JP6915642B2 - Position detection system - Google Patents
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Description
本発明は、物体の移動に伴う磁場の変化を検知することにより、その物体の位置を検出する位置検出システムに関する。 The present invention relates to a position detection system that detects the position of an object by detecting a change in a magnetic field accompanying the movement of the object.
本出願人は、これまでに、磁気感知素子と、その磁気感知素子と対向するように一列に配列された複数の磁気部材とを備え、複数の磁気部材に対する磁気感知素子の位置を一意に特定可能である磁気式位置検出装置を提案している(例えば特許文献1参照)。 The applicant has so far provided a magnetic sensing element and a plurality of magnetic members arranged in a row so as to face the magnetic sensing element, and uniquely specified the position of the magnetic sensing element with respect to the plurality of magnetic members. We have proposed a possible magnetic position detector (see, for example, Patent Document 1).
ところで、磁気感知素子は、一般的には角度検知範囲が0°〜360°に限定されるので、上記特許文献1の磁気式位置検出装置では、複数の磁気部材の配置ピッチよりも検知対象となる物体の移動量が少ないことが必要条件となる。したがって、検知対象となる物体の移動量が大きい場合、複数の磁気部材の配置ピッチを大きくせざるを得ない。
By the way, since the angle detection range of the magnetic sensing element is generally limited to 0 ° to 360 °, in the magnetic position detecting device of
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、コンパクトな構成でありながら、移動する物体の位置検出をより正確に行うことの可能な位置検出システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a position detection system capable of more accurately detecting the position of a moving object while having a compact configuration.
本発明の一実施の形態としての位置検出システムは、第1の磁石と、第1の軟質強磁性体と、磁気検出部とを備える。第1の磁石は、第1の方向に着磁された磁化を有し、第1の磁力線を含む第1の磁場を形成する。第1の軟質強磁性体は、第1の方向と直交する第2の方向に沿って延在し、第1の磁石に対し第2の方向に沿って直進移動可能であり、第1の方向および第2の方向の双方と直交する第3の方向において第1の磁石から第1の距離にある第1の外縁部分と第2の方向において第1の外縁部分と異なる位置であって第3の方向において第1の磁石から第2の距離にある第2の外縁部分とを含む第1の外縁を有する。磁気検出部は、第1の磁石に対する相対位置が一定に維持され、第1の軟質強磁性体が静止した状態において、第1の磁力線が自らを第1の方向に通過するように設けられている。 A position detection system as an embodiment of the present invention includes a first magnet, a first soft ferromagnet, and a magnetic detector. The first magnet has a magnetization magnetized in the first direction and forms a first magnetic field containing the first field line. The first soft ferromagnetic material extends along a second direction orthogonal to the first direction, is movable straight along the second direction with respect to the first magnet, and has a first direction. A third outer edge portion at a first distance from the first magnet in a third direction orthogonal to both the second direction and a third outer edge portion at a different position from the first outer edge portion in the second direction. It has a first outer edge including a second outer edge portion at a second distance from the first magnet in the direction of. The magnetic detector is provided so that the position relative to the first magnet is kept constant and the first magnetic field line passes through itself in the first direction when the first soft ferromagnet is stationary. There is.
本発明の一実施の形態としての位置検出システムでは、第1の磁石が磁気検出部に対して付与する第1の磁場における第1の磁力線の方向が、第1の軟質強磁性体が直線移動する第2の方向と実質的に直交している。このため、磁気検出部による第1の軟質強磁性体の位置の検出精度は、磁気検出部と第1の軟質強磁性体との相対位置の影響を受けにくい。また、磁気検出部に対し第1の磁石が移動することなく、磁気検出部に対する第1の軟質強磁性体の位置が検出される。 In the position detection system as one embodiment of the present invention, the direction of the first magnetic field line in the first magnetic field applied by the first magnet to the magnetic detection unit is linearly moved by the first soft ferromagnetic material. It is substantially orthogonal to the second direction. Therefore, the accuracy of detecting the position of the first soft ferromagnet by the magnetic detector is not easily affected by the relative position between the magnetic detector and the first soft ferromagnet. Further, the position of the first soft ferromagnet with respect to the magnetic detector is detected without the first magnet moving with respect to the magnetic detector.
本発明の位置検出システムによれば、磁気検出部による第1の軟質強磁性体の位置の検出精度が、磁気検出部と第1の軟質強磁性体と第1の磁石との相対位置の変化の影響を受けにくい。このため、小型化した場合であっても、第1の軟質強磁性体の位置検出を正確に行うことができる。磁気検出部に対し第1の磁石が移動しないので、第1の磁石の大きさを大きくすることなく、第1の軟質強磁性体の第2の方向の移動量を拡大できる。したがって、本発明の位置検出システムによれば、コンパクトな構成でありながら、移動する物体の位置検出をより正確に行うことができる。さらに、本発明の位置検出システムによれば、磁気検出部に対し第1の磁石が移動せず、第1の軟質強磁性体の移動によって第1の磁石の生成する磁場の向きが変動するのを磁気検出部により検出するようにしている。このため、磁気検出部において検出するのに必要な磁場強度は安定的に得られる。よって、第1の磁石の大きさを大きくすることなく、第1の軟質強磁性体の第2の方向の移動量を拡大できる。したがって、本発明の位置検出システムによれば、コンパクトな構成でありながら、移動する物体の位置検出をより正確に行うことができる。 According to the position detection system of the present invention, the accuracy of detecting the position of the first soft ferromagnet by the magnetic detector is a change in the relative position between the magnetic detector, the first soft ferromagnet and the first magnet. Is not easily affected by. Therefore, even when the size is reduced, the position of the first soft ferromagnet can be accurately detected. Since the first magnet does not move with respect to the magnetic detector, the amount of movement of the first soft ferromagnet in the second direction can be increased without increasing the size of the first magnet. Therefore, according to the position detection system of the present invention, the position of a moving object can be detected more accurately even though the configuration is compact. Further, according to the position detection system of the present invention, the first magnet does not move with respect to the magnetic detector, and the direction of the magnetic field generated by the first magnet changes due to the movement of the first soft ferromagnet. Is detected by the magnetic detector. Therefore, the magnetic field strength required for detection by the magnetic detector can be stably obtained. Therefore, the amount of movement of the first soft ferromagnet in the second direction can be increased without increasing the size of the first magnet. Therefore, according to the position detection system of the present invention, the position of a moving object can be detected more accurately even though the configuration is compact.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
1つの磁石により磁場を形成し、1つの磁気ヨークの一軸方向の位置を検出する位置検出システムの例。
2.第2の実施の形態
1つの磁石により磁場を形成し、同期して直進移動する2つの磁気ヨークの一軸方向の位置を検出する位置検出システムの例。
3.第3の実施の形態
2つの磁石により磁場を形成し、同期して直進移動する2つの磁気ヨークの一軸方向の位置を検出する位置検出システムの例。
4.変形例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The explanation will be given in the following order.
1. 1. First Embodiment An example of a position detection system in which a magnetic field is formed by one magnet and the position of one magnetic yoke in the uniaxial direction is detected.
2. Second Embodiment An example of a position detection system that forms a magnetic field with one magnet and detects the position in the uniaxial direction of two magnetic yokes that move linearly in synchronization.
3. 3. Third Embodiment An example of a position detection system that forms a magnetic field with two magnets and detects the uniaxial position of two magnetic yokes that move linearly in synchronization.
