(57)【要約】【課題】  直線状に移動する移動体の位置を検出する位置検出装置として、従来差動トランスやリニアポテンショメータ等が用いられているが、この内ホール素子を用いたリニアポテンショメータは内部の永久磁石が損傷し易く、また設置場所での地磁気や付近を走行する電車等による外乱磁界の影響で、所望の測定精度が得られないという課題を解消するため、機械的強度が向上し、外乱磁界の影響の少ない位置検出装置を提供する。【解決手段】  ヨークと磁電変換素子と移動体とコイルとコイルにつながる正弦波発生装置を備え、移動体がヨークに設けられた磁極部内を移動可能に設置され、移動体の長手方向が磁極部内を移動することにより、磁極部と移動体との間隙を可変とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置検出装置であって、
前記位置検出装置は、磁気回路を形成するヨークと、磁電変換素子と移動体と、前記ヨークに設けられたコイルと前記コイルにつながる正弦波発生装置とで構成されており、
前記ヨークに設けられた磁極部内を前記移動体が移動可能に設置されているとともに、前記磁極部の前記移動体に対向する面には、前記磁電変換素子が設けられており、
前記移動体は磁性体であって、長手方向が前記磁極部を移動することによって、前記移動体と磁極部との間隙が可変となるような形状を有していることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
前記移動体は長手方向の一方の面または双方の面のいずれかに斜面が設けられた形状であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
前記移動体の長手方向の一方の面に二次曲線状の形状または二次曲線を近似した直線ステップ状の形状のいずれかが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項４】
前記正弦波発生装置が信号発生器であることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項５】
前記位置検出装置には、信号処理回路が加えて設けられており、前記信号処理回路は前記磁電変換素子の出力信号を入力して、前記移動体の移動に伴う位置に相対した所定値を出力することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項６】
前記信号処理回路には、前記磁電変換素子の温度補償手段が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
前記位置検出装置には、磁気シールドカバが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記位置検出装置には、外乱磁界補償手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直線状に移動する移動体の位置を検出する位置検出装置に関するものであり、特にエレベータに人が乗り移った時のエレベータのゆれによる位置変動を計測するものであって、さらには、強度を向上させ、またエレベータ設置場所での地磁気や走行する電車、あるいは自動車等による外乱磁界による位置検出精度の影響を少なくした位置検出装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被検出部の変位量に比例した電気信号を得る磁気型変位センサとして、差動トランスやリニアポテンショメータが用いられている。この内、ホール素子を検出素子として用いたリニアポテンショメータであって、永久磁石によりなる磁気発生源と、ホール素子部材間との相対的変位に対応したホール素子の出力電圧から、被検出部の位置を検出する構成が示されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６１−１３４６０１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１に示されたものは、永久磁石の静磁界を利用した装置であるので、この装置をエレベータ等の移動体の位置検出装置に適用しようとすると、設置場所での地磁気成分や、付近を走行する電車、自動車等が発する磁界が外乱磁界となって検出磁界に影響を及ぼし、所要の測定精度が得られないという問題点があった。また、永久磁石は強度が低くて破損しやすく、さらに温度特性を有することから、使用環境での温度変化に伴う測定精度に誤差が生じるという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、強度を向上させ、外乱磁界の影響を少なくした移動体の位置検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る位置検出装置は、磁気回路を形成するヨークと、磁電変換素子と移動体と、ヨークに設けられたコイルとコイルにつながる正弦波発生装置とで構成されており、
ヨークに設けられた磁極部内を移動体が移動可能に設置されているとともに、磁極部の移動体に対向する面には、磁電変換素子が設けられており、
