JP2012083212A - Rotation angle detection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転角度検出装置に関する。 The present invention relates to a rotation angle detection device.
回転体の回転中心軸に取着され、回転体とともにその回転中心軸を中心に回転するマグネットの回転角を検出することによって、回転体の回転角を検出するホールICは、その検出面を回転するマグネットと平行に配置してマグネットの回転角度θを検出するようになっている(非特許文献1)。 The Hall IC that detects the rotation angle of the rotating body by detecting the rotation angle of the magnet that is attached to the rotation center axis of the rotating body and rotates around the rotation center axis together with the rotating body rotates its detection surface. The rotation angle θ of the magnet is detected by arranging it in parallel with the magnet (Non-patent Document 1).
図8に示すように、このホールIC1と回転体2に取着されたマグネット3は、ホールIC1の検出面1aの中心点P0から垂直に伸びる中心軸線とマグネット3の回転中心軸(回転体2の回転中心軸線C0)とが一致するように相対配置される。これによって、ホールIC1は、回転中心軸線C0を中心に回転するマグネット3の回転角度θを検出する。
As shown in FIG. 8, the magnet 3 attached to the
ホールIC1は、樹脂モールドされた半導体基板に形成された4個のホール素子を有し、その4個のホール素子が形成された半導体基板が検出面1aと平行に配置され、検出面1aと平行に回動するマグネット3の回転角度θを検出する。 The Hall IC 1 has four Hall elements formed on a resin-molded semiconductor substrate. The semiconductor substrate on which the four Hall elements are formed is arranged in parallel with the detection surface 1a, and is parallel to the detection surface 1a. The rotation angle θ of the magnet 3 that rotates in the direction is detected.
マグネット3は、回転中心軸線C0を直交する境界線を境に一側にN極が形成され、他側にS極が形成されている。これによって、マグネット3が回転中心軸線C0を中心に回転すると、マグネット3の外部磁場のベクトルは同回転中心軸線C0を中心に回転する。 The magnet 3 has an N pole formed on one side and a S pole formed on the other side with a boundary line orthogonal to the rotation center axis C0. Thus, when the magnet 3 rotates about the rotation center axis C0, the vector of the external magnetic field of the magnet 3 rotates about the rotation center axis C0.
ホールIC1は、4個のホール素子を、それぞれ2個1組とし、一方の組みの2個のホール素子にて、回転するマグネット3の外部磁場のX方向成分Bxを検知し、他方の組みの2個のホール素子にて、回転するマグネット3の外部磁場のY方向成分Byを検知する。 The Hall IC 1 has four Hall elements, one set each, and the two Hall elements in one set detect the X-direction component Bx of the external magnetic field of the rotating magnet 3 and the other set. Two Hall elements detect the Y-direction component By of the external magnetic field of the rotating magnet 3.
そして、ホールIC1は、検知したマグネット3の外部磁場のX方向成分BxとY方向成分Byから、検出面1aと平行に回転中心軸線C0を中心に回転するマグネット3の外部磁場のベクトル(回転角度θ)を下記の算出式を使って検出する。
The
θ=tan-1(Bx/By)
半導体基板に形成された4個のホール素子は、半導体基板の中心点(中心軸線線C0が垂直に通る点)を中心に90°の等間隔に配置される。そして、それぞれの組の2個のホール素子を、中心点を挟んで対称位置に配置するとともに、両組の各ホール素子は共に中心点から等距離に配置されている。
θ = tan −1 (Bx / By)
The four Hall elements formed on the semiconductor substrate are arranged at equal intervals of 90 ° around the center point of the semiconductor substrate (the point where the central axis line C0 passes vertically). Then, the two Hall elements of each set are arranged at symmetrical positions with the center point in between, and the Hall elements of both sets are arranged equidistant from the center point.
さらに、4個のホール素子を形成した半導体基板には、集磁膜が形成されている。集磁膜は、検出面1aに対して平行に回動するマグネット3から平行に出る外部磁場の向きを半導体基板の基板面に対して直交する方向に変え基板面に集磁させる膜である。これによって、一方の組みの2個のホール素子が検知するX方向成分Bx、及び、他方の組みの2個のホール素子が検知するY方向成分Byは、マグネット3の回転角度θによって相対的に変化する。 Further, a magnetic collecting film is formed on the semiconductor substrate on which the four Hall elements are formed. The magnetic collecting film is a film that changes the direction of an external magnetic field that is output in parallel from the magnet 3 that rotates in parallel to the detection surface 1a to a direction orthogonal to the substrate surface of the semiconductor substrate and collects the magnetic force on the substrate surface. As a result, the X-direction component Bx detected by the two Hall elements of one set and the Y-direction component By detected by the two Hall elements of the other set are relatively controlled by the rotation angle θ of the magnet 3. Change.
