JPS63314479A - 近接検出器 - Google Patents

近接検出器

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Publication number
JPS63314479A
JPS63314479A JP63065588A JP6558888A JPS63314479A JP S63314479 A JPS63314479 A JP S63314479A JP 63065588 A JP63065588 A JP 63065588A JP 6558888 A JP6558888 A JP 6558888A JP S63314479 A JPS63314479 A JP S63314479A
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JP
Japan
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proximity detector
magnet
pole piece
pole
magnetic field
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Application number
JP63065588A
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English (en)
Inventor
ジャコブ・カークパトリック・ヒッグス
バーバラ・ルイス・ギブソン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sprague Electric Co
Original Assignee
Sprague Electric Co
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/945—Proximity switches
    • H03K17/95—Proximity switches using a magnetic detector
    • H03K17/9517—Proximity switches using a magnetic detector using galvanomagnetic devices

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Switches That Are Operated By Magnetic Or Electric Fields (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は磁石装置に関し、特に磁石とそこの磁界をより
均一にする磁石の１つの磁極に装着された高透磁率磁極
片との組み合わせに関し、強磁性体の通過を検出する為
に磁極片に装着された二重差動磁界・電気信号変換器を
含む磁石装置に関するのである。
従来技術 従来、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）　、低炭素鋼材等
の高透磁率磁極片は所望の領域における磁石の磁界を管
理しおよび／または集中する為に使用されている。磁石
の磁極近くの領域での磁界均一は正確な均一であること
が一般的に望まれている。
近接検出器は強磁性体の接近を検出するのに広く用いら
れている。その様な多くのセンサーは磁石の磁極に装着
された磁界検出器を備えている。
その様な装置は１９８４年、４月に発行された米国特許
第４，４４３，７１６号公報に記載されている。その装
置において、集積回路は差動増幅器またはシュミットト
リガ回路に伴われたホール素子を含む。
また、１つの磁極に装着された各々が増幅器に伴われた
ホール素子を含んでいる２つの集積回路を有する磁石が
、１９８５年、５月に発行された米国特許第４，５１８
，９１９号公報に記載されている。
しかしながら、磁石の磁極端での磁界の均一の欠如は、
周囲における他の強磁性体の不在の場合には１つのセン
