JP2005345153A - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 第1、第2磁気センサ4、5の近傍に集磁板3を固定して、第1、第2磁気センサ4、5に与えられる磁束線を整える技術は、磁石2の回転の往路と復路で、第1、第2磁気センサ4、5の出力特性にヒステリシスが発生し、角度検出精度が悪くなる。
【解決手段】 磁石2と平行に集磁板3を配置し、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間に第1、第2磁気センサ4、5を配置することで、第1、第2磁気センサ4、5に少量の組付け誤差が生じても、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられ、角度検出精度の劣化を防ぐことができる。また、磁石2と集磁板3が一体に回転するため、磁石2の回転の往路と復路において第1、第2磁気センサ4、5の出力特性にヒステリシスが生じない。これによって、検出角度のズレを極めて小さく抑えることができる。
【選択図】 図1
【解決手段】 磁石2と平行に集磁板3を配置し、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間に第1、第2磁気センサ4、5を配置することで、第1、第2磁気センサ4、5に少量の組付け誤差が生じても、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられ、角度検出精度の劣化を防ぐことができる。また、磁石2と集磁板3が一体に回転するため、磁石2の回転の往路と復路において第1、第2磁気センサ4、5の出力特性にヒステリシスが生じない。これによって、検出角度のズレを極めて小さく抑えることができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、回転部材の回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置に関する。
(従来例1)
磁石と、磁気センサとによって、広い範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置として、図7に示す技術が知られている。
この回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石2(外周円の軸心と回転軸とが同軸であり、回転軸に垂直な半径方向の一方に磁束の発生部、他方に磁束の吸引部が向けられた磁石)と、この磁石2の外縁の下面に配置されて磁石2から放出される磁束に応じた出力を発生する第1磁気センサ4と、磁石2の外縁の下面に配置されるとともに、第1磁気センサ4に対して回転方向に90°の位置に配置されて磁石2から放出される磁束に応じた出力を発生する第2磁気センサ5とを備える。
磁石と、磁気センサとによって、広い範囲の回転角度を検出する回転角度検出装置として、図7に示す技術が知られている。
この回転角度検出装置は、円板状に形成された磁石2(外周円の軸心と回転軸とが同軸であり、回転軸に垂直な半径方向の一方に磁束の発生部、他方に磁束の吸引部が向けられた磁石)と、この磁石2の外縁の下面に配置されて磁石2から放出される磁束に応じた出力を発生する第1磁気センサ4と、磁石2の外縁の下面に配置されるとともに、第1磁気センサ4に対して回転方向に90°の位置に配置されて磁石2から放出される磁束に応じた出力を発生する第2磁気センサ5とを備える。
回転軸1が回転すると、第1、第2磁気センサ4、5は、90°位相がずれた正弦波形特性を作り出す。即ち、一方の出力をsinカーブ(正弦曲線)とすると、他方の出力はcosカーブ(余弦曲線)となる{図3(a)参照}。
そして、2つの出力を角度演算することにより、回転部材の回転角度を360°に亘って検出することが可能となる(例えば、特許文献1参照)。
そして、2つの出力を角度演算することにより、回転部材の回転角度を360°に亘って検出することが可能となる(例えば、特許文献1参照)。
しかし、従来例1の回転角度検出装置は、第1、第2磁気センサ4、5が、磁石2の円周付近に配置されるものであるが、磁石2の発生する磁束線が一定方向に均一化されておらず、磁石2の外縁から放射方向に磁束線が向く。このため、第1、第2磁気センサ4、5の僅かな配置ズレ(組付け誤差)が生じると、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分が変化し、第1、第2磁気センサ4、5の出力が変化することになり、角度検出精度が悪くなってしまう。
(従来例2)
上記の不具合を抑えることが可能な技術として、図8に示す回転角度検出装置が知られている。
この回転角度検出装置は、第1、第2磁気センサ4、5の近傍に、磁性体材料よりなる集磁板3を配置して、磁石2から第1、第2磁気センサ4、5に与えられる磁束線を整え、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化を防ぐ技術である(例えば、特許文献2参照)。
上記の不具合を抑えることが可能な技術として、図8に示す回転角度検出装置が知られている。
