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公開番号2025135850
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024033861
出願日2024-03-06
発明の名称運動検出装置
出願人オリエンタルモーター株式会社
代理人弁理士法人あい特許事務所
主分類G01D 5/12 20060101AFI20250911BHJP(測定;試験)
要約【課題】運動方向によるパルス発生位置の差の少ない運動検出装置を提供する。
【解決手段】回転検出装置5は、第1の支持体51と、それに対して相対移動する第2の支持体52と、第1の支持体に配置された発電センサ100と、第2の支持体に支持された磁界発生源400とを含む。発電センサは、磁性ワイヤ110と、コイル120と、磁束伝導片130,131と、を含む。磁束伝導片は、軸直交部および軸平行部を備え、軸直交部と磁性ワイヤの両端部が固定されるワイヤ配置部を有している。発電センサは、軸平行部に対して磁性ワイヤとは反対側を検出領域140とするように構成されている。磁界発生源は、複数の磁極を有する。極性の異なる磁極が、磁性ワイヤの軸方向に平行な軌道30に沿って検出領域に順に進入して発電センサに対向する。各磁極の磁束の方向は、その移動方向に垂直であり、かつ磁性ワイヤと交差する方向である。
【選択図】図5A-5B
特許請求の範囲【請求項１】
第１の支持体と、
前記第１の支持体に対して相対移動する第２の支持体と、
前記第１の支持体に配置された発電センサと、
前記第２の支持体に支持された磁界発生源と、を含み、
前記発電センサは、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤと、前記磁性ワイヤに巻回されたコイルと、前記磁性ワイヤの軸方向の中心位置に設定される対称面に対して互いに対称な一対の軟磁性体からなる磁束伝導片と、を含み、
前記一対の磁束伝導片は、前記磁性ワイヤの両端部から前記軸方向に直交する軸直交方向に互いに平行に延びる一対の軸直交部と、前記一対の軸直交部の先端部から前記軸方向に沿って互いに接近する方向に延び、近接端同士が前記軸方向に間隔を空けて対向する一対の軸平行部と、を備え、前記軸直交部と、前記磁性ワイヤの両端部が固定される、前記軸方向に貫通する穴または溝からなるワイヤ配置部を有しており、
前記発電センサは、前記軸平行部に対して前記磁性ワイヤとは反対側を検出領域とするように構成されており、
前記磁界発生源は、前記第２の支持体が前記第１の支持体に対して相対移動するときに、前記磁性ワイヤの前記軸方向に平行な軌道に沿って前記検出領域に順に進入し、前記発電センサに異なる極性の磁極が交互に空隙を介して対向するように前記第２の支持体に配置された複数の磁極を有し、
各磁極の磁束の方向は、当該磁極の移動方向に垂直であり、かつ前記発電センサに対向するときに前記磁性ワイヤと交差する方向であり、
前記軌道上での前記複数の磁極の配置間隔は、前記磁性ワイヤの全長よりも長く、
前記軌道上での前記磁極の長さは、前記磁性ワイヤの全長より短く、かつ前記配置間隔の５０％以下である、運動検出装置。
続きを表示（約 220 文字）【請求項２】
前記軌道上での前記磁極の長さは、前記磁性ワイヤの全長の半分以下である、請求項１に記載の運動検出装置。
【請求項３】
前記軌道上での前記磁極の配置間隔は、前記磁性ワイヤの全長の１．５倍以上である、請求項２に記載の運動検出装置。
【請求項４】
前記発電センサの前記軸方向の中央部に位置する前記磁極の極性を判別するセンサをさらに含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の運動検出装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、大バルクハウゼン効果を発現する磁性ワイヤを利用した発電センサを備える運動検出装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
