JP2006098140A - 回転角度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサ部には、ホール素子として、互いに90度の関係をもって配されて半導体基板の基板面に水平な磁界成分を検出する2つの縦型ホール素子10を備えるICチップ12をリードフレーム13と共々、モールド樹脂14によって樹脂モールドする。このモールド樹脂14には、センサ部としての中心に磁石16の回動の中心を機械的に一致させるべく、磁石16の回動の中心となる軸17の先端が係合される凹部Dを設ける。
【選択図】 図1
Description
図16(a)にその側面構造を示すように、この装置では、上記ホール素子20として、一般によく用いられている横型ホール素子を採用しており、この横型のホール素子20を上記モールドIC24として樹脂モールドしたものを上記ホルダHDの上に立てるかたちで、同ホルダHD上に接着剤等によって接着固定している。なお、ホルダHDにはガイドとなる凸部HDaが設けられており、上記モールドIC24の接着固定に際しては、図16(b)にその平面構造を示すように、この凸部HDaを基準として、2つのモールドIC24が互いに90度の角度をもって配設されるようにしている。また、図16(a)では便宜上、上記磁石26に連結される回転軸27が上記中心軸25を兼ねるかたちで図示している。そして、同図16(a)に示される態様で、磁石26から発せられる磁束(磁界)が上記ホール素子20に対して正確に入射されるようにホルダHDと磁石26とのギャップが調整されることで、上記回転軸27、ひいては検出対象となる回転軸31の上述した態様での回転角度の検出が可能となる。
図1〜図4に、この発明にかかる回転角度検出装置の第1の実施の形態を示す。なお、この実施の形態にかかる回転角度検出装置も、その全体の構造は、先の図15に例示した装置に準じたものとなっており、センサ部の構造と、該センサ部及び磁石間に新たに係合機構を設けた点が、同図15に例示した装置と異なっている。
S1=H×sinθ …(1)
として表され、他方の第2縦型ホール素子10bの出力は、これをS2とすると、上記第1縦型ホール素子10aの出力S1から90度だけ位相が遅れた
S2=H×cosθ …(2)
として表されるようになる。
DGS=H×sinθ−H×cosθ …(3)
なお、この演算結果DGSは、演算回路30に取り込まれ、最終的には図4に示される態様で、この演算結果DGSに対応する回転角度θがこの演算回路30を通じて求められる。ちなみにこの図4において、「sinθ」として示す特性曲線は、上記第1縦型ホール素子10aの出力S1に相当する曲線であり、同じく「cosθ」として示す特性曲線は、上記第2縦型ホール素子10bの出力S2に相当する曲線である。そして、同図4中に「sinθ−cosθ」として示す特性曲線が上記差動増幅器11を通じて得られる演算結果(差分結果)DGSに相当する曲線であり、上記2つの曲線に比べて「0度〜90度」の範囲における直線性が大きく改善されている。このため、同図4中に「出力値」として示す演算結果DGSが得られれば、これに一義的に対応した「回転角度θ」を容易に、しかも高精度に得ることができるようになる。
(1)センサ部に備えるホール素子として上記縦型ホール素子10を採用したことで、互いに90度の関係をもって配されるホール素子を半導体基板中に正確に形成することができるようになる。
・先の図1に対応する図として図5に例示するように、上記モールド樹脂として、円柱状の凹部Daが設けられているモールド樹脂14aを用い、この凹部Daに金属製の軸受けBaを装着して前記係合機構を形成するようにしてもよい。なお、この金属製の軸受けBaとしては、「ホワイトメタル」、「銅・鉛合金」、「青銅」、「アルミニウム合金」などの金属材料を採用することができる。また、この軸受けBaを設ける場合には、該軸受けBaとして含油軸受けを用いるか、もしくは上記回転軸(中心軸)17との間に、グリース等の油脂類を塗布しておくことが望ましい。これにより、係合機構としての耐摩耗性をさらに高めることができるようになる。
(第2の実施の形態)
次に、この発明にかかる回転角度検出装置の第2の実施の形態について、図7を参照しつつ、先の第1の実施の形態の回転角度検出装置との相違点を中心に説明する。なお、図7において、図7(a)は、この実施の形態の回転角度検出装置の全体構造を模式的に示す一部断面側面図であり、図7(b)は、この実施の形態で用いられる磁石の構造を示す平面図である。またこの図7において、先の図1に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示しており、それら各要素についての重複する説明は割愛する。
・図7(a)及び(b)に対応する図として図8(a)及び(b)に示すように、上記凹部と凸部との関係についてはこれを逆とすることもできる。すなわち、同図8(a)及び(b)に示されるように、係合機構としては、センサ部としての中心を中心点とした円状の凸部Pbを有するモールド樹脂14dを用いるとともに、該凸部Pbと同心かつ同一径の円状の凹部Ddを有する磁石16bを用いるようにしてもよい。なお、図8において、図8(b)は上記モールド樹脂14dの底面構造を示している。係合機構としてのこのような構造によっても、上記第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(他の実施の形態)
