JP4327570B2 - Magnetic sensor unit - Google Patents
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Description
本発明は、磁石と磁気センサとによって構成される磁気センサユニットに関し、より詳細には、回転自在に軸支された磁石と、移動、傾斜または回転する対象物である磁場発生体との間に働く吸引力や反発力の結果生じる磁石の回転を検知することで、対象物である磁場発生体の移動、傾斜または回転を検知するようにした磁気センサユニットに関する。 The present invention relates to a magnetic sensor unit constituted by the magnet and the magnetic sensor, and more particularly, a rotatably axially supported by the magnet, the movement, the magnetic field generator as an object to be tilted or rotated by detecting the rotation of the suction force or repulsive force resulting Ru magnets acting between the movement of the magnetic field generator as an object, a magnetic sensor unit so as to detect a tilt or rotation.
従来から磁石と磁気センサを用いた位置センサとして、磁気検出式のポインティングデバイスの構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、回転を検知する方法としては、回転体に磁石を取り付け、その磁石より発生する磁束密度変化を検知することにより、回転を検知する手法が広く採用されている(例えば、特許文献2参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration of a magnetic detection type pointing device is known as a position sensor using a magnet and a magnetic sensor (see, for example, Patent Document 1). Further, as a method for detecting rotation, a method of detecting rotation by attaching a magnet to a rotating body and detecting a change in magnetic flux density generated from the magnet is widely adopted (for example, see Patent Document 2). .
しかしながら、特許文献1に記載の構成では、磁石の位置または傾斜を検知するのに複数の磁気センサを必要とするうえ、基本的に、その磁気センサ間の距離程度しか、磁石の位置検出は行えない。つまり、磁気センサ間の距離が2mmだとすると、磁石の位置検出もその2mm以内の範囲でないと行うことができない。
However, the configuration described in
また、磁気センサ間の距離を10mmに伸ばしたからといって、検出範囲も10mmに単純に伸びるわけではない。検出距離を伸ばすためには、磁石も大型にし、磁石と磁気センサ間の距離も大きくする必要がある。つまり、長いストローク距離を検出するためには、結果として位置センサのサイズが非常に大きくなってしまうという問題がある。また、安価な磁気センサを用いて精度良く測定を行うためには、数mT以上の磁束密度が必要となり、地磁気程度の磁束密度では精度よく検知することができない。 Also, just because the distance between the magnetic sensors is increased to 10 mm, the detection range does not simply extend to 10 mm. In order to extend the detection distance, it is necessary to increase the size of the magnet and also increase the distance between the magnet and the magnetic sensor. That is, in order to detect a long stroke distance, there is a problem that the size of the position sensor becomes very large as a result. In addition, in order to perform measurement with high accuracy using an inexpensive magnetic sensor, a magnetic flux density of several mT or more is required, and it is impossible to detect with high accuracy at a magnetic flux density equivalent to geomagnetism.
また、特許文献2に記載の構成のように、回転体の回転軸に磁石を取り付け、その磁束密度を検出する方式では、当然ながら回転する磁石の近傍に磁気センサを配置する必要がある。具体的には、磁石とセンサ間の距離を数mm以内にしないと、その磁束密度を検出できないことが多い(上述した問題と同様に数mT以上の磁束密度を確保するため)。回転軸の近くということもあり、場所的な制約がきつく、磁気センサの配置場所を確保するのが非常に難しいという問題がある。
Further, in the method of attaching a magnet to the rotating shaft of a rotating body and detecting the magnetic flux density as in the configuration described in
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、磁気センサ1つを用いて、地磁気レベルの磁束密度も精度良く検出可能で、かつ広範囲な検出範囲を有し、磁石の位置または傾斜を検出する磁気センサユニット、及び地磁気レベルの磁束密度を精度良く検出可能で、配置場所の制約がない、磁石の回転を検出する磁気センサユニットを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems. The object of the present invention is to accurately detect the magnetic flux density at the geomagnetic level using a single magnetic sensor and to have a wide detection range. Another object of the present invention is to provide a magnetic sensor unit that detects the position or inclination of a magnet, and a magnetic sensor unit that can detect the magnetic flux density at the geomagnetic level with high accuracy and detects the rotation of the magnet without any restrictions on the location of the magnet.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、対象物である磁場発生体の移動または傾斜を相対的に検出するために、軸受ユニットに軸支され、ビッカース硬度をHv450〜Hv650とする回転軸に取り付けられており、回転自在に設けられ、円筒形状でかつ周方向に着磁された磁石と、該磁石から発生する磁束密度を検出する磁気センサとを備え、前記対象物を前記磁石に対して相対的に移動または傾斜させることにより、前記磁石が回動し、該磁石の回動にともなう磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することにより、前記対象物の移動または傾斜を検出することを特徴とする。
The present invention has been made to achieve such an object. The invention according to
また、請求項2に記載の発明は、対象物である磁場発生体の移動、傾斜または回転を相対的に検出するために、軸受ユニットに軸支され、ビッカース硬度をHv450〜Hv650とする回転軸に取り付けられており、該回転軸に取り付けられた振り子体に設けられた、回転自在に設けられた磁石と、該磁石から発生する磁束密度を検出する磁気センサとを備え、前記対象物を前記磁石に対して相対的に移動、傾斜または回転させることにより、前記磁石が回動し、該磁石の回動にともなう磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することにより、前記対象物の移動、傾斜または回転を検出することを特徴とする。
The invention according to
また、請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の発明において、前記磁石は、前記回転軸と垂直な方向に着磁され、N極とS極をそれぞれ1極ずつ有することを特徴とする。
Further, the invention according to claim 3, in the invention of
また、請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記磁気センサが、ホールセンサであることを特徴とする。
The invention according to
本発明の磁気センサユニットによれば、磁気センサ1つを用いて、地磁気レベルの磁束密度も精度良く検出可能であり、かつ広範囲に磁石の位置または傾斜を検出できる。また、配置場所の制約がなく、磁石の回転を検出できるようになる。 According to the magnetic sensor unit of the present invention, the magnetic flux density at the geomagnetic level can be detected with high accuracy by using one magnetic sensor, and the position or inclination of the magnet can be detected in a wide range. In addition, there is no restriction on the arrangement location, and the rotation of the magnet can be detected.
