JP2018105717A - 移動物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 磁気検出素子が十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置を提供する。【解決手段】 磁石１と、磁性体からなる被検出体５の移動により変化する磁石１の磁界を検出する磁気検出素子２ａと、を備えた移動物体検出装置Ｓにおいて、被検出体５を挟んで磁石１と磁気検出素子２ａとを対向して配置し、磁気検出素子２ａの検出点２ｃの中心と磁石１の２極着磁の中心とを結ぶ直線Ｌ上に被検出体５が位置するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、移動物体検出装置に関する。

従来の移動物体検出装置は、磁気検出素子と、この磁気検出素子の背後に配置される磁石とを備え、前記磁気検出素子によって被検出体の凹凸を検出するものであった（特許文献１参照）。

従来の移動物体検出装置は、前記被検出体の凹凸に伴うパルス出力を得るためには十分であるが、前記被検出体の移動量に対して前記磁気検出素子がリニアな出力を行うためには、前記磁気検出素子が十分な磁束勾配変化の磁界を受けるには不利な構成であった。

特許第３０３６５９５号公報

そこで本発明は、前記問題点に着目し、磁気検出素子が十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る移動物体検出装置は、磁石と、前記磁石の磁界の変位を検出する磁気検出素子と、自信が移動することにより前記磁石の磁界を変位させる磁性体からなる被検出体とを備え、前記磁気検出素子によって前記被検出体の移動量を検出する移動物体検出装置において、前記磁石と前記磁気検出素子との間に前記被検出体を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、磁気検出素子が十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置を提供することができる。

本発明の実施形態の移動物体検出装置の断面図。 図１中Ａ−Ａ線の断面図。 同実施形態のセンサの概略図。 同実施形態の移動物体検出装置の検出範囲を示す断面図。 同実施形態の被検出体の移動に伴う磁界の変化を示す図。

以下に、本発明の実施形態に係る移動物体検出装置Ｓを添付図面に基づいて説明する。

本発明の移動物体検出装置Ｓは、図１に示すように、磁石１と、磁気検出素子２ａを内蔵した磁気検出パッケージ２と、回路基板３と、磁石１、磁気検出パッケージ２及び回路基板３を収納するケース体４からなる。なお、５は、磁気検出パッケージ２が検出する被検出体であり、６は、被検出体５が連結された連結シャフトであり、被検出体５と図示しない計測対象とを連結するものである。

磁石１は、サマリウムコバルトやネオジム磁石などからなり、被検出体５を含む周囲へ磁力線を放出し磁界を形成している。

磁石１の形状は円柱形であり、円柱形の軸心が被検出体５の移動方向（図１中の矢印Ｘ方向）と交差している。磁石１は、２極着磁されており、その着磁方向は、被検出体５の移動方向（図１の矢印Ｘ方向）に対して垂直方向で、かつ磁石１の磁極の境界が被検出体５の移動方向に対して平行方向である。

磁気検出パッケージ２は、ホールＩＣを内蔵している。前記ホールＩＣは、EEPROM搭載の磁気検出素子集積回路である。磁気検出パッケージ２の磁気検出素子２ａについて、図２を用いて説明する。磁気検出素子２ａは、被検出体５の移動により変化する磁石１の磁界を検出するものであり、本実施形態の磁気検出素子２ａは、平面に一対のホール素子２ｂを２つ備えたものである。一対のホール素子２ｂによって、２方向の磁界の変化を検出することが可能である。なお、図３中２ｃが一対のホール素子２ｂの検出点であり、この検出点２ｃでの磁界の変化を検出する。なお、一対のホール素子２ｂを複数設けたことで、一方は、他方が故障した際のバックアップ用である。この一対のホール素子２ｂによって、ホール素子２ｂが受けた磁束を回路内の演算によりベクトル化し、そのベクトルに応じた電圧を出力する。

回路基板３は、絶縁材料の基材に導体からなる導電パターンを備えたものである。この回路基板３上に、磁気検出パッケージ２が電気的、機械的に実装されている。なお、本実施形態では、磁気検出パッケージ２を回路基板３に実装したものであったが、本実施形態限定されるものではなく、回路基板３に代えて、ワイヤーフレームに実装したものであってもよい。

