WO2016117497A1 - 変位検出装置 - Google Patents

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WO2016117497A1
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flux density
magnetic flux
soft magnetic
sensor
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Inventor
拓海 吉谷
Original Assignee
メレキシス テクノロジーズ エヌ ヴィ
株式会社メレキシス・ジャパン・テクニカル リサーチセンター
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to a displacement detection device.
  • 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.
  • the displacement detection device shown in Patent Document 1 needs to increase the size of the soft magnetic body in order to attract the magnetic flux, and as a result, the weight of the soft magnetic body increases. There was a problem that the sensitivity to displacement decreased. 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.
  • an object of the present invention is to provide a displacement detection device that improves the sensitivity to the displacement of a measurement object.
  • One embodiment of the present invention provides the following displacement detection device in order to achieve the above object.
  • a pair of magnets arranged at intervals and forming a magnetic field at the intervals;
  • a soft magnetic material disposed between the pair of magnets and connected to a measurement object to be displaced;
  • a sensor that is disposed between the pair of magnets and that has a pair of magnetic detection elements that detect a change in magnetic flux density associated with the displacement of the soft magnetic body in a detection direction orthogonal to the displacement direction of the soft magnetic body;
  • a displacement detection apparatus comprising: a difference circuit that outputs a difference between outputs of the pair of magnetic detection elements of the sensor.
  • the sensitivity with respect to the displacement of a measuring object can be improved.
  • the hysteresis which arises in a soft magnetic body can be suppressed.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the sensor.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a circuit configuration of the displacement detection device.
  • FIG. 4A is a schematic diagram for explaining the operation of the displacement detection device.
  • FIG. 4B is a schematic diagram for explaining the operation of the displacement detection device.
  • FIG. 4C is a schematic diagram for explaining the operation of the displacement detection device.
  • FIG. 5A is a graph showing the relationship between the displacement of the soft magnetic material and the magnetic flux density detected by the sensor, and the relationship between the displacement of the soft magnetic material and the output of the differential amplifier circuit.
  • FIG. 5B is a graph showing the relationship between the displacement of the soft magnetic material and the magnetic flux density detected by the sensor, and the relationship between the displacement of the soft magnetic material and the output of the differential amplifier circuit.
  • FIG. 6A is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 6B is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft magnetic material and the output of the differential amplifier circuit.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the seventh embodiment.
  • FIG. 13A is a perspective view showing a modification of the shape of the soft magnetic material.
  • FIG. 13B is a perspective view showing a modification of the shape of the soft magnetic material.
  • FIG. 13C is a perspective view showing a modification of the shape of the soft magnetic material.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the first embodiment.
  • Displacement detecting device 1 comprises a sensor 2 for detecting a change in magnetic flux density detection direction D sz, soft magnetic body 3 is displaced in the displacement direction D d orthogonal to the detecting direction D sz connected to the spring 6 and the connecting member 51
  • a detection direction D sz and a pair of magnets 4 which are magnetized in parallel magnetizing direction D m and a measurement object 5 is a target displacement of the rubber membrane 50 due to internal pressure p is measured as an example.
  • the vertical direction is the z-axis direction
  • the horizontal direction is the x-axis direction
  • the depth direction is the y-axis direction.
  • the senor 2 is a Hall IC having a flat plate shape having a thickness in the z direction, a detection surface parallel to the xy plane, and at least a pair of Hall elements having a detection direction D sz as magnetic detection elements.
  • the magnetic detection element may be another type of element such as an MR element as long as the detection direction is D sz , or a plurality of magnetic detection elements arranged in a plurality of axial directions including the detection direction D sz.
  • An axial magnetic detection IC may be used.
  • the sensor 2 includes a differential amplifier circuit described later in addition to the magnetic detection element.
  • the soft magnetic body 3 is a flat plate using a soft magnetic material such as iron having a thickness in the x direction.
  • the soft magnetic body 3 is disposed between the pair of magnets 4 and the magnetic flux attracted by the soft magnetic body 3 is the sensor 2. It shall be displaced within the range that can be detected.
