JPH09222301A - 位置検出方法及び磁気飽和型位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構成で温度特性の小さな磁気飽和型位
置検出装置を提供する。 【解決手段】 強永久磁石７の両側に第１及び第２の接
合磁性体８，９が接合されてなるマグネット体６は、被
測定物と共に移動可能にコア体５の上に設けられてお
り、マグネット体６が移動することにより、コア体５に
おける磁気飽和領域が変化すると共に、コア体５に巻き
回されたコイル３の磁路が形成される非磁気飽和領域が
変化するので、磁路が変化することとなり、コイル３の
自己インダクタンスは被測定物の移動に応じて変化する
こととなる。そして、その変化が発振器１０の出力周波
数の変化となり、その周波数変化が周波数・電圧変換回
路１１により電圧信号として出力されるようになってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の移動体の相
対位置を検出するための位置検出方法及びその装置に係
り、特に、磁気回路における磁気変化を利用した位置検
出方法及び磁気飽和型位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体の相対位置変化を検出する方法の
一つとしては、被測定物の移動に伴う磁気変化を捉え、
被測定物の移動量を検知する方法が従来から公知・周知
となっており、具体的には、例えば、特開昭５７−２９
９１０号公報に示されたようなもの等が種々提案されて
いる。例えば、特開昭５７−２９９１０号公報には、磁
石により形成された磁界中において、磁気抵抗効果素子
を当該磁界により生じた磁力線の湾曲部分に位置させ、
被測定物の直線運動に伴いこの磁気抵抗効果素子が、磁
力線の湾曲部分を過ぎるようにして、個々の湾曲部分に
おける磁界方向の変化による磁気抵抗効果素子の出力信
号の変化を得ることで、被測定物の直線運動に伴う移動
距離を知ることができるようにしたセンサが示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例においては、磁石により生じた磁力線の湾曲部分
を調べ、磁気抵抗効果素子を配置しなければならないの
で、組み立て作業に手間がかかり、その結果、高価のも
のとなるという問題がある。

【０００４】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、簡易な手順で、被測定物の移動量を知ることのでき
る位置検出方法を提供するものである。本発明の他の目
的は、簡易な構成で、手間を要することなく組み立て作
業ができ、しかも、温度特性の小さな位置検出装置を提
供するものである。また、本発明の他の目的は、周波数
特性が安定した位置検出装置を提供することにある。さ
らに、本発明の他の目的は、固体差の小さな位置検出装
置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る位置検出方法は、コイルが巻き回された磁性体に対し
て、被測定物の直線移動に伴い移動する磁界を外部から
与えることにより、前記コイルの励磁により生ずる磁束
が通る前記磁性体における磁路を変化させ、この磁路変
化に伴う前記コイルの自己インダクタンスの変化から前
記被測定物の移動量を検出するものである。

【０００６】かかる方法においては、例えば、強永久磁
石を被測定物と共に、直線移動可能にするのが好適であ
り、この永久磁石をコイルが巻き回された磁性体上を移
動させることで、強永久磁石により磁性体の一部が磁気
飽和状態とされ、その磁気飽和領域の移動に伴い、コイ
ルの励磁により生ずる磁束の通路である磁路が変化し、
その結果、コイルの自己インダクタンスが変化する。こ
の自己インダクタンスの変化は、永久磁石による磁気飽
和領域の移動、すなわち、被測定物の移動に応じて変化
するため、自己インダクタンスの変化から被測定物の移
動量を知ることができるものである。

【０００７】請求項２記載の発明に係る磁気飽和型位置
検出装置は、コイルが巻き回された磁性体と、前記磁性
体上を被測定物の直線移動に伴い移動可能に設けられ、
前記コイルの励磁により生ずる磁束の前記磁性体におけ
る磁路を変化させる磁路変更手段と、前記コイルが接続
され、当該コイルの自己インダクタンスの大きさに応じ
た発振周波数の信号を出力する発振手段と、を具備して
なり、前記磁路変更手段による前記磁性体における磁路
の変化に伴う前記自己インダクタンスの変化に応じて得
られる前記発振手段の出力周波数により、被測定物の移
動量の検出を可能としたものである。

【０００８】特に、磁路変更手段は、永久磁石を有し、
当該永久磁石の磁界により、磁性体における永久磁石の
位置に応じて前記磁性体の一部を磁気飽和状態とするこ
とで、前記コイルの励磁により生ずる磁束の前記磁性体
における磁路を変化させるものが好適である。