なお、磁気センサとしては、磁極の極性によって出力電圧の符号が変化するホール素子、またはリニア出力タイプのホールICが適している。磁極の判別が必要ない場合などは、磁気抵抗効果素子(MR素子)、磁気抵抗効果IC(MRIC)などでも良い。上述したセンサの他にも様々な磁気センサが適用可能である。アナログ出力の磁気センサを用いれば、対象物である磁場発生体の位置情報や回転角度などを得ることができ、リードスイッチのようにデジタル出力の磁気センサを用いると、ある位置や角度に対して出力がON/OFFする位置スイッチまたは回転角度スイッチを構成することができる。 As the magnetic sensor, a Hall element in which the sign of the output voltage changes depending on the polarity of the magnetic pole, or a linear output type Hall IC is suitable. When it is not necessary to discriminate the magnetic pole, a magnetoresistive effect element (MR element), a magnetoresistive effect IC (MRIC), or the like may be used. In addition to the sensors described above, various magnetic sensors can be applied. If an analog output magnetic sensor is used, the position information and rotation angle of the magnetic field generator that is the object can be obtained, and if a digital output magnetic sensor such as a reed switch is used, a certain position or angle A position switch or a rotation angle switch whose output is turned ON / OFF can be configured.
また、第1の磁石(回転軸に取り付けられた磁石)の圧入孔に圧入固着される回転軸の圧入部の長さを、第1の磁石の厚さの1/4〜1/2とすると良い。また、第1の磁石の圧入孔と回転軸の圧入部との圧入代を、5〜10μmとすると良い。また、回転軸のピボット部の軸径を50〜200μmとすると良い。さらに、回転軸のビッカース硬度をHv450〜650とすると良い。 Further, when the length of the press-fitting portion of the rotary shaft that is press-fitted and fixed in the press-fitting hole of the first magnet (magnet attached to the rotary shaft) is ¼ to ½ of the thickness of the first magnet. good. The press-fitting allowance between the press-fitting hole of the first magnet and the press-fitting part of the rotating shaft is preferably 5 to 10 μm. The shaft diameter of the pivot portion of the rotating shaft is preferably 50 to 200 μm. Furthermore, the Vickers hardness of the rotating shaft is preferably Hv450 to 650.
第1の磁石、第2の磁石(対象物である磁場発生体)については、特に種類の限定はないが、通常量産されているフェライト系、サマリウム−コバルト系、ネオジ系など様々な磁石が適用可能である。磁気センサユニットの小型化を進める上では、磁石の小型化が必須であるので、小さくても強磁場を発生するサマリウム−コバルト系やネオジ系の希土類磁石を用いるのが好ましい。また、第1の磁石に関しては、リング形状でかつ周方向に着磁してある磁石を用いるとより好適である。 There are no particular restrictions on the first magnet and the second magnet (the magnetic field generator that is the object) , but various magnets such as ferrite, samarium-cobalt, and neody that are usually mass-produced are applicable. Is possible. In order to reduce the size of the magnetic sensor unit, it is essential to reduce the size of the magnet. Therefore, it is preferable to use a samarium-cobalt-based or neodi-based rare earth magnet that generates a strong magnetic field even if it is small. As for the first magnet, it is more preferable to use a magnet that is ring-shaped and magnetized in the circumferential direction.
