的角度作為磁北。因此，測定時，如果傳感器不保持水平，受到磁傾角的影響其傳感器的檢測量會發生變化，也就難以計算出正確的方向。
作為解決這個問題的策略，將磁傳感器安裝在萬向託架上保持其總是處於水平狀態，並且與水平儀並用保持其水平來進行測定。而且，將兩個磁傳感器正交配置，將其與檢測水平面或豎直面的傳感器組合，以三維方式檢測對地磁的傳感器的姿勢，計算其水平成分並得知其方位等。(比如參照日本專利特開平11-211474號公報)但是，在所述以往的磁羅盤中，尚需解決以下課題。即，以往的磁羅盤，為了精確地算出磁北方向，必須將傳感器保持水平進行測定、或者增加傳感器的數量並進行複雜的運算。所以，比如要將其安裝到便攜終端上時，由於很難保持傳感器的水平，這就存在犧牲磁北方向的計算精度、或者為了正確計算磁北而引進複雜的系統的問題。
發明內容
本發明鑑於上述的課題，其目的在於提供一種以簡單的構成抑制磁傾角的影響可以測量準確的方位、並且是小型化的磁羅盤。
本發明，為了解決所述的課題，採用以下的構成。即，本發明的磁羅盤，具有基材，配置在該基材上並檢測外部磁場的多個磁傳感器，從該磁傳感器的輸出來檢測出方位的方位檢測裝置，其特徵在於具有旋轉磁場發生裝置，該旋轉磁場發生裝置以離開所述基材的所述多個磁傳感器的基準點為旋轉中心、在包含該基準點的平面上產生旋轉磁場。
在這個磁羅盤中，由旋轉磁場發生裝置在包含基準點的平面上施加旋轉磁場，用多個磁傳感器檢測出該旋轉磁場和地磁的合成磁場，將方位檢測裝置從多個磁傳感器的檢測結果來計算出的磁向量的強度為最大的角度算作磁北。這裡，當從包含基準點的水平面傾斜時，檢測出旋轉磁場與地磁的平面成分的合成磁場。所以，即使磁傳感器從水平面傾斜，也可以求出磁向量成為最大的角度，不受磁傾角、測定環境變化的影響。而且，由於不需要預先在水平面測量的補正，提高了可操作性。而且，不需要用於排除磁傾角影響的特別裝置，因此削減了成本。
優選所述基材是基板，在其一面上形成所述磁傳感器，所述旋轉磁場發生裝置，沿著所述基板的一面產生強度一定的旋轉磁場。
在這個磁羅盤上，與上述一樣，不受磁傾角、測定環境變化的影響，而且可以簡單地構成系統。
而且，本發明的磁羅盤，優選所述旋轉磁場發生裝置，具有多個線圈，對所述多個線圈設置相位差並產生磁場的磁場控制部。
在這個磁羅盤中，通過由磁場控制部對多個線圈設置適當相位差來使之產生磁場，可以以基準點為旋轉中心產生保持一定強度的旋轉磁場。
而且，本發明的磁羅盤，優選所述旋轉磁場發生裝置，具有在包含所述基準點的平面上從該基準點面向放射方向配置磁極的永久磁鐵，使該永久磁鐵以所述基準點為旋轉中心沿著包含該基準點的平面旋轉的旋轉驅動部。
在這個磁羅盤中，通過從基準點向放射方向配置磁極的永久磁鐵以基準點為旋轉中心進行旋轉，而可以產生旋轉磁場。
圖1是表示本發明的實施例1中的磁羅盤的概要俯視圖。
圖2是表示本發明的實施例1中的二軸傳感器的立體圖。
圖3是表示本發明實施例1中，當磁北的方向為30°時相對旋轉角度的磁場大小的曲線圖。
圖4是表示本發明實施例1中，當磁北的方向為120°時相對旋轉角度的磁場大小的曲線圖。
圖5是表示本發明實施例1中，當磁北的方向為210°時相對旋轉角度的磁場大小的曲線圖。