4. Modification example
<1.第1の実施の形態>
[位置検出システムの構成]
最初に、図1から図3を参照して、本発明における第1の実施の形態としての位置検出システム1の構成について説明する。図1は、位置検出システム1の全体構成例の概略を表すブロック図である。また、図2は位置検出システム1の主要な構成要素を表す斜視図であり、図3は位置検出システム1の主要な構成要素を表す正面図である。なお、図2では、後述する磁気ヨーク10および磁石6のみを記載しており、図3では、後述の磁気ヨーク10、磁石6およびセンサ部3のみを記載している。
<1. First Embodiment>
[Position detection system configuration]
First, the configuration of the
図1に示したように、位置検出システム1は、被測定物としての移動体に固定された磁気ヨーク10と、その磁気ヨーク10のX軸方向における位置の検出を行う検出モジュール2とを備えている。なお、位置検出システム1は、本発明の「位置検出システム」に対応する一具体例である。
As shown in FIG. 1, the
(磁気ヨーク10)
磁気ヨーク10は、X軸方向を長手方向とするように延在すると共に、X軸方向と直交するY軸方向に厚みを有する板状部材である。磁気ヨーク10は、磁石6を含む検出モジュール2に対し、X軸に沿って+X方向および−X方向へ直進移動可能に設けられている。磁気ヨーク10は、Z軸方向において検出モジュール2におけるセンサ部3および磁石6と対向する外縁11を有している。Z軸方向は、X軸方向およびY軸方向の双方と直交している。外縁11は、Z軸方向において、例えば磁石6から距離11D(図2)の位置にある。ここで外縁11は、平坦ではなく、例えば凸部11Tと凹部11Uとを含む凹凸形状を有している。より具体的には、外縁11は、Z軸方向における磁石6との距離11Dが例えば正弦曲線を描くようにX軸方向において周期的に変動する形状、すなわち連続する曲面を有する。凸部11Tは、Z軸方向において磁石6から第1の距離D1にある第1の外縁部分である。また、凹部11Uは、X軸方向において凸部11Tと異なる位置であってZ軸方向において磁石6から第2の距離D2にある第2の外縁部分である。ここで、第1の距離D1は、距離11Dのうちの最小値であり、第2の距離D2は、距離11Dのうちの最大値である。X軸方向における凸部11Tから凹部11Uまでの長さが、外縁11が描く正弦曲線の半周期の長さ0.5Tに相当する。磁気ヨーク10は、例えばパーマロイなどの軟質強磁性体を主成分として含んでいる。
(Magnetic yoke 10)
The
ここで、磁気ヨーク10のX軸方向における移動可能長さL10(図3)は、外縁11のX軸方向における1周期の長さ1Tと同等以下であるとよい。移動体としての磁気ヨーク10のX軸方向における絶対位置が容易に特定できるからである。なお、移動可能長さL10の始点および終点は、X軸方向における凸部11Tの位置および凹部11Uの位置とそれぞれ一致していてもよいし、異なっていてもよい。
Here, the movable length L10 (FIG. 3) of the
磁気ヨーク10は、X軸に沿った自らの移動動作により、センサ部3に対して付与される磁石6からの磁場の磁力線6L(後出)の周期的な変化をもたらすことができる。 磁気ヨーク10は、本発明の「第1の軟質強磁性体」に対応する一具体例である。
The
(検出モジュール2)
検出モジュール2は、センサ部3と、演算回路4と、磁石6とを備えている。検出モジュール2のうち、センサ部3および演算回路4は、例えば図4に示したように同一の基板7に設けられているが、これに限定されるものではなく、異なる複数の基板に設けられていてもよい。なお、図4は、図1に示した検出モジュール2の一部構成の概略を模式的に表す斜視図である。ここで、センサ部3は本発明の「磁気検出部」に対応する一具体例である。さらに、磁石6は、本発明の「第1の磁石」に対応する一具体例である。
(Detection module 2)
The
(センサ部3)
図1に示したように、センサ部3は、磁気センサ31と磁気センサ32とを有している。磁気センサ31は、磁気ヨーク10の+X方向への移動または−X方向への移動に伴う磁場の磁力線6L(後出)の変化を検知して第1の信号S1を演算回路4へ出力するようになっている。同様に、磁気センサ32は、磁気ヨーク10の移動に伴う磁場の磁力線6Lの変化を検知して第2の信号S2を演算回路4へ出力するようになっている。
(Sensor unit 3)
As shown in FIG. 1, the
図4に示したように、磁気センサ31はX軸方向に沿った検知軸J31を有し、磁気センサ32は検知軸J31と実質的に直交するようにZ軸方向に沿った検知軸J32を有する。このため、第1の信号S1の位相と第2の信号S2の位相とは互いに異なっている。例えば磁気ヨーク10のX軸方向の移動量ΔX(図2および図3参照)に対し、第1の信号S1がsinθに従う抵抗値の変化を表すものであるとき、第2の信号S2はcosθに従う抵抗値の変化を表すものとなる。
As shown in FIG. 4, the
図5は、検出モジュール2の一部構成を模式的に表す側面図である。図5に示したように、センサ部3は、磁石6と磁気ヨーク10とが対向するZ軸方向において、磁石6と磁気ヨーク10との間に設けられており、磁石6および磁気ヨーク10の双方から離間して配置されている。また、Y軸方向におけるセンサ部3の中心位置CP3と、Y軸方向における磁気ヨーク10の中心位置CP10とは、Y軸方向において異なっている。特に本実施の形態では、センサ部3は、Z軸方向において磁気ヨーク10と重なり合う位置から外れた位置に設けられている。
FIG. 5 is a side view schematically showing a partial configuration of the
図6は、センサ部3の回路図である。図6に示したように、磁気センサ31は、例えば4つの磁気抵抗効果(MR;Magneto-Resistive effect)素子23(23A〜23D)を含むホイートストンブリッジ回路(以下、単にブリッジ回路)24と、差分検出器25とを含んでいる。同様に、磁気センサ32は、4つのMR素子26(26A〜26D)含むブリッジ回路27と、差分検出器28とを含んでいる。
FIG. 6 is a circuit diagram of the
ブリッジ回路24は、MR素子23AおよびMR素子23Bの一端同士が接続点P1において接続され、MR素子23CおよびMR素子23Dの一端同士が接続点P2において接続され、MR素子23Aの他端とMR素子23Dの他端とが接続点P3において接続され、MR素子23Bの他端とMR素子23Cの他端とが接続点P4において接続されている。ここで、接続点P3は電源Vccと接続されており、接続点P4は接地されている。接続点P1,P2は、それぞれ差分検出器25の入力側端子と接続されている。この差分検出器25は、接続点P3と接続点P4との間に電圧が印加されたときの接続点P1と接続点P2との間の電位差(MR素子23A,23Dのそれぞれに生ずる電圧降下の差分)を検出し、第1の信号S1として演算回路4へ向けて出力するものである。同様に、ブリッジ回路27は、MR素子26AおよびMR素子26Bの一端同士が接続点P5において接続され、MR素子26CおよびMR素子26Dの一端同士が接続点P6において接続され、MR素子26Aの他端とMR素子26Dの他端とが接続点P7において接続され、MR素子26Bの他端とMR素子26Cの他端とが接続点P8において接続されている。ここで、接続点P7は電源Vccと接続されており、接続点P8は接地されている。接続点P5,P6は、それぞれ差分検出器28の入力側端子と接続されている。この差分検出器28は、接続点P7と接続点P8との間に電圧が印加されたときの接続点P5と接続点P6との間の電位差(MR素子26A,26Dのそれぞれに生ずる電圧降下の差分)を検出し、第2の信号S2として演算回路4へ向けて出力するものである。
In the
なお、図6において符号JS1を付した矢印は、MR素子23A〜23D,26A〜26Dの各々における磁化固着層SS1(後出)の磁化の向きを模式的に表している。すなわち、MR素子23A,23Cの各抵抗値は、外部磁場の変化に応じて互いに同じ向きに変化(増加もしくは減少)し、MR素子23B,23Dの各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じてMR素子23A,23Cとは反対向きに変化(減少もしくは増加)することを表している。また、MR素子26A,26Cの各抵抗値の変化は、外部からの信号磁場の変化に応じてMR素子23A〜23Dの各抵抗値の変化に対して位相が90°ずれている。MR素子26B,26Dの各抵抗値は、いずれも、信号磁場の変化に応じてMR素子26A,26Cとは反対向きに変化する。したがって例えば、位置検出システム1の磁気ヨーク10が移動すると、ある角度範囲ではMR素子23A,23Cでは抵抗値が増大し、MR素子23B,23Dでは抵抗値が減少するという挙動を示す関係にある。その際、MR素子26A,26Cの抵抗値は、MR素子23A,23Cの抵抗値の変化に例えば90°だけ遅れて(あるいは進んで)変化し、MR素子26B,26Dの抵抗値は、MR素子23B,23Dの抵抗値の変化に90°だけ遅れて(あるいは進んで)変化することとなる。
