JPH02503235A - 磁気位置検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 磁気位置検出器 技　　術　　分　　野 本発明は、一般には、移動する物体の位置を検出してその位置を表示するため用 いられる位置検出器、及び、その位置検出器を用いる方法に関し、より詳しくは 、非接触型の位置検出のためのセンサと、そのセンサに適したマグネットの使用 方法に関する。

背　　景　　技　　術 移動する物体の位置に関する高度に正確な情報を有用な方法で入手してそれを表 示することは、工具、機器及び装置を制御し、工程を監視し、液面を測定する等 その他の多くの目的のために非常に重要である。

典型的には、工具、機器、装置又は工程の性質、これらが作動する環境、並びに 、連続的な位置情報の必要性のために、位置の決定は、通常、その位置が検出さ れつつある移動する物体に近接して設けた位置検出器により行なわれるが、物体 の移動を妨げたりこの移動に何らかの影響を及ぼすのを避けるため、検出器は移 動する物体と接触しないことが望ましい。

更に、検出された位置に関する情報は、移動する物体から離れた場所へ伝達され 、そこで観察され、記録され、機器の作動又は工程を制御するのに使用される。

移動する物体と事実上物理的に接触をすることなくその物体の位置を検出する周 知の方法の一つは、移動する物体の位置を表示する信号を生じさせる他の装置と 磁気的に相互作用するマグネットを、移動する物体に直接又は間接に取付けて用 いることである。

例えば、米国特許第４．０７１．８１８号（クリスト氏に付与された）には、対 象とする物体と共に移動し得るように、磁界発生装置を移動する物体に取付ける と共に、細長い強磁性体エレメントをその物体に隣接してこれに平行に設けて成 る装置と、そのような装置による検出方法が開示されている。

発生した磁界は、磁界の及ぶ領域内で強磁性体エレメントのヤング率に変化を生 じさせ、強磁性体エレメント内にその長手方向に発射された音波のパルスがヤン グ率の変化する領域から部分的に反射される。

音波パルスが強磁性体エレメント上の与えられた点からヤング率の変化する領域 まで伝播し、そこから部分的に反射されて所定の検出点へ戻るのに要する時間は 、磁界発生装置の強磁性体エレメントの中心軸上の位置の測度を与える。

磁界発生装置と、移動する物体上の所望の点との間の位置関係が知られていて不 変である限り、磁界発生装置の位置が知られるとき、移動する物体上の上記の点 の位置も知られる。

クリスト装置の欠点は、非常に短い時間の測定を必要とすることである。音波パ ルスの伝播径路が比較的長いとき、クリスト装置の誤差は、ある目的に対しては 許容し得る程度のものであるかも知れない。然しなから、伝播距離が短くなるに つれて、クリスト装置の精度は急速に低下する。

更に又、クリスト装置の応答速度は比較的遅い。何故ならば、クリスト装置の機 能は、音波パルスを利用するこの種の総ての装置と同様に、反射された音波パル スの比較的遅い伝播速度と反響の減衰率とにより制限されるためである。

更に、クリスト装置の精度と信頼性は、強磁性体エレメントのヤング率がマグネ ティゼイシジンのみでなく、応力によっても変動するという事実によって不利な 影響を受ける。

少くとも強磁性体エレメントの上側部分に沿う応力は、下側部分に沿う応力より 大きいから、ヤング率は強磁性体エレメントの全長に渡って複雑に変化する。

更に、強磁性体エレメントが製造過程で受けた各種の処理の結果として、その各 部のマグネティゼイションがエレメントの長手方向に沿って変動するので、それ に伴ってヤング率も同様に変化する。

米国特許第４．１９４．３９７号（ヤスダ氏に付与された）には液面表示器が余 されており、この表示器に於いては、タンクの側壁に鉛直に取付けられた液面検 出用の側管と、この側管の内部に配置された磁石内蔵フロートが用いられている 。

タンクからは離れてハウジングが側管に取付けられ、そのハウジング内には、垂 直に間隔を隔てて複数のマグネットロータが収容される。これらのロータの磁気 方位は、その南極が最下部にありかつ北極が頂部にあるような第一位置である。

液面が側管内を上昇すると、フロート上の北極は、ロータをその水平軸線の周り に、南極が頂部にあり北極が最低部に置かれる第２位置まで回転させる。

ロータが第１位置と第２位置にあるときに異なる色を示すようにローラを二色に 塗り分は塗装すると好都合である。

このようにすると、ハウジング内のロータの磁気方位は、フロートが上下に移動 するにつれて変化し、この変化は、表示された色の変化から視覚的に明らかにな る。

ヤスダ特許の方法と装置は、その有用性と利用可能性が制限されている。

色の変化による位置の視覚的表示は、広範囲に使用されている電位検出器と組み 合わせて使用できるものでなく、このような表示の感度限界と精度は不十分なも のである。

更に、ヤスダ氏の装置では、位置の遠隔表示が困難であり、又、工具、機器又は 工程等の制御装置に対し位置情報を提供することができない。

それ故、移動する物体の位置の検出と表示を行うためにマグネットを使用すれば 多くの利益が得られるにも拘らず、その利用は十分にはなされておらず、従来の 検出器よりも遥に経済的でかつ信頼性があり、作動環境や測定すべき物体の形状 の如何に拘らず、その位置を極めて正確に検出し得る新規な磁気位置検出器の開 発が要求されていた。

発明の開示 本発明の一般的な実施態様では、本発明にかかる移動する物体の位置を検出表示 する方法と装置とは、移動する物体の移動径路に略平行に設けた細長い強磁性体 エレメントと、 上記強磁性体エレメント内に、互いに連接しかつ互いに相反する方向にポーララ イズされリマネントリイマグネクイズされた一対の領域を形成するために、上記 強磁性体エレメントの長手方向に沿って物体と共に移動し得るように、かつその 物体に対して常に一定の既知の空間的相対関係が保たれるようにその物体に取付 けられ、常に上記一対の領域の境界を決定するマグネットと、 上記マグネット、即ちそのマグネットにより決定される一対の領域の境界の位置 を変えることなく、その位置を決定する装置とを具備する。

本発明の一実施態様に於いては、上記境界の位置を決定するための装置は、強磁 性体エレメントの中で互いに反対向きにポーラライズされ、リマネントリイマグ ネクイズされた一対の領域に、小さいバイアスが与えられ、インクリメンタルパ ーミアビリティの偏差が生じ、その偏差に基づいて位置が表示される。

本発明の別の実施態様に於いては、強磁性体エレメントは物体の移動範囲を限定 する一対の限界を規定するセグメントを含み、この一対の移動限界の間で物体の 移動がモニタされ、かつこのセグメントは第１と第２の端部を有し、その両端部 の間の距離がセグメントの長さ“Ｌ”であり、そのセグメントは、第１端部を含 みかつ長さ“Ｘ”　（但し、０≦Ｘ≦Ｌ）を有し、その長手方向に第１の向きに 均一にマグネタイズ（ポーラライズ）された第１領域と、その第１領域に連なり 、第１領域とは反対向きにマグネタイズ（ポーラライズ）された第２領域とに分 割され、この連続する第１と第２の領域の境界がセグメントの長手方向のマグネ 本発明の更に別の一実施例に於いては、マグネットは、一定の極性を有し、強磁 性体エレメントに少くともその保磁力を越える強さの磁界を与え、かつ、その磁 界は、マグネットが強磁性体エレメントに沿って移動するとき強磁性体エレメン トをマグネタイズ（ポーラライズ）シ、かつそのマグネティゼイシタン（ポーラ ライジングを逆向きにするのに十分な強さである。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面を参照しつつ行われる以下の説明からより良く理解されよう 。