圖6是表示本發明實施例1中，當磁北的方向為30°、磁傾角為30°時相對旋轉角度的磁場大小的曲線圖。
圖7是表示本發明的實施例2中的磁羅盤的概要俯視圖。
圖8是表示本發明的實施例1中的磁羅盤的其它方式的俯視圖。
圖中1、30-磁羅盤，11-基板(基材)，12-二軸傳感器，13-磁北算出裝置(方位檢測裝置)，14、31-旋轉磁場發生裝置，21-X軸磁傳感器(磁傳感器)，22-Y軸磁傳感器(磁傳感器)，25-X軸線圈(線圈)，26-Y軸線圈(線圈)，27-磁場控制電路(磁場控制部)，32-永久磁鐵，33-旋轉驅動部。
具體實施例方式
以下，參照圖1～圖6對本發明的磁羅盤的實施例1進行說明。
本實施例的磁羅盤1，如圖1所示，具備封裝10、收容在封裝10內的基板(基材)11、將基板11上正交的軸為X軸、Y軸時檢測出各軸上的磁場的二軸傳感器12、以在二軸傳感器上檢測出的磁場為基礎算出磁北的方向的電子電路的磁北算出裝置(方位檢測裝置)13、以二軸交點的基準點P1為旋轉中心產生強度一定的旋轉磁場的旋轉磁場發生裝置14。
二軸傳感器12，如圖2所示，比如，具有由霍爾元件構成的、檢測出X軸上的磁場的X軸磁傳感器21以及檢測出Y軸上的磁場的Y軸磁傳感器22，由薄膜形成技術形成在基板11的一方的面上。
而且，二軸傳感器12與由引線接合工藝形成在封裝10的側面的端子T1連接，並與設置在封裝10外部的磁北算出裝置13電連接。
旋轉磁場發生裝置14，具備在基板11上面向X軸方向纏繞的X軸線圈25、同樣朝Y軸方向纏繞的Y軸線圈26、用於在設置於封裝10的外部的各線圈上產生磁場的控制電流的電子電路的磁場控制電路27。
各線圈，由與上述同樣的薄膜形成在二軸傳感器12的上下面上層疊地在基板11的一方的面上形成的導體圖形而形成。
這裡，在各線圈間設置絕緣層(圖略)以不使各線圈之間電導通。
另外，也可以通過將在基板11的另一面上及二軸傳感器12的面上形成的導體圖形、與在基板11的貫通孔中埋入錫焊等的導體的通孔進行電連接而形成各線圈。
而且，各線圈的端點，分別與由引線接合工藝在封裝10的側面形成的端子T2～T4連接，並與封裝10的外部上設置的磁場控制電路27連接。
接著，對使用本實施例的磁羅盤1的磁北判定方法進行說明。
在本實施例2中，X軸的正方向設為0°，向右旋轉則旋轉角度增加。首先，磁場控制電路27控制電流，使得其X軸線圈25以及Y軸線圈26相對旋轉角度分別產生如圖3所示那樣的正弦變化磁場。此時，X軸線圈25流過相對Y軸線圈26具有90°的相位差的電流。由此，在將基準點P1作為旋轉中心的基板11的平面上旋轉，並產生具有一定強度的旋轉磁場。二軸傳感器12檢測出這個旋轉磁場和地磁的合成磁場。
這裡，對於地磁的Y軸的角度，即磁北的方向作為θ0，將地磁的強度作為A，將由旋轉磁場發生裝置14產生的旋轉磁場的相對Y軸的角度作為θ1，將旋轉磁場的強度作為B，合成磁場的強度作為C，將合成磁場的X軸成分作為Sx，將合成磁場的Y軸成分定義為Sy，則以下的公式(1)、(2)以及(3)成立。
式1Sx＝A×COSθ0+B×COSθ1…(1)式2Sy＝A×Sinθ0+B×Sinθ1…(2)
