JP2007263585A - Rotation angle detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、2つの部材(例えば、回転部材と非回転部材)の相対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。 The present invention relates to a rotation angle detection device that detects a relative rotation angle between two members (for example, a rotation member and a non-rotation member) in a non-contact manner.
(従来技術)
2つの部材の相対回転角度を非接触で検出する回転角度検出装置として、図1(a)、(a’)に示す技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この特許文献1に開示される回転角度検出装置は、図1(a)、(a’)に示すように、円盤形状を呈する磁石2(外周縁の軸心とシャフト1の回転軸とが略一致し、回転軸に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように着磁された磁石)と、この磁石2の外縁近傍に配置されて磁石2から放出される磁力線に応じた出力を発生する磁気検出手段とを備える。
磁気検出手段は、磁石2から与えられる磁気変化を検出する第1磁気センサ3と、第1磁気センサ3に対して90°位相のズレた磁気変化を検出する第2磁気センサ4とで構成される。
(Conventional technology)
As a rotation angle detection device that detects the relative rotation angle of two members in a non-contact manner, a technique shown in FIGS. 1A and 1A is known (for example, see Patent Document 1).
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (a '), the rotation angle detection device disclosed in
The magnetic detection means includes a first
2つの部材が相対回転すると、図2(a)に示すように、第1、第2磁気センサ3、4がsinカーブ(正弦曲線)とcosカーブ(余弦曲線)を出力する。そして、角度演算装置(マイクロコンピュータ)によって、2つのセンサ出力を逆三角関数演算で180°間隔の右上がりの直線特性に変換し{図6(b)参照}、各右上がりの直線特性を繋ぎ合わせることで、0°〜360°の回転角度出力{図6(c)参照}が得られる。
When the two members rotate relative to each other, as shown in FIG. 2A, the first and second
(従来技術の問題点)
特許文献1に開示される回転角度検出装置はシールド機能を有していない。このため、外部磁場がある環境下においては、外部から与えられる印加磁束が直接、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力に重畳することになり、外部磁場の影響によって回転角度検出装置の角度検出誤差が大きくなってしまう。
具体的には、図3(a)に示すように、第1磁気センサ3の周辺部に軸方向へ向かう外部磁場(図中、上向き矢印X参照)を所定量(例えば、10mT)印加すると、第1磁気センサ3のセンサ出力が印加磁場分(10mT)変化してしまう。即ち、図4(a)に示すように、第1磁気センサ3のセンサ出力が実線Aから、外部磁場が与えられたことによって実線A’に変化してしまう。この結果、図4(c)の左側(従来技術のデータ)に示すように、第1磁気センサ3の出力変動量α’が大きくなり、角度検出誤差β’が大きくなってしまう。
(Problems of conventional technology)
The rotation angle detection device disclosed in
Specifically, as shown in FIG. 3A, when a predetermined amount (for example, 10 mT) of an external magnetic field (see the upward arrow X in the figure) directed in the axial direction is applied to the periphery of the first
上記の不具合を回避するために、図1(b)に示すように、磁石2の軸方向の一方の面(磁気検出手段とは異なる側の面)に磁性体製のヨーク5を設けて、シールド機能を追加することが考えられる。
しかるに、特許文献1に開示される磁石2の片面にヨーク5を設けると、回転軸に対して垂直方向に着磁された磁石2の磁束の多くがヨーク5を流れることになる。その結果、第1、第2磁気センサ3、4に与えられる磁束が減少し、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力が小さくなり、結果的にセンサ出力の振幅が小さくなってしまう。
In order to avoid the above problem, as shown in FIG. 1B, a
However, when the
具体的には、図2(b)に示すように、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力は、ヨーク5を設けない場合が実線A、Bに示す出力振幅であるのに対し、ヨーク5を設けることにより実線A’、B’に示すように出力振幅が小さくなる。
このように、シールド機能の追加のために磁石2にヨーク5を設けると、センサ出力の振幅が小さくなることで、センサ出力のSN比(歪率)が悪化することになり、角度検出誤差の増大およびロバスト性の悪化を招く。
As described above, when the
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、外部磁場の影響を受け難く、且つ磁石から磁気検出手段に与えられる磁束密度の増加を図ることのできる回転角度検出装置の提供にある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle detection device that is not easily affected by an external magnetic field and that can increase the magnetic flux density applied from the magnet to the magnetic detection means. Is in the provision of.
