JP6406531B2 - 磁気式位置検出装置 - Google Patents
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Description
バイアス磁石と、被検出対象磁石と、印加磁界の向きを検出する検磁素子とを備え、
前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の相対移動により、前記検磁素子の位置における、前記被検出対象磁石と前記バイアス磁石との合成磁界の向きが変化し、前記合成磁界の向きに応じた前記検磁素子の出力に基づいて前記被検出対象磁石の位置を特定する。
前記検磁素子は、印加磁界の少なくともXY面内における向きを検出し、
前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の相対移動方向がX方向であり、
前記合成磁界向きが少なくともXY面内において変化してもよい。
本発明の実施の形態1に係る磁気式位置検出装置の概略構成図である。図1において、直交する3方向であるXYZ方向を定義する。また、図1において、バイアス磁石1と対象磁石3による磁力線の一部を併せて示している。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、バイアス磁石1と、検磁素子2と、対象磁石3と、移動体4とを備える。
図4は、本発明の実施の形態2に係る磁気式位置検出装置の概略構成図である。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図1等に示した実施の形態1のものと比較して、バイアス磁石1が2個になった点で相違する。バイアス磁石1を2個とする場合、検磁素子2のX方向位置はバイアス磁石1同士の隙間の中心と一致させ、その他の点は図1に示した場合と同様とする。本実施の形態も、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
図5は、本発明の実施の形態3に係る磁気式位置検出装置の概略構成図である。図5において、直交する3方向であるXYZ方向を図1と同様に定義する。また、図5において、バイアス磁石1と対象磁石3による磁力線の一部を併せて示している。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図1等に示した実施の形態1のものと異なり、バイアス磁石1と対象磁石3とが、相互に同極対向する。図示の例では、バイアス磁石1のN極面と対象磁石3のN極面が相互に対向する。バイアス磁石1と対象磁石3の対向磁極面は、共にXZ平面と平行である。また、バイアス磁石1と対象磁石3の非対向磁極面も共にXZ平面と平行である。
図8(A)〜図8(H)は、本発明の実施の形態4に係る磁気式位置検出装置における、対象磁石3の移動に伴う磁力線の変化の説明図である。図8において、対象磁石3が固定されて対象磁石3と共に移動する移動体の図示は省略している。図9は、図8の磁気式位置検出装置における、検磁素子2の位置(検出位置)での磁界の向き(角度)と対象磁石3の移動量との関係の一例を示すグラフである。図9において、縦軸の角度(θ)は、−X方向を起点とする反時計回り方向の角度としている。
図10(A)〜図10(G)は、本発明の実施の形態5に係る磁気式位置検出装置における、対象磁石3の移動に伴う磁力線の変化の説明図である。図10において、対象磁石3が固定されて対象磁石3と共に移動する移動体の図示は省略している。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図1等に示した実施の形態1のものと異なり、バイアス磁石1の磁極面及び対象磁石3の磁極面が、相互に略平行であり、かつ対象磁石3の相対移動方向(X方向)と略垂直(YZ平面と略平行)である。また、バイアス磁石1と対象磁石3は、相互に同極対向する。具体的には、図10(A)及び図10(B)の状態ではS極同士が対向し、図10(F)及び図10(G)の状態ではN極同士が対向する。検磁素子2は、バイアス磁石1の対象磁石3側に臨む非磁極面の前方に設けられる。検磁素子2は、バイアス磁石1に対して固定配置され、バイアス磁石1との相対位置関係が固定される。検磁素子2のX方向位置は、好ましくはバイアス磁石1の中心のX方向位置と一致する。好ましくは、検磁素子2は、バイアス磁石1と対象磁石3とが正対したとき(相互に最も近接したとき)にバイアス磁石1より対象磁石3に近くなる位置に設けられる。これは、図10(D)のようにバイアス磁石1と対象磁石3とが正対したときに、検磁素子2の位置において、対象磁石3の発生する磁界が、バイアス磁石1の発生する磁界より大きくなるようにするためである。このようにすることで、バイアス磁石1と対象磁石3とが正対したときに、検磁素子2の位置における磁界の向きを+X方向(右向き)にすることができ、対象磁石3の移動に伴い検磁素子2の位置において磁界の向きを約360度回転させることができる。検磁素子が2成分検知(XY成分検知)の場合は、バイアス磁石1、検磁素子2、及び対象磁石3の各中心のZ方向位置は、好ましくは相互に一致させる。一方、検磁素子が3成分検知(XYZ成分検知)の場合は、対象磁石3のXZ平面内での2次元的な位置検出も可能であり、対象磁石3はXZ平面内で移動してもよい。対象磁石3の移動により、検磁素子2の位置における磁界の向きが変化する。
図11(A)〜(G)は、本発明の実施の形態6に係る磁気式位置検出装置における、対象磁石3の移動に伴う磁力線の変化の説明図である。図11において、対象磁石3が固定されて対象磁石3と共に移動する移動体の図示は省略している。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図10に示した実施の形態5のものと比較して、対象磁石3のN極とS極が逆になっている点で相違し、その他の点で一致する。図11(A)〜(G)に示すように、対象磁石3が右方向(+X方向)に移動するにつれて、検磁素子2の位置における磁界は左回りに回転する。同範囲において逆に対象磁石3が左方向(−X方向)に移動すれば、検磁素子2の位置における磁界は右回りに回転する。このように、バイアス磁石1と対象磁石3との間の磁束は、対象磁石3の±X方向への移動により、振り子のようにベクトル変化する。このベクトル変化を検磁素子2によって検出することで、対象磁石3の位置検出が可能となる。対象磁石3の移動に伴う検磁素子2の位置における磁界の向き(−X方向を起点とする時計回り方向の角度θ)の変化は図2と同様となり、磁界の向きに応じた検磁素子2の出力に基づいて対象磁石3の移動量(位置)を検出(一意に特定)できる。本実施の形態においても、対象磁石3をバイアス磁石1より磁力が強いものとすることで、ストローク範囲が広げられる(検磁素子2の位置において対象磁石3の移動に伴い180度に近い磁界の向きの変化が得られる)。
