JP4609915B2 - Position detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどに使用される位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどでは、可動部分の移動量や移動位置を検出するために、位置検出装置が使用されている。
【0003】
このような位置検出装置としては、本願出願人等が特開平11−141355号公報で提案した位置検出装置が挙げられる。
【0004】
図9に示すように、当該位置検出装置100は、磁石101,102と、センサ103と、検出回路104とを備えている。磁石101,102は、センサ103に対して相対的に移動する構成とされている。また、検出回路104は、センサ103と接続している。
【0005】
磁石101,102は磁界発生手段であり、互いに逆方向の磁界を発生するように配置される。磁石101,102は、センサ103に対して、相対位置が遠くなる従って徐々に強さ及び方向が変化する磁界を与える。この磁石101,102としては、バリウムフェライト、プラスチック、ゴムなどからなる永久磁石や、SmCoを焼結することにより作製された永久磁石、電磁石などを用いることができる。
【0006】
センサ103は感磁手段であり、磁石101,102から与えられる磁界を感磁し、感磁した磁界の強さを電気信号に変換する。センサ103としては、例えば、高透磁率材料からなるコアに導電性材料からなるコイルを巻回したものを使用することができる。また、センサ103としては、MR素子、ホール素子、MI素子などを使用することもできる。
【0007】
検出回路104は、センサ103を励磁駆動する回路や、センサ103が出力する電気信号を検出する回路などから構成される。この検出回路104は、センサ103が検出した電気信号を、例えばエンジンの点火時期を制御する制御回路などに供給する。
【0008】
以上説明した位置検出装置100では、センサ103が磁石101,102から発生する磁界を感磁し、感磁した磁界の強さに基づいて、センサ103と磁石101,102との相対位置を検出することができる。また、各磁石101,102を結ぶ直線上では、磁界の方向及び強さが直線的に変化する。したがって、この直線上に設けられたセンサ103は、センサ103と磁石101,102との相対位置を直線的に検出することができる。
【0009】
位置検出装置100は、センサ103の磁界感度が非常に良好であり、磁石101,102とセンサ103との相対位置が大きく離れたときにも、この相対位置を検出することができる。また、位置検出装置100は、以上説明した構成を有するために、非常に堅牢、小型、且つ安価なものとなる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この位置検出装置100は、上述したように、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどに使用されている。
【0011】
しかしながら、自動車の各種計測装置や制御装置、工作機械ロボットなどが使用される場所には、磁石101,102以外の磁界発生源から発生する磁界(以下、外乱磁界と称する。)が存在している。例えば、工作機械ロボットが使用される現場では、モータなどからの漏れ磁界が存在している。また、自動車では、オルタネータや電磁クラッチなどが磁界を発生している。
【0012】
位置検出装置100は磁界を利用している。したがって、外乱磁界が生じているところで位置検出装置100を使用すると、センサ103は磁石101,102からの磁界と共に外乱磁界を感磁してしまう。すなわち、センサ103が感磁する磁界に外乱磁界が影響してしまう。センサ103が感磁する磁界に外乱磁界が影響したときには、位置検出装置100がセンサ103と磁石101,102との相対位置を誤って検出してしまう。例えば、位置検出装置100が自動車などに搭載される気化器の開度検出装置に使用されたときには、気化器の開度を誤って検出してしまう。
【0013】
本発明は、このような従来の実情を鑑みて提案されたものであり、外乱磁界の影響を少なくすることが可能であり、外乱磁界が存在する場所で使用したときにも誤差が少ない位置検出装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段を有する磁界検出手段と、上記一軸方向の端部が露出するように上記感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段と、上記感磁手段に対して相対的に位 置が変化し、この相対的な位置の変化に応じて連続的に強さが変化する磁界を、上記感磁手段に対して与える磁界発生手段とを備え、少なくとも上記感磁手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している別の磁界発生源から発生する磁界のうち、上記一軸方向の磁界を遮断する第2の磁気遮蔽手段を備えることを特徴とする。
【0021】
本発明に係る位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段によって、上記磁気検出手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界のうち、少なくとも上記感磁手段が特に強く感磁する一軸方向の磁界が遮蔽されている。
【0022】
したがって、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する上記磁気検出手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界の影響が少ないものとなる。すなわち、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少ないものとなる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した位置検出装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0024】