移動体は磁性体であって、長手方向が磁極部を移動することによって、移動体と磁極部との間隙が可変となるような形状を有しているものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る位置検出装置は、コイル励磁によるヨーク磁極部に発生する磁界内を、移動体が移動する構成を採用しているので、機械的強度が向上し、破損するおそれが少なく、またコイルの励磁が正弦波発生装置によってなされるので、交番磁界が発生し、この交番磁界において移動体の位置検出をすることができる。従って、地磁気や電車、自動車等による外乱磁界の影響を低減した位置検出装置となり、測定精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１（ａ）は位置検出装置１００の正面図、（ｂ）は側面図である。図において移動体の位置検出装置１００は、ヨーク１、移動体４、磁電変換素子７、コイル８、正弦波発生装置９とで構成されている。ヨーク１は開口２に磁極部３が設けられている。
この磁極部３には磁電変換素子７が取り付けられていて前記磁電変換素子７に対向して前記磁極３との間に隙間Ｃを有して移動機構５を備えた移動体４が設置されている。
またヨーク１のヨーク縦部１ａにはコイル８が設けられ、このコイル８につながり、正弦波発生装置９を備えている。
【０００９】
ヨーク１はパーマロイ、フェライトまたはケイ素鋼板の積層構造等で形成されている。また、用途に応じて薄鋼板の積層構造でもよい。また、ヨーク１は図１に示した例ではコの字型としたが、これに限定されず図２のようなＣ字型の形状であってもよく、開口２と磁極部３を有し、磁路が形成されるものであればよい。またコイル８が縦ヨーク部１ａに設けられているが、磁極基部３ａの一方または双方に設ける構成であってもよく、その設置位置はヨーク１のいずれの個所であってもよい。
磁極部３の先端には磁電変換素子７が接着剤などで取り付けられている。この磁電変換素子７はこの実施の形態１ではホール素子を用いているが、ホール素子に限定されることなく、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ素子）でもよい。
前記磁電変換素子７であるホール素子は図示省略の４端子構造で、２端子が入力、他の２端子は出力に用いられ後述する処理回路に接続される。このホール素子７は移動体４の斜面４ａに対向して磁極３に設置されているので、対向面が感磁面となり、移動体４の移動方向に対する垂直方向の磁界変化を検出する。
【００１０】
前記ヨーク１の開口２の一方の磁極部３に設けられたホール素子７と、他の一方の磁極部３との空間には、移動機構５を備えた磁性体、例えばパーマロイよりなる移動体４が設置されている。この実施の形態１では図１に示す矢印の方向に直線的に移動する。この移動に伴い、磁極部３と移動体４の斜面４ａとの隙間Ｃは可変となる。移動体４の直線的な移動を逸脱せず確実に行うため、移動体４には図示省略の移動ガイドが設けられている。移動体４の移動距離は、移動体４の長さ以下に制限される。なおこの実施の形態１では移動機構５を移動体４の片側に設けた例を示したが、両側に設けてもよい。
【００１１】
磁極部３に所要の交番磁界を発生させるため、コイル８がヨーク１に設けられているが、磁界強度はコイル８の巻数の調整か、半導体等よりなる正弦波発生装置９の出力調整を行う。高磁界が必要な場合、図示省略の増幅器を介してコイル８に接続してもよい。
なお、この実施の形態１では、コイル８を用いて交番磁界を発生させる構成としたが、この方法に限定されるものでなく、例えば永久磁石のような静電界発生手段を回転させて交番磁界を得てもよい。また正弦波発生装置９に後述する理由による商用周波数５０、６０Ｈｚ外の周波数を発生する信号発生器を用いてもよい。
【００１２】
次に位置検出装置１００の動作について説明する。
ホール素子７の駆動方式には、一般に定電流駆動と定電圧駆動の２種類がある。いずれの駆動方式においても使用する素子種にもよるが、ホール素子の出力電圧は磁束密度に対して比例する。ヨーク１に設けられたコイル８に交番電流を印加すると、磁極部３に交番磁界が発生する。この交番磁界内を大きさの可変する磁性体である移動体４が移動すると、つまり、磁極部３と移動体４の斜面４ａとの間隙Ｃが可変すると、開口２を移動体４が占める量に応じて磁束密度が変化するため、交番磁界の振幅が変化する。この磁束変化をホール素子７が検出し、例えば図３に示すように間隙（ギャップ）に応じた電圧を出力する。なおこの図３を含め後述の図４、図７の縦軸に示す出力電圧は、交番電圧のピーク値をプロットしたものである。
【００１３】
ここで図１に示すように、移動体４のホール素子７に対向面に斜面４ａが、直線的に可変するよう設けられているとき、図３の横軸は移動体４の位置あるいは変位量（移動量）に読み替えられ、図４に示すようにホール素子７の出力により位置検出が可能となる。ホール素子７の出力は、コイル８への印加電流値の調整つまり交番磁界量を可変とすることにより、自由に調整可能である。
【００１４】
このようにこの発明の実施の形態１では、交番磁界を印加し、移動体４の移動による交番する磁界変化を検出する構成としているので、設置場所における地磁気や、付近を通る電車や自動車による外乱となる静磁界の影響を受けず、位置検出の精度が向上するとともに、電磁石構造であるので強度が向上する。
なお、正弦波発生装置９で生成する周波数は、商用周波数（５０、６０Ｈｚ）と異なる周波数を用いると、誘導のような影響を受けない。また、その周波数は移動体４の移動速度から充分離れた領域から選択すればよい。
【００１５】
