磁罗盘.pdf

本发明提供一种磁罗盘，该磁罗盘是具有：基板(11)，配置在基板(11)上并检测外部磁场的多个二轴传感器(12)，从各磁传感器的输出来检测出方位的磁北算出装置(13)的磁罗盘，具有以基准点(P1)为旋转中心在基板面上产生旋转磁场的旋转磁场发生装置(14)。因此，这种磁罗盘，小型并且可抑制磁倾角的影响。

权利要求书
1.  一种磁罗盘，具有：基材，配置在该基材上并检测外部磁场的多个磁传感器，从该磁传感器的输出来检测出方位的方位检测装置，其特征在于：
具有旋转磁场发生装置，该旋转磁场发生装置以离开所述基材的所述多个磁传感器的基准点为旋转中心、在包含该基准点的平面上产生旋转磁场。

2.  如权利要求1所述的磁罗盘，其特征在于：所述基材是基板，在其一面上形成所述磁传感器，所述旋转磁场发生装置，沿着所述基板的一面产生强度一定的旋转磁场。

3.  如权利要求1或2所述的磁罗盘，其特征在于：所述旋转磁场发生装置，具有：多个线圈，对所述多个线圈设置相位差并使之产生磁场的磁场控制部。

4.  如权利要求1或2所述的磁罗盘，其特征在于：所述旋转磁场发生装置，具有：在包含所述基准点的平面上从该基准点面向放射方向配置磁极的永久磁铁，使该永久磁铁以所述基准点为旋转中心沿着包含该基准点的平面旋转的旋转驱动部。

说明书磁罗盘
技术领域
本发明涉及检测地磁的磁力线方位的磁罗盘。
背景技术
近年来，可以单独地测定地磁等外部磁场的磁力线方位的磁罗盘被广泛应用于车载用磁罗盘以及导航系统等汽车位置检测装置。
这样的磁罗盘，是采用磁通门、霍尔元件、GMR(巨磁阻)元件、MI(磁阻抗)元件等的磁传感器，可以检测出平面上的正交的X、Y轴的两轴方向的磁力线而设置的装置。由X轴、Y轴各自的传感器检测出被检测的地磁的水平成分，从这些检测出的量而算出磁北的方向。
算出磁北方向的方法，是预先使磁罗盘为水平的状态下测量各角度的地磁强度并存储到存储器中，并将这个测量数据与传感器的检测量进行比较并将对应的角度作为磁北。因此，测定时，如果传感器不保持水平，受到磁倾角的影响其传感器的检测量会发生变化，也就难以计算出正确的方向。
作为解决这个问题的策略，将磁传感器安装在万向托架上保持其总是处于水平状态，并且与水平仪并用保持其水平来进行测定。而且，将两个磁传感器正交配置，将其与检测水平面或竖直面的传感器组合，以三维方式检测对地磁的传感器的姿势，计算其水平成分并得知其方位等。(比如：参照日本专利特开平11-211474号公报)
但是，在所述以往的磁罗盘中，尚需解决以下课题。即，以往的磁罗盘，为了精确地算出磁北方向，必须将传感器保持水平进行测定、或者增加传感器的数量并进行复杂的运算。所以，比如要将其安装到便携终端上时，由于很难保持传感器的水平，这就存在牺牲磁北方向的计算精度、或者为了正确计算磁北而引进复杂的系统的问题。
发明内容
本发明鉴于上述的课题，其目的在于提供一种以简单的构成抑制磁倾角的影响可以测量准确的方位、并且是小型化的磁罗盘。
本发明，为了解决所述的课题，采用以下的构成。即，本发明的磁罗盘，具有：基材，配置在该基材上并检测外部磁场的多个磁传感器，从该磁传感器的输出来检测出方位的方位检测装置，其特征在于：具有旋转磁场发生装置，该旋转磁场发生装置以离开所述基材的所述多个磁传感器的基准点为旋转中心、在包含该基准点的平面上产生旋转磁场。
