JP2013251175A - 磁気式変位検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】変位の検出範囲を大きくしつつ、磁石の設置を容易にし、しかも、検出値のばらつきを小さくする。
【解決手段】磁気式変位検出装置は、回転体にその回転方向へ並ぶように設けられた3つの磁石5〜7と、回転体の回転により、磁石5〜7と対向するように設けられたホールIC4を備える。ホールIC4は、磁石5〜7の磁気を検出し、該検出値とオンしきい値またはオフしきい値に基づいて、回転体の変位に応じたオン・オフ信号を出力する。磁石5〜7のうち、端の1個の磁石5を、隣の磁石6と異極同士が対向するように配置し、他の磁石6、7を、同極同士が対向するように配置する。端の磁石5と隣の磁石6との間隔を、他の磁石6、7の間隔より狭くする。
【選択図】図2
【解決手段】磁気式変位検出装置は、回転体にその回転方向へ並ぶように設けられた3つの磁石5〜7と、回転体の回転により、磁石5〜7と対向するように設けられたホールIC4を備える。ホールIC4は、磁石5〜7の磁気を検出し、該検出値とオンしきい値またはオフしきい値に基づいて、回転体の変位に応じたオン・オフ信号を出力する。磁石5〜7のうち、端の1個の磁石5を、隣の磁石6と異極同士が対向するように配置し、他の磁石6、7を、同極同士が対向するように配置する。端の磁石5と隣の磁石6との間隔を、他の磁石6、7の間隔より狭くする。
【選択図】図2
Description
本発明は、二輪車のサイドスタンドなどに使用される磁気式変位検出装置に関する。
磁気の変化により移動体の変位を検出する装置として、たとえば、特許文献1〜3に開示された装置がある。
特許文献1の装置では、回転体の回転中心に磁路形成凸部を設け、回転体の外周に磁路変更片を、所定の角度間隔で3つ設けている。磁路形成凸部と磁路変更片の間には、磁気検知部材を配置している。磁気検知部材には、磁気抵抗素子とバイアスマグネットから成る磁気検知体を、所定の角度間隔で3つ設けている。回転体が回転することにより、磁路変更片が回動して、各バイアスマグネットの磁束の向きが変化する。そして、それに応じて変化する各磁気抵抗素子の検出電圧に基づいて、回転体の回転位置を検出する。
また、特許文献2の装置では、基板に、磁気抵抗素子またはホールICから成る磁気センサを設け、基板に対して相対的に回転する回転体に磁石を設けている。サイドスタンドの回動に伴う回転体の往復回転により、磁石が磁気センサに対して近づいたり離れたりして、磁気センサによる磁気の検出値が変化する。そして、磁気センサが、検出値としきい値とを比較して、回転体の変位に応じたオン信号またはオフ信号を出力する。
さらに、特許文献3の装置では、ホール素子から成る磁場検出部のスライド方向に、3つの永久磁石を並べて、磁場発生部を構成している。中央の磁石に対して、長さの短い両側の磁石を、中央の磁石から等しいギャップを隔てて配置し、かつ、極性を逆にしている。磁場検出部が磁場発生部に対してスライドすることにより、磁場検出部でホール素子の出力が変化し、該出力に応じてスイッチング動作が行われる。
特許文献3のように、複数の磁石を移動体の移動方向に間隔をおいて並べると、磁界のおよぶ範囲が広がり、移動体の変位の検出範囲を大きくできる。このため、特別大きな磁石を用いたり、多数の磁石を隙間なく並べたりする必要がなくなる。
しかしながら、磁石間では、同極同士で反発力が作用し、異極同士で吸引力が作用する。このため、各磁石の磁極の向きによって、複数の磁石を所定の間隔をおいて設置する作業がやりにくくなる。
また、特許文献2のような磁気センサでは、一般に、検出値と比較するしきい値がオン信号用とオフ信号用で異なって設けられている。このため、磁石間の磁気の変化が小さいと、磁気センサがオン・オフ信号を出力する時の検出角度のばらつきが大きくなる。
本発明の課題は、変位の検出範囲を大きくしつつ、磁石の設置が容易で、しかも、検出値のばらつきを小さくできる磁気式変位検出装置を提供することである。