図1及び図2に示すように、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2と、磁石3,4と、検出回路5と、第1のシールド6と、第2のシールド7とを備える。なお、図1では、検出回路5の図示を省略する。磁石3,4は、センサ2に対して相対的に移動するように取り付けられている。また、検出回路5はセンサ2と接続している。
【0025】
この位置検出装置1は、例えば、後述するように気化器などに取り付けられ、気化器の開度を検出するために利用される。本実施の形態では、位置検出装置1は、センサ2に対して磁石3,4が移動する構成とされている。この位置検出装置1は、センサ2に対する磁石3,4の相対的な移動量を検出することで、気化器の開度を検出する。
【0026】
センサ2は感磁手段であり、磁石3,4からの磁界を感磁して、電気信号として出力する。また、センサ2は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する。以下では、この一軸方向を、センサ2の感磁方向と称する。
【0027】
センサ2は、図3に示すように、閉磁路を形成した方形環状のコア10と、コア10に巻回された2つのコイル11,12とにより構成されている。コイル11,12は、例えばコア10の長手方向の相対する2辺にそれぞれ巻回される。このセンサ2は、コイル11,12が巻回された方向が感磁方向とされる。本実施の形態では、図3中矢印Aで示すセンサ2の長手方向が感磁方向とされる。
【0028】
コア10は導電性を有する磁性材料からなる。コア10は、例えば、パーマロイ、Fe、Co、Si、Bなどを含有するアモルファス金属などを含有する高透磁率材料からなることが好ましい。コア10に高透磁率材料を使用すると、その飽和特性により、センサ2は高感度となる。本実施の形態では、コア10は、パーマロイを方形環状にエッチングした後に、熱処理が施されることによって形成される。また、本実施の形態では、コア10は、図3に示すように、外見寸法が5.0mm×2.0mmとされており、内径寸法が2.0mm×1.0mmとされている。
【0029】
また、コイル11,12は導電性材料からなる。コイル11,12は、例えばこのコア10の長手方向の相対する2辺に、それぞれCu線を50回巻回することによって形成される。なお、本実施の形態では、コイル11,12がそれぞれ反対の螺旋を形成するように、コア10に対してCu線を巻回している。
【0030】
センサ2は、例えば高周波のパルス電流がコイル11,12を流れることで励磁される。センサ2が感磁方向の磁界を感磁したときに、コイル11,12のインピーダンス変化が大きくなる。
【0031】
センサ2は、コア10を方形環状として各コイル11,12を逆相となるように通電することで、各コイル11,12によって励磁されて発生する磁束がコア10内を周回するために効率の良い励磁がなされ、磁石3,4からの磁界の感度が良好なものとなる。また、センサ2は、2つのコイル11,12からの差動出力をとることで、ノイズが少なく、信号出力が優れたものとなる。
【0032】
この位置検出装置1は、後述するように気化器などに取り付けるときに、このセンサ2の感磁方向が、磁石3,4以外の磁界発生源から発生する磁界(以下、外乱磁界と称する。)に対して略直交方向となるように取り付けられる。したがって、位置検出装置1では、センサ2が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0033】
なお、コア10は、センサ2の仕様や作製のときのコストなどに応じて、図4に示す形状としても良い。図4では、高透磁率材料からなる略長方形の2つのコア14,15が、それぞれの端部で略長方形の非磁性材料16によって接続されており、コア14,15のそれぞれにコイル17,18が巻回されている開磁路型のセンサ19を示している。
【0034】
磁石3,4は磁界発生手段であり、センサ2に対して、相対位置が遠くなるに従って直線的に強さ及び方向が変化する磁界を与える。このとき、磁石3,4は、センサ2の感磁方向に対して平行な方向に磁界を発生するように配置される。また、磁石3,4は、着磁方向が反対となるように配置される。着磁方向が反対となるように磁石3,4が配置されることで、センサ2と磁石3,4との相対位置に応じてセンサ2が感磁する磁界は、強さだけではなく方向も変化する。したがって、位置検出装置1は、センサ2と磁石3,4との相対位置を精度良く検出することが可能となる。さらに、磁石3,4は、センサ2に対して移動するように配設される。磁石3,4は、それぞれの着磁方向に対して垂直な方向に移動するように配設される。
【0035】
磁石3,4としては、バリウムフェライト、プラスチック、ゴムなどからなる永久磁石や、SmCoを焼結することにより作製された永久磁石、電磁石などを用いることができる。磁石3,4に電磁石を用いたときには、永久磁石に見られるような磁界のばらつきを解消することができる。
【0036】
検出回路5は、図5に示すように、センサ2を駆動するための発振回路20、センサ2からの電気信号を検出するブリッジ回路21、ブリッジ回路21の差動出力をとる差動回路22から構成される。ここで、発振回路20は、コイル11,12を高周波励磁する発振手段であり、ブリッジ回路21及び差動回路22は、コイル11,12のインピーダンスを検出し、このインピーダンスに基づいてセンサ2と磁石3,4との相対位置を検出する相対位置検出手段である。検出回路5は、検出した信号を、例えば自動車の各種計測装置や制御装置などに供給する。
