專利名稱：磁羅盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及檢測地磁的磁力線方位的磁羅盤。
背景技術(shù)：
近年來，可以單獨(dú)地測定地磁等外部磁場的磁力線方位的磁羅盤被廣泛應(yīng)用于車載用磁羅盤以及導(dǎo)航系統(tǒng)等汽車位置檢測裝置。
這樣的磁羅盤，是采用磁通門、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(shè)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(yù)先使磁羅盤為水平的狀態(tài)下測量各角度的地磁強(qiáng)度并存儲到存儲器中，并將這個(gè)測量數(shù)據(jù)與傳感器的檢測量進(jìn)行比較并將對應(yīng)的角度作為磁北。因此，測定時(shí)，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(fā)生變化，也就難以計(jì)算出正確的方向。
作為解決這個(gè)問題的策略，將磁傳感器安裝在萬向托架上保持其總是處于水平狀態(tài)，并且與水平儀并用保持其水平來進(jìn)行測定。而且，將兩個(gè)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(jì)算其水平成分并得知其方位等。(比如參照日本專利特開平11-211474號公報(bào))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(jìn)行測定、或者增加傳感器的數(shù)量并進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算。所以，比如要將其安裝到便攜終端上時(shí)，由于很難保持傳感器的水平，這就存在犧牲磁北方向的計(jì)算精度、或者為了正確計(jì)算磁北而引進(jìn)復(fù)雜的系統(tǒng)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述的課題，其目的在于提供一種以簡單的構(gòu)成抑制磁傾角的影響可以測量準(zhǔn)確的方位、并且是小型化的磁羅盤。
本發(fā)明，為了解決所述的課題，采用以下的構(gòu)成。即，本發(fā)明的磁羅盤，具有基材，配置在該基材上并檢測外部磁場的多個(gè)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，其特征在于具有旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，該旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置以離開所述基材的所述多個(gè)磁傳感器的基準(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心、在包含該基準(zhǔn)點(diǎn)的平面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
在這個(gè)磁羅盤中，由旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置在包含基準(zhǔn)點(diǎn)的平面上施加旋轉(zhuǎn)磁場，用多個(gè)磁傳感器檢測出該旋轉(zhuǎn)磁場和地磁的合成磁場，將方位檢測裝置從多個(gè)磁傳感器的檢測結(jié)果來計(jì)算出的磁向量的強(qiáng)度為最大的角度算作磁北。這里，當(dāng)從包含基準(zhǔn)點(diǎn)的水平面傾斜時(shí)，檢測出旋轉(zhuǎn)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(huán)境變化的影響。而且，由于不需要預(yù)先在水平面測量的補(bǔ)正，提高了可操作性。而且，不需要用于排除磁傾角影響的特別裝置，因此削減了成本。
優(yōu)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(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，沿著所述基板的一面產(chǎn)生強(qiáng)度一定的旋轉(zhuǎn)磁場。
在這個(gè)磁羅盤上，與上述一樣，不受磁傾角、測定環(huán)境變化的影響，而且可以簡單地構(gòu)成系統(tǒng)。
而且，本發(fā)明的磁羅盤，優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，具有多個(gè)線圈，對所述多個(gè)線圈設(shè)置相位差并產(chǎn)生磁場的磁場控制部。
在這個(gè)磁羅盤中，通過由磁場控制部對多個(gè)線圈設(shè)置適當(dāng)相位差來使之產(chǎn)生磁場，可以以基準(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生保持一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場。
而且，本發(fā)明的磁羅盤，優(yōu)選所述旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，具有在包含所述基準(zhǔn)點(diǎn)的平面上從該基準(zhǔn)點(diǎn)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(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心沿著包含該基準(zhǔn)點(diǎn)的平面旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部。
在這個(gè)磁羅盤中，通過從基準(zhǔn)點(diǎn)向放射方向配置磁極的永久磁鐵以基準(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1中的磁羅盤的概要俯視圖。
圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例1中的二軸傳感器的立體圖。
圖3是表示本發(fā)明實(shí)施例1中，當(dāng)磁北的方向?yàn)?0°時(shí)相對旋轉(zhuǎn)角度的磁場大小的曲線圖。
圖4是表示本發(fā)明實(shí)施例1中，當(dāng)磁北的方向?yàn)?20°時(shí)相對旋轉(zhuǎn)角度的磁場大小的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明實(shí)施例1中，當(dāng)磁北的方向?yàn)?10°時(shí)相對旋轉(zhuǎn)角度的磁場大小的曲線圖。
圖6是表示本發(fā)明實(shí)施例1中，當(dāng)磁北的方向?yàn)?0°、磁傾角為30°時(shí)相對旋轉(zhuǎn)角度的磁場大小的曲線圖。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例2中的磁羅盤的概要俯視圖。
圖8是表示本發(fā)明的實(shí)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(zhuǎn)磁場發(fā)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(zhuǎn)驅(qū)動部。
具體實(shí)施例方式
