JP5683703B2 - 位置検出装置 - Google Patents
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Description
また、磁界発生体93と第1および第2の固定磁性体91,92とが等距離を維持しながら磁界発生体93を可動させるために、また外部からの振動に対しても磁界発生体93を安定して可動させるために、第1および第2の固定磁性体91,92の外側にガイドを設ける必要がある。
このように、耐振機構およびガイド機構などを設けることによって、位置検出装置が大きくなる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および第2の固定磁性体20と、マグネットの磁界発生体30と、磁気センサ40とを備えている。
なお、図1では第1の固定磁性体10をN極側に、第2の固定磁性体20をS極側に配置した例を示したが、極性は逆であってもよい。また、図示は省略するが、この磁界発生体30はアクチュエータのシャフト(駆動軸)などに取り付けられており、シャフトが移動方向Xに往復運動(直動)することにより、このシャフトと一体になった磁界発生体30も移動方向Xへ移動する。
他方、第2の固定磁性体20の磁界発生体30に対向する側の面(先述の第1の固定磁性体10の対向面)は、磁界発生体30の移動方向Xと平行な直線部21で構成されている。従って、磁界発生体30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ことになる。
そこで、本実施の形態1では、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の磁極対向面に直線部12,13,21があり、この直線部12,21がお互いに対向し、また、直線部13,21もお互いに対向している。かつ、この直線部12,21、直線部13,21の対向部が磁界発生体30の移動範囲の2箇所にあることから、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20との間の位置決めが可能である。位置決め方法の一例を図2に示す。図2に示す冶具50は幅が狭い部分と広い部分とが形成されており、幅の狭い部分で直線部12,21の位置決めを行い、幅の広い部分で直線部13,21の位置決めを行う。そして、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の位置関係を保持した状態で樹脂モールド等すればよい。これにより、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20との間の位置決めを容易に行うことができる。また、直線部12,13が第1の固定磁性体10の両端にあるので、第2の固定磁性体20とのギャップの最大(即ち、直線部13,21間)と最小(即ち、直線部12,21間)で位置決めを行うことができる。よって、組立精度を向上させることができる。
位置検出装置の組付後、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の一端部において対向面がお互い直線形状をした直線部13,21を、固定子60の差し込み穴61,62に嵌合させる。これにより、製作性および組付位置精度を向上させることができる。
なお、図4の例では、対向する直線部13,21を固定子60に組付ける例を説明したが、反対に、直線部12,21を固定子60に組付ける構成にしてもよい。
磁気センサ40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)付きホール素子を使用する。そして、これらの機能を有するホールICを磁気センサ40に用い、ゼロ点および出力勾配を調整しておき、高温環境でも出力が変動しない構成にする。
図6は、この発明の実施の形態2に係る位置検出装置を示す図である。なお、図6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。
本実施の形態2に係る位置検出装置において、第2の固定磁性体20は、磁界発生体30の移動方向Xの一端を垂直に曲げたL形状であり、この垂直に曲げた突出部22が第1の固定磁性体10と対向する。これにより、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も、移動方向Xの延長線上から第1の固定磁性体10側へ垂直に曲がった形状に延設される。そして、この突出部22と第1の固定磁性体10の対向面間に磁気センサ40を配置することで、磁界発生体30と磁気センサ40を垂直に配置している。つまり、磁界発生体30の磁極方向Yと磁気センサ40の磁束検知方向とが垂直である。
この構成の場合、図1等で示した上記実施の形態1の構成と比べ、磁気センサ40の設置部分の長さを短くすることができるので、位置検出装置の全長を小さくして小型化した構造となる。
ただし、ギャップが、移動方向Xに延びた部分と磁極方向Yに延びた部分の2箇所となるので、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の位置管理も2箇所になる。
図7は、位置検出装置の変形例である。この例では、第1の固定磁性体10の移動方向Xの一端を、第2の固定磁性体20側へ垂直に折り曲げたL形状にし、この垂直に曲げた突出部15が第2の固定磁性体20と対向する。これにより、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が、移動方向Xの延長線上から第2の固定磁性体20側へ垂直に曲がった形状に延設される。そして、延設部分に磁気センサ40を配置している。
