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Title:
NONCONTACT POSITION SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/152818
Kind Code:
A1
Abstract:
A noncontact position sensor is provided with a magnet; first to third magnetoresistive elements arranged on the pole face of the magnet at prescribed intervals in a row in a prescribed direction; and a body composed of a magnetic body which can be displaced in a prescribed direction. The first to the third magnetoresistive elements are connected in series between a power supply and a ground. The first and the second magnetoresistive elements are connected at a first connecting point. The second and the third magnetoresistive elements are connected at a second connecting point. The body to be detected is provided with a protruding section and a shaft section connected to the protruding section. The protruding section can face the first to the third magnetoresistive elements. The shaft section is separated from the pole face by a distance more than a distance between the protruding section and the pole face of the magnet. The noncontact position sensor does not require a component having a complicated shape, and can be easily assembled.

Inventors:
OHSHIMA, Mikihiro (())
大島幹啓 (())
OGATA, Motoki (())
Application Number:
JP2008/001523
Publication Date:
December 18, 2008
Filing Date:
June 13, 2008
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORPORATION (1006, Oaza Kadoma Kadoma-sh, Osaka 01, 5718501, JP)
パナソニック株式会社 (51 大阪府門真市大字門真1006番地 Osaka, 5718501, JP)
OHSHIMA, Mikihiro (())
大島幹啓 (())
International Classes:
G01D5/18
Domestic Patent References:
WO2007032110A1
Foreign References:
JPS59133420A
JPH01124509U
Attorney, Agent or Firm:
IWAHASHI, Fumio et al. (1006 Oaza Kadoma, Kadoma-sh, Osaka 01, 5718501, JP)
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Claims:
磁極面を有する磁石と、
前記磁石の前記磁極面に所定の間隔をおいて一列に所定の方向に配設され、電源とグランドの間で直列に接続された第1の磁気抵抗素子、第2の磁気抵抗素子および第3の磁気抵抗素子であって、第1の磁気抵抗素子と第2の磁気抵抗素子とは第1の接続点で接続され、第2の磁気抵抗素子と第3の磁気抵抗素子とは第2の接続点で接続されている第1の磁気抵抗素子、第2の磁気抵抗素子および第3の磁気抵抗素子と、
第3の接続点で互いに直列に接続された2つの第1の固定抵抗を有する第1の分圧回路と、
前記第1の接続点の電位と前記第3の接続点の電位とを比較し、比較の結果に基づいてハイレベルとローレベルの信号を出力する第1の比較器と、
前記第2の接続点の電位と一定電位とを比較して、比較の結果に基づいてハイレベルとローレベルの信号を出力する第2の比較器と、
前記第1の比較器が出力する前記信号と前記第2の比較器から出力される前記信号よりなるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、
   前記第1の磁気抵抗素子、前記第2の磁気抵抗素子および前記第3の磁気抵抗素子に対向する凸部と、
   前記凸部に接続され、前記凸部と前記磁石の前記磁極面との間の距離より大きな距離だけ前記磁極面から離れている軸部と、
を有して、前記所定の方向に変位できる磁性体よりなる被検出体と、
を備えた非接触型位置センサ。
第4の接続点で互いに直列に接続された2つの第2の固定抵抗を有して、前記第4の接続点から前記一定電位を出力する第2の分圧回路をさらに備えた、請求項1に記載の非接触型位置センサ。
Description:
非接触型位置センサ

 本発明は、磁気により被検出物の位置を 出する非接触型位置センサに関する。

 図7は特許文献1に記載されている従来の 接触型位置センサ501の斜視図である。磁石1 厚さ方向に着磁されている。パーマロイか なる磁性体2は長さ方向の位置によって幅が 異なる二等辺三角形状を有する。磁性体2は 石1の上面に載置されている。軸3の上面には 磁石1が載置され、側面には溝部4が設けられ いる。摺動子5の内側面には凸部6が設けら ている。凸部6は軸3の溝部4に嵌合され、摺 子5が軸3の長手方向501Aに摺動する。磁電変 部7は摺動子5の上面に載置され、磁性体2の により変化する磁界を検出する。磁電変換 7にはリード線8が接続されており、リード線 8はコンピュータ等の外部機器に接続される

 以下に従来の非接触型位置センサ501の動 を説明する。

 磁電変換部7に対して軸3が長手方向501Aに 位すると、二等辺三角形状の磁性体2が変位 して、磁電変換部7に対向する磁性体2の幅が 化することで磁電変換部7に錯交する磁界が 変化する。磁界の変化は磁電変換部7により 圧の変化に変換され、リード線8を介して外 機器に出力され、外部機器は軸3の変位を検 出する。

