JPWO2015194316A1 - Displacement detector - Google Patents
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Abstract
磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。変位検出装置は、間隔を設けて配置され、当該間隔に磁場を形成する一対の磁石4と、一対の磁石4の間に配置され、測定対象5に接続されて変位する軟磁性体3と、一対の磁石4の間に配置され、軟磁性体3の変位に基づいた磁場の変化を検出するセンサ2とを有し、軟磁性体3は、一の検出方向においてセンサ2が検出する磁束密度が0となる変位位置を含む範囲で変位する。Displacement detection apparatus that suppresses the influence of temperature-dependent characteristics of a magnetic detection element and improves sensitivity to a measurement object is provided. The displacement detection device is arranged with a gap, a pair of magnets 4 that form a magnetic field in the gap, a soft magnetic body 3 that is arranged between the pair of magnets 4 and is connected to the measuring object 5 and is displaced, A sensor 2 that is disposed between a pair of magnets 4 and that detects a change in a magnetic field based on the displacement of the soft magnetic body 3. The soft magnetic body 3 has a magnetic flux density detected by the sensor 2 in one detection direction. Displacement within a range including a displacement position where becomes zero.
Description
本発明は、変位検出装置に関する。 The present invention relates to a displacement detection device.
従来の技術として、磁気検出素子により2つの磁石の間の磁束密度を検出して、2つの磁石の間の磁束を誘引する軟磁性体の位置を検出する変位検出装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional technique, there has been proposed a displacement detection device that detects a magnetic flux density between two magnets by a magnetic detection element and detects a position of a soft magnetic material that attracts the magnetic flux between the two magnets (for example, , See Patent Document 1).
特許文献1に開示された変位検出装置は、2つの磁石間に生じる磁束の方向に検知方向を合わせて配置された磁気検出素子であるMR素子と、2つの磁石間に生じる磁束を誘引する軟磁性体とを有し、軟磁性体をMR素子に近づけた場合にMR素子を透過する磁束密度が減少する特性を利用して、軟磁性体の位置を検出する。 The displacement detection device disclosed in Patent Document 1 is an MR element that is a magnetic detection element that is arranged so that a detection direction is aligned with a direction of magnetic flux generated between two magnets, and a soft that induces magnetic flux generated between the two magnets. The position of the soft magnetic material is detected by utilizing the characteristic that the magnetic flux density transmitted through the MR element decreases when the soft magnetic material is brought close to the MR element.
しかし、特許文献1に示す変位検出装置は、MR素子を透過する磁束密度が常に正であり、検出される磁束密度が0となるように設計されていないため、0の磁束密度を検出するものに比べて、同じ軟磁性体の変位量あたりの温度依存特性が顕著となり精度が劣るという問題があった。また、磁束を誘引するために軟磁性体を大きくする必要があり、その結果として軟磁性体の重量が増加するため、軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度が低下するという問題があった。また、軟磁性体を透過する磁束が変動するため、MR素子に近づける場合と遠ざける場合でヒステレシスが生じるという問題があった。 However, the displacement detection device shown in Patent Document 1 detects a magnetic flux density of 0 because the magnetic flux density that passes through the MR element is always positive and the detected magnetic flux density is not zero. Compared to the above, there is a problem that the temperature dependence characteristic per displacement amount of the same soft magnetic material becomes remarkable and the accuracy is inferior. In addition, it is necessary to increase the size of the soft magnetic material in order to attract the magnetic flux, and as a result, the weight of the soft magnetic material increases, resulting in a problem that the sensitivity to the displacement of the measurement object connected to the soft magnetic material is reduced. It was. Further, since the magnetic flux passing through the soft magnetic material fluctuates, there is a problem that hysteresis occurs when the magnetic element is moved closer to and away from the MR element.
従って、本発明の目的は、磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上する変位検出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a displacement detection device that suppresses the influence of the temperature-dependent characteristics of a magnetic detection element and improves the sensitivity to a measurement object.
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の変位検出装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides the following displacement detection device in order to achieve the above object.
[1]測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
前記軟磁性体の可動域である空間に磁場を形成する磁石と、
前記磁石が磁場を形成する前記空間に配置され、前記軟磁性体の変位に基づいた磁場の変化を検出するセンサとを有し、
前記軟磁性体は、前記センサが一の検出方向において検出する磁束密度が0となる変位位置を含む範囲で変位する変位検出装置。
[2]前記センサは、複数の検出方向においてそれぞれ磁場の変化を検出し、当該複数の検出結果から一の出力を得る請求項1に記載の変位検出装置。
[3]前記軟磁性体は、透過する磁束が変化しない範囲で変位する請求項1又は2に記載の変位検出装置。[1] A soft magnetic material that is connected to a measurement object and is displaced;
A magnet that forms a magnetic field in a space that is a movable range of the soft magnetic material;
The magnet is disposed in the space that forms a magnetic field, and has a sensor that detects a change in the magnetic field based on the displacement of the soft magnetic body,
The soft magnetic body is a displacement detection device that is displaced within a range including a displacement position where the magnetic flux density detected by the sensor in one detection direction is zero.
