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JPH0290061A - Two-dimensional acceleration sensor - Google Patents

Two-dimensional acceleration sensor

Info

Publication number
JPH0290061A
JPH0290061A JP63243136A JP24313688A JPH0290061A JP H0290061 A JPH0290061 A JP H0290061A JP 63243136 A JP63243136 A JP 63243136A JP 24313688 A JP24313688 A JP 24313688A JP H0290061 A JPH0290061 A JP H0290061A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
magnet
magnetic
acceleration
poles
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.)
Granted
Application number
JP63243136A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0789125B2 (en
Inventor
Koji Idogaki
井戸垣 孝治
Ikuo Hayashi
育生 林
Toshihisa Ishihara
稔久 石原
Tatsuo Sugitani
達夫 杉谷
Hideo Inoue
秀雄 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
Priority to JP63243136A priority Critical patent/JPH0789125B2/en
Priority to US07/412,494 priority patent/US4984463A/en
Priority to DE3932457A priority patent/DE3932457A1/en
Publication of JPH0290061A publication Critical patent/JPH0290061A/en
Publication of JPH0789125B2 publication Critical patent/JPH0789125B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

PURPOSE:To secure excellent durability and to make it possible to ensure the detection of acceleration in the direction of multiple axes without the effect of rotation by omitting mechanical contact and sliding parts in a simple constitution comprising magnetic fluid and a permanent magnet. CONSTITUTION:A permanent magnet 5 is moved to a position where receiving acceleration is balanced with magnetic viscoelasticity generated by a magnetic fluid 4 between a returning-force generating member and the poles of the magnet 5. The displacement in said movement occurs in the directions of multiple axes along the directions of the poles of the magnet 5. The displacement is detected with a magnetism detecting means. An acceleration computing means computes the acceleration based on the detected signal. A rotation preventing member is provided so as to face a part between the poles of the magnet 5. Therefore, magnetic viscoelasticity which suppresses the rotary motion of the magnet 5 acts between the high density part of the fluid 4 in the vicinity of the poles and the rotation preventing member. Since the rotation of the magnet 5 is prevented in this way, only the displacement of the magnet 5 caused by the acceleration can be detected positively without the effect of the displacement of the poles caused by the rotation.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、2次元平面で多数軸の加速度を検出する2次
元加速度センサに関し、例えば車両の前後、左右の2軸
方向の加速度を検出する2次元加速度センサとして用い
て有効である。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a two-dimensional acceleration sensor that detects acceleration in multiple axes on a two-dimensional plane, for example, detects acceleration in two axes of a vehicle, front and back and left and right. It is effective when used as a two-dimensional acceleration sensor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来から、多数軸の加速度を単一のセンサで検出するも
のとしては、例えば特開昭62−163972号等が提
案されている。これは2つの同心球殻間に磁性流体も封
入し、内球を外球内に遊動的ムこ保持し、加速度に応じ
て移動する内球の位置を検出するものである。
Conventionally, as a device for detecting acceleration of multiple axes with a single sensor, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 163972/1984 has been proposed. This device also seals a magnetic fluid between two concentric spherical shells, holds the inner sphere in a floating position within the outer sphere, and detects the position of the inner sphere as it moves in response to acceleration.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、従来のセンサは、内球を遊動的に保持するた
めの手段として、−軸あたり1対の電磁石が必要であり
、内球位置の検出のために、接触型のポテンショメータ
を用いる必要がある。従って、構造が複雑で耐久性等に
問題がある。
However, conventional sensors require one pair of electromagnets per axis to hold the inner sphere in a free-flowing manner, and a contact-type potentiometer must be used to detect the position of the inner sphere. . Therefore, the structure is complicated and there are problems with durability, etc.

そこで本発明は、PJ単な構成で、かつ機械的な接触・
摺動部なしに二次元平面内での多数軸の加速度を検出で
きる2次元加速度センサを提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has a simple PJ configuration and mechanical contact/
It is an object of the present invention to provide a two-dimensional acceleration sensor capable of detecting acceleration of multiple axes within a two-dimensional plane without a sliding part.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は、上記目的を達成するために、多数のEf!極
を有する永久磁石と、前記磁性流体と前記永久磁石とを
封入する空間を有する非磁性ハウジングと、前記ハウジ
ングの空間内にて、前記永久磁石の各磁極の法標方向に
所定距離を隔てて各々対向して設けられる復帰力発生部
材と、前記ハウジングの空間内にて、前記永久磁石と前
記復帰力発生部材との間の距離よりも小さい距離を隔て
て、前記永久磁石の磁極間に対向して設けられる回転防
止部材と、前記ハウジングの空間内での永久磁石の前記
復帰力発生部材方向への変位を検出すべ(、前記永久磁
石の磁極に近接して設けられる磁気検出手段と、前記磁
気検出手段からの信号に基づいて、前記永久磁石に作用
する加速度を求める加速度算出手段とを備えることを特
徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a large number of Ef! a permanent magnet having a pole; a non-magnetic housing having a space for enclosing the magnetic fluid and the permanent magnet; and within the space of the housing, each magnetic pole of the permanent magnet is separated by a predetermined distance in the direction of the reference mark. Returning force generating members provided oppositely to each other and opposing magnetic poles of the permanent magnets with a distance smaller than the distance between the permanent magnet and the returning force generating member within the space of the housing. a rotation prevention member provided as a magnet, a magnetic detection means provided close to a magnetic pole of the permanent magnet; It is characterized by comprising an acceleration calculation means for determining the acceleration acting on the permanent magnet based on a signal from the magnetic detection means.

