CN111630350B - 旋转角度检测装置 - Google Patents

Abstract

旋转角度检测装置(10)具备磁铁(12)、磁性部(13)及磁检测部(14)。磁铁(12)具有在与旋转体(11)的旋转轴心AX垂直的径向上配置的极，与旋转体(11)一起旋转。磁性部(13)在相对于磁铁(12)的径向外侧配置为环状，在周向的多个部位设有缝隙(17、18)。磁检测部(14)被配置在多个缝隙(17、18)中的1个特定缝隙(17)，检测磁场的切线方向磁通成分及径向磁通成分。

Description

旋转角度检测装置

关联申请的相互参照

本申请基于2018年1月16日提出申请的日本专利申请第2018－4645号，在此援引其记载内容。

技术领域

本公开涉及旋转角度检测装置。

背景技术

以往，已知有如下的旋转角度检测装置：相对于与旋转体一起旋转的磁铁在径向外侧设置磁检测部、检测该磁场的切线方向磁通成分和径向磁通成分、基于这些检测值检测旋转体的旋转角度。在专利文献1中，设有检测切线方向磁通成分的检测元件和检测径向磁通成分的检测元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009－516186号公报

发明内容

在专利文献1的旋转角度检测装置中，在磁铁的外侧的磁场中，与径向磁通成分相比，切线方向磁通成分显著变小。因此，需要用来对切线方向用的磁元件的输出信号进行增益调整的电子电路，结构变得复杂。此外，通过提高增益，噪声变多，检测精度下降。

本公开是鉴于上述的问题而做出的，其目的是提供一种结构简单、此外检测精度提高的旋转角度检测装置。

本公开的旋转角度检测装置具备磁铁、磁性部及磁检测部。磁铁具有在与旋转体的旋转轴心垂直的径向上配置的极，磁铁与旋转体一起旋转。磁性部在相对于磁铁的径向外侧配置为环状，在周向的多个部位设有缝隙。磁检测部被配置在多个缝隙中的1个特定缝隙中，检测磁场的切线方向磁通成分及径向磁通成分。

因此，通过基于与磁检测部的检测值对应的Sin波形信号及Cos波形信号进行反正切运算，能够计算旋转体的360°的旋转角度。

此外，通过在磁铁的周围配置环状的磁性部，在磁性部的特定缝隙中配置磁检测部，能够将磁检测部检测的切线方向磁通成分与径向磁通成分的平衡优化。即，能够进行设计以使切线方向磁通成分与径向磁通成分的比成为希望的值。因此，不需要提高基于一方的磁通成分的输出信号的增益，不需要用于增益调整的电子电路。此外，由于没有提高增益，所以不发生由于噪声的增加而引起的检测精度下降。因而，旋转角度检测装置的结构变得简单，并且检测精度提高。

附图说明

关于本公开的上述目的及其他目的、特征及优点，一边参照附图一边通过下述的详细记述会变得更明确。

图1是概略地表示第1实施方式的旋转角度检测装置的示意图。

图2是说明第1实施方式的磁检测部的框图。

图3是表示在第1实施方式中旋转体的旋转角度与第1霍尔元件的输出信号的关系的图。

图4是表示在第1实施方式中旋转体的旋转角度与第2霍尔元件的输出信号的关系的图。

图5是表示在第1实施方式中磁检测部的径向位置与径向磁通成分的最大磁通值的关系、以及磁检测部的径向位置与切线方向磁通成分的最大磁通值的关系的图。

图6是表示在第1实施方式中旋转体的旋转角度与径向磁通成分的关系、以及旋转体的旋转角度与切线方向磁通成分的关系的图。

图7是概略地表示第2实施方式的旋转角度检测装置的示意图。

图8是表示在第2实施方式中特定缝隙的切线方向宽度与径向磁通成分的最大磁通值的关系、以及特定缝隙的切线方向宽度与切线方向磁通成分的最大磁通值的关系的图。

图9是概略地表示第1其他实施方式的旋转角度检测装置的示意图。

图10是概略地表示第2其他实施方式的旋转角度检测装置的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图说明多个实施方式。在实施方式彼此中对于实质上相同的结构赋予相同的标号而省略说明。为了使结构变得容易理解而将表示装置的构造的图示意性地进行显示。各部分的尺寸、角度及尺寸比并不一定是确切的。

[第1实施方式]

图1表示第1实施方式的旋转角度检测装置10。旋转角度检测装置10是检测旋转体11的旋转角度的装置，具备磁铁12、磁性部13及磁检测部14。来自磁检测部14的旋转角度信号被传递给外部的未图示的ECU(Electronic Control Unit)等。