以下，參照圖1～圖6對本發(fā)明的磁羅盤的實(shí)施例1進(jìn)行說明。
本實(shí)施例的磁羅盤1，如圖1所示，具備封裝10、收容在封裝10內(nèi)的基板(基材)11、將基板11上正交的軸為X軸、Y軸時(shí)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(chǔ)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(diǎn)的基準(zhǔn)點(diǎn)P1為旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生強(qiáng)度一定的旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)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(gòu)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(shù)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(cè)面的端子T1連接，并與設(shè)置在封裝10外部的磁北算出裝置13電連接。
旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)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、用于在設(shè)置于封裝10的外部的各線圈上產(chǎn)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(dǎo)體圖形而形成。
這里，在各線圈間設(shè)置絕緣層(圖略)以不使各線圈之間電導(dǎo)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(dǎo)體圖形、與在基板11的貫通孔中埋入錫焊等的導(dǎo)體的通孔進(jìn)行電連接而形成各線圈。
而且，各線圈的端點(diǎn)，分別與由引線接合工藝在封裝10的側(cè)面形成的端子T2～T4連接，并與封裝10的外部上設(shè)置的磁場控制電路27連接。
接著，對使用本實(shí)施例的磁羅盤1的磁北判定方法進(jìn)行說明。
在本實(shí)施例2中，X軸的正方向設(shè)為0°，向右旋轉(zhuǎn)則旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度分別產(chǎn)生如圖3所示那樣的正弦變化磁場。此時(shí)，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(zhǔn)點(diǎn)P1作為旋轉(zhuǎn)中心的基板11的平面上旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生具有一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場。二軸傳感器12檢測出這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場和地磁的合成磁場。
這里，對于地磁的Y軸的角度，即磁北的方向作為θ0，將地磁的強(qiáng)度作為A，將由旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置14產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的相對Y軸的角度作為θ1，將旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度作為B，合成磁場的強(qiáng)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]]>=(A×cosθ0+B×cosθ1)2+(A×sinθ0+B×sinθ1)2...(3)]]>這里，將磁北的方向θ0定為30°，地磁的強(qiáng)度A定為0.5，將旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)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(shí)，磁北算出裝置13，通過進(jìn)行以上公式(3)的計(jì)算，對于旋轉(zhuǎn)磁場的角度，得到圖3所示的值。
從這個(gè)計(jì)算結(jié)果磁北算出裝置13，求出合成磁場的強(qiáng)度最大的角度，將30°作為磁北的方向計(jì)算出來。
接著，當(dāng)磁北θ0為120度的方向時(shí)，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(qiáng)度，對于旋轉(zhuǎn)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(qiáng)度成為最大的角度，將120°作為磁北方向計(jì)算出來。
而且，當(dāng)磁北θ0為210°的方向時(shí)，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(qiáng)度，對于旋轉(zhuǎn)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(qiáng)度成為最大的角度，將210°作為磁北方向計(jì)算出來。
接著，考慮基板11在從水平面傾斜的狀態(tài)計(jì)算出磁北方向的情況。
在將基板11的磁傾角作為a時(shí)，各傳感器可檢測的地磁強(qiáng)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(qiáng)度成為B×cosa。
這里，將磁北作為30°，磁傾角a作為30°，將地磁強(qiáng)度A作為0.5，將旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)度B作為0.5時(shí)，X軸磁傳感器21以及Y軸磁傳感器22，對于旋轉(zhuǎn)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(jìn)行所述公式(3)的計(jì)算。其結(jié)果，對于旋轉(zhuǎn)磁場的向量方向，得到圖6所示的值。
基于這個(gè)運(yùn)算結(jié)果，磁北算出裝置13求出合成磁場的強(qiáng)度最大的角度，將30°作為磁北的方向計(jì)算出來。
根據(jù)所述的構(gòu)成，由旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置14在基板11面內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度一定的旋轉(zhuǎn)磁場，由二軸傳感器12和磁北算出裝置算出合成磁場強(qiáng)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(shí)，由于檢測出旋轉(zhuǎn)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(qiáng)度的最大值變小，但仍可以準(zhǔn)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(yù)先使磁羅盤成為水平狀態(tài)下測量角度的地磁強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)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(gòu)成簡單化，可以抑制成本。
