JPH02503718A - シャフトの角度位置検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 シャフトの角度位置検知装置 発明の背景 本発明はシャフトの回転角度を検知する装置、特に回転角度に直線的に比例する 出力電圧を発生する装置に関するものである。

歯車のような歯車素子の回転速度を検出する装置は公知である（例えば米国特許 第４４８１４６９号明細書参照）。斯る装置はホールセルセンサ又は磁気抵抗（ ＭＲ）センサと永久磁石とを用い、歯がセンサを通過するとき磁界の接線成分に 基づいて正度に正弦波にピークが生じ、これをＲＰＭに容易に変換することがで きる。従って、斯る装置はディジタル速度測定装置である。

米国特許第４０８６５３３号明細書にはホールセルセンサを用いて回転部の角度 位置を決定する装置が開示されているが、この装置は２つの磁石間の磁界成分が 回転磁束ガイドの影響の下で方向を変える離散的位置を識別するのみである。

多くの用途に対しては、シャフトが第１角度位置から第２角度位置へ動く際にシ ャフトの速度又はシャフトの離散的位置を測定するよりもシャフトの正確な角度 位置を知ることが望まれる。例えば自動車のペダル位置センサは機械的なリング 機構を用いないでペダルシャフトの位置からスロットル位置を決定することがで きる。斯るシャフトの角度位置と検知装置の出力電圧との関係は直線的にする必 要がある。

斯る直線的な電圧出力を得る従来の一つの方法は第１Ａ図に示すように磁石をシ ャフトの端部に固定する。シャフト１０は対向レバー１３に作用するばねに抗し てペダル１２により回動され、ベアリング１４内を回転する。磁石１７は同軸の シャフト延長部１６上に装着し、その磁気軸をシャフト軸線に垂直にすると共に センサ基板２０に平行にして磁力線が基板及びその上のセンサの平面に略々垂直 に通るようにする。基板２０はプリント回路基板（ＰＣＢ）２３にリード２２に より装着する。基板２０は通過する外部磁界の変化に応じて抵抗値が変化するパ ーマロイ細条を具えるＭＲ検知素子を支持する。この磁界は磁界成分Ｈ８及びＨ ７により直交座標で表わすことができる。初期ペダル位置ではＨ８が零であり、 シャフト１０が９０度回転するとＨ，が最大になり、■、が零になる。第１Ｂ図 はフレーム２６上の２個の磁石２５を用いる同様の装置を示す。この装置及びＭ Ｒセンサを用いる他の装置が「フィリップス　データ　ハンドブック、ブックＳ −１３Ｊ　、’　ｐｐ　４−９　（１９８６）に詳細に記載されており、これを 参照されたい。

第１Ａ図には、２個の磁石１８をシャフト１０に直接装着し、センサ基板２０を シャフト１０の軸線に垂直な平面内に配置した他の従来の検知装置も示されてい る。この装置はシャフトの回転につれて連続的に変化する電圧も発生し、この電 圧変化は磁石１８の離間角度より小さい回転に対して略々直線になる。

上述の装置は回転を測定すべきシャフトに磁石を装着する必要があり、このこと は、製造上の点から見て、集積検知装置を軸に隣接して装着するほど好適ではな い。

発明の要約 本発明においては、角度位置を測定すべきシャフトにシャフトの軸線に平行な平 坦部の形態の検知部を設ける。磁界はシャフトの軸線に垂直な磁気軸を有する永 久磁石により発生させ、ＭＲ検知素子を永久磁石と軸との間に、平坦部に近接配 置する。

出力電圧に所望の変化を与えるには平坦部以外の他の対称幾何形状の検知部を用 いることができること明らかである。

ＭＲ検知素子は基板上に装着し、ブリッジ形に接続された４個のパーマロイ細条 を具えるタイプのものとするのが好適であり、これを４つのリードでセンサと永 久磁石との間のＰ［”Ｂに接続する。シャフトの回転はセンサの中心線の両側に おける実効シャフト半径を互いに逆に変化させるため、磁気抵抗及び検知磁界成 分Ｈ，及びＨ，も変化し、ＭＲＳブリッジ抵抗値を不平衡にする。ブリッジ両端 間に電源電圧を供給すると、この不平衡によりシャフト角度位置に比例する電圧 出力が発生する。

本発明の目的はシャフトの角度位置に対し直線的に変化する出力電圧を発生させ ることにある。ＭＲ５の電圧出力は磁界のＨイ成分が零のとき零になるため、永 久磁石の磁気軸をシャフトが第１位置と第２位置の中間にあるときの検知部の最 小半径、即ち平坦部の中心点と整列させる必要がある。これらの位置間の角度が シャフトの断面で見て平坦部に対する中心角より小さい場合、センサの電圧出力 はシャフトの回転につれて負値から正値へ略々直線的に変化する。この場合、回 路内に加算器を設けて第１角度位置において出力電圧が零になるようにすること は簡単である。全回転角に対する平坦部の中心角に加えて、直線性の程度はセン サと平坦部との間の空隙の大きさによっても影響される。