サー素子での磁界の強さは他のセンサーの磁界の強と同
じになるので、そこへの２つの磁気センサーの配置を困
難にする虞れがある。
発明の目的 従って、本発明は１つの磁極端で広い領域が均一である
磁石装置の改良を目的とする。
更に、本発明は強磁性体の通過による磁極での磁界勾配
に比例するセンサ検出電圧を発生する二重ホールセンサ
を１つの磁極に有する装置を提供することを目的とする
。
発明の概略 Ｎ磁極端とＳ磁極端とを有する磁石と、最前部磁極端の
近くに均一な磁界密度を作る最前強磁性体磁極片と前記
設面磁極片の外表面に平行に設けられた磁界・電気信号
変換器とを含む強磁性体の通過を検出する近接検出器。
前記最前磁極片が１つ以上の隣接する磁石側面近くに下
に折り曲げられたタブ部分を有するかまたは有しない最
前磁極端に装着された強磁性体板である。
１組の変換器が本質的に同一でるホール素子であり、好
ましくはホール素子は集積回路ダイ（ｄｉｅ）に同時に
形成されている。ダイは各々のホール素子に相互に平行
な印加電流を発生するホール素子印加手段を有し、ダイ
はホール素子間の磁界勾配の関数である差動出力信号を
発生する為にホール素子の出力への対向した接続手段を
有する。
上述の近接検出器はそこの磁極片により最前磁極端で均
一な磁界を発生する。これはオフセット電圧の減少をも
たらし、強磁性体の接近または通過による変換器での磁
界勾配の変化に直接にまたは予期的に依存する出力電圧
の関係を作る。
実施例 第１図の接近検出器ｌＯは端部または側部が０．３２０
インチＸ０．３２０インチであるサマリウム・コバルト
立方体の磁石１２を含む。磁石軸１３はＮ磁極端１４と
Ｓ磁極端１５の真ん中を通って通過（ｐａｓｓｉｎｇ）
　Ｌ／ている時に定義される。
最前部磁極片として作用し且つ１乃至５キロガウスで１
０００以上の相対透磁率を有する低カーボン鋼板１６が
磁石１２のＮｖ！１極端１４に装着されている。２つの
磁界・電気信号変換器１８および１９が最後部磁極片１
６の外表面に装着されている。強磁性体歯車２０は接近
検出器１０の上方に備えられ、例えば矢印２２で示す方
向に変換器１８および１９に接近して歯車の歯が通過す
る様に回転する。最後部磁極片２６．３４．４２の変形
が第２図、第３図および第４図の描かれている。
第５図および第６図はＬ型最前部磁極片５２を有する接
近検出器５０および６０を示している。
２つの関連ある大きさの最後部磁極片５４および６４が
描かれている。検出器５０および６０に、第７図に示す
如く平行した２つのホール素子６６および６８を含む集
積回路パッケイジ５６が備えられている。第５．６およ
び７図に示す様に、２つのホール素子６６および６８は
磁石コーナ５８に直交する線５７に沿って並んでいる。
最後部磁極片５２の下に曲げられた延長部分５２ａは磁
石側面１２ａに隣接され、ホール素子整列線５７は磁石
側面１２ａに垂直な方向である。
ホール素子６６および６８を形成するシリコン集積回路
７０は１９８１年、２月に発行された米国特許４，２５
３，１０７号公報に記載される様な工程で製造され、１
９８６年、３月に発行された米国特許４，５７８，６９
２号公報に記載された様な構造上の利点を受ける。この
特許は本願発明の譲受人に譲渡された。一般的な構成の
パッケイジ５６は銅線フレーム（図示せず）から切断さ
れた線７１．７２および７３を含んでいる。シリコンチ
ップは機械的及び電気的に回路接地線７２に接続された
後基盤を有し、且つ集積回路５６および線終端を包含す
る保護モールド（ｍｏｌｅｄ）されたボデーを有する。
集積回路７０はホール変換器６６．６８に加えて、２つ
の変換器の出力信号を加算せずに差を増幅する為に、入
力に２つのホール素子の出力がそれぞれ接続された差動
増幅器７５を含む。これらの変換器信号は等しくなり、
以下の条件で増幅器７５への差入力は零になる。条件と
は（ａ）ホール素子６６および６８が基本的に等しく、
もっと一般的には両者が同じ変換感度を有するとき、（
ｂ）発生された磁界が他の近くの強磁性体の不存在のま
まで変換器６８での大きさと変換器６６での大きさと等
