JPH04248403A

JPH04248403A - ホール素子を用いた角度検出装置

Info

Publication number: JPH04248403A
Application number: JP3012147A
Authority: JP
Inventors: Seiki Oba; 大場　誠毅; Yoshiyasu Sugimoto; 杉本　善保
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-02-01
Filing date: 1991-02-01
Publication date: 1992-09-03

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気信号検知の手段と
して、ホール素子を用いた角度検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりホール素子は磁界測定、電流計
、無接点スイッチ、ホールモーター等に利用されている
。一般的な例として、ホール素子を使用したマグネット
ローターの簡単な構造例を図１５に示した。１１はＮ，
Ｓ極を交互に４つずつ配したマグネットローターを示し
ている。またホール素子１’は、その磁気検知面１’Ｓ
が、ローターの内側に磁極面に平行になるように配置さ
れている。リード端子２’、４’は入力端子であり，こ
の間に入力電圧Ｖｃｃを印加している。また、３’、５
’は出力端子であり、ローターを回転させることにより
、ホール素子１’に加わる磁界方向が変化し、それに対
応して出力端子３’、５’間に生ずる電位差，すなわち
出力電圧Ｖｏが変化する。図１６には、図１５の構造に
より得られるホール素子の出力特性を示している。ホー
ル素子の上をＮ，Ｓ極が通過する毎に、１周期の正弦波
状の出力信号が得られる。従って、この例では磁極が８
ヶあるので、ローターが１回転するすることにより４周
期の出力波形が得られることがわかる。この出力信号を
利用して、回転速度制御や回転数検出等が行なわれる。

【０００３】角度検出装置を構成する際に、動作角度に
対してリニアーな出力が得られることが望ましい。そこ
で、角度検出装置としては半導体磁気抵抗素子を利用し
たものが一般的であり、通常ホール素子は用いられてい
なかった。半導体磁気抵抗素子を用いた角度検出装置は
、その抵抗が磁界強度によって変化する、より具体的に
言えば磁界強度の増加に伴い抵抗値が増すという原理を
利用したものである。この方法では、角度検出の範囲を
変えようとした場合、それに伴って磁石サイズの他に、
素子パターン及びそのサイズも変更しなければならない
。つまり同一の素子では、それに適した範囲での角度検
出しかできず、種々の角度範囲の検出に対応できない。従って、この方式では素子自体の汎用性が非常に低い。また、広範囲の角度検出に対応しようとした場合、素子
サイズが非常に大きくなってしまい、その結果として装
置が大がかりなものになるとともに、コスト高になって
しまうという問題点もあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、角度
検出装置の磁気センサーとしてホール素子を使用し、磁
石を含め特殊な配置構成をとることにより、同一の素子
で種々の角度範囲の検出に対応でき、装置サイズの大型
化を招くことなく、精度の高い角度検出を行なうことの
できる角度検出装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、被検知体の回
転により円弧移動する１つの磁石と、静止部材の取り付
けられたホール素子とを備え、前記磁石の円弧移動によ
り前記ホール素子の磁気検知部に加わる磁界方向が変化
するように構成されていることを特徴としている。

【０００６】

【実施例】以下に図面を参照して本発明を説明する。実
施例１図１には、本発明の第１の実施例として、台座９に固定
された軸８を支点にして、円弧動作する支持体７および
該支持体に固定された磁石６と、所定位置に配置された
ホール素子１とからなる角度検出装置の斜視図を示した
。このホール素子１は、磁気検知部がＩｎＳｂ薄膜から
なり、磁気集束チップを有していないものである。端子
２，４間に入力電圧Ｖｃｃを印加し、３，５間から出力
Ｖｏを取り出す構成になっている。図２には、図１のＡ
−Ａ線に沿った断面図を示している。ホール素子１は磁
石６の描く円弧の中心軸上で、かつその磁気検知部１Ｓ
が、ギャップ１Ｇをもって磁石６のｂ方向のほぼ中央に
配置されている。また、１０はホール素子１を保持固定
するホルダーを示しており、台座９に固定されている。図３は、図１を上部から見た場合の磁石６とホール素子
１との位置関係を示したものである。図３において、１
Ｒは磁石支持体の支点Ｏをとした場合の磁石６の旋回半
径を表している。また、θは支点Ｏとホール素子１の中
心とを結ぶ線と、支点Ｏとある動作位置にある磁石６あ
るいは支持体７の中心とを結ぶ線とのなす角度を示して
おり、磁石６が円弧の中心位置にあるとき、その角度を
θ＝０゜としている。また磁石が、円弧の中心よりも右
サイドに来たときの値を正とし、左サイドの場合を負と
している。磁石６は、その磁極面（ＮおよびＳ極）が支
持体の支点Ｏと磁石６とを結ぶ径方向に対して平行で、
かつ支持体の旋回方向に対してほぼ垂直になるように配
置してある。

