JP2003075108A - Rotation angle sensor - Google Patents
Rotation angle sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、回転角度センサに
関し、より詳細には、複数個の磁気センサを用いて非接
触方式で角度を検出する回転角度センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotation angle sensor, and more particularly, to a rotation angle sensor which detects a non-contact angle using a plurality of magnetic sensors.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、この種の角度センサとして
は、磁気回路を構成するＮ極とＳ極の磁石を有する回転
体と、磁気の強さを検出する磁気センサとを組み合せ、
この回転体を磁気センサに対して回転させることにより
回転角度を検出するという構成のものが数多く、例えば
自動車エンジンや、ＤＣモータ等の種々の分野で利用さ
れている。特に、その磁気センサとしてホール素子を使
用し、これに高精度な磁気回路と組み合せることで、回
転体の回転角度に対するアナログ信号を出力できるよう
に構成した非接触式の角度センサが知られている。例え
ば、特開平１１−２９５０２２号公報、および特開平８
−３５８０９号公報等の文献には、そのような角度セン
サが開示されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as this type of angle sensor, a rotating body having N-pole and S-pole magnets constituting a magnetic circuit is combined with a magnetic sensor for detecting magnetic strength.
There are many structures that detect the rotation angle by rotating this rotating body with respect to a magnetic sensor, and are used in various fields such as an automobile engine and a DC motor. In particular, a non-contact type angle sensor is known, which uses a Hall element as its magnetic sensor and can output an analog signal for the rotation angle of a rotating body by combining it with a highly accurate magnetic circuit. There is. For example, JP-A-11-295022 and JP-A-8
Documents such as the -35809 publication disclose such an angle sensor.
【０００３】また、図１の例に示すように、円筒型磁石
１００の側面にホール素子１０１を近接させて、角度変
化に対応した出力の直線部分のみを用いて、概ね９０度
の角度範囲でアナログ信号を出力する角度センサが知ら
れている。このような角度センサは、緑測器（会社名）
の回転角度センサカタログ等の文献に開示されている。Further, as shown in the example of FIG. 1, the Hall element 101 is brought close to the side surface of the cylindrical magnet 100, and only the straight line portion of the output corresponding to the angle change is used, and the angle range is approximately 90 degrees. An angle sensor that outputs an analog signal is known. Such an angle sensor is a green measuring instrument (company name)
It is disclosed in documents such as the catalog of rotation angle sensor.
【０００４】このように、磁気センサを使用した角度セ
ンサでは、磁気回路中に磁気センサを配置して角度セン
サを構成しているものが多いが、磁気センサの温度変化
が大きく、これが角度検出誤差の要因となる。このた
め、何らかの手段で磁気センサの出力特性の温度補償を
行う必要がある。As described above, in many angle sensors using a magnetic sensor, the magnetic sensor is arranged in the magnetic circuit to form the angle sensor. However, the temperature change of the magnetic sensor is large, which causes an angle detection error. It becomes a factor of. Therefore, it is necessary to perform temperature compensation of the output characteristics of the magnetic sensor by some means.
【０００５】例えば、特開平１１−２９５０２２号公報
に開示された角度センサは、図２（ａ）の斜視図および
図２（ｂ）の正面図に示すように、回転体２０１、２０
２に特殊な形状の高精度を必要とする加工を施して巧妙
な磁気回路を構成し、これにホール素子２０３、２０４
および特殊な信号処理回路（図示しない）を組み合すこ
とで、回転角度に応じたアナログ信号を取り出すように
し、特に、上記のように磁気回路の構成に工夫を凝らす
ことで回転角度に対してリニアな出力を行い、等価な２
つのホール素子２０３、２０４を同一向きに配置し、２
つのホール素子２０３、２０４の差分が同じ出力になる
ように信号処理回路による補正を加えることで温度補償
を行っている。For example, as shown in the perspective view of FIG. 2A and the front view of FIG. 2B, the angle sensor disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-295022 has rotating bodies 201 and 20.
2 is processed by a special shape that requires high precision, and a sophisticated magnetic circuit is formed.
By combining with a special signal processing circuit (not shown), an analog signal corresponding to the rotation angle can be taken out. Equivalent to 2 with linear output
Two Hall elements 203 and 204 are arranged in the same direction, and 2
Temperature compensation is performed by adding a correction by the signal processing circuit so that the difference between the two Hall elements 203 and 204 becomes the same output.
【０００６】また、上記の特開平８−３５８０９号公報
に記載の角度センサは、ホール素子に流れる電流を温度
に応じて変化させることで、ホール素子の温度補償を行
うようにしている。Further, the angle sensor disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 8-35809 is adapted to compensate the temperature of the Hall element by changing the current flowing through the Hall element according to the temperature.
【０００７】しかしながら、特開平１１−２９５０２２
号公報に開示された角度センサは、図２に示すように、
回転体２０１の磁路の形状が曲面を伴って複雑なため、
磁路の加工精度が不十分となり、実際の磁場に不均一が
生じてしまうことから、角度の精度が悪くなる。However, Japanese Patent Laid-Open No. 11-295022
The angle sensor disclosed in the publication is, as shown in FIG.
Since the shape of the magnetic path of the rotating body 201 is complicated with a curved surface,
Since the machining accuracy of the magnetic path becomes insufficient and the actual magnetic field becomes nonuniform, the angle accuracy becomes poor.
【０００８】また、特開平８−３５８０９号公報に記載
の角度センサおよび図１の角度センサは、ホール素子１
個で温度補償をしているため、温度特性の影響をキャン
セルすることが困難である。The angle sensor disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-35809 and the angle sensor shown in FIG.