(作用) 上記構成によれば、前記永久磁石は、受ける加速度と、
復帰力発生部材と永久磁石の磁極との間の磁性流体によ
り発生する磁気粘弾性力と、が釣り合う位置まで移動す
る。この移動による変位は、永久磁石の磁極方向に沿う
多数軸方向にでき、この変位は前記磁気検出手段により
検出される。また、加速度算出手段は、この検出信号に
基づいて加速度を算出する。
(Function) According to the above configuration, the permanent magnet receives acceleration and
The restoring force generating member moves to a position where the magnetorheological force generated by the magnetic fluid between the magnetic pole of the permanent magnet is balanced. Displacement due to this movement occurs in multiple axial directions along the magnetic pole direction of the permanent magnet, and this displacement is detected by the magnetic detection means. Further, the acceleration calculation means calculates acceleration based on this detection signal.

ここで、前記回転防止部材は、永久磁石と復帰力発生部
材との間の距離よりも小さい距離を隔てて、永久磁石の
磁極間に対向して設けられているので、磁極付近の磁性
流体の高い密度部分と回転防止部材との間に、永久磁石
の回転運動を抑制する磁気粘弾性力が働く。これにより
、永久磁石の回転が防止されるため、回転に伴う磁極の
変位による影響を受けずに、加速度による永久磁石の変
位のみを確実に検出することができる。
Here, the rotation prevention member is provided facing between the magnetic poles of the permanent magnet with a distance smaller than the distance between the permanent magnet and the restoring force generating member, so that the magnetic fluid near the magnetic poles is A magnetorheological force that suppresses the rotational movement of the permanent magnet acts between the high-density portion and the rotation prevention member. This prevents the permanent magnet from rotating, so that only the displacement of the permanent magnet due to acceleration can be reliably detected without being affected by the displacement of the magnetic poles due to rotation.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた様に、本発明は磁性流体と永久磁石による簡
単な構成で、しかも機械的な接触、あるいは摺動部分が
ないため、良好な耐久性を確保することができる。しか
も、永久磁石の回転を防止できるため、回転に伴う影響
を受けずに、多数軸方向の加速度を、確実に検出するこ
とができる。
As described above, the present invention has a simple structure using a magnetic fluid and a permanent magnet, and since there is no mechanical contact or sliding part, good durability can be ensured. Moreover, since rotation of the permanent magnet can be prevented, accelerations in multiple axis directions can be reliably detected without being affected by rotation.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の第1実施例を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.

第1図は第1実施例の1黄断面図で、第2図のA−A線
に沿う断面図、第2図は第1実施例の縦断面図である。
FIG. 1 is a 1-yellow sectional view of the first embodiment, a sectional view taken along the line A--A in FIG. 2, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the first embodiment.

1はアルミニウム製のメインハウジングであり、対向す
る少なくとも2組の窪み2aと2c、2bと2dを有し
、片端面が開放された略円筒空間2を内側に形成してい
る。3はアルミニウム製のサブハウジングであり、前記
円筒空間2の開放端面を閉鎖すべく前記メインハウジン
グ1にスクリ、−1la、llbにより固定されている
。スクリュー11a、llbは非磁性体でできている。
Reference numeral 1 denotes a main housing made of aluminum, which has at least two pairs of opposing depressions 2a and 2c, 2b and 2d, and forms a substantially cylindrical space 2 with one end open on the inside. Reference numeral 3 denotes a sub-housing made of aluminum, which is fixed to the main housing 1 by screws -1la, llb in order to close the open end surface of the cylindrical space 2. The screws 11a and llb are made of non-magnetic material.

サブハウジング3には前記円筒空間2と外部空間とを連
通させるべく小穴7が前記円筒空間2の円筒軸と同心に
形成されている。4は磁性流体であり、例えばイソパラ
フィン中にマンガン亜鉛フェライト等の超微粒子を分散
させたもので、永久磁石5と共に前記円筒空間2に封入
されている。
A small hole 7 is formed in the subhousing 3 so as to be concentric with the cylindrical axis of the cylindrical space 2 so as to communicate the cylindrical space 2 with an external space. A magnetic fluid 4 is, for example, one in which ultrafine particles such as manganese zinc ferrite are dispersed in isoparaffin, and is enclosed in the cylindrical space 2 together with a permanent magnet 5.

5は径方向着磁されたディスク状永久磁石で、その磁極
数は前記円筒空間2の窪み(2a〜2d)の数と等しく
、その厚みは前記円筒空間2の深さよりわずかに短い。
Reference numeral 5 denotes a disk-shaped permanent magnet magnetized in the radial direction, the number of magnetic poles of which is equal to the number of depressions (2a to 2d) in the cylindrical space 2, and the thickness thereof is slightly shorter than the depth of the cylindrical space 2.