The arrows with the reference numerals JS1 in FIG. 6 schematically represent the direction of magnetization of the magnetization fixing layer SS1 (described later) in each of the
図7に、MR素子23,26の主要部を構成するセンサスタックSSの一例を表す。MR素子23,26は、いずれも実質的に同じ構造のセンサスタックSSを含んでいる。センサスタックSSは、図7に示したように、磁性層を含む複数の機能膜が積層されたスピンバルブ構造をなしている。センサスタックSSは、具体的には、一定方向に固着された磁化JS1を有する磁化固着層SS1と、特定方向の磁化を発現しない中間層SS2と、信号磁場の磁束密度に応じて変化する磁化JS3を有する磁化自由層SS3とが順に積層されてなるものである。なお、図6は、磁石6が形成する磁場などの外部磁場が付与されていない無負荷状態を示している。なお、磁化固着層SS1,中間層SS2および磁化自由層SS3は、いずれも単層構造であってもよいし、複数層からなる多層構造であってもよい。
FIG. 7 shows an example of the sensor stack SS constituting the main parts of the MR elements 23 and 26. The MR elements 23 and 26 all include a sensor stack SS having substantially the same structure. As shown in FIG. 7, the sensor stack SS has a spin valve structure in which a plurality of functional films including a magnetic layer are laminated. Specifically, the sensor stack SS includes a magnetization-fixed layer SS1 having a magnetization JS1 fixed in a certain direction, an intermediate layer SS2 that does not exhibit magnetization in a specific direction, and a magnetization JS3 that changes according to the magnetic flux density of the signal magnetic field. The magnetized free layer SS3 having the above is laminated in order. Note that FIG. 6 shows a no-load state in which an external magnetic field such as a magnetic field formed by the
磁化固着層SS1は、例えばコバルト(Co)やコバルト鉄合金(CoFe)、コバルト鉄ボロン合金(CoFeB)などの強磁性材料からなる。なお、磁化固着層SS1と隣接するように、中間層SS2と反対側に反強磁性層(図示せず)を設けるようにしてもよい。そのような反強磁性層は、白金マンガン合金(PtMn)やイリジウムマンガン合金(IrMn)などの反強磁性材料により構成されるものである。その反強磁性層は、例えば正方向のスピン磁気モーメントと逆方向のスピン磁気モーメントとが完全に打ち消し合った状態にあり、隣接する磁化固着層SS1の磁化JS1の向きを、正方向へ固定するように作用する。 The magnetization fixing layer SS1 is made of a ferromagnetic material such as cobalt (Co), a cobalt iron alloy (CoFe), or a cobalt iron boron alloy (CoFeB). An antiferromagnetic layer (not shown) may be provided on the opposite side of the intermediate layer SS2 so as to be adjacent to the magnetization fixing layer SS1. Such an antiferromagnetic layer is made of an antiferromagnetic material such as a platinum manganese alloy (PtMn) or an iridium manganese alloy (IrMn). The antiferromagnetic layer is in a state where, for example, the spin magnetic moment in the forward direction and the spin magnetic moment in the opposite direction completely cancel each other out, and the direction of the magnetization JS1 of the adjacent magnetization fixing layer SS1 is fixed in the positive direction. Acts like.
中間層SS2は、例えばセンサスタックSSのスピンバルブ構造が磁気トンネル接合(MTJ:Magnetic Tunnel Junction)である場合、酸化マグネシウム(MgO)からなる非磁性のトンネルバリア層であり、量子力学に基づくトンネル電流が通過可能な程度に厚みの薄いものである。MgOからなるトンネルバリア層は、例えば、MgOからなるターゲットを用いたスパッタリング処理のほか、マグネシウム(Mg)の薄膜の酸化処理、あるいは酸素雰囲気中でマグネシウムのスパッタリングを行う反応性スパッタリング処理などによって得られる。また、MgOのほか、アルミニウム(Al),タンタル(Ta),ハフニウム(Hf)の各酸化物もしくは窒化物を用いて中間層SS2を構成することも可能である。なお中間層SS2は、例えばルテニウム(Ru)や金(Au)などの白金族元素や銅(Cu)などの非磁性金属により構成されていてもよい。その場合、スピンバルブ構造は巨大磁気抵抗効果(GMR:Giant Magneto Resistive effect)膜として機能する。 The intermediate layer SS2 is a non-magnetic tunnel barrier layer made of magnesium oxide (MgO) when the spin valve structure of the sensor stack SS is a magnetic tunnel junction (MTJ), and is a tunnel current based on quantum mechanics. It is thin enough to pass through. The tunnel barrier layer made of MgO can be obtained, for example, by a sputtering treatment using a target made of MgO, an oxidation treatment of a thin film of magnesium (Mg), or a reactive sputtering treatment of sputtering magnesium in an oxygen atmosphere. .. In addition to MgO, the intermediate layer SS2 can also be formed by using oxides or nitrides of aluminum (Al), tantalum (Ta), and hafnium (Hf). The intermediate layer SS2 may be composed of, for example, a platinum group element such as ruthenium (Ru) or gold (Au) or a non-magnetic metal such as copper (Cu). In that case, the spin valve structure functions as a giant magnetoresistive effect (GMR) film.
磁化自由層SS3は軟質強磁性層であり、例えばコバルト鉄合金(CoFe)、ニッケル鉄合金(NiFe)あるいはコバルト鉄ボロン合金(CoFeB)などによって構成される。 The magnetization free layer SS3 is a soft ferromagnetic layer, and is composed of, for example, a cobalt iron alloy (CoFe), a nickel iron alloy (NiFe), a cobalt iron boron alloy (CoFeB), or the like.