[2] The displacement detection device according to claim 1, wherein the sensor detects a change in the magnetic field in each of a plurality of detection directions, and obtains one output from the plurality of detection results.
[3] The displacement detection device according to
請求項1に係る発明によれば、磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上することができる。
請求項2に係る発明によれば、複数の検出方向における磁場の変化から変位を検出することができる。
請求項3に係る発明によれば、軟磁性体に生じるヒステレシスの影響を抑制することができる。According to the invention which concerns on Claim 1, the influence of the temperature dependence characteristic of a magnetic detection element can be suppressed, and the sensitivity with respect to a measuring object can be improved.
According to the invention which concerns on
According to the invention which concerns on
[第1の実施の形態]
(変位検出装置の構成)
図1は、第1の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。[First Embodiment]
(Configuration of displacement detector)
FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the first embodiment.
変位検出装置1は、磁束密度の変化を検出方向Dsxで検出するセンサ2と、バネ6及び接続部材51に接続されて検出方向Dsxと平行な変位方向Ddに変位する軟磁性体3と、検出方向Dsxと直行する着磁方向Dmに着磁された一対の磁石4と、一例として内部圧力pによるラバーメンブレン50の変位が測定される対象である測定対象5とを有する。なお、図1の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The displacement detection device 1 includes a
センサ2は、一例として、x方向に厚みを有する平板状であって、yz面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向Dsxとするホール素子を有するホールICであり、一対の磁石4の間に配置される。なお、磁気検出素子は検出方向がDsxであればMR素子であってもよいし、検出方向Dsxを含めば複数の軸方向にそれぞれ磁気検出素子を配置した多軸磁気検出ICを用いてもよい。また、センサ2は、磁気検出素子に加え演算回路等を有していてもよい。
As an example, the
軟磁性体3は、x方向に厚みを有する鉄等の軟磁性体材料を用いた平板であり、一対の磁石4の間に配置されるとともに、軟磁性体3が誘引する磁束がセンサ2で検出されるような範囲で変位するものとする。
The soft
また、軟磁性体3は、測定対象5の内部圧力pが増加してラバーメンブレン50が変形すると、この変形に伴い接続部材51を介してx方向に変位する。なお、変位量は数mm程度の微小な変位であるとする。
Further, when the internal pressure p of the measuring
センサ2と軟磁性体3とは、ラバーメンブレン50が変形していない状態(以下、「平常状態」という。)においてx方向の厚み中心が一致しており、互いに最も接近する。なお、平常状態以外においてx方向の厚み中心を一致させるものであってもよい。
The
一対の磁石4は、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジウム等の材料を用いて形成された永久磁石で、少なくとも軟磁性体3の可動域である空間において一様な磁界を形成し、軟磁性体3が誘引する磁束が正負に振れたり、ヒステレシスの影響が出るほどに大幅に数値が変化したりしないものとする。一例として、軟磁性体3が誘引する磁束密度の変化幅は±10mT程度とする。
The pair of
測定対象5は、一例として、車両のスロットルバルブ等であって、その内部の空気圧が測定される対象となる。なお、測定対象5は、内部圧力pに限らず、微小な変位が生じるものであって、当該変位が接続部材51を介して軟磁性体3に伝達可能なものであればその種類は問わない。
The
バネ6は、平常状態において、測定対象5の圧力pによって軟磁性体3に加えられる力と釣り合うようそのバネ長及びばね定数が選択される。なお、反力が不要な場合はバネ6を省略してもよい。
The spring length and the spring constant of the spring 6 are selected so as to balance the force applied to the soft
(変位検出装置の動作)
次に、第1の実施の形態の作用を、図1−図3を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図2A−図2Cは、変位検出装置1の動作を説明するための概略図である。 2A to 2C are schematic diagrams for explaining the operation of the displacement detection device 1.
