JP2001074409A - 非接触式ポジションセンサ - Google Patents
非接触式ポジションセンサInfo
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Abstract
タリセンサに適用した場合は任意の使用角度を設定で
き、リニアセンサに適用した場合は磁石の厚さを厚くし
ても漏れ磁束が増加することのない非接触式ポジション
センサを提供する。 【解決手段】 2つの磁石対向辺101a,101bを
有する第1ステータ101と、上記2つの磁石対向辺を
結ぶ軌跡上に1つの磁石対向辺102aを有する第2ス
テータ102と、上記第1、第2ステータ間に設けられ
たホール素子103と、上記3つの磁石対向辺と対向す
るように上記軌跡に沿って移動自在であるとともに上記
軌跡の方向に隣接配置された2つの磁石104,105
と、を有する。
Description
て電圧に変換するホール素子を用いた非接触式ポジショ
ンセンサに関し、特に、磁石に向き合う磁石対向辺が3
つあるステータを用いたセンサに関する。
センサとしては、ロータリーセンサとリニアセンサとが
ある。図26は、特開平8−35809号に記載された
従来のロータリセンサの中央断面図である。同図に示す
ように、結合軸1は、最外側に円筒型のロータ2を有
し、このロータ2の内側には、円筒型の永久磁石3が固
定されている。永久磁石3の内側には、永久磁石3から
若干の隙間を設けて半円型をした2つのステータ4,5
が固定される。ステータ4,5の間には、直径方向に伸
びる隙間6が形成され、この隙間6の中にホール素子7
がある。
と永久磁石3とが回転すると、ホール素子7を通過する
磁束が変化し、この磁束の変化がホール素子7の電圧の
変化となって表れ、この電圧の変化を測定することによ
って、ロータ2の回転角度を測定することができること
になる。
載されたリニアセンサの構成を示す。このセンサは、ホ
ール素子11と、このホール素子11を挟んで設けられ
たステータ12,13と、可動磁石14とを有し、可動
磁石14のステータ12,13と反対側にもう一つのス
テータ15を設けた構成となっている。
れ、スライダ16がその長手方向に移動する。可動磁石
14が(a)のようにステータ12,13の中間にある
と、2つの磁気回路A,Bが対称的に形成され、中心に
位置するホール素子11を通過する磁束は0となる。可
動磁石14が(b)に示すように右に移動すると、磁気
回路A,Bのバランスが崩れ、ホール素子11は磁気回
路Aに含まれるので、この間の磁束の変化が検知され、
スライダ16の移動長さを知ることができる。可動磁石
14が(c)に示すように左に移動すると、ホール素子
11は、磁気回路Bに含まれ、この間の磁束の変化から
スライダ16の位置を検知できることになる。
て、図26のロータリーセンサは、環状の永久磁石を使
用しているので、出力特性角は180゜サイクルで出力
勾配が設定される。そのうち使用可能角は150゜程度
となり、150゜以下で使用する場合は、それだけ分解
能が低下するという問題があった。
石14の厚さtが厚くなると、ステータ12,13と、
ステータ15との距離は大きくなり、漏れ磁束が増加し
出力値の直進性が悪化してしまう。これを避けるために
厚さtを薄くすると、磁力が弱くなって所定の感度を得
られなくなる、という問題があった。
で、センサとしての基本的な構成が共通し、ロータリセ
ンサに適用した場合は、任意の使用角度を設定でき、リ
ニアセンサに適用した場合は、磁石の厚さを厚くしても
漏れ磁束が増加することのない非接触式ポジションセン
サを提供することを目的としている。
めに本発明の非接触式ポジションセンサは、2つの磁石
対向辺を有する第1ステータと、上記2つの磁石対向辺
を結ぶ軌跡上に1つの磁石対向辺を有する第2ステータ
と、上記第1、第2ステータ間に設けられたホール素子
と、上記3つの磁石対向辺と対向するように上記軌跡に
沿って移動自在であるとともに上記軌跡の方向に隣接配
置された2つの磁石と、を有することを特徴としてい
る。
石であってスライダに保持され、該スライダが直線の軌
跡に沿って進退可能である構成を特徴としている。ロー
タリセンサとしては、上記磁石が湾曲した磁石であって
ロータに保持され、該ロータが円弧の軌跡に沿って回動
可能である構成を特徴としている。
2ステータをケース内に収容するとともに、該ケース内
に上記磁石と第1、第2ステータとの距離を一定に保つ
案内部と上記スライダを進退自在に支持する軸受部とを
形成した構成としてもよい。