そして、これらX方向成分Bx及びY方向成分Byを検出し、上記式から、マグネット3の回転角度θに相対した検出電圧がホールIC1から出力される。従って、ホールIC1からの検出電圧を知ることでマグネット3(回転体2)の回転角度θを0〜360°の範囲で知ることができる。
Then, the X direction component Bx and the Y direction component By are detected, and a detection voltage relative to the rotation angle θ of the magnet 3 is output from the
ところで、マグネット3の回転角度θを高精度に検出するためには、ホールIC1の検出面1aの中心点P0から垂直に伸びる中心軸線とマグネット3の回転中心軸線C0とが位置ズレすることなく一致するように、ホールIC1とマグネット3とを組み付ける必要がある。
By the way, in order to detect the rotation angle θ of the magnet 3 with high accuracy, the center axis extending perpendicularly from the center point P0 of the detection surface 1a of the
ここで、ホールICの中心軸線とマグネット3の回転中心軸線C0との位置ズレ量を同軸度という。この位置ズレは、(1)ホールIC1とマグネット3との組み付け、(2)マグネットが持つ固有の磁極変位、(3)回転体の偏心回転、(4)振動している時のガタ等、に起因するもとがある。
Here, the amount of positional deviation between the center axis of the Hall IC and the rotation center axis C0 of the magnet 3 is called coaxiality. This misalignment is caused by (1) assembly of
しかしながら、いずれの場合も、この位置ズレ量(同軸度)をゼロにすることには限界があり、高精度の回転角度の検出は望めなかった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転体とホールICとの間で避けられない同軸度が生じていても回転角度を高精度に検出する回転角度検出装置を提供することにある。
However, in any case, there is a limit to setting this positional shift amount (coaxiality) to zero, and it has not been possible to detect a highly accurate rotation angle.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to detect a rotation angle with high accuracy even if an inevitable coaxiality occurs between the rotating body and the Hall IC. It is to provide a detection device.
請求項1に記載の発明は、
ホールICの検出面上を同検出面と平行な面上でマグネットを回転させるとともに、前記マグネットの回転中心の中心軸線がホールICの検出面の中心軸線と一致するように、前記ホールICと前記マグネットを相対配置し、前記回転するマグネットの磁場の方向を互いに直交する第1直交成分と第2直交成分として前記ホールICにて検知し、前記第1直交成分と前記第2直交成分の比から磁場のベクトルとして前記マグネットの回転角を検出する回転角検出装置であって、前記マグネットにNS極の磁極方向を示す目印を設け、前記マグネットの前記磁極方向を第一特定回転角度位置に設定し、その設定位置にある前記マグネットに対し、前記ホールICを、前記検出面の前記第1直交成分の検出方向又は前記第2直交成分の検出方向が前記マグネットに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた第二特定回転角度位置に前記マグネットの磁極方向に対して前記ホールICの検出方向を前記特定回転角度分ずらして配置した。
The invention described in
The magnet is rotated on a detection surface of the Hall IC on a plane parallel to the detection surface, and the Hall IC and the center of the Hall IC are aligned so that the central axis of the rotation center of the magnet coincides with the central axis of the detection surface of the Hall IC. Magnets are arranged relatively, and the direction of the magnetic field of the rotating magnet is detected by the Hall IC as a first orthogonal component and a second orthogonal component orthogonal to each other, and from the ratio of the first orthogonal component and the second orthogonal component A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of the magnet as a magnetic field vector, wherein the magnet is provided with a mark indicating the magnetic pole direction of the NS pole, and the magnetic pole direction of the magnet is set to a first specific rotation angle position. The detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component of the detection surface is set to the Hall IC with respect to the magnet at the set position. The Hall IC with respect to the magnetic pole direction of the magnet at a second specific rotation angle position rotated by a specific rotation angle of the first specific rotation angle position with respect to the magnetic pole direction of the NS pole of the mark provided on the magnet The detection directions are shifted by the specific rotation angle.
請求項1に記載の発明によれば、ホールICの検出面を第1直交成分の検出方向又は第2直交成分の検出方向がマグネットの磁極の向きと一致するように、マグネットの目印を見ながら、マグネットに対してホールICを相対配置させることができる。 According to the first aspect of the present invention, while looking at the mark of the magnet, the detection surface of the Hall IC may be such that the detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component coincides with the direction of the magnetic pole of the magnet. The Hall IC can be arranged relative to the magnet.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転角度検出装置において、前記マグネットは、筐体に回転可能に支持された回転軸に軸端部に取着される有蓋筒状のキャップの蓋部外側面に取着され、前記筐体は、前記マグネットに形成した前記目印の位置合わせ用の指標を設け、前記ホールICは、前記筐体に固定されるケースに収容され、前記ケースは、前記筐体に固定された時、前記ホールICの検出面のいずれかの検出方向が前記マグネットに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた前記第二特定回転角度位置の方向となるとともに、前記検出面の中心点と前記マグネットの中心点が一致するように、前記筐体に対して連結する連結部を設けた。 According to a second aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the first aspect, the magnet is a covered cylindrical cap attached to a shaft end portion of a rotation shaft that is rotatably supported by the housing. Attached to the outer surface of the lid portion, the casing is provided with an index for alignment of the mark formed on the magnet, and the Hall IC is accommodated in a case fixed to the casing. Is the specific rotation at the first specific rotation angle position when the detection direction of the detection surface of the Hall IC is fixed to the housing with respect to the magnetic pole direction of the NS pole of the mark provided on the magnet. A connecting portion for connecting to the housing is provided so as to be in the direction of the second specific rotation angle position rotated by an angle and so that the center point of the detection surface and the center point of the magnet coincide with each other. .
請求項2に記載の発明によれば、回転軸に取着されるマグネットは、筐体に対してマグネットの磁極の向きを指標に合わせて取着でき、しかも、ケースを筐体に連結固定するだけで、ホールICの検出面の検出方向をマグネットの磁極の向きと一致させることができる。 According to the second aspect of the present invention, the magnet attached to the rotating shaft can be attached to the casing in accordance with the direction of the magnetic pole of the magnet according to the index, and the case is connected and fixed to the casing. The detection direction of the detection surface of the Hall IC can be matched with the direction of the magnetic pole of the magnet.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の回転角度検出装置において、前記筐体に設けた前記マグネットの位置合わせ用の指標は、前記ケースに設けた前記筐体に対して連結する連結部のボルトと螺着するネジ穴である。 According to a third aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the second aspect, the index for positioning the magnet provided on the casing is connected to the casing provided on the case. It is a screw hole screwed with the bolt of the connecting portion.