磁気センサ31におけるブリッジ回路24のMR素子23A〜23Dには、それぞれ電源Vccからの電流I10が接続点P3において分流された電流I1もしくは電流I2が供給される。ブリッジ回路24の接続点P1,P2からそれぞれ取り出された信号e1,e2が差分検出器25に流入する。ここで、信号e1は例えば磁化JS1と磁化JS3とのなす角度をγとしたときAcos(+γ)+B(A,Bはいずれも定数)に従って変化する抵抗変化を表し、信号e2はAcos(−γ)+Bに従って変化する抵抗変化を表す。一方、磁気センサ32におけるブリッジ回路27のMR素子26A〜26Dには、それぞれ電源Vccからの電流I10が接続点P7において分流された電流I3もしくは電流I4が供給される。ブリッジ回路27の接続点P5,P6からそれぞれ取り出された信号e3,e4が差分検出器28に流入する。ここで、信号e3はAsin(+γ)+Bに従って変化する抵抗変化を表し、信号e4はAsin(−γ)+Bに従って変化する抵抗変化を表す。さらに、差分検出器25からの第1の信号S1および差分検出器28からの第2の信号S2が演算回路4に流入する。演算回路4では、tanγに応じた抵抗値が算出される。ここで、γはセンサ部3に対する磁気ヨーク10の移動量ΔXに対応するので、磁気ヨーク10の移動量ΔXが求められるようになっている。
The current I1 or the current I2, in which the current I10 from the power supply Vcc is divided at the connection point P3, is supplied to the
(演算回路4)
演算回路4は、図1に示したように、例えばローパスフィルタ(LPF:low-pass filter)42A,42Bと、A/D変換部43A,43Bと、フィルタ44A,44Bと、波形整形部45と、角度演算部46と、位置演算部47とを有している。
(Calculation circuit 4)
As shown in FIG. 1, the
ローパスフィルタ42Aは、磁気センサ31と接続されており、磁気センサ31から第1の信号S1が入力されるようになっている。ローパスフィルタ42Aに入力された第1の信号S1は、A/D変換部43Aとフィルタ44Aとを経由して波形整形部45に入力されるようになっている。同様に、ローパスフィルタ42Bは、磁気センサ32と接続されており、磁気センサ32から第2の信号S2が入力されるようになっている。ローパスフィルタ42Bに入力された第2の信号S2は、A/D変換部43Bとフィルタ44Bとを経由して波形整形部45に入力されるようになっている。
The low-
波形整形部45は、例えば磁気センサ31から発信された第1の信号S1と磁気センサ32から発信された第2の信号S2とについ波形を整形するものである。波形整形部45は、例えば、オフセット電圧の相違、振幅の相違、あるいは磁気センサ31および磁気センサ32と磁気ヨーク10との相対位置の相違などを検出する検出回路と、それらの相違の補正を行う補償回路とを含んでいる。
The
角度演算部46および位置演算部47は、第1の信号S1および第2の信号S2に基づいて、磁気ヨーク10のX軸方向に沿った移動量ΔXの大きさの算出を行うIC回路である。角度演算部46は、第1の信号S1および第2の信号S2に基づいて磁力線6Lの角度の変化を算出する。位置演算部47は、角度演算部46による磁力線6Lの角度の変化の情報に基づき、磁気ヨーク10の移動量ΔXを算出し、その移動量ΔXに関する情報を含む第3の信号S3を外部へ出力するようになっている。
The
(磁石6)
磁石6は、センサ部3を挟んで磁気ヨーク10と反対側に位置する。磁石6は、磁気ヨーク10およびセンサ部3に向けて磁力線6Lを含む磁場を付与するものである。センサ部3は、磁気センサ31および磁気センサ32により、磁力線6Lの方向の変化を検出する。磁石6がセンサ部3に付与する磁場は、図5に示したように、センサ部3を通過する位置においてY軸に沿った方向の磁力線6Lを有する。磁力線6Lの方向は、磁気ヨーク10のX軸方向への直進移動により周期的に変動する。磁気ヨーク10が磁石6およびセンサ部3に対して静止した状態において、センサ部3を通過する磁力線6Lの方向は、磁気ヨーク10の移動方向と実質的に直交するY軸に沿った方向である。ここでいうY軸に沿った方向とは、Y軸に対して完全平行、すなわち0°の方向に限定されず、例えばY軸に対して±30°以下の角度をなす方向を意味する。したがって、変動する磁力線6Lの方向の振幅の中心は、例えばY軸と完全一致となる0°が望ましいが、その0°を中心として例えば±30°以下の角度で傾いていてもよい。また、変動する磁力線6Lの方向の振幅は大きいほどよいが、実質的には±5°程度である。ここで、磁気ヨーク10の凹部11Uが磁石6に最接近している状態では、磁力線6Lの方向は、センサ部3を通過する位置においてY軸方向と実質的に一致している。なお、磁石6の着磁方向J6は、例えばY軸方向と実質的に一致しているとよい。
(Magnet 6)
The
[位置検出システム1の動作および作用]
本実施の形態の位置検出システム1では、磁気ヨーク10のX軸方向の移動量ΔXを、センサ部3、演算回路4および磁石6を含む検出モジュール2によって検出することができる。
[Operation and operation of position detection system 1]
In the
位置検出システム1では、X軸方向に沿った磁気ヨーク10の直進移動に伴い、磁気ヨーク10の凸部11Tが磁石6へ接近したり磁石6から遠ざかったりする。このような動作に伴い、磁石6が発生する磁力線6Lのベクトルが逐次変化する。具体的には、例えば図8Aに示したように、磁気ヨーク10の凸部11Tが磁石6に接近している状態では、磁石6が発生する磁力線6L1はY軸方向に対して僅かに傾いたベクトルV1を有する。これに対し、磁気ヨーク10の凸部11Tが磁石6から遠ざかっている状態、すなわち、凹部11Uが磁石6に接近している状態では、磁石6が発生する磁力線6L0はY軸方向と実質的に一致したベクトルV0を有する。したがって、磁気ヨーク10がX軸方向に沿って直進移動することにより、すなわち、磁石6に対する凸部11Tの相対位置の連続した変化に伴い、図8Bに示したように、磁力線6LのベクトルVは歳差運動を行うこととなる。なお、図8Bでは、凸部11T1、凸部11T2、凸部11T3の順に凸部Tが移動している様子を表している。このとき、磁石6に対する凸部11Tの接近のサイクルと、磁力線6LのベクトルVの変化のサイクルとは一致する。センサ部3は、X軸方向に沿った成分BxおよびZ軸方向に沿った成分Bzを各々含む第1の信号S1および第2の信号S2をそれぞれ出力する。それらの第1の信号S1および第2の信号S2を用いて、演算回路4により、磁気ヨーク10の移動量ΔXやX軸方向の絶対位置を求めることができる。
In the
[位置検出システム1の効果]
このように本実施の形態の位置検出システム1によれば、磁気ヨーク10が、センサ部3および磁石6に対し、X軸方向に沿って直進移動可能であり、磁石6から第1の距離D1にある凸部11T、および磁石6から第2の距離D2にある凹部11Uを含む外縁11を有する。このため、磁気ヨーク10の移動に伴う磁石6の磁力線6LのベクトルVのわずかな変動を、センサ部3により検出することができる。ここで、磁力線6Lがセンサ部3を通過する位置における磁力線6LのベクトルVは、磁気ヨーク10の移動方向であるX軸方向と実質的に直交するY軸方向に向いている。このため、磁気ヨーク10とセンサ部3と磁石6との相対位置の精度が及ぼす、センサ部3からの出力信号の波形への影響を抑制できる。その結果、本実施の形態の位置検出システム1によれば、小型化した場合であっても、磁気ヨーク10の移動量や磁気ヨーク10の絶対位置を正確に求めることができる。
[Effect of position detection system 1]
As described above, according to the
ところが、例えば図16の(A)〜(C)に示した参考例としての位置検出システムのように、磁石1006が、その磁石1006と磁気ヨーク1010の外縁1011とが対向するZ軸方向に沿った磁力線1006Lを発生させるものである場合には、磁気ヨーク1010とセンサ部1003と磁石1006との相対位置が、センサ部1003の検出精度に大きな影響を与えてしまう。具体的には、磁気ヨーク1010とセンサ部1003と磁石1006との相対位置が適切である場合には、図14の(B)に示したように、第1の信号S1001の波形および第2の信号S1002の波形は良好である。しかしながら、磁気ヨーク1010とセンサ部1003と磁石1006との相対位置がわずかにZ軸方向においてずれた場合、例えば図14の(A)に示したように第1の信号S1001の波形に歪みが生じたり、図14の(C)に示したように第2の信号S1002の波形に歪みが生じたりする。また、このような参考例の位置検出システムでは、磁気ヨーク1010のZ軸方向での相対位置のずれによっても、検出精度が低下しやすい。
