JP2008241370A - 磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁界強度を低下することなく、磁極間領域において合成磁界の直線性（リニアリティ）を高める。
【解決手段】 複数極（例えばＮ極１ａとＳ極１ｂの２極）に着磁された永久磁石１を有する磁石構造体である。永久磁石１の互いに異なる磁極が隣接する境界領域１ｄ（無着磁領域１ｃ）は、磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されている。境界領域の傾斜角度θは、３°〜４５°である。永久磁石１は、部分円筒形状としてもよい。拡大された磁束密度の直線変化領域において、磁束検出手段（例えばホール素子）２によって位置検出（角度検出）が行われる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置に関するものであり、特に、多極着磁された永久磁石の隣接する磁極の境界領域における合成磁界の直線性（リニアリティ）を改善するための技術に関する。

相対運動する物体の運動を適当な信号に変換してその位置制御を正確に行う位置センサ（位置検出装置）の開発が進められており、例えば磁気検出手段と磁石とを用いた位置監視装置が提案されている（例えば、特許文献１等を参照）。

特許文献１には、１部材が一定経路に沿い他部材に対して可動であるそれら１対の部材間の位置関係を監視するための位置監視装置において、前記１部材に固定された磁気装置であって前記経路とある角度をなして広がる一定の磁界強度をもった逆極性の隣接した磁界を発生するようになっておりそれによって該磁界の隣接箇所を横切って延長する経路上においてほぼ直線的に磁界強度を実現するようになっている前記磁気装置と、前記他部材に固定されていることにより前記両部材の相対運動に応答して前記延長経路に沿って運動しうるようになっている磁界強度センサ装置であって、該センサ装置が該両部材の該相対運動中に実質的に直線的な応答を行うようになっている前記磁界強度センサ装置と、を備えた位置監視装置が開示されている。

前記特許文献１記載の位置監視装置は、２極の永久磁石において、その境界に合成磁界の磁束密度が直線的に変化する領域を形成し、この領域を利用して位置制御を可能とするものである。この位置監視装置は、磁気センサ装置が電磁アクチュエータの制御要素の一部としての働きも有しており、例えば工作機械の制御系の他、ＡＶ機器やＯＡ機器等、様々な分野への応用が期待されている。

ただし、前記特許文献１記載の方式を採用した場合、移動方向に対し、２極の永久磁石の境界領域が直角であるため、合成磁界の磁束密度が直線的に変化する範囲が狭く、位置検出機能を十分に発揮させることができず、微小な位置変化しか検出できない。各種電子機器の小型化に伴い、これら電子機器に搭載される部品についても小型化が進められているが、前記問題が大きな障害となり、用途が制約されているのが実情である。

このような状況から、磁束密度の直線的に変化する領域を拡大することが試みられている（例えば、特許文献２等を参照）。特許文献２には、隣接して配置されたＳ極とＮ極の磁石と、これら磁石に対して相対的に移動可能な部材に、初期状態で前記各磁石の間に位置するように固定され、前記部材の相対位置を検出する為の少なくとも１個以上の磁気検出手段とを備え、前記Ｓ極とＮ極の磁石の間には、これら磁石と前記部材の相対位置検出保証範囲に応じた大きさを持つ無磁極部分が設けられることを特徴とする位置検出装置が開示されている。

特許文献２記載の発明では、Ｓ極とＮ極の間に相対的位置検出保証範囲に応じた大きさを持つ無磁極部分を設け、例えば、ホール素子が変位する幅に応じてＳ極とＮ極の間の無磁極部分を広げたり、さらには複数のホール素子の出力の直線性の良い部分を切り換えて制御する方法が採られている。

