JP2019105452A - 変位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２個の磁気センサの中心間距離より広い範囲で、磁石と２個の磁気センサとの相対的な位置関係と、変位検出装置の検出値との、線形性を維持する。【解決手段】第１磁気センサ１の出力電圧は、磁石６，７の中心の位置座標が＋Ｌから０に推移するにしたがって、一方の極値から中間値まで推移し、第２磁気センサ２の出力電圧は、磁石６，７の中心の位置座標が０から−Ｌに推移するにしたがって、中間値から他方の極値まで推移する。制御部は、磁石６，７の中心の位置座標が０以上のとき、第１磁気センサ１の出力電圧に基づいて磁石６，７の変位を検出し、磁石６，７の中心の位置座標が０未満のとき、第２磁気センサ２の出力電圧に基づいて磁石６，７の変位を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、変位検出装置に関する。

位置検出装置の構成を開示した先行文献として、特開２０１３−８３５９７号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された位置検出装置においては、実装基板上に設けられた２個の磁気センサと、２個の磁気センサに間隔をあけて設けられた磁石とを備える。２個の磁気センサの出力の差分値を和分値で除することにより、磁石と２個の磁気センサとの相対的な位置関係を検出している。

特開２０１３−８３５９７号公報

特許文献１に記載された位置検出装置は、２個の磁気センサの中心間距離の範囲内にのみ、磁石と２個の磁気センサとの相対的な位置関係と、検出値との線形性が高いリニアリティ領域を有している。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、２個の磁気センサの中心間距離より広い範囲で、磁石と２個の磁気センサとの相対的な位置関係と、検出値との、線形性を維持することができる、変位検出装置を提供することを目的とする。

本発明に基づく変位検出装置は、互いに間隔をあけて並んで配置された、第１磁気センサおよび第２磁気センサと、第１磁気センサおよび第２磁気センサが並んでいる軸方向に沿って移動可能に設けられた磁石と、磁石の形成する磁界に対する第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の検出結果に基づいて磁石の変位を検出する制御部とを備える。上記軸方向において、磁石の長さは、第１磁気センサの中心と第２磁気センサの中心との間の距離より長い。上記軸方向における、磁石の中心の位置が、第１磁気センサと第２磁気センサとの中間の位置と一致しているときの磁石の中心の位置座標を０とし、上記軸方向における０より一方側の位置座標を正とし、上記軸方向における０より他方側の位置座標を負とし、上記軸方向における第１磁気センサの中心と第２磁気センサの中心との間の距離をＬとすると、第１磁気センサの出力電圧は、磁石の中心の位置座標が＋Ｌから０に推移するにしたがって、一方の極値から中間値まで推移し、第２磁気センサの出力電圧は、磁石の中心の位置座標が０から−Ｌに推移するにしたがって、中間値から他方の極値まで推移する。制御部は、上記軸方向における磁石の中心の位置座標が０以上のとき、第１磁気センサの出力電圧に基づいて磁石の変位を検出し、上記軸方向における磁石の中心の位置座標が０未満のとき、第２磁気センサの出力電圧に基づいて磁石の変位を検出する。

本発明の一形態においては、制御部は、ゲート回路とスイッチ回路とから構成されている。

本発明の一形態においては、磁石が、液面に追従して昇降するフロートに一体に設けられている。

本発明の一形態においては、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々は、磁気抵抗素子、および、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を含む。

本発明によれば、２個の磁気センサの中心間距離より広い範囲で、磁石と２個の磁気センサとの相対的な位置関係と、変位検出装置の検出値との、線形性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る変位検出装置の構成を示す正面図である。 図１の変位検出装置を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置の寸法関係および位置座標を示す透視図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置が備える磁気センサの構成を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置が備える制御回路の構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークが０のときの状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークがＬ２／２のときの状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークがＬ２のときの状態を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第１磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第２磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の出力電圧との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、第１磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度と、第１磁気センサの出力電圧との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、第２磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度と、第２磁気センサの出力電圧との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る変位検出装置の出力電圧と軸方向における磁石の中心の位置座標との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る変位検出装置について図を参照して説明する。以下の実施形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。本実施形態においては、液面計として用いられる変位検出装置について説明するが、変位検出装置の用途は、液面計に限られず、たとえば、工作機械のシリンダの位置検出装置として用いられてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置の構成を示す正面図である。図２は、図１の変位検出装置を矢印ＩＩ方向から見た平面図である。