Since temperature compensation is performed individually, it is difficult to cancel the influence of temperature characteristics.
【０００９】更に、図１に示すような従来の角度センサ
は、回転角度に対する出力が近似的な直線となっている
ため、角度精度も悪い。Further, in the conventional angle sensor as shown in FIG. 1, the output with respect to the rotation angle is an approximate straight line, so that the angle accuracy is poor.
【００１０】これに対し、特開昭５４−１８７６８号公
報には、図３（ａ）の平面図および図３（ｂ）の正面図
に示すように、互いに直交する方向成分の磁界の強さを
検知する複数個の磁気センサ３０１、３０２を用いて磁
界に対する角度を検出する角度センサが開示されてい
る。この角度センサによれば、上述した従来例に比べ、
回転体の複雑な精密加工を必要とせず、かつ温度補償演
算が不要となるという利点がある。On the other hand, in Japanese Patent Laid-Open No. 54-18768, as shown in the plan view of FIG. 3A and the front view of FIG. There is disclosed an angle sensor that detects an angle with respect to a magnetic field by using a plurality of magnetic sensors 301 and 302 for detecting. According to this angle sensor, as compared with the conventional example described above,
It has the advantages that complicated precision machining of the rotating body is not required and that temperature compensation calculation is not required.
【００１１】図３に示す角度センサでは、その複数個の
磁気センサ３０１、３０２の全体を均一な磁場中に配置
し、それら磁気センサ３０１、３０２の位置を非常に至
近に配置することで、温度や磁場がそれら磁気センサに
与える影響を同一にすることが必要である。In the angle sensor shown in FIG. 3, the plurality of magnetic sensors 301 and 302 are entirely arranged in a uniform magnetic field, and the positions of the magnetic sensors 301 and 302 are arranged very close to each other. It is necessary to make the effects of magnetic fields and magnetic fields on those magnetic sensors the same.
【００１２】だが、上記磁気センサ３０１、３０２とし
て従来の磁気センサを用いた場合には、互いに直交する
方向成分の磁界を検知するのに垂直設置と水平設置しか
方法がないという従来の磁気センサの物理的形状の制約
から、磁場の均一な領域をある程度大きくすることが必
要である。このため、磁石や回転体が大きくなり、角度
センサの全体の大きさが実用に不向きなほど大きくな
る。However, when the conventional magnetic sensors are used as the magnetic sensors 301 and 302, the conventional magnetic sensors have only the vertical installation and the horizontal installation to detect the magnetic fields of the direction components orthogonal to each other. Due to the limitation of physical shape, it is necessary to increase the area of uniform magnetic field to some extent. For this reason, the magnet and the rotating body become large, and the size of the entire angle sensor becomes so large that it is not suitable for practical use.
【００１３】また、垂直設置の場合は、複数の磁気セン
サ３０１、３０２のうちで少なくとも一方は磁気センサ
の取り付け面３０３上に垂直に植立させる必要がある。
このため、図３（ｂ）に示す例では磁気センサ３０１の
足３０４をその取り付け面３０３の穴内に垂直に立てる
様にしている。しかし、このような不安定な構造では磁
気センサを常に正確に９０度に取付けることも、またそ
の取付けた角度を長期間正確に保つことも実際上困難で
ある。従って、製品間でばらつきが生じ、性能の安定性
が悪い。Further, in the case of vertical installation, at least one of the plurality of magnetic sensors 301 and 302 must be vertically planted on the mounting surface 303 of the magnetic sensor.
For this reason, in the example shown in FIG. 3B, the legs 304 of the magnetic sensor 301 are set upright in the holes of the mounting surface 303. However, in such an unstable structure, it is practically difficult to always mount the magnetic sensor accurately at 90 degrees and to keep the mounted angle accurately for a long period of time. Therefore, variations occur between products, and performance stability is poor.
【００１４】このような状況に鑑み、センサ全体の大き
さを極力小さくでき、かつ性能の安定性が良く、また広
い温度範囲において高精度に温度補償を実現できる磁気
センサ、およびその磁気センサを用いる角度センサの研
究開発が行われている。In view of such a situation, a magnetic sensor which can be made as small as possible in size of the entire sensor, has good stability of performance, and can realize temperature compensation with high accuracy in a wide temperature range, and the magnetic sensor are used. Research and development of angle sensors are being conducted.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の角度センサは、磁石と磁気センサの空間
的な配置の制約により、全体の小型化が困難である。特
に、安定した磁気回路を構成するには、適度な磁石およ
び磁気回路に一定の厚みが必要となるため、センサの薄
型化に制限があるという問題があった。However, it is difficult to downsize the conventional angle sensor as described above due to the restriction of the spatial arrangement of the magnet and the magnetic sensor. In particular, in order to form a stable magnetic circuit, an appropriate magnet and magnetic circuit need to have a certain thickness, so that there is a problem that there is a limitation in thinning the sensor.
【００１６】また、高精度の温度補償もまた、角度セン
サの小型化に対する制限となっているという問題があっ
た。Further, there is a problem in that high-precision temperature compensation is also a limitation on miniaturization of the angle sensor.
【００１７】更に、従来の磁気センサ全体の小型化にお
いては、磁気回路の形状加工のために多大なコストがか
かってしまうという問題があった。Further, in the conventional miniaturization of the entire magnetic sensor, there has been a problem that a great deal of cost is required for processing the shape of the magnetic circuit.
【００１８】本発明は、上記の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、センサ全体のサイ
ズをより小さくし、かつ性能の安定性が良い回転角度セ
ンサを提供することにある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotation angle sensor in which the size of the entire sensor is made smaller and the performance is stable. is there.
