JP2012098190A - Rectilinear displacement detector - Google Patents
Rectilinear displacement detector Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012098190A JP2012098190A JP2010246929A JP2010246929A JP2012098190A JP 2012098190 A JP2012098190 A JP 2012098190A JP 2010246929 A JP2010246929 A JP 2010246929A JP 2010246929 A JP2010246929 A JP 2010246929A JP 2012098190 A JP2012098190 A JP 2012098190A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- magnetic
- pole
- displacement
- magnet material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
本発明は、相対的な直線変位を検出する直線変位検出装置に関し、より詳細には磁場の変化を検出する方式の直線変位検出装置に関する。 The present invention relates to a linear displacement detection device that detects a relative linear displacement, and more particularly to a linear displacement detection device that detects a change in a magnetic field.
直線変位検出装置としてリニアエンコーダなど各種検出方式の装置が実用化され、用途に応じて使い分けられている。本願出願人は、非接触検出式で高精度かつ良好な温度特性を有する装置として、磁場の変化を検出する方式の直線変位検出装置を特許文献1に開示している。特許文献1の直線変位検出装置は、表面にN極およびS極の磁極領域を交互に配列した磁石材料と、磁石材料の表面と対面して磁場を検出する感磁面を有する磁場検出手段とを備え、磁石材料と磁場検出手段とが磁極領域の配列方向に沿って平行に相対移動可能になっている。これにより、磁場ベクトルを求めて直線変位を検出することができ、低廉でかつ高精度な直線変位検出装置を提供できる効果が生じる。 Various types of detection devices such as linear encoders have been put to practical use as linear displacement detection devices, and are properly used depending on the application. The applicant of the present application discloses, in Patent Document 1, a linear displacement detection device that detects a change in a magnetic field as a non-contact detection type device having high accuracy and good temperature characteristics. The linear displacement detection apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a magnet material in which N-pole and S-pole magnetic pole regions are alternately arranged on the surface, and a magnetic field detection unit having a magnetosensitive surface that faces the surface of the magnet material and detects a magnetic field. The magnetic material and the magnetic field detecting means are relatively movable in parallel along the arrangement direction of the magnetic pole regions. As a result, it is possible to detect the linear displacement by obtaining the magnetic field vector, and it is possible to provide an inexpensive and highly accurate linear displacement detector.
ところで、特許文献1の直線変位検出装置で検出範囲をロングストローク化しようとする場合、N極およびS極の磁極領域の数量を増やすか、あるいは磁極領域の幅を拡げることになる。しかしながら、磁極領域の数量を増やすと、磁場ベクトル変化のサイクルが相対変位方向に繰返して発生するため、相対変位量を求める際にサイクルの繰返し数をカウントする必要が生じて煩雑である。また、直線変位検出装置の作動電源をオフしたときにもサイクルの繰返し数を保持する機能が必要になって、装置コストが増加する。 By the way, when it is intended to increase the detection range by the linear displacement detection device of Patent Document 1, the number of N pole and S pole magnetic pole areas is increased or the width of the magnetic pole area is increased. However, if the number of magnetic pole regions is increased, a magnetic field vector change cycle is repeatedly generated in the relative displacement direction, which necessitates counting the number of repetitions of the cycle when obtaining the relative displacement amount. In addition, a function for maintaining the number of repetitions of the cycle is required even when the operation power source of the linear displacement detection device is turned off, which increases the device cost.
一方、磁極領域の幅を拡げると、磁極領域の幅中央付近で磁場の強度および方向が均一化され、磁場ベクトルの変化が僅少になって相対変位量の検出精度が低下する。これを解消するために、幅中央付近まで磁場ベクトルが変化するような磁場強度分布を有する磁極領域を形成すると、幅中央付近における磁場強度の絶対値が磁場検出手段の使用可能範囲を超えてしまい使えなくなる。 On the other hand, if the width of the magnetic pole region is widened, the strength and direction of the magnetic field are made uniform near the center of the width of the magnetic pole region, the change in the magnetic field vector becomes small, and the relative displacement detection accuracy decreases. In order to solve this problem, if a magnetic pole region having a magnetic field strength distribution in which the magnetic field vector changes to near the center of the width is formed, the absolute value of the magnetic field strength near the center of the width exceeds the usable range of the magnetic field detection means. Unusable.
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたもので、従来よりも検出範囲をロングストローク化できる直線変位検出装置を提供することを解決すべき課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the background art, and an object to be solved is to provide a linear displacement detection device capable of making the detection range a longer stroke than in the past.
