KR102042369B1

KR102042369B1 - 위치 검지 장치

Info

Publication number: KR102042369B1
Application number: KR1020187011042A
Authority: KR
Inventors: 유키코 야스다; 이치로 도쿠나가; 다쿠 사이토
Original assignee: 알프스 알파인 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2019-11-07
Also published as: JPWO2017073151A1; CN108351222A; CN108351222B; KR20180056712A; WO2017073151A1; EP3370038A1; US20180216925A1; EP3370038B1; EP3370038A4; JP6492193B2

Abstract

[과제] 자기 센서를 사용하여 온도 변화에 의한 측정치의 직선성의 변동을 억제할 수 있도록 한 위치 검지 장치를 제공한다.
[해결 수단] 이동부 (10) 에 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 이 형성되어 있다. 검지부 (20) 에는 감도축 (Sx) 을 갖는 제 1 자기 센서와 감도축 (Sz) 을 갖는 제 2 자기 센서가 탑재되어 있다. 이동부 (10) 와 검지부 (20) 는 이동 궤적 (Tx) 을 따라 상대적으로 이동한다. 자석 (11, 12) 의 대향면 (11a, 12a) 은 그 양 단부가 중앙부보다 이동 궤적 (Tx) 으로부터 후퇴하는 돌출 곡면 형상이다. 이 형상으로 함으로써, 고온 환경에서 자석이 감자되었을 때의 측정치의 직선성의 오차를 억제할 수 있게 된다.

Description

위치 검지 장치

본 발명은, 자기 센서를 탑재한 검지부와 자석의 상대적인 위치 및 이동을 검지하는 위치 검지 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1 에 위치 검지 장치에 관한 발명이 기재되어 있다.

이 위치 검지 장치는, 케이스 내에 진퇴 이동하는 홀더가 형성되어 있고, 이 홀더에 2 개의 자석이 이동 방향으로 나란히 배치되어 있다. 케이스에는 검출부가 고정되어 있고, 이 검출부에, 이동하는 상기 자석에 대향하는 2 개의 자기 저항 소자가 형성되어 있다.

홀더는 압축 코일 스프링에 의해 케이스로부터 돌출되는 방향으로 탄성 지지되어 있다. 홀더와 일체의 축부를 눌러, 케이스를 압축 코일 스프링의 탄성 지지 방향과 대항하는 방향으로 이동시키면, 자석의 이동이 자기 저항 소자로 검지되고, 홀더의 이동 위치가 산출된다.

일본 실용신안등록 공보 제3191531호

특허문헌 1 에는, 홀더의 위치의 검지 방법에 대해 상세하게 설명되어 있지 않지만, 일반적으로 이 종류의 위치 검지 장치에서는, 2 개의 자석으로부터 발생하는 누설 자계의 자속 밀도 중의, 홀더의 이동 방향과 직교하는 방향의 성분 (Bz) 과, 홀더의 이동 방향과 평행한 방향의 성분 (Bx) 을 자기 저항 소자로 검지함으로써, 홀더의 이동 위치가 산출된다. 예를 들어, 상기 성분 (Bz) 의 검출치와 상기 성분 (Bx) 의 검출치로부터 아크탄젠트가 연산되고, 그 연산치로부터 홀더의 위치가 구해진다.

여기서, 자석으로부터의 누설 자계의 강도는, 온도에 의해 영향을 받고, 고온이 되면 누설 자계의 자속 밀도가 저하되는 감자 현상이 발생한다. 종래, 직방체의 자석이 가열되었을 때의 자속 밀도의 저하율은, 착자면에 직교하는 방향의 성분 (Bz) 과 착자면과 평행한 방향의 성분 (Bx) 에서 항상 동일한 비율인 것으로 인식되고 있었다.

이 인식에 기초하여, 상온시에 자기 저항 소자로부터 얻어진 검출치에 기초하여 아크탄젠트를 연산하고 그 연산치에 있어서 직선성을 확보할 수 있도록 회로 상에서 보정을 실시해 두면, 온도 변화가 있었다고 하더라도, 홀더가 이동했을 때의 연산치의 직선성을 확보할 수 있는 것으로 생각되고 있었다.

