JP2004286637A - Displacement sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直線移動する移動体の変位量を検出する変位量センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、移動体と共に直線移動する永久磁石及び磁気検出素子の一方を他方に対して相対移動させ、磁気検出素子が検出する磁束密度に基づき移動体の変位量を検出する非接触式の変位量センサが知られている。
特許文献1に開示される変位量センサでは、移動体が直線移動する移動方向の軸線に直交する方向(直交方向)において一対の永久磁石を向き合わせ、永久磁石間のエアギャップに磁気検出素子を配置している。そして、各永久磁石がエアギャップに形成する磁束密度の方向を直交方向に設定すると共に、各永久磁石における直交方向の厚さを移動方向の両端部よりも中央部で減少させている。これにより、エアギャップにおける磁束密度の大きさを移動方向の一端部から他端部に向かって変化させている。
【0003】
しかし、特許文献1に開示の変位量センサでは、磁気検出素子が各永久磁石に対して移動方向の軸線周りに相対回転すると、磁気検出素子に対する磁束密度の相対方向が変化する。そのため、移動体が直線移動していないにも拘わらず、磁気検出素子による磁束密度の検出値が変動してしまう。
【0004】
そこで本発明者らは、図15(a)に示す如き筒状の永久磁石4に磁気検出素子6を収容した変位量センサ2について研究を行った。かかる変位量センサ2では、移動体の移動方向αに沿って筒孔5が延びる永久磁石4の両端部に互いに異なる磁極を形成することで、筒孔5内における磁束密度の方向を移動方向αに一致させている。加えて、永久磁石4の径方向の厚さを一端部から他端部に向かって減少させることで、筒孔5内の磁束密度の大きさを変化させている。このような変位量センサ2によると、筒孔5内の磁気検出素子6が永久磁石4に対して移動方向αの軸線周りに相対回転しても、筒孔5内の大半の領域において磁気検出素子6に対する磁束密度の相対方向が保たれる。なお、図15(a)では、磁束密度の方向及び大きさをそれぞれ矢印の向き及び長さで模式的に示している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−180114号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、変位量センサ2では図15(a)に示すように、筒孔5内の領域のうち永久磁石4の両端部近傍において磁束密度の方向が移動方向αに対して傾斜する。磁気検出素子6で検出される磁束密度の移動方向成分は上記磁束密度方向の傾斜角度に応じた分だけ小さくなるため、磁気検出素子6の検出値について移動体の変位量に対する線形性が図15(b)に示すように崩れる。特に永久磁石4の径方向厚さが最小となる端部4aの近傍に磁気検出素子6が位置する場合には、永久磁石4が形成する磁束密度自体が小さいため、磁束密度の僅かな変化でも線形性の大きな乱れを誘発する。変位量に対し検出値が非線形となる領域を使用する場合には検出精度が落ちてしまう一方、かかる非線形領域を使用しない場合には、変位量の検出範囲を確保するために変位量センサ2を大型化せざるを得ない。
本発明の目的は、直線移動する移動体の変位量を精確に検出する小型の変位量センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に記載の変位量センサによると、筒状の磁性体は、移動体が直線移動する移動方向の両端部に互いに異なる磁極を形成し、移動方向に沿って一定径で延びる筒孔内に磁気検出素子を相対移動可能に収容する。これにより、磁束密度の方向が筒孔内の大半の領域で移動方向に一致する。さらに磁性体は、移動方向において径方向の厚さが減少する変化部を有している。これにより、筒孔内における磁束密度が移動方向において変化するので、磁気検出素子により検出した筒孔内の磁束密度に基づき移動体の変位量を検出できる。
【0008】
しかも磁性体は、筒孔が開口する磁性体の端部に設けられて径方向の厚さが移動方向に沿って一定となるストレート部を有している。上述した変化部はこのストレート部に隣接して設けられ、ストレート部に近づくに従い径方向の厚さが減少している。すなわち、磁性体において径方向厚さが薄い側の端部にストレート部が設けられている。筒孔内の磁束密度の方向は磁性体の両端部近傍において移動方向に対し傾斜するが、ストレート部が設けられる磁性体端部の近傍において筒孔内の磁束密度は、当該端部まで径方向厚さが減少する場合よりも大きくなる。これにより、ストレート部が設けられる磁性体端部の近傍に磁性体が位置する場合において、磁気検出素子の検出感度が増大し、変位量に対する検出磁束密度の線形性を確保することが可能となる。
このように請求項1に記載の変位量センサによれば、移動体の変位量に対し線形性を示す磁束密度を移動方向の広い領域にて検出できるので、変位量の検出精度の向上とセンサの小型化とを図ることができる。
【0009】
本発明の請求項2に記載の変位量センサによると、ストレート部が設けられる端部とは反対側の端部に変化部と隣接して設けられ、筒孔を閉塞する閉塞部を磁性体は有している。すなわち磁性体は、径方向厚さが厚い側の端部を閉塞部により閉塞されている。そのため、磁性体の閉塞部側端部の近傍において移動方向に対する筒孔内の磁束密度方向の傾きが、磁性体を閉塞しない場合よりも小さくなる。これにより、磁性体の閉塞部側端部の近傍に磁気検出素子が位置する場合、磁気検出素子の検出感度が増大し、変位量に対する検出磁束密度の線形性を確保することが可能となる。したがって、変位量の検出精度がさらに向上すると共に、変位量センサをより小型にできる。
【0010】
本発明の請求項3に記載の変位量センサによると、磁性体に対し磁気検出素子は筒孔の中心軸線上、すなわち移動方向の一軸線上を相対移動する。これにより、磁性体に対して磁気検出素子が移動方向軸線の周りに相対回転することがあっても、磁気検出素子による検出磁束密度の変動を十分に抑制できる。
【0011】
