(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を形成するための第１の磁石（４）及び第２の磁石（５）と磁束密度センサ（３）とを有する磁気変位センサであって、
前記第１の磁石（４）及び前記第２の磁石（５）は、静止状態中に当該中心をｘ軸にほぼ沿わせて配置されていて、
前記第１の磁石（４）及び前記第２の磁石（５）は、静止状態中にｙ軸に対してほぼ対称に配置されていて、
前記磁束密度センサ（３）と前記第１の磁石（４）及び前記第２の磁石（５）とが、前記ｘ軸の方向に互いに相対移動可能であり、
前記磁束密度センサ（３）は、ｚ軸の方向に延びる磁界の磁束密度のｚ成分（Ｂｚ）を測定するように構成されている当該磁気変位センサにおいて、
前記磁石（４，５）の、前記ｚ軸の方向に延びる第１のｚ寸法（Ｚ１）が、前記ｙ軸に向かって減少するように、各磁石（４，５）が、前記ｘ軸の方向に形成されている結果、前記ｚ成分（Ｂｚ）が、行程（ΔＸ）の範囲内でほぼ直線の特性曲線を成し、かつ
前記磁石（４，５）の、前記ｚ軸の方向に延びる第２のｚ寸法（Ｚ２）が、前記ｘ軸に向かって減少するように、各磁石（４，５）が、前記ｙ軸の方向に形成されている結果、前記ｚ成分（Ｂｚ）が、横ずれ（ΔＹ）の範囲内でほぼ一定であることを特徴とする磁気変位センサ。
【請求項２】
各磁石（４，５）は、輪郭体（８）を有し、内側輪郭縁（Ｋ）を有する断面輪郭（Ｑ）が、長方形半分（Ｒ）に沿って形成されるように、この輪郭体（８）は形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気変位センサ。
【請求項３】
各磁石（４，５）は、輪郭体（８）を有し、内側輪郭縁（Ｋ）を有する断面輪郭（Ｑ）が、半円（Ｈ）に沿って形成されるように、この輪郭体（８）は形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気変位センサ。
【請求項４】
各磁石（４，５）は、輪郭体（８）を有し、内側輪郭縁（Ｋ）を有する断面輪郭（Ｑ）が、楕円半分（Ｅ）に沿って形成されるように、この輪郭体（８）は形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気変位センサ。
【請求項５】
前記内側輪郭縁（Ｋ）は、直線状であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項６】
前記断面輪郭（Ｑ）は、三角形であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項７】
前記断面輪郭（Ｑ）は、２つのほぼ直角部分を有する四角形であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項８】
前記内側輪郭縁（Ｋ）は、非直線状であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項９】
前記断面輪郭（Ｑ）は、２つのほぼ直角部分を有する四角形であることを特徴とする請求項８に記載の磁気変位センサ。
【請求項１０】
各磁石（４，５）は、輪郭体（８）を有し、この輪郭体（８）は、第１の内側輪郭縁（Ｋ１）を有する第１の断面輪郭（Ｑ１）と第２の内側輪郭縁（Ｋ２）を有する第２の断面輪郭（Ｑ２）とによって形成されていて、前記第１の断面輪郭（Ｑ１）及び第２の内側輪郭縁（Ｋ２）は、１つの軌道（Ｒ）の一部分に沿って形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気変位センサ。
【請求項１１】
前記輪郭体（８）は、底（１２）と一緒に１つの部材として形成されていることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項１２】
前記第１の磁石（４）及び前記第２の磁石（５）は、一緒に１つの部材として形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項１３】