【０００９】かかる構成において、磁性体に巻かれたコ
イルが励磁されることで磁束を生じ、この磁束は磁性体
における磁路を通りいわゆるループを形成する。一方、
永久磁石を用いた磁路変更手段は、被測定物と共に、直
線運動可能に例えば、磁性体の上に設けるようにすると
よい。そして、この磁路変更手段が位置する磁性体の部
位は、永久磁石により磁気飽和領域とされるため、磁束
の通過が阻止され、磁路は磁気飽和状態にない磁性体の
部位に形成されることとなる。この磁路が形成される領
域の変化は、被測定物の移動に応じたものであり、さら
に、コイルの自己インダクタンスの変化を招き、それに
応じて発振手段の発振周波数が変化する。結局、発振周
波数の変化は、磁路変更手段の移動、すなわち、被測定
物の移動量に応じたものとなるため、発振周波数の変化
から被測定物の移動量を検出することが可能となるもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１乃至図５を参照しつつ説明する。なお、以下に
説明する部材、配置等は本発明を限定するものではな
く、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができる
ものである。

【００１１】本発明の実施の形態における磁気飽和型位
置検出装置は、検出部１と、信号処理部２との大別され
てなるものである（図１参照）。検出部１は、コイル３
が巻き回されたコア体５と、被測定物の直線的移動と共
にコア体５上を移動可能に設けられたマグネット体６と
を有して構成されている。

【００１２】この発明の実施の形態におけるコア体５
は、柱状に形成された３つの脚部５ａ〜５ｃが等間隔を
隔ててその一端側において、連結部５ｄにより連結され
てなるもので、その平面形状は概略Ｅ字状に近似したも
のとなっている（図４参照）。このコア体５は、例え
ば、高透磁率を有する軟磁性体材料を用いてなるものが
好適である。このコア体５の中央の脚部５ｂの連結部５
ｄ側の部位には、ボビン４を介してコイル３が巻き回さ
れており、このコイル３の両端は、後述する信号処理部
２の発振器１０に接続されている。

【００１３】マグネット体６は、柱状に形成された強永
久磁石７を有し、この強永久磁石７の長手軸方向の２つ
の側面に、第１の接合磁性体８及び第２の接合磁性体９
がそれぞれ接合されてなるものである。すなわち、強永
久磁石７は、長手軸方向（図２において紙面表裏方向）
の長さが、コア体５の連結部５ｄの長手軸方向（図２に
おいて紙面表裏方向）の長さより、やや長い柱状体に形
成されたもので、磁極は短手軸方向（図２において紙面
左右方向）に着磁されたものとなっている。そして、こ
の強永久磁石７の長手軸方向に沿った一方の側面（この
発明の実施の形態においては、Ｎ極側の側面）には、こ
の強永久磁石７の長手軸方向と同一の長さを有し、か
つ、強永久磁石７の厚み方向（図２において紙面上下方
向）における長さが強永久磁石７のそれよりも長い柱状
体に形成された第１の接合磁性体８が接合されている。
この第１の接合磁性体８は、例えば、高透磁率を有する
軟磁性材料からなるものが好適である。

【００１４】第２の接合磁性体９は、第１の接合磁性体
８と同一の材料を用いて全体形状が直方体状をなすよう
に形成されたもので、強永久磁石７の第１の接合磁性体
８が接合されたと反対側の側面（この発明の実施の形態
においては、Ｓ極側の側面）に接合されている。そし
て、この第２の接合磁性体９の長手軸方向の長さは、強
永久磁石７のそれと同一に、強永久磁石７の厚み方向
（図２において紙面上下方向）の長さは、第１の接合磁
性体８と同一の長さに設定されたものとなっている。

【００１５】そして、かかる構成を有するマグネット体
６は、強永久磁石７の長手軸が、コア体５の連結部５ｄ
と平行状態で、第１及び第２の接合磁性体８，９がコア
体５の３つの脚部５ａ〜５ｃに接合するように、コア体
５の上面に載置されており（図１参照）、しかも、３つ
の脚部５ａ〜５ｃの長手軸方向（図２において紙面左右
方向）において移動自在となっている。すなわち、マグ
ネット体６は、図示しない連結手段（例えば、被磁性材
料からなる連結用の棒等）を介して、直線的に移動する
被測定物（図示せず）に対して、その被測定物の移動方
向とマグネット体６の移動可能方向（図１において点線
及び実線矢印方向）とが一致するように連結されてい
る。