図１および図２に示すように、本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０は、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２と、磁石６および磁石７と、後述する制御部とを備える。変位検出装置１０は、基板３と、ハウジング４と、フロート５とをさらに備える。

基板３は、矩形状の外形を有し、鉛直方向(Ｚ軸方向)に沿う長手方向、および、水平方向(Ｘ軸方向)に沿う短手方向を有する。基板３の一方の主表面上に、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２が配置されている。基板３には、制御部も搭載されている。基板３は、円柱状の外形を有するハウジング６内に収容されている。

第１磁気センサ１および第２磁気センサ２は、互いに間隔をあけて並んで配置されている。第１磁気センサ１および第２磁気センサ２が並んでいる軸方向は、鉛直方向(Ｚ軸方向)と略平行である。第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々は、制御部と電気的に接続されている。

フロート５は、円環状の外形を有している。フロート５の孔は、ハウジング４に挿通されている。フロート５は、ハウジング４に沿って、液面に追従して昇降する。

磁石６および磁石７は、フロート５に一体に設けられている。磁石６および磁石７の各々は、直方体状の外形を有している。磁石６と磁石７とは、互いの同極同士が対向するように配置されている。本実施形態においては、磁石６のＮ極と磁石７のＮ極とが水平方向(Ｘ軸方向)において互いに対向している。本実施形態においては、フロート５に、２つの直方体状の磁石６，７を互いに対向するように配置したが、１つの円環状の外形を有する磁石をフロート５と同心状に配置してもよい。

磁石６および磁石７の各々は、焼結磁石、ボンド磁石または薄膜で構成されていてもよい。磁石６および磁石７の各々の種類は、特に限定されず、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石またはネオジム磁石などを用いることができる。

図３は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置の寸法関係および位置座標を示す透視図である。図３においては、図１と同一方向から見て図示している。また、図３においては、ハウジング４は図示していない。

図３に示すように、磁石６および磁石７は、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２が並んでいる軸方向Ａに沿って移動可能に設けられている。

軸方向Ａにおける、第１磁気センサ１の中心Ｃ１と第２磁気センサ２の中心Ｃ２との間の距離はＬである。軸方向Ａにおける、磁石６および磁石７の各々の一端Ｕと磁石６および磁石７の各々の他端Ｄとの間の距離はＬ１である。すなわち、軸方向Ａにおける磁石６および磁石７の各々の長さはＬ１である。軸方向Ａにおける、基板３の一端Ｐと基板３の他端Ｑとの間の距離はＬ２である。すなわち、軸方向Ａにおける基板３の長さはＬ２である。

軸方向Ａにおける各位置座標は、基板３の一端Ｐの位置座標がＤ０、第１磁気センサ１の中心Ｃ１の位置座標がＤ１、第１磁気センサ１と第２磁気センサ２との中間位置の位置座標がＤ２、第２磁気センサ２の中心Ｃ２の位置座標がＤ３、および、基板３の他端Ｑの位置座標がＤ４である。

軸方向Ａにおいて、磁石６および磁石７の各々の長さＬ１は、第１磁気センサ１の中心Ｃ１と第２磁気センサ２の中心Ｃ２との間の距離Ｌより長い。すなわち、Ｌ１＞Ｌである。

軸方向Ａにおける磁石６および磁石７の最大ストロークは、Ｌ２である。すなわち、軸方向Ａにおいて、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが、基板３の一端Ｐから基板３の他端Ｑまでの範囲内で移動するように、磁石６および磁石７は移動可能に設けられている。Ｌ２＞Ｌ１である。なお、軸方向Ａにおける磁石６および磁石７のストロークは、基板３の一端Ｐの位置座標Ｄ０からの移動距離である。磁石６の中心ＣＭは、軸方向Ａにおける磁石６の一端Ｕと他端Ｄとの中間の位置である。磁石７の中心ＣＭは、軸方向Ａにおける磁石７の一端Ｕと他端Ｄとの中間の位置である。