図2Aに示すように、平常状態においてセンサ2と軟磁性体3とは、x方向の厚み中心のx座標が一致しており、互いに最も接近する。この状態においてセンサ2の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度は、Bx=0である。つまり、B=Bzである。
As shown in FIG. 2A, in the normal state, the
次に、測定対象5の内部圧力pが増加してラバーメンブレン50が変形すると、この変形が接続部材51を介して軟磁性体3に伝達し、図2B及び図2Cに示すように、x方向の負の方向にd1、d2と変位量が増加するに従ってセンサ2の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度Bxが負の方向に増加する。また、図2B及び図2Cには、軟磁性体3がx方向の負の方向に変位する場合を示したが、正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bxが正の方向に増加する。これらの軟磁性体3の変位とセンサ2の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図3のように表される。
Next, when the internal pressure p of the measuring
図3は、軟磁性体3の変位とセンサ2の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
上記したように、軟磁性体3の変位とセンサ2の検出する磁束密度との関係は、変位が0の付近でリニアな特性となる。一例として、磁石4間の距離が10mm、センサ2の検出する磁束密度の最大値が20mT、最小値が−20mT、センサ2と軟磁性体3の最短距離が0.5mm、軟磁性体3の厚みが1mmの条件の下で、変位が±1.0mmの範囲でリニアな特性が得られ、この変異の範囲を変位検出装置1の使用範囲とすることができる。
As described above, the relationship between the displacement of the soft
(第1の実施の形態の効果)
上記した第1の実施の形態によれば、センサ2において検出される磁束密度が0となる軟磁性体3の位置が存在するため、軟磁性体3の変位とセンサ2の検出する磁束密度とがリニアな特性となる。(Effects of the first embodiment)
According to the first embodiment described above, since there is a position of the soft
また、センサ2の磁気検出素子の温度依存特性は検出する磁束密度が増加するほどに顕著となり精度が劣るが、センサ2において検出される磁束密度の範囲が0付近であるため、温度依存特性を抑制することができ、磁束密度の範囲が0付近でない場合に比べて精度が向上する。
Further, the temperature dependence characteristics of the magnetic detection element of the
また、多くの磁束を誘引する必要がないため、軟磁性体3を大きくする必要がなく、その結果として軟磁性体の重量の増加を抑制することができ、重量増加による軟磁性体と接続する測定対象の変位に対する感度の低下を抑制することができる。
Further, since it is not necessary to attract a large amount of magnetic flux, it is not necessary to increase the size of the soft
また、磁石4間の磁界を一様なものとし、軟磁性体を透過する磁束が大きく変動しない設計としたため、軟磁性体に生じるヒステレシスの影響が少なく、第1の実施の形態の構成を採用しない場合に比べて、精度の低下を抑制することができる。
In addition, since the magnetic field between the
[第2の実施の形態]
図4は、第2の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Second Embodiment]
FIG. 4 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the second embodiment.
第2の実施の形態は、センサ20の検出方向がx方向及びz方向の2方向になっている点で第1の実施の形態と異なる。なお、測定対象5及びバネ6の図示を省略しているが、第1の実施の形態と同様に軟磁性体3の変位方向Ddをx方向である変位方向Ddxとするように接続されるものとする。
The second embodiment differs from the first embodiment in that the detection direction of the
変位検出装置10は、磁束密度の変化を検出方向Dsx及びDszで検出するセンサ20と、バネ6及び接続部材51に接続されて変位方向Ddに変位する軟磁性体3と、着磁方向Dmに着磁された一対の磁石4とを有する。なお、図4の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
また、センサ20は、磁気検出素子だけでなく演算回路を有しており、後述するように磁気検出素子の検出信号を演算した信号を出力信号とする。
The
(変位検出装置の動作)
次に、第2の実施の形態の作用を、図4、図5及び図2A−図2Cを用いて説明する。なお、図2A−図2Cにおいてセンサ2をセンサ20に置き換えるものとする。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 2A to 2C. 2A to 2C, the
図2Aに示すように、平常状態においてセンサ20と軟磁性体3とは、x方向の厚み中心がx座標において一致しており、互いに最も接近する。この状態においてセンサ20の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度は、Bx=0である。また、検出方向Dszの磁束密度はB=Bzであって最大値をとる。
As shown in FIG. 2A, in the normal state, the
次に、図2B及び図2Cに示すように、x方向の負の方向にd1、d2と変位量が増加するに従ってセンサ20の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度Bxが負の方向に増加するとともに、検出方向Dszの磁束密度Bzが減少する。また、図2B及び図2Cには、軟磁性体3がx方向の負の方向に変位する場合を示したが、正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bxが正の方向に増加するとともに磁束密度Bzが減少する。これらの軟磁性体3の変位とセンサ20の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図5のように表される。
Next, as shown in FIGS. 2B and 2C, the magnetic flux density Bx in the detection direction Dsx out of the magnetic flux density B penetrating the detection surface of the
図5Aは、軟磁性体3の変位とセンサ20の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。図5Bは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。図5Cは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。
FIG. 5A is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
図5Aに示すように、軟磁性体3の変位とセンサ20の検出する磁束密度との関係は、検出方向Dsxについて変位が0の付近でリニアな特性となるとともに、検出方向Dszについて変位が0において最大値をとり、変位の絶対値が増加するに従って磁束密度が減少する。
As shown in FIG. 5A, the relationship between the displacement of the soft
ここで、磁束密度Bのx軸に対する角度をαとすると、arctan(Bz/Bx)=αである。角度αに対するセンサ20の出力電圧Vout(α)が、図5Bに示すように、リニアに出力される。
Here, if the angle of the magnetic flux density B with respect to the x-axis is α, arctan (Bz / Bx) = α. The output voltage Vout (α) of the
一方、センサ20と軟磁性体3との位置関係について、図2A−図2Cに示すようにセンサ20と軟磁性体3とのz方向の距離をdzとすると、dzは軟磁性体の変位に関わらず一定であり、図5Cに示すように、変位xに対するセンサ20の出力電圧Vout(α)の関係が図5Bに示す角度αに対するセンサ20の出力電圧Vout(α)の関係と同様になる。
On the other hand, regarding the positional relationship between the
(第2の実施の形態の効果)
上記した第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて、それぞれ異なる磁気検出素子で検出される磁束密度Bx及びBzの比を用いた演算により角度αを求めているため、磁気検出素子の温度依存特性の影響を打ち消すことができ、温度依存特性の影響がある場合に比べてセンサ20全体として検出精度が向上する。(Effect of the second embodiment)
According to the second embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, the angle α is obtained by calculation using the ratio of the magnetic flux densities Bx and Bz detected by different magnetic detection elements. Therefore, the influence of the temperature dependency characteristic of the magnetic detection element can be canceled, and the detection accuracy of the
[第3の実施の形態]
図6は、第3の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Third Embodiment]
FIG. 6 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the third embodiment.