前記第１の磁石（４）及び前記第２の磁石（５）は、軟磁性の磁石保持体（６）上に配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【請求項１４】
前記磁束密度センサ（３）は、その少なくとも一部を前記第１の磁石（４）と前記第２の磁石（５）とによって区画された収容室間（Ａ）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の磁気変位センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、請求項１の上位概念に記載の磁気変位センサに関する。
【背景技術】
【０００２】  公知の磁気変位センサは、無接触変位測定に使用される。これらのセンサは、互いに空隙の間隔をおいて設けられかつ相対移動可能な磁気発生器及び磁束密度センサを持っている。磁気発生器は、直方体状に形成されて磁石保持体上に設けられる２つの磁石を持っている。磁束密度センサは磁束密度のｚ成分を評価し、こうして測定すべき変位の程度を与える。測定すべき変位はできるだけ正確に求められるようにするので、磁気変位センサにおいて、測定特性の改善に対する不断の希望がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従って本発明の基礎になっている課題は、測定特性を改善された磁気変位センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題は、磁界を形成するための第１の磁石４及び第２の磁石５と磁束密度センサ３とを有する磁気変位センサであって、前記第１の磁石４及び前記第２の磁石５は、静止状態中に当該中心をｘ軸にほぼ沿わせて配置されていて、前記第１の磁石４及び前記第２の磁石５は、静止状態中にｙ軸に対してほぼ対称に配置されていて、前記磁束密度センサ３と前記第１の磁石４及び前記第２の磁石５とが、前記ｘ軸の方向に互いに相対移動可能であり、前記磁束密度センサ３は、ｚ軸の方向に延びる磁界の磁束密度のｚ成分Ｂｚを測定するように構成されている当該磁気変位センサにおいて、前記磁石４，５の、前記ｚ軸の方向に延びる第１のｚ寸法Ｚ１が、前記ｙ軸に向かって減少するように、各磁石４，５が、前記ｘ軸の方向に形成されている結果、前記ｚ成分Ｂｚが、行程ΔＸの範囲内でほぼ直線の特性曲線を成し、かつ、前記磁石４，５の、前記ｚ軸の方向に延びる第２のｚ寸法Ｚ２が、前記ｘ軸に向かって減少するように、各磁石４，５が、前記ｙ軸の方向に形成されている結果、前記ｚ成分Ｂｚが、横ずれΔＹの範囲内でほぼ一定であることによって解決される。
本発明によれば、ｘ軸の方向（ｘ方向）及びｙ軸の方向（ｙ方向）における磁石の適切な形成により、改善された測定特性から得られることがわかった。ｘ方向における適切な形成により、変位センサのｘ方向における行程の範囲における磁束密度のｚ成分が直線化される。こうして変位センサは、所望の行程内で許容最大磁束密度を持つｚ成分に対する直線状特性曲線を持つ。これにより行程の各箇所で、変位センサの同じ最大分解能が保証される。更に変位測定に基く制御システムを簡単に設計することができる。なぜならば、特性曲線が直線的に延びているからである。ｙ方向における適切な形成により、取付け公差によりｙ方向に生じる横ずれの範囲において、ｚ成分が実質的に一定であるようにすることができる。従って直線状特性曲線は、ｙ方向における磁石の横ずれとは実質的に無関係である。これにより高度の強さ及び取付け公差に対する不感性が得られる。必要に応じて選択的にｘ方向及びｙ方向に形成を行うことができる。
