JP2021165699A - Magnet unit and position detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石ユニット及び位置検出装置に関する。 The present invention relates to a magnet unit and a position detecting device.
従来の磁石ユニットとして、例えば、特許文献1、2には、位置検出装置に用いられるものが記載されている。特許文献1、2に記載の位置検出装置は、磁石及び磁石を保持するホルダーからなる磁石ユニットと、位置検出の対象の変位に応じて磁石ユニットが回転することによって生じる磁場を検出する磁気センサを備える。
As conventional magnet units, for example,
特許文献1に記載の位置検出装置は、円柱状の磁石の底面側に磁気センサを有する(例えば、同文献の図2参照)。また、特許文献2に記載の位置検出装置は、円環状の磁石の内部に磁気センサを有する(例えば、同文献の図4(B)参照)。
The position detection device described in Patent Document 1 has a magnetic sensor on the bottom surface side of a columnar magnet (see, for example, FIG. 2 of the same document). Further, the position detection device described in
特許文献1のように磁気センサを円柱状の磁石で覆う構造や、特許文献2のように磁気センサを円環状の磁石で取り囲む構造では、磁石ユニットにおける磁石の占有領域が大きくなり易い。磁石が大きくなると材料費が嵩む等の問題も生じる。しかしながら、単に磁石を小さくするだけでは、磁気センサに必要な磁場を加えることができない虞がある。
In a structure in which the magnetic sensor is covered with a cylindrical magnet as in Patent Document 1 or a structure in which the magnetic sensor is surrounded by an annular magnet as in
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、磁気センサに必要な磁場を加えつつ、磁石の占有領域を低減することができる磁石ユニット及び位置検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnet unit and a position detection device capable of reducing the occupied area of a magnet while applying a necessary magnetic field to the magnetic sensor.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係る磁石ユニットは、
軸線に沿う軸部が挿入される挿入孔を有するケースと、
前記ケースに保持された磁石と、
前記軸線を中心とした径方向において前記挿入孔を挟んで前記磁石と対向し、前記ケースに保持されたヨークと、を備え、
前記磁石と前記ヨークとの間に、前記軸部に設けられる磁気センサが検出可能な磁場を発生させ、
前記軸線を中心とした前記軸部との相対的な回転運動によって前記磁場を変化させる。
In order to achieve the above object, the magnet unit according to the first aspect of the present invention is
A case with an insertion hole into which a shaft along the axis is inserted, and a case with an insertion hole
The magnet held in the case and
A yoke that faces the magnet and is held in the case with the insertion hole sandwiched in the radial direction about the axis is provided.
A magnetic field that can be detected by a magnetic sensor provided on the shaft portion is generated between the magnet and the yoke.
The magnetic field is changed by a rotational motion relative to the shaft portion about the axis.
上記目的を達成するため、本発明の第2の観点に係る位置検出装置は、
前記磁石ユニットと、前記軸部と、前記磁気センサと、を備え、
前記磁気センサが検出した前記磁場に基づき、前記相対的な回転運動を生じさせる対象の位置を検出する。
In order to achieve the above object, the position detecting device according to the second aspect of the present invention is
The magnet unit, the shaft portion, and the magnetic sensor are provided.
Based on the magnetic field detected by the magnetic sensor, the position of the target that causes the relative rotational motion is detected.
本発明によれば、磁気センサに必要な磁場を加えつつ、磁石の占有領域を低減することができる。 According to the present invention, the occupied area of the magnet can be reduced while applying the necessary magnetic field to the magnetic sensor.
