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).

特許5013146号Patent No. 501146

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 Patent Document 1, the detection target is more than the arrangement pitch of a plurality of magnetic members. It is a necessary condition that the amount of movement of the object is small. Therefore, when the amount of movement of the object to be detected is large, the arrangement pitch of the plurality of magnetic members must be increased.

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.

第1の実施の形態としての位置検出システムの全体構成例を表す概略図である。It is the schematic which shows the whole structure example of the position detection system as 1st Embodiment. 図1に示した位置検出システムの一部構成を模式的に表す斜視図である。It is a perspective view which shows the partial structure of the position detection system shown in FIG. 1 schematically. 図1に示した位置検出システムの一部構成を模式的に表す正面図である。It is a front view which shows the partial structure of the position detection system shown in FIG. 1 schematically. 図1に示した検出モジュールの一部構成を模式的に表す斜視図である。It is a perspective view which shows the partial structure of the detection module shown in FIG. 1 schematically. 図1に示した位置検出システムの一部構成を模式的に表す側面図である。It is a side view which shows the partial structure of the position detection system shown in FIG. 1 schematically. 図4に示した磁気センサの回路構成を表す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the magnetic sensor shown in FIG. 図4に示した磁気センサの要部構成を拡大して表す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the main part structure of the magnetic sensor shown in FIG. 4 in an enlarged manner. 図1に示した位置検出システムの挙動を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the behavior of the position detection system shown in FIG. 図1に示した位置検出システムの挙動を説明するための他の説明図である。It is another explanatory diagram for demonstrating the behavior of the position detection system shown in FIG. 第2の実施の形態としての位置検出システムの一部構成例を模式的に表す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the partial configuration example of the position detection system as the 2nd Embodiment. 図9Aに示した位置検出システムの一部構成例を模式的に表す正面図である。9 is a front view schematically showing a partial configuration example of the position detection system shown in FIG. 9A. 図9に示した位置検出システムの動作中における磁力線の変化を模式的に表す第1の説明図である。FIG. 5 is a first explanatory diagram schematically showing changes in magnetic field lines during the operation of the position detection system shown in FIG. 9. 図9に示した位置検出システムの動作中における磁力線の変化を模式的に表す第2の説明図である。FIG. 2 is a second explanatory diagram schematically showing changes in magnetic field lines during the operation of the position detection system shown in FIG. 9. 図9に示した位置検出システムの動作中における磁力線の変化を模式的に表す第3の説明図である。FIG. 3 is a third explanatory diagram schematically showing changes in magnetic field lines during the operation of the position detection system shown in FIG. 9. 図9に示した位置検出システムにおける、磁気ヨークの移動量とセンサ部からの出力との関係を表す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of movement of the magnetic yoke and the output from the sensor unit in the position detection system shown in FIG. 第3の実施の形態としての位置検出システムの一部構成例を模式的に表す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the partial configuration example of the position detection system as the 3rd Embodiment. 図14Aに示した位置検出システムの一部構成例を模式的に表す正面図である。FIG. 6 is a front view schematically showing a partial configuration example of the position detection system shown in FIG. 14A. 図14Aに示した位置検出システムの一部構成例を模式的に表す他の斜視図である。FIG. 14 is another perspective view schematically showing a partial configuration example of the position detection system shown in FIG. 14A. 本発明の変形例としての位置検出システムの一部構成例を模式的に表す斜視図である。It is a perspective view which shows the partial configuration example of the position detection system as a modification of this invention schematically. 参考例としての位置検出システムの一部構成例を模式的に表す正面図である。It is a front view which shows typically the partial configuration example of the position detection system as a reference example.

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 position detection system 1 as the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an overall configuration example of the position detection system 1. Further, FIG. 2 is a perspective view showing the main components of the position detection system 1, and FIG. 3 is a front view showing the main components of the position detection system 1. Note that FIG. 2 shows only the magnetic yoke 10 and the magnet 6 described later, and FIG. 3 shows only the magnetic yoke 10, the magnet 6 and the sensor unit 3 described later.

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 position detection system 1 includes a magnetic yoke 10 fixed to a moving body as an object to be measured, and a detection module 2 for detecting the position of the magnetic yoke 10 in the X-axis direction. ing. The position detection system 1 is a specific example corresponding to the "position detection system" of the present invention.