あるいは、磁極を斜めに配置することで、比較的長いストロークでの位置検出を可能とする技術も提案されている（例えば、特許文献３を参照）。特許文献３記載の発明では、２つのＳ極の間に長方形のＮ極領域を斜めに配置し、ホール素子をＮ極領域の長手方向に移動することによりＮ極領域の幅方向での位置が変化し、前記２つのＳ極の影響が変化することによる磁界強度の変化に基づいて位置検出を行うようにしている。
特開昭５９−８８６０２号公報 特開平８−１３６２０７号公報 特開平６−１１３０３号公報

しかしながら、前記特許文献２記載の発明のように、Ｓ極とＮ極の間の無磁極部分を広げると、合成磁界の磁束密度において、連続的な変化は得られるものの、直線性を有する領域はさほど広がらないという問題が生ずるおそれがある。また、複数のホール素子の出力の直線性の良い部分を切り換えて制御する方法では、装置構成が煩雑になり、コスト上昇の要因となるおそれがある。

一方、特許文献３記載の発明のように、２つのＳ極の間に長方形のＮ極領域を斜めに配置し、磁束ガイドで磁極面に平行な方向へ磁束をホール素子に誘導し、当該ホール素子をＮ極領域の幅内で相対移動することで位置検出を行う構造では、３つの磁気媒体を用意する必要または３極の着磁が必要となり着磁操作が煩雑になるばかりか、２つのＳ極をバランス良く着磁する必要があり、また、磁束ガイドを別途必要とする等、やはり装置構成の煩雑化によるコスト上昇等が問題になる。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、互いに異なる磁極が隣接する境界領域において合成磁界の直線性（リニアリティ）を高めることが可能な磁石構造体を提供することを目的とし、これにより広範な位置検出が可能で、且つ十分な駆動磁界を得ることが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、複数の磁気検出手段（例えばホール素子）を用いることなく、且つ簡単な構成でありながら前記目的を達成することが可能な磁石構造体及び位置検出装置を提供することを目的とする。

前述の目的を達成するために、本発明の磁石構造体は、複数極に着磁された永久磁石を有し、前記永久磁石に対向配置された磁束検出手段が前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動し、前記永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することによって位置検出が行われる磁石構造体であって、前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする。また、本発明の位置検出装置は、複数極に着磁された永久磁石と、前記永久磁石に対向配置され前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動することによって位置検出を行う磁束検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする。

本発明の磁石構造体及び位置検出装置においては、互いに異なる磁極が隣接する磁極の境界領域が磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることが大きな特徴点である。境界領域を斜めに形成することで、直線性（リニアリティ）の向上が実現される。直線性を向上するための構成としては、前記境界領域の方向の変更のみで済み、着磁も容易で着磁治具も簡単なもので済む。また、例えば傾斜角度を調整することにより、磁束検出素子の出力調整も容易に行える。

前述のように、直線性を有する領域が拡大された磁石構造体を用いることで、複数の磁気検出手段（例えばホール素子）を用いることなく位置検出可能範囲が拡大され、装置構成の簡略化や低コスト化等が実現される。

なお、磁極を斜めに配置する例としては、先の特許文献３記載の位置センサ装置を挙げることができるが、前述の通り、特許文献３記載の発明では、斜めに配置されるＮ極の両側にＳ極を配置することが必要であり、磁束ガイドで磁極面に平行な方向へ磁束をホール素子に誘導し、当該ホール素子をＮ極領域の長手方向に移動することによりＮ極領域の幅方向での位置が変化し、前記２つのＳ極の影響が変化することによる磁束ガイドで誘導される磁束密度の変化に基づいて位置検出を行うというのが基本原理である。これに対して、本発明では、互いに異なる磁極が隣接する磁極の境界領域を横切って磁束検出手段が移動し、永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することが前提で、境界領域を挟んだ２極間の磁界変化を利用するというのが基本原理であり、本質的な技術思想が大きく異なる。