【０００５】  請求項１による変位センサは、ｘ方向における簡単な形成を可能にする。磁石のｚ寸法従って磁石の厚さがｙ軸の方へ減少することによって、磁石は、ｙ軸から遠い方の縁に、ｙ軸に近い方の縁におけるより大きい磁石厚さを持っている。これにより行程の両方の縁におけるｚ成分の特性曲線の扁平化が相殺される。【０００６】  請求項１による変位センサは、ｙ方向における簡単な形成を可能にする。磁石のｚ寸法従って磁石の厚さがｘ軸の方へ減少することによって、磁石は、ｘ軸から遠い方の縁に、ｘ軸に近い方の縁におけるより大きい磁石厚さを持っている。これにより両方の縁の方への磁束密度のｚ成分の低下が保証され、それによりｚ成分の特性曲線が、ｙ方向における磁石の位置とは実質的に無関係である。従って磁石の横ずれはｚ成分の変化を生じない。なぜならば、ｚ成分の特性曲線は実質的にｙ方向に一定だからである。【０００７】  請求項２〜４の１つによる変位センサは簡単に製造可能である。【０００８】  請求項５による変位センサは、ｘ方向及びｙ方向における簡単な形成を可能にする。【０００９】  請求項６による変位センサは、ｚ成分の改善された磁界推移を持っている。なぜならば、磁石はｚ方向に先細になっているからである。【００１０】  請求項７による変位センサは、ｚ成分の規定された磁界推移を持ち、同時に簡単に製造可能である。なぜならば、磁石はｚ方向に先細になり、簡単に製造される幅の狭い縁を持っているからである。【００１１】  請求項８による変位センサは、ｘ方向及びｙ方向におけるｚ成分の規定された調節を可能にする。この場合内側輪郭縁は特に凹又は凸に延びている。【００１２】  請求項９による変位センサは、磁石の簡単な製造を可能にしながら、規定されかつ必要に応じて調節可能な磁界推移を可能にする。【００１３】  請求項１０による変位センサは、ｘ方向及びｙ方向に互いに無関係な形成を可能にする。内側輪郭縁はなるべく同じ形状を持ち、例えば直線状に形成されている。軌道は例えば長方形半分、半円又は楕円半分であってもよい。長方形半分の場合、両方の断面輪郭の間の移行部は、不連続的又は連続的である。半円又は楕円半分の場合、両方の断面輪郭の間の移行部は連続的である。断面輪郭は請求項７〜１１に従って形成することができる。【００１４】  請求項１１による変位センサは高い機械的安定性を持っている。【００１５】  請求項１２による変位センサは簡単に構成される。特に両方の磁石に対する共通の保持体は必要でない。なぜならば、これらの磁石は一体だからである。【００１６】  請求項１３による変位センサは、磁束密度センサの側の有効磁界を増大する。【００１７】  請求項１４による変位センサは簡単にかつこじんまり構成される。特に磁束密度センサの範囲に高い有効磁界が存在し、それにより磁石材料を節約することができる。【００１８】  本発明のそれ以外の特徴、利点及び詳細は、複数の実施例の以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】  第１実施例による磁気変位センサの側面図を示す。
【図２】  図１の変位センサの磁気発生器の平面図を示す。
【図３】  図２の磁気発生器の斜視図を示す。
【図４】  磁束密度にｚ成分の特性曲線を示す。
【図５】  第２実施例による磁石の斜視図を示す。
【図６】  図５の磁石の平面図を示す。
【図７】  第３実施例による２つの磁石の斜視図を示す。
【図８】  第４実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【図９】  第５実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【図１０】  第６実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【図１１】  第７実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【図１２】  第８実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【図１３】  第９実施例による１つの磁石の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】  図１〜４を参照して本発明の第１実施例を以下に説明する。磁気変位センサ１は磁気発生器２及び付属する磁束密度センサ３を持っている。磁気発生器２は、磁界を形成するため、永久磁石として形成される第１の磁石４及び永久磁石として形成される第２の磁石５を持ち、図１及び２に示す静止状態でこれらの磁石４，５は、ｘ軸に沿って磁石保持体６上のほぼ中心に設けられている。