本発明の請求項4に記載の変位量センサによると、ストレート部の移動方向の長さをL、筒孔の径をφとすると、寸法比L/φは0.20≦L/φ≦0.27を満足する。これにより、移動体の変位量と磁気検出素子による検出磁束密度との線形性を高精度に確保できるので、高い検出精度を実現できる。
【0012】
本発明の請求項5に記載の変位量センサによると、磁性体は、移動体が直線移動する移動方向の両端部に互いに異なる磁極を形成し、相対移動する磁気検出素子に対し、移動方向に沿って延びる側面を移動方向の軸線に直交する直交方向において向き合わせる。これにより、磁束密度の方向が側面周囲の大半の領域で移動方向に一致する。さらに磁性体は、移動方向において直交方向の厚さが減少する変化部を有している。これにより、側面周囲における磁束密度が移動方向において変化するので、磁気検出素子により検出した側面周囲の磁束密度に基づき移動体の変位量を検出できる。
【0013】
しかも磁性体は、磁性体の端部に設けられて直交方向の厚さが移動方向に沿って一定となるストレート部を有している。上述した変化部はこのストレート部に隣接して設けられ、ストレート部に近づくに従い直交方向の厚さが減少している。すなわち、磁性体において直交方向厚さが薄い側の端部にストレート部が設けられている。側面周囲の磁束密度の方向は磁性体の両端部近傍において移動方向に対し傾斜するが、ストレート部が設けられる磁性体端部の近傍において側面周囲の磁束密度は、当該端部まで直交方向厚さが減少する場合よりも大きくなる。これにより、ストレート部が設けられる磁性体端部の近傍に磁性体が位置する場合において、磁気検出素子の検出感度が増大し、変位量に対する検出磁束密度の線形性を確保することが可能となる。
このように請求項5に記載の変位量センサによれば、移動体の変位量に対し線形性を示す磁束密度を移動方向の広い領域にて検出できるので、変位量の検出精度の向上とセンサの小型化とを図ることができる。
【0014】
本発明の請求項6に記載の変位量センサによると、磁性体は、磁気検出素子を通過する移動方向軸線の周りに複数配置される。磁性体の配置数が増えることにより、磁気検出素子の側面周囲の磁束密度が増加するので、磁気検出素子の検出感度が向上する。
【0015】
本発明の請求項7に記載の変位量センサによると、複数の磁性体は、ストレート部が設けられる端部とは反対側の端部同士を磁性材により連結される。すなわち複数の磁性体は、直交方向厚さが厚い側の端部同士を磁性材により連結される。そのため、各磁性体の連結側端部の近傍において側面周囲の磁束密度方向の移動方向に対する傾きが、各磁性体を連結しない場合よりも小さくなる。これにより、各磁性体の連結側端部近傍に磁気検出素子が位置する場合、磁気検出素子の検出感度が増大し、変位量に対する検出磁束密度の線形性を確保することが可能となる。したがって、変位量の検出精度がさらに向上すると共に、変位量センサをより小型にできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態による変位量センサを図2に示す。第一実施形態の変位量センサ10は、例えば自動車のEGR(Exhaust Gas Recirculation)バルブのシャフト100にロッド部22が結合ないしは接触させられることで、移動体として直線移動するシャフト100の変位量を検出する。
変位量センサ10は、ハウジング11、可動部材20、磁性体30及びホールIC40を備えている。
【0017】
ハウジング11は樹脂材で有底筒状に形成され、EGRバルブに固定される。ハウジング11は、底部から内側の磁性体30に向かって突出する柱状凸部12を有している。ホールIC40は柱状凸部12の先端部に保持され、ホールIC40の検出信号を取り出すターミナル45がハウジング11のコネクタ部13に埋設されている。
【0018】
可動部材20は樹脂材で形成され、有底筒状の収容部21とロッド部22とを有している。収容部21はハウジング11の収容孔15に収容され、シャフト100の直線移動方向αに往復移動可能である。ハウジング11の底部と向き合う収容部21の底部内壁に磁性体30が固定されている。ロッド部22は収容部21の底部外壁からシャフト100に向かって突出し、その突出端部においてシャフト100の端部と結合ないしは接触している。これにより、可動部材20及び磁性体30はシャフト100と共に直線移動する。付勢部材であるスプリング25は、シャフト100に向かって可動部材20を付勢している。
【0019】
次に、磁性体30の構成について図1及び図2を参照しつつ詳細に説明する。
磁性体30は、接着剤等で互いに接合された永久磁石31及び閉塞板32から構成され、全体として有底筒状を呈している。永久磁石31はプラスチックマグネット等の強磁性材で概ねテーパ筒状に形成され、閉塞板32は磁性材で薄板状に形成されている。なお、永久磁石31と閉塞板32とを同一の強磁性材で一体に形成してもよい。永久磁石31が内周面33により形成する筒孔34はいわゆる円筒孔であり、磁性体30がシャフト100と共に直線移動する移動方向αに沿ってほぼ一定の径で延びている。移動方向αにおいて筒孔34の一端側は開口し、筒孔34の他端側は閉塞部としての閉塞板32により閉塞されている。磁性体30の一端部を成す永久磁石31の開口側端部31aと、磁性体30の他端部を成す永久磁石31の閉塞側端部31b及び閉塞板32とには、互いに異なる磁極N,Sが形成されている。これにより、図1(b)に矢印で示す如く磁性体30及び永久磁石31の筒孔34内を通過する環状の磁束が生じる。なお、端部31aにS極、端部31b及び閉塞板32にN極を形成して、図1(b)とは逆向きの磁束を生じさせてもよい。
【0020】
永久磁石31は、外周面35の径をほぼ一定にするストレート部36と、外周面35の径を変化させる変化部38とを有している。永久磁石31においてストレート部36は、筒孔34が開口する端部31aに設けられている。ストレート部36の外周面35aは、移動方向αに沿って実質的に径変化がない円筒面である。これにより、移動方向αの軸線に直交する径方向のストレート部36の厚さは移動方向αに沿ってほぼ一定に保たれている。一方、永久磁石31において変化部38は、ストレート部36と隣接して端部31b側に設けられている。変化部38の外周面35bは、移動方向αにおいて端部31bからストレート部36に向かうにほど縮径する円錐面である。これにより、変化部38の径方向の厚さは移動方向αにおいてストレート部36に近づくに従い減少している。本実施形態において変化部38の外周面35bの母線は直線状に延伸しており、変化部38の径方向厚さの変化率は移動方向αの全域でほぼ一定である。なお、ストレート部36との境界における変化部38の径方向厚さ、すなわち変化部38の径方向の最小厚さは、ストレート部36の径方向厚さと一致している。