  • the soft magnetic body 3 is displaced in the x direction via the connection member 51 along with this deformation. It is assumed that the amount of displacement is a minute displacement of about several mm (for example, ⁇ 1 mm).
  • the sensor 2 and the soft magnetic body 3 have the same thickness center in the x direction when the rubber membrane 50 is not deformed (hereinafter referred to as “normal state”), and are closest to each other.
  • the thickness center in the x direction may be matched except in the normal state.
  • the pair of magnets 4 are permanent magnets formed using a material such as ferrite, samarium cobalt, or neodymium, and form a uniform magnetic field at least in the movable range of the soft magnetic body 3, and the soft magnetic body 3 is attracted. It is assumed that the magnetic flux does not swing positively or negatively and does not change so much that the influence of hysteresis occurs. As an example, the change width of the magnetic flux density attracted by the soft magnetic body 3 is about ⁇ 10 mT.
  • Measured object 5 is, for example, a vehicle throttle valve or the like, and is an object whose internal air pressure is measured.
  • the measurement object 5 is not limited to the internal pressure p, and any type of displacement can be used as long as a slight displacement occurs and the displacement can be transmitted to the soft magnetic body 3 via the connection member 51. .
  • the spring length and the spring constant of the spring 6 are selected so as to balance the force applied to the soft magnetic body 3 by the pressure p of the measurement object 5 in the normal state. If no reaction force is required, the spring 6 may be omitted.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the structure of the sensor 2.
  • Sensor 2 has a parallel detection surface on the xy plane has a pair of Hall elements 20a and 20b in the detection plane spaced d g in the x-direction.
  • the Hall elements 20a and 20b each output a voltage corresponding to the magnetic flux density in the detection direction D sz .
  • the distance d g can be set as appropriate within a range in which the fluctuation of the magnetic flux density increases or decreases. As an example, the distance d g will be described below. Alternatively, two sensors each having one Hall element may be prepared.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of a circuit configuration of the displacement detection device 1.
  • the output is connected to a signal processing circuit or the like, and is converted into a displacement of the soft magnetic body 3, a pressure p, or a physical quantity having these as parameters.
  • FIG. 4A to 4C are schematic diagrams for explaining the operation of the displacement detection apparatus 1.
  • FIG. 4A to 4C are schematic diagrams for explaining the operation of the displacement detection apparatus 1.
  • the sensor 2 and the soft magnetic body 3 have the same center coordinates in the x direction and are closest to each other.
  • 5A and 5B are graphs showing the relationship between the displacement of the soft magnetic body 3 and the magnetic flux density detected by the sensor 2 and the relationship between the displacement of the soft magnetic body 3 and the output V out of the differential amplifier circuit 21.
  • the relationship between the displacement of the soft magnetic body 3 and the magnetic flux density detected by the Hall element 20a of the sensor 2 is as shown in FIG. 5A, with the magnetic flux density detected by the Hall element 20b near the displacement of 0.
  • the magnetic flux density decreases as the displacement increases positively. Further, the magnetic flux density in accordance with the displacement is reduced to negative is the maximum value B 0 increases to.
  • the relationship between the displacement of the soft magnetic body 3 and the magnetic flux density detected by the Hall element 20b of the sensor 2 coincides with the magnetic flux density detected by the Hall element 20a when the displacement is near 0 as shown in FIG. 5A.
  • the magnetic flux density decreases.
  • the magnetic flux density in accordance with the displacement is increased positively becomes maximal B 0 increases to.
  • the relationship between the displacement of the soft magnetic body 3 and the output V out of the differential amplifier circuit 21 is symmetric with respect to the origin as shown in FIG. 5B.
  • the distance between the magnets 4 is 10 mm
  • the maximum value of the magnetic flux density detected by the sensor 2 is 20 mT
  • the minimum value is ⁇ 20 mT
  • the shortest distance between the sensor 2 and the soft magnetic body 3 is 0.5 mm
  • approximately linear characteristics are obtained in the range where the displacement is ⁇ 1.0 mm, and the range of this variation can be the use range of the displacement detection device 1.
  • approximately linear characteristics means a state where the displacement is uniquely decreased (or increased) with respect to the displacement within an allowable linearity range.
