JPH02306168A - 加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は物体の移動により生じる加速度を検知する加速
度センサに関するものである。

従来の技術 従来加速度センサとしては、特開昭６３−１４８１６８
号公報に示す様なものが知られていた。これは密閉容器
の中に強磁性流体を封入し、その動部に磁性球体を配置
し、保持コイルでこの磁性球体を保持する構成において
、磁性球体に加速度が加えられた時、容器外部に設けら
れた励磁コイルと検出コイルとにより磁性球体の変位に
より生じる磁性流体の変位に基づく透磁率の変化を検出
して加速度検出を行なうものであった。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記の様な構成では強磁性流体の透磁率
変化を検出するものであるため、飽和磁化の高い磁性流
体が必要となるものであった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、感度の良い
加速度センサを提供するものである。

課題を解決するための手段 本発明では、球面状の曲面を有する室内に磁性流体を付
着させた球形状の移動用磁石を封入し、前記室の外部に
は、前記移動用磁石の保持用磁石を配置すると共に、前
記移動用磁石の移動を検知するため３対の磁気検知素子
をそれぞれの軸が互いに直角をなす様に加速度センサを
構成したものである。

作用 上記した構成により、移動用磁石は磁性流体を介して室
内の曲面とは流体潤滑状態に配置され、この加速度セン
サに加速度が加わると磁石が移動し、これによる磁界の
変化を磁気検知素子が検知して加速度を検出するもので
ある。

実施例 以下、本発明の一実施例を第１図〜第６図に基づいて述
べる。

第１図において、１は加速度センサである。２は球形状
の移動用磁石であり、半球がＮ極、他の半球がＳ極に着
磁されている。１はこの磁石をとり囲む様に付着した磁
性流体である。この磁石２は、非磁性体で形成された本
体４の内部にあり、球面状の室５内に配置されている。

球面状の室５は、磁性流体３で完全に満たされる様な大
きさである。

６は室５の外部に配置された円環状の保持用磁石である
。この磁石６は片面がＮ極、他面がＳ極に着磁されてい
る。

７ｘ、７ｘ’　は室５の中心を通る水平面内のｘｘ’軸
上に配置された比例型ＭＲ素子、７ｙ。

ＴＶ’　は室５の中心を通り、水平面内でｘｘ“軸に垂
直なｙｙ’軸に配置された比例型ＭＲ素子、７ｚ、７ｚ
’　は室５の中心を通り、χＸ゛軸ならびにｙｙ’軸に
垂直なＺＺ’軸上に配置された比例型ＭＲ素子である。

第３図は１例とした比例型ＭＲ素子７Ｘに対する回路１
０を示したものである。１１は直流電源、１２Ｘはオペ
アンプ、１３ｘは出力端子である。他の比例型ＭＲ素子
は７ｘ’　〜７ｚ’　　も同様の回路を用いる。

第４図は信号処理部１４の処理内容をブロンクダイヤグ
ラムで示したものである。１３ｘ、　１３ｘ’　。

１３ｙ、１３ｙ’　、１３ｚ、１３ｚ’　は、それぞれ
比例型ＭＲ素子７ｘ、７ｘ’　、７ｙ、７ｙ’　、７ｚ
、７２°に対応する出力である。１５　ｘ　、　１５　
ｙ　、　１５　ｚはそれぞれ差動増幅器、１６　ｘ　、
　１６　ｙ　、　１６　ｚはそれぞれｘ、　　ｙ、　　
ｚ方向の加速度演算結果である。

次に作動を説明する。

第１図は加速度センサＩに加速度が加わっていない状態
である。

移動用磁石２はその磁場により周囲の磁性流体３をその
全表面に付着させる。これにより磁石２は磁性流体３に
浮遊した状態となる。鉛直方向については磁性２の重力
と、その浮力および保持用磁石６の磁気力とがバランス
され、室５の中央に保持される様になっている。また、
この時、磁石２の磁極の方向は、磁石６の磁場の作用に
より、鉛直方向に関し磁石６の磁極と反対方向の磁極が
配置される様な状態で安定する。すなわち第１図では、
保持用磁石６の上方がＳ極、下方がＮ極に対し磁石２の
磁極は上方がＮ極、下方がＳ極となり、これらの作用に
より磁石２の両極を結ぶ軸はＺＺ’軸と一致した状態で
安定する。鉛直以外の方向については、もし磁石２の中
心が室５の中心から外れようとすると、磁性流体３内の
磁束に非対称性を生じるため、中心に戻ろうとする復元
力が働く。すなわち、これらの作用により、磁石２は室
５の中心に保持される。

この状態にある時、比例型ＭＲ素子７ｘと７ｘ’の出力
１３ｘと１３ｘ’、比例型ＭＲ素子７ｙと７ｙ＋の出力
１３ｙと１３ｙ’　、および比例型ＭＲ素子７Ｚと７ｚ
’　の出力１３ｚと１３ｚ”はそれぞれ等しい。