この回転角度検出装置は、第1、第2磁気センサ4、5の近傍に、磁性体材料よりなる集磁板3を配置して、磁石2から第1、第2磁気センサ4、5に与えられる磁束線を整え、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化を防ぐ技術である(例えば、特許文献2参照)。
しかし、従来例2の回転角度検出装置は、第1、第2磁気センサ4、5とともに固定部材に固定されるものである。すると、磁石2の回転の往路と復路(正回転と逆回転)によって集磁板3の残留磁力が変動し、第1、第2磁気センサ4、5の出力特性にヒステリシスが発生することになり、図9(a)の実線E2(第1磁気センサ4の往路と復路の出力ズレ量)、実線F2(第2磁気センサ5の往路と復路の出力ズレ量)に示すように、第1、第2磁気センサ4、5の電圧出力に回転の往路と復路で大きなズレが生じてしまう。このように、第1、第2磁気センサ4、5の電圧出力に回転の往路と復路で大きなズレが生じると、図9(b)の実線G2(回転角度のズレ量)に示すように、検出角度のズレ量が多くなってしまう。
即ち、従来例2の回転角度検出装置は、ヒステリシスによって角度検出精度が悪くなってしまう。
特開2003−75108号公報
特開2002−71381号公報
即ち、従来例2の回転角度検出装置は、ヒステリシスによって角度検出精度が悪くなってしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、第1、第2磁気センサの僅かな配置ズレ(組付け誤差)が生じても角度検出精度の劣化を防ぐとともに、第1、第2磁気センサの出力特性にヒステリシスが生じない角度検出精度の高い回転角度検出装置の提供にある。
[請求項1の手段]
請求項1の手段を採用する回転角度検出装置は、磁石と平行に集磁板を配置し、磁石の外周円と集磁板の外周円との間に第1、第2磁気センサを配置したため、磁石から第1、第2磁気センサに与えられる磁束線が集磁板で整えられる。このため、第1、第2磁気センサの僅かな配置ズレ(組付け誤差)が生じても、第1、第2磁気センサの感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられることになる。即ち、第1、第2磁気センサに組付け誤差が生じても、角度検出精度が劣化するのを防ぐことができる。
また、磁石と集磁板とが一体に回転するため、磁石の回転の往路と復路(正回転と逆回転)において第1、第2磁気センサの出力特性にヒステリシスが生じない。このため、ヒステリシスによる角度検出精度の劣化を無くすことができる。
このように、第1、第2磁気センサに組付け誤差が生じても、角度検出精度の劣化が抑えられるとともに、ヒステリシスによる角度検出精度の劣化が無いため、角度検出精度の高い回転角度検出装置を提供できる。
請求項1の手段を採用する回転角度検出装置は、磁石と平行に集磁板を配置し、磁石の外周円と集磁板の外周円との間に第1、第2磁気センサを配置したため、磁石から第1、第2磁気センサに与えられる磁束線が集磁板で整えられる。このため、第1、第2磁気センサの僅かな配置ズレ(組付け誤差)が生じても、第1、第2磁気センサの感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられることになる。即ち、第1、第2磁気センサに組付け誤差が生じても、角度検出精度が劣化するのを防ぐことができる。
また、磁石と集磁板とが一体に回転するため、磁石の回転の往路と復路(正回転と逆回転)において第1、第2磁気センサの出力特性にヒステリシスが生じない。このため、ヒステリシスによる角度検出精度の劣化を無くすことができる。
このように、第1、第2磁気センサに組付け誤差が生じても、角度検出精度の劣化が抑えられるとともに、ヒステリシスによる角度検出精度の劣化が無いため、角度検出精度の高い回転角度検出装置を提供できる。
[請求項2の手段]
請求項2の手段を採用する回転角度検出装置は、磁石の半径方向外端で、且つ集磁板が配置された側の軸方向軸端を起点とし、この起点から集磁板が配置された側の回転軸方向を0°、起点から磁石の内側に向かう内径方向を90°とした場合に、集磁板の外周円が起点に対して略45°の位置に配置され、第1、第2磁気センサも、起点に対して略45°の位置に配置されるものである。
このように、磁石の外縁と集磁板の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成し、第1、第2磁気センサを起点に対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサの感磁面を、回転軸の軸方向または回転軸の半径方向の一方に向けることを選択できる。これによって、第1、第2磁気センサが搭載性の制約を受ける場合に、第1、第2磁気センサの搭載方向を選択できるため、第1、第2磁気センサの搭載性が向上する。
請求項2の手段を採用する回転角度検出装置は、磁石の半径方向外端で、且つ集磁板が配置された側の軸方向軸端を起点とし、この起点から集磁板が配置された側の回転軸方向を0°、起点から磁石の内側に向かう内径方向を90°とした場合に、集磁板の外周円が起点に対して略45°の位置に配置され、第1、第2磁気センサも、起点に対して略45°の位置に配置されるものである。
