JPH08178691A

JPH08178691A - 磁気式位置センサ

Info

Publication number: JPH08178691A
Application number: JP31874694A
Authority: JP
Inventors: Tetsuro Muraji; 哲朗連
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 1994-12-21
Filing date: 1994-12-21
Publication date: 1996-07-12

Abstract

(57)【要約】【構成】２つの固定磁性部材（２ａ，２ｂ）と、固定
磁性部材（２ｂ）に一端が固設した固定分岐磁性部材
（３）と、固定分岐磁性部材（３）の他端の近傍の回転
中心軸の回りに回動自在な可動分岐磁性部材（１）と、
可動分岐磁性部材（１）に固着した永久磁石（４）と、
及び固定磁性部材間（２ａ，２ｂ）に配置された一対の
ホール素子（５ａ，５ｂ）とからなり、可動分岐磁性部
材（１）の位置を一対のホール素子（５ａ、５ｂ）によ
って検出する磁気式位置センサ。【効果】平面的な構成とすることができるので小型化
が可能である。また、非接触型であるので耐久性があ
り、かつ簡単な構造である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直線移動あるいは回転
移動する可動部材の位置を検出できる磁気式位置センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、かかる磁気式位置センサとして、
自動車等のスロットル開度を検出するスロットルポジシ
ョンセンサ（Throttle Position Senser）が知られてい
る。一例を示すと、例えば、特公昭５５−１３２８６及
び特公昭５５−９８１８に開示されているものがある。
これらは、可動磁心と固定磁心とが３つの対向部で結合
し、２つの閉回路を構成している。可動磁心の変位によ
り対向部面積が変化し、各閉磁路の磁気抵抗による各コ
イルのインダクタンス変化を検出して、可動磁心の位置
信号を検出するものである。

【０００３】しかし、可動磁心と固定磁心で作られる２
つの閉回路は、対向部面積以外に、そのギャップ長の影
響を受けることになり、固定磁心が可動磁心に対して変
位する時に、両磁心のギャップ長を一定に維持するため
には、両磁心の対向面の平行度を高精度に製造する必要
があるため製造コストが高くなるという問題がある。ま
た、特公昭５５−１３２８６及び特公昭５５−９８１８
の磁気式位置センサは、可動磁心と固定磁心とが可動磁
心を担持する円柱軸を挟んで対向する構成である故、構
成が立体的になり小型化するのが困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
等に鑑み、本願発明の目的とするところは、平面的で小
型な構成で、さらに、耐久性があり、回動移動あるいは
直線移動等の変位位置を高精度に検出できる磁気式位置
センサを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気式位置セン
サは、１つの第１の閉磁路を形成する第１の磁路形成手
段と、前記第１の磁路形成手段に対して非接触で所定範
囲に亘って相対的に移動可能であって前記第１の閉磁路
を２つの閉磁路に分岐する分岐磁路を形成する第２の磁
路形成手段とを有し、前記第１の磁路形成手段は、各々
の対向壁を介して対向する２つの固定磁性部材からな
り、前記第２の磁路形成手段は磁力発生源を有し、か
つ、前記対向壁間に配置され、前記対向壁の一方に対し
て相対的に移動可能な可動分岐磁性部材と前記固定磁性
部材の一方に一端が固設した固定分岐磁性部材とからな
り、前記可動分岐磁性部材は前記固定分岐磁性部材の他
端の近傍の回転中心軸の回りに回動自在であり、かつ前
記固定磁性部材の一方が前記可動分岐磁性部材の先端の
可動軌跡に沿って延在し、前記固定磁性部材の一方の両
端と他方の固定磁性部材の両端間に形成された一対のギ
ャップの各々に配置されて磁束密度を検出してこれを表
す信号を発生する磁束密度検出手段を有することを特徴
とする。

【０００６】また、本発明の磁気式位置センサは、１つ
の第１の閉磁路を形成する第１の磁路形成手段と、前記
第１の磁路形成手段に対して非接触で所定範囲に亘って
相対的に移動可能であって前記第１の閉磁路を２つの閉
磁路に分岐する分岐磁路を形成する第２の磁路形成手段
とを有し、前記第１の磁路形成手段は環状部を形成する
単一の固定磁性部材からなり、前記第２の磁路形成手段
は磁力発生源を有し、かつ前記固定磁性部材の環内に配
置されて前記固定磁性部材に対して相対的に移動可能な
可動分岐磁性部材と、前記固定磁性部材に一端が固設し
た固定分岐磁性部材とからなり、前記可動分岐磁性部材
は前記固定分岐磁性部材の他端の近傍の回転中心軸の回
りに回動自在であり、かつ、前記固定磁性部材が前記可
動分岐磁性部材の先端の可動軌跡に沿って延在してお
り、前記所定範囲を挟む位置にて前記第１の閉磁路に鎖
交する一対のコイルと、前記一対のコイルに励磁電力を
印加する励磁手段と、前記固定分岐磁性部材内に形成さ
れたギャップと、前記ギャップ内に配置された磁束密度
を検出してこれを表す信号を発する磁束密度検出手段
と、前記ギャップ内の磁束密度を略零とすべく前記一対
のコイルに印加する励磁電力を制御する励磁電力制御手
段と、前記一対のコイルに印加する励磁電力を検出する
励磁電力検出手段とを有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】上記した構成の磁気式位置センサにおいては、
第１及び第２の磁路形成手段によって形成される２つの
閉磁路の各々の磁路の長さが、可動分岐磁性部材の移動
位置に応じて変化する故、第２の磁路形成手段中の磁力
発生源によって生じる磁束密度が２つの閉磁路内におい
て互いに相補的に変化する。そして閉磁路内のかかる相
補的磁束密度変化を磁束密度検出手段からの信号によっ
て知るのである。