  • the magnetic field between the magnets 4 is made uniform and the magnetic flux transmitted through the soft magnetic material is not greatly changed, the influence of hysteresis generated in the soft magnetic material is small, and the configuration of the first embodiment is adopted. Compared with the case where it does not, the fall of precision can be suppressed.
  • FIGS. 6A and 6B are perspective views illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the second embodiment.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the sensor has four Hall elements, the soft magnetic material has a spherical shape, and the magnet has a disk shape. Note that the measurement target 5 (not shown) is connected so that the displacement direction of the soft magnetic body 30 is D dx and D dy , that is, the x direction and the y direction.
  • the displacement detection device 11 includes a sensor 2 a that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sz , and a soft magnetic body 30 that is connected to the connection member 51 and is displaced in the displacement directions D dx and D dy.
  • a pair of magnets 40 magnetized in the magnetizing direction D m a disk shape. 6A is the z-axis direction, the horizontal direction is the x-axis direction, and the depth direction is the y-axis direction.
  • Sensor 2a as shown in FIG. 6B, having parallel detection surface on the xy plane has a pair of Hall elements 20a and 20b in the detection plane spaced d g in the x-direction. Further, a pair of Hall elements 20c and 20d are spaced d g in the y direction.
  • the soft magnetic body 30 and the magnet 40 are arranged so that the axis passing through these centers is parallel to the z-axis, and the sensor 2a is also arranged on the axis so that the centers thereof are aligned, so that the displacement direction D dx
  • the change in the magnetic flux density detected by the above and the change in the magnetic flux density detected by the displacement direction D dy are the same.
  • the center of the sensor 2a and the soft magnetic body 30 are closest to each other.
  • the soft magnetic body 30 is displaced by d 1 in the negative direction of the x direction (y direction), and the magnetic flux density B z in the detection direction D sz out of the magnetic flux density B passing through the Hall element 20a (20c) of the sensor 2a is increased by close to B 0.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the third embodiment.
  • the third 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 measuring object 5 is omitted, unlike the first embodiment, it is assumed that the soft magnetic body 31 is connected to rotate in the angular direction D d ⁇ .
  • the displacement detection device 12 includes a sensor 2 that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sz , a soft magnetic body 31 that rotates in the angular direction D d ⁇ , a pair of magnets 41 a that are magnetized in the magnetization direction D m , and 41b.
  • the vertical direction is the z-axis direction
  • the horizontal direction is the x-axis direction
  • the depth direction is the y-axis direction.
  • the soft magnetic body 31 is provided on the outer peripheral surface of the ring-shaped magnet 41b, and is formed in a spiral shape so that the x-coordinate of the portion closest to the sensor 22 changes as the magnet 41b rotates in the angular direction Dd ⁇ .
  • the Hall element 20a and the soft magnetic body 31 of the sensor 2 are closest to each other, and the Hall element 20b and the soft magnetic body 31 are closest to each other.
  • the x coordinate of the closest portion of the soft magnetic body 31 increases as it rotates in the angular direction D d ⁇ , and the magnetic flux density in the detection direction D sz out of the magnetic flux density B that penetrates the detection surface of the Hall element 20a of the sensor 2.
  • B z decreases, and the magnetic flux density B z in the detection direction D sz among the magnetic flux density B penetrating the detection surface of the Hall element 20b increases.
  • the Hall element 20b of the sensor 2 and the soft magnetic body 31 are closest to each other, and the Hall element 20a and the soft magnetic body 31 are closest to each other.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the displacement of the soft magnetic body 31 and the output of the differential amplifier circuit 21.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the fourth embodiment.
  • the fourth embodiment differs 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 target 5 (not shown) is connected so that the displacement direction of the soft magnetic body 32 is D dx and D dy , that is, the x direction and the y direction.
  • the displacement detection device 13 has a disk shape, a sensor 2a that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sz , a soft magnetic body 32 that is connected to the connecting member 51 and is displaced in the displacement directions D dx and D dy , and and a pair of magnets 40 magnetized in the magnetizing direction D m.
  • the vertical direction in FIG. 9 is the z-axis direction
  • the horizontal direction is the x-axis direction
  • the depth direction is the y-axis direction.
