JP2016057174A - Linear sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リニアセンサに関する。 The present invention relates to a linear sensor.
リニアセンサには、例えば、特許文献1に記載されるように磁気式のリニアセンサがある。このリニアセンサは、ステータ巻線が巻回された複数の磁極を有するステータと、ステータに隣接して直線往復移動自在な可動子とを有している。可動子は、磁性材をプレス加工して形成した複数の板状のコア片を積層した複数のコアを長尺状に連結して形成される。長尺状の可動子の側部は、山部と谷部とが交互に配置された形状を有している。ステータの磁極に山部及び谷部を有する側部を対向させて可動子を直線往復移動させると、磁極と可動子との間の磁気的結合度が変化し、この変化に応じた二相の出力信号がステータ巻線に発生する。この信号を検出することによって、ステータに対する可動子の位置が判別される。 Examples of the linear sensor include a magnetic linear sensor as described in Patent Document 1. This linear sensor includes a stator having a plurality of magnetic poles around which a stator winding is wound, and a mover that is linearly reciprocable adjacent to the stator. The mover is formed by connecting a plurality of cores obtained by laminating a plurality of plate-like core pieces formed by pressing a magnetic material into a long shape. The side part of the long movable element has a shape in which peaks and valleys are alternately arranged. When the mover is reciprocated linearly with the sides having crests and troughs facing the magnetic poles of the stator, the degree of magnetic coupling between the magnetic poles and the mover changes, and the two-phase An output signal is generated on the stator winding. By detecting this signal, the position of the mover relative to the stator is determined.
特許文献1における可動子である磁性部材は、その構造が複雑であり、その製造のために、磁性材のプレス加工によるコア片の製造、板状のコア片の積層によるコアの製造、及び複数のコアの連結を必要とし、多くの製造工数を要するため、コスト上昇を招くという問題がある。 The magnetic member, which is a mover in Patent Document 1, has a complicated structure. For its manufacture, a core piece is manufactured by pressing a magnetic material, a core is manufactured by laminating plate-like core pieces, and a plurality of magnetic members are manufactured. The cores need to be connected and a large number of manufacturing steps are required.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、磁極を有する検出子としてのステータに隣り合う磁性部材の構造を簡易にするリニアセンサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a linear sensor that simplifies the structure of a magnetic member adjacent to a stator as a detector having a magnetic pole.
上記の課題を解決するために、この発明に係るリニアセンサは、励磁磁極及び検出磁極を有する検出子と、励磁磁極及び検出磁極に対向して設けられ、検出子に対して相対的に変位可能である磁性部材とを備え、磁性部材は、非磁性材料から形成される基板と、基板上に変位方向に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性体とを有し、励磁磁極は、磁性体と対向するように配置され、検出磁極は、磁性体の縁部と対向するように配置され、磁性体の縁部は、磁性部材が変位すると、検出磁極に対向する部位を変位方向の横断方向に変位させるように形成される。 In order to solve the above-described problems, a linear sensor according to the present invention is provided with a detector having an excitation magnetic pole and a detection magnetic pole, and opposed to the excitation magnetic pole and the detection magnetic pole, and can be displaced relative to the detector. The magnetic member includes a substrate formed of a nonmagnetic material, and a layered magnetic body formed on the substrate along the displacement direction and formed of the magnetic material, Is arranged so as to face the magnetic body, and the detection magnetic pole is arranged so as to face the edge of the magnetic body. When the magnetic member is displaced, the edge of the magnetic body displaces the portion facing the detection magnetic pole. It is formed so as to be displaced in the transverse direction.
検出子は、励磁磁極を挟むようにして複数の検出磁極を有し、検出磁極は、磁性体における変位方向の横断方向に位置する複数の縁部それぞれに対向するように配置されてよい。
磁性体は、基板上に形成した薄膜であってよい。
磁性体は、基板上に付着させた磁性シート又は磁性テープであってよい。
The detector may have a plurality of detection magnetic poles so as to sandwich the excitation magnetic pole, and the detection magnetic poles may be arranged to face each of a plurality of edges located in the transverse direction of the displacement direction of the magnetic body.
The magnetic body may be a thin film formed on the substrate.
