JPH05264326A - リニア型位置センサ - Google Patents

リニア型位置センサ

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JPH05264326A
JPH05264326A JP5858392A JP5858392A JPH05264326A JP H05264326 A JPH05264326 A JP H05264326A JP 5858392 A JP5858392 A JP 5858392A JP 5858392 A JP5858392 A JP 5858392A JP H05264326 A JPH05264326 A JP H05264326A
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JP
Japan
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sensor
linear
magnetic
position sensor
linear type
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Withdrawn
Application number
JP5858392A
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English (en)
Inventor
Mieko Kawamoto
美詠子 川元
Shinkichi Shimizu
信吉 清水
Shigemi Kurashima
茂美 倉島
Michiko Endou
みち子 遠藤
Shigeo Tanji
茂生 丹治
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 限定された直線域内の位置を正確に検出する
リニア型位置センサに関し、安価で且つ長期間にわたっ
て信頼性に富む位置情報がアナログ信号で入手し得るリ
ニア型位置センサを実現することを目的とする。 【構成】 限定された直線上の所要位置を検出するリニ
ア型位置センサを、厚さ方向を着磁方向としてフル着磁
されている短冊形永久磁石11の片面にその長さ方向に対
する幅が該長さ方向の位置によって異なる磁性板12を添
着したセンサ本体13と、該センサ本体13の磁性板上を一
定した間隙を保って長手方向に沿って移動し得る磁気変
換素子15とを、少なくとも具えて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば液面検出装置のよ
うに限定された直線域内の位置を正確に検出するリニア
型位置センサの構成に係り、特に安価で且つ長期間にわ
たって信頼性に富む位置情報がアナログ信号で入手し得
るリニア型位置センサに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリニア型位置センサには例えば抵
抗摺動型タイプ, リニア型光エンコーダタイプ, リニア
型磁気エンコーダタイプ等が実用化されている。
【0003】以下にこれらの各タイプについてそれぞれ
の原理を簡単に説明する。この内抵抗摺動型タイプは、
直状に巻成された抵抗線と該抵抗線上を接触しながら移
動する摺動子とで構成されているものであり、該摺動子
を移動させたときに変化する抵抗値から該摺動子の位置
を検出するものである。
【0004】従って構成が簡易であることから検出精度
のよいものを低価格に構成できるメリットがあるが、摺
動子と抵抗線とが摺動するため両者の耐磨耗性を上げる
必要がある。
【0005】またリニア型光エンコーダは、例えば幅の
異なるスリットが微小間隔で平行に形成されている直状
板と、該直状板に対してその長手方向に移動し得ると共
に該直状板をその厚さ方向で挟む両面に受光素子と発光
素子が配置されている移動子とで構成されているもので
あり、該移動子を移動させたときの上記受発光素子間の
光量ひいては電流値の変化から該移動子の直状板に対す
る位置を検出するものである。
【0006】従って直状板と移動子が非接触であるため
耐久性に富むメリットがあるが、検出精度を上げるには
微細なスリット形成が必要であり価格的に高いなるデメ
リットがある。
【0007】更にリニア型磁気エンコーダは、例えばN
極とS極とが交互に形成されている直状板と該直状板上
をその長手方向に沿って移動する磁気センサとで構成さ
れているものであり、該磁気センサを移動させたときの