このように、磁石の外縁と集磁板の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成し、第1、第2磁気センサを起点に対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサの感磁面を、回転軸の軸方向または回転軸の半径方向の一方に向けることを選択できる。これによって、第1、第2磁気センサが搭載性の制約を受ける場合に、第1、第2磁気センサの搭載方向を選択できるため、第1、第2磁気センサの搭載性が向上する。
[請求項3の手段]
請求項3の手段を採用する回転角度検出装置は、集磁板の外周円に、磁石の外周円と集磁板の外周円とを結ぶ略45°の磁束線方向に対して垂直なテーパ面を全周に亘って設けたものである。
このテーパ面を設けることにより、磁石の外周円と集磁板の外周円との間の磁束の流れ方向を広い範囲で平行化できる。
磁束の流れ方向が広い範囲で平行化することにより、第1、第2磁気センサの配置ズレ(組付け誤差)に対して磁束ベクトル成分が変化しない範囲を広げることができ、角度検出精度の劣化が抑えられる組付け範囲を広げることができる。
請求項3の手段を採用する回転角度検出装置は、集磁板の外周円に、磁石の外周円と集磁板の外周円とを結ぶ略45°の磁束線方向に対して垂直なテーパ面を全周に亘って設けたものである。
このテーパ面を設けることにより、磁石の外周円と集磁板の外周円との間の磁束の流れ方向を広い範囲で平行化できる。
磁束の流れ方向が広い範囲で平行化することにより、第1、第2磁気センサの配置ズレ(組付け誤差)に対して磁束ベクトル成分が変化しない範囲を広げることができ、角度検出精度の劣化が抑えられる組付け範囲を広げることができる。
[請求項4の手段]
請求項4の手段を採用する回転角度検出装置は、感磁面が回転軸の軸方向に向く第1磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第1磁気センサとの出力を平均化するとともに、感磁面が回転軸の軸方向に向く第2磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第2磁気センサとの出力を平均化することにより、第1、第2磁気センサの出力が安定化し、出力精度が高まる。このため、角度検出精度を高めることができる。
また、2つの第1磁気センサを1つのチップ内に搭載するとともに、2つの第2磁気センサを1つのチップ内に搭載することにより、2つずつ設けた第1、第2磁気センサの搭載性が劣化するのを防ぐことができる。
請求項4の手段を採用する回転角度検出装置は、感磁面が回転軸の軸方向に向く第1磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第1磁気センサとの出力を平均化するとともに、感磁面が回転軸の軸方向に向く第2磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第2磁気センサとの出力を平均化することにより、第1、第2磁気センサの出力が安定化し、出力精度が高まる。このため、角度検出精度を高めることができる。
また、2つの第1磁気センサを1つのチップ内に搭載するとともに、2つの第2磁気センサを1つのチップ内に搭載することにより、2つずつ設けた第1、第2磁気センサの搭載性が劣化するのを防ぐことができる。
[請求項5の手段]
請求項5の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が180°逆方向の永久磁石であるとともに、第1磁気センサに対して第2磁気センサが、理想的にいえば、回転方向に互いに90°を隔てて配置されるものである。ただし、厳密に90°を確保できなくても、図10の計算式を用いることにより、10〜170°の配置でも角度検出可能となる。
これによって、第1、第2磁気センサから360°周期のsinカーブとcosカーブの出力を取り出すことができる。
請求項5の手段を採用する回転角度検出装置の磁石は、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が180°逆方向の永久磁石であるとともに、第1磁気センサに対して第2磁気センサが、理想的にいえば、回転方向に互いに90°を隔てて配置されるものである。ただし、厳密に90°を確保できなくても、図10の計算式を用いることにより、10〜170°の配置でも角度検出可能となる。
これによって、第1、第2磁気センサから360°周期のsinカーブとcosカーブの出力を取り出すことができる。
最良の形態の回転角度検出装置は、回転部材に設けた磁石の回転角度を第1、第2磁気センサを通過する磁束によって検出することにより、回転部材の回転角度を検出するものであり、回転部材に設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸が同軸であり、回転軸に垂直な半径方向に磁束の発生部と磁束の吸引部が向く磁石と、この磁石と一体に回転するように設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸が同軸であり、磁石と平行に配置された磁性体材料よりなる集磁板と、固定部材に設けられ、磁石の外周円と集磁板の外周円との間に配置され、磁気の変化を検出する第1磁気センサと、固定部材に設けられ、磁石の外周円と集磁板の外周円との間に配置されるとともに、第1磁気センサに対して回転方向に所定の角度を隔てて配置されて磁気の変化を検出する第2磁気センサとを具備する。