請求項3に記載の発明によれば、回転軸に取着されるマグネットは、筐体に形成したネジ穴を指標としてマグネットの磁極の向きを合わせることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1に記載の回転角度検出装置において、前記マグネットは、円板形状のマグネットであって、その中心点を直交し一側にN極のN磁極領域、他側にS極のS磁極領域と2分する境界線上の2箇所に目印を形成した。
According to the third aspect of the present invention, the magnet attached to the rotating shaft can match the direction of the magnetic pole of the magnet using the screw hole formed in the housing as an index.
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to any one of the first to third aspects, the magnet is a disk-shaped magnet, and the center point thereof is orthogonal and N on one side. Marks were formed at two locations on the boundary line that bisects the N magnetic pole region of the pole and the S magnetic pole region of the S pole on the other side.
請求項4に記載の発明によれば、ホールICの検出面の検出方向をマグネットの磁極の向きと一致させるとき、マグネットMGの目印を見ながら、マグネットに対してホールICを相対配置させることができる。 According to the invention described in claim 4, when the detection direction of the detection surface of the Hall IC coincides with the direction of the magnetic pole of the magnet, the Hall IC can be disposed relative to the magnet while looking at the mark of the magnet MG. it can.
請求項5に記載の発明は、請求項3又は4に記載の回転角度検出装置において、蓋部外側面の外周縁には、中心点を挟んで相対向する2個のキャップ側の目印が形成され、前記マグネットの2箇所に形成したマグネット側の目印は、その目印間の間隔を前記キャップ側の目印間の間隔と一致させた。 According to a fifth aspect of the present invention, in the rotation angle detection device according to the third or fourth aspect, two cap-side marks facing each other across the center point are formed on the outer peripheral edge of the lid outer surface. In addition, the magnet-side marks formed at two locations of the magnet have the interval between the marks coincided with the interval between the cap-side marks.
請求項5に記載の発明によれば、キャップの蓋部外側面の中心点とマグネットの中心点とが一致するように取着されることができる。従って、キャップ及びマグネットは回転軸の回転軸線を中心に回転する。 According to the fifth aspect of the present invention, the cap can be attached so that the center point of the outer surface of the lid portion of the cap coincides with the center point of the magnet. Therefore, the cap and the magnet rotate around the rotation axis of the rotation shaft.
請求項6に記載の発明は、ホールICの検出面上を同検出面と平行な面上でマグネットを回転させるとともに、前記マグネットの回転中心の中心軸線がホールICの検出面の中心軸線と一致するように、前記ホールICと前記マグネットを相対配置し、前記回転するマグネットの磁場の方向を互いに直交する第1直交成分と第2直交成分として前記ホールICにて検知し、前記第1直交成分と前記第2直交成分の比から磁場のベクトルとして前記マグネットの回転角を検出する回転角検出装置であって、前記マグネットは、筐体に回転可能に支持された回転軸に軸端部に取着される有蓋筒状のキャップの蓋部外側面に取着され、前記キャップに前記マグネットのNS極の磁極方向を示す目印を設け、前記キャップを前記マグネットの前記磁極方向を第一特定回転角度位置に設定し、その設定位置にある前記マグネットに対し、前記ホールICを、前記検出面の前記第1直交成分の検出方向又は前記第2直交成分の検出方向が前記キャップに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた第二特定回転角度位置に前記マグネットの磁極方向に対して前記ホールICの検出方向を前記特定回転角度分ずらして配置した。 The invention according to claim 6 rotates the magnet on the detection surface of the Hall IC on a surface parallel to the detection surface, and the central axis of the rotation center of the magnet coincides with the central axis of the detection surface of the Hall IC. The Hall IC and the magnet are arranged relative to each other, and the direction of the magnetic field of the rotating magnet is detected by the Hall IC as a first orthogonal component and a second orthogonal component that are orthogonal to each other, and the first orthogonal component is detected. And a rotation angle detector that detects the rotation angle of the magnet as a magnetic field vector from the ratio of the second orthogonal component and the magnet is mounted on a shaft end of a rotation shaft that is rotatably supported by a housing. The cap is attached to the outer surface of the lid portion of the covered cylindrical cap, and a mark indicating the magnetic pole direction of the NS pole of the magnet is provided on the cap, and the cap is attached to the magnetic pole of the magnet. The direction is set to the first specific rotation angle position, and the detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component of the detection surface is the Hall IC with respect to the magnet at the set position. The Hall IC has a second specific rotation angle position rotated by a specific rotation angle position of the first specific rotation angle position with respect to the magnetic pole direction of the NS pole of the mark provided on the cap with respect to the magnetic pole direction of the magnet. The detection direction was shifted by the specific rotation angle.
請求項6に記載の発明によれば、ホールICの検出面を第1直交成分の検出方向又は第2直交成分の検出方向がマグネットの磁極の向きと一致するように、キャップの目印を見ながら、マグネットに対してホールICを相対配置させることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, while looking at the mark of the cap so that the detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component coincides with the magnetic pole direction of the magnet on the detection surface of the Hall IC. The Hall IC can be arranged relative to the magnet.
本発明によれば、回転体とホールICとの間で避けられない同軸度が生じていても回転角度を高精度に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to detect the rotation angle with high accuracy even if an inevitable coaxiality occurs between the rotating body and the Hall IC.
