JPH0663769B2 - 傾斜角センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 揺動する物体の傾斜角の絶対値を非接触で計測する方法
として、同心で円弧状をなす二つの磁性体が該磁性体の
両端を磁界方向が同一の磁石で連結して鉛直方向に保持
されると共に、磁気検知素子が外装ケースに固定されて
前記磁性体の間に回動可能に設けられており、該磁気検
知素子と磁性体との相対位置が外装ケースの揺動により
変化し、磁性体間の漏洩磁束を検出して傾斜角を求める
傾斜角センサ。

〔産業上の利用分野〕

本発明は揺動する物体の傾斜角を精度よく測定する傾斜
角センサの構成に関する。

海上に停泊する船舶や港のブイは一定の周期で押し寄せ
る波により揺動を繰り返しているが、このような揺動の
際に物体が運動する傾斜角を精度よく測定する技術は確
立されておらず、この実用化が要望されていた。

〔従来の技術〕

揺動する物体の傾斜角を精度よく且つ簡便に測定する方
法は未だ実用化されてはいない。

然し、発明者らは回動する物体の回転角を磁気的に検出
する方法を見出し、既に出願を行っている。（特願昭61
−009566,61年１月20日出願） 第４図はかかる回転角度センサの平面図であって、磁性
体よりなり回動が可能な円環１の二等分位置に永久磁石
２と３が極性を同じくする方向に備えられており、また
磁気検知素子４は円環１の内側に設けられている。

ここで、円環１は珪素鋼，純鉄，磁性ステンレスなどの
磁性材料からなり、永久磁石2,3はフェライト，アルニ
コ，サマリウム−コバルトなどの磁性材料を用いて形成
されている。

また、磁気検知素子４は磁気抵抗素子かホール素子が用
いられている。

かかる回転角度センサの検出原理は同図に示すように永
久磁石2,3の磁界方向を揃えて配置することにより円環
１の中に閉磁路５が形成されており、また永久磁石2,3
からは矢印の方向の漏洩磁界6,7が発生している。

然し、永久磁石２と３の漏洩磁界の方向は逆であるから
永久磁石2,3を結ぶ線に直交する直径位置８では漏洩磁
界6,7が相殺されるため漏洩磁界は存在せず、従ってこ
の位置に置かれた磁気検知素子には起電力は発生しな
い。

然し、磁気検知素子４を固定した状態で円環１を徐々に
回転させると永久磁石２或いは３が近ずくに従って漏洩
磁束密度がふえるために磁気検知素子４の起電力は増加
し、直径位置８よりも90゜回転して永久磁石と対向した
状態で最大となる。

従来の回転角度センサはこのような構成がとられてい
る。

然し、回転角度センサが一個の円環１から構成されてい
るために漏洩磁界6,7を生ずる磁性体間の距離が大き
く、そのために検知感度が低いと云う問題があり、また
距離が一定しないために出力特性の直線性が悪いと云う
問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

回動する物体の回転角度を非接触で測定すると共に絶対
値を得る方法として、発明者等は先に記したように二個
の永久磁石で二等分した円環状の閉磁路と磁気検知素子
とからなる回転角度センサを提案しているが、かかるセ
ンサは検知感度が低く、また出力特性の直線性があまり
良くない。

そこで、これらの欠点を改良すると共に揺動現象に適し
た測定器を開発することが課題である。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の問題は同心で円弧状をなす二つの磁性体が該磁性
体の両端を磁界方向が同一の磁石で連結され、該円弧状
をなす磁性体の中心と円弧状の中央部とを結ぶ線が鉛直
方向に保持されると共に、磁気検知素子が外装ケースに
固定されて前記磁性体の間に回動可能に設けられてお
り、該磁気検知素子と磁性体との相対位置が外装ケース
の揺動により変化し、磁性体間の漏洩磁束を検出して傾
斜角を求める傾斜角センサの使用により解決することが
できる。