上記課題を解決する請求項1に係る直線変位検出装置の発明は、表面にN極およびS極の磁極領域を交互に並べて配列した磁石材料と、磁場を検出する感磁面を有し、前記感磁面が前記磁石材料の前記表面と一定の離隔距離を有して配置される磁場検出手段とを備え、前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記離隔距離を保ちつつ前記磁石材料の前記N極および前記S極の前記磁極領域を分ける領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされ、前記磁場検出手段が検出した前記磁場に基づいて前記磁石材料と前記磁場検出手段との前記変位方向の相対変位量を求めることを特徴とする。 An invention of a linear displacement detection device according to claim 1 for solving the above-mentioned problem has a magnet material on which a magnetic pole region of N poles and S poles are alternately arranged on the surface, and a magnetosensitive surface for detecting a magnetic field, A magnetic field detecting means arranged with a certain separation distance from the surface of the magnet material, the magnet material and the magnetic field detection means, the magnetic material and the magnetic field detection means, while maintaining the separation distance, Relative linear displacement is possible in a displacement direction inclined with respect to a region boundary line separating the magnetic pole regions of the N pole and the S pole, and the magnetic material and the magnetic field detection are based on the magnetic field detected by the magnetic field detection means. A relative displacement amount in the displacement direction with the means is obtained.
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ前記領域境界線と直交する方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記領域境界線と直交する方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第1ホール素子とを含むことを特徴とする。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1において、前記磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ相対変位方向に延在する前記感磁面を有する磁性プレートと、前記磁性プレートの前記相対変位方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第1ホール素子とを含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the magnetic field detection means includes a magnetic plate formed of a magnetic material and having the magnetosensitive surface extending in the relative displacement direction, and the relative displacement direction of the magnetic plate. And two first Hall elements respectively disposed at both ends.
請求項4に係る発明は、請求項2または3において、前記磁場検出手段は、前記二つの第1ホール素子を結ぶ線分と直角な方向に離間して前記磁性プレートの別の両端部にそれぞれ配置された二つの第2ホール素子をさらに含み、前記二つの第1ホール素子が検出した磁場の強度の和を2で除することにより、あるいは前記二つの第2ホール素子が検出した磁場の強度の和を2で除することにより、前記磁性プレートの中央部における前記磁石材料の前記表面と直交する方向の垂直磁場強度を求め、前記二つの第1ホール素子が検出した磁場の強度の差を2で除することにより、あるいは前記二つの第2ホール素子が検出した磁場の強度の差を2で除することにより、前記磁性プレートの前記中央部における前記磁石材料の前記表面と平行する方向の水平磁場強度を求め、前記磁石材料と前記磁場検出手段とが相対直線変位したときの前記垂直磁場強度の最大値と前記水平磁場強度の最大値とが等しくなるようにあるいは接近するように、前記二つの第1ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度、あるいは前記二つの第2ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度を調整することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the second or third aspect, the magnetic field detection unit is spaced apart in a direction perpendicular to a line segment connecting the two first Hall elements, and is disposed at another end of the magnetic plate. A magnetic field intensity detected by the two second Hall elements by dividing the sum of the magnetic field intensities detected by the two first Hall elements by 2; Is divided by 2 to obtain the perpendicular magnetic field strength in the direction perpendicular to the surface of the magnet material at the center of the magnetic plate, and the difference in magnetic field strength detected by the two first Hall elements is calculated. By dividing by 2 or by dividing by 2 the difference in magnetic field strength detected by the two second Hall elements, it is parallel to the surface of the magnet material at the central portion of the magnetic plate. The horizontal magnetic field strength in the direction is obtained, and the maximum value of the vertical magnetic field strength and the maximum value of the horizontal magnetic field strength when the magnet material and the magnetic field detecting means are relatively linearly displaced are made equal to or close to each other. The angle formed by the line segment connecting the two first Hall elements and the displacement direction or the angle formed by the line segment connecting the two second Hall elements and the displacement direction is adjusted.
請求項5に係る発明は、請求項1〜4のいずれか一項において、前記磁石材料は、前記磁場検出手段が相対直線変位する変位路から一定距離内の前記表面に前記N極および前記S極のうちの一方極の磁極領域が前記変位路に傾斜して帯状に配列され、前記一方極の磁極領域の両側にそれぞれ前記N極および前記S極のうちの他方極の磁極領域が配列されて構成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the magnetic material according to any one of the first to fourth aspects, the N pole and the S are disposed on the surface within a certain distance from a displacement path in which the magnetic field detecting unit is relatively linearly displaced. A pole region of one of the poles is inclined in the displacement path and arranged in a strip shape, and a pole region of the other of the N and S poles is arranged on both sides of the one pole region. It is characterized by being configured.