本発明の磁石構造体においては、互いに異なる磁極が隣接する境界領域を斜めに形成しているので、当該境界領域において合成磁界の直線性（リニアリティ）を高めることが可能である。したがって、本発明の磁石構造体を用いることで、位置検出可能な範囲を拡大することが可能な位置検出装置を提供することが可能である。また、本発明の位置検出装置では、位置検出可能な範囲が拡大されることから、例えば複数の磁気検出手段（ホール素子等）を用いる必要がなく、装置構成を簡略化することが可能であり、コストの低減を図ることも可能である。

以下、本発明を適用した磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の磁石構造体が用いられる位置検出装置の基本的な構成、及び位置検出原理について説明する。図１は、位置検出装置の基本構造を示す模式的な図面である。位置検出装置は、図１に示すように、多極着磁（ここでは２極着磁）された永久磁石１を磁界発生手段（磁石構造体）とし、永久磁石１の磁極（Ｎ極１ａ及びＳ極１ｂ）間の無着磁領域１ｃを横切って相対移動する磁束検出手段（例えばホール素子）２とから構成されるものである。

磁石構造体を構成する永久磁石１は、ここでは平板状の永久磁石であり、水平方向において多極着磁（２極着磁）されている。すなわち、図中左側部分の表面がＮ極１ａとなるように着磁されるとともに、図中右側部分の表面がＳ極１ｂとなるように着磁されている。多極着磁（２極着磁）の場合、前記Ｎ極１ａとＳ極１ｂの境界部分には、いわゆるニュートラルゾーン（無着磁領域１ｃ）が発生するが、これはＮ極１ａとＳ極１ｂの境界において不可避なものである。なお、前記Ｎ極１ａとＳ極１ｂを複数個（２個）の永久磁石を組み合わせて構成することで、無着磁領域１ｃを実質的に発生させなくすることも可能である。また、ここでは１組のＮ極１ａとＳ極１ｂが配置されているが、これらＮ極１ａとＳ極１ｂの組み合わせが磁束検出手段２の移動方向（図中横方向）に複数組配置されていてもよい。本実施形態の磁石構造体（永久磁石１）においては、互いに異なる前記Ｎ極１ａとＳ極１ｂがニュートラルゾーン（前記無着磁領域１ｃ）を挟んで隣接し、境界領域１ｄを構成している。より具体的には、磁束密度測定によりＮ極のピーク値とＳ極のピーク値の間を示す。

前記磁束検出手段２による位置検出においては、磁束密度の直線変化領域の範囲が広いほど位置検出可能範囲が広くなる。また、磁束密度の直線変化領域の直線性（以下、リニアリティと称する。）が優れるほど、簡単な演算処理で正確な位置検出が可能になる。磁束密度の直線変化領域のリニアリティが低い場合、表面磁束密度波形に応じた煩雑な演算をしなければ正確な位置検出は難しい。

そこで本実施形態においては、図２に示すように、前記永久磁石１において、境界領域１ｄを磁束検出手段２の移動方向に対して斜めに形成することで、永久磁石１の各磁極（Ｎ極１ａ及びＳ極１ｂ）における発生磁界を低下させずに、磁束密度の直線変化領域の幅を広げるようにしている。

ここで、前記無着磁領域１ｃの傾斜角度θは、位置検出可能範囲をＬとした場合、前記磁束検出手段２の移動方向（図中、水平方向）に対して０．５≦Ｌ・ｔａｎθ≦６を満たすとすることが好ましく、１≦Ｌ・ｔａｎθ≦４とすることがより好ましい。Ｌ・ｔａｎθが１未満であると、境界領域1ｄ上での磁束密度が低くなり、検出が困難になるおそれがある。逆に、前記Ｌ・ｔａｎθが６を越えると、リニアリティの向上が不十分なものとなるおそれがある。ここで、Ｌは磁束密度測定における各極ピーク位置間距離の９０％の長さを示す。傾斜角度θとしては、前記磁束検出手段２の移動方向（図中、水平方向）に対して３°〜４５°とすることが好ましく、５°〜３０°とすることがより好ましい。傾斜角度θが３°未満であると、無着磁領域１ｃ上での磁束が低くなり、検出が困難になるおそれがある。逆に、前記傾斜角度θが４５°を越えると、リニアリティの向上が不十分なものとなるおそれがある。

