JPH07243804A - 無接触ポテンショメータ - Google Patents

無接触ポテンショメータ

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JPH07243804A
JPH07243804A JP3112094A JP3112094A JPH07243804A JP H07243804 A JPH07243804 A JP H07243804A JP 3112094 A JP3112094 A JP 3112094A JP 3112094 A JP3112094 A JP 3112094A JP H07243804 A JPH07243804 A JP H07243804A
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magnetic
magnetic sensor
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yoke
fixed
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Tokio Sekiguchi
時雄 関口
Misao Ichikawa
操 市川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償機能を有し、温度変化に影響されず
に一定の出力が得られる無接触ポテンショメータ。 【構成】 ヨーク6の回転に伴って変化する永久磁石3
の磁束変化を、円周上の異なる2個所に固定した第1、
第2の磁気センサ5aと5bがそれぞれ計測し、2つの
磁気センサの出力信号電圧の差を第1、第2の磁気セン
サの出力信号電圧で除した値によりシャフト2の出力制
御を行なう無接触ポテンショメータ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械機具、FA(製
造システムのオートメーション)用機械器具における位
置や角度の変化、速度などを計測するいわゆる変位計測
用センサとして使用する無接触ポテンショメータに関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上記の変位計測用センサには、カ
ーボン抵抗摺動部を有する機械接触式ポテンショメー
タ、または、無接触ポテンショメータが一般に知られて
いるが、機械接触式ポテンショメータは接触抵抗による
ノイズの発生と耐久性の点で問題があった。図9は従来
技術の無接触ポテンショメータの要部構造を示す側面
図、図10は同正面図である。図9、図10において、
1はフロントカップ、2はシャフト、3は永久磁石、5
は磁気センサ、6はヨークである。フロントカップ1と
ヨーク6は、シャフト2と共に一体に固定され、図示し
ない軸受部によって支承されている。ヨーク6は、図1
0に示すように、外形をスパイラル状に形成した板状の
磁性体である。永久磁石3と磁気センサ5はヨーク6と
対向する位置に固定されており、永久磁石3のN極から
出た磁束はヨーク6を横切ってS極に戻るように配設さ
れているから、ヨーク6の回転により変化する永久磁石
3の磁束は磁気センサ5によって検知されるように構成
されている。磁気センサ5は、例えば、インジウム・ア
ンチモン(InSb)のような半導体磁気抵抗硬化素子か
らなり、ヨーク6の回転に伴う磁気センサ5からの出力
値は、磁束の変化すなわち増加または減少に対応して増
減する。
【0003】一般に、永久磁石3による磁束密度等は、
温度の上昇と共に減少し磁気センサ5の出力も減衰す
る。したがって、温度変化に対する出力の変化を補償す
る手段が必要である。図11は、従来技術の無接触ポテ
ンショメータの温度補償回路を示す図である。図11に
示すように、1対の磁気センサ5は、それぞれの一端が
3端子結合されていて、上側アームの抵抗値と下側アー
ムの抵抗値の増減の差が出力となって現われる。3端子
結合された磁気センサ5の他端、すなわち、電源端子側
にそれぞれ1対のサーミスタ等による温度補償用抵抗1
1を直列に接続する。
【0004】この温度補償用抵抗11は、磁気センサ5
の温度係数と絶対値が概ね等しく、符号が逆の特性を有
している。例えば、温度が上昇して磁気センサ5の出力
が減少した場合、温度補償用抵抗11の抵抗値が減少
し、3端子結合された磁気センサ5の両端の印加電圧が
上昇し出力の低下を補償している。温度変化の大きい環
境下では上記の温度補償用抵抗を使用しても、補償効果
が十分でなく実用的には問題点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記磁気的変化を電気
抵抗値の変化として出力する従来のタイプの半導体磁気
抵抗効果素子を用いた無接触ポテンショメータは、機械
接点式ポテンショメータと比較すると、上記のように温
度特性に問題点があり実用的ではなかった。本発明は温
度補償機能を有し、温度変化に影響されずに一定の出力
が得られ、機械接点式ポテンショメータ以上の温度特性
を有する無接触ポテンショメータを提供することを目的
とするものである。
【0006】
【問題を解決するための手段】上記問題点の解決を図
り、特に、温度変化に対応する補償を行なうために、2
個所に磁気センサをそれぞれ配設し、第1の磁気センサ
による出力電圧信号値と第2の磁気センサによる出力電
圧信号値の差を求め、前記第1の磁気センサによる出力
電圧信号値または前記第2の磁気センサによる出力電圧
信号値を前記出力電圧信号値の差で除した値を求めるこ