(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 magnetic yoke 10 is a plate-shaped member that extends so as to have the X-axis direction as the longitudinal direction and has a thickness in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction. The magnetic yoke 10 is provided so as to be movable linearly in the + X direction and the −X direction along the X axis with respect to the detection module 2 including the magnet 6. The magnetic yoke 10 has an outer edge 11 facing the sensor unit 3 and the magnet 6 in the detection module 2 in the Z-axis direction. The Z-axis direction is orthogonal to both the X-axis direction and the Y-axis direction. The outer edge 11 is located at a distance of 11D (FIG. 2) from, for example, the magnet 6 in the Z-axis direction. Here, the outer edge 11 is not flat and has a concave-convex shape including, for example, a convex portion 11T and a concave portion 11U. More specifically, the outer edge 11 has a shape in which the distance 11D from the magnet 6 in the Z-axis direction periodically fluctuates in the X-axis direction so as to draw a sinusoidal curve, that is, a continuous curved surface. The convex portion 11T is a first outer edge portion at a first distance D1 from the magnet 6 in the Z-axis direction. Further, the concave portion 11U is a second outer edge portion located at a position different from the convex portion 11T in the X-axis direction and at a second distance D2 from the magnet 6 in the Z-axis direction. Here, the first distance D1 is the minimum value of the distance 11D, and the second distance D2 is the maximum value of the distance 11D. The length from the convex portion 11T to the concave portion 11U in the X-axis direction corresponds to the half-period length 0.5T of the sinusoidal curve drawn by the outer edge 11. The magnetic yoke 10 contains a soft ferromagnet such as permalloy as a main component.

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 magnetic yoke 10 in the X-axis direction is preferably equal to or less than the length 1T of one cycle in the X-axis direction of the outer edge 11. This is because the absolute position of the magnetic yoke 10 as a moving body in the X-axis direction can be easily specified. The start point and the end point of the movable length L10 may be the same as or different from the position of the convex portion 11T and the position of the concave portion 11U in the X-axis direction.

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 magnetic yoke 10 can bring about a periodic change of the magnetic field line 6L (described later) of the magnetic field from the magnet 6 applied to the sensor unit 3 by its own moving motion along the X axis. The magnetic yoke 10 is a specific example corresponding to the "first soft ferromagnet" of the present invention.

(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 detection module 2 includes a sensor unit 3, an arithmetic circuit 4, and a magnet 6. Of the detection modules 2, the sensor unit 3 and the arithmetic circuit 4 are provided on the same substrate 7 as shown in FIG. 4, for example, but the present invention is not limited to this, and the sensor unit 3 and the arithmetic circuit 4 are provided on a plurality of different substrates. You may be. Note that FIG. 4 is a perspective view schematically showing an outline of a partial configuration of the detection module 2 shown in FIG. Here, the sensor unit 3 is a specific example corresponding to the "magnetic detector unit" of the present invention. Further, the magnet 6 is a specific example corresponding to the "first magnet" of the present invention.

(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 sensor unit 3 has a magnetic sensor 31 and a magnetic sensor 32. The magnetic sensor 31 detects a change in the magnetic field line 6L (described later) of the magnetic field due to the movement of the magnetic yoke 10 in the + X direction or the movement in the −X direction, and outputs the first signal S1 to the arithmetic circuit 4. It has become. Similarly, the magnetic sensor 32 detects a change in the magnetic field line 6L of the magnetic field due to the movement of the magnetic yoke 10 and outputs a second signal S2 to the arithmetic circuit 4.

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 magnetic sensor 31 has a detection axis J31 along the X-axis direction, and the magnetic sensor 32 has a detection axis J32 along the Z-axis direction so as to be substantially orthogonal to the detection axis J31. Have. Therefore, the phase of the first signal S1 and the phase of the second signal S2 are different from each other. For example, when the first signal S1 represents a change in resistance value according to sinθ with respect to the amount of movement ΔX (see FIGS. 2 and 3) of the magnetic yoke 10 in the X-axis direction, the second signal S2 follows cosθ. It represents the change in resistance value.

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 detection module 2. As shown in FIG. 5, the sensor unit 3 is provided between the magnet 6 and the magnetic yoke 10 in the Z-axis direction in which the magnet 6 and the magnetic yoke 10 face each other. They are arranged apart from both sides. Further, the center position CP3 of the sensor unit 3 in the Y-axis direction and the center position CP10 of the magnetic yoke 10 in the Y-axis direction are different in the Y-axis direction. In particular, in the present embodiment, the sensor unit 3 is provided at a position deviated from the position where it overlaps with the magnetic yoke 10 in the Z-axis direction.

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 sensor unit 3. As shown in FIG. 6, the magnetic sensor 31 is different from the Wheatstone bridge circuit (hereinafter, simply bridge circuit) 24 including, for example, four magneto-resistive effect (MR) elements 23 (23A to 23D). Includes a detector 25. Similarly, the magnetic sensor 32 includes a bridge circuit 27 including four MR elements 26 (26A to 26D) and a difference detector 28.