前記無着磁領域１ｃの幅ｗは、任意に設計することができるが、０．０ｍｍ〜２．５ｍｍとすることが好まく、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍとすることがより好ましい。前記無着磁領域１ｃの幅ｗが２．５ｍｍを越えると、発生する磁束が低下するおそれがある。

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、境界領域１ｄを斜めに形成することが、磁束密度の直線変化領域の幅を広げる上で極めて有効であることを見出すに至った。具体的には、後述の実施例に記載するような実験を行い、前記境界領域１ｄを斜めに形成することの効果を確認した。

前述の斜めに形成された無着磁領域１ｃを有する永久磁石１は、１枚の磁石を多極着磁することによって実現することができる。この場合、通常の着磁装置を用い永久磁石１を斜めに設置して着磁を行うことにより、無着磁領域１ｃを斜めに形成してもよいし、斜めに分割されたヨークを有する着磁装置を用いて着磁を行い、無着磁領域１ｃを斜めに形成してもよい。あるいは、複数枚（２枚）の永久磁石を組み合わせて構成することも可能である。この場合には、組み合わされる永久磁石間のギャップが前記無着磁領域１ｃに相当することになる。

本実施形態の磁石構造体を駆動機構を備える位置検出装置に用いる場合、駆動機構を（小型）マグネットの磁力で駆動させる必要があり、したがって使用する永久磁石１は希土類磁石により形成されていることが好ましい。特に、高磁気特性であるＲ−Ｔ−Ｂ系（Ｒは希土類元素、Ｔは遷移金属元素、Ｂはホウ素である。）焼結磁石や、その他Ｓｍ−Ｃｏ系焼結磁石等が好ましい。なお、駆動機構を備えない位置検出装置の場合は、ラバー磁石等の磁石体も使用可能である。

前述の磁石構造体は、先に説明した位置検出装置に用いることができる。位置検出装置は、図１にも示す通り、前述の磁石構造体（永久磁石１）と、永久磁石１の磁界を検出する磁束検出手段２とを備えるものであり、磁束検出手段２が前記無着磁領域１ｃを横切る方向に移動し、検出された磁界に基づいて位置を検出する。磁束検出手段２としては、ホール素子の他、ＭＲセンサ等も用いることができる。ホール素子による検出では、直流電流を印加することで、磁束密度に比例した電圧を出力することができるため回路が簡単になり、また、停止された位置でも永久磁石１からの磁束によって検出が可能となる。

前記位置検出装置においては、磁束検出手段２が永久磁石１に対して相対移動し、各位置において検出される磁界強度に基づいて位置を算出する。この場合、前記永久磁石１を固定し磁束検出手段２を移動するようにしても良いし、逆に磁束検出手段２を固定し永久磁石１を移動するようにしてもよい。また、図１に示す通り、永久磁石１における着磁の向きが固定されているため、永久磁石１に対して検出手段２を永久磁石辺に垂直または平行に一方向に移動させることで移動軸が一軸とするこができ、簡易な構造とすることができる。前記相対移動のための駆動機構を設ける場合、例えば図３に示すように、磁束検出手段２を基板（非磁性）３上に設置するとともに、磁束検出手段２に隣接して駆動コイル４を設置し、当該駆動コイル４と永久磁石１間に働く磁気的相互作用を駆動力として利用して相対移動させる。この場合、磁束検出手段２が設置された基板３を可動部材として、あるいは永久磁石１の設置側を可動部材として互いに相対移動させればよい。

以上の構成を有する磁石構造体及び位置検出装置においては、境界領域１ｄを構成する磁極間の無着磁領域１ｃを斜めに形成しているので、境界領域において合成磁界の直線性（リニアリティ）を高めることが可能であり、位置検出可能な範囲を拡大することが可能である。