とにより、この値が温度変化に影響されるファクタを相
殺されることに着目したものである。すなわち、本発明
の目的は、特許請求の範囲に記載されているように、永
久磁石と磁気センサを用いて位置や角度などの変位量を
計測する無接触ポテンショメータにおいて、有底円筒状
の固定体に支持された永久磁石と、前記固定体円筒部の
内面2個所に配設され前記ヨークの回転変位に伴う前記
永久磁石の磁束変化をそれぞれ計測する第1、第2の磁
気センサと、前記固定体に嵌合支持されて回転する回転
体に固定され、前記第1、第2の磁気センサとの間隔が
回転とともに変化するヨークと、前記2つの磁気センサ
による電気信号電圧の差をそれぞれ前記第1または第2
の磁気センサによる電気信号電圧で除算する演算手段
と、前記演算手段の演算値により前記2つの磁気センサ
の出力制御を行なう制御手段を有することを特長とする
無接触ポテンショメータによって達成される。
【0007】
【作用】上記の構成により、温度に影響される要素が除
去され、磁気センサに対する温度補償がなされ、無接触
ポテンショメータとして安定した出力値が得られる。以
下、図7を用いて詳細に説明する。図7は温度補償回路
図を示す図である。磁気センサを用いた計測出力に対す
る温度係数をkとすると、第1の磁気センサへの入力電
圧をV1、出力電圧をe1、第2の磁気センサへの入力電
圧をV2、出力電圧e2とすると、 e1=kV12=kV2 故にe1とe2の差電圧e3は e3=e2−e1=k(V2ーV1) 最終出力e10は e10=kV1/[k(V2−V1)] =V1/(V2−V1) となり第1の磁気センサの出力値e10から温度係数kは
消去される。
【0008】またV2−V1は一定値であるからe10はV
1に比例する。第2の磁気センサの出力値e20について
も同様である。すなわち磁気センサからの出力は温度の
影響を受けないことになる。
【0009】図8は本発明の無接触ポテンショメータ出
力値の特性図である。図示するように、e1、e2、が直
線変化をする範囲を有効回転角とすると、この区間では
3は回転角に関係なく一定値を示している。なお、d
は第1、第2の磁気センサ5a、5b間の位置ずれを示
す。
【0010】
【実施例】以下、本発明に係る無接触ポテンショメータ
の実施例を説明する。
【0011】
【実施例1】図1は本発明に係る無接触ポテンショメー
タの実施例1の縦断面図、図2は同横断面図である。図
1、図2において、1はフロントカップで、有底円筒状
の固定体、9はフロントカップ1と対向して1対に結合
されるこれもカップ状のカバーである。フロントカップ
1は磁性材料を用いて形成され、その内底面にリング状
の永久磁石3を具備している。シャフト2はヨーク6を
固定すると共に、フロントカップ1に回転自在に軸支さ
れている。フロントカップ1の内円周面には複数のセン
サ保持台4を介してそれぞれ複数の磁気センサ5が配設
され、磁気センサ5はヨーク6と対向して配設された回
路基板7と接続されている。10は図示しない制御部と
接続するリード線である。
【0012】永久磁石3のN極とS極は軸方向に着磁さ
れている。磁束はN極を出てS極に向かい、途中でヨー
ク6、磁気センサ5、フロントカップ1の内部を横切っ
て通過する。磁束が磁気センサ5の内部を通過するとき
磁気センサ5は磁束の変化を電気信号に変換する。
【0013】ヨーク6は、図2に示すように、外形をス
パイラル状に形成した盤状の磁性体でシャフト2に固定
されている。ヨーク6の材質は鋼材が使用され、軟鋼材
が最も好ましい。磁気センサ5は、第1の磁気センサ5
a、第2の磁気センサ5bを有し、シャフト2の回転と
共にヨーク6も回転し、ヨーク6と磁気センサ5a、5
bとの間に形成されるギャップgは、シャフト2の回転
角の関数として変化し磁気センサ5a、5bは、ギャッ
プgの変化に比例する磁束密度の変化を電圧信号として
前記の出力値e1、e2を出力する。
【0014】シャフト2が回転しても磁束の全体は変化
せず、したがって永久磁石3のパーミアンス係数は、シ
ャフト2の回転位相に関係なく一定であるから、シャフ
ト2の全動作領域について安定した計測値が得られる。
【0015】なお、磁気センサ5にガリウム・ヒ素(Ga
As)のホール素子を使用し、電源に定電流電源を使用
した場合の温度特性は約−0.06%/℃である。ま
た、永久磁石3の温度特性はSmCo磁石で約−0.04
%/℃であるから、両者の合計で−0.1%/℃程度の
温度依存性がある。したがって、本実施例によれば磁気
センサの温度補償だけでなく、永久磁石の温度特性につ
いても同時に補償できるので、温度特性のよい高価な希
土類磁石を使用することなく、温度特性は多少低下して
も、比較的安価なフェライト磁石を使用することができ
るという長所が得られる。
【0016】〈実施例2〉図3は、本発明に係る無接触
ポテンショメータの実施例2の縦断面図、図4は同横断
面図である。実施例2のヨーク61は、外周面に凹溝を
有する円盤状に成形され、この凹溝の軌跡が、回転角の
変化に対して所定の割合で軸方向に変化するように構成
したものである。磁気センサ5は実施例1に準じて円周
上に配設されているが、回転軸の方向に対して直角の固
定体の平面上に配設しても同様の効果が得られる。すな
わち、本実施例はヨーク61の直径は一定であるから、
円筒部の外形寸法を小さくすることができ小型化には好
適な条件を備えている。
【0017】〈実施例3〉実施例2の別の実施態様とし
て実施例3を示す。図5は、本発明に係る無接触ポテン
ショメータの実施例3の縦断面図、図6は同横断面図で