請求項1に係る直線変位検出装置の発明では、磁石材料と磁場検出手段とは、離隔距離を保ちつつ磁石材料の領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされている。つまり、領域境界線に直交する変位方向に相対直線変位可能とされていた従来技術に対し、本発明では傾斜した変位方向を用いるので、傾斜角度に応じて検出範囲をロングストローク化できる。例えば、磁石材料の磁極領域の幅寸法を一定とした場合、傾斜角度を45°にすれば1.41倍のロングストローク化を達成でき、傾斜角度を30°にすれば2倍のロングストローク化を達成できる。また、このとき磁石材料の磁極領域の磁場強度分布は従来と同一でよいので、磁場強度の絶対値が磁場検出手段の使用可能範囲を超えてしまうおそれは生じない。また、磁場ベクトルの検出方法や相対変位量の演算アルゴリズムに従来技術を応用することができる。 In the invention of the linear displacement detection device according to the first aspect, the magnet material and the magnetic field detection means are capable of relative linear displacement in a displacement direction inclined with respect to the region boundary line of the magnet material while maintaining a separation distance. That is, in contrast to the conventional technique in which relative linear displacement is possible in the displacement direction orthogonal to the region boundary line, the present invention uses the tilted displacement direction, so that the detection range can be extended according to the tilt angle. For example, when the width of the magnetic pole region of the magnet material is constant, a long stroke of 1.41 times can be achieved if the tilt angle is 45 °, and a double stroke is achieved if the tilt angle is 30 °. Can be achieved. At this time, since the magnetic field strength distribution in the magnetic pole region of the magnet material may be the same as the conventional one, there is no possibility that the absolute value of the magnetic field strength exceeds the usable range of the magnetic field detecting means. Further, the conventional technique can be applied to a magnetic field vector detection method and a relative displacement calculation algorithm.
請求項2に係る発明では、磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ領域境界線と直交する方向に延在する感磁面を有する磁性プレートと、磁性プレートの領域境界線と直交する方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第1ホール素子とを含んでいる。また、請求項3に係る発明では、磁場検出手段は、磁性材料で形成されかつ相対変位方向に延在する感磁面を有する磁性プレートと、磁性プレートの相対変位方向の両端部にそれぞれ配置された二つの第1ホール素子とを含んでいる。磁性プレートと二つの第1ホール素子を組み合わせることにより、磁場ベクトルの方向すなわち磁場角度を検出することができ、磁場角度に基づいて相対変位量を高精度に求めることができる。
In the invention according to
請求項4に係る発明では、二つの第1ホール素子あるいは二つの第2ホール素子が検出した磁場の強度から垂直磁場強度を求め、二つの第1ホール素子が検出した磁場の強度から水平磁場強度を求め、垂直および水平方向の磁場強度の最大値が等しくなるようにあるいは接近するように調整することができる。これにより、磁場角度と相対変位量とのリニアリティが改善され、相対変位量の検出精度が一層向上する。
In the invention according to
請求項5に係る発明では、磁石材料は、磁場検出手段が相対直線変位する変位路から一定距離内の表面にN極およびS極のうちの一方極の磁極領域が変位路に傾斜して帯状に配列され、その両側に他方極の磁極領域が配列されて構成されている。つまり、磁極領域は合計3領域あればよく、また、変位路から一定距離以上離れた位置の磁極領域は、磁場ベクトルの検出精度に影響を及ぼさないので必要でない。これにより、磁石材料を簡素化および小形化することができる。 In the invention according to claim 5, the magnet material is formed in a belt-like shape in which the magnetic pole region of one of the N and S poles is inclined to the displacement path on the surface within a certain distance from the displacement path where the magnetic field detecting means is relatively linearly displaced. And the other pole pole region is arranged on both sides thereof. That is, the total number of the magnetic pole regions is three, and the magnetic pole region located at a distance of a certain distance or more from the displacement path is not necessary because it does not affect the detection accuracy of the magnetic field vector. Thereby, a magnet material can be simplified and reduced in size.
本発明の第1実施形態の直線変位検出装置について、図1〜図8を参考にして説明する。図1は、本発明の第1実施形態の直線変位検出装置1を模式的に説明する平面図である。直線変位検出装置1は、磁石材料2、磁場検出手段3などで構成されている。本発明の直線変位検出装置はあらゆる設置姿勢で使用でき、磁石材料2および磁場検出手段3のどちらが動くかも任意である。第1実施形態では説明を簡易にするため、磁石材料2が固定されてその表面が水平配置され、表面から一定の離隔距離Gだけ上方で磁場検出手段3が水平方向に直線変位する場合について例示説明する。
