JPH0718684B2

JPH0718684B2 - 位置検出装置

Info

Publication number: JPH0718684B2
Application number: JP1277990A
Authority: JP
Inventors: 茂治郎清水
Original assignee: 株式会社マコメ研究所
Priority date: 1989-10-25
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH03138501A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、例えば無人車やロボットのアームの位置決
めを行う場合等に用いて好適な位置検出装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は、発磁体例えば永久磁石から発生する磁界を
検出し、磁石の面中央部から鉛直に伸びる線或いはこの
線からの変位を検出する技術に関するものである。つま
り、検出の対象となるターゲット（永久磁石）が２次元
平面内を移動しかつこの平面内で任意の回転をすると
き、平面から離れた位置にある磁気センサでターゲット
の中央から伸びる鉛直線を検出し、ターゲットを磁気セ
ンサ直下に誘導する或いは磁気センサをターゲット上に
誘導する等である。その際に発磁体としては一方の主表
面をＮ極とし、他方の主表面をＳ極とすることにより、
磁気センサと発磁体を夫々単体で済ませ、構成の簡略
化，位置決めの調整の簡易化を図るようにしたものであ
る。

〔従来の技術〕

従来の位置検出装置としての磁気センサとして例えば第
10図に示すようなものがある。同図において、（１）は
Ｘ軸方向の水平磁束を検出するヘッドであって、コイル
（２），（３）及びコア（４）から成る。なお、コイル
（２），（３）は電気的に接続されている。このヘッド
（１）に対してターゲットとしての発磁体例えば永久磁
石（５）が設けられている。この永久磁石（５）は１主
表面がN,Sと着磁されている。また、ヘッド（１）は第
７図に示す様な磁気センサ回路と組合されて磁気センサ
を構成している。そして、ヘッド（１）でＸ軸方向に水
平方向の磁束を検出し、その磁束変化に対応する電気出
力の最小点（零クロス点）が求めるＸ軸上の位置であ
る。

また、（６）はＹ軸方向の水平磁束を検出するヘッドで
あって、コイル（７），（８）及びコア（９）から成
る。なお、コイル（７）と（８）は電気的に接続されて
いる。このヘッド（６）に対してターゲットとしての発
磁体例えば永久磁石（10）が設けられる。この永久磁石
（10）は１主表面がN,Sと着磁されている。また、ヘッ
ド（６）は第７図に示すような磁気センサ回路と組合わ
されて磁気センサを構成している。そして、ヘッド
（６）でＹ軸方向に水平方向の磁束を検出し、その磁束
変化に対応する電気出力の最小点（零クロス点）が求め
るＹ軸上の位置である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが第10図の如き構成の従来位置の場合Ｘ軸,Y軸の
水平方向の磁束を検出するのにＸ軸用に一組、Ｙ軸用に
一組計２組の磁気センサが必要であるので構成が複雑に
なると共にコスト的にも高価になる等の欠点があった。

また、磁気センサの他に渦電流型，静電容量型等のセン
サがあるが、このようなセンサを用いた場合、Ｘ軸の変
位検出用に２個,Y軸の変位検出用に２個計４個のセンサ
が必要であり、検出距離を大きくとるためにはそれに見
合った大きな径のセンサが必要であり、都合の悪いこと
にこれ等のセンサは相互干渉が強く互いの距離を離して
取付けなければならず大変大きな検出装置となる等の欠
点がある。

また光センサを用いた場合には上述のような不具合は無
いが油，塵埃等の悪影響下での使用には不向きである。

この発明は係る点に鑑みてなされたもので、上述の欠点
を一掃し得る位置検出装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明にかかる位置検出装置は、一方の主表面がＮ極
にされ、他方の主表面がＳ極にされた発磁体と、この発
磁体上のどちらかの主表面上に配置されて、この発磁体
の水平方向の磁束を検出する磁気センサを備え、この磁
気センサが、少なくとも対向する２辺が平行であるリン
グ状の２つのコアを有し、リング状の２つのコアは、そ
れらコアが形成する各平面が主表面に平行になるように
配置され、リング状の２つのコアのうちの一方のコアの
２辺が他方のコアの２辺に対してそれぞれ直角方向とな
るように配置されるとともに、平行する２辺の各辺にリ
ング状の２つのコア中を流れる磁束の方向が同方向（周
回する方向）になるように巻かれてパルス状の電流によ
り励磁された可飽和コイルがそれぞれ配置されるもので
ある。