[請求項1の手段]
回転角度検出装置の磁石は、磁気検出手段が配置される面とは逆の面に磁性体製のヨークを備える。このため、磁石の反磁気検出手段側から外部磁場が与えられても、外部磁場がヨークで遮断されるため、磁気検出手段は外部磁場の影響を受け難い。
また、磁石は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁されて、軸方向へ磁力線を生じさせるものであるため、磁石の反磁気検出手段側に設けたヨークによって、磁石の反磁気検出手段側の磁気効率が高められ、磁石の磁気損失が小さく抑えられる。この結果、従来技術とは逆に、ヨークを設けたことにより、磁気検出手段に与えられる磁束密度が増加する。このように、磁気検出手段に与えられる磁束密度が増加することにより、角度検出誤差を抑えることが可能となるとともに、ロバスト性が向上する。
即ち、請求項1の回転角度検出装置は、外部磁場の影響を受け難く、且つ回転角度の検出性能を高めることができる。
[Means of claim 1]
The magnet of the rotation angle detection device includes a yoke made of a magnetic material on the surface opposite to the surface on which the magnetic detection means is arranged. For this reason, even if an external magnetic field is applied from the diamagnetic detection means side of the magnet, the external magnetic field is blocked by the yoke, so that the magnetic detection means is hardly affected by the external magnetic field.
In addition, since the magnet is magnetized in the axial direction so that the magnetic field lines are directed in the axial direction, the magnetic field lines are generated in the axial direction. The magnetic efficiency on the means side is increased, and the magnetic loss of the magnet is kept small. As a result, contrary to the prior art, the provision of the yoke increases the magnetic flux density applied to the magnetic detection means. As described above, by increasing the magnetic flux density applied to the magnetic detection means, it becomes possible to suppress the angle detection error and improve the robustness.
In other words, the rotation angle detection device according to the first aspect is hardly affected by the external magnetic field and can improve the rotation angle detection performance.
[請求項2の手段]
ヨークは、磁石の反磁気検出手段側の全面を覆うものである。
このため、磁石の反磁気検出手段側から与えられる外部磁場が、ヨークによって確実に遮断される。
[Means of claim 2]
The yoke covers the entire surface of the magnet on the diamagnetic detection means side.
For this reason, the external magnetic field given from the diamagnetism detecting means side of the magnet is surely cut off by the yoke.
[請求項3の手段]
磁気検出手段は、磁気変化を検出する第1磁気センサと、第1磁気センサに対して90°位相のズレた磁気変化を検出する第2磁気センサとを具備するものであり、回転角度検出装置は、第1、第2磁気センサの検出した磁気変化により、相対回転する2つの部材(一方および他方)の相対回転角度を求めるものである。
このように、位相が90°ズレた第1、第2磁気センサを用いることにより、回転角度検出装置の検出する回転角度の範囲を広くすることができる。即ち、検出範囲を広くすることができる。
[Means of claim 3]
The magnetic detection means includes a first magnetic sensor that detects a magnetic change, and a second magnetic sensor that detects a magnetic change that is 90 ° out of phase with the first magnetic sensor. Is to obtain the relative rotation angle of two members (one and the other) that rotate relative to each other based on the magnetic change detected by the first and second magnetic sensors.
Thus, by using the first and second magnetic sensors whose phases are shifted by 90 °, the range of the rotation angle detected by the rotation angle detection device can be widened. That is, the detection range can be widened.
[請求項4の手段]
回転角度検出装置は、磁石と軸方向に隙間を隔て対向配置されるとともに、磁石との対向面が磁石と逆磁極で、磁石と一体に回転する第2磁石を備えるものであり、磁気検出手段は、磁石と第2磁石との軸方向の間に配置されるものである。
これにより、磁石と第2磁石の間の磁束密度が高まり、磁気検出手段に与えられる磁束密度が増加する。そして、磁気検出手段に与えられる磁束密度が増加することにより、角度検出誤差を抑えることが可能となるとともに、ロバスト性が向上する。
[Means of claim 4]
The rotation angle detection device includes a second magnet that is disposed opposite to the magnet with a gap in the axial direction, and that has a surface facing the magnet that is opposite to the magnet and rotates integrally with the magnet. Are arranged between the magnet and the second magnet in the axial direction.
