特許 5958294 ストロークセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5958294

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】ストロークセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01B 7/00 20060101AFI20160714BHJP

   G01D 5/14 20060101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   G01B7/00 101E

   G01D5/14 H

   G01D5/14 F

【請求項の数】5

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-251236(P2012-251236)

(22)【出願日】2012年11月15日

(65)【公開番号】特開2014-98655(P2014-98655A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2014年12月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】池田 幸雄

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０００−５１６７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１９２５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５８０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０１２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−７７３７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ７／００− ７／３４

Ｇ０１Ｄ ５／００− ５／２５２

Ｇ０１Ｄ ５／３９− ５／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定体に対して相対的にストロークするストローク体のストローク位置を検出するストロークセンサであって、
前記固定体に設けられる磁界検出部と、
前記磁界検出部を前記ストローク体のストローク方向から挟み込むように設けられると共に、前記ストローク体のストローク方向と平行に設けられる第一及び第二の平行ヨークと、
前記ストローク体に該ストローク体のストローク方向と平行に設けられると共に、一方の面が前記第一及び第二の平行ヨークと対向するように設けられ、前記第一及び第二の平行ヨークとの間で平行磁界を形成する平行磁界形成ヨークと、
前記平行磁界形成ヨークの他方の面と前記第二の平行ヨークとの間で磁路を形成する磁路形成ヨークと、
前記磁路形成ヨークと前記第二の平行ヨークとの間に設けられる１つの磁石と、
を備え、
前記磁石は、前記ストローク体が最も前記第二の平行ヨーク側にストロークした位置にあるときに、前記平行磁界形成ヨークよりも前記ストローク方向の外側に設けられていることを特徴とするストロークセンサ。

【請求項2】

前記磁界検出部は、前記ストローク体のストローク方向と平行な磁界を検出する
請求項１記載のストロークセンサ。

【請求項3】

前記磁界検出部および前記２つの平行ヨークと、前記固定体との間に、非磁性体からなる磁気漏れ防止層を設けた
請求項１または２記載のストロークセンサ。

【請求項4】

前記磁路形成ヨークは、前記磁石の前記平行ヨークと反対側の端部から前記ストローク体のストローク方向と平行に延出され、前記平行磁界形成ヨークの他方の面と対向するように設けられる
請求項１〜３いずれかに記載のストロークセンサ。

【請求項5】

前記平行磁界形成ヨークの他方の面には、その先端が前記磁路形成ヨークに臨む凸状の突起ヨークが一体に設けられる
請求項４記載のストロークセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定体に対して相対的にストロークするストローク体のストローク位置を検出するストロークセンサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、固定体に対して相対的にストロークするストローク体のストローク位置（固定体に対する）を検出するために、ストロークセンサが用いられている。なお、本明細書において、ストロークとは一方向に往復移動すること、ストローク位置とは、固定体に対するストローク体の相対的な位置を意味している。

【0003】

従来のストロークセンサとして、例えば特許文献１がある。

【0004】

特許文献１のストロークセンサでは、ストローク体に磁石を設けると共に、磁石と対向するように磁界検出部（ホールＩＣ）を配置し、磁界検出部で検出した磁界の強度からストローク位置を検出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−２７６２３０号公報

【特許文献2】特開２０１２−１７７４５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述の特許文献１のストロークセンサでは、空間の磁界を検出しているため、磁石が磁界検出部から離れると磁界検出部で磁界を検出できなくなる。そのため、特許文献１のストロークセンサでは、対応可能なストローク体のストローク長が短く、長いストローク長に対応できないという問題がある。

【0007】

例えば、車両の電磁サスペンションでは、車体側と車輪側の相対的な変位を検出するためにストロークセンサが用いられている（例えば、特許文献２参照）が、この電磁サスペンションに用いるストロークセンサでは、例えば１５０〜２００ｍｍ程度のストローク長に対応する必要があり、上述の特許文献１のストロークセンサでは対応が困難である。

【0008】

さらに、上述の特許文献１のストロークセンサでは、磁界検出部での検出量とストローク位置の関係を線形とするために、磁石を曲面に（円弧状に）加工する必要があり、この加工のためにコストが高くなってしまうという問題もある。