軸方向Ａにおける磁石６および磁石７のストロークが、最大ストロークＬ２の半分である中間ストロークＬ２／２であるときの、磁石６および磁石７の各々の一端Ｕと第１磁気センサ１の中心Ｃ１との間の距離はΔＤ１であり、磁石６および磁石７の各々の他端Ｄと第２磁気センサ２の中心Ｃ２との間の距離はΔＤ２である。ΔＤ１＝ΔＤ２＝ΔＤである。

磁石６および磁石７の各々の長さＬ１は、Ｌ１＝Ｌ＋２×ΔＤの関係を満たす。また、磁石６および磁石７の各々の最大ストロークＬ２は、Ｌ２＝２×Ｌ１−２×ΔＤの関係を満たす。

軸方向Ａにおける、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが、第１磁気センサ１と第２磁気センサ２との中間の位置と一致しているときの磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標Ｄ２を０とし、軸方向Ａにおける０より一方側の位置座標を正とし、軸方向Ａにおける０より他方側の位置座標を負とすると、位置座標Ｄ０は＋Ｌとなり、位置座標Ｄ４は−Ｌとなる。

図４は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置の回路構成を示すブロック図である。図４に示すように、本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０は、第１磁気センサ部１Ｐと第２磁気センサ部２Ｐと制御部８とを備える。第１磁気センサ部１Ｐおよび第２磁気センサ部２Ｐの各々は、制御部８に電気的に接続されている。制御部８は、ゲート回路である制御回路９とスイッチ回路とから構成されている。

第１磁気センサ部１Ｐは、第１磁気センサ１と、第１磁気センサ１からの出力を増幅する増幅器とを含む。第１磁気センサ部１Ｐからは、増幅器によって増幅された第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が出力される。出力電圧Ｖｏｕｔ１は、制御回路９に入力される。

第２磁気センサ部２Ｐは、第２磁気センサ２と、第２磁気センサ２からの出力を増幅する増幅器とを含む。第２磁気センサ部２Ｐからは、増幅器によって増幅された第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２が出力される。出力電圧Ｖｏｕｔ２は、制御回路９に入力される。

制御回路９は、第１磁気センサ部１Ｐからの入力信号と、第２磁気センサ部２Ｐからの入力信号とに基づいて、スイッチ回路に信号を送る。スイッチ回路は、第１スイッチＳＷ１と第２スイッチＳＷ２とを含む。スイッチ回路においては、制御回路９からの信号を受けて、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２のいずれか一方がオン状態となり、他方がオフ状態となる。スイッチ回路を経て、変位検出装置１０の制御部８から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

図５は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置が備える磁気センサの構成を示す正面図である。図５に示すように、本実施形態においては、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々は、鉛直方向(Ｚ軸方向)の磁界を検出する。第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々は、４つのＡＭＲ(Anisotropic Magneto Resistance)素子からなるホイートストンブリッジ型のブリッジ回路を有する。なお、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々が、ＡＭＲ素子に代えて、ＧＭＲ(Giant Magneto Resistance)、ＴＭＲ(Tunnel Magneto Resistance)、ＢＭＲ(Ballistic Magneto Resistance)、ＣＭＲ(Colossal Magneto Resistance)などの磁気抵抗素子を有していてもよい。

また、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々が、２つの磁気抵抗素子からなるハーフブリッジ回路を有していてもよい。その他にも、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々として、ホール素子を有する磁気センサ、磁気インピーダンス効果を利用するＭＩ(Magneto Impedance)素子を有する磁気センサまたはフラックスゲート型磁気センサなどを用いることができる。

本実施形態においては、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々は、第１ＡＭＲ素子ＭＲ１、第２ＡＭＲ素子ＭＲ２、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４を含む。

具体的には、第１ＡＭＲ素子ＭＲ１および第２ＡＭＲ素子ＭＲ２の直列接続体と、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の直列接続体とが、電源端子Ｖｃｃと接地端子ＧＮＤとの間に並列接続されている。第１ＡＭＲ素子ＭＲ１と第２ＡＭＲ素子ＭＲ２との接続点には、第１の出力端子Ｖ＋が接続される。第３ＡＭＲ素子ＭＲ３と第４ＡＭＲ素子ＭＲ４との接続点には、第２の出力端子Ｖ−が接続される。これにより、ブリッジ回路に、駆動電圧(Ｖｄｄ)が印加可能とされている。