Thereby, the magnetic flux density between a magnet and a 2nd magnet increases, and the magnetic flux density given to a magnetic detection means increases. Further, an increase in the magnetic flux density applied to the magnetic detection means makes it possible to suppress angle detection errors and improve robustness.
[請求項5の手段]
第2磁石は、磁気検出手段が配置される面とは逆の面に磁性体製の第2ヨークを備える。このため、第2磁石の反磁気検出手段側から外部磁場が与えられても、外部磁場が第2ヨークで遮断されるため、磁気検出手段は外部磁場の影響を受け難い。
また、第2磁石は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁されるものであるため、第2ヨークによって、第2磁石の反磁気検出手段側の磁気効率が高められ、第2磁石の磁気損失が小さく抑えられる。これにより、磁気検出手段の配置部位における磁束密度を更に高めることができる。
即ち、請求項5の手段は、外部磁場の影響を極めて小さくすることができるとともに、磁気検出手段に与えられる磁束密度が大きく増加することになり、角度検出誤差を抑えることが可能となるとともに、ロバスト性が向上する。
[Means of claim 5]
The second magnet includes a second yoke made of a magnetic material on a surface opposite to the surface on which the magnetic detection means is disposed. For this reason, even if an external magnetic field is applied from the diamagnetic detection means side of the second magnet, the external magnetic field is blocked by the second yoke, so that the magnetic detection means is hardly affected by the external magnetic field.
Further, since the second magnet is magnetized in the axial direction so that the magnetic lines of force are directed in the axial direction, the second yoke increases the magnetic efficiency of the second magnet on the diamagnetic detection means side, and the second magnet The magnetic loss can be kept small. Thereby, the magnetic flux density in the arrangement | positioning site | part of a magnetic detection means can be raised further.
That is, the means of
[請求項6の手段]
磁石は、回転軸に対して垂直方向に平面を成す円盤形状を呈し、磁気検出手段に対して磁石が1回転することにより、磁気検出手段に1つのサイン曲線磁場を与えるものである。
[Means of claim 6]
The magnet has a disk shape that forms a plane in a direction perpendicular to the rotation axis, and gives one sine curve magnetic field to the magnetic detection means when the magnet rotates once with respect to the magnetic detection means.
最良の形態の回転角度検出装置は、相対回転する一方に設けられた磁石(例えば、回転軸に対して垂直な平面を有する円盤形状の永久磁石)と、相対回転する他方に設けられ、磁石から与えられる磁気変化を検出する磁気検出手段(例えば、回転に対して出力差が生じる2つのセンサ、第1、第2ホールIC等)とを具備し、相対回転する一方および他方の相対回転角度を、磁気検出手段の検出した磁気変化により求める。
磁気検出手段は、磁石の軸方向に配置される。
また、磁石は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁され、磁気検出手段に対する回転軌跡上にサイン曲線磁場を発生する。
さらに、磁石は、磁気検出手段とは軸方向に異なる面に、磁性体製のヨーク(例えば、磁石と同径の円盤形状)を備えるものである。
The rotation angle detection device of the best mode is provided with a magnet (for example, a disk-shaped permanent magnet having a plane perpendicular to the rotation axis) provided on one side that rotates relative to the other and a magnet provided on the other side that rotates relative to the magnet. Magnetic detection means for detecting a given magnetic change (for example, two sensors that generate an output difference with respect to rotation, the first and second Hall ICs, etc.), and the relative rotational angle of one and the other of the relative rotation The magnetic change detected by the magnetic detection means is obtained.
The magnetic detection means is arranged in the axial direction of the magnet.
Further, the magnet is axially magnetized so that the magnetic lines of force are directed in the axial direction, and generates a sine curve magnetic field on the rotation locus with respect to the magnetic detection means.
Further, the magnet is provided with a magnetic yoke (for example, a disk shape having the same diameter as the magnet) on a surface different from the magnetic detection means in the axial direction.
実施例1を図1〜図6を参照して説明する。
(実施例1の構成)
この実施例1に示す回転角度検出装置は、回転センサ部{図1(c)、(c’)参照}と、角度演算装置(図5参照)とを備える。
A first embodiment will be described with reference to FIGS.
(Configuration of Example 1)
The rotation angle detection device shown in the first embodiment includes a rotation sensor unit {see FIGS. 1C and 1C ′} and an angle calculation device (see FIG. 5).