【0009】

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、ストローク長が長い場合であっても、ストローク体のストローク位置を精度よく検出できるストロークセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、固定体に対して相対的にストロークするストローク体のストローク位置を検出するストロークセンサであって、前記固定体に設けられる磁界検出部と、前記磁界検出部を前記ストローク体のストローク方向から挟み込むように設けられると共に、前記ストローク体のストローク方向と平行に設けられる第一及び第二の平行ヨークと、前記ストローク体に該ストローク体のストローク方向と平行に設けられると共に、一方の面が前記第一及び第二の平行ヨークと対向するように設けられ、前記第一及び第二の平行ヨークとの間で平行磁界を形成する平行磁界形成ヨークと、前記平行磁界形成ヨークの他方の面と前記第二の平行ヨークとの間で磁路を形成する磁路形成ヨークと、前記磁路形成ヨークと前記第二の平行ヨークとの間に設けられる１つの磁石と、を備え、前記磁石は、前記ストローク体が最も前記第二の平行ヨーク側にストロークした位置にあるときに、前記平行磁界形成ヨークよりも前記ストローク方向の外側に設けられているストロークセンサである。

【0011】

前記磁界検出部は、前記ストローク体のストローク方向と平行な磁界を検出するとよい。

【0012】

前記磁界検出部および前記２つの平行ヨークと、前記固定体との間に、非磁性体からなる磁気漏れ防止層を設けてもよい。

【0013】

前記磁路形成ヨークは、前記磁石の前記平行ヨークと反対側の端部から前記ストローク体のストローク方向と平行に延出され、前記平行磁界形成ヨークの他方の面と対向するように設けられてもよい。

【0014】

前記平行磁界形成ヨークの他方の面には、その先端が前記磁路形成ヨークに臨む凸状の突起ヨークが一体に設けられてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、ストローク長が長い場合であっても、ストローク体のストローク位置を精度よく検出できるストロークセンサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施の形態に係るストロークセンサを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ），（ｃ）はその動作を説明する図である。

【図2】本発明において、磁界検出部３の出力とストローク体のストローク位置の関係の一例を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0018】

図１は、本実施の形態に係るストロークセンサを示す図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ），（ｃ）はその動作を説明する図である。

【0019】

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ストロークセンサ１は、固定体（図示せず）に対して相対的にストロークするストローク体（図示せず）のストローク位置を検出するものであり、磁石（永久磁石）２と、磁界検出部（磁気検出素子）３と、を備えている。

【0020】

本実施の形態では、固定体に磁石２と磁界検出部３を設ける場合を説明する。なお、ストローク体に磁石２と磁界検出部３を設けることも可能ではあるが、この場合、磁界検出部３への電気配線がストローク体のストロークにより損傷するおそれがあり、またストローク体に設ける部材が多くなりストローク体のストローク運動を阻害するおそれがある。

【0021】

磁界検出部３は、磁界の強度に対応した電圧または電流を出力するものであり、例えばホールＩＣである。

【0022】

ストロークセンサ１は、例えば、車体側と車輪側の相対的な変位を検出する車両の電磁サスペンションシステムのストロークセンサとして用いることができる。この場合、電磁サスペンションにおける車体側部材（ばね上部材）が固定体、車輪側部材（ばね下部材）がストローク体となる。

【0023】

さて、本実施の形態に係るストロークセンサ１は、磁石２で発生しヨーク４〜８を介して導かれた磁界の大きさを磁界検出部３で検出するように構成されている。

【0024】

より詳細には、ストロークセンサ１は、２つの平行ヨーク４，５と、平行磁界形成ヨーク６と、磁路形成ヨーク７と、突起ヨーク８と、を備えている。各ヨーク４〜８は、磁性体からなる。

【0025】

平行ヨーク４，５は、磁界検出部３をストローク体のストローク方向（図１の上下方向）から挟み込むように設けられる。磁界検出部３と平行ヨーク４，５とは密接して固定される。平行ヨーク４，５は、平板状に形成され、ストローク体のストローク方向と平行に設けられる。本実施の形態では、磁界検出部３を固定体に設けているため、平行ヨーク４，５も固定体に設けられることになる。

【0026】

詳細は後述するが、ストロークセンサ１では、平行ヨーク４から平行ヨーク５に導かれる磁界を磁界検出部３で検出することになる。つまり、磁界検出部３は、ストローク体のストローク方向と平行な磁界を検出する。

【0027】

平行磁界形成ヨーク６は、平板状に形成され、ストローク体に該ストローク体のストローク方向と平行に設けられると共に、平行ヨーク４，５と対向するように設けられ、平行ヨーク４，５との間で平行磁界を形成するよう構成される。

