WO2017073151A1 - 位置検知装置 - Google Patents

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magnets
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由季子 安田
一郎 徳永
拓 齊藤
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    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the present invention relates to a position detection device that detects a relative position and movement between a detection unit on which a magnetic sensor is mounted and a magnet.
  • Patent Document 1 describes an invention related to a position detection device.
  • This position detection device is provided with a holder that moves forward and backward in the case, and two magnets are arranged side by side in the movement direction in this holder.
  • a detection unit is fixed to the case, and two magnetoresistive elements facing the moving magnet are provided in the detection unit.
  • the holder is urged in a direction protruding from the case by a compression coil spring.
  • the shaft unit integrated with the holder is pushed to move the case in a direction opposite to the biasing direction of the compression coil spring, the movement of the magnet is detected by the magnetoresistive element, and the movement position of the holder is calculated.
  • the moving direction of the holder out of the magnetic flux density of the leakage magnetic field generated from two magnets.
  • the movement position of the holder is calculated by detecting the component (Bz) in the orthogonal direction and the component (Bx) in the direction parallel to the movement direction of the holder by the magnetoresistive element. For example, the arc tangent is calculated from the detected value of the component (Bz) and the detected value of the component (Bx), and the position of the holder is obtained from the calculated value.
  • the strength of the leakage magnetic field from the magnet is affected by the temperature, and a demagnetization phenomenon occurs in which the magnetic flux density of the leakage magnetic field decreases at a high temperature.
  • the rate of decrease in magnetic flux density when a cuboid magnet is heated is always the same in the component (Bz) in the direction orthogonal to the magnetized surface and the component (Bx) in the direction parallel to the magnetized surface. It was recognized.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and has a structure that can easily ensure the linearity of a detection value for detecting the relative movement between the magnet and the detection unit even when the magnet is demagnetized due to a temperature change.
  • the object is to provide a position detection device.
  • the present invention has a detection unit and a magnet facing the detection unit, and the position detection device in which the detection unit and the magnet move relatively,
  • the magnet is magnetized in a direction orthogonal to a relative movement locus of the detection unit, and the detection unit includes a magnetic sensor that detects a component parallel to the movement locus of magnetic flux emitted from the magnet.
  • a magnetic sensor for detecting a component orthogonal to the movement trajectory The magnet has an opposing surface that faces the movement locus, and the opposite surface is formed such that both end portions in a direction along the movement locus are located farther from the movement locus than a central portion. To do.
  • the facing surface is a protruding surface having a curvature in a direction along the movement locus.
  • the radius of curvature is preferably 1.7 times or more and 3.4 times or less of the shortest distance between the facing surface and the movement locus.
  • the position detection device of the present invention can be configured such that a plurality of the magnets are provided along the movement trajectory, and the facing surfaces of the adjacent magnets are magnetized with opposite polarities.
  • the movement locus is a straight line.
  • the movement locus is an arc.
  • the present invention focuses on the fact that the demagnetization factor due to the temperature change of the magnetic flux density of the magnetic field generated from the magnet is different between the direction perpendicular to the magnetized surface of the magnet and the direction parallel to the magnetized surface. That is, the shape of the surface facing the detection unit is a shape in which both end portions in the direction along the relative movement locus of the detection unit are retreated from the central portion. As a result, the difference in demagnetization factor due to temperature changes is reduced between the component of the magnetic flux density in the direction perpendicular to the movement locus and the component in the direction parallel to the movement locus. Output linearity can be secured.
  • (A) is explanatory drawing which shows the position detection apparatus of the 1st Embodiment of this invention
  • (B) is explanatory drawing which shows the conventional position detection apparatus
  • (A) (B) is explanatory drawing which shows the position detection apparatus of the 3rd and 4th embodiment of this invention
  • (A), (B), and (C) are explanatory diagrams of Example 1, Example 2, and Example 3
  • (A), (B), and (C) are explanatory diagrams of Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3
  • (A), (B), and (C) are diagrams showing variations in the calculated value of arc tangent due to demagnetization in Example 1, Example 2, and Example 3
  • (A), (B), and (C) are diagrams showing variations in the calculated value of arc tangent due to demagnetization in Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3,
  • (A), (B), and (C)
  • FIG. 1A shows an outline of the structure of the position detection device 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the position detection device 1 has a moving unit 10.
  • the moving unit 10 is provided with a moving base (not shown) that linearly reciprocates in the X direction.
  • a first magnet 11 and a second magnet 12 are mounted on the moving base.
  • the position detection device 1 is provided with a detection unit 20, and the moving unit 10 and the detection unit 20 face each other in the Z direction.
  • the position detection device 1 of the present invention may have a structure in which the first magnet 11 and the second magnet 12 stop and the detection unit 20 moves. Also in this case, the relative movement locus of the magnets 11 and 12 and the detection unit 20 is Tx.
  • the detection unit 20 faces the middle of the first magnet 11 and the second magnet 12 in the X direction, and the first magnet 11 and the second magnet 12 are shown in FIG. Move from the neutral position shown in A) to the right and left in the X direction.
  • the moving base of the moving unit 10 is biased leftward in the X direction by a biasing member such as a compression coil spring and stopped at the initial position, and when the moving base is pushed rightward in the drawing, the magnet 11, It may be one that reciprocates so that 12 moves to the right and then returns to the left.
  • the first magnet 11 has a facing surface 11a facing the movement trajectory Tx, a back surface 11b on the opposite side, and both side surfaces 11c and 11d facing the X direction.
  • the facing surface 11a is a part of a cylindrical surface whose X direction is the curvature direction.
  • the facing distance between the center of the facing surface 11a in the X direction and the movement locus Tx is indicated by ⁇ a.