【０００８】また、本発明の磁気式位置センサは、第２
の磁路形成手段中の磁束密度検出手段で検出される磁束
密度が略零となるように、第１の磁路形成手段中の２つ
のコイルに印加する励磁電力を制御し、前記励磁電力を
検出して可動磁性部材の位置を知るのである。

【０００９】

【実施例】以下、添付図面を参照しつつ発明による磁気
式位置センサを詳細に説明する。図１は、本発明に係る
磁気式センサの実施例を示す図である。本図に示される
磁気式位置センサにおいては、円弧状の固定磁性部材２
ａ，２ｂが略円環状の磁路を形成し、第１の磁路形成手
段として作用する。

【００１０】固定磁性部材２ａ、２ｂの両脚は互いに対
向して磁気ギャップを形成し、これらの磁気ギャップに
はホール素子５ａ，５ｂが各々配置されている。固定磁
性部材２ａ、２ｂは各々の対向壁２ａａ，２ｂｂを介し
て互いに対向している。尚、固定磁性部材２ａ、２ｂの
磁気抵抗特性は互いに等しいか又は固定磁性部材２ａの
磁気抵抗値は固定磁性部材２ｂよりも大きくても良い。

【００１１】次に、固定磁性部材２ｂの対向壁２ｂｂに
は対向壁２ａａに向かって伸張する棒状磁性部材３が植
設されている。棒状磁性部材３の先端部は略円形頭部
３’として形成され、この円形頭部３’の中心は固定磁
性部材２ａの円弧中心ｃと略一致している。そして、扇
形状の可動磁性部材１は円弧中心ｃを中心として回動自
在であり、可動磁性部材１には磁力発生源としての永久
磁石４が含まれている。即ち、この可動磁性部材１と棒
状磁性部材３とが分岐磁路を形成して第２の磁路形成手
段として作用する。また、ホール素子５ａ，５ｂはギャ
ップ内の磁束密度を検出してこれを表す電圧を出力す
る。

【００１２】そして、可動磁性部材１は中心ｃの回りに
回動自在な回動シャフト６にネジ７等の結合手段によっ
て結合されており、可動磁性部材１は回動シャフト６に
担持されてその回動半径方向における端面は固定磁性部
材２ａの対向壁２ａａに沿って回動運動を行う。以上の
ような構成を有する磁気式位置センサによれば、永久磁
石４のＮ極から発せられた磁束は、固定磁路部材２ａに
入り、２つの磁束に分岐されて、ホール素子５ａ、５ｂ
の配置されたギャップを夫々経由し、固定磁性部材２
ｂ、棒状磁性部材３を通り、永久磁石４のＳ極に戻り２
つの閉磁路を形成する。この２つの閉磁路の各々の磁束
密度Ｂ1、Ｂ2を、ホール素子５ａ、５ｂによって検出し
得られる電圧値Ｖ1、Ｖ2の和と差との比によって、可動
磁性部材１の位置すなわち回動シャフト６の回転角度を
検出することができる。

【００１３】尚、本実施例においては、磁束密度検出手
段としてホール素子を用いたが磁気抵抗素子等の他の磁
気センサを用いても良いことは明らかである。以上、上
記した磁気式位置センサの動作原理を図２の概念図に基
づいて説明する。図１と同等部分は同一符号を付してい
る。図２において磁束の流れを矢印で表す。説明を簡単
にするために図１で示された可動磁性部材１と永久磁石
４を一の部材として可動磁性部材１と表し、固定磁性部
材２ａ，２ｂによって形成される円環状磁路を磁路２と
表す。

【００１４】先ず、可動磁性部材１から発せられた磁束
は、２つの閉磁路Ｓ１、Ｓ２を形成する。この時、２つ
の閉磁路Ｓ１及びＳ２を通る磁束密度は、可動磁性部材
１の位置に応じて変化する。可動磁性部材１が左側に回
転すれば、閉磁路Ｓ２の磁束密度が増加し、その閉磁路
Ｓ１の磁束密度が減少する。一方、可動磁性部材１が右
側に回転すれば、上記現象と逆の現象が生じることにな
る。従って、閉磁路Ｓ１、Ｓ２の磁束密度を図１で示さ
れるホール素子５ａ，５ｂでそれぞれ検出すれば、磁路
２に対する可動磁性部材１の位置すなわち回転角を求め
ることができる。

【００１５】以下、この検出原理を図２の概念図に基づ
いて詳述する。可動磁性部材１の回動中心をＣとして、
磁気式位置センサの中心線Ｃ−Ｏと可動磁性部材１とが
為す角をα（ここで、αの単位をラジアンとする）とす
る。磁路２の円周長を２Ｌとし、可動磁性部材１及び棒
状磁性部材３の長さをＬ1、Ｌ2とし、可動磁性部材１の
回動半径をｒとし、磁束の通過する断面積を全てＳと
し、可動磁性部材１、棒状磁性部材３の各々の磁界の強
さをＨ0、Ｈ3とし、ギャップ８、９の各々磁界の強さを
Ｈ8、Ｈ9とし、ギャップ８、９の各々の長さをＬ8、Ｌ9
とし、閉磁路Ｓ１、Ｓ２の磁界の強さを夫々Ｈ1、Ｈ2と
し、可動磁性部材１で発生する起磁力をＮiとするとア
ンペアの周回積分の定理より閉磁路Ｓ１、Ｓ２には、そ
れぞれ下記数式１、数式２の関係がある。

