CN102084221A - 磁式位置传感器 - Google Patents

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Abstract

在磁式位置传感器中，检测单元具有筒状的第1检测侧芯和第2检测侧芯、以及多个磁检测元件。第1检测侧芯和第2检测侧芯隔着检测间隙在轴向上并列配置。磁检测元件在第1检测侧芯和第2检测侧芯的周向上相互隔开间隔地配置在检测间隙内。磁铁单元具有磁铁侧芯、以及与磁铁侧芯结合的块状的永久磁铁。并且，磁铁单元设置在检测单元内，能伴随测定对象物的位移相对于检测单元朝轴向相对地位移且能绕轴旋转。

Description

磁式位置传感器
技术领域
本发明涉及使用磁检测元件来检测测定对象物的位置的磁式位置传感器。
背景技术
以往的磁式位置传感器经由非磁性环重叠有圆筒状的强磁性体定子。在由非磁性环形成的空气间隙内配置有磁检测元件。强磁性体定子由圆筒状的支柱围绕。在支柱上固定有产生以其中央为分支点的2个磁通环的圆筒状的永久磁铁。支柱能相对于强磁性体定子朝轴向位移，并且能绕轴旋转(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特许第3264929号公报(图3)
在上述以往的磁式位置传感器中，由于为了使支柱能绕轴旋转而使用了圆筒状的永久磁铁，因而所使用的永久磁铁的量增多，整体价格高。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题而完成的，本发明的目的是提供一种能在容许测定对象物的旋转的同时减少磁铁量的磁式位置传感器。
本发明的磁式位置传感器具有筒状检测单元和磁铁单元，上述筒状检测单元具有：筒状的第1检测侧芯和第2检测侧芯，它们隔着检测间隙在轴向上并列配置；以及多个磁检测元件，它们在第1检测侧芯和第2检测侧芯的周向上相互隔开间隔地配置在检测间隙内，检测通过检测间隙的磁通，上述磁铁单元具有磁铁侧芯和与磁铁侧芯结合的块状的永久磁铁，以能伴随测定对象物的位移相对于检测单元朝轴向相对地位移且能绕轴旋转的方式设置在检测单元内，在与第1检测侧芯和第2检测侧芯之间产生方向不同的多个磁通环。
附图说明
图1是沿着本发明的实施方式1的磁式位置传感器的轴线的剖视图。
图2是沿着图1的II-II线的剖视图。
图3是示出图1的可动轴和磁铁单元朝轴向位移后的状态的剖视图。
图4是示出图2的磁铁单元绕轴旋转45°后的状态的剖视图。
图5是沿着本发明的实施方式2的磁式位置传感器的轴线的剖视图。
图6是沿着图5的VI-VI线的剖视图。
图7是示出图6的磁铁单元绕轴旋转45°后的状态的剖视图。
图8是示出永久磁铁的形状的变型例的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施方式。
实施方式1
图1是沿着本发明的实施方式1的磁式位置传感器的轴线的剖视图，图2是沿着图1的II-II线的剖视图。图中，壳体1具有圆筒部1a、以及设置在圆筒部1a的轴向两端部的第1和第2圆板部1b、1c。在圆板部1b、1c的中央分别设有轴支撑孔1d、1e。
伴随测定对象物(未图示)的位移而位移的剖面圆形的可动轴2贯通在轴支撑孔1d、1e内。可动轴2在能沿着轴向滑动且能绕轴旋转的状态下由圆板部1b、1c支撑。
由铁等强磁性体构成的圆筒状的第1和第2检测侧芯3、4(定子芯)被固定在圆筒部1a的内周面。第1和第2检测侧芯3、4隔着环状的检测间隙g1在轴向上并列配置。第1和第2检测侧芯3、4的外形尺寸彼此相同。