【００１９】また、本発明の別の目的は、センサ全体の
サイズをより小さくし、かつ広い温度範囲において精度
の良い温度補償を実現できる回転角度センサを提供する
ことにある。Another object of the present invention is to provide a rotation angle sensor which can reduce the size of the entire sensor and can realize accurate temperature compensation in a wide temperature range.
【００２０】更に、本発明の別の目的は、低コストでセ
ンサ全体のサイズをより小さくできる回転角度センサを
提供することにある。Further, another object of the present invention is to provide a rotation angle sensor which can reduce the size of the entire sensor at low cost.
【００２１】[0021]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、請求項１に記載の発明は、回転角度センサで
あって、円板状に形成され、該円板の円周方向に回転す
る磁石と、磁界の強さを検知して、前記磁石の回転角度
に応じた値を出力する複数個の磁気センサとを備えた回
転角度センサであって、前記複数個の磁気センサは、前
記磁石の回転中心線と略直角な面上で前記磁石の円周付
近に配置されていることを特徴とする。In order to achieve such an object, the invention as set forth in claim 1 is a rotation angle sensor, which is formed in a disc shape, and is arranged in a circumferential direction of the disc. A rotation angle sensor comprising a rotating magnet and a plurality of magnetic sensors for detecting the strength of a magnetic field and outputting a value according to a rotation angle of the magnet, wherein the plurality of magnetic sensors are: It is characterized in that it is arranged in the vicinity of the circumference of the magnet on a plane substantially perpendicular to the rotation center line of the magnet.
【００２２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の回転角度センサにおいて、前記磁気センサは、
該磁気センサを取付ける取り付け面に面実装可能な容器
に封止されていることを特徴とする。The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
In the rotation angle sensor according to, the magnetic sensor is
It is characterized in that the mounting surface for mounting the magnetic sensor is sealed in a surface mountable container.
【００２３】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の回転角度センサにおいて、前記円板の
中心と前記磁気センサのうちの１つの中心とを通る直
線、および、前記円板の中心と前記磁気センサのうちの
他の少なくとも１つの中心とを通る直線がなす角度は、
３０度以上１５０度以下であることを特徴とする。The invention described in claim 3 is the same as claim 1
In the rotation angle sensor according to the second or second aspect, a straight line that passes through the center of the disc and the center of one of the magnetic sensors, and the center of the disc and at least one other center of the magnetic sensors. The angle formed by the line passing through and
It is characterized in that it is not less than 30 degrees and not more than 150 degrees.
【００２４】また、請求項４に記載の発明は、請求項２
に記載の回転角度センサにおいて、前記磁気センサの感
磁面の法線方向と前記磁石の回転中心線とがなす角度
は、２０度以上９０度未満であることを特徴とする。The invention according to claim 4 is the same as claim 2
In the rotation angle sensor according to the aspect 1, the angle formed by the direction normal to the magnetically sensitive surface of the magnetic sensor and the rotation center line of the magnet is 20 degrees or more and less than 90 degrees.
【００２５】更に、請求項５に記載の発明は、請求項４
に記載の回転角度センサにおいて、前記磁気センサの前
記感磁面の法線方向と前記磁石の回転中心線とがなす角
度は、４５度であることを特徴とする。Further, the invention according to claim 5 is the invention according to claim 4.
In the rotation angle sensor described in the paragraph [1], the angle formed by the normal line direction of the magnetically sensitive surface of the magnetic sensor and the rotation center line of the magnet is 45 degrees.
【００２６】[0026]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００２７】（第１実施形態）図４は、本実施形態に係
る回転角度センサの外観構成を概念的に示す図で、
（ａ）は底面図、（ｂ）は図４（ａ）の矢印Ｗ方向から
示した側面図である。本図において、円板状に形成され
た磁石４００は回転軸４０３に支持されており、この回
転軸４０３を中心として円周方向、即ち白抜き矢印で示
す方向に回転可能に構成されている。(First Embodiment) FIG. 4 is a view conceptually showing the external structure of a rotation angle sensor according to the present embodiment.
4A is a bottom view, and FIG. 4B is a side view shown in the arrow W direction in FIG. In this figure, a disc-shaped magnet 400 is supported by a rotary shaft 403, and is rotatable around the rotary shaft 403 in the circumferential direction, that is, in the direction indicated by the white arrow.
【００２８】磁石４００の円周付近に配置された磁気セ
ンサＡおよびＢは、磁界の強さを検知して、磁石４００
の回転角度に応じた値を出力するホール素子であり、共
に等しい温度特性を有する。また、磁気センサＡおよび
Ｂは、磁石４００の回転中心線Ｚと略直角な面上で、磁
石４００の円周の直下に配置されており、円板の中心Ｏ
と磁気センサＡの略中心とを通る直線４１２、および中
心Ｏと磁気センサＢの略中心とを通る直線４１１とがな
す角度が概ね９０度になるように配置されている。な
お、本明細書中、「感磁面」とは、磁気センサにおいて
磁気を検出することができる面のことをいう。The magnetic sensors A and B arranged near the circumference of the magnet 400 detect the strength of the magnetic field and detect the magnet 400.
Are Hall elements that output a value according to the rotation angle, and both have the same temperature characteristics. Further, the magnetic sensors A and B are arranged immediately below the circumference of the magnet 400 on the plane substantially perpendicular to the rotation center line Z of the magnet 400, and the center O of the disk is arranged.
And a straight line 412 passing through the substantially center of the magnetic sensor A, and a straight line 411 passing through the center O and the substantially center of the magnetic sensor B are arranged so as to form an angle of about 90 degrees. In addition, in the present specification, the “magnetism-sensitive surface” refers to a surface capable of detecting magnetism in the magnetic sensor.
