JP4824023B2

JP4824023B2 - 磁気式位置センサ

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Publication number: JP4824023B2
Application number: JP2007526090A
Authority: JP
Inventors: 竜一西浦; 博志西沢; 隆美上田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-12-28
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Description

この発明は、磁気検出素子を用いて測定対象物の位置を検出する磁気式位置センサに関するものである。

従来の磁気式位置センサは、副エアギャップを挟んで並設された一対の第１の強磁性体固定子と、主エアギャップを介して第１の強磁性体固定子に対向する第２の強磁性体固定子とを有している。主エアギャップには、二極着磁された永久磁石が配置されている。永久磁石は、その中央を分岐点とする２つの磁束ループを発生し、主エアギャップに沿って変位可能である。磁石副エアギャップには、磁気検出素子が配置されている。測定対象物の変位により主エアギャップ内で永久磁石が変位されると、磁束ループの位置が変化し、これが磁気検出素子により検出される（例えば、特許文献１参照）。

特許第３２６４９２９号公報

上記のような従来の磁気式位置センサでは、磁束ループの分岐点が常に永久磁石の中央であるため、原点位置に対して両方向へのストロークを均等にする必要がある。このため、原点位置が全ストロークの中央に一致しない場合（偏っている場合）、測定精度が低下する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、適用場所に応じて原点位置を調整することができ、測定精度の低下を抑制することができる磁気式位置センサを得ることを目的とする。

この発明による磁気式位置センサは、検出ギャップを挟んで互いに並設された第１及び第２の検出側コア、原点ギャップを挟んで互いに並設された第１及び第２の磁石側コアと、原点ギャップを境とする２つの磁束ループを第１及び第２の検出側コアと第１及び第２の磁石側コアとの間に発生させる磁石とを有し、測定対象物の変位に伴って第１及び第２の検出側コアに対して相対的に変位される磁石ユニット、及び検出ギャップに配置され、検出ギャップを通過する磁束を検出する磁気検出素子を備えている。

この発明の実施の形態１による磁気式位置センサの断面図である。図１の磁気検出素子を示す正面図である。図１の磁気式位置センサに発生する磁束ループの一例を示す説明図である。図３の可動体が変位した場合の磁束ループの一例を示す説明図である。最大ストローク位置において磁石の端部と第１の固定コアとの重なりがない場合の磁束ループを示す説明図である。最大ストローク位置において第２の可動コアが第２の固定コアの端面より外側へ突出する場合の磁束ループを示す説明図である。図１の磁気式位置センサをエレベータの秤装置に適用した例を示す構成図である。図７のＶＩＩＩ部を拡大して示す構成図である。図１の磁気式位置センサを自動車の排気ガス再循環弁の開度測定器に適用した例を示す構成図である。この発明の実施の形態２による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この発明の実施の形態３による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この発明の実施の形態４による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この発明の実施の形態５による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図１３の磁石端ギャップを設けない場合の最大ストローク位置における磁束ループを示す説明図である。図１３の磁石端ギャップを設けた場合の最大ストローク位置における磁束ループを示す説明図である。図１３の第１及び第２の可動コア及び磁石の保持部品への組付構成例を示す分解斜視図である。この発明の実施の形態６による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この発明の実施の形態７による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図１８の第１及び第２の可動コア及び磁石が第１及び第２の固定コアに対して傾斜した状態を示す構成図である。この発明の実施の形態８による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この発明の実施の形態９による磁気式位置センサの断面図である。図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図である。図２１の固定コアを示す斜視図である。図２１の可動コアを示す斜視図である。この発明の実施の形態１０による磁気式位置センサの第１及び第２の固定コアと磁気検出素子との関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１１による磁気式位置センサの可動コア８，９を示す斜視図である。この発明の実施の形態１２による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図２７のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。この発明の実施の形態１３による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿う断面図である。図２９のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線に沿う断面図である。この発明の実施の形態１４による磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態１５による磁気式位置センサの要部を示す分解斜視図である。図３３の磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態１６による磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態１７による磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態１８による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図３７のＸＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。この発明の実施の形態１９による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。図３９のＸＸＸＸ−ＸＸＸＸ線に沿う断面図である。図３９の固定コアを示す斜視図である。この発明の実施の形態２０による磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態２１による磁気式位置センサの要部断面図である。この発明の実施の形態２２による磁気式位置センサの要部断面図である。図４４の可動コアを示す正面図である。この発明の実施の形態２３による磁気式位置センサの要部断面図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による磁気式位置センサの断面図である。図において、筐体１内には、例えば鉄等の強磁性体からなる平板状の第１及び第２の固定コア（検出側コア）２，３が固定されている。固定コア２，３は、検出ギャップｇ１を挟んで一直線上に並設されている。検出ギャップｇ１には、磁気検出素子５が配置されている。