この窪み2a〜2dは、2つの側面部から成り、1つは
永久磁石5の各磁極(N、S)の法線方向に所定距離を
隔てて各々対向して設けられる復帰力発生部2b−1で
、永久るn石5の磁極付近では、磁性流体4のみかけ密
度が大きいため、復帰力発生部と永久磁石の各磁極との
間に6n気粘弾性力が働く。この磁気粘弾性力と永久磁
石5が受ける加速度が釣り合う位置まで、永久磁石5は
各磁極の多数軸方向に移動し、静止する。また、窪みに
は、永久磁石5の各&f極(N。
The recesses 2a to 2d are composed of two side surfaces, one of which is a restoring force generating portion 2b-- which is provided facing each other at a predetermined distance in the normal direction of each magnetic pole (N, S) of the permanent magnet 5. 1, the apparent density of the magnetic fluid 4 is large in the vicinity of the magnetic pole of the permanent magnet 5, so a 6n viscoelastic force acts between the restoring force generating portion and each magnetic pole of the permanent magnet. The permanent magnet 5 moves in the direction of the majority axis of each magnetic pole until the magnetorheological force and the acceleration received by the permanent magnet 5 are balanced, and then come to rest. Moreover, each &f pole (N) of the permanent magnet 5 is placed in the recess.

S)中間部分の法線方向に対向し、前記復帰力発生部と
永久磁石の磁極との距離よりも、小さい距離を隔てて設
けられる回転防止部2b〜2がある。
S) There are anti-rotation parts 2b to 2 that face the intermediate part in the normal direction and are provided at a distance smaller than the distance between the restoring force generating part and the magnetic pole of the permanent magnet.

これは、後述する様に、永久磁石5の回転運動を防止す
る作用を行う。
This has the effect of preventing rotational movement of the permanent magnet 5, as will be described later.

磁性流体4は前記サブハウジング3の小穴7より注入さ
れ、ゴム製プラグ8でシールされたのち、キャップ9で
封印固定されている。10はOリングで、メインハウジ
ング1とサブハウジング3の間に設けられている。12
a〜12dはホール素子で、前記メインハウジング1の
窪み2a〜2dと一定間隔を保って対向するように、前
記メインハウジングIの外側に設けられた凹部L3a〜
13dに接着固定されている。
The magnetic fluid 4 is injected through the small hole 7 of the sub-housing 3, sealed with a rubber plug 8, and then sealed and fixed with a cap 9. Reference numeral 10 denotes an O-ring, which is provided between the main housing 1 and the sub-housing 3. 12
Hall elements a to 12d are recesses L3a to L3a provided on the outside of the main housing I so as to face the recesses 2a to 2d of the main housing 1 at a constant distance.
It is adhesively fixed to 13d.

14はガラスエポキシ製のプリントプレートであり、非
磁性スクリュー15によりメインハウジング1に固定さ
れ、前記ホール素子12a−12dの各端子がハンダ付
けされている。16は処理回路部であり、プリントプレ
ート14上に形成されている。
Reference numeral 14 denotes a print plate made of glass epoxy, which is fixed to the main housing 1 with non-magnetic screws 15, and each terminal of the Hall elements 12a to 12d is soldered. 16 is a processing circuit section, which is formed on the print plate 14.

17は鉄製シールドカバーで、図示されていないスクリ
ュー22a、22bによりメインハウジングlに固定さ
れている。18はシールドプレートで、スクリュー19
a〜19cによりシールドカバー17に固定されている
。シールドカバー■7とシールドカバ−ト18とにより
本センサの外形が構成されている。
Reference numeral 17 denotes an iron shield cover, which is fixed to the main housing l by screws 22a and 22b (not shown). 18 is a shield plate, screw 19
It is fixed to the shield cover 17 by a to 19c. The shield cover 7 and the shield cover 18 constitute the outer shape of this sensor.

20はゴム製グロメットで、前記シールドカバー17の
側面に設けた穴23に固定され、前記処理回路16から
のリード線束21が、このグロメット20を介して外側
へ導出されている。
Reference numeral 20 denotes a rubber grommet, which is fixed in a hole 23 provided on the side surface of the shield cover 17, and a lead wire bundle 21 from the processing circuit 16 is led out through this grommet 20.

第3図に回路系のブロック図を示す。Figure 3 shows a block diagram of the circuit system.

処理回路16より外部へ取り出されるリード線束21は
、処理回路16の端子37.3B、39゜40と接続さ
れている。39は電源に、40はアースに接続されてい
る。ホール素子12a〜12dは各々電源39、アース
40に接続されている。
The lead wire bundle 21 taken out from the processing circuit 16 is connected to terminals 37.3B and 39.40 of the processing circuit 16. 39 is connected to a power source, and 40 is connected to ground. The Hall elements 12a to 12d are connected to a power source 39 and a ground 40, respectively.

31〜36は各々差動増幅器である。31 to 36 are differential amplifiers, respectively.

ホール素子12aの2つの出力端子は差動増幅器31の
入力端子に接続されている。ホール素子12cの2つの
出力端子は差動増幅器32の入力端子に接続されている
。差動増幅器31.32の出力端子は増幅器35の入力
端子と接続れ、増幅器35の出力端子は処理回路16の
端子37に接続されている。
Two output terminals of the Hall element 12a are connected to an input terminal of a differential amplifier 31. Two output terminals of the Hall element 12c are connected to an input terminal of the differential amplifier 32. The output terminals of the differential amplifiers 31 , 32 are connected to the input terminals of an amplifier 35 , and the output terminals of the amplifier 35 are connected to a terminal 37 of the processing circuit 16 .