本発明の磁気式変位検出装置は、往復移動する移動体に、当該移動体の移動方向へ並ぶように設けられた複数の磁石と、移動体が移動することにより、各磁石と対向するように設けられた磁気センサとを備える。磁気センサは、磁石の磁気を検出し、該検出値とオンしきい値またはオフしきい値に基づいて、移動体の変位に応じたオン信号またはオフ信号を出力する。磁石は3個以上から構成され、そのうち端にある1個の磁石を、隣にある磁石と異極同士が対向するように配置し、他の磁石を、同極同士が対向するように配置し、端の1個の磁石と隣の磁石との間隔を、他の磁石同士の間隔より狭くする。
上記によると、3個以上の磁石を移動体の移動方向に間隔をおいて配置しているので、磁界のおよぶ範囲を広げて、移動体の変位の検出範囲を大きくすることができる。このため、特別大きな磁石を用いたり、多数の磁石を隙間なく並べたりする必要がなくなる。また、端の1個の磁石と隣の磁石は、異極同士を対向させるので、磁石間に吸引力が作用して、容易に近づけて設置することができる。また、他の磁石は、同極同士を対向させるので、磁石間に反発力が作用して、容易に離して設置することができる。さらに、異極同士が対向する端の1個の磁石と隣の磁石との間隔を狭くしているので、該磁石間で移動体の変位に対する磁気の変化が大きくなる。これにより、磁気センサの検出値のばらつきを小さくすることができる。
また、本発明では、上記磁気式変位検出装置において、移動体は、回転軸を中心に往復回転する回転体であり、複数の磁石は、回転軸と同心の円弧上に並べるようにしてもよい。
また、本発明では、上記磁気式変位検出装置において、端の1個の磁石と隣の磁石とを接触させてもよい。
また、本発明では、上記磁気式変位検出装置において、各磁石の分極方向が、磁気センサの磁気検知面に対して垂直になるように、各磁石を配置してもよい。
この場合において、磁気センサは、片極検知型のホールICから成り、端の1個の磁石は、ホールICが動作しない非動作極をホールIC側に向けて配置され、他の複数個の磁石は、ホールICが動作する動作極をホールIC側に向けて配置されていてもよい。
本発明によれば、変位の検出範囲を大きくしつつ、磁石の設置が容易で、しかも、磁気センサの検出値のばらつきを小さくできる磁気式変位検出装置を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。
まず、本発明の一実施形態による磁気式変位検出装置100の適用例を、図1を参照しながら説明する。
磁気式変位検出装置100は、自動二輪車のサイドスタンド10の位置や変位を検出するために使用される。磁気式変位検出装置100のハウジング1は、たとえば、自動二輪車の車体に固定される。サイドスタンド10の上端部は、ホルダ2に保持される。ホルダ2は、非磁性体から成る。
サイドスタンド10およびホルダ2は、回転軸8を中心にRa、Rb方向へ往復回転する。これにより、サイドスタンド10が、図1(a)に示す収納位置(横向き)と図1(b)に示す起立位置(縦向き)との間で変位する。ホルダ2は、本発明の「移動体」および「回転体」の一例である。
ホルダ2内には、3つの磁石5、6、7が設けられている。したがって、磁石5、6、7は、ホルダ2と共に、回転軸8を中心に回転する。
ハウジング1内には、基板3が設けられている。基板3には、ホールIC4が実装されている。ホールIC4の出力信号は、ハーネス9を介して、外部装置に送信される。ホールIC4は、本発明の「磁気センサ」の一例である。
次に、磁気式変位検出装置100の要部の構造を、図2を参照しながら説明する。
図2では、ホールIC4と磁石5〜7の上面図(図1で画面に垂直に向かう方向から見た状態)を(a)に示し、(a)を矢印Y方向から見て円弧Aを展開した場合の側方展開図を(b)に示している。後述する図5、図11、および図12も同様である。また、後述する図3の2段目に示す上面図と、3段目に示す側方展開図も同様である。
図2に示すように、磁石5〜7は、回転軸8と同心の円弧A上に並べて配置されている。つまり、サイドスタンド10やホルダ2の回転方向Ra、Rbに、磁石5〜7は並べられている。