回転センサ部は、シャフト1(相対回転する一方の部材:この実施例では回転部材)と、シャフト1に固定された磁石2と、図示しない固定部材(相対回転する他方の部材:例えば、ハウジングに固定された回路基板等)に搭載された磁気検出手段(第1、第2磁気センサ3、4)とを備える。
シャフト1は、磁性体製あるいは非磁性体製で円柱棒状を呈するものであり、例えばスロットル開度センサにおいては、スロットルバルブ(角度検出の対象物)と一体に回転するものである。
The rotation sensor unit includes a shaft 1 (one member that rotates relative to the rotating member in this embodiment), a
The
磁石2は、シャフト1に固定されて、シャフト1と一体に回転する。
磁石2は、一定の厚みを有し、リング状もしくは円盤状を呈する永久磁石であり、その外周縁の軸心とシャフト1の軸心とが一致する。
この磁石2は、シャフト1の回転軸方向(以下、軸方向と称す)に磁力線が向くように軸方向着磁されたものであり、軸方向から見た第1、第2磁気センサ3、4の回転軌跡上にサイン曲線磁場を発生する。即ち、磁石2は、1回転することで、第1、第2磁気センサ3、4に1つのサイン曲線の磁束変化を与えるように軸方向の着磁が調整されたものである。
The
The
This
また、磁石2は、磁気検出手段とは異なる面{図1(c)の下面}にヨーク5を備える。このヨーク5は、磁石2の反磁気検出手段側{磁気検出手段とは異なる面:図1(c)の下面}の全面を覆う磁性体製である。ヨーク5は、外周径が磁石2と同径で、一定の厚みを有し、その外周縁の軸心とシャフト1の軸心とが一致した状態で、磁石2またはシャフト1の少なくとも一方に固定されている。
The
磁気検出手段は、磁石2の軸方向{図1(c)の上側}に配置され、磁石2から与えられる磁束変化を検出する第1磁気センサ3と、第1磁気センサ3に対して90°位相のズレた磁束変化を検出する第2磁気センサ4とからなる。
第1磁気センサ3は、固定部材(例えば、ハウジングに固定された回路基板等)に固定されたものであり、磁石2の軸方向で、且つ磁石2の外周端とシャフト1の外周端との間の略中央部に配置され、磁気検出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第1ホール素子3a(図5参照)を内蔵している。ここで、第1ホール素子3aは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第1増幅アンプ6が接続される。この第1増幅アンプ6は、第1磁気センサ3内に封入したものであっても良いし、第1磁気センサ3とは別の基板上に配置したものであっても良い。
The magnetic detection means is disposed in the axial direction of the magnet 2 (upper side in FIG. 1C), detects the magnetic flux change applied from the
The first
第2磁気センサ4は、第1磁気センサ3と同様、固定部材(例えば、ハウジングに固定された回路基板等)に固定されたものであり、磁石2の軸方向で、且つ磁石2の外周端とシャフト1の外周端との間の略中央部に配置され、磁気検出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第2ホール素子4a(図5参照)を内蔵している。ここで、第2ホール素子4aは、微弱なセンサ出力を発生するものであるため、その微弱出力を増幅する第2増幅アンプ7が接続される。この第2増幅アンプ7は、第2磁気センサ4内に封入したものであっても良いし、第2磁気センサ4とは別の基板上に配置したものであっても良い。
なお、第1、第2磁気センサ3、4は、磁石2に対する回転軌跡が同一であるとともに、磁石2に対する対向距離も同一に配置されている。
Similar to the first
Note that the first and second
第1、第2磁気センサ3、4は、ともに軸方向の磁気変化を検出するように、それぞれの磁気検出面が軸方向に向いて配置されるものであり、第2磁気センサ4が第1磁気センサ3に対して回転方向に90°異なった位置に配置されるものである。
これによって、第1磁気センサ3に与えられる磁束線に対して、第2磁気センサ4に与えられる磁束線の位相が90°ズレることになる。この結果、第1磁気センサ3のセンサ出力に対して、第2磁気センサ4のセンサ出力の位相が90°ズレることになり、図6(a)に示すように、磁石2の回転に対して第1磁気センサ3がcosカーブのセンサ出力(図中、実線A)を発生し、第2磁気センサ4がsinカーブのセンサ出力(図中、実線B)を発生する。
Each of the first and second
As a result, the phase of the magnetic flux lines applied to the second
角度演算装置10は、周知構成のマイクロコンピュータであり、図5に示すように、第1磁気センサ3のセンサ出力を第1ADC8でデジタル変換して入力するとともに、第2磁気センサ4のセンサ出力を第2ADC9でデジタル変換して入力する。