  • the facing distance between the end portion of the facing surface 11a on the side surface 11c and the movement locus Tx is indicated by ⁇ c
  • the facing distance between the end portion of the facing surface 11a on the side surface 11d side and the moving locus Tx is indicated by ⁇ d. Yes.
  • ⁇ c and ⁇ d have the same length, and ⁇ c and ⁇ d are longer than ⁇ a. That is, the opposing surface 11a has a shape in which both end portions in the X direction along the movement locus Tx are farther from the movement locus Tx than the center portion.
  • the back surface 11b of the first magnet 11 is a plane that is parallel to the movement locus Tx and orthogonal to the paper surface.
  • the side surface 11c and the side surface 11d are planes orthogonal to the movement trajectory Tx and orthogonal to the paper surface.
  • the first magnet 11 is magnetized in the Z direction, which is a direction orthogonal to the movement trajectory Tx, and the opposing surface 11a and the back surface 11b are magnetized surfaces having opposite polarities.
  • the facing surface 11a is magnetized to the N pole, and the back surface 11b is magnetized to the S pole.
  • the first magnet 11 and the second magnet 12 have the same size and shape.
  • the second magnet 12 also has a facing surface 12a, a back surface 12b, and side surfaces 12c and 12d.
  • the shape and dimensions of each surface are the same as those of the first magnet 11.
  • the facing distances ⁇ a, ⁇ c, and ⁇ d between the facing surface 12a and the movement locus Tx are the same as those of the first magnet 11.
  • the second magnet 12 is also magnetized in the Z direction, and the opposing surface 12a and the back surface 12b are magnetized surfaces. However, the magnetization direction of the second magnet 12 is 180 degrees reversed from the magnetization direction of the first magnet 11, and the opposing surface 12a is an S pole and the back surface 12b is an N pole.
  • the detection unit 20 is equipped with at least two magnetic sensors.
  • the sensitivity axis Sx is directed parallel to the movement locus Tx, and the magnetic flux density in the direction parallel to the movement locus Tx can be detected.
  • the sensitivity axis Sz is directed perpendicular to the movement locus Tx, and the magnetic flux density in the direction perpendicular to the movement locus Tx can be detected.
  • the magnetic sensor is composed of a Hall element or a magnetoresistive effect element.
  • the outputs from the first magnetic sensor and the second magnetic sensor provided in the detection unit 20 are detected by the detection circuit 2, and the respective outputs are A / D converted and given to the calculation unit 3.
  • the calculation unit 3 includes a CPU and a memory.
  • FIG. 1B shows a conventional position detection device 101 for explaining the detection operation of the position detection device 1 of the present invention and for comparison.
  • the first magnet 111 and the second 112 are both in a cubic shape, and the opposing surface 111a and the opposing surface 112a are both planes parallel to the movement locus Tx and perpendicular to the paper surface.
  • the back surface 111b and the back surface 112b are planes parallel to the facing surface 111a and the facing surface 112.
  • Both the first magnet 111 and the second magnet 112 are magnetized in the Z direction, the facing surface 111a of the first magnet 111 is an N pole, and the facing surface 112a of the second magnet 112 is an S pole. .
  • the facing distance ⁇ a between the facing surfaces 111a and 112a and the movement locus Tx is the same as the facing distance ⁇ a at the center of the facing surfaces 11a and 12a of the magnets 11 and 12 shown in FIG.
  • a magnetic field H is formed from the opposing surface 11a of the first magnet 11 to the opposing surface 12a of the second magnet 12, and the position detection device shown in FIG. 101, a magnetic field H is formed from the facing surface 111 a of the first magnet 111 to the facing surface 112 a of the second magnet 112.
  • the magnetic lines of force that form the magnetic field H are indicated by broken lines.
  • the detection output of the first magnetic sensor having the sensitivity axis Sx mounted on the detection unit 20 and the sensitivity axis Sz are included.
  • the detection output of the second magnetic sensor shows a waveform that approximates a sine curve and a cosine curve.
  • an arc tangent is calculated from the change output approximated to a sine curve and a cosine curve. Since the calculated value of the arc tangent changes almost by a linear function, the movement relative position of the moving unit 10 and the detecting unit 20 can be measured.
  • each magnet undergoes demagnetization in which the generated magnetic field decreases when the temperature becomes high.
  • the demagnetization factor of the component (Bx) in the X direction and the demagnetization factor of the component (Bz) in the Z direction out of the magnetic flux density of the magnetic field emitted from the magnet is different. It was made paying attention to.
  • the difference between the demagnetization factor of the component (Bx) and the demagnetization factor of the component (Bz) when the temperature becomes high will be described later using Examples and Comparative Examples. It gradually increases from the center to both ends.
  • the error of the calculated value of the arc tangent calculated from the ratio of the sine curve and the cosine curve in the calculation unit 3 is such that the opposing position of the detection unit 20 is more than the central part of the magnets 111 and 112. As the distance reaches the vicinity of both ends, the linearity of the measured value of the position of the detection unit 20 decreases as a result.
  • the shape of the opposing surfaces 11a and 12a of the magnets 11 and 12 is determined between the both ends in the X direction and the movement locus Tx.
  • the opposing distances ⁇ c and ⁇ d are formed to be longer than the opposing distance ⁇ a at the center.
  • the sensitivity of the component (Bz) in the Z direction of the magnetic flux density detected by the detection unit 20 is lower than when it is opposed to the central part of the opposing surface 11a.
  • the rate of decrease in this component (Bz) is greater than the rate of decrease in sensitivity of the component (Bx) in the X direction of the magnetic flux density when the detection unit 20 faces the front of the side surface 11d.
