JP4863167B2 - Magnet structure and position detection apparatus using the same - Google Patents

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本発明は、磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置に関するものであり、特に、多極着磁された永久磁石の隣接する磁極の境界領域における合成磁界の直線性(リニアリティ)を改善するための技術に関する。   The present invention relates to a magnet structure and a position detection device using the same, and more particularly to improve the linearity of a combined magnetic field in a boundary region between adjacent magnetic poles of a multipole magnetized permanent magnet. Related to technology.

相対運動する物体の運動を適当な信号に変換してその位置制御を正確に行う位置センサ(位置検出装置)の開発が進められており、例えば磁気検出手段と磁石とを用いた位置監視装置が提案されている(例えば、特許文献1等を参照)。   Development of a position sensor (position detection device) that accurately converts the motion of a relatively moving object into an appropriate signal and accurately controls its position has been developed. For example, a position monitoring device using a magnetic detection means and a magnet is being developed. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1には、1部材が一定経路に沿い他部材に対して可動であるそれら1対の部材間の位置関係を監視するための位置監視装置において、前記1部材に固定された磁気装置であって前記経路とある角度をなして広がる一定の磁界強度をもった逆極性の隣接した磁界を発生するようになっておりそれによって該磁界の隣接箇所を横切って延長する経路上においてほぼ直線的に磁界強度を実現するようになっている前記磁気装置と、前記他部材に固定されていることにより前記両部材の相対運動に応答して前記延長経路に沿って運動しうるようになっている磁界強度センサ装置であって、該センサ装置が該両部材の該相対運動中に実質的に直線的な応答を行うようになっている前記磁界強度センサ装置と、を備えた位置監視装置が開示されている。   In Patent Document 1, a position monitoring device for monitoring the positional relationship between a pair of members in which one member is movable with respect to another member along a fixed path is a magnetic device fixed to the one member. An adjacent magnetic field of a reverse polarity having a constant magnetic field intensity that spreads at an angle with the path is generated, thereby being substantially linear on a path extending across the adjacent portion of the magnetic field. The magnetic device is adapted to realize a magnetic field strength, and is fixed to the other member so that it can move along the extended path in response to relative movement of the two members. A magnetic field strength sensor device comprising the magnetic field strength sensor device, wherein the sensor device is adapted to provide a substantially linear response during the relative movement of the two members. Been That.

前記特許文献1記載の位置監視装置は、2極の永久磁石において、その境界に合成磁界の磁束密度が直線的に変化する領域を形成し、この領域を利用して位置制御を可能とするものである。この位置監視装置は、磁気センサ装置が電磁アクチュエータの制御要素の一部としての働きも有しており、例えば工作機械の制御系の他、AV機器やOA機器等、様々な分野への応用が期待されている。   The position monitoring device described in Patent Document 1 forms a region in which the magnetic flux density of the combined magnetic field changes linearly at the boundary of a dipole permanent magnet, and enables position control using this region. It is. In this position monitoring device, the magnetic sensor device also functions as a part of the control element of the electromagnetic actuator. For example, in addition to the control system of machine tools, the position monitoring device can be applied to various fields such as AV equipment and OA equipment. Expected.

ただし、前記特許文献1記載の方式を採用した場合、移動方向に対し、2極の永久磁石の境界領域が直角であるため、合成磁界の磁束密度が直線的に変化する範囲が狭く、位置検出機能を十分に発揮させることができず、微小な位置変化しか検出できない。各種電子機器の小型化に伴い、これら電子機器に搭載される部品についても小型化が進められているが、前記問題が大きな障害となり、用途が制約されているのが実情である。   However, when the method described in Patent Document 1 is adopted, since the boundary area of the two-pole permanent magnet is perpendicular to the moving direction, the range in which the magnetic flux density of the combined magnetic field changes linearly is narrow, and position detection is performed. The function cannot be fully exerted, and only a minute position change can be detected. Along with miniaturization of various electronic devices, miniaturization of components mounted on these electronic devices has been promoted. However, the actual situation is that the above-mentioned problem becomes a major obstacle and uses are restricted.

このような状況から、磁束密度の直線的に変化する領域を拡大することが試みられている(例えば、特許文献2等を参照)。特許文献2には、隣接して配置されたS極とN極の磁石と、これら磁石に対して相対的に移動可能な部材に、初期状態で前記各磁石の間に位置するように固定され、前記部材の相対位置を検出する為の少なくとも1個以上の磁気検出手段とを備え、前記S極とN極の磁石の間には、これら磁石と前記部材の相対位置検出保証範囲に応じた大きさを持つ無磁極部分が設けられることを特徴とする位置検出装置が開示されている。   From such a situation, it has been attempted to enlarge a region where the magnetic flux density changes linearly (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, the S-pole and N-pole magnets arranged adjacent to each other and a member that can move relative to the magnets are fixed so as to be positioned between the magnets in the initial state. And at least one magnetic detection means for detecting the relative position of the member, and according to the relative position detection guarantee range between the magnet and the member between the S-pole and N-pole magnets. There is disclosed a position detecting device characterized in that a non-magnetic pole portion having a size is provided.

特許文献2記載の発明では、S極とN極の間に相対的位置検出保証範囲に応じた大きさを持つ無磁極部分を設け、例えば、ホール素子が変位する幅に応じてS極とN極の間の無磁極部分を広げたり、さらには複数のホール素子の出力の直線性の良い部分を切り換えて制御する方法が採られている。   In the invention described in Patent Document 2, a non-magnetic pole portion having a size corresponding to the relative position detection guaranteed range is provided between the S pole and the N pole, and, for example, the S pole and the N pole according to the width of displacement of the Hall element. A method is adopted in which a non-magnetic pole portion between the poles is widened, and further, a portion having a good linearity of output of a plurality of Hall elements is switched and controlled.

あるいは、磁極を斜めに配置することで、比較的長いストロークでの位置検出を可能とする技術も提案されている(例えば、特許文献3を参照)。特許文献3記載の発明では、2つのS極の間に長方形のN極領域を斜めに配置し、ホール素子をN極領域の長手方向に移動することによりN極領域の幅方向での位置が変化し、前記2つのS極の影響が変化することによる磁界強度の変化に基づいて位置検出を行うようにしている。
特開昭59−88602号公報 特開平8−136207号公報 特開平6−11303号公報
Or the technique which enables the position detection with a comparatively long stroke by arrange | positioning a magnetic pole diagonally is proposed (for example, refer patent document 3). In the invention described in Patent Document 3, a rectangular N-pole region is diagonally disposed between two S-poles, and the Hall element is moved in the longitudinal direction of the N-pole region so that the position of the N-pole region in the width direction is changed. The position is detected based on the change in the magnetic field strength due to the change in the influence of the two south poles.
JP 59-88602 A JP-A-8-136207 JP-A-6-11303

しかしながら、前記特許文献2記載の発明のように、S極とN極の間の無磁極部分を広げると、合成磁界の磁束密度において、連続的な変化は得られるものの、直線性を有する領域はさほど広がらないという問題が生ずるおそれがある。また、複数のホール素子の出力の直線性の良い部分を切り換えて制御する方法では、装置構成が煩雑になり、コスト上昇の要因となるおそれがある。   However, as in the invention described in Patent Document 2, when the non-magnetic pole portion between the S pole and the N pole is widened, a continuous change is obtained in the magnetic flux density of the combined magnetic field, but the region having linearity is There is a possibility that the problem of not spreading so much may arise. In addition, in the method of switching and controlling the portions with a good linearity of the outputs of the plurality of Hall elements, the device configuration becomes complicated and there is a risk of increasing costs.

