JP6278050B2 - 回転角度検出装置及び回転機械装置 - Google Patents
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Description
=2sinθ・cos(−π/4)
=1.41sinθ
S12=sin(θ+π/4)−sin(θ−π/4)
=2cosθ・sin(π/4)
=1.41cosθ
θs=arctan(S21/S22)
図1(A)及び図2に示す構成を有する回転機械装置10において、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布を、有限要素法(FEM)を用いたシミュレーションにより求めた。なお、磁石2の第1磁石部21の厚さT21を4.25mm、第2磁石部22の厚さT22を0.75mm、第1面2Aの直径D2Aを10mm、第2面2Bの直径D2Bを28mm、湾曲傾斜面2Dに相当する曲線における磁石2の径方向の最外位置にある端部2Daと径方向の最内位置にある端部2Db(第1面2Aの最外縁部21E)とを結ぶ線分Sから、当該線分Sに対する垂直方向における上記曲線(湾曲傾斜面2Dに相当する曲線)までの最大距離Lを1.3mmとし、軸継手8と第2面2Bとの間の長さL28を8mm、軸受9と第1面2Aとの間の長さL29を2mm、第2シャフト部7及び軸継手8の材料を機械構造用炭素鋼材S45C、軸受9の材料を冷間圧延鋼材SPCCとした。結果を図21に示す。
図11に示す構成を有する磁石2を用い、磁石2の第1磁石部21の厚さT21を4.25mm、第2磁石部22の厚さT22を3mmとした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図22に示す。
湾曲傾斜面2Dに相当する曲線における磁石2の径方向の最外位置にある端部2Daと径方向の最内位置にある端部2Db(第1面2Aの最外縁部21E)とを結ぶ線分Sから、当該線分Sに対する垂直方向における上記曲線(湾曲傾斜面2Dに相当する曲線)までの最大距離Lを0.8mmとした以外は、実施例2と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図23に示す。
第1シャフト6、第2シャフト7、軸継手8及び軸受9を有しない構成とした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図24に示す。
第1シャフト6、第2シャフト7及び軸継手8を有しない構成とした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図25に示す。
軸継手8及び軸受9を有しない構成とした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図26に示す。
第1シャフト6、第2シャフト7及び軸受9を有しない構成とした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図27に示す。
第1シャフト6、第2シャフト7、軸継手8及び軸受9を有さず、磁石2に第2シャフト7を通す孔が形成されていない構成とした以外は、実施例1と同様にして、磁石2の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。結果を図28に示す。
図34に示すように、第2面220B及びその外周縁部に連続し、シャフト7の回転軸Cに実質的に平行な側面220Cを有する第2磁石部222と、第1面220A及び第2磁石部222の側面220Cよりも径方向内方の位置から第1面220A側に向けて突出するとともに、径方向内方に所定の角度で傾斜する傾斜側面220Dを有する第1磁石部221とを備える磁石220を用いた以外は、実施例1と同様にして、磁石220の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石220において、第1面220Aの直径を12mm、第2面220Bの直径を28mm、第1磁石部221の厚さを2.25mm、第2磁石部222の厚さを2.75mm、傾斜側面220Dの傾斜角度を25°とした。結果を図29に示す。
図35に示すように、第2面230Bを含む第2磁石部232と、第2面230Bの外周縁部に連続する傾斜側面230D及び第1面230Aを含む第1磁石部231とを有する、断面略台形状の磁石230を用いた以外は、実施例1と同様にして、磁石230の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石230の厚さ(第1磁石部231の厚さ)を5mm、第1面230Aの直径を12mm、第2面230Bの直径を28mm、傾斜側面2Dの傾斜角度を32°とした。結果を図30に示す。
図36に示すように、第2面240B及び第2面240Bの外周縁部に連続する側面240Cを含む第2磁石部242と、側面240Cよりも径方向内方の位置からシャフト7の回転軸に実質的に平行な方向に立ち上がる側面240E及び第1面240Aを含む第1磁石部241とを有する、断面略階段形状の磁石240を用いた以外は、実施例1と同様にして、磁石240の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石240の第1磁石部241及び第2磁石部242の厚さをそれぞれ2.0mm、側面2Cから立ち上がり位置までの径方向の長さを4mm、第1面240Aの直径を20mm、第2面240Bの直径を28mmとした。結果を図31に示す。
