CN1330925C - 磁场形成装置及使用它的位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于，在组装位移传感器时，可以把永久磁铁等的磁性构件相对可动构件精确地安装在规定位置上。在位移传感器(10)上，可动构件(14)的轴(24)具有筒状部分(26)。筒状部分(26)的一端是开口(26c)。衬套(32)外嵌在永久磁铁等棒状磁性构件(28)的细处，其磁性构件(28)由开口(26c)插入筒状部分(26)内。磁性构件(28)的最粗处和衬套(32)通过紧贴在筒状部分(26)的侧壁(26b)上，从而配置成使磁性构件(28)与筒状部分(26)同轴。为了使磁性构件(28)在轴向不动而进行固定，筒状部分(26)的开口(26c)上施以挡块(26d)。

Description

磁场形成装置及使用它的位移传感器
技术领域
本发明有关具有如空穴IC那样的磁感应元件，以及发生磁场、并相对磁感应元件可相对移动的磁场形成装置，并且从磁感应元件输出具有与磁感应元件和磁场形成装置之间的相对位移量相应水平的电子信号的位移传感器。
本发明还有关使用永久磁铁之类的磁性构件为外部空间提供磁场的磁形成装置。
背景技术
特开2001-263319号公布的位置测量装置(位移传感器)具有安装在引擎进排气阀驱动轴那样的可动构件上的永久磁铁，利用该永久磁铁和空穴元件，可以检测出进排气阀的位置(位移)。棒状永久磁铁被收容在与驱动轴末端结合的筒状构件之中，利用环氧树脂系的粘合剂在筒状构件之中弹性地固定。
在这种位移传感器中，由于永久磁铁加工困难，所以把它直接安装在上述进排气阀驱动轴那样的可动构件上是困难的。因此，在专利文献1中公布的发明中，采用的是把筒状构件安装在检测对象物上，并把永久磁铁收容在该筒状构件中进行固定的构成。在这个构成中，永久磁铁需要配置在筒状构件内规定的位置，典型的是永久磁铁中心轴与筒状构件中心轴一致的位置(即与筒状构件同轴的位置)。但是，正如专利文献1所述，使用粘合剂把永久磁铁固定在筒状构件内的这个组装方法，要把永久磁铁的中心轴精确地定位在筒状构件的中心轴上比较难。此外，这个组装方法，由于粘合剂硬化需要相当长时间，所以还存在组装较慢的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，在磁场形成装置以及使用它的位移传感器中可以把永久磁铁等磁性构件精确地安装在规定位置。
本发明的另一个目的在于，使安装磁性构件的作业变得容易。
基于本发明的、为外部空间提供磁场的磁场形成装置拥有，具有带包围了柱状内部空间的侧壁的筒状部分、且在该筒状部分的一端具有开口的轴，被装入该轴的筒状部分的内部空间内相对该筒状部分固定的、为发生上述磁场的棒状磁性构件，被外嵌在该磁性构件上且紧贴在上述筒状部分的侧壁上把磁性构件中心轴固定在筒状部分的规定位置上的环状的衬套。
在该磁场形成装置中，被外嵌在棒状磁性构件上的环状的衬套紧贴在轴的筒状部分的侧壁上，磁性构件的中心轴固定在筒状部分的内部空间的规定位置(例如，内部空间的中心轴位置)上。组装时，把环状的衬套外嵌在磁性构件上，并且把该磁性构件由轴的一端开口插入筒状部分的内部空间，利用这样简单的作业，可以把磁性构件的中心轴精确地定位在内部空间的规定位置上。
在适合的实施形态中，棒状的磁性构件做成外径在轴向变化的形状(例如，中央处是变成最粗的纺锤形状)。轴的筒状部分的内部空间形成了与磁性构件最粗处匹配的尺寸和形状。因此，磁性构件在其最粗处紧贴在轴的筒状部分的侧壁上。而且，环状的衬套被外嵌在比磁性构件细的规定的一处，紧贴在轴的筒状部分的侧壁上。结果，磁性构件的中心轴位置被磁性构件的最粗处和环状的衬套固定。利用这个构成的话，组装时，把一个环状的衬套外嵌在磁性构件的上述规定的一处上，并插入筒状部分的内部空间，利用这个极其单纯的作业，就可以把磁性构件的中心轴的位置固定在筒状部分的规定位置上。
在适合的实施形态中，为了不使磁性构件在筒状部分内在中心轴方向移动而进行固定的挡块，被设在筒状部分开口的附近。利用这个构成的话，组装时，把磁性构件插入轴的筒状部分的内部空间，而且为了不使磁性构件从筒状部分拔出而在开口附近施以挡块，利用这个简单的作业，就可以把磁性构件完全固定在轴上。