一方、特許文献3記載の発明のように、2つのS極の間に長方形のN極領域を斜めに配置し、磁束ガイドで磁極面に平行な方向へ磁束をホール素子に誘導し、当該ホール素子をN極領域の幅内で相対移動することで位置検出を行う構造では、3つの磁気媒体を用意する必要または3極の着磁が必要となり着磁操作が煩雑になるばかりか、2つのS極をバランス良く着磁する必要があり、また、磁束ガイドを別途必要とする等、やはり装置構成の煩雑化によるコスト上昇等が問題になる。   On the other hand, as in the invention described in Patent Document 3, a rectangular N-pole region is obliquely disposed between two S-poles, and a magnetic flux is guided to the Hall element in a direction parallel to the magnetic pole surface by a magnetic flux guide. In the structure in which position detection is performed by relatively moving the element within the width of the N-pole region, it is not only necessary to prepare three magnetic media or three-pole magnetization, which complicates the magnetizing operation. It is necessary to magnetize the south pole in a well-balanced manner, and a separate magnetic flux guide is required, which also raises a problem of cost increase due to complicated apparatus configuration.

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、互いに異なる磁極が隣接する境界領域において合成磁界の直線性(リニアリティ)を高めることが可能な磁石構造体を提供することを目的とし、これにより広範な位置検出が可能で、且つ十分な駆動磁界を得ることが可能な位置検出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、複数の磁気検出手段(例えばホール素子)を用いることなく、且つ簡単な構成でありながら前記目的を達成することが可能な磁石構造体及び位置検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and provides a magnet structure capable of improving the linearity of a composite magnetic field in a boundary region where different magnetic poles are adjacent to each other. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a position detecting device capable of detecting a wide range of positions and obtaining a sufficient driving magnetic field. It is another object of the present invention to provide a magnet structure and a position detection device that can achieve the above object without using a plurality of magnetic detection means (for example, Hall elements) and having a simple configuration. And

前述の目的を達成するために、本発明の磁石構造体は、複数極に着磁された永久磁石を有し、前記永久磁石に対向配置された磁束検出手段が前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動し、前記永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することによって位置検出が行われる磁石構造体であって、前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されており、前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Lに対して0.5≦L・tanθ≦6なる関係を満たし、前記永久磁石の全体形状が矩形状であるとともに部分円筒形状であり、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することを特徴とする。また、本発明の位置検出装置は、複数極に着磁された永久磁石と、前記永久磁石に対向配置され前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動することによって位置検出を行う磁束検出手段とを備えた位置検出装置であって、前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されており、前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Lに対して0.5≦L・tanθ≦6なる関係を満たし、前記永久磁石の全体形状が矩形状であるとともに部分円筒形状であり、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することにより角度検出が行われることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the magnet structure of the present invention has a permanent magnet that is magnetized in a plurality of poles, and magnetic flux detection means arranged opposite to the permanent magnet has different magnetic poles of the permanent magnet. A magnet structure that moves relative to each other across an adjacent boundary region and detects a magnetic flux density component perpendicular to the magnetic pole surface of the permanent magnet, wherein the boundary region is the magnetic flux detection means. The inclination angle θ of the boundary region satisfies the relationship of 0.5 ≦ L · tan θ ≦ 6 with respect to the position detectable range L in the movement direction of the magnetic flux detection means. The overall shape of the permanent magnet is rectangular and partially cylindrical, and the magnetic flux detecting means moves in the circumferential direction of the permanent magnet. Further, the position detection device of the present invention is configured such that a permanent magnet magnetized with a plurality of poles and a different magnetic pole of the permanent magnet, which are disposed opposite to the permanent magnet, move relatively across a boundary region adjacent to each other. A position detection device including a magnetic flux detection means for performing position detection, wherein the boundary region is formed obliquely with respect to a moving direction of the magnetic flux detection means, and an inclination angle θ of the boundary region is the magnetic flux detection Satisfying the relationship 0.5 ≦ L · tan θ ≦ 6 with respect to the position detectable range L in the movement direction of the means, the entire shape of the permanent magnet is a rectangular shape and a partial cylindrical shape, and the magnetic flux detection means Angle detection is performed by moving in the circumferential direction of the permanent magnet.

本発明の磁石構造体及び位置検出装置においては、互いに異なる磁極が隣接する磁極の境界領域が磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されていることが大きな特徴点である。境界領域を斜めに形成することで、直線性(リニアリティ)の向上が実現される。直線性を向上するための構成としては、前記境界領域の方向の変更のみで済み、着磁も容易で着磁治具も簡単なもので済む。また、例えば傾斜角度を調整することにより、磁束検出素子の出力調整も容易に行える。   In the magnet structure and the position detection device of the present invention, a major characteristic point is that the boundary region between the magnetic poles different from each other is formed obliquely with respect to the moving direction of the magnetic flux detection means. By forming the boundary region diagonally, the linearity is improved. As a configuration for improving the linearity, it is only necessary to change the direction of the boundary region, the magnetization is easy, and the magnetization jig is simple. Further, for example, by adjusting the tilt angle, the output of the magnetic flux detection element can be easily adjusted.

前述のように、直線性を有する領域が拡大された磁石構造体を用いることで、複数の磁気検出手段(例えばホール素子)を用いることなく位置検出可能範囲が拡大され、装置構成の簡略化や低コスト化等が実現される。   As described above, by using a magnet structure in which a region having linearity is expanded, the position detectable range is expanded without using a plurality of magnetic detection means (for example, Hall elements), and the device configuration can be simplified. Cost reduction is realized.

なお、磁極を斜めに配置する例としては、先の特許文献3記載の位置センサ装置を挙げることができるが、前述の通り、特許文献3記載の発明では、斜めに配置されるN極の両側にS極を配置することが必要であり、磁束ガイドで磁極面に平行な方向へ磁束をホール素子に誘導し、当該ホール素子をN極領域の長手方向に移動することによりN極領域の幅方向での位置が変化し、前記2つのS極の影響が変化することによる磁束ガイドで誘導される磁束密度の変化に基づいて位置検出を行うというのが基本原理である。これに対して、本発明では、互いに異なる磁極が隣接する磁極の境界領域を横切って磁束検出手段が移動し、永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することが前提で、境界領域を挟んだ2極間の磁界変化を利用するというのが基本原理であり、本質的な技術思想が大きく異なる。   In addition, as an example of arranging the magnetic poles diagonally, the position sensor device described in Patent Document 3 can be given. As described above, in the invention described in Patent Document 3, both sides of the N pole arranged diagonally are provided. It is necessary to arrange the S pole at the center, and the magnetic flux is guided to the Hall element in the direction parallel to the magnetic pole surface by the magnetic flux guide, and the Hall element is moved in the longitudinal direction of the N pole area, thereby moving the width of the N pole area. The basic principle is that the position is detected based on the change in magnetic flux density induced by the magnetic flux guide due to the change in the position in the direction and the influence of the two south poles. On the other hand, in the present invention, it is assumed that the magnetic flux detecting means moves across the boundary area between adjacent magnetic poles and different magnetic poles detect the magnetic flux density component perpendicular to the magnetic pole surface of the permanent magnet. The basic principle is to use the change in the magnetic field between two poles with a gap between them.