第１図は本発明にかかる磁気位置検出器の一実施態様の説明図である。

第２図は、本発明にかかる磁気位置検出器の上記とは別の実施態様を示す説明図 である。

第３図は、本発明の検出器に利用される強磁性材料の大きい方のヒステリシスル ープ及び選択された小さい方のヒステリシスループを示すグラフである。

第４図は、本発明に従って位置を検出するのに用いられる電気回路の一例を示す 回路図である。

第５図は、第４図に示した回路の出力信号とマグネットの位置との関係を示すグ ラフである。

第６図は、本発明に従って位置を検出するのに用いられる電気回路の上記とは別 の一例を示す回路図である。

第７図は、本発明にかかる磁気位置検出器の更に別異の一実施例に於けるマグネ ット取付は方法を示す説明図である。

第８図は、本発明で用いるマグネットの代表的な傾斜角度について、それぞれマ グネットからの距離と磁界との間の関係を示す一連のグラフである。

本発明を実施する最良の形態 本発明によるときは、移動する物体の位置を検出、表示する方法及び装置が提供 される。

本発明に於いては、移動する物体の移動経路に実質的に平行に強磁性体エレメン トが設けられ、移動する物体には、その相互の空間的相互関係が知られ、かつ、 それと共に強磁性体エレメントの長手方向に移動するマグネットが取りつけられ る。

このマグネットは、強磁性体エレメント内で互いに隣接し、反対の向きにリマネ ントリイマグネクイズされた一対の領域を画定する。

二つの領域が強磁性体エレメントの長手力、向に沿って存在し互いに隣接するこ と、マグネットが常に二つの領域の境界に存在しかつその境界を画定すること、 インクレメンタルパーミアビリティを有すること、及び、強磁性体エレメントの 全長に亙る全有効パー゛ミアビリティがマグネット、即ち、移動する物体の位置 に依存すること、によって境界に対応するマグネットの位置を決定し得る。

マグネットの位置が知られると、それに対応して移動する物体の位置が直ちに決 定される。

発明の他の態様に於いては、マグネットを、強磁性体エレメントから一定の距離 を隔てて、かつ既知の空間的相対関係で関連させて、移動する物体に取りつける ことによって上記と同様な結果を得る。

以下、図面により本発明について説明する。

第１図に於いて、１０は移動する物体を示している。

物体１０は、図示されているように、矢印Ｐで示されている水平方向に直線的に 移動し得る。

物体１０の一端１２には、物体１０と一緒に動くようにマグネット１４が取り付 けられている。

但し、マグネット１４を取り付ける位置は、必ずしも物体１０の一端１２に限定 されるものでなく、マグネット１４は物体ｌＯの長手方向のどの部分に取り付け られていてもよく、又それは、例えば、物体１０に取り付けられいる支持部材を 介して間接的に取り付けられていても良い。重要なことは、物体ｌＯとマグネッ ト１４との間の空間的な相対関係が、物体の運動経路上の全ての点に就いて何時 も知られているということである。

図示されている実施例に於いては、物体ｌＯはその移動経路（矢印Ｐで示されて いる）に沿って動き、マグネット１４は上記通路に対応する移動通路（矢印Ｒで 示されている）に沿って動く。

強磁性体１６は、図示されていない支持部材に支えられていて、望ましくは細長 いロッド、チューブ、リボン、ストリップ、ワイヤー、又は薄いフィルム等の形 をしており、物体１０及びマグネット１４の通路Ｐ及びＲ磁性体１６に沿って動 き、移動物体１０はそれ自身の通路Ｐに沿って移動する。

移動物体ｌＯが強磁性体１６に沿って移動する間に、マグネット１４は強磁性体 １６のセグメント１８を通過する。

セグメント１８は、その両端２１及び２２よって限定されており、モニターされ る物体ｌＯの運動は上記セグメン）１Ｂの両端２１及び２２の間に限定される。

セグメント１８の長さはＬである。

最初に、セグメント１８は、その長手方向に沿った第一の向き（図中左から右の 向き）に均一にマグネタイジング（ポーラライジング）され、磁気的に初期化さ れる。

これはマグネット１４を、セグメント１８の一端２０に位置せしめ、第１図中で 左方から右方に、セグメント１８の一端２２に達する迄移動させ、セグメント１ ８の中のマグネティゼイションを同一の向きに整列させることｔＥよって行うこ とができる。

マグネット１４がセグメントの一端２２に達すると、全てのセグメントの中のマ グネティゼイシちンは、ランダムで有るか無いかは別として、再整列せしめられ 、そしてセグメントはポーラライズされる。

続いてマグネット１４を、一端２０に向かって、２４で示された位置迄引き戻す 。

この動きによってセグメントの２２から２４までの部分のポーラリゼイションが 反転せしめられ、２２から２４までのマグネティゼイシジンの向きは第二の、又 は反対の方向に向けられる。

２４に位置するマグネット１４によって、互いに反対の向きにポーラライズされ 、リマネトリイマグネタイズされた領域Ａ及びＢが、セグメント１８の長手方向 に画定される。

２０から２４までの領域Ａは長さＸを有し、２４から２２までの領域Ｂの長さは （Ｌ−Ｘ）である。領域Ａの長さは、セグメント１８の長さに等しいか、或いは それよりも短い。

即ち、Ｘ≦Ａ　である。

マグネット１４は、最大限、セグメントの両端２０及び２２に対応する移動終点 間を移動し得る。

マグネット１４が、終端２２に対応する位置にあるときは、 即ち、このような状態では、セグメント１８全体が領域Ａとなる。

マグネット１４が、セグメントの一端２０に対応する位置にあるときは、 即ち、セグメント１８の全部が領域Ｂとなる。

領域Ａ及び領域Ｂの境界、即ち接続点は２４であり、それは常にマグネット１４ の位置でもある。従って、マグネット１４が更に右又は左に移動すると、それは 接続点の位置を変更することになる。

而して、セグメントの両端２０及び２２を含む領域内でマグネットがどのように 移動しても、セグメント１８は、常時二つの領域、即ち、第一の向きにマグネタ イズされた長さＸの領域Ａと、第二の又は反対の向きにマグネタイズされた長さ くＬ−Ｘ）の領域Ｂとにポーラライズされていることになる。

マグネット１４の運動によって変えられるのは、各領域の相対的な長さである。

それ故、境界２４の位置が知られれば、常にマグネット１４の位置が知られる。

そして物体ｌＯの上の特定の点の位置が決定される。

境界２４の位置は、領域のりマネントリイマグネテイゼイションの変化によって 変わる強磁性体１６の物性、特にパーミアビリティ、音速、抵抗等の物性を検出 することによって決定される。

マグネット１４は局部的な磁界の供給源である。前に述べたように、このマグネ ット１４を設ける目的は、初期に強磁性体１６をマグネタイズ又はポーラライズ すること、及び、その後に予め既にポーラライズされた部分のポーラリゼーショ ンを反転させることである。

この目的のために、マグネット１４は一定のボーラリティと充分な強さを持つこ と、換言すれば、強磁性体エレメント１６を部分的にポーラライズし、かつその ポーラライシタンの向きを反転するために必要な強さを持つことが必要である。

マグネット１４の位置により、移動する物体の位置が決定される。マグネット１ ４の位置を決定するためには境界２４の位置を高精度で測定することが必要であ るので、マグネット１４から漏洩する磁束の影響をできるだけ局部的に限定する ことが必要である。

例えば、高精度の位置情報を得ると言う観点からすると、それ自身から相当に離 れた場所に於いても充分強い磁界を発生するような強力なマグネットを用いるこ とは望ましくない。それは強磁性体エレメント１６の、マグネット１４から十分 に離れた所にある部分のボーラリゼイションにも好ましくない影響を及ぼすであ ろうからである。

それ故、マグネットに隣接する強磁性体１６のポーラリゼイションに強い影響力 を及ぼすと共に、マグネットから極く僅か離れた所に於いて、非常に速やかに磁 界強度が低下するような理想的な磁界勾配特性を持ったマグネットを用いること が特に望ましい。