【0021】
永久磁石31の筒孔34にその開口側から柱状凸部12が同軸上に挿入され、ホールIC40が筒孔34内に収容されている。ホールIC40は、筒孔34内の磁束密度を感知するホール素子42と、ホール素子42の出力信号を処理して得た検出信号をターミナル45側に出力する処理回路43とを有している。ホールIC40は、ホール素子42の検出面中心を筒孔34の中心軸線Oがほぼ垂直に通過するように配置され、磁性体30に対して中心軸線O上を相対移動する。ホール素子42は、磁性体30に対するホールIC40の相対変位量に応じた位置で、筒孔34内の磁束密度の移動方向成分を感知する。ホールIC40から出力される検出信号の電圧値は、ホール素子42が感知した磁束密度の移動方向成分の大きさに比例する。本実施形態では、ホール素子42及び処理回路43を共に有するホールIC40が磁気検出素子を構成している。なお、ホール素子42を処理回路43と分離して、ホール素子42のみを磁気検出素子として柱状凸部12に保持させてもよいし、磁気抵抗素子ないしは磁気抵抗素子に処理回路を組み合わせたものを磁気検出素子として柱状凸部12に保持させてもよい。
【0022】
移動方向αにおいて永久磁石31の開口側端部31aの端面位置を基準としたホールIC40の相対変位量すなわちシャフト100の変位量をXとし、ホールIC40の検出信号の電圧値をVとすると、電圧値Vは変位量Xに対して図3(b)の如き相関を示す。但し、図3(b)において二点鎖線は、変位量Xと電圧値Vとの相関が線形性を示すときの理想曲線Iである。図3(a)に磁束密度の方向及び大きさをそれぞれ矢印の向き及び長さで模式的に示すように、変位量センサ10では筒孔34内の磁束密度の方向が磁性体30の両端部近傍において移動方向αに対して傾斜する。しかし変位量センサ10では、磁性体30において径方向厚さが薄い側の端部31aにストレート部36が設けられているため、当該端部31aの近傍において図15(a)の従来例よりも大きな磁束密度を得ることができる。これにより、磁性体30の端部31a近傍にホールIC40が位置する場合に、ホール素子42により感知される磁束密度の移動方向成分が増大してホール素子42の検出感度が向上する。したがって、ホール素子42により感知された成分に比例する電圧値Vは、図3(b)に示すように、理想曲線Iからの偏差を縮小される。
【0023】
さらに変位量センサ10では、磁性体30において径方向厚さの厚い側の端部に閉塞板32が設けられているため、磁性体30の閉塞板側端部の近傍において磁束密度方向の移動方向αに対する傾きが小さくなる。これにより、磁性体30の閉塞板側端部近傍にホールIC40が位置する場合、ホール素子42により感知される磁束密度の移動方向成分が増大してホール素子42の検出感度が向上する。したがって、電圧値Vの理想曲線Iからの偏差が図3(b)に示すように縮小される。
【0024】
しかも変位量センサでは、磁性体30に対しICセンサ40が筒孔34の中心軸線O上、すなわち移動方向αの一軸線上を相対移動する。これにより、磁性体30に対してICセンサ40が移動方向αの軸線周りに相対回転することがあっても、電圧値Vの変動を十分に抑制できる。
【0025】
このように変位量センサ10によれば、変位量Xに対して線形性を示す電圧値Vを図3に示すような広い使用領域にて検出できるので、検出精度の向上とセンサ10の小型化とを図ることができる。なお、使用領域の移動方向αの長さは、例えば永久磁石31の移動方向αの長さをMとしたとき0.65Mとなるように設定される。
【0026】
ここで、変位量センサ10におけるストレート部36及び筒孔34の寸法設定例について説明する。ストレート部36の移動方向αの長さをL、筒孔34の径をφとし、理想曲線Iに対する電圧値Vの偏差の割合を出力リニアリティとすると、寸法比L/φに対して使用領域における出力リニアリティが図4に示す如き相関を示す。この相関より、寸法比L/φが0.20≦L/φ≦0.27を満足するときには、出力リニアリティが2%以下となり、変位量Xと電圧値Vとの間に高い線形性を保てることがわかる。すなわち変位量センサ10では、0.20≦L/φ≦0.27を満たすように長さL及び径φを設定することで、変位量Xをより高精度に検出できる。
なお、ストレート部36の長さL及び筒孔34の径φについては、上述の設定例以外にも、変位量センサの仕様に応じて各センサで所望の特性が得られる値に適宜設定できる。
【0027】
(第二、第三、第四実施形態)
本発明の第二実施形態、第三実施形態及び第四実施形態による変位量センサの要部をそれぞれ図5,6,7に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第二実施形態の変位量センサでは、第一実施形態の磁性体30に代え、図5に示すように閉塞板32が設けられない磁性体50が用いられている。
【0028】
図6に示す第三実施形態の変位量センサでは、図6に示すように変化部38の外周面35bの母線が径方向内側に凹む曲線状に延伸しており、変化部38の径方向厚さの変化率はストレート部36に近づくに従い減少している。一方、第四実施形態の変位量センサでは、図7に示すように変化部38の外周面35bの母線が径方向外側に膨らむ曲線状に延伸しており、変化部38の径方向厚さの変化率はストレート部36に近づくに従い増大している。
【0029】
以上説明した第二,第三及び第四実施形態の変位量センサ及び第一実施形態の変位量センサ10のうちいずれかの構成を採用することで、変位量Xに対する電圧値Vの線形性について理想曲線Iからの偏差を調整できる。
【0030】
(第五実施形態)
本発明の第五実施形態による変位量センサを図8〜図10に示す。第一実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第五実施形態の変位量センサ60では、第一実施形態の筒状の磁性体30に代え、板状の磁性体62が用いられている。