【００２９】図１に示す従来例では、磁気センサ１０１
を、その感磁面が円筒型磁石１００の回転中心線Ｚ’と
平行になるように円筒型磁石１００の側面に配置するた
めに、磁石の厚みｈ１が７ｍｍ程度必要であった。これ
に対し、本実施形態に係る回転角度センサでは、磁気セ
ンサＡおよびＢを磁石４００の円周直下に配置したの
で、磁石の厚みｈ２は回転角度の測定精度と無関係にな
り、より薄い磁石を用いることができ、厚みｈ２が３ｍ
ｍ程度の磁石を用いて従来例と同様の測定性能を再現す
ることができる。In the conventional example shown in FIG. 1, the magnetic sensor 101 is used.
In order to arrange the magnetic sensitive surface on the side surface of the cylindrical magnet 100 such that its magnetic sensitive surface is parallel to the rotation center line Z ′ of the cylindrical magnet 100, the magnet thickness h 1 needs to be about 7 mm. On the other hand, in the rotation angle sensor according to the present embodiment, since the magnetic sensors A and B are arranged immediately below the circumference of the magnet 400, the magnet thickness h 2 becomes irrelevant to the measurement accuracy of the rotation angle, and the thinner magnet is used. Can be used, and the thickness h 2 is 3 m
It is possible to reproduce the same measurement performance as the conventional example by using a magnet of about m.
【００３０】また、磁石４００の直径も磁気センサの大
きさ程度にすることができ、直径１０ｍｍ、厚み１ｍｍ
程度にまで小さくすることが可能となる。従って、より
小さい回転角度センサを設計することができる。Further, the diameter of the magnet 400 can be set to about the size of the magnetic sensor, and the diameter is 10 mm and the thickness is 1 mm.
It is possible to make it as small as possible. Therefore, a smaller rotation angle sensor can be designed.
【００３１】更に、２個の磁気センサの出力値から角度
を計算するので、温度特性による影響を補償した良好な
測定結果を得ることができる。Further, since the angle is calculated from the output values of the two magnetic sensors, it is possible to obtain a good measurement result in which the influence of the temperature characteristic is compensated.
【００３２】図５は、図４に示す磁気センサの１つが実
装されたパッケージ（容器）の側面透視図である。磁気
センサＡは、パッケージ５００に封止されて、磁石の回
転中心線Ｚに垂直な取り付け面５０３上に面実装されて
いる。従って、感磁面５０２の法線５０４は取り付け面
５０３に対して垂直となる。なお、本明細書中、「感磁
面」とは、磁気センサにおいて磁気を検出することがで
きる面のことをいう。また、磁気センサＡは、リードフ
レーム５０１を通じて外部の回路と接続される。FIG. 5 is a side perspective view of a package (container) in which one of the magnetic sensors shown in FIG. 4 is mounted. The magnetic sensor A is sealed in the package 500 and surface-mounted on a mounting surface 503 perpendicular to the rotation center line Z of the magnet. Therefore, the normal line 504 of the magnetically sensitive surface 502 is perpendicular to the mounting surface 503. In addition, in the present specification, the “magnetism-sensitive surface” refers to a surface capable of detecting magnetism in the magnetic sensor. Further, the magnetic sensor A is connected to an external circuit through the lead frame 501.
【００３３】このように、取り付け面上に面実装可能な
パッケージに磁気センサを封止することにより、回転角
度センサの設計に際して高い組立再現性および機械的安
定性が得られる。As described above, by sealing the magnetic sensor in the surface mountable package on the mounting surface, high reproducibility of assembly and mechanical stability can be obtained in designing the rotation angle sensor.
【００３４】なお、本実施形態では、円板の中心と磁気
センサのうちの１つとを通る直線、および円板の中心と
前記磁気センサのうちの他の少なくとも１つとを通る直
線がなす角度が概ね９０度である例について説明した
が、この角度が３０度以上１５０度以下の範囲内であれ
ば、実用に供することが可能である。In this embodiment, the angle formed by the straight line passing through the center of the disc and one of the magnetic sensors and the straight line passing through the center of the disc and at least one of the other magnetic sensors are Although an example in which the angle is approximately 90 degrees has been described, if the angle is in the range of 30 degrees or more and 150 degrees or less, it can be put to practical use.
【００３５】（第２実施形態）図６は、本発明の第２実
施形態に係る回転角度センサの外観構成を概念的に示す
図で、（ａ）は底面図、（ｂ）は図６（ａ）の矢印Ｗ方
向から示した側面図である。本実施形態において、磁気
センサＡおよびＢは、磁石４００の回転中心線Ｚに対す
る感磁面の法線の傾きが概ね４５度となるように、磁石
４００の円周外に配置されている。(Second Embodiment) FIG. 6 is a view conceptually showing the external structure of a rotation angle sensor according to a second embodiment of the present invention, in which (a) is a bottom view and (b) is FIG. It is the side view shown from the arrow W direction of a). In the present embodiment, the magnetic sensors A and B are arranged outside the circumference of the magnet 400 such that the inclination of the normal line of the magnetically sensitive surface to the rotation center line Z of the magnet 400 is approximately 45 degrees.