しいとき、（ｃ）２つのホール素子のオフセット電圧が
基本的に零のとき、（ｄ）他の強磁性体なしに強磁性体
が近くにあるときである。
この発明は、変換器出力電圧差（差動増幅器入力で）が
臨界でない場合に磁極端での中心領域の均一な発生され
た磁界に従う（ｂ）に特に関連している。なぜなら、中
心磁極端領域は変換器の機能位置の範囲で無いからであ
る。
零に近いオフセットホール電圧（ｃ）を達成する解決は
上述の米国特許第４，５７８，６９２号公報に記載され
ている。
２つのほとんど等しいホール素子を成作する問題（ａ）
は同時に且つ同じ半導体グイ（ｄｉｓ）の上で両者を製
造することにより一般的に減少され、本発明の実行にお
いては二重ホール変換器集積回路が好ましい。二重ホー
ル変換器集積回路はホール素子がほぼ等しい（ａ）で更
にオフセット電圧を減少する利益をもたらす。ホール素
子のオフセット電圧は磁界の存在しない出力端子領域間
に現れる。オフセット電圧はたいていマスクの符合誤り
によって接点領域の完全な対称からの物理的な偏位に比
例して発生される。２つのホール素子の接黒領域のマス
ク決定位置は両ホール素子を同じ方向に同じ量移動され
ることが好ましい。ここに述べられた独特な集積回路に
おけるこれらのホール接点の−組みの対向する関係はマ
スクの符合誤りによる２つのホール素子からのオフセッ
ト電圧を押さえる傾向になる。更に、この集積回路は両
ホール素子を印加する単に１つの電圧調整器を必要とす
るのみであるが、一般の集積ホール接近検出器は１つの
ホール素子と１つの調整器を含む。したがって、１組み
の一般的な集積ホール検出器は高価であり、且つ離れた
電圧調整器は等しくない電圧を発生する′電圧源を印加
するので大きな異なるオフセット電圧を有する。
これらの利益をより得られるために、本発明の集積回路
の並列の２つのホール素子は軸７２および７４により第
８図に示す様に互いに平行に且つホール素子の電流７６
乃至７８が同一方向に流れるように半導体チップ内に設
けられ接続されなければならない。
第９図の差動増幅器はベースがホール素子右側出力接点
９３および９４に接続された１組の差動接続されたトラ
ンジスタ９１および９２を有する。
１組の差動接続されたトランジスタ９５および９６はそ
れぞれホール素子左側出力接点９７および９８に接点さ
れたベースを有する。これらのトランジスタ組みはコレ
クタ負荷を共有し、且つ端子１０１および１０３間の差
出力電圧を発生する。
裸サマリウム・コバルト磁石１２の磁極端磁界は磁界検
査探触子をＮ磁極端１４の表面を横切ってコナー（ｃｏ
ｒｎｅｒ）　５　Ｂの縁からコナー５９の反対の縁へ移
動することにより調査される。その磁界の大きさの表は
第１０図に曲線８０で示される。
探触子は再び磁極端１４を０．０４インチだけ離れて移
動され、第１０図の曲線８２が作られる。
裸磁極端へまたは裸磁極端から僅かに離して二重差動磁
界検出器を装着することは、たとえ二重センサが均一磁
界を検出する位置が発見されたとしても零でない差動出
力信号を結果として生じるこ°とになることが明らかに
された。
第２図に示される様に磁極片２６の付加により実験が繰
り返された。この場合、磁極片は０，０２インチの厚さ
で、０．１６０インチ長のタブ（ｔａｂ）を有する。磁
界検査探触子が磁極片２６の外表面上を左磁石コナー５
８から開始されて移動され、磁石片２６がない場合の曲
線８０より比較的均一な曲線８４を発生した。探触子は
磁石片表面の０．０４０インチ上で磁界を走査するのに
使用され、曲線８６を発生した。
この種の磁界測定は他の形状の磁極片を使用して行われ
た。このデータの概略が第１表にしめされいる。この第
１表は磁界が±１０ガウス以下で変化した中心領域の幅
（線５７に沿った）が現されている。この幅は有用なも
のとして使用され、その様な領域が広くなればなるほど
より小さい臨界を作り、最小の差動オスセット電圧のた
めに電気信号変換器に対する磁界の物理的な位置合わせ
を作る。均一磁界（±１０ガウス）領域の幅はミル（ａ
ｉｌ）で与えられる。探触子測定は裸磁石またはこの場