在以下的说明中，将与旋转体11的旋转轴心AX垂直的方向记作“径向”。此外，将在旋转体11的横截面中以旋转轴心AX为中心的圆的切线的方向记作“切线方向”。此外，将旋转体11的旋转方向简单记作“旋转方向”。

磁铁12具有在旋转体11的径向上配置的极。该极包括N极及S极。在第1实施方式中，磁铁12包括沿着旋转方向的圆弧状的第1磁铁部15及第2磁铁部16。N极和S极在第1磁铁部15及第2磁铁部16的板厚方向上配置。第1磁铁部15被固定在旋转体11的一方的侧面。第2磁铁部16被固定在旋转体11的另一方的侧面。磁铁12与旋转体11一起旋转。

磁性部13在磁铁12的周围、即在相对于磁铁12的径向外侧配置为环状，在周向的多个部位设有缝隙17、18。磁性部13相对于磁铁12在径向上离开地配置。在磁铁12与磁性部13之间，设有环状的间隙19。在第1实施方式中，磁性部13包括沿着旋转方向的圆弧状的第1磁性体21及第2磁性体22。第1磁性体21相对于磁铁12配置在径向一侧。第2磁性体22相对于磁铁12设置在与第1磁性体21相反侧。在第1磁性体21的周向一方的端部23与第2磁性体22的周向另一方的端部24之间形成有缝隙17。此外，在第1磁性体21的周向另一方的端部25与第2磁性体22的周向一方的端部26之间形成有缝隙18。磁性部13例如被一体地保持在未图示的固定部件等。

第1磁性体21及第2磁性体22相对于旋转轴心AX点对称地配置。此外，缝隙17及缝隙18相对于旋转轴心AX点对称地设置。即，缝隙17及缝隙18切线方向宽度相同，并且位于夹着旋转轴心AX的正相反位置。

磁检测部14被配置在缝隙17，检测磁场的磁通密度的切线方向成分(以下称作切线方向磁通成分)及磁通密度的径向成分(以下称作径向磁通成分)。缝隙17是多个缝隙17、18中的1个特定的缝隙。以下，将缝隙17适当记作“特定缝隙17”。磁检测部14与磁性部13同样被一体地保持在上述固定部件等。

在第1实施方式中，磁检测部14如图2所示，具有第1霍尔元件27、第2霍尔元件28及旋转角运算电路29等。

第1霍尔元件27检测磁检测部14的配置部位的磁场的径向磁通成分。第2霍尔元件28检测磁检测部14的配置部位的磁场的切线方向磁通成分。第1霍尔元件27及第2霍尔元件28以检测面的朝向相互相差90°的方式配置。如图3所示，第2霍尔元件28输出基于切线方向磁通成分的输出信号Sy。输出信号Sy是Sin波形信号。如图4所示，第1霍尔元件27输出基于径向磁通成分的输出信号Sx。输出信号Sx是Cos波形信号。Sin波形信号和Cos波形信号是相互具有90°的相位差的信号。

这里，说明图1所示的从规定的基准位置P1到磁检测部14的径向距离x、与磁检测部14的配置部位处的磁通成分的最大值(以下称作最大磁通值B)的关系。基准位置P1处于外接于磁性部13的假想圆Cv1上，是特定缝隙17的切线方向宽度w的中央位置。特定缝隙17的切线方向宽度w例如是5.5mm。特定缝隙17的切线方向宽度w从基准位置P1到内侧位置P2例如是5.5mm。内侧位置P2处于外接于磁性部13的假想圆Cv2上，是特定缝隙17的切线方向宽度w的中央位置。最大磁通值B是在旋转体11的旋转角度以360°变化中磁通成分成为最大的值。“调整径向距离x”换言之等同于“调整磁检测部14和磁铁12的径向距离d”。

如图5所示，随着径向距离x从0变大到5.0，径向磁通成分的最大磁通值Bx_max以指数函数变大。另一方面，在径向距离x从0变大到5.0的期间中，切线方向磁通成分的最大磁通值By_max不怎么变化。即，最大磁通值By_max非常平缓地增加或不变化。

回到图1，第1霍尔元件27是横型霍尔元件。第2霍尔元件28是与横型霍尔元件相比灵敏度低的纵型霍尔元件。设第1霍尔元件27的径向磁通成分的检测灵敏度与第2霍尔元件28的切线方向磁通成分的检测灵敏度的比为灵敏度比α，则在第1实施方式中，灵敏度比α是“3：1”。此外，磁检测部14被配置在作为特定缝隙17的切线方向宽度w的中央位置、径向距离为x＝2.0的位置。设最大磁通值Bx_max与最大磁通值By_max的比为磁通成分比β，则如图5、图6所示那样，磁通成分比β是“1：3”。由此，调整磁检测部14和磁铁12的径向距离d，以使得与磁检测部14位于特定缝隙17的径向中央(径向距离x＝2.75)的情况相比，磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的差变小。特别是，在第1实施方式中，调整径向距离d，以使磁通成分比β与灵敏度比α的倒数一致。

