(57)【要約】【課題】本発明は、厚さの厚い磁石を用いることのできる可動子構造により、高価な高性能磁石を用いなくても、感度と直線性に優れたリニアポジションセンサの実現することを目的とする。【解決手段】本発明に成る磁気式リニアポジションセンサは、強磁性体材料の固定子の中央部にセンサを挿入するギャップを設け、その中にホール素子を配置した固定子部に対向して、センサギャップに垂直な方向にエアギャップを介して、厚み方向にＮＳ極着磁した永久磁石と、二つの脚部が永久磁石のエアギャップとほぼ等しいエアギャップで固定子に対向する形状の強磁性体材料の継鉄とを一体化した可動子を、直線的に移動自在とした構造の如く構成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性体材料の固定子の中央部にセンサを挿入するセンサギャップを設け、その中にホール素子を配置した固定子部に対向して、センサギャップに垂直な方向に主エアギャップを介して、厚み方向にＮＳ極着磁した永久磁石と、二つの脚部が永久磁石の主エアギャップとほぼ等しいエアギャップで固定子に対向する形状の強磁性体材料の継鉄とを一体化した可動子を、直線的に移動自在としたことを特徴とする磁気式リニアポジションセンサ。
【請求項２】
センサギャップを、主エアギャップの寸法と等しいか小さな値にした、請求項１の磁気式リニアポジションセンサ。
【請求項３】
可動子継鉄脚部の幅を、主エアギャップの寸法より大きいか等しい値とした、請求項１または２の磁気式リニアポジションセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁束の変化を電圧に変換するホール素子を用いて、直線変位を非接触で検出するリニアポジションセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】「特表平７−５００４２１号公報」
従来のこの種のリニアポジションセンサとして特表平７−５００４２１号がある。図５にその長手方向の断面図を示す。このセンサは強磁性材料の固定子４と５の間に設けられた薄い主エアギャップ２の中で厚み方向にＮＳ極着磁された永久磁石３が直線的に移動するもので、固定子４には主エアギャップ２に対して垂直な副エアギャップ６を有し、その中に感磁探子であるホール素子７が配置されている。
【０００３】
可動磁石３はスライダ１２に取り付けられ、スライダ１２がその長手方向に移動する。可動磁石７が図５のように副エアギャップ６に対向して中央の位置にあると、２つの磁気回路Ａ，Ｂが対照的に形成され、中心に位置するホール素子７を通過する磁束は０となる。可動磁石３が図６に示すように右に移動すると、磁気回路Ａ，Ｂのバランスが崩れ、ホール素子７は磁気回路Ａに含まれるので、この間の磁束の変化が検出され、スライダ１２の移動長さを知ることができる。可動磁石１２が図７に示すように左に移動すると、ホール素子７は磁気回路Ｂに含まれ、この間の磁束の変化からスライダの位置を検知できることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５のリニアセンサは、直線性と感度を確保するために、狭い主エアギャップ２の中に、可動磁石３として厚さの薄い高性能磁石を使用する必要がある。例えば、特表平７−５００４２１号では主エアギャップの３ｍｍに対して、厚さ１ｍｍの高性能磁石であるサマリウム・コバルト材の可動磁石３を使用している。可動磁石３と固定子４あるいは５の間には、磁気的な吸引力が発生するので、薄い可動磁石３を狭いエアギャップ２の中心で移動することは機構的に難しいものになる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点の解決を図ったもので、厚さの厚い磁石を用いることのでき、漏洩磁束の少ない可動子構造により、高価な高性能磁石を用いなくても、感度と直線性に優れたリニアポジションセンサを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に成る磁気式リニアポジションセンサは、軟質磁性体材料の固定子の中央部にセンサを挿入するセンサギャップを設け、その中にホール素子を配置した固定子部に対向して、センサギャップに垂直な方向にエアギャップを介して、厚み方向にＮＳ極着磁した永久磁石と、二つの脚部が永久磁石のエアギャップとほぼ等しいエアギャップで固定子に対向する形状の軟質磁性体材料の継鉄とを一体化した可動子を、直線的に移動自在とした構成を特徴としている。
【０００７】
【実施例】
以下図面によって本発明の実施例を説明する。図１は本発明の磁気式リニアポジションセンサの基本構成を示す断面図である。本発明のセンサは、軟質磁性材料のステータ１０１と１０２の間にセンサを挿入するセンサギャップ１０３を設け、その中にホール素子１０４を配置した固定子部に対向して、センサギャップ１０３に垂直な方向に主エアギャップ１０５を介して、厚み方向にＮＳ極着磁した永久磁石１０６と、二つの脚部１０７が永久磁石の主エアギャップ１０５とほぼ等しいエアギャップで固定子１０１，１０２に対向する形状の軟質磁性体材料の継鉄１０８とを一体化した可動子部を、直線的に移動自在として構成される。可動子は直線運動機構の一部であるスライダ１０９に結合され、図の矢印で示すように移動可能で、この移動量がセンサによって検知される。
【０００８】
図１に示すように、固定子部に対して可動子部が中央にある場合、永久磁石１０６と継鉄１０８及びその脚部１０７と固定子１０１，１０２によって、磁気回路Ａ，Ｂが形成され、ホール素子１０４を通過する磁束は０となる。
【０００９】
図２に示すように可動子が右端にくると、磁気回路Ａ，Ｂのバランスがくずれ、ホール素子１０４には磁気回路Ａの磁束が通過する。ホール素子１０４を通過する磁束は図１の０から可動子が右に移動するにつれて徐々に増加し、図２で最大になる。そしてホール素子１０４は磁束の変化に応じた電圧を出力し、可動子の位置すなわちスライダ１０９の位置を検知できることになる。
【００１０】
図３に示すように可動子が左端にくると、ホール素子１０４には磁気回路Ｂの磁束が通過する。このとき磁束の方向は磁気回路Ａとは逆向きになるので、スライダ１０９の右方向の移動量をプラスとすれば、この図３の左方向への移動はマイナスとして検知される。ホール素子１０４を通過する磁束は図１の０から可動子が左に移動するにつれて徐々に増加し、図３で最大になる。
【００１１】