在这个磁罗盘中，由旋转磁场发生装置在包含基准点的平面上施加旋转磁场，用多个磁传感器检测出该旋转磁场和地磁的合成磁场，将方位检测装置从多个磁传感器的检测结果来计算出的磁向量的强度为最大的角度算作磁北。这里，当从包含基准点的水平面倾斜时，检测出旋转磁场与地磁的平面成分的合成磁场。所以，即使磁传感器从水平面倾斜，也可以求出磁向量成为最大的角度，不受磁倾角、测定环境变化的影响。而且，由于不需要预先在水平面测量的补正，提高了可操作性。而且，不需要用于排除磁倾角影响的特别装置，因此削减了成本。
优选：所述基材是基板，在其一面上形成所述磁传感器，所述旋转磁场发生装置，沿着所述基板的一面产生强度一定的旋转磁场。
在这个磁罗盘上，与上述一样，不受磁倾角、测定环境变化的影响，而且可以简单地构成系统。
而且，本发明的磁罗盘，优选：所述旋转磁场发生装置，具有：多个线圈，对所述多个线圈设置相位差并产生磁场的磁场控制部。
在这个磁罗盘中，通过由磁场控制部对多个线圈设置适当相位差来使之产生磁场，可以以基准点为旋转中心产生保持一定强度地旋转磁场。
而且，本发明的磁罗盘，优选：所述旋转磁场发生装置，具有：在包含所述基准点的平面上从该基准点面向放射方向配置磁极的永久磁铁，使该永久磁铁以所述基准点为旋转中心沿着包含该基准点的平面旋转的旋转驱动部。
在这个磁罗盘中，通过从基准点向放射方向配置磁极的永久磁铁以基准点为旋转中心进行旋转，而可以产生旋转磁场。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1中的磁罗盘的概要俯视图。
图2是表示本发明的实施例1中的二轴传感器的立体图。
图3是表示本发明实施例1中，当磁北的方向为30°时相对旋转角度的磁场大小的曲线图。
图4是表示本发明实施例1中，当磁北的方向为120°时相对旋转角度的磁场大小的曲线图。
图5是表示本发明实施例1中，当磁北的方向为210°时相对旋转角度的磁场大小的曲线图。
图6是表示本发明实施例1中，当磁北的方向为30°、磁倾角为30°时相对旋转角度的磁场大小的曲线图。
图7是表示本发明的实施例2中的磁罗盘的概要俯视图。
图8是表示本发明的实施例1中的磁罗盘的其它方式的俯视图。
图中：1、30-磁罗盘，11-基板(基材)，12-二轴传感器，13-磁北算出装置(方位检测装置)，14、31-旋转磁场发生装置，21-X轴磁传感器(磁传感器)，22-Y轴磁传感器(磁传感器)，25-X轴线圈(线圈)，26-Y轴线圈(线圈)，27-磁场控制电路(磁场控制部)，32-永久磁铁，33-旋转驱动部。
具体实施方式
以下，参照图1～图6对本发明的磁罗盘的实施例1进行说明。
本实施例的磁罗盘1，如图1所示，具备：封装10、收容在封装10内的基板(基材)11、将基板11上正交的轴为X轴、Y轴时检测出各轴上的磁场的二轴传感器12、以在二轴传感器上检测出的磁场为基础算出磁北的方向的电子电路的磁北算出装置(方位检测装置)13、以二轴交点的基准点P1为旋转中心产生强度一定的旋转磁场的旋转磁场发生装置14。
二轴传感器12，如图2所示，比如，具有由霍尔元件构成的、检测出X轴上的磁场的X轴磁传感器21以及检测出Y轴上的磁场的Y轴磁传感器22，由薄膜形成技术形成在基板11的一方的面上。
而且，二轴传感器12与由引线接合工艺形成在封装10的侧面的端子T1连接，并与设置在封装10外部的磁北算出装置13电连接。
