JP2004125557A

JP2004125557A - 磁力線を均一化する装置

Info

Publication number: JP2004125557A
Application number: JP2002288929A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yamazaki; 山崎　敏治; Masaharu Tanaka; 田中　正治
Original assignee: Midori Precision Co Ltd
Current assignee: Nidec Components Corp
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】バイアス磁石の製造が容易で低コストな磁力線を均一化する装置を提供することにある。
【課題手段】本発明の磁力線を均一化する装置は、一直線Ｌ１上に配置・固定されたケーシング１に嵌め込まれたホール素子、演算増幅回路等からなる混成集積回路（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ，　すなわちＨＩＣ）の磁力測定検出手段１１と、略一直線Ｌ２上を移動する被検出バイアス磁界手段１２と、を有する。磁力線を均一化する装置の被検出バイアス磁界手段１２は、略一直線Ｌ２上において所定の直線距離ｄを持つように両端に異なる磁極がそれぞれ配置され、両端のそれぞれの磁極で最大となり略同等の磁力をそれぞれ供給するための一対の磁力供給手段１３，１５と、一対の磁力供給手段１３，１５を連結し所定の直線距離ｄより大きく延びるように湾曲部１７−１を持つ、磁界の強度分布のうち、均一な直線部分からなる平坦領域を制御して伝達するための磁力制御伝達手段１７と、を備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物を非接触で直線変位量を検出する磁力線を均一化する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
出願人（株式会社緑測器）は、この種の非接触型の磁力線を均一化する装置に係る従来例（特許文献１、特開２００１−２１３３９号公報）を既に提案している。この従来例の磁力線を均一化する装置は、自動車のステアリングシャフトに連結されたステアリングホイール（回転体）に取り付けられた揺動部材の被検出物（揺動軸）の揺動角度を検出するための回転角度センサを搭載している。この磁力線を均一化する装置では、被検出物の揺動軸にはバイアス磁石が埋め込まれ、直線的に移動する一方、このバイアス磁石の磁気を検出し電気信号に変換する磁気検出手段（ホール素子）が固定配置されている。
【０００３】
一方、他の従来例として、磁気式変位検出装置（特許文献２、特開２００１−５０７０３号公報）がある。この他の従来例の記載から、磁気をリニアに検出できるようにするため、バイアス磁石には、その両極がＲ形状またはテーパを形成し、発生するバイアス磁界を均一にするように削られていることが分かる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２１３３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−５０７０３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、研磨装置等でバイアス磁石の両極を削って製造すると、製造が困難である。そのため、研磨装置等の費用がかさむという欠点がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、バイアス磁石の製造が容易で低コストな磁力線を均一化する装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決した本発明のうちの請求項１に記載の発明は、略一直線上を移動する被検出バイアス磁界手段からの磁力を受けその直線移動量を測定し検出出力を生成するために、前記略一直線と離間距離を持つように配置・固定された磁力測定検出手段を有する磁力線を均一化する装置であって、前記被検出バイアス磁界手段は、前記略一直線上において所定の直線距離を持つように両端に異なる磁極がそれぞれ配置され、前記両端のそれぞれの磁極で最大となり略同等の磁力をそれぞれ供給するための一対の磁力供給手段と、前記一対の磁力供給手段を連結し前記所定の直線距離より大きく延びるように湾曲部を持つ、磁界の強度分布のうち、均一な直線部分からなる平坦領域を制御して伝達するための磁力制御伝達手段と、を備えることを特徴とする磁力線を均一化する装置である。