【0037】
第1のシールド6は、第1の外乱磁界遮蔽手段である。この第1のシールド6は、感磁方向の端部が露出するようにセンサ2を被覆している。また、本実施の形態では、第1のシールド6は、センサ2の長手方向の略全体を被覆している。
【0038】
したがって、第1のシールド6を備えることで、センサ2が感磁する磁界に対する感磁方向以外の磁界の影響が少なくなる。また、第1のシールド6を備えることで、例えば位置検出装置1の取り付け誤差などによって、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直とならないときにも、センサ2が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0039】
第2のシールド7は、第2の外乱磁界遮蔽手段であり、磁石3,4の移動方向の移動範囲の外側に存在する磁界を遮蔽しており、特に、センサ2の感磁方向と同じ方向の外乱磁界を遮蔽している。本実施の形態では、第2のシールド7の形状は、磁石3,4の移動方向の長さが磁石3,4の移動範囲と略同等とされており、磁石3,4から発生する磁界と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等とされている。
【0040】
したがって、第2のシールド7を備えることで、センサ2が感磁する磁界に対して、磁石3,4の移動方向の移動範囲の外側に存在する外乱磁界の影響が少なくなる。また、例えば位置検出装置1の取り付け誤差などによって、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直方向からずれたときにも、外乱磁界の影響を少なくすることができる。
【0041】
なお、第1のシールド6や第2のシールド7(以下、まとめてシールドと称する。)は、飽和磁束密度が高く、残留磁気の少ない純鉄系材料からなることが好ましいが、シールドに対して加わる磁界が、シールドを形成する材料の飽和磁気特性に対して十分に小さいときには、ヒステリシスの影響を無視できるため、特に材質にこだわる必要はない。また、例えば、センサ2と磁石3,4との間隔を大きく離すことなどによって微弱な磁界を検出するときには、シールドは、ヒステリシスの影響が少ないパーマロイなどから作製することが好ましい。
【0042】
ところで、この位置検出装置1では、センサ2が感磁した磁石3,4からの磁界の強さをコア10に発生する渦電流を利用して検出し、磁石3,4とセンサ2との相対位置を検出している。なお、渦電流は、導電体を変動する磁場の中においたときに、導電体中を循環するように生じる電流である。
【0043】
以下では、コア10に発生する渦電流を利用して、磁石3,4とセンサ2との相対位置を検出する方法について説明する。
【0044】
先ず、発振回路20によって、コイル11,12を、コア10内の磁束が飽和しないように高周波励磁駆動する。
【0045】
コイル11,12を高周波駆動すると、コア10自体が導電性を有することから、このコア10内には渦電流が発生し、コイル11,12のインピーダンスには、駆動波に対して90°位相がずれた自己誘導によるインピーダンス損失成分に加えて、駆動波に対して180°位相がずれた渦電流によるインピーダンス損失成分が生じる。これら両成分は、センサコア材の透磁率μの変化によってその値を変化させるが、特にコア10を飽和させないように励磁することにより、コイル11,12のインピーダンスには渦電流損失分が大きく寄与するようになる。この2つの成分を合成したインピーダンスは、磁石3,4とセンサ2との相対位置の変化に対して、非常に大きな変化を示す。
【0046】
なお、渦電流によるインピーダンス損失が磁界の大きさに応じて変化するのは、実際には渦電流がセンサコアの透磁率μによって変動するためである。一般に磁性材料の場合、この透磁率μは単に定数で表されずに、磁界の大きさに応じて変化するものである。
【0047】
なお、本実施の形態では、センサ2として、導電性であり且つ磁性体であるコア10に、コイル11,12を巻回したものを使用し、コア10に発生する渦電流を利用して、磁石3,4からの磁界を検出したが、センサ2は、一軸方向の磁界を強く感磁するものであれば良い。例えば、センサ2として、MR素子やホール素子などを使用することもできる。
【0048】
また、本実施の形態では、位置検出装置1は、センサ2に対して磁石3,4が移動する構成とされている。したがって、第2のシールド7は、磁石3,4の移動方向の長さが磁石3,4の移動範囲と略同等とされている。しかしながら、本発明を適用した位置検出装置は、磁石に対してセンサが移動する構成としても良い。当該位置検出装置では、第2のシールドは、センサの移動方向の長さがセンサの移動範囲と略同等とされている必要がある。
【0049】
つぎに、この位置検出装置1を装着した気化器について、図6及び図7を参照しながら詳細に説明する。
【0050】
ここで、図6には位置検出装置1を装着した気化器31の側面図を示し、図7には気化器31の図7中X−X’線断面図を示す。
【0051】
気化器31は、いわゆる直動式のバルブを備えたものであって、本体部32と、液体燃料が注入されるチャンバ33とを備えている。このチャンバ33は、本体部32に形成される燃料導入通路44と接続され、液体燃料が注入される。
【0052】
本体部32は、キャブボディ34と、直動式のピストンバルブ35と、蓋36と、バネ37とを備えている。ピストンバルブ35は、キャブボディ34内に形成されるバルブ室42内に挿入され、キャブボディ34内に形成されるベンチュリ通路41を開閉する。蓋36は、バルブ室42を閉塞するようにキャブボディ34の上部開口に装着される。バネ37は、蓋36とピストンバルブ35との間に設けられ、ピストンバルブ35を付勢する。
【0053】