（第２の実施形態）
本実施形態は、永久磁石１の形態を部分円筒形状とし、磁束検出手段２を円筒状の永久磁石１の周面と対向させ、その周方向に移動させることにより、角度検出を可能とするものである。なお、ここで部分円筒形状とは、円筒の一部分の形状を全て含み、例えば断面円弧状のいわゆるＣ型形状も含まれる。

図４に、本実施形態の磁石構造体（永久磁石１）及び磁束検出手段２の配置状態を示す。本実施形態の場合、永久磁石１が断面円弧状のＣ型磁石とされており、磁束検出手段２と対向する面が円筒状とされている。そして、この円筒状の周面が２極着磁されており、図中左側部分の表面がＮ極１ａとなるように着磁されるとともに、図中右側部分の表面がＳ極１ｂとなるように着磁されている。

本実施形態においても、無着磁領域１ｃが斜めに形成されていることは、先の第１の実施形態と同様である。本実施形態の場合、円筒形状の永久磁石１を平面で見たときに、前記無着磁領域１ｃが斜めに直線状に形成されている。無着磁領域１ｃの傾斜角度は、磁束検出手段２の移動方向に対して３°〜４５°、好ましくは５°〜３０°であり、無着磁領域１ｃの幅ｗは０．５ｍｍ〜２．５ｍｍである。

本実施形態においては、前述の通り、磁束検出手段２を円筒状の永久磁石１の周面と対向させ、周方向に移動させることで位置検出を行っている。したがって、図５に示すように、回転角αを検出することが可能であり、角度センサとして機能する。例えば、前記永久磁石１を回転軸に装着し、前記磁束検出手段２によって角度検出を行えば、回転軸の回転角度を検出することが可能である。

永久磁石１を部分円筒形状とする場合、２極着磁に用いるヨークの形状も永久磁石の周面の形状に合わせる必要がある。図６は、円筒状の周面を有する永久磁石１を２極着磁するための着磁ヨークの形状の一例を示すものである。具体的には、分割された２つの着磁ヨーク５，６にコイル７を巻回した着磁装置を用いるが、各着磁ヨーク５，６の永久磁石１との対向面５ａ，６ａを周面形状に合わせて円筒状の曲面（凹面）とする。着磁ヨーク５，６間のギャップにより無着磁領域１ｃが形成されるが、図６（ｂ）に示すように、着磁ヨーク５，６間のギャップは斜めに直線状に形成されていればよい。このような着磁装置を用いて２極着磁を行うことで、永久磁石１に対して図４に示すような着磁を行うことができる。

本実施形態の磁石構造体及び位置検出装置においても、磁界強度を低下させることなく磁極間領域において合成磁界の直線性（リニアリティ）を高めることが可能であることは先の第１の実施形態と同様であり、検出可能な角度範囲を拡大することが可能である。

以下、本発明の効果について、実験により検証する。

実験１
先ず、永久磁石として平板状のＮｄＦｅＢ系焼結磁石を用い、これを２極着磁した。用いた永久磁石は、検出領域Ａにおける位置を検出する方向の長さが１０ｍｍ、位置を検出する方向に垂直の方向の幅が５ｍｍ、厚さが２ｍｍである。また、前記２極着磁に際しては、無着磁領域が斜めに形成されるようにした。無着磁領域幅は１．５ｍｍ、その傾斜角度θは１０°である。これを永久磁石ａとした。

同様の永久磁石に対して、無着磁領域が磁束検出手段の移動方向と直交して形成されるように２極着磁を行った。また、無着磁領域の幅を変えて２極着磁を行った。無着磁領域の幅が０．８ｍｍである永久磁石を永久磁石ｂ１、無着磁領域の幅が１．５ｍｍである永久磁石を永久磁石ｂ２、無着磁領域の幅が２．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｂ３、無着磁領域の幅が３．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｂ４、無着磁領域の幅が４．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｂ５とした。なお、前記無着磁領域の幅は、マグネットビュアにより確認し測定した値である。