However, for example, as in the position detection system as a reference example shown in FIGS. 16A to 16C, the
これに対し、本実施の形態の位置検出システム1によれば、上記参考例としての位置検出システムと比較して、磁気ヨーク10とセンサ部3と磁石6との相対位置の許容範囲が広い。このため、小型化した場合であっても、磁気ヨーク10とセンサ部3と磁石6との配置位置のずれに起因する位置検出精度の低下を回避しやすい。
On the other hand, according to the
また、本実施の形態の位置検出システム1によれば、被測定物としての移動体に磁気ヨーク10を固定し、磁気ヨーク10を移動させるようにしたので、例えば磁石を移動させる場合のように磁石に鉄粉などの磁性粉が付着しにくい。磁石に磁性粉が付着するとその磁石の形成する磁力線の向きに影響が及び、センサ部における検出精度が劣化することが懸念される。本実施の形態の位置検出システム1によれば、磁石6を移動させる必要がないので、検出モジュール2の内部に設置でき、磁石6に磁性粉が付着するのを回避できる。よって、磁石6への磁性粉の付着に伴う検出精度劣化の懸念を解消できる。
Further, according to the
また、本実施の形態の位置検出システム1によれば、センサ部3と磁石6との相対位置が一定に保持される構造であるので、センサ部3に必要とされる最低動作磁場強度が安定的に得られ、センサ部3の動作安定性に優れる。
Further, according to the
さらに、本実施の形態の位置検出システム1によれば、センサ部3に対し磁石6が移動しないので、すなわちセンサ部3と磁石6との距離は一定であるので、被測定物としての移動体の移動範囲によってセンサ部3の検出感度が低下することがない。被測定物としての移動体の移動範囲が広い場合には、磁気ヨーク10のX軸方向における移動可能長さL10(図3)を拡大することで対応できる。X軸方向における移動可能長さL10は、磁気ヨーク10の凹凸形状(X軸方向における周期)を変更することで調整できる。
Further, according to the
<2.第2の実施の形態>
次に、図9Aおよび図9Bを参照して、本発明における第2の実施の形態としての位置検出システム1Aの構成について説明する。上記第1の実施の形態の位置検出システム1は、1つの磁気ヨーク10および1つのセンサ部3に対し、1つの磁石6を備えるようにした。これに対し、第2の実施の形態の位置検出システム1Aは、図9Aおよび図9Bに示したように、1つのセンサ部3および1つの磁石6に対し、2つの磁気ヨーク10および磁気ヨーク20を配置したものである。すなわち、位置検出システム1Aは、1つの磁石6により磁場を形成し、同期して直進移動する2つの磁気ヨーク10,20のX軸方向の位置を検出するものである。位置検出システム1Aはこの点を除き、他は第1の実施の形態の位置検出システム1と実質的に同じ構成を有する。図9Aは、位置検出システム1Aのうち、2つの磁気ヨーク10,20および磁石6を表す斜視図であり、図9Bは、位置検出システム1Aのうち、2つの磁気ヨーク10,20、センサ部3および磁石6を表す正面図である。なお、位置検出システム1Aは本発明の「位置検出システム」に対応する一具体例であり、磁気ヨーク20は本発明の「第2の軟質強磁性体」に対応する一具体例である。
<2. Second Embodiment>
Next, the configuration of the
図9Aおよび図9Bに示したように、位置検出システム1Aでは、磁気ヨーク10と磁気ヨーク20とがY軸方向において対向するように配置されている。磁気ヨーク20は、磁気ヨーク10に対して平行をなすようにX軸方向に沿って延在すると共にY軸方向に厚みを有する板状部材である。磁気ヨーク20は、磁石6を含む検出モジュール2に対し、磁気ヨーク10と同期して+X方向および−X方向へ直進移動可能に設けられている。なお、磁気ヨーク20は、磁気ヨーク10と共通の移動体に固定されている。
As shown in FIGS. 9A and 9B, in the
磁気ヨーク20は、Z軸方向において検出モジュール2におけるセンサ部3および磁石6と対向する外縁12を有している。外縁12は、Z軸方向において、例えば磁石6から距離12D(図9A)の位置にある。ここで外縁12は、平坦ではなく、磁気ヨーク10の外縁11と同様に、例えば凸部12Tと凹部12Uとを含む凹凸形状を有している。より具体的には、外縁12は、Z軸方向における磁石6との距離12Dが例えば正弦曲線を描くようにX軸方向において周期的に変動する形状、すなわち連続する曲面を有する。凸部12Tは、Z軸方向において磁石6から第3の距離D3にある第3の外縁部分である。また、凹部12Uは、X軸方向において凸部12Tと異なる位置であってZ軸方向において磁石6から第4の距離D4にある第4の外縁部分である。ここで、第3の距離D3は、距離12Dのうちの最小値であり、第4の距離D4は、距離12Dのうちの最大値である。なお、本実施の形態の位置検出システム1Aでは、第1の距離D1と第3の距離D3とが等しく、第2の距離D2と第4の距離D4とが等しい。また、X軸方向における凸部12Tから凹部12Uまでの長さが、外縁12が描く正弦曲線の半周期の長さ0.5Tに相当する。なお、本実施の形態の位置検出システム1Aでは、外縁11が描く正弦曲線の1周期と外縁12が描く正弦曲線の1周期とは互いに等しい(1T)。但し、図9Bに示したように、外縁11の描く曲線の位相と、外縁12の描く曲線の位相とが0.5周期(0.5T)だけ異なっている。
The
磁気ヨーク20は、磁気ヨーク10と同様、例えばパーマロイなどの軟質強磁性体を主成分として含んでいる。
Like the
磁気ヨーク10および磁気ヨーク20は、X軸に沿った一体的な移動動作により、センサ部3に対して付与される磁石6からの磁場の磁力線6Lの周期的な変化をもたらすことができる。なお、磁石6は後出の図10〜図12に示すように、Y軸方向において磁気ヨーク10と磁気ヨーク20との間に配置されているとよい。
The
続いて、図10〜図13を参照し、図9Aなどに示した位置検出システム1Aの動作中における磁力線6Lの変化について説明する。
Subsequently, with reference to FIGS. 10 to 13, changes in the
図10は、位置検出システム1Aにおいて、磁気ヨーク10の凸部11Tおよび磁気ヨーク20の凹部12UがX軸方向におけるセンサ部3の中心位置CP3に到達した状態(以下、「第1の状態」という。)を表している。図10の第1の状態における磁気ヨーク10,20の位置を基準位置0Tとする。
FIG. 10 shows a state in which the
図11は、位置検出システム1Aにおいて、凸部11Tと凹部11UとのX軸方向の中間点、すなわち凸部12Tと凹部12UとのX軸方向の中間点が、センサ部3の中心位置CP3に到達した状態(以下、「第2の状態」という。)を表している。図11の第2の状態における磁気ヨーク10,20の移動量ΔXを0.25T(1/4周期)とする。
In FIG. 11, in the
図12は、位置検出システム1Aにおいて、磁気ヨーク10の凹部11Uおよび磁気ヨーク20の凸部12TがX軸方向におけるセンサ部3の中心位置CP3に到達した状態(以下、「第3の状態」という。)を表している。図12の第3の状態における磁気ヨーク10,20の移動量ΔXを0.5T(1/2周期)とする。
FIG. 12 shows a state in which the concave portion 11U of the
図10の(A)、(B)および(C)は、それぞれ、第1の状態における位置検出システム1Aのうちの磁気ヨーク10,20、センサ部3および磁石6を表す正面図、上面図および側面図である。
(A), (B) and (C) of FIG. 10 are a front view, a top view and a top view showing the
図11の(A)、(B)および(C)は、それぞれ、第2の状態における位置検出システム1Aのうちの磁気ヨーク10,20、センサ部3および磁石6を表す正面図、上面図および側面図である。
11 (A), (B) and (C) are front views, top views and top views showing the
図12の(A)、(B)および(C)は、それぞれ、第3の状態における位置検出システム1Aのうちの磁気ヨーク10,20、センサ部3および磁石6を表す正面図、上面図および側面図である。