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、被検出バイアス磁界手段を一対の磁力供給手段と、磁力制御伝達手段と、で構成されるため、バイアス磁石の製造が容易となる。一対の磁力供給手段からのそれぞれの磁力は、磁力制御伝達手段の湾曲部によって、磁界の強度分布が均一に伝達されるように作用する。その結果、均一な直線部分からなる平坦領域の制御が可能となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記磁力制御伝達手段は、前記一対の磁力供給手段の内、一方の磁石から他方の磁石に対する磁束を集めるための集磁ヨークを備え、これにより、前記集磁ヨークは前記一方の磁石から前記他方の磁石への電磁路を形成し、前記平坦領域を増加させることを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置である。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、磁力制御伝達手段の集磁ヨークは、一方の磁石から他方の磁石への電磁路として作用する。そのため、前記平坦領域が増加し、磁気変位検出装置の検出出力の直線性特性を安定化させるように作用する。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、前記被検出バイアス磁界手段は、前記一対の磁力供給手段のうち、前記一方の磁石の磁力が前記他方の磁石より若干強い場合には、前記離間距離を若干小さくなるように前記他方の磁石の配置を前記略一直線上から若干ずらして傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、前記被検出バイアス磁界手段のうち、他方の磁石に係る配置は、磁力の弱い分だけ、前記略一直線上から若干ずらして傾斜させる構成のため、アンバランスな着磁特性を持つ一対の磁石の補償手段として作用する。そのため、前記平坦領域が増加し、磁気変位検出装置の直線性特性を安定化させるように作用する。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記磁力制御伝達手段の湾曲部は、極率半径を持ち、その両端から中央部分に渡るに従って、前記極率半径が大きくなる形状を呈することを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、磁力制御伝達手段の湾曲部の極率半径は、その両端で小さくなる形状となる結果、その両端の磁力が弱まる。そのため、直線移動量に対する検出出力の精度特性のばらつきを表す正弦波曲線は、そのばらつきを低減するように作用する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る磁力線を均一化する装置の詳細について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る磁力線を均一化する装置で、実施例１の概略構成図である。図２は、図１の磁力線を均一化する装置に係る実施例１の単独直線性の評価試験データである。
【００１７】
図１に示す実施例１の磁力線を均一化する装置は、一直線Ｌ１上に配置・固定されたケーシング１に嵌め込まれたホール素子、演算増幅回路等からなるホールＩＣすなわち混成集積回路（Ｈｙｂｒｉｄ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ，　すなわちＨＩＣ）の磁力測定検出手段１１と、略一直線Ｌ２上を移動する被検出バイアス磁界手段１２と、を有する。被検出バイアス磁界手段１２が移動すると、生じるバイアス磁界も移動するため、このバイアス磁界は、動磁界である。
【００１８】
尚、磁力測定検出手段１１のＨＩＣに内蔵するホール素子は、バイアス磁界の磁束密度に対して検出出力が比例するリニア型を使用する。
【００１９】
ケーシング１の磁力測定検出手段１１のホール素子に最も近接する位置は、直線移動量（単位はｍｍ）が基準点すなわちＯ（ゼロ）点である。被検出バイアス磁界手段１２が左右に基準点から移動して直線移動量に対する検出出力が生成される。そして、被検出バイアス磁界手段１２が略一直線Ｌ２上を左右に移動可能な最大距離、すなわち直線移動量当りの検出出力は、ホール素子のホール出力電圧が増幅して算出され、図２の実施例１の単独直線性すなわち精度特性が評価済みであることに注目すべきである。精度特性は、多くの後述する実測値のデータから得られる平均傾き直線を基準直線として描き、その上に＋誤差と−誤差とを加算して成る出力誤差だけ略正弦波信号（実測値）を重畳させた直線性（ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）である。尚、直線性（ｌｉｎｅａｒｉｔｙ）は、フルスケール（ｆｕｌｌ　ｓｃａｌｅ）に換算した％ＦＳで表され、図２の横軸方向に並行な平坦領域が多いほど良い。