この構成の場合にも、位置検出装置の移動方向Xの全長を小さくして小型化した構造となる。
この構成の場合にも、位置検出装置の移動方向Xの全長を小さくして小型化した構造となる。
図9は、位置検出装置の変形例である。この例では、突出部15,22を、移動方向Xに対して斜め方向に突出させた形状にしている。これにより、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が、移動方向Xの延長線上から斜め下方向に曲げた形状に延設される。そして、延設部分に磁気センサ40を配置している。
この構成の場合にも、位置検出装置の移動方向Xの全長を小さくして小型化した構造となる。
この構成の場合には、磁気センサ40を設置するための移動方向Xの長さおよび磁極方向Yの長さを短くすることができるので、位置検出装置をさらに小型化できる。
特にギャップを磁界発生体30の移動方向X延長線上から垂直な方向へ向けて延設した場合、位置検出装置の移動方向Xに対する小型化の効果が大きい。
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6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は上記実施の形態2の変形例であり、磁界発生体30の移動方向Xに垂直な方向に突出させた突出部22の長さを、第1の固定磁性体10の垂直方向の長さより短くし、段差Δhを設ける。段差Δhを設けることで、磁気センサ40の検出磁束の分解能を上げることができる。
図12B(a)は段差Δhを設けない場合、図12B(b)は突出部22の長さを第1の固定磁性体10の長さより短くした段差Δhを設けた場合(図11と同じ)、図12B(c)は突出部22の長さを第1の固定磁性体10の長さより長くした段差Δhを設けた場合である。また、図12Bに示す磁界発生体30の位置A,Bにおける検知信号が、図12Aのグラフ中のA,Bに相当する。
また、図12B(b)では段差Δhを設けた分だけ突出部22の上端部にスペースができるので、また、図12B(c)では段差Δhを設けた分だけ第1の固定磁性体10の上辺部分にスペースができるので、このスペースに配線を引き回したり電子基板を設置したりすることが可能となり、位置検出装置の小型化を図ることができる。
なお、図13の例では第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の両方に凸状設置面17,24を形成したが、いずれか一方のみ形成しても同じ効果が得られる。例えば、先立って説明した図3に示す調整用直線部14は凸状設置面と同じ効果がある。
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す図である。なお、図14において図11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4は上記実施の形態3の変形例であり、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の間に設置された磁気センサ40のリードワイヤ41の向きを、磁界発生体30の移動方向Xに対し垂直な方向に配置する。より具体的には、移動方向Xと磁極方向Yからなる面に対して垂直な方向(即ち、紙面垂直方向)にリードワイヤ41を出す。この構成により、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の側面でリードワイヤ41を外部端子または電子基板(不図示)と接続可能となり、位置検出装置の移動方向Xの全長を縮小でき、小型化できる構成としている。
図15は、この発明の実施の形態5に係る位置検出装置を示す図であり、図15(a)は平面図、図15(b)は正面図である。なお、図15において図11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5は上記実施の形態3の変形例であり、図15(a)に示すように磁極方向Yから見て、磁界発生体30の移動方向Xに直交する方向の幅w1を、第1の固定磁性体10および第2の固定磁性体20の当該直交する方向の幅w2より大きい構成にしている。幅w1が幅w2と同じかそれ以下に構成した場合、磁界発生体30の移動時に移動方向Xに直交する方向に横ずれが生じると、磁界発生体30が第1の固定磁性体10および第2の固定磁性体20と重なる面積に変化が生じるので、センサ精度(直線性)に影響を及ぼす。これに対し、本実施の形態5では幅w1を幅w2より大きく構成したので、移動横ずれが生じても磁気センサ40を通過する磁束密度に変化はなく、センサ精度に影響を及ぼさない。
また、この構成では磁界発生体30の表面積が大きくなり冷却面が増えるので、磁界発生体30の磁石冷却の効果も持つ。よって、この位置検出装置を高温雰囲気で使用することができる。
