JP3264151B2 - 角度センサ - Google Patents
角度センサInfo
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- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転体の角度セ
ンサに係り、特に磁気式の回転角度センサに関する。
ンサに係り、特に磁気式の回転角度センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の磁気式回転角度センサとしては、
例えば、図１１に示すようなものがある。断面が一定の
形状を有する円環状の磁性部材３５は、基準位置で磁束
線の方向が直径方向となるように着磁されていて、円環
状の中心に磁電変換器３６が配置されている。磁性部材
３５と磁電変換器３６が相対的に回動することにより、
磁電変換器３６に対して直交する方向に通過する磁束の
成分が変化することを利用して回転角度の変化を検出す
るものである。
例えば、図１１に示すようなものがある。断面が一定の
形状を有する円環状の磁性部材３５は、基準位置で磁束
線の方向が直径方向となるように着磁されていて、円環
状の中心に磁電変換器３６が配置されている。磁性部材
３５と磁電変換器３６が相対的に回動することにより、
磁電変換器３６に対して直交する方向に通過する磁束の
成分が変化することを利用して回転角度の変化を検出す
るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の角度センサにあっては、磁電変換器３６は磁
性部材３５との相対的な回動により、回転角度に対し
て、円環状の磁性部材３５の前記基準位置における漏洩
磁束密度の、回転角度（θ）に対する余弦（ｃｏｓθ）
成分を検出することになるため、磁電変換器３６を通過
する磁束密度の変化が直線的に変化する範囲を広く取る
ことができないという問題点があった。この発明は、こ
のような従来技術の問題点に着目してなされたもので、
回転体の広範囲の角度変化に応じて直線的な出力を得る
に好適な角度センサを提供することを目的としている。
うな従来の角度センサにあっては、磁電変換器３６は磁
性部材３５との相対的な回動により、回転角度に対し
て、円環状の磁性部材３５の前記基準位置における漏洩
磁束密度の、回転角度（θ）に対する余弦（ｃｏｓθ）
成分を検出することになるため、磁電変換器３６を通過
する磁束密度の変化が直線的に変化する範囲を広く取る
ことができないという問題点があった。この発明は、こ
のような従来技術の問題点に着目してなされたもので、
回転体の広範囲の角度変化に応じて直線的な出力を得る
に好適な角度センサを提供することを目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段は、特許請求の範囲に記載されている。本発明
は、同極が対向するよう所定の距離をおき、着磁極を並
置して同一の磁束を発生する２つの円弧状永久磁石と、
この２つの円弧状永久磁石で囲まれた空間に設けた軟磁
性材の漏れ磁束集中手段と、この漏れ磁束集中手段の中
心部に配置された磁電変換器と、前記円弧状永久磁石若
しくは前記磁束集中手段の一方を他方に対して正逆回転
させる回転機構とを有し、前記磁電変換器を介して漏れ
磁束集中手段を貫流する磁束の変化を検知することによ
り、前記円弧状永久磁石と前記磁束集中手段の相対回転
角度変化の大きさと回転の正逆方向を検出することを特
徴とする角度センサである。
めの手段は、特許請求の範囲に記載されている。本発明
は、同極が対向するよう所定の距離をおき、着磁極を並
置して同一の磁束を発生する２つの円弧状永久磁石と、
この２つの円弧状永久磁石で囲まれた空間に設けた軟磁
性材の漏れ磁束集中手段と、この漏れ磁束集中手段の中
心部に配置された磁電変換器と、前記円弧状永久磁石若
しくは前記磁束集中手段の一方を他方に対して正逆回転
させる回転機構とを有し、前記磁電変換器を介して漏れ
磁束集中手段を貫流する磁束の変化を検知することによ
り、前記円弧状永久磁石と前記磁束集中手段の相対回転