式3C=Sx2+Sy2]]>=(Acos0+Bcos1)2+(Asin0+Bsin1)2...(3)]]>這裡，將磁北的方向θ0定為30°，地磁的強度A定為0.5，將旋轉磁場的強度B定為0.5，則通過公式(1)以及公式(2)，合成磁場X軸成分Sx以及Y軸成分Sy成為如圖3所示那樣。
而且，在從X軸磁傳感器21以及Y軸磁傳感器22檢測輸出分別與合成磁場的X軸成分以及Y軸成分Sy相等時，磁北算出裝置13，通過進行以上公式(3)的計算，對於旋轉磁場的角度，得到圖3所示的值。
從這個計算結果磁北算出裝置13，求出合成磁場的強度最大的角度，將30°作為磁北的方向計算出來。
接著，當磁北θ0為120度的方向時，與上述同樣，合成磁場的X軸成分Sx、Y軸成分Sy以及合成磁場的強度，對於旋轉磁場的角度，成為如圖5所示的磁場檢測量，磁算出裝置15求出合成磁場的強度成為最大的角度，將120°作為磁北方向計算出來。
而且，當磁北θ0為210°的方向時，與上述同樣，合成磁場的X軸成分Sx、Y軸成分Sy以及合成磁場的強度，對於旋轉磁場的角度，成為如圖5所示的磁場檢測量，磁算出裝置15求出合成磁場的強度成為最大的角度，將210°作為磁北方向計算出來。
接著，考慮基板11在從水平面傾斜的狀態計算出磁北方向的情況。
在將基板11的磁傾角作為a時，各傳感器可檢測的地磁強度，可以考慮為基板11面上的成分。所以，基板11的面上的地磁強度成為B×cosa。
這裡，將磁北作為30°，磁傾角a作為30°，將地磁強度A作為0.5，將旋轉磁場的強度B作為0.5時，X軸磁傳感器21以及Y軸磁傳感器22，對於旋轉磁場的向量方向，成為圖6所示的磁場檢測量。
從各磁傳感器的磁場檢測量磁場算出裝置15，進行所述公式(3)的計算。其結果，對於旋轉磁場的向量方向，得到圖6所示的值。
基於這個運算結果，磁北算出裝置13求出合成磁場的強度最大的角度，將30°作為磁北的方向計算出來。
根據所述的構成，由旋轉磁場發生裝置14在基板11面內產生強度一定的旋轉磁場，由二軸傳感器12和磁北算出裝置算出合成磁場強度成為最大的角度而判斷磁北方向。而且，即使基板11從水平面只傾斜磁傾角a時，由於檢測出旋轉磁場與地磁的基板11面成分的合成磁場，雖然合成磁場的強度的最大值變小，但仍可以準確地判斷磁北。所以，不受磁傾角的影響，可以精度高地檢測出方位。而且，不需要對在預先使磁羅盤成為水平狀態下測量角度的地磁強度進行補正，提高了磁羅盤的可操作性。而且，特別是不需要為排除磁傾角的影響的特別裝置，使磁羅盤整體的構成簡單化，可以抑制成本。
接著，參照圖7對實施例2進行說明。
另外，這裡說明的實施例其基本構成與上述的實施例1一樣，是在上述實施例的基礎上附加別的要件。所以，在圖7中，與圖1同一的構成要件施加同一的符號，並省略其說明。
實施例2與實施例1的不同點在於實施例1中的旋轉磁場發生裝置14由X軸線圈25、Y軸線圈26、磁場控制電路27構成，而與此相對，實施例2的磁羅盤30中，旋轉磁場發生裝置31，具有在基板11的面上從基準點P1向放射方向配置磁極的永久磁鐵32、使永久磁鐵32以基準點P1為旋轉中心旋轉的旋轉驅動部33。
而且，旋轉驅動部33具有檢測出永久磁鐵32的旋轉角度的迴轉式編碼器。
而且，迴轉式編碼器34與磁北算出裝置13電連接。