以下、本発明の回転角度検出装置を、ロータリーバルブ装置に具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1は、ロータリーバルブ装置10の全体図を示し、その筐体10aに4つの第1〜第4流路11〜14が一方向(以下、Z方向という)に並んで形成されている。第1〜第4流路11〜14は、その出口部11a〜14a内に、それぞれ対応する第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4が収容されている。
Hereinafter, an embodiment in which a rotation angle detection device of the present invention is embodied in a rotary valve device will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view of the
第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4は、第1〜第4流路11〜14の出口部11a〜14a内をZ方向に貫通する回転軸15(図3参照)に固着されている。そして、回転軸15が同軸15の中心軸線C1を中心に回転するとき、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4も中心軸線C1を回転中心に回転する。
The first to fourth rotary valves RB1 to RB4 are fixed to a rotary shaft 15 (see FIG. 3) penetrating through the outlet portions 11a to 14a of the first to
そして、中心軸線C1を中心として回転する第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4によって、第1〜第4流路11〜14の出口部11a〜14aの開度が調整される。
回転軸15は、その両側がロータリーバルブ装置10の筐体10aに設けた軸受に回転可能に支持されているとともに、その両軸端部が筐体10aから突出されている。筐体10aから突出した回転軸15の一側軸端部には、筐体10aに固設したモータ16と駆動連結されている。そして、モータ16の駆動に基づいて回転軸15は回転し、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4を回転させるようになっている。
And the opening degree of the exit parts 11a-14a of the 1st-4th flow paths 11-14 is adjusted by 1st-4th rotary valve RB1-RB4 rotating centering on the central axis C1.
Both sides of the
一方、筐体10aから突出した回転軸15の他側軸端部には、図2、図3、図4に示すように、回転角度検出装置20が設けられている。
回転角度検出装置20は、回転軸15の他側軸端部に嵌着され回転軸15と一体回転するキャップ21と、筐体10aに固設され回転軸15の回転角度を検出するケース31とを備えている。
On the other hand, as shown in FIGS. 2, 3, and 4, a rotation
The rotation
キャップ21は、有蓋筒状の合成樹脂よりなり、その筒内に回転軸15の他側軸端部が嵌着される。キャップ21の蓋部22の外側面22aは円形であって、その外側面22aの中心点を通る中心軸線は、回転軸15の中心軸線C1と一致するように嵌着されるようになっている。また、蓋部22の円形の外側面22aは、Z方向に延びる中心軸線C1に対して垂直に交差する平面である。
The
従って、回転軸15が回転する時、キャップ21は回転軸15の中心軸線C1を中心に回転することになる。
また、蓋部22であって外側面22aの中心点を挟んで相対向する側縁には、同一形状の目印用のキャップ側目印溝24が形成されている。
Therefore, when the rotating
In addition, a cap-
蓋部22の外側面22aには、マグネットMGが取着されている。マグネットMGは、外形が、所定の厚みのある円板形状であって、その中心点P1を直交する境界線L1を境に一側にN極のN磁極領域Anが、他側にS極のS磁極領域Asが2分して形成されている。また、マグネットMGは、その中心点P1が蓋部22の中心点と一致するように蓋部22の外側面22aに取着されるようになっている。
A magnet MG is attached to the
詳述すると、円板形状のマグネットMGは、その外周縁であって中心点P1を挟んだ境界線L1上の2箇所を切り欠いて同一形状の目印用のマグネット側目印溝25が形成されている。そして、この中心点P1を挟んで相対向する一対のマグネット側目印溝25の間隔は、キャップ21に形成した相対向する一対のキャップ側目印溝24の間隔と一致するように形成されている。
More specifically, the disc-shaped magnet MG has a magnet-
そして、マグネットMGを蓋部22の外側面22aに対して、マグネット側目印溝25が蓋部22に形成したキャップ側目印溝24に一致するように位置合わせして取着される。この時、蓋部22の相対向するキャップ側目印溝24を結ぶ線分が、Z方向から見て、マグネットMGの境界線L1と一致する。しかも、マグネットMGの中心点P1は、蓋部22の外側面22aの中心点と一致する。
Then, the magnet MG is attached to the
ケース31は、両外側面に支持突起32が形成され、その支持突起32には軸穴33が貫通形成されている。その支持突起32の軸穴33は、筐体10aから突出した回転軸15の他側軸端部の両側位置に形成したネジ穴と位置合わせされる。そして、軸穴33からボルト34が貫挿され、同ボルト34をネジ穴に螺着することによって、ケース31は、筐体10aに対して固定される。
The
この時、ケース31は、キャップ21を取着した回転軸15の他側軸端部を内包した状態で筐体10aに対して固定される。
ケース31内には、図4に示すように、ホールIC40が配設されている。ホールIC40は、ケース31の内側面に固定されたプリント配線基板PWAに実装されている。ホールIC40は、図5に示すように、その外形が四角形状であって、図6に示すように、4個のホール素子41を形成した半導体基板SUBを樹脂モールドし、両側面から外部端子Tを延出させている。そして、ホールIC40は、両側面から延出した外部端子Tがプリント配線基板PWAに形成された電気回路に接続されている。
At this time, the
As shown in FIG. 4, the
ホールIC40は、プリント配線基板PWAと反対側の面を検出面40aとし、その検出面40aが、マグネットMGを取着したキャップ21の蓋部22の外側面22aと平行となるように対向配置されている。この時、ホールIC40の検出面40aの中心点P2を、マグネットMGの中心点P1を通る回転軸15の中心軸線C1が通過するようになっている。