【００１６】なお、マグネット体６がコア体５の横方向
（連結部５ｄの長手軸方向）で、コア体５からはみ出す
部位は、コア体５の両側部で略同一程度となるように、
マグネット体６がコア体５上に配置されるのが好適であ
る。また、マグネット体６の第１及び第２の接合磁性体
８，９は、必ずしも３つの脚部５ａ〜５ｃに接合させる
必要はなく、後述するように脚部５ａ〜５ｃに充分磁気
飽和領域を生じさせることができるのであれば、脚部５
ａ〜５ｃと例えば間隙を介して対向するようにしてもよ
い。

【００１７】かかる構成において、マグネット体６が、
コア体５に対して、例えば図２に示されたような位置に
配置されていたとすると、強永久磁石７からの磁力線
（図２において二点鎖線部分）は、第１の接合磁性体８
を通り、マグネット体６が載置されている各脚部５ａ〜
５ｃの部位を通り、最後に第２の接合磁性体９を通って
強永久磁石７へ戻るようなループを形成する。そして、
マグネット体６が位置するコア体５の部位（図２におい
て言えば、符号イで示された位置から紙面右側の各脚部
５ａ〜５ｃの部位）は、いわゆる磁気飽和状態となるよ
うに、予め強永久磁石７の強さ、コア体５の透磁率、が
選定され、さらに、次述するように第２の接合磁性体９
の長さが設定されているため、図２において符号イで示
された位置から右側のコア体５の部位は、磁気飽和状態
となる。

【００１８】なお、一般に永久磁石は、温度特性を有す
るため、強永久磁石７の磁力も温度により変化するが、
温度変化により磁力が変化してもコア体５を十分に磁気
飽和状態とできる程度の磁力を有するものを予め選定し
ておくことにより、実質的な温度特性の影響はなく、安
定した装置の提供が可能となる。

【００１９】コア体５の脚部５ａ〜５ｃの長手軸方向
（図２において紙面左右方向）に沿う第２の接合磁性体
９の長さは、上述したように、マグネット体６が位置す
るコア体５の部分を磁気飽和状態とするために、コア体
５上におけるマグネット体６の移動範囲が、例えば、仮
に、図２において移動範囲と示された部分であるとする
と、この範囲において、マグネット体６の先端位置（図
２において符号イで示された位置における第１の接合磁
性体８のコイル３側の側面の位置に相当）から図２にお
いて紙面右側に位置するコア体５の脚部５ａ〜５ｃの部
位（但し、強永久磁石７と対向する部位は除く）が全て
マグネット体６の下面側（コア体５に接合される側の
面）に位置するような長さに設定される必要がある。

【００２０】なお、ここで、コア体５の磁気飽和状態と
は、マグネット体６が位置するコア体５の部位におい
て、磁界の強さが変化しても磁束密度が一定の状態とな
ることを意味し、例えば、コア体５のＢ−Ｈ特性曲線が
図３に示されたようなものであるとすると、磁界の強さ
Ｈ1以上の領域における特性曲線で表される状態である
ことを言うものである。

【００２１】一方、マグネット体６が位置しないコア体
５の部位、例えば、図２において言えば、符号イから紙
面左側の部位は、強永久磁石７による磁界に晒されてい
ないので、非磁気飽和状態である。すなわち、図３のＢ
−Ｈ特性曲線で言えば、磁界の強さＨ1以下の特性曲線
で表される状態にあることとなる。

【００２２】次に、信号処理部２は、発振器（図１にお
いては「ＯＳＣ」と表記）１０と、周波数・電圧変換回
路（図１においては「F/V CONV」と表記）１１とから構
成されてなるものである。発振器１０は、コイル３と図
示されないコンデンサとにより、その発振周波数が定ま
る公知・周知の構成のいわゆるＬＣ発振回路を用いてな
るものである。このようないわゆるＬＣ発振回路として
は、例えば、ハートレー発振回路、コルピッツ発振回路
等の公知・周知の回路が種々選択可能である。したがっ
て、コイル３には、発振器１０からの励磁電流が流れ込
むようになっており、その結果、コイル３の周囲におい
ては、図４において二点鎖線で示されたようなコア体５
の一部を通る磁力線の分布が生ずることとなる。

【００２３】ここで、コイル３の励磁による磁力線が分
布する領域は、コア体５の磁気飽和状態にある部分（以
下「磁気飽和領域」と言う）を除いた部分、すなわち、
非磁気飽和状態の部分（図４において、点線により示さ
れたマグネット体６が位置する部分を除いた部分）とな
る。

