CN111721327A - 磁场发生组件、位置检测装置及磁场发生组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁场发生组件、位置检测装置及磁场发生组件的制造方法。磁场发生组件(2)能够固定在可相对于磁场检测单元(3)相对移动的对象物(7)上。磁场发生组件(2)具有：磁场发生部(4)；能够固定在对象物(7)上的第一支承部(5)；相对于第一支承部(5)另外设置的部件的第二支承部(6)，其由第一支承部(5)支承，并且支承磁场发生部(4)。例如，第二支承部(6)由非磁性材料形成，磁场发生部(4)与第一支承部(5)隔开间隔。由此，能够提供即使为复杂形状也能够廉价且高精度地制作的磁场发生组件。

Description

磁场发生组件、位置检测装置及磁场发生组件的制造方法
技术领域
本申请基于2019年3月20日申请的日本专利即特愿2019-52755主张基于该申请的优先权。这些申请其整体通过参照而被编入本申请中。
本发明涉及磁场发生组件和使用其的位置检测装置及磁场发生组件的制造方法，特别是涉及磁场发生组件的磁场发生部的支承结构。
背景技术
已知有检测直线运动的对象物的位置的位置检测装置。在日本特开2013-96723号公报中公开有一种位置检测装置，其具有磁场检测单元、由直线运动的支承部支承的相对于磁场检测单元可相对移动的两个磁体。通过使两个磁体相对于磁场检测单元相对移动，磁场检测单元所检测出的磁场发生变化。基于该磁场的变化，检测两个磁体相对于磁场检测单元的位置即对象物的位置。
磁体等磁场发生部往往经由固定于对象物的支承部间接地由对象物支承。作为支承部与磁场发生部的组装体的磁场发生组件通常被装入机械装置中来使用，因此，为了防止磁场发生部与机械装置的干扰，或者确保磁场发生部与其它磁性体的隔开距离，往往使支承部形成复杂形状。支承部例如通过板金或锻造制作，在为复杂形状的情况下，磁场发生组件的制造成本及工数增加。
发明内容
本发明的目的在于，提供即使为复杂形状也能够廉价且高精度地制作的磁场发生组件。
磁场发生部由相互独立的第一支承部和第二支承部支承于对象物，因此，能够简化第一支承部和第二支承部的形状。因此，根据本发明，能够提供即使为复杂形状也能够廉价且高精度地制作的磁场发生组件。
上述及其它的本申请的目的、特征及优点将通过以下参照示例本申请的附图来描述的详细说明而明确。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的位置检测装置的立体图。
图2A是图1所示的位置检测装置的磁场发生组件的侧视图。
图2B是图1所示的位置检测装置的磁场发生组件的剖视图。
图3是图1所示的位置检测装置的磁场发生部和磁场检测单元的放大图。
图4A～5B是表示磁场发生组件的制造方法的图。
图6A～6D是本发明另一实施方式的磁场发生组件的剖视图。
图7A～7C是本发明另一实施方式的磁场发生部的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1是位置检测装置的立体图。图2A是从图1的A方向观察的磁场发生组件的侧视图，图2B是以图1的B－B线切断的磁场发生组件的剖视图。X方向是第二支承部6的长边方向、或第一磁体8和第二磁体9排列的方向、或磁轭10的长边方向。Y方向是第一支承部5的长边方向，与X方向正交。位置检测装置1具有磁场发生组件2和磁场检测单元3。磁场发生组件2能够固定在可相对于磁场检测单元3相对移动的位置检测对象物(下称对象物7)上。在本实施方式中，磁场检测单元3能够固定在静止的结构物(未图示)上，磁场发生组件2能够固定在可相对于该结构物相对移动的对象物7上，但也可以将磁场发生组件2固定在静止的结构物上，将磁场检测单元3固定在相对于该结构物相对移动的对象物7上。