実施例1を図1〜図4を参照して説明する。
まず、図1を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図1は回転角度検出装置の概略斜視図および概略側面図である。
この実施例1に示す回転角度検出装置は、回転角度を検出する対象物である回転部材(例えば、スロットルバルブ)と一体に回転する回転軸1と、この回転軸1と一体に回転する磁石2および集磁板3と、固定部材(例えば、スロットルハウジングに固定された基板等)に固定された第1、第2磁気センサ4、5とを備える。
まず、図1を参照して回転角度検出装置の基本構成を説明する。なお、図1は回転角度検出装置の概略斜視図および概略側面図である。
この実施例1に示す回転角度検出装置は、回転角度を検出する対象物である回転部材(例えば、スロットルバルブ)と一体に回転する回転軸1と、この回転軸1と一体に回転する磁石2および集磁板3と、固定部材(例えば、スロットルハウジングに固定された基板等)に固定された第1、第2磁気センサ4、5とを備える。
磁石2は、回転軸1に固定されて、回転軸1と一体に回転する永久磁石であり、リング状もしくは円板状を呈し、回転軸1の軸方向へ一定の厚みを有する。この磁石2は、その外周円の軸心と回転軸1とが同芯であり、回転軸1に垂直な半径方向に磁束の発生部(S極)と磁束の吸引部(N極)が向くものである。具体的に、この実施例の磁石2は、磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向が180°逆方向に向くように、回転軸1と垂直な半径方向に着磁されている。
集磁板3は、回転軸1に固定されて、磁石2と一体に回転する鉄等の磁性体材料よりなり、リング状もしくは円板状を呈し、回転軸1の軸方向へ一定の厚みを有する。この集磁板3は、磁石2と同様、その外周円の軸心と回転軸1とが同芯であり、磁石2に対して所定の距離を隔てて平行に配置されるものである。
この実施例の集磁板3の外径寸法は、図2に示すように、磁石2の外径寸法より小さく設けられ、磁石2の外縁と集磁板3の外縁とを結ぶ線が回転軸1に対して略45°の角度を成すように設けられている。
具体的には、磁石2の半径方向外端で、且つ集磁板3が配置された側の軸方向軸端を起点αとし、この起点αから集磁板3が配置された側の回転軸方向を0°、起点αから磁石2の内側に向かう内径方向を90°とした場合、集磁板3の外周円は、起点αに対して略45°の位置に配置されるものである。
このように設けられることにより、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成す。
この実施例の集磁板3の外径寸法は、図2に示すように、磁石2の外径寸法より小さく設けられ、磁石2の外縁と集磁板3の外縁とを結ぶ線が回転軸1に対して略45°の角度を成すように設けられている。
具体的には、磁石2の半径方向外端で、且つ集磁板3が配置された側の軸方向軸端を起点αとし、この起点αから集磁板3が配置された側の回転軸方向を0°、起点αから磁石2の内側に向かう内径方向を90°とした場合、集磁板3の外周円は、起点αに対して略45°の位置に配置されるものである。
このように設けられることにより、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成す。
なお、第1、第2磁気センサ4、5も、起点αに対して略45°の位置に配置される。 上述したように、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成すため、第1、第2磁気センサ4、5を起点αに対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向(0°、180°)に向けても、回転軸1の半径方向(90°、270°)に向けても、磁気検出感度を略等しくすることができる。即ち、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向または回転軸1の半径方向の一方に向けることを選択できる。なお、この実施例1では、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、共に回転軸1の軸方向に向ける例を示す。
また、図2に示すように、この実施例の集磁板3の外周円には、磁石2の外周円と集磁板3の外周円とを結ぶ略45°の磁束線に対して垂直なテーパ面6(面取り部)が全周に亘って形成されている。
集磁板3の外周円にテーパ面6を設けることにより、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間の磁束線の向きを広い範囲で平行化することができる。このように、略45°の磁束線の向きが広い範囲で平行化することにより、第1、第2磁気センサ4、5の配置ズレ(組付け誤差)に対し、感磁面に与えられる磁束ベクトル成分が変化しない範囲が広げられる。これによって、角度検出精度の劣化が抑えられる組付け範囲を広げることができる。