角度演算装置10は、第1、第2磁気センサ3、4の出力から角度演算をするものであり、図6(a)に示すように、第1磁気センサ3のcosカーブ出力と、第2磁気センサ4のsinカーブ出力とを、図6(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Cに変換{tanθ=sinθ/cosθ→θ=tan-1(sinθ/cosθ)}する。そして、角度演算装置10は、図6(c)に示すように、各右上がりの直線特性C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D(アナログ信号)を発生するものである。
The
The
(実施例1の効果1)
実施例1の回転角度検出装置は、上述したように、磁石2が軸方向着磁されて、軸方向へ磁力線を生じさせる。このため、磁石2の反磁気検出手段側{磁気検出手段とは軸方向に異なる面:図1(c)の下面}に設けたヨーク5によって、磁石2の反磁気検出手段側の磁気効率が高められる。これによって、第1、第2磁気センサ3、4側の磁力も強められ、磁石2から第1、第2磁気センサ3、4に与えられる磁束密度が高まる。
(
As described above, in the rotation angle detection device according to the first embodiment, the
具体的には、図2(c)に示すように、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力は、ヨーク5を設けない場合が実線A、Bに示す出力振幅であるのに対し、ヨーク5を設けることにより磁石2の磁気効率が高まることで、実線A’、B’に示すように出力振幅が大きくなる。即ち、従来技術では、ヨーク5を設けることでセンサ出力が小さくなったのに対し、本実施例では、ヨーク5を設けたことでセンサ出力を大きくできる。
このように、磁石2にヨーク5を設けることで、センサ出力の振幅を大きくできるため、センサ出力のSN比(歪率)を向上させることができ、結果的に角度検出誤差を小さく抑えることができるとともに、ロバスト性の向上を図ることができる。
Specifically, as shown in FIG. 2C, the sensor outputs of the first and second
Thus, by providing the
(実施例1の効果2)
実施例1の回転角度検出装置は、上述したように、ヨーク5が磁石2の反磁気検出手段側の全面を覆って、磁石2の反磁気検出手段側で磁気シールドの機能を果たす。このため、磁石2の反磁気検出手段側から外部磁場が与えられても、外部磁場はヨーク5で遮断されて第1、第2磁気センサ3、4に到達する不具合が防がれ、外部磁場による角度検出誤差の発生を抑えることができる。
具体的には、図3(b)に示すように、第1磁気センサ3の周辺部に軸方向へ向かう外部磁場(図中、上向き矢印X参照)を所定量(例えば、10mT)印加しても、図4(b)の実線Aに示すように、第1磁気センサ3のセンサ出力が印加磁場によって変化する不具合が生じない。
この結果、図3(b)に示すように外部磁場を与えても、図4(c)の右側(実施例のデータ)に示すように、第1磁気センサ3の出力変動量αが極めて小さく抑えられ、角度検出誤差βを小さく抑えることができる。
(
In the rotation angle detection device of the first embodiment, as described above, the
Specifically, as shown in FIG. 3B, a predetermined amount (for example, 10 mT) of an external magnetic field (see the upward arrow X in the figure) directed in the axial direction is applied to the periphery of the first
As a result, even when an external magnetic field is applied as shown in FIG. 3B, the output fluctuation amount α of the first
実施例2を図7を参照して説明する。
実施例2の回転角度検出装置は、図7(a)に示すように、磁気検出手段(第1、第2磁気センサ3、4)の反磁石2側に第2磁石11を設けたものであり、他の構成は実施例1と同じである。
この第2磁石11は、磁石2と軸方向に隙間を隔てて対向配置されたものであり、磁石2との対向面が、磁石2と逆磁極を成して磁石2と一体に回転する。
A second embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7A, the rotation angle detection device of the second embodiment is provided with a
The
具体的に第2磁石11は、一定の厚みを有し、磁石2と略同径寸法のリング状もしくは円盤状を呈する永久磁石であり、その外周縁の軸心とシャフト1の軸心とが一致する。
この第2磁石11は、軸方向に対して垂直方向の一方から他方に向けて磁力線が向くように径方向着磁されたものであり、磁石2と第2磁石11の対向面が逆磁極を成すようにシャフト1に固定されて、磁石2と一体に回転する。
一方、第1、第2磁気センサ3、4は、磁石2と第2磁石11の軸方向間の略中央部で、且つ磁石2および第2磁石11の外周端と、シャフト1の外周端との間の略中央部に配置される。
Specifically, the
The
On the other hand, the first and second
(実施例2の効果)