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 bridge circuit 24, one ends of the MR element 23A and the MR element 23B are connected at the connection point P1, one ends of the MR element 23C and the MR element 23D are connected at the connection point P2, and the other end of the MR element 23A and the MR element are connected. The other end of the 23D is connected at the connection point P3, and the other end of the MR element 23B and the other end of the MR element 23C are connected at the connection point P4. Here, the connection point P3 is connected to the power supply Vcc, and the connection point P4 is grounded. The connection points P1 and P2 are each connected to the input side terminal of the difference detector 25. The difference detector 25 has a potential difference between the connection point P1 and the connection point P2 when a voltage is applied between the connection point P3 and the connection point P4 (voltage drop generated in each of the MR elements 23A and 23D). The difference) is detected and output as the first signal S1 to the arithmetic circuit 4. Similarly, in the bridge circuit 27, one ends of the MR element 26A and the MR element 26B are connected at the connection point P5, one ends of the MR element 26C and the MR element 26D are connected at the connection point P6, and the other end of the MR element 26A. And the other end of the MR element 26D are connected at the connection point P7, and the other end of the MR element 26B and the other end of the MR element 26C are connected at the connection point P8. Here, the connection point P7 is connected to the power supply Vcc, and the connection point P8 is grounded. The connection points P5 and P6 are connected to the input side terminals of the difference detector 28, respectively. The difference detector 28 has a potential difference between the connection point P5 and the connection point P6 when a voltage is applied between the connection point P7 and the connection point P8 (voltage drop generated in each of the MR elements 26A and 26D). The difference) is detected and output as a second signal S2 to the arithmetic circuit 4.

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 MR elements 23A to 23D and 26A to 26D. That is, the resistance values of the MR elements 23A and 23C change (increase or decrease) in the same direction according to the change of the external magnetic field, and the resistance values of the MR elements 23B and 23D all change in the signal magnetic field. It means that the MR elements 23A and 23C change (decrease or increase) in the opposite direction to the MR elements 23A and 23C. Further, the changes in the resistance values of the MR elements 26A and 26C are 90 ° out of phase with respect to the changes in the resistance values of the MR elements 23A to 23D according to the change in the signal magnetic field from the outside. Each of the resistance values of the MR elements 26B and 26D changes in the opposite direction to the MR elements 26A and 26C according to the change of the signal magnetic field. Therefore, for example, when the magnetic yoke 10 of the position detection system 1 moves, the resistance values of the MR elements 23A and 23C increase and the resistance values of the MR elements 23B and 23D decrease in a certain angle range. At that time, the resistance values of the MR elements 26A and 26C change with a delay (or advance) of, for example, 90 ° from the change of the resistance values of the MR elements 23A and 23C, and the resistance values of the MR elements 26B and 26D are the MR elements. The changes in the resistance values of 23B and 23D are delayed (or advanced) by 90 °.

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 magnet 6 is not applied. The magnetization fixing layer SS1, the intermediate layer SS2, and the magnetization free layer SS3 may all have a single-layer structure or a multilayer structure composed of a plurality of layers.

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 MR elements 23A to 23D of the bridge circuit 24 in the magnetic sensor 31, respectively. The signals e1 and e2 extracted from the connection points P1 and P2 of the bridge circuit 24 flow into the difference detector 25, respectively. Here, the signal e1 represents a resistance change that changes according to Acos (+ γ) + B (both A and B are constants) when the angle formed by the magnetization JS1 and the magnetization JS3 is γ, and the signal e2 represents Acos (−γ). ) Represents a resistance change that changes according to + B. On the other hand, the current I3 or the current I4, in which the current I10 from the power supply Vcc is divided at the connection point P7, is supplied to the MR elements 26A to 26D of the bridge circuit 27 in the magnetic sensor 32, respectively. The signals e3 and e4 extracted from the connection points P5 and P6 of the bridge circuit 27 flow into the difference detector 28, respectively. Here, the signal e3 represents a resistance change that changes according to Asin (+ γ) + B, and the signal e4 represents a resistance change that changes according to Asin (−γ) + B. Further, the first signal S1 from the difference detector 25 and the second signal S2 from the difference detector 28 flow into the arithmetic circuit 4. In the arithmetic circuit 4, the resistance value corresponding to tanγ is calculated. Here, since γ corresponds to the movement amount ΔX of the magnetic yoke 10 with respect to the sensor unit 3, the movement amount ΔX of the magnetic yoke 10 can be obtained.

(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 arithmetic circuit 4 includes, for example, a low-pass filter (LPF) 42A, 42B, an A / D conversion unit 43A, 43B, filters 44A, 44B, and a waveform shaping unit 45. It has an angle calculation unit 46 and a position calculation unit 47.

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-pass filter 42A is connected to the magnetic sensor 31, and the first signal S1 is input from the magnetic sensor 31. The first signal S1 input to the low-pass filter 42A is input to the waveform shaping unit 45 via the A / D conversion unit 43A and the filter 44A. Similarly, the low-pass filter 42B is connected to the magnetic sensor 32, and the second signal S2 is input from the magnetic sensor 32. The second signal S2 input to the low-pass filter 42B is input to the waveform shaping unit 45 via the A / D conversion unit 43B and the filter 44B.

