JPH034123A

JPH034123A - 位置検出用センサ装置

Info

Publication number: JPH034123A
Application number: JP13864689A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kano; 快男鹿野
Original assignee: K G S KK
Current assignee: K G S KK
Priority date: 1989-05-31
Filing date: 1989-05-31
Publication date: 1991-01-10

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】〔産業上の利用分野〕本発明は位置検出用センサ装置に係り、と（に、磁束密
度の変化を検出することにより測定対象物の基準点から
の位置を検出する位置検出用センサ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の位置検出用センサ装置としては、所謂ホ
ール素子変位センサが知られている。

第８図に、このホール素子変位センサの原理を示す。

第８図において、永久磁石５１と永久磁石５２とはそれ
ぞれの一端面が同一平面上に位置するよう且つ相互に平
行に配置されている。また、永久磁石５３と永久磁石５
４とはそれぞれの一端面が同一平面上に位置するよう且
つ相互に平行に配置されている。

具体的には、永久磁石５１のＮ極側の端面に永久磁石５
３のＳ極側の端面が対向した状態・で当該両永久磁石５
１．５３が同一直線上に配置されている。また、永久磁
石５２のＳ極側の端面には永久磁石５４のＮ極側の端面
が対向した状態で当該永久磁石５２．５４が同一直線上
に配置されている。即ち、２＆ｌｌの永久磁石５１．５
２及び５３゜５４は互いにＮ極とＳ極が逆向きになるよ
うに、換言すればＮ→Ｓ−Ｎ→Ｓのループを形成する状
態で配置されている。

永久磁石５１．５２と永久磁石５３．５４の間には、長
方形状のホール素子５５が前記４つの永久磁石の端面に
平行な面上を永久磁石５１と永久磁石５２とを結ぶ方向
（同図の矢印Ｐ−Ｐ’方向）に往復移動し得るよう装備
されている。

このため、ホール素子５５が同図に矢印Ｈ２Ｈ°で示す
２組の磁界（永久磁石５１．５３間及び永久磁石５２．
５４間に生じる）の丁度中央にあるときは、所謂ホール
効果が打ち消しあって（逆向きの起電力がつりあヶで）
電圧が発生しないが、その位置が変化すると何方かの磁
石の影響が強くなって電圧が生じる０位置の変化が大き
いほど、発生する電圧も大きくなり、電圧の大きさから
逆に変位の大きさを知ることができる。このように、ホ
ール素子変位センサは、ホール素子のもつホール効果を
利用して、変位を電圧に変換して検出するものである。

この他、直線移動距離の大きな測定対象の位置検出用と
して比較的多く用いられているものに、抵抗体として導
電性プラスチック等を用いたリニアポテンショメータが
ある。

このリニアポテンショメータは、直線状に装（ＩＩされ
た抵抗体に沿って往復移動する摺動子（この摺動子は、
検出用ロンドに装備されている）の直線的な変位によっ
て端子間の抵抗値が配分される（端子間の電圧が分圧さ
れる）のを、当該抵抗体に並列に接続された電圧計にて
検出することにより、検出用ロンドの変位を測定するも
のである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例のホール素子変位センサによ
る変位測定にあっては、変位と出力電圧（起電力）が直
線的に比例する場合に正確な変位の検出が可能となるた
め、ホール素子の移動方向に位置する永久磁石相互間の
距離を比較的小さく設定しなければならず、必然的にホ
ール素子の検出可能な範囲が小さくなるという不都合が
あった。

この場合、原理的には、断面積の大きな永久磁石を使用
するか、或いは断面積の小さな永久磁石を多数本連続的
に配置すれば、変位検出可能な範囲を十分に確保できる
が、装置全体が必然的に大型化若しくは複雑化するとい
う不都合があった。また、断面積の比較的大きなホール
素子を使用しなければならないという不都合をも有して
いた。