集磁板3の外周円にテーパ面6を設けることにより、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間の磁束線の向きを広い範囲で平行化することができる。このように、略45°の磁束線の向きが広い範囲で平行化することにより、第1、第2磁気センサ4、5の配置ズレ(組付け誤差)に対し、感磁面に与えられる磁束ベクトル成分が変化しない範囲が広げられる。これによって、角度検出精度の劣化が抑えられる組付け範囲を広げることができる。
第1磁気センサ4は、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間で、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成す範囲内に感磁面が配置されるものであり、感磁面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する。この第1磁気センサ4は、感磁面を有するホール素子(センサ素子)と、ホール素子の出力を増幅する増幅アンプとを1つのチップ内に封入した周知構造のものである。なお、増幅アンプは、チップの外部(例えば、基板上)に配置しても良い。ここで、実施例1の第1磁気センサ4の感磁面は、上述したように、回転軸1の軸方向に向けて配置されるものである。
第2磁気センサ5は、第1磁気センサ4に対して回転方向に所定の角度(磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向の1/2:この実施例では90°)を隔てて配置される。
さらに、第2磁気検出センサ5は、第1磁気センサ4と同様、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間で、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成す範囲内に感磁面が配置されるものであり、感磁面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する。この第2磁気センサ5は、上述した第1磁気センサ4と同様、感磁面を有するホール素子(センサ素子)と、ホール素子の出力を増幅する増幅アンプとを1つのチップ内に封入した周知構造のものである。なお、増幅アンプは、チップの外部(例えば、基板上)に配置しても良い。ここで、実施例1の第2磁気センサ5の感磁面は、上述したように、回転軸1の軸方向に向けて配置されるものである。
さらに、第2磁気検出センサ5は、第1磁気センサ4と同様、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間で、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成す範囲内に感磁面が配置されるものであり、感磁面を通過する磁束の流れ方向および磁束密度に応じた出力を発生する。この第2磁気センサ5は、上述した第1磁気センサ4と同様、感磁面を有するホール素子(センサ素子)と、ホール素子の出力を増幅する増幅アンプとを1つのチップ内に封入した周知構造のものである。なお、増幅アンプは、チップの外部(例えば、基板上)に配置しても良い。ここで、実施例1の第2磁気センサ5の感磁面は、上述したように、回転軸1の軸方向に向けて配置されるものである。
上記の構成を備えた回転角度検出装置は、回転軸1が回転すると、回転軸1とともに磁石2および集磁板3が回転する。
すると、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束の流れ方向および磁束密度が360°周期で変化することになり、図3(a)に示すように、第1、第2磁気センサ4、5は、90°位相がずれた正弦波形特性A1、B1を作り出す。即ち、第1磁気センサ4の出力A1をsinカーブ(正弦曲線)とすると、第2磁気センサ5の出力B1はcosカーブ(余弦曲線)となる。
すると、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束の流れ方向および磁束密度が360°周期で変化することになり、図3(a)に示すように、第1、第2磁気センサ4、5は、90°位相がずれた正弦波形特性A1、B1を作り出す。即ち、第1磁気センサ4の出力A1をsinカーブ(正弦曲線)とすると、第2磁気センサ5の出力B1はcosカーブ(余弦曲線)となる。
回転角度検出装置は、第1磁気センサ4の出力A1(増幅アンプで増幅された出力)をデジタル変換して角度演算回路(図示しない:マイクロコンピュータ)に入力するとともに、第2磁気センサ5の出力B1(増幅アンプで増幅された出力)もデジタル変換して角度演算回路に入力するように設けられている。