接著，參照圖7對實(shí)施例2進(jìn)行說明。
另外，這里說明的實(shí)施例其基本構(gòu)成與上述的實(shí)施例1一樣，是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上附加別的要件。所以，在圖7中，與圖1同一的構(gòu)成要件施加同一的符號，并省略其說明。
實(shí)施例2與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于實(shí)施例1中的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置14由X軸線圈25、Y軸線圈26、磁場控制電路27構(gòu)成，而與此相對，實(shí)施例2的磁羅盤30中，旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置31，具有在基板11的面上從基準(zhǔn)點(diǎn)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(zhǔn)點(diǎn)P1為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部33。
而且，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部33具有檢測出永久磁鐵32的旋轉(zhuǎn)角度的回轉(zhuǎn)式編碼器。
而且，回轉(zhuǎn)式編碼器34與磁北算出裝置13電連接。
根據(jù)所述構(gòu)成，通過由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部33使永久磁鐵32在基板11的面上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而可以產(chǎn)生以基準(zhǔn)點(diǎn)P1為旋轉(zhuǎn)中心的一定強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場。與上述實(shí)施例1的情況一樣，將以旋轉(zhuǎn)磁場與地磁的合成磁場的強(qiáng)度成為最大的角度作為磁北方向而算出。
另外，本發(fā)明不限于所述的實(shí)施例，在不超出本發(fā)明的主要思想的范圍內(nèi)可以施加各種各樣的變更。
比如，在所述實(shí)施例1中，由朝X軸方向、Y軸方向配置的各線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，但是不限于此，只要配置線圈使之以基準(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場即可。比如圖8所示，也可以通過對圍繞基準(zhǔn)點(diǎn)P1錯(cuò)開120°地配置三個(gè)線圈41、42、43依次通電而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
而且，也可以圍繞基準(zhǔn)點(diǎn)P1錯(cuò)開45°地配置4個(gè)線圈，并對這四個(gè)線圈依次產(chǎn)生強(qiáng)度一定的磁場。由于發(fā)生的磁場的向量有兩個(gè)，將施加的8個(gè)方向的磁場之中合成磁場強(qiáng)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(shí)施例1中，作為旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，使用薄膜線圈，但也可以是將導(dǎo)體線纏繞在基板11上而形成的線圈。
而且，在所述實(shí)施例中，作為磁傳感器采用霍爾元件，但是也可以采用磁通門、GMR(巨磁阻)元件、以及MI(磁阻抗)元件等。
而且，在所述實(shí)施例中，在基板上配置磁傳感器，但是，也可以不用基板，而采用框、框架等。并且，磁傳感器也可以內(nèi)置在基板上或配置在基板的背面。
如以上說明，采用本發(fā)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(jì)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，因此不需要用于排除磁傾角影響的特別裝置，可以使磁羅盤整體構(gòu)成簡單化。
權(quán)利要求
1.一種磁羅盤，具有基材，配置在該基材上并檢測外部磁場的多個(gè)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，其特征在于具有旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，該旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置以離開所述基材的所述多個(gè)磁傳感器的基準(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心、在包含該基準(zhǔn)點(diǎn)的平面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
2.如權(quán)利要求1所述的磁羅盤，其特征在于所述基材是基板，在其一面上形成所述磁傳感器，所述旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，沿著所述基板的一面產(chǎn)生強(qiáng)度一定的旋轉(zhuǎn)磁場。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁羅盤，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，具有多個(gè)線圈，對所述多個(gè)線圈設(shè)置相位差并使之產(chǎn)生磁場的磁場控制部。
4.如權(quán)利要求1或2所述的磁羅盤，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置，具有在包含所述基準(zhǔn)點(diǎn)的平面上從該基準(zhǔn)點(diǎn)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(zhǔn)點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心沿著包含該基準(zhǔn)點(diǎn)的平面旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁羅盤，該磁羅盤是具有基板(11)，配置在基板(11)上并檢測外部磁場的多個(gè)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(zhǔn)點(diǎn)(P1)為旋轉(zhuǎn)中心在基板面上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生裝置(14)。因此，這種磁羅盤，小型并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(yōu)先權(quán)日2003年7月23日
發(fā)明者笹川新一 申請人:阿爾卑斯電氣株式會社