根據所述構成，通過由旋轉驅動部33使永久磁鐵32在基板11的面上進行旋轉，而可以產生以基準點P1為旋轉中心的一定強度的旋轉磁場。與上述實施例1的情況一樣，將以旋轉磁場與地磁的合成磁場的強度成為最大的角度作為磁北方向而算出。
另外，本發明不限於所述的實施例，在不超出本發明的主要思想的範圍內可以施加各種各樣的變更。
比如，在所述實施例1中，由朝X軸方向、Y軸方向配置的各線圈產生旋轉磁場，但是不限於此，只要配置線圈使之以基準點為旋轉中心產生旋轉磁場即可。比如圖8所示，也可以通過對圍繞基準點P1錯開120°地配置三個線圈41、42、43依次通電而產生旋轉磁場。
而且，也可以圍繞基準點P1錯開45°地配置4個線圈，並對這四個線圈依次產生強度一定的磁場。由於發生的磁場的向量有兩個，將施加的8個方向的磁場之中合成磁場強度成為最大的方向作為磁北方向，因此施加磁場的控制更容易。
而且，在所述實施例1中，作為旋轉磁場發生裝置，使用薄膜線圈，但也可以是將導體線纏繞在基板11上而形成的線圈。
而且，在所述實施例中，作為磁傳感器採用霍爾元件，但是也可以採用磁通門、GMR(巨磁阻)元件、以及MI(磁阻抗)元件等。
而且，在所述實施例中，在基板上配置磁傳感器，但是，也可以不用基板，而採用框、框架等。並且，磁傳感器也可以內置在基板上或配置在基板的背面。
如以上說明，採用本發明的磁羅盤，無論磁傳感器配置在水平面上或不配置水平面上，都可以計算出精確的磁北方向。另外，可以排除磁傾角的影響而測量磁北，因此不需要用於排除磁傾角影響的特別裝置，可以使磁羅盤整體構成簡單化。
權利要求
1.一種磁羅盤，具有基材，配置在該基材上並檢測外部磁場的多個磁傳感器，從該磁傳感器的輸出來檢測出方位的方位檢測裝置，其特徵在於具有旋轉磁場發生裝置，該旋轉磁場發生裝置以離開所述基材的所述多個磁傳感器的基準點為旋轉中心、在包含該基準點的平面上產生旋轉磁場。
2.如權利要求1所述的磁羅盤，其特徵在於所述基材是基板，在其一面上形成所述磁傳感器，所述旋轉磁場發生裝置，沿著所述基板的一面產生強度一定的旋轉磁場。
3.如權利要求1或2所述的磁羅盤，其特徵在於所述旋轉磁場發生裝置，具有多個線圈，對所述多個線圈設置相位差並使之產生磁場的磁場控制部。
4.如權利要求1或2所述的磁羅盤，其特徵在於所述旋轉磁場發生裝置，具有在包含所述基準點的平面上從該基準點面向放射方向配置磁極的永久磁鐵，使該永久磁鐵以所述基準點為旋轉中心沿著包含該基準點的平面旋轉的旋轉驅動部。
全文摘要
本發明提供一種磁羅盤，該磁羅盤是具有基板(11)，配置在基板(11)上並檢測外部磁場的多個二軸傳感器(12)，從各磁傳感器的輸出來檢測出方位的磁北算出裝置(13)的磁羅盤，具有以基準點(P1)為旋轉中心在基板面上產生旋轉磁場的旋轉磁場發生裝置(14)。因此，這種磁羅盤，小型並且可抑制磁傾角的影響。
文檔編號G01C17/28GK1576784SQ20041007136
公開日2005年2月9日 申請日期2004年7月20日 優先權日2003年7月23日
發明者笹川新一 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社