ホールIC4は、円弧Aと対向するように配置されている。このため、サイドスタンド10およびホルダ2が回転軸8を中心に回転することにより、各磁石5〜7も回転して、各磁石5〜7とホールIC4とが対向する(図1および図3参照)。ホールIC4の磁石5〜6と対向する面4aは、磁気検知面となっている。この磁気検知面4aと反対側の面は、基板3(図1)に対する設置面である。
ホールIC4は、磁石5〜7の磁束密度を検出し、該検出値とオンしきい値またはオフしきい値とに基づいて、ホルダ2の変位に応じたオン信号またはオフ信号を出力する。ホールIC4の検出値は、感知した磁界の向きに応じて+(プラス)値または−(マイナス)値になる。
図2(b)に示すように、各磁石5〜7の磁極(S極とN極)の分極方向Cが、ホールIC4の磁気検知面4aに対して垂直になるように、各磁石5〜7はホールIC4に対して配置されている。ホールIC4の磁気検知方向Mは、磁石5〜7の分極方向Cと平行になっている。
3個の磁石3〜5のうち、ホールIC4側の端にある1個の磁石5は、N極を、ホールIC4側に向けている。ホールIC4は、磁石5のN極と対向した場合は、オン信号を出力しない。よって、磁石5のN極は、ホールIC4に対して非動作極となっている。一方、他の磁石6、7は、S極をホールIC4側に向けている。ホールIC4は、磁石6、7のS極と対向した場合は、オン信号を出力する。よって、磁石6、7のS極は、ホールIC4に対して動作極となっている。このように、本実施形態で用いるホールIC4は、片極検知型のホールICである。
また、端の磁石5は、隣にある磁石6と異極同士が対向するように配置されている。他の磁石6、7は、同極同士が対向するように配置されている。すなわち、磁石6、7に対して磁石5は、分極方向を逆にして配置されている。
端の磁石5と隣の磁石6との間隔は、他の磁石6、7の間隔より狭くなっている。図2(a)のように、磁石5、6は、一部接触している。磁石6、7は、所定の間隔で離間している。
次に、磁気式変位検出装置100の要部の動作を、図3および図4を参照しながら説明する。
図1(a)に示すように、サイドスタンド10が収納位置にあるときは、ホルダ2および磁石5〜7の回転角度(変位)が、図4でθa(=0°)となる。このとき、図3(a)に示すように、ホールIC4上にいずれの磁石5〜7もない状態となる。このため、ホールIC4が磁気を感知せず、図4の回転角度θaの付近に示すように、ホールIC4により検出した磁束密度が0となる。このとき、ホールIC4からは、オフ信号が出力される。
図1のサイドスタンド10が収納位置から起立位置へ向かってRa方向へ回転して行くと、ホルダ2とともに磁石5〜7もRa方向へ回転して行く。そして、その回転角度が図4のθbになると、図3(b)に示すように、ホールIC4上に磁石5が来た状態となる。このため、ホールIC4が磁石5のN極の影響を受け、図4の回転角度θbの付近に示すように、ホールIC4の検出した磁束密度が−(マイナス)側に振れる。
そして、サイドスタンド10がさらに回転して、回転角度が図4のθcになると、図3(c)に示すように、ホールIC4上に磁石5、6の間の空間が来た状態となる。このため、ホールIC4が磁石5のN極と磁石6のS極の影響を受けて、図4の回転角度θcの付近に示すように、ホールIC4の検出する磁束密度が+(プラス)側へ移行する。
さらに、サイドスタンド10が起立位置へ向かってRa方向へ回転すると、ホールIC4と磁石6が接近して、ホールIC4が磁石6のS極の影響を強く受ける。このため、ホールIC4の検出した磁束密度が+側で大きくなって行く。そして、ホールIC4の検出した磁束密度がオンしきい値(動作点)Bopより大きくなると、ホールIC4からオン信号が出力される。
その後、サイドスタンド10がさらに回転して、回転角度が図4のθdになると、図3(d)に示すように、ホールIC4上に磁石6、7の間の空間が来た状態となる。この状態では、ホールIC4の直上に磁石6、7がないので、ホールIC4が磁石6、7のS極から受ける影響が弱まる。このため、図4の回転角度θdの付近に示すように、ホールIC4の検出した磁束密度が+側で若干低下する。このとき、磁束密度はオフしきい値(復帰点)Brpより小さくならないため、ホールIC4はオン信号の出力を維持する。