第１ＡＭＲ素子ＭＲ１、第２ＡＭＲ素子ＭＲ２、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の各々は、電流が流れる電流経路が互いに平行になるようにつづら折り形状の磁性体パターンを有している。第１ＡＭＲ素子ＭＲ１の電流経路と第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の電流経路とは、互いに平行になるように配置されている。第２ＡＭＲ素子ＭＲ２の電流経路と第３ＡＭＲ素子ＭＲ３の電流経路とは、互いに平行になるように配置されている。第２ＡＭＲ素子ＭＲ２の電流経路および第３ＡＭＲ素子ＭＲ３の電流経路の長手方向は、第１ＡＭＲ素子ＭＲ１の電流経路および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の電流経路の長手方向に対して、直交している。

第１ＡＭＲ素子ＭＲ１、第２ＡＭＲ素子ＭＲ２、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の各々は、たとえば、パーマロイからなる薄膜をパターニングすることにより形成される。図５に示すように、距離Ｌは、第１磁気センサ１のパターンの中心Ｃ１と第２磁気センサ２のパターンの中心Ｃ２との間隔である。第１磁気センサ１のパターンの中心Ｃ１は、軸方向Ａにおいて、第１磁気センサ１と第２磁気センサ２との間の位置に対する第１磁気センサ１のパターンの最遠隔部と最近接部との、中間の位置である。第２磁気センサ２のパターンの中心Ｃ２は、軸方向Ａにおいて、第１磁気センサ１と第２磁気センサ２との間の位置に対する第２磁気センサ２のパターンの最遠隔部と最近接部との、中間の位置である。

ブリッジ回路を間に挟むように、第１バイアス磁石Ｍ１と第２バイアス磁石Ｍ２とが、互いに間隔をあけて配置されている。第１バイアス磁石Ｍ１および第２バイアス磁石Ｍ２の各々は、四角柱状の形状を有している。第１バイアス磁石Ｍ１のＮ極と第２バイアス磁石Ｍ２のＳ極とが、互いに対向している。なお、第１バイアス磁石Ｍ１のＳ極と第２バイアス磁石Ｍ２のＮ極とが、互いに対向していてもよい。

第１バイアス磁石Ｍ１および第２バイアス磁石Ｍ２の各々の材料として、等方性フェライト、異方性フェライト、サマリウムコバルト、アルニコまたはネオジムなどを用いることができる。第１バイアス磁石Ｍ１および第２バイアス磁石Ｍ２の各々は、焼結磁石、ボンド磁石または薄膜で構成されていてもよい。

第１バイアス磁石Ｍ１と第２バイアス磁石Ｍ２との間に発生するバイアス磁界Ｂの方向は、第１ＡＭＲ素子ＭＲ１、第２ＡＭＲ素子ＭＲ２、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の各々の電流経路の長手方向に対して、４５°で交差する。

なお、磁気抵抗素子の形状、および、バイアス磁石の配置は、上記に限られず、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々の検出特性を考慮して適宜変更可能である。本実施形態においては、軸方向Ａが、第１ＡＭＲ素子ＭＲ１、第２ＡＭＲ素子ＭＲ２、第３ＡＭＲ素子ＭＲ３および第４ＡＭＲ素子ＭＲ４の各々の電流経路の長手方向に対して、略４５°で交差するように、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２が配置される。

図６は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置が備える制御回路の構成を示す回路図である。図６に示すように、本実施形態においては、制御回路９は、６つのコンパレータ、６つのＡｎｄ回路、２つのＯｒ回路、および、８つのインバータ回路を含む。

具体的には、制御回路９は、第１コンパレータ、第２コンパレータ、第３コンパレータ、第４コンパレータ、第５コンパレータおよび第６コンパレータを含む。

第１コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ１と定電圧Ｖｔｈ１とが比較され、比較結果Ｖ１が出力される。第２コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ１と定電圧(Ｖｃｃ／２−α)とが比較され、比較結果Ｖ２が出力される。第３コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ１と定電圧Ｖｃｃ／２とが比較され、比較結果Ｖ３が出力される。