The
樹脂モールドされた半導体基板SUBは、4個のホール素子41を形成した基板面Saが検出面40a側にかつ平行に配置されているとともに、基板面Saの中心点P3を検出面40aの中心点P2と一致させている。
In the resin-molded semiconductor substrate SUB, the substrate surface Sa on which the four
基板面Saに形成された4個のホール素子41は、基板面Saの中心点P3を中心に周方向に90°の等間隔に配置されている。そして、中心点P3を挟んで相対向する2個のホール素子41を1組とした組みを2つ作る。
The four
ここで、一方の組みの2個のホール素子41と他方の組みの2個のホール素子41とを、区別するために、一方の組みの2個のホール素子41の符号を「41A」と他方の組みの2個のホール素子41の符号を「41B」として表現する。
Here, in order to distinguish between the two
そして、一方の組みの2個のホール素子41A間を結ぶ線分は、回転軸15の中心軸線C1と直交するとともに、Z方向から見て、両支持突起32に形成された一対の軸穴間を結ぶ線分と一致するようになっている。
A line connecting the two
なお、本実施形態では、説明の便宜上、ホール素子41A間を結ぶ線分が延びる方向をX方向とし、2個のホール素子41B間を結ぶ線分が延びる方向をY方向とする。
4個のホール素子41A,41Bを形成した基板面Saには、集磁膜42が形成されている。集磁膜42は、基板面Saと平行に回動するマグネットMGから平行に出る外部磁場の向きを基板面Saに対して直交する方向に変え基板面Saに集磁させる膜である。
In the present embodiment, for convenience of explanation, the direction in which the line segment connecting the
A
そして、検出面40aと平行に回転軸15の中心軸線C1を中心に回転するマグネットMGについて、一方の組みの2個のホール素子41Aは、回転するその時々のマグネットMGの外部磁場のX方向成分Bxを検知し、他方の組みの2個のホール素子41Bは、回転するその時々のマグネットMGの外部磁場のY方向成分Byを検知する。
Then, with respect to the magnet MG rotating around the central axis C1 of the
これによって、ホールIC40は、検知したマグネットMGの外部磁場のX方向成分BxとY方向成分Byから、検出面40a(基板面Sa)と平行に中心軸線C1を中心に回転するマグネットMGの外部磁場のベクトル(回転角度θ)を下記の算出式を使って検出する。
Accordingly, the
θ=tan-1(Bx/By)
このマグネットMGの回転角度θを算出することによって、回転軸15の回転角度θ、即ち、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度を検出することができる。
θ = tan −1 (Bx / By)
By calculating the rotation angle θ of the magnet MG, the rotation angle θ of the
次に、ロータリーバルブ装置10に回転角度検出装置20を組み付ける方法について説明する。
まず、ホールIC40について、回転するマグネットMGの回転角度θに対するホールIC40の出力電圧Vを実験等で検査する。
Next, a method for assembling the rotation
First, for the
ここで、ホールIC40の検出面40aに対して、マグネットMGを平行に相対向配置するとともに、ホールIC40の2個のホール素子41A間を結ぶ線分とマグネットMGの境界線L1がZ方向からみて一致するように配置する。この状態を、マグネットMGの回転角度θを0度とする。そして、中心軸線C1を中心に回転するマグネットMGのその時々の回転角度θに対するホールIC40の出力電圧Vを求める。
Here, the magnet MG is disposed in parallel with the
この検査により本出願人は、マグネットMGの回転角度θに対するホールIC40の出力電圧Vについて一定の規則性を見出した。
つまり、マグネットMGの回転角度θに対するホールIC40の出力電圧Vが、図7の特性線K0のように、線形にならず、特性線K1,K2,K3のようになることがわかった。
By this inspection, the present applicant found a certain regularity with respect to the output voltage V of the
That is, it has been found that the output voltage V of the
図7に示す特性線K1,K2,K3のように線形にならない理由は、検出面40aの中心点P2とマグネットMGの中心点P1が一致しない、即ち、検出面40aの中心点P2及びマグネットMGの中心点P1が、回転軸15の中心軸線C1上になくて、位置ズレを起こしていることに起因する。
The reason why the characteristic lines K1, K2, and K3 shown in FIG. 7 are not linear is that the center point P2 of the
これは、位置ズレ量(同軸度)大きい特性線K3ほど、線形の特性線K0に対して変動が大きいことがわかった。
また、線形の特性線K0に対して変動する各特性線K1,K2,K3は、図7から明らかなように、ともに周期性をもって変動し、共に特定の回転角度帯で線形の特性線K0に向かって収束を繰り返していることもわかった。
This indicates that the characteristic line K3 having a larger positional deviation amount (coaxiality) has a larger variation with respect to the linear characteristic line K0.
Further, as is apparent from FIG. 7, the characteristic lines K1, K2, and K3 that vary with respect to the linear characteristic line K0 both vary with periodicity, and both become linear characteristic lines K0 in a specific rotation angle band. It was also found that the convergence was repeated.