그러나, 실제의 위치 검지 장치에서는, 고온 환경이 되면, 검출부로부터의 출력에 기초하여 연산된 아크탄젠트의 값이, 자석의 착자면에 대한 대향 위치의 변화에 따라 변동하고, 위치 검지의 직선성을 확보할 수 없는 과제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하는 것으로, 온도 변화에 의해 자석의 감자가 발생했을 때에도, 자석과 검지부의 상대 이동을 검지하는 검출치의 직선성을 확보하기 쉬운 구조로 한 위치 검지 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 검지부와, 상기 검지부에 대향하는 자석을 갖고, 상기 검지부와 상기 자석이 상대적으로 이동하는 위치 검지 장치에 있어서,

상기 자석은, 상기 검지부의 상대적인 이동 궤적과 직교하는 방향으로 착자되고, 상기 검지부에는, 상기 자석으로부터 나오는 자속 중의 상기 이동 궤적과 평행한 성분을 검지하는 자기 센서와 상기 이동 궤적과 직교하는 성분을 검지하는 자기 센서가 형성되어 있고,

상기 자석은 상기 이동 궤적에 대향하는 대향면을 갖고, 상기 대향면은, 상기 이동 궤적을 따른 방향의 양 단부가, 중앙부보다 상기 이동 궤적으로부터 멀어지는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 위치 검지 장치는, 예를 들어, 상기 대향면은, 상기 이동 궤적을 따른 방향으로 곡률을 갖는 돌출 곡면이다.

이 경우에, 상기 곡률의 반경은, 상기 대향면과 상기 이동 궤적의 최단 거리의 1.7 배 이상이고 3.4 배 이하인 것이 바람직하다.

본 발명의 위치 검지 장치는, 상기 자석이, 상기 이동 궤적을 따라 복수 개 형성되어 있고, 이웃하는 상기 자석의 상기 대향면이 역극성으로 착자되어 있는 것으로서 구성할 수 있다.

본 발명의 위치 검지 장치는, 상기 이동 궤적이 직선이다. 혹은, 상기 이동 궤적이 원호이다.

본 발명은, 자석으로부터 발생하는 자계의 자속 밀도의 온도 변화에 의한 감자율은, 자석의 착자면에 직교하는 방향과 착자면과 평행한 방향에서 상이한 것에 주목하고, 상기 착자면, 즉 검지부와의 대향면의 형상을, 검지부의 상대적인 이동 궤적을 따른 방향의 양 단부를 중앙부보다 후퇴시키는 형상으로 하였다. 이로써, 자속 밀도 중의 이동 궤적에 직교하는 방향의 성분과 이동 궤적과 평행한 방향의 성분에서, 온도 변화에 의한 감자율의 차이가 적어지고, 온도 변화가 있어도 검지부로부터의 검지 출력의 직선성을 확보할 수 있게 된다.

도 1 의 (A) 는 본 발명의 제 1 실시형태의 위치 검지 장치를 나타내는 설명도이고, (B) 는 종래의 위치 검지 장치를 나타내는 설명도이다.
도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 위치 검지 장치를 나타내는 설명도이다.
도 3 의 (A) (B) 는 본 발명의 제 3 과 제 4 실시형태의 위치 검지 장치를 나타내는 설명도이다.
도 4 의 (A) (B) (C) 는, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 의 설명도이다.
도 5 의 (A) (B) (C) 는, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3 의 설명도이다.
도 6 의 (A) (B) (C) 는, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3 에 있어서의, 감자에 의한 아크탄젠트의 연산치의 변동을 나타내는 선도이다.
도 7 의 (A) (B) (C) 는, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3 에 있어서의, 감자에 의한 아크탄젠트의 연산치의 변동을 나타내는 선도이다.
도 8 의 (A) (B) (C) (D) 는, 실시예 2 의 변형예인 실시예 2A 와 실시예 2B 와 실시예 2C 및 실시예 2D 에 있어서의, 감자에 의한 아크탄젠트의 연산치의 변동을 나타내는 선도이다.