【００２０】
実施例１の磁力線を均一化する装置の被検出バイアス磁界手段１２は、略一直線Ｌ２上において所定の直線距離ｄを持つように両端に異なる磁極がそれぞれ配置され、両端のそれぞれの磁極で最大となり略同等の磁力をそれぞれ供給するための一対の磁力供給手段１３，１５と、一対の磁力供給手段１３，１５を連結し所定の直線距離ｄより大きく延びるように湾曲部１７−１を持つ、磁界の強度分布のうち、均一な直線部分からなる平坦領域を制御して伝達するための磁力制御伝達手段１７と、を備える。
【００２１】
詳しく述べると、実施例１では、磁力供給手段１３は、左側の一端に、Ｎ極が配されるように一方の磁石が、配置される一方、磁力供給手段１５は、右側の他端にＳ極が配されるように他方の磁石が、配置されている。また、一対の磁力供給手段１３，１５は、一対のモノポールで構成可能であれば最良である。尚、一対の磁力供給手段１３，１５は、単一の棒磁石で構成しても良く、後述する図５の比較例、図７および図８の変形例２および変形例３である。
【００２２】
尚、湾曲部１７−１は所定の直線距離ｄにおける中央のｄ１＝ｄ２の位置に形成したものを使用したが、中央でなくても良い。
【００２３】
磁力制御伝達手段１７は、一対の磁力供給手段１３，１５の間に両者を連結するように介在し、一方の磁石１３から他方の磁石１５に対する磁束を集めるための集磁ヨークである。これにより、集磁ヨークは一方の磁石１３から他方の磁石１５への電磁路を形成し、平坦領域を増加させる。
【００２４】
被検出バイアス磁界手段１２の一対の磁力供給手段に係る磁石は、同一のものを多量製造する際、その着磁工程を行うが、ＮＳの磁極の磁力は、完全に等しくならない。例えば、一方の磁石１３の磁力が他方の磁石１５より若干強くなる。実施例１では、離間距離ｄを若干小さくなるように他方の磁石１５の配置を略一直線Ｌ２上から若干Ｃ＝０．５ｍｍだけずらして傾斜させている。これにより、図２のように、平坦領域が多い曲線が得られる。
【００２５】
図３乃至図５は、図１の磁力線を均一化する装置の実施例２、３、及び比較例に係る単独直線性の正弦波曲線の評価試験データである。
【００２６】
図３の実施例２に係る単独直線性の正弦波曲線は、湾曲部１７−１の折り曲げ角θ＝約１５０度、高さＢ＝２０ｍｍ×１／√３のときである。
【００２７】
図４の実施例３に係る単独直線性の正弦波曲線は、湾曲部１７−１の折り曲げ角θ＝約１２０度のときである。
【００２８】
図５の変形例に係る単独直線性の正弦波曲線は、湾曲部１７−１の折り曲げ角θ＝１８０度のときである。
【００２９】
図６は、本発明の磁力線を均一化する装置に係る変形例１の概略構成図である。図６に示すように、磁力制御伝達手段１７の湾曲部１７−１は、極率半径Ｒを持ち、その両端から中央部分に渡るに従って、前記極率半径が大きくなる形状を呈する。これにより、直線移動量に対する検出出力の精度特性のばらつきを表す正弦波において、そのばらつきを低減させているのが分かる。
【００３０】
図７は、本発明の磁力線を均一化する装置の変形例２である。この場合、一対の磁力供給手段１３，１５は、一方の磁極Ｎおよび他方の磁極Ｓを有する棒磁石であり、磁力制御伝達手段１７の湾曲部１７−１は、折り曲げ角度θを持っている。
【００３１】
図８は、本発明の磁力線を均一化する装置の変形例３である。この場合、一対の磁力供給手段１３，１５は、一方の磁極Ｎおよび他方の磁極Ｓを有する棒磁石であり、磁力制御伝達手段１７は、極率半径Ｒを持つ湾曲部１７−１が形成されている。
【００３２】
以上、本発明の磁力線を均一化する装置は、上述した実施形態や変形例に限定されることなく、様々な形態で実施される。
【００３３】
例えば、磁力測定検出手段１１は、ホールＩＣを使用したが、ガイガーカウンタであっても良く、一対の磁力供給手段１３，１５は、電磁石や超電導磁石を用いて構成しても良い。
【００３４】