第3の実施の形態は、センサの検出方向がx方向、y方向及びz方向の3方向になっている点で第1の実施の形態と異なる。また、軟磁性体の形状が球状となっている点で第1の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象5は、軟磁性体3の変位方向をDdx及びDdy、つまりx方向及びy方向とするように接続されるものとする。
The third embodiment is different from the first embodiment in that the detection direction of the sensor is the three directions of the x direction, the y direction, and the z direction. Further, the soft magnetic material is different from the first embodiment in that the shape of the soft magnetic material is spherical. The measurement object 5 (not shown) is connected so that the displacement direction of the soft
変位検出装置11は、磁束密度の変化を検出方向Dsx、Dsy及びDszで検出するセンサ21と、接続部材51に接続されて変位方向Ddx及びDdyに変位する軟磁性体30と、円盤状であって着磁方向Dmに着磁された一対の磁石40とを有する。なお、図6の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
なお、軟磁性体30及び磁石40はz軸を中心として対象に形成されており、センサ21はz軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ddxによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ddyによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。
The soft
(変位検出装置の動作)
次に、第3の実施の形態の作用を、図6及び図7を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the third embodiment will be described with reference to FIGS.
平常状態においてセンサ21の中心と軟磁性体30とは、互いに最も接近する。この状態においてセンサ21の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsx(Dsy)の磁束密度は、Bx=0(By=0)である。また、検出方向Dszの磁束密度はB=Bzであって最大値をとる。
In the normal state, the center of the
次に、x方向(y方向)の負の方向に変位量が増加するに従ってセンサ21の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsx(Dsy)の磁束密度Bx(By)が負の方向に増加するとともに、検出方向Dszの磁束密度Bzが減少する。また、軟磁性体3がx方向(y方向)の正の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bx(By)が正の方向に増加するとともに磁束密度Bzが減少する。これらの軟磁性体3の変位とセンサ2の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図7のように表される。
Next, as the amount of displacement increases in the negative direction of the x direction (y direction), the magnetic flux density Bx (By) in the detection direction Dsx (Dsy) of the magnetic flux density B that penetrates the detection surface of the
図7Aは、軟磁性体30の変位とセンサ21の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。図7Bは、軟磁性体の変位の角度とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。図7Cは、軟磁性体の変位とセンサの出力との関係を表すグラフ図である。
FIG. 7A is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
図7Aに示すように、軟磁性体30の変位とセンサ21の検出する磁束密度との関係は、検出方向Dsx(Dsy)について変位が0の付近でリニアな特性となるとともに、検出方向Dszについて変位が0において最大値をとり、変位の絶対値が増加するに従って磁束密度が減少する。
As shown in FIG. 7A, the relationship between the displacement of the soft
ここで、磁束密度Bのx軸(y軸)に対する角度をα(β)とすると、
また、変位yが0の場合、第2の実施の形態で説明したのと同様に、図7Cに示すように、変位xに対するセンサ20の出力電圧Vout(α)の関係が図7Bに示す角度αに対するセンサ20の出力電圧Vout(α)の関係と同様になる。
When the displacement y is 0, as shown in FIG. 7C, the relationship between the output voltage Vout (α) of the
(第3の実施の形態の効果)
上記した第3の実施の形態によれば、第2の実施の形態の効果に加え、x方向及びy方向の変位を検出することができる。(Effect of the third embodiment)
According to the third embodiment described above, in addition to the effects of the second embodiment, the displacement in the x direction and the y direction can be detected.
[第4の実施の形態]
図8は、第4の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the fourth embodiment.