旋转磁场发生装置14，具备：在基板11上面向X轴方向缠绕的X轴线圈25、同样朝Y轴方向缠绕的Y轴线圈26、用于在设置于封装10的外部的各线圈上产生磁场的控制电流的电子电路的磁场控制电路27。
各线圈，由与上述同样的薄膜形成在二轴传感器12的上下面上层叠地在基板11的一方的面上形成的导体图形而形成。
这里，在各线圈间设置绝缘层(图略)以不使各线圈之间电导通。
另外，也可以通过将在基板11的另一面上及二轴传感器12的面上形成的导体图形、与在基板11的贯通孔中埋入锡焊等的导体的通孔进行电连接而形成各线圈。
而且，各线圈的端点，分别与由引线接合工艺在封装10的侧面形成的端子T2～T4连接，并与封装10的外部上设置的磁场控制电路27连接。
接着，对使用本实施例的磁罗盘1的磁北判定方法进行说明。
在本实施例2中，X轴的正方向设为0°，向右旋转则旋转角度增加。首先，磁场控制电路27控制电流，使得其X轴线圈25以及Y轴线圈26相对旋转角度分别产生如图3所示那样的正弦变化磁场。此时，X轴线圈25流过相对Y轴线圈26具有90°的相位差的电流。由此，在将基准点P1作为旋转中心的基板11的平面上旋转，并产生具有一定强度的旋转磁场。二轴传感器12检测出这个旋转磁场和地磁的合成磁场。
这里，对于地磁的Y轴的角度，即磁北的方向作为θ0，将地磁的强度作为A，将由旋转磁场发生装置14产生的旋转磁场的相对Y轴的角度作为θ1，将旋转磁场的强度作为B，合成磁场的强度作为C，将合成磁场的X轴成分作为Sx，将合成磁场的Y轴成分定义为Sy，则以下的公式(1)、(2)以及(3)成立。
【式1】
Sx＝A×COSθ0+B×COSθ1    …(1)
【式2】
Sy＝A×Sinθ0+B×Sinθ1    …(2)
【式3】
C = S x 2 + S y 2 ]]>
= ( A × cos θ 0 + B × cos θ 1 ) 2 + ( A × sin θ 0 + B × sin θ 1 ) 2 . . . ( 3 ) ]]>
这里，将磁北的方向θ0定为30°，地磁的强度A定为0.5，将旋转磁场的强度B定为0.5，则通过公式(1)以及公式(2)，合成磁场X轴成分Sx以及Y轴成分Sy成为如图3所示那样。
而且，在从X轴磁传感器21以及Y轴磁传感器22检测输出分别与合成磁场的X轴成分以及Y轴成分Sy相等时，磁北算出装置13，通过进行以上公式(3)的计算，对于旋转磁场的角度，得到图3所示的值。
从这个计算结果磁北算出装置13，求出合成磁场的强度最大的角度，将30°作为磁北的方向计算出来。
接着，当磁北θ0为120度的方向时，与上述同样，合成磁场的X轴成分Sx、Y轴成分Sy以及合成磁场的强度，对于旋转磁场的角度，成为如图5所示的磁场检测量，磁算出装置15求出合成磁场的强度成为最大的角度，将120°作为磁北方向计算出来。
而且，当磁北θ0为210°的方向时，与上述同样，合成磁场的X轴成分Sx、Y轴成分Sy以及合成磁场的强度，对于旋转磁场的角度，成为如图5所示的磁场检测量，磁算出装置15求出合成磁场的强度成为最大的角度，将210°作为磁北方向计算出来。
接着，考虑基板11在从水平面倾斜的状态计算出磁北方向的情况。
在将基板11的磁倾角作为a时，各传感器可检测的地磁强度，可以考虑为基板11面上的成分。所以，基板11的面上的地磁强度成为B×cosa。