一方、上記従来例のリニアポテンショメータにあっては
、検出用ロンドが抵抗体に沿って摺動する摺動子を備え
ていることから、当該摺動部分が経時的に磨耗する等耐
久性に難点があり、また、摺動による摺動ノイズが発生
して検出誤差が生じる等の不都合があった。更には、こ
のリニアポテンショメータは、非常に高価であるという
不都合をも有している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善し
、とくに、簡単な構成で安価に供給し得るとともに、耐
久性の向上を図り得る直線移動距離の長い測定対象物用
として好適な位置検出用センサ装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段］本発明では、所定長さの棒状鉄心を２本設け、この２本
の棒状鉄心を所定間隔を隔てて相互にほぼ平行に配置し
、この内の少なくとも一方に励磁コイルを所定間隔で巻
回装備し、前記両鉄心間に、直線往復運動をする測定対
象物に装備された磁束密度検出手段を当該両鉄心に平行
に且つ非接触状態で往復移動自在に配置する等の構成を
採り、これによって前述した目的を達成しようとするも
のである。

（発明の実施例〕以下、本発明の一実施例を第１図ないし第７図に基づい
て説明する。

この第１図に示す実施例は、距Ｒｈ　（３ｓｍ）を隔て
て相互に平行に配置された二本の棒状鉄心ｌ。

２を備えている。この内、一方の棒状鉄心ｌには、長手
方向のほぼ全体に亘って均一に励磁コイル３が巻回され
ている。また、これらの棒状鉄心１゜２相互間には、当
該両者に平行に且つ非接触状態で第１図の矢印ｘ−ｘ’
方向に往復運動をする磁束密度、検出手段としてのホー
ル素子４が装備されている。

これを更に詳述すると、棒状鉄心１，２としては、本実
施例では、断面長方形状の鋳鉄（Ｓ２００）製のものが
使用されている。この棒状鉄心１゜２の長さはＡ（１２
５Ｍ）、第１図における高さ方向の寸法は両鉄心相互間
のギャップと等しいｈ（３Ｍ）、奥行きは１０ｍ＋であ
る。

また、ホール素子４としては、長さ約３ｍのものが使用
され、実際には、第５図に示す測定対象物としての小型
製図機１０のトラック部１１の一端に装備されている。

どれについては後述する。

また、このホール素子４の入力側の端子４ａ。

４ｂには、第２図に示すように、定電流供給回路５が併
設され、この定電流供給回路５により常に一定の電流が
供給されるようになっている。また、このホール素子４
の第２図に示す出力側の端子４ｃ、４ｄ間にはプリアン
プ６が併設されている。

このプリアンプ６は、実際には可動部側（ホール素子４
側）に装備されているため、構造が簡単で。

軽量しかも高入力インピーダンスのものが使用されてい
る。このプリアンプ６は、位置検出信号のノイズを極め
て低減し、位置検出の精度を高めるためのものである。

このプリアンプ６の出力段には、当該プリアンプ６の出
力信号である位置信号を増幅する増幅回路７が併設され
、この増幅回路７から位置検出信号が出力されるように
なっている。この増幅回路７は、更に、前述したホール
素子４及びプリアンプ６のオフセット電圧を消去する機
能を備えている（後述する第４図の抵抗Ｒ１１１＋　Ｒ
１１の回路がその機能を備えている）。

前記小型製図機１０は、第５図に示す製図板２０上に支
持部材１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを介して固定さ
れた第１のガイドシャフト１４と第２のガイドシャフト
１５と、これらのガイドシャフト１４．１５に沿って図
における矢印Ｘ−Ｘ°方向に往復移動可能な測定対象物
としてのトラック部材１１とを備えている。この内、ト
ラック部材１１の同図の上端に前述したようにホール素
子４が装備されている。このホール素子４は、棒状鉄心
ｌと２との間に一定の間隔を隔てて挟装された状態とな
っている（第１図参照）、これらの棒状鉄心１．２はそ
れぞれの両端を支持手段１６ａ、１６ｂに支持され製図
板２０上に固定されている。このため、トラック部材１
１の基準点（棒状鉄心ｌの中点）からの移動距離（変位
）Ｘが後述する原理に基づきホール素子４の出力電圧と
して検出可能な構成となっている。ここでは、図示して
いないが、実際にはトラック部材１１の下面側には、別
の２本の棒状鉄心が所定間隔を隔てて相互に平行に装備
され、その内の一方の棒状鉄心には棒状鉄心ｌと同様に
励磁コイルが均等に巻き回されている。そして、これら
の棒状鉄心の間を移動部材１２に装備された別のホール
素子４が図における矢印Ｙ−Ｙ’方向に当該移動部材１
２とともに往復移動する構造となっている。