【００１６】

【数１】Ｈ3×Ｌ2＋Ｈ9×Ｌ9＋Ｈ0×Ｌ1＋Ｈ8×Ｌ8＋Ｈ
1（Ｌ＋ｒ×α）＝Ｎi

【００１７】

【数２】Ｈ3×Ｌ2＋Ｈ9×Ｌ9＋Ｈ0×Ｌ1＋Ｈ8×Ｌ8＋Ｈ
2（Ｌ−ｒ×α）＝Ｎi 上記数式１及び２において、共通項を削除するために、
（上記数式１）−（上記数式２）なる演算をなし、その
結果をαについてまとめると下記数式３の関係が導き出
される。

【００１８】

【数３】

【００１９】そして、ホール素子の出力電圧は下記数式
４で表すことができる。

【００２０】

【数４】Ｖ＝Ｋ×ＩC×Ｂここで、Ｋは感度定数であり、素子の種類、温度などに
よって定まる。ＩCはホール素子を流れる電流であり、
ホール素子を動作させるために印加する電源電圧の電圧
よって定まる。Ｂは磁束密度である。

【００２１】更に、磁界の大きさＨは、磁束密度Ｂに比
例するので、前記数式３及び４より回転角αは下記数式
５のように表すことができる。

【００２２】

【数５】

【００２３】従って、ホール素子５ａ，ｂの出力電圧Ｖ
1，Ｖ2を検出することで可動磁性部材の回転角を得るこ
とができるのである。次に、図１で示した磁気式位置セ
ンサの第１の磁路形成手段の構成の変形例を図３乃至５
に示す。図１と同等部分は同一符号を付し、かかる部分
の説明は省略する。

【００２４】先ず、図３に示される磁気式位置センサ
は、固定磁性部材２ａの一部の磁気抵抗を高くするため
に、半径方向の厚さを小さくした磁気抵抗部２ａ’を設
けた構成となっている。かくの如く半径方向の厚さを小
さくすると、磁束の通過する断面積が小となるのでかか
る部分の単位長当たりの磁気抵抗が大となり、可動磁性
部材１の単位角度当たりの回動Δθに対する閉磁路の磁
気抵抗変化ΔＲが大きいので、ホール素子５ａ、５ｂで
検出される磁束密度の変化率ΔＲ／Δθが大きくなり、
回転角度の検出精度がより高くなる。

【００２５】次に、図４に示される磁気式位置センサ
は、固定磁性部材２ａの磁気抵抗を高くするために固定
磁性部材２ａを固定磁性部材２ａ1と２ａ2とに分割しそ
の間に２ａ1、２ａ2よりも透磁率の低いフェライト２ｃ
を配設した構成となっている。そして、図５に示される
磁気式位置センサは固定磁性部材２ａ1と２ａ2との間に
ギャップ１０を設けた構成となっている。同図において
は、永久磁石４から発せられた磁束は２つに分岐し、一
方の磁束は固定磁性部材２ａ1に入り、ホール素子５ａ
が配置されたギャップ、固定磁性部材２ｂ，棒状磁性部
材３、及び可動磁性部材１を通り、永久磁石４のＳ極に
戻る。他方の磁束は、固定磁性部材２ａ2に入り、ホー
ル素子５ｂが配置されたギャップ、固定磁性部材２ｂ，
棒状磁性部材３、及び可動磁性部材１を通り、永久磁石
４のＳ極に戻る。ここで、永久磁石４に対向する固定磁
性部材２ａ1の面積Ａ１と永久磁石４に対向する固定磁
性部材２ａ2の面積Ａ２との比Ａ１／Ａ２は、ホール素
子５ａ及び５ｂで検出される磁束密度の比Ｂ1／Ｂ2と等
しくなる。よって、ホール素子５ａ及び５ｂの出力電圧
Ｖ1及びＶ2を検出することで可動磁性部材１の回転角を
得ることができる。尚、固定磁性部材２ａにギャップ１
０を設ける構成は、ギャップの巾についての加工精度の
要求が厳しくないので固定磁性部材２ａの一部を薄肉に
する場合に比して製造コストが安くなる。

【００２６】次に、図１で示した磁気式位置センサの磁
力発生源４の構成の変形例を図６乃至８に示す。図１と
同等部分は同一符号を付し、かかる部分の説明は省略す
る。先ず、図６に示される磁気式位置センサは、磁力発
生源としての永久磁石４を棒状磁性部材３ａと３ｂとの
間に狭設した構成となっている。そして、棒状磁性部材
３ｂの先端部は略円形頭部として形成されている。ま
た、図３に示される磁気式位置センサと同様に、磁気抵
抗部２ａ’を設けた構成となっている。かかる構成の磁
気式センサにおいては、永久磁石４のＮ極から発せられ
た磁束は、棒状磁性部材３ｂ、扇形状可動磁性部材１を
通り、円環状磁路部材２ａ’に入り、２つの磁束に分岐
され、ホール素子５ａ、ｂを夫々経由し、固定磁性部材
２ｂ，棒状磁性部材３ａを通り、永久磁石４のＳ極に戻
り２つの閉磁路を形成する。

