JPH07105809A - リニア変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な回路構成を不要にして、小形で安価な
リニア変位センサを提供する。 【構成】 第１の永久磁石２と、この第１の永久磁石２
に磁性体３を介して結合されて変位方向Ｘに沿って配置
された第２の永久磁石４とを有して被検出体を構成する
磁場発生部１と、この磁場発生部１に対して相対的に変
位方向Ｘにスライドすると共に、一定の動作距離ｈを保
って磁場発生部１からの磁場を検出して電気信号を出力
するホール素子６からなる磁場検出部５とを備えるよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検出体の変位を連続
的に検出して電気信号を出力するリニア変位センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】各種機械装置、電気・電子機器、オート
メーション機器等の分野において、被検出体の変位を連
続的に検出して電気信号を出力するリニア変位センサが
用いられている。図７はこのようなリニア変位センサの
従来例を示すもので、差動トランス方式によって構成さ
れたものを示している。円筒状のボビン１０の周囲には
軸方向に第１のコイル１１を挾んで第２及び第３のコイ
ル１２，１３が配置されていると共に、ボビン１０内に
は棒状のコア１４が軸方向（変位方向）Ｘに移動可能に
配置されている。また、各コイル１１，１２，１３から
は一対のリード線１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ，１
３Ａ，１３Ｂが引き出され、第１のコイル１１の各リー
ド１１Ａ，１１ＢにはＡＣ電圧が印加されると共に、第
２及び第３のコイル１２，１３の各リード線のうち一方
同士１２Ａ，１３Ａは逆位相に接続されて、他方同士１
２Ｂ，１３Ｂの各リード線から差電圧が出力されるよう
に構成されている。このような構成で、コア１４を被検
出体に接続することにより、被検出体の変位がコア１４
の位置の変化となって現れるので、コイルの各リード線
１２Ｂ，１３Ｂからは図１０に示したような出力電圧が
得られるようになる。図１０で横軸はコア１４の位置、
縦軸は出力電圧を示している。出力電圧０の位置は第２
及び第３のコイル１２，１３に誘起される電圧が相互に
打ち消されるコア１４の中間位置を示しており、被検出
体と共にコア１４が例えば図示左方向に変位したときに
出力される電圧を＋で示している。

【０００３】図８は光電方式によって構成された他の従
来例を示すもので、光源２０からの光を投光レンズ２１
を介して被検出体２２に投射し、ここから反射された光
を受光レンズ２３を介して位置検出素子２４に入射し
て、この位置検出素子２４によって光学的に被検出体２
２の変位を検出するようにしたものである。また、図９
は超音波方式によって構成されたその他の従来例を示す
もので、発信器３０から被検出体３１に対して超音波を
投射し、ここから反射された超音波を受信器３２に入力
して、超音波の戻ってきた時間を測定して被検出体３１
の変位を検出するようにしたものである。これら図８及
び図９のいずれの方式によっても、図１０のような出力
特性を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来のリニア
変位センサでは、いずれの方式においても、出力信号を
得るための回路構成が複雑になると共に外形が大きくな
ってしまうので、コストアップが避けられないという問
題がある。

【０００５】本発明は以上のような問題に対処してなさ
れたもので、複雑な回路構成を不要にして、小形で安価
なリニア変位センサを提供することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１の本発明は、被検出体の変位を連続的に検出
して電気信号を出力するリニア変位センサにおいて、第
１の永久磁石と、この第１の永久磁石に近接して上記変
位方向に沿って配置され、かつ第１の永久磁石の極性に
対して逆極性となるように着磁した第２の永久磁石とを
有して被検出体を構成する磁場発生部と、この磁場発生
部に対して相対的に上記変位方向にスライドすると共
に、一定の動作距離を保って磁場発生部からの磁場を検
出して電気信号を出力するホール素子からなる磁場検出
部と、を備えたことを特徴とするものである。

【０００７】請求項２の本発明は、請求項１において、
第１の永久磁石に対して第２の永久磁石が磁性体を介し
て結合されていることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】請求項１記載の本発明の構成によれば、第１の
永久磁石と、この第１の永久磁石に近接して変位方向に
沿って配置され、かつ第１の永久磁石の極性に対して逆
極性となるように着磁した第２の永久磁石とを有して被
検出体を構成する磁場発生部と、この磁場発生部に対し
て相対的に上記変位方向にスライドすると共に、一定の
動作距離を保って磁場発生部からの磁場を検出して電気
信号を出力するホール素子からなる磁場検出部とを備え
ることにより、簡単な構成で被検出体の変位を検出する
ことができる。