(A), (B) and (C) of FIG. 12 are a front view, a top view and a top view showing the
さらに、図13の(A)は、センサ部3において検出される磁力線6Lの成分Bxと、磁気ヨーク10,20のX軸方向の移動量ΔXとの関係を表す特性図である。また、図13の(B)は、センサ部3において検出される磁力線6Lの成分Bzと、磁気ヨーク10,20のX軸方向の移動量ΔXとの関係を表す特性図である。
Further, FIG. 13A is a characteristic diagram showing the relationship between the component Bx of the
図10に示したように、第1の状態では、センサ部3を通過する磁力線6LのベクトルV0はX軸方向の成分Bxを含まず、Y軸方向の成分ByおよびZ軸方向の成分Bzのみを含む。但し、第1の状態ではベクトルV0の成分Bzが+Z方向である。このため、図13に示したように、移動量ΔX=0Tの基準位置では、成分Bxは0となる。一方、移動量ΔX=0Tの基準位置では、成分Bzは最大値HZとなる。
As shown in FIG. 10, in the first state, the vector V0 of the
図11に示したように、磁気ヨーク10,20が第1の状態から+X方向へ0.25T移動した第2の状態では、センサ部3を通過する磁力線6LのベクトルV0.25はZ軸方向の成分Bzを含まず、X軸方向の成分BxおよびY軸方向の成分Byのみを含む。但し、第2の状態ではベクトルV0.25の成分Bxが+X方向である。このため、図13に示したように、移動量ΔX=0.25Tの位置では、成分Bxは最大値HXとなり、成分Bzは0となる。
As shown in FIG. 11, in the second state in which the
図12に示したように、磁気ヨーク10,20が第1の状態から+X方向へ0.5T移動した第3の状態では、図10の第1の状態と同様、センサ部3を通過する磁力線6LのベクトルV0.5はX軸方向の成分Bxを含まず、Y軸方向の成分ByおよびZ軸方向の成分Bzのみを含む。但し、図10の第1の状態ではベクトルV0の成分Bzが+Z方向であったのに対し、図12の第3の状態ではベクトルV0.5の成分Bzは−Z方向である。このため、図13に示したように、移動量ΔX=0.5Tの位置では、成分Bxは0となり、成分Bzは最小値LZとなる。
As shown in FIG. 12, in the third state in which the
このように、第2の実施の形態の位置検出システム1Aにおいても、成分Bxの変化および成分Bzの変化をそれぞれ含む第1の信号S1および第2の信号S2を利用して、磁気ヨーク10,20のX軸方向に沿った移動量ΔXを求めることができる。したがって、上記第1の実施の形態の位置検出システム1と同様の効果が期待できる。
As described above, also in the
そのうえ、第2の実施の形態の位置検出システム1Aでは、移動方向であるX軸方向と直交するY軸方向において隣り合う2枚の磁気ヨーク10および磁気ヨーク20を有するようにしたので、第1の実施の形態と比較して、検出精度に対するY軸方向におけるセンサ部3および磁石6の位置ずれの影響が、より低減される。これは、1枚の磁気ヨークの場合と比べて磁石6から発生する磁場における移動方向であるX軸方向に沿った成分Bxの振幅と、磁石6から発生する磁場におけるZ軸方向に沿ったBz成分の振幅とがそれぞれ2倍になり、S/N比が向上するためである。
Moreover, since the
さらに、磁気ヨーク10と磁気ヨーク20との間にセンサ部3を配置することにより、例えばセンサ部3がY軸方向に沿って磁気ヨーク10から遠ざかる方向にずれた場合、センサ部3は必然的にY軸方向に沿って磁気ヨーク20に近づくこととなる。このため、磁気ヨーク10から遠ざかることでセンサ部3に及ぶ磁場の磁束密度が低下したとしても、磁気ヨーク20がセンサ部3に近づくことによりセンサ部3に及ぶ磁場の磁束密度が補完されることとなる。したがって、本実施の形態の位置検出システム1Aによれば、センサ部3と磁気ヨーク10,20とのY軸方向における位置ずれの影響によって検出感度が低下するのを防ぐことができる。
Further, by arranging the
<3.第3の実施の形態>
次に、図14A〜図14Cを参照して、本発明における第3の実施の形態としての位置検出システム1Bの構成について説明する。上記第2の実施の形態の位置検出システム1Aは、2つの磁気ヨーク10,20および1つのセンサ部3に対し、1つの磁石6を備えるようにした。これに対し、第3の実施の形態の位置検出システム1Bは、図14Aおよび図14Bに示したように、1つのセンサ部3に対し、2つの磁気ヨーク10および磁気ヨーク20と2つの磁石6Aおよび磁石6Bを配置したものである。すなわち、位置検出システム1Bは、2つの磁石6A,6Bにより磁場を形成し、同期して直進移動する2つの磁気ヨーク10,20のX軸方向の位置を検出するものである。位置検出システム1Bはこの点を除き、他は第2の実施の形態の位置検出システム1Aと実質的に同じ構成を有する。図14Aは、位置検出システム1Bのうち、2つの磁気ヨーク10,20および2つの磁石6A,6Bを表す斜視図であり、図14Bは、位置検出システム1Bのうち、2つの磁気ヨーク10,20、センサ部3および2つの磁石6A,6Bを表す正面図である。また、図14Cは、位置検出システム1Bのうち、センサ部3と2つの磁石6A,6Bとを表す斜視図である。なお、位置検出システム1Bは本発明の「位置検出システム」に対応する一具体例であり、磁石6Aおよび磁石6Bは、それぞれ本発明の「第1の磁石」および「第2の磁石」に対応する一具体例である。
<3. Third Embodiment>
Next, the configuration of the
図14Aおよび図14Bに示したように、位置検出システム1Bでは、磁石6Aおよび磁石6Bは、磁気ヨーク10,20が移動するX軸方向に沿って離間して隣り合うように配置されている。センサ部3は、X軸方向において磁石6Aと磁石6Bとの間に配置され、磁石6Aおよび磁石6Bと磁気ヨーク10,20とが対向するZ軸方向において磁石6Aおよび磁石6Bと磁気ヨーク10,20との間に配置されている。図14Cに示したように、磁石6Aおよび磁石6Bは、いずれもY軸方向に沿って着磁されており、それぞれ磁力線6ALおよび磁力線6BLを含む磁場を発生させるようになっている。磁力線6ALおよび磁力線6BLは、それぞれ、それらがセンサ部3を通過する位置においてY軸に沿った方向の、実質的に互いに平行のベクトルを有する。
As shown in FIGS. 14A and 14B, in the
なお、磁石6Aおよび磁石6Bは、Y軸方向において磁気ヨーク10と磁気ヨーク20との間に配置されているとよい。
The
このように、第3の実施の形態の位置検出システム1Bにおいても、上記第1の実施の形態の位置検出システム1および上記第2の実施の形態の位置検出システム1Aと同様の効果が期待できる。そのうえ、第3の実施の形態の位置検出システム1Bでは、隣接配置された磁石6Aおよび磁石6Bにより磁力線6ALおよび磁力線6BLを発生させ、それら磁力線6ALおよび磁力線6BLがセンサ部3を通過する位置において、磁力線6ALおよび磁力線6BLがY軸に沿った方向のベクトルを有するようにした。このため、センサ部3の近傍において磁力線6ALと磁力線6BLとが反発し合う不安定領域が生じ、その不安定領域の近傍を例えば磁気ヨーク10の凸部11Tが通過した際に磁力線6ALのベクトルの向きおよび磁力線6BLのベクトルの向きが敏感に変化することとなる。よって、第3の実施の形態の位置検出システム1Bでは、第1の実施の形態の位置検出システム1および第2の実施の形態の位置検出システム1Aと比較して、センサ部3においてより大きな出力変化が得られる。
As described above, the
<4.変形例>
以上、いくつかの実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明はそれらの実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施の形態では、第1の軟質強磁性体および第2の軟質強磁性体の各々の外縁が正弦曲線を描くように曲面をなす凹凸形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、矩形状の外縁であってもよい。
<4. Modification example>