【００２７】また、図７に示される磁気式位置センサ
は、磁力発生源として、棒状磁性部材３に巻回配置した
コイル１１を用いた構成となっている。また、図３の磁
気式位置センサと同様に、磁気抵抗部２ａ’を設けた構
成となっている。かかる構成の磁気式位置センサにおい
ては、コイル１１の可動磁性部材１側がＮ極となるよう
に、コイル１１を図示しない直流電源により励磁し磁束
を発生させる。先ず、コイル１１のＮ極側から発せられ
た磁束は、可動磁性部材１を通り、磁気抵抗部２ａ’に
入り、２つの磁束に分岐され、ホール素子５ａ、５ｂを
夫々経由し、円環状磁性部材２ｂを通り、コイル１１の
Ｓ極に戻り２つの閉磁路を形成する。そして、可動磁性
部材１の回転角度は図１の実施例で示した磁気式位置セ
ンサと同様にホール素子５ａ，５ｂの出力を演算するこ
とにより検出することができる。

【００２８】そして、図８に示される磁気式位置センサ
は、図５の変形例であり磁力発生源として一対の永久磁
石４ａ、４ｂを用いた構成となっており、一対の永久磁
石４ａ，４ｂのそれぞれのＳ極がホール素子５ａ、５ｂ
に対向するように固定磁性部材２ａ1，２ａ2に固着され
ている。かかる構成の磁気式位置センサにおいては、ま
ず、永久磁石４ａ，ｂから発せられた磁束は、それぞれ
固定磁性部材２ａ1，２ａ2を通り、可動磁性部材１に入
り、棒状磁性部材３、固定磁性部材２ｂを通り、ホール
素子５ａ、５ｂそれぞれ通過して、永久磁石４ａ、４ｂ
のＳ極に戻り、２つの閉磁路が形成される。そして、可
動磁性部材１に対向する固定磁性部材２ａ1の面積Ａ１
と可動磁性部材１に対向する固定磁性部材２ａ2の面積
Ａ２との比Ａ１／Ａ２は、ホール素子５ａ及び５ｂで検
出される磁束密度の比Ｂ1／Ｂ2と等しくなる。よって、
ホール素子５ａ及び５ｂの出力電圧Ｖ1及びＶ2を検出す
ることで可動磁性部材１の位置を得ることができる。

【００２９】次に、図９に本願発明に係る磁気式位置セ
ンサの他の実施例を示す。図９に示す磁気式位置センサ
は、１つのホール素子によって、可動磁性部材の位置を
検出する構成である。図１乃至図８の磁気式位置センサ
と同等部分は同一符号を付し、かかる部分の説明は省略
する。先ず、図９に示される磁気式位置センサは、円環
状の固定磁性部材２と、固定磁性部材２の円周内に配置
された扇形状の可動磁性部材１と、棒状磁性部材３ａ、
３ｂと、棒状磁性部材３ａと３ｂとの間に形成されたギ
ャップ内に配置されたホール素子５と、固定磁性部材２
に巻回配置された一対のコイル１１ａ、１１ｂとから構
成されている。そして、棒状磁性部材３ｂの先端部は略
円形頭部として形成されている。ここで、棒状磁性部材
３ａの一端は、固定磁性部材２に固着しているが、棒状
磁性部材３ａと固定磁性部材２とは一体に成型されるこ
とも考えられる。また、固定磁性部材２の一部に磁気抵
抗部２’を設けた構成となっている。そして、可動磁性
部材１は回動シャフト６にネジ７等の結合手段によって
結合されており、可動磁性部材１は回動シャフト７に担
持されて固定磁性部材２が円周内壁に沿って回動自在と
なっている。固定磁性部材２の曲率半径よりも可動磁性
部材１の回動半径は小さく設定され、固定磁性部材２の
曲率の中心位置と可動磁性部材の回動中心の位置Ｃとは
互いに一致している。

【００３０】以上のような構成からなる磁気式位置セン
サにおいては、コイル１１ａ，１１ｂを図示しない直流
電源によって励磁して夫々磁束を発生させる。ここで、
かかる磁束が、固定磁性部材２内において相加するよう
に、コイルの巻き方若しくは直流電源の電圧の極性を調
整する。本実施例においては、コイル１１ａ，１１ｂか
ら発せられる磁束が矢印Ｓ１、Ｓ２方向に流れるよう
に、コイル１１ａ、１１ｂに励磁電圧を印加する。先
ず、コイル１１ａから発せられた磁束の一部は、棒状磁
性部材３ａ、ホール素子５、棒状磁性部材３ｂ、及び可
動磁性部材１を通過し、固定磁性部材２に入る。一方、
コイル１１ｂから発せられた磁束の一部は、固定磁性部
材１に入り、棒状磁性部材３ｂ、ホール素子５、棒状磁
性部材３ａを通過し、固定磁性部材２に入り、再びコイ
ル１１ｂに戻り二つの閉磁路Ｓ１、Ｓ２が形成される。

【００３１】ここで、ホール素子５の配置されているギ
ャップ内においては、２つの閉磁路Ｓ１とＳ２との磁束
は互いに打ち消しあう方向に流れているが、さらに、２
つの磁束が完全に打ち消し合う状態即ちホール素子５で
検出される磁束密度が零となるようにコイル１１ａ，１
１ｂに印加する励磁電圧Ｖ１、Ｖ２を制御すると、可動
磁性部材１の位置αは下記の数式６で表すことができ
る。

