CN1637379A - 磁线性位置传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明的磁线性位置传感器具有：由软磁性材料组成的第一支架；设于第一支架中，表面为N极且此表面倾斜的第一磁铁；设于第一支架中，表面为S极且此表面与第一支架的表面成相反方向与第一磁铁的表面取相对方向倾斜的第二磁铁；经空隙配置于与上述第一，第二磁铁相对位置处由软磁性材料组成的第二支架，设于该空隙中的磁铁变换元件。
Description
技术领域
本发明涉及采用将磁通的变化变换为电压的霍尔元件等磁电变换元件，非接触地检测线性位移的磁线性传感器。
背景技术
现据图6说明过去所参考的磁线性传感器。于两个软磁性材料组成的定子支架20、22之间设有传感器间隙24，于此传感器24之间设置霍尔元件26，霍尔元件26输出对应于磁通变化的电压，由电子支架20、22与霍尔元件26构成定子。与传感器间隙24成直角方向通过主空气间隙28设置永磁铁30，永磁铁30沿其厚度方向NS极磁化，固定着永磁铁30和软磁材料组成的轭铁34。轭铁34的两个脚部32经与主空气间隙28大致相等空气隙与定子相对，在轭铁34上安装滑标36，由永磁铁30与轭铁34构成可动元件。此可动元件配相对于定子作直线运动。
在这种磁线性位置传感器中，如图6所示，当可动元件相对于定子位于中央时，永磁铁30与轭铁34以及脚部32借助定子支架20、22而形成磁路A、B，使通过霍尔元件26的磁通为零，但当可动元件向左右移动时，磁路A、B失去平衡，磁路A的磁通通过霍尔元件，通过霍尔元件26的磁通从图6所示的状态随着可动元件的右移徐徐增加，到图7所示状态时成为最大。进而当可动元件左移时，磁路B的磁通通过霍尔元件26，通过霍尔元件26的磁通从图6所示状态随着可动元件左移而徐徐增加，到图8所示状态时成为最大。此时由于磁路B的磁通方向与磁路A的磁通方向反向，若是以图7所示的滑标36的右移为正，则图8所示的滑标的左移便作为负检测出口因此通过霍尔元件26检测磁通便可作接触地探测线性位移。
但是磁感应线通过两个定子支架元件而可动元件伴随永磁铁30移动的磁感应方向在跨越NS的双极性上变化，因而由于定子支架20、22的软磁材料的磁化特性而发生磁滞现象，这就是说，当可动元件在朝一个方向移动时和朝另一方向移动而返回时的同一位置处，霍尔元件26的输出电压值中产生差别，
一般，当把电磁性软铁材料用作软磁材料时，残存有总体的约0.5％的磁滞，在使用高硅钢板时残留有约0.2％的磁滞，而即今是采用波莫合金等更高级的磁性材料也还残留有约0.1％的磁滞，因而对于要求有高的检测精度的用途是一个不能无视的问题。
作为解决这种问题的对策，可以考虑会减小软磁材料的磁滞所致的输出电压差。但在这种磁路结构下是非常难以减小或是消除磁滞的，例如为了减小磁滞而采用高级磁性材料等或是再加以退火处理等后，这就将提高磁线性位置传感器的整体价格。此外，在作为磁线性位置传感器的要求特性中重现检测值再显性的用途中，即便是0.1％级的磁滞也不是可以忽视的程度，有时在精度上会作为一个大的值而成为问题，因此最好希望没有磁滞。
发明内容
本发明的目的在于提供在磁电变换元件的输出中不发生磁滞误差的磁线性位置传感器。
根据本发明提供的磁线性位置传感器具有：软磁材料组成的第一支架，设于第一支架中，表面为N极且表面倾斜的第一磁铁；设于第一支架中，表面为S极且表面与第一支架的表面成相反方向而与第一磁铁的表面取相对方向倾斜的第二磁铁；经过空隙配置于与第一、第二磁铁相对位置处的由软磁性材料组成的第二支架；设置于此空隙中的磁电变换元件。