前記永久磁石ａ及び永久磁石ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５を磁石構造体とし、ホール素子を対向して配置し、ホール素子の移動による磁束密度の変化を調べた。永久磁石の無着磁領域の中心からの距離と磁束密度の関係を図７に示す。図７から明らかなように、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石ａにおいて直線性（リニアリティ）が格段に向上しており、中心からの距離が±３ｍｍ以上と広範囲に亘って直線性が維持されている。これに対して、無着磁領域を磁束検出手段の移動方向と略直交して形成した永久磁石ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５では、直線性の得られる範囲が著しく低下している。また、無着磁領域の幅を３．０ｍｍ以上と大きくした場合には、中心からの距離が±３ｍｍの範囲内で磁束密度の変曲点も見られる。

次に、同様の永久磁石に対して、無着磁領域が斜めに形成されるようにし、その傾斜角度を変えて２極着磁を行った。傾斜角度が５°である永久磁石をｂ６、傾斜角度が１５°である永久磁石をｂ７、傾斜角度が４５°である永久磁石をｂ８とした。なお、永久磁石ａのＬ・ｔａｎθ＝１．２１であり、永久磁石ｂ６ではＬ・ｔａｎθ＝０．６０、永久磁石ｂ７ではＬ・ｔａｎθ＝１．８３、永久磁石ｂ８ではＬ・ｔａｎθ＝５．７６である。これらの傾斜角度θに対するＬ・ｔａｎθの値を表１に示す。

さらに、傾斜角度を１０°と固定して、無着磁領域の幅を変えて２極着磁を行った。無着磁領域の幅が０．８ｍｍである永久磁石をｂ９、無着磁領域の幅が２．０ｍｍである永久磁石をｂ１０、無着磁領域の幅が３．０ｍｍである永久磁石をｂ１１とした。

図８に無着磁領域の傾斜角度を変えた場合の磁束密度の変化の様子を示す。図８から明らかなように、無着磁領域の傾斜角度を大きくすることで、発生する磁束が大きくなることがわかった。ただし、傾斜角度があまり大きくなりすぎるとリニアリティの低下が見られ、傾斜角度４５°では直性性が得られる範囲が若干狭くなっている。また、図９に無着磁領域の幅を変えた場合の磁束密度の変化の様子を示す。図９から明らかなように、無着磁領域の無着磁領域の幅ｗが大きくなると発生する磁束が小さくなっており、無着磁領域の幅ｗをできる限り小さくすることが発生する磁束を確保する上で有利であることがわかった。

実験２
永久磁石として平板状のフェライト系ラバー磁石を用い、これを２極着磁した。用いた永久磁石は、位置を検出する方向の長さが１００ｍｍ、位置を検出する方向に垂直の方向の幅が５ｍｍ、厚さが２ｍｍである。その他は実験１と同様にして、磁束密度の変化の様子を評価した。すなわち、無着磁領域の幅ｗ＝１．５ｍｍ、傾斜角度θ＝１．０°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ＝９０°（ｗ＝０．８ｍｍ〜４．０ｍｍ）とした場合の磁束密度の変化と比較した。また、無着磁領域の傾斜角度θを１．０°に固定し、幅ｗを０．８ｍｍ〜４．０ｍｍとした場合における磁束密度の変化を調べた。さらに、無着磁領域の幅ｗを１．５ｍｍに固定し、傾斜角度θを０．５°〜５．０°とした場合における磁束密度の変化を調べた。なお、前記永久磁石における無着磁領域の傾斜角度θに対するＬ・ｔａｎθの値を表２に示す。

