JP4159930B2 - 非接触型位置センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は直線変位や回転変位を非接触で検出する非接触型位置センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６はこの種の非接触型位置センサの一例として、回転軸の回転変位位置（回転角）を検出する位置センサの従来構成例を示したものであり、図６中、１１は回転軸を示し、２１〜２３はそれぞれ位置センサを構成する磁石、コア及び磁気センサを示す。
コア２２は回転軸１１に対する固定側に配置固定され、この例では円筒状とされて、その閉塞された一端面には開口２２ａが設けられている。コア２２はケイ素鋼等の磁性材料によって形成される。
【０００３】
回転軸１１は開口２２ａを挿通して、その一端がコア２２内に位置され、この回転軸１１の一端に磁石（永久磁石）２１が取り付けられている。磁石２１はこの例では回転軸１１の軸心を中心とする円板状とされ、その一直径方向に着磁されて周の互いに１８０°をなす位置に磁極（Ｎ極、Ｓ極）を有するものとなっている。
磁気センサ２３は磁界（磁場）の強さを検出するもので、コア２２の内周面に磁石２１の周面と対向するように取り付けられている。磁気センサ２３は例えばホール素子を用いて構成されたホールＩＣとされる。図６中、２３ａは磁気センサ２３の端子を示す。
【０００４】
上記のような構成とされた位置センサによれば、回転軸１１の回転に伴い、磁石２１が回転して磁界が回転し、この磁界の回転により磁気センサ２３に作用する磁界が変化する。ホールＩＣよりなる磁気センサ２３は磁界の変化に応じた電圧を出力し、よってこの出力電圧の変化によって回転軸１１の回転変位位置を検出することができるものとなっている。
このように回転軸の回転変位位置を検出する従来の非接触型位置センサは、回転変位を磁界の変化によって検出するものとなっており、磁界を生じさせる磁石は回転軸に取り付けられ、一方磁界の変化を検出する磁気センサは固定側に配置されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１５０５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようにホールＩＣ等の磁気センサと磁石、コアとを用いる非接触型位置センサにおいては所要の性能を得るべく、検出感度の調整が行われており、この調整は対となる（組み合わせられる）磁石の磁界に合わせて所要の検出感度が得られるように磁気センサの感度や配置を調整するといった作業となることから、例えば回転変位を検出する非接触型位置センサでは回転変位を検出する機構（構造体）の回転軸に磁石を取り付け、さらにその機構に磁気センサを取り付けて調整作業を行わなければならず、このような作業は極めてやりずらいものとなっていた。
【０００７】
また、磁気センサが故障したり、あるいは磁石が損傷した場合には一般に両者共、交換するといったことが行われ、つまり磁気センサ及び磁石をそれぞれ取り外さなければならず、そのような作業は面倒で手間がかかるものとなっていた。
さらに、回転変位を検出する非接触型位置センサは例えば自動車のエンジンにおいてスロットルバルブの開度を検出するために用いられているが、この場合、スロットルバルブに一体化されたスロットルシャフト（回転軸）に磁石が取り付けられ、通常、この状態で磁石を囲むコア及び磁気センサが取り付けられるまで所要の工程を経るため、その間に磁石に鉄粉等の特性に影響を及ぼすものが付着しないように注意しなければならず、その点で取り扱いに注意を要するものとなっていた。
【０００８】
一方、回転軸に取り付けた磁石を後から着磁するといったことも行われているが、このように取り付けられた状態での着磁作業はやりづらく、作業性が悪いものとなっていた。
この発明の目的はこれら問題に鑑み、磁石を磁気センサと共に固定側に配置するようにして、検出感度の調整や修理交換作業を容易に行えるようにし、また変位する側はコアだけとすることにより、従来のように製造工程内で磁石に鉄粉等が付着しないように注意するといった煩わしさを解消できるようにし、これらの点で取り扱いが極めて容易な非接触型位置センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、直線変位する可動体の変位位置を検出する非接触型位置センサは、可動体に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、可動体に対する固定側に上記変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