  • the facing surface 11a is an inclined curved surface that gradually retreats from the movement trajectory Tx as it goes from the center to the side surface 11d. For this reason, the magnetic field H from the facing surface 11a of the first magnet 11 toward the facing surface 12a of the second magnet 12 tends to be inclined in the X direction toward the right end of the facing surface 11a. Also by this, the rate of decrease in sensitivity of the Z-direction component (Bz) of the magnetic flux density when the detection unit 20 faces the front of the side surface 11d is greater than the rate of decrease in sensitivity of the X-direction component (Bx). Become.
  • the shape is detected by the detection unit 20 according to the shape of the facing surface 11a.
  • the component (Bz) in the Z direction of the magnetic flux density can be reduced. Therefore, the calculation of the arc tangent calculated based on the ratio between the detection output of the first magnetic sensor having the sensitivity axis Sx detected by the detection unit 20 and the detection output of the second magnetic sensor having the sensitivity axis Sz.
  • the linearity can be maintained when the detection unit 20 is opposed to the center portion in the X direction of the opposing surfaces 11a and 12a and when the detection unit 20 is opposed to both end portions in the X direction.
  • the opposing surfaces 11a and 12a of the magnets 11 and 12 need to be inclined so that both end portions in the X direction are gradually separated from the movement locus Tx rather than the central portion. Furthermore, by making the opposing surfaces 11a and 12a into a projecting curved shape, the attenuation rate when the X-direction component (Bx) of the magnetic flux density attenuates toward the both ends in a high-temperature environment, and the Z-direction component It becomes easy to match the attenuation rate of (Bz).
  • FIG. 2 shows a position detection apparatus 1A according to the second embodiment of the present invention.
  • the first magnet 11 and the second magnet 12 used in the position detection device 1A are the same as those provided in the position detection device 1 shown in FIG.
  • the moving unit 10 having the magnets 11 and 12 rotates, and the relative movement locus Tx between the moving unit 10 and the detecting unit 20 is along an arc.
  • the magnets 11 and 12 may be fixed, and the detection unit 20 may move along a circular movement locus Tx.
  • the opposing surfaces 11a and 12a of the magnets 11 and 12 have both end portions along the moving track and the moving track Tx rather than the facing distance ⁇ a between the arc and the moving track Tx at the center.
  • the facing distances ⁇ c and ⁇ d are longer.
  • the difference in the decrease rate of the detection output in the direction along the movement trajectory Tx and the detection output in the direction orthogonal to the movement trajectory Tx can be reduced under a high temperature environment so that the linearity can be maintained. Become.
  • FIG. 3A shows a position detection apparatus 1B according to a third embodiment of the present invention.
  • the facing surface 11a is composed of a central plane portion (i) parallel to the movement locus Tx and inclined planes (ii) on both sides thereof.
  • FIG. 3B shows a position detection apparatus 1C according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the facing surface 11a is composed of a central projecting surface (iii) and inclined planes (ii) on both sides thereof.
  • the position detection devices 1B and 1C can also reduce the error in the linearity of the detection output when the detection unit 20 moves relatively along the movement locus Tx.
  • the position detection device of the present invention may be one in which only one magnet is used as shown in FIG. 4 (A), or three or more magnets as shown in FIG. 4 (C). It may be used.
  • FIG. 4A shows the first embodiment, in which one magnet 11 faces the relative movement trajectory Tx of the detection unit 20.
  • FIG. 4B shows the second embodiment, in which the two magnets 11 and 12 face the relative movement locus Tx of the detection unit 20.
  • FIG. 4C shows the third embodiment, in which three magnets 11, 12, and 13 are opposed to the relative movement locus Tx of the detection unit 20.
  • the opposing surfaces 11a, 12a, 13a of the magnets 11, 12, 13 are projecting curved surfaces having a curvature in a direction along the movement locus Tx, and the radius of curvature is indicated by R.
  • FIG. 5A shows a comparative example 1 in which one magnet 111 faces the relative movement locus Tx of the detection unit 20.
  • FIG. 5B shows a second comparative example, in which the two magnets 111 and 112 are opposed to the relative movement trajectory Tx of the detection unit 20.
  • FIG. 5C shows a third comparative example, in which three magnets 111, 112, 113 are opposed to the relative movement trajectory Tx of the detection unit 20.
  • the opposing surfaces 111a, 112a, 113a of the magnets 111, 112, 113 are all flat surfaces.
  • the magnets 11, 12, and 13 of the examples and the magnets 111, 112, and 113 of the comparative examples are rare earth (Nd—Fe—B) injection molded magnets.
  • the height Hm is 6 mm
  • the length L in the direction along the movement locus Tx is 9 mm
  • the width dimension W in the direction is 9 mm.
  • the curvature radius R of the opposing surfaces 11a, 12a, 13a of the magnets 11, 12, 13 is 9 mm.
  • the shortest value of the facing distance between the magnet and the movement trajectory Tx is 3.55 mm.
  • the distance S1 between the magnets in Example 2 in FIG. 4B and Comparative Example 2 in FIG. 5B is 17 mm, and the magnet in Example 3 in FIG. 4C and Comparative Example 3 in FIG. 5C.
  • the distance S2 is 18 mm.
  • FIGS. 7A, 7B, and 7C show errors in the linearity of the movement position and output of the detection unit 20 in each comparative example.
  • each diagram in FIG. 7 indicate the relative positions of the magnet and the detection unit 20 along the movement trajectory Tx.
  • FIG. 6A shows the simulation result of Example 1, and the origin “0” on the horizontal axis is the position where the detection unit 20 faces the center of the magnet 11 as shown in FIG. 4A.
  • FIG. 6B shows the measurement result of Example 2.