また、この発明の別の発明にかかる位置検出装置は、一
方の主表面がＮ極にされ、他方の主表面がＳ極にされた
発磁体と、この発磁体上のどちらかの主表面上に配置さ
れて、この発磁体の水平方向の磁束を検出する磁気セン
サを備え、磁気センサが、長方形リング状の１つのコア
を有し、長方形リング状の１つのコアは、そのコアが形
成する平面が主表面に平行になるように配置され、長方
形リング状の１つのコアの各辺には、このコア中を流れ
る磁束の方向が同方向（周回する方向）になるように巻
かれてパルス状の電流により励磁された可飽和コイルが
それぞれ配置されるものである。

〔作用〕

これによれば、発磁体の一方の主表面にＮ極を、他方の
主表面にＳ極を着磁し、着磁体の主表面に平行に、各々
閉ループを有する２つのコアの一方のコアの２辺が他方
のコアの２辺に対してそれぞれ直角方向となるような磁
気センサを配置し、各々閉ループを有する２つのコアを
有する磁気センサと発磁体によりＸ軸方向とＹ軸方向の
水平磁束を検出することができる。

また、閉ループを有する１つのコアを有する磁気センサ
と発磁体によりＸ軸方向とＹ軸方向の水平磁束を検出す
ることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図〜第９図に基づいて
詳しく説明する。

第１図はこの発明の第１実施例を示すもので、同図にお
いて、（11）はＸ軸方向の水平磁束を検出するヘッドで
あって、コイル（12），（13）及びコア（14）から成
る。なお、コイル（12）と（13）は電気的に接続されて
いる。また、（15）はＹ軸方向の水平磁束を検出するヘ
ッドであって、コイル（16），（17）及びコア（18）か
ら成る。なお、コイル（16）と（17）は電気的に接続さ
れている。これ等のヘッド（11），（15）に対してター
ゲットとしての発磁体例えば永久磁石（19）が設けられ
る。この永久磁石（19）は一方の主表面がＮ極、他方の
主表面がＳ極に着磁されている。

なお、ヘッド（11）及び（15）は夫々第７図に示すよう
な磁気センサ回路と組合わされて磁気センサを構成す
る。この場合永久磁石（19）が１個であるのでヘッド
（11）及び（15）等を含む磁気センサも一個で済む。

いま、永久磁石（19）は第２図に示すようにＮ極よりＳ
極に至る磁界を発生しており、この磁界のｘ成分の水平
方向の磁束をヘッド（11）で検出するとその磁束分布は
その変位量に応じて第３図Ａの如く変化し、磁束０の点
（零クロス点）が丁度永久磁石（19）の面中央部の鉛直
に伸びる線にあたる所で、この位置が求めるＸ軸上の検
出位置である。

また、同様にして磁界のｙ成分の水平方向の磁束をヘッ
ド（15）で検出するとその磁束分布はその変位量に応じ
て第３図Ｂの如く変化し、この場合も磁束の０の点（零
クロス点）が丁度永久磁石（19）の面中央部の鉛直に伸
びる線にあたる所で、この位置が求めるＹ軸上の検出位
置である。

このように本実施例では永久磁石（19）が１個であるの
でヘッド（11）及び（15）等を含む磁気センサも１個で
済み、構成が簡略化されると共にコスト的にも安価とな
り、また、位置決めの調整が簡単である。

第４図はこの発明の第２実施例を示すもので、４つのコ
イルを１つのコアで組合わした場合である。同図におい
て、（20）はＸ軸方向及びＹ軸方向の水平磁束を検出す
る共通のヘッドであって、対をなすコイル（21）と（2
2）及びコイル（23）と（24）と、１個のコア（25）か
ら成る。コイル（21）と（22）及び（23）と（24）は夫
々第５図に示すように電気的に接続されている。

コイル（21）〜（24）は、これらによってできる磁束φ
が第６図Ａに示す矢印の向きのように全て加わるように
配線されている。なお、この磁束φは、後に詳しく説明
するように、発振器OSC（第７図参照）から供給される
パルス状電流により励磁されたコイル（21）〜（24）が
発生する磁束である。また、コイル（21）と（22）でＸ
軸方向の水平磁束を検出し、コイル（23）と（24）でＹ
軸方向の水平磁束を検出する。

