(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、
前記固定子に対して第１の方向に沿って移動可能とされた可動子と、を備え、
前記固定子および前記可動子のいずれか一方には磁気検出素子が設けられ、
前記固定子および前記可動子の他方には前記磁気検出素子と対向する第１の面を有する磁石が設けられ、
前記第１の面は、前記第１の面内において着磁中心点を中心とした円弧状に磁化方向が変化するよう着磁され、
前記磁気検出素子は、磁界の方向に応じて出力が変化する素子であることを特徴とする磁気式リニア位置検出器。
【請求項２】
前記第１の面は前記第１の方向と平行な長辺を有する長方形であり、
前記第１の面の長辺と短辺との比は２ｎ：１（ｎは整数）であることを特徴とする請求項１に記載の磁気式リニア位置検出器。
【請求項３】
前記磁石の第１の面には、２つの前記着磁中心点が設けられ、
一方の着磁中心点を中心とした円弧状の磁化方向は反時計回りであり、
他方の着磁中心点を中心とした円弧状の磁化方向は時計回りであることを特徴とする請求項１に記載の磁気式リニア位置検出器。
【請求項４】
前記磁石は、前記着磁中心点に前記第１の面と直交する直線状の電線を配し、前記電線に直線電流を通電することで、前記着磁中心点を中心とした円弧状に磁化方向が変化するように着磁されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の磁気式リニア位置検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、直線的に移動する可動子の位置を検出可能な磁気式リニア位置検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
直線的に移動する可動子の位置を検出可能な磁気式リニア位置検出器が知られている。磁気式リニア位置検出器では、可動子および固定子のいずれか一方に磁気検出素子が設けられ、他方に磁石が設けられる。特許文献１には、Ｓ極とＮ極が交互に並んだ磁石と、磁石から受ける磁界の方向によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を有する磁気センサと、を備える位置検出器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３４３００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｎ極からＳ極に向かう磁力線は、楕円弧に近い形状となる場合がある。楕円弧形状の磁力線の場合、磁石と磁気検出素子との相対的な位置の変化に対して、磁界の方向の変化が小さい箇所が生じてしまう場合がある。この場合、磁気検出素子の抵抗値の変化も小さくなるため、位置検出の精度が低くなってしまう場合がある。特に、可動子のストローク量を確保するために、Ｎ極とＳ極との距離を離すほど、磁力線の形状が可動子の移動方向に長い楕円弧形状となり、磁界の変化の小さい箇所が生じやすくなる。【０００５】
本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、磁界の方向によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いつつ、位置検出の精度の向上を図ることができる磁気式リニア位置検出器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示は、固定子と、固定子に対して第１の方向に沿って移動可能とされた可動子と、を備える。固定子および可動子のいずれか一方には磁気検出素子が設けられている。固定子および可動子の他方には磁気検出素子と対向する第１の面を有する磁石が設けられている。第１の面は、着磁中心点を中心とした円弧状に磁化方向が変化するよう着磁されている。磁気検出素子は、磁界の方向に応じて出力が変化する素子である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示にかかる磁気式リニア位置検出器は、磁界の方向によって抵抗値が変化する磁気抵抗素子を用いつつ、位置検出の精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器の概略構成を示す斜視図
【図２】実施の形態１の磁石の変位に対する磁気検出素子が受ける磁界の方向を示す図
【図３】実施の形態１における磁石の着磁方法を示す図
【図４】実施の形態２にかかる磁気式リニア位置検出器の概略構成を示す斜視図