されたレールと、スライダに設けられた1又は2以上の
コロとを有する構成としたり、上記コロが上記2つの磁
石の重心位置近くにあって、スライダの進退方向と直交
する方向に一対設けられている構成とすることができ
る。
テータをケース内に収容し、該ケースのカバーにガイド
ピンを立設して該ガイドピンで第1ステータを貫通保持
するともに、第1ステータを貫通したガイドピンに上記
ロータを回動自在に軸支させた構成とすることができ
る。
内に収容し、上記ロータに中空結合部を形成し、上記ケ
ースに上記ロータの中空結合部と嵌合する突起部を設け
た構成としてもよい。
いて、上記第1、第2ステータの上記軌跡と直交する方
向の幅と、上記可動磁石の軌跡と直交する方向の幅とが
ほぼ同じである構成とすることが望ましい。
つの磁石対向辺の両側に第1ステータの2つの磁石対向
辺を対称に配置し、第1ステータの磁石対向辺の長さを
Sa1,Sa2第2ステータの磁石対向辺の長さをSa
3、2つの磁石の長さをMa1,Ma2、磁石間の隙間
をGa1、3つの磁石対向辺間の隙間をGa2,Ga3
とし、磁石のストロークを2Lとした場合、 Ma1=Ma2=2L−Ga1 Ga1=Ga2=Ga3 Sa1=Sa2=Sa3=Ma1 という構成が最も高感度となる。
ータの1つの磁石対向辺の両側に第1ステータの2つの
磁石対向辺を対称に配置し、第1ステータの2つの磁石
対向辺の長さをSb1,Sb2、第2ステータの磁石対
向辺の長さをSb3、2つの磁石の長さをMb1,Mb
2、磁石間の隙間をGb1、3つの磁石対向辺間の隙間
をGb2,Gb3とし、磁石のストロークを2Lとした
場合、 Mb1=Mb2=L−Gb1/2 Gb1=Gb2=Gb3 Sb1=Sb2=Sb3/2=Mb1 という構成が最もコンパクトとなる。
の磁石対向辺の両側に第1ステータの2つの磁石対向辺
を対称に配置し、第1ステータの2つの磁石対向辺の中
心角をSθa1,Sθa2、第2ステータの磁石対向辺
の中心角をSθa3、2つの磁石の中心角をMθa1,
Mθa2、磁石間の隙間をGθa1、3つの磁石対向辺
間の隙間をGθa2,Gθa3とし、磁石のストローク
を2θとした場合、 Mθa1=Mθa2=2θ−Gθa1 Gθa1=Gθa2=Gθa3 Sθa1=Sθa2=Sθa3=Mθa1 という構成が最も高感度となる。
両側に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置
し、第1ステータの2つの磁石対向辺の中心角をSθb
1,Sθb2第2ステータの磁石対向辺の中心角をSθ
b3、2つの磁石の中心角をMθb1,Mθb2、磁石
間の隙間をGθb1、3つの磁石対向辺間の隙間をGθ
b2,Gθb3とし、磁石のストロークを2θとした場
合、 Mθb1=Mθb2=θ−Gθb1/2 Gθb1=Gθb2=Gθb3 Sθb1=Sθb2=Sθb3/2=Mθb1 という構成が最もコンパクトになる。
ホール素子が挿入される隙間の間隔が、磁石間の隙間及
び3つの磁石対向辺間の隙間と等しい構成とすることが
望ましい。
ンセンサを図面を用いて説明する。図1は本発明の非接
触式ポジションセンサの基本構成を示す図で、リニアセ
ンサに適用した例を示す。本発明のセンサは、第1ステ
ータ101と、第2ステータ102と、これらの間に配
置されたホール素子103と、これらに対向して配置さ
れた可動磁石104,105と、可動磁石を結合するス
ライダ106とで構成される。
側に磁石対向辺101a,101bを有し、第2ステー
タ102は、ただ1つの磁石対向辺102aを有し、こ
れら3つの磁石対向辺101a,101b,102a
は、一つの直線上に配置されている。第1、第2ステー
タ101,102とホール素子103の配置は、鏡面対
称である。スライダ106は、図の矢符号で示すよう
に、その長手方向に進退可能で、その移動量が、このセ
ンサによって検知される。
介して配置された同じ長さの板状磁石で、その厚さ方向
に磁極N,Sが形成され、可動磁石104と105とで
は、磁極が反対になるように図示のように配置される。
このような磁極の配置は、以下に記載する他の実施例で
も同様となっている。
105が丁度中央にある場合、可動磁石104,105
と第1ステータ101とによって磁気回路Aが形成さ
れ、可動磁石104,105と第2ステータ102とに
よって磁気回路Bが形成され、ホール素子103を通過
する磁束は0となる。
105が右端にくると、可動磁石と第1、第2ステータ
101,102の右側とで磁気回路Cが形成され、ホー