第4の実施の形態は、磁石の形状及び配置並びに軟磁性体の形状が第1の実施の形態と異なる。なお、測定対象5の図示を省略しているが、第1の実施の形態と異なり、角度方向Ddθに軟磁性体31を回転させるように接続されるものとする。
The fourth embodiment differs from the first embodiment in the shape and arrangement of the magnets and the shape of the soft magnetic material. Although illustration of the
変位検出装置12は、磁束密度の変化を検出方向Dsxで検出するセンサ22と、角度方向Ddθに回転する軟磁性体31と、着磁方向Dmに着磁された一対の磁石41a及び41bとを有する。なお、図8の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
軟磁性体31は、リング状の磁石41bの外周面上に設けられ、磁石41bとともに角度方向Ddθに回転するに従って、センサ22に最も近づく部分のx座標が変化するように螺旋状に形成される。
The soft
(変位検出装置の動作)
次に、第4の実施の形態の作用を、図8及び図9を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
θ=0の状態においてセンサ22は、軟磁性体31の最も接近する部分とx方向の中心のx座標が一致しているものとする。この状態においてセンサ20の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度は、Bx=0である。
In the state where θ = 0, the
次に、角度方向Ddθに回転するに従って軟磁性体31の最も接近する部分のx座標が増加するため、センサ22の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度Bxが増加する。これらの軟磁性体31の回転角とセンサ22の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図9のように表される。
Next, as the x-coordinate of the closest part of the soft
図9は、軟磁性体31の変位とセンサ22の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
図9に示すように、軟磁性体31の回転角とセンサ22の検出する磁束密度との関係は、リニアな特性となる。
As shown in FIG. 9, the relationship between the rotation angle of the soft
(第4の実施の形態の効果)
上記した第4の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて、回転方向の変位角を検出することができる。(Effect of the fourth embodiment)
According to the fourth embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, the displacement angle in the rotation direction can be detected.
[第5の実施の形態]
図10は、第5の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Fifth Embodiment]
FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the fifth embodiment.
第5の実施の形態は、センサの検出方向がx方向及びy方向の2方向になっている点で第1の実施の形態と異なる。また、軟磁性体の形状がリング状となっている点で第1の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象5は、軟磁性体32の変位方向をDdx及びDdy、つまりx方向及びy方向とするように接続されるものとする。
The fifth embodiment is different from the first embodiment in that the detection direction of the sensor is two directions, the x direction and the y direction. The soft magnetic body is different from the first embodiment in that the shape of the soft magnetic body is a ring shape. Note that the measurement object 5 (not shown) is connected so that the displacement direction of the soft
変位検出装置13は、磁束密度の変化を検出方向Dsx及びDsyで検出するセンサ23と、接続部材51に接続されて変位方向Ddx及びDdyに変位する軟磁性体32と、円盤状であって着磁方向Dmに着磁された一対の磁石40とを有する。なお、図10の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
なお、軟磁性体32及び磁石40はz軸を中心として対象に形成されており、センサ23はz軸上にその中心を合わせて配置されているため、変位方向Ddxによって検出される磁束密度の変化と変位方向Ddyによって検出される磁束密度の変化とは同様のものとなる。
The soft
(変位検出装置の動作)
次に、第5の実施の形態の作用を、図10及び図12を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
平常状態においてセンサ23と軟磁性体32とは、これらのxy平面における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ23の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsx(Dsy)の磁束密度は、Bx=0(By=0)である。
In the normal state, the center of the
次に、x方向(y方向)に変位量が増加するに従ってセンサ23の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsx(Dsy)の磁束密度Bx(By)が負の方向に増加する。また、軟磁性体32がx方向(y方向)の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bx(By)が正の方向に増加する。これらの軟磁性体32の変位とセンサ23の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図12のように表される。
Next, as the amount of displacement increases in the x direction (y direction), the magnetic flux density Bx (By) in the detection direction Dsx (Dsy) of the magnetic flux density B that penetrates the detection surface of the
図12は、軟磁性体32の変位とセンサ23の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
図12に示すように、軟磁性体32の変位とセンサ23の検出する磁束密度との関係は、検出方向Dsx(Dsy)について変位が0の付近でリニアな特性となる。
As shown in FIG. 12, the relationship between the displacement of the soft
(第5の実施の形態の効果)
上記した第5の実施の形態によれば、第3の実施の形態と同様の効果を奏することができる。(Effect of 5th Embodiment)
According to the fifth embodiment described above, the same effects as in the third embodiment can be obtained.
[第6の実施の形態]
図11は、第6の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Sixth Embodiment]
FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the sixth embodiment.
第6の実施の形態は、第5の実施の形態のセンサの検出方向及び軟磁性体の変位方向をx方向のみとしたものである。 In the sixth embodiment, the detection direction of the sensor of the fifth embodiment and the displacement direction of the soft magnetic material are only in the x direction.