The magnetic body may be a magnetic sheet or a magnetic tape attached on the substrate.
この発明に係るリニアセンサによれば、磁極を有する検出子に隣り合う磁性部材の構造を簡易にすることが可能になる。 According to the linear sensor according to the present invention, the structure of the magnetic member adjacent to the detector having the magnetic pole can be simplified.
以下、この発明の実施の形態に係るリニアセンサについて添付図面に基づいて説明する。
実施の形態1.
図1を参照すると、この発明の実施の形態1に係るリニアセンサ100は、直線的に往復移動する対象物の変位を検出するものである。リニアセンサ100は、長手方向である方向D1及びD2に沿って往復移動可能に設けられた磁性部材であるスケール板10と、スケール板10の長手方向の相対位置を検出するための不動の検出子であるステータ20とを備えている。方向D1と方向D2とは互いに反対方向である。スケール板10は、方向D1及びD2へ直線的に往復移動する対象物に固定され、ステータ20は、移動しないものに固定されている。
A linear sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
Referring to FIG. 1, a
ステータ20は、スケール板10の上方に間隔をあけて配置されている。ステータ20は、方向D1及びD2に垂直な方向に沿って並べて配置された3つの磁極21、22及び23を一体に有している。磁極21、22及び23はそれぞれ、磁性材料から形成され且つスケール板10に向かって突出するように延在するコア21a、22a及び23aと、コア21a、22a及び23aの周りに延在方向を中心として巻き付けられた巻線21b、22b及び23bとを有している。ステータ20は、コア21a、22a及び23aの先端、並びに巻線21b、22b及び23bをスケール板10に対向させるようにして配置されている。さらに、中央に位置する巻線22bは、励磁用の励磁巻線を構成し、巻線22bの両側に位置する巻線21b及び23bは、信号検出用の検出巻線を構成している。そして、磁極22は、励磁用の励磁磁極を構成し、磁極21及び23は、信号検出用の検出磁極を構成している。
The
図1及び図2をあわせて参照すると、スケール板10は、非磁性材料から形成され且つスケール板10の外形を構成する長方形の平面形状をした基板11と、磁性材料から形成され且つ基板11の一方の平坦な表面11a上で基板11の長手方向全体にわたって直接的に形成された薄層からなる磁性層12とを有している。ここで、磁性層12は、磁性体を構成している。
Referring to FIGS. 1 and 2 together, the
磁性層12は、基板11の表面11aに対して、磁性材料の塗布法による焼き付け、磁性材料のCVD(化学蒸着)法、PVD(物理蒸着)法等による蒸着、磁性金属含有樹脂を硬化させることによる薄膜形成、磁性シート・磁性テープの接着、溶接、ロウ付け等による付着などによって直接的に形成されることができる。磁性シート・磁性テープとして、パーマロイテープ等の接着剤が付着したものを用いてもよい。
The
磁性層12は、基板11における長手方向に沿った一方の側部11bと側部11bに隣り合う磁性層12の長手方向に沿った直線状の縁部12aとの間隔が、方向D1に沿って次第に広くなるように形成されている。つまり、縁部12aは、側部11b及び方向D1に対して一定の角度を有している。さらに、磁性層12は、基板11における長手方向に沿った他方の側部11cと側部11cに隣り合う磁性層12の長手方向に沿った直線状の縁部12bとの間隔が、方向D1に沿って次第に狭くなるように形成されている。つまり、縁部12bは、側部11c及び方向D1に対して一定の角度を有している。よって、磁性層12は、平行四辺形の平面形状を有している。
In the
ステータ20は、スケール板10を方向D1及びD2に沿って移動させたとき、励磁磁極22のコア22aの全体が常に磁性層12に対向し、検出磁極21のコア21aが磁性層12の縁部12aに対向し、検出磁極23のコア23aが磁性層12の縁部12bに対向するように配置構成されている。コア22aを磁性層12に投影したとき、コア22aの全体が磁性層12内に含まれ、コア21a及び23aを磁性層12に投影したとき、コア21a及び23aそれぞれが、縁部12a及び12b上に位置する。
励磁巻線22bは、交流信号の発生源に接続されている。検出巻線21b及び23bは、電気信号を位置データとして変換して出力するR/D変換器等の変換装置に接続されている。
In the
The excitation winding 22b is connected to an AC signal generation source. The
リニアセンサ100によってステータ20に対するスケール板10の相対位置を検出する際、ステータ20の励磁巻線22bに交流信号が供給される。これにより、励磁巻線22bの周りを回りコア22aを通る磁束が発生し、この磁束がスケール板10の磁性層12に侵入して内部に磁束を形成する。磁性層12内部の磁束は、磁性層12からコア21a及び23aのそれぞれの中に延びる磁束を形成する。
