JP2002181505A - 磁気センサユニット - Google Patents
磁気センサユニットInfo
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Abstract
要な、かつ小型化の可能な長寿命の磁気センサユニット
を提供すること。 【解決手段】 磁気センサ11は、X軸及びY軸に沿っ
て2個ずつ対称に配置されていて、球状磁性体13は、
マグネット12の磁力に起因する吸引力のみでマグネッ
ト12の最も磁束密度の高い部分である中心部付近に隣
接している。その吸引力により、球状磁性体13に外力
を加えない状態では常に、球状磁性体13は座標原点上
に位置している。外力が加わると球状磁性体13は容易
に移動するが、その外力が除かれると直ちに座標原点上
に復帰する。これにより、従来マグネット支持機構に必
要であったコイルスプリング、マグネットケースなどの
多くの部品点数を減らすことができるうえ、マグネット
と球状磁性体だけのような簡単な組み合わせでマグネッ
ト支持機構を構築できる。
Description
ンサユニットに関し、より詳細には、マグネット上に配
設される磁性体の移動による磁気センサ部の磁界の変化
を検出することで位置検出を行う磁気センサユニットに
関する。
知可能な磁気検出式センサユニットのブロック図で、検
出部1は直交座標におけるX軸及びY軸に沿って二個ず
つ対称に配置された4個の磁気センサ(例えば、ホール
素子)11からなり、このホール素子11上方に配置さ
れたマグネットの移動によるX軸方向とY軸方向の各ホ
ール素子11の出力をそれぞれ差動アンプ2が差動的に
増幅し、その出力(アナログ値)を検出制御部3がX座
標値及びY座標値に変換して方向検知をおこなうように
構成されている。
構の具体例としては、例えば、図2に示すように、コイ
ルスプリング34の一端にマグネット32を支持し、コ
イルスプリング34を設置する基板に配設された磁気セ
ンサ31により、マグネット32の移動を磁気センサ3
1で検出するように構成されている。
例えば、図3に示すように、マグネット42を収納した
マグネットケース45の一端にコイルスプリングホルダ
ー46を介してコイルスプリング44を取り付け、その
コイルスプリング44をマグネット操作部47により支
持するように構成されている。
の支持機構にも共通することとしては、単にマグネット
を配設するだけではなく、コイルスプリングやマグネッ
トケースなど様々な部品を必要とすることである。特
に、コイルスプリングを用いているために、マグネット
の原点決めなど、組立性に問題が生じていた。また、マ
グネット単体の大きさより、支持機構がかなり大きくな
ってしまい、磁気センサユニットの小型化を進める上で
問題になっていた。その他にも、ほとんどの場合マグネ
ットと磁気センサ部が別筐体になっているので、組み付
け時の調整が必要になるなどの問題が生じている。
ネットを配置するためには複雑なマグネット支持機構が
必要となり、組立性が悪く、また小型化が難しく、さら
には組み付け時の調整が必要等の問題が生じている。
たもので、その目的とするところは、組立性が向上し、
かつ小型化が可能であり、さらに組み付け時の調整が不
要な磁気センサユニットを提供することにある。
め、請求項1に記載の発明は、磁力を発生するマグネッ
トと、該マグネットの磁力に起因する吸引力により隣接
状態を維持しつつ移動自在な磁性体と、該磁性体の移動
によって生じる周囲の磁束密度変化を検出する磁気セン
サとを備えることを特徴とするものである。
ネットと磁性体が接触している状態と、接触していない
が近傍にある状態の2状態を意味する。前者は、特にマ
グネットの磁気が強い場合であり、マグネットと磁性体
は常に接触している。また、マグネットの磁気が弱い場
合は重力などの影響を受け、マグネットと磁性体がいつ
も接触しているとは限らない。つまり、後者は、磁性体
の紛失防止の目的で、磁性体カバーを磁性体の近傍に設
け、マグネットと磁性体を隣接状態に保つようになされ
ている。
に記載の発明において、前記磁性体の形状が、少なくと