第４コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ２と定電圧Ｖｃｃ／２とが比較され、比較結果Ｖ４が出力される。第５コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ２と定電圧(Ｖｃｃ／２＋α)とが比較され、比較結果Ｖ５が出力される。第６コンパレータにおいては、出力電圧Ｖｏｕｔ２と定電圧Ｖｔｈ２とが比較され、比較結果Ｖ６が出力される。

制御回路９において、６つのコンパレータ以後の論理式は、下記の数式(１)〜数式(４)の通りである。

上記の論理式により、制御回路９は、第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２を以下のように動作させる。Ｖｏｕｔ１≦Ｖｔｈ１のとき、第１スイッチＳＷ１をオン状態にし、第２スイッチＳＷ２をオフ状態にする。Ｖｔｈ１＜Ｖｏｕｔ１≦Ｖｃｃ／２、かつ、Ｖｏｕｔ２≦Ｖｃｃ／２＋αのとき、第１スイッチＳＷ１をオン状態にし、第２スイッチＳＷ２をオフ状態にする。Ｖｏｕｔ１＞Ｖｃｃ／２−α、かつ、Ｖｃｃ／２＜Ｖｏｕｔ２≦Ｖｔｈ２のとき、第１スイッチＳＷ１をオフ状態にし、第２スイッチＳＷ２をオン状態にする。Ｖｏｕｔ２＞Ｖｔｈ２のとき、第１スイッチＳＷ１をオフ状態にし、第２スイッチＳＷ２をオン状態にする。

以下、本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０の動作について説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークが０のときの状態を示す正面図である。図８は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークがＬ２／２のときの状態を示す正面図である。図９は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、磁石のストロークがＬ２のときの状態を示す正面図である。図７〜図９においては、図１と同一方向から見て図示している。また、図７〜図９においては、ハウジング４は図示していない。

図７〜図９に示すように、磁石６においては、中心ＣＭより鉛直方向(Ｚ軸方向)の一方側に、左回りに周回する磁界６Ａ、および、中心ＣＭより鉛直方向(Ｚ軸方向)の他方側に、右回りに周回する磁界６Ｂが発生する。磁石７においては、中心ＣＭより鉛直方向(Ｚ軸方向)の一方側に、右回りに周回する磁界７Ａ、および、中心ＣＭより鉛直方向(Ｚ軸方向)の他方側に、左回りに周回する磁界７Ｂが発生する。

図７に示すように、磁石６および磁石７のストロークが０のとき、第１磁気センサ１には、磁界６Ｂおよび磁界７Ｂが、鉛直方向(Ｚ軸方向)の他方の向きに印加される。

図８に示すように、磁石６および磁石７のストロークがＬ２／２のとき、第１磁気センサ１には、磁界６Ａおよび磁界７Ａが、鉛直方向(Ｚ軸方向)の一方の向きに印加され、第２磁気センサ２には、磁界６Ｂおよび磁界７Ｂが、鉛直方向(Ｚ軸方向)の他方の向きに印加される。

図９に示すように、磁石６および磁石７のストロークがＬ２のとき、第２磁気センサ２には、磁界６Ａおよび磁界７Ａが、鉛直方向(Ｚ軸方向)の一方の向きに印加される。

図１０は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第１磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分との関係を示すグラフである。図１１は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第２磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分との関係を示すグラフである。図１０においては、横軸に、軸方向における磁石の中心の位置座標、縦軸に、第１磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分を記載している。図１１においては、横軸に、軸方向における磁石の中心の位置座標、縦軸に、第２磁気センサに印加される磁界のＺ軸成分を記載している。

図１０に示すように、磁石６および磁石７のストロークが０から大きくなるにしたがって、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、Ｈｚ(ｍｉｎ)からＨｚ(ｍａｘ)に到達するまでは、磁石６および磁石７のストロークに比例して大きくなり線形性を有する。第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度がＨｚ(ｍａｘ)を超えた後は、磁石６および磁石７のストロークが大きくなるにしたがって、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、小さくなり、線形性を有さない。磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが位置座標Ｄ４にあるとき、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、(Ｈｚ(ｍａｘ)−Ｈｚ(ｍｉｎ))／２である。