角度演算回路は、第1、第2磁気センサ4、5の出力A1、B1から角度演算をするものであり、図3(a)に示すように、第1磁気センサ4のsinカーブ出力A1と、第2磁気センサ5のcosカーブ出力B1とを、図3(b)に示すように、逆三角関数演算で180°間隔の右上がりの直線特性C1に変換{tanθ=sinθ/cosθ→θ=tan-1(sinθ/cosθ)}した後、図3(c)に示すように、各右上がりの直線特性C1を繋ぎ合わせ、磁石2の回転0°〜360°に対応した回転角度出力D1(アナログ信号)を発生するものである。
角度演算回路は、第1、第2磁気センサ4、5の出力A1、B1から角度演算をするものであり、図3(a)に示すように、第1磁気センサ4のsinカーブ出力A1と、第2磁気センサ5のcosカーブ出力B1とを、図3(b)に示すように、逆三角関数演算で180°間隔の右上がりの直線特性C1に変換{tanθ=sinθ/cosθ→θ=tan-1(sinθ/cosθ)}した後、図3(c)に示すように、各右上がりの直線特性C1を繋ぎ合わせ、磁石2の回転0°〜360°に対応した回転角度出力D1(アナログ信号)を発生するものである。
(実施例1の効果)
上記の構成を採用する回転角度検出装置は、磁石2と平行に集磁板3を配置し、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間に第1、第2磁気センサ4、5を配置したため、磁石2から第1、第2磁気センサ4、5に与えられる磁束線が集磁板3で整えられる。このため、第1、第2磁気センサ4、5に少量の配置ズレ(組付け誤差)が生じても、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられる。これによって、第1、第2磁気センサ4、5に少量の組付け誤差が生じても、角度検出精度の劣化を防ぐことができる。
上記の構成を採用する回転角度検出装置は、磁石2と平行に集磁板3を配置し、磁石2の外周円と集磁板3の外周円との間に第1、第2磁気センサ4、5を配置したため、磁石2から第1、第2磁気センサ4、5に与えられる磁束線が集磁板3で整えられる。このため、第1、第2磁気センサ4、5に少量の配置ズレ(組付け誤差)が生じても、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面に与えられる磁束ベクトル成分の変化が抑えられる。これによって、第1、第2磁気センサ4、5に少量の組付け誤差が生じても、角度検出精度の劣化を防ぐことができる。
また、磁石2と集磁板3とが一体に回転するため、磁石2の回転の往路と復路(正回転と逆回転)において第1、第2磁気センサ4、5の出力特性にヒステリシスが生じない。これによって、図4(a)の実線E1(第1磁気センサ4の往路と復路の出力ズレ量)、実線F1(第2磁気センサ5の往路と復路の出力ズレ量)に示すように、第1、第2磁気センサ4、5の電圧出力に回転の往路と復路でズレが生じなくなる。このように、第1、第2磁気センサ4、5の電圧出力に回転の往路と復路でズレが生じないため、図4(b)の実線G1(回転角度のズレ量)に示すように、検出角度のズレが極めて小さく抑えられる。即ち、磁石2と集磁板3とが一体に回転するため、ヒステリシスによる角度検出精度の劣化を無くすことができる。
実施例2を図5を参照して説明する。なお、以下の実施例では、実施例1との相違点のみを説明するものであり、実施例1と同一符号は同一機能物を示すものである。
上記の実施例1で説明したように、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成すため、第1、第2磁気センサ4、5を起点αに対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向(0°、180°)に向けても、回転軸1の半径方向(90°、270°)に向けても、磁気検出感度を略等しくすることができる。即ち、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向または回転軸1の半径方向の一方に向けることを選択できる。
上記の実施例1で説明したように、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成すため、第1、第2磁気センサ4、5を起点αに対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向(0°、180°)に向けても、回転軸1の半径方向(90°、270°)に向けても、磁気検出感度を略等しくすることができる。即ち、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向または回転軸1の半径方向の一方に向けることを選択できる。
そこで、この実施例2は、第1磁気センサ4の感磁面を回転軸1の半径方向に向け、第2磁気センサ5の感磁面を回転軸1の軸方向に向けるものである。なお、この実施例2とは逆に、第1磁気センサ4の感磁面を回転軸1の軸方向に向け、第2磁気センサ5の感磁面を回転軸1の半径方向に向けても良いし、上記実施例1とは逆に、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、共に回転軸1の半径方向に向けても良い。
(実施例2の効果)
磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成すように設けるとともに、第1、第2磁気センサ4、5を起点αに対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向または回転軸1の半径方向の一方に向けることを選択できる。これによって、第1、第2磁気センサ4、5が搭載性の制約を受ける場合に、第1、第2磁気センサ4、5のそれぞれの搭載方向を選択できるため、第1、第2磁気センサ4、5の搭載性が向上する。
磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線の方向が略45°の角度を成すように設けるとともに、第1、第2磁気センサ4、5を起点αに対して略45°の位置に配置することにより、第1、第2磁気センサ4、5の感磁面を、回転軸1の軸方向または回転軸1の半径方向の一方に向けることを選択できる。これによって、第1、第2磁気センサ4、5が搭載性の制約を受ける場合に、第1、第2磁気センサ4、5のそれぞれの搭載方向を選択できるため、第1、第2磁気センサ4、5の搭載性が向上する。
実施例3を図6を参照して説明する。
上記の実施例1で説明した第1磁気センサ4が配置される位置に、2つの第1磁気センサ4を封入した1つの第1チップ7を配置するものであり、この第1チップ7の内部には、感磁面が回転軸1の軸方向に向く第1磁気センサ4と、感磁面が回転軸1の半径方向の一方に向く第1磁気センサ4とが封入されている。そして、2つの第1磁気センサ4の出力は、平均化して角度演算に用いられるものである。
上記の実施例1で説明した第1磁気センサ4が配置される位置に、2つの第1磁気センサ4を封入した1つの第1チップ7を配置するものであり、この第1チップ7の内部には、感磁面が回転軸1の軸方向に向く第1磁気センサ4と、感磁面が回転軸1の半径方向の一方に向く第1磁気センサ4とが封入されている。そして、2つの第1磁気センサ4の出力は、平均化して角度演算に用いられるものである。
また、上記の実施例1で説明した第2磁気センサ5が配置される位置に、2つの第2磁気センサ5を封入した1つの第2チップ8を配置するものであり、この第2チップ8の内部には、感磁面が回転軸1の軸方向に向く第2磁気センサ5と、感磁面が回転軸1の半径方向の一方に向く第2磁気センサ5とが封入されている。そして、2つの第2磁気センサ5の出力は、平均化して角度演算に用いられるものである。
(実施例3の効果)
感磁面が回転軸1の軸方向に向く第1磁気センサ4と、感磁面が回転軸1の半径方向に向く第1磁気センサ4との出力を平均化するとともに、感磁面が回転軸1の軸方向に向く第2磁気センサ5と、感磁面が回転軸1の半径方向に向く第2磁気センサ5との出力を平均化することにより、第1、第2磁気センサ4、5の出力が安定化し、第1、第2磁気センサ4、5の出力精度が高まる。この結果、角度検出精度を高めることができる。
また、2つの第1磁気センサ4を1つの第1チップ7内に搭載するとともに、2つの第2磁気センサ5を1つの第2チップ8内に搭載することにより、2つずつ設けた第1、第2磁気センサ4、5の搭載性が劣化するのを防ぐことができる。
感磁面が回転軸1の軸方向に向く第1磁気センサ4と、感磁面が回転軸1の半径方向に向く第1磁気センサ4との出力を平均化するとともに、感磁面が回転軸1の軸方向に向く第2磁気センサ5と、感磁面が回転軸1の半径方向に向く第2磁気センサ5との出力を平均化することにより、第1、第2磁気センサ4、5の出力が安定化し、第1、第2磁気センサ4、5の出力精度が高まる。この結果、角度検出精度を高めることができる。
また、2つの第1磁気センサ4を1つの第1チップ7内に搭載するとともに、2つの第2磁気センサ5を1つの第2チップ8内に搭載することにより、2つずつ設けた第1、第2磁気センサ4、5の搭載性が劣化するのを防ぐことができる。
〔変形例〕
上記の実施例では、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より小さくする例を示したが、集磁板3の外径寸法と磁石2の外径寸法とを略同径に設けても良いし、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より大きく設けても良い。
なお、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より大きく設ける場合、磁石2側の外周円にテーパ面6(面取り部)を設けて、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線を広い範囲で平行化しても良い。
上記の実施例では、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より小さくする例を示したが、集磁板3の外径寸法と磁石2の外径寸法とを略同径に設けても良いし、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より大きく設けても良い。
なお、集磁板3の外径寸法を磁石2の外径寸法より大きく設ける場合、磁石2側の外周円にテーパ面6(面取り部)を設けて、磁石2の外縁と集磁板3の外縁との間に形成される磁束線を広い範囲で平行化しても良い。