【０００７】図４には、図１のごとく構成された角度検
出装置から得られるホール素子１の出力特性を示した。この特性は、ホール素子１の入力端子にＶｃｃ＝１Ｖを
印加し、磁石６とホール素子１とのギャップを１Ｇ＝０
．５ｍｍ、磁石６の動作半径を１Ｒ＝１０ｍｍとしたと
き得られる出力特性である。また磁石６としては、フェ
ライト系の異方性材料で、サイズ（ａ，ｂ，ｃ）＝（３
，４，２）ｍｍのものを用いており、着磁はａ方向であ
る。

【０００８】ホール素子の磁気検知特性には指向性があ
り、磁気検知面に垂直な磁界あるいは垂直磁界成分しか
検知せず、その面に平行な磁界を加えても出力Ｖｏの変
化がない。θ＝０゜のときホール素子１の磁気検知部に
は、その面と平行な磁界しか加わっていないので、その
ときの出力の変位ΔＶｏを０ｍＶとする。磁石が動作す
ることにより、磁石とホール素子との角度θが変化し、
ホール素子１の磁気検知部に加わる磁界方向が変化する
。従って、磁気検知面に対して垂直な磁界成分が発生す
るので、ΔＶｏの値が変化するようになる。図４からわ
かるように、本実施例では＋９゜に於いて出力が最大値
を示し、−９゜に於いて最小値を示している。また、概
ね±５゜の範囲で、動作角度に対しほぼリニアな出力特
性が得られているので、この角度範囲において精度の高
い角度検出を行う事が可能となる。　　本実施例に於い
て、支持体７の形状は板状となっているが、磁石を支持
できる構造になっていれば特にその形状に限定はなく、
棒状あるいはその他任意の形状で良く、たとえば円形で
あってもなんら支障はない。また支持体７の材料として
は、磁石を使用した装置なので非磁性のものが好ましい
。

【０００９】使用する磁石６の材料として、本実施例で
はフェライト系の異方性材料のものを使用しているが、
所定の動作範囲において必要な出力が得られれば、その
材料に特に限定はない。たとえば等方性のフェライト磁
石，希土類系磁石でもよい。また、本実施例ではセンサ
ー部がＩｎＳｂ薄膜からなる磁気集束チップのないホー
ル素子を使用しているが、出力値としてはフェライトで
サンドイッチした磁気増幅タイプの素子の方が大きな値
を得られる。また、必要な出力が得られれば、ＩｎＡｓ
，ＧａＡｓ等の素材からなるホール素子も同等に使用さ
れる。

【００１０】実施例２図５には、第２の実施例として、磁気検知部構造のみ異
なるホール素子を用いて、磁石やホール素子との配置関
係が実施例１と全く同様な構造の角度検出装置を構成し
た場合のホール素子の出力特性を示した。入力電圧，使
用した磁石材料・外形等も実施例１と全く同様である。

【００１１】本実施例で使用したホール素子は、磁気検
知部が軟磁性のフェライトでサンドイッチされたＩｎＳ
ｂ薄膜からなるものであり、磁気増幅タイプのホール素
子である。図５において、実線が本実施例に於ける動特
性を示す出力曲線であり、点線は実施例１に於ける出力
曲線である。本実施例のように磁気増幅タイプのホール
素子を用いれば、同じ動作角度範囲において、実施例１
のような磁気増幅構造でないホール素子を用いた場合に
比べ、単位角度あたりの出力電圧ΔＶｏを格段に大きく
得る事ができる。

【００１２】実施例３図６は、本発明の第３の実施例の角度検出装置を示して
おり、先の実施例と比較して大きな磁石６’を使用し、
ホール素子を先の例と同様に磁石の描く円弧の内側に配
置した角度検出装置の斜視図である。なお、ここで使用
しているホール素子１０１は、磁気特性としては実施例
２と同様、磁気検知部をフェライトでサンドイッチした
磁気増幅タイプのものであるが、モールド外形構造は、
先の２例と異なり、ホルダー一体構造のものであり、素
子を基板に直接固定することができる。