【図５】実施の形態２の磁石の変位に対する磁気検出素子が受ける磁界の方向を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本開示の実施の形態にかかる磁気式リニア位置検出器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの開示が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器の概略構成を示す斜視図である。磁気式リニア位置検出器２０は、固定子１と可動子２とを備える。可動子２は、固定子１に対して図１に示すＸ軸に沿った方向に直線的に移動可能とされている。なお、Ｘ軸に沿った方向は第１の方向である。固定子１には、磁気検出素子３が設けられている。可動子２には、磁石４が設けられている。
【００１１】
磁石４は、磁気検出素子３と対向する第１の面４ａを有する。なお、第１の面４ａと垂直なＺ軸を規定する。また、Ｘ軸およびＺ軸に垂直なＹ軸を規定する。また、以下の説明において、Ｘ軸に沿った方向を横方向といい、Ｙ軸に沿った方向を縦方向という。
【００１２】
第１の面４ａは、Ｘ軸と平行な長辺を有する長方形であり、長辺と短辺との比が２：１となっている。
【００１３】
磁石４は、極異方性磁石または等方性磁石である。磁石４の第１の面４ａは、着磁中心点５を中心に、極異方着磁されており、矢印６に示すように磁化方向が円弧状となっている。本実施の形態１では、着磁中心点５は１つであり、着磁中心点５は第１の面４ａの一方の長辺の中央部分に位置している。
【００１４】
磁気検出素子３は、磁石４から受ける磁界の方向に対して出力が変化する素子である。例えば、磁気検出素子３は、スピンバルブＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、スピンバルブＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、回転検出用ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）などである。このような磁気検出素子３は、一般的に安価であり、磁気式リニア位置検出器２０の製造コストの抑制を図ることができる。
【００１５】
図２は、実施の形態１の磁石の変位に対する磁気検出素子が受ける磁界の方向を示す図である。図２では、磁石４の変位を横軸に示し、磁気検出素子３が受ける磁界の方向を縦軸で示している。また、図２では、磁石４の第１の面４ａの長辺が３０ｍｍである例を示している。また、着磁中心点５からＹ軸に平行に伸びる線上に磁石４が位置した状態の変位を０としている。
【００１６】
図２に示すように、磁石４の長手方向に沿った全域で、磁気検出素子３が受ける磁界の方向が異なる。より具体的には、磁石４の変位が−１５ｍｍから１５ｍｍに変化する過程で、磁気検出素子３が受ける磁界の向きは、−９０ｄｅｇ（＋Ｙ方向）から０ｄｅｇ（−Ｘ方向）に変化し、さらに＋９０ｄｅｇ（−Ｙ方向）と１８０ｄｅｇ変化する。そのため、磁気検出素子３からの出力がすべての変位で異なるため、その出力さえ分かれば磁石４の変位を確定することができる。
【００１７】
ここで、例えば特許文献１に示した構成のように、磁石の変位に対して同じ磁界の方向が複数回出現する場合には、磁気検出素子からの出力も同じ出力が複数回出現する。そのため、例えば複数回出現する同一出力を識別するためのセンサ、または磁石が原点にあることを検出するセンサがさらに必要となる。本実施の形態１では、上述したような識別用のセンサが不要であるため、磁気式リニア位置検出器２０の製造コストの抑制を図ることができる。また、磁気式リニア位置検出器２０の電源投入時に、原点復帰作業が不要となるため、磁気式リニア位置検出器２０を搭載した駆動装置の立ち上げ動作をより簡易にすることができ、作業性の向上を図ることができる。
【００１８】
また、円弧状に磁界の方向が変化するので、楕円弧状の磁界の方向の変化のように、磁石４と磁気検出素子３との相対的な位置の変化に対して、磁界の方向の変化が小さい箇所が生じにくい。そのため、磁石４の変位によらず位置検出のより正確な位置の検出が可能となる。
【００１９】
また、磁石４の第１の面４ａを、長辺と短辺との比を２：１とすることで、図１に示すように、円弧の直径を磁石４の横方向の長さとし、円弧の半径を磁石４の縦方向の長さとすることができる。これにより、第１の面４ａの多くの領域を着磁領域とすること、すなわち磁石４に対して効率よく円弧状の磁界を着磁することができる。
【００２０】
図３は、実施の形態１における磁石の着磁方法を示す図である。図３に示すように、着磁中心点５に、第１の面４ａと直交する直線状の電線１０を配し、電線１０に直線電流を通電することで、着磁中心点５を中心とした円弧状に磁化方向が変化するように磁石４に着磁がなされる。これは、直線電流の周りに円弧状の磁界が形成されることを利用したものである。本実施の形態１では、着磁中心点５が第１の面４ａの長辺にあるので、磁石４の側面に沿わせて電線１０を配している。一方、着磁中心点が第１の面４ａの面内にある場合には、着磁中心点５に孔を形成して、その孔に電線１０を通し直線電流を通電すればよい。また、着磁中心点５が磁石４から離れている場合には、磁石４から離れた着磁中心点５となる位置に電線１０を配して通電すればよい。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる磁気式リニア位置検出器の概略構成を示す斜視図である。なお、上記実施の形態１と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２２】
