JPH11514747A - 回転角を無接触で検出するための測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 回転角を無接触で検出するための測定装置は、ロータ（１１）およびステータ（１０）から構成される。ロータ（１１）の内壁には２つのリング状磁石（２１、２２）が配設され、これらのリング状磁石は相互に逆方向に配向される磁気極性を有する。ステータ（１０）内でスリット状の空隙（１４）にホール素子（１６）が配設される。さらに第２のスリット状の空隙（１５）に付加磁石（１７）が配設され、この付加磁石によりホール素子（１６）内でバイアス磁化が形成されるので、線形の測定領域Ａは符号の変化を含まない。

Description

【発明の詳細な説明】 回転角を無接触で検出するための測定装置 従来の技術 本発明は請求項１に記載の、回転角を無接触で検出するための測定装置に関す る。フランス特許出願第９０１５２２３号明細書から、ステータとロータとが相 互に相対的に運動する測定装置が公知である。導磁性の材料から成るステータと ロータとの間にそれぞれ１つの小さな空隙が存在する。ロータ内には１８０°の 間隔にわたって第１のリング状の永久磁石が配設されており、この永久磁石は半 径方向に磁化されている。同様に１８０°を有する残りのステータの領域には第 ２のリング状の永久磁石が逆方向に磁化されて配設されている。さらにこのステ ータは直径方向に対向する２つの空隙を有する。これらの空隙のうち少なくとも １つの空隙にホールセンサが配設される。ロータがステータに対して回転運動す る際に、ホールセンサを通る磁界の強さが変化する。ただし、このようにして形 成される測定信号の線形の測定領域は約±７５°の値に制限される。さらにこの 線形の測定領域は符号の変化を含む。コストのかかる手段によらなければ、この 符号の変化を電気回路を用いて処理することができない。 発明の利点 本発明による請求項１に記載の特徴部分を有する、回転角を無接触で検出する ための測定装置は、従来の技術に対して、±１１０°以上の線形の測定領域が可 能であり、その場合にこの線形の測定領域において測定電圧の符号の変化が生じ ない利点を有する。符号の変化のない線形の測定領域は、測定装置の両方の回転 方向、すなわち正または負の回転方向において可能である。これにより２つの線 形の測定領域が得られる。付加磁石を用いて簡単な手段により、測定曲線を垂直 方向にシフトさせ、符号の変化のない線形の測定領域を達成することができる。 簡単な手段ではこの測定曲線の垂直方向のシフトは、付加磁石の強さと磁化方向 とによって制御される。シフト方向は付加磁石の磁化方向に依存する。磁界感応 素子にて形成されたバイアス磁化、ひいては測定曲線のシフトは回転角に依存し ない。さらにこのバイアス磁化はロータの回転中すなわち測定自体の期間中にも 一定である。 従属請求項にて実施される手段により請求項１に記載の測定装置の有利な別の 実施形態と改善とが可能である。 図面 本発明の実施例が図示されており、これを以下に詳細に説明する。図１におい ては２つのリング状磁石を用いる第１の実施例の断面図が示されている。図２に おいてはただ１つのリング状磁石を有する測定装置の実施例が示されている。図 ３においてはステータを通る連続のスリットを用いる第３の実施例が示されてい る。図４においては測定曲線の経過、すなわち付加磁石を有する場合および有さ ない場合の回転角αに関する誘導Ｂが示されている。 実施例の説明 図１においては参照番号１０によりステータが示されている。このステータは ロータ１１により包囲されている。ステータ１０とロータ１１との間に空隙１２ が存在し、この空隙はできるだけ小さくすべきであり実際には約０．５ｍｍであ る。ステータ１２およびロータ１１は、高い透磁率および小さな磁気ヒステリシ スを有する導磁性材料から構成される。この場合にこの材料は例えば軟鉄である 。ステータ１０はさらに直径方向に対向する２つのスリット状の空隙１４、１５ を有し、少なくとも空隙１５に少なくとも１つのホール素子１６が配設されてい る。このホール素子によりロータ１１のステータに対する相対運動が定められる 。ホール素子に代えて、他の全ての磁界感応性の構成素子、例えばフィールドプ レート、磁気トランジスタ、磁気抵抗性素子などを使用してもよい。この場合に 重要なのは、磁界感応性の構成素子の出力信号が可及的に線形な磁気誘導Ｂへの 依存性を有することである。