JP2004125679A - Rotation angle sensor and its manufacturing method - Google Patents

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rotation angle
angle sensor
ring magnet
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magnetic flux
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Inventor
Noritomo Oki
大木 紀知
Hideo Maehara
前原 秀雄
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KYB Corp
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Kayaba Industry Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotation angle sensor with enhanced detection accuracy even if a single hall element or the like is used, and to provide its manufacturing method. <P>SOLUTION: This method is for manufacturing the rotation angle sensor 1 equipped with a ring magnet 3 for forming a magnetic field and the hall element (magnetic flux density detection part) 7 relatively rotating in this magnetic field. Magnetizing energy given to the ring magnet 3 is circumferentially varied so that a waveform outputted from the hall element 7 due to the relative rotation of the ring magnet 3 makes substantially a triangular wave. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転角度センサ及びその製造方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の回転角度センサとして、シャフトの一端にリング状の磁石を固定し、この磁石の内側または外側に複数のホール素子が設けられ、このホール素子が磁石が相対回転するのに伴って変化する磁束密度に応じた電圧を信号として出力するものがある(特許文献1、特許文献2参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−356024号公報
【特許文献2】
特願2001−352683号
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の回転角度センサにあっては、径方向に平行着磁されたリング状の磁石を用いていたため、シャフト等の回転体に取り付けられたリング状の磁石が回転するのに伴ってその出力波形がサイン波状になり、この波形を計測することで回転角度の検出が可能となる。
【0005】
しかしながら、回転角度を検出する場合、出力波形がサイン波状ゆえに、そのピーク部では回転角度に対する出力変化が小さくなってしまい、これが角度検出の誤差要因となり得る。そこで、この誤差要因を取り除くため、2つのホール素子を互いに回転中心線上に配置した場合、各ホール素子の出力のうち出力勾配の大きい方を選択する方法がある。この場合、図3に示すように、第一、第二ホール素子の出力A,Bは、位相が90度異なる正弦波となる。回転角度を検出する信号として、第一、第二ホール素子の出力A,Bのうち回転角度に対する電圧変化が大きい方が用いられる。
【0006】
しかしながら、このように複数のホール素子を用いると、各ホール素子間の位置関係のバラツキ等に起因して検出誤差が大きくなるという問題点があった。
【0007】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、単一のホール素子等を用いても検出精度を高められる回転角度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、磁界をつくる環状のリング磁石と、この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備える回転角度センサの製造方法に適用する。
【0009】
そして、リング磁石が相対回転するのに伴って磁束密度検出部から出力される波形が略三角波になるように、リング磁石に与える着磁エネルギを円周方向について変化させることを特徴とするものとした。
【0010】
第2の発明は、磁界をつくる環状のリング磁石と、この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備える回転角度センサに適用する。
【0011】
そして、リング磁石が相対回転するのに伴って磁束密度検出部から出力される波形が略三角波になるようにリング磁石の着磁密度を円周方向に異なって形成したことを特徴とするものとした。
【0012】
【発明の作用および効果】
第1、第2の発明によると、磁束密度検出部の出力波形が略三角波となることにより、磁束密度検出部の出力は従来装置のようにピーク部分での出力変化が小さくなることが解消され、どの領域でも略一定の出力変化が得られる。このため、単一の磁束密度検出部を設けても、センサ出力分解能を高めて検出誤差を小さくできる。また、複数の磁束密度検出部を設ける場合も、それぞれの位置関係にバラツキ等が生じても検出誤差が大きくならないで済む。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【0014】