  • the soft magnetic body 32 and the magnet 40 are formed around an axis parallel to the z-axis, and the sensor 2a is arranged on the axis so that the center is aligned. Therefore, the detection is based on the displacement direction Ddx .
  • the change in the magnetic flux density and the change in the magnetic flux density detected by the displacement direction D dy are the same.
  • the center of the sensor 2a and the soft magnetic body 32 in the xy plane is closest to each other.
  • the soft magnetic body 32 is displaced by d 1 in the negative direction of the x direction (y direction), and the magnetic flux density B z in the detection direction D sz out of the magnetic flux density B penetrating the Hall element 20a (20c) of the sensor 2a is increased by close to B 0.
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the fifth embodiment.
  • the detection direction of the sensor of the fourth embodiment and the displacement direction of the soft magnetic material are only in the x direction.
  • the displacement detection device 14 includes a sensor 2 that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sz , a soft magnetic body 33 that is connected to the connection member 51 and is displaced in the displacement direction D dx , and is magnetized in the magnetization direction D m .
  • a pair of magnets 4. 10 the vertical direction is the z-axis direction, the horizontal direction is the x-axis direction, and the depth direction is the y-axis direction.
  • the soft magnetic body 33 is displaced in the displacement direction D dx while maintaining a constant distance between the pair of soft magnetic bodies.
  • the magnetic flux density B z in the detection direction D sz of the magnetic flux density B 0 that penetrates the Hall element 20b of the sensor 2 increases and approaches B 0 .
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a configuration example of a displacement detection device according to the sixth embodiment.
  • the coil 7 is provided in the column part 34 a of the support 34 that supports the soft magnetic body 35, and the displacement of the support 34 is controlled by controlling the current flowing through the coil 7. Is. Although illustration of the measurement object 5 and the spring 6 is omitted, it is assumed that the displacement direction D dz of the support body 34 including the soft magnetic body 35 is connected in the z direction.
  • the displacement detection device 14 includes a sensor 2 that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sx , a soft magnetic body 35 that is displaced in the displacement direction D dz , and a flat plate magnet 41 a that is magnetized in the magnetization direction D m. And a ring-shaped magnet 41b.
  • the vertical direction in FIG. 11 is the z-axis direction
  • the horizontal direction is the x-axis direction
  • the depth direction is the y-axis direction.
  • the pillar 34a of the support 34 is provided so as to penetrate the center of the ring-shaped magnet 41b, and has a coil 7 on the outer peripheral portion thereof.
  • Sensor 2 is connected to a control circuit (not shown), and the control circuit monitors the output voltage of sensor 2. Further, the coil 7 is connected to a control circuit, and the control circuit controls the current flowing through the coil 7 based on the output voltage of the sensor 2.
  • the sensor 2 and the soft magnetic body 35 are closest to each other in the thickness center in the z direction.
  • the magnetic flux density B x in the detection direction D sx of the magnetic flux density B 0 that penetrates the Hall element 20b of the sensor 2 increases and approaches B 0 .
  • the soft magnetic body 35 is displaced by d 1 in the negative z direction, and the magnetic flux density B x in the detection direction D sx of the magnetic flux density B penetrating the Hall element 20 a of the sensor 2 increases to approach B 0 . .
  • the sensor 2 detects the magnetic flux density according to the displacement of the soft magnetic body 35, and outputs a signal according to the detected magnetic flux density.
  • the control circuit monitors the output voltage of the sensor 2, calculates the displacement of the soft magnetic body 35 based on the output voltage, and passes a current value corresponding to the calculated displacement to the coil 7. For example, the control circuit may cause a current to flow through the coil 7 so that the displacement of the soft magnetic body 35 is zero, or may be a constant multiple of the displacement of the soft magnetic body 35.
  • control such as suppressing or amplifying the displacement based on the detected displacement can be performed.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a configuration example of a displacement detection device according to the seventh embodiment.
  • the number and arrangement of the coils and magnets of the sixth embodiment are changed. Although illustration of the measurement object 5 and the spring 6 is omitted, it is assumed that the displacement direction D dz of the support body 36 including the soft magnetic body 37 is connected in the z direction.