、それら磁石間に配置された磁気センサとよりなり、一対の磁石はコアと対向する方向において互いに逆向きに着磁され、磁気センサは磁石と近接対向して変位するコアによって変化する一対の磁石間の磁界を検出する構成とされる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、回転軸の回転変位位置を検出する非接触型位置センサは、回転軸に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、回転軸に対する固定側に上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、上記回転変位方向において一対の磁石間に配置された磁気センサとよりなり、一対の磁石は回転軸の軸心を中心とする円筒面上に位置されて、その円筒面の径方向に互いに逆向きに着磁され、磁気センサは磁石と近接対向して回転変位するコアによって変化する一対の磁石間の磁界を検出する構成とされる。
【００１１】
請求項３の発明によれば、回転軸の回転変位位置を検出する非接触型位置センサは、回転軸に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、回転軸に対する固定側に上記回転変位方向に配列されて配置された一対の磁石と、上記回転変位方向において一対の磁石間に配置された磁気センサとよりなり、一対の磁石は回転軸の軸心と垂直な平面上に位置されて、上記軸心方向に互いに逆向きに着磁され、磁気センサは磁石と近接対向して回転変位するコアによって変化する一対の磁石間の磁界を検出する構成とされる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明による直線変位を検出する非接触型位置センサの一実施例を示したものであり、この例では位置センサは固定側コア３１と一対の磁石（永久磁石）３２，３３と磁気センサ３４と変位側コア３５とによって構成されている。変位側コア３５は直方体状とされ、固定側に対して直線変位する可動体（図示せず）に取り付けられる。図１中、矢印は可動体と共に直線変位する変位側コア３５の変位方向を示す。
【００１３】
一方、固定側（図示せず）には変位側コア３５より大きい固定側コア３１が取り付けられ、この固定側コア３１の上に一対の磁石３２，３３と磁気センサ３４とが搭載固定される。
一対の磁石３２，３３は方形板状とされて、変位側コア３５の変位方向に配列されて配置され、これら磁石３２，３３の間に磁気センサ３４が配置される。
一対の磁石３２，３３は板厚方向において、つまり変位側コア３５と対向する方向において互いに逆向きに着磁され、変位側コア３５はこれら磁石３２，３３と近接対向して変位するように配置されている。
【００１４】
上記のような構造において、変位側コア３５及び固定側コア３１は共に磁性材料よりなるものとされ、その材料には例えばケイ素鋼等が使用される。磁石３２，３３には例えばボンド磁石が用いられ、樹脂に混合される永久磁石の粉末にはサマリウムコバルトやフェライト等の粉末が使用される。
磁気センサ３４は例えばホール素子を用いて構成されたホールＩＣとされ、一対の磁石３２，３３間において固定側コア３１の板面と垂直方向の、つまり磁石３２，３３の板厚方向の磁界の変化を検出するように配置されている。
【００１５】
図２は磁石３２，３３によって構成される磁束線（点線で示す）が変位側コア３５の変位によって変化する様子を示したものであり、図２Ａ〜Ｃに示したように変位側コア３５の変位位置に応じて磁石３２，３３間の磁束密度及び磁束の方向は変化し、磁気センサ３４はこの磁界の変化に応じた電圧を出力するものとなる。
従って、この例によれば、磁気センサ３４の出力電圧の変化によって、変位側コア３５が取り付けられている可動体の直線変位位置を検出することができるものとなっている。
【００１６】
上記のような構成を有する非接触型位置センサによれば、直線変位する可動体には変位側コア３５のみが取り付けられ、磁石３２，３３及び磁気センサ３４は共に可動体に対する固定側に配置されて、それら磁石３２，３３と磁気センサ３４とを一体に取り扱うことができるものとなっている。
従って、この例によれば磁石と磁気センサとを対として（組み合わせて）行う検出感度の調整作業を従来のように変位を検出すべき機構（構造体）に取り付けることなく、位置センサ単体で行うことができるため、調整作業は極めてやり易いものとなり、また磁気センサが故障したり、あるいは磁石が損傷しても、それら両者を交換する作業を従来に比し、簡単に行えるものとなる。
【００１７】