【００３６】図７は、図６に示す磁気センサを封止した
パッケージの側面透視図である。磁気センサＡは、パッ
ケージ７００に封止されて、回転中心線Ｚに対して垂直
な取り付け面７０３上に面実装されている。従って、感
磁面７０２の法線７０４は、取り付け面７０３に対して
概ね４５度傾いている。また、磁気センサＡは、リード
フレーム７０１を通じて外部の回路と接続される。FIG. 7 is a side perspective view of a package in which the magnetic sensor shown in FIG. 6 is sealed. The magnetic sensor A is sealed in the package 700 and surface-mounted on a mounting surface 703 perpendicular to the rotation center line Z. Therefore, the normal line 704 of the magnetically sensitive surface 702 is inclined approximately 45 degrees with respect to the mounting surface 703. Further, the magnetic sensor A is connected to an external circuit through the lead frame 701.
【００３７】このような構成をとることにより、第１実
施形態と同様に、より小型の回線角度センサを実現する
ことができ、温度特性による影響を補償した良好な測定
結果を得ることができ、また高い組立再現性および機械
的安定性が得られる。By adopting such a configuration, it is possible to realize a smaller line angle sensor as in the first embodiment, and it is possible to obtain a good measurement result in which the influence of the temperature characteristic is compensated. Also, high assembly reproducibility and mechanical stability can be obtained.
【００３８】また、図８に示すように、磁石４００の円
周直下に配置した磁気センサ８０１よりも、磁石４００
の円周外に配置した磁気センサ８０２の方が、より多く
の磁束を感磁面でとらえることができる。Further, as shown in FIG. 8, the magnet 400 is provided more directly than the magnetic sensor 801 arranged immediately below the circumference of the magnet 400.
The magnetic sensor 802 arranged outside of the circumference can capture more magnetic flux on the magnetically sensitive surface.
【００３９】図９に示すように、磁石４００として直径
φ＝２０ｍｍ、厚みｔ＝５ｍｍのフェライト磁石を使用
し、磁気センサ８０１および８０２として感磁面の断面
積が１ｍｍ２のホール素子を使用して、これらの磁気セ
ンサを磁石４００からＰ＝１ｍｍの距離をおいて配置し
た。また、磁気センサ８０２の法線と、取り付け面との
なす角度は、４５度とした。このような構成を用いて各
磁気センサからの出力値を測定したところ、磁石の円周
の直下に配置した磁気センサ８０１からの出力値が２０
０ｍＶであったのに対し、磁石の円周外に配置した磁気
センサ８０２からの出力値は２２０ｍＶであった。従っ
て、磁気センサを磁石の円周外に配置することにより、
その感度が向上し、角度センサの分解能を向上させるこ
とができるという結果が得られた。As shown in FIG. 9, a ferrite magnet having a diameter of φ = 20 mm and a thickness of t = 5 mm is used as the magnet 400, and Hall elements having a magnetic sensitive surface having a cross-sectional area of 1 mm 2 are used as the magnetic sensors 801 and 802. Then, these magnetic sensors were arranged at a distance of P = 1 mm from the magnet 400. The angle formed by the normal line of the magnetic sensor 802 and the mounting surface was set to 45 degrees. When the output value from each magnetic sensor was measured using such a configuration, the output value from the magnetic sensor 801 arranged immediately below the circumference of the magnet was 20.
While it was 0 mV, the output value from the magnetic sensor 802 arranged outside the circumference of the magnet was 220 mV. Therefore, by locating the magnetic sensor outside the circumference of the magnet,
The result is that the sensitivity is improved and the resolution of the angle sensor can be improved.
【００４０】なお、本実施形態では、磁気センサの感磁
面の法線と磁気センサの取り付け面とのなす角度が４５
度である場合について説明したが、この角度が２０度以
上９０度未満の範囲内であれば、実用に供することが可
能である。In this embodiment, the angle formed by the normal to the magnetically sensitive surface of the magnetic sensor and the mounting surface of the magnetic sensor is 45.
Although the case where the angle is in degrees has been described, if the angle is in the range of 20 degrees or more and less than 90 degrees, it can be put to practical use.
【００４１】（第３実施形態）本発明を適用した回転角
度センサに用いられる磁気センサは、２個に限定される
ものではない。磁気センサを４個用いた回転角度センサ
の構成例を示す図１０では、磁気センサＡおよびＡ’、
磁気センサＢおよびＢ’が、磁石４００の円周付近に配
置されている。ここで、各磁気センサの取り付け面への
実装方法は、第１実施形態に準じており、各磁気センサ
の感磁面の法線は、取り付け面に対して垂直である。(Third Embodiment) The number of magnetic sensors used in the rotation angle sensor to which the present invention is applied is not limited to two. In FIG. 10 showing a configuration example of a rotation angle sensor using four magnetic sensors, magnetic sensors A and A ′,
The magnetic sensors B and B ′ are arranged near the circumference of the magnet 400. Here, the method of mounting each magnetic sensor on the mounting surface is in accordance with the first embodiment, and the normal line of the magnetically sensitive surface of each magnetic sensor is perpendicular to the mounting surface.
【００４２】本図に示す例では、磁気センサＡおよび
Ａ’は、磁石４００の中心Ｏを通る直線９０１上に配置
されている。また、磁気センサＢおよびＢ’は、磁石４
００の中心Ｏを通り、直線９０１に垂直な直線９０２上
に配置されている。In the example shown in this figure, the magnetic sensors A and A ′ are arranged on a straight line 901 passing through the center O of the magnet 400. In addition, the magnetic sensors B and B'include the magnet 4
It is arranged on a straight line 902 that passes through the center O of 00 and is perpendicular to the straight line 901.