【００３２】

【数６】

【００３３】従って、Ｖ１及びＶ２を検出することによ
り可動磁性部材１の位置を検出することができる。以下
に、上記数式６を導出する原理を概念図１０を参照しつ
つ説明する。図１０に示される概念図は、図９の磁気式
位置センサが形成する閉磁気回路を等価の電気回路で表
わしたものである。

【００３４】ここで、図９の磁気式位置センサと図１０
の概念図との対応関係を説明する。先ず、図９の磁気式
位置センサにおいて、固定磁性部材２の磁気抵抗部２’
において、可動磁性部材１と対向しない部分を図９に示
す如くそれぞれＬ１、Ｌ２として、かかるＬ１、Ｌ２の
磁気抵抗をＲ１、Ｒ２とする。また、磁束を分岐する部
材すなわち可動磁性部材１と、棒状磁性部材３ａ，３ｂ
と、及びその間のギャップからなる部分の磁気抵抗をＲ
３とする。そして、コイル１１ａ、１１ｂに生じる起磁
力をＮ１、Ｎ２とし、２つの閉磁路Ｓ１、Ｓ２の磁束を
Φ1,Φ2とすると、図１０の如き概念図で表すことがで
きる。アンペアの周回積分の定理より閉磁路Ｓ１、Ｓ２
には、それぞれ下記数式７、８の関係がある。

【００３５】

【数７】Ｒ１×Φ１＋Ｒ3（Φ１−Φ２）＝Ｎ１

【００３６】

【数８】Ｒ２×Φ２＋Ｒ3（Φ２−Φ１）＝Ｎ２ここで、Ｒ3の磁束即ちΦ1−Φ2を０とすると、下記の
数式９が導出される。

【００３７】

【数９】Ｎ１／Ｎ２＝Ｒ１／Ｒ２ここで、磁気抵抗部２’の断面積をＳとすると、以下の
如き数式１０が算出される。

【００３８】

【数１０】Ｒ１＝Ｌ1／μＳ、Ｒ２＝Ｌ2／μＳここで、μは磁気抵抗部２’の透磁率を表す。上記数式
１０を上記数式９に代入すると下式１１が導出される。

【００３９】

【数１１】Ｌ1／Ｌ2＝Ｎ1／Ｎ2 また、図９の磁気式位置センサにおいては、可動磁性部
材１の位置αは、磁気抵抗部２’の固定磁性部材１と対
向しない部分の長さＬ１、Ｌ２を用いて下式１２の如く
表すことができる。

【００４０】

【数１２】α＝Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）＝１／｛１＋（Ｌ
２／Ｌ１）｝ここで、上記数式１１を上記数式１２に代入すると、下
記数式１３が導出される。

【００４１】

【数１３】α＝１／｛１＋（Ｎ２／Ｎ１）｝＝Ｎ１／
（Ｎ１＋Ｎ２）起磁力Ｎと励磁電圧Ｖとは比例関係があるので、上記数
式６の如く可動磁性部材１の位置αは、コイル１１ａ，
１１ｂに印加する電圧Ｖ１，Ｖ２によって表すことがで
きるのである。

【００４２】更に、上記数式６において、（Ｖ１＋Ｖ
２）を一定に制御できれば、可動磁性部材５の位置をＶ
２のみで正確に表すことが可能となる。尚、図９の磁気
式位置センサは、コイルに印加する励磁電圧を制御し、
かかる励磁電圧を検出して可動磁性部材の位置を得るも
のであるが、コイルに流れる励磁電流を制御し、かかる
励磁電流を検出して可動磁性部材の位置を得ても良い。

【００４３】換言すれば、上記実施例においては、励磁
電圧制御方式に限らず、励磁電流制御方式も考えられ、
結局、コイルに印加する励磁電力を制御し、かかる励磁
電力を検出すれば可動磁性部材の位置を得ることができ
るのである。次に、図１１に示される磁気式位置センサ
は、図９の磁気式位置センサにおいて固定磁性部材２内
にギャップ１０を設けた構成としたものである。図９の
磁気式位置センサと同等部分は同一符号を付し、かかる
部分説明は省略する。図１１の磁気式位置センサにおい
ては、コイル１１ａ，１１ｂを図示しない直流電源によ
って励磁して夫々磁束を発生させる。そして、それぞれ
の磁束が、固定磁性部材２内において相加するように、
コイルの巻き方若しくは直流電源の電圧の極性を調整す
る。本実施例においては、コイル１１ａ，１１ｂから発
せられる磁束が矢印Ｓ１、Ｓ２方向に流れるように、コ
イル１１ａ、１１ｂに励磁電圧を印加する。先ず、コイ
ル１１ａから発せられた磁束の一部は、固定磁性部材２
を通り、棒状磁性部材３ａ、ホール素子５、棒状磁性部
材３ｂ、及び可動磁性部材１を通過し、固定磁性部材２
に入り、コイル１１ａに再び戻る。一方、コイル１１ｂ
から発せられた磁束の一部は、固定磁性部材２に入り、
棒状磁性部材３ｂ、ホール素子５、棒状磁性部材３ａを
通過し、固定磁性部材２に入り、再びコイル１１ｂに戻
り二つの閉磁路Ｓ１、Ｓ２が形成される。