【０００９】請求項２記載の本発明の構成によれば、第
１の永久磁石に対して第２の永久磁石が磁性体を介して
結合されていることにより、請求項１と同様な作用を行
わせることができる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明のリニア変位センサの実施例を示す
構成図で、１は被検出体を構成する磁場発生部で、この
磁場発生部１は、第１の永久磁石２と、この第１の永久
磁石２に磁性体３を介して結合されて変位方向Ｘに沿っ
て配置された第２の永久磁石４とを有しており、第１の
永久磁石２の極性に対して第２の永久磁石４の極性は逆
極性となるように着磁されている。５はその磁場発生部
１に対して相対的に上記変位方向Ｘにスライドすると共
に、一定の動作距離ｈを保って磁場発生部１からの磁場
を検出して電気信号を出力するホール素子６からなる磁
場検出部である。７はホール素子６の検出信号を処理す
る信号処理回路である。磁場検出部５を構成するホール
素子６は例えばＩｎＳｂのような半導体薄膜が用いら
れ、このホール素子６はホール効果によって磁場発生部
１からの磁場を検出して電気信号（多くはＤＣ電圧ある
いはＤＣ電流）を出力することにより、被検出体の変位
を検出する。

【００１１】ホール効果は周知の如く、図３に示したよ
うにＩｎＳｂのような半導体薄膜２０からなるホール素
子を用いて、この半導体薄膜２０のある方向に電流Ｉを
流して、この電流Ｉの方向と直交する方向に磁場Ｈを加
えると、電流Ｉと磁場Ｈのいずれにも直交する方向にホ
ール電圧Ｖｈを発生する現象であり、このホール電圧Ｖ
ｈは電流Ｉと磁場Ｈの積に比例する。よって、図１にお
いて、磁場検出部５のホール素子６を一定の動作距離ｈ
を保って、磁場発生部１に対して相対的に変位方向Ｘに
スライドさせて、第１及び第２の永久磁石２，４から発
生する磁束を貫通させることにより、その磁束密度Ｂ
（カウス）にほぼ比例したホール電圧Ｖｈすなわち電気
信号を出力させることができ、これによって被検出体の
変位を検出することができる。このようなホール素子
は、近年特に小形化されたもの（例えば外形寸法が２．
５mm×１．５mm×０．６mmの部材）が容易に得られるよ
うになっている。一方、磁場発生部１を構成する第１及
び第２の永久磁石２，４としては、近年高磁力、高抗磁
力のものが安価に入手可能になっており、特にフェライ
ト系のものは満足できる性能で自由な形状のものが安価
に入手できるようになっている。

【００１２】図２は本発明の動作原理を説明するもの
で、磁場検出部５を一定の動作距離ｈを保って変位方向
Ｘに沿ってスライドさせる場合、ホール素子６が第１の
永久磁石２と第２の永久磁石４との中間位置Ｃに位置し
ていると、第１の永久磁石２と第２の永久磁石４の磁束
の方向が逆になっていることに基づいて、ホール素子６
で検出されるホール電圧Ｖｈ、すなわち出力電圧は相互
に打ち消されるために０になる。一方、この位置からホ
ール素子６が図示左方向にスライドすると第１の永久磁
石２の磁束がホール素子６を下から上方向に貫通するの
で、ホール素子６は＋のホール電圧Ｖｈ（出力電圧）を
検出する。逆に、ホール素子６が図示右方向にスライド
すると第２の永久磁石４の磁束がホール素子６を上から
下方向に貫通するので、ホール素子６は−のホール電圧
Ｖｈ（出力電圧）を検出する。この結果、ホール素子６
のスライド位置に対応して、図示したようなＳ字状の出
力曲線が得られることになる。この出力曲線は、中間位
置Ｃ付近の範囲Ｍではほぼ直線的な変化をする。従っ
て、この中間位置Ｃでのホール素子６の動きと、ほぼ直
線的に連続に変化するホール電圧の関係を組み合わせる
ことにより、図１０に示したようなリニアな出力特性が
得られるようになる。なお、出力電圧の＋，−の極性は
必要に応じて回路的に容易に反転することができる。