ここで、第３図に基づき、本発明の位置検出の原理につ
いて説明する。

前記励磁コイル３に、第３図に示すように、直流励磁電
流■を流すと、当該励磁コイル３が巻装された棒状鉄心
ｌは励磁され、その両端が、同図に示すように、磁石の
Ｎ極、Ｓ極となるような磁界が生じる。一方、他方の棒
状鉄心２には、その両端が、いわゆる磁気誘導により、
相互に逆向きとなるような磁極（Ｓ極、Ｎ極）が生じる
。

このため、両棒状鉄心１．２間には磁束φが生じる。第
３図において、棒状鉄心ｌの中点を基準点（変位零の点
）０として、この基準点０から同図における右方向に距
１ｘ隔てた点（変位Ｘの点）を考え、この点における磁
界の強さをＨとする。この場合、０点から左側に距離ｘ
隔てた点には、同じ強さＨの逆向きの磁界が生じている
。即ち、両鉄心間に距離２Ｘ隔てた一巡する磁路（同図
に仮想線Ｒで示す。）が形成されている。また、励磁コ
イル３の単位長さ当たりの巻数をＮとすると、５Ｈｄｈ、Ｈ−２ｈ、Ｎ■２Ｘ　　：、Ｈｈ＝ＮＩＸ　
　　　　・・■尚、ここでは、鉄心の透磁率μ＝■と考
えている。

しかるに、Ｘ点での両棒状鉄心間の磁束密度をＢ、空気
の透磁率μ。とすると、Ｂ　・　μ・　Ｈ・・・・・・・・・・・・■ であるから、式■■より、磁束密度Ｂは、次式のように
なる。

即ち、Ｂ・　（μ。／ｈ）　　・　ＮｌＫ　　　　　・・・・
・・・・・・・・■となる。この０式より、明らかな如
く励磁電流１が一定であれば磁束密度Ｂは変位“χに比
例する。

第７図に、第１図に示す両棒状鉄心１．２相互間の磁束
密度Ｂを従来のガウスメーターで実際に測定した結果を
示す。

この図において、磁束密度Ｂが正の部分は磁界の向きが
上から下に向いていることを示し、負の部分は下から上
に向いていることを示す。

この図から明らかなように、磁束密度Ｂは上記０式のよ
うに、変位Ｘに比例することが確認された。

第４図は上記実施例における回路部の一例を示したもの
である。

この図において、符号５はホール素子４に一定の電流１
ｃを供給するための前述した定電流回路に対応し、符号
６はプリアンプに対応し、符号７は増幅回路に対応する
。

ここでは、温度係数が小さく、且つ磁場直線性が良好等
の利点に着目し、ホール素子４の駆動回路として定電流
回路５を使用しているが、ホール素子４の駆動回路とし
て一定電圧を印加する定電圧回路を用いても良い。

次に、上記実施例の全体的動作について説明する。

まず、図示しない電源スィッチの投入とともに、定電流
供給回路５からホール素子４に対し、一定の直流励磁電
流Ｉ、が供給される。一方、トラック部材１１は、図示
しない上位制御装置からの命令により図示しない駆動手
段を介してＸ方向又はＸ°力方向移動する。この移動に
際し、トラック部材１１の移動位置の位置決めが行われ
るのであるが、この位置決めに際し、当該トラック部材
１１の時々刻々の移動地点における磁束密度Ｂがホール
素子４により検出され、プリアンプ６を介して増幅回路
７から図示しない上位制御装置に位置検出信号が出力さ
れる。上位制御装置では、この位置検出信号に基づきト
ラック部材１１の位置決め制ｊ１を行う。