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 waveform shaping unit 45 shapes the waveform of, for example, the first signal S1 transmitted from the magnetic sensor 31 and the second signal S2 transmitted from the magnetic sensor 32. The waveform shaping unit 45 performs, for example, a detection circuit that detects a difference in offset voltage, a difference in amplitude, or a difference in the relative position between the magnetic sensor 31 and the magnetic sensor 32 and the magnetic yoke 10, and corrects the difference. Includes a compensation circuit.

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 angle calculation unit 46 and the position calculation unit 47 are IC circuits that calculate the magnitude of the movement amount ΔX along the X-axis direction of the magnetic yoke 10 based on the first signal S1 and the second signal S2. .. The angle calculation unit 46 calculates a change in the angle of the magnetic field line 6L based on the first signal S1 and the second signal S2. The position calculation unit 47 calculates the movement amount ΔX of the magnetic yoke 10 based on the information on the change in the angle of the magnetic field line 6L by the angle calculation unit 46, and outputs a third signal S3 including information on the movement amount ΔX to the outside. It is designed to do.

(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 magnet 6 is located on the opposite side of the magnetic yoke 10 with the sensor unit 3 interposed therebetween. The magnet 6 applies a magnetic field including magnetic field lines 6L toward the magnetic yoke 10 and the sensor unit 3. The sensor unit 3 detects a change in the direction of the magnetic field line 6L by the magnetic sensor 31 and the magnetic sensor 32. As shown in FIG. 5, the magnetic field applied by the magnet 6 to the sensor unit 3 has a magnetic field line 6L in the direction along the Y axis at a position passing through the sensor unit 3. The direction of the magnetic field line 6L changes periodically due to the linear movement of the magnetic yoke 10 in the X-axis direction. When the magnetic yoke 10 is stationary with respect to the magnet 6 and the sensor unit 3, the direction of the magnetic field line 6L passing through the sensor unit 3 is a direction along the Y axis substantially orthogonal to the moving direction of the magnetic yoke 10. .. The direction along the Y-axis here is not limited to a direction that is completely parallel to the Y-axis, that is, 0 °, and means, for example, a direction that forms an angle of ± 30 ° or less with respect to the Y-axis. Therefore, the center of the amplitude in the direction of the fluctuating magnetic field line 6L is preferably 0 °, which is exactly the same as the Y axis, for example, but it may be tilted at an angle of ± 30 ° or less with the 0 ° as the center. Further, the larger the amplitude in the direction of the fluctuating magnetic field lines 6L is, the better, but it is substantially about ± 5 °. Here, in a state where the recess 11U of the magnetic yoke 10 is closest to the magnet 6, the direction of the magnetic field line 6L substantially coincides with the Y-axis direction at the position where it passes through the sensor unit 3. The magnetizing direction J6 of the magnet 6 may substantially coincide with, for example, the Y-axis direction.

[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 position detection system 1 of the present embodiment, the movement amount ΔX of the magnetic yoke 10 in the X-axis direction can be detected by the detection module 2 including the sensor unit 3, the calculation circuit 4, and the magnet 6.

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 position detection system 1, as the magnetic yoke 10 moves straight along the X-axis direction, the convex portion 11T of the magnetic yoke 10 approaches or moves away from the magnet 6. Along with such an operation, the vector of the magnetic field line 6L generated by the magnet 6 changes sequentially. Specifically, for example, as shown in FIG. 8A, when the convex portion 11T of the magnetic yoke 10 is close to the magnet 6, the magnetic field line 6L1 generated by the magnet 6 is slightly tilted with respect to the Y-axis direction. It has a vector V1. On the other hand, when the convex portion 11T of the magnetic yoke 10 is away from the magnet 6, that is, when the concave portion 11U is close to the magnet 6, the magnetic field line 6L0 generated by the magnet 6 is substantially in the Y-axis direction. It has a matching vector V0. Therefore, as the magnetic yoke 10 moves straight along the X-axis direction, that is, with the continuous change in the relative position of the convex portion 11T with respect to the magnet 6, as shown in FIG. 8B, the vector V of the magnetic field line 6L becomes Precession will be carried out. In FIG. 8B, the convex portion T moves in the order of the convex portion 11T1, the convex portion 11T2, and the convex portion 11T3. At this time, the cycle of approaching the convex portion 11T with respect to the magnet 6 coincides with the cycle of change of the vector V of the magnetic field line 6L. The sensor unit 3 outputs a first signal S1 and a second signal S2 containing the component Bx along the X-axis direction and the component Bz along the Z-axis direction, respectively. Using the first signal S1 and the second signal S2, the movement amount ΔX of the magnetic yoke 10 and the absolute position in the X-axis direction can be obtained by the arithmetic circuit 4.