キャブボディ34は、例えば亜鉛ダイキャスト製のものであり、図6に示す矢印C方向に吸入空気が流れるベンチュリ通路41が形成されている。また、このキャブボディ34には、シリンダ部43が設けられている。シリンダ部43には、上記ベンチュリ通路41に開口するバルブ室42が形成されている。さらに、このキャブボディ34には、燃料導入通路44が形成されている。燃料導入通路44は、シリンダ部43と同軸をなすようにベンチュリ通路41から下方垂直に延び、ピストンバルブ35に備えられたジェットニードル46が挿入される。さらにまた、キャブボディ34には、燃料導入通路44に一体とされてチャンバ33内に延びる燃料導入部45が設けられている。
【0054】
上記シリンダ部43に形成されるバルブ室42には、略楕円形で有底筒状のピストンバルブ35が、ベンチュリ通路41に流れる吸入空気の方向に対して直角方向に挿入される。このピストンバルブ35は、シリンダ部43に対して摺動自在となっており、上下動の移動軸がずれないようにこのシリンダ部43に保持されている。このピストンバルブ35は、バルブ室42内で上下に移動することにより、ベンチュリ通路41に流れる吸入空気の量を調整する。
【0055】
上記シリンダ部43の上端開口には、上記シリンダ部43に対応した形状の有底の筒状の蓋36が装着され、シリンダ部43に形成されたバルブ室42を閉塞している。そして、この蓋36とピストンバルブ35との間には、バネ37が設けられている。このバネ37は、ベンチュリ通路41を閉塞する方向にピストンバルブ35を付勢している。
【0056】
また、上記シリンダ部43の上端開口には、上記ピストンバルブ35の閉塞する方向への移動を制限する係合部43aが形成され、この係合部43aに対応するように、ピストンバルブ35の上端開口にはつば部35aが形成されている。このピストンバルブ35がバネ37によりベンチュリ通路41を閉塞する方向に付勢されることにより、つば部35aと係合部43aとが係合する。したがって、ピストンバルブ35は、ベンチュリ通路41を解放する方向への力が加わっていない場合においては、ベンチュリ通路41が最も閉じた状態で維持される。なお、この位置におけるピストンバルブ35の開度をアイドリング開度と呼ぶ。
【0057】
ピストンバルブ35の底面の外側には、ジェットニードル46が設けられている。このジェットニードル46は、ベンチュリ通路41に対して下方垂直に形成されている燃料導入通路44に挿入され、ピストンバルブ35に伴って上下方向の移動を行う。このようなジェットニードル46は、チャンバ33からベンチュリ通路41内に吸引される燃料量を調整するようになっている。
【0058】
この気化器31が例えば自動二輪車などに適用された場合、上記ピストンバルブ35の図示しないスロットケーブルの一端が系止され、このスロットケーブルの延長端がアクセルグリップに連結される。そして、このアクセルグリップの操作により、上記ピストンバルブ35が上下方向に移動して、ベンチュリ通路41の通路面積を全閉から全開の間で変化させ、且つこのベンチュリ通路41内に吸引される燃料量を調整する。このことにより、この気化器31では、燃料を吸入空気に混合してエンジンに供給することができ、そして、エンジンの回転速度を変化させることができる。
【0059】
なお、この気化器31は、ピストンバルブ35がアイドリング開度となったときにも、ベンチュリ通路41が完全に閉塞されておらず、そのため、チャンバ33からこのベンチュリ通路41内に燃料が所定量吸引されている。したがって、この気化器1では、ピストンバルブ35がアイドリング開度となっている状態において、エンジンに対し所定量の燃料が混合された吸入空気を供給することができる。
【0060】
以上説明した構成の気化器31には、ピストンバルブ35の開度を検出するための開度検出装置として、本発明を適用した位置検出装置1が装着されている。
【0061】
具体的に説明すると、ピストンバルブ35上に磁石3,4が設けられ、シリンダ部43上にセンサ2、検出回路5、第1のシールド6、第2のシールド7が設けられる。
【0062】
また、位置検出装置1は、センサ2の感磁方向とオルタネータ50から発生する外乱磁界の方向とが略垂直となるように、気化器31に装着される。
【0063】
磁石3,4は、所定の間隔を空けてピストンバルブ35の側面に埋め込まれ、エポキシ樹脂などにより接着される。このとき、各磁石3,4は、各磁石3,4を結んだ直線が、ピストンバルブ35の移動方向と一致するように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれる。例えば、一方の磁石3は、バルブ室42の底面42aに最も近接した位置に設けられ、他方の磁石4は、つば部35aと底面35bとの略中間に設けられる。また、各磁石3,4は、着磁方向がピストンバルブ35の移動方向に対して略垂直となるとともに、着磁方向がそれぞれ反対となるように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれる。また、一方の磁石3は、発生する磁界が図6中矢印Dで示す方向、すなわち、ベンチュリ回路41に吸入空気が流れ込む方向と同一の方向となるように設けられ、他方の磁石4は、発生する磁界が図6中矢印Eで示す方向、すなわち、ベンチュリ回路41に吸入空気が流れ込む方向と反対の方向となるように設けられる。
【0064】
第1のシールド6によって被覆されたセンサ2は、シリンダ部43の外面に、感磁方向が磁石3,4の着磁方向と略同一となるように設けられる。また、検出回路5及び第2のシールド7も、センサ2と同様にシリンダ部43の外面に設けられる。このとき、第2のシールド7は、気化器31の長手方向の長さが磁石3,4の移動方向の長さと略同等とされており、磁石3,4から発生する磁界の着磁方向と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等とされている。