【0031】
磁性体62は強磁性材で形成された永久磁石である。磁性体62は収容部21の底部内壁に固定され、ハウジング11の底部に向かって板状に突出している。磁性体62は、移動方向αの軸線に直交する方向(直交方向)βにおいて互いに逆を向く磁性体62の側面63,64を有している。柱状凸部12及びホールIC40と直交方向βにおいて向き合う側面63は、移動方向αに沿って延びる平坦面である。磁性体62に対してホールIC40は側面63に平行な軸線P上を相対移動する。ここで軸線Pは、ホール素子42の検出面中心をほぼ垂直に通過している。したがって、ホール素子42の検出面中心から側面63に至る直交方向βの距離は、ホールIC40の上記相対移動によらずほぼ一定に保たれている。磁性体62の突出側先端部62aと基端部62bとには、互いに異なる磁極N,Sが形成されている。これにより、図9(b)に矢印で示すように磁性体62及び側面63の軸線P側を通過する環状の磁束が生じる。なお、端部62aにS極、端部62bにN極を形成して、図9(b)とは逆向きの磁束を生じさせてもよい。本実施形態においてホール素子42は、磁性体62に対するホールIC40の相対変位量に応じた位置で、側面63周囲の磁束密度の移動方向成分を感知する。
【0032】
磁性体62は、側面63,64間の距離をほぼ一定にするストレート部66と、側面63,64間の距離を変化させる変化部68とを有している。磁性体62においてストレート部66は先端部62aに設けられている。ストレート部66の側面64aは、側面63からの直交方向βの距離が移動方向αに沿って実質的に変化しない平坦面である。これにより、ストレート部66の直交方向βの厚さは移動方向αに沿ってほぼ一定に保たれている。一方、磁性体62において変化部68は、ストレート部66と隣接して基端部62b側に設けられている。変化部68の側面64bは、移動方向αにおいて基端部62bからストレート部66に向かうほど側面63からの直交方向距離が減少する平坦面である。これにより、変化部68の直交方向βの厚さは移動方向αにおいてストレート部66に近づくに従い減少していると共に、当該厚さの変化率は移動方向αの全域でほぼ一定となっている。なお、ストレート部66との境界における変化部68の直交方向βの厚さ、すなわち変化部68の直交方向βの最小厚さは、ストレート部66の直交方向βの厚さと一致している。また、図10に示すように、方向α,βの各軸線に直交する方向γにおいてストレート部66及び変化部68の各厚さは、互いに同一に且つ方向γにおけるホール素子42の検出面幅Wよりも厚くされている。
【0033】
移動方向αにおいて磁性体62の先端部62aの端面位置を基準としたホールIC40の相対変位量すなわちシャフト100の変位量をXとし、ホールIC40の検出信号の電圧値をVとすると、変位量Xに対する電圧値Vの相関は第一実施形態と同様な線形性を示す。これは、磁性体62において直交方向βの厚さが薄い側の端部62aにストレート部66が設けられているため、当該端部62aの近傍においてホール素子42により感知される磁束密度の移動方向成分が増大してホール素子42の検出感度が向上するからである。
【0034】
(第六、第七実施形態)
本発明の第六実施形態及び第七実施形態による変位量センサの要部をそれぞれ図11,12に示す。第五実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第六実施形態の変位量センサでは、図11に示すように変化部68の側面64bが側面63側に向かって凹む湾曲面であり、変化部38の直交方向βの変化率はストレート部66に近づくに従い減少している。一方、第七実施形態の変位量センサでは、図12に示すように変化部68の側面64bが側面63とは反対側に向かって膨らむ湾曲面であり、変化部38の直交方向βの変化率はストレート部66に近づくに従い増加している。
【0035】
以上説明した第六及び第七実施形態の変位量センサ及び第五実施形態の変位量センサ60のうちいずれかの構成を採用することで、変位量Xに対する電圧値Vの線形性について理想曲線Iからの偏差を調整できる。
【0036】
(第八、第九実施形態)
本発明の第八実施形態及び第九実施形態による変位量センサの要部をそれぞれ図13,14に示す。第五実施形態と実質的に同一の構成部分には同一符号を付す。
第八実施形態の変位量センサでは、図13に示すように第五実施形態の磁性体62が四つ用いられている。各磁性体62は、ホール素子42の検出面中心を通過する軸線P周りに等間隔に配列されている。これによりホール素子42を通る磁束の密度は、磁性体62が一つの場合に比べて増大する。したがって、ホールIC40による検出感度が向上する。
【0037】
第九実施形態の変位量センサでは、第八実施形態の構成に加え、図14に示す如き連結板70が用いられている。連結板70は磁性材で薄板状に形成され、各磁性体62の基端部62bに接着剤等で接合されている。これにより、各磁性体62の基端部62b同士が連結板70により連結されて磁気的に接続されるため、連結板70、各磁性体62及び各磁性体側面63の軸線P側を通過するように環状の磁束が生じる。このような変位量センサでは、磁性体62の基端部62b近傍にホールIC40が位置する場合に、ホール素子42が感知する磁束密度の移動方向成分が連結板70により増大し、電圧値Vの理想曲線Iからの偏差が縮小される。したがって、変位量Xの検出精度がさらに向上すると共に、変位量センサの使用領域が拡大する。
【0038】
なお、第八及び第九実施形態では、四つの磁性体62として第六又は第七実施形態の形状のものを用いてもよい。また、軸線P周りにおける磁性体62の配列数については、四つ以外の数に適宜設定できる。さらに、各磁性体62の配列間隔については、等間隔以外にも、磁性体62間毎に変えるようにしてもよい。また、第九実施形態の連結板70を磁性体62と同じ強磁性材で一体に形成してもよい。
【0039】
以上説明した複数の実施形態では、移動体としてのシャフト100と共に磁性体30,50,62が直線移動し、磁気検出素子としてのホールIC40が固定されていた。これに対し、移動体と共に磁気検出素子を直線移動させ、磁性体を固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第一実施形態による変位量センサの要部を示す断面図(a)、及び変位量センサにおいて生じる磁束を示す模式図(b)である。