筐体、軸受、回転軸、振り子体については、非磁性体材料で作製されているものを用いるのが好ましい。磁性体材料のものを用いると、磁気センサ部に不必要な磁束密度を発生させるおそれがあり、その磁束密度で第2の磁石の位置または角度情報がくるう可能性がある。また、第1の磁石と磁性体材料の間に吸引力が働き、第1の磁石が所望の角度に回転しないおそれがある。 As for the housing, the bearing, the rotating shaft, and the pendulum body, it is preferable to use those made of a non-magnetic material. If a magnetic material is used, an unnecessary magnetic flux density may be generated in the magnetic sensor unit, and there is a possibility that the position or angle information of the second magnet comes from the magnetic flux density. In addition, an attractive force acts between the first magnet and the magnetic material, and the first magnet may not rotate to a desired angle.
以上説明したように、本発明によれば、対象物である磁場発生体の移動または傾斜を相対的に検出するために、軸受ユニットに軸支され、ビッカース硬度をHv450〜Hv650とする回転軸に取り付けられており、回転自在に設けられ、円筒形状でかつ周方向に着磁された磁石と、該磁石から発生する磁束密度を検出する磁気センサとを備え、前記対象物を前記磁石に対して相対的に移動または傾斜させることにより、前記磁石が回動し、該磁石の回動にともなう磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することにより、前記対象物の移動または傾斜を検出するようにしたので、磁気センサ1つを用いて、地磁気レベルの磁束密度も精度良く検出可能で、かつ広範囲な検出範囲を有し、磁石の位置または傾斜を検出する磁気センサユニット、及び地磁気レベルの磁束密度を精度良く検出可能で、配置場所の制約がない、磁石の回転を検出する磁気センサユニットを実現することができ、多様なアプリケーションに対して好都合に対応することが可能となる。 As described above, according to the present invention, in order to relatively detect the movement or inclination of the magnetic field generator as an object, the rotary shaft is pivotally supported by the bearing unit and has a Vickers hardness of Hv450 to Hv650. attached is rotatably provided, and magnetized magnets in a cylindrical shape in the circumferential direction, and a magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated from the magnet, the object before Ki磁 stone by causing relative movement or inclined with respect to the previous Ki磁 stone is rotated, by detecting a change in magnetic flux density due to the rotation of the magnet by the magnetic sensor, the movement of the object or Since the inclination is detected, a magnetic sensor unit that can detect the magnetic flux density at the geomagnetic level with high accuracy and has a wide detection range by using one magnetic sensor and detects the position or inclination of the magnet. In addition, it is possible to realize a magnetic sensor unit that detects the rotation of a magnet that can accurately detect the magnetic flux density at the earth's magnetic level and has no restrictions on the location of the magnetic field, and can be conveniently adapted to various applications. It becomes.
また、回転軸の圧入部の長さを調整することにより、接着剤などを使用しなくても、小型化された磁石に回転軸を圧入固着することができる。さらに、磁石の圧入孔と回転軸の圧入部の圧入代を調整することにより、磁石が滑って回転軸に対して相対的に回転するといった不具合を防止することができる。 Further, by adjusting the length of the press-fitting portion of the rotating shaft, the rotating shaft can be press-fitted and fixed to a miniaturized magnet without using an adhesive or the like. Furthermore, by adjusting the press-fitting allowance between the press-fitting hole of the magnet and the press-fitting portion of the rotating shaft, it is possible to prevent a problem that the magnet slips and rotates relative to the rotating shaft.
また、回転軸のピボット部の軸径を細くすることにより、軸受として腕時計用の貴石を使用することができる。さらに、回転軸を硬くすることにより、ピボット部の軸径を細くしても軸受と良好に摺動することができ、また耐衝撃性を向上させることができる。 Further, by reducing the shaft diameter of the pivot portion of the rotating shaft, a precious stone for a watch can be used as a bearing. Furthermore, by making the rotating shaft hard, even if the shaft diameter of the pivot portion is reduced, it can slide well with the bearing and the impact resistance can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の磁気センサユニットの一実施形態を説明するための概略正面図(第2の磁石は除く)、図2は、図1における概略A−A拡大断面図、図3は、図2における概略B−B断面図を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic front view (excluding a second magnet) for explaining one embodiment of a magnetic sensor unit of the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view taken along line AA in FIG. 1, and FIG. The schematic BB sectional drawing in FIG. 2 is shown.