  • the displacement detection device 15 includes a sensor 2 that detects a change in magnetic flux density in the detection direction D sx , a soft magnetic body 37 that is displaced in the displacement direction D dz , and a flat plate magnet 42a that is magnetized in the magnetization direction D m. And two ring-shaped magnets 42b. Note that the vertical direction in FIG. 12 is the z-axis direction, the horizontal direction is the x-axis direction, and the depth direction is the y-axis direction.
  • the column portion 36a of the support 36 is provided so as to penetrate the center of the ring-shaped magnet 42b, and has the coil 7 on the outer peripheral portion thereof.
  • Sensor 2 is connected to a control circuit (not shown), and the control circuit monitors the output voltage of sensor 2. Further, the coil 7 is connected to a control circuit, and the control circuit controls the current flowing through the coil 7 based on the output voltage of the sensor 2.
  • the sensor 2 and the soft magnetic body 37 are closest to each other in the thickness center in the z direction.
  • the magnetic flux density B x in the detection direction D sx of the magnetic flux density B 0 that penetrates the Hall element 20b of the sensor 2 increases and approaches B 0 .
  • the soft magnetic body 37 is displaced by d 1 in the negative z direction, and the magnetic flux density B x in the detection direction D sx of the magnetic flux density B penetrating the Hall element 20 a of the sensor 2 increases to approach B 0 . .
  • Sensor 2 detects the magnetic flux density according to the displacement of the soft magnetic body 37 as described above, and outputs a signal according to the detected magnetic flux density.
  • the control circuit monitors the output voltage of the sensor 2, calculates the displacement of the soft magnetic body 37 based on the output voltage, and passes a current value corresponding to the calculated displacement to the coil 7. For example, the control circuit may cause a current to flow through the coil 7 so that the displacement of the soft magnetic body 37 is zero, or may be a constant multiple of the displacement of the soft magnetic body 37.
  • the combinations of the sensors, soft magnetic bodies, and magnets of the first to seventh embodiments described above are merely examples, and these are appropriately selected within the scope where the position detection function is not impaired and the gist of the present invention is not changed. You may select and change to a new combination.
  • the soft magnetic material may have the following shape.
  • FIGS 13A to 13C are perspective views showing modifications of the shape of the soft magnetic material.
  • the soft magnetic body 38a has a cylindrical shape having an axis in the depth direction, and the displacement direction D dx is a direction perpendicular to the axis of the cylinder.
  • a sensor that detects the magnetic flux density in the z direction can be used.
  • the soft magnetic body 38b has a cylindrical shape having an axis in the vertical direction, and the displacement directions D dx and D dy are directions perpendicular to the axis of the cylinder.
  • a sensor that detects the magnetic flux density in the z direction can be used.
  • the soft magnetic body 38c has a hemispherical shape whose cross section is perpendicular to the xy plane, and the displacement directions D dx and D dy are directions perpendicular to the normal line of the cross section.
  • a sensor that detects the magnetic flux density in the z direction can be used.
  • a displacement detection device that improves the sensitivity to displacement of the measurement object.