通过上述那样的径向距离d的调整带来的“磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的一致”，输出信号Sy的振幅成为与输出信号Sx的振幅相同(参照图3、图4)。旋转角运算电路29基于这些输出信号Sy及输出信号Sx进行反正切运算，计算旋转体11的360°的旋转角度。

(效果)

如以上说明，在第1实施方式中，旋转角度检测装置10具备磁铁12、磁性部13及磁检测部14。磁铁12具有在与旋转体11的旋转轴心AX垂直的径向上配置的极，与旋转体11一起旋转。磁性部13在相对于磁铁12的径向外侧配置为环状，在周向的多个部位设有缝隙17、18。磁检测部14被配置在多个缝隙17、18中的1个特定缝隙17，检测磁场的切线方向磁通成分及径向磁通成分。

因此，通过基于与磁检测部14的检测值对应的Sin波形信号及Cos波形信号进行反正切运算，能够计算旋转体11的360°的旋转角度。

此外，通过在磁铁12的周围配置环状的磁性部13，在磁性部13的特定缝隙17配置磁检测部14，能够使磁检测部14检测的切线方向磁通成分与径向磁通成分的平衡优化。即，能够进行设计，以使切线方向磁通成分与径向磁通成分的比成为希望的值。因此，不再需要提高基于一方的磁通成分的输出信号的增益，不再需要用于增益调整的电子电路。此外，由于没有提高增益，所以不发生由于噪声的增加而造成的检测精度下降。因而，旋转角度检测装置10的结构变得简单，并且，检测精度提高。

此外，在第1实施方式中，磁检测部14具有检测磁场的径向磁通成分的第1霍尔元件27和检测磁场的切线方向磁通成分的第2霍尔元件28。第1霍尔元件27是横型霍尔元件。第2霍尔元件28是与横型霍尔元件相比灵敏度低的纵型霍尔元件。由此，灵敏度比α成为适合于根据磁检测部14的配置部位的磁特性得到的磁通成分比β的值。

此外，在第1实施方式中，调整磁检测部14和磁铁12的径向距离d，以使得与磁检测部14位于特定缝隙17的径向中央的情况相比，磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的差变小。特别是，在第1实施方式中，调整径向距离d，以使磁通成分比β与灵敏度比α的倒数一致。由此，能够使检测精度进一步提高。

[第2实施方式]

在第2实施方式中，如图7所示，旋转角度检测装置30具备磁铁12、磁性部31及磁检测部32。磁性部31包括圆弧状的第1磁铁部33及第2磁铁部34，设有缝隙35、36。在缝隙35(以下称作特定缝隙35)设有磁检测部32。

这里，对特定缝隙35的切线方向宽度w与磁检测部32的配置部位处的最大磁通值B的关系进行说明。径向距离x例如是2.5mm。如图8所示，随着切线方向宽度w从1.5变大到7.5，切线方向磁通成分的最大磁通值By_max变小。另一方面，随着切线方向宽度w从1.5变大到7.5，径向磁通成分的最大磁通值Bx_max变大。

回到图7，在第2实施方式中，灵敏度比α是“3：1”。此外，切线方向宽度w是4.2，如图8所示，磁通成分比β是“1：3”。由此，调整特定缝隙35的切线方向宽度w，以使得与特定缝隙35的切线方向宽度w是所需最小宽度的情况相比，磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的差变小。所述的所需最小宽度，是为了设置磁检测部14所需要的空间的切线方向的最小宽度。特别是，在第2实施方式中，调整特定缝隙35的切线方向宽度w，以使磁通成分比β与灵敏度比α的倒数一致。

通过上述那样的切线方向宽度w的调整带来的“磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的一致”，与第1实施方式同样，输出信号Sy的振幅成为与输出信号Sx的振幅相同。

(效果)

如以上说明，在第2实施方式中，也在相对于磁铁12的径向外侧设有环状的磁性部31。磁检测部32被配置在多个缝隙35、36中的1个特定缝隙35，检测磁场的切线方向磁通成分及径向磁通成分。因而，与第1实施方式同样，旋转角度检测装置10的结构变得简单，并且，检测精度提高。

此外，在第2实施方式中，磁检测部32的第1霍尔元件27也是横型霍尔元件，第2霍尔元件28也是纵型霍尔元件。因而，与第1实施方式同样，灵敏度比α成为适合于根据磁检测部32的配置部位的磁特性得到的磁通成分比β的值。