も一面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする
ものである。
又は2に記載の発明において、前記マグネットの形状
が、少なくとも一面の球面もしくは楕円面を有すること
を特徴とするものである。
1、2又は3に記載の発明において、前記磁気センサを
少なくとも3つ以上有することを特徴とするものであ
る。磁気センサを3つ以上設けることにより、360゜
全方向検知が可能になる。
素子、ホールIC、磁気抵抗効果素子、磁気抵抗効果I
Cなど様々な磁気センサが適用可能であり、360゜の
全方向を検知しようとする場合(例えば、ポインティン
グデバイスや加速度センサなど)は、アナログ出力型の
磁気センサが望ましい。それとは別に、原点から移動し
たかどうかだけを検知したい場合(例えば、感震センサ
など)は、デジタル出力型の磁気センサが望ましい。
限定はないが、通常、量産されているフェライト系、サ
マリウム−コバルト系、ネオジ系など様々なマグネット
が適用可能である。磁気センサユニットを使うアプリケ
ーションにより、弱磁場を発生するマグネットの方が好
ましい場合もあり、強磁場を発生する方が好ましい場合
もある。前者としては、傾斜センサや加速度センサへの
適用が一例として考えられ、後者としてはポインティン
グデバイスへの適用が一例として考えられる。各アプリ
ケーションにより、適当な磁場を発生するマグネットを
用いる必要がある。
に、特に種類の限定はないが、透磁率が高く、安価に入
手でき、加工性の良い磁性体が好ましい。鉄や鉄系の合
金(例えば、炭素綱やシリコン−鉄系、ニッケル−鉄
系、コバルト−鉄系、クロム−鉄系など)など様々な磁
性体が適用可能である。
向上し、また小型化も可能であり、さらに組み付け時の
調整も不要になるので、多様なアプリケーションに対し
て好都合に対応することが可能となる。
施形態について説明する。
ック図である。本発明は、特にマグネット支持機構に関
するものであり、実施形態は従来例と同様である。つま
り、検出部1は、4個の磁気センサ(例えば、ホール素
子)11からなり、このホール素子11は、X軸及びY
軸に沿って2個ずつ対称に配置されている。X軸及びY
軸上に対称に配設された4個のホール素子11の中央付
近にマグネットが配置されており、マグネットの磁力に
より隣接する移動自在な磁性体(例えば、球状磁性体)
とを備えている。この球状磁性体の移動による磁界の変
化によりホール素子11の出力電圧が変化する。差動ア
ンプ2は、X軸方向とY軸方向の各ホール素子11の出
力をそれぞれ差動的に増幅する。Z軸方向の磁界が原点
Oについて対称、すなわち球状磁性体が原点O上の位置
にあるとき、出力が0になるようにしてあり、球状磁性
体が原点Oを離れて移動すると、これに応じて差動アン
プ2に出力が発生するように構成されている。
体(この実施形態では球状磁性体)の機構の一例を示す
図で、図4(a)は側面図、図4(b)は上面図であ
る。図中符号11は磁気センサ、12はマグネット、1
3は球状磁性体である。磁気センサ11は、前述したよ
うにX軸及びY軸に沿って2個ずつ対称に配置されてい
る。マグネット12は鉛直方向にNSの着磁がされてい
る。NSの方向については特に制限されない。球状磁性
体13は、マグネット12の磁力に起因する吸引力のみ
でマグネット12の最も磁束密度の高い部分である中心
部付近に隣接している。その吸引力により、球状磁性体
13に外力を加えない状態では常に、球状磁性体13は
座標原点上に位置している。外力を加えると球状磁性体
13は容易に移動するが、その外力を除くと直ちに座標
原点上に復帰する。
スプリングを用いて行っていた動作である。しかし、コ
イルスプリングを用いた場合、長時間使用すると復帰点
(原点)の経時変化がおき、原点ズレの問題になる。本
発明の方式では、マグネットの最も磁束密度の高い部位
に復帰することを考えると、経時的な原点ズレの問題は
起こり得ない点でも有効である。
は球状磁性体を用いているが、図5(a)に示すよう
な、楕円面状磁性体14や、図5(b)に示すような、
円柱の上下に楕円半面を設けた磁性体15なども可能で
ある。その他にも様々な形状で磁気センサユニットの機