図1乃至図3において、磁気センサユニット1は、筐体としての左基板2と右基板3と、この左右両基板2、3に装着された一対の軸受ユニット4と、この軸受ユニット4に軸支された回転軸5と、この回転軸5が圧入固着される第1の磁石6と、第1の磁石6からの磁界を検出する磁気センサ87とから構成されている。なお、以下の説明において、「第2の磁石」とは、第1の磁石に対して相対的に移動、傾斜または回転する対象物である磁場発生体(図6参照)を意味している。
1 to 3, the
左基板2と右基板3は、非磁性の樹脂からなる成形品であり、上部中央に凹部24が形成されたほぼ矩形板状の形状としてある。また、左基板2と右基板3は、外側のほぼ中央部に軸受ユニット4が装着される、ざぐり穴を有する軸受取付孔21が形成してある。
The
さらに、内側のほぼ中央部に第1の磁石6が回動自在に収納される収納室22が形成してある。この収納室22は、回転軸5を介して軸受ユニット4に軸支された第1の磁石6が回動可能な形状としてある。
Further, a
軸受ユニット4は、図2に示すように、軸受取付孔21に嵌入される枠41と、この枠41に装入される渦巻きばね42と、この渦巻きばね42の中央部に連結されたラジアル軸受43と、渦巻きばね42を振り子体10の方向に押さえつけるとともに枠41内に収納されるばね押え44と、このばね押え44に装着されるスラスト軸受45と、ばね押え44を第1の磁石6の方向に付勢した状態で保持する止め輪46とからなっている。
As shown in FIG. 2, the bearing unit 4 includes a
この軸受ユニット4は、ラジアル軸受43とスラスト軸受45が回転軸5と摺動し、回転軸5を軸支する。そして、磁気センサユニット1に衝撃が加えられると、渦巻きばね42がラジアル方向の衝撃を吸収・緩衝し、止め輪46がスラスト方向の衝撃を吸収・緩衝する。なお、軸受ユニット4は、上述した構成に限定されるものではなく、衝撃が加えられても、衝撃を吸収し回転軸5を軸支できる構成の軸受ユニットであればよい。
In the bearing unit 4, a
図4(a),(b)は、本発明に係る磁気センサユニットの第1の磁石の概略図で、図4(a)は側面図、図4(b)は正面図を示している。第1の磁石6は、NdFeBプラマグ磁石であり、図4に示すように、側面中央に圧入孔61が形成された円筒状の形状としてある。
4A and 4B are schematic views of the first magnet of the magnetic sensor unit according to the present invention, FIG. 4A is a side view, and FIG. 4B is a front view. The first magnet 6 is an NdFeB plastic magnet, and has a cylindrical shape with a press-
また、本実施形態の第1の磁石6は、NdFeBプラマグ磁石としてあるが、これに限定されるものではなく、例えば、フェライト磁石、希土類磁石等の永久磁石を用いることができる。また、形状としては、第1の磁石6の回転に対して、磁気センサ8部分の磁束密度がある特有の変化をなすものが好ましく、本発明の実施形態では円筒形状をしているので、回転に対し正弦波の磁束密度変化傾向を有す。当然、回転角度に対し、リニアな磁束密度変化の傾向を有する形状でも構わない。また、永久磁石6は、圧入孔61の両側を磁極にし、着磁方向が圧入孔61と垂直になるよう着磁されている。
Moreover, although the 1st magnet 6 of this embodiment is an NdFeB plastic magnet, it is not limited to this, For example, permanent magnets, such as a ferrite magnet and a rare earth magnet, can be used. Further, as the shape, it is preferable that the
図5は、本発明に係る磁気センサユニットの回転軸の概略拡大正面図である。この図5において、回転軸5は、第1の磁石6の圧入孔61に圧入固着される圧入部51と、この圧入部51の両端に形成されたいんろう部52と、このいんろう部52から突設された小径のピボット部53とから構成されている。また、いんろう部52とピボット部53との間の形状変化部分は、応力集中を緩和するために、円弧状の曲面として形成されている。
FIG. 5 is a schematic enlarged front view of the rotating shaft of the magnetic sensor unit according to the present invention. In FIG. 5, the
ここで、圧入部51の長さtを、永久磁石6の厚さTに対して、t=T/4〜T/2となるようにするとよく、このようにすると、脆くて割れやすい第1の磁石6に、回転軸5を圧入固着することができる。この理由は、第1の磁石6が小型・軽量化され、例えば、外径約1300μm,内径約300μm,厚さ約600μmであるような場合、tがT/2より長いと、圧入する際第1の磁石6が割れてしまうからであり、また、tがT/4より短いと十分な固着力を得ることができないからである。
Here, the length t of the press-
また、好ましくは、第1の磁石6の圧入孔61に対する回転軸5の圧入部51の圧入代を、5μm〜10μmとするとよく、このようにすると、第1の磁石6を回転軸5に強固に固着することができる。この理由は、圧入代が5μmより小さいと十分な固着力を得ることができず、圧入代が10μmより大きいと、圧入する際第1の磁石6が割れてしまう危険性が高くなるからである。
Preferably, the press-fitting allowance of the press-fitting
なお、接着剤を用いて回転軸5を第1の磁石6に固着する方法も想定されるが、接着作業が困難であること、圧入孔61と圧入部51の間に隙間があると、第1の磁石6が回転軸5に対し、偏心した状態で固着されるという心配がある。
In addition, although the method of fixing the
回転軸5は、ピボット部53の軸径を50μm〜200μmとするとよく、このようにすると、腕時計用の貴石(一般的に、軸径が50μm〜200μmである)をラジアル軸受43やスラスト軸受45として使用することができる。
The
また、回転軸5のビッカース硬度を、Hv450〜Hv650とするとよく、このようにすると、ピボット部53の軸径を細くしても、軸受43、45との良好な摺動性を維持することができ、さらに、耐衝撃性を向上させることができる。この理由は、ビッカース硬度がHv450より低いと摺動性や耐衝撃性が不足するからであり、ビッカース硬度がHv650より高いと弾性が低下し脆くなりすぎるからである。なお、上述したビッカース硬度を実現する上で、回転軸5の材質を、焼入可能な工具鋼又はマルテンサイト系ステンレス、例えば、SK材やSUS420などを使用するとよい。
Further, the Vickers hardness of the