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Abstract

【課題】測定対象の変位に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。 【解決手段】変位検出装置１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の変位方向Ｄｄと直行する検出方向Ｄｓｚで軟磁性体３の変位に伴う磁場の変化を検出するホール素子２０ａ及び２０ｂを対で有するセンサ２と、センサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂの出力の差分を出力する差分増幅回路２１とを有する。

Description

変位検出装置
　本発明は、変位検出装置に関する。
　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）。
　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。
国際公開第２００６／０３５３４２号
　しかし、特許文献１に示す変位検出装置は、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。
　従って、本発明の目的は、測定対象の変位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。
　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。
［１］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と、
　前記一対の磁石の間に配置され、測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
　前記一対の磁石の間に配置され、前記軟磁性体の変位方向と直行する検出方向で前記軟磁性体の変位に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を対で有するセンサと、
　前記センサの前記対の磁気検出素子の出力の差分を出力する差分回路とを有する変位検出装置。
［２］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前記［１］に記載の変位検出装置。
　請求項１に係る発明によれば、測定対象の変位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、軟磁性体に生じるヒステレシスを抑制することができる。
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。 図２は、センサの構造を示す斜視図である。 図３は、変位検出装置の回路構成の一例を示す概略図である。 図４Ａは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図４Ｂは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図４Ｃは、変位検出装置の動作を説明するための概略図である。 図５Ａは、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係及び軟磁性体の変位と差動増幅回路の出力との関係を表すグラフ図である。 図５Ｂは、軟磁性体の変位とセンサの検出する磁束密度との関係及び軟磁性体の変位と差動増幅回路の出力との関係を表すグラフ図である。 図６Ａ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。 図６Ｂ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。 図７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。 図８は、軟磁性体の変位と差動増幅回路の出力との関係を表すグラフ図である。 図９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。 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。 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。 図１２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。 図１３Ａは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 図１３Ｂは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。 図１３Ｃは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。
［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。
　変位検出装置１は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚ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Ｄｓｚと直行する変位方向Ｄｄに変位する軟磁性体３と、検出方向Ｄｓｚと平行な着磁方向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。
　センサ２は、一例として、ｚ方向に厚みを有する平板状であって、ｘｙ面に平行な検出面を有し、磁気検出素子として検出方向Ｄｓｚとするホール素子を少なくとも一対有するホール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ＤｓｚであればＭＲ素子等の他の種類の素子であってもよいし、検出方向Ｄｓｚ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後述する差分増幅回路等を有する。
　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。
　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（一例として、±１ｍｍ）の微小な変位であるとする。
　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。
　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の可動域においては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。
　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。
　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。
　図２は、センサ２の構造を示す斜視図である。
　センサ２は、ｘｙ面に平行な検出面を有し、当該検出面にｘ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ａ及び２０ｂを有する。ホール素子２０ａ及び２０ｂは、それぞれ検出方向Ｄｓｚの磁束密度に応じた電圧を出力する。なお、間隔ｄｇは、磁束密度の変動が増加又は減少する範囲で適宜設定可能であるが、一例として、１ｍｍのものについて以下説明する。また、ホール素子を１つ有するセンサを２つ用意して構成してもよい。
　図３は、変位検出装置１の回路構成の一例を示す概略図である。
　センサ２のホール素子２０ａ及び２０ｂの出力はそれぞれ差動増幅回路２１に接続され、それぞれの出力Ｖａ及びＶｂの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖａ－Ｖｂとして出力される。なお、Ｖａ及びＶｂはホール素子２０ａ及び２０ｂが検出する磁束密度Ｂに比例するものであり、Ｖａ＝ａ・Ｂ及びＶｂ＝ａ・Ｂとなる（ａは定数）。出力は信号処理回路等に接続され、軟磁性体３の変位、圧力ｐ又はこれらをパラメータとして持つ物理量に変換される。
（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、図４Ａ－図４Ｃ、図５Ａ及び図５Ｂを用いて説明する。
　図４Ａ－図４Ｃ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。
　図４Ａ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方向の中心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のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、測定対象５の内部圧力ｐが減少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４Ｂに示すように、ｘ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、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４Ｃに示すように、ｘ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、図３に示した差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
　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及び軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係は、以下に説明する図５Ａ及び図５Ｂのように表される。
　図５Ａ及び図５Ｂ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及び軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係を表すグラフ図である。
　上記したように、軟磁性体３の変位とセンサ２のホール素子２０ａの検出する磁束密度との関係は、図５Ａに示すように、変位が０の付近でホール素子２０ｂの検出する磁束密度と一致し、変位が正に増加するに従い磁束密度が減少する。また、変位が負に減少するに従い磁束密度は増加して最大値Ｂ０となる。