角度変化の大きさと回転の正逆方向を検出することを特
徴とする角度センサである。
【０００５】例えば、図６に示すように、互いに同極が
向かい合うように所定の距離を置いて配置された磁界発
生体である２つの円弧状永久磁石１、２と、円弧状永久
磁石１、２で囲まれた空間におけるこの円弧状永久磁石
からの漏れ磁束を集める軟磁性材からなる磁束集中手段
（ヨ−ク）４、５と、この磁束集中手段４、５の中央部
に配置される磁電変換器３とからなる磁気式角度センサ
の検知部分を構成し、円弧状永久磁石１、２あるいは、
磁束集中手段４、５のいずれか一方を回転させる回転機
構を有し、永久磁石１、２と磁束集中手段４、５との関
係の変化から、磁電変換器３６を通過する磁束の大きさ
の変化を利用して出力を求めるものである。この構成に
より回転体の回転角度の広範囲にわたり直線性の優れた
出力を有する角度センサが得られるものである。
向かい合うように所定の距離を置いて配置された磁界発
生体である２つの円弧状永久磁石１、２と、円弧状永久
磁石１、２で囲まれた空間におけるこの円弧状永久磁石
からの漏れ磁束を集める軟磁性材からなる磁束集中手段
（ヨ−ク）４、５と、この磁束集中手段４、５の中央部
に配置される磁電変換器３とからなる磁気式角度センサ
の検知部分を構成し、円弧状永久磁石１、２あるいは、
磁束集中手段４、５のいずれか一方を回転させる回転機
構を有し、永久磁石１、２と磁束集中手段４、５との関
係の変化から、磁電変換器３６を通過する磁束の大きさ
の変化を利用して出力を求めるものである。この構成に
より回転体の回転角度の広範囲にわたり直線性の優れた
出力を有する角度センサが得られるものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】〈参考例１〉 図１は、この発明の参考例１を示す図である。まず、構
成を説明すると、１、２は同一形状、ほぼ同一の磁束を
発生させる柱状の永久磁石であり、この柱状体の長手方
向に着磁されている。３は磁束密度を検出するための磁
電変換器、４、５は磁束集中手段、すなわち、同一形
状、同一磁気特性を有する軟磁性材からなるヨークであ
る。
成を説明すると、１、２は同一形状、ほぼ同一の磁束を
発生させる柱状の永久磁石であり、この柱状体の長手方
向に着磁されている。３は磁束密度を検出するための磁
電変換器、４、５は磁束集中手段、すなわち、同一形
状、同一磁気特性を有する軟磁性材からなるヨークであ
る。
【０００７】永久磁石１、２は、同極、すなわち、Ｎ極
同士、またはＳ極同士が対向する一にあり、かつ、永久
磁石１、２はその長手寸法より僅かに大きい間隔を保っ
て平行に配設されている。ヨーク４、５は永久磁石１、
２に囲まれる空間の中央に直線上に配置され、ヨーク
４、５の中心部に磁電変換器３が設けられている。ま
た、永久磁石１、２、あるいは、ヨーク４、５の何れか
一方を、図示のａ点を中心として回転させる回転機構が
備えられている。これにより、永久磁石１、２とヨーク
４、５との間に相対的な角度の変化を生ずるような回転
運動を与えることができる。
同士、またはＳ極同士が対向する一にあり、かつ、永久
磁石１、２はその長手寸法より僅かに大きい間隔を保っ
て平行に配設されている。ヨーク４、５は永久磁石１、
２に囲まれる空間の中央に直線上に配置され、ヨーク
４、５の中心部に磁電変換器３が設けられている。ま
た、永久磁石１、２、あるいは、ヨーク４、５の何れか
一方を、図示のａ点を中心として回転させる回転機構が
備えられている。これにより、永久磁石１、２とヨーク
４、５との間に相対的な角度の変化を生ずるような回転
運動を与えることができる。
【０００８】図２は、磁電変換器３及びヨーク４、５が
永久磁石１、２のそれぞれの中心を結ぶ線上に位置（回
転角度０度の基準位置とする）しているときの磁束線６
の状態と向きを示している。この状態において、磁束線
６はヨーク４からヨーク５を貫流していないため、磁電
変換器３の検出する磁束密度は０である。
永久磁石１、２のそれぞれの中心を結ぶ線上に位置（回
転角度０度の基準位置とする）しているときの磁束線６
の状態と向きを示している。この状態において、磁束線