必要な磁界の強さを最小限にし、かつ磁界の効果を局部的に限定するために、こ のような望ましい特性を有するマグネットが強磁性体１６に近接して設けられる 。

強磁性体エレメント１６に於ける磁界強度は、強磁性体のボーラリゼーシタンを 反転させるために、少なくともその保磁力を越えていなければならない。より具 体的に言うと、バイアス磁界が用いられる場合には、その磁界強度は最少限に於 いて、強磁性体エレメント１６の保磁力の二倍でなければならない。

更にこれに加えて、マグネット１４は、強磁性体１６に確実に一定のボーラリテ ィを与え得るものでなければならない。換言すれば、マグネットは、その−磁極 が強磁性体のポーラリゼーションに影響を及ぼし得るものでなければならない。

このために望ましい実施例に於いては、従来公知の断面形状、通常は円形の断面 形状を持つ細長い棒状のパーマネントマグネットが用いられ、望ましくは５、そ の一端若しくは一つの極が強磁性体１６に微小距離隔てて対置せしめられ、他の 一端又は極は強磁性体から離れた位置に置かれる。

必要があるとき、例えば、外部磁界の勾配を増大させ、そして、二つの領域Ａ及 びＢの間の境界領域を狭めるために、強磁性体エレメント１６に対置される極は 円錐形又は暫、繋のような形状に形成される。

然しなから、マグネットは単一な棒磁石形でなくても良く、むしろ、それは強磁 性体エレメント１６の中心軸に直角な平面内で上記中心軸の周りに回転対称に配 置される二つ又はそれ以上のマグネットから成る場合もあり、又、マグネット自 身がＵ字状若しくはＣ字状に形成されてもよく、また漏洩磁束を減少させるため に完全に閉じた構造であってもよい。又、幾つかの実施例に於いては電磁石も採 用される。そして何れの実施例に於いても、強磁性体１６に向かうマグネットの 極の形状は上記のように先鋭に形成される。

更に特別な目的に適合させるために、マグネットを特別な形状に形成したり、又 は特殊な磁束分布を与えるよう特別にマグネタイズすることもある。例えば、あ る実施例に於いて、マグネットは、短い中空のシリンダーとして形成され、その 一つの磁極は内側の円筒面に、他の磁極は外周面にそれぞれ形成される。このよ うに短いシリンダー状に形成されたマグネットは、液体のレベルを計測するため に特に有用である。

このような特別の応用例に於いて、マグネットは中空のシリンダー状のフロート の中に埋め込まれ、そのフロートは、液体用のコンテナの底面の一点から直立す るよう設けられた円柱状の強磁性体エレメント（場合によっては、例えば、ステ ンレススチール製の円筒状の保護管によって覆われている）の外側に嵌め込まれ て液の表面に浮かべられる。

このように構成されたとき、液体のレベルが変わるとマグネットはフロートと共 に、強磁性体エレメントに沿ってそのの長手方向に移動し、フロートの内側円筒 面に設けられ、強磁性体エレメント（若しくはその保護管）に相対向する磁極も 、強磁性体エレメントの長手方向に移動する。

マグネットは、一般的には、その軸又はモーメントが強磁性体エレメントの長手 方向の軸に実質的に直角になるように向けられることが望ましい。

そのようにすると強磁性体エレメント１６のマグネティゼイシａンに対する、マ グネットの発生する磁界の影響が最も局地的に限定されるので、一般には、この ように構成することは望ましいことである。

然しなから以下に説明するように、領域Ａ及びＢに於いて互いに異なったマグネ ティゼイシジンを生じさせるため、マグネットの軸を傾斜させることもあり、又 、強磁性体エレメント１６にマグネットの両側で不平等な磁界強度を与えるよう マグネットを非対称形に形成したり、又は磁極の片側だけをシールドしたりする こともある。

以下に述べるように、このことはバイアス電流を用いることなく、領域Ａ及びＢ に異なったインクレメンタルパーミアリビティを与える場合に於いて、これらは 極めて望ましいことである。

第２図には、強磁性体エレメント１６とマグネット１４に関する他の実施例が示 されている。

この図に於いては、移動する物体の移動経路は両矢印Ｓによって示されている。

エレメント１６は、一対の平行な細長い強磁性体エレメント１００及び１０２か ら成る。

それらは独立の平行なエレメントであっても良く、又は、それぞれの両端が（点 線で示された様に）エンドレスに結合された強磁性体エレメントであっても良い 。

マグネット１４は、エレメント１００．１０２の間に設けられており、その一方 の極はエレメント１０２に対向せしめられ、他の一方の極はエレメント１００に 対置されている。

マグネットが、Ｓによって示された移動経路に沿って、物体と共に動くと、マグ ネット１４のそれぞれの磁この様な構成から得られる信号の強度は、単一エレメ ント構成の装置から得られる信号強度の二倍である。

更にこのような構成では、マグネット１４からの漏洩磁束が減少し、そのためそ れぞれのエレメントの内部更に又、マグネット１４がエレメント１００及び１０ ２の間に設けられるので、マグネットの極とエレメントの間のエアギャップの影 響が無視できるようになる。即ち、一方のエアギャップ１０４が増大すると、他 の一方のエアギャップ１０６は減少し、エレメントの軸に直角なマグネット位置 のコモンモードリジエクシジンを許容する。

更に、これらに加えて、一つ又は複数の独立のエレメントを用いることに起因す る端末効果は、点線で示された１０８，１１０のように磁気回路を閉じることに よって最小限に限定されるので、第２因に示す構成からはより良好な結果が得ら れる。

そしてマグネットの漏洩磁束を更に減少させることによって、互いに近接して設 けられるマルチ位置検出器を相互の干渉なしに同時に使用し得るようになる。

このことは、他の位置検出器の磁界からと同様に、アースその他の望ましくない 磁界のシールドを可能とするような軟質磁気材料から成る、一般的には円筒形の 細長いケーシングによって、エレメント１００．１０２とマグネット１４とを、 部分的に又は実質的に完全に取り囲むことによって達成される。

要求されるシールドの品位に応じて、ケーシングはＣ字型から円形（円形のケー シングはマグネットを直接または間接に移動する物体に取りつけるための長手方 向に延びるスロットのようなものを必要とする）の間で変化する断面を有する。

以下に述べるように、一つの望ましい実施例に於いて本発明にかかる磁気位置検 出器の作動は、強磁性体エレメントの二つの領域Ａ及びＢの不均一なインクレメ ンタルパーミアビリティに依存しており、それはＸを決定する。

即ち、セグメント１８の全長しに渡る有効なインクレメンタルパーミアビリティ を検出することによって、Ｘ１即ち境界の位置を決定することができる。

本発明にかかる磁気位置検出器の一実施例の原理を良く理解するために第３図を 参照する。

第３図には、本発明において利用できる典型的な強磁性体の大きい方のヒステレ シスループが示されている。このヒステレシスループは磁束密度（Ｂ）に対して 与えられた磁界（Ｈ）のプロットである。縦軸としてマグネティゼイシラン（Ｍ ）が用いられた場合には、ＢとＭの間に、Ｂ−Ｈ＋４πＭ　なる関係があるから 同じようなグラフが得られる）。

グネットが、領域Ａを拡大するために一点２４からセグメントの一端２２に向か って移動するときに、マグネツ）１４の到達した点のマグネティゼイシジンに対 応するものである。

マグネットがその点を通過して一定距離遠ざかると、マグネットの磁界はもはや その点のマグネテイゼイシジンには影響しなくなり、マグネットにより与えられ る磁界は０になる。そしてそのときマグネテイゼイシＢンは、点Ａ′に対応する 残留値化降下する。同様に点には領域Ｂを拡大するためにマグネットがセグメン トの一端２２に向かって動いているとき、マグネットに近接している点のマグネ ティゼイシタンに対応する。

然しなから、マグネットがその点を通過しである一定の距離移動すると、マグネ ットの磁界はもはやその点のマグネティゼイシジンには影響しなくなり、その点 のマグネティゼイシ１ンは、Ｂ′に対応する値まで下がる。