도 1(A) 에 본 발명의 제 1 실시형태의 위치 검지 장치 (1) 의 구조의 개략을 나타내고 있다.

위치 검지 장치 (1) 는 이동부 (10) 를 갖고 있다. 이동부 (10) 에 X 방향으로 직선적으로 왕복 이동하는 이동 베이스 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이동 베이스에 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 이 탑재되어 있다. 위치 검지 장치 (1) 에는 검지부 (20) 가 형성되어 있고, 이동부 (10) 와 검지부 (20) 가 Z 방향으로 대향하고 있다.

이동부 (10) 는 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 과 함께 X 방향으로 이동하기 때문에, 도 1(A) 에는, 이동부 (10) 와 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적을 Tx 로 나타내고 있다. 본 발명의 위치 검지 장치 (1) 는, 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 이 정지하고, 검지부 (20) 가 이동하는 구조여도 된다. 이 경우에도, 자석 (11, 12) 과 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적은 Tx 이다.

도 1(A) 에서는, 검지부 (20) 가, 제 1 자석 (11) 및 제 2 자석 (12) 의 X 방향의 중간에 대향하고 있고, 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 은, 도 1(A) 에 나타내는 중립 위치로부터 X 방향의 우측 방향과 좌측 방향으로 이동한다. 또는, 이동부 (10) 의 이동 베이스가 압축 코일 스프링 등의 탄성 지지 부재로 X 방향의 좌측 방향으로 탄성 지지되어 초기 위치에서 정지하고 있고, 이동 베이스가 도시 우측 방향으로 밀리면, 자석 (11, 12) 이 우측 방향으로 이동하고 나서 좌측 방향으로 되돌아오도록 왕복 이동하는 것이어도 된다.

제 1 자석 (11) 은 이동 궤적 (Tx) 에 대향하는 대향면 (11a) 과, 그 반대측의 배면 (11b) 과, X 방향으로 향하는 양 측면 (11c, 11d) 을 갖고 있다. 대향면 (11a) 은, X 방향이 곡률 방향이 되는 원통면의 일부이다. 대향면 (11a) 의 X 방향의 중심과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리를 δa 로 나타내고 있다. 또, 대향면 (11a) 의 측면 (11c) 측의 단부와 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리를 δc 로 나타내고, 대향면 (11a) 의 측면 (11d) 측의 단부와 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리를 δd 로 나타내고 있다. δc 와 δd 는 동일한 길이고, δc 와 δd 는 δa 보다 길다. 즉, 대향면 (11a) 은, 이동 궤적 (Tx) 을 따른 X 방향의 양 단부가 중앙부보다 이동 궤적 (Tx) 으로부터 멀어지는 형상이다.

제 1 자석 (11) 의 배면 (11b) 은, 이동 궤적 (Tx) 과 평행하고 지면 (紙面) 에 직교하는 평면이다. 측면 (11c) 과 측면 (11d) 은, 이동 궤적 (Tx) 과 직교하고 또한 지면에 직교하는 평면이다.

제 1 자석 (11) 은, 이동 궤적 (Tx) 에 직교하는 방향인 Z 방향을 향하여 착자되어 있고, 대향면 (11a) 과 배면 (11b) 은 서로 역극성이 되는 착자면이다. 대향면 (11a) 이 N 극으로 착자되고, 배면 (11b) 가 S 극으로 착자되어 있다.

제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 은 크기와 형상이 동일하다. 제 2 자석 (12) 도 대향면 (12a) 과 배면 (12b) 및 측면 (12c, 12d) 을 갖고 있다. 각 면의 형상과 치수는 제 1 자석 (11) 과 동일하다. 대향면 (12a) 과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δa, δc, δd) 도 제 1 자석 (11) 과 동일하다.

제 2 자석 (12) 도 Z 방향으로 착자되고, 대향면 (12a) 과 배면 (12b) 이 착자면으로 되어 있다. 단, 제 2 자석 (12) 의 착자 방향은 제 1 자석 (11) 의 착자 방향과 180 도 반전되어 있고, 대향면 (12a) 이 S 극이고 배면 (12b) 이 N 극이다.