检测通过检测间隙g1的磁通的第1和第2磁检测元件5、6设置在检测间隙g1内。第1和第2磁检测元件5、6在第1和第2检测侧芯3、4的周向上相互隔开间隔地配置在相同圆周上。在该例子中，第1磁检测元件5配置在检测间隙g1的上端部，第2磁检测元件6配置在与第1磁检测元件5错开90°的位置。插入有第1和第2磁检测元件5、6的第1和第2元件插入孔1f、1g设置在圆筒部1a上。
在磁检测元件5、6上设有例如由霍尔元件构成的感磁部。并且，磁检测元件5、6产生与图1的左右方向，即与可动轴2的滑动方向平行的方向的磁通对应的信号。
实施方式1的检测单元7具有壳体1、第1和第2检测侧芯3、4以及第1和第2磁检测元件5、6。
在可动轴2上搭载有磁铁单元8。磁铁单元8在检测单元7内固定在可动轴2上。并且，磁铁单元8具有：由铁等强磁性体构成且固定在可动轴2上的第1和第2磁铁侧芯9、10；以及与第1和第2磁铁侧芯9、10结合的长方体状(块状)的第1和第2永久磁铁11、12。
第1和第2磁铁侧芯9、10隔着分割间隙g2在轴向上并列配置。在第1磁铁侧芯9的与第2磁铁侧芯10相反侧的轴向端部设有朝可动轴2的径向外侧延长且与第1检测侧芯3的内周面相对的一对相对部9a、9b。在第2磁铁侧芯10的与第1磁铁侧芯9相反侧的轴向端部设有朝可动轴2的径向外侧延长且与第2检测侧芯4的内周面相对的一对相对部10a、10b。
第1和第2永久磁铁11、12的轴向一端部被固定在第1磁铁侧芯9上。并且，第1和第2永久磁铁12的轴向另一端部被固定在第2磁铁侧芯10上。而且，第1和第2永久磁铁11、12绕可动轴2相互错开180°来配置。即，第2永久磁铁12与第1永久磁铁11反方向配置在第1永久磁铁11的后侧。
并且，第1永久磁铁11设置在相对部9a、10a之间。而且，第2永久磁铁12设置在相对部9b、10b之间。而且，第1和第2永久磁铁11、12在它们的厚度方向双极磁化。由此，磁铁单元8在与第1和第2检测侧芯3、4之间产生方向不同的多个磁通环13a～13d。磁通环13a、13c的方向和磁通环13b、13d的方向以分割间隙g2为界方向相反。
并且，磁铁单元8能伴随测定对象物的位移与可动轴2一体位移，且能旋转。即，磁铁单元8能沿着第1和第2检测侧芯3、4的轴向位移，并能绕轴旋转。在检测单元7的内周面和磁铁单元8的外周面之间设有主间隙g3。
来自第1和第2磁检测元件5、6的信号被输入到测定部14。测定部14将来自第1和第2磁检测元件5、6的信号相加，根据该相加结果对测定对象物的位置进行测定。
下面，说明测定对象物的位置检测方法。在磁铁单元8相对于检测单元7位于图1所示的中间位置的情况下，分割间隙g2的轴向位置与磁检测元件5、6一致，由于在磁检测元件5、6的两侧磁通环13a、13c和磁通环13b、13d以抵消方式作用，因而由磁检测元件5、6检测出的磁通密度处于接近0的状态。
图3是示出图1的可动轴2和磁铁单元8朝轴向位移后的状态的剖视图。如图3所示，当磁铁单元8朝图1的右侧位移时，磁通环13a的磁通大量进入磁检测元件5，因而磁检测元件5的输出对应于磁铁单元8的移动量而变化。同样，当磁铁单元8朝图1的左侧位移时，磁通环13b的磁通大量进入磁检测元件5，因而磁检测元件5的输出相反地变化。
并且，当磁铁单元8朝轴向位移时，如图2所示，当第1永久磁铁11与第1磁检测元件5相对时，来自第1永久磁铁11的磁通环13a(或13b)大量流入第1磁检测元件5。而且，磁通环13a(或13b)的一部分经由第1检测侧芯3(或第2检测侧芯4)也流入第2磁检测元件6。而且，来自第2永久磁铁12的磁通环13c(或13d)流入第2磁检测元件6。