また、本発明の磁力線を均一化する装置は、磁力測定検出手段１１がケーシング１に固定で被検出バイアス磁界手段１２が移動するが、磁力測定検出手段１１が移動で被検出バイアス磁界手段１２がケーシング１に固定になるように構成しても良いのは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、被検出バイアス磁界手段を一対の磁力供給手段と、磁力制御伝達手段と、で構成するため、バイアス磁石の製造が容易で低コストな磁力線を均一化する装置を提供できるという効果を期待できる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、磁力制御伝達手段の集磁ヨークは、一方の磁石から他方の磁石への電磁路となるため、前記平坦領域が増加し、磁気変位検出装置の検出出力の直線性特性を安定化させるという効果が期待できる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、前記被検出バイアス磁界手段のうち、他方の磁石に係る配置は、磁力の弱い分だけ、前記略一直線上から若干ずらして傾斜させる構成のため、アンバランスな着磁特性を持つ一対の磁石の補償手段として作用し、前記平坦領域が増加し、磁気変位検出装置の検出出力の直線性特性を安定化させるという効果を期待できる。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、磁力制御伝達手段の湾曲部の極率半径を持つ形状のため、直線移動量に対する検出出力の精度特性の正弦波は、そのばらつきが低減される。その結果、磁気変位検出装置の検出出力の直線性特性を更に安定化させることができるという効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁力線を均一化する装置で、実施例１の概略構成図である。
【図２】図１の磁力線を均一化する装置に係る実施例１の単独直線性の評価試験データである。
【図３】（ａ）本発明の実施の形態に係る磁力線を均一化する装置で、実施例２の概略構成図である。（ｂ）図３（ａ）の磁力線を均一化する装置に係る実施例２の単独直線性の評価試験データである。
【図４】（ａ）本発明の実施の形態に係る磁力線を均一化する装置で、実施例３の概略構成図である。（ｂ）図４（ａ）の磁力線を均一化する装置に係る実施例３の単独直線性の評価試験データである。
【図５】（ａ）磁力線を均一化する装置の比較例の概略構成図である。（ｂ）図５（ａ）の磁力線を均一化する装置の比較例に係る単独直線性の評価試験データである。
【図６】本発明の磁力線を均一化する装置に係る変形例１の概略構成図である。
【図７】本発明の磁力線を均一化する装置に係る変形例２の概略構成図である。
【図８】本発明の磁力線を均一化する装置に係る変形例３の概略構成図である。
【符号の説明】
ｄ　所定の直線距離
Ｂ　湾曲部の高さ
Ｃ　ずれの高さ
Ｌ１　一直線
Ｌ２　他の直線
Ｏ　中心
Ｒ　極率半径
θ　折り曲げ角度
１　ケーシング
１１　磁力測定検出手段
１２　被検出バイアス磁界手段
１３，１５　一対の磁力供給手段
１７　磁力制御伝達手段
１７−１　湾曲部

Claims

略一直線上を移動する被検出バイアス磁界手段から生じるバイアス磁界の磁力を受けその直線移動量を測定し検出出力を生成するために、前記略一直線と離間距離を持つように配置・固定された磁力測定検出手段を有する磁力線を均一化する装置であって、
前記被検出バイアス磁界手段は、
前記略一直線上において所定の直線距離を持つように両端に異なる磁極がそれぞれ配置され、前記両端のそれぞれの磁極で最大となり略同等の磁力をそれぞれ供給するための一対の磁力供給手段と、
前記一対の磁力供給手段を連結し前記所定の直線距離より大きく延びるように湾曲部を持ち、前記バイアス磁界の強度分布のうち、均一な直線部分からなる平坦領域を制御して伝達するための磁力制御伝達手段と、
を備えることを特徴とする磁力線を均一化する装置。
前記一対の磁力供給手段は、一方の磁石と他方の磁石とから成り、
前記磁力制御伝達手段は、前記一方の磁石から前記他方の磁石に対する磁束を集めるための集磁ヨークを備え、
これにより、前記集磁ヨークは前記一方の磁石から前記他方の磁石への電磁路を形成し、前記平坦領域を増加させることを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置。
前記被検出バイアス磁界手段は、前記一対の磁力供給手段のうち、前記一方の磁石の磁力が前記他方の磁石より若干強い場合には、前記離間距離を若干小さくなるように前記他方の磁石の配置を前記略一直線上から若干ずらして傾斜させたことを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置。
前記磁力制御伝達手段の湾曲部は、極率半径を持ち、その両端から中央部分に渡るに従って、前記極率半径が大きくなる形状を呈することを特徴とする請求項１に記載の磁力線を均一化する装置。