When the
スケール板10が方向D1に移動したとき、コア21aにおける磁性層12と対向する部位が増加するため、コア21a内の磁束が増加し、それにより、検出巻線21bに出力信号としての誘導電流が発生する。また、コア23aにおける磁性層12と対向する部位が減少するため、コア23a内の磁束が減少し、それにより、検出巻線23bに、検出巻線21bと異なる位相をした出力信号としての誘導電流が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線21b及び23bの出力信号から、コア21a及び23aと磁性層12の縁部12a及び12bとのそれぞれの間における方向D1に垂直な方向での位置関係を検出し、それにより、コア21a及び23aに対する基板11及び磁性層12の長手方向の変位を検出する。
When the
一方、スケール板10が方向D2に移動したとき、コア21a内の磁束が減少し且つコア23aの磁束が増加するため、検出巻線21b及び23bに互いに位相が異なる出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線21b及び23bの出力信号から、コア21a及び23aに対する基板11及び磁性層12の長手方向の変位を検出する。
よって、リニアセンサ100は、ステータ20における検出磁極21及び23のコア21a及び23aと磁性層12との間における方向D1及びD2に垂直な横断方向での位置関係を、検出巻線21b及び23bの出力信号から検出することによって、ステータ20に対するスケール板10の長手方向の変位を検出する。
On the other hand, when the
Therefore, the
このように、この発明の実施の形態1に係るリニアセンサ100は、巻線21b,22b,23bをもつ励磁磁極22及び検出磁極21,23を有するステータ20と、励磁磁極22及び検出磁極21,23に対向して設けられ且つステータ20に対して相対的に変位可能であるスケール板10とを備える。スケール板10は、非磁性材料から形成される基板11と、基板11上にスケール板10の変位方向D1及びD2に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性層12とを有する。励磁磁極22は、磁性層12と対向するように配置され、検出磁極21,23はそれぞれ、磁性層12の縁部12a,12bと対向するように配置される。磁性層12の縁部12a,12bはそれぞれ、スケール板10が変位すると、検出磁極21,23に対向する部位を変位方向D1及びD2の横断方向に変位させるように形成される。
As described above, the
このとき、スケール板10の変位時に、縁部12a,12bにおける検出磁極21,23に対向する部位が変位方向D1及びD2の横断方向に変位することによって、励磁磁極22が磁性層12を介して検出磁極21及び23に形成する磁束が変化する。この磁束の変化によって検出磁極21及び23の巻線21b及び23bに出力信号が発生し、この出力信号からステータ20に対するスケール板10の変位が検出される。スケール板10は、非磁性材料から形成される基板11上に磁性材料から形成される層状の磁性層12を設けただけの構造であるため、その構造が簡易であり、且つ磁性層12の縁部12a及び12bを上述のように構成することも容易である。これにより、スケール板10は、構造及び製造の簡易化、薄型化、小型化、軽量化及びコスト低減を可能にする。
At this time, when the
また、リニアセンサ100において、ステータ20は、励磁磁極22を挟むようにして検出磁極21及び23を有し、検出磁極21及び23は、磁性層12における変位方向D1及びD2の横断方向に位置する2つの縁部12a及び12bそれぞれに対向するように配置される。これにより、リニアセンサ100は、2つの縁部12a及び12bと検出磁極21及び23との相対位置からスケール板10のステータ20に対する変位を検出する。よって、スケール板10の変位の検出精度が向上する。
Further, in the
また、リニアセンサ100において、磁性層12は、基板11上に形成した薄膜である。又は、磁性層12は、基板11上に付着させた磁性シート若しくは磁性テープである。これにより、基板11への磁性層12の形成が容易になる。さらに、磁性層12の平面形状を自在な形状とすることができるため、基板11が湾曲した平面形状を有している場合や屈折した平面形状を有している場合などの基板11の形状に関係なく磁性層12を形成することができる。この結果、リニアセンサ100は、スケール板10が直線に沿って変位するものだけでなく、曲線、円周、折れ線等に沿って変位するものでも、スケール板の変位を検出することができる。
In the
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るリニアセンサ200は、実施の形態1に係るリニアセンサ100に対して、スケール板10に形成された磁性層12の平面形状を変更したものである。
なお、以下の実施の形態において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図3及び図4をあわせて参照すると、リニアセンサ200は、方向D1及びD2に沿って往復移動可能なスケール板210と、ステータ20とを備えている。
Embodiment 2. FIG.