本発明の磁石構造体においては、互いに異なる磁極が隣接する境界領域を斜めに形成しているので、当該境界領域において合成磁界の直線性(リニアリティ)を高めることが可能である。したがって、本発明の磁石構造体を用いることで、位置検出可能な範囲を拡大することが可能な位置検出装置を提供することが可能である。また、本発明の位置検出装置では、位置検出可能な範囲が拡大されることから、例えば複数の磁気検出手段(ホール素子等)を用いる必要がなく、装置構成を簡略化することが可能であり、コストの低減を図ることも可能である。   In the magnet structure of the present invention, since the boundary region where the different magnetic poles are adjacent to each other is formed obliquely, it is possible to improve the linearity of the combined magnetic field in the boundary region. Therefore, by using the magnet structure of the present invention, it is possible to provide a position detection device capable of expanding the position detectable range. Further, in the position detection device of the present invention, since the range in which position detection is possible is expanded, for example, it is not necessary to use a plurality of magnetic detection means (Hall elements, etc.), and the device configuration can be simplified. It is also possible to reduce the cost.

以下、本発明を適用した磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a magnet structure to which the present invention is applied and a position detection apparatus using the same will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
先ず、本発明の磁石構造体が用いられる位置検出装置の基本的な構成、及び位置検出原理について説明する。図1は、位置検出装置の基本構造を示す模式的な図面である。位置検出装置は、図1に示すように、多極着磁(ここでは2極着磁)された永久磁石1を磁界発生手段(磁石構造体)とし、永久磁石1の磁極(N極1a及びS極1b)間の無着磁領域1cを横切って相対移動する磁束検出手段(例えばホール素子)2とから構成されるものである。
(First embodiment)
First, the basic configuration and position detection principle of a position detection apparatus using the magnet structure of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic structure of a position detection device. As shown in FIG. 1, the position detection device uses a permanent magnet 1 magnetized in multiple poles (here, two poles) as magnetic field generating means (magnet structure), and the magnetic poles (N pole 1 a and It comprises magnetic flux detecting means (for example, a Hall element) 2 that moves relative to the non-magnetized region 1c between the S poles 1b).

磁石構造体を構成する永久磁石1は、ここでは平板状の永久磁石であり、水平方向において多極着磁(2極着磁)されている。すなわち、図中左側部分の表面がN極1aとなるように着磁されるとともに、図中右側部分の表面がS極1bとなるように着磁されている。多極着磁(2極着磁)の場合、前記N極1aとS極1bの境界部分には、いわゆるニュートラルゾーン(無着磁領域1c)が発生するが、これはN極1aとS極1bの境界において不可避なものである。なお、前記N極1aとS極1bを複数個(2個)の永久磁石を組み合わせて構成することで、無着磁領域1cを実質的に発生させなくすることも可能である。また、ここでは1組のN極1aとS極1bが配置されているが、これらN極1aとS極1bの組み合わせが磁束検出手段2の移動方向(図中横方向)に複数組配置されていてもよい。本実施形態の磁石構造体(永久磁石1)においては、互いに異なる前記N極1aとS極1bがニュートラルゾーン(前記無着磁領域1c)を挟んで隣接し、境界領域1dを構成している。より具体的には、磁束密度測定によりN極のピーク値とS極のピーク値の間を示す。   The permanent magnet 1 constituting the magnet structure is a flat permanent magnet here, and is multipolar magnetized (bipolar magnetized) in the horizontal direction. That is, the surface of the left part in the figure is magnetized so as to be the N pole 1a, and the surface of the right part in the figure is magnetized so as to be the S pole 1b. In the case of multipolar magnetization (bipolar magnetization), a so-called neutral zone (non-magnetized region 1c) is generated at the boundary between the N pole 1a and the S pole 1b. Inevitable at the boundary of 1b. Note that the non-magnetized region 1c can be substantially eliminated by configuring the N pole 1a and the S pole 1b by combining a plurality (two) of permanent magnets. Here, one set of N pole 1a and S pole 1b is arranged, but a plurality of combinations of these N pole 1a and S pole 1b are arranged in the moving direction of the magnetic flux detection means 2 (lateral direction in the figure). It may be. In the magnet structure (permanent magnet 1) of the present embodiment, the N pole 1a and the S pole 1b that are different from each other are adjacent to each other across the neutral zone (the non-magnetized region 1c) to form a boundary region 1d. . More specifically, it shows between the peak value of the N pole and the peak value of the S pole by measuring the magnetic flux density.

前記磁束検出手段2による位置検出においては、磁束密度の直線変化領域の範囲が広いほど位置検出可能範囲が広くなる。また、磁束密度の直線変化領域の直線性(以下、リニアリティと称する。)が優れるほど、簡単な演算処理で正確な位置検出が可能になる。磁束密度の直線変化領域のリニアリティが低い場合、表面磁束密度波形に応じた煩雑な演算をしなければ正確な位置検出は難しい。   In the position detection by the magnetic flux detection means 2, the position detectable range becomes wider as the range of the linear change region of the magnetic flux density is wider. In addition, as the linearity (hereinafter referred to as linearity) of the linear change region of the magnetic flux density is improved, the position can be accurately detected with a simple calculation process. When the linearity of the linear change region of the magnetic flux density is low, accurate position detection is difficult unless a complicated calculation according to the surface magnetic flux density waveform is performed.

そこで本実施形態においては、図2に示すように、前記永久磁石1において、境界領域1dを磁束検出手段2の移動方向に対して斜めに形成することで、永久磁石1の各磁極(N極1a及びS極1b)における発生磁界を低下させずに、磁束密度の直線変化領域の幅を広げるようにしている。   Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, in the permanent magnet 1, the boundary region 1 d is formed obliquely with respect to the moving direction of the magnetic flux detection means 2, so that each magnetic pole (N pole) of the permanent magnet 1 is formed. The width of the linear change region of the magnetic flux density is widened without reducing the generated magnetic field in 1a and the S pole 1b).

ここで、前記無着磁領域1cの傾斜角度θは、位置検出可能範囲をLとした場合、前記磁束検出手段2の移動方向(図中、水平方向)に対して0.5≦L・tanθ≦6を満たすとすることが好ましく、1≦L・tanθ≦4とすることがより好ましい。L・tanθが1未満であると、境界領域1d上での磁束密度が低くなり、検出が困難になるおそれがある。逆に、前記L・tanθが6を越えると、リニアリティの向上が不十分なものとなるおそれがある。ここで、Lは磁束密度測定における各極ピーク位置間距離の90%の長さを示す。傾斜角度θとしては、前記磁束検出手段2の移動方向(図中、水平方向)に対して3°〜45°とすることが好ましく、5°〜30°とすることがより好ましい。傾斜角度θが3°未満であると、無着磁領域1c上での磁束が低くなり、検出が困難になるおそれがある。逆に、前記傾斜角度θが45°を越えると、リニアリティの向上が不十分なものとなるおそれがある。   Here, the inclination angle θ of the non-magnetized region 1c is 0.5 ≦ L · tan θ with respect to the moving direction (horizontal direction in the figure) of the magnetic flux detecting means 2 when the position detectable range is L. It is preferable to satisfy ≦ 6, and it is more preferable to satisfy 1 ≦ L · tan θ ≦ 4. If L · tan θ is less than 1, the magnetic flux density on the boundary region 1d becomes low, which may make detection difficult. On the other hand, if L · tan θ exceeds 6, the linearity may not be sufficiently improved. Here, L indicates the length of 90% of the distance between each pole peak position in the magnetic flux density measurement. The inclination angle θ is preferably 3 ° to 45 °, more preferably 5 ° to 30 ° with respect to the moving direction of the magnetic flux detection means 2 (horizontal direction in the figure). When the inclination angle θ is less than 3 °, the magnetic flux on the non-magnetized region 1c is lowered, and there is a possibility that detection is difficult. On the other hand, when the tilt angle θ exceeds 45 °, the linearity may not be sufficiently improved.

