JP4456163B2 - Rotation angle detector - Google Patents
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Description
本発明は、回転軸の回転による磁界ベクトルの回転を検出することにより、回転軸の回転角を検出する回転角検出装置の改良に関する。 The present invention relates to an improvement in a rotation angle detection device that detects a rotation angle of a rotation shaft by detecting rotation of a magnetic field vector due to rotation of the rotation shaft.
磁石(着磁体を含む)の回転角変化を磁気検出素子により検出する回転角検出装置を用いた操舵角検出装置が知られている。この回転角検出装置において、被検出回転軸の360度を超える回転角を検出する装置(以下、360度超回転角検出装置とも言う)が特許文献1、2に知られている。
A steering angle detection device using a rotation angle detection device that detects a change in rotation angle of a magnet (including a magnetized body) by a magnetic detection element is known. In this rotation angle detection device, devices that detect a rotation angle exceeding 360 degrees of a rotation axis to be detected (hereinafter also referred to as a 360-degree super rotation angle detection device) are known in
特許文献2は、磁石を回転するとともに軸方向に移動させる構造を採用し、磁気センサを磁石に対して軸方向に近接配置し、磁束密度の方向により回転角を、その磁束密度の大きさにより何回転目かを判定する360度超回転角検出装置を提案している。
また、本出願人の出願になる特許文献3は、内周面が円錐テーパ面(単に円錐面とも言う)となる筒状磁石の円錐テーパ面を着磁することによりこの円錐テーパ面に互いに180度離れてN極とS極とを形成し、この円錐テーパ面を磁気検出素子の周囲を回転させる同時に軸方向に変位させることにより、磁束密度の方向により回転角を、その磁束密度の大きさにより何回転目かを判定する360度超回転角検出装置を提案している。
特許文献1の360度超回転角検出装置は、回転角を検出すべき一つの被検出回転軸にそれぞれ独立に噛合する二つの磁石軸の回転角をそれぞれ磁気検出素子により検出し、これら二つの磁気検出素子から互いに位相角が異なる出力を発生させ、信号処理部によりこれら二つの出力の位相角の差から360度超の回転角を演算することを提案している。上記した特許文献1の回転角検出装置は、360度超の回転角を検出できるものの、歯車機構と磁石と磁気検出素子とのセットを2組、被検出回転軸の周囲に配置せねばならず、部品点数及び装置体格が増大し、製造コストも増大するという問題があった。このような2軸型の360度超回転角検出装置の問題点は、次に説明する1軸型の360度超回転角検出装置により軽減される。
The 360-degree super-rotation angle detection device of
特許文献2は、磁気検出素子に作用する磁石磁界と外部ノイズ磁界との分別が簡単ではなく、SN比が悪いという問題点があった。
特許文献3は、磁気検出素子の周囲が磁石やヨークにより囲まれているため外部ノイズ磁界の影響を低減して検出精度を向上可能なものの、磁石の内周面が円錐テーパ面となっているので磁石の製造、着磁工程が複雑であり、磁石材料も多く消費する必要があった。また、磁石各部の径方向厚さが異なるため、磁石に割れが生じやすいという問題もあった。 In Patent Document 3, although the magnetic detection element is surrounded by a magnet or a yoke, the influence of an external noise magnetic field can be reduced to improve detection accuracy, but the inner peripheral surface of the magnet is a conical taper surface. Therefore, the manufacture of the magnet and the magnetizing process are complicated, and it is necessary to consume much magnet material. Moreover, since the radial thickness of each part of the magnet is different, there is a problem that the magnet is easily cracked.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、磁石材料使用量を低減しつつ磁気検出素子に作用する磁界強度を向上可能な1軸型の360度超回転角検出装置を提供することをその目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a uniaxial 360-degree super rotation angle detection device capable of improving the magnetic field strength acting on the magnetic detection element while reducing the amount of magnet material used. That is the purpose.
上記課題を解決する本発明の回転角度検出装置は、請求項1、4、6に記載したように、回転体の回転に連動して磁石回転軸心の周囲を回転するとともに軸方向に移動するギャップ付き磁気回路と、前記磁石回転軸心に配置されて前記ギャップ付き磁気回路が前記磁石回転軸心上の磁界を検出する磁気検出素子と、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の方向により前記磁石の回転角を、前記磁気検出素子の信号に基づいて検出した前記磁界の大きさにより前記磁石の回転回数が何回目かを検出する信号処理部とを備え、前記ギャップ付き磁気回路は、前記磁界を形成する磁石と、前記磁石回転軸心上の前記磁界を強化するためのヨークとを有する回転角度検出装置において、前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受することをその特徴としている。なお、ここで言う部分円筒磁石とは、内径及び外径がそれぞれ一定である円筒磁石をその軸心を中心とし所定角度2αだけ切断した形状を有する。円筒磁石の2αは360度である。好適には、2αは、60〜150度とされる。
The rotation angle detection device of the present invention that solves the above problems rotates around the magnet rotation axis and moves in the axial direction in conjunction with the rotation of the rotating body, as described in
すなわち、本発明は、筒状のヨークの内側に互いに180度離れて一対の部分円筒磁石を配置した点をその特徴としている。これにより、次の効果を奏することができる。 That is, the present invention is characterized in that a pair of partial cylindrical magnets are arranged 180 degrees apart from each other inside the cylindrical yoke. Thereby, the following effects can be produced.