合がそうである様に磁極片外表面から２０ミルおよび４
０ミル離して行われる。この寸法はパッケイジ（ｐｉｃ
ｋａ（ｅｄ）されたホール装置が実際に装着表面から離
された実距離に近い。
他の一連の試験においては、強磁性体近接検出としての
意図的使用にもっと緊密に関連付けられ、第１図に示す
様に回転しているスチール歯車２０と隣接関係を持って
磁石１２が固着されている。
磁極片１６（または磁極片なしの裸磁石のＮ磁極端）の
外表面との空隙は測定の１つのグループは４０ミルに設
定され、他では１００ミルに設定された。歯車の歯の幅
は０．３４インチであり、歯間の距離はおおよそ同じで
ある。
磁界検査探触子は磁石軸１３に沿って空隙内に装着され
、歯車の歯が１個づつそれを通過する様に歯車に近接し
ている。磁束ΔＢ内の一磁性の最大変化は（各歯で一度
だけ生じる）磁極片の変化の為に記録される。このデー
タは第２表に示される。試験された全ての最前磁極片は
磁石で均一磁界領域（土ｌθガウス）のスパン（ｓｐｉ
ｎ）　’ｉｔ増２１ｒｌせるばかりでなく、試験された
全ての最前磁極片は磁石／磁極片表面での磁束密度の平
均値を減少する。同じ磁極片が実際に磁束密度ΔＢにお
けるピーク変化を増加させることの発見は驚きである（
第２表に星印＊でマークされている）。
更に、大きなΔＢが１００ミルはどの大きい空隙に存在
し、タイミング歯車からこの様に遠ざかった距離で信頼
性のある信号を得ることができなかった従来技術の１個
のホール近接センサー上に重要な利益を与えることは好
ましことである。タイミング歯車はさまざまな理由で本
質的に回転し、この公称的な大きな空隙での近接検出能
力は重要な利益である。
これらのデータから、本発明の近接センサーの使用は、
簡素な板の最前部磁極片が変換器での磁界強度の最小の
減少を生じさせ、且つその厚さが０．０３０インチをこ
えた場合に最も効果的になることは明らかである。しか
しながら、磁極片が０．０３０インチ以下の厚さで且つ
タブ長さが０．０８０インチ以下の時に一般にＬｉ磁極
片（２６）は有効である。この様な場合に、感度は多少
犠牲にされ、変換器での磁界の均一がこれらの板および
Ｌ型心極片により増強される。他方、ここに示されたよ
り良〈実施される短いタブを伴うけれども、Ｕ型磁極片
３４およびＪ型磁極片４２は全体に渡って良い実施を提
供しない。
これら及び他のデータから、最前部磁極片との組み合わ
せにおける最後部磁極片の付加は最前部磁極端の磁界密
度において６〜２０％の増加をもたらし、感度における
この改良は磁界均一におけ本質的な非変更によりもたら
される。また、変換器での１０％以上の磁界を供給する
最後部磁極片は最大の物理的空隙の大きさの２０％の増
加を可能にする（検出されるべき強磁性体と最前部磁極
片との空隙）。
Ｌ型層前部磁極片は磁極片の厚さが大きいときは好まし
いけれども、簡素な２０ミルの厚さの板（１６）の代わ
りに２０ミルの厚のＬ型層前部磁極片（２６）を使用す
ることにより磁石軸での中心領域磁界強度における強調
は比較的小さい。
しかしながら、２０ミルの厚さの最前部磁極片、即ち磁
石の磁極端間の長さの１／８のタブを備えたＬ型心極片
の為に、磁極片と通過中の歯車の歯との間の最大空隙は
同じ集積回路（７０）を使用するタブを備えない厚さ２
０ミルの簡素な板より２０％大きいということの発見は
驚きである。２０ミルの厚さのＬ型層前部磁極片は磁石
の１／１６乃至３／１６の長さの２最適なタブを有する
ことが必要な条件である。
第３表を参照して、第５図および第６図に示されている
様な幾つかの長方形の鋼板が最前部磁極片が常に８０ミ
ルの長さのタブと６０ミルの厚さを有するＬ型層前部磁
極片である装置の最後部磁極端に装着されている。これ
らの磁極片の“輻″（即ち、示される様に横の寸法）は
ホール素子整列線５７の方向に平行であり、最後の２つ
の＊＊″と印しされた５００ミルおよび１０００ミルを
除いて全ての場合は３３０ミルであり、一方“深さ″（
即ち、示される様に垂直の寸法）は整列線５７の方向か
ら直角に遠ざかる方向に取られている。紙の平面に垂直
な方向に取られた第３の最後部磁極片の寸法（描かれて
