JP2013254612A - 磁気式変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の変位の検出範囲を大きくしつつ、検出値のばらつきを小さくすること。
【解決手段】磁気式変位検出装置は、回転体にその回転方向Ｒａ、Ｒｂ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。各磁石５〜７の分極方向Ｃを回転体の回転方向Ｒａ、Ｒｂに向ける。端の１個の磁石５を、隣の磁石６と同極同士が対向するように配置し、他の磁石６、７を、異極同士が対向するように配置する。
【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。

ところで、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値のばらつきが大きくなる。

特開２０００−３５３４４号公報 特開２０１０−１２３３３４号公報 特開平７−７８５３８号公報

本発明の課題は、変位の検出範囲を大きくしつつ、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、各磁石の分極方向を移動体の移動方向に向ける。そして、該磁石のうち、端にある１個の磁石を、隣にある磁石と同極同士が対向するように配置し、他の磁石を、異極同士が対向するように配置する。

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、各磁石の分極方向を移動体の移動方向に向けて、端の磁石と隣の磁石で同極同士を対向させ、他の磁石で異極同士を対向させている。このため、端の磁石と隣の磁石との間で磁界の向きが変化して、磁気の変化が大きくなり、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の間隔を、他の磁石同士の間隔より狭くしてもよい。

また、本発明では、上記磁気式変位検出装置において、磁気センサの磁気検知面が、各磁石の分極方向に対して垂直になるように、磁気センサを配置してもよい。

さらに、本発明では、上記磁気式変位検出装置において、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。

本発明の一実施形態による磁気式変位検出装置の適用例を示した図である。 本発明の一実施形態による磁気式変位検出装置の要部の構造図である。 図２の要部の動作図である。 図２の磁気式変位検出装置の回転角度と磁束密度の変化を示した図である。 他の例の要部の構造図である。 図２と図５の例の回転角度と磁束密度の変化を示した図である。 他の実施形態を示した図である。

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および図７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。

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。

各磁石５〜７は、図２（ｂ）に示すように、磁極（Ｓ極とＮ極）の分極方向Ｃをホルダ２の回転方向Ｒａ、Ｒｂに向けて、配置されている。

ホールＩＣ４は、ホルダ２の回転方向Ｒａ、Ｒｂに対して、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、配置されている。より詳しくは、図２で、ホールＩＣ４の磁気検知面４ａは、磁石５〜７と反対側（Ｒａ方向側）を向いている。ホールＩＣ４の磁気検知方向Ｍは、磁石５〜７に向かうＲｂ方向を向いている。

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と同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、異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。

このような配置により、図２（ｂ）に示すように、磁石５〜７の周囲に磁界Ｇが発生する。詳しくは、磁石５による磁界Ｇよりも、磁石６、７による磁界Ｇの方が大きくなる。また、磁石５による磁界Ｇと、磁石６、７による磁界Ｇとでは、向きが逆になる。

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のＮ極が来た状態となる。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、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、７が接近して、ホールＩＣ４が磁石６、７の影響を受ける。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７のＮ極が来た状態となる。このため、ホールＩＣ４が磁石７のＮ極の影響を受け、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低下する。この後、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０になる。

ホールＩＣ４の検出した磁束密度がオフしきい値（復帰点）Ｂｒｐより小さくなると、ホールＩＣ４からオフ信号が出力される。然るに、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。

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上に磁石５のＮ極が来る前に、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、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、各磁石５〜７の分極方向Ｃをホルダ２の回転方向Ｒａ、Ｒｂに向けて、端の磁石５と隣の磁石６で同極同士を対向させ、他の磁石６、７で異極同士を対向させている。このため、端の磁石５と隣の磁石６との間で磁界の向きが変化して、磁気の変化が大きくなり、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）。

特に、上記実施形態では、端の磁石５と隣の磁石６との間隔を、他の磁石６、７同士の間隔より狭くしている。このため、磁石５、６の間で磁束密度の変化がより大きくなり、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。なお、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。

また、上記実施形態では、磁気センサ４の磁気検知面４ａが各磁石５〜７の分極方向Ｃに対して垂直になるように、磁気センサ４を配置している。このため、ホールＩＣ４上に各磁石５〜７があるときに、ホールＩＣ４の磁気検知方向Ｍと磁石５〜７の磁界の向きがほぼ平行になり、磁気検出効率を上げることができる。

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、磁石５、６間でホールＩＣ４がホルダ２など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、４つ以上の磁石をホルダ２の回転方向に並ぶように設けてもよい。また、各磁石を等間隔に配置してもよい。

また、上記実施形態では、磁石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））、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７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。

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
８ 回転軸
１０ サイドスタンド
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)

1. 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、各磁石の分極方向を前記移動体の移動方向に向け、該磁石のうち、端にある１個の磁石を、隣にある磁石と同極同士が対向するように配置し、他の磁石を、異極同士が対向するように配置した、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。
2. 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。
3. 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。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の磁気式変位検出装置において、
   前記磁気センサの磁気検知面が、前記各磁石の分極方向に対して垂直になるように、前記磁気センサを配置した、ことを特徴とする磁気式変位検出装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか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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