図１１に示すように、磁石６および磁石７のストロークが０から大きくなるにしたがって、第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、Ｈｚ(ｍｉｎ)に到達するまでは、小さくなり、線形性を有さない。第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度がＨｚ(ｍｉｎ)を超えた後は、磁石６および磁石７のストロークが大きくなるにしたがって、第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、Ｈｚ(ｍｉｎ)からＨｚ(ｍａｘ)に到達するまでは、磁石６および磁石７のストロークに比例して大きくなり線形性を有する。磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが位置座標Ｄ３にあるとき、第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度は、(Ｈｚ(ｍａｘ)−Ｈｚ(ｍｉｎ))／２である。

図１２は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、軸方向における磁石の中心の位置座標と、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の出力電圧との関係を示すグラフである。図１２においては、横軸に、軸方向における磁石の中心の位置座標、縦軸に、第１磁気センサおよび第２磁気センサの各々の出力電圧を記載している。

図１２に示すように、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、図１０に示す第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度に対応して推移している。第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、図１１に示す第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度に対応して推移している。

第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが、位置座標Ｄ０にあるときＧＮＤであり、位置座標Ｄ４にあるときＶｔｈ１である。第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１がＶｔｈ１であって、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが位置座標Ｄ４以外となる位置座標がＤｔｈ１である。第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の一方の極値である最大値は、Ｖｃｃ／２＋αである。なお、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１の一方の極値が最小値となるように、第１磁気センサ１が構成されていてもよい。

第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが、位置座標Ｄ０にあるときＶｔｈ２であり、位置座標Ｄ４にあるときＶｃｃである。第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２がＶｔｈ２であって、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭが位置座標Ｄ０以外となる位置座標がＤｔｈ２である。第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２の他方の極値である最小値は、Ｖｃｃ／２−αである。なお、第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２の他方の極値が最大値となるように、第２磁気センサ２が構成されていてもよい。

図１３は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、第１磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度と、第１磁気センサの出力電圧との関係を示すグラフである。図１４は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置において、第２磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度と、第２磁気センサの出力電圧との関係を示すグラフである。図１３においては、横軸に、第１磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度、縦軸に、第１磁気センサの出力電圧を記載している。図１４においては、横軸に、第２磁気センサに印加されるＺ軸成分の磁界強度、縦軸に、第２磁気センサの出力電圧を記載している。

図１３に示すように、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度が、Ｈｚ(ｍｉｎ)のとき０となり、Ｈｚ(ｍａｘ)のときＶｃｃ／２＋αとなり、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度に対して線形性を有する。

図１４に示すように、第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、第２磁気センサ２に印加されるＺ軸成分の磁界強度が、Ｈｚ(ｍｉｎ)のときＶｃｃ／２−αとなり、Ｈｚ(ｍａｘ)のときＶｃｃ／２＋αとなり、第１磁気センサ１に印加されるＺ軸成分の磁界強度に対して線形性を有する。

図１０〜図１４に示すように、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標がＤ０からＤ２に推移するにしたがって、最低値(ＧＮＤ)から中間値(Ｖｃｃ／２)まで推移する。すなわち、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、磁石６および磁石７の中心ＣＭの位置座標が＋Ｌから０に推移するにしたがって、最低値(ＧＮＤ)から中間値(Ｖｃｃ／２)まで推移する。

第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標がＤ２からＤ４に推移するにしたがって、中間値(Ｖｃｃ／２)から最大値(Ｖｃｃ)まで推移する。すなわち、第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、磁石６および磁石７の中心ＣＭの位置座標が０から−Ｌに推移するにしたがって、中間値(Ｖｃｃ／２)から最大値(Ｖｃｃ)まで推移する。

第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１および第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、図４および図６に示す制御部８の制御回路９に入力される。制御回路９によって第１スイッチＳＷ１および第２スイッチＳＷ２の各々が開閉動作することにより、変位検出装置１０の制御部８から出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。