A linear displacement detection apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view schematically illustrating a linear displacement detection apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The linear displacement detection device 1 includes a
磁石材料2は、図示されるように長い矩形であり、その表面に、幅Wで3等分され長手方向に帯状に延在する3つの磁極領域21、22、23が配列されて形成されている。中央の磁極領域22はN極領域22であり、両側の磁極領域21、23は第1S極領域21および第2S極領域23である。また、N極領域22と第1S極領域21との境界が第1領域境界線24、N極領域22と第2S極領域23との境界が第2領域境界線25である。磁石材料2は、例えば、フェライトなどの磁性材料に着磁することで製作できる。磁石材料2の表面から一定の離隔距離Gだけ上方に離れ、第1および第2領域境界線24、25に対し傾斜角度αで傾斜した変位方向に、磁場検出手段3が直線変位する変位路4が設定されている。
The
図2は、第1実施形態の直線変位検出装置1を模式的に説明する、図1のP−Q方向矢視断面図である。図中の白抜きの矢印は磁石材料2内における磁場の方向を示し、破線の矢印は磁力線を示し、太い実線の矢印は磁場ベクトルB(磁場の方向)を示している。図示されるように、磁石材料2のN極領域22の幅方向中央の上方では、磁場ベクトルB1は垂直上方を向いている。以降の説明では、垂直上方を磁場角度θの基準とする(磁場ベクトルB1の磁場角度θ=0°)。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken in the direction of arrows PQ in FIG. 1 for schematically explaining the linear displacement detection device 1 of the first embodiment. The white arrow in the figure indicates the direction of the magnetic field in the
N極領域22の幅方向中央から第1領域境界線24の上方の範囲で、磁場ベクトルBは図中の左上方に向き、磁場角度θは0°〜−90°の範囲で変化する。第1領域境界線24の真上で、磁場ベクトルB2は図中の左方に水平に向いて磁場角度θ=−90°となる。さらに、第1領域境界線24を超えて第1S極領域21の幅方向中央までの上方の範囲で、磁場ベクトルBは図中の左下方に向き、磁場角度θは−90°〜―180°の範囲で変化する。同様に、N極領域22の幅方向中央から第2領域境界線24の上方の範囲で、磁場ベクトルBは図中の右上方に向き、磁場角度θは0°〜90°の範囲で変化する。第2領域境界線24の真上で、磁場ベクトルB3は図中の右方に水平に向いて磁場角度θ=90°となる。さらに、第2領域境界線25を超えて第2S極領域23の幅方向中央までの上方の範囲で、磁場ベクトルBは図中の右下方に向き、磁場角度θは90°〜180°の範囲で変化する。
In the range above the first
磁場検出手段3は、図略のガイド部材に案内されて、磁石材料2との離隔距離Gを保ちつつ変位路4上を直線変位し、例えば、図1の位置41から位置42を経て位置43に変位する。参考までに、図1で第1および第2領域境界線24、25に直交する変位路4X、および変位路4X上の位置4X1、4X2、4X3(図中に破線示)は従来技術における変位方向を示している。
The magnetic field detection means 3 is guided by a guide member (not shown) and linearly displaces on the
磁場検出手段3は、基板31上にホールICチップ(ホール素子を組み込んだ集積回路部品)32が実装されて構成されている。図3は、磁場検出手段3を構成するホールICチップ32を説明する斜視図である。図示されるように、ホールICチップ32は、軟磁性プレート33と、4個のホール素子34、35、36、37を有している。軟磁性プレート33は、円板状の軟磁性材料で形成された磁性プレートであり、図3においてホールICチップ32のチップ本体部321の上面に配置されている。軟磁性プレート33のチップ本体部321とは反対側の面(図3では上側の面)が感磁面331になっている。
The magnetic field detection means 3 is configured by mounting a Hall IC chip (an integrated circuit component incorporating a Hall element) 32 on a
軟磁性プレート33の周囲の端部とチップ本体部321との間には、90°ピッチで4個のホール素子34、35、36、37が埋設されている。このうち、2個の向かい合うホール素子34、36が二つの第1ホール素子34、36に相当し、残る2個の向かい合うホール素子35、37が二つの第2ホール素子35、37に相当する。ここで、二つの第1ホール素子34、36を結ぶ方向を主検出方向(X方向)とし、二つの第2ホール素子35、37を結ぶ方向を主検出方向(X方向)と直交するY方向とし、XY平面に直交する方向をZ方向とする。本実施形態では、二つの第1ホール素子34、36を結ぶ主検出方向(X方向)は、図1に示されるように、第1および第2領域境界線24、25と直交配置される。また、4個のホール素子34、35、36、37は、垂直方向(Z方向)の磁場に感度を有し、磁場の強さに応じた信号を出力する。
Four
ホールICチップ32は、チップ本体部321の内部にディジタルシグナルプロセッサを有し、ホール素子34、35、36、37の出力信号に対して後述する演算処理を行って相対変位量を求めるようになっている。ホールICチップ32は、チップ本体部321から出ている8本のリード322が基板31にはんだ付けされて実装される。図2に示されるように、ホールICチップ32は、軟磁性プレート33の感磁面331が磁石材料2の表面に平行して対面するように実装される。またこれにより、ホール素子34、35、36、37と磁石材料2との間が一定の離隔距離Gを保つようになっている。なお、8本のリード322により、各ホール素子34、35、36、37およびディジタルシグナルプロセッサへの電源供給と、相対変位量の演算結果の出力が行われる。
The
次に、磁場検出手段3による磁場ベクトルBの検出の原理について説明する。図4は、磁場検出手段3に垂直方向上向きの磁場(垂直磁場強度BV0)が作用している状態を説明する図である。軟磁性プレート33は周りの空間やチップ本体部321よりも透磁率が高いので磁力線を引き込む作用があり、破線の磁力線に示されるようにわずかに平行磁場が変形する。二つの第1ホール素子34、36には、概ね垂直方向上向きの磁場ベクトルB4、B5が作用する。そして、二つの第1ホール素子34、36は磁場ベクトルB4、B5の垂直成分を検出して同符号の信号を出力する。また、信号の大きさは、垂直方向上向きの磁場の強さ(垂直磁場強度BV0)に概ね比例する。2つの同符号の信号の和を求めて2で除して求めた平均値は、軟磁性プレート33の中央部における垂直方向の磁場の強さを意味することになる。
Next, the principle of detection of the magnetic field vector B by the magnetic field detection means 3 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining a state in which a vertically upward magnetic field (vertical magnetic field strength BV0) is acting on the magnetic