The
In the following embodiments, the same reference numerals as those in the previous drawings are the same or similar components, and thus detailed description thereof is omitted.
3 and 4 together, the
スケール板210は、非磁性材料から形成された長方形の平面形状をした基板11と、実施の形態1と同様の方法で磁性材料から形成され且つ基板11の表面11a上に形成された磁性層212、213及び214とを有している。
The
磁性層212、213及び214は、互いに間隔をあけて隣り合い且つ基板11の長手方向全体にわたって形成されている。磁性層213は、長方形の平面形状を有している。互いに隣り合う磁性層212の長手方向縁部212a及び磁性層213の長手方向縁部213aの間の間隔g1は、方向D1に沿って次第に広くなる。互いに隣り合う磁性層213の長手方向縁部213b及び磁性層214の長手方向縁部214aの間の間隔g2は、方向D1に沿って次第に狭くなる。縁部212a及び214aはそれぞれ、縁部213a及び213b並びに方向D1に対して一定の角度を有している。
The
ステータ20は、スケール板210を方向D1及びD2に沿って移動させたとき、励磁磁極22のコア22aの全体が常に磁性層213に対向し、検出磁極21のコア21aが磁性層212の縁部212aに対向し、検出磁極23のコア23aが磁性層214の縁部214aに対向するように構成されている。コア22aを磁性層213に投影したとき、その全体が磁性層213内に含まれ、コア21aを磁性層212に投影したとき、コア21aが縁部212a上に位置し、コア23aを磁性層214に投影したとき、コア23aが縁部214a上に位置する。
In the
よって、ステータ20の励磁巻線22bに交流信号が供給されると、コア22aを通る磁束が発生し、この磁束がスケール板210の磁性層213に侵入して内部に磁束を形成する。磁性層213内部の磁束は、磁性層213から両側の磁性層212及び214それぞれの中に延びる磁束を形成する。磁性層212及び214内の磁束はさらに、対向するコア21a及び23aのそれぞれの内部に延びる磁束を形成する。
Therefore, when an AC signal is supplied to the excitation winding 22b of the
このため、スケール板210が方向D1に移動したとき、コア21aにおける磁性層212と対向する部位が増加するため、コア21a内の磁束が増加する。また、コア23aにおける磁性層214と対向する部位が減少するため、コア23a内の磁束が減少する。これにより、検出巻線21b及び23bに互いに異なる位相をした出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線21b及び23bの出力信号から、コア21a及び23aに対する基板11並びに磁性層212及び214の長手方向の変位を検出する。
For this reason, when the
一方、スケール板210が方向D2に移動したとき、コア21a内の磁束が減少し且つコア23aの磁束が増加するため、検出巻線21b及び23bに互いに位相が異なる出力信号が発生する。図示しない変換装置は、検出巻線21b及び23bの出力信号から、コア21a及び23aに対する基板11並びに磁性層212及び214の長手方向の変位を検出する。
On the other hand, when the
また、この発明の実施の形態2に係るリニアセンサ200のその他の構成及び動作は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。
そして、実施の形態2におけるリニアセンサ200によれば、上記実施の形態1のリニアセンサ100と同様な効果が得られる。
Moreover, since the other structure and operation | movement of the
And according to the
また、実施の形態1及び2のリニアセンサ100及び200のスケール板10及び210において、磁性層12の縁部12a,12b、磁性層212の縁部212a及び磁性層214の縁部214aは、直線状であったがこれに限定されるものでない。縁部12a,12b,212a,214aは、方向D1及びD2に平行でなければよく、折れ線、曲線等であってもよい。
In the
また、実施の形態1及び2のリニアセンサ100及び200では、スケール板10及び210の磁性層12及び212に対して、ステータ20のコア22aの全体が対向するように構成されていたが、これに限定されるものでない。コア22aは、スケール板10及び210が移動したときに、磁性層12及び212に対向する面積つまり磁性層12及び212上への投影面積が変化しなければよい。これにより、スケール板10及び210が移動しても磁性層12及び212に形成される磁束が変化しない。
In the