図４は図１の磁気式リニアポジションセンサの具体的実施例について、可動子部の移動にともなうセンサギャップ内の、ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。この特性は、永久磁石１０６の厚さ×長さを５ｍｍ×２４ｍｍ、エアギャップ１０５に対向する継鉄脚部１０７の幅を３ｍｍ、センサギャップ１０３を２ｍｍ、固定子の厚さを７ｍｍ、永久磁石・継鉄・固定子の奥行き寸法を５ｍｍとし、永久磁石材料としてＢＨｍａｘ＝４０〜５０kJ/ｍ３のものを用いたときの、可動子の移動に対するホール素子部の磁束密度の変化で、ストローク約２０ｍｍの範囲に対して、優れた直線性を示している。
図５は、センサギャップ１０３のみ２ｍｍから１．６ｍｍに小さくしたときの、可動子の移動に対するホール素子部の磁束の変化を示す特性図で、直線性はほとんど変わらないが磁束密度の値を大きくできる効果がある。
図６は、センサギャップ１０３は２ｍｍのまま、すなわち図４の条件から主エアギャップ１０５を２ｍｍから３ｍｍに増やしたときの、可動子の移動に対するホール素子部の磁束密度の変化を示す特性図で、図４と比べると磁束密度の値が小さくなり、かつ直線性も若干悪くなることが分かる。いずれの場合も磁束密度の変化幅は、一般的なホール素子に必要な最大磁束密度３０〜１５０ｍＴに対して、高級な永久磁石を用いずに、充分達成している。以上の結果は、センサギャップ１０３の値は、主エアギャップ１０５と同じ値か小さくすることが望ましく、主エアギャップ１０５は継鉄脚部１０７の幅より小さくすることが望ましいことを示している。
【００１２】
図７は、図４の条件から、永久磁石の長さのみ２４ｍｍから２９ｍｍに伸ばしたときの、可動子の移動に対するホール素子部の磁束の変化を示す特性図で、磁束密度は少し小さくなるが、直線的に変化する範囲を約２０ｍｍから２５ｍｍ以上に拡大することができる。
図８は、ここで図５の効果を適用するために、センサギャップ１０３を２ｍｍから１．６ｍｍに変えたときの可動子の移動に対するホール素子部の磁束の変化を示す特性図で、直線性はほとんど変わらないで磁束密度の値を大きくできる効果があることを示している。
【００１３】
上記図１の磁気式リニアポジションセンサは、次の特徴を有する。
１．可動子部の継鉄１０８は、エアギャップ１０５に対向した二つの脚部１０７によって磁気回路が閉じているので、磁束の漏れが少ない。
２．永久磁石１０６の厚さを厚くできるので、永久磁石材料の選定の自由度が大きく、強いて高性能材料の永久磁石を使う必要がない。
３．可動部と固定子部間には吸引力が働いているので、可動子部が移動動作時に直角方向にはずれにくいため、振動を受けたりしてもセンサの出力変動が少ない。
【００１４】
【発明の効果】
本発明に成る磁気式リニアポジションセンサは、可動子部の継鉄１０８にあるエアギャップ１０５に対向した二つの脚部１０７によって磁気回路が閉じているので、磁束の漏れが少なく、永久磁石１０６の厚さを厚くできるので、永久磁石材料選定の自由度が大きく、強いて高価な高性能材料の永久磁石を使用しなくても高感度で直線性のよいリニアセンサを得ることができる。
可動子部と固定子部間には吸引力が働いているので、可動子部が移動動作時に直角方向にはずれにくいため、振動の影響を受けにくいリニアポジションセンサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの基本構成を示す断面図である。
【図２】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの基本構成を示す断面図である。
【図３】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの基本構成を示す断面図である。
【図４】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの具体的一実施例の、可動子の移動に対するセンサギャップ内ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。
【図５】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの具体的一実施例の、可動子の移動に対するセンサギャップ内ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。
【図６】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの具体的一実施例の、可動子の移動に対するセンサギャップ内ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。
【図７】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの具体的一実施例の、可動子の移動に対するセンサギャップ内ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。
【図８】本発明に成る例の磁気式リニアポジションセンサの具体的一実施例の、可動子の移動に対するセンサギャップ内ホール素子部の磁束の変化を示す特性図である。
【図９】従来の磁気式リニアポジションセンサの構成を示す断面図である。
【図１０】従来の磁気式リニアポジションセンサの構成を示す断面図である。
【図１１】従来の磁気式リニアポジションセンサの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２              主エアギャップ
３              可動磁石
４，５              固定子
６              副エアギャップ
７              ホール素子
１２              スライダ
１０１，１０２      固定子
１０３              センサギャップ
１０４              ホール素子
１０５              主エアギャップ
１０６              永久磁石
１０７              継鉄脚部
１０８              継鉄
１０９              スライダ
【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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