出力電圧の変化から該磁気センサの直状板に対する位置
を検出するものである。
【0008】従って上記リニア型光エンコーダと同様に
直状板と磁気センサが非接触であるため耐久性に富む
が、検出精度を上げるには該リニア型光エンコーダと同
様に価格的に高くなるデメリットがある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、抵抗摺動タイ
プでは接点が抵抗体表面を摺動するため該接点部の磨耗
によってセンサとしての耐久性に限界があると共に使用
中の位置情報にバラツキが生じ易いと言う問題があり、
またリニア型光エンコーダではゴミや汚れ等に対する信
頼性が低いと共に基本的にデジタル出力であるためリニ
アなアナログ信号にするため微細で且つ多くのスリット
形成が必要でありまた絶対的な位置を正確に検出するの
に多くのビット数が必要となる等のことから高価になら
ざるを得ないと言う問題があり、更にリニア型磁気エン
コーダではゴミや汚れ等に対する信頼性は高いが上記リ
ニア型光エンコーダと同様に高価にならざるを得ないと
言う問題があった。
【0010】なお、最近ではこれらの他に磁気漏洩磁界
を利用するリニア型位置センサ(特開昭62−1680
04 「ポテンショメータ」)が開示されているが、漏
洩磁界の制御に難点があると言う問題があった。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題は、限定された
直線上の所要位置を検出するリニア型位置センサであっ
て、厚さ方向を着磁方向としてフル着磁されている短冊
形永久磁石の片面に、その長さ方向に対する幅が該長さ
方向の位置によって異なる磁性板を添着したセンサ本体
と、該センサ本体の磁性板上を一定した間隙を保って長
手方向に沿って移動し得る磁気変換素子とを、少なくと
も具えて構成されているリニア型位置センサによって達
成される。
【0012】
【作用】厚さ方向を着磁方向とする短冊形永久磁石の表
面にその長さ方向の位置によって幅が異なる磁性板を添
着すると、該磁石から出る一定した磁界が幅の異なる該
磁性板によってバイパスされて遮蔽されるので、該磁性
板表面上における磁界強さを該磁石の長さ方向の位置に
よって変えることができる。
【0013】このことは逆に、該磁性板表面上における
磁界強さを検知することで該磁石の長さ方向の位置が検
出し得ることを意味している。一方、ホール素子や磁気
抵抗効果素子の如き磁気変換素子は印加磁界に比例した
出力を出すことが知られている。
【0014】そこで本発明では、上述した如く厚さ方向
を着磁方向としてフル着磁された短冊形永久磁石の表面
にその長さ方向の位置によって幅が異なる磁性板を添着
したセンサ本体と該磁性板上を長手方向に沿って移動し
得る磁気変換素子とでリニア型位置センサを構成してい
る。
【0015】この場合には、移動する磁気変換素子から
の出力を検知することで該磁気変換素子の磁石に対する
位置を検出することができる。従って、特別な部材を使
用することなく通常の部材のみで長期間にわたって正確
な位置が検出できる安価なリニア型位置センサを実現す
ることができる。
【0016】
【実施例】図1は本発明になるリニア型位置センサの構
成原理を説明する図であり、図2は図1のセンサが受け
る磁界強さを示す図である。
【0017】また図3は他のリニア型位置センサの構成
原理を説明する図であり、図4は図3のセンサが受ける
磁界強さを示す図である。更に図5はリニア型位置セン
サとしての構成例を示す図、図6は使用例を説明する図
である。
【0018】図1でリニア型位置センサ(以下単にセン
サとする)1は、厚さ方向aを着磁方向としてフル着磁
されている短冊形永久磁石(以下単に磁石とする)11と
その長さ方向の位置によって幅が異なる例えば図示のよ
うに二等辺三角形状をなすパーマロイからなる磁性板1
2、および信号線14a で図示されない制御部に繋がるセ
ンサ・アセンブリ14とを主要構成部材として構成されて
いる。
【0019】そして上記磁石11と磁性板12とはそれぞれ
の長手方向を合致させて添着した状態でセンサ本体13と
して構成されているが、該センサ本体13では磁石11によ
る一定した磁界の一部が添着されている磁性板12にバイ
パスするので、該磁性板12の上方に漏洩する磁界は該磁
性板12の幅によって図のMf1,Mf2,Mf3,Mf4,Mf5 のように
変化する。
【0020】従って該センサ本体13から出る磁界の強さ
を安定した状態で長さ方向の位置ごとに変えることがで
きる。なお、磁石そのものの着磁量を長さ方向の位置に