まず、磁石厚さが一定であるため、圧縮、焼結時の割れなどが生じにくく、かつ磁石材料の使用量も少なくでき、磁石コストを低減することができる。 First, since the magnet thickness is constant, cracks during compression and sintering are less likely to occur, the amount of magnet material used can be reduced, and the magnet cost can be reduced.
次に、本発明の一対の部分円筒磁石を用いた場合、円筒状乃至円錐テーパ筒状の磁石に比べて、回転軸心に配置された磁気検出素子に与える磁界強度を増大できることがわかった。本発明者は、その理由として、円筒磁石から一部の部分円筒磁石に変更した際に切断し除いた部分が、前記磁石回転軸心上の磁界を低下させるためであると推測している。本発明では、円筒磁石から磁界を低下させる部分をなくした一対の部分円筒磁石は、磁石回転軸心上の磁気検出素子に強い磁界を形成することができる。この点については後述するものとする。 Next, it has been found that when the pair of partial cylindrical magnets of the present invention is used, the magnetic field strength applied to the magnetic detection element disposed on the rotation axis can be increased as compared with a cylindrical or conical tapered cylindrical magnet. The present inventor speculates that the reason is that the portion removed by cutting when changing from a cylindrical magnet to a partial cylindrical magnet is to reduce the magnetic field on the magnet rotation axis. In the present invention, the pair of partial cylindrical magnets that eliminate the portion that reduces the magnetic field from the cylindrical magnet can form a strong magnetic field in the magnetic detection element on the magnet rotation axis. This point will be described later.
請求項1に記載の第1発明の回転角度検出装置において、前記一対の部分円筒磁石は、前記一対の部分円筒磁石の軸方向一端が前記一対の部分円筒磁石の軸方向他端よりも前記磁石回転軸心にそれぞれ近接配置される傾斜姿勢を有する。すなわち、この第1発明の回転角度検出装置では、部分円筒磁石は、磁石回転軸心に対して傾斜配置されている。これにより、部分円筒磁石の回転とともに、磁気検出素子から部分円筒磁石の内周面部までの径方向距離が変化するため、磁気検出素子の磁石磁界の強度を良好に連続変化させることができ、部分円筒磁石を用いて1回転超の磁石回転を良好に検出することができる。
2. The rotation angle detection device according to
好適な態様において、軟磁性材料により形成されるとともに、前記ヨークの内周面から一対の部分円筒磁石の間の隙間に向けて径内向きへ個別に突出する一対のヨーク突部を有する。ヨーク突部はヨークと一体に形成されるのが好ましい。このようにすれば、回転対称に配置された一対のヨーク突部がその近傍の磁束を吸収するため、軸心近傍の磁束がヨーク突部側に引っ張られることになり、その結果として軸心近傍の磁界を平行化し、その磁束分布を均一化することができる。これにより、磁気検出素子の位置が軸心からずれても誤差が生じにくくなる。 In a preferred embodiment, the yoke has a pair of yoke protrusions that are formed of a soft magnetic material and individually protrude radially inward from the inner peripheral surface of the yoke toward a gap between the pair of partial cylindrical magnets. The yoke protrusion is preferably formed integrally with the yoke. In this way, the pair of yoke protrusions arranged symmetrically absorbs the magnetic flux in the vicinity thereof, so that the magnetic flux in the vicinity of the shaft center is pulled toward the yoke protrusion, and as a result, in the vicinity of the shaft center. The magnetic field distribution can be made parallel and the magnetic flux distribution can be made uniform. Thereby, even if the position of the magnetic detection element deviates from the axis, an error is less likely to occur .
好適な態様において、一対のヨーク突部は、ヨークを切り曲げて形成されている。このようにすれば、容易にヨーク突部の製造、取り付けを行うことができる。 In a preferred embodiment, the pair of yoke protrusions are formed by cutting and bending the yoke. In this way, the yoke protrusion can be easily manufactured and attached .
請求項4に記載の第2発明の回転角度検出装置において、前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの磁気抵抗により、前記磁石回転軸心上の磁界強度は、前記磁石回転軸心の軸方向に連続的に変更される。すなわち、この第2発明の回転角度検出装置では、一対の部分円筒磁石の外周面部と、それを囲むヨークとの間の空隙(ギャップ)の形状を軸方向において変更することにより、磁石回転軸心上の磁石磁界強度を変更する。これにより、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度を変更することが可能となる。
5. The rotation angle detection device according to
好適な態様において、前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの大きさは、前記磁石回転軸心と平行な方向へ連続的に変更される。これにより、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度の変化の直線性を向上することができ、信号処理が容易となり、回転回数の判別精度を向上することができる。 In a preferred aspect, the size of the gap provided between the outer peripheral surface portion of the pair of partial cylindrical magnets and the yoke is continuously changed in a direction parallel to the magnet rotation axis. Thereby, the linearity of the change of the magnetic field strength of each part in the axial direction of the magnet rotation axis can be improved with a simple structure, signal processing is facilitated, and the determination accuracy of the number of rotations can be improved .
請求項6に記載の第3発明の回転角度検出装置において、前記一対の部分円筒磁石の間に位置して前記ヨークの内周面から径方向内側へ突出する軟磁性の突部を有し、前記突部は、前記磁石回転軸心上の各部の磁石磁界の大きさを連続的に変化させる形状を有する。このようにすれば、簡素な構造により磁石回転軸心の軸方向各部の磁界強度を変更することが可能となる。 The rotation angle detection device according to a third aspect of the present invention has a soft magnetic protrusion located between the pair of partial cylindrical magnets and protruding radially inward from the inner peripheral surface of the yoke, The protrusion has a shape that continuously changes the magnitude of the magnet magnetic field of each part on the magnet rotation axis. If it does in this way, it will become possible to change the magnetic field intensity of each part of the direction of an axis of a magnet rotation axis by simple structure .