大バルクハウゼン効果（大バルクハウゼンジャンプ）を有する磁性ワイヤは、ウィーガンドワイヤまたはパルスワイヤの名で知られている。この磁性ワイヤは、芯部とその芯部を取り囲むように設けられた表皮部とを備えている。芯部および表皮部の一方は弱い磁界でも磁化方向の反転が起きるソフト（軟磁性）層であり、芯部および表皮部の他方は強い磁界を与えないと磁化方向が反転しないハード（硬磁性）層である。このような磁性ワイヤにコイルを巻回することにより、発電センサを構成することができる。
【０００３】
ハード層とソフト層とがワイヤの軸方向に沿って同じ向きに磁化されているときに、その磁化方向とは反対方向の外部磁界強度が増加して或る磁界強度に達すると、ソフト層の磁化方向が反転する。この磁化方向の反転は、磁性ワイヤの或る部分を開始位置としてワイヤ全体に伝播し、ソフト層の磁化方向が一斉に反転する。このとき、大バルクハウゼン効果が発現し、磁性ワイヤに巻かれたコイルにパルス信号が誘発される。上述の外部磁界強度がさらに増加し、或る磁界強度に達すると、ハード層の磁化方向が反転する。
【０００４】
この明細書では、ソフト層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「動作磁界」といい、ハード層の磁化方向が反転するときの磁界強度を「安定化磁界」という。
【０００５】
コイルから得られる出力電圧は、入力磁界（外部磁界）の変化スピードにかかわらず一定であり、入力磁界に対するヒステリシス特性を持つためチャタリングがない、などの特徴を有する。そのため、コイルから生成されるパルス信号は、位置検出装置などに使用される。コイルからの出力は電力を持つため、外部電力の供給を要しない発電型のセンサ（発電センサ）を構成できる。
【０００６】
大バルクハウゼン効果が発現するためには、ハード層およびソフト層の磁化方向が一致している状態から、ソフト層のみの磁化方向が反転することが必要である。ハード層およびソフト層の磁化方向が不一致の状態で、ソフト層のみの磁化方向が反転したとしても、パルス信号は生じないか、あるいは生じたとしても非常に小さい。
【０００７】
また、得られる電力を最大化するためには、磁性ワイヤ全体の磁化方向が揃っている状態から、ソフト層の磁化反転が磁性ワイヤ全体に及ぶことが重要である。磁性ワイヤの磁化方向が部分的に揃っていない場合には、非常に小さいパルス信号が得られるに過ぎない。そのため、磁性ワイヤの全体に一様な磁界がかかることが好ましい。
【０００８】
発電センサを用いる運動検出装置は、たとえば、特許文献１，２，３に開示されている。
【０００９】
特許文献１は、回転軸まわりの回転を検出する構成を開示している。この構成は、回転軸方向に着磁された２極磁石と、回転軸から径方向にオフセットして配置された発電センサとを備える。発電センサは、回転軸まわりの円周の接線方向に磁性ワイヤの軸方向を平行にして配置されている。磁極の回転によって、磁性ワイヤの軸方向の磁界が変化し、一方向の安定化磁界が印加されてパルス発生準備状態となった後、反対方向の動作磁界が印加されると大バルクハウゼン効果が発現してパルス電圧が発生する。特許文献１においては、磁石の着磁の強さを変えて、回転角度に対する磁束密度の変化を増やし、パルス電圧発生位置のばらつきを抑えることが提案されている。特許文献１の図２の着磁状態に対する磁性ワイヤ付近の磁束密度の変化は同文献の図３に線Ｍ１で示されている。この場合、急峻な磁束変化によりパルス電圧発生位置のばらつきは抑えられるものの、磁束密度が０の付近に変化のない平坦部が生じる。そのため、回転方向によるパルス電圧発生位置の位相差が大きくなる。特許文献１の図４には着磁の強さを変える領域を工夫した構成が示されている。この場合、磁束密度の変化は同文献の図５の線Ｍ３のとおりであり、磁束密度が０の付近の平坦部が生じない。
【００１０】
しかしながら、２極磁石に対して発電センサをオフセットする配置においては、発電センサの両端が同じ極性の磁極に対向する角度区間があり、その角度区間は、発電センサの配置が回転中心から遠ざかるほど広くなる。そのため、特許文献１の図５の線Ｍ３のように磁束密度変化に平坦部を生じさせない特性は、発電センサが回転中心の近く配置された場合に限られる。そのため、たとえば大口径の中空軸の回転検出に適用することはできない。また、回転角に対する磁束密度の変化も必ずしも十分に急峻ではなく、パルス電圧の発生位置はばらつく。
（【００１１】以降は省略されています）

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