【0065】
以上説明した位置に、位置検出装置1の各部材を装着することにより、気化器31におけるピストンバルブ35の開度を検出することができる。
【0066】
気化器31では、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2に対する磁石3,4の位置が移動する。これに従って、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向が連続的に変化する。
【0067】
具体的に説明すると、ピストンバルブ35の開度がアイドリング開度であるときには、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界を強く感磁しており、他方の磁石3から発生する磁界はほとんど感磁していない。ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界を徐々に感磁しなくなり、代わって他方の磁石3から発生する磁界を徐々に強く感磁するようになる。そして、ピストンバルブ35が全開となったときには、センサ2は、一方の磁石4から発生する磁界をほとんど感磁しなくなり、他方の磁石3から発生する磁界を強く感磁するようになる。
【0068】
すなわち、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2が感磁する磁界の方向及び強さは、以下に説明するように変化する。先ず、ピストンバルブ35の開度がアイドリング開度であるときには、センサ2は、矢印D方向の磁界を強く感磁する。次に、ピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は矢印D方向の磁界を次第に感磁しなくなる。そして、センサ2が2つの磁石3,4からそれぞれ等しい位置となったときに、センサ2が感磁する磁界は0となる。次に、センサ2は、矢印E方向の磁界を感磁するようになる。さらにピストンバルブ35が開くに従って、センサ2は矢印E方向の磁界を強く感磁するようになる。最後に、ピストンバルブ35が全開となったときには、センサ2は矢印E方向の磁界を最も強く感磁する。
【0069】
以上説明したように、センサ2が感磁する磁界は、ピストンバルブ35が開くに従って、強さ及び方向が変化する。したがって、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向を検出することで、センサ2と磁石3,4との相対位置を検出することができ、ピストンバルブ35の開度を検出することが可能となる。
【0070】
また、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2の感磁方向とを外乱磁界の方向とが略垂直となるようにされていることや、第1のシールド6及び第2のシールド7が配設されていることによって、センサ2及び磁石3,4の相対位置と、センサ2が感磁する磁界との関係が直線的に変化する。したがって、本発明を適用した位置検出装置1は、センサ2と磁石3,4との相対位置を、精度良く検出することが可能であり、気化器31の開度検出装置として使用されたときには、気化器31の開度を精度良く検出することができる。
【0071】
以下では、実験例に基づいて、位置検出装置1におけるセンサ2及び磁石3,4の相対位置と、センサ2が感磁する磁界の強さ及び方向との関係について述べる。
【0072】
実験例1
気化器30に対して、位置検出装置1の各部材を、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直となるように取り付けた。
【0073】
すなわち、2つの磁石3,4を、ピストンバルブ35の側面に所定の間隔を空けて埋め込み、エポキシ樹脂によって接着した。このとき、各磁石3,4は、各磁石3,4を結んだ直線が、ピストンバルブ35の移動方向と一致するように、ピストンバルブ35に対して埋め込まれた。また、一方の磁石3を、バルブ室42の底面42aに最も近接した位置に設け、他方の磁石4を、つば部35aと底面35bとの略中間に設けた。また、各磁石3,4を、着磁方向がピストンバルブ35の移動方向に対して略垂直となるとともに、反対となるように設けた。
【0074】
また、シリンダ部43の外面にセンサ2、検出回路5、第1のシールド6、第2のシールド7を設けた。センサ2は、感磁方向の端部が露出するように、長手方向を第1のシールド6によって被覆した。そして、このセンサ2を、シリンダ部43の外面に、感磁方向が各磁石3,4の着磁方向と略同一となるように設けた。また、第2のシールド7は、気化器31の長手方向の長さが磁石3,4の移動方向の長さと略同等となり、磁石3,4から発生する磁界の着磁方向と同じ方向の長さがセンサ2の感磁方向の長さと略同等なるように設けた。
【0075】
なお、センサ2は、方形環状のコア10の長手方向の相対する2辺に、反対の螺旋を形成するようにコイル11,12を巻回した構造とした。
【0076】
そして、コイル11,12を、コア10内の磁束が飽和しないように高周波駆動し、コア10に生じる渦電流に応じて変化するセンサ2からの出力を測定した。そして、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0077】
実験例2
第2のシールド7を取り付けなかったことを除いては、実験例1と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0078】
実験例3
第1のシールド6を取り付けなかったことを除いては、実験例2と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0079】
実験例4