ル素子103を磁束が通過する。ホール素子103を通
過する磁束は、(a)の0から可動磁石が右に移動する
に連れて徐々に増加し、(b)で最大となる。そして、
磁束の変化に応じた電圧を出力し、可動磁石の位置、す
なわち、スライダ106の位置を検知できることにな
る。
105が左端に移動すると、第1ステータ101の左側
に偏った磁気回路Dが形成される。この磁束の方向は磁
気回路Cとは逆向きになるので、スライダ106の右方
向の移動量をプラスとすれば、この(c)の左方向への
移動はマイナスとして検知される。
次の特性を有する。 磁気回路が閉ループで構成されており、磁束の漏れが
すくない。 スライダ106は磁力によりその移動方向と直角方向
にはずれにくいため出力変動が少ない。 可動磁石104,105の厚さtが厚くなっても、磁
束漏れが増すことはない。 スライダ106が常に第1、第2ステータ101,1
02側に吸い寄せられているので、振動を受けても動き
にくい。
角度センサに適用した実施例である。この非接触式ポジ
ションセンサ110は、2つの磁石対向辺111a,1
11bを備えた第1ステータと、1つの磁石対向辺11
2aを備えた第2ステータと、これらの間に配置された
ホール素子113と、可動磁石114,115と、これ
ら可動磁石を固定するロータ116とから構成される。
12aは、同一の円弧上に配置され、全体でほぼ半円を
形成している。一方、可動磁石114,115は、磁石
対向辺の円弧と同じ曲率中心を持つ湾曲した板状磁石
で、円弧に沿って配置され、ロータ116はこの円弧に
沿って矢印のように回動する。
が円弧に沿って移動すると、図1と同じように磁気回路
A,B,C,Dに相当するものが形成され、ホール素子
113を通過する磁束が変化し、これを検知することで
ロータ116の回転角度を検出することができることに
なる。
サを実際のリニアセンサに適用した組立図で、(a)は
センサ中央の断面図、(b)は(a)のI−I断面図で
ある。これらの図において、センサのケース120内の
空間に、第1ステータ121と第2ステータ122が収
容され、これらの間にホール素子123が配置される。
可動磁石124,125は、スライダ126内の第3ス
テータ126aに貼付され、第1、第2ステータ12
1,122に対面するように収容される。
あり、ケース120内に形成されたレール127上を転
動自在となっている。また、スライダ126のステータ
に面する側と反対側には、スプリング受部126cがあ
り、ケース120内に形成されたスプリング受部120
aとの間にコイルスプリング128を嵌装し、スライダ
126を常に、図の下方に向けて付勢している。
ケース120の軸受120bに支持され、可動磁石12
4,125が第1、第2ステータ121,122を吸引
したとき、コロ126bがレール127に接触すること
でそれ以上ステータ121,122に近づくことができ
なくなる。コロ126は、可動磁石124,125と第
3ステータ126aの重心近くに設けられていることか
ら、左右一対で安定して支持できるが、可動磁石12
4,125の上下両端近くに一対づつ、計4個設ける構
成等、他の構成としてもよい。また、軸受120bとス
ライダ126との間にガタツキがあっても、上記のコロ
126bとレール127との支持により支障を生じるこ
とはない。
5によってステータの中心に吸引されるため、スライダ
126が可動磁石124,125の吸引方向と直角方向
にズレることはない。しかしながら、第1、第2ステー
タ121,122の移動方向と直交する方向の幅Hと、
可動磁石124,125の同じ方向の幅hとをほぼ等し
くしておくことが最も望ましい。
イダ126を、一対又は複数対のコロ126とレール1
27とにより支持し、さらに、軸受120bにおいて支
持したので、寸法の誤差等が生じてもスライダを安定し
て支持でき、スムーズに摺動させることが可能となっ
た。また、外部から振動を受けてスライダと可動磁石に
荷重が発生しても、その荷重がスライダの軸受120b
に殆ど加わらないので、軸受けの摩耗が少ない。さら
に、一対のコロ126と軸受120bで支持する構成な
ので、メカニカル・ヒステリシスが小さく、したがっ
て、作動時の出力ヒステリシスも小さい。
サを実際のロータリーセンサに適用した組立図である。
同図においてケース130内には、第1ステータ13
1、第2ステータ132があり、これらの間にホール素
子133が挿入されている。
は、カバー137で閉止されるが、このカバー137に
はロータ136を回動自在に支持するガイドピン137