好適な態様において、互いに直交配置される2つの磁気検出素子が用いられ、これら2つの磁気検出素子が検出する信号の割合により磁気検出素子に対する部分円筒磁石の回転角が検出される。更に説明すると、部分円筒磁石の回動とともに、静止状態の上記2つの磁気検出素子に作用する磁界は正弦波状に変化する。結局、検出した部分円筒磁石の角度のarctan値から部分円筒磁石の360度以下の回転角θを求め、更にこれに回転回数×360度を加算して最終的な部分円筒磁石の回転角を算出し、これを回転体の回転角(回動角とも言う)に置換すればよい。これらの信号処理については、本出願人の出願になる特開2007−256250、263585、309681を参照されたい。 In a preferred embodiment, two magnetic detection elements arranged orthogonal to each other are used, and the rotation angle of the partial cylindrical magnet with respect to the magnetic detection element is detected based on the ratio of signals detected by the two magnetic detection elements. More specifically, as the partial cylindrical magnet rotates, the magnetic field acting on the two magnetic detection elements in a stationary state changes in a sine wave shape. Eventually, the rotation angle θ of 360 degrees or less of the partial cylindrical magnet is obtained from the arctan value of the detected angle of the partial cylindrical magnet, and the rotation angle x 360 degrees is further added to this to calculate the final rotation angle of the partial cylindrical magnet. Then, this may be replaced with a rotation angle (also referred to as a rotation angle) of the rotating body. Regarding these signal processing, refer to Japanese Patent Application Laid-Open Nos . 2007-256250, 263585, and 309681 filed by the present applicant .
本発明の回転角検出装置を用いた操舵角検出装置の好適実施形態を以下に説明する。ただし、本発明は、下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、他の技術を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。 A preferred embodiment of a steering angle detection device using the rotation angle detection device of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and the technical idea of the present invention may be realized by combining other techniques.
(実施形態1)
(装置構成)
実施形態1の操舵角検出装置を、図1、図2を参照して説明する。図1は装置の軸方向模式断面図、図2は上方から磁石回転軸心mの向きにみたヨーク8及び一対の部分円筒磁石9の平面図である。
(Embodiment 1)
(Device configuration)
The steering angle detection apparatus of
この操舵角検出装置は、操舵軸をなす回転体1の回転角を検出するための装置であって、回転体1には、シザーズギアからなる駆動歯車2が固定されている。3は回転体1が貫通するハウジングであって、ハウジング3の内周面の一部の領域にはねじ受け4が固定されている。5は駆動歯車2及びねじ受け4と噛合する従動歯車であり、6はハウジングから従動歯車5の軸心(本発明で言う磁石回転軸心)m上に垂下する磁気検出素子である。7はプリント基板であり、このプリント基板7上には本発明で言う信号処理部をなす電子回路100が搭載されている。
This steering angle detection device is a device for detecting the rotation angle of a
駆動歯車2は、いわゆるノンバックラッシギヤであるシザーズギアにより構成されている。駆動歯車2の詳細については後述する。
The
ねじ受け4は、内周面に螺旋ねじ面が形成された円筒をその所定角度幅だけ軸方向に切り取った部分円筒形状を有している。したがって、ねじ受け4の内周面部には部分的な螺旋ねじ面が形成されている。
The
従動歯車5は、回転体1とねじ受け4との間に介設されており、従動歯車5の軸心mは、回転体1の軸心とねじ受け4の周方向中心とを結ぶ仮想直線上に配置されている。従動歯車5は、シザーズギアである駆動歯車2と噛合している。かつ、従動歯車5の歯先には、ねじ受け4の部分的な螺旋ねじ面に噛合するねじ溝が形成されている。従動歯車5は、ハウジング3の底部上面に回動自在に配置されている。
The driven
円筒状の従動歯車5の内周面には筒状のヨーク8が固定され、軟鉄製のヨーク8の内周面には一対の部分円筒磁石9が互いに180度離れて嵌入、固定されている。ヨーク8の内周面のうち、一対の部分円筒磁石9の外周面部に密着する部分は部分円筒面形状となっている。この実施形態では、筒状のヨーク8の内周面は図2に示す形状となっているが、一対の部分円筒磁石9の外周面部間を磁気短絡しつつ磁気検出素子6の全周を囲む筒形状であれば、その内周面は他の種々の形状をもつことができる。
A
一対の部分円筒磁石9は、その軸方向下端が軸方向上端よりも磁石回転軸心mに近接する傾斜姿勢にてヨーク8に固定されている。また、一対の部分円筒磁石9の径方向の厚さは一定とされている。更に説明すると、一対の部分円筒磁石9は、円筒磁石をその軸心と平行にその軸心から占有角2αだけ切り取った形状を有している。なお、ヨーク8と従動歯車5とを一体に形成してもよい。
The pair of partial
一対の部分円筒磁石9は、図2に示すようにその径方向断面の所定の一方向(図2に示すA-A方向)へ着磁され、その結果として、一対の部分円筒磁石9の内周面部は、反対極性の磁極面となる。具体的には、図2における上側の部分円筒磁石9の内周面部はS極面となり、図2における下側の部分円筒磁石9の内周面部はN極面となっている。これにより、軸心mにはA-A方向の磁界Bが軸心mと直角方向(径方向)に形成される。筒状のヨーク8は、一対の部分円筒磁石9の外周面部同士を磁気的に短絡するとともに、外部ノイズ磁界を遮蔽している。
The pair of partial
軸心mには磁気検出素子6が配置されている。磁気検出素子6は、軸心mと直角な方向(径方向)かつ互いに直交するX、Y方向の磁界成分を検出する一対のホール素子からなる。すなわち、第1のホール素子は上記X方向磁界成分Bxに応じた信号電圧を出力し、第2のホール素子は上記Y方向磁界成分Byに応じた信号電圧を出力する。 A magnetic detection element 6 is disposed on the axis m. The magnetic detection element 6 includes a pair of Hall elements that detect magnetic field components in the X and Y directions that are perpendicular to the axis m (radial direction) and orthogonal to each other. That is, the first Hall element outputs a signal voltage corresponding to the X-direction magnetic field component Bx, and the second Hall element outputs a signal voltage corresponding to the Y-direction magnetic field component By.