검지부 (20) 에는, 적어도 2 개의 자기 센서가 탑재되어 있다. 제 1 자기 센서는, 감도축 (Sx) 이 이동 궤적 (Tx) 과 평행하게 향해져 있고, 이동 궤적 (Tx) 과 평행한 방향의 자속 밀도를 검지할 수 있다. 제 2 자기 센서는, 감도축 (Sz) 이 이동 궤적 (Tx) 과 직교하여 향해져 있고, 이동 궤적 (Tx) 과 직교하는 방향의 자속 밀도를 검지할 수 있다. 자기 센서는, 홀 소자 또는 자기 저항 효과 소자 등으로 구성되어 있다.

검지부 (20) 에 형성되어 있는 제 1 자기 센서와 제 2 자기 센서로부터의 출력은 검지 회로 (2) 에서 검지되고, 각각의 출력이 A/D 변환되어 연산부 (3) 에 제공된다. 연산부 (3) 는 CPU 와 메모리 등으로 구성되어 있다.

도 1(B) 에, 본 발명의 위치 검지 장치 (1) 의 검지 동작의 설명과 비교를 위하여 종래의 위치 검지 장치 (101) 를 나타내고 있다.

이 위치 검지 장치 (101) 는, 제 1 자석 (111) 과 제 2 자석 (112) 이 모두 입방체 형상이고, 대향면 (111a) 과 대향면 (112a) 이 모두 이동 궤적 (Tx) 과 평행하고 또한 지면에 수직인 평면이다. 배면 (111b) 과 배면 (112b) 은, 대향면 (111a) 과 대향면 (112) 이 평행한 평면이다.

제 1 자석 (111) 과 제 2 자석 (112) 은 모두 Z 방향으로 착자되어 있고, 제 1 자석 (111) 의 대향면 (111a) 이 N 극이고, 제 2 자석 (112) 의 대향면 (112a) 이 S 극이다. 그리고, 대향면 (111a, 112a) 과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δa) 는, 도 1(A) 에 나타내는 각 자석 (11, 12) 의 대향면 (11a, 12a) 의 중앙부에서의 대향 거리 (δa) 와 동일하다.

도 1(A) 에 나타내는 위치 검지 장치 (1) 에서는, 제 1 자석 (11) 의 대향면 (11a) 으로부터 제 2 자석 (12) 의 대향면 (12a) 에 이르는 자장 (H) 이 형성되고, 도 1(B) 에 나타내는 위치 검지 장치 (101) 에서도, 제 1 자석 (111) 의 대향면 (111a) 으로부터 제 2 자석 (112) 의 대향면 (112a) 에 이르는 자장 (H) 이 형성되어 있다. 도 1 의 (A) (B) 에서는, 자장 (H) 을 형성하는 자력선을 파선으로 나타내고 있다.

상기 자장 (H) 의 내부에 있어서, 검지부 (20) 가 이동 궤적 (Tx) 을 따라 상대적으로 이동하면, 검지부 (20) 에 탑재된 감도축 (Sx) 을 갖는 제 1 자기 센서의 검지 출력과, 감도축 (Sz) 을 갖는 제 2 자기 센서의 검지 출력이, 사인 곡선과 코사인 곡선에 근사한 파형을 나타낸다. 연산부 (3) 에서는, 사인 곡선과 코사인 곡선에 근사한 변화 출력으로부터 아크탄젠트가 연산된다. 아크탄젠트의 연산치는 거의 일차 함수로 변화되기 때문에, 이동부 (10) 와 검지부 (20) 의 이동 상대 위치를 측정할 수 있다.

여기서, 각 자석은 고온이 되면 발생하는 자장이 저하되는 감자가 발생하는 것이 알려져 있다. 본 발명은, 자석이 고온이 되면, 자석으로부터 나오는 자계의 자속 밀도 중의 X 방향을 향하는 성분 (Bx) 의 감자율과, Z 방향을 향하는 성분 (Bz) 의 감자율에 상이가 발생하고 있는 것에 주목하여 이루어진 것이다. 이후에 실시예와 비교예를 사용하여 설명하지만, 고온이 되었을 때의 상기 성분 (Bx) 의 감자율과 상기 성분 (Bz) 의 감자율의 차는, 대향면 (111a, 112a) 의 X 방향의 중앙부로부터 양 단부을 향함에 따라 서서히 증대해 간다.