【００４３】いま、磁石の所定の基準位置からの磁石４
００の回転角をθとする。Ｖ０を定数とすると、磁気セ
ンサＡ、Ａ’、ＢおよびＢ’からの出力値Ｖ（Ａ）、Ｖ
（Ａ’）、Ｖ（Ｂ）、Ｖ（Ｂ’）は、
Ｖ（Ａ）＝−Ｖ０ｃｏｓθ （１）
Ｖ（Ａ’）＝Ｖ０ｃｏｓθ （２）
Ｖ（Ｂ）＝Ｖ０ｓｉｎθ （３）
Ｖ（Ｂ’）＝−Ｖ０ｓｉｎθ （４）
と表すことができる。Now, the magnet 4 from the predetermined reference position of the magnet
The rotation angle of 00 is θ. When V 0 is a constant, output values V (A), V from the magnetic sensors A, A ′, B and B ′
(A ′), V (B), and V (B ′) are V (A) = − V 0 cos θ (1) V (A ′) = V 0 cos θ (2) V (B) = V 0 sin θ ( 3) It can be expressed as V (B ′) = − V 0 sin θ (4).
【００４４】従って、回転角度θを求める計算式は、
θ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｖ（Ａ）−Ｖ（Ａ’））／（Ｖ（Ｂ）−Ｖ（Ｂ’）））
（５）
となる。また、磁気センサＡ、Ａ’、ＢおよびＢ’に作
用する外部磁場により生じるオフセット値ｏｆｆｓｅｔ
は
ｏｆｆｓｅｔ＝（Ｖ（Ａ）＋Ｖ（Ａ’））／２ （６）
または
ｏｆｆｓｅｔ＝（Ｖ（Ｂ）＋Ｖ（Ｂ’））／２ （７）
となる。従って、上述したように磁気センサを配置する
ことにより、外部磁場による影響をキャンセルすること
ができる。Therefore, the equation for calculating the rotation angle θ is θ = arctan ((V (A) -V (A ')) / (V (B) -V (B'))) (5). Further, the offset value offset generated by the external magnetic field acting on the magnetic sensors A, A ′, B and B ′.
Is offset = (V (A) + V (A ′)) / 2 (6) or offset = (V (B) + V (B ′)) / 2 (7). Therefore, by disposing the magnetic sensor as described above, the influence of the external magnetic field can be canceled.
【００４５】（第４実施形態）図１１は、本発明の第４
実施形態に係る回転角度センサの構成例を概念的に示す
図で、（ａ）は底面図、（ｂ）は図１１（ａ）の矢印Ｗ
方向から示した側面図である。本図に示す例では、３個
の磁気センサＡおよびＢおよびＣが使用されている。こ
こで、各磁気センサの取り付け面への実装方法は、第１
実施形態に準じており、各磁気センサの感磁面の法線
は、取り付け面に対して垂直である。(Fourth Embodiment) FIG. 11 shows a fourth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows notionally the structural example of the rotation angle sensor which concerns on embodiment, (a) is a bottom view, (b) is arrow W of FIG.11 (a).
It is the side view shown from the direction. In the example shown in this figure, three magnetic sensors A, B and C are used. Here, the mounting method on the mounting surface of each magnetic sensor is as follows.
According to the embodiment, the normal to the magnetically sensitive surface of each magnetic sensor is perpendicular to the mounting surface.
【００４６】ここで、円板の中心と磁気センサＡとを通
る直線、および円板の中心と磁気センサＢとを通る直線
とがなす角度は、概ね９０度になるように配置されてい
る。また、磁気センサＣは、磁石４００の中心に配置さ
れているので、磁石４００が作る磁場の影響をほとんど
受けず、磁石の回転による磁場変化が磁気センサＣの出
力に現れない。よって、磁気センサＣからの出力の変動
は外部磁場による作用のみを受けることになる。従っ
て、外部磁場によるオフセット値ｏｆｆｓｅｔは、
ｏｆｆｓｅｔ＝Ｖ（Ｃ） （８）
と表すことができ、磁石４００の所定の基準位置からの
回転角度θは、磁気センサＣからの出力Ｖ（Ｃ）を用い
て、
θ＝ａｒｃｔａｎ（（Ｖ（Ａ）−Ｖ（Ｃ））／（Ｖ（Ｂ）−Ｖ（Ｃ）））
（９）
と表せる。従って、上述したように磁気センサを配置す
ることにより、回転角度の測定に際し、オフセット値を
用いて外部磁場による影響をキャンセルすることができ
る。Here, the angle formed by a straight line passing through the center of the disk and the magnetic sensor A and a straight line passing through the center of the disk and the magnetic sensor B is arranged to be approximately 90 degrees. Further, since the magnetic sensor C is arranged at the center of the magnet 400, it is hardly affected by the magnetic field generated by the magnet 400, and the magnetic field change due to the rotation of the magnet does not appear in the output of the magnetic sensor C. Therefore, the fluctuation of the output from the magnetic sensor C is only affected by the external magnetic field. Therefore, the offset value offset due to the external magnetic field can be expressed as offset = V (C) (8), and the rotation angle θ of the magnet 400 from the predetermined reference position is the output V (C) from the magnetic sensor C. It can be expressed as follows: θ = arctan ((V (A) −V (C)) / (V (B) −V (C))) (9) Therefore, by disposing the magnetic sensor as described above, it is possible to cancel the influence of the external magnetic field by using the offset value when measuring the rotation angle.
【００４７】（第５実施形態）図１２は、本発明の第５
実施形態に係る回転角度センサの外観構成を概念的に示
す図で、（ａ）は底面図、（ｂ）は図１２（ａ）の矢印
Ｗ方向から示した側面図である。ここで、各磁気センサ
の取り付け面への実装方法は、第１実施形態に準じてお
り、各磁気センサの感磁面の法線は、取り付け面に対し
て垂直である。(Fifth Embodiment) FIG. 12 shows the fifth embodiment of the present invention.
