JPH069306Y2 - 位置検出装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は位置検出装置、特に磁気抵抗素子を用いて、非
接触で被検出体の位置を検出できる位置検出装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来、磁気抵抗素子を用いた位置検出装置として第２図
〜第５図に示されるものがある。即ち、被検出体である
ロッド20は強磁性体で構成されており、その周囲には等
ピッチ(P)で溝21が形成されている。したがって、ロッ
ド20の周面にはその移動方向に低透磁率部（溝）21と高
透磁率部22とが交互にかつ等ピッチで設けられることに
なる。ロッド20の周面近傍には検出センサ23が配置され
ており、この検出センサ23には２個の磁気抵抗素子24,2
5がロッド20の移動方向に並んだ状態に配置されてい
る。両磁気抵抗素子24,25は差動型に接続されており、
その両端には一定電圧±Ｖ_sが印加され、中間部が出力
端子として取り出されている。磁気抵抗素子24,25の上
部には永久磁石26が配置されており、その磁束が磁気抵
抗素子24,25を貫いてロッド20に対してほぼ直角方向に
作用するように磁極の向きが設定されている。

ここで、上記位置検出装置の動作を説明する。まず、第
２図においては磁気抵抗素子24の真下に高透磁率部22が
位置し、磁気抵抗素子25の真下には低透磁率部21が位置
しているので、永久磁石26の磁束は磁気抵抗素子24に多
く流れ、磁気抵抗素子25には相対的に少ない磁束しか流
れない。磁気抵抗素子24,25は周知のとおり、それを通
過する磁束の量が多くなると、それに比例して抵抗値が
増大する特徴を持つので、第２図の状態では出力電圧Ｖ
_outは−Ｖ_Sに近づき、第６図のＡ点のようになる。

次に、ロッド20（または検出センサ23）が1/4ピッチ移
動して第３図の状態になると、磁気抵抗素子24,25に流
れる磁束が平衡する。そのため、両磁気抵抗素子24,25
の抵抗値が同じになるから、出力電圧Ｖ_outは±Ｖ_Sの中
間点Ｂ、即ち０ｖとなる。

このようにして第４図，第５図へと1/4ピッチずつ移動
すると、出力電圧Ｖ_outはそれぞれＣ点，Ｄ点へと変化
する。つまり、ロッド20の１ピッチ内で出力電圧Ｖ_out
は第６図実線のように正弦波状に変化することになる。

上記のようにハーフブリッジに組まれた磁気抵抗素子2
4,25の特性が全く同じであれば、第６図実線で示すよう
な０ｖを中心とした理想的な出力電圧Ｖ_outを得ること
ができる。ところで、磁気抵抗素子は一般にInSb（イン
ジウム・アンチモン）等により製作されているが、磁気
に対する感度にバラツキが生じるのを避けることが出来
ない。その結果、第６図破線で示すように出力電圧Ｖ
_outが理想とする信号波形（実線で示す）からずれてし
まうことが多い。

この問題を解決する方法として、第７図のように一方の
入力端に補正抵抗30を挿入し、磁気抵抗素子24,25の磁
気感度バラツキを補正することが考えられる。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、この方法では磁気抵抗素子24,25の温度変化
に対する感度補正が難しくなるという問題がある。即
ち、一般に磁気抵抗素子は磁束密度の変化に対してだけ
でなく、温度変化に対してもその抵抗値が変化する。こ
の温度による影響を最小限に抑制するため、磁気抵抗素
子24,25を上記のようにハーフブリッジに組んでその中
点電圧から出力電圧Ｖ_outを得ているが、外部に温度係
数の異なる補正抵抗30を挿入すると、一定温度の下では
補正の目的を達するものの、温度変化を受けると補正の
効果が減殺されてしまう。

そこで、本考案の目的は、磁気抵抗素子の感度バラツキ
を補正し、精度の高い位置検出が可能な位置検出装置を
提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本考案は、透磁率の異なる部
分が交互に設けられた被検出体と、被検出体に対して相
対移動可能に近接配置された少なくとも２個一組の磁気
抵抗素子と、磁束が磁気抵抗素子を貫いて被検出体に対
してほぼ直角方向に作用するように、磁気抵抗素子に対
して相対移動不能に配置された主永久磁石とを備え、磁
気抵抗素子は互いに直列接続され、両磁気抵抗素子の両
端に信号が入力され、その中央より信号が出力されるよ
うにした位置検出装置において、磁気抵抗素子の配列方
向に位置調節可能で、主永久磁石より磁気抵抗素子の配
列方向の寸法が小さく、かつその磁束が磁気抵抗素子を
貫いて被検出体に対してほぼ直角方向に作用する副永久
磁石を設けたものである。