いない）は示される如く最後の２つの’　＊　＊　”と
印しされた３９０ミルおよび７７５ミルを除いて、全て
の場合は３３０ミルである。ピーク磁束密度ΔＢの増加
は最後部磁極片の幅、横幅および厚さの増加からもたら
される。また、最後部磁極片の付加は最前部磁極片の近
くの磁界均一に実質的な影響を持たない。
第　　　１　　　表 磁　　　極　　　片　　　　　　均一磁界領域の幅（ミ
ル）参照　　　　厚　　さ　タブ長さ　２０ミル　離す
　４０ミル　離す番号　図番　（ミル）（ミル）（ミル
）（ミル）ｎｏｎｅ　　　　−−−４０２７７５３０２
４００２４０ｇｏ　　　　　９０　　　　　１３０１Ｂ
　　　１　　　２０　　　　　　　　　　［ｉｏ　　１
Ｂ８８　　　８０　１５９０第　　　２　　　表 ｎｏｎｅ　−−−８１０２７０ １８１８０−９７０＊　　３３０１ ２８２８０４０　８３（１２９０＊ １６１４０１０９０＊　　３７０＊ ２８　　　　２　　　　４０　　　　　　４０　　　　
　　　　　８５０＊　　　　　　　　　３１０本２　　
　　　４０　　　　　　　８０　　　　　　　　　　８
３０１　　　　　　　　　３１０ネ２　　　　４０　　
　　　　１６０　　　　　　　　　８３０＊　　　　　
　　　　３１０本２４０３２０　８００　２９０＊ １６１２０　　１１２０＊　　３ｇ０ ２６２２０４０　１１５０＊　　３８０＊２２０８０　
１１２（１＊　　３７０１２２０１８０　　Ｂｏｏ　　
２１０ ３４３４０３２０＆ ４２４４０３２０＆ １８０　７４０　２８０＊ 第　　　３　　　表 最　後御磁　極　片　　　　磁束密度のピーク変化（Δ
Ｂ）参　照　　　　深　　さ　　幅　　　６５ミル　空
隙　１００ミル空隙番号図番　（ミル）（ミル）　　（
ガウス）　　（ガウス）２８１５４５２５０３３０４０
Ｏｎ、ａ。
２８／８４　　８　　　２５０　　　５００＃　　　　
４４４　　　　　２６３２５０　　１０００＃　　　　
５１０　　　　　２９７
【図面の簡単な説明】
第１図は磁石１２、最前磁極片または板１６および磁界
・電気信号変換器１８．１９を備えＩ；本発明の近接検
出器の側面図。 第２図は最前磁極片２６が付加的に下方に延長され且つ
磁石１２の１側面１２ａに隣接して点が第１図のものか
ら異なる本発明の近接検出器２４の側面図。 第３図はＵ型最前磁極片３４を含む本発明の近接検出器
３−２の側面図。 第４図はＪ型最前磁極片４２を含む本発明の近接検出器
４０の側面図。 第５図および第６図は最前磁極片５２と最後部磁極片５
４．６４を含む本発明の近接検出器５０および６０の側
面図。 第７図は第５図の近接検出器の拡大平面図。 第８図は第７図の二重変換器集積回路チップ７０のブロ
ック図。 第９図は本発明の二重変換器ホール電圧増幅器の回路図
。 第１０図は磁極片有り及び無しの磁極に沿った点のでの
磁界の強さを示す図。 ゴコ 仏界５ａ／’ｆ　　（ｐ・、７゜ 手続補ｉＦ、書（方式） １６事件の表示 昭和６３年特許願第　６５５８８号 ２、発明の名称 近接検出器 ３、補正をする者 事件との関係　　　出　願　人 住所 名　称　　スプラギュー昏エレクトリック・カンパニー
４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　昭和６３年　６月２８日　（発
送旧）６、補正の対象 適正な図面

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）Ｎ磁極とＳ磁極を有する磁石と、 磁極端の１つに近接して設けられた板部分を有する最前
    強磁性磁極片と、 前記最前磁極片の前記板部分の外表面に平行に設けられ
    た磁界・電気信号変換器と を備えた強磁性体の通過を検出する近接検出器。
  2. （２）前記差動出力信号が前記変換器間の周囲の磁界勾
    配の量であるように前記１組の変換器の電気信号間の差
    の関数である差動電気出力信号を供給する前記ホール素
    子の出力に接続された電気信号接続手段を付加的に備え
    た請求項１の近接検出器。
  3. （３）前記磁界・電気信号変換器が本質的に同一である