実施の形態２にかかる磁気式リニア位置検出器２１が備える磁石４０は、２つの着磁中心点５ａ，５ｂが設けられている。一方の着磁中心点５ａを中心とした円弧状の磁化方向は反時計回りである。他方の着磁中心点５ｂを中心とした円弧状の磁化方向は時計回りである。
【００２３】
磁石４０の第１の面４ａ０は、Ｘ軸と平行な長辺を有する長方形であり、長辺と短辺との比が４：１となっている。着磁中心点５ａ，５ｂは、第１の面４０ａの一方の長辺の１／４となる部分に位置している。
【００２４】
図５は、実施の形態２の磁石の変位に対する磁気検出素子が受ける磁界の方向を示す図である。図５では、磁石４０の変位を横軸に示し、磁気検出素子３が受ける磁界の方向を縦軸で示している。また、図５では、磁石４０の第１の面４０ａの長辺が６０ｍｍである例を示している。また、着磁中心点５ａと着磁中心点５ｂの間からＹ軸に平行に伸びる線上に磁石４０が位置した状態の変位を０としている。
【００２５】
図５に示すように、磁石４０の長手方向に沿った全域で、磁気検出素子３が受ける磁界の方向が異なる。より具体的には、磁石４の変位が−３０ｍｍから３０ｍｍに変化する過程で、磁気検出素子３が受ける磁界の向きは、−１８０ｄｅｇ（＋Ｙ方向）から−９０ｄｅｇ（−Ｘ方向）に変化し、０ｄｅｇ（−Ｙ方向）さらに＋９０ｄｅｇ（＋Ｘ方向）、＋１８０ｄｅｇ（＋Ｙ方向）と３６０ｄｅｇ変化する。そのため、磁気検出素子３からの出力がすべての変位で異なるため、その出力さえ分かれば磁石４０の変位を確定することができる。したがって、実施の形態１と同様に、磁石４０が原点にあることを検出するセンサが不要であるため、磁気式リニア位置検出器２１の製造コストの抑制を図ることができる。また、磁気式リニア位置検出器２１の電源投入時に、原点復帰作業が不要となるため、磁気式リニア位置検出器２１の信頼性の向上を図ることができる。
【００２６】
また、円弧状に磁界の方向が変化するので、楕円弧状の磁界の方向の変化のように、磁石４０と磁気検出素子３との相対的な位置の変化に対して、磁界の方向の変化が小さい箇所が生じにくい。そのため、磁石４０の変位によらず位置検出のより正確な位置の検出が可能となる。
【００２７】
また、磁石４０の第１の面４０ａを、長辺と短辺との比を４：１とすることで、図４に示すように、円弧の直径の２倍を磁石４０の横方向の長さとし、円弧の半径を磁石４０の縦方向の長さとすることができる。これにより、第１の面４０ａの多くの領域を着磁領域とすること、すなわち磁石４０に対して効率よく円弧状の磁界を着磁することができる。
【００２８】
着磁方法ついては、実施の形態１と同様に着磁中心点５ａ，５ｂのそれぞれに電線を配して直線電流を通電すればよい。このとき、着磁中心点５ａに配された電線と、着磁中心点５ｂに配された電線とで、通電方向を異ならせることで、着磁中心点５ａを中心とする円弧と、着磁中心点５ｂを中心とする円弧とで、磁化方向を異ならせることができる。
【００２９】
また、磁石の変位に対して同じ磁界の方向が複数回出現するため、磁気検出素子から複数回出現する同一出力を識別するためのセンサ等が必要になるものの、円弧状の磁界が３つ以上並べて設けられていてもよい。すなわち、着磁中心点が３つ以上設けられていてもよい。例えば、円弧状の磁界が３つ並べられている場合には、磁石４０の第１の面４０ａを、長辺と短辺との比を６：１とすることで、磁石４０に対して効率よく円弧状の磁界を着磁することができる。したがって、円弧状の磁界の数をｎ（ｎは整数）とすると、磁石４０の第１の面４０ａの長辺と短辺との比は２ｎ：１となることが好ましい。
【００３０】
以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  固定子、２  可動子、３  磁気検出素子、４，４０  磁石、４ａ，４０ａ  第１の面、５，５ａ，５ｂ  着磁中心点、６  矢印、１０  電線、２０，２１  磁気式リニア位置検出器。
【要約】
磁気式リニア位置検出器（２０）は、固定子（１）と、固定子（１）に対して第１の方向に沿って移動可能とされた可動子（２）と、を備える。固定子（１）および可動子（２）のいずれか一方には磁気検出素子（３）が設けられている。固定子（１）および可動子（２）の他方には磁気検出素子（３）と対向する第１の面（４ａ）を有する磁石（４）が設けられている。第１の面（４ａ）は、着磁中心点（５）を中心とした円弧状に磁化方向が変化するよう着磁されている。磁気検出素子（３）は、磁界の方向に応じて出力が変化する素子である。【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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