【００１３】図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図を
示している。ホール素子１０１は、実施例１と同様、磁
石６’の描く円弧の中心軸上で、かつセンサー部１０１
Ｓが、磁石６’に対してギャップ１０１Ｇをもって、ｂ
’方向のほぼ中央部にくるように配され、台座９に固定
されている。図８は、図６を上部から見た場合の磁石と
ホール素子との位置関係を示したものである。旋回半径
１０１Ｒや磁石と素子とのなす角度θのとりかたは実施
例１と同様である。また、磁石６’の磁極面方向につい
ても、実施例１と同様の考え方である。

【００１４】図９には、図６に示されたような角度検出
装置での出力特性を示した。実施例１と同様、入力電圧
Ｖｃｃは１Ｖとしている。この例の場合、磁石６’とホ
ール素子１０１とのギャップは１０１Ｇ＝２．０ｍｍと
しており、磁石６’の動作半径は１０１Ｒ＝１０ｍｍと
している。また磁石６’は、フェライト系の異方性材料
のもので、サイズ（ａ’，ｂ’，ｃ’）＝（１０，１５
，８）ｍｍのものを用いている。着磁方向は、ａ’方向
である。

【００１５】図９の出力曲線からもわかるように、本実
施例では＋２７゜に於いて最大値、−２７゜に於いて最
小値、また±１５゜の範囲でほぼリニアな出力特性が得
られている。本実施例の場合、磁石の旋回半径が同一で
あるにもかかわらず、実施例１あるいは２に比べて角度
検出範囲が広くなっていることがわかる。この理由は、
磁石サイズが実施例１と異なり，それに伴い磁界分布も
変わることによる。このように、磁石サイズを変えるだ
けで、角度検出範囲を任意に変化させることができる。

【００１６】実施例４図１０は、本発明の第４の実施例角度検出装置の主要構
成部を上部から見たものである。この角度検出装置の場
合、ホール素子１０２が磁石６の描く円弧の外側に配置
されている。本実施例に於いても実施例１と同様、磁極
面（ＮおよびＳ極）は軸の中心Ｏと磁石６とを結ぶ径方
向に対して平行かつ、支持体の旋回方向に対してほぼ垂
直になるように配置してある。

【００１７】使用したホール素子１０２は、実施例２と
同様、磁気増幅タイプのものであり、１０２Ｓは磁気検
知部である。また入力電圧，使用した磁石材料・外形等
に関しては、実施例１および２と全く同様である。磁石
の旋回半径１０２Ｒは、実施例１とは異なり、回転軸Ｏ
と磁石６の外側面の中心部との間隔を示している。１０
２Ｇは、磁石６が円弧中心部にきたときの磁石６とホー
ル素子１０２とのギャップを示している。

【００１８】図１１は、ホール素子１０２の入力端子に
Ｖｃｃ＝１Ｖを印加し、磁石６とホール素子１０２との
ギャップを１０２Ｇ＝１．０ｍｍとし、磁石６の動作半
径を１０２Ｒ＝１０ｍｍとしたときのホール素子１０２
の出力特性を示している。この出力特性は、図５で示さ
れている実施例２の出力特性とほぼ同一の特性となって
いる。従って、角度検出装置を設計する際に、ホール素
子を磁石の旋回円弧の内側に配置できない場合でも、素
子を外側に配置することにより同等の角度検出能力を得
ることができる。

【００１９】実施例５図１２には、本発明の第５の実施例として、ホール素子
１０３を磁石６の描く円弧の直下に配置した角度検出装
置の斜視図を示した。また、図１３は図１２のＡーＡに
沿った断面図を示している。この例の場合も、使用した
ホール素子１０３は実施例２と同様、磁気増幅タイプの
ものである。また入力電圧，使用した磁石材料・外形等
に関しても、実施例１や２と全く同様である。本実施例
の場合、ホール素子１０３は磁石６の描く円弧の中心軸
上かつ磁石６の直下で、さらにその磁気検知部が、被検
知体の旋回面に平行に配置されている。