  • the origin “0” on the horizontal axis is a position where the detection unit 20 faces the middle of the two magnets 11 and 12 as shown in FIG. is there.
  • FIG. 6C shows the measurement result of Example 3.
  • the origin “0” on the horizontal axis is the position where the detection unit 20 faces the center of the central magnet 11 as shown in FIG.
  • FIG. 7A shows the measurement result of Comparative Example 1
  • the origin “0” on the horizontal axis is the position where the detection unit 20 faces the center of the magnet 111 as shown in FIG.
  • FIG. 7B shows the measurement result of Comparative Example 2.
  • the origin “0” on the horizontal axis is the position where the detection unit 20 faces the middle of the two magnets 111 and 112 as shown in FIG. is there.
  • FIG. 7C shows the measurement result of Comparative Example 3.
  • the origin “0” on the horizontal axis is the position where the detection unit 20 faces the center of the central magnet 111 as shown in FIG.
  • FIGS. 6 (A), (B), and (C) and FIGS. 7 (A), (B), and (C) and FIGS. 7 (A), (B), and (C) the characteristics at an environmental temperature of 150 ° C. are shown by solid lines, and the characteristics at an environmental temperature of ⁇ 40 ° C. are broken lines. It is shown in
  • FIG. 6 and FIG. 7 indicate the detection output of the first magnetic sensor having the sensitivity axis Sx mounted on the detection unit 20 and the detection of the second magnetic sensor having the sensitivity axis Sz.
  • the error of the arctangent calculation value (ATAN) calculated based on the output is shown. That is, the difference (deg) between the arc tangent calculation value (ATAN) at a room temperature of 20 ° C. and the arc tangent calculation value (ATAN) at 150 ° C. is indicated by a solid line, and the arc tangent at a room temperature of 20 ° C.
  • the difference (deg) between the calculated value (ATAN) and the calculated arc tangent value (ATAN) at ⁇ 40 ° C. is indicated by a broken line.
  • FIG. 8 is a simulation result regarding Examples 2A, 2B, 2C, and 2D obtained by modifying Example 2 shown in FIG.
  • the radius of curvature R of the opposing surface of the magnet is 4.5 mm
  • R is 6.0 mm
  • Example 2D of FIG. 8D R is 12 mm.
  • Position detection device 10 Moving part 11 First magnet 11a Opposing surface 12 Second magnet 12a Opposing surface 13 Magnet 13a Opposing surface 20 Sensing units 111, 112, 113 Magnets 111a, 112a, 113a Opposing surface

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

【課題】磁気センサを使用し温度変化による測定値の直線性の変動を抑制できるようにした位置検知装置を提供する。 【解決手段】移動部１０に第１の磁石１１と第２の磁石１２が設けられている。検知部２０には感度軸Ｓｘを有する第１の磁気センサと感度軸Ｓｚを有する第２の磁気センサが搭載されている。移動部１０と検知部２０は移動軌跡Ｔｘに沿って相対的に移動する。磁石１１，１２の対向面１１ａ，１２ａはその両端部が中央部よりも移動軌跡Ｔｘから後退する突曲面形状である。この形状とすることにより、高温環境で磁石が減磁したときの測定値の直線性の誤差を抑制できようになる。