그 때문에, 고온 환경하에 있어서, 연산부 (3) 에서 사인 곡선과 코사인 곡선의 비로부터 연산되는 상기 아크탄젠트의 계산치의 오차는, 검지부 (20) 의 대향 위치가, 자석 (111, 112) 의 중앙부보다 양 단부 부근에 이름에 따라 커지고, 그 결과, 검지부 (20) 의 위치의 측정치의 직선성이 저하되게 된다.

그래서, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 위치 검지 장치 (1) 에서는, 자석 (11, 12) 의 대향면 (11a, 12a) 의 형상으로서, X 방향의 양 단부와 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δc, δd) 를, 중앙부에서의 대향 거리 (δa) 보다 길어지도록 형성하고 있다.

도 1(A) 에 나타내는 위치 검지 장치 (1) 에서는, 검지부 (20) 가, 예를 들어 제 1 자석 (11) 의 측면 (11d) 의 전방에 대향하는 위치에 이르면, 대향면 (11a) 과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δd) 가 벌어지기 때문에, 검지부 (20) 에서 검출되는 자속 밀도의 Z 방향의 성분 (Bz) 의 감도가, 대향면 (11a) 의 중심부에 대향하고 있을 때보다 저하된다. 이 성분 (Bz) 의 저하율은, 검지부 (20) 가 측면 (11d) 의 전방에 대향했을 때의 자속 밀도의 X 방향의 성분 (Bx) 의 감도의 저하율보다 커진다.

또한, 대향면 (11a) 은, 중앙부에서 측면 (11d) 을 향함에 따라 이동 궤적 (Tx) 으로부터 서서히 후퇴하는 경사 곡면으로 되어 있다. 그 때문에, 제 1 자석 (11) 의 대향면 (11a) 으로부터 제 2 자석 (12) 의 대향면 (12a) 을 향하는 자장 (H) 은, 대향면 (11a) 의 우측의 단부를 향함에 따라 X 방향으로 경사되기 쉬워진다. 이로써도, 검지부 (20) 가 측면 (11d) 의 전방에 대향했을 때의, 자속 밀도의 Z 방향의 성분 (Bz) 의 감도의 저하율이, X 방향의 성분 (Bx) 의 감도의 저하율보다 커진다.

그 결과, 자석이 고온에 노출되어, 측면 (11d) 의 전방에 있어서의 자속 밀도의 X 방향의 성분 (Bx) 이 감쇠했을 때에, 이것에 수반되도록, 대향면 (11a) 의 형상에 의해 검지부 (20) 에서 검지되는 자속 밀도의 Z 방향의 성분 (Bz) 을 저하시킬 수 있게 된다. 따라서, 검지부 (20) 에서 검지되는 감도축 (Sx) 을 갖는 제 1 자기 센서의 검지 출력과, 감도축 (Sz) 을 갖는 제 2 자기 센서의 검지 출력의 비에 기초하여 연산되는 아크탄젠트의 계산치는, 검지부 (20) 가 대향면 (11a, 12a) 의 X 방향의 중앙부에 대향하고 있을 때와, X 방향의 양 단부에 대향하고 있을 때에, 직선성을 유지할 수 있게 된다.

그러기 위해서는, 자석 (11, 12) 의 대향면 (11a, 12a) 은, X 방향의 양 단부가, 중앙부보다 이동 궤적 (Tx) 으로부터 서서히 떨어지도록 경사시키는 것이 필요하다. 또한, 대향면 (11a, 12a) 을 돌출 곡면 형상으로 함으로써, 고온 환경하에서, 양 단부를 향함에 따라 자속 밀도의 X 방향의 성분 (Bx) 이 감쇠할 때의 감쇠율과, Z 방향의 성분 (Bz) 의 감쇠율을 일치시키기 쉬워진다.

