JP5409972B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の位置検出装置では、磁界発生体93の移動距離に対する磁束密度の検知範囲がプラス側またはマイナス側の一方のみとなり、磁束密度ゼロが含まれていなかった。そのため、磁気センサ94を磁束密度ゼロの状態で高精度に補正および調整を行うことができないという課題があった。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における位置検出装置の基本構成図を示しており、ステータとなる第1の固定磁性体10、第2の固定磁性体20および第3の固定磁性体30と、永久磁石の磁界発生体40と、磁気センサ50と、バイアス磁石となる永久磁石60とを備えている。
この磁界発生体40は永久磁石であり、例えばサマリウム・コバルト系の方形磁石を使用する。
他方、第2の固定磁性体20の磁界発生体40に対向する側の面は、磁界発生体40の移動方向Xと平行な直線部21で構成されている。即ち、磁極方向Y上に、第1の固定磁性体10、磁界発生体40、第2の固定磁性体20が並ぶ。従って、磁界発生体40は、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の対向面で構成されるギャップ中を、第2の固定磁性体20の直線部21と一定の距離を保ちながら移動するか、直線部21に当接しながら摺動することになる。
また、第1の固定磁性体10と第3の固定磁性体30の間に磁気センサ50が配置され、リードワイヤ(電極端子)51が外部へ出されている。図1の例においては、磁気センサ50が、第1の固定磁性体10と第3の固定磁性体30との間に挟まれた状態に設置され、そのリードワイヤ51が、第1の固定磁性体10と第3の固定磁性体30の隙間と同じ方向に伸びている。即ち、移動方向Xと平行に、第1の固定磁性体10、磁気センサ50、第3の固定磁性体30が並ぶ。
また、第2の固定磁性体20と第3の固定磁性体30の間に永久磁石60が配置されている。即ち、磁極方向Yと平行に、第3の固定磁性体30、永久磁石60、第2の固定磁性体20が並ぶ。
先ず、図2を用いて、永久磁石60が存在しない場合の磁束の流れを説明する。なお、図2(a)は磁界発生体40が移動範囲の一端側(A)に位置する場合、図2(b)は磁界発生体40が移動範囲の他端側(B)に位置する場合を示す。
この例では、磁界発生体40の第1の固定磁性体10に対向する側がS極、第2の固定磁性体20に対向する側がN極になっているものとする。図2(a)に示すように、移動方向の一端側Aに磁界発生体40がある場合、磁界発生体40のN極から出た磁束の一部は、ギャップを経由して第2の固定磁性体20に入り、再びギャップ(本来は永久磁石60のある空間)を経由して第3の固定磁性体30に入り、磁気センサ50を通過して、第1の固定磁性体10からギャップを経由して磁界発生体40のS極へ戻る。また、磁界発生体40のN極から出た磁束の一部は、ギャップを経由して第2の固定磁性体20に入り、再びギャップを経由して第1の固定磁性体10に入り、ギャップを経由して磁界発生体40のS極へ戻る。
図2(b)に示すように、移動方向の他端側Bに磁界発生体40がある場合、磁界発生体40のN極から出た磁束は、ギャップを経由して第2の固定磁性体20に入り、再びギャップ(本来は永久磁石60のある空間)を経由して第3の固定磁性体30に入り、磁気センサ50を通過して、第1の固定磁性体10からギャップを経由して磁界発生体40のS極へ戻る。
図4に示す位置検出装置は、図2および図3で説明した位置検出原理を元に、磁気回路中に永久磁石60を配置したものである。この永久磁石60のNS極は、磁界発生体40のNS極と同じ向きに設置されている。即ち、永久磁石60は、磁界発生体40の発する磁束の向きと逆向きの磁束を発生する。その結果、磁気センサ50を通過する磁束は弱められ、図3に示す破線から実線へ、磁束密度が平均的に弱められる。
永久磁石60と磁界発生体40の磁束密度の大小関係は、磁石サイズ、磁極面積、ギャップ、残留磁束密度、磁石の材質などによって変わるので、一概には言えないが、目安としては永久磁石60の発生する磁束が、磁界発生体40の発生する磁束と同等かそれより小さい磁束になるようにする。