前記無着磁領域1cの幅wは、任意に設計することができるが、0.0mm〜2.5mmとすることが好まく、0.5mm〜2.0mmとすることがより好ましい。前記無着磁領域1cの幅wが2.5mmを越えると、発生する磁束が低下するおそれがある。   The width w of the non-magnetized region 1c can be arbitrarily designed, but is preferably 0.0 mm to 2.5 mm, and more preferably 0.5 mm to 2.0 mm. If the width w of the non-magnetized region 1c exceeds 2.5 mm, the generated magnetic flux may be reduced.

本発明者らは、種々検討を重ねた結果、境界領域1dを斜めに形成することが、磁束密度の直線変化領域の幅を広げる上で極めて有効であることを見出すに至った。具体的には、後述の実施例に記載するような実験を行い、前記境界領域1dを斜めに形成することの効果を確認した。   As a result of various studies, the present inventors have found that forming the boundary region 1d obliquely is extremely effective in widening the width of the magnetic flux density linear change region. Specifically, an experiment as described in Examples described later was performed, and the effect of forming the boundary region 1d obliquely was confirmed.

前述の斜めに形成された無着磁領域1cを有する永久磁石1は、1枚の磁石を多極着磁することによって実現することができる。この場合、通常の着磁装置を用い永久磁石1を斜めに設置して着磁を行うことにより、無着磁領域1cを斜めに形成してもよいし、斜めに分割されたヨークを有する着磁装置を用いて着磁を行い、無着磁領域1cを斜めに形成してもよい。あるいは、複数枚(2枚)の永久磁石を組み合わせて構成することも可能である。この場合には、組み合わされる永久磁石間のギャップが前記無着磁領域1cに相当することになる。   The permanent magnet 1 having the non-magnetized region 1c formed obliquely can be realized by magnetizing one magnet with multiple poles. In this case, the non-magnetized region 1c may be formed diagonally by installing the permanent magnet 1 diagonally using a normal magnetizing apparatus, or having a yoke divided diagonally. Magnetization may be performed using a magnetic device, and the non-magnetized region 1c may be formed obliquely. Alternatively, a plurality (two) of permanent magnets can be combined. In this case, the gap between the combined permanent magnets corresponds to the non-magnetized region 1c.

本実施形態の磁石構造体を駆動機構を備える位置検出装置に用いる場合、駆動機構を(小型)マグネットの磁力で駆動させる必要があり、したがって使用する永久磁石1は希土類磁石により形成されていることが好ましい。特に、高磁気特性であるR−T−B系(Rは希土類元素、Tは遷移金属元素、Bはホウ素である。)焼結磁石や、その他Sm−Co系焼結磁石等が好ましい。なお、駆動機構を備えない位置検出装置の場合は、ラバー磁石等の磁石体も使用可能である。   When the magnet structure of the present embodiment is used in a position detection device having a drive mechanism, the drive mechanism needs to be driven by the magnetic force of a (small) magnet, and therefore the permanent magnet 1 to be used is formed of a rare earth magnet. Is preferred. In particular, an RTB-based (R is a rare earth element, T is a transition metal element, and B is boron) sintered magnet having high magnetic properties, other Sm-Co-based sintered magnets, and the like are preferable. In the case of a position detection device that does not include a drive mechanism, a magnet body such as a rubber magnet can also be used.

前述の磁石構造体は、先に説明した位置検出装置に用いることができる。位置検出装置は、図1にも示す通り、前述の磁石構造体(永久磁石1)と、永久磁石1の磁界を検出する磁束検出手段2とを備えるものであり、磁束検出手段2が前記無着磁領域1cを横切る方向に移動し、検出された磁界に基づいて位置を検出する。磁束検出手段2としては、ホール素子の他、MRセンサ等も用いることができる。ホール素子による検出では、直流電流を印加することで、磁束密度に比例した電圧を出力することができるため回路が簡単になり、また、停止された位置でも永久磁石1からの磁束によって検出が可能となる。   The magnet structure described above can be used in the position detection device described above. As shown in FIG. 1, the position detection device includes the above-described magnet structure (permanent magnet 1) and magnetic flux detection means 2 for detecting the magnetic field of the permanent magnet 1, and the magnetic flux detection means 2 is not included in the above-described configuration. It moves in the direction crossing the magnetized region 1c and detects the position based on the detected magnetic field. As the magnetic flux detection means 2, an MR sensor or the like can be used in addition to a Hall element. In the detection by the Hall element, a voltage proportional to the magnetic flux density can be output by applying a direct current, so that the circuit becomes simple, and detection is possible by the magnetic flux from the permanent magnet 1 even at a stopped position. It becomes.

前記位置検出装置においては、磁束検出手段2が永久磁石1に対して相対移動し、各位置において検出される磁界強度に基づいて位置を算出する。この場合、前記永久磁石1を固定し磁束検出手段2を移動するようにしても良いし、逆に磁束検出手段2を固定し永久磁石1を移動するようにしてもよい。また、図1に示す通り、永久磁石1における着磁の向きが固定されているため、永久磁石1に対して検出手段2を永久磁石辺に垂直または平行に一方向に移動させることで移動軸が一軸とするこができ、簡易な構造とすることができる。前記相対移動のための駆動機構を設ける場合、例えば図3に示すように、磁束検出手段2を基板(非磁性)3上に設置するとともに、磁束検出手段2に隣接して駆動コイル4を設置し、当該駆動コイル4と永久磁石1間に働く磁気的相互作用を駆動力として利用して相対移動させる。この場合、磁束検出手段2が設置された基板3を可動部材として、あるいは永久磁石1の設置側を可動部材として互いに相対移動させればよい。   In the position detection device, the magnetic flux detection means 2 moves relative to the permanent magnet 1 and calculates the position based on the magnetic field strength detected at each position. In this case, the permanent magnet 1 may be fixed and the magnetic flux detection means 2 may be moved. Conversely, the magnetic flux detection means 2 may be fixed and the permanent magnet 1 may be moved. Further, as shown in FIG. 1, since the direction of magnetization in the permanent magnet 1 is fixed, the moving means can be moved by moving the detecting means 2 in one direction perpendicular or parallel to the permanent magnet side with respect to the permanent magnet 1. Can be uniaxial, and a simple structure can be obtained. When the drive mechanism for the relative movement is provided, for example, as shown in FIG. 3, the magnetic flux detection means 2 is installed on the substrate (nonmagnetic) 3 and the drive coil 4 is installed adjacent to the magnetic flux detection means 2. Then, the magnetic interaction between the driving coil 4 and the permanent magnet 1 is used as a driving force for relative movement. In this case, the substrate 3 on which the magnetic flux detection means 2 is installed may be moved relative to each other with the movable member as the movable member or with the installation side of the permanent magnet 1 as the movable member.

以上の構成を有する磁石構造体及び位置検出装置においては、境界領域1dを構成する磁極間の無着磁領域1cを斜めに形成しているので、境界領域において合成磁界の直線性(リニアリティ)を高めることが可能であり、位置検出可能な範囲を拡大することが可能である。   In the magnet structure and the position detection device having the above-described configuration, the non-magnetized region 1c between the magnetic poles constituting the boundary region 1d is formed obliquely, so that the linearity (linearity) of the combined magnetic field is achieved in the boundary region. The range in which position detection is possible can be expanded.

(第2の実施形態)
本実施形態は、永久磁石1の形態を部分円筒形状とし、磁束検出手段2を円筒状の永久磁石1の周面と対向させ、その周方向に移動させることにより、角度検出を可能とするものである。なお、ここで部分円筒形状とは、円筒の一部分の形状を全て含み、例えば断面円弧状のいわゆるC型形状も含まれる。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the shape of the permanent magnet 1 is a partial cylindrical shape, and the magnetic flux detection means 2 is opposed to the circumferential surface of the cylindrical permanent magnet 1 and moved in the circumferential direction, thereby enabling angle detection. It is. Here, the partial cylindrical shape includes all of the shape of a part of the cylinder, and includes, for example, a so-called C-shape having a circular arc cross section.