[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 position detection system 1 of the present embodiment, the magnetic yoke 10 can move linearly with respect to the sensor unit 3 and the magnet 6 along the X-axis direction, and the first distance D1 from the magnet 6 can be moved. It has an outer edge 11 including a convex portion 11T located in the magnet 6 and a concave portion 11U located at a second distance D2 from the magnet 6. Therefore, the sensor unit 3 can detect a slight fluctuation of the vector V of the magnetic field line 6L of the magnet 6 due to the movement of the magnetic yoke 10. Here, the vector V of the magnetic field line 6L at the position where the magnetic field line 6L passes through the sensor unit 3 is oriented in the Y-axis direction substantially orthogonal to the X-axis direction which is the moving direction of the magnetic yoke 10. Therefore, it is possible to suppress the influence of the accuracy of the relative positions of the magnetic yoke 10, the sensor unit 3, and the magnet 6 on the waveform of the output signal from the sensor unit 3. As a result, according to the position detection system 1 of the present embodiment, the movement amount of the magnetic yoke 10 and the absolute position of the magnetic yoke 10 can be accurately obtained even when the size is reduced.

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 magnet 1006 is along the Z-axis direction in which the magnet 1006 and the outer edge 1011 of the magnetic yoke 1010 face each other. When the magnetic field lines 1006L are generated, the relative positions of the magnetic yoke 1010, the sensor unit 1003, and the magnet 1006 have a great influence on the detection accuracy of the sensor unit 1003. Specifically, when the relative positions of the magnetic yoke 1010, the sensor unit 1003, and the magnet 1006 are appropriate, as shown in FIG. 14B, the waveform of the first signal S1001 and the second signal S1001 The waveform of signal S1002 is good. However, when the relative positions of the magnetic yoke 1010, the sensor unit 1003, and the magnet 1006 are slightly displaced in the Z-axis direction, the waveform of the first signal S1001 is distorted, for example, as shown in FIG. 14 (A). Or, as shown in FIG. 14C, the waveform of the second signal S1002 is distorted. Further, in the position detection system of such a reference example, the detection accuracy tends to decrease due to the deviation of the relative position of the magnetic yoke 1010 in the Z-axis direction.

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 position detection system 1 of the present embodiment, the allowable range of the relative positions of the magnetic yoke 10, the sensor unit 3, and the magnet 6 is wider than that of the position detection system as the reference example. Therefore, even when the size is reduced, it is easy to avoid a decrease in position detection accuracy due to a deviation in the arrangement position of the magnetic yoke 10, the sensor unit 3, and the magnet 6.

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 position detection system 1 of the present embodiment, the magnetic yoke 10 is fixed to the moving body as the object to be measured and the magnetic yoke 10 is moved, so that the magnet is moved, for example. Magnetic powder such as iron powder does not easily adhere to the magnet. If magnetic powder adheres to the magnet, it affects the direction of the magnetic field lines formed by the magnet, and there is a concern that the detection accuracy in the sensor unit may deteriorate. According to the position detection system 1 of the present embodiment, since it is not necessary to move the magnet 6, it can be installed inside the detection module 2 and it is possible to prevent magnetic powder from adhering to the magnet 6. Therefore, it is possible to eliminate the concern that the detection accuracy deteriorates due to the adhesion of the magnetic powder to the magnet 6.

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 position detection system 1 of the present embodiment, since the relative position between the sensor unit 3 and the magnet 6 is held constant, the minimum operating magnetic field strength required for the sensor unit 3 is stable. The sensor unit 3 is excellent in operational stability.

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 position detection system 1 of the present embodiment, since the magnet 6 does not move with respect to the sensor unit 3, that is, the distance between the sensor unit 3 and the magnet 6 is constant, the moving object as the object to be measured. The detection sensitivity of the sensor unit 3 does not decrease depending on the moving range of the sensor unit 3. When the moving range of the moving body as the object to be measured is wide, it can be dealt with by enlarging the movable length L10 (FIG. 3) of the magnetic yoke 10 in the X-axis direction. The movable length L10 in the X-axis direction can be adjusted by changing the uneven shape (period in the X-axis direction) of the magnetic yoke 10.

<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 position detection system 1A as the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9A and 9B. The position detection system 1 of the first embodiment is provided with one magnet 6 for one magnetic yoke 10 and one sensor unit 3. On the other hand, in the position detection system 1A of the second embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, two magnetic yokes 10 and 20 magnetic yokes 20 are provided for one sensor unit 3 and one magnet 6. Is arranged. That is, the position detection system 1A forms a magnetic field with one magnet 6 and detects the positions of the two magnetic yokes 10 and 20 that move linearly in synchronization in the X-axis direction. Except for this point, the position detection system 1A has substantially the same configuration as the position detection system 1 of the first embodiment. FIG. 9A is a perspective view showing two magnetic yokes 10 and 20 and a magnet 6 in the position detection system 1A, and FIG. 9B shows two magnetic yokes 10 and 20 and a sensor unit 3 in the position detection system 1A. It is a front view showing the magnet 6. The position detection system 1A is a specific example corresponding to the "position detection system" of the present invention, and the magnetic yoke 20 is a specific example corresponding to the "second soft ferromagnet" of the present invention.