在这种磁线性位置传感器中由于是通过磁电变换元件检测空隙内的磁场，故从原理上说不会发生与固磁路而有的磁滞特性，从而在磁电变换元件的输出中不会产生磁滞误差。
附图说明
图1示明本发明的磁线性位置传感器的基本结构；
图2说明图1所示磁线性位置传感器的磁通流；
图3是示明图1所示磁线性位置传感器的线性位移与检测的磁通密度的关系的曲线图；
图4是示明图1所示磁线性位置传感器的线性位移与线性误差的关系的曲线图；
图5是示明图1所示磁线性位置传感器的线性位移与线性误差的关系的曲线图；
图6示明过去考虑过的磁线性位置传感器的基本结构；
图7说明图6所示磁线性位置传感器的工作；
图8说明图6所示磁线性位置传感器的工作。
具体实施方式
下面据图1((a)为正视图，(b)为侧视图)说明本发明的磁线性位置传感器。于软磁性材料构成的第一支架2的上部设置按V字形倾斜的斜面2a、2b，斜面2a的倾角与斜面2b的倾角相等，斜面2a、2b沿检测线性位移的方向并列地设置，支架2的底面2c与检测线性位移的方向平行。斜面2a上设有第一磁铁4，磁铁4的表面4a为N极，斜面2b上设有第二磁铁6，磁铁6的表面6a为S极，磁铁4的表面4a倾斜，磁铁6的表面6a沿与表面4a倾斜方向相反的方向且与表面4a相对的方向倾斜，表面4a的倾角与表面6a的倾角相等，表面4a、6a沿检测线性位移的方向并列地设置，表面4a与表面6a构成V字形。在磁铁4、6经过空隙相对的位置上设有第二支架10，支架10由软磁材料构成且与检测线性位移的方向平行。支架2、磁铁4与6以及支架10的组件与非磁性材料组成的框架12取整体结构，构成单元。在空隙8部分中设置霍尔元件等磁电变换元件14，磁电变换元件14能相对于磁路单元沿与支架10平行的方向即检测线性位移的方向移动，磁电变换元件14的磁敏面与检测线性位移的方向平行。亦即磁电变换元件14的磁敏面与支架10的长度方向相平行地配置，磁电变换元件14的磁敏面朝向检测与磁电变换元件14移动方向垂直的磁通密度的变化的方向。
下面根据图2说明图1所示磁线性位置传感器的磁通流与工作原理。由于表面4a、6a与支架10之间的空隙8的长度为要使检测线性位移方向的中心部分大和在两端部小而取线性变化，故从磁铁4发出的磁感应线朝磁铁6的方向弯曲。因此，在磁铁4、6的中心部，从磁铁4发出的磁感应线虽然直接流入磁铁6，但随着从磁铁4、6的中心部朝向两个端部，从磁铁4发出的磁感应线也流入支架10，在通过支架10之中时可增多朝向磁铁6的磁感应线，于是磁铁4、6与支架10之间的空隙8中形成磁通密度的变化图案。特别注意与支架10成直角方向的磁通分量时，则在中心部分与支架10成直角方向的磁通分量为零，而随着朝向左右外侧一个支架10垂直方向上的磁通分量变大。从而在将磁电变换元件14的敏磁面配置成与支架10纵向平行时，当于空隙8之中便磁电变换元件14沿着与支架10平行的方向移动时，由磁电变换元件14检测的磁通密度便按线性变化。
具体地说，如图2(a)所示，当磁电变换元件14在中央时，在垂直于磁电变换元件14的敏磁面垂直方向上没有磁通分量，因而磁电变换元件14的输出电压为零。此外，如图2(b)所示，当把磁电变换元件14从中央右移，则在垂直于磁电变换元件14的敏磁面方向上的磁通分量渐次增加，于右端成为最大，相反，如图2(c)所示，当把磁电变换元件14从中央左移，则与磁电变换元件14的敏磁面垂直方向上的磁通分量渐次增加，到左端时为最大。此时，在图2(b)与2(c)中，由于磁感应线的方向相反，磁电变换元件14的输出电压的极性反转。于是可根据磁电变换元件14的输出电压非接触地检测出线性位移。