変位検出装置14は、磁束密度の変化を検出方向Dsxで検出するセンサ24と、接続部材51に接続されて変位方向Ddxに変位する軟磁性体33と、着磁方向Dmに着磁された一対の磁石4とを有する。なお、図11の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
軟磁性体33は、一対の軟磁性体がそれぞれの間隔を一定に保ったまま変位方向Ddxに変位する。
The soft
(変位検出装置の動作)
次に、第6の実施の形態の作用を、図11及び図12を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the effect | action of 6th Embodiment is demonstrated using FIG.11 and FIG.12.
平常状態においてセンサ24と軟磁性体33とは、これらのx軸上における中心が互いに最も接近する。この状態においてセンサ24の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度は、Bx=0である。
In the normal state, the center of the
次に、x方向に変位量が増加するに従ってセンサ24の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsxの磁束密度Bxが負の方向に増加する。また、軟磁性体33がx方向の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bxが正の方向に増加する。これらの軟磁性体33の変位とセンサ24の検出する磁束密度との関係は、上述した図12のように表される。
Next, as the amount of displacement increases in the x direction, the magnetic flux density Bx in the detection direction Dsx of the magnetic flux density B that penetrates the detection surface of the
(第6の実施の形態の効果)
上記した第6の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。(Effect of 6th Embodiment)
According to the sixth embodiment described above, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
[第7の実施の形態]
図13は、第7の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Seventh Embodiment]
FIG. 13 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the seventh embodiment.
第7の実施の形態は、軟磁性体33を支持する支持体34の柱部34aにコイル7が設けられており、当該コイル7に流す電流を制御することで支持体34の変位を制御するものである。なお、測定対象5及びバネ6の図示を省略しているが、軟磁性体33を含む支持体34の変位方向Ddzをz方向とするように接続されるものとする。
In the seventh embodiment, the coil 7 is provided in the
変位検出装置14は、磁束密度の変化を検出方向Dszで検出するセンサ25と、変位方向Ddzに変位する軟磁性体33と、着磁方向Dmに着磁された平板状の磁石41a及びリング状の磁石41bとを有する。なお、図13の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
支持体34の柱部34aは、リング状の磁石41bの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル7を有する。
The
センサ25は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ25の出力電圧を監視する。また、コイル7は制御回路に接続され、制御回路はセンサ25の出力電圧に基づき、コイル7に流す電流を制御する。
The
(変位検出装置の動作)
次に、第7の実施の形態の作用を、図13及び図15を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the seventh embodiment will be described with reference to FIGS.
平常状態においてセンサ25と軟磁性体33とは、z方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ25の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dszの磁束密度は、Bz=0である。
In the normal state, the
次に、z方向に変位量が増加するに従ってセンサ25の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dszの磁束密度Bzが増加する。また、負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bzが負の方向に増加する。これらの軟磁性体33の変位とセンサ25の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図15のように表される。
Next, as the amount of displacement increases in the z direction, the magnetic flux density Bz in the detection direction Dsz of the magnetic flux density B penetrating the detection surface of the
図15は、軟磁性体33の変位とセンサ25の検出する磁束密度との関係を表すグラフ図である。
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft
図15に示すように、軟磁性体33の変位とセンサ25の検出する磁束密度との関係は、変位が0の付近でリニアな特性となる。
As shown in FIG. 15, the relationship between the displacement of the soft
センサ25は、上記したように、軟磁性体33の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ25の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体33の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル7に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体33の変位を0にするように電流をコイル7に流してもよいし、軟磁性体33の変位を定数倍にするようにしてもよい。
As described above, the
(第7の実施の形態の効果)
上記した第7の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて、検出した変位に基づいて変位を抑制又は増幅する等の制御ができる。(Effect of 7th Embodiment)
According to the seventh embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, control such as suppressing or amplifying the displacement based on the detected displacement can be performed.
[第8の実施の形態]
図14は、第8の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Eighth Embodiment]
FIG. 14 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the eighth embodiment.
第8の実施の形態は、第7の実施の形態のコイル及び磁石の数及び配置を変更したものである。なお、測定対象5及びバネ6の図示を省略しているが、軟磁性体35を含む支持体36の変位方向Ddzをz方向とするように接続されるものとする。
In the eighth embodiment, the number and arrangement of coils and magnets in the seventh embodiment are changed. Although illustration of the
変位検出装置15は、磁束密度の変化を検出方向Dszで検出するセンサ26と、変位方向Ddzに変位する軟磁性体35と、着磁方向Dmに着磁された平板状の磁石42a及び2つのリング状の磁石42bとを有する。なお、図14の垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とする。
The
支持体36の柱部36aは、リング状の磁石42bの中心を貫通するように設けられ、その外周部にコイル7を有する。
The
センサ26は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ26の出力電圧を監視する。また、コイル7は制御回路に接続され、制御回路はセンサ26の出力電圧に基づき、コイル7に流す電流を制御する。
The
(変位検出装置の動作)
次に、第8の実施の形態の作用を、図14及び図15を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the eighth embodiment will be described with reference to FIGS.