更に磁石４，５は静止状態でｙ軸に軸対象に磁石保持体６上に設けられている。従ってｙ軸は、静止状態で磁石４，５の間のほぼ中心に延びている。磁石４，５はｘ軸の方向（以下ｘ方向という）に磁石間隔Ｌを持っている。ｘ軸及びｙ軸に対して直角に延びるｚ軸の方向において、磁束密度センサ３は磁気発生器２から間隔を置いている。この間隔は空隙Ｓと称される。磁束密度センサ３はホールセンサとして構成され、ｚ軸の方向（以下ｚ方向という）に延びる磁界の磁束密度のｚ成分を測定するため、静止状態でｚ軸にある検出範囲７を持っている。ｚ成分は以下Ｂｚで示す。
【００２１】  磁束は軟磁性材料から成り、有効磁界即ち磁束密度センサ３の側でｚ成分Ｂｚを増幅する。
【００２２】  磁気発生器２と磁束密度センサ３はｘ方向に相対移動可能であり、磁束密度センサ３は異なるｘ位置で異なるｚ成分を測定する。こうして変位センサ１により、変位センサ１の行程ΔＸにわたってｘ方向における変位Ｘの測定が可能である。
【００２３】  磁石４，５は収容空間Ａを規定する。磁束密度センサ３は収容空間Ａ外に設けられている。その代わりに、磁束密度センサを一部収容空間Ａ内に設けることもできる。
【００２４】  磁石４，５は、図４に示すように、ｚ成分Ｂｚが行程ΔＸの範囲内でほぼ直線的な特性曲線を持つように、ｘ方向に形成されている。このため磁石４，５は楔状に形成されているので、磁石４，５のｚ方向に延びる第１のｚ寸法Ｚ１は、ｙ軸の方へ減少している。各磁石４，５は、内側輪郭縁Ｋを有する付属する断面輪郭Ｑを持つ輪郭体８を形成している。断面輪郭Ｑは３つの直角を持つ五角形である。付属する内側輪郭縁Ｋは直線的に延びている。従って輪郭体８は、ｘ−ｙ面に対して鋭角をなして延びる斜面９及びｘ−ｙ面に対して平行に延びる第１の縁面１０及びｙ−ｚ面に対して平行に延びる第２の縁面１１を持つ楔として形成されている。
【００２５】  磁石４，５が第１の縁面１０の範囲で第２の縁面１１の範囲におけるより大きいｚ寸法Ｚ１、従って大きい材料厚さを持っていることによって、行程ΔＸにわたってｚ成分Ｂｚの直線的推移が得られる。図４には、本発明によって得られる直線的推移が実線で示され、これに反し従来の変位センサにより得られる推移は破線で示されている。
【００２６】  図５及び６を参照して、本発明の第２実施例を以下に説明する。磁石４，５は、底１２及びその上に設けられる輪郭体８を持っている。これらの磁石は１片から形成さえている。磁石４，５はｘ方向に、行程ΔＸの範囲におけるｚ成分Ｂｚが第１の実施例に一致してほぼ直線的な特性曲線を持つように、形成されている。更に磁石４，５はｙ軸の方向（以下ｙ方向という）に、ｙ方向における横ずれΔＹの範囲におけるｚ成分Ｂｚがほぼ一定であるように、形成されている。このため磁石４，５はｙ方向に、ｚ方向に延びる第２のｚ寸法Ｚ２がｘ軸の方へ減少するように、形成されている。輪郭体８は、２つの直角と１つの直線的内側輪郭縁Ｋを持つ四角形である断面輪郭Ｑが長方形半分Ｒの形の軌道に沿って描かれるように、形成される。それによりＵ字状の斜面９及びＵ字状の第１の縁面１０が生じる。
【００２７】  磁石４，５は、輪郭体８及び底１２により区画される収容空間Ａを規定している。磁束密度センサ３は、収容空間Ａ外に間隔Ｓを置いて設けられている。その代わりに、磁束密度センサ３を少なくとも一部収容空間Ａ内に設けることができる。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００２８】  図７を参照して、本発明の第３実施例が以下に説明される。前の実施例とは異なり、磁石４，５は１片から形成されている。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００２９】  図８を参照して、本発明の第４実施例が以下に説明される。第２及び第３の実施例とは異なり、断面輪郭Ｑが三角形である。これにより、第１の縁面１０が数学的に見てＵ字状の縁を生じる。これにより磁界推移を改善することができる。