【００４４】ここで、ホール素子５の配置されているギ
ャップ内においては、２つの閉磁路Ｓ１とＳ２との磁束
は互いに打ち消しあう方向に流れているが、さらに、２
つの磁束が完全に打ち消し合う状態即ちホール素子５で
検出される磁束密度が零となるようにコイル１１ａ，１
１ｂに印加する励磁電圧Ｖ１、Ｖ２を制御している。さ
て、可動磁性部材１と対向する固定磁性部材２の面積を
Ａ１、Ａ２とし、可動磁性部材１と固定磁性部材２との
ギャップの長さをＰとし、空気の透磁率をμ ₀とする
と、固定磁性部材２において可動磁性部材１と対向する
部分の磁気抵抗Ｒ１、Ｒ２は、下記数式１４の如く表す
ことができる。

【００４５】

【数１４】Ｒ１＝Ｐ／μ₀Ａ１、Ｒ２＝Ｐ／μ₀Ａ２図１１の磁気式位置センサが形成する閉磁気回路は、図
９の磁気式位置センサと同様に、図１０の電気回路と等
価であり、上記数式９の関係が成立するので、上記数式
１４を上記数式９に代入すると下記数式１５が導出され
る。

【００４６】

【数１５】Ａ２／Ａ１＝Ｎ1／Ｎ2 また、図１１の磁気式位置センサにおいては、可動磁性
部材１の位置αは、可動磁性部材１と対向する固定磁性
部材２の面積Ａ１、Ａ２を用いて下式１６の如く表すこ
とができる。

【００４７】

【数１６】α＝Ａ１／（Ａ１＋Ａ２）＝１／｛１＋（Ａ
２／Ａ１）｝ここで、上記数式１５を上記数式１６に代入すると、下
記数式１７が導出される。

【００４８】

【数１７】α＝１／｛１＋（Ｎ１／Ｎ２）｝＝Ｎ２／
（Ｎ１＋Ｎ２）また、起磁力Ｎと励磁電圧Ｖとは、比例関係にあるので
下記の数式１８が導出される。

【００４９】

【数１８】

【００５０】よって、可動磁性部材１の位置αはコイル
１１ａ、１１ｂに印加する電圧Ｖ１、Ｖ２によって表す
ことができる。さらに、上記数式１８において、（Ｖ１
＋Ｖ２）を一定に制御すると、可動磁性部材１の位置α
をＶ２のみで表すことができる。次に、図１２に、上記
図９及び１１の磁気式位置センサの制御回路の実施例を
示す。かかる制御回路は、図９及び１１の磁気式位置セ
ンサにおいて、ホール素子５で検出される磁束密度が略
零となるようにコイル１１ａ，１１ｂに印加する電圧を
制御し、この時の印加電圧を可動磁性部材１の位置を示
す位置信号として検出するものである。図９及び１０
と同等部分は同一符号を付してある。同制御回路は、ホ
ール素子５と、差動増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２と、電気
抵抗Ｒ４〜Ｒ９と、コイル１１ａ，１１ｂと、コイル１
１ａ，１１ｂに印加される電圧Ｖ１，Ｖ２を検出する検
出端Ｖout１，Ｖout２と、直流電源ＶCC１、ＶCC２とか
ら構成されている。

【００５１】続いて、かかる構成の制御回路の動作を簡
単に説明する。先ず、可動磁性部材１がホームポジショ
ンにあるときに、コイル１１ａ，１１ｂが発する磁束が
ホール素子５が配置されたギャップ内において零となる
ようにコイル１１ａ、１１ｂに励磁電圧Ｖ１、Ｖ２を印
加する。可動磁性部材１がホームポジションから動いた
場合には、ホール素子５が配置されているギャップ内に
磁束密度が生じるので、ホール素子５はかかるギャップ
内の磁束密度を検出して、磁束密度の大きさに比例した
微小電圧をホール出力として出力し、差動増幅器ＡＭＰ
１により増幅する。

【００５２】例えば、可動磁性部材１がコイル１１ｂ方
向に回転した場合には、ホール素子から出力される電流
は５ｃ1方向に流れることになり、ホール出力は差動増
幅器ＡＭＰ１によって増幅されコイル１１ｂに印加され
る電圧Ｖ２が大となる。その結果、ホール素子５の配置
されているギャップ内の磁束を減じる様に作用する。一
方、差動増幅器ＡＭＰ２の逆相入力端子には電圧Ｖ３が
入力し、同相入力端子には電源電圧ＶCC２を抵抗Ｒ４及
びＲ５によって分圧した基準電圧Ｖrefが入力する。そ
して、差動増幅器ＡＭＰ２は、Ｖ３とＶrefとの差に応
じた電圧Ｖ１を出力し、Ｖ１がコイル１１ａに印加され
る。即ちＶ３がＶrefと等しくなるようにコイル１１ａ
に印加される電圧Ｖ１の増減がなされるのである。ま
た、Ｖ３はＶ１及びＶ２がインピーダンスの等しい抵抗
Ｒ７、Ｒ８を通じた後、加算された値であり、Ｖ３＝
（Ｖ１＋Ｖ２）／２なる関係がある。