〔作用〕

本発明は今まで閉磁路が一個の円環から形成されていた
のに対し、二つの同心円状の円弧からなる磁性体を用
い、この磁性体の両端に磁界方向が同一な永久磁石で結
び、この間に磁気検知素子を設けることにより検出出力
が大きく、また揺動の測定に適したセンサを実現するも
のである。

すなわち、磁性体からなる二個の円弧を同心円状に配置
し、この両端に永久磁石を設けて閉磁路を形成するよう
にすると、磁性体からなる円弧相互間の距離が狭く且つ
一定であるので漏洩磁界強度は大きくなり、また出力特
性の直線性も改良される。

また、揺動を測定するには二個の円弧状の磁性体を鉛直
方向に固定し、この間に磁気検知素子を揺動させればよ
い。

〔実施例〕

第１図は本発明に係る傾斜角センサの構成図であって、
純鉄，珪素鋼，磁性ステンレスなどの磁性体からなる外
側の円弧10と内側の円弧11は両端がフェライトやアルニ
コなどからなる永久磁石12,13により一定の間隔に保持
されて回転軸14に接続しており、固定部15が形成されて
いる。

ここで、固定部15は回転軸14と内側および外側の円弧1
0,11の中央とを結ぶ線が常に鉛直方向を向いていること
が必要であって、揺動する外装ケース16に固定して設け
てある回転軸14との間にはベアリングがあり、また必要
に応じて非磁性の重りが設けてあり、これにより外装ケ
ースの揺動とは無関係に常に鉛直方向を向いている。

そして、内側の円弧11と外側の円弧10の両端に設けた永
久磁石12,13により閉磁路が形成されていると共に同図
に矢印で示す方向の漏洩磁界17が発生しているが、この
漏洩磁束密度は永久磁石12,13より遠ざかるに従って急
速に減少している。

ここで、内側の円弧11と外側の円弧10との間の漏洩磁界
の方向は反対であり、そのため同図で磁気検知素子18が
存在する鉛直部では漏洩磁界は零であり、従って起電力
は発生しない。

さて、磁気検知素子18は外装ケース16に固定されてお
り、外装ケース16と共に揺動するため、磁気検知素子18
は固定部15の内側の円弧11と外側の円弧10の間の空隙部
を移動し漏洩磁界を横切るために起電力が発生する。

第２図は傾斜角センサの揺動による固定部15と磁気検知
素子18との相対位置の変化を示すもので、外装ケース16
の揺動によって磁気検知素子18の位置は変動するが、固
定部15は上下運動するだけで揺動はしない。

そのため、磁気検知素子18には移動量に応じて起電力が
発生する。

第３図は磁性体として純鉄を、永久磁石としてアルニコ
を、磁気検知素子として磁気抵抗素子を用いた場合の傾
斜角と出力電圧の関係図であって、−90゜〜＋90゜の範
囲に亙って直線的に変化していることが判る。

〔発明の効果〕

以上記したように本発明の実施により、傾斜角に対して
直線的に出力電圧が変化する傾斜角センサの実用化が可
能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る傾斜角センサの構成図、 第２図（Ａ），（Ｂ）は傾斜角センサの揺動状態を説明
する正面図、 第３図は本発明に係る傾斜角センサの出力特性図、 第４図は従来の回転角度センサの平面図、 である。 図において、 2,3,12,13は永久磁石、 4,18は磁気検知素子、５は閉磁路、 6,7,17は漏洩磁界、10は外側の円弧、 11は内側の円弧、14は回転軸、 15は固定部、16は外装ケース、 である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】同心で円弧状をなす二つの磁性体（10），
   （11）が該磁性体の両端を磁界方向が同一の磁石（1
   2），（13）で連結され、該円弧状をなす磁性体（1
   0），（11）の中心と円弧状の中央部とを結ぶ線が鉛直
   方向に保持されると共に、磁気検知素子（18）が外装ケ
   ース（16）に固定されて前記磁性体（10），（11）の間
   に回動可能に設けられており、該磁気検知素子（18）と
   磁性体（10），（11）との相対位置が外装ケース（16）
   の揺動により変化し、磁性体間の漏洩磁束を検出して傾
   斜角を求めることを特徴とする傾斜角センサ。