Although the present invention has been described above with reference to some embodiments, the present invention is not limited to those embodiments, and various modifications are possible. For example, in each of the above embodiments, the outer edges of the first soft ferromagnet and the second soft ferromagnet are curved so as to draw a sinusoidal curve, but the present invention is limited to this. Not done. For example, it may be a rectangular outer edge.
また、上記第3の実施の形態では、1つのセンサ部に対し2つの磁気ヨークと2つの磁石とを配置するようにしたが、例えば1つのセンサ部に対し、1つの磁気ヨークと2つの磁石とを配置するようにしてもよい。 Further, in the third embodiment, two magnetic yokes and two magnets are arranged for one sensor unit. For example, one magnetic yoke and two magnets are arranged for one sensor unit. And may be arranged.
また、上記各実施の形態における各図面では、1つの磁気ヨークの外縁が1つの凸部と1つの凹部とを有するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図15に示した変形例としての位置検出システム1Cのように、磁気ヨーク10C,20Cの各々の外縁11,12が複数の凸部と複数の凹部とが交互にX軸方向に繰り返し配置されるものであってもよい。
Further, in each drawing in each of the above-described embodiments, the outer edge of one magnetic yoke has one convex portion and one concave portion, but the present invention is not limited thereto. For example, as in the position detection system 1C as a modification shown in FIG. 15, the
また、磁気ヨークのX軸方向における移動可能長さは、その外縁のX軸方向における1周期の長さよりも長くてもよい。 Further, the movable length of the magnetic yoke in the X-axis direction may be longer than the length of one cycle in the X-axis direction of the outer edge thereof.
また、上記実施の形態等では、磁気検出部が2つの磁気検出素子を備えるようにしたが、本発明では、磁気検出素子の数は2に限定されず、1つのみでもよいし、3以上備えるようにしてもよい。但し、3以上の磁気検出素子を備える場合、それらが互いに異なる位相の信号を出力することが望ましい。 Further, in the above-described embodiment and the like, the magnetic detection unit is provided with two magnetic detection elements, but in the present invention, the number of magnetic detection elements is not limited to two, and may be only one, or three or more. You may be prepared. However, when three or more magnetic detector elements are provided, it is desirable that they output signals having different phases.
また、上記第1の実施の形態では、磁気検出素子として、磁気抵抗効果素子をそれぞれ含む磁気センサ31および磁気センサ32を例示して説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明の磁気検出素子は、磁場の向き(角度)の変化を検出できる素子であれば特に限定されず、例えばホール素子であってもよい。
Further, in the first embodiment, the
また、本発明の磁気検出部は、互いに直交する第1の検知軸および第2の検知軸を有する2軸の磁気検出素子を1以上備えていてもよい。あるいは、本発明の磁気検出部は、第1の検知軸を有する第1の磁気検出素子と、その第1の検知軸と直交する第2の検知軸を有する第2の磁気検出素子とを近接配置した磁気検出素子対を、複数備えるようにしてもよい。上記した2軸の磁気検出素子を複数箇所に配置する場合、および、上記した磁気検出素子対を複数箇所に配置する場合、それらの配置ピッチは、いずれにおいても、軟質強磁性体の移動方向では、例えば軟質強磁性体の凸部の配置ピッチと一致していることが望ましい。 Further, the magnetic detection unit of the present invention may include one or more two-axis magnetic detection elements having a first detection axis and a second detection axis orthogonal to each other. Alternatively, the magnetic detector of the present invention is in close proximity to a first magnetic detector having a first detection axis and a second magnetic detector having a second detection axis orthogonal to the first detection axis. A plurality of arranged magnetic detector element pairs may be provided. When the above-mentioned two-axis magnetic detection elements are arranged at a plurality of locations and when the above-mentioned magnetic detection element pairs are arranged at a plurality of locations, the arrangement pitch thereof is in the moving direction of the soft ferromagnet. For example, it is desirable that it matches the arrangement pitch of the convex portion of the soft ferromagnet.
1,1A〜1C…位置検出システム、10,20…磁気ヨーク、11,12…外縁、11T,12T…凸部、11U,12U…凹部、2…検出モジュール、3…センサ部、31,32…磁気センサ、4…演算回路、46…角度演算部、47…位置演算部、6,6A,6B…磁石、6L…磁力線、7…基板。 1,1A to 1C ... Position detection system, 10,20 ... Magnetic yoke, 11,12 ... Outer edge, 11T, 12T ... Convex part, 11U, 12U ... Concave part, 2 ... Detection module, 3 ... Sensor part, 31,32 ... Magnetic sensor, 4 ... calculation circuit, 46 ... angle calculation unit, 47 ... position calculation unit, 6, 6A, 6B ... magnet, 6L ... magnetic field lines, 7 ... substrate.