도 2 는 본 발명의 제 2 실시형태의 위치 검지 장치 (1A) 를 나타내고 있다.

이 위치 검지 장치 (1A) 에 사용되고 있는 제 1 자석 (11) 과 제 2 자석 (12) 은 도 1(A) 에 나타낸 위치 검지 장치 (1) 에 형성되어 있는 것과 동일하다. 도 2 에 나타내는 위치 검지 장치 (1A) 는, 자석 (11, 12) 을 갖는 이동부 (10) 가 회전하고, 이동부 (10) 와 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 이 원호를 따르고 있다. 또한, 이 위치 검지 장치 (1A) 에 있어서도, 자석 (11, 12) 이 고정되고, 검지부 (20) 가 원호의 이동 궤적 (Tx) 을 따라 이동해도 된다.

도 2 에 나타내는 위치 검지 장치 (1A) 에서는, 각각의 자석 (11, 12) 의 대향면 (11a, 12a) 은, 중앙부에 있어서의 원호의 이동 궤적 (Tx) 과의 대향 거리 (δa) 보다, 이동 궤적을 따른 양 단부와 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δc, δd) 의 쪽이 길게 되어 있다. 이 실시형태에 있어서도, 고온 환경하에 있어서, 이동 궤적 (Tx) 을 따른 방향의 검지 출력과 이동 궤적 (Tx) 과 직교하는 방향의 검지 출력의 감소율의 차를 작게 할 수 있고 직선성을 유지할 수 있게 된다.

도 3(A) 는 본 발명의 제 3 실시형태의 위치 검지 장치 (1B) 를 나타내고 있다. 이 위치 검지 장치 (1B) 에 사용되고 있는 자석 (11B) 은, 대향면 (11a) 이, 이동 궤적 (Tx) 과 평행한 중앙부의 평면부 (i) 와, 그 양측의 경사 평면 (ⅱ) 으로 구성되어 있다.

도 3(B) 는 본 발명의 제 4 실시형태의 위치 검지 장치 (1C) 를 나타내고 있다. 이 위치 검지 장치 (1C) 에 사용되고 있는 자석 (11C) 은, 대향면 (11a) 이, 중앙부의 돌출 곡면부 (ⅲ) 와, 그 양측의 경사 평면 (ⅱ) 으로 구성되어 있다.

이 위치 검지 장치 (1B, 1C) 도, 검지부 (20) 가 이동 궤적 (Tx) 을 따라 상대적으로 이동했을 때에, 검지 출력의 직선성의 오차를 작게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 위치 검지 장치는, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이 자석이 1 개만 사용되고 있는 것이어도 되고, 도 4(C) 에 나타내는 바와 같이 자석이 3 개 이상 사용되고 있는 것이어도 된다.

실시예

도 4(A) 는 실시예 1 이고, 1 개의 자석 (11) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다. 도 4(B) 는 실시예 2 이고, 2 개의 자석 (11, 12) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다. 도 4(C) 는 실시예 3 이고, 3 개의 자석 (11, 12, 13) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다.

자석 (11, 12, 13) 의 대향면 (11a, 12a, 13a) 은, 이동 궤적 (Tx) 을 따른 방향으로 곡률을 갖는 돌출 곡면이고, 그 곡률 반경을 R 로 나타내고 있다.

도 5(A) 는 비교예 1 이고, 1 개의 자석 (111) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다. 도 5(B) 는 비교예 2 이고, 2 개의 자석 (111, 112) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다. 도 5(C) 는 비교예 3 이고, 3 개의 자석 (111, 112, 113) 이 검지부 (20) 의 상대적인 이동 궤적 (Tx) 에 대향하고 있다.

자석 (111, 112, 113) 의 대향면 (111a, 112a, 113a) 은 모두 평면이다.

실시예의 자석 (11, 12, 13) 과 비교예의 자석 (111, 112, 113) 은, 희토류계 (Nd-Fe-B 계) 의 사출 성형 자석이다.