つまり、図7において、位置ズレ量(同軸度)の大きさに左右されることなく、ホールIC40に対するマグネットMGの回転角度θが、0度、90度、180度、270度、360度(以下、これらを特定回転角度位置という)になる時、特性線K1,K2,K3の出力電圧Vは、大きく異なることなく共に線形の特性線K0と同じなることがわかった。
That is, in FIG. 7, the rotation angle θ of the magnet MG with respect to the
言い換えれば、位置ズレがあっても、ホールIC40は、マグネットMGの回転角度θが各特定回転角度位置にある時は、共に同じ値の特定回転角度位置に対する出力電圧Vを出力することがわかった。逆に、同軸度(位置ズレ量)による影響を受け易い回転角度帯が存在することもわかった。
In other words, it can be seen that the
従って、ホールIC40とマグネットMGの回転位置を高精度に検出したい回転位置(高精度回転検出位置)がある場合、マグネットMGの回転角度をその高精度回転検出位置の回転角度に合わせる。また、回転角度をその高精度回転検出位置に合わせたマグネットMGに対してホールIC40を、相対角度が各特定回転角度位置のいずれかになるように相対配置する。
Therefore, when there is a rotation position (high-accuracy rotation detection position) where it is desired to detect the rotation positions of the
これによって、マグネットMGが高精度回転検出位置に回転した時、マグネットMGの回転角度θはホールIC40に対して特定回転角度位置となる。その結果、ホールIC40は、位置ズレ量(同軸度)の大きさに左右されることなく、マグネットMGの高精度回転検出位置を高精度に検出することができる。
Accordingly, when the magnet MG rotates to the high-precision rotation detection position, the rotation angle θ of the magnet MG becomes a specific rotation angle position with respect to the
次に、以上の検査で得られた結果に基づいて、ロータリーバルブ装置10に回転角度検出装置20を組み付ける方法について説明する。
(ロータリーバルブ装置10の回転軸15の回転位置の設定)
まず、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度が最も高精度の検出が要求される開度位置になるように、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4を固着した回転軸15を回転させて、回転軸15の回転位置を設定する。
Next, a method of assembling the rotation
(Setting of the rotational position of the
First, the
これによって、回転軸15の回転位置が設定されることによって、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4は、その開度が第1〜第4流路11〜14の出口部11a〜14aにおいて最も高精度の検出が要求される開度位置に設定される。
As a result, by setting the rotational position of the
なお、最も高精度の検出が要求される開度位置は、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の共通の開度であってもよく、また、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4のうちいずれか1つのバルブに対する開度であってもよい。
(回転軸15へのキャップ21の装着)
次に、第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度が最も高精度の検出が要求される開度位置に設定された状態の回転軸15であって、筐体10aから突出した回転軸15の他側軸端部に対して、マグネットMGを取着したキャップ21を嵌着する。
The opening position where the most accurate detection is required may be a common opening of the first to fourth rotary valves RB1 to RB4, or the first to fourth rotary valves RB1 to RB4. The opening degree for any one of the valves may be used.
(Attaching the
Next, the
このキャップ21を嵌着する際、蓋部22にキャップ側目印溝24と位置合わせ取着されたマグネットMGのN極のN磁極領域AnとS極のS磁極領域Asを2分する境界線L1が、筐体10aに形成されたボルト34を螺着する一対のネジ穴を結ぶ線分とZ方向から見て一致する(この位置を第一特定角度位置という)ように、キャップ21を回転軸15に対して嵌着する。
When the
つまり、マグネットMGに形成した一対のマグネット側目印溝25を一対のネジ穴と合わせながら行う。
(筐体10aへのケース31の装着)
ホールIC40を備えたケース31は、両外側面に形成された支持突起32の軸穴33にボルト34を挿入し、同ボルト34を筐体10aに形成したネジ穴に螺着することによって、筐体10aに固定される。
That is, it is performed while aligning the pair of magnet
(Attaching the
In the
ケース31を筐体10aに固定することによって、ケース31内に配置されたホールIC40は、その検出面40aがマグネットMGと平行に配置されるとともに、検出面40aの中心点P2を回転軸15の中心軸線C1が通過する。また、ホールIC40の半導体基板SUBに形成された一方の組みの2個のホール素子41A間を結ぶ線分が、筐体10aに形成された一対のネジ穴を結ぶ線分、即ち、マグネットMGのN極のN磁極領域AnとS極のS磁極領域Asを2分する境界線L1とZ方向から見て一致する(この位置を第二特定角度位置という)。
By fixing the
筐体10aへのケース31の装着が完了すると、ロータリーバルブ装置10への回転角度検出装置20の組み付けが完了する。
つまり、ホールIC40の検出面40aに対して、マグネットMGのNS磁極の向きが、一方の組みの2個のホール素子41A間を結ぶ線分と直交する向き(Y方向)となる。従って、ホールIC40に対するマグネットMGの回転角度θが、90度という特定回転角度となり、ホールIC40は最も高精度の検出が要求される第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度を、位置ズレ量(同軸度)の大きさに左右されることなく、高精度で検出することができる。
When the mounting of the
That is, the direction of the NS magnetic pole of the magnet MG with respect to the
次に、上記のように構成した実施形態の効果を以下に記載する。
(1)上記実施形態によれば、回転軸15を高精度回転検出位置に設定し、その高精度回転検出位置にある回転軸15にマグネットMGを取着したキャップ21を、同マグネットMGの境界線L1が、筐体10aに形成した一対のネジ穴を結ぶ線分とZ方向から見て一致するように、回転軸15に対して嵌着する。
Next, effects of the embodiment configured as described above will be described below.