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る位置検出装置100は、図1、図2に示すように、磁石ユニット10と、軸部20と、磁気センサ30と、を備える。また、位置検出装置100は、図2に模式的に示すPCB(Printed Circuit Board)70を備える。位置検出装置100は、磁石ユニット10を軸部20に対して回転させる、図示しない対象の位置を検出する。以下、当該検出対象を単に「対象」とも言う。
(First Embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
磁石ユニット10は、磁気センサ30が検出可能な磁場を発生させる。また、磁石ユニット10は、対象の変位に応じて、軸線AXを中心として軸部20周りに回転することで前記の磁場を変化させる。磁石ユニット10は、図示しない連結部材によって対象と接続される。なお、対象は、直線的に変位するものであっても、曲線的に変位するものであってもよい。
磁石ユニット10は、ケース40と、磁石50と、ヨーク(継鉄)60と、を備える。
The
The
ケース40は、例えば合成樹脂から円環状に形成され、軸部20が挿入される挿入孔40aを有する。挿入孔40aは、軸線AXを中心に円状に形成される。ケース40は、図示しない軸受機構によって、軸線AXを中心に回転可能に軸部20に支持される。また、ケース40は、磁石50が固定される磁石固定孔41と、ヨーク60が固定されるヨーク固定孔42と、を有する。図1に示すように、磁石固定孔41及びヨーク固定孔42は、軸線AXを中心とした径方向で挿入孔40aを挟んで互いに対向する。また、磁石固定孔41及びヨーク固定孔42は、軸線AXを中心とした円弧に沿った形状をなす。図2に示すように、磁石固定孔41及びヨーク固定孔42は、例えば有底孔として形成されている。例えば、磁石50及びヨーク60は、インサート成形によりケース40と一体とされることで、それぞれに対応する磁石固定孔41、ヨーク固定孔42の内部に固定される。なお、磁石50及びヨーク60は、嵌合、接着などの公知の固定手法によって、それぞれに対応する磁石固定孔41、ヨーク固定孔42の内部に固定されてもよい。また、ケース40には、軽量化のための肉抜き孔43,44が形成されている。肉抜き孔43,44は、軸線AXを中心とした円周方向において磁石固定孔41及びヨーク固定孔42の間に位置し、軸線AXを中心とした円弧に沿って形成されている。
The
磁石50は、ネオジム、フェライト等の公知の材料からなり、図1に平面視で示すように、軸線AXを中心とした円弧に沿って形成されている。具体的に、磁石50は、円環の一部を取り出した形状をなし、例えば、軸線AXに対する中心角が90°未満の円弧に沿って形成されている。磁石50は、軸線AXを中心とした径方向に2極で着磁されている。磁石50は、前述のようにケース40に保持されている。
The
ヨーク60は、公知の軟質磁性材料からなり、図1に平面視で示すように、軸線AXを中心とした円弧に沿って形成されている。ヨーク60は、軸線AXを中心とした径方向において挿入孔40aを挟んで磁石50と対向する位置に設けられている。具体的に、ヨーク60は、円環の一部を取り出した形状をなし、例えば、軸線AXに対する中心角が90°未満の円弧に沿って形成されている。ヨーク60は、前述のようにケース40に保持されている。
The
軸線AXを中心とした径方向で互いに対向する磁石50とヨーク60との間には、磁気センサ30が検出可能な磁場が発生する。ヨーク60は、図1に模式的に示すように、磁石50からの磁力線Mの経路を制御して、挿入孔40a内の磁束密度をヨーク60が無い場合よりも増加させる。
A magnetic field that can be detected by the
軸部20は、例えば合成樹脂からなり、軸線AXに沿う円柱状に形成されている。軸部20は、図2に示すように、磁気センサ30を収容する中空部21を有して形成されている。
The
磁気センサ30は、例えば、ホール素子、オペアンプ等を含むホールIC(Integrated Circuit)からなる。磁気センサ30は、検出した磁場(磁束密度)に応じた電圧信号をPCB70へ出力する。磁気センサ30は、図2に示すように、軸線AXを中心とした径方向において磁石50とヨーク60の間に位置している。例えば、磁気センサ30は、その磁場の検出箇所が挿入孔40aの中心部に位置するように設けられている。これにより、磁気センサ30には、前述のようにヨーク60により経路が制御された磁力線Mが密集する部分に位置する。なお、磁気センサ30は、MR(Magneto Resistive Sensor)素子などを利用した他の公知のセンサであってもよい。
The
図2に模式的に示すPCB70は、マイクロコンピュータなどの各種電子部品を実装し、磁気センサ30とリード31を介して電気的に接続される。PCB70のマイクロコンピュータは、磁気センサ30から電圧信号を取得し、取得した電圧信号に基づいて公知の手法により対象の位置を算出し、検出結果とする。そして、PCB70は、検出結果を示す検出信号を、例えば計器などの機器(図示せず)へ伝送する。当該機器において、対象の位置が報知される。
The
続いて、以上の構成からなる第1実施形態に係る位置検出装置100の検出動作について説明する。対象の変位に伴い、磁石50及びヨーク60を有する磁石ユニット10は、軸部20に対して回転する。磁石50及びヨーク60の回転によって磁石50及びヨーク60間に生じる磁場が変化する。磁気センサ30は、この磁場の変化を検出し、磁場の変化に応じた電圧信号をPCB70へ出力する。PCB70は、取得した電圧信号に基づき対象の位置を検出する。
Subsequently, the detection operation of the
以上に説明した位置検出装置100が備える磁石ユニット10によれば、軸線AXを中心とした径方向で磁石50と対向するヨーク60によって、軸部20に設けられた磁気センサ30に磁場を効率良く加えることができる。このため、磁石50を、従来のように軸部20の全周を取り囲む形状で形成せずともよく、小型化することができる。したがって、磁気センサ30に必要な磁場を加えつつ、磁石50の占有領域を低減することができる。
According to the
また、磁石50及びヨーク60は、それぞれ、軸線AXを中心とした円弧に沿って形成されている。これにより、磁気センサ30が設けられた軸部20と同心円状に磁石50及びヨーク60が位置するため、磁石ユニット10の回転に伴い変化する磁場を磁気センサ30に安定して加えることができる。
Further, the
以上の第1実施形態では、位置検出の対象を限定しない例を説明したが、続いて、位置検出装置を液面検出装置に適用した第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同一又は相当する機能を有する各部については、第1実施形態と同一の符号を用い、説明を適宜省略する。 In the above first embodiment, an example in which the target of position detection is not limited has been described, but subsequently, a second embodiment in which the position detection device is applied to the liquid level detection device will be described. For each part having the same or equivalent function as that of the first embodiment, the same reference numerals as those of the first embodiment are used, and the description thereof will be omitted as appropriate.
(第2実施形態)
第2実施形態に係る位置検出装置200は、図3、図4に示すように、タンク2内に収容されている液体3の液量である液面3Aの位置(以下、液面位置とも言う。)を検出する。つまり、位置検出装置200は、対象の位置として、液面位置を検出する。
(Second Embodiment)
As shown in FIGS. 3 and 4, the
位置検出装置200は、前述と同様の機能を有する、磁石ユニット10、軸部20、磁気センサ30及びPCB70を備える。
The
また、位置検出装置200は、タンク2に取り付けられる被取付部材1Aと、被取付部材1Aに固定され、軸部20と一体成形されたフレーム4と、液体3に浮くフロート6と、磁石ユニット10及びフロート6を接続するフロートアーム7と、液面位置をユーザに報知する機器と電気的に接続されるターミナルTと、を備える。PCB70とターミナルTは、リード線9で接続されている。なお、液体3がPCB70、リード線9等が収容される空間に侵入することを防止するため、被取付部材1Aとフレーム4の間には、充填剤13が設けられている。また、被取付部材1Aとタンク2との間には、図示しないパッキンが設けられている。
Further, the
フロート6は、例えば、ニトリルゴムなどの合成ゴムから形成されており、液面3Aとともに変位する。なお、フロート6は、合成樹脂などで形成されていてもよい。フロートアーム7は、非磁性体である金属で形成されており、一端部でフロート6を保持し、他端部がケース40に取り付けられている。具体的に、図3に示すように、フロートアーム7の他端部は、その先端がケース40に設けられたアーム挿入部5Aに挿入されるとともに、その手前側がケース40に設けられたアーム係止部5Bに係止されている。
The
ケース40のフレーム4と反対側の面には、ケース40を覆うフレームカバー14(図3では不図示)が設けられている。フレームカバー14は、軸部20に対するケース40の回転を妨げないように設けられている。磁石ユニット10のフレーム4側には、位置検出装置200の外部からの磁気の影響を低減する磁気シールド部材15が設けられている。磁気シールド部材15は、例えば、鉄ニッケル合金などからなる。磁気シールド部材15は、例えば、磁石ユニット10の底部(フレーム4と対向する部分)と外周側面とを覆うカップ状に形成されている。磁気シールド部材15は、例えば、磁石50の吸着力により磁石ユニット10に保持される。
A frame cover 14 (not shown in FIG. 3) that covers the
続いて、以上の構成からなる第2実施形態に係る位置検出装置200の検出動作について説明する。タンク2内の液面3Aとともにフロート6が変位すると、フロート6とフロートアーム7で接続された磁石ユニット10が軸部20に対して回転する。磁石50及びヨーク60を有する磁石ユニット10の回転によって、磁石50及びヨーク60間に生じる磁場が変化する。磁気センサ30は、この磁場の変化を検出し、磁場の変化に応じた電圧信号をPCB70へ出力する。PCB70は、取得した電圧信号に基づき対象の液面位置を示す検出信号を生成し、生成した検出信号をリード線9及びターミナルTを介して計器等の図示しない機器へ伝送する。当該機器において、液面位置が報知される。以上に説明した液面検出に適用される位置検出装置200によっても、磁気センサ30に必要な磁場を加えつつ、磁石50の占有領域を低減することができる等の効果を奏する。
Subsequently, the detection operation of the
なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments and drawings. Changes (including deletion of components) can be made as appropriate without changing the gist of the present invention.
以上の実施形態では、位置検出装置100,200が対象の位置を示す検出信号を外部の機器に出力する例を示したが、対象の位置の検出構成はこの例に限定されない。例えば、位置検出装置100,200が磁気センサ30からの電圧信号を外部の機器に出力し、当該機器が取得した電圧信号に基づいて対象の位置を算出する構成を採用してもよい。位置検出装置100,200が対象の位置を検出する、とは、位置検出装置100,200が対象の位置そのものを示す検出信号を出力することだけでなく、対象の位置とした値を示す信号を出力する態様も含む。
In the above embodiments, the
以上の実施形態では、軸部20に対して磁石ユニット10が回転する例を示したが、磁石ユニット10に対して軸部20が回転する構成を採用してもよい。磁石ユニット10は、軸線AXを中心とした軸部20との相対的な回転運動によって磁気センサ30に加わる磁場を変化させるものであればよい。
In the above embodiment, the example in which the
また、位置検出装置100による位置検出の対象は、磁石ユニット10及び軸部20の間に前述の相対的な回転運動を生じさせるものであれば、任意である。例えば、対象は、車両に搭載された種々の回転体(回転移動するアクセルペダル、ブレーキペダル、回転灯など)や、シフトレバーなどの直線移動体であってもよい。
Further, the target of position detection by the
また、磁石ユニット10の形状及び構成は、磁気センサ30に必要な磁場を加えつつ、磁石50の占有領域を低減することができる限りにおいては、任意に変更可能であり、上記実施形態に限定されない。磁石50及びヨーク60の軸線AXを中心とした円弧に沿うそれぞれの形成範囲は、任意に変更可能である。また、磁石50及びヨーク60の少なくともいずれかは、軸線AXを中心とした円弧に沿った形状でなくともよい。なお、磁石ユニット10は、その重心が軸線AXと一致するように構成されることが好ましい。こうすれば、磁石ユニット10の軸線AX周りの慣性モーメントを最小にすることができるため、磁石ユニット10の軸線AX周りの回転の安定性を確保することができる。
Further, the shape and configuration of the
以上の実施形態では、磁気センサ30が挿入孔40aの中心部に位置する例を示したが、位置検出装置100,200が良好に対象の位置を検出できる限りにおいては、磁気センサ30は、挿入孔40aの中心部から多少ずれた位置に設けられていてもよい。
In the above embodiment, the example in which the
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。 In the above description, in order to facilitate the understanding of the present invention, the description of known technical matters has been omitted as appropriate.
100 位置検出装置
10 磁石ユニット
20 軸部
30 磁気センサ
40 ケース
40a 挿入孔
50 磁石
60 ヨーク
70 PCB
AX 軸線
200 位置検出装置(液面検出装置)
1A 被取付部材
2 タンク
3 液体
3A 液面
4 フレーム
6 フロート
7 フロートアーム
T ターミナル
100
1A Attached
Claims (4)
前記ケースに保持された磁石と、
前記軸線を中心とした径方向において前記挿入孔を挟んで前記磁石と対向し、前記ケースに保持されたヨークと、を備え、
前記磁石と前記ヨークとの間に、前記軸部に設けられる磁気センサが検出可能な磁場を発生させ、
前記軸線を中心とした前記軸部との相対的な回転運動によって前記磁場を変化させる、
磁石ユニット。 A case with an insertion hole into which a shaft along the axis is inserted, and a case with an insertion hole
The magnet held in the case and
A yoke that faces the magnet and is held in the case with the insertion hole sandwiched in the radial direction about the axis is provided.
A magnetic field that can be detected by a magnetic sensor provided on the shaft portion is generated between the magnet and the yoke.
The magnetic field is changed by a rotational motion relative to the shaft portion about the axis.
Magnet unit.
請求項1に記載の磁石ユニット。 The magnet and the yoke are each formed along an arc centered on the axis.
The magnet unit according to claim 1.
前記磁気センサが検出した前記磁場に基づき、前記相対的な回転運動を生じさせる対象の位置を検出する、
位置検出装置。 The magnet unit according to claim 1 or 2, the shaft portion, and the magnetic sensor are provided.
Based on the magnetic field detected by the magnetic sensor, the position of the object that causes the relative rotational motion is detected.
Position detector.
前記磁気センサが検出した前記磁場に基づき、前記対象の位置として、前記液面位置を検出する、
請求項3に記載の位置検出装置。 A float that floats on a liquid and rotates the case with respect to the shaft portion in response to a change in the liquid level position of the liquid is provided.
Based on the magnetic field detected by the magnetic sensor, the liquid level position is detected as the target position.
The position detecting device according to claim 3.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020069685A JP2021165699A (en) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | Magnet unit and position detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020069685A JP2021165699A (en) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | Magnet unit and position detection device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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JP2020069685A Pending JP2021165699A (en) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | Magnet unit and position detection device |
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2020
- 2020-04-08 JP JP2020069685A patent/JP2021165699A/en active Pending
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