JPH0914908A - 磁気式角度センサ - Google Patents

磁気式角度センサ

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JPH0914908A
JPH0914908A JP7160513A JP16051395A JPH0914908A JP H0914908 A JPH0914908 A JP H0914908A JP 7160513 A JP7160513 A JP 7160513A JP 16051395 A JP16051395 A JP 16051395A JP H0914908 A JPH0914908 A JP H0914908A
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JP
Japan
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magnetic
angle sensor
temperature
gap
detection
Prior art date
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Pending
Application number
JP7160513A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuro Muraji
哲朗 連
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Mikuni Corp
Original Assignee
Mikuni Corp
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Publication date
Application filed by Mikuni Corp filed Critical Mikuni Corp
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Publication of JPH0914908A publication Critical patent/JPH0914908A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Indication And Recording Devices For Special Purposes And Tariff Metering Devices (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 被検知体(1)の相対的な角度位置に応じた
磁束を通過させて磁路を形成する磁路形成体(5a、5
b)に、少なくとも1つの検出用磁気ギャップ(6a)
を形成し、該検出用磁気ギャップ(6a)に磁束密度検
出素子(7)を配置して、更に、該検出用磁気ギャップ
(6a)と被検知体の回転軸(C)とを含む面に沿う位
置又は前記面に対称な位置において少なくとも1の付加
磁気ギャップ(6b)を形成し、該付加磁気ギャップ
(6b)内に感温磁性部材(8)を配設する。 【効果】 本発明の磁気式角度センサによれば、簡単な
構成で、温度上昇による磁束密度検出素子の出力の低下
や永久磁石の起磁力の低下を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】内燃エンジンのスロットルポジシ
ョンセンサ(TPS)等の回転体の角度変位を検出する
磁気式角度センサに関する。
【0002】
【背景技術】被検知体の回転角度に比例したセンサ出力
を得る磁気式角度センサが、平成5年特許出願公表第5
05882号公報(国際出願PCT/FR91/009
73号)に開示されている。以下、上記公表公報に開示
された磁気式角度センサを図1を参照しつつ説明する。
【0003】図1(a)は、当該磁気式角度センサの平
面図を示し、図1(b)は、図1(a)のB−B断面図
を示している。本図に示される磁気式角度センサにおい
ては、例えばエンジンのスロットルシャフトに連動する
被検知体である非磁性材料から成る回転シャフト1は回
転軸Cを中心に回転する。回転シャフト1の外周には円
筒若しくは円環状の磁性部材2が配置され、さらに、磁
性部材2には、環状の永久磁石3が外嵌している。磁性
部材2及び永久磁石3は、回転シャフト1に対して接着
剤等により固定されており、これらは回転シャフト1と
一体に回転運動をなし、全体として環状の回転体を形成
する。