図4に、本実施形態の磁石構造体(永久磁石1)及び磁束検出手段2の配置状態を示す。本実施形態の場合、永久磁石1が断面円弧状のC型磁石とされており、磁束検出手段2と対向する面が円筒状とされている。そして、この円筒状の周面が2極着磁されており、図中左側部分の表面がN極1aとなるように着磁されるとともに、図中右側部分の表面がS極1bとなるように着磁されている。   In FIG. 4, the arrangement | positioning state of the magnet structure (permanent magnet 1) and the magnetic flux detection means 2 of this embodiment is shown. In the case of this embodiment, the permanent magnet 1 is a C-shaped magnet having a circular arc cross section, and the surface facing the magnetic flux detection means 2 is cylindrical. The cylindrical peripheral surface is magnetized in two poles so that the surface of the left part in the figure is magnetized to be the N pole 1a, and the surface of the right part in the figure is the S pole 1b. Is magnetized.

本実施形態においても、無着磁領域1cが斜めに形成されていることは、先の第1の実施形態と同様である。本実施形態の場合、円筒形状の永久磁石1を平面で見たときに、前記無着磁領域1cが斜めに直線状に形成されている。無着磁領域1cの傾斜角度は、磁束検出手段2の移動方向に対して3°〜45°、好ましくは5°〜30°であり、無着磁領域1cの幅wは0.5mm〜2.5mmである。   Also in the present embodiment, the non-magnetized region 1c is formed obliquely as in the first embodiment. In the case of this embodiment, when the cylindrical permanent magnet 1 is viewed in a plane, the non-magnetized region 1c is formed obliquely in a straight line. The inclination angle of the non-magnetized region 1c is 3 ° to 45 °, preferably 5 ° to 30 ° with respect to the moving direction of the magnetic flux detecting means 2, and the width w of the non-magnetized region 1c is 0.5 mm to 2 mm. .5 mm.

本実施形態においては、前述の通り、磁束検出手段2を円筒状の永久磁石1の周面と対向させ、周方向に移動させることで位置検出を行っている。したがって、図5に示すように、回転角αを検出することが可能であり、角度センサとして機能する。例えば、前記永久磁石1を回転軸に装着し、前記磁束検出手段2によって角度検出を行えば、回転軸の回転角度を検出することが可能である。   In the present embodiment, as described above, the magnetic flux detection means 2 is opposed to the peripheral surface of the cylindrical permanent magnet 1 and moved in the circumferential direction to detect the position. Therefore, as shown in FIG. 5, the rotation angle α can be detected and functions as an angle sensor. For example, if the permanent magnet 1 is mounted on a rotating shaft and the angle is detected by the magnetic flux detecting means 2, the rotation angle of the rotating shaft can be detected.

永久磁石1を部分円筒形状とする場合、2極着磁に用いるヨークの形状も永久磁石の周面の形状に合わせる必要がある。図6は、円筒状の周面を有する永久磁石1を2極着磁するための着磁ヨークの形状の一例を示すものである。具体的には、分割された2つの着磁ヨーク5,6にコイル7を巻回した着磁装置を用いるが、各着磁ヨーク5,6の永久磁石1との対向面5a,6aを周面形状に合わせて円筒状の曲面(凹面)とする。着磁ヨーク5,6間のギャップにより無着磁領域1cが形成されるが、図6(b)に示すように、着磁ヨーク5,6間のギャップは斜めに直線状に形成されていればよい。このような着磁装置を用いて2極着磁を行うことで、永久磁石1に対して図4に示すような着磁を行うことができる。   When the permanent magnet 1 has a partial cylindrical shape, the shape of the yoke used for dipole magnetization needs to match the shape of the peripheral surface of the permanent magnet. FIG. 6 shows an example of the shape of a magnetizing yoke for magnetizing the permanent magnet 1 having a cylindrical peripheral surface with two poles. Specifically, a magnetizing device in which a coil 7 is wound around two divided magnetizing yokes 5 and 6 is used, but the opposing surfaces 5a and 6a of the magnetizing yokes 5 and 6 facing the permanent magnet 1 are surrounded. A cylindrical curved surface (concave surface) is formed in accordance with the surface shape. The non-magnetized region 1c is formed by the gap between the magnetized yokes 5 and 6. However, as shown in FIG. 6B, the gap between the magnetized yokes 5 and 6 is formed obliquely in a straight line. That's fine. By performing dipole magnetization using such a magnetizing device, the permanent magnet 1 can be magnetized as shown in FIG.

本実施形態の磁石構造体及び位置検出装置においても、磁界強度を低下させることなく磁極間領域において合成磁界の直線性(リニアリティ)を高めることが可能であることは先の第1の実施形態と同様であり、検出可能な角度範囲を拡大することが可能である。   Even in the magnet structure and the position detection device of this embodiment, it is possible to increase the linearity of the combined magnetic field in the inter-magnetic pole region without reducing the magnetic field strength, as in the first embodiment. The same is true, and the detectable angle range can be expanded.

以下、本発明の効果について、実験により検証する。   Hereinafter, the effects of the present invention will be verified by experiments.

実験1
先ず、永久磁石として平板状のNdFeB系焼結磁石を用い、これを2極着磁した。用いた永久磁石は、検出領域Aにおける位置を検出する方向の長さが10mm、位置を検出する方向に垂直の方向の幅が5mm、厚さが2mmである。また、前記2極着磁に際しては、無着磁領域が斜めに形成されるようにした。無着磁領域幅は1.5mm、その傾斜角度θは10°である。これを永久磁石aとした。
Experiment 1
First, a flat NdFeB-based sintered magnet was used as a permanent magnet, and this was two-pole magnetized. The used permanent magnet has a length of 10 mm in the direction of detecting the position in the detection region A, a width of 5 mm in the direction perpendicular to the direction of detecting the position, and a thickness of 2 mm. In addition, in the dipole magnetization, the non-magnetized region is formed obliquely. The non-magnetized region width is 1.5 mm, and the inclination angle θ is 10 °. This was designated as permanent magnet a.

同様の永久磁石に対して、無着磁領域が磁束検出手段の移動方向と直交して形成されるように2極着磁を行った。また、無着磁領域の幅を変えて2極着磁を行った。無着磁領域の幅が0.8mmである永久磁石を永久磁石b1、無着磁領域の幅が1.5mmである永久磁石を永久磁石b2、無着磁領域の幅が2.0mmである永久磁石を永久磁石b3、無着磁領域の幅が3.0mmである永久磁石を永久磁石b4、無着磁領域の幅が4.0mmである永久磁石を永久磁石b5とした。なお、前記無着磁領域の幅は、マグネットビュアにより確認し測定した値である。   Bipolar magnetization was performed on the same permanent magnet so that the non-magnetized region was formed perpendicular to the moving direction of the magnetic flux detecting means. Further, dipole magnetization was performed by changing the width of the non-magnetized region. The permanent magnet b1 has a non-magnetized area width of 0.8 mm, the permanent magnet b2 has a non-magnetized area width of 1.5 mm, and the non-magnetized area width is 2.0 mm. The permanent magnet b3 is a permanent magnet b4, the permanent magnet b4 is a non-magnetized region width 3.0 mm, and the permanent magnet b5 is a non-magnetized region width 4.0 mm. The width of the non-magnetized region is a value measured by checking with a magnet viewer.