ヒステレシスループの上の如何なる点に於いても、インクレメンタルパーミアビ リテイは、その点に於ける磁界の増分ΔＨを与えることによって生ぜしめられる レンズ状の小さなヒストリジスループの長袖の傾斜、即ち、ΔＢ／ΔＨとして定 義される。

このような磁界の変化は、非常に小さなＡＣ電流・、即ち、強磁性体エレメント のマグネティゼイション番°こ如何なる不可逆な変化も与えないよう充分に小さ いが、然しなから、その点に於いてリマネントリイマグネティゼイションを変化 させることなく、可逆的な限界内でマグネティゼイションを変化させるには充分 な大きさのＡＣ電流を与えることによって生じせしめられる。

点Ａ′及びＢ′に於ｔするバーミアビリティの増分（点Ａ′及びＢ′に於ける微 分値ΔＢ／ΔＨ）は非常に良く似ており、それぞれの領域Ａ及びＢの大きさを決 定するためにはパーミアビリテイの増分の差異があまり大きくないと言うことが 判明する。

然しなから、ここで小さなりＣバイアスフィールド（点線で示された）をこの強 磁性体エレメントに与えると、上記に対応するマグネティゼイションは第３図に 示すＡ及びＢに移動する。

このポイントＡ及びＢに於ける小さなヒステレシスループは、前述の大きなヒス トリジスループの隣に示しである。

これらは、それぞれの点Ａ及び点Ｂに於けるインクレメンタルパーミアビリティ μ、及びμ、を示しているこれらのループの長軸の傾斜、即ち、ＢＡ／ΔＨ１及 び、ΔＢＢ／ΔＨが非常に大きく異なっており、両者を明らかに識別できること を示している。

ここでＤＣバイアスフィールドに於ける領域Ｂのリバーシブルインクレメンタル パーミアビリティμ、・は、領域Ａのインクレメンタルパーミアビリティμ、よ り遥に大きく、そして、 μＢ２０μ＾ 但し、ここでＣは定数である。

第１図に示されているようなセグメント１８の有効インクレメンタルパーミアビ リティは１、関係式８式％（） によって示される。

この式からＸ１即ち、領域Ａ及びＢの境界の位置が下式に示す如く、μ、の−次 間数として求められる。

μ　＾　−μ　Ｓ　　　　　　　　μ　＾　−μ　ＢＸをパーミアビリティの比 で表わすためにを代入すると ここで、μｍは　Ｘ〒Ｌのときの値μあから、Ｘ＝０に於ける値μ、迄変化し、 そのため、比μｍ／μ、は、１からＣ迄の間で変化する。

これは前に述べたようにＸ１即ち境界の位置を杭出する本発明の磁気位置検出器 の機能が、領域Ａ及び・Ｂに於はパーミアビリティの不一致性に依存すると言う ことを示すものである。

更に磁気位置検出器の機能が、これらのパーミアビリティ変化を助長するので、 望ましい強磁性体物質はマグネティゼイシ８ンのみでなく、インクレメンタルパ ーミアビリティに就いても大きな変化を示す。

第３図に示されているような典型的な強磁性体ヒステレシスループを示す物質は 、最初は中位の速度で減少し、後には、Ｍ＝０に於けるインクレメンタルバーミ アビリティ（柔らかい磁気物質については通常１００から１００．０００まで） μ、′からμ１、迄増大するマグネティゼイシタンと共に、より大きな比率で増 大し、Ｍｌ、に於いてｌに達するインクレメンタルパーミアビリティを示す。

リマネントリイマグネティゼイシジンＭ６はＭ　ｓＡアに曝された後に強磁性体 内に残留するマグネティゼイシ１ンであり、その残留比Ｍ　＊　／　Ｍ　ｓ　ａ 　ｔは、ヒステレシスループの方形の寸法であり、その値は０からｌ迄の間にあ る。　そしてこれらの両極端は何れも望ましくない。

エレメントに対してバイアスフィールドをかけるときは、領域Ａ及びＢの何れか 一方はＭ　ｓ　ａ　＋に向かってきは、領域Ａ及びＢの何れか一方はＭ　Ｉ　ｍ 　ｌに向かってバイアスされ、他の一方はマグネティゼイションを減少させる方 向にバイアスされるので、インクレメンタルパーミアビリティは、対応するバイ アスフィールドに応じて変化する。

インクレメンタルパーミアビリティは、Ｍｌに於ける値から反対の方向ヘパーミ アビリティを増大（中程度の早さのμ対Ｍ曲線の変化部分に沿ってμ、に向かっ て増加）する場合には、減少（より急激なμ対Ｍ曲線の変化部分に沿ってμ１． ．に向かって減少）するときよりも一般的に大きい速度で変化する。

結果として、強磁性体エレメントにバイアスフィールドをかけると、μ、及びμ ３の比と差とを増大させる効果がある。

バイアスフィールドは、永久磁石が用いられるときには極めてストロークが短い 装置を除いては、直流によって与えられる。電力を節約し、そしてバイアス電流 による加熱を避けるために、小さなバイアスフィールドて充分な機能が得られる ような適切な強磁性体物質を選定することが望ましい。

一方磁気位置検出器は近くにある磁性体とか地球から出る望ましくない磁界に反 応する程鋭敏であってはならない。そのため本発明で使用するための望ましい強 磁性体物質は変圧器のコアやモーター、及び他の電てはならず、永久磁石に使用 される程ハードであってはならない。

強磁性物質としては、特にソフトでないところからセミハード塩、即ち約３〜１ ０００ｅｒｓｔｅｄ迄の抗磁力を持っている物質が理想的であり、特に推奨され る。

このような物質としては例えば、ＡＷＳ　５０２　（５，０％Ｃｒ。

０．０６％　Ｃ，０，８％Ｎｉ、　０．４％Ｓｉ、　０．５％Ｍｏ、残部Ｆｅ） 、ＡＷＳ　４１０　（１２，３％　Ｃｒ、　０．２％Ｎｉ、　０．０８％Ｃ，０ ，９％Ｎｏ。

０．４％Ｓｔ、　０．４％Ｎｏ、　　残部Ｆｅ）、５２アロイ　（５２％Ｎｉ、 ４８％Ｆｅ）　、ＫａｎＬｈａｌ　７０　（７０％Ｎｉ、　３０％　Ｆｅ）、Ｕ ｎｉｍａｒ　３００（１７−１９％Ｎｉ、　？−９，５Ｘ　Ｃｏ、　　３−５． ２％Ｎｏ、　０．１−０．８％　Ｔｉ。

０、０５−０．１５％Ａ１．０．０３％以下のＣ１残部ｒｅ）、及び、Ｔｅ１ｅ ｄｙｎｅ　Ｖａｓｃｏ　９−４−２０　（９，８％Ｎｉ、　３．６２％Ｃｏ、　 ０．１５％Ｃ１残部Ｆｅ）が挙げられる。

今迄の所、最も良い成績が得られたのはＡＷＳ　５０２である。これは外部磁界 に対して安定でありながら、光感度が得られる。

理想的には、本発明に使用するために選ばれた強磁性体材料は、冷間加工時より も、むしろアニーリングその他の熱処理を受けた後に、上記の必要な性質を具え るものでなければならない。それは、エレメントの全長に渡ってこれらの性質が 均一であることが重要であるのに、冷間加工の結果得られた性質の分布はコンあ るのに、冷間加工の結果得られた性質の分布はコントロールが困難であるからで ある。

充分満足できないパーミアビリティを改善するため必要な場合には、エレメント に望ましい磁気異方性を与えるため、テンシヨン又はトーシジンを生じさせるス トレスを与えることがある。

一つのコイルのトータルインダクシジンＬｔがその内部に含まれる物質のパーミ アビリティの一次関数であることは良く知られている。

このことは、インダクタンスの測定が、コイルのコアを形成する強磁性体物質の 全有効インクレメンタルパーミアビリティを測定するための、換言すれば、領域 Ａ及びＢのりマネントリイマグネティゼイシッンの差を測定するための最も簡便 な方法の一つであることを示している。