【００２０】磁石の旋回半径１０３Ｒは、回転軸Ｏと磁
石６のｂ方向の中心部との間隔を示しており、１０３Ｇ
は磁石６が円弧中心部にきたときの磁石とホール素子と
のギャップを示している。図１４は、ホール素子１０３
の入力端子にＶｃｃ＝１Ｖを印加し、磁石６とホール素
子１０３とのギャップを１０３Ｇ＝０．５ｍｍとし、磁
石６の動作半径を１０３Ｒ＝１０ｍｍとしたときのホー
ル素子１０３の出力特性を示している。

【００２１】この出力特性は、図５で示されている実施
例２の特性とほぼ同一である。従って、ホール素子を磁
石の描く円弧の直下に配置することによっても先の例と
同等の角度検出能力を得ることができる。またこの際に
、ホール素子が磁石の描く直下ではなく、直上であって
も同等の出力が得られることが容易に推察できる。

【００２２】このように、角度検出装置の設計の際に、
ホール素子を磁石の描く円弧の直上または直下に配する
ことでも角度検出を行うことができる。

【００２３】

【発明の効果】従来の半導体磁気抵抗素子をセンサーと
して利用した角度検出装置では、検出角度範囲の設定を
変えるごとに磁石のみならず素子をも設計しなおす必要
があり、センサーの汎用性が乏しかった。また検出角度
を大きくとるほど素子サイズも大きくなってしまい、装
置自体も大きくなってしまう。

【００２４】本発明によれば、ホール素子を角度検出装
置のセンサーとして利用することにより、磁石との組み
合わせを変えるだけで、同一のホール素子にて角度検出
範囲を自由に設定できる。また汎用性の高いホール素子
を用いているので、装置コストの低減を図ることができ
る。またさらに、広い範囲の角度検出を行う場合でも素
子を大きくする必要がないので、従来よりも角度検出装
置の小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例角度検出装置を示す斜視
図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図３】図１を上面から見た場合のホール素子と磁石と
の位置関係を示す配置図。

【図４】本発明の第１の実施例により角度検出した場合
の回転角度と出力との関係を示す出力特性図。

【図５】本発明の第２の実施例により角度検出した場合
の回転角度と出力との関係を示す出力特性図。

【図６】本発明の第３の実施例角度検出装置を示す斜視
図。

【図７】図６のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図８】図６を上面から見た場合のホール素子と磁石と
の位置関係を示す配置図。

【図９】本発明の第３の実施例により角度検出した場合
の回転角度と出力との関係を示す出力特性図。

【図１０】本発明の第４の実施例角度検出装置を上面か
らみた場合のホール素子と磁石との位置関係を示す配置
図。

【図１１】本発明の第４の実施例により角度検出した場
合の回転角度と出力との関係を示す出力特性図。

【図１２】本発明の第５の実施例角度検出装置を示す斜
視図。

【図１３】図１２のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図１４】本発明の第５の実施例により角度検出した場
合の回転角度と出力との関係を示す出力特性図。

【図１５】マグネットローターの位置検出にホール素子
を適用した場合のホール素子の一般的な使用例を示す斜
視図。

【図１６】図１５のホール素子の出力特性図。

【符号の説明】

　　１、１’、１０１〜１０３…ホール素子２〜５……
……端子電極６、６’………磁石７………………磁石支持体８………………軸９………………台座１０……………ホール素子固定ホルダー１１……………
マグネットローター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　被検知体の回転により旋回し円弧移動
する一つの磁石と、静止部材に取り付けられたホール素
子とを備え、前記磁石の円弧移動より前記ホール素子の
磁気検知面に加わる磁界の垂直成分が変化するよう構成
されている角度検出装置。
【請求項２】　　前記磁石が、被検知体への取付部を支
点として、被検知体の回転により旋回される支持体に固
定され、かつその磁極面が支持体の旋回方向と垂直にな
るように配置し、前記ホール素子を、前記磁石によって
描かれる円弧の中心軸上で、かつその磁気検知面を該中
心軸上に対して垂直に配置したことを特徴とする請求項
１の角度検出装置。
【請求項３】　　前記磁石が、被検知体への取付部を支
点として、被検知体の回転により旋回される支持体に固
定され、かつその磁極面が支持体の旋回方向と垂直にな
るように配置し、前記ホール素子を、前記磁石によって
描かれる円弧の中心軸上かつ円弧直下で、さらにその磁
気検知面が、前記被検知体の旋回面に平行に配置したこ
とを特徴とする請求項１の角度検出装置。