一対の部分円筒磁石9が軸心に形成する磁界(磁石磁界とも言う)は、X方向磁界成分BxとY方向磁界成分Byとのベクトル和となる。磁気検出素子6は、これら2つのホール素子の出力信号を増幅する周辺回路を有し、X方向磁束密度成分Bxに比例する信号電圧Vxと、Y方向磁束密度成分Byに比例する信号電圧Vyを出力する。
The magnetic field (also referred to as a magnet magnetic field) formed by the pair of partial
(動作)
上記説明した装置の回転角検出動作を以下に説明する。
(Operation)
The rotation angle detection operation of the apparatus described above will be described below.
回転体1とともに駆動歯車2が回動すると、駆動歯車2と噛合する従動歯車5が回動する。従動歯車5はねじ受け4と噛合しているため、従動歯車5は回動するとともに軸方向に変位する。回転体1が回動すると、上記一対の磁極面すなわちN極面及びS極面が回転するとともに、上記一対の磁極面と磁気検出素子6との間の径方向距離が連続的に変化する。その結果、回転体1が回転すると、磁気検出素子6を径方向に貫通する磁界(磁束密度と考えてもよい)の方向と大きさとがそれぞれ連続的に変化する。
When the
A-A方向に対する永久磁石9の回転角度をθとする時、一対の部分円筒磁石9が磁気検出素子6に与えるX方向磁束密度成分BxとY方向磁束密度成分Byとは、次のようになる。
Bx = f (θ)・cosθ
By = f (θ)・sinθ
When the rotation angle of the
Bx = f (θ) · cos θ
By = f (θ) · sinθ
なお、f (θ)は、永久磁石9の軸方向変位により磁気検出素子6の位置における磁束密度Bのベクトル長の変化を示す関数値である。 f (θ ) は磁石やヨークの形状、材質等で決まる値である。信号処理部100は、磁束密度Bのベクトル長を示す関数値f (θ)と磁石回転軸の回転回数との関係を記憶している。
Note that f (θ) is a function value indicating a change in the vector length of the magnetic flux density B at the position of the magnetic detection element 6 due to the axial displacement of the
信号処理部100は、磁気検出素子6から入力されるX方向磁束密度成分BxとY方向磁束密度成分Byとを逆正接演算する機能をもつ。この逆正接演算により、
θ = arctan (By/Bx)
が算出され、回転角θにより永久磁石9の360度内の角度情報を得ることができる。更に、信号処理部は、X方向磁束密度成分BxとY方向磁束密度成分Byとの二乗和の平方根を演算する機能をもつ。この演算により、磁束密度Bのベクトル長が算出され、この磁束密度Bのベクトル長を示す関数値 f (θ)と、記憶する上記関係とから、磁石回転軸の回転回数が算出される。すなわち、この実施形態では、f (θ)の大きさから所定の軸方向基準位置からの何回転目の回転かを演算し、arctan(By/Bx)から現在の磁石9の回転角θを演算し、これらから360度以上の回転角θ'を算出する。たとえば現在2回目の回転であり、θが55度であれば、最終回転角θ'は415度が算出されて出力される。
The signal processing unit 100 has a function of performing an arctangent calculation on the X-direction magnetic flux density component Bx and the Y-direction magnetic flux density component By input from the magnetic detection element 6. By this arc tangent calculation,
θ = arctan (By / Bx)
And angle information within 360 degrees of the
回転体1の回転角φ、一対の部分円筒磁石9の回転角θ'と、磁気検出素子6の位置でのX方向磁束密度成分Bx及びY方向磁束密度成分Byとの関係を図3に示す。すなわち、この実施形態によれば、一対の部分円筒磁石9を回転させるとともに軸方向へ変位させることにより、1セットの回転磁石アセンブリを用いてだけで360度以上の回転角を検出することができる。
FIG. 3 shows the relationship between the rotation angle φ of the
(駆動歯車2の説明)
次に、駆動歯車2を図1を参照して更に説明する。
(Description of drive gear 2)
Next, the
駆動歯車2は、回転体1に嵌着、固定された第1歯車21と、第1歯車21に対して軸方向に隣接する第2歯車22と、コイルスプリング23とからなる。第2歯車22は、回転体1又は第2歯車22に遊嵌されており、コイルスプリング23により第1歯車21に対して周方向一方側に弾性付勢されている。第1歯車21及び第2歯車22は等歯数でほぼ同一形状の歯を有し、第1歯車21の歯と第2歯車22の歯は、従動歯車5の歯を挟んでいる。このため、コイルスプリング23が第2歯車22を駆動歯車2のトルク方向(回転方向)と逆方向へ弾性付勢するため、従動歯車5の歯には径方向内側への合力が加えられる。この合力は、径方向面内にて変位可能な従動歯車5を通じてねじ受け4に伝達され、その結果として、従動歯車5の歯先のねじ面とねじ受け4のねじ面との間の遊びが解消される。
The
一対の部分円筒磁石9は、その軸方向下端が軸方向上端よりも磁石回転軸心mに近接する傾斜姿勢にてヨーク8に固定されている。また、一対の部分円筒磁石9の径方向の厚さは一定とされている。更に説明すると、一対の部分円筒磁石9は、円筒磁石をその軸心と平行にその軸心から占有角2αだけ切り取った形状を有している。なお、ヨーク8と従動歯車5とを一体に形成してもよい。
The pair of partial
一対の部分円筒磁石9は、図2に示すようにその径方向断面の所定の一方向(図2に示すA-A方向)へ着磁され、その結果として、一対の部分円筒磁石9の内周面部は、反対極性の磁極面となる。具体的には、図2における上側の部分円筒磁石9の内周面部はS極面となり、図2における下側の部分円筒磁石9の内周面部はN極面となっている。
The pair of partial
実験及びシミュレーションにより調べた部分円筒磁石9の既述の占有角αと軸心m上の磁束密度Bとの関係を図4に示す。αが60°を超えると磁束密度Bが低下することがわかる。αが90°であるということは、一対の部分円筒磁石9が密着して完全な円筒となっている状態を意味する。このことから、たとえばαを40〜60°とすることにより、完全円筒型の磁石よりも軸心m上の磁束密度を向上できることがわかった。したがって、この実施形態の一対の部分円筒磁石9を用いることにより、検出精度を向上させることができる。
FIG. 4 shows the relationship between the aforementioned occupying angle α of the partial
実験及びシミュレーションにより調べた部分円筒磁石9の傾斜角βと軸心m上の磁束密度Bとの関係を図5に示す。傾斜角βが0°の場合に比較して傾斜角βが20°の場合には軸心m上の各部における磁束密度Bの変化を直線的とすることができるため、磁気検出素子6の出力のリニアリティを向上できることがわかった。
FIG. 5 shows the relationship between the inclination angle β of the partial