【００５３】以上より、可動磁性部材１が回転しても、
ホール素子５で検出されるギャップ内の磁束を零とする
ことが可能であると共に、Ｖ３は基準電圧Ｖrefと等し
くなるので、Ｖ１＋Ｖ２を常に一定とすることができ
る。また、上記数式６より可動磁性部材１の位置は、
（Ｖ１＋Ｖ２）が常に一定であるから一方のコイル１２
ｂの印加電圧Ｖ２に比例することになるのでこの電圧Ｖ
２を検出端Ｖout２で検出すれば、可動磁性部材１の位
置信号を得ることが出来る。

【００５４】本実施例においては、Ｖ２を検出して回転
位置を得たが、Ｖ１を検出しても良い事は言うまでもな
い。尚、従来の磁気式位置センサにおいては、ホール素
子を２つ用いて位置検出を行っていたが、ホール素子の
感度は素子毎にバラツキがある故、２つのホール素子を
使う場合には、２つのホール素子の感度を等しくするた
めに感度調整用の回路を設ける必要があった。一方、本
実施例においては、１つのホール素子を用いているので
感度調整用の回路を設ける必要がないと共に、ホール素
子の使用個数が１つであるのでコストが安くなるという
利点がある。

【００５５】さて、図１３及び図１４に直線移動を行う
磁気式位置センサの実施例を示す。図１乃至図１０の磁
気式位置センサと同等部分には同一符号が付し、かかる
部分の説明は省略する。図１３に示される実施例の磁気
式位置センサは、固定磁性部材２ａと固定磁性部材２ｂ
とは対向面が互いに平行になるように配置されている。
また、固定磁性部材２ａはギャップ１０により固定磁性
部材２ａ1と２ａ2とに分割されている。

【００５６】そして、固定磁性部材２ａの両端と固定磁
性部材２ｂの両端間には一対のギャップが夫々形成され
ており、かかる一対のギャップには、一対のホール素子
５ａ，５ｂが配置されている。磁力発生源である永久磁
石４は図示しない支持部材により支持されて、図示しな
い所定の駆動手段により、固定磁性部材２ａ1及び２ａ2
と２ｂとのなす対向面内を長手方向（矢印Ｍ方向）に亘
って移動可動である。以上のような構成からなる磁気式
位置センサによれば、先ず、永久磁石４のＮ極から発せ
られた磁束は、固定磁性部材２ａ1及び２ａ2に入り、磁
束は２つに分岐し、ホール素子５ａ、ｂを夫々経由し
て、固定磁性部材２ｂを通り永久磁石４に戻り、２つの
閉磁路が形成される。そして、永久磁石４に対向する固
定磁性部材２ａ1の面積Ａ１と永久磁石４に対向する固
定磁性部材２ａ2の面積Ａ２との比（Ａ１／Ａ２）は、
ホール素子５ａ及び５ｂで検出される磁束密度の比（Ｂ
1／Ｂ2）と等しくなる。よって、ホール素子５ａ及び５
ｂの出力電圧Ｖ1及びＶ2を検出することにより、磁性部
材２ｂに対する永久磁石４の相対位置を得ることができ
る。

【００５７】また、図１４に示す如く、図１３の固定磁
性部材２ｂにギャップ１０と対称の位置にギャップ１２
を形成して、固定磁性部材２ｂ1と２ｂ2とに分割すると
ホール素子による検出精度がより高くなる。

【００５８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の磁気式位置
センサは、２つの固定磁性部材の対向壁間を可動磁性部
材が移動可能であり、固定磁性部材と可動磁性部材とは
同一平面上に配置している故、平面的な構成とすること
ができるので小型化が可能である。また、非接触型であ
るので耐久性があり、かつ構造が簡単である。更に、可
動磁性部材と固定磁性部材とのギャップが高精度である
必要がなく加工が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気式位置センサの第１の実施
例を示す図であり、図１（ａ）はセンサの平面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）をＢ−Ｂ線から見た断面図である。

【図２】図１に示す磁気式位置センサの検出原理を示
す概念図である。

【図３】本発明に係る磁気式位置センサの第２の実施
例を示す図であり、図３（ａ）はセンサの平面図、図３
（ｂ）は図３（ａ）をＢ−Ｂ線から見た断面図である。

【図４】本発明に係る磁気式位置センサの第３の実施
例を示す図であり、図４（ａ）はセンサの正面図、図４
（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図５】本発明に係る磁気式位置センサの第４の実施
例を示す図であり、図５（ａ）はセンサの正面図、図５
（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図６】本発明に係る磁気式位置センサの第５の実施
例を示す図であり、図５（ａ）はセンサの正面図、図６
（ｂ）は図６（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図７】本発明に係る磁気式位置センサの第６の実施
例を示す図であり、図７（ａ）はセンサの正面図、図７
（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図８】本発明に係る磁気式位置センサの第７の実施
例を示す図であり、図８（ａ）はセンサの正面図、図８
（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図９】本発明に係る磁気式位置センサの第８の実施
例を示す図であり、図９（ａ）はセンサの正面図、図９
（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図である。

【図１０】図９で示される磁気式位置センサの原理を
示す概念図である。

【図１１】本発明に係る磁気式位置センサの第９の実
施例を示す図であり、図１０（ａ）はセンサの正面図、
図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線からみた断面図
である。