各基板2、3は、第1の磁石6が装着された状態で、二本の止めねじ31によって接合される。このため、左基板2には、止めねじ31が挿入される貫通孔32が形成され、右基板3には、止めねじ31が締め込まれる雌ねじ(図示せず)が形成されている。
Each of the
なお、本実施形態では、各基板2、3は、止めねじ31によって接合される構成としてあるが、この構成に限定されるものではない。例えば、図示してないが、一方の基板2(3)にノッチを突設し、他方の基板3(2)にノッチが嵌入される貫通孔を形成し、基板2、3を接合する。そして、貫通孔から突き出たノッチ先端を溶解させて、この溶解部によって基板3(2)を係止する構造としてもよい。
In the present embodiment, each of the
このような構成を採ることにより、回転軸5と軸受4の接触抵抗は非常に小さくなり、第1の磁石6部分に発生する磁束密度が地磁気レベルのオーダーであっても、第1の磁石6に吸引力もしくは反発力が働いて、第1の磁石6は、エネルギー的に最も安定な位置に回転することになる。具体的には、第1の磁石6部分に発生する磁力線の向きに、第1の磁石6の着磁方向が一致するように第1の磁石6は回転する。
By adopting such a configuration, the contact resistance between the
磁気センサ8は、組み立てられた基板2、3の凹部24に接着剤により固定されている。この磁気センサ8が、第1の磁石6の回転を検知する。この例では、磁気センサ8を磁気センサユニット1の上方に配置しているが、下方もしくは側方に配置することも可能である。
The
また、磁気センサ8は、ホール素子82が埋設された構造としてあり、第1の磁石6の回転を検出する。なお、本実施形態では、ホール素子82を使用しているが、磁気センサ8は、ホール素子82を使用する構成に限定されるものではない。
The
また、磁気センサ8は、4本の入出力端子81を備えており、2本の入出力端子81を介して制御電流がホール素子82に供給され、他の2本の入出力端子81を介して、磁束密度に応じた出力電圧を出力する。また、上述したホール素子82は、第1の磁石6の中央面64と一致している。この配置にすると、ホール素子82部での磁束密度変化が最大となる。
The
なお、磁気センサ8は、基板2、3に接着される構成としてあるが、この構成に限定されるものではなく、例えば、基板2、3に係止部(図示せず)を設け、磁気センサ8を係止部に係止する構造としてもよい。
The
このように、磁気センサユニット1は、小型・軽量化され、かつ、地磁気程度の微弱な磁場でも、精度よく第1の磁石6がエネルギー的に最も安定な位置に回転し、磁気センサ8を用いて、その回転を検出することができる。
As described above, the
第1の磁石6におけるエネルギー的に最も安定な位置は、外部磁界の磁力線の向きにほぼ等しくなる。その外部磁界は、第2の磁石7によりコントロールすることができる。
The most stable position in terms of energy in the first magnet 6 is approximately equal to the direction of the magnetic field lines of the external magnetic field. The external magnetic field can be controlled by the
図6(a)〜(e)は、直方体形状をなす第2の磁石の移動に伴い変化する磁力線の方向と、第1の磁石のエネルギー的に安定な場所の関係図である。第2の磁石7が第1の磁石6の右下部から左下部へ平行移動したときの、第1の磁石6の回転の様子をそれぞれ図6(a)〜(e)に示す。
FIGS. 6A to 6E are relationship diagrams between the direction of the lines of magnetic force that change with the movement of the second magnet having a rectangular parallelepiped shape and the energetically stable location of the first magnet. FIGS. 6A to 6E show how the first magnet 6 rotates when the
第2の磁石7から発生する磁力線と平行な方向に第1の磁石6は回転することがわかる。このように、第1の磁石6は、第2の磁石7の移動や傾斜に伴い、磁力線と平行な方向に着磁方向が向くよう回転する。この例では、第2の磁石7が、第1の磁石6に対して移動したが、逆に第1の磁石6が、第2の磁石7に対して移動しても同様の特性が得られることは言うまでもない。
It can be seen that the first magnet 6 rotates in a direction parallel to the lines of magnetic force generated from the
また、図7(a)〜(d)は、円柱形状をなす第2の磁石の回転に伴い変化する磁力線の方向と、第1の磁石のエネルギー的に安定な場所の関係図である。第2の磁石7がその中心軸を回転軸として回転したときの、第1の磁石6の回転の様子をそれぞれ図7(a)〜(d)に示す。
FIGS. 7A to 7D are relationship diagrams between the direction of the lines of magnetic force changing with the rotation of the second magnet having a cylindrical shape and the energetically stable location of the first magnet. FIGS. 7A to 7D show how the first magnet 6 rotates when the
第2の磁石7から発生する磁力線と平行な方向に第1の磁石6は回転することがわかる。このように、第1の磁石6は、第2の磁石7の回転に伴い、磁力線と平行な方向に着磁方向が向くよう回転する。また、回転軸5の圧入部51の長さや圧入代を調整することにより、脆くて割れやすい第1の磁石6に回転軸5を圧入固着することができる。
It can be seen that the first magnet 6 rotates in a direction parallel to the lines of magnetic force generated from the
また、本発明の磁気センサユニットについて、好ましい実施形態を示して説明したが、本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。 The magnetic sensor unit of the present invention has been described with reference to a preferred embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention. Needless to say.