また、図5は、磁場検出手段3に水平方向の磁場(水平磁場強度BH0)が作用している状態を説明する図である。軟磁性プレート33が磁力線を引き込む作用により、破線の磁力線に示されるように大きく平行磁場が変形する(軟磁性プレート33内部の磁力線は省略)。これにより、二つの第1ホール素子34、36には斜め方向の磁場ベクトルB6、B7が作用する。そして、二つの第1ホール素子34、36は斜め方向の磁場ベクトルB6、B7の垂直成分(垂直磁場強度B6V、B7V)を検出し、方向が異なるため異符号の信号を出力する。また、信号の絶対値の大きさは、水平方向右向きの磁場の強さ(水平磁場強度BH0)に概ね比例する。したがって、2つの異符号の信号の差を求めて2で除した値は、軟磁性プレート33の中央部における水平方向の磁場の強さを意味することになる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a state in which a horizontal magnetic field (horizontal magnetic field strength BH0) acts on the magnetic field detection means 3. Due to the action of the
さらに、磁場検出手段3に斜め方向の磁場が作用している場合、すなわち垂直磁場強度BV0と水平磁場強度BH0とが重畳している場合にも、上述したように2つの信号の和および差を求めることで、磁場の強さを垂直方向および水平方向に分解して求めることができる。つまり、二つの第1ホール素子34、36のそれぞれは垂直方向の磁場しか検出できないが、上述した軟磁性プレート33の作用と2つの信号の和および差の演算とを組み合わせることにより磁場ベクトルB、すなわち垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度VHを検出できる。垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度VHに基づいて、ディジタルシグナルプロセッサは後述するように相対変位量を求める。なお、二つの第2ホール素子35、37を用いることにより、磁場ベクトルBを垂直Z方向および水平Y方向に分解して検出できる。
Further, when a magnetic field in an oblique direction is acting on the magnetic field detection means 3, that is, when the vertical magnetic field strength BV0 and the horizontal magnetic field strength BH0 are superposed, the sum and difference of the two signals are calculated as described above. By obtaining, the strength of the magnetic field can be obtained by decomposing in the vertical direction and the horizontal direction. That is, each of the two
次に、第1実施形態の直線変位検出装置1の作用について説明する。本実施形態では、第1S極領域21の幅方向中央からN極領域22を経て第2S極領域23の幅方向中央までの間を有効な検出範囲とする。この間では、磁場ベクトルが有する磁場角度θが一回転するので、磁場角度θを得ることで正確な相対変位量を求めることができるからである。図1で、本実施形態の変位路4上の位置41、42、43を第1および第2領域境界線24、25に沿って平行移動すると、従来技術の変位路4X上の位置4X1、4X2、4X3に重なる。また、磁場検出手段3が変位路4上の位置42で検出する磁場ベクトルBは、変位路4X上の位置4X2で検出する磁場ベクトルBに一致する。したがって、磁場検出手段3が変位路4上の任意の位置で検出する磁場ベクトルBは、従来の変位路4X上の位置で検出する磁場ベクトルBに置き換えることができる。このとき、変位路4上の相対変位量に傾斜角度αのサイン関数値(sinα)を乗じれば、変位路4X上の相対変位量に換算することができる。
Next, the operation of the linear displacement detector 1 of the first embodiment will be described. In this embodiment, the effective detection range is from the center in the width direction of the first
これは、第1実施形態において、磁石材料2の磁極領域21、22、23における磁極強度分布を従来と同一にしても、従来と同等の磁場検出精度が得られることを意味している。つまり、フェライトなどの磁性材料に着磁して磁石材料2を製作する際に、従来と同一の製法を用いることができる。
This means that in the first embodiment, even if the magnetic pole strength distribution in the
図6は、磁石材料2を変位路4上で相対直線変位させたときに磁場検出手段3が検出する垂直磁場強度および水平磁場強度(磁場ベクトル)をシミュレーションした結果を示す図である。図中の横軸は変位路4上の相対変位量であり、原点はN極領域22の幅方向中央としてある。したがって、有効な検出範囲は、(−W/sinα)〜(W/sinα)となる。また、縦軸は磁場強度を示している。図示されるように、磁場検出手段3が検出する磁場ベクトルBの垂直成分である垂直磁場強度BVは、原点を中心に左右対称な概ねコサイン関数波形となり、水平成分である水平磁場強度BHは、原点を中心に回転対称な概ねサイン関数波形となっている。また、垂直磁場強度BVの最大値BVmaxは、水平磁場強度BHの最大値BHmaxよりも大きくなっている。
FIG. 6 is a diagram showing the results of simulating the vertical magnetic field strength and the horizontal magnetic field strength (magnetic field vector) detected by the magnetic field detection means 3 when the
次に、垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度BHから磁場角度θを求めるが、その際に補正を行う。図7は、検出した垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度BHから磁場角度θを求める方法を説明するベクトル図である。補正に用いる補正係数Kは次式により求められる。 Next, the magnetic field angle θ is obtained from the vertical magnetic field strength BV and the horizontal magnetic field strength BH, and correction is performed at that time. FIG. 7 is a vector diagram illustrating a method for obtaining the magnetic field angle θ from the detected vertical magnetic field strength BV and horizontal magnetic field strength BH. The correction coefficient K used for correction is obtained by the following equation.