 従来の位置センサ501は、磁性体2は複雑な形 状である二等辺三角形状のパーマロイにより 構成されているので、製造が困難である。

特開平5-264326号公報

 非接触型位置センサは、磁石と、磁石の 極面に所定の間隔をおいて一列に所定の方 に配設された第1から第3の磁気抵抗素子と 所定の方向に変位できる磁性体よりなる被 出体とを備える。第1から第3の磁気抵抗素子 は電源とグランドの間で直列に接続されてい る。第1と第2の磁気抵抗素子とは第1の接続点 で接続されている。第2と第3の磁気抵抗素子 は第2の接続点で接続されている。被検出部 は、凸部と、凸部に接続された軸部とを有す る。凸部は第1から第3の磁気抵抗素子に対向 きる。軸部は、凸部と磁石の磁極面との間 距離より大きな距離だけ磁極面から離れて る。

 この非接触型位置センサは複雑な形状の 品を有する必要がなく、容易に組立てるこ ができる。

図1は本発明の実施の形態における非接 触型位置センサの分解斜視図である。 図2は実施の形態における同非接触型位 置センサの断面図である。 図3は実施の形態における非接触型位置 センサの回路図である。 図4は実施の形態における非接触型位置 センサの模式図である。 図5Aは実施の形態における非接触型位 センサの動作を示す模式図である。 図5Bは実施の形態における非接触型位 センサの動作を示す模式図である。 図5Cは実施の形態における非接触型位 センサの動作を示す模式図である。 図5Dは実施の形態における非接触型位 センサの動作を示す模式図である。 図6は実施の形態における非接触型位置 センサの動作を示す。 図7は従来の非接触型位置センサの斜視 図である。

符号の説明

21  磁石
21A  磁極面
22  磁気抵抗素子(第1の磁気抵抗素子)
23  磁気抵抗素子(第3の磁気抵抗素子)
24  磁気抵抗素子(第2の磁気抵抗素子)
25A  接続点(第1の接続点)
25B  接続点(第2の接続点)
26  電源
27  グランド
28  分圧回路(第1の分圧回路)
28A  接続点(第3の接続点)
29A  固定抵抗(第1の固定抵抗)
29B  固定抵抗(第1の固定抵抗)
30  分圧回路(第2の分圧回路)
30A  接続点(第4の接続点)
31A  固定抵抗(第2の固定抵抗)
31B  固定抵抗(第2の固定抵抗)
34  比較器(第1の比較器)
37  比較器(第2の比較器)
41  デジタル/アナログ変換器
47  被検出体
48  軸部
49  凸部

 図1は本発明の実施の形態における非接触 型位置センサ1001の分解斜視図である。図2は 接触型位置センサ1001の断面図である。図3 非接触型位置センサ1001の回路図である。

 磁石21は磁界が発生する磁極面21Aを有す 。磁気抵抗素子22、23、24は磁極面21Aに設け れており、この順で所定の方向1001Aに所定の 間隔P1で一列に配置されている。磁気抵抗素 22~24は電源26とグランド27との間で直列に接 されて磁気抵抗直列回路25を構成している 電源26は磁気抵抗素子22に接続されている。 気抵抗素子22、24は接続点25Aで接続されてい る。磁気抵抗素子23、24は接続点25Bで接続さ ている。グランド27は磁気抵抗素子23に接続 れている。分圧回路28は互いに直列に接続 28Aで接続された固定抵抗29A、29Bよりなる。 圧回路30は、接続点30Aで互いに直列に接続さ れた固定抵抗31A、31Bよりなる。固定抵抗31A、 31Bは電源32、グランド33にそれぞれ接続され いる。固定抵抗31Aの抵抗値と固定抵抗31Bの 抗値との比を2:1に設定することにより、接 点30Aでの電位を電源32の1/3に設定している。