図1の(a)に示すように、回転角度センサ1は、シャフト2に固定される永久磁石からなるリング磁石3と、磁束密度検出部として設けられる単一のホール素子7を主体として構成される。
【0015】
ホール素子7は、リング磁石3が相対回転するのに伴って変化する磁束密度に応じた電圧を信号として出力する。
【0016】
ホール素子7はリング磁石3の回転経路より外側に配置され、ケース4に固定される。
【0017】
そして本発明の要旨とするところであるが、リング磁石3が相対回転するのに伴ってホール素子7から出力される波形が図1の(b)に示すように略三角波になるように、リング磁石3に与える着磁エネルギを円周方向について変化させる構成とする。
【0018】
リング磁石3は、図示しない着磁ヨークによって放射状に着磁され、かつその着磁エネルギを円周方向について変化させ、すなわち、着磁密度が均一でなく、円周方向に変化し、磁界をリング磁石3の回転中心軸と直交する回転中心線について対称的に分布させる。
【0019】
このように、ホール素子7の出力波形が略三角波となるように着磁することで、ホール素子7の出力は従来装置のようにピーク部分での出力変化が小さくなることが解消され、どの領域でも略一定の出力変化が得られ、センサ出力分解能を高めて検出誤差を小さくできる。
【0020】
また、ホール素子7をリング磁石3の回転経路より外側に配置することにより、回転角度センサ1の配置自由度を高められる。すなわち、ホール素子をセンサ磁石の回転経路より内側に配置する構成の場合、回転角度センサ1をロータシャフト2の端部にしか配置できないが、ホール素子をセンサ磁石の回転経路より外側に配置する構成により、回転角度センサ1をシャフト2の途中に配置できる。
【0021】
ところで、回転方向の検出も行おうとした場合は、さらにホール素子追加する必要があるが、一つのホール素子を回転方向の検出のみに利用し、あくまでも一つのホール素子からの信号をセンサ出力とすることにより、各ホール素子間の位置関係のバラツキ等に起因して検出誤差が大きくなるという問題点を解消できる。従って、他の実施の形態として、図2の(a)に示すように、第一、第二ホール素子7,8を設けても良い。第一、第二ホール素子7,8は、所定角度で交差する回転中心線上に配置される。
【0022】
第一、第二ホール素子7,8はリング磁石3の回転経路より外側に配置され、ケース4に固定される。
【0023】
そして、リング磁石3が相対回転するのに伴って第一、第二ホール素子7,8からの出力波形が略三角波になるように、リング磁石3に与える着磁エネルギを円周方向について変化させる構成とする。図2の(b)は、第一、第二ホール素子7,8からそれぞれ出力される電圧が回転角度に応じて変化する様子を示している。第一、第二ホール素子7,8の出力A,Bは、位相が所定角度だけ異なる略三角波となる。
【0024】
このように、第一、第二ホール素子7,8の出力波形が略三角波となることにより、第一、第二ホール素子7,8の出力A,Bは従来装置のようにピーク部分での出力変化が小さくなることが解消され、どの領域でも略一定の出力変化が得られ、検出誤差を小さくできる。
【0025】
第一、第二ホール素子7,8の出力A,Bのうち一方を回転角度を検出する信号として用い、他方をどの回転角度領域にあるかを判定する信号として用いる構成とする。例えば第二ホール素子8が1回転する間に、出力Bによって例えば2点で同一出力が得られるが、出力Aをモニターすることで回転角度を特定する構成とする。
【0026】
第一、第二ホール素子7,8の出力波形が略三角波となることにより、第一、第二ホール素子7,8の位置関係にバラツキ等が生じても検出誤差が大きくならないで済む。
【0027】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示し、(a)は回転角度センサの構成図、(b)は回転角度センサの出力特性を示す線図。
【図2】他の実施の形態を示し、(a)は回転角度センサの構成図、(b)は回転角度センサの出力特性を示す線図。
【図3】従来例を示す回転角度センサの出力特性を示す線図。
【符号の説明】
1 回転角度センサ
2 シャフト
3 リング磁石
4 ケース
7,8 第一、第二ホール素子(磁束密度検出部)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a rotation angle sensor and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this kind of rotation angle sensor, a ring-shaped magnet is fixed to one end of a shaft, and a plurality of Hall elements are provided inside or outside the magnet, and as the Hall elements rotate relative to each other, Some devices output a voltage corresponding to a changing magnetic flux density as a signal (see Patent Documents 1 and 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-356024 [Patent Document 2]
Japanese Patent Application No. 2001-352683 [0004]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional rotation angle sensor, since a ring-shaped magnet magnetized in parallel in the radial direction is used, the ring-shaped magnet attached to a rotating body such as a shaft rotates with rotation. The output waveform becomes a sine waveform, and the rotation angle can be detected by measuring this waveform.