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 position detection system 1A, the magnetic yoke 10 and the magnetic yoke 20 are arranged so as to face each other in the Y-axis direction. The magnetic yoke 20 is a plate-shaped member that extends along the X-axis direction so as to be parallel to the magnetic yoke 10 and has a thickness in the Y-axis direction. The magnetic yoke 20 is provided so as to be able to move straight in the + X direction and the −X direction in synchronization with the magnetic yoke 10 with respect to the detection module 2 including the magnet 6. The magnetic yoke 20 is fixed to a moving body common to the magnetic yoke 10.

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 magnetic yoke 20 has an outer edge 12 facing the sensor unit 3 and the magnet 6 in the detection module 2 in the Z-axis direction. The outer edge 12 is located at a distance of 12D (FIG. 9A) from, for example, the magnet 6 in the Z-axis direction. Here, the outer edge 12 is not flat and has a concave-convex shape including, for example, a convex portion 12T and a concave portion 12U, similarly to the outer edge 11 of the magnetic yoke 10. More specifically, the outer edge 12 has a shape in which the distance 12D from the magnet 6 in the Z-axis direction periodically fluctuates in the X-axis direction so as to draw a sinusoidal curve, that is, a continuous curved surface. The convex portion 12T is a third outer edge portion at a third distance D3 from the magnet 6 in the Z-axis direction. Further, the concave portion 12U is a fourth outer edge portion located at a position different from the convex portion 12T in the X-axis direction and at a fourth distance D4 from the magnet 6 in the Z-axis direction. Here, the third distance D3 is the minimum value of the distance 12D, and the fourth distance D4 is the maximum value of the distance 12D. In the position detection system 1A of the present embodiment, the first distance D1 and the third distance D3 are equal, and the second distance D2 and the fourth distance D4 are equal. Further, the length from the convex portion 12T to the concave portion 12U in the X-axis direction corresponds to the half-period length 0.5T of the sinusoidal curve drawn by the outer edge 12. In the position detection system 1A of the present embodiment, one cycle of the sine curve drawn by the outer edge 11 and one cycle of the sine curve drawn by the outer edge 12 are equal to each other (1T). However, as shown in FIG. 9B, the phase of the curve drawn by the outer edge 11 and the phase of the curve drawn by the outer edge 12 are different by 0.5 period (0.5T).

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 magnetic yoke 10, the magnetic yoke 20 contains a soft ferromagnet such as permalloy as a main component.

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 magnetic yoke 10 and the magnetic yoke 20 can bring about a periodic change of the magnetic field line 6L of the magnetic field from the magnet 6 applied to the sensor unit 3 by the integral movement operation along the X axis. The magnet 6 may be arranged between the magnetic yoke 10 and the magnetic yoke 20 in the Y-axis direction, as shown in FIGS. 10 to 12 described later.

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 magnetic field lines 6L during operation of the position detection system 1A shown in FIGS. 9A and the like will be described.

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 convex portion 11T of the magnetic yoke 10 and the concave portion 12U of the magnetic yoke 20 reach the central position CP3 of the sensor unit 3 in the X-axis direction in the position detection system 1A (hereinafter referred to as “first state”). .) Is represented. The position of the magnetic yokes 10 and 20 in the first state of FIG. 10 is defined as the reference position 0T.

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 position detection system 1A, the midpoint in the X-axis direction between the convex portion 11T and the concave portion 11U, that is, the midpoint in the X-axis direction between the convex portion 12T and the concave portion 12U is located at the center position CP3 of the sensor unit 3. It represents the reached state (hereinafter referred to as "second state"). The movement amount ΔX of the magnetic yokes 10 and 20 in the second state of FIG. 11 is 0.25T (1/4 period).

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 magnetic yoke 10 and the convex portion 12T of the magnetic yoke 20 reach the central position CP3 of the sensor unit 3 in the X-axis direction in the position detection system 1A (hereinafter referred to as “third state”). .) Is represented. The movement amount ΔX of the magnetic yokes 10 and 20 in the third state of FIG. 12 is 0.5 T (1/2 cycle).

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 magnetic yokes 10 and 20, the sensor unit 3 and the magnet 6 of the position detection system 1A in the first state, respectively. It is a side view.

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 magnetic yokes 10 and 20, the sensor unit 3 and the magnet 6 of the position detection system 1A in the second state, respectively. It is a side view.