【0004】永久磁石3は、回転軸Cに対する横方向例
えば半径方向に着磁された磁区が円周方向に分布する半
円環状断面を有する2つの半円環体の永久磁石3a及び
3bが互いに連結されて構成される。そして、永久磁石
3aの磁極は外周側がN極、内周側がS極となり、永久
磁石3bは、外周側がS極、内周側がN極となっており
全体として回転軸Cをよぎる方向に磁化された環状マグ
ネットとなっている。
【0005】また、ギャップ4を介して半円環状断面を
有する一対の半円環体状の磁性部材5a及び5bが永久
磁石3を囲繞している。一対の磁性部材5a及び5b
は、好ましくは均質対称形となっている。そして、磁性
部材5a及び5bの両脚端面は互いに対向して一対の磁
束密度検出用の磁気ギャップ6a及び磁気ギャップ6b
を形成している。好ましくは、磁気ギャップ6a及び6
bは、回転中心Cを通る面(センサの中心線B−B)に
沿って形成されている。
【0006】そして、磁性部材5a、5bは磁気ギャッ
プ6a,6bを含む固定磁路を形成する磁路形成体を構
成する。磁気ギャップ6aには磁束密度を検出してこれ
を表す電気信号を出力するホール素子7が配置されてい
る。尚、回転中心Cは、磁性部材5a及び5bの円弧中
心と略一致しているのが好ましい。
【0007】かかる構成の磁気式角度センサにおいて
は、永久磁石3aから発せられた磁束が点線S1及びS
2で示す如く磁性部材5a及び5bによって形成される
固定磁路を経由して永久磁石3bに達するのである。よ
って、回転シャフト1が回転し、回転シャフト1に担持
されて回転する磁性部材2及び永久磁石3と、磁路形成
体である磁性部材5との相対位置(角度)関係に応じて
磁気ギャップ6aの磁束密度が変化することになる。ホ
ール素子7は磁気ギャップ6a内の磁束密度に応じた電
気信号を発生し、この電気信号により、回転体即ち回転
シャフト1の回転位置(角度)を検知することができる
のである。
【0008】ところが、かかる磁気式角度センサにおい
ては、動作温度の上昇に伴って、ホール素子7の出力が
低下し、永久磁石3a、3bの起磁力が低下するという
問題がある。そして、このような温度上昇によるホール
素子の出力及び永久磁石の起磁力の低下は、そのままセ
ンサの検出感度を低下させ、検出精度を悪化させる原因
になる。
【0009】かかる問題を解決するために、図2に示さ
れるようなダイオードを用いた温度補償回路が考えられ
る。同図に示される温度補償回路においては、ホール素
子7が磁束密度を検出しこれを表す電圧VOUT1及びVOU
T2を出力する。抵抗R1及びR2からなる分圧器の分圧
出力VAは、演算増幅器OP1の正入力端子に供給され
る。演算増幅器OP1の出力端子はホール素子7のバイ
アス端子の一方に接続され、ホール素子7の他方のバイ
アス端子はダイオードD1及び抵抗R3の直列回路を経
て接地されている。ダイオードD1のカソード端子に表
われる電圧VBはホール素子7を流れるバイアス電流に
比例しており、この電圧VBは、演算増幅器OP1の入
力端子に供給されるようになっているのである。
【0010】ここで、図3はダイオードD1の電流−電
圧特性の温度依存性を示すものである。図3に示すよう
に、ダイオードD1は、順方向電流IFを一定とした場
合、温度が上昇すると順方向電圧VFが低下し、一方、
温度が低下すると順方向電圧VFが上昇する特性を示
す。かかる特性によって電圧VBが変化してホール素子
7を流れるバイアス電流が変化するので温度の補償がな
されるのである。
【0011】しかしながら、上記の如きダイオードを用
いた温度補償回路では、100℃程度までは、良好な温
度補償を実現できるが、100℃以上では温度補償を良
好に行うことができないという問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の問題点
に鑑み、本願発明の目的とするところは、高温下におい
ても良好な温度補償特性を有して、常に、正確な被検知
体の角度位置を高精度に検出できる磁気式角度センサを
提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本願発明の磁気式角度セ
ンサは、被検知体の回転に応動し、少なくとも1対の互
いに異なる等分磁極面を外表面に有すべく着磁された環
状マグネットと、前記環状マグネットを囲繞しかつ少な
くとも1つの検出用磁気ギャップを含む固定磁路を形成
する磁路形成体と、前記検出用磁気ギャップに配設され
た磁束密度検出手段と、からなる磁気式位置センサであ
って、前記磁路形成体は、前記検出用磁気ギャップと前