平常状態においてセンサ26と軟磁性体35とは、z方向の厚み中心が最も接近する。この状態においてセンサ26の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dszの磁束密度は、Bz=0である。
In the normal state, the
次に、z方向に変位量が増加するに従ってセンサ26の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dszの負の方向の磁束密度Bzが増加する。また、負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Bzが増加する。これらの軟磁性体35の変位とセンサ26の検出する磁束密度との関係は、図15のグラフの正負を反転したものとなる。
Next, as the amount of displacement increases in the z direction, the magnetic flux density Bz in the negative direction of the detection direction Dsz among the magnetic flux density B penetrating the detection surface of the
センサ26は、上記したように、軟磁性体35の変位に応じた磁束密度を検出し、検出した磁束密度に応じて信号を出力する。制御回路は、センサ26の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体35の変位を算出し、算出した変位に応じた電流値をコイル7に流す。制御回路は、例えば、軟磁性体35の変位を0にするように電流をコイル7に流してもよいし、軟磁性体35の変位を定数倍にするようにしてもよい。
As described above, the
(第8の実施の形態の効果)
上記した第8の実施の形態によれば、第7の実施の形態と同様の効果を奏することができる。(Effect of 8th Embodiment)
According to the eighth embodiment described above, the same effects as those of the seventh embodiment can be obtained.
[第9の実施の形態]
図16Aは、第9の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図である。図16Bは、第9の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。[Ninth Embodiment]
FIG. 16A is a front view showing a configuration example of a displacement detection apparatus according to the ninth embodiment. FIG. 16B is a perspective view illustrating a configuration example of the displacement detection device according to the ninth exemplary embodiment.
第9の実施の形態は、第2の実施の形態の変位検出装置10を応用し、測定対象を羽根型の測定対象52としたものである。
In the ninth embodiment, the
変位検出装置16は、磁束密度の変化を検出方向Dszで検出するセンサ27と、変位方向Ddzに変位する軟磁性体37と、着磁方向Dmに着磁された平板状の磁石43の対とを有する。なお、図16Aの垂直方向をz軸方向、水平方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向とし、図16Bではこれらの軸を変換して示している。
The
測定対象52は、羽根型形状であって、気流Fを受けてz方向の浮力を得るものである。また、測定対象52は、接続部材53を介して軟磁性体37に接続されている。また、測定対象52は、図示しないバネ等によりy方向に弾性指示されている。
The
(変位検出装置の動作)
次に、第9の実施の形態の作用を、図16を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the ninth embodiment will be described with reference to FIG.
測定対象52は、気流Fを受けるとy方向の浮力を得て、当該浮力により軟磁性体37は変位方向Ddyに変位する。軟磁性体37が変位したことによって変化した磁束密度は、センサ27により検出される。なお、検出方法は第2の実施の形態と同様である。
When the
(第9の実施の形態の効果)
上記した第9の実施の形態によれば、第1の実施の形態の効果に加えて、検出した磁束密度から測定対象52の変位及び気流Fの流量を測定することができる。(Effect of 9th Embodiment)
According to the ninth embodiment described above, in addition to the effects of the first embodiment, the displacement of the measuring
[第10の実施の形態]
図18Aは、第10の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す斜視図である。図18Bは、第10の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す正面図である。図18Cは、第10の実施の形態に係る変位検出装置の構成例を示す一部断面図である。[Tenth embodiment]
FIG. 18A is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the tenth embodiment. FIG. 18B is a front view showing a configuration example of the displacement detection apparatus according to the tenth embodiment. FIG. 18C is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of the displacement detection device according to the tenth embodiment.
第10の実施の形態は、軟磁性体の形状がくぼみ部を有する円柱状となっている点、磁石の形状がリング状となっている点で第1の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象5は、軟磁性体38の変位方向をDdy、つまりy方向とするように接続されるものとする。
The tenth embodiment is different from the first embodiment in that the shape of the soft magnetic material is a columnar shape having a recess and the shape of the magnet is a ring shape. The measurement object 5 (not shown) is connected so that the displacement direction of the soft
変位検出装置17は、磁束密度の変化を検出方向Dsyで検出するセンサ28と、くぼみ部380を有し測定対称5に接続されて変位方向Ddyに変位する円柱形状の軟磁性体38と、着磁方向Dmに着磁されたリング状の磁石44とを有する。なお、くぼみ部380は、軟磁性体38の全周に渡って形成することで、軟磁性体38が軸を中心に回転したとしても後述する磁束fに変化を及ぼさないようにすることができる。リング状の磁石44の外縁には磁束密度の増強及び経年耐性強化のための軟磁性体が設けられる。
The
なお、図18A−図18Cの垂直方向をz軸方向、図18A及び図18Bの水平方向をx軸方向、図18Aの奥行き方向及び図18Cの水平方向をy軸方向とする。 The vertical direction in FIGS. 18A to 18C is the z-axis direction, the horizontal direction in FIGS. 18A and 18B is the x-axis direction, the depth direction in FIG. 18A and the horizontal direction in FIG.