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 magnetic yokes 10 and 20, the sensor unit 3 and the magnet 6 of the position detection system 1A in the third state, respectively. It is a side view.

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 magnetic field line 6L detected by the sensor unit 3 and the movement amount ΔX of the magnetic yokes 10 and 20 in the X-axis direction. Further, FIG. 13B is a characteristic diagram showing the relationship between the component Bz of the magnetic field line 6L detected by the sensor unit 3 and the movement amount ΔX of the magnetic yokes 10 and 20 in the X-axis direction.

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 magnetic field line 6L passing through the sensor unit 3 does not include the component Bx in the X-axis direction, and only the component By in the Y-axis direction and the component Bz in the Z-axis direction. including. However, in the first state, the component Bz of the vector V0 is in the + Z direction. Therefore, as shown in FIG. 13, the component Bx becomes 0 at the reference position of the movement amount ΔX = 0T. On the other hand, at the reference position of the movement amount ΔX = 0T, the component Bz has the maximum value HZ.

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 magnetic yokes 10 and 20 have moved 0.25 T in the + X direction from the first state, the vector V0.25 of the magnetic field line 6L passing through the sensor unit 3 is in the Z-axis direction. The component Bz of the above is not included, and only the component Bx in the X-axis direction and the component By in the Y-axis direction are included. However, in the second state, the component Bx of the vector V0.25 is in the + X direction. Therefore, as shown in FIG. 13, at the position of the movement amount ΔX = 0.25T, the component Bx becomes the maximum value HX and the component Bz becomes 0.

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 magnetic yokes 10 and 20 have moved 0.5 T in the + X direction from the first state, the magnetic field lines passing through the sensor unit 3 are the same as in the first state of FIG. The vector V0.5 of 6L does not include the component Bx in the X-axis direction, but contains only the component By in the Y-axis direction and the component Bz in the Z-axis direction. However, in the first state of FIG. 10, the component Bz of the vector V0 is in the + Z direction, whereas in the third state of FIG. 12, the component Bz of the vector V0.5 is in the −Z direction. Therefore, as shown in FIG. 13, at the position of the movement amount ΔX = 0.5T, the component Bx becomes 0 and the component Bz becomes the minimum value LZ.

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 position detection system 1A of the second embodiment, the magnetic yoke 10, using the first signal S1 and the second signal S2 including the change of the component Bx and the change of the component Bz, respectively, The amount of movement ΔX along the X-axis direction of 20 can be obtained. Therefore, the same effect as that of the position detection system 1 of the first embodiment can be expected.

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 position detection system 1A of the second embodiment has two magnetic yokes 10 and 20s adjacent to each other in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction which is the moving direction, the first. The influence of the positional deviation of the sensor unit 3 and the magnet 6 in the Y-axis direction on the detection accuracy is further reduced as compared with the embodiment of. This is the amplitude of the component Bx along the X-axis direction, which is the moving direction in the magnetic field generated from the magnet 6, and the Bz along the Z-axis direction in the magnetic field generated from the magnet 6, as compared with the case of one magnetic yoke. This is because the amplitudes of the components are doubled and the S / N ratio is improved.

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 sensor unit 3 between the magnetic yoke 10 and the magnetic yoke 20, for example, when the sensor unit 3 is displaced in the direction away from the magnetic yoke 10 along the Y-axis direction, the sensor unit 3 is inevitable. The magnetic yoke 20 approaches the magnetic yoke 20 along the Y-axis direction. Therefore, even if the magnetic flux density of the magnetic field extending to the sensor unit 3 decreases as the distance from the magnetic yoke 10 decreases, the magnetic flux density of the magnetic field extending to the sensor unit 3 is complemented by the magnetic yoke 20 approaching the sensor unit 3. It becomes. Therefore, according to the position detection system 1A of the present embodiment, it is possible to prevent the detection sensitivity from being lowered due to the influence of the positional deviation between the sensor unit 3 and the magnetic yokes 10 and 20 in the Y-axis direction.

<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 position detection system 1B as the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14A to 14C. The position detection system 1A of the second embodiment is provided with one magnet 6 for two magnetic yokes 10 and 20 and one sensor unit 3. On the other hand, in the position detection system 1B of the third embodiment, as shown in FIGS. 14A and 14B, two magnetic yokes 10 and two magnetic yokes 20 and two magnets 6A are provided for one sensor unit 3. And the magnet 6B is arranged. That is, the position detection system 1B forms a magnetic field by the two magnets 6A and 6B, and detects the positions of the two magnetic yokes 10 and 20 that move linearly in synchronization in the X-axis direction. Except for this point, the position detection system 1B has substantially the same configuration as the position detection system 1A of the second embodiment. FIG. 14A is a perspective view showing two magnetic yokes 10 and 20 and two magnets 6A and 6B in the position detection system 1B, and FIG. 14B is a perspective view showing two magnetic yokes 10 and 20 in the position detection system 1B. , Is a front view showing the sensor unit 3 and the two magnets 6A and 6B. Further, FIG. 14C is a perspective view showing the sensor unit 3 and the two magnets 6A and 6B in the position detection system 1B. The position detection system 1B is a specific example corresponding to the "position detection system" of the present invention, and the magnet 6A and the magnet 6B correspond to the "first magnet" and the "second magnet" of the present invention, respectively. This is a concrete example of how to do it.