本発明に於いては、インダクタンスの測定が、第１図に示されている強磁性体エ レメント１６の領域Ａ及びＢから成るセグメントＬの全有効バーミアビリティの 測定値を得るための、そして領域Ａ及びＢの境界の位置、即ち距離Ｘを決定する ための、非常に有効な方法であるとこが見出された。

第１図を参照するとき、若しエレメント１６の領域Ａの断面が単位長さ当たりｎ ターンを持つソレノイドコられる。

Ｌ　Ａ　＝　ｎ　Ｘ　ｄφ／ｄｉ ここでφは磁束密度。

これと同じ関係を、磁束密度（Ｂ）及び磁界（Ｈ）で表すと Ｌ　Ａ　＝　ｎ　Ｘ　Ａ　ｄ　Ｂ　Ａ　／　ｄ　ｉＬ　Ａ　＝　ｎ　Ｘ　Ａ　ｕ 　Ａｄ　Ｈ／　ｄ　ｉ磁界に対しては同様に ＬＡ＝ｎＸＡμＡ（０，４πｎｄ　ｉ／ｄ　ｉ）全ての定数を単一の定数にで表 わすと、ＬＡ＝ＫＸμ。

同様に領域Ｂに対して、対応するす式はり、＝Ｋ　（Ｌ−Ｘ）μ８ 巻き線の全インダクタンス、Ｌア””ＬＡ＋Ｌｌは、Ｌｔ＝Ｋ（Ｘμ、　＋　（ Ｌ−Ｘ）μ、〕μｈ＝ｂμ、であるから、これをＬｔの式に代入すると、 Ｌｔ　　−Ｋ　　（Ｘ　ｂ　１１Ｂ＋　　（Ｌ　　Ｘ）　　ＩＩｍ　）÷ＫｐＢ 　（（ｂ　　　１　）Ｘ＋Ｌ）この関係式は、第３図に於ける強磁性体エレメン ト１６の周りに巻かれたコイルのインダクタンスが、エレメント１６の長手方向 のマグネット１４の位置を示す電気信号を発生する電気回路のデザインに利用で きることを示している。

を示している。

その様な回路の一例は第４図に示されている。

一つのオペレーショナルアンブリファイヤーＯＡと、強磁性体エレメント１６の 周りに巻かれたコイル３０とから成るこの回路は、インダクタンスによって定ま る周波数で共振する。

周期（１／ｆ）は、ソレノイド３０の抵抗損失ＲＬＱＳＳが一定であるならばい インダクタンスの一次関数である。

実際にはＲＬＯ８Ｉは周波数と共に増大する。然しなから、この変化の影響は抵 抗Ｒを、発生し得るＲＬＯ１１８の最大値（通常約７Ω）よりも大きくすること によって無視できるようにすることができる。

この回路はソレノイド３０に必要なりＣバイアス電流を流すために抵抗Ｒ１、イ ンダクタンスＬ１及びミリアンメーター３４と直列に接続された可変電圧電源３ ２を有する。

バイアス電流の交流成分を阻止するため、インダクタンスＬ、の値をソレノイド ３０のインダクタンス（それは通常約０．２ｍＨである）に比べて十分に大きく して置くことが望ましい。同時に、抵抗Ｒ１はソレノイドを通るＤＣ電流が無視 できるようになるような値にセットされる。

キャパシターＣ３は出力波の形状を滑らかにするた路の入力電圧が±１５Ｖであ るとき、本発明にかかるこの回路を十分に作用させるための各部のパラメーター は次の通りである。

Ｒ＝　　１２０Ω Ｒ，＝　２７００Ω Ｒｙ　＝　１０００Ω Ｒ，＝３７０Ω Ｌ　ｒ　＝　　１００　ｍＨ （：、　＝　０．４７μＦｄ 第４図の回路を第１図に示されている磁気位置検出器に用いた場合に就いて説明 する。

センサーは、強磁性体エレメント１６としてＡＷＳ　５０２の直径０．８ｍ−の ワイヤを用いて構成される。このワイヤは、６〇七のＲＭＳ　６Ａの電流を６分 間通して、加熱されストレスが除去されている。この加熱条件でワイヤは約５０ ０℃の温度に達した。

エレメント１６には、完全に絶縁されたＡＷＧ　３４番線が密着巻きされソレノ イドが形成された。接線はｌａｏ当たり５１ターンで、ソレノイドの長さは３９ ．６ｃｍである。

エレメントはコイルよりも約１０ａｏ長く、そして、コイルの両端部に近い所で 強く磁化されていないフィールドを避けるために両端に５国宛突き出している。

ソレノイドが巻かれたエレメントは、狭い取りつけ溝が刻まれた木製のボードの 中に取り付けられ、そのボードはミリングマシンのテーブルの上に取り付けられ た。

直径４　ｍｍ、長さ１２ｍｍの小さなアルニコ磁石がミリングマシンのスピンド ルに取り付けられ、そして、ソレノイドから約１＋ｎｍを離してマグネットの一 端がその中心に、即ちエレメントに直角に向けられた。

マグネットを固定しておいて、エレメント１６をマグネット１４に対して相対的 に移動させるため、スピンドルに対してテーブルを相対的に移動させた。

先ず最初に、マグネットに必要な初期のポーラリゼーションを行わせるために（ 磁気的初期化）、エレメントはマグネットに対して相対的に、コイルの一端から 他の一端まで、単一の連続的なパスに沿って動かされた。

エレメントとマグネットの相対的な運動は、第４図に示された回路の出力波の周 期を測定することによってモニターされた。

可変電圧電源３２によって、３０ｍＡのＤＣバイアス電流が供給された。コイル の長さは３９．６ａｎ　（１５，６ｉｎ　）であったが、測定はセグメントの全 長Ｌ＝３８．１ａｎに渡って２．５４ａｎ　（１ｉｎ　）ずつ離れた点毎に行わ れた。このインターバルは、ミリングマシンテーブルの制御がインチで較正され ており、そして、エレメントの正確な１インチ宛の移動が比較的容易であるため 採用された。

ンチ宛の移動が比較的容易であるため採用された。

この実験のデータは第５図に示されている。

マグネットの位置Ｘ、即ちセグメントの一端２ｏからの距離と測定された回路の 出力波の周期とは、極僅かな差異を除いてリニアである。

このデータにおける最大のりニアリティ誤差、即ち、第５図に示されている直線 からの偏差は１．６％であった。

最大のヒステレシス誤差は、マグネットがセグメントの一端２２に到達した後、 その運動方向が反転し、１インチ毎のインターバルで測定を行うため、セグメン トの端部２０に戻るときに得られ、その値は１．１％であった。

このデータは卓越したものと信じられ、本発明にかかる装置は、いろいろな用途 の中でも特に、液面計や機械に於ける制御エレメントとしての様々な用途に適し ていると考えられる。

然しながら、上記のようなデータの評価は比較的粗雑なものである。位置検出装 置の評価に於いては、標準点として中心点を用いるのが普通である。若し、その 様になされると、試験されたセンサーの性能は飛躍的に向上する。

又、ソレノイドの内部の両端部に於けるフィールドの減少（コイルの端部におい ては中心部の半分）、反部に於いて最大）と言うような端末効果の望ましくない 影響を避けるために、位置検出のためコイルの中心部分のみが用いられれば、デ ータは更に飛躍的に改善される。

コイルの端部が用いられるとしても、それらの端末効果は磁気回路を第２図中に １００．１０８及び１１０で示すように磁気回路を閉じ、そしてその端部にソレ ノイドを付加的に巻き付けることによって最小にする事ができる。

第５図に示された関係の直線性は、相互インダクタンスの減少が単位長さ当たり のインダクタンスを減少させ、そしてエレメント１６の磁化されていない領域の フィールドが二つの残留強度を等しくしようとするような両端部を除いて、優れ たものと見做される。