(1) According to the above-described embodiment, the
そして、ホールIC40を備えたケース31を、ホールIC40の検出面40aの中心点P2を回転軸15の中心軸線C1が通過するとともに、ホールIC40の半導体基板SUBに形成された一方の組みの2個のホール素子41A間を結ぶ線分が、マグネットMGの境界線L1とZ方向から見て一致するように、筐体10aに固設した。
The
つまり、マグネットMGのNS磁極の向きを、ホールIC40に対するマグネットMGの回転角度θであって90度という特定回転角度に合わせるようにした。
従って、ホールIC40は最も高精度の検出が要求される第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度の時、ホールIC40に対するマグネットMGの回転角度θを90度という特定回転角度にすることができる。
That is, the direction of the NS magnetic pole of the magnet MG is adjusted to a rotation angle θ of the magnet MG with respect to the
Therefore, the
その結果、ホールIC40は最も高精度の検出が要求される第1〜第4ロータリーバルブRB1〜RB4の開度を、位置ズレ量(同軸度)の大きさに左右されることなく、高精度に検出することができる。
(2)上記実施形態によれば、マグネットMGの外周縁あって中心点P1を挟んでN磁極領域AnとS磁極領域Asを2分する境界線L1上の2箇所に目印用のマグネット側目印溝25を形成した。また、蓋部22であって外側面22aの中心点を挟んで相対向する側縁に、目印用のキャップ側目印溝24を形成した。
As a result, the
(2) According to the above-described embodiment, the magnet side marker for markings is provided at two locations on the boundary line L1 that bisects the N magnetic pole region An and the S magnetic pole region As with the outer peripheral edge of the magnet MG and sandwiching the center point P1. A
従って、マグネットMGをキャップ21に対して位置合わせが高精度にしかも簡単にできる。しかも、最も高精度の検出が要求される回転位置に設定された状態の回転軸15に対して、キャップ21を特定回転角度の位置に簡単に配置固定することができる。
Therefore, the positioning of the magnet MG with respect to the
また、キャップ21を特定回転角度の位置に配置固定するとき、マグネットMGのN磁極領域AnとS磁極領域Asを2分する境界線L1が、筐体10aに形成されたボルト34を螺着する一対のネジ穴を結ぶ線分と一致するように、キャップ21を回転軸15に対して嵌着した。
Further, when the
従って、ケース31を筐体10aにボルトまで固定するだけで、簡単にホールIC40をマグネットMGに対して特定回転角度に相対角度配置することができる。
(3)上記実施形態によれば、マグネットMGに形成した一対のマグネット側目印溝25をマグネットMGのN磁極領域AnとS磁極領域Asを2分する境界線L1上に形成した。これによって、マグネットMGの境界線L1を筐体10aに形成されたボルト34を螺着する一対のネジ穴を結ぶ線分とZ方向から見て一致させる場合、マグネットMGに形成した一対のマグネット側目印溝25を一対のネジ穴にそれぞれ位置合わせするだけで、簡単に高精度の位置合わせができる。
Therefore, by simply fixing the
(3) According to the above embodiment, the pair of magnet
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、マグネット側目印溝25を、マグネットMGのN磁極領域AnとS磁極領域Asを2分する境界線L1上の2箇所に形成した。これを、マグネットMGのN磁極領域AnとS磁極領域Asを2分する境界線L1に対して中心点P1を中心に90度回動した線上の2箇所にマグネット側目印溝を形成してもよい。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the above embodiment, the magnet
勿論、マグネットMGの境界線L1を起点の90度の間隔でマグネットMGの外周縁に複数マグネット側目印溝25を形成してもよい。
・上記実施形態では、マグネットMGの外周縁を切り欠いてマグネット側目印溝25を形成したが、溝に限定されるものではなく、例えば、マークを付して実施してもよい。
Of course, a plurality of magnet
In the above-described embodiment, the outer peripheral edge of the magnet MG is cut out to form the magnet-
・上記実施形態では、回転角度検出装置20をロータリーバルブ装置10に具体化したが、それ以外の機器であって回転角度の検出する必要とする機器に具体化してもよい。
・上記実施形態では、キャップ21を回転軸15に嵌着するときの位置合わせにおいて、ボルト34を螺着する一対のネジ穴を結ぶ線分を目印に、その線分と一致するようにキャップ21を回転軸15に嵌着する。これを、一対のネジ穴に替えて、回転軸15の他側軸端部の周辺の筐体10aに一対の目印を付して実施してもよい。
In the above embodiment, the rotation
In the above embodiment, in the alignment when the
この場合、ホールIC40は、筐体10aにボルト34で固定された時、その一対の目印間を結ぶ線分に対して、半導体基板SUBに形成された一方の組みのホール素子41A間を結ぶ線分、または、他方の組みのホール素子41B間を結ぶ線分と、Z方向から見て一致するように、ケース31に配置される必要がある。
In this case, when the
・上記実施形態では、キャップ21を介してマグネットMGを回転軸15に取着した。これを、キャップ21を省略し、直接、マグネットMGを取着して実施してもよい。
・上記実施形態では、マグネットMGに目印としてのマグネット側目印溝25を形成した。これを、キャップ21のみに磁極方向を指標する突起、溝、マーク等の目印を設けて実施してもよい。
In the above embodiment, the magnet MG is attached to the
In the above embodiment, the magnet
この場合、キャップ21に取着されるマグネットMGは、等方性磁石であって、キャップ21に取着する前は磁化されていない磁性体である。そして、キャップ21に取着した後に、その磁性体を目印に合わせて着磁してマグネットMGを形成する。
In this case, the magnet MG attached to the
従って、ホールIC40の検出面40aを、外部磁場のX方向成分BxとY方向成分Byの検出方向がマグネットMGの磁極の向きと一致するように、キャップ21に形成した目印を見ながら、簡単にマグネットMGに対してホールIC40を相対配置させることができる。
Therefore, the
10…ロータリーバルブ装置、10a…筐体、15…回転軸、20…回転角度検出装置、21…キャップ、22…蓋部、24…キャップ側目印溝(目印)、25…マグネット側目印溝(目印)、31…ケース、32…支持突起(連結部)、33…軸穴(連結部)、34…ボルト(連結部)、40…ホールIC、40a…検出面、41,41A,41B…ホール素子、42…集磁膜、T…外部端子、V…出力電圧、An…N磁極領域、As…S磁極領域、C1…中心軸線、K0,K1,K2,K3…特性線、L1…境界線、MG…マグネット、P1,P2,P3…中心点、Sa…基板面、PWA…プリント配線基板、SUB…半導体基板、RB1〜RB4…第1〜第4ロータリーバルブ。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記マグネットにNS極の磁極方向を示す目印を設け、
前記マグネットの前記磁極方向を第一特定回転角度位置に設定し、
その設定位置にある前記マグネットに対し、前記ホールICを、前記検出面の前記第1直交成分の検出方向又は前記第2直交成分の検出方向が前記マグネットに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた第二特定回転角度位置に前記マグネットの磁極方向に対して前記ホールICの検出方向を前記特定回転角度分ずらして配置したことを特徴とする回転角度検出装置。 The magnet is rotated on a detection surface of the Hall IC on a plane parallel to the detection surface, and the Hall IC and the center of the Hall IC are aligned so that the central axis of the rotation center of the magnet coincides with the central axis of the detection surface of the Hall IC. Magnets are arranged relatively, and the direction of the magnetic field of the rotating magnet is detected by the Hall IC as a first orthogonal component and a second orthogonal component orthogonal to each other, and from the ratio of the first orthogonal component and the second orthogonal component A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of the magnet as a magnetic field vector,
A mark indicating the magnetic pole direction of the NS pole is provided on the magnet,
Set the magnetic pole direction of the magnet to the first specific rotation angle position,
The magnetic pole direction of the NS pole of the mark that the detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component of the detection surface is provided on the magnet with respect to the magnet at the set position. The detection direction of the Hall IC is shifted by the specific rotation angle relative to the magnetic pole direction of the magnet at the second specific rotation angle position rotated by the specific rotation angle of the first specific rotation angle position with respect to A rotation angle detection device characterized by that.