aと、第2ステータ132を固定するピン137bとが
ある。ガイドピン137aは第1ステータ131を貫通
支持し、貫通した先にロータ136が回動自在に嵌合さ
れる。もう一方のピン137bには、第2ステータ13
2が嵌合固定される。また、ロータ136とケース13
0との間の空間には渦巻き状のバネ138が嵌装され、
ロータ136がガイドピン137aを軸として一方向に
回転するように常時付勢している。図示しないが、ロー
タ136の回転を所定の位置で止めるためのストッパが
設けられている。
132と対向する位置まで延設され、ここに第3のステ
ータ136aが嵌装され、第3のステータには円弧状の
2つの可動磁石134,135を1つの円弧に沿って配
置する。
位置関係は、図2に示したものと基本的には同じであ
る。以上の構成であるから、可動磁石134,135
は、ガイドピン137aを中心に回転し、第1、第2ス
テータ131,132の磁石対向辺が形成する円弧に沿
って移動する。
合部にガタツキがあって、可動磁石134,135に磁
石の吸引方向のずれが生じた場合、可動磁石134,1
35と第1、第2ステータとの間で吸引するので、ガタ
ツキの一方に片寄せられ、出力精度への影響が小さくな
り、作動ヒステリシスも殆ど無く、作動に影響を与える
ことはない。
に生じた場合、これはガイドピンのスラスト方向のずれ
となるが、可動磁石134,135と第1、第2ステー
タ131,132の位相が一致するように規制され、ス
ラスト方向のガタツキも吸収される。
施例であるが、この実施例は、ガイドピンを使用しない
例である。(a)は中心の断面図、(b)は(a)のII
−II断面図、(c)は(a)のIII−IIIから見た図で、
図2に対応する図である。
と第2ステータ142が円弧に沿って配置され、これら
の間にはホール素子143が、外側には可動磁石14
4,145と第3のステータ146aとが配置される。
可動磁石144,145と第3のステータ146aと
は、ともにロータ146に固定され、ロータの回転によ
って第1、第2ステータの円弧の若干外側を隙間を介し
て回動自在である。
空結合部146cをケースの突起部140aに嵌合して
ケース140に回動自在に支持され、他方は、ロータリ
センサの取り付け相手のボディ149から突出したシャ
フト148に支持される。図5(b)に示すように、シ
ャフト148の先端には切欠部148aがあり、ロータ
146に形成された切欠部146bと重なって回り止め
となっている。
と、可動磁石144,145が円弧上を移動し、ホール
素子143を通過する磁束が変化するので、シャフト1
48の回転角を測定できることになる。
4,145の吸引方向のガタツキが生じた場合、可動磁
石144,145が第1、第2ステータ141,142
を吸引して、ガタツキの一方に寄せることでガタツキを
吸収する。
た場合、これは軸aの方向のずれであるが、可動磁石1
44,145と第1、第2ステータ141,142の位
相が一致するように(中心が一致するように)規制さ
れ、スラスト方向のずれも吸収される。したがって、上
記のずれやガタツキにより出力精度への影響が小さくな
り、作動ヒステリシスも殆ど無い。
ータと可動磁石との間に振動による外力が作用した場合
でも、上述したように、ロータは常に一定の位置に自動
的に復帰するので、振動の影響を受けにくい。また、振
動の影響がロータの軸受部に加わらないので、摩耗も少
なくなる。
サの変位量と出力の関係を示す線図である。縦軸にホー
ル素子の出力をとり、横軸には、リニアセンサの場合
は、移動長さ、ロータリセンサの場合は角度をとる。本
発明の非接触式ポジションセンサは、左右対称形状とし
ているので、中心からある範囲内では、図6に示すよう
に、磁力の変化と、角度や長さの変位との間には、直線
的な関係がある。この直線部分が測定可能領域となる。
そこで、実際のセンサでは、角度や長さの変位をこの中
心付近の直線部分内に納まるように設計するが、そのと
き、この直線の勾配tanαがセンサの感度を表わすこと
になる。一般に、可動磁石の長さを長くすると、感度が
向上するが、ステータの形状も可動磁石に合わせて大き
くしなければ効果的ではない。
ンセンサで、最も感度が良くなる実施例を示す。すなわ
ち、最も感度の良いステータと可動磁石の寸法と位置関
係を示す実施例である。基本的な構成は図1に記載した
ものと同じとなっているが、磁石対向辺や可動磁石の長
さが長くなっていることに特徴がある。
Sa1,Sa2、第2ステータの磁石対向辺の長さをS
a3とし、2つの可動磁石の長さをそれぞれMa1とM