また、実施の形態1及び2のリニアセンサ100及び200のスケール板10及び210において、磁性層12の2つの縁部12a,12b、又は磁性層212の縁部212a及び磁性層214の縁部214aに対向するように2つの検出磁極21及び23が設けられていたが、これに限定されるものでない。3つ以上の検出磁極を設け、各検出磁極に対向する磁性層の縁部をそれぞれ形成してもよい。あるいは、検出磁極は1つであってもよい。
In the
また、実施の形態1及び2のリニアセンサ100及び200では、ステータ20が固定され、スケール板10及び210が移動可能であるように構成されていたが、これに限定されるものでなく、ステータ20がスケール板10及び210の長手方向に沿って移動可能であり、スケール板10及び210が固定されるように構成されてもよい。
In the
10,210 スケール板(磁性部材)、11 基板、12,212,213,214 磁性層(磁性体)、12a,12b,212a,214a 縁部、20 ステータ(検出子)、21,23 検出磁極、21a,22a,23ab コア、21b,22b,23b 巻線、22 励磁磁極、100,200 リニアセンサ、D1,D2 移動方向(変位方向)。 10, 210 Scale plate (magnetic member), 11 substrate, 12, 212, 213, 214 magnetic layer (magnetic material), 12a, 12b, 212a, 214a edge, 20 stator (detector), 21, 23 detection magnetic pole, 21a, 22a, 23ab Core, 21b, 22b, 23b Winding, 22 Excitation magnetic pole, 100, 200 Linear sensor, D1, D2 Movement direction (displacement direction).
Claims (4)
励磁磁極及び検出磁極を有する検出子と、
前記励磁磁極及び前記検出磁極に対向して設けられ、前記検出子に対して相対的に変位可能である磁性部材と
を備え、
前記磁性部材は、非磁性材料から形成される基板と、前記基板上に変位方向に沿って設けられ且つ磁性材料から形成される層状の磁性体とを有し、
前記励磁磁極は、前記磁性体と対向するように配置され、
前記検出磁極は、前記磁性体の縁部と対向するように配置され、
前記磁性体の縁部は、前記磁性部材が変位すると、前記検出磁極に対向する部位を前記変位方向の横断方向に変位させるように形成されるリニアセンサ。 For linear sensors,
A detector having an excitation magnetic pole and a detection magnetic pole;
A magnetic member provided opposite to the excitation magnetic pole and the detection magnetic pole and displaceable relative to the detector;
The magnetic member includes a substrate formed of a nonmagnetic material, and a layered magnetic body provided on the substrate along a displacement direction and formed of a magnetic material,
The exciting magnetic pole is disposed so as to face the magnetic body,
The detection magnetic pole is disposed to face the edge of the magnetic body,
The edge part of the said magnetic body is a linear sensor formed so that the part which opposes the said detection magnetic pole may be displaced to the cross direction of the said displacement direction, if the said magnetic member displaces.
前記検出磁極は、前記磁性体における前記変位方向の横断方向に位置する複数の前記縁部それぞれに対向するように配置される請求項1に記載のリニアセンサ。 The detector has a plurality of the detection magnetic poles so as to sandwich the excitation magnetic pole,
The linear sensor according to claim 1, wherein the detection magnetic pole is disposed so as to face each of the plurality of edges positioned in a transverse direction of the displacement direction of the magnetic body.
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20180911 |