Claims (14)
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って延在し、前記第1の磁石に対し前記第2の方向に沿って直進移動可能であり、前記第1の方向および前記第2の方向の双方と直交する第3の方向において前記第1の磁石から第1の距離にある第1の外縁部分と前記第2の方向において前記第1の外縁部分と異なる位置であって前記第3の方向において前記第1の磁石から第2の距離にある第2の外縁部分とを含む凹凸形状の第1の外縁を有する第1の軟質強磁性体と、
前記第1の磁石に対する相対位置が一定に維持され、前記第1の軟質強磁性体が静止した状態において、前記第1の磁力線が自らを前記第1の方向に通過するように設けられた磁気検出部と、
前記第1の軟質強磁性体と前記第1の方向において対向するように配置され、前記第2の方向に沿って延在し、前記第1の磁石に対し前記第2の方向に沿って前記第1の軟質強磁性体と同期して直進移動可能であり、前記第3の方向において前記第1の磁石から第3の距離にある第3の外縁部分と前記第2の方向において前記第3の外縁部分と異なる位置であって前記第3の方向において前記第1の磁石から第4の距離にある第4の外縁部分とを含む凹凸形状の第2の外縁を有する第2の軟質強磁性体と
を備え、
前記第1の軟質強磁性体の前記第1の外縁は、前記第3の方向における前記第1の磁石との距離が前記第2の方向において第1の長さを1周期として周期的に変動する形状を有し、
前記第2の軟質強磁性体の前記第2の外縁は、前記第3の方向における前記第1の磁石との距離が前記第2の方向において前記第1の長さを1周期として周期的に変動する形状を有し、
前記第1の外縁の位相と、前記第2の外縁の位相とが0.5周期だけ異なっている
位置検出システム。 A first magnet having a magnetized magnetism in the first direction and forming a first magnetic field containing a first field line,
It extends along a second direction orthogonal to the first direction, can move straight along the second direction with respect to the first magnet, and can move straight along the first direction and the second direction. The third outer edge portion at a first distance from the first magnet in a third direction orthogonal to both directions and a position different from the first outer edge portion in the second direction. A first soft ferromagnetic material having a first outer edge having a concavo-convex shape including a second outer edge portion at a second distance from the first magnet in the direction of
The magnetism provided so that the first magnetic field line passes through itself in the first direction while the relative position with respect to the first magnet is maintained constant and the first soft ferromagnet is stationary. a detection unit,
Arranged so as to face the first soft ferromagnet in the first direction, extend along the second direction, and with respect to the first magnet, said in the second direction. It can move straight in synchronization with the first soft ferromagnet, and has a third outer edge portion at a third distance from the first magnet in the third direction and the third in the second direction. A second soft ferromagnetism having a second outer edge having a concavo-convex shape including a fourth outer edge portion at a position different from the outer edge portion of the magnet and at a fourth distance from the first magnet in the third direction. With the body
With
The first outer edge of the first soft ferromagnet periodically fluctuates in the second direction with the first length as one cycle in the distance from the first magnet in the third direction. Has a shape to
The second outer edge of the second soft ferromagnet periodically has a distance from the first magnet in the third direction with the first length as one cycle in the second direction. Has a fluctuating shape
A position detection system in which the phase of the first outer edge and the phase of the second outer edge are different by 0.5 period.
請求項1記載の位置検出システム。 The first aspect of the first soft ferromagnet has a shape in which the distance from the first magnet in the third direction periodically fluctuates in the second direction. Position detection system.
請求項2記載の位置検出システム。 The position detection system according to claim 2, wherein the movable length of the first soft ferromagnet in the second direction is equal to or less than the length of one cycle in the second direction of the first outer edge. ..
請求項2または請求項3に記載の位置検出システム。 The position detection system according to claim 2 or 3, wherein the first outer edge includes a continuous first curve.
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の位置検出システム。 The position according to any one of claims 1 to 4, wherein the magnetic detector is provided between the first magnet and the first soft ferromagnet in the third direction. Detection system.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の位置検出システム。 The first center position of the magnetic detector in the first direction and the second center position of the first soft ferromagnet in the first direction are different in the first direction. The position detection system according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の位置検出システム。 The first outer edge includes a continuous first curved surface, and the second outer edge includes a continuous second curved surface.
The position detection system according to any one of claims 1 to 6.
前記磁気検出部は、周期的に変動する前記第1の磁力線の方向を検出する
請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の位置検出システム。 As the first soft ferromagnet moves in the second direction, the direction of the first magnetic field line fluctuates periodically.
The position detection system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the magnetic detector detects the direction of the first magnetic field line that fluctuates periodically.
前記第1の方向と直交する第2の方向に沿って延在し、前記第1の磁石に対し前記第2の方向に沿って直進移動可能であり、前記第1の方向および前記第2の方向の双方と直交する第3の方向において前記第1の磁石から第1の距離にある第1の外縁部分と前記第2の方向において前記第1の外縁部分と異なる位置であって前記第3の方向において前記第1の磁石から第2の距離にある第2の外縁部分とを含む凹凸形状の第1の外縁を有する第1の軟質強磁性体と、
前記第1の磁石に対する相対位置が一定に維持され、前記第1の軟質強磁性体が静止した状態において、前記第1の磁力線が自らを前記第1の方向に通過するように設けられた磁気検出部と、
前記磁気検出部に対し、前記磁気検出部を前記第1の方向に通過する第2の磁力線を含む第2の磁場を形成する第2の磁石と
を備えた位置検出システム。 A first magnet having a magnetized magnetism in the first direction and forming a first magnetic field containing a first field line,
It extends along a second direction orthogonal to the first direction, can move straight along the second direction with respect to the first magnet, and can move straight along the first direction and the second direction. The third outer edge portion at a first distance from the first magnet in a third direction orthogonal to both directions and a position different from the first outer edge portion in the second direction. A first soft ferromagnetic material having a first outer edge having a concavo-convex shape including a second outer edge portion at a second distance from the first magnet in the direction of
The magnetism provided so that the first magnetic field line passes through itself in the first direction while the relative position with respect to the first magnet is maintained constant and the first soft ferromagnet is stationary. With the detector
To said magnetic detection unit, and a second magnet forming a second magnetic field including the second magnetic force lines passing through the magnetic detection portion in the first direction
Position detection system comprising a.
請求項9記載の位置検出システム。 The magnetic detection unit, the first soft between the ferromagnetic member and the first magnet or the first claim is disposed between the soft ferromagnetic body and the second magnet 9, The described position detection system.
請求項9または請求項10に記載の位置検出システム。 The position detection system according to claim 9 or 10 , wherein the first magnet and the second magnet are adjacent to each other in the second direction.
請求項11記載の位置検出システム。 The position detection system according to claim 11 , wherein the magnetic detection unit is arranged between the first magnet and the second magnet in the second direction.
請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の位置検出システム。 From claim 1, the magnetic detection unit includes a first magnetic detection element having a first detection axis and a second magnetic detection element having a second detection axis intersecting the first detection axis. The position detection system according to any one of claims 12.
請求項13記載の位置検出システム。 13. The position detection system according to claim 13, wherein the first detection axis substantially coincides with the second direction, and the second detection axis substantially coincides with the third direction.
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