筐体１内には、固定コア２，３に沿って検出ギャップｇ１に直交する方向（図の左右方向）へスライド変位可能な可動体（磁石ユニット）６が設けられている。可動体６は、保持部品７、例えば鉄等の強磁性体からなる第１及び第２の可動コア（磁石側コア）８，９、及び平板状の磁石（永久磁石）１０を有している。

可動コア８，９は、保持部品７により保持されている。また、可動コア８，９は、断面Ｌ字形であり、互いに反対向きに配置されている。さらに、可動コア８，９は、原点ギャップｇ２を挟んで互いに対向する原点ギャップ面８ａ，９ａと、固定コア２，３に対向し接触する固定コア対向面８ｂ，９ｂとを有している。

磁石１０は、固定コア２，３と可動コア８，９との間に挟持されている。磁石１０は、二極着磁されており、その着磁方向は図の上下方向である。

可動体６の移動方向の両端部には、非磁性材製の第１及び第２のシャフト１１，１２が固定されている。第１のシャフト１１には、測定対象物１３が当接されている。第２のシャフト１２は、ばね１４に挿通されている。ばね１４は、筐体１と可動体６との間に設けられ、可動体６及び第１のシャフト１１を測定対象物１３側へ付勢する。

図２は図１の磁気検出素子５を示す正面図である。磁気検出素子５としては、例えばホールＩＣなど、一軸のみの感度を持つ磁気センサが用いられている。磁気検出素子５には、例えばホール素子からなる感磁部５ａが設けられている。また、磁気検出素子５の感磁方向は、図１の左右方向、即ち可動体６の移動方向に平行な方向である。

図３は図１の磁気式位置センサに発生する磁束ループの一例を示す説明図、図４は図３の可動体６が変位した場合の磁束ループの一例を示す説明図である。上記のような磁気式位置センサでは、原点ギャップｇ２を境として２つの磁束ループが発生される。可動コア８，９と磁石１０とは一体化されており、これらが図の左右方向へ移動することにより、磁束ループも左右に移動する。このとき、磁気検出素子５を通過する磁束が可動体６の位置に比例して変化するため、磁気検出素子５が検出された磁束に基づいて測定対象物１３の位置を検出することができる。

例えば、図４は最大ストローク位置における磁束ループを示している。また、例えば図３に示すように、磁束ループの分岐点（原点ギャップｇ２）が磁気検出素子５の位置と一致した場合、磁気検出素子５を通過する磁束は図の上下方向のみとなり、一軸の感度を持つ磁気検出素子５で検出される磁束はゼロとなる。

ここで、磁気検出素子５による誤差（絶対値）は、磁気検出素子５の出力に比例して増加するため、最も測定したい部分に磁気検出素子５の原点（ゼロ点）が来るように調整することによって、測定精度の低下を抑制することができる。例えば、磁気検出素子５の原点が測定対象位置から５ｍｍずれている場合、５ｍｍの位置の測定を行っても、磁気検出素子５の原点からは１０ｍｍの位置に相当するため、誤差の絶対量が２倍となる。

上記のような磁気式位置センサによれば、原点ギャップｇ２の位置によって磁束ループの分岐点の位置を調整することが可能であり、適用場所に応じて原点位置を調整することができ、測定精度の低下を抑制することができる。

また、実施の形態１では、図４に示すように、可動体６が位置検出可能な最大ストローク位置に移動した場合でも、磁石１０が第１及び第２の固定コア２，３に重なっている。即ち、磁石１０の端部が第１の固定コア２に重なっている。このため、最大ストローク位置においても、検出ギャップｇ１を通過する磁束を磁気検出素子５の感磁方向に平行に保つことができる。これにより、最大ストローク位置付近でのセンサ出力のリニアリティを向上させることができる。

これに対して、図５に示すように、最大ストローク位置で磁石１０の端部が第１の固定コア２に重ならない場合、検出ギャップｇ１を通過する磁束が磁気検出素子５の感磁方向に対して斜めになる。これにより、最大ストローク位置付近でのセンサ出力のリニアリティが低下する。

さらに、実施の形態１では、図４に示すように、可動体６が位置検出可能な最大ストローク位置に移動した場合でも、第１及び第２の可動コア８，９が第１及び第２の固定コア２，３の範囲内に位置している。即ち、第２の可動コア９が第２の固定コア３の端面から外側へ突出しない。このため、最大ストローク位置においても、漏れ磁束の発生を防止することができ、測定精度の低下を防止できる。

これに対して、図６に示すように、最大ストローク位置で第２の可動コア９が第２の固定コア３の端面から外側へ突出する場合、磁路の一部に磁束飽和が生じ、漏れ磁束が発生してしまう。

図７は図１の磁気式位置センサをエレベータの秤装置に適用した例を示す構成図、図８は図７のＶＩＩＩ部を拡大して示す構成図である。図において、乗客を収容するかご１５は、主索１６により昇降路内に吊り下げられ、巻上機（図示せず）の駆動力により昇降される。かご１５は、かご枠１７と、かご枠１７に支持されたかご室１８とを有している。