磁场发生组件2具有磁场发生部4、第一支承部5、第二支承部6。第一支承部5能够固定在对象物7上。第二支承部6由第一支承部5支承，并且支承磁场发生部4。第二支承部6是与第一支承部5不同的部件，即相对于第一支承部5另外设置的部件。磁场发生部4与第一支承部5隔开间隔。第一支承部5具有在Y方向上细长的形状，第二支承部6具有在X方向上细长的形状，第二支承部6在其长边方向Y的端部被第一支承部5支承。第一支承部5和第二支承部6整体呈L型形状，因此，容易将磁场发生部4在避免与其它结构物干扰的同时，设置于远离对象物7的部位。
对象物7沿X方向直线运动。在本实施方式中，对象物7是沿着中心轴7A进行直线运动的柱状体7。第一支承部5具有供柱状体7贯穿的第一孔51和定位用的第二孔52。第二孔52与设于同柱状体7一起移动的结构物(未图示)的孔对位，且圆柱形固定件53被***这些孔中。第一支承部5在限制相对于柱状体7的旋转及X方向的相对运动的同时，固定于柱状体7上。这样，磁场发生组件2由移动的对象物7支承，与对象物7一同相对于固定的磁场检测单元3在X方向上移动。
图3是表示磁场发生部4和磁场检测单元3的图2B的C部放大图。磁场发生部4具有第一磁体8、第二磁体9、磁轭10。第一及第二磁体8、9大致呈长方体形状，分别具有与磁场检测单元3相对的第一及第二面8A、9A和第一及第二面8A、9A的背面(下称第一及第二背面8B、9B)。磁轭10在第一及第二背面8B、9B固定于第一及第二磁体8、9。第一面8A及第二面9A彼此极性不同，例如，在第一面8A为N极的情况下，第二面9A为S极。磁轭10是由NiFe等软磁性体构成的细长的金属板。磁轭10控制磁通流，以使从第二磁体9的第二背面9B(N极)出来的磁通有效地进入第一磁体8的第一背面8B(S极)。通过设置磁轭10，能够将第一磁体8和第二磁体9小型化。第一磁体8和第二磁体9具有大致相同的尺寸，由相同的材料构成。另外，第一面8A和第二面9A处于同一平面上，第一及第二磁体8、9设于距磁轭10的长边方向X的中心10A等距离的位置。即，磁场发生部4形成为对称形。因此，从第一面8A出来并进入第二面9A的磁通线在与沿Y方向离开第一及第二磁体8、9的位置通常为正弦波形状。
磁场检测单元3具有第一磁场检测元件11和第二磁场检测元件12。第一磁场检测元件11检测与第一及第二面8A、9A平行且与第一磁体8和第二磁体9排列的方向平行的X方向分量的磁场。第二磁场检测元件12检测与第一及第二面8A、9A正交的Y方向分量的磁场。第一及第二磁场检测元件11、12是霍尔元件，但也可以是AMR、GMR、TMR等的磁阻效应元件。通过从由第一磁场检测元件11检测的X方向上的磁场分量Hx和由第二磁场检测元件12检测的Y方向上的磁场分量Hy计算arctan(Hy/Hx)，能够求出磁场相对于X－Y面内的X方向的磁场的角度θ。根据磁场角度θ能够求出第一及第二磁体8、9即对象物7相对于磁场检测单元3的X方向的相对位置。
再次参照图1、2A、2B，在本实施方式中，第二支承部6由与第一支承部5和磁场发生部4接合在一起的树脂形成。第一支承部5的磁场发生部4侧的第一端部区域5A由树脂覆盖，第一端部区域5A的相反侧的第二端部区域5B以及第一端部区域5A与第二端部区域5B之间的中间区域5C没有被树脂覆盖。第二支承部6是注塑成形的树脂。树脂仅覆盖磁场发生部4的一部分，第一磁体8的第一面8A和第二磁体9的第二面9A露出。由此，能够削减树脂的量。树脂可以包含或不包含填料，但在包含填料的情况下，优选由非磁性材料形成填料。即，优选第二支承部6由非磁性材料形成。如上所述，形成于第一磁体8与第二磁体9之间的磁通线基本上采用正弦波形状。但是，当第二支承部6由磁性材料形成时，由于磁通线被扰乱、Hx和Hy变动，所以位置检测精度降低。即，为了确保磁场检测精度，优选磁场发生部4形成的磁场不受周围结构物影响。换言之，优选在磁场发生部4附近不存在其它磁性体。现有的支承部多由铁等的磁性体形成，而且由于支承部兼作磁轭，所以磁场发生部4所形成的磁场容易被支承部搅乱。在本实施方式中，由于能够实现磁场发生部4从其它磁性体磁性地隔离的状态或磁性地浮动的状态，所以容易确保位置检测精度。