磁気センサ50としては、内部に温度検知素子が含まれ、温度補償機能をプログラムできるASIC(Application Specific Integrated Circuit;特定用途向け半導体)付きホール素子(ホールIC)を使用し、ゼロ点および出力勾配を調整し、高温環境でも出力が変動しない構成にする。
例えば、移動範囲の中心位置で磁束密度がゼロになるように永久磁石60の磁束を調整しておくことで、補正および調整に適した磁気センサ50の位置が分かり易くなり、作業が容易になる。
また、図6に示すように、第1の固定磁性体10、第2の固定磁性体20および第3の固定磁性体30を積層鋼板で構成してもよい。積層鋼板を使用することにより、第1の固定磁性体10、第2の固定磁性体20および第3の固定磁性体30に発生する渦電流を抑制でき、精度向上に繋がる。
さらに、図5と図6の構成を組み合わせてもよい。
図7は、実施の形態1に係る位置検出装置の変形例であり、図7(a)に側面図、図7(b)に正面図を示す。また、図7では紙面上下方向を高さ方向H、紙面左右方向を幅方向W、紙面前後方向を奥行き方向Dとする。この変形例では、第2の固定磁性体20を奥行き方向Dに厚みを持たせる。また、第3の固定磁性体30の第2の固定磁性体20に対向する部分を奥行き方向Dに延設して突出部31を形成する。そして、突出部31の先端側と第2の固定磁性体20との間に永久磁石60を配置する。従って、磁界発生体40と永久磁石60が移動方向X延長線上に一直線に並ばず、奥行き方向Dにずれた状態となるが、3次元の磁気回路が形成されるので、上記同様に磁界発生体40の位置を検出できる。
図8の例では、駆動軸41を磁界発生体40の永久磁石60とは反対側に取り付ける。一方、図9の例では、駆動軸41を磁界発生体40の永久磁石60を向く側に取り付ける。磁界発生体40と永久磁石60が一直線上に並んでいないので、永久磁石60側に取り付けた場合でも駆動軸41が永久磁石60に接触する恐れがない。これら図8、図9の例では磁界発生体40を樹脂で被覆し、この樹脂により磁界発生体40と駆動軸41を一体化している。
このように、永久磁石60を磁界発生体40の移動範囲の延長線上からずれた位置に設置することにより、駆動軸41を、位置検出装置の幅方向Wのどちら側にも配置することができる。
上記実施の形態1では、磁界発生体40の移動範囲内で磁束密度がゼロを通過する構成にしたが、本実施の形態2では、移動範囲の端部で磁束密度がゼロになるよう構成する。なお、本実施の形態2の位置検出装置は、図1および図4に示す位置検出装置と図面上では同様の構成であるため、以下では図1および図4を援用して説明する。
特に、磁気センサ50としてホールIC等のプログラマブルセンサを用い、位置検出装置をアクチュエータ等に搭載した後で補正および調整に用いるパラメータを書き込む場合、磁界発生体40が移動範囲の一端部にある磁束密度ゼロの状態で、パラメータを求めて書き込めば良いため、作業が容易となる。
図11は、この発明の実施の形態3に係る位置検出装置を示す図である。なお、図11において図7と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
本実施の形態3では、第3の固定磁性体30の第2の固定磁性体20に対向する部分を奥行き方向Dの一方へ延設して突出部31を形成すると共に、奥行き方向Dのもう一方へ延設して突出部32を形成している。また、永久磁石60を永久磁石60a,60bの2個に分割して、永久磁石60aを突出部31と第2の固定磁性体20の対向面に配置し、永久磁石60bを突出部32と第2の固定磁性体20の対向面に配置している。従って、磁界発生体40と永久磁石60a,60bが移動方向X延長線上に一直線に並ばず、奥行き方向Dにずれた状態となるが、3次元の磁気回路が形成されるので、上記実施の形態1,2と同様に磁界発生体40の位置を検出できる。
なお、分割した永久磁石60a,60bの発生する磁束を合わせた磁束は、図1〜図10に示す永久磁束60の発生する磁束と同等である。