かご室１８の床部とかご枠１７の下梁との間には、かご室１８内の積載重量に応じて伸縮されるばね（弾性体）１９と、かご室１８の床部の変位を検出する秤装置としての磁気式位置センサ２０とが設けられている。磁気式位置センサ２０の基本原理は図１と同様であり、測定対象物１３がかご室１８に相当する。磁気式位置センサ２０からは、かご室１８の床部の位置に応じた信号、即ち積載重量に応じた信号が得られる。従って、磁気式位置センサ２０を秤装置として用いることができる。

なお、秤装置は、例えばロープシャックルや綱止め部など、エレベータの他の場所に設けることもできる。

次に、図９は図１の磁気式位置センサを自動車の排気ガス再循環弁の開度測定器に適用した例を示す構成図である。図において、エンジン２１には、エアクリーナ２２及びスロットルバルブ２３を介して空気が供給される。エンジン２１からの排気ガスは、触媒２４を通して外部に排出される。また、排気ガスの一部は、排気ガス再循環弁２５を介してエンジン２１に再供給される。

排気ガス再循環弁２５は、アクチュエータ２６により開閉される。アクチュエータ２６には、排気ガス再循環弁２５の開度を測定するための開度測定器として磁気式位置センサ２７が設けられている。磁気式位置センサ２７の基本原理は図１と同様であり、測定対象物１３が排気ガス再循環弁２５又はアクチュエータ２６の駆動軸に相当する。磁気式位置センサ２７からは、排気ガス再循環弁２５の開度に応じた信号が得られる。従って、磁気式位置センサ２７を開度測定器として用いることができる。

このように、この発明の磁気式位置センサは、あらゆる用途に適用することができ、適用場所に応じて原点位置を調整することができ、測定精度の低下を抑制することができる。

実施の形態２．
次に、図１０はこの発明の実施の形態２による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、第１の可動コア８の長さ寸法が第２の可動コア９の長さ寸法よりも短くなっている。これにより、原点の両側でストロークが非対称となっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、ストロークを非対称としてもよく、適用場所に応じて原点位置を調整することができ、測定精度の低下を抑制することができる。

実施の形態３．
次に、図１１はこの発明の実施の形態３による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、固定コア２，３と可動コア８，９及び磁石１０との間に、変動抑制ギャップｇ３が設けられている。即ち、可動体６（図１）は、間隔をおいて固定コア２，３に対向している。従って、可動体６の変位を案内するガイド部材（図示せず）が用いられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような磁気式位置センサでは、変動抑制ギャップｇ３により、固定コア２，３に接離する方向（図の上下方向）への可動コア８，９及び磁石１０の変位によるギャップ変動に対する耐性が高くなる。

例えば、初期状態として可動コア８，９及び磁石１０を固定コア２，３に接触させた場合、両者の間に０．１ｍｍでもギャップが生じると、強磁性体と比較して空気の磁気抵抗は３桁以上も高いため、全体としての磁気抵抗の変動は何倍も大きくなる。これに対して、予め変動抑制ギャップｇ３が存在する場合、変動抑制ギャップｇ３が例えば１．０ｍｍから０．１ｍｍ変動しても、全体としての磁気抵抗の変化率は１０％程度に抑えられる。

ここで、磁気検出素子５は、検出ギャップｇ１を通過する磁束に応じて信号を発生するものであるが、上記の磁気抵抗変化の影響も少なくはない。従って、変動抑制ギャップｇ３を予め設けておくことにより、固定コア２，３に接離する方向への可動コア８，９及び磁石１０の変位に対して安定した出力を得ることができる。

また、変動抑制ギャップｇ３の大きさを調整することにより、磁気検出素子５の感度に適した磁束密度に調整することができる。

実施の形態４．
次に、図１２はこの発明の実施の形態４による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、磁石１０の可動コア８，９側の磁極面と可動コア８，９との間に変動抑制ギャップｇ４が設けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような磁気式位置センサであっても、磁束ループの一部に予め磁気的なギャップが設けられているため、実施の形態３と同様に、固定コア２，３に接離する方向への可動コア８，９及び磁石１０の変位に対して安定した出力を得ることができる。

実施の形態５．
次に、図１３はこの発明の実施の形態５による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、磁石１０の移動方向の両端面と可動コア８，９との間に、磁石端ギャップｇ５が設けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

ここで、図１４は図１３の磁石端ギャップｇ５を設けない場合の最大ストローク位置における磁束ループを示す説明図、図１５は図１３の磁石端ギャップｇ５を設けた場合の最大ストローク位置における磁束ループを示す説明図である。