It is a figure which shows notionally the external structure of the rotation angle sensor which concerns on embodiment, (a) is a bottom view, (b) is a side view shown from the arrow W direction of Fig.12 (a). Here, the method of mounting each magnetic sensor on the mounting surface is in accordance with the first embodiment, and the normal line of the magnetically sensitive surface of each magnetic sensor is perpendicular to the mounting surface.
【００４８】本図において、磁気センサＡは、磁石４０
０の中心Ｏを通り図面に水平な直線１１０１上に配置さ
れている。また、磁気センサＢおよびＢ’はそれぞれ、
その中心が、中心Ｏを通る直線１１０２に対して角度φ
をなす直線１１０３および１１０４上に配置されてい
る。In the figure, the magnetic sensor A is a magnet 40.
It is arranged on a straight line 1101 which passes through the center O of 0 and is horizontal in the drawing. Further, the magnetic sensors B and B ′ are respectively
The center is an angle φ with respect to a straight line 1102 passing through the center O.
Are arranged on the straight lines 1103 and 1104.
【００４９】磁気センサＡ、ＢおよびＢ’からの出力Ｖ
（Ａ）、Ｖ（Ｂ）、Ｖ（Ｃ）は、
Ｖ（Ａ）＝Ｖ０ｓｉｎθ （１０）
Ｖ（Ｂ）＝Ｖ０ｃｏｓ（θ−φ） （１１）
Ｖ（Ｂ’）＝−Ｖ０ｃｏｓ（θ＋φ） （１２）
と表される。回転角を求める式は、
θ＝ａｒｃｔａｎ（２×Ｖ（Ａ）×ｃｏｓφ／（Ｖ（Ｂ）−Ｖ（Ｂ’）））
（１３）
となる。また、オフセット値ｏｆｆｓｅｔは、
ｏｆｆｓｅｔ＝
（Ｖ（Ｂ）＋Ｖ（Ｂ’）−２Ｖ（Ａ）ｓｉｎφ）／２（１−ｓｉｎφ）
（１４）
となる。従って、上述したように磁気センサを配置する
ことにより、回転角度の測定に際し、オフセット値を用
いて外部磁場による影響をキャンセルすることができ
る。Output V from magnetic sensors A, B and B '
(A), V (B), and V (C) are as follows: V (A) = V 0 sin θ (10) V (B) = V 0 cos (θ−φ) (11) V (B ′) = − V It is expressed as 0 cos (θ + φ) (12). The formula for obtaining the rotation angle is θ = arctan (2 × V (A) × cosφ / (V (B) −V (B ′))) (13). Further, the offset value offset becomes: offset = (V (B) + V (B ′) − 2V (A) sinφ) / 2 (1-sinφ) (14) Therefore, by disposing the magnetic sensor as described above, it is possible to cancel the influence of the external magnetic field by using the offset value when measuring the rotation angle.
【００５０】以上、本発明の好適な実施の形態について
説明したが、本発明は上述の実施形態に限らず、他の種
々の形態で実施できることはいうまでもない。例えば、
本発明を適用した角度測定システムを構成する磁気セン
サとしては、ホール素子の他に、ＭＲ（Magnetic Resis
tance）素子、ＭＩ（Magnetic Impedance）素子、およ
びフラックスゲート等を使用することができる。The preferred embodiments of the present invention have been described above, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can be implemented in various other forms. For example,
As a magnetic sensor forming an angle measuring system to which the present invention is applied, in addition to a Hall element, an MR (Magnetic Resis
tance) element, MI (Magnetic Impedance) element, and flux gate can be used.
【００５１】また、上述の実施形態では１箇所に１個の
磁気センサを配置する例について説明したが、１箇所に
複数の磁気センサを配置することとしても良い。この場
合、当該複数の磁気センサからの出力値を平均して、そ
の位置での出力値とすることにより、より精度の高い出
力値を得ることができる。In the above embodiment, an example in which one magnetic sensor is arranged at one place has been described, but a plurality of magnetic sensors may be arranged at one place. In this case, a more accurate output value can be obtained by averaging the output values from the plurality of magnetic sensors to obtain the output value at that position.
【００５２】[0052]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
磁気センサ全体のサイズをより小さくし、かつ性能の安
定性が良い回転角度センサを実現することができる。As described above, according to the present invention,
It is possible to realize a rotation angle sensor in which the size of the entire magnetic sensor is further reduced and the performance is stable.
【００５３】また、測定された回転角度に対して温度特
性を考慮した補償を行うので、広い温度範囲において精
度の良い温度補償を実現できる。Further, since the measured rotation angle is compensated for in consideration of the temperature characteristic, it is possible to realize accurate temperature compensation in a wide temperature range.
【００５４】更に、全体のサイズがより小さい磁気セン
サを低コストで実現することができる。Furthermore, a magnetic sensor having a smaller overall size can be realized at low cost.
【図１】従来の角度センサの構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional angle sensor.
【図２】従来の角度センサの構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a conventional angle sensor.
【図３】従来の角度センサの構成を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional angle sensor.
【図４】本発明の一実施形態に係る回転角度センサの外
観構成を概念的に示す図である。FIG. 4 is a diagram conceptually showing an external configuration of a rotation angle sensor according to an embodiment of the present invention.
【図５】図４に示す磁気センサの１つが実装されたパッ
ケージの側面透視図である。5 is a side perspective view of a package in which one of the magnetic sensors shown in FIG. 4 is mounted.
【図６】本発明の一実施形態に係る回転角度センサの外
観構成を概念的に示す図である。FIG. 6 is a diagram conceptually showing an external configuration of a rotation angle sensor according to an embodiment of the present invention.