[0005]
However, when detecting the rotation angle, since the output waveform has a sine wave shape, the change in output with respect to the rotation angle is small at the peak portion, and this may cause an error in angle detection. Therefore, in order to eliminate this error factor, when two Hall elements are arranged on the rotation center line, there is a method of selecting the output of each Hall element having the larger output gradient. In this case, as shown in FIG. 3, the outputs A and B of the first and second Hall elements are sine waves whose phases are different by 90 degrees. As a signal for detecting the rotation angle, one of the outputs A and B of the first and second Hall elements, which has a larger voltage change with respect to the rotation angle, is used.
[0006]
However, when a plurality of Hall elements are used as described above, there is a problem that a detection error increases due to a variation in a positional relationship between the Hall elements.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a rotation angle sensor capable of improving detection accuracy even by using a single Hall element or the like, and a method of manufacturing the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The first invention is applied to a method of manufacturing a rotation angle sensor including an annular ring magnet that generates a magnetic field and a magnetic flux density detection unit that relatively rotates in the magnetic field.
[0009]
Then, the magnetizing energy applied to the ring magnet is changed in the circumferential direction so that the waveform output from the magnetic flux density detection unit becomes substantially a triangular wave with the relative rotation of the ring magnet. did.
[0010]
The second invention is applied to a rotation angle sensor including an annular ring magnet that generates a magnetic field and a magnetic flux density detection unit that relatively rotates in the magnetic field.
[0011]
Then, the magnetization density of the ring magnet is formed differently in the circumferential direction so that the waveform output from the magnetic flux density detection unit becomes substantially triangular with the relative rotation of the ring magnet. did.
[0012]
Function and Effect of the Invention
According to the first and second aspects of the present invention, the output waveform of the magnetic flux density detecting section is substantially a triangular wave, thereby preventing the output of the magnetic flux density detecting section from having a small output change at the peak portion unlike the conventional apparatus. A substantially constant output change can be obtained in any region. For this reason, even if a single magnetic flux density detection unit is provided, the detection error can be reduced by increasing the sensor output resolution. Also, in the case where a plurality of magnetic flux density detection units are provided, the detection error does not need to be large even if the positional relationship among them varies.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
As shown in FIG. 1A, the rotation angle sensor 1 is mainly composed of a ring magnet 3 made of a permanent magnet fixed to a shaft 2 and a single Hall element 7 provided as a magnetic flux density detecting unit. You.
[0015]
The Hall element 7 outputs a voltage corresponding to the magnetic flux density that changes as the ring magnet 3 relatively rotates, as a signal.
[0016]
The Hall element 7 is arranged outside the rotation path of the ring magnet 3 and is fixed to the case 4.
[0017]
As a gist of the present invention, the ring magnet 3 is rotated such that the waveform output from the Hall element 7 as the ring magnet 3 relatively rotates becomes a substantially triangular wave as shown in FIG. The configuration is such that the magnetizing energy given to No. 3 is changed in the circumferential direction.
[0018]
The ring magnet 3 is radially magnetized by a magnetizing yoke (not shown) and changes its magnetizing energy in the circumferential direction. That is, the magnetizing density is not uniform, but changes in the circumferential direction to change the magnetic field into a ring. The magnets 3 are distributed symmetrically about a rotation center line orthogonal to the rotation center axis.
[0019]
In this way, by magnetizing the output waveform of the Hall element 7 so as to be a substantially triangular wave, the output of the Hall element 7 can be prevented from having a small output change at the peak portion unlike the conventional device. However, a substantially constant output change can be obtained, and the detection error can be reduced by increasing the sensor output resolution.
[0020]
Further, by arranging the Hall element 7 outside the rotation path of the ring magnet 3, the degree of freedom of arrangement of the rotation angle sensor 1 can be increased. That is, when the Hall element is arranged inside the rotation path of the sensor magnet, the rotation angle sensor 1 can be arranged only at the end of the rotor shaft 2, but the Hall element is arranged outside the rotation path of the sensor magnet. Thereby, the rotation angle sensor 1 can be arranged in the middle of the shaft 2.