磁石端ギャップｇ５を設けない場合、最大ストローク位置において、検出ギャップｇ１を通過する磁束が磁気検出素子５の感磁方向に対して斜めになる。これにより、最大ストローク位置付近でのセンサ出力のリニアリティが低下する。これに対して、磁石端ギャップｇ５を設けた場合、最大ストローク位置においても、検出ギャップｇ１を通過する磁束を磁気検出素子５の感磁方向に平行に保つことができる。これにより、最大ストローク位置付近でのセンサ出力のリニアリティを向上させることができる。

図１６は図１３の第１及び第２の可動コア８，９及び磁石１０の保持部品７への組付構成例を示す分解斜視図である。保持部品７には、磁石１０が挿入される磁石挿入孔７ａと、可動コア８，９の端部が挿入されるコア挿入孔７ｂ，７ｃとが設けられている。磁石端ギャップｇ５を設けたことにより、磁石１０の両端部は磁束密度の大きさに殆ど影響を与えないため、磁石端ギャップｇ５に保持部品７を挿入することにより、可動コア８，９及び磁石１０を容易に一体化できる。

実施の形態６．
次に、図１７はこの発明の実施の形態６による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、可動コア８，９及び磁石１０の移動方向への原点ギャップｇ２の寸法が、同方向への検出ギャップｇ１の寸法よりも大きくなっている（ｇ２＞ｇ１）。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような磁気式位置センサでは、原点ギャップｇ２が検出ギャップｇ１よりも広いため、原点ギャップｇ２の磁気抵抗が高くなり、磁束ループの分岐を明確にすることができ、原点の設定を容易にすることができる。

実施の形態７．
次に、図１８はこの発明の実施の形態７による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、磁石１０の固定コア２，３側の磁極面と固定コア２，３との間に変動抑制ギャップｇ３が設けられている。

また、磁石１０の固定コア２，３側の磁極面が、固定コア対向面８ｂ，９ｂよりも固定コア２，３側へ突出している。逆に言うと、固定コア対向面８ｂ，９ｂと固定コア２，３との間の間隔は、磁石１０と固定コア２，３との間の間隔よりも大きくなっている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような磁気式位置センサでは、可動コア８，９及び磁石１０が固定コア２，３に対して傾いた場合の誤差を低減することができる。例えば図１９に示すように、可動コア８，９及び磁石１０が傾斜した場合、変動抑制ギャップｇ３のギャップ変動は、固定コア対向面８ｂ，９ｂ付近で大きくなる。これに対して、固定コア対向面８ｂ，９ｂと固定コア２，３との間の距離を大きくすることにより、ギャップ変動に対する耐性を高めることができる。

実施の形態８．
次に、図２０はこの発明の実施の形態８による磁気式位置センサの要部を示す構成図である。この例では、可動コア８，９及び磁石１０と固定コア２，３との間に変動抑制ギャップｇ３が設けられている。

また、磁気検出素子５の端部が固定コア２，３から磁石１０側及びその反対側へ突出している。逆に言うと、固定コア２，３の厚さ寸法が同方向への磁気検出素子５の寸法よりも小さくされている。他の構成は実施の形態１と同様である。

固定コア２，３の厚さは、磁気検出素子５に平行な磁束を供給できるように設定される。また、変動抑制ギャップｇ３を設けた場合、磁気検出素子５の一部を固定コア２，３から突出させても磁石１０に干渉しない。このため、固定コア２，３の厚さ寸法を同方向への磁気検出素子５の寸法より小さくしても、感磁部５ａには平行な磁束を供給することができ、磁気式位置センサの小型軽量化及び低コスト化（材料費）を図ることができる。

実施の形態９．
次に、図２１はこの発明の実施の形態９による磁気式位置センサの断面図、図２２は図２１のＸＸＩＩ−ＸＸＩＩ線に沿う断面図、図２３は図２１の固定コアを示す斜視図、図２４は図２１の可動コアを示す斜視図である。

図において、円筒状の筐体３１内には、例えば鉄等の強磁性体からなる円筒状の第１及び第２の固定コア（検出側コア）３２，３３が固定されている。固定コア３２，３３は、リング状の検出ギャップｇ１を挟んで同軸線上に配置されている。検出ギャップｇ１の周方向の１箇所には、磁気検出素子５が配置されている。

固定コア３２，３３内には、固定コア３２，３３に沿って固定コア３２，３３の軸方向（図の左右方向）へスライド変位可能な可動体（磁石ユニット）３６が設けられている。可動体３６は、例えば鉄等の強磁性体からなる円筒状の第１及び第２の可動コア（磁石側コア）３８，３９、及び円筒状の磁石（永久磁石）４０を有している。

可動コア３８，３９の軸方向一端部には、図２４に示すようにフランジ部３８ａ，３９ａが設けられている。フランジ部３８ａ，３９ａの径は、可動コア３８，３９のフランジ部３８ａ，３９ａを除く部分の径よりも大きい。可動コア３８，３９は、フランジ部３８ａ，３９ａとは反対側の端面がリング状の原点ギャップｇ２を挟んで互いに対向するように、同軸線上に互いに逆向きに配置されている。