その他、上記各実施の形態に共通して変更可能な要素としては、以下のようなものがある。
S3=H×(−sinθ) …(4)
として表される。また同様に、第4縦型ホール素子10dの出力S4は、上記第4縦型ホール素子10dの出力S1から270度だけ位相が遅れるため、
S4=H×(−cosθ) …(5)
として表される。そこで、先の図3に対応する図として、さらに図12に示すように、これら4つの縦型ホール素子10a〜10dの出力S1〜S4を演算する差動増幅器11a〜11cを備えるとともに、これらの演算結果DGSa〜DGScを処理する演算回路30を備えることとすれば、上記回転角度についてもこれをより高い精度で検出することが可能となる。すなわち、上述のごとく、第1縦型ホール素子10aの出力S1及び第2縦型ホール素子10bの出力S2を差動増幅器11aを通じて差分演算することにより、その演算結果DGSaは、
DGSa=H×sinθ−H×cosθ …(6)
となり、これがさらに差動増幅器11cに入力出力される。同様に、第3縦型ホール素子10cの出力S3及び第4縦型ホール素子10dの出力S4を差動増幅器11bを通じて差分演算することにより、その演算結果DGSbは、
DGSb=H×(−sinθ)−H×(−cosθ) …(7)
となり、これもさらに差動増幅器11cに入力される。そして、これら演算結果DGSa及びDGSbが差動増幅器11cを通じてさらに差分演算されることにより、その演算結果DGScは、
DGSc=2×(H×sinθ−H×cosθ) …(8)
となり、先の式(3)に比べてその振幅が2倍に拡大されることとなる。したがって、このような値が演算回路30における前述した角度演算に供されることで、前述した「回転角度θ」としてもより精度の高い値が得られるようになる。
DGSd=H×sinθ+H×(−cosθ) …(9)
となり、この値も上記加算器11eに取り込まれる。そして、これら差動増幅器11aの出力DGSa及び加算器11dの出力DGSdが加算器11eを通じて加算されることにより、その演算結果DGSeは、
DGSe=2×(H×sinθ−H×cosθ) …(10)
となり、ここでも先の式(3)に比べてその振幅が2倍に拡大されるようになる。したがってこの場合も、このような値が演算回路30における前述した角度演算に供されることで、前述した「回転角度θ」としてより精度の高い値が得られるようになる。
Claims (8)
- ホール素子を備えるセンサ部に回転角度の検出対象とする回転軸の回動に伴って回動する磁石から発せられる磁界を付与し、該付与される磁界の強度に対応して前記ホール素子から出力されるホール電圧の値に基づき前記検出対象とする回転軸の回転角度を検出する回転角度検出装置において、
前記センサ部は、前記ホール素子として、互いに90度の関係をもって配されて半導体基板の基板面に水平な磁界成分を検出する少なくとも2つの縦型ホール素子を備え、前記センサ部と前記磁石との間には、前記磁石から発せられる磁界が前記半導体基板の基板面に平行に付与される状態を保ちつつ、前記各縦型ホール素子の中心点を通ってそれら素子の配設方向に直交する線が交差する前記センサ部としての中心に前記磁石の回動の中心を機械的に一致せしめる係合機構を備える
ことを特徴とする回転角度検出装置。 - 前記センサ部は、前記縦型ホール素子の形成された半導体基板がリードフレームと共々、モールド樹脂によって樹脂モールドされてなり、前記係合機構は、前記モールド樹脂の前記半導体基板に平行な面の前記センサ部としての中心に対応する位置に設けられて前記磁石の回動の中心となる軸の先端が係合される凹部を備えて構成される
請求項1に記載の回転角度検出装置。 - 前記係合機構を構成する前記モールド樹脂の凹部には、前記磁石の回動の中心となる軸の先端が係合される形状に加工された金属材料からなる軸受けが設けられてなる
請求項2に記載の回転角度検出装置。 - 前記金属材料からなる軸受けが、前記リードフレームの一部として形成されてなる
請求項3に記載の回転角度検出装置。 - 前記センサ部は、前記縦型ホール素子の形成された半導体基板がリードフレームと共々、モールド樹脂によって樹脂モールドされてなり、前記係合機構は、前記モールド樹脂の前記半導体基板に平行な面に設けられて前記センサ部としての中心を中心点として形成された円状の凹部または凸部と、前記磁石の表面に設けられて同磁石の回動の中心を中心点として形成された円状の凸部または凹部とを備え、それら凹部または凸部と凸部または凹部との係合を通じて前記センサ部としての中心に前記磁石の回動の中心を機械的に一致せしめるものである
請求項1に記載の回転角度検出装置。 - 前記係合機構を構成する凸部は、複数の円弧に分断されるかたちで形成されてなる
請求項5に記載の回転角度検出装置。 - 前記係合機構を構成する凸部は、前記円状の軌跡中に設けられた1乃至複数の半球体として形成されてなる
請求項5に記載の回転角度検出装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の回転角度検出装置において、
前記互いに90度の関係をもって配された各縦型ホール素子から出力されるホール電圧の値を差分演算する演算手段をさらに備える
ことを特徴とする回転角度検出装置。
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