[0021]
By the way, if it is intended to detect the rotation direction, it is necessary to further add a Hall element. This can solve the problem that the detection error increases due to the variation in the positional relationship between the Hall elements and the like. Therefore, as another embodiment, as shown in FIG. 2A, first and second Hall elements 7 and 8 may be provided. The first and second Hall elements 7, 8 are arranged on a rotation center line that intersects at a predetermined angle.
[0022]
The first and second Hall elements 7 and 8 are arranged outside the rotation path of the ring magnet 3 and fixed to the case 4.
[0023]
The magnetizing energy applied to the ring magnet 3 is changed in the circumferential direction so that the output waveforms from the first and second Hall elements 7 and 8 become substantially triangular waves as the ring magnet 3 relatively rotates. Configuration. FIG. 2B shows how the voltages output from the first and second Hall elements 7 and 8 change according to the rotation angle. The outputs A and B of the first and second Hall elements 7 and 8 are substantially triangular waves whose phases differ by a predetermined angle.
[0024]
As described above, since the output waveforms of the first and second Hall elements 7 and 8 become substantially triangular waves, the outputs A and B of the first and second Hall elements 7 and 8 are different from those of the conventional apparatus in the peak portion. A small output change is eliminated, a substantially constant output change is obtained in any region, and a detection error can be reduced.
[0025]
One of the outputs A and B of the first and second Hall elements 7 and 8 is used as a signal for detecting a rotation angle, and the other is used as a signal for determining a rotation angle area. For example, while the second Hall element 8 makes one rotation, the same output can be obtained at, for example, two points by the output B. However, the rotation angle is specified by monitoring the output A.
[0026]
Since the output waveforms of the first and second Hall elements 7 and 8 are substantially triangular waves, even if the positional relationship between the first and second Hall elements 7 and 8 varies, a detection error does not increase.
[0027]
It is apparent that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and that various changes can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which (a) is a configuration diagram of a rotation angle sensor, and (b) is a diagram showing output characteristics of the rotation angle sensor.
FIG. 2 shows another embodiment, in which (a) is a configuration diagram of a rotation angle sensor, and (b) is a diagram showing output characteristics of the rotation angle sensor.
FIG. 3 is a diagram showing output characteristics of a rotation angle sensor showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation angle sensor 2 Shaft 3 Ring magnet 4 Cases 7 and 8 First and second Hall elements (magnetic flux density detector)

Claims (2)

磁界をつくる環状のリング磁石と、この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備える回転角度センサの製造方法において、リング磁石が相対回転するのに伴って磁束密度検出部から出力される波形が略三角波になるように、リング磁石に与える着磁エネルギを円周方向について変化させることを特徴とする回転角度センサの製造方法。In a method of manufacturing a rotation angle sensor including an annular ring magnet that creates a magnetic field and a magnetic flux density detecting unit that relatively rotates in the magnetic field, the magnetic flux density is output from the magnetic flux density detecting unit as the ring magnet relatively rotates. A method of manufacturing a rotation angle sensor, comprising changing magnetization energy applied to a ring magnet in a circumferential direction so that a waveform becomes a substantially triangular wave. 磁界をつくる環状のリング磁石と、この磁界の中で相対回転する磁束密度検出部とを備える回転角度センサにおいて、リング磁石が相対回転するのに伴って磁束密度検出部から出力される波形が略三角波になるようにリング磁石の着磁密度を円周方向に異なって形成したことを特徴とする請求項1に記載の回転角度センサ。In a rotation angle sensor including an annular ring magnet that creates a magnetic field and a magnetic flux density detection unit that relatively rotates in the magnetic field, the waveform output from the magnetic flux density detection unit as the ring magnet relatively rotates is approximately 2. The rotation angle sensor according to claim 1, wherein the ring magnets are formed so that the magnetization densities of the ring magnets are different in the circumferential direction so as to form a triangular wave.
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