磁石４０は、可動コア３８，３９のフランジ部３８ａ，３９ａを除く部分と原点ギャップｇ２とを囲繞している。磁石４０は、二極着磁されており、その着磁方向は半径方向（肉厚方向）である。

可動体３６には、非磁性材製のシャフト４１が貫通されている。シャフト４１には、可動コア３８，３９が固定されている。シャフト４１には、測定対象物１３が当接されている。筐体３１と可動体３６との間には、可動体３６及びシャフト４１を測定対象物１３側へ付勢するばね４４が設けられている。

このような磁気式位置センサの固定コア３２，３３、可動コア３８，３９及び磁石４０の構成は、実施の形態１の固定コア２，３、可動コア８，９及び磁石１０を回転させて円筒形にしたものである。従って、位置検出の基本原理は実施の形態１と同様であり、適用場所に応じて原点位置を調整することができ、測定精度の低下を抑制することができる。

また、固定コア３２，３３、可動コア３８，３９及び磁石４０をそれぞれ円筒形としたことにより、ギャップ変動による誤差に対して差動構造となるため、測定精度を向上させることができる。

さらに、可動コア８，９及び磁石４０が固定コア３２，３３のどの方向へ偏ったとしても、固定コア３２，３３に比べて空気の磁気抵抗が非常に大きいため、検出ギャップｇ１を渡る磁束密度はほぼ均一化される。従って、検出ギャップｇ１の周方向の１箇所のみに磁気検出素子５を配置しても、十分な測定精度を得ることができる。

なお、実施の形態９では、固定コア３２，３３、可動コア３８，３９及び磁石４０をそれぞれ円筒形としたが、断面に３つ以上の角部を有する多角形筒形としてもよい。
また、実施の形態２に示したように、原点の両側でストロークが非対称となっていてもよい。
さらに、実施の形態３に示したように、固定コア３２，３３と可動コア３８，３９及び磁石４０との間に変動抑制ギャップを設けてもよい。
さらにまた、実施の形態４に示したように、磁石４０の可動コア３８，３９側の磁極面と可動コア３８，３９との間に変動抑制ギャップを設けてもよい。

また、実施の形態５に示したように、磁石４０の移動方向の両端面と可動コア３８，３９との間に磁石端ギャップを設けてもよい。
さらに、実施の形態６に示したように、可動コア３８，３９及び磁石４０の移動方向への原点ギャップの寸法を、同方向への検出ギャップの寸法よりも大きくしてもよい。
さらにまた、実施の形態７に示したように、可動コア３８，３９の固定コア３２，３３に対向する面と固定コア３２，３３との間の間隔を、磁石４０と固定コア３２，３３との間の間隔よりも大きくしてもよい。
また、実施の形態８に示すように、磁気検出素子５の端部を固定コア３２，３３から磁石４０側及びその反対側へ突出させてもよい。

実施の形態１０．
次に、図２５はこの発明の実施の形態１０による磁気式位置センサの第１及び第２の固定コア３２，３３と磁気検出素子５との関係を示す説明図である。この例では、固定コア３２，３３の周方向に互いに等間隔をおいて４個の磁気検出素子５が配置されている。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このような磁気式位置センサでは、４個の磁気検出素子５からの出力を平均化することにより、検出ギャップｇ１間を渡る磁束密度の位置による僅かな誤差を補正することができ、測定精度をさらに向上させることができる。

実施の形態１１．
次に、図２６はこの発明の実施の形態１１による磁気式位置センサの可動コア３８，３９を示す斜視図である。この例では、可動コア３８，３９に中空部を設けず、可動コア３８，３９を円柱状としたものである。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このように、可動コア３８，３９の貫通孔を省略することにより、可動コア３８，３９の構造が単純化され、製作コストを低減することができる。

実施の形態１２．
次に、図２７はこの発明の実施の形態１２による磁気式位置センサの要部を示す構成図、図２８は図２７のＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図において、固定コア３２，３３の互いに対向する端面の周方向の一部には、磁気検出素子５へ向けて突出した突起部３２ａ，３３ａが設けられている。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このような磁気式位置センサでは、突起部３２ａ，３３ａ間の磁気抵抗を低減することができ、磁力の弱い磁石４０（図２１）を用いた場合でも、十分な測定精度を得ることができる。

実施の形態１３．
次に、図２９はこの発明の実施の形態１３による磁気式位置センサの要部を示す構成図、図３０は図２９のＸＸＸ−ＸＸＸ線に沿う断面図、図３１は図２９のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線に沿う断面図である。