ケース体４は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）やポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）などの樹脂材料からなり、磁石１、磁気検出パッケージ２及び回路基板３を収納する。本実施形態では、ケース体４は、磁石１を収納する磁石収納部４ａと磁気検出パッケージ２と回路基板３とを収納するセンサ収納部４ｂとが、連結部分４ｃによって一体に形成されている。磁気検出パッケージ２と回路基板３は、図示しないフックや接着又は熱溶着といった手法でケース体４に取り付けられており、磁石１は、図示しないフックや接着又はインサート成形などの手法でケース体４に収納される。なお、ケース体４は、連結部分４ｃに設けた固定片４ｄで、ボルトなどの固定手段によって実機に取り付けられる。

被検出体５は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）などの軟磁性材からなり、形状は、直径が変わらない円柱形である。被検出体５は、実機に連結された連結シャフト６と連結する部分に凹部５ａを備えており、この凹部５ａ内には、ねじ山が形成されている。被検出体５と連結シャフト６とは、ねじ止め、あるいは、ねじ止めに接着により、連結されている。

被検出体５は、磁石１と磁気検出素子２ａとを結ぶ直線と直交する形で移動する。被検出体５は、磁石１から磁束を常に受け、移動位置に応じて磁気検出素子２ａへ供給する漏れ磁束のベクトルが変化する。前記ベクトルの変化に応じた電圧が出力されるため、磁気検出素子２ａは、被検出体５の移動量を検出できる。

被検出体５の連結シャフト６への連結部分は、凹部５ａを備えていたが、被検出体５と連結シャフト６との連結部分が平面であってもよい。平面の連結には、接着、もしくは、別の接続部材を用いて実現可能である。なお、被検出体５から連結シャフト６側へ突出する部分を備えていなければよい。

また、被検出体５に好適な材質としては、軟磁性材料であり、例えば、電磁鋼板（ケイ素鋼板）、ソフトフェライトなども採用可能である。

本実施形態では、磁石１と磁気検出素子２ａとは、被検出体５を挟んで対向して配置してある。磁気検出素子２ａの検出点２ｃと磁石１の２極着磁の磁極の中心とを結ぶ直線Ｌ上に、被検出体５が位置している。

次に、図４を用いて移動物体検出装置Ｓの被検出体５の検出可能な範囲を説明する。図４（ａ）は、被検出体５が、移動物体検出装置Ｓに対して、左側に位置した状態であり、図４（ｂ）は、被検出体５が、移動物体検出装置Ｓに対して、中央に位置した状態であり、図４（ｃ）は、被検出体５が、移動物体検出装置Ｓに対して、右側に移動した状態である。

図４（ａ）では、被検出体５が、磁気検出素子２ａの検出点２ｃと磁石１の磁極の中心とを結ぶ直線（二点鎖線）Ｌに対して、図４（ａ）中左側に移動した状態であり、被検出体５の先端部｛図４（ａ）中の左側端部｝である一端５ｂが、図４（ａ）中の磁石１の一方の端｛図４（ａ）中の磁石１の左側の端｝１ａより左側に位置している。つまり、磁石１の一方の端１ａから直線Ｌと平行に延びる直線Ｌ１より被検出体５の一端５ｂが左側に位置している。また、被検出体５の連結部｛図４（ａ）中の右側端部｝である他端５ｃが、図４（ａ）中の磁石１の他方の端｛図４（ａ）中の磁石１の右側の端｝１ｂより左側に位置している。つまり、磁石１の他方の端１ｂから直線Ｌと平行に延びる直線Ｌ２より被検出体５の他端５ｃが左側に位置している。すなわち、被検出体５の他端５ｃは、磁石１の他方の端１ｂより（言い換えれば、直線Ｌ２より）、直線Ｌ側に位置している。なお、被検出体５の他端５ｃは、直線Ｌと同等の位置まで移動しても、磁気検出素子２ａは、被検出体５の移動を検出することができる。なお、磁石１の端１ａ、１ｂと被検出体５の一端５ｂ、他端５ｃとは、被検出体５の移動方向｛図４（ａ）中の矢印Ｘ方向｝と直線Ｌとで構成される平面に対して垂直方向から磁石１、被検出体５の外形を投影した形状を元に説明している。