另外，由于现有的支承部和磁轭作为一体的部件被制作，所以对一个部件寻求作为磁轭的功能和作为支承部的功能，限制了材料的选择。在优先作为磁轭的功能的情况下，需要用铁等的磁性体制作整体，产生上述的问题。在用铝等非磁性材料制作L型形状支承部的情况下，材料费高，且也耗费成形为所希望的形状的费用，因此在成本上不利。进而，需要与支承部分开地设置由软磁性体构成的磁轭、或使第一磁体8和第二磁体9大型化。在本实施方式中，作为第一支承部5、磁轭10能够分别选择适当的材料，且能够将第一磁体8和第二磁铁9小型化。
第一支承部5由铁形成。第一支承部5是棒状、长板状等细长的部件，因此，能够廉价地制作。由于第一支承部5远离磁场发生部4，所以第一支承部5对磁场发生部4的磁性影响小。第一支承部5也可以由铝或树脂等非磁性材料形成。由此，由于第一支承部5对磁场发生部4的磁性影响为零，所以能够进一步改善位置检测精度。
接着，说明磁场发生组件2的制造方法。首先，如图4A所示，准备用于注塑成形的下模具13。在下模具13上形成有设置磁场发生部4(第一及第二磁体8、9以及磁轭10)的第一凹部15、设置第一支承部5的第一端部区域5A的第二凹部16、与第二凹部16相邻且设置第一支承部5的中间区域5C的第三凹部17。第一及第二凹部15、16是连续的一个凹部，在第二凹部16与第三凹部17之间形成有用于确定树脂的填充区域的切口部18。在第三凹部17的与第二凹部16相反侧的端部形成有用于保持第二端部区域5B的槽19。
接着，如图4B所示，将磁场发生部4设置于第一凹部15，将第一支承部5的第一端部区域5A设置于第二凹部16，将第一支承部5的中间区域5C设置于第三凹部17。磁场发生部4和第一支承部5相互分开设置。虽然省略图示，但在第一凹部15和第二凹部16中分别设置有用于支承磁场发生部4和第一支承部5的按压部。接着，将上模具14盖在设置有磁场发生部4和第一支承部5的下模具13上。上模具14设置于与第一及第二凹部15、16对应的范围13A。在上模具14上形成有与第一及第二凹部15、16相对的第四凹部20。如图5A所示，在由第一及第二凹部15、16和第四凹部20形成的空间填充树脂21。然后，使树脂21固化，如图5B所示，拆下上模具14，从下模具13取出磁场发生部4、第一支承部5和固化的树脂21。被填充而固化的树脂21成为被第一支承部5支承，并且支承磁场发生部4的非磁性的第二支承部6。第二支承部6的形状根据磁场发生组件2而不同，但第一支承部5的第一端部区域5A和磁场发生部4能够共通化。因此，仅改变下模具13及上模具14，即可制作各种形状的磁场发生组件2。
图6A～6D表示本发明的其它实施方式。参照图6A，树脂可以覆盖磁场发生部4的整面。在该情况下，能够保护第一及第二磁体8、9和磁轭10不受外部环境影响。参照图6B，第一及第二支承部5、6具有细长的形状，第二支承部6在其长边方向X的中间位置被第一支承部5支承。根据磁场发生部4和对象物7的相对位置关系，可以代替图1、2所示的实施方式来使用。参照图6C、6D，第二支承部6兼用于磁轭10，通过作为接合部件的螺钉22被固定于第一支承部5。在图6C所示的例子中，螺钉22沿第一支承部5的长边方向Y延伸，将第二支承部6固定于第一支承部5。在图6D所示的例子中，螺钉22沿与第一支承部5的长边方向Y正交的方向X延伸，将第二支承部6固定于第一支承部5。通过用非磁性材料形成第一支承部5和螺钉22，能够改善位置检测精度。将第二支承部6与第一支承部5接合在一起的接合部件不限于螺钉22，也可以是粘接剂。
图7A～7C表示本发明的又一其它实施方式。在本实施方式中，磁场发生部4的结构与上述实施方式不同。参照图7A，第一磁体8的第一面8A和第二磁体9的第二面9A朝向相同的方向，但与图3不同，成为相同极性(N极或S极)。参照图7B，第一磁体8的第一面8A和第二磁体9的第二面9A彼此相对，且具有相同极性(N极或S极)。第一磁体8和第二磁体9在与第一面8A相邻的第三面8B和与第二面9A相邻的第四面9B固定于磁轭10，第三面8B的背面8C和第四面9B的背面9C与磁场检测单元3相对。在这些实施方式中，由于第一面8A和第二面9A为相同极性，所以磁通线被形成为彼此远离，但与图3的情况相同，可以通过Hx和Hy求出对象物7相对于磁场检测单元3的X方向的相对位置。进而，如图7C所示，也可以由单一磁体形成磁场发生部4，省略磁轭。与其它实施方式相比，磁体的尺寸变大，但能够将磁场发生部4的结构简化。