此时，将第1磁检测元件5输出的电压V1与第2磁检测元件6输出的电压V2进行比较，来自与永久磁铁11、12的距离最近的第1磁检测元件5的电压V1大于V2。
图4是示出图2的磁铁单元8绕轴旋转45°后的状态的剖视图。当磁铁单元8朝轴向位移时，如图4所示，当磁铁单元8旋转时，第1永久磁铁11与第1磁检测元件5的距离、和第2永久磁铁12与第2磁检测元件6的距离相等，电压V1和电压V2相同。并且，在旋转角度不是45°的情况下，磁通环13a～13d的流处于图2和图4的中间状态。
因此，将来自第1磁检测元件5的电压V1和来自第2磁检测元件6的电压V2相加后的值是相同值而与可动轴2和磁铁单元8的绕轴的旋转角度无关，并仅根据可动轴2和磁铁单元8朝轴向的位移量而变化。因此，测定部14可将来自第1和第2磁检测元件5、6的电压信号相加，根据该相加结果对测定对象物的位置进行测定。
在这种磁式位置传感器中，由于在检测间隙g1内在周向上相互隔开间隔地设有第1和第2磁检测元件5、6，因而可使用长方体状的永久磁铁11、12来对测定对象物的位置进行测定，与使用圆筒状的永久磁铁的情况相比可减少磁铁量。即，可在容许测定对象物的旋转的同时减少磁铁量。
另外，在实施方式1中，根据来自第1和第2磁检测元件5、6的信号的相加结果对测定对象物的位置进行测定，然而也可以求出来自第1和第2磁检测元件5、6的信号的平均值，根据该平均值对测定对象物的位置进行测定。
实施方式2
下面，图5是沿着本发明的实施方式2的磁式位置传感器的轴线的剖视图，图6是沿着图5的VI-VI线的剖视图，图7是示出图6的磁铁单元绕轴旋转45°后的状态的剖视图。
在图中，在检测间隙g1内设有第1～第3磁检测元件5、6、15。第1～第3磁检测元件5、6、15在第1和第2检测侧芯3、4的周向上相互隔开等间隔地配置在相同圆周上。即，第1～第3磁检测元件5、6、15在第1和第2检测侧芯3、4的周向上各错开120°而配置。在圆筒部1a上设有插入有第1～第3磁检测元件5、6、15的第1～第3元件插入孔1f、1g、1h。
实施方式2的检测单元7具有壳体1、第1和第2检测侧芯3、4以及第1～第3磁检测元件5、6、15。
并且，实施方式2的磁铁单元8具有：第1和第2磁铁侧芯16、17；以及与第1和第2磁铁侧芯16、17结合的长方体状(块状)的1个永久磁铁18。
在第1磁铁侧芯16的与第2磁铁侧芯17相反侧的轴向端部设有朝可动轴2的径向外侧延长且与第1检测侧芯3的内周面相对的相对部16a。在第2磁铁侧芯17的与第1磁铁侧芯16相反侧的轴向端部设有朝可动轴2的径向外侧延长且与第2检测侧芯4的内周面相对的相对部17a。
永久磁铁18的轴向一端部被固定在第1磁铁侧芯16上。并且，永久磁铁18的轴向另一端部被固定在第2磁铁侧芯17上。而且，永久磁铁18设置在相对部16a、17a之间。而且，永久磁铁18在其厚度方向双极磁化。由此，磁铁单元8在第1和第2检测侧芯3、4之间产生方向不同的磁通环13a、13b。
来自第1～第3磁检测元件5、6、15的信号被输入到测定部14。测定部14将来自第1～第3磁检测元件5、6、15的信号相加，根据该相加结果对测定对象物的位置进行测定。其它结构与实施方式1相同。
当磁铁单元8朝轴向位移时，如图6所示，当永久磁铁18与第1磁检测元件5相对时，来自与永久磁铁18的距离最近的第1磁检测元件5的输出电压V1大于来自第2和第3磁检测元件6、15的输出电压V2、V3。