補正係数K=(BVmax/BHmax)
この補正係数Kを用いて、磁場角度θは逆正接関数を用いた次式により求められる。
Correction coefficient K = (BVmax / BHmax)
Using this correction coefficient K, the magnetic field angle θ can be obtained by the following equation using an arctangent function.
磁場角度θ=arctan(K・BH/BV)
補正係数Kを用いることにより、図6に示された垂直磁場強度BVおよび水平磁場密度BHの最大値を等価的に揃える作用が生じる。これにより、相対変位量を求める際のリニアリティが向上する。図8は、図6および図7から得られる磁場角度θと相対変位量の関係を示したグラフである。グラフは、原点を通る右上がりの概ね直線となっており、高いリニアリティ精度が得られる。このグラフを用いて、磁場ベクトルBの検出結果から得られた磁場角度θを相対変位量に換算できる。なお、図6の場合には、補正係数Kは1よりも大きくなるが、垂直磁場強度BVの最大値BVmaxが水平磁場強度BHの最大値BHmaxよりも小さい場合には、補正係数Kは1よりも小さくなる。
Magnetic field angle θ = arctan (K · BH / BV)
By using the correction coefficient K, there is an effect of equivalently aligning the maximum values of the vertical magnetic field strength BV and the horizontal magnetic field density BH shown in FIG. Thereby, the linearity at the time of calculating | requiring a relative displacement amount improves. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the magnetic field angle θ obtained from FIGS. 6 and 7 and the relative displacement. The graph is generally a straight line going up to the right passing through the origin, and high linearity accuracy is obtained. Using this graph, the magnetic field angle θ obtained from the detection result of the magnetic field vector B can be converted into a relative displacement amount. In the case of FIG. 6, the correction coefficient K is larger than 1, but when the maximum value BVmax of the vertical magnetic field strength BV is smaller than the maximum value BHmax of the horizontal magnetic field strength BH, the correction coefficient K is greater than 1. Becomes smaller.
以上説明したように、第1実施形態の直線変位検出装置1によれば、磁場検出手段3が検出した垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度BHから磁場角度θを求め、磁場角度θに基づいて相対変位量を高精度に求めることができる。また、変位路4と第1および第2領域境界線24、25とが成す傾斜角度αに応じて、検出範囲を(1/sinα)倍にロングストローク化できる。例えば、傾斜角度α=45°で1.41倍、傾斜角度α=30°で2倍のロングストローク化ができる。また、磁石材料2の各磁極領域21、22,23の磁場強度分布は従来と同一でよいので同一の製法を用いることができ、加えて相対変位量の演算アルゴリズムに従来技術を適用できる。
As described above, according to the linear displacement detection apparatus 1 of the first embodiment, the magnetic field angle θ is obtained from the vertical magnetic field strength BV and the horizontal magnetic field strength BH detected by the magnetic field detection means 3, and relative relative to each other based on the magnetic field angle θ. The amount of displacement can be obtained with high accuracy. Further, the detection range can be increased to (1 / sin α) times longer stroke according to the inclination angle α formed by the
次に、第2実施形態の直線変位検出装置10について説明する。図9は、本発明の第2実施形態の直線変位検出装置10を模式的に説明する平面図である。直線変位検出装置10の磁石材料2、磁場検出手段30、および演算処理部の構成および機能は第1実施形態と同じであり、磁場検出手段30の向きが異なっている。図9に示されるように、第2実施形態では、磁場検出手段30の主検出方向(X方向)が磁場検出手段3の変位方向、すなわち変位路4の方向と一致している。第2実施形態においても、垂直磁場強度BVおよび水平磁場強度BHを検出し磁場角度θを求め相対変位量を求めるアルゴリズムは第1実施形態と同様であり、効果も同様である。
Next, the linear
また、第2実施形態で、磁場検出手段30が検出する垂直磁場強度BVは第1実施形態と概ね等しくなる。一方、主検出方向(X方向)が第1および第2領域境界線24、25と直交していないので、磁場検出手段30が検出する水平磁場強度BHは第1実施形態よりも小さくなる。ここで、垂直磁場強度BVの最大値BVmaxと水平磁場強度BHの最大値BHmaxとが一致しない場合、補正係数Kを用いる補正演算方法に代えて、磁場検出手段30の向きを調整する方法を用いることもできる。具体的には、図9で磁場検出手段30を回転させることで、主検出方向(X方向)と変位路4とが成す角度を調整することができる。これにより、水平磁場強度BHの最大値BHmaxが変化し、一方垂直磁場強度BVの最大値BVmaxは略一定であるため、両者を等しくしあるいは接近させることができるので、相対変位量を求めるときに高いリニアリティ精度が得られる。