この後、ホールIC4上に磁石7が来ると、磁石7のS極の影響により、ホールIC4の検出した磁束密度が再び上昇する。そして、ホールIC4上を磁石7が通り過ぎると、ホールIC4の検出した磁束密度が徐々に0まで低下して行く。
本例では、サイドスタンド10が図1(b)の起立位置まで回転したとき、ホールIC4の検出した磁束密度がオフしきい値Brpより小さくならないように、磁石5〜7を配置している。具体的には、サイドスタンド10が起立位置にあるときに、ホールIC4上に磁石7が来たり、ホールIC4と磁石7が所定の間隔で接近したりするようにしている。
このため、サイドスタンド10が起立位置へ向かってRa方向へ回転する途中で、ホールIC4の検出した磁束密度がオンしきい値Bopより大きくなったとき以降は、ホールIC4がオン信号を出力し続ける。よって、ホールIC4の出力がオン信号であることから、サイドスタンド10が起立位置付近に変位していることを検出することができる。
一方、サイドスタンド10が起立位置から収納位置へ向かってRb方向へ回転して行くと、ホルダ2および磁石5〜7もRb方向へ回転して行く。そして、上記と逆の順(図3で(d)から(a)へ向う順)で、磁石5〜7とホールIC4との相対位置が変化して行く。このため、ホールIC4の検出した磁束密度が、図4で右から左へ示すように変化して行く。
その際、ホールIC4上を磁石6が通り過ぎたぐらいの状態(磁石5、6の間)で、ホールIC4の検出した磁束密度がオフしきい値Brpより小さくなって、ホールIC4の出力がオン信号からオフ信号に切り替わる。よって、ホールIC4の出力がオフ信号であることから、サイドスタンド10が収納位置付近に変位していることを検出することができる。
上記実施形態によると、3個の磁石5〜7をホルダ2の回転方向Ra、Rbに間隔をおいて配置しているので、磁界のおよぶ範囲を広げて、サイドスタンド10やホルダ2の変位の検出範囲を大きくすることができる。このため、特別大きな磁石を用いたり、多数の磁石を隙間なく並べたりする必要がなくなる。
また、上記実施形態では、磁石5、6は、異極同士を対向させるので、磁石5、6間に吸引力が作用して、容易に近づけて設置することができる。また、磁石6、7は、同極同士を対向させるので、磁石6、7間に反発力が作用して、容易に離して設置することができる。
また、たとえば図5に示すように、磁石6、7だけをホルダ2に設置した場合、サイドスタンド10と共にホルダ2が回転すると、ホールIC4により検出した磁束密度が、図6に破線で示すように変化する。すなわち、ホールIC4に磁石6が近づくと、磁石6のS極の影響で、ホールIC4の検出した磁束密度が+側で変化するが、回転角度に対する磁束密度の変化(傾き)は緩やかである。この場合、磁束密度がオンしきい値Bopより大きくなって、ホールIC4がオン信号を出力する時の検出角度と、磁束密度がオフしきい値Brpより小さくなって、ホールIC4がオフ信号を出力する時の検出角度のばらつきX2が大きくなる。
然るに、上記実施形態では、磁石6の隣に磁極が逆の磁石5を、磁石6、7間より狭い間隔で設けているので、ホールIC4により検出した磁束密度が、図4や図6に実線で示すように変化する。すなわち、ホールIC4の検出した磁束密度が+側に振れる直前または直後で、磁石5のN極の影響により−側に振れるので、回転角度に対する磁束密度の変化(傾き)が急になる。このため、磁束密度がオンしきい値Bopより大きくなって、ホールIC4がオン信号を出力する時の検出角度と、磁束密度がオフしきい値Brpより小さくなって、ホールIC4がオフ信号を出力する時の検出角度のばらつきX1を小さくすることができる(X1<X2)。