【００２４】ところで、コイル３の自己インダクタンス
は、非磁気飽和状態にあるコア体５の内部における磁束
の量により定まるものであるが、この発明の実施の形態
においては、コイル３の励磁により生じた磁束が通る領
域（非磁気飽和状態にある領域）がマグネット体６の移
動に伴い変化するために、磁束量が変化する結果、自己
インダクタンスもマグネット体６の移動に伴い変化する
こととなる。とりわけ、この実施の形態においては、マ
グネット体６の移動量に対するコア体５における非磁気
飽和状態の部分（以下「非磁気飽和領域」と言う）の変
化は、比例的であるために、自己インダクタンスＬの変
化は、図５に示されたようにマグネット体６の移動量Ｓ
に対して略直線的なものとなる。

【００２５】なお、コア体５における磁束量は、磁束が
通る磁路の長さに反比例するものであるので、図５に示
された特性線図において、マグネット体６の移動量は、
マグネット体６がよりコイル３側へ近づく方向（図１に
おいて点線矢印方向）へ移動する場合（コア体５におけ
る非磁気飽和領域が減少する場合）を、正の方向として
表されたものである。

【００２６】したがって、発振器１０の発振周波数は、
コイル３の自己インダクタンスの変化を介してマグネッ
ト体６の移動に伴い変化することとなり、この変化の仕
方を予め確認しておくことにより、発振器１０の発振周
波数の変化からマグネット体６の移動量、すなわち、被
測定物の移動量を知ることができることとなる。

【００２７】周波数・電圧変換回路１１は、発振器１０
の発振周波数の変化に応じた所定の電圧信号を出力する
ようになっているもので、出力された電圧値によりマグ
ネット体６の移動量、すなわち、被測定物の移動量を知
ることができるようにするものである。なお、この周波
数・電圧変換回路１１の出力電圧を、例えば、図示され
ない公知・周知の文字表示回路等に入力し、電圧値に応
じて被測定物の移動量を直接表示するようにしてもよ
い。

【００２８】次に、上記構成におけるこの発明の実施の
形態における磁気飽和型位置検出装置の動作について説
明する。まず、検出部１のマグネット体６が、コア体５
に対して例えば、図１に示されたような位置にあるとす
る。換言すれば、図示されない被測定物が、コア体５に
対してマグネット体６が図１に示されたような位置にあ
る状態とする。かかる前提の下、例えば、マグネット体
６、すなわち被測定物が、コア体５の磁気飽和領域が減
少する方向（図１において実線矢印方向）へ移動したと
する。

【００２９】このマグネット体６の移動（被測定物の移
動）により、コア体５の非磁気飽和領域が、マグネット
体６の移動量に比例して増加する。ここで、マグネット
体６の移動量は、先に述べたようにマグネット体６がコ
イル３に近づく方向へ移動する場合を正としており、そ
の際のコイル３の自己インダクタンスＬの変化は、図５
に示された通りである。

【００３０】したがって、この場合には、コイル３の自
己インタダクタンスは減少し、この自己インダクタンス
の減少に応じて発振器１０の発振周波数が変化し、この
周波数変化に対応した予め定めた電圧が周波数・電圧変
換回路１１から出力されることとなるので、この電圧値
から被測定物の移動量を知ることができるものである。
なお、発振器１０の発振周波数ｆが仮に、コイル３の自
己インダクタンスをＬ、図示されないコンデンサ容量を
Ｃとした場合に、ｆ＝１／２π・（ＬＣ）^1/2と表され
るものとすると、上述の場合に発振器１０の発振周波数
は低下することとなる。

【００３１】一方、マグネット体６、すなわち被測定物
が、コア体５の磁気飽和領域が増加する方向（図１にお
いて点線矢印方向）へ移動した場合には、上述とは逆
に、コイル３によりコア体５の非磁気飽和領域における
磁束量が増加するため、自己インダクタンスが増加する
こととなる。そして、発振器１０の発振周波数は、この
自己インダクタンスの増加に応じた周波数に変化し、周
波数・電圧変換回路１１からは、当該周波数変化に対応
する電圧が得られ、この電圧値から被測定物の移動量を
知ることができることとなる。

【００３２】このように、この発明の実施の形態におけ
る磁気飽和型位置検出装置は、マグネット体６の移動に
よりコア体５における磁気飽和領域を変化させ、同時に
コア体５に設けられたコイル３の磁路変化を生じさせる
ことで、マグネット体６の移動量に応じたコイル３の自
己インダクタンスの変化を生じさせるようにしたもので
ある。