 比較器34は、反転入力端子35の電位が非反 転入力端子36の電位より低いときに出力端子3 4Aからハイレベルの信号(電位)を出力し、反 入力端子35の電位が非反転入力端子36の電位 り高いときに出力端子34Aからローレベルの 号(電位)を出力する。反転入力端子35は磁気 抵抗直列回路25での接続点25Aに接続されてい 。非反転入力端子36は分圧回路28の接続点28A に接続されている。比較器37は、反転入力端 38の電位が非反転入力端子39の電位より低い ときに出力端子37Aからハイレベルの信号(電 )を出力し、反転入力端子38の電位が非反転 力端子39の電位より高いときに出力端子37Aか らローレベルの信号(電位)を出力する。反転 力端子38は磁気抵抗直列回路25における接続 点25Bに増幅器40を介して接続されている。非 転入力端子39は分圧回路30での接続点30Aに接 続されている。実施の形態では、増幅器40は 圧フォロアとして機能し、比較器37の反転 力端子38には磁気抵抗直列回路25での接続点2 5Bの電位が入力される。分圧回路28の固定抵 29Aは電源26に接続され、固定抵抗29Bは比較器 37の反転入力端子38に接続されている。デジ ル/アナログ(DA)変換器41は、第1の比較器34の 力端子34Aに接続された最上位ビット(MSB)の 力端子41Aと、比較器37の出力端子37Aに接続さ れた最下位ビット(LSB)の入力端子41Bと、入力 子41A、41Bに入力された信号(電位)のレベル 応じたアナログ信号(電位)を出力する出力端 子41Cとを有する。樹脂製の基体42の端部42Aに 磁石21と磁気抵抗素子22、23、24が固着され いる。基体42の側面42Bには分圧回路28、30と 較器34、37と、増幅器40とDA変換器41が実装さ ている。基体42の側面42Bを間にして端部42A 反対側の端部42Cには接続端子43が設けられて いる。樹脂製のケース44は基体42を収納する ともに、ケース44から外方へ突出するように コネクタ端子45が設けられている。コネクタ 子45は基体42における接続端子43に接続され いる。蓋46はケース44の開口部を閉塞する。 磁性体よりなる被検出体47は、軸部48と、軸 48に接続された円柱形状の凸部49とを有する

 図4は非接触型位置センサ1001の模式図で る。磁気抵抗素子22、23、24は方向1001Aに所定 の間隔P1で配列されている。被検出体47は方 1001Aに変位できる。凸部49の方向1001Aの幅W1は 間隔P1の2倍以下である。軸部48と凸部49は方 1001Aに配列されている。磁極面21Aと凸部49間 距離D1は磁極面21Aと軸部48巻の距離D2より小 い。このように、被検出体47の磁極面21Aす わち磁気抵抗素子22、23、24に対向する面は 凹形状を有する。したがって、非接触型位 センサ1001は複雑な形状の磁性体を有する必 はなく、容易に効率よく組立てることがで る。

 次に、非接触型位置センサ1001の組立方法 を説明する。先ず、磁石21の磁極面21Aにシリ ン基板を介して磁気抵抗素子22、23、24を蒸 により形成する。次に、接続端子43を金型 設置して、接続端子43が埋め込まれた端部42C を有する基体42を形成する。次に、基体42の 部42Cの反対側の端部42Aに磁石21を固着する。 次に、基体42の側面42Bに、分圧回路28、30と、 比較器34、37と、増幅器40およびDA変換器41を 装する。コネクタ端子45と共に一体に成形さ れたケース44を準備する。次に、ケース44に 体42を収納し、その後、ケース44のコネクタ 子45に基体42の接続端子43をはんだ付けする ケース44の開口部を蓋46で閉塞する。最後に 、磁気抵抗素子22、23、24に凸部49が対向する うに、被検出体47をケース44の下面の対向す る位置に取り付ける。

 次に、非接触型位置センサ1001の動作を説 明する。図5A~図5Dは非接触型位置センサ1001の 動作を示す模式図である。図5A~図5Dにおいて 磁気抵抗素子22、23、24が方向1001Aで配列さ ている間隔P1は1.75mmである。磁気抵抗素子22 23、24に対向する被検出体47の凸部49の方向10 01Aの幅W1は間隔P1の2倍である。図5Aは被検出 47の移動ストロークの0に対応する初期位置 示す。被検出体47の方向1001Aの全移動ストロ クは7mmである。図6はDA変換器41の出力端子41 Cから出力される電圧Voutを示す。図6において 、横軸は被検出体47の方向1001Aでの移動スト ークL1を示し、縦軸は電圧Voutを示す。ここ 、磁気抵抗素子22、23、24は同じ特性を有す 。磁気抵抗素子22、23、24は錯交する磁界の さによりその抵抗値が変化し、実施の形態 は、磁界が強くなると抵抗値が大きくなる

 図5Aに示すように、移動ストロークL1が0mm ~1.75mmの場合においては、凸部49は磁気抵抗素 子22に対向し、磁気抵抗素子23、24には対向し ていない。磁性体よりなる被検出体47の凸部4 9に磁石21の磁極面21Aから発生する磁界が局部 的に集中する。集中した磁界が錯交する磁気 抵抗素子22の抵抗値が大きくなり、磁気抵抗 子23、24の抵抗値が小さくなる。その結果、 磁気抵抗直列回路25における接続点25Aの電位 低くなる。すなわち、分圧回路28における 定抵抗29Aの両端の電圧の固定抵抗29Bの両端 電圧に対する比は一定である。したがって 源26と接続点25Bとの間の電圧に対する電源26 接続点28Aの間の電圧の比は一定なので、接 点25Aの電位は接続点28Aの電位V1より低くな 、比較器34はハイレベルの信号を出力する。 また、磁気抵抗直列回路25における接続点25B 電位も低くなり、分圧回路30における接続 30Aの電位V2は一定なので、比較器37はハイレ ルの信号を出力する。したがって、入力端 41A、41Bには共にハイレベルの信号が入力さ るので、DA変換器41は約4.7Vの電圧Voutを出力 る。