〔作用〕

即ち、ハーフブリッジに組んだ２個の磁気抵抗素子のう
ち一方の感度が弱い場合には、この弱い方の磁気抵抗素
子の近くに副永久磁石を配置する。これにより、感度の
弱い磁気抵抗素子には他の磁気抵抗素子に比べてより多
くの磁束が流れ、両方の磁気抵抗素子の磁気感度を見掛
け上、同一にすることができる。

なお、副永久磁石の位置調整は、磁気抵抗素子の中央か
ら出力される信号を見ながら、その最も理想的な出力波
形が得られる位置へ移動させ、この位置で固定すればよ
い。

〔実施例〕

第１図は本考案にかかる位置検出装置をロッド１の変位
検出に適用した一例を示す。

ロッド１は従来と同様に強磁性体で構成されており、そ
の周面には移動方向に高透磁率部２と低透磁率部３とが
交互にかつ等ピッチ(P)で設けられている。ロッド１の
周面近傍には検出センサ４が近接配置されており、この
検出センサ４の内部には２個の磁気抵抗素子５，６がロ
ッド１の移動方向に並んだ状態に配置されている。上記
磁気抵抗素子５，６間の距離ｌは1/2ピッチに設定され
ている。

上記磁気抵抗素子５，６は直列接続されており、その両
端にはそれぞれ電圧±Ｖ_Sが印加され、中間部より出力
電圧Ｖ_outが取り出されている。磁気抵抗素子５，６の
上部中央には主永久磁石７が配置されており、主永久磁
石７は磁気抵抗素子５，６に対して相対移動不能であ
る。主永久磁石７は、その磁束が磁気抵抗素子５，６を
貫いてロッド１に対してほぼ直角方向に作用するように
磁極の向きが設定されている。主永久磁石７の上面に
は、主永久磁石７より磁気抵抗素子５，６の配列方向の
寸法が小さい感度補正用の副永久磁石８が置かれてお
り、両永久磁石７，８の極性を図のように同一方向に向
ければ、副永久磁石８は主永久磁石７の上面に吸着され
る。副永久磁石８の磁束も、主永久磁石７と同様に、磁
気抵抗素子５または６を貫いてロッド１に対してほぼ直
角方向に作用する。上記のように副永久磁石８が主永久
磁石７に吸着されているので、副永久磁石８を磁気抵抗
素子５，６の配列方向（第１図矢印方向）の任意の位置
に移動させても、副永久磁石８を保持するための手段が
不要である。

なお、上記位置検出装置の動作は従来（第２図〜第５
図）と同様であるため、説明を省略する。

ここで、磁気抵抗素子５，６に磁気感度バラツキがある
場合、その感度補正方法について説明する。

まず、ロッド１または検出センサ４を相対移動させ、第
１図のように主永久磁石７の磁束が両方の磁気抵抗素子
５，６に平衡して流れる位置に調整する。このとき、両
磁気抵抗素子５，６に感度バラツキがなければ、その抵
抗値が同じになり、出力電圧Ｖ_outは０ｖとなるが、例
えば左側の磁気抵抗素子５の感度が右側の磁気抵抗素子
６に比べて低いと、左側の磁気抵抗素子５の抵抗値が低
く、出力電圧Ｖ_outは＋Ｖ_S側へ偏ることになる。そこ
で、副永久磁石８を左方向へ移動させて、その磁束が感
度の低い左側の磁気抵抗素子５に多く流れるように調整
する。具体的には、出力電圧Ｖ_outが０ｖとなるような
位置へ副永久磁石８を移動させ、この位置で副永久磁石
８を主永久磁石７に対して接着等の手段によって固定す
ればよい。このようにして、副永久磁石８の磁束によっ
て出力電圧Ｖ_outの偏りを補正でき、第６図実線で示す
ような理想的な出力信号が得られる。