【図2】第一実施形態による変位量センサを示す断面図である。
【図3】第一実施形態の変位量センサにおける磁束密度の方向及び大きさを示す模式図(a)、及び第一実施形態の変位量センサにおける移動体の変位量とICセンサの出力電圧値との相関を示す特性図(b)である。
【図4】第一実施例の変位量センサにおける寸法比と使用領域の出力リニアリティとの相関を示す特性図である。
【図5】第二実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図6】第三実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図7】第四実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図8】第五実施形態による変位量センサを示す断面図である。
【図9】第五実施形態による変位量センサの要部を示す断面図(a)、及び変位量センサにおいて生じる磁束を示す模式図(b)である。
【図10】図9(a)のX方向矢視図である。
【図11】第六実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図12】第七実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図13】第八実施形態による変位量センサの要部を示す断面図(a)、及び(a)のXIII方向矢視図である。
【図14】第九実施形態による変位量センサの要部を示す断面図である。
【図15】従来例の変位量センサにおける磁束密度の方向及び大きさを示す模式図(a)、及び従来例の変位量センサにおける移動体の変位量と磁気検出素子の検出値との相関を示す特性図(b)である。
【符号の説明】
10,60 変位量センサ
11 ハウジング
12 柱状凸部
20 可動部材
30,50,62 磁性体
31 永久磁石
31a 開口側端部
31b 閉塞側端部
32 閉塞板(閉塞部)
34 筒孔
36 ストレート部
38 変化部
40 ホールIC(磁気検出素子)
42 ホール素子
43 処理回路
62a 先端部
62b 基端部
63 側面
66 ストレート部
68 変化部
70 連結板(磁性材)
100 シャフト(移動体)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a displacement sensor that detects a displacement of a moving body that moves linearly.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a non-contact type displacement amount sensor that moves one of a permanent magnet and a magnetic detection element that moves linearly with a moving body relative to the other, and detects a displacement amount of the moving body based on a magnetic flux density detected by the magnetic detection element. It has been known.
In the displacement sensor disclosed in
[0003]
However, in the displacement amount sensor disclosed in
[0004]
Therefore, the present inventors have studied the
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-180114 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the
An object of the present invention is to provide a small displacement amount sensor that accurately detects the displacement amount of a moving body that moves linearly.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to the displacement amount sensor according to the first aspect of the present invention, the cylindrical magnetic body forms different magnetic poles at both ends in the moving direction in which the moving body moves linearly, and extends with a constant diameter along the moving direction. The magnetic detecting element is accommodated in the cylindrical hole so as to be relatively movable. As a result, the direction of the magnetic flux density coincides with the moving direction in most regions in the cylindrical hole. Further, the magnetic body has a change portion in which the thickness in the radial direction decreases in the moving direction. Thus, since the magnetic flux density in the cylinder hole changes in the moving direction, the displacement of the moving body can be detected based on the magnetic flux density in the cylinder hole detected by the magnetic detection element.