つまり、一対の部分円筒磁石9を傾斜配置することにより、磁気検出素子6を一対の部分円筒磁石9に対して軸心mの方向へ相対変位させた場合の磁束密度を直線的に変化させることができるため、完全円筒形磁石の内周面を円錐テーパ面としたと同様の効果を得ることができる。一対の部分円筒磁石9は、成型しやすい形状であるためその割れの心配もない。ヨークは軟磁性体、例えば鉄を用いるため、割れの問題はなく、高い寸法精度で加工できるため、磁石を配置するガイドとしても利用すれば、磁石を位置精度よく配置させることができる。
That is, by arranging the pair of partial
(効果)
上記説明したこの実施形態によれば、回転角検出感度及びリニアリティの両方を改善できるため、回転角検出精度を向上できることがわかった。
(effect)
According to this embodiment described above, it was found that both the rotation angle detection sensitivity and the linearity can be improved, so that the rotation angle detection accuracy can be improved.
(変形態様)
上記実施形態では、一対の部分円筒磁石9の磁化方向をA-A方向としたが、軸心mに向かう径方向としてもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the magnetization direction of the pair of partial
(実施形態2)
実施形態2を図7を参照して説明する。この実施形態は、上述した実施形態1の一対の部分円筒磁石9に相当する一対の部分円筒磁石11a、11bを傾斜させずに軸心mと平行方向に配置し、かつ、ヨーク12の内周面80を円錐テーパ面としたものである。xは磁石底面から距離である。一対の部分円筒磁石11a、11bはその径方向に磁化されているものとする。この実施形態の特徴は、ヨーク12の内周面と一対の部分円筒磁石11a、11bの外周面部との間に空隙(ギャップ)13が設けられ、この空隙13の径方向幅はxの増大に比例して増大する点にある。
(Embodiment 2)
A second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a pair of partial
このようにすると、図8に示すように、軸心mの上方(xが大)部分を通過する磁束(図8に点線にて示す)が流れる磁路中の磁気抵抗は、軸心mの下方(xが小)部分を通過する磁束が流れる磁路中の磁気抵抗より大きくなるため、軸心m上の磁束密度Bは、xの増大につれて減少する。これにより、磁気検出素子6に対する一対の部分円筒磁石11a、11bの相対回転につれて磁束密度Bの大きさを変更することができ、回転回数を精度良く検出することができる。なお、空隙13に非磁性体を配置してもよいことはもちろんである。
In this way, as shown in FIG. 8, the magnetic resistance in the magnetic path through which the magnetic flux (shown by the dotted line in FIG. 8) passing through the upper part (x is large) of the axis m is Since the magnetic resistance in the magnetic path through which the magnetic flux passing through the lower part (x is small) flows becomes larger, the magnetic flux density B on the axis m decreases as x increases. Thereby, the magnitude | size of magnetic flux density B can be changed with relative rotation of a pair of partial
(変形態様)
上記実施形態では、一対の部分円筒磁石11a、11bの磁化方向をその径方向としたが、軸心mと直角平面における平行方向としてもよい。しかし、径方向に着磁することにより軸心m上の磁束密度を一層向上することができる。
(Modification)
In the above embodiment, the magnetization direction of the pair of partial
(変形態様)
その他の変形態様を図9〜図12に示す。これらの変形態様は、空隙13の形状を種々変更したものである。このようにしても、一対の部分円筒磁石11a、11bの内周面部である磁極面が軸心m上の各部に与える磁気的影響は軸心mの各部の距離xに応じて変化するため、上記と同様の効果を得ることができる。
(Modification)
Other modifications are shown in FIGS. These deformation modes are obtained by variously changing the shape of the
(実施形態3)
実施形態3を図13を参照して説明する。実施形態2と同様に一対の部分円筒磁石11a、11bを傾斜させずに軸心mと平行方向に配置し、かつ、実施形態1と同様にヨーク12の内周面を一対の部分円筒磁石11a、11bの外周面部に密着させ、更に、一対の部分円筒磁石11a、11bの間に軟磁性の突部23a、23bを円筒状のヨーク8の内周面から径方向内側に突出した点にその特徴がある。したがって、突部23a、23bは、互いに180度離れて配置されている。突部23a、23bはヨーク12と一体に形成されてもよく、別々に形成して一対の部分円筒磁石11a、11bとともにヨーク12の内周面に接着してもよい。
(Embodiment 3)
Embodiment 3 will be described with reference to FIG. As in the second embodiment, the pair of partial
このようにすれば、図14に示すように、一対の部分円筒磁石11a、11b間を流れる磁束(図14に点線にて示す)は、突部23a、23bに吸引されるため、軸心m上の磁束密度が低下する。この磁束密度の低下は、一対の突部23a、23bと軸心mとの距離が小さいほど言い換えればxが小さいほど大きい。したがって、この実施形態3においても、既述した他の実施形態と同様に、距離xの大きさに応じて軸心m上の磁束密度Bを変更することができることがわかる。
In this way, as shown in FIG. 14, the magnetic flux (indicated by the dotted line in FIG. 14) flowing between the pair of partial
(変形態様)
変形態様を図15〜図17に示す。
(Modification)
Deformation modes are shown in FIGS.
これらの変形態様は、突部23a、23bをヨーク12と一体に形成するとともに、突部23a、23bの形状を種々変更した点にその特徴がある。このような形状の突部23a、23bを用いても、軸心m上の各部の磁界の大きさを変更することができる。すなわち、これらの形状の一対の突部23a、23bが軸心m上の各部に与える磁気的影響は軸心mの各部の距離xに応じて変化するため、上記と同様の効果を得ることができる。
These modifications are characterized in that the
(実施形態4)
実施形態4の操舵角検出装置を、図18〜図23を参照して説明する。ただし、この実施形態4の各構成要素には、実施形態1〜3の各構成要素の符号に対して独立に付されている。
(Embodiment 4)
A steering angle detection device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. However, the constituent elements of the fourth embodiment are independently assigned to the reference numerals of the constituent elements of the first to third embodiments.