同様に、ホール素子12bの2つの出力端子は差動増幅
器330入力端子に接続され、ホール素子12dの2つ
の出力端子は差動増幅器34の入力端子に接続され、差
動増幅器33.34の出力端子は差動増幅2S36の入
力端子に接続され、差動増幅器36の出力端子は処理回
路16の端子38に接続されている。
Similarly, the two output terminals of the Hall element 12b are connected to the input terminal of the differential amplifier 330, the two output terminals of the Hall element 12d are connected to the input terminal of the differential amplifier 34, and the output terminals of the differential amplifier 33, 34 are connected. The terminal is connected to the input terminal of the differential amplifier 2S36, and the output terminal of the differential amplifier 36 is connected to the terminal 38 of the processing circuit 16.

100は外部演算回路で、2乗平均回路103と演算回
路104とから構成される。外部演算回路100は、公
知で、例えばバー・ブラウン社のマルチファンクション
・コンバータ(モデル4302)のベクトル関数、除算
1能を用いればよい。
Reference numeral 100 denotes an external arithmetic circuit, which is composed of a mean square circuit 103 and an arithmetic circuit 104. The external arithmetic circuit 100 may be a well-known one, for example, a vector function or division function of Burr-Brown's multi-function converter (model 4302).

外部演算回路100の入力端子101,102は処理回
路16の出力端子37.38とリード線束21を介して
接続される。入力端子101と102は2乗平均回路1
03と演算回路104に共に接続されている。2乗平均
回路103の出力端子は外部演算回路■00の出力端子
105に、割算口8104の出力端子は外部演算回路1
00の出力端子106に接続されている。
Input terminals 101 and 102 of the external arithmetic circuit 100 are connected to output terminals 37 and 38 of the processing circuit 16 via a lead wire bundle 21. Input terminals 101 and 102 are mean square circuit 1
03 and an arithmetic circuit 104. The output terminal of the mean square circuit 103 is connected to the output terminal 105 of the external arithmetic circuit 00, and the output terminal of the division port 8104 is connected to the external arithmetic circuit 1.
It is connected to the output terminal 106 of 00.

次に、上記構成に基づいて、その作動を説明する。Next, its operation will be explained based on the above configuration.

本装置は、磁性流体4中に置かれた永久磁石5が磁性流
体4をひきつけ、磁性流体4のみかけ密度が磁場勾配に
比例することに起因する磁気粘弾性により、永久磁石5
と磁性流体4を収納するハウジング(1,3)との間に
働く位置調整現象を利用して、加速度に応じた永久磁石
5の二次元変位を実現し、その変位を検出することによ
り、安定した二次元加速度検出を行うものである。
In this device, a permanent magnet 5 placed in a magnetic fluid 4 attracts the magnetic fluid 4, and the permanent magnet 5
The two-dimensional displacement of the permanent magnet 5 according to the acceleration is realized by utilizing the position adjustment phenomenon that occurs between the magnetic fluid 4 and the housing (1, 3) that houses the magnetic fluid 4, and by detecting the displacement, it is stabilized. This method performs two-dimensional acceleration detection.

径方向に多極着磁された永久磁石5は、6i磁性流4中
で浮揚する。これは磁場勾配が大きい所、即ち磁極に近
い程、磁性流体4のみかけ密度が大きくなるためである
。この時、ディスク状永久磁石5の平面方向に加速度a
が加わると、永久磁石5には慣性力が働き、メインハウ
ジングl内で移動しようとする。永久磁石5の移動に伴
いメインハウジング1の円筒空間2の外周壁近傍におけ
る磁性流体4のみかけ密度は、永久磁石5の磁極に近い
位置で大きく、遠い位置で小さくなり、永久磁石5には
磁気粘弾性的復元力が働く。この復元力と前記慣性力と
の平衡点で永久磁石5は静止する。従って、永久磁石5
の、円筒空間2内における位置を検出すれば、加速度a
に対応した信号が得られる。磁石5の位置検出にはホー
ル素子12a〜12dを用いる。
A permanent magnet 5 magnetized with multiple poles in the radial direction floats in the 6i magnetic flow 4. This is because the apparent density of the magnetic fluid 4 becomes larger where the magnetic field gradient is larger, that is, closer to the magnetic pole. At this time, an acceleration a is generated in the plane direction of the disk-shaped permanent magnet 5.
When this is applied, an inertial force acts on the permanent magnet 5, causing it to move within the main housing l. As the permanent magnet 5 moves, the apparent density of the magnetic fluid 4 near the outer circumferential wall of the cylindrical space 2 of the main housing 1 increases at positions close to the magnetic poles of the permanent magnet 5 and decreases at positions far from the magnetic poles of the permanent magnet 5. Viscoelastic restoring force works. The permanent magnet 5 stands still at the equilibrium point between this restoring force and the inertial force. Therefore, the permanent magnet 5
If the position in the cylindrical space 2 is detected, the acceleration a
A signal corresponding to can be obtained. Hall elements 12a to 12d are used to detect the position of the magnet 5.