６はヨーク４からヨーク５を貫流していないため、磁電
変換器３の検出する磁束密度は０である。
【０００９】次に、図２の状態から図３に示す状態にヨ
ーク４、５が時計方向に回動し、ヨーク４の端部が永久
磁石１のＮ極に、ヨーク５の端部が永久磁石２のＳ極
に、それぞれ接近すると、磁束線７はヨーク４から入っ
てヨーク５に向かって貫流し、これに伴い、磁電変換器
３はヨーク４、５間の磁束密度の大きさに応じた正の出
力を発生する。
ーク４、５が時計方向に回動し、ヨーク４の端部が永久
磁石１のＮ極に、ヨーク５の端部が永久磁石２のＳ極
に、それぞれ接近すると、磁束線７はヨーク４から入っ
てヨーク５に向かって貫流し、これに伴い、磁電変換器
３はヨーク４、５間の磁束密度の大きさに応じた正の出
力を発生する。
【００１０】逆に、ヨーク４、５が反時計方向に回動
し、図４に示すように、ヨーク４の端部が永久磁石１の
Ｓ極に、ヨーク５の端部が永久磁石２のＮ極に、それぞ
れ接近すると、磁束線８はヨーク５から入ってヨーク４
に向かって貫流し、これに伴って磁電変換器３は、ヨー
ク４、５間の磁束密度の大きさに応じた負の出力を発生
する。このように、永久磁石１、２とヨーク４、５とが
相対的に回動するに伴うヨーク４、５間を貫流する磁束
密度の変化を、正負の値として直線的な出力に変換する
磁電変換器３を用いて検出することにより、概ね±４５
度の範囲において回転角度の変化に応じた出力を得るこ
とができる。
し、図４に示すように、ヨーク４の端部が永久磁石１の
Ｓ極に、ヨーク５の端部が永久磁石２のＮ極に、それぞ
れ接近すると、磁束線８はヨーク５から入ってヨーク４
に向かって貫流し、これに伴って磁電変換器３は、ヨー
ク４、５間の磁束密度の大きさに応じた負の出力を発生
する。このように、永久磁石１、２とヨーク４、５とが
相対的に回動するに伴うヨーク４、５間を貫流する磁束
密度の変化を、正負の値として直線的な出力に変換する
磁電変換器３を用いて検出することにより、概ね±４５
度の範囲において回転角度の変化に応じた出力を得るこ
とができる。
【００１１】図５は、参考例１を検出部分に用いた角度
センサによって検出された、回転角度に対する磁束密度
の関係を示す特性図であり、磁束密度の変化は、正負の
回転角度に対して概ね−４５度〜＋４５度角度範囲にお
いて、ほぼ、直線的に変化しており、これにより、磁電
変換器３は、広角度にわたって直線性の優れた角度変化
の出力を得ることができる。参考例１は、磁束発生手段
に柱状永久磁石を使用するため角度センサを低原価で提
供することができる。
センサによって検出された、回転角度に対する磁束密度
の関係を示す特性図であり、磁束密度の変化は、正負の
回転角度に対して概ね−４５度〜＋４５度角度範囲にお
いて、ほぼ、直線的に変化しており、これにより、磁電
変換器３は、広角度にわたって直線性の優れた角度変化
の出力を得ることができる。参考例１は、磁束発生手段
に柱状永久磁石を使用するため角度センサを低原価で提
供することができる。
【００１２】〈実施の形態１〉 図６は、実施の形態１を示す図であり、同図において、
図１と同一部分は同一の符号を付して示されている。こ
の実施の形態は、基本的な作用は図１に示した参考例１
と同一であり、相違するところは、ヨーク４、５を貫流
する磁束密度をさらに広角度にわたって直線的に変化さ
せるために、永久磁石９、１０の形状を円弧状に形成し
たことである。図６において、永久磁石９、１０の形状
は、ヨーク４、５が回転する軌跡の円弧に対して同心の
円弧を形成しているが、磁電変換器３の回転角度に対す
る出力特性に応じて永久磁石９、１０が形成する円弧の
曲率を変化させてもよい。本実施の形態は、磁束発生手
段に円弧状の永久磁石を使用するため、参考例１に比べ
てさらに広角度にわたって直線性の優れた出力が得ら
れ、また、検知磁束密度の変化量を大きく取ることがで
きるため、永久磁石を小さくして角度センサの小型化を
図ることができる。
図１と同一部分は同一の符号を付して示されている。こ
の実施の形態は、基本的な作用は図１に示した参考例１
と同一であり、相違するところは、ヨーク４、５を貫流
する磁束密度をさらに広角度にわたって直線的に変化さ