在适合的实施形态中，上述衬套被配置在上述筒状部分的开口的附近，在其衬套上设置1个以上的孔或沟。而且，上述挡块被设在上述开口附近中没有堵塞上述孔或沟的位置上。
在适合的实施形态中，进而为了连通轴的筒状部分的内部空间和轴的外部空间的1个以上的孔或沟被设在筒状部分的侧壁或者衬套上。例如，这个位移传感器适用于油压的差压式传感器以及油压阀的行程传感器等用途时，可动构件移动的空间(即轴的外部空间)被液压油充满，而且，其外部空间的油压经常变动较大。这样即使在外部空间的压力变动较大的情况下，连通外部空间和内部空间的孔或沟，将防止外部空间和内部空间之间的压力差过大，结果，可以消除由于该压力差，磁性构件被推出轴外或者轴被损坏之类的担心。
基于本发明的另一侧面的位移传感器具备有，具有磁感应元件的主体，以及相对该主体可相对移动、并为了向磁感应元件的位置提供具有与位移相应的强度的磁场的、上述的构成的磁形成装置。
附图简单说明
图1是使用了基于本发明的磁场形成装置的位移传感器的一实施形态的剖面图。
图2中图2A是从前方看衬套32的主视图，图2B是图2A的A-A剖面图。
图3中图3A是沿着为固定保持架26后端部的永久磁铁28的结构的中心轴22的剖面图，图3B是从后方看保持架26后端部的后视图。
图4中图4A是表示使用了螺钉40的挡块变形例的剖面图，图4B是表示使用了盖子41的挡块的变形例的剖面图。
图5中图5A～图5C是表示固定不同形状永久磁铁28的轴位置的结构的变形例的剖面图。
图6是表示用2处的衬套32固定永久磁铁28的轴位置的变形例的剖面图。
图7是表示使用了2个永久磁铁和磁性材料组合后的复合体作为磁场发生源的变形例的剖面图。
具体实施方式
图1是使用了基于本发明的磁场形成装置的位移传感器的一实施形态的剖面图。图中，斜剖面线所示的零部件是磁性材料制的零部件。空白表示的零部件是除永久磁铁28外，非磁性材料(例如，非磁性不锈钢、塑料和橡胶等)制的零部件。
如图1所示，位移传感器10具有传感器主体12和可在插入传感器主体12内的棒状的轴向移动的磁形成装置(以下称为可动芯棒)14。传感器主体12，具有在前后端带开口的筒状的主体台架1 6，主体盖18被盖在该主体台架16的后端。主体台架16和主体盖18都是磁性材料制，构成传感器主体12的外壳，并具有从外部对传感器主体12的内部进行磁屏蔽的功能。
主体台架16内从其前端的开口侧插入耐压套管20并固定。在耐压套管20的外侧面不同的位置上，固定了1个或者多个(在该实施形态中，例如2个)的磁感应元件，例如空穴IC34A、34B。这些空穴IC34A、34B的输出信息通过信号电缆37送出到传感器主体12的外部，并被输入至图中未表示的信号处理回路。
耐压套管20其前端有开口，其内侧有由耐压套管20壁围成的细长圆柱状的、可动芯棒14用的移动空间30。该位移传感器10的代表性用途，例如在用油压的差压检测移动的滑阀的位移量以及油压阀的行程量这种油压机械中位移量检测，在这个用途中，耐压套管20内侧的移动空间30被高压的液压油充满，高压的油压施加在耐压套管20的壁上。耐压套管20是坚固的非磁性材料(例如，非磁性不锈钢)制，并具有充分的强度以抗来自内侧空间30的高压的油压。
可动芯棒14从耐压套管20的前端开口被插入移动空间30内。可动芯棒14被配置在与移动空间30同轴的位置上。可动芯棒14可以沿着其中心轴22在一定距离范围内移动。被插入在可动芯棒14的耐压套管20内的部分的外径，略微小于耐压套管20的内径，可动套管14的外面和耐压套管20的内面之间确保微小的留空量，这样，可动芯棒14可以平稳移动。如上所述，在油压机械中的位移量检测用途中，可动芯棒14和耐压套管20之间的间隙(移动空间30)被液压油充满。