しかしながら、磁石5が回転すると、その影響を受けて
しまい、加速度信号と分離できない。この永久磁石5の
回転を防ぐために、円筒空間2に窪み2a〜2dが設け
である。これは前記磁気粘弾性を回転方向でも利用する
ためである。永久磁石5による磁界は、磁石側面に於い
て各磁極付近を中心とする円筒状分布をする。そこで、
磁極法線方向への窪み2a〜2dを設け、磁極中間の法
線方向は比較的小ギャップとなるように円筒空間2を形
成することによって、磁石5が回転しようとしたとき、
磁極付近の磁性流体4の高いみかけ密度部分と富み23
〜2dの側面部(2b−2)との間に働く磁気粘弾性力
が、永久磁石5への復帰トルクとなって働くのである。
However, when the magnet 5 rotates, it is affected by it and cannot be separated from the acceleration signal. In order to prevent this permanent magnet 5 from rotating, depressions 2a to 2d are provided in the cylindrical space 2. This is to utilize the magnetorheological properties also in the rotational direction. The magnetic field generated by the permanent magnet 5 has a cylindrical distribution centered near each magnetic pole on the side surface of the magnet. Therefore,
By providing the recesses 2a to 2d in the normal direction of the magnetic poles and forming the cylindrical space 2 so that there is a relatively small gap in the normal direction between the magnetic poles, when the magnet 5 tries to rotate,
High apparent density part and abundance of magnetic fluid 4 near the magnetic pole 23
The magnetorheological force acting between the side surface portion (2b-2) of 2d and 2d acts as a return torque to the permanent magnet 5.

このため、永久磁石5は円筒空間2内で回転運動を阻止
され、水平面内で窪み方向への直線運動のみ許容される
Therefore, the permanent magnet 5 is prevented from rotating within the cylindrical space 2, and is only allowed to move linearly in the direction of the depression within the horizontal plane.

又、円柱磁石5は円筒空間2内における円柱軸方向に対
して動くに<<シである。これは、水平方向の加速度の
みに感度を持たせるためである。
Further, the cylindrical magnet 5 moves within the cylindrical space 2 in the axial direction of the cylinder. This is to provide sensitivity only to horizontal acceleration.

この実現には、円柱磁石5の両底面と円筒空間2の両底
面とのなす距離を、円柱磁石5の外周面と円筒空間2の
窪み2a〜2dの内側面とのなす距離に比して、十分小
さく設定することによりなされる。これは、前述の磁極
付近の磁界分布が、磁石側面のみならず底面方向にも空
間分布していることを利用している。つまり、円柱磁石
5の両底面と円筒空間2の両底面とのなす距離を充分小
さくすることによって、磁極付近の磁性流体4の高いみ
かけ密度部が磁石とハウジング間の軸方向ギャップ部に
充満し、軸方向加速度に対する永久磁石5の移動を抑制
せしめるのである。
To realize this, the distance between both bottom surfaces of the cylindrical magnet 5 and both bottom surfaces of the cylindrical space 2 is compared to the distance between the outer peripheral surface of the cylindrical magnet 5 and the inner surface of the recesses 2a to 2d of the cylindrical space 2. , by setting it sufficiently small. This utilizes the fact that the above-mentioned magnetic field distribution near the magnetic pole is spatially distributed not only in the side surface of the magnet but also in the direction of the bottom surface. In other words, by making the distance between both bottom surfaces of the cylindrical magnet 5 and both bottom surfaces of the cylindrical space 2 sufficiently small, the high apparent density portion of the magnetic fluid 4 near the magnetic poles fills the axial gap between the magnet and the housing. , the movement of the permanent magnet 5 in response to axial acceleration is suppressed.

以上の様に、円筒空間2内に封入された多極磁石5と磁
性流体4という構成において、磁石磁極と同数の窪みを
該内筒空間2に前記磁極に対向させて設け、かつ、永久
磁石5の非磁極面方向の円筒空間長さを永久磁石5の長
さよりわずかに長い程度に設定することにより、下記の
3つの効果が得られる。
As described above, in the configuration of the multipolar magnet 5 and the magnetic fluid 4 enclosed in the cylindrical space 2, the same number of depressions as the magnetic poles of the magnet are provided in the inner cylindrical space 2 facing the magnetic poles, and the permanent magnet By setting the length of the cylindrical space in the non-magnetic pole surface direction of the permanent magnet 5 to be slightly longer than the length of the permanent magnet 5, the following three effects can be obtained.

(1)永久磁石5は円筒空間2内で磁性流体4中に安定
浮揚する。
(1) The permanent magnet 5 stably floats in the magnetic fluid 4 within the cylindrical space 2.

(2)永久磁石5は、磁気粘弾性による求心復元力を受
ける。
(2) The permanent magnet 5 receives a centripetal restoring force due to magnetorheological elasticity.

(3)永久磁石5は回転しない。(3) Permanent magnet 5 does not rotate.

従って、水平面内加速度に対して永久磁石の位置、さら
に言えば各磁極の位置は一義的に定まる。
Therefore, the position of the permanent magnet, and more specifically the position of each magnetic pole, is uniquely determined with respect to acceleration in the horizontal plane.

そこで、ホール素子の様な磁界検出手段を用いて磁極位
置を検出すれば加わっている加速度がわかる。
Therefore, by detecting the magnetic pole position using a magnetic field detection means such as a Hall element, the applied acceleration can be determined.