以上详细示出且说明了本发明的几个优选的实施方式，但应理解为在不脱离附加权利要求的宗旨或范围的情况下可以进行各种改变和修改。

Claims (15)

1.一种磁场发生组件，其能够固定在可相对于磁场检测单元相对移动的对象物上，所述磁场发生组件的特征在于，具有：
磁场发生部；
能够固定在所述对象物上的第一支承部；和
第二支承部，其为相对于所述第一支承部另外设置的部件，由所述第一支承部支承，并且支承所述磁场发生部。
2.根据权利要求1所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第二支承部由非磁性材料形成，所述磁场发生部与所述第一支承部隔开间隔。
3.根据权利要求2所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第一支承部由非磁性材料形成。
4.根据权利要求2所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第二支承部由树脂形成，与所述第一支承部和所述磁场发生部接合在一起。
5.根据权利要求4所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述树脂覆盖所述磁场发生部的一部分。
6.根据权利要求4所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述树脂覆盖所述磁场发生部的整体。
7.根据权利要求4所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第二支承部是注塑成形的树脂。
8.根据权利要求2所述的磁场发生组件，其特征在于：
具有接合部件，其由非磁性材料形成，将所述第二支承部与所述第一支承部接合在一起。
9.根据权利要求1所述的磁场发生组件，其特征在于，
所述磁场发生部包括：
具有与所述磁场检测单元相对的第一面的第一磁体；
具有与所述磁场检测单元相对的第二面的第二磁体；和
磁轭，其由细长的软磁性体构成，在所述第一面和第二面的背面固定于所述第一磁体和所述第二磁体，
所述第一磁体和所述第二磁体设置于距所述磁轭的长边方向的中心等距离的位置。
10.根据权利要求9所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第二面与所述第一面极性不同。
11.根据权利要求1所述的磁场发生组件，其特征在于，
所述磁场发生部包括：
具有第一面的第一磁体；
具有与所述第一面相对且极性与所述第一面相同的第二面的第二磁体；和
磁轭，其由细长的软磁性体构成，在与所述第一面和第二面分别相邻的面固定于所述第一磁体和所述第二磁体，
所述第一磁体和所述第二磁体设置于距所述磁轭的长边方向的中心等距离的位置。
12.根据权利要求1所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第一支承部和所述第二支承部具有细长的形状，所述第二支承部在其长边方向的中间位置支承于所述第一支承部。
13.根据权利要求1所述的磁场发生组件，其特征在于：
所述第一支承部和所述第二支承部具有细长的形状，所述第二支承部在其长边方向的端部支承于所述第一支承部。
14.一种位置检测装置，其特征在于，具有：
权利要求1～13中任一项所述的磁场发生组件，其固定于可直线运动的对象物；和
检测所述磁场发生组件所产生的磁场的磁场检测单元。
15.一种磁场发生组件的制造方法，所述磁场发生组件能够固定在可相对于磁场检测单元相对移动的对象物上，所述制造方法的特征在于，包括以下步骤，即：
将用于产生磁场的磁场发生部和能够固定在所述对象物上的第一支承部相互隔开间隔地设置于模具中的步骤；和
向所述模具填充树脂，用所述树脂形成由所述第一支承部支承并且支承所述磁场发生部的非磁性的第二支承部的步骤。
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