次に、具体的な実施例について説明する。
[実施例1]
本発明を実施するための最良の形態の構成で磁気センサユニット1を作製し、第2の磁石7の位置検出を行った一例について説明する。
Next, specific examples will be described.
[Example 1]
An example in which the
磁気センサ8としては、旭化成電子製のホール素子HQ302C(商品名)を用いた。回転軸5の中心から磁気センサ8の感磁部までの距離は1.6mmである。第1の磁石6は、NdFeBのプラマグを用いた。第1の磁石6のサイズは、φ1.266(外径)×φ0.324(内径)×0.566t(単位mm)であり、その保磁力は460kA/m程度である。着磁方向は、図4に示すように、周方向着磁である。第2の磁石7は、フェライトの焼結磁石を用いた。第2の磁石7のサイズは、5×4×15t(単位mm)であり、その残留磁束密度は410mTである。着磁方向は、15mmの辺に平行な方向である(図6と同じ構成)。
As the
上述した構成を採ることにより、第1の磁石6のN極とS極の磁極中心がホール素子に対向するとき、およそ±30mVの出力電圧が発生する(ホール素子の入力電圧が3Vのとき)。 By adopting the configuration described above, an output voltage of approximately ± 30 mV is generated when the center of the N pole and the S pole of the first magnet 6 faces the Hall element (when the input voltage of the Hall element is 3 V). .
第1の磁石6の中心と第2の磁石7の中心の位置関係は、図6(c)に示すように、x、y、z軸をとったとき、(y,z)は(23mm,7mm)で一定とした。また、図6(c)の状態をx=0として、第2の磁石7を、xが−16mmから+16mmになるよう移動させ、そのときの磁気センサ8の出力電圧を測定した。その結果を図8の配置1の曲線に示す。同様に(y,z)は(2.5mm,20mm)で一定とし、第2の磁石7を、xが−16mm〜+16mmになるよう移動させ、そのときの磁気センサ8の出力電圧を測定した。結果を図8の配置2の曲線に示す。
As shown in FIG. 6C, the positional relationship between the center of the first magnet 6 and the center of the
上述した配置1の構成では、第2の磁石7がx軸上で移動すると、それに伴い、第1の磁石6が回転していることがわかる。さらに、その傾向は第2の磁石7の移動量に対して、正弦波に近い変化を示すことがわかる。
In the configuration of the
また、上述した配置2の構成でも、第2の磁石7がx軸上で移動すると、それに伴い、第1の磁石6が回転していることがわかる。その傾向は、第2の磁石7が第1の磁石6の近くを移動している際は出力変化が小さく、第1の磁石6からはなれると出力変化が大きくなることがわかる。
Moreover, also in the structure of the arrangement | positioning 2 mentioned above, when the
第2の磁石7の配置によって磁気センサ8の出力電圧変化の傾向が異なるのは、第2の磁石7から発生する第1の磁石6部分での磁力線の方向が異なるからである。逆にいえば、第2の磁石7の移動に対する磁力線の方向変化を制御することにより、第2の磁石7の移動に対し、所望の出力電圧変化(例えばリニアな出力変化)を生じるようにすることが可能である。
The reason for the change in the output voltage of the
なお、本実施例1で示した第2の磁石7から発生する第1の磁石6部分の磁束密度は、地磁気レベルの磁束密度である。本実施例1の磁気センサユニット1は、地磁気レベルの磁束密度に反応して、第1の磁石6が回転していることがわかる。
In addition, the magnetic flux density of the 1st magnet 6 part generate | occur | produced from the
本実施例1では、第2の磁石7の移動に伴う磁気センサ8の出力変化について説明したが、第2の磁石7の傾斜によっても、第1の磁石6部分の磁力線の方向は変化するので、磁気センサユニット1を用いて、その状況を検知できるということは言うまでもない。
In the first embodiment, the output change of the
以上のように、本実施例1の磁気センサユニットを用いれば、第2の磁石の広範囲な移動(数10mm以上のストローク)または傾斜に対し、所望のアナログ出力を得ることが可能になる。したがって、多様なアプリケーションに好適に対応することが可能となる。 As described above, when the magnetic sensor unit of the first embodiment is used, a desired analog output can be obtained with respect to a wide range of movement (a stroke of several tens of mm or more) or inclination of the second magnet. Therefore, it is possible to suitably cope with various applications.