    請求項２の近接検出器。
  4. （４）前記本質的に同一の１組の変換器の各々がホール
    素子であり、前記近接検出器が前記ホール素子が同時に
    形成された半導体集積回路を付加的に含む請求項３の近
    接検出器。
  5. （５）前記ホール素子の印加電流軸が相互に平行であり
    、前記近接検出器が前記２つのホール素子の各々に同一
    方向に印加電流を供給するホール素子印加電流分配手段
    を付加的に含む請求項４の近接検出器。
  6. （６）前記磁石の磁界により前記ホール素子出力電圧間
    の差を増幅する前記ホール素子の出力に接続された差動
    増幅器を付加的に含む請求項５の近接検出器。
  7. （７）前記増幅器の出力に接続された入力を有するシュ
    ミット・トリガ回路を付加的に含む請求項６の近接検出
    器。
  8. （８）前記磁石が、前記１つの磁極端と１つの隣接側面
    とにより形成される１つのコナーを有し、前記最前磁極
    片が前記磁石の前記１つの側面に隣接する延長部分を有
    し、前記磁極コナーが前記平行な変換器の中心を通過し
    ている線と直交している請求項１の近接検出器。
  9. （９）前記１つのコナーから遠ざかる方向の前記１つの
    延長した部分の最長寸法が前記直交する中心線の方向の
    前記板部分の平均寸法以下である請求項８の近接検出器
    。
  10. （１０）前記最前磁極片板部分の厚さが０．０３インチ
    以下で、前記延長部分が前記磁石の軸に平行な方向に０
    ．０８インチ以下である請求項９の近接検出器。
  11. （１１）前記磁石が１つの側面に対向した側面を有し、
    前記対向した側面は前記１つの磁極端の対向したコナー
    を形成し、前記最前磁極片が前記対向した磁石側面に隣
    接された他の延長部分を有する請求項８の近接検出器。
  12. （１２）前記対向したコナーから遠ざかる方向の前記１
    つの延長した部分の平均寸法が前記磁石の前記磁極端間
    の長さの１／１６乃至３／１６である請求項１１の近接
    検出器。
  13. （１３）前記最前強磁性磁極片がもっぱら前記板部分で
    あり、前記板部分の厚さが０．０３インチ以上である請
    求項１の近接検出器。
  14. （１４）前記磁極端の他の外表面に設けられた最後部強
    磁性磁極片を付加的に含む請求項１の近接検出器。
  15. （１５）前記最後部磁極片が少なくとも１つの方向に前
    記他の磁極端の前記表面よりに延長された請求項１４の
    近接検出器。
JP63065588A 1987-03-18 1988-03-18 近接検出器 Pending JPS63314479A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/027,363 US4859941A (en) 1987-03-18 1987-03-18 Proximity selectro with integral magnet, pole-piece plate and pair of magnetic transducers
US27363 1987-03-18

Publications (1)

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JPS63314479A true JPS63314479A (ja) 1988-12-22

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ID=21837285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
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JP (1) JPS63314479A (ja)

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