せるために、永久磁石９、１０の形状を円弧状に形成し
たことである。図６において、永久磁石９、１０の形状
は、ヨーク４、５が回転する軌跡の円弧に対して同心の
円弧を形成しているが、磁電変換器３の回転角度に対す
る出力特性に応じて永久磁石９、１０が形成する円弧の
曲率を変化させてもよい。本実施の形態は、磁束発生手
段に円弧状の永久磁石を使用するため、参考例１に比べ
てさらに広角度にわたって直線性の優れた出力が得ら
れ、また、検知磁束密度の変化量を大きく取ることがで
きるため、永久磁石を小さくして角度センサの小型化を
図ることができる。
【００１３】〈実施の形態２〉 図７は、実施の形態２を示す図であり、同図において図
１と同一の部分は同一の符号を付して示している。本実
施の形態は、基本的な作用は図１に示した参考例１と同
一であり、相違するところは、２つの柱状永久磁石に代
えて、永久磁石１１、１２及び永久磁石１３、１４と、
永久磁石１１、１２及び永久磁石１３、１４の間に磁束
伝達手段として２つの軟磁性材１５、１６を配置した点
である。本実施の形態は、磁束発生手段としての永久磁
石に小型のものが使用できるため、参考例１に比べてさ
らに角度センサの原価低減を図ることができる。
１と同一の部分は同一の符号を付して示している。本実
施の形態は、基本的な作用は図１に示した参考例１と同
一であり、相違するところは、２つの柱状永久磁石に代
えて、永久磁石１１、１２及び永久磁石１３、１４と、
永久磁石１１、１２及び永久磁石１３、１４の間に磁束
伝達手段として２つの軟磁性材１５、１６を配置した点
である。本実施の形態は、磁束発生手段としての永久磁
石に小型のものが使用できるため、参考例１に比べてさ
らに角度センサの原価低減を図ることができる。
【００１４】〈参考例２〉 図８は、参考例２を示す図であり、同図において図１と
同一部分は同一の符号を付して示している。この参考例
２は、基本的な作用は図１に示した参考例１と同一であ
り、相違するところは、２つの柱状永久磁石に代えて、
互いに同極が向かい合うように、所定の距離をおいて、
着磁極を配置した２つの永久磁石１７、１８の着磁面
に、軟磁性材１９、２０、２１、２２を磁束伝達手段と
して配置したものを使用した点である。
同一部分は同一の符号を付して示している。この参考例
２は、基本的な作用は図１に示した参考例１と同一であ
り、相違するところは、２つの柱状永久磁石に代えて、
互いに同極が向かい合うように、所定の距離をおいて、
着磁極を配置した２つの永久磁石１７、１８の着磁面
に、軟磁性材１９、２０、２１、２２を磁束伝達手段と
して配置したものを使用した点である。
【００１５】〈実施の形態３〉 図９は、実施の形態３を示す図であり、同図において図
１と同一部分は同一の符号を付して示している。この実
施の形態は、基本的な作用は図７に示した実施の形態２
と同一であり、相違するところは、実施の形態２よりも
ヨーク４、５間の磁束密度をさらに広角度にわたって直
線的に変化させるため、軟磁性材２７、２８の形状を円
弧状に形成した点である。本実施の形態は、実施の形態
２における永久磁石の間に配置される軟磁性材に円弧状
のものを使用するため、実施の形態２に比べて広角度に
わたって直線性の優れた出力が得られる。
１と同一部分は同一の符号を付して示している。この実
施の形態は、基本的な作用は図７に示した実施の形態２
と同一であり、相違するところは、実施の形態２よりも
ヨーク４、５間の磁束密度をさらに広角度にわたって直
線的に変化させるため、軟磁性材２７、２８の形状を円
弧状に形成した点である。本実施の形態は、実施の形態
２における永久磁石の間に配置される軟磁性材に円弧状
のものを使用するため、実施の形態２に比べて広角度に
わたって直線性の優れた出力が得られる。
【００１６】〈実施の形態４〉 図１０は、実施の形態４を示す図であり、同図において
図１と同一部分は同一の符号を付して示している。この
実施の形態は、基本的な作用は図８に示した参考例２と
同一であり、相違するところは、参考例２よりもヨーク
４、５間の磁束密度をさらに広角度にわたって直線的に
変化させるため、軟磁性材３１、３２、３３、３４の形