移動部材１２の位置決めについても、同様に行われてい
る。

第６図は、本実施例における位置検出用センサ装置の位
置検出特性を示す説明図である。

以上説明した本実施例によると、所定間隔を隔てて相互
に平行に装備された二本の棒状鉄心１２（この内の一方
には、励磁コイル３が巻回されている）と、この両棒状
鉄心１．２間を当該両者に平行に非接触にて往復移動を
するホール素子４と、Ｎ単な構成の定電流回路５と、増
幅回路７とによって位置検出用のセンサ部が構成されて
いるため、構造が極めて簡単で安価に供給することがで
き、可動部側に装備されたホール素子４と固定部である
棒状鉄心１．２とが非接触状態であるため当該両者間に
摩擦が生じないためセンサ部の耐久性の増大を図ること
ができ、更には、棒状鉄心１．２の長さを自由に設定で
きるので直線移動距離の長い測定対象物の位置検出用と
しても十分に対応することができるという利点をも有し
ている。

〔発明の効果］本発明は以上のように構成され機能するので、これによ
ると、相互にほぼ平行に所定間隔を隔てて配置され、且
つ少なくとも一方の鉄心に励磁コイルが所定間隔で巻回
装備された２本の棒状鉄心を備えていることから、当該
鉤棒状鉄心相互間の空間部分に直線的に磁束密度が変化
する磁場が生じるのを利用して、前記両鉄心間を直線往
復運動をする磁束密度検出手段を用いて磁束密度を検出
することにより当該磁束密度検出手段が装備された測定
対象物の基準点からの変位を容易に検出することができ
、とくに、請求項２記載の発明のように磁束密度検出手
段としてホール素子を用いる場合には、極く簡単な構成
の定電流回路によりホール素子に一定電流を供給するだ
けで正確に位置検出を行うことができ、構造が極めて簡
単であるため安価に供給することができ、可動部側に装
備されたホール素子と固定部である棒状鉄心とが非接触
状態であるため、当該両者間に摩擦が生じることがなく
、これによりセンサ部の耐久性の増大を図ることができ
、更には、棒状鉄心の長さを自由に設定できるので直線
移動距離の長い測定対象物の位置検出用としても十分に
対応することができるという従来にない優れた位置検出
用センサ装置を提供することができる。

なお、上記実施例においては、棒状鉄心の内、一方にの
み励磁コイルを巻回した場合を例示したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、２本とも励磁コイルを巻
回した構成であっても良い。

また、磁束密度検出手段としてホール素子以外のものを
使用する構成であってもよい。

更に、上記実施例においては、断面が一定の長方形の棒
状鉄心を使用する場合を例示したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば、断面積が連続的に変化
する棒状鉄心等を使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の主要部の構成を示す説明図
、第２図は第１図のホール素子に併設された回路部の構
成を示す説明図、第３図は本発明の位置検出の原理説明
図、第４図は第２図に示す回路の具体的構成の一例を示
す回路図、第５図は第１図に示す実施例のセンサ装置が
装備された小型製図機を示す説明図、第６図は第１図の
実施例における位置検出特性を示す線図、第７図は第１
図の棒状鉄心相互間の磁束密度を従来からあるガウスメ
ータで測定した場合の検出結果を示す線図、第８図は従
来例を示す説明図である。１、　２・・・・・・棒状鉄心、３・・・・・・励磁コ
イル、４・・・・・・磁束密度検出手段としてのホール
素子、５・・・・・・定電流回路、１１・・・・・・測
定対象物としての製図機のトラック部。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、所定長さの棒状鉄心を２本設け、この２本の棒
状鉄心を所定間隔を隔てて相互にほぼ平行に配置し、こ
の内の少なくとも一方に励磁コイルを所定間隔で巻回装
備し、前記両鉄心間に、直線往復運動をする測定対象物
に装備された磁束密度検出手段を当該両鉄心に平行に且
つ非接触状態で往復移動自在に配置したことを特徴とす
る位置検出用センサ装置。
（２）、前記磁束密度検出手段として、ホール素子を使
用し、このホール素子に、当該ホール素子に一定電圧を
印加する定電圧回路若しくは一定電流を供給する定電流
回路を併設したことを特徴とする請求項１記載の位置検
出用センサ装置。