発磁体として例えば第１図の如き永久磁石（19）を用い
る。なお、ヘッド（20）は第７図に示すような磁気セン
サ回路と組合わされて磁気センサを構成する。勿論、コ
イル（21）と（22）及びコイル（23）と（24）に夫々第
７図の如き磁気センサ回路が２つ必要になるのは第１図
の場合と同様である。

いま、永久磁石（19）の単極面（Ｎ極又はＳ極）に垂直
方向にある間隔をおいてヘッド（20）を配置する。永久
磁石（19）の面と平行な平面において、例えば中央を交
点として直角に変わる２直線を考える。ヘッド（20）を
その面内のある位置においた場合、先の２直線をＸ軸,Y
軸とすれば、ヘッド（20）および磁気センサ回路を含む
磁気センサの出力は交点からの距離に比例した電圧とし
て、Ｘ軸に平行な電圧成分（Ｙ軸変位電圧）とＹ軸に平
行な電圧成分（Ｘ軸変位電圧）を夫々出力することがで
きる。

このようにして本実施例でも上記第１実施例と略同様の
作用効果が得られると共に更に本実施例では１つのヘッ
ドでＸ軸,Y軸方向の水平磁束に対応した２つの電圧を出
力することができる。また、磁気センサの磁気回路は１
つなので２組の磁気センサを別々に用いた場合に比べて
干渉等の影響を考える必要が全くない。更に４つのコイ
ルで１つの磁路を励磁するため、効率がよく、消費電流
が２組の磁気センサを用いた場合に比べて少なくて済
む。

第７図は一般的に用いられまたこの発明でも用いられる
磁気センサ回路の一例を示すもので、例えば第４図の場
合、コイルA,Bとして（21），（22）或いは（23），（2
4）をつなぎ、出力側に正弦波状のアナログ出力電圧を
生ずるものである。第７図において、OSCは約50kHzのパ
ルス状電圧発振器、R_sは直列抵抗、D₁，D₂はダイオー
ド、r₁，r₂は出力抵抗、C₁，C₂はコンデンサである。

以下、第６図Ｂをも参照して動作を説明する。第７図に
示すように、コイルＡ（（21），（23））,B（（22）
（24））には、発振器OSCから変圧器を介してパルス状
の励磁電流が供給されている。この励磁電流が供給され
るコイルＡ（（21））（23））,B（（22）（24））によ
りコア25に発生するパルス状の磁束φは第６図Ａに示し
たように同方向になっている。この場合、コア25は、こ
の磁束φによって飽和磁化状態（励磁時にコア25のＢ−
Ｈ曲線上の飽和磁束密度値を十分に超える磁化力が与え
られた状態）にされているので、コイルＡ（（21）（2
3））,B（（22）（24））は可飽和コイルとして動作す
る。すなわち、外部（この場合、永久磁石19）から発生
される磁界（磁束Φ）がないときは、コイルA,Bのイン
ダクタンス値｛（ｄφ/dt（ｔは時間）に比例する｝。
は等しくされているのでインピーダンス（インピーダン
スもｄφ/dtに比例する。）は同じであり、Ｘ軸とＹ軸
用のそれぞれの磁気センサ回路（第７図参照）のそれぞ
れのコンデンサC₃の出力側に得られる出力電圧は零であ
る。

ここで、図6Bに示すように、ヘッド20が、例えば、永久
磁石19に対して相対的にＸ軸方向の正側にずれた場合に
は、外部磁界ΦによりＸ軸と平行に配置されたコイルＡ
（（21））の磁束の変化が小さくなって（Φ＋φにな
る。すなわち、コア25のＢ−Ｈ曲線特性によって決定さ
れる飽和磁束密度値は一定であるので、変化分としての
磁束φの振幅が小さくなる。）コイルＡ（（21））のイ
ンピーダンスが低くなる。また、対向するコイルＢ
（（21））の磁束の変化が大きくなって（Φ−φ）、コ
イルＢ（（22））のインピーダンスが高くなる。したが
って、Ｘ軸用のコンデンサC₃の出力側には所定の電圧が
得られることになる。この場合、Ｙ軸と平行に配置され
た残りのコイルＡ（（23））とコイルＢ（（24））によ
る磁束φは外部磁束Φによっては変化しないので、Ｙ軸
用のコンデンサC₃の出力側に得られる出力電圧は零値の
ままである。