(装置構成)
図18はこの操舵角検出装置の軸方向断面図である。
(Device configuration)
FIG. 18 is an axial sectional view of the steering angle detection device.
11は回転体、12は図1に示す駆動歯車2に相当する第一の歯車、13は図1に示す従動歯車に相当する第二の歯車、14は図1に示す部分円筒磁石9に相当する永久磁石であり、ヨーク16を通じて第二の歯車13に固定されている。永久磁石14は既述したように一対配置されているが、図18ではその一つが図示されている。15は磁気検出素子、16は円筒状のヨークであり、第二の歯車13の内周面に固定されている。ただし、図18において、ヨーク16の断面にはハッチングが省略されている。16a、16bはヨーク16に設けられて径方向内側に突出するヨーク突部である。17は、基板20から軸方向に垂下する支柱であり、支柱17の下端には磁気検出素子15が固定されている。18はねじ受け、19はハウジングである。ハウジング19は、上端開口のハウジング19aと下端開口のハウジング19bとからなる。ハウジング19aと下端開口のハウジング19bとは密閉ケースを構成している。21は本発明で言う信号処理部をなす処理装置であり、基板20に実装されている。処理装置21は図1に示す電子回路100に相当する。回転体11はハウジング19a、19bを貫通しており、部分円筒状のねじ受け18の部分内周面には螺旋ねじ面が形成され、ねじ受け18のねじ面は、第二の歯車13に螺合している。同じく、第二の歯車13は、第一の歯車12に螺合している。
11 is a rotating body, 12 is a first gear corresponding to the
これにより、回転体11及び第一の歯車12が第二の歯車13を回転させると、第二の歯車13はねじ受け18によりガイドされて軸方向に進退する。その結果、回転体11の回転により第二の歯車13が回転するとともに軸方向に進退すると、一対の永久磁石14及びヨーク16が回転するととともに軸方向に進退する。実施形態1で既述した一対の永久磁石14及びヨーク16の独特の形状及び配置により、それらの径方向内側の空間に形成される磁界は、軸方向上方よりも下方に向けて連続的に強化されている。このため、第二の歯車13の軸心Mの位置に設けられた磁気検出素子15は、360度を超える第二の歯車13の回転角を検出することができる。図19は、磁気検出素子15を構成する一対のホール素子の出力と回転体11の回転角との関係を示す波形図である。
Thus, when the
上記説明したこの実施形態の装置構成及びその動作は、ヨーク突部16a、16bを除いて実施形態1と同じであるため、これ以上の説明は省略する。
Since the apparatus configuration and operation of this embodiment described above are the same as those of the first embodiment except for the
この回転角度検出装置の要部をなすヨーク16の内部構造を図20を参照して更に詳しく説明する。円筒状のヨーク16の内部の径方向断面を図20(a)に、その軸方向断面を図20(b)、図20(c)に示す。図20(b)はヨーク突部16a、16bの周方向中央位置を結ぶ直線に沿った断面を示し、図20(c)は永久磁石14a、14bの周方向中央位置を結ぶ直線に沿った断面を示す。軸心Mには、互いに直交し、かつ、それぞれ径方向の磁界強度に応答して出力信号を発生する一対のホール素子を内蔵する磁気検出素子15が配置されている。ただし、磁気検出素子15は図20では図示を省略されている。なお、それぞれ1つの磁気検出手段を内蔵する2つの磁気検出素子を軸心Mに配置してもよいことはもちろんである。
The internal structure of the
それぞれ部分円筒状に形成された一対のの径方向断面は、円筒磁石をその軸心と平行に切断した円弧断面をなす。永久磁石14a、14bの軸方向下端は、その軸方向上端よりも軸心Mに近接する傾斜姿勢にてヨーク16の内周面に回転対称に固定されている。永久磁石14a、14bの厚さは一定とされている。略円筒状のヨーク16の内周面は、図20(c)に示すように永久磁石14a、14bの外表面に密着するテーパ面となっている。ただし、ヨーク16の内周面は、永久磁石14a、14bに接しない部位にて、図20(b)に示すように円筒状となっている。永久磁石14a、14bは、図20に示すXーX方向へ着磁されている。その結果、一対の永久磁石14a、14bの内周面部は反対極性の磁極面となる。具体的には、永久磁石16aの内周面部はN極面となり、永久磁石16bの内周面部はS極面となっている。ヨーク16は、一対の永久磁石14a、14bの外周面部同士を磁気的に短絡するとともに外部ノイズ磁界を遮蔽している。これにより、軸心M近傍には、X-X方向の磁界が形成される(図21(b)参照)。永久磁石14a、14b間のX-X方向の距離が異なるため、軸心MにおけるX-X方向の磁界強度は、上方へ向かうにつれて連続的に低下する。
A pair of radial cross sections each formed in a partial cylindrical shape forms an arc cross section obtained by cutting a cylindrical magnet in parallel with its axis. The lower ends in the axial direction of the
(ヨーク突部16a、16b)
この実施形態の特徴をなすヨーク突部16a、16bについて、説明する。
(
The
ヨーク突部16a、16bは、一対の永久磁石1f4a、14bの間に位置してヨーク16の内周面から軸心Mに向けて求心方向であるY-Y方向へ突設されている。ヨーク突部16a、16bは、互いに180度離れて回転対称に設けられ、ヨーク突部16a、16bの先端は、図20(b)に示すように、隣接する永久磁石14a、14bの内周面部よりも軸心Mに近い位置にまで達している。
The
このようにすると、図21(b)に示すように、永久磁石14a、14bが磁束を吸収するため軸心M近傍の磁界がヨーク突部16a、16bに向けて引っ張られることになり、その結果として、ヨーク突部16a、16bが無い場合の軸心M近傍の磁界方向に比べて、軸心M近傍の磁界方向がXーX方向へ直線化する。なお、図21(a)はヨーク突部16a、16bが無い場合の磁束の流れを示し、図21(b)はヨーク突部16a、16bを設けた場合の磁束の流れを示す。結局、この実施形態によれば、磁束を一部吸収するヨーク突部16a、16bの追加により、軸心M近傍の磁界方向をX-X方向へ直線化し、軸心M近傍の磁化強度のばらつきを低減することができる。
If it does in this way, as shown in FIG.21 (b), since the
(変形態様)
この実施形態のヨーク突部16a、16bの先端面は、X-X方向及び軸心Mと平行にに延在する平面としたが、ヨーク突部16a、16bの先端面に適宜、テーパを設けたり、丸めるなどの形状変化を与えても良い。また、この実施形態のヨーク突部16a、16bは、ヨーク16から角棒状に突出しているが、たとえば先端に向けて先細形状としてもよい。その他、図20(b)に示すヨーク突部16a、16bの軸方向幅は比較的狭いが、更に軸方向幅を増大してもよい。
(Modification)
The tip surfaces of the
また、図22に示すように、ヨーク16の一部を切り曲げてヨーク突部16a、16bを形成しても良い。更に、図23に示すように、ヨーク突部16a、16bを基準として、永久磁石14a、14bをヨーク16の内周面に固定しても良い。つまり、位置決め部材として利用しても良い。
Further, as shown in FIG. 22, a part of the