前記永久磁石a及び永久磁石b1,b2,b3,b4,b5を磁石構造体とし、ホール素子を対向して配置し、ホール素子の移動による磁束密度の変化を調べた。永久磁石の無着磁領域の中心からの距離と磁束密度の関係を図7に示す。図7から明らかなように、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石aにおいて直線性(リニアリティ)が格段に向上しており、中心からの距離が±3mm以上と広範囲に亘って直線性が維持されている。これに対して、無着磁領域を磁束検出手段の移動方向と略直交して形成した永久磁石b1,b2,b3,b4,b5では、直線性の得られる範囲が著しく低下している。また、無着磁領域の幅を3.0mm以上と大きくした場合には、中心からの距離が±3mmの範囲内で磁束密度の変曲点も見られる。   The permanent magnet a and the permanent magnets b1, b2, b3, b4, and b5 were magnet structures, the Hall elements were arranged facing each other, and changes in magnetic flux density due to the movement of the Hall elements were examined. FIG. 7 shows the relationship between the distance from the center of the non-magnetized region of the permanent magnet and the magnetic flux density. As is clear from FIG. 7, the linearity (linearity) is remarkably improved in the permanent magnet a in which the non-magnetized region is formed obliquely, and the linearity is wide over a wide range of ± 3 mm or more from the center. Maintained. On the other hand, in the permanent magnets b1, b2, b3, b4, and b5 in which the non-magnetized region is formed substantially orthogonal to the moving direction of the magnetic flux detection means, the range in which linearity is obtained is significantly reduced. Further, when the width of the non-magnetized region is increased to 3.0 mm or more, an inflection point of the magnetic flux density can be seen within a range of ± 3 mm from the center.

次に、同様の永久磁石に対して、無着磁領域が斜めに形成されるようにし、その傾斜角度を変えて2極着磁を行った。傾斜角度が5°である永久磁石をb6、傾斜角度が15°である永久磁石をb7、傾斜角度が45°である永久磁石をb8とした。なお、永久磁石aのL・tanθ=1.21であり、永久磁石b6ではL・tanθ=0.60、永久磁石b7ではL・tanθ=1.83、永久磁石b8ではL・tanθ=5.76である。これらの傾斜角度θに対するL・tanθの値を表1に示す。   Next, dipolar magnetization was performed on the same permanent magnet so that the non-magnetized region was formed obliquely and the tilt angle was changed. The permanent magnet having an inclination angle of 5 ° was designated as b6, the permanent magnet having an inclination angle of 15 ° as b7, and the permanent magnet having an inclination angle of 45 ° as b8. Note that L · tan θ = 1.21 of the permanent magnet a, L · tan θ = 0.60 for the permanent magnet b6, L · tan θ = 1.83 for the permanent magnet b7, and L · tan θ = 5. 76. Table 1 shows the values of L · tan θ with respect to these inclination angles θ.

Figure 0004863167
Figure 0004863167

さらに、傾斜角度を10°と固定して、無着磁領域の幅を変えて2極着磁を行った。無着磁領域の幅が0.8mmである永久磁石をb9、無着磁領域の幅が2.0mmである永久磁石をb10、無着磁領域の幅が3.0mmである永久磁石をb11とした。   Further, dipole magnetization was performed with the inclination angle fixed at 10 ° and the width of the non-magnetized region changed. B9 is a permanent magnet having a non-magnetized area width of 0.8 mm, b10 is a permanent magnet having a non-magnetized area width of 2.0 mm, and b11 is a permanent magnet having a non-magnetized area width of 3.0 mm. It was.

図8に無着磁領域の傾斜角度を変えた場合の磁束密度の変化の様子を示す。図8から明らかなように、無着磁領域の傾斜角度を大きくすることで、発生する磁束が大きくなることがわかった。ただし、傾斜角度があまり大きくなりすぎるとリニアリティの低下が見られ、傾斜角度45°では直性性が得られる範囲が若干狭くなっている。また、図9に無着磁領域の幅を変えた場合の磁束密度の変化の様子を示す。図9から明らかなように、無着磁領域の無着磁領域の幅wが大きくなると発生する磁束が小さくなっており、無着磁領域の幅wをできる限り小さくすることが発生する磁束を確保する上で有利であることがわかった。   FIG. 8 shows how the magnetic flux density changes when the tilt angle of the non-magnetized region is changed. As is apparent from FIG. 8, it was found that the generated magnetic flux is increased by increasing the tilt angle of the non-magnetized region. However, if the tilt angle becomes too large, a decrease in linearity is observed, and at a tilt angle of 45 °, the range where the straightness can be obtained is slightly narrowed. FIG. 9 shows how the magnetic flux density changes when the width of the non-magnetized region is changed. As can be seen from FIG. 9, the magnetic flux generated decreases as the width w of the non-magnetized region in the non-magnetized region increases, and the magnetic flux generated to reduce the width w of the non-magnetized region as much as possible. It proved advantageous in securing.

実験2
永久磁石として平板状のフェライト系ラバー磁石を用い、これを2極着磁した。用いた永久磁石は、位置を検出する方向の長さが100mm、位置を検出する方向に垂直の方向の幅が5mm、厚さが2mmである。その他は実験1と同様にして、磁束密度の変化の様子を評価した。すなわち、無着磁領域の幅w=1.5mm、傾斜角度θ=1.0°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ=90°(w=0.8mm〜4.0mm)とした場合の磁束密度の変化と比較した。また、無着磁領域の傾斜角度θを1.0°に固定し、幅wを0.8mm〜4.0mmとした場合における磁束密度の変化を調べた。さらに、無着磁領域の幅wを1.5mmに固定し、傾斜角度θを0.5°〜5.0°とした場合における磁束密度の変化を調べた。なお、前記永久磁石における無着磁領域の傾斜角度θに対するL・tanθの値を表2に示す。
Experiment 2
A flat ferrite rubber magnet was used as the permanent magnet, and this was two-pole magnetized. The used permanent magnet has a length in the direction of detecting the position of 100 mm, a width perpendicular to the direction of detecting the position of 5 mm, and a thickness of 2 mm. Others were evaluated in the same manner as Experiment 1 in terms of changes in magnetic flux density. That is, the change in magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is 1.5 mm and the tilt angle θ is 1.0 ° is the tilt angle θ corresponding to the conventional example θ = 90 ° (w = 0.8 mm to 4.0 mm) and the change in magnetic flux density. Further, the change in magnetic flux density was investigated when the tilt angle θ of the non-magnetized region was fixed at 1.0 ° and the width w was set to 0.8 mm to 4.0 mm. Furthermore, the change in the magnetic flux density was investigated when the width w of the non-magnetized region was fixed to 1.5 mm and the tilt angle θ was 0.5 ° to 5.0 °. The values of L · tan θ with respect to the inclination angle θ of the non-magnetized region in the permanent magnet are shown in Table 2.

Figure 0004863167
Figure 0004863167

評価結果を図10、図11及び図12に示す。本実験においても、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石において直線性(リニアリティ)が格段に向上しており、広範囲に亘って直線性が維持されていることがわかった。また、無着磁領域の無着磁領域の幅wが大きくなると発生する磁束が小さくなっており、無着磁領域の幅wをできる限り小さくすることが発生する磁束を確保する上で有利であることがわかった。さらに、無着磁領域の傾斜角度を大きくすることで、発生する磁束が大きくなることがわかった。ただし、傾斜角度があまり大きくなりすぎるとリニアリティの低下が見られ、実験2では傾斜角度5°でも直線性が得られる範囲が狭くなっている。   The evaluation results are shown in FIG. 10, FIG. 11 and FIG. Also in this experiment, it was found that the linearity (linearity) was remarkably improved in the permanent magnet in which the non-magnetized region was formed obliquely, and the linearity was maintained over a wide range. Further, the magnetic flux generated when the width w of the non-magnetized region in the non-magnetized region is increased is reduced, which is advantageous in securing the generated magnetic flux by reducing the width w of the non-magnetized region as much as possible. I found out. Furthermore, it was found that the generated magnetic flux increases by increasing the tilt angle of the non-magnetized region. However, when the tilt angle becomes too large, the linearity is reduced. In Experiment 2, the range in which linearity can be obtained even at the tilt angle of 5 ° is narrow.