【００３３】なお、上述した発明の実施の形態において
は、発振器１０の出力周波数を、周波数・電圧変換回路
１１により電圧信号に変換し、この電圧信号から被測定
物の移動量を知るような構成としたが、周波数・電圧変
換回路１１は必ずしも必要ではない。すなわち、発振器
１０の出力周波数と、被測定物の移動量との関係を予め
調べておき、例えば、出力周波数から移動量への変換チ
ャートを用意しておくことにより、被測定物の移動によ
り得られた発振器１０の出力周波数を予め用意された変
換チャートを用いて変換し、被測定物の移動量を知るこ
とが可能である。

【００３４】なお、上述した発明の実施の形態におい
て、磁性体はコア体５により、磁路変更手段はマグネッ
ト体６により、発振手段は発振器１０により、それぞれ
実現されている。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、被測定物の移動に応じて、磁性体における磁気飽和
領域を変えることにより、この磁性体に巻き回されたコ
イルの自己インダクタンス変化を生じさせ、この自己イ
ンダクタンスの変化量から被測定物の移動量が検出でき
るように構成することにより、測定に際して何らかの技
量を必要とするような調整等が基本的に必要ないので、
簡易にして、かつ、確実に被測定物の移動量を知ること
ができる。

【００３６】また、磁気変更手段として一般に温度特性
を有する永久磁石を用いる場合であっても、この永久磁
石の磁力の強さが温度変化してもなおかつ磁性体を磁気
飽和状態とできる程度のものを選定しておけば、永久磁
石の温度特性の影響が測定に及ぶことを実質的に回避で
きるので、温度特性の安定した自己インダクタンスの変
化を得ることができる。したがって、磁性体及び磁気変
更手段の温度特性による影響が発振手段における出力周
波数に影響することが少なく安定した計測結果を得るこ
とができる。

【００３７】さらに、上述のように温度特性を有する永
久磁石が構成要素に含まれる場合であっても、上述のよ
うに実質的にその影響を受けないようにできるため、い
わゆる固体差による影響も殆どなく安定した装置が提供
されることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における磁気飽和型位置検
出装置の一構成例を示す構成図である。

【図２】図１に示された磁気飽和型位置検出装置の検出
部の白抜き矢印方向から見た側面図である。

【図３】コア体における磁界の強さに対する磁束密度の
変化を示すＢ−Ｈ特性曲線である。

【図４】コア体の平面図である。

【図５】マグネット体の移動量に対するコイルの自己イ
ンダクタンスの変化を示す特性線図である。

【符号の説明】

１…検出部 ２…信号処理部 ３…コイル ５…コア体 ５ａ〜５ｃ…脚部 ５ｄ…連結部 ６…マグネット体 ７…強永久磁石 ８…第１の接合磁性体 ９…第２の接合磁性体 １０…発振器 １１…周波数・電圧変換回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コイルが巻き回された磁性体に対して、
   被測定物の直線移動に伴い移動する磁界を外部から与え
   ることにより、前記コイルの励磁により生ずる磁束が通
   る前記磁性体における磁路を変化させ、この磁路変化に
   伴う前記コイルの自己インダクタンスの変化から前記被
   測定物の移動量を検出することを特徴とする位置検出方
   法。
2. 【請求項２】 コイルが巻き回された磁性体と、 前記磁性体上を被測定物の直線移動に伴い移動可能に設
   けられ、前記コイルの励磁により生ずる磁束の前記磁性
   体における磁路を変化させる磁路変更手段と、 前記コイルが接続され、当該コイルの自己インダクタン
   スの大きさに応じた発振周波数の信号を出力する発振手
   段と、 を具備してなり、 前記磁路変更手段による前記磁性体における磁路の変化
   に伴う前記自己インダクタンスの変化に応じて得られる
   前記発振手段の出力周波数により、被測定物の移動量の
   検出を可能としたことを特徴とする磁気飽和型位置検出
   装置。
3. 【請求項３】 磁路変更手段は、永久磁石を有し、当該
   永久磁石の磁界により、磁性体における永久磁石の位置
   に応じて前記磁性体の一部を磁気飽和状態とすること
   で、前記コイルの励磁により生ずる磁束の前記磁性体に
   おける磁路を変化させることを特徴とする請求項２記載
   の磁気飽和型位置検出装置。