また、磁石5、6の間隔を、図7(b)に示すように広くするより、図7(a)に示すように狭くすることで、回転角度に対する磁束密度の変化を大きくすることができる。図8および図9では、図7(a)の磁石5、6の間隔が狭い場合に、ホールIC4により検出した磁束密度の変化を実線で示し、図7(b)の磁石5、6の間隔が広い場合に、ホールIC4により検出した磁束密度の変化を二点鎖線で示している。
オン・オフしきい値Bop、Brpの付近で、磁石5、6の間隔の広い場合より、狭い場合の方が回転角度に対する磁束密度の変化が大きくなり、磁束密度の変化(傾き)が急になっている。また、図9に示すように、磁石5、6の間隔が広い場合の、ホールIC4がオン・オフ信号を出力する時の検出角度のばらつきX3より、磁石5、6の間隔が狭い場合の、ホールIC4がオン・オフ信号を出力する時の検出角度のばらつきX1の方が小さくなっている(X1<X3)。
よって、異極同士が対向する磁石5、6の間隔を狭くするに連れて、該磁石5、6間で磁束密度の変化が大きくなり、ホールIC4の検出角度のばらつきを小さくすることができる。
磁石5、6の間に隙間を設けることは必須事項ではなく、図2や図7(a)に示すように、磁石5、6を一部接触させたり、隙間なく接触させたりしてもよい。これにより、磁石5、6の間で、磁束密度の変化をより大きくして、ホールIC4の検出角度のばらつきを一層小さくすることができる。
また、上記実施形態では、各磁石5〜7の分極方向Cが、ホールIC4の磁気検知面4aに対して垂直になっている。このため、各磁石5〜7の分極方向CとホールIC4の磁気検知方向Mが平行になり、ホールIC4の上を磁石5〜7が通過する場合の、ホールIC4に対する極性の変化が少なくなる。これによって、ホールIC4により検出した磁束密度が、−側と+側へ頻繁に振れるのを抑制することができる。
さらに、上記実施形態では、端の磁石5は、N極をホールIC4側に向け、他の磁石6、7は、S極をホールIC4側に向けている。このため、隣り合う磁石5、6間で、ホールIC4がサイドスタンド10やホルダ2の往復回転による変位に応じたオン・オフ信号を1回ずつ出力することができる。
本発明は、上述した以外にも種々の実施形態を採用することができる。たとえば、上記実施形態では、3つの磁石5〜7、5’〜7’をホルダ2に設けた例を示したが、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、たとえば、図10に示すように、4つ以上の磁石15、16、17、18、19(5つ)を円弧A上に並べてホルダ2に設けてもよい。端の1個の磁石15は、隣の磁石16と異極同士が対向するように配置すればよい。他の複数個の磁石16〜19は、同極同士が対向するように配置すればよい。また、端の磁石15と隣の磁石16との間隔を、他の磁石16〜19同士の間隔より狭くすればよい。
また、上記実施形態では、磁石5〜7の分極方向Cを回転軸8の軸方向に向けた例を示したが、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、たとえば、図11に示すように、磁石5”、6”、7”の分極方向Cを回転軸8の径方向に向けて、磁石5”、6”、7”を配置するようにしてもよい。この場合、磁石5”〜7”の分極方向Cに対して、ホールIC4の磁気検知面4aが垂直でかつ磁気検知方向Mが平行になるように、ホールIC4を配置すればよい。
また、磁石5〜7、5”〜7”の分極方向Cが、ホルダ2の回転面(回転軸8に垂直な面)に対して所定の角度で傾くように、磁石5〜7、5”〜7”を配置してもよい。さらに、各磁石の分極方向が、ホルダ2の回転方向Ra、Rb(すなわち移動体の移動方向)を向くように、各磁石を配置してもよい。
また、上記実施形態では、磁石5〜7、5”〜7”に対してホールIC4を、回転軸8の軸方向にずらして配置した例を示したが(図2(b)、図11(b))、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、たとえば、図12に示すように、磁石5”〜7”に対してホールIC4を、回転軸8の径方向にずらして配置してもよい。この場合、磁石5”〜7”の分極方向Cに対して、ホールIC4の磁気検知面4aが垂直で、かつ磁気検知方向Mが平行になるように、ホールIC4を配置すればよい。また、磁石5”〜7”と対向するように、磁気検知面4aを回転軸8側に向けて、ホールIC4を配置すればよい。