此外，在第2实施方式中，调整特定缝隙35的切线方向宽度w，以使得与特定缝隙35的切线方向宽度w是所需最小宽度的情况相比，磁通成分比β与灵敏度比α的倒数的差变小。特别是，在第2实施方式中，调整特定缝隙35的切线方向宽度w，以使磁通成分比β与灵敏度比α的倒数一致。由此，能够使检测精度进一步提高。

[其他实施方式]

在其他实施方式中，磁检测部的径向距离及特定缝隙的切线方向宽度能够适当变更。也可以一边改变径向距离及切线方向宽度的双方，一边将磁检测部检测的切线方向磁通成分与径向磁通成分的平衡优化。此外，在其他实施方式中，磁检测部也可以设置在从特定缝隙的切线方向宽度的中央位置偏离的位置。

例如，在其他实施方式中，也可以通过在图5中设为径向距离x＝3.6mm从而使磁通成分比β成为“1：1”，并将灵敏度比α设计为“1：1”。此外，在其他实施方式中，也可以通过在图5中设为径向距离x＝5.0mm从而使磁通成分比β成为“2：1”，并将灵敏度比α设计为“1：2”。

在其他实施方式中，磁性部的各缝隙的切线方向宽度也可以不相同。例如，如图9所示，旋转角度检测装置40的磁性部41具有第1磁铁部43及第2磁铁部44。特定缝隙45比其他的缝隙46大。另一方面，在其他实施方式中，也可以相反，特定缝隙比其他的缝隙小。

在其他实施方式中，磁性部的各缝隙也可以不相对于旋转轴心点对称地设置。例如，如图10所示，旋转角度检测装置50的磁性部51具有第1磁铁部53及第2磁铁部54。其他的缝隙56被设置在从相对于特定缝隙55夹着旋转轴心AX的正相反位置偏离的位置。

在其他实施方式中，磁铁并不限于两个磁铁部，也可以由1个磁铁部或3个以上的磁铁部构成。此外，各磁铁部的配置及着磁并不限于上述的形态。总之，磁铁只要具有在与旋转体的旋转轴心垂直的径向上配置的极就可以。

在其他实施方式中，旋转角运算电路也可以不是设置在磁检测部，而是设置在其外部。此外，在其他实施方式中，磁检测部并不限于霍尔元件，也可以使用MR元件等的其他的磁传感器。此外，在其他实施方式中，磁检测部也可以用1个元件检测切线方向磁通成分和径向磁通成分。

基于实施方式记述了本公开。但是，本公开并不限定于该实施方式及构造。本公开也包含各种变形例及等同范围内的变形。此外，各种的组合及形态，进而在它们中仅包含一要素、其以上或其以下的其他的组合及形态，也落入在本公开的范畴及思想范围中。

Claims (5)

1.一种旋转角度检测装置，检测旋转体(11)的旋转角度，

具备：

磁铁(12)，具有在与上述旋转体的旋转轴心(AX)垂直的径向上配置的极，与上述旋转体一起旋转；

磁性部(13、31、41、51)，在相对于上述磁铁的径向外侧配置为环状，在周向的多个部位设有缝隙(17、18、35、36、45、46、55、56)；以及

磁检测部(14、32)，被配置在多个上述缝隙中的1个特定缝隙(17、35、45、55)，检测磁场的切线方向磁通成分及径向磁通成分，

设上述磁检测部的切线方向磁通成分的检测灵敏度与径向磁通成分的检测灵敏度的比为灵敏度比(α)，

设上述磁检测部的配置部位处的磁场的切线方向磁通成分的最大值与径向磁通成分的最大值的比为磁通成分比(β)，

则调整上述磁检测部与上述磁铁的径向距离(d)，以使得与上述磁检测部位于上述特定缝隙的径向中央的情况相比，上述磁通成分比与上述灵敏度比的倒数的差变小。

2.如权利要求1所述的旋转角度检测装置，

上述磁检测部具有：

横型霍尔元件(27)，检测磁场的径向磁通成分；

纵型霍尔元件(28)，与上述横型霍尔元件相比灵敏度低，检测磁场的切线方向磁通成分。

3.如权利要求1所述的旋转角度检测装置，

调整上述磁检测部与上述磁铁的径向距离，以使上述磁通成分比与上述灵敏度比的倒数一致。

4.如权利要求1或2所述的旋转角度检测装置，

设为了设置上述磁检测部所需要的空间的切线方向的最小宽度为所需最小宽度，

则调整上述特定缝隙的切线方向宽度(w)，以使得与上述特定缝隙的切线方向宽度(w)是上述所需最小宽度的情况相比，上述磁通成分比与上述灵敏度比的倒数的差变小。

5.如权利要求4所述的旋转角度检测装置，

调整上述特定缝隙的切线方向宽度，以使上述磁通成分比与上述灵敏度比的倒数一致。

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