a2とする。可動磁石間の隙間をGa1、一直線に並ん
だ3つの磁石対向辺間の隙間をGa2,Ga3とする。
可動磁石のストロークを中心から片側にLづつ、計2L
とする。
位置関係について、説明する。まず、可動磁石の長さM
a1とMa2との関係であるが、図8に示すように、M
a1=Ma2付近が良い。
ときで、リニアリティは0で直線性が確保できる。しか
し、(b)に示すようにMa1>Ma2の場合や、
(c)に示すように、Ma1<Ma2の場合は、変位量
と電圧との間のリニアリティが悪化する。
Lとの関係であるが、Ma1=2L付近が良く、特に、
Ma1=2L−Ga1付近が効率の良い長さである。仮
に、Ma1<2Lの場合、図9の一点鎖線に示すよう
に、ストローク2L内で、リニアリティが悪化する。M
a1>2Lの場合は、リニアリティへの影響はないが、
作動ストロークに対して不要な長さとなり、無駄であ
る。
ニアリティとの関連を示す図である。同図(a)に示す
ようにGa2=Ga3付近の場合のリニアリティは良好
なのに対し、(b)、(c)に示すようにGa2<Ga
3やGa2>Ga3の場合は、いずれもリニアリティが
悪化する。
ステータのクリアランスTとGa2,Ga3の関係であ
るが、T<Ga2=Ga3のときがリニアリティが良い
が、図11(a)に示すように、T=Ga2=Ga3付
近のとき特に効率が良い。T>Ga2=Ga3のとき
は、磁束のショートカットが起きて、図11(b)に示
すように、リニアリティが悪化する。
3の関係であるが、図12(a)に示すように、Ga1
=Ga2=Ga3付近のとき、リニアリティが最も良く
なり、Ga1>Ga2=Ga3のときは、図12(b)
のような傾向があり、Ga1<Ga2=Ga3のときは
図12(c)のようになって、いずれもリニアリティが
悪化する。
長さMa1との関係は、図13(a),(b)に示す通
りである。すなわち、Sa3<Ma1=2L−Ga1の
場合、(a)の一点鎖線で示すように、ストローク2L
の範囲内でのリニアリティが悪化し、Sa3>Ma1=
2L−Ga1の場合は、(b)に示すように、計測可能
な範囲Wは2L以上に拡がるが、リニアリティは悪化し
ている。したがって、Sa3=Ma1=2L−Ga1付
近が最も良好である。
Sa2と、第2ステータの磁石対向辺Sa3と、ストロ
ーク2Lとの関係は、図14に示す通りである。同図の
実線は、Sa1=Sa2=Sa3の場合で、2Lの範囲
全体でリニアリティが良好である。これに対し、Sa1
<Sa2の場合は、−L側でのリニアリティが悪化し、
Sa2<Sa3の場合は、+L側でのリニアリティが悪
化する。
は、ストロークを2Lとして、ほぼ 2つの可動磁石の長さMa1,Ma2は、可動磁石
間の隙間をGa1として、Ma1=Ma2=2L−Ga
1 第2ステータの長さSa3=Ma1=2L−Ga1 第1ステータの長さSa3×3+Ga2×2(Sa
1=Sa2=Sa3)≧6L−Ga1 隙間の幅は、Ga1=Ga2=Ga3 の関係が成り立つこととなる。
型非接触式ポジションセンサの構成を示す図である。基
本的な構成は図7に記載したものと同じであるが、磁石
対向辺の長さや、可動磁石の長さが異なっている。
Sb1,Sb2、第2ステータの磁石対向辺の長さをS
b3とし、2つの可動磁石の長さをそれぞれMb1とM
b2とする。可動磁石間の隙間をGb1、一直線に並ん
だ3つの磁石対向辺間の隙間をGb2,Gb3とする。
可動磁石のストロークは中心から片側にLづつ、計2L
である。
法、位置関係について、可動磁石の長さとリニアリティ
の関係から説明する。図16に示すように、可動磁石の
長さMb1とMb2とは、Mb1=Mb2付近が良い。
特に、Mb1=Mb2=L付近が良く、特に、Mb1=
Mb2=L−(Gb1/2)付近が効率の良い長さであ
る。仮に、Mb1<Lでは、図16のように、作動スト
ローク2Lの範囲で磁力のリニアリティが悪化する。ま
た、Mb1>Lでは作動ストロークに対して不要な長さ
であり、無駄となる。
である。(a)はGb2=Gb3のときで、リニアリテ
ィが良好である。さらには、Gb1=Gb2=Gb3の
付近が最も良好である。(b)はGb2<Gb3で、
(c)はGb2>Gb3の場合で、共に、リニアリティ
が悪化している。
タのクリアランスTとGb2,Gb3の関係であるが、
図11で説明したのと同様の理由から、T<Gb2=G
b3付近のときが良い。隙間についても、図12で説明
したのと同様の理由から、Gb1=Gb2=Gb3付近
のときがリニアリティが最も良くなる。
動磁石の長さMb1及びストロークLとの関係を示す図