[0008]
In addition, the magnetic body has a straight portion provided at an end of the magnetic body where the cylindrical hole is opened and whose radial thickness is constant along the moving direction. The above-mentioned change portion is provided adjacent to the straight portion, and the thickness in the radial direction decreases as approaching the straight portion. That is, a straight portion is provided at the end of the magnetic material on the side with the smaller radial thickness. The direction of the magnetic flux density in the cylindrical hole is inclined with respect to the moving direction near both ends of the magnetic body, but the magnetic flux density in the cylindrical hole near the end of the magnetic body where the straight portion is provided is radially extended to the end. It is larger than if the thickness were reduced. Accordingly, when the magnetic body is located near the end of the magnetic body where the straight portion is provided, the detection sensitivity of the magnetic detection element is increased, and the linearity of the detected magnetic flux density with respect to the displacement amount can be secured. .
As described above, according to the displacement sensor according to the first aspect, the magnetic flux density exhibiting linearity with respect to the displacement of the moving body can be detected in a wide area in the moving direction. Can be reduced in size.
[0009]
According to the displacement amount sensor according to
[0010]
According to the displacement amount sensor according to the third aspect of the present invention, the magnetic detection element moves relative to the magnetic body on the central axis of the cylindrical hole, that is, on one axis in the moving direction. Thereby, even if the magnetic detection element rotates relative to the magnetic body around the movement direction axis, the fluctuation of the magnetic flux density detected by the magnetic detection element can be sufficiently suppressed.
[0011]
According to the displacement sensor according to the fourth aspect of the present invention, when the length of the straight portion in the moving direction is L and the diameter of the cylindrical hole is φ, the dimensional ratio L / φ is 0.20 ≦ L / φ ≦ 0. .27 is satisfied. Accordingly, the linearity between the displacement amount of the moving body and the magnetic flux density detected by the magnetic detection element can be ensured with high accuracy, so that high detection accuracy can be realized.