실시예의 자석 (11, 12, 13) 과 비교예의 자석 (111, 112, 113) 의 치수는, 모두 높이 (Hm) 가 6 ㎜, 이동 궤적 (Tx) 을 따른 방향의 길이 (L) 가 9 ㎜, 이동 궤적 (Tx) 과 직교하는 방향의 폭 치수 (W) 가 9 ㎜ 이다. 자석 (11, 12, 13) 의 대향면 (11a, 12a, 13a) 의 곡률 반경 (R) 은 9 ㎜ 이다. 실시예의 자석 (11, 12, 13) 의 대향면의 중심부와 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δa) 및 비교예의 자석 (111, 112, 113) 의 각 대향면과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리 (δa), 즉, 각각의 자석과 이동 궤적 (Tx) 의 대향 거리의 최단치는 모두 3.55 ㎜ 이다.

도 4(B) 의 실시예 2 와 도 5(B) 의 비교예 2 에 있어서의 자석간 거리 (S1) 는 17 ㎜ 이고, 도 4(C) 의 실시예 3 과 도 5(C) 의 비교예 3 에 있어서의 자석간 거리 (S2) 는 18 ㎜ 이다.

도 6 의 (A) (B) (C) 는 각 실시예에 있어서의 검지부 (20) 의 이동 위치와 출력의 직선성의 오차를 나타내고 있다. 도 7 의 (A) (B) (C) 는 각 비교예에 있어서의 검지부 (20) 의 이동 위치와 출력의 직선성의 오차를 나타내고 있다.

도 6 의 각 도면과 도 7 의 각 도면의 가로축은, 이동 궤적 (Tx) 을 따른 자석과 검지부 (20) 의 상대 위치를 나타내고 있다.

도 6(A) 는 실시예 1 의 시뮬레이션 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 4(A) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 자석 (11) 의 중심에 대향하는 위치이다. 도 6(B) 는 실시예 2 의 측정 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 4(B) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 2 개의 자석 (11, 12) 의 중간에 대향하는 위치이다. 도 6(C) 은 실시예 3 의 측정 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 4(C) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 중앙의 자석 (11) 의 중심에 대향하는 위치이다.

도 7(A) 는 비교예 1 의 측정 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 5(A) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 자석 (111) 의 중심에 대향하는 위치이다. 도 7(B) 는 비교예 2 의 측정 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 5(B) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 2 개의 자석 (111, 112) 의 중간에 대향하는 위치이다. 도 7(C) 은 비교예 3 의 측정 결과이고, 가로축의 원점「0」은, 도 5(C) 에 나타내는 바와 같이 검지부 (20) 가 중앙의 자석 (111) 의 중심에 대향하는 위치이다.

도 6 의 (A) (B) (C) 와 도 7 의 (A) (B) (C) 에서는, 환경 온도가 150 ℃ 에서의 특성을 실선으로 나타내고, 환경 온도가 －40 ℃ 에서의 특성을 파선으로 나타내고 있다.

도 6 의 각 도면과 도 7 의 각 도면의 세로축은, 검지부 (20) 에 탑재된 감도축 (Sx) 을 갖는 제 1 자기 센서의 검지 출력과 감도축 (Sz) 을 갖는 제 2 자기 센서의 검지 출력에 기초하여 연산된 아크탄젠트의 계산치 (ATAN) 의 오차를 나타내고 있다. 즉, 20 ℃ 의 상온에서의 아크탄젠트의 계산치 (ATAN) 와 150 ℃ 에서의 아크탄젠트의 계산치 (ATAN) 의 차 (deg) 를 실선으로 나타내고, 20 ℃ 의 상온에서의 아크탄젠트의 계산치 (ATAN) 와 －40 ℃ 에서의 아크탄젠트의 계산치 (ATAN) 의 차 (deg) 를 파선으로 나타내고 있다.

도 7 의 각 비교예에서는, 고온 환경이 되면, 검지부 (20) 가 자석의 양 단부에 대향할 때에 아크탄젠트의 계산치의 오차가 커지고, 위치 검출의 직선성이 저해되는 데에 반하여, 도 8 의 각 실시예에서는, 오차를 억제할 수 있어 직선성이 개선되고 있는 것을 알 수 있다.