当在该状态下，例如如图7所示，磁铁单元8绕轴旋转了45°时，来自第1和第3磁检测元件5、15的输出电压V1、V3相等，来自第2磁检测元件6的输出电压V2小于V1、V3。并且，在旋转角度不是45°的情况下，磁通环13a、13b的流处于图6和图7的中间状态。
因此，将来自第1～第3磁检测元件5、6、15的电压V1～V3相加后的值是相同值而与可动轴2和磁铁单元8的绕轴的旋转角度无关，并仅根据可动轴2和磁铁单元8朝轴向的位移量而变化。因此，测定部14可将来自第1～第3磁检测元件5、6、15的电压信号相加，根据该相加结果对测定对象物的位置进行测定。
在这种磁式位置传感器中，由于在检测间隙g1内在周向上相互隔开间隔地设有第1～第3磁检测元件5、6、15，因而可使用长方体状的永久磁铁18对测定对象物的位置进行测定，与使用圆筒状的永久磁铁的情况相比可减少磁铁量。即，可在容许测定对象物的旋转的同时减少磁铁量。
并且，通过使用3个磁检测元件5、6、15，可使永久磁铁18为1个，可进一步减少磁铁量。
另外，在实施方式2中，根据来自第1～第3磁检测元件5、6、15的信号的相加结果对测定对象物的位置进行测定，然而也可以求出来自第1～第3磁检测元件5、6、15的信号的平均值，根据该平均值对测定对象物的位置进行测定。
并且，在实施方式1、2中，与检测单元7的内周面相对的永久磁铁11、12、18的面是平面，然而不限于此，例如如图8所示，也可以是沿着检测单元7的内周面的剖面圆弧状的曲面。
而且，在实施方式1、2中示出了圆筒状的检测单元7，然而不限于此，也可以是例如剖面多边形的筒状。
而且，在实施方式1、2中，将检测单元7固定，使磁铁单元8能与测定对象物一起位移，然而也可以相反。
并且，第1和第2磁铁侧芯9、10、16、17不必一定要进行分割。

Claims (5)

1.一种磁式位置传感器，该磁式位置传感器具有筒状检测单元和磁铁单元，
上述筒状检测单元具有：筒状的第1检测侧芯和第2检测侧芯，它们隔着检测间隙在轴向上并列配置；以及多个磁检测元件，它们在上述第1检测侧芯和第2检测侧芯的周向上相互隔开间隔地配置在上述检测间隙内，检测通过上述检测间隙的磁通，
上述磁铁单元具有磁铁侧芯和与上述磁铁侧芯结合的块状的永久磁铁，以能伴随测定对象物的位移相对于上述检测单元朝轴向相对地位移且能绕轴旋转的方式设置在上述检测单元内，在与上述第1检测侧芯和第2检测侧芯之间产生方向不同的多个磁通环。
2.根据权利要求1所述的磁式位置传感器，其中，
上述磁检测元件包含第1磁检测元件、和相对于上述第1磁检测元件绕轴错开90°配置的第2磁检测元件，
上述永久磁铁包含第1永久磁铁、和配置在上述第1永久磁铁的后侧的第2永久磁铁。
3.根据权利要求1所述的磁式位置传感器，其中，上述磁检测元件包含绕轴各错开120°配置的第1磁检测元件～第3磁检测元件。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁式位置传感器，其中，该磁式位置传感器还具有测定部，该测定部将来自上述磁检测元件的信号相加，根据其相加结果测定上述测定对象物的位置。
5.根据权利要求1～3中的任意一项所述的磁式位置传感器，其中，该磁式位置传感器还具有测定部，该测定部求出来自上述磁检测元件的信号的平均值，根据该平均值测定上述测定对象物的位置。
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