具体的には、制御部８は、軸方向Ａにおける磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標が０以上のとき、第１磁気センサ１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に基づいて磁石６および磁石７の変位を検出し、軸方向Ａにおける磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標が０未満のとき、第２磁気センサ２の出力電圧Ｖｏｕｔ２に基づいて磁石６および磁石７の変位を検出する。

このように、制御部８は、磁石６および磁石７の形成する磁界に対する第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々の検出結果に基づいて磁石６および磁石７の変位を検出する。

図１５は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置の出力電圧と軸方向における磁石の中心の位置座標との関係を示すグラフである。図１５においては、横軸に、軸方向における磁石の中心の位置座標、縦軸に、変位検出装置の出力電圧を記載している。

図１５に示すように、本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０の出力電圧Ｖｏｕｔは、磁石６および磁石７の各々の中心ＣＭの位置座標がＤ０(＋Ｌ)からＤ４(−Ｌ)に推移するにしたがって、最低値(ＧＮＤ)から最大値(Ｖｃｃ)まで線形性を有しつつ推移している。

このように、本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０においては、第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の中心間距離Ｌより広い範囲で、磁石６および磁石７と第１磁気センサ１および第２磁気センサ２との相対的な位置関係と、変位検出装置１０の検出値との、線形性を維持することができる。

本発明の一実施形態に係る変位検出装置１０は、制御部８は、ゲート回路とスイッチ回路とから構成されていることにより、制御部８がマイクロコンピュータを含む場合に比較して、変位検出装置１０を廉価かつ小型に製造することが可能となる。

また、磁石６および磁石７が、液面に追従して昇降するフロート５に一体に設けられていることにより、変位検出装置１０の小型化を図ることができる。

第１磁気センサ１および第２磁気センサ２の各々が、磁気抵抗素子、および、磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を含むことにより、変位検出装置１０の検出感度を高めることができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 第１磁気センサ、１Ｐ 第１磁気センサ部、２ 第２磁気センサ、２Ｐ 第２磁気センサ部、３ 基板、４ ハウジング、５ フロート、６，７ 磁石、６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ 磁界、８ 制御部、９ 制御回路、１０ 変位検出装置、Ａ 軸方向、Ｂ バイアス磁界、Ｄ０，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 位置座標。

Claims (4)

1. 互いに間隔をあけて並んで配置された、第１磁気センサおよび第２磁気センサと、
   前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサが並んでいる軸方向に沿って移動可能に設けられた磁石と、
   前記磁石の形成する磁界に対する前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各々の検出結果に基づいて前記磁石の変位を検出する制御部とを備え、
   前記軸方向において、前記磁石の長さは、前記第１磁気センサの中心と前記第２磁気センサの中心との間の距離より長く、
   前記軸方向における、前記磁石の中心の位置が、前記第１磁気センサと前記第２磁気センサとの中間の位置と一致しているときの前記磁石の中心の位置座標を０とし、前記軸方向における０より一方側の位置座標を正とし、前記軸方向における０より他方側の位置座標を負とし、前記軸方向における前記第１磁気センサの中心と前記第２磁気センサの中心との間の距離をＬとすると、
   前記第１磁気センサの出力電圧は、前記磁石の中心の位置座標が＋Ｌから０に推移するにしたがって、一方の極値から中間値まで推移し、
   前記第２磁気センサの出力電圧は、前記磁石の中心の位置座標が０から−Ｌに推移するにしたがって、前記中間値から他方の極値まで推移し、
   前記制御部は、前記軸方向における前記磁石の中心の位置座標が０以上のとき、前記第１磁気センサの出力電圧に基づいて前記磁石の変位を検出し、前記軸方向における前記磁石の中心の位置座標が０未満のとき、前記第２磁気センサの出力電圧に基づいて前記磁石の変位を検出する、変位検出装置。
2. 前記制御部は、ゲート回路とスイッチ回路とから構成されている、請求項１に記載の変位検出装置。
3. 前記磁石が、液面に追従して昇降するフロートに一体に設けられている、請求項１または請求項２に記載の変位検出装置。
4. 前記第１磁気センサおよび前記第２磁気センサの各々は、磁気抵抗素子、および、該磁気抵抗素子にバイアス磁界を印加するバイアス磁石を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変位検出装置。