도 6(A) 와 도 7(A) 에 있어서, 검지부 (20) 의 상대적인 이동량을 ± 3.5 ㎜ 의 범위로 하면, 도 7(A) 에 나타내는 비교예 1 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.24 deg 인 데에 반하여, 도 6(A) 에 나타내는 실시예 1 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.03 deg 정도이다.

도 6(B) 와 도 7(B) 에 있어서, 검지부 (20) 의 상대적인 이동량을 ± 7.5 ㎜의 범위로 하면, 도 7(B) 에 나타내는 비교예 2 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.21 deg 인 데에 반하여, 도 6(B) 에 나타내는 실시예 2 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.06 deg 이다.

도 6(C) 과 도 7(C) 에 있어서, 검지부 (20) 의 상대적인 이동량을 ± 17 ㎜ 의 범위로 하면, 도 7(C) 에 나타내는 비교예 3 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.25 deg 인 데에 반하여, 도 6(C) 에 나타내는 실시예 3 에서는, 계산치 (ATAN) 와의 차 (deg) 가 0.07 deg 이다.

도 8 은, 도 4(B) 에 나타내는 실시예 2 를 변형시킨 실시예 2A, 2B, 2C, 2D 에 관한 시뮬레이션 결과이다. 도 8(A) 의 실시예 2A 는, 자석의 대향면의 곡률 반경 (R) 이 4.5 ㎜, 도 8(B) 의 실시예 2B 는 R 이 6.0 ㎜, 도 (C) 의 실시예 2C 는 R 이 9.0 ㎜, 도 8(D) 의 실시예 2D 는, R 이 12 ㎜ 이다.

실시예 2A, 2B, 2C, 2D 는, 모두 도 7 에 나타내는 비교예 2 와 비교하여 아크탄젠트의 계산치의 직선성이 개선되어 있다. 단, R 을 6.0 ㎜ 의 범위로부터 12 ㎜ 의 범위로 하면 계산치의 직선성의 개선 효과가 매우 높아진다. 자석의 대향면과 이동 궤적 (Tx) 의 거리는 3.55 ㎜ 이기 때문에, R/δa 의 비는, 1.7 이상이고 3.4 이하의 범위가 바람직하다.

1, 1A, 1B, 1C : 위치 검지 장치
10 : 이동부
11 : 제 1 자석
11a : 대향면
12 : 제 2 자석
12a : 대향면
13 : 자석
13a : 대향면
20 : 검지부
111, 112, 113 : 자석
111a, 112a, 113a : 대향면

Claims

검지부와, 상기 검지부에 대향하는 자석을 갖고, 상기 검지부와 상기 자석이 상대적으로 이동하는 위치 검지 장치에 있어서,
상기 자석은, 상기 검지부의 상대적인 이동 궤적과 직교하는 방향으로 착자되고, 상기 검지부에는, 상기 자석으로부터 나오는 자속 중의 상기 이동 궤적과 평행한 성분을 검지하는 자기 센서와 상기 이동 궤적과 직교하는 성분을 검지하는 자기 센서가 형성되어 있고, 상기 검지된 자속의 이동 궤적과 평행한 성분의 값과 상기 자속의 이동 궤적과 직교하는 성분의 값으로부터 위치를 연산하고,
상기 자석은 상기 이동 궤적에 대향하는 대향면을 갖고, 상기 대향면은, 상기 이동 궤적을 따른 방향의 양 단부가, 중앙부보다 상기 이동 궤적으로부터 멀어지는 위치에 형성되어 있고,
상기 자석은, 상기 이동 궤적을 따라 복수 개 형성되어 있고, 이웃하는 상기 자석의 상기 대향면이 역극성으로 착자되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 검지 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 대향면은, 상기 이동 궤적을 따른 방향으로 곡률을 갖는 돌출 곡면인, 위치 검지 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 곡률의 반경은, 상기 대향면과 상기 이동 궤적의 최단 거리의 1.7 배 이상이고 3.4 배 이하인, 위치 검지 장치.
삭제
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 궤적은 직선인, 위치 검지 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동 궤적은 원호인, 위치 검지 장치.