(実施例効果)
この実施形態によれば、製造公差のばらつきにより、磁気検出素子15が軸心位置から径方向にずれてもそれにより磁気検出素子15に作用する磁界強度の変化を減らすことができるため、検出精度の低下を抑止することができる。
(Example effect)
According to this embodiment, even if the
(実施形態1〜3)
1 回転体
2 駆動歯車
3 ハウジング
5 従動歯車
6 磁気検出素子
7 プリント基板
8 ヨーク
9 永久磁石(部分円筒磁石)
11a、11b 部分円筒磁石
13 空隙(ギャップ)
23a、23b 突部
23 コイルスプリング
80 内周面
100 信号処理部(電子回路)
(実施形態4)
11 回転体
12 第一の歯車
13 第二の歯車
14、14a、14b 永久磁石
15 磁気検出素子
16 ヨーク
16a、16b ヨーク突部
17 支柱
18 ねじ受け
19 下ハウジング(ハウジング)
20 上ハウジング(ハウジング)
21 処理装置(信号処理部)
(
DESCRIPTION OF
11a, 11b Partial
23a,
(Embodiment 4)
DESCRIPTION OF
20 Upper housing (housing)
21 Processing device (signal processing unit)
Claims (6)
前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、
前記一対の部分円筒磁石は、前記一対の部分円筒磁石の軸方向一端が前記一対の部分円筒磁石の軸方向他端よりも前記磁石回転軸心にそれぞれ近接配置される傾斜姿勢を有し、
前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、
前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の軟磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受することを特徴とする回転角度検出装置。 A magnetic circuit with a gap that rotates around the rotation axis of the magnet in conjunction with the rotation of the rotating body and moves in the axial direction, and the magnetic circuit with a gap that is disposed on the rotation axis of the magnet and is on the rotation axis of the magnet A magnetic detection element that detects the magnetic field of the magnet, and a rotation angle of the magnet according to a direction of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element, according to a magnitude of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element A signal processing unit for detecting how many times the magnet has been rotated, and the magnetic circuit with gap includes a magnet for forming the magnetic field, and a yoke for strengthening the magnetic field on the magnet rotation axis. In the rotation angle detection device having
The magnet has a pair of partial cylindrical magnets that are formed in a partial cylindrical shape and are arranged facing each other with the magnetic detection element interposed therebetween,
The pair of partial cylindrical magnets has an inclined posture in which one axial end of the pair of partial cylindrical magnets is disposed closer to the magnet rotation axis than the other axial end of the pair of partial cylindrical magnets,
The inner peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets are arranged toward the magnetic detection element to form magnetic pole surfaces having opposite polarities to each other,
The yoke is formed of a cylindrical soft magnetic member disposed around the pair of partial cylindrical magnets and disposed around the entire circumference of the magnet rotation axis, and exchanges magnetic flux with the outer peripheral surface of the pair of partial cylindrical magnets. A rotation angle detecting device.
前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、
前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、
前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の軟磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受し、
前記一対の部分円筒磁石の外周面部と前記ヨークとの間に設けられたギャップの磁気抵抗により、前記磁石回転軸心上の磁界強度は、前記磁石回転軸心の軸方向に連続的に変更されることを特徴とする回転角度検出装置。 A magnetic circuit with a gap that rotates around the rotation axis of the magnet in conjunction with the rotation of the rotating body and moves in the axial direction, and the magnetic circuit with a gap that is disposed on the rotation axis of the magnet and is on the rotation axis of the magnet A magnetic detection element that detects the magnetic field of the magnet, and a rotation angle of the magnet according to a direction of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element, according to a magnitude of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element A signal processing unit for detecting how many times the magnet has been rotated, and the magnetic circuit with gap includes a magnet for forming the magnetic field, and a yoke for strengthening the magnetic field on the magnet rotation axis. In the rotation angle detection device having