第２の空隙１４には付加磁石１７が配設され、この 付加磁石はその極性がステータ１０内の磁力線特性に対して平行に配向されるよ うに構成される。付加磁石１７として特に永久磁石が適している。 測定信号をホール素子１６を用いて形成可能にするために、ステータ１０側の ロータ１１の内壁に、第１のリング状磁石２１、第２のリング状磁石２２が設け られている。２つのリング状磁石２１、２２は１８０°の角度領域を有する。２ つのリング状磁石２１、２２の磁気極性はそれぞれ半径方向に逆向きに配向され る。これは例えば図１に示されているように、第１のリング状磁石２１では磁石 のＮ極がロータ１１の内壁に存在し、第２のリング状磁石２２では磁石のＳ極が ロータ１１の内壁に存在することを意味する。リング状磁石２１、２２にも付加 磁石１７にも一般的に入手可能な永久磁石が使用される。リング状磁石または付 加磁石を取付ける前に相応に磁化してもよい。ただし有利には、リング状磁石の ための永久磁石または磁性材料は１つのプラスティックマス内へ固める。この場 合に磁性材料を射出成形のプロセスにて実現してもよい。これによりリング状磁 石２１、２２の寸法精度を高くし、製造コストを低くすることができる。さらに プラスティック射出成形のプロセスによりリング状磁石を直接にロータの切欠部 内に射出成形してもよい。磁性材料として例えばＳｍＣｏ₅、Ｓｍ₂Ｃｏ₁₇、Ｎｄ ＦｅＢ、ＡｌＮｉＣｏまたはフェライトが使用される 。付加磁石１７は、この付加磁石の磁束がリング状磁石２１、２２の磁束に加え られるか、またはそこから差し引かれ、バイアス磁化が磁気感応素子の回転角に 依存しないように配向される。 リング状磁石２１、２２により磁束２５がロータ１１内およひステータ１０内 に生じる。この場合に磁束２５の磁力線は第１のリング状磁石２１のＮ極からロ ータ１１を介して第２のリング状磁石２２のＳ極へ延在し、また第２のリング状 磁石２２のＮ極から空隙１２を介して第１のリング状磁石２１のＳ極へ延在して いる。磁束２５の経路はこの場合に空隙１５内に配設されるホール素子１６を越 えて延在している。さらに付加磁石１７の磁束の磁力線はステータ１０内で同様 に付加磁石１７のＮ極からＳ極へ延在している。この磁化方向は付加磁石１７の 磁力線がホール素子１６の領域でリング状磁石２１、２２の磁力線に平行に同方 向で延在するように配向されている。すでに測定装置１０の静止状態時において ホール素子１６を付加磁石１７の磁束が通っており、このことがホール素子１６ 内の磁気誘導Ｂを生じさせる。ロータ１１がステータ１０に対して相対的に運動 すると、すなわち角度の運動が定められると、回転方向に応じてホール素子１６ を通る磁束２５は増加または減少する。図４においてこの磁束の変化（誘導Ｂ） が回転角に関して示されている。ここで参照番号２３により付加磁石１７を有さ ない場合の測定曲線の経過が示され、参照番号２４により付加磁石１７を有する 場合の測定曲線の経過が示されている。構造的な構成に基づいて、磁束の大きさ の変化は、ステータ１０に対するロータ１１の所定の回転角に対して線形である 。なぜならこの回転角領域内では、２つのリング状磁石２１、２２の半径方向の 磁化が同一であるため角度単位毎の一定の磁束増加（誘導Ｂ）または一定の磁束 減少が生じるからである。図４からわかるように、線形の測定領域内の線形の測 定領域Ａは符号の変化を含まない。付加磁石１７の強さに基づいて測定曲線は、 この（付加磁石１７を有する場合の）測定曲線２４において線形の測定領域Ａが 符号の変化を含まないようにシフトされる。理想的にここで線形の測定領域Ａの 開始を誘導Ｂのゼロ点に置いてもよい。さらに公知の手段により、ホール素子１ ６内の磁気誘導Ｂが所定の回転角に対して線形な電気的出力信号を形成する。ま た図１に示される実施例では、ロータとステータの位置を相互に交換して構成す ることが基本的に可能な点も自明である。 図２の構成ではロータ１１ａがステータ１０ａ内に配設されている。この場合 にステータ１０ａはリング状に構成され、この場合にも２つのスリット状の空隙 １４、１５を有する。この場合にも空隙１５にはホール素子１６が配設され、空 隙１４には付加磁石１７が配設される。この付加磁石は図１に示される実施例の 場合と同様の目的および性質を有する。