単位長さ当たりのインダクタンスが捲線のピッチの二乗に逆比例するので、ソレ ノイドの端部で接線を増加することによって、これらの端部効果を緩和すること ができる。

エレメント１６の全長に渡って接線のピッチを適切に変化させることによって、 特別な望ましい変換係数をセンサーに与えることができる。

例えば、エンプリカルな技術によって、インダクタンスの変換関数を望ましい関 係、例えば、液体のレベルと体積の間の関係のようにに変えることができる。

このアプローチはフローティングマグネットを用いた液体のレベル計に於いて有 用である。そこでは出力信号が、不均一な断面の容器の中に残された液体の体積 に比例するよう変換される。

容器の中に残された液体の体積が、単純に液体のレベルに比例するような直立し た円筒状タンクのような容器でない場合、例えば球状のタンクとか皿型、楕円形 又は球状の鏡板を持つ円筒状タンクのように、容器の中の液体の体積が液面のみ ならず容器の半径の関数でもあるような容器について説明すると、それらの内部 の液体の体積は液体のレベルの僅かな変化で急速に増大若しくは減少する。

エレメント１６の全長に渡って接線の巻き数は増大又は減少（ピッチの減少又は 増大）するよう変えられ、エレメント１６の当該部分は、上記のような大きな体 積の変化が起きるような面積に対応する。

増加（減少）する捲線の密度は出力信号の増大（減少）に対応し、マグネット１ ４の極僅かの直線運動にも関わらず増大（減少）する容積変化に対応する。

本発明の他の実施例は第６図に示されている。

ここでは第２図に示されているような一対の平行な強磁性体エレメント１００． １０２が用いられる。

それぞれエレメントｔｏｏ、　１０２に対応するソレノイド５０．５２が互いに 反対の向きに巻かれており、電源Ｖ。

５Ｇ、５２が互いに反対の向きに巻かれており、電源ｖｃｃからそれぞれの端末 に供給される電流によって互も、１に反対の向きにバイアスされる。

マグネット１４はＮ極として示されている同一の極をそれぞれのエレメント１０ ０．１０２に向けて、それらのポーラリゼイシジンを制御している。

マグネット１４がソレノイドに沿ってその頂点から下端まで第６図に示されてい るように運動すると、マグネットはそれぞれのエレメントのポーラリゼイション を同じ向きに制御する。然しなから、それらのエレメントにおける反対の捲線の ために、一つのコイルのインダクタンスが増大すると他のコイルのインダクタン スは減少する。

図示されているマルチバイブレーク回路では、−組のトランジスタＴ、　、’ｒ ｔが交互に導通してエレメント１００．１０２に供給する方形波を発生する。

一対のコイル５０．５２の内の何れか一つのインダクタンスが増大すると他のコ イルのインダクタンスは減少する。このインダクタンスの変化は、異なった電圧 信号ｖＩ％Ｖ、を生じさせるが、その大きさはそれぞれ対応するコレクタ回路の インダクタンスに比例する。

このＶ’＋％Ｖ、の大きさの相違はｖ　ｏｕｔに現れる。

面白いことに、第８図に示された回路には、別々のＤＣバイアス電流を加える必 要がない、なぜかというる一定の定められた値迄一方向にのみ変わるためである 。そしてこれは、ＤＣバイアスと交流成分とを重畳したものに相当する。

これと非常に良く似た効果、即ち、一つのコイルでインダクタンスが増加するの と同時に、他の一方のコイルのインダクタンスが減少すると言う効果は、第６図 に示されたのと同様な回路構成によっても達成される。

例えば、同じようなマグネット構造を用いて、コイル５０．５２が同じ方向に巻 かれた場合、若し電源からの電流が、それぞれのコイルの反対側の端子から流れ 込むようにするならば、コイル５０．５２は同じ方向に巻かれていても良い。又 、若しマグネットの構造が第２図に示されているように変えられている場合には 、マグネットの異なった極がそれぞれエレメント１００．１０２のボーラリゼー シａンに影響する。そのため同じ方向に巻かれ、かつ電流がそれぞれの同じ側の 端子からコイルに流れ込むようなコイル５０．５２によって所望の効果が得られ る。

反対に第２図のマグネット構造によるとき、若し電源ＶＣＣからの電流がそれぞ れコイルの反対側から流入するよう構成されているならば、コイル５０．５２は 、互いに反対方向に巻かれていてもよい。

センシング回路を簡単にし、コストを下げると同様に、領域Ａ及びＢに於けるマ グネティゼイションに不均等性を与えるために用いられるバイアスフィールドを 発生させるために必要な電力も減少させることが望ましい。

もし、電力がオフとなっている間にマグネットが動かれると、電気的に供給され たバイアスフィールドによって位置の表示に誤差が生じる。

本発明の他の実施例によるときは、マグネット１４を傾けることによって反対方 向に磁化された領域Ａ及びＢの間の必要な強度差を犠牲にすることなく、バイア スフィールドの必要性を無くすことができる。そこでは第７図に示されているよ うに、そのモーメントは傾斜角θでエレメント１６の長手方向軸に直角な位置か ら逸らされる。

第８図に示されているように、マグネットの傾斜はエレメントの上に生じる反対 向きのマグネタイジングツイールドの間の対称性を失わせる。

第８図に於いて、傾斜角θ＝０、θ＝３０’、θ＝　６０’及びθ＝９０”に於 けるフィールドＨと、エレメント１６に沿って測ったマグネット１４からの距離 Ｘとの関係がグラフとして示されている。

マグネット１４の近傍にあるエレメントの微小部分を除いて、エレメント１６に 作用する程大きな連続的なフィールドは存在しない。マグネット１４はフィール ドの供給源であるので、マグネットが通過するエレメント１６の部分はマグネッ トの強さと傾斜角とによって定められるフィールドの極大値によって揺さぶられ る。

第８図から分かるように、マグネティゼイションを反転させるには、大きなピー クｌと２の極大値が共にエレメント１６の保磁力を越えていることが必要であり 、同時にピーク３の極大値は保持力よりも充分に小さく無ければならない。

エレメント１６の二つの領域Ａ及びＢに於けるマグネティゼイシジンの平等性を 破壊するために、ここではバイアスフィールドを供給することなく、傾斜したマ グネットが用いられる。

二つの大きなピークの内の弱い方のフィールドの極大値、第８図に示すピーク２ は、エレメント１６の保磁力を充分に越えているが、然しマグネット１４がエレ メント１６のどの点を通った後に於いても、残留インクレメンタルバーミアビリ ティ（及び残留マグネティゼイション）がどの点に於いても飽和レベルに達する ような大きさであってはならない。

このことはピーク１のフィールドの極大値と、ピーク２のフィールの極大値とが 、それぞれエレメント１６の上に識別できる残留インクレメンタルパーミアビリ ティを発生することを保証するものである。

このため二つの大きなピーク値の内の小さい方のピークのフィールドの極大値は 、望ましくはエレメント１６の保磁力の１．２〜２倍の範囲内にあること、そし て充分に識別できる残留インクレメンタルパーミアビリティを発生するために、 他の一方の大きな方のピークのフィールド極大値よりも充分に小さくなければな らない。

望ましい傾斜角の選定は、使用されるマグネットの強さに関係する。この相対的 な関係にもよるが傾斜角θの値は２０°〜７０°の範囲内である。

前に述べた実施例はで、ソレノイド捲線を用いているが、エレメントの有効パー ミアビリティを検出するための、バイアス及び交番フィールドを発生させるため 要求されるインターアクティブコンダクタ−をソレノイド攪線以外の方法で構成 することもできる。

例えば、強磁性体エレメントそれ自身が導電体として用いられてもよく、又、そ れはより導電性の良いコア（強磁性体エレメントを導電性のワイヤ、ストリップ 又はリボン等の上にブレーティングすること、又は強磁性体エレメントを管状に してその穴の中に導電体を通すことによって）又は、例えば、強磁性体エレメン トを飽和鉄心と磁気的に結合しも良く、そして更に捲線が飽和鉄心の上に巻かれ ていてもよい。この方法では、外部マグネット構造はエレメントそれ自身を使用 するよりはむしろエレメント１６のマグネティゼイションを決定するために用い られる。