である。図18(a)の実線はSb3=Mb1×2=2
L−Gb1の時で、リニアリティは作動長さ2Lの全体
で確保されている。しかし、Sb3<Mb1×2=2L
−Gb1の場合は、一点鎖線で示すように、2Lの両端
において、リニアリティが悪化している。Sb3>Mb
1×2=2L−Gb1の場合は、図18(b)に示すよ
うに計測範囲Wは拡がるが、リニアリティは悪化してい
る。
は、図19の実線に示すように、Sb1=Sb2=Sb
3/2が最も効率が良い。したがって、第1ステータの
長さは、Sb3×2+Gb2×2が良く、Sb1<Sb
3/2や、Sb2<Sb3/2の場合は、図19の一点
鎖線や点線で示すようにリニアリティが悪化する。Sb
1=Sb2>Sb3/2でも良いが、全長が長くなるだ
け無駄であり、コンパクト化に反することになる。
4L となる。
は、ストロークを2Lとして、ほぼ 2つの可動磁石の長さMb1,Mb2は、可動磁石
間の隙間をGb1として、Mb1=Mb2=L−Gb1
/2 第2ステータの長さSb3=2Mb1=2L−Gb
1 第1ステータの長さSb3×2+Gb2×2(Sb
1=Sb2=Sb3/2)≧4L 隙間の幅は、Gb1=Gb2=Gb3 の関係が成り立つこととなる。
アセンサと、図15のリニアセンサとの第1ステータの
長さは、図7のリニアセンサでは6L−Ga1で、図1
5では、4Lとなり、図7の方がほぼ50%長くなる。
サとを比較すると、図7の方が約2倍の感度となってい
る。これについて、図20と図21で説明する。
形成状況を説明する図である。この図に示すように図7
のリニアセンサでは磁石が中央にある(b)のとき、内
回りと外回りの2つの磁気回路が形成される。磁石が右
又は左に移動すると、(a),(c)に示すように、4
つの磁気回路が形成される。
センサでは、図21に示すように、磁石が中央にある
(b)のとき、1つの磁気回路しか形成されない。ま
た、磁石が右又は左に移動すると、(a),(c)に示
すように、2つの磁気回路が形成され、結局、図20の
場合の半分の磁気回路しか形成されないためである。
ロータリセンサで、最も感度の良いロータリセンサを示
す。リニアセンサでは各部の大きさを長さで表したが、
ここでは中心角で表している。すなわち、ストロークを
2θ(±θ)可動磁石の長さをMθa1,Mθa2、第
1、第2ステータの磁石対向辺の長さをそれぞれSθa
1,Sθa2,Sθa3、隙間の間隔をGθa1,Gθ
a2,Gθa3と表している。そして、これらの間に
は、図7のセンサについて、図8から図14(図11は
除く)で説明したことが全て該当する。
サの条件は、ほぼ 2つの可動磁石の長さMθa1,Mθa2は、可動
磁石間の隙間をGθa1として、Mθa1=Mθa2=
2θ−Gθa1 第2ステータの長さSθa3=Mθa1=2θ−G
θa1 第1ステータの長さSθa3×3+Gθa2×2
(Sθa1=Sθa2=Sθa3)≧6θ−Gθa1 隙間の幅は、Gθa1=Gθa2=Gθa3 の関係が成り立つこととなる。
るロータリセンサで、最もコンパクトな構成のものであ
る。ここでも各部の大きさを角度で表している。すなわ
ち、ストロークを2θ(±θ)可動磁石の長さをMθb
1,Mθb2、第1、第2ステータの長さをSθb1,
Sθb2、隙間の間隔をGθb1,Gθb2,Gθb3
と表している。そして、これらの間には、図15のセン
サについて、図16から図19で説明したことが全て該
当する。
ンサは、ストロークを2θとして、ほぼ 2つの可動磁石の長さMθb1,Mθb2は、可動
磁石間の隙間をGθb1として、Mθb1=Mθb2=
2θ−Gθb1 第2ステータの長さSθb3=2Mθb1=2θ−
Gθb1 第1ステータの長さSθb3×2+Gθb2×2
(Sθb1=Sθb2=Sθb3/2)≧4θ 隙間の幅は、Gθb1=Gθb2=Gθb3 の関係が成り立つこととなる。
リセンサとを比較すると、図22の方が約2倍の感度と
なる。これについて、図24と図25で説明する。
路の形成状況を説明する図である。この図に示すように
図22のロータリセンサでは磁石が中央にある(b)の
とき、内回りと外回りの磁気回路が形成される。磁石が
右又は左に回転すると、(a),(c)に示すように、
4つの磁気回路が形成される。
リセンサでは、図25に示すように、磁石が中央にある
(b)のとき、1つの磁気回路しか形成されない。ま
た、磁石が右又は左に回転すると、(a),(c)に示
すように、2つの磁気回路が形成され、結局図24の場
合の半分の磁気回路しか形成されないためである。