図において、固定コア３２，３３の互いに対向する端部には、径方向外側へ突出した突起部３２ｂ，３３ｂが設けられている。突起部３２ｂ，３３ｂは、固定コア３２，３３の周方向の磁気検出素子５と同じ位置に設けられている。即ち、磁気検出素子５の一部は、突起部３２ｂ，３３ｂ間に配置されている。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このような磁気式位置センサでは、固定コア３２，３３の外周部に突起部３２ｂ，３３ｂを設け、突起部３２ｂ，３３ｂ間に磁気検出素子５を配置したので、磁気検出素子５への磁束の供給を確保しつつ、固定コア３２，３３の突起部３２ｂ，３３ｂを除く部分の肉厚を薄くすることができる。これにより、センサ全体の小型軽量化を図ることができる。

実施の形態１４．
次に、図３２はこの発明の実施の形態１４による磁気式位置センサの要部断面図である。この例では、実施の形態１３の突起部３２ｂ，３３ｂの代わりに、固定コア３２，３３とは別体の突起部４５，４６が固定コア３２，３３の外周部に取り付けられている。突起部４５，４６は、例えば接着剤４７により固定コア３２，３３に接着されている。

このように、固定コア３２，３３と突起部４５，４６との間のギャップが検出ギャップｇ１に比べて十分に小さければ、突起部４５，４６を固定コア３２，３３とは別体で構成することが可能であり、固定コア３２，３３の構造を複雑にすることなく、固定コア３２，３３の肉厚を薄くすることができる。

実施の形態１５．
次に、図３３はこの発明の実施の形態１５による磁気式位置センサの要部を示す分解斜視図、図３４は図３３の磁気式位置センサの要部断面図である。図において、筐体３１の軸方向の中間部には、開口部（窓部）３１ａが設けられている。突起部４５，４６は、開口部３１ａに挿入され、固定コア３２，３３の外周部に接着されている。磁気検出素子５は、開口部３１ａを通して検出ギャップｇ１に配置されている。

このような磁気式位置センサでは、筐体３１に開口部３１ａを設けたので、固定コア３２，３３を筐体３１に挿入した後に突起部４５，４６及び磁気検出素子５の装着が可能であり、筐体３１及び固定コア３２，３３の形状を単純化でき、かつ突起部４５，４６及び磁気検出素子５と固定コア３２，３３との位置合わせが容易である。

なお、磁気検出素子５は、突起部４５，４６を開口部３１ａに挿入する前に予め突起部４５，４６間に固定しておいてもよい。この場合、突起部４５，４６と磁気検出素子５との間には、接着剤や非磁性スペーサ等が介在してもよい。

実施の形態１６．
次に、図３５はこの発明の実施の形態１６による磁気式位置センサの要部断面図である。この例では、固定コア３２，３３間の間隔よりも突起部４５，４６間の間隔（検出ギャップｇ１）が小さくなっている。他の構成は、実施の形態１５と同様である。

このように構成することにより、実施の形態１２と同様に、突起部４５，４６間の磁気抵抗を低減することができ、磁力の弱い磁石４０（図２１）を用いた場合でも、十分な測定精度を得ることができる。

実施の形態１７．
次に、図３６はこの発明の実施の形態１７による磁気式位置センサの要部断面図である。この例では、突起部４５，４６が、固定コア３２，３３の外周部ではなく、軸方向の端面に接着されている。このような構成によっても、実施の形態１５と同様の効果を得ることができる。

実施の形態１８．
次に、図３７はこの発明の実施の形態１８による磁気式位置センサの要部を示す構成図、図３８は図３７のＸＸＸＶＩＩＩ−ＸＸＸＶＩＩＩ線に沿う断面図である。図において、固定コア３２，３３の互いに対向する端部には、径方向外側へ突出した突起部３２ｃ，３３ｃが設けられている。突起部３２ｃ，３３ｃは、固定コア３２，３３の全周に渡って設けられている。他の構成は、実施の形態１３と同様である。

このような磁気式位置センサでは、固定コア３２，３３の外周部に突起部３２ｃ，３３ｃを設け、突起部３２ｃ，３３ｃ間に磁気検出素子５を配置したので、磁気検出素子５への磁束の供給を確保しつつ、固定コア３２，３３の突起部３２ｂ，３３ｂを除く部分の肉厚を薄くすることができる。これにより、センサ全体の小型軽量化を図ることができる。また、突起部３２ｂ，３３ｂを固定コア３２，３３の全周に渡って設けたので、固定コア３２，３３の形状を単純化することができる。

実施の形態１９．
次に、図３９はこの発明の実施の形態１９による磁気式位置センサの要部を示す構成図、図４０は図３９のＸＸＸＸ−ＸＸＸＸ線に沿う断面図、図４１は図３９の固定コア３２，３３を示す斜視図である。

この例では、固定コア３２，３３の端部に突起部３２ｃ，３３ｃを設ける代わりに、固定コア３２，３３の外径が固定コア３２，３３の軸方向に沿って連続的に変化されている。即ち、固定コア３２，３３の互いに対向する端部の外径は、反対側の端部の外径よりも大きくなっている。但し、固定コア３２，３３の内径は、軸方向に沿って一定である。この構成は、実施の形態９と同様である。