上記のように副永久磁石８で磁気抵抗素子５，６の磁気
感度を補正すれば、従来（第７図参照）の場合と異な
り、磁気抵抗素子５，６のハーフブリッジ回路には温度
係数の異なる感度補正部品が挿入されないので、温度が
変化しても補正効果には全く支障がない。

なお、本考案は副永久磁石８によって磁気抵抗素子５，
６の感度バラツキを補正するのであるが、主永久磁石７
の磁気抵抗素子５，６に対する位置を調整すれば、副永
久磁石８を用いなくても理論的にはほぼ同様の補正効果
を得ることが可能である。しかしながら、この方法で
は、主永久磁石７の僅かな位置の変化で感度が大きく変
動するため、調整作業に多大の時間を必要とし、実用的
でない。これに対し、本考案では主永久磁石７は２個の
磁気抵抗素子５，６の中央位置に固定しておき、副永久
磁石８の位置を調整するのみで感度補正ができるので、
調整が極めて簡単で実用的である。特に、副永久磁石８
を主永久磁石７に吸着させれば、調整作業は更に簡単と
なる。

また、本考案は磁気抵抗素子５，６の感度バラツキだけ
でなく、主永久磁石７自身の磁束バラツキも副永久磁石
８によって補正することが可能である。例えば、主永久
磁石７の左側半分が右側半分に比べて磁束密度が低い場
合には、副永久磁石８を左側へ移動させることにより、
磁束バラツキを補正できる効果がある。

なお、本考案で使用される被検出体としては、周面に溝
を設けたロッドに限らず、周面に銅箔などの低透磁率材
料を一定ピッチで巻きつけたロッドや、ロッドの表面を
レーザー等で局部的に処理することにより、同一材料上
に高透磁率部と低透磁率部とを形成したものでもよい。
さらに、被検出体は棒状体に限らず、円板や平板など如
何なる形状であってもよい。

また、本考案は２個の磁気抵抗素子をハーフブリッジに
組んだものであるが、これを本願出願人が特願昭63-304
535号で提案したように、差動型に接続された２個２組
の磁気抵抗素子の両端に時間位相が90度異なる交流信号
を入力し、各組の磁気抵抗素子の中央より出力される信
号を演算手段で加算または減算する位置検出装置に適用
してもよい。

さらに、本考案は副永久磁石を感度調整のために移動さ
せた後、接着等で固定するものに限らず、副永久磁石を
装置に組み込んだ後、調整ねじ等によって外部から副永
久磁石の位置を調整し得るようにしてもよい。

〔考案の効果〕

以上の説明で明らかなように、本考案によれば主永久磁
石に対して副永久磁石を付加し、この副永久磁石の位置
を調整することにより、２個の磁気抵抗素子の感度バラ
ツキを補正するようにしたので、簡単に感度の補正を行
うことができ、高精度の位置検出が可能となる。そし
て、本考案では磁気抵抗素子のハーフブリッジ回路に温
度特性の異なる別部品が挿入されないので、温度変化に
対する補正効果が全く損なわれない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる位置検出装置をロッドの変位検
出に使用した一例の断面図、第２図以下は従来例を示
し、第２図〜第５図は従来の位置検出装置の動作を示す
断面図、第６図はその出力信号波形図、第７図は他の従
来例の断面図である。 １…ロッド（被検出体）、２…高透磁率部、３…低透磁
率部、４…検出センサ、５，６…磁気抵抗素子、７…主
永久磁石、８…副永久磁石。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】透磁率の異なる部分が交互に設けられた被
   検出体と、被検出体に対して相対移動可能に近接配置さ
   れた少なくとも２個一組の磁気抵抗素子と、磁束が磁気
   抵抗素子を貫いて被検出体に対してほぼ直角方向に作用
   するように、磁気抵抗素子に対して相対移動不能に配置
   された主永久磁石とを備え、磁気抵抗素子は互いに直列
   接続され、両磁気抵抗素子の両端に信号が入力され、そ
   の中央より信号が出力されるようにした位置検出装置に
   おいて、 磁気抵抗素子の配列方向に位置調節可能で、主永久磁石
   より磁気抵抗素子の配列方向の寸法が小さく、かつその
   磁束が磁気抵抗素子を貫いて被検出体に対してほぼ直角
   方向に作用する副永久磁石を設けたことを特徴とする位
   置検出装置。