記環状マグネットの回転軸とを含む面に沿う位置又は前
記面に対称な位置において少なくとも1の付加磁気ギャ
ップを有し、前記付加磁気ギャップ内に感温磁性部材が
配設されたことを特徴とする。
【0014】
【作用】上記した構成の磁気式角度センサにおいては、
付加磁気ギャップ内に配設された感温磁性部材によっ
て、該固定磁路全体の磁気抵抗が温度に応じて変化し
て、ホール素子及び永久磁石の温度特性を補償するので
ある。
【0015】
【実施例】以下、添付図面を参照しつつ本発明による磁
気式角度センサを詳細に説明する。図4に、本発明に係
る磁気式角度センサの一実施例を示す。尚、図1と同一
符号が付してある部分は同図に示した従来例と同等な構
成の部分であり、かかる部分の説明は省略する。
【0016】図4に示される磁気式角度センサは、磁性
部材5a、5bの両脚部端面間に形成される磁気ギャッ
プの一方例えば磁気ギャップ6aを検出用磁気ギャップ
とし、他方を付加磁気ギャップ6bとしてこれに感温磁
性部材8を配置若しくは充填した構成とする。前記した
点以外の構成は、図1に示される磁気式角度センサと同
一の構造を有する。
【0017】図4において、磁性部材5a及び5bは、
高透磁率及び低磁気ヒステリシス特性を示す軟磁性体か
らなり、例えば、アニール処理された純鉄若しくはニッ
ケル合金、焼結された鉄、又は、ニッケル鉄が用いられ
る。そして、感温磁性部材8としては、磁性部材5a及
び5bに用いられる材料よりもキュリー温度及び透磁率
が低いもの、例えばフェライト等が用いられる。
【0018】図5は、フェライトの飽和磁束密度の温度
依存性を示すものであり、同図に示されるようにフェラ
イトの飽和磁束密度は温度上昇に従って低下する。かか
るフェライトはキュリー温度が低く、強磁性体から常磁
性体になり易いので、透磁率の温度変化が大きい。ま
た、フェライトは、前記した如く、磁性部材5a及び5
bに用いた材料よりもキュリー点が低いため、磁性部材
5a及び5bよりも透磁率の温度依存性が大きい。
【0019】次に、感温磁性部材による温度補償の原理
を説明する。図4において、感温磁性部材8として用い
られるフェライトは低温時は透磁率が高いため磁気抵抗
が低くなり磁束を通し易い一方、高温時においては、透
磁率が低くなり磁気抵抗が高くなり磁束を通しにくい性
質を持つ。その一方、キュリー点の高い材料からなる磁
性部材5a及び5bは、温度上昇による磁気抵抗の低下
は僅かしか起こらない。よって、温度上昇に従って感温
磁性部材8側を通る磁束が低下すると、その分ホール素
子7側を通る磁束が増大することになり、温度上昇によ
るホール素子の検出出力の低下と永久磁石の起磁力の低
下を補償することになる。
【0020】上記した実施例に係る磁気式角度センサに
おいては、100℃以上の温度領域をも精度良く補償で
きるのである。また、本実施例においては、磁気ギャッ
プ6aおよび回転体(永久磁石3及び磁性部材2に)の
回転軸Cを含む面に沿って(センサの中心線B−B)、
磁路形成体上に形成された磁気ギャップ6bに感温磁性
部材8を配置若しくは充填した構成であるが、本発明
は、これに限定されるものではなく、図7に示すよう
に、磁路形成体の磁気ギャップ6a及び前記回転体の回
転軸Cを含む面(センサの中心線B−B)に対称な位置
に一対の磁気ギャップ6b1及び6b2を形成して、感温
磁性部材8a及び8bを夫々配置しても良いのである。
【0021】尚、図4及び図6で示された実施例では、
感温磁性部材としてフェライトを用いたがこれに限定さ
れるものではなく、透磁率の温度依存性の大きな材料を
用いれば良い。また、上記実施例等では、磁束密度検出
手段としてホール素子7を用いているがこれに限定され
るものではなく、例えば磁気抵抗効果素子等の他の磁束
密度検出手段を用いても良い。
【0022】本実施例に係る磁気式角度センサの具体的
応用については、回転シャフト1を例えば内燃機関のス
ロットルバルブに連結することにより、スロットルポジ
ションセンサを得ることができる。以上の実施例等に係
る磁気式角度センサは、さらに、自動工作機械、自動搬
送機械等における位置検出手段としても用いることがで
き、工場の自動化(FA)等においても好ましく適用で
きるものである。
【0023】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の磁気式セン
サにおいては、被検知体の相対的な角度位置に応じた磁
束を通過させて磁路を形成する磁路形成体に、少なくと
も1つの検出用磁気ギャップを形成し、該検出用磁気ギ