図16は、この発明の実施の形態6に係る位置検出装置を示す図であり、図17に第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20を一体化した外観斜視図を示す。なお、図16および図17において、図6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6は、上記実施の形態2の変形例である。第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の位置関係精度がセンサ精度(直線性)において重要な要素であることは上述の通りであるが、さらにその精度を向上させる構成として、図16および図17に示す通り、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の一部を連結部25にて一体化することで位置関係精度を向上させることができる構成としている。そうすることで各部品の位置精度を向上させ、センサ精度向上につなげている。
また、この構成は、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20が一部品になるので、組立性向上にもつながり安価なコストで製作可能としている。また、第1の固定磁性体10、第2の固定磁性体20および連結部25を一体的に成形して、図17に示す状態の一部品にした後で(さらに、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20が位置ずれしないよう固定した後で)、連結部25を切断して第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20を別部品にしてもよい。そうすることで、上記実施の形態2で述べた構成と同じレベルで、磁気センサ40を通過する磁束密度を安定させることができる。
図18は、連結部25の別例である。この例では、図18(a)に示すように、磁気センサ40が設置される突出部22と第1の固定磁性体10の対向面に2箇所の連結部25a,25bを設けることで、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20から成る固定磁性体に、磁気センサ40が入る穴を構成できる。そうすることで、図18(b)に示すように、磁気センサ40を紙面垂直方向から入れることができ、また磁気センサ40を固定するための位置決め精度も向上する。
なお、図示例以外の場所に連結部25を設けて、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20を連結してもよい。
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。
特に、第1の固定磁性体10および第2の固定磁性体20の、磁気センサ40が設置される対向面を部分的に連結して構成することにより、磁気センサ40の検出磁束に影響を及ぼさず、センサ精度を維持できる。
図19は、この発明の実施の形態7に係る位置検出装置を示す平面図である。なお、図19において図6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7は上記実施の形態2の変形例であり、磁界発生体30の移動方向Xにおける可動範囲を規制する位置決め機構を設ける。図19の例では、磁界発生体30に磁界発生体保持部70を構成し、その磁界発生体保持部70には外方へ突出した形状の移動側当て止め部71が設けられている。そして、第1の固定磁性体10と第2の固定磁性体20の外面側を保持するハウジング72があり、そのハウジング72にも固定側当て止め部73a,73bが構成されている。磁界発生体30が移動方向Xに移動する際、移動側当て止め部71と固定側当て止め部73aが当接することにより、磁界発生体30の移動が規制される。この位置では、磁気センサ40の検知信号が最大となる。一方、移動側当て止め部71と固定側当て止め部73bが当接する位置では、磁気センサ40の検知信号が最小となる。よって、磁界発生体30の可動範囲における磁気センサ40の検知信号範囲を容易に確認できる。
また、磁界発生体30を保持する磁界発生体保持部70に当て止めを形成する代わりに、磁界発生体30を直接、固定側当て止め部73a,73bに当接させる構成としてもよい。
図20は、この発明の実施の形態8に係る位置検出装置を搭載したアクチュエータ(駆動源)の縦断面である。そのアクチュエータとして、本実施の形態8においてモータを使用して説明する。なお、直動駆動するアクチュエータであれば本発明の位置検出装置が使用可能である。また、図20において図11と同一または相当する部分については同一の符号を付し説明を省略する。
回転子106の内部には回転を直動に変換する為の雌ネジ側のネジ機構108が構成されており、シャフト(出力軸)109の外周面に構成された雄ネジ側のネジ機構110と噛合い、回転子106が回転することでシャフト109に力が伝達される。シャフト109を挿通したボス111の摺動部に回り止め機構を設けることで、シャフト109が直動運動する。
なお、シャフト109とセンサシャフト112は連結して一体になっていなくともよく、例えばセンサシャフト112がシャフト109端面に当接した状態で、位置検出装置側からシャフト109の方向へバネ等によって付勢された構成にしてもよい。
図21は、アクチュエータの別例を示す縦断面図であり、磁気センサ40がアクチュエータ100のモータに近い側に搭載されている構成図を示している。その構造とすることで、磁気センサ40のリードワイヤ41とターミナル102の電気的接続を容易にし、生産性を向上させることが可能となる。また、リードワイヤ41とターミナル102を接続する配線を引き回すスペースを低減できるので、アクチュエータ100の小型化にもつながる。また、磁気センサ40がアクチュエータ100の内部側に配置されるので、外部ノイズ、静電気などの影響を小さくできる。