実験3
永久磁石として部分円筒形状を有するNdFeB系焼結磁石を用い、その周面を2極着磁した。用いた永久磁石のサイズは、厚さが1mm、外R面の曲率半径が16mm、位置を検出する方向の長さが16mm、位置を検出する方向に垂直の方向の高さが8mmである。また、前記2極着磁に際しては、無着磁領域が斜めに形成されるようにした。無着磁領域の幅は1.5mm、その傾斜角度θは10°である。これを永久磁石cとした。
Experiment 3
An NdFeB-based sintered magnet having a partial cylindrical shape was used as a permanent magnet, and its peripheral surface was magnetized in two poles. The size of the permanent magnet used is 1 mm thick, the radius of curvature of the outer R surface is 16 mm, the length in the direction of detecting the position is 16 mm, and the height in the direction perpendicular to the direction of detecting the position is 8 mm. In addition, in the dipole magnetization, the non-magnetized region is formed obliquely. The width of the non-magnetized region is 1.5 mm, and the inclination angle θ is 10 °. This was designated as a permanent magnet c.

同様の永久磁石に対して、無着磁領域が磁束検出手段の移動方向と略直交して形成されるように2極着磁を行った。また、無着磁領域の幅を変えて2極着磁を行った。無着磁領域の幅が0.8mmである永久磁石を永久磁石d1、無着磁領域の幅が1.5mmである永久磁石を永久磁石d2、無着磁領域の幅が2.0mmである永久磁石を永久磁石d3、無着磁領域の幅が3.0mmである永久磁石を永久磁石d4、無着磁領域の幅が4.0mmである永久磁石を永久磁石d5とした。なお、前記無着磁領域の幅は、マグネットビュアにより確認し測定した値である。   Bipolar magnetization was performed on the same permanent magnet so that the non-magnetized region was formed substantially perpendicular to the moving direction of the magnetic flux detecting means. Further, dipole magnetization was performed by changing the width of the non-magnetized region. The permanent magnet d1 has a non-magnetized area width of 0.8 mm, the permanent magnet d2 has a non-magnetized area width of 1.5 mm, and the non-magnetized area width is 2.0 mm. The permanent magnet was a permanent magnet d3, the permanent magnet having a non-magnetized region width of 3.0 mm was a permanent magnet d4, and the permanent magnet having a non-magnetized region width of 4.0 mm was a permanent magnet d5. The width of the non-magnetized region is a value measured by checking with a magnet viewer.

また、同様の永久磁石に対して、無着磁領域が斜めに形成されるようにし、その傾斜角度を変えて2極着磁を行った。傾斜角度が5°である永久磁石をd6、傾斜角度が15°である永久磁石をd7、傾斜角度が45°である永久磁石をd8とした。さらに、傾斜角度を10°と固定して、無着磁領域の幅を変えて2極着磁を行った。無着磁領域の幅が0.8mmである永久磁石をd9、無着磁領域の幅が2.0mmである永久磁石をd10、無着磁領域の幅が3.0mmである永久磁石をd11、無着磁領域の幅が4.0mmである永久磁石をd12とした。   Further, dipolar magnetization was performed on the same permanent magnet so that a non-magnetized region was formed obliquely and the inclination angle was changed. The permanent magnet with an inclination angle of 5 ° was d6, the permanent magnet with an inclination angle of 15 ° was d7, and the permanent magnet with an inclination angle of 45 ° was d8. Further, dipole magnetization was performed with the inclination angle fixed at 10 ° and the width of the non-magnetized region changed. A permanent magnet having a non-magnetized region width of 0.8 mm is d9, a permanent magnet having a non-magnetized region width of 2.0 mm is d10, and a permanent magnet having a non-magnetized region width of 3.0 mm is d11. A permanent magnet having a non-magnetized region width of 4.0 mm was defined as d12.

前記永久磁石c及び永久磁石d1,d2,d3、d4、d5を磁石構造体とし、これを回転軸に装着するとともに、ホール素子を対向して配置し、回転軸の回転に伴う磁束密度の変化を調べた。永久磁石の回転角度(マグネット回転角)と磁束密度の関係を図13に示す。   The permanent magnet c and the permanent magnets d1, d2, d3, d4, and d5 are magnet structures, which are mounted on a rotating shaft, and Hall elements are arranged to face each other, and a change in magnetic flux density accompanying rotation of the rotating shaft. I investigated. The relationship between the rotation angle of the permanent magnet (magnet rotation angle) and the magnetic flux density is shown in FIG.

図13から明らかなように、無着磁領域を斜めに形成した永久磁石cにおいて直線性(リニアリティ)が格段に向上しており、マグネット角20°付近まで直線性が維持されている。これに対して、無着磁領域を磁束検出手段の移動方向と略直交して形成した永久磁石d1,d2,d3、d4、d5では、直線性が著しく低下している。また、無着磁領域の幅を4.0mmと大きくした場合には、マグネット角5°程度まで直線性を有しているが、磁束密度の低下が大きい。   As is apparent from FIG. 13, the linearity (linearity) is remarkably improved in the permanent magnet c in which the non-magnetized region is formed obliquely, and the linearity is maintained up to around the magnet angle of 20 °. On the other hand, in the permanent magnets d1, d2, d3, d4, and d5 in which the non-magnetized region is formed substantially orthogonal to the moving direction of the magnetic flux detecting means, the linearity is remarkably lowered. Further, when the width of the non-magnetized region is increased to 4.0 mm, the linearity is obtained up to about a magnet angle of about 5 °, but the magnetic flux density is greatly reduced.

また、無着磁領域の幅wを1.5mmに固定し、傾斜角度θを5°〜45°とした場合における磁束密度の変化を調べた。さらに、無着磁領域の傾斜角度θを10°に固定し、幅wを0.8mm〜4.0mmとした場合における磁束密度の変化を調べた。結果を図14及び図15に示す。なお、前記永久磁石における無着磁領域の傾斜角度θに対するL・tanθの値を表3に示す。ここで、Lは、ピーク位置間角度を周方向の長さに換算して求めたものである。   Further, the change in the magnetic flux density was investigated when the width w of the non-magnetized region was fixed to 1.5 mm and the inclination angle θ was 5 ° to 45 °. Furthermore, the change in magnetic flux density was investigated when the tilt angle θ of the non-magnetized region was fixed at 10 ° and the width w was 0.8 mm to 4.0 mm. The results are shown in FIGS. Table 3 shows the value of L · tan θ with respect to the inclination angle θ of the non-magnetized region in the permanent magnet. Here, L is obtained by converting the angle between the peak positions into the length in the circumferential direction.

Figure 0004863167
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図14から明らかなように、傾斜角度が小さくなるに従いL・tanθの値が小さくなると、磁束密度の低下が大きくなる。一方、傾斜角度が大きくなりL・tanθの値が大きくなるにしたがい、直線性を有する範囲が狭くなっている。また、図15から明らかなように、無着磁領域の幅が3mmより大きくなると、磁束密度の低下が大きくなる。   As is clear from FIG. 14, when the value of L · tan θ decreases as the tilt angle decreases, the decrease in magnetic flux density increases. On the other hand, as the inclination angle increases and the value of L · tan θ increases, the range having linearity becomes narrower. Further, as apparent from FIG. 15, when the width of the non-magnetized region is larger than 3 mm, the decrease in the magnetic flux density is increased.