このような磁気式位置センサでは、固定コア３２，３３の磁気検出素子５側の端部の外径を反対側の端部の外径よりも大きくしたので、磁気検出素子５への磁束の供給を確保しつつ、固定コア３２，３３の肉厚を磁気検出素子５とは反対側の端部へ向けて徐々に薄くすることができる。これにより、センサ全体の小型軽量化を図ることができる。

実施の形態２０．
次に、図４２はこの発明の実施の形態２０による磁気式位置センサの要部断面図である。図において、磁石４０は、周方向に複数に分割されている。即ち、磁石４０は、断面半円状の第１及び第２の磁石片４０ａ，４０ｂに分割されている。磁石片４０ａ，４０ｂ間には、磁石片ギャップｇ６，ｇ７が設けられている。可動コア３８，３９及び磁石４０と固定コア３２，３３との間には、実施の形態３で説明したような変動抑制ギャップｇ３が設けられている。

固定コア３２，３３の断面は、楕円形状である。また、変動抑制ギャップｇ３の大きさは、センサの周方向について、磁石片ギャップｇ６，ｇ７の付近で最も小さくされ（ｄ１）、磁石片ギャップｇ６，ｇ７から最も離れた位置で最も大きくされている（ｄ２）。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このように、円筒形の磁石４０を磁石片４０ａ，４０ｂに分割することにより、磁石４０の製作を容易にすることができる。また、磁石片４０ａ，４０ｂ間に磁石片ギャップｇ６，ｇ７を設けることにより、磁石片４０ａ，４０ｂの製作精度を低くすることができるとともに、可動コア３８，３９への磁石片４０ａ，４０ｂの組み付けを容易にすることができる。

但し、磁石片ギャップｇ６，ｇ７を設けた場合、磁石片ギャップｇ６，ｇ７の部分で磁束密度が低下するため、センサを円筒形にしたことによる差動構造の効果が低下する。これに対して、変動抑制ギャップｇ３の大きさを磁石片ギャップｇ６，ｇ７の位置で他の位置よりも小さくすることにより、磁束ループの強度をセンサの周方向で均等化し、差動構造による効果の低減を抑制することができる。

実施の形態２１．
次に、図４３はこの発明の実施の形態２１による磁気式位置センサの要部断面図である。この例では、固定コア３２，３３の断面は円形である。また、磁石片４０ａ，４０ｂの断面の厚さ寸法は、磁石片ギャップｇ６，ｇ７に隣接する両端部で最も大きく、中間部で最も小さくなっている。他の構成は、実施の形態２０と同様である。

このような磁気式位置センサでは、磁束密度は磁石４０の肉厚に比例するので、磁石片ギャップｇ６，ｇ７付近の磁石片４０ａ，４０ｂの肉厚を他の部分の肉厚よりも厚くすることにより、磁石片ギャップｇ６，ｇ７付近の磁束密度を高め、磁束ループの強度をセンサの周方向で均等化することができる。

実施の形態２２．
次に、図４４はこの発明の実施の形態２２による磁気式位置センサの要部断面図、図４５は図４４の可動コア３８，３９を示す正面図である。図において、可動コア３８，３９のフランジ部３８ａ，３９ａの断面は、楕円形状である。即ち、フランジ部３８ａ，３９ａの外周面と固定コア３２，３３の内周面との間の距離は、センサの周方向について、磁石片ギャップｇ６，ｇ７の付近で最も小さくされ、磁石片ギャップｇ６，ｇ７から最も離れた位置で最も大きくされている。他の構成は、実施の形態２０と同様である。

このように、磁石片ギャップｇ６，ｇ７の位置における磁束密度を高めるようにフランジ部３８ａ，３９ａの外周形状を変形させた場合にも、磁束ループの強度をセンサの周方向で均等化することができる。

実施の形態２３．
次に、図４６はこの発明の実施の形態２３による磁気式位置センサの要部断面図である。図において、磁石４０は、断面円弧状の第１ないし第３の磁石片４０ｃ〜４０ｅに分割されている。磁石片４０ｃ〜４０ｅ間には、磁石片ギャップｇ８〜ｇ１０が設けられている。可動コア３８，３９及び磁石４０と固定コア３２，３３との間には、実施の形態３で説明したような変動抑制ギャップｇ３が設けられている。

固定コア３２，３３の断面は、三角形である。また、変動抑制ギャップｇ３の大きさは、センサの周方向について、磁石片ギャップｇ８〜ｇ１０の付近で最も小さくされ、磁石片ギャップｇ８〜ｇ１０から最も離れた位置で最も大きくされている。他の構成は、実施の形態９と同様である。

このように、固定コア３２，３３の断面形状を磁石片ギャップｇ８〜ｇ１０の数に対応した多角形とすることによっても、変動抑制ギャップｇ３の大きさを磁石片ギャップｇ６，ｇ７の位置で他の位置よりも小さくすることができ、磁束ループの強度をセンサの周方向で均等化し、差動構造による効果の低減を抑制することができる。