前記マグネットは、筐体に回転可能に支持された回転軸に軸端部に取着される有蓋筒状のキャップの蓋部外側面に取着され、
前記筐体は、前記マグネットに形成した前記目印の位置合わせ用の指標を設け、
前記ホールICは、前記筐体に固定されるケースに収容され、
前記ケースは、前記筐体に固定された時、前記ホールICの検出面のいずれかの検出方向が前記マグネットに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた前記第二特定回転角度位置の方向となるとともに、前記検出面の中心点と前記マグネットの中心点が一致するように、前記筐体に対して連結する連結部を設けた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 magnet is attached to the outer surface of the lid portion of the covered cylindrical cap attached to the shaft end portion on the rotation shaft rotatably supported by the housing,
The housing is provided with an index for alignment of the mark formed on the magnet,
The Hall IC is housed in a case fixed to the housing,
When the case is fixed to the housing, the detection direction of one of the detection surfaces of the Hall IC is at the first specific rotation angle position with respect to the magnetic pole direction of the NS pole of the mark provided on the magnet. A connecting portion that is connected to the housing so that the center point of the detection surface and the center point of the magnet coincide with each other in the direction of the second specific rotation angle position rotated by a specific rotation angle. A rotation angle detecting device provided.
前記筐体に設けた前記マグネットの位置合わせ用の指標は、前記ケースに設けた前記筐体に対して連結する連結部のボルトと螺着するネジ穴であ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 2,
The rotation angle detection device characterized in that the index for positioning the magnet provided in the casing is a screw hole that is screwed to a bolt of a connecting portion that is connected to the casing provided in the case. .
前記マグネットは、円板形状のマグネットであって、その中心点を直交し一側にN極のN磁極領域、他側にS極のS磁極領域と2分する境界線上の2箇所に目印を形成した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 magnet is a disk-shaped magnet, and the center point is perpendicular to the N pole area of the N pole on one side and the S pole area of the S pole on the other side. A rotation angle detection device characterized by being formed.
蓋部外側面の外周縁には、中心点を挟んで相対向する2個のキャップ側の目印が形成され、
前記マグネットの2箇所に形成したマグネット側の目印は、その目印間の間隔を前記キャップ側の目印間の間隔と一致させた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 3 or 4,
Two cap-side marks facing each other across the center point are formed on the outer peripheral edge of the lid outer surface,
2. A rotation angle detecting device according to claim 1, wherein the magnet-side marks formed at two locations of the magnet have an interval between the marks coincided with an interval between the cap-side marks.
前記マグネットは、筐体に回転可能に支持された回転軸に軸端部に取着される有蓋筒状のキャップの蓋部外側面に取着され、
前記キャップに前記マグネットのNS極の磁極方向を示す目印を設け、
前記キャップを前記マグネットの前記磁極方向を第一特定回転角度位置に設定し、
その設定位置にある前記マグネットに対し、前記ホールICを、前記検出面の前記第1直交成分の検出方向又は前記第2直交成分の検出方向が前記キャップに設けた前記目印のNS極の磁極方向に対して前記第一特定回転角度位置の特定回転角度分を回転させた第二特定回転角度位置に前記マグネットの磁極方向に対して前記ホールICの検出方向を前記特定回転角度分ずらして配置したことを特徴とする回転角度検出装置。 The magnet is rotated on a detection surface of the Hall IC on a plane parallel to the detection surface, and the Hall IC and the center of the Hall IC are aligned so that the central axis of the rotation center of the magnet coincides with the central axis of the detection surface of the Hall IC. Magnets are arranged relatively, and the direction of the magnetic field of the rotating magnet is detected by the Hall IC as a first orthogonal component and a second orthogonal component orthogonal to each other, and from the ratio of the first orthogonal component and the second orthogonal component A rotation angle detection device for detecting a rotation angle of the magnet as a magnetic field vector,
The magnet is attached to the outer surface of the lid portion of the covered cylindrical cap attached to the shaft end portion on the rotation shaft rotatably supported by the housing,
A mark indicating the magnetic pole direction of the NS pole of the magnet is provided on the cap,
The cap is set to the first specific rotation angle position of the magnetic pole direction of the magnet,
The magnetic pole direction of the NS pole of the mark provided on the cap with the detection direction of the first orthogonal component or the detection direction of the second orthogonal component of the detection surface on the detection surface with respect to the magnet at the set position The detection direction of the Hall IC is shifted by the specific rotation angle relative to the magnetic pole direction of the magnet at the second specific rotation angle position rotated by the specific rotation angle of the first specific rotation angle position with respect to A rotation angle detection device characterized by that.
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