The magnet has a pair of partial cylindrical magnets that are formed in a partial cylindrical shape and are arranged facing each other with the magnetic detection element interposed therebetween,
The inner peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets are arranged toward the magnetic detection element to form magnetic pole surfaces having opposite polarities to each other,
The yoke is formed of a cylindrical soft magnetic member that surrounds the pair of partial cylindrical magnets and is disposed on the entire circumference of the magnet rotation axis, and exchanges magnetic flux with the outer peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets.
The magnetic field strength on the magnet rotation axis is continuously changed in the axial direction of the magnet rotation axis due to the magnetic resistance of the gap provided between the outer peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets and the yoke. A rotation angle detection device characterized by that .
前記磁石は、部分円筒状に形成されるとともに前記磁気検出素子を挟んで対面配置される一対の部分円筒磁石を有し、
前記一対の部分円筒磁石の内周面部は、前記磁気検出素子に向けて配置されて互いに逆極性の磁極面をなし、
前記ヨークは、前記一対の部分円筒磁石を囲んで前記磁石回転軸心の全周に配置される筒形の軟磁性部材からなるとともに前記一対の部分円筒磁石の外周面部と磁束を授受し、
前記一対の部分円筒磁石の間に位置して前記ヨークの内周面から径方向内側へ突出する軟磁性の突部は、前記磁石回転軸心上の各部の磁石磁界の大きさを連続的に変化させる形状を有することを特徴とする回転角度検出装置。 A magnetic circuit with a gap that rotates around the rotation axis of the magnet in conjunction with the rotation of the rotating body and moves in the axial direction, and the magnetic circuit with a gap that is disposed on the rotation axis of the magnet and is on the rotation axis of the magnet A magnetic detection element that detects the magnetic field of the magnet, and a rotation angle of the magnet according to a direction of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element, according to a magnitude of the magnetic field detected based on the signal of the magnetic detection element A signal processing unit for detecting how many times the magnet has been rotated, and the magnetic circuit with gap includes a magnet for forming the magnetic field, and a yoke for strengthening the magnetic field on the magnet rotation axis. In the rotation angle detection device having
The magnet has a pair of partial cylindrical magnets that are formed in a partial cylindrical shape and are arranged facing each other with the magnetic detection element interposed therebetween,
The inner peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets are arranged toward the magnetic detection element to form magnetic pole surfaces having opposite polarities to each other,
The yoke is formed of a cylindrical soft magnetic member that surrounds the pair of partial cylindrical magnets and is disposed on the entire circumference of the magnet rotation axis, and exchanges magnetic flux with the outer peripheral surface portions of the pair of partial cylindrical magnets.
The soft magnetic protrusions located between the pair of partial cylindrical magnets and protruding radially inward from the inner peripheral surface of the yoke continuously increase the magnitude of the magnetic field of each part on the magnet rotation axis. A rotation angle detecting device having a shape to be changed .
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