[実施例2]
上述した実施例1と同様な磁気センサユニットを用いて、第2の磁石7の回転検出を行った一例について説明する。つまり、実施例1と異なるのは、第2の磁石7のみである。
[Example 2]
An example in which the rotation of the
本実施例2で用いた第2の磁石は、NdFeBの焼結磁石であり、そのサイズはφ10(外径)×φ6(内径)×11(高さ)(単位mm)である。また、残留磁束密度は1150mT程度である。着磁は、第1の磁石6と同様、周方向にN極とS極を1極ずつ有する着磁を行っている(図7と同じ構成)。 The second magnet used in Example 2 is a sintered magnet of NdFeB, and the size is φ10 (outer diameter) × φ6 (inner diameter) × 11 (height) (unit: mm). The residual magnetic flux density is about 1150 mT. As with the first magnet 6, magnetization is performed with one N pole and one S pole in the circumferential direction (the same configuration as FIG. 7).
第1の磁石6の中心と第2の磁石7の中心の位置関係は、図7(a)に示すように、x、y、z軸をとったとき、(x,y,z)を(0mm,82mm,33mm)として、この第2の磁石7を回転させ、そのときの磁気センサ8の出力電圧をオシロスコープで測定した結果を図9に示す。第2の磁石7を、約9000rpmの回転速度で回転させているが、そのとき第1の磁石6も同速度で回転していることがわかる。
As shown in FIG. 7A, the positional relationship between the center of the first magnet 6 and the center of the
なお、本実施例2で示した第2の磁石7から発生する第1の磁石6部分の磁束密度は、地磁気レベルの値である。本実施例2の磁気センサユニット1は、地磁気レベルの磁束密度に反応して、第1の磁石6が回転していることがわかる。
In addition, the magnetic flux density of the 1st magnet 6 part generated from the
以上のように、本実施例2の磁気センサユニットを用いれば、回転軸近傍に磁気センサを配置できなくてもその回転を検知できるので、多様なアプリケーションに好適に対応することが可能となる。 As described above, if the magnetic sensor unit according to the second embodiment is used, the rotation can be detected even if the magnetic sensor cannot be arranged in the vicinity of the rotation axis, and therefore, it is possible to suitably cope with various applications.
[実施例3]
上述した実施例1と実施例2では、磁気センサユニット1の第1の磁石6に、周方向着磁したリング状磁石を用いたが、アーム9と直方体形状の第1の磁石6を一体として構成された振り子体10を用いても良い。
[Example 3]
In the first embodiment and the second embodiment described above, a ring-shaped magnet magnetized in the circumferential direction is used as the first magnet 6 of the
図10(a)〜(c)は、本発明に係る磁気センサユニットの他の実施例を示す概略図で、振り子体の構成の一例を三角図法で示す図で、図10(a)は正面図、図10(b)は側面図、図10(c)は背面図である。 FIGS. 10A to 10C are schematic views showing another embodiment of the magnetic sensor unit according to the present invention. FIG. 10A is a diagram showing an example of the configuration of the pendulum body in a triangulation, and FIG. FIG. 10B is a side view, and FIG. 10C is a rear view.