Description

位置検知装置
　本発明は、磁気センサを搭載した検知部と磁石との相対的な位置および移動を検知する位置検知装置に関する。
　特許文献１に位置検知装置に関する発明が記載されている。
　この位置検知装置は、ケース内に進退移動するホルダが設けられており、このホルダに２個の磁石が移動方向に並んで配置されている。ケースには検出部が固定されており、この検出部に、移動する前記磁石に対向する２個の磁気抵抗素子が設けられている。
　ホルダは圧縮コイルばねによってケースから突出する方向へ付勢されている。ホルダと一体の軸部を押して、ケースを圧縮コイルばねの付勢方向と対抗する方向へ移動させると、磁石の移動が磁気抵抗素子で検知され、ホルダの移動位置が算出される。
実用新案登録第３１９１５３１号公報
　特許文献１には、ホルダの位置の検知方法について詳しく説明されていないが、一般にこの種の位置検知装置では、２個の磁石から発生する洩れ磁界の磁束密度のうちの、ホルダの移動方向と直交する向きの成分（Ｂｚ）と、ホルダの移動方向と平行な向きの成分（Ｂｘ）とを磁気抵抗素子で検知することで、ホルダの移動位置が算出される。例えば、前記成分（Ｂｚ）の検出値と前記成分（Ｂｘ）の検出値とからアークタンジェントが演算され、その演算値からホルダの位置が求められる。
　ここで、磁石からの漏れ磁界の強度は、温度によって影響を受け、高温になると洩れ磁界の磁束密度が低下する減磁現象が発生する。従来、直方体の磁石が加熱されたときの磁束密度の低下率は、着磁面に直交する向きの成分（Ｂｚ）と着磁面と平行な向きの成分（Ｂｘ）とで常に同じ割合であると認識されていた。
　この認識に基づいて、常温時に磁気抵抗素子から得られた検出値に基づいてアークタンジェントを演算しその演算値において直線性を確保できるように回路上で補正を行っておけば、温度変化があったとしても、ホルダの移動したときの演算値の直線性を確保できるものと考えられていた。
　しかし、実際の位置検知装置では、高温環境になると、検出部からの出力に基づいて演算されたアークタンジェントの値が、磁石の着磁面に対する対向位置の変化に応じて変動し、位置検知の直線性を確保できない課題が生じている。
　本発明は上記従来の課題を解決するものであり、温度変化によって磁石の減磁が生じたときでも、磁石と検知部との相対移動を検知する検出値の直線性を確保しやすい構造とした位置検知装置を提供することを目的としている。
　本発明は、検知部と、前記検知部に対向する磁石とを有し、前記検知部と前記磁石とが相対的に移動する位置検知装置において、
　前記磁石は、前記検知部の相対的な移動軌跡と直交する向きに着磁されて、前記検知部には、前記磁石から出る磁束のうちの前記移動軌跡と平行な成分を検知する磁気センサと前記移動軌跡と直交する成分を検知する磁気センサとが設けられており、
　前記磁石は前記移動軌跡に対向する対向面を有し、前記対向面は、前記移動軌跡に沿う方向の両端部が、中央部よりも前記移動軌跡から遠ざかる位置に形成されていることを特徴とするものである。
　本発明の位置検知装置は、例えば、前記対向面は、前記移動軌跡に沿う方向に曲率を有する突曲面である。
　この場合に、前記曲率の半径は、前記対向面と前記移動軌跡との最短距離の１．７倍以上で３．４倍以下であることが好ましい。
　本発明の位置検知装置は、前記磁石が、前記移動軌跡に沿って複数個設けられており、隣り合う前記磁石の前記対向面が逆極性に着磁されているものとして構成できる。
　本発明の位置検知装置は、前記移動軌跡が直線である。あるいは、前記移動軌跡が円弧である。
　本発明は、磁石から発生する磁界の磁束密度の温度変化による減磁率は、磁石の着磁面に直交する方向と着磁面と平行な方向とで相違することに着目し、前記着磁面すなわち検知部との対向面の形状を、検知部の相対的な移動軌跡に沿う方向の両端部を中央部よりも後退させる形状とした。これにより、磁束密度のうちの移動軌跡に直交する向きの成分と移動軌跡と平行な向きの成分とで、温度変化による減磁率の差が少なくなり、温度変化があっても検知部からの検知出力の直線性を確保できるようになる。
（Ａ）は本発明の第１の実施の形態の位置検知装置を示す説明図、（Ｂ）は従来の位置検知装置を示す説明図、 本発明の第２の実施の形態の位置検知装置を示す説明図、 （Ａ）（Ｂ）は本発明の第３と第４の実施の形態の位置検知装置を示す説明図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、実施例１、実施例２、実施例３の説明図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、比較例１、比較例２、比較例３の説明図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、実施例１、実施例２、実施例３における、減磁によるアークタンジェントの演算値の変動を示す線図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、比較例１、比較例２、比較例３における、減磁によるアークタンジェントの演算値の変動を示す線図、 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）は、実施例２の変形例である実施例２Ａと実施例２Ｂと実施例２Ｃおよび実施例２Ｄにおける、減磁によるアークタンジェントの演算値の変動を示す線図、
　図１（Ａ）に本発明の第１の実施の形態の位置検知装置１の構造の概略が示されている。
　位置検知装置１は移動部１０を有している。移動部１０にＸ方向へ直線的に往復移動する移動ベース（図示せず）が設けられており、移動ベースに第１の磁石１１と第２の磁石１２が搭載されている。位置検知装置１には検知部２０が設けられており、移動部１０と検知部２０がＺ方向に対向している。
　移動部１０は第１の磁石１１と第２の磁石１２と共にＸ方向へ移動するため、図１（Ａ）には、移動部１０と検知部２０の相対的な移動軌跡がＴｘで示されている。本発明の位置検知装置１は、第１の磁石１１と第２の磁石１２とが停止し、検知部２０が移動する構造であってもよい。この場合も、磁石１１，１２と検知部２０の相対的な移動軌跡はＴｘである。