【００３０】  図９を参照して、本発明の第５実施例が以下に説明される。前の実施例とは異なり、輪郭体８は、直線状内側輪郭縁Ｋを持つ三角形の断面輪郭Ｑが半円Ｈに沿って描かれるように、形成される。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００３１】  図１０を参照して、本発明の第６実施例が以下に説明される。前の実施例とは異なり、磁石４，５は底を持っていない。従って輪郭体８は磁石４，５に一致する。２つの直角と１つの直線状内側輪郭縁Ｋを持つ四角形である断面輪郭Ｑは、半円Ｈに沿って描かれる。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００３２】  図１１を参照して、本発明の第７実施例が以下に説明される。前の実施例とは異なり、２つの直角を持つ四角形として形成される断面輪郭Ｑは、非直線状内側輪郭縁Ｋを持っている。内側輪郭縁Ｋは、ｘ軸及び／又はｙ軸からの間隔の増大と共に次第に急峻に延びている。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００３３】  図１２を参照して、本発明の第８実施例が以下に説明される。前の実施例とは異なり、輪郭体８は、断面輪郭Ｑが直線状内側輪郭縁Ｋを有する長方形の形を持ち、この長方形が長方形半分Ｒに沿って描かれるように、形成されている。磁石４，５は１片から形成され、底を持っていない。従って磁石４，５は、ｘ−ｙ面に対してほぼ直角に延びる面９を持つ長方形枠を形成している。それ以外の作用に関しては前の実施例が参照される。
【００３４】  図１３を参照して、本発明の第９実施例を以下に説明する。前の実施例とは異なり、第１の内側輪郭縁Ｋ１を持つ第１の断面輪郭Ｑ１及びそれとは異なり第２の内側輪郭縁Ｋ２を持つ第２の断面輪郭Ｑ２により、輪郭体８が形成されている。断面輪郭Ｑ１及びＱ２は２つのほぼ直角を持つ四角形の形状を持っている。内側輪郭縁Ｋ１及びＫ２は直線状であり、内側輪郭縁Ｋ１は内側輪郭縁Ｋ２と比較して一層急峻に延びている。輪郭体８は、第１の断面輪郭Ｑ１がｘ方向に２つの平行な直線部分Ｒ１及びＲ３に沿って描かれ、第２の輪郭断面Ｒ２がそれに対して直角に延びる軌道Ｒの部分Ｒ２に沿って描かれる。軌道Ｒは長方形半分の形状を持っている。断面輪郭Ｑ１とＱ２との間の移行部は不連続である。それ以外の作用に関しては前の説明が参照される。
【００３５】  本発明に対して原理的に次のことが当てはまる。
まず磁石４，５は、ｘ方向に、必要な行程ΔＸ内に許容最大磁束密度Ｂｚを持つ直線状特性曲線が生じるように形成されている。磁石４，５は更に又はその代わりに、ｙ方向に、磁束密度低下が規定された範囲内の横ずれΔＹによって起こらないように、形成されている。ｘ方向の形態付与により、検出される磁束密度の直線状特性曲線が全行程ΔＸにわたって得られ、従って行程ΔＸの各個所で、変位センサ１の最大分解能が得られる。ｙ方向における形態付与によって、変位センサ１は取付け公差に対して不感である。
【００３６】  磁石４，５は永久磁石である。磁石保持体６の軟磁性材料はなるべく鋼である。電磁石４，５は個別磁石として又は１片から形成することができる。磁束密度センサ３は、個別磁石でも１片構成でも、受入れ空間Ａ外又は部分的に空間内に設けることができる。輪郭体８では、輪郭高さが外壁の方へ上昇しているのがよい。磁石４，５はなるべく互いに同じに形成されている。
【００３７】  断面輪郭Ｑは直線状又は非直線状内側輪郭縁Ｋを持つことができる。断面輪郭Ｑは２つのほぼ直角を持つ四角形であるか、又は三角形であってもよい。輪郭体８は、長方形半分Ｒ、半円Ｈ又は楕円半分Ｅの形の軌道に沿って断面輪郭Ｑを描くことによって形成することができる。輪郭体８が互いに異なる複数の断面輪郭Ｑ１，Ｑ２により形成されている場合、同じことが当てはまる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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