位置検出装置1の各部材を、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とが略垂直とならないように取り付けたことを除いては、実施例3と同様に位置検出装置1の各部材を気化器31へ取り付け、センサ2及び磁石3,4の相対位置とセンサ2から出力される電気信号との関係を調べた。
【0080】
実験例1〜実験例4の結果を、図8に示す。
【0081】
図8より、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直としない実験例4では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号は徐々に変化するもののばらつきが見られた。すなわち、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号は、直線的に変化しなかった。
【0082】
これに対して、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とした実験例3では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が直線的に変化した。
【0083】
また、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすると同時に、第1のシールド6を備えた実験例2では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が、実験例3と比較してさらに直線的に変化した。
【0084】
また、センサ2の感磁方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすると同時に、第1のシールド6及び第2のシールド7を備えた実験例1では、センサ2及び磁石3,4の相対位置に応じてセンサ2から出力される電気信号が、実験例2と比較してさらに直線的に変化した。
【0085】
【発明の効果】
本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段の一軸方向と外乱磁界の方向とを略垂直とすることで、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少なくなる。
【0086】
また、本発明に係る位置検出装置は、一軸方向の磁界を特に強く感磁する感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段を備えている。この第1の磁気遮蔽手段は、一軸方向の端部が露出するように感磁手段を被覆している。したがって、位置検出装置は、第1の磁気遮蔽手段を備えることで、感磁手段が感磁する磁界に対して、一軸方向以外の磁界が影響することが少ないものとなる。
【0087】
また、本発明に係る位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段を備えている。この第2の磁気遮蔽手段は、感磁手段又は磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している磁界のうち、少なくとも感磁手段が特に強く磁界を感磁する一軸方向の磁界を遮蔽している。したがって、位置検出装置は、第2の磁気遮蔽手段を備えることで、感磁手段が感磁する磁界に対して、感磁手段又は磁界発生手段の移動方向の移動範囲の外側に存在する外乱磁界のうち、少なくとも一軸方向の外乱磁界が影響が少ないものとなる。
【0088】
以上説明した理由により、本発明に係る位置検出装置は、感磁手段が感磁する磁界に対する外乱磁界の影響が少ないものとなり、感磁手段と磁界発生手段の相対位置に応じて感磁手段から出力する電気信号の変化が直線的なものとなる。したがって、本発明に係る位置検出装置は、磁界発生手段と感磁手段との相対的な位置を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した位置検出装置を示す斜視図である。
【図2】同位置検出装置を示す平面図である。
【図3】同位置検出装置に備えられるセンサを示す平面図である。
【図4】同位置検出装置に備えられる他のセンサの一例を示す平面図である。
【図5】本発明を適用した位置検出装置に備えられる検出回路の回路図である。
【図6】本発明を適用した位置検出装置が装着された気化器の側面図である。
【図7】同気化器の断面図である。
【図8】本発明を適用した位置検出装置並びに従来の位置検出装置における、センサ及び磁界発生手段の位置関係と、センサの信号出力との関係を示す図である。
【図9】従来の位置検出装置を示す模式図である。
【符号の説明】
1 位置検出装置、2 センサ、3,4 磁石、5 検出回路、6 第1のシールド、7 第2のシールド、 10 コア、11,12 コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a position detection device used in various measuring devices and control devices for automobiles, machine tool robots, and the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, position detection devices have been used in various measuring devices and control devices for automobiles, machine tool robots, and the like to detect the amount and position of movement of a movable part.