それは特に小さな装置に取りつけるためには適している。若しも強磁性体エレメ ントが導体として使用できるならば、それはエレメントと導電体の間に絶縁イン ターフェイスを持つことが望ましい。

本発明に於いては、反対向きにマグネタイズされた領域Ａ及びＢの境界の位置を 検出するための簡便な方法として、インダクタンスを測定することが第一次的に 説明されたにも関わらず、前に説明したように、エレメント１６の他の如何なる 性質でも、その領域の残留、マグネティゼイシジンの変化に応じて変化するなら ば、如何なる特性でも測定に利用される。

例えば、エレメント１６内の音波伝播速度がマグネティゼイシジンによって変わ ることも公知である。領域Ａ及びＢのマグネティゼイシコンが異なっているなら ば音波は領域Ａ及びＢを異なった速度で通過するであろう。それ故、それぞれの 領域の長さに応じてエレメント１６を通る音波の通過時間が変化するであろう。

そのため、もし音波の発信器が２０に設けられており、そして対応する検出器が ２２に設けられていたとすると、エレメント１Ｂに沿うて伝播する音波の所要時 間が測られ、そしてそれはエレメント１６の長手方向に測ったマグネット１４の 位置と対応する。

境界の位置を検出する他の方法は、エレメント１６の抵抗が、マグネトロ−レジ スタンス効果によってマグネティゼイシタンと共に変わることが利用できる。

領域Ａ及びＢのマグネティゼイションが相違しているならば、エレメント１６の 抵抗はそれぞれの領域の長手方向の平均抵抗に従属する。そのためエレメント１ ６の検出された抵抗はエレメント１６の長手方向に測ったマグネット１４の位置 と関連する。

ソレノイド捲線が用いられているかどうかに関係なく、電源（ＡＣ及びバイアス ）及び検出回路は分離できる。最も簡単なケースでは、ＡＣ電源とバイアス及び 検出回路のための三本の平行導線が環状の強磁性体の中を通り、それぞれ分離し た回路の絶縁が保証される。

更に直線状の導体エレメントとソレノイド捲線との組合せが用いられる。このよ うな結合の場合には、若しも強磁性体材料に捩じれ、磁界内熱処理又はブレーテ ィングによってヘリカルな異方性が与えられた場合には、中心の導電ワイヤの円 形磁界と外部のソレノイド接線との干渉が増大すると言うことに留意することが 必要である。

磁気の異方性を利用することによる利点には、マテウチ効果、反つイデマン効果 又はこれら二つの複合効果として発生する電圧が、領域Ａ及びＢの境界にあるマ グネットの位置Ｘを検出するために用いられ得るとマグネットの位置Ｘを検出す るために用いられ得るということである。内部にへりカルな異方性と同軸の導電 体とを有し、その外側にはソレノイド捲線を有する強磁性体エレメントに於いて は、ソレノイドを通る交流電流は電圧マチウス信号を発生する。

同軸の導電体を通るＡＣ電流は、反つィードマン効果によって１．ソレノイドの 両端に電圧を生じさせる。

これらの電圧のどちらもインクレメンタルパーミアビリティ及びポジションＸに 、線型の影響を与える。

以上、本発明が特定の実施例によって説明されたが、数々のモディフィケイシタ ンが、ここに請求される発明の範囲を逸脱することなく当業者によってなされ得 ることは明らかである。それ故、全ての変更例及び均等物は、ここに請求される 本発明の範囲に包含されるものである。

Ｆｌθｔ Ｆｌに、　２゜ ＦＩＧ　３゜ 補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の７第１項） 平成元年１０月１１日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、　特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ　８９１００４８０ λ　発明の名称 磁気位置検出器 １　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国、マサチューセッツ　０１２０１゜ビッツフィールド、 サウス　マウンテンロード１７６ 氏　名　ガーシェリス、イヴアン　ジェイ国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 住所骨１０７　ｋ　５８３−０３０６ 東京都港区赤坂１丁目８番１号 永谷シティプラザ２０１号 １９８９年０７月１９日 ６、　添付書類の目録 （１）補正書の写しく翻訳文）　　　　１通（２）　　委任状及びその翻訳文　 　　　各１通（１９８９年ｌθ月１１日提出の特許法第１８４条の５第１項の規 定による書面に添付の ものを援用する。） 別　　　紙 ３３、移動する物体の位置を検出するための非接触型位置、検出器の製造方法に 於いて： 上記の製造方法は、上記移動する物体の移動径路に略平行に配置される強磁性体 エレメントを与える段階を含み、上記強磁性体エレメントは、移動限界を規定す る間隔を隔てた第１と第２の端部を有するセグメントを含み、上記第１端部と第 ２端部との間で上記移動する物体の位置が、監視されるようになっており、上記 第１端部と第２端部の間の上記強磁性体エレメントの長手方向距離が上記セグメ ントの長さＬを規定し； 上記製造方法は、上記強磁性体エレメントに一定の極性を与え、上記強磁性体エ レメントを局部的に分極するのに十分な強さを有する磁界を与えるためのマグネ ットを上記強磁性体エレメントに近接して位置決めする段階を含み、それによっ て上記マグネットと強磁性体エレメントとの間の相対的移動が、上記マグネット に接近している上記強磁性体エレメントの部分の極性を変え；上記製造方法は、 上記セグメントの端部間の全長に沿って１つの方向に上記マグネットを移動させ ることにより、上記セグメントをその長さしに沿って第１方向に均一に磁化する 段階を含み； 上記製造方法は、上記マグネットを反対方向に距離Ｘ（但し、０≦Ｘ≦Ｌ）移動 させることにより、上記マグネットを上記強磁性体エレメントに接近して維持し ながら上記マグネットを上記セグメントに沿って位置決めする段階を含み、上記 移動は、上記強磁性体エレメントの上記マグネットが沿って移動する部分の極性 を逆にして、一対の連続し互に反対の極性を与えられ、残留磁化された領域を上 記セグメント内に形成し、上記第１領域は長さＸを有し、上記第２領域は長さＬ −Ｘを有し、上記連続する一対の領域は、その間の交差点を上記マグネットの位 置に形成すること； を特徴とする非接触型位置検出器の製造方法。