ある。実施例3のヨーク62は円盤状に成形され、回転
角の変化に対してヨーク62の軸方向の厚さが所定の割
合で変化するように構成したものであって、実施例3も
実施例2と同様に、実施例1に準じた効果が得られる。
すなわち、永久磁石による磁束を磁性体であるヨークが
横切るときに生ずる磁束の変化を、磁気センサにより電
気信号に変換するという条件を満足しているからであ
る。しかし実施例2のヨーク61は、実施例3のヨーク
62と比較すると、慣性モーメントを小さくすることが
できる点で振動が少なく高速回転に有利であり、動力損
失を低減するに好適な構造であるといえる。
【0018】また、フロントカップ1及びカバー9を回
転側とし、シャフト2を固定体側とし、回路基板7を固
定体側に固定した無接触ポテンショメータとすることも
実現可能である。さらにまた、上記各実施例では、固定
体に対して、移動体が回転運動をする場合について記載
したが、移動体が直線運動を行なう直線型無接触ポテン
ショメータについても適用が可能であって、同様の効果
が得られることは勿論である。
【0019】
【効果】本発明の実施により、サーミスタのような温度
補償用抵抗器を並設する必要がなく、磁気センサに対す
る温度補償回路により、温度変化の影響を受けることな
く、安定した出力値が得られる無接触ポテンショメータ
を低原価で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
1の縦断面図である。
【図2】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
1の横断面図である。
【図3】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
2の縦断面図である。
【図4】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
2の横断面図である。
【図5】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
3の縦断面図である。
【図6】本発明に係る無接触ポテンショメータの実施例
3の横断面図である。
【図7】本発明の無接触ポテンショメータの温度補償回
路図である。
【図8】本発明の無接触ポテンショメータ出力値の特性
図である。
【図9】従来技術の無接触ポテンショメータの要部側面
図である。
【図10】従来技術の無接触ポテンショメータの要部正
面面図である。
【図11】従来技術の無接触ポテンショメータの温度補
償回路図である。
【符号の説明】
1…フロントカップ 2…シャフ
ト 3…永久磁石 4…センサ
保持台 5…磁気センサ 6…ヨーク 5a…第1の磁気センサ 5b…第2の磁気センサ 7…回路基板 8…電子部
品搭載部 9…カバー 10…リード
線 11…温度補償用抵抗 21…定電
流電源 22…オペアンプ 23…わり
算器 61、62…ヨーク e1…第1の磁気センサ出力 e2…第2の磁気センサ出力 e3…e1とe2の差電圧 e10…第1の磁気センサの最終出力 e20…第2の磁気センサの最終出力

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石と磁気センサを用いて固定体に
    対する移動体の変位量を計測する無接触ポテンショメー
    タにおいて、 前記固定体に支持された永久磁石と、 前記固定体の異なる2個所に配設され前記移動体の変位
    に伴う前記永久磁石の磁束変化をそれぞれ計測する第
    1、第2の磁気センサと、 前記移動体に固定され、前記第1、第2の磁気センサと
    の間隔が前記移動体の移動とともに変化する磁性体部材
    と、 前記2つの磁気センサによる出力信号電圧の差をそれぞ
    れ前記第1または第2の磁気センサによる出力信号電圧
    で除算する演算手段と、 前記演算手段の演算値により前記2つの磁気センサの出
    力制御を行なう制御手段を有することを特長とする無接
    触ポテンショメータ。
  2. 【請求項2】 有底円筒状の固定体と、 前記固定体に支承される回転体と、 前記固定体の底部に固定された永久磁石と、 前記固定体の円筒内面の異なる2個所に配設され前記回
    転体の回転変位に伴う前記永久磁石の磁束変化をそれぞ
    れ計測する第1、第2の磁気センサと、 前記回転体と一体に形成され前記第1、第2の磁気セン
    サとの間隔が前記回転体の回転とともに所定の割合で変
    化する外形を備えたヨークを有することを特徴とする請
    求項1記載の無接触ポテンショメータ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のヨークは偏心円盤状に成
    形され、 前記偏心円盤の移動半径が、前記回転体の回転角ととも
    に所定の割合で変化することを特徴とする無接触ポテン
    ショメータ。
  4. 【請求項4】 請求項2記載のヨークは外周面に凹溝を
    有する円盤状に成形され、 前記凹溝の軌跡が、前記回転体の回転角の変化に対して
    所定の割合で軸方向に変化することを特徴とする無接触
    ポテンショメータ。
  5. 【請求項5】 請求項2記載のヨークは円盤状に成形さ
    れ、 前記回転体の回転角の変化に対して所定の割合で軸方向
    の厚さが変化することを特徴とする無接触ポテンショメ
    ータ。
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