なお、この発明の磁気式位置センサの用途は、エレベータの秤装置及び弁の開度測定器に限定されるものではない。
また、上記の例では、第１及び第２の検出側コアを固定し、磁石ユニットを移動可能としたが、逆であってもよい。
さらに、第１及び第２の検出側コア、第１及び第２の磁石側コア、及び磁石を筒状にする場合、磁石ユニットの内側に第１及び第２の検出側コアを配置することもできる。

Claims

検出ギャップを挟んで互いに並設された第１及び第２の検出側コア、
原点ギャップを挟んで互いに並設された第１及び第２の磁石側コアと、上記原点ギャップを境とする２つの磁束ループを上記第１及び第２の検出側コアと上記第１及び第２の磁石側コアとの間に発生させる磁石とを有し、測定対象物の変位に伴って上記第１及び第２の検出側コアに対して相対的に変位される磁石ユニット、及び
上記検出ギャップに配置され、上記検出ギャップを通過する磁束を検出する磁気検出素子
を備えている磁気式位置センサ。
上記磁石ユニットが位置検出可能な最大ストローク位置に移動した場合でも、上記磁石の上記磁気検出素子側の端部が上記第１及び第２の検出側コアに重なっている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記磁石ユニットが位置検出可能な最大ストローク位置に移動した場合でも、上記第１及び第２の磁石側コアが上記第１及び第２の検出側コアの範囲内に位置している請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の磁石側コア及び上記磁石と上記第１及び第２の検出側コアとの間には、上記第１及び第２の検出側コアに接離する方向への上記磁石ユニットの変位による磁束密度の変動を抑制する変動抑制ギャップが設けられている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記磁気検出素子の端部は、上記第１及び第２の検出側コアから上記磁石側へ突出している請求項４記載の磁気式位置センサ。
上記磁石の上記第１及び第２の磁石側コア側の磁極面と上記第１及び第２の磁石側コアとの間には、上記第１及び第２の検出側コアに接離する方向への上記磁石ユニットの変位による磁束密度の変動を抑制する変動抑制ギャップが設けられている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記磁石ユニットの移動方向の上記磁石の端面と上記第１及び第２の磁石側コアとの間には、磁石端ギャップが設けられている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記磁石ユニットの移動方向への上記原点ギャップの寸法が、同方向への上記検出ギャップの寸法よりも大きくなっている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の検出側コア、上記第１及び第２の磁石側コア、及び上記磁石は、筒状であり、
上記第１及び第２の検出側コアの内側に上記磁石ユニットが配置されている請求項１記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の検出側コアの互いに対向する端面の周方向の一部には、上記磁気検出素子へ向けて突出した突起部がそれぞれ設けられている請求項９記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の検出側コアの互いに対向する端部には、径方向外側へ突出した突起部がそれぞれ設けられており、
上記磁気検出素子は、上記突起部間に配置されている請求項９記載の磁気式位置センサ。
上記突起部は、上記第１及び第２の検出側コアとは別体で構成され上記第１及び第２の検出側コアに取り付けられている請求項１１記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の磁石側コア及び上記磁石と上記第１及び第２の検出側コアとの間には、上記第１及び第２の検出側コアに接離する方向への上記磁石ユニットの変位による磁束密度の変動を抑制する変動抑制ギャップが設けられており、
上記磁石は、周方向に複数の磁石片に分割されており、
上記磁石片間には、少なくとも１つの磁石片ギャップが設けられており、
上記第１及び第２の検出側コアの断面形状は、上記変動抑制ギャップの大きさが上記磁石片ギャップの位置で他の位置よりも小さくなるように変形されている請求項９記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の検出側コアの断面形状が多角形である請求項１３記載の磁気式位置センサ。
上記磁石は、周方向に複数の磁石片に分割されており、
上記磁石片間には、少なくとも１つの磁石片ギャップが設けられており、
上記磁石片の肉厚は、上記磁石片ギャップ付近で他の部分よりも厚くなっている請求項９記載の磁気式位置センサ。
上記第１及び第２の磁石側コア及び上記磁石と上記第１及び第２の検出側コアとの間には、上記第１及び第２の検出側コアに接離する方向への上記磁石ユニットの変位による磁束密度の変動を抑制する変動抑制ギャップが設けられており、
上記第１及び第２の磁石側コアは、上記第１及び第２の検出側コアの内周面に対向するフランジ部をそれぞれ有し、
上記磁石は、周方向に複数の磁石片に分割されており、
上記磁石片間には、少なくとも１つの磁石片ギャップが設けられており、
上記フランジ部の外周形状は、上記第１及び第２の検出側コアの内周面との間の距離が上記磁石片ギャップ付近で小さくなるように変形されている請求項９記載の磁気式位置センサ。