図37に示す構成を有する磁石200を用いた以外は、実施例1と同様にして、磁石200の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石200の厚さを3mm、直径を28mmとした。結果を図32に示す。
図38に示す構成を有する磁石210を用いた以外は、実施例1と同様にして、磁石210の磁場分布及びそれに基づく角度誤差分布をシミュレーションにより求めた。なお、磁石210の厚さを5mm、第1面211の直径を14.0mm、第2面212の直径を28mm、傾斜側面213の傾斜角度を30°とした。結果を図33に示す。
2…磁石
2A…第1面
2B…第2面
2D…湾曲傾斜面
3…磁気センサ部
4…回転角度検出部
Claims (11)
- 回転体の回転に伴いその回転軸と一体に回転可能に設けられ、前記回転軸に沿って見たときの形状が実質的に円形であって、前記回転軸に直交する方向の磁化ベクトルの成分を有する磁石と、
前記磁石の回転に伴う磁場の変化に基づき、センサ信号を出力する磁気センサ部と、
前記磁気センサ部により出力された前記センサ信号に基づき、前記回転体の回転角度を検出する回転角度検出部と
を備え、
前記磁石は、前記磁石の径方向外側の所定の位置から前記回転軸に向かって凹状に実質的に湾曲しながら傾斜する湾曲傾斜面を有し、
前記湾曲傾斜面に対向する位置を通る、前記回転軸に直交し、前記回転軸を中心とする円形の仮想平面を設定したときに、前記磁気センサ部は、前記湾曲傾斜面に対向する位置であって、前記仮想平面上における径方向の磁場強度Hr及び周方向の磁場強度Hθの振幅が互いに実質的に同一である位置に設けられ、少なくとも前記径方向の磁場強度Hr及び前記周方向の磁場強度Hθのいずれか一方を前記センサ信号として出力することを特徴とする回転角度検出装置。 - 前記湾曲傾斜面は、連続する微分値をそれぞれ有し、凹状に湾曲する第1〜第N湾曲部(Nは1以上の整数である。)を含み、
前記回転軸の軸方向に沿った前記磁石の切断面において、前記湾曲傾斜面に相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記湾曲傾斜面に相当する曲線までの最長距離Lと、前記第1〜第N湾曲部のそれぞれに相当する曲線の径方向最外位置の一端部と径方向最内位置の他端部とを結ぶ線分から当該線分に対する垂直方向における前記各湾曲部に相当する曲線までの最長距離L1〜LNとのうちの少なくとも1の最長距離が0.5〜4mmであることを特徴とする請求項1に記載の回転角度検出装置。 - 前記磁石は、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第1面及び前記第1面の外縁部に連続する前記湾曲傾斜面を含み、前記回転軸の一方側に位置する第1磁石部と、前記回転軸の他方側に位置し、前記第1磁石部と一体の第2磁石部とを有し、
前記第1磁石部の直径は、前記第1面側から前記第2磁石部側に向かって漸増することを特徴とする請求項1又は2に記載の回転角度検出装置。 - 前記第2磁石部は、前記第1磁石部の前記第1面に対向し、前記回転軸の軸方向に沿って見たときに実質的に円形状の第2面を含むことを特徴とする請求項3に記載の回転角度検出装置。
- 前記第2磁石部は、前記回転軸の軸方向に沿って前記第2面から突出する凸部を有することを特徴とする請求項3又は4に記載の回転角度検出装置。
- 前記凸部は、前記磁石の径方向最外縁部よりも前記磁石の径方向内方から突出することを特徴とする請求項5に記載の回転角度検出装置。
- 前記凸部は、前記磁石の径方向内方に向けて傾斜するようにして突出することを特徴とする請求項5又は6に記載の回転角度検出装置。
- 前記磁気センサ部は、TMR素子、GMR素子又はAMR素子を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の回転角度検出装置。
- 複数の前記磁気センサ部を備え、
前記複数の磁気センサ部のうちの少なくとも2つが、前記仮想平面上の周方向に沿って、前記回転軸を中心として実質的に(180/M)°(Mは2以上の整数である。)の間隔で配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の回転角度検出装置。 - 前記各磁気センサ部が、前記径方向の磁場強度Hr又は前記周方向の磁場強度Hθを前記センサ信号として出力することを特徴とする請求項9に記載の回転角度検出装置。
- 請求項1〜10のいずれかに記載の回転角度検出装置、前記回転体に接続される第1シャフトと第2シャフトとを一体的に回転可能に接続する軸継手、及び前記第2シャフトの一端を支持する軸受を備え、
前記磁石は、前記軸継手と前記軸受との間に位置し、前記第2シャフトを貫通させるようにして前記第2シャフトに支持固定されており、
前記第2シャフト、前記軸継手及び前記軸受の少なくとも一つは、磁性材料により構成されることを特徴とする回転機械装置。
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