具体的な例を第1図及び第3図を用いて説明する。第1
図ら)に於いて、y軸を窪み2a−2c方向に、y軸を
窪み2b−2d方向にとる。χ軸方向の永久磁石5の磁
極は共にS極、y軸方向はN極となる4極磁石の場合が
図示しである。本装置に、第1図(b)の如く加速度A
が加わるとメインハ度aが加わる。加速度aは加速度A
と大きさが同じて反対方向に向かうベクトルである。磁
石5の重量をmとすると、磁石5に働く慣性力F、はF
=に、・m−aと表すことができる。ここで、kは種々
その条件によって決まる定数である。又、磁気弾性力F
2は慣性力F1と逆向きで同じ大きさとなる。
A specific example will be explained using FIGS. 1 and 3. 1st
In Fig. 3), the y-axis is taken in the direction of the depressions 2a-2c, and the y-axis is taken in the direction of the depressions 2b-2d. The illustrated case is a four-pole magnet in which both the magnetic poles of the permanent magnet 5 in the χ-axis direction are S poles, and the magnetic poles in the y-axis direction are N poles. This device has an acceleration A as shown in Fig. 1(b).
When , the main power degree a is added. Acceleration a is acceleration A
are vectors that have the same magnitude and point in opposite directions. If the weight of the magnet 5 is m, the inertial force F acting on the magnet 5 is F
= can be expressed as ・m−a. Here, k is a constant determined by various conditions. Also, the magnetoelastic force F
2 has the opposite direction and the same magnitude as the inertial force F1.

ここで、円筒空間2の水平断面において、その中心を原
点にとり、磁気弾性力F、と慣性力F1とが平面してい
る時の磁石5の中心位置をP(χ。
Here, in the horizontal section of the cylindrical space 2, the center is set as the origin, and the center position of the magnet 5 when the magnetoelastic force F and the inertial force F1 are in a plane is P(χ.

y)とすると、磁石5の移動量が小さい場合、Fzl=
kz・Jz”+y”という関係カ成立する。ここで、k
!は定数である。従って、IF。
y), when the amount of movement of the magnet 5 is small, Fzl=
The relationship kz·Jz"+y" is established. Here, k
! is a constant. Therefore, IF.

(z、y)= (k・ la  l  ・cosθ、に
−1asinθ)となり、磁石位置(χ、y)を知れば
加わっている加速度が判る。
(z, y)=(k・la l・cos θ, −1 asin θ), and if you know the magnet position (χ, y), you can know the applied acceleration.

そこで、第1図(a)に示す様にホール素子12a〜1
2dを磁極に対向させて配置する。ホール素子12a、
12cは磁石5のS極と対向し、各々、S極が近づく時
に正の出力が大きくなるように配置されている。又、ホ
ール素子12b、12dは磁石5ON極と対向し、各々
、N極が近づく時に正の出力が大きくなるように配置さ
れている。従って、例えば第1図(a)、 (b)で磁
石5がχ軸方向へ水平に動くとホール素子12aと磁極
Sが近づき、ホール素子12aの出力は大となる。同時
に、ホール素子12cの出力は小となる。ホール素子出
力電圧は、ホール素子・磁極間距離の2乗に略反比例し
た出力となる。
Therefore, as shown in FIG. 1(a), the Hall elements 12a to 1
2d is placed facing the magnetic pole. Hall element 12a,
12c faces the S pole of the magnet 5, and is arranged so that the positive output increases when the S pole approaches each other. Further, the Hall elements 12b and 12d are arranged so as to face the ON pole of the magnet 5, and to increase their positive output when the N pole approaches each other. Therefore, for example, when the magnet 5 moves horizontally in the χ-axis direction as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the Hall element 12a and the magnetic pole S approach each other, and the output of the Hall element 12a increases. At the same time, the output of the Hall element 12c becomes small. The Hall element output voltage is approximately inversely proportional to the square of the distance between the Hall element and the magnetic poles.

よって、ホール素子12aと12cとの差動出力をとれ
ば、磁石移動量が小さい場合には、磁石位置のχ方向成
分に略比例した出力電圧を得ることができる。又、同様
にしてホール素子12 b。
Therefore, by obtaining a differential output between the Hall elements 12a and 12c, when the amount of magnet movement is small, it is possible to obtain an output voltage that is approximately proportional to the χ direction component of the magnet position. Similarly, the Hall element 12b.

12dの差動出力をとれば、磁石位置のy方向成分に略
比例した出力電圧を得ることができる。この様にして得
られた、ホール素子12a、12cの差動出力電圧Vx
とホール素子12b、12dの差動出力vyとは、各々
永久磁石5の中心位置(χ、y)に対応した値となる。
By obtaining a differential output of 12d, it is possible to obtain an output voltage approximately proportional to the y-direction component of the magnet position. Differential output voltage Vx of Hall elements 12a and 12c obtained in this way
and the differential output vy of the Hall elements 12b and 12d each have a value corresponding to the center position (χ, y) of the permanent magnet 5.

又、差動出力をとることにより、高ゲインと良好な直線
性および温度補償が行える。
Also, by providing differential output, high gain, good linearity, and temperature compensation can be achieved.

そこで、第3図の様に外部処理回路100により、上記
差動電圧Vx、Vyをもとに1./ V X” +度a
の大きさlalを、後者が加速度aの方向tanθを表
すことになる。
Therefore, as shown in FIG. 3, the external processing circuit 100 calculates 1. / V X” + degree a
The latter represents the direction tanθ of the acceleration a.