状を円弧状に形成した点である。本実施の形態は、参考
例２における２つの永久磁石のそれぞれの着磁面に円弧
状の軟磁性材を配置したため、参考例２に比べて広角度
にわたって直線性の優れた出力が得られ、実施の形態３
と比較しても永久磁石の使用個数を少なくすることがで
き、実施の形態３よりもさらに原価の低減を図ることが
できる。
図１と同一部分は同一の符号を付して示している。この
実施の形態は、基本的な作用は図８に示した参考例２と
同一であり、相違するところは、参考例２よりもヨーク
４、５間の磁束密度をさらに広角度にわたって直線的に
変化させるため、軟磁性材３１、３２、３３、３４の形
状を円弧状に形成した点である。本実施の形態は、参考
例２における２つの永久磁石のそれぞれの着磁面に円弧
状の軟磁性材を配置したため、参考例２に比べて広角度
にわたって直線性の優れた出力が得られ、実施の形態３
と比較しても永久磁石の使用個数を少なくすることがで
き、実施の形態３よりもさらに原価の低減を図ることが
できる。
【００１７】
【発明の効果】本発明の実施により、互いに同極同士が
向かい合うように所定の距離をおいて着磁極を配置した
２つの磁束発生手段と、この磁束発生手段で囲まれた空
間における磁束発生手段からの漏れ磁束を集める軟磁性
材からなる２つの磁束集中手段と、この磁束集中手段の
中心部に配置される磁電変換器からなる磁気式角度セン
サの検知部分とし、磁束発生手段、あるいは磁束集中手
段の何れか一方を回転させる回転機構を有する構成とし
たため、磁束発生手段と磁束集中手段との相対的な位置
関係が変化することにより、磁電変換器を通過する磁束
の大きさが変化し磁電変換器は、磁束密度の大きさに応
じた出力を発生することから、回転する物体の回転角度
の絶対値を概ね±４５度の範囲で、非接触により測定す
ることができ、広角度にわたって直線性の優れた磁電変
換器の出力が得られるという効果を奏するものである。
向かい合うように所定の距離をおいて着磁極を配置した
２つの磁束発生手段と、この磁束発生手段で囲まれた空
間における磁束発生手段からの漏れ磁束を集める軟磁性
材からなる２つの磁束集中手段と、この磁束集中手段の
中心部に配置される磁電変換器からなる磁気式角度セン
サの検知部分とし、磁束発生手段、あるいは磁束集中手
段の何れか一方を回転させる回転機構を有する構成とし
たため、磁束発生手段と磁束集中手段との相対的な位置
関係が変化することにより、磁電変換器を通過する磁束
の大きさが変化し磁電変換器は、磁束密度の大きさに応
じた出力を発生することから、回転する物体の回転角度
の絶対値を概ね±４５度の範囲で、非接触により測定す
ることができ、広角度にわたって直線性の優れた磁電変
換器の出力が得られるという効果を奏するものである。
【図１】本発明の参考例１を示す基本構成図である。
【図２】本発明の参考例１の作用を示す図である。
【図３】本発明の参考例１の作用を示す図である。
【図４】本発明の参考例１の作用を示す図である。
【図５】本発明の参考例１による角度センサの出力特性
図である。
図である。
【図６】本発明の実施の形態１を示す基本構成図であ
る。
る。
【図７】本発明の実施の形態２を示す基本構成図であ
る。
る。
【図８】本発明の参考例２を示す基本構成図である。
【図９】本発明の実施の形態３を示す基本構成図であ
る。
る。
【図１０】本発明の実施の形態４を示す基本構成図であ
る。
る。
【図１１】従来の磁気式角度センサの平面図及び斜視図
である。
である。
１〜２、９〜１４、１７〜１８、２３〜２６、２９〜３
０…永久磁石 ３、３６…磁電変換器 ４〜５、１５〜１６、１９〜２２、２７〜２８、３１〜
３４…軟磁性材 ６〜８…磁束線 ３５…磁性部材 ３６…磁電変換器 ３７…回転軸
０…永久磁石 ３、３６…磁電変換器 ４〜５、１５〜１６、１９〜２２、２７〜２８、３１〜
３４…軟磁性材 ６〜８…磁束線 ３５…磁性部材 ３６…磁電変換器 ３７…回転軸
Claims (4)
- 【請求項１】同極が対向するよう所定の距離をおき、着
磁極を並置して同一の磁束を発生する２つの円弧状永久
磁石と、 この２つの円弧状永久磁石で囲まれた空間に設けた軟磁