すなわち、差動増幅器１５ｘ、１５ｙおよび１５ｚの出
力は生じず、ｘ、ｙ、ｚ方向の加速度１６　ｘ　、　１
６　ｙ　。

１６ｚはゼロ出力となる。

次にこの加速度センサに加速度αが加えられたとする。

第５図、第６図に示す様にこの加速度の垂直断面への投
影ベクトルをαｘｚ、水平断面への投影ベクトルをαｘ
ｙとする。

この時磁石２には加速度αとは逆方向の力が作用し、磁
石２は加速度の方向とは反対方向に移動する。これによ
り、比例型ＭＲ素子７ｘ’　の出力１３ｘ′は、７Ｘの
出力１３ｘより大きくなる。また、比例型ＭＲ素子７ｙ
’　の出力１３ｙ゛は、７ｙの出力１３ｙより大きくな
る。また、比例型ＭＲ素子７２′の出力１３ｚ゛は、７
ｚの出力１３ｚより大きくなる。これらの出力に基づき
、差動増幅器１５Ｘ。

１５ｙ、１５ｚの出力が生し、Ｘ、　　ｙ、Ｚ方向の加
速度、６ｘ、］、６ｙ、１６ｚが求められる。

これらの出力は磁石２の中心からの移動量に応じて比例
的に生じるため、任意の大きさの加速度測定が可能とな
る。

加速度が加わった時の磁石２の移動に際しては、保持用
磁石６の磁場により、磁石２の磁極は、その方向を鉛直
方向に維持した状態で移動し、磁石２の不安定な回転に
よる不安定な出力を生しることはないため動作の再現性
は保障されるものである。

また、加速度が加わらなくなると、前述した様に、磁石
２のまわりの磁性流体３内の磁束の非対称性が復元力と
なり、磁石２は室５の中心に復帰する。

次に第２の実施例について述べる。

第７図は、第１図における保持用磁石６を現状のコイル
にて形成した電磁石１７におきかえたものであり、その
他の構成は第１図と同一である。

第８図において、１８は電磁石１７の制御回路であり、
１９は直流電源、２０は可変抵抗、２１はスイッチであ
る。

次に作動を述べる。

スイッチ２工をオンして電磁石１７を励磁し、第７図に
おいて上方がＳ極、下方がＮ極となる様にする。この様
な状態における加速度の検知動作は第１の実施例に示し
たのと全く同様である。この場合には、可変抵抗２０の
調整により、電磁石１７の強さが調整可能となっている
。これにより、磁石２の初期位置のｖＩ！、！１！整を
可能とするものである。

なお、本実施例では移動用磁石が初期位置として室の中
心である状態について説明したが、初期位置が中心から
ずれていても、その時の比例型ＭＲ素子の出力差を基準
にとれば、加速度検知は可能となるものである。

また、移動用磁石の磁場検知手段として比例型ＭＲ素子
を用いた例を示したが、磁場変化を連続的に検知できる
ものであれば、他の手段でもさしつかえない０例えば励
磁コイルと検出コイルを一体化した様なものでも可能で
ある。

発明の効果 以上述べた様に本発明によれば以下の様な効果がある。

（１）球面状の曲面を有する室内に磁性流体を付着させ
た球形状の移動用磁石を封入し、この磁石の移動による
磁界変化を検出する構成としたため、感度の良い三次元
加速度センサの構成が可能となった。

（２）保持用磁石を電磁石で構成とすることにより、移
動用磁石初期位置の微調整が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図のＡＡ’断面図、第３図は比例型ＭＲ素子の回路図
、第４図は゛信号処理部のブロックダイヤグラム、第５
図は第１図の異なる作動状態を示す縦断面図、第６図は
第５図のＢＢ”断面図、第７図は本発明の第２の実施例
に示す縦断面図、第８図は同電磁石の制御回路図である
。 １・・・・・・加速度センサ、２・・・・・・移動用磁
石、３・・・・・・磁性流体、５・・・・・・室、６・
・・・・・保持用磁石、７ｘ。 ７ｘ’　、７ｙ、７ｙ’　、７ｚ、７ｚ’　・・−・比
例型ＭＲ素子（磁気検知素子）、１７・・・・・・電磁
石。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名１−Ｍ遠友
センサ ２．／ｌ、−［藺りＨ遥石 ３−　扁壮克猿 第１図 第３図 ＼β 第４図 １３χ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 　（１）球面状の曲面を有する室内に磁性流体を付着さ
   せた球形状の移動用磁石を封入し、前記室の外部には、
   前記移動用磁石の保持用磁石を配置すると共に、前記移
   動用磁石の移動を検知する３対の磁気検知素子をそれぞ
   れの軸が互いに直角をなす様に配置した加速度センサ。
2. 　（２）前記保持用磁石が永久磁石で構成された特許請
   求の範囲第（１）項記載の加速度センサ。
3. 　（３）前記保持用磁石が電磁石で構成された特許請求
   の範囲第（１）項記載の加速度センサ。