よって変えることで該センサ本体13と同様の効果を得る
ことができるが、一般に磁石をフル着磁しない状態で使
用すると磁気的に不安定になり外部からの磁界で着磁量
が変化し易いので好ましくなく、そのため上述したよう
にフル着磁した磁石の表面に位置によって幅の異なる磁
性板12を添着して磁界の強さを変えるようにしている。
【0021】一方、上記センサ・アセンブリ14は抽出図
(a) に示すように例えばホール素子15とアンプ16とが内
設されて構成されているものであり、外部磁界の強さに
比例してホール素子15から出力される電圧信号がアンプ
16で増幅されて信号線14a から図示されない制御部に送
達されるようになっている。
【0022】そこで、該センサ・アセンブリ14を上記セ
ンサ本体13の表面と近接した位置でその長手方向に移動
させたときに該センサ・アセンブリ14が受ける磁界の強
さを上記制御部で演算することで、該センサ・アセンブ
リ14のセンサ本体13に対する位置を正確に検出すること
ができる。
【0023】図2は横軸Xに磁石11の長さをSとしてと
り、縦軸Yにセンサ・アセンブリ14が受ける磁界強さM
Fをとったものである。この場合図1で説明した磁性板
12の形状を適当に決めると上記磁石11の長さ範囲(図示
s1〜s2間)で図示の磁界変化線C1のようにリニアに変化
させることができるので、逆に該磁界変化線C1上の点C1
p を予め設定しておくことで該点C1p に対応する磁石11
上の位置s1p を検知することができる。
【0024】センサの他の構成原理を説明する図3でセ
ンサ2は、厚さ方向aを着磁方向としてフル着磁されて
いる磁石21a と厚さ方向bを着磁方向としてフル着磁さ
れている磁石21b とが絶縁層21c を介して一体化されて
いる磁石体21と、該各磁石21a,21b 内でその長さ方向の
位置によって幅が異なる例えば図示のように菱形をなす
パーマロイからなる磁性板22、および図1で説明したセ
ンサ・アセンブリ14とを主要構成部材として構成されて
いる。
【0025】そして上記磁石体21と磁性板22とはそれぞ
れの長手方向を合致させて添着した状態でセンサ本体23
として構成されているが、該センサ本体23では磁石体21
による一定した磁界の一部が添着されている磁性板22に
バイパスするので、該磁性板22の上方に漏洩する磁界は
該磁性板22の幅すなわち位置によって図1同様に変化す
るが、特にこの場合には磁石21a と21b の着磁方向が逆
になっているので該磁性板22の領域AとBとは磁界方向
が逆になる。
【0026】従って図1の場合と同様に該磁性板22上で
上記センサ・アセンブリ14を移動させたときに該センサ
・アセンブリ14が受ける磁界の強さを上記制御部で演算
させると、図2同様に横軸Xに磁石体21の長さをSとし
てとり縦軸Yをセンサ・アセンブリ14が受ける磁界強さ
MFとした図4に磁界変化線C2として示す如く、該磁石
体21の長さ範囲(図示s1〜s2間)で磁界強さ零のときす
なわちセンサ・アセンブリ14が磁石体21の絶縁層21c 上
に位置したときを基準原点C2P とした位置を検出するこ
とができる。
【0027】センサとしての構成例を示す図5で、(5-
1) は全体構成を示しまた(5-2) は(5、1)を矢印c〜
c′で切断したときの断面図である。なお図では図1の
センサ1と同様の構成になる場合を例としているので、
図1と同じ構成部材には同一の記号を付して表わしてい
る。
【0028】図5でセンサ3は、大別すると絶縁物から
なる軸31とその長さ方向に沿ってそれに設けられている
ガイド溝31a で嵌合して該軸31に対してその長手方向に
円滑に摺動し得る絶縁物からなる摺動子32とで構成され
ている。
【0029】そして、軸31にはその表面の長手方向に沿
う一部に形成されている平坦面31bに図1で説明したセ
ンサ本体13がその磁性板12が露出するように長手方向に
沿って装着固定されていると共に、摺動子32には該セン
サ本体13と平行する位置に図1で説明したセンサ・アセ
ンブリ14がそのホール素子15が上記センサ本体13と対面
するように装着されている。
【0030】従って、上記摺動子32を軸31に対して長手
方向すなわち図の矢印D方向に摺動させることでセンサ
・アセンブリ14をセンサ本体13に対して移動させること
になり、結果的に図1で説明したように該センサ・アセ
ンブリ14のホール素子15が感受する磁界強さによって該
センサ・アセンブリ14のセンサ本体13に対する位置を正
確に検出することができる。