性材の漏れ磁束集中手段と、 この漏れ磁束集中手段の中心部に配置された磁電変換器
と、 前記円弧状永久磁石若しくは前記磁束集中手段の一方を
他方に対して正逆回転させる回転機構とを有し、 前記磁電変換器を介して漏れ磁束集中手段を貫流する磁
束の変化を検知することにより、前記円弧状永久磁石と
前記磁束集中手段の相対回転角度変化の大きさと回転の
正逆方向を検出することを特徴とする角度センサ。 - 【請求項２】前記２つの円弧状永久磁石の代わりに、対
向する２つの円弧状軟磁性材の両端に着磁方向が同一で
同一の磁束を発生する永久磁石をそれぞれ対向して配置
したことを特徴とする請求項１に記載の角度センサ。 - 【請求項３】前記２つの円弧状永久磁石の代わりに、所
定の距離をおいて並置した着磁方向が同一の２つの永久
磁石の両端にそれぞれ円弧状の軟磁性材を配置したこと
を特徴とする請求項１に記載の角度センサ。 - 【請求項４】対向する２つの柱状軟磁性材の両端に着磁
方向が同一で同一の磁束を発生する永久磁石をそれぞれ
配置した構造体と、前記２つの柱状軟磁性材と永久磁石で囲まれた空間に設
けた軟磁性材の漏れ磁束集中手段と 、前記漏れ磁束集中手段の中心部に配置された磁電変換器
と 、前記構造体若しくは前記磁束集中手段の一方を他方に対
して正逆回転させる回転機構とを有し 、前記磁電変換器を介して前記漏れ磁束集中手段を貫流す
る磁束の変化を検知す ることにより、前記構造体と前記
磁束集中手段の相対回転角度変化の大きさと回転の正逆
方向を検出することを特徴とする角度センサ 。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22657395A JP3264151B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 角度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22657395A JP3264151B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 角度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972706A JPH0972706A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3264151B2 true JP3264151B2 (ja) | 2002-03-11 |
Family
ID=16847291
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22657395A Expired - Fee Related JP3264151B2 (ja) | 1995-09-04 | 1995-09-04 | 角度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3264151B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3596667B2 (ja) | 2000-01-26 | 2004-12-02 | 株式会社デンソー | 回転角検出装置 |
| JP4169536B2 (ja) * | 2002-06-26 | 2008-10-22 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | アクチュエータ |
| JP2005048671A (ja) | 2003-07-29 | 2005-02-24 | Mitsubishi Electric Corp | エンジン用吸気制御装置 |
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1995
- 1995-09-04 JP JP22657395A patent/JP3264151B2/ja not_active Expired - Fee Related
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