【図１２】図９及び図１０で示される磁気式位置セン
サの制御回路を示す回路図である。

【図１３】本発明に係る磁気式位置センサの第１０の
実施例を示す図でありセンサの正面図である。

【図１４】本発明に係る磁気式位置センサの第１１の
実施例を示す図でありセンサの正面図である。

【主要部分の符号の説明】

１、２、３磁性部材４永久磁石５ホール素子６回動シャフト７結合ネジ８、９、１０、１２ギャップ１１コイルＲ電気抵抗ＡＭＰオペアンプＶCC 直流電源ＶOUT 電圧検出端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１つの第１の閉磁路を形成する第１の磁
路形成手段と、前記第１の磁路形成手段に対して非接触
で所定範囲に亘って相対的に移動可能であって前記第１
の閉磁路を２つの閉磁路に分岐する分岐磁路を形成する
第２の磁路形成手段とを有し、前記第１の磁路形成手段は、各々の対向壁を介して対向
する２つの固定磁性部材からなり、前記第２の磁路形成手段は磁力発生源を有し、かつ、前
記対向壁間に配置され、前記対向壁の一方に対して相対
的に移動可能な可動分岐磁性部材と前記固定磁性部材の
一方に一端が固設した固定分岐磁性部材とからなり、前記可動分岐磁性部材は前記固定分岐磁性部材の他端の
近傍の回転中心軸の回りに回動自在であり、かつ前記固
定磁性部材の一方が前記可動分岐磁性部材の先端の可動
軌跡に沿って延在し、前記固定磁性部材の一方の両端と他方の固定磁性部材の
両端間に形成された一対のギャップの各々に配置されて
磁束密度を検出してこれを表す信号を発生する磁束密度
検出手段を有することを特徴とする磁気式位置センサ。
【請求項２】前記他方の固定磁性部材の少なくとも一
部の磁気抵抗が前記一方の固定磁性部材の磁気抵抗より
も高くなっていることを特徴とする請求項１記載の磁気
式位置センサ。
【請求項３】前記他方の固定磁性部材内がギャップを
有することを特徴とする請求項２記載の磁気式位置セン
サ。
【請求項４】前記他方の固定磁性部材内が前記一方の
固定磁性部材に比して小なる断面を有することを特徴と
する請求項２記載の磁気式位置センサ。
【請求項５】前記磁束密度検出手段はホール素子であ
ることを特徴とする請求項１記載の磁気式位置センサ。
【請求項６】前記磁力発生源は永久磁石か又は電磁コ
イルであることを特徴とする請求項１に記載の磁気式位
置センサ。
【請求項７】１つの第１の閉磁路を形成する第１の磁
路形成手段と、前記第１の磁路形成手段に対して非接触
で所定範囲に亘って相対的に移動可能であって前記第１
の閉磁路を２つの閉磁路に分岐する分岐磁路を形成する
第２の磁路形成手段とを有し、前記第１の磁路形成手段は環状部を形成する単一の固定
磁性部材からなり、前記第２の磁路形成手段は磁力発生源を有し、かつ前記
固定磁性部材の環内に配置されて前記固定磁性部材に対
して相対的に移動可能な可動分岐磁性部材と、前記固定
磁性部材に一端が固設した固定分岐磁性部材とからな
り、前記可動分岐磁性部材は前記固定分岐磁性部材の他端の
近傍の回転中心軸の回りに回動自在であり、かつ、前記
固定磁性部材が前記可動分岐磁性部材の先端の可動軌跡
に沿って延在しており、前記所定範囲を挟む位置にて前記第１の閉磁路に鎖交す
る一対のコイルと、前記一対のコイルに励磁電力を印加する励磁手段と、前記固定分岐磁性部材内に形成されたギャップと、前記ギャップ内に配置された磁束密度を検出してこれを
表す信号を発する磁束密度検出手段と、前記ギャップ内の磁束密度を略零とすべく前記一対のコ
イルに印加する励磁電力を制御する励磁電力制御手段
と、前記一対のコイルに印加する励磁電力を検出する励磁電
力検出手段とを有することを特徴とする磁気式位置セン
サ。
【請求項８】前記固定磁性部材少なくとも一部の磁気
抵抗が前記固定磁性部材の他の部分の磁気抵抗よりも高
くなっていることを特徴とする請求項７記載の磁気式位
置センサ。
【請求項９】前記固定磁性部材内がギャップを有する
ことを特徴とする請求項８記載の磁気式位置センサ。
【請求項１０】記固定磁性部材の一部が前記固定磁性
部材の他の部分に比して小なる断面を有することを特徴
とする請求項８記載の磁気式位置センサ。
【請求項１１】前記励磁電力制御手段は、前記一対の
コイルの励磁電力の加算値を一定に制御し、前記励磁電
力検出手段は、前記一対のコイルのいずれか一方の励磁
電力を検出することを特徴とする請求項７記載の磁気式
位置センサ。
【請求項１２】所定距離を隔てて対向配置された一対
の固定磁性部材と、前記一対の固定磁性部材の一方の両
端と他方の固定磁性部材の両端間に形成された一対のギ
ャップと、前記一対のギャップの少なくとも一方に配置
されて該ギャップ内の磁束密度を検出してこれを表す信
号を発する磁束密度検出手段と、前記一対の固定磁性部
材の少なくとも一方の固定磁性部材内に形成されたギャ
ップと、前記一対の固定磁性部材間に配置されかつ前記
一対の磁性部材のうち少なくとも一方に対して相対的に
平行移動可能であって、一方の固定磁性部材から他方の
固定磁性部材に向かう磁束流を生起せしめる磁力発生源
と、を有することを特徴とする磁気式位置センサ。