[0003]
An example of such a position detection apparatus is the position detection apparatus proposed by the applicant of the present application in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-141355.
[0004]
As shown in FIG. 9, the
[0005]
[0006]
The
[0007]
The
[0008]
In the
[0009]
The
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the
[0011]
However, a magnetic field generated from a magnetic field generation source other than the
[0012]
The
[0013]
The present invention has been proposed in view of such a conventional situation, and it is possible to reduce the influence of a disturbance magnetic field, and position detection with little error when used in a place where the disturbance magnetic field exists. An object is to provide an apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A position detection apparatus according to the present invention includes a magnetic field detection means having a magnetic sensing means for strongly sensing a uniaxial magnetic field,First magnetic shielding means for covering the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed;A magnetic field generating means for applying a magnetic field whose position changes relative to the magnetic sensitive means and whose intensity continuously changes in accordance with the change in the relative position to the magnetic sensitive means;A magnetic field generated from at least the magnetic sensing means or another magnetic field generation source existing outside the movement range in the movement direction of the magnetic field generation means. With magnetic shielding meansIt is characterized by that.
[0021]
In the position detection apparatus according to the present invention, at least the magnetosensitive means out of the magnetic field existing outside the moving range in the moving direction of the magnetic detecting means or the magnetic field generating means by the second magnetic shielding means. A uniaxial magnetic field that is particularly sensitive to magnetism is shielded.
[0022]
Therefore, the position detection device according to the present invention is less affected by the magnetic field existing outside the movement range in the moving direction of the magnetic detection means or the magnetic field generation means with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means. Become. In other words, the position detection device according to the present invention is less affected by the disturbance magnetic field with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a position detection apparatus to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0025]
For example, the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIG. 3, the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
The
[0032]
When the
[0033]
The core 10 may have the shape shown in FIG. 4 according to the specifications of the
[0034]
The
[0035]
As the
[0036]
As shown in FIG. 5, the
[0037]
The
[0038]
Therefore, by providing the
[0039]
The
[0040]
Therefore, by providing the
[0041]
The
[0042]
By the way, in this
[0043]
Below, the method to detect the relative position of the
[0044]
First, the
[0045]
When the
[0046]
The reason why the impedance loss due to the eddy current changes according to the magnitude of the magnetic field is that the eddy current actually varies depending on the magnetic permeability μ of the sensor core. In general, in the case of a magnetic material, the magnetic permeability μ is not simply expressed as a constant, but changes according to the magnitude of the magnetic field.
[0047]
In the present embodiment, as the
[0048]
In the present embodiment, the
[0049]
Next, a vaporizer equipped with the
[0050]
Here, FIG. 6 shows a side view of the
[0051]
The
[0052]
The
[0053]
The
[0054]
A substantially oval and bottomed
[0055]
A bottomed
[0056]
In addition, an
[0057]
A
[0058]
When the
[0059]
In the
[0060]
The
[0061]
More specifically, the
[0062]
In addition, the
[0063]
The
[0064]
The
[0065]
By mounting each member of the
[0066]
In the
[0067]
More specifically, when the opening degree of the
[0068]
That is, as the
[0069]
As described above, the strength and direction of the magnetic field sensed by the
[0070]
Further, the
[0071]
Below, based on an experimental example, the relationship between the relative position of the
[0072]
Experimental example 1
Each member of the
[0073]
That is, the two
[0074]
Further, the
[0075]
The
[0076]
The
[0077]
Experimental example 2
Except that the
[0078]
Experimental example 3
Except that the
[0079]
Experimental Example 4
Each member of the
[0080]
The results of Experimental Examples 1 to 4 are shown in FIG.