このように、実施例2の回転角度検出装置は、磁石2と第2磁石11が対向面において逆磁極を成すため、第1、第2磁気センサ3、4が配置される空間において、磁石2と第2磁石11が互いに磁気吸引を行う閉磁場が形成される。即ち、第1、第2磁気センサ3、4の配置空間において、磁石2の放出する磁力線が第2磁石11で磁気吸引され、第2磁石11の放出する磁力線が磁石2で磁気吸引される。
(Effect of Example 2)
As described above, in the rotation angle detection device according to the second embodiment, since the
これにより、上記実施例1の効果に加えて、磁石2と第2磁石11の間の磁束密度がさらに高められ、結果的に第1、第2磁気センサ3、4に与えられる磁束密度を高めることができる。
具体的には、図7(b)に示すように、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力の振幅を、実線A、Bに示すように、実施例1{図4(b)参照}より大きくすることができる。
このように、第2磁石11をを設けることで、センサ出力の振幅を大きくできるため、センサ出力のSN比(歪率)を実施例1よりさらに向上させることができ、結果的に角度検出誤差を小さく抑えることができるとともに、ロバスト性の向上を図ることができる。
Thereby, in addition to the effect of the first embodiment, the magnetic flux density between the
Specifically, as shown in FIG. 7B, the amplitudes of the sensor outputs of the first and second
As described above, since the amplitude of the sensor output can be increased by providing the
実施例3を図8を参照して説明する。
実施例3の回転角度検出装置は、図8(a)に示すように、磁気検出手段(第1、第2磁気センサ3、4)の反磁石2側に第2ヨーク12を備えた第2磁石11を設けたものであり、他の構成は実施例1と同じである。
この実施例3における第2磁石11および第2ヨーク12は、実施例1で示した磁石2およびヨーク5と同じものである。
A third embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 8A, the rotation angle detection device of the third embodiment is a second that includes a
The
具体的に第2磁石11は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁されたものであり、軸方向から見た第1、第2磁気センサ3、4の回転軌跡上にサイン曲線磁場を発生し、第2磁石11が1回転することで、第1、第2磁気センサ3、4にサイン曲線の磁束変化を与えるように軸方向の着磁が調整されたものである。そして、第2磁石11は、磁石2と第2磁石11の対向面が逆磁極を成すようにシャフト1に固定されて、磁石2と一体に回転する。
第2ヨーク12は、第2磁石11の反磁気検出手段側の面{図8(a)の上面}に装着された磁性体製の円盤であり、第2磁石11の反磁気検出手段側の全面を覆うように第2磁石11またはシャフト1の少なくとも一方に固定されている。
Specifically, the
The
(実施例3の効果1)
実施例3の回転角度検出装置は、磁石2と同様、第2磁石11が軸方向着磁されて、軸方向へ磁力線を生じさせる。このため、第2磁石11の反磁気検出手段側に設けた第2ヨーク12によって、第2磁石11の反磁気検出手段側の磁気効率が高められる。これによって、第1、第2磁気センサ3、4側の磁力も強められ、第2磁石11から第1、第2磁気センサ3、4に与えられる磁束密度が高まる。
そして、上記実施例2と同様に、磁石2と第2磁石11が対向面において逆磁極を成すため、第1、第2磁気センサ3、4が配置される空間において、磁石2と第2磁石11が互いに磁気吸引を行う磁束方向が軸方向に略均一に揃った閉磁場が形成される。即ち、第1、第2磁気センサ3、4の配置空間において、磁石2の放出する磁力線が第2磁石11で磁気吸引され、第2磁石11の放出する磁力線が磁石2で磁気吸引される。
(
In the rotation angle detection device according to the third embodiment, like the
Since the
これにより、磁石2と第2磁石11の間の磁束密度を倍増することができ、結果的に第1、第2磁気センサ3、4に与えられる磁束密度を大きく高めることができる。
具体的には、図8(b)に示すように、第1、第2磁気センサ3、4のセンサ出力の振幅を、実線A、Bに示すように、実施例1{図4(b)参照}の約2倍に大きくするこができる。
このように、第2ヨーク12を備えた軸方向着磁の第2磁石11を設けることで、センサ出力の振幅を大きくできるため、センサ出力のSN比(歪率)を実施例1よりさらに向上させることができ、結果的に角度検出誤差を小さく抑えることができるとともに、ロバスト性の向上を図ることができる。
Thereby, the magnetic flux density between the
Specifically, as shown in FIG. 8B, the amplitudes of the sensor outputs of the first and second