さらに、可動体には変位側コアのみを取り付ければよいため、製造工程内において例えばその可動体を有する機構が所要の工程を経るとしても、鉄粉等が付着する虞れがないことから取り扱い易く、従来のように磁石に鉄粉等が付着しないように注意しなければならないといった煩わしさを解消することができる。
上記のような直線変位を検出する非接触型位置センサは例えば自動車において言えば、座席の前後位置や高さ位置を検出するセンサや車高を検出するセンサとして使用される。
【００１８】
次に、同様に自動車において、例えばスロットルバルブの開度を検出する等の用途に用いられる回転変位を検出する非接触型位置センサの構成について説明する。
図３はこのような回転軸の回転変位位置を検出するこの発明による非接触型位置センサの一実施例を示したものであり、この例では位置センサは図１に示した位置センサと同様、固定側コア４１と一対の磁石４２，４３と磁気センサ４４と変位側コア４５とによって構成されている。
【００１９】
変位側コア４５は半円柱状とされて回転軸１１に取り付けられ、これに対し、回転軸１１に対する固定側（図示せず）に取り付けられる固定側コア４１は回転軸１１の軸心を中心とする円筒状とされて変位側コア４５を囲むように配置されている。
一対の磁石４２，４３及び磁気センサ４４は固定側コア４１の内周面に取り付けられており、磁石４２，４３は固定側コア４１の内周面に沿う円弧状とされて、円周方向に、つまり回転軸１１の回転変位方向に配列されて配置されている。
【００２０】
磁気センサ４４は回転軸１１の回転変位方向において磁石４２と４３との間に配置されている。なお、図３中、４４ａは磁気センサ４４の端子を示す。
上記のような配置により、磁石４２，４３は回転軸１１の軸心を中心とする円筒面上に位置された状態となり、これら磁石４２，４３は円筒面の径方向に互いに逆向きに着磁され、即ち磁石４２と４３とは一方が内周側がＮ極、外周側がＳ極とされ、他方は内周側がＳ極、外周側がＮ極とされる。
【００２１】
上記のような構成を有する非接触型位置センサによれば、回転軸１１の回転に伴い、変位側コア４５は磁石４２，４３と近接対向して回転し、変位側コア４５がこのように回転変位することにより、磁石４２，４３間の磁界が図２の場合と同様に変化し、よって磁気センサ４４の出力電圧の変化によって回転軸１１の回転変位位置（回転角）を検出することができるものとなる。
なお、変位側コア４５及び固定側コア４１は前述した図１における変位側コア３５及び固定側コア３１と同様の材料によって形成され、磁石４２，４３も磁石３２，３３と同様、例えばボンド磁石とされる。また、磁気センサ４４は磁気センサ３４と同様、例えばホールＩＣとされ、径方向の磁界の変化を検出するように配置される。
【００２２】
この図３に示した回転軸１１の回転変位を検出する非接触型位置センサにおいても、回転軸１１には変位側コア４５のみが取り付けられ、磁石４２，４３及び磁気センサ４４は共に固定側に配置され、一体化されているため、図１に示した直線変位を検出する非接触型位置センサと同様、検出感度の調整や修理交換作業を容易に行うことができ、取り扱いも容易となる。
なお、この例では変位側コア４５は半円柱状とされ、断面円弧状をなす外周面の円弧の中心角は１８０°とされているが、この円弧の中心角及び円弧状をなす磁石４２，４３の円弧の中心角は検出する回転変位（回転角）に応じて適宜選定される。
【００２３】
図４は図３に示した非接触型位置センサと異なり、変位側コアを一対の磁石が位置する円筒面の外側に位置させるようにした非接触型位置センサを示したものであり、このように変位側と固定側とを反対に配置することもできる。
この例では回転軸１１に対する固定側に取り付けられる固定側コア４１′は円柱状とされて、その外周面に一対の磁石４２，４３と磁気センサ４４とが取り付けられ、変位側コア４５′は半円筒状をなすものとされる。なお、変位側コア４５′は図４に示したように取り付け板４６を介して回転軸１１に取り付けられている。
【００２４】
図５は図３及び４に示した非接触型位置センサのように略半円筒状の磁石を用いるのではなく、平板状の磁石を用いて回転変位を検出する構造とされた非接触型位置センサを示したものであり、この例では一対の磁石４２′，４３′はほぼ半円形をなす平板状とされて円板状をなす固定側コア４１″上に図５に示したように配置されている。
一方、変位側コア４５″も磁石４２′，４３′と同様、ほぼ半円形をなす平板状とされており、回転軸１１の端部にその板面が回転軸１１の軸心と垂直とされ、かつ磁石４２′，４３′と近接対向するように取り付けられている。なお、磁気センサ４４は固定側コア４１″の周縁上において、一対の磁石４２′，４３′間に配置されており、回転軸１１の軸心と垂直な平面上に位置するこれら一対の磁石４２′，４３′はその軸心方向に互いに逆向きに着磁されている。