　図１（Ａ）では、検知部２０が、第１の磁石１１および第２の磁石１２のＸ方向の中間に対向しており、第１の磁石１１と第２の磁石１２は、図１（Ａ）に示す中立位置からＸ方向の右方向と左方向へ移動する。または、移動部１０の移動ベースが圧縮コイルばねなどの付勢部材でＸ方向の左方向へ付勢されて初期位置で停止しており、移動ベースが図示右方向へ押されると、磁石１１，１２が右方向へ移動してから左方向へ戻るように往復移動するものであってもよい。
　第１の磁石１１は移動軌跡Ｔｘに対向する対向面１１ａと、その逆側の背面１１ｂと、Ｘ方向に向く両側面１１ｃ，１１ｄを有している。対向面１１ａは、Ｘ方向が曲率方向となる円筒面の一部である。対向面１１ａのＸ方向の中心と移動軌跡Ｔｘとの対向距離がδａで示されている。また、対向面１１ａの側面１１ｃ側の端部と移動軌跡Ｔｘとの対向距離がδｃで示され、対向面１１ａの側面１１ｄ側の端部と移動軌跡Ｔｘとの対向距離がδｄで示されている。δｃとδｄは同じ長さであり、δｃとδｄはδａよりも長い。すなわち、対向面１１ａは、移動軌跡Ｔｘに沿うＸ方向の両端部が中央部よりも移動軌跡Ｔｘから遠ざかる形状である。
　第１の磁石１１の背面１１ｂは、移動軌跡Ｔｘと平行であり紙面に直交する平面である。側面１１ｃと側面１１ｄは、移動軌跡Ｔｘと直交し且つ紙面に直交する平面である。
　第１の磁石１１は、移動軌跡Ｔｘに直交する方向であるＺ方向に向けて着磁されており、対向面１１ａと背面１１ｂは互いに逆極性となる着磁面である。対向面１１ａがＮ極に着磁され、背面１１ｂがＳ極に着磁されている。
　第１の磁石１１と第２の磁石１２は大きさと形状が同じである。第２の磁石１２も対向面１２ａと背面１２ｂおよび側面１２ｃ，１２ｄを有している。各面の形状と寸法は第１の磁石１１と同じである。対向面１２ａと移動軌跡Ｔｘとの対向距離δａ，δｃ，δｄも第１の磁石１１と同じである。
　第２の磁石１２もＺ方向に着磁されて、対向面１２ａと背面１２ｂが着磁面となっている。ただし、第２の磁石１２の着磁方向は第１の磁石１１の着磁方向と１８０度反転しており、対向面１２ａがＳ極で背面１２ｂがＮ極である。
　検知部２０には、少なくとも２個の磁気センサが搭載されている。第１の磁気センサは、感度軸Ｓｘが移動軌跡Ｔｘと平行に向けられており、移動軌跡Ｔｘと平行な向きの磁束密度を検知することができる。第２の磁気センサは、感度軸Ｓｚが移動軌跡Ｔｘと直交して向けられており、移動軌跡Ｔｘと直交する向きの磁束密度を検知することができる。磁気センサは、ホール素子または磁気抵抗効果素子などで構成されている。
　検知部２０に設けられている第１の磁気センサと第２の磁気センサからの出力は検知回路２で検知され、それぞれの出力がＡ／Ｄ変換されて演算部３に与えられる。演算部３はＣＰＵとメモリなどから構成されている。
　図１（Ｂ）に、本発明の位置検知装置１の検知動作の説明のためと比較のために従来の位置検知装置１０１が示されている。
　この位置検知装置１０１は、第１の磁石１１１と第２の１１２が共に立方体形状であり、対向面１１１ａと対向面１１２ａが、共に移動軌跡Ｔｘと平行で且つ紙面に垂直な平面である。背面１１１ｂと背面１１２ｂは、対向面１１１ａと対向面１１２と平行な平面である。
　第１の磁石１１１と第２の磁石１１２は共にＺ方向に着磁されており、第１の磁石１１１の対向面１１１ａがＮ極で、第２の磁石１１２の対向面１１２ａがＳ極である。そして、対向面１１１ａ，１１２ａと移動軌跡Ｔｘとの対向距離δａは、図１（Ａ）に示す各磁石１１，１２の対向面１１ａ，１２ａの中央部での対向距離δａと同じである。
　図１（Ａ）に示す位置検知装置１では、第１の磁石１１の対向面１１ａから第２の磁石１２の対向面１２ａに至る磁場Ｈが形成され、図１（Ｂ）に示す位置検知装置１０１でも、第１の磁石１１１の対向面１１１ａから第２の磁石１１２の対向面１１２ａに至る磁場Ｈが形成されている。図１（Ａ）（Ｂ）では、磁場Ｈを形成する磁力線を破線で示している。
　前記磁場Ｈの内部において、検知部２０が移動軌跡Ｔｘに沿って相対的に移動すると、検知部２０に搭載された感度軸Ｓｘを有する第１の磁気センサの検知出力と、感度軸Ｓｚを有する第２の磁気センサの検知出力が、正弦曲線と余弦曲線に近似した波形を示す。演算部３では、正弦曲線と余弦曲線に近似した変化出力からアークタンジェントが演算される。アークタンジェントの演算値はほぼ一次関数で変化するため、移動部１０と検知部２０の移動相対位置を測定することができる。
　ここで、各磁石は高温になると発生する磁場が低下する減磁が生じることが知られている。本発明は、磁石が高温になると、磁石から出る磁界の磁束密度のうちのＸ方向に向かう成分（Ｂｘ）の減磁率と、Ｚ方向に向かう成分（Ｂｚ）の減磁率に相違が生じていることに着目してなされたものである。後に実施例と比較例を用いて説明するが、高温になったときの前記成分（Ｂｘ）の減磁率と前記成分（Ｂｚ）の減磁率との差は、対向面１１１ａ，１１１２ａのＸ方向の中央部から両端部に向かうにしたがって徐々に増大していく。
　そのため、高温環境下において、演算部３で正弦曲線と余弦曲線との比から演算される前記アークタンジェントの計算値の誤差は、検知部２０の対向位置が、磁石１１１，１１２の中央部よりも両端部付近に至るにしたがって大きくなり、その結果、検知部２０の位置の測定値の直線性が低下することになる。
　そこで、図１（Ａ）に示すように、本発明の実施の形態の位置検知装置１では、磁石１１，１２の対向面１１ａ，１２ａの形状として、Ｘ方向の両端部と移動軌跡Ｔｘとの対向距離δｃ，δｄを、中央部での対向距離δａよりも長くなるよう形成している。
　図１（Ａ）に示す位置検知装置１では、検知部２０が、例えば第１の磁石１１の側面１１ｄの前方に対向する位置に至ると、対向面１１ａと移動軌跡Ｔｘとの対向距離δｄが広がるため、検知部２０で検出される磁束密度のＺ方向の成分（Ｂｚ）の感度が、対向面１１ａの中心部に対向しているときよりも低下する。この成分（Ｂｚ）の低下率は、検知部２０が側面１１ｄの前方に対向したときの磁束密度のＸ方向の成分（Ｂｘ）の感度の低下率よりも大きくなる。