付加磁石１７およびホール素子１６をそ のつどスリット１４、１５において相互に位置を交換して配設してよいことは自 明である。ロータ１１ａは回転運動を求めるべき軸４０と結合されている。ロー タはステータ１０ａの内部に突出しており、ロータ１１ａとステータ１０ａとの 間にも小さな空隙１２が存在する。図１に示される実施例との相違点は、第１の リング状磁石２１しか有さないことであり、この第１のリング状磁石の構成は図 １の実施例に対応する。図１に示される実施例での第２のリング状磁石２２はこ こでは用いられない。これは例えば測定領域Ａの線形性があまり高く要求されな い場合に可能である。リング状磁石２１の端部間の領域は第２のリング状磁石に 代えて、今度は非導磁性材料例えば空気またはプラスティックにより充てんされ る。リング状磁石２１は図２に示される実施例では、ステータ１０ａの外側の壁 の切欠部４１にて使用される。機能的にはこのステータは図１に示される測定装 置に対応する。ステータに対するロータの相対的な回転運動では磁気誘導Ｂがホ ール素子１６の領域内で変化し、測定信号が形成される。付加磁石１７の磁束は 再びホール素子１６内の一定の永久的なバイアス磁化を形成する。この場合リン グ状磁石２１の磁束は、リング状磁石２１のＮ極から空隙１２を介しステータ１ ０ａを通って延在し、空隙１２およびロータ１１ａを 介してリング状磁石２１のＳ極に戻る。 図３に示される実施例は構造的な構成において図１に示される実施例に対応す る。図１に示される実施例では２つのスリット１４、１５がステータ１０内に付 加磁石１７、ホール素子１６のために設けられているが、図３に示される実施例 では１つの連続するスリット３０が設けられている。ステータ１０ａはこの場合 に内実体として構成される。ホール素子１６はスリット３０の軸線方向から見て スリット３０の中央に配設される。付加磁石１７は空隙３０の幅全体に拡がる。 図１に示される実施例との相違点は、図３に示される実施例では付加磁石１７の 磁力線がステータ１０自体の内部ではなく、空隙１２を介してロータ１１の外側 の鉄のリング内で延在していることである。ロータ１１の鉄のリングは回転対称 に構成されているので、ホール素子１６のバイアス磁化は付加磁石１７に基づい てロータ１１の回転時にも一定である。 実施例にて示された上下に配設されるステータおよびロータに代えて、ステー タおよびロータをディスクとして並列的に構成してもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ステータ（１０）とロータ（１１）との間の回転角を無接触で検出するため の測定装置であって、 ステータ（１０）とロータ（１１）の間には空隙（１２）が存在し、 ステータ（１０）内に少なくとも１つの空隙（１４、１５）が形成され、該 少なくとも１つの空隙（１４、１５）内に少なくとも１つの磁界感応素子（１６ ）が配設され、 ロータ（１１）内に少なくとも１つのリング状磁石（２１、２２）が配設さ れ、該リング状磁石は半径方向に配向された磁気極性を有する、回転角を無接触 で検出するための測定装置において、 前記少なくとも１つのリング状磁石（２１、２２）の磁界内に付加磁石（１ ７）が配設され、 該付加磁石の磁束が前記磁界感応素子（１６）を通って延在する、ことを特 徴とする回転角を無接触で検出するための測定装置。 ２．前記付加磁石（１７）は前記磁界感応素子（１６）に並んで空隙（１４、１ ５）内に配設される、請求項１記載の測定装置。 ３．前記付加磁石（１７）は空隙（１４、１５）の幅全体にわたって延在する、 請求項１および／または２記載の測定装置。 ４．前記付加磁石（１７）は第２の空隙（１５）内に配設される、請求項１から ３までのいずれか１項記載の測定装置。 ５．第１のリング状磁石（２１）は、第２のリング状磁石（２２）に対して逆方 向の磁気極性を有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の測定装置。 ６．前記ステータ（１０）は２つの空隙を有し、該２つの空隙は１８０°の間隔 を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の測定装置。 ７．前記ステータ（１０）およびロータ（１１）は導磁性材料から構成される、 請求項１から６までのいずれか１項記載の測定装置。 ８．前記磁界感応素子はホール素子（１６）である、請求項１から７までのいず れか１項記載の測定装置。