なお、第3図の処理回路16について節単に触れておく
。ホール素子12a〜12dは、端子39を介して安定
化電源に結合されている。ホール素子12aの出力は、
差動増幅器31を介して得られ、同様に、ボール素子1
2b〜12dの出力は差動増幅器32〜34を介して得
られる。そして、差動増幅器31と32の出力の差動出
力が差動増幅器35を介して得られ、端子37に接続さ
れる。又、差動増幅器33.34の出力の差動出力が差
動増幅器36を介して得られ、端子38に接続される。
Incidentally, the processing circuit 16 shown in FIG. 3 will be briefly mentioned. Hall elements 12a-12d are coupled to a stabilized power source via terminal 39. The output of the Hall element 12a is
obtained via a differential amplifier 31 and similarly ball element 1
Outputs 2b-12d are obtained via differential amplifiers 32-34. A differential output of the outputs of the differential amplifiers 31 and 32 is obtained via a differential amplifier 35 and connected to a terminal 37. Further, differential outputs of the outputs of the differential amplifiers 33 and 34 are obtained via a differential amplifier 36 and connected to a terminal 38.

従って、端子37より前記出力電圧Vxが、端子38よ
り前記出力電圧vyが得られるという構成になっている
Therefore, the configuration is such that the output voltage Vx is obtained from the terminal 37 and the output voltage vy is obtained from the terminal 38.

円筒空間2内に封入される磁性流体4の量、即ち、円筒
空間2の容積より永久磁石lの容積をさし引いた容積は
、自由状態で永久磁石1が保持しうる磁性流体の総量と
等しくなることが好ましい。
The amount of magnetic fluid 4 sealed in the cylindrical space 2, that is, the volume obtained by subtracting the volume of the permanent magnet 1 from the volume of the cylindrical space 2, is the total amount of magnetic fluid that the permanent magnet 1 can hold in a free state. Preferably, they are equal.

ここで、自由状態で永久磁石1が保持しうるtR性流体
総量とは、常温常圧下で磁性流体中に永久磁石lを挿入
し、引き上げた時に永久磁石1に付着している磁性流体
の総量をいう。この量よりも大きくなるように容積決定
すれば、加速度に対する永久C8石移動量に不感帯を生
ずる。小さく設定すれば加速度に対する移動量が減り、
感度が低下するからである。
Here, the total amount of tR magnetic fluid that the permanent magnet 1 can hold in a free state is the total amount of magnetic fluid that adheres to the permanent magnet 1 when the permanent magnet 1 is inserted into the magnetic fluid at room temperature and normal pressure and pulled out. means. If the volume is determined to be larger than this amount, a dead zone will occur in the permanent C8 stone movement amount with respect to acceleration. If set to a small value, the amount of movement relative to acceleration will be reduced,
This is because sensitivity decreases.

第4図に、印加加速度の大きさに対するホール素子12
a、12.cの差動出力Vxを、第5図に同じくホール
素子12b、12cの差動出力vycosθ、vyはl
al ・sinθを示し、実線は加速度センサから得ら
れる実測値を示す。
FIG. 4 shows the effect of the Hall element 12 on the magnitude of the applied acceleration.
a, 12. Similarly, the differential output Vx of Hall elements 12b and 12c is shown in FIG.
al ·sin θ is shown, and the solid line shows the actual measured value obtained from the acceleration sensor.

次に、第2実施例の構成を面巾に説明する。前記第1実
施例と同様の構成又は同様の機能をもつ部分については
、同一符号を付して説明は省略する。
Next, the configuration of the second embodiment will be explained in detail. Portions having the same configuration or similar functions as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and explanations thereof will be omitted.

第1実施例は、復帰力発生部と回転防止部とを有する窪
み(2a〜2d)を用いたが、第2実施例においては、
各部を2つの部分に分離して、構造を容易にした。
The first embodiment used recesses (2a to 2d) having a return force generating part and a rotation prevention part, but in the second embodiment,
Each part was separated into two parts to facilitate construction.

まず、永久磁石5の各磁極(S、  N、  S、 N
)の法線方向に対向して、復帰力発生壁1 a−1dが
設けられ、この復帰力発生壁1 a−1dは、メインハ
ウジング1と一体に形成されている。また、復帰力発生
壁1 a −1d内には、各々ホール素子12a−12
dが収納可能な空間が形成されている。また、永久磁石
5の各磁極の中間部の法線方向には、回転防止壁3a〜
3dが設けられ、回転防止壁3a〜3dはサブハウジン
グ3と一体に形成されている。回転防止壁3a〜3dは
、永久磁石5の回転を防止するために、永久磁石5に対
して法線方向の成分をもつ壁面が有効である。
First, each magnetic pole of the permanent magnet 5 (S, N, S, N
Returning force generating walls 1 a - 1 d are provided opposite in the normal direction of ), and these returning force generating walls 1 a - 1 d are formed integrally with the main housing 1 . In addition, Hall elements 12a-12 are provided in the return force generating walls 1a-1d, respectively.
A space is formed in which d can be stored. Further, in the normal direction of the intermediate portion of each magnetic pole of the permanent magnet 5, rotation prevention walls 3a to
3d, and the rotation prevention walls 3a to 3d are formed integrally with the subhousing 3. For the rotation prevention walls 3a to 3d, wall surfaces having a component in the normal direction to the permanent magnet 5 are effective in order to prevent the permanent magnet 5 from rotating.