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 position detection system 1B, the magnets 6A and 6B are arranged so as to be spaced apart from each other along the X-axis direction in which the magnetic yokes 10 and 20 move. The sensor unit 3 is arranged between the magnet 6A and the magnet 6B in the X-axis direction, and the magnet 6A, the magnet 6B, and the magnetic yoke 10 in the Z-axis direction in which the magnet 6A and the magnet 6B and the magnetic yokes 10 and 20 face each other. It is arranged between 20 and 20. As shown in FIG. 14C, both the magnet 6A and the magnet 6B are magnetized along the Y-axis direction, and generate a magnetic field including the magnetic field line 6AL and the magnetic field line 6BL, respectively. The magnetic field lines 6AL and the magnetic field lines 6BL each have vectors that are substantially parallel to each other in the direction along the Y-axis at the position where they pass through the sensor unit 3.

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 magnet 6A and the magnet 6B may be arranged between the magnetic yoke 10 and the magnetic yoke 20 in the Y-axis direction.

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 position detection system 1B of the third embodiment can be expected to have the same effect as the position detection system 1 of the first embodiment and the position detection system 1A of the second embodiment. .. Further, in the position detection system 1B of the third embodiment, the magnetic field lines 6AL and the magnetic field lines 6BL are generated by the magnets 6A and the magnets 6B arranged adjacent to each other, and the magnetic field lines 6AL and the magnetic field lines 6BL pass through the sensor unit 3. The magnetic field line 6AL and the magnetic field line 6BL are made to have a vector in the direction along the Y axis. Therefore, an unstable region in which the magnetic field line 6AL and the magnetic field line 6BL repel each other is generated in the vicinity of the sensor unit 3, and when the convex portion 11T of the magnetic yoke 10 passes in the vicinity of the unstable region, for example, the vector of the magnetic field line 6AL The direction and the direction of the vector of the field line 6BL will change sensitively. Therefore, in the position detection system 1B of the third embodiment, the output in the sensor unit 3 is larger than that of the position detection system 1 of the first embodiment and the position detection system 1A of the second embodiment. Change is obtained.

<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 outer edges 11 and 12 of the magnetic yokes 10C and 20C are repeatedly arranged with a plurality of convex portions and a plurality of concave portions alternately in the X-axis direction. It may be what is done.

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 magnetic sensor 31 and the magnetic sensor 32 including the magnetoresistive sensor, respectively, have been described as examples of the magnetic detection element, but the present invention is not limited thereto. That is, the magnetic detection element of the present invention is not particularly limited as long as it can detect a change in the direction (angle) of the magnetic field, and may be, for example, a Hall element.

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)

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の磁石と、
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.
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の方向において周期的に変動する形状を有する
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.
前記第1の軟質強磁性体の前記第2の方向における移動可能長さは、前記第1の外縁の前記第2の方向における1周期の長さと同等以下である
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. ..
前記第1の外縁は連続する第1の曲線を含む
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.
前記磁気検出部は、前記第3の方向において前記第1の磁石と前記第1の軟質強磁性体との間に設けられている
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.
前記第1の方向における前記磁気検出部の第1の中心位置と、前記第1の方向における前記第1の軟質強磁性体の第2の中心位置とは、前記第1の方向において異なっている
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.
前記第1の外縁は連続する第1の曲面を含み、前記第2の外縁は連続する第2の曲面を含む
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.
前記第1の軟質強磁性体の前記第2の方向への移動に伴い、前記第1の磁力線の方向が周期的に変動し、
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.
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の磁石と、
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
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.
前記磁気検出部は、前記第1の軟質強磁性体と前記第1の磁石との間、または前記第1の軟質強磁性体と前記第2の磁石との間に配置されている
請求項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.
前記第1の磁石と前記第2の磁石とは、前記第2の方向において隣り合っている
請求項または請求項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.
前記磁気検出部は、前記第2の方向において前記第1の磁石と前記第2の磁石との間に配置されている
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.
前記磁気検出部は、第1の検知軸を有する第1の磁気検出素子と、前記第1の検知軸と交差する第2の検知軸を有する第2の磁気検出素子とを含む
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.
前記第1の検知軸は前記第2の方向と実質的に一致し、前記第2の検知軸は前記第3の方向と実質的に一致している
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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