[0012]
According to the displacement amount sensor according to
[0013]
In addition, the magnetic body has a straight portion provided at an end of the magnetic body and having a thickness in the orthogonal direction that is constant along the moving direction. The above-described changing portion is provided adjacent to the straight portion, and the thickness in the orthogonal direction decreases as approaching the straight portion. That is, a straight portion is provided at the end of the magnetic material on the side having a smaller thickness in the orthogonal direction. The direction of the magnetic flux density around the side surface is inclined with respect to the moving direction near both ends of the magnetic body, but the magnetic flux density around the side surface near the end of the magnetic body where the straight portion is provided has a thickness in the orthogonal direction up to the end. Becomes larger than when it decreases. Accordingly, when the magnetic body is located near the end of the magnetic body where the straight portion is provided, the detection sensitivity of the magnetic detection element is increased, and the linearity of the detected magnetic flux density with respect to the displacement amount can be secured. .
As described above, according to the displacement amount sensor according to the fifth aspect, the magnetic flux density exhibiting linearity with respect to the displacement amount of the moving body can be detected in a wide area in the moving direction. Can be reduced in size.
[0014]
According to the displacement amount sensor according to
[0015]
According to the displacement amount sensor according to the seventh aspect of the present invention, the plurality of magnetic bodies are connected to each other by a magnetic material at ends opposite to the end where the straight portion is provided. That is, the plurality of magnetic bodies are connected to each other on the side where the thickness in the orthogonal direction is thicker by the magnetic material. Therefore, the inclination of the magnetic material around the side surface in the direction of movement of the magnetic flux density in the vicinity of the connection side end of each magnetic body is smaller than when the magnetic bodies are not connected. Accordingly, when the magnetic detection element is located near the connection side end of each magnetic body, the detection sensitivity of the magnetic detection element increases, and the linearity of the detected magnetic flux density with respect to the displacement can be ensured. Therefore, the detection accuracy of the displacement amount is further improved, and the displacement amount sensor can be made smaller.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a plurality of embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 2 shows a displacement sensor according to the first embodiment of the present invention. The
The
[0017]
The
[0018]
The
[0019]
Next, the configuration of the
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
Assuming that the relative displacement of the
[0023]
Further, in the
[0024]
Moreover, in the displacement sensor, the
[0025]
As described above, according to the
[0026]
Here, an example of setting the dimensions of the
In addition, the length L of the
[0027]
(Second, third and fourth embodiments)
Main parts of the displacement sensor according to the second, third, and fourth embodiments of the present invention are shown in FIGS. Components substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the displacement sensor of the second embodiment, a
[0028]
In the displacement sensor according to the third embodiment shown in FIG. 6, as shown in FIG. 6, the generatrix of the outer
[0029]
The linearity of the voltage value V with respect to the displacement X by employing any one of the displacement sensors of the second, third, and fourth embodiments and the
[0030]
(Fifth embodiment)
8 to 10 show a displacement sensor according to a fifth embodiment of the present invention. Components substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
Assuming that the relative displacement of the
[0034]
(Sixth and seventh embodiments)
FIGS. 11 and 12 show a main part of a displacement sensor according to a sixth embodiment and a seventh embodiment of the present invention, respectively. Components substantially the same as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the displacement sensor according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 11, the
[0035]
By adopting any one of the displacement amount sensors of the sixth and seventh embodiments and the
[0036]
(Eighth and ninth embodiments)
FIGS. 13 and 14 show the main parts of a displacement sensor according to an eighth embodiment and a ninth embodiment of the present invention, respectively. Components substantially the same as those in the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals.
In the displacement sensor according to the eighth embodiment, four
[0037]
In the displacement sensor of the ninth embodiment, a connecting
[0038]
In the eighth and ninth embodiments, the four
[0039]
In the embodiments described above, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a main part of a displacement sensor according to a first embodiment, and FIG. 1B is a schematic diagram illustrating a magnetic flux generated in the displacement sensor.
FIG. 2 is a sectional view showing a displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating the direction and magnitude of a magnetic flux density in the displacement sensor according to the first embodiment, and the displacement of a moving body and the output voltage value of an IC sensor in the displacement sensor according to the first embodiment. FIG. 4B is a characteristic diagram (b) showing a correlation with the above.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a correlation between a dimensional ratio and output linearity of a use area in the displacement sensor according to the first embodiment.
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a second embodiment.
FIG. 6 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a third embodiment.
FIG. 7 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a sectional view showing a displacement sensor according to a fifth embodiment.
9A is a cross-sectional view illustrating a main part of a displacement sensor according to a fifth embodiment, and FIG. 9B is a schematic diagram illustrating a magnetic flux generated in the displacement sensor.