　さらに、対向面１１ａは、中央部から側面１１ｄに向かうにしたがって移動軌跡Ｔｘから徐々に後退する傾斜曲面となっている。そのため、第１の磁石１１の対向面１１ａから第２の磁石１２の対向面１２ａに向かう磁場Ｈは、対向面１１ａの右側の端部に向かうにしたがってＸ方向に傾きやすくなる。これによっても、検知部２０が側面１１ｄの前方に対向したときの、磁束密度のＺ方向の成分（Ｂｚ）の感度の低下率が、Ｘ方向の成分（Ｂｘ）の感度の低下率よりも大きくなる。
　その結果、磁石が高温にさられて、側面１１ｄの前方における磁束密度のＸ方向の成分（Ｂｘ）が減衰したときに、これに伴うように、対向面１１ａの形状によって検知部２０で検知される磁束密度のＺ方向の成分（Ｂｚ）を低下させることができるようになる。よって、検知部２０で検知される感度軸Ｓｘを有する第１の磁気センサの検知出力と、感度軸Ｓｚを有する第２の磁気センサの検知出力との比に基づいて演算されるアークタンジェントの計算値は、検知部２０が対向面１１ａ，１２ａのＸ方向の中央部に対向しているときと、Ｘ方向の両端部に対向しているときとで、直線性を維持できるようになる。
　そのためには、磁石１１，１２の対向面１１ａ，１２ａは、Ｘ方向の両端部が、中央部よりも移動軌跡Ｔｘから徐々に離れるように傾斜させることが必要である。さらに、対向面１１ａ，１２ａを突曲面形状とすることで、高温環境下で、両端部に向かうにしたがって磁束密度のＸ方向の成分（Ｂｘ）が減衰するときの減衰率と、Ｚ方向の成分（Ｂｚ）の減衰率を一致させやすくなる。
　図２は本発明の第２の実施の形態の位置検知装置１Ａを示している。
　この位置検知装置１Ａに使用されている第１の磁石１１と第２の磁石１２は図１（Ａ）に示した位置検知装置１に設けられているものと同じである。図２に示す位置検知装置１Ａは、磁石１１，１２を有する移動部１０が回転し、移動部１０と検知部２０との相対的な移動軌跡Ｔｘが円弧に沿っている。なお、この位置検知装置１Ａにおいても、磁石１１，１２が固定され、検知部２０が円弧の移動軌跡Ｔｘに沿って移動してもよい。
　図２に示す位置検知装置１Ａでは、それぞれの磁石１１，１２の対向面１１ａ，１２ａは、中央部における円弧の移動軌跡Ｔｘとの対向距離δａよりも、移動軌跡に沿う両端部と移動軌跡Ｔｘとの対向距離δｃ，δｄの方が長くなっている。この実施の形態においても、高温環境下において、移動軌跡Ｔｘに沿う向きの検知出力と移動軌跡Ｔｘと直交する向きの検知出力の減少率の差を小さくすることができ直線性を維持できるようになる。
　図３（Ａ）は本発明の第３の実施の形態の位置検知装置１Ｂを示している。この位置検知装置１Ｂに使用されている磁石１１Ｂは、対向面１１ａが、移動軌跡Ｔｘと平行な中央部の平面部（ｉ）と、その両側の傾斜平面（ｉｉ）とから構成されている。
　図３（Ｂ）は本発明の第４の実施の形態の位置検知装置１Ｃを示している。この位置検知装置１Ｃに使用されている磁石１１Ｃは、対向面１１ａが、中央部の突曲面部（ｉｉｉ）と、その両側の傾斜平面（ｉｉ）とから構成されている。
　この位置検知装置１Ｂ，１Ｃも、検知部２０が移動軌跡Ｔｘに沿って相対的に移動したときに、検知出力の直線性の誤差を小さくできる。
　なお、本発明の位置検知装置は、図４（Ａ）に示すように磁石が１個のみ使用されているものであってもよいし、図４（Ｃ）に示すように磁石が３個以上使用されているものであってもよい。
　図４（Ａ）は実施例１であり、１個の磁石１１が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。図４（Ｂ）は実施例２であり、２個の磁石１１，１２が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。図４（Ｃ）は実施例３であり、３個の磁石１１，１２，１３が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。
　磁石１１，１２，１３の対向面１１ａ，１２ａ，１３ａは、移動軌跡Ｔｘに沿う方向へ曲率を有する突曲面であり、その曲率半径がＲで示されている。
　図５（Ａ）は比較例１であり、１個の磁石１１１が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。図５（Ｂ）は比較例２であり、２個の磁石１１１，１１２が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。図５（Ｃ）は比較例３であり、３個の磁石１１１，１１２，１１３が検知部２０の相対的な移動軌跡Ｔｘに対向している。
　磁石１１１，１１２，１１３の対向面１１１ａ，１１２ａ，１１３ａは、全て平面である。
　実施例の磁石１１，１２，１３と比較例の磁石１１１，１１２，１１３は、希土類系（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ系）の射出成型磁石である。
　実施例の磁石１１，１２，１３と比較例の磁石１１１，１１２，１１３の寸法は、いずれも高さＨｍが６ｍｍ、移動軌跡Ｔｘに沿う方向の長さＬが９ｍｍ、移動軌跡Ｔｘと直交する方向の幅寸法Ｗが９ｍｍである。磁石１１，１２，１３の対向面１１ａ，１２ａ，１３ａの曲率半径Ｒは９ｍｍである。実施例の磁石１１，１２，１３の対向面の中心部と移動軌跡Ｔｘの対向距離δａおよび比較例の磁石１１１，１１２，１１３の各対向面と移動軌跡Ｔｘとの対向距離δａ、すなわち、それぞれの磁石と移動軌跡Ｔｘとの対向距離の最短値はいずれも３．５５ｍｍである。
　図４（Ｂ）の実施例２と図５（Ｂ）の比較例２における磁石間距離Ｓ１は１７ｍｍであり、図４（Ｃ）の実施例３と図５（Ｃ）の比較例３における磁石間距離Ｓ２は１８ｍｍである。
　図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は各実施例における検知部２０の移動位置と出力の直線性の誤差を示している。図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は各比較例における検知部２０の移動位置と出力の直線性の誤差を示している。
　図６の各図と図７の各図の横軸は、移動軌跡Ｔｘに沿う磁石と検知部２０との相対位置を示している。
　図６（Ａ）は実施例１のシミュレーション結果であり、横軸の原点「０」は、図４（Ａ）に示すように検知部２０が磁石１１の中心に対向する位置である。図６（Ｂ）は実施例２の測定結果であり、横軸の原点「０」は、図４（Ｂ）に示すように検知部２０が２つの磁石１１，１２の中間に対向する位置である。図６（Ｃ）は実施例３の測定結果であり、横軸の原点「０」は、図４（Ｃ）に示すように検知部２０が中央の磁石１１の中心に対向する位置である。