[0081]
From FIG. 8, in Experimental Example 4 in which the magnetic sensing direction of the
[0082]
On the other hand, in Experimental Example 3 in which the magnetic sensing direction of the
[0083]
Further, in the experimental example 2 provided with the
[0084]
Further, in the experimental example 1 including the
[0085]
【The invention's effect】
The position detection device according to the present invention has a disturbance magnetic field with respect to a magnetic field that the magnetic sensing means senses by making the uniaxial direction of the magnetic sensing means that strongly senses a magnetic field in the uniaxial direction and the direction of the disturbance magnetic field substantially perpendicular to each other. Less influence.
[0086]
In addition, the position detection apparatus according to the present invention includes first magnetic shielding means that covers a magnetic sensing means that strongly senses a uniaxial magnetic field. The first magnetic shielding means covers the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed. Therefore, the position detecting device includes the first magnetic shielding unit, so that the magnetic field other than the uniaxial direction is less affected by the magnetic field sensed by the magnetic sensing unit.
[0087]
Moreover, the position detection apparatus according to the present invention includes the second magnetic shielding means. This second magnetic shielding means is a uniaxial magnetic field in which at least the magnetic sensing means is particularly strong in the magnetic field among the magnetic fields existing outside the moving range of the magnetic sensing means or the magnetic field generating means. Shielding. Therefore, the position detection device includes the second magnetic shielding unit, so that the magnetic field disturbed by the magnetic sensing unit is a disturbance magnetic field that exists outside the moving range in the moving direction of the magnetic sensing unit or the magnetic field generation unit. Of these, at least a uniaxial disturbance magnetic field is less affected.
[0088]
For the reasons described above, the position detection device according to the present invention is less affected by the disturbance magnetic field with respect to the magnetic field sensed by the magnetic sensing means. The change in the output electrical signal is linear. Therefore, the position detection device according to the present invention can accurately detect the relative positions of the magnetic field generating means and the magnetic sensing means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a plan view showing the position detection device.
FIG. 3 is a plan view showing a sensor provided in the position detection device.
FIG. 4 is a plan view showing an example of another sensor provided in the position detection device.
FIG. 5 is a circuit diagram of a detection circuit provided in a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a side view of a vaporizer equipped with a position detection device to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a sectional view of the vaporizer.
FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a positional relationship between a sensor and a magnetic field generation unit and a signal output of the sensor in a position detection device to which the present invention is applied and a conventional position detection device.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a conventional position detection device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記一軸方向の端部が露出するように上記感磁手段を被覆する第1の磁気遮蔽手段と、
上記感磁手段に対して相対的に位置が変化し、この相対的な位置の変化に応じて連続的に強さ及び/又は方向が変化する磁界を、上記感磁手段に対して与える磁界発生手段とを備え、
少なくとも上記感磁手段又は上記磁界発生手段の移動方向の移動範囲よりも外側に存在している別の磁界発生源から発生する磁界のうち、上記一軸方向の磁界を遮断する第2の磁気遮蔽手段を備えることを特徴とする位置検出装置。 A magnetic field detecting means having a magnetic sensing means for strongly sensing a uniaxial magnetic field;
First magnetic shielding means for covering the magnetic sensing means so that the end in the uniaxial direction is exposed;
Magnetic field generation in which a position changes relative to the magnetic sensing means, and a magnetic field whose strength and / or direction continuously changes in accordance with the change in the relative position is applied to the magnetic sensing means. Means and
Second magnetic shielding means for shielding the uniaxial magnetic field among magnetic fields generated from at least the magnetic sensing means or another magnetic field generation source existing outside the moving range in the moving direction of the magnetic field generating means. A position detection device comprising:
高透磁率材料からなるコア及び高周波励磁駆動されるコイルからなる感磁手段と、
上記コイルを高周波励磁駆動する発振手段と、
上記コイルのインピーダンスを検出し、このインピーダンスに基づいて上記感磁手段と上記磁界発生手段との相対的な位置を検出する相対位置検出手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の位置検出装置。The magnetic field detection means includes
A magnetic sensing means comprising a core made of a high magnetic permeability material and a coil driven by high frequency excitation;
Oscillating means for high frequency excitation driving of the coil;
Detecting the impedance of the coil, the position detecting according to claim 1, further comprising a relative position detecting means for detecting the relative position between the magnetism-sensitive means and said magnetic field generating means on the basis of the impedance apparatus.
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