　同様に、軟磁性体３の変位とセンサ２のホール素子２０ｂの検出する磁束密度との関係は、図５Ａに示すように、変位が０の付近でホール素子２０ａの検出する磁束密度と一致し、変位が負に減少するに従い磁束密度は減少する。また、変位が正に増加するに従い磁束密度は増加して最大値Ｂ０となる。
　従って、軟磁性体３の変位と差動増幅回路２１の出力Ｖｏｕｔとの関係は、図５Ｂに示すように原点に対称となる。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の範囲でおおよそ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。なお、おおよそリニアとは、許容できる直線性の範囲で変位に対して一意的に減少する（又は増加）状態をいう。
（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おおよそリニアな特性となる。
　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。
　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。
［第２の実施の形態］
　図６Ａ及び図６Ｂ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。
　第３の実施の形態は、センサの有するホール素子が４つであり、軟磁性体の形状が球状であり、磁石の形状が円盤状である点で第１の実施の形態と異なる。なお、図示しない測定対象５が、軟磁性体３０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。
　変位検出装置１１は、図６Ａに示すように、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２ａ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６Ａ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。
　センサ２ａは、図６Ｂに示すように、ｘｙ面に平行な検出面を有し、当該検出面にｘ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ａ及び２０ｂを有する。また、ｙ方向に間隔ｄｇを設けて一対のホール素子２０ｃ及び２０ｄを有する。ホール素子２０ａ及び２０ｂの出力はそれぞれ差動増幅回路２１に接続され、それぞれの出力Ｖａ及びＶｂの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖａ－Ｖｂとして出力される。また、同様にホール素子２０ｃ及び２０ｄの出力はそれぞれ差動増幅回路２１と異なる差動増幅回路２１’（図示せず）に接続され、それぞれの出力Ｖｃ及びＶｄの差分が出力Ｖｏｕｔ＝Ｖｃ－Ｖｄとして出力される。
　なお、軟磁性体３０及び磁石４０はこれらの中心を通る軸がｚ軸に平行になるよう配置されており、センサ２ａも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。
（変位検出装置の動作）
　次に、第２の実施の形態の作用を、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
　平常状態においてセンサ２ａ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２ａのホール素子２０ａ及び２０ｂ（２０ｃ及び２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、軟磁性体３０がｘ方向（ｙ方向）の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、軟磁性体３０がｘ方向（ｙ方向）の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
（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、ｘ方向及びｙ方向の２方向の変位を検出することができる。
［第３の実施の形態］
　図７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。
　第３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。
　変位検出装置１２は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２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７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。
　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。
（変位検出装置の動作）
　次に、第３の実施の形態の作用を、図７を用いて説明する。
　θ＝０の状態においてセンサ２のホール素子２０ａと軟磁性体３１とが最も接近し、ホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが最も離れるものとする。この状態においてホール素子２０ａ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＝Ｂ０である。また、ホール素子２０ｂ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＝Ｂｍｉｎである。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂｍｉｎ＞０となり、正の値となる。
　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座標が増加し、センサ２のホール素子２０ａ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が減少し、ホール素子２０ｂ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。
　θ＝０の状態においてセンサ２のホール素子２０ａと軟磁性体３１、ホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが等距離となる。この状態においてホール素子２０ａの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度と、ホール素子２０ｂの検出面を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は同値となるため、差動増幅回路２１の出力はＶｏｕｔ＝０となる。
　また、θ＝３６０の状態においてセンサ２のホール素子２０ｂと軟磁性体３１とが最も接近し、ホール素子２０ａと軟磁性体３１とが最も離れるものとする。この状態においてホール素子２０ｂ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＝Ｂ０である。また、ホール素子２０ａ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＝Ｂｍｉｎである。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂｍｉｎ－ａ・Ｂ０＜０となり、負の値となる。
　上記した軟磁性体３１の回転角とセンサ２の検出する磁束密度との関係は、以下に説明する図８のように表される。
　図８は、軟磁性体３１の変位と差動増幅回路２１の出力との関係を表すグラフ図である。
　図８に示すように、軟磁性体３１の回転角と差動増幅回路２１の出力との関係は、θ＝１８０°の線に対称な特性となる。
（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。
［第４の実施の形態］
　図９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。
　第４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。
　変位検出装置１３は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｚで検出するセンサ２ａ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９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。
　なお、軟磁性体３２及び磁石４０はｚ軸に平行な軸を中心として対象に形成されており、センサ２ａは当該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。
（変位検出装置の動作）
　次に、第４の実施の形態の作用を、図９を用いて説明する。
　平常状態においてセンサ２ａ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２ａのホール素子２０ａ及び２０ｂ（２０ｃ及び２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、軟磁性体３２がｘ方向（ｙ方向）の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、軟磁性体３２がｘ方向（ｙ方向）の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２ａのホール素子２０ａ（２０ｃ）を貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２ａのホール素子２０ｂ（２０ｄ）を貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、差動増幅回路２１（差動増幅回路２１’）の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
（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２の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
［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。