In the second embodiment, the vertical magnetic field strength BV detected by the magnetic field detection means 30 is substantially equal to that in the first embodiment. On the other hand, since the main detection direction (X direction) is not orthogonal to the first and second
次に、第3実施形態の直線変位検出装置100について説明する。図10は、本発明の第3実施形態の直線変位検出装置100を模式的に説明する平面図である。第3実施形態では、第1実施形態と比較して、磁石材料20が小形化されている。詳述すると、磁石材料20のうち、変位路4から一定距離Dを超える範囲が省略され、磁石材料20の幅が2Dに低減されている。変位路4から離れた磁極領域は変位路4上の磁場強度分布にほとんど影響しないので、磁石材料20を小形化しても相対変位量の検出精度は低下しない。
Next, the linear
なお、各実施形態では磁石材料2、20が固定されて磁場検出手段3、30が変位するものとして説明したが、逆に、磁場検出手段3、30が固定され磁石材料2、20が変位する構成であってもよい。また、軟磁性プレート33および4個のホール素子34、35、36、37を有する磁場検出手段3、30を例示したが、これに限定されない。磁場検出手段は磁場ベクトルBを検出できればよく、例えば、独立した2個のホール素子で磁場の垂直成分および水平成分をそれぞれ検出するようにしてもよい。本発明は、その他様々な応用が可能である。
In each embodiment, the
1、10、100:直線変位検出装置
2、20:磁石材料
21:第1S極領域(磁性領域) 22:N極領域(磁性領域)
23:第2S極領域(磁性領域)
24:第1領域境界線(領域境界線) 25:第2領域境界線(領域境界線)
3、30:磁場検出手段
31:基板
32:ホールICチップ 321;チップ本体部 322:リード
33:軟磁性プレート(磁性プレート) 331:感磁面
34、36:第1ホール素子
35、37:第2ホール素子
4:変位路 4X:従来の変位路
W:磁極領域の幅 G:離隔距離 α:傾斜角度 D:一定距離
B、B1〜B7:磁場ベクトル
BV、BV0、B6V、B7V:垂直磁場強度 BH、BH0:水平磁場強度
K:補正係数 θ:磁場角度
DESCRIPTION OF
23: Second S pole region (magnetic region)
24: First region boundary line (region boundary line) 25: Second region boundary line (region boundary line)
3, 30: Magnetic field detection means 31: Substrate 32:
Claims (5)
磁場を検出する感磁面を有し、前記感磁面が前記磁石材料の前記表面と一定の離隔距離を有して配置される磁場検出手段とを備え、
前記磁石材料と前記磁場検出手段とは、前記離隔距離を保ちつつ前記磁石材料の前記N極および前記S極の前記磁極領域を分ける領域境界線に対して傾斜した変位方向に相対直線変位可能とされ、
前記磁場検出手段が検出した前記磁場に基づいて前記磁石材料と前記磁場検出手段との前記変位方向の相対変位量を求めることを特徴とする直線変位検出装置。 A magnet material in which N pole and S pole magnetic pole regions are alternately arranged on the surface;
A magnetic sensing surface that detects a magnetic field, and the magnetic sensing surface is arranged with a certain separation distance from the surface of the magnet material,
The magnet material and the magnetic field detecting means are capable of relative linear displacement in a displacement direction inclined with respect to a region boundary line that separates the magnetic pole regions of the N pole and the S pole of the magnet material while maintaining the separation distance. And
A linear displacement detection apparatus, wherein a relative displacement amount in the displacement direction between the magnet material and the magnetic field detection means is obtained based on the magnetic field detected by the magnetic field detection means.
前記磁場検出手段は、前記二つの第1ホール素子を結ぶ線分と直角な方向に離間して前記磁性プレートの別の両端部にそれぞれ配置された二つの第2ホール素子をさらに含み、
前記二つの第1ホール素子が検出した磁場の強度の和を2で除することにより、あるいは前記二つの第2ホール素子が検出した磁場の強度の和を2で除することにより、前記磁性プレートの中央部における前記磁石材料の前記表面と直交する方向の垂直磁場強度を求め、
前記二つの第1ホール素子が検出した磁場の強度の差を2で除することにより、あるいは前記二つの第2ホール素子が検出した磁場の強度の差を2で除することにより、前記磁性プレートの前記中央部における前記磁石材料の前記表面と平行する方向の水平磁場強度を求め、
前記磁石材料と前記磁場検出手段とが相対直線変位したときの前記垂直磁場強度の最大値と前記水平磁場強度の最大値とが等しくなるようにあるいは接近するように、前記二つの第1ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度、あるいは前記二つの第2ホール素子を結ぶ線分と前記変位方向とが成す角度を調整することを特徴とする直線変位検出装置。 In claim 2 or 3,
The magnetic field detection means further includes two second Hall elements respectively disposed at the other end portions of the magnetic plate and spaced apart from each other in a direction perpendicular to a line segment connecting the two first Hall elements.