国際調査報告

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. １．移動する物体の位置を検出してその表示を与えるための位置検出器に於いて ： 上記位置検出器は、上記物体の移動径路に実質的に平行に設けられた強磁性体エ レメントを備え、上記強磁性体エレメントは、移動限界を決定する第１と第２の 間隔を隔てた端部を有するセグメントを含み、上記移動限界の間で上記移動する 物体の移動が監視されるようになっており、上記端部の間で上記強磁性体エレメ ントの長手方向に測った距離が上記セグメントの長さＬを規定し、上記セグメン トは、一対の互いに隣接し反対の向きにポーラライズされ、マグネタイズされた 第１及び第２の領域を備え、上記第１領域は、上記第１端部を含みかつ長さＸ（ 但し、Ｏ≦Ｘ≦Ｌ）を有し、上記第２領域は、上記第２端部を含みかつ長さ（Ｌ −Ｘ）を有し、上記隣接する一対の領域は、上記セグメント内に境界を規定し； 上記位置検出器は、上記境界に対応する位置にマグネットを備え； 上記マグネット及び強磁性体エレメントの内の一方は、実質的に互に一定の距離 にある他方に対して相対的に上記移動する物体と共に移動するように、上記移動 する物体と関連させかつ上記移動する物体に対し既知の空間的相対関係で取付け られ、上記マグネットは、上記強磁性体エレメントに一定のポーラリゼイション を与えると共に上記強磁性体エレメントを局部的にポーラライズさせるのに十分 な強さを有する磁界を与え、それによって上記マグネットと上記強磁性体エレメ ントとの間の上記相対的移動が、上記第１領域と第２領域の夫々の長さを変え； 上記位置検出器は、上記境界の位置を変えることなくその位置を検出し、そこに 配置された上記移動する物体の位置の表示を与えるように上記強磁性体エレメン トと関連づけられた装置を備えていること； を特徴とする上記の位置検出器。
2. ２．上記境界の位置を検出するための装置が、残留磁化の変化と共に変動する上 記強磁性体エレメントの特性を検出するための装置を備え、上記検出された特性 は上記境界の位置と互に関連させ得ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の位置検出器。
3. ３．上記境界の位置を検出するための装置が、上記強磁性体エレメントの透磁率 を検出する装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の位置検 出器。
4. ４．上記境界の位置を検出するための装置が、上記強磁性体エレメント内の音速 を検出する装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の位置検 出器。
5. ５．上記境界の位置を検出するための装置が、上記強磁性体エレメントの抵抗を 検出する装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の位置検出 器。
6. ６．上記境界の位置を検出するための装置が、上記強磁性体エレメントの全長に わたり有効な全体的インクレメンタルパーミアビリティを検出する装置を備えて いることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
7. ７．上記境界の位置を検出するための装置が、小さいＤＣバイアス磁場を上記強 磁性体エレメントに加えるための装置を含むことを特徴とする請求の範囲第６項 に記載の位置検出器。
8. ８．上記境界の位置を検出するための装置が、上記強磁性体エレメントの周りに 巻付けられたコイルと、上記コイルのインダクタンスを検出してそこに配置され た上記移動する物体の位置の表示を与えるように上記コイルと結合する電気回路 装置とを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
9. ９．上記マグネットが、上記強磁性体エレメントの保磁力を越える磁界強さを、 上記強磁性体エレメントに及ぼすことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の位 置検出器。
10. １０．上記マグネットが、上記強磁性体エレメントに、その保磁力の少くとも２ 倍の磁界強さを及ぼすことを特徴とする請求の範囲第７項に記載の位置検出器。
11. １１．上記マグネットが、その磁気双極子モーメントを上記強磁性体エレメント の中心軸に直角な方向から２０〜７０度の角度傾けて配置されていることを特徴 とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
12. １２．上記マグネットの磁界強さが、両方のピーク磁界の極大値が上記強磁性体 エレメントの保磁力以上であることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載の位 置検出器。
13. １３．ピーク磁界の長大値の弱い方が、上記強磁性体エレメントの保磁力の１． ２〜２．０倍であり、他方のピーク磁界の極大値により生じた残留インクレメン タルパーミアビリティから区別しうる残留インクレメンタルパーミアビリティを 生ずるように、他方のピーク磁界の極大値より十分に小さいことを特徴とする請 求の範囲第１２項に記載の位置検出器。
14. １４．上記マグネットが永久磁石から成ることを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の位置検出器。
15. １５．上記マグネットが、その磁石双極子モーメントを上記強磁性体エレメント の中心軸に実質的に直角になるよう配置されていることを特徴とする請求の範囲 第１項に記載の位置検出器。
16. １６．上記強磁性体エレメントが、１００エールステッドの範囲内の保磁力を有 することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
17. １７．上記強磁性体エレメントが、単一の細長い強磁性体エレメントから成るこ とを特徴とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
18. １８．上記強磁性体エレメントが、一対の平行で細長い強磁性体エレメントから 成り、その強磁性体エレメントの各々は、一対の隣接し、反対向きのポーラリゼ イションを与えられた残留磁化領域を含むことを特徴とする請求の範囲第１項に 記載の位置検出器。
19. １９．上記マグネットが、上記一対の強磁性体エレメントの間にほぼそれに平行 に移動するように配置され、上記一対の強磁性体エレメントの各々に同じ向きの ポーラリゼイションを与えることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の位置 検出器。
20. ２０．上記マグネットが、上記一対の強磁性体エレメントの間に、それにほぼ平 行に移動するように配置され、上記強磁性体エレメントの各々に反対向きのポー ラリゼイションを与えることを特徴とする請求の範囲第１８項に記載の位置検出 器。
21. ２１．上記強磁性エレメントが、積極的に磁気異方性を与えられていることを特 徴とする請求の範囲第１項に記載の位置検出器。
22. ２２．上記コイルのピッチが上記強磁性体エレメントの全長に渡り均一であるこ とを特徴とする請求の範囲第８項に記載の位置検出器。
23. ２３．上記コイルの捲線のピッチが、上記強磁性体エレメントの端部に隣接する 位置に於いて、その端部の間の部分の捲線のピッチより小さいことを特徴とする 請求の範囲第８項に記載の位置検出器。
24. ２４．上記コイルの捲線のピッチが、上記強磁性体エレメントの長手方向に不均 一であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の位置検出器。
25. ２５．上記マグネットが、上記強磁性体エレメントに沿って移動するように、上 記移動する物体との間に既知の空間的相互関係を保って上記移動する物体に取付 けられていることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、第６項、第７項、第 ８項、第１１項、第１２項、又は第２４項に記載の位置検出器。
26. ２６．移動する物体の位置を検出してその位置の表示を与えるための位置検出方 法に於いて： 上記位置検出方法は、上記移動する物体の移動の径路に略平行に強磁性体エレメ ントを配置する段階を含み、上記強磁性体エレメントは、移動限界を規定する第 １と第２の間隔を隔てた端部を有するセグメントを含み、上記第１と第２の端部 の間で上記移動する物体の移動を監視するようになっており、上記第１端部と第 ２端部の間で上記強磁性体エレメントに沿う距離は上記セグメントの長さＬを規 定し、上記セグメントは、一対の隣接し互に反対の向きにポーラリゼイションを 与えられた第１及び第２の残留磁化領域を含み、上記第１領域は上記第１端部を 含みかつ長さＸ（但し、Ｏ≦Ｘ≦Ｌ）を有し、上記第２領域は上記第２端部を含 みかつ長さ（Ｌ−Ｘ）を有し、上記隣接する領域は上記セグメント内で両者の境 界を規定し；上記位置検出方法は、マグネットを、上記強磁性体エレメントから 略一定の距離のところで上記強磁性体エレメントに沿って上記移動する物体と共 に移動するように、上記移動する物体と関連づけて既知の空間的相対関係を保っ て上記移動する物体に取付ける段階を含み、上記マグネットは、常に上記境界に 近接した位置にあり、上記強磁性体エレメントに一定の向きのポーラリゼイショ ンを与えると共に上記強磁性体エレメントを局部的にポーラライズするのに十分 な強さを有する磁界を与え、それによって上記強磁性体エレメントに沿う上記マ グネットの移動が第１領域と第２領域の夫々の長さを変え； 上記位置検出方法は、上記境界の位置を変えることなくその位置を検出し、そこ に配置された上記移動する物体の位置の表示を与ええる装置を含むこと；を特徴 とする位置検出方法。
27. ２７．上記境界の位置を検出する段階が、残留磁化の変化と共に変動する上記強 磁性体エレメントの特性を検出する段階を含み、上記検出された特性が、上記境 界の位置と互に関連することを特徴する請求の範囲第２６項に記載の位置検出方 法。
28. ２８．上記境界の位置を検出する段階が、上記強磁性体エレメントのパーミアビ リティを検出する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２７項に記載の位置 検出方法。
29. ２９．上記境界の位置を検出する段階が、上記強磁性体エレメント内の音速を検 出する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の位置検出方法。
30. ３０．上記境界の位置を検出する段階が、上記強磁性体エレメントの抵抗を検出 する段階を含むことを特徴とする請求の範囲第２６項に記載の位置検出方法。
31. ３１．上記境界の位置を検出する段階が、上記強磁性体エレメントの全長に渡り 全体的な有効インクレメンタルパーミアビリティを検出する段階を含むことを特 徴とする請求の範囲第２６項に記載の位置検出方法。
32. ３２．上記境界の位置を検出する段階が、上記強磁性体エレメントの周りに巻付 けられたコイルを設け、上記コイルのインダクタンスを検出し、そこに配置さた 上記移動する物体の位置の表示を与える段階を含むことを特徴とする請求の範囲 第２６項に記載の位置検出方法。