図４（ｃ）で示しているのは、被検出体５が、磁気検出素子２ａの検出点２ｃと磁石１の磁極の中心とを結ぶ直線Ｌに対して、図４（ｃ）中右側に移動した状態であり、被検出体５の連結部｛図４（ｃ）中の右側端部｝である他端５ｃが、図４（ｃ）中の磁石１の他方の端｛図４（ｃ）中の磁石１の右側の端｝１ｃより右側に位置している。つまり、磁石１の他方の端１ｂから直線Ｌと平行に延びる直線Ｌ２より被検出体５の他端５ｃが右側に位置している。また、被検出体５の先端部｛図４（ｃ）中の左側端部｝である一端５ｂが、図４（ｃ）中の磁石１の一方の端｛図４（ｃ）中の磁石１の左側の端｝１ａより右側に位置している。つまり、磁石１の一方の端１ａから直線Ｌと平行に延びる直線Ｌ１より被検出体５の一端５ｂが右側に位置している。すなわち、被検出体５の一端５ｂは、磁石１の一方の端１ａより（言い換えれば、直線Ｌ１より）、直線Ｌ側に位置している。なお、被検出体５の一端５ｂは、直線Ｌと同等の位置まで移動しても、磁気検出素子２ａは、被検出体５の移動を検出することができる。

図４（ｂ）で示しているのは、図４（ａ）、（ｃ）の中間位置を示している。

図５は、被検出体５の移動に伴う磁気検出素子２ａが受ける磁界の変化を示し、図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）〜（ｃ）に対応する。図５（ａ）〜（ｃ）のそれぞれで丸で示す検出点２ｃにおいて、被検出体５の位置に応じて、磁気検出素子２ａがリニアな出力を行うために、十分な磁束勾配変化の磁界を得ることを示している

以上により、磁気検出素子２ａの検出点２ｃと磁石１の２極着磁の中心とを結ぶ直線Ｌ上に被検出体５が位置することで、良好な磁束ベクトル変化を生成でき、磁気検出素子２ａが十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置Ｓを提供することができる。

また、被検出体５の移動に伴う磁気検出素子２ａが受ける磁束変化自体が大きくなるため、外部磁場などの外乱による影響を受けにくくなる。

以上、磁石１と、磁性体からなる被検出体５の移動により変化する磁石１の磁界を検出する磁気検出素子２ａと、を備えた移動物体検出装置Ｓにおいて、被検出体５を挟んで磁石１と磁気検出素子２ａとを対向して配置したことにより、磁気検出素子２ａが十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置Ｓを提供することができる。

また、磁気検出素子２ａの検出点２ｃの中心と磁石１の２極着磁の中心とを結ぶ直線Ｌ上に被検出体５が位置することにより、磁気検出素子２ａが十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置Ｓを提供することができる。

また、磁石１は、被検出体５の移動方向に対して垂直方向で、かつ磁石１の磁極の境界が被検出体５の移動方向に対して平行方向であることにより、磁気検出素子２ａが十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置Ｓを提供する

なお、被検出体５を連結シャフト６に連結する部分の形状は、前記実施形態のように、凹部５ａあるいは平坦が望ましい。

また、磁気検出素子２ａでは、２方向の磁界の変化を検出することが可能であったが、１方向の磁界の強弱のみで電圧レベルを決定し出力するものであってもよい。

また、本発明では、被検出体５を直径が変わらない円柱形状としたことにより、被検出体５を先端側の連結側で直径を変える異形としなくとも被検出体５を検出することが可能である。また、被検出体５の形状は、円柱形状に限定されるものではなく、断面形状が正方形や長方形であってもよい。

本発明は、移動物体検出装置に関し、磁気検出素子が十分な磁束勾配変化の磁界を受けることが可能な移動物体検出装置として好適である。

１ 磁石
１ｂ 端面
２ 磁気検出パッケージ
２ａ 磁気検出素子
２ｂ ホール素子
２ｃ 検出点
３ 回路基板
４ ケース体
４ａ 磁石収納部
４ｂ センサ収納部
４ｃ 連結部分
４ｄ 固定片
５ 被検出体
５ａ 凹部
５ｂ 一端
５ｃ 他端
６ 連結シャフト
Ｌ 直線
Ｓ 移動物体検出装置
Ｘ 矢印

Claims (3)

1. 磁石と、磁性体からなる被検出体の移動により変化する前記磁石の磁界を検出する磁気検出素子と、を備えた移動物体検出装置において、前記被検出体を挟んで前記磁石と前記磁気検出素子とを対向して配置したことを特徴とする移動物体検出装置。
2. 前記磁気検出素子の検出点の中心と前記磁石の２極着磁の中心とを結ぶ直線上に前記被検出体が位置することを特徴とする請求項１に記載の移動物体検出装置。
3. 前記磁石は、前記被検出体の移動方向に対して垂直方向で、かつ前記磁石の磁極の境界が前記被検出体の移動方向に対して平行方向であることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動物体検出装置。

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