ャップに磁束密度検出素子を配置して、更に、該検出用
磁気ギャップと被検知体の回転軸とを含む面に沿う位置
又は前記面に対称な位置において少なくとも1の付加磁
気ギャップを形成し、該付加磁気ギャップ内に感温磁性
部材を配設した構成であるので、簡単な構成で、高温時
における磁束密度検出素子の出力の低下や永久磁石の起
磁力の低下を補正することが可能となり、常に、被検知
体の正確な角度位置を検出することができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来の磁気式角度センサの構成を示す平面図
である。図1(a)はセンサの平面図、図1(b)は図
1(a)をB−B線から見た断面図である。
【図2】 図1の磁気式角度センサの温度補償回路を示
す図である。
【図3】 図2の回路に用いられるダイオードの電圧−
電流特性の温度依存性を示す図である。
【図4】 本発明に係る磁気式角度センサの第1の実施
例を示す図であり、図4(a)はセンサの平面図、図4
(b)は図4(a)のB−B線からみた断面図である。
【図5】 図4の感温磁性部材の飽和磁束密度の温度特
性を示す図である。
【図6】 本発明に係る磁気式角度センサの第2の実施
例を示す図であり、図6(a)はセンサの平面図、図6
(b)は図6(a)のB−B線からみた断面図である。
【主要部分の符号の説明】
1 回転シャフト(被検知体) 2、5 磁性部材 3 永久磁石 4、6 磁気ギャプ 7 ホール素子 8 感温磁性部材

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検知体の回転に応動し、少なくとも1
    対の互いに異なる等分磁極面を外表面に有すべく着磁さ
    れた環状マグネットと、 前記環状マグネットを囲繞しかつ少なくとも1つの検出
    用磁気ギャップを含む固定磁路を形成する磁路形成体
    と、 前記検出用磁気ギャップに配設された磁束密度検出手段
    と、 からなる磁気式位置センサであって、 前記磁路形成体は、前記検出用磁気ギャップと前記環状
    マグネットの回転軸とを含む面に沿う位置又は前記面に
    対称な位置において少なくとも1の付加磁気ギャップを
    有し、前記付加磁気ギャップ内に感温磁性部材が配設さ
    れたことを特徴とする磁気式角度センサ。
  2. 【請求項2】 前記環状マグネットは、半径方向に着磁
    された磁区が円周方向に分布する半円環状断面を有する
    少なくとも2つの半円環体からなることを特徴とする請
    求項1記載の磁気式角度センサ。
  3. 【請求項3】 前記磁路形成体は、少なくとも2つの磁
    性半円環体からなり、前記磁性半円環体の脚部端面が互
    いに対向して前記検出用及び付加磁気ギャップを形成し
    ていることを特徴とする請求項3記載の磁気式角度セン
    サ。
  4. 【請求項4】 前記感温磁性部材は、前記付加的磁気ギ
    ャップ内に充填されていることを特徴とする磁気式角度
    センサ。
  5. 【請求項5】 前記磁束密度検出手段は、ホール素子で
    あることを特徴とする請求項1記載の磁気式角度セン
    サ。
  6. 【請求項6】 前記感温磁性部材は、前記磁路形成体よ
    りも小なる透磁率を有することを特徴とする請求項1記
    載の磁気式角度センサ。
  7. 【請求項7】 前記感温磁性部材は、前記磁路形成体よ
    りも小なるキュリー温度を有することを特徴とする請求
    項1記載の磁気式角度センサ。
  8. 【請求項8】 前記感温磁性部材は、フェライトである
    ことを特徴とする請求項1記載の磁気式角度センサ。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001020250A1 (fr) * 1999-09-09 2001-03-22 Mikuni Corporation Capteur de position sans contact
JP2002206946A (ja) * 2001-01-11 2002-07-26 Yazaki Corp 回転検出センサ及び回転検出センサの製造方法
WO2005040729A1 (ja) * 2003-10-24 2005-05-06 Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki 磁気式エンコーダ装置およびアクチュエータ
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