　第５の実施の形態は、第４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。
　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２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。
　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。
（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を用いて説明する。
　平常状態においてセンサ２と軟磁性体３３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２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度は、ともにＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、軟磁性体３３がｘ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、軟磁性体３３がｘ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度Ｂｚが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｚの磁束密度ＢｚがＢｚ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
（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１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
［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。
　第６の実施の形態は、軟磁性体３５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３５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。
　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２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４１ａ及びリング状の磁石４１ｂ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。
　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。
　センサ２は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２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２の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。
（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を用いて説明する。
　平常状態においてセンサ２と軟磁性体３５とは、それぞれの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２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、ともにＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、軟磁性体３５がｚ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、軟磁性体３５がｚ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
　センサ２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２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。
（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。
［第７の実施の形態］
　図１２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。
　第７の実施の形態は、第６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３７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。
　変位検出装置１５は、磁束密度の変化を検出方向Ｄｓｘで検出するセンサ２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４２ａ及び２つのリング状の磁石４２ｂとを有する。なお、図１２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。
　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。
　センサ２は、図示しない制御回路に接続され、制御回路はセンサ２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２の出力電圧に基づき、コイル７に流す電流を制御する。
（変位検出装置の動作）
　次に、第７の実施の形態の作用を、図１２を用いて説明する。
　平常状態においてセンサ２と軟磁性体３７とは、それぞれの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２のホール素子２０ａ及び２０ｂを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度は、ともにＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα１である。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝０となる。
　次に、軟磁性体３７がｚ方向の正の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα２に減少する。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１－ａ・Ｂ０＝ａ・Ｂ０・（ｓｉｎα１－１）＜０となり、負の値となる。
　また、軟磁性体３７がｚ方向の負の方向にｄ１だけ変位し、センサ２のホール素子２０ａを貫く磁束密度Ｂのうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度Ｂｘが増加してＢ０に近づく。また、センサ２のホール素子２０ｂを貫く磁束密度Ｂ０のうち検出方向Ｄｓｘの磁束密度ＢｘがＢｘ＝Ｂ０・ｓｉｎα３に減少する。従って、差動増幅回路２１の出力は、Ｖｏｕｔ＝ａ・Ｂ０－ａ・Ｂ０・ｓｉｎα１＝ａ・Ｂ０・（１－ｓｉｎα１）＞０となり、正の値となる。
　センサ２は、上記したように、軟磁性体３７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２の出力電圧を監視し、出力電圧によって軟磁性体３７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３７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３７の変位を定数倍にするようにしてもよい。
（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７の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
［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。
　上記した第１～第７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。
　図１３Ａ－図１３Ｃは、軟磁性体の形状の変形例を示す斜視図である。
　図１３Ａ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、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。
　図１３Ｂ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、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。
　図１３Ｃ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、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。
　測定対象の変位に対する感度を向上する変位検出装置を提供する。
１     変位検出装置
２、２ａ      センサ
３     軟磁性体
４     磁石
５     測定対象
６     バネ
７     コイル
１１－１５    変位検出装置
２０ａ－２０ｄ       ホール素子
２１   差動増幅回路
２２   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      磁石
５０   ラバーメンブレン
５１   接続部材
 
 

Claims (2)

  1. 　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と、
    　前記一対の磁石の間に配置され、測定対象に接続されて変位する軟磁性体と、
    　前記一対の磁石の間に配置され、前記軟磁性体の変位方向と直行する検出方向で前記軟磁性体の変位に伴う磁束密度の変化を検出する磁気検出素子を対で有するセンサと、
    　前記センサの前記対の磁気検出素子の出力の差分を出力する差分回路とを有する変位検出装置。
  2. 　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に記載の変位検出装置。
     
     
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