【００１３】図４は信号処理回路７の一例を示すもの
で、Ｒ１乃至Ｒ８は抵抗、ＶＲ１及びＶＲ２は可変抵
抗、Ａ１及びＡ２は差動アンプである。ホール素子６で
検出されたホール電圧は差動アンプＡ１に入力されて、
ＣＯＭ電位を基準とした信号に変換増幅された後、差動
アンプＡ２でＶＲ１に基づいた０調整及びＶＲ２に基づ
いたゲイン調整が行われて、ＯＵＴ端子から出力電圧が
得られる。一例としてこの出力電圧は１乃至５Ｖの範囲
の値が得られる。

【００１４】図５は本実施例における第１の実験結果を
示すもので、磁場発生部１を構成する第１及び第２の永
久磁石２，４の長さＬ１，Ｌ２、両磁石２，４間のギャ
ップＤ、動作距離ｈの各寸法を図示のような値に設定し
た場合に得られた出力特性を示すものである。横軸はホ
ール素子６のスライド位置（mm）、縦軸は出力電圧（ｍ
Ｖ）である。また、図５は本実施例における第２の実験
結果を示すもので、磁場発生部１を構成する第１及び第
２の永久磁石２，４の長さＬ１，Ｌ２、ギャップＤ、動
作距離ｈの各寸法を図示のような値に設定した場合に得
られた出力特性を示すものである。図５及び図６のいず
れにおいても、図１０に示したようなリニアな出力特性
が得られる。

【００１５】このように本実施例によれば、第１及び第
２の永久磁石２，４とホール素子６とを組み合わせて、
リニア変位センサを構成することにより、各永久磁石
２，４及びホール素子６としては、安価で高性能のもの
を容易に入手できるので、コストダウンを図ることがで
きる。また、各永久磁石２，４とホール素子６とを組み
合わせることで、複雑な回路構成を不要にして被検出体
の変位を検出できるので、小形のリニア変位センサの実
現が可能となる。

【００１６】なお、磁場発生部１を構成する第１及び第
２の永久磁石２，４として強力な永久磁石を用いて両者
間のギャップを大きく設定することにより、リニア出力
範囲を広くとることができる。また、各永久磁石２，４
として小形で強力な永久磁石を用いて両者間のギャップ
を小さく設定することにより、より小形のリニア変位セ
ンサを得ることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、被検
出体の変位方向に沿って配置された互いに逆極性の第１
及び第２の永久磁石を有して被検出体を構成する磁場発
生部と、この磁場発生部に対して相対的に上記変位方向
にスライドすると共に、一定の動作距離を保って磁場発
生部からの磁場を検出して電気信号を出力するホール素
子からなる磁場検出部とを備えるように構成したので、
複雑な回路構成を不要にして、小形で安価なリニア変位
センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のリニア変位センサの実施例を示す構成
図である。

【図２】本発明の動作原理の説明図である。

【図３】ホール効果を説明する概略図である。

【図４】本実施例に用いられる信号処理回路の一例であ
る。

【図５】本実施例における第１の実験結果を示す出力特
性図である。

【図６】本実施例における第２の実験結果を示す出力特
性図である。

【図７】従来のリニア変位センサを示す構成図である。

【図８】従来の他のリニア変位センサを示す構成図であ
る。

【図９】従来のその他のリニア変位センサを示す構成図
である。

【図１０】リニア変位センサによって得られる出力特性
図である。

【符号の説明】

１ 磁場発生部 ２ 第１の永久磁石 ３ 磁性体 ４ 第２の永久磁石 ５ 磁場検出部 ６ ホール素子 ７ 信号処理回路 Ｘ 被検出体の変位方向

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出体の変位を連続的に検出して電気
   信号を出力するリニア変位センサにおいて、第１の永久
   磁石と、この第１の永久磁石に近接して上記変位方向に
   沿って配置され、かつ第１の永久磁石の極性に対して逆
   極性となるように着磁した第２の永久磁石とを有して被
   検出体を構成する磁場発生部と、この磁場発生部に対し
   て相対的に上記変位方向にスライドすると共に、一定の
   動作距離を保って磁場発生部からの磁場を検出して電気
   信号を出力するホール素子からなる磁場検出部と、を備
   えたことを特徴とするリニア変位センサ。
2. 【請求項２】 第１の永久磁石に対して第２の永久磁石
   が磁性体を介して結合されていることを特徴とする請求
   項１記載のリニア変位センサ。