By dividing the sum of magnetic field intensities detected by the two first Hall elements by 2, or by dividing the sum of magnetic field intensities detected by the two second Hall elements by 2, the magnetic plate Finding the perpendicular magnetic field strength in the direction perpendicular to the surface of the magnet material in the center of
By dividing the difference in magnetic field intensity detected by the two first Hall elements by 2, or by dividing the difference in magnetic field intensity detected by the two second Hall elements by 2, the magnetic plate A horizontal magnetic field strength in a direction parallel to the surface of the magnet material in the central portion of
The two first Hall elements so that the maximum value of the vertical magnetic field strength and the maximum value of the horizontal magnetic field strength when the magnet material and the magnetic field detecting means are relatively linearly displaced are equal or close to each other. A linear displacement detecting device, wherein an angle formed by a line segment connecting the two second Hall elements and an angle formed by the line segment connecting the two displacement directions is adjusted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010246929A JP2012098190A (en) | 2010-11-03 | 2010-11-03 | Rectilinear displacement detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010246929A JP2012098190A (en) | 2010-11-03 | 2010-11-03 | Rectilinear displacement detector |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012098190A true JP2012098190A (en) | 2012-05-24 |
Family
ID=46390261
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010246929A Pending JP2012098190A (en) | 2010-11-03 | 2010-11-03 | Rectilinear displacement detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2012098190A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018013390A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | メレキシス テクノロジーズ エス エー | Displacement detector |
JP2018013391A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | メレキシス テクノロジーズ エス エー | Displacement detector |
JP2018537942A (en) * | 2015-12-04 | 2018-12-20 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | Linear Hall Device Based Vector Control (FOC) Motor Drive System |
JP2020187025A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | アイシン精機株式会社 | Rotation angle detector |
JP2021071334A (en) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Magnetic position detecting device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003524778A (en) * | 2000-01-13 | 2003-08-19 | コンティネンタル・テーベス・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・オッフェネ・ハンデルスゲゼルシヤフト | Linear displacement sensor and its use as a vehicle operating device |
JP2007040850A (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Rotating angle sensor |
JP2009192261A (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Aisin Seiki Co Ltd | Rectilinear displacement detector |
-
2010
- 2010-11-03 JP JP2010246929A patent/JP2012098190A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003524778A (en) * | 2000-01-13 | 2003-08-19 | コンティネンタル・テーベス・アクチエンゲゼルシヤフト・ウント・コンパニー・オッフェネ・ハンデルスゲゼルシヤフト | Linear displacement sensor and its use as a vehicle operating device |
JP2007040850A (en) * | 2005-08-03 | 2007-02-15 | Asahi Kasei Electronics Co Ltd | Rotating angle sensor |
JP2009192261A (en) * | 2008-02-12 | 2009-08-27 | Aisin Seiki Co Ltd | Rectilinear displacement detector |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018537942A (en) * | 2015-12-04 | 2018-12-20 | 日本テキサス・インスツルメンツ株式会社 | Linear Hall Device Based Vector Control (FOC) Motor Drive System |
JP2018013390A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | メレキシス テクノロジーズ エス エー | Displacement detector |
JP2018013391A (en) * | 2016-07-20 | 2018-01-25 | メレキシス テクノロジーズ エス エー | Displacement detector |
JP2020187025A (en) * | 2019-05-15 | 2020-11-19 | アイシン精機株式会社 | Rotation angle detector |
JP2021071334A (en) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Magnetic position detecting device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2009192261A (en) | Rectilinear displacement detector | |
JP5245114B2 (en) | Position detection device | |
KR102373646B1 (en) | Arrangement, method and sensor for measuring an absolute angular position using a multi-pole magnet | |
US9279866B2 (en) | Magnetic sensor | |
JP6597370B2 (en) | Magnetic sensor | |
US20170356764A1 (en) | Dual z-axis magnetoresistive angle sensor | |
EP2711728A1 (en) | Magnetic sensor device | |
US10508897B2 (en) | Magnet device and position sensing system | |
JP6928782B2 (en) | Magnetic position detector | |
JP6503802B2 (en) | Magnetic sensor | |
KR20180056712A (en) | Position detecting device | |
JP2012098190A (en) | Rectilinear displacement detector | |
US7969145B2 (en) | Position detecting device with a magnetoresistive element | |
US10816611B2 (en) | Measuring system | |
JP2018165699A (en) | Current sensor | |
US8203406B2 (en) | Magnetic having linear magnetic flux density | |
JP2009025047A (en) | Magnetic sensor and magnetic encoder provided with the same | |
CN109655767B (en) | Integrated magnetic structure | |
JP5143714B2 (en) | Position sensor element and position detection device | |
JP6397475B2 (en) | Position measurement method using angled collector | |
WO2010095495A1 (en) | Magnetism detection device | |
JP5875947B2 (en) | Magnetic sensor device | |
JP2007155399A (en) | Current sensor and current value calculation system having the same | |
JP2008170273A (en) | Position detector using magnetoresistance effect element | |
JP2011043338A (en) | Current sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20131010 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140207 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140218 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141014 |