また、上記実施形態では、磁気センサとして片極検知型のホールIC4を用いた例を示したが、本発明はこれに限るものではない。これ以外に、たとえば、両極検知型のホールICや磁気抵抗素子などの他の磁気センサを用いてもよい。
さらに、上記実施形態では、自動二輪車のサイドスタンド10の回転による変位を検出するための磁気式変位検出装置100に、本発明を適用した例を挙げた。然るに、これ以外の移動体の回転、または直線的若しくは曲線的な移動による変位を検出するための装置に対しても、本発明を適用することは可能である。移動体の直線的若しくは曲線的な移動による変位を検出する場合も、移動体の移動方向に複数の磁石を並べて配置すればよい。
2 ホルダ
4 ホールIC
4a 磁気検知面
5、6、7 磁石
5”、6”、7” 磁石
8 回転軸
10 サイドスタンド
15、16、17、18、19 磁石
100 磁気式変位検出装置
A 円弧
Bop オンしきい値
Brp オフしきい値
C 分極方向
Ra、Rb 回転方向
4 ホールIC
4a 磁気検知面
5、6、7 磁石
5”、6”、7” 磁石
8 回転軸
10 サイドスタンド
15、16、17、18、19 磁石
100 磁気式変位検出装置
A 円弧
Bop オンしきい値
Brp オフしきい値
C 分極方向
Ra、Rb 回転方向
Claims (5)
- 往復移動する移動体に、当該移動体の移動方向へ並ぶように設けられた複数の磁石と、
前記移動体が移動することにより、前記各磁石と対向するように設けられた磁気センサと、を備え、
前記磁気センサは、前記磁石の磁気を検出し、該検出値とオンしきい値またはオフしきい値とに基づいて、前記移動体の変位に応じたオン信号またはオフ信号を出力する磁気式変位検出装置において、
前記磁石は3個以上から構成され、そのうち端にある1個の磁石を、隣にある磁石と異極同士が対向するように配置し、他の磁石を、同極同士が対向するように配置し、
前記端の1個の磁石と前記隣の磁石との間隔を、前記他の磁石同士の間隔より狭くした、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。 - 請求項1に記載の磁気式変位検出装置において、
前記移動体は、回転軸を中心に往復回転する回転体であり、
前記複数の磁石は、前記回転軸と同心の円弧上に並べられた、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。 - 請求項1または請求項2に記載の磁気式変位検出装置において、
前記端の1個の磁石と前記隣の磁石とを接触させた、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに磁気式変位検出装置において、
前記各磁石の分極方向が、前記磁気センサの磁気検知面に対して垂直になるように、前記各磁石を配置した、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。 - 請求項4に記載の磁気式変位検出装置において、
前記磁気センサは、片極検知型のホールICから成り、
前記端の1個の磁石は、前記ホールICが動作しない非動作極を前記ホールIC側に向けて配置され、前記他の複数個の磁石は、前記ホールICが動作する動作極を前記ホールIC側に向けて配置されている、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。
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CN117256339A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-22 | 东莞市嘉航实业有限公司 | 一种中、远距离剪切装置及控制方法 |
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