ポジションセンサは、2つの磁石対向辺を有する第1ス
テータと、上記2つの磁石対向辺を結ぶ軌跡上に1つの
磁石対向辺を有する第2ステータと、上記第1、第2ス
テータ間に設けられたホール素子と、上記3つの磁石対
向辺と対向するように上記軌跡に沿って移動自在である
とともに上記軌跡の方向に隣接配置された2つの磁石
と、を有する構成としたので、ロータリセンサに適用し
た場合は、任意の使用角度を設定でき、リニアセンサに
適用した場合は、磁石の厚さを厚くしても漏れ磁束が増
加することのない非接触式ポジションセンサを得ること
ができる。
ータをケース内に収容するとともに、該ケース内に上記
磁石と第1、第2ステータとの距離を一定に保つ案内部
と上記スライダを進退自在に支持する軸受部とを形成し
た構成なので、振動等でスライダや磁石が動いても一定
の位置に戻るようにすることができ、振動の影響も受け
にくい非接触式ポジションセンサを得ることができる。
テータをケース内に収容し、該ケースのカバーにガイド
ピンを立設して該ガイドピンで第1ステータを貫通保持
するともに、第1ステータを貫通したガイドピンに上記
ロータを回動自在に軸支させた構成とすれば、やはり、
振動等によりロータや磁石が動いても一定の場所に復帰
するようにできる。
両側に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置
し、第1ステータの磁石対向辺の長さ、第2ステータの
磁石対向辺の長さ、磁石の長さ、磁石間の隙間、磁石対
向辺間の隙間を所定の関係にすることで、感度を最も良
くしたり、構成を最もコンパクトなものにしたりするこ
とができる。
ンサに適用した場合の構成を示す図である。
サに適用した場合の構成を示す図である。
サに適用した組立図で、(a)はセンサ中央の断面図、
(b)は(a)のI−I断面図である。
ータリーセンサに適用した組立図である
(a)は中心の断面図、(b)は(a)のII−II断面
図、(c)は(a)のIII−IIIから見た図である。
力の関係を示す線図である。
で、最も感度が良くなる実施例を示す図である。
である。
感度のリニアリティに与える影響を示す線図である。
示す線図である。
2,Ga3との関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
の長さMa1との関係を示す線図である。
と、ストロークLとの関係を示す線図である。
で、最もコンパクトになる実施例を示す図である。
係を示す線図である。
る。
さMb1及びストロークLとの関係を示す線図である。
の関係を示す線図である。
生状況を示す図である。
発生状況を示す図である。
サで、最も感度が良くなる実施例を示す図である。
サで、最もコンパクトな実施例を示す図である。
発生状況を示す図である。
の発生状況を示す図である。
る。
ータ 101a,101b,111a,111b 磁石対向
辺(第1ステータ) 102,112,122,132,142 第2ステ
ータ 102a,112a 磁石対向
辺(第2ステータ) 103,113,123,133,143 ホール素
子 104,105,114,115,124,125,1
34,135,144,145
磁石 106,126 スライダ 116,136,146 ロータ 120,130,140 ケース 120b 軸受部 126b コロ 127 レール 137 カバー 137a ガイドピン 140a 突起部 146c 中空結合部
Claims (14)
- 【請求項1】 2つの磁石対向辺を有する第1ステータ
と、上記2つの磁石対向辺を結ぶ軌跡上に1つの磁石対
向辺を有する第2ステータと、上記第1、第2ステータ
間に設けられたホール素子と、上記3つの磁石対向辺と
対向するように上記軌跡に沿って移動自在であるととも
に上記軌跡の方向に隣接配置された2つの磁石と、を有
することを特徴とする非接触式ポジションセンサ。 - 【請求項2】 上記磁石が板状磁石であってスライダに
保持され、該スライダが直線の軌跡に沿って進退可能で
あることを特徴とする請求項1記載の非接触式ポジショ
ンセンサ。 - 【請求項3】 上記磁石が湾曲した板状磁石であってロ
ータに保持され、該ロータが円弧の軌跡に沿って回動可
能であることを特徴とする請求項1記載の非接触式ポジ
ションセンサ。 - 【請求項4】 請求項2記載の非接触式ポジションセン
サにおいて、上記第1、第2ステータをケース内に収容
するとともに、該ケース内に上記磁石と第1、第2ステ
ータとの距離を一定に保つ案内部と上記スライダを進退