这里，将磁北作为30°，磁倾角a作为30°，将地磁强度A作为0.5，将旋转磁场的强度B作为0.5时，X轴磁传感器21以及Y轴磁传感器22，对于旋转磁场的向量方向，成为图6所示的磁场检测量。
从各磁传感器的磁场检测量磁场算出装置15，进行所述公式(3)的计算。其结果，对于旋转磁场的向量方向，得到图6所示的值。
基于这个运算结果，磁北算出装置13求出合成磁场的强度最大的角度，将30°作为磁北的方向计算出来。
根据所述的构成，由旋转磁场发生装置14在基板11面内产生强度一定的旋转磁场，由二轴传感器12和磁北算出装置算出合成磁场强度成为最大的角度而判断磁北方向。而且，即使基板11从水平面只倾斜磁倾角a时，由于检测出旋转磁场与地磁的基板11面成分的合成磁场，虽然合成磁场的强度的最大值变小，但仍可以准确地判断磁北。所以，不受磁倾角的影响，可以精度高地检测出方位。而且，不需要对在预先使磁罗盘成为水平状态下测量角度的地磁强度进行补正，提高了磁罗盘的可操作性。而且，特别是不需要为排除磁倾角的影响的特别装置，使磁罗盘整体的构成简单化，可以抑制成本。
接着，参照图7对实施例2进行说明。
另外，这里说明的实施例其基本构成与上述的实施例1一样，是在上述实施例的基础上附加别的要件。所以，在图7中，与图1同一的构成要件施加同一的符号，并省略其说明。
实施例2与实施例1的不同点在于：实施例1中的旋转磁场发生装置14由X轴线圈25、Y轴线圈26、磁场控制电路27构成，而与此相对，实施例2的磁罗盘30中，旋转磁场发生装置31，具有在基板11的面上从基准点P1向放射方向配置磁极的永久磁铁32、使永久磁铁32以基准点P1为旋转中心旋转的旋转驱动部33。
而且，旋转驱动部33具有检测出永久磁铁32的旋转角度的回转式编码器。
而且，回转式编码器34与磁北算出装置13电连接。
根据所述构成，通过由旋转驱动部33使永久磁铁32在基板11的面上进行旋转，而可以产生以基准点P1为旋转中心的一定强度的旋转磁场。与上述实施例1的情况一样，将以旋转磁场与地磁的合成磁场的强度成为最大的角度作为磁北方向而算出。
另外，本发明不限于所述的实施例，在不超出本发明的主要思想的范围内可以施加各种各样的变更。
比如，在所述实施例1中，由朝X轴方向、Y轴方向配置的各线圈产生旋转磁场，但是不限于此，只要配置线圈使之以基准点为旋转中心产生旋转磁场即可。比如图8所示，也可以：通过对围绕基准点P1错开120°地配置三个线圈41、42、43依次通电而产生旋转磁场。
而且，也可以围绕基准点P1错开45°地配置4个线圈，并对这四个线圈依次产生强度一定的磁场。由于发生的磁场的向量有两个，将施加的8个方向的磁场之中合成磁场强度成为最大的方向作为磁北方向，因此施加磁场的控制更容易。
而且，在所述实施例1中，作为旋转磁场发生装置，使用薄膜线圈，但也可以是将导体线缠绕在基板11上而形成的线圈。
而且，在所述实施例中，作为磁传感器采用霍尔元件，但是也可以采用磁通门、GMR(巨磁阻)元件、以及MI(磁阻抗)元件等。
而且，在所述实施例中，在基板上配置磁传感器，但是，也可以不用基板，而采用框、框架等。并且，磁传感器也可以内置在基板上或配置在基板的背面。
如以上说明，采用本发明的磁罗盘，无论磁传感器配置在水平面上或不配置水平面上，都可以计算出精确的磁北方向。另外，可以排除磁倾角的影响而测量磁北，因此不需要用于排除磁倾角影响的特别装置，可以使磁罗盘整体构成简单化。