以上是就磁电变换元件14于空隙8中移动时进行说明，但也可将磁电变换元件14固定而移动磁路单元，而能根据磁电变换元件14的输出电压非接触地检测出线性位移。
图3是示明磁线性位置传感器的线性位移与检测的磁通密度关系的曲线图，其中将图1中各部分的尺寸分别设为A＝30mm、B＝14mm、C＝6mm、D＝2.5mm、E＝1mm、F＝8mm、G＝1.5mm，而能检测的线性位移为10mm。
此磁线性位置传感器的线性位移与线性误差(与直线比较时的误差)关系如图4所示，线性误差≤0.1％。
图5是示明磁线性位置传感器的线性位移与线性误差关系的曲线图，其中将图1中各部分尺寸分别设定为A＝34mm、B＝13mm、C＝6.7mm、D＝2.5mm、E＝1mm、F＝8mm、G＝2.5mm，而能检测的线性位移为25mm，此时的线性误差≤0.6％。
上述各部分的尺寸并非唯一性的，可以有各种各样的组合，能根据测定范围与要求的线性特性，通过磁场分析模拟等求出最优值。以上例子是这样求得的结果的一个例子。
这样，在本发明的磁线性位置传感器中，通过磁电变换元件14检测空隙8内的磁场，此时由于磁铁4、6与支架10的设置固定，磁路内磁力线的流动也固定，且磁铁4、6与支架10的组件也以整体化的形式移动，从而在原理上不会发生磁路所致的磁滞特性，于是磁电变换元件14的输出而会产生磁滞误差。
此外，除霍尔元件外，还可以将磁阻效应传感器或MI(磁抗)传感器用作磁电变换元件。特别是将霍尔元件用于敏磁部分中时，将AD变换、DSP、DA变换电路等取整体化结构的可编程霍尔IC适合于这种用途。可编程霍尔IC内设有确定磁通密度与输出电压关系的增益调整与改变磁场极性与输出电压极性的功能，或是消除温度变化所致磁性质变化的温度特性补偿功能等，还由于这些功能为可编程的，因而是目前状况下最易使用的磁电变换元件14，能简单地进行决定传感器灵敏度的增益设定与磁铁温度特性的校正。
此外，磁铁4、6为薄板状形式，可采用片成形型的磁铁。由于易从延压成均匀薄板形的材料切出而易制造磁铁4、6，可不用价昂的模具，从而有可廉价制造的优点。特别是，SmFeN系稀土类粘合式磁铁片成形型的磁性质的温度系数小，耐热性也高达150℃，将这种磁线性位置传感器用作汽车用传感器等时最为适当的。
此种磁线性位置传感器是用于将机械的线性位移作为电气输出检测的传感器，适用于机械装置的部件位置检测例如胶板印刷机的版筒位置的检测与汽车节流阀以及其他的位置传感器。它与电位计等接触式传感器相比，由于取无接触的结构就不会有机械振动所致的摩擦等，从而能制成可靠性高的传感器。
Claims (4)
1.一种磁线性位置传感器，它包括：
a)由软磁性材料构成的第一支架：
b)设于上述第一支架中，表面为N极且此表面倾斜的第一磁铁；
c)设于上述第一支架中，表面为S极，且此表面与上述第一支架的表面成相反方向而与上述第一磁铁表面取相对方向倾斜的第二磁铁，
d)经过空隙配置于与上述第一、第二磁铁相对位置处的由软磁性材料构成的第二支架；
e)设于上述空隙中的磁电变换元件。
2.根据权利要求1的磁线性位置传感器，其中将片成形型的磁铁用作上述第一、第二磁铁。
3.根据权利要求2的磁线性位置传感器，其中采用SmFeN系稀土类结合型磁铁的片成形型的磁铁用作上述第一、第二磁铁。
4.根据权利要求1的磁线性位置传感器，其中将可编程霍耳IC用作磁电变换元件。
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| PB01 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |