WO2021181535A1 - 磁気式リニア位置検出器 - Google Patents

磁気式リニア位置検出器 Download PDF

Info

Publication number
WO2021181535A1
WO2021181535A1 PCT/JP2020/010357 JP2020010357W WO2021181535A1 WO 2021181535 A1 WO2021181535 A1 WO 2021181535A1 JP 2020010357 W JP2020010357 W JP 2020010357W WO 2021181535 A1 WO2021181535 A1 WO 2021181535A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnetic
region
along
magnet
position detector
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/010357
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
武史 武舎
芳直 立井
久範 鳥居
慎 東野
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to DE112020006388.7T priority Critical patent/DE112020006388T5/de
Priority to US17/791,562 priority patent/US11933640B2/en
Priority to PCT/JP2020/010357 priority patent/WO2021181535A1/ja
Priority to CN202080097917.1A priority patent/CN115210536A/zh
Priority to JP2020544551A priority patent/JP6824483B1/ja
Publication of WO2021181535A1 publication Critical patent/WO2021181535A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/245—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using a variable number of pulses in a train
    • G01D5/2451—Incremental encoders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/24428—Error prevention
    • G01D5/24433—Error prevention by mechanical means
    • G01D5/24438—Special design of the sensing element or scale

Definitions

  • the present disclosure relates to a magnetic linear position detector capable of detecting the position of a mover that moves linearly.
  • a magnetic linear position detector that can detect the position of a mover that moves linearly is known.
  • a magnetic detector is provided on either the mover or the stator, and a magnet is provided on the other.
  • S poles and N poles are alternately provided along the moving direction of the stator.
  • the magnetic detector element is an element that converts a change in a magnetic field received from a magnet into an electric signal such as a voltage.
  • the magnetic flux distribution generated from the magnetic pole portion at the end portion and the magnetic flux distribution generated from the magnetic pole portion other than the end portion are different.
  • a part of the magnetic field lines emitted from the north pole of the magnetic pole portion at the end portion tends to the south pole which is the back surface of the magnetic pole portion at the end portion because there is no other magnetic pole portion on one side.
  • the magnetic field lines emitted from the north pole of the magnetic pole portion other than the end portion go toward the south pole of the adjacent magnetic pole portion. This difference causes a difference in the magnetic flux distribution.
  • the magnetic flux distribution differs between the magnetic pole portion at the end and the magnetic flux portion other than the end, the magnetic field received by the magnetic detector at the magnetic pole portion at the end and the magnetic field received by the magnetic detector at the magnetic pole portion other than the end are unbalanced. Therefore, the accuracy of the position detection near the end may decrease, and it is necessary to correct the position detection result near the end.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which the width of the magnetic pole portion is narrowed at the end of the magnet to make the magnetic flux distribution uniform.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and an object of the present disclosure is to obtain a magnetic linear position detector capable of making the magnetic flux distribution uniform at the end portion of the magnet and other than the end portion.
  • the present disclosure includes a stator and a mover that is movable along a first direction with respect to the stator.
  • One of the stator and the mover has a magnetic detector, and the other of the stator and the mover has a magnet.
  • the first surface of the magnet facing the magnetic detection element is provided with alternating north and south poles along the first direction.
  • the magnet has a first region and a second region provided on both sides of the first region along the first direction. In the first region, the length along the second direction perpendicular to the first plane is constant. The length of the second region along the second direction is different from that of the first region.
  • the magnetic linear position detector according to the present disclosure has an effect that the magnetic flux distribution can be made uniform at the end portion of the magnet and other than the end portion.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a magnetic linear position detector according to a first embodiment.
  • the magnetic linear position detector 20 includes a stator 1 and a mover 2.
  • the mover 2 can move linearly with respect to the stator 1 in the direction along the X axis shown in FIG.
  • the direction along the X-axis is the first direction.
  • a magnetic detector 3 is attached to the stator 1.
  • the mover 2 is provided with a magnet 4.
  • the magnetic detection element 3 is an element that converts a change in a magnetic field received from a magnet 4 into an electric signal such as a voltage.
  • the magnetic detection element 3 includes, for example, a Hall element, a Hall IC, and the like.
  • the magnetic field received by the magnetic detector 3 changes as the magnet 4 moves in the direction along the X axis.
  • the amount of displacement is converted into a change in the output of the electric signal by the magnetic detector 3, and the relative position between the magnet 4 and the magnetic detector 3 is calculated by a calculation unit (not shown).
  • the magnetic detection element 3 is composed of two or more elements having a phase difference of 90 °, and the magnet 4 and the magnetic detection are performed by performing a Tan -1 calculation on the sine wave and the cosine wave output from each element. The relative position with the element 3 is calculated.
  • the magnet 4 has a first surface 4a facing the magnetic detector element 3.
  • a Y-axis perpendicular to the first surface 4a is defined.
  • the direction along the Y axis is the second direction. It also defines a Z-axis perpendicular to the X-axis and Y-axis. Further, in the following description, the direction along the X axis is referred to as the width direction, and the direction along the Y axis is referred to as the thickness direction.
  • FIG. 2 is a view of the magnetic linear position detector according to the first embodiment along the Z axis.
  • the first surface 4a of the magnet 4 is provided with alternating north and south poles along the width direction.
  • the arrow 6 overlaid on the magnet 4 in FIG. 2 indicates the direction of internal magnetization after magnetization of the magnet.
  • the tip of the arrow 6 indicates the north pole. Therefore, the magnetic pole of the first surface 4a at the leftmost end of the paper in FIG. 2 is the north pole. Further, the magnetic pole of the first surface 4a at the rightmost end on the paper surface of FIG. 2 is the S pole. Further, in FIG. 2, the arrow 5 indicates a magnetic field line emitted from the magnet 4.
  • the magnet 4 has a first region 11 and a second region 12 provided on both sides of the first region 11 along the width direction.
  • the first region 11 includes a plurality of magnetic poles.
  • one second region 12 includes a plurality of magnetic poles.
  • the first surface 4a of the magnet 4 is a flat surface.
  • a portion of the second surface 4b, which is the back surface of the first surface 4a and included in the second region 12, is provided with a stepped step.
  • the length along the thickness direction from the magnetic pole portion on the first region 11 side toward the magnetic pole portion at the end along the width direction is gradually shortened for each magnetic pole. ..
  • a step-like step is provided on the second surface 4b of the magnet 4 and included in the second region 12.
  • the length of the magnet 4 along the thickness direction of the second region 12 is shorter than the length of the magnet 4 along the thickness direction of the first region 11.
  • two magnetic poles are included in one second region 12.
  • the length in the thickness direction in the first region 11 is t
  • the length in the thickness direction of the magnetic pole at the end is 0.5 t
  • the length in the thickness direction of the adjacent magnetic pole is 0.5 t. Let it be 0.75t.
  • one second region 12 may include one magnetic pole, or may include three or more magnetic poles.
  • FIG. 3 is a view of the magnetic linear position detector according to the comparative example along the Z axis.
  • an arrow 5 that does not overlap the magnet 4 indicates a magnetic field line.
  • FIG. 4 is a diagram showing the magnetic field strength sensed by the magnetic detector element of the magnetic linear position detector according to the comparative example.
  • the horizontal axis shows the displacement amount of the magnet 40
  • the vertical axis shows the magnetic field strength in the direction along the Y axis, which is the sensing direction of the magnetic detector 3.
  • the magnet 40 in the comparative example has a constant length in the thickness direction in the entire region. Since the magnetic poles other than the end portion of the magnet 40 along the width direction have other magnetic poles on both sides, the magnetic field lines emitted from the N pole other than the end portion are directed to the magnetic poles of the adjacent S poles. On the other hand, since there is no adjacent magnetic pole on one side of the magnetic pole at the end, the magnetic field lines emitted from the N pole flow through the air toward the S pole on the back side.
  • the length of the second region 12 provided on both sides of the first region 11 is shortened along the thickness direction of the magnetic poles.
  • the magnetic field strength in the direction along the Y axis at the end of the magnet 4 is suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the magnetic field strength sensed by the magnetic detector element of the magnetic linear position detector according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents the displacement amount of the magnet 4
  • the vertical axis represents the magnetic field strength in the direction along the Y axis, which is the sensing direction of the magnetic detector 3. From the magnetic field strength shown in FIG. 5, it can be seen that the magnetic field strength in the direction along the Y axis at the end of the magnet 4 is suppressed.
  • the magnetic linear position detector 20 according to the first embodiment the magnetic flux distribution is made uniform over the entire width direction of the magnet 4, so that the position detection accuracy can be improved.
  • the magnetic field strength is suppressed by shortening the length of the end of the magnet 4 along the thickness direction due to the following two points.
  • the first point is a decrease in magnetic force due to a simple decrease in magnet volume at the end of the magnet 4.
  • the second point is a decrease in magnetic force due to a decrease in the size of the loop of magnetic force lines from the north pole to the south pole at the end. This is because the greater the distance between the first surface 4a of the magnet 4 and the magnetic detector 3, the greater the decrease in magnetic force. That is, according to the second factor, the optimum length of the magnet 4 in the second region 12 along the thickness direction is optimized according to the distance between the first surface 4a of the magnet 4 and the magnetic detector 3. The value is decided.
  • the poles of one end and the other end along the width direction of the magnet 4 are different. Specifically, at the left end of the paper in FIG. 2, the pole of the first surface 4a is the north pole, and at the right end, the pole of the first surface 4a is the south pole. ing. By doing so, the number of north poles and south poles can be the same for the entire magnet 4. This makes it possible to detect the relative position with higher accuracy by eliminating the offset due to the difference in the number of poles.
  • FIG. 6 is a view of the magnetic linear position detector according to the first modification of the first embodiment along the Z axis.
  • the length of the magnetic pole in the width direction becomes shorter in the second region 12 as the distance from the first region 11 in the width direction increases.
  • the loop of magnetic field lines is large at the end of the magnet 40.
  • the magnetic field strength is increased at both ends of the magnet 40, and the width of the waveform in the horizontal axis direction is widened.
  • the magnetic field strength at both ends of the magnet 4 is suppressed, and the width of the waveform in the horizontal axis direction is also increased. It's getting narrower. However, the width is not narrowed to the same width as the waveform of the central portion where the first region 11 is provided.
  • the width of the waveform is widened at the end portion when the magnetic field strength is to be aligned. Therefore, when trying to make the widths of the waveforms uniform, the magnetic field strength becomes lower than that in the central part. Therefore, when only the length of the magnet 4 in the thickness direction is used as a parameter for magnetic force control, it is difficult to make both the magnetic field strength and the width of the waveform uniform.
  • the length in the width direction is also a parameter. Then, in the second region 12 on the end side, the width of the waveform is narrowed by making the length in the width direction of the magnetic pole shorter than that in the first region 11, and the central portion and the end portion of the magnet 4 are narrowed. The magnetic field strength and the width of the waveform are aligned with and.
  • the magnetic flux density can be further made uniform, and the accuracy of position detection can be further improved. It is not necessary to shorten the length in the width direction of all the magnetic poles included in the second region 12, and the length in the width direction may be shortened only by the most extreme magnetic pole along the width direction.
  • FIG. 7 is a view of the magnetic linear position detector according to the second modification of the first embodiment along the Z axis.
  • the second region 12 is a tapered portion whose length along the thickness direction is smoothly shortened as the distance from the magnetic pole portion on the first region 11 side increases.
  • the length along the thickness direction is smoothly shortened in the second region 12, so that the magnetic field strengths at the end and the center are made uniform, and the accuracy of position detection is improved. I'm trying.
  • the magnetic field line is a portion emitted from the magnet 4 or a portion entering the magnet 4, and is perpendicular to the surface of the magnet 4. Therefore, it is possible to control the shape of the loop of the magnetic field lines and the like by the inclination angle of the tapered portion.
  • the inclination angle of the surface can be used as a parameter for magnetic force control.
  • the magnetic field strength and the width of the waveform can be made uniform at the central portion and the end portion of the magnet 4, and the accuracy of position detection can be further improved.
  • the length in the width direction of the magnetic pole may be shortened in the second region 12 to further improve the accuracy of position detection.
  • FIG. 8 is a view of the magnetic linear position detector according to the third modification of the first embodiment along the Z axis.
  • the second surface 4b is a flat surface. Further, by providing a stepped step on the first surface 4a, the length along the thickness direction in the second region 12 is made shorter than the length along the thickness direction in the first region 11. ing.
  • the magnetic field strength can be made uniform at the center and the edges, and the accuracy of position detection can be improved. Further, when the first surface 4a is magnetized collectively using the magnetizing yoke, the first surface 4a of the second region 12 is magnetized more than the first surface 4a of the first region 11. Leave the yoke.
  • the magnetic permeability differs between the first region 11 and the second region 12. More specifically, the magnetic permeability in the second region 12 is smaller than that in the first region 11. Therefore, in the present modification 3, by providing a step on the first surface 4a, the magnetic permeability can be used as a parameter for magnetic force control in addition to the length along the thickness direction of the magnetic poles. As a result, the magnetic field strength and the width of the waveform can be made uniform at the central portion and the end portion of the magnet 4, and the accuracy of position detection can be further improved.
  • FIG. 9 is a view of the magnetic linear position detector according to the modified example 4 of the first embodiment along the Z axis.
  • the second region 12 is provided on the magnetic pole provided at the most end in the width direction.
  • the corners of the first surface 4a side of the magnetic pole provided at the most end in the width direction are chamfered.
  • the length along the thickness direction can be shortened and the magnetic field strength can be suppressed.
  • the modification 2 shown in FIG. 7 it is possible to control the shape of the loop of the magnetic field lines and the like by the inclination angle of the chamfered portion. Therefore, in the present modification 4, in addition to the length of the magnet 4 in the thickness direction, the inclination angle of the chamfered portion can be used as a parameter for magnetic force control. As a result, the magnetic field strength and the width of the waveform can be made uniform at the central portion and the end portion of the magnet 4, and the accuracy of position detection can be further improved.
  • FIG. 10 is a view of the magnetic linear position detector according to the modified example 5 of the first embodiment along the Z axis.
  • the length in the width direction of the magnetic pole becomes shorter as the distance from the first region 11 in the width direction increases.
  • the width of the waveform of the magnetic field strength shown in FIG. 5 can be narrowed.
  • the magnetic field strength at the end may be smaller than the magnetic field strength at the center. Therefore, in the present modification 5, in the second region 12, the magnetic poles are projected toward the second surface 4b, and the length along the thickness direction is made longer than that of the first region 11. More specifically, in the second region 12, the length along the thickness direction from the magnetic pole portion on the first region 11 side toward the magnetic pole portion at the end along the width direction is stepped for each magnetic pole. Is getting longer. As a result, a step-like step is provided on the second surface 4b of the magnet 4 and included in the second region 12.
  • the magnetic field strength reduced due to the shortening of the length along the width direction of the magnetic pole is increased, and the length along the thickness direction of the magnetic pole is increased.
  • the magnetic field strength and the width of the waveform can be made uniform at the central portion and the end portion of the magnet 4, and the accuracy of position detection can be improved. It is not necessary to lengthen the length in the width direction of all the magnetic poles included in the second region 12, and the length in the width direction may be shortened only by the pole at the end along the width direction.
  • a magnetic linear position detector in which a magnetic detection element is provided in the stator and a magnet is provided in the mover is described as an example.
  • a magnet is provided in the stator and the mover is provided with a magnet.
  • a magnetic detection element may be provided.
  • the configuration shown in the above embodiments is an example, and can be combined with another known technique, can be combined with each other, and does not deviate from the gist. It is also possible to omit or change a part of the configuration.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

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）のいずれか一方は磁気検出素子（３）を有し、固定子（１）および可動子（２）の他方は磁石（４）を有する。磁石（４）のうち磁気検出素子（３）と対向する第１の面は、第１の方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられている。磁石（４）は、第１の領域（１１）と、第１の方向に沿った第１の領域（１１）の両側に設けられた第２の領域（１２）とを有する。第１の領域（１１）では、第１の面に垂直な第２の方向に沿った長さが一定である。第２の領域（１２）では、第２の方向に沿った長さが第１の領域（１１）とは異なっている。

Description

磁気式リニア位置検出器
　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。
　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。磁石では、固定子の移動方向に沿ってＳ極とＮ極が交互に並べて設けられている。磁気検出素子は、磁石から受ける磁界の変化を電圧等の電気信号に変換する素子である。
　Ｓ極とＮ極が交互に並べられた磁石では、端部の磁極部分から発生する磁束分布と、端部以外の磁極部分から発生する磁束分布とが異なる。例えば、端部の磁極部分のＮ極から発せられる磁力線の一部は、一方側に他の磁極部分がないため、端部の磁極部分の裏面であるＳ極に向かう。一方、端部以外の磁極部分のＮ極から発せられる磁力線は、隣接する磁極部分のＳ極に向かう。この違いが、磁束分布の違いを生じさせる。
　端部の磁極部分と端部以外の磁極部分で磁束分布が異なるため、端部の磁極部分で磁気検出素子が受ける磁界と、端部以外の磁極部分で磁気検出素子が受ける磁界とがアンバランスになり、端部付近での位置検出の精度が低下する場合があり、端部付近での位置検出結果に補正を行う必要がある。
　特許文献１には、磁石の端部で磁極部分の幅を狭くして、磁束分布の均一化を図った構成が開示されている。
特開２０１１－１０１５５２号公報
　磁気式リニア位置検出器の設計自由度の向上の観点からは、磁石の端部で磁極部分の幅を狭くした構成以外にも、磁束分布の均一化を図ることができる他の構成があることが望ましい。
　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石の端部と端部以外とで磁束分布の均一化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。
　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は磁気検出素子を有し、固定子および可動子の他方は磁石を有する。磁石のうち磁気検出素子と対向する第１の面は、第１の方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられている。磁石は、第１の領域と、第１の方向に沿った第１の領域の両側に設けられた第２の領域とを有する。第１の領域では、第１の面に垂直な第２の方向に沿った長さが一定である。第２の領域では、第２の方向に沿った長さが第１の領域とは異なっている。
　本開示にかかる磁気式リニア位置検出器は、磁石の端部と端部以外とで磁束分布の均一化を図ることができるという効果を奏する。
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 実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 比較例にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 比較例にかかる磁気式リニア位置検出器の磁気検出素子が感知する磁界強度を示す図 実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器の磁気検出素子が感知する磁界強度を示す図 実施の形態１の変形例１にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 実施の形態１の変形例２にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 実施の形態１の変形例３にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 実施の形態１の変形例４にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図 実施の形態１の変形例５にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図
　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。
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が取り付けられている。可動子２には、磁石４が設けられている。磁気検出素子３は、磁石４から受ける磁界の変化を電圧等の電気信号に変換する素子である。磁気検出素子３には、例えばホール素子、ホールＩＣなどがある。
　磁気式リニア位置検出器２０では、磁石４のＸ軸に沿った方向への移動に伴って磁気検出素子３が受ける磁界が変化する。この変位量を磁気検出素子３で電気信号の出力変化に変換し、不図示の演算部にて磁石４と磁気検出素子３との相対位置が算出される。
　このとき、一般的には磁気検出素子３は位相が９０°異なる２つ以上の素子からなり、各々の素子から出力される正弦波および余弦波をＴａｎ－１演算することで磁石４と磁気検出素子３との相対位置が算出される。
　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Ｙ軸を規定する。Ｙ軸に沿った方向は、第２の方向である。また、Ｘ軸およびＹ軸に垂直なＺ軸を規定する。また、以下の説明において、Ｘ軸に沿った方向を幅方向といい、Ｙ軸に沿った方向を厚さ方向という。
　図２は、実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。磁石４の第１の面４ａは、幅方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられている。図２において磁石４に重ねて示した矢印６は、磁石の着磁後の内部磁化の方向を示す。矢印６の先端がＮ極を示す。したがって、図２の紙面において最も左側の端部における第１の面４ａの磁極はＮ極である。また、図２の紙面において最も右側の端部における第１の面４ａの磁極はＳ極である。また、図２において矢印５は磁石４から発せられる磁力線を示している。
　磁石４は、第１の領域１１と、幅方向に沿った第１の領域１１の両側に設けられた第２の領域１２とを有する。第１の領域１１には、複数の磁極が含まれている。また、１つの第２の領域１２には、複数の磁極が含まれている。磁石４の第１の面４ａは平坦面である。一方、第１の面４ａの裏面である第２の面４ｂであって第２の領域１２に含まれる部分は、階段状の段差が設けられている。
　第２の領域１２では、第１の領域１１側の磁極部分から幅方向に沿った端部の磁極部分に向けて厚さ方向に沿った長さが、磁極ごとに段階的に短くなっている。これにより、上述したように、磁石４の第２の面４ｂであって第２の領域１２に含まれる部分に階段状の段差が設けられる。
　これは、第２の領域１２では磁石４の厚さ方向に沿った長さが、第１の領域１１の厚さ方向に沿った長さよりも短いとも換言できる。図１および図２に示した例では、１つの第２の領域１２に２つの磁極が含まれている。例えば、第１の領域１１での厚さ方向の長さをｔとした場合に、最も端部の磁極の厚さ方向の長さを０．５ｔとし、その隣の磁極の厚さ方向の長さを０．７５ｔとする。なお、１つの第２の領域１２には、１つの磁極が含まれていてもよいし、３つ以上の磁極が含まれていてもよい。
　図３は、比較例にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。図３では、磁石４に重ならない矢印５で磁力線を示している。図４は、比較例にかかる磁気式リニア位置検出器の磁気検出素子が感知する磁界強度を示す図である。図４では、横軸が磁石４０の変位量を示し、縦軸が磁気検出素子３の感知方向であるＹ軸に沿った方向の磁界強度を示す。
　比較例における磁石４０は、全領域で厚さ方向の長さが一定である。幅方向に沿った磁石４０の端部以外の磁極には、両隣に他の磁極があるため、端部以外のＮ極から発せられた磁力線は隣のＳ極の磁極に向かう。一方、端部の磁極の一方側には、隣接する磁極がないため、Ｎ極から発せられた磁力線は空気中を通って裏側のＳ極に向かって流れる。
　このことにより、比較例における磁石４０では、図３および図４に示すように、両端部で磁力線のループが大きくなり、磁界強度が高くなる。そのため、磁気検出素子３で正弦波および余弦波をＴａｎ－１演算すると、正弦波および余弦波の振幅のアンバランスに起因して、磁石４０と磁気検出素子３との相対位置の検出結果に誤差が生じる。
　図２に戻って、本実施の形態１における磁石４では、第１の領域１１の両側に設けた第２の領域１２で、磁極の厚さ方向に沿った長さが短くなっているので、磁石４の端部でのＹ軸に沿った方向の磁界強度が抑制される。
　図５は、実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器の磁気検出素子が感知する磁界強度を示す図である。図５では、横軸が磁石４の変位量を示し、縦軸が磁気検出素子３の感知方向であるＹ軸に沿った方向の磁界強度を示す。図５に示した磁界強度からも、磁石４の端部でのＹ軸に沿った方向の磁界強度が抑制されていることが分かる。これにより、実施の形態１にかかる磁気式リニア位置検出器２０では、磁石４の幅方向における全域で磁束分布が均一化されるため、位置検出精度の向上を図ることが可能となる。
　なお、磁石４の端部において厚さ方向に沿った長さが短くなることで、磁界強度が抑制される要因は以下の２点による。１点目は、単純に磁石４の端部で磁石体積が減ることによる磁力の低下である。また、２点目は、端部でＮ極からＳ極に向かう磁力線のループの大きさが小さくなることによる磁力の低下である。これは、磁石４の第１の面４ａと磁気検出素子３との距離が離れるほど、磁力の低下幅が大きくなる。すなわち、２点目の要因によれば、磁石４の第１の面４ａと磁気検出素子３との距離に応じて、第２の領域１２における磁石４の厚さ方向に沿った長さの最適値が決まる。
　なお、磁石４の幅方向に沿った一方の端部と他方の端部とでは極を異ならせている。具体的には、図２の紙面左方の端部では、第１の面４ａの極がＮ極となっており、右方の端部では、第１の面４ａの極がＳ極となっている。このようにすることで、磁石４全体でＮ極とＳ極を同数にすることができる。これにより、極数が異なることによるオフセットを無くして、より精度の高い相対位置の検出が可能となる。
　図６は、実施の形態１の変形例１にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。変形例１における磁石４では、第２の領域１２において、第１の領域１１から幅方向に離れるほど、磁極の幅方向の長さが短くなっている。
　比較例として示した構成では、図３で示したように、磁石４０の端部で磁力線のループが大きくなっている。このことにより、図４で示したように、磁石４０の両端部で磁界強度が高くなるとともに、波形の横軸方向の幅が広がっている。
　図５に示したように、第２の領域１２において磁石４の厚さ方向の長さを短くすることで、磁石４の両端部での磁界強度を抑えるとともに、波形の横軸方向の幅も狭くなってはいる。しかしながら、第１の領域１１が設けられた中央部分の波形と同等の幅までは狭くなっていない。
　磁石４の厚さ方向の長さだけを磁力制御のパラメータにして、中央部と端部とで磁力を揃えようとした場合には、磁界強度を揃えようとすると波形の幅が端部で広くなり、波形の幅を揃えようとすると磁界強度が中央部よりも低くなってしまう。したがって、磁石４の厚さ方向の長さだけを磁力制御のパラメータとした場合には、磁界強度と波形の幅の両方を揃えることが難しい。
　本変形例１では、磁石４の厚さ方向の長さに加えて、幅方向の長さもパラメータとしている。そして、端部側となる第２の領域１２で、第１の領域１１よりも磁極の幅方向の長さを短くすることで、波形の幅を狭くして、磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とを揃えている。
　磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とが揃うことで、磁束密度のより一層の均一化を図り、位置検出の精度のより一層の向上を図ることができる。なお、第２の領域１２に含まれるすべての磁極で幅方向の長さを短くする必要はなく、幅方向に沿った最も端部の磁極のみで幅方向の長さを短くしてもよい。
　図７は、実施の形態１の変形例２にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。変形例２における磁石４では、第２の領域１２が、第１の領域１１側の磁極部分から離れるにしたがって、厚さ方向に沿った長さが滑らかに短くなるテーパ状部分となっている。
　変形例２における磁石４では、第２の領域１２で厚さ方向に沿った長さを滑らかに短くすることで、端部と中央部での磁界強度を揃えて、位置検出の精度の向上を図っている。また、磁力線は、磁石４からの発せられる部分または磁石４に入り込む部分で、磁石４の表面に対して垂直となる。そのため、テーパ部の傾斜角度によって、磁力線のループの形状等を制御することが可能となる。
　したがって、本変形例２では、磁石４の厚さ方向の長さに加えて、表面の傾斜角度も磁力制御のパラメータとすることができる。これにより、磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とを揃えて、位置検出の精度のより一層の向上を図ることができる。
　なお、変形例１と同様に、第２の領域１２において磁極の幅方向の長さを短くして、位置検出の精度のより一層の向上を図ってもよい。
　図８は、実施の形態１の変形例３にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。変形例３における磁石４では、第２の面４ｂが平坦面となっている。また、第１の面４ａに階段状の段差を設けることで、第２の領域１２における厚さ方向に沿った長さを、第１の領域１１における厚さ方向に沿った長さよりも短くしている。
　このように構成することで、中央部と端部とで磁界強度を揃えて、位置検出の精度の向上を図ることができる。また、着磁ヨークを用いて第１の面４ａを一括して着磁する場合、第２の領域１２の第１の面４ａは、第１の領域１１の第１の面４ａよりも着磁ヨークから離れる。
　そのため、第１の領域１１と第２の領域１２とで着磁率が異なる。より具体的には、第２の領域１２において第１の領域１１よりも着磁率が小さくなる。したがって、本変形例３では、第１の面４ａに段差を設けることで、磁極の厚さ方向に沿った長さに加えて、着磁率を磁力制御のパラメータとすることができる。これにより、磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とを揃えて、位置検出の精度のより一層の向上を図ることができる。
　図９は、実施の形態１の変形例４にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。変形例４における磁石４では、幅方向の最も端部に設けられた磁極に第２の領域１２が設けられている。幅方向の最も端部に設けられた磁極は、第１の面４ａ側の角部が面取りされている。
　端部での面取りによって、厚さ方向に沿った長さを短くして、磁界強度を抑えることができる。また、図７に示した変形例２と同様に、面取りされた部分の傾斜角度によって、磁力線のループの形状等を制御することが可能となる。したがって、本変形例４では、磁石４の厚さ方向の長さに加えて、面取りされた部分の傾斜角度も磁力制御のパラメータとすることができる。これにより、磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とを揃えて、位置検出の精度のより一層の向上を図ることができる。
　図１０は、実施の形態１の変形例５にかかる磁気式リニア位置検出器をＺ軸に沿って見た図である。変形例５における磁石４では、第２の領域１２において、第１の領域１１から幅方向に離れるほど、磁極の幅方向の長さが短くなっている。
　これにより、図５に示した磁界強度の波形の幅を狭めることができる。ただし、磁極の幅方向の長さを短くすることで、端部の磁界強度が中央部の磁界強度よりも小さくなってしまう場合がある。そこで、本変形例５では、第２の領域１２において、磁極を第２の面４ｂ側に突出させて、厚さ方向に沿った長さを第１の領域１１よりも長くしている。より具体的には、第２の領域１２では、第１の領域１１側の磁極部分から幅方向に沿った端部の磁極部分に向けて厚さ方向に沿った長さが、磁極ごとに段階的に長くなっている。これにより、磁石４の第２の面４ｂであって第２の領域１２に含まれる部分に階段状の段差が設けられる。
　本変形例５にかかる磁石４によれば、第２の領域１２において、磁極の幅方向に沿った長さを短くしたために低下した磁界強度を、磁極の厚さ方向に沿った長さを長くすることで補強して、磁石４の中央部と端部とで磁界強度と波形の幅とを揃えて、位置検出の精度の向上を図ることができる。なお、第２の領域１２に含まれるすべての磁極で幅方向の長さを長くする必要はなく、幅方向に沿った最も端部の磁極のみで幅方向の長さを短くしてもよい。
　なお、上記説明では、固定子に磁気検出素子が設けられ、可動子に磁石が設けられた磁気式リニア位置検出器を例に挙げて説明したが、固定子に磁石が設けられ、可動子に磁気検出素子が設けられていてもよい。
　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。
　１　固定子、２　可動子、３　磁気検出素子、４，４０　磁石、４ａ　第１の面、４ｂ　第２の面、５，６　矢印、１１　第１の領域、１２　第２の領域、２０　磁気式リニア位置検出器。

Claims (11)

  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は磁気検出素子を有し、
    　前記固定子および前記可動子の他方は磁石を有し、
    　前記磁石のうち前記磁気検出素子と対向する第１の面は、前記第１の方向に沿ってＮ極とＳ極の磁極が交互に設けられており、
    　前記磁石は、第１の領域と、前記第１の方向に沿った前記第１の領域の両側に設けられた第２の領域とを有し、
    　前記第１の領域では、前記第１の面に垂直な第２の方向に沿った長さが一定であり、
    　前記第２の領域では、前記第２の方向に沿った長さが前記第１の領域とは異なることを特徴とする磁気式リニア位置検出器。
  2. 　前記第２の領域では、前記第２の方向に沿った長さが前記第１の領域よりも短い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。
  3. 　前記第２の領域では、前記第１の領域側の磁極部分から前記第１の方向に沿った端部の磁極部分に向けて前記第２の方向に沿った長さが、磁極ごとに段階的に短くなることを特徴とする請求項２に記載の磁気式リニア位置検出器。
  4. 　前記第２の領域では、前記第１の領域側の磁極部分から前記第１の方向に沿った端部の磁極部分に向けて前記第２の方向に沿った長さが、滑らかに短くなるテーパ状部分を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気式リニア位置検出器。
  5. 　前記磁石は、前記第１の方向に沿った端部の磁極部分の前記第１の方向に沿った長さが、他の磁極部分の前記第１の方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の磁気式リニア位置検出器。
  6. 　前記第２の領域では、前記第２の方向に沿った長さが前記第１の領域よりも長い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。
  7. 　前記第２の領域では、前記第１の領域側の磁極部分から前記第１の方向に沿った端部の磁極部分に向けて前記第２の方向に沿った長さが、磁極ごとに段階的に長くなることを特徴とする請求項６に記載の磁気式リニア位置検出器。
  8. 　前記磁石は、前記第１の方向に沿った端部の磁極部分の前記第１の方向に沿った長さが、他の磁極部分の前記第１の方向に沿った長さよりも短いことを特徴とする請求項６または７に記載の磁気式リニア位置検出器。
  9. 　前記磁石は、前記第１の面が平坦面であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の磁気式リニア位置検出器。
  10. 　前記磁石は、前記第１の面の裏面である第２の面が平坦面であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の磁気式リニア位置検出器。
  11. 　前記磁石は、一方の端部の磁極部分と、他方の端部の磁極部分とで、磁極が異なることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の磁気式リニア位置検出器。
PCT/JP2020/010357 2020-03-10 2020-03-10 磁気式リニア位置検出器 WO2021181535A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112020006388.7T DE112020006388T5 (de) 2020-03-10 2020-03-10 Magnetischer Linear-Positions-Detektor
US17/791,562 US11933640B2 (en) 2020-03-10 2020-03-10 Magnetic linear position detector
PCT/JP2020/010357 WO2021181535A1 (ja) 2020-03-10 2020-03-10 磁気式リニア位置検出器
CN202080097917.1A CN115210536A (zh) 2020-03-10 2020-03-10 磁式线性位置检测器
JP2020544551A JP6824483B1 (ja) 2020-03-10 2020-03-10 磁気式リニア位置検出器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/010357 WO2021181535A1 (ja) 2020-03-10 2020-03-10 磁気式リニア位置検出器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021181535A1 true WO2021181535A1 (ja) 2021-09-16

Family

ID=74228044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/010357 WO2021181535A1 (ja) 2020-03-10 2020-03-10 磁気式リニア位置検出器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11933640B2 (ja)
JP (1) JP6824483B1 (ja)
CN (1) CN115210536A (ja)
DE (1) DE112020006388T5 (ja)
WO (1) WO2021181535A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070225A (ja) * 2001-06-19 2003-03-07 Rockwell Internatl Corp リニアモータのための経路モジュール、モジュラリニアモータシステムおよびその制御方法
JP2004101312A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Ntn Corp 原点付き磁気エンコーダおよび軸受
JP2006234846A (ja) * 2006-06-08 2006-09-07 Nsk Ltd 転がり軸受
JP2013238485A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Asahi Kasei Electronics Co Ltd エンコーダ及びそれを用いたアクチュエータ

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6134177A (ja) * 1984-07-25 1986-02-18 Tokuda Seisakusho Ltd マグネツト駆動装置
JPH0710243Y2 (ja) * 1985-11-30 1995-03-08 東北金属工業株式会社 磁気リニアスケール
JPH0787141B2 (ja) * 1986-08-09 1995-09-20 富士電機株式会社 永久磁石形均一磁場マグネット
US5936319A (en) * 1998-02-26 1999-08-10 Anorad Corporation Wireless permanent magnet linear motor with magnetically controlled armature switching and magnetic encoder
US5907200A (en) * 1998-02-26 1999-05-25 Anorad Corporation Linear encoder
JP3311429B2 (ja) * 1993-02-22 2002-08-05 株式会社デンソー 基準位置検出装置
DE4325885A1 (de) 1993-08-02 1995-02-09 Basf Ag Elektrolumineszierende Anordnung
EP1252481A1 (de) * 2000-01-13 2002-10-30 Continental Teves AG & Co. oHG Linearer wegsensor und dessen verwendung als betätigungsvorrichtung für kraftfahrzeuge
JP5073183B2 (ja) * 2005-07-08 2012-11-14 日本電産サンキョー株式会社 磁気エンコーダ
JP2009192261A (ja) * 2008-02-12 2009-08-27 Aisin Seiki Co Ltd 直線変位検出装置
JP5567823B2 (ja) * 2009-11-09 2014-08-06 ヤマハ発動機株式会社 リニアスケール、リニアモータ、及びリニアモータの制御装置
JP5249281B2 (ja) 2010-04-23 2013-07-31 Ｔｄｋ株式会社 磁気式位置検出装置
US9583247B2 (en) * 2014-05-27 2017-02-28 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for a magnet with uniform magnetic flux
US9697940B2 (en) * 2014-08-20 2017-07-04 Analog Devices Global Apparatus and methods for generating a uniform magnetic field
DE102017222676A1 (de) * 2016-12-29 2018-07-05 Robert Bosch Gmbh Wegsensor
US10389195B2 (en) * 2017-07-13 2019-08-20 Rosemount Aerospace Inc. Annular magnets for rotor position estimation
US11163024B2 (en) * 2018-04-05 2021-11-02 Mando Corporation Non-contact linear position sensor utilizing magnetic fields

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003070225A (ja) * 2001-06-19 2003-03-07 Rockwell Internatl Corp リニアモータのための経路モジュール、モジュラリニアモータシステムおよびその制御方法
JP2004101312A (ja) * 2002-09-09 2004-04-02 Ntn Corp 原点付き磁気エンコーダおよび軸受
JP2006234846A (ja) * 2006-06-08 2006-09-07 Nsk Ltd 転がり軸受
JP2013238485A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Asahi Kasei Electronics Co Ltd エンコーダ及びそれを用いたアクチュエータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP6824483B1 (ja) 2021-02-03
CN115210536A (zh) 2022-10-18
DE112020006388T5 (de) 2022-10-13
US11933640B2 (en) 2024-03-19
US20230033559A1 (en) 2023-02-02
JPWO2021181535A1 (ja) 2021-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11519752B2 (en) Coupler element shapes for inductive position sensors
JP5131537B2 (ja) 角度検出装置
CN110375775B (zh) 电磁感应式编码器
KR102042369B1 (ko) 위치 검지 장치
JP2009192261A (ja) 直線変位検出装置
US20100315074A1 (en) Rotation angle detector
JP2012208112A (ja) 位置センサ、磁石部材及び磁石部材の製造方法
TWI513146B (zh) 內藏式永磁馬達之轉子構造
US20150145506A1 (en) Magnetic sensor
JP3666441B2 (ja) 位置検出装置
WO2021181535A1 (ja) 磁気式リニア位置検出器
EP3450987B1 (en) Speed detecting device and stray magnetic field suppressing method
JP5151958B2 (ja) 位置検出装置およびそれを備えた回転直動モータ
JP2003315088A (ja) 磁電変換素子を有する距離センサ
JP5415819B2 (ja) リニアモータおよびリニアモータ装置
JP2004109113A (ja) 磁気検出装置
JP5012130B2 (ja) 角度センサ
JP4863167B2 (ja) 磁石構造体及びこれを用いた位置検出装置
JP5409972B2 (ja) 位置検出装置
CN108195365B (zh) 一种动力调谐陀螺仪及其角位置传感器
JP2017133865A (ja) 電流検出装置、及び電流検出方法
JP6041959B1 (ja) 磁気検出装置
JP2014102181A (ja) 磁気センサ
JP2018105621A (ja) 磁気センサ装置
JP2003257738A (ja) 永久磁石、永久磁石の製造方法および位置センサ

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020544551

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20924548

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20924548

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1