評価結果を図１０、図１１及び図１２に示す。本実験においても、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石において直線性（リニアリティ）が格段に向上しており、広範囲に亘って直線性が維持されていることがわかった。また、無着磁領域の無着磁領域の幅ｗが大きくなると発生する磁束が小さくなっており、無着磁領域の幅ｗをできる限り小さくすることが発生する磁束を確保する上で有利であることがわかった。さらに、無着磁領域の傾斜角度を大きくすることで、発生する磁束が大きくなることがわかった。ただし、傾斜角度があまり大きくなりすぎるとリニアリティの低下が見られ、実験２では傾斜角度５°でも直線性が得られる範囲が狭くなっている。

実験３
永久磁石として部分円筒形状を有するＮｄＦｅＢ系焼結磁石を用い、その周面を２極着磁した。用いた永久磁石のサイズは、厚さが１ｍｍ、外Ｒ面の曲率半径が１６ｍｍ、位置を検出する方向の長さが１６ｍｍ、位置を検出する方向に垂直の方向の高さが８ｍｍである。また、前記２極着磁に際しては、無着磁領域が斜めに形成されるようにした。無着磁領域の幅は１．５ｍｍ、その傾斜角度θは１０°である。これを永久磁石ｃとした。

同様の永久磁石に対して、無着磁領域が磁束検出手段の移動方向と略直交して形成されるように２極着磁を行った。また、無着磁領域の幅を変えて２極着磁を行った。無着磁領域の幅が０．８ｍｍである永久磁石を永久磁石ｄ１、無着磁領域の幅が１．５ｍｍである永久磁石を永久磁石ｄ２、無着磁領域の幅が２．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｄ３、無着磁領域の幅が３．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｄ４、無着磁領域の幅が４．０ｍｍである永久磁石を永久磁石ｄ５とした。なお、前記無着磁領域の幅は、マグネットビュアにより確認し測定した値である。

また、同様の永久磁石に対して、無着磁領域が斜めに形成されるようにし、その傾斜角度を変えて２極着磁を行った。傾斜角度が５°である永久磁石をｄ６、傾斜角度が１５°である永久磁石をｄ７、傾斜角度が４５°である永久磁石をｄ８とした。さらに、傾斜角度を１０°と固定して、無着磁領域の幅を変えて２極着磁を行った。無着磁領域の幅が０．８ｍｍである永久磁石をｄ９、無着磁領域の幅が２．０ｍｍである永久磁石をｄ１０、無着磁領域の幅が３．０ｍｍである永久磁石をｄ１１、無着磁領域の幅が４．０ｍｍである永久磁石をｄ１２とした。

前記永久磁石ｃ及び永久磁石ｄ１，ｄ２，ｄ３、ｄ４、ｄ５を磁石構造体とし、これを回転軸に装着するとともに、ホール素子を対向して配置し、回転軸の回転に伴う磁束密度の変化を調べた。永久磁石の回転角度（マグネット回転角）と磁束密度の関係を図１３に示す。

図１３から明らかなように、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石ｃにおいて直線性（リニアリティ）が格段に向上しており、マグネット角２０°付近まで直線性が維持されている。これに対して、無着磁領域を磁束検出手段の移動方向と略直交して形成した永久磁石ｄ１，ｄ２，ｄ３、ｄ４、ｄ５では、直線性が著しく低下している。また、無着磁領域の幅を４．０ｍｍと大きくした場合には、マグネット角５°程度まで直線性を有しているが、磁束密度の低下が大きい。

また、無着磁領域の幅ｗを１．５ｍｍに固定し、傾斜角度θを５°〜４５°とした場合における磁束密度の変化を調べた。さらに、無着磁領域の傾斜角度θを１０°に固定し、幅ｗを０．８ｍｍ〜４．０ｍｍとした場合における磁束密度の変化を調べた。結果を図１４及び図１５に示す。なお、前記永久磁石における無着磁領域の傾斜角度θに対するＬ・ｔａｎθの値を表３に示す。ここで、Ｌは、ピーク位置間角度を周方向の長さに換算して求めたものである。