　図７（Ａ）は比較例１の測定結果であり、横軸の原点「０」は、図５（Ａ）に示すように検知部２０が磁石１１１の中心に対向する位置である。図７（Ｂ）は比較例２の測定結果であり、横軸の原点「０」は、図５（Ｂ）に示すように検知部２０が２つの磁石１１１，１１２の中間に対向する位置である。図７（Ｃ）は比較例３の測定結果であり、横軸の原点「０」は、図５（Ｃ）に示すように検知部２０が中央の磁石１１１の中心に対向する位置である。
　図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）と図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）では、環境温度が１５０℃での特性が実線で示され、環境温度が－４０℃での特性が破線で示されている。
　図６の各図と図７の各図の縦軸は、検知部２０に搭載された感度軸Ｓｘを有する第１の磁気センサの検知出力と、感度軸Ｓｚを有する第２の磁気センサの検知出力に基づいて演算されたアークタンジェントの計算値（ＡＴＡＮ）の誤差を示している。すなわち、２０℃の常温でのアークタンジェントの計算値（ＡＴＡＮ）と１５０℃でのアークタンジェントの計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が実線で示され、２０℃の常温でのアークタンジェントの計算値（ＡＴＡＮ）と－４０℃でのアークタンジェントの計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が破線で示されている。
　図７の各比較例では、高温環境になると、検知部２０が磁石の両端部に対向するときにアークタンジェントの計算値の誤差が大きくなり、位置検出の直線性が損なわれるのに対し、図８の各実施例では、誤差を抑えることができ直線性が改善されているのが分かる。
　図６（Ａ）と図７（Ａ）において、検知部２０の相対的な移動量を±３．５ｍｍの範囲とすると、図７（Ａ）に示す比較例１では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．２４ｄｅｇなのに対し、図６（Ａ）に示す実施例１では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．０３ｄｅｇ程度である。
　図６（Ｂ）と図７（Ｂ）において、検知部２０の相対的な移動量を±７．５ｍｍの範囲とすると、図７（Ｂ）に示す比較例２では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．２１ｄｅｇなのに対し、図７（Ｂ）に示す実施例２では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．０６ｄｅｇである。
　図６（Ｃ）と図７（Ｃ）において、検知部２０の相対的な移動量を±１７ｍｍの範囲とすると、図７（Ｃ）に示す比較例３では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．２５ｄｅｇなのに対し、図６（Ｃ）に示す実施例３では、計算値（ＡＴＡＮ）との差（ｄｅｇ）が０．０７ｄｅｇである。
　図８は、図４（Ｂ）に示す実施例２を変形させた実施例２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに関するシミュレーション結果である。図８（Ａ）の実施例２Ａは、磁石の対向面の曲率半径Ｒが４．５ｍｍ、図８（Ｂ）の実施例２ＢはＲが６．０ｍｍ、図（Ｃ）の実施例２ＣはＲが９．０ｍｍ、図８（Ｄ）の実施例２Ｄは、Ｒが１２ｍｍである。
　実施例２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄは、いずれも図７に示す比較例２に比較してアークタンジェントの計算値の直線性が改善されている。ただし、Ｒを６．０ｍｍの範囲から１２ｍｍの範囲にすると計算値の直線性の改善効果が非常に高くなる。磁石の対向面と移動軌跡Ｔｘとの距離は３．５５ｍｍであるから、Ｒ／δａの比は、１．７以上で３．４以下の範囲が好ましい。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ　位置検知装置
１０　移動部
１１　第１の磁石
１１ａ　対向面
１２　第２の磁石
１２ａ　対向面
１３　磁石
１３ａ　対向面
２０　検知部
１１１，１１２，１１３　磁石
１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ　対向面

Claims (6)

  1. 　検知部と、前記検知部に対向する磁石とを有し、前記検知部と前記磁石とが相対的に移動する位置検知装置において、
    　前記磁石は、前記検知部の相対的な移動軌跡と直交する向きに着磁されて、前記検知部には、前記磁石から出る磁束のうちの前記移動軌跡と平行な成分を検知する磁気センサと前記移動軌跡と直交する成分を検知する磁気センサとが設けられており、
    　前記磁石は前記移動軌跡に対向する対向面を有し、前記対向面は、前記移動軌跡に沿う方向の両端部が、中央部よりも前記移動軌跡から遠ざかる位置に形成されていることを特徴とする位置検知装置。
  2. 　前記対向面は、前記移動軌跡に沿う方向に曲率を有する突曲面である請求項１記載の位置検知装置。
  3. 　前記曲率の半径は、前記対向面と前記移動軌跡との最短距離の１．７倍以上で３．４倍以下である請求項１または２記載の位置検知装置。
  4. 　前記磁石は、前記移動軌跡に沿って複数個設けられており、隣り合う前記磁石の前記対向面が逆極性に着磁されている請求項１ないし３のいずれかに記載の位置検知装置。
  5. 　前記移動軌跡は直線である請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検知装置。
  6. 　前記移動軌跡は円弧である請求項１ないし４のいずれかに記載の位置検知装置。
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