この復帰力発生壁1 a−1dと回転防止壁3a〜3d
、及び永久磁石5の周囲の磁性流体4の磁気粘弾性力に
より、永久磁石5は、第6図中の上下、左右の2軸方向
へ移動可能で、しかも、永久磁石5自体の回転は、回転
防止壁3a〜3dにより防止されるので、第2実施例に
おいても、ホール素子12a−12dは永久磁石50回
転に伴う出力変化の影響を受けずに、加速度による永久
tn石5の変位のみを確実に検出できる。
These return force generating walls 1a-1d and rotation prevention walls 3a-3d
, and the magnetorheological force of the magnetic fluid 4 around the permanent magnet 5, the permanent magnet 5 can be moved in two axes directions, up and down and left and right in FIG. 6, and the rotation of the permanent magnet 5 itself is as follows. Since rotation is prevented by the rotation prevention walls 3a to 3d, in the second embodiment as well, the Hall elements 12a to 12d are not affected by the output change caused by the 50 rotations of the permanent magnet, and can only prevent the displacement of the permanent tn stone 5 due to acceleration. Can be detected reliably.

上述の実施例において、永久磁石の磁極数及び円筒空間
の窪み数は4個(対向する2組)として示したが、2組
以上であれば、何回でもかまわない。
In the above-mentioned embodiment, the number of magnetic poles of the permanent magnet and the number of depressions in the cylindrical space are shown as four (two sets facing each other), but as long as there are two or more sets, it does not matter how many times.

又、磁石位置検出手段としてホール素子を例にあげたが
、磁気抵抗素子やコイルのような他の磁気検出手段でも
よい。
Further, although a Hall element is used as an example of the magnet position detecting means, other magnetic detecting means such as a magnetoresistive element or a coil may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1実施例を示す横断面図、第2図は
第1実施例のm断面図、第3図は実施例の電気回路を示
す回路図、第4図、第5図は加速度センサの出力特性を
示す特性図、第6図は第2実施例を示す横断面図、第7
図は第2実施例を示す縦断面図である。 1・・・メインハウジング、2・・・空間、2a〜2d
・・・窪み、3・・・サブハウジング、4・・・磁性流
体、5・・・永久磁石、12a−12d・・・ホール素
子、  la〜1d・・・復帰力発生壁、3a〜3d・
・・回転防止壁。 代理人弁理士  岡 部   隆 第 図 第 図 駕 図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the first embodiment, FIG. 3 is a circuit diagram showing an electric circuit of the embodiment, and FIGS. The figure is a characteristic diagram showing the output characteristics of the acceleration sensor, FIG. 6 is a cross-sectional view showing the second embodiment, and FIG.
The figure is a longitudinal sectional view showing the second embodiment. 1... Main housing, 2... Space, 2a to 2d
... recess, 3 ... subhousing, 4 ... magnetic fluid, 5 ... permanent magnet, 12a-12d ... Hall element, la - 1d ... return force generating wall, 3a - 3d.
...Anti-rotation wall. Representative Patent Attorney Takashi Okabe

Claims (1)

【特許請求の範囲】 磁性流体と、 多数の磁極を有する永久磁石と、 前記磁性流体と前記永久磁石とを封入する空間を有する
非磁性ハウジングと、 前記ハウジングの空間内にて、前記永久磁石の各磁極の
法線方向に所定距離を隔てて各々対向して設けられる復
帰力発生部材と、 前記ハウジングの空間内にて、前記永久磁石と前記復帰
力発生部材との間の距離よりも小さい距離を隔てて、前
記永久磁石の磁極間に対向して設けられる回転防止部材
と、 前記ハウジングの空間内での永久磁石の前記復帰力発生
部材方向への変位を検出すべく、前記永久磁石の磁極に
近接して設けられる磁気検出手段と、 前記磁気検出手段からの信号に基づいて、前記永久磁石
に作用する加速度を求める加速度算出手段と を備える2次元加速度センサ。
[Scope of Claims] A magnetic fluid; a permanent magnet having a large number of magnetic poles; a non-magnetic housing having a space for enclosing the magnetic fluid and the permanent magnet; restoring force generating members provided facing each other at a predetermined distance in the normal direction of each magnetic pole; and a distance within the space of the housing that is smaller than the distance between the permanent magnet and the restoring force generating member. a rotation preventing member provided oppositely between the magnetic poles of the permanent magnet, and a rotation preventing member provided oppositely between the magnetic poles of the permanent magnet; A two-dimensional acceleration sensor comprising: a magnetic detection means provided in close proximity to the permanent magnet; and an acceleration calculation means for calculating acceleration acting on the permanent magnet based on a signal from the magnetic detection means.
JP63243136A 1988-09-28 1988-09-28 Two-dimensional acceleration sensor Expired - Lifetime JPH0789125B2 (en)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60143781A (en) * 1983-12-30 1985-07-30 Shimadzu Corp Acceleration detection apparatus
JPS62163972A (en) * 1986-01-14 1987-07-20 Diesel Kiki Co Ltd Acceleration sensor
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