【0031】なお該センサ3に装着したセンサ本体13を
図3で説明したセンサ本体23に代えて装着すると、中心
を基準点としたときの双方向への位置ズレが検出し得る
センサが構成できることは図3で説明した通りである。
【0032】図6は液面検査装置として図5で説明した
センサ3を使用した場合を例としている。すなわち、例
えば不透明壁面35a で囲まれた貯液タンク35の1箇所の
壁面には図5で説明したセンサ3が縦方向に装着固定さ
れている。
【0033】そして該センサ3の上記摺動子32にはフロ
ート33が装着固定されている。なお該摺動子32のセンサ
・アセンブリ14に繋がるカーリングされた信号線14a
は、該壁面に設けられている密閉フランジ35b から該貯
液タンク35の外部に導出された後図示されない制御部に
接続されている。
【0034】この場合には、該貯液タンク35中の液面の
上下動に伴ってフロート33ひいては摺動子32が軸31に対
して上下動するので、そのときのセンサ・アセンブリ14
が感受する磁界強さを演算することで該摺動子32の位置
すなわち液面を検出することができる。
【0035】
【発明の効果】上述の如く本発明により、安価で且つ長
期間にわたって信頼性に富む位置情報がアナログ信号で
入手し得るリニア型位置センサを提供することができ
る。
【0036】なお本発明の説明ではセンサ・アセンブリ
にホール素子を使用した場合を例としているが、ホール
素子の代わりに磁気抵抗効果素子を使用しても同等の効
果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明になるリニア型位置センサの構成原理
を説明する図。
【図2】 図1のセンサが受ける磁界強さを示す図。
【図3】 他のリニア型位置センサの構成原理を説明す
る図。
【図4】 図3のセンサが受ける磁界強さを示す図。
【図5】 リニア型位置センサとしての構成例を示す
図。
【図6】 使用例を説明する図。
【符号の説明】
1,2,3 リニア型位置センサ 11,21,21a,21b 短冊形永久磁石 12,22 磁性板 13,23 センサ本体 14 センサ・アセンブリ 14a 信
号線 15 ホール素子(磁気変換素子) 16 ア
ンプ 31 軸 31a ガ
イド溝 31b 平坦面 32 摺動子 33 フ
ロート 35 貯液タンク 35a 不
透明壁面 35b 密閉フランジ
フロントページの続き (72)発明者 遠藤 みち子 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 丹治 茂生 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 限定された直線上の所要位置を検出する
    リニア型位置センサであって、 厚さ方向を着磁方向としてフル着磁されている短冊形永
    久磁石(11)の片面に、その長さ方向に対する幅が該長さ
    方向の位置によって異なる磁性板(12)を添着したセンサ
    本体(13)と、該センサ本体(13)の磁性板(12)上を一定し
    た間隙を保って長手方向に沿って移動し得る磁気変換素
    子(15)とを、少なくとも具えて構成されていることを特
    徴としたリニア型位置センサ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の短冊形永久磁石がその長
    手方向中心線を境界として互いに逆の着磁方向を持つ2
    個の短冊形永久磁石(21a,21b) で形成され、また請求項
    1記載の磁性板がそれぞれの短冊形永久磁石(21a,21b)
    の長さ範囲内でその長さ方向に対する幅が該長さ方向の
    位置によって異なるように形成されていることを特徴と
    したリニア型位置センサ。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の磁性板がパーマロイ材で
    形成されていることを特徴としたリニア型位置センサ。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の磁気変換素子が、ホール
    素子または磁気抵抗効果素子であることを特徴としたリ
    ニア型位置センサ。
JP5858392A 1992-03-17 1992-03-17 リニア型位置センサ Withdrawn JPH05264326A (ja)

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