Thus, by providing the axially magnetized
(実施例3の効果2)
実施例3の回転角度検出装置は、ヨーク5が磁石2の反磁気検出手段側の全面を覆って、磁石2の反磁気検出手段側で磁気シールドの機能を果たす実施例1の効果に加え、第2ヨーク12が第2磁石11の反磁気検出手段側の全面を覆って、第2磁石11の反磁気検出手段側で磁気シールドの機能を果たす。
このため、軸方向の両側から外部磁場(図中、矢印X、Y参照)が与えられても、外部磁場はヨーク5および第2ヨーク12で遮断されて第1、第2磁気センサ3、4に到達する不具合が防がれ、外部磁場による角度検出誤差の発生を抑えることができる。
(
In addition to the effect of the first embodiment in which the
For this reason, even if an external magnetic field (see arrows X and Y in the figure) is applied from both sides in the axial direction, the external magnetic field is blocked by the
実施例4を図9を参照して説明する。
実施例4の回転角度検出装置は、実施例3の発展形であり、磁石2と第2磁石11の外周全面をヨーク5と第2ヨーク12でそれぞれ覆ったものである。
このように、磁石2および第2磁石11の外周全面も、ヨーク5と第2ヨーク12で磁気シールドを行うことにより、軸方向の他に、径方向から外部磁場が与えられても、外部磁場がヨーク5および第2ヨーク12で遮断されて第1、第2磁気センサ3、4に到達する不具合が防がれる。これにより、軸方向の外部磁場に加え、径方向の外部磁場による角度検出誤差の発生を抑えることができる。
A fourth embodiment will be described with reference to FIG.
The rotation angle detection device according to the fourth embodiment is a development of the third embodiment, and covers the entire outer surfaces of the
In this way, the entire outer periphery of the
〔変形例〕
上記の実施例では、第1、第2磁気センサ3、4を固定し、磁石2を回転させた例を示したが、逆に磁石2を固定し、第1、第2磁気センサ3、4を回転させる構造を採用しても良い。また、磁石2と第1、第2磁気センサ3、4の双方が共に回転する構造を採用しても良い。
上記の実施例では、第1、第2磁気センサ3、4の一例としてホール素子を用いたが、磁気抵抗素子(MRE)など、他の磁気センサを用いても良い。
上記の実施例では、磁気検出手段の一例として、2つの磁気センサ(第1、第2磁気センサ3、4)を用いたが、1つの磁気センサで所定角度内の回転角度を検出するようにしても良い。
[Modification]
In the above embodiment, the first and second
In the above embodiment, the Hall element is used as an example of the first and second
In the above embodiment, two magnetic sensors (first and second
上記の実施例では、磁石2が1回転することで、磁気検出手段に1つのサイン曲線磁場を与える例を示したが、磁石2が1回転することで、磁気検出手段に複数のサイン曲線磁場を与えように設けても良い。
上記の実施例では、回転角度検出装置によってスロットルバルブの開度を検出する例を示したが、アクセルペダルの回転角度(踏み込み量)、エンジンのクランクシャフトの回転角度、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回転角度検出装置に本発明を適用しても良い。
In the above-described embodiment, an example is shown in which one sine curve magnetic field is given to the magnetic detection means by one rotation of the
In the above embodiment, an example in which the opening degree of the throttle valve is detected by the rotation angle detection device has been shown. However, the rotation angle (depression amount) of the accelerator pedal, the rotation angle of the engine crankshaft, the rotation of the arm portion of the industrial robot You may apply this invention to the rotation angle detection apparatus which detects other rotation angles, such as an angle.