なお、軟磁性体38及び磁石44はxy平面を中心として対称に形成されており、センサ28はxy平面上にその中心を合わせて配置されている。
The soft
(変位検出装置の動作)
次に、第10の実施の形態の作用を、図18を用いて説明する。(Operation of displacement detector)
Next, the operation of the tenth embodiment will be described with reference to FIG.
平常状態においてセンサ28と軟磁性体38とは、これらのxy平面における中心が互いに最も接近する。磁束fは磁石44の内壁から軟磁性体38のくぼみ部380の表面に垂直に向かうように形成されるため、この状態においてセンサ28の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsyの磁束密度は、By=0である。
In the normal state, the center of the
次に、y方向に変位量が増加するに従ってセンサ28の検出面を貫く磁束密度Bのうち検出方向Dsyの磁束密度Byが負の方向に増加する。また、軟磁性体38がy方向の負の方向に変位した場合には変位量が増加するに従って磁束密度Byが正の方向に増加する。これらの軟磁性体38の変位とセンサ28の検出する磁束密度との関係は、図12と同様に表される。
Next, as the amount of displacement increases in the y direction, the magnetic flux density By in the detection direction Dsy of the magnetic flux density B that penetrates the detection surface of the
(第10の実施の形態の効果)
上記した第10の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果を奏することができる。(Effect of 10th Embodiment)
According to the tenth embodiment described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[他の実施の形態]
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々な変形が可能である。[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記した第1〜第9の実施の形態のセンサ、軟磁性体、磁石の組み合わせは例示であって、位置検出の機能が損なわれず、本発明の要旨を変更しない範囲内で、これらをそれぞれ適宜選択して新たな組み合わせに変更して用いてもよい。また、軟磁性体は以下に示す形状のものを用いてもよい。 The combinations of the sensors, soft magnetic bodies, and magnets of the first to ninth embodiments described above are exemplifications, and these are appropriately selected within a range that does not impair the position of the present invention and does not change the gist of the present invention. You may select and change to a new combination. The soft magnetic material may have the following shape.
図17A−図17Cは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 17A to 17C are perspective views showing modifications of the shape of the soft magnetic material.
図17Aに示すように、軟磁性体38aは奥行き方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ddxは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体38aを用いた場合、x方向及び/又はz方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。
As shown in FIG. 17A, the soft
図17Bに示すように、軟磁性体38bは、垂直方向に軸を有する円柱形状であって、変位方向Ddx及びDdyは円柱の軸に垂直な方向である。軟磁性体38bを用いた場合、x方向及び/又はy方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。
As shown in FIG. 17B, the soft
図17Cに示すように、軟磁性体38cは、断面をxy平面に垂直にした半球形状であって、変位方向Ddx及びDdyは断面の法線に垂直な方向である。軟磁性体38cを用いた場合、x方向、y方向及び/又はz方向の磁束密度を検出するセンサを用いることができる。
As shown in FIG. 17C, the soft
磁気検出素子の温度依存特性の影響を抑制し、測定対象に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。 Displacement detection apparatus that suppresses the influence of temperature-dependent characteristics of a magnetic detection element and improves sensitivity to a measurement object is provided.
1 変位検出装置
2 センサ
3 軟磁性体
4 磁石
5 測定対象
6 バネ
7 コイル
10−16 変位検出装置
20−27 センサ
30−33 軟磁性体
34 支持体
34a 柱部
35 軟磁性体
36 支持体
36a 柱部
37 軟磁性体
38a−38c 軟磁性体
40、41a、41b、42a、42b、43 磁石
50 ラバーメンブレン
51 接続部材
52 測定対象
53 接続部材DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記軟磁性体の可動域である空間に磁場を形成する磁石と、
前記磁石が磁場を形成する前記空間に配置され、前記軟磁性体の変位に基づいた磁場の変化を検出するセンサとを有し、
前記軟磁性体は、前記センサが一の検出方向において検出する磁束密度が0となる変位位置を含む範囲で変位する変位検出装置。A soft magnetic material that is connected to a measurement object and is displaced;
A magnet that forms a magnetic field in a space that is a movable range of the soft magnetic material;
The magnet is disposed in the space that forms a magnetic field, and has a sensor that detects a change in the magnetic field based on the displacement of the soft magnetic body,
The soft magnetic body is a displacement detection device that is displaced within a range including a displacement position where the magnetic flux density detected by the sensor in one detection direction is zero.
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