【0028】

磁路形成ヨーク７は、平行磁界形成ヨーク６の他方の面と２つの平行ヨーク４，５の一方（ここでは下方の平行ヨーク５）との間で磁路を形成するものである。

【0029】

本実施の形態では、磁路形成ヨーク７と平行ヨーク５との間に磁石２を設け、磁路形成ヨーク７を、磁石２の平行ヨーク５と反対側の端部からストローク体のストローク方向と平行に延出し、平行磁界形成ヨーク６の他方の面と対向するように設けた。これにより、磁路形成ヨーク７と平行ヨーク４，５が共にストローク方向に沿って平行に配置され、磁路形成ヨーク７と平行ヨーク４，５との間に平行磁界形成ヨーク６を挟み込んだ構成となっている。

【0030】

ここでは、磁石２のＮ極が磁路形成ヨーク７に、Ｓ極が平行ヨーク５に接触するように磁石２を配置しているが、磁石のＮ極とＳ極を反対としても構わない。磁路形成ヨーク７は、磁石２に固定されるため、固定体に設けられることになる。

【0031】

また、本実施の形態では、平行磁界形成ヨーク６の他方の面と平行ヨーク５との間で磁路を形成するように磁路形成ヨーク７を構成したが、平行磁界形成ヨーク６の他方の面と平行ヨーク４との間で磁路を形成するように磁路形成ヨーク７を構成することも当然に可能である。この場合、磁路形成ヨーク７と平行ヨーク４の間に磁石２が配置されることになる。

【0032】

さらに、本実施の形態では、磁路形成ヨーク７と平行ヨーク５との間に磁石２を設けたが、これに限らず、磁路形成ヨーク７の途中に磁石２を設けるようにしてもよい。この場合、磁路形成ヨーク７を２分割構成とし、分割した２つの磁路形成ヨーク７間に磁石２を設けることになる。

【0033】

さらにまた、本実施の形態では、平行磁界形成ヨーク６の他方の面に、その先端が磁路形成ヨーク７に臨む凸状の突起ヨーク８が一体に設けられている。突起ヨークは、平行磁界形成ヨーク６と磁路形成ヨーク７間の間隔を狭くして、平行磁界形成ヨーク６と磁路形成ヨーク７間で磁界が伝わりやすくするものである。なお、平行磁界形成ヨーク６と磁路形成ヨーク７間の間隔が十分に狭い場合には、突起ヨーク８は省略可能である。

【0034】

また、ストロークセンサ１は、図示していないが、磁界検出部３の出力を基にストローク位置を演算するストローク位置演算部を備えている。ストローク位置演算部は、例えば、車両の電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの演算装置に搭載される。

【0035】

次に、ストロークセンサ１の動作を説明する。

【0036】

図１（ａ）に示すように、ストロークセンサ１では、磁石２で発生した磁界は、磁石２のＮ極から磁路形成ヨーク７、突起ヨーク８を通って平行磁界形成ヨーク６に導かれ、平行磁界となって平行ヨーク４，５に導かれる。

【0037】

このとき、平行ヨーク４と対向する部分の平行磁界形成ヨーク６からの磁界は、平行ヨーク４、磁界検出部３、平行ヨーク５を通り、磁石２のＳ極に戻る。他方、平行ヨーク５と対向する部分の平行磁界形成ヨーク６からの磁界は、磁界検出部３を通らずに、平行ヨーク５を通って磁石２のＳ極に戻る。

【0038】

したがって、図１（ｂ）に示すように、ストローク体が平行ヨーク５側にストロークして、平行ヨーク４と対向する平行磁界形成ヨーク６の面積が小さくなると、磁界検出部３を通る磁界の強度は弱くなる。他方、図１（ｃ）に示すように、ストローク体が平行ヨーク４側にストロークして、平行ヨーク４と対向する平行磁界形成ヨーク６の面積が大きくなると、磁界検出部３を通る磁界の強度は強くなる。

【0039】

磁界検出部３は、磁界の強度に対応した電圧または電流を出力するものであるから、磁界検出部３の出力とストローク体のストローク位置の関係を予め求めておけば、当該関係と磁界検出部３の出力とを基に、ストローク体のストローク位置を求めることができる。