図12の例では、駆動軸41を磁界発生体40の永久磁石60a,60bとは反対側に取り付ける。一方、図13の例では、駆動軸41を永久磁石60a,60bを向く側に取り付ける。磁界発生体40と永久磁石60a,60bが一直線上に並んでいないので、永久磁石60a,60b側に取り付けた場合でも駆動軸41が永久磁石60a,60bに接触する恐れがない。
図14はこの発明の実施の形態4に係る位置検出装置を示し、図14(a)は平面図、図14(b)はI−I矢視断面図である。なお、図14において図1と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
図14に示すように、本実施の形態4に係る位置検出装置は円柱形状にする。具体的には、第1の固定磁性体10を円筒状に形成し、内周面両端を直線部12,13に、直線部12,13間の内周面の径を軸方向に変化させて曲線部11にする。第3の固定磁性体30も円筒状に形成し、第1の固定磁性体10と同軸上に配置する。一方、第2の固定磁性体20は円柱状に形成し、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の各内側に配置する。第2の固定磁性体20の外周面が直線部21になる。
また、圧粉鉄芯で形成されていてもよい。積層鋼板同様に、渦電流を抑制できる。
Claims (6)
- N極の極性面およびその裏側にS極の極性面を有し、往復運動する駆動軸に取り付けられて当該NS極が並ぶ磁極方向と直交する方向に移動する磁界発生体と、
前記磁界発生体の一方の極性面に対向して配置される曲線部を有する第1の固定磁性体と、
前記磁界発生体のもう一方の極性面に対向する位置に配置され、当該磁界発生体を間にして前記第1の固定磁性体の曲線部に対向する、前記磁界発生体の移動方向に平行な直線部を有する第2の固定磁性体と、
前記第2の固定磁性体に対向する位置に、前記第1の固定磁性体と並べて配置される第3の固定磁性体と、
前記第1の固定磁性体と前記第3の固定磁性体との対向面に挟まれた状態に設置され、前記駆動軸の往復運動に応じて前記磁界発生体と前記第1の固定磁性体との間の前記磁極方向の距離が変化することで、通過する磁束が変化することから前記磁界発生体の位置を検出する磁気センサと、
前記第2の固定磁性体と前記第3の固定磁性体の対向面間に設置され、前記磁気センサを通過する磁束を変化させて磁束密度の検知範囲にゼロが含まれるよう作用する永久磁石とを備える位置検出装置。 - 永久磁石は、磁気センサの検知する磁束密度が磁界発生体の移動範囲の一端側でゼロになるよう作用することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 永久磁石は、磁界発生体の発生する磁束と同等またはそれより小さい磁束を発生することを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 永久磁石は、磁界発生体に用いる永久磁石とは異なる材質であることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 永久磁石は、複数に分割され、磁界発生体の移動方向上からずれた位置に配置されていることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
- 第1の固定磁性体は円筒状であって、内周面の径が軸方向に変化する曲線部を有し、
第3の固定磁性体は円筒状であって、前記第1の固定磁性体と同軸上に並べて配置され、
第2の固定磁性体は円柱状であって、前記第1の固定磁性体および前記第3の固定磁性体の各内側に配置され、
磁界発生体は内周面および外周面が極性面となる円筒状であって、前記第1の固定磁性体の内周面と前記第2の固定磁性体の外周面の間に配置されて軸方向に移動し、
磁気センサは、前記第1の固定磁性体と前記第3の固定磁性体の対向面間に挟まれた状態に配置され、
永久磁石は円筒状であって、前記第3の固定磁性体の内周面と前記第2の固定磁性体の外周面の間に配置されたことを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。
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