また、磁気センサ8も、第1の磁石6の回転を検出しやすくするため、その配置場所を変更することができる。上述した振り子体10と磁気センサ8以外の部品は、上述した実施例1と全く同じものを用いることができる。この構成でも、第2の磁石の位置や傾斜検出など、他の実施例も同様に行うことが可能である。
Further, the
[実施例4]
上述した実施例1から実施例3では、磁気センサユニット1の第1の磁石6を、回転軸5を用いて回動自在に保持したが、回転軸5を用いない構成でも同様の機能を有する磁気センサユニット1を構築することが可能である。
[Example 4]
In the first to third embodiments described above, the first magnet 6 of the
図11(a),(b)は、本発明に係る磁気センサユニットの他の実施例を示す概略図で、図11(a)は上面図、図11(b)は側面図である。図11(a),(b)に示すように、第1の磁石6を液体12に浮かぶ浮遊物体11と一体化することによって回動自在となる。第2の磁石(図示せず)から発生する磁力線の方向と、第1の磁石6の着磁方向が一致するように第1の磁石6は回転し、その向きで安定な状態になることは、他の実施例と同様である。
11 (a) and 11 (b) are schematic views showing another embodiment of the magnetic sensor unit according to the present invention, FIG. 11 (a) is a top view, and FIG. 11 (b) is a side view. As shown in FIGS. 11A and 11B, the first magnet 6 can be rotated by being integrated with the floating
図12は(a),(b)は、本発明に係る磁気センサユニットのさらに他の実施例を示す概略図で、図12(a)は上面図、図12(b)は図12(a)のc−c線断面での側面図である。比重の重い液体13中に第1の磁石6を浮遊させる手段も、第1の磁石6を回動自在にするのに有効である。なお、比重の重い液体13中に第1の磁石6を浮遊させる構成では、第1の磁石6を球形にし、さらに磁気センサ8をxyz平面それぞれに設けることにより、第2の磁石の位置を3次元で検出可能になり、応用分野を極めて大きくすることが可能となる。
12A and 12B are schematic views showing still another embodiment of the magnetic sensor unit according to the present invention. FIG. 12A is a top view and FIG. 12B is FIG. It is a side view in the cc line cross section of). Means for floating the first magnet 6 in the liquid 13 having a high specific gravity is also effective for making the first magnet 6 rotatable. In the configuration in which the first magnet 6 is suspended in the liquid 13 having a high specific gravity, the first magnet 6 is formed in a spherical shape, and the
本実施例以外の構成でも、第1の磁石6を回動自在に支持することができれば、第2の磁石の位置や傾斜の検出を行うことが可能であることは言うまでもない。 It goes without saying that the position and inclination of the second magnet can be detected even if the first magnet 6 can be rotatably supported even in the configuration other than the present embodiment.
本発明の磁気センサユニットは、対象物(第2の磁石)の位置、傾斜または回転を検出するセンサとして好適であり、従来の類似のセンサより優れている点は、第2の磁石から発生される磁束密度が地磁気レベルの微小なものでも精度良く検出可能である点である。したがって、磁気センサユニット配置場所の自由度が大幅に改善され、多様なアプリケーションに対し、好都合に対応することが可能になる。 The magnetic sensor unit of the present invention is suitable as a sensor for detecting the position, tilt, or rotation of an object (second magnet), and the advantage over the conventional similar sensor is generated from the second magnet. Even if the magnetic flux density is as small as a geomagnetic level, it can be detected with high accuracy. Therefore, the degree of freedom of the magnetic sensor unit arrangement location is greatly improved, and it is possible to cope with various applications conveniently.
1 磁気センサユニット
2 左基板
3 右基板
4 軸受ユニット
5 回転軸
6 第1の磁石
7 第2の磁石
8 磁気センサ
9 アーム
10 振り子体
11 浮遊物体
12 液体
13 比重の重い液体
21 軸受取付孔
22 収納室
24 凹部
31 止めねじ
32 貫通孔
41 枠
42 渦巻きばね
43 ラジアル軸受
44 ばね押え
45 スラスト軸受
46 止め輪
51 圧入部
52 いんろう部
53 ピボット部
61 圧入孔
64 中央面
81 入出力端子
82 ホール素子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
該磁石から発生する磁束密度を検出する磁気センサとを備え、
前記対象物を前記磁石に対して相対的に移動または傾斜させることにより、前記磁石が回動し、該磁石の回動にともなう磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することにより、前記対象物の移動または傾斜を検出することを特徴とする磁気センサユニット。 To relative detecting the movement or tilting of the magnetic field generator as an object, is supported by a bearing unit mounted Vickers hardness on the rotary shaft to Hv450~Hv650, rotatably mounted, cylindrical A magnet that is shaped and circumferentially magnetized ;
And a magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated from the magnet,
By causing relative movement or tilting the object with respect to the front Ki磁 stone, the front Ki磁 stone is rotated to detect a change in magnetic flux density due to the rotation of the magnet by the magnetic sensor Thus, the magnetic sensor unit detects the movement or inclination of the object .
該磁石から発生する磁束密度を検出する磁気センサとを備え、 A magnetic sensor for detecting a magnetic flux density generated from the magnet,
前記対象物を前記磁石に対して相対的に移動、傾斜または回転させることにより、前記磁石が回動し、該磁石の回動にともなう磁束密度の変化を前記磁気センサで検出することにより、前記対象物の移動、傾斜または回転を検出することを特徴とする磁気センサユニット。 By moving, tilting or rotating the object relative to the magnet, the magnet rotates, and the magnetic sensor detects a change in magnetic flux density accompanying the rotation of the magnet. A magnetic sensor unit for detecting movement, inclination or rotation of an object.
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