一方、ヘッド20がＸ軸方向の第６図Ｂの反対側（Ｘ軸の
負側）にある場合には、Ｘ軸用のコンデンサC₃の出力側
には、先とは逆極性の所定の出力電圧が得られる。

このようにして磁束の変化（すなわち、磁束φの振幅の
変化）に対応した出力電圧を得ることができる。なお、
上述の実施例では、ヘッド20がＸ軸方向にのみ移動した
場合の動作について説明しているが、XY軸２次元平面内
を移動した場合には、それぞれのコンデンサC₃に位置に
対応した電圧が得られる。

第８図及び第９図は第４図の位置検出装置を実際に用い
て測定した動作特性を示すもので、永久磁石（19）とし
て100ミリ角1.6mmの厚さのものを用いた場合である。第
８図及び第９図において、縦軸はセンサの出力電圧を表
わし、横軸は変位量を表わす。またパラメータ70〜120
はセンサと永久磁石間の間隔（検出間隔）を表わし、単
位はmmである。

この第８図及び第９図より100ミリ角、厚さ1.6mmの発磁
体を用いると検出間隔100mm程度、動作領域Ｘ軸Ｙ軸と
も±50mmの範囲で検出可能なセンサができる。「０」点
の精度はかなり良く±0.05mm位はだせそうである。検出
間隔100mm位離して使用できるので、広い検出間隔がと
れるセンサとして応用が期待できる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、発磁体の一方の主表面にＮ極を、他
方の主表面にＳ極を着磁し、着磁体の主表面に平行に、
各々閉ループを有する２つのコアの一方のコアの２辺が
他方のコアの２辺に対してそれぞれ直角方向となるよう
な磁気センサを配置し、各々閉ループを有する２つのコ
アを有する磁気センサと発磁体によりＸ軸方向とＹ軸方
向の水平磁束を検出することができる。

これにより、磁気センサとターゲットである発磁体を単
一にでき、構成の簡略化、位置決めの調整の簡易化を図
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図及び
第３図は第１図の動作説明に供するための図、第４図は
この発明の他の実施例を示す構成図、第５図は第４図で
使用されるコイルの結線図、第６図は第４図の磁束分布
図、第７図は慣用の磁気センサ回路図、第８図及び第９
図は第４図の測定結果を示す特性図、第10図は従来装置
の一例を示す構成図である。（11），（15），（20）はヘッド、（12），（13），
（16），（17），（21）〜（24）はコイル、（14），
（18），（25）はコア、（19）は永久磁石である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の主表面がＮ極にされ、他方の主表面
がＳ極にされた発磁体と、この発磁体上のどちらかの主表面上に配置されて、この
発磁体の水平方向の磁束を検出する磁気センサを備え、上記磁気センサが、少なくとも対向する２辺が平行であるリング状の２つの
コアを有し、上記リング状の２つのコアは、それらコアが形成する各
平面が上記主表面に平行になるように配置され、上記リング状の２つのコアのうちの一方のコアの２辺が
他方のコアの２辺に対してそれぞれ直角方向となるよう
に配置されるとともに、平行する２辺の各辺にリング状
の２つのコア中を流れる磁束の方向が同方向（周回する
方向）になるように巻かれてパルス状の電流により励磁
された可飽和コイルがそれぞれ配置されるようにしたこ
とを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】一方の主表面がＮ極にされ、他方の主表面
がＳ極にされた発磁体と、この発磁体上のどちらかの主表面上に配置されて、この
発磁体の水平方向の磁束を検出する磁気センサを備え、上記磁気センサが、長方形リング状の１つのコアを有し、上記長方形リング状の１つのコアは、そのコアが形成す
る平面が上記主表面に平行になるように配置され、上記長方形リング状の１つのコアの各辺には、このコア
中を流れる磁束の方向が同方向（周回する方向）になる
ように巻かれてパルス状の電流により励磁された可飽和
コイルがそれぞれ配置されるようにしたことを特徴とす
る位置検出装置。