図１４から明らかなように、傾斜角度が小さくなるに従いＬ・ｔａｎθの値が小さくなると、磁束密度の低下が大きくなる。一方、傾斜角度が大きくなりＬ・ｔａｎθの値が大きくなるにしたがい、直線性を有する範囲が狭くなっている。また、図１５から明らかなように、無着磁領域の幅が３ｍｍより大きくなると、磁束密度の低下が大きくなる。

以上、本発明を適用した実施形態及び実施例について説明したが、本発明の磁石構造体及び位置検出装置がこれら実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。

第１の実施形態の位置検出装置を模式的に示す概略斜視図である。 永久磁石の着磁状態を示す概略平面図である。 駆動コイルを備えた位置検出装置の概略構成を示す斜視図である。 第２の実施形態の位置検出装置を模式的に示す概略斜視図である。 第２の実施形態における磁束検出手段の移動状態を示す概略平面図である。 円筒面を有する永久磁石を２極着磁するための着磁装置の一例を示すものであり、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は概略平面図である。 実験１において、無着磁領域の幅ｗ＝１．５ｍｍ、傾斜角度θ＝１０°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ＝９０°（ｗ＝０．８ｍｍ〜４．０ｍｍ）とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。 実験１において、無着磁領域の幅ｗを１．５ｍｍに固定し、傾斜角度θを５°〜４５°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。 実験１において、無着磁領域の傾斜角度θを１０°に固定し、幅ｗを０．８ｍｍ〜３．０ｍｍとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。 実験２において、無着磁領域の幅ｗ＝１．５ｍｍ、傾斜角度θ＝１．０°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ＝９０°（ｗ＝０．８ｍｍ〜４．０ｍｍ）とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。 実験２において、無着磁領域の傾斜角度θを１．０°に固定し、幅ｗを０．８ｍｍ〜４．０ｍｍとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。 実験２において、無着磁領域の幅ｗを１．５ｍｍに固定し、傾斜角度θを０．５°〜５°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。 実験３において、無着磁領域の幅ｗ＝１．５ｍｍ、傾斜角度θ＝１０°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ＝９０°（ｗ＝０．８ｍｍ〜４．０ｍｍ）とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。 実験３において、無着磁領域の幅ｗを１．５ｍｍに固定し、傾斜角度θを５°〜４５°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。 実験３において、無着磁領域の傾斜角度θを１０°に固定し、幅ｗを０．８ｍｍ〜４．０ｍｍとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。

符号の説明

１ 永久磁石、１ａ Ｎ極、１ｂ Ｓ極、１ｃ 無着磁領域、１ｄ 境界領域、２ 磁束検出手段、３ 基板、４ 駆動コイル、５，６ 着磁ヨーク、５ａ，６ａ 対向面

Claims (7)

1. 複数極に着磁された永久磁石を有し、前記永久磁石に対向配置された磁束検出手段が前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動し、前記永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することによって位置検出が行われる磁石構造体であって、
   前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする磁石構造体。
2. 前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Ｌに対して０．５≦Ｌ・ｔａｎθ≦６なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の磁石構造体。
3. 前記永久磁石が部分円筒形状を有し、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することを特徴とする請求項１または２記載の磁石構造体。
4. 複数極に着磁された永久磁石と、前記永久磁石に対向配置され前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動することによって位置検出を行う磁束検出手段とを備えた位置検出装置であって、
   前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることを特徴とする位置検出装置。
5. 前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Ｌに対して０．５≦Ｌ・ｔａｎθ≦６なる関係を満たすことを特徴とする請求項４記載の位置検出装置。
6. 前記永久磁石が部分円筒形状を有し、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することにより角度検出が行われることを特徴とする請求項４または５記載の位置検出装置。
7. 前記磁束検出手段がホール素子であることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載の位置検出装置。

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