2 磁石
3 第1磁気センサ
4 第2磁気センサ
5 ヨーク
11 第2磁石
12 第2ヨーク
2
Claims (6)
相対回転する他方に設けられ、前記磁石から与えられる磁気変化を検出する磁気検出手段とを具備し、
相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記磁気検出手段の検出した磁気変化により求める回転角度検出装置において、
前記磁気検出手段は、前記磁石の軸方向に配置され、
前記磁石は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁され、前記磁気検出手段に対する回転軌跡上にサイン曲線磁場を発生するものであり、
さらに、前記磁石は、前記磁気検出手段とは軸方向に異なる面に、磁性体製のヨークを備えることを特徴とする回転角度検出装置。 A magnet provided on one of the relatively rotating sides;
A magnetic detection means provided on the other side of the relative rotation for detecting a magnetic change applied from the magnet;
In the rotation angle detection device for obtaining the relative rotation angle of the one and the other rotating relative to each other based on the magnetic change detected by the magnetic detection means,
The magnetic detection means is arranged in the axial direction of the magnet,
The magnet is axially magnetized so that the magnetic lines of force are directed in the axial direction, and generates a sine curve magnetic field on a rotation locus with respect to the magnetic detection means,
Further, the magnet includes a yoke made of a magnetic material on a surface different from the magnetic detection means in the axial direction.
前記ヨークは、前記磁石における前記磁気検出手段とは軸方向に異なる側の全面を覆うことを特徴とする回転角度検出装置。 The rotation angle detection device according to claim 1,
The rotation angle detection apparatus according to claim 1, wherein the yoke covers the entire surface of the magnet on a side different from the magnetic detection means in the axial direction.
前記磁気検出手段は、磁気変化を検出する第1磁気センサと、この第1磁気センサに対して90°位相のズレた磁気変化を検出する第2磁気センサとを具備し、
相対回転する一方および他方の相対回転角度を、前記第1、第2磁気センサの検出した磁気変化により求めることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 1 or 2,
The magnetic detection means includes a first magnetic sensor that detects a magnetic change, and a second magnetic sensor that detects a magnetic change that is 90 ° out of phase with the first magnetic sensor,
A rotation angle detection device characterized in that the relative rotation angle of one and the other rotating relative to each other is obtained from a magnetic change detected by the first and second magnetic sensors.
この回転角度検出装置は、前記磁石と軸方向に隙間を隔て対向配置され、前記磁石との対向面が前記磁石と逆磁極で、前記磁石と一体に回転する第2磁石を備え、
前記磁気検出手段は、前記磁石と前記第2磁石との軸方向の間に配置されることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 3,
The rotation angle detection device includes a second magnet that is disposed to face the magnet with a gap in the axial direction, and the surface facing the magnet is a reverse magnetic pole to the magnet and rotates integrally with the magnet.
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein the magnetic detection means is arranged between the magnet and the second magnet in the axial direction.
前記第2磁石は、軸方向に磁力線が向くように軸方向着磁されて、前記磁気検出手段に対する回転軌跡上に、前記磁石とは逆相のサイン曲線磁場を発生するものであり、
さらに、前記第2磁石は、前記磁気検出手段とは軸方向に異なる面に、磁性体製の第2ヨークを備えることを特徴とする回転角度検出装置。 In the rotation angle detection device according to claim 4,
The second magnet is axially magnetized so that the magnetic lines of force are directed in the axial direction, and generates a sine curve magnetic field having a phase opposite to that of the magnet on a rotation locus with respect to the magnetic detection means,
Furthermore, the second magnet includes a second yoke made of a magnetic material on a surface different from the magnetic detection means in the axial direction.
前記磁石は、回転軸に対して垂直方向に平面を成す円盤形状を呈し、
前記磁気検出手段に対して前記磁石が1回転することで、前記磁気検出手段に1つのサイン曲線磁場を与えることを特徴とする回転角度検出装置。
In the rotation angle detection device according to any one of claims 1 to 5,
The magnet has a disk shape that forms a plane perpendicular to the rotation axis,
The rotation angle detection device according to claim 1, wherein a single sine curve magnetic field is applied to the magnetic detection means by rotating the magnet once with respect to the magnetic detection means.
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