なお、図１に示した移動体４は、長手方向の一方の面に直線状の斜面４ａを設けた例を示したが、双方の面に斜面４ａを設けたいわゆるテーパ状であってもよい。また材質はパーマロイの例を示したが、これに限定されることなくフェライト等他の磁性体であってもよい。
【００１６】
実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。前記実施の形態１では移動体４の概念形状を図５のように斜面４ａを移動体４の長手方向に直線状とした。このような形状の移動体４が交番磁界内を移動すると、その変位に対するホール素子７の出力はリニアとならず図４に示したように非直線状となる。リニアな出力が必要なとき、移動体４の長手方向の一方の面に図６の４ｂに示すように、二次曲線状の形を設けるとリニア出力が得られる。
また、二次曲線４ｂを直線近似してもよく、さらに、直線ステップ状に近似してもよい。そのときのホール素子７の出力例を図７に示す。このようにこの実施の形態２による移動体形状では、ホール素子７のリニア出力を容易に得ることができる。
【００１７】
実施の形態３．
次に実施の形態３について説明する。前記実施の形態２では移動体４の長手方向の一方の面に二次曲線の形状を設けることによって、リニア出力を得たが、この実施の形態３では信号処理回路によって実現することを説明する。図８において、ホール素子７の出力電圧は増幅器１１で増幅され、フィルタ回路１２を通じてＡ／Ｄ内蔵ＣＰＵ１３に入力される。Ａ／Ｄ内蔵ＣＰＵ１３でホール素子７の出力電圧をリニアな直線変位に変換し、ディジタル出力する。
このようにこの実施の形態３では、信号処理回路によってリニア出力を実現しているので、位置検出装置１００の信号を受信して制御を行う側の回路において、ディジタル出力が必要な場合には、本信号処理回路が有効となる。
【００１８】
また、この位置検出装置１００を、温度が可変する環境で使用する場合、図示省略したホール素子温度補償回路を前記信号処理回路に設け、Ａ／Ｄ内蔵ＣＰＵ１３の内部で温度補償を行うことで、より位置検出精度が向上する。
【００１９】
実施の形態４．
次に実施の形態４を図に基づいて説明する。図９に位置検出装置１００を外乱磁界からシールドするための磁気シールドカバ１４で覆った概念図を示す。
この磁気シールドカバ１４は、鋼板等の磁性体より構成され位置検出装置１００全体を覆うケース状であってもよく、また外乱磁界の強さ、方向により適宜カバの厚さを変えてもよく、また１部にカバを設けてもよい。また、前記磁気シールドカバ１４に替わり、位置検出装置１００の外部に図示省略した外乱磁気補償手段としての空心の補償コイルを設け、直流通電で常時補償磁界を形成して、外乱磁界が位置検出装置に悪影響を及ぼさないような構成を採用してもよい。このような構成の場合、位置検出装置１００に印加される磁界は静電界であってもよい。このように磁気シールドカバあるいは外乱磁気補償手段を設けることにより、外乱磁界をシールドすることが可能となり位置検出精度がより向上する。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明の実施の形態１〜４は、より高い精度が要求される一般の移動体の位置検出装置に適用可能であり、とりわけ、外乱磁気の多い場所に設置される移動体の位置検出装置に用いると効果大である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１の位置検出装置の正面、側面図である。
【図２】この発明の実施の形態１の他の実施例のヨーク概念側面図である。
【図３】この発明のホール素子出力電圧と磁極ギャップとの関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１のホール素子出力電圧と変位量との関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１の移動体を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２の移動体を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２のホール素子出力電圧と変位量との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３の信号処理回路を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４の磁気シールドカバを付した位置検出装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ヨーク、３  磁極部、４  移動体、４ａ  斜面、７  磁電変換素子、８  コイル、９  正弦波発生装置、Ｃ  移動体と磁極部との間隙、１００  位置検出装置。
【図１】
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【図２】
2005257276.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005257276.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005257276.tif 000008
【図７】
2005257276.tif 000009
【図８】
2005257276.tif 000010
【図９】
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