【0040】

磁界検出部３の出力とストローク体のストローク位置の関係の一例を図２に示す。図２に示すように、磁界検出部３の出力とストローク体のストローク位置は比例関係となる。なお、横軸のストローク位置は、左側が平行ヨーク５側、右側が平行ヨーク４側を表している。

【0041】

なお、ストロークセンサ１では、平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク４と対向すると、磁界検出部３で検出する磁界は最大となり、それ以上ストローク体が平行ヨーク４側にストロークしても、磁界検出部３で検出する磁界は変化しなくなる。同様に、平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク５と対向すると、磁界検出部３で検出する磁界は最小（ほぼ０）となり、それ以上ストローク体が平行ヨーク５側にストロークしても、磁界検出部３で検出する磁界は変化しなくなる。

【0042】

つまり、ストロークセンサ１では、平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク４と対向するストローク位置から、平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク５と対向するストローク位置までの間で、ストローク位置を検出可能である。よって、例えば、ストローク体が最も平行ヨーク４側にストロークした位置で平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク４と対向し、かつ、ストローク体が最も平行ヨーク５側にストロークした位置で平行磁界形成ヨーク６全体が平行ヨーク５と対向するように、各ヨーク４〜７のサイズを決定することで、ストローク体のストローク長全体において、ストローク位置を検出することが可能になる。

【0043】

なお、各ヨーク４〜７のサイズは、ストローク位置を検出可能とする長さ（ストローク長）に応じて適宜設定可能である。ただし、平行磁界形成ヨーク６の長さは、当該ストローク位置を検出可能とする長さよりも長く形成される必要がある。

【0044】

また、磁界検出部３と平行ヨーク４，５を固定体に取り付ける際に、磁界検出部３や平行ヨーク４，５の直近に磁性体が存在すると、当該磁性体に磁界の一部が導かれてしまい、ストローク位置の検出を精度よく行うことができなくなってしまう。そこで、このような不具合を防止するため、磁界検出部３および２つの平行ヨーク４，５と、固定体との間に、非磁性体からなる磁気漏れ防止層を設けることが望ましい。

【0045】

本実施の形態の作用を説明する。

【0046】

本実施の形態に係るストロークセンサ１では、固定体に設けられる磁界検出部３と、磁界検出部３をストローク体のストローク方向から挟み込むように設けられると共に、ストローク体のストローク方向と平行に設けられる２つの平行ヨーク４，５と、ストローク体に該ストローク体のストローク方向と平行に設けられると共に、一方の面が平行ヨーク４，５と対向するように設けられ、平行ヨーク４，５との間で平行磁界を形成する平行磁界形成ヨーク６と、平行磁界形成ヨーク６の他方の面と２つの平行ヨーク４，５の一方との間で磁路を形成する磁路形成ヨーク７と、磁路形成ヨーク７と一方の平行ヨーク５との間、あるいは磁路形成ヨーク７の途中に設けられる磁石２と、を備えている。

【0047】

ヨーク４〜７を用いることで、従来のように空間の磁界を検出する場合と比較して、磁石２と磁界検出部３が離れても磁界検出部３で磁界を検出することが可能となり、ストローク長が長い場合であっても、ストローク体のストローク位置を精度よく検出することが可能なストロークセンサ１を実現できる。

【0048】

また、ストロークセンサ１では、磁石２に曲面を形成するなどの特殊な加工をせずとも磁界検出部３にて線形の出力が得られるので、磁石２に曲面を形成する従来技術と比較して低コスト化が可能である。

【0049】

さらに、ストローク体のストローク運動をなるべく阻害しないように、ストローク体に設ける部材はできるだけ少なくすることが望ましいが、ストロークセンサ１では、磁石２と磁界検出部３の両方を固定体に設けることができ、ストローク体には平行磁界形成ヨーク６のみを設ければよいので、ストローク部材に設ける部材を少なくすることができ、ストローク体のストローク運動の阻害を抑制できる。

【0050】

ストロークセンサ１は、車体側と車輪側の相対的な変位を検出する車両の電磁サスペンションシステムのストロークセンサなど、ストローク位置の検出対象となるストローク体のストローク長が長い場合に、特に好適に用いることができる。

【0051】

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

【符号の説明】

【0052】

１ ストロークセンサ
２ 磁石
３ 磁界検出部
４，５ 平行ヨーク
６ 平行磁界形成ヨーク
７ 磁路形成ヨーク
８ 突起ヨーク

【図1】

【図2】