図12(A)〜図12(C)は、本発明の実施の形態7に係る磁気式位置検出装置における、軟磁性体5の移動に伴う磁力線の変化の説明図である。図13は、図12の磁気式位置検出装置における、検磁素子2の位置(検出位置)での磁界の向き(角度)と軟磁性体5の移動量との関係の一例を示すグラフである。図13において、縦軸の角度(θ)は、+X方向を起点とする反時計回り方向の角度としている。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図5等に示した実施の形態3のものと比較して、対象磁石3が軟磁性体5に変わった点で相違し、その他の点で一致する。軟磁性体5は、不図示の移動体に固定され、移動体の移動に伴ってX方向に移動する。図13に示すように、軟磁性体5のX方向移動量と磁界の向き(角度)が1対1の関係で対応するため、磁界の向きに応じた検磁素子2の出力に基づいて軟磁性体5及び移動体の移動量(位置)を検出(一意に特定)できる。本実施の形態によれば、対象磁石3が軟磁性体5に変わったことにより検磁素子2の位置において得られる磁界の角度変化が小さくストローク範囲が小さくなるものの、検出対象が軟磁性体5であっても好適な位置検出が可能である。
図14(A)〜図14(C)は、本発明の実施の形態8に係る磁気式位置検出装置における、軟磁性体5の移動に伴う磁力線の変化の説明図である。図15は、図14の磁気式位置検出装置における、検磁素子2の位置(検出位置)での磁界の向き(角度)と軟磁性体5の移動量との関係の一例を示すグラフである。図14において、縦軸の角度(θ)は、+X方向を起点とする反時計回り方向の角度としている。本実施の形態の磁気式位置検出装置は、図12に示した実施の形態7のものと比較して、バイアス磁石1の向きが右回りに90度変化した点で相違し、その他の点で一致する。図15に示すように、軟磁性体5のX方向移動量と磁界の向き(角度)が1対1の関係で対応するため、磁界の向きに応じた検磁素子2の出力に基づいて軟磁性体5及び移動体の移動量(位置)を検出(一意に特定)できる。本実施の形態も、実施の形態7と同様の効果を奏することができる。
Claims (12)
- バイアス磁石と、被検出対象磁石と、印加磁界の向きを検出する検磁素子とを備え、
前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の相対移動により、前記検磁素子の位置における、前記被検出対象磁石と前記バイアス磁石との合成磁界の向きが変化し、前記合成磁界の向きに応じた前記検磁素子の出力に基づいて前記被検出対象磁石の位置を特定する、磁気式位置検出装置。 - 前記バイアス磁石と前記被検出対象磁石とが正対したときに、前記被検出対象磁石が前記バイアス磁石と同極対向する、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石の前記被検出対象磁石側の磁極面、及び前記被検出対象磁石の前記バイアス磁石側の磁極面が、相互に略平行かつ同極であり、さらに前記被検出対象磁石の相対移動方向と略平行である、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石の前記被検出対象磁石側の磁極面、及び前記被検出対象磁石の前記バイアス磁石側の磁極面が、相互に略平行かつ異極であり、さらに前記被検出対象磁石の相対移動方向と略平行である、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石の磁極面及び前記被検出対象磁石の磁極面が、相互に略平行であり、かつ前記被検出対象磁石の相対移動方向と略垂直である、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石の磁極面及び前記被検出対象磁石の磁極面が相互に略垂直である、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石と前記被検出対象磁石とが異極対向する、請求項1に記載の磁気式位置検出装置。
- 互いに直交する3方向をX方向、Y方向、Z方向とした場合に、
前記検磁素子は、印加磁界の少なくともXY面内における向きを検出し、
前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の相対移動方向がX方向であり、
前記合成磁界向きが少なくともXY面内において変化する、請求項1から7のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。 - 前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の位置と合成磁界の向きに応じた出力は1対1の関係で対応し、前記バイアス磁石に対する前記被検出対象磁石の位置を一意に特定可能である、請求項1から8のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記検磁素子は、前記バイアス磁石と前記被検出対象磁石とが正対したときに前記バイアス磁石より前記被検出対象磁石に近くなる位置に設けられている、請求項1から9のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記バイアス磁石及び前記被検出対象磁石がそれぞれ1個のみである請求項1から10のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
- 前記検磁素子は、前記バイアス磁石と前記被検出対象磁石との間に設けられ、前記バイアス磁石に対する位置が固定されている、請求項1から11のいずれか一項に記載の磁気式位置検出装置。
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