自在に支持する軸受部とを形成したことを特徴とする非
接触式ポジションセンサ。 - 【請求項5】 上記案内部が、ケース内に形成されたレ
ールと、スライダに設けられた1又は2以上のコロとを
有することを特徴とする請求項4記載の非接触式ポジシ
ョンセンサ。 - 【請求項6】 上記コロが上記2つの磁石の重心位置近
くにあって、スライダの進退方向と直交する方向に一対
設けられていることを特徴とする請求項5記載の非接触
式ポジションセンサ。 - 【請求項7】 請求項3記載の非接触式ポジションセン
サにおいて、上記第1、第2ステータをケース内に収容
し、該ケースのカバーにガイドピンを立設して該ガイド
ピンで第1ステータを貫通保持するともに、第1ステー
タを貫通したガイドピンに上記ロータを回動自在に軸支
させたことを特徴とする非接触式ポジションセンサ。 - 【請求項8】 請求項3記載の非接触式ポジションセン
サにおいて、上記第1、第2ステータをケース内に収容
し、上記ロータに中空結合部を形成し、上記ケースに上
記ロータの中空結合部と嵌合する突起部を設けたことを
特徴とする非接触式ポジションセンサ。 - 【請求項9】 上記第1、第2ステータの上記軌跡と直
交する方向の幅と、上記可動磁石の軌跡と直交する方向
の幅とがほぼ同じであることを特徴とする請求項4から
8のいずれかに記載の非接触式ポジションセンサ。 - 【請求項10】 請求項2記載の非接触式ポジションセ
ンサにおいて、第2ステータの1つの磁石対向辺の両側
に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置し、第
1ステータの磁石対向辺の長さをSa1,Sa2第2ス
テータの磁石対向辺の長さをSa3、2つの磁石の長さ
をMa1,Ma2、磁石間の隙間をGa1、3つの磁石
対向辺間の隙間をGa2,Ga3とし、磁石のストロー
クを2Lとした場合、ほぼ Ma1=Ma2=2L−Ga1 Ga1=Ga2=Ga3 Sa1=Sa2=Sa3=Ma1 の関係が成り立つことを特徴とする非接触式ポジション
センサ。 - 【請求項11】 請求項2記載の非接触式ポジションセ
ンサにおいて、第2ステータの1つの磁石対向辺の両側
に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置し、第
1ステータの2つの磁石対向辺の長さをSb1,Sb
2、第2ステータの磁石対向辺の長さをSb3、2つの
磁石の長さをMb1,Mb2、磁石間の隙間をGb1、
3つの磁石対向辺間の隙間をGb2,Gb3とし、磁石
のストロークを2Lとした場合、ほぼ Mb1=Mb2=L−Gb1/2 Gb1=Gb2=Gb3 Sb1=Sb2=Sb3/2=Mb1 の関係が成り立つことを特徴とする非接触式ポジション
センサ。 - 【請求項12】 請求項3記載の非接触式ポジションセ
ンサにおいて、第2ステータの1つの磁石対向辺の両側
に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置し、第
1ステータの2つの磁石対向辺の中心角をSθa1,S
θa2、第2ステータの磁石対向辺の中心角をSθa
3、2つの磁石の中心角をMθa1,Mθa2、磁石間
の隙間をGθa1、3つの磁石対向辺間の隙間をGθa
2,Gθa3とし、磁石のストロークを2θとした場
合、ほぼ Mθa1=Mθa2=2θ−Gθa1 Gθa1=Gθa2=Gθa3 Sθa1=Sθa2=Sθa3=Mθa1 の関係が成り立つことを特徴とする非接触式ポジション
センサ。 - 【請求項13】 請求項3記載の非接触式ポジション
センサにおいて、第2ステータの1つの磁石対向辺の両
側に第1ステータの2つの磁石対向辺を対称に配置し、
第1ステータの2つの磁石対向辺の中心角をSθb1,
Sθb2第2ステータの磁石対向辺の中心角をSθb
3、2つの磁石の中心角をMθb1,Mθb2、磁石間
の隙間をGθb1、3つの磁石対向辺間の隙間をGθb
2,Gθb3とし、磁石のストロークを2θとした場
合、ほぼ Mθb1=Mθb2=θ−Gθb1/2 Gθb1=Gθb2=Gθb3 Sθb1=Sθb2=Sθb3/2=Mθb1 の関係が成り立つことを特徴とする非接触式ポジション
センサ。 - 【請求項14】 第1ステータと第2ステータ間のホー
ル素子が挿入される隙間の間隔が、磁石間の隙間及び3
つの磁石対向辺間の隙間とほぼ等しいことを特徴とする
請求項10又は11に記載の非接触ポジションセンサ。
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