可动芯棒14的主体是非磁性材料制的几乎圆柱形的轴24。这个轴24的前端部分25形成了与位移量测定对象物，例如为与油压阀的滑阀等结合的螺钉。被插入在轴24后半的耐压套管20内的部分26，成为了为固定永久磁铁28的保持架。该保持架26是圆筒状，具有包围了圆柱形内部空间26a的侧壁26b，另外后端有开口26c。在这个保持架26的内部空间26a内，被收容了圆棒状的永久磁铁28。保持架26的侧壁26b的后端缘有多个爪26d。这些爪26d为了封闭开口26c向内侧弯曲接在永久磁铁28的后端面上。也就是说，爪26d作为挡块在保持架26内为了不使永久磁铁28在中心轴22方向移动而进行固定。此外，利用以下所述的方法，永久磁铁28在保持架26内被固定在与之同轴的位置上。
永久磁铁28因中心轴22方向所处场所而形成粗细(外径)不同的形状。例如，在本实施形态中，永久磁铁28在轴向的中央处最粗，从这里向两端形成了锥形的纺锤状的形状。选择这种永久磁铁28的形状，是为了把永久磁铁28形成的磁场33的强度(特别是被空穴IC34A、34B检测出的磁场成分的强度)的分布达到规定的特性(例如线性)。而且，保持架26的内部空间26a形成了与永久磁铁28的最粗处(在该实施形态中为中央处)匹配的形状和尺寸。因此，永久磁铁28在其最粗的中央处，紧贴在保持架26的侧壁26b上。永久磁铁28的细的后端部外嵌了圆环状的衬套32。衬套32在其内侧面紧贴在永久磁铁28上的同时，还在其外侧面紧贴在保持架26的侧壁26b上。因此，永久磁铁28在其最粗的中央处和安装了衬套32的后端的2处被固定，以使其轴位置与保持架26的中心轴22一致。通过适当地选择衬套32的材质，还可以缓和施加在永久磁铁28上的应力。
保持架26的内部空间26a从永久磁铁28的中央部被分为前方区域和后方区域两个区域。在保持架26侧壁26b的1处或者多处上，贯穿着连通保持架26内部空间26a前方区域和保持架26外部空间(即移动空间30)的压力排泄孔26e。此外，如后述的图2所示，在衬套32上，形成了连通保持架26内部空间26a的后方区域和保持架26外部空间(移动空间30)的压力排泄沟32c。在上述的油压机械的位移量测量的用途中，保持架26的外部空间(移动空间30)被高压的液压油充满，而且，特别是在建筑机械等情况下，其液压油的油压大幅变动。即使在这种情况下，由于利用压力排泄孔26e以及压力排泄沟32c的作用，可以把保持架26的内部空间26a和外部空间(移动空间30)之间的压力差控制较小，所以可以防止该压力差过大引起的问题。
例如，这里假设有个既没有压力排泄孔26e，也没有压力排泄沟32c的结构。当保持架26的外部空间(移动空间30)的油压非常高时，其高压液压油有时会通过衬套32以及永久磁铁28和保持架26的侧壁26b之间的微小间隙浸入内部空间26a内。然后，保持架26的外部空间(移动空间30)的油压降低了时，有时由于内部空间26a内的较高的油压，永久磁铁28被推出保持架26之外，或者保持架26损坏。这种问题可以利用上述的压力排泄孔26e以及压力排泄沟32c消除。
图2所示的是衬套32的构成。图2A是从前方看衬套32的主视图，图2B是图2A的A-A剖面图。
如图2所示，衬套32具有为紧贴在永久磁铁28上的内侧面32a和为紧贴在保持架26的侧壁26b上的外侧面32b。外侧面32b的1处或者多处上，形成了压力排泄沟32c。
图3所示的是为固定保持架26后端部永久磁铁28的结构。图3A是沿着保持架26后端部结构的中心轴22的剖面图，图3B是从后方看保持架26的后端部的后视图。
如图3所示，从保持架26的后端的缘延伸的、例如4个爪26d沿着衬套32和永久磁铁28的后端部的外形状弯曲至内侧，这样，作为挡块为了不使永久磁铁28在轴向移动而把它牢固地固定。如图3B所示，衬套32的压力排泄沟32c被定位在爪26d和爪26d之间的空间内。
此外，作为挡块，除了把图3所示的、被分割的多个爪26d弯曲以外，还可以使用各种构成。例如，也可以把保持架26的后端的缘围绕整个圆周同样地向内侧弯曲缩紧，作为挡块。或者如图4A所示，也可以把旋进保持架26内的螺钉40用作挡块，以此固定永久磁铁28和衬套32，或者如图4B所示，把盖在保持架26上的盖子41用作挡块，以此固定永久磁铁28和衬套32。此外，也可以在保持架26的侧壁26b上开设追加的压力排泄孔，以替代在衬套32上设置压力排泄沟32c。