【００２５】
この図５に示した構造の非接触型位置センサにおいても変位側コア４５″が回転軸１１と共に回転変位することにより、その回転変位方向に配列されている磁石４２′，４３′間の磁界が変化し、この磁界の変化を磁石４２′，４３′間に配置されている磁気センサ４４で検出することによって回転軸１１の回転変位位置を検出することができる。
なお、図１乃至５に示した各実施例ではいずれも一対の磁石は磁性材料よりなる固定側コアに取り付けられているが、例えば固定側コアを磁性材料ではない材料によって形成されたものとすることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明による非接触型位置センサによれば、従来と異なり、磁石は磁気センサと共に固定側に配置されるため、それらを一体化でき、一体に取り扱うことができる。
従って、磁石と磁気センサとを対として行う検出感度の調整作業を位置センサ単体で行うことができ、また例えば磁石と磁気センサとを同時交換するといった修理交換作業も容易に行えるものとなる。
【００２７】
さらに、例えば自動車のエンジンにおいてスロットルバルブの開度を検出する場合、従来においてはスロットルシャフトに磁石が取り付けられることから、例えば製造工程内で磁石に鉄粉等の特性に影響を及ぼすものが付着しないように注意が必要であったのに対し、この発明によればスロットルシャフトにはコア（変位側コア）を取り付ければよいため、鉄粉等の付着に注意しなければならないといった煩わしさを解消でき、この点でも極めて取り扱い易いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】図１に示した非接触型位置センサにおいて、変位側コアの変位によって磁束線が変化する様子を示す図。
【図３】請求項２の発明の一実施例を示す斜視図。
【図４】請求項２の発明の他の実施例を示す斜視図。
【図５】請求項３の発明の一実施例を示す斜視図。
【図６】従来の非接触型位置センサを示す断面図。

Claims (4)

1. 直線変位する可動体の変位位置を検出する非接触型位置センサであって、
   上記可動体に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、
   上記可動体に対する固定側に上記変位方向に配列されて配置され、それぞれが上記コアと近接対向する一対の磁石と、
   それら磁石間に配置された磁気センサとよりなり、
   上記一対の磁石は上記コアと対向する方向において互いに逆向きに着磁され、
   上記磁気センサは上記磁石と近接対向して変位する上記コアによって変化する上記一対の磁石間の磁界を検出する構成とされていることを特徴とする非接触型位置センサ。
2. 回転軸の回転変位位置を検出する非接触型位置センサであって、
   上記回転軸に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、
   上記回転軸に対する固定側に上記回転変位方向に配列されて配置され、それぞれが上記コアと近接対向する一対の磁石と、
   上記回転変位方向において上記一対の磁石間に配置された磁気センサとよりなり、
   上記一対の磁石は上記回転軸の軸心を中心とする円筒面上に位置されて、その円筒面の径方向に互いに逆向きに着磁され、
   上記磁気センサは上記磁石と近接対向して回転変位する上記コアによって変化する上記一対の磁石間の磁界を検出する構成とされていることを特徴とする非接触型位置センサ。
3. 回転軸の回転変位位置を検出する非接触型位置センサであって、
   上記回転軸に取り付けられた磁性材料よりなるコアと、
   上記回転軸に対する固定側に上記回転変位方向に配列されて配置され、それぞれが上記コアと近接対向する一対の磁石と、
   上記回転変位方向において上記一対の磁石間に配置された磁気センサとよりなり、
   上記一対の磁石は上記回転軸の軸心と垂直な平面上に位置されて、上記軸心方向に互いに逆向きに着磁され、
   上記磁気センサは上記磁石と近接対向して回転変位する上記コアによって変化する上記一対の磁石間の磁界を検出する構成とされていることを特徴とする非接触型位置センサ。
4. 上記コアと上記磁石との近接対向する面積が上記コアの変位によって決まることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の非接触型位置センサ。

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