以上、本発明を適用した実施形態及び実施例について説明したが、本発明の磁石構造体及び位置検出装置がこれら実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。   Although the embodiments and examples to which the present invention is applied have been described above, the magnet structure and the position detection device of the present invention are not limited to these embodiments and examples, and do not depart from the gist of the present invention. Needless to say, various changes can be made.

第1の実施形態の位置検出装置を模式的に示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows typically the position detection apparatus of 1st Embodiment. 永久磁石の着磁状態を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the magnetization state of a permanent magnet. 駆動コイルを備えた位置検出装置の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the position detection apparatus provided with the drive coil. 第2の実施形態の位置検出装置を模式的に示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows typically the position detection apparatus of 2nd Embodiment. 第2の実施形態における磁束検出手段の移動状態を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the movement state of the magnetic flux detection means in 2nd Embodiment. 円筒面を有する永久磁石を2極着磁するための着磁装置の一例を示すものであり、(a)は概略斜視図、(b)は概略平面図である。An example of the magnetizing apparatus for magnetizing the permanent magnet which has a cylindrical surface 2 poles is shown, (a) is a schematic perspective view, (b) is a schematic plan view. 実験1において、無着磁領域の幅w=1.5mm、傾斜角度θ=10°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ=90°(w=0.8mm〜4.0mm)とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。In Experiment 1, the change in magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is 1.5 mm and the tilt angle θ is 10 ° is the tilt angle θ corresponding to the conventional example θ = 90 ° (w = 0.8 mm to It is a characteristic view shown in comparison with the change of the magnetic flux density in the case of 4.0 mm). 実験1において、無着磁領域の幅wを1.5mmに固定し、傾斜角度θを5°〜45°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 1, it is a characteristic view which shows the change of the magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is fixed to 1.5 mm and the inclination angle θ is 5 ° to 45 °. 実験1において、無着磁領域の傾斜角度θを10°に固定し、幅wを0.8mm〜3.0mmとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 1, it is a characteristic figure which shows the change of the magnetic flux density in case the inclination-angle (theta) of a non-magnetized area | region is fixed to 10 degrees, and width w is 0.8 mm-3.0 mm. 実験2において、無着磁領域の幅w=1.5mm、傾斜角度θ=1.0°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ=90°(w=0.8mm〜4.0mm)とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。In Experiment 2, the change in magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is 1.5 mm and the tilt angle θ is 1.0 ° is the tilt angle θ corresponding to the conventional example θ = 90 ° (w = 0.0). It is a characteristic view shown compared with the change of the magnetic flux density at the time of setting it as 8 mm-4.0 mm). 実験2において、無着磁領域の傾斜角度θを1.0°に固定し、幅wを0.8mm〜4.0mmとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 2, it is a characteristic figure which shows the change of the magnetic flux density in case the inclination-angle (theta) of a non-magnetization area | region is fixed to 1.0 degree, and width w is 0.8 mm-4.0 mm. 実験2において、無着磁領域の幅wを1.5mmに固定し、傾斜角度θを0.5°〜5°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 2, it is a characteristic view which shows the change of the magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is fixed to 1.5 mm and the tilt angle θ is 0.5 ° to 5 °. 実験3において、無着磁領域の幅w=1.5mm、傾斜角度θ=10°とした場合における磁束密度の変化を、従来例に相当する傾斜角度θ=90°(w=0.8mm〜4.0mm)とした場合の磁束密度の変化と比較して示す特性図である。In Experiment 3, the change in magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is 1.5 mm and the tilt angle θ is 10 ° is the tilt angle θ corresponding to the conventional example θ = 90 ° (w = 0.8 mm to It is a characteristic view shown in comparison with the change of the magnetic flux density in the case of 4.0 mm). 実験3において、無着磁領域の幅wを1.5mmに固定し、傾斜角度θを5°〜45°とした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 3, it is a characteristic view which shows the change of the magnetic flux density when the width w of the non-magnetized region is fixed to 1.5 mm and the inclination angle θ is 5 ° to 45 °. 実験3において、無着磁領域の傾斜角度θを10°に固定し、幅wを0.8mm〜4.0mmとした場合における磁束密度の変化を示す特性図である。In Experiment 3, it is a characteristic figure which shows the change of the magnetic flux density in case the inclination-angle (theta) of a non-magnetization area | region is fixed to 10 degrees, and width w is 0.8 mm-4.0 mm.

符号の説明Explanation of symbols

1 永久磁石、1a N極、1b S極、1c 無着磁領域、1d 境界領域、2 磁束検出手段、3 基板、4 駆動コイル、5,6 着磁ヨーク、5a,6a 対向面 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet, 1a N pole, 1b S pole, 1c Non-magnetization area | region, 1d boundary area | region, 2 Magnetic flux detection means, 3 Board | substrate, 4 Drive coil, 5, 6 Magnetization yoke, 5a, 6a Opposite surface

Claims (3)

複数極に着磁された永久磁石を有し、前記永久磁石に対向配置された磁束検出手段が前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動し、前記永久磁石の磁極面に垂直な磁束密度成分を検出することによって位置検出が行われる磁石構造体であって、
前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されており、前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Lに対して0.5≦L・tanθ≦6なる関係を満たし、
前記永久磁石の全体形状が矩形状であるとともに部分円筒形状であり、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することを特徴とする磁石構造体。
A magnetic flux detecting means having a permanent magnet magnetized on a plurality of poles and relatively moving across the boundary region where the different magnetic poles of the permanent magnet are adjacent to each other, A magnet structure in which position detection is performed by detecting a magnetic flux density component perpendicular to the magnetic pole surface,
The boundary area is formed obliquely with respect to the movement direction of the magnetic flux detection means, and the inclination angle θ of the boundary area is 0.5 ≦ L with respect to the position detectable range L in the movement direction of the magnetic flux detection means. Satisfies the relationship tan θ ≦ 6,
The magnet structure according to claim 1, wherein the permanent magnet has a rectangular shape and a partial cylindrical shape, and the magnetic flux detection means moves in a circumferential direction of the permanent magnet .
複数極に着磁された永久磁石と、前記永久磁石に対向配置され前記永久磁石の互いに異なる磁極が隣接する境界領域を横切って相対的に移動することによって位置検出を行う磁束検出手段とを備えた位置検出装置であって、
前記境界領域が前記磁束検出手段の移動方向に対して斜めに形成されており、前記境界領域の傾斜角度θが前記磁束検出手段の移動方向の位置検出可能範囲Lに対して0.5≦L・tanθ≦6なる関係を満たし、
前記永久磁石の全体形状が矩形状であるとともに部分円筒形状であり、前記磁束検出手段が永久磁石の周方向に移動することにより角度検出が行われることを特徴とする位置検出装置。
A permanent magnet magnetized on a plurality of poles; and a magnetic flux detection means for detecting a position by moving relative to each other across a boundary region where the different magnetic poles of the permanent magnet are arranged opposite to each other and adjacent to the permanent magnet. A position detecting device,
The boundary area is formed obliquely with respect to the movement direction of the magnetic flux detection means, and the inclination angle θ of the boundary area is 0.5 ≦ L with respect to the position detectable range L in the movement direction of the magnetic flux detection means. Satisfies the relationship tan θ ≦ 6,
The position detection device according to claim 1, wherein the permanent magnet has a rectangular shape and a partial cylindrical shape, and angle detection is performed by moving the magnetic flux detection means in a circumferential direction of the permanent magnet .
前記磁束検出手段がホール素子であることを特徴とする請求項2記載の位置検出装置。 The position detecting device according to claim 2, wherein the magnetic flux detecting means is a Hall element.
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