図面の簡単な説明 第１Ａ図はペダルシャフトの角度位置を検出する２つの従来の装置の簡略平面図 、 第１Ｂ図は第３の従来の装置の斜視図、第２図は本発明の角度位置検知装置の部 分側面図、第３Ａ図は第１位置におけるシャフトと検知装置の断面図、第３Ｂ図 は中間位置におけるシャフトと検知装置の断面図、第４図はＭＲ検知チップの平 面図、 第５図はブリッジ回路の回路図、 第６図は出力電圧対回転角度を６０度に亘リプロットしたグラフである。

好適実施例の詳細な説明 第２図に示すように、本発明の特徴は平坦部３２を有するシャフト３０を用いる 点にあり、この平坦部はシャフトの円柱表面にシャフトの軸線に平行に容易に機 械加工することができる。この平坦部はシャツ）３０の検知部を構成する。検知 基板２０は上述した従来の装置に用いられている基板と同一のもとすることがで き、ＭＲ検知素子としてはＡＭＰＥＲＥＲモデルＫＭＺ　１０チツプを用いるの が好適である。基板２０はこれをＰＣＢ２３に接続するリード２２を有し、ＰＣ Ｂ２３は電圧源及び出力端子に接続されている。磁界は検知基板２０及びＰＣＢ ２３に対し固定された永久磁石３４により発生される。

第３Ａ図において、基板２０はＭＲ検知素子４０をシャフトの軸線に垂直な平面 内に支持して磁界の水平成分Ｉ１．が２つのリード２２間に電圧出力を発生する ようにする。図示の初期位置においては、磁束は検知部の最大半径部が近接する ために最大に曲がる。

シャフトが時計方向に第３Ｂ図に示す中間位置まで回転すると、出力電圧はＨ８ の減少（図示の位置で零になる）に従って減少する。シャフトが更に時針方向に 同じ角度だけ回転すると第３Ａ図の位置の場合と大きさは等しいが反対極性の出 方電圧が発生する。

２つの異なる空隙に対する回転角度対電圧の実際の測定値を第６図に示しである 。この図は電圧と回転角度との間に所望の直線性が達成されることを示している 。出力電圧はＰＣＢ回路内の電圧加算器により、シャフト角度位置に容易に換算 される正電圧値に変更される。ＰＣＢ回路内には電圧回転角度特性の傾きを変え るために増幅器も設けられている。

第４図は検知素子４０を詳細に示すものである。顕著な特徴は第５図に示すよう なホイートストンブリッジの４つの辺を構成するよう接続された４つのパーマロ イ細条４１．４２．４３．４４ヲ含んでいる点にある。リード２及び４を電源電 圧に接続する。リード１及び３は出力電圧リードであり、加算器、増幅器及び温 度補償装置から成る調整回路に接続する。

ＦＩＧ、４ 国際調査報告

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．回転シャフトの角度位置を検知する装置において、第１び第２の角度位置間 を中心軸線を中心に回転し、軸方向の所定の長さに亘り検知部を有するシャフト であって、その検知部は最小半径と、この最小半径の両側で対称に増大する半径 を示す断面形状を有しているシャフトと、磁気軸が前記シャフトの軸線に垂直に なるように配置された磁石と、 前記検知部と前記磁石との間に前記検知部に近接して配置され、且つ、前記シャ フトの軸線に略々垂直に配置された略々平坦な磁気抵抗検知素子とを具え、前記 磁気抵抗検知素子が、前記シャフトが前記第１位置から前記第２位置へと回転す るにつれて少なくとも略々直線的に変化する抵抗値を発生するようにしたことを 特徴とする回転シャフトの角度位置検出装置。
2. ２．前記シャフトの前記検知部は前記シャフトの軸線に平行な平坦表面を有し、 該平坦表面は前記断面において弦を構成し、前記最小半径がその弦の中心を通る ようにしてあることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. ３．前記磁石の磁気軸は前記シャフトが前記第１角度位置にあるときに前記検知 部の前記最小半径と整列するようにしてあることを特徴とする請求項１記載の装 置。
4. ４．前記磁石の前記磁気軸は前記シャフトが前記第１角度位置と前記第２角度位 置の中間にあるときに前記検知部の前記最小半径と整列するようにしてあること を特徴とする請求項１記載の装置。
5. ５．前記検知素子は印加される磁界と該検知素子を流れる電流の方向とのなす角 度に応じて抵抗値が変化する強磁性合金の４つの細条を具え、これら細条をホイ ートストンブリッジの４つの辺を構成するように接続してあることを特徴とする 請求項４記載の装置。
6. ６．前記ホイートストンブリッジは前記シャフトが前記第１及び第２角度位置間 の中間にあるときに平衡状態になり、前記検知装置は更に前記ブリッジの出力電 圧を前記シャフトが前記第１角度位置にあるときに零値に調整する増幅器を具え ていることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. ７．前記ホイートストンブリッジは前記シャフトが前記第１角度位置にあるとき に平衡状態になるようにしてあることを特徴とする請求項５記載の装置。
8. ８．前記シャフトは前記第１角度位置から前記第２角度位置まで回転する際、９ ０度以下の角回転を受けることを特徴とする請求項１記載の装置。