上記の実施例では、磁束の発生部(S極)と、磁束の吸引部(N極)とを、180°異なる方向に設ける例を示したが、磁石2に複数の磁束の発生部(S極)と、複数の磁束の吸引部(N極)とを設けても良い。即ち、例えば、90°間隔でS極、N極を繰り返すように設けても良い。なお、第2磁気センサ5は、第1磁気センサ4に対して回転方向に磁束の発生部と磁束の吸引部の着磁方向の1/2を隔てて配置されるものであるため、90°間隔でS極、N極を繰り返す場合、第2磁気センサ5は、第1磁気センサ4に対して回転方向に45°隔てて配置される。
上記の実施例では、磁石2を永久磁石で構成した例を示したが、通電によって磁力を発生する電磁石を用いても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するように設けても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置の具体的な一例としてスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、産業ロボットのアーム部の回転角度等、他の回転角度を検出するように設けても良い。
1 回転軸
2 磁石
3 集磁板
4 第1磁気センサ
5 第2磁気センサ
6 テーパ面
7 第1チップ(感磁面が回転軸の軸方向に向く第1磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第1磁気センサとを搭載した1つのチップ)
8 第2チップ(感磁面が回転軸の軸方向に向く第2磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第2磁気センサとを搭載した1つのチップ)
α 起点
2 磁石
3 集磁板
4 第1磁気センサ
5 第2磁気センサ
6 テーパ面
7 第1チップ(感磁面が回転軸の軸方向に向く第1磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第1磁気センサとを搭載した1つのチップ)
8 第2チップ(感磁面が回転軸の軸方向に向く第2磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く第2磁気センサとを搭載した1つのチップ)
α 起点
Claims (5)
- 回転部材に設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸が同軸であり、回転軸に垂直な半径方向に磁束の発生部と磁束の吸引部が向く磁石と、
この磁石と一体に回転するように設けられ、リング状もしくは円板状を呈し、その外周円の軸心と回転軸が同軸であり、前記磁石と平行に配置された磁性体材料よりなる集磁板と、
固定部材に設けられ、前記磁石の外周円と前記集磁板の外周円との間に配置され、磁気の変化を検出する第1磁気センサと、
前記固定部材に設けられ、前記磁石の外周円と前記集磁板の外周円との間に配置されるとともに、前記第1磁気センサに対して回転方向に所定の角度を隔てて配置されて磁気の変化を検出する第2磁気センサと、を具備し、
前記固定部材に対する前記回転部材の回転角度を、前記第1、第2磁気センサを通過する磁束によって検出する回転角度検出装置。 - 請求項1に記載の回転角度検出装置において、
前記磁石の半径方向外端で、且つ前記集磁板が配置された側の軸方向軸端を起点とし、この起点から前記集磁板が配置された側の回転軸方向を0°、前記起点から前記磁石の内側に向かう内径方向を90°とした場合、
前記集磁板の外周円は、前記起点に対して略45°の位置に配置され、
前記第1、第2磁気センサも、前記起点に対して略45°の位置に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項2に記載の回転角度検出装置において、
前記集磁板の外周円には、前記磁石の外周円と前記集磁板の外周円とを結ぶ略45°の磁束線方向に対して垂直なテーパ面が全周に亘って設けられていることを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
感磁面が回転軸の軸方向に向く前記第1磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く前記第1磁気センサとを1つのチップ内に搭載し、2つの前記第1磁気センサの出力を平均化するとともに、
感磁面が回転軸の軸方向に向く前記第2磁気センサと、感磁面が回転軸の半径方向に向く前記第2磁気センサとを1つのチップ内に搭載し、2つの前記第2磁気センサの出力を平均化することを特徴とする回転角度検出装置。 - 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の回転角度検出装置において、
前記磁石は、回転軸に垂直な半径方向に磁束が向くように着磁され、前記磁束の発生部と前記磁束の吸引部の着磁方向が180°逆方向の永久磁石であるとともに、
前記第1磁気センサに対して前記第2磁気センサが、回転方向に互いに10〜170°隔てて配置されることを特徴とする回転角度検出装置。
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