此外，永久磁铁28的形状也可以根据所需要的磁场33的分布特性，采用与图1所示的纺锤形不同的形状。而且，如图5A～图5C所示，根据永久磁铁28的形状，固定其轴位置用的结构(例如，衬套23的位置以及尺寸等)也可以不同。
进而，在图1及图5A～图5C中分别所示的例子中，永久磁铁28为了在其最粗处紧贴在保持架26的侧壁26b上，通过在其以外的一处安装衬套32，可固定其轴位置。但是，取而代之，也可以在永久磁铁28的多处，例如在2处上安装衬套32，以便用该2处的衬套32固定永久磁铁28的轴位置。图6所示的是其一例。图6所示的变形例中，利用分别外嵌在永久磁铁28两端上的2个衬套32A和32B，固定永久磁铁28的轴位置。这时，永久磁铁28本身不需要直接接触保持架26的侧壁26b。用衬套32A和32B缓和施加在永久磁铁28上的应力将更加容易。
此外，作为磁场发生源，还可以使用1个或多个永久磁铁和磁性材料组合后的复合体，替代单体永久磁铁28。图7所示的是这种方式的一例。图7所示的变形例中，导磁率较高的磁性材料制的圆筒状的支架50的两端部外嵌着两个圆环状的永久磁铁51A和51B。为了使这个支架50和永久磁铁51A和51B的复合体形成的磁场的分布成线性，支架50的外径在两端部为最大，从那里向中央成为锥形的外形状。这个复合体也是其轴位置由分别外嵌在两端2处上的2个衬套32A和32B固定。
以上，就本发明的一实施形态和若干变形例进行了说明。这些实施形态和变形例，把组装时的永久磁铁28(或者支架50和永久磁铁51的复合体)安装到可动芯棒14的轴24上的作业都比现有技术容易，且用短时间完成。也就是说，把1个(或多个)衬套32外嵌在永久磁铁28(或者支架50和永久磁铁51的复合体)上，把它从保持架26的后端开口26c插入到保持架26的内部空间26a中，而且，利用在开口26c上施以挡块这个简单作业，可以永久磁铁28(或者支架50和永久磁铁51的复合体)自然而然地固定在与保持架26同轴的规定位置上。
以上说明的实施形态及变形例只不过是为说明本发明的示例，其主旨并未把本发明的范围只限于该实施形态。本发明，不超过其主旨，还可以在其他各种形式中实施。

Claims (6)

1.一种磁场形成装置，在外部空间提供磁场，其特征在于，包括：
具有带包围了柱状内部空间的侧壁的筒状部分、且在上述筒状部分的一端具有开口的轴，
被装入上述轴的上述筒状部分的上述内部空间内相对上述筒状部分固定的、发生上述磁场的棒状磁性构件，
被外嵌在上述磁性构件上且紧贴在上述筒状部分的上述侧壁上，把上述磁性构件中心轴固定在上述筒状部分的规定位置上的环状的衬套。
2.如权利要求1所述的磁场形成装置，其中，
在上述筒状部分的上述开口的附近，具有不使上述磁性构件在上述筒状部分内在上述中心轴方向移动而进行固定的挡块。
3.如权利要求1所述的磁场形成装置，其中，
在上述筒状部分的侧壁或者上述衬套上，设置了连通上述轴的上述筒状部分的上述内部空间和上述轴的外部空间的孔或沟。
4.如权利要求1所述的磁场形成装置，其中，
上述衬套被配置在上述筒状部分的上述开口的附近，
在上述衬套上，设置了连通上述轴的上述筒状部分的上述内部空间和上述轴的外部空间的孔或沟，
在上述开口的附近中没有堵塞上述孔或沟的位置上，具有不使上述磁性构件在上述筒状部分内在上述中心轴方向移动而进行固定的挡块。
5.一种位移传感器，其特征在于包括，具有磁感应元件的主体，以及相对上述主体可相对移动、并向上述磁感应元件的位置提供具有与位移相应的强度的磁场的磁场形成装置，
上述磁场形成装置，包括，
具有带包围了柱状内部空间的侧壁的筒状部分、且在上述筒状部分的一端具有开口的轴，
被装入上述轴的上述筒状部分的上述内部空间内相对上述筒状部分固定的、发生上述磁场的棒状磁性构件，
被外嵌在上述磁性构件上且紧贴在上述筒状部分的上述侧壁上，把上述磁性构件中心轴固定在上述筒状部分的规定位置上的环状的衬套。
6.如权利要求1所述的磁场形成装置，其中，
上述磁性构件是在上述中心轴方向上外径变化的形状。
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