【図７】図６に示す磁気センサの１つが実装されたパッ
ケージの側面透視図である。FIG. 7 is a side perspective view of a package in which one of the magnetic sensors shown in FIG. 6 is mounted.
【図８】磁気センサによりとらえられる磁束を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram showing a magnetic flux captured by a magnetic sensor.
【図９】本発明の一実施形態に係る回転角度センサの外
観構成を概念的に示す図である。FIG. 9 is a diagram conceptually showing an external configuration of a rotation angle sensor according to an embodiment of the present invention.
【図１０】回転角度センサの実施例を概念的に示す図で
ある。FIG. 10 is a diagram conceptually showing an embodiment of a rotation angle sensor.
【図１１】本発明の一実施形態に係る回転角度センサの
外観構成を概念的に示す図である。FIG. 11 is a diagram conceptually showing an external configuration of a rotation angle sensor according to an embodiment of the present invention.
【図１２】本発明の一実施形態に係る回転角度センサの
外観構成を概念的に示す図である。FIG. 12 is a diagram conceptually showing an external configuration of a rotation angle sensor according to an embodiment of the present invention.
１００ 磁石 １０１ ホール素子 ２０１ 回転体 ２０２ 回転体 ３０１ 磁気センサ ３０２ 磁気センサ ３０３ 取り付け面 ３０４ 足 ４００ 磁石 ４０３ 回転軸 ５００ パッケージ ５０１ リードフレーム ５０２ 感磁面 ５０３ 取り付け面 ５０４ 法線 ７００ パッケージ ７０１ リードフレーム ７０２ 感磁面 ７０３ 取り付け面 ７０４ 法線 ８０１ 磁気センサ ８０２ 磁気センサ ９０１ 直線 ９０２ 直線 １１０１ 直線 １１０２ 直線 １１０３ 直線 １１０４ 直線 Ａ 磁気センサ Ａ’ 磁気センサ Ｂ 磁気センサ Ｂ’ 磁気センサ Ｃ 磁気センサ 100 magnets 101 Hall element 201 rotating body 202 rotating body 301 Magnetic sensor 302 Magnetic sensor 303 mounting surface 304 feet 400 magnet 403 rotation axis 500 packages 501 lead frame 502 Magnetic surface 503 mounting surface 504 Normal 700 packages 701 lead frame 702 Magnetic surface 703 Mounting surface 704 Normal 801 Magnetic sensor 802 Magnetic sensor 901 straight line 902 straight line 1101 straight line 1102 straight line 1103 Straight line 1104 straight line A magnetic sensor A'magnetic sensor B Magnetic sensor B'magnetic sensor C magnetic sensor
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 正信 神奈川県厚木市岡田3050番地 旭化成株式 会社内 Ｆターム(参考） 2F063 AA35 CA34 DA01 DB07 DD03 DD09 GA52 KA01 NA06 2F077 AA13 AA21 AA25 JJ08 JJ23 NN17 PP12 UU10 UU25 VV21 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Masanobu Sato 3050 Okada, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Asahi Kasei Corporation In the company F term (reference) 2F063 AA35 CA34 DA01 DB07 DD03 DD09 GA52 KA01 NA06 2F077 AA13 AA21 AA25 JJ08 JJ23 NN17 PP12 UU10 UU25 VV21
Claims (5)
回転する磁石と、磁界の強さを検知して、前記磁石の回
転角度に応じた値を出力する複数個の磁気センサとを備
えた回転角度センサであって、前記複数個の磁気センサ
は、前記磁石の回転中心線と略直角な面上で前記磁石の
円周付近に配置されていることを特徴とする回転角度セ
ンサ。1. A magnet formed in a disk shape and rotating in the circumferential direction of the disk, and a plurality of magnets for detecting the strength of a magnetic field and outputting a value according to the rotation angle of the magnet. A rotation angle sensor including a sensor, wherein the plurality of magnetic sensors are arranged near a circumference of the magnet on a plane substantially perpendicular to a rotation center line of the magnet. Angle sensor.
ける取り付け面に面実装可能な容器に封止されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の回転角度センサ。2. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the magnetic sensor is sealed in a surface mountable container on a mounting surface on which the magnetic sensor is mounted.
の１つの中心とを通る直線、および、前記円板の中心と
前記磁気センサのうちの他の少なくとも１つの中心とを
通る直線がなす角度は、３０度以上１５０度以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転角度セ
ンサ。3. A straight line passing through the center of the disc and one of the magnetic sensors, and a straight line passing through the center of the disc and at least one of the other centers of the magnetic sensors. The rotation angle sensor according to claim 1 or 2, wherein the angle formed is 30 degrees or more and 150 degrees or less.
記磁石の回転中心線とがなす角度は、２０度以上９０度
未満であることを特徴とする請求項２に記載の回転角度
センサ。4. The rotation angle according to claim 2, wherein an angle formed by a normal line direction of the magnetically sensitive surface of the magnetic sensor and a rotation center line of the magnet is 20 degrees or more and less than 90 degrees. Sensor.
と前記磁石の回転中心線とがなす角度は、４５度である
ことを特徴とする請求項４に記載の回転角度センサ。5. The rotation angle sensor according to claim 4, wherein an angle formed by a normal line direction of the magnetically sensitive surface of the magnetic sensor and a rotation center line of the magnet is 45 degrees.
Priority Applications (1)
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| JP2001267458A JP2003075108A (en) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | Rotation angle sensor |
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|---|---|---|---|
| JP2001267458A JP2003075108A (en) | 2001-09-04 | 2001-09-04 | Rotation angle sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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