FIG. 10 is a view in the direction of the arrow X in FIG. 9A.
FIG. 11 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a sixth embodiment.
FIG. 12 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a seventh embodiment.
13A is a cross-sectional view showing a main part of a displacement sensor according to an eighth embodiment, and FIG.
FIG. 14 is a sectional view showing a main part of a displacement sensor according to a ninth embodiment.
FIG. 15A is a schematic diagram showing the direction and magnitude of a magnetic flux density in a conventional displacement sensor, and FIG. 15A is a graph showing the correlation between the displacement of a moving body and the detection value of a magnetic detection element in the conventional displacement sensor. It is a characteristic view (b) shown.
[Explanation of symbols]
10,60 displacement sensor
11 Housing
12 columnar projection
20 movable members
30,50,62 Magnetic material
31 permanent magnet
31a Open end
31b Closed end
32 Blocking plate (blocking part)
34 cylinder hole
36 straight section
38 Changing part
40 Hall IC (magnetic detection element)
42 Hall element
43 processing circuit
62a Tip
62b proximal end
63 sides
66 straight section
68 Change
70 Connecting plate (magnetic material)
100 shaft (moving body)
Claims (7)
筒状の前記磁性体は、前記移動体が直線移動する移動方向の両端部に互いに異なる磁極を形成し、前記移動方向に沿って一定径で延びる筒孔内に前記磁気検出素子を相対移動可能に収容すると共に、
前記筒孔が開口する前記磁性体の端部に設けられ、径方向の厚さが前記移動方向に沿って一定となるストレート部と、前記ストレート部に隣接して設けられ、前記移動方向において前記ストレート部に近づくに従い径方向の厚さが減少する変化部とを、前記磁性体は有しており、
前記磁気検出素子により検出した前記筒孔内の磁束密度に基づき前記変位量を検出することを特徴とする変位量センサ。A displacement sensor that includes a magnetic body and a magnetic detection element, and detects a displacement amount of a moving body that linearly moves together with one of the magnetic body and the magnetic detection element,
The cylindrical magnetic body has different magnetic poles formed at both ends in the moving direction in which the moving body moves linearly, and the magnetic detecting element can be relatively moved in a cylindrical hole extending at a constant diameter along the moving direction. And housed in
A straight portion provided at an end of the magnetic body where the cylindrical hole is opened, and a radial portion having a constant thickness in the moving direction is provided adjacent to the straight portion, and the straight portion is provided in the moving direction. The magnetic body has a changing portion in which the thickness in the radial direction decreases as approaching the straight portion,
A displacement sensor for detecting the displacement based on a magnetic flux density in the cylindrical hole detected by the magnetic detection element.
寸法比L/φは0.20≦L/φ≦0.27を満足することを特徴とする請求項3に記載の変位量センサ。When the length of the straight portion in the moving direction is L, and the diameter of the cylindrical hole is φ,
4. The displacement sensor according to claim 3, wherein the dimension ratio L / φ satisfies 0.20 ≦ L / φ ≦ 0.27.
前記磁性体は、前記移動体が直線移動する移動方向の両端部に互いに異なる磁極を形成し、相対移動する前記磁気検出素子に対し前記移動方向に沿って延びる側面を前記移動方向の軸線に直交する直交方向において向き合わせると共に、
前記磁性体の端部に設けられ、前記直交方向の厚さが前記移動方向に沿って一定となるストレート部と、前記ストレート部に隣接して設けられ、前記移動方向において前記ストレート部に近づくに従い前記直交方向の厚さが減少する変化部とを、前記磁性体は有しており、
前記磁気検出素子により検出した前記側面周囲の磁束密度に基づき前記変位量を検出することを特徴とする変位量センサ。A displacement sensor that includes a magnetic body and a magnetic detection element, and detects a displacement amount of a moving body that linearly moves together with one of the magnetic body and the magnetic detection element,
The magnetic body has different magnetic poles at both ends in the moving direction in which the moving body moves linearly, and a side surface extending along the moving direction with respect to the magnetic detecting element moving relatively is orthogonal to the axis in the moving direction. Face each other in the orthogonal direction
A straight portion provided at an end of the magnetic body, the thickness of which in the orthogonal direction is constant along the moving direction, and a straight portion is provided adjacent to the straight portion, as the straight portion approaches the straight portion in the moving direction. The magnetic body has a change portion in which the thickness in the orthogonal direction decreases,
A displacement sensor for detecting the displacement based on a magnetic flux density around the side surface detected by the magnetic detection element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003080167A JP2004286637A (en) | 2003-03-24 | 2003-03-24 | Displacement sensor |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006115129A1 (en) * | 2005-04-19 | 2006-11-02 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Position sensor, optical head device, head moving mechanism, information recording/reproducing device and position control system |
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-
2003
- 2003-03-24 JP JP2003080167A patent/JP2004286637A/en active Pending
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