 図5Bに示すように、被検出体47の移動スト ロークL1が1.75mm~3.5mmの場合においては、凸部4 9は磁気抵抗素子22、23と同時に対向し、磁気 抗素子24には対向していない。これにより 磁気抵抗素子22、23の抵抗値が大きくなり、 気抵抗素子24の抵抗値が小さくなる。その 果、磁気抵抗直列回路25における接続点25Aの 電位は高くなる。磁気抵抗素子22、24のそれ れの両端の電圧の和すなわち電源26と接続点 25Bとの間の電圧に対する電源26と接続点28Aの の電圧の比は一定である。したがって、接 点25Aの電位は接続点28Aの電位V1より低くな 、比較器34はハイレベルの信号を出力する。 また、磁気抵抗直列回路25における接続点25B 電位は高くなり、分圧回路30の接続点30Aの 位V2は一定なので、比較器37はローレベルの 号を出力する。したがって、最上位ビット 入力端子41Aにはハイレベルの信号が入力さ 、最下位ビットの入力端子にはローレベル 信号が入力されるので、DA変換器41は約3.3V 電圧Voutを出力する。

 図5Cに示すように、被検出体47の移動スト ロークL1が3.5mm~5.25mmの場合においては、凸部4 9は、磁気抵抗素子23、24に同時に対向し、磁 抵抗素子22には対向していない。これによ 、磁気抵抗素子23、24の抵抗値が大きくなる ともに、磁気抵抗素子22の抵抗値が小さく る。その結果、磁気抵抗直列回路25における 接続点25Aの電位が高くなる。磁気抵抗素子22 24のそれぞれの両端の電圧の和すなわち電 26と接続点25Bとの間の電圧に対する電源26と 続点28Aの間の電圧の比は一定である。した って、接続点25Aの電位は接続点28Aの電位V1 り高くなり、比較器34はローレベルの信号を 出力する。また、磁気抵抗直列回路25におけ 接続点25Bの電位は高くなり、分圧回路30の 続点30Aの電位V2は一定なので、比較器37はロ レベルの信号を出力する。したがって、入 端子41A、41Bには共にローレベルの信号が入 されるので、DA変換器41は約0.3Vの電圧Voutを 力する。

 図5Dに示すように、被検出体47の移動スト ロークL1が5.25mm~7mmの場合においては、凸部49 、磁気抵抗素子24と対向し、磁気抵抗素子22 、23には対向していない。これにより、磁気 抗素子24の抵抗値が大きくなり、磁気抵抗 子22、23の抵抗値が小さくなる。その結果、 気抵抗直列回路25における接続点25Aの電位 高くなる。磁気抵抗素子22、24のそれぞれの 端の電圧の和すなわち電源26と接続点25Bと 間の電圧に対する電源26と接続点28Aの間の電 圧の比は一定である。したがって接続点25Aの 電位は接続点28Aの電位V1より高くなり、比較 34はローレベルの信号を出力する。また、 気抵抗直列回路25における接続点25Bの電位は 高くなり、分圧回路30における接続点30Aの電 V2は一定なので、比較器37はハイレベルの信 号を出力する。したがって、最上位ビットの 入力端子41Aにはローレベルの信号が入力され 、最下位ビットの入力端子41Bにはハイレベル の信号が入力されるので、DA変換器41は約1.8V 電圧Voutを出力する。

 比較器34は接続点25Aの電位と一定電位V1と を比較し、比較の結果に基づいてハイレベル とローレベルの信号を出力する。比較器37は 接続点25Bの電位と一定電位V2とを比較して 比較の結果に基づいてハイレベルとローレ ルの信号を出力する。DA変換器41は、比較器3 4が出力する信号と比較器37から出力される信 号よりなるデジタル信号をアナログ信号(電 Vout)に変換する。被検出体47の凸部49は磁気 抗素子22、23、24に対向できる。所定の方向10 01Aに変位できる被検出体47の軸部48は、凸部49 と磁石21の磁極面21Aとの間の距離D1より大き 距離D2だけ磁極面21Aから離れている。

 なお、被検出体47の形状の詳細や、磁気 抗素子22、23、24の配置の順序や、回路は上 のものに限定されない。

 本発明による非接触型位置センサは複雑 形状の部品を有する必要がなく、容易に組 てることができ、磁気の変化により被検出 の位置を検出する非接触型位置センサに有 である。