また別例として、図23に、第2の固定磁性体20とセンサシャフト112を図21の矢印B方向から見た図を示す。この例では、センサシャフト112を途中で二股に分岐させて、突出部22を迂回させるように構成している。
Claims (14)
- 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して配置される第2の固定磁性体と、
前記第1の固定磁性体と前記第2の固定磁性体との対向面に挟まれた状態に設置され、通過する磁束を検知する磁気センサとを備え、
前記第1の固定磁性体は、前記一方の極性面に対向する面を前記磁界発生体の移動方向の側方から見たときに、当該対向する面のうちの前記磁界発生体の移動範囲内の面が曲線形状および前記移動方向に平行な2箇所の直線形状から成り、前記2箇所の直線形状は前記移動範囲の両端に形成され、前記曲線形状は前記2箇所の直線形状の間に形成されており、
前記第2の固定磁性体は、前記もう一方の極性面に対向する面を前記移動方向の側方から見たときに、当該対向する面のうちの前記移動範囲内の面が前記移動方向に平行な直線形状から成ると共に前記移動方向に沿って配置されており、
前記磁気センサは、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、前記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ことを特徴とする位置検出装置。 - 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の対向面は、前記磁界発生体の移動方向延長線上に延設され、前記磁気センサは当該延設部分の対向面に挟まれた状態に設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。
- 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の対向面は、前記磁界発生体の移動方向延長線上からずれた方向へ向けて延設され、前記磁気センサは当該延設部分の対向面に挟まれた状態に設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。
- 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の対向面は、前記磁界発生体の移動方向延長線上から垂直な方向へ向けて延設されたことを特徴とする請求項3記載の位置検出装置。
- 前記第1の固定磁性体は、前記磁界発生体の一方の極性面に対向する面とは逆側の面に、前記磁界発生体の移動方向に対して傾いた傾斜部を有し、
前記第2の固定磁性体は、前記磁界発生体のもう一方の極性面に対向する面の端部から前記第1の固定磁性体側へ突出し、前記傾斜部へ折り曲がった形状の鉤状突出部を有し、
前記磁気センサは、前記傾斜部と前記鉤状突出部の対向面に挟まれた状態に設置されたことを特徴とする請求項3記載の位置検出装置。 - 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の対向面は、互いに長さが異なることを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の対向面のいずれか一方、または両方から突出した形状であって前記磁気センサに当接する凸状設置面を備えることを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記磁気センサは、電極端子の向きが前記磁界発生体の移動方向に対し垂直になるよう設置されたことを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記磁界発生体の移動する平面上において前記磁界発生体の幅が前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体の幅より大きいことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体を一部連結して構成したことを特徴とする請求項1から請求項9のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記第1の固定磁性体および前記第2の固定磁性体は、前記磁気センサが設置される対向面を部分的に連結して構成したことを特徴とする請求項10記載の位置検出装置。
- 前記磁界発生体の移動範囲の両端または一端部分に設けられ、前記磁界発生体を当接させる当て止め部を備えることを特徴とする請求項1から請求項11のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記駆動軸を駆動する駆動源に対し、前記磁気センサが遠い側に、前記磁界発生体が近い側に配置されたことを特徴とする請求項1から請求項12のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
- 前記駆動軸を駆動する駆動源に対し、前記磁気センサが近い側に、前記磁界発生体が遠い側に配置されたことを特徴とする請求項1から請求項12のうちのいずれか1項記載の位置検出装置。
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Publications (2)
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