能を満足することができる。
更に種々変形して実施することができる。
のホール素子、HW−101A(商品名)を4つ用い
た。対角に配設されたホール素子11の中心間の距離は
約8.0mmである。また、中央のマグネット12の構
成は以下の通りである。マグネット12は、4.0mm
角の大きさで、厚み2.1mmのフェライト系のものを
用いた。マグネット12の着磁は、鉛直上向きにN極、
下向きにS極の2極構成になっている。マグネット12
の上部に隣接する磁性体(この試作例では球状磁性体)
は、直径4.75mmの球であり、材質は鉄である。
m角で、厚さ約7mmの大きさの磁気センサユニットが
実現できたことになる。マグネットサイズ、磁気センサ
11の配置距離など変更すれば、約5mm角で厚さが数
mm程度の磁気センサユニットでも製作可能と思われ
る。実際に球状磁性体13を移動させたときの、それぞ
れのホール素子の出力電圧を測定した。原点位置での各
ホール素子11の出力はそれぞれ約75mVであり、球
状磁性体13をホール素子11の方向に移動させると最
大で125mV程度まで出力電圧が変化する。
ある。差動アンプなどを用いて磁気センサ11の出力を
信号処理するので、外付けでICなどを用いることを前
提に考えれば、磁気センサユニットとして必要な出力電
圧を、このマグネット12の支持機構で充分に満足して
いることがわかる。
力を発生するマグネットと、マグネットの磁力に起因す
る吸引力により隣接状態を維持しつつ移動自在な磁性体
と、磁性体の移動によって生じる周囲の磁束密度変化を
検出する磁気センサとを備えたので、磁気センサユニッ
トにおいて、従来マグネット支持機構に必要であったコ
イルスプリング、マグネットケースなどの多くの部品点
数を減らすことができるうえ、例えば、マグネットと球
状磁性体だけのような簡単な組み合わせでマグネット支
持機構を構築できるので、組立性及び寿命が向上し、設
置時の位置調整の不要な、かつ小型化の可能になった多
様なアプリケーションに対して好都合に対応することが
可能な磁気センサユニットを提供することができる。
び本発明における磁気センサユニットの一例を示す回路
ブロック図である。
グネット支持機構の一例を示す図である。
グネット支持機構の他の一例を示す図である。
ユニットのマグネット支持機構の一例を示す図で、
(a)は側面図、(b)は上面図である。
ユニットで用いられる磁性体形状の一例を示す図で、
(a)は楕円面状磁性体の側面図、(b)は円柱+楕円
半面状磁性体の側面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 磁力を発生するマグネットと、該マグネ
ットの磁力に起因する吸引力により隣接状態を維持しつ
つ移動自在な磁性体と、該磁性体の移動によって生じる
周囲の磁束密度変化を検出する磁気センサとを備えるこ
とを特徴とする磁気センサユニット。 - 【請求項2】 前記磁性体の形状が、少なくとも一面の
球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求項1
に記載の磁気センサユニット。 - 【請求項3】 前記マグネットの形状が、少なくとも一
面の球面もしくは楕円面を有することを特徴とする請求
項1又は2に記載の磁気センサユニット。 - 【請求項4】 前記磁気センサを少なくとも3つ以上備
えることを特徴とする請求項1、2又は3に記載の磁気
センサユニット。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2000380853A JP4526182B2 (ja) | 2000-12-14 | 2000-12-14 | 磁気センサユニット |
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- 2000-12-14 JP JP2000380853A patent/JP4526182B2/ja not_active Expired - Fee Related
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